1、第二十講 活性污泥系統(tǒng)（二）,第一節(jié) 曝氣的原理 第二節(jié) 曝氣的方法與設備 第三節(jié) 活性污泥法的運行方式,第一節(jié) 曝氣的原理,曝氣的作用：供氧、攪拌 曝氣的方式：鼓風曝氣、機械表面曝氣 曝氣的原理與過程：需氧、供氧、（供）曝氣； 標準供氧量與實際供氧量,鼓風曝氣,機械表面曝氣,一、曝氣的原理與過程：,DO,CO2/H2O,壓力、氣量,一、曝氣的原理與過程：,供氧需氧,曝氣EA供氣EA =供氧,氧的利用率（EA）：又稱氧轉(zhuǎn)移效率，是指通過鼓風曝氣系統(tǒng) 轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧量的百分比（%）,O2的平衡:,N2的平衡:,一、曝氣的原理與過程：,實際供氧量？ 標準供氧量,標準供氧量即曝氣設備的

2、技術指標：標準狀態(tài)下測定，即： 1atm，20C，清水,實際供氧量即曝氣池實際運行時所需的供氧量：實際狀態(tài)下， 即：實際大氣壓與曝氣頭安裝水深， 實際水溫， 實際的廢水水質(zhì),二、Fick定律,氧的傳遞是一個擴散過程 曝氣過程中，空氣中的氧從氣相中被轉(zhuǎn)移或傳遞到廢水的液相中，是一個氧在氣液兩相之間的擴散過程，即氣相中的氧通過氣液界面擴散到液相主體中。 擴散過程的基本定律Fick定律； Fick定律認為：擴散過程的推動力是物質(zhì)在界面兩側(cè)的濃度差，被擴散的物質(zhì)分子會從濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)擴散、轉(zhuǎn)移。,二、Fick定律,式中： vd 物質(zhì)的擴散速率，即單位時間內(nèi)單位斷面上通過的物質(zhì)的量； DL

3、擴散系數(shù)，表示物質(zhì)在某種介質(zhì)中的擴散能力，主要取決于 擴散物質(zhì)和介質(zhì)的特性及溫度； C 物質(zhì)濃度； y 擴散過程的長度 dC/dy 濃度梯度，即單位長度上的濃度變化值。 物質(zhì)的擴散速率與濃度梯度呈正比關系。,二、Fick定律,如果以M表示在單位時間t內(nèi)通過界面擴散的物質(zhì)數(shù)量，以A表示界面面積，則有：,三、氧轉(zhuǎn)移的“雙膜理論”,對于難溶于水的氧來說，分子擴散的阻力大于對流擴散，傳質(zhì)的阻力主要集中在氣膜和液膜上； 在氣膜中存在著氧分壓梯度，而液膜中同樣也存在著氧的濃度梯度，由此形成了氧轉(zhuǎn)移的推動力,1923年，Lewis 反之，則升高。,影響飽和DO濃度Cs,不同溫度下，蒸餾水中的飽和溶解氧濃度,

4、鼓風曝氣系統(tǒng)Csm的計算,由于曝氣裝置安裝在水面以下，其Cs值以擴散裝置出口和混合液表面兩處飽和溶解氧濃度的平均值Csm計算，即：,式中Ot從曝氣池逸出氣體中含氧量的百分率，%；,EA氧利用率，%，一般在6%25%之間； Pb安裝曝氣裝置處的絕對壓力，可以按下式計算：,P曝氣池水面的大氣壓力，P1.013105 Pa； H曝氣裝置距水面的距離，m。,2、氧轉(zhuǎn)移速率的計算：,標準氧轉(zhuǎn)移速度（R0）：,水溫為T，壓力為P條件下的廢水中的實際氧轉(zhuǎn)移速率（R），則需對上式加以修正，需引入各項修正系數(shù)，即：,一般，R0/R = 1.3 1.6,3、供氣量的計算：,氧轉(zhuǎn)移效率,式中 ：EA氧轉(zhuǎn)移效率，一般

5、以百分比表示； OC供氧量，kgO2/h；,21%氧在空氣中的百分比； 1.33120C時氧的容重，kg/m3； Gs 供氧量，m3/h。,3、供氣量的計算：,供氣量Gs,對于鼓風曝氣系統(tǒng)，各種曝氣裝置的EA值是制造廠家通過清水試驗測出的，隨產(chǎn)品向用戶提供； 對于機械曝氣系統(tǒng)，按式（24）求出的R0值，又稱為充氧能力，廠家也會向用戶提供其設備的R0值。,4、曝氣系統(tǒng)設計的一般程序：,A鼓風曝氣系統(tǒng)： 求風量即供氣量： 求得需氧速率O2,4、曝氣系統(tǒng)設計的一般程序：,求要求的風壓（風機出口風壓）： 根據(jù)管路系統(tǒng)的沿程阻力、局部阻力、靜水壓力再加上一定的余量，得到所要求的最小風壓。 根據(jù)風量與風壓

6、選擇合適的風機。,B機械曝氣系統(tǒng)設計的一般程序：,充氧能力R0的計算： 求得需氧量O2,例題,一個城市污水處理廠，設計流量Q10000m3/d，一級處理出水BOD5150mg/l，采用活性污泥法處理，處理水BOD515mg/l。采用中微孔曝氣盤作為曝氣裝置。曝氣池容積V3000m3，Xr=2000mg/l，EA=10%,曝氣池出口處溶解氧Cl =2mg/l，水溫T=250C，曝氣盤安裝在水下4.5m處。 有關參數(shù)為：a=0.5, b= 0.1, =0.85, =0.95，=1.0 求：(1)采用鼓風曝氣時，所需的供氣量Gs（m3/min） (2)采用表面機械曝氣器時的充氧量R0(kgO2/h)

7、,解：,A鼓風曝氣系統(tǒng) (1)計算需氧量：,2)計算20C和25 C時曝氣池內(nèi)飽和DO的平均值： 曝氣裝置出口處的壓力Pb：,氣泡逸出曝氣池表面時，氧含量：,查表得20C和25C時的飽和溶解氧濃度分別為： Cs(20)=9.17mg/L; Cs(25)=8.38mg/L; 有：,（3）標準供氧速率R0：,（4）按式（27）計算供氣量：,B. 機械曝氣器 求充氧能力R0：,第二節(jié) 曝氣的方法與設備,一、曝氣設備 1曝氣裝置的分類 曝氣裝置，又稱為空氣擴散裝置，是活性污泥處理系統(tǒng)的重要設備， 按曝氣方式可以將其分為鼓風曝氣裝置和表面（機械）曝氣裝置兩種。,衡量曝氣設備的技術性能指標,氧的利用率（E

8、A）：又稱氧轉(zhuǎn)移效率，是指通過鼓風曝氣系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量占總供氧量的百分比（%） ； 充氧能力（R0）：通過表面機械曝氣裝置在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量（kgO2/h） ； 動力效率（Ep）：每消耗1度電轉(zhuǎn)移到混合液中的氧量（kgO2/kw.h） 。,2鼓風曝氣裝置,鼓風曝氣系統(tǒng)由鼓風機、空氣輸送管道以及曝氣裝置所組成。 鼓風曝氣裝置可分為： （微）小氣泡型微孔曝氣頭 中氣泡型 大氣泡型 水力剪切型 水力沖擊型,a.（微）小氣泡型曝氣裝置,由微孔透氣材料（陶土、氧化鋁、氧化硅或尼龍等）制成的擴散板、擴散盤和擴散管等； 氣泡直徑在2mm以下（在200m以下者，為微孔）； EA = 15

9、25%， EP = 2 kgO2/kw.h以上； 缺點：易堵塞，空氣需經(jīng)過濾處理凈化，擴散阻力大。,正常位置,提升位置,b.中氣泡型曝氣裝置 氣泡直徑為26mm。,穿孔管： 鋼管或塑料管，管徑2550mm； 在管下部兩側(cè)呈45開孔，孔眼直徑35mm，間距50100mm； 不易堵塞，構(gòu)造簡單，阻力?。?氧利用率(EA)低，一般為46%； 動力效率(EP)可達12 kgO2/kw.h； 多用于淺層曝氣法，動力效率可達 2 kgO2/kw.h,b.中氣泡型曝氣裝置,新型中氣泡型曝氣裝置： 氣泡直徑接近于小氣泡； 不易堵塞，布氣均勻，空氣不需過濾處理； 氧利用率高（1215%），動力效率也高（2.73

10、.7 kgO2/kw.h）； 構(gòu)造簡單，維護管理方便； 單個服務面積為0.5m2左右。,c.水力剪切型空氣擴散裝置,利用裝置本身的構(gòu)造特點，產(chǎn)生水力剪切作用，將大氣泡切割成小氣泡，增加氣液接觸面積，達到提高效率的目的。 倒盆形曝氣器 空氣由上部進入，由殼體和橡膠板之間的縫隙向四周噴出，由于水力剪切作用，氣泡變??； 停止曝氣時，借助橡膠板的回彈力，縫隙自動封閉，可以防止污泥倒灌。 EA=6 9%，Ep=1.5 2.5 kgO2/kw.h,固定螺旋曝氣器,由圓形外殼和固定在內(nèi)部的螺旋葉片組成，每個螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)角為180，相鄰葉片的旋轉(zhuǎn)方向相反； 空氣由底部進入，向上流動，產(chǎn)生提升作用，使混合液循

11、環(huán)流動； 空氣泡在上升過程中，被葉片反復切割，形成小氣泡； 阻力小，攪拌力強，EA（810%）； 分為固定單螺旋、雙螺旋、三螺旋等。,d.水力沖擊型曝氣器,射流曝氣：分為自吸式和供氣式 自吸式射流曝氣器由壓力管、噴嘴、吸氣管、混合室和出水管等組成； EA = 20%;,噪音小，無需鼓風機房； 一般適用于小規(guī)模污水廠。,4機械曝氣裝置 又稱表面曝氣裝置,曝氣的原理： 水躍曝氣機轉(zhuǎn)動時，表面的混合液不斷地從周邊被拋向四周，形成水躍，液面被強烈攪動而卷入空氣； 提升曝氣機具有提升作用，使混合液連續(xù)地上下循環(huán)流動，不斷更新氣液接觸界面，強化氣、液接觸； 負壓吸氣曝氣器的轉(zhuǎn)動，使其在一定部位形成負壓區(qū)，

12、而吸入空氣。,表面曝氣裝置的分類,豎軸式表面曝氣裝置 橫軸式表面曝氣裝置。,豎軸式機械曝氣裝置,泵型葉輪曝氣器 K型葉輪曝氣器 倒傘型葉輪曝氣器 平板型葉輪曝氣器,泵型葉輪曝氣器,呈雙曲線形； 浸沒深度為010mm； 線速度為45m/s。, K型葉輪曝氣器,由圓錐形殼體及連接在外表面的葉片所組成； 轉(zhuǎn)速在3060r/min； 動力效率為22.5 kgO2/kw.h,倒傘型葉輪曝氣器,臥軸式機械曝氣器,主要有曝氣轉(zhuǎn)刷和曝氣轉(zhuǎn)盤，也稱曝氣轉(zhuǎn)碟； 主要應用于氧化溝； 調(diào)節(jié)方便、維護簡易、動力效率較高。,第三節(jié) 活性污泥法的運行方式,1)傳統(tǒng)活性污泥法； 2)完全混合活性污泥法； 3)階段曝氣活性污泥

13、法； 4)吸附再生活性污泥法； 5)延時曝氣活性污泥法； 6)高負荷活性污泥法； 7)純氧曝氣活性污泥法； 8)淺層低壓曝氣活性污泥法； 9)深水曝氣活性污泥法； 10)深井曝氣活性污泥法。,QSi,VX,QwXSe,Q-QwXeSe,QrXrSe,Q+QrXSe,一、傳統(tǒng)活性污泥法：,1)工藝流程:,一、傳統(tǒng)活性污泥法：,平面圖,剖面圖,曝氣頭,曝氣設備,隔墻,空氣管溝,一、傳統(tǒng)活性污泥法：,供氧速率與需氧速率,微孔曝氣頭,一、傳統(tǒng)活性污泥法：,主要優(yōu)點： a. 處理效果好：BOD5的去除率可達9095%； b. 對廢水的處理程度比較靈活，可根據(jù)要求進行調(diào)節(jié)。 4)主要問題： a. 為了避免

14、池首端形成厭氧狀態(tài)，不宜采用過高的有機負荷，因而池容較大，占地面積較大； b. 在池末端可能出現(xiàn)供氧速率高于需氧速率的現(xiàn)象，會浪費了動力費用； c. 對沖擊負荷的適應性較弱。,傳統(tǒng)活性污泥法,二、完全混合活性污泥法,工藝流程,完全混合曝氣池,二、完全混合活性污泥法,主要特點： a. 可以方便地通過對F/M的調(diào)節(jié)，使反應器內(nèi)的有機物降解反應控制在最佳狀態(tài)； b. 進水一進入曝氣池，就立即被大量混合液所稀釋，所以對沖擊負荷有一定的抵抗能力； c. 適合于處理較高濃度的有機工業(yè)廢水,二、完全混合活性污泥法,主要結(jié)構(gòu)形式：,a.合建式（曝氣沉淀池） b.分建式,合建式曝氣池曝氣沉淀池,合建式曝氣池（曝

15、氣沉淀池）,二、完全混合活性污泥法,三、階段曝氣活性污泥法 分段進水法或多點進水法,工藝流程,多點進水活性污泥法的工藝流程,三、階段曝氣活性污泥法 分段進水法或多點進水法,主要特點： a.廢水沿池長分段注入曝氣池，有機物負荷分布較均衡，改善了供氧速率與需氧速率之間的矛盾，有利于降低能耗； b.廢水分段注入，提高了曝氣池對沖擊負荷的適應能力；,三、階段曝氣活性污泥法 分段進水法或多點進水法,四、吸附再生活性污泥法 又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法,主要特點： 將吸附、降解兩個過程分別控制在不同的反應器內(nèi)進行。,活性污泥凈化反應過程:,在活性污泥處理系統(tǒng)中，有機底物從廢水中被去除的實質(zhì)就是有機底物作為營

16、養(yǎng)物質(zhì)被活性污泥微生物攝取、代謝與利用的過程，這一過程的結(jié)果是污水得到了凈化，微生物獲得了能量而合成新的細胞，活性污泥得到了增長。 一般將這整個凈化反應過程分為三個階段： 1）初期吸附； 2）微生物代謝； 3）活性污泥的凝聚、沉淀與濃縮,活性污泥的初期吸附作用,曝氣過程,降解,初期吸附,BOD,四、吸附再生活性污泥法 又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法,工藝流程,四、吸附再生活性污泥法 又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法,1)主要優(yōu)點： a.廢水與活性污泥在吸附池的接觸時間較短，吸附池容積較小，再生池接納的僅是濃度較高的回流污泥，因此，再生池的容積也是小的。吸附池與再生池容積只和仍低于傳統(tǒng)法曝氣池的容積，建筑

17、費用較低； b.具有一定的承受沖擊負荷的能力，當吸附池的活性污泥遭到破壞時，可由再生池的污泥予以補充。 2)主要缺點： 對廢水的處理效果低于傳統(tǒng)法，此外，對溶解性有機物含量較高的廢水，處理效果更差。,四、吸附再生活性污泥法 又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法,設計參數(shù),容積負荷 (kgBOD5/m3.d),1.01.2,MLSS (mg/l),吸附池：10003000 再生池：400010000,回流比 (%),25100,五、延時曝氣活性污泥法 完全氧化活性污泥法,1)主要特點： a. 有機負荷率非常低，污泥持續(xù)處于內(nèi)源代謝狀態(tài)，剩余污泥少且穩(wěn)定，無需再進行處理； b. 處理出水出水水質(zhì)穩(wěn)定性較好，

18、對廢水沖擊負荷有較強的適應性； c. 在某些情況下，可不設初沉池。 2)主要缺點： 池容大、曝氣時間長，占地面積大； 建設費用和運行費用高； 適用條件： 出水水質(zhì)高，小規(guī)模，水量一般在1000m3/d以下。,五、延時曝氣活性污泥法 完全氧化活性污泥法,設計參數(shù),容積負荷 (kgBOD5/m3.d),0.10.4,MLSS (mg/l),30006000,回流比 (%),75100,六、高負荷活性污泥法 又稱短時曝氣法或不完全曝氣活性污泥法,1)主要特點： a. 有機負荷率高，曝氣時間短，對廢水的處理效果較低； b. 在系統(tǒng)和曝氣池的構(gòu)造等方面與傳統(tǒng)法相同。,六、高負荷活性污泥法 又稱短時曝氣法

19、或不完全曝氣活性污泥法,主要設計參數(shù)：,設計參數(shù),容積負荷 (kgBOD5/m3.d),1.22.4,MLSS (mg/l),200500,回流比 (%),515,七、純氧曝氣活性污泥法,工藝流程,氣體循環(huán)泵,氣體分散及攪拌裝置,七、純氧曝氣活性污泥法,1)主要特點： a. 純氧中氧的分壓比空氣約高5倍，純氧曝氣可大大提高氧的轉(zhuǎn)移效率； b. 氧的轉(zhuǎn)移率可提高到80-90%，而一般的鼓風曝氣僅為525%左右； c. 可使曝氣池內(nèi)活性污泥濃度高達40007000mg/l，能夠大大提高曝氣池的容積負荷； d. 剩余污泥產(chǎn)量少，SVI值也低，污泥膨脹較少發(fā)生。,七、純氧曝氣活性污泥法,設計參數(shù),容積

20、負荷 (kgBOD5/m3.d),2.03.2,MLSS (mg/l),600010000,回流比 (%),2550,八、淺層低壓曝氣法,理論基礎：只有在氣泡形成和破碎的瞬間，氧的轉(zhuǎn)移率最高，因此，沒有必要延長氣泡在水中的上升距離。 其曝氣裝置一般安裝在水下0.80.9米處，因此可以采用風壓在1米以下的低壓風機，動力效率較高，可達1.802.60kgO2/kw.h； 其氧轉(zhuǎn)移率較低，一般只有2.5%； 池中設有導流板，可使混合液呈循環(huán)流動狀態(tài)。,八、淺層低壓曝氣法,九、深水曝氣活性污泥法,1)主要特點： a. 曝氣池水深在78m以上， b. 由于水壓較大，氧的轉(zhuǎn)移率可以提高，相應也能加快有機物的降解速率； c. 占地面積較小。,九、深水曝氣活性污泥法,深水中層曝氣法的