《水污染控制工程》

《水污染控制工程》 主讲老师: 胡忠明

第一章绪论 第二章污水的物理处理第三章污水的好氧生物处理 (一) 第五章污水的好氧生物处理 (二) 第六章污水的厌氧生物处理第七章污水的化学处理第八章污水的吸附法、离子交换法、萃取法和膜析法处理第九章城市污水的深度处理第十章污水处理厂的设计

第五章污水的好氧生物处理

第一节基本概念 第二节气体传递原理和曝气池第三节活性污泥法的发展和演变第四节活性污泥法的设计计算第五节活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题第六节二次沉淀池

第一节基本概念 一、工作机理 CO2+H2O+N2+P 基质+O2 自身氧化率（内源呼吸）新细胞 sludge 自身耗氧率（呼吸作用）二、基本流程

三、sludge的特征（指标） • 定义：曝气池内的SS。 • 单位：g/L，mg/L。 • 内容：sludge自身氧化残留物，未降解无机物，未降解有机物。 • 实质：相对的sludge量，曝气池中一般控制２～３g/L。１、混合液SS(MLSS)

２、MLVSS • 内容：除上述无机物以外的３个内容 • 实质：更能反应sludge活性。但其不易测定，固定的污水MLVSS/MLSS是固定的，所以可以测MLSS代替MLVSS。３、污泥沉降比SV(污泥体积）定义：意义：曝气池正常运行时的污泥数量，用它可以控制剩余污泥的排放，衡量污泥的质量，SV大，不好，一般１５～３０％（城市污水）

４、污泥体积指数ＳＶＩ或ＳＩ 定义：３０分钟沉淀后，１克干污泥所占的体积（ml计）实质：反映疏密程度 SI低：紧密，无机物多，sludge活性↓ SI高：膨胀不易沉淀一般控制在50~150ml/L之间（城市废水）工业废水SVI正常值可能偏高

第二节气体传递原理和曝气池 一、原理：气体由气相向液相的传递原理，这里是指O2由气相传向废水相液相对气相的溶解度是关键双膜理论寻出方式：（氧的传递速率）注意：m是气体的溶入量（溶质）

对上式积分： 污水与清水由差距，修正： α：原生生活污水，0.4~0.5 生活污水处理厂出水，0.9~1.0

影响因素 • 溶解在水中疏水性有机污：增加O2进入水中的阻力，影响KLa • 溶解的无机物：影响ρS0（越浓， ρS0越小） • 溶解的有机物：影响KLa （越浓， KLa越小） • 温度也影响KLa和ρS0值，从图14-3可以看出KLa上升，而ρS0下降时对传递速率影响不大。二、曝气设备：（无氧和混合作用）鼓风曝气：水下机械曝气：表面

1、鼓风曝气

2、机械曝气 （1）竖式曝气机：淹没深度，水跃一般深10~100mm 转速20~100r/min（可变速）（2）卧式曝气机：用于氧化沟

3、曝气设备的性能指标 氧转移率指溶入水中的氧气，mg O2/l·h • 标准状态：清水，水温20℃，大气压101 .325KPa DO=0 • 现场：污水水温15 ℃，海拔150m，α=0.85 β=0.9 动力效率转入氧气量，但未必会溶入，kg O2/kw·h 氧利用率转移到混合液中的氧气；动力效率与氧转移率的比例

三、曝气池型 平面：L∶B=5~10∶1 平移底部曝气推流式旋流侧面曝气横断：B ∶h2=1~2 ∶1，h2：3—9m

分建式 完全混合式合建式易堵，需回流污泥（现实中应用少）实验室，逐渐淘汰（圈型或短型）

二池结合型 一池多个表曝气，单池看是完全混合，整池看是推流

四、曝气设备的性能测试（曝气池建好后，或投入运行后）四、曝气设备的性能测试（曝气池建好后，或投入运行后）目的是验证设备是否符合设计要求。举例：清水中的测试原理清水消氧复氧根据复氧过程中的测定。求出KLa和氧传递速率

步骤开启设备（混合均匀之目的）加Na2SO3消氧（过量50%）约100mg/l 加CoCl2催化约0.5mg/l,b，不可以过量，防干扰DO测量监测ρ0（每隔一定时间），得ρ0随t变化数据。监测取样应多点取样测定后平均上述步骤重复3次以上，第三次后不需加Na2SO3

结果分析 目的：（1）求氧转移率EA（氧的传递速率）（2）求动力效率Ep（kg O2/kw·h） EA 积分：以t~ 作曲线，K La即斜率

直至池水达到ρS0时，测试结束，此时应注意：直至池水达到ρS0时，测试结束，此时应注意：表面曝气：以接近于表层水ρ0达ρS0为准鼓风曝气：以表层到半池深之间ρ0达ρS0为准 mg O2/l·h

EP kg O2/kw·h 如：叶轮功率=电压 V×电流A×电机效率×齿轮箱效率 ×功率因素×换算单位矫正：如测定不在20℃进行：如测定不在1个大气压下：

第三节活性污泥法的发展和演变 传统法称普通活性污泥法

1、渐减曝气：（调整进气） 合理布置扩散器，沿程变化，但总气量不变（分散不均匀曝气）

2、分布曝气：（调整进水） 曝气均匀，多点进水

3、完全混合法： 是1和2的综合：在分布曝气的基础上，进一步增加进水点，同时增加污泥回流，使全池需氧于供氧达到平衡 • 微生物种类数量，生活环境完全一样 • 入流出现冲击负荷，可化解在全部混合液上，特别适合工业废水的处理。 • 池中各处需氧量相同，使曝气变得简易特征

4、浅层曝气 1953年Pasveer发现，池的浅层大量曝气，利用气泡破裂时氧传递速率最大可获较好的充氧效果而形成此法。可省功力。

参数 • h2：3~4m浅为好 • H∶B=1.0~1.3 ∶1 • 供气量：30~40 m3/m3（水）·h • Ep：1.8~2.6 kg O2/kw · h • 扩散器：水 F0.6~0.8m 适用中、小型厂布气系统维修难，未推广（现我国很少见）

5、深层曝气 为节约用池而生池深10-20m，甚至150-300m 50-150m，直径1.0-6.0m

特征 • KLa值增大，ρS0增大 • 节约用地 • 动力消耗大，经济效果布好 • 对池下水有威胁，值得关注 6、克劳斯（Kraus）法碳水化合物高泥膨胀加消化池（厌氧池）上清液增加了N(NH3) 解决问题 C ∶N合适，利用C代谢（对污泥膨胀池的改进方法）

7、延时曝气 40年代末—50年代初特点 • 曝气时间厂，但同时给予高负荷 • MLSS较高，3—6g/l • 剩余污泥少（强曝气使部分sludge处于内源呼吸状态） • 适用于水量少，浓度高的情况（高层建筑生活污水、旅社） • 可以间歇运行，从而省去沉淀池，即：曝气运行沉淀放空 2h 20h 2h

8、接触稳定法（吸附再生法） 运行时缩短曝气时间到15—45min，获BOD5低之出水（本质是吸附非降解）但回流污泥失活（不能再吸附）解决方法：回流污泥预先曝气，使之在有氧气的情况下进行降解，从而再生出活性

曝气池体积变小（只需完成吸附，不需降解）无沉淀池也可（SS多时吸附更好）曝气池体积变小（只需完成吸附，不需降解）无沉淀池也可（SS多时吸附更好） • 不增加池体积的情况下，增加了负荷量，即处理能力 • 吸附池与再生池可合建特点

9、氧化沟 延时曝气的特殊形式，50年代至今，我国也有一些应用池体浅而狭长，（多折）靠表面曝气充O2混合合推流 E≥95%，N、P去除效果也不错

10、纯氧曝气 优点：处理速度快、效果好、污泥沉淀性能好，曝气时间短 1.5~3h,MLSS 4~8g/l 缺点：昂贵、复杂要求高、易爆炸

11、活性生物滤池（ABF工艺） 曝气池前加一塔，可与曝气池串联（为主）或并联（少）塔是充氧器

12、吸附—生物降解工艺（AB法） 70年代始于德国，我国也有部分利用（金陵石化） A级曝气短，完成吸附，30~60min，高负荷，2.0kg BOD5/kg MLSS·d B级曝气长，完成降解，2~4h 低负荷，0.1~0.3kg BOD5/kg MLSS·d A、B的池中各有自己的污泥回流系统无初沉池特点：耐冲击负荷、PH变化；可分段建设，A级出水优于一级

13、序批式活性污泥法（SBR法） 靠自动控制完成优点：简单（无二沉池，无回流污泥，表面曝气）；耐冲击负荷（完全混合流态）、无须调节池；出水水质高，获得较高水平（与连续进水比可时间长点）；可脱N、P

第四节活性污泥的设计计算 一、曝气池选择池型（负荷，曝气设备，场地大小，经验能力等）内容体积尺寸所需供氧量剩余污泥量的排出量方法经验法应用较多有机负荷法容积负荷法理论方法正在探索

有机负荷法 活性污泥负荷法曝气区体积负荷法容积负荷以上两式可用于计算体积，参数可参考表14-5，有些参数需经试验确定，特别试工业废水，经验很重要。

劳伦斯和麦卡蒂法 理论计算相关公式（1）曝气池中污染物去除与微生物浓度的关系

（2）微生物增长与污染物去除的关系 如不考虑内源呼吸

qVw，ρX qV，ρS0，ρX0 （qV-qVW）沉淀池反应器 ρs ,ρxe Ρx，V，ρS qVr，ρXr，ρs 完全混合曝气池的计算模式（1）泥龄

根据物料平衡原理 （2）池体积稳定平衡时 =0而很小简化后

两边除以，并以 代入整理后得：（3）剩余污泥量注意：Px为纯VSS，实际排除量会比此值大

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