川大水污染活性污泥法的理论基础.doc
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1、水污染控制工程第三篇:生物处理理论与应应用用四川大学建筑与环环境境学学院院第三篇 生物处理理论与应用用第四章第五章第六章第七章第八章活性污泥法生物膜法自然生物处理系统厌氧生物处理污泥处理、处置与利用原原理理及及应应用用工工艺艺及及应应用用第活性污泥法4章 4.0 概述 4.1 活性污泥的理论基础 4.2 活性污泥的性能指标及其有关参参数数 4.3 活性污泥反应动力学及其应用 4.4 活性污泥法的各种演变及应用用 4.5 曝气及曝气系统 4.6 活性污泥处理系统的过程控制制与与运运行行管管理理 4.7 活性污泥法的脱氮除磷原理及及应应用用 4.8 活性污泥法的发展与新工艺 4.0 概 述n 4.
2、0.1 我国的水环境污染与治理情况 n 4.0.2 我国污水的综合排放标准 n 4.0.3 污水处理方法的分类 n 4.0.4 活性污泥法在污水处理中的重要作用 n 4.0.5 典型的城市污水处理工艺流程 n 4.0.6 活性污泥法的发展方向 4.0 概 述4.0.1 我国的水环境污染与治理情况据2007年中国环境公报报道,我国2007 年,全国废水排放总量为556.7亿吨,比上年 增加3.7%;化学需氧量排放量为1381.8万吨, 比上年下降3.2%;氨氮排放量为132.3万吨, 比上年下降6.4。污水排放量大且处理率较低n 长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和和辽辽河河等等七七 大水系总
3、体水质与上年持平。197条河流4077个个断断面面中中, 水质的断面比例分别为类49.9% 、类类 26.5%、劣类23.6%。其中,珠江、长江总总体体水水质质良良 好,松花江为轻度污染,黄河、淮河为中度度污污染染,辽辽 河、海河为重度污染。 入海河流监测断面水质类别入海海区水质类别(个)名称I类II类III类IV类V类劣V类合计渤海0016112846黄海05644726东海03141461350南海0891121747合计01630352365169入海河流排入四大海区各项污染物总量海区高锰酸盐指数(万吨) 氨氮(万吨)石油类(万吨)总磷(万吨)渤海17.083.680.150.33黄海2
4、8.414.140.40.81东海295.0957.623.2720.74合计443.2184.156.0224.97n 全海域共发生赤潮82次。与上年相比,减减少少12%12%。 其中,有毒赤潮为25次。具体分布为渤海海77次次、黄黄 海5次、东海60次、南海10次;累计面积1161011610平平方方 公里,较上年减少41%,其中有毒赤潮面面积积19061906平平 方公里。全年赤潮灾害造成直接经济损失失600600万万元元。 n 全海域共发生100平方公里以上的赤潮300次次,累累计计 面积10253平方公里,分别占赤潮发生总次次数数和和累累 计总面积的37%和88%。其中,面积超过过1
5、0001000平平方方 公里的赤潮1次,比上年减少6次,发生面面积积为为上上 年的1/5。赤潮高发区仍集中在东海海域域,发发生生次次 数和累计面积分别占全海域的73%和84%。 全国近岸海域水质总体为轻度污染。与上年相比,水质略有下降。2000150010005000 缺水城市 (座数) 缺水量(万立方米/天)200016001200236300 45019801990 20001980、1990、2000年缺水城市数量和缺水量变化2007年数据:全国669个城市中,缺水城市有400多个,严重缺水城市 114个。严重缺水城市中北方城市占71个,南方城市有43个。即便在多 水的长江流域也有缺水城
6、市59个,缺水县城155个。在46个重点城市 中,45.6%水质较差,14个沿海开放城市中有9个严重缺水。 北京、天津、 青岛、大连等城市缺水最为严重n 根据建设部的数据,到2006年底,248个个城城市市没没 有建成污水处理厂,至少有30多个城市约约5050多多座座 污水处理厂运行负荷率不足30%,或者根根本本没没有有运运 行。“水污染70%是城镇造成的。”主管城城市市水水务务的的 建设部副部长仇保兴说,到“十一五”末,全全国国设设 市城市和县城所在的建制镇均应规划建设设城城市市污污 水集中处理设施。 n 2008年3月11日,十一届全国人大一次会议议举举行行记记 者招待会,环保总局张力军副
7、局长介绍,目目前前我我 国每日处理城市污水的规模达到了70000万万吨吨,处处 理率达到了60%左右。 4.0.2 我国污水的综合排放标准基本控制项目一级标准二级标准A标准B标准二级标准COD1005060100BOD1020305102030SS30总氮(以N计)152030氨氮(以N计)5825总磷(以P计)11.52533表1 污水综合排放标准(mg/l)n 当污水处理厂出水引入稀释能力较小小的的河河 湖作为城镇景观用水和一般回用水等等用用途途 时,执行一级的A标准 n 城镇污水处理厂出水排入地表三类功功能能水水 域、海水二类功能水域和湖、库等封封闭闭或或 半封闭水域时,执行一级B标准
8、n 城镇污水处理厂出水排入地表水四、五五类类 功能水域或海水三四类功能海域,执执行行二二 级标准 物理法沉淀筛滤过滤气浮离心分离萃取膜分离4.0.3化学法中和化学沉淀氧化还原消毒电解污水处理方法的分类污水处理方法生物法物物理理化化学学法法好氧法厌氧法自然生物处理凝聚、絮凝悬土活浮离子交换生生地稳性生物物处定污长膜膜理塘泥生法法系法法物吸附统法4.0.4 活性污泥法在污水处理中的重要作用 活性污泥法是目前去除有机污染物最有效的方法之 一;目前国内外95%以上的城市污水处理和50%左右的工 业废水处理都采用活性污泥法。 具有很强的净化功能,去除BOD、SS的效率高,均可 达到95%以上; 广泛的普
9、适性:适于各种有机废水,大中小型污水 处理厂,高中低负荷。 由于是依靠微生物的处理,运行费用较低。 可实现生物脱氮除磷。 4.0.5 典型的城市污水处理工艺流程一级处理(物理处理)二级处理(生物处理)初沉池 生物处理单元 (活性污泥法或生物膜法) 二沉池投投氯氯消消毒毒格栅 沉砂池原污水排排放放或或三三级级处处理理沼沼气气利利用用污水流程污污泥泥利利用用污泥流程消化气脱脱水水和和干干污泥浓缩池燥燥设设备备污泥消化池池污泥处理4.0.6 活性污泥法的发展方向(1)大型(超大型)化和微型化美国芝加哥城市污水处理厂的处理能力力为为454454万万 m3/d;超小型的SBR法。(2)高效节能:新工艺的
10、AB法,新型氧化沟,各种SBR法等。(3)多功能化:用于深度处理,脱氮除磷(A/O法,A/A/O法);膜生物反应器 (MBR)。(4)运行控制的自动化、智能化。4.1 活性污泥法的理论基础础 4.1.1 活性污泥法的概念与基本流程 4.1.2 活性污泥的形态与组成 4.1.3 活性污泥微生物及其作用 4.1.4 活性污泥微生物的增殖规律 4.1.5 活性污泥净化污水的过程程 4.1.6环境因素对活性污泥微微生生物物的的影影响响4.1.1 活性污泥法的概念与基本流流程程 1912年-1913年英国人发明了活性污泥法(Activated Sludge Process), 1914年由Ardern和
11、Lockett在英国曼彻 斯特建成试验厂,1916年美国正式建立了第一座活性污泥 法污水处理厂。在将近90年的历史中,随着在实际生产上 的广泛应用和技术上的不断革新改进,特别是近几十年 来,在对其生物反应和净化机理进行深入研究探讨的基础 上,活性污泥法在生物学、反应动力学的理论方面以及在 工艺方面都得到了长足的发展,出现了多种能够适应各种 条件的工艺流程。目前,活性污泥法是生活污水、城市污水以及有机性工 业废水处理中最常用的工艺。空气进水出水二沉池曝气池回流污泥剩余污泥Qw活性污泥的概念向生活污水注入空气进行曝气,持续一 段时间以后,污水中即生成一种褐色絮凝体。 这种絮凝体主要是由大量繁殖的微
12、生物群体 所构成,它易于沉淀分离,并使污水得到澄 清,这种絮凝体就是“活性污泥”。( Activated Sludge )活性污泥处理系统以曝气池为核心处理设备, 此外还有二次 沉淀池、污泥回流系统、剩余污泥 排放系统以及曝气系统所组成。预处理后的污水 活性污泥反应器曝气池 二次沉沉淀淀池池 处处理理水水回流污泥剩剩余余污污泥泥排排放放为保持曝气池内恒定的污泥浓度,还要将另一部分沉 淀污泥排出污水处理系统,该部分污泥称为剩余余污污泥泥。剩 余污泥应妥善处理,否则将造成二次污染。活性污泥处理系统有效运行的基本条条件件是是: 污水中含有足够的可溶性易降解有机物,作作为为微微 生物生理活动所必需的营
13、养物质; 混合液中含有足够的溶解氧; 活性污泥在曝气池中呈悬浮状态,能够与与污污水水充充 分接触; 活性污泥连续回流,同时,还要及时地排排出出剩剩余余污污 泥,使混合液保持一定浓度的活性污泥; 对微生物有毒有害作用的物质不超过其毒毒阈阈浓浓度度。 4.1.2 活性污泥的形态与组成 活性污泥是活性污泥处理系统中的主体 作用物质。它是栖息着具有强大生命命活活力力的的 微生物群体。在微生物群体新陈代谢功能的 作用下,活性污泥具有将有机污染物转化为 稳定的无机物质的活力,故此称之为“活性 污泥”。正常的活性污泥在外观上呈絮绒颗粒状,又称之为 “生物絮凝体”略带土壤的气 味,其颜色根据污 水水质不同而不
14、同.含水率很高,一 般都在99%以上,其比 重则因含水率不同而 异,介于1.002-1.006之间.具有较大的表 面积,每mL活性污泥的表面积大体上介于20 0 .020.2mm 100cm2之间活性污泥中的固体物质仅占1%以下,这1%的固体物质是由 有机与无机两部分所组成,其组成比例则因原污水性质不同而 异,如城市污水的活性污泥,其中有机成分占75%-85%,无机成 分则占15%-25%。活性污泥是由下列四部分物质所组成:具有代谢功能活性的微生物 群体(Ma)微生物(主要是细 菌)内源代谢、自身氧化的残留物(Me);由原污水挟入的有机物质(含降 解的惰性有机物) (Mi);由由污污水水挟挟入
15、入的的无无机机物物质质(MiiMii)所谓“难降解有机物质”就是指某些惰性的难为细 菌摄取、利用的有机物质 ,微生物菌体经过自身氧 化的残留物,如细胞膜、细胞壁等,也属于难降解有 机物质范畴内 。4.1.3 活性污泥微生物及其作用活性污泥中的微生物群体主要由各种细菌 和原生动物组成,此外,在活性污泥上还存活 着真菌和以轮虫为主的后生动物。原生动物摄 取细菌,后生动物则摄食细菌和原生动物。活 性污泥中的有机物、细菌、原生动物与后生动 物组成了一个小型的相对稳定的生态系统和食 物链。细菌处理水污水中的有 溶解性机物原生动物N、P悬浮状剩余污泥后生动物食物的移动代谢产物的移动活性污泥微生物群体的食物
16、链 活性污泥中的细菌 活性污泥微生物中的细菌以异养养型型的的原原 核细菌为主。在活性污泥上形成优势的常见细菌主要有:产碱杆菌 属(Alcaligenes)、芽孢杆菌属(Bacillus)、黄杆菌属 (Flavobacterium)、动胶杆菌属(Zoogloea)、假单胞菌 属(Pseudomonas)和大肠埃希氏杆菌(Escherichia Coli)等。此外,还可能出现的细菌有:无色杆菌属(Achromobacter)、微球菌属(Microbaccus)、诺卡氏 菌属(Nocardia)和八叠球菌属(Sarcina)等原污水中有机物的性质决定哪些种属的细菌 在活性污泥中占优势 。在成熟的正常
17、活性污泥中的细菌数数量量大大致致 介于107108个/mL活性污泥之间 。各种属属的的细细菌菌在适宜的环境条件下,都具有较高的增殖殖速速率率, 世代时间仅为2030min。菌胶团细菌如动胶杆菌属(Zooglea)、假单胞菌属(Pseudomonas)、黄杆菌属(Flavobacterium)等能够形成菌胶团的细菌被称为菌胶团细菌。菌胶 团细菌是构成活性污泥絮凝体的主体成分,有很强 的吸附、氧化分解有机物的能力。细菌形成菌胶团 后可防止被微型动物吞噬,并在一定程度上可免受 毒物的影响。菌胶团具有很好的沉降性能,使混合 液在二沉池中迅速完成泥水分离。丝状菌通常,丝状菌在活性污泥中可交叉穿织在 菌胶
18、团之间,是形成活性污泥絮凝体的骨架, 使污泥具有良好的沉淀性能。丝状菌还可保持 高的净化效率、低的处理出水浓度和出水悬浮 物浓度。但若大量异常的增殖则会引发污泥膨 胀现象。 活性污泥中的原生动物与后生动动物物 在活性污泥中存活的原生动物主要有肉足虫、鞭毛虫 和纤毛虫等三类。原生动物的主要摄食对象是细菌,因 此,出现在活性污泥中的原生动物,在种属上和数量上是 随处理水的水质和细菌的存活状态变化而改变的。原生动 物还不断地摄食水中的游离细菌,起到了进一步净化水质 的作用。活性污泥系统中较常见的后生动物有轮虫、线虫和瓢体虫等。 原生动物和后生的出现,其数量和种类在一定程度上还能预示和指示出水水质,因
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