1、第4章 生物處理法1.活性污泥法Activated Sludge Processes1第4章 生物處理法11. 活性污泥法 主要內容：1.1 廢水的生物處理方法簡介 L1.2 活性污泥法的基本原理 L1.3 活性污泥法的分類1.4 活性污泥的評價指標 L1.5 影響活性污泥法處理效果的因素 L1.6 活性污泥增長規律L1.7 活性污泥法的結論 L1.8 曝氣的方法與設備 L1.9 活性污泥法的運行管理L1.10 活性污泥法的運行方式L21. 活性污泥法 主要內容：1.1 廢水的生物處理方法簡介11廢水的生物處理方法簡介1）定義：廢水的生物處理方法是利用生物的新陳代謝作用，對廢水中的污染物質進行

2、轉化和穩定、使之無害化的處理方法。2）方法特點：對污染物進行轉化和穩定的主體是微生物。由于微生物具有來源廣、易培養、繁殖快、對環境適應性強、易變異等特性，因此在使用上能較容易地采集菌種進行培養增殖，并在特定條件下進行馴化使之適應有毒工業廢水的水質條件。微生物的生存條件溫和，新陳代謝過程中不需高溫高壓，它是不需投加催化劑的催化反應，用生化法促使污染物的轉化過程與一般化學法相比優越得多。 311廢水的生物處理方法簡介1）定義：廢水的生物處理方法是利3）微生物的生長（1）微生物的新陳代謝(i) 分解代謝：好氧分解代謝：好氧菌在好氧條件下，將有機物分解為二氧化碳和水，并釋放出能量的過程；厭氧分解代謝：

3、厭氧菌在厭氧條件下，將復雜的有機物分解為簡單的有機物和無機物，再被甲烷菌進一步轉化為甲烷和二氧化碳等，并釋放出能量的過程；(ii) 合成代謝： 將低能化合物合成為生物體的過程。43）微生物的生長4（2）微生物的生長繁殖規律(i) 生長規律及生長曲線微生物生長分為以下四個時期：a)停滯期，細菌需要適應環境，經過一段時間后才能在新的培養基中生長繁殖，故細菌數有所減少；b)對數期，微生物適應了環境，利用環境中營養迅速增長，增長速率達到最大；c)靜止期，微生物總數達到最大，并恒定一段時間，代謝產物抑制微生物生長；d)衰亡期，微生物因缺乏營養而死亡，總數減少。5（2）微生物的生長繁殖規律5(ii) 細菌

4、生長曲線在污水處理中的應用：a)反應微生物量（M)與營養物(F)量間的關系b)為使處理效果達到最好，一般不利用對數增長期的微生物而利用靜止期的微生物6(ii) 細菌生長曲線在污水處理中的應用：64）微生物的營養及影響因素：（1）微生物生長的營養(i)主要為C、N、P稱為碳源、氮源、磷源。(ii)營養對微生物的作用：a)提供合成細胞質時需要的物質；b)作為細胞增長和生物合成反應時的能源；c)充當產能反應所釋放的電子的受體。74）微生物的營養及影響因素：7（2）環境對微生物生長的影響因素(i)溫度：按細胞對溫度需求分為嗜冷菌（510），中溫菌（2540 ），嗜熱菌（5060 ）；(ii)溶解氧：根

5、據好氧性不同分為好氧微生物和厭氧微生物；(iii)PH：需氧微生物處理要求6.58.5，厭氧微生物處理要求6.77.4；(iv)營養物要求：好氧生物處理對營養物的要求為C：N：P=100：5：1；(v)有毒物質：抑制微生物的新陳代謝(vi)進水有機物濃度：好氧處理中進水BOD5宜在5001000之間（過高則溶解氧不足），且不低于100（過低則營養物不足）；8（2）環境對微生物生長的影響因素85）污水的可生化性評價（1）污水的可生化性（2）主要評價方法(i)相對耗氧速率法(ii)生化呼吸線法(iii)有關水質指標法(iv)微生物脫氫酶含量或ATP含量法95）污水的可生化性評價96）應用：處理廢水

6、的費用低廉，運行管理較方便，所以生化處理是廢水處理系統中最重要的過程之一，目前，這種方法已廣泛用作生活污水及工業有機廢水的二級處理。7）處理方法簡介好氧法和厭氧法處理區別：起作用的微生物群不同；產物不同；反應速率不同；對環境條件要求不同；對進水BOD要求不同。106）應用：處理廢水的費用低廉，運行管理較方便，所以生化處理是 生物處理法好氧生物法厭氧生物法自然條件下人工條件下自然條件下人工條件下水體自凈天然水體和氧化塘土壤凈化污水灌溉懸浮生物法活性污泥法及其變種、氧化塘、氧化溝固著生物法生物濾池、生物轉盤、接觸氧化、好氧生物流化床高溫堆肥厭氧塘懸浮生物法厭氧消化、上流式厭氧污泥床、高溫堆肥、化糞

7、池固著生物法厭氧濾池、厭氧流化床返回目錄11 生物處理法好氧生物法厭氧生物法自然條件下人工條件下自然條件12活性污泥法的基本原理1）基本流程 定義：向生活污水注入空氣進行曝氣，并持續一段時間以后，污水中即生成一種絮凝體。這種絮凝體主要是由大量繁殖的微生物群體所構成，它有巨大的表面積和很強的吸附性能，稱為活性污泥。出水剩余污泥進水回流污泥空氣曝氣池二沉池1212活性污泥法的基本原理1）基本流程出水剩余污泥進水回流污活性污泥法處理食品廢水13活性污泥法處理食品廢水13活性污泥法處理食品廢水14活性污泥法處理食品廢水14活性污泥法處理食品廢水（活性污泥）15活性污泥法處理食品廢水（活性污泥）15活性

8、污泥法處理印染廢水16活性污泥法處理印染廢水162）活性污泥的組成活性污泥組成：（1）活性的微生物（2）微生物自身氧化的殘留物（3）吸附在活性污泥上不能被生物降解的有機物和無機物組成。其中微生物是活性污泥的主要組成部分。活性污泥中的微生物又是由細菌、真菌、原生動物、后生動物等多種微生物群體相結合所組成的一個生態系統。172）活性污泥的組成活性污泥組成：17活性污泥通常為黃褐色絮狀顆粒，其直徑一般為0.022mm，含水率一般為99.299.8，密度因含水率不同而異。細菌是活性污泥組成和凈化功能的中心，是微生物的最主要部分。18活性污泥通常為黃褐色絮狀顆粒，其直徑一般為0.022mm，污水中有機物

9、的性質決定那些種屬的細菌占優勢例如：含蛋白質的污水有利于產堿桿菌屬和芽孢桿菌屬，而糖類污水或烴類污水則有利于假單孢菌屬。在一定的能量水平(即細菌的活動能力)下，細菌構成了活性污泥的絮凝體的大部分，并形成菌膠團，具有良好的自身凝聚和沉降性能。在活性污泥中，除細菌外還出現原生動物，是細菌的首次捕食者，繼之出現后生動物，是細菌的第二次捕食者。19污水中有機物的性質決定那些種屬的細菌占優勢19活性污泥絮體20活性污泥絮體203）凈化過程與機理（1）初期去除與吸附作用在很多活性污泥系統里，當污水與活性污泥接觸后很短的時間（1045 min)內就出現了很高的有機物(BOD)去除率。這種初期高速去除現象是吸

10、附作用所引起的。由于污泥表面積很大(可達200010000m2/m3混合液)，且表面具有多糖類粘質層，因此，污水中懸浮的和膠體的物質是被絮凝和吸附去除的。213）凈化過程與機理（1）初期去除與吸附作用21（2）微生物的代謝作用活性污泥中的微生物以污水中各種有機物作為營養，在有氧的條件下，將其中一部分有機物合成新的細胞物質(原生質)，對另一部分有機物則進行分解代謝，即氧化分解以獲得合成新細胞所需要的能量，并最終形成CO2和H2O等穩定物質。22（2）微生物的代謝作用22（3）絮凝體的形成與凝聚沉降（i）如果形成菌體的有機物不從污水中分離出去，這樣的凈化不能算結束。（ii）為了使菌體從水中分離出來

11、，現多采用重力沉降法。如果每個菌體都處于松散狀態，由于其大小與膠體顆粒大體相同，它們將保持穩定懸浮狀態，沉降分離是不可能的。為此，必須使菌體凝聚成為易于沉降的絮凝體。（iii）絮凝體的形成是通過絲狀細菌來實現的。返回目錄23（3）絮凝體的形成與凝聚沉降（i）如果形成菌體的有機物不從污13活性污泥法的分類 1）分類：（1）按廢水和回流污泥的進入方式及其在曝氣池中的混合方式，活性污泥法可分為推流式和完全混合式兩大類。（i）推流式活性污泥曝氣池有若干個狹長的流槽，廢水從一端進入，在曝氣的作用下，以螺旋方式推進，流經整個曝氣池，至池的另一端流出，隨著水流的過程，污染物被降解。此類曝氣池又可分為平行水流

12、(并聯)式和轉折水流(串聯)式兩種。2413活性污泥法的分類 1）分類：24曝氣池推流式曝氣池示意圖（平行水流式） 出水剩余污泥進水回流污泥空氣二次沉淀池曝氣池25曝氣池推流式曝氣池示意圖（平行水流式） 出水剩余污泥進水回推流式曝氣池示意圖 （轉折水流式） 剩余污泥進水回流污泥空氣二次沉淀池出水曝氣池26推流式曝氣池示意圖 （轉折水流式） 剩余污泥進水回流污泥27272828推流式活性污泥法的特點：（a）廢水中污染物濃度自池首至池尾是逐漸下降的，由于在曝氣池內存在這種濃度梯度，廢水降解反應的推動力較大，效率較高；（b）推流式曝氣池可采用多種運行方式；（c）曝氣池可以做的比較大，不易產生短路，適

13、合于處理量比較大的情況；（d）氧的利用率不均勻，入流端利用率高，出流端利用率低，會出現池尾供氣過量的現象，增加動力費用。29推流式活性污泥法的特點：（a）廢水中污染物濃度自池首至池尾是（ii）完全混合式活性污泥法：完全混合式曝氣池，是廢水進入曝氣池后在攪拌的作用下迅速與池中原有的混合液充分混合，因此混合液的組成、微生物群的量和質是完全均勻一致的。這意味著曝氣池中所有部位的生物反應都是同樣的，氧吸收率都是相同的。曝氣池進水回流污泥剩余污泥出水二沉池30（ii）完全混合式活性污泥法：完全混合式曝氣池，是廢水進入曝完全混合式活性污泥法的特點：（a）抗沖擊負荷的能力強，池內混合液能對廢水起稀釋作用。（

14、b）由于全池需氧要求相同，能節省動力；（c）有時曝氣池和沉淀池可合建，不需要單獨設置污泥回流系統，便于運行管理；（d）連續進水、出水可能造成短路，易引起污泥膨脹。（e）池子體積不能太大，因此一般用于處理量比較小的情況，比較適宜處理高濃度的有機廢水。31完全混合式活性污泥法的特點：（a）抗沖擊負荷的能力強，池內混（2）按供氧方式，活性污泥可分為鼓風曝氣式和機械曝氣式兩大類。（i）鼓風曝氣式是采用空氣(或純氧)作氧源，以氣泡形式鼓入廢水中。它適合于長方形曝氣池，布氣設備裝在曝氣池的一側或池底。氣泡在形成、上升和破壞時向水中傳氧并攪動水流。適用于大型曝氣池（ii）機械曝氣式是用專門的曝氣機械，劇烈地

15、攪動水面，使空氣中的氧溶解于水中。通常，曝氣機兼有攪拌和充氧作用，使系統接近完全混合型。適用于小型曝氣池（iii）聯合曝氣32（2）按供氧方式，活性污泥可分為鼓風曝氣式和機械曝氣式兩大類3333鼓風曝氣返回目錄34鼓風曝氣返回目錄3414活性污泥的評價指標（1）混合液懸浮固體(mixed liquor suspension solid, MLSS)混合液是曝氣池中污水和活性污泥混合后的混合懸浮液。混合液固體懸浮物數量是指單位體積混合液中干固體的含量，單位為mg/L或g/L，工程上還常用kg/m3，也稱混合液污泥濃度（一般用X表示）。它是計量曝氣池中活性污泥數量多少的指標。一般活性污泥法中，ML

16、SS濃度一般為24g/L。3514活性污泥的評價指標（1）混合液懸浮固體(mixed l（2）混合液揮發性懸浮固體 (mixed liquor volatile suspension solid, MLVSS)指混合液懸浮固體中的有機物的重量，單位為mg/L、g/L或kg/m3。把混合液懸浮固體在600焙燒，能揮發的部分即是揮發性懸浮固體，剩下的部分稱為非揮發性懸浮固體（MLNVSS）。一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中生物的含量。在一般情況下，MLVSS/MLSS的比值較固定，對于生活污水，常在0.75左右。對于工業廢水，其比值視水質不同而異。36（2）混合液揮發性懸浮固體 (mi

17、xed liquor vo（3）污泥沉降比(settling volume, sludge sedimentation ratio, SV)污泥沉降比是指曝氣池混合液在l00mL量筒中，靜置沉降30min后，沉降污泥所占的體積與混合液總體積之比的百分數。所以也常稱為30 min沉降比。正常的活性污泥在沉降30min后，可以接近它的最大密度，故污泥沉降比可以反映曝氣池正常運行時的污泥量。可用于控制剩余污泥的排放。它還能及時反映出污泥膨脹等異常情況，便于及早查明原因，采取措施。污泥沉降比測定比較簡單，并能說明一定問題，因此它成為評定活性污泥的重要指標之一。37（3）污泥沉降比(settling v

18、olume, slud（4）污泥體積指數 (sludge volume index, SVI)污泥體積指數簡稱污泥指數（SI），系指曝氣池污泥混合液經30min沉降后，1g干污泥所占的體積（以mL計）。單位為mL/g，但經常省略。計算式如下： 38（4）污泥體積指數 (sludge volume index它與污泥沉降比有如下關系：SVI=(SV10)/X式中：X的單位為g/L，SVI以百分數代入。39它與污泥沉降比有如下關系：39SVI值能較好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、沉降性能。SVl值過低，說明污泥顆粒細小緊密，無機物多，缺乏活性和吸附力；SVI值過高，說明污泥難于沉降分離

19、，并使回流污泥的濃度降低，甚至出現污泥膨脹，導致污泥流失等后果。一般認為，處理生活污水時SVI200時，沉降性能不好。一般控制SVI為50150之間較好。40SVI值能較好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、沉降（5）活性污泥的生物相活性污泥中出現的是普通的微生物。 主要是細菌、放線菌、真菌、原生動物和少數其他微型動物。在正常情況下，細菌主要以菌膠團形式存在，游離細菌僅出現在未成熟的活性污泥中，也可能出現在廢水處理條件變化 (如毒物濃度升高、pH值過高或過低等)，使菌膠團解體時。游離細菌多是活性污泥處于不正常狀態的特征。返回目錄41（5）活性污泥的生物相活性污泥中出現的是普通的微生物。返

20、回目15影響活性污泥法處理效果的因素1）污泥負荷（1）定義： 在活性污泥法中，一般將有機物（BOD5）與活性污泥(MLSS)的重量比值( F:M)，稱為污泥負荷，一般用N表示。（2）分類：污泥負荷又分為重量負荷和容積負荷。（i）重量負荷( NS）即單位重量活性污泥在單位時間內所承受的BOD5量，單位為kgBOD5 /(kgMLSSd)。（ii）容積負荷（NV）是曝氣池單位有效容積在單位時間內所承受的BOD5量，單位為kgBOD5/(m3d)。4215影響活性污泥法處理效果的因素1）污泥負荷42污泥負荷的計算公式：式中：Q廢水的處理量，m3/d；V曝氣池的有效容積，m3；S0進水BOD5濃度，k

21、g/m3；X活性污泥濃度，kgMLSS/m3 。43污泥負荷的計算公式：式中：Q廢水的處理量，m3/d；43為了表示有機物的去除情況，也采用去除負荷Nr，即單位重量活性污泥在單位時間所去除的有機物重量。Nr去除負荷；Se出水BOD濃度。44為了表示有機物的去除情況，也采用去除負荷Nr，即單位重量活性(3) 污泥負荷的影響：（i）污泥負荷與廢水處理效率、活性污泥特性、污泥生成量、氧的消耗量有很大關系，是設計活性污泥法時的主要參數。溫度對污泥負荷的選擇也有一定影響。（ii）污泥負荷影響活性污泥特性。采用不同的污泥負荷，微生物的營養狀態不同，活性污泥絮凝和沉降性也就不同。（iii）實踐表明，在一定的

22、活性污泥法系統中，污泥的SVI值與污泥負荷之間有復雜的變化關系。45(3) 污泥負荷的影響：（i）污泥負荷與廢水處理效率、活性污BOD負荷及水溫對污泥SVI的影響低SVI負荷區2高SVI負荷區2高SVI負荷區1低SVI負荷區1低SVI負荷區346BOD負荷及水溫對污泥SVI的影響低SVI負荷區2高SVI負(iv)SVI與污泥負荷曲線是具有多峰的波形曲線，有三個低SVI的負荷區和兩個高SVI的負荷區。如果在運行時負荷波動進入高SVI負荷區，污泥沉降性差，將會出現污泥膨脹。(v)一般在高負荷時應選擇在1.5-2.0kgBOD /kgMLSSd范圍內，中負荷時為0.2-0.4kgBOD/kgMLSS

23、d，低負荷時為0.030.05kgBOD/kgMLSSd47(iv)SVI與污泥負荷曲線是具有多峰的波形曲線，有三個低S2）污泥齡(ts或c)和水力停留時間（）污泥齡（sludge age)是曝氣池中工作著的活性污泥總量與每日排放的污泥量之比，單位是d。在運行穩定時，曝氣池中活性污泥的量保持常數，每日排出的污泥量也就是新增長的污泥量。污泥齡也就是新增長的污泥在曝氣池中平均停留時間，或污泥增長一倍平均所需要的時間。482）污泥齡(ts或c)和水力停留時間（）污泥齡（slud污泥齡也稱固體平均停留時間或細胞平均停留時間 。污泥齡是影響活性污泥處理效果的重要參數。水力停留時間(hydraulic r

24、etention time, HRT)是指水在處理系統中的停留時間，單位也是d。V/Q，V是曝氣池的體積；Q是廢水的流量。49污泥齡也稱固體平均停留時間或細胞平均停留時間 。493）溶解氧(dissolved oxygen, DO) 對推流式活性污泥法，氧的最大需要量出現在污水與污泥開始混合的曝氣池首端，常供氧不足。供氧不足會出現厭氧狀態，妨礙正常的代謝過程，滋長絲狀菌。供氧量一般用混合液溶解氧的濃度表示。活性污泥絮凝體的大小不同，所需要的最小溶解氧濃度也就不一樣。絮凝體越小，與污水的接觸面積越大，也越利于對氧的攝取，所需要的溶解氧濃度就小。反之絮凝體大，則所需的溶解氧濃度就大；為了使沉降分離

25、性能良好，較大的絮凝體是所期望的，因此溶解氧濃度以2mg/L左右為宜。503）溶解氧(dissolved oxygen, DO) 對推4）營養物(nutrients)在活性污泥系統里，微生物的代謝需要一定比例的營養物，除以BOD表示的碳源外，還需要氮、磷和其他微量元素。生活污水含有微生物所需要的各種元素，但某些工業廢水卻缺乏氮、磷等重要元素。一般認為對氮、磷的需要應滿足以下比例，即BOD:N:P=100:5:1。514）營養物(nutrients)在活性污泥系統里，微生物的代5） pH值對于好氧生物處理，pH值一般以6.58.5為宜。pH值低于6.5，真菌即開始與細菌競爭，降低到4.5時，真菌

26、將占優勢，嚴重影響沉降分離。pH值超過8.5時，代謝速度受到阻礙。需要指出的是pH值是指混合液而言。對于堿性廢水，生化反應可以起緩沖作用。對于以有機酸為主的酸性廢水，生化反應也可以起緩沖作用。525） pH值對于好氧生物處理，pH值一般以6.58.5為宜6）水溫(temperature)在微生物酶系統不受變性影響的溫度范圍內，水溫上升就會使微生物活動旺盛，就能夠提高反應速度。水溫上升還有利于混合、攪拌、沉降等物理過程，但不利于氧的轉移。對于生化過程，一般認為水溫在2030時效果最好，35以上和l0以下凈化效果即降低。536）水溫(temperature)在微生物酶系統不受變性影響7）有毒物質(

27、toxic materials)對生物處理有毒害作用的物質很多。毒物大致可分為重金屬、H2S等無機物質和氰、酚等有機物質。這些物質對細菌的毒害作用，或是破壞細菌細胞某些必要的生理結構，或是抑制細菌的代謝進程。毒物的毒害作用還與pH值、水溫、溶解氧、有無其他毒物及微生物的數量或是否馴化等有很大關系。547）有毒物質(toxic materials)對生物處理有毒8）污泥回流比污泥回流比是指回流污泥的流量與曝氣池進水流量的比值，一般用百分數表示，符號為R。污泥回流量的大小直接影響曝氣池污泥的濃度和二次沉淀池的沉降狀況，所以應適當選擇，一般在2050之間，有時也高達150。返回目錄558）污泥回流比

28、污泥回流比是指回流污泥的流量與曝氣池進水流量的16活性污泥增長規律活性污泥中的微生物是多菌種的混合群體，其生長繁殖規律比較復雜，但也可用其增長曲線表示一般規律。活性污泥的增長過程可分為對數增長期、減速增長期和內源呼吸期三個階段。在每個階段，有機物(BOD)的去除率、去除速率、氧的利用速度及活性污泥特征等都各不相同。5616活性污泥增長規律活性污泥中的微生物是多菌種的混合群體，活性污泥微生物增長曲線 時間量對數增長期減速增長期內源呼吸期污泥濃度氧利用率BOD濃度返回目錄57活性污泥微生物增長曲線 時間量對數增長期減速增長期內源呼吸期17活性污泥法的結論：（1）實際水處理中一般就是通過控制c 來取

29、得不同的處理效率的。（2）在活性污泥法中，污泥回流的目的就是在不增加曝氣池體積的條件下增加c 來增加去除率的。（3）實際廢水處理中所選的污泥齡不能小于最小污泥齡，否則沒有處理效果，對于傳統的活性污泥法，一般是c(2-20)(c)min 才能取得較好的處理效果。5817活性污泥法的結論：（1）實際水處理中一般就是通過控制（4）推流活性污泥法各符號的意義 Q,S0 Si進水曝氣池V,Xave二次沉淀池回流污泥RQ,Se,XrQ+RQSe,XaveQ-QwSe,Xe排放污泥IQw,Xave,Se排放污泥IIQw,Xr,Se出水59（4）推流活性污泥法各符號的意義 Q,S0 Si進（5）因為BOD的去

30、除率為:對于同一廢水，進水的S0是固定的，所以去除率取決于出水的BOD濃度Se，也即去除率也僅與c 有關。60（5）因為BOD的去除率為:60（6）污泥負荷對需氧量的影響理論上，去除lkgBOD應消耗lkgO2。由于廢水中有機物的存在形式及運轉條件不同，需氧量有所不同。廢水中膠體和懸浮狀態的有機物首先被污泥表面吸附、水解、再吸收和氧化，其降解途徑和速度與溶解性BOD不同。當污泥負荷大時，BOD在系統中的停留時間短，一些只被吸附而未經氧化的有機物可能隨污泥排出處理系統，使去除單位BOD的需氧量減少。61（6）污泥負荷對需氧量的影響理論上，去除lkgBOD應消耗l在低負荷情況下，有機物能徹底氧化，

31、甚至過量自身氧化，因此需氧量單耗大。從需氧量看，高負荷系統比低負荷系統經濟。過程總需氧量包括有機物去除 (用于分解和合成)的需氧量以及有機體自身氧化需氧量之和，在工程上，常表示為：式中：O2每日系統的需氧量，kg/d；a有機物代謝的需氧系數，kg/kg BOD；b污泥自身氧化需氧系數，kg/kg MLSSd；Nr去除負荷，kg BOD/kg MLSSd。62在低負荷情況下，有機物能徹底氧化，甚至過量自身氧化，因此需氧把Nr代入上式得：等式兩邊除以Q(S0-Se)，得：再把Nr代入，得：即去除每單位質量BOD的需氧量隨污泥負荷升高而減小。在活性污泥法中，一般a= 0.250.76，平均0.47；

32、b= 0.100.37，平均0.17。返回目錄63把Nr代入上式得：等式兩邊除以Q(S0-Se)，得：再把Nr18曝氣方法與設備1）曝氣的作用：（1）供氧；（2）攪拌混合作用，使活性污泥在混合液中保持懸浮狀態，與廢水充分接觸混合。2）曝氣的方法： 鼓風曝氣 機械爆氣 鼓風機械曝氣聯合6418曝氣方法與設備1）曝氣的作用：643）曝氣原理氣液傳質過程通常遵循一定的傳質擴散理論，氣液傳質理論目前有：雙膜理論淺層理論表面更新理論目前工程和理論上應用較多的為雙膜理論。653）曝氣原理氣液傳質過程通常遵循一定的傳質擴散理論，氣液傳質雙膜理論：雙膜理論認為，在氣-水界面上存在著氣膜和液膜，氣膜外和液膜外有

33、空氣和液體流動，屬紊流狀態，氣膜和液膜間屬層流狀態，不存在對流。L在一定條件下會出現氣壓梯度和濃度梯度。如果液膜中氧的濃度低于水中氧的飽和濃度，在其界面存在的濃度梯度將促使氧向液膜傳遞，空氣中的氧繼續向內擴散透過液膜進入水體，因而液膜和氣膜將成為氧傳遞的障礙，這就是雙膜理論。66雙膜理論：雙膜理論認為，在氣-水界面上存在著氣膜和液膜，氣膜雙膜理論示意圖 氣相主體界面氣膜液膜Cs層流液相主體CpgpiPg表示氣相中氧的分壓Pi表示界面處氧的分壓Cs表示界面處水中氧的濃度C表示水中氧的濃度67雙膜理論示意圖 氣相界面氣膜液膜Cs層流液相主體Cpgpi氧傳遞過程的基本方程如下:式中：dC/dt氧的傳

34、遞速率(氧進入水的速率)，mg/(Lh)；C液相氧的實際濃度，mg/L；Cs氧的飽和濃度，mg/L；KLa液相總傳質系數，1/h。68氧傳遞過程的基本方程如下:式中：dC/dt氧的傳遞速率(氧克服液膜障礙的最有效的方法是快速變換氣-水界面，曝氣攪拌正是如此。曝氣時推動氧分子通過液膜的動力是水中氧的飽和濃度Cs和實際濃度C的差。LCs決定于空氣中氧的分壓，所以最終起決定作用的推動力是氧分壓，而C值由微生物的耗氧速率確定。L氧的傳遞速率同氣、液兩相的界面面積成正比，由于其面積難于估算，所以把它的影響包括在傳質系數內，故KLa叫總傳質系數。KLa的倒數單位是時間，可以把它看作是把溶解氧濃度從C增加到

35、Cs所需的時間。L69克服液膜障礙的最有效的方法是快速變換氣-水界面，曝氣攪拌正是4）曝氣設備（1）衡量曝氣設備效能的指標有動力效率EP、氧轉移效率EA和充氧能力。（i）動力效率EA是指消耗1kWh電能所轉移到液體中去的氧量，單位為kg/kWh。（ii）氧轉移效率也稱氧利用率，它是指鼓風曝氣轉移到液體中的氧占供給氧的百分數：EA=(Ro/W)100。 其中：W供氧量，kg/h；Ro吸氧量，kg/h。 對于鼓風曝氣，各種擴散裝置在標準狀態下的EA值是事先通過脫氧清水的曝氣試驗測定得出的，一般為515左右。（iii）充氧能力是指葉輪或轉刷在單位時間內轉移到液體中的氧量kg/h。704）曝氣設備（1

36、）衡量曝氣設備效能的指標有動力效率EP、氧轉（2）對曝氣設備的要求：良好的曝氣設備除應當具有較高的動力效率和氧轉移效率外，還應盡可能滿足下列要求：（a）攪拌均勻；（b）構造簡單；（c）能耗少；（d）價格低；（e）性能穩定，故障少；（f）不產生噪音及其它公害；（g）對某些工業廢水耐腐蝕性強。71（2）對曝氣設備的要求：良好的曝氣設備除應當具有較高的動力效（i）鼓風曝氣鼓風曝氣是傳統的曝氣方法，它由加壓設備、擴散裝置和管道系統三部分組成。 加壓設備一般采用回轉式鼓風機，也有采用離心式鼓風機的，為了凈化空氣，其進氣管上常裝設空氣過濾器，在寒冷地區，還常在進氣管前設空氣預熱器。72（i）鼓風曝氣鼓風曝

37、氣是傳統的曝氣方法，它由加壓設備、擴散裝擴散裝置的分類：小氣泡擴散裝置：擴散板、擴散管或擴散盤屬小氣泡擴散裝置；中氣泡擴散裝置：穿孔管屬中氣泡擴散裝置； 大氣泡擴散裝置：豎管曝氣屬大氣泡擴散裝置； 水力剪切擴散裝置：倒盆式、撞擊式和射流式屬水力剪切擴散裝置機械剪切擴散裝置：渦輪式屬機械剪切擴散裝置。73擴散裝置的分類：小氣泡擴散裝置：擴散板、擴散管或擴散盤屬小擴散板、擴散管、擴散盤（小氣泡）擴散板是用多孔性材料制成的薄板，有陶土制、塑料制或其他材料制成的，其形狀可做成方形或長方形，方形擴散板尺寸通常為300300（2540)mm，擴散板安裝在池底一側的預留槽上，空氣由豎管進入槽內，然后通過擴散

38、板進入混合液。擴散板的通氣率一般為l1.5m3/m2min，氧利用率約10，充氧動力效率約為2kgO2/kWh。缺點是板的孔隙小、空氣通過時壓力損失大、容易堵塞。74擴散板、擴散管、擴散盤（小氣泡）擴散板是用多孔性材料制成的薄擴散板及其安裝方式75擴散板及其安裝方式75擴散管示意圖擴散管是由陶質多孔管組成，其內徑4475mm，壁厚614mm，長60Omm，每l0根為一組，通氣率為1215m3/根h。目前用軟管代替陶質多孔管76擴散管示意圖擴散管是由陶質多孔管組成，其內徑4475mm，圓帽蓋型擴散器77圓帽蓋型擴散器777878網狀膜擴散器79網狀膜擴散器79該曝氣器采用網狀膜代替曝氣盤用的各種

39、曝氣板材，其網很薄，網上的孔徑筆直，濾水透氣效果均優于微孔板材，不易發生堵塞。網膜采用聚醋酸纖維制成的。網狀膜曝氣器采用底部供氣，空氣經分配器第一次切割后均勻分布到氣室內，高速氣流經切割分配到網狀膜的各個部位受到阻擋，然后通過特制網膜微孔的第二次切割形成微小氣泡(直徑23mm)勻地分布擴散到水中。80該曝氣器采用網狀膜代替曝氣盤用的各種曝氣板材，其網很薄，網上膜片微孔曝氣器曝氣器的氣體擴散裝置采用微孔合成橡膠膜片，膜片上開有150200m的同心圓布置的5000個自閉式孔眼。當充氣時空氣通過布氣管道，并通過底座上的孔眼進入膜片和底座之間，在空氣的壓力作用下，使膜片微微鼓起，孔眼張開，達到布氣擴散

40、的目的。優點：不堵塞，可以省去空氣濾清裝置。81膜片微孔曝氣器曝氣器的氣體擴散裝置采用微孔合成橡膠膜片，膜片穿孔管曝氣器及布置方式（中）82穿孔管曝氣器及布置方式（中）82 豎管（大）豎管曝氣是在曝氣池的一側布置以橫管分支成梳形的豎管，豎管直徑在l5mm以上，離池底150mm左右。下圖所示為一種豎管擴散器及其布置的示意圖。豎管屬于大氣泡擴散器，由于大氣泡在上升時形成較強的紊流并能夠劇烈地翻動水面，從而加強了氣泡液膜層的更新和從大氣中吸氧的過程83 豎管（大）豎管曝氣是在曝氣池的一側布置以橫管分支成梳形的豎豎管擴散器及其布置形式84豎管擴散器及其布置形式84水力剪切擴散裝置屬于水力剪切擴散裝置的

41、有倒盆式、射流式、固定螺旋式和撞擊式等右圖是倒盆式擴散器倒盆式擴散器85水力剪切擴散裝置屬于水力剪切擴散裝置的有倒盆式、射流式、固定射流式曝氣器86射流式曝氣器86固定螺旋式曝氣器：國內外開始使用一種稱為固定螺旋式曝氣器(也稱靜態曝氣器)的裝置。它是由35節筒體組成的，每節為 300 (450) 300，每節內安裝著90度或180度轉動的固定螺旋葉片，相鄰兩節螺旋葉片旋轉方向相反，相錯90度，空氣從筒底部進入曝氣筒形成氣水混合液。混合液在筒內反復與器壁碰撞，迂回上升，空氣泡在上升的過程中被螺旋葉片反復切割，形成小氣泡。87固定螺旋式曝氣器：國內外開始使用一種稱為固定螺旋式曝氣器(也固定螺旋曝氣

42、器88固定螺旋曝氣器88（ii）機械曝氣機械曝氣設備的式樣較多，大致可歸納為葉輪和轉刷兩大類。曝氣葉輪有安裝在池中與鼓風曝氣聯合使用的，也有安裝在池面的，后者稱“表面曝氣”。表面曝氣具有構造簡單，動力消耗小，運行管理方便，氧吸收率高的優點，故應用較多。常用的表面曝氣葉輪有泵型，倒傘型和平板型。89（ii）機械曝氣機械曝氣設備的式樣較多，大致可歸納為葉輪和轉幾種葉輪曝氣器90幾種葉輪曝氣器90不同形式的轉刷曝氣器91不同形式的轉刷曝氣器91不同的轉刷曝氣器92不同的轉刷曝氣器92設備類型 氧利用率/ 動力效率/kg O2/kWh 標準實際小氣泡擴散器 1030 1.2 2.00.7 1.4中氣泡

43、擴散器 6 151.0 1.60.6 1.0大氣泡擴散器 480.6 1.20.3 0.9射流曝氣器 1025 1.5 2.40.7 1.4低速表面曝氣器 1.2 2.70.7 1.3高速表面曝氣器 1.2 2.40.7 1.3轉刷式曝氣器 1.2 2.4各類曝氣設備的性能標準狀態是指用清水作曝氣實驗，水溫20，標準大氣壓，初始水中溶解氧為0實際數據是指用廢水作實驗，水溫15，海拔150m，水中溶解氧保持2mg/L（iii）曝氣設備比較93設備類型 氧利用率/ 動力效率/kg O2/kWh 標準實（3）曝氣器的選擇原則：（i）對于較小的曝氣池，采用機械曝氣器能減少動力費用，并省去鼓風曝氣所需的

44、管道系統和鼓風機等設備，維護管理也比較方便。 這類曝氣器的缺點是，轉速高，其動力消耗隨曝氣池的增大而迅速增大，所以曝氣池不能太大。 這種曝氣器需要較大的表面積，因此曝氣池的深度也受到限制。還有，如果曝氣池中產生泡沫，將嚴重降低充氧能力。（ii）較大的曝氣池，一般用鼓風曝氣。供應空氣的伸縮性較大，曝氣效果也較好。 鼓風曝氣的缺點是需要鼓風機和管道系統。曝氣頭易堵塞。94（3）曝氣器的選擇原則：（i）對于較小的曝氣池，采用機械曝氣5）曝氣池的類型與構造從混合液流型可分為推流式、完全混合式和循環混合式三種；從平面形狀可分為長方廊道形、圓形或方形、環形跑道形三種；從采用的曝氣方法可分為鼓風曝氣式、機械曝氣式以及兩者聯合使用的聯合式三種；從曝氣池與二次沉淀池的關系可分為分建式和合建式兩種。955）曝氣池的類型與構造從混合液流型可分為推流式、完全混合式和（1）推流式曝氣池推流式曝氣池為長方廊道形池子，常采用鼓風曝氣，擴散裝置排放在池子的一側。這樣布置可使水流在池中呈螺旋狀前進，增加氣泡和水的接觸時間。曝氣池的數目隨污水廠大小和流量而定，在結構上可以分成若干單元，每個單元包括幾個池子，每個池子常由一至四個折流的廊道組成。96（1）推流式曝氣池推流式曝氣池為長方廊道形池子，常采用鼓風曝推流式曝氣池結構示意圖曝氣裝置曝氣總管曝氣池壁曝氣池壁97推流式曝氣池結構示意圖曝氣裝置曝氣總管