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活性污泥法:1912年发明的城市污水生物处理技术及其发展历程

添加时间:2024-12-17

2.泥浆(活性污泥)。让曝气后的污水静置,倒掉上层纯净水,将污泥留在瓶底,以备第二天使用。这样可以大大缩短污水处理时间。 1914年,第一座活性污泥法污水处理厂在英国曼彻斯特建立。在活性污泥法的发展史上,1914年被视为活性污泥法的奠基年。第一个实验工艺建于1916年。有机污泥处理厂。在显微镜下观察这些棕色絮状污泥时,可以看到大量的细菌、真菌、原生动物和后生动物,它们形成了独特的生态系统。 (主要是细菌)以污水中的有机物为食物进行代谢和繁殖,从而降低污水中有机物的含量。活性污泥可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥。

3、第一座活性污泥污水处理厂在上海建成,即现在的上海北区污水处理厂。此后,1926年,上海东区、西区相继建成活性污泥污水处理厂。活性污泥:用肉眼观察,活性污泥呈黄棕色絮状物质。有特殊气味,但无臭味。在显微镜下观察活性污泥颗粒时,可以看到大量的微生物,包括各种细菌、真菌、原生动物和少量后生动物。此外,还有一些无机物质作为粘合的基础。这些微生物和无机物形成了一个微型生态系统。这个生态系统被称为凝胶体或“羽流”。活性污泥颗粒70-90%是有机物,即微生物,10-30%是其他无机物。胶体是细菌分泌的多糖物质,将细菌包裹成粘性物质,形成活性污泥絮体的核心。位于菌胶群的外围

4.真菌和原生动物是附着的,而高等后生动物则处于相对自由的状态。活性污泥法:是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中不断通入空气,经过一定时间后,由于好氧微生物的繁殖而形成污泥状絮体。它栖息着以菌胶团为主的微生物,具有很强的吸附和氧化有机物的能力。工艺原理:典型的活性污泥工艺由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥去除系统组成。污水和返回的活性污泥一起进入曝气池,形成混合液。从空压站送来的压缩空气通过布置在曝气池底部的空气扩散装置以细小气泡的形式进入污水中。目的是增加污水中的溶解氧含量,并使混合液保持剧烈搅拌状态。状态,形状悬浮状态。溶解氧、活性污泥、污水

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5、混合并充分接触,使活性污泥反应能正常进行。第一阶段,污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在细菌胶束表面。这是由于其巨大的比表面积和多糖粘性物质。同时,部分大分子有机物在细菌胞外酶的作用下分解为小分子有机物。第二阶段,在氧气充足的条件下,微生物吸收这些有机物并氧化分解,形成二氧化碳和水,其中一部分用于自身的生长繁殖。由于活性污泥反应,污水中的有机污染物被降解去除,活性污泥本身可以繁殖生长,污水得到净化。活性污泥净化后的混合液进入二沉池,混合液中悬浮的活性污泥及其他固体物质沉淀并与水中分离。澄清后的污水作为处理水从系统中排出。沉淀后的浓缩污泥从沉淀池底部排出

6、大部分作为接种污泥返回曝气池,保证曝气池内悬浮物和微生物的浓度;增殖的微生物从系统中排出,称为“残余污泥”。事实上,污染物大部分从污水转移到残留污泥中。活性污泥法的原理形象地表述为:微生物“吃掉”污水中的有机物,使污水变成干净的水。它本质上类似于自然水体的自净过程,但通过人工强化,污水净化效果更好。工艺类型的发展历史:自1912年以来,经过近100年的发展和完善,活性污泥法在理论和实践上已相当成熟。还衍生出多种类型的运行方法,列举如下: 各种典型的活性污泥工艺流程:传统活性污泥工艺、完全混合活性污泥工艺、延迟曝气、纯氧曝气、浅层曝气、深井曝气、接触式

7、稳定法、氧化沟、活性生物滤池(ABF法)、吸附-生物降解法(AB法)、序批式活性污泥法(SBR)运行方法的发展与演变:传统活性污泥法或称普通活性污泥法工艺流程不断发展,具有多种操作模式。 1、曝气量逐渐减少在推流式传统曝气池中,混合液的需氧量沿长度方向逐渐减少。因此,等距离布置扩散器是不合理的。实际情况是:前半程供氧远远不够,后半程供氧超过需要。锥形曝气的目的是合理布置扩压器,使气流分布沿流程变化而总耗气量不变,从而提高处理效率。 2、分步曝气 20世纪30年代,纽约市污水处理厂曝气池的空气供应不足。该工厂的总工程师通过将部分进水从水箱末端转移到水箱中部解决了这个问题。制造相同量的空气,相同的池

8、取得了较高的加工效率。 3、彻底的混合方法。美国1950年以前建造的曝气池都是狭长条形池,按推流设计。由于前级需氧量很大,通过逐渐减少曝气池来解决。但一般只有水池的中段(约总长度的1/3)需氧速率与氧传递速率匹配较好。在水池前段,由于食物量大,微生物生长速度快,需氧率也很高。因此,即使逐渐减少曝气量,也不能从根本上解决问题。实际需氧量受供氧量控制和限制。水池前部和后部区域的需氧量和供氧率应相等。在这样的供氧条件下,当受到冲击载荷时,前段阴影面积会扩大,后段阴影面积会缩小。严重时,后段区域会完全消失,导致整个泳池缺氧。从上述运行方式来看,传统活性污泥法的重要矛盾是供氧与需氧的矛盾。为了解决这一矛盾,逐步

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9、通过布风改善减少曝气,通过布水的均匀性改善分级曝气。为了从根本上改善长槽内混合液的不均匀状态,在分级曝气的基础上,进水点进一步大幅增加,回流污泥也相应增加,并在曝气中快速混合。坦克。这是一个完全混合的概念。在完全混合法的曝气池中,需氧率和供氧率之间的矛盾在整个池中得到平衡。因此,完全混合法具有以下特点:罐液各部分微生物的种类和数量基本相同,生存环境也不同。基本相同;当人流中出现冲击载荷时,池液成分变化较小,因为突然增加的载荷可由整个池混合液分担,而不是仅由推流中的部分回流污泥承担。所以完整的混合池从某种意义上来说就是一个大的缓冲和均衡池。它不仅可以缓冲有机荷载的影响,还可以减少

10、有毒物质的影响,在工业污水处理中具有一定的优势;池液各部分的需氧率比较均匀。为了满足完全混合的需要,还开发了机械曝气圆形罐。机械曝气机的工作原理与搅拌机非常相似,圆形盆有利于完全混合。 4、浅层曝气 1953年,Pasveer计算并测量了氧气在10%静水中的传递特性。他发现了气泡形成和破裂瞬间最大氧气传输速率的特征。通过用大量空气对浅层水进行曝气可以获得更高的氧气传输率。为了使液流保持一定的循环速度,在曝气池的相当大的宽度上分布空气扩散器,并设置垂直的墙将池分成两部分,迫使液体形成一个曝气时的循环。根据德意志联邦共和国埃姆舍尔实验站的测量结果,可以得到深度与单位能量吸氧率的关系。因此,扩散器的深度为

11、放置在水面以下0.60.8m范围内为宜。此时,与传统的深度曝气池相比,可以节省电力成本。另外,随着风压降低、风量增大,可采用一般离心式鼓风机。浅曝气池水深为34m,越浅越好。长径比在1.0-1.3之间,送风量3040 m3/3(水)·h,风压10kPa左右,电效率可达1.8-2.6kg02/kW·h。与一般曝气相比,浅层曝气的风量有所增加,但风压仅为一般曝气的1/31/4,因此功耗不增加反而略有下降。浅水池适用于中小型污水厂。但由于配气系统维护困难,未能得到推广应用。 5、深层曝气 曝气池的经济深度根据基建成本和运行成本确定。基于长期经验并通过各种技术

12、经济比较:经济深度一般为45m。然而,随着城市的发展,土地普遍供不应求。为了节省土地,从20世纪60年代开始研究和开发深层曝气方法。一般深曝气池水深可达1020m。 20世纪70年代以来,国外发展了超深曝气法,又称立井或深井曝气。水深可达150-300m,大大节省土地面积。同时,由于水深大幅增加,可促进氧传递速率,从而增加污水处理曝气池的负荷。但深层曝气的特点和经济效果还不能说十分明确。深井曝气法实际装置直径为1.06.0m,深度为50-150m。井分为两部分,一侧为下降管,另一侧为上升管。污水和污泥由落水管引入,由立管排出。在深井靠近地表的颈部,部分膨胀,排除部分气体。处理后的混合物

13、混合液,先进行真空脱气(也可以加一个小型曝气池代替真空脱气,充分利用混合液中的溶解氧),然后在二沉池中进行固液分离。混合液还可采用气浮的方法进行固液分离。在深井中,可以利用空气作为动力,促进液体循环。利用空气循环的方法是在启动时首先向上升管较浅的部分输入空气,使液流开始循环。液流完全循环后,逐渐向降液管供给空气。液流与降液管输入的空气一起经深井底部流入立管,从井颈顶管排出并释放部分空气。由于降液管和升液管中气液混合物的密度差,迫使液流保持连续循环。在深井曝气法中,活性污泥的压力变化较大,时而加压,时而减压。实践表明,此时微生物的活性和代谢能力均无异常变化。但合成和能量分布却发生了一定的变化。

14、运行过程中发现二氧化碳量比常规曝气多30%,污泥产生量低。深井曝气池内气液湍流大,液膜更新快,促进KI。该值增加,同时气液接触时间增加,溶解氧的饱和浓度也随着深度的增加而增加。国外已建成数十座深井曝气处理厂。国内也正在开展研究。然而,当井壁被腐蚀或损坏时,污水是否会透过井壁污染地下水,是必须认真对待的问题。 6.高负荷曝气或改良曝气。有些污水厂只需要部分处理,因此开发了高负荷曝气法。曝气池的MLSS约为300-500mg/L。曝气时间较短,约为23小时,处理效率仅为65%左右。它与传统的活性污泥法不同,因此常被称为改良曝气法。 7. Kraus 在法国和美国都有一家啤酒厂。污水中碳水化合物含量为

15、温度极高,给城市污水厂运行造成很大困难,常常造成污泥膨胀。膨胀的活性污泥在二沉池中不易沉降,并随水流带走,不仅降低了出水水质,而且造成回流污泥不足,从而降低了混合液的悬浮物浓度在曝气池中。如果不及时采取措施解决问题,系统中的活性污泥会越来越少,从根本上损害曝气池的运行。 Kraus工程师将厌氧消化上清液添加到回流污泥中一起曝气,然后进入曝气池,成功克服了高碳水化合物污泥膨胀的问题。这个过程称为克劳斯法。消化池上清液富含氨氮,可以供给碳水化合物代谢所需的大量氮。另外,消化池上清液携带的消化污泥比重较大,具有提高混合液沉降性能的作用。 8.延迟曝气 延迟曝气从20世纪40年代末到20世纪50年代初在美国流行起来。

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16. 来吧。其特点是曝气时间很长,可达24小时甚至更长,MLSS高,达到3 000~6 000 mg/L,活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状​​态,剩余污泥量小且稳定,无需消化,可直接排放。适用于污水量很小的场合,首先是奶牛场,后来是乡村、景区、宾馆等,近年来开始用于高层建筑的生活污水处理。该设备可用钢板组装,由厂家供货。对于非24小时连续供水的情况,常采用间歇运行,不设沉淀池,如曝气进水20小时,沉淀2小时,放空2小时,然后运行。还有曝气池和二沉池建在一起。 9、接触稳定法 20世纪50年代,德克萨斯州奥斯汀市的污水厂因水量增加需要扩建。虽然还有空置土地,但地价高,没有扩建的可能,只好再建一个

17.寻找其他方法。在实验室中,采用活性污泥法处理生活污水时,混合液液体部分的BOD5呈一定规律下降。如果测量BOD5时采样间隔较长,例如每1小时采样一次,则得到的BOD5下降曲线会比较平滑,表明池液中的反应接近一级反应。然而,当采样间隔缩短后,发现在手术开始后的第一个小时内,BOD5值迅速下降,然后又逐渐上升。而且,这个短过程中BOD5的最低值与曝气几个小时后的BOO2.0kg BOD5/kgMLSS·d相同。 B级运行低负荷(污泥负荷一般为0.10.3kg BOD5/kgMLSS·d)。 A级在曝气池停留时间较短,为3060min,B级停留时间为2-4h。该系统没有初沉池,A级为开放式生物系统。 A 和 B 两个

24、每级都有独立的污泥回流系统,两级污泥互不混合。该工艺处理效果稳定,具有承受冲击载荷和pH值变化的能力。它在德国和欧洲被广泛使用。该工艺也可根据经济实力分期建设。例如,可以先建设A级,减少污水中大量有机物,达到比一级处理更好的处理效果。条件成熟时可建设B级,以满足更高的处理要求。近年来,AB法已在我国青岛海博河污水处理厂、淄博污水处理厂等得到应用。 14.序批式活性污泥法(SBR法) 序批式活性污泥法,简称SBR法,是早期填充-抽取反应器(Fill-Draw)的改进。它比连续流活性污泥法更先进。此前,由于当时运行管理条件的限制,被连续流系统所取代。随着自动控制水平的提高,SBR法重新受到人们的关注和应用。

25. 对此进行了更加深入的研究和完善。自1985年我国第一座SBR加工装置在上海吴淞肉制品厂投产以来,SBR工艺已应用于国内屠宰、缫丝、含酚、啤酒、化学试剂、鱼类加工、制药等工业污水和生活污水和城市污水处理。传统活性污泥法的曝气池在流型上具有推流,有机物的降解也沿着空间逐渐降解。 SBR工艺的曝气池是完全混合的流动状态,但有机物的降解在时间上是推流。有机物会随着时间的推移而降解。其基本操作过程由进水、反应、沉淀、排水、闲置五个基本过程组成。从污水流入到闲置结束,形成一个循环。在每个循环中,上述过程均在配备有曝气或搅拌的设备中进行。这些步骤在装置的反应器内依次进行。与连续流活性污泥法相比,SBR工艺具有

26、优点:工艺系统组成简单,不设二沉池,曝气池兼有二沉池的功能,无污泥回流设备;耐冲击载荷,一般情况下(包括工业污水处理)水池无需调整;反应驱动力大,容易获得比连续流系统更好的出水水质;运输运行灵活,适当调整各单元运行状态即可达到脱氮除磷的效果;污泥沉降性能好,SVI值低,能有效阻止丝状菌的扩张;流程的各个操作阶段和各项目的操作指标都可以通过计算机进行控制,便于自控操作和维护管理。活性污泥法的发展前景:(1)膜生物反应器:膜生物反应器可以在紧凑的空间内同时实现微生物对污染物的降解和膜对污染物的分离,降解与分离之间存在差距。具有协同作用,是一种高效实用的污水处理技术。 (2)膜分离技术

27、应用:用膜分离代替沉淀进行泥水分离,可以给活性污泥工艺带来以下变化:不再有污泥膨胀的问题。调节活性污泥系统时,无需考虑污泥的沉降性能,大大简化了过程控制;曝气池内的污泥浓度将大大提高(MLSS可大于20000毫克/升),使系统可以在极大泥龄、超低负荷工况下运行,完全满足去除各种污染物的需要;同等处理要求下,曝气池体积可大大减小,节省处理厂占地面积;污泥浓度的增加需要更高的曝气量,因此纯氧曝气将广泛采用膜分离。虽然膜分离仍然存在易堵塞等问题,但这些问题正在逐步得到解决。事实上,目前已有多套膜分离活性污泥系统投入运行。例如,日本广市东污水处理厂的膜分离系统已连续运行3年。

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