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4.3.2.1 活性污泥处理法
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4.3.2.1 活性污泥处理法

概要:
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  活性污泥处理法

  活性污泥处理法是指在多室/罐式反应器中,利用好氧条件下高度浓缩和悬浮的微生物降解有机物,去除污水中的营养物质,提高出水水质。

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图4.8活性污泥处理法示意图

(来源:Tilley 等人,2014 年)

  处理过程:

  活性污泥法通常包括曝气池和澄清池。在通入空气或氧气的曝气池中,悬浮的微生物会降解污水中的可溶性、胶体状和颗粒状有机物。生物降解完成后,在澄清池中进行物理液固分离。两个池在底部相连,澄清池中沉降的微生物回流至曝气池循环使用。活性污泥法还可以实现生物硝化和反硝化,以及生物除磷。

  设计标准:

  • 反应器类型的选择。选择反应器类型时应考虑的重要因素包括:(i) 污水特性(例如,污染物浓度、pH);(ii) 当地环境条件(例如影响微生物反应速率的温度);(iii) 污水排放要求;(iv) 反应动力学的影响;(v) 氧传输速率要求;(vi) 建设和运营成本;(vii)为满足未来需求是否需要扩建。

  活性污泥工艺有两个典型类型,即推流式工艺和完全混合工艺,如表 4.3 所示。推流式工艺,也称为传统的活性污泥工艺,比完全混合工艺需要更多的空间,但短路风险小。设计人员可以对这些工艺流程进行适当的调整,设计出更适合现场条件的系统。能源消耗和劳动力需求是影响工艺类型选择的主要因素。

表4.3两种典型的活性污泥反应器

 

完全混合式反应器

推流式反应器

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  - 进水和回流污泥都从曝气池的进水口进入,并以恒定的速度通过曝气池到达排放点。

  - 可溶性物质和悬浮固体的浓度随反应器长度而变化。

  - 氧气需求随着反应器的长度而变化——从曝气池的进水口到出水口逐渐降低。

  - 曝气量沿曝气池的长度是均匀的。

  - 适用于低浓度污水。考虑最小的峰值负载。

  - 可溶性物质和悬浮物在曝气池内均匀分布。

  - 曝气池中的需氧量是均匀的。

  - 完全混合过程具有更大的水力载荷,并且能够处理负载的激增。

 

  • 关键参数

  - 混合液悬浮固体 (MLSS) :通常为2,000至4,000 mg/ L ,代表污水中微生物的浓度。MLSS 的设置应考虑系统的空气需求和净化能力。

  - 溶解氧(DO):通常设定在2mg/L左右。过高的溶解氧会消耗过多的能量,便于不易沉淀的丝状生物的生长。过低的溶解氧会导致缺氧或厌氧条件。

  - 水力停留时间(HRT):通常为4至24小时。取决于系统要去除多少污染物。HRT太短会导致微生物没有足够的时间分解污水中的有机物。

  - 污泥停留时间 (SRT) :BOD 去除通常为3至5天,硝化反应通常为3至18天。SRT 通常比 HRT 长,因为污泥会从澄清池返回到池中。过短的SRT会导致微生物的过度浪费并降低MLSS。

  - 食微比(F/M):通常为0.2至0.5。F/M过高会导致BOD去除不足,同时也会导致发生沉降能力差的粘性膨胀。过低的F/M 则便于丝状生物的生长。

  - 固体回收率:15%-100%。

  - 反应器容积:曝气池容积应等于日设计流量。

  • 曝气。在活性污泥工艺系统中,氧气通过鼓风曝气系统或机械曝气系统转移到污水中。氧气传递效率取决于气泡与污水的接触时间、气泡的大小以及污水的湍流程度。更长的接触时间、更小的气泡和更多的污水湍流形成更高的传输效率。由于鼓风曝气系统的能耗约占整个污水处理系统总能耗的50%,因此设计人员在设计曝气系统时需要将能耗考虑在内。采用小气泡扩散器,在池底全范围铺设,并要求每年清理,这可能是最有效的系统。

  操作和维护:

  一般要求

  • 需要高水平的技术人员来管理系统。

  • 定期监测反应器中的进水水质(BOD、pH、流速)、溶解氧水平、MLSS、污泥年龄、食微比(F/M比),确保反应器正常运行。

  • 澄清池要每日观察,例如检查异常振动或噪音、浮渣收集、堰和漂浮固体。

  • 澄清池超过三分之一满时,需要清除池底污泥。

  • 需要定期维护机械设备,包括鼓风机、扩散器和用于回流污泥和剩余污泥的污泥泵。

  曝气系统

  • 要控制扩散空气系统中的溶解氧水平,操作员可以:(i) 调节空气阀;(ii) 控制鼓风机输出,如使用变频驱动器 (VFD);(iii) 增加或减少运行中的鼓风机数量;(iv) 清洁或更换扩散器;(v) 改变扩散器的数量;(vi) 控制处理过程,如控制MLSS水平。

  • 要控制曝气系统中的溶解氧水平,操作员可以:(i) 通过使用VFD提高或降低曝气速度;(ii) 通过调节曝气池的水位来增加或减少曝气器的浸没高度; (iii) 增加或减少运行中的曝气器数量;(iv) 控制处理过程,如控制MLSS水平。

  • 操作过程中,当曝气系统出现异常噪音或振动时,操作人员需要检查: (i) 鼓风机和电机的润滑程度; (ii) 释放压力和温度; (iii) 过滤器和障碍物; (iv) 鼓风机密封件。

  • 曝气量没有保持在足够高的水平(DO>2mg/L),或者太高(DO>4mg/L)会导致起泡。

  污泥管理

  • 健康活性污泥的颜色为棕褐色至棕色。

  • 如果观察到污泥年龄较短的污泥(如大量的白色泡沫),则有必要降低剩余污泥比例以增加曝气条件下的污泥量,降低 F/M 比,并增加污泥年龄。

  • 如果观察到污泥年龄较长的污泥(如带有油腻或浮渣外观的深棕色泡沫),则需要增加剩余污泥比例以减少曝气条件下的污泥量,增加F/M 比,并减少污泥年龄。

  • 如果澄清池中没有形成污泥层,且回流污泥质地稀薄,操作者应降低污泥回流率。

  • 如果 MLSS 水平低且澄清池内已形成了污泥层,操作者应提高污泥回流率。

  • 如果观察到丝状膨胀污泥,这种情况下,澄清池中的污泥层靠近表面,大量的MLSS 被带入系统出水,操作者应提高 F/M 比。

  建设成本和运维成本

  • 高建设成本

  • 由于曝气所需的能耗高,导致运营成本高。电力需求取决于日处理量、污水浓度(BOD、NH 3 -N)和曝气系统的配置。

  适用性

  • 适用于污水量大的集中式污水处理系统。

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