活性污泥法污水处理厂的运行管理——环境工程课程论文.doc

青岛农业大学本科生课程论文题 目： 活性污泥法污水处理厂的运行管理 姓 名： 学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 指导教师： 完成时间： 2009年 6 月 30 日 2009年 6 月 30 日传统活性污泥法的运行管理摘要：介绍传统活性污泥法的基本知识，并且阐述处理城市废水的流程，及其中的工艺参数和常见问题的处理方法与应用对策。特别对于运行管理中常出现的问题，进行详细分析，提出了解决方法。关键词：传统活性污泥法、运行管理、城市污水处理、常见问题活性污泥（activated sludge）可分为好氧活性污泥和厌氧颗粒活性污泥，不论是哪一种，活性污泥都是由各种微生物、有机物和无机物胶体、悬浮物构成的结构复杂的肉眼可见的 绒絮状微生物共生体。这样的共生体有很强的吸附能力和降解能力，可以吸附和降解很多的污染物，可以达到处理和净化污水的目的。活性污泥法是最常见的污水生 物处理方法，污水在经过初步沉淀去除各种大块颗粒之后送到好氧反应池，在池中通过曝气或搅拌供给氧气。在活性污泥法中，经处理后排出的水中的大部分活性污 泥被沉淀下来返回反应池，这样可以维持很高的微生物密度和活性。当污水停留在好氧反应池期间，一部分有机物被处理成无机物，即矿化；另一部分转化为微生物 细胞物质。在活性污泥法中，严重影响处理效果的是污泥的沉降性能。如果活性污泥沉降性能差，由于丝状细菌和真菌的过分繁殖将导致活性污泥膨胀。虽然活性污 泥的膨胀机理尚不完全清楚，但通常在碳氮比（C：N）和碳磷比（C：P）的比值较高，水中溶解的氧气浓度较低的条件下容易产生。为维持良好的处理效果，应 当避免发生污泥膨胀，因此在活性污泥法中要严格控制进入系统废水的C：N和C：P的比值，并维持较高的溶解氧水平，这样才能维持良好运行状态。产生的活性 污泥除一部分回流利用外，其它多余的则需要另外处理。处理的方法是厌氧消化、填埋或干燥。干燥后的处理物可以用作农业肥料。活性污泥法是一个连续的处理过程，因而易于采用计算机控制而实现监控自动化。此外，活性污泥法处理废水的效率可以根据具体条件而作较大的调整，因而可用于处理流速及浓度发生较大变化的污水。活性污泥法被广泛用于处理城市生活污水和各种工业废水。一、活性污泥法的基本工艺流程1、活性污泥法的基本组成 曝气池：反应主体 二沉池： 1）进行泥水分离，保证出水水质；2）保证回流污泥，维持曝气池内的污泥浓度。 回流系统：  1）维持曝气池的污泥浓度；2）改变回流比，改变曝气池的运行工况。 剩余污泥排放系统：  1）是去除有机物的途径之一；2）维持系统的稳定运行。 供氧系统：  提供足够的溶解氧市政污水和部分工业废水中存在较大的固体颗粒五，为了避免这些颗粒物质堵塞排水管、损坏搅拌机和水泵等设备设施，通常需要在污水、废水进入系统之前将这部分固体颗粒进行删除，常用设备就是拦污栅。拦污栅依据清污方式不同，可分为人工清除式和机械式。沉砂池重力沉砂池为一狭长的水道，砂石的沉淀用流速控制，一般的流速为15-30cm/s，停留时间为30-60s，通常需要两个平行的沉砂池以便交替清理。沉砂池的效率与表面积成正比，而与宽、深、流速及形态无关。沉下的砂石常夹杂着有机质而易于腐败。调整池设置目的主要为了减少或控制废水水量或水质的异常变化现象，提供最佳操作条件，以利后续操作单元的正常操作。主要功能为：提供足够的缓冲空间平衡有机负荷，减少生物处理单元的突增负荷；提供合适的pH控制，减少所需的化学药品；降低流量对后续物理及生物处理单元的冲击，同时可提供合适的加药量；提供连续的正常操作功能（应对工厂没有废水排入时）；防止和平衡高浓度的毒性、惰性物质进入生物处理单元。沉淀池目的是借助沉降去除悬浮物。当水流进一个大断面的池中，水流速度降低，池水处于几乎静止状态，在重力影响下，质量密度较高的颗粒会向下移动；反之，较低质量密度的颗粒则会向上移动，因此废水溶液会分成液面浮渣和池底的底泥两部分，如此泥水分离，便可达到沉淀池设置的目的。气浮池主要用于水中分离悬浮固体、油脂、纤维和其他低比重固体，也可用于活性污泥和化学混凝污泥的浓缩。常用的气浮系统设计体系统主要有两种：无回流的全流量加压式溶解空气浮除系统和回流式加压溶解气体浮除系统。溶解气体浮除系统是突然降低废水压力，使水中所溶解的超饱和空气溢出变成小气泡，溶解气体所产生的气泡直径约50100微米。回流及无回流加压式浮除系统中，压力式可以提供气泡与颗粒接触的最大机会，虽然回流加压式需要一个加压抽水机，但是操作简便，较少形成乳化液，且絮体的形成较为适度，最主要还是气泡与颗粒间有更大接触机会。对于有机污染物以大颗粒形态或絮体形式存在，则采用加压气浮法处理是比较合适的，而如果是溶解性的有机物采用加压气浮法效果就不太好了。加压气浮法的前处理设施需要考虑的因素有：调匀池大小，是否需要加药，快混时间，絮凝时间，pH值调整或化学反应时间。加压气浮设计上需要考虑的因素包括：污染物性质、上升速率、操作压力、回流比例、所需空气量、温度、水力负荷、固体负荷、停留时间、污泥量等。过滤池过滤池是为了分离水体中的悬浮性颗粒而设置的构筑物。废水处理中的过滤，可分为以去除水中颗粒物质为目的的澄清过滤和以污泥脱水为目的的脱水过滤。过滤池通常为重力式，出水构造为封闭式，因为过滤状况及冲洗状况无法目视，维修上不太方便。所以在日常维护中应该经常注意过滤状况及滤层的冲洗状况，必要时应该检查槽体内部，防止影响过滤效果。主要操作管理项目有：过滤水质、过滤状况、过滤压力、冲洗的时间、过滤初期水头损失、冲洗废水的观测、集水槽内检查、泵、阀检查。2、活性污泥系统有效运行的基本条件是： 废水中含有足够的可容性易降解有机物； 混合液含有足够的溶解氧； 活性污泥在池内呈悬浮状态； 活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥； 无有毒有害的物质流入。二、活性污泥的性质与性能指标 1、活性污泥的基本性质 物理性能：“菌胶团”、“生物絮凝体”：颜色：褐色、（土）黄色、铁红色；气味：泥土味（城市污水）；比重：略大于1，（1.0021.006）；粒径：0.020.2 mm；比表面积：20100cm2/ml。 生化性能：1) 活性污泥的含水率：99.299.8%；固体物质的组成：活细胞（Ma）、微生物内源代谢的残留物（Me）、吸附的原废水中难于生物降解的有机物（Mi）、无机物质（Mii）。2、活性污泥中的微生物： 细菌：    是活性污泥净化功能最活跃的成分，主要菌种有：动胶杆菌属、假单胞菌属、微球菌属、黄杆菌属、芽胞杆菌属、产碱杆菌属、无色杆菌属等；基本特征：1) 绝大多数都是好氧或兼性化能异养型原核细菌；2) 在好氧条件下，具有很强的分解有机物的功能；3) 具有较高的增殖速率，世代时间仅为2030分钟；4) 其中的动胶杆菌具有将大量细菌结合成为“菌胶团”的功能。 其它微生物-原生动物、后生动物-在活性污泥中大约为103个/ml3、活性污泥的性能指标： 混合液悬浮固体浓度（MLSS）MLSS = Ma + Me + Mi + Mii   单位：  mg/l  g/m3 混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）MLVSS = Ma + Me + Mi；在条件一定时，MLVSS/MLSS是较稳定的，对城市污水，一般是0.750.85 污泥沉降比（SV）是指将曝气池中的混合液在量筒中静置30分钟，其沉淀污泥与原混合液的体积比，一般以%表示；能相对地反映污泥数量以及污泥的凝聚、沉降性能，可用以控制排泥量和及时发现早期的污泥膨胀；正常数值为2030%。 污泥体积指数（SVI）（Sludge Volume Index）：曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，1g干污泥所形成的污泥体积， 单位是  ml/g。 能更准确地评价污泥的凝聚性能和沉降性能，其值过低，说明泥粒小，密实，无机成分多；其值过高，说明其沉降性能不好，将要或已经发生膨胀现象；城市污水的SVI一般为50150 ml/g；三、活性污泥净化废水的实际过程：在活性污泥处理系统中，有机污染物物从废水中被去除的实质就 是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程，这一过程的结果是污水得到了净化，微生物获得了能量而合成新的细胞，活性污泥得到了增 长。一般将这整个净化反应过程分为三个阶段： 初期吸附； 微生物代谢； 活性污泥的凝聚、沉淀与浓缩。活性污泥吸附能力的大小与很多因素有关： 废水的性质、特性：对于含有较高浓度呈悬浮或胶体状有机污染物的废水，具有较好的效果； 活性污泥的状态：在吸附饱和后应给以充分的再生曝气，使其吸附功能得到恢复和增强，一般应使活性污泥微生物进入内源代谢期。四、各种活性污泥法工艺及特点迄今为止，在活性污泥法工程领域，应用着多种各具特色的运行 方式。主要有以下几种： 传统推流式活性污泥法； 完全混合活性污泥法； 阶段曝气活性污泥法； 吸附再生活性污泥法； 延时曝气活性污泥 法； 高负荷活性污泥法； 纯氧曝气活性污泥法； 浅层低压曝气活性污泥法； 深水曝气活性污泥法； 深井曝气活性污泥法。传统推流式活性污泥法主要优点：1) 处理效果好：BOD5的去除率可达90-95%；2) 对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节。主要问题：1) 为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；2) 在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，会浪费了动力费用；3) 对冲击负荷的适应性较弱。2、完全混合活性污泥法 主要特点：a.可以方便地通过对F/M的调节，使反应器内的有机物降解反应控制在最佳状态；b.进水一进入曝气池，就立即被大量混合液所稀释，所以对冲击负荷有一定的抵抗能力；c.适合于处理较高浓度的有机工业废水。3、阶段曝气活性污泥法又称分段进水活性污泥法或多点进水活性污泥法主要特点：a.废水沿池长分段注入曝气池，有机物负荷分布较均衡，改善了供养速率与需氧速率间的矛盾，有利于降低能耗；b.废水分段注入，提高了曝气池对冲击负荷的适应能力；4、吸附再生活性污泥法又称生物吸附法或接触稳定法。主要特点是将活性污泥法对有机污染物降解的两个过程吸附、代谢稳定，分别在各自的反应器内进行。主要优点：a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短，吸附池容积较小，再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥，因此，再生池的容积也较小。吸附池与再生池容积之和低于传统法曝气池的容积，基建费用较低；b.具有一定的承受冲击负荷的能力，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池的污泥予以补充。 主要缺点：处理效果低于传统法，特别是对于溶解性有机物含量较高的废水，处理效果更差。5、延时曝气活性污泥法完全氧化活性污泥法主要特点：a.有机负荷率非常低，污泥持续处于内源代谢状态，剩余污泥少且稳定，勿需再进行处理；b.处理出水出水水质稳定性较好，对废水冲击负荷有较强的适应性；c.在某些情况下，可以不设初次沉淀池。主要缺点：池容大、曝气时间长，建设费用和运行费用都较高，而且占地大；一般适用于处理水质要求高的小型城镇污水和工业污水，水量一般在1000m3/d以下。6、高负荷活性污泥法又称短时曝气法或不完全曝气活性污泥法 主要特点：有机负荷率高，曝气时间短，处理效果较差；而在工艺流程和曝气池的构造等方面与传统法基本相同。7、纯氧曝气活性污泥法主要特点：a.纯氧中氧的分压比空气约高5倍，纯氧曝气可大大提高氧的转移效率；b.氧的转移率可提高到8090%，而一般的鼓风曝气仅为10%左右；c.可使曝气池内活性污泥浓度高达40007000mg/l，能够大大提高曝气池的容积负荷；d.剩余污泥产量少，SVI值也低，一般无污泥膨胀之虑。8、浅层低压曝气法理论基础：只有在气泡形成和破碎的瞬间，氧的转移率最高，因此，没有必要延长气泡在水中的上升距离；其曝气装置一般安装在水下0.80.9米处，因此可以采用风压在1米以下的低压风机，动力效率较高，可达1.802.60kgO2/kw.h；其氧转移率较低，一般只有2.5%； 池中设有导流板，可使混合液呈循环流动状态。9、深水曝气活性污泥法主要特点：a.曝气池水深在78m以上，b.由于水压较大，洋的转移率可以提高，相应也能加快有机物的降解速率；c.占地面积较小。 一般有两种形式：a.深水中层曝气法：b.深水深层曝气法：10、深井曝气活性污泥法又称超深水曝气法主要特点：a.氧转移率高，约为常规法的10倍以上；b.动力效率高，占地少，易于维护运行；c.耐冲击负荷，产泥量少；d.一般可以不建初次沉淀池；e.但受地质条件的限制。 五、活性污泥法的运行管理及常见问题与对策1、活性污泥法的启动与试运行1.1活性污泥的培养与驯化：接种污泥：同类污水厂的剩余污泥；粪便污水等。方法：全流量连续直接培养法；流量分阶段直接培养法；间歇培养法；活性污泥的驯化： a.异步驯化法； b.同步驯化法1.2活性污泥法的试运行：试运行的目的是确定最佳的运行条件；作为变数考虑的因素：MLSS、空气量、污水注入方式；如是吸附再生法，则吸附与再生的时间比；N、P的投加。根据上述各种参数的组合运行结果，找出最佳运行条件。2、活性污泥系统重要运行参数的调节与观测对活性污泥状况的镜检观察；对曝气时间（HRT）的调节；对供气量的调节：SV的测定与调节：剩余污泥排放量的调节：回流污泥量的调节3、活性污泥系统的常见异常现象与对策3.1污泥腐化：现象：活性污泥呈灰黑色、污泥发生厌氧反应，污泥中出现硫细菌，出水水质恶化；原因：1) 负荷量增高；2) 曝气不足；3) 工业废水的流入等；对策：1) 控制负荷量；2) 增大曝气量；3) 切断或控制工业废水的流入。3.2污泥上浮：现象：污泥沉淀3060分钟后呈层状上浮，多发生在夏季；原因：硝化作用导致在二沉池中被还原成N2，引起污泥上浮；对策：1) 减少污泥在二沉池的HRT；2) 减少曝气量。3.3污泥解体：现象：在沉淀后的上清液中含有大量的悬浮微小絮体，出水透明度下降；原因：污泥解体；曝气过度；负荷下降，活性污泥自身氧化过度；对策：减少曝气；增大负荷量。3.4泥水界面不明显：原因：高浓度有机废水的流入，使微生物处于对数增长期；污泥形成的絮体性能较差；对策：降低负荷；增大回流量以提高曝气池中的MLSS，降低F/M值。3.5污泥膨胀：是指活性污泥质量变轻、膨大，沉降性能恶化，在二沉池中不能正常沉淀下来，SVI异常增高，可达400以上。污泥膨胀理论： 低F/M比（即低基质浓度）引起的营养缺乏型膨胀；     低溶解氧浓度引起的溶解氧缺乏型膨胀； 高H2S浓度引起的硫细菌型膨胀。    活性污泥中存在着两大类群微生物，一是菌胶团细菌； 一是丝状菌。二者的生长速率与基质浓度的关系正好相反，即：在低基质浓度下，丝状菌的生长速率要高于菌胶团细菌；而在高基质浓度条件下，菌胶团细菌的生长 速率则要高于丝状菌。在常规的活性污泥系统中，由于需要获得较高的出水水质，即至少在曝气池的出口处要求其中的有机物浓度要达到很低水平，即维持在很低的 基质浓度，因此常常会引起丝状菌的生长占优，而引起丝状菌性污泥膨胀的问题。1) 因丝状菌异常增殖而导致的丝状菌性膨胀；主要是由于丝状菌异常增殖而引起的，主要的丝状菌有：球衣菌属、贝氏硫细菌、以及正常活性污泥中的某些丝状菌如芽孢杆菌属等、某些霉菌；  污泥膨胀的对策：   临时控制措施：a. 污泥助沉法： 改善、提高活性污泥的絮凝性，投加絮凝剂如：硫酸铝等； 改善、提高活性污泥的沉降性、密实性，投加粘土、消石灰等； b. 灭菌法： 杀灭丝状菌，如投加氯、臭氧、过氧化氢等的药剂； 投加硫酸铜，可控制有球衣菌引起的膨胀。 工艺运行调节措施：a. 加强曝气： 加强曝气，提高混合液的DO值； 使污泥常处于好氧状态，防止污泥腐化，加强预曝气或再生性曝气；b. 调节运行条件： 调整进水pH值； 调整混合液中的营养物质； 如有可能，可考虑调节水温丝状菌膨胀多发生在20°C以上； 调整污泥负荷。 永久性控制措施：对现有设施进行改造，或新厂设计时就加以考虑，从工艺运行上 确保污泥膨胀不会发生；在工艺中增加一个生物选择器，该法主要针对低基质浓度下引起的营养缺乏型污泥膨胀，其出发点就是造成曝气池中的生态环境有利于选择 性地发展菌胶团细菌，应用生物竞争的机制抑制丝状菌的过度增殖，从而控制污泥膨胀。    a. 好氧选择器：在曝气池之前增加一个具有推流特点的预曝气池，其停留时间（HRT为530min，多采用20min）的选择非常重要；b. 缺氧选择器：高的基质浓度；菌胶团细菌在缺氧条件下（但有NO3-）有比丝状菌高得多的基质利用率和硝酸盐还原率；c. 厌氧选择器：其作用机制与缺氧选择器相似，即在厌氧条件下，丝状菌具有较低的多聚磷酸盐的释放速度而受到抑制。 2) 因粘性物质大量积累而导致的非丝状菌性膨胀。(1) 高粘性污泥膨胀： 现象：废水净化效果良好，但污泥难于沉淀，污泥颗粒大量随出水流失；原因： 进水中溶解性有机物浓度高，F/M值太高；  氮、磷缺乏，或溶解氧不足； 细菌将大量有机物吸入体内，不能及时降解，分泌过量的凝胶状的多糖类物质； 这些物质中含有很多羟基而具有很高的亲水性，导致污泥中含有很高的结合水，使泥水分离困难。对策：降低负荷，调整工况，加强曝气等。    (2) 低粘性污泥膨胀：原因：进水中含有毒性物质，使污泥中毒，使细菌不能分泌出足够的粘性物质，从而不能有效形成絮凝体，导致泥水分离困难；对策：控制进水水质，加强上游工业废水的预处理。参考文献：1 甘树应, 王争, 杨青, 吴依平, 代学民. 传统活性污泥法污水处理厂脱氮除磷改造技术研究J. 给水排水, 2008,(S1) 2 何成达. 关于污水处理厂的思考J. 环境导报, 1997,(04)3 李悦,宋晓明. 传统污水处理厂脱氮除磷改造工艺述评J. 西南给排水, 2006,(06)4龚如升. 兰州雁儿湾污水厂工艺与运行J. 甘肃科技纵横, 2005,(06) .5桂红艳,张小明,陈胜光. 传统活性污泥法处理工业区污水运行调控总结J. 给水排水, 2002,(05) .6张忠祥,钱易.废水生物处理新技术.北京:清华人学出版社,2004.7崔玉川,刘振江.城市污水处理厂处理设施设计计算.北京化学工业出版社,2004.8高俊发,王社平.污水处理厂工艺设计手册.北京:化学工业出版社,20039郑兴灿等.“污水除磷脱氮技术”高级研修班讲义电子版.天津:2005.10丁永伟等.活性污泥和生物膜复合工艺的应用.中国给水排水,2005,21(8):30-33