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    污水的好氧生物處理-活性污泥法

    發布時間:2018-05-14 17:31:37 點擊次數:615

    污水的好氧生物處理-活性污泥法
    活性污泥法的發展和演變
     
     
        傳統的活性污泥法或稱普通活性污泥法,經不斷發展,已有多種運行方式。
        1.漸減曝氣
        在推流式的傳統曝氣池中,混合液的需氧量在長度方向是逐步下降的。因此等距離均量地布置擴散器是不合理的。實際情況是:前半段氧遠遠不夠,后半段供氧超過需要。漸減曝氣的目的就是合理的布置擴散器,使布氣沿程變化,而總的空氣用量不變,這樣可以提高處理效率。
        2.分步曝氣
        在30年代,紐約市污水廠的曝氣池空氣量供應不足,廠總工程師把入流的一部分從池端引到池的中部分點進水,見(圖6-10),解決了問題。使同樣的空氣量,同樣的池子,得到了較高的處理效率。
        3.完全混合法
        美國1950年以前建造的曝氣池全是狹長的條形池,按推流設計。由于前段需氧量很大,因而通過漸減曝氣池來解決。但是,一般池子只有中段(約全長的 1/3處)需氧速率與氧傳遞速率配合的比較好一些,見(圖6-11)。在池的前段,因食料多,微生物的生長率高,需氧率也就很大,因而即使漸減曝氣也不能根本解決問題,實際的需氧速率受供氧速率控制和制約。圖中需氧和供氧率之間池前后兩塊面積應相等。
        這樣的供氧和需氧情況,當受到沖擊負荷時,前段陰影面積擴大,后段陰影面積縮小,嚴重時,后段面積全部消失,出現全池缺氧情況。
        從上面二種運行方式看,傳統活性污泥法的重要矛盾是供氧和需氧的矛盾,為了解決這個矛盾,漸減曝氣是通過布氣的方法來改善,分步曝氣則是通過進水分配的均勻性上來改善。
        為了根本上改善長條形池子中混合液不均勻的狀態,在分步曝氣的基礎上,進一步大大增加進水點,同時相應增加回流污泥并使其在曝氣池中迅速混合,它就是完全混合的概念,見(圖6-12)。在完全混合法的曝氣池中,需氧速率和供氧速率的矛盾在全池得到了平衡,因而完全混合法有如下特征:
     ?、俪匾褐懈鱾€部分的微生物種類和數量基本相同,生活環境也基本相同;
        ②人流出現沖擊負荷時,池液的組成變化也較小,因為驟然增加的負荷可為全池混合液所分擔,而不是象推流中僅僅由部分回流污泥來承擔。因而完全混合池從某種意義上來講,是一個大的緩沖器和均和池。它不僅能緩和有機負荷的沖擊,也減少有毒物質的影響,在工業污水的處理中有一定優點;
        ③池液里各個部分的需氧率比較均勻。
        為適應完全混和的需要,機械曝氣的圓形池子也得到了發展。機械曝氣器很象攪拌機,而圓形池子便于完全混合。
        4.淺層曝氣
        1953年,派斯維爾(Pasveer)曾計算并測定氧在10℃靜止水中的傳遞特性,如圖14-25所示。他發現了氣泡形成和破裂瞬間的氧傳遞速率最大的特點。在水的淺層處用大量空氣進行曝氣,就可獲得較高的氧傳遞速率。為了使液流保持一定的環流速率,將空氣擴散器分布在曝氣池相當部分的寬度上,并設一條縱墻,將水池分為二部分,迫使曝氣時液體形成環流。
        根據聯邦德國埃姆歇實驗站的測定結果,深度與單位能量吸氧率的關系見(圖6-13)。因而擴散器的深度放置在水面以下0.6~0.8m范圍為宜,此時與常規深度的曝氣池相比,可以節省動力費用。此外,由于風壓減小,風量增加,可以用一般的離心鼓風機。
        淺層曝氣池水深為3~4m,以淺者為好。深寬比在1.0-1.3之間,供氣量為30~40 m3/3(水)·h,風壓lOkPa左右,動力效率可達1.8-2.6kg02/kW·h。
        淺層曝氣與一般曝氣相比,空氣量是增大,但風壓僅為一般曝氣的1/3~1/4,故電耗并不增加而略有下降。淺層池適用于中小型規模的污水廠。但由于布氣系統進行維修上的困難,沒有得到推廣應用。
        5.深層曝氣
        曝氣池的經濟深度是按基建費和運行費用來決定的。根據長期的經驗,并經過多方面的技術經濟比較,經濟深度一般為4~5m。但隨著城市的發展,普遍感到用地緊張,為了節約用地,從60年代開始,研究發展了深層曝氣法。
        一般深層曝氣池水深可達10~20m。70年代以來,國外又發展了超深層曝氣法,又稱豎井或深井曝氣,水深竟達150-300m,大大節省了用地面積。同時由于水深大幅度增加,可以促進氧傳遞速率,從而提高了曝氣池處理污水的負荷。但對深層曝氣的特性和經濟效果,還不能說已十分清楚。
        深井曝氣法的實際裝置直徑為1.0~6.0m,深度為50-150m。井中分隔成兩個部分,一面為下降管,另一面為上升管。污水及污泥從下降管導入,由上升管排出。在深井靠地面的井頸部分,局部擴大,以排除部分氣體。經處理后的混合液,先經真空脫氣(也可以加一個小的曝氣池代替真空脫氣,并充分利用混合液中的溶解氧),再經二次沉淀池固液分離?;旌弦阂部捎脷飧》ㄟM行固液分離。(圖6-14a)為深井曝氣法處理流程。
        在深井中可利用空氣作為動力,促使液流循環。采用空氣循環的方法是啟動時先在上升管中比較淺的部位輸入空氣,使液流開始循環,待液流完全循環后,再在下降管中逐步供給空氣。液流在下降管中與輸入的空氣一起,經過深井底部流人上升管中,并從井頸頂管排出,并釋放部分空氣。由于下降管和上升管的氣液混合物存在著密度差,故促使液流保持不斷循環。深井曝氣池簡圖見(圖6-14b)。
        深井曝氣法中,活性污泥經受壓力的變化較大,有時加壓,有時減壓,實踐表明這時微生物的活性和代謝能力并無異常變化。但合成和能量的分配有一定變化,運行中發現二氧化碳的量比常規曝氣多30%,污泥產量低。
        深井曝氣池內,氣液紊流大,液膜更新快,促使KI。值增大,同時氣液接觸時間增長,溶解氧的飽和濃度也由深度的增加而增加。國外已建成了幾十個深井曝氣處理廠。國內也正在開展研究。但是,當井壁腐蝕或受損時污水是否會通過井壁滲透,污染地下水,這個問題必須嚴肅認真地對待。
        6.高負荷曝氣或變型曝氣
        有些污水廠只需要部分處理,因此產生了高負荷曝氣法。曝氣池中的 MLSS,約300~500mg/L,曝氣的時間比較短,約2~3h,處理效率僅約65%左右,有別于傳統的活性污泥法,故常稱變型曝氣。
        7.克勞斯(Kraus)法
        美國有一釀造廠,污水的碳水化合物含量有時特別高,給城市污水廠的運行造成很大困難,常引起污泥膨脹。膨脹的活性污泥不易在二次沉淀池中沉淀,而隨水流帶走,不僅降低了出水水質,而且造成回流污泥量不足,進而降低了曝氣池中混合液懸浮固體濃度。如不及時采取措施加以解決,就會使系統中的活性污泥愈來愈少,從根本上破壞曝氣池的運行。
        克勞斯工程師把厭氧消化的上清液加到回流污泥中一起曝氣,然后再進入曝氣池,成功地克服了高碳水化合物的污泥膨脹問題。這個過程稱為克勞斯法。消化池上清液中富有氨氮,可以供應大量碳水化合物代謝所需的氮。此外,消化池上清液挾帶的消化污泥比重較大,有改善混合液沉淀性能的功效。
        8.延時曝氣
        延時曝氣在40年代末到50年代初在美國流行起來。特點是曝氣時間很長,達24h甚至更長,MLSS較高,達到3 000-6 000mg/L,活性污泥在時間和空間上部分處于內源呼吸狀態,剩余污泥少而穩定,無需消化,可直接排放。適用于污水量很小的場合,最先是牛奶場,后來用于村莊和風景區、旅社等。近年來,國內用于高層建筑生活污水處理。設備可用鋼板裝配,由廠商供應。對于不是24h連續來水的場合,常常不設沉淀池而采用間歇運行方式,例如20h曝氣和進水,2h沉淀,2h放空,再運行。也有曝氣池和二沉池合建的。
        9.接觸穩定法
        50年代德克薩斯州奧斯?。ˋustin)城的污水廠由于水量增加,需要擴建。雖然另有空地,但地價昂貴,因而沒有擴建的可能性,不得不另找它法。
        在實驗室里,用活性污泥法處理生活污水時,混合液中液體部分的BOD5下降有一定的規律。如果測定BOD5時的取樣間隔時間較長,例如每隔1h取樣一次,那么所得的BOD5下降曲線是光滑的,如圖14-29的實線所示,表明池液中的反應接近于一級反應。但是,縮短取樣間隔時,發現在運行開始后的第一小時內,BOD5值有一個迅速下降而后又逐漸回升的現象,見 (圖6-15)中虛線。而且這個短暫過程中BOD5的最低值與曝氣數小時后的BOO<基本相同,其值相當低。利用這一事實,把曝氣時間縮短為15~45win(MLSS為2 000 mg/L),取得了BOD5相當低的出水。但是,回流污泥喪失了活性,其降低污水中BOD5的能力下降了。于是把回流污泥與人流的城市污水匯合之前預先進行充分曝氣,這樣即可恢復它的活性。在適當改變原曝氣池的出人口位置和增添擴散板面積后,只用了原池一半容積,就解決了超負荷問題。
        但是,每月總有一天出水質量不好,調查研究后發現這一天是城內牛奶場的清洗日。牛奶場污水BOD5很高而SS不高。這啟示了:混合液曝氣過程中第一階段BOD5的下降是由于吸附作用造成的,對于溶解的有機物,吸附作用不大或沒有,因此,把這種方法稱為接觸穩定法,也叫吸附再生法,混合液的曝氣完成了吸附作用,回流污泥的曝氣完成穩定作用(恢復活性)。
        此外,還發現:①這一方法直接用于原污水的處理比用于初沉池的出流水效果好,初沉池可以不用;②剩余污泥量增加了。結果,在改造曝氣池時,只增添了空氣供應設備的污泥處理設備。接觸穩定法的流程簡圖(圖6-16)如下。
        實際上,再生池和吸附池可合建,用墻隔開。在接觸穩定法中,回流污泥濃縮(由2000mg/L變成8000mg/L)再曝氣穩定,池容積節省了,或者說,同樣的池子增加了處理能力。
        在50年代開發的氧化溝是延時曝氣法的一種特殊形式(如圖6-17所示),它的池體狹長,池深較淺,在溝槽中設有表面曝氣裝置。曝氣裝置的轉動,推動溝內液體迅速流動,取得曝氣和攪拌兩個作用,溝中混合液流速約為0.3- 0.6m/s,使活性污泥呈懸浮狀態(圖6-18)示的是一種典型的氧化溝--卡羅塞式氧化溝,它是由荷蘭DHV公司于60年代開發的使用很廣泛的一種氧化溝,如我國昆明蘭花溝污水處理廠,桂林市東區污水處理廠及上海龍華肉聯廠的廢水處理都采用這種形式的氧化溝,它不但可以達到95%以上的BOD5去除率,還可同時達到部分脫氮除磷的目的。
        80年代初,美國開發了將二次沉淀池設置在氧化溝中的合建式氧化溝,(圖 6-19)所示的是一種典型的合建式氧化溝——BMTS型,即在溝內截出一個區段作為沉淀區,兩側設隔板,沉淀區底部設一排呈三角形的導流板,混合液的一部分從導流板間隙上升進入沉淀區,沉淀的污泥也通過導流板回流到氧化溝,出水由設于水面的集水管排出。因省去二沉池,故節省占地,更易于管理。
        11.純氧曝氣
        以純氧代替空氣,可以提高生物處理的速度。純氧曝氣采用密閉的池子。曝氣時間較短,約1.5~3.0h,MLSS較高,約4000-8000mg/L。因而二沉池的運行要注意。純氧曝氣池的構造見(圖6-20)。
        廠商推廣純氧曝氣池的主要論點之一是:氧的純度達98%。在密閉的容器中,溶解氧飽和濃度可提高,氧溶解的推動力也隨著提高,氧傳遞速率增加了,因而處理效果好,污泥的沉淀性能也好。純氧曝氣并沒有改變活性污泥或微生物的性質,但使微生物充分發揮了作用。
        純氧曝氣的缺點主要是純氧發生器容易出現故障,裝置復雜,運轉管理較麻煩。水池頂部必須密閉不漏氣,結構要求高,施工要特別小心。如果進水中混入大量易揮發的碳氫化合物,容易引起爆炸。同時生物代謝中生成的二氧化碳,將使氣體中的二氧化碳分壓上升,溶解于溶液中,會導致pH值的下降,妨礙生物處理的正常運行,影響處理效率。因而要適時排氣和進行pH值的調節。
        12.活性生物濾池(ABF工藝)
        (圖6-21)為ABF的流程,在通常的活性污泥過程之前設置一個塔式濾池,它同曝氣池可以是串聯的,又可以是并聯的,但主要是串聯。塔式濾池濾料表面上附著很多活性污泥,因此濾料的材質和構造不同于一般生物濾池。通常用耐腐蝕的木板條做成柵狀板,然后平放重疊起來。柵板與柵板之間留有一定間距,塔高4-6m。塔的設計負荷率為3.2kg/ m3·d,去除率約65%,冬季處理效果較差,和水溫有關。塔的出流含氧量高達6-8mg/L(20℃),混合液需氧速率也高,隨廢水濃度不同,可達30-300mg/L·h左右。
        這里的濾池也可以看作采用表面曝氣特殊形式的曝氣池,塔是一個強烈的充氧器。因而ABF可認為是一個復合式活性污泥法。
        污水流過濾池的時間不到1min,但由于濾料污泥層附著水的存在,實際上污水的逗留時間要長得多。對ABF工藝國內外都作了一些研究,但對它的技術經濟和運行特性的研究還不夠充分。
        13.吸附-生物降解工藝(AB法)
        70年代,德國亞深工業大學的Boehnkg教授提出了吸附-生物降解工藝,簡稱AB法,其工藝流程如(圖6-22)所示。A級以高負荷或超高負荷運行(污泥負荷>2.0kg BOD5/kgMLSS·d),B級以低負荷運行(污泥負荷一般為0.1~0.3kg BOD5/kgMLSS·d),A級曝氣池停留時間短,30~60min,B級停留2-4h。該系統不設初沉池,A級是一個開放性的生物系統。A、B兩級各自有獨立的污泥回流系統,兩級的污泥互不相混。
        該工藝處理效果穩定,具有抗沖擊負荷、pH值變化的能力,在德國以及歐洲有廣泛的應用。該工藝還可以根據經濟實力進行分期建設。例如,可先建A級,以削減污水中的大量有機物,達到優于一級處理的效果,等條件成熟,再建B級以滿足更高的處理要求。近年來,AB法在我國的青島海泊河污水處理廠,淄博污水處理廠等有應用。
        14.序批式活性污泥法(SBR法)
        序批式活性污泥法簡稱SBR法,是早期充排式反應器(Fill-Draw)的一種改進,比連續流活性污泥法出現得更早,但由于當時運行管理條件限制而被連續流系統所取代。隨著自動控制水平的提高,SBR法又引起人們的重新重視,并對它進行了更加深入的研究與改進,自1985年我國第一座SBR處理設施在上海市吳淞肉聯廠投產運行以來,SBR工藝在國內已用于屠宰,繅絲,含酚,啤酒,化工試劑,魚品加工,制藥等工業污水和生活及城市污水的處理。
        傳統活性污泥法的曝氣池,在流態上屆推流、在有機物降解方面也是沿著空間而逐漸降解的。而SBR工藝的曝氣池,在流態上屬完全混合,在有機物降解上,卻是時間上的推流,有機物是隨著時間的推移而被降解的。(圖6-23)為 SBR工藝的基本運行模式,其基本操作流程由進水,反應,沉淀,出水和閑置等五個基本過程組成,從污水流人到閑置結束構成一個周期,在每個周期里上述過程都是在一個設有曝氣或攪拌裝置的反應器內依次進行的。
        SBR工藝與連續流活性污泥工藝相比有一些優點,①工藝系統組成簡單 (圖6-24)所示),不設二沉池,曝氣池兼具二沉池的功能,無污泥回流設備;②耐沖擊負荷,在一般情況下(包括工業污水處理)無需設置調節池;③反應推動力大,易于得到優于連續流系統的出水水質;④運行操作靈活,通過適當調節各單元操作的狀態可達到脫氮除磷的效果;⑤污泥沉淀性能好,SVI值較低,能有效地防止絲狀菌膨脹;⑥該工藝的各操作階段及各項運行指標可通過計算機加以控制,便于自控運行,易于維護管理。

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