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      生物處理工藝10種活性污泥法

      來源:印染廢水處理 發表時間:2016-10-18 訪問次數:
      活性污泥法是一種污水的好氧生物處理法是目前使用最多的一種方法。它能從污水中去除溶解性的和膠體狀態的可生化有機物以及能被活性污泥吸附的懸浮固體和其他一些物質,同時也能去除一部分磷素和氮素。

      根據水質的變化、微生物代謝活性的特點和運行管理、技術經濟及排放要求等方面的情況,又發展成為多種運行方式和池型。其中按運行方式,可以分為普通曝氣法、漸減曝氣法、階段曝氣法、吸附再生法(生物接觸穩定法)、高速率曝氣法等。


      一、推流式活性污泥法


      推流式活性污泥法,又稱為傳統活性污泥法。推流式曝氣池表面呈長方形,在曝氣和水力條件的推動下,曝氣池中的水流均勻地推進流動,廢水從池首端進入,從池尾端流出,前段液流與后段液流不發生混合。其工藝流程圖如下

      推流式活性污泥法工藝流程圖
       
      推流式活性污泥法工藝流程圖

      在曝氣過程中,從池首至池尾,隨著環境的變化,生物反應速度是變化的,F/M值也是不斷變化的,微生物群的量和質不斷地變動,活性污泥的吸附、絮凝、穩定作用不斷地變化,其沉降-濃縮性能也不斷地變化。

       

      推流式曝氣的特點是:

      1、廢水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;

      2、推流式曝氣池可采用多種運行方式;

      3、對廢水的處理方式較靈活。但推流式曝氣也有一定的缺點,由于沿池長均勻供氧,會出現池首曝氣不足,池尾供氣過量的現象,增加動力費用。

       

      推流式曝氣池一般建成廊道型,根據所需長度,可建成單廊道、二鹿道或多廊道。廊道的長寬比一般不小于5:1,以避免短路。

       

      用于處理工業廢水,推流式曝氣池的各項設計參數的參考值大體如下:

       

      BOD 負荷(Ns) 0.2~0.4kgBOD5/(kgMLSS.d)

      容積負荷(Nv) 0.3~0.6kgBOD5/(m3.d)

      污泥齡(生物固體平均停留時間)(θr、ts) 5~15d;

      混合液懸浮固體濃度(MLSS) 1500~3500mg/L;

      混合液揮發性懸浮固體濃度(MLVSS) 1200~2500mg/L;

      污泥回流比(R) 25%~50%;

      曝氣時間(t) 4~8h;

      BOD5去除率 85%~95%。

       

      二、完全混合活性污泥法


       
      完全混合式曝氣池,是廢水進入曝氣池后與池中原有的混合液充分混合,因此池內混合液的組成、F/M值、微生物群的量和質是完全均勻一致的。整個過程在污泥增長曲線上的位置僅是一個點。這意味著在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。工藝流程見圖如下

      完全混合活性污泥法工藝流程圖
      完全混合活性污泥法工藝流程圖

      完全混合式曝氣池的特點是

      1、承受沖擊負荷的能力強,池內混合液能對廢水起稀釋作用,對高峰負荷起削弱作用;

      2、由于全池需氧要求相同,能節省動力;

      3、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。

       

      完全混合式曝氣池的缺點是,連續進水、出水可能造成短路;易引起污泥膨脹。

       

      本工藝適于處理工業廢水,特別是高濃度的有機廢水。

       

      用于處理城市廢水,完全混合曝氣池的各項設計參數的參考值如下:

       

      BOD 負荷(Ns) 0.2~0.6kgBOD5/(kgMLSS.d)

      容積負荷(Nv) 0.8~2.0kgBOD5/(m3.d)

      污泥齡(生物固體平均停留時間)(θr) 5~15d;

      混合液懸浮固體濃度(MLSS) 3000~6000mg/L;

      混合液揮發性懸浮固體濃度(MLVSS) 2400~4800mg/L;

      污泥回流比(R) 25%~100%;

      曝氣時間(t) 3~5h;

      BOD5去除率 85%~90%。
       

      三、分段曝氣活性污泥法
       

      分段曝氣活性污泥運行模式又稱階段進水活性污泥法或多段進水活性污泥法,其特點是廢水沿池長多點進水,有機負荷分布均勻,使供氧量均化,克服了推流式供氧的弊病。沿池長F/M分布均勻,充分發揮其降解有機物的能力。該法可提高空氣利用率,提高池子工作能力,適用各種范圍水質。該工藝的不足是,進水若得不到充分混合,會引起處理效果的下降。下圖是分段式曝氣法平面布置示意圖。


      分段式曝氣法平面布置示意圖

       

      分段曝氣法處理工業廢水的各項設計參數如下:

      BOD 負荷(Ns) 0.2~0.4kgBOD5/(kgMLSS.d)

      容積負荷(Nv) 0.6~1.0kgBOD5/(m3.d)

      污泥齡(生物固體平均停留時間)(θr) 5~15d;

      混合液懸浮固體濃度(MLSS) 2000~3500mg/L;

      混合液揮發性懸浮固體濃度(MLVSS) 1600~2800mg/L;

      污泥回流比(R) 25%~75%;

      曝氣時間(t) 3~8h;

      BOD5去除率 85%~95%。


      四、吸附再生活性污泥法


      吸附-再生活性污泥法又稱生物吸附法或接觸穩定法。這種運行方式的主要特點是將活性污泥對有機污染物降解的兩個過程一吸附、代謝,分別在各自的反應器內進行。

       

      廢水在再生池得到充分再生,具有很強活性的活性污泥同步進入吸附池,兩者在吸附池中充分接觸,廢水中大部分有機物被活性污泥所吸附,廢水得到凈化。由二次沉淀池分離出來的污泥進入再生池,活性污泥在這里將所吸附的有機物進行代謝活動,使有機物降解,微生物增殖,微生物進人內源代謝期,污泥的活性、吸附功能得到充分恢復,然后再與廢水一同進入吸附池。見下圖:



      吸附-再生活性污泥平面示意圖

       

      吸附-再生活性污泥法的特點是:

      1、廢水與活性污泥在吸附池的接觸時間較短,吸附池容積較小,由于再生池接納的僅是濃度較高的回流污泥,因此,再生池的容積亦小,吸附池與再生池容積之和仍低于傳統法曝氣池的容積;

      2、本方法能承受一定的沖擊負荷,當吸附池的活性污泥遭到破壞時,可由再生池內的污泥予以補救。

       

      本方法的主要缺點是對廢水的處理效果低于傳統活性污泥法;此外,對溶解性有機物高的廢水,處理效果差。

       

      本系統處理工業廢水的各項設計參數如下:

       

      BOD 負荷(Ns) 0.2~0.6kgBOD5/(kgMLSS.d)

      容積負荷(Nv) 1.0~1.2kgBOD5/(m3.d)

      污泥齡(生物固體平均停留時間)(θr) 5~15d;

      混合液懸浮固體濃度(MLSS) 1000~3000mg/L;

      混合液揮發性懸浮固體濃度(MLVSS) 再生池 4000~10000mg/L;

      吸附池 800~2400mg/L;

      再生池 3200~8000mg/L;

      反應時間 吸附池 0.5~1.0h,

      再生池 3~6h; 

      污泥回流比(R) 25%~100%;

      曝氣時間(t) 3~6h;

      BOD5去除率 80%~90%。


      五、延時曝氣活性污泥法


       

      該工藝又稱完全氧化活性污泥法。工藝的主要特點是:有機負荷低,污泥持續處于內源代謝狀態,剩余污泥少,且污泥穩定、不需再進行消化處理,這種工藝可稱為廢水、污泥綜合處理工藝。該工藝還具有處理水質穩定性較高,對廢水沖擊負荷有較強的適應性和不需設初次沉淀池的優點。主要缺點是池容大,曝氣時間長,建設費和運行費用都較髙,而且占用較大的土地等。

       

      適用于對處理水質要求高,又不宜采用單獨污泥處理的小型城鎮污水和工業廢水。工藝采用的曝氣池均為完全混合式或推流式。

       

      本工藝處理城鎮污水和工業廢水所采用的各項設計參數的參考值如下:

       

      BOD 負荷(Ns) 0.05~0.15kgBOD5/(kgMLSS.d)

      容積負荷(Nv) 0.1~0.4kgBOD5/(m3.d)

      污泥齡(生物固體平均停留時間)(θr、ts) 20~30d;

      混合液懸浮固體濃度(MLSS) 3000~6000mg/L;

      混合液揮發性懸浮固體濃度(MLVSS) 2400~4800mg/L;

      污泥回流比(R) 75%~100%;

      曝氣時間(t) 18~48h;

      BOD5去除率 75%~95%。

       

      從理論上來說,延時曝氣活性污泥法是不產生污泥的,但在實際上仍產生少量的剩余污泥,其成分主要是一些無機懸浮物和微生物內源代謝的殘留物。

       

      六、高負荷活性污泥法

       

      高負荷活性污泥法又稱短時曝氣法或不完全活性污泥法。工藝的主要特點是負荷率高,曝氣時間短,對廢水的處理效果低。在系統和曝氣池構造方面,本工藝與傳統活性污泥法基本相同。

       

      本工藝處理城市污水和各種工業廢水各項設計參數的參考數值如下:

       

      BOD 負荷(Ns) 1.5~5.0kgBOD5/(kgMLSS.d)

      容積負荷(Nv) 1.2~2.4kgBOD5/(m3.d)

      污泥齡(生物固體平均停留時間)(θr、ts) 0.25~2.5d;

      混合液懸浮固體濃度(MLSS) 200~500mg/L;

      混合液揮發性懸浮固體濃度(MLVSS) 160~400mg/L;

      污泥回流比(R) 5%~15%;

      曝氣時間(t) 1.5~3.0h;

      BOD5去除率 60%~75%。

       

      七、淺層曝氣、深水曝氣、深井曝氣活性污泥法

       

      1.淺層曝氣活性污泥法

       

      淺層低壓曝氣又名因卡曝氣(INKA aeration),是瑞典ka公司所開發的,其原理基于氣泡在剛剛形成的瞬息間,其吸氧率最高。如圖所示。曝氣設備裝在距液面800~900mm處,可采用低壓風機。單位輸入能量的相對吸氧量可達最大,它可充分發揮曝氣設備的能力。風機的風壓約1000mm左右即可滿足要求。池中間設置縱向隔板,以利液流循環,充氧能力可達1.80~2.60kg/(kW.h)。工藝缺點是曝氣柵管孔眼易堵塞。



      淺層曝氣原理圖

       

      2.深水曝氣活性污泥法

       

      曝氣池內水深可達8.5~30m,由于水壓較大,故氧利用率較高;但需要的供風壓力較大,因此動力消耗并不節省。近年來發展了若干種類的深水曝氣池,主要有深水底層曝氣、深水中層曝氣,其中包括單側旋流式、雙側旋流式、完全混合式等。為了減小風壓,曝氣器往往裝在池深的一半,形成液―氣流的循環,可節省能耗。當水深超過10~30m時,即為塔式曝氣池。見下圖



      深水曝氣原理圖

      3.深井曝氣活性污泥法

       

      深井曝氣是20世紀70年代中期開發的廢水生物處理新工藝。深井曝氣處理廢水的特點是:處理效果良好,并具有充氧能力高、動力效率高、占地少、設備簡單、易于操作和維修、運行費用低、耐沖擊負荷能力強、產泥量低、處理不受氣候影響等優點。此外,在大多數情況下可取消一次沉淀池,對高濃度工業廢水容易提供大量的氧,也可用于污泥的好氧消化。深井曝氣裝置,一般平面呈圓形,直徑大約為1~6m,深度50~150m。在井身內,通過空壓機的作用形成降流和升流的流動。見下圖


      深井曝氣原理圖

      采用深井曝氣裝置處理城市和工業廢水設計參數的參考值如下:

       

      BOD 負荷(Ns) 1~1.2kgBOD5/(kgMLSS.d)

      容積負荷(Nv) 3.0~3.6kgBOD5/(m3.d)

      污泥齡(生物固體平均停留時間)(θr) 5d;

      混合液懸浮固體濃度(MLSS) 3000~5000mg/L;

      混合液揮發性懸浮固體濃度(MLVSS) 2400~4000mg/L;

      污泥回流比(R) 40%~80%;

      曝氣時間(t) 1~2h;

      BOD5去除率 85%~90%。


       

      八、純氧曝氣活性污泥法

       

       

      純氧曝氣又稱富氧曝氣,與空氣曝氣相比,具有以下幾個特點:

       

      (1)空氣中含氧一般為21%,一般純氧中含氧為90%~95%,而氧的分壓純氧比空氣高4.4~4.7倍,因此純氧曝氣能大大提高氧在混合液中的擴散能力;

       

      (2)氧的利用率可髙達80%~90%,而空氣曝氣活性污泥法僅10%左右,因此達到同等氧濃度所需的氣體體積可大大減少;

       

      (3)活性污泥濃度(MLSS)可達4000~7000mg/L,故在相同有機負荷時,容積負荷可大大提高;

       

      (4)污泥指數低,僅100左右,不易發生污泥膨脹;

       

      (5)處理效率高,所需的曝氣時間短;

       

      (6)產生的剩余污泥量少。

       

      純氧曝氣池有三類:①多級密封式,氧從密閉頂蓋引入池內,污水從第一級逐級推流前進,氧由離心壓縮機經中空軸進入回轉葉輪,它使池中污泥與氣保持充分混合與接觸,使污泥能極大地吸收氧,未用盡的氧與生化反應代謝產物從最后一級排出;②對舊曝氣池進行改造,池上設幕蓬,既通入純氧,又輸入壓縮空氣,部分尾氣外排,也可循環回用;③敞開式純氧曝氣池。見圖2-5-25。



      純氧曝氣活性污泥法工藝流程圖

       

      BOD 負荷(Ns) 0.4~1.0kgBOD5/(kgMLSS.d)

      容積負荷(Nv) 2.0~3.2kgBOD5/(m3.d)

      污泥齡(生物固體平均停留時間)(θr、ts) 05~15d;

      混合液懸浮固體濃度(MLSS) 6000~10000mg/L;

      混合液揮發性懸浮固體濃度(MLVSS) 4000~6500mg/L;

      污泥回流比(R) 25%~50%;

      曝氣時間(t) 1.5~3.0h;

      溶解氧濃度(DO)6~10mg/L;

      剩余污泥生成量(ES) 0.3~0.45kgTSS/kgBOD去除;

      污泥容積指數(SVI) 30~50。
       

      九、氧化溝工藝

       

      氧化溝作為傳統活性污泥法的變型工藝,其曝氣池呈封閉的溝渠形,由于污水和活性污泥混合液在渠內呈循環流動,因此被稱為“氧化溝”,又稱環行曝氣池”。流程形式見圖


      氧化溝工藝流程圖

       

      氧化溝的工藝運行特點主要有以下幾方面。

       

      1、預處理得到簡化

       

      由于氧化溝的水力停留時間和污泥齡一般較其他生物處理法長,因此懸浮有機物和溶解性有機物可同時得到較徹底的去除,因而經氧化溝處理后的剩余污泥已得到高度穩定。所以氧化溝通常不必設初沉池,也不需要進行厭氧硝化,可直接進行濃縮與脫水。

       

      2、占地小

       

      由于在工藝流程中省去了初沉池、污泥消化系統,甚至還省去了二沉池和污泥回流裝置,因此污水廠總占地面積不僅沒有增大,相反還可縮小。

       

      2、流態的特征呈推流式

       

      由于環形曝氣的特點,使氧化溝具有推流特性,溶解氧濃度在沿池長方向呈濃度梯度,并形成好氧、缺氧和厭氧條件,因此通過合理的設計與控制,氧化溝系統可以取得較好的除磷脫氮效果。


      4、取消二沉池使工藝更簡化

       

      通過將氧化溝和二沉池合建的一體設計形式,可取消二沉池,從而可大大簡化處理流程。

       

      同活性污泥法一樣,氧化溝的型式和構造也是多種多樣的,自從第一座氧化溝問世以來,氧化溝已演變成多種工藝方法和設備。按構造和運行特征以及不同的發明者和專利情況,氧化溝可分為如下幾種有代表性的類型:

       

      1) 卡魯塞爾氧化溝

       

      主要應用立式低速表面曝氣器供氧并推動水流前進,為適應脫磷脫氮的要求,目前又開發了卡魯塞爾2000等類型的氧化溝;

       

      2) 交替式氧化溝

       

      主要是雙溝(D)式氧化溝,即雙溝式交替地在好氧和沉淀的狀態下工作,以免除分離式的二次沉淀池,并可完成硝化與反硝化。但由于雙溝式氧化溝設備閑置率較高(大于50%),因此又開發了三溝式(T型〗氧化溝,從而提高了設備利用率(大于58.3%);

       

      3) Orbal氧化溝

       

      為多個同心的溝渠組成,污水從外溝依次流入內溝。各溝內有機物濃度和溶解氧濃度均不相同,因此可實現脫氮除磷的目的;

       

      4) 一體化氧化溝

       

      將氧化溝和二沉池合為一體的氧化溝,該工藝可節省污泥回流系統和基建投資;

       

      5) 其他類型氧化溝

       

      包括射流曝氣(JAC)系統、U-型化溝和采用微孔曝氣的逆流氧化溝等。

       

      目前氧化溝工藝在國內外均有較多應用,是活性污泥法中應用較多的工藝流程。

       

      十、序批活性污泥法

       

      序批活性污泥法又稱SBR法,由于運行中采用間歇式的形式,因此每一反應池是一批一批地處理污水,故此得名。由于SBR運行操作的高度靈活性,在大多數場合都能代替連續活性污泥法,實現與之相同或相近的功能。改變SBR的操作模式,就可以模擬完全混合式和推流式的運行模式。在反應階段,隨著時間的推移,反應池中的有機物被微生物降解,廢水濃度越來越低,非常類似穩態推流式,只不過這是一種時間意義上的推流。如果進水期很長,反應池中廢水的有機物在這個時期累積程度非常小,那么這種情況就接近于完全混合式。

       

      與連續流相比,SBR有許多優點,具體有以下幾點。

       

      1、運行管理簡單

       

      系統控制硬件如電動閥、氣動閥、電磁閥、液位傳感器、流量計、時間控制器及微電腦已產品化,能夠為SBR系統提供可靠的自動化控制,大大縮短了管理人員的操作時間,甚至可以實現無人化管理。

       

      2、降低了造價,減少占地由于SBR將曝氣與沉淀兩個過程合并在一個構筑物中進行,不需要二次沉淀池和污泥回流系統,甚至在大多數情況下可以不設初次沉淀池,所以占地面積可縮小1/3~1/2,基建投資節省20%~40%。

       

      3、耐沖擊負荷

       

      SBR充水時可作為均化池,對水質、水量的變化具有調節作用。在采用長時間進水和每周期換水體積很小的運行模式時,SBR可以模擬完全混合式流態,對進水有稀釋作用,這也是SBR耐沖擊負荷的一個原因。


      4、出水水質好

       

      主要原因是:第一,SBR系統可隨時調整運行周期和反應曝氣時間等的長短,使處理水達標后才排放;第二,沉淀是在靜止條件下進行的,沒有進出水的干擾,泥水分離效果好,可避免短路、異重流的影響;第三,可根據泥水分離情況的好壞控制沉淀時間,使出水SS最少;第四,SBR不僅可以處理一般有機物,還可以去除氮、磷等營養物,某些難降解物也可得到降解。

       

      5、可抑制活性污泥絲狀菌膨脹

       

      廢水進入反應池后,濃度隨反應時間而逐漸降低,因此,存在有機物的濃度梯度。這一濃度梯度的存在對于抑制絲狀菌膨脹,保持良好的污泥性狀,具有重要作用。從另一方面看,缺氧、好氧狀態并存,能夠抑制專性好氧絲狀菌的繁殖。研究和工程應用表明,SBR污泥的SVI值多在100左右,能有效地抑制絲狀茵污泥膨脹。

       

      6、脫氮除磷

       

      適當控制運行條件,SBR系統可在不投加任何化學藥劑的情況下,同時去除氮、磷等營養物,十分簡便。




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