§4.3活性污泥法的發展和演變5深井（層）曝氣深井曝氣法實際裝置直徑可以達到1－6米，深度為50－150米。一般井中分為兩部分（上升管和下降管）。一般曝氣池的深度以4－5米為宜，但是為了節約用地，60年代開始研究深層曝氣（10－20米）法。70年代以來，又開發了深井曝氣（150－300米）技術。深井曝氣法具有占地面積小、充氧動力效率高等特點，另外該工藝還有利于冬季保持水溫。適用于工業廢水以及高濃度廢水的處理。缺點：構造復雜、維修困難、泄漏會造成地下水污染。深層曝氣深井曝氣法處理流程深井曝氣池簡圖深井曝氣工藝參數工藝參數變化范圍井深充氧能力氧利用率曝氣時間有機物負荷MLSS空隙率經濟循環流速回流污泥比脫氣池容積二沉池固體負荷停留時間一般為50-150m0.5-1.0kgO2/m2h，最高可達3.0kgO2/m2h40%-80%對于城市污水，1小時左右COD：10-30kg/m3d,BOD：0.5-2.0kg/kgVSSd6-10g/L不得高于0.2，否則容易發生氣泡合并一般1.0-1.5m/s50%-200%盡可能大些，一般為井容的30%-50%SVI大于150：150kg/m2d；SVI小于100：300kg/m2d3.5小時以內。深井曝氣于傳統生物處理工藝的比較項目深井曝氣活性污泥法接觸氧化法停留時間（小時）COD污泥負荷（kg/kgMLSSd）COD容積負荷kg/m2dMLSS濃度kg/L污泥返送率%剩余污泥生成量kgss/kgCOD氧利用率%占地面積運轉成本1.00.984.84500-6000100-1500.2-0.550-901.01.07.00.20.72500-400050-1500.5-0.65-151.61.46.50.750.2-0.65-151.41.36.接觸穩定法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。6接觸穩定法該工藝可直接用于原污水的處理，不需要初沉池且效果很好；另外剩余污泥量會增加。7吸附－生物降解工藝（AB法）Absorption-Biodegration70年代，德國Boehnke教授提出了AB法工藝。吸附段采用高負荷或超高負荷運行，停留時間短（30－60分鐘），主要為吸附過程。而氧化段采用低負荷運行，停留時間2－4小時。兩段具有獨立的污泥系統，不相混合。主要特點：不設初沉池；A，B段污泥回流單獨分開；A，B段負荷相差懸殊。吸附－生物降解工藝（AB法）A段B段吸附段高有機負荷F>2kg/kgd缺氧DO=0.2-0.5HRT=30-40min泥齡=0.3-0.5d污泥產量大，且由于吸附作用，有機物含量較高，如用厭氧消化處理污泥，多產氣25%以上。耐沖擊負荷，適應性很強生物氧化低負荷F<0.15kg/kgd好氧DO=2-3HRT=2-4h泥齡=15-20d泥量小，僅為傳統工藝（CAS）的1/4-1/3耐沖擊負荷吸附－生物降解工藝（AB法）開放系統原理：城市污水中存在大量微生物，污水溝渠和管道可以看成是“中間反應器”。在這個“中間反應器”中微生物存在適應、選擇、生長的過程（設計中多被忽視），形成了適應改種廢水的特有微生物種群。A段中有15%以上的微生物來自原廢水。該段吸附，但不再生，靠該部分進入的微生物“活化”，同時，中沉池中兼性菌呼吸也有活化作用。吸附－生物降解工藝（AB法）吸附－生物降解工藝（AB法）吸附－生物降解工藝（AB法）幾個問題：適用性問題：A段是關鍵部分，由開放系統原理可知，A段需要不斷從進水中獲得適應性微生物，這是有效誘導、絮凝的前提。城市污水BOD5>300mg/L。反硝化碳源問題：當B段有反硝化作用時（A/O），A段BOD去除率<50%，否則碳源不足，影響反硝化效果。A段運行時，會出現惡臭，影響衛生：高有機負荷，產生硫化氫、大糞素等氣體。所以A段應加蓋子，并通風除臭。8序批式活性污泥法（SBR）SequencingBatchReactor，并非“新”工藝1914年，Arden&Lockett“FillandDrawProcess”.1980年。美國印第安納州第一個SBR污水廠建成我國，1985年，上海吳淞肉聯廠污水處理設施（2400m3/d）序批間歇式的含義：1、運行操作在空間上是按序列、間歇運行的。2、每個SBR反應器運行時間上也是按次序排列間歇運行的。8序批式活性污泥法（SBR）常規除碳反應周期：進水期（F）：反應期（R）沉淀期（S）排水排泥期（D）閑置期（I）按曝氣時間與充水過程時序不同分為：非限量曝氣：邊進水，邊曝氣。限量曝氣：充水結束后曝氣。半限量曝氣：充水中后期開始曝氣。SBR優勢在于：復合流態（空間上完全混合，時間上理想推流）；理想沉淀池；反應堆動力大。運行中的SBR工藝T≥TR＋Ts＋TDTF＝T／NTs＋TD≤T－TF式中：T－一個周期的所需時間TF－進水時間TR－曝氣時間Ts－沉淀時間TD－排水時間N－每一個系列的反應池數量F/MRSDIM脫氮F/MRS/SDDI除磷F/MRS/SDDIM潷水器浮動式重力潷水器（也稱浮筒式潷水器）無動力潷水機旋轉潷水機8序批式活性污泥法（SBR）工藝性能特點：流程簡單，造價低(“簡易”的絕無僅有！！)。對美國、加拿大等8個SBR進行比較，只有一個設置調節池，兩個設置初沉池，其他全部省去預處理構筑物！！！耐沖積負荷。自動化程度高，易于維護管理。進水得到充分混合稀釋；多池對高峰BOD具有分割效果運行操作靈活，可達到脫氮除磷的效果；污泥沉降性能好反應推動力大，出水水質好；SBR法處理部分工業廢水效果廢水pHCOD（mg/L）BOD（mg/L）SS（mg/L）主要運行參數豆汁廢水原水5.8-6.510000-2000015000-300001500-3500Fw=1.5-4Kg/（m3d）MLSS=6000-10000mg/LSVI=41-60出水8.8-9.188-29014-18031-95面筋廢水原水6.2-7.3900-17001000-1800100-350Fw=0.5-0.9Kg/（m3d）MLSS=4000-6000mg/LSVI=80-100出水7.8-8.210-153-122-8薯粉廢水原水5.5-6.310000-2000012000-230003300-17000Fw=1.3-2.5Kg/（m3d）MLSS=8000-10000mg/LSVI=50-80出水8.0-8.3130-25080-120感光劑工業廢水原水7.6-8.91800-56003700-110044-300Fw=1.9-3.9Kg/（m3d）MLSS=8000-12000mg/L出水8.7-9.1650-80080-33020-40周期循環活性污泥法(CyclicActivatedSludgeSystem，簡稱CASS)。美國川森維柔廢水處理公司1975年研究成功，是SBR工藝的一種新的形式。CASS工藝與SBR不同之處：進水階段不設單純充水過程或缺氧混合過程。在反應器進水端增設生物選擇區，利于創造適合微生物并選擇絮凝性微生物，可以保持污泥良好性能，提高抗沖擊能力。可通過調節曝氣同時實現硝化和反硝化。CASS一般工藝流程反應操作歷程：進水——曝氣階段：20%回流污泥進水——沉淀階段：“豎流式沉淀池”停止進水—排水階段：“反硝化、磷釋放”閑置：一般不用單獨分配時間。CASS工藝的主要優點

工藝流程簡單，占地面積小，投資較低生化反應推動力大沉淀效果好運行靈活，抗沖擊能力強，可實現不同的處理目標不易發生污泥膨脹適用范圍廣，適合分期建設剩余污泥量小，性質穩定（1.0kgBOD產生0.2～0.3kg剩余污泥）大連泉水污水處理廠CAST池尾膜工藝與生物處理的結合

——MBR膜生物反應器膜生物反應器（MBR）工藝:是指將膜分離技術中的超濾組件與污水生物處理工程中的生物反應器相互結合而成的新的開發系統。它綜合了膜處理技術和生物處理技術的優點。超濾組件代替二沉池，提高了污泥濃度，延長有機物停留時間，提高了有機物氧化率，出水水質高，幾乎不排除剩余污泥。MBR（MembraneBio-Reactor）開始于1966年美Dorr-oliver公司（膜制造工藝限制了發展）。20世紀70年代,MBR的研究進一步深入開展。“中水回用”，同時膜制造工藝也突飛猛進。1983-1987年，日本有13家好氧MBR處理寫字樓廢水，并回用。規模：50-250m3/d。目前，雖然也有處理能力在5000-20000m3/d的MBR事例，但大部分應用還是<400m3/d我國1995年，樊耀波將MBR用于石油化工污水凈化的研究。MBR主要包括：膜組件；泵；生物反應器三個部分。膜分離技術，被認為是21世紀最有發展前景的高新技術之一

在水處理領域，膜分離技術的使用成為一種發展趨勢

MBR（MembraneBio-Reactor）分離膜生物反應器（BSMBR——BiomassSeparationMembraneBio-Reactor）無泡曝氣膜生物反應器（MABR——MembraneAerationBio-Reactor）萃取膜生物反應器（EMBR——ExtractiveMembraneBio-Reactor）MBR分離膜生物反應器（BSMBR）一體式MBRMBR裝置膜組件膜表面結構進水格柵儲泥池膜生物反應器（曝氣池）處理后出水抽吸泵鼓風機調節池典型的MBR系統反應器優點缺點分置MBR運行穩定可靠操作管理容易易于膜的清洗、更換動力消耗大系統運行費用高其單位體積處理水的能耗是傳統活性污泥法的10~20倍泵的回流造成的剪切力對微生物的活性可能造成影響一體MBR不需循環泵、抽吸泵的工作壓力小，單位產水能耗小結構緊湊、體積小膜外皮層易于清洗單位膜的處理能力小膜的污染較重透水率較低無泡曝氣膜生物反應器(MABR)萃取膜生物反應器(EMBR)萃取水中的特定有機物（揮發性、毒性物質），然后利用專性細菌降解。常用分置式。適用于含有揮發性、有毒有害工業廢水處理。目前仍處于小試階段。反應器優點缺點膜分離生物反應器占地面積小徹底去除出水中的固體物質出水無須消毒COD、固體和營養物可以在一個單元內被去除高負荷率低/零污泥產率流程啟動快系統不受污泥膨脹的影響模塊化/升級改造容易曝氣受到限制膜污染膜價格高膜曝氣生物反應器氧利用率高能量利用效率高占地面積小氧需要量可以在供氧時控制模塊化/升級改造容易膜易于污染基建投資大無實際工程實例工藝復雜萃取膜生物反應器可處理有毒工業廢水出水流量小模塊化/升級改造容易細菌與廢水隔離基建投資大無實際工程實例工藝復雜MBR工藝特性對污染物的去除效率高，出水水質好。具有較大的靈活性和實用性，工藝參數易于控制。設備緊湊，占地少。易于自動控制管理。解決了剩余污泥處置難的問題。膜污染導致膜通量下降，增加膜組件更換和膜清洗的頻率，增加膜生物反應器的運行費用。膜污染狀況膜污染是影響膜生物反應器推廣應用的主要因素。由于懸浮物或可溶性物質沉積在膜的表面、孔隙和孔隙內壁，從而造成膜通量降低的過程稱為膜污染

定義：危害：膜污染的控制（1）防止膜污染（2）對料液進行有效預處理（3）采用適合的操作運行條件（4）開發耐污染膜（5）膜清洗MBR處理生活污水出水部分水質指標MBR處理生活污水出水部分水質指標類

別原水水質(mg/l)處理出水(mg/l)國家一級排放標準(GB8978-1996)生活雜用水水質標準CJ25.1-89沖廁，綠化洗車，掃除BOD5

(mg/L)150~250<10201010COD(mg/L)200~400<501005050SS(mg/L)150~250<1070105NH3-N(mg/L)10~35<10152010污廢水

種類處理能力

(m3/d)COD(mg/L)BOD(mg/L)NH3-N(mg/L)SS(mg/L)進水出水進水出水進水出水進水出水洗浴污水10130～322＜4099～212＜50.59～10.2～0.415～500印染廢水11100～150018050040黃泔廢水17900～12000＜1006805＜10130～180＜54750～5470＜10醫院污水2548～278＜25200.410～241制藥廢水501500～4900＜180500～1633＜10297～354＜15430～1033＜10大樓污水20092～1082327～32＜839～473.5膜過濾過程的主要因素膜的性質；料液性質；膜分離的操作條件。

采用膜生物反應器工藝處理酒店洗浴廢水，使之達標后用于沖廁、綠化、刷車與空調冷卻水，實現了污水的資源化；凝結水回用主要是回收儲存蒸汽凝結水，用于員工浴池及洗衣房的熱水供應，既節水又節能。兩系統各自獨立，又相互關聯。

中水改造所省空間用來建造冷凝系統水池，冷凝系統的熱量又為活性污泥提供適宜的生長溫度。工程應用項目工程應用2北京市朝陽區紅領巾公園公廁的改造MBR：獨立供氣柱式膜生物反應器膜：圓柱式中空纖維超濾膜組件膜面積：40m2；水處理量：5～10T/D改造前：每天抽糞渣一次兩車，費用300元，水消耗5～10T。MBR：180天抽糞渣一次，沖便池水封閉循環。節約費用：（300+5）*365=111325元/年。MBR與CAS工藝比較預處理初沉池二沉池曝氣池預處理MBRCAS活性污泥工藝的“三大件”！！MBR與CAS經濟比較CAS（ConventionalActivatedSludge）1、結構緊湊，節省基建費用。2、小水量比較經濟。處理量MBR費用比CAS費用比1400m3/d1（膜占0.78）1.622500m3/d10.54§4.4氣體傳遞原理和曝氣設備一活性污泥法的基本要素具有引起吸附和氧化分解作用的微生物，也就是活性污泥。廢水中存在有機物，即處理對象、微生物的食料。混合液中含有溶解氧。沒有充足的溶解氧，好氧微生物既不能生存也不能發揮氧化分解的作用。上面三個要素缺一不可。而溶解氧的存在就需要人為的工藝來達到這一目的。這一工藝就是“曝氣”設備。二曝氣的概念曝氣：采用相應的設備和技術措施，使空氣中的氧（或純氧）轉移到混合液中而被微生物利用的過程。曝氣的主要作用為：充氧、攪動和混合。充氧：向活性污泥中的微生物提供所需溶解氧。攪動和混合：使曝氣池中的污泥處于懸浮狀態，從而增加廢水與混合液的充分接觸，提高傳質效率，保證曝氣池的處理效率。三曝氣氧傳遞的基本理論曝氣過程中，氧由氣相向液相進行傳質轉移，最后為微生物所利用，目前，氣液傳質理論主要有：靜態水體復氧的分子擴散理論模型：Fick定律紊動水體復氧的理論模型：雙膜理論；淺滲理論及表面更新理論等；工程和理論應用較多的是雙膜理論。1靜態水體大氣復氧的分子擴散理論模Fick定律對于曝氣復氧過程，可以看作空氣中的氧（或純氧）穿過氣水界面向水體內部的分子擴散過程，可以用Fick定律表示為：氧擴散速度（單位時間、面積通過的物質量）。氧分子擴散系數溶解氧濃度距離：擴散過程長度氧分子擴散系數DL，表示氧在水中的擴散能力，主要決定于擴散物質（氧）和介質（水）的特性和溫度。該式表明：氧氣擴散速率與濃度梯度成正比關系。2紊動水體大氣復氧的理論模型

雙膜理論1924年，Lewis和Whitman提出了雙膜理論。因為其簡單和普遍適用，一直受到人們關注和利用。雙膜機理的假設：在氣液界面存在著兩層薄膜，即氣膜和液膜。這兩層薄膜使氣體分子從一相進入另一相時形成了阻力。若氣體溶解度很低時，傳質阻力主要來自液膜。氣膜內會出現氧氣壓梯度和而液膜內會出現氧濃度梯度，這些氣壓、濃度梯度正是氧傳遞的動力。由于氧是的溶解度低的氣體，因此液膜阻力為擴散控制步驟。氧傳遞速率氧在液膜中擴散系數氣體擴散通過的面積氧氣在溶液中的飽和濃度可以得到傳遞速率的方程如下：KLa：總傳質系數，1/h，該值減小，表明氧傳遞阻力增加。該值倒數表示曝氣池中溶解氧從ρ

o變為ρso所需要的時間。如何提高氧傳遞速率？由上述公式可得出以下方法：提高KLa，具體手段可以提高攪拌、攪動速度，提高液相主體紊流程度（即降低xf值）；減小氣泡粒徑，增加表面積A。提高ρso值，可以采用純氧曝氣手段或深井曝氣工藝來提高氧分壓，繼而提高飽和溶解氧濃度。積分KLa受水質影響，所以要把清水測出得值用于污水，要求用修正系數α，同樣氧的飽和濃度也要加上修正系數β生活污水的α值約為0.4-0.5，而處理后的出水α值約為0.9-1.0。α、β值應該以實測為準如何來獲得KLa得值？四曝氣設備的性能測試目的：求出氧傳遞速率和曝氣設備動力效率，驗證設備是否合設計要求。可以在曝氣池竣工后用清水測試，也可以在投產后進行。充氧能力：

，kgO2/h曝氣設備動力效率＝OC（kg/h）/葉輪輸出功率(kW)，即每消耗1kW電能，轉移到混合液中的氧量。氧利用效率EA：通過鼓風曝氣轉移到混合液的氧量，占總供氧量的百分比。一般，鼓風曝氣設備性能按氧利用效率、曝氣設備動力效率兩項指標評定。而機械曝氣設備則按充氧能力、動力效率兩項指標評定。1)清水測試：原理：步驟：計算投加藥品量（還原1mgO2需要7.9mg亞硫酸鈉