Suspendedculture反应堆
6.1活性污泥单元过程
的适用于过程基于suspended-culture系统已经使用以来的世纪。最常见的安排是单级碳氮氧化和硝化系统硝化系统和独立的阶段。
适用于流程设计可以有或没有回收污泥,可能包括一个完全混合或平推流过程(图6.1)。其他的可能性是充气水池、接触稳定和延长曝气。活性污泥法的许多不同的应用程序。大多数都是在6.3节。
污泥的回归,包含生活或活跃的生物,进行增加可用的生物量和加快反应。
大多数活性污泥应用程序用于氧化废水的有机物含量,而且氮转换是在某种程度上与一个合适的可能污泥的年龄9 - 10天(见图6.2)。污泥时代是很重要的,因为一个适当的污泥时代使可能的发展nitrifying细菌在浮冰。这些浮冰从而可以在合适的条件下,将铵转化为氮气。
适用于过程通常是用于大量的城市污水二级处理,只有小硝化作用可以预期。EPA(1975)表明,有机负荷应低于0.16公斤BOD / m3•天如果硝化作用可能与碳氧化,同时由于细菌组成。硝化作用在一个激活的性能污泥处理植物,主要是用于治疗大量的市政废水。
在活性污泥法有两种主要的生物活性,氮从废水中删除:
1)污泥生产:只能通过一个小的氮污泥产量。
2)不同的硝化反硝化好氧的条件。
EPA(1975)手动给以下分类之间的结合碳氧化和硝化过程和不同阶段硝化过程。各种各样的能力活性污泥工艺对硝化与BOD5 / TKN比率。TKN totalkjeldahlnitrogen,有机氮和氨氮。BOD5 / TKN比率在1和3之间,它们大致符合的值在独立的阶段遇到硝化系统硝化生物估计的分数从0变化,21岁的BOD5 / TKN比1到0.083的比3。在大多数传统的适用于进程年代,因此硝化生物的分数将被认为是低于0.083的值。EPA手册(1975年)表明,当BOD5 / TKN比率大于5的过程可以分为碳氧化和硝化过程相结合,,比小于3时,它可以划分为一个独立的阶段硝化过程(见表6.1)。
二次澄清器 |
|
废水 |
11污泥下溢
污泥返回
11污泥下溢
主要的废水
平推流
二次澄清器
废水
污泥返回
污泥下溢
污泥浪费
图6.1图)完全混合活性污泥法,b)活塞流的过程。
表6.1的分数之间的关系硝化生物和BOD5 / TKN比率。
BOD5 / TKN比氮化物分数
0、5 |
0,35 |
1 |
0,21 |
2 |
0,12 |
3 |
0083年 |
4 |
0064年 |
5 |
0054年 |
6 |
0043年 |
7 |
0037年 |
8 |
0033年 |
9 |
0029年 |
资料来源:美国环保署(1975)
6.2工艺设计
几个完全混合和活塞流系统的设计变化。一些涉及少量修改,比如空气和废水的应用,或不同的保留时间,反应堆的形状。其他涉及更激烈的差异,如吸附和沉淀前生物过程和纯氧的使用而不是空气。
这些设计变化的最常见的应用是在6.3节描述。两种主要类型是平推流和完全混合反应器,图6.1所示。
在下面讨论的注意力集中在活性污泥法处理系统的一些影响因素,我。e的污泥负荷标准,生产的空气扩散控制丝状微生物和污泥回收的控制。加载条件。
许多参数提出了适用的设计和控制的过程。两种最常用的参数有:
1)food-to-microorganism比(F / M)。
2)平均cell-residence时间(| > c。(有时也被称为固体保留时间SRT) food-to-microorganism比率被定义为:
地点:
F / M = food-to-microorganism比率,d ' 1。
S0 =影响底物浓度在mg / l (g / m3)。
()> =平均cell-residence时间曝气池的一天。
曝气池体积V =。
Q =影响废水流量m3 / d。
X =的浓度挥发性悬浮固体在曝气池,mg / l (g / m3)。
food-to-microorganism比率之间的关系和具体的利用率U是:
E 100
在E = %的流程效率。
用第一个方程代替food-to-microorganism比率和((S0) / S0)的效率收益以下术语:
S =废水底物浓度在mg / l (g / m3)。
细胞平均停留时间(污泥)年龄< c j)可以从以下定义的关系,定义在曝气池体积:
在/ l 'Xinfl +气/ f-Xgff ^
如果定义是基于系统的总量,然后平均cell-residence时间可以表示由以下关系。
Qmft-Xinfi + Q«时距«r
地点:
< | > c =平均cell-residence时间根据曝气池容积,d。
<)> ct =平均cell-residence时间基于总系统,d。
V =曝气池体积。
X =挥发性悬浮固体的浓度在曝气池,mg / l。
QinJ) =浪费污泥流量,m3 / d。
Xinf | =浓度挥发性悬浮固体废物污泥,mg / l (g / m3)
Qeff =处理废水流量,m3 / d。
Xeff =挥发性悬浮固体浓度的废水处理,mg / l
建议反应堆的设计是基于<)> c,因为大大都的基质转换发生在曝气池。
比较这些参数,具体的利用率,U,可以被视为一种测量速率的衬底(氮)是利用生物体的单位质量和< | > c可以被视为一种测量的平均停留时间的生物系统。
平均cell-residence时间之间的关系,<)> c, food-to-microorganism比F / M,和具体的利用率U是:
米100
地点:
Y =细胞收率。
E =流程效率,%。
kd =内生衰减系数、时间”1。
人们已经发现,平均cell-residence时间超过9 - 10天导致的生产稳定硝化污泥具有良好的沉降特性。
污泥产量。
重要的是要知道每天产生的污泥量,因为它会影响设计的污泥和剩余污泥所必需的处理设施。
平均cell-residence时间之间的关系(污泥年龄)和硝化效率每分钱活性污泥是在图6.2。
产生的污泥量每天可以从下面的估计:
P =社会毒瘤‘问’(S0-S)■(1 o3fita0) 1 (6 - 7)
-
- 图6.2平均cell-recidence时间之间的关系(污泥年龄)和硝化效率每分钱,在活性污泥(来源:Jargensen 1989)。
地点:
P =净废弃活性污泥生产的每一天,以VSS,公斤/ d。
氧硝化需求活性污泥厂。
当硝化作用必须考虑,总氧需求可以从以下方程。
公斤0,1 d - gS-SoHltfflf * 1) 1 _ ^。p + 4 57„^ j„pfli ^ 1 (6.9)
N0 =影响总nitrogen-N mg / l (g / m3)。N =废水总nitrogen-N mg / l (g / m3)。
适用于过程氧气利用率总是超过自然补给的速度。因此,必须使用一些人工的方式添加氧气。通常是由氧曝气生物反应器中的废水。
氧气利用率(氧气消耗的微生物)是一个函数的特点废水和反应堆。
治疗普通市政废水通过延时曝气通常会导致一个氧气利用率大约10 mg / l *小时。治疗相同的废水由传统活性污泥法的结果在氧气利用率大约30 mg / l和100 mg / l * *小时小时。氧气除了应足以匹配的氧利用率,同时还能保持小多余的废水在任何时候确保有氧代谢。
曝气技术包括使用空气扩散器注入压缩空气的生物反应器和/或使用机械搅拌机搅拌内容暴力足以乘火车通过液体和空气分配。常见的做法是使用空气扩散在平推流系统和机械限完全混合系统。
丝状微生物的控制。
丝状microorgansims的增长是最常见的活性污泥过程的操作问题。丝状微生物系统中导致糟糕的沉淀污泥通常称为“膨胀污泥”。
在单级活性污泥系统是正常的丝状微生物的增长,因为低基质浓度均匀出现在反应堆。
在一些活塞流反应器,发生严重的返混的地方,类似的现象发生。
当氧限制了微生物的生长,丝状微生物可能占主导地位。在实践中在曝气池溶解氧浓度应保持在1.5 - 4毫克/ l在曝气池的所有地区。
最近的研究表明,预防和控制丝状微生物的增长可以通过使用一个单独的隔间或“选择器”最初的接触区,微生物与废水,生物反应器。在选择器的主要废水返回活性污泥相结合,这样的生物量浓度增加废水的初始治疗,因此去除氮的反应速率增加。可以使用选择器在大多数类型的活性污泥。
适用于控制。
活性污泥的回归的目的是保持充足的曝气池中的活性污泥浓度的要求程度的治疗可以获得所需的时间间隔。
返回最后澄清器的活性污泥曝气池的入口是过程的基本特征。
污泥产量
每天产生的剩余活性污泥必须浪费保持给定food-to-microorganism比率或意味着细胞停留时间。最常见的做法是废物污泥通过污泥回流行因为它更集中,需要较小的废物污泥泵。废物污泥排放到主坦克,坦克、增厚或其他污泥浓缩设施。
操作问题。
最常见的问题中遇到的操作适用于植物膨胀污泥,污泥或诺卡氏菌属泡沫上升。
膨胀污泥是一个可怜的沉降特性和compac-tability。两个主要类型的污泥已确定膨胀问题。一个是由丝状生物体或生物体的生长不利的条件下可以长丝状的形式。另一种是由于结合水,细菌细胞构成的浮冰膨胀通过增加水在某种程度上,他们的密度降低,他们不会解决。
主要的浪费水的特点影响污泥膨胀包括流和力量的波动;pH值、温度的性质、养分含量和浪费组件涡流和麦特卡尔夫(1991)。但一些设计的局限性,包括空气供给能力,澄清器设计,返回sludge-pumping容量限制,可怜的混合废水的因素也会影响污泥膨胀。
丝状膨胀也可以由于操作原因包括在曝气池溶解氧低,营养不足,不同加载有机废物,或低F / M比。
20多个不同类型的丝状生物体之外发现了在活性污泥植物涡流和麦特卡尔夫(1991)。
在紧急情况下或引发膨胀的因素被调查时,氯和过氧化氢可以用来提供临时的帮助,但氯化硝化污泥产生浑浊的污水由于硝化生物死亡。
偶尔污泥具有良好的沉降特点将观察到上升或浮到表面在相对较短的处理时间。造成这种现象的原因是亚硝酸盐和脱氮硝酸盐转化为氮气。增加污泥可以被注意的分化从膨胀污泥存在的小气泡附着在漂浮固体。
增加污泥问题可以克服通过增加返回适用于澄清器的提取率,降低污泥的停留时间在澄清器,或者通过减少曝气池的流量,或者通过减少平均cell-residence时间(固体保留时间)通过增加sludge-wasting槽的大小。
最后一个操作问题讨论是粘性棕色泡沫,可以覆盖曝气盆地和二次澄清器。这种泡沫导致适用于植物中的许多问题。泡沫是伴随着slowgrowing丝状诺卡氏菌属属的生物。
减少污泥年龄的方法通常用于诺卡氏菌属控制,但这可以防止发生硝化作用的植物。
空气扩散器。
两个主要类型的扩散器存在。Fine-bubble扩散器产生很多泡沫约2 0到2,直径5毫米,而coarse-bubble扩散器注入更少的泡沫更大(25毫米直径)的大小。这两种类型有其各自的优点和缺点。对氧转移,fine-bubble扩散器更有效率,因为更大的表面积/体积的空气。然而,水头损失通过小孔需要更大的压缩空气,从而更大的能源需求,和压缩空气必须移除所有微粒过滤塞小扩散的机会。
Coarse-bubble扩散器提供更少的维护和低水头损失,但贫穷的氧转移效率。妥协是定位一个涡轮机械略高于coarse-bubble扩散器,剪切作用的叶片在高转速打破了大泡沫时,分散他们通过废水。
机械限。
在空气与界面机械限产生湍流,这动荡使空气进入液体。高速叶轮机械限可能添加大量的空气相对少量的水。这汽水然后通过速度梯度与反应器混合内容。大叶轮驱动低速搅拌大量的水更少的暴力。
使用小,高速延时曝气系统的单位是很常见的,而低速单元在传统的活性污泥系统更常见。刷式限用于提供氧化沟的曝气和动量废水活性污泥过程的变化。
6.3适用于流程配置
两个基本活性污泥法配置已经开发了单污泥生物硝化和反硝化作用。不同的缺氧条件下在整个工厂,或多或少反硝化作用是实现。两个安排:
1)Wuhrmann配置。
2)Ludzack-Ettinger配置。
完全可以进行混合和活塞流机制各自的反应堆。下面详细解释这两个配置。
Wuhrmann配置。
单一的污泥no3却系统中内源性能量释放提供了脱氮的能源被Wuhrmann首次提出(1964)。
它由两个(图6.3)反应堆系列,第一个有氧第二缺氧。的影响是第一反应堆排放有氧的增长的异养硝化生物发生。提供了污泥年龄足够大,系统的有氧分数足够大,硝化作用将完成第一个反应堆。第二个缺氧反应器的脱氮。从缺氧反应器通过溢出沉降槽和下溢是回收好氧反应器。反硝化过程的能量来源是由能量释放的污泥质量由于生物的死亡。然而,的能量释放率较低,这意味着脱氮率也低。因此,为了获得足够的反硝化作用,植物的缺氧的分数必须大与含氧的分数。这可能导致崩溃的硝化过程。
通常是不可能将所有的硝酸盐,特别是如果气温很低,低于15°C。此外,缺氧反应器、有机氮和氨释放由于死亡的生物体,其中一些结合氮通过与污水从而降低系统的总氮去除。最小化铵废水的内容,一个flash或再充气反应堆可能放置在缺氧反应器和沉降槽。在这个反应堆铵硝化硝酸。
废物流
缺氧反应器
废物流
定居者
废水
定居者
废水
污泥回收年代
图6.3 Wuhrmann过程对氮的去除。
Ludzack-Ettinger配置。
这个配置在1962年被首次提出由Ludzack Ettinger(图6.4)。这是一个单一的污泥硝化和反硝化过程利用生物可降解材料在脱氮的影响作为能源的过程。
它只包含两个反应堆,部分分离,在系列。第一个反应堆是维护处于缺氧状态,没有曝气搅拌。第二个反应堆是充气和硝化作用发生。只有部分分离的两个核反应堆的混合废水硝化和缺氧诱导,硝酸盐进入缺氧反应器是氮气。这种类型的配置获得了不同反硝化作用的结果,可能由于缺乏控制废水的交换两国的核反应堆。
-
- 图6.4的Ludzack-Ettinger配置氮去除。
自1960年开始的许多改进上述两种类型的植物氮去除活性污泥。一些最受欢迎的是Ludzack-Ettinger过程和修改Bardenpho过程。
修改Ludzack-Ettinger配置(图6.5)完全分离了缺氧和有氧反应堆,回收下溢的定居者缺氧反应器,并提供一个额外的回收从好氧缺氧反应器。这些修改提供了控制过程性能显著改善。高影响能源源排放到缺氧的反应堆,也称为pre-denitrification反应堆或主缺氧反应器,收益率高的脱氮率。但完成脱氮因为无法实现整体的一部分从有氧反应堆不回收缺氧反应器,但与废水直接排放。
影响
缺氧的阅读
影响
缺氧的阅读
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- 废物流
定居者
废水
定居者
废水
污泥回收年代
图6.5修改Ludzack-Ettinger过程。
Bardenpho配置(图6.6)是为了克服不完整的反硝化作用。低浓度的硝酸退出二级缺氧反应器有氧反应堆将生产无硝酸盐废水的脱氮。带氮气泡沫生成在二级缺氧反应器污泥浮冰,继发性缺氧反应器之间的flash介绍了曝气和最终沉降槽。
flash曝气也被认为是必要时硝化氨释放在二级缺氧反应器污泥停留时间。为了减少浮选的污泥沉降器的可能性,由于残余硝酸盐、脱氮污泥积累的定居者是保持到最低限度。这是通过一个非常高循环率的定居者,约等于平均渗透。
充气水池、接触稳定和延长曝气
这三个过程涵盖了极端的操作之间的零和完整的硝化作用,通过分别充气泻湖和延时曝气,接触稳定通常实现一个中间程度的硝化作用(Gujer和詹金斯1974)。充气泻湖操作本质上是完全混合,no-recycle系统,他们的杰出的事实水力停留时间
-
- 图6.6 Bardenpho过程。
和平均细胞居留时间是相等的。这些系统通常是指单元住宅的值1到5天,可能在更高的价值实现硝化在适当的条件下,比如在夏季。不太可能将使用充气泻湖,硝化作用是必需的在低温下,因为所需的大型反应器体积。这些泻湖的一个优点,在那里他们被设计为硝化,是他们大量用于稀释传入的废水,从而减少冲击载荷的影响硝化细菌生长速率。除了这个瞬态载荷的影响减小,设计开发的关系完全混合活性污泥法直接适用于加气泻湖。
延时曝气运行在非常高的意思是细胞住宅价值和低有机负荷利率,在所有条件下硝化作用是有保证的。接触稳定不同于其他流程的流程图,它包含两个曝气阶段。第一个是一个隐形坦克短期拘留2到3个小时,之后,污泥与污水分离,回到第二个曝气池(稳定罐)4到6个小时的停留时间。接触的拘留时间短槽限制该系统的硝化性能(Gujer和詹金斯1974)。
压缩空气
主要的废水
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