第12章活性污泥法.pptx
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1、12.5 去除有机污染物的活性去除有机污染物的活性污泥法过程设计污泥法过程设计一、一、曝气池容积设计计算曝气池容积设计计算二、剩余污泥量计算二、剩余污泥量计算三、需氧量设计计算三、需氧量设计计算活性污泥法的设计计算,主要是根据进水水质和出水的要求,确定活性污泥法工艺流程,选择曝气池的类型,计算曝气池的容积,确定污泥回流比,计算所需的供氧量,曝气设备选择和剩余活性污泥量计算等,下面主要讨论去除BOD5及硝化过程的活性污泥法设计计算。主要介绍以下三个方面的内容:曝气池的设计计算正在由经验方法向更精确的理论方法过渡,由于污曝气池的设计计算正在由经验方法向更精确的理论方法过渡,由于污水水质的复杂性,有
2、些情况需要通过试验来来确定设计参数。但是,理论方水水质的复杂性,有些情况需要通过试验来来确定设计参数。但是,理论方法能深刻地揭示活性污泥法的本质,加深对它的认识和理解,对做好设计是法能深刻地揭示活性污泥法的本质,加深对它的认识和理解,对做好设计是极为重要的。极为重要的。曝气池的选型,从理论上分析,推流优于完全混合,但由于充氧设备能曝气池的选型,从理论上分析,推流优于完全混合,但由于充氧设备能力的限制,以及纵向混合的存在,实际上推流和完全混合的处理效果相近。力的限制,以及纵向混合的存在,实际上推流和完全混合的处理效果相近。若能克服纵向掺混,则推流比完全混合好,而完全混合抗冲击负荷的能力强。若能克
3、服纵向掺混,则推流比完全混合好,而完全混合抗冲击负荷的能力强。可见,二者各有优缺点。可见,二者各有优缺点。12.5.1 曝气池容积设计计算曝气池容积设计计算有机物负荷率的两种表示方法活性污泥负荷LS(简称污泥负荷)曝气池容积负荷LV(简称容积负荷)1.有机物负荷法根据某种工艺的经验停留时间和经验去除率,确定曝气池的水力根据某种工艺的经验停留时间和经验去除率,确定曝气池的水力停留时间。停留时间。例如:流量例如:流量200m200m3 3/h/h,曝气池进水,曝气池进水BODBOD浓度浓度150mg/L,150mg/L,出水要求为出水要求为15mg/L15mg/L,采用多点进水,求曝气池容积。,采
4、用多点进水,求曝气池容积。多点进水经验去除率:多点进水经验去除率:85%85%9090 经验停留时间:经验停留时间:3 35h5h 取停留时间为取停留时间为4.5h4.5h,则曝气池容积:,则曝气池容积:V V2004.5m2004.5m3 3=900m=900m3 3经验水力停留时间:经验水力停留时间:t t污泥负荷是指单位质量活性污泥在单位时间内所能承受的污泥负荷是指单位质量活性污泥在单位时间内所能承受的BODBOD5 5量,即量,即:式中:式中:L Ls s污泥负荷污泥负荷,kg BOD,kg BOD5 5/(kgMLVSSkgMLVSSd d);Q Q与曝气时间相当的平均进水流量,与曝
5、气时间相当的平均进水流量,m m3 3/d/d;S S0 0曝气池进水的平均曝气池进水的平均BODBOD5 5值,值,mg/Lmg/L;X X曝气池中的污泥浓度,曝气池中的污泥浓度,mg/Lmg/L。污泥负荷污泥负荷 容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受的容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受的BODBOD5 5量,量,即:即:式中:式中:L Lv v容积负荷,容积负荷,kg(BODkg(BOD5 5)/(m)/(m3 3d)d)。容积负荷容积负荷根据上面任何一式可计算曝气池的体积,即根据上面任何一式可计算曝气池的体积,即:S S0 0和和Q Q是已知的,是已知的,X X和和
6、L L可参考有关资料选择。对于某些工业污水,可参考有关资料选择。对于某些工业污水,要通过试验来确定要通过试验来确定X X和和L L值。污泥负荷法应用方便,但需要一定的经值。污泥负荷法应用方便,但需要一定的经验。验。2.污泥泥龄法污泥泥龄法劳伦斯和麦卡蒂法劳伦斯和麦卡蒂法 1.1.微生物的增长和基质的去除关系式微生物的增长和基质的去除关系式 式中:式中:y y合成系数,合成系数,mg(VSS)/mg(BODmg(VSS)/mg(BOD5 5);K Kd d内源代谢系数,内源代谢系数,h h-1-1。上式表明曝气池中的微生物的变化是由合成和内源代谢两方面综上式表明曝气池中的微生物的变化是由合成和内
7、源代谢两方面综合形成的。不同的运行方式和不同的水质,合形成的。不同的运行方式和不同的水质,y y和和K Kd d值是不同的。活性污值是不同的。活性污泥法典型的系数值可参见下表:泥法典型的系数值可参见下表:这里的这里的y yobsobs实质是扣除了内源代谢后的净合成系数,称为表观实质是扣除了内源代谢后的净合成系数,称为表观合成系数。合成系数。y y为理论合成系数。为理论合成系数。也也可可以以表表达达为为2.污泥泥龄法污泥泥龄法微生物在处理系统(曝气池)中的平均停留时间,又称污泥微生物在处理系统(曝气池)中的平均停留时间,又称污泥龄,是指反应系统内的微生物全部更新一次所用的时间,在工龄,是指反应系
8、统内的微生物全部更新一次所用的时间,在工程上,就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩余微生物程上,就是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩余微生物量的比值。以量的比值。以C C表示,单位为表示,单位为d d。2.2.污泥泥龄污泥泥龄c 污泥泥龄(SRT),d;(X)T 曝气池中总的活性污泥质量,kg;(X/t)T 每天从曝气池中排出的活性污泥质量,包括从排泥管线排出污泥和随出水流失的污泥量,kg;X0 进水中微生物浓度,gVSS/m3;Xe出水中微生物浓度,gVSS/m3;X曝气池中微生物浓度,gVSS/m3;XR回流污泥浓度,gVSS/m3;V 曝气池容积;Q 进水流量,m3/d;Qw 剩
9、余污泥排放量,m3/d。S0/Se进/出水中BOD5浓度,mg/L;Y活性污泥的产率系数,gVSS/gBOD5;Kd 内源代谢系数,d-1。稳态条件下,可以得到污泥泥龄与进水水质、污泥浓度之间关系:因此,曝气池容积:为了曝气池投产期驯化活性污泥,各类曝气池在设计时,都应在池深1/2处设中间排液管。1.1.按污泥泥龄计算按污泥泥龄计算根据污泥泥龄的定义,每日排出的总固体量:根据污泥泥龄的定义,每日排出的总固体量:12.5.2 剩余污泥量计算剩余污泥量计算1.1.按污泥泥龄计算按污泥泥龄计算12.5.2 剩余污泥量计算剩余污泥量计算根据产率系数或表观产率系数计算,活性污泥微生物每日在曝气池根据产率
10、系数或表观产率系数计算,活性污泥微生物每日在曝气池内的净增量为:内的净增量为:该法计算的是挥发性剩余污泥量,工程实践中需要的是总的该法计算的是挥发性剩余污泥量,工程实践中需要的是总的悬浮固体量,需要确定悬浮固体量,需要确定MLSS和和MLVSS之间的关系。之间的关系。1.1.根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算曝气池内,活性污泥对有机物的氧化分解和其自身的内源代谢都是好氧曝气池内,活性污泥对有机物的氧化分解和其自身的内源代谢都是好氧过程,因此,需氧量为:过程,因此,需氧量为:12.5.3 需氧量设计计算需氧量设计计算O2 混合液需氧量,混合液需氧量,
11、kgO2/d;a有机物代谢的需氧率,有机物代谢的需氧率,kgO2/kgBOD5;b活性污泥内源代谢的需氧率,活性污泥内源代谢的需氧率,kgO2/(kgMLVSSd);Sr经活性污泥代谢降解的有机污染物;经活性污泥代谢降解的有机污染物;生活污水的生活污水的a为为0.420.53,b介于介于0.190.11之间。之间。1.1.根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算也可以表达为:也可以表达为:12.5.3 需氧量设计计算需氧量设计计算可见,高污泥负荷条件下运行时,活性污泥泥龄较短,降解单可见,高污泥负荷条件下运行时,活性污泥泥龄较短,降解单位质量的位质量的B
12、OD5的需氧量低,因为,一部分有机物通过吸附去除的需氧量低,因为,一部分有机物通过吸附去除,且污泥内源代谢作用弱。反之亦然。,且污泥内源代谢作用弱。反之亦然。1.1.根据微生物对有机物的氧化分解需氧量计算根据微生物对有机物的氧化分解需氧量计算12.5.3 需氧量设计计算需氧量设计计算1.42污泥的氧当量系数污泥的氧当量系数 有机物在生化反应中有部分被氧化,有部分合成微生物,形有机物在生化反应中有部分被氧化,有部分合成微生物,形成剩余活性污泥量。因而所需氧量为:成剩余活性污泥量。因而所需氧量为:由于当前两种形式的曝气池实际效果差不多,因而完全混合的由于当前两种形式的曝气池实际效果差不多,因而完全
13、混合的计算模式也可用于推流式曝气池的计算。计算模式也可用于推流式曝气池的计算。处理污水量为处理污水量为21600m21600m3 3/d/d,经沉淀后的,经沉淀后的BODBOD5 5为为200mg/L,200mg/L,希望处理后的出水希望处理后的出水BODBOD5 5为为20mg/L20mg/L。要求确定曝气池的体积、排泥量和。要求确定曝气池的体积、排泥量和空气量。经研究,还确立下列条件:空气量。经研究,还确立下列条件:(1 1)污水温度为)污水温度为2020;(2 2)曝气池中混合液挥发性悬浮固体()曝气池中混合液挥发性悬浮固体(MLVSSMLVSS)同混合液悬浮固体)同混合液悬浮固体(ML
14、SSMLSS)之比为)之比为0.80.8;(3 3)回流污泥)回流污泥SSSS浓度为浓度为10000mg/L10000mg/L;(4 4)曝气池中)曝气池中MLSSMLSS为为3000 mg/L3000 mg/L;(5 5)设计的)设计的c c为为10d10d;(6 6)二沉池出水中含有)二沉池出水中含有12mg/L12mg/L生物固体,其中生物固体,其中6565是可生化的;是可生化的;(7 7)污水中含有足够的生化反应所需的氧、磷和其他微量元素。)污水中含有足够的生化反应所需的氧、磷和其他微量元素。例解 确定出水中悬浮固体的确定出水中悬浮固体的BODBOD5 5:(a)(a)悬浮固体中可生化
15、的部分为悬浮固体中可生化的部分为0.6512 0.6512 mg/L=7.8mg/L=7.8mg/L(b)(b)可生化悬浮固体的最终可生化悬浮固体的最终BODBODL L 0.65121.4 20.65121.4 2mg/L 11mg/L11mg/L(c)(c)可生化悬浮固体的可生化悬浮固体的BODBODL L为为BODBOD5 50.68110.6811mg/L7.5mg/L7.5mg/L(d)(d)确定经曝气池处理后的出水溶解性确定经曝气池处理后的出水溶解性BODBOD5 5,即即S Se e S Se e 7.5 mg/L 7.5 mg/L 2020 mg/L S mg/L Se e 6
16、.2 mg/L 6.2 mg/L 1.1.估计出水中溶解性估计出水中溶解性BODBOD5 5的浓度的浓度出水中总的出水中总的BODBOD5 5出水中溶解性的出水中溶解性的BODBOD5 5出水中悬浮固体的出水中悬浮固体的BODBOD5 5(a)按污泥负荷计算,按污泥负荷计算,取污泥负荷取污泥负荷Ls=0.25kgBOD5/kgMLSSd解2.2.计算曝气池的体积计算曝气池的体积(b)按污泥泥龄计算,按污泥泥龄计算,取取Y=0.6kgMLSS/kgBOD5,Kd=0.08 d-1取曝气池容积取曝气池容积5700m3。解3.3.计算曝气池的水力停留时间:计算曝气池的水力停留时间:4.计算剩余污泥量
17、,计算剩余污泥量,(a)按表观污泥产率系统排出的以挥发性悬浮固体计的干污泥量总排泥量:1350/0.8=1688kg/d(b)按污泥泥龄计算(c)排放湿污泥量计算 剩余污泥含水率按99%计算,每天排放的湿污泥:1710/1000t=1.71t(干泥)1.71/(100%-99%)m3=171m3 解5.5.计算回流污泥比计算回流污泥比 R R曝气池中曝气池中VSSVSS浓度浓度3000mg/L3000mg/L回流污泥回流污泥VSSVSS浓度浓度1010000000mg/Lmg/L6.6.计算曝气池计算曝气池d d的需氧量的需氧量7.7.空气量计算空气量计算8.8.鼓风机出口风压计算鼓风机出口风
18、压计算活性污泥法要点活性污泥法要点总结总结麦金尼麦金尼(McKinney)(McKinney)法法1.麦氏认为污水中污染物的状态和组成可图示如下麦氏认为污水中污染物的状态和组成可图示如下 污污染染物物悬浮固体污染物悬浮固体污染物(包括胶体)(包括胶体)溶解性污染物溶解性污染物 无机悬浮固体无机悬浮固体污染物污染物有机悬浮固体有机悬浮固体污染物污染物 无机溶解性无机溶解性污染物污染物 有机溶解性有机溶解性污染物污染物 不可生物降解有机不可生物降解有机悬浮固体污染物悬浮固体污染物 可生物降解的有机可生物降解的有机悬浮固体污染物悬浮固体污染物 可生物降解可生物降解的有机物的有机物 不可生物降不可生物
19、降解有机物解有机物 污染物的吸附转化情况污染物的吸附转化情况废废水水中中的的污污染染物物无机悬浮固体污染物无机悬浮固体污染物 不可生物降解有机悬浮固体污染物不可生物降解有机悬浮固体污染物 可生物降解有机悬浮固体污染物可生物降解有机悬浮固体污染物 可生物降解的有机溶解性污染物可生物降解的有机溶解性污染物 无机溶解性污染物无机溶解性污染物 不可生物降解有机溶解性污染物不可生物降解有机溶解性污染物 基本吸附于微生物基本吸附于微生物表面混入污泥表面混入污泥 转化为新的微生物机体转化为新的微生物机体和和COCO2 2、H H2 2OO部分转移到新的生物机体中部分转移到新的生物机体中 部分留于废水中部分留
20、于废水中基本留于废水中基本留于废水中活性污泥法过程中污染物吸附转化定量关系的要点活性污泥法过程中污染物吸附转化定量关系的要点 (1)(1)在良好的状态下,无机和不可降解的悬浮固体经活性污泥法处理,在良好的状态下,无机和不可降解的悬浮固体经活性污泥法处理,基本上被微生物吸附,其量不变。基本上被微生物吸附,其量不变。(2)(2)对于城市生活污水,其中可生物降解的有机物量约为对于城市生活污水,其中可生物降解的有机物量约为2/32/3转化为微转化为微生物细胞,生物细胞,1/31/3氧化为氧化为COCO2 2和水。氧化过程释放的能量供微生物繁殖和活动和水。氧化过程释放的能量供微生物繁殖和活动之需。之需。
21、(3)(3)活性污泥法统中,既存在着有机物质的代谢和微生物的增长繁殖,活性污泥法统中,既存在着有机物质的代谢和微生物的增长繁殖,也存在着细胞物质的自身代谢和微生物之间通过食物链进行的代谢过程。也存在着细胞物质的自身代谢和微生物之间通过食物链进行的代谢过程。(4)(4)由于内源代谢产物的不可生物降解性,使可生物降解有机物的化学由于内源代谢产物的不可生物降解性,使可生物降解有机物的化学需氧量需氧量CODCODB B不等于完全生化需氧量不等于完全生化需氧量BODBODL L 。(5)(5)各种形态的活性污泥的细胞组成基本相同。根据分析,其组成可各种形态的活性污泥的细胞组成基本相同。根据分析,其组成可
22、用用C C5 5H H9 9OO2.52.5NN或或C C5 5H H7 7NONO2 2表示。表示。12.6 脱氮、除磷活性污泥法工业及其设计脱氮、除磷活性污泥法工业及其设计12.6.1 生物脱氮工艺生物脱氮工艺1.1.三段生物脱氮工艺三段生物脱氮工艺该工艺的特征是:该工艺的特征是:有机物降解和氨化、硝化、反硝化在三个反应器中独立进行,并有机物降解和氨化、硝化、反硝化在三个反应器中独立进行,并分别有各自的污泥回流系统和沉淀池;分别有各自的污泥回流系统和沉淀池;反硝化反应器设搅拌装置,以保持污泥悬浮和泥水混合;反硝化反应器设搅拌装置,以保持污泥悬浮和泥水混合;反硝化反应器外加碳源;反硝化反应器
23、外加碳源;三段独立,便于运行和控制有机污染物去除效果和脱氮效果均好;三段独立,便于运行和控制有机污染物去除效果和脱氮效果均好;流程长,构筑物多,基建费用高,且应外加碳源而提高运行成本。流程长,构筑物多,基建费用高,且应外加碳源而提高运行成本。在三段生物脱氮技术中由于反硝化段设置在有机物氧化和硝化段之在三段生物脱氮技术中由于反硝化段设置在有机物氧化和硝化段之后,主要靠内源呼吸进行反硝化,效率很低,所以必须在反硝化段投加后,主要靠内源呼吸进行反硝化,效率很低,所以必须在反硝化段投加碳源来保证高效稳定的反硝化反应。随着对硝化反应机理认识的加深,碳源来保证高效稳定的反硝化反应。随着对硝化反应机理认识的
24、加深,将有机物氧化和硝化合并成一个系统以简化工艺,从而形成二段生物脱将有机物氧化和硝化合并成一个系统以简化工艺,从而形成二段生物脱氮工艺(如图)。氮工艺(如图)。改进后的工艺各段同样有各自的污泥回流系统和沉淀池;除改进后的工艺各段同样有各自的污泥回流系统和沉淀池;除碳和硝化在一个反应器中进行时,设计的污泥负荷要低,水力停碳和硝化在一个反应器中进行时,设计的污泥负荷要低,水力停留时间和泥龄要长,否则,硝化作用要降低。在反硝化段仍然需留时间和泥龄要长,否则,硝化作用要降低。在反硝化段仍然需要外加碳源来维持反硝化的顺利进行。要外加碳源来维持反硝化的顺利进行。2.2.前置缺氧前置缺氧-好氧生物脱氮工艺
25、(好氧生物脱氮工艺(A/OA/O)该工艺的特点是:该工艺的特点是:反硝化段设置在系统前部,利用进水中的有机物作为反硝化的碳源,反硝化段设置在系统前部,利用进水中的有机物作为反硝化的碳源,不需要外加碳源;不需要外加碳源;混合菌群交替处于好氧缺氧和有机物浓度高低变化之中,有利于改混合菌群交替处于好氧缺氧和有机物浓度高低变化之中,有利于改善污泥性能;善污泥性能;反硝化产生的碱度可以补充硝化反应消耗碱度的反硝化产生的碱度可以补充硝化反应消耗碱度的50%50%;硝酸盐作为电子受体处理进水中的有机物,节省后续的曝气量;硝酸盐作为电子受体处理进水中的有机物,节省后续的曝气量;脱氮率脱氮率70%70%,出水仍
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