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活性污泥系统工艺计算和设计

一、设计应掌握基础资料
进行活性污泥系统工艺计算和设计时，首先应比较充足地掌握和废水、污泥相关原始资料并确定设计基础数据，关键有：
①废水水量、水质及其改变规律；
②对处理后出水水质要求；
③对处理中产生污泥处理要求； ¾¾以上属于设计所需要原始资料
④污泥负荷率和BOD5去除率；
⑤混合液浓度和污泥回流比。 ¾¾以上属于设计所需基础数据
对生活污水和城市污水和和其类似工业废水，已经有一套成熟和完整设计数据和规范，通常能够直接应用；
对于部分性质和生活污水相差较大工业废水或城市废水，通常需要经过试验来确定相关设计参数。

二、工艺计算和设计关键内容
活性污泥系统由曝气池、二次沉淀池及污泥回流设备等组成。
其工艺计算和设计关键包含：1)工艺步骤选择；2)曝气池计算和设计；3)曝气系统计算和设计；4)二次沉淀池计算和设计；5)污泥回流系统计算和设计。

三、工艺步骤选择
关键依据：①废水水量、水质及改变规律；②对处理后出水水质要求；③对处理中所产生污泥处理要求；④当地地理位置、地质条件、气候条件等；⑤当地施工水平和处理厂建成后运行管理人员技术水平等；⑥工期要求和限期达标要求；⑦综合分析工艺在技术上可行性和优异性和经济上可能性和合理性等；⑧对于工程量大、建设费用高工程，则应进行多个工艺步骤比较后才能确定。

四、曝气池计算和设计
1、关键内容：①曝气池容积计算；
②需氧量和供气量计算；
③池体设计。
2、曝气池容积计算：
(1)计算方法和计算公式
常见是有机负荷法，相关公式有：
；
；
¾¾去除率，%；
¾¾进水浓度，或；
¾¾出水浓度，或；
¾¾去除浓度，或；
¾¾曝气池容积，；
¾¾进水设计流量，；
¾¾，或；
¾¾污泥去除负荷，；
¾¾容积去除负荷，；
¾¾比值，通常取值为0.7~0.8；
¾¾，或；
¾¾水力停留时间或曝气时间，。

(2）设计参数选择
在进行曝气池容积计算时，应在一定范围内合理地确定或和或值，和处理效率、、等参数。
表1 部分活性污泥法处理城市废水设计参数
通常对于生活污水及性质和其相同废水，采取商标中数据时，SVI值可能介于80~150之间，污泥沉淀性能良好，出水水质也会很好。

3.需氧量和供气量计算
(1)需氧量： （kgO2/d）
但应注意：因为一日内进入曝气池废水量和BOD5浓度是改变，所以计算时，还应考虑最大时需氧量(O2)max： （kgO2/h）
(2)供气量： 供气量应按鼓风曝气型式或机械曝气型式两种情况分别求定。
但应注意： ①日平均供气量(Gs)；
②最大时供气量(Gs)max：(O2)max Þ (R0)max Þ (Gs)max；
③最小时供气量(Gs)min：通常(Gs)min = 0.5Gs；
4.池体尺寸设计：
l 单元数：大于2组；
l 廊道数：不少于3个；
l 廊道长、宽、高：长 = (5~10) 宽，深度通常为4~5米，超高0.5米；
l 进出水和污泥回流方法设计；
l 曝气装置安装方法和位置；
l 其它隶属物设计(消泡管等)。

五、曝气系统计算和设计(只介绍鼓风曝气系统计算和设计)
鼓风曝气系统包含鼓风机、空气输送管道和曝气装置。
关键内容有：①选择曝气装置，并对其进行部署；②计算空气管道；③确定鼓风机型号及台数。
1.曝气装置选定及部署：
a.通常要求：
①含有较高氧利用率(EA)和动力效率(Ep)，节能效果好；
②不易堵塞和破损，出现故障时易于排除，便于维护管理；
③结构简单，工程造价低。
同时还应考虑：废水水质、地域条件和曝气池池型、水深等。
b.计算所需曝气装置数目：
依据总供气量和每个曝气装置通气量、服务面积和曝气池质地总面积等，即可求得。
c.曝气装置部署：
①沿池壁一侧部署；
②相互垂直呈正交式部署；
③呈梅花形交错部署。
2.空气管道计算和设计
a.通常要求：
①小型废水处理站空气管道系统通常为枝状，而大、中型废水处理厂则宜采取环状管网，以确保安全供气；
②空气管道可敷设在地面上，接入曝气池管道应高出池水面0.5m，以免发生回水现象；
③空气管道设计流速，干、支管为10~15m/s，竖管、小支管为4~5m/s。
b.空气管道计算：
空气通气管道和曝气装置压力损失通常控制在14.7kPa以内，其中空气管道总损失控制在4.9kPa以内，曝气装置阻力损失为4.9~9.8kPa。
*计算步骤：
①依据流量(Q)、流速(v)选定管径(D)，图1所表示；
②计算和校核压力损失；
③再调整管径；
④反复上述步骤。
**空气管道压力损失(h)求定：
h = h1 +h2
式中 h1¾¾空气管道沿程阻力，mmH2O；
h2¾¾空气管道局部阻力，mmH2O。
其中 h1 = i×l×aT×aP
式中 i¾¾空气管道单位长度阻力，依据Q、v查表可得，mmH2O/m；
l¾¾空气管道得长度，m；
aT¾¾空气容重修正系数，20°C时，aT = 1； 30°C时，aT =0.98；
aP¾¾压力修正系数，在标准状态下，为1.0。
其中 h2 = i×l0×aT×aP
式中 l0 ¾¾空气管当量长度，m；
l0 = 55.5 ×K×D1.2
式中 K¾¾长度换算系数，查表可得；
D¾¾空气管道管径，m。

C.鼓风机所需压力(H)：
H = h1 +h2+ h3 +h4
式中 h3¾¾曝气装置安装深度，mm；
h4¾¾曝气装置阻力，mmH2O/m，通常依据产品样本或试验数据确定。
d.鼓风机选择及鼓风机房设计
①依据设计风量和风压来选择鼓风机：
l 罗茨鼓风机：噪音大，必需采取消声方法，通常见于中、小型污水厂；
l 离心式鼓风机：噪音较小，效率较高，适适用于大、中型污水厂；变速离心风机可自控；
l 轴流式通风机：风压较小(<1.2m以下)，通常见于浅层曝气。
②在同一供气系统中，应尽可能地选择同一型号鼓风机，并注意备用；
通常：当工作鼓风机 £ 3台时，备用1台；
当工作鼓风机 ³ 4台时，备用2台。
③噪音防护：在鼓风机进风和送风管道上，安装消声器；
④鼓风机房设计：
平面部署； 基础设计； 供电； 防噪声方法；
其它隶属设施¾¾机器间、值班室、配电室等。

六、二次沉淀池计算和设计
二沉池作用是：分离泥水、澄清混合液、浓缩和回流活性污泥。其工作性能好坏，对活性污泥处理系统出水水质和回流污泥浓度有直接影响。
1、和初沉池相比，二沉池特点：
①活性污泥混合液浓度较高，有絮凝性能，其沉降属于成层沉淀；
②活性污泥质量较轻，易产生异重流，所以，其最大许可水平流速(对平流式、辐流式而言)或上升流速（竖流式）全部应低于初沉池；
③因为二沉池还起着污泥浓缩作用，所以需要合适增大污泥区容积。
2、设计计算关键内容：
①池型选择；②沉淀池（澄清区）面积；③有效水深计算；④污泥区容积计算；⑤污泥排放量计算等。
3、二沉池池型选择：
¾¾平流式、竖流式、辐流式；
¾¾斜板（管）沉淀池——标准上不提议采取；
¾¾带有机械吸泥及排泥设施辐流式沉淀池，比较适合于大型污水厂；
¾¾方形多斗辐流式沉淀池常见于中型污水厂；
¾¾竖流式或多斗式平流式沉淀池，则多用于小型污水厂。
4、二沉池沉淀面积和有效水深计算：
关键有：a、表面负荷法；b、固体通量法
a.表面负荷法
¾¾二沉池表面负荷是指单位面积所承受水量；
¾¾表面负荷法计算二沉池面积和有效水深公式：

A¾¾二沉池面积，m2；
Qmax¾¾废水最大时流量，m3/h；
q¾¾水力表面负荷，m3/m2.h；
H¾¾澄清区水深，m；
t¾¾二沉池水力停留时间，h。

*相关q值：
l q通常为0.7~1.8 m3/m2.h；
l q和污水性质相关：当污水中无机物含量较高时，可采取较高q值；当污水中含有溶解性有机物较多时，则q值宜低；
l 混合液污泥浓度对q值影响较大，当污泥浓度较高时，应采取较小q值；反之。则可采取较高q值。能够参见下表：
MLSS（mg/L）
q（m3/m2.h）

1.8
3000
1.26
4000
1.01
5000
0.79
6000
0.65
7000
0.50

**相关Qmax：
l 二沉池沉淀面积以最大时流量作为设计流量，二不考虑回流污泥量；
l 但二沉池一些部位则需要包含回流污泥流量在内，如进水管（渠）道、中心管等。

***相关澄清区水深：
l 通常按沉淀时间来确定，沉淀时间通常取值为1.5~2.5h。
b.固体通量法
¾¾固体通量也称固体面积负荷，是指单位时间内经过单位面积固体质量，kgSS/m2.d；
¾¾，¾¾固体通量，kgSS/m2.d；
¾¾对于连续流二沉池，悬浮固体下沉速度为因为沉淀池底部排泥造成液体下沉速度，和在重力作用下悬浮固体自沉速度之和；
¾¾通常二沉池Gt值为140~160 kgSS/m2.d；假如是斜板二沉池，则Gt值可大到180~195 kgSS/m2.d；
¾¾有效水深一样按水力停留时间来定。

5、池边水深：
为了确保二沉池水力效率和有效容积，池水深和直径应保持一定百分比关系，通常要求：
二沉池直径（m）
池边水深（m）
10~20
3.0
20~30
3.5
>30
4.0
6、出水堰负荷
二沉池出水堰负荷，通常能够在1.5~2.9L/m.s之间选择。
7、污泥斗计算
¾¾污泥斗作用是贮存和浓缩沉淀后污泥；
（因为活性污泥易因缺氧而失去活性而腐败，所以污泥斗容积不能过大）
¾¾污泥斗内平均污泥浓度（Xs）为：
Xs = 0.5（X+Xr）
¾¾污泥斗容积（Vs）为：Vs = T（1+R）QX/[0.5（X+Xr）]；
¾¾对于分建式沉淀池，通常要求污泥斗贮泥时间为2h，所以污泥斗容积为：
Vs = 4（1+R）QX/（X+Xr）
式中 Q¾¾日平均废水流量，m3/h；
X¾¾混合液污泥浓度，mgSS/L；
Xr¾¾回流污泥浓度，mgSS/L；
R¾¾回流比；
RQ, Xr
Dx
(1+R)Q, X
Vs¾¾污泥斗容积，m3。

*相关Xr：
1) (Xr)max = 106/SVI (mgSS/L);
2) Xr = X(1+R)/R
RQXr + Dx = (1+R)QX
因为Dx相对于(1+R)QX来说很小，假如认为能够忽略不计时，
则有：Xr = X(1+R)/R
3)注意：动力学第三导出方程：

若将 代入，则：1/qc = 0，即qc®¥
8、污泥排放量计算：
即：
应注意：Dxv 是以VSS计，应换算成SS。
9、污泥含水率和污泥浓度：
若能够假定在一定范围内，混合液比重为1.0g/ml，则：
含水率为99%，则污泥浓度为10 gSS/L， Þ 10,000mg/L
99.5% 5 gSS/L， Þ 5,000mg/L
98% 20 gSS/L， Þ 20,000mg/L
99.8% 2 gSS/L， Þ 2,000mg/L
[例]：Dx = 1000kgSS/d， 若含水率为99%， 则V1 = 100m3/d；
99.5%， 则V2 = 200m3/d；
99%， 则V3 = 50m3/d；
若经机械压滤（如带式压滤机等）以后，通常泥饼含水率为80%，则天天泥饼产量为5000kg。