水污染控制工程 第七章2.ppt
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1、第七章 废水的活性污泥法处理第三节第三节 活性污泥法的发展和演变活性污泥法的发展和演变 第三节第三节 活性污泥法的设计计算活性污泥法的设计计算 第五节第五节 二次沉淀池二次沉淀池 第六节第六节 活性污泥法系统设计和活性污泥法系统设计和 运行中的一些重要问题运行中的一些重要问题第三节 活性污泥法的设计计算 活性污泥系统工艺设计 应把整个系统作为整体来考虑,包括曝气池、二沉池、曝气设备、回流设备等,甚至包括剩余污泥的处理处置。主要设计内容:(1)工艺流程选择;(2)曝气池容积和构筑物尺寸的确定;(3)二沉池澄清区、污泥区的工艺设计;(4)供氧系统设计;(5)污泥回流设备设计。主要依据:水质水量资料
2、 生活污水或生活污水为主的城市污水:成熟设计经验 工业废水:试验研究设计参数工艺流程的选择 需要调查研究和收集的基础资料:1.污水的水量水质资料 水量关系到处理规模,多种方法分析计算,注意收集率和地下水渗入量;水质决定选用的处理流程和处理程度。2.接纳污水的对象资料 3.气象水文资料 4.污水处理厂厂址资料 厂址地形资料;厂址地质资料。5.剩余污泥的出路调研 流程选择是活性污泥设计中的首要问题,关系到日后运转的稳定可靠以及经济和环境效益,必须在详尽调查的基础上进行技术、经济比较,以得到先进合理的流程。原始资料与数据(1)应处理的原污水的日平均流量(m3/d)、最大时流量(m3/h)、最低时流量
3、(m3/h)。当曝气池的设计水力停留时间在6h以上时,可以考虑以平均日流量作为曝气池的设计流量。当水力停留时间较短时,如2h左右,则应以最大时流量作为曝气池的设计流量。(2)原污水和经一级处理工艺处理后的主要各项水质指标:BOD5、BODu(溶解性、悬浮性);COD(溶解性、悬浮性);TOC;SS(非挥发性、挥发性);总固体(溶解性、非溶解性);总氮(有机氮、游离氮、硝酸氮、亚硝酸氮、氨氮);总磷(有机磷、无机磷)等(3)处理水的出路及各项指标应达到的数据,其中主要的是BOD和COD的去除率及处理水浓度。(4)对所产生的污泥的处理与处置的要求。(5)原污水中所含有的有毒有害物质、浓度,微生物对
4、其有无驯化的可能。7.3.1.3 应确定的主要各项参数(1)BOD污泥负荷率COD污泥负荷率);(2)混合液污泥浓度(MLSS、MLVSS);(3)污泥回流比。7.3.2构筑物与设备曝气池的三种池型推流式曝气池完全混合式曝气池两种池型结合式推流式曝气池 推流式曝气池的长宽比一般为510;进水方式不限;出水用溢流堰。1.平面布置 推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为12。2.横断面布置根据横断面上的水流情况,可分为推流式曝气池推流式曝气池完全混合曝气池 池 形 根据和沉淀池的关系 圆 形 方 形 矩 形 分建式合建式曝气池的三种池型机械曝气完全混合曝气池鼓风曝气完全混合曝气池局部完全混合推流式
5、曝气池7.3.3 7.3.3 工艺设计工艺设计曝气池的计算:纯经验方法劳伦斯(Lawronce)和麦卡蒂(McCarty)法有机物负荷率法麦金尼(McKinney)法有机物负荷率的两种表示方法活性污泥负荷率NS(简称污泥负荷)曝气区容积负荷率NV(简称容积负荷)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。例如:流量200m3/h,曝气池进水BOD浓150mg/L,出水要求为15mg/L,采用多点进水,求曝气池容积。多点进水经验去除率:85%90 经验停留时间:35h 取停留时间为4.5h,则曝气池容积:V2004.5m3=900m3经验水力停留时间:t 污泥负荷率是指单位
6、质量活性污泥在单位时间内所能承受的BOD5量,即:式中:Ns污泥负荷率,kg BOD5/(kgMLVSSd);Q与曝气时间相当的平均进水流量,m3/d;Sa曝气池进水的平均BOD5值,mg/L;X曝气池中的污泥浓度,mg/L。污泥负荷率 容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受的BOD5量,即:式中:Nv容积负荷率,kg(BOD5)/(m3d)。容积负荷率根据上面任何一式可计算曝气池的体积,即:Sa和Q是已知的,X和N可参考教材中表73选择。对于某些工业废水,要通过试验来确定X和N值。污泥负荷率法应用方便,但需要一定的经验。7.3.3.2 曝气系统与空气扩散装置的计算与设计曝气系统与空气
7、扩散装置的计算与设计主要包括下列两项工作内容:(1)需氧量与供气量的计算;(2)曝气系统的设计与计算 1、需氧量与供气量的计算机械曝气装置的设计内容主要是选择叶轮的型式和确定叶轮的直径。在选择叶轮型式时要考虑叶轮的充氧能力、动力效率以及加工条件等。叶轮直径的确定,主要取决于曝气池的需氧量,使所选择的叶轮的充氧量能够满足混合液需氧量的要求。污泥回流系统的设计与剩余污泥的处置污泥回流系统的设计与剩余污泥的处置污泥回流系统的计算与设计内容包括:回流污泥量的计算和污泥提升设备的选择和设计。(1)回流污泥量的计算回流污泥量QR,其值为:QR=RQ R值可选定,也可以通过下式求定:(2)污泥提升设备的选择
8、与设计 在污泥回流系统,常用的污泥提升设备主要是污泥泵、空气提升器和螺旋泵。二次沉淀池二次沉淀池二次沉淀池设计的主要内容:1池型选择;2沉淀池(澄清区)面积、有效水深和污泥区容积的计算。计算方法有表面负荷法和固体通量法。(1)表面负荷法 处理水的水质处理水的水质对处理水要求达到的BOD值,应当是总BOD即溶解性BOD与非溶解性BOD之和。处理水中非溶解性BOD值可用下列公式求定:BOD5=5(1.42bXaCe)=7.1bXaCc b微生物自身氧化率,d-1取值范围为0.050.1;Xa在处理水的悬浮固体中,有活性的微生秀所占的比例。Xa的取值:对高负荷活性污泥处理系统为0.8;延时曝气系统为
9、0.1;其他活性污泥处理系统,在一般负荷条件下,可取值0.4;C活性污泥处理系统的处理水中的悬浮固体浓度,mg/L;5(常数)BOD的五天培养期;1.42近似表示微生物降解1g有机物(BOD5)所需要的氧量。处理水中的总BOD5含量为:BOD5=Se+7.1bXaCe 例例题题7-1 某城市日排污水量30000m3,时变化系数1.4,原污水BOD5值225mg/L,要求处理水BOD5值为25mg/L,拟采用活性污泥系统处理。1 计算、确定曝气池主要部位尺寸2 计算、设计鼓风曝气系统解解 1.污水处理程度的计算及曝气池的运行方式(1)污水处理程度的计算原污水的BOD值(S0)为225mg/L,经
10、初次沉淀池处理,BOD5按降低25%考虑,则进入曝气池的污水,其BOD5值(Sa)为:计算去除率,对此,首先按式(7-58)计算水中非溶解性BOD5值,即:式中 Ce处理水中悬浮固体浓度,取值为25mg/L;b微生物自身氧化率,一般介于0.050.1之间,取值0.09;Xa活性微生物在处理水中所占比例,取值0.4。代入各值 处理水中溶解性BOD5值为:去除率(2)曝气池的运行方式 在本设计中应考虑曝气池运行方式的灵活性和多样化。即:以传统活行污泥法系统作为基础,又可按阶段曝气系统和再生-曝气系统运行。2.曝气池的计算与各部位尺寸的确定曝气池按BOD污泥负荷法计算(1)BOD污泥负荷率的确定拟定
11、采用的BOD污泥负荷率为0.3kgBOD5/(kgMLSSD)。但为稳妥计,需按下式加以校核 取值 0.0185,=18.6mg/L 代入各值计算结果确证,Ns值取0.3是适宜的。(2)确定混合液污泥浓度(X)根据已确定的Ns值,查图7-3的相应的SVI值为100200,取值120。取r=1.2,R=50%,代入 计算确定混合液污泥浓度值X得:(3)确定曝气池容积,按式(7-41)计算,即:Sa=168.75mg/L,近似取值169.0mg/L。代入各值:(4)确定曝气池各部位尺寸设2组曝气池,每组容积为池深取4.2m,则每组曝气池的面积为池宽取4.5m,介于12之间,符合规定。池长:。设五廊
12、道式曝气池,廊道长:取超高0.5m,则池总高度为4.2+0.5=4.7m在曝气池面对初次沉淀池和二次沉淀池的一侧,各设横向配水渠道,并在池中部设纵向中间配水渠道与横向配水渠道相连接。在两侧横向配水渠道上设进水口,每组曝气池共有5个进水口。3 曝气系统的计算与设计本设计采用鼓风曝气系统。按式(7-24)计算,即:查表7-7,得代入各值4、供气量的计算(756)P(1.54.20.2)9.853.9KPa劳伦斯和麦卡蒂法 1.曝气池中基质去除速率和微生物浓度的关系方程式中:ds/dt基质去除率,即单位时间内单位体积去除的基质量,mg(BOD5)/(Lh);K最大的单位微生物基质去除速率,即在单位时
13、间内,单位微生物量去除的基质,mg(BOD5)/(mgVSSh);s微生物周围的基质浓度,mg(BOD5)/L;Ks饱和常数,其值等于基质去除速率的1/2K时的基质浓度,mg/L;x微生物的浓度,mg/L。当Ks时,该方程可简化为当Ks时,该方程可简化为当曝气池出水要求高时,常处于Ks状态 劳伦斯和麦卡蒂法 2.微生物的增长和基质的去除关系式 式中:y合成系数,mg(VSS)/mg(BOD5);Kd内源代谢系数,h-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合形成的。不同的运行方式和不同的水质,y和Kd值是不同的。活性污泥法典型的系数值可参见下表:这里的yobs实质是扣除了内
14、源代谢后的净合成系数,称为表观合成系数。y为理论合成系数。也可以表达为劳伦斯和麦卡蒂法 3.完全混合曝气池的计算模式 (1)曝气池体积的计算qv进水流量;Qvw排除的剩余活性污泥流量;qvr污泥回流量;x 曝气池中的微生物浓度;xe出流水中带走的微生物浓度;xr回流污泥中的微生物浓度;s0进水基质浓缩;s出流基质浓度;V曝气池体积。微生物平均停留时间,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C表示,单位为d。对上图所示系统进行微生物量的物料平衡计算:整理后即得 污水中的x0很小,可以忽略不计,因而x0=0,
15、在稳定状态下dx/dt=0且劳伦斯和麦卡蒂法 3.完全混合曝气池的计算模式 (2)排出的剩余活性污泥量计算 根据yobs以及上面的物料平衡式可推得:则剩余活性污泥量Px(以挥发性悬浮固体表示的剩余活性污泥量)为:劳伦斯和麦卡蒂法 3.完全混合曝气池的计算模式 (3)确定所需的空气量 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:空气中氧的含量为23.2,氧的密度为1.201kg/m3。将上面求得的氧量除以氧的密度和空气中氧的含量,即为所需的空气量。劳伦斯和麦卡蒂法 4.推流式曝气池的计算模式 由于当前两种形式的曝气池实际效果差不多,因而完全混合的计算模式
16、也可用于推流式曝气池的计算。处理污水量为21600m3/d,经沉淀后的BOD5为250mg/L,希望处理后的出水BOD5为20mg/L。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:(1)污水温度为20;(2)曝气池中混合液挥发性悬浮固体(MLVSS)同混合液悬浮固体(MLSS)之比为0.8;(3)回流污泥SS浓度为10000mg/L;(4)曝气池中MLSS为3500 mg/L;(5)设计的c为10d;(6)出水中含有22mg/L生物固体,其中65是可生化的;(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;(8)污水流量的总变化系数为2.5。例解 确定出水中悬浮固体的
17、BOD5:(a)悬浮固体中可生化的部分为0.6522 mg/L=14.2mg/L(b)可生化悬浮固体的最终BODL 0.65221.4 mg/L20.3mg/L(c)可生化悬浮固体的BODL为BOD50.6820.3 mg/L13.8mg/L(d)确定经曝气池处理后的出水溶解性BOD5,即s 20 mg/Ls13.8 mg/L s6.2 mg/L 计算处理效率E:若沉淀池能去除全部悬浮固体,则处理效率可达1.估计出水中溶解性BOD5的浓度出水中总的BOD5出水中溶解性的BOD5出水中悬浮固体的BOD5已知则:解2.计算曝气池的体积解3.计算每天排除的剩余活性污泥量 计算yobs计算排除的以挥发
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