水污染控制工程：第12章-活性污泥法设计课件.ppt

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1、第第第第1212章章章章 活性污泥法活性污泥法活性污泥法活性污泥法 Activated Sludge ProcessActivated Sludge Process4)曝气设备曝气设备(aerator)(1)曝气装置的分类曝气装置的分类(type of aeration system)曝曝 气气 装装 置置，又又 称称 为为 空空 气气 扩扩 散散 装装 置置(air-diffused device)，是是活活性性污污泥泥处处理理系系统统的的重重要要设设备备，可可以以实实现现充氧充氧(aerating)和和搅动混合搅动混合(mixing)两大作用。两大作用。按按曝曝气气方方式式可可以以将将其其

2、分分为为鼓鼓风风曝曝气气装装置置(diffused-air aerator)和和 表表 面面（机机 械械）曝曝 气气 装装 置置(surface aerator)两种。两种。12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices(2)鼓风曝气装置鼓风曝气装置(Diffused air aeration devices)鼓风曝气系统由鼓鼓风风机机(air blower)、空空气气输输送送管管道道(air piping)以及曝气装置曝气装置(diffusers)所组成。鼓风曝气装置鼓风曝气装置可分为：可分为：（微）小气泡型（微

3、）小气泡型(fine-bubble)微孔曝气头微孔曝气头中气泡型中气泡型(medium-bubble)大气泡型大气泡型(coarse-bubble system)水力剪切型水力剪切型(hydraulic shear aerator)水力冲击型水力冲击型(jet)12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devicesa.微孔曝气器微孔曝气器(porous diffusers)由由微微孔孔透透气气材材料料（陶陶土土、氧氧化化铝铝、氧氧化化硅硅或或尼尼龙龙等等）制制成成的的扩扩散散板板(panel)、扩扩散散盘盘(rigid c

4、eramic disks)和和扩扩散散管管(tube)等；等；气泡直径在气泡直径在2mm以下（在以下（在200 m以下者，为微孔）；以下者，为微孔）；EA=15 25%，EP=2 kgO2/kw.h以上；以上；缺点：易堵塞，空气需经过滤处理净化，扩散阻力大。缺点：易堵塞，空气需经过滤处理净化，扩散阻力大。12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原

5、理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devicesb.中气泡型曝气装置中气泡型曝气装置 气泡直径为气泡直径为2 3mm。穿孔管和莎纶管：穿孔管和莎纶管：钢管或塑料管，管径2550mm；在管下部两侧呈45开孔，孔眼直径35mm，间距50100mm；不易堵塞，构造简单，阻力小；氧利用率(EA)低，一般为46%；动力效率(EP)可达12 kgO2/kw.h。C.大气泡型曝气装置大气泡型曝气装置 气泡直径为气泡直径为15mm左右。常采用竖管。左右。常采用竖管。12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration

6、 devices(3)机械曝气装置机械曝气装置 又称表面曝气装置又称表面曝气装置(surface aerator)p竖轴式表面曝气装置竖轴式表面曝气装置(vertical axis)泵型叶轮曝气器泵型叶轮曝气器K型叶轮曝气器型叶轮曝气器倒伞型叶轮曝气器倒伞型叶轮曝气器平板型叶轮曝气器平板型叶轮曝气器p横轴式表面曝气装置横轴式表面曝气装置(horizontal axis)。12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices卧轴式机械曝气器卧轴式机械曝气器主要有曝气转刷(rotating brush)和曝气转盘(rotat

7、ing disk)，也称曝气转碟；主要应用于氧化沟(oxidation ditch)；调节方便、维护简易、动力效率较高。12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices衡量曝气设备的技术性能指标衡量曝气设备的技术性能指标1)氧氧的的利利用用率率（EA）：又称氧转移效率(

8、Oxygen transfer rate)，是指通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比（%）；2)充充氧氧能能力力（Oxygenation capacity R0）：通过表面机械曝 气 装 置 在 单 位 时 间 内 转 移 到 混 合 液 中 的 氧 量（kgO2/h）；3)动动力力效效率率（Dynamic efficiency Ep）：每消耗1度电转移到混合液中的氧量（kgO2/kwh）。1)和3)用于鼓风曝气系统，2)和3)用于机械曝气系统。12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices13

9、设备类型设备类型 氧利用率氧利用率/动力效率动力效率/kg O/kg O2 2/kWh/kWh 标准标准实际实际小气泡扩散器小气泡扩散器 101030 30 1.2 1.2 2.02.00.7 0.7 1.41.4中气泡扩散器中气泡扩散器 6 6 15151.0 1.0 1.61.60.6 0.6 1.01.0大气泡扩散器大气泡扩散器 4 48 80.6 0.6 1.21.20.3 0.3 0.90.9射流曝气器射流曝气器 101025 25 1.5 1.5 2.42.40.7 0.7 1.41.4低速表面曝气器低速表面曝气器 1.2 1.2 2.72.70.7 0.7 1.31.3高速表面曝

10、气器高速表面曝气器 1.2 1.2 2.42.40.7 0.7 1.31.3转刷式曝气器转刷式曝气器 1.2 1.2 2.42.4曝气设备性能比较曝气设备性能比较12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices小结：小结：p活性污泥法基本类型pAB法，SBR法，氧化沟p主要曝气设备12.3 气体传递原理和曝气设备气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices12.4 活性污泥系统的工艺设计活性污泥系统的工艺设计Design of the AS Process of BO

11、D removal1)工艺设计基本思路工艺设计基本思路(Computation approach)2)曝气池的工艺设计曝气池的工艺设计(Dimension of aeration tank)3)曝曝气气系系统统的的工工艺艺设设计计(Design of aeration system)4)二二沉沉池池的的工工艺艺设设计计(Computation of secondary settling tank)5)污污泥泥回回流流及及剩剩余余污污泥泥(Calculation of return and waste sludge)第第12章章 活性污泥法活性污泥法(Activated Sludge Proce

12、ss)1)工艺设计基本思路工艺设计基本思路(Computation approach)确确定定废废水水的的水水量量、水水质质变变化化(Influent wastewater characterization data)处处 理理 后后 出出 水水 的的 水水 质质 要要 求求(determine the effluent requirement)；曝气池类型选择（曝气池类型选择（type of aerator）；）；曝曝气气池池生生化化动动力力学学参参数数（比比增增长长速速率率、污污泥泥产产率率Y、需需氧量氧量(oxygen required)等）；等）；关关键键参参数数确确定定：污污泥泥负负

13、荷荷(Sludge loading)、污污泥泥浓浓度度(MLSS)、污污泥泥回回流流比比(RAS ratio)、泥泥龄龄(SRT)、水水力力停停留时间留时间(HRT)。设计手册、工程案例设计手册、工程案例12.4 活性污泥系统的工艺设计活性污泥系统的工艺设计Design of the Activated Sludge Process for BOD removal2）工艺设计参数）工艺设计参数（Design parameters）p活活性性污污泥泥系系统统由由曝曝气气池池（Aeration tank）、曝曝气气系系统统(Oxygen transfer system)、二二 沉沉 池池(seco

14、ndary clarifier)及及污污泥泥回回流流设设备备(sludge return system)等等组成。组成。p 工艺计算与设计主要包括：工艺计算与设计主要包括：曝气池的尺寸计算；曝气池的尺寸计算；VolumeHRTLs 曝气系统的计算与设计；需曝气系统的计算与设计；需/供氧量及设备选型。供氧量及设备选型。二沉池的计算与设计；尺寸与设备选型。二沉池的计算与设计；尺寸与设备选型。污污泥泥回回流流系系统统的的计计算算与与设设计计；剩剩余余污污泥泥量量(waste sludge production)、泥龄、泥龄(SRT)等。等。Typical design parameters tabl

15、e设计参数设计参数(parameter)单位（单位（Unit）设计值（设计值（value）反应池类型(Type of reactor)CMAS流量Q（Influent flowrate）m3/d进/出水BODmg/L有机负荷（F/M）mg BOD/g MLVSS0.20.6污泥浓度（MLSS/MLVSS）mg/L20004000泥龄（SRT）d315水力停留时间（HRT）h35污泥回流比（RAS ratio）%25100需氧量（Oxygen required）Kg O2/h二沉池水力负荷q（HSR）m3/m2d0.61.5Return sludgeSecondaryclarifierEfflu

16、entInfluentExcess sludgeAeration tank(Q-Qw),Se,XeQw,Se,XRRQ,Se,XRQ,S0,X0(1+R)Q,Se,XV,Se,X经典活性污泥工艺流程经典活性污泥工艺流程schematic diagram of typical CMAS process计算参数计算参数(Computational parameters)：Q：流量：流量m3/dS0:进水有机物浓度，进水有机物浓度，g/m3。X0：进水微生物浓度，：进水微生物浓度，gVSS/m3；V：反应池体积：反应池体积 m3X:反应池污泥浓度反应池污泥浓度gVSS/m3 Xe：出水微生物浓度：出

17、水微生物浓度gVSS/m3 Se：出水有机物浓度，：出水有机物浓度，g/m3XR：回流活性污泥浓度：回流活性污泥浓度gVSS/m3Qw：剩余污泥量：剩余污泥量m3/dR：污泥回流比：污泥回流比 方法：物料衡算方法：物料衡算(mass balances)：3）曝气池）曝气池(Aeration tank)设计计算设计计算曝气池的类型(type)和结构(structure)；曝气池尺寸(dimension)计算；Volume需氧量(oxygen demand)和供气量(oxygen supply)的计算;剩余污泥量（sludge production)的设计计算。有机物负荷率法；污泥泥龄法；水力停留

18、时间法有机物负荷率法；污泥泥龄法；水力停留时间法曝气池体积（曝气池体积（volume）计算）计算a：有机负荷法（体积负荷）：有机负荷法（体积负荷）Ls:污泥负荷率(sludge loading);(kgBOD5/kgMLSSd)Lv:容积负荷率(volumetric loading);(kgBOD5/m3d)Q:进水量(Influent flowrate);（m3/d)S0:进水平均BOD5值;（mg/L）X:池中污泥浓度(MLSS);（mg/L）应用比较方便，但应用比较方便，但X和和Ls确定需要经验。确定需要经验。b.污泥泥龄法污泥泥龄法c:污泥龄(solids retention time

19、,SRT)，污泥停留时间 指处理系统（曝气池）中微生物的平均停留时间。劳伦斯和麦卡蒂（Lawrence-Mc Carty）模型 （p122）需考虑脱氮时应用。需考虑脱氮时应用。回流活性污泥回流活性污泥二沉池二沉池出水出水进水进水剩余污泥剩余污泥曝气池曝气池(Q-Qw),Se,XeQw,Se,XRRQ,Se,XRQ,S0,X0(1+R)Q,Se,XV,Se,X做系统活性污泥的物料平衡：做系统活性污泥的物料平衡：1）进水微生物浓度可以忽略：3）对照公式（11-34）P99可得：2）将微生物增长基本方程式（11-33）代入做系统底物的物料平衡：做系统底物的物料平衡：转化可得污泥泥龄计算曝气池体积公式

20、：转化可得污泥泥龄计算曝气池体积公式：整理得：代入得：水力停留时间（水力停留时间（Hydraulic Retention Time HRT）c：水力停留时间法（：水力停留时间法（HRT）4)剩余污泥计算剩余污泥计算Sludge production calculation按污泥泥龄计算（按污泥泥龄计算（SRT)X：剩余污泥量：剩余污泥量,gVSS/d。b根据污泥产率系数根据污泥产率系数(yield coefficient)或或表观产率系数表观产率系数(observed yield coefficient)计算计算 Y：产率系数,kgMLVSS/kgBOD。Yobs:表观产率系数。Kd：内源代谢

21、系数，d-1.XvXv4)剩余污泥计算剩余污泥计算Sludge production calculation5）曝气系统的计算与设计）曝气系统的计算与设计Oxygen transfer system design鼓风曝气系统包括：鼓风曝气系统包括：鼓风机（鼓风机（Blower）；）；空气输送管道（空气输送管道（Air piping）；）；曝气装置（曝气头曝气装置（曝气头Aerator）计算内容：计算内容：需氧量（需氧量（O2;Oxygen demand）；）；供气量（供气量（Gs;Air supply）.a.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O2=

22、aQ(S0Se)b VXvO2：需氧量,kgO2/d;O2max：最大需氧量；a：活性污泥微生物对有机物氧化过程的需氧率，(kgO2/kgBOD)b：活性污泥内源代谢的自身氧化过程的需氧率，(d-1)；K：日变化系数。1.2。生活污水，a通常取值0.42-0.53；0.188-0.11。O2max=kO2(1)需氧量计算需氧量计算 b.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(1)需氧量需氧量(Oxygen demand)计算计算O2=Q(bCOD0 bCODe)-1.42XvbCOD:可生物降解的COD浓度，g/m3；1.42：污泥的氧当量系数，完全氧化1

23、个单位的细胞，需要 1.42单位的氧。0.68：BOD5=0.68BODLXv：剩余污泥量，gMLVSS/d。耗氧量=去除的bCOD-合成微生物的CODO2=Q(S0-Se）/0.68-1.42Xv(2)供气量供气量(Air supply)计算计算O2：需氧量；（：需氧量；（kg O2/h）Os：标准条件下氧转移量；（：标准条件下氧转移量；（kg O2/h）Gs：供气量；（：供气量；（m3/h）EA：曝气设备氧传递效率（：曝气设备氧传递效率（%）。）。一般一般O2占占Os 60%-75%.6)二沉池的计算与设计二沉池的计算与设计二沉池池型的选择：平流式、竖流式、辐流式；斜板（管）沉淀池原则上不

24、建议采用；带有机械吸泥及排泥设施的辐流式沉淀池，比较适合于大型污水厂；方形多斗辐流式沉淀池常用于中型污水厂；竖流式或多斗式平流式沉淀池，则多用于小型污水厂。6）二次沉淀池的设计计算计算公式：A:澄清区面积，m2；Q:废水设计流量,m3/h；q:沉淀效率参数(表面负荷),0.61.5 m3/m2h；H:有效水深，2.0-4.0m；Vs:污泥区容积,m3；R:最大污泥回流比(RAS ratio)；t：水力停留时间,1.54h;ts:污泥在二次沉淀池中的浓缩时间,一般为2h。7）污泥回流比计算污泥回流比计算(RAS ratio)根据曝气池污泥衡算：Q:废水设计流量(Influent flowrate

25、),m3/h；R:污泥回流比(RAS ratio)；X:曝气池污泥浓度(MLSS),一般2000-4000mg/L;XR:回流污泥浓度，SVI=100,相应XR=10000mg/L,例题12-1：EffluentInfluent(Q-Qw),Se,XeQw,Se,XRRQ,Se,XRQ,S0,X0(1+R)Q,Se,XV,Se,X12.5.1 脱氮工艺脱氮工艺12.5.2 除磷工艺除磷工艺12.5.3 脱氮除磷工艺及设计脱氮除磷工艺及设计12.5.4 生物除磷脱氮的影响因素生物除磷脱氮的影响因素12.5 脱氮、除磷工艺设计脱氮、除磷工艺设计1）三段生物脱氮工艺）三段生物脱氮工艺2）前置缺氧）前

26、置缺氧-好氧生物脱氮工艺好氧生物脱氮工艺3）后置缺氧）后置缺氧-好氧脱氮工艺好氧脱氮工艺4）Bardenpho生物脱氮工艺生物脱氮工艺5）同步硝化反硝化）同步硝化反硝化12.5.1 生物脱氮工艺生物脱氮工艺1）三段生物脱氮工艺）三段生物脱氮工艺进水进水回流污泥回流污泥沉淀池沉淀池I剩余污泥剩余污泥曝气池曝气池硝化池硝化池出水出水反硝反硝化池化池回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥剩余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥沉淀池沉淀池沉淀池沉淀池IIIII碱碱投加外碳源两段生物脱氮工艺投加外碳源两段生物脱氮工艺沉淀池沉淀池进水进水I剩余污泥剩余污泥除碳、硝化除碳、硝化出水出水反硝反硝化池化池回流污泥回流污泥剩

27、余污泥剩余污泥回流污泥回流污泥硝化硝化沉淀池沉淀池初沉池初沉池IIIII甲醇甲醇曝气池曝气池2）前置缺氧）前置缺氧-好氧生物脱氮工艺好氧生物脱氮工艺沉淀池沉淀池原污水原污水出水出水反硝反硝化池化池回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥污水内循环污水内循环碱碱曝气池曝气池3）后置缺氧）后置缺氧-好氧生物脱氮工艺好氧生物脱氮工艺沉淀池沉淀池原污水原污水出水出水缺氧缺氧回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥曝气池曝气池4）Bardenpho生物脱氮工艺生物脱氮工艺沉淀池沉淀池原污水原污水出水出水缺氧缺氧回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥曝气池曝气池缺氧缺氧好氧好氧好氧好氧5）同步硝化反硝化）同步硝化反硝化HNO2NH2OH+H200.33N2+1.33H2O+0.33NO2-NH3+O2NADH2NAD+NAD+NADH2