水污染控制工程培訓(xùn)課程

1、水污染控制工程水污染控制工程EngineeringArchitecture第五節(jié)第五節(jié)活性污泥工藝設(shè)計活性污泥工藝設(shè)計(BOD去除去除)活性污泥 確定工藝確定工藝: 根據(jù)污水水質(zhì)和水量和處根據(jù)污水水質(zhì)和水量和處理要求理要求,確定工藝類型確定工藝類型, 工藝流程工藝流程.城市污水城市污水, BOD/COD值較高值較高, 設(shè)計流量設(shè)計流量較大一般可選活性污泥工藝較大一般可選活性污泥工藝; 有無脫有無脫N除除P方面的要求方面的要求, 假設(shè)有可選假設(shè)有可選SBR, 氧化溝等具有去除氧化溝等具有去除N ，P 功能的功能的工藝工藝; 水質(zhì)要求水質(zhì)要求, 假設(shè)以達(dá)標(biāo)排放為目的假設(shè)以達(dá)標(biāo)排放為目的, 一般一般

2、經(jīng)過活性污泥工藝經(jīng)過活性污泥工藝BOD可以去可以去70-85%, 假設(shè)一次處理不達(dá)標(biāo)假設(shè)一次處理不達(dá)標(biāo),可二級處理可二級處理, 假設(shè)假設(shè)以回用為目的以回用為目的,需要深度處理需要深度處理. 確定參數(shù)確定參數(shù)關(guān)鍵。關(guān)鍵。Water Pollution Control Engineering活性污泥 計算各反響器計算各反響器: 曝氣池的形狀曝氣池的形狀, 數(shù)量數(shù)量; 初沉淀池初沉淀池, 二二沉淀池沉淀池,(中間沉淀池中間沉淀池, 調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池, 勻化池勻化池, 厭氧池厭氧池). 計算空氣計算空氣: 空氣量空氣量. 計算回流污泥和剩余污泥計算回流污泥和剩余污泥: 污泥回流比污泥回流比, 剩余污泥量，

3、剩余污泥量，污泥處理流程等污泥處理流程等. 計算高程：構(gòu)筑物高程和平面布置計算高程：構(gòu)筑物高程和平面布置, 污泥高程污泥高程. 設(shè)備選型設(shè)備選型: 泵泵, 鼓風(fēng)機或機械曝氣設(shè)備等鼓風(fēng)機或機械曝氣設(shè)備等. Water Pollution Control Engineering活性污泥 1. 曝氣池設(shè)計計算曝氣池設(shè)計計算 理論方法和經(jīng)驗方法的結(jié)合理論方法和經(jīng)驗方法的結(jié)合, 理論方法所需要的參數(shù)可理論方法所需要的參數(shù)可以經(jīng)過試驗確定或根據(jù)經(jīng)驗確定以經(jīng)過試驗確定或根據(jù)經(jīng)驗確定; 經(jīng)驗方法直接以經(jīng)驗數(shù)據(jù)經(jīng)驗方法直接以經(jīng)驗數(shù)據(jù),無理論依據(jù)無理論依據(jù). (A)有機負(fù)荷法有機負(fù)荷法 (BOD負(fù)荷法負(fù)荷法, 污

4、泥負(fù)荷法污泥負(fù)荷法) 屬于經(jīng)驗方法屬于經(jīng)驗方法. 污泥負(fù)荷：單位時間內(nèi)單位質(zhì)量的污泥能夠接受的污泥負(fù)荷：單位時間內(nèi)單位質(zhì)量的污泥能夠接受的BOD量量; 容積負(fù)荷：單位時間內(nèi)單位體積曝氣池能夠接受的容積負(fù)荷：單位時間內(nèi)單位體積曝氣池能夠接受的BOD量量. Water Pollution Control Engineering活性污泥按污泥負(fù)荷計算：按污泥負(fù)荷計算： 按容積負(fù)荷計算：按容積負(fù)荷計算： 按污泥齡計算：按污泥齡計算： Xv-生物反響池內(nèi)混合液揮發(fā)性懸浮固體平均濃度生物反響池內(nèi)混合液揮發(fā)性懸浮固體平均濃度(gMLVSS/L);c- 設(shè)計污泥泥齡設(shè)計污泥泥齡(d)；高負(fù)荷時為；高負(fù)荷時為0

5、.2-2.5，中負(fù)荷時為，中負(fù)荷時為5-15，低負(fù)荷時為，低負(fù)荷時為20-30；Kd- 衰減系數(shù)衰減系數(shù),內(nèi)源代謝系數(shù)內(nèi)源代謝系數(shù)(d-1)，20的數(shù)值為的數(shù)值為0.04-0.075。Water Pollution Control EngineeringvseoXLSSQV1000)(24voLQSV100024)1 (1000)(24cdveocKXSSYQV活性污泥 V- 生物反響池的容積生物反響池的容積(m3);So- 生物反響池進水五日生化需氧量生物反響池進水五日生化需氧量(mg/L);Se- 生物反響池出生物反響池出水五日生化需氧量水五日生化需氧量(mg/L)(當(dāng)為完全處理時可不計當(dāng)

6、為完全處理時可不計); Q -生物反響池的設(shè)計流量生物反響池的設(shè)計流量(m3/h);L s - 生 物 反 響 池 的 五 日 生 化 需 氧 量 污 泥 負(fù) 荷生 物 反 響 池 的 五 日 生 化 需 氧 量 污 泥 負(fù) 荷kgBOD5/(kgMLSSd);X- 生物反響池內(nèi)混合液懸浮固體生物反響池內(nèi)混合液懸浮固體平均濃度平均濃度(gMLSS/L);Lv- 生物反響池的五日生化需氧量容生物反響池的五日生化需氧量容積負(fù)荷積負(fù)荷(kgBOD5/m3) ; Y- 污泥產(chǎn)率系數(shù)污泥產(chǎn)率系數(shù)(kgMLVSS/ kgBOD5) . 依據(jù)經(jīng)驗確定容積負(fù)荷率和污泥負(fù)荷率。依據(jù)經(jīng)驗確定容積負(fù)荷率和污泥負(fù)荷率

7、。 Water Pollution Control Engineering活性污泥 關(guān)于污泥負(fù)荷率關(guān)于污泥負(fù)荷率Ls：Monod方程可推導(dǎo)底物比降解速率與底物濃度方程可推導(dǎo)底物比降解速率與底物濃度S(勞麥方程勞麥方程)：r=rmaxS/(KS + S) 如果考慮微生物濃度：如果考慮微生物濃度：- = r max ，- 為有機物降解速率，為有機物降解速率，Xv為微為微生物濃度生物濃度(MLVSS)，當(dāng)?shù)孜餄舛?，?dāng)?shù)孜餄舛萐較小時，那么：較小時，那么：- = XvS = K2XvS ， K2 = r max/KSWater Pollution Control EngineeringdtdSSKSX

8、SvdtdSdtdSSmaxKr 活性污泥根據(jù)物料平衡根據(jù)物料平衡,在穩(wěn)態(tài)時：在穩(wěn)態(tài)時：QS0+QRSe-(Q+QR)Se+ V = 0故：故：- = = K2XvSWater Pollution Control EngineeringdtdSV)S-Q(Se0dtdS活性污泥在完全混合曝氣池內(nèi)在完全混合曝氣池內(nèi)Se=S，故：，故： = K2Se 有機物去除率有機物去除率= (S0-Se)/S0， 那么那么S0= ，f= MLVSS/MLSS=Xv/X，X=Xv/ f ，V=Qt，那么，那么t =V/Q將將S0、X和和V/Q=t代入得：代入得：Ls= = = = ,各參數(shù)可各參數(shù)可(實驗實驗)

9、得到得到. Water Pollution Control EngineeringtX)S-(Sve0)S-(Se0XVQS0XtS0Xt)S-(Se0tX)S-(Sve0fe2SKfsKrfemaxS活性污泥 (B).勞倫斯麥卡蒂勞倫斯麥卡蒂(Lawrence-McCarty)理論理論:微生物增長速率：微生物增長速率： dX/dt=YdS/dt KdXY為合成系數(shù)，為合成系數(shù)， Kd內(nèi)源代謝系數(shù)內(nèi)源代謝系數(shù)生物固體停留時間：生物固體停留時間：c = VX/(QwXr+(Q-Qw)Xe)Qw剩余污泥排放量；剩余污泥排放量；Xr剩余污泥濃度。剩余污泥濃度。穩(wěn)態(tài)下物料平衡：穩(wěn)態(tài)下物料平衡：VdX/

10、dt=QX0- QwXr+(Q-Qw)Xe +VYdS/dt KdX =流入流入 - 排出排出 + 合成合成 內(nèi)源代謝內(nèi)源代謝 Water Pollution Control Engineering根據(jù)根據(jù)以以(S0-Se)/t=dS/dt代入代入,并除以并除以VX得到：得到： 式左為污泥齡倒數(shù)式左為污泥齡倒數(shù)：污泥濃度：Water Pollution Control Engineering0XK)dt dS(VY)XQ-(QXQdUewrwVXXKVYVX)XQ-(QXQdewrwdtdSde0KXt)S-Y(S1cXttXK)S-Y(S1de0c)KV(1)S-(SQY)Kt(1)S-(S

11、YXde0de0cccc活性污泥活性污泥曝氣池容積曝氣池容積V的計算式的計算式. Q流量流量, Y產(chǎn)率系數(shù)產(chǎn)率系數(shù), S0Se分別表示進水出水分別表示進水出水BOD濃度濃度, X污泥濃度污泥濃度, 以以MLVSS計計, Kd內(nèi)源代謝系內(nèi)源代謝系數(shù)數(shù), c污泥齡污泥齡.Water Pollution Control Engineering)KX(1)S-(SYQVcde0c)K(1X)S-(SYQVcdve0c活性污泥 (3)麥金尼法麥金尼法:通過將活性污泥系統(tǒng)中各物質(zhì)的數(shù)量關(guān)系確實定通過將活性污泥系統(tǒng)中各物質(zhì)的數(shù)量關(guān)系確實定, 并建立并建立有機物濃度有機物濃度, 微生物濃度的關(guān)系微生物濃度的關(guān)

12、系, 解決計算問題解決計算問題.污水中各類有機物的的組成和生物可降解性能污水中各類有機物的的組成和生物可降解性能.污水中污染物的轉(zhuǎn)化途徑污水中污染物的轉(zhuǎn)化途徑.麥法的核心內(nèi)容麥法的核心內(nèi)容:a: 無機物和不可生物降解的有機物在活性污泥處理過程無機物和不可生物降解的有機物在活性污泥處理過程中中, 被微生物吸附被微生物吸附, 量不變量不變;Water Pollution Control Engineering活性污泥n b: 具體代謝產(chǎn)物的數(shù)量關(guān)系：即具體代謝產(chǎn)物的數(shù)量關(guān)系：即33%被氧化分解，被氧化分解，802/3=54%左右通過內(nèi)源呼吸降解，左右通過內(nèi)源呼吸降解，13%左右變成了殘物。左右變成

13、了殘物。n從上述結(jié)果可以看出，污染物的降解主要是通過靜止期、衰從上述結(jié)果可以看出，污染物的降解主要是通過靜止期、衰亡期微生物的內(nèi)源呼吸進行，并非直接的生物氧化亡期微生物的內(nèi)源呼吸進行，并非直接的生物氧化(僅僅33)。有機有機污染物污染物1/31/32/32/3無機物無機物+ +能能細(xì)胞物質(zhì)細(xì)胞物質(zhì)20%20%80%80%無機物無機物+ +能能殘留物質(zhì)殘留物質(zhì)Water Pollution Control Engineering活性污泥 c: 由于內(nèi)源代謝產(chǎn)物不可完全生物降解由于內(nèi)源代謝產(chǎn)物不可完全生物降解, 所以可生物所以可生物降解有機物的降解有機物的COD(即即CODB)與完全生化需氧量與完

14、全生化需氧量(BODU,或或BODL)并不相同并不相同.Water Pollution Control Engineering可生物降解可生物降解有機物有機物,CODB2/32/3細(xì)胞物質(zhì)細(xì)胞物質(zhì)1/31/3氧化分解氧化分解20%殘留物質(zhì)殘留物質(zhì)80%內(nèi)源代謝內(nèi)源代謝BODU=1/3CODB+2/3CODBB假設(shè)假設(shè)k1=0.1, 那么那么BOD5U, 代入得到代入得到:BOD5B活性污泥 d : 各種形態(tài)的活性污泥細(xì)胞的組成根本相同各種形態(tài)的活性污泥細(xì)胞的組成根本相同, 可以用可以用C5H9ON 或或C5H7O2N表示表示. C5H9ON + 5.25 O2 = 5CO2 + NH3 + 3

15、H2O 123 168 因而單位微生物的氧當(dāng)量為因而單位微生物的氧當(dāng)量為 另外另外, 單位單位BOD5能合成單位的氧當(dāng)量細(xì)胞物質(zhì)能合成單位的氧當(dāng)量細(xì)胞物質(zhì) 所以所以: 產(chǎn)率系數(shù)產(chǎn)率系數(shù)(麥?zhǔn)匣钚晕⑸稃準(zhǔn)匣钚晕⑸?=Water Pollution Control Engineering活性污泥e : 底物降解速率以底物降解速率以Monod方程方程: 因為出水的因為出水的BOD很低很低,與與Ks比可忽略比可忽略: SKXSSKXSdtdSSSmKKKWater Pollution Control Engineering因為曝氣池內(nèi)濃度均勻因為曝氣池內(nèi)濃度均勻, ,所以代謝速率是均勻的所以代謝速

16、率是均勻的: :SKSSt ,tSSdtdSme0e0假設(shè)假設(shè)Km=KX/Ks, Km=KX/Ks, 那么那么Km為代謝速率系數(shù)為代謝速率系數(shù), 水溫水溫20, 取取15/h活性污泥污泥的計算污泥的計算:MLSSMa + Me + Mi + Mii。根據(jù)物料平衡的關(guān)系和有機物的轉(zhuǎn)化數(shù)量關(guān)系根據(jù)物料平衡的關(guān)系和有機物的轉(zhuǎn)化數(shù)量關(guān)系,得到得到: Water Pollution Control EngineeringMe)0.1(MaInfMiiMiiMioMiMa)S(S0.20.84MeK1)S(S84.0Maccce0cdce0ttttnMio：t小時流入池的小時流入池的MinInfMio：入

17、流的：入流的Mii活性污泥需氧量計算需氧量計算:需氧速率需氧速率:Water Pollution Control EngineeringMaKa1 . 1t)S0.57(SdtdOe0需氧量需氧量 = = 需氧速率需氧速率曝氣池容積曝氣池容積. .活性污泥例題例題: 城市污水廠進水城市污水廠進水BOD5=200 mg/L, SS= 200 mg/L, SS中中80為為VSS, VSS中中40%是生物不可降解的是生物不可降解的. 污水經(jīng)過初沉淀池后污水經(jīng)過初沉淀池后, BOD5可以去除可以去除30%, SS可以去除可以去除60%, 污水設(shè)計最大流量污水設(shè)計最大流量為為420 m3/h, 要求處理

18、水的要求處理水的SS為小于為小于20 mg/L, BOD5小于小于10 mg/L, 計算曝氣池容積和污泥濃度計算曝氣池容積和污泥濃度, 以及需氧量以及需氧量.Water Pollution Control Engineering活性污泥曝氣池容積曝氣池容積:根據(jù)水力停留時間來確定根據(jù)水力停留時間來確定,先計算進入和流出曝先計算進入和流出曝氣池的有機物濃度氣池的有機物濃度.S0=200 mg/L 0.7=140 mg/L先假設(shè)出水全部先假設(shè)出水全部BOD為為7, 那么溶解性那么溶解性BOD:Se= 7-200.350.8= 1.5 mg/L 代入代入:t = (140 -1.5)/151.5 6

19、 h曝氣池容積曝氣池容積 = 6h 420 m3/h=2520 m3Water Pollution Control Engineering活性污泥污泥計算污泥計算:內(nèi)源代謝取內(nèi)源代謝取0.02/h, 污泥齡取污泥齡取120hLmgt/68512002. 016120) 5 . 1(14084. 0K1)S(S84. 0Macdce0Water Pollution Control EngineeringLmgt/327)685205 .13884. 0(2 . 0 Ma)S(S0.20.84Mece0Lmgt/520612026MioMicLmgtc/421)328685(1.0612016Me

20、)0.1(MaInfMiiMii活性污泥需氧速率需氧速率:Water Pollution Control EngineeringhLmgLmghLmg/23.28 /856/02.01 .16h/)5 .10.57(140 MaKa1 .1t)S0.57(SdtdOe0需氧量需氧量 = 28.23mg/Lh2520m3 = 71.14 kg/h =1707 kg/d活性污泥 2. 剩余污泥計算剩余污泥計算：剩余污泥剩余污泥P： Pc=VX，根據(jù)計算曝氣池容積公式，代入根據(jù)計算曝氣池容積公式，代入得得P = 或者微生物增長速率乘以或者微生物增長速率乘以V，剩余污泥：剩余污泥：P= VYdS/dt

21、 KdX計算，計算，P = YQ(S0-Se)- KdVXv可得到同樣結(jié)果?？傻玫酵瑯咏Y(jié)果。 Water Pollution Control Engineeringcde0K1)S-(SQY活性污泥 3. 需要空氣量計算需要空氣量計算以有機物完全降解計算。以有機物完全降解計算。d-1時，根據(jù)公式：時，根據(jù)公式：BODt =BODu(1-10-k1t), BODt為為t時刻時刻BOD值，值，BOD5u剩余污泥存在的有機物不消耗氧數(shù)值為：剩余污泥存在的有機物不消耗氧數(shù)值為：P O2 = 1.46Q(S0-Se O2 =Q(S0-Se)1.46-Y/(1+cKd)計算空氣注意空氣中氧含量、氧利用率計

22、算空氣注意空氣中氧含量、氧利用率和平安因素。和平安因素。 Water Pollution Control Engineering活性污泥 例題例題1.教材教材p145。設(shè)計流量：設(shè)計流量：Q21600m3/d，沉淀后沉淀后BOD5為為200mg/L，處理后出水總處理后出水總BOD5為為20 mg/L，f0.8，回污泥回污泥SS10g/L，曝氣池污泥濃度曝氣池污泥濃度(以以MLSS計計)3000mg/L, c =10d，產(chǎn)率系數(shù)產(chǎn)率系數(shù)Y0.6，Kd-1，出水含生物固出水含生物固體體(污泥污泥)濃度為濃度為12mg/L, 其中其中65可生化?？缮?。 Water Pollution Contro

23、l Engineering活性污泥n (1) 參數(shù)確定參數(shù)確定(Se)n出水出水SS中，可生物降解局部：中，可生物降解局部：n6512mg/L7.8 mg/Ln生物降解生物降解SS中的中的BODu7.8 mg/L=11 mg/Ln生物降解生物降解SS的的BOD511 mg/L=7.5 mg/Ln出水的出水的Se為：為：20-7.5 mg/L12.5 mg/L (設(shè)計允許濃度設(shè)計允許濃度)n注意與下式區(qū)別注意與下式區(qū)別SeWater Pollution Control Engineering)K(1-rY)K(1Kcdmccds活性污泥 (2) 曝氣池容積曝氣池容積:(污泥齡污泥齡)V 2160

24、0 m3d-110d0.6()gm-32400 gm-3 (1+0.0810) 5625 m3(污泥負(fù)荷污泥負(fù)荷) V 21600 m3d-1 ()gm-3/3000 =5400 m3(3)剩余污泥剩余污泥:P = = 1350kg剩余污泥剩余污泥:P = YQ(S0-Se)- KdVXV21600 m3d-10.6(200-12.5)gm-30.085625m32400gm-32430kg-1080kg1350 kgWater Pollution Control Engineeringcde0K1)S-(SQY1008. 01(187.5)160026 . 0活性污泥排放的剩余污泥排放的剩余

25、污泥(以以SS計計): P(ss)= P/f = 1350/0.8 = 1688 kg/d曝氣池內(nèi)污泥濃度曝氣池內(nèi)污泥濃度MLVSS: 2400 mg/L;回流污泥濃度回流污泥濃度VSS: 10g/Lf = 8000 mg/L, 曝氣池污泥濃度曝氣池污泥濃度X與回流污泥濃度與回流污泥濃度Xr關(guān)系關(guān)系:X = r/(1+r) Xr回流比回流比r = X/(XrWater Pollution Control Engineeringn(4)需氧量計算需氧量計算(K1為為0.1/d)nO21.46 Q(S0Se)1.42Xvn1.4621600m3d11.421350 kg/dn5913 kg/d19

26、17 kg/d3996 kg/d(4039)活性污泥Water Pollution Control Engineeringn1.46 1.46 含義。含義。n1.42 1.42 含義。含義?；钚晕勰鄋 (5)需空氣量計算需空氣量計算相關(guān)參數(shù)：相關(guān)參數(shù)：; 水深水深6m, 堵塞系數(shù)堵塞系數(shù); 氧利用率氧利用率18%;擴散器上靜擴散器上靜水壓，擴散器壓力損失水壓，擴散器壓力損失4kPa，管路壓力損失，飽和溶解，管路壓力損失，飽和溶解氧濃度，曝氣池內(nèi)溶解氧濃度為氧濃度，曝氣池內(nèi)溶解氧濃度為2 mg/L。O2為為4039kg/d，計算：，計算：實際氧：實際氧：O2KLa(T-20) ( (T)-C)

27、FV標(biāo)準(zhǔn)曝氣的空氣中供氧為標(biāo)準(zhǔn)曝氣的空氣中供氧為OS :OSKLa(20) CSVWater Pollution Control EngineeringSC活性污泥n實際有效供氧實際有效供氧O2和和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下供氧標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下供氧OS的比：的比：Water Pollution Control EngineeringVFVCOOSC)-C ( 1.024K K(T)s20)-(T La(20)SLa(20)2FOCC)-C ( 1.024O(T)s20)-(T2SS活性污泥Water Pollution Control Engineering)2110013. 1(21 05(T)dSSPCCn平均

28、飽和溶解氧濃度平均飽和溶解氧濃度：PdPd為擴散器出口的壓力，為擴散器出口的壓力，PaPa；PdPdP+9.8P+9.8103H,H103H,H水深。水深。 PdPdP+9.8P+9.8103H = 1.013103H = 1.013105+ 9.8105+ 9.81031035.8 5.8 =1.58=1.58105 Pa105 Pa00是氣泡在外表破裂時的氧體積分?jǐn)?shù)。是氣泡在外表破裂時的氧體積分?jǐn)?shù)。00)1 (2179)1 (21AAEEnE EA A空氣擴散的氧轉(zhuǎn)移效率空氣擴散的氧轉(zhuǎn)移效率活性污泥Water Pollution Control Engineering%9 .17)18.

29、01 (2179)18. 01 (21)1 (2179)1 (210AAEE)219 .1710013.11058.1(17.95 .0)2110013.1(21 5505(T)PaPaPCCdSS活性污泥7774kg/d 供給空氣中含氧量：供給空氣中含氧量： SOS/EA=7774kg/d0.18 = 43191 kg/d 供給空氣量供給空氣量GS: GS3 = 43191 kg/d GS=154526 m3/d = 6438 m3/hWater Pollution Control Engineering8 . 0/2)-11.06195. 0( 0.7/4039/17. 9OSLmgdkgLmg活性污泥 例題例題2. 某城市污水，處理規(guī)模某城市污水，處理規(guī)模50000m3/d，經(jīng)過初沉池經(jīng)過初沉池后后BOD5 240mg/l，要求出水要求出水BOD5為為30 mg/lmgVSS/mg BOD5，內(nèi)源代謝系數(shù)為內(nèi)源代謝系數(shù)為0.058，污泥齡為，污泥齡為10d，曝氣池曝氣池內(nèi)揮發(fā)污泥濃度為內(nèi)揮發(fā)污泥濃度為2800mg/l，耗氧速率常