清華大學水處理工程2—06

1、5、活性污泥系統(tǒng)的工藝計算與設計一、設計應掌握的基礎資料 進行活性污泥系統(tǒng)的工藝計算和設計時，首先應比較充分地掌握與廢水、污泥有關的原始資料并確定設計的基礎數(shù)據(jù)，主要有：廢水的水量、水質及其變化規(guī)律；對處理后出水的水質要求；對處理中產(chǎn)生的污泥的處理要求； ¾¾以上屬于設計所需要的原始資料污泥負荷率與BOD5的去除率；混合液濃度與污泥回流比。 ¾¾以上屬于設計所需的基礎數(shù)據(jù) 對生活污水和城市污水以及與其類似的工業(yè)廢水，已有一套成熟和完整的設計數(shù)據(jù)和規(guī)范，一般可以直接應用；對于一些性質與生活污水相差較大的工業(yè)廢水或城市廢水，一般需要通過試驗來確定有關的設計參

2、數(shù)。二、工藝計算與設計的主要內(nèi)容 活性污泥系統(tǒng)由曝氣池、二次沉淀池及污泥回流設備等組成。 其工藝計算與設計主要包括：1)工藝流程的選擇；2)曝氣池的計算與設計；3)曝氣系統(tǒng)的計算與設計；4)二次沉淀池的計算與設計；5)污泥回流系統(tǒng)的計算與設計。三、工藝流程的選擇 主要依據(jù)：廢水的水量、水質及變化規(guī)律；對處理后出水的水質要求；對處理中所產(chǎn)生的污泥的處理要求；當?shù)氐牡乩砦恢?、地質條件、氣候條件等；當?shù)氐氖┕に揭约疤幚韽S建成后運行管理人員的技術水平等；工期要求以及限期達標的要求；綜合分析工藝在技術上的可行性和先進性以及經(jīng)濟上的可能性和合理性等；對于工程量大、建設費用高的工程，則應進行多種工藝流程的

3、比較后才能確定。四、曝氣池的計算與設計1、主要內(nèi)容：曝氣池容積的計算； 需氧量和供氣量的計算； 池體設計。2、曝氣池容積的計算：(1)計算方法與計算公式 常用的是有機負荷法，有關公式有： ； ； ¾¾的去除率，%；¾¾進水的濃度，或；¾¾出水的濃度，或；¾¾去除的濃度，或；¾¾曝氣池的容積，；¾¾進水設計流量，；¾¾，或；¾¾的污泥去除負荷，；¾¾的容積去除負荷，；¾¾比值，一般取值為0.70.8

4、；¾¾，或；¾¾水力停留時間或曝氣時間，。(2）設計參數(shù)的選擇 在進行曝氣池容積計算時，應在一定范圍內(nèi)合理地確定或和或值，以及處理效率、等參數(shù)。表1 部分活性污泥法處理城市廢水的設計參數(shù) 一般對于生活污水及性質與其相似的廢水，采用上表中的數(shù)據(jù)時，SVI值可能介于80150之間，污泥沉淀性能良好，出水水質也會較好。3.需氧量與供氣量的計算(1)需氧量： （kgO2/d） 但應注意：由于一日內(nèi)進入曝氣池的廢水量和BOD5的濃度是變化的，所以計算時，還應考慮最大時需氧量(O2)max： （kgO2/h）(2)供氣量： 供氣量應按鼓風曝氣型式或機械曝氣型式兩種情

5、況分別求定。但應注意： 日平均供氣量(Gs)； 最大時供氣量(Gs)max：(O2)max Þ (R0)max Þ (Gs)max； 最小時供氣量(Gs)min：一般(Gs)min = 0.5Gs；4.池體尺寸設計：l 單元數(shù)：不小于2組；l 廊道數(shù)：不少于3個；l 廊道長、寬、高：長 = (510) 寬，深度一般為45米，超高0.5米；l 進出水以及污泥回流方式的設計；l 曝氣裝置的安裝方式與位置；l 其它附屬物的設計(消泡管等)。五、曝氣系統(tǒng)的計算與設計(只介紹鼓風曝氣系統(tǒng)的計算與設計) 鼓風曝氣系統(tǒng)包括鼓風機、空氣輸送管道和曝氣裝置。主要內(nèi)容有：選擇曝氣裝置，并對其進

6、行布置；計算空氣管道；確定鼓風機的型號及臺數(shù)。1.曝氣裝置的選定及布置：a.一般要求： 具有較高的氧利用率(EA)和動力效率(Ep)，節(jié)能效果好； 不易堵塞和破損，出現(xiàn)故障時易于排除，便于維護管理； 結構簡單，工程造價低。 同時還應考慮：廢水水質、地區(qū)條件以及曝氣池的池型、水深等。b.計算所需曝氣裝置的數(shù)目： 根據(jù)總供氣量以及每個曝氣裝置的通氣量、服務面積以及曝氣池的質地總面積等，即可求得。c.曝氣裝置的布置： 沿池壁的一側布置； 相互垂直呈正交式布置； 呈梅花形交錯布置。2.空氣管道的計算與設計a.一般規(guī)定： 小型廢水處理站的空氣管道系統(tǒng)一般為枝狀，而大、中型廢水處理廠則宜采用環(huán)狀管網(wǎng)，以保

7、證安全供氣； 空氣管道可敷設在地面上，接入曝氣池的管道應高出池水面0.5m，以免發(fā)生回水現(xiàn)象； 空氣管道的設計流速，干、支管為1015m/s，豎管、小支管為45m/s。b.空氣管道的計算： 空氣通氣管道和曝氣裝置的壓力損失一般控制在14.7kPa以內(nèi)，其中空氣管道的總損失控制在4.9kPa以內(nèi)，曝氣裝置的阻力損失為4.99.8kPa。*計算步驟： 根據(jù)流量(Q)、流速(v)選定管徑(D)，如圖1所示； 計算和校核壓力損失； 再調整管徑； 重復上述步驟。*空氣管道的壓力損失(h)的求定： h = h1 +h2式中 h1¾¾空氣管道的沿程阻力，mmH2O； h2¾&#

8、190;空氣管道的局部阻力，mmH2O。其中 h1 = i×l×aT×aP式中 i¾¾空氣管道單位長度的阻力，根據(jù)Q、v查表可得，mmH2O/m； l¾¾空氣管道得長度，m； aT¾¾空氣容重修正系數(shù)，20°C時，aT = 1； 30°C時，aT =0.98； aP¾¾壓力修正系數(shù)，在標準狀態(tài)下，為1.0。其中 h2 = i×l0×aT×aP式中 l0 ¾¾空氣管的當量長度，m； l0 = 55.5 ×K&

9、#215;D1.2式中 K¾¾長度換算系數(shù)，查表可得； D¾¾空氣管道的管徑，m。C.鼓風機所需的壓力(H)： H = h1 +h2+ h3 +h4式中 h3¾¾曝氣裝置的安裝深度，mm； h4¾¾曝氣裝置的阻力，mmH2O/m，一般根據(jù)產(chǎn)品樣本或試驗數(shù)據(jù)確定。d.鼓風機的選擇及鼓風機房的設計根據(jù)設計風量和風壓來選擇鼓風機：l 羅茨鼓風機：噪音大，必須采取消聲措施，一般用于中、小型污水廠；l 離心式鼓風機：噪音較小，效率較高，適用于大、中型污水廠；變速離心風機可自控；l 軸流式通風機：風壓較小(<1.2m以下

10、)，一般用于淺層曝氣。在同一供氣系統(tǒng)中，應盡可能地選用同一型號的鼓風機，并注意備用； 一般：當工作鼓風機 £ 3臺時，備用1臺； 當工作鼓風機 ³ 4臺時，備用2臺。噪音防護：在鼓風機的進風和送風的管道上，安裝消聲器；鼓風機房的設計： 平面布置； 基礎設計； 供電； 防噪聲措施； 其它附屬設施¾¾機器間、值班室、配電室等。六、二次沉淀池的計算與設計 二沉池的作用是：分離泥水、澄清混合液、濃縮和回流活性污泥。其工作性能的好壞，對活性污泥處理系統(tǒng)的出水水質和回流污泥的濃度有直接影響。1、與初沉池相比，二沉池的特點： 活性污泥混合液的濃度較高，有絮凝性能，其沉

11、降屬于成層沉淀； 活性污泥的質量較輕，易產(chǎn)生異重流，因此，其最大允許的水平流速(對平流式、輻流式而言)或上升流速（豎流式）都應低于初沉池； 由于二沉池還起著污泥濃縮的作用，所以需要適當增大污泥區(qū)的容積。2、設計計算的主要內(nèi)容： 池型的選擇；沉淀池（澄清區(qū)）面積；有效水深的計算；污泥區(qū)容積的計算；污泥排放量的計算等。3、二沉池池型的選擇：¾¾平流式、豎流式、輻流式；¾¾斜板（管）沉淀池原則上不建議采用；¾¾帶有機械吸泥及排泥設施的輻流式沉淀池，比較適合于大型污水廠；¾¾方形多斗輻流式沉淀池常用于中型污水廠；¾

12、;¾豎流式或多斗式平流式沉淀池，則多用于小型污水廠。4、二沉池的沉淀面積和有效水深的計算：主要有：a、表面負荷法；b、固體通量法a.表面負荷法¾¾二沉池的表面負荷是指單位面積所承受的水量；¾¾表面負荷法計算二沉池面積和有效水深的公式： A¾¾二沉池的面積，m2；Qmax¾¾廢水最大時流量，m3/h；q¾¾水力表面負荷，m3/m2.h；H¾¾澄清區(qū)水深，m；t¾¾二沉池的水力停留時間，h。*關于q值：l q一般為0.71.8 m3/m2.h；l q

13、與污水性質有關：當污水中無機物含量較高時，可采用較高的q值；當污水中含有的溶解性有機物較多時，則q值宜低；l 混合液污泥濃度對q值的影響較大，當污泥濃度較高時，應采用較小的q值；反之。則可采用較高的q值?？梢詤⒁娤卤恚篗LSS（mg/L）q（m3/m2.h）20001.830001.2640001.0150000.7960000.6570000.50*關于Qmax：l 二沉池的沉淀面積以最大時流量作為設計流量，二不考慮回流污泥量；l 但二沉池的某些部位則需要包括回流污泥的流量在內(nèi)，如進水管（渠）道、中心管等。*關于澄清區(qū)水深：l 通常按沉淀時間來確定，沉淀時間一般取值為1.52.5h。b.固體

14、通量法¾¾固體通量也稱固體面積負荷，是指單位時間內(nèi)通過單位面積的固體質量，kgSS/m2.d；¾¾，¾¾固體通量，kgSS/m2.d； ¾¾對于連續(xù)流的二沉池，懸浮固體的下沉速度為由于沉淀池底部排泥導致的液體下沉速度，以及在重力作用下懸浮固體的自沉速度之和；¾¾一般二沉池的Gt值為140160 kgSS/m2.d；如果是斜板二沉池，則Gt值可大到180195 kgSS/m2.d；¾¾有效水深同樣按水力停留時間來定。5、池邊水深： 為了保證二沉池的水力效率和有效容積，池的水深和

15、直徑應保持一定的比例關系，一般要求：二沉池直徑（m）池邊水深（m）10203.020303.5>304.06、出水堰負荷 二沉池的出水堰負荷，一般可以在1.52.9L/m.s之間選取。7、污泥斗的計算¾¾污泥斗的作用是貯存和濃縮沉淀后的污泥；（由于活性污泥易因缺氧而失去活性而腐敗，因此污泥斗容積不能過大）¾¾污泥斗內(nèi)的平均污泥濃度（Xs）為： Xs = 0.5（X+Xr）¾¾污泥斗容積（Vs）為：Vs = T（1+R）QX/0.5（X+Xr）；¾¾對于分建式沉淀池，一般規(guī)定污泥斗的貯泥時間為2h，所以污泥斗容

16、積為：RQ, Xr Dx(1+R)Q, X Vs = 4（1+R）QX/（X+Xr）式中 Q¾¾日平均廢水流量，m3/h； X¾¾混合液污泥濃度，mgSS/L； Xr¾¾回流污泥濃度，mgSS/L； R¾¾回流比； Vs¾¾污泥斗容積，m3。*關于Xr：1) (Xr)max = 106/SVI (mgSS/L);2) Xr = X(1+R)/R RQXr + Dx = (1+R)QX由于Dx相對于(1+R)QX來說很小，如果認為可以忽略不計時，則有：Xr = X(1+R)/R3)注意：動力學第三

17、導出方程： 若將 代入，則：1/qc = 0，即qc®¥8、污泥排放量的計算：即：應注意：Dxv 是以VSS計的，應換算成SS。9、污泥含水率與污泥濃度： 若可以假定在一定范圍內(nèi)，混合液的比重為1.0g/ml，則： 含水率為99%，則污泥濃度為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， 若含水率為99%， 則V1 = 100m3/d；

18、99.5%， 則V2 = 200m3/d； 99%， 則V3 = 50m3/d；若經(jīng)機械壓濾（如帶式壓濾機等）之后，一般泥餅的含水率為80%，則每天泥餅的產(chǎn)量為5000kg。七、污泥回流系統(tǒng)的技術與設計l 污泥回流量的計算；l 污泥回流設備的選擇與設計1、 污泥回流量的計算：¾¾污泥回流是關系到處理效果的重要設計參數(shù)，應根據(jù)不同的水質、水量以及運行方式，確定適宜的回流比；¾¾也可利用公式 來計算；¾¾在設計時，應按最大回流比設計，并保證其具有在較小回流比時工作的可能性，以便使回流比在一定范圍內(nèi)可以調節(jié)。2、 污泥回流設備的選擇與設計&

19、#190;¾常用的污泥提升設備是污泥泵；¾¾大、中型污水處理廠，一般采用螺旋泵或軸流式污泥泵；¾¾小型污水處理廠，一般采用小型潛污泵或空氣提升器。八曝氣沉淀池的計算與設計活性污泥法的運行管理及常見問題一、 活性污泥系統(tǒng)的啟動與試運行活性污泥的培養(yǎng)與馴化¾¾接種污泥：同類污水廠的剩余污泥；糞便污水等。¾¾方法：全流量連續(xù)直接培養(yǎng)法；流量分階段直接培養(yǎng)法；間歇培養(yǎng)法；活性污泥的馴化： a.異步馴化法； b.同步馴化法活性污泥系統(tǒng)的試運行¾¾試運行的目的是確定最佳的運行條件；¾&#

20、190;作為變數(shù)考慮的因素：MLSS、空氣量、污水注入方式；如是吸附再生法，則吸附與再生的時間比；N、P的投加。¾¾根據(jù)上述各種參數(shù)的組合運行結果，找出最佳運行條件。二、 對活性污泥系統(tǒng)中重要運行參數(shù)的調節(jié)與觀測1、對活性污泥狀況的鏡檢觀察2、對曝氣時間（HRT）的調節(jié)3、對供氣量的調節(jié)l 供氣電耗占整個廢水處理廠的電耗的一半以上（5060%）；l 保證充氧出口處的DO ³ 2mg/L；其次要保證混合攪拌的要求；l 氣水比一般為37：1（處理城市廢水的傳統(tǒng)活性污泥法）；l 對于水質、水量相對穩(wěn)定的大型廢水處理廠，每年春秋各調節(jié)一次。4、SV的測定與調節(jié)l 使MLS

21、S值經(jīng)常處于最佳范圍內(nèi)是運行管理的重要內(nèi)容之一；l MLSS的測定需時較長，一般以SV值作為評定MLSS值的指標；l 每座污水處理廠可以有自己的最佳SV值；l SV值可以通過調節(jié)剩余污泥的排放量來控制；l SV值的測定，一般要求每班測一次，每天34次；l 結合MLSS 則可以得出SVI值。5、剩余污泥排放量的調節(jié)6、回流污泥量的調節(jié)三、活性污泥系統(tǒng)的水質管理A、曝氣池的水質管理（1）水質管理監(jiān)測項目水溫：1530°C， 一般要求不高于35°C或低于10°C；pH值：6.58.5，最佳7.27.4，一般不>9.5和<4.0；DO：DO>0.3mg/

22、L時，即可正常進行反應；但一般要求入口處不低于0.5 mg/L，出口處應高于2.0 mg/L；SV： MLSS、MLVSS：Xr：用于確定回流污泥量和屬于污泥量，一般在700012000mg/L；SVI：沉降性能，60150；LsrBOD和LvrBOD：污泥齡（qc）：HRT：（2）生物相鏡檢觀察： 一般來說，主要鏡檢活性污泥中的原生動物，其是指示性生物，根據(jù)在混合液中出現(xiàn)的原生動物的種屬及其數(shù)量，可以大體地判斷出廢水凈化的程度和活性污泥的狀態(tài)?；钚晕勰嗌L正常、凈化功能強，出水水質良好時，主要是有柄著生型的纖毛蟲，如鐘蟲等；活性污泥生長不好、有機負荷高，DO含量低，細菌多以游離狀態(tài)存在時，出

23、現(xiàn)的原生動物則主要是游泳型的纖毛蟲，如草履蟲、腎形蟲等；DO不足時，可能出現(xiàn)的原生動物數(shù)量較少，主要有扭頭蟲等，它們的出現(xiàn)說明已出現(xiàn)厭氧反應，產(chǎn)生了H2S氣體；曝氣過度時，活性污泥絮體呈細小分散狀，出現(xiàn)的原生動物主要是一些小型變形蟲。c.二沉池的水質管理*水質管理監(jiān)測項目：pH值：略低于曝氣池出水，一般6.87.2；透明度：一般在30度以上，水質較好時可高于50度；SS：低于30mg/L；BOD5（COD）：BOD5<30mg/L,，COD<100mg/L；DO：q表面水力負荷：1.01.5m3/m2.h出水堰的水力負荷：不大于1.7L/m.s；HRT：1.52.5h；大腸菌值：應

24、小于1000個/ml。四 活性污泥系統(tǒng)的常見異?，F(xiàn)象及其對策A. 曝氣池的異?，F(xiàn)象及對策1)混合液DO不足¾¾現(xiàn)象：活性污泥呈灰黑色、污泥發(fā)生厭氧反應，污泥中出現(xiàn)硫細菌，出水水質惡化；¾¾原因：1)負荷量增高；2)曝氣不足；3)工業(yè)廢水的流入等；¾¾對策：1)控制負荷量；2)增大曝氣量；3)切斷或控制工業(yè)廢水的流入。2)SV值異常:a.污泥沉淀3060分鐘后呈層狀上?。ㄎ勰嗌细。?#190;¾多發(fā)生在夏季；¾¾硝化作用導致在二沉池中被還原成N2，引起污泥上?。?#190;¾對策：1)減少污泥在二

25、沉池的HRT；2)減少曝氣量。b.在沉淀后的上清液中含有大量的懸浮微小絮體，出水透明度下降。¾¾原因：污泥解體¾¾曝氣過度；負荷下降，活性污泥自身氧化過度；¾¾對策：減少曝氣；增大負荷量c.泥水界面不明顯¾¾原因：高濃度有機廢水的流入，使微生物處于對數(shù)增長期；¾¾污泥形成的絮體性能較差；¾¾對策：降低負荷；增大回流量以提高曝氣池中的MLSS，降低F/M值。3)SVI值異常¾¾原廢水水質的變化和運行管理不善都會使SVI異常。異?，F(xiàn)象原因具體原因SVI值異常升

26、高原廢水水質變化1、 水溫降低；2、 pH值下降；3、 低分子量溶解性有機物的大量流入；4、 氮、磷等營養(yǎng)物不足；5、 腐敗廢水的大量流入；6、 消化池上清液大量流入；7、 原廢水的SS濃度太低；8、 有害物質流入。曝氣池管理不善9、 有機負荷過低或過高；10、混合液溶解氧不足；二沉池管理不善11、活性污泥在二沉池中停留時間過長；SVI值異常下降原廢水水質變化12、水溫上升；13、土、砂石等的流入；曝氣池管理不善14、有機負荷過低4)污泥膨脹¾¾是指活性污泥質量變輕、膨大，沉降性能惡化，在二沉池中不能正常沉淀下來，SVI異常增高，可達400以上。¾¾因絲

27、狀菌異常增殖而導致的絲狀菌性膨脹； 因粘性物質大量積累而導致的非絲狀菌性膨脹。¾¾絲狀菌性膨脹：主要是由于絲狀菌異常增殖而引起的，主要的絲狀菌有：球衣菌屬、貝氏硫細菌、以及正常活性污泥中的某些絲狀菌如芽孢桿菌屬等、某些霉菌；¾¾高粘性污泥膨脹： 多在低溫季節(jié)發(fā)生，主要現(xiàn)象是：廢水凈化效果良好，但污泥難于沉淀，污泥顆粒大量隨出水流失； 微生物表面為凝膠狀的多糖類物質所覆蓋； 主要原因：低的MLSS，高的BOD 負荷。¾¾污泥膨脹的主要對策：A殺滅絲狀菌，如投加氯、臭氧、過氧化氫等的藥劑；加殺菌藥劑B.改善、提高活性污泥的絮凝性，投加絮凝劑如：硫酸鋁等；加化學藥劑C.改善、提高活性污泥的沉降性、密實性，投加粘土、消石灰等；加化學藥劑D.加大回流污泥量并在其回流前進行再生性曝氣；加強曝氣E.使廢水經(jīng)