水污染控制工程第五节活性污泥的工艺设计(BOD去除)

1、水污染控制工程第五节活性污泥的工艺设计(BOD去除)活性污泥 确定工艺: 根据污水水质和水量和处理要求,确定工艺类型, 工艺流程.城市污水, BOD/COD值较高, 设计流量较大一般可选活性污泥工艺; 有无脱N除P方面的要求, 若有可选SBR, 氧化沟等具有去除N ，P 功能的工艺; 水质要求, 若以达标排放为目的, 一般经过活性污泥工艺BOD可以去70-85%, 若一次处理不达标,可二级处理, 若以回用为目的,需要深度处理. 确定参数关键。活性污泥 计算各反应器: 曝气池的形状, 数量; 初沉淀池, 二沉淀池,(中间沉淀池, 调节池, 匀化池, 厌氧池). 计算空气: 空气量. 计算回流污泥

2、和剩余污泥: 污泥回流比, 剩余污泥量，污泥处理流程等. 计算高程：构筑物高程和平面布置, 污泥高程. 设备选型: 泵, 鼓风机或机械曝气设备等. 活性污泥 1. 曝气池设计计算 理论方法和经验方法的结合, 理论方法所需要的参数可以经过试验确定或根据经验确定; 经验方法直接以经验数据,无理论依据. (A)有机负荷法 (BOD负荷法, 污泥负荷法) 属于经验方法. 污泥负荷：单位时间内单位质量的污泥能够接受的BOD量; 容积负荷：单位时间内单位体积曝气池能够接受的BOD量. 活性污泥按污泥负荷计算： 按容积负荷计算： 按污泥龄计算： Xv-生物反应池内混合液挥发性悬浮固体平均浓度(gMLVSS/

3、L);c- 设计污泥泥龄(d)；高负荷时为0.2-2.5，中负荷时为5-15，低负荷时为20-30；Kd- 衰减系数,内源代谢系数(d-1)，20的数值为0.04-0.075。活性污泥 V- 生物反应池的容积(m3);So- 生物反应池进水五日生化需氧量(mg/L);Se- 生物反应池出水五日生化需氧量(mg/L)(当为完全处理时可不计); Q -生物反应池的设计流量(m3/h);Ls-生物反应池的五日生化需氧量污泥负荷kgBOD5/(kgMLSSd);X- 生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度(gMLSS/L);Lv- 生物反应池的五日生化需氧量容积负荷(kgBOD5/m3) ; Y- 污泥产

4、率系数(kgMLVSS/ kgBOD5) . 依据经验确定容积负荷率和污泥负荷率。 活性污泥 关于污泥负荷率Ls：Monod方程可推导底物比降解速率与底物浓度S(劳麦方程)：r=rmaxS/(KS + S) 如果考虑微生物浓度：- = r max ，- 为有机物降解速率，Xv为微生物浓度(MLVSS)，当底物浓度S较小时，则：- = XvS = K2XvS ， K2 = r max/KS活性污泥根据物料平衡,在稳态时：QS0+QRSe-(Q+QR)Se+ V = 0故：- = = K2XvS活性污泥在完全混合曝气池内Se=S，故： = K2Se 有机物去除率= (S0-Se)/S0， 则S0=

5、 ，f= MLVSS/MLSS=Xv/X，X=Xv/ f ，V=Qt，则t =V/Q将S0、X和V/Q=t代入得：Ls= = = = ,各参数可(实验)得到. 活性污泥 (B).劳伦斯麦卡蒂(Lawrence-McCarty)理论:微生物增长速率： dX/dt=YdS/dt KdXY为合成系数， Kd内源代谢系数生物固体停留时间：c = VX/(QwXr+(Q-Qw)Xe)Qw剩余污泥排放量；Xr剩余污泥浓度。稳态下物料平衡：VdX/dt=QX0- QwXr+(Q-Qw)Xe +VYdS/dt KdX =流入 - 排出 + 合成 内源代谢 根据以(S0-Se)/t=dS/dt代入,并除以VX得

6、到： 式左为污泥龄倒数：污泥浓度：活性污泥活性污泥曝气池容积V的计算式. Q流量, Y产率系数, S0Se分别表示进水出水BOD浓度, X污泥浓度, 以MLVSS计, Kd内源代谢系数, c污泥龄.活性污泥 (3)麦金尼法:通过将活性污泥系统中各物质的数量关系的确定, 并建立有机物浓度, 微生物浓度的关系, 解决计算问题.污水中各类有机物的的组成和生物可降解性能.污水中污染物的转化途径.麦法的核心内容:a: 无机物和不可生物降解的有机物在活性污泥处理过程中, 被微生物吸附, 量不变;活性污泥 b: 具体代谢产物的数量关系：即33%被氧化分解，802/3=54%左右通过内源呼吸降解，13%左右变

7、成了残物。从上述结果可以看出，污染物的降解主要是通过静止期、衰亡期微生物的内源呼吸进行，并非直接的生物氧化(仅33)。有机污染物1/32/3无机物+能细胞物质20%80%无机物+能残留物质活性污泥 c: 由于内源代谢产物不可完全生物降解, 所以可生物降解有机物的COD(即CODB)与完全生化需氧量(BODU,或BODL)并不相同.可生物降解有机物,CODB2/3细胞物质1/3氧化分解20%残留物质80%内源代谢BODU=1/3CODB+2/3CODBB若k1=0.1, 则BOD5U, 代入得到:BOD5B活性污泥 d : 各种形态的活性污泥细胞的组成基本相同, 可以用C5H9ON 或C5H7O

8、2N表示. C5H9ON + 5.25 O2 = 5CO2 + NH3 + 3H2O 123 168 因而单位微生物的氧当量为 另外, 单位BOD5能合成单位的氧当量细胞物质 所以: 产率系数(麦氏活性微生物)=活性污泥e : 底物降解速率以Monod方程: 因为出水的BOD很低,与Ks比可忽略: 因为曝气池内浓度均匀,所以代谢速率是均匀的:若Km=KX/Ks, 则Km为代谢速率系数, 水温20, 取15/h活性污泥污泥的计算:MLSSMa + Me + Mi + Mii。根据物料平衡的关系和有机物的转化数量关系,得到: Mio：t小时流入池的MiInfMio：入流的Mii活性污泥需氧量计算:

9、需氧速率:需氧量 = 需氧速率曝气池容积.活性污泥例题: 城市污水厂进水BOD5=200 mg/L, SS= 200 mg/L, SS中80为VSS, VSS中40%是生物不可降解的. 污水经过初沉淀池后, BOD5可以去除30%, SS可以去除60%, 污水设计最大流量为420 m3/h, 要求处理水的SS为小于20 mg/L, BOD5小于10 mg/L, 计算曝气池容积和污泥浓度, 以及需氧量.活性污泥曝气池容积:根据水力停留时间来确定,先计算进入和流出曝气池的有机物浓度.S0=200 mg/L 0.7=140 mg/L先假设出水全部BOD为7, 则溶解性BOD:Se= 7-200.35

10、0.8= 1.5 mg/L 代入:t = (140 -1.5)/151.5 6 h曝气池容积 = 6h 420 m3/h=2520 m3活性污泥污泥计算:内源代谢取0.02/h, 污泥龄取120h活性污泥需氧速率:需氧量 = 28.23mg/Lh2520m3 = 71.14 kg/h =1707 kg/d活性污泥 2. 剩余污泥计算：剩余污泥P： Pc=VX，根据计算曝气池容积公式，代入得P = 或者微生物增长速率乘以V，剩余污泥：P= VYdS/dt KdX计算，P = YQ(S0-Se)- KdVXv可得到同样结果。 活性污泥 3. 需要空气量计算以有机物完全降解计算。d-1时，根据公式：

11、BODt =BODu(1-10-k1t), BODt为t时刻BOD值，BOD5u剩余污泥存在的有机物不消耗氧数值为：P O2 = 1.46Q(S0-Se O2 =Q(S0-Se)1.46-Y/(1+cKd)计算空气注意空气中氧含量、氧利用率和安全因素。 活性污泥 例题1.教材p145。设计流量：Q21600m3/d，沉淀后BOD5为200mg/L，处理后出水总BOD5为20 mg/L，f0.8，回污泥SS10g/L，曝气池污泥浓度(以MLSS计)3000mg/L, c =10d，产率系数Y0.6，Kd-1，出水含生物固体(污泥)浓度为12mg/L, 其中65可生化。 活性污泥 (1) 参数确定

12、(Se)出水SS中，可生物降解部分：6512mg/L7.8 mg/L生物降解SS中的BODu7.8 mg/L=11 mg/L生物降解SS的BOD511 mg/L=7.5 mg/L出水的Se为：20-7.5 mg/L12.5 mg/L (设计允许浓度)注意与下式区别Se活性污泥 (2) 曝气池容积:(污泥龄)V 21600 m3d-110d0.6()gm-32400 gm-3 (1+0.0810) 5625 m3(污泥负荷) V 21600 m3d-1 ()gm-3/3000 =5400 m3(3)剩余污泥:P = = 1350kg剩余污泥:P = YQ(S0-Se)- KdVXV21600 m

13、3d-10.6(200-12.5)gm-30.085625m32400gm-32430kg-1080kg1350 kg活性污泥排放的剩余污泥(以SS计): P(ss)= P/f = 1350/0.8 = 1688 kg/d曝气池内污泥浓度MLVSS: 2400 mg/L;回流污泥浓度VSS: 10g/Lf = 8000 mg/L, 曝气池污泥浓度X与回流污泥浓度Xr关系:X = r/(1+r) Xr回流比r = X/(Xr(4)需氧量计算(K1为0.1/d)O21.46 Q(S0Se)1.42Xv1.4621600m3d11.421350 kg/d5913 kg/d1917 kg/d3996

14、kg/d(4039)活性污泥1.46 含义。1.42 含义。活性污泥 (5)需空气量计算相关参数：; 水深6m, 堵塞系数; 氧利用率18%;扩散器上静水压，扩散器压力损失4kPa，管路压力损失，饱和溶解氧浓度，曝气池内溶解氧浓度为2 mg/L。O2为4039kg/d，计算：实际氧：O2KLa(T-20) ( (T)-C) FV标准曝气的空气中供氧为OS :OSKLa(20) CSV活性污泥实际有效供氧O2和标准状态下供氧OS的比：活性污泥平均饱和溶解氧浓度：Pd为扩散器出口的压力，Pa；PdP+9.8103H,H水深。 PdP+9.8103H = 1.013105+ 9.81035.8 =1.58105 Pa0是气泡在表面破裂时的氧体积分数。0EA空气扩散的氧转移效率活性污泥活性污泥7774kg/d 供应空气中含氧量： SOS/EA=7774kg/d0.18 = 43191 kg/d 供应空气量GS: GS3 = 43191 kg/d GS=154526 m3/d = 6438 m3/h活性污泥 例题2. 某城市污水，处理规模50000m3/d，经过初沉池后BO