山东荣成污水处理设计计算

②出水井平面尺寸出水井长与UV出水渠道相匹配，则出水井宽度为1.04污泥系统处理工艺设计4.1工艺流程的选择4.1.1概述在污泥处理的过程中，分离和产生出大量的污泥，这些污泥含水率高，容积大，不便于输送于处置；同时还含有大量的有机物，使污泥易腐化发臭，此外污泥还含有一些有毒有害物质，所以必须对其进行有效处理，并达到如下四个目的：稳定化去除污泥中的有机物；减量化降低含水率，减小污泥体积；无害化杀死寄生虫卵和病原微生物；污泥综合利用实现污泥资源化。4.1.2处理工艺流程选择（1）生污泥——浓缩——消化——机械脱水——最终处理（2）生污泥——浓缩——机械脱水——最终处理（3）生污泥——浓缩——消化——机械脱水——焚烧——最终处理由于本工艺采用A2/O工艺，而且污泥龄为20天，比较长，因此污泥处理无需消化；所以选择流程（2）为最终污泥处理工艺，操作简单，节省投资，可降低运行管理费用。4.1.3污泥处理流程由于A2/O工艺产泥量较少，且污泥较稳定，故只用简单的污泥浓缩不用污泥消化。直接把集泥池内的污泥用污泥泵打入污泥浓缩池，依靠重力直接流入污泥脱水机房，通过带式压滤机，压滤后的泥饼外运。处理流程见下图4-1剩余污泥回流污泥泵房浓缩池贮泥池污泥脱水机房泥饼外运图4-1污泥处理流程图4.2回流污泥泵房4.2.1回流污泥量的计算=833.3m3/h=231.48L/s其中:—回流污泥量Q—污水量R—回流比，80%4.2.2污泥提升设备的选择及设计污泥提升设备主要有污泥泵、空气提升器和螺旋泵本设计为减少提升过程中的复氧，使缺氧段DO最低，以利于脱氮除磷。故提升设备采用潜污泵。污泥由二沉池流入集泥井，再由潜污泵打到A2O曝气池前端，污泥的提升高度为5m左右。根据污泥量选用三台100QW120-10-5.5污泥泵，两用一备，其型号、规格如下：表4-1300QW720-5.5-18.5污泥泵性能参数型号流量Q（m3/h）扬程H（m）功率（kw）效率（%）生产厂家100QW120-10-5.5120105.577.2江苏亚太泵业集团公司4.3浓缩池的设计4.3.1设计参数1．污泥浓缩时间不宜小于12h2浓缩前含水率：二沉池污泥含水率为99.2～99.6%，深度处理的污泥含水率为98%～99%3.浓缩后污泥含水率97%～98%4.3.2污泥量的计算1.二沉池剩余污泥量=4185kg/d2.深度处理剩余污泥量污水深度处理过程中产生的污泥来自于沉淀池排泥水及滤池的反冲洗排水，其主要成份是原水中的悬浮物、部分溶解物质以及絮凝剂形成的絮凝体。本工程污水深度处理污泥量估算采用英国水处理研究中心《污泥处理指南》书中提供的污泥含量计算公式进行估算，即：DS=SS+0.2B+1.53C式中：DS-干污泥含量，mg/LSS-去除的原水中悬浮固体量，mg/LB-去除的色度，取B=10。C-投加的絮凝剂量(以氧化铝计)，mg/L，PAC最大投加量为30mg/L(固体)，氧化铝含量为30%。=25.77mg/L3.总污泥量5086.95kg/d4.湿污泥量：污泥含水率为—二沉池污泥含水率，取99.3%—深度处理污泥含水率,取99%4.3.3浓缩池尺寸的设计设两座浓缩池将二沉池的污泥投配到浓缩池进行浓缩，单个浓缩池计算泥量为：=14.32m3浓缩池面积A浓缩污泥为剩余活性污泥，污泥固体通量选用30kg/(m2*d)浓缩池直径D=，取11m浓缩池深度H取浓缩池停留时间T=16h=QT/24A=m超高，缓冲层高度,浓缩池设机械刮泥，池底坡度i=1/20,污泥斗下底直径，上底直径池底坡度造成的深度污泥斗高度则浓缩池总高.分离污水量=式中：Q——进入单个浓缩池的泥量——浓缩前污泥浓度，99.26%——浓缩后污泥浓度，97%则14h后分离污水量浓缩后剩余污泥量=每池浓缩后的剩余污泥量V2=3.53×16=56.55溢流堰浓缩池溢流出水经溢流堰进入出水槽，然后汇入出水管排出。出水槽流量，设出水槽宽0.2m，水深0.05m，水流速为0.18m/s。溢流堰周长式中—溢流堰周长，mD—浓缩池直径，m—出水槽宽，m溢流堰采用单侧90°三角形出水堰，三角堰顶宽0.15m，深0.08m，每个浓缩池有三角堰个每个三角堰流量式中—三角堰水深，m，设计中取为0.008m三角堰后自由跌落0.10m，则出水堰水头损失为0.108m图3辐流式浓缩池示意图溢流管溢流水量0.0030，查水力计算表5，取溢流管管径DN150mm，管内流速0.25m/s。刮泥装置浓缩池采用中心驱动刮泥机，刮泥机底部设有刮泥板，连续转动将污泥推入污泥斗。排泥管剩余污泥量0.00095，泥量很小，采用污泥管道最小管径DN150mm。4.4贮泥池及提升污泥泵污泥从浓缩池被排除后，没有压力进入污泥脱水机房，因此应设贮泥池，使污泥由浓缩池排入贮泥池，再由污泥泵将其提升，以便顺利进入污泥脱水机房。4.4.1贮泥池1．贮泥池的容积贮泥池内贮有8h的泥量2．贮泥池的尺寸将贮泥池设计为正方形，其L×B×H=4×4×4m4.4.2污泥泵的选择泵的流量按脱水机房处理污泥量计算，则Q=2×3.53=7.06m选用5DN—20/15型泥浆泵2台，1用1备，其技术参数如下表4-2。表4-25DN—20/15型泥浆泵技术参数型号流量（）配用电动机电压（V）重量（kg）生产厂家型号功率（kw）转速（n/min）5DN—20/157—20JZS2—61—35溪水泵厂4.5污泥脱水机房4.5.1概述（1）污泥有泥泵打到压滤机，加药时药剂在溶解池内搅拌加入清水溶解，经加药泵打入压滤机与污泥反应脱水，泥饼经皮带输送外运。（2）压滤机的选择本工艺采用带式压滤机，其主要特点是把压力施加在滤布上，用滤布的压力和张力使污泥脱水，而不需要真空或加压设备。其优点有：运行可连续运转，生产效率高，噪音小；耗电少，仅为真空过滤机的十分之一；低速运转时，维护管理简单，运行稳定可靠；运行费用低，附件设备较少。4.5.2设计1.压滤机的台数n带宽2.0m的过滤产率为248kg/d若脱水机工作每日3班，24h运行，则取n=12.压滤机型号采用DY—2000带式压滤机2台，1用1备，其规格如下表4-3。表4-3DY—2000带式压滤机规格型号宽度(mm)压滤面积(m2)重滤面积(m2)电动机功率(Kw)冲洗水压力(MPa)产泥量kg/(h·m)泥饼含水率（%）DY—200020006.4840.35—0.550—50060—80脱水机安装尺寸 2980×2490×1980(高)附属设备污泥投配设备。脱水机房内设2台单螺杆污泥投配泵(用于加药)，它们各自对应一台压滤机，每台投配泵流量为投配泵的扬程应根据细腻液位和压滤机高差及管路水头损失计算加药系统。用滚压带式压滤机脱水的污泥，化学调剂为邮寄合成高分子混凝剂。本设计混凝剂阳离子为聚丙烯酰铵。投加的有机高分子混凝剂为污泥干重的0.15-0.5%取0.3%5086.95×0.3%=15.26Kg/d配制成浓度为1%的溶液体积=15.26/1%=1526L/d=1.526脱水机房每日工作为三班制，每班配药一次则每次配药的体积=1.526/3=0.507考虑一定的安全系数和搅拌时的安全超高，故设计选用2个容积为1的药箱，配置2台JBK型反应搅拌机，桨叶直径d=1200mm,功率P=0.75kW,浆板外缘线速度56m/min聚丙烯酰铵投加为0.1%，故选用2套在线稀释设备，包括2台水射器和2台流量仪，以及配套的调节控制阀件。聚丙烯酰铵药剂的投加采用单螺杆泵，工2台，每台泵的投加流量反冲洗水泵。根据滚压带式压滤机带宽和运行速度，每台脱水机反冲洗耗水量为10--12，反冲洗水压不小于0.5MPa。故选用2台离心清水泵，一用一备5污水厂总体布置5.1概述污水处理厂的平面布置包括：处理构筑物的布置，办公、化验及其他辅助建筑物的布置；以及各种管道、道路、绿化等的布置。根据处理厂的规模采用1：200—1：500比例尺绘制总平面图。5.2平面布置5.2.1平面布置的一般原则1．处理构筑物的布置应紧凑，节约土地便于管理；2．处理构筑物的布置应尽可能按流程顺序布置，以避免管线迂回，同时应充分利用地形以减少土方量；3．经常有人工作的地方如办公、化验等应布置在夏季主导风向上，在北方地区应考虑朝阳，设绿化带与工作区隔开；4．构筑物之间的距离敷设管道的位置，运转管理的需要和施工的要求，一般采用5～10m；5．污泥处理构筑物应尽可能布置成单独的组合，以备安全和方便运行管理；6．变电所的位置应设在耗电量大的构筑物旁边，高压线应避免在厂区内架空敷设；7．污水厂应该敷设超越管以便在发生事故时，使污水能超越一部分或完全排走。8．污水和污泥管道应尽可能考虑重力自流；9．在布置总图时应充分考虑绿化带，为污水处理厂的工作人员提供一个优美舒适的工作环境；10．总图布置时，应考虑近远期结合，由条件时可按远景规划水量布置，将构筑物分为若干系列分期建设。5.2.2厂区平面布置形式1．“一”字形布置：该种布置流程管线短，水头损失小；2．“L”型布置“：该种布置适宜出水方向发生转弯的地形，水流转弯一般不在曝气池处；5.2.3污水厂的平面布置具体内容1．平面布置的内容1）处理构筑物的平面布置2）附属构筑物的平面布置；3）管道，管路及绿化带的布置。5.3污水厂高程布置污水处理厂污水处理高程布置的任务是：确定各构筑物和泵房的标高；确定污水处理筑物之间连接管渠的尺寸及其标高；通过计算确定各部位的水面标高，从而能够使污水沿处理流程在构筑物之间畅通的流动，保证污水处理厂的正常运行。5.3.1污水处理厂高程布置考虑事项1．计算水头损失时，一般以近期最大的流量作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头；2．选择一条最长、水头损失最大的流程进行水力计算，并应适当留有余地，以保证任何情况下，处理系统能够正常运行；3．在作高程布置时应该注意污水流程和污泥流程的配合，尽量减少抽升的污泥量。污水流经各构筑物的水头损失表5-1主要构筑物水头损失构筑物名称水头损失cm构筑物名称水头损失cm格栅10——25混合池10—30沉砂池10——25高密度沉淀池5——15沉淀池：平流竖流辅流20—4040—5050—60滤布滤池0.03--0.3A2/O生物池40—60消毒渠0.035.3.2污水厂的高程布置为了降低运行费用和便于管理，污水在处理构筑物之间的流动按重力流考虑为宜（污泥流动不在此例），为此，必须精确的计算污水流动中的水头损失，水头损失包括:(1)污水经各处理构筑物的内部水头损失；(2)污水经连接前后两构筑物管渠的水头损失，包括沿程水损和局部水损;(3)局部水头损失按沿程水头损失的0.3倍计。5.3.3水区、泥区各构筑物间的确定1．概述从便于维修和清刷的要求考虑，连接污水处理构筑物之间的渠道以矩形为宜，在必要时或必要部位，也可采用钢筋混凝土管或铸铁管，在零碎区域为防止冬季污水载明区内冻结，在明渠上加盖板。为防止管道中的悬浮物在关区内沉淀，污水在明渠内必须保持一定的流速，在最大流量时，流速可介于1—5m/s之间，在低流速时，流速不得小于0.4—0.6m/s，在管道中的流速应大于明渠中的流速，并应尽可能大于1m/s。2．管道的确定：表5-2污水部分高程计算表污水处理流程水位计算表序号管渠及构筑物Q(L/S)管渠设计参数水头损失(m)水面标高(m)D（mm）1000iV(m/s)H(m)L(m)沿程(m)局部(m)构筑物(m)合计上游下游1出水管4347001.921.051000.1920.0570.25-0.25-0.52消毒4340.350.350.10-0.253消毒到滤布滤池434.097001.921.05190.0360.0110.050.150.104滤布滤池1050.155滤布滤池到高密度沉淀池1083504.351.02180.0780.0240.110.460.356高密度沉淀池230.467高密度沉淀池到二沉池2175002.641.00480.1270.0380.170.800.638二沉池200.80续表5-2序号管渠及构筑物Q(L/S)管渠设计参数水头损失(m)水面标高(m)B×H(D)/mm1000iV(m/s)H(m)L(m)沿程(m)局部(m)构筑物(m)合计上游下游9二沉池到配水井2175002.641.00270.0720.0220.11.401.3010配水井4351.4011配水井到AAO2175002.641.0020.0060.0020.011.561.5512AAO2170.50.502.061.5614AAO到配水井2175002.641.0060.252.312.06配水井4340.152.462.3115沉砂池4362.4616细格栅4362.6617污水提升泵房4362.8618中格栅4340.20.2-1.525-1.725由于高密度沉淀池整体在地下，所以将所有构筑物提升1m

表5-3污泥部分高程计算表序号管渠及构筑物Q(L/S)管渠设计参数水头损失(m)水面标高(m)D(mm)V(m/s)L(m)沿程(m)局部(m)构筑物(m)合计上游下游1二沉池到污泥泵6.921500.940.1O.02-0.22高密度沉淀池到污泥泵1.051500.91.80.35-1.453污泥泵提升3.5m7.973.3-0.24污泥泵到浓缩池3.991500.9503.323.825浓缩池3.923.326浓缩池至贮泥池3.991500.930.131.691.827贮泥池3.991.698贮泥池至脱水机房7.971500.9100.170.050.221.291.49谢辞在设计的整个过程中得到了吴军老师的精心指导和帮助，在此表示衷心的感谢！我们即将毕业步入社会，有喜有忧，我将永怀对母校的热爱，对恩师的崇敬与感激之情，勇往直前，用自己所学的知识为社会做出应有的贡献。最后，我再次对我的指导老师王永广老师以及关心我们毕业设计的其他所有老师表示衷心的感谢！参考文献（1）张自杰.《排水工程》下册［M］.中国建筑工业出版社.2005-12-30.（2）于尔捷，张杰.《给水排水工程快速设计手册》［M］.北京建筑工业出版社.1996-2.（3）张自杰.《废水处理理论与设计》［M］.中国建筑工业出版社.2003-2.（4）唐受印，戴友芝.《水处理工程师手册》［M］.化学工业出版社.2000-4-1.（5）张智.《给水排水工程专业毕业设计指南》［M］.中国水利水电出版社.2003-8.（6）周彤.《污水回用决策与技术》［M］.化学工业出版社.2003-10.（7）曾科，卜秋平.《污水处理厂设计与运行》［M］.北京化学出版社.2006-4.（8）MogensHenze.《污水生物处理与化学处理技术》［M］.中国建筑工业出版社.1999-12-1.（9）郑兴灿，李亚新.《污水除磷脱氮技术》［M］.中国建筑工业出版社.1998-11.（10）韩洪军.《污水处理构筑物设计与计算》［M］.哈尔滨工业大学出版社.2005-3-1.（11）张统.《污水处理工艺及工程方案计算》［M］.中国建筑工业出版社.2000-4（12）史惠祥.《实用水处理设备手册》［M］.北京化学工业出版社.2001-5-1.（13）金兆丰，徐竟成.《城市污水回用技术手册》［M］.北京化学工业出版社.2004-1.（14）徐新阳，于锋.《污水处理工程设计》［M］.北京化学工业出版社.2003-4.（15）娄金生.《水污染治理新工艺与设计》［M］.海洋出版社.2009-7.（16）《给水排水设计手册》1，5，10，11，12册.中国建筑工业出版社.（17）《给水排水设计规范》［M］.中国建筑工业出版社.（18）崔玉川.《城市污水厂处理设施设计计算第二版》［M］.化学工业出版社.2011-1.附录RecycleFlowsandLoadingsTheimpactofrecycleflowsmustalsobequantifiedandincludedindefiningtheinfluentwastewatercharacteristicstotheactivated-sludgeprocess.Thepossiblesourcesofrecycleflowsincludedigestersupernatantflows(ifsettlinganddecantingarepracticedinthedigestionoperation),recycleofcentrateorfiltratefromsolidsdewateringequipment,backwashwaterfromeffluentfiltrationprocess,andwaterfromodor-controlscrubbers.Dependingonthesource,asignificantBOD,TSS,andNH4-Nloadmaybeaddedtotheinfluentwastewater.ThelevelsofBODandTSSconcentrationspossibleforvarioussolidsprocessingunitoperationsaregiveninTable14-49inChap.14.Comparedtountreatedwastewaterorprimaryclarifiereffluent,theBOD/VSSratioisoftenmuchlowerforrecyclestreams.Inaddition,asignificantNH4-Nloadcanbereturnedtotheinfluentwastewaterformanaerobicdigestion-relatedprocesses.ConentrationsofNH4-Nintherangeof1000to2000mg/Larepossibleincentrationorfiltratefromthedewateringofanaerobicallydegestedsolids.Thus,theammonialoadfromareturnflowofaboutone-halfpercentoftheinfluentflowcanincreasetheinfluentTKNlosdtotheactivated-sludgeprocessby10to20percent.Thereturnsolidsloadfromeffluentpolishingfilterscanbeestimatedbyamassbalanceonsolidsremovedacrossthefiltrationprocess,andthusreleasedinthebackwashwaterflow.Inallcases,amassbalanceforflowandimportantconstituents,suchasBOD,TSS/VSS,nitrogencompounds,andphosphorusshouldbedonetoaccountforallcontributingflowsandloadstotheactivated-sludgeprocess.8-3FUNDMENTALSOFPROCESSANALYSISANDCONTROLThepurposeofthissectionistointroduce⑴thebasicconsiderationsinvolvedintheprocessdesign,⑵processcontrolmeasures,⑶operatingproblemsassociatedwiththeactivated-sludgeprocess,and⑷activated–sludgeselectorprocesses.Theinformationpresentedinthissectionisappliedtotheanalysisanddesignofalternativeactivated-sludgeprocessesintheremainderofthischapter.ManyoftheequationspresentedinthischapterwerederivedpreciouslyinChap.7andaresummarizedinthissectionforconvenientreference.ProcessDesignConsiderationsInthedesignoftheactivated-sludgeprocess,considerationmustbegivento⑴selectionofthereactortype,⑵applicablekineticrelationships,⑶sikudsretentiontimeandloadingcriteriatobeused,⑷sludgeproduction,⑸oxygenrequirementsandtransfer,⑹nutrientrequirements,⑺otherchemicalrequirements,⑻settlingcharacteristicsofbiosolids,⑼useofselectous,and⑽effluentcharacteristics.SelectionofReactorTypeImportantfactorsthatmustbeconsideredintheselectionofreactortypesfortheactivated-sludgeprocessinclude⑴theeffectsofreactionkinetics,⑵oxygentransferrequirements,⑶natureofthewastewater,⑷localenvironmentalconditions,⑸presenceoftoxicorinhibitorysubstancesintheinfluentwastewater,⑹costs,and⑺expansiontomeetfuturetreatmentneeds.InformationonthesefactorsissummarizedinTable8-4.KineticRelationshipsAsdevelopedinChap.7,kineticrelationshipsateusedtodeterminebiomassgrowthandsubstrateutilization,andtodefineprocessperformance.ImportantkineticrelationshipsaresummarizedinTable8-5.ThederivationoftheserelationshipsmaybefoundinChap.7.SelectionofSolidsRetentionTimeandLoadingCriteriaCertaindesignandoperatingparametersdistinguishoneactivated-sludgeprocessfromanother.Thecommonparametersusedarethesolidsretentiontime(SRT),thefoodtobiomass(F/M)ratio(alsoknownasfoodtomicroorganismratio),andthevolumetricorganicloadingrate.WhiletheSRTisthebasicdesignandoperatingparameter,theF/Mratioandvolumetricloadingrateprovidevaluesthatareusefulforcomparisontohistoricaldataandtypicalobservedoperatingconditions.SolidRetentionTimeTheSRT,ineffect,representstheaverageperiodoftimeduringwhichthesludgehasremainedinthesystem.AspresentedpreviouslyinChap.7,SRTisthemostcriticalparameterforactivated-sludgedesignasSRTaffectsthetreatmentprocessperformance,aerationtankvolume,sludgeproductionandoxygenrequirements.ForBODremoval,SRTvaluesmayrangefrom3to5d,dependingonthenixed-liquortemperature.At18to25℃anSRTvaluecloseto3disdesiredwhereonlyBODremovalisrequiredandtodiscouragenitrificationandeliminatetheassociatedoxygendemand.Tolimitnitrification,someactivated-sludgepalantshavebeenoperatedatSRTvaluesof1dorless.At10℃,SRTvaluesof5to6darecommonforBODremovalonly.TemperatureandotherfactorsthataffectSRTinvarioustreatmentapplicationsatesummarizedinTable8-6.Becausenitrificationistemperature-dependent,thedesignSRTfornitrificationmustbeselectedwithcautionasvariablenitrificationgrowthrateshavebeenobservedatdifferentsites,presumablyduetothepresenceofinhibitorsubstances(BarkerandDold,1997;Fillosetal,2000).Fornitrificationdesign,asafetyfactorisusedtoincreasetheSRTabovethatcalculatedbasedonnitrificationkineticandtherequiredeffluentNH4-Nconcentration.Afactorofsafetyisusedfortworeasons:⑴toallowflexibilityforoperationalvariationsincontrollingtheSRT,and⑵toprovideforadditionalnitrifyingbacteriatohandlepeakTKNloadings.TheinfluentTKNconcentrationandmassloadingcanvarythroughouttheday(apeaktoaverageTKNloadingof1.3to1.5isnotunusual,dependingonplantsize)andcanalsobeaffectedbyreturnflowsformdigestedanddewateredbiosolidsprocessing.byincreasingthedesignSRT,theinventoryofnitrifyingbacteriaisincreasedtomeettheNH4-HconcentrationatthepeakloadsothattheeffluentNH4-Hconcentrationrequirementisachieved.Typically,thevalueofthefactorofsafetyisequaltothepeak/averageTKNload.Becauseuseofthepeak/averageTKNloadisconservative,theNH4-HconcentrationduringthenormalloadingperiodwillbelowerwiththeneteffectofacompositeeffluentNH4-Hconcentrationthatissomewhatlowerthanthedesigngoal.DynamicsimulationmodelcanbeusedtooptimizethedesignSRTvaluetomeettargeteffluentNH4-Hconcentrations,subiecttochanginginfluentflowandTKNconcentrations(BarkerandDold,1997).Thesteady-statesolutionapproachdescribedinSec.8-10hasresultedinreasonabledesigns.Table8-4GeneralconsiderationsfortheselectionofthetypeofsuspendedgrowthreactorFactorDescriptionEffectofreactionkineticsThetwotypesofreactorsusedcommonlyarethecomplete-mixandtheplug-flowreactor.Fromapracticalstandpoint,thehydraulicdetentiontimesofmanyofthecomplete-mixandplug-flowreactorsinactualuseareaboutthesame.ThereasonisthatthedesignsforBODremovalaregenerallygovernedbyanSRTsufficienttoassuregoodsettlingpropertiesandofadurationlongerthanthatneededforBODremoval.Fornitrification,thepossiblereactionkineticbenefitsformusingastaged-reactororplug-flowsystemmaybeexploited,providedthattheaerationequipmenthasahighenoughoxygentransferrateinfirststageofatthefrontofaplug-flowtanktosatisfythedemandfromhigherBODremovalandnitrificationrates.OxygentransferrequirementHistorically,inconventionalplug-flowaerationsystems,sufficientoxygenoftencouldnotbesuppliedatthebeginningofthereactortomeetthedemand.Theinabilitytosupplytheneededoxygenledtodevelopmentofthefollowingmodificationstotheactivated-sludgeprocess:⑴taperedaerationinwhichanattemptwasmadetomatchtheairsuppliedtotheoxygendemand,⑵thestep-feedprocesswheretheincomingwastewaterisdistributedalongthelengthofthereactor(usuallyatquarterpoints),and⑶thecomplete-mixprocesswheretheairsupplieduniformlymatchesorexceedstheoxygendemand.Mostofthepastoxygentransferlimitationshavebeenovercomebybetterselectionofprocessoperationalparametersandimprovementsinthedesignandapplicationofaerationequipment.NatureofwastewaterThenatureofthewastewaterincludestheoverallcharacteristicsofthewastewaterasaffectedbycontributionssuchasdomesticwastewater,industrialdischarges,andinflow/infiltration.AlkalinityandpHareimportant,particularlyintheoperationofnitrificationprocesses(seeChap.7).becauselowpHvaluesinhibitthegrowthofnitrifyingorganisms(andencouragethegrowthoffilamentousorganisms),pHadjustmentsmayberequired.IndustrialwastedischargesmayalsoaffectthepHinlow-alkalinitywastewaters.LocalenvironmentalconditionsTemperatureisanimportantenvironmentalconditionthataffectstreatmentperformancebecausechangesinthewastewatertemperaturecanaffectthebiologicalreactionrate.Temperatureisespeciallyimportantinnitrificationdesignastheexpectedmixed-liquortemperaturewillaffectthedesignSRT.Precipitationeffectsandgroundwaterinfiltrationarelocalfactorsthatcanaffectbothflowratesandconstituentconcentrations.Highpeakflowratescancausethewashoutofsolidsinbiologicalreactors.ToxicorinhibitorysubstancesFormunicipalwastewatertreatmentsystemswithalargenumberofindustrialconnections,apotentialexistsforreceivinginhibitorysubstancesthatcandepressbiologicalnitrificationrates.Wheresuchpotentialexists,laboratorytreatabilitystudiesarerecommendedtoassessnitrificationkinetics.Ifshockloadsortoxicdischargesareadesignconsideration,acomplete-fixreactorcanmoreeasilywithstandchangingwastewatercharacteristicsbecausetheincomingwastewaterismoreoflessuniformlydispersedwiththereactorcontents,ascomparedtoaplug-flowreactor.Thecomplete-mixprocesshasbeenusedinanumberofinstallationstomitigatetheimpactscausedbyshockloadsandtoxicdischarges,especiallyfromindustrialinstallations.CostConstructionandoperatingcostsareveryimportantconsiderationsinselectingthety0peandsizeofreactor.Becausetheassociatedsettlingfacilitiesareanintegralpartoftheactivated-sludgeprocess,theselectionofthereactorandthesolidsseparationfacilitiesmustbeconsideredasaunit.FuturetreatmentneedsPotentialfuturetreatmentneedscanhaveanimpactonpresentprocessselection.Forexample,ifwaterreuseisanticipatedinthefuture,theprocessselectionshouldfavordesignsthatcaneasilyaccommodatenitrogenremovalandeffluentfiltration.Table8-6TypicalminimumSRTrangesforactivated-sludgetreatmentTreatmentgoalSRTrange,dFactorsaffectingSRTRemovalofsolubleBODindomesticwastewater1-2TemperatureConversionofparticulateorganicsindomesticwastewater2-4TemperatureDevelopflocculentbiomassfortreatingdomesticwastewater1-3TemperatureDevelopflocculentbiomassfortreatingindustrialwastewater3-5Temperature/compoundsProvidecompletenitrification3-18TemperatureBiologicalphosphorusremoval2-4TemperatureStabilizationofactivatedsludge20-40TemperatureDegradationofxenobioticcompounds5-50Temperature/specificBacteria/compoundsFoodtoMicroorganismRatioAprocessparametercommonlyusedtocharacterizeprocessdesignsandoperatingconditionsisthefoodtomicroorganism(biomass)ratio(F/M).TypicalvaluesfortheBODF/Mratioreportedintheliteraturevaryfrom0.04gsubstrate/gbiomass·dforextendedaerationprocessesto1.0g/g·dforhighrateprocesses.TheBODF/MratioisusuallyevaluatedforsystemsthatweredesignedbasedonSRTtoprovideareferencepointtopreviousactivated-sludgedesignandoperatingperformance.VolumetricOrganicLoadingRateThevolumetricorganicloadingrateisdefinedastheamountofBODorCODappliedtotheaerationtankvolumeperday.Organicloadings,expressedinkgBODorCOD/m3·d,mayvaryfrom0.3tomorethan3.0.Whilethemixed-liquorconcentration,theF/Mratio,andtheSRT(whichmaybeconsideredanoperatingvariableaswillasadesignparameter)areignoredwhensuchempiricalrelationshipsareused,theserelationshipsdohavethemeritofrequiringaminimumaerationtankvolumethathasprovedtobeadequateforthetreatmentofdomesticwastewater.Theseempiricalparametersarenotadequateforpredictingeffluentquality,however,whensuchrelationshipsareusedtodesignfacilitiesforthetreatmentofwastewatercontainingindustrialwastesorforbiologicalnitrogen-andphosphorus-removalprocesses.Highervolumetricorganicloadingsgenerallyresultinhigherrequiredoxygentransferratesperunitvolumefortheaerationsystem.SludgeProductionThedesignofthesludge-handlinganddisposal/reusefacilitydependsonthepredictionofsludgeproductionfortheactivated-sludgeprocess.Ifthesludge-handlingfacilitiesareundersized,thenthetreatmentprocessperformancemaybecompromised.Sludgewillaccumulateintheactivated-sludgeprocessifitcannotbeprocessedfastenoughbyanundersizedsludge-handlingfacility.Eventually,thesludgeinventorycapacityoftheactivated-sludgesystemwillbeexceededandexcesssolidswillexitinthesecondaryclarifiereffluent,potentiallyviolatingdischargelimits.ThesludgeproductionrelativetotheamountofBODremovedalsoaffectstheaerationtanksize.Towmethodsareusedtodeterminesludgeproduction.Thefirstmethodisbasedonanestimateofanobservedsludgeproductionyieldfrompublisheddatafromsimilarfacilities,andthesecondisbasedontheactualactivated-sludgeprocessdesigninwhichwastewatercharacterizationisdoneandthevarioussourcesofsludgeproductionareconsideredandaccountedfor.Thefirstmethodmaybesatisfactoryfordetermininganinitialactivated-sludgeprocessdesignandanestimatedsludgeproductionforaparticularactivated-sludgeprocess.Withthefirstmethodthequantityofsludgeproduceddaily(andthuswasteddaily)canbeestimatedusingEq.(8-14).Foragivenwastewater,theYobsvaluewillvarydependingonwhetherthesubstrateisdefinedasBOD,bCOD,orCOD.(8-14)where=netwasteactivatedsludgeproducedeachday,kgVSS/d=observedyield,gVSS/gsubstrateremoval=influentflow,m3/d=influentsubstrateconcentration,mg/L=effluentsubstrateconcentration,mg/LObservedvolatilesuspendedsolidsyieldvalues,basedonBOD,areillustratedonFig.8-7.theobservedyielddecreasesastheSRTisincreasedduetobiomasslossbymoreendogenousrespiration.Theyieldislowerwithincreasingtemperatureasaresultofahigherendogenousrespirationrateathighertemperature.Theyieldishigherwhennoprimarytreatmentisused,asmorenvVSSremainsintheinfluentwastewater.Thetemperaturecorrectionvalueθforendogenousrespiration[seeEq.(2-25)inTable8-5]is1.04between20and30℃,and1.12between10and20℃.Aθvalueof1.04hasbeenadoptedinthistextforthetemperatureeffectonendogenousdecay.污水处理的微生物学原理8-3工艺分析与控制的基本原理本章主要介绍以下内容：⑴工艺设计的考虑因素，⑵工艺控制的方法，⑶与活性污泥工艺相关的操作问题，⑷活性污泥选择器工艺。本章末尾所提供的信息应用于分析和设计选择性的活性污泥工艺。本章的很多公式都是由第七章推导而来，为了便于参考在此加以总结。工艺设计的考虑因素在活性污泥工艺的设计中，诸多因素必须考虑，例如⑴反应器形式的选择，⑵氧转移的必要条件，⑶固体停留时间和负荷标准的选用，⑷污泥的产量，⑸氧的需求和转移，⑹营养物质的需求，⑺其它化学成分的需求，⑻生物固体的沉降特性，⑼选择器的使用，⑽出水特性。反应器类型的选择活性污泥工艺的反应器选择需要考虑以下重要因素：⑴反应动力学效果，⑵氧转移条件，⑶污水的自然状态，⑷当地的环境条件，⑸入流污水中的毒素核抑制剂存在情况，⑹成本，⑺预留未来污水处理的余地。表8-4对上述因素进行了总结。动力学关系如第七章所述，动力学关系用来决定生物量生长、底物的利用和说明工艺的性能。表8-5列出了重要的反应动力学关系。其推到过程在第七章给予了阐述。固体停留时间和负荷标准的选择各种活性污泥工艺之间的区别在于设计标准和运行参数的差异。但是，在固体停留时间、有机污染物量与活性污泥量的比值和有机物容积负荷率这三个参数却都是相同的。其中固体停留时间之重要的设计和运行参数，有机污染物量和活性污泥量的比值和有机物容积负荷率在比较历史数据和典型监控的运行条件上发挥了重要作用。固体停留时间固体停留时间，在效果上代表了污泥存流于系统之中的平均时间。正如第七章所阐述，固体停留时间固体应流时间是活性污泥最关键的数据，例如，固体停留时间能够影响处理工艺、好氧反应器容积、污泥产量和需氧量。对于BOD的去除，固体停留时间介于3至5小时，时间的差异取决于混合也得温度。在18至25摄氏度之间时，单纯的以BOD去除要求固体停留时间接近3小时，目的在于弱化硝化作用和降低相关的需氧量。为了控制硝化反应，一些活性污泥的工厂吧固体停留时间控制在1小时或更短。在10摄氏度时，单纯的BOD去除一般要求固体停留时间在5到6小时之间。表8-6总结了在不同处理方法中影响固体停留时间的温度和其它因素。由于硝化过程的决定因素在于温度，消化过程中选择固体停留时间的设计就必须考虑到不同场所硝化率的差别，这些差别大多是由抑制物质的存在造成的。在硝化过程的设计中，安全系数的采用延长了固体停留时间，而是间的长短取决于硝化反应动力学和出流中氨氮的浓度。安全系数的采用有以下两个原因：⑴为控制固体停留时间提供灵活性，⑵为承受凯氏氮的峰值负荷提供更多的硝化细菌。入流污水的凯氏氮浓度和负荷在岁每日的时段变化（根据处理厂的规模，负荷从平均值1.3到峰值的1.5式不常见的），另外凯氏氮浓度和负荷还受到生物固体在硝化和脱水过程中的回流量影响。通过增长固体停留时间设计值，硝化细菌总量增加到能够满足峰值负荷时的氨氮浓度，从而使出流水达到要求的氨氮浓度。一般来说，安全系数值等于峰值凯氏氮负荷与平均值凯氏氮负荷的比值。由于上述安全系数在