寒冷地区污水活性污泥法处理设计规程.doc

中国工程建设标准化协会标准寒冷地区污水活性污泥法处理设计规程CECS111：2000主编单位：中国市政工程东北设计院批准单位：中国工程建设标准化协会施行日期：2000年10月1日2000年 北京前言通过十多年的研究和设计、运行实践，我国已解决了低温条件下污水处理厂设计和运行中的技术关键问题，根据中国工程建设标准化协会（97）建标协字第06号关于下达推荐性标准编制计划的要求，在总结我国科研究和工程实践经验并参考国外成果的基础上，制订了本规程。本规程规定了寒冷地区城市污水活性污泥法处理的术语、符号、一般原则、曝气池和沉淀池的工艺设计等。现批准协会标准寒冷地区污水活性污泥法处理设计规程，编号为CECS111：2000，推荐工程设计单位采用。本规程由中国工程建设标准化协会城市给水排水委员会归口管理。由中国市政工程东北研究院（长春市工农大路8号，邮编130021）负责解释。在使用过程中如发现需要修改和补充之处，请将意见及有关资料寄往解释单位。主编单位：中国市政工程东北设计研究院参编单位：哈尔滨工业大学建筑工程学院主要起草人： 中国工程建设标准化协会2000年6月1日一、 总则1.0.1 为保证我国寒冷地区城市污水活性污泥法工程设计作到技术先进安全适用、经济合理，制定本规程。1.0.2 本规程适用于我国寒冷地区，冬季水温一般在6-10、短时间为4-6的城市污水活性污泥法处理设计和运行。寒冷地区的其他类型污水，采用活性污泥法处理量可参照执行。1.0.3 寒冷地区城市污水处理厂的设计水质，应符合冬季城市污水水质的要求。1.0.4 温度对活性污泥反应动力学参数的影响，应通过试验确定。在无试验资料时。可根据当地气候条件、污水水质特点，参照类似城市的试验数据选取。1.0.5 城市污水低温活性污泥法处理工程设计，除应符合本规程外，尚符合国家现行有关规定。二、术语、符号（一） 术语 2.1.1 寒冷地区污水活性污泥法处理 actived sludge treatment of waste waer in cold regions在我国北方地区，冬季城市污水水温在4-10时，采用活性污泥法的污水处理。2.1.2 BOD降解速率（Kd） BOD degradatin rate表示污泥负荷与出水BOD5浓度关系的参数。受水温影响较大。2.1.3 温度系数（） temperature coefficient表示水温和生化反应速度关系的参数。与水温、污泥负荷、水质和处理工艺有关。2.1.4 氧总转移速率（KLa） overall oxygen transfer rate 曝气池中氧从气相向液相传递的速率，即单位时间内向单位体积水中转移的氧量（l/d）（二） 符号2.2.1 几何参数 V容积（m3）2.2.2 其他 Q污水流量（m3/d） Y污泥产率（kg/d） T污水温度（） FW污泥负荷（kg/kg.d）三、一般规定3.0.1 寒冷地区选择城市污水活性污泥法流程时，应充分考虑温度的影响，宜采用鼓风曝气供氧，不宜选用散热量大的表面曝气器供氧。处理工艺流程的选择应通过技术经济比较确定。3.0.2 沉砂池、沉淀池、曝气池等污水处理构筑物时，可建在室外，不加盖。位于永冻地区的城镇，应根据实际情况确定是否加盖。格栅除渣机、沉砂池排砂设备等易冻设施，宜建在室内。3.0.3 污水处理厂高程设计时，应尽量减少地面以上部分的高度。外露地面部分的池壁，应根据实际情况采取保温围护设施。3.0.4 位于永冻地区的污水处理厂，鼓风机房内宜建空气预热装置。3.0.5 室外污水管道、污泥管道、空气管道、闸门、计量堰等易出现冰冻的设备，设计中应考虑检修需要，或发生事故时能放空或蒸汽扫线等措施。3.0.6 培训活性污泥宜在气温高的季节进行。四、曝气池（一） 曝气池计算4.1.1曝气池容积应按国家标准室外排水设计规范GBJ14-87第6.6.2条，采用下列污泥负荷公式计算：V= （4.1.1） 式中： V曝气池容积（m3）Lj进水五日生化需氧量（mg/L）Q曝气池的设计流量（m3/h）FW曝气池内五日生化需氧量污泥负荷（kg/kg.d）NW曝气池内混合液悬浮固体平均浓度（g/L）污水温度在10以上时，曝气池的污泥负荷FW应按国家标准室外排水设计规范GB14-87表6.6.3中的数据采用。当污水温度小于10，污泥负荷应按本节规定进行温度修正。4.1.2 完全混合曝气池的设计，当污水温度小于10，污泥负荷FWT应按下列公式计算： FWT = KdTLchf （4.1.2） 式中： FWT污水温度为T时的污泥负荷（kg/kg.d） KdT污水温度为T时的BOD5降解速率（L/d），可通过试验确定；当无试验资料时，城市污水可取0.0090-0.0105； Lch出水五日生化需氧量（mg/L） f曝气池混合液MLVSS与MLSS之比，一般取0.70-0.75 五日生化需氧量去除率，低温季节一般取0.85-0.904.1.3 完全混合曝气池的污水温度为T时，BOD5降解速率KdT应按下列公式计算： KdT = Kd201T-20 （4.1.3） 式中：Kd20污水温度为20时五日生化需氧量降解速率，应通过试验求得 1温度系数，无量纲，其值与污水的温度范围、水质和处理条件有关。低温条件可取1.03-1.04，处理污水温度低时取高值。4.1.4 推流式曝气池的设计，当污水温度小于10，污泥负荷应按下列公式计算： FwT = KdTLchn 式中：n指数，低温时一般取0.80-0.82 KdT推流曝气池污水温度为T时的BOD5降解速率（L/d），可通过(4.1.3)式计算 Kd20可通过试验确定，无试验资料时可取0.013-0.0194.1.5 曝气池有效水深应结合流程设计、地质条件、供氧设施类型和选用的风机压力等因素确定，可采用4.0-4.5m。条件许可时，水深宜适当加大。（二）、污泥产率4.2.1 污泥产率应按下列公式计算： Y = aQLrbVXV 式中： Y系统每日污泥产率（kg/d） Lr去除的BOD量（kg/m3） a污泥增殖系数，通过试验求得 Q设计污水量（m3/d） b污泥自身氧化率（l/d），通过试验求得 V曝气池容积 XV曝气池混合液浓度（kgMLVSS/m3）无试验资料时，低温季节a值宜采用0.30-0.50，b值宜采用0.01-0.05。处理污水温度低时取低值。当污泥负荷大于0.2BOD/kg.MLSS.d时，污泥产率应按夏季水温15-20时的污泥产率设计。但也应考虑冬季污泥产率减少后，污泥胶水设备的匹配运行。4.2.2 在污泥龄已确定的情况下，剩余污泥量可按国家标准室外排水设计规范GBJ14-87第6.8.3条的公式计算： W = (4.2.2)式是： W剩余污泥量（kgVSS/d） e设计污泥龄（d），低温季度e可取10-20d（三）、曝气池需氧量4.3.1 鼓风曝气池混合液中转移的氧量，可按下列公式计算： (4.3.1) 式中： N曝气池混合液氧转移量（kg.Q2/h） N0充氧介质是清水，温度20，1个大气压，起始溶解氧为零时的氧转移量（kg.O2/h），可通过试验求得 a污水中KLa值与清水中KLa值之比，即（KLa）w（KLa）q，一般为0.80-0.85 混合液饱和溶解氧值与清水饱和溶解氧值之比，一般为0.90-0.97 CSM清水饱和溶解氧浓度（mg/L），温度为T，实施计算压力按Pa计 C0混合液溶解氧值，一般用2mg/L CS标准条件下清水饱和溶解氧，等于9.17mg/L 2氧转移的温度系数，其值为1.016-1.047，鼓风曝气时可采用1.024 T混合液温度（），一般为5-304.3.2 在鼓风曝气中，清水饱和溶解氧应按曝气池水面至扩散器之间的平均值计，可按下列公式计算： （4.3.2） 式中： Qt曝气池逸出气体中含氧的百分率（%） Pb扩散器处绝对压力（kg/cm2）4.3.3 供空气量GS可按下列公式计算： (4.3.3) 式中：EA氧吸收率（%）4.3.4 曝气池中污水需氧量可根据去除的五日生化需氧量等，按国家标准室外排水设计规范GBJ14-87第6.7.2条的公式计算。但应考虑冬季减少曝气量时鼓风机的合理搭配。（四）曝气池设计参数4.4.1在无试验资料的情况下，曝气池的设计参数可参照表4.4.1选用。表4.4.1 曝气池推荐设计参数项 目设计参数曝气池水温（）5-10污泥负荷F（kgMLSS.d）0.15-0.25混合液污泥浓度MLSS（g/L）2.0-3.0污泥回流比（%）50-100曝气时间（h）6-8注：当水温低时，处理水质要求高时，污泥负荷取小值当水温高，原水浓度较高时，曝气时间取大值。五、沉淀池5.0.1 设计初沉池和二沉池时，宜适当增加停留时间和降低表面负荷5.0.2 在无试验资料的情况下，沉淀池的运行参数可参照表5.0.2选用表5.0.2 低温季节沉淀池运行参数沉淀池类型沉淀时间（h）表面负荷（m3/m2.h）初沉池1.5-2.01.5-2.5二沉池2.0-2.50.8-1.3条文说明一、总则1.0.1 自活性污泥法问世以来，温度在对生物净化过程的影响受到普遍重视。国外一些专家和学者在40年代了大量的试验研究工作，到60年代从理论和实践上都取得可喜的结果。我国研究温度对活性污泥法生物处理的影响始于70年代初。这些研究成果和生产实践经验是我们编制本规程的依据。国外主要成果有：1、 1994年索耶通过实验研究证实，温度对有机物的降解有一定影响。BOD去除率和硝化程度从10开始明显降低；20时，BOD去除率和硝化程度均较高。2、 1961年路德扎克通过试验证实，COD去除率5最低；氧化分解率30最高；污泥增长率5增长40%，30时增长10%。3、 桥本奖的试验研究证明，温度对有机物降解有很大影响。COD去除率5最低，15最高，30稍低。4、 北极环境研究室的试验表明：常温条件下，随污泥负荷的增加，BOD去除率的降低并不明显。而在低温条件下，随污泥负荷的增加BOD去除率迅速降低。5、 费莱德曼等人研究认为，20时污泥增长率最大。国外污水处理厂的运行资料：1、 瑞典北部一些活性污泥法污水处理厂，冬季水温接近10，生物处理效果良好。2、 莫斯科的城市污水，冬季水温度一般为7-9，如库里扬诺夫、留布林等曝气池是敞开式，冬季处理效果BOD去除率可达85%。3、 苏联北部城市科特拉斯、塞克蒂夫卡尔，污水温度降到4-5，处理效果显著恶化。4、 加拿大和美国北部13座活性污泥法水处理厂积26年的资料，认为温度是重要影响因素，并得到一系列宝贵运行参数。国内的研究成果与实践：低温对污水活性污泥法生物处理净化反应的影响，1976年首先在西宁市开展了科研工作。1977年后，又在沈阳、吉林进行了小型试验和中间试验。1979年原国家城建总局正式将这一课题列入科研计划（79建发城字21号“低温条件下生物降解的规律和措施”）。几年来，先后在长春、呼和浩特、乌鲁木齐、包头和哈尔滨等城市进行的不同规模的试验研究都通过了鉴定。各地的试验具有以下特点：1、 试验分布范围广，基本上包括了我国北方寒冷地区多种气候条件；2、 试验周期完整，一般都经过全年四个季节运行，取得的数据充分、可靠，试验结论明确可信；3、 试验工艺以活性污泥法为主，基本上包括了活性污泥法的主要处理系统和曝气方法。通过试验，回答了人们关心的问题。试验取得的结果，对我国寒冷地区污水处理厂的设计和运行管理，对探索低温活性污泥的净化机理都很有价值。近几年，我国北方寒冷地区相继设计和建成了一些污水处理厂。大庆乘风庄污水处理厂的运行资料，进一步证明了这些研究成果是符合实际的。1.0.2 我国北方寒冷地区，主要指北纬40以北，即东北大部，华北、西北北部等地区。我国寒冷地区城市气温与城市污水水温的关系可参照表1.0.2。根据测定，我国寒冷地区城市气温与城市污水水温有一定的关系。当最冷月平均气温在-15-20，城市污水水温大致在5-8。最冷月平均气温在-10-15，城市污水水温大致在8-10，表1.0.2 冬季城市气温、水温对照表城市 项目纬度（北纬）最冷月平均气温（）极端最低气温()年平均气温()城市污水温度（）沈阳4146-12.7-30.55.07-9吉林4347-17.8-40.24.56-8哈尔滨4545-20.0-38.14.55-7大庆45-47-25.5-37.44.35-6包头4049-17.0-30.46.66-8乌鲁木齐4354-16.9-41.56.97-91.0.3 城市污水除包括生活污水、工业废水外，在降雨期间也包括部分雨水。根据实测资料，城市污水水质具有如下特点：1、 BOD5值偏低，BOD5/COD比值较小，一般在0.4-0.6之间。2、 水质复杂，但有毒物质含量低，除汞、酚外，都未超过标准。3、 污水浓度日变化幅度大，冬季水质浓度比夏季高，且水质较稳定，故寒冷地区城市污水水质应按冬季水质设计。冬季水质应采用11月至次年4月的水质平均值。1.0.4 实践表明，微生物的生物氧化作用受诸多因素影响。污水水质、设计负荷、水温和供氧情况等都是影响生化处理效果的重要因素。水温对有机物降解和污泥增殖的影响研究表明：温度对微生物种群组成，内谢代谢过程，微生物细胞的增殖，活性污泥的絮状结构和沉淀性能、曝气池中充氧效率等都有影响。与设计关系比较大的是温度对活性污泥反应动力学的几个参数，温度对活性污泥的沉淀性能，温度对活性污泥的吸附性能、温度对氧总转移速率。这些问题，通过不定期各城市十多年的低温生物处理试验研究已经基本解决了。二、术语、符号（一） 术语2.1.1 东北、华北、西北等地区地域辽阔，是我国的重要工业基地。由于城市迅速发展，城市污水对环境的污染日益严重，急需修建城市污水处理设施，以便逐步控制和消除城市污水对环境的污染。同时，这些地区又处于我国北部边陲（北纬40以北），每年有长达数月的冬季，冬季极端最低气温一般都在-35以下。严酷的气候条件，给这些地区城市的污水治理工作带来一些需要解决的实际问题和理论问题。2.1.2 通过试验所得的BOD污泥负荷与出水BOD5的关系曲线，其斜率即BOD降解速率Kd值。2.1.3 以数学公式表示温度对净化效果的影响有多种形式，其中以阿尔尼乌斯公式推导出的温度系数表示方法最为简明。许多学者提出，除温度外，值还因生物处理工艺不同而异，并对不同生物处理工艺提出了相应的值。2.1.4 氧总转移速率的计算公式为=KLa(CS-C)，CS为饱和溶解氧浓度，C为T时溶解氧浓度。在标准水温20和水温T时，氧总转移速率之间的关系为：KLa(T) = KLa(20)T-20。表示氧转移的温度系数。三、一般规定3.0.1 寒冷地区城市污水处理工艺流程中，各处理构筑物的形式可以有多种选择，但唯有生物处理的好氧曝气池必须选择鼓风曝气。实测资料表明，当冬季室外气温在-20时，鼓风机出口空气温度在10左右，可减少曝气池水温的降低。3.0.2 各地中型试验和国内外的污水厂运行实践表明，初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池建在室外敞露，运行是安全的。经实践证明，格栅除渣、沉砂池排砂部分经常要人工操作，且易冻，应进行保温处理才能方便操作，安全运行。3.0.3 保温措施可根据各城市气温情况确定。曝气池、初沉池、二沉池四周可填土，也可对池子外露在地面的部分做保温围护。3.0.4 室外的污水管道、污泥管道和空气管道，不论埋在地下或在地下铺设，都应保证不被破坏。3.0.5 微生物最适宜增殖的温度是15-20。在该温度下，活性污泥中微生物种群数量多，增殖速度快，在夏季培养和驯化活性污泥效果好，不宜在冬季低温时培养活性污泥。四、曝气池（一） 曝气池计算4.1.1 公式可以反映完全混合或推流系统污泥系统污泥负荷与出水残留BOD5浓度之间，在污水常温条件下的一般规律性，但没有反映温度对污泥负荷与出水残留BOD5浓度的影响。当污水温度小于10时，应按本节规定进行修正。4.1.2 当完全混合曝气池稳定运行时，池内各点有机物浓度是相同的，混合液浓度是一致的，即微生物是在条件基本一致的情况下进行氧化分解作用，所以BOD降解速率是一常数。污泥负荷与出水的BOD是线性关系。BOD降解采用埃肯费尔德公式计算，并进行一定的修正。由Kd值通过菲尔普斯公式求出温度数值。表4.1.2中参数系根据各地的试验和运行结果列出。规程中推荐的值是根据表中低温范围内的数据选取的。表4.1.2 各地的值表序号生物处理工艺温度系数()污水温度范围()运行形式报告者1活性污泥法1.0414-4.5完全混合埃肯费尔德2活性污泥法1.0364-18推流式包头3活性污泥法1.0334-20完全混合美国享特4活性污泥法1.0316-21完全混合吉林5活性污泥法1.0309-18完全混合日本龟田6活性污泥法1.02210-26完全混合美国一些污水厂运行情况7活性污泥法1.0188-19推流式沈阳8曝气氧化塘1.0655-21推流式美国一些污水厂运行情况完全混合曝气池设计计算中的KdT值是以吉林、哈尔滨等城市的污水低温试验成果为根据。4.1.3 推流式曝气池的n值和KdT值是以沈阳、包头等城市的污水低温生物处理试验成果为根据。n值系参照表4.1.3中的数值经综合分析确定。表4.1.3 n值污水温度（）N15.41.01408.40.81784.20.8036（二） 污泥产率4.2.1 研究表明，污泥产率受污泥负荷影响较大。当污泥负荷小于0.20kgBOD/kgMLSSd时，细胞合成能力较低，温度低时的污泥增殖率大于温度高的污泥增殖率。当污泥负荷较高时，温度高比温度低污泥增殖率大；其中15和20时增殖率最大。低于或高于15和20时污泥增殖都减小。考查污泥增殖量时，除考虑温度影响外，还应考虑有机物负荷、水质、污泥龄、充氧等工艺条件。本条文中a、b值中系根据吉林、哈尔滨、包头等城市的污水处理试验研究成果确定。详见表4.2.1。表4.2.1 各地试验求得的a、b值吉林哈尔滨包头温度()ab温度()ab温度范围a40.3940.00760.32830.05558-100.4860.4310.012110.32780.0573100.4790.025150.33700.0633150.6070.045200.34510.069515-200.512200.6140.058250.32700.0695200.5220.091300.31320.0766注：当污