水污染控制工程 活性污泥法的设计计算.ppt

第四节 活性污泥法的设计计算一、工艺设计内容 根据进水情况和出水的要求，选择曝气池的类型，即推流式或是完全混合式，计算曝气池的体积，所需的供氧量和排除的剩余活性污泥等。 在对某种废水设计之前，一般应通过试验才能确定设计数据，应掌握的一些资料： 废水水质：主要是曝气池进水的有机物和毒物浓度，排放标准（二沉池出水的有机物和毒物浓度）； 有害物质急剧变化对处理效果的影响； 水温对处理效果的影响； 曝气池污泥浓度和污泥回流比； 污泥负荷和曝气时间； 废水中N、P补充情况； 空气用量或充氧量。,二、设计计算目前曝气池的设计计算是处于经验和理论相结合的状态，主要有三种方法：纯经验的有机物负荷法，劳伦斯和麦卡蒂法及麦金尼法。1、有机物负荷法 有机物负荷率通常有两种表示方法：活性污泥负荷率（简称污泥负荷）和曝气区容积负荷率（简称容积负荷）。,污泥负荷率,与曝气时间相当的平均进水量,曝气池进水的平均BOD5值,曝气池中的污泥浓度,根据上面两个公式可计算曝气池的体积，即,容积负荷率,2、劳伦斯和麦卡蒂法 劳伦斯和麦卡蒂根据莫诺特方程提出了曝气池中基质去除速率和微生物浓度的关系方程：,K最大的单位微生物基质去除速率，即在单位时间内，单位微生物量去除的基质；s微生物周围的基质浓度；KS饱和常数，其值等于基质去除速率为1/2K时的基质浓度；X微生物的浓度。,当SKS时，上述方程可简化为：,当SKS时，上述方程可简化为：,式中：, 微生物的增长和基质的去除关系,合成系数,内源代谢系数,上式也可表示为：,yobs实质上是扣除了内源代谢后的净合成系数，称为表观合成系数。, 完全混合曝气池的计算模式,反应器,沉淀池,qVr,Xr,S,qVW,X,qV,S0,X0,X,V,S,(qV-qVW)S,Xe,微生物平均停留时间，又称污泥龄，指的是反应系统内的微生物全部更新一次所需要的时间，在工程上，是指反应系统内微生物总量与每日排出的剩余微生物量的比值。以c表示，单位为d。 若忽略进水中的微生物浓度，同时认为生化反应仅发生在曝气池中，计算微生物的平均停留时间也只考虑曝气池，而不考虑沉淀池，则污泥龄为：,在上述假定的基础上，对曝气和沉淀系统生物量作物料衡算： 累积=进入-出流+净增长,污水中的X0很小，可以忽略不计，因而X0=0，在稳定状态下dX/dt=0，且,上式可化为：,废水在曝气池中的名义停留时间为：,实际停留时间为：,排除的剩余活性污泥量计算根据yobs定义以及上面的物料平衡式可推得：,则剩余活性污泥量PX为：,PX是以挥发性悬浮固体表示的剩余活性污泥量。,确定所需的空气量 首先计算在曝气池中有机物转化的最终生化需氧量。当K1=0.1时，BOD5=0.68BODL，有机物全部生化的最终BODL为：,空气中氧的含量为23.2%，氧的密度为1.201 kg/m3。将上面求得的氧量除以氧的密度和空气中氧的含量，即为所需的空气量。实际所需的空气量还应考虑曝气设备的氧利用率以及混合的强度要求。,例：处理污水量21600 m3/d，经沉淀后的BOD5为250 mg/L，希望处理后的出水BOD5为20 mg/L。要求确定曝气池的体积，排泥量和空气量。经研究，还确定下列条件： 污水温度为20； 曝气池中混合液挥发性悬浮固体同混合液悬浮固体之比为0.8； 回流污泥SS浓度为10000 mg/L； 曝气池中的MLSS为3500 mg/L； 设计的c为10d； 出水中含有22 mg/L生物固体，其中65%是可生化的； 污水中含有足够的生化反应所需的氮、磷和其它微量元素； 污水流量的总变化系数为2.5。,解： 估计出水中溶解性BOD5浓度出水BOD5=未降解的溶解性BOD5+未沉淀的悬浮固体BOD5未沉淀的悬浮固体BOD5=220.651.420.68=13.8 mg/L未降解的溶解BOD5=20-13.8=6.2 mg/L计算处理效率E,若沉淀池能去除全部的悬浮固体，则处理效率可达, 计算曝气池的体积, 计算每天排除的剩余活性污泥量计算yobs,计算排除的以挥发性悬浮固体计的污泥量：,计算排除的以SS计的污泥量, 计算回流污泥比r曝气池中VSS浓度=3500mg/L回流污泥VSS浓度=8000mg/L, 计算曝气池的水力停留时间,实际的水力停留时间, 计算曝气池所需空气量a. 生化反应中含碳有机物全部生化所需的氧量,b.生化反应所需氧量,其次根据所需的氧量计算相应的空气量。在计算空气量时，要考虑氧的利用率以及安全系数。本例题中曝气扩散器的氧的利用率为0.08，安全因素采用1.3。a. 若空气密度为1.201kg/m3，空气中含有氧量为23.2%，则所需的理论空气量为：,b. 实际所需的空气量为：,c. 设计所需的空气量为：,例：处理污水量10080 m3/d，经沉淀后的BOD5为200 mg/L，希望处理后的出水BOD5小于12 mg/L。要求确定曝气池的体积，排泥量和空气量。经研究，还确定下列条件： 污水温度为20； 曝气池中混合液挥发性悬浮固体同混合液悬浮固体之比为0.85； 回流污泥SS浓度为12000 mg/L； 曝气池中的MLSS为4000 mg/L； 设计的c为10d； 出水中含有15 mg/L生物固体，其中65%是可生化的； 污水中含有足够的生化反应所需的氮、磷和其它微量元素； 污水流量的总变化系数为2.5。,第五节 活性污泥法的运行与管理一、活性污泥的培养与驯化 培养就是为活性污泥的微生物提供一定的生长繁殖条件，即营养物质，溶解氧、适宜的温度和酸碱度等，经过一段时间，就会有活性污泥形成，且在数量上逐渐增加，到最后达到处理废水所需的污泥浓度。 驯化则是对混合微生物群进行淘汰和诱导，不能适应环境条件和所处理废水特性的微生物被抑制，具有分解废水有机物活性的微生物得到发育，并诱导出能利用废水有机物的酶体系。,1、菌种和培养液 除了采用纯菌种作为活性污泥的菌源外，活性污泥的菌种大多取自粪便污水，城市污水或性质相近的工业废水处理厂二次沉淀池剩余污泥，也有取自废水污泥、废水排放口或长期接触废水的土壤浸出液。培养液一般由上述菌液和一定比例的营养物淘米水、尿素或磷酸盐等组成。2、培养与驯化方法 根据培养和驯化的程序，有异步法和同步法。异步法是采用先培养，使细菌增殖到足够数量后再用工业废水驯化；同步法是培养和驯化同时进行的方法。根据培养液的进入方式，过程也可分为间歇式和连续式。,以粪便污水作培养液，异步法的培养程序为： 将经过粗滤的浓粪便废水投入曝气池，用生活污水稀疏，控制池内BOD在300500 mg/L； 连续曝气12d； 当池内出现模糊不清的絮凝物时，为补充营养物和及时排除代谢物，停止曝气，静置沉淀11.5h后，排上清液，排量为全池容积的6070%； 再往曝气池投加新鲜粪便水和稀释水，并继续曝气。为防止池内出现厌氧发酵，停止曝气到重新曝气的时间不应超过2h。,开始培养时宜每天换水一次，以后可增至两次，以便及时补充营养。 如果采用连续培养，则要求有足够的生活污水。在第一次投料曝气后或经数次间歇曝气换水后即开始连续投加生活污水，并不断从二次沉淀池排出清液，污泥再回流至曝气池。 经过12周，混合液SV=1020%，活性污泥的絮凝和沉淀性能良好，污泥中含有大量菌胶团和固着型纤毛虫，BOD去除率达90%左右，即可进入驯化阶段。,开始驯化时，宜向培养液中投加1020%的待处理废水，获得较好的处理效果后，再继续增加废水的比例，每次增加的比例以设计水量的1020%为宜，直至满负荷为止。污泥经驯化成熟后，系统即可转入试运转。 为了缩短培养和驯化时间，也可采用同步操作。即在第一次投料或头几次投料后开始投加待处理废水，废水的比例逐步增加，一边培养一边驯化。 在培养与驯化过程中应保证良好的微生物生存条件。池内水温应在1535，DO=0.53mg/L，pH=6.57.5，如N，P不足，应补加生活污水或人工营养。,二、活性污泥法运行中常见的问题1、污泥膨胀 它是调试运行中经常发生的异常现象，即在二沉池中出现污泥的膨胀和上浮现象。定义：指污泥体积增大而密度下降，污泥的凝聚性和沉降性恶化，致使处理水浑浊的现象。污泥的特征： 结构松散，质量变轻，沉淀压缩性差； SV值增大，有时达到90%，SVI达到300以上，大量污泥流失，出水浑浊； 二次沉淀池难以固液分离，回流污泥浓度低，无法维持曝气池正常工作。,活性污泥膨胀的原因： 绝大多数学者认为，污泥膨胀是由污泥中丝状微生物的过量繁殖，菌胶团的繁殖生长受到抑制的结果。 少数学者认为是非丝状菌引起的。例如： 在污泥负荷高时，发现有大量新生的分支芽殖菌胶团，它结合水可高达380%，造成污泥比重减轻； 重金属浓度过高而引起污泥解絮，造成膨胀； 某些细菌（如芽孢杆菌，大肠杆菌）大量繁殖引起。,应注意的是： 并不是活性污泥中有丝状菌就会发生污泥膨胀。相反，如果有适量的丝状菌，有利于污泥的沉降。因为丝状体能对活性污泥絮体起骨架作用，使絮体牢固。过多或过少都会引起污泥膨胀。致使丝状菌大量繁殖的原因： DO 菌胶团要求DO至少在0.5mg/L以上，丝状菌在DO低于0.1mg/L的环境中也能较好的生长，甚至在厌氧条件下残存而不受影响。所以，一般来说曝气池中溶解氧应保持在2mg/L。, 冲击负荷 负荷超过了正常负荷，污泥膨胀程度提高，絮体增大，絮体内部DO消耗提高，从而致使絮体内部缺氧，抑制菌胶团生长，也就提供了丝状菌生长的低氧条件，丝状菌生长超过了菌胶团的生长，导致污泥膨胀。 营养条件变化 一般细菌在营养为BOD5:N:P=100:5:1条件下生长。如果N，P缺乏，C/N比升高，即碳水化合物相对过剩，过多，适宜丝状菌生长。 硫化物 经验表明，含硫化合物高的废水易发生由硫细菌引起的丝状菌膨胀。例如：造纸废水，化粪池的腐化水等。, 有毒重金属的冲击负荷 虽然重金属对丝状菌和菌胶团都有抑制作用，但不能使丝状菌消失，此时的絮体呈针点状，使出水悬浮物浓度提高，SVI降低。 pH值 丝状菌生长pH4.56.5，而菌胶团生长的pH为68。 温度 丝状菌适宜于高温生长，因此在高温环境下，易发生污泥膨胀。菌胶团适宜于中温。,污泥膨胀的控制方法： 控制曝气量，使曝气池保持溶解氧14mg/L； 调整pH值在68之间； 如营养失调，可适量投加含N、P化合物，使BOD5:N:P=100:5:1； 投加一些化学试剂（如铁盐凝聚剂、有机阳离子絮凝剂、硅藻土、黄泥等惰性物质以及杀菌剂等），适量投加杀菌剂，对丝状菌膨胀投氯1020mg/L，非丝状菌膨胀投氯510mg/L，连续投加2周至SVI正常为止； 调整污泥负荷，通常用处理后水稀释进水； 短期内间歇曝气（闷曝）。,2、污泥上浮原因： 由于污泥被破碎，沉速减小而不能下沉，随水漂浮而流失或由于污泥颗粒携带气体或油滴，密度减小而上浮。例如，当曝气沉淀池的导流区过小，气水分离不良，或进水量过大，气泡来不及分离、被带到沉淀区，携带有气泡的污泥在沉淀区上浮到水面形成漂浮污泥；当回流缝过大时，曝气区的大量小气泡从回流缝窜至沉淀区；表曝机转速过大，打碎污泥絮凝体等都导致污泥上浮。, 操作不当，曝气量过小，二次沉淀池可能由于缺氧而发生污泥腐化，即池底污泥厌氧分解，产生大量气体，促使污泥上浮。 当曝气时间长或曝气量大时，在曝气池中将发生高度硝化作用，使混合液中硝酸盐浓度较高。这时，在沉淀池中可能由于反硝化而产生大量N2或NH3，而使污泥上浮。 当废水含油量过大时，污泥可能挟油上浮；当废水温度较高，在沉淀池中形成温差异重流时，将导致污泥不下沉而流失。,应对措施： 发生污泥上浮后应暂停进水，打碎或清除污泥，判明原因，调整操作。如污泥沉降性差，可适当投加混凝剂或惰性物质，改善沉淀性；如进水负荷过大应减小或加大会流量；如污泥颗粒细小可降低曝气机转速；如发现反硝化，应减少曝气量，增大污泥回流量或排泥量；如发现污泥腐化，应加大曝气量，清除积泥，并设法改善池内水力条件。,3、泡末问题 工业废水中常含有各种表面活性物质，在采用活性污泥法时，曝气池面常出现大量泡沫，泡沫过多时将从池面逸出，影响操作环境，带走大量污泥。当采用机械曝气时，泡沫阻隔空气，妨碍充氧。,因此，应采取适当的消泡措施，主要包括表面喷淋水或除沫剂。常用除沫剂为机油、煤油、硅油等，投量为0.51.5mg/L。通过增加曝气池污泥浓度或适当减小曝气量，也能有效控制泡沫产生。当废水中含表面活性物质较多时，宜预先用泡沫分离法或其他方法去除。,三、监测指标 为了使活性污泥系统能够正常的运行，我们必须对运行的环境条件，营养物情况，废水的性质及微生物生长情况进行监控，以防止出现污泥膨胀，污泥上浮等现象的发生。监控的项目和指标主要体现在四个方面： 反映污泥性状的指标SV(30%)、SVI(70100)、MLSS或MLVSS、污泥生物相观察及污泥形态观察，污泥回流量及回流比。 反映污泥营养状况及环境条件的指标出水NH4-N(至少1mol/L)，出水P(至少1mol/L)，DO(2mg/L左右)，水温，pH值(中性范围), 反映污泥处理效果指标进水及出水的BOD5、COD、SS，进水及出水中有毒有害物质浓度，废水流量。 反映运转经济性指标空气耗量，电耗及机电设备运行情况，药剂耗量。,第六节 二次沉淀池 二次沉淀池在功能上要同时满足澄清(固液分离)和污泥浓缩(使回流污泥的含水率降低，回流污泥的体积减少)两方面的要求。一、基本原理,Kynch、FitchDich等人分别提出和推导出各种设计计算二次沉淀池的方法，其基本思路大致归纳为： 假定混合液在沉淀筒中的静止沉淀试验，可以反映混合液在二次沉淀池中的真实情况。因此静止沉淀试验所得的数据可以作为设计时的依据。 二次沉淀池要同时考虑澄清和浓缩的要求。 静止沉淀时，成层沉降速度(即泥层B的下沉速度)决定于悬浮固体的浓度。此速度决定了二次沉淀池的澄清能力。由此，即可算出二次沉淀池所需的表面积。, 二沉池的浓缩能力决定于所要求的底流浓度(排出的二沉池的回流活性污泥的浓度)。根据沉速是固体浓度的函数以及物料平衡原理，可以按所要求的底流浓度推算出二沉池所需的表面面积。 根据以上及算得