污水的好氧生物处理

1、第二节 活性污泥法的发展和演变 传统活性污泥法传统活性污泥法 渐渐 减减 曝曝 气气 分分 步步 曝曝 气气 完全混合法完全混合法 浅浅 层层 曝曝 气气 深深 层层 曝曝 气气 高负荷曝气或变形曝气高负荷曝气或变形曝气 克克 劳劳 斯斯 法法 延延 时时 曝曝 气气 接触稳定法接触稳定法 氧氧 化化 沟沟 纯纯 氧氧 曝曝 气气 活性污泥生物滤池（活性污泥生物滤池（ABFABF工艺）工艺） 吸附生物降解工艺（吸附生物降解工艺（ABAB法）法） 序批式活性污泥法（序批式活性污泥法（SBRSBR法）法） 活性污泥法的多种运行方式活性污泥法的多种运行方式 有机物去除和氨氮硝有机物去除和氨氮硝 化化

2、 1.Conventional plug flow 1.Conventional plug flow 在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降在推流式的传统曝气池中，混合液的需氧量在长度方向是逐步下降 的。的。 实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要。实际情况是：前半段氧远远不够，后半段供氧量超过需要。 渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器，使布气沿程变化，而总的渐减曝气的目的就是合理地布置扩散器，使布气沿程变化，而总的 空气量不变，这样可以提高处理效率。空气量不变，这样可以提高处理效率。 2. 渐 减 曝 气 把入流的一部分从池端引入到池的中部分点进水。 3. 阶

3、段曝气（分 步 曝 气 ） 分步曝气示意图 4. 完 全 混 合 法 在分步曝气的基础上，进一步大大增加进水点，同时相应增加回流污泥并 使其在曝气池中迅速混合，长条形池子中也能做到完全混合状态。 完全混合的概念 （1）池液中各个部分的微生物种类和数量基本相同，生活环境也基本相同。 （2）入流出现冲击负荷时，池液的组成变化也较小，因为骤然增加的负荷可为全 池混合液所分担，而不是像推流中仅仅由部分回流污泥来承担。完全混合池从某种意 义上来讲，是一个大的缓冲器和均和池，在工业污水的处理中有一定优点。 （3）池液里各个部分的需氧量比较均匀。 （4）易于产生膨胀现象 完全混合法的特征 4. 完 全 混

4、合 法 5. 浅 层 曝 气 特点：气泡形成和破裂瞬间的氧传递速率是最大的。在水的浅层处用大量空 气进行曝气，就可以获得较高的氧传递速率。 1953年派斯维尔（Pasveer）的研究：氧在10静止水中的传递特征，如下 图所示。 5. 浅 层 曝 气 扩散器的深度以在水面以下0.60.8m范围为宜，可以节省动力费用，动力效率可达 1.82.6kg（O2） / kWh。 可以用一般的离心鼓风机。 浅层曝气与一般曝气相比，空气量增大，但风压仅为一般曝气的1/41/6左右，约 10kPa，故电耗略有下降。 曝气池水深一般34m，深宽比1.01.3，气量比3040m3/（m3 H2O.h）。 浅层池适用

5、于中小型规模的污水厂。 由于布气系统进行维修上的困难，没有得到推广利用。 6. 深 层 曝 气 深井曝气法处理流程 深井曝气池简图 一般曝气池直径约16m，水深约1020m。深井曝气法深度为50150m，节 省了用地面积。 在深井中可利用空气作为动力，促使液流循环。 深井曝气法中，活性污泥经受压力变化较大，实践表明这时微生物的活性和代 谢能力并无异常变化，但合成和能量分配有一定的变化。 深井曝气池内，气液紊流大，液膜更新快，促使KLa值增大，同时气液接触时间 延长，溶解氧的饱和度也由深度的增加而增加。 当井壁腐蚀或受损时，污水可能会通过井壁渗透，污染地下水。 6. 深 层 曝 气 部分污水厂只

6、需要部分处理，因此产生了高负 荷曝气法。 曝气池中的MLSS约为300500mg/L，曝气 时间比较短，约为23h，处理效率仅约7075 左右，有别于传统的活性污泥法，故常称变形 曝气。 负荷高 曝气时间比较短 活性污泥处于生长旺盛期 7.高负荷曝气或改良曝气法 克劳斯工程师把厌氧消化的上清液加到回流污泥 中一起曝气，然后再进入曝气池，克服了高碳水化 合物的污泥膨胀问题，这个方法称为克劳斯法。 消化池上清液中富有氨氮，可以供应大量碳水化 合物代谢所需的氮。 消化池上清液夹带的消化污泥相对密度较大，有 改善混合液沉淀性能的功效。 8. 克 劳 斯 法（Kraus） 延时曝气的特点： 曝气时间很长

7、，达24h甚至更长，MLSS较高，达到 30006000mg/L； 活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态， 剩余污泥少而稳定，无需消化，可直接排放； 是污水、污泥综合好氧处理系统 池体容积大基建费用和运行费用都较高 适用于污水量很小的场合，近年来，国内小型污 水处理系统多有使用。 9. 延 时 曝 气 10. 接 触 稳 定 法（吸附再生法） 混合液曝气过程中第一阶段BOD5的下降是由于吸附作用造成的，对于溶解的有 机物，吸附作用不大或没有，因此，把这种方法称为接触稳定法，也叫吸附再 生法。混合液的曝气完成了吸附作用，回流污泥的曝气完成稳定作用。 直接用于原污水的处理比用于初沉池的出流处

8、理效果好；可省去初沉池；此 方法剩余污泥量增加。 吸附时间短，所需容积较小 有一定的抗冲击负荷能力 接 触 稳 定 法 氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，它的池体狭长，池深较浅，在沟槽中 设有表面曝气装置。 曝气装置的转动，推动沟内液体迅速流动，具有曝气和搅拌两个作用，沟中 混合液流速约为0.30.6m/s，使活性污泥呈悬浮状态。 结合了推流和完全混合的优点 11. 氧 化 沟 Oxidation Ditch 纯氧代替空气，可以提高 生物处理的速度。纯氧曝气 池的构造见右图。 12. 纯 氧 曝 气 纯氧曝气的缺点：是纯氧发生器容易出现故障，装置复杂，运转管理较麻烦。 在密闭的容器中，溶解氧的

9、饱和度可提高，氧溶解的推动力也随着提高，氧 传递速率增加了，因而处理效果好，污泥的沉淀性也好。纯氧曝气并没有改变 活性污泥或微生物的性质，但使微生物充分发挥了作用。 13.活性生物滤池（ABF工艺） 上图为ABF的流程，在通常的活性污泥过程之前设置一个塔式滤池，它同曝 气池可以是串联或并联的。 塔式滤池滤料表面附着很多的活性污泥，因此滤料的材质和构造不同于一 般生物滤池。 滤池也可以看作采用表面曝气特殊形式的曝气池，塔是一外置的强烈充氧 器。因而ABF可以认为是一种复合式活性污泥法。 活性生物滤池（ABF工艺） 14.吸附生物降解工艺 （AB法adsorption-biodegration p

10、rocess） A级以高负荷或超高负荷运行，B级以低负荷运行，A级曝气池停留时间短， 3060min，B级停留时间24h。 该系统不设初沉池，A级曝气池是一个开放性的生物系统。A、B两级各自 有独立的污泥回流系统，两级的污泥互不相混。 处理效果稳定，具有抗冲击负荷和pH变化的能力。该工艺还可以根据经济 实力进行分期建设。 14.吸附生物降解工艺（AB法） 15.序批式活性污泥法（SBR法） SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成， 从污水流入到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝 气或搅拌装置的反应器内依次进行的。 (1)工艺系统组成简单，

11、不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回 流设备； (2)耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业污水处理）无需设置调节池； (3)反应推动力大,易于得到优于连续流系统的出水水质; (4)运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果； (5)污泥沉淀性能好,SVI值较低,能有效地防止丝状菌膨胀; (6)该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控 运行，易于维护管理。 序批式活性污泥法（SBR法） SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比 的优点 (1)容积利用率低； (2)水头损失大； (3)出水不连续； (4)峰值需氧量高； (5)设备利用率低； (6)运行控制

12、复杂； (7)不适用于大水量。 序批式活性污泥法（SBR法） SBR工艺的缺点 CASS Decant 滗水 (2)MBR工艺 膜生物反应器工艺(简称MBR)是一种将膜分离技术和传统生 化方法进行有机结合的新型水处理技术。其最大的优势及特 点是可以通过对活性微生物的完全截留使生化系统的活性污 泥浓度上限得到大大提高，同时可以保证系统出水的水质稳 定性。 MBR系统的超滤部分拟采用的管式超滤膜，其过滤孔径为 0.03m,可以有效截留所有的微生物菌体和悬浮物。同时， 超滤系统可以对大颗粒的有机污染物进行截留，进一步保证 MBR系统出水的稳定。 本套超滤系统采用大流量高速循环的方式，膜管内的水力流

13、速达到35m/s，可以有效的防止污染物的沉积，减少膜污 染的风险，延长膜使用寿命。同时，系统设置严格的流量、 温度、压力监控，并培植清洗系统，可以保证系统在各种复 杂的运行条件下安全稳定的工作。 MBR的主要特点： a)主要污染物COD,BOD和氨氮有效降解，无二 次污染； b)100%生物菌体分离；出水无细菌和固性物； c)反应器高效集成，占地面积小；运行费用合 理。 d)污泥负荷(F/M)低，剩余污泥量小； 有两种，有内置式的和外置式的 沉浸式，将膜组直接浸入曝气池，抽水 在垃圾渗滤液处理工艺中用的比较多 各种活性污泥法的设计参数(处理城市污水，仅为参考值) 设计参数 传统活性污泥法 完全

14、混合活性污泥法 阶段曝气活性污泥法 BOD5SS 负荷 (kgBOD5/kgMLSS.d) 0.20.4 0.20.6 0.20.4 容积负荷(kgBOD5/m3.d) 0.30.6 082.0 0.61.0 污泥龄(d) 515 515 515 MLSS(mg/l) 15003000 30006000 20003500 MLVSS(mg/l) 12002400 24004800 16002800 回流比(%) 2550 25100 2575 曝气时间 HRT(h) 48 35 38 BOD5去除率(%) 8595 8590 8590 设计参数 吸附再生活性污泥法 延时曝气活性污泥法 高负荷活

15、性污泥法 BOD5SS 负荷 (kgBOD5/kgMLSS.d) 0.20.6 0.050.15 1.55.0 容积负荷(kgBOD5/m3.d) 1.01.2 0.10.4 1.22.4 污泥龄(d) 515 2030 0.252.5 MLSS(mg/l) 吸附池 10003000 再生池 400010000 30006000 200500 MLVSS(mg/l) 吸附池 8002400 再生池 32008000 24004800 160400 回流比(%) 25100 75100 515 曝气时间 HRT(h) 吸附池 0.51.0 再生池 36 1848 1.53.0 BOD5去除率(%

16、) 8090 95 6075 设计参数 纯氧曝气活性污泥法 深井曝气活性污泥法 BOD5SS 负荷 (kgBOD5/kgMLSS.d) 0.41.0 1.01.2 容积负荷(kgBOD5/m3.d) 2.03.2 3.03.6 污泥龄(d) 515 5 MLSS(mg/l) 600010000 30005000 MLVSS(mg/l) 40006500 24004000 回流比(%) 2550 4080 曝气时间 HRT(h) 1.53.0 1.02.0 溶解氧浓度 DO(mg/l) 610 SVI(ml/g) 3050 BOD5去除率(%) 7595 8590 二、曝气池的型式与构造 1、曝

17、气池的类型 根据混合液在曝气池内的流态根据混合液在曝气池内的流态 根据曝气方式根据曝气方式 根据曝气池的形状根据曝气池的形状 根据曝气池与二沉池之间的关系根据曝气池与二沉池之间的关系 圆形 推流式曝气池(plug- flow aeration basin) 推流式曝气池的长宽比一般为510； 进水方式不限；出水用溢流堰。 1.平面布置 推流式曝气池的池宽和有效水深之比一般为12。 2.横断面布置 根据 横断 面上 的水 流情 况 ，可 分为 完全混合曝气池 池 形 根据和沉淀池的关系 圆 形 方 形 矩 形 分建式 合建式 完 全 混 合 曝 气 池 封闭环流式处理系统流程 序批式反应池序批式

18、反应池 SBR工艺的一个完整操作周期有五个阶段: 进水 期(fill)、反应期(react)、沉淀期(settle)、排水期 (draw) 和闲置期(idle) 进水 反应 沉淀 排水 闲置 SBR 运行工序图 第三节第三节 活性污泥法数学模型基活性污泥法数学模型基 础础 一、建立模型的假设一、建立模型的假设 （1 1）曝气池处于完全混合状态）曝气池处于完全混合状态 （2 2）进水中的微生物浓度可假设为零）进水中的微生物浓度可假设为零 （3 3）全部可生物降解的底物都处于溶解状态）全部可生物降解的底物都处于溶解状态 （4 4）系统处于稳定状态（稳态假设）系统处于稳定状态（稳态假设） （5 5）

19、二沉池中没有微生物的活动）二沉池中没有微生物的活动 （6 6）二沉池中没有污泥的积累）二沉池中没有污泥的积累 2.劳伦斯和麦卡蒂模型劳伦斯和麦卡蒂模型 Lawrence-Mc Carty model SRT-Solids retention time () (/) T c T X Xt c -c -污泥龄污泥龄(SRT-Solids retention time)(SRT-Solids retention time) (X)(X)T T-处理系统（曝气池）中总的活性污泥质量，处理系统（曝气池）中总的活性污泥质量，kgVSSkgVSS； ( (X/X/t)t)T T-每日排出的剩余微生物量，每日

20、排出的剩余微生物量，kg/dkg/d 微生物平均停留时间，又称污泥龄，是指反应系统内的微生物全微生物平均停留时间，又称污泥龄，是指反应系统内的微生物全 部更新一次所用的时间，在工程上，就是指反应系统内微生物总量与部更新一次所用的时间，在工程上，就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。以每日排出的剩余微生物量的比值。以C C表示，单位为表示，单位为d d。 () c wewR XV QQXQ X 1. 系统微生物量的物料平衡： ()0 wRg dX Q XV dt 0we QX -(Q-Q ）X Q Q进水流量进水流量, ,m m3 3/d /d ； Q Qw w剩余污泥排放

21、量，剩余污泥排放量，m m3 3/d/d； （dX/dtdX/dt）g g活性污泥的净增长速率，活性污泥的净增长速率， gVSS/mgVSS/m3 3 d d； X X曝气池中活性污泥浓度曝气池中活性污泥浓度, gVSS/m, gVSS/m3 3 ； X Xe e出水中带走的微生物浓度，出水中带走的微生物浓度，gVSS/mgVSS/m3 3 ； X XR R回流污泥中的微生物浓度，回流污泥中的微生物浓度， gVSS/mgVSS/m3 3 ； X X0 0进水中微生物浓度，进水中微生物浓度，gVSS/mgVSS/m3 3 ； V V曝气池体积，曝气池体积，m m3 3。 1 c ()1 () w

22、ewR ud QQXQ XdS YK XVXdt 11 ()u d c dS YK Xdt () wRg d X QXV d t we （ Q - Q） X If control SRT equal to control 根据假设，有根据假设，有X0=0，则：，则： max 1 e d cSe rS YK KS max (1) () 1 Sdc e cd KK S YrK SeEffluent soluble substrate concentration, gBOD5/m3 Y活性污泥的产率系数，活性污泥的产率系数，gVSS/gBOD5 Kd内源代谢系数，内源代谢系数，d-1 (dS/dt)

23、u底物利用速率，底物利用速率，gBOD5/(m3 d) rmax最大比底物利用速率，最大比底物利用速率，gBOD5/(gVSS d); KS 饱和常数，或半速率常数，饱和常数，或半速率常数，gBOD5/m3 活性污泥法系统的出水有机物浓度仅仅是污泥泥龄和动力学 参数的函数，与进水有机物浓度无关 0 1() e d c QSS YK X V (2)Substrate Mass Balance on in - out aeration tank 曝气池的底物物料平衡 0 ()0 eu dS QSRQSV dt e （1+R)QS 0 () () e u dSQ SS dtV 11 ()u d c

24、dS YK Xdt 0 () (1) ec dc YQ SS X VK V max 1 e d cSe rS YK KS 0 1() e d c QSS YK X V 0 max () ee Se Q SSS r XVKS 0maxmax 11 () S ee XVK Q SSrSr Y and Kd Calculating Rmax, Ks V HRTt Q 0maxmax 11 () S ee XtK SSrSr 0 () e Xt SS 1 e S 水力停留时间（Hydraulic Retention Time）： Rmax, Ks 0 () (1) ec dc YQ SS X VK 1

25、 obs d Y Y K 1 obs dC Y Y K 0 () obseC Y Q SS X V 0 () obs eC Xt Y SS 0 ()1 eCd C SSK XtYY Y and Kd Calculating C WR XV Q X WR C XV XQ X C W V Q If XR=X () c wewR XV QQXQ X If Xe=0 X剩余污泥量，gVSS/d ()(1)0 Rg dX RQXVQR X dt ()(1)0 RUd dS RQXYK X VQR X dt ()U e dS KXS dt (1)0 Red RQXYKXSK X VQR X 1 ed C

26、YKSK 1 dC e C K S YK 1 (1) R C QX RR VX 6 max 10 () R X SVI (3)Biomass Mass Balance on in - out aeration tank 曝气池的微生物物料平衡 max s S rr KS R-sludge return ratio,QR/Q K=rmax/KS 第四节 活性污泥法的设计计算 活性污泥系统工艺设计 应把整个系统作为整体来考虑，包括曝气池、二沉池、曝气设备、回流设备等， 甚至包括剩余污泥的处理处置。 主要设计内容： （1） 工艺流程选择； （2） 曝气池容积和构筑物尺寸的确定； （3）二沉池澄清区、

27、污泥区的工艺设计； （4） 供氧系统设计； （5）污泥回流设备设计。 主要依据：水质水量资料 生活污水或生活污水为主的城市污水：成熟设计经验 工业废水：试验研究设计参数 工艺流程的选择 需要调查研究和收集的基础资料： 1. 污水的水量水质资料 水量关系到处理规模，多种方法分析计算，注意收集率和地下水渗入量； 水质决定选用的处理流程和处理程度。 2. 接纳污水的对象资料 3. 气象水文资料 4. 污水处理厂厂址资料 厂址地形资料；厂址地质资料。 5. 剩余污泥的出路调研 流程选择是活性污泥设计中的首要问题，关系到日后运转的稳定可靠以及经济 和环境效益，必须在详尽调查的基础上进行技术、经济比较，以

28、得到先进合理的流 程。 一、曝气池的计算： 有机物 负荷法 纯经验 方法 劳伦斯 （Lawronce） 和麦卡蒂 (McCarty) 法 根据某种工艺的经验停留时间和经验去除率， 确定曝气池的水力停留时间。 例如：流量200m3/h，曝气池进水BOD浓150mg/L, 出水 要求为15mg/L，采用多点进水，求曝气池容积。 多点进水经验去除率：85%90 经验停留时间：35h 取停留时间为4.5h，则曝气池容积： V2004.5m3=900m3 1.经验水力停留时间：HRT 一、曝气池容积设计计算一、曝气池容积设计计算 （1）活性污泥负荷）活性污泥负荷LS （2）曝气池容积负荷）曝气池容积负荷

29、LV （3）污泥泥龄）污泥泥龄SRT 污泥负荷率是指单位质量活性污泥在单位时间 内所能承受的BOD5量，即: 式中：Ls污泥负荷率,kg BOD5/（kgMLVSSd） or kg(BOD5)/(KgMLSSd)。 Q与曝气时间相当的平均进水流 量，m3/d；S0曝气池进水的平均BOD5值，gBOD5/m3； X曝气池中的污泥浓度，gVSS/m3。 （1）污泥负荷率 0 () () S F total applied substrate rateQ S L M total microbial biomassXV 0 S Q S V LX 0 () e S Q SS V LX 容积负荷是指单位容

30、积曝气区在单位时间内所能承受的BOD5量，即： 式中：Lv容积负荷率，kg (BOD5)/(m3d)。 （2）容积负荷率 0 V Q S L V 0 V Q S V L Q和S0是已知的，X和L可参考教材中表121选择。对于某些工业污水，要 通过试验来确定X和L值。污泥负荷率法应用方便，但需要一定的经验。 0 () (1) eC dC YQSS V XK (3) SRT method Vaeration tank volume, m3 Ysynthesis yield coefficient, gVSS/gBOD5; QAverage influent wastewater flowrate,

31、 m3/d S0Average influent wastewater BOD5 concentration, mg/L or g/m3 SeAverage effluent wastewater BOD5 concentration, mg/L or g/m3 cSRT,d Xmixed liquor biomass concentration in the aeration tank, MLVSS,mg/L Kdendogenous decay coefficient, gVSS/ gVSSd 二、剩余污泥量计算 Calculating the amount of Solids Produ

32、ction The Solids Production from a biological reactor represents the mass of material that must be removed each day to maintain the process. (1)By definition of SRT 按污泥泥龄计算 C VX X Xsolids wasted daily, gVSS/d X MLVSS concentration in the aeration tank, gVSS/m3 V volume of reactor, m3 cSRT,d (2) Calc

33、ulating bysynthesis yield coefficient or observed yield coefficient 按产率系数和表观产率系数计算按产率系数和表观产率系数计算 dX dX dt Y dS dS dt 0 () VedV XY SS QK VX XVamount of Volatile activated sludge produced each day, Kg/d Ysynthesis yield coefficient, KgVSS/KgBOD5; Q(S0-Se) amount of removed organic pollutant each day,

34、Kg/d VXV Total of Volatile suspended solids in the aeration tank,Kg obs dX dX dt Y dS dS dt 0 () Vobse XYSS Q Yobsobserved yield coefficient, KgVSS/KgBOD5 dX net production of microorganism XV volatile 三、需氧量设计计算三、需氧量设计计算（Oxygen Requirements ） (1)By the required Oxygen rate for organic biodegradation

35、 and the required Oxygen rate for endogenous respiration 2rV OaQSbVX O2Oxygen required for mixed liquor, kg athe required Oxygen rate for the biodegradation of organic matter, kgO2/kgBOD5 b the required Oxygen rate for endogenous respiration, kgO2/(kgVSS d) QAverage influent wastewater flowrate, m3/

36、d Sr wastewater BOD5 concentration, Kg/m3 Sr=S0-Se 2 V rrS OX Vb aba QSQSL 2r S VV OQS aba Lb X VX V O2/QSr Ls O2/XvV a-0.420.53 b-0.190.11 每降解1kgBOD5的需氧量 单位质量活性污泥的需氧量 高负荷条件下，活性污泥内源代谢作用弱，前者较低；一部分 被吸附而未被摄入细胞内的有机物随剩余污泥排出，后者较高 (2)The amount of oxygen required of biooxidation of organic matter Oxygen us

37、ed=bCOD removed-COD of waste sludge bCOD 可生物降解可生物降解COD 20 () 1.42 eV OQ bCODbCODX O2Oxygen required, Kg/d XVbiomass as VSS wasted per day, Kg/d 1.42the Oxygen equivalent of the biomass is approximately 1.42gCOD/gbiomass VSS 0 2 () 1.42 0.68 e V Q SS OX 看书中的例子 劳伦斯和麦卡蒂法 1.曝气池中基质去除速率和微生物浓度的关系方程 式中：ds/d

38、t基质去除率，即单位时间内单位体积去除的基质 量，mg(BOD5)/(Lh)； 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，mg(BOD5)/(mgVSSh)； s微生物周围的基质浓度，mg(BOD5)/L； Ks饱和常数，其值等于基质去除速率的1/2K时的基质浓度， mg/L； x微生物的浓度，mg/L。 SS XSS d d K K t 当sKs时，该方程可简化为 当sKs时，该方程可简化为 当曝气池出水要求高时，常处于sKs状态 SS XSS d d K K t X S d d K t SX S S d d K K t 劳伦斯和麦卡蒂法 2.微生物的增长和基

39、质的去除关系式 式中：y y合成系数，mg(VSS)/mg(BODmg(VSS)/mg(BOD5 5) )； K Kd d内源代谢系数，h h-1 -1 。 Xd SX d d d d K t y t 上式表明曝气池中的微生物的变化是由合成和内源代谢两方面综合形成的。 不同的运行方式和不同的水质，y和Kd值是不同的。活性污泥法典型的系数值可 参见下表： Xd SX d d d d K t y t 这里的y yobs obs实质是扣除了内源代谢后的净合成系数，称为表观合成系数。 y y为理论合成系数。 也 可 以 表 达 为 Xd SX d d d d K t y t ) d d ( d d S

40、 obs X t y t 劳伦斯和麦卡蒂法 3.完全混合曝气池的计算模式 (1)曝气池体积的计算 q qv v进水流量； QQvw vw排除的剩余活性污泥流量； q qvr vr污泥回流量； x x 曝气池中的微生物浓度； xe xe出流水中带走的微生物浓度； xr xr回流污泥中的微生物浓度； s0 s0进水基质浓缩； s s出流基质浓度； V V曝气池体积。 微生物平均停留时间，又称污泥龄，是指反应系统内的微生物全 部更新一次所用的时间，在工程上，就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。 XevvXv X C )( ww qqq V 对上图所示系统进

41、行微生物量的物料平衡计算： Xd S XevvXvX0v X d d )( d d ww K t yVqqqqV t 整理后即得 Xd S XevvXvX0v X d d )( d d ww K t yVqqqqV t 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 tt SS0S d d )1 ( )( CdX SS0vC K yq V 劳伦斯和麦卡蒂法 3.完全混合曝气池的计算模式 (2)排出的剩余活性污泥量计算 根据yobs以及上面的物料平衡式可推得： 则剩余活性污泥量Px（以挥发性悬浮固体表示的剩余活性污泥量）为： Cd obs 1K y y )( SS0

42、vobsX qyP 劳伦斯和麦卡蒂法 3.完全混合曝气池的计算模式 (3)确定所需的空气量 有机物在生化反应中有部分被氧化，有部分合成微生物，形成剩余 活性污泥量。因而所需氧量为： 空气中氧的含量为23.2,氧的密度为1.201kg/ 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。 X SS0v 42. 1 68. 0 )( P q 所需的氧量 劳伦斯和麦卡蒂法 4.推流式曝气池的计算模式 由于当前两种形式的曝气池实际效果差不多，因而完全混合的计算模式 也可用于推流式曝气池的计算。 处理污水量为21600m21600m3 3/d/d，经沉淀后的BODBOD5 5为2

43、50mg/L,250mg/L, 希望处理后的出水BODBOD5 5为20mg/L20mg/L。要求确定曝气池的体积、排 泥量和空气量。经研究，还确立下列条件： （1 1）污水温度为2020； （2 2）曝气池中混合液挥发性悬浮固体（MLVSSMLVSS）同混合液悬浮 固体（MLSSMLSS）之比为0.80.8； （3 3）回流污泥SSSS浓度为10000mg/L10000mg/L； （4 4）曝气池中MLSSMLSS为3500 mg/L3500 mg/L； （5 5）设计的c c为10d10d； （6 6）出水中含有22mg/L22mg/L生物固体，其中6565是可生化的； （7 7）污水中含

44、有足够的生化反应所需的氧、磷和其他微量元素； （8 8）污水流量的总变化系数为2.52.5。 例 解 确定出水中悬浮固体的BOD5 ： (a)悬浮固体中可生化的部分为0.6522 mg/L =14.2mg/L (b)可生化悬浮固体的最终BODL 0.65221.4 mg/L 20.3mg/L (c)可生化悬浮固体的BODL为BOD50.6820.3 mg/L13.8mg/L (d)确定经曝气池处理后的出水溶解性BOD5 ，即s 20 mg/Ls13.8 mg/L s6.2 mg/L 计算处理效率E ： 若沉淀池能去除全部悬浮固体，则处理效率可达 25020 92% 250 E 2506.2 9

45、7.5% 250 E 1.估计出水中溶解性BOD5的浓度 出水中总的BOD5出水中溶解性的BOD5出水中悬浮固体的BOD5 已知 则： 解2.计算曝气池的体积 )(06d. 0 3500mg/L 2mg/L. 6 )(mg/mg5 . 0 /dm21600 d10 1 d X Se 3 v C 查表选定 查表选定 K y q 33 CdX SS0vC m4702m )1006.013500 2 .62505 .02160010 )1 ( )( K yq V 解3.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 3125. 0 100

46、6. 01 5 . 0 1 Cd obs K y y kg/d7 .1645 kg/d10)2 . 6250(216003125. 0)( 3 SS0vobsX qyP kg/d1 .2057kg/d 4 5 7 .1645 X(SS) P 解 4.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 78. 0 8000)(3500 v v vvv r rr q q r qqq 解 5.计算曝气池的水力停留时间 h2 . 5d217. 0d 21600 4702 v q V t h2 .5d217.0d 21600 4702 v q V t 解 6.计算曝

47、气池所需的空气量 (1)生化反应中含碳有机物全部生化所需的氧量: 所需氧量(7744-1.421645.7) kg/d 5407.1 kg/d 首先计算曝气池所需的氧量 (2)生化反应所需氧量: kg/d7744kg/d 68. 0 10)2 . 6250(21600 0.68 )( BOD 3 S0Sv L q 解 6.计算曝气池所需的空气量 (1)若空气密度为1.201kg/m3,空气中含有的氧量为23.2，则所需的理 论空气量为： (2)实际所需的空气量为: 其次根据所需的氧量计算相应的空气量 (3)设计所需的空气量为: /dm19406/dm 0.2321.201 5407 33 /m

48、inm168/dm575.242/dm 0.08 19406 333 /minm218/minm1683 .1 33 麦金尼(McKinney)法 1.麦氏认为污水中污染物的状态和组成可图示如下 污 染 物 悬浮固体污染物（包 括胶体） 溶解性污染物 无机悬浮固体污 染物 有机悬浮固体污 染物 无机溶解性污 染物 有机溶解性污 染物 不可生物降解有机 悬浮固体污染物 可生物降解的有机 悬浮固体污染物 可生物降解 的有机物 不可生物降 解有机物 污染物的吸附转化情况 废 水 中 的 污 染 物 无机悬浮固体污染物 不可生物降解有机悬浮固体污染物 可生物降解有机悬浮固体污染物 可生物降解的有机溶解

49、性污染物 无机溶解性污染物 不可生物降解有机溶解性污染物 基本吸附于微生物表 面混入污泥 转化为新的微生物机体和 CO2、H2O 部分转移到新的生物机体中 部分留于废水中 基本留于废水中 活性污泥法过程中污染物吸附转化定量关系的要点 (1)在良好的状态下，无机和不可降解的悬浮固体经活性污泥法处理，基本上被 微生物吸附，其量不变。 (2)对于城市生活污水，其中可生物降解的有机物量约为2/3转化为微生物细胞， 1/3氧化为CO2和水。氧化过程释放的能量供微生物繁殖和活动之需。 (3)活性污泥法统中，既存在着有机物质的代谢和微生物的增长繁殖，也存在着 细胞物质的自身代谢和微生物之间通过食物链进行的代

50、谢过程。 (4)由于内源代谢产物的不可生物降解性，使可生物降解有机物的化学需氧量 CODB不等于完全生化需氧量BODL 。 (5)各种形态的活性污泥的细胞组成基本相同。根据分析，其组成可用 C5H9O2.5N或C5H7NO2表示。 麦金尼(McKinney)法 2.完全混合曝气池中的基质去除率方程 基质去除率方程: (1)当有机物完全处理时，出流中的BOD5很低，Ks s, 则上式变为： SS SXS d d K K t S SXS d d K K t (2)在完全混合曝气池中的混合液是均匀的，因而有机物在曝气池中 的代谢速率是均匀的，则： tt SS0S d d 式中：Km代谢速率系数， K

51、m随水温变化。 当水温为20时，城市污水的Km15/h； 当水温为10时，Km7.5/h； 当水温为30时，Km=30/h。 上述规律适用于535的温度范围。 tt SS0S d d SS SXS d d K K t tK m S0 S 1 Sm SS0 K t 麦金尼(McKinney)法 3.混合液悬浮固体浓度的计算 混合液的悬浮 固体,即活性污 泥的组成部分 活性细胞Ma 内源代谢残留的微生物 有机体Me 未代谢的不可生化的 有机悬浮固体Mi 无机悬浮固体Mii 混合液挥发 性悬浮固体 MLVSS 混 合 液 悬 浮 固 体 MLSS Ca CSS0 Ca CSS0m a 1 /)(84

52、.0 1 t/)( K t K y M a C SS0me )(2 .0M t yM t MM C iOi )( 1 . 0inf eaiiii MMMM 活性污泥各组成部分的计算 对完全混合曝气池进行物料平衡，得： Mi在处理过程中不发生反应，而随C累积： 式中：MiOt 小时内污水流入曝气池中的不可生化的有机悬浮固体量。 麦金尼(McKinney)法 4.出流污水的BOD5计算 式中：Eff表示出流，M表示MLSS。 出流污水中的可降解有机物包括两部分 出流污水BOD5： 溶解于水中的随水从二沉池漂出的污泥即Ma中的 )SS(8 . 0)BOD( ff a S5ff E M M E 麦金尼

53、(McKinney)法 5.需氧速率 曝气池中氧的用途 代谢基质内源代谢 需氧速率为二部分之和 aa SS0 1 . 1 )(57. 0 d d MK tt O 麦金尼(McKinney)法 麦氏认为上面完全混合曝气池体积的计算式同样可以用于推流的计算，但 活性污泥中各组分的计算则要根据供氧的情况来确定。 设城市污水厂的BOD5为200mg/L，SS为200mg/L,其中80为VSS，VSS 中40为不可降解的惰性物质。污水经过初次沉淀后，BOD5的去除率为30 ，SS的去除率为60，污水最大流量为420m3/h，要求处理后出流的SS为 20mg/L左右，BOD5小于10mg/L。计算曝气池的

54、体积和需氧量。 例 解 若出水BOD5为7 mg/L，一般曝气池的MLSS为2000 mg/L，其中Ma35 左右，则可以计算出流中溶解性BOD5为： 曝气池体积为： 1.计算曝气池的体积 h6h 5 .22 5 .138 h 11.5 1.5-140 mg/L140mg/L)3 . 01 (200 mg/L5 . 1 20) 100 35 (8 . 07 )SS(8 . 0)BOD( S0 S S ff a S5ff t E M M E 33 2520mm6420 解 2.计算MLSS 泥龄c一般为t的20倍，故采用5d，即120h，所以: (1) Ma的计算 mg/L685mg/L 120

55、02. 01 6 120 )5 . 1140(84. 0 1 )(84. 0 Ca C SS0 a K t M 解 2.计算MLSS (2)Me的计算 mg/L328 mg/L685 6 120 )5 . 1140(84. 02 . 0 )(84. 02 . 0 a C SS0e M t M 解 2.计算MLSS (3)Mi的计算 mg/L520mg/L 6 120 26)(ln )(mg/L264 . 08 . 080ln C ii i t fMM fM 解 2.计算MLSS (4)Mii的计算 mg/L421mg/L)328685(1 . 0mg/L 6 120 16 )( 1 . 0)(

56、ln (mg/L)16)8 . 01 (80ln ea C iiii ii MM t fMM fM 解 2.计算MLSS (5)MLSS的计算 mg/L1954mg/L)421520328685( MLSS iiiea MMMM 解 3.计算理论需氧速率 每天的理论需氧量为： )/dkg(O1707)/dkg(O24252023.2824 d d 22 V t O )hmg/(L23.28 )hmg/(L68502. 01 . 1)hmg/(L 6 )5 . 1140(57. 0 1 . 1 6 )(57. 0 d d aa ss0 MK t O 第五节 二次沉淀池 二次沉淀池的功能要求 1.

57、澄清（固液分离） 2.污泥浓缩（使回流污泥的含水率降低，回 流污泥的体积减少） 二沉池的实际工作情况 （1）二沉池中普遍存在着四个区： 清水区、絮凝区、成层沉降区、压缩区。 两个界面：泥水界面和压缩界面。 （2）混合液进入二沉池以后，立即 被稀释，固体浓度大大降低，形成一个 絮凝区。絮凝区上部是清水区，两者之 间有一泥水界面。 （3）絮凝区后是一个成层沉降区，在此区内，固体浓度基本不变， 沉速也基本不变。絮凝区中絮凝情况的优劣，直接影响成层沉降区中 泥花的形态、大小和沉速。 （4）靠近池底处形成污泥压缩区。 二沉池的实际工作情况 二沉池的澄清能力与混合液进入池后的絮凝情况密切相关，也与二沉池的

58、表 面面积有关。 二沉池的浓缩能力主要与污泥性质及泥斗的容积有关。 对于沉降性能良好的活性污泥，二沉池的泥斗容积可以较小。 基本原理 二次沉淀池的构造和计算 二次沉淀池在构造上要注意以下特点： （1）二次沉淀池的进水部分，应使布水均匀并造成有利于絮凝的条件，使泥花 结大。 （2）二沉池中污泥絮体较轻,容易被出流水挟走,要限制出流堰处的流速,使单位 堰长的出水量不超过10m3/（m h）。 （3）污泥斗的容积，要考虑污泥浓缩的要求。在二沉池内，活性污泥中的溶解 氧只有消耗，没有补充，容易耗尽。缺氧时间过长可能影响活性污泥中微生物的活 力，并可能因反硝化而使污泥上浮，故浓缩时间一般不超过2h。 二

59、次沉淀池的容积计算方法可用下列两个公式反映： 式中：A A澄清区表面积，mm2 2； q qv v废水设计流量，用最大时流量，mm3 3/h/h； u u沉淀效率参数，mm3 3/ /（mm2 2h h）或m/hm/h； V V污泥区容积，mm3 3； r r最大污泥回流比； t t污泥在二次沉淀池中的浓缩时间，h h。 二次沉淀池的构造和计算 trqV u q A v v trqV u q A v v 第九节 活性污泥法系统设计和 运行中的一些重要问题 一一水力负荷水力负荷 二二有机负荷有机负荷 三三微生物浓度微生物浓度 四四曝气时间曝气时间 五五微生物平均停留时间（微生物平均停留时间（MC

60、RTMCRT） 六六氧传递速率氧传递速率 七七回流污泥浓度回流污泥浓度 八八回流污泥率回流污泥率 九九曝气池的构造曝气池的构造 十、十、p pH H和碱度和碱度 十一、十一、溶解氧浓度溶解氧浓度 十二、污泥膨胀及其控制十二、污泥膨胀及其控制 流向污水厂的流 量变化 一、水 力 负 荷 一天内的流量变化 随季节的流量变化 雨水造成的流量变化 泵的选择不当造成的 流量变化 水力负荷的变化影响活性污泥法系统的曝气池和 二次沉淀池。 当流量增大时，污水在曝气池内的停留时间缩短， 影响出水质量，同时影响曝气池的水位。若为机 械表面曝气机，由于水面的变化，它的运行就变 得不稳定。 对二次沉淀池为水力影响。