第五章+活性污泥法(2)

1、5-6 活性污泥法系统设计 和运行中的问题探讨,5-6-1 活性污泥处理系统的投产与活性污泥的培养驯化,1. 验收 清水试运行，脱氧清水曝气设备性能测定等。 2. 活性污泥的培养与驯化 （1）菌种来源及培养方法 （2）处理对象 生活污水 可直接培养 工业废水 需接种，驯化时需逐渐增加工业废水的比重， 可按设计流量的10%-20%递增。,5-6-1 活性污泥处理系统的投产与活性污泥的培养驯化,2. 活性污泥的培养与驯化,（3）培养驯化方法 异步培驯法 先培养后驯化 同步培驯法 培养和驯化同时进行或交替进行 接种培驯法 利于其他污水处理厂的污泥，再进行适当培驯,3. 试运行,目的：确定最佳的运行条

2、件 MLSS、曝气量、营养比调节、F/M控制范围、溶解氧等,1. 反映处理效果的项目：进出水总的和溶解性的BOD、COD，进出水总的和挥发性的SS，进出水的有毒物质（对应工业废水） 2. 反映污泥情况的项目：污泥沉降比（SV%）、MLSS、MLVSS、SVI、溶解氧、微生物学观察等 3. 反映污泥营养和环境条件的项目：氮、磷、pH、水温等。 思考：若进水BOD:N:P=100：5：1，则初沉池出水， BOD:N:P=100:20:2.5 (为什么？）,5-6-2 活性污泥处理系统运行效果的检测,1. 污泥膨胀 2. 污泥解体 3. 污泥腐化 4. 污泥上浮 5. 泡沫问题,5-6-3 活性污泥

3、处理系统运行中的异常情况,5-7 活性污泥法的设计计算,5-7-1 概述 5-7-2 曝气池（区）容积的计算 5-7-3 曝气系统与空气扩散装置的计算与设计 设计举例,1工艺设计内容 1）工艺流程选择 2） V曝气池、曝气池工艺尺寸 3）需氧量、供气量的计算及曝气系统设计 4）回流污泥量（RQ）剩余污泥排放量QW与回流污泥系统的设计 5）二沉池的设计计算 2原始资料与数据 1） 曝气时间t6h，曝气池设计流量为Q平均日 2） 曝气时间t2h左右，曝气池设计流量为最大时流量 3） 曝气时间t36h，曝气池设计流量为最大日流量 3应确定的主要参数 1） Ns MLSS（MLVSS） R SVI S

4、V 2）Y Kd a b 4处理工艺流程的确定,5-7-1 概 述,5-7-2 曝气池（区）容积的计算,1Ns的确定 （1）完全混合式曝气池,（4-12）,（4-41）,式中：K20.01680.0281 工业废水K2值见表4-17 对于城市污水： Ns0.30.5（kgBOD5/kgMLSSd） 则90，SVI80150,（4-95）,（2）推流式曝气池,城市污水可按经验计算式计算,根据Ns值，复核SVI值，生活污水按图4-7复核，工业废水按图4-85复核 如果要求进入硝化阶段，则应使c3日,（4-96）,2X的确定 X高，V小，但X不能太高，应考虑以下三个因素： （1）供氧的经济性与可能性

5、 X太高，粘滞性，O2的扩散阻力增大，扩散器的动力费用,X太高，需氧量太大，若扩散器的供氧活性污泥的需氧，满足不了活性污泥对氧的需要。对空气曝气而言，要求供氧量太大则为不可能。 X太高，即不经济也不可能,不经济,（2）活性污泥的凝聚沉淀性能 XXr，而Xr与活性污泥的沉淀性能、浓缩时间有关。, Xr与SVI成反比，当SVI100左右， 则Xr在800012000mg/L之间。,（3）二沉池与污泥回流设备的造价 X太高，二沉池负荷大，二沉池造价高 X太高，RQ回流污泥量大，回流污泥设备的造价与动力费用,X的计算 1） 进入二沉池的污泥量应等于从二沉池流出的污泥量：,(1+R)Q X, Se,Q

6、- Qw Xe, Se,Q S0 X0=0,RQ, Xr, Se,物料衡算范围,完全混合连续流系统物料衡算图,Qw，Xr,剩余污泥,2） 按式计算出X 在考虑上述三个因素的基础上，参考表4-18，确定X,1活性污泥需氧量（RO2）与曝气设备供气量（Gs）的计算 （1）需氧量计算 1） 日平均需氧量,2） 最大时需氧量（O2）max,3）硝化需氧量计算,5-7-3 曝气系统与空气扩散装置的计算与设计,在硝化反应过程中，将1g氨氮氧化为硝酸盐需要4.57g氧(其中亚硝化反应需耗氧3.43g，硝化反应需耗氧l.14g)，同时约需耗7.14g重碳酸盐碱度(以CaCO3计)，以平衡硝化产生的酸度。,（2

7、）供气量（Gs）计算 1） 计算Csb,5-7-3 曝气系统与空气扩散装置的计算与设计,2）求曝气设备在标准条件下脱氧清水中的供氧量R0 日平均供氧量R0,最大时供氧量（R0）max,3）求曝气设备供气量Gs 平均时供气量,（m3/h）,最大时供气量（Gs）max,（m3/h）,2鼓风曝气系统的计算与设计,空气扩散装置（曝气器）,（1）空气扩散装置（曝气器）的选定与布置 要求EA、EP（充氧动力效率）较高，且不易堵塞 （2）空气管道系统的计算与设计 1）经济流速： 主干管、干管：1015 m/s 竖管、支管：45 m/s 然后根据Q、v 查附录2求出对应的管径 2）阻力损失计算,kPa（1.5

8、mH2O柱）,4.9 kpa （4.99.8）kPa,式中：h1沿程阻力损失，查附录3求出 h2局部阻力损失，换算成当量长度l0来计算,接入曝气池的管道应高出池水面0.5m，以免产生回水现象。,K是长度换算系数表（4-23）,（4-102）,3）空压机所需压力H,估算空压机所需压力P =,1.5mH2O柱,4）鼓风机的选择,同型号：3台 备用1台 4台 备用2台,3. 机械曝气装置的设计 （1）选择叶轮型式 （2）确定叶轮直径与轴功率,（3）其它要求,4. 污泥回流系统的设计与剩余污泥处置 （1）污泥回流系统的设计 1）回流污泥量的计算（QR）,SVI、X、Xr三者之间关系 SVI会在一定范围

9、内变化，要维持一定的X，则R就应加以调整变化 同时X也需要根据进水负荷的变化而加以调整，为调整X也需要调整R,设计应按Rmax设计。,2）污泥提升设备的选择与设计 污泥泵（轴流泵） 效率高、运行稳定，不会破坏活性污泥絮体。设回流污泥泵 站，适用于大、中型污水厂, 空气提升器 设在二沉池排泥井或曝气池进口处的回流井内。 一座污泥回流井只设一台空气提升器，并只接受一座二沉池污泥 斗来的污泥。 升液筒在井内的最小淹没水深h1 （mm）,式中：n密度系数，一般为22.5 h2需提升的高度, 空气用量Qu（35）Qmax提升污泥量，空气压力h1+3kPa 查设计手册,（4-107）,，即h1h2, 螺旋

10、泵,（4-109）,式中：D螺旋泵的外缘直径（m） 工作转速Vg,安装倾角：3038 泵体外缘与导槽内壁之间的间隙,优点与缺点： 效率高，节省能耗 不堵塞，维护管理方便 转速较慢，不会打碎活性污泥絮体 无其它附属设备，直接设在曝气池与二沉池之间，应用广泛 缺点是占地较大,（4-111）,附录9,（2） 剩余污泥及其处置 1) 剩余污泥,（4-21）,（4-112）,（4-113）,2) 剩余污泥处置 将含水率为99的剩余污泥送入浓缩池浓缩,（9697）含水率的污泥再与初沉池污泥一起去进行厌氧消化 将含水率为99的剩余污泥初沉池，起生物絮凝作用，提高初沉池去除效果。但是增大了初沉池负荷，提高了进

11、入曝气池的BOD浓度，增加了曝气池负荷 剩余污泥（99）浓缩与初沉池污泥相混合，并投加混凝剂后采用机械脱水。 5. 二沉池,（2）特点 1) 同时具有泥水分离和污泥浓缩的二种功能，要求池表面积A较大 2) 进入的混合液污泥浓度高，且具有絮凝性，属于成层沉淀 3) 因为活性污泥质轻，出流堰负荷比初沉池小，为1.7L/ms， 初沉池为2.9 L/ms,（1）,同时,5mm/s 7mm/s,4) 静水压力排泥的静水头0.9mH2O柱,（3）,1) 沉淀池表面积A,式中：u成层沉淀之沉速，mm/s,2) 澄清区水深H1,式中：t水力停留时间（h），一般为11.5h,表4-25,3) 污泥区容积V,设计

12、二沉池贮泥时间为2h,曝气沉淀池各部分尺寸的确定 （1）池体 受搅拌器的限制： 1） D20m，受充氧能力和搅拌能力的限制，D不能过大 2） H水深5m，太深，搅拌不好，池底易积泥 结构尺寸的要求： 3） h3（沉淀区水深）12m，过小就会影响上升水流的稳定 4） 曝气筒保护高度h2 = 0.81.20m 5） 曝气筒直壁段高度h2导流区高度h1 且（h2h1）0.414B（B为导流区宽度） 6）池底斜壁与水平呈45。,V3,（2）回流窗,回流窗总长度为曝气筒周长的30左右，其调节高度为50150mm （3）导流区,（4） 确定回流缝的宽度b，b一般取值为150300mm，顺流圈长度L0.40

13、.6m。 由回流缝流速V42040mm/s校核，该结构形式为防止曝气区混合液和气泡窜入污泥回流区，干扰沉淀；同时要使回流污泥顺利回流入曝气区。,（5）结构容积系数为（35）, 回流缝设计： 先确定回流缝的宽度b（150300mm） 确定顺流圈长度L0.40.6m 校核回流缝内污水的流速V4（2040mm/s）,则,例题4-3：已知Q=30000m3/d，Kh=1.4，S0=225mg/L，Se=25mg/L，一级处理的BOD5=25% 要求： 计算确定曝气池工艺尺寸 计算设计鼓风曝气系统, 设计举例,解： 一、曝气池各主要部位尺寸的计算与确定 1处理程度的确定 1进入曝气池污水,mg/L,mg

14、/L,处理水：BOD5（总） Se + BOD5 = Se + 7.1bXaCe 溶解性 非溶解性 ,25mg/L 18.6 mg/L+ 6.4 mg/L,2出水中非溶解性BOD5=7.1bXaSe,3,4,2运行方式 以传统活性污泥法为基础，按阶段曝气活性污泥法和再生曝气活性污泥法运行 集中从池首进水 沿曝气池多点进水 沿曝气池某点进水 和回流污泥 从池首回流污泥 从池首回流污泥,3曝气池计算与设计 1Ns的确定 由下式计算,2确定X 由Ns查图4-7得出SVI值为100120，取120，并取R50，计算X,取整X3300 mg/L,3确定曝气池容积V,4确定曝气池各部位尺寸,取超高0.5m

15、，池总高水深+超高4.2+0.54.7m 具体布置见图4-38,二、曝气系统的计算与设计 1平均需氧量O2,2最大时需氧量(O2)max,每日去除的BOD5值：,去除每千克BOD5的需氧量O2,3供气量Gs 确定用网状膜中微孔空气扩散器，其EA12，距池底0.2m，淹没水深4.0m，查附录一得出：Cs（20）9.17 mg/L，Cs（30）7.63 mg/L，设计水温定为30（以最不利温度设计）。, 平均供气量Gs, 最大时供气量(Gs)max, 去除每千克BOD5的供气量为：, 每m3污水供气量为：, 提升污泥的空气量：, 总需气量GsT8418+375012168m3/h,4空气管路计算

16、空气管的布置,曝气池面积F27451215m2, 选择最远最长的管路作为计算管路，列空气管路计算表进行 计算，得出管道系统的总压力损失：, 网状膜扩散器的压力损失为 5.88 kPa，设计取9.8 kPa,5空气机的选择 所需压力P（4.2-0.2+1）9.849 kPa 空气流量：最大时：8418+375012168m3/h202.8m3/min 平均时：6946+375010696m3/h178.3m3/min 选LG60，5台，P50KPa，Q60 m3/min。3用2备；4用1备,自学例题【4-4】P191,5-8 曝气系统与空气扩散装置,1曝气系统 （1）两种曝气方式： 鼓风曝气：空

17、气加压设备（鼓风机）管道系统扩散装置（曝气器） 机械曝气：曝气叶轮 曝气转刷,两种曝气方式示意图,机械曝气式,（2） 曝气器的作用,（3） 曝气器的主要指标 1） 动力效率EP：（kgO2/kWh） 2） 氧利用效率EA（氧转移效率）,3）充氧能力EL：（kgO2/h） 对鼓风曝气性能以EP、EA来评定 对机械曝气性能以EP、EL来评定。无法用EA来评定,充氧,搅拌混合,2鼓风曝气空气扩散装置（曝气器）,新型高效曝气器,鼓风曝气系统的空气扩散装置主要分为：微气泡、中气泡、大气泡、水力剪切、水力冲击及空气升液等类型。,1）微气泡空气扩散装置（EA10，气泡直径1.5mm）,(1),3003003

18、5（mm）,（714） 1.82.5,(2) 扩散管：组成扩散管组,（1013） 2.0,60100mm；L500600mm；8-12根管组装成一个管组。,(3) 固定式平板型微孔空气扩散器 图 （2025） 46,(4) 固定式钟罩型微孔空气扩散器 图 （2025） 46,EA EP（kgO2/kWh）,上述微孔空气扩散器多采用如陶瓷等刚性材料制造，氧利用率和动力效率较高，但具有易被堵塞，空气需要净化等缺点。,(5) 膜片式微孔空气扩散器 图 （2738）,(7) 曝气软管 （25.332.5） 4.58.6,(6) 摇臂式微孔空气扩散器（图4-53）（1830）,EA EP（kgO2/kW

19、h）,2）中气泡空气扩散装置（气泡直径1.53.0mm）,(2) WM180型网状膜空气扩散装置 图4-55 （1215） 2.73.7,(1) 穿孔管（单管，双管，栅状） （46） 1.0,EA EP（kgO2/kWh）,3）水力剪切式空气扩散装置 EA EP（kgO2/kWh） (1) 倒盆式空气扩散装置 图4-56 （6.58.8） 1.752.88 (2) 固定螺旋空气扩散装置 图4-57 10 2 (3) 金山型空气扩散装置 图4-60 8 EL0.41（kgO2/h）,4）水力冲击式空气扩散装置 (1) 密集多喷嘴空气扩散装置 图4-61 (2) 射流式空气扩散装置 20 图4-6

20、2,5）水下空气扩散装置：充氧、搅拌 (1) 上流式水下空气扩散装置： 图4-63 (2) 下流式水下空气扩散装置： 图4-64,3机械曝气装置 三项作用： 曝气器转动，污水不断地以水幕状由曝气器周边抛向四周，形成水跃，液面剧烈搅动，卷入空气； 曝气器转动，具有提升液体的作用，使混合液连续地上、下循环流动，气、液接触界面不断更新； 曝气器转动，其后侧形成负压区，能吸入部分空气。 1）竖轴式机械曝气装置 (1) 泵型叶轮曝气器 图4-66、4-67 (2) K型叶轮曝气器 图 4-68 (3) 倒伞型叶轮曝气器 图4-69 (4) 平板型叶轮曝气器 图4-70 2）卧轴式机械曝气装置 曝气转刷

21、图4-72,曝气转刷,高效机械曝气器,作 业 题,某污水处理厂处理规模25000m3/d，经预处理沉淀后BOD5为200mg/L，希望经过生物处理后的出水BOD5小于20mg/L,进水氨氮浓度为50mg/L、出水氨氮浓度10mg/L 。该地区大气压为1.013105Pa，要求选择一种活性污泥法进行设计。 （1）计算、确定曝气池主要部位尺寸 （2）计算、设计鼓风曝气系统（附简图） 已知参数：f=MLVSS/MLSS=0.8；回流污泥悬浮固体浓度取10000mg/L；曝气池中MLSS取3000mg/L；污泥龄取10d。,思考题,1. 根据微生物的集聚状态生化处理可分为哪两类？污水的好氧生物处理法由此可分为哪两类典型处理工艺？ 2.如何根据活性污泥的形态和微生物种类判断活性污泥法的运行是否良好？ 。 3. 微生物的生长分为哪四个阶段？各有什么特点？ 4. 简述活性污泥法的净化过程。 5. 活性污泥法的主要影响因素有哪些？适宜范围分别是多少？ 6. 混合液悬浮固体浓度、混合液挥发性悬浮固体浓度、污泥沉降比、污泥容积指数、污泥龄、BOD污泥负荷与BOD容积负荷的含义是什么？并写出各指标的单位。 7. 掌握有机污染物降解的需氧量和脱氮需氧量的计