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1、水污染控制工程,Department of Environmental Science and Engineering, Anhui University of Architecture,水污染控制工程,活性污泥工藝設計(BOD去除),活性污泥,確定工藝: 根據(jù)污水水質和水量和處理要求,確定工藝類型, 工藝流程. 城市污水, BOD/COD值較高, 設計流量較大一般可選活性污泥工藝; 有無脫N除P方面的要求, 若有可選SBR, 氧化溝等具有去除N ，P 功能的工藝; 水質要求, 若以達標排放為目的, 一般經過活性污泥工藝BOD可以去70-85%, 若一次處理不達標,可二級處理, 若以回用為

2、目的,需要深度處理. 確定參數(shù)關鍵。,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,計算各反應器: 曝氣池的形狀, 數(shù)量; 初沉淀池, 二沉淀池,(中間沉淀池, 調節(jié)池, 勻化池, 厭氧池). 計算空氣: 空氣量. 計算回流污泥和剩余污泥: 污泥回流比, 剩余污泥量，污泥處理流程等. 計算高程：構筑物高程和平面布置, 污泥高程. 設備選型: 泵, 鼓風機或機械曝氣設備等.,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,1. 曝氣池設計計算 理論方法和經驗方法的結合, 理論方法所需要的參數(shù)可以經過試驗確定或根據(jù)經驗確

3、定; 經驗方法直接以經驗數(shù)據(jù),無理論依據(jù). (A)有機負荷法 (BOD負荷法, 污泥負荷法) 屬于經驗方法. 污泥負荷：單位時間內單位質量的污泥能夠接受的BOD量; 容積負荷：單位時間內單位體積曝氣池能夠接受的BOD量.,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,按污泥負荷計算： 按容積負荷計算： 按污泥齡計算： Xv-生物反應池內混合液揮發(fā)性懸浮固體平均濃度(gMLVSS/L); c- 設計污泥泥齡(d)；高負荷時為0.2-2.5，中負荷時為5-15，低負荷時為20-30； Kd- 衰減系數(shù),內源代謝系數(shù)(d-1)，20的數(shù)值為0.04-0.0

4、75。,Water Pollution Control Engineering,,,活性污泥,V- 生物反應池的容積(m3); So- 生物反應池進水五日生化需氧量(mg/L);Se- 生物反應池出水五日生化需氧量(mg/L)(當為完全處理時可不計); Q -生物反應池的設計流量(m3/h); Ls-生物反應池的五日生化需氧量污泥負荷kgBOD5/(kgMLSSd);X- 生物反應池內混合液懸浮固體平均濃度(gMLSS/L);Lv- 生物反應池的五日生化需氧量容積負荷(kgBOD5/m3) ; Y- 污泥產率系數(shù)(kgMLVSS/ kgBOD5) . 依據(jù)經驗確定容積負荷率和污泥負荷率。,W

5、ater Pollution Control Engineering,活性污泥,關于污泥負荷率Ns： Monod方程可推導底物比降解速率與底物濃度S(勞麥方程)： r=rmaxS/(KS + S) 如果考慮微生物濃度： - = r max ，- 為有機物降解速率，Xv為微 生物濃度(MLVSS)，當?shù)孜餄舛萐較小時，則： - = XvS = K2XvS ， K2 = r max/KS,Water Pollution Control Engineering,,,,活性污泥,根據(jù)物料平衡,在穩(wěn)態(tài)時： QS0+QRSe-(Q+QR)Se+ V = 0 故：- =

6、 = K2XvS,Water Pollution Control Engineering,,,活性污泥,在完全混合曝氣池內Se=S，故： = K2Se 有機物去除率= (S0-Se)/S0， 則S0= ， f= MLVSS/MLSS=Xv/X，X=Xv/ f ， V=Qt，則t =V/Q 將S0、X和V/Q=t代入下式得：Ls= = = = ,各參數(shù)可(實驗)得到.,Water Pollution Control Engineering,,,活性污泥,(B).勞倫斯麥卡蒂(Lawrence-McCarty)理論: 微生物增長速率： dX/dt

7、=YdS/dt KdX Y為合成系數(shù)， Kd內源代謝系數(shù) 生物固體停留時間：c = VX/(QwXr+(Q-Qw)Xe) Qw剩余污泥排放量；Xr剩余污泥濃度。 穩(wěn)態(tài)下物料平衡： VdX/dt=QX0- QwXr+(Q-Qw)Xe +VYdS/dt KdX =流入 - 排出 + 合成 內源代謝,Water Pollution Control Engineering,根據(jù) 以(S0-Se)/t=dS/dt代入,并除以VX得到： 式左為污泥齡倒數(shù)： 污泥濃度：,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,活性污泥,曝氣池容積V的計算式. Q

8、流量, Y產率系數(shù), S0Se分別表示進水出水BOD濃度, X污泥濃度, 以MLVSS計, Kd內源代謝系數(shù), c污泥齡.,Water Pollution Control Engineering,,活性污泥,(3)麥金尼法: 通過將活性污泥系統(tǒng)中各物質的數(shù)量關系的確定, 并建立有機物濃度, 微生物濃度的關系, 解決計算問題. 污水中各類有機物的的組成和生物可降解性能. 污水中污染物的轉化途徑. 麥法的核心內容: a: 無機物和不可生物降解的有機物在活性污泥處理過程中, 被微生物吸附, 量不變;,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,b: 具體代謝產物

9、的數(shù)量關系：即33%被氧化分解，802/3=54%左右通過內源呼吸降解，13%左右變成了殘物。 從上述結果可以看出，污染物的降解主要是通過靜止期、衰亡期微生物的內源呼吸進行，并非直接的生物氧化(僅33)。,有機 污染物,1/3,2/3,無機物+能,細胞物質,20%,80%,無機物+能,殘留物質,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,c: 由于內源代謝產物不可完全生物降解, 所以可生物降解有機物的COD(即CODB)與完全生化需氧量(BODU,或BODL)并不相同.,Water Pollution Control Engineering,可生物降解 有

10、機物,CODB,,2/3細胞物質,1/3氧化分解,,20%殘留物質,80%內源代謝,BODU=1/3CODB+2/3CODB80%= 0.87CODB 若k1=0.1, 則BOD5= 0.68BODU, 代入得到: BOD5= 0.58CODB,活性污泥,d : 各種形態(tài)的活性污泥細胞的組成基本相同, 可以用C5H9O2.5N 或C5H7O2N表示. C5H9O2.5N + 5.25 O2 = 5CO2 + NH3 + 3H2O 123 168 因而單位微生物的氧當量為168/123=1.37 另外, 單位BOD5能合成1.15單位的氧當量細胞物質 所以: 產率系數(shù)(麥氏活性微生

11、物)=1.15/1.37=0.84,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,e : 底物降解速率以Monod方程: 因為出水的BOD很低,與Ks比可忽略:,Water Pollution Control Engineering,因為曝氣池內濃度均勻,所以代謝速率是均勻的:,若Km=KX/Ks, 則,Km為代謝速率系數(shù), 水溫20, 取15/h,活性污泥,污泥的計算:MLSSMa + Me + Mi + Mii。 根據(jù)物料平衡的關系和有機物的轉化數(shù)量關系,得到:,Water Pollution Control Engineering,Mi

12、o：t小時流入池的Mi,InfMio：入流的Mii,活性污泥,需氧量計算: 需氧速率:,Water Pollution Control Engineering,需氧量 = 需氧速率曝氣池容積.,活性污泥,例題: 城市污水廠進水BOD5=200 mg/L, SS= 200 mg/L, SS中80為VSS, VSS中40%是生物不可降解的. 污水經過初沉淀池后, BOD5可以去除30%, SS可以去除60%, 污水設計最大流量為420 m3/h, 要求處理水的SS為小于20 mg/L, BOD5小于10 mg/L, 計算曝氣池容積和污泥濃度, 以及需氧量.,Water Pollution Cont

13、rol Engineering,活性污泥,曝氣池容積:根據(jù)水力停留時間來確定,先計算進入和流出曝氣池的有機物濃度. S0=200 mg/L 0.7=140 mg/L 先假設出水全部BOD為7, 則溶解性BOD: Se= 7-200.350.8= 1.5 mg/L 代入: t = (140 -1.5)/151.5 6 h 曝氣池容積 = 6h 420 m3/h=2520 m3,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,污泥計算:內源代謝取0.02/h, 污泥齡取120h,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,需氧

14、速率:,Water Pollution Control Engineering,需氧量 = 28.23mg/Lh2520m3 = 71.14 kg/h =1707 kg/d,活性污泥,2. 剩余污泥計算： 剩余污泥P： Pc=VX，根據(jù)計算曝氣池容積公式，代入得 P = 或者微生物增長速率乘以V，剩余污泥： P= VYdS/dt KdX計算， P = YQ(S0-Se)- KdVXv 可得到同樣結果。,Water Pollution Control Engineering,,活性污泥,3. 需要空氣量計算 以有機物完全降解計算。 當耗氧速率常數(shù)為0.1d-1時，根據(jù)公式： BODt

15、 =BODu(1-10-k1t), BODt為t時刻BOD值， BOD5 =0.684BODu 剩余污泥存在的有機物不消耗氧數(shù)值為：1.42P O2 = 1.46Q(S0-Se)-1.42P O2 =Q(S0-Se)1.46-Y/(1+cKd) 計算空氣注意空氣中氧含量、氧利用率和安全因素。,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,例題1.教材p145。 設計流量：Q21600m3/d，沉淀后BOD5為200mg/L，處理后出水總BOD5為20 mg/L，f0.8，回污泥SS10g/L，曝氣池污泥濃度(以MLSS計)3000mg/L, c =10d

16、，產率系數(shù)Y0.6，Kd0.08d-1，出水含生物固體(污泥)濃度為12mg/L, 其中65可生化。,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,(1) 參數(shù)確定(Se) 出水SS中，可生物降解部分： 6512mg/L7.8 mg/L 生物降解SS中的BODu7.8 mg/L1.42=11 mg/L 生物降解SS的BOD511 mg/L0.68=7.5 mg/L 出水的Se為：20-7.5 mg/L12.5 mg/L (設計允許濃度) 注意與下式區(qū)別Se,Water Pollution Control Engineering,,活性污泥,(2) 曝氣池容積

17、: (污泥齡)V 21600 m3d-110d0.6(200-12.5)gm-32400 gm-3 (1+0.0810) 5625 m3 (污泥負荷) V 21600 m3d-1 (200-12.5)gm-3/0.253000 =5400 m3 (3)剩余污泥:P = = 1350kg 剩余污泥:P = YQ(S0-Se)- KdVXV21600 m3d-10.6(200-12.5)gm-30.085625m32400gm-32430kg-1080kg1350 kg,Water Pollution Control Engineering,,活性污泥,排放的剩余污泥(

18、以SS計): P(ss)= P/f = 1350/0.8 = 1688 kg/d 曝氣池內污泥濃度MLVSS: 2400 mg/L;回流污泥濃度VSS: 10g/Lf = 8000 mg/L, 曝氣池污泥濃度X與回流污泥濃度Xr關系: X = r/(1+r) Xr 回流比r = X/(Xr- X)=2400/5600 = 0.43,Water Pollution Control Engineering,,(4)需氧量計算(K1為0.1/d) O21.46 Q(S0Se)1.42Xv 1.4621600m3d1187.5mg/L1.421350 kg/d 5913 kg/d1917 kg/d39

19、96 kg/d(4039),活性污泥,Water Pollution Control Engineering,1.46 含義。 1.42 含義。,活性污泥,(5)需空氣量計算 相關參數(shù)：-0.7; -0.95; 水深6m, 堵塞系數(shù)0.8; 氧利用率18%;擴散器上靜水壓5.8m，擴散器壓力損失4kPa，管路壓力損失5.5kPa，飽和溶解氧濃度9.17mg/L，曝氣池內溶解氧濃度為2 mg/L。 O2為4039kg/d，計算： 實際氧：O2KLa(20) 1.024(T-20) ( (T)-C) FV 標準曝氣的空氣中供氧為OS :OSKLa(20) CSV,Water Pollution C

20、ontrol Engineering,活性污泥,實際有效供氧O2和標準狀態(tài)下供氧OS的比：,Water Pollution Control Engineering,,,活性污泥,Water Pollution Control Engineering,平均飽和溶解氧濃度：,Pd為擴散器出口的壓力，Pa；PdP+9.8103H,H水深。 PdP+9.8103H = 1.013105+ 9.81035.8 =1.58105 Pa 0是氣泡在表面破裂時的氧體積分數(shù)。 0,,EA空氣擴散的氧轉移效率,活性污泥,=4.585(1.560+0.852)=11.06mg/L,Water Pollution C

21、ontrol Engineering,,,活性污泥,7774kg/d 供應空氣中含氧量： SOS/EA=7774kg/d0.18 = 43191 kg/d 供應空氣量GS: GS21%1.331kg/m3 = 43191 kg/d GS=154526 m3/d = 6438 m3/h,Water Pollution Control Engineering,,活性污泥,例題2. 某城市污水，處理規(guī)模50000m3/d，經過初沉池后BOD5 240mg/l，要求出水BOD5為30 mg/l以下。經過實驗研究和查相關設計參數(shù)，確立：合成系數(shù)為0.55mgVSS/mg BOD5，內源代謝系數(shù)

22、為0.058，污泥齡為10d，曝氣池內揮發(fā)污泥濃度為2800mg/l，耗氧速率常數(shù)K1 = 0.1d-1，求曝氣池有效容積、剩余污泥和需要氧氣量。 V= = =13054m3,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,剩余污泥P= = = 3655kg/d 需要氧氣量: O2 = 1.46Q(S0-Se)-1.42P =1.46 50000m3/d 210mg/L-1.42 3655kg/d =15330-5190=10140kg/d,Water Pollution Control Engineerin

23、g,作業(yè),1.某城市污水,流量86000m3/d,原污水BOD5為300 mg/l,經過初沉池后BOD5可以去除25%,要求出水BOD5為30mg/l. 經過實驗研究和查相關設計參數(shù)，確立:合成系數(shù)為0.60mgMLVSS/mgBOD5,內源代謝系數(shù)為0.060,污泥齡為9.0d,曝氣池內污泥濃度為2600mg/l, 以勞倫斯麥卡蒂法求曝氣池有效容積,剩余污泥和需要氧氣量. ( V= ),Water Pollution Control Engineering,作業(yè),2.城市污水設計流量:Q46000m3/d,沉淀后BOD為220mg/L,處理后出水BOD為30mg/L, f0.76,回流污泥SS10g/L,曝氣池污泥濃度3180mg/L,c=10d,產率系數(shù)Y0.53,Kd0.06d-1,勞麥法設計計算活性污泥工藝. 3.城市污水設計數(shù)據(jù)同第1題，若MLVSS為1860mg/l，實驗確定表觀反應速率常數(shù)K2(=q max/Ka)=0.012，分別以污泥負荷法和容積負荷法計算暴氣池有效容積，容積負荷率取0.80kg BOD5/m3d.(Ns= ,).,Water Pollution Control Engineering,,