活性污泥3工藝設(shè)計(jì)計(jì)算課件

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(shè)計(jì)(BOD去除)活性污泥 確定工藝: 根據(jù)污水水質(zhì)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(shè)計(jì)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(zhì)要求, 若以達(dá)標(biāo)排放為目的, 一般經(jīng)過活性污泥工藝BOD可以去70-85%, 若一次處理不達(dá)標(biāo),可二級處理, 若以回用為目的,需要深度

2、處理. 確定參數(shù)關(guān)鍵。Water Pollution Control Engineering活性污泥 計(jì)算各反應(yīng)器: 曝氣池的形狀, 數(shù)量; 初沉淀池, 二沉淀池,(中間沉淀池, 調(diào)節(jié)池, 勻化池, 厭氧池). 計(jì)算空氣: 空氣量. 計(jì)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(jì)算高程：構(gòu)筑物高程和平面布置, 污泥高程. 設(shè)備選型: 泵, 鼓風(fēng)機(jī)或機(jī)械曝氣設(shè)備等. Water Pollution Control Engineering活性污泥 1. 曝氣池設(shè)計(jì)計(jì)算 理論方法和經(jīng)驗(yàn)方法的結(jié)合, 理論方法所需要的參數(shù)可以經(jīng)過試驗(yàn)確定或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定; 經(jīng)驗(yàn)方法直接以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3、,無理論依據(jù). (A)有機(jī)負(fù)荷法 (BOD負(fù)荷法, 污泥負(fù)荷法) 屬于經(jīng)驗(yàn)方法. 污泥負(fù)荷：單位時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量的污泥能夠接受的BOD量; 容積負(fù)荷：單位時(shí)間內(nèi)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(fù)荷計(jì)算： 按容積負(fù)荷計(jì)算： 按污泥齡計(jì)算： Xv-生物反應(yīng)池內(nèi)混合液揮發(fā)性懸浮固體平均濃度(gMLVSS/L);c- 設(shè)計(jì)污泥泥齡(d)；高負(fù)荷時(shí)為0.2-2.5，中負(fù)荷時(shí)為5-15，低負(fù)荷時(shí)為20-30；Kd- 衰減系數(shù),內(nèi)源代謝系數(shù)(d-1)，20的數(shù)值為0.04-0.075。Water Pollution Con

4、trol Engineering活性污泥 V- 生物反應(yīng)池的容積(m3);So- 生物反應(yīng)池進(jìn)水五日生化需氧量(mg/L);Se- 生物反應(yīng)池出水五日生化需氧量(mg/L)(當(dāng)為完全處理時(shí)可不計(jì)); Q -生物反應(yīng)池的設(shè)計(jì)流量(m3/h);Ls-生物反應(yīng)池的五日生化需氧量污泥負(fù)荷kgBOD5/(kgMLSSd);X- 生物反應(yīng)池內(nèi)混合液懸浮固體平均濃度(gMLSS/L);Lv- 生物反應(yīng)池的五日生化需氧量容積負(fù)荷(kgBOD5/m3) ; Y- 污泥產(chǎn)率系數(shù)(kgMLVSS/ kgBOD5) . 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定容積負(fù)荷率和污泥負(fù)荷率。 Water Pollution Control Engine

5、ering活性污泥 關(guān)于污泥負(fù)荷率Ns：Monod方程可推導(dǎo)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(jī)物降解速率，Xv為微生物濃度(MLVSS)，當(dāng)?shù)孜餄舛萐較小時(shí)，則：- = XvS = K2XvS ， K2 = r max/KSWater Pollution Control Engineering活性污泥根據(jù)物料平衡,在穩(wěn)態(tài)時(shí)：QS0+QRSe-(Q+QR)Se+ V = 0故：- = = K2XvSWater Pollution Control Engineering活性污泥在完全混合曝氣池內(nèi)Se=S，故

6、： = K2Se 有機(jī)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(shí)驗(yàn))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=YdS/dt KdXY為合成系數(shù)， Kd內(nèi)源代謝系數(shù)生物固體停留時(shí)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- QwX

7、r+(Q-Qw)Xe +VYdS/dt KdX =流入 - 排出 + 合成 內(nèi)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(jì)算式. Q流量, Y產(chǎn)率系數(shù), S0Se分別表示進(jìn)水出水BOD濃度, X污泥濃度, 以MLVSS計(jì), Kd內(nèi)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(zhì)

8、的數(shù)量關(guān)系的確定, 并建立有機(jī)物濃度, 微生物濃度的關(guān)系, 解決計(jì)算問題.污水中各類有機(jī)物的的組成和生物可降解性能.污水中污染物的轉(zhuǎn)化途徑.麥法的核心內(nèi)容:a: 無機(jī)物和不可生物降解的有機(jī)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(chǎn)物的數(shù)量關(guān)系：即33%被氧化分解，802/3=54%左右通過內(nèi)源呼吸降解，13%左右變成了殘物。從上述結(jié)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(nèi)源呼吸進(jìn)行，并非直接的生物氧化(僅33)。有機(jī)污染物1/32/3無機(jī)物+能細(xì)胞物質(zhì)20%80%無機(jī)物+能

9、殘留物質(zhì)Water Pollution Control Engineering活性污泥 c: 由于內(nèi)源代謝產(chǎn)物不可完全生物降解, 所以可生物降解有機(jī)物的COD(即CODB)與完全生化需氧量(BODU,或BODL)并不相同.Water Pollution Control Engineering可生物降解有機(jī)物,CODB2/3細(xì)胞物質(zhì)1/3氧化分解20%殘留物質(zhì)80%內(nèi)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(xì)胞的組成基本相同, 可以用C5H

10、9O2.5N 或C5H7O2N表示. C5H9O2.5N + 5.25 O2 = 5CO2 + NH3 + 3H2O 123 168 因而單位微生物的氧當(dāng)量為168/123=1.37 另外, 單位BOD5能合成1.15單位的氧當(dāng)量細(xì)胞物質(zhì) 所以: 產(chǎn)率系數(shù)(麥?zhǔn)匣钚晕⑸?=1.15/1.37=0.84Water Pollution Control Engineering活性污泥e : 底物降解速率以Monod方程: 因?yàn)槌鏊腂OD很低,與Ks比可忽略: Water Pollution Control Engineering因?yàn)槠貧獬貎?nèi)濃度均勻,所以代謝速率是均勻的:若Km=KX/Ks, 則

11、Km為代謝速率系數(shù), 水溫20, 取15/h活性污泥污泥的計(jì)算:MLSSMa + Me + Mi + Mii。根據(jù)物料平衡的關(guān)系和有機(jī)物的轉(zhuǎn)化數(shù)量關(guān)系,得到: Water Pollution Control EngineeringMio：t小時(shí)流入池的MiInfMio：入流的Mii活性污泥需氧量計(jì)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(jìn)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(jīng)過初沉淀池后, BOD5可以去除30

12、%, SS可以去除60%, 污水設(shè)計(jì)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(jì)算曝氣池容積和污泥濃度, 以及需氧量.Water Pollution Control Engineering活性污泥曝氣池容積:根據(jù)水力停留時(shí)間來確定,先計(jì)算進(jìn)入和流出曝氣池的有機(jī)物濃度.S0=200 mg/L 0.7=140 mg/L先假設(shè)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 m3Water Pollu

13、tion Control Engineering活性污泥污泥計(jì)算:內(nèi)源代謝取0.02/h, 污泥齡取120hWater Pollution Control Engineering活性污泥需氧速率: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(jì)算：剩余污泥P： Pc=VX，根據(jù)計(jì)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(jì)算，P = YQ(S0-Se)- KdVXv可得到同樣結(jié)果。 Water Poll

14、ution Control Engineering活性污泥 3. 需要空氣量計(jì)算以有機(jī)物完全降解計(jì)算。當(dāng)耗氧速率常數(shù)為0.1d-1時(shí)，根據(jù)公式：BODt =BODu(1-10-k1t), BODt為t時(shí)刻BOD值，BOD5 =0.684BODu剩余污泥存在的有機(jī)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(jì)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(shè)計(jì)流量：Q21600m3/d，沉淀后BOD5為200mg

15、/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(jì))3000mg/L, c =10d，產(chǎn)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(shè)計(jì)允許濃度

16、)注意與下式區(qū)別SeWater Pollution Control Engineering活性污泥 (2) 曝氣池容積:(污泥齡)V 21600 m3d-110d0.6(200-12.5)gm-32400 gm-3 (1+0.0810) 5625 m3(污泥負(fù)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 kgWater Poll

17、ution Control Engineering活性污泥排放的剩余污泥(以SS計(jì)): P(ss)= P/f = 1350/0.8 = 1688 kg/d曝氣池內(nèi)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(guān)系:X = r/(1+r) Xr回流比r = X/(Xr- X)=2400/5600 = 0.43Water Pollution Control Engineering(4)需氧量計(jì)算(K1為0.1/d)O21.46 Q(S0Se)1.42Xv1.4621600m3d1187.5mg/L1.421

18、350 kg/d5913 kg/d1917 kg/d3996 kg/d(4039)活性污泥Water Pollution Control Engineering1.46 含義。1.42 含義?；钚晕勰?(5)需空氣量計(jì)算相關(guān)參數(shù)：-0.7; -0.95; 水深6m, 堵塞系數(shù)0.8; 氧利用率18%;擴(kuò)散器上靜水壓5.8m，擴(kuò)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(nèi)溶解氧濃度為2 mg/L。O2為4039kg/d，計(jì)算：實(shí)際氧：O2KLa(20) 1.024(T-20) ( (T)-C) FV標(biāo)準(zhǔn)曝氣的空氣中供氧為OS :OSKLa(20) CS

19、VWater Pollution Control Engineering活性污泥實(shí)際有效供氧O2和標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)散器出口的壓力，Pa；PdP+9.8103H,H水深。 PdP+9.8103H = 1.013105+ 9.81035.8 =1.58105 Pa0是氣泡在表面破裂時(shí)的氧體積分?jǐn)?shù)。0EA空氣擴(kuò)散的氧轉(zhuǎn)移效率活性污泥=4.585(1.560+0.852)=11.06mg/LWater Pollution

20、 Control Engineering活性污泥7774kg/d 供應(yīng)空氣中含氧量： SOS/EA=7774kg/d0.18 = 43191 kg/d 供應(yīng)空氣量GS: GS21%1.331kg/m3 = 43191 kg/d GS=154526 m3/d = 6438 m3/hWater Pollution Control Engineering活性污泥 例題2. 某城市污水，處理規(guī)模50000m3/d，經(jīng)過初沉池后BOD5 240mg/l，要求出水BOD5為30 mg/l以下。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究和查相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，確立：合成系數(shù)為0.55mgVSS/mg BOD5，內(nèi)源代謝系數(shù)為0.058，污泥齡為10d，曝氣池內(nèi)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= = =13054m3Water Pollution