注冊(cè)環(huán)保工程師課件

廢水生物處理系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型3.1概述3.2活性污泥系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型3.3活性污泥系統(tǒng)模擬軟件的編寫(xiě)3.4活性污泥系統(tǒng)模擬軟件的應(yīng)用3.1概述3.1.1廢水處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介3.1.2

活性污泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理3.1.3

活性污泥系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀和意義圖3-1廢水處理工藝3.1.1廢水處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介格柵沉砂一沉池消毒低效處理穩(wěn)定塘曝氣塘高效處理活性污泥生物濾池生物轉(zhuǎn)盤(pán)二沉池消毒三級(jí)處理二級(jí)處理一級(jí)處理預(yù)處理溶解性固體反滲透電解蒸餾有機(jī)物活性炭吸附懸浮物化學(xué)絮凝過(guò)濾除磷化學(xué)沉淀脫氮硝化-反硝化離子交換折點(diǎn)氯化吹脫OVERLAND污泥處理生物處理濃縮、消化脫水、過(guò)濾離心、干化非生物處理濃縮、調(diào)理脫水、過(guò)濾離心、焚燒進(jìn)水出水出水出水污泥處置消毒混合液內(nèi)回流曝氣池

缺氧

好氧二沉池污泥回流厭氧缺氧好氧污泥回流混合液內(nèi)回流曝氣池二沉池圖3-2A/O法工藝圖3-3A/A/O法工藝回流污泥剩余污泥進(jìn)水曝氣刷氧化溝二沉池

進(jìn)水反應(yīng)沉淀排水

排泥12345進(jìn)水圖3-4氧化溝工藝圖3-5SBR工藝Fw=0.2～0.4kgBOD/(kgMLSS·d)Fr=0.4～0.9kgBOD/(m3池容·d)污泥負(fù)荷法：泥齡法：

Y=0.4～0.8（20℃，有初沉池）；

Kd=0.04～0.075(20℃)；

3.1.2活性污泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)和管理數(shù)學(xué)模型法：3.1.3活性污泥系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀和意義現(xiàn)狀及發(fā)展1986年IAWQ（InternationalAssociationonWaterQuality）組織南非、丹麥、美國(guó)、瑞士、日本五國(guó)專家，經(jīng)3年研究，推出去除污水中碳和氮的活性污泥1號(hào)模型（ActivatedSludgeModelN0.1，ASM1）。1995年推出ASM2和ASM2d，增加了生物除磷過(guò)程。1999年推出了ASM3。意義優(yōu)化設(shè)計(jì)污水廠運(yùn)行和管理新工藝開(kāi)發(fā)科研和教學(xué)3.2活性污泥系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型3.2.1ASM13.2.2ASM2、ASM2d、ASM33.2.3二沉池模型3.2.4活性污泥系統(tǒng)綜合模型3.2.1ASM1ASM1采用了Dold等人1980年提出的死亡—再生（Death-regeneration）理論對(duì)單級(jí)活性污泥系統(tǒng)的碳氧化、硝化和反硝化三種主要生物學(xué)過(guò)程中的相關(guān)速率進(jìn)行了定量描述。它采用了矩陣結(jié)構(gòu)的表達(dá)方式，將污水中的組分依據(jù)生物反應(yīng)特性劃分為13項(xiàng)，并將微生物的增長(zhǎng)、衰減及水解等過(guò)程從呼吸過(guò)程中電子受體的角度劃分為8個(gè)過(guò)程，對(duì)每一個(gè)過(guò)程的速率描述采用雙重Monod模式。這種矩陣表達(dá)方式，使得模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速率表達(dá)清晰，化學(xué)計(jì)量關(guān)系準(zhǔn)確。目前歐美各國(guó)廣泛使用的活性污泥各種設(shè)計(jì)及模擬軟件均以此模型作為基礎(chǔ)。

圖3-6微生物反應(yīng)過(guò)程機(jī)理底物微生物代謝殘余物O2CO2+H2OO2CO2+H2O生長(zhǎng)衰減C：內(nèi)源呼吸理論A：維持理論底物存活細(xì)胞非存活細(xì)胞生長(zhǎng)O2CO2+H2O酶反應(yīng)代謝殘余物衰亡O2CO2+H2O？O2CO2+H2O代謝殘余物微生物不溶底物不溶貯存物貯存物質(zhì)水解死亡生長(zhǎng)O2CO2+H2OB：死亡—再生理論工藝過(guò)程↓ji觀察到的轉(zhuǎn)換速率（ML-3T-1)-11網(wǎng)捕性有機(jī)氮的水解8-11網(wǎng)捕性有機(jī)物的水解7-11可溶性有機(jī)氮的氨化6fP-1自養(yǎng)菌的衰減5fP-1異養(yǎng)菌的衰減41自養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)3-iXB1異養(yǎng)菌的缺氧生長(zhǎng)2-iXB1異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)1工藝過(guò)程速率ρj(ML-3T-1)13SO12SALK11XND10SND9SNH8SNO7XP6XB.A5XB.H4XS3XI2SS1SI組分→化學(xué)計(jì)量參數(shù)：異養(yǎng)菌的產(chǎn)率系數(shù):YH自養(yǎng)菌的產(chǎn)率系數(shù):YA微生物衰減的顆粒態(tài)產(chǎn)物比例系數(shù):fP

N在生物量COD中的比例:iXB衰減的顆粒態(tài)產(chǎn)物中的N/C（COD）:iXP

動(dòng)力學(xué)參數(shù)：異養(yǎng)菌的生長(zhǎng)與衰減：μHKSKO.HKNObH自養(yǎng)菌的生長(zhǎng)與衰減：μAKNHKO.AbA異養(yǎng)菌缺氧生長(zhǎng)的校正因子：ηg氨化作用：ka水解作用：khKX缺氧水解的校正因子：ηh

堿度[摩爾單位]（HCO3-）

顆粒態(tài)可生物降解有機(jī)氮[M（N）L-3]溶解態(tài)可生物降解有機(jī)氮[M（N）L-3]

氨氮[M（N）L-3]（NH4+—N+NH3—N）

硝酸鹽與亞硝酸鹽氮[M（N）L-3]（NO3-—N+NO2-—N）

氧[M（COD）L-3]微生物衰減的顆粒態(tài)產(chǎn)物[M（COD）L-3]自養(yǎng)菌生物量[M（COD）L-3]

異養(yǎng)菌生物量[M（COD）L-3]慢速可生物降解基質(zhì)[M（COD）L-3]

顆粒態(tài)惰性有機(jī)物[M（COD）L-3]

快速生物降解基質(zhì)[M（COD）L-3]

溶解態(tài)惰性有機(jī)物[M（COD）L-3]

表3-1ASM1模型速率表達(dá)式矩陣表3.2.1ASM13.2.1.1模型的假設(shè)、限制與約束條件3.2.1.2生物學(xué)工藝過(guò)程3.2.1.3過(guò)程參數(shù)（組分）3.2.1.4典型參數(shù)3.2.1.5過(guò)程速率表達(dá)式3.2.1.6組分速率的表達(dá)式3.2.1.1模型的假設(shè)、限制與約束條件

（1）所有生物反應(yīng)均在恒定溫度下進(jìn)行。由于大多數(shù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)都與溫度有關(guān)，其相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系符合Arrenvunis方程。（2）pH值恒定并維持在中性狀態(tài)。（3）速率系數(shù)與入流組分和負(fù)荷變化無(wú)關(guān)。（4）氮、磷和其它無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物的水平對(duì)微生物的增長(zhǎng)和反應(yīng)沒(méi)有影響。（5）反硝化的校正因數(shù)ηg和ηh對(duì)給定污水為恒定值。（6）硝化速率系數(shù)恒定。（7）異養(yǎng)生物量為均一的并不隨時(shí)間發(fā)生種屬上的變化，這一假設(shè)與動(dòng)力學(xué)系數(shù)恒定的假設(shè)在本質(zhì)是一致的，即基質(zhì)濃度梯度、反應(yīng)器構(gòu)造等對(duì)活性污泥沉降性能沒(méi)有影響。（8）顆粒態(tài)有機(jī)物質(zhì)的生物網(wǎng)捕瞬間完成。

（9）有機(jī)物質(zhì)與有機(jī)氮的水解以相同的速率同時(shí)發(fā)生。

（10）微生物的衰減與電子受體的形式無(wú)關(guān)。

異養(yǎng)菌的好氧增長(zhǎng)異養(yǎng)菌的缺氧增長(zhǎng)自養(yǎng)菌的好氧增長(zhǎng)異養(yǎng)菌的衰減自養(yǎng)菌的衰減可溶性有機(jī)氮的氨化網(wǎng)捕有機(jī)物的水解網(wǎng)捕有機(jī)氮的水解微生物增長(zhǎng)微生物衰減氨化水解3.2.1.2生物學(xué)工藝過(guò)程3.2.1.3過(guò)程參數(shù)（組分）COD：N：其它：SNH

氨態(tài)氮（NH3-N）；SNO

硝態(tài)氮（NO2-N+NO3-N）SND

溶解態(tài)可生物降解有機(jī)氮XND

顆粒態(tài)可生物降解有機(jī)氮

SI

溶解態(tài)惰性有機(jī)物質(zhì)SS

快速生物降解有機(jī)物XI

顆粒態(tài)惰性有機(jī)物XS

顆粒態(tài)慢速生物降解基質(zhì)XB，H

異養(yǎng)微生物量

XB，A

自養(yǎng)微生物量

XP

由微生物衰減而產(chǎn)生的顆粒態(tài)產(chǎn)物

氧ＳＯ

堿度ＳＡＬＫ符號(hào)

名

稱

單

位

10℃值

20℃值

YA

自養(yǎng)菌產(chǎn)率

g細(xì)胞COD/gN氧化

0.24

0.24

YH

異養(yǎng)菌產(chǎn)率

g細(xì)胞COD/gCOD氧化

0.67

0.67

fp

生物量中可轉(zhuǎn)化為顆粒性產(chǎn)物的比例

無(wú)量綱

0.08

0.08

iXB

氮占生物量COD的比例

gN/gCOD

0.086

0.086

iXP

顆粒性衰減產(chǎn)物COD中氮的比例

gN/gCOD

0.06

0.06

3.2.1.4典型參數(shù)

表3-2化學(xué)計(jì)量參數(shù)值符號(hào)

名

稱

單

位

10℃值

20℃值

μH

異養(yǎng)菌最大比增長(zhǎng)速率

day

-1

3.0

6.0

KS

異養(yǎng)菌半飽和系數(shù)

gCOD/m3

20.0

20.0

KOH

異養(yǎng)菌的氧半飽和系數(shù)

gO2/m3

0.20

0.20

KNO

反硝化菌的硝酸鹽半飽和系數(shù)

gNO3-N/m3

0.50

0.50

bH

異養(yǎng)菌的衰減系數(shù)

day

-1

0.20

0.62

ηg

缺氧條件下的μH校正因子

無(wú)量綱

0.8

0.8

ηh

缺氧條件下水解校正因子

無(wú)量綱

0.4

0.4

Kh

最大比水解速率

gCOD/gCOD·d

1.0

3.0

KX

慢速可生物降解基質(zhì)水解的半飽和系數(shù)

gCOD/gCOD

0.01

0.03

μA

自養(yǎng)菌最大比增長(zhǎng)速率

day

-1

0.3

0.8

KNH

自養(yǎng)菌的氨半飽和系數(shù)

gNH3-N/m3

1.0

1.0

KOA

自養(yǎng)菌的氧半飽和系數(shù)

0.4

0.4

bA

自養(yǎng)菌衰減系數(shù)

-

·

m3·COD/g·d0.040.08go2/m3Ka氨化速率day-10.050.05表3-3動(dòng)力學(xué)參數(shù)3.2.1.4過(guò)程速率表達(dá)式1.異養(yǎng)菌的好氧生長(zhǎng)SSSOSNHSALKXB，H1-iXB2.異養(yǎng)菌的缺氧生長(zhǎng)SSSNOSNHSALKXB，H-iXB13.自養(yǎng)菌好氧生長(zhǎng)SNHSOSALKXB，ASNO14.異養(yǎng)菌的衰減5.自異養(yǎng)菌的衰減-1fp1-fpiXB-fpiXP-1fp1-fpiXB-fpiXP6.溶解性有機(jī)氮的氨化7.不易生物降解有機(jī)物水解-111-18.顆粒性有機(jī)氮的水解-113.2.1.6組分速率的表達(dá)式任一生物過(guò)程j中的任一組分i的速率γij為該過(guò)程的速率表達(dá)式ρj與其相應(yīng)的速率系數(shù)νij的乘積，即：一個(gè)組分在整個(gè)系統(tǒng)中的速率則為相應(yīng)過(guò)程速率之和，即：

SI：SS：XI：XS：XB，H：XB，A：XP：S0：SNO：SNH：SND：XND：SALK：3.2.3二沉池模型（分層沉淀模型）進(jìn)水層頂層底層12345678910))105421CiupAXQJ22.=CidnAXQJ33.=CidnAXQJ44.=CidnAXQJ44.=CidnAXQJ55.=CidnAXQJ99.=JS.1=min(VS.1X1,orVS.2X2)orJS.1=VS.1X1,ifX2≤XtJS.2=min(VS.2X2,orVS.3X3)orJS.2=VS.2X2,ifX3≤XtJS.3=min(VS.3X3,orVS.4X4)orJS.3=VS.3X3,ifX4≤XtJS.4=min(VS.4X4,orVS.5X5)JS.5=min(VS.5X5,orVS.6X6)JS.9=min(VS.9X9,orVS.10X10QrX10--QiX1--------++++++++水流運(yùn)動(dòng)重力沉降頂層進(jìn)水層底層()cinirAXQQ+105421CiupAXQJ22.=CidnAXQJ33.=CidnAXQJ44.=CidnAXQJ44.=CidnAXQJ55.=CidnAXQJ99.=JS.1=min(VS.1X1,orVS.2X2)orJS.1=VS.1X1,ifX2≤XtJS.2=min(VS.2X2,orVS.3X3)orJS.2=VS.2X2,ifX3≤XtJS.3=min(VS.3X3,orVS.4X4)orJS.3=VS.3X3,ifX4≤XtJS.4=min(VS.4X4,orVS.5X5)JS.5=min(VS.5X5,orVS.6X6)JS.9=min(VS.9X9,orVS.10X10QrX10--QiX1--------++++++++水流運(yùn)動(dòng)重力沉降頂層進(jìn)水層底層()cinirAXQQ+圖3-7分層沉淀池各層物料平衡圖2-8Takacs二沉池顆粒沉淀的綜合沉速表達(dá)式：式中：vsj—實(shí)際沉速，m/d；

v0—最大理論沉速，m/d；

v0’—最大實(shí)際沉速，m/d；

—可沉降顆粒濃度，g/m3；

rh—干擾沉淀區(qū)顆粒沉淀系數(shù)，m3/g；

rp—絮凝沉淀區(qū)顆粒沉淀系數(shù)，m3/g。可沉降顆粒濃度與總顆粒濃度的關(guān)系為：

其中：fns—不可沉降顆粒比例；

Xj—總顆粒濃度，g/m3。表3-4Takacs綜合沉降速度表達(dá)式參數(shù)名稱符號(hào)數(shù)值單位最大實(shí)際沉降速率v0’250m/day最大理論沉降速率v0474m/day干擾沉淀的沉降參數(shù)rh0.000576m3/gSS絮凝沉淀的沉降參數(shù)rp0.00286m3/gSS不可沉降固體比例fns0.00228無(wú)量綱3.2.4活性污泥系統(tǒng)綜合模型活性污泥處理工藝有許多種形式（如氧化溝、A/O、SBR等），但根據(jù)反應(yīng)器原理任何一個(gè)實(shí)際反應(yīng)器內(nèi)的流態(tài)都可以用N個(gè)串聯(lián)的理想完全混合反應(yīng)器來(lái)表示，從而使實(shí)際反應(yīng)器內(nèi)的復(fù)雜流態(tài)（短流、渦流等）簡(jiǎn)單化，N值可通過(guò)示蹤方法（或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)）確定。

圖3-8活性污泥系統(tǒng)綜合模型工藝流程Qr,ZrQr,ZrQr,ZrQr,ZrQu,ZuQu,ZuQw,ZwQw,ZwQ0,Z0Unit1UnitNQf,ZfQe,Zem=1m=6m=10Qe,Zem=1m=6m=10沉淀池

圖3-9n個(gè)完全混合型反應(yīng)器串聯(lián)時(shí)的階躍輸入響應(yīng)0.20.30.40.50.60.70.80.91.01.100.511.522.5300.1濃度（C）時(shí)間(t)n=1n=2n=5n=10n=∞τττ圖3-10n個(gè)完全混合型反應(yīng)器串聯(lián)時(shí)的脈沖輸入響應(yīng)00.250.50.7511.251.51.7522.252.500.250.50.7511.251.51.752時(shí)間(t)濃度（C）n=1n=2n=5n=10n=25n=75ττn=∞

圖3—11活性污泥系統(tǒng)綜合模型的構(gòu)成

固體通量模型活性污泥系統(tǒng)模型

固液分離子系統(tǒng)生物反應(yīng)子系統(tǒng)子系統(tǒng)連接：模型組分轉(zhuǎn)換關(guān)系混合液生物反應(yīng)器二沉池回流污泥動(dòng)力學(xué)模型ASM1

水力傳遞模型多級(jí)CSTR串聯(lián)模型3.3活性污泥系統(tǒng)模擬軟件的編寫(xiě)3.3.1總體框圖3.3.2模擬工藝流程3.3.3物料平衡式3.3.4數(shù)值計(jì)算3.3.5編程3.3.6模擬軟件的校準(zhǔn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)化學(xué)計(jì)量參數(shù)反應(yīng)器參數(shù)入流組分控制參數(shù)沉淀池參數(shù)串聯(lián)式完全混合反應(yīng)器控制參數(shù)反應(yīng)速率表達(dá)式（ASM1）固體通量表達(dá)式沉淀池出流組分輸入計(jì)算輸出輸出表格與圖象動(dòng)力學(xué)參數(shù)化學(xué)計(jì)量參數(shù)反應(yīng)器參數(shù)入流組分控制參數(shù)沉淀池參數(shù)串聯(lián)式完全混合反應(yīng)器控制參數(shù)反應(yīng)速率表達(dá)式（ASM1）固體通量表達(dá)式沉淀池出流組分出流組分輸入計(jì)算輸出輸入數(shù)值、表格與圖象輸出表格與圖象動(dòng)力學(xué)參數(shù)化學(xué)計(jì)量參數(shù)反應(yīng)器參數(shù)入流組分控制參數(shù)沉淀池參數(shù)串聯(lián)式完全混合反應(yīng)器控制參數(shù)反應(yīng)速率表達(dá)式（ASM1）固體通量表達(dá)式沉淀池出流組分出流組分輸入計(jì)算輸出輸出表格與圖象動(dòng)力學(xué)參數(shù)化學(xué)計(jì)量參數(shù)反應(yīng)器參數(shù)入流組分控制參數(shù)沉淀池參數(shù)串聯(lián)式完全混合反應(yīng)器控制參數(shù)反應(yīng)速率表達(dá)式（ASM1）固體通量表達(dá)式沉淀池出流組分出流組分輸入計(jì)算輸出輸入數(shù)值、表格與圖象輸出表格與圖象圖3-12模擬器總體框圖3.3.1總體框圖Q0,Z0Unit1UnitMUnit1UnitNQf,ZfQr,ZrQr,ZrQu,ZuQe,ZeQw,Zwm=1m=6m=10Qr,ZrQr,ZrQu,ZuQe,ZeQw,Zwm=1m=6m=10Qa,Za沉淀池缺氧（M個(gè)）好氧（N個(gè)）

3.3.2模擬工藝流程圖3-13模擬工藝流程3.3.3物料平衡式生物反應(yīng)器輸入量-輸出量+反應(yīng)消耗量（或生成）=反應(yīng)器內(nèi)的累積量∴Unit1∴Unit2—M+N：對(duì)于SO：其它：二沉池：

輸入-輸出=每一層內(nèi)的累積∴入流層（m=6）：∴入流層和底層之間（m=2—5）：∴底層（m=1）：∴入流層和頂層之間（m=7—9）以上式中：∴頂層（m=10）式中：3.3.4數(shù)值計(jì)算

用數(shù)值積分法求組分濃度穩(wěn)態(tài)解，數(shù)值積分采用Eular法。

3.3.5編程編程時(shí)為了表達(dá)清楚、操作方便，把程序分為五個(gè)部分：Modulel1：定義生物反應(yīng)器中的各參數(shù)及變量，用函數(shù)的形式定義過(guò)程速率、組分速率和生物反應(yīng)器的物料平衡式。

Module2：給活性污泥系統(tǒng)所有變量及參數(shù)賦初始值。Module3：數(shù)值積分求組分穩(wěn)態(tài)解。Module4：沉淀池的通量表達(dá)式和物料平衡式函數(shù)窗體：輸出模擬的計(jì)算結(jié)果。

全局變量說(shuō)明

動(dòng)力學(xué)參數(shù)化學(xué)計(jì)量參數(shù)過(guò)程速率函數(shù)反應(yīng)速率函數(shù)物料平衡微分方程函數(shù)t（t≥0）時(shí)刻進(jìn)

水水質(zhì)濃度Zt+1=Zt+(dZ/dt)△tXt+1=Xt+(dx/dt)△t

判斷是否達(dá)到穩(wěn)態(tài)

輸出穩(wěn)態(tài)值、時(shí)間及控制參數(shù)

Zt=Zt+1Xt=Xt+1否是

圖3-14程序總體框圖

軟件主界面

動(dòng)力學(xué)與化學(xué)計(jì)量參數(shù)設(shè)定

進(jìn)水各組分濃度設(shè)定

3.3.6模擬軟件的校準(zhǔn)90%以上的組分濃度值與基準(zhǔn)值完全相同，其余幾個(gè)組分的最大誤差為0.28%，小于COST模擬基準(zhǔn)規(guī)定的誤差值0.5%。本研究開(kāi)發(fā)的模擬器建立的思路和計(jì)算方法完全正確，可以用于污水處理廠活性污泥系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理3.4活性污泥系統(tǒng)模擬軟件的應(yīng)用西安市規(guī)劃建設(shè)第四污水處理廠，設(shè)計(jì)規(guī)模：55萬(wàn)m3。

表3-5設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)要求指標(biāo)PH水溫BODCODNH3-NSS處理前6-910-20℃200mg/l400mg/l30mg/l250mg/l處理后6-9/≤20mg/l≤60mg/l≤15mg/l≤20mg/l

圖3-15A1/O（缺氧+好氧活性污泥法）工藝流程圖入流組分測(cè)定：01020304050607080占總COD比例（%）SISSXIXSXBH組分歐洲基準(zhǔn)第四污水處理廠圖3-16第四污水處理廠入流中含碳有機(jī)物的測(cè)定結(jié)果圖3-17第四污水處理廠入流中含氮物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果入流組分測(cè)定：010203040濃度（mg/l)SNOSNHSNDXND組分歐洲基準(zhǔn)第四污水處理廠05101520253035404550141618202224262830曝氣池總體積（萬(wàn)m3)COD,BOD,SS,TN(mg/l)CODBODSSNH3-NTN

圖3-18曝氣池體積與出水水質(zhì)關(guān)系1616.51717.51818.519141618202224262830曝氣池體積（萬(wàn)m3)總需氧量（萬(wàn)kgO2/d）44.555.566.57剩余污泥量（萬(wàn)kg/d)總需氧量剩余污泥量

圖3-19曝氣池體積與總需氧量和剩余污泥量關(guān)系費(fèi)用函數(shù)運(yùn)行費(fèi)用基建投資費(fèi)用總費(fèi)用函數(shù)

西安市第四污水處理廠設(shè)計(jì)結(jié)果缺氧池設(shè)計(jì)水量：55萬(wàn)m3/d總有效體積：5萬(wàn)m3/d停留時(shí)間：2.17h混合液濃度：3500～4000mg/l好氧池設(shè)計(jì)水量：55萬(wàn)m3/d總有效體積：15萬(wàn)m3/d停留時(shí)間：6.53h混合液濃度：3500～4000mg/l混合液回流比：200%溶解氧濃度：1～3mg/l總泥齡：大于10d污泥負(fù)荷：0.14kgBOD5/(kgMLSSd)二沉池停留時(shí)間：4.5h水力負(fù)荷：0.87m3/(m2·h)污泥回流比：50～100%0500100015002000250030003500400045000510152025303540time(days)MLSS,XBH(mg/l)020406080100120140160180XBA(mg/l)XBHMLSSXBA

圖3-20啟動(dòng)培菌過(guò)程預(yù)測(cè)與分析010203040506070809010011045485154576063666972流量（萬(wàn)m3)COD,SS,BOD(mg/l)0.1300.1340.1380.1420.1460.1500.1540.1580.1620.1660.1700.174污泥負(fù)荷LS（kg/kg·d)CODSSBODLs圖3-21流量、污泥負(fù)荷與出水水質(zhì)指標(biāo)關(guān)系020406080100120140400420440460480500520540進(jìn)水COD（mg/l)COD,SS(mg/l)CODSS

圖3-22進(jìn)水COD與出水COD、SS之間的關(guān)系152025303540455030354045505560進(jìn)水NH3-N（mg/l)TN(mg/l)00.050.10.150.20.250.30.35NH3-N(mg/l)TNNH3-N圖3-23進(jìn)水NH3-N與出水NH3-N、TN之間的關(guān)系05101520253035036912151821242730污泥齡θc(d)NH3-N，TN（mg/l)NH3-NTN

圖3-24污泥齡與出水NH3-N、TN之間的關(guān)系第一節(jié)概述AB（AdsorptionBiodegradation）工藝AB工藝是吸附—生物降解工藝的簡(jiǎn)稱，是在常規(guī)活性污泥法和兩段活性污泥法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型的污水處理工藝

國(guó)內(nèi)外的研究與應(yīng)用目前在歐洲，AB法的使用已比較普遍，現(xiàn)已有50余座污水處理廠采用了該項(xiàng)技術(shù)。德國(guó)、奧地利、瑞士、荷蘭等國(guó)，AB工藝已大規(guī)模應(yīng)用于現(xiàn)有污水處理廠的改造和新建污水處理廠均取得了很好的處理效果自90年代起，在我國(guó)的一批新建或改建的污水處理廠已開(kāi)始采用AB法工藝，如泰安污水處理廠、深圳羅芳污水處理廠、深圳濱河水質(zhì)凈化廠、新疆烏魯木齊河?xùn)|污水處理廠等相繼投產(chǎn)運(yùn)行

AB工藝的發(fā)展情況AB(BAF)、AB（A/O）、AB（A2/O）、AB（SBR）等第二節(jié)AB工藝流程典型的AB工藝流程

在工藝流程上分A、B兩段處理系統(tǒng)，其中A段由A段曝氣池與沉淀池構(gòu)成，B段由B段曝氣池與二沉池構(gòu)成。兩段分別設(shè)污泥回流系統(tǒng)，A段的負(fù)荷高，B段的負(fù)荷低，污水先進(jìn)人高負(fù)荷的A段，然后再進(jìn)人低負(fù)荷的B段，兩段串聯(lián)運(yùn)行

AB(BAF（BiologicalAeratedFilter）)工藝

AB(BAF)工藝即是以具有高容積負(fù)荷的曝氣生物濾池(BAF)代替AB法中的B段，形成生物吸附-曝氣濾池串聯(lián)工藝AB(A／O)工藝AB(A/0)工藝是將典型AB法中的B段改為A/O法AB(A2／O)工藝A-A2／O工藝是將典型的AB法工藝中的B段改為A2／O法AB(氧化溝)工藝AB(氧化溝)工藝是典型的AB法工藝中的A段與氧化溝結(jié)合的工藝AB(SBR)工藝AB（SBR)工藝是典型AB法中的A段與SBR工藝相結(jié)合的工藝流程第三節(jié)AB工藝原理與特點(diǎn)

一、AB工藝原理（一）AB工藝的微生物特性

A段微生物組成及特性

A段微生物的變異及適應(yīng)性

細(xì)菌增殖較快微生物突變與質(zhì)粒轉(zhuǎn)移B段的微生物特性

(二)AB工藝的生物降解機(jī)理運(yùn)行穩(wěn)定性A段對(duì)BOD、COD和SS的去除

B段對(duì)BOD、COD和SS的去除

（三)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理V(dS／dt)=QS?！猀Se+rV(l)Se=S。／(1十kt)(2)r——基質(zhì)的降解速度(mg／L·h)；

t——水力停留時(shí)間(HRT)(h)；

k——基質(zhì)降解速率常數(shù)(L／h)。如果n個(gè)相同的CSTR反應(yīng)器串聯(lián)運(yùn)行，則各反應(yīng)器的基質(zhì)濃度變化規(guī)律可表示為式(3)，并可得到式(4)(5)(6)(7)的表達(dá)式。

Se(n)=Se(n—l)／(l十kt)(n=1，2，3，…,n)(3)Se(n)=S。／(l十kt)n(4)V=Q[S。／Se(n))1/n—l]／k(5)V總／(Q／k)=n{[l／(l-η)]1/n—l}(6)t=[(S0/Se(n))1/n—l]／k(7)式中：V總——n個(gè)串聯(lián)反應(yīng)器達(dá)到一定處理程度時(shí)所需的反應(yīng)器總?cè)莘e；η——理效率(％)。從運(yùn)轉(zhuǎn)管理和容積節(jié)省等方面綜合分析，由一個(gè)反應(yīng)器改為兩個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)運(yùn)行，可取得明顯的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益。這便是AB工藝采用兩段法的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)。串聯(lián)反應(yīng)器數(shù)n、處理效率η與所需的反應(yīng)器總?cè)軻總間的關(guān)系

二、AB工藝的特性

(一)AB工藝流程的一般特點(diǎn)

不需設(shè)初沉池具有一定的除磷脫氮功能適合部分工業(yè)廢水的處理適用于部分難降解有機(jī)廢水的處理基建投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、能源消耗省可分期建設(shè)和運(yùn)行靈活(二)A段和B段工藝特點(diǎn)

l、A段工藝特點(diǎn)

(1)一般工藝參數(shù)

(2)運(yùn)行狀態(tài)可變化調(diào)整

(3)具有抗沖擊負(fù)荷的能力

（4）污泥產(chǎn)生的特點(diǎn)

（5）對(duì)難降解物質(zhì)有去除作用2.B段工藝特點(diǎn)

（三）AB工藝的脫氮除磷作用

1、AB工藝的脫氮功能

2、AB工藝的除磷功能

3、AB工藝與生物除磷脫氮工藝的結(jié)合

（四）污泥產(chǎn)率及特性1、A段活性污泥的特點(diǎn)

2、A段污泥可分成三部分組成3、污泥產(chǎn)率

第四節(jié)AB技術(shù)的適用范圍一、AB工藝的運(yùn)行管理

二、污泥處置的問(wèn)題

三、AB工藝的局限性

抗沖擊負(fù)荷能力

對(duì)污水的可生化性改善程度

剩余污泥的穩(wěn)定化和處置

技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合比較

第五節(jié)AB技術(shù)的運(yùn)行控制一、曝氣系統(tǒng)的運(yùn)行控制

二、污泥回流比與剩余污泥排放控制

三、C與N/P比例控制及脫磷除氮

第六節(jié)AB工藝的設(shè)計(jì)及應(yīng)用AB工藝的一般設(shè)計(jì)原則正確判斷是否采用AB工藝的基本條件

A、B段的設(shè)計(jì)原則

AB工藝的設(shè)計(jì)參數(shù)確定AB工藝的設(shè)計(jì)流量A段曝氣池設(shè)計(jì)參數(shù)中間沉淀池設(shè)計(jì)中間沉淀池的表面水力負(fù)荷可取2m2／(m2·h)，水力停留時(shí)間可取1．5~2h；平均流量時(shí)允許的出水堰負(fù)荷為15m3／＜m·h)，最大流量時(shí)允許的出水堰負(fù)荷為30m3／(m·h)B段曝氣池的參數(shù)確定

B段的污泥負(fù)荷約一般取0．15~0．3kg／(kg·d)之間二沉池的參數(shù)確定按最大流量考慮，表面水力負(fù)荷一般取1．0m3／(m2·h)以下，水力停留時(shí)間為2．5~3h，最大出水堰負(fù)荷為15m3／(m·h)污泥系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)污泥產(chǎn)率計(jì)算A段的污泥產(chǎn)率可采用3~5kg／kg，B段污泥產(chǎn)率通常為0.6~1.0kg／kg之間污泥處置系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例烏魯木齊市河?xùn)|污水處理廠山東淄博污水處理廠AB工藝的設(shè)計(jì)流量AB工藝中的A段設(shè)計(jì)是該工藝的設(shè)計(jì)關(guān)鍵對(duì)于分流制排水管網(wǎng)，A段曝氣池與中間沉淀池設(shè)計(jì)流量應(yīng)按最大時(shí)流量計(jì)算對(duì)于合流制排水管網(wǎng)，設(shè)計(jì)流量應(yīng)為旱季最大流量

B段曝氣池的流量設(shè)計(jì)可按平均流量設(shè)計(jì)或適當(dāng)考慮系統(tǒng)的變化系數(shù)二沉池的設(shè)計(jì)一般應(yīng)按最不利情況考慮A段曝氣池設(shè)計(jì)參數(shù)

污泥負(fù)荷的確定

A段的污泥負(fù)荷通常取3~5kg／(kg·d)為宜污泥濃度、污泥齡及污泥回流比的確定

A段通常設(shè)計(jì)的污泥濃度為2000~3000mg／L。也可提高到300O~4000mg／L。A段的污泥齡一般控制在0．3~ld之間較為合適A段的污泥回流比應(yīng)考慮能在50％~10O％之間變化水力停留時(shí)間的確定A段以物理吸附為主，工程設(shè)計(jì)中建議采用30~50min為宜溶解氧及耗氧負(fù)荷的確定A段溶解氧濃度的控制范圍一般在0．2~1．5mg／L之間設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)污水處理廠工藝流程

烏魯木齊市河?xùn)|污水處理廠的設(shè)計(jì)

概況污水水質(zhì)處理工藝及主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計(jì)實(shí)際運(yùn)行效果及存在問(wèn)題一、概況

污水處理廠位于烏魯木齊市北郊東戈壁農(nóng)場(chǎng)東南側(cè)。占地20公頃。并預(yù)留10×104m3/d規(guī)模發(fā)展用地10公頃，預(yù)留污泥干化場(chǎng)用地5公頃。日處理污水量20×104m3/d，一次建設(shè)。其中工業(yè)廢水量約占58％，生活污水量占42％。排水流域規(guī)劃人口57.7萬(wàn)人。該區(qū)域的工業(yè)主要是機(jī)械、建材、化學(xué)、電力、食品、紡織、煤炭、造紙等。二、污水水質(zhì)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)BOD5=200mg/L

假定BOD5成分：懸浮固體110mg/L，溶解物90mg/LCOD=500mg/L

假定COD成分：懸浮固體160mg/L，細(xì)菌數(shù)140mg/L，溶解物200mg/LSS＝220mg/L

假定SS成分：細(xì)菌數(shù)70mg/L，有機(jī)懸浮固體80mg/L，無(wú)機(jī)懸浮固體70mg/LpH＝7－8水溫9－16℃，設(shè)計(jì)溫度≥11℃設(shè)計(jì)出水水質(zhì)污水經(jīng)污水廠處理后夏季用于農(nóng)灌，冬季非灌溉季節(jié)儲(chǔ)存于下游水庫(kù)出水水質(zhì)：

BOD5≤30mg/L，COD≤120mg/L，SS≤30mg/L當(dāng)冬季溫度達(dá)到最低溫度9℃時(shí)，出水水質(zhì)允許值：

BOD5≤45mg/L，COD≤180mg/L，SS≤45mg/L三、處理工藝及主要構(gòu)筑物

經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較污水采用A、B兩段活性污泥法處理工藝。污泥采用一級(jí)中溫消化，二級(jí)污泥濃縮，機(jī)械脫水處理工藝。沼氣用于驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)、燃?xì)忮仩t及生活用氣，多余沼氣通過(guò)火炬在大氣中燃燒。主要構(gòu)筑物如下：污水處理部分污泥處理部分沼氣利用部分生產(chǎn)及生活輔助建筑物四、工藝設(shè)計(jì)污水處理系統(tǒng)格柵間、沉砂池格柵間中設(shè)粗格柵和細(xì)格柵，粗格柵柵條間距75mm，由人工清除污物。細(xì)格柵柵條間距10mm，據(jù)柵前、柵后水位及由時(shí)間繼電器定時(shí)進(jìn)行控制清污。細(xì)格柵攔截的污物，通過(guò)機(jī)械清除至皮帶輸送機(jī)，然后至柵渣壓渣機(jī)脫水后運(yùn)走。曝氣沉砂池共2組，每組分兩路，每格寬2.7m，長(zhǎng)18.0m，有效水深2.7m，污水停留時(shí)間3.0min，水流流速0.1m/s，需氣量0.33m3/(min·m)，每組曝氣沉砂池設(shè)一套橋式移動(dòng)刮砂機(jī)，刮砂機(jī)將池底重顆粒砂刮至砂坑，然后由砂泵將砂粒提升至砂水分離器脫水后，通過(guò)螺旋輸送器送走。A段曝氣池

A段曝氣池污泥負(fù)荷2.36kgBOD5/kgMLSS，容積負(fù)荷4.2kgBOD5/(m3·d)，水力停留時(shí)間32min，混合液揮發(fā)性懸浮固體密度1.8kg/m3，混合液懸浮物密度2.4kg/m3，泥齡0.75d，溶解氧濃度0.5－0.8mg/L，氣水比1.34：1，采用盤(pán)式合成橡膠中孔曝氣器，鼓風(fēng)量可根據(jù)溶解氧濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)。污泥回流比40％－60％，通過(guò)A段BOD5去除約95mg/L，COD去除約260mg/L，耗氧量為0.48kgO2/kgBOD5。中間沉淀池中間沉淀池采用中心進(jìn)水，周邊出水圓形輻流式沉淀池，表面負(fù)荷1.48m3/(m2·h)，沉淀時(shí)間2.64h，有效水深3.9m，周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)刮泥，出水堰的溢流率為252.3m3/(m2·h)。中沉池去除的污泥總量約為36.8t/d，污泥齡約1.5d。B段曝氣池

B段曝氣池污泥負(fù)荷0.22kgBOD5/kgMLSS，容積負(fù)荷0.54kgBOD5/（m3?d），水力停留時(shí)間3.3h，混合液揮發(fā)性懸浮物密度2.47kg/m3，混合液懸浮物密度3.29kg/m3，泥齡19.23d，氣水比2.41：1，采用盤(pán)式合成橡膠微孔曝氣器，鼓風(fēng)量可根據(jù)溶解氧濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)。污泥回流比60％－80％，耗氧量為1.18kgO2/kgBOD5。二次沉淀池二次沉淀池采用中心進(jìn)水圓形輻流式沉淀池，表面負(fù)荷0.83m3/(m2·h)，沉淀時(shí)間4.7h，有效水深3.8m，周邊傳動(dòng)刮吸泥機(jī)排泥，出水堰的溢流率為193.1m3/(m2·d)。污泥回流量設(shè)備配置按100％，實(shí)際運(yùn)行回流量約60－80％。

A段曝氣池的計(jì)算需氧量為437.5kgO2/h（t＝11℃），實(shí)際供氧量可達(dá)727kgO2/h。富余的供氧量主要滿足混合液的攪拌及其他氧的消耗，如工業(yè)廢水中的H2S。B段曝氣池的計(jì)算需氧量為1029kgO2/h（t＝11℃）污泥處理系統(tǒng)中間沉淀池與二次沉淀池排出的剩余活性污泥總量為8267m3/d，含水率99.4％，總污泥干固體49.6t/d，其中有機(jī)污泥干固體35.635.6t/d。一次污泥濃縮池

AB段混合污泥首先進(jìn)入一次污泥濃縮池，污泥固體負(fù)荷40m3/(m2·d)，污泥濃縮時(shí)間14.3h，濃縮后污泥量1417m3/d,污泥含水量率96.5％，濃縮后分離出的上清液6850m3/d回流到污水廠進(jìn)水中。污泥消化池進(jìn)入消化池污泥量1417m3/d，污泥含水量96.5％，污泥干固體49.6t/d，其中有機(jī)污泥干固體35.6t/d，采用一級(jí)中溫消化，消化溫度33－35℃，揮發(fā)性固體容積負(fù)荷1.24kg/(m3?d)，污泥投配率1.94％，

消化時(shí)間20天，池型為圓柱形固定蓋式，池頂錐角30°，池底錐角15°，池內(nèi)污泥采用機(jī)械攪拌，熱交換器加熱，1kg揮發(fā)性固體減少量為0.9。消化池需熱量為35.4t/d，其中有機(jī)污泥固體21.4t/d，揮發(fā)性固體減少量為40％。消化池需要量為4.2kJ/(kg?℃)，污泥加熱量約為1800KW。污泥曝氣池消化污泥先進(jìn)入污泥曝氣池，池中通入壓縮空氣以便排出消化污泥中的剩余沼氣，然后消化污泥流入污泥濃縮池，這樣可改善污泥濃縮性能，提高污泥濃縮效果。污泥曝氣時(shí)間4h，需氧量200－400m3/h，氣泥比為3.4：1－6.8：1，穿孔管曝氣二次污泥濃縮池污泥固體負(fù)荷69.5kg/(m2?d),污泥濃縮時(shí)間34.5h，濃縮前污泥含水量97.5％，濃縮后污泥含水率95％，進(jìn)泥量1417m3/d，濃縮后污泥量708.5m3/d，污泥干固體35.4t/d，其中有機(jī)污泥干固體21.4t/d。污泥脫水濃縮后污泥采用帶式壓濾機(jī)脫水、脫水后污泥含水率75％，污泥量141.7m3/d。用離心螺旋桿泵將濃縮污泥打入壓濾機(jī)，用計(jì)量投藥泵投加陽(yáng)離子型高分子混凝劑，藥劑投加采用濕式投配方式，設(shè)有溶劑攪拌罐和溶液池，加藥系統(tǒng)均為自動(dòng)操作。沼氣利用及能量回收系統(tǒng)污泥消化過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣量約14000－12600m3/d，其主要成分為甲烷和二氧化碳，是一種優(yōu)質(zhì)燃料，本工程主要用于以下幾個(gè)方面用沼氣驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)。將沼氣輸送給沼氣鼓風(fēng)機(jī)的沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)，直接帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)。本工程采用兩臺(tái)沼氣驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)需要沼氣量200m3/h，傳動(dòng)功率400KW。用沼氣燒鍋爐。本工程中采用一臺(tái)沼氣鍋爐，需用沼氣量125m3/h。沼氣驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)的冷卻水和從排水廢氣中回收的余熱，用作消化池污泥加熱，產(chǎn)熱量在夏季可滿足93％的消化池污泥加熱量需要。當(dāng)貯氣柜超過(guò)負(fù)荷或壓力超過(guò)3.5kPa的工作壓力時(shí)，沼氣火炬自動(dòng)點(diǎn)燃。火炬的設(shè)計(jì)能力為540m3/h。除塵裝置從氣體中除去或收集固態(tài)或液態(tài)粒子的設(shè)備稱為除塵裝置

濕式除塵裝置

干式除塵裝置

按分離原理分類：重力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置）

慣性力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置）離心力除塵裝置（機(jī)械式除塵裝置）洗滌式除塵裝置過(guò)濾式除塵裝置電除塵裝置聲波除塵裝置

第一節(jié)機(jī)械除塵器機(jī)械除塵器通常指利用質(zhì)量力（重力、慣性力和離心力）的作用使顆粒物與氣體分離的裝置，常用的有：重力沉降室慣性除塵器旋風(fēng)除塵器重力沉降室重力沉降室是通過(guò)重力作用使塵粒從氣流中沉降分離的除塵裝置

氣流進(jìn)入重力沉降室后，流動(dòng)截面積擴(kuò)大，流速降低，較重顆粒在重力作用下緩慢向灰斗沉降

層流式和湍流式兩種

層流式重力沉降室假定沉降室內(nèi)氣流為柱塞流；顆粒均勻分布于煙氣中忽略氣體浮力，粒子僅受重力和阻力的作用縱剖面示意圖層流式重力沉降室沉降室的長(zhǎng)寬高分別為L(zhǎng)、W、H，處理煙氣量為Q

氣流在沉降室內(nèi)的停留時(shí)間在t時(shí)間內(nèi)粒子的沉降距離該粒子的除塵效率層流式重力沉降室對(duì)于stokes粒子，重力沉降室能100%捕集的最小粒子的dmin=?層流式重力沉降室提高沉降室效率的主要途徑降低沉降室內(nèi)氣流速度增加沉降室長(zhǎng)度降低沉降室高度沉降室內(nèi)的氣流速度一般為0.3～2.0m/s不同粉塵的最高允許氣流速度層流式重力沉降室多層沉降室：使沉降高度減少為原來(lái)的1/（n+1），其中n為水平隔板層數(shù)

考慮清灰的問(wèn)題，一般隔板數(shù)在3以下多層沉降室1.錐形閥；2.清灰孔；3.隔板湍流式重力沉降室湍流模式1－假定沉降室中氣流處于湍流狀態(tài)，垂直于氣流方向的每個(gè)斷面上粒子完全混合寬度為W、高度為H和長(zhǎng)度為dx的捕集元，假定氣體流過(guò)dx距離的時(shí)間內(nèi)，邊界層dy內(nèi)粒徑為dp的粒子都將沉降而除去湍流式重力沉降室粒子在微元內(nèi)的停留時(shí)間被去除的分?jǐn)?shù)對(duì)上式積分得邊界條件：得因此，其分級(jí)除塵效率湍流式重力沉降室湍流模式2－完全混合模式，即沉降室內(nèi)未捕集顆粒完全混合單位時(shí)間排出：（為除塵器內(nèi)粒子濃度，均一）單位時(shí)間捕集：總分級(jí)效率湍流式重力沉降室三種模式的分級(jí)效率均可用歸一化對(duì)Stokes顆粒，分級(jí)效率與dp成正比重力沉降室歸一化的分級(jí)率曲線a層流－無(wú)混合b湍流－垂直混合c湍流－完全混合重力沉降室重力沉降室的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單投資少壓力損失小（一般為50～100Pa）維修管理容易缺點(diǎn)體積大效率低僅作為高效除塵器的預(yù)除塵裝置，除去較大和較重的粒子慣性除塵器機(jī)理沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離

慣性除塵器結(jié)構(gòu)形式?jīng)_擊式－氣流沖擊擋板捕集較粗粒子反轉(zhuǎn)式－改變氣流方向捕集較細(xì)粒子沖擊式慣性除塵裝置a單級(jí)型b多級(jí)型反轉(zhuǎn)式慣性除塵裝置a彎管型

b百葉窗型

c多層隔板型慣性除塵器應(yīng)用一般凈化密度和粒徑較大的金屬或礦物性粉塵凈化效率不高，一般只用于多級(jí)除塵中的一級(jí)除塵，捕集10～20μm以上的粗顆粒壓力損失100～1000Pa旋風(fēng)除塵器

利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置

旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)普通旋風(fēng)除塵器是由進(jìn)氣管、筒體、錐體和排氣管等組成

氣流沿外壁由上向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：外渦旋

少量氣體沿徑向運(yùn)動(dòng)到中心區(qū)域

旋轉(zhuǎn)氣流在錐體底部轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)：內(nèi)渦旋

氣流運(yùn)動(dòng)包括切向、軸向和徑向：切向速度、軸向速度和徑向速度

旋風(fēng)除塵器氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流與塵粒的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）切向速度決定氣流質(zhì)點(diǎn)離心力大小，顆粒在離心力作用下逐漸移向外壁到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗上渦旋－氣流從除塵器頂部向下高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，一部分氣流帶著細(xì)小的塵粒沿筒壁旋轉(zhuǎn)向上，到達(dá)頂部后，再沿排出管外壁旋轉(zhuǎn)向下，最后從排出管排出旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器內(nèi)氣流的切向速度和壓力分布

旋風(fēng)除塵器切向速度外渦旋的切向速度分布：反比于旋轉(zhuǎn)半徑的n次方此處n

1，稱為渦流指數(shù)

內(nèi)渦旋的切向速度正比于半徑

內(nèi)外渦旋的界面上氣流切向速度最大

交界圓柱面直徑

dI=(0.6～1.0)de,de

為排氣管直徑

旋風(fēng)除塵器徑向速度

假定外渦旋氣流均勻地經(jīng)過(guò)交界圓柱面進(jìn)入內(nèi)渦旋平均徑向速度

r0和h0分別為交界圓柱面的半徑和高度，m

軸向速度外渦旋的軸向速度向下內(nèi)渦旋的軸向速度向上在內(nèi)渦旋，軸向速度向上逐漸增大，在排出管底部達(dá)到最大值

旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器的壓力損失

：局部阻力系數(shù)

A：旋風(fēng)除塵器進(jìn)口面積

局部阻力系數(shù)旋風(fēng)除塵器型式XLTXLT?AXLP?AXLP?Bξ5.36.58.05.8旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器的壓力損失相對(duì)尺寸對(duì)壓力損失影響較大，除塵器結(jié)構(gòu)型式相同時(shí)，幾何相似放大或縮小，壓力損失基本不變

含塵濃度增高，壓力降明顯下降操作運(yùn)行中可以接受的壓力損失一般低于2kPa旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器的除塵效率計(jì)算分割直徑是確定除塵效率的基礎(chǔ)

在交界面上，離心力FC，向心運(yùn)動(dòng)氣流作用于塵粒上的阻力FD

若

FC>FD

，顆粒移向外壁若

FC<FD，顆粒進(jìn)入內(nèi)渦旋當(dāng)

FC=FD時(shí)，有50%的可能進(jìn)入外渦旋，既除塵效率為50%

旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器的除塵效率（續(xù)）對(duì)于球形Stokes粒子分割粒徑dc確定后，雷思一利希特模式計(jì)算其它粒子的分級(jí)效率

另一種經(jīng)驗(yàn)公式旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器的除塵效率－模型2將旋風(fēng)除塵器視為利用離心力進(jìn)行沉降的沉降室沉降室長(zhǎng)度為NπD沉降室高度為b沉降速度＝徑向速度Vr活塞流縱向湍流旋風(fēng)除塵器旋風(fēng)除塵器分級(jí)效率曲線

旋風(fēng)除塵器例題：已知XZT一90型旋風(fēng)除塵器在選取入口速度v1=13m/s時(shí)，處理氣體量Q=1.37m3/s。試確定凈化工業(yè)鍋爐煙氣（溫度為423K，煙塵真密度為2.1g/cm3）時(shí)的分割直徑和壓力損失。已知該除塵器筒體直徑0.9m，排氣管直徑為0.45m，排氣管下緣至錐頂?shù)母叨葹?.58m，423K時(shí)煙氣的粘度

（近似取空氣的值）μ=2.4×10－5pa﹒s。

解:假設(shè)接近圓筒壁處的氣流切向速度近似等于氣流的入口速度，即v1=13m/s，取內(nèi)、外渦旋交界圓柱的直徑d0=0.7de，根據(jù)式

（6－10）由式

（6一9）得氣流在交界面上的切向速度由式（6－12）計(jì)算旋風(fēng)除塵器例題（續(xù)）根據(jù)式（6－16）

此時(shí)旋風(fēng)除塵器的分割直徑為5.31μm。根據(jù)式（5－13）計(jì)算旋風(fēng)除塵器操作條件下的壓力損失：423K時(shí)煙氣密度可近似取為旋風(fēng)除塵器影響旋風(fēng)除塵器效率的因素

二次效應(yīng)－被捕集粒子的重新進(jìn)入氣流在較小粒徑區(qū)間內(nèi)，理應(yīng)逸出的粒子由于聚集或被較大塵粒撞向壁面而脫離氣流獲得捕集，實(shí)際效率高于理論效率在較大粒徑區(qū)間，粒子被反彈回氣流或沉積的塵粒被重新吹起，實(shí)際效率低于理論效率通過(guò)環(huán)狀霧化器將水噴淋在旋風(fēng)除塵器內(nèi)壁上，能有效地控制二次效應(yīng)臨界入口速度旋風(fēng)除塵器影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）比例尺寸在相同的切向速度下，筒體直徑愈小，離心力愈大，除塵效率愈高；筒體直徑過(guò)小，粒子容易逃逸，效率下降。錐體適當(dāng)加長(zhǎng)，對(duì)提高除塵效率有利排出管直徑愈少分割直徑愈小，即除塵效率愈高；直徑太小，壓力降增加，一般取排出管直徑de=（0.4～0.65）D。特征長(zhǎng)度（naturallength）-亞歷山大公式旋風(fēng)除塵器排出管以下部分的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)接近或等于l，筒體和錐體的總高度以不大于五倍的筒體直徑為宜。

旋風(fēng)除塵器影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）比例尺寸對(duì)性能的影響比例變化性能趨向投資趨向壓力損失效率增大旋風(fēng)除塵器直徑降低降低提高加長(zhǎng)筒體稍有降低提高提高增大入口面積（流量不變）降低降低——增大入口面積（速度不變）提高降低降低加長(zhǎng)錐體稍有降低提高提高增大錐體的排出孔稍有降低提高或降低——減小錐體的排出孔稍有提高提高或降低——加長(zhǎng)排出管伸入器內(nèi)的長(zhǎng)度提高提高或降低提高增大排氣管管徑降低降低提高旋風(fēng)除塵器影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）除塵器下部的嚴(yán)密性在不漏風(fēng)的情況下進(jìn)行正常排灰

鎖氣器(a)雙翻板式(b)回轉(zhuǎn)式

旋風(fēng)除塵器影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）煙塵的物理性質(zhì)氣體的密度和粘度、塵粒的大小和比重、煙氣含塵濃度

旋風(fēng)除塵器影響旋風(fēng)除塵器效率的因素（續(xù)）操作變量提高煙氣入口流速，旋風(fēng)除塵器分割直徑變小，除塵器性能改善入口流速過(guò)大，已沉積的粒子有可能再次被吹起，重新卷入氣流中，除塵效率下降效率最高時(shí)的入口速度

a.直入切向進(jìn)入式b.蝸殼切向進(jìn)入式c.軸向進(jìn)入式旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)形式進(jìn)氣方式分

切向進(jìn)入式軸向進(jìn)入式

旋風(fēng)除塵器結(jié)構(gòu)形式（續(xù)）氣流組織分

回流式、直流式、平旋式和旋流式

多管旋風(fēng)除塵器

由多個(gè)相同構(gòu)造形狀和尺寸的小型旋風(fēng)除塵器（又叫旋風(fēng)子）組合在一個(gè)殼體內(nèi)并聯(lián)使用的除塵器組常見(jiàn)的多管除塵器有回流式和直流式兩種

回流式多管旋風(fēng)除塵器

旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)選擇除塵器的型式

根據(jù)含塵濃度、粒度分布、密度等煙氣特征，及除塵要求、允許的阻力和制造條件等因素

根據(jù)允許的壓力降確定進(jìn)口氣速，或取為12～25m/s確定入口截面A，入口寬度b和高度h

確定各部分幾何尺寸

旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)旋風(fēng)除塵器的比例尺寸尺寸名稱XLP/AXLP/BXLT/AXLT入口寬度，b入口高度，h筒體直徑，D上3.85b下0.7D3.33b（b=0.3D）3.85b4.9b排出筒直徑，de上0.6D下0.6D0.6D0.6D0.58D筒體長(zhǎng)度，L上1.35D下1.0D1.7D2.26D1.6D錐體長(zhǎng)度，H上0.50D下1.00D2.3D2.0D1.3D灰口直徑，d10.296D0.43D0.3D0.145D進(jìn)口速度為右值時(shí)的壓力損失12m/s700（600）5000（420）860（770）440（490）15m/s1100（940）890（700）1350（1210）670（770）18m/s1400（1260）1450（1150）1950（1740）990（1110）旋風(fēng)除塵器的設(shè)計(jì)也可選擇其它的結(jié)構(gòu)，但應(yīng)遵循以下原則

①為防止粒子短路漏到出口管，h≤s，其中s為排氣管插人深度；②為避免過(guò)高的壓力損失，b≤（D－de）/2；③為保持渦流的終端在錐體內(nèi)部，（H+L）≥3D；④為利于粉塵易于滑動(dòng)，錐角＝7o～8o；⑤為獲得最大的除塵效率，de/D≈0.4～0.5，（H+L）/de≈8～10；s/de≈1；1大氣污染物的形成

1.1大氣污染的定義

如果大氣中的某些物質(zhì)達(dá)到一定濃度，并持續(xù)足夠的時(shí)間，以致對(duì)公眾健康、動(dòng)物、植物、材料、大氣特性或環(huán)境美學(xué)產(chǎn)生可測(cè)量的不利影響，這就是大氣污染。

1.2大氣污染物的種類、特牲及危害

1.2.1大氣污染物

是指由于人類的活動(dòng)或是自然過(guò)程所直接排入大氣或在大氣中新轉(zhuǎn)化生成的對(duì)人或環(huán)境產(chǎn)生有害影響的物質(zhì)。

1.2.2大氣污染物的種類按污染物存在的形態(tài)可分為兩大的類：1.氣溶膠狀態(tài)（顆粒態(tài)）的污染物2.氣體狀態(tài)的污染物我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，按顆粒大小分為：1.總懸浮顆粒物（TSP，TotalSuspendedParticles）：指懸浮在空氣中的空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤100μm的顆粒物。2.可吸入顆粒物（PM10，InhalableParticles

）：指懸浮在空氣中的空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤

10μm的顆粒物。主要?dú)鈶B(tài)污染物：含硫化合物（以SO2為主）、含氮化合物（以NO和NO2為主）、碳氧化合物（CO和CO2）、有機(jī)化合物及鹵素化合物等。1.2.3大氣污染物的來(lái)源按污染物來(lái)源分：自然源、人為源人為源按空間分布分：點(diǎn)源、面源、線源人為源按社會(huì)活動(dòng)功能分：生活污染源、生產(chǎn)（工業(yè)）污染源、交通污染源；統(tǒng)計(jì)分類為燃料燃燒、生產(chǎn)和交通運(yùn)輸；前兩種為固定源，后一種為移動(dòng)源。1.2.4大氣污染物的影響對(duì)人體健康的影響對(duì)植物的傷害對(duì)器物和材料的影響對(duì)能見(jiàn)度和氣候的影響大氣污染物擴(kuò)散2.1氣象要素2.1.1氣溫2.1.2氣壓2.1.3氣濕：應(yīng)用較多的參數(shù)濕相對(duì)濕度和含濕量2.1.4風(fēng)向和風(fēng)速2.1.5云：與大氣穩(wěn)定度相關(guān)的是云高和云量2.1.5

能見(jiàn)度：正常視力的人，在天空背景下能看清的水平距離。級(jí)別（0~9級(jí)，相應(yīng)距離為50～50000米）

2.2地形、地貌對(duì)大氣污染物擴(kuò)散的影響

2.2.1地形：影響大氣流場(chǎng)2.2.2地貌：影響下墊面粗糙度和局部流場(chǎng)風(fēng)速,m/s風(fēng)玫瑰圖2.3大氣的熱力過(guò)程2.3.1氣溫的垂直變化氣溫直減率

（大氣）干空氣絕熱溫度遞減率－

干絕熱直減率

（空氣團(tuán)）一般滿足，大氣絕熱過(guò)程，系統(tǒng)與周圍環(huán)境無(wú)熱交換

空氣塊膨脹（做功）耗內(nèi)能T

定性空氣塊壓縮（外氣對(duì)它做功）T內(nèi)能（由壓力變化引起）溫度層結(jié)

2.3.2大氣穩(wěn)定度及其判據(jù)大氣在垂直方向上穩(wěn)定的程度；反映其是否容易對(duì)流外力使氣塊上升或下降氣塊去掉外力氣塊減速，有返回趨勢(shì)，穩(wěn)定氣塊加速上升或下降，不穩(wěn)定氣塊停在外力去掉處，中性大氣不穩(wěn)定,有利于污染物擴(kuò)散

判據(jù)

逆溫：不利于擴(kuò)散⑴輻射逆溫：地面白天加熱，大氣自下而上變暖；地面夜間變冷，大氣自下而上冷卻輻射逆溫層生消過(guò)程⑵下沉逆溫（多在高空大氣中，高壓控制區(qū)內(nèi)）：很厚的氣層下沉，壓縮變扁，頂部增溫比底部多下沉逆溫的形成⑶平流逆溫暖空氣平流到冷地面上而下部降溫而形成

⑷湍流逆溫

下層湍流混合達(dá)上層出現(xiàn)過(guò)渡層逆溫⑸鋒面逆溫冷、暖氣團(tuán)相遇冷暖間逆溫

暖氣上爬，形成鋒面2.4

擴(kuò)散模式

2.4.1高斯擴(kuò)散模式高斯擴(kuò)散模式的坐標(biāo)系2.4.2無(wú)界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式

2.4.3高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式

空間任意點(diǎn)濃度

地面濃度

地面濃度

地面最大濃度2.4.4地面源高斯模式2.4.5顆粒物擴(kuò)散模式粒徑小于15μm的顆粒物可按氣體擴(kuò)散計(jì)算大于15μm的顆粒物用傾斜煙流模式：

顆粒物沉降速度粒徑范圍（μm）15～3031～4748～7576～100平均粒徑（μm）22386085α0.80.50.30地面反射系數(shù)2.5污染物濃度估算2.5.1參數(shù)確定⑴源強(qiáng)q—

計(jì)算或?qū)崪y(cè)⑵平均風(fēng)速u—

按氣象資料⑶有效源高H—

計(jì)算⑷擴(kuò)散參數(shù)σy、σy——按多項(xiàng)氣象條件確定2.5.2煙氣抬升高度的計(jì)算

《制訂地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》(GB/T13201-91)中的公式：⑴2.5.2擴(kuò)散參數(shù)的確定國(guó)標(biāo)規(guī)定的方法：穩(wěn)定度分級(jí)

太陽(yáng)高度角（地理緯度，傾角）輻射等級(jí)確定大氣穩(wěn)定度云量

擴(kuò)散參數(shù)的選取擴(kuò)散參數(shù)的表達(dá)式為（取樣時(shí)間0.5h，按表4-8查算）平原地區(qū)和城市遠(yuǎn)郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級(jí)工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C提至B級(jí)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提一級(jí)丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)取樣時(shí)間大于0.5h，垂直方向擴(kuò)散參數(shù)不變，橫向擴(kuò)散參數(shù)按下式:煙囪高度的設(shè)計(jì)煙囪高度的計(jì)算要求：（1）達(dá)到稀釋擴(kuò)散的作用（2）造價(jià)最低，

造價(jià)正比于H2（3）地面濃度不超標(biāo)

按地面最大濃度計(jì)算

按地面絕對(duì)最大濃度計(jì)算按一定保證率的計(jì)算法取上述兩種情況之間一定保證率下的平均風(fēng)速和擴(kuò)散參數(shù)－P值法國(guó)標(biāo)GB/T13201-913顆粒污染物控制技術(shù)3.1顆粒污染物的性質(zhì)

3.1.1顆粒的大小和密度

顆粒大小影響其在環(huán)境空氣中的滯留時(shí)間、對(duì)環(huán)境和健康的影響、被捕集的難易程度；顆粒越小，活性越高，吸附性也越強(qiáng)。實(shí)際顆粒物的粒徑范圍很寬（見(jiàn)下表）。單顆顆粒大小的表達(dá)：由于顆粒形狀極不規(guī)則，難以簡(jiǎn)單地用某一尺度表達(dá)，必須根據(jù)需要采用不同定義的粒徑值表達(dá)。在環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中單顆顆粒大小用空氣動(dòng)力學(xué)直徑（單位密度下）；計(jì)算顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)需要用斯托克斯徑（真密度下）。顆粒粒度測(cè)定方法很多，不同方法所測(cè)得的粒徑制定義不同，而且不同定義的粒徑值多數(shù)難以互相換算。⑴斯托克斯徑：與被研究的顆粒密度相同，且沉降速度相等的球體直徑。

如果忽略空氣密度值，則

式中，vs——顆粒沉降速度，m/s；