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1、水污染控制工程 唐玉朝安徽建筑工业学院环境科学与工程系E mail tangyc DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering AnhuiUniversityofArchitecture 第五节 活性污泥工艺设计 BOD去除 活性污泥 确定工艺 根据污水水质和水量和处理要求 确定工艺类型 工艺流程 城市污水 BOD COD值较高 设计流量较大一般可选活性污泥工艺 有无脱N除P方面的要求 若有可选SBR 氧化沟等具有去除N P功能的工艺 水质要求 若以达标排放为目的 一般经过活性污泥工艺BOD可以去70 85 若一次处理不达标 可二级处理 若以回用
2、为目的 需要深度处理 确定参数关键 WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 计算各反应器 曝气池的形状 数量 初沉淀池 二沉淀池 中间沉淀池 调节池 匀化池 厌氧池 计算空气 空气量 计算回流污泥和剩余污泥 污泥回流比 剩余污泥量 污泥处理流程等 计算高程 构筑物高程和平面布置 污泥高程 设备选型 泵 鼓风机或机械曝气设备等 WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 1 曝气池设计计算理论方法和经验方法的结合 理论方法所需要的参数可以经过试验确定或根据经验确定 经验方法直接以经验数据 无理论依据 A 有机负荷法 BOD负荷法
3、 污泥负荷法 属于经验方法 污泥负荷 单位时间内单位质量的污泥能够接受的BOD量 容积负荷 单位时间内单位体积曝气池能够接受的BOD量 WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 按污泥负荷计算 按容积负荷计算 按污泥龄计算 Xv 生物反应池内混合液挥发性悬浮固体平均浓度 gMLVSS L c 设计污泥泥龄 d 高负荷时为0 2 2 5 中负荷时为5 15 低负荷时为20 30 Kd 衰减系数 内源代谢系数 d 1 20 的数值为0 04 0 075 WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 V 生物反应池的容积 m3 So 生
4、物反应池进水五日生化需氧量 mg L Se 生物反应池出水五日生化需氧量 mg L 当为完全处理时可不计 Q 生物反应池的设计流量 m3 h Ls 生物反应池的五日生化需氧量污泥负荷 kgBOD5 kgMLSS d X 生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度 gMLSS L Lv 生物反应池的五日生化需氧量容积负荷 kgBOD5 m3 Y 污泥产率系数 kgMLVSS kgBOD5 依据经验确定容积负荷率和污泥负荷率 WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 关于污泥负荷率Ls Monod方程可推导底物比降解速率与底物浓度S 劳麦方程 r rmax S KS S
5、如果考虑微生物浓度 rmax 为有机物降解速率 Xv为微生物浓度 MLVSS 当底物浓度S较小时 则 Xv S K2 Xv S K2 rmax KS WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 根据物料平衡 在稳态时 QS0 QRSe Q QR Se V 0故 K2 Xv S WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 在完全混合曝气池内Se S 故 K2Se有机物去除率 S0 Se S0 则S0 f MLVSS MLSS Xv X X Xv f V Qt 则t V Q将S0 X和V Q t代入得 Ls 各参数可 实验 得到 Wa
6、terPollutionControlEngineering 活性污泥 B 劳伦斯麦卡蒂 Lawrence McCarty 理论 微生物增长速率 dX dt Y dS dt Kd XY为合成系数 Kd内源代谢系数生物固体停留时间 c VX QwXr Q Qw Xe Qw剩余污泥排放量 Xr剩余污泥浓度 稳态下物料平衡 V dX dt Q X0 QwXr Q Qw Xe V Y dS dt Kd X 流入 排出 合成 内源代谢 WaterPollutionControlEngineering 根据以 S0 Se t dS dt代入 并除以VX得到 式左为污泥龄倒数 污泥浓度 WaterPollu
7、tionControlEngineering 活性污泥 活性污泥 曝气池容积V的计算式 Q流量 Y产率系数 S0Se分别表示进水出水BOD浓度 X污泥浓度 以MLVSS计 Kd内源代谢系数 c污泥龄 WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 3 麦金尼法 通过将活性污泥系统中各物质的数量关系的确定 并建立有机物浓度 微生物浓度的关系 解决计算问题 污水中各类有机物的的组成和生物可降解性能 污水中污染物的转化途径 麦法的核心内容 a 无机物和不可生物降解的有机物在活性污泥处理过程中 被微生物吸附 量不变 WaterPollutionControlEngineer
8、ing 活性污泥 b 具体代谢产物的数量关系 即33 被氧化分解 80 2 3 54 左右通过内源呼吸降解 13 左右变成了残物 从上述结果可以看出 污染物的降解主要是通过静止期 衰亡期微生物的内源呼吸进行 并非直接的生物氧化 仅33 有机污染物 1 3 2 3 无机物 能 细胞物质 20 80 无机物 能 残留物质 WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 c 由于内源代谢产物不可完全生物降解 所以可生物降解有机物的COD 即CODB 与完全生化需氧量 BODU 或BODL 并不相同 WaterPollutionControlEngineering 可生物降
9、解有机物 CODB 2 3细胞物质 1 3氧化分解 20 残留物质 80 内源代谢 BODU 1 3CODB 2 3CODB 80 0 87CODB若k1 0 1 则BOD5 0 68BODU 代入得到 BOD5 0 58CODB 活性污泥 d 各种形态的活性污泥细胞的组成基本相同 可以用C5H9O2 5N或C5H7O2N表示 C5H9O2 5N 5 25O2 5CO2 NH3 3H2O123168因而单位微生物的氧当量为168 123 1 37另外 单位BOD5能合成1 15单位的氧当量细胞物质所以 产率系数 麦氏活性微生物 1 15 1 37 0 84 WaterPollutionCont
10、rolEngineering 活性污泥 e 底物降解速率以Monod方程 因为出水的BOD很低 与Ks比可忽略 WaterPollutionControlEngineering 因为曝气池内浓度均匀 所以代谢速率是均匀的 若Km K X Ks 则 Km为代谢速率系数 水温20 取15 h 活性污泥 污泥的计算 MLSS Ma Me Mi Mii 根据物料平衡的关系和有机物的转化数量关系 得到 WaterPollutionControlEngineering Mio t小时流入池的Mi InfMio 入流的Mii 活性污泥 需氧量计算 需氧速率 WaterPollutionControlEngi
11、neering 需氧量 需氧速率 曝气池容积 活性污泥 例题 城市污水厂进水BOD5 200mg L SS 200mg L SS中80为VSS VSS中40 是生物不可降解的 污水经过初沉淀池后 BOD5可以去除30 SS可以去除60 污水设计最大流量为420m3 h 要求处理水的SS为小于20mg L BOD5小于10mg L 计算曝气池容积和污泥浓度 以及需氧量 WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 曝气池容积 根据水力停留时间来确定 先计算进入和流出曝气池的有机物浓度 S0 200mg L 0 7 140mg L先假设出水全部BOD为7 则溶解性BO
12、D Se 7 20 0 35 0 8 1 5mg L代入 t 140 1 5 15 1 5 6h曝气池容积 6h 420m3 h 2520m3 WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 污泥计算 内源代谢取0 02 h 污泥龄取120h WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 需氧速率 WaterPollutionControlEngineering 需氧量 28 23mg L h 2520m3 71 14kg h 1707kg d 活性污泥 2 剩余污泥计算 剩余污泥P P c VX 根据计算曝气池容积公式 代入得P 或者
13、微生物增长速率乘以V 剩余污泥 P V Y dS dt Kd X 计算 P Y Q S0 Se Kd V Xv可得到同样结果 WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 3 需要空气量计算以有机物完全降解计算 当耗氧速率常数为0 1d 1时 根据公式 BODt BODu 1 10 k1t BODt为t时刻BOD值 BOD5 0 684BODu剩余污泥存在的有机物不消耗氧数值为 1 42PO2 1 46Q S0 Se 1 42PO2 Q S0 Se 1 46 Y 1 c Kd 计算空气注意空气中氧含量 氧利用率和安全因素 WaterPollutionControl
14、Engineering 活性污泥 例题1 教材p145 设计流量 Q 21600m3 d 沉淀后BOD5为200mg L 处理后出水总BOD5为20mg L f 0 8 回污泥SS 10g L 曝气池污泥浓度 以MLSS计 3000mg L c 10d 产率系数Y 0 6 Kd 0 08d 1 出水含生物固体 污泥 浓度为12mg L 其中65 可生化 WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 1 参数确定 Se 出水SS中 可生物降解部分 65 12mg L 7 8mg L生物降解SS中的BODu 7 8mg L 1 42 11mg L生物降解SS的BOD5
15、 11mg L 0 68 7 5mg L出水的Se为 20 7 5mg L 12 5mg L 设计允许浓度 注意与下式区别Se WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 2 曝气池容积 污泥龄 V 21600m3d 1 10d 0 6 200 12 5 gm 3 2400gm 3 1 0 08 10 5625m3 污泥负荷 V 21600m3d 1 200 12 5 gm 3 0 25 3000 5400m3 3 剩余污泥 P 1350kg剩余污泥 P YQ S0 Se Kd V XV 21600m3d 1 0 6 200 12 5 gm 3 0 08 562
16、5m3 2400gm 3 2430kg 1080kg 1350kg WaterPollutionControlEngineering 活性污泥 排放的剩余污泥 以SS计 P ss P f 1350 0 8 1688kg d曝气池内污泥浓度MLVSS 2400mg L 回流污泥浓度VSS 10g L f 8000mg L 曝气池污泥浓度X与回流污泥浓度Xr关系 X r 1 r Xr回流比r X Xr X 2400 5600 0 43 WaterPollutionControlEngineering 4 需氧量计算 K1为0 1 d O2 1 46Q S0 Se 1 42 Xv 1 46 21600m3d 1 187 5mg L 1 42 1350kg d 5913kg d 1917kg d 3996kg d 4039 活性污泥 WaterPollutionControlEngineering 1 46含义 1 42含义 活性污泥 5 需空气量计算相关参数 0 7 0 95 水深6m 堵塞系数0 8 氧利用率18 扩散器上静水压5 8m 扩散器压力损失4kPa 管路压力损失5 5kPa 饱
