活性污泥3工艺设计计算

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1、水污染控制工程水污染控制工程Department of Environmental Science and Department of Environmental Science and Engineering, Anhui , Anhui University of University of Architecture水污染控制工程水污染控制工程活性污泥工艺设计活性污泥工艺设计(BOD去除去除)活性污泥 确确定定工工艺艺: 根根据据污污水水水水质质和和水水量量和和处处理理要要求求,确确定定工工艺艺类型类型, 工艺流程工艺流程.城城市市污污水水, BOD/COD值值较较高高, 设设计计流流量量

2、较较大大一一般般可可选选活活性性污泥工艺污泥工艺; 有有无无脱脱N除除P方方面面的的要要求求, 若若有有可可选选SBR, 氧氧化化沟沟等等具具有有去去除除N ，P 功能的工艺功能的工艺; 水水质质要要求求, 若若以以达达标标排排放放为为目目的的, 一一般般经经过过活活性性污污泥泥工工艺艺BOD可可以以去去70-85%, 若若一一次次处处理理不不达达标标,可可二二级级处处理理, 若若以回用为目的以回用为目的,需要深度处理需要深度处理. 确定参数关键。确定参数关键。Water Pollution Control Engineering活性污泥 计计算算各各反反应应器器: 曝曝气气池池的的形形状状,

3、 数数量量; 初初沉沉淀淀池池, 二二沉沉淀淀池池,(中间沉淀池中间沉淀池, 调节池调节池, 匀化池匀化池, 厌氧池厌氧池). 计算空气计算空气: 空气量空气量. 计计算算回回流流污污泥泥和和剩剩余余污污泥泥: 污污泥泥回回流流比比, 剩剩余余污污泥泥量量，污污泥泥处处理流程等理流程等. 计算高程计算高程：构筑物高程和平面布置：构筑物高程和平面布置, 污泥高程污泥高程. 设备选型设备选型: 泵泵, 鼓风机或机械曝气设备等鼓风机或机械曝气设备等. Water Pollution Control Engineering活性污泥 1. 曝气池设计计算曝气池设计计算 理理论论方方法法和和经经验验方方法

4、法的的结结合合, 理理论论方方法法所所需需要要的的参参数数可可以以经经过过试试验验确确定定或或根根据据经经验验确确定定; 经经验验方方法法直直接接以以经经验验数数据据,无理论依据无理论依据. (A)有机负荷法有机负荷法 (BOD负荷法负荷法, 污泥负荷法污泥负荷法) 属于经验方法属于经验方法. 污泥负荷：单位时间内单位质量的污泥能够接受的污泥负荷：单位时间内单位质量的污泥能够接受的BOD量量; 容积负荷：单位时间内单位体积曝气池能够接受的容积负荷：单位时间内单位体积曝气池能够接受的BOD量量. Water Pollution Control Engineering活性污泥按按污泥负荷污泥负荷计

5、算：计算： 按按容积负荷容积负荷计算：计算： 按按污泥龄污泥龄计算：计算： Xv-生生 物物 反反 应应 池池 内内 混混 合合 液液 挥挥 发发 性性 悬悬 浮浮 固固 体体 平平 均均 浓浓 度度(gMLVSS/L);c- 设设计计污污泥泥泥泥龄龄(d)；高高负负荷荷时时为为0.2-2.5，中中负负荷荷时时为为5-15，低负荷时为低负荷时为20-30；Kd- 衰减系数衰减系数,内源代谢系数内源代谢系数(d-1)，20的数值为的数值为0.04-0.075。Water Pollution Control Engineering活性污泥 V- 生物反应池的容积生物反应池的容积(m3);So- 生

6、生物物反反应应池池进进水水五五日日生生化化需需氧氧量量(mg/L);Se- 生生物物反反应应池池出出水五日生化需氧量水五日生化需氧量(mg/L)(当为完全处理时可不计当为完全处理时可不计); Q -生物反应池的设计流量生物反应池的设计流量(m3/h);Ls-生生 物物 反反 应应 池池 的的 五五 日日 生生 化化 需需 氧氧 量量 污污 泥泥 负负 荷荷kgBOD5/(kgMLSSd);X- 生生物物反反应应池池内内混混合合液液悬悬浮浮固固体体平平均均浓浓度度(gMLSS/L);Lv- 生生物物反反应应池池的的五五日日生生化化需需氧氧量量容容积积负负荷荷(kgBOD5/m3) ; Y- 污泥

7、产率系数污泥产率系数(kgMLVSS/ kgBOD5) . 依据经验确定容积负荷率和污泥负荷率。依据经验确定容积负荷率和污泥负荷率。 Water Pollution Control Engineering活性污泥 关于污泥负荷率关于污泥负荷率Ns：Monod方程可推导底物方程可推导底物比降解速率比降解速率与底物浓度与底物浓度S(劳麦方程劳麦方程)：r=rmaxS/(KS + S) 如果考虑微生物浓度：如果考虑微生物浓度：- = r max ，- 为为有机物降解速率有机物降解速率，Xv为微为微生物浓度生物浓度(MLVSS)，当底物浓度当底物浓度S较小时，则：较小时，则：- = XvS = K2X

8、vS ， K2 = r max/KSWater Pollution Control Engineering活性污泥根据物料平衡根据物料平衡,在稳态时：在稳态时：QS0+QRSe-(Q+QR)Se+ V = 0故：故：- = = K2XvSWater Pollution Control Engineering活性污泥在完全混合曝气池内在完全混合曝气池内Se=S，故：故： = K2Se 有机物去除率有机物去除率= (S0-Se)/S0， 则则S0= ，f= MLVSS/MLSS=Xv/X，X=Xv/ f ，V=Qt，则则t =V/Q将将S0、X和和V/Q=t代入下式得：代入下式得：Ls= = =

9、= = = = ,各各参参数数可可( (实实验验) )得到得到. . Water Pollution Control Engineering活性污泥 (B).劳伦斯麦卡蒂劳伦斯麦卡蒂(Lawrence-McCarty)理论理论:微生物增长速率：微生物增长速率： dX/dt=YdS/dt KdXY为合成系数，为合成系数， Kd内源代谢系数内源代谢系数生物固体停留时间：生物固体停留时间：c = VX/(QwXr+(Q-Qw)Xe)Qw剩余污泥排放量；剩余污泥排放量；Xr剩余污泥浓度。剩余污泥浓度。稳态下物料平衡：稳态下物料平衡：VdX/dt=QX0- QwXr+(Q-Qw)Xe +VYdS/dt

10、KdX =流入流入 - 排出排出 + 合成合成 内源代谢内源代谢 Water Pollution Control Engineering根据根据以以(S0-Se)/t=dS/dt代入代入,并除以并除以VX得到：得到： 式左为污泥龄倒数式左为污泥龄倒数：污泥浓度：Water Pollution Control Engineering活性污泥活性污泥曝气池容积曝气池容积V的计算式的计算式. Q流流量量, Y产产率率系系数数, S0Se分分别别表表示示进进水水出出水水BOD浓浓度度, X污污泥泥浓浓度度, 以以MLVSS计计, Kd内内源源代代谢谢系系数数, c污泥龄污泥龄.Water Pollut

11、ion Control Engineering活性污泥 (3)麦金尼法麦金尼法:通通过过将将活活性性污污泥泥系系统统中中各各物物质质的的数数量量关关系系的的确确定定, 并并建建立立有机物浓度有机物浓度, 微生物浓度的关系微生物浓度的关系, 解决计算问题解决计算问题.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污水中污染物的转化途径.麦法的核心内容麦法的核心内容:a: 无无机机物物和和不不可可生生物物降降解解的的有有机机物物在在活活性性污污泥泥处处理理过过程程中中, 被微生物吸附被微生物吸附, 量不变量不变;Water Pollutio

12、n Control Engineering活性污泥n b: 具体代谢产物的数量关系：即具体代谢产物的数量关系：即33%被氧化分解，被氧化分解，802/3=54%左右通过内源呼吸降解，左右通过内源呼吸降解，13%左右变成了残物。左右变成了残物。n从上述结果可以看出，污染物的降解主要是通过静止期、衰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亡期微生物的内源呼吸进行，并非直接的生物氧化(仅仅33)。有机有机污染物污染物1/31/32/32/3无机物无机物+ +能能细胞物质细胞物质20%20%80%80%无机物无机物+ +能能残留物质残留物质Wat

13、er Pollution Control Engineering活性污泥 c: 由由于于内内源源代代谢谢产产物物不不可可完完全全生生物物降降解解, 所所以以可可生生物物降降解解有有机机物物的的COD(即即CODB)与与完完全全生生化化需需氧氧量量(BODU,或或BODL)并不相同并不相同.Water Pollution Control Engineering可生物降解可生物降解有机物有机物,CODB2/32/3细胞物质细胞物质1/31/3氧化分解氧化分解20%残留物质残留物质80%内源代谢内源代谢BODU=1/3CODB+2/3CODBB若若k1=0.1, 则则BOD5U, 代入得到代入得到:

14、BOD5B活性污泥 d : 各各种种形形态态的的活活性性污污泥泥细细胞胞的的组组成成基基本本相相同同, 可可以以用用C5H9ON 或或C5H7O2N表示表示. C5H9ON + 5.25 O2 = 5CO2 + NH3 + 3H2O 123 168 因而单位微生物的氧当量为因而单位微生物的氧当量为 另外另外, 单位单位BOD5能合成单位的氧当量细胞物质能合成单位的氧当量细胞物质 所以所以: 产率系数产率系数(麦氏活性微生物麦氏活性微生物)=Water Pollution Control Engineering活性污泥e : 底物降解速率以底物降解速率以Monod方程方程: 因为出水的因为出水的

15、BOD很低很低,与与Ks比可忽略比可忽略: Water Pollution Control Engineering因为曝气池内浓度均匀因为曝气池内浓度均匀, ,所以代谢速率是均匀的所以代谢速率是均匀的: :若若Km=KKm=KX/Ks, X/Ks, 则则Km为代谢速率系数为代谢速率系数, 水温水温20, 取取15/h活性污泥污泥的计算污泥的计算:MLSSMa + Me + Mi + Mii。根据物料平衡的关系和有机物的转化数量关系根据物料平衡的关系和有机物的转化数量关系,得到得到: Water Pollution Control EngineeringnMio：t小时流入池的小时流入池的Min

16、InfMio：入流的：入流的Mii活性污泥需氧量计算需氧量计算:需氧速率需氧速率:Water Pollution Control Engineering需氧量需氧量 = = 需氧速率需氧速率曝气池容积曝气池容积. .活性污泥例题例题: 城城市市污污水水厂厂进进水水BOD5=200 mg/L, SS= 200 mg/L, SS中中80为为VSS, VSS中中40%是是生生物物不不可可降降解解的的. 污污水水经经过过初初沉沉淀淀池池后后, BOD5可可以以去去除除30%, SS可可以以去去除除60%, 污污水水设设计计最最大大流流量量为为420 m3/h, 要要求求处处理理水水的的SS为为小小于于

17、20 mg/L, BOD5小小于于10 mg/L, 计算曝气池容积和污泥浓度计算曝气池容积和污泥浓度, 以及需氧量以及需氧量.Water Pollution Control Engineering活性污泥曝曝气气池池容容积积:根根据据水水力力停停留留时时间间来来确确定定,先先计计算算进进入入和和流流出出曝曝气池的有机物浓度气池的有机物浓度.S0=200 mg/L 0.7=140 mg/L先假设出水全部先假设出水全部BOD为为7, 则溶解性则溶解性BOD:Se= 7-200.350.8= 1.5 mg/L 代入代入:t = (140 -1.5)/151.5 6 h曝气池容积曝气池容积 = 6h

18、420 m3/h=2520 m3Water Pollution Control Engineering活性污泥污泥计算污泥计算:内源代谢取内源代谢取0.02/h, 污泥龄取污泥龄取120hWater Pollution Control Engineering活性污泥需氧速率需氧速率:Water Pollution Control Engineering需氧量需氧量 = 28.23mg/Lh2520m3 = 71.14 kg/h =1707 kg/d活性污泥 2. 剩余污泥计算剩余污泥计算：剩剩余余污污泥泥P： Pc=VX，根根据据计计算算曝曝气气池池容容积积公公式式，代代入入得得P = 或者微

19、生物增长速率乘以或者微生物增长速率乘以V，剩余污泥：剩余污泥：P= VYdS/dt KdX计算，计算，P = YQ(S0-Se)- KdVXv可得到同样结果。可得到同样结果。 Water Pollution Control Engineering活性污泥 3. 需要空气量计算需要空气量计算以有机物完全降解计算。以有机物完全降解计算。d-1时，根据公式：时，根据公式：BODt =BODu(1-10-k1t), BODt为为t时刻时刻BOD值，值，BOD5u剩余污泥存在的有机物不消耗氧数值为：剩余污泥存在的有机物不消耗氧数值为：P O2 = 1.46Q(S0-Se O2 =Q(S0-Se)1.46

20、-Y/(1+cKd)计算空气注意空气中氧含量、氧利用率和安全因素。计算空气注意空气中氧含量、氧利用率和安全因素。 Water Pollution Control Engineering活性污泥 例题例题1.教材教材p145。设设计计流流量量：Q21600m3/d，沉沉淀淀后后BOD5为为200mg/L，处处理理后后出出水水总总BOD5为为20 mg/L，f0.8，回回污污泥泥SS 10g/L， 曝曝 气气 池池 污污 泥泥 浓浓 度度 (以以 MLSS计计)3000mg/L, c =10d，产产率率系系数数Y0.6，Kd-1，出出水水含含生生物物固固体体(污污泥泥)浓浓度度为为12mg/L,

21、其其中中65可可生生化。化。 Water Pollution Control Engineering活性污泥n (1) 参数确定参数确定(Se)出水出水SS中，可生物降解部分：中，可生物降解部分：6512mg/L7.8 mg/L生物降解生物降解SS中的中的BODu7.8 mg/L=11 mg/L生物降解生物降解SS的的BOD511 mg/L=7.5 mg/L出水的出水的Se为：为：20-7.5 mg/L12.5 mg/L (设计允许浓度设计允许浓度)注意与下式区别注意与下式区别SeWater Pollution Control Engineering活性污泥 (2) 曝气池容积曝气池容积:(污

22、污泥泥龄龄)V 21600 m3d-110d0.6()gm-32400 gm-3 (1+0.0810) 5625 m3(污泥负荷污泥负荷) V 21600 m3d-1 ()gm-3/3000 =5400 m3(3)剩余污泥剩余污泥:P = = 1350kg剩剩 余余 污污 泥泥 :P = YQ(S0-Se)- KdVXV 21600 m3d-10.6(200-12.5)gm-30.085625m32400gm-32430kg-1080kg1350 kgWater Pollution Control Engineering活性污泥排放的剩余污泥排放的剩余污泥(以以SS计计): P(ss)= P/

23、f = 1350/0.8 = 1688 kg/d曝曝气气池池内内污污泥泥浓浓度度MLVSS: 2400 mg/L;回回流流污污泥泥浓浓度度VSS: 10g/Lf = 8000 mg/L, 曝曝气气池池污污泥泥浓浓度度X与与回回流流污污泥泥浓浓度度Xr关系关系:X = r/(1+r) Xr回流比回流比r = X/(XrWater Pollution Control Engineeringn(4)需氧量计算需氧量计算(K1为为0.1/d)nO21.46 Q(S0Se)1.42Xvn1.4621600m3d11.421350 kg/dn5913 kg/d1917 kg/d3996 kg/d(4039

24、)活性污泥Water Pollution Control Engineeringn1.46 1.46 含义。含义。n1.42 1.42 含义。含义。活性污泥n (5)需空气量计算需空气量计算相关参数：相关参数：-0.7; -0.95; 水深水深6m, 堵塞系数堵塞系数0.8; 氧利用率氧利用率18%;扩散器上静水压，扩散器压力损失扩散器上静水压，扩散器压力损失4kPa，管路压力，管路压力损失，饱和溶解氧浓度，曝气池内溶解氧浓度为损失，饱和溶解氧浓度，曝气池内溶解氧浓度为2 mg/L。O2为为4039kg/d，计算：，计算：实际氧：实际氧：O2KLa(T-20) ( (T)-C) FV标准曝气的

25、空气中供氧为标准曝气的空气中供氧为OS :OSKLa(20) CSVWater Pollution Control Engineering活性污泥n实际有效供氧实际有效供氧O2和和标准状态下供氧标准状态下供氧OS的比：的比：Water Pollution Control Engineering活性污泥Water Pollution Control Engineeringn平均饱和溶解氧浓度平均饱和溶解氧浓度：P Pd d为扩散器出口的压力，为扩散器出口的压力，PaPa；P Pd dP+9.810P+9.8103 3H,HH,H水深。水深。 PdPdP+9.810P+9.8103 3H = 1.

26、01310H = 1.013105 5+ 9.810+ 9.8103 35.8 5.8 = =1.58101.58105 5 PaPa0 0是气泡在表面破裂时的氧体积分数。是气泡在表面破裂时的氧体积分数。0 0nE EA A空气扩散的氧转移效率空气扩散的氧转移效率活性污泥Water Pollution Control Engineering活性污泥7774kg/d 供应空气中含氧量：供应空气中含氧量： SOS/EA=7774kg/d0.18 = 43191 kg/d 供应空气量供应空气量GS: GS3 = 43191 kg/d GS=154526 m3/d = 6438 m3/hWater P

27、ollution Control Engineering活性污泥 例例题题2. 某某城城市市污污水水，处处理理规规模模50000m3/d，经经过过初初沉沉池池后后BOD5 240mg/l，要要求求出出水水BOD5为为30 mg/lmgVSS/mg BOD5，内内源源代代谢谢系系数数为为0.058，污污泥泥龄龄为为10d，曝曝气气池池内内挥挥发发污污泥泥浓浓度度为为2800mg/l，耗耗氧氧速速率率常常数数K1 -1，求求曝曝气池有效容积、剩余污泥和需要氧气量。气池有效容积、剩余污泥和需要氧气量。V= = =13054m3Water Pollution Control Engineering活性

28、污泥剩剩余余污污泥泥P= = = 3655kg/d需要氧气量需要氧气量: O2 = 1.46Q(S0-Se=1.46 50000m3/d 210mg/L-1.42 3655kg/d=15330-5190=10140kg/dWater Pollution Control Engineering作业1.某某城城市市污污水水,流流量量86000m3/d,原原污污水水BOD5为为300 mg/l,经经过过初初沉沉池池后后BOD5可可以以去去除除25%,要要求求出出水水BOD5为为30mg/lmgMLVSS/mgBOD5,d,曝曝气气池池内内污污泥泥浓浓度度为为2600mg/l, 以以劳劳伦伦斯斯麦麦卡

29、卡蒂蒂法法求求曝曝气气池池有有效效容容积积,剩剩余污泥和需要氧气量余污泥和需要氧气量. ( V= )Water Pollution Control Engineering作业2.城城市市污污水水设设计计流流量量:Q46000m3/d,沉沉淀淀后后BOD为为220mg/L,处处理理后后出出水水BOD为为30mg/L, f0.76,回回流流污污泥泥SS10g/L,曝曝气气池池污污泥泥浓浓度度3180mg/L,c=10d,产产率率系数系数Y0.53,Kd-1,劳麦法设计计算活性污泥工艺劳麦法设计计算活性污泥工艺.3.城城市市污污水水设设计计数数据据同同第第1 1题题，若若MLVSS为为1860mg/l，实实验验确确定定表表观观反反应应速速率率常常数数K2(=q max/Ka，分分别别以以污污泥泥负负荷荷法法和和容容积积负负荷荷法法计计算算暴暴气气池池有有效效容容积积，容容积积负荷率取负荷率取kg BOD5/m3d. .(Ns= , ,). . Water Pollution Control Engineering