11活性污泥3-工艺设计计算.ppt
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, 若以回用为目的,需要深度处理. 确定参数关键。,Water Pollution Control Engineering,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.,Water Pollution Control Engineering,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, 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.,Water Pollution Control Engineering,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。,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,V- 生物反应池的容积(m3); So- 生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。,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,关于污泥负荷率Ns： 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) 如果考虑微生物浓度： - = r max· ，- 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 = r max/KS,Water Pollution Control Engineering,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,Water Pollution Control Engineering,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代入下式得：Ls= = = = ,各参数可(实验)得到.,Water Pollution Control Engineering,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·X Y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 +VY·dS/dt Kd·X =流入 - 排出 + 合成 内源代谢,Water Pollution Control Engineering,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：,Water Pollution Control Engineering,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.,Water Pollution Control Engineering,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;,Water Pollution Control Engineering,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,Water Pollution Control Engineering,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.,Water Pollution Control Engineering,可生物降解 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 + 5.25 O2 = 5CO2 + NH3 + 3H2O 123 168 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,Water Pollution Control Engineering,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:,Water Pollution Control Engineering,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:MLSSMa + 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:,Water Pollution Control Engineering,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:,Water Pollution Control Engineering,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=200 mg/L, SS= 200 mg/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420 m3/h, 要求处理水的SS为小于20 mg/L, BOD5小于10 mg/L, 计算曝气池容积和污泥浓度, 以及需氧量.,Water Pollution Control Engineering,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=200 mg/L ×0.7=140 mg/L 先假设出水全部BOD为7, 则溶解性BOD: Se= 7-20×0.35×0.8= 1.5 mg/L 代入: t = (140 -1.5)/15×1.5 6 h 曝气池容积 = 6h× 420 m3/h=2520 m3,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,污泥计算:内源代谢取0.02/h, 污泥龄取120h,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,需氧速率:,Water Pollution Control Engineering,需氧量 = 28.23mg/L·h×2520m3 = 71.14 kg/h =1707 kg/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 = 或者微生物增长速率乘以V，剩余污泥： P= VY·dS/dt Kd·X计算， P = Y·Q·(S0-Se)- Kd·V·Xv 可得到同样结果。,Water Pollution Control Engineering,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：1.42P O2 = 1.46Q(S0-Se)-1.42P O2 =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。,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,例题1.教材p145。 设计流量：Q21600m3/d，沉淀后BOD5为200mg/L，处理后出水总BOD5为20 mg/L，f0.8，回污泥SS10g/L，曝气池污泥浓度(以MLSS计)3000mg/L, c =10d，产率系数Y0.6，Kd0.08d-1，出水含生物固体(污泥)浓度为12mg/L, 其中65可生化。,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,(1) 参数确定(Se) 出水SS中，可生物降解部分： 65×12mg/L7.8 mg/L 生物降解SS中的BODu7.8 mg/L×1.42=11 mg/L 生物降解SS的BOD511 mg/L×0.68=7.5 mg/L 出水的Se为：20-7.5 mg/L12.5 mg/L (设计允许浓度) 注意与下式区别Se,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,(2) 曝气池容积: (污泥龄)V 21600 m3d-1·10d·0.6(200-12.5)gm-3÷2400 gm-3 (1+0.08·10) 5625 m3 (污泥负荷) V 21600 m3d-1 (200-12.5)gm-3/0.25·3000 =5400 m3 (3)剩余污泥:P = = 1350kg 剩余污泥:P = YQ(S0-Se)- Kd·V·XV21600 m3d-1·0.6(200-12.5)gm-30.08·5625m3·2400gm-32430kg-1080kg1350 kg,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,排放的剩余污泥(以SS计): P(ss)= P/f = 1350/0.8 = 1688 kg/d 曝气池内污泥浓度MLVSS: 2400 mg/L;回流污泥浓度VSS: 10g/L·f = 8000 mg/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,Water Pollution Control Engineering,(4)需氧量计算(K1为0.1/d) O21.46 Q(S0Se)1.42Xv 1.46·21600m3d1·187.5mg/L1.42·1350 kg/d 5913 kg/d1917 kg/d3996 kg/d(4039),活性污泥,Water Pollution Control Engineering,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，饱和溶解氧浓度9.17mg/L，曝气池内溶解氧浓度为2 mg/L。 O2为4039kg/d，计算： 实际氧：O2KLa(20) ·1.024(T-20) ·(·· (T)-C) ·F·V 标准曝气的空气中供氧为OS :OSKLa(20) ·CS·V,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,实际有效供氧O2和标准状态下供氧OS的比：,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,Water Pollution Control Engineering,平均饱和溶解氧浓度：,Pd为扩散器出口的压力，Pa；PdP+9.8×103H,H水深。 PdP+9.8×103H = 1.013×105+ 9.8×103×5.8 =1.58×105 Pa 0是气泡在表面破裂时的氧体积分数。 0,EA空气扩散的氧转移效率,活性污泥,=4.585(1.560+0.852)=11.06mg/L,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,7774kg/d 供应空气中含氧量： SOS/EA=7774kg/d÷0.18 = 43191 kg/d 供应空气量GS: GS·21%·1.331kg/m3 = 43191 kg/d GS=154526 m3/d = 6438 m3/h,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,例题2. 某城市污水，处理规模50000m3/d，经过初沉池后BOD5 240mg/l，要求出水BOD5为30 mg/l以下。经过实验研究和查相关设计参数，确立：合成系数为0.55mgVSS/mg BOD5，内源代谢系数为0.058，污泥龄为10d，曝气池内挥发污泥浓度为2800mg/l，耗氧速率常数K1 = 0.1d-1，求曝气池有效容积、剩余污泥和需要氧气量。 V= = =13054m3,Water Pollution Control Engineering,活性污泥,剩余污泥P= = = 3655kg/d 需要氧气量: O2 = 1.46Q(S0-Se)-1.42P =1.46 · 50000m3/d ·210mg/L-1.42 · 3655kg/d =15330-5190=10140kg/d,Water Pollution Control Engineering,作业,1.某城市污水,流量86000m3/d,原污水BOD5为300 mg/l,经过初沉池后BOD5可以去除25%,要求出水BOD5为30mg/l. 经过实验研究和查相关设计参数，确立:合成系数为0.60mgMLVSS/mgBOD5,内源代谢系数为0.060,污泥龄为9.0d,曝气池内污泥浓度为2600mg/l, 以劳伦斯麦卡蒂法求曝气池有效容积,剩余污泥和需要氧气量. ( V= ),Water Pollution Control Engineering,作业,2.城市污水设计流量:Q46000m3/d,沉淀后BOD为220mg/L,处理后出水BOD为30mg/L, f0.76,回流污泥SS10g/L,曝气池污泥浓度3180mg/L,c=10d,产率系数Y0.53,Kd0.06d-1,劳麦法设计计算活性污泥工艺. 3.城市污水设计数据同第1题，若MLVSS为1860mg/l，实验确定表观反应速率常数K2(=q max/Ka)=0.012，分别以污泥负荷法和容积负荷法计算暴气池有效容积，容积负荷率取0.80kg BOD5/m3·d.(Ns= ,).,Water Pollution Control Engineering,
