活性污泥法污水处理设备.ppt

3.3 活性污泥法水处理设备,3.3.1 基本概念 3.3.2 活性污泥法的设计计算3.3.3 二次沉淀池3.3.4 活性污泥法系统设计和 运行中的一些重要问题,3.3.1 基 本 概 念,混合液悬浮固体浓度：MLSS,评价活性污泥的重要指标,曝气池中污水和活性污泥混合后混合液悬浮固体的数量，单位：mg/l。取混合液100mL，以快速滤纸过滤，105烘箱内2小时烘干至恒重，称取其中固体物质的含量。,按McKinney的分析：,MLSS=Ma+Me+Mi+Mii,式中：Ma具备活性细胞成分；,Me内源代谢残留的微生物有机体；,Mi未代谢的不可生化的有机悬浮固体；,Mii吸附的无机悬浮固体。,混合液挥发性悬浮固体浓度：MLVSS,评价活性污泥的重要指标,指混合液悬浮固体中有机物的数量，单位：mg/l。取测定MLSS后的滤纸与固体物质一同放入焚烧炉内，经600800 灼烧至残留物无黑色，称取残留物的含量，扣除滤纸的灰分后，即为NVSS，MLSS与NVSS的则为MLVSS。,由于MLVSS中不包括Mii（吸附的无机悬浮固体），因此比MLSS更能够精确地代表活性污泥中活性生物的数量。,污泥沉降比：SV30,SV30与SVI可以表示活性污泥的沉降浓缩性能，而SVI能够更确切地反应处活性污泥的松散程度和凝絮沉降性能。,取混合液至1000mL或100mL量筒，静止沉淀30min后，度量沉淀活性污泥的体积，以占混合液体积的比例（%）表示污泥沉降比。,污泥体积指数：SVI,指曝气池出口处混合液经30分钟静止沉淀以后，1克干污泥所占的容积，简称污泥指数，单位为mL/g。,评价活性污泥的重要指标,污泥龄：TS,评价活性污泥的重要指标,指曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的剩余污泥数量的比值，单位：日。,由于在稳定运行时，剩余污泥量也就是新增长的污泥量，因此污泥龄就是污泥在曝气池中的平均停留时间，或污泥增长一倍平均所需要的时间。,活性污泥法的基本流程,初沉池,去除污水中大颗粒的悬浮物质，根据废水的特性不同，有时可以省去。,曝气池,活性污泥法的核心，是微生物吸附、代谢废水中有机污染物和部分无机物的主要场所。,活性污泥法的基本流程,二沉池,对活性污泥法和已经处理过的废水进行固液分离，上层为已处理好的出水，排出沉淀池。下层为分离出的活性污泥，大部分由污泥回流系统送回曝气池（回流污泥），其余部分作为剩余污泥排除另行处理。,曝气系统,以一定的的方法与设备，使空气中的氧（或纯氧）溶解于混合液中，并提供适当的搅拌。,回流污泥,通过污泥提升设备将二沉池分离出来的活性污泥送回曝气池，维持曝气池中活性污泥的浓度。,活性污泥法的基本流程,活性污泥降解污水中有机物的过程,活性污泥在曝气过程中，对有机物的降解（去除）过程可分为两个阶段：,吸附阶段,稳定阶段,由于活性污泥具有巨大的表面积，而表面上含有多糖类的黏性物质，导致污水中的有机物转移到活性污泥上去。,主要是转移到活性污泥上的有机物为微生物所利用。,曝 气 设 备,鼓风曝气,机械曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,竖式曝气机,表面曝气机,卧式曝气机,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,空气输配管系统,扩 散 器,鼓风机供应压缩空气,风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态。,风压要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压。,罗茨鼓风机：适用于中小型污水厂，噪声大，必须采取消音、隔音措施,离心式鼓风机：噪声小，效率高，适用于大中型污水厂,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,扩 散 器,空气输配管系统,负责将空气输送到空气扩散器。要求沿程阻力损失小,曝气设备各点压力均衡,空气干管和支管流速符合设计要求，配备必要的手动阀和电动调节阀门。,鼓风曝气,空气净化器,鼓 风 机,扩 散 器,扩散器的作用是将空气分散成空气泡,增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。,空气输配管系统,小气泡扩散器,中气泡扩散器,大气泡扩散器,微气泡扩散器,扩散器的类型,微孔曝气设备,微孔曝气盘,微孔曝气管,微孔曝气管,微孔曝气设备测试,微孔曝气设备安装,微孔曝气设备的运行状况,穿孔曝气管,膜片式微孔曝气器,微孔曝气器实际安装情况,微孔曝气器安装示意图,双螺旋曝气器,ZDB型振动曝气器,KBB型可变微孔曝气器,机械曝气：表面曝气机,表面曝气机充氧原理：(1)曝气设备的提水和输水作用，使曝气池内液体不断循环流动,从而不断更新气液接触面,不断吸氧；(2)曝气设备旋转时在周围形成水跃，并把液体抛向空中，剧烈搅动而卷进空气；(3)曝气设备高速旋转时，在后侧形成负压区而吸入空气。,机械曝气：表面曝气机,曝气的效率取决于：曝气机的性能曝气池的池形,这类曝气机的转动轴与水面平行,主要用于氧化沟。,竖式曝气机,卧式曝气刷,泵 形,倒伞形,平板形,表面曝气机,倒伞形机械曝气器,曝气转刷,转刷曝气机,测试中的曝气转碟,沉水曝气机,射流曝气器,曝 气 设 备 性 能 指 标,氧转移率：单位为mg（O2）/（Lh）。,充氧能力（或动力效率）：即每消耗1kWh动力能传递到水中的氧量（或氧传递速率）,单位为kg（O2）/（kWh）。,氧利用率：通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧的比例，单位为。,曝 气 设 备 性 能,满足混合要求的曝气量 满铺的小气泡扩散器：2.2m3/（m2 h）旋流的大中气泡扩散器：1.2m3/（m2 h）机械曝气：13W/m3,需氧量设计计算,根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算,a活性污泥微生物氧化分解有机物过程的需氧率，即活性污泥微生物每代谢1kgBOD5所需要的氧量 kgO2/kgb活性污泥微生物内源代谢的自身氧化过程的需氧率，即每1kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧量kgO2/(kg.d)生活污水的a为0.420.53之间b值在0.190.11之间,3.3.2 活性污泥法的设计计算,活性污泥系统工艺设计,应把整个系统作为整体来考虑，包括曝气池、二沉池、曝气设备、回流设备等，甚至包括剩余污泥的处理处置。,主要设计内容：（1）工艺流程选择（包括运行方式与曝气池型）；（2）曝气池容积和构筑物尺寸的确定；（3）需氧量、供气量的计算和供氧系统设计；（4）污泥回流量、剩余污泥量的计算与污泥回流设备设计。（5）二沉池的工艺设计；,主要依据：水质水量资料 生活污水或生活污水为主的城市污水：成熟设计经验 工业废水：试验研究设计参数,工艺流程的选择,需要调查研究和收集的基础资料：1.污水的水量水质资料 水量关系到处理规模，多种方法分析计算，注意收集率和地下水渗入量；水质决定选用的处理流程和处理程度。2.接纳污水的对象资料 3.气象水文资料 4.污水处理厂厂址资料 厂址地形资料；厂址地质资料。5.剩余污泥的出路调研,流程选择是活性污泥设计中的首要问题，关系到日后运转的稳定可靠以及经济和环境效益，必须在详尽调查的基础上进行技术、经济比较，以得到先进合理的流程。,曝气池的计算：纯经验方法,根据某种工艺的经验停留时间和经验去除率，确定曝气池的水力停留时间。,例如：流量200m3/h，曝气池进水BOD浓150mg/L,出水要求为15mg/L，采用多点进水，求曝气池容积。多点进水经验去除率：85%90 经验停留时间：35h 取停留时间为4.5h，则曝气池容积：V2004.5m3=900m3,经验水力停留时间：t,有机物负荷率的两种表示方法,污泥负荷率是指单位质量活性污泥在单位时间内所能承受的BOD5量，即:,式中：Ns污泥负荷率,kg BOD5/（kgMLVSSd）;qv与曝气时间相当的平均进水流量，m3/d；s0曝气池进水的平均BOD5值，mg/L；s曝气池中的污泥浓度，mg/L。,污泥负荷率,容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受的BOD5量，即：,式中：Nv容积负荷率，kg(BOD5)/(m3d)。,容积负荷率,根据上面任何一式可计算曝气池的体积，即:,s0和qv是已知的，x和N可参考教材中选择。对于某些工业污水，要通过试验来确定x和N值。污泥负荷率法应用方便，但需要一定的经验。,某城市污水处理厂，设计处理流量为30000m3/d，时变化系数为1.5，经沉淀后的BOD5为200mg/L，总氮为30mg/l，总磷为3mg/l，拟采用活性污泥法进行处理，希望处理后的出水BOD5为20mg/L。试计算与设计该活性污泥法处理系统。,例,解,1.工艺流程的选择,解,(a)污泥负荷的确定：根据实验或经验以及所要求的处理效果，本曝气池采用的污泥负荷率（Ns）为：0.27kgBOD5/kgMLSS.d。（一般为0.20.4kgBOD5/kgMLSS.d）(b)污泥浓度的确定：根据Ns值，SVI值在80150之间，设计取SVI130，污泥回流比为35(50%左右)，经计算曝气池污泥的污泥浓度x为：,2.曝气池的计算与设计,解,(c)曝气池容积的确定：根据计算，曝气池有效容积V为：(d)曝气池停留时间的校合：,2.曝气池的计算与设计,解,(e)曝气池主要尺寸的确定：曝气池的面积：设计2座曝气池（n=2），每座曝气池的有效的有效水深（H1）取4.0m，则每座曝气池的面积（F1）为：曝气池的宽度：设计曝气池的宽度（B）为6m，校合宽深比B/H6/4=1.5，在12之间，符合要求。曝气池的长度：LF1/B=1250/6=208m，设计取210m，校合长宽比L/B=210/6=3510，符合要求。曝气池的总高度：设计取超高（保护高度H2）为0.8m，则曝气池的总高度HH1H24.8m,2.曝气池的计算与设计,解,曝气池的平面形式：设计曝气池为3廊道形式，则每廊道长L1=L/3=210/3=70m。则曝气池的平面尺寸为：曝气池长L1=70m；曝气池宽B1B36318m。,2.曝气池的计算与设计,解,3.曝气系统的计算与设计,采用直径为300mm的圆盘式微孔曝气释放器，安装在距离曝气池的池底200mm处。据公式计算鼓风机的供气量。,解,4.二沉池的计算与设计,二沉池采用幅流式沉淀池，用表面负荷法计算，设计取表面负荷q=1.0m3/m2.h(一般为0.751.5)。（1）表面积：废水最大小时流量Qmax1.5Q/241.530000/24=1875m3/h；沉淀池表面积AQmax/q=1875/1.0=1875m2；设计选择4座沉淀池（n=4），则每座二沉池的表面积A1为：A1A/n=1875/4=468.75m2：(2)二沉池直径：每座二沉池的直径设计取D125m;（3）有效水深：设计取分离澄清时间t为2小时（1.52.5h），则有效水深（H1）为：H1Qmaxt/A=18752/1875=2m。选用直径为25米的刮泥设备，取超高300mm，缓冲区高度300mm。根据刮泥设备的要求设计二沉池池底及泥斗部分。,解,5.剩余污泥量的计算,每日污泥的增长量（剩余污泥量）为：式中：Y-污泥理论产率kg（生物量）/kg（降解的BOD5）：0.40.8 Kd-内源代谢系数d-根据实验或手册，取a值为0.6，b值为0.075，则剩余污泥量为：每天排放含水率为99.2%的剩余污泥量为：217.5吨。,解,6.回流污泥系统的计算与设计,采用污泥回流比35，最大回流比为70，按最大回流比计算：污泥回流量QrRQ0.7030000/24=875m3/h；采用螺旋泵进行污泥提升，其提升高度按实际高程布置来确定，本设计定为2.5m，根据污泥回流量，选用外径为700mm，提升量为300m3/h的螺旋泵4台，3用1备。,3.3.3 二次沉淀池,二次沉淀池的功能要求,1.澄清（固液分离）,2.污泥浓缩（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的体积减少）,二沉池的实际工作情况,（1）二沉池中普遍存在着四个区：清水区、絮凝区、成层沉降区、压缩区。两个界面：泥水界面和压缩界面。,（2）混合液进入二沉池以后，立即被稀释，固体浓度大大降低，形成一个絮凝区。絮凝区上部是清水区，两者之间有一泥水界面。,（3）絮凝区后是一个成层沉降区，在此区内，固体浓度基本不变，沉速也基本不变。絮凝区中絮凝情况的优劣，直接影响成层沉降区中泥花的形态、大小和沉速。,（4）靠近池底处形成污泥压缩区。,二沉池的实际工作情况,二沉池的澄清能力与混合液进入池后的絮凝情况密切相关，也与二沉池的表面面积有关。,二沉池的浓缩能力主要与污泥性质及泥斗的容积有关。,对于沉降性能良好的活性污泥，二沉池的泥斗容积可以较小。,二次沉淀池的构造和计算,二次沉淀池在构造上要注意以下特点：,（1）二次沉淀池的进水部分，应使布水均匀并造成有利于絮凝的条件，使泥花结大。,（2）二沉池中污泥絮体较轻,容易被出流水挟走,要限制出流堰处的流速,使单位堰长的出水量不超过10m3/（m h）。,（3）污泥斗的容积，要考虑污泥浓缩的要求。在二沉池内，活性污泥中的溶解氧只有消耗，没有补充，容易耗尽。缺氧时间过长可能影响活性污泥中微生物的活力，并可能因反硝化而使污泥上浮，故浓缩时间一般不超过2h。,二次沉淀池的容积计算方法可用下列两个公式反映：,式中：A澄清区表面积，m2；qv废水设计流量，用最大时流量，m3/h；u沉淀效率参数，m3/（m2h）或m/h；V污泥区容积，m3；r最大污泥回流比；t污泥在二次沉淀池中的浓缩时间，h。,二次沉淀池的构造和计算,3.3.4 活性污泥法系统设计和运行中的一些重要问题,一、水力负荷二、有机负荷三、微生物浓度四、曝气时间五、微生物平均停留时间（MCRT）六、氧传递速率七、回流污泥浓度八、回流污泥率九、曝气池的构造十、pH和碱度十一、溶解氧浓度十二、污泥膨胀及其控制,流向污水厂的流量变化,一、水 力 负 荷,水力负荷的变化影响活性污泥法系统的曝气池和二次沉淀池。当流量增大时，污水在曝气池内的停留时间缩短，影响出水质量，同时影响曝气池的水位。若为机械表面曝气机，由于水面的变化，它的运行就变得不稳定。对二次沉淀池为水力影响。,一、水 力 负 荷,二、有机负荷率N,污泥负荷率N和MLSS的设计值采用得大一些，曝气池所需的体积可以小一些。但出水水质要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥处置的费用和困难，同时，整个处理系统较不耐冲击，造成运行中的困难。为避免剩余污泥处置上的困难和保持污水处理系统的稳定可靠，可以采用低的污泥负荷率（0.1），把曝气池建得很大，这就是延时曝气法。,曝气区容积的计算，设计中要考虑的主要问题是如何确定污泥负荷率N和MLSS的设计值。,三、微生物浓度,在设计中采用高的MLSS并不能提高效益，原因如下：,四、曝 气 时 间,在通常情况下，城市污水的最短曝气时间为3h或更长些，这和满足曝气池需氧速率有关。,五、微生物平均停留时间(MCRT)(又称泥龄),微生物平均停留时间至少等于水力停留时间，此时，曝气池内的微生物浓度很低，大部分微生物是充分分散的。,微生物的停留时间应足够长，促使微生物能很好地絮凝，以便重力分离，但不能过长，过长反而会使絮凝条件变差。,微生物平均停留时间还有助于说明活性污泥中微生物的组成。世代时间长于微生物平均停留时间的那些微生物几乎不可能在该活性污泥中繁殖。,六、氧 传 递 速 率,氧传递速率要考虑二个过程,要提高氧的传递速率,七、回流污泥浓度,回流污泥浓度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流速率的函数。按右图进行物料衡算，可推得下列关系式：,式中：sa曝气池中的MLSS,mg/L;sr回流污泥的悬浮固体浓度,mg/L;r 污泥回流比。,根据上式可知，曝气池中的MLSS不可能高于回流污泥浓度，两者愈接近，回流比愈大。限制MLSS值的主要因素是回流污泥的浓度。,衡量活性污泥的沉降浓缩特性的指标，它是指曝气池混合液沉淀30min后，每单位质量干泥形成的湿泥的体积，常用单位是mL/g。,（1）在曝气池出口处取混合液试样；（2）测定MLSS（g/L）；（3）把试样放在一个1000mL的量筒中沉淀30min，读出活性污泥的体积（mL）；（4）按下式计算：,活性污泥体积指数SVI,SVI的测定,七、回流污泥浓度,八、污泥回流率,高的污泥回流率增大了进入沉淀池的污泥流量，增加了二沉池的负荷，缩短了沉淀池的沉淀时间，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固体随出流带走。,活性污泥回流率的设计应有弹性，并应操作在可能的最低流量。这为沉淀池提供了最大稳定性。,九、曝气池的构造,推流式曝气池,完全混合式曝气池,十、pH和碱度,十一、溶解氧浓度,通常溶解氧浓度不是一个关键因素，除非溶解氧浓度跌落到接近于零。只要细菌能获得所需要的溶解氧来进行代谢，其代谢速率就不受溶解氧的影响。,一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在0.52mg/L，以保证活性污泥系统的正常运行。,过分的曝气使氧浓度得到提高，但由于紊动过于剧烈，导致絮状体破裂，使出水浊度升高。特别是对于好氧速度不快而泥龄偏长的系统，强烈混合使破碎的絮状体不能很好地再凝聚。,十二、污泥膨胀及其控制,正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积指数SVI在50150之间；当活性污泥不正常时，污泥不易沉淀，反映在SVI值升高。混合液在1000mL量筒中沉淀30min后，污泥体积膨胀，上层澄清液减少，这种现象称为活性污泥膨胀。,活性污泥膨胀可分为,丝状菌性膨胀,当污泥中有大量丝状菌时，大量有一定强度的丝状体相互支撑、交错，大大恶化了污泥的沉降、压缩性能，形成了污泥膨胀。,丝状菌性膨胀的主要因素,丝状菌性膨胀的主要因素,污水水质,运行条件,工艺方法,丝状菌性膨胀的主要因素,污水水质,运行条件,工艺方法,非丝状菌性膨胀,非丝状菌性膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。微生物的负荷高，细菌吸收了大量的营养物，但由于温度低，代谢速度较慢，就积贮起大量高黏性的多糖类物质。这些多糖类物质的积贮，使活性污泥的表面附着水大大增加，使污泥形成污泥膨胀。,发生污泥非丝状菌性膨胀时，处理效率仍很高，上清液也清澈。,在运行中，如发生污泥膨胀，针对膨胀的类型和丝状菌的特性，可采取的抑制措施：,在设计时，对于容易发生污泥膨胀的污水，可以采用以下一些方法：,