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/(kgMLSSd);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=rmaxS/(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：-=XvS=K2XvS，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：-=K2XvS,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=YdS/dt KdXY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：VdX/dt=QX0-QwXr+(Q-Qw)Xe+VYdS/dt KdX=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，802/3=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+2/3CODB80%=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=KX/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=7-200.350.8=1.5 mg/L 代入:t=(140-1.5)/151.5 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/Lh2520m3=71.14 kg/h=1707 kg/d,活性污泥,2.剩余污泥计算：剩余污泥P：Pc=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=VYdS/dt KdX计算，P=YQ(S0-Se)-KdVXv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+cKd)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：6512mg/L7.8 mg/L生物降解SS中的BODu7.8 mg/L1.42=11 mg/L生物降解SS的BOD511 mg/L0.68=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-110d0.6(200-12.5)gm-32400 gm-3(1+0.0810)5625 m3(污泥负荷)V 21600 m3d-1(200-12.5)gm-3/0.253000=5400 m3(3)剩余污泥:P=1350kg剩余污泥:P=YQ(S0-Se)-KdVXV21600 m3d-10.6(200-12.5)gm-30.085625m32400gm-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/Lf=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)1.42Xv1.4621600m3d1187.5mg/L1.421350 kg/d5913 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)FV标准曝气的空气中供氧为OS:OSKLa(20)CSV,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+9.8103H,H水深。PdP+9.8103H=1.013105+9.81035.8=1.58105 Pa0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/d0.18=43191 kg/d 供应空气量GS:GS21%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/m3d.(Ns=,).,Water Pollution Control Engineering,
