水污染控制工程：第12章 活性污泥法设计课件.ppt

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1、第12章 活性污泥法 Activated Sludge Process,4)曝气设备(aerator),(1)曝气装置的分类(type of aeration system)曝气装置，又称为空气扩散装置(air-diffused device)，是活性污泥处理系统的重要设备，可以实现充氧(aerating)和搅动混合(mixing)两大作用。按曝气方式可以将其分为鼓风曝气装置(diffused-air aerator)和表面（机械）曝气装置(surface aerator)两种。,12.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices,(2)鼓

2、风曝气装置(Diffused air aeration devices),鼓风曝气系统由鼓风机(air blower)、空气输送管道(air piping)以及曝气装置(diffusers)所组成。鼓风曝气装置可分为：（微）小气泡型(fine-bubble)微孔曝气头中气泡型(medium-bubble)大气泡型(coarse-bubble system)水力剪切型(hydraulic shear aerator)水力冲击型(jet),12.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices,a.微孔曝气器(porous diffusers),由

3、微孔透气材料（陶土、氧化铝、氧化硅或尼龙等）制成的扩散板(panel)、扩散盘(rigid ceramic disks)和扩散管(tube)等；气泡直径在2mm以下（在200m以下者，为微孔）；EA=1525%，EP=2 kgO2/kw.h以上；缺点：易堵塞，空气需经过滤处理净化，扩散阻力大。,12.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices,12.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices,12.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration d

4、evices,b.中气泡型曝气装置 气泡直径为23mm。,穿孔管和莎纶管：钢管或塑料管，管径2550mm；在管下部两侧呈45开孔，孔眼直径35mm，间距50100mm；不易堵塞，构造简单，阻力小；氧利用率(EA)低，一般为46%；动力效率(EP)可达12 kgO2/kw.h。,C.大气泡型曝气装置 气泡直径为15mm左右。常采用竖管。,12.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices,(3)机械曝气装置 又称表面曝气装置(surface aerator),竖轴式表面曝气装置(vertical axis)泵型叶轮曝气器K型叶轮曝气器倒伞型叶

5、轮曝气器平板型叶轮曝气器横轴式表面曝气装置(horizontal axis)。,12.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices,卧轴式机械曝气器,主要有曝气转刷(rotating brush)和曝气转盘(rotating disk)，也称曝气转碟；主要应用于氧化沟(oxidation ditch)；调节方便、维护简易、动力效率较高。,12.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices,12.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devic

6、es,12.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices,衡量曝气设备的技术性能指标,1)氧的利用率（EA）：又称氧转移效率(Oxygen transfer rate)，是指通过鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比（%）；2)充氧能力（Oxygenation capacity R0）：通过表面机械曝气装置在单位时间内转移到混合液中的氧量（kgO2/h）；3)动力效率（Dynamic efficiency Ep）：每消耗1度电转移到混合液中的氧量（kgO2/kwh）。1)和3)用于鼓风曝气系统，2)和3)用于机械曝气系统。,12

7、.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices,13,曝气设备性能比较,12.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices,小结：,活性污泥法基本类型AB法，SBR法，氧化沟主要曝气设备,12.3 气体传递原理和曝气设备Oxygen transfer and Aeration devices,12.4 活性污泥系统的工艺设计Design of the AS Process of BOD removal,1)工艺设计基本思路(Computation approach)2)曝气池的工艺设计(

8、Dimension of aeration tank)3)曝气系统的工艺设计(Design of aeration system)4)二沉池的工艺设计(Computation of secondary settling tank)5)污泥回流及剩余污泥(Calculation of return and waste sludge),第12章 活性污泥法(Activated Sludge Process),1)工艺设计基本思路(Computation approach),确定废水的水量、水质变化(Influent wastewater characterization data)处理后出水的水质

9、要求(determine the effluent requirement)；曝气池类型选择（type of aerator）；曝气池生化动力学参数（比增长速率、污泥产率Y、需氧量(oxygen required)等）；关键参数确定：污泥负荷(Sludge loading)、污泥浓度(MLSS)、污泥回流比(RAS ratio)、泥龄(SRT)、水力停留时间(HRT)。设计手册、工程案例,12.4 活性污泥系统的工艺设计Design of the Activated Sludge Process for BOD removal,2）工艺设计参数（Design parameters）,活性污泥系

10、统由曝气池（Aeration tank）、曝气系统(Oxygen transfer system)、二沉池(secondary clarifier)及污泥回流设备(sludge return system)等组成。工艺计算与设计主要包括：曝气池的尺寸计算；VolumeHRTLs 曝气系统的计算与设计；需/供氧量及设备选型。二沉池的计算与设计；尺寸与设备选型。污泥回流系统的计算与设计；剩余污泥量(waste sludge production)、泥龄(SRT)等。,Typical design parameters table,经典活性污泥工艺流程schematic diagram of typ

11、ical CMAS process,计算参数(Computational parameters)：,Q：流量m3/dS0:进水有机物浓度，g/m3。X0：进水微生物浓度，gVSS/m3；V：反应池体积 m3X:反应池污泥浓度gVSS/m3 Xe：出水微生物浓度gVSS/m3 Se：出水有机物浓度，g/m3XR：回流活性污泥浓度gVSS/m3Qw：剩余污泥量m3/dR：污泥回流比,方法：物料衡算(mass balances)：,3）曝气池(Aeration tank)设计计算,曝气池的类型(type)和结构(structure)；曝气池尺寸(dimension)计算；Volume需氧量(oxyg

12、en demand)和供气量(oxygen supply)的计算;剩余污泥量（sludge production)的设计计算。,有机物负荷率法；污泥泥龄法；水力停留时间法,曝气池体积（volume）计算,a：有机负荷法（体积负荷）,Ls:污泥负荷率(sludge loading);(kgBOD5/kgMLSSd)Lv:容积负荷率(volumetric loading);(kgBOD5/m3d)Q:进水量(Influent flowrate);（m3/d)S0:进水平均BOD5值;（mg/L）X:池中污泥浓度(MLSS);（mg/L）,应用比较方便，但X和Ls确定需要经验。,b.污泥泥龄法,c:

13、污泥龄(solids retention time,SRT)，污泥停留时间 指处理系统（曝气池）中微生物的平均停留时间。,劳伦斯和麦卡蒂（Lawrence-Mc Carty）模型（p122）,需考虑脱氮时应用。,回流活性污泥,二沉池,出水,进水,剩余污泥,(Q-Qw),Se,Xe,Qw,Se,XR,RQ,Se,XR,Q,S0,X0,(1+R)Q,Se,X,V,Se,X,做系统活性污泥的物料平衡：,1）进水微生物浓度可以忽略：,3）对照公式（11-34）P99可得：,2）将微生物增长基本方程式（11-33）代入,做系统底物的物料平衡：,转化可得污泥泥龄计算曝气池体积公式：,整理得：,代入得：,水

14、力停留时间（Hydraulic Retention Time HRT）,c：水力停留时间法（HRT）,4)剩余污泥计算Sludge production calculation,按污泥泥龄计算（SRT),X,：剩余污泥量,gVSS/d。,b根据污泥产率系数(yield coefficient)或表观产率系数(observed yield coefficient)计算,Y：产率系数,kgMLVSS/kgBOD。Yobs:表观产率系数。Kd：内源代谢系数，d-1.,4)剩余污泥计算Sludge production calculation,5）曝气系统的计算与设计Oxygen transfer s

15、ystem design,鼓风曝气系统包括：鼓风机（Blower）；空气输送管道（Air piping）；曝气装置（曝气头Aerator）计算内容：需氧量（O2;Oxygen demand）；供气量（Gs;Air supply）.,a.根据有机物降解需氧率和内源代谢需氧率计算,O2=aQ(S0Se)b VXv,O2：需氧量,kgO2/d;O2max：最大需氧量；a：活性污泥微生物对有机物氧化过程的需氧率，(kgO2/kgBOD)b：活性污泥内源代谢的自身氧化过程的需氧率，(d-1)；K：日变化系数。1.2。生活污水，a通常取值0.42-0.53；0.188-0.11。,O2max=kO2,(1

16、)需氧量计算,b.根据微生物对有机物的氧化分解需氧量计算,(1)需氧量(Oxygen demand)计算,O2=Q(bCOD0 bCODe)-1.42Xv,bCOD:可生物降解的COD浓度，g/m3；1.42：污泥的氧当量系数，完全氧化1个单位的细胞，需要 1.42单位的氧。0.68：BOD5=0.68BODLXv：剩余污泥量，gMLVSS/d。,耗氧量=去除的bCOD-合成微生物的COD,O2=Q(S0-Se）/0.68-1.42Xv,(2)供气量(Air supply)计算,O2：需氧量；（kg O2/h）Os：标准条件下氧转移量；（kg O2/h）Gs：供气量；（m3/h）EA：曝气设备

17、氧传递效率（%）。一般O2占Os 60%-75%.,6)二沉池的计算与设计,二沉池池型的选择：平流式、竖流式、辐流式；斜板（管）沉淀池原则上不建议采用；带有机械吸泥及排泥设施的辐流式沉淀池，比较适合于大型污水厂；方形多斗辐流式沉淀池常用于中型污水厂；竖流式或多斗式平流式沉淀池，则多用于小型污水厂。,6）二次沉淀池的设计计算,计算公式：,A:澄清区面积，m2；Q:废水设计流量,m3/h；q:沉淀效率参数(表面负荷),0.61.5 m3/m2h；H:有效水深，2.0-4.0m；Vs:污泥区容积,m3；R:最大污泥回流比(RAS ratio)；t：水力停留时间,1.54h;ts:污泥在二次沉淀池中的

18、浓缩时间,一般为2h。,7）污泥回流比计算(RAS ratio),根据曝气池污泥衡算：,Q:废水设计流量(Influent flowrate),m3/h；R:污泥回流比(RAS ratio)；X:曝气池污泥浓度(MLSS),一般2000-4000mg/L;XR:回流污泥浓度，SVI=100,相应XR=10000mg/L,例题12-1：,12.5.1 脱氮工艺12.5.2 除磷工艺12.5.3 脱氮除磷工艺及设计12.5.4 生物除磷脱氮的影响因素,12.5 脱氮、除磷工艺设计,1）三段生物脱氮工艺2）前置缺氧-好氧生物脱氮工艺3）后置缺氧-好氧脱氮工艺4）Bardenpho生物脱氮工艺5）同步硝化反硝化,12.5.1 生物脱氮工艺,1）三段生物脱氮工艺,进水,投加外碳源两段生物脱氮工艺,曝气池,2）前置缺氧-好氧生物脱氮工艺,3）后置缺氧-好氧生物脱氮工艺,4）Bardenpho生物脱氮工艺,5）同步硝化反硝化,HNO2,NH2OH+H20,0.33N2+1.33H2O+0.33NO2-,NH3+O2,NADH2,NAD+,NAD+,NADH2,