水及廢水處理廠設計
Download
1 / 40

水及廢水處理廠設計 - PowerPoint PPT Presentation


  • 367 Views
  • Uploaded on

水及廢水處理廠設計. 4. 二級生物處理 4 -1 活性污泥法模式 4-2 曝氣池設計 4-3 曝氣系統設計 4-4 二沉池設計. 4 -1 活性污泥法模式. 活性污泥法基本控制方法 基本原則 活性污泥庫存量 (inventory) 控制 系統中維持一定量之微生物,以達預期處理效率 與活性污泥曝氣池設計有關 原則:污泥產生量等於廢棄污泥量 迴流污泥量控制 與污泥沉降性有關 原則:二沉池不累積污泥 曝氣用空氣量控制 曝氣池空氣需求量隨進流水質水量變動 原則:曝氣池維持一定溶氧量. 4 -1 活性污泥法模式. 活性污泥法基本控制方法

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' 水及廢水處理廠設計' - gaurav


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

水及廢水處理廠設計

4.二級生物處理

4-1活性污泥法模式

4-2 曝氣池設計

4-3 曝氣系統設計

4-4 二沉池設計


4-1活性污泥法模式

  • 活性污泥法基本控制方法

    • 基本原則

      • 活性污泥庫存量(inventory)控制

        • 系統中維持一定量之微生物,以達預期處理效率

        • 與活性污泥曝氣池設計有關

        • 原則:污泥產生量等於廢棄污泥量

      • 迴流污泥量控制

        • 與污泥沉降性有關

        • 原則:二沉池不累積污泥

      • 曝氣用空氣量控制

        • 曝氣池空氣需求量隨進流水質水量變動

        • 原則:曝氣池維持一定溶氧量


4-1活性污泥法模式

  • 活性污泥法基本控制方法

    • 廢棄污泥量控制方法

      • 方法一:維持食微比(F/M ratio)

        • 廢棄污泥量隨進流水質變動

        • 適合處理接受間歇性高負荷之工業廢水處理廠

      • 方法二:維持曝氣槽MLSS濃度

        • 廢棄污泥量隨微生物增殖速率變動

        • 適合全自動控制之小型污水處理廠

      • 方法三:維持平均細胞停留時間(MCRT)

        • 依每日水質水量及MLSS分析結果計算廢棄污泥量

        • 適合一般都市污水處理廠或工業廢水處理廠,為現階段主流控制方法 → 本課程設計依據


設計水量水質

質量平衡

活性污泥法

模 式

曝氣池設計(容積、尺寸)

二沉池設計

(面積、尺寸)

曝氣系統設計

(空氣量)

散氣

鼓風機

溢流堰

空氣

管線

迴 流

污泥泵

活性污泥系統設計步驟


4-1活性污泥法模式

  • 活性污泥法模式七項假設

    • 曝氣槽完全混合

      • 曝氣槽中各點固體物濃度(X)一致

        • 註1:固體物濃度即生物細胞濃度,以VSS表示

      • 曝氣槽中各點基質濃度(S)一致,且與出流水基質濃度相同

        • 註2:基質為溶解性,以BOD或COD表示

    • 進流基質濃度(S0)維持穩定無明顯變化

    • 進流廢污水中不含活性污泥微生物


4-1活性污泥法模式

  • 活性污泥法模式七項假設

    • 二沉池中不發生生物反應

    • 二沉池有合理的固液分離效率,且沒有污泥固體物累積

    • 進流廢污水中所有生物可分解物質(基質)均為溶解態

    • 全系統維持恆定狀態(steady-state)


1.42 VSS = BODU

0.68 BODU = BOD5

S(soluble) = Se – (1.42 x 0.68)Xe

X, V

Q - QW

Se(S)

Xe

Q

S0

X0 = 0

QR, XW

QW, X

(alternative waste)

QW, XW

標準活性污泥法示意圖


4-1活性污泥法模式

  • 活性污泥法模式推導

    • 動力方程式

      • 微生物增殖

        • dX/dt = mX = [mmaxS/(KS+S)] X

      • 微生物衰減

        • dX/dt = -kdX

      • 淨污泥增加量 = 微生物增殖量-微生物衰減量

        • PX = mVX – kdVX

      • 引入平均細胞停留時間(MCRT)

        • qX = VX / DX = 1 / (m – kd)

        • 1/qX = m – kd

        • m = (1 + kd qX) / qX


4-1活性污泥法模式

  • 活性污泥法模式推導

    • 動力方程式

      • 引入水質水量條件

        • YQ(S0 – S) = mVX

        • VX = YQ(S0 – S)/m = YQ(S0 – S)qX / (1 + kd qX)

        • Yobs = Y / (1 + kd qX)

        • VX = YobsQ(S0 – S)qX

      • 引入水力停留時間

        • VX/Q = Xq = Yobs(S0 – S)qX

        • q = Yobs(S0 – S)qX / X

      • 反算淨污泥增加量

        • PX = YobsQ(S0 – S)


4-1活性污泥法模式

  • 活性污泥法模式推導

    • 模式總結

      • 重要方程式

        • VX/Q = Xq = Yobs(S0 – S)qX

        • PX = YobsQ(S0 – S)

        • Yobs = Y / (1 + kd qX)

      • 重要參數

        • 計量與動力係數:Y、 kd

        • 停留時間:q、qX

        • 質量與濃度: S0、S、X、PX

        • 流量與體積:Q、V


4-1活性污泥法模式

  • 活性污泥法模式推導

    • 模式總結

      • 方程式應用面向

        • 對已知水質水量,可求取

          • 水力停留時間

          • 污泥停留時間

          • MLVSS

          • 曝氣槽體積

        • 對已知系統,可求取

          • 處理水質

          • 最大容許污水量

          • 最大容許污染負荷


4-1活性污泥法模式

  • 活性污泥法模式之設計應用

    • Step-1 建立水質水量參數

      • 進流有機物濃度S0:BOD或COD,mg/L

      • 進流SS濃度:假設為0

      • 出流有機物濃度Se:BOD或COD,mg/L

        • BOD5< 30 mg/L;COD < 100 mg/L

      • 出流SS及VSS(Xe):mg/L

        • SS < 30 mg/L

        • Xe = 0.65 SS

      • 出流溶解性有機物濃度S:BOD5或COD,mg/L

        • S = Se - (1.42 x 0.68) Xe (以BOD5為基準)

      • 廢污水流量Q:m3/d


4-1活性污泥法模式

  • 活性污泥法模式之設計應用

    • Step-2 建立活性污泥參數

      • 暫以BOD5為基準

      • 增殖係數Y:0.38~0.75 kg-MLVSS/kg-BOD5,典型值0.5 kg-MLVSS/kg-BOD5

      • 污泥停留時間qX:5~15 days,典型值10 days

      • 衰減係數kd :0.01~0.14 day-1,典型值0.06 day-1

      • 曝氣池MLVSS濃度X:1,200~2,400 mg/L,典型值2,000 mg/L(相當於MLSS 2,500 mg/L,MLVSS/MLSS = 0.8)

      • 廢棄污泥濃度XW:6,000~10,000 mg/L,典型值8,000 mg/L(SS)


4-1活性污泥法模式

  • 活性污泥法模式之設計應用

    • Step-3 計算廢棄污泥量

      • 計算顯性增殖係數Yobs

        • Yobs = Y / (1 + kdqX)

      • MLVSS增加量

        • PX = Yobs Q (S0 - S)

      • MLSS增加量

        • PXM = PX / 0.8

      • 質量平衡

        • PXM = (Q - QW) SS + QW XW

        • 解出QW


4-1活性污泥法模式

  • 活性污泥法模式之設計應用

    • Step-4 計算曝氣池容積

      • V = PXqX / X

    • Step-5驗算曝氣池水力停留時間

      • q = V/Q,典型值4~8 小時

    • Step-6 驗算食微比(food-to-microorganism ratio)

      • F/M = QS / VX

      • 典型值0.2~0.4 day-1

    • Step-7 設計曝氣池尺寸(見4-2節)

    • Step-8 計算曝氣用空氣量(見4-3節)

    • Step-9 設計二沉池(見4-4節)


4-1活性污泥法模式

  • 硝化作用評估

    • 是否發生硝化作用

      • 自營菌比生長速率(m^'A)

        • m^'A = m^AC/(KOA + C)

          • m^A:自營菌最大比生長速率,典型值0.75 day-1

          • C:曝氣池溶氧,mg/L

          • KOA:常數,典型值0.5 mg/L

      • 硝化所需最小MCRT(qmX)

        • qmX = 1/(m^'A - bA)

          • bA:自營菌衰減係數,典型值0.1 day-1

      • fSA = qX / qmX

        • 確定發生硝化作用:fSA > 1.5


4-1活性污泥法模式

  • 硝化作用評估

    • 硝化作用影響

      • 增加供氧量(參考4-3 曝氣系統設計)

      • 增加污泥量(自營菌增殖)

        • PXA = YA Q NOX / (1 + bAqX)

          • YA:自營菌增殖係數,典型值0.22 g-cell-VSS/g-N

          • NOX:進流TKN – 出流TKN – 異營菌細胞合成用氮

        • 因自營菌(硝化菌)生長速率慢,增殖係數也較低,處理都市污水時對污泥量增加幅度有限

      • 補充鹼度(alkalinity)

        • SALK = 7.07(SNH1 - SNH)

          • SALK:需補充鹼度,mg/L as CaCO3

          • SNH1、SNH:進出流氨氮或TKN,mg/L as N


4-1活性污泥法模式

  • 對活性污泥法模式七項假設之檢討

    • 曝氣槽完全混合

      • 只適用真正的完全混合曝氣槽

    • 進流基質濃度維持穩定

      • 大部情形下無法維持穩定

    • 進流廢污水中不含活性污泥微生物

    • 二沉池中不發生生物反應

    • 二沉池有合理效率,沒有污泥固體物累積

    • 進流廢污水中所有基質均為溶解態

      • 溶解態狀基質依水質而異,且不一定為易分解

    • 全系統維持恆定狀態


4-2 曝氣池設計

  • 曝氣池設計準則(標準活性污泥法)


4-2 曝氣池設計

  • 曝氣池尺寸

    • 曝氣池水深

      • 典型深度:4~6 m

      • 深槽曝氣:10 m

      • 超深層曝氣:30~100 m

    • 曝氣池外形

      • 矩形

        • 完全混合:長寬比1~5,

        • 柱塞流:長寬比>>5

      • 其他

        • 氧化渠、Counter-current aeration


曝氣池平面圖

(大發工業區污水處理廠)


曝氣池剖面圖

(大發工業區污水處理廠)


4-2 曝氣池設計

  • 菌種選擇池

    • 在曝氣池前端原廢水與迴流污泥入口,設置一厭氧或缺氧反應池,只攪拌而不曝氣,可用於控制絲狀菌生長

    • 標準活性污泥法搭配菌種選擇池,因證實可有效控制污泥膨化(bulking),已成為設計主流

    • 菌種選擇池原理(M&E,pp.700-703)

    • 菌種選擇池設計準則(厭氧型)


(a)厭氧型

(b)高F/M型

菌種選擇池

(M & E,2003)

(b)缺氧型


4-3 曝氣系統設計

  • 空氣量設計

    • Step 1.計算理論需氧量

      • 由去除BOD或COD推得之理論需氧量

        • 需扣除BOD或COD用於細胞合成之部份

        • 如有缺氧段,則其中去除之BOD或COD不計需氧量

      • 由氨氮硝化作用推得之理論需氧量

        • 無硝化作用時因細胞合成減少之TKN不計

      • ThOR = Q(S0-Se) + 4.57 Q(SNH1-SNH) - 1.42 PX

        • ThOR:理論需氧量,kg/d

        • S0、Se:進出流BODU或COD

        • SNH1、SNH:進出流氨氮或TKN(有硝化作用時才計)

        • PX:每日合成(等於廢棄)之VSS


4-3 曝氣系統設計

  • 空氣量設計

    • Step 2.計算標準需氧量

      • SOR = ThOR / [((C’swbFa – C)/Csw) (1.024)T-20a]

        • SOR:標準需氧量,kg/d

        • Csw:20oC清水之飽和溶氧量,9.08 mg/L

        • C’sw:ToC清水之飽和溶氧量(M & E,Appendix D)

        • C:曝氣池設計最小溶氧量,典型值2.0 mg/L

        • a:氧傳修正係數(污水KLa/清水KLa),典型值0.8~0.9

        • b:鹽度修正係數(污水飽和溶氧/清水飽和溶氧),典型值0.9

        • Fa:溶氧量高程修正係數

          • Fa = 1 – (廠址高程,m)/9,450

        • T:曝氣池平均溫度,oC


4-3 曝氣系統設計

  • 空氣量設計

    • Step 3.計算標準空氣量

      • SAR = [SOR/r 0.232(g-O2/g-air)]/OTE

        • SAR:標準空氣量,kg/d

        • r:空氣密度,= PM/RT (20oC時1.204 kg/m3)

          • P:1大氣壓為101325 N/m2

          • M:28.97 kg/kg-mole

          • R:8314 N-m/kg-mole-K

          • T:K(=273.15 + oC)

        • OTE:傳氧效率,與水深、單位面積風量有關,依散氣器或曝氣機廠商提供資料設計

          • 細氣泡散氣器:20~30%

          • 粗氣泡散氣器:8~10%


4-3 曝氣系統設計

  • 空氣量設計

    • Step 4.計算設計空氣量

      • AR = SAR x SF

        • 以平均日流量設計,SF = 1.5

        • 以最大日流量設計,SF = 1.0


4-3 曝氣系統設計

  • 空氣傳輸方式

    • 散氣器(diffuser)及鼓風機(blower)

      • 粗氣泡散氣器(coarse bubble diffuser)

      • 細氣泡散氣器(fine bubble diffuser)

        • 陶瓷碟型(ceramic disc)

        • 薄膜碟型(membrane disc)

        • 薄膜管型(membrane tube)

        • 薄膜板型(membrane plate)

    • 表面式曝氣機(surface aerator)

    • 沉水式曝氣機(submersible aerator),可同時搭配鼓風機

    • 噴射式曝氣機(jet aerator),可同時搭配鼓風機


(a)粗氣泡散氣器

(b)陶瓷碟型細氣泡散氣器

(c)薄膜碟型細氣泡散氣器

(d)薄膜管型細氣泡散氣器

常用散氣器類型

(Source: Sanitaire, Nopol)




4-3 曝氣系統設計

  • 曝氣用空氣量控制方式

    • 使用散氣器配合鼓風機時常用串級式控制(cascade control)

      • 取得現場溶氧監測值

      • 與預設之目標溶氧量(例如2.0 mg/L)比較

      • 依水質、水量計算應增減之空氣量

        • DAR = f S0 Q DDO

          • DAR:應增加或減少之空氣量

          • DDO:實測溶氧量與目標溶氧量之差值

          • f:經驗係數,與污水特性、散氣器效率等有關

      • 將應增減空氣量訊號傳遞給鼓風機控制系統


4-4 二沉池設計

  • 二沉池(secondary clarifier)型式

    • 圓形(circular)

      • 較矩形沉澱池有水力與集泥上的優勢

      • 如無其他考量應儘量採用

    • 矩形(rectangular)

      • 常用於地下化或廠區面積不足之污水處理廠

      • 如沉澱池長度過長,應自二端刮泥,並於沉澱池中央集泥


4-4 二沉池設計

  • 圓形二沉池構造

    • 進水方式

      • 中央進水:最常用

      • 周邊進水:較少見

    • 出水

      • 單邊溢流堰

      • 雙邊溢流堰:建議使用

    • 集泥方式

      • 刮泥犁耙

      • 吸泥管(Tow-Bro):建議使用

    • 驅動方式

      • 全橋中央驅動式:適用小型圓形沉澱池(直徑小於10公尺)

      • 半橋中央驅動式:適用大型圓形沉澱池(直徑大於10公尺)

      • 半橋周邊驅動式:不建議使用


2-side

effluent

launder

Scum skimmer

Tow-Bro

Scum guard

圓形二沉池構造(安平廠)


Bridge

Outer well

Inner well (inlet)

Drive unit

Floculating Zone

Supports

Scum box

Tow-Bro

圓形二沉池構造(安平廠)


Tow-Bro

吸泥管

(Source:Envirex)


4-4 二沉池設計

  • 圓形二沉池設計方法

    • 依設計準則


4-4 二沉池設計

  • 圓形二沉池設計方法

    • 依沉降通量法(M&E,pp.820-833)

  • 迴流污泥設計

    • 設計最大迴流比:計畫污水量之100%

    • 操作迴流比:一般為當時進流污水量之30~50%,視MLSS濃度及污泥沉降性而定

    • 控制方法

      • 固定迴流比

      • 固定污泥氈(sludge blanket)高度


ad