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第四章 污水的生物处理. 第一节 生化处理与微生物 一、微生物的生理特征及规律 1 、污水中常见的微生物 P87 有分类 植物型微生物 ( 菌类、高等细菌、真菌、藻类) 动物型微生物(原生动物、后生动物) 特点:个体小、分布广 种类多、繁殖快、容易变异 2 、微生物的新陈代谢 —— 合成和分解 3 、微生物生长的营养及影响因素. 补充微生物的图片. 图片. 3 、微生物生长的营养及影响因素 3.1 微生物代谢过程中对营养的要求及酶 C H O N P 维生素等 酶 ——. 第四章 污水的生物处理. 4 、环境对微生物生长的影响 P94

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第四章 污水的生物处理

第一节 生化处理与微生物

一、微生物的生理特征及规律

1、污水中常见的微生物 P87有分类

植物型微生物(菌类、高等细菌、真菌、藻类)

动物型微生物(原生动物、后生动物)

特点:个体小、分布广 种类多、繁殖快、容易变异

2、微生物的新陈代谢——合成和分解

3、微生物生长的营养及影响因素

slide13

3、微生物生长的营养及影响因素

3.1微生物代谢过程中对营养的要求及酶

C H O N P 维生素等

酶——

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第四章 污水的生物处理

4、环境对微生物生长的影响 P94

温度

溶解氧

PH值:好氧6.5-8.5 厌氧:6.7-7.4

营养物的要求:好氧BOD:N:P=100:5:1 厌氧: BOD:N:P=100:6:1

有毒物的限制

进水有机物的浓度

slide17
第四章 污水的生物处理

5、微生物的生长规律 P95

1)生长曲线 图4-15

适应期:适者生存 不适者淘汰

对数期

平衡期

衰老期

2)细菌的定向变异

混合微生物群体的生长 曲线图

slide19
第四章 污水的生物处理

二、污水的可生化性及提高的途径 P97

1污水的可生化性

注意事项:

2改善生化性的途径

调节营养比

调节PH

预处理

slide20
第四章 污水的生物处理

三、污水生物处理概述

好氧与厌氧的区别:

1微生物群不同

2产物不同

3反应速率不同

4对环境要求条件不同

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第四章 污水的生物处理

第二节 活性污泥法

一、活性污泥法组成及性能指标

1活性污泥法组成

2性能指标

污泥浓度MLSS

污泥沉降比SV

污泥容积指数SVI

slide22

表示混合液中活性污泥数量的指标(曝气池)

1. MLSS浓度——混合液悬浮固体浓度〈混合液污泥浓度〉:

mg/L混合液;g/L混合液;g/m3混合液; kg/m3混合液

MLSS=M=X=Ma + Me + Mi + Mii

2-4g/L为宜

2. MLVSS浓度——混合液挥发性悬浮固体浓度

MLVSS=MV=XV=Ma + Me + Mi

slide23

表示活性污泥的沉降性能及评定指标(二沉池)表示活性污泥的沉降性能及评定指标(二沉池)

3.SV——污泥沉降比,又叫30min污泥沉降率

SV反应了曝气池正常运行的污泥量,可用于控制剩余污泥排放量,

同时通过它能及早发现污泥膨胀等异常现象的发生。15-30%为宜

4. SVI——污泥容积指数(污泥指数)

曝气池出口处的混合液经30min静沉后,每g干污泥所形成的沉淀污

泥所占的容积—mL/g 50-150为宜

slide24

SVI在习惯上只称数字,而把单位略去

SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能

要维持曝气池一定的MLSS(如3000mg/L)的情况下,SVI值越高,

则要求的污泥回流比R就越大,但当SVI值高达400mL/g时,则难于

用提高R来维持曝气池一定的MLSS浓度。

SVI=SV*10/MLSS SV=% MLSS =g/L

5、θC——污泥龄(生物固体平均停留时间)系统中每日增长的活性污泥量应等于每日排出的剩余污泥量(ΔX)

(17-9)

θC的定义式

(17-10)

活性污泥在曝气池内的平均停留时间——生物固体平均停留时间。

将△X(17-9)式代入(17-10)式:

slide25

(17-11)

(17-12)

(17-13)

Xr是活性污泥特性和二沉池沉淀效果的函数。

(17-14)

slide26
第四章 污水的生物处理

二、活性污泥法处理过程

1活性污泥法基本原理

吸附—微生物代谢—絮凝体的形成与絮凝沉淀

2活性污泥增长规律 见图4-17

对数增长期内

减速增长期

内源呼吸期

slide28
第四章 污水的生物处理

3活性污泥法运行参数

1)污泥负荷Ns=QLa/XV(kgBOD/MLSS.d)

Q——污水流量m3/d

La——进水有机物BOD浓度mg/L

X——暴气池容积m3

V——污泥浓度MLSS mg/L

2)污泥龄 见图4-18

slide30

2)污泥龄 见图4-18

θC——污泥龄(生物固体平均停留时间),定义为系统中每日新增的活性污泥平均停留在暴气池中的天数,即暴气池全部活性污泥总量同每日排放的剩余污泥量(ΔX)的比值,单位天

(17-9)

θC的定义式

(17-10)

活性污泥在曝气池内的平均停留时间——生物固体平均停留时间。

将△X(17-9)式代入(17-10)式:

slide31

(17-11)

(17-12)

(17-13)

Xr是活性污泥特性和二沉池沉淀效果的函数。

(17-14)

slide32
第四章 污水的生物处理

3)有机物去除量与活性污泥的增加

△X= aQLr-bXV 公式4-3 P105

△X—每日新增污泥量,即剩余污泥排放量kg/d

Lr—污水BOD5去除量 kg/m3

Q—污水量m3/d X—混合液污泥浓度 kg/m3

X—暴气池体积 m3

a—污泥增长系数,即去除每kgBOD所产生的污泥kg数

b—污泥自身氧化率,即每kgBOD自身氧化所产生的污泥kg数

slide33
第四章 污水的生物处理

△X= aQLr-bXV

△X/XV=aQLr/XV-b

1/ θC =aU-b 4-5 图解法4-19

表4-5 几种物质的a\b 值 P106

4)暴气时间

T=V/Q

5)污泥回流比R=Qr/Q=CX/(Cr-Cx)

C=(R/1+R ) *CR

slide34
第四章 污水的生物处理

4活性污泥法的运行方式

1)普通活性污泥法 图4-20

2)阶段暴气法 图4-21

3)生物吸附法 图4-22

4)完全混合法 图4-23

5)延时暴气法 图4-24

6)渐减暴气法 图4-25

slide36

传统活性污泥法(普通活性污泥法)

1.传统活性污泥法的特征:

1) 有机物的吸附与代谢在一个曝气池中连续进行

2) 活性污泥经历了一个生长周期:对数增长期→减速增长期→

内源呼吸期。经历了吸附与代谢二个阶段

3) S由大→小,dO2/dt由大→小。

∴池首往往供氧不足,后段供氧过剩,池前段DO浓度较低,沿池长逐渐增高

2.优点:

3.缺点:

1)不适应冲击负荷和有毒物质

因为是推流式,进入池中的污水和回流污泥在理论上不与池

中原有的混合液混合。∴水质的变化对活性污泥影响较大

2)前段供氧不足,后段供氧过剩

3)Ns不高,曝气池V大,占地大

传统活性污泥法流程图(图17-11)

slide38

阶段曝气活性污泥法

特点

1) 分段多点进水,负荷分布均匀,均化了需氧量,避免

了前段供氧不足,后段供氧过剩的缺点

2) 提高了耐水质,水量冲击负荷的能力

3) 活性污泥浓度沿池长逐渐降低

阶段曝气活性污泥法工艺流程图

slide40

吸附—再生活性污泥法系统

特点

1) 吸附与再生分别进行,二沉池在二者之中

2) 吸附时间较短(30~60min),再生池只对回流污泥再生。

∴整个池容小于普通活性污泥法

3) 处理效果低于普通活性污泥法

4) 具有一定的耐冲击负荷的能力

5) 不宜处理溶解性有机物较多的污水

吸附—再生活性污泥法工艺流程图(图17-13)

slide41

再生曝气活性污泥法系统

而吸附再生活性污泥法系统V再生池很大,

V吸附仅30~60min,容积小

slide43

完全混合活性污泥法

特点

1) 耐冲击负荷,特别适应于工业废水处理

2) 池内水质均匀一致,

各点相同,

各部分工况几乎完全一致,可通过

来调整工作情况

3) 池内需氧均匀,动力消耗小于推流式

4) 出水水质比推流式差,活性污泥易产生膨胀

完全混合活性污泥法工艺流程图(图17-14)

slide45

延时曝气活性污泥法

2.特点

1) Ns非常小,只有0.05~0.10 kgBOD/kgMLSS·d

2) 曝气时间t长(24h以上),污泥处于内源呼吸期,剩余污泥量

少且稳定,池容大

3) 出水水质好,对原污水有较强的适应能力,无需设初沉池,只

适合于小城镇污水处理(Q≤1000m3/d)。污泥不需进行厌氧

消化处理

4) 基建费和运行费较高

吸附—再生活性污泥法工艺流程图

slide47
第四章 污水的生物处理

三、暴气

1暴气方法和设备

1)鼓风暴气

小气泡扩散器 图4-26 4-27

中气泡扩散器 图4-28 4-29

大气泡扩散器 图4-30

水力剪切扩散装置 图4-31

空气升流暴气装置 图4-32

slide55
第四章 污水的生物处理

2)机械暴气

泵型 倒散型 平板型 图4-33

3)暴气设备的比较 表4-7 P113

2、暴气池的结构

1)推流式暴气池 图4-37 4-38

2)完全混合式 图4-39 4-40 4-41 4-42

3)循环混合式 图4-43

slide63
第四章 污水的生物处理

四、活性污泥法的设计和运行

1活性污泥法的设计

2活性污泥法的运行和控制

活性污泥法的培养

活性污泥法的驯化

活性污泥法的试运行

活性污泥法运行中的异常现象

污泥膨胀 污泥上浮(脱N上浮、腐化上浮、解体上浮、泡沫问题)

slide64
第四章 污水的生物处理

五、活性污泥法的新发展

1纯氧暴气法

1)联合暴气法 图4-44

2)表面暴气法 图4-45

2深井暴气法

3粉末活性炭-活性污泥法

4两级活性污泥法(AB法)

slide65
第四章 污水的生物处理

5两级活性污泥法脱N 图4-46 4-47

6间歇暴气活性污泥法工艺(SBR)

7氧化沟工艺

1)特点

2)分类

3)典型氧化沟

帕斯韦尔氧化沟 图4-50

T型氧化沟 图4-51

DE型氧化沟 图4-52

slide69

∴纯氧曝气氧转移推动(Cs-C)比空气曝气氧转移的推动力提高了40/7.2=5.5倍,同时纯氧曝气氧转移推速率∴纯氧曝气氧转移推动(Cs-C)比空气曝气氧转移的推动力提高了40/7.2=5.5倍,同时纯氧曝气氧转移推速率

2.特征

1) 氧的利用率EA=(80~90)%,而传统活性污泥法EA仅为± 10%

2) MLSS=4~7g/L,使Nrv↑

V↓

3) SVI<100,一般不会发生污泥膨胀

4) 剩余污泥量小

纯氧曝气活性污泥法工艺流程图(图17-17)

slide70

1-2 浅层曝气活性污泥法系统(殷卡曝气法)

1.气泡只有在形成与破碎的一瞬间有着最高的氧转移率,而与

其在液体中的移动高度无关

2.可使用低压鼓风机,节省电耗,EP=1.8~2.6kgO2/KW·h

浅层曝气活性污泥法工艺流程图(图17-16)

slide72

2 深水曝气活性污泥法系统

1.概述

1)亨利定律:C=H·P

式中:C——水中溶解氧饱和浓度

H——亨利常数

P——压力

2)

生物的增殖和有机物降解

2. 深水曝气池

深水中层曝气池

深水底层曝气池

slide73

深井曝气池活性污泥法系统

1. H=50~100m,φ=1~6m

2. 特征:

1) 氧的利用效率EA高达90%,动力效率EP高达6kgO2/KW·h;占地少

(传统活性污泥法EA=10%±,EP=2~3)

2) 适用于各种气候条件,可不设初沉池

3) 适用于处理高浓度有机废水

EP——动力效率:1KWh电能转移到混合液中的氧量,以kgO2/KW·h

深井曝气池活性污泥法工艺流程图(图17-15)

slide75

粉末活性炭-活性污泥法(略)

  • 4 两级或多级活性污泥法系统

特点

1) 当污水BODu>300mg/L,一级曝气池以采用完全混合式曝气

池为好;(对水质水量冲击负荷承受力强)

2) 当污水BODu<300mg/L,一级曝气池可采用推流式

3) 当污水BODu<150mg/L,不应采用多级

4) 处理水水质好,但建设费和运行费均较高

slide76

高负荷活性污泥法

2.特点

1).曝气时间短(1.5~3.0h)。Ns高(1.5~

3.0kgBOD/kgMLSS·d),ηBOD<(65~75)%。低

2).池容小,出水水质不好

slide78
第四章 污水的生物处理

7氧化沟工艺

1)特点

2)分类

3)典型氧化沟

帕斯韦尔氧化沟 图4-50

T型氧化沟 图4-51

DE型氧化沟 图4-52

slide84

2.鼓风曝气系统的计算与设计

图 17-33 空气扩散装置(曝气器)

slide86
补充内容 17. 7 活性污泥处理系统的工艺设计

17.7.1 概述

17.7.2 曝气池(区)容积的计算

17.7.3 曝气系统与空气扩散装置的计算与设计

☆ 本教材设计举例

slide87

17.7.1 概述

1.工艺设计内容

1)工艺流程选择

2) V曝气池、曝气池工艺尺寸

3)需氧量、供气量的计算及曝气系统设计

4)回流污泥量(RQ)剩余污泥排放量QW与回流污泥系统的设计

5)二沉池的设计计算

2.原始资料与数据

1) 曝气时间t>6h,曝气池设计流量为Q平均日

2) 曝气时间t=2h±,曝气池设计流量为KzQ平均日

3) 曝气时间t=3~6h,曝气池设计流量为KdQ平均日(最大平均日)

3.应确定的主要参数

1) Ns MLSS(MLVSS) R SVI SV%

2) Kz Y Kd a′ b′

4.处理工艺流程的确定

slide88

17.7.2 曝气池(区)容积的计算

(17-9)

(17-78)

1.Ns的确定

1)完全混合式曝气池

(17-32)

slide89

(17-79)

式中:K2——0.0168~0.0281

工业废水K2值见表17-17

对于城市污水:

Ns=0.3~0.5(kgBOD5/kgMLSS•d) 则η≥90%,SVI=80~150

slide90

2)推流式曝气池

按经验计算式计算

(17-80)

根据Ns值,复核SVI值

如果要求进入硝化阶段,则应使θC>3日

slide92

2.X的确定

X高,V小,但X不能太高,应考虑以下三个因素

1〉供氧的经济性与可能性

X太高,粘滞性↑,O2的扩散阻力增大,扩散器的动力费用↑

不经济

X太高,需氧量太大,扩散器的供氧<活性污泥的需氧,满足不了活性污泥对氧的需要。对空气曝气而言,要求供氧量太大则为不可能。

∴ X太高,即不经济也不可能

2〉活性污泥的凝聚沉淀性能

X<Xr,而Xr与活性污泥的沉淀性能、浓缩时间有关

∴ Xr与SVI成反比,当SVI=100±,

则Xr在8000~12000mg/L之间

slide93

3〉二沉池与污泥回流设备的造价

X太高,二沉池负荷大,二沉池造价高

X太高,RQ回流污泥量大,回流污泥设备的造价与动力费用↑

X的确定

(1) 进入二沉池的污泥量应等于从二沉池流出的污泥量:

(17-81)

slide94

对曝气池进出的污泥量进行物料平衡:

(17-82)

(2)应为进入曝气池的污泥量加上曝气池内净增污泥量等

于流出曝气池的污泥量:

(17-83)

(3) 按(17-83)式计算出X

在考虑上述三个因素的基础上,参考表17-18,确定X

slide95

17.7.3 曝气系统与空气扩散装置的计算与设计

1.活性污泥需氧量(R=O2)与曝气设备供气量(Gs)的计算

1)需氧量计算

(1) 日平均需氧量

(2) 最大时需氧量(O2)max

2)供气量(Gs)计算

(1) 计算Csb

slide96

(2)求曝气设备在标准条件下脱氧清水中的供氧量R0(2)求曝气设备在标准条件下脱氧清水中的供氧量R0

日平均供氧量R0

(17-71)

最大时供氧量(R0)max

(17-71)

(3)求曝气设备供气量Gs

平均时供气量

(m3/h)

(17-73)

最大时供气量(Gs)max

(m3/h)

slide97

2.鼓风曝气系统的计算与设计

图 17-33 空气扩散装置(曝气器)

slide98

1)空气扩散装置(曝气器)的选定与布置

要求EA、EP较高,且不易堵塞

2)空气管道系统的计算与设计

(1)经济流速:

•主干管、干管:10~15 m/s

•竖管、支管:4~5 m/s

然后根据Q、V查附录二求出对应的管径

(2)阻力损失计算

KPa(1.5mH2O柱)

<4.9 Kpa <(4.9~9.8)KPa

式中:h1——沿程阻力损失,查附录三求出

h2——局部阻力损失,换算成当量长度l0来计算

slide99

(17-84)

K是长度换算系数表(17-23)

由计算长度L来查附录三,求出h管

(3)鼓风曝气压缩空气的绝对压力P

(17-85)

slide100

式中:h1——管路沿程阻力损失(Pa)

h2——管路局部阻力损失(Pa)

h3——曝气器的阻力损失(Pa) 查产品样本

h4——曝气器安装深度(m=9.8×103Pa)

h5——所在地区的大气压(Pa)

(4)空压机所需压力H

估算空压机所需压力P=

1.5mH2O柱

(5)鼓风机的选择

同型号:≤3台 备用1台

≥4台 备用2台

slide101

3 机械曝气装置的设计

1)选择叶轮型式

2)确定叶轮直径与轴功率

3)其它要求

调节叶轮速度和淹没深度

slide102

4. 污泥回流系统的设计与剩余污泥处置

1〉污泥回流系统的设计

(1)回流污泥量的计算(QR)

(17-86)

(17-87)

SVI、X、Xr三者之间关系

SVI会在一定范围内变化,要维持一定的X,则R就应加以调整变化

同时X也需要根据进水负荷的变化而加以调整,为调整X也需要调整R

∴ 设计应按Rmax设计,并有几极较小回流比条件下工作的可能性,使R可以调整

slide103

(17-7)

(17-83)

(17-87)

(2)污泥提升设备的选择与设计

① 污泥泵(轴流泵)

效率高、运行稳定,不会破坏活性污泥絮体。设回流污泥泵

站,适用于大、中型污水厂

slide104

② 空气提升器

设在二沉池排泥井或曝气池进口处的污泥井内

一座污泥回流井只设一台空气提升器,并只接受一座二沉池污泥

斗来的污泥

升液筒在井内的最小淹没水深h1(mm)

(17-88)

式中:n——密度系数,一般为2~2.5

h2——需提升的高度

• 空气用量Qu=(3~5)Qmax提升污泥量

查设计手册

slide106

③ 潜污泵

④ 螺旋泵

slide107

(17-89)

式中:D——螺旋泵的外缘直径(m)

工作转速Vg

安装倾角:α=30~38°

泵体外缘与导槽内壁之间的间隙δ

(17-90)

优点与缺点:

• 效率高,节省能耗

• 不堵塞,维护管理方便

• 转速较慢,不会打碎活性污泥絮体

• 无其它附属设备,直接设在曝气池与二沉池之间,∴应用广泛

• 缺点是占地较大

slide108

2 〉 剩余污泥及其处置

(1) 剩余污泥

(17-15)

(17-91)

(17-92)

slide109

(2) 处置

① 将含水率为99%的剩余污泥送入浓缩池浓缩

(96~97)%含水率的污泥再与初沉池污泥一起去进行厌氧消化

② 将含水率为99%的剩余污泥→初沉池,起生物絮凝作用,提高初沉池去除效果。但是增大了初沉池负荷,提高了进入曝气池的BOD浓度,增加了曝气池负荷

③ 剩余污泥(ρ=99%)→浓缩→与初沉池污泥相混合,并投加混凝剂后采用机械脱水。

5. 二沉池

1)

2) 特点

(1) 同时具有泥水分离和污泥浓缩的二种功能,要求池表面积A较大

(2) 进入的混合液污泥浓度高,且具有絮凝性,属于成层沉淀

(3) 因为活性污泥质轻,出流堰负荷比初沉池小,为≤1.7L/m•s,

初沉池为≤2.9 L/m•s

同时

5mm/s 7mm/s

slide110

(4) 静水压力排泥的静水头≥0.9mH2O柱参见:图17-36

slide111

3)

(1) 沉淀池表面积A

(17-93)

式中:u——成层沉淀之沉速,mm/s

(2) 澄清区水深H1

(17-94)

式中:t——水力停留时间(h),一般为1~1.5h

slide112

(3) 污泥区容积V

设计二沉池贮泥时间为2h

(4) 圆筒部分污泥区高度H2

(5) 池边水深(有效水深)H

H=H1 + H2 + h2=H1+H2+0.3

澄清区 污泥区 缓冲层

slide113

(6) 池总高度H总

H总=H + h1+ h3 + h4

池边水深 超高 池中心与池边落差 污泥斗高度

h1——导流区高度

h2——曝气筒直壁段高度

h3——沉淀区水深1~2m

H:(0.8~1.2m)——曝气筒保护高度

6. 曝气沉淀池各部分尺寸的确定

1) 池体

受搅拌器的限制:

(1) D≤20m,∵受充氧能力和搅拌能力的限制,D不能过大

(2) H水深≤5m,太深,搅拌不好,池底易于积泥

结构尺寸的要求:

(3) h3(沉淀区水深)=1~2m,过小就会影响上升水流的稳定

(4) 曝气筒保护高度0.8~1.20m

(5) 曝气筒直壁段高度h2>导流区高度h1

且(h2-h1)≥0.414B(B为导流区宽度)

slide115

2) 回流窗

回流窗总长度为曝气筒周长的30%±,其调节高度为50~150mm

3) 导流区

4) V4=20~40mm/s

确定回流缝的宽度b,b一般取值为150~300mm,顺流圈长度L=0.4~0.6m。该结构形式为防止曝气区混合液和气泡窜入污泥回流区,干扰沉淀;同时要使回流污泥顺利回流入曝气区。

slide116

5) 池底斜壁与水平呈45°

6)结构容积系数为(3~5)%

※ 回流缝设计:

先确定回流缝的宽度b(150~300mm)

确定顺流圈长度L=0.4~0.6m

校核回流缝内污水的流速V4(20~40mm/s)

slide117

7. 处理水的水质

1)出水总的BOD5=溶解性BOD5+非溶解性BOD5

(Se)

2)出水中SS=Ce =20~30mg/L

(Xe)

3)

(17-95)

式中:Ce——出水中SS浓度(mg/L)

Xa——活的微生物在出水中SS中所占比例

b——微生物自身氧化率(Kd):0.05~0.10 kg/kg•d(d-1)

slide118

1.42——氧化1g微生物体所需氧量1.42g

C5H7NO2+5O2→5CO2+NH3+2H2O

113 160

1 X

5——五天的BOD培养期

4) 处理出水中总BOD5值:

(17-96)

• Se值是从滤后水样测出的,则出水总的BOD5值应按(17-96)

计算得出

• Se值是从滤后水静沉后水样测出,则Ce值从静沉下污泥中测

出,总的BOD5按(17-96)计算得出

• Se值是从搅拌过的水样中测出,则测出的Se值即为总的BOD5

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☆ 本教材设计举例

例题17-1:已知Q=30000m3/d,Kh=1.4,S0=225mg/L,Se=25mg/L,一级处理的ηBOD5=25%

要求: •计算确定曝气池工艺尺寸

•计算设计鼓风曝气系统

解:

一、曝气池各主要部位尺寸的计算与确定

1.处理程度η的确定

〈1〉进入曝气池污水

mg/L

mg/L

〈2〉出水中非溶解性BOD5=7.1bXaSe

(17-96)

处理水:BOD5(总)=Se + BOD5= Se + 7.1bXaCe

溶解性 非溶解性 ↓ ↓

25mg/L 18.6 mg/L + 6.4 mg/L

slide120

〈3〉

〈4〉

2.运行方式

传统活性污泥法、阶段曝气活性污泥法、吸附-再生活性污泥法

集中从池首进水 沿曝气池多点进水 沿曝气池某点进水

和进回流污泥 从池首进回流污泥 从池首进回流污泥

3.曝气池计算与设计

〈1〉Ns的确定

首先拟定Ns=0.3,然后用下列公式校核

(17-97)

〈2〉确定X

由Ns查图17-2得出SVI值为100~120,取120,并取R=50%,根据(17-

83)式计算X

slide121

取整X=3300 mg/L

〈3〉确定曝气池容积V

〈4〉确定曝气池各部位尺寸

取超高0.5m,池总高=水深+超高=4.2+0.5=4.7m

具体布置见图17-38

slide123

二、曝气系统的计算与设计

1.平均需氧量O2

2.最大时需氧量(O2)max

每日去除的BOD5值:

slide124

去除每千克BOD5的需氧量△O2

3.供气量Gs

确定用网状膜中微孔空气扩散器,其EA=12%,距池底0.2m,淹没水深4.0m,查附录一得出:Cs(20)=9.17 mg/L,Cs(30)=7.63 mg/L,设计水温定为30℃(最不利温度!)。

slide125

• 平均供气量Gs

• 最大时供气量(Gs)max

slide126

• 去除每千克BOD5的供气量为:

• 每m3污水供气量为:

• 提升污泥的空气量:

• 总需气量GsT=8418+3750=12168m3/h

slide127

4.空气管路计算

空气管的布置

曝气池面积F=27×45=1215m2

• 选择最远最长的管路作为计算管路,列空气管路计算表进行

计算,得出管道系统的总压力损失:

• 网状膜扩散器的压力损失为 5.88 KPa,设计取9.8 KPa

slide129

5.空气机的选择

• 所需压力P=(4.2-0.2+1)×9.8=49 KPa

• 空气流量:最大时:8418+3750=12168m3/h=202.8m3/min

平均时:6946+3750=10696m3/h=178.3m3/min

• 选LG60,5台,P=50KPa,Q=60 m3/min。3用2备;4用1备

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例题17-2:

已确定下列设计参数

解:

1. 曝气区容积V

slide131

2.沉淀区面积与容积(F3、V2)

• 由X=4000mg/L,查表17-25得μ=0.28mm/s

• 取沉淀t=1.5h,则沉淀区容积V2为

V1——回流窗孔流速:100~200mm/s

V2——导流区下降流速:15mm/s

V3——由导流区沉淀流速:V3<V2

V4——污泥回流缝的流速:20~40mm/s

slide132

3.需氧量与充气量的计算

〈1〉

〈2〉 标准条件下的充氧量R0

4.确定曝气叶轮、曝气区直径与面积

• 泵型叶轮:查附录六,R0=26kgO2/h,线速度为4.5m/s,叶轮直

径d=1000mm,N=7KW

• 曝气区直径:

• 曝气区面积:

slide133

5.导流区直径与宽度

h4——曝气沉淀池斜壁高=H-h3;0.8~1.2m——曝

气区直壁段超高

slide134

6.曝气沉淀池直径D

7.曝气沉淀池其它各部位尺寸的确定

〈1〉曝气区直壁高h2=h1+0.414B=1.5+0.414×0.5=1.7m

〈2〉曝气沉淀池池深H取4.2m

〈3〉曝气沉淀池斜壁高:h4=H-h3=4.2-1.7=2.5m

〈4〉曝气沉淀池斜壁与曝气区直壁呈45°

〈5〉曝气沉淀池池底直径D3=D-2h4=12-2×2.5=7.0m

8.回流窗尺寸

•V1取100mm/s,回流窗孔总面积f

•每池开24个回流窗孔,则每个窗孔面积f1

•设计成L×B=300×200mm窗孔,共24个均布,并在孔口上设计闸板阀

slide135

9.回流缝

• 曝气直径D4=D3(池底直径)+0.2m=7+0.2=7.2m

• 回流缝宽b取0.2m,顺流圈长L为0.5m

• 回流缝内污水的流速V4

10.曝气沉淀池实际容积核算

• 曝气沉淀池的总容积V′为:

slide136

• 实际有效容积V

• 沉淀区实际有效容积V2

• 曝气区(包括导流区和回流区)的实际有效容积V1

• 曝气沉淀池各部分容积比较表

slide137

对于鼓风曝气:

(17-98)

在标准条件下:

α=1,β=1,ρ=1,T=20℃,C=0

(17-99)

(17-71)

slide138

17.8 活性污泥处理系统的运行管理

17.8.1 活性污泥处理系统的投产与活性污泥的培养驯化

1. 活性污泥的培养与驯化

2. 试运行

17.8.2 活性污泥处理系统运行效果的检测

1. 反映处理效果的项目:进出水总的和溶解性的BOD、COD,进出水

总的和挥发性的SS,进出水的有毒物质(对应工业废水)

2. 反映污泥情况的项目:污泥沉降比(SV%)、MLSS、MLVSS、SVI、

溶解氧、微生物观学察等

3. 反映污泥营养和环境条件的项目:氮、磷、pH、水温等。

17.8.3 活性污泥处理系统运行中的异常情况

1. 污泥膨胀

2. 污泥解体

3. 污泥腐化

4. 污泥上浮

5. 泡沫问题

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思考题与习题

习题

1、什么是活性污泥?它由一些什么部分组成?它的活性是指何而言?如何评价活性污泥的好坏?

2、活性污泥法的基本要领和基本流程是什么?

3、活性污泥评价指标有哪些?它们的意义与应用如何?其数值范围受何影响?

4、污泥龄的概念与意义是什么?怎样进行污泥龄的计算?在设计与运行中如何应用?

5、活性污泥法去除有机物的净化过程及作用如何?

6、生化反应中参数Vmax、K、Y、Kd、a‘、b’的意义是什么?如何来求定这几个参数?

7、推流式与完全混合式曝气池的区别是什么?它们两者基质降解的数学模式为何不同?

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8、当完全混合式曝气池与推流式曝气池的进水Q、Sa与要求出8、当完全混合式曝气池与推流式曝气池的进水Q、Sa与要求出

水Se都完全相 同时,且完全混合式曝气池中X等于推流式曝

气池中X时,问哪类池型需要的容积要大?为什么?

9、曝气设备的作用和分类如何,如何测定曝气设备的性能?

10、城市污水属低底物浓度的有机污水,试问有机废物的

降解速度遵循哪级反应?并用何式来描述?

11、曝气池有哪几种构造和布置形式?

12、活性污泥法有哪些主要的运行方式,各种运行方式的

特点是什么?促使各种运行方式发展的因素是什么?

13、影响活性污泥法运行的主要因素有哪些?这些因素的

作用是什么?

14、曝气池设计的主要方法有哪几种,各有什么特点?

15、曝气池和二沉池的作用和相互联系是什么?

slide141

习 题

1、二沉池的功能和构造与一沉池相比有什么不同?在二沉池中设置斜板

或斜管为什么不能取得理想的效果?

2、写出好氧微生物的分子式。氧化1kgBOD5的理论需氧量要多少kg?产生

的活性污泥氧化1kg活性污泥的理论需氧量要多少kg?

3、国内目前主要采用哪几种曝气设备,曝气设备的改进对活性污泥法将

带来什么好处?

4、污水充氧性能修正系数α、β的意义和测定原理如何?影响α、β值

的因素有哪些?

5、鼓风曝气与机械曝气设备选用计算式有何不同?

6、合建式完全混合曝气沉淀池的构造与各区的作用是什么?

7、BOD5污泥负荷Ns与Nrs的概念与区别?

8、污泥回流的方式有哪几种?它们各自的优缺点是什么?

9、试论述鼓风曝气系统的设计、计算步骤和注意事项。

slide142

10、曝气池内容解氧浓度应保持多少?在供气正常时它的突然变化说

明了什么?

11、试分别阐述曝气池每日活性污泥的净增殖量与曝气池混合液每日

需氧量的计算公式的物理意义?并写出每日排出剩余污泥体积量

的计算式。

12、从θc=YNrs-Kd公式中,论述为什么Nrs增大,θ就减小?

13、从Qsr=a'+b'Nrs公式中,论述为什么Nrs增大,Qsr就减小?

14、活性污泥的合成产率Y与表观产率Yobs有何区别?它们与θc的关

系式?

15、从生化降解有机物的原理,论述曝气池内水中的有机物、泥、气

三者之间的传质与转化关系。

16、城市污水二级处理出水中总BOD值与其中非溶解性BOD值的计算中

应注意什么问题?

17、产生活性污泥膨胀的主要原因是什么?

slide143

18、如果某污水厂经常会发生严重的活性污泥膨胀问题,大致可以18、如果某污水厂经常会发生严重的活性污泥膨胀问题,大致可以

从哪些方面着手进行研究、分析,可以采取哪些措施加以控制?

19、试从双膜理论推导氧转移速率公式,并说明KLa值如何测定?

20、普通曝气池混合液污泥浓度不能过高的原因何在?

21、经过实验得到如下一组数据,试求该反应的级数及反应速度常数k

(数值及单位):

22、已知某一级反应起始基质浓度为220mg/L,2h后的基质浓度为

20mg/L,求其反应速度常数k与反应后1h的基质浓度S。

23、在河流某断面处取水样测得二日20℃的生化需氧量BOD5为15mg/L

,若河水流速为0.1m/s,只考虑水体的生化自净作用,河水水温

为20℃,耗氧速度常数k1=0.1d-1,求水流经过86.4km之后的五

日生化需氧量BOD5为多少?

24、某普通曝气池混合液的污泥浓度MLSS为4000mg/L,曝气池有效容

积V=3000m3,若污泥龄θc=10天,求每日的干污泥增长量。

slide144

25、曝气池有效容积为4000m3,混合液浓度2000mg/L(其中挥发性污泥25、曝气池有效容积为4000m3,混合液浓度2000mg/L(其中挥发性污泥

浓度为1500mg/L),半小时沉降比为30%,当进水BOD5为220mg/L,

每日处理1000m3/d生活污水时,处理后水的溶解性BOD5为20mg/L,

试验测得污泥产率系数为0.65g/g,自身氧化率为0.05/d。计算污

泥负荷率、污泥指数、剩余污泥量、污泥龄、回流污泥浓度及污泥

回流比。

26、某市平均日污水流量为48000m3/d,Kz=Kd·Kh=1.1×1.2。污水

BOD5=180mg/L,一级处理BOD5去除率为20%。二级处理拟用推流式

鼓风曝气工艺,其设计参数为:曝气池混合液污泥浓度

X=3000mg/L,DO=1.5mg/L,f=0.75,设计水温30℃,污泥负荷率

Ns=0.35kgBOD5/(kgMISS·d)。生化反应系数为:Y=0.55,

Kd=0.05,a‘=0.5,b’=0.15。采用微孔曝气器,EA=18%,

α=0.95,β=0.9,ρ=1,Cs(30)=7.6mg/L,Cs(20)

=9.2mg/L。曝气器距水面3.6m,二沉池中清液上升流速

U=0.4mm/s,要求处理水BOD5≤20mg/L。请计算:

⑴曝气池的容积(m3)。⑵每日需排除的剩余污泥量(kg/d)。

⑶平均时,最大时需氧量。⑷平均时,最大时供气量。

⑸二沉池沉淀表面积。

slide145
第四章 污水的生物处理

第三节 生物膜法

生物滤池是以土壤自净原理为依据,在污水灌溉的实践基础上,经原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术,已有百余年的发展史。

污水长时间以滴状喷洒在块状滤料层的表面上,在污水流经的表面上就会形成生物膜,待生物膜成熟后,栖息在生物膜上的微生物即摄取流经污水中的有机物作为营养,从而使污水得到净化。

slide146
第四章 污水的生物处理

第三节 生物膜法

特点: 1适应性好

2不会发生污泥膨胀,运转方便

3生物群丰富

4剩余污泥少

5自然通风供氧

6运行方面灵活性差

7空间效率低

8可处理低负荷有机物废水

slide147
第四章 污水的生物处理

一、生物膜净化污水的原理

1生物膜的形成 脱落的原因见下页

2生物膜中的微生物

细菌 菌胶团

真菌 丝状细菌 原生动物

后生动物 灰蝇

从上到下很丰富

slide148
生物膜脱落的原因
  • 内因

厌氧菌营养耗尽而死亡,其附着力降低,很快脱落

气态代谢产物不断逸出,破坏了好氧层生态的稳定,使二者失去了平衡,生物膜老化

气态产物的积累,将膜顶起

  • 外因

水流的冲刷作用,加大水量,则冲刷力增大

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第四章 污水的生物处理

3生物膜去除有机物过程 图4-54

  • 空气中氧溶解于流动水层中;
  • 污水中有机物由流动水层传递到附着水层,在进入生物膜;
  • 微生物代谢有机物。
slide152
第四章 污水的生物处理

二、生物滤池的一般构造 图4-55

1滤料

2池壁

3排水及通风系统 图4-56

4布水装置 图4-57

slide154
1.池体

生物滤池的池体多为圆形、方形或矩形;池壁可有孔洞或不带孔洞的两种形式,有孔洞的池壁有利于滤料的内部通风,但在低温季节,易受低温的影响,使净化功能降低;池壁一般要求高于滤料表面0.5~0.9m。

2.滤料

滤料是生物滤池的主体,它对生物滤池的净化功能有直接影响。其一般要求:大的表面积;有足够大的孔隙率;有较好的机械强度,不易变形和破碎。

slide155
3.布水装置

布水装置的目的是将废水均匀地喷洒在滤料上。主要有两种:

固定式布水装置(普通生物滤池多采用);

旋转式布水装置(高负荷生物滤池和塔式生物滤池常用)。

slide156
4、排水系统

排水系统处于滤床的底部,其作用是收集、排出处理后的废水和保证良好的通风;一般由渗水装置、汇水沟和总排水沟所组成;渗水装置用于支撑滤料,其排水孔隙的总面积应不小于滤池表面积的20%;渗水装置与池底之间的距离一般应在0.4m以上,以利通风,一般在出水区的四周池壁均匀布置进风孔。

slide158
第四章 污水的生物处理

三、生物过滤法的基本流程与分类

1低负荷生物滤池

2高负荷生物滤池

3塔式生物滤池 图4-59

slide159
2. 高负荷生物滤池

1)高负荷生物滤池系统流程

(1) 典型流程

(2)二段滤池处理系统流程

2)特征

(1)大幅度地提高了滤池的负荷率;

(2)高负荷生物滤池的高负荷率是通过限制进水BOD5和运行上采取处理水回流等技术措施而达到目的;

(3)处理水回流可以均化与稳定进水水质、加大水力负荷,及时地冲刷过厚和老化的生物膜,加速生物膜更新,抑制厌氧层发育,使生物膜经常保持较高的活性;抑制滤池蝇的过度滋长,减轻臭味。

slide160
第四章 污水的生物处理

四、其他常用生物膜处理设施

1 生物转盘 图4-60

构造 技术条件 布置方式(图4-61)

2 生物接触氧化池图4-62 4-63 4-64 4-65

3 生物流化床

1)类型:

两相生物流化床图4-66 三相生物流化床图4-67

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1.盘片

1)材质:要求轻质高强、耐腐不变形、取材加工方便,一般采用聚氯乙烯或聚脂玻璃钢制作。ζ =3~7mm(ζ =10~15)

2)形状、大小:圆形、正多角形,为波纹状盘片,此时表面积可提高一倍。直径Φ:2~3.6m,最大Φ5.0m

3)盘片间距:一般为30mm,多级转盘前级数为25~35mm,后级数10~20mm。

slide162
2.接触反应槽

半圆形,盘片直径40%浸没于污水中,盘片边缘与槽内面间距≥150mm,进出水采用锯齿形溢流堰,槽底设放空管。对于多级生物转盘在级与级之间设导流槽。

3.转轴与驱动装置

1)转轴:实心钢轴或无缝钢管,长L=0.5~7.0m,否则易扰曲变形,发生折断或扭断,直径d=50~80mm。

2)驱动装置:电机→减速器→转动链条→轴,转速0.8~3.0r/min,线速度10~20m/min。不能过高或过低。

slide169
第四章 污水的生物处理

2)生物流化床的构造

床体

载体

布水装置

充氧装置和脱膜装置

四生物滤池系统的设计计算 P140

例题4-2

slide170
第四章 污水的生物处理

第四节 厌氧生物处理法

特点:1应用范围广

2能耗低

3负荷高

4剩余污泥少,污泥脱水性好

5N、P营养需要少

6有一定的杀菌作用

7厌氧污泥可长期储存

8厌氧反应器可间歇运转,停止运行后能迅速启动

slide171
第四章 污水的生物处理

第四节 厌氧生物处理法

缺点:1微生物增殖缓慢,启动和处理时间长

2出水不达标,需要进一步处理

3工艺控制严格,对进水毒物敏感 (PH、温度)

4对低浓度废水处理效果不好

5出水臭,影响环境

slide172
第四章 污水的生物处理

一、厌氧生化法的基本原理

图4-68

水解酸化阶段

产氢产乙酸阶段

产甲烷阶段

slide174
第四章 污水的生物处理

二、厌氧生化法的影响因素

1温度图4-69

2PH值及碱度 6.8-7.2,加石灰调节

3C/N比=10-20:1

4有机负荷率

5搅拌

6有毒物质 表4-2

slide177
第四章 污水的生物处理

三、厌氧生化法的工艺和设备

1 厌氧消化池

1)传统消化池 图4-70 4-71

2)高速消化池 图4-72

2 厌氧接触法 图4-73

3 厌氧滤池 图4-74

4 升流式厌氧污泥床反应器UASB 图4-75

5 厌氧膨胀床和流化床图4-76

6 两段厌氧法和复合厌氧法 图4-77 4-78

slide186
第四章 污水的生物处理

7厌氧生物处理构筑物容积的确定 P155

例题4-4

四、厌氧处理装置的启动与运行管理

slide187
第四章 污水的生物处理

第五节 污水的自然生物处理

一、氧化塘

1 氧化塘的类型和机理

1)好氧塘

2)兼性塘

3)厌氧塘

4)暴气塘

2 氧化塘的优缺点