3_活性污泥-工艺设计计算

水污染控制工程唐玉朝安徽建筑工业学院环境科学与工程系E-mail:[e-mail]talScienceandEngineering,AnhuiUniversityofArchitecture第五节活性污泥工艺设计(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。WaterPollutionControlEngineering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.WaterPollutionControlEngineering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.WaterPollutionControlEngineering活性污泥①按污泥负荷计算：②按容积负荷计算：③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);θc-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。WaterPollutionControlEngineeringvseoXLSSQV1000)(24voLQSV100024)1(1000)(24cdveocKXSSYQV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/(kgMLSS·d)];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。WaterPollutionControlEngineering活性污泥关于污泥负荷率Ls：Monod方程可推导底物比降解速率与底物浓度S(劳麦方程)：r=rmax·S/(KS+S)如果考虑微生物浓度：-=rmax·，-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：-=·Xv·S=K2·Xv·S，K2=rmax/KSWaterPollutionControlEngineeringdtdSSKSXSvdtdSdtdSSmaxKr活性污泥根据物料平衡,在稳态时：QS0+QRSe-(Q+QR)Se+V·=0故：-==K2·Xv·SWaterPollutionControlEngineeringdtdSV)S-Q(Se0dtdS活性污泥在完全混合曝气池内Se=S，故：=K2Se有机物去除率η=(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代入得：Ls=＝＝===,各参数可(实验)得到.WaterPollutionControlEngineeringtX)S-(Sve0)S-(Se0XVQS0XtS0Xt)S-(Se0tX)S-(Sve0fe2SKfsKrfemaxS活性污泥(B).劳伦斯麦卡蒂(Lawrence-McCarty)理论:微生物增长速率：dX/dt=Y·dS/dt–Kd·XY为合成系数，Kd内源代谢系数生物固体停留时间：θc=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：V·dX/dt=Q·X0-[QwXr+(Q-Qw)Xe]+V[Y·dS/dt–Kd·X]=流入-排出+合成–内源代谢WaterPollutionControlEngineering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：WaterPollutionControlEngineering0X]K)dtdS(V[Y])XQ-(QX[QdUewrwVXX]KV[YVX)XQ-(QXQdewrwdtdSde0KXt)S-Y(S1cXttXK)S-Y(S1de0c)KV(1)S-(SQY)Kt(1)S-(SYXde0de0cccc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,θc污泥龄.WaterPollutionControlEngineering)KX(1)S-(SYQVcde0c)K(1X)S-(SYQVcdve0c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;WaterPollutionControlEngineering活性污泥b:具体代谢产物的数量关系：即33%被氧化分解，80％×2/3=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％)。有机污染物无机物+能细胞物质20%80%无机物+能残留物质WaterPollutionControlEngineering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.WaterPollutionControlEngineering可生物降解有机物,CODB2/3细胞物质1/3氧化分解20%残留物质80%内源代谢BODU=1/3CODB+2/3CODB·80%=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+5.25O2=5CO2+NH3+3H2O123168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=0.84WaterPollutionControlEngineering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:SKXSSKXSdtdSSSmKKKWaterPollutionControlEngineering因为曝气池内浓度均匀,所以代谢速率是均匀的:SKSSt,tSSdtdSme0e0若Km=K·X/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:MLSS＝Ma+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:WaterPollutionControlEngineeringMe)0.1(MaInfMiiMiiMioMiMa])S(S0.2[0.84MeK1)S(S84.0Maccce0cdce0tttt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:WaterPollutionControlEngineeringMaKa1.1t)S0.57(SdtdOe0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=200mg/L,SS=200mg/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420m3/h,要求处理水的SS为小于20mg/L,BOD5小于10mg/L,计算曝气池容积和污泥浓度,以及需氧量.WaterPollutionControlEngineering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=200mg/L×0.7=140mg/L先假设出水全部BOD为7,则溶解性BOD:Se=7-20×0.35×0.8=1.5mg/L代入:t=(140-1.5)/15×1.5≈6h曝气池容积=6h×420m3/h=2520m3WaterPollutionControlEngineering活性污泥污泥计算:内源代谢取0.02/h,污泥龄取120hLmgt/68512002.016120)5.1(14084.0K1)S(S84.0Macdce0WaterPollutionControlEngineeringLmgt/327)685205.13884.0(2.0Ma])S(S0.2[0.84Mece0Lmgt/520612026MioMicLmgtc/421)328685(1.0612016Me)0.1(MaInfMiiMii活性污泥需氧速率:WaterPollutionControlEngineeringhLmgLmghLmg/23.28/856/02.01.16h/)5.10.57(140MaKa1.1t)S0.57(SdtdOe0需氧量=28.23mg/L·h×2520m3=71.14kg/h=1707kg/d活性污泥2.剩余污泥计算：剩余污泥P：P·θc=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=V[Y·dS/dt–Kd·X]计算，P=Y·Q·(S0-Se)-Kd·V·Xv可得到同样结果。WaterPollutionControlEngineeringcde0K1)S-(SQY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：1.42PO2=1.46Q(S0-Se)-1.42PO2=Q(S0-Se)[1.46-Y/(1+θc·Kd·)]计算空气注意空气中氧含量、氧利用率和安全因素。WaterPollutionControlEngineering活性污泥例题1.教材p145。设计流量：Q＝21600m3/d，沉淀后BOD5为200mg/L，处理后出水总BOD5为20mg/L，f＝0.8，回污泥SS＝10g/L，曝气池污泥浓度(以MLSS计)3000mg/L,θc=10d，产率系数Y＝0.6，Kd＝0.08d-1，出水含生物固体(污泥)浓度为12mg/L,其中65％可生化。WaterPollutionControlEngineering活性污泥(1)参数确定(Se)出水SS中，可生