清华大学《水处理工程2》—第六讲06

废水生物处理原理与工艺第六讲第1页第六讲5、活性污泥系统的工艺计算与设计一、设计应掌握的基础资料进行活性污泥系统的工艺计算和设计时，首先应比较充分地掌握与废水、污泥有关的原始资料并确定设计的基础数据，主要有：①废水的水量、水质及其变化规律；②对处理后出水的水质要求；③对处理中产生的污泥的处理要求；以上属于设计所需要的原始资料④污泥负荷率与BOD5的去除率；⑤混合液浓度与污泥回流比。以上属于设计所需的基础数据对生活污水和城市污水以及与其类似的工业废水，已有一套成熟和完整的设计数据和规范，一般可以直接应用；对于一些性质与生活污水相差较大的工业废水或城市废水，一般需要通过试验来确定有关的设计参数。二、工艺计算与设计的主要内容活性污泥系统由曝气池、二次沉淀池及污泥回流设备等组成。其工艺计算与设计主要包括：1)工艺流程的选择；2)曝气池的计算与设计；3)曝气系统的计算与设计；4)二次沉淀池的计算与设计；5)污泥回流系统的计算与设计。三、工艺流程的选择主要依据：①废水的水量、水质及变化规律；②对处理后出水的水质要求；③对处理中所产生的污泥的处理要求；④当地的地理位置、地质条件、气候条件等；⑤当地的施工水平以及处理厂建成后运行管理人员的技术水平等；⑥工期要求以及限期达标的要求；⑦综合分析工艺在技术上的可行性和先进性以及经济上的可能性和合理性等；⑧对于工程量大、建设费用高的工程，则应进行多种工艺流程的比较后才能确定。四、曝气池的计算与设计1、主要内容：①曝气池容积的计算；②需氧量和供气量的计算；③池体设计。2、曝气池容积的计算：(1)计算方法与计算公式常用的是有机负荷法，有关公式有：%100%100irieiSSSSSE；55vrBODrsrBODvrLSQLXSQVXfXv；24QVtE5BOD的去除率，%；iS进水的5BOD浓度，35mkgBOD或lmgBOD5；eS出水的5BOD浓度，35mkgBOD或lmgBOD5；rS去除的5BOD浓度，35mkgBOD或lmgBOD5；废水生物处理原理与工艺第六讲第2页第六讲V曝气池的容积，3m；Q进水设计流量，dm3；vXMLVSS，3mkgVSS或lmgVSS；5srBODL5BOD的污泥去除负荷，dkgVSSkgBOD5；5vrBODL5BOD的容积去除负荷，dmkgBOD35；fMLSSMLVSS比值，一般取值为0.70.8；XMLSS，3mkgSS或lmgSS；t水力停留时间或曝气时间，h。(2）设计参数的选择在进行曝气池容积计算时，应在一定范围内合理地确定5srBODL或5vrBODL和vX或X值，以及处理效率、SVI、c等参数。表1部分活性污泥法处理城市废水的设计参数一般对于生活污水及性质与其相似的废水，采用上表中的数据时，SVI值可能介于80150之间，污泥沉淀性能良好，出水水质也会较好。3.需氧量与供气量的计算(1)需氧量：vrVXbQSaO''2（kgO2/d）但应注意：由于一日内进入曝气池的废水量和BOD5的浓度是变化的，所以计算时，还应考虑最大时需氧量(O2)max：24/'')(max2vrVXbKQSaO（kgO2/h）(2)供气量：供气量应按鼓风曝气型式或机械曝气型式两种情况分别求定。但应注意：①日平均供气量(Gs)；②最大时供气量(Gs)max：(O2)max(R0)max(Gs)max；③最小时供气量(Gs)min：一般(Gs)min=0.5Gs；4.池体尺寸设计：单元数：不小于2组；廊道数：不少于3个；廊道长、宽、高：长=(510)宽，深度一般为45米，超高0.5米；进出水以及污泥回流方式的设计；曝气装置的安装方式与位置；其它附属物的设计(消泡管等)。五、曝气系统的计算与设计(只介绍鼓风曝气系统的计算与设计)鼓风曝气系统包括鼓风机、空气输送管道和曝气装置。主要内容有：①选择曝气装置，并对其进行布置；②计算空气管道；③确定鼓风机的型号及台数。1.曝气装置的选定及布置：废水生物处理原理与工艺第六讲第3页第六讲a.一般要求：①具有较高的氧利用率(EA)和动力效率(Ep)，节能效果好；②不易堵塞和破损，出现故障时易于排除，便于维护管理；③结构简单，工程造价低。同时还应考虑：废水水质、地区条件以及曝气池的池型、水深等。b.计算所需曝气装置的数目：根据总供气量以及每个曝气装置的通气量、服务面积以及曝气池的质地总面积等，即可求得。c.曝气装置的布置：①沿池壁的一侧布置；②相互垂直呈正交式布置；③呈梅花形交错布置。2.空气管道的计算与设计a.一般规定：①小型废水处理站的空气管道系统一般为枝状，而大、中型废水处理厂则宜采用环状管网，以保证安全供气；②空气管道可敷设在地面上，接入曝气池的管道应高出池水面0.5m，以免发生回水现象；③空气管道的设计流速，干、支管为1015m/s，竖管、小支管为45m/s。b.空气管道的计算：空气通气管道和曝气装置的压力损失一般控制在14.7kPa以内，其中空气管道的总损失控制在4.9kPa以内，曝气装置的阻力损失为4.99.8kPa。*计算步骤：①根据流量(Q)、流速(v)选定管径(D)，如图1所示；②计算和校核压力损失；③再调整管径；④重复上述步骤。**空气管道的压力损失(h)的求定：h=h1+h2式中h1空气管道的沿程阻力，mmH2O；h2空气管道的局部阻力，mmH2O。其中h1=ilTP式中i空气管道单位长度的阻力，根据Q、v查表可得，mmH2O/m；l空气管道得长度，m；T空气容重修正系数，20C时，T=1；30C时，T=0.98；P压力修正系数，在标准状态下，为1.0。其中h2=il0TP式中l0空气管的当量长度，m；l0=55.5KD1.2式中K长度换算系数，查表可得；D空气管道的管径，m。C.鼓风机所需的压力(H)：H=h1+h2+h3+h4式中h3曝气装置的安装深度，mm；h4曝气装置的阻力，mmH2O/m，一般根据产品样本或试验数据确定。d.鼓风机的选择及鼓风机房的设计①根据设计风量和风压来选择鼓风机：罗茨鼓风机：噪音大，必须采取消声措施，一般用于中、小型污水厂；废水生物处理原理与工艺第六讲第4页第六讲离心式鼓风机：噪音较小，效率较高，适用于大、中型污水厂；变速离心风机可自控；轴流式通风机：风压较小(1.2m以下)，一般用于浅层曝气。②在同一供气系统中，应尽可能地选用同一型号的鼓风机，并注意备用；一般：当工作鼓风机3台时，备用1台；当工作鼓风机4台时，备用2台。③噪音防护：在鼓风机的进风和送风的管道上，安装消声器；④鼓风机房的设计：平面布置；基础设计；供电；防噪声措施；其它附属设施机器间、值班室、配电室等。六、二次沉淀池的计算与设计二沉池的作用是：分离泥水、澄清混合液、浓缩和回流活性污泥。其工作性能的好坏，对活性污泥处理系统的出水水质和回流污泥的浓度有直接影响。1、与初沉池相比，二沉池的特点：①活性污泥混合液的浓度较高，有絮凝性能，其沉降属于成层沉淀；②活性污泥的质量较轻，易产生异重流，因此，其最大允许的水平流速(对平流式、辐流式而言)或上升流速（竖流式）都应低于初沉池；③由于二沉池还起着污泥浓缩的作用，所以需要适当增大污泥区的容积。2、设计计算的主要内容：①池型的选择；②沉淀池（澄清区）面积；③有效水深的计算；④污泥区容积的计算；⑤污泥排放量的计算等。3、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。4、二沉池的沉淀面积和有效水深的计算：主要有：a、表面负荷法；b、固体通量法a.表面负荷法二沉池的表面负荷是指单位面积所承受的水量；表面负荷法计算二沉池面积和有效水深的公式：qQAmaxtqAtQHmaxA二沉池的面积，m2；Qmax废水最大时流量，m3/h；q水力表面负荷，m3/m2.h；H澄清区水深，m；t二沉池的水力停留时间，h。*关于q值：q一般为0.71.8m3/m2.h；q与污水性质有关：当污水中无机物含量较高时，可采用较高的q值；当污水中含有的溶解性有机物较多时，则q值宜低；混合液污泥浓度对q值的影响较大，当污泥浓度较高时，应采用较小的q值；反之。则可采用较高的q值。可以参见下表：废水生物处理原理与工艺第六讲第5页第六讲MLSS（mg/L）q（m3/m2.h）20001.830001.2640001.0150000.7960000.6570000.50**关于Qmax：二沉池的沉淀面积以最大时流量作为设计流量，二不考虑回流污泥量；但二沉池的某些部位则需要包括回流污泥的流量在内，如进水管（渠）道、中心管等。***关于澄清区水深：通常按沉淀时间来确定，沉淀时间一般取值为1.52.5h。b.固体通量法固体通量也称固体面积负荷，是指单位时间内通过单位面积的固体质量，kgSS/m2.d；tGXQRAmax1，tG固体通量，kgSS/m2.d；对于连续流的二沉池，悬浮固体的下沉速度为由于沉淀池底部排泥导致的液体下沉速度，以及在重力作用下悬浮固体的自沉速度之和；一般二沉池的Gt值为140160kgSS/m2.d；如果是斜板二沉池，则Gt值可大到180195kgSS/m2.d；有效水深同样按水力停留时间来定。5、池边水深：为了保证二沉池的水力效率和有效容积，池的水深和直径应保持一定的比例关系，一般要求：二沉池直径（m）池边水深（m）10203.020303.5304.06、出水堰负荷二沉池的出水堰负荷，一般可以在1.52.9L/m.s之间选取。7、污泥斗的计算污泥斗的作用是贮存和浓缩沉淀后的污泥；（由于活性污泥易因缺氧而失去活性而腐败，因此污泥斗容积不能过大）污泥斗内的平均污泥浓度（Xs）为：Xs=0.5（X+Xr）污泥斗容积（Vs）为：Vs=T（1+R）QX/[0.5（X+Xr）]；对于分建式沉淀池，一般规定污泥斗的贮泥时间为2h，所以污泥斗容积为：Vs=4（1+R）QX/（X+Xr）式中Q日平均废水流量，m3/h；X混合液污泥浓度，mgSS/L；Xr回流污泥浓度，mgSS/L；R回流比；Vs污泥斗容积，m3。RQ,Xrx(1+R)Q,X废水生物处理原理与工艺第六讲第6页第六讲*关于Xr：1)(Xr)max=106/SVI(mgSS/L);2)Xr=X(1+R)/RRQXr+x=(1+R)QX由于x相对于(1+R)QX来说很小，如果认为可以忽略不计时，则有：Xr=X(1+R)/R3)注意：动力学第三导出方程：XXRRVQrc11若将RRXXr/)1(代入，则：1/c=0，即c8、污泥排放量的计算：即：vrvbVXaQSx应注意：xv是以VSS计的，应换算成SS。9、污泥含水率与污泥浓度：若可以假定在一定范围内，混合液的比重为1.0g/ml，则：含水率为99%，则污泥浓度为10gSS/L，10,000mg/L99.5%5gSS/L，5,000mg/L98%20gSS/L，20,000mg/L99.8%2gSS/L，2,000mg/L[例]：x=1000kgSS/d，若含水率为99%，则V1=100m3/d；99.5%，则V2=200m3/d；99%，则V3=50m3/d；若经机械压滤（如带式压滤机等）之后，一般泥饼的含水率为80%，则每天泥饼的产量为5000kg。七、污泥回流系统的技术与设计污泥回流量的计算；污泥回流设备的选择与设计1、污泥回流量的计算：污泥回流是关系到处理效果的重要设计参数，应根据