活性污泥法的设计计算

9.4活性污泥法的设计计算曝气池的设计计算主要是根据进水情况和出水的要求，选择曝气池的类型，所需的供氧量和排除的剩余活性污泥量等。一、有机物负荷率法（1）污泥负荷指单位重量活性污泥在单位时间内所能承受的BOD5量去除负荷指单位重量活性污泥在单位时间内所去除的BOD5量（2）容积负荷是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受的BOD5量LV=QS0/VLV,r=Q(S0-Se)/V曝气池体积的计算V=QS0/V=Q(S0-Se)/LV,r一、有机物负荷率法污泥生成量的计算Y——微生物增长常数，即每消耗单位底物所形成的微生物量，一般为0.35~0.8mgMLVSS/mgBOD5;kd——微生物自身氧化率，一般为0.05~0.1d-1Δx=aLrVx-bVxΔx——每天污泥增加量，kg/d；a——污泥合成系数，一般a=0.30~0.72，平均为0.52；b——污泥自身氧化系数，d-1，一般b=0.02~0.18，平均为0.07一、有机物负荷率法污泥需氧量的计算一般a′=0.25~0.76，平均为0.47；b′=0.10~0.37，平均为0.17污泥负荷与处理效率的关系在底物浓度较低时，比底物降解速率为-ds/(xvdt)=Q(S0-Se)/(xVV)=KSe一、有机物负荷率法污泥负荷对活性污泥特性的影响一、有机物负荷率法高负荷：1.5~2.0kgBOD/kgMLSS•d中负荷：0.2~0.4kgBOD/kgMLSS•d低负荷：0.03~0.05kgBOD/kgMLSS•d水温对污泥负荷的影响在一定的水温范围内，提高水温，可以提高BOD的去除速度和能力，有利于活性污泥絮体的形成和沉淀。水温较高时，可降低回流比，减小污泥浓度，从而相对提高了污泥负荷。污泥负荷对营养比的影响一般负荷：BOD:N:P=100:5:1延时曝气法：BOD:N:P=100:1:0.5二、劳伦斯和麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法一、细胞平均停留时间细胞平均停留时间θc也称泥龄，表示微生物在曝气池中的平均培养时间，也即曝气池内活性污泥平均更新一遍所需的时间。细胞平均停留时间时比生长速度的倒数。θc=1/μ=x•(dx/dt)θc≈V/Qw二、劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法细胞平均停留时间二、劳伦斯-麦卡蒂法1、劳伦斯和麦卡蒂根据莫诺特方程提出了曝气池中基质去除速率和微生物浓度的关系方程：sssCKCqqmaxdS/dt=KS•x/(Ks+S)2、微生物的增长和基质的去除关系方程：dx/dt=y•(dS/dt)-Kd•x或dx/dt=yobs•(dS/dt)二、劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法劳伦斯-麦卡蒂法稳态时，dx/dt=0，并假定x0=0，则因此，曝气池内污泥浓度曝气池体积V=θcYQ(S0-Se)/x(1+kdθc)对系统进行微生物量衡算，二、劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法劳伦斯-麦卡蒂法对系统进行底物衡算，稳态时，ds/dt=0，而且代入则得二、劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法排除的剩余活性污泥量计算dx/dt=yobs•(dS/dt)1/θc=Yds/dt-kd所以剩余活性污泥量（以挥发性悬浮固体表示）Δx=YobsQ(S0-Se)所需的空气量计算理论耗氧量=有机物氧化的耗氧量-转化为剩余污泥的有机体的有机物耗氧量有机物氧化的耗氧量=有机物完全氧化的需氧量BODu=Q(S0-Se)10-3/0.68（kg/d）转化为剩余污泥的有机体的有机物耗氧量=1.42Δx（kg/d）其中，BOD5=0.68BODu氧化1kg微生物所需的氧量为1.42kg则系统每天的需氧量为O2=Q(S0-Se)10-3/0.68-1.42Δx二、劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法二、劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法θc对活性污泥系统运行的影响二、劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法二、劳伦斯-麦卡蒂（Lawrence-McCarty）法回流比R=Qr/Q=0.789.5活性污泥法的发展和演变一、普通曝气法全池呈推流型，停留时间为4~8h，污泥回流比20~50%，池内污泥浓度2~3g/L，剩余污泥量为总污泥量的10%左右。优点在于因曝气时间长而处理效率高，一般BOD去除率为90~95%，特别适用于处理要求高而水质比较稳定的废水。9.5活性污泥法的发展和演变二、渐减曝气9.5活性污泥法的发展和演变三、阶段曝气法9.5活性污泥法的发展和演变四、完全混合法9.5活性污泥法的发展和演变五、延时曝气法曝气时间长，约24~48h，污泥负荷低，约0.05~0.2kgBOD5/kgVSS•d，曝气池中污泥浓度高，约3~6g/L。微生物处于内源呼吸阶段，剩余污泥少而稳定，无需消化，可直接排放。BOD去除率75~95%。运行是对氮、磷的要求低，适应冲击的能力强。六、氧化沟当用转刷曝气时，水深不超过2.5m，沟中混合液流速0.3~0.6m/s。9.5活性污泥法的发展和演变七、接触稳定（吸附再生）法可提高池容积负荷，适应冲击负荷的能力强，最适于处理含悬浮和胶体物质较多的废水，如制革废水、焦化废水等。八、纯氧曝气在密闭的容器中，溶解氧饱和浓度可提高，氧溶解的推动力提高，氧传递速率增加，污泥的沉淀性能好。曝气时间短，约1.5~3.0h，MLSS较高，约4000~8000mg/L。九、活性生物滤池（ABF）工艺塔高4~6m，设计负荷率为3.2kg/m3•d，去除率65%，塔的出流含氧率达6~8mg/L，混合液需氧速率可达30~300mg/L•h。十、吸附-生物降解工艺（AB）A级以高负荷或超高负荷运行（污泥负荷大于2.0kgBOD5/kgMLSS•d），B级以低负荷运行（污泥符合一般为0.1~0.3kgBOD5/kgMLSS•d），A级曝气池停留时间短，30~60min，B级停留2~4h。十一、序批式活性污泥法（SBR法）9.6活性污泥法系统的运行管理一、活性污泥的培养与驯化(一)活性污泥的培养(二)活性污泥的驯化二、活性污泥运行中常见的问题(一)污泥膨胀广义地把活性污泥的凝聚性和沉降性恶化，以及处理水混浊的现象总称为活性污泥的膨胀。描述污泥膨胀程度的指标有30min沉降比、污泥容积指数。污泥膨胀可大致区分为丝状体膨胀和非丝状体膨胀两种。当丝状体过多，长出一般絮体的边界而伸入混合液时，其架桥作用妨碍了絮体间的密切接触，致使沉降较馒，密实性差和SVI高，这叫做丝状菌性膨胀污泥。当发生非丝状菌性污泥膨胀时，同样SVI高，污泥在沉淀池内难以沉淀、压缩。此时的处理效率仍很高，上清液也清澈。造成丝状菌性污泥膨胀的原因(1)溶解氧浓度丝状菌能在低溶解氧条件下生长良好，甚至能在厌氧条件下残存而不受影响。所以城市污水厂的曝气池溶解氧最低应保持在2mg/L左右。(2)冲击负荷如果曝气池内有机物超过正常负荷，污泥膨胀程度提高，使絮体内部溶解氧消耗提高，导致了内部丝状体的发展。(3)进水营养条件的变化一般细菌在营养为BOD5：N：P＝100：5：1的条件下生长，但若磷含量不足，C／N升高，这种营养情况适宜丝状菌生活。其二是硫化物的影响，过多的化粪池的腐化水及粪便废水进入活性污泥设备，会造成污泥膨胀。含硫化物的造纸废水，也会产生同样的问题。一般是加5～10mL/L氯加以控制或者用预曝气的方法将硫化物氧化成硫酸盐。其三是碳水化合物过多会造成膨胀。还有pH值和水温的影响，丝状菌易在高温下生长繁殖，而菌胶团则要求温度适中；丝状菌宜在酸性环境(pH值=4.5～6.5)中生长，菌胶团宜在pH值＝6～8的环境中生长。造成非丝状菌性污泥膨胀的原因经研究，非丝状菌性膨胀污泥含有大量的表面附着水，细菌外面包有黏度极高的粘性物质，这种粘性物质是有葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、脱氧核糖等形成的多糖类。非丝状菌性污泥膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。此时，细菌吸取了大量营养物，但代谢速度慢，就积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，致使SVI升高，形成污泥膨胀。解决污泥膨胀的办法概括起来就是预防和抑制。预防就要加强管理，及时监测水质、曝气池污泥沉降比、污泥指数、溶解氧等，发现异常情况，及时采取措施。污泥发生膨胀后，要针对发生膨胀的原因，采取相应的制止措施：当进水浓度大和出水水质差时，应加强曝气提高供氧量，最好保持曝气池溶解氧在2mg／L以上；加大排泥量，提高进水浓度，促进微生物新陈代谢过程，以新污泥置换老污泥；曝气池中含碳高而且碳氮比失调时，投加含氮化合物；加氯可以起凝聚和杀菌双重作用，在回流污泥中投加漂白粉或液氯可抑制丝状菌生长(加氯量按干污泥的0.3～0.4%估计)，调整pH值。(二)污泥上浮1、污泥脱氮上浮硝化（曝气池负荷小而供氧量过大时）——硝化（二沉池中长时间处于缺氧状态）——N2使污泥上浮防止污泥脱氮上浮的方法：减少曝气，防止硝化出现；及时排泥，增加回流量，减少污泥在沉淀池中的停留时间；减少曝气池进水量，以减少二沉池中的污泥量。2、污泥腐化上浮沉淀池内污泥由于缺氧而产生厌氧分解——产生大量甲烷及二氧化碳气体附着在污泥体上——污泥比重变小而上浮造成污泥腐化的原因有：二沉池内污泥停留时间过长；局部区域污泥堵塞。解决腐化的措施是：加大曝气量，以提高出水溶解氧含量；疏通堵塞，及时排泥二、活性污泥运行中常见的问题（三）污泥的致密与减少污泥容积指数减少会使污泥失去活性。引起污泥致密的原因有：进水中无机悬浮物突然增多；环境条件恶化，有机物转化率降低；有机物浓度减少。造成污泥减少的原因有：有机物营养减少；曝气时间过长；回流比小而剩余污泥排放量大；污泥上浮而造成污泥流失等。解决方法：投加营养料；缩短曝气时间或减少曝气量；调整回流比和污泥排量；防止污泥上浮，提高沉淀效果(四)泡沫问题当废水中含有合成洗涤剂及其它起泡物质时，就会在曝气池表面形成大量泡沫，严重时泡沫层可高达1m多。泡沫的危害表现为：表面机械曝气时，隔绝空气与水接触，减小以至破坏叶轮的充氧能力；在泡沫表面吸附大量活性污泥固体时，影响二沉池沉淀效率，恶化出水水质；有风时随风飘散，影响环境卫生。抑制泡沫的措施有：在曝气池上安装喷洒管网，用压力水(处理后的废水或自来水)喷洒，打破泡沫；定时投加除沫剂(如机油、煤油等)以破除泡沫。油类物质投加量控制在0.5～1.5mg／L范围内；提高曝气池中活性污泥的浓度。