水污染控制工程第十二章后半部分

第十四章活性污泥法第六节脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计第七节二次沉淀池第八节活性污泥法系统设计、运行和管理第六节脱氮、除磷活性污泥法工艺及其设计生物脱氮工艺（a）三段生物脱氮工艺：将有机物氧化、硝化以及反硝化段独立开来，每一部分都有其自己的沉淀池和各自独立的污泥回流系统。（c）缺氧——好氧生物脱氮工艺：该工艺将反硝化段设置在系统的前面，又称前置式反硝化生物脱氮系统。反硝化反应以水中的有机物为碳源，曝气池中含有大量的硝酸盐的回流混合液，在缺氧池中进行反硝化脱氮。缺氧-好氧生物脱氮工艺（b）Bardenpho生物脱氮工艺：设立两个缺氧段，第一段利用原水中的有机物为碳源和第一好氧池中回流的含有硝态氮的混合液进行反硝化反应。为进一步提高脱氮效率，废水进入第二段反硝化反应器，利用内源呼吸碳源进行反硝化。最后的曝气池用于吹脱废水中的氮气，提高污泥的沉降性能，防止在二沉池发生污泥上浮现象。生物脱氮工艺过程设计缺氧区容积设计vdenNOrXKVNVdeVteknXKXNNQV12.0反硝化的影响因素很多，对于一般城市污水，前置反硝化系统有外来碳源时，Kde可取0.03~0.06gNO3—N/(gMLVSS.d)。对于没有外来碳源的后置反硝化系统，可取0.01~0.03g0.03~0.06gNO3—N/(gMLVSS.d)。1029.003.0dMFKde)20()20()(08.1TdeTdeKK有人把反硝化速率与缺氧区的有机物负荷（F/M)联系起来，修正反硝化速率：温度对反硝化速率有影响，可用下式修正：缺氧区一般设计为完全混合池型，也可以设计成多个完全混合池串联，常采用机械搅拌方式，混合功率采用2~8W/m3（池容）。好氧区容积计算可用污泥龄的概念设计去除有机物及带硝化功能的好氧区池体体积，但硝化系统的污泥龄要比仅去除有机物的系统污泥龄要长，溶解氧对其影响较大，可表示为：dnOananmnKDOKDONKN硝化反应池中DO浓度一般足够高，DO/(KO+DO)≈1，如果再忽略硝化细菌的内源代谢作用，硝化菌的生长速率可简写为：ananmnNKN硝化细菌比增长速率同样受温度影响，15˚C时硝化细菌的最大比增长速率为0.47/d，硝化菌比增长速率与温度的关系可表示为：)15(098.0)(47.0TanaTneNKNncoF1则好氧硝化区的污泥泥龄为：)1()(0COdVecoKXSSQYV需氧量计算]12.0)([57.442.168.0)(02VKeKVeXNNQXSSQO总需氧量为去除BOD5所需氧量加上氨氮氧化的需氧量：对于前置反硝化工艺，硝酸盐作为电子受体时，还原每单位硝酸盐相当于提供2.86单位氧气，所以系统总需氧量应扣除硝酸盐还原提供的氧当量：VoeKetVKeKVeXNNNQXNNQXSSQO12.086.212.057.442.168.0)(02混合液回流量对硝酸盐建立物料平衡：NOeNOeNOeiNOQNQRNNQRQN0.1RNNRNOeNOi好氧区产生的硝酸盐内回流中的硝酸盐污泥回流中的硝酸盐出水中含的硝酸盐增加回流比，可提高处理效果，但一般不大于4。一般典型回流比为2~3。碱度平衡氨氮硝化需要消耗碱度，前置反硝化过程可补充约50%的碱度，如果进水中碱度不足，则无法维持反应混合液pH呈中性，甚至影响反硝化反应的进行。特别是对于工业废水或工业废水比例偏高的城市污水，必须在必要时在硝化池补充碱度，一般对于与生活污水为主的城市污水处理厂，保持反应池pH中性所需碱度为80mg/L（以碳酸钙计）。(1)A/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物及磷的处理系统。厌氧-好氧除磷工艺流程二生物除磷及生物脱氮除磷工艺1.A/O生物除磷工艺(2)Phostrip去除磷工艺流程：生物除磷工艺过程设计厌氧区容积设计PPtQVtP一厌氧区水力停留时间，一般取1~2小时。好氧区容积设计采用污泥龄计算，如果系统仅需要生物除磷，则SRT时间宜短，在20˚C为2~3d，在10˚C时为4~5d。低污泥负荷和高SRT对除磷非常不利。三生物除磷及生物脱氮除磷工艺2.A2/O工艺A2/O工艺基本流程进水沉淀池厌氧池缺氧池好氧池剩余污泥出水内回流污泥回流进气管3.改进的Bardenpho工艺4.UCT工艺5.SBR工艺SBR工艺是将除磷脱氮的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。第七节二次沉淀池二次沉淀池的功能要求1.澄清（固液分离）2.污泥浓缩（使回流污泥的含水率降低，回流污泥的体积减少）基本原理二沉池设计的思路假定混合液在沉淀筒中的静止沉淀实验，可以反映混合液在二沉池中的真实情况，静止沉淀实验所得的数据可以作为设计时的依据。二沉池要求同时考虑澄清和浓缩的要求。静止沉淀时，成层沉降速度决定于悬浮固体的浓度，此速度决定了二沉池的澄清能力。由此，即可算出二沉池所需的满足澄清要求的面积。二沉池的浓缩能力决定于所要求的底流浓度。根据沉速是固体浓度的函数及物料平衡原理，可以按所要求的底流浓度推算出二沉池需要的表面积。二沉池的实际工作情况（1）二沉池中普遍存在着四个区：清水区、絮凝区、成层沉降区、压缩区。两个界面：泥水界面和压缩界面。（2）混合液进入二沉池以后，立即被稀释，固体浓度大大降低，形成一个絮凝区。絮凝区上部是清水区，两者之间有一泥水界面。（3）絮凝区后是一个成层沉降区，在此区内，固体浓度基本不变，沉速也基本不变。絮凝区中絮凝情况的优劣，直接影响成层沉降区中泥花的形态、大小和沉速。（4）靠近池底处形成污泥压缩区。二沉池的实际工作情况二沉池的澄清能力与混合液进入池后的絮凝情况密切相关，也与二沉池的表面面积有关。二沉池的浓缩能力主要与污泥性质及泥斗的容积有关。对于沉降性能良好的活性污泥，二沉池的泥斗容积可以较小。二次沉淀池的构造和计算二次沉淀池在构造上要注意以下特点：（1）二次沉淀池的进水部分，应使布水均匀并造成有利于絮凝的条件，使泥花结大。（2）二沉池中污泥絮体较轻,容易被出流水挟走,要限制出流堰处的流速,使单位堰长的出水量不超过1.7L/（m·s）。（3）污泥斗的容积，要考虑污泥浓缩的要求。在二沉池内，活性污泥中的溶解氧只有消耗，没有补充，容易耗尽。缺氧时间过长可能影响活性污泥中微生物的活力，并可能因反硝化而使污泥上浮，故浓缩时间一般不超过2h。二次沉淀池的容积计算方法可用下列两个公式反映：式中：A——澄清区表面积，m2；Q——废水设计流量，用最大时流量，m3/h；q——沉淀效率参数，m3/（m2·h）或m/h；Vs——污泥区容积，m3；R——最大污泥回流比；ts——污泥在二次沉淀池中的浓缩时间，h。二次沉淀池的构造和计算SSRQtVqQA第六节活性污泥法系统设计、运行与管理一．水力负荷二．有机负荷三．微生物浓度四．曝气时间五．微生物平均停留时间（MCRT）六．氧传递速率七．回流污泥浓度八．回流污泥率九．曝气池的构造十、pH和碱度十一、溶解氧浓度十二、污泥膨胀及其控制流向污水厂的流量变化一、水力负荷一天内的流量变化随季节的流量变化雨水造成的流量变化泵的选择不当造成的流量变化水力负荷的变化影响活性污泥法系统的曝气池和二次沉淀池。当流量增大时，污水在曝气池内的停留时间缩短，影响出水质量，同时影响曝气池的水位。若为机械表面曝气机，由于水面的变化，它的运行就变得不稳定。对二次沉淀池为水力影响。一、水力负荷二、有机负荷率N污泥负荷率N和MLSS的设计值采用得大一些，曝气池所需的体积可以小一些。但出水水质要降低，而且使剩余污泥量增多，增加了污泥处置的费用和困难，同时，整个处理系统较不耐冲击，造成运行中的困难。为避免剩余污泥处置上的困难和保持污水处理系统的稳定可靠，可以采用低的污泥负荷率（0.1），把曝气池建得很大，这就是延时曝气法。曝气区容积的计算，设计中要考虑的主要问题是如何确定污泥负荷率Ls和MLSS的设计值。三、微生物浓度在设计中采用高的MLSS并不能提高效益，原因如下：其一，污泥量并不就是微生物的活细胞量。曝气池污泥量的增加意味着泥龄的增加，泥龄的增加就使污泥中活细胞的比例减小。其二，过高的微生物浓度使污泥在后续的沉淀池中难以沉淀，影响出水水质。其三，曝气池污泥的增加，就要求曝气池中有更高的氧传递速率，否则，微生物就受到抑制，处理效率降低。采用一定的曝气设备系统，实际上只能够采用相应的污泥浓度，MLSS的提高是有限度的。四、曝气时间在通常情况下，城市污水的最短曝气时间为3h或更长些，这和满足曝气池需氧速率有关。当曝气池做得较小时，曝气设备是按系统的负荷峰值控制设计的。这样，在非高峰时间，供氧量过大，造成浪费，设备的能力不能得到充分利用。若曝气池做得大些，可降低需氧速率，同时由于负荷率的降低，曝气设备可以减小，曝气设备的利用率得到提高。五、污泥龄(SRT)(又称泥龄)每日排放的剩余污泥量工作着的活性污泥总量污泥龄微生物平均停留时间至少等于水力停留时间，此时，曝气池内的微生物浓度很低，大部分微生物是充分分散的。微生物的停留时间应足够长，促使微生物能很好地絮凝，以便重力分离，但不能过长，过长反而会使絮凝条件变差。微生物平均停留时间还有助于说明活性污泥中微生物的组成。世代时间长于微生物平均停留时间的那些微生物几乎不可能在该活性污泥中繁殖。六、氧传递速率氧传递速率要考虑二个过程要提高氧的传递速率氧传递到水中氧真正传递到微生物的膜表面必须有充足的氧量必须使混合液中的悬浮固体保持悬浮状态和紊动条件七、回流污泥浓度回流污泥浓度是活性污泥沉降特性和回流污泥回流速率的函数。按右图进行物料衡算，可推得下列关系式：式中：Xa——曝气池中的MLSS,mg/L;XR——回流污泥的悬浮固体浓度,mg/L;R——污泥回流比。根据上式可知，曝气池中的MLSS不可能高于回流污泥浓度，两者愈接近，回流比愈大。限制MLSS值的主要因素是回流污泥的浓度。RaRXRRXXRQQRQX1)(av衡量活性污泥的沉降浓缩特性的指标，它是指曝气池混合液沉淀30min后，每单位质量干泥形成的湿泥的体积，常用单位是mL/g。（1）在曝气池出口处取混合液试样；（2）测定MLSS（g/L）；（3）把试样放在一个1000mL的量筒中沉淀30min，读出活性污泥的体积（mL）；（4）按下式计算：活性污泥体积指数SVI)g/L(MLSS)mL/L(SVI活性污泥体积SVI的测定七、回流污泥浓度八、污泥回流率高的污泥回流率增大了进入沉淀池的污泥流量，增加了二沉池的负荷，缩短了沉淀池的沉淀时间，降低了沉淀效率，使未被沉淀的固体随出流带走。活性污泥回流率的设计应有弹性，并应操作在可能的最低流量。这为沉淀池提供了最大稳定性。九、曝气池的构造推流式曝气池完全混合式曝气池示踪剂的研究表明：推流式曝气池的纵向混合很严重氧消耗率的数据表明：氧的传递受到限制处理量小时，只配有一个机械曝气机，很容易围绕曝气机形成混合区处理量大时，曝气池也相应增大，曝气池不是充分完全混合的十、pH和碱度活性污泥pH通常为6.5～8.5。pH之所以能保持在这个范围，是由于污水中的蛋白质代谢后产生碳酸铵碱度和从天然水中带来的碱度所致。工业污水中经常缺少蛋白质，因而产生pH过低的问题。工业废水中的有机酸通常在进入曝气池前进行中和。生活污水中有足够的碱度使pH保持在较好的水平。十一、溶解氧浓度通常溶解氧浓度不是一个关键因素，除非溶解氧浓度跌落到接近于零。只要细菌能获得所需要的溶解氧来进行代谢，其代谢速率就不受溶解氧的影响。一般认为混合液中溶解氧浓度应保持在0.5～2mg/L，以保证活性污泥系统的正常运行。过分的曝气使氧浓度得到提高，但由于紊动过于剧烈，导致絮状体破裂，使出水浊度升高。特别是对于好氧速度不快而泥龄偏长的系统，强烈混合使破碎的絮状体不能很好地再凝聚。十二、污泥膨胀及其控制正常的活性污泥沉降性能良好，其污泥体积