清华大学《水处理工程2》—-第六讲补充讲义

水处理工程（2）——废水生物处理的原理与技术1第六讲补充讲义五、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：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；水处理工程（2）——废水生物处理的原理与技术2D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；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max水处理工程（2）——废水生物处理的原理与技术3A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：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、污泥斗的计算水处理工程（2）——废水生物处理的原理与技术4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。*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RQ,Xrx(1+R)Q,X水处理工程（2）——废水生物处理的原理与技术5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，应根据不同的水质、水量以及运行方式，确定适宜的回流比；也可利用公式XXRRVQrc11来计算；在设计时，应按最大回流比设计，并保证其具有在较小回流比时工作的可能性，以便使回流比在一定范围内可以调节。2、污泥回流设备的选择与设计常用的污泥提升设备是污泥泵；大、中型污水处理厂，一般采用螺旋泵或轴流式污泥泵；小型污水处理厂，一般采用小型潜污泵或空气提升器。八．曝气沉淀池的计算与设计2.2.1.6活性污泥法的运行管理及常见问题一、活性污泥系统的启动与试运行活性污泥的培养与驯化接种污泥：①同类污水厂的剩余污泥；②粪便污水等。方法：①全流量连续直接培养法；②流量分阶段直接培养法；③间歇培养法；——活性污泥的驯化：a.异步驯化法；b.同步驯化法活性污泥系统的试运行试运行的目的是确定最佳的运行条件；作为变数考虑的因素：①MLSS、空气量、污水注入方式；②如是吸附再生法，则吸附与再生的时间比；③N、P的投加。根据上述各种参数的组合运行结果，找出最佳运行条件。二、对活性污泥系统中重要运行参数的调节与观测1、对活性污泥状况的镜检观察2、对曝气时间（HRT）的调节3、对供气量的调节供气电耗占整个废水处理厂的电耗的一半以上（5060%）；保证充氧——出口处的DO2mg/L；其次要保证混合搅拌的要求；气水比一般为37：1（处理城市废水的传统活性污泥法）；对于水质、水量相对稳定的大型废水处理厂，每年春秋各调节一次。4、SV的测定与调节使MLSS值经常处于最佳范围内是运行管理的重要内容之一；MLSS的测定需时较长，一般以SV值作为评定MLSS值的指标；每座污水处理厂可以有自己的最佳SV值；SV值可以通过调节剩余污泥的排放量来控制；SV值的测定，一般要求每班测一次，每天34次；水处理工程（2）——废水生物处理的原理与技术6结合MLSS则可以得出SVI值。5、剩余污泥排放量的调节6、回流污泥量的调节三、活性污泥系统的水质管理A、曝气池的水质管理（1）水质管理监测项目①水温：1530C，一般要求不高于35C或低于10C；②pH值：6.58.5，最佳7.27.4，一般不9.5和4.0；③DO：DO0.3mg/L时，即可正常进行反应；但一般要求入口处不低于0.5mg/L，出口处应高于2.0mg/L；④SV：⑤MLSS、MLVSS：⑥Xr：用于确定回流污泥量和属于污泥量，一般在700012000mg/L；⑦SVI：沉降性能，60150；⑧LsrBOD和LvrBOD：⑨污泥龄（c）：⑩HRT：（2）生物相镜检观察：一般来说，主要镜检活性污泥中的原生动物，其是指示性生物，根据在混合液中出现的原生动物的种属及其数量，可以大体地判断出废水净化的程度和活性污泥的状态。①活性污泥生长正常、净化功能强，出水水质良好时，主要是有柄着生型的纤毛虫，如钟虫等；②活性污泥生长不好、有机负荷高，DO含量低，细菌多以游离状态存在时，出现的原生动物则主要是游泳型的纤毛虫，如草履虫、肾形虫等；③DO不足时，可能出现的原生动物数量较少，主要有扭头虫等，它们的出现说明已出现厌氧反应，产生了H2S气体；④曝气过度时，活性污泥絮体呈细小分散状，出现的原生动物主要是一些小型变形虫。c.二沉池的水质管理*水质管理监测项目：①pH值：略低于曝气池出水，一般6.87.2；②透明度：一般在30度以上，水质较好时可高于50度；③SS：低于30mg/L；④BOD5（COD）：BOD530mg/L,，COD100mg/L；⑤DO：⑥q表面水力负荷：1.01.5m3/m2.h⑦出水堰的水力负荷：不大于1.7L/m.s；⑧HRT：1.52.