德国一段硝化和反硝化活性污泥法曝气池的设计计算上唐建国

(E外给排水久广一尹、一唐建国[提要]本文详细介绍了德国一段峭化、反峭化活性污泥法曝气池的设计计算方法,该方法是以污泥龄为设计计算的基础参数,通过计算确定BOD:污泥负荷、单位剩余污泥产量、反峭化能力等参数来计算曝气池的容积(包括反峭化池、峭化池的容积)、供氧量,并对曝气池出水的碱度、pH值进行验算。文章最后还给出了计算过程示例。[关键词]活性污泥法曝气池污泥龄峭化反峭化设计计算德国1989年9月新修改的水法规定:在德的净化目标为:国境内的污水处理厂,当其规模在5000人口当量以上时,必须扩建或建设硝化和反硝化(脱氮)设施;当其规模在200。。人口当量以上时,必须扩建或建设除磷设施。表1是德国目前所执行的污水处理厂出水标准。德国目前执行的污水处理厂出水标准表l污水厂规模}进水BOD污染物指标(mgL、CCCOD、::::BODSSSNH;一NNN隔---TPPP6000150004OOO1000一一{{{6660~300001100025551OOOl888222333()0~1200009000200010}}}1888111111200~6000009OOO…::::::}188888)))600000755555555555注:测定水样为抽查样或者Zh混合水样为了满足这一法律的要求,德国污水技术联合会(简称ATV)于1991年2月重新修订了其工作报告A131—《5000人口当量以上规模一段活性污泥法处理设施的设计计算》。该报告详细介绍了生活污水及城市污水采用一段活性污泥法进行硝化、反硝化、除磷的工艺计算原则和方法(A131所指的一段活性污泥法是为了区别AB法及两段活性污泥法)。本文限于篇幅将主要介绍带有硝化、反硝化的曝气池的设计计算。一、A131所确定的污水净化目标由于污水净化目标的不同,其曝气池和二次沉淀池的设计计算也有所不同。A131确定给水排水Vol,23No.119971.无硝化反应;2.有硝化反应;3.有硝化反应和反硝化反应;4.有硝化反应和反硝化反应,同时有污泥好氧稳定;5.有附加的同步化学沉淀除磷。二、对曝气池的要求1.在曝气池中有丰富的生物固体,用活性污泥干物质含量TS。B(kg/m3)来测定;2.曝气池中的混合液应能有效地被混合、搅拌;3.有充分的供氧量以满足需氧的要求,供氧设施能按不同的操作要求和负荷情况进行调一p;4.为避免污泥在曝气池中沉淀,污水在池中应有一定的流速,对于较轻的污泥,池底流速至少为1c5m/S;对于较重的污泥池底流速至少为3oem/s;5.在运转中曝气设备应是安全可靠的;6.所有设施和设备应有足够的能力,以适应污水水量和水质的变化;7.供氧、搅拌、混合所需要的能量应尽可能少;8.建造费用和运行费用应是较低的和较省的;9.无嗅、无噪音、无振动的影响。三、计算的基础数据在德国,对于大多数需要新建或扩建的污DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.1997.01.014水处理厂在设计计算时,都有自己或官方有关部门丰富的数据资料进行参考。借助对这些资料的统计分析,并考虑到将来的发展即可得到设计计算的基础数据。当资料不足时,一般必须在设计结束前需要有目的地进行一些试验。在个别情况下,可以结合当地的实际情况借助于规范的特征值进行设计计算。1.污水进水量分流制污水处理厂在旱季和雨季的进水流量都是以水量资料频率分析”%的工作日都不超过的一日的最大小时流量和日进水量为计算标准的。合流制污水处理厂的进水流量是以旱季(非降水日和相应的非径流日)频率分析85%都不超过的日进水量为计算标准的。当无小时流量资料用于分析最大小时流量时,就必须从旱季的日流量变化曲线中分析最大小时流量与日流量的比值。无论是合流制还是分流制,其旱季设计流量Q,是来自居住区的生活污水、工业区的工业废水Q,与外来水(雨水、地下水、河溪水等)进入或渗入管渠系统的水量Q;之和,即:Qt=Qs+Qf(1)曝气池和二次沉淀池的设计计算,均采用雨季流量Qm进行水力计算,即:Qm=ZQs+Q;(2)如果不能按资料分析计算时,其生活污水量按0.O04L/(S·人);工业废水按0.SL/(S·ha);外来水按最大不超过0.15IJ/(S·ha)计算。2.污染物负荷进水负荷应按确定污泥龄为基础和确定供氧量为基础来区分。(1)以确定污泥龄的负荷为基础由于硝化反应设施的污泥龄约为一周,因而确定污泥龄是以周负荷为基础的,这适用于具有最大负荷周的BODS、氮、磷负荷的日平均值,如果分析不出这一最大负荷周,则应以最近两到三年所有检测值按频率分析85%都不超过的值为污染物辅助计算负荷。(2)以确定供氧量的负荷为基础供氧量是以h2的最大负荷为计算标准的,因为所要求的需氧量必须直接予以满足。对于供氧量特别是必须要有BODS、TKN的日变化曲线,最大小时需氧量必须按考虑冲击负荷系数fc和f、进行验算。如果在按检测h2混合水样绘制的各负荷日变化曲线上的最大值小于两倍的平均值,上述负荷就可用于设计计算。在验算时,必须至少要有同时间的6条NH才一N、2条TKN、2条BOD、变化曲线。在设计计算时必须要确定怎样贮存来自污泥处理区的污水和外来粪便污水,并在最低负荷时将其回流至曝气池中,以平衡每天的氮负荷变化。如果无检测资料用于分析、设计计算时,可按每人(人口当量)每日的污染物负荷值计算,见表2。污染负荷计算表(只(/.d人))表2参参数数原污水水在旱季流量Q,时污水水在在在在一沉池中的停留时间(h)))0000000~1.0001.0~1.5551.555BBBODSSS6OOO5OOO45554000CCCODDD120001000090008000可可滤、可沉沉70004OOO35553000去去除悬浮浮11111OOO10001000物物TS。。2.5552.3332.3332.333NNNNNNNNNNNNNPPPPPPPPPPPPP注:该表按人口计算的负荷未考虑污泥处理区来水的负荷。生物固体合成每kgBOD。需要约0.04一0.Oskg的氮和约。.01kg的磷,并将其转移至剩余污泥中。这些污染物的一部分又随污泥区来水进人进水中,由此进水负荷可提高20%。四、曝气池的设计计算按照ATV新的工作报告A131,曝气池的计算参数是污泥龄衍S,辅助计算参数是BODS污泥负荷BTs和BODS容积负荷BR。污泥龄可以根据活性污泥法系统的固体物平衡关系计算:TSBB·VBBQuS.TsuS+Q。了,eS(d)(3)式中Qus了’Sus剩余污泥量(m丫d);剩余污泥中干物质浓度(kg/m3);Q—处理水量(m丫d);TeS—出水中干物质浓度(kg/m3);给水排水Vol.23No.11997TSBB—曝气池中干物质浓度k(g/m3);vBB—曝气池容积(m3)。由选定的tTS(见表3)、TSBB(见表4)和单位剩余污泥产量USB可以计算出BODS污泥负荷BTS和BODS容积负荷BR:活性污泥的干物质含量表表4。_一一竺垫鳖_一生一-.净净化目标标曝气池中固体物含量7,SBB(kg/m3)))有有有一沉池池无一沉池池无无硝化反应应2.5~3.5553.5~4.555与与硝化(及反硝化)反应应25~3.5553.5~4.555有有污泥好氧稳定定///4.0~5.000(kgBODS/(kgTS·d))(4)式中Bd,。。。E一~进水BODS负荷(kgd/)。BR一BsT·TSTSBBdB,BoDSUSB·tTsVBB(kgBODS/(m3·d))(5)USB(kgTS/kgBODS)是去除BODS和化学除磷产生的剩余污泥之和(在不考虑化学除磷时USB一USBoDS)。去除BOD。产生的剩余污泥取决于污泥龄、温度、曝气池进水中悬浮物含量TS。及TS。/BOD。,其计算见后。TSBB一般可在已知的范围内任意选取,但是必须考虑到活性污泥的性质和曝气池与二沉池之间的关系。为了避免在二沉池中产生泡沫,一般TSBB不应小于2.okg/m3,但是高TSBB受到活性污泥在二沉池中的浓缩性能和可达到的回流污泥中的干物质含量的限制。这样VBB(硝化池容积VN和反硝化池容积V。之和)可由Bd,。on。和B。进行计算:VBBBd,BoDSBR(m(6)在有硝化反应和反硝化反应的污水净化中,反硝化池的尺寸首先取决于下列各个方面:与设施规模和净化目标有关的最小污泥泥龄(d)表3净净化要求求污水处理厂规模模(((((人口当量)))簇簇簇2000000)10000000无无硝化反应应555444有有硝化化反应应1000888有有硝化反应和反反VD/VBB=0.22212221OOO硝硝化反应(计算算VD/VBB一.033313331111温温度为10C)))vD/vBB一.044415551jjjVVVVVD/VBB=0.5551888l666有有硝化反应、反硝化反应和污泥好氧稳定定2555不推荐荐注:为了保证硝化反应在12C水温下稳定进行,要求计算温度为1。`C;当规模为200。。~1。。。。。人口当量时采用内插法。.1要求的除氮效率;2.被硝化的氮与曝气池进水中BODS的比值;3.曝气池进水中易降解的BODS含量;4.污泥龄;5.曝气池活性污泥中干物质含量T从B;6.水温。一般而言,下列因素对反硝化反应是有有利影响的:1.曝气池进水中的氮与BOD:的比值小于0.2,例如进水中含有来自食品加工厂和饮料厂的废水;2.无一沉池(当曝气池允许时)或一沉池停留时间较短(在旱季流量时为20min);3.进水中可滤去除BOD:与总BOD;的比值较大;4.前置反硝化池设计为串联形式;5.有污水预酸化措施;6.进水流量和进水污染物浓度能够保持均匀,如有均衡调节池;7.污水和污泥的混合搅拌产生的涡流尽可能的小;8.进水和污泥回流不会通过泵(如螺旋泵)给反硝化池带入过量的氧。对反硝化反应不利的因素主要有:1.为反硝化反应所需的BODS较低;2.外来水和雨污混合水量过大;3.易降解BOD。在管渠网中降解过多;4.一沉池停留时间过长;5.进水中BOD。负荷和氮负荷变化频繁;6.由于采用前置化学沉淀除磷,使曝气池进水中的氮与BOD。比值大于。.25以上,以及TKN/BOD。0.2;7.反硝化反应池中含有溶解氧。给水排水Vol.23No.11997在计算温度下,每提供IkgBODS(碳源)硝酸盐氮的转化率取决于VD与VBB的比值,一般为0.05~0.14kgNO矛一N/kgBODS,详见表5。对于前置反硝化系统,含有丰富硝酸盐氮的污泥水混合液进行回流是反硝化反应进行的前提条件。另外,微生物每降解IkgBOD。需要0.04一0.05kg的氮,并转移至剩余污泥中。由于转移到剩余污泥中的NO丁一N又有部分随污泥水从污泥处理系统中返回到曝气池进水中,这一点在设计计算时必须加以考虑。当进水中易降解的BODS含量较高时,对于仅有部分除氮要求(比如由于运转方面的原因)的前置反硝化工艺系统,VD/VBB一20%;同步反硝化主艺系统,vD/vBB=25%一30%。对于有深度反硝化除氮要求时(比如按法律要求、出水质量要求较高时、为了避免由于硝化的原因使pH值降低过多、曝气池进水中易降解的BOD。含量较低时),其V。/VBB最高可达50%。为前置反硝化提供足够所需要的硝酸盐氮而要求的最小回流比只二(内、外回流比之和)表6缨燮哩翌一J兴一一撰在旱季流量及平均流量情况下每提供IkgBOD;在反硝化池中硝酸盐氮的转化量(kgNo卜N/kgBOD,)表s二飞而派菠万票一万一一-一{一.ll~一一统的形式}前置反硝化反应}同步反硝化反应VD/VBB0.05(少.08:{;门11月.工11Oǎ日001.厂、.ó曰以ó以比ù七,0OC门é工、l因为硝化菌仅能在好氧条件下增长,所以随着反硝化池容积占曝气池总容积比值VD/VBB的增加,相应污泥龄也要增加。如果反硝化池中安装有非堵塞型的曝气设备,在非常低的水温情况下,反硝化池也可作为硝化池使用。在前置反硝化系统中,硝酸盐氮仅仅能够通过内、外循环回流到反硝化池中,回流量必须与最大反硝化能力相一致