3活性污泥工艺设计计算

1水污染控制工程水污染控制工程EngineeringArchitecture2第五节第五节活性污泥工艺设计活性污泥工艺设计(BOD去除去除)3活性污泥 确定工艺确定工艺:根据污水水质和水量和处理要求根据污水水质和水量和处理要求,确定工艺确定工艺类型类型,工艺流程工艺流程.城市污水城市污水,BOD/COD值较高值较高,设计流量较大一般可选活性设计流量较大一般可选活性污泥工艺污泥工艺;有无脱有无脱N除除P方面的要求方面的要求,若有可选若有可选SBR,氧化沟等具有去氧化沟等具有去除除N，P 功能的工艺功能的工艺;水质要求水质要求,若以达标排放为目的若以达标排放为目的,一般经过活性污泥工艺一般经过活性污泥工艺BOD可以去可以去70-85%,若一次处理不达标若一次处理不达标,可二级处理可二级处理,若若以回用为目的以回用为目的,需要深度处理需要深度处理.确定参数关键。确定参数关键。Water Pollution Control Engineering4活性污泥 计算各反应器计算各反应器:曝气池的形状曝气池的形状,数量数量;初沉淀池初沉淀池,二沉淀二沉淀池池,(中间沉淀池中间沉淀池,调节池调节池,匀化池匀化池,厌氧池厌氧池).计算空气计算空气:空气量空气量.计算回流污泥和剩余污泥计算回流污泥和剩余污泥:污泥回流比污泥回流比,剩余污泥量，污泥剩余污泥量，污泥处理流程等处理流程等.计算高程计算高程：构筑物高程和平面布置：构筑物高程和平面布置,污泥高程污泥高程.设备选型设备选型:泵泵,鼓风机或机械曝气设备等鼓风机或机械曝气设备等.Water Pollution Control Engineering5活性污泥 1.曝气池设计计算曝气池设计计算 理论方法和经验方法的结合理论方法和经验方法的结合,理论方法所需要的参数可理论方法所需要的参数可以经过试验确定或根据经验确定以经过试验确定或根据经验确定;经验方法直接以经验数据经验方法直接以经验数据,无理论依据无理论依据.(A)有机负荷法有机负荷法 (BOD负荷法负荷法,污泥负荷法污泥负荷法)属于经验方法属于经验方法.污泥负荷：单位时间内单位质量的污泥能够接受的污泥负荷：单位时间内单位质量的污泥能够接受的BOD量量;容积负荷：单位时间内单位体积曝气池能够接受的容积负荷：单位时间内单位体积曝气池能够接受的BOD量量.Water Pollution Control Engineering6活性污泥按按污泥负荷污泥负荷计算：计算：按按容积负荷容积负荷计算：计算：按按污泥龄污泥龄计算：计算：Xv-生 物 反 应 池 内 混 合 液 挥 发 性 悬 浮 固 体 平 均 浓 度生 物 反 应 池 内 混 合 液 挥 发 性 悬 浮 固 体 平 均 浓 度(gMLVSS/L);c-设计污泥泥龄设计污泥泥龄(d)；高负荷时为高负荷时为0.2-2.5，中负荷时为，中负荷时为5-15，低负荷时为低负荷时为20-30；Kd-衰减系数衰减系数,内源代谢系数内源代谢系数(d-1)，20的数值为的数值为0.04-0.075。Water Pollution Control EngineeringvseoXLSSQV1000)(24voLQSV100024)1(1000)(24cdveocKXSSYQV7活性污泥 V-生物反应池的容积生物反应池的容积(m3);So-生物反应池进水五日生化需氧量生物反应池进水五日生化需氧量(mg/L);Se-生物反应池出生物反应池出水五日生化需氧量水五日生化需氧量(mg/L)(当为完全处理时可不计当为完全处理时可不计);Q-生物反应池的设计流量生物反应池的设计流量(m3/h);Ls-生 物 反 应 池 的 五 日 生 化 需 氧 量 污 泥 负 荷生 物 反 应 池 的 五 日 生 化 需 氧 量 污 泥 负 荷kgBOD5/(kgMLSSd);X-生物反应池内混合液悬浮固体平生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度均浓度(gMLSS/L);Lv-生物反应池的五日生化需氧量容积生物反应池的五日生化需氧量容积负荷负荷(kgBOD5/m3);Y-污泥产率系数污泥产率系数(kgMLVSS/kgBOD5).依据经验确定容积负荷率和污泥负荷率。依据经验确定容积负荷率和污泥负荷率。Water Pollution Control Engineering8活性污泥 关于污泥负荷率关于污泥负荷率Ls：Monod方程可推导底物方程可推导底物比降解速率比降解速率与底物浓度与底物浓度S(劳麦方程劳麦方程)：r=rmaxS/(KS+S)如果考虑微生物浓度：如果考虑微生物浓度：-=r max ，-为为有机物降解速率有机物降解速率，Xv为微为微生物浓度生物浓度(MLVSS)，当底物浓度当底物浓度S较小时，则：较小时，则：-=XvS=K2XvS，K2=r max/KSWater Pollution Control EngineeringdtdSSKSXSvdtdSdtdSSmaxKr 9活性污泥根据物料平衡根据物料平衡,在稳态时：在稳态时：QS0+QRSe-(Q+QR)Se+V =0故：故：-=K2XvSWater Pollution Control EngineeringdtdSV)S-Q(Se0dtdS10活性污泥在完全混合曝气池内在完全混合曝气池内Se=S，故：故：=K2Se 有机物去除率有机物去除率=(S0-Se)/S0，则则S0=，f=MLVSS/MLSS=Xv/X，X=Xv/f，V=Qt，则则t=V/Q将将S0、X和和V/Q=t代入得：代入得：Ls=,各参数可各参数可(实验实验)得到得到.Water Pollution Control EngineeringtX)S-(Sve0)S-(Se0XVQS0XtS0Xt)S-(Se0tX)S-(Sve0fe2SKfsKrfemaxS11活性污泥 (B).劳伦斯麦卡蒂劳伦斯麦卡蒂(Lawrence-McCarty)理论理论:微生物增长速率：微生物增长速率：dX/dt=YdS/dt KdXY为合成系数，为合成系数，Kd内源代谢系数内源代谢系数生物固体停留时间：生物固体停留时间：c=VX/(QwXr+(Q-Qw)Xe)Qw剩余污泥排放量；剩余污泥排放量；Xr剩余污泥浓度。剩余污泥浓度。稳态下物料平衡：稳态下物料平衡：VdX/dt=QX0-QwXr+(Q-Qw)Xe+VYdS/dt KdX =流入流入-排出排出 +合成合成 内源代谢内源代谢 Water Pollution Control Engineering12根据根据以以(S0-Se)/t=dS/dt代入代入,并除以并除以VX得到：得到：式左为污泥龄倒数式左为污泥龄倒数：污泥浓度：Water Pollution Control Engineering0XK)dt dS(VY)XQ-(QXQdUewrwVXXKVYVX)XQ-(QXQdewrwdtdSde0KXt)S-Y(S1cXttXK)S-Y(S1de0c)KV(1)S-(SQY)Kt(1)S-(SYXde0de0cccc活性污泥13活性污泥曝气池容积曝气池容积V的计算式的计算式.Q流量流量,Y产率系数产率系数,S0Se分别表示进水出水分别表示进水出水BOD浓度浓度,X污泥浓度污泥浓度,以以MLVSS计计,Kd内源代谢系内源代谢系数数,c污泥龄污泥龄.Water Pollution Control Engineering)KX(1)S-(SYQVcde0c)K(1X)S-(SYQVcdve0c14活性污泥 (3)麦金尼法麦金尼法:通过将活性污泥系统中各物质的数量关系的确定通过将活性污泥系统中各物质的数量关系的确定,并建立并建立有机物浓度有机物浓度,微生物浓度的关系微生物浓度的关系,解决计算问题解决计算问题.污水中各类有机物的的组成和生物可降解性能污水中各类有机物的的组成和生物可降解性能.污水中污染物的转化途径污水中污染物的转化途径.麦法的核心内容麦法的核心内容:a:无机物和不可生物降解的有机物在活性污泥处理过程无机物和不可生物降解的有机物在活性污泥处理过程中中,被微生物吸附被微生物吸附,量不变量不变;Water Pollution Control Engineering15活性污泥n b:具体代谢产物的数量关系：即具体代谢产物的数量关系：即33%被氧化分解，被氧化分解，802/3=54%左右通过内源呼吸降解，左右通过内源呼吸降解，13%左右变成了残物。左右变成了残物。n从上述结果可以看出，污染物的降解主要是通过静止期、衰从上述结果可以看出，污染物的降解主要是通过静止期、衰亡期微生物的内源呼吸进行，并非直接的生物氧化亡期微生物的内源呼吸进行，并非直接的生物氧化(仅仅33)。有机有机污染物污染物1/31/32/32/3无机物无机物+能能细胞物质细胞物质20%20%80%80%无机物无机物+能能残留物质残留物质Water Pollution Control Engineering16活性污泥 c:由于内源代谢产物不可完全生物降解由于内源代谢产物不可完全生物降解,所以可生物所以可生物降解有机物的降解有机物的COD(即即CODB)与完全生化需氧量与完全生化需氧量(BODU,或或BODL)并不相同并不相同.Water Pollution Control Engineering可生物降解可生物降解有机物有机物,CODB2/32/3细胞物质细胞物质1/31/3氧化分解氧化分解20%残留物质残留物质80%内源代谢内源代谢BODU=1/3CODB+2/3CODB80%=0.87CODB若若k1=0.1,则则BOD5=0.68BODU,代入得到代入得到:BOD5=0.58CODB17活性污泥 d:各种形态的活性污泥细胞的组成基本相同各种形态的活性污泥细胞的组成基本相同,可以用可以用C5H9O2.5N 或或C5H7O2N表示表示.C5H9O2.5N+5.25 O2=5CO2+NH3+3H2O 123 168 因而单位微生物的氧当量为因而单位微生物的氧当量为168/123=1.37 另外另外,单位单位BOD5能合成能合成1.15单位的氧当量细胞物质单位的氧当量细胞物质 所以所以:产率系数产率系数(麦氏活性微生物麦氏活性微生物)=1.15/1.37=0.84Water Pollution Control Engineering18活性污泥e:底物降解速率以底物降解速率以Monod方程方程:因为出水的因为出水的BOD很低很低,与与Ks比可忽略比可忽略:SKXSSKXSdtdSSSmKKKWater Pollution Control Engineering因为曝气池内浓度均匀因为曝气池内浓度均匀,所以代谢速率是均匀的所以代谢速率是均匀的:SKSSt,tSSdtdSme0e0若若Km=KX/Ks,Km=KX/Ks,则则Km为代谢速率系数为代谢速率系数,水温水温20,取取15/h19活性污泥污泥的计算污泥的计算:MLSSMa+Me+Mi+Mii。根据物料平衡的关系和有机物的转化数量关系根据物料平衡的关系和有机物的转化数量关系,得到得到:Water Pollution Control EngineeringMe)0.1(MaInfMiiMiiMioMiMa)S(S0.20.84MeK1)S(S84.0Maccce0cdce0ttttnMio：t小时流入池的小时流入池的MinInfMio：入流的：入流的Mii20活性污泥需氧量计算需氧量计算:需氧速率需氧速率:Water Pollution Control EngineeringMaKa1.1t)S0.57(SdtdOe0需氧量需氧量 =需氧速率需氧速率曝气池容积曝气池容积.21活性污泥例题例题:城市污水厂进水城市污水厂进水BOD5=200 mg/L,SS=200 mg/L,SS中中80为为VSS,VSS中中40%是生物不可降解的是生物不可降解的.污水经过初沉淀池后污水经过初沉淀池后,BOD5可以去除可以去除30%,SS可以去除可以去除60%,污水设计最大流量污水设计最大流量为为420 m3/h,要求处理水的要求处理水的SS为小于为小于20 mg/L,BOD5小于小于10 mg/L,计算曝气池容积和污泥浓度计算曝气池容积和污泥浓度,以及需氧量以及需氧量.Water Pollution Control Engineering22活性污泥曝气池容积曝气池容积:根据水力停留时间来确定根据水力停留时间来确定,先计算进入和流出曝先计算进入和流出曝气池的有机物浓度气池的有机物浓度.S0=200 mg/L 0.7=140 mg/L先假设出水全部先假设出水全部BOD为为7,则溶解性则溶解性BOD:Se=7-200.350.8=1.5 mg/L 代入代入:t=(140-1.5)/151.5 6 h曝气池容积曝气池容积=6h 420 m3/h=2520 m3Water Pollution Control Engineering23活性污泥污泥计算污泥计算:内源代谢取内源代谢取0.02/h,污泥龄取污泥龄取120hLmgt/68512002.016120)5.1(14084.0K1)S(S84.0Macdce0Water Pollution Control EngineeringLmgt/327)685205.13884.0(2.0 Ma)S(S0.20.84Mece0Lmgt/520612026MioMicLmgtc/421)328685(1.0612016Me)0.1(MaInfMiiMii24活性污泥需氧速率需氧速率:Water Pollution Control EngineeringhLmgLmghLmg/23.28 /856/02.01.16h/)5.10.57(140 MaKa1.1t)S0.57(SdtdOe0需氧量需氧量=28.23mg/Lh2520m3 =71.14 kg/h =1707 kg/d25活性污泥 2.剩余污泥计算剩余污泥计算：剩余污泥剩余污泥P：Pc=VX，根据计算曝气池容积公式，代入根据计算曝气池容积公式，代入得得P=或者微生物增长速率乘以或者微生物增长速率乘以V，剩余污泥：剩余污泥：P=VYdS/dt KdX计算，计算，P=YQ(S0-Se)-KdVXv可得到同样结果。可得到同样结果。Water Pollution Control Engineeringcde0K1)S-(SQY26活性污泥 3.需要空气量计算需要空气量计算以有机物完全降解计算。以有机物完全降解计算。当耗氧速率常数为当耗氧速率常数为0.1d-1时，根据公式：时，根据公式：BODt=BODu(1-10-k1t),BODt为为t时刻时刻BOD值，值，BOD5=0.684BODu剩余污泥存在的有机物不消耗氧数值为：剩余污泥存在的有机物不消耗氧数值为：1.42P O2=1.46Q(S0-Se)-1.42P O2=Q(S0-Se)1.46-Y/(1+cKd)计算空气注意空气中氧含量、氧利用率和安全因素。计算空气注意空气中氧含量、氧利用率和安全因素。Water Pollution Control Engineering27活性污泥 例题例题1.教材教材p145。设计流量：设计流量：Q21600m3/d，沉淀后沉淀后BOD5为为200mg/L，处理后出水总处理后出水总BOD5为为20 mg/L，f0.8，回污泥回污泥SS10g/L，曝气池污泥浓度曝气池污泥浓度(以以MLSS计计)3000mg/L,c=10d，产率系数产率系数Y0.6，Kd0.08d-1，出水含出水含生物固体生物固体(污泥污泥)浓度为浓度为12mg/L,其中其中65可生化。可生化。Water Pollution Control Engineering28活性污泥n (1)参数确定参数确定(Se)出水出水SS中，可生物降解部分：中，可生物降解部分：6512mg/L7.8 mg/L生物降解生物降解SS中的中的BODu7.8 mg/L1.42=11 mg/L生物降解生物降解SS的的BOD511 mg/L0.68=7.5 mg/L出水的出水的Se为：为：20-7.5 mg/L12.5 mg/L (设计允许浓度设计允许浓度)注意与下式区别注意与下式区别SeWater Pollution Control Engineering)K(1-rY)K(1Kcdmccds29活性污泥 (2)曝气池容积曝气池容积:(污泥龄污泥龄)V 21600 m3d-110d0.6(200-12.5)gm-32400 gm-3(1+0.0810)5625 m3(污泥负荷污泥负荷)V 21600 m3d-1(200-12.5)gm-3/0.253000=5400 m3(3)剩余污泥剩余污泥:P=1350kg剩余污泥剩余污泥:P=YQ(S0-Se)-KdVXV21600 m3d-10.6(200-12.5)gm-30.085625m32400gm-32430kg-1080kg1350 kgWater Pollution Control Engineeringcde0K1)S-(SQY1008.01(187.5)160026.030活性污泥排放的剩余污泥排放的剩余污泥(以以SS计计):P(ss)=P/f=1350/0.8=1688 kg/d曝气池内污泥浓度曝气池内污泥浓度MLVSS:2400 mg/L;回流污泥浓度回流污泥浓度VSS:10g/Lf=8000 mg/L,曝气池污泥浓度曝气池污泥浓度X与回流污泥浓度与回流污泥浓度Xr关系关系:X=r/(1+r)Xr回流比回流比r=X/(Xr-X)=2400/5600=0.43Water Pollution Control Engineering31n(4)需氧量计算需氧量计算(K1为为0.1/d)nO21.46 Q(S0Se)1.42Xvn1.4621600m3d1187.5mg/L1.421350 kg/dn5913 kg/d1917 kg/d3996 kg/d(4039)活性污泥Water Pollution Control Engineeringn1.46 1.46 含义。含义。n1.42 1.42 含义。含义。32活性污泥n (5)需空气量计算需空气量计算相关参数：相关参数：-0.7;-0.95;水深水深6m,堵塞系数堵塞系数0.8;氧利用率氧利用率18%;扩散器上静水压扩散器上静水压5.8m，扩散器压力损失，扩散器压力损失4kPa，管，管路压力损失路压力损失5.5kPa，饱和溶解氧浓度，饱和溶解氧浓度9.17mg/L，曝气池，曝气池内溶解氧浓度为内溶解氧浓度为2 mg/L。O2为为4039kg/d，计算：，计算：实际氧：实际氧：O2KLa(20)1.024(T-20)(T)-C)FV标准曝气的空气中供氧为标准曝气的空气中供氧为OS:OSKLa(20)CSVWater Pollution Control EngineeringSC33活性污泥n实际有效供氧实际有效供氧O2和和标准状态下供氧标准状态下供氧OS的比：的比：Water Pollution Control EngineeringVFVCOOSC)-C(1.024K K(T)s20)-(T La(20)SLa(20)2FOCC)-C(1.024O(T)s20)-(T2SS34活性污泥Water Pollution Control Engineering)2110013.1(21 05(T)dSSPCCn平均饱和溶解氧浓度平均饱和溶解氧浓度：P Pd d为扩散器出口的压力，为扩散器出口的压力，PaPa；P Pd dP+9.8P+9.810103 3H,HH,H水深。水深。PdPdP+9.8P+9.810103 3H=1.013H=1.01310105 5+9.8+9.810103 35.8 5.8=1.581.5810105 5 PaPa0 0是气泡在表面破裂时的氧体积分数。是气泡在表面破裂时的氧体积分数。0 0)1(2179)1(21AAEEnE EA A空气扩散的氧转移效率空气扩散的氧转移效率35活性污泥n=4.585(1.560+0.852)=11.06mg/LWater Pollution Control Engineering%9.17)18.01(2179)18.01(21)1(2179)1(210AAEE)219.1710013.11058.1(17.95.0)2110013.1(21 5505(T)PaPaPCCdSS36活性污泥7774kg/d 供应空气中含氧量：供应空气中含氧量：SOS/EA=7774kg/d0.18=43191 kg/d 供应空气量供应空气量GS:GS21%1.331kg/m3=43191 kg/d GS=154526 m3/d=6438 m3/hWater Pollution Control Engineering8.0/2)-11.06195.0(0.7/4039/17.9OSLmgdkgLmg37活性污泥 例题例题2.某城市污水，处理规模某城市污水，处理规模50000m3/d，经过初沉池经过初沉池后后BOD5 240mg/l，要求出水要求出水BOD5为为30 mg/l以下。经过以下。经过实验研究和查相关设计参数，确立：合成系数为实验研究和查相关设计参数，确立：合成系数为0.55mgVSS/mg BOD5，内源代谢系数为内源代谢系数为0.058，污泥龄，污泥龄为为10d，曝气池内挥发污泥浓度为曝气池内挥发污泥浓度为2800mg/l，耗氧速率耗氧速率常数常数K1=0.1d-1，求曝气池有效容积、剩余污泥和需要求曝气池有效容积、剩余污泥和需要氧气量。氧气量。V=13054m3Water Pollution Control Engineering)KX(1)S-(SYQcde0c)10058.02800(1 30)-10(240 0.55 5000038活性污泥剩余污泥剩余污泥P=3655kg/d需要氧气量需要氧气量:O2=1.46Q(S0-Se)-1.42P=1.46 50000m3/d 210mg/L-1.42 3655kg/d=15330-5190=10140kg/dWater Pollution Control Engineeringcde0K1)S-(SQY1058.0130)-(2400000555.039作业1.某城市污水某城市污水,流量流量86000m3/d,原污水原污水BOD5为为300 mg/l,经过初沉池后经过初沉池后BOD5可以去除可以去除25%,要求出水要求出水BOD5为为30mg/l.经过实验研究和查相关设计参数，确立经过实验研究和查相关设计参数，确立:合合成系数为成系数为0.60mgMLVSS/mgBOD5,内源代谢系数为内源代谢系数为0.060,污泥龄为污泥龄为9.0d,曝气池内污泥浓度为曝气池内污泥浓度为2600mg/l,以劳伦斯麦卡蒂法求曝气池有效容积以劳伦斯麦卡蒂法求曝气池有效容积,剩余污泥和需剩余污泥和需要氧气量要氧气量.(V=)Water Pollution Control Engineering)KX(1)S-(SYQcde0c40作业2.城市污水设计流量城市污水设计流量:Q46000m3/d,沉淀后沉淀后BOD为为220mg/L,处理后出水处理后出水BOD为为30mg/L,f0.76,回流污回流污泥泥SS10g/L,曝气池污泥浓度曝气池污泥浓度3180mg/L,c=10d,产率产率系数系数Y0.53,Kd0.06d-1,劳麦法设计计算活性污泥劳麦法设计计算活性污泥工艺工艺.3.城市污水设计数据同第城市污水设计数据同第1 1题，若题，若MLVSS为为1860mg/l，实验确定表观反应速率常数实验确定表观反应速率常数K2(=rmax/Ks)=0.012，分分别以污泥负荷法和容积负荷法计算暴气池有效容积，别以污泥负荷法和容积负荷法计算暴气池有效容积，容积负荷率取容积负荷率取0.80kg BOD5/m3d.(Ls=,).Water Pollution Control Engineeringe2SK f