17-活性污泥法

nullnull第十七章 活性污泥法17. 1 基本概念 17. 2 活性污泥法处理系统 17．3 活性污泥法主要设计参数 17．4 活性污泥反应动力学基础 17．5 活性污泥处理系统的运行方式 17. 6 曝气的基本理论 17. 7 活性污泥处理系统的设计 17. 8 活性污泥处理系统的运行管理 思考与习题null17. 1 基本概念17.1.1 活性污泥及其组成 17.1.2 评价活性污泥性能的指标 17.1.3 活性污泥净化反应过程 17.1.4 活性污泥的增殖规律null1．活性污泥的形态 1）外观形态： 活性污泥（生物絮凝体）为黄褐色 絮凝体颗粒： 2）特点： (1)颗粒大小：Φ=0.02～0.2 mm (2)表面积：20～100 cm2/mL (3)(2000～10000)m2/m3污泥 (4)图 17-1 活性污泥形状图17.1.1 活性污泥及其组成null2．活性污泥组成 活性污泥M =Ma + Me + Mi + Mii 1） Ma—具有代谢功能的活性微生物群体 好氧细菌（异养型原核细菌） 真菌、放线菌、酵母菌 原生动物 后生动物 2） Me—微生物自身氧化的残留物 3） Mi—活性污泥吸附的污水中不能降解的惰性有机物 有机物（75～85%） 4） Mii—活性污泥吸附污水中的无机物 无机物（由原污水带入的）（15～25%） 挥发性活性污泥 M v + X v= Ma + Me + Minull3．活性污泥微生物的分类（Ma） 1）细菌： （1）异养型原核细菌（107～108个/mL） 动胶杆菌属 假单胞菌属（在含糖类、烃类污水中占优势） 产碱杆菌属（在含蛋白质多的污水中占优势） 黄杆菌属 大肠埃希式杆菌 （2）特征：G=20～30min，结合成菌胶团的絮凝体状团粒 2）真菌：微小的腐生或寄生丝状菌 3）原生动物：肉是虫 鞭毛虫，纤毛虫等。通过辨认原生物的种 类，能够判断处理水质的优劣，它是一种指示性生 物。原生物摄食水中的游离细菌，是细菌的首次捕 食者。 4）后生动物：主要是轮虫，它在活性污泥中的不经常出现，轮虫 的出现是水性稳定的标志。后生动物是细菌的第二 捕食者。null1．絮凝体的形成与凝聚沉淀主要取决于NS（BOD—污泥负荷率） 2．污泥沉降比SV：又称30min沉降率，指混合液在100ml量筒内静 置30min后所形成的沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率。 城市污水：SV取15%--30% 3．衡量活性污泥沉淀性能好坏的指标——SVI（污泥指数） （1）SVI=70～100 其活性污泥凝聚沉淀性能很好 SVI值过低，活性污泥颗粒细小，无机物含量高，缺乏活性。 SVI值过高，沉淀性能不好，可能产生污泥膨胀。 （2）影响SVI值的主要因素 1）NS 的影响：见图17-2 2）丝状菌的大量繁殖，引起污泥膨胀，SVI值↑ 影响丝状菌大量繁殖的因素： • DO不足 • NS大 • PH≤4.5 • 缺乏N、P、Fe 3）T水太高17.1.2 评价活性污泥性能的指标nullnull1．初期吸附去除（物理吸附和生物吸附） ● 活性污泥巨大的表面积（2000～10000m2/m3活性污泥）其表面 为多糖类的粘质层，污水中悬浮和胶体状态的有机物被其凝 聚和吸收而得到去除。在30min 内能去除70% BOD。 ● 一般处于饥饿状态的内源呼吸期的微生物其活性最强，吸附 能力也强 ● 初期吸附去除的过程 2．微生物的代谢 17.1.3 活性污泥净化反应过程null1〉氧化分解2〉合成代谢（合成新细胞）3〉内源代谢（17－1） （17－2）null 1．适应期（延迟期或调整期）：是微生物的细胞内各种酶系统 对环境的适应过程 2．对数增殖期（等速增殖期） 活性污泥能量水平很高，活性污泥处于松散状态3．减速增殖期（减速增长期、私定期、平衡期）营养物不过剩，它已成为微生物生长的限制因素 活性污泥水平的能量低下，污泥絮凝。17.1.4 活性污泥的增殖规律null4．内源呼吸期（衰亡期） 营养物缺乏，为了获得能 量维持生命，分解代谢自身的能量物质，开始衰亡。同时内酶分解细胞壁，使污泥量减少。后来有机物几乎被耗尽，能量水平极低，微生物活动能力非常低，絮凝体形成速率增大，处理水显著澄清，水质良好。null17. 2 活性污泥法处理系统17.2.1 活性污泥法的基本流程 17.2.2 活性污泥反应动力学 17.2.3 几个重要的参数 17.2.4 活性污泥净化反应影响因素null1．产生：从间歇式发展到连续式 2．基本工艺流程：图 17-4 活性污泥法基本流程图17.2.1 活性污泥法的基本流程null3．活性污泥法特征 　 1）曝气池是一个生物化学反应器 2）曝气池内混合是一个三相混合系统：液相—固相—气相；混 合=污水+活性污泥+空气 　 3）传质过程：气象中 O2→液相中的溶解氧DO→进入微生物体 内（固相）液相中的有机物→被微生物（固相）所吸收降解 →降解产物返回空气相（CO2）和液相（H2O） 　 4）物质转化过程：有机物降解→活性污泥增长null曝气池内，在活性污泥微生物的代谢作用下，污水中的有机物得到降解去除，同时活性污泥得到增长。 1.活性污泥微生物在曝气池内每日净增殖量ΔX（kg/d）是微生物合成反应和内源代谢的综合结果，即 式中：a——污泥产率（污泥转换率） Sr——污水中被降解、去除的有机污染物量（BOD），kg/dX——曝气池混合液含有的活性污泥量，kg/d b——自身氧化率（衰减系数），d－1（17-3）17.2.2 活性污泥反应动力学null2．曝气池内活性污泥微生物的净增殖量ΔX（kg/d） 1）单位曝气池容积内活性污泥的净增殖速度： 净增殖速度 合成速度 内源代谢速 （17-5）Y ——污泥产率系数：MLVSS kg数/1kgBOD 对于生活污水：Y＝0.5～0.65 而（17-4）null式中：Kd——微生物自身氧化率（衰减系数），d-1 对于生活污水：Kd＝0.05～0.1 Xv——MLVSS而2）活性污泥微生物净增殖的基本方程式： null3）在曝气池中MLVSS的净增殖量ΔXv（17-6） 将（17-6）式各项除以VXv得（17-7） 式中：null 3．Nrs——BOD－污泥去除负荷率[kg BOD 5/kgMLSS•d]则（17-7）式可写为：而 （17-8）null（17-8）式分析 Nrv——BOD－污泥容积去除负荷率[kg BOD 5/kgMLSS•d]a、b一般在工程设计与运行中应用，并以MLSS为基准考虑 Y、Kd一般在科研和学术探讨上应用，且以MLVSS为计算基准 null17.2.3 几个重要的参数 1．vmax 有机底物的最大比降解速度，t-1 2．Ks 饱和常数，为当μ=1/2·μmax时的底物浓度， 也称之为半速度常数，质量/容积 3．Y 产率系数，即微生物每代谢1kgBOD所合成的 MLVSS kg数 4．Kd 活性污泥微生物的自身氧化率，d-1，亦称为衰 减系数； 5．a´ 活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需 氧率，即活性污泥微生物每项代谢1kg BOD 所需要 的氧量，以kg计； 6．b´ 活性污泥微生物代谢活动被降解的有机污染物 量，以BOD值计null营养物质：碳源、氮源、无机盐类、某些生长素 1） 碳源：组成生物细胞的主要物质，对碳源的需求量较大，一 般BOD5≥100mg/L 2） 氮源：组成细胞的重要元素，其需要按BOD：N=100：5考虑 3） 盐类：必不可少 （1） 主要的无机盐类 P：按BOD5:N:P=100:5:1考虑，它是微生物需要量最多的 无机元素，约占全部无机盐元素的50% 还有K、Ca、F e 、S无机元素 （2） 微量无机元素 对于生活污水，BOD5:N:P的比值为100:5:1，但经沉淀池 处理后，其BOD5:N:P=100:20:2517.2.4 活性污泥净化反应影响因素null2．BOD——污泥负荷NS3．DO——溶解氧 1）曝气池在稳定运行时，微生物的耗氧速率（Rr 需氧速率） ＝曝气器的供氧速率时Ns～SVI的关系（图 17-1），其池中的溶解氧DO不变。2）曝气池中DO浓度大小将取决于： （1）生物絮体的大小：生物絮体大，则要求DO浓度高， DO才能扩散转移到生物絮体内部,反之则不能。对此要求 DO浓度为2mg/L左右为好。null（2）考虑冲击负荷与中毒的影响，以便于操作以了解供氧量的变化急性中毒慢性中毒DO逐渐增加 冲击负荷DO突然↓DO突然↑4．水温：15～35℃之间 20～30℃，效果好，活动旺盛，＜15℃，＞35℃，效果↓，活动弱，＜5℃，＞45℃，效果很差，5．pH值 最佳的pH值为6.5～8.5 当pH＜6.5，丝状菌繁殖，pH＜4.5，丝状菌占优势 当pH＞9.0，代谢速率↓ 6．有毒物质 主要是重金属，H2S、CN－、酚等，当超过一定浓度时， 就破坏细胞结构，抑制代谢。null17．3 活性污泥法主要设计参数17.3.1 表示混合液中活性污泥数量的指标（曝气池） 17.3.2 表示活性污泥的沉降性能及评定指标（二沉池）null17.3.1 表示混合液中活性污泥数量的指标（曝气池）1. MLSS浓度——混合液悬浮固体浓度〈混合液污泥浓度〉： mg/L混合液；g/L混合液；g/m3混合液； kg/m3混合液 MLSS＝M=X=Ma + Me + Mi + Mii 2. MLVSS浓度——混合液挥发性悬浮固体浓度 MLVSS＝MV=XV=Ma + Me + Mi null 1.SV——污泥沉降比，又叫30min污泥沉降率 SV反应了曝气池正常运行的污泥量，可用于控制剩余污泥排放量， 同时通过它能及早发现污泥膨胀等异常现象的发生。 2. SVI——污泥容积指数（污泥指数） 曝气池出口处的混合液经30min静沉后，每g干污泥所形成的沉淀污 泥所占的容积—mL/g17.3.2 表示活性污泥的沉降性能及评定指标（二沉池）null SVI在习惯上只称数字，而把单位略去 SVI值能够反映活性污泥的凝聚、沉降性能 要维持曝气池一定的MLSS（如3000mg/L）的情况下，SVI值越高， 则要求的污泥回流比R就越大，但当SVI值高达400mL/g时，则难于 用提高R来维持曝气池一定的MLSS浓度。 3.θC——污泥龄（生物固体平均停留时间）系统中每日增长的活性污泥量应等于每日排出的剩余污泥量（ΔX）θC的定义式（17－10） 活性污泥在曝气池内的平均停留时间——生物固体平均停留时间。 （17－9） 将△X（17-9）式代入（17-10）式：null（17-11）（17-12）(17-13)Xr是活性污泥特性和二沉池沉淀效果的函数。(17-14)null4. 曝气池中有机污染物与活性污泥微生物比值的指标： 式中：S0——原污水中有机污染物的浓度（BOD），mg/L 　　　X——混合液悬浮固体（MLSS）浓度，mg/L V——曝气池容积，m3 （17-16） Ns=f(SVI) 见图17-2（17-15） （17-17）17．4 活性污泥反应动力学基础17．4 活性污泥反应动力学基础17.4.1 概述 17.4.2 莫诺方程式 17.4.3 劳伦斯——麦卡蒂方程式null17.4.1 概述其值不同，就会导致、∴动力学是研究讨论下列函数关系： ∵、的变化null17.4.2 莫诺方程式1. Monod（莫诺）公式的由来与演变null1）米－门公式：（1913年） 纯酶→单一基质酶促反应中基质比降解速率null2） Monod公式（1942年）微生物的比增长速率 纯菌种→单一基质3） Monod公式（1950年）微生物的比增长速率（17-18） 异养微生物群体→单一基质null∵∴（17-19）（17-20） ∴null4） Lawrence公式：（1960～1970年） 异养微生物群体（活性污泥）→污水中混合有机物 证实有机物降解速率也符合Monod公式2．Monod公式的推论 1）当混合液中S＞＞KS则（17-20）式中KS可忽略不计——高有机物浓度 将（17-22）积分： (17-23) (17-24)null2） 当混合液中S在S´～S´´之间——中等有机物浓度3）一相说与二相说 一相说——Monod公式 二相说——Eckenfelder二相说——非连续函数 null3．Monod公式的应用与参数的确定null S＝Se＜＜S´´并为定值且处于减速生长期，属一级反应： 适合于 （17-25） 在稳定条件下，对有机物进行物料平衡： ＝ +（17-26） 进入曝气池 流出曝气池 在曝气池降解的（17-27） null（17-28）当以Se代替莫诺方程式（17-22）式中的S得出： （17-29） 并在等式两边同时除以X得出： null（17-30）（17-31）由（17-30）式可知： (17-32) null （17-33）（17-34）4．K2、Vmax、KS的求定 1） K2的求定（图17-8）（17-32）nullnull2） Vmax、KS的求定（图17-9）null 将（17-30）式取倒数得： = + （17-35） 为纵坐标 斜率 为横坐标 截距 5．对推流式曝气池的分析 1）分析与问题的提出 Qw＜＜Q，Xe≈0null2） 完全混合式、推流式二者水力停留时间的比较给水工程（第四版）：P249 表14－3，（17-36）（17-37）（17-38）null则 CFSTR—— Continuous—Flow Stirred Tank Rector PF——Plug－Flownull 1．概述 1） 单位微生物量的底物利用率q（17-39） 以θC、q作为基本参数，并以第一、二两个基本方程式表达。 2） 劳－麦第一基本方程式（17-40）17.4.3 劳伦斯——麦卡蒂方程式null3） 劳－麦第一基本方程式：由V＝q推出 有机物的降解速度等于其被微生物的利用速度。 有机底物的利用速率（降解速率）与曝气池内微生物浓度 Xa及有机底物浓度S之间的关系。 （17-41）2．劳－麦方程式的推论与应用 1） 处理水有机底物浓度Se计算（17-42）Y——微生物产率：mg微生物量/mg有机物量 Ks——半速度系数null（17-42）公式的推导： 由（17-8）与（17-30）式可得出：（17-43）null移项整理： null2） 反应器内活性污泥浓度Xa的计算（17-44）公式的推导： 由（17-8）与（17-30）公式得出：（17-44）移项： null（17-45） 3） 污泥回流比R与θc值之间的关系（17-46）而null4）完全混合式曝气池有机底物降解速度的推导： Monod式在低有机物浓度下，有机底物的降解速度 劳－麦式：有机底物的降解速度等于其被微生物的利用速度 （17-47）而则（17-48）（17-49） null或（17-51）（17-50）5）活性污泥的二种产率（合成产率Y与表观产率Yobs）与θc的关系 Y——合成产率，表示微生物的增殖总量，没有去除内源呼吸 而消亡的那一部分 Yobs——表观产率，实测所得微生物的增殖量，即微生物的净 增殖量，已去除了因内源呼吸而消亡的那一部分。17．5 活性污泥处理系统的运行方式17．5 活性污泥处理系统的运行方式17.5.1 传统活性污泥法（普通活性污泥法） 17.5.2 阶段曝气活性污泥法 17.5.3 再生曝气活性污泥法系统 17.5.4 吸附—再生活性污泥法系统 17.5.5 延时曝气活性污泥法 17.5.6 高负荷活性污泥法 17.5.7 完全混合活性污泥法 17.5.8 多级活性污泥法系统 17.5.9 深水曝气活性污泥法系统 17.5.10 深井曝气池活性污泥法系统 17.5.11 浅层曝气活性污泥法系统（殷卡曝气法） 17.5.12 纯氧曝气活性污泥法系统null1．传统活性污泥法的特征： 1) 有机物的吸附与代谢在一个曝气池中连续进行 2) 活性污泥经历了一个生长周期：对数增长期→减速增长期→ 内源呼吸期。经历了吸附与代谢二个阶段 3) S由大→小，dO2/dt由大→小。 3．缺点： 1)不适应冲击负荷和有毒物质 因为是推流式，进入池中的污水和回流污泥在理论上不与池 中原有的混合液混合。∴水质的变化对活性污泥影响较大 2)前段供氧不足，后段供氧过剩 3)Ns不高，曝气池V大，占地大2．优点：∴池首往往供氧不足，后段供氧过剩，池前段DO浓度较低，沿池长逐渐增高17.5.1 传统活性污泥法（普通活性污泥法）传统活性污泥法流程图（图17-11）null17.5.2 阶段曝气活性污泥法特点 1) 分段多点进水，负荷分布均匀，均化了需氧量，避免 了前段供氧不足，后段供氧过剩的缺点 2) 提高了耐水质，水量冲击负荷的能力 3) 活性污泥浓度沿池长逐渐降低阶段曝气活性污泥法工艺流程图（图17-12）nullnull17.5.3 再生曝气活性污泥法系统而吸附再生活性污泥法系统V再生池很大， V吸附仅30～60min，容积小null17.5.4 吸附—再生活性污泥法系统特点 1) 吸附与再生分别进行，二沉池在二者之中 2) 吸附时间较短（30～60min），再生池只对回流污泥再生。 ∴整个池容小于普通活性污泥法 3) 处理效果低于普通活性污泥法 4) 具有一定的耐冲击负荷的能力 5) 不宜处理溶解性有机物较多的污水吸附—再生活性污泥法工艺流程图（图17-13）null17.5.5 延时曝气活性污泥法 2.特点 1) Ns非常小，只有0.05～0.10 kgBOD/kgMLSS·d 2) 曝气时间t长（24h以上），污泥处于内源呼吸期，剩余污泥量 少且稳定，池容大 3) 出水水质好，对原污水有较强的适应能力，无需设初沉池，只 适合于小城镇污水处理（Q≤1000m3/d）。污泥不需进行厌氧 消化处理 4) 基建费和运行费较高吸附—再生活性污泥法工艺流程图nullnullnullnullnull17.5.6 高负荷活性污泥法2.特点 1).曝气时间短（1.5～3.0h）。Ns高（1.5～ 3.0kgBOD/kgMLSS·d），ηBOD<（65～75）%。低 2).池容小，出水水质不好null17.5.7 完全混合活性污泥法特点 1) 耐冲击负荷，特别适应于工业废水处理 2) 池内水质均匀一致，各点相同，3) 池内需氧均匀，动力消耗小于推流式 4) 出水水质比推流式差，活性污泥易产生膨胀各部分工况几乎完全一致，可通过来调整工作情况完全混合活性污泥法工艺流程图（图17-14）nullnullnull 特点 1) 当污水BODu＞300mg/L，一级曝气池以采用完全混合式曝气 池为好；（对水质水量冲击负荷承受力强） 2) 当污水BODu＜300mg/L，一级曝气池可采用推流式 3) 当污水BODu＜150mg/L，不应采用多级 4) 处理水水质好，但建设费和运行费均较高17.5.8 多级活性污泥法系统null1.概述 1)亨利定律：C＝H·P 式中：C——水中溶解氧饱和浓度 H——亨利常数 P——压力 2) 生物的增殖和有机物降解2． 深水曝气池 深水中层曝气池 深水底层曝气池17.5.9 深水曝气活性污泥法系统null17.5.10 深井曝气池活性污泥法系统1. H＝50～100m，φ＝1～6m 2. 特征： 1) 氧的利用效率EA高达90％，动力效率EP高达6kgO2/KW·h；占地少 （传统活性污泥法EA＝10％±，EP＝2～3） 2) 适用于各种气候条件，可不设初沉池 3) 适用于处理高浓度有机废水EP——动力效率：1KWh电能转移到混合液中的氧量，以kgO2/KW·h深井曝气池活性污泥法工艺流程图（图17-15）null17.5.11 浅层曝气活性污泥法系统（殷卡曝气法）1.气泡只有在形成与破碎的一瞬间有着最高的氧转移率，而与 其在液体中的移动高度无关 2.可使用低压鼓风机，节省电耗，EP＝1.8～2.6kgO2/KW·h浅层曝气活性污泥法工艺流程图（图17-16）null1．概述17.5.12 纯氧曝气活性污泥法系统null∴纯氧曝气氧转移推动（Cs－C）比空气曝气氧转移的推动力提高了40/7.2=5.5倍，同时纯氧曝气氧转移推速率2．特征 1) 氧的利用率EA＝（80～90）％，而传统活性污泥法EA仅为± 10％ 2) MLSS＝4～7g/L，使Nrv↑ 3) SVI＜100，一般不会发生污泥膨胀 4) 剩余污泥量小V↓纯氧曝气活性污泥法工艺流程图（图17-17）nullnull图17-12 阶段曝气活性污泥法系统null图17-13 吸附－再生活性污泥法系统null延时曝气活性污泥法系统null图17-14 完全混合活性污泥法系统null图17-15 深井曝气活性污泥法系统null图17-16 浅层曝气活性污泥法系统null图17-17 纯氧曝气活性污泥法系统17. 6 曝气的基本理论17. 6 曝气的基本理论17.6.1 氧转移原理 17.6.2 影响氧转移的因素 17.6.3 曝气设备类型 17.6.4 需氧量与供氧量的计算null 1．扩散过程的基本规律——菲克（Fick）定律 式中：Vd——物质的扩散速率，单位时间、 单位断面上通过的物质数量 DL——扩散系数 （17-52）17.6.1 氧转移原理null2．双膜理论与氧总转移系数KLanull1) (17-53) （17-54） 将（17-55）式两边同除以V： KLa小， 则氧转移过程中阻力大 KLa大， 则氧转移过程中阻力小（17-55）（17-56）（17-57）null2) 曝气原理O2在气膜、液膜中进行分子扩散，而在气相和液相主体中进行 对流扩散 (2)传质的阻力集中在双膜，但因O2是难溶气体，∴氧转移的决定性 阻力又集中在液膜内 (3)O2通过液膜的转移速率是氧扩散转移全过程的控制速率null ∴通过液膜的氧转移速率 （kgO2/h） null在单位容积内氧的转移速率（kg/m3•h）将（17-55）式两边都除以V（曝气池容积）：令 式中：KLa——氧的总转移系数（h－1），KLa大则阻力小，反之亦然。 整理后积分得： （17-58）null KLa——氧总转移系数是评价空气扩散装置的重要参数。 3．KLa的测定 1) 水中无氧状态下的测定法 用清水，用Na2SO3（或N2）对清水脱氧，使C＝0 然后进行曝气充氧，每隔一定时间，测定DO值，直至饱和为止null2) 对曝气池混合液的测定 对于混合液，氧的变化率是氧的转移率与活性污泥微生物耗氧率R之差，即：（17-59）R——活性污泥微生物的耗氧速率R（mg/L•min） （17-60）可写为：－（17-61）截 距 斜率 null17.6.2 影响氧转移的因素 1．Cs——氧的饱和浓度 式中：S——含盐量 （mg/L） T——温度 ℃式中：ρ——压力修正系数 （17-62）（mg/L） 而 null对于T，P一定时，Cs就只与含盐量S有关，即Cs＝f（S） ∴ 采用β因子来修正溶解盐类对Cs的影响 （17-63） 当考虑气压和含盐量的影响（17-64）null2．污水的水质 污水中存在着溶解性有机物，特别是表面活性物质，如短链脂肪酸和乙醇，是一种两亲分子，极性端羧基COOH－（亲水）或羟基－OH－（亲水）插入液相中，而非极性端（疏水）的碳基链则伸入气相中。如 C17H35 — COOH O 非极性端 极性端 疏水 亲水 极性端 非极性端C17H35 （亲水）COOH （亲气相，疏水） 由于两亲分子聚集在气液界面上，阻碍氧分子的扩散转移，增加了氧 转移过程的阻力→KLa↓ 引入α因子来修正表面活性物质对KLa的影响 （17-65） （17-66） null3．水温当 15～30℃时：水温低对氧转移有利 30～35℃时：水温较高对氧转移有利null4．紊动强度 1) 低紊动程度 液体内部对氧转移过程的阻力比液膜的阻力大得多。 ∴ 液体运动对α值几乎没有影响 2) 中等紊动程度 液体内部对氧扩散过程的阻力减小，此时液膜阻力将控制氧扩 散速率，此时α值达到最小值 3) 高度紊动 打碎液膜，α值将接近于1null 1．曝气系统 1）鼓风曝气：空气加压设备（鼓风机）→管道系统→扩散装置（曝气器） 机械曝气：曝气叶轮 曝气转刷图 17-19 两种曝气示意图17.6.3 曝气设备类型null2） 曝气器的作用3） 曝气器的主要指标 （1) 动力效率EP：（kgO2/KW•h） （2) 氧利用效率EA（氧转移效率）（3) 充氧能力EL：（kgO2/h） ① 对鼓风曝气性能以EP、EA来评定 ② 对机械曝气性能以EP、EL来评定。无法用EA来评定null2．鼓风曝气空气扩散装置（曝气器）图 17-20 新型高效曝气器null1）微气泡空气扩散装置（EA＞10％，气泡直径＜1.5mm）EA EP（kgO2/KW•h）(1) 300×300×35（mm）（7～14）％ 1.8～2.5(2) 扩散管：组成扩散管阻（10～13）％ 2.0φ60～100mm；L＝500～600mm(3) 固定式平板型微孔空气扩散器 图17-21 （20～25）％ 4～6 (4) 固定式钟罩型微孔空气扩散器 图17-22 （20～25）％ 4～6null(5) 膜片式微孔空气扩散器 (图） （27～38）％ (7) 曝气软管 （25.3～32.5）％ 4.5～8.6(6) 摇臂式微孔空气扩散器 （18～30）％null2）中气泡空气扩散装置（气泡直径1.5～3.0mm）EA EP（kgO2/KW•h）(2) Wn－180型网状膜空气扩散装置 (图）（12～15）％ 2.7～3.7(1) 穿孔管（单管，双管，栅状） （4～6）％ 1.0null3）水力剪切式空气扩散装置 EA EP（kgO2/KW•h） (1) 倒盆式空气扩散装置 图17-23 （6.5～8.8）％ 1.75～2.88 (2) 固定螺旋空气扩散装置 图17-24 10％± 2± (3) 金山Ⅰ型空气扩散装置 图17-25 8％ EL＝0.41（kgO2/h）4）水力冲击式空气扩散装置 (1) 密集多喷嘴空气扩散装置 图17-26 (2) 射流式空气扩散装置 ＞20％ 图5）水下空气扩散装置：充氧、搅拌 (1) 上流式水下空气扩散装置： 图17-27 (2) 下流式水下空气扩散装置： 图17-28 null3．机械曝气装置 1）竖轴式机械曝气装置 (1) 泵型叶轮曝气器 图 (2) K型叶轮曝气器 图 (3) 倒伞型叶轮曝气器 图17-29 (4) 平板型叶轮曝气器 图17-30 2）卧轴式机械曝气装置 曝气转刷 图17-31 nullnullnull膜片式微孔空气扩散器nullnull网状膜空气扩散装置nullnull图 17-24 固定式单螺旋空气扩散装置nullnull射流式水力冲击空气扩散装置nullnull图 17-28 下流式水下空气扩散装置null泵型叶轮曝气器nullK型叶轮曝气器null图 17-29 倒伞型叶轮曝气器nullnull图17-31 转刷曝气器null 1．Csb——曝气池中氧的平均饱和溶解度的计算——Oldshue奥特休计算法 1）Cs1——曝气池池底气泡生成时氧饱和溶解度（mg/L） 17.6.4 需氧量与供氧量的计算null2）Cs2——气泡升至液面时氧饱和溶解度（mg/L）3） null4）求Ot——气泡从曝气池逸出时氧的百分数（％）式中： EA——扩散装置（扩散器）的利用效率，一般为6～12％null2．转移到曝气池总氧量的计算——R的计算 在稳定状态下，即曝气池中DO浓度不变（供氧速率＝耗氧速率）， 即氧的转移速率而（17-67）null（β）及气压对Cs（T）的影响（ρ）。（17-68）在上式（17-68）两边同乘以V（曝气池容积）， 则得出转移到曝气池的总氧量R为：（17-69） null3．曝气设备在标准条件下（1atm、水温20℃、脱氧清水）脱氧清水中氧 总转移量R0的计算 在标准条件下：α＝1，β＝1，ρ＝1，C＝0 在标准条件下曝气设备的供氧量：（17-70）（17-71）null而上式中的R=O2=a′QSr+b′VXv实际上，处理废水需要转移到曝气池混合液中的总氧量为R，我们选定的曝气设备应满足在上述情况下总需氧量R的要求。然而曝气设备的制造厂家是在标准条件下测试得出曝气设备的性能的KLa(20)。∴ 首先要确定曝气池混合液所需的总氧量R 再求出再标准条件下曝气设备应转移的总氧量R0，这样才能满足实际废水曝气池混合液所需的总氧量R的要求选定设备。null4．氧转移效率EA（氧的里利用效率）与供气量Gs （17-72）1）2） （17-73） null5．机械曝气标准条件下充氧量（氧转移总量）Qos的计算 1）Qos的计算（17-74）V——叶轮线速度 （m/s）式中:n——叶轮转速 （转/分） D——叶轮直径 K1——池型修正系数（表17-14）null池型修正系数 表17-14• K1——充氧量Qos的池型修正系数 • K2——泵型叶轮轴功率N公式中的池型修正系数null2）叶轮轴功率N的计算3）机械曝气计算程序计算标准情况下的供氧量R0由（17-74）公式确定叶轮直径D确定叶轮轴功率N（17-77）（17-75）（17-76）null17.6.5 曝气池的型式与构造 1．曝气池的类型 （1）根据混合液流动形态，可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种； （2） 根据采用曝气方法，可分为鼓风曝气池、机械曝气池以及二者联合使用的机械鼓风曝气池；（图） （3）根据平面形状，可分为长方廊道形、圆形、方形以及环状跑道形等四种； （4）根据曝气池与二沉池之间的关系，可分为合建式（即曝气沉淀池）和分建式两种。  2、曝气池的流态 ① 推流式曝气池 ② 完全混合式曝气池 ③ 循环混合式曝气池：氧化沟 3、曝气池的构造 曝气池在构造上应满足曝气充氧、混合的要求，因此，曝气池的构造首先取决于曝气方式和所采用的曝气装置。nullnullnullnullnullnull环状跑道形曝气池null氧化沟17. 7 活性污泥处理系统的工艺设计17. 7 活性污泥处理系统的工艺设计17.7.1 概述 17.7.2 曝气池（区）容积的计算 17.7.3 曝气系统与空气扩散装置的计算与设计 ☆ 本教材设计举例null1．工艺设计内容 1）工艺流程选择 2） V曝气池、曝气池工艺尺寸 3）需氧量、供气量的计算及曝气系统设计 4）回流污泥量（RQ）剩余污泥排放量QW与回流污泥系统的设计 5）二沉池的设计计算 2．原始资料与数据 1） 曝气时间t＞6h，曝气池设计流量为Q平均日 2） 曝气时间t＝2h±，曝气池设计流量为KzQ平均日 3） 曝气时间t＝3～6h，曝气池设计流量为KdQ平均日（最大平均日） 3．应确定的主要参数 1） Ns MLSS（MLVSS） R SVI SV％ 2） Kz Y Kd a′ b′ 4．处理工艺流程的确定17.7.1 概述null17.7.2 曝气池（区）容积的计算（17-9）（17-78）1．Ns的确定 1）完全混合式曝气池 （17-32）null 式中：K2——0.0168～0.0281 工业废水K2值见表17-17 对于城市污水： Ns＝0.3～0.5（kgBOD5/kgMLSS•d） 则η≥90％，SVI＝80～150 （17-79）null2）推流式曝气池按经验计算式计算 根据Ns值，复核SVI值 如果要求进入硝化阶段，则应使θC＞3日 （17-80）null图 17-32 运行中的推流式曝气池null2．X的确定 X高，V小，但X不能太高，应考虑以下三个因素 1〉供氧的经济性与可能性 X太高，粘滞性↑，O2的扩散阻力增大，扩散器的动力费用↑X太高，需氧量太大，扩散器的供氧＜活性污泥的需氧，满足不了活性污泥对氧的需要。对空气曝气而言，要求供氧量太大则为不可能。 ∴ X太高，即不经济也不可能不经济2〉活性污泥的凝聚沉淀性能 X＜Xr，而Xr与活性污泥的沉淀性能、浓缩时间有关 ∴ Xr与SVI成反比，当SVI＝100±， 则Xr在8000～12000mg/L之间null 3〉二沉池与污泥回流设备的造价 X太高，二沉池负荷大，二沉池造价高 X太高，RQ回流污泥量大，回流污泥设备的造价与动力费用↑X的确定 （1） 进入二沉池的污泥量应等于从二沉池流出的污泥量：（17-81）null对曝气池进出的污泥量进行物料平衡: （2）应为进入曝气池的污泥量加上曝气池内净增污泥量等 于流出曝气池的污泥量：（3） 按（17-83）式计算出X 在考虑上述三个因素的基础上，参考表17-18，确定X （17-82） （17-83）null 1．活性污泥需氧量（R＝O2）与曝气设备供气量（Gs）的计算 1）需氧量计算 （1） 日平均需氧量（2） 最大时需氧量（O2）max2）供气量（Gs）计算 （1） 计算Csb17.7.3 曝气系统与空气扩散装置的计算与设计null（2）求曝气设备在标准条件下脱氧清水中的供氧量R0 日平均供氧量R0最大时供氧量（R0）max （17-71） （17-71）（3）求曝气设备供气量Gs 平均时供气量（m3/h）（17-73）最大时供气量（Gs）max （m3/h）null2．鼓风曝气系统的计算与设计图 17-33 空气扩散装置（曝气器）null1）空气扩散装置（曝气器）的选定与布置 要求EA、EP较高，且不易堵塞 2）空气管道系统的计算与设计 （1）经济流速： • 主干管、干管：10～15 m/s • 竖管、支管：4～5 m/s 然后根据Q、V查附录二求出对应的管径 （2）阻力损失计算 KPa（1.5mH2O柱） ＜4.9 Kpa ＜（4.9～9.8）KPa式中：h1——沿程阻力损失，查附录三求出 h2——局部阻力损失，换算成当量长度l0来计算null K是长度换算系数表（17-23）由计算长度L来查附录三，求出h管（17-84）（3）鼓风曝气压缩空气的绝对压力P（17-85）null式中：h1——管路沿程阻力损失（Pa） h2——管路局部阻力损失（Pa） h3——曝气器的阻力损失（Pa） 查产品样本 h4——曝气器安装深度（m＝9.8×103Pa） h5——所在地区的大气压（Pa） （4）空压机所需压力H 估算空压机所需压力P= （5）鼓风机的选择同型号：≤3台 备用1台 ≥4台 备用2台1.5mH2O柱null3 机械曝气装置的设计 1）选择叶轮型式 2）确定叶轮直径与轴功率 3）其它要求 调节叶轮速度和淹没深度null4. 污泥回流系统的设计与剩余污泥处置 1〉污泥回流系统的设计 （1）回流污泥量的计算（QR）（17-86） SVI、X、Xr三者之间关系 SVI会在一定范围内变化，要维持一定的X，则R就应加以调整变化 同时X也需要根据进水负荷的变化而加以调整，为调整X也需要调整R （17-87）∴ 设计应按Rmax设计，并有几极较小回流比条件下工作的可能性，使R可以调整null （17-87） （17-7）（17-83）（2）污泥提升设备的选择与设计 ① 污泥泵（轴流泵） 效率高、运行稳定，不会破坏活性污泥絮体。设回流污泥泵 站，适用于大、中型污水厂null② 空气提升器 设在二沉池排泥井或曝气池进口处的污泥井内 一座污泥回流井只设一台空气提升器，并只接受一座二沉池污泥 斗来的污泥 升液筒在井内的最小淹没水深h1 （mm）式中：n——密度系数，一般为2～2.5 h2——需提升的高度 • 空气用量Qu＝（3～5）Qmax提升污泥量 查设计手册 （17-88）nullnull③ 潜污泵 ④ 螺旋泵null（17-89） 式中：D——螺旋泵的外缘直径（m） 工作转速Vg安装倾角：α＝30～38° 泵体外缘与导槽内壁之间的间隙δ优点与缺点： • 效率高，节省能耗 • 不堵塞，维护管理方便 • 转速较慢，不会打碎活性污泥絮体 • 无其它附属设备，直接设在曝气池与二沉池之间，∴应用广泛 • 缺点是占地较大（17-90）null2 〉 剩余污泥及其处置 (1) 剩余污泥 （17-15）（17-91） （17-92）null (2) 处置 ① 将含水率为99％的剩余污泥送入浓缩池浓缩 （96～97）％含水率的污泥再与初沉池污泥一起去进行厌氧消化 ② 将含水率为99％的剩余污泥→初沉池，起生物絮凝作用，提高初沉池去除效果。但是增大了初沉池负荷，提高了进入曝气池的BOD浓度，增加了曝气池负荷 ③ 剩余污泥（ρ＝99％）→浓缩→与初沉池污泥相混合，并投加混凝剂后采用机械脱水。 5. 二沉池2) 特点 (1) 同时具有泥水分离和污泥浓缩的二种功能，要求池表面积A较大 (2) 进入的混合液污泥浓度高，且具有絮凝性，属于成层沉淀 (3) 因为活性污泥质轻，出流堰负荷比初沉池小，为≤1.7L/m•s， 初沉池为≤2.9 L/m•s1)同时＝ 5mm/s 7mm/snull(4) 静水压力排泥的静水头≥0.9mH2O柱 参见：图17-36null3)(1) 沉淀池表面积A式中：u——成层沉淀之沉速，mm/s （17-93）(2) 澄清区水深H1式中：t——水力停留时间（h），一般为1～1.5h （17-94）null(3) 污泥区容积V设计二沉池贮泥时间为2h(4) 圆筒部分污泥区高度H2(5) 池边水深（有效水深）H H＝ H1 + H2 + h2 ＝H1＋H2＋0.3 澄清区 污泥区 缓冲层null (6) 池总高度H总 H总＝ H + h1 + h3 + h4 池边水深 超高 池中心与池边落差 污泥斗高度 h1——导流区高度 h2——曝气筒直壁段高度 h3——沉淀区水深1～2m H:(0.8～1.2m)——曝气筒保护高度 6. 曝气沉淀池各部分尺寸的确定 1) 池体 受搅拌器的限制： （1） D≤20m，∵受充氧能力和搅拌能力的限制，D不能过大 （2） H水深≤5m，太深，搅拌不好，池底易于积泥 结构尺寸的要求： （3） h3（沉淀区水深）＝1～2m，过小就会影响上升水流的稳定 （4） 曝气筒保护高度0.8～1.20m （5） 曝气筒直壁段高度h2＞导流区高度h1 且（h2－h1）≥0.414B（B为导流区宽度） nullnull2) 回流窗 回流窗总长度为曝气筒周长的30％±，其调节高度为50～150mm 3) 导流区 4) V4＝20～40mm/s 确定回流缝的宽度b，b一般取值为150～300mm，顺流圈长度L＝0.4～0.6m。该结构形式为防止曝气区混合液和气泡窜入污泥回流区，干扰沉淀；同时要使回流污泥顺利回流入曝气区。null5) 池底斜壁与水平呈45° 6)结构容积系数为（3～5）％ ※ 回流缝设计： 先确定回流缝的宽度b（150～300mm） 确定顺流圈长度L＝0.4～0.6m 校核回流缝内污水的流速V4（20～40mm/s） 则 null7. 处理水的水质 1)出水总的BOD5＝溶解性BOD5＋非溶解性BOD5 （Se） 2)出水中SS＝ Ce ＝20～30mg/L （Xe）3)（17-95）式中：Ce——出水中SS浓度（mg/L） Xa——活的微生物在出水中SS中所占比例 b——微生物自身氧化率（Kd）：0.05～0.10 kg/kg•d（d－1）null1.42——氧化1g微生物体所需氧量1.42g C5H7NO2+5O2→5CO2+NH3+2H2O 113 160 1 X 5——五天的BOD培养期4) 处理出水中总BOD5值： • Se值是从滤后水样测出的，则出水总的BOD5值应按（17-96） 计算得出 • Se值是从滤后水静沉后水样测出，则Ce值从静沉下污泥中测 出，总的BOD5按（17-96）计算得出 • Se值是从搅拌过的水样中测出，则测出的Se值即为总的BOD5（17-96）null 例题17-1：已知Q=30000m3/d，Kh=1.4，S0=225mg/L，Se=25mg/L，一级处理的ηBOD5=25% 要求： • 计算确定曝气池工艺尺寸 • 计算设计鼓风曝气系统☆ 本教材设计举例解： 一、曝气池各主要部位尺寸的计算与确定 1．处理程度η的确定 〈1〉进入曝气池污水 mg/L〈2〉出水中非溶解性BOD5=7.1bXaSe mg/L（17-96）处理水：BOD5（总）＝ Se + BOD5 = Se + 7.1bXaCe 溶解性 非溶解性 ↓ ↓ 25mg/L 18.6 mg/L + 6.4 mg/Lnull〈3〉〈4〉 2．运行方式 传统活性污泥法、阶段曝气活性污泥法、吸附－再生活性污泥法 集中从池首进水 沿曝气池多点进水 沿曝气池某点进水 和进回流污泥 从池首进回流污泥 从池首进回流污泥3．曝气池计算与设计 〈1〉Ns的确定 首先拟定Ns＝0.3，然后用下列公式校核（17-97） 〈2〉确定X 由Ns查图17-2得出SVI