第4讲生化池的设计

《第4讲生化池的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4讲生化池的设计（137页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、废水处理工程进进水水第第4 4讲讲 活性污泥法设计活性污泥法设计与计算与计算一定义与原理一定义与原理 废水的生物处理废水的生物处理方法是方法是利用生物的新陈代谢作用利用生物的新陈代谢作用，对废水中的污染物质进行转化和稳定、使之无害化对废水中的污染物质进行转化和稳定、使之无害化的处理方法。的处理方法。复杂的有机物高级有机物H2乙酸CH44%76%20%28%72%24%52%（1）水解阶段2产氢产乙酸阶段3产甲烷阶段二方法特点二方法特点 对污染物进行转化和稳定的主体是微生对污染物进行转化和稳定的主体是微生物。由于微生物具有来源广、易培养、繁物。由于微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应性强

2、、易变异等特性，殖快、对环境适应性强、易变异等特性，因此因此在使用上能较容易地采集菌种进行培在使用上能较容易地采集菌种进行培养增殖，并在特定条件下进行驯化使之适养增殖，并在特定条件下进行驯化使之适应有毒工业废水的水质条件。应有毒工业废水的水质条件。微生物的生微生物的生存条件温和，新陈代谢过程中不需高温高存条件温和，新陈代谢过程中不需高温高压，它是不需投加催化剂的催化反应，压，它是不需投加催化剂的催化反应，用用生化法促使污染物的转化过程与一般化学生化法促使污染物的转化过程与一般化学法相比优越得多。法相比优越得多。（2 2）微生物的生长繁殖规律）微生物的生长繁殖规律 微生物生长分为以下四个时期：微

3、生物生长分为以下四个时期：a)a)停滞期停滞期，细菌需要适应环境，经过一段时间，细菌需要适应环境，经过一段时间后才能在新的培养基中生长繁殖，故细菌数后才能在新的培养基中生长繁殖，故细菌数有所减少；有所减少；b)b)对数期对数期，微生物适应了环境，利用环境中营，微生物适应了环境，利用环境中营养迅速增长，增长速率达到最大；养迅速增长，增长速率达到最大；c)c)静止期静止期，微生物总数达到最大，并恒定一段，微生物总数达到最大，并恒定一段时间，代谢产物抑制微生物生长；时间，代谢产物抑制微生物生长；d)d)衰亡期衰亡期，微生物因缺乏营养而死亡，总数减，微生物因缺乏营养而死亡，总数减少。少。四四 微生物的

4、营养及影响因素：微生物的营养及影响因素：（1 1）微生物生长的营养）微生物生长的营养(i)(i)主要为主要为C C、NN、P P称为碳源、氮源、磷源。称为碳源、氮源、磷源。(ii)(ii)营养对微生物的作用：营养对微生物的作用：a)a)提供合成细胞质时需要的物质；提供合成细胞质时需要的物质；b)b)作为细胞增长和生物合成反应时的能源；作为细胞增长和生物合成反应时的能源；c)c)充当产能反应所释放的电子的受体。充当产能反应所释放的电子的受体。（2 2）环境对微生物生长的影响因素）环境对微生物生长的影响因素(i)(i)温度：温度：按细胞对温度需求分为嗜冷菌按细胞对温度需求分为嗜冷菌（510510）

5、，中温菌（），中温菌（2540 2540 ），），嗜热菌（嗜热菌（5060 5060 ）；）；(ii)(ii)溶解氧：溶解氧：根据好氧性不同分为好氧微生根据好氧性不同分为好氧微生物和厌氧微生物；物和厌氧微生物；(iii)pH(iii)pH：需氧微生物处理要求需氧微生物处理要求6.58.56.58.5，厌，厌氧微生物处理要求氧微生物处理要求6.77.46.77.4；(iv)(iv)营养物要求：营养物要求：好氧生物处理对营养物的好氧生物处理对营养物的要求为要求为C C：NN：P=100P=100：5 5：1 1；(v)(v)有毒物质：有毒物质：抑制微生物的新陈代谢抑制微生物的新陈代谢(vi)(vi

6、)进水有机物浓度：进水有机物浓度：好氧处理中进水好氧处理中进水BODBOD5 5宜在宜在50010005001000之间（过高则溶解之间（过高则溶解氧不足），且不低于氧不足），且不低于100100（过低则营养物（过低则营养物不足）；不足）；五五 污水的可生化性评价污水的可生化性评价（1 1）污水的可生化性定义）污水的可生化性定义（2 2）主要评价方法）主要评价方法(i)(i)相对耗氧速率法相对耗氧速率法(ii)(ii)生化呼吸线法生化呼吸线法(iii)(iii)有关水质指标法有关水质指标法(iv)(iv)微生物脱氢酶含量或微生物脱氢酶含量或ATPATP含量法含量法六六 处理方法分类处理方法分类

7、好氧法和厌氧法处理区别：好氧法和厌氧法处理区别：起作用的微生物群不同；产物不同；反应速起作用的微生物群不同；产物不同；反应速率不同；对环境条件要求不同；对进水率不同；对环境条件要求不同；对进水BODBOD要求不同。要求不同。出出水水剩余剩余污泥污泥进进水水回流回流污泥污泥空空气气曝曝气气池池二二沉沉池池活性污泥法处理印染废水活性污泥法处理印染废水活性污泥组成：活性污泥组成：（1 1）活性的微生物）活性的微生物（2 2）微生物自身氧化的残留物）微生物自身氧化的残留物（3 3）吸附在活性污泥上不能被生物降解的）吸附在活性污泥上不能被生物降解的有机物和无机物组成。有机物和无机物组成。其中微生物是活性

8、污泥的主要组成部分。其中微生物是活性污泥的主要组成部分。活性污泥中的微生物又是由细菌、真菌、活性污泥中的微生物又是由细菌、真菌、原生动物、后生动物等多种微生物群体原生动物、后生动物等多种微生物群体相结合所组成的一个生态系统。相结合所组成的一个生态系统。活性污泥通常为黄褐色絮状颗粒活性污泥通常为黄褐色絮状颗粒，其直，其直径一般为径一般为0.020.022mm2mm，含水率一般为，含水率一般为99.299.299.899.8，密度因含水率不同而异。，密度因含水率不同而异。细菌是活性污泥组成和净化功能的中心，细菌是活性污泥组成和净化功能的中心，是微生物的最主要部分。是微生物的最主要部分。活性污泥絮体

9、活性污泥絮体（3 3）絮凝体的形成与凝聚沉降）絮凝体的形成与凝聚沉降 。曝气池曝气池 出水出水剩余污泥剩余污泥进水进水回流污泥回流污泥空气空气二次沉二次沉淀池淀池曝曝气气池池 推流式活性污泥法的特点：推流式活性污泥法的特点：（a a）废水中污染物浓度自池首至池尾是逐渐）废水中污染物浓度自池首至池尾是逐渐下降的，由于在曝气池内存在这种浓度梯下降的，由于在曝气池内存在这种浓度梯度，废水降解反应的推动力较大，效率较度，废水降解反应的推动力较大，效率较高；高；（b b）推流式曝气池可采用多种运行方式；）推流式曝气池可采用多种运行方式；（c c）曝气池可以做的比较大，不易产生短路，）曝气池可以做的比较大

10、，不易产生短路，适合于处理量比较大的情况；适合于处理量比较大的情况；（d d）氧的利用率不均匀，入流端利用率高，）氧的利用率不均匀，入流端利用率高，出流端利用率低，会出现池尾供气过量的出流端利用率低，会出现池尾供气过量的现象，增加动力费用。现象，增加动力费用。（ii ii）完全混合式活性污泥法：）完全混合式活性污泥法：曝气池进水进水回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥出水出水二沉池二沉池（i i）鼓风曝气）鼓风曝气式是采用空气式是采用空气(或纯氧或纯氧)作氧源，作氧源，以气泡形式鼓入废水中。以气泡形式鼓入废水中。它适合于长方形曝它适合于长方形曝气池，气池，布气设备装在曝气池的一侧或池底。布气设备装

11、在曝气池的一侧或池底。气泡在形成、上升和破坏时向水中传氧并搅气泡在形成、上升和破坏时向水中传氧并搅动水流。动水流。适用于大型曝气池适用于大型曝气池（ii ii）机械曝气）机械曝气式是用专门的曝气机械，剧烈地式是用专门的曝气机械，剧烈地搅动水面，使空气中的氧溶解于水中。通常搅动水面，使空气中的氧溶解于水中。通常曝气机兼有搅拌和充氧作用，使系统接近完曝气机兼有搅拌和充氧作用，使系统接近完全混合型。全混合型。适用于小型曝气池适用于小型曝气池（iii iii）联合曝气）联合曝气鼓风曝气鼓风曝气鼓风曝气鼓风曝气鼓风曝气鼓风曝气3 活性污泥的评价指标它与污泥沉降比有如下关系：它与污泥沉降比有如下关系：SV

12、I=(SVSVI=(SV10)/MLSS10)/MLSS式中：式中：MLSSMLSS的单位为的单位为g/Lg/L，SVISVI以百分数代入以百分数代入。SVISVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度值能较好地反映出活性污泥的松散程度(活性活性)和凝聚、沉降性能。和凝聚、沉降性能。三、溶解氧三、溶解氧(dissolved oxygen,DO)(dissolved oxygen,DO)污泥负荷的计算公式污泥负荷的计算公式 X X活性污泥浓度，活性污泥浓度，kgMLSS/mkgMLSS/m3 3 。VXQSsN0VQSNV0VXSSQNer)(0NNr r去除负荷；去除负荷；S Se e出水出水BO

13、DBOD浓度。浓度。0 01001002002003003004004005005000 01 12 23 34 45 5BOD负荷(kgBOD/kgMLSS d)BOD负荷(kgBOD/kgMLSS d)SVI(mL/g)SVI(mL/g)21213838低低SVI负荷区负荷区2高高SVI负荷区负荷区2高高SVI负荷区负荷区1低低SVI负荷区负荷区1低低SVI负荷区负荷区347 污泥龄也称固体平均停留时间固体平均停留时间或细胞平细胞平均停留时间均停留时间 。污泥龄是影响活性污泥处理效果的重要污泥龄是影响活性污泥处理效果的重要参数。参数。水力停留时间水力停留时间(hydraulic reten

14、tion time,(hydraulic retention time,HRT)HRT)是指水在处理系统中的停留时间，是指水在处理系统中的停留时间，单位也是单位也是d d。HRTHRTV/QV/Q，V V是曝气池的是曝气池的体积；体积；QQ是废水的流量。是废水的流量。三、溶解氧三、溶解氧(dissolved oxygen,DO)(dissolved oxygen,DO)活性污泥中的微生物是多菌种的混合群活性污泥中的微生物是多菌种的混合群体，其生长繁殖规律比较复杂，但也可体，其生长繁殖规律比较复杂，但也可用其增长曲线表示一般规律。用其增长曲线表示一般规律。活性污泥的增长过程可分为活性污泥的增长过

15、程可分为对数增长对数增长期期、减速增长期减速增长期和和内源呼吸期内源呼吸期三三个阶段。在每个阶段，有机物个阶段。在每个阶段，有机物(BOD)(BOD)的去的去除率、去除速率、氧的利用速度及活性除率、去除速率、氧的利用速度及活性污泥特征等都各不相同污泥特征等都各不相同。59双膜理论示意图双膜理论示意图 气相主体界面气膜液膜Cs层流液相主体CpgpiPg表示气相表示气相中氧的分压中氧的分压Pi表示界面表示界面处氧的分压处氧的分压Cs表示界面处表示界面处水中氧的浓度水中氧的浓度C表示水中氧表示水中氧的浓度的浓度氧传递过程的基本方程如下氧传递过程的基本方程如下:)(dtdCCCKsLa 式中：式中：d

16、C/dt氧的传递速率氧的传递速率(氧进入水氧进入水的速率的速率)，mg/(Lh)；C液相氧的实际浓度，液相氧的实际浓度，mg/L；Cs氧的饱和浓度，氧的饱和浓度，mg/L；KLa液相总传质系数，液相总传质系数，1/h。把溶解氧浓度从把溶解氧浓度从C C增加到增加到C Cs s所需的时间。所需的时间。L L扩散管示意图 该曝气器采用网状膜代替曝气盘用的各该曝气器采用网状膜代替曝气盘用的各种曝气板材，其网很薄，网上的孔径笔种曝气板材，其网很薄，网上的孔径笔直，滤水透气效果均优于微孔板材，不直，滤水透气效果均优于微孔板材，不易发生堵塞。易发生堵塞。网膜采用聚醋酸纤维制成的。网状膜曝网膜采用聚醋酸纤维

17、制成的。网状膜曝气器采用底部供气，空气经分配器第一气器采用底部供气，空气经分配器第一次切割后均匀分布到气室内，高速气流次切割后均匀分布到气室内，高速气流经切割分配到网状膜的各个部位受到阻经切割分配到网状膜的各个部位受到阻挡，然后通过特制网膜微孔的第二次切挡，然后通过特制网膜微孔的第二次切割形成微小气泡割形成微小气泡(直径直径2 23mm)3mm)匀地分布匀地分布扩散到水中扩散到水中。膜片微孔曝气器膜片微孔曝气器u曝气器的气体扩散装置采用微孔合成橡胶膜曝气器的气体扩散装置采用微孔合成橡胶膜片，膜片上开有片，膜片上开有150150200200 m m的同心圆布置的的同心圆布置的50005000个自

18、闭式孔眼。个自闭式孔眼。u当充气时空气通过布气管道，并通过底座上当充气时空气通过布气管道，并通过底座上的孔眼进入膜片和底座之间，在空气的压力作的孔眼进入膜片和底座之间，在空气的压力作用下，使膜片微微鼓起，孔眼张开，达到布气用下，使膜片微微鼓起，孔眼张开，达到布气扩散的目的。扩散的目的。优点：优点：不不堵塞，可堵塞，可以省去空以省去空气滤清装气滤清装置。置。竖管扩散器及其布置形式7.17.1设计中需要理解的几点设计中需要理解的几点 Q,SQ,S0 0 S Si i（1 1）推流活性污泥法各符号的意义）推流活性污泥法各符号的意义 理论上，去除理论上，去除lkgBODlkgBOD应消耗应消耗lkgO

19、lkgO2 2。从需氧量看从需氧量看,微生物降解微生物降解过程总需氧量包括过程总需氧量包括有机物有机物去除去除 (用于分解和合成用于分解和合成)的需氧量以及有机体自的需氧量以及有机体自身氧化需氧量身氧化需氧量之和，在工程上，常表示为：之和，在工程上，常表示为：VXbVXNaOr2 把把Nr代入代入上式得：上式得：VXbVXVXSSQaOe)(02)()(002eeSSQVXbaSSQO等式两边除以等式两边除以Q(S0-Se)，得：，得：reNba)SQ(SO02再把再把Nr代入，得：代入，得：u即去除每单位质量即去除每单位质量BODBOD的需氧量随污泥负荷升高而减的需氧量随污泥负荷升高而减小。

20、小。u在活性污泥法中，一般在活性污泥法中，一般a a=0.250.250.760.76，平均，平均0.470.47；b b=0.10=0.100.370.37，平均，平均0.170.17。曝气池的设计计算曝气池的设计计算 主要是根据进水情况主要是根据进水情况和出水的要求，选择曝气池的类型，所需和出水的要求，选择曝气池的类型，所需的供氧量和排除的剩余活性污泥量等的供氧量和排除的剩余活性污泥量等。一、有机物负荷率法一、有机物负荷率法（1 1）污泥负荷）污泥负荷 指单位重量活性污泥在指单位重量活性污泥在单位时间内所能承受的单位时间内所能承受的BODBOD5 5量量 去除负荷去除负荷 指单位重量活性污

21、泥在单指单位重量活性污泥在单位时间内所去除的位时间内所去除的BODBOD5 5量量（2 2）容积负荷）容积负荷 是指单位容积曝气区在是指单位容积曝气区在单位时间内所能承受的单位时间内所能承受的BODBOD5 5量量 NV=QS0/V NV,r=Q(S0-Se)/V 曝气池体曝气池体积的计算积的计算V=QS0/Nv 或=Q(S0-Se)/NV,r有机物负荷率法例题有机物负荷率法例题有机物负荷率法有机物负荷率法30(2)0.3/.21600 250 6.26269.0.3 3500 0.8eVNkgBOD kgMLVSSdQ SSVmNMLVSS 曝 气 池 有 效 容 积设（）（）33(3)6

22、2 6 93 5 0 02 1 9 4.1 5/1 046 2 6 96 2 6.9/1 02 1 9 4.1 52 1 9.4 2/1 0 0 0 0/wCwkgdS SVQmdQmdm gl C每 天 排 除 的 剩 余 活 性 污 泥 量V X=（）忽 略 出 水 挟 带 的从 曝 气 池 排 泥 时：从 污 泥 回 流 管 排 泥 时：662690.296.972160062693.9111.78 21600dhVthRQ（）计算曝气池的水力停留时间V名义时间t=Q实际时间（）回流比回流比 R=Qr/Q=0.78 细胞平均停留时间细胞平均停留时间c c V/Q V/Qww 细胞平均停留

23、时间细胞平均停留时间二、劳伦斯二、劳伦斯-麦卡蒂法麦卡蒂法1 1、劳伦斯和麦卡蒂根据莫诺特方程提出了、劳伦斯和麦卡蒂根据莫诺特方程提出了 曝气池中基质去除速率和微生物浓度的关曝气池中基质去除速率和微生物浓度的关系方程：系方程：sssCKCqq maxdS/dt=KSdS/dt=KSx/(Kx/(Ks s+S)+S)2 2、微生物的增长和基质的去除关系方程：、微生物的增长和基质的去除关系方程：dx/dt=ydx/dt=y(dS/dt)-KdS/dt)-Kd dx x或或 dx/dt=ydx/dt=yobsobs(dS/dt)dS/dt)稳态时，稳态时，dx/dt=0，并假定并假定 x0=0，则，

24、则因此，曝气池内污泥浓度因此，曝气池内污泥浓度曝气池体积曝气池体积 V=cYQ(S0-Se)/x(1+kdc)对系统进行微生物量衡算对系统进行微生物量衡算 排除的剩余活性污泥量计算排除的剩余活性污泥量计算dx/dt=ydx/dt=yobsobs(dS/dt)dx/ydS/dt)dx/yobsobs=ds=(S=ds=(S0 0-S-Se e)1/1/c c=yQ =yQ(S(S0 0-S-Se e)/vx)/vx k kd d=y=yx/x/（y yobsobs vxvx ）k kd d所以所以剩余活性污泥量（以挥发性悬浮固体表示）剩余活性污泥量（以挥发性悬浮固体表示）x=yx=yobsobs

25、 Q(S Q(S0 0-S-Se e)所需的空气量计算所需的空气量计算理论耗氧量理论耗氧量=有机物氧化的耗氧量有机物氧化的耗氧量-转化为转化为剩余污泥的有机体的有机物耗氧量剩余污泥的有机体的有机物耗氧量有机物氧化的耗氧量有机物氧化的耗氧量=有机物完全氧化有机物完全氧化的需氧量的需氧量BODBODu u=Q(S=Q(S0 0-S-Se e)10)10-3-3/0.68/0.68（kg/dkg/d）转化为剩余污泥的有机体的有机物转化为剩余污泥的有机体的有机物耗氧量耗氧量=1.42 x 1.42 x（kg/dkg/d）其中，其中，BODBOD5 5=0.68BOD=0.68BODu u氧化氧化1kg

26、1kg微生物所需的氧量为微生物所需的氧量为1.42kg1.42kg 则系统每天的需氧量为则系统每天的需氧量为OO2 2=Q(S=Q(S0 0-S-Se e)10)10-3-3/0.68-1.42 x/0.68-1.42 x 回流比回流比 R=Qr/Q=0.78 五、延时曝气法五、延时曝气法 曝气时间长，约曝气时间长，约2448h2448h，污泥负荷低，约，污泥负荷低，约0.050.2kgBOD5/kg0.050.2kgBOD5/kgVSSd d，曝气池中污泥浓度高，约，曝气池中污泥浓度高，约36g/L36g/L。微生物处于内源呼吸阶段，剩余污泥少而稳定，。微生物处于内源呼吸阶段，剩余污泥少而稳

27、定，无需消化，可直接排放。无需消化，可直接排放。BODBOD去除率去除率7595%7595%。运行是。运行是对氮、磷的要求低，适应冲击的能力强。对氮、磷的要求低，适应冲击的能力强。六、氧化沟六、氧化沟 当用转刷曝当用转刷曝气时，水深不气时，水深不超过超过2.5m2.5m，沟，沟中混合液流速中混合液流速0.30.6m/s0.30.6m/s。八、纯氧曝气八、纯氧曝气 返回返回目录返回目录二、活性污泥运行中常见的问题二、活性污泥运行中常见的问题 (一一)污泥膨胀污泥膨胀 广义地把活性污泥的凝聚性和沉降性恶化，以及处广义地把活性污泥的凝聚性和沉降性恶化，以及处理水混浊的现象总称为活性污泥的膨胀。理水混

28、浊的现象总称为活性污泥的膨胀。描述污泥膨胀程度的指标有描述污泥膨胀程度的指标有30min30min沉降比、污泥容沉降比、污泥容积指数。积指数。污泥膨胀可大致区分为丝状体膨胀和非丝状体膨胀污泥膨胀可大致区分为丝状体膨胀和非丝状体膨胀两种。两种。当丝状体过多，长出一般絮体的边界当丝状体过多，长出一般絮体的边界而伸入混合液时，其架桥作用妨碍了絮而伸入混合液时，其架桥作用妨碍了絮体间的密切接触，致使沉降较馒，密实体间的密切接触，致使沉降较馒，密实性差和性差和SVI高，这叫做丝状菌性膨胀污泥。高，这叫做丝状菌性膨胀污泥。当发生非丝状菌性污泥膨胀时，同样当发生非丝状菌性污泥膨胀时，同样SVI高，污泥在沉淀

29、池内难以沉淀、压缩。高，污泥在沉淀池内难以沉淀、压缩。此时的处理效率仍很高，上清液也清澈此时的处理效率仍很高，上清液也清澈。u还有还有pHpH值和水温的影响，丝状菌易在高温值和水温的影响，丝状菌易在高温下生长繁殖，而菌胶团则要求温度适中；丝下生长繁殖，而菌胶团则要求温度适中；丝状菌宜在酸性环境状菌宜在酸性环境(pH(pH值值=4.5=4.56.5)6.5)中生长，中生长，菌胶团宜在菌胶团宜在pHpH值值6 68 8的环境中生长。的环境中生长。造成非丝状菌性污泥膨胀的原因造成非丝状菌性污泥膨胀的原因 经研究，非丝状菌性膨胀污泥含经研究，非丝状菌性膨胀污泥含有大量的表面附着水，细菌外面包有有大量的

30、表面附着水，细菌外面包有黏度极高的粘性物质，这种粘性物质黏度极高的粘性物质，这种粘性物质是有葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠是有葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、脱氧核糖等形成的多糖类。李糖、脱氧核糖等形成的多糖类。非丝状菌性污泥膨胀主要发生在污水非丝状菌性污泥膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。此时，水温较低而污泥负荷太高时。此时，细菌吸取了大量营养物，但代谢速度细菌吸取了大量营养物，但代谢速度慢，就积贮起大量高粘性的多糖类物慢，就积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增质，使活性污泥的表面附着水大大增加，致使加，致使SVISVI升高，形成污泥膨胀升高，形成污泥膨胀解决污泥膨胀的办法解决污泥膨胀的办法概括起来就是预防和抑制概括起来就是预防和抑制 预防预防:加强管理，及时监测水质、曝气池污泥加强管理，及时监测水质、曝气池污泥沉降比、污泥指数、溶解氧等，发现异常情况，沉降比、污泥指数、溶解氧等，发现异常情况，及时采取措施。及时采取措施。抑制抑制:。活性污泥法二沉池设计要求返回目录返回目录