活性污泥法工艺设计学习教案

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1、会计学1活性污泥法工艺活性污泥法工艺(gngy)设计设计第一页，共84页。出水出水(ch (ch shu)shu)曝气与空气曝气与空气(kngq)扩散系统扩散系统曝气池曝气池进水进水来自初沉池来自初沉池二沉池二沉池回流污泥回流污泥剩余污泥剩余污泥第1页/共84页第二页，共84页。二、活性污泥形态(xngti)与活性污泥微生物1、活性污泥形态 外观形态：黄褐色的絮绒颗粒(kl)状-活性 污泥又称为生物絮凝体。 特点：颗粒(kl)大小：0.020.2 mm 具有较大的表面积 含水率很高，达99% 比重介于1.0021.006之间 组成： 具有代谢功能活性的微生物群体Ma 微生物内源代谢、自身氧化的

2、残留物Me 原污水挟入的难生物降解的惰性有机物质Mi 原污水挟入的无机物质Mii 活性污泥照片(zhopin)第2页/共84页第三页，共84页。2、活性污泥微生物及其在活性污泥反应(fnyng)中的作用u细菌：以异养型的原核细菌为主，世代时间为 2030min,主要细菌有：产碱杆菌属、芽孢杆菌属、黄杆菌属、动胶杆菌属、假单胞菌属、丛毛单胞菌属、大肠埃希氏杆菌等。 u真菌(zhnjn)：主要是丝状菌 u原生动物：肉足虫、鞭毛虫和纤毛虫三类。主要摄食游离的细菌，起到进一步净化水质的作用。 u后生动物：主要指轮虫。在活性污泥系统中不经常出现，仅在处理水质很好的完全氧化型的活性污泥系统中出现。第3页/

3、共84页第四页，共84页。弧状菌丝状菌葡萄球菌(p to qi jn)变形虫第4页/共84页第五页，共84页。小口(xio ku)钟虫 草履虫 吸管虫属 累枝虫 第5页/共84页第六页，共84页。圆筒盖虫 轮虫第6页/共84页第七页，共84页。3、活性污泥微生物的增殖(zngzh)与活性污泥的增长u 增殖规律用增殖曲线表示。根据微生物的生长速度，整个曲线分为四个阶段： 适应期（延迟期或调整期）：微生物不裂殖，数量不增加(zngji)，但在质方面却开始出现变化。第7页/共84页第八页，共84页。u对数增殖期（增殖旺盛期）：增殖速度达最大，且为常数，所以又称等速增殖期。 u减速增殖期（稳定期或平衡

4、期）：增殖速度变慢，直至(zhzh)为0，细菌总数仍然增加直至(zhzh)最大。 u内源呼吸期（内源代谢期或衰亡期）：细菌进行内源代谢，细菌总数在减少，增殖速度为负。 u4、活性污泥絮凝体的形成：有多种学说。 u 普遍认为：活性污泥絮凝体形成的实际情况来看，活性污泥絮凝体的形成与曝气池内能含量有关。能含量用F/M表示。 u F：代表有机物含量 u M：代表微生物的含量第8页/共84页第九页，共84页。三、活性污泥净化反应(fnyng)过程1、初期吸附去除(q ch)阶段：这一过程进行较快，能够在30min内完成，污水的去除(q ch)率达70%。 2、微生物代谢：将第一阶段转移到活性污泥上去的

5、有机污染物被微生物利用。 13.2 活性污泥净化反应影响因素与主要设计、运行参数 一、活性污泥净化因素反应的影响： 1、营养物质平衡：BOD5：N：P=100：5：1 2、DO含量：曝气池出口处一般保持在2mg/l左右。 3、PH值：最佳PH 范围为6.5-8.5 4、水温：适宜温度范围为：15-35 5、有毒物质：如重金属离子、酚、氰化物等。第9页/共84页第十页，共84页。1、表示活性污泥微生物量的指标 （1）混合液悬浮固体浓度(nngd)(mg/L) MLSS=Ma+Me+Mi+Mii （2）混合液挥发性悬浮固体浓度(nngd)(mg/L) MLVSS=Ma+Me+Mi f=MLVSS/

6、MLSS 一般情况下，f取0.7-0.8二、 活性污泥系统的控制指标与设计(shj)、运行参数第10页/共84页第十一页，共84页。这些污泥的干重静沉后的污泥容积混合液经min30SVI)/()/()/(10%干污泥gmllgMlsslmlSV 一般为70150(ml/g)时沉降性能较好 ，过低无机物含量过高，污泥活性不好，过高易出现(chxin)污泥膨胀。第11页/共84页第十二页，共84页。Q-QQ-Qw w、XeXe出水出水(ch (ch shushu) )曝气与空气曝气与空气(kngq)扩散系统扩散系统曝气池曝气池V V、X X进水进水来自来自(li z)(li z)初沉池初沉池二沉池

7、二沉池回流污泥回流污泥X Xr r剩余污泥剩余污泥Q Qw w、X Xr rXXVcRWXQX 3、污泥龄：又称生物固体平均停留时间污泥龄定义：曝气池内活性污泥总量（VX）与每日排放的污泥量(X )之比。第12页/共84页第十三页，共84页。4、BOD污泥(w n)负荷与BOD容积负荷 在具体工程应用上， BOD污泥负荷以F/M表示。 F/M=Ns=Q.Sa/X.V(kg/kgMLSS.d) 又称BODSS负荷率 定义：曝气池内单位重量活性污泥在单位时间内能够(nnggu)接受并将其降解到预定程度的有机物量BOD。 另外，还使用BOD容积负荷用Nv表示 Nv=Q.Sa/V(kgBOD/m3.d

8、) 定义：单位曝气池容积在单位时间内，能够(nnggu)接受并将其降解到预定程度的有机物量 选定适宜的BOD污泥负荷的意义 Ns:0.20.5 kg/kgMLSS.d为一般负荷区 0.1 kg/kgMLSS.d为低负荷区 1.5-2.5 kg/kgMLSS.d为高负荷区 0.5-1.5 kg/kgMLSS.d为污泥膨胀区，一般不取。 第13页/共84页第十四页，共84页。5 、有机(yuj)污染物降解与活性污泥增长 微生物的增殖是通过微生物合成与内源代谢两项生理活动完成的。 微生物增殖的基本方程式： 上式 变形为：XV=Y（Sa-Se）Q/V- Kd.Xv 剩余污泥量计算： Xv= Y（Sa-

9、Se）Q- Kd.Xv BOD-污泥去除负荷：Nrs=Q.Sr/V.Xv 1/c=Y.Nrs-Kd Y、Kd的取值：经验数据，城市污水：Y取0.4-0.6；Kd取0.05-0.1 6、有机污染物降解与需氧 O2=aQSr+bVXv 其中(qzhng)：对于城市污水，a取0.42-0.53；b取0.188-0.11esgdtdXdtdXdtdX第14页/共84页第十五页，共84页。13.3 活性污泥反应(fnyng)动力学基础一、概述 1、 活性污泥反应动力学的目的： 明确(mngqu)有机底物浓度、活性污泥微生物量、DO等各项因素对反应速度的影响 对反应机理进行研究 2、常用的反应动力学方程：

10、米-门方程、莫诺方程式和劳仑斯-麦卡蒂方程式 二、莫诺方程式：1942年由莫诺提出。 1、基本方程式： :微生物的比增殖速度即单位生物量的增殖速度 =dx/dt/X Ks:饱和常数，当=1/2 max时的底物浓度，又称为半速度常数。 SKSuusmax第15页/共84页第十六页，共84页。v 或 =v 有机底物比降解速度(sd)v: v:有机底物的比降解速度(sd)即单位生物量的降解速度(sd)第16页/共84页第十七页，共84页。 底物降解(jin ji)速率)( ,max22maxmaxSSSSKvKXSKXSKvdtdSSKvvKS，低底物浓度，高底物浓度，2. Monod 方程式的推论

11、方程式的推论(tuln) 结论：在高底物浓度条件下，有机底物以最大的速度进行降解，而与有机底物浓度无关，呈零级反应；而有机底物的降解速度与污泥(w n)浓度的一次方成正比关系，并呈一级反应。 结论：在低底物浓度的条件下，有机底物的降解速度与有机底物的浓度结论：在低底物浓度的条件下，有机底物的降解速度与有机底物的浓度的一次方成正比，呈的一次方成正比，呈级反应。级反应。第17页/共84页第十八页，共84页。3、莫诺方程式对完全混合(hnh)曝气池的应用u计算BOD污泥去除(q ch)负荷率Nrs u Nrs=Q(S0-Se)/X.V=(S0-Se)/x.t=k2Se u计算容积去除(q ch)负荷

12、率： u Nrv=Q(S0-Se)/V=(S0-Se)/t=k2XSe u计算有机底物降解率 u =1-1/（1+k2Xt） u4、常数值K2、Vmax、 ks的确定 u常数值K2的确定：采用图解法确定 u (S0-Se)/x.t=k2.Se可按Y=aX形式作图 uVmaxKs的确定 uK2的取值：0.01680.0281第18页/共84页第十九页，共84页。3、莫诺方程式对完全混合(hnh)曝气池的应用u计算BOD污泥去除负荷率Nrs u Nrs=Q(S0-Se)/X.V=(S0-Se)/x.t=k2Se u计算容积去除负荷率： u Nrv=Q(S0-Se)/V=(S0-Se)/t=k2XS

13、e u计算有机底物降解率 u =1-1/（1+k2Xt） u4、常数值K2、Vmax、 ks的确定 u常数值K2的确定：采用(ciyng)图解法确定 u (S0-Se)/x.t=k2.Se可按Y=aX形式作图 uVmaxKs的确定 uK2的取值：0.01680.0281第19页/共84页第二十页，共84页。三、劳伦斯-麦卡蒂方程式1、概述 于1970年建立了活性污泥反应动力学方程式。 两个新概念: 生物固体平均停留时间或细胞平均停留时间：单位重量(zhngling)的微生物在活性污泥反应系统中的平均停留时间。 单位底物利用率：单位微生物量的底物利用率q q=(ds/dt)u/Xa 两个基本方程

14、式： 第一基本方程式：1/=Y.q-Kd 第二基本方程式：(ds/dt)u=k.xa.S/(Ks+S) 第20页/共84页第二十一页，共84页。2、劳伦斯-麦卡蒂方程式的推论(tuln)与应用u处理水有机底物浓度Se与生物固体平均停留时间关系 u反应器内活性污泥浓度与c的关系 u污泥回流比与c之间的关系 u有机底物的降解速度等于其被微生物的利用速度 u 计算曝气池容积的公式： u V=Q.Sa/X.V u V=Q.(S0u活性污泥的两种产率与c关系 u 合成产率：微生物增殖总量，没有去除由于微生物内源呼吸作用而使其本身重量减少的部分，用Y表示(biosh) u 表观产率：实际上测得的微生物增殖

15、量，没有包括由于内源呼吸而减少的那部分微生物量，用Yobs表示(biosh) u Yobs=Y/(1+Kdc)第21页/共84页第二十二页，共84页。13.7 活性污泥处理系统(xtng)的运行方式与曝气池的工艺参数一、传统活性污泥法处理系统 又称普通活性污泥法，是早期开始使用并一直(yzh)沿用至今的运行方式，1912年。 1、工艺流程： 第22页/共84页第二十三页，共84页。传统(chuntng)活性污泥法工艺流程第23页/共84页第二十四页，共84页。2、工艺(gngy)特征：需氧速度沿池长逐渐降低 供气量沿池长均匀分布，采用鼓风曝气。 3、工艺参数 4、优缺点： 优点：处理效果好，去

16、除率达90%以上(yshng)，适于处理要求高而水质稳定的污水。 缺点：曝气池容积大，占地多，基建费用高 耗氧速度与供氧速度沿池长难于吻合 对水质水量变化适应性 第24页/共84页第二十五页，共84页。二、阶段(jidun)曝气活性污泥法系统1、工艺流程 2、工艺特征 有机物浓度沿池长均匀分布； 供气量沿池长均匀分布，采用鼓风曝气。 3、工艺参数 4、优点(yudin)： 缩小了耗氧速度与供氧速度之间的差距 减轻了二沉池的负荷 曝气池对水质水量冲击负荷的适应能力有所提高。 第25页/共84页第二十六页，共84页。第26页/共84页第二十七页，共84页。第27页/共84页第二十八页，共84页。三

17、、再生(zishng)曝气活性污泥法系统 它是传统活性污泥法系统的一种变形工艺。在工艺方面的改进：将回流污泥不直接(zhji)进入曝气池，而是进入再生池，进行曝气，使污泥得到充分再生后，在进入曝气池。 四、吸附-再生活性污泥法系统 1、工艺流程:如图 2、工艺特征： 3、工艺参数 4、优缺点第28页/共84页第二十九页，共84页。第29页/共84页第三十页，共84页。五、延时曝气活性污泥系统(xtng)1、工艺流程(n y li chn):如图 2、工艺特征： 3、工艺参数 4、优缺点 六、高负荷活性污泥法系统 1、工艺流程(n y li chn) 2、工艺特征： 3、工艺参数 4、优缺点第3

18、0页/共84页第三十一页，共84页。第31页/共84页第三十二页，共84页。七、完全(wnqun)混合式活性污泥法第32页/共84页第三十三页，共84页。八、多级活性污泥法系统(xtng)九、深水曝气活性污泥法系统(xtng)十、深井曝气活性污泥法系统(xtng)十一、浅层曝气活性污泥法系统(xtng)十二、纯氧曝气活性污泥法系统(xtng) 原理见图第33页/共84页第三十四页，共84页。第34页/共84页第三十五页，共84页。第35页/共84页第三十六页，共84页。13.8 活性污泥处理(chl)系统的新工艺一、概述 1、在净化功能(gngnng)方面 2、在工艺方面 二、氧化沟 1、氧化

19、沟的工作原理与特征 构造方面：池型：呈环形沟渠状，平面为椭圆或圆形。 进水装置：双池以上设配水井、自控装置 水流混合方面：介于完全混合与推流之间 工艺方面：可考虑不设初沉池；可考虑不单设二沉池；BOD负荷低 曝气装置：可采用横轴和纵轴曝气装置 第36页/共84页第三十七页，共84页。3、常用的氧化沟系统 氧化沟的运行方式： 连续(linx)工作式：氧化沟只作曝气池使用，因此氧化沟系统必须设二沉池，分为分建和合建;主要有帕斯韦尔氧化沟,卡罗塞氧化沟和奥巴勒型氧化沟 交替工作式：不单独设二沉池，在不同时段，氧化沟系统的一部分交替轮流当作沉淀池用,双沟(DE)型和三沟(T)型 卡罗塞氧化沟 交替工作

20、氧化沟 二沉池交替运行氧化沟 奥巴勒(ORBAL)型氧化沟 曝气-沉淀一体化氧化沟 第37页/共84页第三十八页，共84页。第38页/共84页第三十九页，共84页。第39页/共84页第四十页，共84页。第40页/共84页第四十一页，共84页。第41页/共84页第四十二页，共84页。第42页/共84页第四十三页，共84页。三、间歇式活性污泥处理(chl)系统第43页/共84页第四十四页，共84页。三、间歇式活性污泥处理(chl)系统2、工作原理与操作 流入工序 反应工序 沉淀工序 排放(pi fn)工序 待机工序 3、SBR工艺功能的改善与强化 关于待机与流入工序 关于SBR工艺的BOD-污泥负

21、荷与污泥浓度 关于耗氧与供氧问题 4、SBR工艺的发展及主要的变形工艺 第44页/共84页第四十五页，共84页。第45页/共84页第四十六页，共84页。第46页/共84页第四十七页，共84页。第47页/共84页第四十八页，共84页。第48页/共84页第四十九页，共84页。第49页/共84页第五十页，共84页。3 3、A A段的效应、功能段的效应、功能(gngnng)(gngnng)及设计运行参数及设计运行参数 4 4、B B段的效应、功能段的效应、功能(gngnng)(gngnng)及设计运行参数及设计运行参数第50页/共84页第五十一页，共84页。第51页/共84页第五十二页，共84页。A段

22、处理过程第52页/共84页第五十三页，共84页。B段处理过程第53页/共84页第五十四页，共84页。 13.4 曝气的理论基础 一、氧转移原理 1、菲克定律(dngl)： Vd=-Dl.dc/dx 而Vd=dM/dt/A 得出：2、双膜理论： 定义：在曝气过程中，氧分子通过气、液界面由气相转移到液相，在界面两侧存在着气膜和液膜，气体分子 通过气膜和液膜的传递理论 基本点： 在气、液两相接触的界面两侧存在着气膜和液膜 气体分子从气相到液相，阻力仅存在于气、液两层膜 在气膜中存在氧分压梯度，在液膜中存在氧浓度梯度氧转移决定性阻力又集中在液膜上。第54页/共84页第五十五页，共84页。3、表达式：-

23、dc/dx=(Cs-C)/Xf 代入菲克定律(dngl) dc/dt=KL.A/V.(Cs-C) dc/dt=KLa.(Cs-C)4、氧总转移系数Kla的确定 二、氧转移的影响因素 1、污水水质： 对Kla的影响：引入修正系数取0.8-0.85 对Cs的影响：引入修正系数取0.9-0.97 2、水温： 对Kla的影响：Kla（T）=Kla(20).1.024(T-20) 对Cs的影响:用Cs（T）表示(biosh)，查附录 3、氧分压：主要对Cs的影响 第55页/共84页第五十六页，共84页。三、氧转移(zhuny)速率与供气量的计算1、标准条件下的氧总转移量 2、实际(shj)条件下的氧总转

24、移量 3、供气量 13.5 曝气系统与空气扩散装置 空气扩散装置的分类：鼓风曝气和机械曝气 空气扩散装置的作用：充氧；搅拌、混合 表示空气扩散装置技术性能的主要指标： 动力效率EP：每消耗1KWh电能转移到混合液中的氧量 氧利用率EA：通过鼓风曝气转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比。 氧转移效率EL：通过机械曝气，在单位时间内转移到混合液中的氧量 第56页/共84页第五十七页，共84页。一、鼓风( fn)曝气系统与空气扩散装置1、鼓风曝气系统 组成：由空压机、空气扩散装置和一系列连通管道组成。 曝气过程：空压机将空气通过一系列管道输送到安装在曝气池底部的空气扩散装置，经过空气扩散装置，使空

25、气形成不同尺寸的气泡，气泡经过上升和随水循环流动，最后在液面处破裂，实现氧向混合液的转移。 2、空气扩散装置：微气泡、中气泡、水力剪切、水力冲击(chngj)和水下空气扩散装置第57页/共84页第五十八页，共84页。第58页/共84页第五十九页，共84页。第59页/共84页第六十页，共84页。第60页/共84页第六十一页，共84页。第61页/共84页第六十二页，共84页。第62页/共84页第六十三页，共84页。第63页/共84页第六十四页，共84页。第64页/共84页第六十五页，共84页。二、机械(jxi)曝气装置1、机械曝气原理 曝气装置转动，水面上的污水沿曝气器周边不断地以水幕状抛向四周，

26、形成水跃，液面剧烈搅动，将空气卷入。 曝气器转动，提升液体，使混合液连续地上、下循环流(hun li)动，使池底含氧量小的混合液向上环流(hun li)与表面充氧区发生交换，不断地使空气中氧转移到液体中 曝气器转动，其后侧形成负压区，能吸入部分空气 2、机械曝气装置 按传动轴的安装方向，机械曝气器分为竖轴（纵轴）和卧轴（横轴）两类。 竖轴式机械曝气装置-叶轮式 卧轴式机械曝气装置-曝气转刷 第65页/共84页第六十六页，共84页。第66页/共84页第六十七页，共84页。第67页/共84页第六十八页，共84页。第68页/共84页第六十九页，共84页。第69页/共84页第七十页，共84页。13.6

27、 活性污泥反应器-曝气池一、曝气池的分类 1、从混合液流动形态方面：曝气池分为推流式、完全混合式和循环混合式三类。 2、从平面形状方面：长方廊道形、圆形、方形和环状跑道形四类 3、从采用的曝气方法：可分为鼓风曝气池、机械(jxi)曝气池和二者联合使用的机械(jxi)鼓风曝气池 4、从曝气池与二沉池的关系：分为分建式和合建式两种。第70页/共84页第七十一页，共84页。二、推流式曝气池o1、关于曝气系统与空气扩散装置 o当采用(ciyng)鼓风曝气时，空气扩散装置布置的形式：空气扩散装置安装在曝气池廊道底部的一侧 o 空气扩散装置安装在廊道的两侧 o 空气扩散装置按一定形式均衡地布置在整个曝气池

28、底，池中水流只有沿池长方向的流动 当采用(ciyng)表面机械曝气装置时，沿池长在池中线每隔一定距离设置一台。 o2、关于曝气池的数目及廊道的排列与组合 o 随污水厂的规模而定，一般每座曝气池由15个廊道组成；当廊道数为单数时，进出水口分别位于曝气池两端；为双数时，进出水口位于曝气池同侧。第71页/共84页第七十二页，共84页。第72页/共84页第七十三页，共84页。3、关于(guny)曝气池廊道的长、宽、深长：以5070m为宜，最长可达100m 宽：L/B510 深：当空气扩散装置安设在廊道底部一侧时，B/H=12，我国当前对推流曝气池采用深度为35m。 4、关于在曝气池内设横向隔墙分室的问

29、题 设置方式有两种： 第一室隔墙一端紧靠池壁，另一端与池壁之间留有一定间距，逐室交替，使水从一室流入另一室 第一室隔墙上端高出水面，下端则与池底之间留有间距，第二(d r)室下端紧接池底，上端在水位以下，以后逐室交替，最后一室必须由底部出水第73页/共84页第七十四页，共84页。5、关于(guny)曝气池的底部与顶部6、关于曝气池的进水、进泥与出水设备 三、完全混合(hnh)式曝气池 1、曝气沉淀池：圆形，采用表面机械曝气装置 曝气区 导流区 沉淀区 优缺点 2、与沉淀池分建的完全混合(hnh)曝气池:圆形或方形 四、循环混合(hnh)式曝气池-氧化渠 第74页/共84页第七十五页，共84页。

30、第75页/共84页第七十六页，共84页。第76页/共84页第七十七页，共84页。第77页/共84页第七十八页，共84页。第78页/共84页第七十九页，共84页。第79页/共84页第八十页，共84页。13.9 活性污泥处理(chl)系统的工艺设计一、概述 1、设计内容 2、原始资料与数据 3、应确定的主要参数 4、确定处理工艺流程 二、曝气池容积的计算(j sun) 1、BOD-污泥负荷率法 BOD-污泥负荷率Ns的确定 混合液污泥浓度的确定 2、 BOD-容积负荷率法 3、按污泥龄计算(j sun)第80页/共84页第八十一页，共84页。三、曝气系统与空气扩散装置(zhungzh)的计算与设计

31、1、需氧量与供气量的计算 2、鼓风曝气系统的计算与设计 空气扩散装置的选定与布置 空气管道系统的计算与设计 空压机的选定与鼓风机房的设计 3、机械(jxi)曝气装置的设计 四、污泥回流系统的设计与剩余污泥的处置 1、污泥回流系统的设计 回流污泥量计算 污泥提升设备的选择与设计 2、剩余污泥及其处置 第81页/共84页第八十二页，共84页。五、二沉池 六、曝气沉淀池各部分尺寸计算 七、处理水的水质 4.10 活性污泥处理系统的维护管理 一、活性污泥处理系统的投产与活性污泥的培养驯化(xnhu) 1、活性污泥的培养与驯化(xnhu) 同步培训法 异步培训法 接种培训法 2、试运行 混合液污泥浓度 空气量 运行方式 第82页/共84页第八十三页，共84页。二、运行效果检测三、活性污泥处理(chl)系统运行中的异常情况1、污泥膨胀 2、污泥解体 3、污泥上浮：原因： 污泥腐化上浮 曝气过度上浮 污泥挟油上浮 污泥脱氮上浮 4、泡沫(pom)问题第83页/共84页第八十四页，共84页。