水污染控制工程培训课程

水污染控制工程唐玉朝安徽建筑工业学院环境科学与工程系E-mail:tangyc@DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,AnhuiUniversityofArchitecture第五节活性污泥工艺设计(BOD去除)活性污泥确定工艺:根据污水水质和水量和处理要求,确定工艺类型,工艺流程.城市污水,BOD/COD值较高,设计流量较大一般可选活性污泥工艺;有无脱N除P方面的要求,假设有可选SBR,氧化沟等具有去除N，P功能的工艺;水质要求,假设以达标排放为目的,一般经过活性污泥工艺BOD可以去70-85%,假设一次处理不达标,可二级处理,假设以回用为目的,需要深度处理.确定参数关键。WaterPollutionControlEngineering活性污泥计算各反响器:曝气池的形状,数量;初沉淀池,二沉淀池,(中间沉淀池,调节池,匀化池,厌氧池).计算空气:空气量.计算回流污泥和剩余污泥:污泥回流比,剩余污泥量，污泥处理流程等.计算高程：构筑物高程和平面布置,污泥高程.设备选型:泵,鼓风机或机械曝气设备等.

WaterPollutionControlEngineering活性污泥1.曝气池设计计算理论方法和经验方法的结合,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;经验方法直接以经验数据,无理论依据.

(A)．有机负荷法(BOD负荷法,污泥负荷法)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BOD量;容积负荷：单位时间内单位体积曝气池能够接受的BOD量.

WaterPollutionControlEngineering活性污泥①按污泥负荷计算： ②按容积负荷计算： ③按污泥龄计算： Xv-生物反响池内混合液挥发性悬浮固体平均浓度(gMLVSS/L);θc-设计污泥泥龄(d)；高负荷时为0.2-2.5，中负荷时为5-15，低负荷时为20-30；Kd-衰减系数,内源代谢系数(d-1)，20℃的数值为0.04-0.075。WaterPollutionControlEngineering活性污泥V-生物反响池的容积(m3);So-生物反响池进水五日生化需氧量(mg/L);Se-生物反响池出水五日生化需氧量(mg/L)(当为完全处理时可不计);Q-生物反响池的设计流量(m3/h);Ls-生物反响池的五日生化需氧量污泥负荷[kgBOD5/(kgMLSS·d)];X-生物反响池内混合液悬浮固体平均浓度(gMLSS/L);Lv-生物反响池的五日生化需氧量容积负荷(kgBOD5/m3);Y-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。WaterPollutionControlEngineering活性污泥关于污泥负荷率Ls：Monod方程可推导底物比降解速率与底物浓度S(劳麦方程)：r=rmax·S/(KS+S)如果考虑微生物浓度：-=rmax·，-为有机物降解速率，Xv为微生物浓度(MLVSS)，当底物浓度S较小时，那么：-=·Xv·S=K2·Xv·S，K2=rmax/KSWaterPollutionControlEngineering活性污泥根据物料平衡,在稳态时：QS0+QRSe-(Q+QR)Se+V·=0故：-==K2·Xv·SWaterPollutionControlEngineering活性污泥在完全混合曝气池内Se=S，故：=K2Se有机物去除率η=(S0-Se)/S0，那么S0=，f=MLVSS/MLSS=Xv/X，X=Xv/f，V=Qt，那么t=V/Q将S0、X和V/Q=t代入得：Ls=＝＝===,各参数可(实验)得到.WaterPollutionControlEngineering活性污泥

(B).劳伦斯麦卡蒂(Lawrence-McCarty)理论:微生物增长速率：

dX/dt=Y·dS/dt–Kd·XY为合成系数，Kd内源代谢系数生物固体停留时间：θc=VX/(QwXr+(Q-Qw)Xe)Qw剩余污泥排放量；Xr剩余污泥浓度。稳态下物料平衡：V·dX/dt=Q·X0-[QwXr+(Q-Qw)Xe]+V[Y·dS/dt–Kd·X]=流入-排出+合成–内源代谢WaterPollutionControlEngineering根据以(S0-Se)/t=dS/dt代入,并除以VX得到：

式左为污泥龄倒数：污泥浓度：WaterPollutionControlEngineering活性污泥活性污泥曝气池容积V的计算式.Q流量,Y产率系数,S0Se分别表示进水出水BOD浓度,X污泥浓度,以MLVSS计,Kd内源代谢系数,θc污泥龄.WaterPollutionControlEngineering活性污泥(3)麦金尼法:通过将活性污泥系统中各物质的数量关系确实定,并建立有机物浓度,微生物浓度的关系,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.污水中污染物的转化途径.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中,被微生物吸附,量不变;WaterPollutionControlEngineering活性污泥b:

具体代谢产物的数量关系：即33%被氧化分解，80％×2/3=54%左右通过内源呼吸降解，13%左右变成了残物。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(仅33％)。有机污染物1/32/3无机物+能细胞物质20%80%无机物+能残留物质WaterPollutionControlEngineering活性污泥c:

由于内源代谢产物不可完全生物降解,所以可生物降解有机物的COD(即CODB)与完全生化需氧量(BODU,或BODL)并不相同.WaterPollutionControlEngineering可生物降解有机物,CODB2/3细胞物质1/3氧化分解20%残留物质80%内源代谢假设k1=0.1,那么BOD5=0.68BODU,代入得到:活性污泥d:各种形态的活性污泥细胞的组成根本相同,可以用C5H9O2.5N或C5H7O2N表示.C5H9O2.5N+5.25O2=5CO2+NH3+3H2O123168WaterPollutionControlEngineering活性污泥e:

底物降解速率以Monod方程:

因为出水的BOD很低,与Ks比可忽略:

WaterPollutionControlEngineering因为曝气池内浓度均匀,所以代谢速率是均匀的:假设Km=K·X/Ks,那么Km为代谢速率系数,水温20℃,取15/h活性污泥污泥的计算:MLSS＝Ma+Me+Mi+Mii。根据物料平衡的关系和有机物的转化数量关系,得到:

WaterPollutionControlEngineeringMio：t小时流入池的MiInfMio：入流的Mii活性污泥需氧量计算:需氧速率:WaterPollutionControlEngineering需氧量=需氧速率×曝气池容积.活性污泥例题:

城市污水厂进水BOD5=200mg/L,SS=200mg/L,SS中80为VSS,VSS中40%是生物不可降解的.污水经过初沉淀池后,BOD5可以去除30%,SS可以去除60%,污水设计最大流量为420m3/h,要求处理水的SS为小于20mg/L,BOD5小于10mg/L,计算曝气池容积和污泥浓度,以及需氧量.WaterPollutionControlEngineering活性污泥曝气池容积:根据水力停留时间来确定,先计算进入和流出曝气池的有机物浓度.S0=200mg/L×0.7=140mg/L先假设出水全部BOD为7,那么溶解性BOD:Se=7-20×0.35×0.8=1.5mg/L代入:t=(140-1.5)/15×1.5≈6h曝气池容积=6h×420m3/h=2520m3WaterPollutionControlEngineering活性污泥污泥计算:内源代谢取0.02/h,污泥龄取120hWaterPollutionControlEngineering活性污泥需氧速率:WaterPollutionControlEngineering需氧量=28.23mg/L·h×2520m3

=71.14kg/h=1707kg/d活性污泥

2.剩余污泥计算：剩余污泥P：P·θc=VX，根据计算曝气池容积公式，代入得P=

或者微生物增长速率乘以V，剩余污泥：P=V[Y·dS/dt–Kd·X]计算，P=Y·Q·(S0-Se)-Kd·V·Xv可得到同样结果。

WaterPollutionControlEngineering活性污泥3.需要空气量计算以有机物完全降解计算。当耗氧速率常数为0.1d-1时，根据公式：BODt=BODu(1-10-k1t),BODt为t时刻BOD值，O2=Q(S0-Se)[1.46-Y/(1+θc·Kd·)]计算空气注意空气中氧含量、氧利用率和平安因素。WaterPollutionControlEngineering活性污泥例题1.教材p145。设计流量：Q＝21600m3/d，沉淀后BOD5为200mg/L，处理后出水总BOD5为20mg/L，f＝0.8，回污泥SS＝10g/L，曝气池污泥浓度(以MLSS计)3000mg/L,θc=10d，产率系数Y＝0.6，Kd-1，出水含生物固体(污泥)浓度为12mg/L,其中65％可生化。

WaterPollutionControlEngineering活性污泥(1)参数确定(Se)出水SS中，可生物降解局部：65％×12mg/L＝7.8mg/L生物降解SS中的BODu＝7.8mg/L×1.42=11mg/L生物降解SS的BOD5＝11mg/L×0.68=7.5mg/L出水的Se为：20-7.5mg/L＝12.5mg/L(设计允许浓度)注意与下式区别Se＝WaterPollutionControlEngineering活性污泥

(2)曝气池容积:(污泥龄)V＝21600m3d-1·10d·0.6()gm-3÷2400gm-3(1+0.08·10)＝5625m3(污泥负荷)V＝21600m3d-1()gm-3/·3000=5400m3(3)剩余污泥:P==＝1350kg剩余污泥:P=YQ(S0-Se)-Kd·V·XV＝21600m3d-1·0.6(200-12.5)gm-3－0.08·5625m3·2400gm-3＝2430kg-1080kg＝1350kgWaterPollutionControlEngineering活性污泥排放的剩余污泥(以SS计):P(ss)=P/f=1350/0.8=1688kg/d曝气池内污泥浓度MLVSS:2400mg/L;回流污泥浓度VSS:10g/L·f=8000mg/L,曝气池污泥浓度X与回流污泥浓度Xr关系:X=r/(1+r)Xr回流比r=X/(XrWaterPollutionControlEngineering(4)需氧量计算(K1为0.1/d)O2＝1.46Q(S0－Se)－1.42△Xv＝1.46·21600m3d－1－1.42·1350kg/d＝5913kg/d－1917kg/d＝3996kg/d(4039)活性污泥WaterPollutionControlEngineering1.46含义。1.42含义。活性污泥

(5)需空气量计算相关参数：;水深6m,堵塞系数;氧利用率18%;扩散器上静水压，扩散器压力损失4kPa，管路压力损失，饱和溶解氧浓度，曝气池内溶解氧浓度为2mg/L。O2为4039kg/d，计算：实际氧：O2＝αKLa(T-20)·(β·ρ·(T)-C)·F·V标准曝气的空气中供氧为OS:OS＝KLa(20)·CS·VWaterPollutionControlEngineering活性污泥实际有效供氧O2和标准状态下供氧OS的比：WaterPollutionControlEngineering活性污泥WaterPollutionControlEngineering平均饱和溶解氧浓度：Pd为扩散器出口的压力，Pa；Pd＝P+9.8×103H,H水深。Pd＝P+9.8×103H=1.013×105+9.8×103×5.8=1.58×105Paφ0是气泡在外表破裂时的氧体积分数％。φ0＝EA空气扩散的氧转移效率活性污泥WaterPollutionControlEngineering活性污泥＝7774kg/d供给空气中含氧量：S＝OS/EA=7774kg/d÷0.18=43191kg/d供给空气量GS:GS=154526m3/d=6438m3/hWaterPollutionControlEngineering活性污泥例题2.某城市污水，处理规模50000m3/d，经过初沉池后BOD5240mg/l，要求出水BOD5为30mg/lmgVSS/mgBOD5，内源代谢系数为0.058，污泥龄为10d，曝气池内挥发污泥浓度为2800mg/l，耗氧速率常数K1-1，求曝气池有效容积、剩余污泥和需要氧气量。V==