排水工程2-6.ppt

第五节、活性污泥系统的工艺设计,一、工艺设计基础资料二、工艺流程的选择与确定三、曝气池的工艺设计四、曝气系统的工艺设计五、二沉池的工艺设计六、污泥回流及处理,一、工艺设计基础资料,①废水的水量、水质及其变化规律；②对处理后出水的水质要求；③对处理中产生的污泥的处理要求；设计所需要的原始资料④污泥负荷；⑤混合液浓度与污泥回流比。设计所需的基础数据,生活污水或城市污水,设计规范,试验确定设计参数,工业废水,工艺设计的主要内容,活性污泥系统由曝气池、曝气系统、二沉池及污泥回流设备等组成。工艺计算与设计主要包括l工艺流程的选择；l曝气池的计算与设计；l曝气系统的计算与设计；l二沉池的计算与设计；l污泥回流系统的计算与设计；等。,二、工艺流程的选择与确定,①废水的水量、水质及变化规律；②对处理后出水的水质要求；③对处理中所产生的污泥的处理要求；④工艺技术的可行性、先进性,以及经济上的可能性、合理性等；⑤当地的地理位置、地质条件、气候条件等；⑥进行多种工艺流程的技术经济比较。,三、曝气池的工艺设计,1、曝气池的类型；2、曝气池的构造；3、曝气池体积的计算；4、曝气池池体的设计计算.,1、曝气池的类型,根据曝气池内的流态，可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种；根据曝气方式，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；根据曝气池的形状，可分为长方廊道形、圆形、方形以及环状跑道形等四种；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。,（1）推流式曝气池,从池首到池尾，其F/M值、微生物的组成与数量、基质的组成与数量等都在连续地变化；有机物的降解速率、耗氧速率也都连续地变化；活性污泥在池内按增长曲线的一个线段进行增长；适用于进水水质稳定、处理效果要求高的大型城市污水处理厂。,（2）完全混合式曝气池,废水进入曝气池，即与池内原有混合液充分混合,混合液组成、F/M值、微生物组成与数量等均匀一致；有机物的降解速率、耗氧速率等在池内各部位相同；微生物在曝气池内的增殖速率是一定的，在增殖曲线上的位置是一个点。优点①稀释作用，能够承受高浓度废水，抗冲击负荷；②需氧在整个池内的要求相同，能够节省动力；③可与沉淀池合建，无需污泥回流系统，易于运行管理。,（3）循环混合式曝气池,氧化沟,在短时间内呈现推流式，在沿池长方向形成好氧、缺氧和厌氧条件；一般混合液的环流量为进水量的数百倍以上，长时间内呈完全混合特征；属于延时曝气法，负荷低，曝气时间长，处理效果稳定，出水水质较好；泥龄长，微生物处于内源呼吸期，剩余污泥少；可以不设初沉池，节约占地。,2、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，曝气池的构造取决于曝气方式和所采用的曝气装置。,（1）采用鼓风曝气系统的曝气池的构造,多为廊道型的推流式曝气池①曝气池的数目、规模与廊道组合；②廊道的长度与宽度廊道长度以5070m为宜，长与宽之比为5101，宽与深之比为121；③廊道的横断面与深度尽量共用空气管道和布水槽；池深35m，超高0.5m；距池底1/2或1/3处设排水管，以备培养活性污泥用；池底设放空管及0.2的坡度，坡向放空管；进水多采用淹没孔口形式，出水多采用平顶堰形式。,（2）采用机械曝气装置的曝气池的构造,①采用叶轮曝气器的曝气池a.完全混合式表面为圆形或方形b.曝气沉淀池将曝气和沉淀过程结合在一个构筑物内完成；曝气区，导流区，沉淀区c.兼具推流和完全混合的曝气池由一系列正方形单元连接而成的廊道式曝气池；每一单元设一台叶轮曝气器，每个单元是完全混合的。,采用叶轮曝气的完全混合式曝气池,合建式曝气沉淀池,分建式,兼具推流和完全混合的曝气池,（2）采用机械曝气装置的曝气池的构造,②采用曝气转刷（盘）的曝气池的构造环槽形曝气池（氧化沟）平面呈环形跑道状；沟槽的横断面可为方形、梯形；水深较浅，早期一般为1.01.5m，现在多为34m；混合液在沟内的流速不应小于0.4m/s，沟底流速不小于0.3m/s。,采用转刷或转碟曝气的氧化沟,3、曝气池体积的计算,主要的计算方法,①有机负荷法,②污泥龄法,③数学模型法,3、曝气池体积的计算有机负荷法,Q曝气池设计流量，m3/d；S0/Se曝气池进/出水BOD5值,mg/L；X曝气池内混合液悬浮固体平均浓度,mg/L；Ns曝气池内BOD5污泥负荷,kgBOD5/kgMLSSd。,3、曝气池体积的计算污泥龄法,Q曝气池设计流量，m3/d；S0/Se曝气池进/出水BOD5值,mg/L；Xv曝气池内混合液挥发性悬浮固体平均浓度,mg/L；Y污泥产率系数，kgVSS/kgBOD5，根据试验资料确定，或取为0.4～0.8；Kd污泥自身氧化系数，d-1，20oC取值为0.04～0.075；Θc设计污泥泥龄，d，取值为0.2～15。,,3、曝气池体积的计算设计参数的选择,BOD污泥负荷；混合液污泥浓度；水力停留时间；污泥龄。,BOD－污泥负荷的选择,城市污水污泥负荷一般为0.2～0.5kgBOD5/kgMLSSd；对于完全混合式，BOD－污泥负荷可按下式计算,,选择BOD－污泥负荷的考虑因素①必须考虑污泥的凝聚、沉淀性能，复核污泥指数SVI值；②如果要求进入硝化阶段，污泥负荷一般采用0.3；③剩余污泥不便处理处置的污水处理厂，应采用低值（0.2）;④寒冷地区也应采用较低值，补偿低温的不利影响。,对于推流式，可按完全混合式近似计算，或按照下式计算,混合液污泥浓度的选择,传统曝气池中混合液污泥浓度2000～3000mg/L。,选择MLSS的考虑因素①供氧高MLSS要求高供氧量，而氧的利用率下降，造成供氧困难；②污泥凝聚沉淀性能高MLSS不利于污泥在沉淀池中的沉降，影响出水水质及污泥回流；③沉淀池与污泥回流系统高MLSS增加二沉池的负荷，增加造价；高MLSS要求的污泥回流量大，增加污泥回流系统的造价与运行成本。,水力停留时间,一般水力停留时间为4～8h，至少3h以上；如果实现硝化处理，应保持足够的水力停留时间；水力停留时间较长时可以降低剩余活性污泥量，但是曝气池容积增大。,污泥龄,一般污泥龄为5～15d；如果希望实现硝化处理，应保持足够长的污泥龄；通常活性污泥系统的污泥龄约为水力停留时间的20倍，延时曝气系统的比例为30～401，高负荷系统比例接近101。,4、曝气池池体的设计,单元数不小于2组；廊道数不少于3个；廊道长、宽、高长510宽，深度为45米，超高0.5米；进出水及污泥回流方式的设计；其它附属物的设计消泡管等。,四、曝气系统的计算与设计,只介绍鼓风曝气系统的计算与设计鼓风曝气系统包括鼓风机；空气输送管道；曝气装置（曝气头）。主要内容有需氧量和供气量的计算;确定鼓风机的型号及台数；计算空气管道；选择曝气装置，并对其进行布置。,1、需氧量与供气量的计算,,,（kgO2/h）,2供气量供气量应按鼓风曝气或机械曝气两种情况分别求定。但应注意①日平均供气量Gs；②最大时供气量GsmaxO2maxR0maxGsmax；③最小时供气量Gsmin一般Gsmin0.5Gs；,最大时需氧量O2max,氧转移速率的计算,供气量的计算,2、曝气装置的选定及布置a、一般要求具有较高的氧利用率EA和动力效率Ep，节能效果好；不易堵塞和破损，出现故障时易于排除，便于维护管理；结构简单，工程造价低。还应考虑废水水质、地区条件及曝气池的池型、水深等。,b.计算所需曝气装置的数目根据总供气量以及每个曝气装置的通气量、服务面积以及曝气池的池底总面积，即可求得。c.曝气装置的布置①沿池壁的一侧布置；②相互垂直呈正交式布置；③呈梅花形交错布置。,3.空气管道的计算与设计a.一般规定小型废水处理站的空气管道系统一般为枝状，而大、中型废水处理厂则宜采用环状管网，以保证安全供气；空气管道可敷设在地面上，接入曝气池的管道应高出池水面0.5m，以免发生回水现象；空气管道的设计流速，干、支管为1015m/s，竖管、小支管为45m/s。,b.空气管道的计算步骤①根据流量Q、流速v选定管径D②计算和校核压力损失；③再调整管径；④重复上述步骤。对于空气管道的阻力损失的基本要求空气通气管道和曝气装置的总阻力损失一般要求控制在14.7kPa（1.5mH2O柱）以内，其中管道的总损失控制在4.9kPa（0.5mH2O柱）以内，曝气装置的阻力损失为4.99.8kPa（0.51.0mH2O柱）。,C.鼓风机所需的压力HHh1h2h3h4式中h1空气管道的沿程阻力，mmH2O；h2空气管道的局部阻力，mmH2O,h4曝气装置的阻力，mmH2O。,h3曝气装置的安装深度，mm；,d.鼓风机的选择及鼓风机房的设计①根据设计风量和风压来选择鼓风机罗茨鼓风机噪音大，必须采取消声措施，适用于中、小型污水厂；离心式鼓风机噪音较小，效率较高，适用于大、中型污水厂；变速离心风机可自控；轴流式通风机风压较小1.2m以下，一般用于浅层曝气。,②注意型号选择与备用当工作鼓风机3台时，备用1台；当工作鼓风机4台时，备用2台。③噪音防护在鼓风机的进风和送风的管道上，安装消声器；④鼓风机房的设计平面布置；基础设计；供电；防噪声措施；其它附属设施机器间、值班室、配电室等。,五、二沉池的计算与设计,二沉池的作用是泥水分离混合液澄清,浓缩活性污泥,与初沉池相比，二沉池的特点①活性污泥混合液的浓度较高，且具有絮凝性能，其沉降属于成层沉淀；②活性污泥的质量较轻，易产生异重流，因此，其最大允许的水力负荷（m3/m2.h）应低于初沉池；③由于二沉池还起着污泥浓缩的作用，所以需要适当增大污泥区的容积。,二沉池池型的选择平流式、竖流式、辐流式；斜板（管）沉淀池原则上不建议采用；带有机械吸泥及排泥设施的辐流式沉淀池，比较适合于大型污水厂；方形多斗辐流式沉淀池常用于中型污水厂；竖流式或多斗式平流式沉淀池，则多用于小型污水厂。,二沉池的计算表面负荷法,确定参数沉淀池（澄清区）面积、有效水深和污泥容积。（1）沉淀池表面面积,Q－污水最大时流量，m3/h;q－表面负荷，m3/m2h;u－正常活性污泥成层沉淀之沉速，mm/s，变化范围0.2～0.5。Q应为污水的最大时流量，不包括回流污泥量；但是中心管的设计应包括回流污泥量。,（2）沉淀池的有效水深澄清区应保持一定的水深以维持水流稳定，水深可按照沉淀时间计算,t水力停留时间，h，一般取值1～1.5h。,（3）沉淀池的污泥区容积污泥区应保持一定容积，使污泥在污泥区保持一定的浓缩时间，提高污泥浓度；但污泥区容积不应过大，避免污泥停留时间过长而失去活性。一般贮泥时间为2h。Δx＝Y（S0－Se）Q－KdVXv,六、污泥回流及处理,1、污泥回流设备的选择与设计常用的污泥提升设备是污泥泵；大、中型厂，一般采用螺旋泵或轴流式污泥泵；小型厂，一般采用小型潜污泵或空气提升器。2、污泥的处理与处置,