污水的生物处理(一)――――-活性污泥法.doc
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1、污水的生物处理(一) 活性污泥法 作者: 日期:30 个人收集整理 勿做商业用途第四章 污水的生物处理(一) 活性污泥法人工处理:活性污泥法、生物膜法自然处理4。1活性污泥法的基本原理一 基本概念和工艺流程(一) 基本概念1 活性污泥法:以活性污泥为主体的污水生物处理。2 活性污泥:颜色呈黄褐色,有大量微生物组成,易于与水分离,能使污水得到净化,澄清的絮凝体(二) 工艺原理1 曝气池:作用:降解有机物(BOD5)2 二沉池:作用:泥水分离。3 曝气装置:作用于充氧化搅拌混合4 回流装置:作用:接种污泥5 剩余污泥排放装置: 作用:排除增长的污泥量,使曝气也内的微生物量平衡。混合液:污水回流污泥
2、和空气相互混合而形成的液体。二 活性污泥形态和活性污泥微生物(一) 形态:1、外观形态:颜色黄褐色,絮绒状2特点:颗粒大小:0.020.2mm 具有很大的表面积。含水率99%,C8。5 粘性物质破坏活性污泥结构破坏PH6.5:分子结构有变化4.水温:低温细菌中温细菌 一般化10-45 污水中草药 1535高温细菌 对常年或半年处于低温地区,曝气池建在室内,建在室外要有保温措施。5.有毒物质 对微生物抑制和毒害作用 重金属离子 CN- 酚 S2 二.活性污泥处理系统的控制指标和设计运行操作参数 目标:使水质,水量得到控制使活性污泥量保持相对稳定控制混合液中DO浓度,满足要求使活性污泥有机物和DO
3、充分接触控制指标(对活性污泥的评价指标)(工程上)设计运行操作的参数1.表示控制混合液中活性污泥微生物量的指标 混合液 污泥浓度 混合液悬浮固体浓度(简化混合液污泥浓度) 英文:Mixed liquid suspended solids (mlss) 定义:P106 MLSS=(活性污泥固体物总重量)/混合液体积 MLSS=Ma+Me+Mi+Mii (Me+Mi)非活性 Mii无机 混合液挥发性悬浮固体浓度SS MLVSS 有 MLSS 无一般用f表示=MLVSS/MLSS 城市污水落石出 0.7-0。8、 活性污泥的沉降性能及评定指标 污泥沉降比 P107 SV=(混合液30min静沉的沉降
4、污泥体积ml)/(原混合液体积l) 意义:SV小,沉淀污泥体积小,污泥沉降性能好。城市污水: 15%-30% 污泥溶积指数: (SVI) (sludgs Volume Index) SVI=(混合液30min静沉形成的活性污泥溶积ml)/(混合液中悬浮固体干重g)=(混合静沉30min的污泥体积)/(混合液体积))/((混合液悬浮固体干重)/混合液体积)=SV/MLSS意义:SVI过低,无机颗粒多,污泥缺乏活性。 SVI过高,污泥沉降性能不好,易发生膨胀.SVI:70-100 SVI=100 SVI=120 工程意义:SVI与OBD污泥负荷关系 SVI MLSS图3污泥龄(sludge age
5、) 指曝气池内活性污泥平均停留时间,以称生物固体平均停留时间。 在曝气池内,有机物降解过程中,微生物保持系统平衡,必须排除相当于每日增长的污泥量。所以,排除污泥量=每日增长的污泥量 X= 随上清液排放的污泥土 (Q-Qw)Xe从二沉池底部排出的污泥 QwXr X=(QQw)Xe+QwXr污泥量定义:曝气池内活性污泥量与每日排放的污泥量之比 Qc=XV/X=XV/((QQw)Xe+QwXV)X:代表微生物量 X Xr Xe XvS:代表有机物量 Sa Se So 回流污泥浓度等于排放剩余污泥浓度(Xr)max=106/SVI4.BOD污泥负荷和BOD-容积负荷 F/M=NS=(QSa)/(XV)
6、 (kgBOD)/(kg mlss d) 定义: V=(QSa)/(XNs) Q日平均流量 m3/sSa 进入曝气池的原污水有机污染物(BOD)浓度Sa=(1-)S0(经除尘之后)Sa=S0 直接进入在工程上:BOD容积负荷 Nv=(Q Sa)/v (kg BOD)/(m2曝气池d) Nv=NsXNs 选取 过高,有机物降解和微生物繁殖速度都很大 过低,有机物降解和微生物繁殖速度慢,容积大,增加了基建投资Ns 高负荷:1.52.5 kgBOD5/kgMlss d 中负荷(一般):0.5-0.2 低负荷:0.1SVI 0。51。5 避免易发生污泥膨胀城市污水:Ns:0。50。3有机物的降解和活性
7、污泥增长合成代谢-新细胞差值-净增值-排放内源代谢-减少新细胞X=aSrbx b-自身氧化率a-合成产率 Sr=Sa-Se (dx/dt)g=(dx/dt)s(dx/dt)e (dx/dt)s=Y(ds/dt)u Y合成产率系数 (dx/dt)e=kdsv (dx/dt)g=Y(ds/dt)u-kdxv-微生物增值速度基本方程式 (ds/dt)v=(Sa-Se)/t=(SaSe)/(V/Q)=Q(SaSe)/V X/v=YQ(Sa-Se)/v-KdXv 同乘vX=YQ(Sa-Se)-KdVXv 用来计算排放的剩余污泥量 Y Kd 的确定 (上式同除以VXv) X/VXv=YQ(SaSe)/VX
8、vKdBOD污泥去除负荷 Xv/X=Qc 1/Qc=YnysKdNys与Qc成反比关系用图解法确定Y Kd 图经验数据 生活污水: Y 0。40。65 Kd 0。050.1 城市污水; Y 0.4-0.5 Kd 0。07 工业废水,Y Kd 按实测数据由图解法组成6有机物的降解与需氧量 需氧过程 有机物降雨量降解的需氧量 微生物内源代谢自身氧化需气量 Ov=aQ(SaSe)+bVXv 用来计算曝气池内实际需氧量 a:有机物降解需氧量 b:需氧率 图解确定 O2/VXv=aQ(Sa-Se)/VXv+b=aNrs+b 同除以Q(SaSe)O2/QSr=a+b/Nrs结论:降解单位有机物需氧量小,B
9、OD去除率高。ab确定 O2/VXv=a+b/Nrs a 0.42-0.53 b 0.1880.114。3 活性污泥反应动力学基础一 概述 研究目的 研究反应速度和环境因素间的关系对反应的机理进行研究,使反应进行控制 反应动力学方程式 米门方程式 1913研究酶促反应速度 莫诺方程式1942 劳麦方程式 1970二 莫诺方程式 基本方程式形式提出人:莫诺 时间: 试验条件:纯种生物在单一底物的培养基中 试验内容:研究微生物的增值速度与底物浓度间的关系 结果与米门方程式相同=maxS/(Ks+S) -比增值速度(单位生物量的增殖速度)有机底物的浓度s饱和常数 当=1/2max时,有机底物的浓度有
10、机物比降解速度与底物浓度关系 V=VmaxS/(Ks+S) (1) V=-(ds+dt)/x v=f(s) -ds/dt=vmaxXS/(Ks+S) (2) 推论()对于高底物浓度条件下 SKsV=Vmax=k1ds/dt=vmaxx=k1x结论:在高底物浓度下,有机底物以最大速度进行降解,与有机底物浓度无关,其降解速度只与污泥浓度有关。低底物浓度,SKs V=VmaxS/Ks=k2S (3)-ds/dt=VmaxXS/Ks=k2SX (4)结论:在低底物浓度下,有机底物降解速度与有机底物浓度有关,且成一级反应(有机物多,无机物少)由()得s0sds/dt=0tk2xsdt S=S0e-k2x
11、t 莫诺方程式在曝气池中的应用(a-Se)/v=-ds/dt Q(Sa-Se)/v=Nrv ds/dt=Nrv(1) 用来计算 Nrv=-ds/dt=Q(SaSe)/v=(SaSe)/t k2Xse=Q(Sa-Se)/v(2)计算rs k2Se=Q(SaSe)/xv=Nrs(3)计算有机物降解率 =(Sa-Se)/S0=1-Se/S0=k2xt/(1+k2xt) 有关k2的确定(图解法)Q(SaSe)/xv作纵轴 Se-X斜率k2经验数据 0。0168-0.0281三 劳麦方程式概念:()把污泥龄改名为生物固体平均停留时间()提出单位底物利用率概念 基本方程式()劳-麦第一方程式/Qc=Yq-
12、Kd ()劳麦第二方程式v=qv=KS/(Ks+S) (ds/dt)u/xa=KS/(Ks+S) 劳麦方程式的推论及应用 SeQc关系 XaQc Xa=YQQc(SaSe)/t(1+KdQc) RQc V与q的关系 (ds/dt)u/Xa=k2Se Q(SaSe)/XaV=k2Se v=Q(SaSe)/k2XaSe曝气池容积的计算方法Ns V=Q(SaSe)/NsXNrs V=Q(SaSe)/NrsXv劳麦 v=YQQc(Sa-Se)/Xa(1+KdQc) v=Q(Sa-Se)/k2SeXa 两种产率 X=YQ(SaSe)KdVXv合成产率 微生物的净增值量 Yobs=Y/(1+KdQc) X
13、计算 X=YQ(Sa-Se)-KdVXv X=YobsQ(SaSe)4.4 曝气池的理论基础作用:充氧搅拌方法:鼓风曝气:从鼓风机中房或空气压缩机房送来的空气,经过设置在曝气池底的空气扩散装置,溶解于水中。机械曝气:利用安装在池表面的机械曝气装置,将空气溶于水中。一 氧转移原理传质理论(一) 菲克定律扩散转移d=Dldc/dx dc/dx浓度梯度 Vd=(dm/dt)/A=Dldc/dx(二)双膜理论处理废水量21600m3/d,经过沉淀后的为250mg/l,希望处理后的出水为mg/l, 温度为,曝气池悬浮固体浓度为4000mg/l,设计的c为天。要求:采用劳-麦方程式计算;计算排放的剩余污泥
14、量计算实际所需的空气量。1. 定义: 双膜气膜 液膜2. 基本点(1) 通过两层膜,两层膜为层流状态,气液两相主体为紊流状态(2) 传质阻力仅存在于两层膜中(3) 在气膜中存在氧分压梯度,在液膜中存在氧浓度梯度(4) 传质阻力又主要集中在液膜上(O2难溶于水)3. 表达式:4. Kla的确定(Kla氧总转移系数)(1) 脱氧清水测定法充氧介质:清水条件:脱氧DO0水温:20大气压:1个气压步骤:(1)脱氧剂(Na2so3 N2)DO=0(2)对清水充氧 c1t达饱和DS(3)C关系作图横轴C 纵轴(2)曝气池(了解)二、氧转移的影响因素1.污水水质 Kla Cs(1)Kla的影响 Kla= &
15、 Kla (1 )(2) 对CS的影响 CS CS( 1)城市污水水质越差,取值越小2.水温Kla 、 Cs转移速率增大(1) 对Kla的影响(2)对CS影响 CS 查附录1P607、氧分压 C: 2/L(1) 鼓风曝气()机械曝气P1 C/L 为定值、 其他影响因素气泡大小 紊流程度与气液接触时间 人为因素三、氧转移速率与供气量计算1. 标准条件下的氧转移量(1)机械曝气(2)鼓风曝气 只将CSb即可2. 实际条件下的氧转移量(1) 鼓风曝气()机械曝气.供气量的计算根据GS确定鼓风机型号及台数(2)机械曝气 QOSR根据QOS可确定叶轮直径与功率4.5 曝气系统与空气扩散装置技术性能的主要
16、指标(1)动力效率EP O2/Kwh每消耗1 Kwh的电能,转移到混合液中O2的量(2)氧利用率EA(3)氧转移效率(充氧能力)EL O2/h (1)(2)鼓风 (1)(3)机械一、鼓风曝气系统与空气扩散装置(Or曝气装置 曝气皿)(一) 鼓风曝气系统1。组成 空压机(Or鼓风机) GS 一系列连通管道 空气扩散装置2.鼓风曝气过程(二)空气扩散装置1. 微气泡空气扩散装置(多孔性空气扩散装置)多孔性材料 优点:EA较高 缺点:易堵塞(1) 扩散板EA714 EP1。82.5O2/kwh安装:在池底一侧或两侧(2) 扩散管EA1013% EP2O2/kwh812根扩散管组成管组(3) 固定平板
17、式微孔空气扩散皿EA2025 EP46O2/kwh服务面积0。30.75/个 布满池底(4) 固定钟罩型设计参数同(3)平板式(5) 膜片式微孔扩散皿 合成橡胶 EA2738% EP3.4O2/kwh 服务面积13/个 不易堵塞(与其它相对而言)(1)(2)(5)尤其是(5)最常用(6)摇臂式微孔扩散器 服务面积2/个EA1830% EP4。45.5O2/kwh2. 中气泡空气扩散器(1) 穿孔管 塑料或钢管直径2550孔与孔之间距离 50100EA46 EP1 O2/kwh(2)网状膜扩散器EA1215 EP2.73。7 O2/kwh服务面积0。5 /个3。水力剪切式空气扩散装置特点:利用装
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