环保工程师专业知识一课件讲义11-20讲.pdf
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1、 保 存 打 印 关 闭 环保工程师专业知识一精讲班第11讲讲义环保工程师专业知识一精讲班第11讲讲义曝气池的需氧量与供氧量2.1.7曝气池的需氧量与供氧量 1、曝气池的需氧量 需氧量是指废水实际取得的氧量。吸氧与供氧之间存在着一个转移效率问题。所供给的氧量仅有一部分被混合液吸收。曝气池中的好氧微生物为了完成有机物的降解转化作用,必须有足够量的溶解氧的参与,其需氧量有两种计算方法:将好氧微生物所需的氧量分为两部分,即微生物对有机物质进行分解代谢和微生物本身的内源呼吸过程所需要的氧,这两部分需氧量之和即为生物处理所需的氧量:从污水中的BOD5和每日排放的剩余污泥量来进行估算。假设所去除的BOD5
2、最后都转变成最终产物,总需氧量可由BODu来计算(BODu是总碳氧化需氧量),由于部分BOD5转变为剩余污泥中的新细胞,所以剩余污泥中的BODu必须从总需氧量中扣除,需氧量公式为:当生物处理去除含碳有机物时,需氧量以上述两种方法计算即可,而当生物处理既要求去除含碳有机物又要求除氮时,需氧量应加上除氮所需的氧量。2、曝气池的供氧量 单位时间内曝气设备供给曝气池混合液的氧量称为供氧量。供氧量只有一部分直接转移到废水中去,称为吸氧量。在曝气池中,氧是通过空气在混合液中扩散转移到水中,成为溶解氧后,才被微生物细胞利用。氧转移的基本原理 根据气体传递双膜理论,可以计算出曝气池内清水中气泡内的氧转移到水中
3、的速率,通过曝气,空气中的氧从气相传递到混合液的液相中,这既是一个传质过程,又是一个物质扩散过程,扩散的推动力是氧在界面两侧的浓度差,即氧的不足量或饱和差,饱和差越大,氧转移速率就越大。影响氧转移的因素 在供氧量和吸氧量之间存在着转移效率。废水实际所吸收的氧量有多种影响因素:水温 水温不仅会影响饱和溶解氧的浓度,而且还影响流体的黏滞度,从而影响氧的总转移系数,式中 是温度为T时氧的总转移系数,是温度为20时氧的总转移系数,为温度系数,其取值范围为1.0081.047,一般取值1.024。溶液的性质及其所含组分对氧的溶解度和氧的转移都有直接的影响,如污水中的表面活性剂等有机组分及无机组分都会影响
4、氧的饱和溶解度。分压力对氧的饱和溶解度有一定的影响,当氧的分压力降低时,氧的饱和溶解度也降低,在压力不是标准大气压的地区,应使用修正系数 进行修正。曝气装置的搅拌混合强度对氧的总转移系数 有影响,强的混合程度不但会使液膜的厚度减小从而使氧的总转移系数增大而且还使气泡直径减小,增加了气液交界的面积,有利于氧的转移,所以搅拌混合强度越大,越大。水深对溶解氧浓度的影响 在鼓风曝气池内,增加扩散器的装设浓度,形成的气泡中氧的分压力增大,所以氧的饱和溶解度亦增大,安装在池底的空气扩散装置出口处的氧分压最大,因此氧的饱和溶解浓度也最大。曝气池中的饱和溶解氧浓度应该是扩散装置出口处和混合液表面两处的饱和溶解
5、氧浓度的平均值。供氧量计算 供氧量计算 实际曝气池中的氧转移量的计算法有以下几种:氧转移量法 供氧量的计算是为了让我们更好地选择和设计合适的曝气系统,以满足生化反应的需氧量,但为了产品的适应面,生产厂家提供的空气扩散装置的氧传递参数是在标准条件下测定的,所谓标准条件是指一个大气压和20的脱氧清水中测定试验。在实际应用中,曝气装置在混合液中的氧的总转移系数,均与在清水中不同,应该用公式将实际传氧速率换算成标准传氧速率。供氧量S0.28GS,而供气量 经验数据法 根据国内污水厂的运行经验,当曝气池水深为2.53.5m时,去除1kgBOD5所需的供氧量为:穿孔管曝气时:80140m3(空气)/kg(
6、BOD5)扩散板曝气时:4070m3(空气)/kg(BOD5)空气利用率计算法 1 m3空气中含氧209.4L,在100kPa的压力和温度为0时及20时,1m3空气质量分别为1294g和1221g,含氧量分别为300g和280g。按去除1kg的BOD5需氧1kg计算,需空气量分别为3.33 m3和3.57 m3,气泡曝气时氧的利用率一般为5%10%,(穿孔管取低值,扩散板取高值),因此当氧的利用率为5%,去除1kg的BOD5需空气72 m3(20),当氧的利用率为10%时,供空气量为36m3(20)。例题2:某漂染废水处理站,有两座完全混合式曝气池,每座容积为350 m3,污泥质量浓度为400
7、0mg/L。处理废水量为5000 m3/d,最大时变化系数为1.3。进水平均BOD5为250 mg/L,水温为30,要求BOD5去除90%,求需氧量。解:解:求需氧量 计算方法同例题2,将各参数代入公式可得需氧量为:计算鼓风曝气池中平均溶解氧值 曝气方法及曝气设备的选择与计算 3、曝气方法及曝气设备的选择与计算 曝气方法与曝气设备 曝气设备是活性污泥法污水处理工艺系统中的重要组成部分,通过曝气设备向曝气池供氧,同时曝气设备还有混合搅拌的功能,以增强污染物在水处理系统中的传质条件,提高处理效果。曝气方法主要有以下几种:鼓风曝气 鼓风曝气就是利用风机或空压机向曝气池充入一定压力的空气,一方面供应生
8、化反应所需要的氧量,同时保持混合液悬浮固体均匀混合。扩散器是鼓风曝气的关键部件,其作用是将空气分散成空气泡,增大气液接触界面,将空气中的氧溶解于水中。曝气效率取决于气泡大小、水的亏氧量、气液接触时间和气泡的压力等因素。目前常用的空气扩散器主要有:a.微孔扩散器;b.中气泡扩散器;c.大气泡扩散器;d.射流扩散器;E固定螺旋扩散器。鼓风曝气系统中常用的鼓风机为罗茨鼓风机和离心式风机。罗茨鼓风机在中小型污水厂较为常用,单机风量在80 m3/min以下,缺点是噪声大,必须采取消音、隔音措施。当单机风量大于80 m3/min时,一般采用离心式鼓风机,噪声较小,效率较高,适用于大中型污水厂。机械曝气 机
9、械曝气也称为表面曝气,机械曝气器大多以装在曝气池水面的叶轮快速转动,进行表层充氧。按转轴方向不同,可分为立式和卧式两类。常用的立式表面曝气机有平板叶轮、倒伞型叶轮和泵型叶轮等,卧式表面曝气机有转刷曝气机和转盘曝气机等。曝气叶轮的充氧能力和提升能力同叶轮浸没深度、叶轮的转速等因素有关,在适宜的浸深和转速下,叶轮的充氧能力最大,并可保证池内污泥浓度和溶解氧浓度均匀。一般而言,机械曝气常用于曝气池较小的场合,可减少动力消耗,维护管理也较方便。鼓风曝气供应空气的伸缩性较大,曝气效果也较好,一般用于较大的曝气池。保 存 打 印 关 闭 保 存 打 印 关 闭 环保工程师专业知识一精讲班第12讲讲义环保工
10、程师专业知识一精讲班第12讲讲义鼓风曝气设备的选择和计算 鼓风曝气设备的选择和计算 鼓风曝气设备的设计内容包括:空气扩散器的选择和布置,空气管路布置及其计算,选择鼓风机并计算所需的台数。其中扩散器按需氧量要求的氧转移量选择,鼓风机台数及管路计算是根据供气量确定的。管路计算包括:布置管道系统,确定每段最大输气量,根据流量和经济流速计算管径,计算压力损失。从鼓风机房到曝气池上的空气干管,可按经济流速为1015m/s计算管径。通向扩散设备的支管,可按空气流速为45m/s计算管径。空气管道的压力损失包括摩擦损失和局部损失两部分。摩擦损失根据直管长度及流速按摩擦损失计算图进行计算,计算时必须按管内温度和
11、该段管内的压力进行修正。局部损失应根据各配件特征,换算成相应的折算长度,再按摩擦损失计算图进行计算,不同管材有不同的压力损失修正系数。各配件的折算长度,式中D为配件的直径,K为折算系数,见下表:例题4:已知曝气池的供气量 G55040m3/h,鼓风机房至曝气池干管总长44m,管段上有弯头5个,闸阀2个,计算输气干管的直径和压力损失。解:由于干管上没有支管,可采用同一管径,根据 5040m3/h以及经济流速 15m/s,在空气管管径计算简图上,两点作一条直线,交管径线于一点,得管径为350mm。根据折算公式得配件折长度为 1940.28455.2m 所以得到干管的计算长度为4455.299.2m
12、,计算水温为30,管内空气压力为60kPa,查摩擦损失计算图,可得到摩擦损失h5.3kPa/1000m,则管道的压力损失为 一般希望管道及扩散设备的总压力损失不大于15kPa,其中管道损失控制在5kPa以内。选择风机的依据是风量和风压,并考虑必需的储备量。鼓风机台数不少于2台,其中一台备用,以适应负荷的变化。配件名称 等径直流三通 异径直流三通 转弯三通 弯头 大小头 球阀 角阀 闸阀 K值 0.33 0.420.67 1.33 0.40.7 0.10.22.0 0.9 0.25 活性污泥法的工艺流程和运行方式2.1.8活性污泥法的工艺流程和运行方式2.1.8活性污泥法的工艺流程和运行方式 在
13、近几十年来,活性污泥法处理工艺得到了较快的发展,出现了多种活性污泥法工艺流程和运行方式,如普通曝气法、阶段曝气法、生物吸附降解法、序批式活性污泥法等。1、传统活性污泥法 工艺流程 传统活性污泥法的工艺流程是:经过初次沉淀池去除粗大悬浮物的废水,在曝气池与污泥混合,呈推流方式从池首向池尾流动,活性污泥微生物在此过程中连续完成吸附和代谢过程。曝气池混合液在二沉池去除活性污泥混合固体后,澄清液作为净化液出流。沉淀的污泥一部分以回流的形式返回曝气池,再起到净化作用,一部分作为剩余污泥排出。曝气池及曝气设备 曝气池为推流式,有单廊道和多廊道形式,当廊道为单数时,污水进出口分别位于曝气池的两端;当廊道数为
14、双数时,则位于同侧。曝气池的进水和进泥口均采用淹没式,由进水闸板控制,以免形成短流。出水可采用溢流堰或出水孔,通过出水孔的流速要小些,以免破坏污泥絮状体。廊道长一般在5070m,最长可达100m,有效水深多为46m,宽深比12,长宽比一般为510。鼓风曝气池中的曝气设备,通常安置在曝气池廊道的一侧。活性污泥法系统运行时的控制参数 主要控制参数包括:曝气池内的溶解氧、回流污泥量和剩余污泥排放量。溶解氧的浓度;回流污泥量;剩余污泥排放量的确定 传统活性污泥法的特点:优点:工艺相对成熟、积累运行经验多、运行稳定;有机物去除效率高,BOD5的去除率通常为90%95%;曝气池耐冲击负荷能力较低;适用于处
15、理进水水质比较稳定而处理程度要求高的大型城市污水处理厂;缺点:需氧与供氧矛大,池首端供氧不足,池末端供氧大于需氧,造成浪费;传统活性污泥法曝气池停留时间较长,曝气池容积大、占地面积大、基建费用高,电耗大;脱氧除磷效率低,通常只有10%30%。阶段曝气法(多类进水法)针对普通活性污泥法的BOD负荷在池首过高的缺点,将废水沿曝气池长分数处注入,即形成阶段曝气法,它与渐减曝气法类似,只是将进水按流程分若干点进入曝气池,使有机物分配较为均匀,解决曝气池进口端供氧不足的现象,使池内需氧与供氧较为平衡。主要特点为:有机污染物在池内分配均匀,缩小了供氧与需氧的矛盾;供气的利用率高,节约能源;系统耐负荷冲击的
16、能力高于传统活性污泥法;曝气池内混合液中污泥浓度沿池长逐步降低,流入二沉池的混合液中的污泥浓度较低,可提高二沉池的固液分离效果,对二沉池的工作有利。吸附再生活性污泥法(接触稳定法)污水与活性很强(饥饿状态)的活性污泥同步进入吸附池,并充分接触3060min,吸附去除水中有机物后,混合液进入二沉池进行泥水分离,澄清水排放,污泥则从沉淀池底部排出,一部分作为剩余污泥排出系统,另一部分回流至再生池,停留36小时,进行第二阶段的分解与合成代谢,即活性污泥对所吸附的大量有机底物进行“消化”,活性污泥微生物进入内源呼吸期,活性污泥的活性得到恢复。与传统活性污泥法比较,吸附再生法具有以下特征:优点:污水与活
17、性污泥在吸附池内停留时间短,使吸附池的容积减小。再生池接纳的是排除了剩余污泥的污泥,因此,再生池的容积也较小。经过再生的活性污泥处于饥饿状态,因而吸附活性高。吸附和代谢分开进行,对冲击负荷的适应性较强,构筑物体积小于传统的活性污泥法。再生池的污泥微生物处于内源呼吸期,丝状菌不适应这样的环境,所以繁殖受到抑制,因而有利于防止污泥膨胀。缺点:处理效果低于传统法,不宜用于处理溶解性有机物含量为主的污水,处理后的出水水质也较传统活性污泥法的差。完全混合式活性污泥法 完全混合法应用完全混合式曝气池,它与推流式的工况截然不同,有机染污物进入完全混合式曝气池后立即与混合液充分混合,池中的污泥负荷相同,它的运
18、行工况点位于活性污泥的增长曲线的某一点上,完全混合式活性污泥法系统有曝气池与沉淀池合建及分建两种类型,曝气装置可以采用鼓风曝气装置或机械表面曝气装置。本方法的特点如下:进入曝气池的污水很快被池内已存在的混合液稀释、均化,因此,该工艺对冲击负荷有较强的适应能力,适用于处理工业废水,特别是高浓度的工业废水。污水和活性污泥在曝气池中分布均匀,污泥负荷相同,微生物群体组成和数量一致,即工况相同。因此,有可能通过对污泥负荷的调控,将整个曝气池工况控制在最佳点,使活性污泥的净化功能得到充分发挥,在相同处理效果下,其负荷率低于推流式曝气池。池内需氧均匀,动力消耗低于传统的活性污泥法。该法比较适合小型的污水处
19、理厂。该工艺较易产生污泥膨胀,其处理的水质一般不如推流式。保 存 打 印 关 闭 保 存 打 印 关 闭 环保工程师专业知识一精讲班第13讲讲义环保工程师专业知识一精讲班第13讲讲义生物吸附-降解活性污泥法生物吸附-降解活性污泥法生物吸附-降解活性污泥法 也称为AB法,不设初沉池,由A段和B段二级活性污泥系统串联组成,分别有独立的污泥回流系统。AB法工艺对BOD、COD、SS、磷和氨氮的去除率一般均高于常规的活性污泥法,主要用于城市污水处理。系统组成:A段由A段曝气池与中沉池组成,B段由B段曝气池及终沉池组成,A、B两段分别设立污泥回流系统。AB法的基本原理 AB法流程遵循以下两条基本原理:1
20、)与单段系统相比,微生物群体完全隔开的两段系统能取得更高效和更稳定的处理效果;2)由于AB法不设初沉池,为此一个连续工作的A段,由于外界连续不断地接种具有很强繁殖能力和抗环境变化能力的短世代原核生物,提高了处理工艺的稳定性。AB法的工艺特点:a.不需设初沉池;b.A段具有高效和稳定的特点;c.A段和B段运行既独立又联系,可以根据出水水质特点和要求,灵活地调整运行参数;d.AB法具有一定的脱氮除磷功能;e.适合某些难降解有机废水的处理,在处理过程中,A段兼氧运行,可使长链大分子有机物变为短链小分子有机物,提高污水的可生化性,使B段处理效果提高;f.AB法的基建投资省,运行费用低,能耗少,处理效果
21、好;g.易于实现分期建设,可先建A段,通过A段去除大多数有机物,部分达到削减有机物的环境质量要求,资金到位后,再续建B段;AB法的变形工艺 A-B(BAF)工艺:用具有高容积负荷的曝气生物滤池(BAF)代替AB滤池串联工艺。BAF中的活性污泥不仅在滤料表面形成生物膜,在滤料间形成污泥层,对污水中的有机物能起到很好的吸附过滤作用;A-B(A/O)工艺:污水经A段去除部分有机物后,进入A/O的缺氧池,利用水中的有机物对来自好氧池的硝酸盐进行反硝化;A-B(A/A/O)工艺:将B段改为A/A/O法,这种工艺在A段具有进水负荷高,耐冲击负荷的优点,又具有A/A/O法对含碳有机物和氮磷去除效果好的特点;
22、A-B(SBR)工艺:即,将B段改为序批式活性污泥法,使该段可以达到去除有机物以及氮磷的目的;A-B(氧化沟)工艺:将AB法的A段与氧化沟相结合,以节省B段用地,多用于改建或扩建工程,可达到除磷脱氮、出水水质好的目的。序批式活性污泥法 另一种活性污泥法是序批式活性污泥法(间歇式活性污泥法)另一种活性污泥法是序批式活性污泥法(间歇式活性污泥法)其污水处理机理与传统的活性污泥法完全相同,由一个或多个SBR池组成目前,随着自控技术的进步,特别一些在线监测仪器仪表的使用使本法得到较快的应用。典型的工艺流程 进水经过格栅、沉砂池以及污水贮存池后进入SBR池进行处理。SBR工艺中的关键及专用设备是滗水器,
23、它是一种能随水位变化而调节的出水堰,排水口淹没在水面下一定深度,可防止浮渣进入。由于系统中通常不设初沉池,为了消除浮渣,SBR反应池应该有清除浮渣的装置。工作原理 污水流入工序 污水流入曝气池前,该池处于操作周期的待机(闲置)工序,此时沉淀后的上清液已排放,曝气池内留有沉淀下来的活性污泥。污水流入的方式有单纯注水、曝气和缓速搅拌三种,至于选用哪一种方式,则应根据设计要求而定。曝气反应工序:当污水注满后,即开始曝气操作。沉淀工序:使混合液处于静止状态,进行泥水分离,沉淀时间一般为11.5h。排水工序:排除曝气池沉淀后的上清液,留下活性污泥,作为下一周期的菌种。闲置工序:曝气池处于空闲状态,等下一
24、个周期的开始。SBR活性污泥法的特点 处理效率高,具有耐冲击负荷和反应推动力大等优点。SBR的进水工序均化了污水逐时变化的水质和水量,一般不需设调节池。不需要设专门的沉淀池和调节池,不需要污泥回流,运行费用低,与标准的活性污泥法相比,基建费和运行费用较低,主要适用于小型污水处理厂。由于底物浓度高,浓度梯度也大,交替出现缺氧、好氧状态,能抑制专性好氧菌的过量繁殖,可同时具有BOD和有利于生物脱氮除磷的功能。污泥的SVI值较低,一般不易产生污泥膨胀。SBR工艺的活性污泥沉淀,是在静止或接近静止的状态下进行的,因此处理水质优于连续式活性污泥法。SBR的运行操作、参数控制应实施自动化管理。运行时的影响
25、因素 可生物降解的基质浓度 硝酸盐氮对脱氮除磷的影响 运行时间和DO的影响 BOD污泥负荷与排出比 SBR活性污泥法的分类 按进水方式可以分以分为间歇进水式和连续进水式类:间歇进水方式:沉淀期和出水期内不进水,比较容易获得澄清的处理水。连续进水方式:可利用一个反应池连续地处理污水,但因沉淀期和排水期时进入污水,会引起污泥上浮,与处理水相混,造成出水水质欠佳。按有机负荷分为以下几类:高负荷运行方式:适用于处理中等规模以上的污水。低负荷运行方式:适用于小型污水处理厂。其他几种序批式活性污泥法工艺 改良型SBR(MSBR)工艺 该工艺不需设置初沉池和二沉池,系统连续出水,两个序批池交替充当沉淀池使用
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