水污染課件版 第4章 活性污泥法2

4.3活性污泥法數(shù)學(xué)模型1、基本假設(shè)曝氣池處于完全混合狀態(tài)；進(jìn)水中的微生物濃度與曝氣池中的活性污泥濃度相比很小，可假設(shè)為零；全部可生物降解的底物都處于溶解狀態(tài)；系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)；二沉池中沒有微生物的活動；二沉池中沒有污泥積累，泥水分離良好。12、完全混合式活性污泥法模型在推導(dǎo)過程中假定有機(jī)物的降解僅在曝氣池中發(fā)生，因此計(jì)算c（污泥齡）時，僅考慮曝氣池的容積。為推導(dǎo)方便，先按下圖所示的排放污泥I的方式考慮。2

Q,

S0,X0進(jìn)水曝氣池V,Se,X二次沉淀池回流污泥RQ,

Se,XR(1+R)QSe,XQ

-QwSe,Xe排放污泥IQw,X,

Se出水3Q,

S0,X0進(jìn)水曝氣池V,Se,X二次沉淀池回流污泥RQ,Se,XR(1+R)QSe,XQ

-QwSe,

Xe排放污泥IIQw,XR,

Se出水4Q,

S0,X0進(jìn)水曝氣池V,Se,X二次沉淀池回流污泥RQ,

Se,XRQ

-QwSe,Xe排放污泥IQw,X,Se出水系統(tǒng)邊界內(nèi)微生物積累速率=進(jìn)入系統(tǒng)邊界的微生物流率-流出系統(tǒng)邊界的微生物流率+邊界內(nèi)微生物的凈生長積累=流入-流出+凈生長5積累=流入-流出+凈增長Q,

S0,X0進(jìn)水曝氣池V,Se,X二次沉淀池回流污泥RQ,

Se,XRQ

-QwSe,Xe排放污泥IQw,X,Se出水6從θc的定義可得：正常情況下Xe很小，可忽略，所以：系統(tǒng)中微生物量的平衡式：進(jìn)水中無微生物所以X0可以忽略dS/dt=(S0－Se)/t

曝氣池污泥濃度X與c和t的關(guān)系微生物流出量=流入量＋新生成的量7曝氣池體積:等式兩邊除以VX，得：解出X：8910Q,

S0,X0進(jìn)水曝氣池V,Se,X二次沉淀池回流污泥RQ,

Se,XRQ

-QwSe,Xe排放污泥IQw,X,Se出水11Q,

S0,X0進(jìn)水曝氣池V,Se,X二次沉淀池回流污泥RQ,

Se,XR(1+R)QSe,XQ

-QwSe,Xe排放污泥IIQw,XR,

Se出水曝氣池污泥濃度X與c和t的關(guān)系從θc的定義可得：12正常情況下Xe很小，可忽略，所以：系統(tǒng)中微生物量的平衡式：進(jìn)水中無微生物所以X0可以忽略dS/dt=(S0－Se)/t

微生物流出量=流入量＋新生成的量13141516活性污泥法常數(shù)值（表12-2）常數(shù)單位數(shù)值（20oC）范圍典型值rmaxd–1

2~105Ksmg/LBOD5mg/LCOD25~10015~7060YmgMLVSS/mgBOD5mgMLVSS/mgCOD0.4~0.80.25~0.40.60.3Kdd–1

0.04~0.075

0.0617

4.4

氣體傳遞原理和曝氣設(shè)備活性污泥法的三要素:活性污泥；廢水中的有機(jī)物；充足的溶解氧（2mg/L）。雙膜理論淺層理論表面更新理論18雙膜理論示意圖

氣相主體界面氣膜液膜Cs層流液相主體CpgpiPg表示氣相中氧的分壓Pi表示界面處氧的分壓Cs表示界面處水中氧的濃度C表示水中氧的濃度一、氣體傳遞原理19氧傳遞過程的基本方程如下:式中：dC/dt－氧的轉(zhuǎn)移速率(氧進(jìn)入水的速率)，KgO2/m3.h；C－液相氧的實(shí)際濃度，KgO2/m3；Cs－氧的飽和濃度，KgO2/m3；KLa－液相總傳質(zhì)系數(shù)，h-120二、影響氧轉(zhuǎn)移的因素1、氧的飽和濃度氧的轉(zhuǎn)移效率與氧的飽和濃度成正比。2、水溫

＝1.016~1.0473、廢水的性質(zhì)1）廢水中雜質(zhì)對氧的轉(zhuǎn)移效率產(chǎn)生一定的影響，以修正系數(shù)的形式表示

L2）廢水中的鹽影響氧在水中的飽和度，以修正系數(shù)的形式表示L3）氧分壓和水深4）其他影響因素：氣泡的大??；擴(kuò)散器的性能；液體的紊動程度21鼓風(fēng)曝氣＝0.4-0.8；機(jī)械曝氣＝0.6-1.022三、氧轉(zhuǎn)移速率與供氣量的計(jì)算2324四、曝氣設(shè)備曝氣類型大體上可以分為：機(jī)械曝氣和鼓風(fēng)曝氣鼓風(fēng)曝氣：采用曝氣器—擴(kuò)散板或擴(kuò)散管在水中引入氣泡的曝氣方式。通常由鼓風(fēng)機(jī)、曝氣器、空氣輸送管道。機(jī)械曝氣：采用葉輪等機(jī)械方法引入氣泡的方法。分為表面曝氣器和淹沒葉輪曝氣器。25鼓風(fēng)曝氣式是采用空氣(或純氧)作氧源，以氣泡形式鼓入廢水中。機(jī)械曝氣式是用專門的曝氣機(jī)械，劇烈地攪動水面，使空氣中的氧溶解于水中。261

曝氣設(shè)備應(yīng)滿足的基本功能1）產(chǎn)生并維持有效的氣水接觸;2）在曝氣池內(nèi)產(chǎn)生足夠的混合作用和水得到循環(huán)流動;3）維持液體的足夠速度，以使水中的生物固體處于懸浮狀態(tài)。272

曝氣設(shè)備的主要性能指標(biāo)衡量曝氣設(shè)備效能的指標(biāo)有:動力效率是指消耗1kWh電能所轉(zhuǎn)移到液體中去的氧量，單位為kg/kW.h。氧吸收效率（氧利用率），它是指鼓風(fēng)曝氣轉(zhuǎn)移到液體中的氧占供給氧的百分?jǐn)?shù)：EA=(Ro/W)×100％。

其中：W－供氧量，kg/h；Ro－吸氧量，kg/h。對于鼓風(fēng)曝氣，各種擴(kuò)散裝置在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的EA值是事先通過脫氧清水的曝氣試驗(yàn)測定得出的，一般為5％－15％左右。氧傳遞速率是指葉輪或轉(zhuǎn)刷在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)移到液體中的氧量mg/(L·h)。283

鼓風(fēng)曝氣鼓風(fēng)曝氣是傳統(tǒng)的曝氣方法，它由加壓設(shè)備、擴(kuò)散裝置和管道系統(tǒng)三部分組成。29擴(kuò)散裝置的分類：小氣泡擴(kuò)散裝置：擴(kuò)散板、擴(kuò)散管或擴(kuò)散盤；中氣泡擴(kuò)散裝置：穿孔管；大氣泡擴(kuò)散裝置：豎管曝氣；微氣泡擴(kuò)散裝置：射流式、倒盆式、撞擊式30擴(kuò)散板、擴(kuò)散管、擴(kuò)散盤擴(kuò)散板是用多孔性材料制成的薄板；擴(kuò)散板的通氣率一般為l－1.5m3/m2·min，氧利用率約10％，充氧動力效率約為2kgO2/kWh。缺點(diǎn)是板的孔隙小、空氣通過時壓力損失大、容易堵塞。311）擴(kuò)散板及其安裝方式322）擴(kuò)散管示意圖內(nèi)徑44－75mm，壁厚6－14mm，長600mm，每l0根為一組，通氣率為12－15m3/根·h33穿孔管曝氣器及布置方式34豎管曝氣豎管曝氣是在曝氣池的一側(cè)布置以橫管分支成梳形的豎管，豎管直徑在l5mm以上，離池底150mm左右。35豎管擴(kuò)散器及其布置形式363）圓帽蓋型擴(kuò)散器37圓帽蓋型擴(kuò)散器實(shí)物圖38網(wǎng)狀膜擴(kuò)散器39網(wǎng)狀膜擴(kuò)散器動畫40膜片微孔曝氣器曝氣器的氣體擴(kuò)散裝置采用微孔合成橡膠膜片，膜片上開有150－200m的同心圓布置的5000個自閉式孔眼。當(dāng)充氣時空氣通過布?xì)夤艿溃⑼ㄟ^底座上的孔眼進(jìn)入膜片和底座之間，在空氣的壓力作用下，使膜片微微鼓起，孔眼張開，達(dá)到布?xì)鈹U(kuò)散的目的。優(yōu)點(diǎn)：不堵塞，可以省去空氣濾清裝置。41膜片微孔曝氣器424）水力剪切擴(kuò)散裝置屬于水力剪切擴(kuò)散裝置的有倒盆式、射流式、固定螺旋式等倒盆式擴(kuò)散器43射流式水力沖擊曝氣器圖44固定螺旋式曝氣器：它是由3－5節(jié)筒體組成的，每節(jié)為300(450)×300，每節(jié)內(nèi)安裝著90度或180度轉(zhuǎn)動的固定螺旋葉片，相鄰兩節(jié)螺旋葉片旋轉(zhuǎn)方向相反，相錯90度。45固定螺旋曝氣器46474

機(jī)械曝氣可歸納為葉輪和轉(zhuǎn)刷兩大類。常用的表面曝氣葉輪有泵型，倒傘型和平板型。48幾種葉輪曝氣器49泵性葉輪曝氣器50倒傘性葉輪曝氣器51K型葉輪曝氣器52不同形式的轉(zhuǎn)刷曝氣器53545556轉(zhuǎn)刷曝氣器57設(shè)備類型

氧轉(zhuǎn)移速率動力效率/kgO2/kWh標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際小氣泡擴(kuò)散器

46~60

1.2~2.00.7~1.4中氣泡擴(kuò)散器

20~301.0~1.60.6~1.0大氣泡擴(kuò)散器

10~200.6~1.20.3~0.9射流曝氣器

40~120

1.5~2.40.7~1.4低速表面曝氣器

10~901.2~2.70.7~1.3高速表面曝氣器

1.2~2.40.7~1.3轉(zhuǎn)刷式曝氣器

1.2~2.4各類曝氣設(shè)備的性能標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指用清水作曝氣實(shí)驗(yàn)，水溫20℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，初始水中溶解氧為0實(shí)際數(shù)據(jù)是指用廢水作實(shí)驗(yàn)，水溫15℃，海拔150m，水中溶解氧保持2mg/L5

曝氣設(shè)備比較58曝氣器的選擇原則：對于較小的曝氣池，采用機(jī)械曝氣器能減少動力費(fèi)用，并省去鼓風(fēng)曝氣所需的管道系統(tǒng)和鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備，維護(hù)管理也比較方便。

鼓風(fēng)曝氣供應(yīng)空氣的伸縮性較大，曝氣效果也較好，一般用于較大的曝氣池。

594.5去除有機(jī)污染物的活性污泥法過程設(shè)計(jì)在活性污泥法中，一般將有機(jī)物（BOD5）與活性污泥(MLSS)的重量比值(foodtobiomass,F:M)，稱為污泥負(fù)荷、BOD負(fù)荷。污泥負(fù)荷(organicloadingrate,LS）即單位重量活性污泥在單位時間內(nèi)所承受的BOD5量，單位為kgBOD5/(kgMLSSd)。（F/M比）一、曝氣池容積設(shè)計(jì)計(jì)算1、有機(jī)物負(fù)荷法容積負(fù)荷（volumetricloadingrate,LV）是曝氣池單位有效容積在單位時間內(nèi)所承受的BOD5量，單位為kgBOD5/(m3·d)。60無初沉池污泥負(fù)荷的計(jì)算公式：Q－廢水的處理量，m3/d；V－曝氣池的有效容積，m3；S0－進(jìn)水BOD5濃度，kg/m3；X－活性污泥濃度，kgMLSS/m3,kgMLVSS/m3

。Lr－去除負(fù)荷；Se－出水BOD5濃度。(12-57)(12-60)61曝氣池體積計(jì)算公式(12-58)，(12-59),(12-61)62污泥齡也稱固體平均停留時間(meansolidretentiontime)或細(xì)胞平均停留時間(meancellretentiontime)。污泥齡是影響活性污泥處理效果的重要參數(shù)。水力停留時間t或(hydraulicretentiontimeHRT,liquidretentiontime)是指水在處理系統(tǒng)中的停留時間，單位也是d。t＝V/Q，V是曝氣池的體積；Q是廢水的流量。2污泥齡法632污泥齡法（式中各項(xiàng)含義見P141-142）64二、剩余污泥量的計(jì)算1、按污泥泥齡計(jì)算2、根據(jù)污泥產(chǎn)率系數(shù)或表觀產(chǎn)率系數(shù)算在實(shí)際工程中常以實(shí)際測得的產(chǎn)率系數(shù)Yobs代替理論產(chǎn)率系數(shù)Y65三、需氧量設(shè)計(jì)計(jì)算1、根據(jù)有機(jī)物降解需氧率和內(nèi)源代謝需氧率計(jì)算（曝氣池中總耗氧量）=（在曝氣池去除BOD耗氧量）+

（曝氣池中微生物內(nèi)源呼吸耗氧量）式中：O2－每日系統(tǒng)