山東榮成污水處理畢業(yè)(設(shè)計)論文計算書

揚州大學本科生畢業(yè)設(shè)計②出水井平面尺寸出水井長與UV出水渠道相匹配，則出水井寬度為1.04污泥系統(tǒng)處理工藝設(shè)計4.1工藝流程的選擇4.1.1概述在污泥處理的過程中，分離和產(chǎn)生出大量的污泥，這些污泥含水率高，容積大，不便于輸送于處置；同時還含有大量的有機物，使污泥易腐化發(fā)臭，此外污泥還含有一些有毒有害物質(zhì)，所以必須對其進行有效處理，并達到如下四個目的：穩(wěn)定化去除污泥中的有機物；減量化降低含水率，減小污泥體積；無害化殺死寄生蟲卵和病原微生物；污泥綜合利用實現(xiàn)污泥資源化。4.1.2處理工藝流程選擇（1）生污泥——濃縮——消化——機械脫水——最終處理（2）生污泥——濃縮——機械脫水——最終處理（3）生污泥——濃縮——消化——機械脫水——焚燒——最終處理由于本工藝采用A2/O工藝，而且污泥齡為20天，比較長，因此污泥處理無需消化；所以選擇流程（2）為最終污泥處理工藝，操作簡單，節(jié)省投資，可降低運行管理費用。4.1.3污泥處理流程由于A2/O工藝產(chǎn)泥量較少，且污泥較穩(wěn)定，故只用簡單的污泥濃縮不用污泥消化。直接把集泥池內(nèi)的污泥用污泥泵打入污泥濃縮池，依靠重力直接流入污泥脫水機房，通過帶式壓濾機，壓濾后的泥餅外運。處理流程見下圖4-1剩余污泥回流污泥泵房濃縮池貯泥池污泥脫水機房泥餅外運圖4-1污泥處理流程圖4.2回流污泥泵房4.2.1回流污泥量的計算=833.3m3/h=231.48L/s其中:—回流污泥量Q—污水量R—回流比，80%4.2.2污泥提升設(shè)備的選擇及設(shè)計污泥提升設(shè)備主要有污泥泵、空氣提升器和螺旋泵本設(shè)計為減少提升過程中的復氧，使缺氧段DO最低，以利于脫氮除磷。故提升設(shè)備采用潛污泵。污泥由二沉池流入集泥井，再由潛污泵打到A2O曝氣池前端，污泥的提升高度為5m左右。根據(jù)污泥量選用三臺100QW120-10-5.5污泥泵，兩用一備，其型號、規(guī)格如下：表4-1300QW720-5.5-18.5污泥泵性能參數(shù)型號流量Q（m3/h）揚程H（m）功率（kw）效率（%）生產(chǎn)廠家100QW120-10-5.5120105.577.2江蘇亞太泵業(yè)集團公司4.3濃縮池的設(shè)計4.3.1設(shè)計參數(shù)1．污泥濃縮時間不宜小于12h2濃縮前含水率：二沉池污泥含水率為99.2～99.6%，深度處理的污泥含水率為98%～99%3.濃縮后污泥含水率97%～98%4.3.2污泥量的計算1.二沉池剩余污泥量=4185kg/d2.深度處理剩余污泥量污水深度處理過程中產(chǎn)生的污泥來自于沉淀池排泥水及濾池的反沖洗排水，其主要成份是原水中的懸浮物、部分溶解物質(zhì)以及絮凝劑形成的絮凝體。本工程污水深度處理污泥量估算采用英國水處理研究中心《污泥處理指南》書中提供的污泥含量計算公式進行估算，即：DS=SS+0.2B+1.53C式中：DS-干污泥含量，mg/LSS-去除的原水中懸浮固體量，mg/LB-去除的色度，取B=10。C-投加的絮凝劑量(以氧化鋁計)，mg/L，PAC最大投加量為30mg/L(固體)，氧化鋁含量為30%。=25.77mg/L3.總污泥量5086.95kg/d4.濕污泥量：污泥含水率為—二沉池污泥含水率，取99.3%—深度處理污泥含水率,取99%4.3.3濃縮池尺寸的設(shè)計設(shè)兩座濃縮池將二沉池的污泥投配到濃縮池進行濃縮，單個濃縮池計算泥量為：=14.32m3濃縮池面積A濃縮污泥為剩余活性污泥，污泥固體通量選用30kg/(m2*d)濃縮池直徑D=，取11m濃縮池深度H取濃縮池停留時間T=16h=QT/24A=m超高，緩沖層高度,濃縮池設(shè)機械刮泥，池底坡度i=1/20,污泥斗下底直徑，上底直徑池底坡度造成的深度污泥斗高度則濃縮池總高.分離污水量=式中：Q——進入單個濃縮池的泥量——濃縮前污泥濃度，99.26%——濃縮后污泥濃度，97%則14h后分離污水量濃縮后剩余污泥量=每池濃縮后的剩余污泥量V2=3.53×16=56.55溢流堰濃縮池溢流出水經(jīng)溢流堰進入出水槽，然后匯入出水管排出。出水槽流量，設(shè)出水槽寬0.2m，水深0.05m，水流速為0.18m/s。溢流堰周長式中—溢流堰周長，mD—濃縮池直徑，m—出水槽寬，m溢流堰采用單側(cè)90°三角形出水堰，三角堰頂寬0.15m，深0.08m，每個濃縮池有三角堰個每個三角堰流量式中—三角堰水深，m，設(shè)計中取為0.008m三角堰后自由跌落0.10m，則出水堰水頭損失為0.108m圖3輻流式濃縮池示意圖溢流管溢流水量0.0030，查水力計算表5，取溢流管管徑DN150mm，管內(nèi)流速0.25m/s。刮泥裝置濃縮池采用中心驅(qū)動刮泥機，刮泥機底部設(shè)有刮泥板，連續(xù)轉(zhuǎn)動將污泥推入污泥斗。排泥管剩余污泥量0.00095，泥量很小，采用污泥管道最小管徑DN150mm。4.4貯泥池及提升污泥泵污泥從濃縮池被排除后，沒有壓力進入污泥脫水機房，因此應(yīng)設(shè)貯泥池，使污泥由濃縮池排入貯泥池，再由污泥泵將其提升，以便順利進入污泥脫水機房。4.4.1貯泥池1．貯泥池的容積貯泥池內(nèi)貯有8h的泥量2．貯泥池的尺寸將貯泥池設(shè)計為正方形，其L×B×H=4×4×4m4.4.2污泥泵的選擇泵的流量按脫水機房處理污泥量計算，則Q=2×3.53=7.06m選用5DN—20/15型泥漿泵2臺，1用1備，其技術(shù)參數(shù)如下表4-2。表4-25DN—20/15型泥漿泵技術(shù)參數(shù)型號流量（）配用電動機電壓（V）重量（kg）生產(chǎn)廠家型號功率（kw）轉(zhuǎn)速（n/min）5DN—20/157—20JZS2—61—35溪水泵廠4.5污泥脫水機房4.5.1概述（1）污泥有泥泵打到壓濾機，加藥時藥劑在溶解池內(nèi)攪拌加入清水溶解，經(jīng)加藥泵打入壓濾機與污泥反應(yīng)脫水，泥餅經(jīng)皮帶輸送外運。（2）壓濾機的選擇本工藝采用帶式壓濾機，其主要特點是把壓力施加在濾布上，用濾布的壓力和張力使污泥脫水，而不需要真空或加壓設(shè)備。其優(yōu)點有：運行可連續(xù)運轉(zhuǎn)，生產(chǎn)效率高，噪音小；耗電少，僅為真空過濾機的十分之一；低速運轉(zhuǎn)時，維護管理簡單，運行穩(wěn)定可靠；運行費用低，附件設(shè)備較少。4.5.2設(shè)計1.壓濾機的臺數(shù)n帶寬2.0m的過濾產(chǎn)率為248kg/d若脫水機工作每日3班，24h運行，則取n=12.壓濾機型號采用DY—2000帶式壓濾機2臺，1用1備，其規(guī)格如下表4-3。表4-3DY—2000帶式壓濾機規(guī)格型號寬度(mm)壓濾面積(m2)重濾面積(m2)電動機功率(Kw)沖洗水壓力(MPa)產(chǎn)泥量kg/(h·m)泥餅含水率（%）DY—200020006.4840.35—0.550—50060—80脫水機安裝尺寸 2980×2490×1980(高)附屬設(shè)備污泥投配設(shè)備。脫水機房內(nèi)設(shè)2臺單螺桿污泥投配泵(用于加藥)，它們各自對應(yīng)一臺壓濾機，每臺投配泵流量為投配泵的揚程應(yīng)根據(jù)細膩液位和壓濾機高差及管路水頭損失計算加藥系統(tǒng)。用滾壓帶式壓濾機脫水的污泥，化學調(diào)劑為郵寄合成高分子混凝劑。本設(shè)計混凝劑陽離子為聚丙烯酰銨。投加的有機高分子混凝劑為污泥干重的0.15-0.5%取0.3%5086.95×0.3%=15.26Kg/d配制成濃度為1%的溶液體積=15.26/1%=1526L/d=1.526脫水機房每日工作為三班制，每班配藥一次則每次配藥的體積=1.526/3=0.507考慮一定的安全系數(shù)和攪拌時的安全超高，故設(shè)計選用2個容積為1的藥箱，配置2臺JBK型反應(yīng)攪拌機，槳葉直徑d=1200mm,功率P=0.75kW,漿板外緣線速度56m/min聚丙烯酰銨投加為0.1%，故選用2套在線稀釋設(shè)備，包括2臺水射器和2臺流量儀，以及配套的調(diào)節(jié)控制閥件。聚丙烯酰銨藥劑的投加采用單螺桿泵，工2臺，每臺泵的投加流量反沖洗水泵。根據(jù)滾壓帶式壓濾機帶寬和運行速度，每臺脫水機反沖洗耗水量為10--12，反沖洗水壓不小于0.5MPa。故選用2臺離心清水泵，一用一備5污水廠總體布置5.1概述污水處理廠的平面布置包括：處理構(gòu)筑物的布置，辦公、化驗及其他輔助建筑物的布置；以及各種管道、道路、綠化等的布置。根據(jù)處理廠的規(guī)模采用1：200—1：500比例尺繪制總平面圖。5.2平面布置5.2.1平面布置的一般原則1．處理構(gòu)筑物的布置應(yīng)緊湊，節(jié)約土地便于管理；2．處理構(gòu)筑物的布置應(yīng)盡可能按流程順序布置，以避免管線迂回，同時應(yīng)充分利用地形以減少土方量；3．經(jīng)常有人工作的地方如辦公、化驗等應(yīng)布置在夏季主導風向上，在北方地區(qū)應(yīng)考慮朝陽，設(shè)綠化帶與工作區(qū)隔開；4．構(gòu)筑物之間的距離敷設(shè)管道的位置，運轉(zhuǎn)管理的需要和施工的要求，一般采用5～10m；5．污泥處理構(gòu)筑物應(yīng)盡可能布置成單獨的組合，以備安全和方便運行管理；6．變電所的位置應(yīng)設(shè)在耗電量大的構(gòu)筑物旁邊，高壓線應(yīng)避免在廠區(qū)內(nèi)架空敷設(shè)；7．污水廠應(yīng)該敷設(shè)超越管以便在發(fā)生事故時，使污水能超越一部分或完全排走。8．污水和污泥管道應(yīng)盡可能考慮重力自流；9．在布置總圖時應(yīng)充分考慮綠化帶，為污水處理廠的工作人員提供一個優(yōu)美舒適的工作環(huán)境；10．總圖布置時，應(yīng)考慮近遠期結(jié)合，由條件時可按遠景規(guī)劃水量布置，將構(gòu)筑物分為若干系列分期建設(shè)。5.2.2廠區(qū)平面布置形式1．“一”字形布置：該種布置流程管線短，水頭損失小；2．“L”型布置“：該種布置適宜出水方向發(fā)生轉(zhuǎn)彎的地形，水流轉(zhuǎn)彎一般不在曝氣池處；5.2.3污水廠的平面布置具體內(nèi)容1．平面布置的內(nèi)容1）處理構(gòu)筑物的平面布置2）附屬構(gòu)筑物的平面布置；3）管道，管路及綠化帶的布置。5.3污水廠高程布置污水處理廠污水處理高程布置的任務(wù)是：確定各構(gòu)筑物和泵房的標高；確定污水處理筑物之間連接管渠的尺寸及其標高；通過計算確定各部位的水面標高，從而能夠使污水沿處理流程在構(gòu)筑物之間暢通的流動，保證污水處理廠的正常運行。5.3.1污水處理廠高程布置考慮事項1．計算水頭損失時，一般以近期最大的流量作為構(gòu)筑物和管渠的設(shè)計流量；計算涉及遠期流量的管渠和設(shè)備時，應(yīng)以遠期最大流量為設(shè)計流量，并酌加擴建時的備用水頭；2．選擇一條最長、水頭損失最大的流程進行水力計算，并應(yīng)適當留有余地，以保證任何情況下，處理系統(tǒng)能夠正常運行；3．在作高程布置時應(yīng)該注意污水流程和污泥流程的配合，盡量減少抽升的污泥量。污水流經(jīng)各構(gòu)筑物的水頭損失表5-1主要構(gòu)筑物水頭損失構(gòu)筑物名稱水頭損失cm構(gòu)筑物名稱水頭損失cm格柵10——25混合池10—30沉砂池10——25高密度沉淀池5——15沉淀池：平流豎流輔流20—4040—5050—60濾布濾池0.03--0.3A2/O生物池40—60消毒渠0.035.3.2污水廠的高程布置為了降低運行費用和便于管理，污水在處理構(gòu)筑物之間的流動按重力流考慮為宜（污泥流動不在此例），為此，必須精確的計算污水流動中的水頭損失，水頭損失包括:(1)污水經(jīng)各處理構(gòu)筑物的內(nèi)部水頭損失；(2)污水經(jīng)連接前后兩構(gòu)筑物管渠的水頭損失，包括沿程水損和局部水損;(3)局部水頭損失按沿程水頭損失的0.3倍計。5.3.3水區(qū)、泥區(qū)各構(gòu)筑物間的確定1．概述從便于維修和清刷的要求考慮，連接污水處理構(gòu)筑物之間的渠道以矩形為宜，在必要時或必要部位，也可采用鋼筋混凝土管或鑄鐵管，在零碎區(qū)域為防止冬季污水載明區(qū)內(nèi)凍結(jié)，在明渠上加蓋板。為防止管道中的懸浮物在關(guān)區(qū)內(nèi)沉淀，污水在明渠內(nèi)必須保持一定的流速，在最大流量時，流速可介于1—5m/s之間，在低流速時，流速不得小于0.4—0.6m/s，在管道中的流速應(yīng)大于明渠中的流速，并應(yīng)盡可能大于1m/s。2．管道的確定：表5-2污水部分高程計算表污水處理流程水位計算表序號管渠及構(gòu)筑物Q(L/S)管渠設(shè)計參數(shù)水頭損失(m)水面標高(m)D（mm）1000iV(m/s)H(m)L(m)沿程(m)局部(m)構(gòu)筑物(m)合計上游下游1出水管4347001.921.051000.1920.0570.25-0.25-0.52消毒4340.350.350.10-0.253消毒到濾布濾池434.097001.921.05190.0360.0110.050.150.104濾布濾池1050.155濾布濾池到高密度沉淀池1083504.351.02180.0780.0240.110.460.356高密度沉淀池230.467高密度沉淀池到二沉池2175002.641.00480.1270.0380.170.800.638二沉池200.80續(xù)表5-2序號管渠及構(gòu)筑物Q(L/S)管渠設(shè)計參數(shù)水頭損失(m)水面標高(m)B×H(D)/mm1000iV(m/s)H(m)L(m)沿程(m)局部(m)構(gòu)筑物(m)合計上游下游9二沉池到配水井2175002.641.00270.0720.0220.11.401.3010配水井4351.4011配水井到AAO2175002.641.0020.0060.0020.011.561.5512AAO2170.50.502.061.5614AAO到配水井2175002.641.0060.252.312.06配水井4340.152.462.3115沉砂池4362.4616細格柵4362.6617污水提升泵房4362.8618中格柵4340.20.2-1.525-1.725由于高密度沉淀池整體在地下，所以將所有構(gòu)筑物提升1m

表5-3污泥部分高程計算表序號管渠及構(gòu)筑物Q(L/S)管渠設(shè)計參數(shù)水頭損失(m)水面標高(m)D(mm)V(m/s)L(m)沿程(m)局部(m)構(gòu)筑物(m)合計上游下游1二沉池到污泥泵6.921500.940.1O.02-0.22高密度沉淀池到污泥泵1.051500.91.80.35-1.453污泥泵提升3.5m7.973.3-0.24污泥泵到濃縮池3.991500.9503.323.825濃縮池3.923.326濃縮池至貯泥池3.991500.930.131.691.827貯泥池3.991.698貯泥池至脫水機房7.971500.9100.170.050.221.291.49謝辭在設(shè)計的整個過程中得到了吳軍老師的精心指導和幫助，在此表示衷心的感謝！我們即將畢業(yè)步入社會，有喜有憂，我將永懷對母校的熱愛，對恩師的崇敬與感激之情，勇往直前，用自己所學的知識為社會做出應(yīng)有的貢獻。最后，我再次對我的指導老師王永廣老師以及關(guān)心我們畢業(yè)設(shè)計的其他所有老師表示衷心的感謝！參考文獻（1）張自杰.《排水工程》下冊［M］.中國建筑工業(yè)出版社.2005-12-30.（2）于爾捷，張杰.《給水排水工程快速設(shè)計手冊》［M］.北京建筑工業(yè)出版社.1996-2.（3）張自杰.《廢水處理理論與設(shè)計》［M］.中國建筑工業(yè)出版社.2003-2.（4）唐受印，戴友芝.《水處理工程師手冊》［M］.化學工業(yè)出版社.2000-4-1.（5）張智.《給水排水工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南》［M］.中國水利水電出版社.2003-8.（6）周彤.《污水回用決策與技術(shù)》［M］.化學工業(yè)出版社.2003-10.（7）曾科，卜秋平.《污水處理廠設(shè)計與運行》［M］.北京化學出版社.2006-4.（8）MogensHenze.《污水生物處理與化學處理技術(shù)》［M］.中國建筑工業(yè)出版社.1999-12-1.（9）鄭興燦，李亞新.《污水除磷脫氮技術(shù)》［M］.中國建筑工業(yè)出版社.1998-11.（10）韓洪軍.《污水處理構(gòu)筑物設(shè)計與計算》［M］.哈爾濱工業(yè)大學出版社.2005-3-1.（11）張統(tǒng).《污水處理工藝及工程方案計算》［M］.中國建筑工業(yè)出版社.2000-4（12）史惠祥.《實用水處理設(shè)備手冊》［M］.北京化學工業(yè)出版社.2001-5-1.（13）金兆豐，徐竟成.《城市污水回用技術(shù)手冊》［M］.北京化學工業(yè)出版社.2004-1.（14）徐新陽，于鋒.《污水處理工程設(shè)計》［M］.北京化學工業(yè)出版社.2003-4.（15）婁金生.《水污染治理新工藝與設(shè)計》［M］.海洋出版社.2009-7.（16）《給水排水設(shè)計手冊》1，5，10，11，12冊.中國建筑工業(yè)出版社.（17）《給水排水設(shè)計規(guī)范》［M］.中國建筑工業(yè)出版社.（18）崔玉川.《城市污水廠處理設(shè)施設(shè)計計算第二版》［M］.化學工業(yè)出版社.2011-1.附錄RecycleFlowsandLoadingsTheimpactofrecycleflowsmustalsobequantifiedandincludedindefiningtheinfluentwastewatercharacteristicstotheactivated-sludgeprocess.Thepossiblesourcesofrecycleflowsincludedigestersupernatantflows(ifsettlinganddecantingarepracticedinthedigestionoperation),recycleofcentrateorfiltratefromsolidsdewateringequipment,backwashwaterfromeffluentfiltrationprocess,andwaterfromodor-controlscrubbers.Dependingonthesource,asignificantBOD,TSS,andNH4-Nloadmaybeaddedtotheinfluentwastewater.ThelevelsofBODandTSSconcentrationspossibleforvarioussolidsprocessingunitoperationsaregiveninTable14-49inChap.14.Comparedtountreatedwastewaterorprimaryclarifiereffluent,theBOD/VSSratioisoftenmuchlowerforrecyclestreams.Inaddition,asignificantNH4-Nloadcanbereturnedtotheinfluentwastewaterformanaerobicdigestion-relatedprocesses.ConentrationsofNH4-Nintherangeof1000to2000mg/Larepossibleincentrationorfiltratefromthedewateringofanaerobicallydegestedsolids.Thus,theammonialoadfromareturnflowofaboutone-halfpercentoftheinfluentflowcanincreasetheinfluentTKNlosdtotheactivated-sludgeprocessby10to20percent.Thereturnsolidsloadfromeffluentpolishingfilterscanbeestimatedbyamassbalanceonsolidsremovedacrossthefiltrationprocess,andthusreleasedinthebackwashwaterflow.Inallcases,amassbalanceforflowandimportantconstituents,suchasBOD,TSS/VSS,nitrogencompounds,andphosphorusshouldbedonetoaccountforallcontributingflowsandloadstotheactivated-sludgeprocess.8-3FUNDMENTALSOFPROCESSANALYSISANDCONTROLThepurposeofthissectionistointroduce⑴thebasicconsiderationsinvolvedintheprocessdesign,⑵processcontrolmeasures,⑶operatingproblemsassociatedwiththeactivated-sludgeprocess,and⑷activated–sludgeselectorprocesses.Theinformationpresentedinthissectionisappliedtotheanalysisanddesignofalternativeactivated-sludgeprocessesintheremainderofthischapter.ManyoftheequationspresentedinthischapterwerederivedpreciouslyinChap.7andaresummarizedinthissectionforconvenientreference.ProcessDesignConsiderationsInthedesignoftheactivated-sludgeprocess,considerationmustbegivento⑴selectionofthereactortype,⑵applicablekineticrelationships,⑶sikudsretentiontimeandloadingcriteriatobeused,⑷sludgeproduction,⑸oxygenrequirementsandtransfer,⑹nutrientrequirements,⑺otherchemicalrequirements,⑻settlingcharacteristicsofbiosolids,⑼useofselectous,and⑽effluentcharacteristics.SelectionofReactorTypeImportantfactorsthatmustbeconsideredintheselectionofreactortypesfortheactivated-sludgeprocessinclude⑴theeffectsofreactionkinetics,⑵oxygentransferrequirements,⑶natureofthewastewater,⑷localenvironmentalconditions,⑸presenceoftoxicorinhibitorysubstancesintheinfluentwastewater,⑹costs,and⑺expansiontomeetfuturetreatmentneeds.InformationonthesefactorsissummarizedinTable8-4.KineticRelationshipsAsdevelopedinChap.7,kineticrelationshipsateusedtodeterminebiomassgrowthandsubstrateutilization,andtodefineprocessperformance.ImportantkineticrelationshipsaresummarizedinTable8-5.ThederivationoftheserelationshipsmaybefoundinChap.7.SelectionofSolidsRetentionTimeandLoadingCriteriaCertaindesignandoperatingparametersdistinguishoneactivated-sludgeprocessfromanother.Thecommonparametersusedarethesolidsretentiontime(SRT),thefoodtobiomass(F/M)ratio(alsoknownasfoodtomicroorganismratio),andthevolumetricorganicloadingrate.WhiletheSRTisthebasicdesignandoperatingparameter,theF/Mratioandvolumetricloadingrateprovidevaluesthatareusefulforcomparisontohistoricaldataandtypicalobservedoperatingconditions.SolidRetentionTimeTheSRT,ineffect,representstheaverageperiodoftimeduringwhichthesludgehasremainedinthesystem.AspresentedpreviouslyinChap.7,SRTisthemostcriticalparameterforactivated-sludgedesignasSRTaffectsthetreatmentprocessperformance,aerationtankvolume,sludgeproductionandoxygenrequirements.ForBODremoval,SRTvaluesmayrangefrom3to5d,dependingonthenixed-liquortemperature.At18to25℃anSRTvaluecloseto3disdesiredwhereonlyBODremovalisrequiredandtodiscouragenitrificationandeliminatetheassociatedoxygendemand.Tolimitnitrification,someactivated-sludgepalantshavebeenoperatedatSRTvaluesof1dorless.At10℃,SRTvaluesof5to6darecommonforBODremovalonly.TemperatureandotherfactorsthataffectSRTinvarioustreatmentapplicationsatesummarizedinTable8-6.Becausenitrificationistemperature-dependent,thedesignSRTfornitrificationmustbeselectedwithcautionasvariablenitrificationgrowthrateshavebeenobservedatdifferentsites,presumablyduetothepresenceofinhibitorsubstances(BarkerandDold,1997;Fillosetal,2000).Fornitrificationdesign,asafetyfactorisusedtoincreasetheSRTabovethatcalculatedbasedonnitrificationkineticandtherequiredeffluentNH4-Nconcentration.Afactorofsafetyisusedfortworeasons:⑴toallowflexibilityforoperationalvariationsincontrollingtheSRT,and⑵toprovideforadditionalnitrifyingbacteriatohandlepeakTKNloadings.TheinfluentTKNconcentrationandmassloadingcanvarythroughouttheday(apeaktoaverageTKNloadingof1.3to1.5isnotunusual,dependingonplantsize)andcanalsobeaffectedbyreturnflowsformdigestedanddewateredbiosolidsprocessing.byincreasingthedesignSRT,theinventoryofnitrifyingbacteriaisincreasedtomeettheNH4-HconcentrationatthepeakloadsothattheeffluentNH4-Hconcentrationrequirementisachieved.Typically,thevalueofthefactorofsafetyisequaltothepeak/averageTKNload.Becauseuseofthepeak/averageTKNloadisconservative,theNH4-HconcentrationduringthenormalloadingperiodwillbelowerwiththeneteffectofacompositeeffluentNH4-Hconcentrationthatissomewhatlowerthanthedesigngoal.DynamicsimulationmodelcanbeusedtooptimizethedesignSRTvaluetomeettargeteffluentNH4-Hconcentrations,subiecttochanginginfluentflowandTKNconcentrations(BarkerandDold,1997).Thesteady-statesolutionapproachdescribedinSec.8-10hasresultedinreasonabledesigns.Table8-4GeneralconsiderationsfortheselectionofthetypeofsuspendedgrowthreactorFactorDescriptionEffectofreactionkineticsThetwotypesofreactorsusedcommonlyarethecomplete-mixandtheplug-flowreactor.Fromapracticalstandpoint,thehydraulicdetentiontimesofmanyofthecomplete-mixandplug-flowreactorsinactualuseareaboutthesame.ThereasonisthatthedesignsforBODremovalaregenerallygovernedbyanSRTsufficienttoassuregoodsettlingpropertiesandofadurationlongerthanthatneededforBODremoval.Fornitrification,thepossiblereactionkineticbenefitsformusingastaged-reactororplug-flowsystemmaybeexploited,providedthattheaerationequipmenthasahighenoughoxygentransferrateinfirststageofatthefrontofaplug-flowtanktosatisfythedemandfromhigherBODremovalandnitrificationrates.OxygentransferrequirementHistorically,inconventionalplug-flowaerationsystems,sufficientoxygenoftencouldnotbesuppliedatthebeginningofthereactortomeetthedemand.Theinabilitytosupplytheneededoxygenledtodevelopmentofthefollowingmodificationstotheactivated-sludgeprocess:⑴taperedaerationinwhichanattemptwasmadetomatchtheairsuppliedtotheoxygendemand,⑵thestep-feedprocesswheretheincomingwastewaterisdistributedalongthelengthofthereactor(usuallyatquarterpoints),and⑶thecomplete-mixprocesswheretheairsupplieduniformlymatchesorexceedstheoxygendemand.Mostofthepastoxygentransferlimitationshavebeenovercomebybetterselectionofprocessoperationalparametersandimprovementsinthedesignandapplicationofaerationequipment.NatureofwastewaterThenatureofthewastewaterincludestheoverallcharacteristicsofthewastewaterasaffectedbycontributionssuchasdomesticwastewater,industrialdischarges,andinflow/infiltration.AlkalinityandpHareimportant,particularlyintheoperationofnitrificationprocesses(seeChap.7).becauselowpHvaluesinhibitthegrowthofnitrifyingorganisms(andencouragethegrowthoffilamentousorganisms),pHadjustmentsmayberequired.IndustrialwastedischargesmayalsoaffectthepHinlow-alkalinitywastewaters.LocalenvironmentalconditionsTemperatureisanimportantenvironmentalconditionthataffectstreatmentperformancebecausechangesinthewastewatertemperaturecanaffectthebiologicalreactionrate.Temperatureisespeciallyimportantinnitrificationdesignastheexpectedmixed-liquortemperaturewillaffectthedesignSRT.Precipitationeffectsandgroundwaterinfiltrationarelocalfactorsthatcanaffectbothflowratesandconstituentconcentrations.Highpeakflowratescancausethewashoutofsolidsinbiologicalreactors.ToxicorinhibitorysubstancesFormunicipalwastewatertreatmentsystemswithalargenumberofindustrialconnections,apotentialexistsforreceivinginhibitorysubstancesthatcandepressbiologicalnitrificationrates.Wheresuchpotentialexists,laboratorytreatabilitystudiesarerecommendedtoassessnitrificationkinetics.Ifshockloadsortoxicdischargesareadesignconsideration,acomplete-fixreactorcanmoreeasilywithstandchangingwastewatercharacteristicsbecausetheincomingwastewaterismoreoflessuniformlydispersedwiththereactorcontents,ascomparedtoaplug-flowreactor.Thecomplete-mixprocesshasbeenusedinanumberofinstallationstomitigatetheimpactscausedbyshockloadsandtoxicdischarges,especiallyfromindustrialinstallations.CostConstructionandoperatingcostsareveryimportantconsiderationsinselectingthety0peandsizeofreactor.Becausetheassociatedsettlingfacilitiesareanintegralpartoftheactivated-sludgeprocess,theselectionofthereactorandthesolidsseparationfacilitiesmustbeconsideredasaunit.FuturetreatmentneedsPotentialfuturetreatmentneedscanhaveanimpactonpresentprocessselection.Forexample,ifwaterreuseisanticipatedinthefuture,theprocessselectionshouldfavordesignsthatcaneasilyaccommodatenitrogenremovalandeffluentfiltration.Table8-6TypicalminimumSRTrangesforactivated-sludgetreatmentTreatmentgoalSRTrange,dFactorsaffectingSRTRemovalofsolubleBODindomesticwastewater1-2TemperatureConversionofparticulateorganicsindomesticwastewater2-4TemperatureDevelopflocculentbiomassfortreatingdomesticwastewater1-3TemperatureDevelopflocculentbiomassfortreatingindustrialwastewater3-5Temperature/compoundsProvidecompletenitrification3-18TemperatureBiologicalphosphorusremoval2-4TemperatureStabilizationofactivatedsludge20-40TemperatureDegradationofxenobioticcompounds5-50Temperature/specificBacteria/compoundsFoodtoMicroorganismRatioAprocessparametercommonlyusedtocharacterizeprocessdesignsandoperatingconditionsisthefoodtomicroorganism(biomass)ratio(F/M).TypicalvaluesfortheBODF/Mratioreportedintheliteraturevaryfrom0.04gsubstrate/gbiomass·dforextendedaerationprocessesto1.0g/g·dforhighrateprocesses.TheBODF/MratioisusuallyevaluatedforsystemsthatweredesignedbasedonSRTtoprovideareferencepointtopreviousactivated-sludgedesignandoperatingperformance.VolumetricOrganicLoadingRateThevolumetricorganicloadingrateisdefinedastheamountofBODorCODappliedtotheaerationtankvolumeperday.Organicloadings,expressedinkgBODorCOD/m3·d,mayvaryfrom0.3tomorethan3.0.Whilethemixed-liquorconcentration,theF/Mratio,andtheSRT(whichmaybeconsideredanoperatingvariableaswillasadesignparameter)areignoredwhensuchempiricalrelationshipsareused,theserelationshipsdohavethemeritofrequiringaminimumaerationtankvolumethathasprovedtobeadequateforthetreatmentofdomesticwastewater.Theseempiricalparametersarenotadequateforpredictingeffluentquality,however,whensuchrelationshipsareusedtodesignfacilitiesforthetreatmentofwastewatercontainingindustrialwastesorforbiologicalnitrogen-andphosphorus-removalprocesses.Highervolumetricorganicloadingsgenerallyresultinhigherrequiredoxygentransferratesperunitvolumefortheaerationsystem.SludgeProductionThedesignofthesludge-handlinganddisposal/reusefacilitydependsonthepredictionofsludgeproductionfortheactivated-sludgeprocess.Ifthesludge-handlingfacilitiesareundersized,thenthetreatmentprocessperformancemaybecompromised.Sludgewillaccumulateintheactivated-sludgeprocessifitcannotbeprocessedfastenoughbyanundersizedsludge-handlingfacility.Eventually,thesludgeinventorycapacityoftheactivated-sludgesystemwillbeexceededandexcesssolidswillexitinthesecondaryclarifiereffluent,potentiallyviolatingdischargelimits.ThesludgeproductionrelativetotheamountofBODremovedalsoaffectstheaerationtanksize.Towmethodsareusedtodeterminesludgeproduction.Thefirstmethodisbasedonanestimateofanobservedsludgeproductionyieldfrompublisheddatafromsimilarfacilities,andthesecondisbasedontheactualactivated-sludgeprocessdesigninwhichwastewatercharacterizationisdoneandthevarioussourcesofsludgeproductionareconsideredandaccountedfor.Thefirstmethodmaybesatisfactoryfordetermininganinitialactivated-sludgeprocessdesignandanestimatedsludgeproductionforaparticularactivated-sludgeprocess.Withthefirstmethodthequantityofsludgeproduceddaily(andthuswasteddaily)canbeestimatedusingEq.(8-14).Foragivenwastewater,theYobsvaluewillvarydependingonwhetherthesubstrateisdefinedasBOD,bCOD,orCOD.(8-14)where=netwasteactivatedsludgeproducedeachday,kgVSS/d=observedyield,gVSS/gsubstrateremoval=influentflow,m3/d=influentsubstrateconcentration,mg/L=effluentsubstrateconcentration,mg/LObservedvolatilesuspendedsolidsyieldvalues,basedonBOD,areillustratedonFig.8-7.theobservedyielddecreasesastheSRTisincreasedduetobiomasslossbymoreendogenousrespiration.Theyieldislowerwithincreasingtemperatureasaresultofahigherendogenousrespirationrateathighertemperature.Theyieldishigherwhennoprimarytreatmentisused,asmorenvVSSremainsintheinfluentwastewater.Thetemperaturecorrectionvalueθforendogenousrespiration[seeEq.(2-25)inTable8-5]is1.04between20and30℃,and1.12between10and20℃.Aθvalueof1.04hasbeenadoptedinthistextforthetemperatureeffectonendogenousdecay.污水處理的微生物學原理8-3工藝分析與控制的基本原理本章主要介紹以下內(nèi)容：⑴工藝設(shè)計的考慮因素，⑵工藝控制的方法，⑶與活性污泥工藝相關(guān)的操作問題，⑷活性污泥選擇器工藝。本章末尾所提供的信息應(yīng)用于分析和設(shè)計選擇性的活性污泥工藝。本章的很多公式都是由第七章推導而來，為了便于參考在此加以總結(jié)。工藝設(shè)計的考慮因素在活性污泥工藝的設(shè)計中，諸多因素必須考慮，例如⑴反應(yīng)器形式的選擇，⑵氧轉(zhuǎn)移的必要條件，⑶固體停留時間和負荷標準的選用，⑷污泥的產(chǎn)量，⑸氧的需求和轉(zhuǎn)移，⑹營養(yǎng)物質(zhì)的需求，⑺其它化學成分的需求，⑻生物固體的沉降特性，⑼選擇器的使用，⑽出水特性。反應(yīng)器類型的選擇活性污泥工藝的反應(yīng)器選擇需要考慮以下重要因素：⑴反應(yīng)動力學效果，⑵氧轉(zhuǎn)移條件，⑶污水的自然狀態(tài)，⑷當?shù)氐沫h(huán)境條件，⑸入流污水中的毒素核抑制劑存在情況，⑹成本，⑺預(yù)留未來污水處理的余地。表8-4對上述因素進行了總結(jié)。動力學關(guān)系如第七章所述，動力學關(guān)系用來決定生物量生長、底物的利用和說明工藝的性能。表8-5列出了重要的反應(yīng)動力學關(guān)系。其推到過程在第七章給予了闡述。固體停留時間和負荷標準的選擇各種活性污泥工藝之間的區(qū)別在于設(shè)計標準和運行參數(shù)的差異。但是，在固體停留時間、有機污染物量與活性污泥量的比值和有機物容積負荷率這三個參數(shù)卻都是相同的。其中固體停留時間之重要的設(shè)計和運行參數(shù)，有機污染物量和活性污泥量的比值和有機物容積負荷率在比較歷史數(shù)據(jù)和典型監(jiān)控的運行條件上發(fā)揮了重要作用。固體停留時間固體停留時間，在效果上代表了污泥存流于系統(tǒng)之中的平均時間。正如第七章所闡述，固體停留時間固體應(yīng)流時間是活性污泥最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，例如，固體停留時間能夠影響處理工藝、好氧反應(yīng)器容積、污泥產(chǎn)量和需氧量。對于BOD的去除，固體停留時間介于3至5小時，時間的差異取決于混合也得溫度。在18至25攝氏度之間時，單純的以BOD去除要求固體停留時間接近3小時，目的在于弱化硝化作用和降低相關(guān)的需氧量。為了控制硝化反應(yīng)，一些活性污泥的工廠吧固體停留時間控制在1小時或更短。在10攝氏度時，單純的BOD去除一般要求固體停留時間在5到6小時之間。表8-6總結(jié)了在不同處理方法中影響固體停留時間的溫度和其它因素。由于硝化過程的決定因素在于溫度，消化過程中選擇固體停留時間的設(shè)計就必須考慮到不同場所硝化率的差別，這些差別大多是由抑制物質(zhì)的存在造成的。在硝化過程的設(shè)計中，安全系數(shù)的采用延長了固體停留時間，而是間的長短取決于硝化反應(yīng)動力學和出流中氨氮的濃度。安全系數(shù)的采用有以下兩個原因：⑴為控制固體停留時間提供靈活性，⑵為承受凱氏氮的峰值負荷提供更多的硝化細菌。入流污水的凱氏氮濃度和負荷在歲每日的時段變化（根據(jù)處理廠的規(guī)模，負荷從平均值1.3到峰值的1.5式不常見的），另外凱氏氮濃度和負荷還受到生物固體在硝化和脫水過程中的回流量影響。通過增長固體停留時間設(shè)計值，硝化細菌總量增加到能夠滿足峰值負荷時的氨氮濃度，從而使出流水達到要求的氨氮濃度。一般來說，安全系數(shù)值等于峰值凱氏氮負荷與平均值凱氏氮負荷的比值。由于上述安全系數(shù)在使用采用保守值，在正常負荷時段的氨氮濃度一般偏低，它的凈效應(yīng)便是導致負荷出流中的氨氮濃度低于設(shè)計值。動態(tài)刺激模型的使用可以優(yōu)化設(shè)計固體停留時間值，使其在其在進水流量和凱氏氮濃度變化的情況下依然與目標得出水氨氮濃度相吻合。8-10節(jié)對這種穩(wěn)定狀態(tài)的解決辦法的建立給予了闡述，不少合理的設(shè)計都是基于它而產(chǎn)生的。表8-4懸浮生長器選擇所要考慮的基本因素因素描述反應(yīng)動力學效果兩種通常采用的反應(yīng)器是復雜混合反應(yīng)器和拴流式反應(yīng)器。從實踐的角度來講，實際運行的復雜混合反應(yīng)器和拴流式反應(yīng)器的水利停留時間是接近的。原因在于波讀出工藝的設(shè)計師由固體停留時間所決定的。為了保證很好的沉降性能，固體停留時間應(yīng)該大于BOD去除所需要的時間。對于硝化作用，得益于階段反應(yīng)器或拴流式反應(yīng)器的反應(yīng)動力學正在研究當中。除非有在拴流式容器首端的具有高度氧轉(zhuǎn)移效率的好氧設(shè)備來滿足高BOD去除率和硝化反應(yīng)速率。氧轉(zhuǎn)移要求歷史上來看，在傳統(tǒng)的拴流式好氧系統(tǒng)中，反應(yīng)器首端長長的不到足夠的氧氣供給。供氧的不足是我們對過姓污泥工藝進行了如下改進：⑴采用漸變曝氣來滿足氧氣需求，⑵當污水氧反應(yīng)器的長度分配時（通常在分界點），采用階段曝氣工藝，⑶在空氣均一分配，達到并超過需氧量時，采用復雜混合工藝。更好的選擇恭喜運行參數(shù)和曝氣設(shè)備、運行方式改進，可以克服很多過去氧轉(zhuǎn)移上的局限性。污水的自然狀態(tài)污水的自然狀態(tài)包括污水所有和污水倆源有關(guān)的特性，例如：生活污水、工業(yè)廢水、如流和滲透。在硝化工藝的運行中，堿度和PH只是重要的參數(shù)（見圖7）。因為，低PH值會阻礙生物的硝化作用（使絲狀菌大量繁殖），因此，PH值的調(diào)節(jié)就顯得尤為重要。另外，工業(yè)廢水的排放也會影響到低堿讀污水的PH值。地方的環(huán)境條件溫度是影響處理效果的重要的環(huán)境因素。因為，污水溫度的變化會影響生物反應(yīng)的速率。在硝化反應(yīng)設(shè)計中，溫度的影響尤為明顯。例如，預(yù)期的混合液溫度會影響到設(shè)計的固體停留時間。降雨的影響和地表滲流作為地方的因素也可能影響到流速和濃度組成。峰值流量會引起生物反應(yīng)器沒固體流失。毒素和抑制劑城市污水處理系統(tǒng)中通常要混合有許多工業(yè)污水，因此，就有了存在抑制劑的可能性。這些抑制劑會降低生物的消化反應(yīng)速率。當這種威脅存在時，實驗室中用可處理研究來評價硝化反應(yīng)動力學。如果把沖擊負荷和毒素的排除作為考慮的因素，那么，一個復雜混合反應(yīng)器就可以更容易的承受污水水質(zhì)的變化。因為，和拴流式反應(yīng)器相比，來水在反應(yīng)器內(nèi)部的分配并不均勻。這種復雜混合工藝已經(jīng)被廣泛安裝，尤其是在工業(yè)領(lǐng)域，來減輕沖擊負荷和毒素排放帶來的影響。成本建設(shè)和運行費用在選擇反應(yīng)容器類型和容積上是非常重要的考慮因素。因為，與之相關(guān)的沉淀設(shè)備是活性污泥系統(tǒng)中的有機組成部分，反應(yīng)器的選擇和固體分離設(shè)備必須作為整體的單元加以考慮。未來處理需要潛在的未來處理需求也會影響到現(xiàn)在處理工藝的選擇。例如，如果將來處理水回用，處理工藝就應(yīng)該選擇傾向于溢于脫氮和除流過濾的工藝。表8-6活性污泥處理系統(tǒng)中固體停留時間典型的最小變化幅度。處理目的固體停留時間幅度,天固體停留時間的影響因素城市污水中溶解性BOD的去除1-2溫度生活污水中有機物顆粒的轉(zhuǎn)化2-4溫度生活污水處理生物絮體的生成1-3溫度工業(yè)廢水處理生物絮體的生成3-5溫度/化合物完全的硝化作用3-18溫度生物除磷2-4溫度活性污泥的穩(wěn)定20-40溫度異型生物質(zhì)的化合物降解5-50溫度/特種菌/化合物有機污染物量與活性污泥量的比值有機污染物量和活性污泥量的比值是一種常被用于標志設(shè)計工藝和運行條件的工藝參數(shù)。文獻中常用的BOD有機污染物量活性污泥量比從0.04g底物/g微生物量d,到延時曝氣工藝的0.04g底物/g微生物量d的高速反應(yīng)。BOD有機污染物量活性污泥量比在基于固體停留時間設(shè)計的系統(tǒng)中的作用在于為前期的活性污泥系統(tǒng)設(shè)計和運行方式提供參考。有機物的容積負荷率我們通常將好氧曝氣池中每天產(chǎn)生BOD或COD的量作為有機物容積負荷率。有機物負荷以kgBOD/m3d或kgCOD/m3d為單位，數(shù)值上從0.3到3.0不等。有機物的容積負荷率這樣重要的參數(shù)一經(jīng)適用，即使混合也濃度、有機污染物量和活性污泥量的比值、固體停留時間（可以作為運行中的控制變量和設(shè)計參數(shù)）等參數(shù)都顯得不再重要。這種關(guān)系的精華之處正是在于，可以在處理城市污水過程中將抱起吃的容積降到極小。雖然有機物的容積負荷率還不能完全依靠這種重要參數(shù)預(yù)測出流水質(zhì)，但是它可以用于設(shè)計包括工業(yè)廢水處理和脫氮除磷工藝的污水處理構(gòu)筑物。高的有機物的容積負荷率回一般會導致在曝器系統(tǒng)中，單位曝氣池容積需要高大的氧