第四章废水处理2-46页PPT文档

第五次作业情况姓名成绩存在缺点金蕾良程雅芳优邵世云良廖建华良葛晓东良第二题没解完李寿辉没交陈鹏良第二题没解完温丽丽良夏莲珠优刘欣中第二题有错误叶鹏中第二题有错误孙玉霞优许楠优徐冰晔良刘小峰良第二题没解完张宇良曾明良于雪娜优鞠文学良第二题没解完作业问题计算所得到的亏氧值是根据污染物的排放条件、运用经验或理论公式“计算出来的”，即在此排污条件下其理论亏氧值是多少？当此计算值比饱和溶解氧还高时，说明污染物的排放已经远远超过了水体的自净能力，污染会十分严重。此时的DO值可以认为是“零”。第四章废水处理4.7二级处理单元过程4.7.1概述二级处理主要目的是去除一级处理出水中的溶解性BOD及悬浮固体。进行传统的好氧二级生物处理的条件是：有大量微生物；微生物与有机物之间接触良好；有提供充足的氧和维持其它需要的设施。可利用各种不同的方法来满足这些条件。其中最常用的方法有：滴滤池法；活性污泥法和氧化塘法。另一种应用原理同于滴滤池法和活性污泥法的方法：生物转盘法。4.7.2滴滤池法滴滤池是由石头、条板或塑料材料（介质）构成的滤床。废水由上向下流过滤床。最常设计的是1~3m深的简单砾石床。利用旋转布水器将水分散到石头表面。滤床直径可高达60m。废水滴流进入滤床时，微生物生长于石头表面形成一层固定生物膜。废水经过生物膜时其中的有机物与微生物接触，从而被去除。滴滤池并不是简单的过滤装置。砾石直径为5~100mm，它们之间的空隙太大无法截留固体物质。它们有巨大的表面积供微生物附着，通过利用水中有机物质使微生物在介质上生长并形成生物膜，以去除有机物。过度生长的微生物会从石头表面脱落，并从其缝间洗出，因此滴滤池出水需要经过沉淀池以将这些固体去除。这种沉淀池称为二沉池或最终沉淀池，以区别于一级处理的初沉池。在高有机负荷下，生物膜生长很快，已致于堵塞石头间的缝隙，造成溢流或整个系统失败。此外，因滤床中的空隙体积有限，限制了空气的流通和微生物所需的氧气供应量，使滴滤池的处理量受到限制。其它材料（如塑料波纹板，90m2/m3）已被广泛用做滤床的介质，以克服石头比表面积较小的缺点。一般石头滤池只有3m深，塑料介质滤池可达12m。滴滤池按水力负荷及有机负荷分类。水力负荷为每天每平方米滤池表面积所承受的废水体积（m3/d•m2）；有机负荷定义为每天每立方米滤池所承受的BOD5质量数[kg/d•m3]。滴滤池设计中最重要的是将部分出水返回滤池，称为回流。回流水与进水的比例称为回流率。对于石头介质，回流的作用主要有：（1）使废水再次接触微生物，以提高有机污染物的去除率；（2）减少24小时内的负荷变化；（3）提高进水DO；（4）改善滤床表面分布；（5）防止在夜间废水流入量很低时滤床上生物膜干化或微生物死亡。回流也应用于塑料介质滴滤池中，以提供微生物生存所需的润湿率。一般使水力负荷提高到最低润湿率以上时并不会增加BOD5的去除率。最小润湿率通常在25~60m/d范围内。二级滴滤池可以改善滴滤池性能，使一级出水中的污染物有更多时间接触微生物，从而使处理效果更好。在单级滤池或二级滤池系统中，废水经过第一级滤池的效率为：式中E1-经过第一级滤池，在20C下的BOD5去除部分，包括回流和沉淀；Q-废水流量，m3/s；Cin-进水BOD5，mg/L。；V-滤池体积，m3；F-回流因子。回流因子等于：式中R-回流率，Qr/Q；Qr-回流液流量；Q-废水流量。二级滤池的处理效率为：5.01)(12.411VFQCEin2)1.01(1RRF5.012)(112.411VFQCEEeE2-经过第一级滤池，在20C下的BOD5去除部分，包括回流和沉淀；E1-一级滤池BOD5去除部分；Ce-一级出水中BOD5浓度。NRC公式温度对处理效率的影响可用下式表示：Schulze方程：滴滤池中废水与微生物的接触时间与滤池深度成正比，而与水力负荷成反比：单位体积的平均生物膜量可近似表示为：C1/Dm其中m是经验常数，表示生物膜分布的指标。通常假设分布均匀，因此，m=0，C=1。=1.053T：C)20(20TTEEnAQCDt)/(C：单位体积的平均生物膜量D：滤池深度，mQ：水力负荷A：废水接触的滤池面积n：与滤池介质有关的经验常数Schulze-Velz方程，求得BOD去除率：不同温度下，K值可以用下列公式校正：Example:试求一直径35.0m，深1.5m滴滤池的出水BOD5。设水力负荷为150.0mg/L，速率常数为2.3(m/d)n/m，且n=0.67。Solution：首先计算滴滤池面积：A=(35.0)2/4=962.11m2水力负荷：Q/A=1900/962.11=1.97m3/(dm2)K：经验速率常数，(m/d)n/mS0,St分别为进水和出水的BOD,mg/L])/(exp[0ntAQKDSS)20(20TTKK用Schulze-Velz方程计算出水BOD5：将各数据代入方程之中，得到出水BOD5=16.8mg/L。4.7.3活性污泥法将废水与活性污泥（微生物）混合搅拌并曝气，使废水中的有机污染物分解，生物固体随后从已处理废水中分离，并可根据需要将部分污泥回流到曝气池中。微生物与有机物完全混合，微生物利用有机物为食物而生长。当微生物随空气的搅拌而混合在一起时，单个微生物就会凝聚而形成微生物团块（生物絮体），称谓活性污泥。实际上，废水不断流入曝气池，空气被注入池中以使活性污泥和废水混合，并向微生物提供氧气以去除有机物。])/(exp[0ntAQKDSS曝气池中活性污泥和废水的混合物称为混合液。混合液从曝气池流到二次沉淀池，以使活性污泥沉降下来。二次沉淀池中大部分的沉淀污泥又回流到曝气池中，以维持较高的微生物浓度，快速去除有机物。该工艺中污泥产生量通常多于需要量，多余的污泥排放到污泥处理系统中被进一步处置或利用。传统的活性污泥系统中，空气由曝气系统从曝气池底部注入。回流到曝气池中的污泥体积通常是废水流量的20%~30%。在活性污泥处理工艺中，每天需排出部分污泥量（称为废弃活性污泥）。如果排出过多的污泥，则混合液中微生物的浓度太低，无法有效处理废水；如果排出量太少，微生物就会累积到很高浓度，以致于从二次沉淀池中溢流出去，并最终进入到受纳水体中。微生物停留在系统中的平均时间，称为细胞停留时间（固体停留时间、污泥龄）。为了适应某些特殊的处理需要，人们提出了许多改进的活性污泥法。着重介绍完全混合式和传统推流式活性污泥法。（1）完全混合式活性污泥法其设计公式是应用质量平衡理论建立的方程式和描述微生物生长动力学的方程式。反应器的设计需要两个质量平衡：生物量和食物量（溶解性BOD5）。X,S,VQ,S0Q+QrQ-Qw,S,XeQr,S,Xr污泥回流X,S曝气池二沉池Qw,S,Xe在稳定状态下，生物量的质量平衡方程为：进水生物量-出水生物量-废弃生物量=累积生物量进水中的生物量是进水中微生物浓度（X0：用悬浮固体浓度表示）和流量（Q）的乘积。累积在曝气池中的生物量是池体积与描述微生物质量生长的Monod方程式的乘积：出水中的生物量是离开废水处理厂的已处理水的流量（Q-Qw）与二次沉淀池中未沉淀的微生物浓度（Xe）的乘积。离厂废水量并不等于进厂废水量，因为有部分微生物被排弃掉。废弃的生物量是废弃活性污泥中微生物浓度（Xr）和流量Qr的乘积。整个系统对于生物量的质量平衡方程为：)(XkSKSXVdsmrwewdsmXQXQQXkSKSXVQX)()(0式中X0-进入曝气池的微生物浓度（挥发性悬浮固体VSS），mg/L;V-曝气池体积，m3；S-曝气池和出水中溶解性BOD5浓度，mg/L；X-曝气池中微生物浓度（混合液挥发性悬浮固体MLVSS），mg/L；Qw-排弃污泥量，m3/d；Xe-二次沉淀池出水中微生物浓度（VSS），mg/L；Xr-排弃污泥中微生物浓度（VSS），mg/L。在稳定状态下，食物（溶解性BOD5）的质量平衡方程可写为：进水食物量-出水食物量-食物消耗量-废弃污泥中食物量=0进水食物量是进水中溶解性BOD5浓度S0与废水流量Q的乘积。曝气池中食物消耗量是曝气池体积V与食物利用率的乘积：出水食物量是离厂处理水流量（Q-Qw）与出水溶解性BOD5浓度（S）的成绩。S与曝气池中的浓度相同。))((SKYSXVsm因BOD5是溶解性的，所以不会在二沉池因沉降而减少，因此流入沉淀池和流出沉淀池的水中BOD5浓度也是相同的。废弃污泥中的食物量是进水中溶解性BOD5浓度（S）与废弃污泥流量（Qr）的乘积。系统的食物量平衡方程在稳定状态下可表示为：为了推导实用的设计方程式，做如下假设：（1）与曝气池中的生物浓度相比，进水与出水中的生物浓度可以忽略，即X0和Xe都比X小得多；（2）根据完全混合系统的定义，进水食物浓度立即被稀释为曝气池中的浓度；（3）所有反应均在完全混合系统内发生。SQSQQSKYSXVQSwwsm)())((0由第一条假设可以将生物量平衡方程简化为：将该方程重排为Monod方程的形式：系统的食物量平衡方程也化为Monod方程的形式：由以上两式得到：公式的物理意义：V/Q=水力停留时间；VX/QwXr=c平均细胞停留时间。rwdsmXQXkSKSXV)(drwsmkVXXQSKS)(0SSVXQYSKSsm)(0SSVXQYkVXXQdrw如果出水中生物浓度不能忽略，则必须对上面的c表达式进行校正：只要知道c就可以得到出水中溶解性BOD5浓度（S）：典型的微生物生长系数值列于下表：ewrwcXQQXQVX)(1)()1(dmccdskkKS数值系数单位范围典型值Ksmg/LBOD525~10060kdd-10.025~0.0750.06md-12~105YmgVSS/mgBOD50.4~0.80.6值得注意的是：离开系统的溶解性BOD5浓度只受平均细胞停留时间的影响而不受进入曝气池中的BOD5量或水力停留时间的影响。强调：S为溶解性BOD5的浓度，部分在二沉池中未沉降的悬浮固体也会增加受纳水体的BOD5。因此在下式中：求解S及c之前应先估算悬浮固体的BOD5量，从出水总BOD5量中减去悬浮固体的BOD5量，得到S：S=出水总BOD5量-悬浮固体的BOD5量从可以简化得到：因此，曝气池中微生物浓度是平均细胞停留时间、水利停留时间及进水与出水浓度差的函数。1)()1(dmccdskkKS)(0SSVXQYkVXXQdrw)1()(0cdckSSYX（2）带循环的推流式反应器推流式反应器可看作一系列串联的反应器。虽然理想的推流很难实现，但许多长而窄的曝气池用推流模型来分析比用完全混流模型更合适。推流系统的动力学模型很难从基本的质量平衡方程导出。利用两个简化假设，Lawrence&McCarty提出了一个有用的设计方程：（1）流入曝气池和流出曝气池的水中微生物浓度大致相同，此假设在c/5时成立；（2）当废水经过曝气池时，溶解性BOD5的利用率为：SKSXrsavgmuXavg：曝气池中平均微生物浓度。根据上述假设推导得到的设计方程为：式中，-回流率，Qr/Q；Si-循环水稀释后的曝气池进水浓度，Si=(S0+S)/(1+),mg/L。Example:某厂计划将其一级水处理厂升级为二级水处理厂，以达到30.0mg/LBOD5及30.0mg/LSS的出水标准。选择完全混合式活性污泥系统。假设SS中BOD5等于SS浓度的63%，试估算曝气池所需体积。现有一级处理厂的出水特性：流量=0.15m3/s，BOD5=84.0mg/L。假设生长系数值为：Ks=100mg/LBOD5;m=2.5d-1;kd=0.050d-1;Y=0.50mgV