活性污泥系统(二).ppt

第二十讲 活性污泥系统（二）第一节 曝气的原理 第二节 曝气的方法与设备 第三节 活性污泥法的运行方式第一节 曝气的原理n曝气的作用：供氧、搅拌n曝气的方式：鼓风曝气、机械表面曝气n曝气的原理与过程：需氧、供氧、（供）曝气；标准供氧量与实际供氧量鼓风曝气机械表面曝气 一、曝气的原理与过程：气泡细胞BODDOCO2/H2O空气 O221% N279%压力、 气量供氧：FICK定律 与双膜理论、KLa需氧:曝气：供气(实际废水)O279% DO=1~2mg/L供氧与需氧供氧与供气实际与标准曝气设备： 标准状态下 供气量、阻力一、曝气的原理与过程：供氧＝需氧 曝气EA＝供气EA =供氧氧的利用率（EA）：又称氧转移效率，是指通过鼓风曝气系统 转移到混合液中的氧量占总供氧量的百分比（%）O221% N279%O279%，则氮含量为(100- Ot )%O2的平衡:N2的平衡:一、曝气的原理与过程：实际供氧量＝？ 标准供氧量标准供氧量即曝气设备的技术指标：标准状态下测定，即：1atm，20C，清水实际供氧量即曝气池实际运行时所需的供氧量：实际状态下，即：实际大气压与曝气头安装水深，实际水温，实际的废水水质二、Fick定律n氧的传递是一个扩散过程曝气过程中，空气中的氧从气相中被转移或传递 到废水的液相中，是一个氧在气液两相之间的扩散过 程，即气相中的氧通过气液界面扩散到液相主体中。

n扩散过程的基本定律——Fick定律；n Fick定律认为：扩散过程的推动力是物质在界面 两侧的浓度差，被扩散的物质分子会从浓度高的一侧 向浓度低的一侧扩散、转移二、Fick定律式中：vd ——物质的扩散速率，即单位时间内单位断面上通过的物质的量 ；DL ——扩散系数，表示物质在某种介质中的扩散能力，主要取决于扩散物质和介质的特性及温度；C ——物质浓度；y ——扩散过程的长度dC/dy ——浓度梯度，即单位长度上的浓度变化值物质的扩散速率与浓度梯度呈正比关系二、Fick定律如果以M表示在单位时间t内通过界面扩散的物质数量， 以A表示界面面积，则有：三、氧转移的“双膜理论”边界层紊流紊流层流层流ygCLCiPiPg液膜气膜气 相 主 体液 相 主 体yl对流扩散对流扩散分子扩散•对于难溶于水的 氧来说，分子扩散 的阻力大于对流扩 散，传质的阻力主 要集中在气膜和液 膜上； •在气膜中存在着 氧分压梯度，而液 膜中同样也存在着 氧的浓度梯度，由 此形成了氧转移的 推动力1923年，Lewis 反之，则升高影响饱和影响饱和DODO浓度浓度C Cs s鼓风曝气系统中鼓风曝气系统中C Csmsm的计算的计算不同温度下，蒸馏水中的饱和溶解氧浓度水温（C）012345678910饱和溶解氧 （mg/l）14.6214.2313.8413.4813.1312.8012.4812.1711.8711.5911.33水温（C）1112131415161718192021饱和溶解氧 （mg/l）11.0810.8310.6010.3710.159.959.749.549.359.178.99水温（C）222324252627282930饱和溶解氧 （mg/l）8.838.638.538.388.228.077.927.777.63鼓风曝气系统Csm的计算n 由于曝气装置安装在水面以下，其Cs值以扩散装置出口和混合液表 面两处饱和溶解氧浓度的平均值Csm计算，即： 式中Ot——从曝气池逸出气体中含氧量的百分率，%； EA——氧利用率，%，一般在6%25%之间；Pb——安装曝气装置处的绝对压力，可以按下式计算： P——曝气池水面的大气压力，P＝1.013×105 Pa；H——曝气装置距水面的距离，m。

2、氧转移速率的计算：标准氧转移速度（R0）：水温为T，压力为P条件下的废水中的实际氧转移速率（R）， 则需对上式加以修正，需引入各项修正系数，即：一般，R0/R = 1.3  1.63、供气量的计算：氧转移效率式中 ：EA——氧转移效率，一般以百分比表示；OC——供氧量，kgO2/h；21%——氧在空气中的百分比；1.331——20C时氧的容重，kg/m3；Gs ——供氧量，m3/h3、供气量的计算：供气量Gs对于鼓风曝气系统，各种曝气装置的EA值是制造厂家通 过清水试验测出的，随产品向用户提供；对于机械曝气系统，按式（24）求出的R0值，又称为充 氧能力，厂家也会向用户提供其设备的R0值4、曝气系统设计的一般程序：A．鼓风曝气系统：求风量即供气量：求得需氧速率O2根据供氧速率 =需氧速率，则有：R=O2求取标准氧转移速率R0：Gs’ (m3/min)4、曝气系统设计的一般程序：求要求的风压（风机出口风压）：根据管路系统的沿程阻力、局部阻力、静水压力 再加上一定的余量，得到所要求的最小风压根据风量与风压选择合适的风机 B．机械曝气系统设计的一般程序：充氧能力R0的计算：求得需氧量O2R=O2根据R0值选配合适的机械曝气设备。

[例题]一个城市污水处理厂，设计流量Q＝10000m3/d，一级 处理出水BOD5＝150mg/l，采用活性污泥法处理， 处理水BOD515mg/l采用中微孔曝气盘作为曝气 装置曝气池容积V＝3000m3，Xr=2000mg/l， EA=10%,曝气池出口处溶解氧Cl =2mg/l，水温 T=250C，曝气盘安装在水下4.5m处 有关参数为：a’=0.5, b’= 0.1, =0.85, =0.95， =1.0求：(1)采用鼓风曝气时，所需的供气量Gs（m3/min）(2)采用表面机械曝气器时的充氧量R0(kgO2/h)[解]：A．鼓风曝气系统 (1)计算需氧量：2)计算20C和25  C时曝气池内饱和DO的平均值：①曝气装置出口处的压力Pb：②气泡逸出曝气池表面时，氧含量：查表得20C和25C时的饱和溶解氧浓度分别为：Cs(20)=9.17mg/L; Cs(25)=8.38mg/L; 有：（3）标准供氧速率R0： （4）按式（27）计算供气量： B. 机械曝气器求充氧能力R0： 第二节 曝气的方法与设备一、曝气设备1．曝气装置的分类 曝气装置，又称为空气扩散装置，是活性污泥处理 系统的重要设备，按曝气方式可以将其分为鼓风曝气装置和表面（机 械）曝气装置两种。

衡量曝气设备的技术性能指标n氧的利用率（EA）：又称氧转移效率，是指通过 鼓风曝气系统转移到混合液中的氧量占总供氧量的 百分比（%） ；n充氧能力（R0）：通过表面机械曝气装置在单位 时间内转移到混合液中的氧量（kgO2/h） ；n动力效率（Ep）：每消耗1度电转移到混合液中的 氧量（kgO2/kw.h） 2．鼓风曝气装置n鼓风曝气系统由鼓风机、空气输送管道以及曝 气装置所组成n鼓风曝气装置可分为：Ø（微）小气泡型——微孔曝气头Ø中气泡型Ø大气泡型Ø水力剪切型Ø水力冲击型a.（微）小气泡型曝气装置n由微孔透气材料（陶土、氧化铝、氧化硅或尼龙等）制成 的扩散板、扩散盘和扩散管等；n气泡直径在2mm以下（在200m以下者，为微孔）；nEA = 1525%， EP = 2 kgO2/kw.h以上；n缺点：易堵塞，空气需经过滤处理净化，扩散阻力大扩散管 扩散板正常位置提升位置b.中气泡型曝气装置——气泡直径为26mm①穿孔管：n钢管或塑料管，管径2550mm；n在管下部两侧呈45开孔，孔眼直径35mm，间 距50100mm；n不易堵塞，构造简单，阻力小；n氧利用率(EA)低，一般为46%；n动力效率(EP)可达12 kgO2/kw.h；n多用于浅层曝气法，动力效率可达 2 kgO2/kw.hb.中气泡型曝气装置②新型中气泡型曝气装置：n气泡直径接近于小气泡；n不易堵塞，布气均匀，空气不需过滤处理；n氧利用率高（1215%），动力效率也高（2.73.7 kgO2/kw.h）；n构造简单，维护管理方便；n单个服务面积为0.5m2左右。

c.水力剪切型空气扩散装置n利用装置本身的构造特点，产生水力剪切作用 ，将大气泡切割成小气泡，增加气液接触面积 ，达到提高效率的目的①倒盆形曝气器 n空气由上部进入，由壳体和橡胶板之间的缝隙向四周 喷出，由于水力剪切作用，气泡变小；n停止曝气时，借助橡胶板的回弹力，缝隙自动封闭， 可以防止污泥倒灌nEA=6 ~ 9%，Ep=1.5 ~ 2.5 kgO2/kw.h②固定螺旋曝气器 n由圆形外壳和固定在内部的螺旋叶片组成，每个螺旋 叶片的旋转角为180，相邻叶片的旋转方向相反；n空气由底部进入，向上流动，产生提升作用，使混合 液循环流动；n空气泡在上升过程中，被叶片反复切割，形成小气泡 ；n阻力小，搅拌力强，EA（810%）；n分为固定单螺旋、双螺旋、三螺旋等d.水力冲击型曝气器n射流曝气：分为自吸式和供气式n自吸式射流曝气器由压力管、喷嘴、吸气管、 混合室和出水管等组成；nEA = 20%;l 噪音小，无需鼓风机房；l 一般适用于小规模污水厂4．机械曝气装置——又称表面曝气装置n曝气的原理：①水跃——曝气机转动时，表面的混合液不断地从周边被抛 向四周，形成水跃，液面被强烈搅动而卷入空气；②提升——曝气机具有提升作用，使混合液连续地上下循环 流动，不断更新气液接触界面，强化气、液接触；③负压吸气——曝气器的转动，使其在一定部位形成负压区 ，而吸入空气。

表面曝气装置的分类n竖轴式表面曝气装置n横轴式表面曝气装置竖轴式机械曝气装置n泵型叶轮曝气器nK型叶轮曝气器n倒伞型叶轮曝气器n平板型叶轮曝气器①泵型叶轮曝气器n呈双曲线形；n浸没深度为010mm；n线速度为45m/s② K型叶轮曝气器n由圆锥形壳体及连接 在外表面的叶片所组 成；n转速在 3060r/min；n动力效率为22.5 kgO2/kw.h③倒伞型叶轮曝气器卧轴式机械曝气器n主要有曝气转刷和曝气转盘，也称曝气转碟；n主要应用于氧化沟；n调节方便、维护简易、动力效率较高第三节 活性污泥法的运行方式•1)传统活性污泥法；•2)完全混合活性污泥法；•3)阶段曝气活性污泥法；•4)吸附—再生活性污泥法；•5)延时曝气活性污泥法；•6)高负荷活性污泥法；•7)纯氧曝气活性污泥法；•8)浅层低压曝气活性污泥法；•9)深水曝气活性污泥法；•10)深井曝气活性污泥法回流污泥二次 沉淀池废水曝气池初次 沉淀池出水空气剩余活性污泥Q\SiV\XQw\X\SeQ-Qw\Xe\SeQr\Xr\SeQ+Qr\X\Se一、传统活性污泥法：1)工艺流 程:一、传统活性污泥法：平面图剖面图 曝气头曝气设备隔墙空气管沟一、传统活性污泥法：n供氧速率与需氧速率曝气池长度供氧速率需氧速率曲线需氧量微孔曝气头一、传统活性污泥法：n主要优点：a. 处理效果好：BOD5的去除率可达90~95%；b. 对废水的处理程度比较灵活，可根据要求进行调节 。

n4)主要问题：a. 为了避免池首端形成厌氧状态，不宜采用过高的 有机负荷，因而池容较大，占地面积较大；b. 在池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象 ，会浪费了动力费用；c. 对冲击负荷的适应性较弱传统活性污泥法设计参数容积负荷 (kgBOD5/m3.d) 0.30.6MLSS (mg/l) 15003000回流比 (%) 2550污泥负荷 (kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.4污泥龄c(d)515MLVSS (mg/l)12002400曝气时间HRT (h)48BOD5去除率 (%)8595二、完全混合活性污泥法n工艺流程回流污泥二次 沉淀池废水曝气池初次 沉淀池出水空气剩余活性污泥完全混合曝气池二、完全混合活性污泥法n主要特点： a. 可以方便地通过对F/M的调节，使反应器内的 有机物降解反应控制在最。