【環(huán)境課件】水污染控制工程

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1、水污染控制工程目 錄第一篇 污水的物理化學處理方法第一章 緒論第二章 水體的自凈及水污染控制的基本方法、工藝流程第三章 混凝第四章 沉淀與澄清第五章 過濾第六章 消毒第七章 氣浮第八章 氧化還原第九章 膜分離第十章 其他物化方法第十一章 水的軟化與除鹽第十二章 循環(huán)水的冷卻和穩(wěn)定第二篇 污水的生物處理方法第一章 概述第二章 好氧生物處理（原理與工藝）第三章 厭氧生物處理第四章 營養(yǎng)元素的生物去除第五章 天然條件下的生物處理第六章 污泥的處理與處置主要參考書目：1）水處理工程，第一版，顧夏聲等，清華大學出版社，19852)現(xiàn)代廢水生物處理新技術，錢易等，中國科技出版社，19933）排水工程，第三

2、版，張自杰等，中國建筑工業(yè)出版社，19964）水污染治理工程，黃銘榮、胡紀萃，高教出版社，19955）廢水生物處理數(shù)學模型，第二版，顧夏聲，清華大學出版社，19956）水處理微生物學，第三版，顧夏聲等，中國建筑工業(yè)出版社，1998第一章 概述1.1 生物處理的目的和重要性廢水生物處理的目的：1) 絮凝和去除廢水中不可自然沉淀的膠體狀固體物；2) 穩(wěn)定和去除廢水中的有機物；3) 去除營養(yǎng)元素氮和磷。廢水生物處理的重要性：1)城市污水中約有60%以上的有機物只有用生物法去除才最經(jīng)濟；2)廢水中氮的去除一般來說只有依靠生物法；3)目前世界上已建成的城市污水處理廠有90%以上是生物處理法；4)大多數(shù)工

3、業(yè)廢水處理廠也是以生物法為主體的。微生物在廢水生物處理中主要有三個作用：1)去除有機物（以COD或BOD5表示），去除其它無機營養(yǎng)元素如N、P等；2)絮凝沉淀和降解膠體狀固體物；3)穩(wěn)定有機物。微生物代謝過程簡介：有機物微生物新的細胞物質(zhì)CO2、H2O生物殘渣內(nèi)源呼吸分解合成微生物代謝所需要的幾個基本要素：能源；碳源；無機營養(yǎng)元素N、P、S、K、Ca、Mg等；有時還需要一些特殊的有機營養(yǎng)物（也稱生長因子，如維生素、生物素等）廢水生物處理中涉及的微生物代謝過程主要有：化能異養(yǎng)型代謝；化能自養(yǎng)型代謝；光合異養(yǎng)型代謝；光合自養(yǎng)型代謝。生物處理中的重要微生物細菌：細菌包括了真細菌(eubacteria

4、)和古細菌(archaebacteria)；是廢水生物處理工程中最主要的微生物；根據(jù)需氧情況不同：好氧細菌、兼性細菌和厭氧細菌；根據(jù)能源碳源利用情況的不同：光合細菌光能自養(yǎng)菌、光能異養(yǎng)菌；非光合細菌化能自養(yǎng)菌、化能異養(yǎng)菌；根據(jù)生長溫度的不同：低溫菌(-10C15 C)、中溫菌(15 C 45 C)和高溫菌(45 C)真菌：真菌的三個主要特點：1)能在低溫和低pH值的條件生長；2)在生長過程中對氮的要求較低（是一般細菌的1/2）；3)能降解纖維素。真菌在廢水處理中的應用：1)處理某些特殊工業(yè)廢水；2)固體廢棄物的堆肥處理原生動物、后生動物：原生動物主要以細菌為食；其種屬和數(shù)量隨處理出水的水質(zhì)而變

5、化，可作為指示生物。后生動物以原生動物為食；也可作為指示生物。1.2 生物處理法在廢水處理中的地位有機物在廢水中的存在形式及其主要去除方法：顆粒狀有機物(1mm)：可以采用機械沉淀法進行去除的顆粒物；膠體狀有機物(1nm100nm)：不能采用機械沉淀法進行去除的較小的有機顆粒物；溶解性有機物(40C 或 10C后，會有不利影響。3)營養(yǎng)物質(zhì)：細胞組成中，C、H、O、N約占9097%其余310%為無機元素，主要的是P。生活污水一般不需再投加營養(yǎng)物質(zhì)；而某些工業(yè)廢水則需要， 一般對于好氧生物處理工藝，應按BOD : N : P = 100 : 5 : 1 投加N和P。其它無機營養(yǎng)元素：K、Mg、C

6、a、S、Na等；微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；4) pH值：一般好氧微生物的最適宜pH在6.58.5之間；pH 4.5時，真菌將占優(yōu)勢，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動也會影響混合液的pH值。5)有毒物質(zhì)（抑制物質(zhì)）主要有：重金屬 蛋白質(zhì)的沉淀劑（變性；與-SH結合而失活） 氰化物； H2S； 鹵族元素及其化合物 酚、醇、醛 使蛋白質(zhì)變性或脫水 染料等；活性污泥系統(tǒng)中有毒物質(zhì)的最高允許濃度：有毒物質(zhì)允許濃度有毒物質(zhì)允許濃度銅化合物(以Cu計)0.51.0苯10鋅化合物(以Zn計)513氯苯10鎳化合物(以Ni計)2對苯二酚15鉛化合物(以Pb計)1.0間苯二酚450銻化合

7、物(以Sb計)0.2鄰苯二酚100鎘化合物(以Cd計)15間苯三酚100釩化合物(以V計)5鄰苯三酚100銀化合物(以Ag計)0.25苯胺100鉻化合物(以Cr計)25二硝基甲苯12 (以Cr3+計)2.7甲醛160 (以Cr6+計)0.5乙醛1000硫化物(以S2-計)525二甲苯7 (以H2S計)20甲苯7氫氰酸氰化鉀18氯苯10硫氰化物36吡啶400砷化合物(以As3+計)0.72.0烷基苯磺酸鹽15汞化合物(以Hg計)0.5甘油56）有機負荷率：污水中的有機物本來是微生物的食物，但太多時，也會不利于微生物。7）氧化還原電位：好氧細菌： +300 400 mV， 至少要求大于+100 m

8、V。 厭氧細菌： 要求小于+100 mV，對于嚴格厭氧細菌，則-100 mV，甚至2.2)，所以有機底物非常豐富，營養(yǎng)物質(zhì)不是微生物增殖的控制因素；(1) 微生物的增長速率與基質(zhì)濃度無關，呈零級反應，它僅由微生物本身所特有的最小世代時間所控制，即只受微生物自身的生理機能的限制；(2) 微生物以最高速率對有機物進行攝取，也以最高速率增殖，而合成新細胞；(3) 此時的活性污泥具有很高的能量水平，其中的微生物活動能力很強，導致污泥質(zhì)地松散，不能形成較好的絮凝體，污泥的沉淀性能不佳；(4) 活性污泥的代謝速率極高，需氧量大；(5) 一般不采用此階段作為運行工況，但也有采用的，如高負荷活性污泥法。l 減

9、速增長期:(1) F/M值下降到一定水平后，有機底物的濃度成為微生物增殖的控制因素；(2) 微生物的增殖速率與殘存的有機底物呈正比，為一級反應；(3) 有機底物的降解速率也開始下降；(4) 微生物的增殖速率在逐漸下降，直至在本期的最后階段下降為零，但微生物的量還在增長；(5) 活性污泥的能量水平已下降，絮凝體開始形成，活性污泥的凝聚、吸附以及沉淀性能均較好；(6) 由于殘存的有機物濃度較低，出水水質(zhì)有較大改善，并且整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定；(7) 一般來說，大多數(shù)活性污泥處理廠是將曝氣池的運行工況控制在這一范圍內(nèi)的。l 內(nèi)源呼吸期:（1）內(nèi)源呼吸的速率在本期之初首次超過了合成速率，因此從整體上來說，活

10、性污泥的量在減少，最終所有的活細胞將消亡，而僅殘留下內(nèi)源呼吸的殘留物，而這些物質(zhì)多是難于降解的細胞壁等；（2）污泥的無機化程度較高，沉降性能良好，但凝聚性較差；有機物基本消耗殆盡，處理水質(zhì)良好；（3）一般不采用這一階段作為運行工況，但也有采用，如延時曝氣法。4、活性污泥增殖規(guī)律的應用：(1) 活性污泥的增殖狀況，主要是由F/M值所控制；(2) 處于不同增長期的活性污泥，其性能不同，處理出水的水質(zhì)也不同；(3) 可以通過調(diào)整F/M值，來調(diào)控曝氣池的運行工況，以達到所要求的出水水質(zhì)和活性污泥的良好性能；(4) 推流式： 一段線段； 完全混合式： 一個點5、有機物降解與微生物增殖： 活性污泥微生物增

11、殖是微生物增殖和自身氧化(內(nèi)源呼吸)兩項作用的綜合結果，所以，微生物的凈增殖速率為： 式中：活性污泥微生物的凈增殖速率（）； 活性污泥微生物的合成速率； 降解每所產(chǎn)生的值，即產(chǎn)率系數(shù)（）； 活性污泥微生物自身氧化速率； 每每日自身氧化的數(shù)，即自身氧化系數(shù)（）； 。因此，活性污泥微生物增殖的基本方程式: 積分后，得出活性污泥微生物在曝氣池內(nèi)每日得凈增長量為: 式中: 每日污泥增長量(),； ； 每日處理廢水量()； 進水濃度(或)； 出水濃度(或)。l 的經(jīng)驗值：(1) 對于生活污水活與之性質(zhì)相近的工業(yè)廢水，；(2) 幾種工業(yè)廢水的值:廢水合成纖維廢水0.380.10含酚廢水0.550.13制漿

12、與造紙廢水0.760.016制藥廢水0.77釀造廢水0.93亞硫酸漿粕廢水0.550.13l 通過小試求得：將上式改寫為: 6、有機物降解與需氧: 微生物的代謝需要氧：(1)需要將一部分有機物氧化分解； (2)也需要對自身細胞的一部分物質(zhì)進行自身氧化。 需氧量: 式中曝氣池混合液的需氧量，； 代謝每所需的氧量，； 每每天進行自身氧化所需的氧量，。 上式可改寫成: 或 其中: 單位重量污泥的需氧量，； 去除每的需氧量，。l 值的確定:(1) 活性污泥法處理城市污水時的和值:運行方式DO2ab完全混合式0.71.10.420.11生物吸附法0.71.1傳統(tǒng)曝氣法0.81.1延時曝氣法1.41.80

13、.530.188(2)幾種工業(yè)廢水的值:廢水a(chǎn)b石油化工廢水0.750.16合成纖維廢水0.550.142含酚廢水0.56制漿與造紙廢水0.380.092制藥廢水0.350.354釀造廢水0.93漂染廢水0.50.60.065煉油廢水0.550.12亞硫酸漿粕廢水0.400.185(3)試驗法:將上述方程式改寫成: 7、活性污泥凈化反應過程:BOD吸附降解曝氣過程在活性污泥處理系統(tǒng)中，有機底物從廢水中被去除的實質(zhì)就是有機底物作為營養(yǎng)物質(zhì)被活性污泥微生物攝取、代謝與利用的過程，這一過程的結果是污水得到了凈化，微生物獲得了能量而合成新的細胞，活性污泥得到了增長。 一般將這整個凈化反應過程分為三個階

14、段：初期吸附；微生物代謝；活性污泥的凝聚、沉淀與濃縮初期吸附: 在活性污泥系統(tǒng)內(nèi)，在污水開始與活性污泥接觸后的較短時間(1030min)內(nèi)，由于活性污泥具有很大的表面積因而具有很強的吸附能力，因此在這很短的時間內(nèi)，就能夠去除廢水中大量的呈懸浮和膠體狀態(tài)的有機污染物，使廢水的BOD5值(或COD值)大幅度下降。但這并不是真正的降解，隨著時間的推移，混合液的BOD5值會回升（由于胞外水解酶將吸附的非溶解狀態(tài)的有機物水解成為溶解性小分子后，部分有機物又進入污水中使BOD值上升。此時，活性污泥微生物進入營養(yǎng)過剩的對數(shù)增殖期，能量水平很高，微生物處于分散狀態(tài)，污水中存活著大量的游離細菌，也進一步促使BO

15、D值上升 ），再之后，BOD5值才會逐漸下降（活性污泥微生物進入減速增殖期和內(nèi)源呼吸期，BOD值又行緩慢下降）?；钚晕勰辔阶饔玫拇笮∨c很多因素有關:1）廢水的性質(zhì)、特性：對于含有較高濃度呈懸浮或膠體狀態(tài)的有機污染物的廢水，具有較好的效果；2)活性污泥的狀態(tài)：在吸附飽和后應給以充分的再生曝氣，使其吸附功能得到恢復和增強，一般應使活性污泥微生物進入內(nèi)源代謝期。2.2.1.4 活性污泥系統(tǒng)的主要運行方式迄今為止，在活性污泥法工程領域，應用著多種各具特色的運行方式。主要有以下幾種：（一）傳統(tǒng)活性污泥法：1)主要優(yōu)點：a.處理效果好：BOD5的去除率可達90-95%；b.對廢水的處理程度比較靈活，可根

16、據(jù)要求進行調(diào)節(jié)。2)主要問題：a.為了避免池首端形成厭氧狀態(tài)，不宜采用過高的有機負荷，因而池容較大，占地面積較大；b.在池末端可能出現(xiàn)供氧速率高于需氧速率的現(xiàn)象，會浪費了動力費用；c.對沖擊負荷的適應性較弱。（二）完全混合活性污泥法1）主要特點：a.可以方便地通過對F/M的調(diào)節(jié)，使反應器內(nèi)的有機物降解反應控制在最佳狀態(tài)；b.進水一進入曝氣池，就立即被大量混合液所稀釋，所以對沖擊負荷有一定的抵抗能力；c.適合于處理較高濃度的有機工業(yè)廢水。d.問題：微生物對有機物的降解動力低，易產(chǎn)生污泥膨脹；處理水水質(zhì)較差。2）主要結構形式：a.合建式（曝氣沉淀池）：b.分建式（三）階段曝氣活性污泥法又稱分段進水

17、活性污泥法或多點進水活性污泥法 工藝流程主要特點：a.廢水沿池長分段注入曝氣池，有機物負荷分布較均衡，改善了供養(yǎng)速率與需氧速率間的矛盾，有利于降低能耗；b.廢水分段注入，提高了曝氣池對沖擊負荷的適應能力。c.混合液中的活性污泥濃度沿池長逐步降低，出流混合液的污泥較低，減輕二次沉淀池的負荷，有利于提高二次沉淀池固、液分離效果。（四）吸附再生活性污泥法又稱生物吸附法或接觸穩(wěn)定法。主要特點是將活性污泥法對有機污染物降解的兩個過程吸附、代謝穩(wěn)定，分別在各自的反應器內(nèi)進行。1)主要優(yōu)點：a.廢水與活性污泥在吸附池的接觸時間較短，吸附池容積較小，再生池接納的僅是濃度較高的回流污泥，因此，再生池的容積也是小

18、的。吸附池與再生池容積只和仍低于傳統(tǒng)法曝氣池的容積，建筑費用較低；b.具有一定的承受沖擊負荷的能力，當吸附池的活性污泥遭到破壞時，可由再生池的污泥予以補充。2)主要缺點：對廢水的處理效果低于傳統(tǒng)法；對溶解性有機物含量較高的廢水，處理效果更差。（五）延時曝氣活性污泥法完全氧化活性污泥法1)主要特點：a.有機負荷率非常低，污泥持續(xù)處于內(nèi)源代謝狀態(tài)，剩余污泥少且穩(wěn)定，勿需再進行處理；b.處理出水出水水質(zhì)穩(wěn)定性較好，對廢水沖擊負荷有較強的適應性；c.在某些情況下，可以不設初次沉淀池。2)主要缺點：池容大、曝氣時間長，建設費用和運行費用都較高，而且占地大；一般適用于處理水質(zhì)要求高的小型城鎮(zhèn)污水和工業(yè)污水

19、，水量一般在1000m3/d以下。（六）高負荷活性污泥法又稱短時曝氣法或不完全曝氣活性污泥法主要特點：有機負荷率高，曝氣時間短，對廢水的處理效果較低；在系統(tǒng)和曝氣池的構造等方面與傳統(tǒng)法相同。（七）純氧曝氣活性污泥法主要特點：a.純氧中氧的分壓比空氣約高5倍，純氧曝氣可大大提高氧的轉移效率；b.氧的轉移率可提高到80-90%，而一般的鼓風曝氣僅為10%左右；c.可使曝氣池內(nèi)活性污泥濃度高達40007000mg/l，能夠大大提高曝氣池的容積負荷；d.剩余污泥產(chǎn)量少，SVI值也低，一般無污泥膨脹之慮。（八）淺層低壓曝氣法又稱Inka曝氣法1)理論基礎：只有在氣泡形成和破碎的瞬間，氧的轉移率最高，因此

20、，沒有必要延長氣泡在水中的上升距離；2)其曝氣裝置一般安裝在水下0.80.9米處，因此可以采用風壓在1米以下的低壓風機，動力效率較高，可達1.802.60kgO2/kw.h；3)其氧轉移率較低，一般只有2.5%；4)池中設有導流板，可使混合液呈循環(huán)流動狀態(tài)。（九）深水曝氣活性污泥法1)主要特點：a.曝氣池水深在78m以上，b.由于水壓較大，氧的轉移率可以提高，相應也能加快有機物的降解速率；c.占地面積較小。2)一般有兩種形式：a.深水中層曝氣法（空氣擴散裝置設在深4m左右處）； b.深水深層曝氣法（空氣擴散裝置仍設于池底部）。（十）深井曝氣活性污泥法又稱超深水曝氣法1)工藝流程：一般平面呈圓形

21、，直徑約介于16m，深度一般為50150m。2)主要特點：a.氧轉移率高，約為常規(guī)法的10倍以上；b.動力效率高，占地少，易于維護運行；c.耐沖擊負荷，產(chǎn)泥量少；d.一般可以不建初次沉淀池；e.但受地質(zhì)條件的限制。各種活性污泥法的設計參數(shù)(處理城市污水,僅為參考值)設計參數(shù)傳統(tǒng)活性污泥法完全混合活性污泥法階段曝氣活性污泥法BOD5SS負荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.40.20.60.20.4容積負荷(kgBOD5/m3.d)0.30.6082.00.61.0污泥齡(d)515515515MLSS(mg/l)150030003000600020003500MLVSS(mg/l)1

22、20024002400480016002800回流比(%)2550251002575曝氣時間HRT(h)483538BOD5去除率(%)859585908590設計參數(shù)吸附再生活性污泥法延時曝氣活性污泥法高負荷活性污泥法BOD5SS負荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.20.60.050.151.55.0容積負荷(kgBOD5/m3.d)1.01.20.10.41.22.4污泥齡(d)51520300.252.5MLSS(mg/l)吸附池10003000再生池40001000030006000200500MLVSS(mg/l)吸附池8002400再生池3200800024004800160

23、400回流比(%)2510075100515曝氣時間HRT(h)吸附池0.51.0再生池3618481.53.0BOD5去除率(%)8090956075設計參數(shù)純氧曝氣活性污泥法深井曝氣活性污泥法BOD5SS負荷(kgBOD5/kgMLSS.d)0.41.01.01.2容積負荷(kgBOD5/m3.d)2.03.23.03.6污泥齡(d)5155MLSS(mg/l)60001000030005000MLVSS(mg/l)4000650024004000回流比(%)25504080曝氣時間HRT(h)1.53.01.02.0溶解氧濃度DO(mg/l)610SVI(ml/g)3050BOD5去除率

24、(%)759585902.2.1.5 活性污泥系統(tǒng)的曝氣一、曝氣池的型式與構造(一)曝氣池的分類：根據(jù)混合液在曝氣池內(nèi)的流態(tài)，可分為推流式、完全混合式和循環(huán)混合式三種；根據(jù)曝氣方式，可分為鼓風曝氣池、機械曝氣池以及二者聯(lián)合使用的機械鼓風曝氣池；根據(jù)曝氣池的形狀，可分為長方廊道形、圓形、方形以及環(huán)狀跑道形等四種；根據(jù)曝氣池與二沉池之間的關系，可分為合建式（即曝氣沉淀池）和分建式兩種。(二)曝氣池的流態(tài)推流式、完全混合式、循環(huán)混合式1、推流式曝氣池2、完全混合式曝氣池3、循環(huán)混合式曝氣池：氧化溝(三)曝氣池的構造 曝氣池在構造上應滿足曝氣充氧、混合的要求，因此，曝氣池的構造首先取決于曝氣方式和所采

25、用的曝氣裝置。二、曝氣的原理、方法及設備(一)曝氣的原理1.曝氣的作用：充氧：向活性污泥微生物提供足夠的溶解氧，以滿足其在代謝過程中所需的氧量。攪動混合：使活性污泥在曝氣池內(nèi)處于劇烈攪動的懸浮狀態(tài)能夠與廢水充分接觸。2.氧轉移的理論基礎： 雙膜理論模型的示意圖：(或稱氧轉移模式圖（雙膜理論）)邊界層紊流紊流層流層流ygyiCLCiPiPg液膜氣膜氣相主體液相主體 （1） 式中：氧總轉移系數(shù)，h-1，此值表示在曝氣過程中氧的總傳遞性，當傳遞過程中阻力大，則值低，反之則值高。的倒數(shù)1/KLa的單位為（h），它所表示的是曝氣池中溶解氧濃度從提高到Cs所需要的時間。為了提高dC/dt值，可以從兩方面考

26、慮：提高值加強液相主體的紊流程度，降低液膜厚度，加速氣、液界面的更新，增大氣、液接觸面積等。提高Cs值提高氣相中的氧分壓，如采用純氧曝氣、深井曝氣等。氧總轉移系數(shù)（）的求定：氧總轉移系數(shù)（）是計算氧轉移速率的基本參數(shù)，一般通過試驗求得。將式（1）整理，得： （2），積分后得： （3），換成的以10為底，則 (4)，式中：C0當t=0時，液體主體中的溶解氧濃度(mg/l)；Ct當t=t時，液體主體中的溶解濃度(mg/l)；Cs是在實際水溫、當?shù)貧鈮合氯芙庋踉谝合嘀黧w中飽和濃度(mg/l)。由式（4）可見與t之間存在著直線關系，直線的斜率即為KLa/2.3。測定值的方法與步驟如下：向受試清水中投加

27、Na2SO3和CoCl2，以脫除水中的氧；當水中溶解氧完全脫除后，開始曝氣充氧，一般每隔10分鐘取樣一次，取610次，測定水樣的溶解氧；計算值，繪制與t之間的關系曲線，直線的斜率即為KLa/2.3。3.氧轉移速率的影響因素： 標準氧轉移速率指脫氧清水在20C和標準大氣壓條件下測得的氧轉移速率，一般以R0表示（kgO2/h）； 實際氧轉移速率以城市廢水或工業(yè)廢水為對象，按當?shù)貙嶋H情況（指水溫、氣壓等）進行測定，所得到的為實際氧轉移速率，以R表示，單位為kgO2/h。影響氧轉移速率的主要因素：廢水水質(zhì)、水溫、氣壓等a. 水質(zhì)對氧總轉移系數(shù)（KLa）值的影響：廢水中的污染物質(zhì)將增加氧分子轉移的阻力，

28、使KLa值降低；為此引入系數(shù)a，對KLa值進行修正： 式中 KLaw廢水中的氧總轉移系數(shù)；a值可以通過試驗確定，一般a = 0.80.85b. 水質(zhì)對飽和溶解氧濃度（Cs）的影響：廢水中含有的鹽分將使其飽溶解氧濃度降低，對此，以系數(shù)b加以修正：，式中Csw廢水的飽和溶解氧濃度，mg/l；b值一般介于0.90.97之間。c.水溫對氧總轉移系（KLa）的影響：水溫升高，液體的粘滯度會降低，有利于氧分子的轉移，因此KLa值將提高；水溫降低，則相反。溫度對KLa值的影響以下式表示： 式中 KLa（T）和KLa（20）分別為水溫TC和20C時的氧總轉移系數(shù)；T設計水溫 C；d.水溫對水的飽和溶解氧化濃度

29、（Cs）的影響：水溫升高，Cs值就會下降，在不同溫度下，蒸餾水中的飽和溶解氧濃度可以從表中查出。e壓力對水中飽和溶解氧濃度（Cs）值的影響：壓力增高，Cs值提高，Cs值與壓力(P)之間存在著如下關系： ， 其中 ，對于鼓風曝氣系統(tǒng)，曝氣裝置是被安裝在水面以下，其Cs值以擴散裝置出口和混合液表面兩處飽和溶解氧濃度的平均值Csm計算，如下所示：， 式中Ot從曝氣池逸出氣體中含氧量的百分率，%； 其中EA氧利用率，%，一般在6%12%之間；Pb安裝曝氣裝置處的絕對壓力，可以按下式計算：，P曝氣池水面的大氣壓力，P1.013105 Pa；H曝氣裝置距水面的距離，m。4. 氧轉移速率與供氣量的計算：A氧

30、轉移速率的計算：標準氧轉移速度（R0）為： ，式中 CL水中的溶解氧濃度，對于脫氧清水CL=0; V曝氣池的體積，（m3）；為求得水溫為T，壓力為P條件下的廢水中的實際氧轉移速率（R），則需對上式加以修正，需引入各項修正系數(shù)，即：，因此，R0/R為： ，一般來說：R0/R = 1.331.61。將上式重寫： (24)，式中CL曝氣池混合液中的溶解氧濃度，一般按2mg/l來考慮。B.氧轉移效率與供氣量的計算：氧轉移效率：，式中 EA氧轉移效率，一般的百分比表示；OC供氧量，kgO2/h；，21%氧在容氣中的占的百分比； 1.33120C時氧的容重，kg/m3；Gs 供氧量，m3/h。供氣量Gs：

31、 （27） 對于鼓風曝氣系統(tǒng)，各種曝氣裝置的EA值是制造廠家通過清水試驗測出的，隨產(chǎn)品向用戶提供； 對于機械曝氣系統(tǒng)，先求出的R0值，又稱為充氧能力，廠家也會向用戶提供其設備的R0值。需氧量：活性污泥系統(tǒng)中的供氧速率與耗氧速率應保持平衡，因此，曝氣池混合液的需氧量應等于供氧量。需氧量是可以根據(jù)下式求得： (28)5曝氣系統(tǒng)設計的一般程序：A.鼓風曝氣系統(tǒng)：求風量即供氣量： 由式(28)求得需氧速率O2 根據(jù)供氧速率 =需氧速率，則有：R=O2，根據(jù)式（24）求得標準氧轉移速率R0：，根據(jù)式（27）求得供氣量（m3/d） Gs (m3/min)；求要求的風壓（風機出口風壓）：根據(jù)管路系統(tǒng)的沿程阻

32、力、局部阻力、靜水壓力再加上一定的余量，得到所要求的最小風壓。根據(jù)風量與風壓選擇合適的風機。 B.機械曝氣系統(tǒng)：充氧能力R0的計算：根據(jù)式（28）求得需氧量O2；R=O2；，進而根據(jù)R0值選配合適的機械曝氣設備。(二)曝氣方法與設備1曝氣裝置的分類：曝氣裝置，又稱為空氣擴散裝置，是活性污泥處理系統(tǒng)的重要設備，按曝氣方式可以將其分為鼓風曝氣裝置和表面曝氣裝置兩種。技術性能指標：動力效率（Ep）：每消耗1度電轉移到混合液中的氧量（kgO2/kw.h）；氧的利用率（EA）：又稱氧轉移效率，是指通過鼓風曝氣系統(tǒng)轉移到混合液中的氧量占總供氧量的百分比（%）；充氧能力（R0）：通過表面機械曝氣裝置在單位時

33、間內(nèi)轉移到混合液中的氧量（kgO2/h）。2鼓風曝氣裝置：鼓風曝氣系統(tǒng)由鼓風機、空氣輸送管道以及曝氣裝置所組成。鼓風曝氣裝置可分為：（微）小氣泡型、中氣泡型、大氣泡型、水力剪切型、水力沖擊型等a. （微）小氣泡型曝氣裝置：由微孔透氣材料（陶土、氧化鋁、氧化硅或尼龍等）制成的擴散板、擴散盤和擴散管等；氣泡直徑在2mm以下（氣泡在200mm以下者，為微孔）；氧的利用率較高，EA=1525%，動力效率在2 kgO2/kw.h以上；缺點：易堵塞，空氣需經(jīng)過濾處理凈化，擴散阻力大。b.中氣泡型曝氣裝置：氣泡直徑為26mm。穿孔管：新型中氣泡型曝氣裝置：c.水力剪切型空氣擴散裝置：利用裝置本身的構造特點，

34、產(chǎn)生水力剪切作用，將大氣泡切割成小氣泡，增加氣液接觸面積，達到提高效率的目的。固定螺旋曝氣器 d.水力沖擊型曝氣器：射流曝氣：分為自吸式和供氣式自吸式射流曝氣器由壓力管、噴嘴、吸氣管、混合室和出水管等組成；EA = 20%；噪音小，無需鼓風機房；一般適用于小規(guī)模污水廠。3機械曝氣裝置，又稱表面曝氣裝置a. 曝氣的原理：水躍曝氣機轉動時，表面的混合液不斷地從周邊被拋向四周，形成水躍，液面被強烈攪動而卷入空氣；提升曝氣機具有提升作用，使混合液連續(xù)地上下循環(huán)流動，不斷更新氣液接觸界面，強化氣、液接觸；負壓吸氣曝氣器的轉動，使其在一定部位形成負壓區(qū)，而吸入空氣。分類：按轉動軸的安裝形式，可分為豎軸式和

35、橫軸式兩大類。豎軸式機械曝氣裝置：在我國常用的這類曝氣裝置有：泵型葉輪曝氣器、K型葉輪曝氣器、倒傘型葉輪曝氣器和平板型葉輪曝氣器等四種。 例題1某城鎮(zhèn)污水量Q10000m3d，原污水經(jīng)初次沉淀池處理后BOD5值Sa 150mg/L，要求處理水BOD5值 Se1515mg/L，去除率90，求定鼓風曝氣時的供氣量和采用機械曝氣時所需的充氧量。有關的設計參數(shù)為： 混合液活性污泥濃度(揮發(fā)性)Xv2000mg/L；曝氣池出口處溶解氧濃度 C=2mg/L；計算水溫25。 有關設計的各項系數(shù)為：a0.5，b0.1；=0.85；=0.95；=1；EA=10。 經(jīng)計算曝氣池有效容積V3000m3，空氣擴散裝置

36、安設在水下4.5m處。解(1)求定需氧量代入各值(2)計算曝氣池內(nèi)平均溶解氧飽和度，按公式計算，為此，確定式中各參數(shù)值：1)求定空氣擴散裝置出口處的絕對壓力 Pb值，2)求定氣泡離開池表面時，氧的百分比Ot值， 3)確定計算水溫20和25條件下的氧的飽和度、查表得： Cs(20)9.17mg/L Cs(25)=8.4mg/L 代入各值，得： (3)計算20時脫氧清水的需氧量，按公式 (4)計算供氣量，按公式 (5)求定采用表面機械曝氣時，所需的充氧量。1)計算20時脫氧清水的需氧量，按公式代人各值，得： 注意：表面機械曝氣時：C sm(T) =C s(T) ，不需要換算。 2）充氧量：充氧量=

37、需氧量 Qos=87.43Kg/h2.2.1.6 活性污泥法反應動力學及其應用l 活性污泥法反應動力學:可以定量或半定量地揭示系統(tǒng)內(nèi)有機物降解、污泥增長、耗氧等作用與各項設計參數(shù)、運行參數(shù)以及環(huán)境因素之間的關系；它主要包括:(1) 基質(zhì)降解的動力學，涉及基質(zhì)降解與基質(zhì)濃度、生物量等因素的關系；(2) 微生物增長動力學，涉及微生物增長與基質(zhì)濃度、生物量、增長常數(shù)等因素的關系；(3) 還研究底物降解與生物量增長、底物降解與需氧、營養(yǎng)要求等的關系。在建立活性污泥法反應動力學模型時,有以下假設:(1) 除特別說明外，都認為反應器內(nèi)物料是完全混合的，對于推流式曝氣系統(tǒng)，則是在此基礎上加以修正；(2) 活

38、性污泥系統(tǒng)的運行條件絕對穩(wěn)定；(3) 二次沉淀池內(nèi)無微生物活動，也無污泥累積并且水與固體分離良好；(4) 進水基質(zhì)均為溶解性的，并且濃度不變，也不含微生物；(5) 系統(tǒng)中不含有毒物質(zhì)和抑制物質(zhì)。主要介紹： 勞倫斯麥卡蒂（LawrenceMcCarty）模式莫諾德（Monod）模式酶促反應動力學公式（米門公式）（MichaelisMenton）(一)活性污泥反應動力學的基礎米門公式與莫諾德模式A.米門公式 MichaelisMenton提出酶的“中間產(chǎn)物”學說，通過理論推導和實驗驗證，提出了含單一基質(zhì)單一反應的酶促反應動力學公式，即米門公式：式中：酶促反應中產(chǎn)物生成的反應速率； 產(chǎn)物生成的最高速率； 米氏常數(shù)（又稱飽和常數(shù)，半速常數(shù)）； 基質(zhì)濃度。中間產(chǎn)物學說：vmaxv=v