第第五节、活性污泥系统的工艺设计五节、活性污泥系统的工艺设计一、工艺设计基础资料一、工艺设计基础资料二、工艺流程的选择与确定二、工艺流程的选择与确定三、曝气池的工艺设计三、曝气池的工艺设计四、四、曝气系统的工艺设计曝气系统的工艺设计五、二沉池的工艺设计五、二沉池的工艺设计六、污泥回流及处理六、污泥回流及处理一、工艺设计基础资料一、工艺设计基础资料废水的水量、水质及其变化规律；废水的水量、水质及其变化规律；对处理后出水的水质要求；对处理后出水的水质要求；对处理中产生的污泥的处理要求；对处理中产生的污泥的处理要求；设计所需要的原始资料设计所需要的原始资料污泥负荷；污泥负荷；混合液浓度与污泥回流比。混合液浓度与污泥回流比。设计所需的基础数据设计所需的基础数据l生活污水或城市污生活污水或城市污水水设计规范设计规范试验确定设计参数试验确定设计参数l工业废水工业废水工艺设计的主要内容工艺设计的主要内容:活活性性污污泥泥系系统统由由曝曝气气池池、曝曝气气系系统统、二二沉沉池池及及污污泥回流设备泥回流设备等组成。等组成。工艺计算与设计主要包括：工艺计算与设计主要包括：l工艺流程的选择；工艺流程的选择；l曝气池的计算与设计；曝气池的计算与设计；l曝气系统的计算与设计；曝气系统的计算与设计；l二沉池的计算与设计；二沉池的计算与设计；l污泥回流系统的计算与设计；等。污泥回流系统的计算与设计；等。二、工艺流程的选择与确定二、工艺流程的选择与确定 废水的水量、水质及变化规律；废水的水量、水质及变化规律；对处理后出水的水质要求；对处理后出水的水质要求；对处理中所产生的污泥的处理要求；对处理中所产生的污泥的处理要求；工工艺艺技技术术的的可可行行性性、先先进进性性,以以及及经经济济上上的的可可能能性性、合理性等；合理性等；当地的地理位置、地质条件、气候条件等；当地的地理位置、地质条件、气候条件等；进行多种工艺流程的技术经济比较。进行多种工艺流程的技术经济比较。三、曝气池的工艺设计三、曝气池的工艺设计 1、曝气池的类型；、曝气池的类型；2、曝气池的构造；、曝气池的构造；3、曝气池体积的计算；、曝气池体积的计算；4、曝气池池体的设计计算、曝气池池体的设计计算.1、曝气池的类型、曝气池的类型 根根据据曝曝气气池池内内的的流流态态，可可分分为为推推流流式式、完完全全混合式和循环混合式三种；混合式和循环混合式三种； 根根据据曝曝气气方方式式，可可分分为为鼓鼓风风曝曝气气池池、机机械械曝曝气池以及二者联合使用的机械气池以及二者联合使用的机械鼓风曝气池；鼓风曝气池； 根根据据曝曝气气池池的的形形状状，可可分分为为长长方方廊廊道道形形、圆圆形、方形以及环状跑道形等四种；形、方形以及环状跑道形等四种； 根根据据曝曝气气池池与与二二沉沉池池之之间间的的关关系系，可可分分为为合合建式（即曝气沉淀池）和分建式两种。建式（即曝气沉淀池）和分建式两种。（1）推流式曝气池）推流式曝气池从从池池首首到到池池尾尾，其其F/M值值、微微生生物物的的组组成成与与数数量量、基质的组成与数量等都在连续地变化；基质的组成与数量等都在连续地变化；有机物的降解速率、耗氧速率也都连续地变化；有机物的降解速率、耗氧速率也都连续地变化；活性污泥在池内按增长曲线的一个线段进行增长；活性污泥在池内按增长曲线的一个线段进行增长；l适适用用于于进进水水水水质质稳稳定定、处处理理效效果果要要求求高高的的大大型型城城市市污水处理厂。污水处理厂。（2）完全混合式曝气池）完全混合式曝气池 废废水水进进入入曝曝气气池池，即即与与池池内内原原有有混混合合液液充充分分混混合合, 混混合合液液组成、组成、F/M值、微生物组成与数量等均匀一致；值、微生物组成与数量等均匀一致； 有机物的降解速率、耗氧速率等在池内各部位相同；有机物的降解速率、耗氧速率等在池内各部位相同；微微生生物物在在曝曝气气池池内内的的增增殖殖速速率率是是一一定定的的，在在增增殖殖曲曲线线上上的的位置是一个点。位置是一个点。 优点：优点：稀释作用，能够承受高浓度废水，抗冲击负荷；稀释作用，能够承受高浓度废水，抗冲击负荷；需氧在整个池内的要求相同，能够节省动力；需氧在整个池内的要求相同，能够节省动力；可与沉淀池合建，无需污泥回流系统，易于运行管理。可与沉淀池合建，无需污泥回流系统，易于运行管理。（3 3）循环混合式曝气池）循环混合式曝气池氧化沟氧化沟l在短时间内呈现推流式，在沿池长方向形成好氧、在短时间内呈现推流式，在沿池长方向形成好氧、在短时间内呈现推流式，在沿池长方向形成好氧、在短时间内呈现推流式，在沿池长方向形成好氧、缺氧和厌氧条件；一般混合液的环流量为进水量的缺氧和厌氧条件；一般混合液的环流量为进水量的缺氧和厌氧条件；一般混合液的环流量为进水量的缺氧和厌氧条件；一般混合液的环流量为进水量的数百倍以上，长时间内呈完全混合特征；数百倍以上，长时间内呈完全混合特征；数百倍以上，长时间内呈完全混合特征；数百倍以上，长时间内呈完全混合特征；l属于延时曝气法，负荷低，曝气时间长，处理效属于延时曝气法，负荷低，曝气时间长，处理效属于延时曝气法，负荷低，曝气时间长，处理效属于延时曝气法，负荷低，曝气时间长，处理效果稳定，出水水质较好；果稳定，出水水质较好；果稳定，出水水质较好；果稳定，出水水质较好；l泥龄长，微生物处于内源呼吸期，剩余污泥少；泥龄长，微生物处于内源呼吸期，剩余污泥少；泥龄长，微生物处于内源呼吸期，剩余污泥少；泥龄长，微生物处于内源呼吸期，剩余污泥少；l 可以不设初沉池，节约占地。可以不设初沉池，节约占地。可以不设初沉池，节约占地。可以不设初沉池，节约占地。2、曝气池的构造、曝气池的构造l曝曝气气池池在在构构造造上上应应满满足足曝曝气气充充氧氧、混混合合的要求，的要求，l曝曝气气池池的的构构造造取取决决于于曝曝气气方方式式和和所所采采用用的曝气装置。的曝气装置。（1）采用鼓风曝气系统的曝气池的构造）采用鼓风曝气系统的曝气池的构造多为多为廊道型的推流式曝气池廊道型的推流式曝气池曝气池的数目、规模与廊道组合；曝气池的数目、规模与廊道组合；廊道的长度与宽度：廊道长度以廊道的长度与宽度：廊道长度以50 70m为宜，为宜，长与宽之比为长与宽之比为5 10:1，宽与深之比为，宽与深之比为1 2:1；廊道的横断面与深度：廊道的横断面与深度：尽量共用空气管道和布水槽；尽量共用空气管道和布水槽；池深池深3 5m，超高；，超高；距池底距池底1/2或或1/3处设排水管，以备培养活性污泥用；处设排水管，以备培养活性污泥用；池底设放空管及池底设放空管及0.2%的坡度，坡向放空管；的坡度，坡向放空管；进水多采用淹没孔口形式，出水多采用平顶堰形式。进水多采用淹没孔口形式，出水多采用平顶堰形式。（2）采用机械曝气装置的曝气池的构造）采用机械曝气装置的曝气池的构造采用叶轮曝气器的曝气池采用叶轮曝气器的曝气池a.完全混合式完全混合式：表面为圆形或方形表面为圆形或方形b.曝气沉淀池曝气沉淀池：将曝气和沉淀过程结合在一个构筑物内完成；将曝气和沉淀过程结合在一个构筑物内完成；曝气区，导流区，沉淀区曝气区，导流区，沉淀区c.兼具推流和完全混合的曝气池兼具推流和完全混合的曝气池：由一系列正方形单元连接而成的廊道式曝气池；由一系列正方形单元连接而成的廊道式曝气池；每每一一单单元元设设一一台台叶叶轮轮曝曝气气器器，每每个个单单元元是是完完全全混混合的。合的。采用叶轮曝气的完全混合式曝气池采用叶轮曝气的完全混合式曝气池采用叶轮曝气的完全混合式曝气池采用叶轮曝气的完全混合式曝气池合建式曝气沉淀池合建式曝气沉淀池分建式分建式兼具推流和完全混合的曝气池兼具推流和完全混合的曝气池兼具推流和完全混合的曝气池兼具推流和完全混合的曝气池（2）采用机械曝气装置的曝气池的构造）采用机械曝气装置的曝气池的构造采用曝气转刷（盘）的曝气池的构造采用曝气转刷（盘）的曝气池的构造环槽形曝气池（氧化沟）环槽形曝气池（氧化沟）l平面呈环形跑道状；平面呈环形跑道状；l沟槽的横断面可为方形、梯形；沟槽的横断面可为方形、梯形；l水深较浅，早期一般为，现在多为水深较浅，早期一般为，现在多为34m；l混混合合液液在在沟沟内内的的流流速速不不应应小小于于，沟沟底底流流速速不不小小于。于。采用转刷或转碟曝气的氧化沟采用转刷或转碟曝气的氧化沟采用转刷或转碟曝气的氧化沟采用转刷或转碟曝气的氧化沟进水进水回流污泥回流污泥出水出水3、曝气池、曝气池体积的计算体积的计算主要的计算方法：主要的计算方法：有机负荷法有机负荷法污泥龄法污泥龄法数学模型法数学模型法3、曝气池、曝气池体积的计算体积的计算有机负荷法有机负荷法有机负荷法有机负荷法Q曝气池设计流量，曝气池设计流量，m3/d；S0/Se曝气池进曝气池进/出水出水BOD5值值,mg/L；X曝气池内混合液悬浮固体平均浓度曝气池内混合液悬浮固体平均浓度,mg/L；Ns曝气池内曝气池内BOD5污泥负荷污泥负荷,kgBOD5/kgMLSSd。3、曝气池、曝气池体积的计算体积的计算污泥龄法污泥龄法污泥龄法污泥龄法Q曝气池设计流量，曝气池设计流量，m3/d；S0/Se曝气池进曝气池进/出水出水BOD5值值,mg/L；Xv曝气池内混合液挥发性悬浮固体平均浓度曝气池内混合液挥发性悬浮固体平均浓度,mg/L；Y污泥产率系数污泥产率系数，kgVSS/kgBOD5，根据试验资料确定，根据试验资料确定，或取为；或取为；Kd污泥自身氧化系数，污泥自身氧化系数，d-1，20oC取值为；取值为；c设计污泥泥龄，设计污泥泥龄，d，取值为，取值为15。3 3、曝气池、曝气池体积的计算体积的计算设计参数的选择设计参数的选择设计参数的选择设计参数的选择lBOD污泥负荷；污泥负荷；l混合液污泥浓度；混合液污泥浓度；l水力停留时间；水力停留时间；l污泥龄。污泥龄。BOD污泥负荷的选择污泥负荷的选择l城市污水污泥负荷一般为城市污水污泥负荷一般为5/kgMLSSd；l对于完全混合式，对于完全混合式，BOD污泥负荷可按下式计算：污泥负荷可按下式计算：选择选择BOD污泥负荷的考虑因素：污泥负荷的考虑因素：必须考虑污泥的凝聚、沉淀性能，复核污泥指数必须考虑污泥的凝聚、沉淀性能，复核污泥指数SVISVI值；值；如果要求进入硝化阶段，污泥负荷一般采用；如果要求进入硝化阶段，污泥负荷一般采用；剩余污泥不便处理处置的污水处理厂，应采用低值（）剩余污泥不便处理处置的污水处理厂，应采用低值（）; ;寒冷地区也应采用较低值，补偿低温的不利影响。寒冷地区也应采用较低值，补偿低温的不利影响。对于推流式，可按完全混合式近似计算，或按照下式计算：对于推流式，可按完全混合式近似计算，或按照下式计算：混合液污泥浓度的选择混合液污泥浓度的选择传统曝气池中混合液污泥浓度传统曝气池中混合液污泥浓度20003000mg/L。选择选择MLSS的考虑因素：的考虑因素：供氧：高供氧：高MLSSMLSS要求高供氧量，而氧的利用率下降，造成供氧要求高供氧量，而氧的利用率下降，造成供氧困难；困难；污泥凝聚沉淀性能：高污泥凝聚沉淀性能：高MLSSMLSS不利于污泥在沉淀池中的沉降，不利于污泥在沉淀池中的沉降，影响出水水质及污泥回流；影响出水水质及污泥回流；沉淀池与污泥回流系统：高沉淀池与污泥回流系统：高MLSSMLSS增加二沉池的负荷，增加造增加二沉池的负荷，增加造价；高价；高MLSSMLSS要求的污泥回流量大，增加污泥回流系统的造价与要求的污泥回流量大，增加污泥回流系统的造价与运行成本。运行成本。水力停留时间水力停留时间l一般水力停留时间为48h，至少3h以上；l如果实现硝化处理，应保持足够的水力停留时间；l水力停留时间较长时可以降低剩余活性污泥量， 但是曝气池容积增大。污泥龄污泥龄l一般污泥龄为515d；l如果希望实现硝化处理，应保持足够长的污泥龄；l通常活性污泥系统的污泥龄约为水力停留时间的20倍，延时曝气系统的比例为3040：1，高负荷系统比例接近10：1。4、曝气池池体的设计、曝气池池体的设计单元数：不小于单元数：不小于2组；组；廊道数：不少于廊道数：不少于3个；个；廊廊道道长长、宽宽、高高：长长=(5 10)宽宽，深深度度为为4 5米米，超高米；超高米；进出水及污泥回流方式的设计；进出水及污泥回流方式的设计；其它附属物的设计其它附属物的设计(消泡管等消泡管等)。四、曝气系统的计算与设计四、曝气系统的计算与设计(只介绍鼓风曝气系统的计算与设计只介绍鼓风曝气系统的计算与设计)鼓风曝气系统包括：鼓风曝气系统包括：l鼓风机；鼓风机；l空气输送管道；空气输送管道；l曝气装置（曝气头）。曝气装置（曝气头）。主要内容有：主要内容有：l需氧量和供气量的计算需氧量和供气量的计算;l确定鼓风机的型号及台数；确定鼓风机的型号及台数；l计算空气管道；计算空气管道；l选择曝气装置，并对其进行布置。选择曝气装置，并对其进行布置。1 1、需氧量与供气量的计算、需氧量与供气量的计算（kgO2/h）(2)供气量供气量：供气量应按供气量应按鼓风曝气鼓风曝气或或机械曝气机械曝气两种情况分别求定。两种情况分别求定。但应注意：但应注意：日平均供气量日平均供气量(Gs)；最大时供气量最大时供气量(Gs)max：(O2)max(R0)max(Gs)max；最小时供气量最小时供气量(Gs)min：一般：一般(Gs)mins；l最大时需氧量最大时需氧量(O2)max：(1)需氧量：需氧量：（kgO2/d）氧转移速率的计算：氧转移速率的计算：供气量的计算：供气量的计算：2 2、曝气装置的选定及布置：、曝气装置的选定及布置：a、一般要求：、一般要求：l具有较高的氧利用率具有较高的氧利用率(EA)和动力效率和动力效率(Ep)，节能效果好；，节能效果好；l不易堵塞和破损，出现故障时易于排除，便于维护管理；不易堵塞和破损，出现故障时易于排除，便于维护管理；l结构简单，工程造价低。结构简单，工程造价低。l还应考虑：废水水质、地区条件及曝气池的池型、水深等。还应考虑：废水水质、地区条件及曝气池的池型、水深等。b.计算所需曝气装置的数目：计算所需曝气装置的数目：根根据据总总供供气气量量以以及及每每个个曝曝气气装装置置的的通通气气量量、服服务面积以及曝气池的池底总面积，即可求得。务面积以及曝气池的池底总面积，即可求得。c.曝气装置的布置：曝气装置的布置：沿池壁的一侧布置；沿池壁的一侧布置；相互垂直呈正交式布置；相互垂直呈正交式布置；呈梅花形交错布置。呈梅花形交错布置。3.3.空气管道的计算与设计空气管道的计算与设计a.一般规定：一般规定：l小小型型废废水水处处理理站站的的空空气气管管道道系系统统一一般般为为枝枝状状，而而大大、中中型型废废水水处处理理厂厂则则宜宜采采用用环环状状管管网网，以以保保证证安全供气；安全供气；l空空气气管管道道可可敷敷设设在在地地面面上上，接接入入曝曝气气池池的的管管道道应应高出池水面高出池水面m，以免发生回水现象；，以免发生回水现象；l空空气气管管道道的的设设计计流流速速，干干、支支管管为为10 15m/s，竖竖管、小支管为管、小支管为4 5m/s。b.空气管道的计算步骤：空气管道的计算步骤：根据流量根据流量(Q)、流速、流速(v)选定管径选定管径(D)计算和校核压力损失；计算和校核压力损失；再调整管径；再调整管径；重复上述步骤。重复上述步骤。对于空气管道的阻力损失的基本要求：对于空气管道的阻力损失的基本要求：l空空气气通通气气管管道道和和曝曝气气装装置置的的总总阻阻力力损损失失一一般般要要求求控控制制在在kPa（2O柱）以内，其中：柱）以内，其中：l管道的总损失控制在管道的总损失控制在kPa （2O柱）以内，柱）以内，l曝气装置的阻力损失为曝气装置的阻力损失为 kPa （2O柱）柱） 。C.鼓风机所需的压力鼓风机所需的压力(H)： H = h1 +h2+ h3 +h4式中式中: h1空气管道的沿程阻力，空气管道的沿程阻力，mmH2O；h2空气管道的局部阻力，空气管道的局部阻力，mmH2O 0.5mH2O柱柱0.51.0mH2O柱柱4.04.5mH2O柱柱h4曝气装置的阻力曝气装置的阻力，mmH2O。h3曝气装置的安装深度曝气装置的安装深度，mm；d.鼓风机的选择及鼓风机房的设计鼓风机的选择及鼓风机房的设计根据设计风量和风压来选择鼓风机：根据设计风量和风压来选择鼓风机：罗茨鼓风机罗茨鼓风机：噪音大，必须采取消声措施，适用于中、小型污水厂；噪音大，必须采取消声措施，适用于中、小型污水厂；离心式鼓风机离心式鼓风机：噪音较小，效率较高，适用于大、中型污水厂；噪音较小，效率较高，适用于大、中型污水厂；变速离心风机可自控；变速离心风机可自控；轴流式通风机轴流式通风机：风压较小风压较小m以下以下)，一般用于浅层曝气。，一般用于浅层曝气。注意型号选择与备用：注意型号选择与备用：当工作鼓风机当工作鼓风机 3台时，备用台时，备用1台；台；当工作鼓风机当工作鼓风机 4台时，备用台时，备用2台。台。噪音防护：噪音防护：在鼓风机的进风和送风的管道上，安装消声器；在鼓风机的进风和送风的管道上，安装消声器；鼓风机房的设计：鼓风机房的设计：平面布置；平面布置；基础设计；基础设计；供电；供电；防噪声措施；防噪声措施；其它附属设施其它附属设施机器间、值班室、配电室等。机器间、值班室、配电室等。五、二沉池的计算与设计五、二沉池的计算与设计二沉池的作用是：二沉池的作用是：l泥水分离泥水分离l混合液澄清混合液澄清浓缩活性污泥浓缩活性污泥保证出水水质保证出水水质保证回流污泥的浓度保证回流污泥的浓度l与初沉池相比，二沉池的特点：与初沉池相比，二沉池的特点：活活性性污污泥泥混混合合液液的的浓浓度度较较高高，且且具具有有絮絮凝凝性性能能，其沉降属于其沉降属于成层沉淀成层沉淀；活活性性污污泥泥的的质质量量较较轻轻，易易产产生生异异重重流流，因因此此，其其最大允许的最大允许的水力负荷水力负荷（m3/m2.h）应低于初沉池；）应低于初沉池；由由于于二二沉沉池池还还起起着着污污泥泥浓浓缩缩的的作作用用，所所以以需需要要适适当增大当增大污泥区污泥区的容积。的容积。二沉池池型的选择：二沉池池型的选择：l平流式、竖流式、辐流式；平流式、竖流式、辐流式；l斜板（管）沉淀池斜板（管）沉淀池原则上不建议采用；原则上不建议采用；l带带有有机机械械吸吸泥泥及及排排泥泥设设施施的的辐辐流流式式沉沉淀淀池池，比比较较适合于大型污水厂；适合于大型污水厂；l方形多斗辐流式沉淀池常用于中型污水厂；方形多斗辐流式沉淀池常用于中型污水厂；l竖竖流流式式或或多多斗斗式式平平流流式式沉沉淀淀池池，则则多多用用于于小小型型污污水厂。水厂。二沉池的计算二沉池的计算表面负荷法表面负荷法确定参数：沉淀池（澄清区）面积、有效水深和污泥确定参数：沉淀池（澄清区）面积、有效水深和污泥容积。容积。（1 1）沉淀池表面面积）沉淀池表面面积Q污水最大时流量，m3/h; q 表面负荷， m3/m2h; u正常活性污泥成层沉淀之沉速，mm/s，变化范围。 Q应为污水的最大时流量，不包括回流污泥量；但是中心管的设计应包括回流污泥量。（2 2）沉淀池的有效水深）沉淀池的有效水深 澄清区应保持一定的水深以维持水流稳定，水深可按照沉淀时间计算：t水力停留时间，h，一般取值1。（3 3）沉淀池的污泥区容积）沉淀池的污泥区容积 污泥区应保持一定容积，使污泥在污泥区保持一定的浓缩时间，提高污泥浓度；但污泥区容积不应过大，避免污泥停留时间过长而失去活性。一般贮泥时间为2h。 xY（S0Se）QKdVXv六、污泥回流及处理六、污泥回流及处理1 1、污泥回流设备的选择与设计、污泥回流设备的选择与设计 l常用的污泥提升设备是污泥泵；常用的污泥提升设备是污泥泵；l大、中型厂，一般采用螺旋泵或轴流式污泥泵；大、中型厂，一般采用螺旋泵或轴流式污泥泵；l小型厂，一般采用小型潜污泵或空气提升器。小型厂，一般采用小型潜污泵或空气提升器。2 2、污泥的处理与处置、污泥的处理与处置