第20章生物处理新技术Word下载.docx
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(1)基本型:
采用转刷曝气,有效水深H水=1~1.5m,平均流速v=0.3~0.4m/s,如图20-1和图20-2所示。
(2)卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟
Carrousel氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制的。
在原Carrousel氧化沟的基础上DHV公司和其在美国的专利特许公司EIMCO又发明了Carrousel2000系统,实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能。
(3)三沟式氧化沟
由三条同容积的沟槽串连组成,两侧的A、C池交替作为曝气池和沉淀池,中间的B池一直为曝气池。
原污水交替地进入A池或C池,处理出水则相应地从作为沉淀池的C池或A池流出。
采用水平轴转刷曝气,有效水深一般不超过3.5m,两侧沟的转刷是间歇曝气,中间沟的转刷为连续曝气。
1)整个运行分六个运行阶段,工作周期为8h:
a.阶段A:
2.5h,污水流入第一沟进行缺氧反硝化,第二沟好氧,第三沟沉淀出水;
b.阶段B:
0.5h,污水流入第二沟,第一、二沟均为好氧,第三沟沉淀出水;
c.阶段C:
1.0h,第一沟转刷停止运转开始泥水分离,入流污水进入第二沟曝气,第三沟出水;
d.阶段D:
2.5h,污水入流至第三沟,转刷低速运转,缺氧,反硝化脱氮,混合液流入第二沟,第二沟内转刷高速运转处于好氧状态,第一沟沉淀出水;
e.阶段E:
0.5h,污水入流第二沟,第二、三沟均为好氧,第一沟沉淀出水;
;
f.阶段F:
1.0h,污水入流第二沟,第三沟转刷停转并开始泥水分离,第一沟出水;
2)三沟式氧化沟的特点
a.流程简单,无需设置初沉池、二沉池和污泥回流设备;
b.处理效果稳定、管理方便;
c.基建费用低、占地少;
d.具有脱氮除磷功能。
(4)奥贝尔(Orbal)氧化沟
Orbal氧化沟又称同心圆式氧化沟(见图20-6)。
它是分建式,有单独二沉池,采用转碟曝气,沟深较大。
它的脱氮效果很好,但除磷效率不够高,要求除磷时还需前加厌氧池。
应用上多为椭圆形的三环道组成,三个环道的DO不同(如外环为0,中环为1,内环为2),有利于脱氮除磷。
采用转碟曝气,水深一般采用4.0~4.5m,动力效率与转刷接近。
1)由多个同心的(椭)圆形沟渠组成,污水和回流污泥进入最外一条沟渠,从内沟渠排出;
2)一般由三条沟渠组成,各沟所占的容积比为:
V外沟=60~70%V总,V中沟=20~30%V总;
V内沟=10%V总;
3)用曝气转盘充氧,H水=2~3.6m,v=0.3~0.9m/s,运行时,外、中、内沟渠应分别为厌氧、缺氧、好氧状态,以使DO保持较大的梯度,有利于提高充氧效率,同时也有利于去除有机物和脱氮除磷。
(5)其他氧化沟
如船形一体化氧化沟(见图20-7)、二沉池交替运行的氧化沟(图20-8)。
4.氧化沟脱氮除磷工艺
目前,在工程应用中比较有代表性的有形式有:
多沟交替式氧化沟(如三沟式,五沟式)及其改进型、卡鲁塞尔氧化沟及其改进型、奥贝尔(Orbal)氧化沟及其改进型、一体化氧化沟等,一般均具有一定的脱氮除磷能力。
5.氧化沟的设计计算
(1)氧化沟的容积V(m3)
(20-1)
式中Q—污水平均日流量,m3/s;
Y—污泥净增长系数,KgMLSS/KgBOD5;
Lo—进水BOD5浓度,mg/L;
Le—出水BOD5浓度,mg/L;
θc——污泥龄,d;
X—混合液悬浮固体浓度(MLSS),g/m3,一般为2500~5000mg/L。
(2)需氧量G的计算
G=Q
-1.42Wx
-0.56Wx
(20-2)
式中Q—污水设计流量,m3/d;
Wx—剩余活性污泥排放量,Kg/d;
=0.75;
——进水氨氮浓度,mg/L或g/m3;
——出水氨氮浓度,mg/L或g/m3;
△NO3—还原的NO3浓度,mg/L、g/m3。
将G折算成标准状态下的需氧量,以便选曝气设备。
(3)剩余污泥量
WX(V)=
(Kg/d)(20-3)
式中Q——设计污水流量m3/d;
Lr=(Lo-Le),去除的BOD5浓度mg/L;
a——污泥产率系数,KgMLSS/KgBOD5,对于城市污水,a一般为0.5~0.65;
b——污泥自身氧化率,d-1,对于城市污水,b一般为0.05~0.1d-1。
(4)曝气时间t
t=V/Q(20-4)
(5)污泥回流比R
R=X/(XR-X)×
100%(20-5)
式中X——氧化沟混合液污泥浓度,mg/L;
XR——二沉池底流污泥浓度,mg/L。
(6)污泥负荷率NS
NS=
(KgBOD5/KgMLVSS·
d)(20-6)
20.1.2A-B法污水处理工艺
A-B法污水处理工艺:
吸附—生物降解(Absorption-Biodegration)工艺的简称。
1.A-B法的工艺流程
A-B工艺实际上是由城市排水管网和污水处理厂构成的处理系统,见图20-9。
A段能充分利用原污水中微生物连续不断的繁殖,形成了一个开放性的生物动力系统。
A段对有机物以絮凝吸附作用为主,而生物降解为辅,ηBOD5=40~70%。
B段对有机物以生物降解为主。
常规A—B工艺对污染物的去除率为:
ηBOD5≥90%;
ηss≥90%;
ηp=(50~70)%;
ηTN=(30~40)%。
A-B工艺流程类型包括:
常规的A-B工艺;
A-A1/O工艺;
A-A2/O工艺;
A-A2/O工艺。
A、B段工艺参数见表20-1。
2.A-B工艺的机理
1)进入A段的污水,一般来自排水管网,回流污泥中含有大量的细菌和微生物群落,具有絮凝性和粘附力,污水中难沉降的悬浮物、胶体物质被絮凝、吸附、沉淀,使A段的ηss达到(60~80)%,比初沉池的ηss大大提高。
2)进入B段的水质水量较稳定,B段的Ns较低(0.15~0.30KgBOD5/KgMLSS·
d),水力停留时间为2~3h,污泥龄θc为15~20d,DO=1~2mg/L,在B段进一步去除有机污染物。
3)B段Ns低,θc较长,为硝化菌创造了存活繁殖的条件,B段可具有硝化作用;
4)如果要提高A-B工艺的ηTN、ηP,则可将B段设计成A1/O、A2/O或A2/O工艺。
3.A—B工艺特点
1)不设初沉池,处理效果稳定。
2)A段污泥负荷率高,具有很强的抗冲击负荷的能力和具有对PH、有毒物影响的缓冲击能力。
水力停留时间短,细菌是活性污泥微生物的主体。
3)A段活性污泥吸附能力强。
4)A—B工艺对BOD5、COD、SS、N、P的去除率一般高于普通活性污泥法。
5)比普通活性污泥法节省投资20%,降低运行费用15%±
6)A—B工艺很适合分步建设,首先可建设A段,然后建设B段。
7)主要缺点是产泥量高,有两个污泥回流系统。
4.A—B工艺的设计
(1)如果大量工业废水未达标而进入城市排水管网时,不宜采用A—B工艺。
(2)设计要点
A段曝气池
Ns=2~6KgBOD5/KgMLSS·
d,一般Ns=3~4KgBOD5/KgMLSS·
d
T停留=25~30min,一般30min
O2=0.5KgO2/KgBOD5
X=2000~3000mg/L
中沉池沉淀时间≤2h,R=(20~50)%
DO=0.2~0.7mg/L
B段曝气池
根据具体情况,B段应选择不同的活性污泥工艺,如常规的A—B工艺,则B段就采用普通的活性污泥法。
Ns=0.15~0.30KgBOD5/KgMLSS·
T停留=2~3h
污泥龄ts=15~20d
DO=1~2mg/L
R=(50~100)%
二沉池沉淀时间2~4h
汽水比(7~10):
1
(3)计算
1)曝气池容积
A段:
VA=24Qlo/FS(A)X(A)(m3)(20-7)
FS(A)=24Qlo/V(A)X(A)(20-8)
式中Q——设计流量m3/h
Lo——进入A段BOD5浓度,Kg/m3
FS(A)——3~4KgBOD5/KgMLSS·
X(A)——2000~3000mg/L(2~3Kg/m3)
B段:
VB=24Qla/FS(B)X(B)(m3)(20-9)
FS(B)=24Qla/V(B)X(B)(20-10)
La——进入A段BOD5浓度,Kg/m3
FS(B)——≤0.3KgBOD5/KgMLSS·
X(B)——3~4Kg/m3
总容积V=VA+VB
校核A.B段的水利停留时间t=V/Q
2)曝气池的布置
对大、中型污水厂,一般为推流式,其工艺尺寸的确定与普通活性污泥法相同。
3)需氧量O2(Kg/h)
O2(A)=a′QLr(Kg/h)(20-11)
a′——需氧量系数,一般为0.4~0.6KgO2/KgBOD5
Lr=Lo-La,去除的BOD5量(KgBOD5/m3)
O2(B)=a′QLr+b’QNr(Kg/h)(20-12)
a′——需氧量系数,B段一般为1.23KgO2/KgBOD5
Lr=La-Le,为B段曝气池去除BOD5浓度:
(KgBOD5/m3)
b′——去除每千克NO3—N所需氧千克数b′为4.57KgO2/KgNO3—N
Nr=Na-Ne,为B段NO3—N的去除浓度
总需氧量O2=O2(A)+O2(B)(20-13)
供气量的计算和曝气系统的设计与普通活性污泥法相同。
4)沉淀池的计算
确定中沉池、二沉池的表面负荷q,求出各自的沉淀池的表面积A;
沉淀池有效水深取2~4m,一般为3.5m;
求各段沉淀池的有效容积,校核HRT=V/Q的水利停留时间。
5)剩余污泥量W(Kg/d)和污泥龄ts(d)
A段剩余污泥量
WA=QSr+aQLr(Kg/d)(20-14)
式中Sr=So-Se,A段SS的去除浓度(Kg/m3)
Q——设计流量m3/h
Lr=Lo-La,去除BOD5浓度:
(Kg/m3)
A——污泥净增长系数,一般为0.34Kg/KgBOD5
污泥龄
ts(A)=
(20-15)
式中Ns(A)——A段污泥负荷率KgBOD5/KgMLSS·
d,一般为3~4
ts(A)=
ts(B)=
B段剩余污泥量
WB=xQLr(Kg/d)(20-16)
式中x——去除每千克BOD5产泥量,一般为0.5Kg/KgBOD5)
Lr=La-Le,去除BOD5浓度:
ts(B)=
(20-17)
式中Ns(B)——B段污泥负荷率KgBOD5/KgMLSS·
d,
Ns(B)<0.3KgBOD5/KgMLSS·
20.1.3间歇式活性污泥法
1.概述
按时序来运行的,一个操作过程分五个阶段:
进水、反应、沉淀、滗水、闲置。
SBR工艺发展速度极快,并衍生出许多种新型SBR处理工艺。
2.SBR工艺的工作过程
连续推流式曝气池,是空间上的推流;
而SBR间歇式曝气池,在流态上是完全混合,但在有机物降解方面则是时间上的推流;
SBR间歇式曝气池的五个工序,见图20-10。
1)污水流入工序
污水流入的方法有三种:
a、单纯注水,注满后再曝气,能有效的调节水质水量;
b、曝气注水,边注水边曝气,可使污泥再生和恢复活性,并对污水边注水边搅拌,起预曝气作用;
c、缓速搅拌,注水同时进行缓速搅拌,不曝气,使之处于缺氧——厌氧状态,则对污水进行脱N与聚磷菌释放磷。
2)曝气反应工序:
最重要的一道工序
3)沉淀工序:
沉淀分离,1~1.5h
4)排放工序:
派出上清液,留下活性污泥作为下一个操作周期的菌种
5)待机工序(闲置)
3.SBR工艺的影响因素
SBR工艺同时具有去除BODS和脱氮除磷的功能。
影响脱氮除磷的主要因素有以下三点:
1)易生物降解的基质浓度
2)NO3—N对脱氮除磷的影响
采用灵活的曝气好氧阶段的运行控制:
去除BOD、硝化、摄磷
去除剩余有机物
反硝化脱氮
曝气停止曝气再曝气的运行方式,提高脱氮效率,减
少下一周期进水工序厌
氧状态时NO3—N浓度,
从而也提高了除磷效果
3)运行时间和DO的影响
进水工序的厌氧状态:
DO≤0.3~0.5mg/L,以满足释磷要求,易生物降解基质浓度较高时则释磷速度快,当释磷速率为9~10mg/gmlss,HRT>1h,则聚磷菌体内的磷已充分释放。
所以经2h厌氧释磷,其磷的有效释放已甚微。
如果污水中BOD5/TP偏低时,则应适当延长厌氧时间。
好氧曝气工序:
DO≥2.5mg/L,曝气时间4h,由于聚磷菌的好氧摄磷速率低于硝化速率,故应以摄磷来考虑曝气时间较合适,但不宜过长,否则聚磷菌体内源呼吸使自身衰减死亡和溶解,导致磷的释放。
沉淀排放工序为缺氧状态,DO≤0.7mg/L,时间2h±
反硝化菌释放体内存储的碳源,进行SBR工艺所特有的存储性反硝化作用,使NO3—N进一步去除而脱氮。
但如果沉淀、排放工序过长,DO<0.5mg/L时,则会造成磷释放,影响除磷效果。
4.SBR工艺优点
(1)生化反应推动力增大,效率高,池内厌氧、好氧处于交替状态,净化效果好。
(2)运行效果稳定,污水沉淀,需要时间短、效率高,出水水质好。
(3)耐冲击负荷,对污水有稀释、缓冲作用,有效抵抗水量和有机污物的冲击。
(4)工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整,运行灵活。
(5)处理设备少,构造简单,便于操作和维护管理。
(6)反应池内存在DO、BOD5浓度梯度,有效控制活性污泥膨胀。
(7)SBR法系统本身也适合于组合式构造方法,利于废水处理厂的扩建和改造。
(8)脱氮除磷,控制运行方式,具有良好的脱氮除磷效果。
(9)工艺流程简单、造价低。
5.SBR系统的适用范围
(1)中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水。
(2)需要较高出水水质的地方。
(3)水资源紧缺的地方。
(4)用地紧张的地方。
(5)对已建连续流污水处理厂的改造等。
(6)非常适合处理小水量,间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。
6.SBR工艺设计
(1)设计要点
1)运行周期(T)的确定
由充水时间、反应时间、沉淀时间、排水排泥时间和闲置时间来确定。
2)反应池容积的计算
假设每个系列的污水量为q,则在每个周期进入各反应池的污水量为q/n·
N。
反应池的容积为:
V:
各反应池的容量
1/m:
排出比
n:
周期数(周期/d)
N:
每一系列的反应池数量
q:
每一系列的污水进水量(设计最大日污水量)(m3/d)
3)曝气系统
高负荷运行时每单位进水BOD为0.5~1.5kgO2/kgBOD,低负荷运行时为1.5~2.5kgO2/kgBOD。
4)排水系统
a上清液排除出装置应能在设定的排水时间内,活性污泥不发生上浮的情况下排出上清液,排出方式有重力排出和水泵排出;
b为预防上清液排出装置的故障,应设置事故用排水装置;
c在上清液排出装置中,应设有防浮渣流出的机构;
序批式活性污泥的排出装置在沉淀排水期,应排出与活性污泥分离的上清液,特征:
a定量排水;
b追随水位的性能;
c可靠性;
5)排泥设备
设计污泥干固体量=设计污水量×
设计进水SS浓度×
污泥产率/1000,在高负荷运行(0.1~0.4kg-BOD/kg-ss·
d)时污泥产量以每流入1kgSS产生1kg计算,在低负荷运行(0.03~0.1kg-BOD/kg-ss·
d)时以每流入1kgSS产生0.75kg计算。
(2)设计计算
计算周期进水量QO(m3)
(20-18)
式中Q——平均日污水量(m3/d)
T——工作周期(h)
N——反应池池数(N≥2)
反应池有效容积V有效(m3)
(20-19)
式中n——1日内的周期数
c——进入反应池污水BOD5平均浓度(gBOD5/m3))
V有效=Vmin+QO(20-20)
式中Vmin——最小水量,指沉淀、排水工序之后,反应池内污泥界面所对应的容积,同时污泥界面的高度应低于排水口高度。
反应池最小水量Vmin
(20-21)
式中SVI——污泥指数(ml/g)
106——ml与m3的关系
MLSS——混合液污泥浓度(g/m3)
校核周期进水量和有效容积
(20-22)
V有效=Vmin+QO(20-23)
5)确定单座反应池的工艺尺寸
池水深一般为3.5~4.5m,确定L×
B,超高取0.5m。
6)计算总需氧量O2和需氧速率R
a总需氧量O2
当只考虑有机物氧化,则
O2=a′QLr+b′VXv(KgO2/d)(20-24)
Lr——Co-Ce,Co、Ce分别为进、出水BOD5浓度,g/m3
V——反应池总有效容积(m3)
Xv——反应池MLSS浓度,等于0.75MLSS浓度(g/m3)
a′、b′——分别为0.5,0.11
当考虑有机物氧化和NO3—N硝化时,则应考虑二部分的需氧量。
b需要速率R=氧气/一日内曝气时间
根据需氧量O2求出标准状态下曝气池设备的供氧量和供气量。
其计算与普通活性污泥法相同。
排水口距反应池底高度h(m)
最佳排水深度控制:
(20-25)
△H可取0.1m。
由于浮筒的浮力,使滗水器的进水头可随水面的变化而变化,开始排水时,通入压缩空气至气缸,由于气缸中的气动活塞带动曲面轴打开闸门,浮动进水头开始排水。
停止排水时,只需将输气软管中空气排出,通过曲轴将闸门关闭。
滗水器不工作时闸门处于常闭状态。
(20-26)
式中H——反应池有效水深(m)
QO——周期内进水量(m3/周期)
V有效——反应池有效容积(m3)
N——池的座数
L.B——单池反应池的长×
宽(m)
7)剩余污泥量W(Kg/d)
W=aQLr-bVXv(Kg/d)(20-27)
式中Q——平均日污水量(m3/d)
Lr、V、Xv均同上
a、b——分别为0.5~0.65、0.05~0.1
设计举例:
Q=5000m3/d、BOD5=170mg/L
(一)、设计参数:
Nv=0.36gBOD/m3·
SVI=90,周期T=8h、一日内周期数n=24/T=24/8=3(周期/d)
设计池数N=4
进水时间:
T/N=8/4=2(h)
曝气时间:
4(h)
静沉:
1(h)
排水(待机):
4、周期进水量QO
5、合液MLSS=3000mg/L
(二)、反应池有效容积V有效
(三)、反应池最小进水量Vmin
(四)、校核周期进水量QO=416.7m3
QO应满足:
基本吻合
V有效=QO+Vmin=416.7+159.4=576.1m3
16.2生物脱氮除磷新工艺
20.2.1生物脱氮原理与工艺
1.生物脱氮原理
TKN
(凯氏氮)
有机N(尿素、氨基酸、蛋白质)
总N
(TN)
NO3—-N
NH3-N
NO2—-N
N
无机N
NOx--N
(硝态氮)
(1)氨化与硝化反应过程。
X=64/14=4.57(mgO2)→硝化需氧量
1464
1X
考虑到硝化生化反应中微生物细胞的含成和NH4+-N的硝化二方面的过程,现将生化反应式写为:
硝化反应:
亚硝化阶段
硝化阶段
硝化反应总反应式:
(2)硝化反应的条件。
1)好氧状态:
DO≥2mg/L;
1gNH3-N完全硝化需氧4.57g——硝化需氧量。
2)消耗废水中的碱度:
1gNH3-N完全硝化需碱度7.1g(以CaCO3计),废水中应有足够的碱度,以维持PH值不变。
3)污泥龄θC≥(10-15)d。
同化反硝化
4)BOD5≤20mg/L。
2NH3
+4H
-2H2O
2NH2OH
(3)反硝化
-H2O
2HNO32HNO2[2HNO]
N2↑
硝酰基
N2O
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