廢水生物處理

1、7.1 廢水生物處理7-1-1 概述1、好氧生物處理 在充足供氧條件下，利用好氧微生物的生命活動過程，將有機(jī)污染物氧化分解成穩(wěn)定的無機(jī)物的處理方法。在這個(gè)過程中，氧是有機(jī)物氧化時(shí)的氫受體，正是由于這種氫的轉(zhuǎn)移，才能量釋放出來，成為微生物生命活動和合成新細(xì)胞物質(zhì)的能源，所以好氧氧化包括二個(gè)過程，即有機(jī)物的分解和原生質(zhì)的合成： 而原生質(zhì)的同化合成是以NH3為氮源產(chǎn)生新的微生物當(dāng)基質(zhì)濃度降低，微生物缺乏營養(yǎng)時(shí)，只能依靠分解細(xì)胞內(nèi)貯藏的物質(zhì)，甚至把原生質(zhì)也當(dāng)成營養(yǎng)物質(zhì)利用，以獲得生命活動所需的最低限度的能量。這個(gè)過程叫內(nèi)源呼吸，原生質(zhì)的分解（內(nèi)源呼吸）： 有機(jī)物好氧轉(zhuǎn)化的過程如圖 2、厭氧生物分解 在

2、無氧條件下，利用厭氧菌的代謝，是廢水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)變成簡單有機(jī)物和無機(jī)物的處理過程，有機(jī)物的厭氧分解過程分為兩個(gè)階段。 產(chǎn)酸階段：異氧菌把存在于廢水中的復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化成水分子有機(jī)物（如有機(jī)酸，醇類等）和CO2，NH3，H2S等無機(jī)物； 產(chǎn)氣階段：甲烷菌將小分子有機(jī)物分解成甲烷和CO2、H20等，厭氧分解過程：3、好氧生物處理與厭氧生物處理的區(qū)別 （1）起作用的微生物群種不同 （2）產(chǎn)物不同 （3）反應(yīng)速度不同 好氧分解提供O2作H的受體，有機(jī)物轉(zhuǎn)化速度快，用較小設(shè)備處理較多的水。厭氧分解不需供O2，無O2作H的受體，轉(zhuǎn)化速度慢，效率低，時(shí)間長，副產(chǎn)物多。（4）對環(huán)境條件要求不同 好氧生物處理要求

3、充足供氧，對其它環(huán)境條件要求不太嚴(yán)格；厭氧生物處理要求絕對厭氧環(huán)境，對其它環(huán)境條件（如pH值，溫度等）要求甚嚴(yán)，一般要求有機(jī)物濃度1000mg/l。 7.2 活性污泥法基本原理 7-2-1 活性污泥基本概念1912年英國人Clark and Cage發(fā)現(xiàn)對廢水進(jìn)行長時(shí)間曝氣會產(chǎn)生污泥并使水質(zhì)明顯改善，其 后Arden and Lackett進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)由于實(shí)驗(yàn)容器洗不干凈，瓶壁留下殘?jiān)炊固幚硇Ч岣?，從而發(fā)現(xiàn)活性微生物菌膠團(tuán)，定名為活性污泥。 1916年英國建成第一座污水處理廠，上圖為活性污泥處理工藝基本流程。7-2-2 活性污泥增長特點(diǎn)與凈化作用活性污泥中復(fù)雜的微生物與廢水中的有機(jī)營

4、養(yǎng)物形成了復(fù)雜的食物鏈。最先擔(dān)當(dāng)凈化任務(wù)的是異氧菌和腐生性真菌，細(xì)菌特別是球狀細(xì)菌起者最關(guān)鍵的作用，優(yōu)良運(yùn)轉(zhuǎn)的活性污泥，是以絲狀菌為骨架由球狀菌組成的菌膠團(tuán)。沉降性好，隨著活性污泥的正常運(yùn)行，細(xì)菌大量繁殖，開始生長原生動物，是細(xì)菌一次捕食者?；钚晕勰喑Ｒ姷脑鷦游镉斜廾x、肉毛蟲、纖毛蟲和吸管蟲?；钚晕勰喑墒鞎r(shí)固著型的纖毛蟲、種蟲占優(yōu)勢；后生動物是細(xì)菌的二次捕食者，如輪蟲、線蟲等只能在溶解氧充足時(shí)才出現(xiàn)，所以當(dāng)出現(xiàn)后生動物時(shí)說明處理水質(zhì)好轉(zhuǎn)標(biāo)志。7-2-3 活性污泥的性能指標(biāo)1、混合液懸浮固體 （MLSS）混合液懸浮固體是指曝氣池中廢水和活性污泥的混合液體的懸浮固體濃度。以MLSS（mg/l）

5、表示?；旌弦簯腋」腆w中的有機(jī)物量稱為混合液體揮發(fā)性懸浮固體以MLVSS（mg/l）表示，對一定的廢水而言，MLVSS與MLSS有一定的比值，例如生活污水的比值為0.7左右。2、污泥沉降比（SV）污泥沉降比是指曝氣池混和液在100mL量筒中，靜置沉降30min后，沉降污泥與混合液的體積比（%）。一般城市污水的SV值在1530%左右。3、污泥指數(shù)（1）污泥體積指數(shù)（SVI）曝氣池出口處的混合液在靜置30min后，每克是懸浮固體所占的體積（mL）稱為污泥體積指數(shù)（SVI），其值按下式計(jì)算： 例如：某曝氣池污泥沉降比SV=30%，混合液懸浮固體濃度為X=3000mg/l，則 （2）污泥密度指數(shù)（SDI

6、）曝氣池混合液在靜置30min后，含于100mL沉降污泥中的活性污泥懸浮固體的克數(shù)，稱為污泥密度指數(shù)（SDI），它和SVI的關(guān)系為： 前例中的SDI=3000/100*301污泥指數(shù)也是表示活性污泥的凝聚沉降和濃縮性能的指標(biāo)。SVI低時(shí)，沉降性能好，但吸附性能差。SVI高時(shí)，沉降性能不好，及時(shí)有良好的吸附性能，也不能很好的控制泥水分離，一般認(rèn)為：SVI100 污泥的沉降性能好100SVI200污泥的沉降性能一般 SVI200 污泥的沉降性能不好正常情況下，城市污水SVI值在50150之間。7-2-4 影響活性污泥性能的環(huán)境因素1、溶解氧生化處理的基本要素：營養(yǎng)物、活性微生物、溶解氧，所以要使生

7、化處理正常運(yùn)行，供氧是重要因素。一般說，溶解氧濃度以不低于2mg/L為宜（24mg/L）。2、水溫維持在1525攝氏度，低于5攝氏度微生物生長緩慢。3、營養(yǎng)料細(xì)菌的化學(xué)組成實(shí)驗(yàn)式為C5H7O2N，霉菌為C10H17O6原生動物為C7H14O3N，所以在培養(yǎng)微生物時(shí)，可按菌體的主要成分比例供給營養(yǎng)。微生物賴以生活的主要外界營養(yǎng)為碳和氮，此外，還需要微量的鉀，鎂，鐵，維生素等。碳源-異氧菌利用有機(jī)碳源，自氧菌利用無機(jī)碳源。氮源-無機(jī)氮（NH3及NH4+）和有機(jī)氮（尿素，氨基酸，蛋白質(zhì)等）。一般比例關(guān)系：BOD：N：P=100：5：1好氧生物處理：BOD5=5001000mg/l4、有毒物質(zhì)主要毒物

8、有重金屬離子（如鋅，銅，鎳，鉛，鉻等）和一些非金屬化合物（如酚，醛，氰化物，硫化物等）。7-2-5 BOD負(fù)荷與污泥平均停留時(shí)間1、BOD負(fù)荷（1） 污泥負(fù)荷LS指單位重量活性污泥在單位時(shí)間內(nèi)所承受的有機(jī)物染物量，單位是kg（BOD5）/kg（MLSS）d；（2）容積負(fù)荷LV指單位曝氣池有效容積在單位時(shí)間內(nèi)所承受的有機(jī)污染物量，單位是kg（BOD5）/m3D；LS和LV及其相互關(guān)系式如下： Lv=LsX式中S0-曝氣池入流廢水的BOD5濃度（kg/m3）；V-曝氣區(qū)容積（m3）X-曝氣池MLSS濃度（kg/m3）Q-廢水流量（m3/d）。 7.3 活性污泥凈化水的機(jī)理 7-3-1基質(zhì)濃度與其去

9、除率的關(guān)系（有機(jī)物降解動力學(xué)）1、基質(zhì)濃度與其去除率的關(guān)系Monod 通過實(shí)驗(yàn)將MichaelisMenten酶促反應(yīng)方程應(yīng)用到稀溶液的純種菌增長，提出了與其相似的描述微生物比增長速率和有機(jī)物濃度之間的動力學(xué)關(guān)系式：式中 X以VSS表示的活性污泥濃度，mgVSS/L； S以BOD表示的基質(zhì)濃度，mg/L； K最大反應(yīng)速度常數(shù)； Ks常數(shù)，其值等于基質(zhì)去除速度為最大值的一半時(shí)的基質(zhì)濃度。 基質(zhì)降解速度與基質(zhì)濃度的關(guān)系圖X1X2X3 Ks1Ks2Ks3X活性污泥濃度， Ks半氏常數(shù)， K反應(yīng)速度常數(shù)由圖可知：（1）、當(dāng)SKs，即在高有機(jī)物濃度時(shí)，有機(jī)物降解出現(xiàn)最大的速率，它僅與污染濃度有關(guān)，與其濃

10、度無關(guān)。這是因?yàn)槲鬯懈哂袡C(jī)物濃度、微生物處于對數(shù)增長期，再增加有機(jī)物濃度，也不能再提高降解速率，所以反應(yīng)速度達(dá)到最大值零級反應(yīng)。（2）、當(dāng)SKs時(shí)，即在低有機(jī)物濃度時(shí)，有機(jī)物降解速率遵循一級反應(yīng)，去除速度與有機(jī)物濃度成正比。這是因?yàn)樵诘陀袡C(jī)物濃度時(shí)，微生物基本處于減速生長或內(nèi)源呼吸期，在圖中它對應(yīng)與橫坐標(biāo)OS”曲線區(qū)段，在這儀段里，曲線是通過原點(diǎn)的直線X3。2、活性污泥的增長與B0D去除的關(guān)系 活性污泥法處理過程中，微生物量的增加是同化合成和內(nèi)源分解兩種作用的共同結(jié)果?；钚晕勰嗟脑鲩L和BOD去除之間的動力學(xué)關(guān)系為： 7-1 式中 dX/dt活性污泥增殖速度，即單位時(shí)間內(nèi)單位體積中所增殖的以V

11、SS計(jì)的微生物量，kg/m3d； a產(chǎn)率系數(shù)，即平均去除單位重量的B0D所增殖的微生物量，kg/kg； dSr/dt活性污泥去除BOD速度，kg/m3d； b活性污泥自身分解系數(shù)，d-1； X活性污泥濃度，kg/m3；活性污泥比增殖速度，kg/kgd，常以 u 表示。由以上兩式可知，污泥增殖是微生物去除基質(zhì)BOD的必然結(jié)果。增殖速度與營養(yǎng)的豐富程度有關(guān)。確定污泥增殖量對控制曝氣池的污泥量以及確定污泥處理設(shè)施是極為重要的。由式7-1可以得出兩日之內(nèi)污泥增量之差，即曝氣池每日污泥增量 為： 式中 Q處理廢水量，m3/d；Sr去除BODs量（Kg）V曝氣池容積，m3。a與b由下式通過試驗(yàn)求得： 式中

12、 污泥微生物平均停留時(shí)間ts的倒數(shù)，即1/ts： QSr / VX 以去除的基質(zhì)為基準(zhǔn)的污泥負(fù)荷。以 QSr / VX 為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，可用圖解法求得a和b。一些廢水的a和b值見表72。表7-2 不同廢水的污泥產(chǎn)率系數(shù)(a)與自身分解系數(shù)(b) 廢 水a(chǎn)b家庭污水 石油精制化學(xué)、石油化學(xué)釀 造制 藥牛皮紙漿0.73 0.490.620.310.720.560.720.770.500.075 0.10.160.050.080.100.08實(shí)際曝氣池的污泥增加量，比上述計(jì)算值要大。這是因?yàn)槌鼴0D轉(zhuǎn)換而增加的污泥量外。其它懸浮固體，包括無機(jī)物、纖維 等無活性的SS等，所以實(shí)際的計(jì)算應(yīng)是上述兩方

13、面的因素的平均值。 3、耗氧速度與基質(zhì)（有機(jī)物）BOD去除的關(guān)系暴氣池的耗氧包括，一部分氧化有機(jī)物（異化分解）以取得能量，另一部分轉(zhuǎn)化為新的原生質(zhì)（同化合成）和貯藏物質(zhì)。前者消耗溶解氧，后者在內(nèi)源呼吸時(shí)也消耗溶解氧，由此可得曝氣池需氧量R0(kg/d):式中 平均轉(zhuǎn)化lkg的BOD的需氧量，kg/kg； 微生物(以VSS計(jì))自身氧化的需氧量，kg/kgd。式中 Ro / VX 氧的比耗速度，即每公斤活性污泥(以VSS計(jì))平均每天的耗氧量，kg/kgd，常用Kr表示； 比需氧量，即去除lkg的B0D的需氧量，kg/kg。表7-3 幾種廢水的、值廢 水 名 稱 石油化工廢水 含酚廢水 合成纖維廢水

14、 漂染廢水 煉油廢水 釀造廢水 制藥廢水 亞硫酸漿廢水 制漿造紙廢水0.750.560.560.50.60.500.440.350.400.380.120.530.1600.1420.0650.120.3540.1850.0920.1880.110以上Ro是活性污泥法用于有機(jī)物氧化大需氧量。若當(dāng)廢水進(jìn)行包括硝化在內(nèi)的完全氧化處理時(shí)，氨變成硝酸尚需氧。 故曝氣池需氧量應(yīng)為：式中 Nr被轉(zhuǎn)化的氨氮量(kg/d)。4.6為1公斤氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽所需氧量 (kg) 。4、凈化理論在活性污泥法中的應(yīng)用活性污泥法當(dāng)其在高有機(jī)物濃度時(shí)，前面討論已得到有機(jī)物的降解速率： 式中 Xt時(shí)刻的污泥濃度，XX0+aS

15、r ,X0為t0時(shí)的活性污泥微生物濃度，a為去除每千克BOD5所產(chǎn)生的污泥量(kg)；Sr為去除的BOS5(kg)的量，K1為高基質(zhì)濃度時(shí)的污泥增長常數(shù)。 （1）、在連續(xù)的完全混合式活性污泥法系統(tǒng)中，暴氣池處于穩(wěn)定狀態(tài)，有機(jī)物濃度較低S0300mg/L的情況下，BOD去除速度與有機(jī)物濃度量呈一級反應(yīng)關(guān)系，即與有機(jī)物濃度成正比： 7-2式中 So入流廢水BOD5濃度（mg/l）；S暴氣后殘留于混合液中有機(jī)物濃度（mg/l）；K2低基質(zhì)BOD濃度時(shí)速度常數(shù)，約為(2.625.49)10-4h-1mg-1L,代入關(guān)系式S0=S+Sr（Sr為去除的BOS5(kg)的量），并求7-2式的定積分得： 若經(jīng)

16、過t時(shí)刻，出水中的有機(jī)物濃度以Se表示，則： 由于Sr=So-Se ，所以BOD去除率 此時(shí)的污泥負(fù)荷綠Ls和容積負(fù)荷率分別為： （2）對于推流式暴氣池。BOD的去除率：例：流量為5000m3/d的廢水，其水質(zhì)為：BOD5為210mg/L，SS為140mg/L。去除反應(yīng)為一級反應(yīng)，反應(yīng)常數(shù)K2=3.210-4.擬用活性污泥法處理,若取暴氣時(shí)間為4H,污泥回流率為25%,MLVSS為X=2000mg/L,（1）求BOD去除率。如果要求SS的去除率為90%，（2）問污泥生長量為多少？解：（1）活性污泥暴氣池采用推流式，其去除率為： （2）a、求暴氣池容積（通過暴氣池的水量應(yīng)包括廢水量和污泥回流量）

17、，由此得暴氣池容積 b、根據(jù) 可求得污泥增量X=0.64 5000 210 10-3 0.923-0.085 1041.7 2000 10-3=443.2(Kg/g) c、根據(jù)入流懸浮物去除率求污泥增量最大污泥增量 在普通活性污泥法基礎(chǔ)上，根據(jù)：(1)曝氣池的混合反應(yīng)型式；(2)進(jìn)水點(diǎn)的位置；(3) 污泥負(fù)荷率；(4)曝氣技術(shù)等方面的改進(jìn)產(chǎn)生新的類型，現(xiàn)概述如下。 7-4-1 曝氣池混合反應(yīng)型式1、推流式 推流式水旋流推進(jìn)與氣體混合由一端進(jìn)入流經(jīng)整個(gè)曝氣池后，至池末端流出。 完全混合式廢水與回流污泥一起進(jìn)入曝氣池后，就立即混合均勻，對入流水質(zhì)、水量、濃度等變化有較強(qiáng)的緩沖能力。2、各種活性污泥

18、法系統(tǒng) 1、普通活性污泥法優(yōu)點(diǎn)：（1）一般呈推流式。池起始端易進(jìn)入對數(shù)生長期。末端微生物進(jìn)入內(nèi)源呼吸，池的率效高。 （2）曝氣時(shí)間長，吸附量大，去除率高9095%。（3）污泥顆粒大，易沉降。 （4）污泥量少，剩余污泥量占不到回流的10%。 缺點(diǎn)：（1）不適于水質(zhì)變化大的水質(zhì)。 （2）長廊式供氧利用率低，能耗較高。 （3）處理時(shí)間長，曝氣48h 2、漸減曝氣法系統(tǒng)和逐級進(jìn)水普通法的需氧率沿池長降低，而供氧沿池長均勻分布，造成浪費(fèi)，改變?yōu)檠爻亻L減漸供氧，以達(dá)到供氧與需氧均衡。針對普通法池首BOD負(fù)荷高，池尾低，改變?yōu)檠爻亻L分級注水，多點(diǎn)進(jìn)水法也稱逐步曝氣法。優(yōu)點(diǎn)：（1）有機(jī)場分配均勻，需氧量均勻。

19、 （2）活性污泥濃度不均勻，前端濃，后端稀，有利于提高曝氣池利用率，出流混合液濃度降低。 （3）在相同的BOD負(fù)荷條件下，逐步曝氣法的BOD容積負(fù)荷可明顯增大，去除一定量的BOD，曝氣池容積僅為普通法的一半，減少占地面積。 缺點(diǎn)：（1）工藝復(fù)雜，運(yùn)行管理要求高。 （2）漸減曝氣或多點(diǎn)進(jìn)水管線，閥門增多。 漸減曝氣法或多點(diǎn)進(jìn)水法池內(nèi)各點(diǎn)活性污泥濃度?；亓魑勰酀舛然亓髀视?jì)算：式中Xx池內(nèi)任一點(diǎn)處的污泥濃度，mg/L；Q入流廢水量，m3/d；Qx流到x點(diǎn)的廢水量，m3/d；Xr回流污泥濃度，mg/L；X0入流廢水的SS濃度，mg/L；X曝氣池出口處的活性污泥濃度，mg/L；r污泥回流率，。3、吸附再

20、生法系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)： （1）吸附和污泥活化（再生）分別在兩個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行，省去初沉池，有利于提高吸附氧化有機(jī)物的能力。有利于活性污泥的活化，縮短吸附和活化時(shí)間，吸附的曝氣時(shí)間短（1030分）。（2）回流污泥量大，對廢水適應(yīng)性大，調(diào)濟(jì)平衡能力強(qiáng)，回流比大50100%。缺點(diǎn)：（1）吸附時(shí)間短，處理效率低8590%；（2）污泥回流量多，增加回流污泥泵的容量。4、完全混合法 優(yōu)點(diǎn)：（1）完全混合法進(jìn)水與池內(nèi)廢水完全混合，營養(yǎng)物和需氧率都均勻，微生物接觸的濃度進(jìn)出水相同。故承受負(fù)荷高，污泥負(fù)荷率高于其它活性污泥法。（2）微生物的工作點(diǎn)面寬，可以在對數(shù)生長期，也可以在衰減增長期。缺點(diǎn)：（1）池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理要求高

21、；（2）池合建一體，進(jìn)出水、排泥、回流系統(tǒng)復(fù)雜，工藝難度大。5、延時(shí)曝氣系統(tǒng)和氧化溝 延時(shí)曝氣法與氧化溝都屬于長時(shí)間曝氣法，延時(shí)曝氣(1624h)，氧化溝2448h這兩種方法的負(fù)荷都很低，0.030.15kg(BOD5)/kg(BOD5)/kgMLSSd；有機(jī)容積負(fù)荷為0.20.4kg/m3.d；水力停留時(shí)間為1030h；污泥平均停留時(shí)間為1030d；混合液濃度MLSS為20006000mg/L；溝中流速為0.30.5m/L；混合所需動力為25W/m3(池容)h；出水水質(zhì)：BOD5為1015mg/L，SS為1020mg/L，NH3-N為l3mg/L。優(yōu)點(diǎn)：（1）曝氣時(shí)間長，負(fù)荷低，控制微生物生

22、長在內(nèi)源呼吸，排泥量少，適合于處理高濃度廢水，水量少的系統(tǒng)；（2）低負(fù)荷，處理效果好，高于9095%；（3）自動化程度高，管理方便。缺點(diǎn)：（1）曝氣時(shí)間長，能耗高；（2）自動化程度高，基建投資大。6、短時(shí)高效曝氣法是一種將生物處理與凝聚淀組合的方法，有利于改善處理水質(zhì)。工藝特點(diǎn)為：優(yōu)點(diǎn)：(1)污泥負(fù)荷在16kg/kg.d，污泥體積指數(shù)(SVI)在100或更低，一般不產(chǎn)生活泥膨脹，緩沖能力強(qiáng)；(2)剩余污泥多，但由于進(jìn)行好氧消化，污泥量減小，污泥消化2d后，其上清液可回流到曝氣池補(bǔ)充N源、P源，有利于微生物有效利用氨氮，促進(jìn)NH3好氣硝化，轉(zhuǎn)化為NO3-；(3) 基質(zhì)BOD主要用于細(xì)胞合成，需氧

23、量減少。缺點(diǎn)：（）系統(tǒng)復(fù)雜，管理要求高；（）基建投資高。7、AB法 AB法即兩段活性污泥法，A段高負(fù)荷，污泥負(fù)荷達(dá)26kg/kgd， 為普通法的1020倍，污泥平均停留時(shí)間短(0.30.5d)，水力停留時(shí)間約為30min。DO控制0.20.7mg/L，接近兼性好氧方式進(jìn)行，污泥產(chǎn)率高。B段低負(fù)荷，污泥負(fù)荷為0.150.3kg/kgd，污泥平均停留時(shí)間為1520d，水力停留時(shí)間為23h，DO=l2mg/L。AB法的基本特點(diǎn)是：(1)A段高負(fù)荷，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，經(jīng)A段后有機(jī)大分子降為小分子，提高B段可生化性，提高處理效果；(2)原水連續(xù)流入A段，水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間短，使短世代原核微生物穩(wěn)

24、定繁殖，工藝穩(wěn)定性提高，除P效果好，為B段硝化創(chuàng)造條件。（活性污泥法操作條件表7-4） 7-5 曝氣原理與曝氣池構(gòu)造 7-5-1氧的轉(zhuǎn)移理論1、氣體傳遞原理（1）Lewis and whitman 雙膜理論（2）Highie 穿透模式理論（3）Danckwerts表面更新模式理論主要討論Lewis and whitman 雙膜理論。特點(diǎn)：簡明扼要，能基本反應(yīng)活性污泥吸附實(shí)質(zhì)。2、Lewis and whitman 雙膜理論要點(diǎn)：（1）氣液界面存在著二層膜氣膜和液膜（2）這兩層膜使氣體分子從一相進(jìn)入另一相時(shí)受到阻力（3）當(dāng)氣體分子從氣相向液相傳遞時(shí)，若氣體的溶解度低，則阻力主要來自液膜。3、氧的

25、轉(zhuǎn)移理論氧是難溶氣體，其阻力主要來自膜內(nèi)，其轉(zhuǎn)移速度dm/dt(kg/h)式中DL液膜的擴(kuò)散系數(shù)，m2/h；A氣液界面接觸面積，m2；L 液膜厚度，m；cs液相氧的飽和濃度，kg/m3；c液相內(nèi)氧的實(shí)際濃度，kg/m3；KL液膜氧轉(zhuǎn)移系數(shù)，m/h。在上式兩邊同除以液體的體積V，并令a=A/V，則： 式中dc/dt單位體積的氧轉(zhuǎn)移速率，kg/m3h；KLa液相中以濃度差為動力的總轉(zhuǎn)移系數(shù)，h-1，對一定氣體而言，混合越強(qiáng)，紊動越劇烈，則氣體傳遞速率越大。對上式進(jìn)行積分得： 式中c1，c2分別為t1，t2時(shí)所測得的溶解氧濃度，kg/m3。KLa和cs值受廢水水質(zhì)影響，KLa和cs通常在凈水中實(shí)驗(yàn)確

26、定，當(dāng)其用于廢水時(shí)應(yīng)予修正，修正系數(shù)、 同理，清水中測定的Cs用于廢水也應(yīng)修正： 生活污水的=0.91.0。用側(cè)氧儀測量水中的Cs值是至測氧儀讀數(shù)上升到不再上升時(shí)的C值即為cs值。誤差：(1）溶解在水中的增水性有機(jī)物影響Kla值，增水性有機(jī)物聚集于氣液界面上，其親水部分向著水相，增水部分指向氣相。這層分子被改變了截面的水層性質(zhì)，增加了氧從空氣中進(jìn)入水中的阻力，降低了Kla值。7-5-2 曝氣池構(gòu)造1、長廊推流式曝氣池，折流進(jìn)水、堰槽排水2、多點(diǎn)進(jìn)水或逐步曝氣、漸減曝氣3、淺層曝氣把柵壯穿孔管懸浮掛在池子一側(cè)的水面下0.6-0.8m處.4、深水曝氣，一般曝氣池水深45m，深水曝氣水深達(dá)1020m

27、，節(jié)約用地，但增大造價(jià)。7-5-3 曝氣設(shè)備1、鼓風(fēng)曝氣壓縮空氣通過微氣泡擴(kuò)散器或射流器產(chǎn)生微氣泡提高效率。2、輪刷或葉輪曝氣豎式轉(zhuǎn)軸與水泵垂直；臥式轉(zhuǎn)軸與水泵平行。7-5-4曝氣設(shè)備性能指標(biāo)充氣動力效率1KW動力轉(zhuǎn)移到水中的氧氣量kg（O2）/kw d7-5-5 需氧量、供氧量與曝氣設(shè)備(一)需氧量（R）單位時(shí)間內(nèi)曝氣池活性污泥微生物代謝所需的氧量稱為需氧量R0(kg/h)，實(shí)際包括三部分：一部分是微生物分解有機(jī)物的需氧量；另一部分是微生物自身呼吸所需的氧量；第三部分是將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽所消耗的氧量： 需氧量的計(jì)算有估算法和公式計(jì)算法兩種：（1）估算法去除1kg的BOD5需氧lkg（1：），

28、加上保險(xiǎn)系數(shù)，取1.52.0kgO2。（2）公式計(jì)算法 a平均轉(zhuǎn)化1kgBOD的需氧量kgO2/kgBOD b微生物自身氧化物的需氧量kgO2/kgvssd Nr被轉(zhuǎn)化的NH3N量kg/d 4.61Kg NH3N轉(zhuǎn)化成NO3-所需氧量KgO2 V曝氣池容積m3 X活性污泥微生物量Kg Ro-氧的比耗速度，即每公斤活性污泥（Vss）平均每天的耗氧量KgO2/Kgvssd Ro/QSr-比需氧量，即去除1KgBOD的需氧量kgO2/BOD（kg）應(yīng)用方程： 用圖解法可求得ab值。(二)供氧量單位時(shí)間內(nèi)供給曝氣池的氧量稱為供氧量。充氧量與水溫、氣壓、水深等因素有關(guān)。（1）理論供氧量1）溫度的影響：溫

29、度影響氧轉(zhuǎn)移系數(shù)2）分壓力對cs的影響：修正系數(shù)壓力(3)水深對cs的影響：Csm曝氣池中氧的平均飽和濃度(mg/L)；pb-曝氣設(shè)備裝設(shè)深度H(m)處的絕對氣壓，MPa；pbp0+9.81*0.001H；p0-當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，MPa；EA-擴(kuò)散器的氧轉(zhuǎn)移效率；Qt-空氣離開池子脅的含氧百分濃度綜上所述，廢水中氧的轉(zhuǎn)移速率方程修正為：對應(yīng)修正前氧的轉(zhuǎn)移速率：在需氧量確定后，取一定安全系數(shù)得到實(shí)際需氧量Ra，即實(shí)際生化反應(yīng)需氧量kgO2/n則所需供氣量為： Cl混合液溶解氧濃度，約為23（mg/l）Ra生反化反應(yīng)實(shí)際需氧量KgO2/hRo曝氣裝置供氧量KgO2/hq實(shí)際供氣量m3/hEa氧氣吸收率

30、（%）標(biāo)準(zhǔn)態(tài)需氧量確定以后，就可根據(jù)不同設(shè)備廠家的曝氣器樣和手冊，計(jì)算出總能耗。當(dāng)總能耗確定之后，就可以確定曝氣設(shè)備的數(shù)量和規(guī)格型號。（2）實(shí)際曝氣池中氧轉(zhuǎn)移量的計(jì)算1）經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法 當(dāng)曝氣池水深為2.53.5m時(shí)，供氧量為：穿孔管曝氣時(shí)，去除1kgBOD5， 80140m3(空氣)kg(BOD5)擴(kuò)散板曝氣時(shí)，去除1kgBOD5， 4070m3(空氣)kg(BOD5)2）空氣利用率計(jì)算法1m3空氣中有氧209.4L。在l00kPa的壓力和溫度為0及20時(shí)，lm3空氣重量分別為1294g和1221g，含氧量分別為300g和280g。按去除lkg的BOD5。需氧lkg計(jì)算，需空氣量分別為3.33和

31、3.57m3。曝氣時(shí)氧的利用率一般510(穿孔管取低值，擴(kuò)散板取高值)，故在氧利用率為5%，去除lkg的BOD5需供空氣72m3(20)；在氧利用率10%時(shí)，供空氣量為36m3(20)。 算出了總的空氣供氣量，就可根據(jù)設(shè)備廠家提供的樣機(jī)選定曝氣設(shè)備的數(shù)量和規(guī)格型號(三)曝氣設(shè)備的選擇和計(jì)算1鼓風(fēng)曝氣設(shè)備鼓風(fēng)曝氣設(shè)備的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：空氣擴(kuò)散器的選擇及其布置；空氣管路布置及其計(jì)算；選擇鼓風(fēng)機(jī)并計(jì)算需要的臺數(shù)。表7-9 長度折算系數(shù) 配件名稱等徑直流三通異徑直流三通轉(zhuǎn)彎三通彎頭大小頭球閥角閥閘閥K值0.330.420.671.330.40.70.10.22.00.90.25例：已知曝氣池的供氣量Gs

32、5040m3h，鼓風(fēng)機(jī)房至曝氣池干管總長44m，管段上有彎頭5個(gè)，閘閥2個(gè)，計(jì)算輸氣于管的直徑和壓力損失。 解（1）干管上無支管，故采用同一直徑。查P112圖7-23，通過Gs5040m3h和v15ms，兩點(diǎn)作一直線，交管徑線于一點(diǎn)，得管徑為350mm。配件折算長度為： (m) 故干管計(jì)算長度為：44+55.2992(m)。 （2）D=350mm，水溫為30，管內(nèi)空氣壓力為60kPa，空氣量84m3min 求管道總壓頭損失？ 由空氣流量管徑管徑84m3min350mm，在管徑350mm線上交30線于一點(diǎn)（t） 過30的焦點(diǎn)作橫軸垂直線交空氣壓力60kPa線于一點(diǎn)，作縱軸垂線，得h5.3kPa1000m。故管道壓力損失： kPa 鼓風(fēng)機(jī)選擇：離心式鼓風(fēng)機(jī)適用于大中型污水廠。風(fēng)機(jī)的規(guī)格依據(jù)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓的要求，風(fēng)壓可按下式估算： 式中H-擴(kuò)散設(shè)備的浸水深度，m； 15-儲算的管路壓力損失及擴(kuò)散設(shè)備壓力損失之和，kPa。 2機(jī)械曝氣設(shè)備 包括選擇葉輪型式、確定葉輪直徑和構(gòu)造尺寸、確定安裝尺寸、選擇傳動機(jī)構(gòu)。 葉輪型式的選擇可根據(jù)葉輪的充氧能力、動力效率以及加工條