污水處理廠工藝流程設計計算

1、1概述1.1設計依據本設計采用的主要規(guī)范及標準：城市污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002二級排放標準室外排水設計規(guī)范（1997年版） （GBJ 14-87）給水排水工程概預算與經濟評價手冊1.2設計任務書（附后）2原水水量與水質和處理要求2.1原水水量與水質Q=60000n/dBOD=190mg/L COD=360mg/L SS=200mg/LNHN=45mg/L TP=5mg/L2.2處理要求污水排放的要求執(zhí)行城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002二級排放標準：BODK 30mg/LCOD < 100mg/L SS < 30mg/LNH_NW 25

2、（30） mg/L TP < 3mg/L3污水處理工藝的選擇本污水處理廠水質執(zhí)行城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002二級排放標準，其污染物的最高允許排放濃度為：BODX 30mg/L; CO氐100mg/L; SS<30mg/L; Nhl-N< 25 （30） mg/L; TP<3mg/L。城市污水中主要污染物質為易生物降解的有機污染物，因此常采用二級生物處理的 方法來進行處理。二級生物處理的方法很多，主要分兩類：一類是活性污泥法，主要包括傳統(tǒng)活性污 泥法、吸附一再生活性污泥法、完全混合活性污泥法、延時活性污泥法（氧化溝）、AB工藝、A/O工藝、A2/

3、O工藝、SBRX藝等。另一類是生物膜法，主要包括生物濾池、生 物轉盤、生物接觸氧化法等工藝。任何工藝都有其各自的特點和使用條件?；钚晕勰喾ㄊ钱斍笆褂帽容^普遍并且有比較實際的參考數據。在該工藝中微生物在處理單元內以懸浮狀態(tài)存在，因此與污水充分混合接觸，不會產生阻塞，對進水有機物 濃度的適應范圍較大，一般認為 BOD在150 400 mg/L之間時，都具有良好的處理效 果。但是傳統(tǒng)活性污泥處理工藝在處理的多功能性、高效穩(wěn)定性和經濟合理性方面已經 難以滿足不斷提高的要求，特別是進入90年代以來，隨著水體富營養(yǎng)化的加劇，我國明 確制定了嚴格的氨氮和硝酸鹽氮的排放標準，從而各種具有除磷、脫氮功能的污水處

4、理 工藝：如A/O工藝、A7O工藝、SBRX藝、氧化溝等污水處理工藝得到了深入的研究、開發(fā)和廣泛的應用，成為當今污水處理工藝的主流。該地的污水中BOD在190mg/L左右,要求出水BOD（氐于30mg/L=在出水的水質中, 不僅對COD BOD SS去除率都有較高的要求,同時對氮和磷的要求也進一步提高結合 具體情況在眾多的污水處理工藝中選擇了具有良好脫氮除磷效果的兩種工藝一 CASS工藝和Carrousuel氧化溝工藝進行方案技術經濟比較。4污水處理工藝方案比選4.1 Carrousuel氧化溝工藝（方案一）氧化溝時二十世紀50年代由荷蘭的巴斯維爾開發(fā)，后在歐洲、北美迅速推廣，80年代中期，我

5、國部分地區(qū)也建造了氧化溝污水處理工程。近幾年來，處理廠的規(guī)模也發(fā)展到日處理水量數萬立方米的工業(yè)廢水及城市污水的大、中型污水處理工程。氧化溝之所以能在近些年來得到較快的發(fā)展，在于它管理簡便、運行穩(wěn)定、流程 簡單、耐沖擊負荷、處理效果好等優(yōu)點，特別是氧化溝具有特殊的水流混合特征，氧化 溝中的曝氣裝置只設在某幾段處，在靠近曝氣器下游段水流攪動激烈，溶解氧濃度較高， 但隨著水流遠離曝氣區(qū)，水流攪動迅速變緩，溶解氧則不斷減少，甚至出現缺氧區(qū)，這 種水流變化的特征，可發(fā)生硝化、反硝化作用，以達到生物脫氮的目的，故氧化溝法處 理NMN效果非常好，同時由于存在厭氧、好氧條件，對污水中的磷也有一定的去除率。氧化

6、溝根據構造和運行方式的不同，目前較多采用的型式有“Carrousel型氧化溝” “Orbal型氧化溝”、“一體化氧化溝”和“交替式氧化溝”等，其中，由于交替式 氧化溝要求自動化水平較高，而 Orabal氧化溝因水深較淺，占地面積較大，本報告推 選Carrousel氧化溝作為比選方案之一。本設計采用的是Carrousel氧化溝工藝.其工藝的處理流程圖如下圖4-1所示：5圖4-1 Carrousel氧化溝工藝流程圖4.1.1污水處理系統(tǒng)的設計與計算4.1.1.1進水閘門井的設計進水閘門井單獨設定，為鋼筋混凝土結構。設閘門井一座，閘門的有效面積為1.8m2, 其具體尺寸為1.2 X 1.5 m,有效

7、尺寸為1.2 m X 1.5 m x 4.5 m。設一臺矩形閘門。當污 水廠正常運行時開啟，當后序構筑物事故檢修時，關閉某一閘門或者全部關閉，使污水通 過超越管流出污水處理廠。4.1.1.2中格柵的設計與計算其計算簡圖如圖4-2所示(1) 格柵間隙數：設柵前水深h=0.5m,過柵流速v=0.9m/s,柵條間隙寬度b=0.02m,格 柵傾角:=60°,建議格柵數為2, 備一用。n _Qmax£sina _0.652 汽 Jsin60“ 論個 Nbhv 0.02 0.5 0.9格柵寬度：設柵條寬度S=0.01m,B=S(n-1)+bn=0.01 x( 68-1)+0.02 x

8、68=2.03 2.00m(3) 進水渠道漸寬部分的長度：設進水渠道寬B1=1.60m,其漸寬部分的展開角宀=20 (進水渠道內的流速為0.82m/s ),B _ B12.0 -1.6l1 =- = 0.56m2tg ： 1 2tg 20(4) 柵槽與出水渠道連接處漸窄部分的長度：1120.562=0.28m通過格柵的水頭損失：設柵條斷面為銳邊矩形斷面 =2.42 , K=3),2.4240.0130.020.9219.6sin 600 3=0.103m(6) 柵后槽總高度：設柵前渠道超高h2 =0.3m,H = h h1 h2 =0.5+0.103+0.3 0.9m(7) 柵槽總長度：L 亠

9、丨2亠0.5T.0亠Hitg600.560.28 0.5 1.0 05 0 =2.8mtg60(8) 每日柵渣量：在格柵間隙為20mm勺情況下，設柵渣量為每1000m污水產0.07m,QmaxWi 864000.652 0.07 86400KZ 10001.2 100033二 3.29 m/d >0.2 m /d宜采用機械清渣1000tg d21 .圖4-2格柵計算示意圖4.1.1.3細格柵的設計與計算其計算簡圖如圖4-2所示(1) 格柵間隙數：設柵前水深h=0.5m,過柵流速v=0.9m/s,柵條間隙寬度b=0.006m, 格柵傾角=600,格柵數為2。n = Qmax、Sin ：二

10、0.652sin 60伽 個= Nbhv 2 0.006 0.5 0.9格柵寬度：設柵條寬度S=0.01m,B=S(n-1)+bn=0.01 x( 109-1)+0.006 x 109=1.73 1.75m(3)進水渠道漸寬部分的長度：設進水渠道寬B1=1.6m,其漸寬部分的展開角:1 =20(進水渠道內的流速為0.82m/s),2tg20l1 =扌旦=1.75-1.60 0. 22m 2tg ： i(4)柵槽與出水渠道連接處漸窄部分的長度:通過格柵的水頭損失：設柵條斷面為銳邊矩形斷面(1 =2.42 , K=3),hib 2g2 sin : K2.42<0.006 丿0.9219.6s

11、in 60° 39=0.51m(6) 柵后槽總高度：設柵前渠道超高h2=0.3m,H 二 h h| h2 =0.5+0.3+0.51 1.3m(7) 柵槽總長度：L =l1 l20.5 1.0H1tg60= 0.22 0.110.5 1.0 05 0:3 =2.41mtg60(8) 每日柵渣量：在格柵間隙為6mm勺情況下，設柵渣量為每1ooom污水產0.07 m,QmaxW 86400KZ 1000=0.652 x 0.0786400-1.65 rrVd > 0.2 m3/d宜采用機械清渣。4.1.1.4 曝氣沉砂池的設計與計算本設計采用曝氣沉砂池是考慮到為污水的后期處理做好準

12、備。建議設兩組沉砂池一備一用。其計算簡圖如圖4-3所示。具體的計算過程如下：(1)池子總有效容積：設t=2min,V=Qmax t X 60=0.652 X 2X 60=78 m(2) 水流斷面積:池長：V78L= =8.38m,取 L=8.5 mA 9.31A=Qmax = 0.652 二仝口2 v10.07沉砂池設兩格，有效水深為2.00m,單格的寬度為2.4m(4)每格沉砂池沉砂斗容量:3V0 =0.6 X 1.0 X 8.5=5.1 m20 0.652106 286400 2 =1.13 5.1 m(6) 每小時所需空氣量：設曝氣管浸水深度為3為 28 m/(m h),q=28X 8.

13、5 X (1+15%)X 2=547.4 m2.5 m，查表得單位池長所需空氣量3式中(1+15%)為考慮到進口條件而增長的池長。(5) 每格沉砂池實際沉砂量：設含砂量為 20 m3/106 m3污水，每兩天排一次,圖4-3 曝氣沉砂池計算示意圖4.1.1.5 厭氧池的設計與計算4.1.1.5.1 設計參數設計流量為60000 m3/d，設計為兩座每座的設計流量為30000 m3/d水力停留時間:T =2h。污泥濃度:X =3000mg/L污泥回流液濃度:XR =10000 mg/L4.1.1.5.2 設計計算(1)厭氧池的容積：3V =QT =30000X 2/24=2500 m(2) 厭氧

14、池的尺寸：水深取為h=5,則厭氧池的面積:250052=500 m。厭氧池直徑:D =4 5003.14=25 m。考慮0.3的超高，故池總高為 H =h 0.3=5.3 m。(3) 污泥回流量的計算 回流比計算：XXr -X=0.42污泥回流量：3Qr = RQ =0.42 X 30000=12600 m/d4.1.1.6 Carrousel 氧化溝的設計與計算氧化溝，又被稱為循環(huán)式曝氣池，屬于活性污泥法的一種。見圖4-4氧化溝計算示 意圖。本次設計采用Carrousel型氧化溝，共兩組。每組設計如下：曝氣器A'|7-進水和回流污泥導流墻曝氣器低氧區(qū)高氧區(qū)圖4-4 Carrousel

15、氧化溝計算示意圖4.1.161 設計參數設計流量 Q=30000md 設計進水水質 BOD=190mg/L; COD=360mg/L SS=200mg/L NHkN=45mg/L;污水水溫 T =25°C。設計出水水質 BODK 30mg/L; CO僕 100mg/L; SS< 30mg/L; NhkN < 25 (30) mg/L; TP< 3mg/L。污泥產率系數 Y=0.55;污泥濃度(MLSS X=4000mg/L;揮發(fā)性污泥濃度(MLVSSXV=2800mg/L;污泥齡=30d;內源代謝系數Kd=0.055.4.1.1.6.2 設計計算去除BOD氧化溝出水

16、溶解性BOD濃度S。為了保證沉淀池出水 BOD濃度Se< 30mg/L,必須控 制所含溶解性BOD濃度S,因為沉淀池出水中的VSS也是構成BOD&度的一個組成部分。S=S-S1S為沉淀池出水中的VSS所構成的BOD濃度。S=1.42(VSS/TSS) x TSSX (1-e 皿3 5)=1.42 x 0.7 x 20 x (1-e 恥35)=13.59 (mg/L)S=20-13.59=6.41(mg/L)好氧區(qū)容積V。好氧區(qū)容積計算采用動力學計算方法。V = YdcQ(S° -S)1= Xv (1 - 3c)=0.55 漢 30 x 30000 x (0.16 一 0

17、.00641)2.8 (10.055 30)3=1024703好氧區(qū)水力停留時間：t=蟲=10247 24 =8.20hQ 30000剩余污泥量厶XY：X=Q(S° -S)() Q(X。-XJ -QXe1 +Kc=2096 (kg/d )脫氮需氧化的氨氮量N。氧化溝產生的剩余污泥中含氮率為12.4%，則用于生物合成的總氮量為：比=0.124 769.93 1000=3.82(mg/L)25000需要氧化的氨氮量N=進水TKN-出水NHkN-生物合成所需要的氨去除每IkgBOD所產生的干污泥量=0.499 (kgDS/kgBOD)。Q(S。-S)N =45-15-3.82=26.18(

18、mg/L)脫氮量NR進水TKN出水TN-生物合成所需要的氨N=45-20-3.82=21.18(mg/L)脫氮所需要的容積V2脫硝率 qdn(t) = q dn(20) X 1.08(T-20) =0.035 X 1.08(14-20) =0.022kg 脫氮所需要的容積：V2=QNr30000 21.183=10315 mq dn X v0.022 280015脫氮水力停留時間t2:= V2=8.25 h氧化溝總體積V及停留時間t:3V=V+2=10247+10315 = 20562mt=V/Q=16.45 h校核污泥負荷 N 二竟二磐17晉=°.°83 lkgBOD5/

19、 kgMLVSS，d 1氧化溝尺寸：取氧化溝有效水深為5m超高為1m氧化溝深6m。氧化溝面積為 A=V =20562/5= 4112.4 mh單溝寬10m中間隔墻寬0.25m。貝U彎道部分的面積為:A=3二（2 10 0.2523 10 3 0.25210=965.63m直線段部分的面積A=A-A =4112.4-965.63= 3146.77 m單溝直線段長度：,A23146.77L= =78.67 m 取 79m。4 b 4 10進水管和出水管：污泥回流比 R=63.4%進出水管的流量為：Q=(1 R)Q =1.634 X30000ni/d= 0.568 m/s，管道流速為 v = 1.0

20、m/s。 則管道過水斷面：A=Q =0.568=0.568 mv 1管徑d=,4 A一 =0.850 m,取管徑 850mmJT校核管道流速:v= Q =0.94m A需氧量 實際需氧量AOR=ED2-D3+D-D5去除BOD需氧量:D=aQ(S0S) bVX =7754.03(kg/d)(其中 a =0.52，b =0.12)剩余污泥中BOD需氧量:D2=1.42X1=1131.64(kg/d)剩余污泥中NHPN耗氧量：D3=4.6 0.124 X =454.57(kg/d)(0.124 為污泥含氮率)去除NHPN的需氧量：D4=4.6 X( TKN-出水 NHkN)X Q/1000=345

21、0(kg/d)脫氮產氧量：D5=2.86 X 脫氮量=1514.37(kg/d)AOR= E>D2-D3+D-D5=8103.45(kg/d)考慮安全系數 1. 2，則 AOR=8103.4X 1.2=11344.83(kg/d)去除每 1kgBOD需 氧量=AORQ(S。-S)二11344.8325000 (0.16 -0.00641)=2.95 (kgQ/kgB0D5)標準狀態(tài)下需氧量SQRAQR Cs(2o) SQR二cc(RPCS(T)-Cp<1.024(T0)(CS(20)20E時氧的飽和度，取9.17mg/L ; T=25°C； CS(t)25°C時

22、氧的飽和度，取8.38mg/L ; C 溶解氧濃度，取 2 mg/L ; a =0.85 ; B =0.95 ; p =0.909)SQR二11344.83 9.170.85 (0.95 0.909 8.38 - 2) 1.024(25-20)=20764.89(kg/d)去除每 1kgBQD需氧量=SQR =5.41 ( kgQ/kgBOD)Q(S。S)曝氣設備的選擇：設兩臺倒傘形表面曝氣機，參數如下： 葉輪直徑：4000mm葉輪轉速：28R/min;浸沒深度：1m 電機功率：210KVy充氧量：2.1kgQ2/(kW h)。4.1.1.7二沉池的設計與計算 其計算簡圖如圖4-5所示4.1.

23、1.7.1 設計參數Qmax =652 L/s=2347.2 m3 /h;氧化溝中懸浮固體濃度 X =4000 mg/L;二沉池底流生物固體濃度 Xr =10000 mg/L;污泥回流比R=63.4%。4.1.1.7.2 設計計算(1)沉淀部分水面面積F根據生物處理段的特性，選取二沉池表面負荷q=0.9m3/(m2 h),設兩座二次沉淀池n =2.Qmaxnq2347.22 0.92=1304 (m)池子的直徑 D= 40.76 (m)，取 D=40m。(3) 校核固體負荷G24 (1 R)QX24 (1 0.634) 30000 40001304=141.18 kg/(m 2 d)(符合要求)(4) 沉淀部分的有效水深h2設沉淀時間為2.5h。h? = qt = 0.9 X 2.5=2.25 (m)(5) 污泥區(qū)的容積V”2T(1 +R)QX 2 漢 2 漢(1+0.634)疋 30000 疋 4000V =