中北大學水污染課程設計

1、 緒 論隨著城市和工業(yè)的飛速發(fā)展，污、廢水的排放量與日俱增。污水猛增，對江河造成污染，有的河水變黑發(fā)臭，水傳染病流行，對人類的生存構(gòu)成嚴重威脅1。20世紀7080年代，人們發(fā)現(xiàn)污水在去除有機污染物后，水體又出現(xiàn)了另一個嚴重的環(huán)境污染問題，這就是富營養(yǎng)化。富營養(yǎng)化是由于水中的氮、磷營養(yǎng)鹽引起的，水中的藻類在充足的氮、磷供應下大量繁殖，一些水生植物也瘋狂生長，過量的繁殖和隨之而來的大量死亡導致水中的溶解氧迅速消耗，加之有的藻類還釋放毒素，致使魚類大量死亡。對于封閉的水體如內(nèi)陸湖泊，富營養(yǎng)化危害特別嚴重，氮、磷只有進沒有出，富營養(yǎng)化反復發(fā)作，最后成為一團死水，一切生物都歸于死亡，造成生態(tài)環(huán)境的徹底毀

2、壞。為了制止這種危害，國家制定了氮、磷的排放標準，控制氮、磷的排放2。1 廢水生物脫氮機理 從污水中脫氮可用物理化學法和生物法，物化法費用高，現(xiàn)已很少采用，生物法中目前多用活性污泥法，它包括一下過程3:1.1 氨化反應在氨化菌德 作用下，有機氮化合物分解、轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮。1.2 硝化過程硝化反應是將氨、氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過程，是由一群自養(yǎng)型好養(yǎng)微生物完成的，包括亞硝化反應和硝化反應兩個階段。反應方程式如下：氧化反應： (1-1) (1-2) 總反應式： (1-3)在硝化的同時存在硝化菌的生長合成反應：(亞硝酸菌） （1-4）(硝酸菌）（1-5）總反應式為： （1-6）1.3 反硝化過程反硝化過程是

3、由一群異養(yǎng)型微生物完成的，在缺氧的條件下，將硝化過程產(chǎn)生的亞硝酸鹽和硝酸鹽還原成氣態(tài)氮（)或、。反硝化的化學反應如下（以甲醇為例）：氧化反應： （1-7） （1-8）總反應式為： （1-9）在這個過程中同時存在微生物的同化合成反應： (1-10) 所以，反硝化還原和微生物合成的總反應式為： (1-11)2 A/O法脫氮工藝現(xiàn)在常用的A/0法是一種有回流的前置反硝化生物脫氮流程，其中前置反硝化在缺氧池中進行，硝化在好氧池中進行，A/O法由此得。2.1 工藝流程:2.2 工藝特點：A/O工藝是一個單級污泥系統(tǒng)，系統(tǒng)中同時存在降解有機物的異養(yǎng)型細菌、自養(yǎng)型細菌?；旌系奈⑸锶后w交替地處于好氧和缺氧環(huán)

4、境中，在不同的有機物濃度條件下，分別發(fā)揮其不同作用。A/O法與傳統(tǒng)的多級生物脫氮系統(tǒng)相比主要有以下特點：流程簡單，構(gòu)筑物少，大大節(jié)省了基建費用；在原污水C/N較高是，不需要外加碳源，以原污水中的有機物為碳源，保證了充分的反硝化，降低了運行費用；好氧池在缺氧池后，可是反硝化殘留的有機物得到進一步去除，提高出水水質(zhì)；缺氧池在好氧池之前，一方面由于反硝化消耗了一部分碳源有機物，可減輕好氧池的有機負荷，另一方面，也可起到生物選擇器的作用，有利于控制污泥膨脹；同時，反硝化過程產(chǎn)生的堿度也可以補償部分硝化過程對堿度的消耗；該工藝在低負荷、長泥齡條件下運行，因此系統(tǒng)剩余污泥量少，有一定穩(wěn)定性；混合液回流比的

5、大小，直接影響系統(tǒng)的脫氮率，一般混合液回流比去200%500%，太高則動力消耗太大，因此A/O工藝的脫氮率一般在70%80%，難于進一步提高；便于在常規(guī)活性污泥法基礎上改造成A/O脫氮工藝。3 A/O法設計計算3.1 原始數(shù)據(jù)與基本參數(shù)：設計污水流量：10000 m3/h；Kz：1.45，水溫1525；BOD5：150mg/L；SS：130mg/L；TN：30g/L；處理后二級出水BOD5：25mg/L；SS：35mg/L；TN6mg/L，NH4+-N：0。其它參數(shù)查閱相關(guān)文獻自定。3.2 設計內(nèi)容和要求：A/O法脫氮曝氣池的工藝參數(shù)；A/O法脫氮曝氣池的工藝構(gòu)筑物的圖紙詳細設計。3.3 設計

6、參數(shù)：A/O缺氧-好氧生物脫氮工藝主要設計參數(shù)4項 目數(shù)值污泥負荷N/總氮負荷/污泥濃度/30005000污泥齡10總水力停留時間缺氧池水力停留時間好氧池水力停留時間7121.52.55.59.51：31：4污泥回流比R/%50100混合液回流比/%200500缺氧池進水溶解性溶解氧缺氧池小于0.5；好氧池大于23.4 參數(shù)計算3.4.1 好氧區(qū)容積計算 （3-1）式中 好氧區(qū)有效容積，；設計流量，;進水濃度，；出水所含溶解濃度，；污泥產(chǎn)率系數(shù)， ；內(nèi)源代謝系數(shù)，取=0.05固體停留時間，；混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（),=；混合液中與之比，取=0.7混合液懸浮固體濃度（），取4000。=（）（

7、1） 出水溶解性。為使出水所含降到25mg/L,出水溶解性濃 度S應為： （3-2） = =（2） 設計污泥齡： 最小泥齡與溫度的關(guān)系如圖所示，可查得為5.5，則。（3） 好氧區(qū)容積，；= = 好氧區(qū)水力停留時間3.4.2 缺氧區(qū)容積V2計算 （3-3）式中 缺氧區(qū)有效容積，；需還原的硝酸鹽氮量，；反硝化速率，。（1） 需還原的硝酸鹽氮量。微生物同化作用去除的總氮: （3-4） = = 被氧化的=進水總氮量-出水氨氮量-用于合成的總氮量 = 所需脫硝量=進水總氮量-出水總氮量-用于合成的總氮量 = 需還原的硝酸鹽量（2） 反硝化速率 （3-5）式中 20時的反硝化速率常數(shù)，?。粶囟认禂?shù)，取1.

8、08。（3） 缺氧區(qū)容積缺氧區(qū)水力停留時間 （3-6） 3.4.3 曝氣池總?cè)莘eV總 （3-7）系統(tǒng)總設計污泥齡=好氧池泥齡+缺氧池泥齡3.4.4 堿度校核每氧化需要消耗堿度，去除產(chǎn)生堿度，每還原產(chǎn)生堿度。因此可根據(jù)原水堿度來計算剩余堿度，當剩余堿度，即可維持混合液pH值，滿足處理要求：剩余堿度進水堿度-硝化消耗堿度+反硝化產(chǎn)生堿度 （3-8） +去除產(chǎn)生堿度 = =此值可維持。3.4.5 污泥回流比及混合液回流比（1）混合液回流比 設,回流污泥濃度計算公式：（取1.2） （3-9） 混合液懸浮固體濃度 污泥回流比 （3-10） （一般取） （2）混合液回流比 混合液回流比取決于所要求的脫氮率

9、，脫氮率可用下式粗略估算：= （3-11） （3-12）3.4.6 剩余污泥量（1） 生物污泥產(chǎn)量： （3-12） = =（2） 對存在的惰性物質(zhì)和沉淀池的固體流失物量可采用下式計算： （3-13） 式中 進水懸浮固體中惰性部分（進水-進水)的含 量，；出水的含量，；非生物污泥量，；設計流量，。（3） 剩余污泥量： 去除每 （3-14）3.4.7 反應池主要尺寸（1） 好氧反應池尺寸 按推流式反應池設計，設兩組反應池，單組反應池容積為： 設有效水深，單組有效面積 設計7廊道，設廊道寬，則反應池長度 校核：（滿足12）（滿足510） 超高取，則好氧反應池總高（2） 缺氧反應池尺寸 設缺氧池兩組，

10、則單組池容為： 有效水深，單組有效面積 缺氧池長度與好氧池寬度相同，為， 池寬 3.4.8 反應池進、出水計算（1） 進水管 兩組反應池合建，進水與回流污泥進入進水豎井，經(jīng)混合后經(jīng)配水渠、進 水潛孔進入缺氧池。 單組反應池進水管設計流量 設管道流速 管道過水斷面 管徑 取進水管管徑 校核管道流速（1） 回流污泥渠道 單組反應池回流污泥渠道設計流量 設渠道流速 渠道斷面面積 取渠道斷面 校核流速 渠道超高取 渠道總高為（2） 進水豎井 進水孔過流量 設孔口流速 孔口過水段面積 孔口尺寸取 進水豎井平面尺寸為（3） 出水堰及出水豎井尺寸 由矩形堰流量公式： （3-16） （3-17）式中 堰寬，堰

11、上水頭高，。 出水孔過流量 設孔口流速 則孔口過水斷面積 孔口尺寸取 出水豎井平面尺寸為（4） 出水管 單組反應池出水管設計流量 設管道流速 管道過水斷面積 管徑 取出水管管徑 校核管徑流速3.4.9 曝氣系統(tǒng)設計計算（1） 設計需氧量AOR。需氧量包括碳化需氧量和硝化需氧量，并應扣除剩余活 性污泥排放所減少的及的氧當量（此部分用于細胞合成，并 未消耗氧），同時還應考慮反硝化脫氮產(chǎn)生的氧量。 AOR=碳化需氧量+硝化需氧量-反硝化脫氮需氧量 (3-18) =（去除需氧量-剩余污泥中氧當量）+（ 硝化需氧量-剩余污泥中的氧當量）-反硝化脫氮 需氧量 a.碳化需氧量= (3-19) 式中 一的分解

12、速度常數(shù)，取=0.23試驗的時間，取=5 b.硝化需氧量=4.6Q (3-20) 式中 進水總氮濃度，出水濃度， 其余參數(shù)意義同前 = c.反硝化脫氮產(chǎn)生的氧量=2.86 (3-21) 式中，為反硝化脫除的硝態(tài)氮量，取=4296kg/d 故總需氧量AOR= =58744.86 =2447.7最大需氧量與平均需氧量之比為1：4，則 (3-22) =82242.72 去除每的需氧量（2） 標準需氧量。采用鼓風曝氣,微孔曝氣器敷設于池底，距池底， 淹沒深，氧轉(zhuǎn)移效率，將實際需氧量換算成標準狀態(tài)下的 需氧量的公式如下： (3-23) 式中 水溫20時清水中溶解氧的飽和度，；設計水溫T時好氧那個反應池中

13、平均溶解氧的飽和 度，； T設計污水溫度，；好氧反應池中溶解氧濃度，取2；污水傳氧速率與清水傳氧速率之比，取0.82；壓力修正系數(shù)，；取工程所在地區(qū)大 為，故；污水中飽和溶解氧與清水中飽和溶解氧之比，取0.95。 查表得水中溶解氧飽和度：， 空氣擴散器出口處絕對壓力： 式中 H空氣擴散器的安裝深度，m；大氣壓力，；空氣離開好氧反應池時氧的百分比： (3-24)好氧反應池中平均溶解氧飽和度： (3-25) =標準需氧量為： 好氧反應池平均時供氣量為： (3-27)最大時供氣量為：（2） 所需空氣壓力（相對壓力） (3-28) 式中 供風管道沿程阻力，；供風管道局部阻力，；曝氣器淹沒水頭，；曝氣器

14、阻力，微孔曝氣，取 ；富余水頭，=,取。 取 可根據(jù)總供氣量、所需風壓、污水量及負荷變化等因素選定風機臺數(shù)，進行風機與機房設計。（3） 曝氣器數(shù)量計算（以單組反應池計算）.按供氧能力計算曝氣器數(shù)量 (3-29) 式中 按供氧能力所需曝氣器數(shù)量，個；曝氣器標準狀態(tài)下，與好氧反應池工作條件接近時的 供氧能力，。 采用微孔曝氣器，參照有關(guān)手冊，工作水深為，在供風量時，曝氣器氧利用率,服務面積，充氧能力，則：.以微孔曝氣器服務面積進行校核（4） 供風管道計算.干管 供風干管采用環(huán)狀布置。 流量 流速 管徑 取干管直徑為.支管支管向單側(cè)廊道供氣： 流量 流速 管徑 取支管管徑為支管雙側(cè)供氣 流量 流速

15、管徑 取支管管徑為3.4.10 缺氧池設備選擇 缺氧池分成四格串聯(lián)，每格內(nèi)設一臺機械攪拌器。缺氧池內(nèi)設4臺潛水 攪拌機，所需功率按污水計算。 厭氧池有效容積 混合全池污水所需功率3.4.11 污泥回流設備選擇 污泥回流比 污泥回流量 設回流污泥泵房1座，內(nèi)設3臺潛污泵（2用1備） 單泵流量 水泵揚程根據(jù)豎向流程確定。3.4.12 混合液回流泵 混合液回流比 混合液回流量 每池設混合液回流泵4臺，單泵流量 混合液回流泵也采用潛污泵。課程設計總結(jié)通過這兩個周的學習，還是學到了不少的知識！不僅糾正了課程學習過程中出現(xiàn)的許多錯誤，還在試驗中驗證了自己的一些猜想。在學習的過程中有失敗，當然也有困惑，有成功，當然就有喜悅。雖然只是課程設計，但我拿出了自己的全部精力去對待，能學到知識固然值得驕傲，能認識到自己的過錯和不足不也是一件幸事嗎！做學問也是做人，再作學問的過程中體味做人的道理不也是一種收獲嗎？記得古語中說：“學，然后知不足”！希望這次學習只