污水處理廠初步的設(shè)計(jì)計(jì)算

/污水處理廠初步的設(shè)計(jì)計(jì)算1概述1.1設(shè)計(jì)的依據(jù)本設(shè)計(jì)接受的主要規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)：《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）》二級排放標(biāo)準(zhǔn)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（1997年版）（GBJ14-87）《給水排水工程概預(yù)算和經(jīng)濟(jì)評價手冊》2原水水量和水質(zhì)和處理要求2.1原水水量和水質(zhì)要求指標(biāo)Q=60BOD5=190mg/LCOD=360mg/LSS=200mg/LNH3-N=45mg/LTP=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(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）》二級排放標(biāo)準(zhǔn)：BOD5≤30mg/LCOD≤100mg/LSS≤30mg/LNH3-N≤25（30）mg/LTP≤3mg/L3污水處理工藝的選擇本污水處理廠水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）》二級排放標(biāo)準(zhǔn)，其污染物的最高允許排放濃度為：BOD5≤30mg/L；COD≤100mg/L；SS≤30mg/L；NH3-N≤25（30）mg/L；TP≤3mg/L。城市污水中主要污染物質(zhì)為易生物降解的有機(jī)污染物，因此常接受二級生物處理的方法來進(jìn)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—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/O工藝、SBR工藝等。另一類是生物膜法，主要包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化法等工藝。任何工藝都有其各自的特點(diǎn)和運(yùn)用條件?；钚晕勰喾ㄊ钱?dāng)前運(yùn)用比較普遍并且有比較實(shí)際的參考數(shù)據(jù)。在該工藝中微生物在處理單元內(nèi)以懸浮狀態(tài)存在，因此和污水充分混合接觸，不會產(chǎn)生堵塞，對進(jìn)水有機(jī)物濃度的適應(yīng)范圍較大，一般認(rèn)為BOD5在150—400mg/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(jīng)濟(jì)合理性方面已經(jīng)難以滿足不斷提高的要求,特殊是進(jìn)入90年頭以來,隨著水體富養(yǎng)分化的加劇,我國明確制定了嚴(yán)格的氨氮和硝酸鹽氮的排放標(biāo)準(zhǔn),從而各種具有除磷、脫氮功能的污水處理工藝:如A/O工藝、A2/O工藝、SBR工藝、氧化溝等污水處理工藝得到了深化的探討、開發(fā)和廣泛的應(yīng)用,成為當(dāng)今污水處理工藝的主流。該地的污水中BOD5在190mg/L左右,要求出水BOD5低于30mg/L。在出水的水質(zhì)中,不僅對COD、BOD5、SS去除率都有較高的要求,同時對氮和磷的要求也進(jìn)一步提高.結(jié)合具體狀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—CASS工藝和Carrousuel氧化溝工藝進(jìn)行方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。4污水處理工藝方案比選4.1Carrousuel氧化溝工藝(方案一)氧化溝時二十世紀(jì)50年頭由荷蘭的巴斯維爾開發(fā)，后在歐洲、北美快速推廣，80年頭中期，我國部分地區(qū)也建立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(shù)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(yùn)行穩(wěn)定、流程簡潔、耐沖擊負(fù)荷、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，特殊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(shè)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(yuǎn)離曝氣區(qū)，水流攪動快速變緩，溶解氧則不斷削減，甚至出現(xiàn)缺氧區(qū)，這種水流變更的特征，可發(fā)生硝化、反硝化作用，以達(dá)到生物脫氮的目的，故氧化溝法處理NH3-N效果特殊好，同時由于存在厭氧、好氧條件，對污水中的磷也有確定的去除率。氧化溝依據(jù)構(gòu)造和運(yùn)行方式的不同，目前較多接受的型式有“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(shè)計(jì)接受的是Carrousel氧化溝工藝.其工藝的處理流程圖如下圖4-1所示:`污水污水中格柵提升泵房細(xì)格柵曝氣沉砂池厭氧池Carrousel氧化溝二沉池接觸池排水濃縮池貯泥池脫水圖4-1Carrousel氧化溝工藝流程圖4.1.14.1.1進(jìn)水閘門井單獨(dú)設(shè)定,為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)閘門井一座,閘門的有效面積為1.8m2,其具體尺寸為1.2×1.5m,有效尺寸為1.2m×4.1.1其計(jì)算簡圖如圖4-2所示(1)格柵間隙數(shù):設(shè)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(shù)為2，一備一用。==≈68個(2)格柵寬度:設(shè)柵條寬度S=0.01m,B=S(n-1)+bn=0.01×(68-1)+0.02×68=2.03≈2.00(3)進(jìn)水渠道漸寬部分的長度：設(shè)進(jìn)水渠道寬B1=1.60m,其漸寬部分的綻開角20（進(jìn)水渠道內(nèi)的流速為0.82m/s）,==≈0.56(4)柵槽和出水渠道連接處漸窄部分的長度：===0.28m(5)通過格柵的水頭損失：設(shè)柵條斷面為銳邊矩形斷面（=2.42，=3），===0.103m(6)柵后槽總高度：設(shè)柵前渠道超高=0.3m,=0.5+0.103+0.3≈0.9m(7)柵槽總長度：==2.8m(8)每日柵渣量：在格柵間隙為20mm的狀況下，設(shè)柵渣量為每1000m3污水產(chǎn)=m3/d＞0.2m3/d宜接受機(jī)械清渣。圖4-2格柵計(jì)算示意圖4.1.1其計(jì)算簡圖如圖4-2所示(1)格柵間隙數(shù)：設(shè)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==≈109個(2)格柵寬度：設(shè)柵條寬度S=0.01m,B=S(n-1)+bn=0.01×(109-1)+0.006×109=1.73≈1.75(3)進(jìn)水渠道漸寬部分的長度：設(shè)進(jìn)水渠道寬B1=1.6m,其漸寬部分的綻開角=20（進(jìn)水渠道內(nèi)的流速為0.82m/s）,==≈0.22(4)柵槽和出水渠道連接處漸窄部分的長度：===0.11m(5)通過格柵的水頭損失：設(shè)柵條斷面為銳邊矩形斷面（=2.42，=3），===0.51m(6)柵后槽總高度：設(shè)柵前渠道超高=0.3m,=0.5+0.3+0.51≈1.3m(7)柵槽總長度：==2.41m(8)每日柵渣量：在格柵間隙為6mm的狀況下，設(shè)柵渣量為每1000m3污水產(chǎn)=m3/d＞0.2m3/d宜接受機(jī)械清渣。4.1.1本設(shè)計(jì)接受曝氣沉砂池是考慮到為污水的后期處理做好準(zhǔn)備。建議設(shè)兩組沉砂池一備一用。其計(jì)算簡圖如圖4-3所示。具體的計(jì)算過程如下：(1)池子總有效容積：設(shè)t=2min,V=t×60=0.652×2×60=78m(2)水流斷面積：A===9.31m沉砂池設(shè)兩格，有效水深為2.00m，單格的寬度為2.4m。(3)池長：L===8.38m，取L=8.5m(4)每格沉砂池沉砂斗容量：=0.6×1.0×8.5=5.1m(5)每格沉砂池實(shí)際沉砂量：設(shè)含砂量為20m3/=1.13〈5.1m(6)每小時所需空氣量：設(shè)曝氣管浸水深度為2.5m，查表得單位池長所需空氣量為28mq=28×8.5×(1+15%)×2=547.4m3式中(1+15%)為考慮到進(jìn)口條件而增長的池長。圖4-3曝氣沉砂池計(jì)算示意圖4.1.14.1.1設(shè)計(jì)流量為60000m3/d水力停留時間：h。污泥濃度：=3000mg/L污泥回流液濃度：=10000mg/L4.1.1(1)厭氧池的容積：=30000×2/24=2500m(2)厭氧池的尺寸：水深取為=5,則厭氧池的面積：=500m厭氧池直徑：==25考慮0.3的超高，故池總高為=5.3m。(3)污泥回流量的計(jì)算回流比計(jì)算：=0.42污泥回流量：=0.42×30000=12600m3/4.1.1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(jì)算示意圖。本次設(shè)計(jì)接受Carrousel型氧化溝，共兩組。每組設(shè)計(jì)如下：圖4-4Carrousel氧化溝計(jì)算示意圖4.1.1設(shè)計(jì)流量Q=30000m3/d設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)BOD5=190mg/L；COD=360mg/L；SS=200mg/L；NH3-N=45mg/L；污水水溫25設(shè)計(jì)出水水質(zhì)BOD5≤30mg/L；COD≤100mg/L；SS≤30mg/L；NH3-N≤25（30）mg/L；TP≤3mg/L。污泥產(chǎn)率系數(shù)Y=0.55;污泥濃度（MLSS）X=4000mg/L;揮發(fā)性污泥濃度（MLVSS）XV=2800mg/L;污泥齡=30d;內(nèi)源代謝系數(shù)Kd=0.055.4.1.1(1)去除BOD 氧化溝出水溶解性BOD濃度S。為了保證沉淀池出水BOD濃度Se≤30mg/L,必需限制所含溶解性BOD濃度S2，因?yàn)槌恋沓爻鏊械腣SS也是構(gòu)成BOD濃度的一個組成部分。S=Se-S1S1為沉淀池出水中的VSS所構(gòu)成的BOD濃度。S1=1.42(VSS/TSS)×TSS×(1-e)=1.42×0.7×20×(1-e)=13.59(mg/L)S=20-13.59=6.41(mg/L)好氧區(qū)容積V1。好氧區(qū)容積計(jì)算接受動力學(xué)計(jì)算方法。V1===10247好氧區(qū)水力停留時間：t===8.20h剩余污泥量XX==2096（kg/d）去除每1kgBOD5所產(chǎn)生的干污泥量==0.499（kgDS/kgBOD5）。 (2)脫氮需氧化的氨氮量N1。氧化溝產(chǎn)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：N0==3.82(mg/L)須要氧化的氨氮量N1=進(jìn)水TKN-出水NH3-N-生物合成所須要的氨N。N1=45-15-3.82=26.18(mg/L)脫氮量NR=進(jìn)水TKN-出水TN-生物合成所須要的氨N=45-20-3.82=21.18(mg/L)脫氮所須要的容積V2脫硝率qdn(t)=qdn(20)×1.08(T-20)=0.035×1.08(14-20)=0.022kg脫氮所須要的容積:V2===10315脫氮水力停留時間: ==8.25h氧化溝總體積V及停留時間t:V=V1+V2=10247+10315=20562t=V/Q=16.45h校核污泥負(fù)荷=0.083(3)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==20562/5=4112.4m單溝寬10m，中間隔墻寬0.25m。則彎道部分的面積為：A1==965.63m2直線段部分的面積:A2==4112.4-965.63=3146.77m單溝直線段長度：L===78.67m，取79m進(jìn)水管和出水管：污泥回流比R=63.4%，進(jìn)出水管的流量為：Q1==1.634×30000m3/d=0.568m3/s，管道流速為1.0則管道過水?dāng)嗝妫?A===0.568m管徑d==0.850m,取管徑850校核管道流速：v==0.94m(4)需氧量實(shí)際需氧量：AOR=D1-D2-D3+D4-D5去除BOD5需氧量：D1==7754.03(kg/d)（其中=0.52，=0.12）剩余污泥中BOD5需氧量：D2==1131.64(kg/d)剩余污泥中NH3-N耗氧量：D3==454.57(kg/d)（0.124為污泥含氮率）去除NH3-N的需氧量：D4=4.6×（TKN-出水NH3-N）×Q/1000=3450(kg/d)脫氮產(chǎn)氧量：D5=2.86×脫氮量=1514.37(kg/d)AOR=D1-D2-D3+D4-D5=8103.45(kg/d)考慮平安系數(shù)1.2，則AOR=8103.45×1.2=11344.83(kg/d)去除每1kgBOD5需氧量===2.95（kgO2/kgBOD5）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下需氧量SORSOR=（CS（20）20℃時氧的飽和度，取9.17mg/L；T=25℃；CS(T)8.38mg/L；C溶解氧濃度，取2mg/L；α=0.85；β=0.95；ρ=0.909）SOR==20764.89(kg/d)去除每1kgBOD5需氧量==5.41（kgO2/kgBOD5）曝氣設(shè)備的選擇：設(shè)兩臺倒傘形表面曝氣機(jī)，參數(shù)如下：葉輪直徑：4000mm；葉輪轉(zhuǎn)速：28R/min；浸沒深度：1m；電機(jī)功率：210KW；充氧量：≥2.1kgO2/(kW·h)。4.1.1其計(jì)算簡圖如圖4-5所示4.1.1=652L/s=2347.2/h;氧化溝中懸浮固體濃度=4000mg/L;二沉池底流生物固體濃度=10000mg/L;污泥回流比R=63.4%。4.1.1.7.2設(shè)計(jì)計(jì)算(1)沉淀部分水面面積依據(jù)生物處理段的特性，選取二沉池表面負(fù)荷q=0.9m/(m2·h),設(shè)兩座二次沉淀池.(m2)(2)池子的直徑(m)，取=40m。(3)校核固體負(fù)荷=141.18[kg/(m·d)](符合要求)(4)沉淀部分的有效水深設(shè)沉淀時間為2.5h。0.9×2.5=2.25(m)(5)污泥區(qū)的容積=1945.2(m3)(6)污泥區(qū)高度污泥斗高度。設(shè)池底的徑向坡度為0.05，污泥斗底部直徑=1.6m，上部直徑=4.0m，傾角為60°，則：=60°=60°=2.1(m)=13.72(m3)圓錐體高度＝＝＝0.9(m)===418.25(m3)豎直段污泥部分的高度===1.16(m)污泥區(qū)的高度=2.1+0.9+1.16=4.16(m)沉淀池的總高度設(shè)超高=0.3m，緩沖層高度=0.5m。則==0.3+2.25+0.5+4.16=7.21m取=7.2m4.1.1接受隔板式接觸反應(yīng)池。其計(jì)算簡圖如圖4-5所示。 圖4-5二沉池設(shè)計(jì)計(jì)算圖4.1.1水力停留時間：t=30min平均水深：=2.4m。隔板間隔：b=1.5m。池底坡度：3%排泥管直徑：DN=200mm。4.1.1接觸池容積：0.652×30×60=1174m3水流速度：m/s表面積：m2廊道總寬度：隔板數(shù)接受10個，則廊道總寬度為B=11×b=11×1.5=16.5m。接觸池長度：=29.6m取30m。水頭損失，取0.4m。4.2CASS工藝（方案二）4.2.11.此工藝建設(shè)費(fèi)用低,和常規(guī)活性污泥法相比,省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設(shè)備,工藝流程簡潔,建設(shè)費(fèi)用可節(jié)約10%～25%,占地面積可削減20%～35%。2.運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用省。由于曝氣是周期性的,重新起先曝氣時,氧濃度梯度大,傳遞效率高,節(jié)能效果顯著,運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用可節(jié)約10%～25%。此外,本工程接受水下曝氣機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)曝氣,消退了噪音污染。3.有機(jī)物去除率高,出水水質(zhì)好。4.管理簡潔,運(yùn)行牢靠,能有效防止污泥膨脹。和傳統(tǒng)的SBR工藝相比,CASS最大的特點(diǎn)在于增加了一個生物選擇區(qū),且連續(xù)進(jìn)水(沉淀期、排水期仍連續(xù)進(jìn)水),沒有明顯標(biāo)記的反應(yīng)階段和閑置階段。設(shè)置生物選擇區(qū)的主要目的是使系統(tǒng)選擇出良好的絮凝性生物。5.污泥產(chǎn)量低,性質(zhì)穩(wěn)定。4.2.2CASS工藝的設(shè)計(jì)原始資料和氧化溝的相同。并且本工藝的中格柵、污水提升泵房、細(xì)格柵以及曝氣沉砂池的設(shè)計(jì)和第一方案的相同。其次方案的污泥處理系統(tǒng)的計(jì)算和第一方案的也相同在此就不再重復(fù)計(jì)算。本設(shè)計(jì)中的CASS反應(yīng)池分兩組每組分四格。每組的處理流量為25000m3/d。這里只對CASS工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算如圖5-7所示。其1.曝氣時間設(shè)混合液污泥的濃度=2500mg/L,污泥負(fù)荷=0.1kgBOD5/kgMLSS,充水比=0.24，曝氣時間為：==3.7≈4（h）2.沉淀時間當(dāng)污泥濃度小于3000mg/L時，污泥界面沉降速度為：式中，為污水溫度。設(shè)污水溫度=10℃，污泥的界面沉降速度：=7.4×104×10×2500-1.7=1.24(m/h)設(shè)曝氣池水深=5m，緩沖層高度為m，沉淀時間為：==1.37≈1.5（h）3.運(yùn)行周期設(shè)排水時間=0.5h，運(yùn)行周期=4+1.5+0.5=6（h）每日周期數(shù)：=44.曝氣池容積曝氣池個數(shù)=4，每座曝氣池容積：==6510（m3）5.復(fù)核出水溶解性BOD5依據(jù)設(shè)計(jì)出水水質(zhì)，出水溶解性BOD5應(yīng)小于10.55mg/L。本設(shè)計(jì)中出水溶解性BOD5：==5.6（mg/L）計(jì)算結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。6.計(jì)算剩余污泥量活性污泥自身氧化系數(shù)：==0.041剩余生物污泥量：其中式中——出水溶解性BOD5；——二沉池出水總BOD5，取=20mg/L；——活性污泥自身氧化系數(shù)，為0.06；——二沉池出水SS中VSS所占的比例，取0.75；——二沉池出水SS，取20mg/L。=20-7.1×0.06×0.75×20=13.6（mg/L）帶入數(shù)據(jù)得=2196-1334.55=861.45（kg/