污水UASB+反硝化+硝化計算書8725

某市生活垃圾填埋場滲瀝液處理站工程計算書(200m3/d)二零一二年三月1概況1.2進水流量垃圾滲瀝液進水流量為200（m3/d）。1.3設計計算進水水質CODcrBOD5(mg/L)(mg/L)SSTNNH3-N項目水量（m/d）PH6-93(mg/L)(mg/L)(mg/L)進水水質2002000012000850300025001.4設計計算出水水質序號1控制污染物排放濃度限值色度（稀釋倍數(shù)）40100302化學需氧量（CODCr）（mg/L）生化需氧量（BOD5）（mg/L）懸浮物（mg/L）34305總氮（mg/L）406氨氮（mg/L）257總磷（mg/L）38糞大腸菌群數(shù)（個/L）100000.0010.010.19總汞（mg/L）總鎘（mg/L）總鉻（mg/L）六價鉻（mg/L）總砷（mg/L）總鉛（mg/L）10111213140.050.10.11.5各工藝單元去除效果水量CODcrBOD5NH3-N(mg/L)1500TN(mg/L)2000SS(mg/L)500項目（m3/d）(mg/L)(mg/L)120004800進水200出水20020000800015002000250UASBMBRNF去除率60%60%————50%進水200出水200去除率8000<8004800<241500<152000<40250<5＞90%＞99.5%＞99%＞98%＞98%進水200出水150去除率<80080<2410<15<15<40<40<50<90%100<58%30————<100%30排放要求25402UASB的設計計算UASB反應器進水條件1）pH值宜為6.5～7.8。2）常溫厭氧溫度宜為20℃～25℃，中溫厭氧溫度宜為30℃～35℃，高溫厭氧溫度宜為50℃～55℃。3）COD:N:P=200:5:1。4）UASB反應器進水中懸浮物的含量宜小于1500mg/L。5）廢水中氨氮濃度應小于800mg/L。6）廢水中硫酸鹽濃度應小于1000mg/L、COD/SO42-比值應大于10。7）廢水中COD濃度宜為2000mg/L～20000mg/L。8）嚴格限制重金屬、堿土金屬、三氯甲烷、氰化物、酚類、硝酸鹽和氯氣等有毒物質進入?yún)捬醴磻鳌?.1UASB反應池的有效容積式中：Q——設計計算處理量，Q=200m3/d=8.33m3/h；C0——進水COD濃度，mg/L；NV——COD容積負荷，kgCOD/(m3·d)，取4kg/m3?d（中溫負荷）。A——反應器橫截面積，H——反應器有效高度，t——水力停留時間，m2mh2.2UASB反應池的形狀和尺寸升流式厭氧污泥床的池形有矩形、方形和圓形。圓形反應池具有結構穩(wěn)定的特點，因此本次設計計算選用圓形池。圓形反應器具有結構穩(wěn)定的優(yōu)點，同時建造費用比具有相同面積的矩形反應器至少要低12%，但圓形反應器的這一優(yōu)點僅僅在采用單個池子時才成立。單個或小的反應器可以建成圓形的，高徑比應在1～3之間。[1][1]《UASB升流式厭氧污泥床污水處理工程技術規(guī)范（編制說明）》反應池有效橫截面積：式中：S——反應池的有效橫截面積，m；2有效h——UASB反應器的高度，一般為4~9m，取8m。取2座相同的UASB池，池面積為37.5m2。反應池直徑：取反應池直徑為d=7m。反應池實際橫截面積：反應池的高度：取反應池高度h=8m。設反應池超高為0.5m，則反應池實際高度H為：H=h+0.5=8+0.5=8.5(m)單個反應池的實際容積：反應池的體積有效系數(shù)：據(jù)相關資料，反應池體積有效系數(shù)一般為70~95%，故本次設計計算符合要求。2.3進水分配系統(tǒng)的設計計算壓力流進水，分支狀穿孔管，設逆止閥，當水力篩縫隙為3mm～5mm時，出水孔大于15mm，一般在15mm～25mm之間；c.需考慮設液體反沖洗或清堵裝置，可以采用停水分池分段反沖，用液體反沖時，壓力為1.0kg/cm2～2.0kg/cm2，流量為正常進水量的3～5倍；（2）采用重力流布水方式(一管一孔)如果進水水位差僅僅比反應器的水位稍高（水位差小于10cm）會經(jīng)常發(fā)生堵塞現(xiàn)象。因為進水水頭不足以消除阻塞。當水箱中的水位（三角堰的底部）與反應器中的水位差大于30cm時很少發(fā)生堵塞現(xiàn)象。a.采用布水器布水時，從布水器到布水口應盡可能少地采用彎頭等非直管；b.廢水通過布水器進入池內時會吸入空氣，直徑大于2.0mm氣泡會以0.2m/s～0.3m/s速度上升，在管道垂直段（或頂部）流速應低于這一數(shù)值；c.上部管徑應大于下部，可適當?shù)乇苊獯蟮目諝馀葸M入反應器；d.反應器底部較小直徑可以產生高的流速，從而產生較強的擾動，使進水與污泥之間充分接觸；e.為了增強底部污泥和廢水之間的接觸，建議進水點距反應器池底保持150mm～250mm的距離。布水點的設置：據(jù)下表，由于所取容積負荷為4.0kg/m3?d，因此每個點的布水負荷面積為0.5~2m2。本次設計計算池中共設置40個布水點，則每點的負荷面積為：S38.471.6（m）S2n24i配水系統(tǒng)形式：采用一管多孔式。設計計算參數(shù)：進水總管管徑取200mm，流速約為1.7m/s；配水管的直徑取100mm，流速約為2m/s；配水管中心距池底一般為200~250mm，取250mm；出水孔孔徑一般為10~20mm，取15mm；出水孔孔距為1.0~2.0m。布水簡圖：2.4三相分離器尺寸設計計算dθv2θb1b2v1圖三相分離器設計計算圖圖中：h1——上部液面距反應池頂部高度，取0.5m；h2——集氣罩頂以上的覆蓋水深，取0.5m。下三角形集氣罩回流縫的總面積：式中：V——下三角形集氣罩之間污泥回流縫中混合液上升流速，V宜小于下下0.5m/h，取V=0.4m/h。下下三角形集氣罩之間的直徑距離：實際流速V=0.39m/h下下三角形集氣罩底水平寬度：下三角形集氣罩斜面高度：h3=b1×tanθθ——三角形集氣罩斜面的水平夾角，一般為55°~60°，取θ=55°。h3=1.65×tan55=2.36（m）上下三角形集氣罩之間回流縫流速V：式中：上(CFEQ)CE(圓臺側面積公式)S上2式中：S——上三角形集氣罩回流縫面積（m2）；上CE——上三角形集氣罩回流縫的寬度，CE>0.2m，取CE=1.0m；CF——上三角形集氣罩底寬，上三角形集氣罩底寬與下三角形集氣罩底寬的差值需大于200mm，取CF=4m；EH=CE×sin55=1×sin55=0.82mEQ=2EH+CF=2×0.82+4=5.64mV<V<2m/h,符合要求。上下上三角形集氣罩高度：CF4tan552.86(m)tanh5=22復核：當混合液上升到A點后將沿著AB方向斜面流動，并設流速為Va，同時假定A點的氣泡以速度V垂直上升，所以氣泡的運動軌跡將沿著Va和Vb合成速b度的方向運動，根據(jù)速度合成的平行四邊形法則，則有：CE1BC式中：1.74(m)cos55cos55IG=CH=CE×cos55=1×cos55=0.57mEH=×sin55=1CE×sin55=0.82mHG=CI=CF-b=4-3.7=0.3m2EG=EH+HG=0.82+0.3=1.12mGA=EG×tan55=1.12×tan55=1.6mh4=IG+GA=0.57+1.6=2.17mAE=EG/cos55=1.12/cos55=1.95mBE=CE×tan55=1×tan55=1.43mAB=AE-BE=1.95-1.43=0.52m要使氣泡分離后進入沉淀區(qū)的必要條件是：在消化溫度為25℃，沼氣密度=1.12g/L；水的密度=997.0449kg/m3；水的運動粘滯系數(shù)V=0.0089×10^-4m2/s；取氣泡直徑d=0.01cm根據(jù)斯托克斯（Stokes）公式可得氣體上升速度Vb為：式中Vb—氣泡上升速度（cm/s）g—重力加速度（cm/s2）β—碰撞系數(shù)，取0.95μ—廢水的動力粘度系數(shù)，g/(cm.s)???μ=vβ水流速度,Va=V2=0.55m/hVbVBC＞，符合要求AB滿足a1.7三相分離器與UASB高度設計計算三相分離器總高h=h5+h4=2.86+2.17=5.03mUASB反應池總高為8m，超高h1=0.5m分離出流區(qū)高4.84m，反應區(qū)高4.16m，其中污泥床高2m，懸浮層高2.16m。2.5排泥系統(tǒng)的設計計算UASB池反應區(qū)的污泥沿高程呈兩種分布狀態(tài)，下部約1/3～1/2的高度范圍內污泥固體濃度高達40～80gVSS/L或60～120gVSS/L，稱為污泥床層。污泥床層以上約占反應區(qū)總高度的1/3～1/2的區(qū)域范圍內污泥濃度較小，約為5～25gVSS/L或5～30gVSS/L，稱為污泥懸浮層。本設計計算中，反應池最高液面為8.5m，其中沉淀區(qū)高4.84m，污泥濃度ρ1=0.5gSS/L；懸浮區(qū)高2.16m，污泥濃度ρ=2.0gSS/L；污泥床高2m，污泥濃度2ρ3=15.0gSS/L。①反應池內污泥總量②BOD污泥負荷污泥負荷表示反應池內單位容量的活性污泥在單位時間內承受的有機質質量。③產泥量計算一般情況下，可按每去除1kgCOD產生0.05～0.10kgVSS計算。本工程取X=0.07kgVSS/kgCOD，則產泥量為：式中Q——設計計算處理量，m/d3Sr——去除的COD濃度，kgCOD/m3取VSS/SS=0.8，則污泥含水率P為98%，因含水率＞95%，取ρs=1000kg/m3，則污泥產量為④污泥齡的計算⑤排泥系統(tǒng)設計計算在USAB池池底設排泥管，每3個月排泥一次，污泥返回垃圾填埋場。排泥管選DN150的鋼管，排泥總管選用DN200的鋼管。2.6出水系統(tǒng)的設計計算①溢流堰設計計算沉淀區(qū)的出水系統(tǒng)一般采用出水渠，一般每個單元三相分離器沉淀區(qū)設一條出水渠，池中設有2個單元三相分離器，出水槽共有2條，槽寬bc＝0.3m反應池流量:設出水槽槽口附近水流速度V=0.2m/s,c則槽口附近水深h:cf取，槽口附近水槽深h為0.25m，出水槽坡度為0.01c溢流堰設計計算90°三角堰，堰高100mm，堰口寬200mm。2.7沼氣收集系統(tǒng)設計計算設4根沼氣收集支管，1根沼氣收集總管，設計計算COD去除率為60%。厭氧沼氣產率為每降減1kgCOD產生0.35m3的沼氣，沼氣甲烷含量為65%。沼氣量Q=20000×60%×200×10-3×0.35=840m3/d2.10厭氧循環(huán)泵的選擇表面水力負荷：式中：Q——單池流量，Q=4.17m3/h；S——反應池實際截面積，S=38.47m2。表面水力負荷一般小于0.7m3/(m2·h)，故符合要求。厭氧循環(huán)泵的計算：UASB反應器內廢水的上升流速宜小于0.5m/h，取0.4m/hQ’=s·v=38.47×0.4=15.39(m3/h)循環(huán)泵流量=15.39-4.17=11.22(m3/h)，取15(m3/h)揚程為：式中H——靜揚程，吸水井的最枯水位（或最低水位）與凈化構筑物進口水面ST標高差，為8m∑h——吸水管路水頭損失s∑h——輸水管路水頭損失d∑h+∑h=0.5msdh’——安全水頭，一般為1～2m取揚程為15m。3MBR池的設計計算3.1一級反硝化、硝化池設計計算3.1.1反硝化池有效容積VDiX*RDiVDi=NH4NMLVSS*qdn,T式中：XNH4-N——設計計算進水NH4-N負荷總量XNH4-N=2001500103300kgRDi——設計計算反硝化率，RDi=95%MLVSS——揮發(fā)性懸浮污泥，取污泥濃度為4000mgMLSS/L，MLVSS0.7，則揮發(fā)性懸浮污泥濃度為2800mgMLVSS/Lf=MLSSqdn,T——設計計算反硝化速率qdn,20——20℃時反硝化速率常數(shù)，取0.12kgNO3--N/(kgMLVSS·d)θ——溫度系數(shù)，取1.08T——設計計算溫度25℃dn,20qq0.121.0825200.18(kgNO--N/kgMLVSS)3T20dn,T3000.95X*RDi28001030.18565.5m3NH4NVDi=MLVSS*qdn,T取600m3。600取有效高度為7.7m，則橫截面積S=V77.92(m2)7.7有效h則反應池直徑約為9.96m。取10。設計計算反應池總高H=8.5m反應池的總容積V=Π(d/2)2H=3.14*(10/2)2*9=706.5m3，有效容積為588.75m3，3.1.2硝化池有效容積VNia*Vs2VNi=s+Di1KAdae其中a、b為經(jīng)驗公式參數(shù)：a=3.17m3/db=218.42m3/dKd=0.0086*1.1(T-15)=0.0223abK*Vs=dDi12*(K)Adae式中：A——硝化污泥所需泥齡ae硝化菌比增長速率式中——硝化菌最大比增長速率：NmaxN——出水氨氮濃度，為150mg/LkO2——氧的半速系數(shù)，為1.3mg/LO2——反應池中2mg/L溶解氧濃度，為pH=7.2c硝化污泥所需最小泥齡硝化污泥所需泥齡式中：選用安全系數(shù)K=3取1900m3取有效高度為7.4m，橫截面積為1900/7.4=256.76m2，直徑=18m設計計算反應池總高H=8.5。反應池的總容積V=Π(d/2)2H=3.14*(9)2*9=2289.06m3，有效容積為1907.55m3。取2000。一級反硝化、硝化池總面積為324.66m2，半徑為10.2m，取10m，則一級反硝化池短弧圓心角約為128°。3.2二級反硝化、硝化池設計計算3.2.1反硝化池有效容積VDiXVDi=NNO3MLVSS*qNi式中：qNi——設計計算反硝化速率，為一級反硝化速率的0.2~0.5倍，取qNi=0.35qdn,T=0.35╳0.18=0.063(kgNO--N/kgMLVSS)3超濾進水比=8XNO3-N——硝氮去除總量10410328000.063589.57m3VDi=取600m3600=84.5（m2）。7.1取有效高度為7.1m，則橫截面積S=V=有效h則反應池直徑約為10.38m。取10.5m設計計算反應池總高H=8.5。3.2.2二級硝化池有效容積VNi2=Quf*t=(200/24)*10*6583.1m3t——水力停留時間，為7h取600m3式中：V600=88.24（m2）。取有效高度為6.8m，則橫截面積S==有效h6.8則反應池直徑約為10.6m，取11。設計計算反應池總高H=8.5m。4曝氣系統(tǒng)設計計算計算4.1設計計算需氧量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BOD5及NH3-N的氧當量（此部分用于細胞合成，并未耗氧），同時還應考慮反硝化脫氮產生的氧量。①碳化需氧量D1式中k——BOD的分解速度常數(shù)，d,取k=0.23-1t——BOD5實驗的時間，取t=5d②硝化需氧量D2式中N0——進水總氮濃度，kg/m3Ne——出水NH3-N濃度，kg/m3③反硝化脫氮產生的氧量D3式中NT——為反硝化脫氮的硝態(tài)氮量NT的計算為：微生物同化作用去除的總氮N:W被氧化的NH3-N=進水總氮量―出水氨氮量―用于合成的總氮量=2000―25―573.69=1401.31（mg/L）=進水總氮量―出水總氮量所需脫硝量―用于合成的總氮量=2000―40―573.69=1386.31（mg/L）需還原的硝酸鹽氮量N=200×1386.31×10-3=277.26（kg/d）T故總需氧量AOR=D1+D2-D3=2195.16+1289.15-792.96=2691.35（kgO2/d）=112.14（kgO2/h）最大需氧量與平均需氧量之比為1.4，則AORmax=1.4AOR=1.4×112.14=157（kgO2/h）去除1kgBOD5的需氧量4.2標準需氧量將設計計算需氧量AOR換算成標準狀態(tài)下的需氧量SOR:C——水溫20℃時清水中溶解氧的飽和度，mg/LT℃時好氧平均溶解氧的飽和度，式中s(20)Csm(T)——設計計算水溫反應池中mg/LT——設計計算CL——好氧溶解氧濃度，取2mg/L速率之比，取0.82污水溫度，T=25℃反應池中α——污水傳氧速率與清水傳氧工程所在地區(qū)大氣壓1.013105ρ——壓力修正系數(shù)，=；本例工程所在地區(qū)大氣壓為1.013×105（Pa），故ρ=1β——污水中與清水中飽和溶解氧之比，取0.95溶解氧飽和度：Cs(20)=9.17mg/L，Cs(25)=8.38mg/L飽和溶解氧查表得水中空氣擴散器出口處絕對壓力：式中H——空氣擴散器的裝深度為7.5mP——大氣壓力，p=1.013×105Pa反應池時氧的百分比Ot:E為空氣擴散裝置的氧的轉移效