3万吨生活污水的缺氧好氧的脱氮设计2013.doc

水污染控制工程课程设计水污染控制工程课程设计 项项目目 3 万吨生活万吨生活污污水的缺氧好氧的脱氮水的缺氧好氧的脱氮设计设计 学 院 环境科学与工程学院 专 业 环境工程 年级班别 10 环境工程 2 班 学 号 311 学生姓名 肥敏 指导教师 罗建中 2013 年 6 月 目录目录 一 设计概述一 设计概述 1 二 设计任务与内容二 设计任务与内容 1 2 1 设计任务设计任务 1 2 2 设计规模和指标设计规模和指标 1 1 设计规模 1 2 设计指标 1 三 工艺流程及说明三 工艺流程及说明 1 3 13 1 工艺原理工艺原理 1 3 23 2 A OA O 工艺工艺 2 3 2 13 2 1 工艺流程图及说明工艺流程图及说明 2 3 2 23 2 2 工艺特点工艺特点 2 3 2 33 2 3 A OA O 工艺设计参数工艺设计参数 3 四 工艺设计计算四 工艺设计计算 3 4 14 1 工艺设计参数工艺设计参数 3 4 24 2 反应池容积计算反应池容积计算 4 4 2 14 2 1 好氧池设计计算好氧池设计计算 4 4 2 24 2 2 缺氧池设计计算缺氧池设计计算 5 4 34 3 反应池尺寸计算反应池尺寸计算 5 4 3 14 3 1 单组池容积单组池容积 5 4 3 24 3 2 单组好氧池容积单组好氧池容积 6 4 3 34 3 3 单组缺氧池容积单组缺氧池容积 6 4 44 4 曝气系统设计计算曝气系统设计计算 6 4 4 14 4 1 需氧量计算需氧量计算 6 4 4 24 4 2 空气量计算空气量计算 7 4 4 34 4 3 鼓风机出口风压计算鼓风机出口风压计算 8 4 54 5 回流量比计算回流量比计算 8 4 64 6 反应池进 出水系统计算反应池进 出水系统计算 8 4 6 14 6 1 进水流量进水流量 8 4 6 24 6 2 污泥回流管污泥回流管 8 4 6 34 6 3 混合液回流管混合液回流管 8 4 6 44 6 4 进水管进水管 9 4 6 54 6 5 出水管出水管 9 4 74 7 二沉池工艺计算二沉池工艺计算 9 4 7 14 7 1 设计参数设计参数 9 4 7 24 7 2 设计计算设计计算 10 五 机械设备选型五 机械设备选型 12 5 15 1 缺氧池设备选择 以单组反应池计算 缺氧池设备选择 以单组反应池计算 12 5 25 2 污泥回流设备污泥回流设备 12 5 45 4 混合液回流设备混合液回流设备 13 六 总结六 总结 13 参考文献参考文献 14 附件附件 14 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 1 一 设计概述一 设计概述 我国水体污染主要来自两方面 一是工业发展超标排放工业废水 二是城市化 中由于城市污水排放和集中处理设施严重缺乏 大量生活污水未经处理直接进入水 体造成环境污染 工业废水近年来经过治理虽有所减少 但城市生活污水有增无减 占水质污染的 51 以上 本设计要求处理水量为 3 万 t d 的城市生活污水 设计方案针对已运行稳定有 效的 A O 活性污泥法工艺处理城市生活污水 它可以同时完成有机物的去除 硝化 脱氮的过量摄取而被去除等功能 脱氮的前提是 NH3 N 应完全硝化 好氧池能完 成这一功能 缺氧池则完成脱氮功能 二 设计任务二 设计任务与内容与内容 2 1 设计任务设计任务 根据所给资料利用缺氧好氧工艺设计一个合理的方案用于处理城市污水 2 2 设计规模和指标设计规模和指标 1 设计规模 生活污水处理规模为 3 万 t d 2 设计指标 本项目设计进出水水质根据生活污水来源和 生活污水排放标准 GB 18918 2002 标准列出 采用第一级 B 标准排放浓度 如下表 1 设计进 出水水质 表 1 CODcr mg L BOD5 mg L NH3 N mg L Tp mg L SS mg L 进水水质 250100253200 出水水质 60208120 三 三 工艺流程及说明工艺流程及说明 3 13 1 工艺原理工艺原理 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 2 污水在好氧条件下使含氮有机物被细菌分解为氨 然后在好氧自养型硝化细菌 的作用下进一步转化为亚硝酸盐 再经好氧自养型硝化细菌作用转化为硝酸盐 至 此完成了硝化反应 在缺氧条件下 兼性异氧细菌利用或部分利用污水中原有的有 机物碳源为电子供体 以硝酸盐代替分子氧作电子受体 进行无氧呼吸 分解有机 质 同时 将硝酸盐中氮还原成气态氮 至此完成了反硝化反应 A1 O 工艺不但能 取得比较满意的脱氮效果 而且通过上述缺氧 好氧循环操作 同样可取得高的 COD 和 BOD 的去除率 3 23 2 A OA O 工艺工艺 3 2 13 2 1 工艺流程图及说明工艺流程图及说明 缺氧池好氧池沉淀池 污水 剩余污泥 出水 回流污泥 混合液回流 a a 缺氧池 反硝化菌利用污水中的有机物作为碳源 将回流液带入的大量 NO 3 N 和 NO2 N 还原为 N2释放至空气中 BOD5浓度下降 NO 3 N 的浓度大幅度下降 而磷的变化很小 b b 好氧池 有机物被微生物生化降解而继续下降 有机氮被氨化继而被硝化 使 NH3 N 浓度显著下降 但该过程使 NO 3 N 浓度增加 磷随着聚磷菌的过量摄取 也以较快速度下降 好氧池将 NH3 N 完全硝化 缺氧池完成脱氮功能 3 2 23 2 2 工艺特点工艺特点 该工艺中反硝化反应以污水中的有机物为碳源 生物接触氧化池为做好养段的 除氮 反硝化产生的碱度可以补充硝化阶段 50 的需要碱量 利用原水中的有机物 无需外加碳源 利用硝酸盐作为电子处理进水中有机物 不仅节约后续曝气量 而 且反硝化对碳源的利用广泛 甚至包括难降解的有机物 前置缺氧池可以有效的控 制系统的污泥膨胀 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 3 3 2 33 2 3 A OA O 工艺设计参数工艺设计参数 查 污水处理厂工艺设计手册 得 A O 工艺设计参数如下 A O 工艺设计参数表 项目单位参数值 BOD5污泥负荷 UskgBOD5 kgMLSS d 0 05 0 15 总氮负荷率kgTN kgMLSS d 0 05 污泥浓度 MLSS Xa g L 2 5 4 0 污泥龄 c d 11 23 污泥产率 Y kgVSS kgBOD5 0 3 0 6 需氧量 O2 kg O2 kgBOD5 1 1 2 0 水力停留时间 HRT h 8 16 其中缺氧段 0 5 3 0 污泥回流比 R 50 100 混合液回流比 Ri 100 400 90 95 BOD5 总处理效率 60 85 TN 四 工艺设计计算四 工艺设计计算 4 14 1 工艺设计参数工艺设计参数 本次设计参数确定为 设计流量为 33 3 30000000 30000 0 35 1000 kg d Qmdms kg m 设计温度 T 20 取污泥浓度 MLSS XR 2 5g L 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 4 4 24 2 反应池容积反应池容积计算计算 4 2 14 2 1 好氧池设计计算好氧池设计计算 4 2 1 14 2 1 1 硝化系统的污泥龄硝化系统的污泥龄 CO 根据 水污染控制工程 P154 污泥泥龄法得 公式 0 1 eCO dCO YQ SS V XK 根据 P125 表 12 2 城镇污水的典型动力学参数值 20 得 动力学参数单位范围典型值 rmaxgCOD5 Gvss d 2 105 KsgBOD5 m325 10060 YgVSS gBOD50 4 0 80 6 Kdd 10 04 0 0750 06 根据流量实际情况 选取 Y 0 6 Kd 0 06 MLVSS MLSS 0 7 注意到 计算式中污泥龄并不是去除有机物的系统污泥龄 是消化系统的污泥 龄 且 15 时硝化菌的最大比生长速率为 0 47 CO 1 d 则硝化菌比生长速率 0 098 15 0 098 20 15 25 0 470 470 096 17525 T a na N ee KN 即 11 221 11 23d 0 096 CO Fd 符合 其中F 为污泥龄设计安全系数 一般 3 g n Km为消化作用中半速率常数 取175 取 1 5 2 5 取 2 4 2 1 24 2 1 2 好氧区容积好氧区容积 3 0 0 6 30000100 2021 7646 01m 1 2500 0 71 0 06 21 eCO dCO YQ SS V XK 取好氧池实际体积为 7700m3 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 5 好氧池水力停留时间 满足 5 15 5 7700 246 2h 30000 V t Q A O 总体容积为 3 V7700270010400mVV 好缺 总停留时间为 满足 8 16 t6 22 28 4htt 好缺 4 2 24 2 2 缺氧池设计计算缺氧池设计计算 4 2 2 14 2 2 1 排除生物脱氮系统的剩余污泥量排除生物脱氮系统的剩余污泥量 0 6 0 265 11 0 06 21 obs dCO Y Y K 由已知条件求得表观产率系数 0 obs 0 265 3000010020636 e v XY Q SSkgMLVSS d 则剩余污泥量为 4 2 2 24 2 2 2 缺氧区容积缺氧区容积 取生物反应池进水总凯氏氮浓度为 50mg L 氨氮浓度为 25mg L 凯氏氮为有机 氮与氨氮的总量 反应池出水总氮浓度 20mg L 混合液挥发性悬浮固体浓度 XV为 4gMLVSS L 反硝化速率 Kde为 0 05gNO3 N gMLVSS d 3 0 123000050200 12 636000 2618 4 0 05 4 1000 kteV n deV Q NNX Vm K X 取缺氧池实际体积为 2700m3 缺氧池的水力停留时间为 满足 0 5 3 n V2700 t242 2 Q10000 h 缺 4 34 3 反应池尺寸计算反应池尺寸计算 4 3 14 3 1 单组池容积单组池容积 反应池总体积 V 10400m3 设反应池 2 组 3 1 1 V10400 V5200m 22 单组池容积 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 6 4 3 24 3 2 单组好氧池容积单组好氧池容积 设计有效水深 h 6m 单组好氧池体积为 3 7700 V 3850m 2 单 有效面积 1 V S3850 6641 67 h 单 拟采用廊道式推流反应池 廊宽 b 5 m 廊道数 n 5 个 单组好氧反应池长度 S641 67 L25 67 bn5 5 m 校核 5 0 83 0 81 5 6 b h 满足 25 67 5 13510 5 L b 满足 取超高为 1 0m 则反应池总高 H 6 1 7m 4 3 34 3 3 单组缺氧池容积单组缺氧池容积 单组缺氧池体积为 2 V2700 225m h26 S 缺 缺 缺氧池宽 b 12 5m 缺氧池长 2 225 18 12 5 Sm Lm bm 缺 取超高为 1 0m 则反应池总高 H 6 1 7 m 4 44 4 曝气系统设计计算曝气系统设计计算 4 4 14 4 1 需氧量计算需氧量计算 已知系统每天排除的剩余污泥量 进 出水的总凯氏氮浓X636 v kgMLVSS d A 度分别为 50mg L 和 12mg L 进水总氮浓度为 55mg L 出水总硝态氮浓度取 5mg L 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 7 0 2 t 6 1 424 570 12 0 68 2 860 12 3000010020 1 42 636 10004 573000050 120 12 636000 0 68 2 863000055 1250 12 636000 4 45 10 4 45 e vkkev keoev Q SS OXQ NNX Q NNNX g dt d 4 4 24 4 2 空气量计算空气量计算 如果采用鼓风曝气 设曝气池有效水深 6m 曝气扩散器安装距池底 0 2m 则扩 散器上静水压 5 8m 其他相关参数选择 值取 0 7 值取 0 95 1 曝气设备堵塞系数 F 取 0 8 采用管式微孔 扩散设备 EA 18 扩散器压力损失 4kPa 20 水中溶解氧饱和度为 9 17mg L 扩散器出口处绝对压力 PaHpPd 5353 1058 1 8 5108 910013 1 108 9 空气离开曝气池面时 气泡含氧体积分数 9 17 100 18 0 12179 18 0 121 100 12179 121 0 A A E E 20 时曝气池混合液中平均氧饱和度 Lmg p cc d ss 06 11 42 9 17 10026 2 1058 1 17 9 4210026 2 5 5 0 5 将计算需氧量换算为标准条件下 20 脱氧清水 充氧量 2 20 20 20 20 1 024 4450 9 17 8564 77 356 87 0 70 95 1 11 0621 0240 8 s s T s T Oc O ccF kg dkg h 曝气池供气量 3 356 87 7080 75 0 280 28 18 s s A O Gmh E 如果选择四台风机 三用一备 则单台风机风量 33 2400 40 min mhm 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 8 4 4 34 4 3 鼓风机出口风压计算鼓风机出口风压计算 选择一条最不利空气管路计算空气管的沿程和局部压力损失 如果管路压力损 失 5 5kPa 扩散器压力损失 4kPa 出口风压 kPahhHp fd 3 6935 548 98 5 安全余量 4 54 5 回流量比计算回流量比计算 取污泥回流比 R 取 50 在污泥回流比 R 0 5 时 内回流比 混合液回流比 Ri在 300 处对氨氮的去除 效果最好 所以 取混合液回流比 Ri 300 4 64 6 反应池进 出水系统计算反应池进 出水系统计算 4 6 14 6 1 进水流量进水流量 单组反应池进水流量 3 1 Q 1 530000 1 51 Q0 2604m s 2286400 4 6 24 6 2 污泥回流管污泥回流管 单组反应池回流污泥管流量 3 1 QRQ0 0 2604 0 1302m s 2 5 设管道流速v0 8 m s 管道过水断面积 2 Q0 1302 A 0 1628m v0 8 2 管径 44 0 1628 0 4553455 3 A dmm 取进水管管径 DN500mm 校核流速 22 Q0 1302 0 663 0 50 5 3 14 22 vm s 2 0 8m s 确保流速不超过预设流速 4 6 34 6 3 混合液回流管混合液回流管 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 9 单组反应池回流污泥管流量 33 1 QRQ300 0 2604m s0 7812m s i 3 设管道流速v0 8 m s 管道过水断面积 2 Q0 7812 A 0 9765m v0 8 3 管径 44 0 9765 1 1151115 A dmmm 取进水管管径 DN1200mm 校核流速 22 Q0 7812 0 691 1 21 2 3 14 22 vm s 3 0 8m s 确保流速不超过预设流速 4 6 44 6 4 进水管进水管 反应池进水管设计流量 3 4i1 Q1RRQ1 0 530 26041 17m s 设管道流速v0 8 m s 管道过水断面 2 Q1 17 A 1 46m v0 8 4 管径 44 1 46 1 361360 A dmmm 取出水管径 DN1400mm 校核管道流速 4 22 Q1 17 0 76 1 41 4 3 14 22 vm s 0 8m s 确保流速不超过预设流速 4 6 54 6 5 出水管出水管 取与进水管相同的管径 DN1400 4 74 7 二沉池工艺计算二沉池工艺计算 4 7 14 7 1 设计参数设计参数 设计流量为 Q 20000m3 d 0 23 m3 s 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 10 最大流量 33 max4i1 Q Q1RRQ1 0 530 26041 17m s 4212m h 表面负荷 qb范围为 0 6 1 5 m3 m2 h 取 q 1m3 m2 h 固体负荷 qs 140 kg m2 d 水力停留时间 沉淀时间 T 2 h 4 7 24 7 2 设计计算设计计算 本设计采用辐流式二沉池 设计两座 选取中心进水的形式 4 7 2 14 7 2 1 沉淀池面积沉淀池面积 设两座沉淀池 n 2 按表面负荷算 2 max 4212 2106 2 1 b Q Am nq 4 7 2 24 7 2 2 沉淀池直径沉淀池直径 取 D 52m 44 2106 51 80 3 14 A Dm D 20m 采用周边转动式刮泥机 4 7 2 34 7 2 3 污泥区高度污泥区高度 为了防止磷在池中发生厌氧释放 故贮泥时间采用 Tw 2h 混合液浓度 回流污泥浓度为 二沉池污泥区所需存泥容积 VwLmgX 3000 LmgXr 6000 3 max 1 2 1 0 5 4212 3000 5616 30006000 w w r TR QX Vm XX 每个沉淀区容积 w V 3 5616 2808 2 w Vm 每个沉淀池污泥区的容积 V 2808 3 m 则污泥区高度为 4 2808 1 3 2106 w V hm A 4 7 2 44 7 2 4 沉淀区有效水深沉淀区有效水深 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 11 设计沉淀时间 t 3h h2 qbT 1 3 3m 介于 2 4m 4 7 2 54 7 2 5 储泥斗体积储泥斗体积 3 3 100 12 5 2424 tO Vm 泥 取污泥斗直径为 5m 故污泥斗高度为 h6 12 5 5 2 5m 4 7 2 64 7 2 6 二沉池总高度二沉池总高度 取二沉池缓冲层高度 h3 0 4m 超高为 h1 0 3m 则池边总高度为 h h1 h2 h3 h4 0 3 3 0 0 4 1 3 5m 设池底度为 i 0 05 则池底坡度降为 m 5 522 0 051 25 22 Dd hi 式中 d 为下口直径 取 2m 则池中心总深度为 H h h5 h6 5 1 25 2 5 8 75m 4 7 2 74 7 2 7 沉淀池进水管 出水管和排泥管的管径沉淀池进水管 出水管和排泥管的管径 取进水管 DN 1400mm 出水管 DN 900mm 排泥管 DN 900mm 4 7 2 84 7 2 8 辐流式二沉池计算草图辐流式二沉池计算草图如下 出6 出出出出出出 出出 出出 出出 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 12 图7 辐流式沉淀池计算草图 出水 进水 五 机械设备选五 机械设备选型型 5 15 1 缺氧池设备选择 以单组反应池计算 缺氧池设备选择 以单组反应池计算 缺氧池设导流墙 将池分 2 格 每格内设潜水搅拌机 2 台 按 5w m3比容计 厌氧池有效容积 V厌 2700m3 全混合池污水所需功率 5 2700 5400w 则每台潜水搅拌机功率 5400 2800w 2 查手册选取 QJB2 5 8 400 3 7408 5 25 2 污泥回流设备污泥回流设备 污泥回流比 R 50 污泥回流量 33 1 QRQ0 0 2604 0 1302m s 468 72m h 2 5 设回流污泥泵房一座 内设 2 台潜污泵 1 用 1 备 单泵流量 QR 单 Q2 468 72m3 h 3110007674 陈昶敏 水控制污染工程课程设计 13 5 45 4 混合液回流设备混合液回流设备 混合液回流比 R内 300 混合液回流量 333 1 QRQ300 0 2604m s0 7812m s 2812m i h 3 设混合液回流泵房 2 座 内设 3 台潜污泵 2 用 1 备 单泵流量 QR 单 Q3 4 703m3 h 六 总结六 总结 经过了两周每天一点点的努力 积累起来 我就完成了这份课程设计 刚开始 接触水污染控制工程这门课程的时候 对缺氧 好氧工艺的了解仅仅是局限于课本 上的流程和原理 对它的构筑物并不是十分清楚 而且对其他相关的活性污泥法的 性能和曝气设备都没有具体详细的概念 虽然大二的时候 已经开始学习做化工原 理课程设计 也进行了关于填料塔的课程设计 但是 因为一开始对污水处理工艺 的了解并不到位 导致了这次课程设计从开始就有些棘手 后来在同学的解说下大 概的理清了思路 于是从总体的反应池体积开始 慢慢细分到缺氧池 好氧池的尺 寸 还有相关管道的设计和