废水生化处理曝气池设计.doc

水污染控制工程课程设计 题 目 废水生化处理曝气池设计 班 级 学 号 学生姓名 指导老师 完成日期 目录一、前言4二、设计任务5三、工艺设备计算5(一)曝气池容积计算6(二)污水处理程度的计算和工艺设计参数6废水处理程度6工艺设计参数6(三)曝气池容积计算和各部位尺寸的计算（有机负荷法计算）6BOD5污泥负荷率的确定。6污水设计流量6曝气池容积按下式计算：7设一组推流式曝气池，容积V=1520m3：7(四)污泥回流比计算7(五)鼓风曝气系统供气量计算7（1）需氧量计算。7（2）污泥增长量。8(3)空气量的计算。8（4）曝气池混合液中平均氧饱和度（按最不利的温度条件考虑）8（5）换算为再20条件下，脱氧清水的充氧量8（6）曝气池供气量8（7）布气器计算9(六)鼓风机的选定9(1) 鼓风机选定9(2) 鼓风机供气量。9(七) 二沉池的计算和设计【6】9（1）沉淀池表面积9(2) 直径10(3) 有效水深10(4) 污泥斗容积10(5) 污泥区的高度10(6)池底坡降和中心污泥斗的高度10(7)二沉池总高度10（8）径深比校核10四、工艺流程图11五、主要构筑物图11六、设计说明111、曝气池（aeration tank）2112、二沉池3113、曝气设备411七、课程设计小结13八、参考文献1311一、 前言随着工业化进程的不断深入,全球性环境污染日益破坏着地球生物圈几亿年来所形成的生态平衡,并对人类自身的生存环境构成威胁。根据国家环保总局对我国水环境污染现状的统计与调查，我国的江河、湖泊及近海流域已普遍受到不同程度的污染，总体上呈现加重的趋势，造成污染加重的主要因素是工业废水和生活污水。印染工业在生产过程中排放大量的废水和废渣会对环境产生污染，其中以印染行业生产过程中排放的废水对环境的污染最为严重。据不完全统计，全国印染废水每天排放量为(34)106m3，占全国工业废水总排放量的35% ，并以1%的速度逐年增长。排放的废水中含有纤维原料本身的夹带物，以及加工过程使用的浆料、油剂、染料和化学助剂等，具有生化需氧量高、色度高、pH 值高、难生物降解、多变化的“三高一难一变”特点。废水中残存的染料组分，即使浓度很低，排入水体也会造成水体透光率和水体中气体溶解度的降低，会影响水中各种生物的生长，从而破坏水体纯度和水生生物的食物链，最终将导致水体生态系统的破坏。因此，印染工业废水的治理问题，已成为当今国内外环境工程界急需解决的一大难题。目前国内外处理污水方法归结起来主要有物理化学法和生物化学法两大类。 物理化学法优点是投资小、占地少、节约能源、设备简单去除重金属、磷、色度效果好。但缺点是对有机物和氮的去除率低。各型絮凝剂的加入在水底形成浓液难于分离取走并造成更严重的第二次污染，不是污水处理的理想工艺。 生化法优点是工艺较为成熟，去除污水中的有机污染物及营养物质和氮等有一定效果。但缺点是COD、SS、磷去除率低，脱色效果差，污水的温度、PH值、浓度变化对其影响较大。并且投资大、占地多、耗电高、设备复杂、管理要求严格，另外污泥难于处置，仍易产生二次污染。为此，该类工艺也不是污水处理的理想工艺。因此，印染废水处理技术常用的主要有物理化学法和生物化学法两类。（1）物理化学方法：利用加入絮凝剂、助凝剂在特定的构筑物内进行沉淀或气浮，去除污水中的污染物的一种化学物理处理方法。但该类方法由于加药费用高、去除污染物不彻底、污泥量大并且难以进一步处理，会产生一定的二次污染，一般不单独使用，仅作为生化处理的辅助工艺。常用的有吸附法, 它是利用多孔性的固体物质使废水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。工业上常用的吸附剂有活性炭等, 对去除水中溶解性有机物非常有效,但不能去除水中的胶体疏水性染料 。混凝沉淀法可降低印染废水的色度, 去除呈胶体状态的染料。常用的混凝剂分无机盐类(如硫酸铝、明矾、三氯化铁等) 和高分子混凝剂(如碱式氯化铝、聚丙烯酸鞍PAM) 两种; 气浮法针对印染废水中含有机的胶体颗粒、呈乳浊状的各种油脂类杂质、细小纤维和疏水性合成纤维的纤毛等, 预先使用混凝剂进行混凝, 则分离效果更佳; 电解法以往多用于处理含氰、含铬电镀废水, 近年来开始用于处理, 该法的脱色效果显著, 产泥量少, 处理时间短, 但电耗和电极材料消耗较大, 宜用于小水量废水处理; 氧化脱色法可用于经生物法、混凝法处理后仍有较深颜色的出水的进一步脱色处理, 主要有氯氧化法、臭氧化法和光氧化法。（2）生物化学法：利用微生物的作用，使污水中有机物降解、被吸附而去除的一种处理方法。由于其降解污染物彻底，运行费用相对低，基本不产生二次污染等特点，被广泛运用于印染污水处理中。其中厌氧法的优点是应有范围广,能耗低, 剩余污泥少, 耐冲击负荷能力强, 缺点是设备的启动时间长, 出水水质无法达标, 需进一步处理。活性污泥法是好氧生物处理的一种主要方法, 利用好活性污泥的吸附和氧化作用, 去除废水中的有机污染物质。生物膜法是与活性污泥法并列的另一种好氧生物处理法, 该法通过生长在填料,如滤料、盘面等表面的生物膜来处理废水, 主要有生物接触氧化法、生物转盘和生物炭法等 。二、 设计任务某厂印染废水经预处理后，拟采用活性污泥法进行生化处理，废水的产生量为300m3/h，原废水平均BOD5为300mg/L，预处理可以去除30%。经小试取得的设计参数为：污泥负荷率0.4kg BOD5 /(kg MLSSd)，出水BOD5为20mg/L，曝气池中污泥浓度为3000mg/L，试设计曝气池、曝气系统和二沉池，画出处理工艺流程图、平面布置图，并用Auto CAD画出主要构筑物曝气池及二沉池的设计图。三、 工艺设备计算生化处理中一般采用活性污泥法，其主要的工艺流程包括：除此沉淀混合曝气二次沉淀，是活性污泥处理废水的重要环节，在曝气池中完成。因此，曝气池的设计在整个生化处理工艺设计中也就占到十分重要的地位。按照曝气方式不同，曝气池的分类也各不相同，一般情况下，我们可以分为推流式曝气池和完全混合型曝气池两种，各种不同的曝气方式设计的参数也是不同的，这主要是根据实际条件来进行相应的调整。设备的选择则是经济效益和运行成本控制的关键。曝气池的设计计算主要包括：曝气池容积的计算；池体设计；需氧量和供氧量的计算。(一) 曝气池容积计算计算曝气去容积有有机物负荷法和污泥泥龄法，常用有机物负荷法计算。有机物负荷通常有两种表示方法：活性污泥负荷（简称污泥负荷）和曝气池容积负荷（简称容积负荷）。一般采用污泥负荷，计算过程如下。(二) 污水处理程度的计算和工艺设计参数 废水处理程度 原污水的平均BOD5值（S0）为300mg/L，经过初次沉淀池预处理，BOD5按降低30%考虑，则进入曝气池的污水BOD5值（Sa）为：Se=20mg/LSa= S0（1-30%）=300（130%）=210mg/L=0.21kg/m3Sr=Sa-Se=210-20=190mg/L=0.19kg/m3E=Sr/Sa=190/210=90.5% 工艺设计参数 本曝气池的污泥负荷率：Ns=0.4kg BOD5 /(kg MLSSd); 曝气池中污泥浓度:X=3000mg/L=3kg/m3 ,f一般取0.70.8. 取f=0.75曝气池中挥发性污泥浓度：Xv=fX=0.753=2.25kg/m3(三) 曝气池容积计算和各部位尺寸的计算（有机负荷法计算）BOD5污泥负荷率的确定。生活中常规活性污泥法处理BOD5污泥负荷率一般为0.20.4kg BOD5/(kg MLSS d)。拟定采用的BOD5污泥负荷率为0.4。污水设计流量 已知混合液浓度X=3000mg/L，废水的设计流量为300m3/h，污水设计流量: Q=30024=7200m3/d曝气池容积按下式计算： V=QSr/(XvNs)=72000.19/(2.250.4)=1520m3设一组推流式曝气池，容积V=1520m3：池深H取5.0m，则每组曝气池的面积为：F=1520/5.0=304m2池宽B取6.0m，B/H=6/5=1.2，介于12之间，符合规定。则池长为：L=304/6.0=50.67m,L/B=50.67/6=8.455,符合规定。设三廊道式曝气池，廊道长：L1= L/3=16.89m取超高0.5m，则池总高度为：H=5.0+0.5=5.5m曝气池的实际有效容积为：316.896.05.0=1520.1.m3=1521m3曝气池的实际曝气时间为：tm=24V/Q=241521/7200=5.07h (四) 污泥回流比计算根据常用活性污泥法的典型设计参数回流比R在0.250.75之间，所以选用R=0.5(五) 鼓风曝气系统供气量计算（1）需氧量计算。平均需氧量按式O2=aQ S r + bV Xv 部分工业废水的a、b值【1】污水名称ab污水名称ab石油化工废水0.750.16炼油废水0.550.12含酚废水0.56亚硫酸浆帛废水0.400.185漂染废水0.50.60.065制药废水0.350.354合成纤维废水0.550.142制浆造纸废水0.380.092查上表，取a=0.5，b=0.065代入各值,则日平均需要量：O2=0.572000.19+0.06515212.25=906.45kgO2/d=37.77kgO2/h（2）污泥增长量。 a值一般可取0.50.7，b值一般可取0.050.1选取a=0.6，b=0.075，则污泥增长量为：DX=aQSr-bVXv=0.672000.19-0.07515212.25=564.13kgMLVSS/d(3)空气量的计算。 采用微孔空气扩散器，敷设于距池底0.2m处，淹没水深4.3m，计算温度定为30。水中溶解氧的饱和度：Cs（20）=9.17mg/L；Cs（30）=7.63 mg/L空气扩散器出口绝对压力（P b）按下式计算： P b=P+9.8103H=1.013105+9.81034.3=1.4344105Pa空气离开曝气池面积时，氧的百分比，按下式计算： O t=21（1EA）/79+21（1EA）100%式中：EA空气扩散器的氧转换效率，对网状膜微孔空气扩散器，取12%代入EA值得： O t=21（10.12）/79+21（10.12）100%=18.43%（4）曝气池混合液中平均氧饱和度（按最不利的温度条件考虑） Csb（T）CsPb/2.026105Ot/42按30考虑，代入各值得： Csb（30）7.631.4344105/2.02610518.43/428.74mg/L（5）换算为再20条件下，脱氧清水的充氧量 按下式进行计算：OsO2 Cs（20）/Cs（20）C 1.024T-20 取0.82；0.95；C2.0；1.0，代入各值得： Os37.779.17/0.820.951.08.742.01.024（30-20） =50.61 kg/h（6）曝气池供气量 Gs=Qs/(0.28EA)=50.61/(0.2812%)=1506.25 m3/h 如果用四台风机工作，一台备用，则单台风机风量：376.60 m3/h曝气池平均时供气量Gs= Qs/(0.3EA)=50.61/(0.312%)=1405.83 m3/h（7）布气器计算空气扩散器采用网状膜微孔空气扩散器，每个空气扩散器服务面积按0.360.49 m2，供气量按22.5 m3/（h只）平均时供气量计算：n1405.832=703只曝气池平面面积为：16.896.0=101.34m2空气扩散器布置间距为0.65m(六) 鼓风机的选定(1) 鼓风机选定本系统采用鼓风机曝气，空气量按回流污泥量的6倍考虑，污泥回流比R=0.5，则提升回流污泥所需空气量为：60.57200/24=900 m3/h(2) 鼓风机供气量。 平均值：1405.83+900=2305.83 m3/h 空气扩散装置安装在距曝气池池底0.2m处，因此，鼓风机所需压力为：pH+hd+hf式中：p鼓风机出口风眼kPa； H扩散设备的风压损失，1mH2O压力相当于9.8kPa； hd扩散设备的风压损失，kPa，与充氧设备形式有关，一般取35kPa； hf输气管道的总风压损失，kPa代入得：P=5.59.8+4+5.5=63.4 kPa选用四台工作,一台备用.(七) 二沉池的计算和设计【6】二沉池采用辐流式沉淀池，用表面负荷法进行计算。（1）沉淀池表面积 废水最大时流量为：Qmax=1.3Q/24=1.37200/24=390m3/h表面负荷值选用：q=1.2 m3/( m2h)，则表面积为：A= Qmax/q=390/1.2=325 m2设2座二沉池（n=2）,则每座二沉池的表面积为：A1=A/n=325/2=162.5 m2(2) 直径 二沉池的直径为（此处A为A1）： 代入A1值为：D=14.39m (3) 有效水深 取HRT=2.0h，则有效水深：H1=q t=1.2 2=2.40m(4) 污泥斗容积 取回流比R=50%，回流污泥浓度为： Xr =X（1+R）/R=3(1+0.5)/0.5=9kgMLSS/m 3则污泥斗容积为：Vs =（1+R）QX/6(X+Xr)=(1+0.5)72003/6(3+9)=450 m 3每个污泥斗的容积为：Vs1=Vs/2=450/2=225 m 3(5) 污泥区的高度 存泥区的高度为：H2= Vs1/ A1=225/162.5=1.39m(6)池底坡降和中心污泥斗的高度 设池底坡度i=0.02；中心污泥斗上底半径为：r1=1.2m；下底半径为：r2=0.6m；水平角a=600。则池底坡降为：H3=（R- r1）0.02=(7.2-1.2) 0.02=0.12m中心污泥斗的高度为：H4=（r1- r2）tga=（1.2-0.6）tg600=1.04m(7)二沉池总高度 取二沉池缓冲层高度H5=0.50m；二沉池超高H6=0.40m；则二沉池总高度为：H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=2.40+1.39+0.12+1.04+0.50+0.40=5.85m（8）径深比校核 二沉池直径与有效水深之比：D/H1=14.39/2.4=6.0,符合要求。 二沉池直径与水深之比：D/(H1+H5)=14.39/(2.40+0.50)=5.0 ，符合要求。 二沉池直径与池边总水深之比为： D/(H1+H2+H5)=14.39/(2.40+1.39+0.50)=3.35 ,符合要求。四、 工艺流程图见附图五、 主要构筑物图见附图六、 设计说明1、曝气池（aeration tank）2利用活性污泥法进行污水处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。曝气池主要由池体、曝气系统和进出水口三个部分组成。池体一般用钢筋混凝土筑成，平面形状有长方形、方形和圆形等。曝气方法主要有鼓风曝气和机械曝气。 2、二沉池3接纳废水二级处理的出水，用以去除生物悬浮固体的沉淀池。在活性污泥法中，从曝气池流出的混合液在二次沉淀池中进行泥水分离和污泥浓缩，澄清后的出水溢流外排，浓缩的活性污泥部分回流至曝气池，其余作为剩余污泥外排。在生物膜法中，脱落的生物膜随滤池出水在二次沉淀池中进行泥水分离。3、曝气设备4曝气设备主要分为鼓风曝气和机械曝气。本法即采用鼓风曝气。鼓风曝气系统是由空气净化器，鼓风机，空气输配管系统和浸没于混合液中的扩散器组成。鼓风机供应一定的风量，风量要满足生化反应所需的氧量和能保持混合液悬浮固体呈悬浮状态；风压则要满足克服管道系统和扩散器的摩阻损耗以及扩散器上部的静水压；空气净化器的目的是改善整个曝气系统的运行状态和防止扩散器阻塞。扩散器是整个鼓风曝气系统的关键部件，它的作用是将空气分散成空气泡，增大空气和混合液之间的接触界面，把空气中的氧溶解于水中。根据分散气泡的大小，扩散器又可分成几种类型： （1）小气泡扩散器 典型的是由微孔材料（陶瓷、砂砾，塑料）制成的扩散板或扩散管。气泡直径可达1.5mm以下。 （2）中气泡扩散器 常用穿孔管和莎纶管。穿孔管的孔眼直径为23mm，孔口的气体流速不小于10m/s，以防堵塞。国外用莎纶管。莎纶是一种合成纤维。莎纶管以多孔金属管为骨架，管外缠绕莎纶绳。金属管上开了许多小孔，压缩空气从小孔逸出后，从绳缝中以气泡的形式挤入混合液。空气之所以能从绳缝中挤出，是由于莎纶富有弹性。（3）大气泡扩散器 常用竖管，气泡直径为15mm左右。（4）微气泡扩散器 这是近几年内新发展的扩散器，气泡直径在100um左右。射流曝气器属于微气泡曝气器，它通过混合液的高速射流，将鼓风机引入的空气切割粉碎为微气泡，使混合液和微气泡充分混合和接触，促进了氧的传递，提高了反应速率。也可设计成负压自吸式的射流器，这样可以省掉鼓风机，避免鼓风机引起的噪声。通常扩散器的气泡愈大，氧的传递