【污水处理厂工艺流程设计计算】污水处理厂基本流程

【污水处理厂工艺流程设计计算】污水处理厂基本流程 1概述 1.1 设计依据 本设计采用的主要规范及标准： 城市污水处理厂污染物排放标准 （GB18918-xx） 二级排放标准 室外排水设计规范（1997年版） （GBJ 14-87） 给水排水工程概预算与经济评价手册 1.2 设计任务书（附后） 2原水水量与水质和处理要求 2.1 原水水量与水质 Q=60000m3/d BOD 5=190mg/L COD=360mg/L SS=200mg/L NH 3-N=45mg/L TP=5mg/L 2.2处理要求 污水排放的要求执行城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-xx） 二级排放标准： BOD 530mg/L COD100mg/L SS30mg/L NH 3-N 25（30）mg/L TP3mg/L 3污水处理工艺的选择 本污水处理厂水质执行城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-xx） 二级排放标准，其污染物的最高允许排放浓度为：BOD 530mg/L；COD 100mg/L；SS 30mg/L；NH 3-N 25（30）mg/L；TP 3mg/L。 城市污水中主要污染物质为易生物降解的有机污染物，因此常采用二级生物处理的方法来进行处理。 二级生物处理的方法很多，主要分两类：一类是活性污泥法，主要包括传统活性污泥法、吸附再生活性污泥法、完全混合活性污泥法、延时活性污泥法（氧化沟）、AB 工艺、A/O工艺、A 2/O工艺、SBR 工艺等。另一类是生物膜法，主要包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等工艺。任何工艺都有其各自的特点和使用条件。 活性污泥法是当前使用比较普遍并且有比较实际的参考数据。在该工艺中微生物在处理单元内以悬浮状态存在，因此与污水充分混合接触，不会产生阻塞，对进水有机物浓度的适应范围较大，一般认为BOD 5在150400 mg/L之间时，都具有良好的处理效果。但是传统活性污泥处理工艺在处理的多功能性、高效稳定性和经济合理性方面已经难以满足不断提高的要求, 特别是进入90年代以来, 随着水体富营养化的加剧, 我国明确制定了严格的氨氮和硝酸盐氮的排放标准, 从而各种具有除磷、脱氮功能的污水处理工艺:如 A/O工艺、A 2/O工艺、SBR 工艺、氧化沟等污水处理工艺得到了深入的研究、开发和广泛的应用, 成为当今污水处理工艺的主流。 该地的污水中BOD 5 在190 mg/L左右, 要求出水BOD 5低于30mg/L。在出水的水质中, 不仅对COD 、BOD 5、SS 去除率都有较高的要求, 同时对氮和磷的要求也进一步提高. 结合具体情况在众多的污水处理工艺中选择了具有良好脱氮除磷效果的两种工艺CASS 工 艺和Carrousuel 氧化沟工艺进行方案技术经济比较。 4污水处理工艺方案比选 4.1 Carrousuel氧化沟工艺(方案一) 氧化沟时二十世纪50年代由荷兰的巴斯维尔开发，后在欧洲、北美迅速推广，80年代中期，我国部分地区也建造了氧化沟污水处理工程。近几年来，处理厂的规模也发展到日处理水量数万立方米的工业废水及城市污水的大、中型污水处理工程。 氧化沟之所以能在近些年来得到较快的发展，在于它管理简便、运行稳定、流程简单、耐冲击负荷、处理效果好等优点，特别是氧化沟具有特殊的水流混合特征，氧化 沟中的曝气装置只设在某几段处，溶解氧浓度较高，理NH 3-N 效果非常好，同时由于存在厌氧、好氧条件，对污水中的磷也有一定的去除率。 氧化沟根据构造和运行方式的不同，目前较多采用的型式有“Carrousel 型氧化沟”、“Orbal 型氧化沟”、“一体化氧化沟”和“交替式氧化沟”等，其中，由于交替式氧化沟要求自动化水平较高，而Orabal 氧化沟因水深较浅，占地面积较大，本报告推选Carrousel 氧化沟作为比选方案之一。 本设计采用的是Carrousel 氧化沟工艺. 其工艺的处理流程图如下图4-1所示: 图4-1 Carrousel氧化沟工艺流程图 4.1.1污水处理系统的设计与计算 4.1.1.1进水闸门井的设计 进水闸门井单独设定, 为钢筋混凝土结构。设闸门井一座, 闸门的有效面积为1.8m 2, 其具体尺寸为1.21.5 m,有效尺寸为1.2 m1.5 m4.5 m。设一台矩形闸门。当污水厂正常运行时开启, 当后序构筑物事故检修时, 关闭某一闸门或者全部关闭, 使污水通过超越管流出污水处理厂。 4.1.1.2 中格栅的设计与计算 其计算简图如图4-2所示 (1)格栅间隙数:设栅前水深h=0.5m,过栅流速v=0.9m/s,栅条间隙宽度b=0.02m,格栅倾角=60，建议格栅数为2，一备一用。 Q max sin 0. 652?sin 60? =68个 n = Nbhv 0. 02?0. 5?0. 9 (2)格栅宽度:设栅条宽度S=0.01m, B=S(n-1)+bn=0.01(68-1)+0.0268=2.032.00m (3)进水渠道渐宽部分的长度：设进水渠道宽B 1=1.60m,其渐宽部分的展开角 1=20（进水渠道内的流速为0.82m/s）, l 1= B -B 12. 0-1. 6 =0.56m 2tg 12tg 20? ? (4)栅槽与出水渠道连接处渐窄部分的长度： l 2= l 10. 56=0.28m 22 (5)通过格栅的水头损失：设栅条断面为锐边矩形断面（=2.42，K =3）， 2 ?S ?v h 1= ?sin K b 2g ? 4 3 0. 92?0. 01? sin 600?3 =2. 42 ? 19. 6?0. 02? 43 =0.103m (6)栅后槽总高度：设栅前渠道超高h 2=0.3m, H =h +h 1+h 2=0.5+0.103+0.30.9m (7)栅槽总长度： L =l 1+l 2+0. 5+1. 0+ H 1 ? tg 60 0. 5+0. 3 =2.8m tg 60? =0. 56+0. 28+0. 5+1. 0+ (8)每日栅渣量：在格栅间隙为20mm 的情况下，设栅渣量为每1000m 3污水产0.07 m 3， W = Q max W 1?864000. 652?0. 07?86400 =3. 29m 3/d0.2 m3/d = 1. 2?1000K Z ?1000 宜采用机械清渣。 图4-2 格栅计算示意图 4.1.1.3细格栅的设计与计算 其计算简图如图4-2所示 (1)格栅间隙数：设栅前水深h=0.5m,过栅流速v=0.9m/s,栅条间隙宽度b=0.006m,格栅倾角=600，格栅数为2。 Q max 0. 652?sin 60? =109个 n = Nbhv 2?0. 006?0. 5?0. 9 (2)格栅宽度：设栅条宽度S=0.01m, B=S(n-1)+bn=0.01(109-1)+0.006109=1.731.75m (3)进水渠道渐宽部分的长度：设进水渠道宽B 1=1.6m,其渐宽部分的展开角1=20? （进水渠道内的流速为0.82m/s）, l 1= B -B 11. 75-1. 60 =0.22m 2tg 12tg 20? (4)栅槽与出水渠道连接处渐窄部分的长度： l 2= l 10. 22 =0.11m 22 (5)通过格栅的水头损失：设栅条断面为锐边矩形断面（=2.42，K =3）， 2 ?S ?v h 1= ?sin K b 2g ? 4 3 0. 92?0. 01? sin 600?3 =2. 42 ? 19. 6?0. 006? 43 =0.51m (6)栅后槽总高度：设栅前渠道超高h 2=0.3m, H =h +h 1+h 2=0.5+0.3+0.511.3m (7)栅槽总长度： L =l 1+l 2+0. 5+1. 0+ H 1 tg 60? 0. 5+0. 3 =2.41m tg 60? =0. 22+0. 11+0. 5+1. 0+ (8)每日栅渣量：在格栅间隙为6mm 的情况下，设栅渣量为每1000m 3污水产0.07 m 3， W = Q max W 1?864000. 652?0. 07?86400 =1. 65m 3/d0.2 m3/d = 2?1. 2?1000K Z ?1000 宜采用机械清渣。 4.1.1.4 曝气沉砂池的设计与计算 本设计采用曝气沉砂池是考虑到为污水的后期处理做好准备。建议设两组沉砂池一备一用。其计算简图如图4-3所示。具体的计算过程如下： (1)池子总有效容积：设t=2min, V=Q max t 60=0.652260=78 m3 (2)水流断面积： A= Q max 0. 652 =9.31m2 0. 07v 1 沉砂池设两格，有效水深为2.00m ，单格的宽度为2.4m 。 (3)池长： V 78L=8.38m，取L=8.5 m A 9. 31 (4)每格沉砂池沉砂斗容量： V 0=0.61.08.5=5.1 m (5)每格沉砂池实际沉砂量：设含砂量为20 m3/106 m3污水，每两天排一次， 3 20?0. 652 ?86400?2=1.135.1 m3 6 10?2 (6)每小时所需空气量：设曝气管浸水深度为2.5 m，查表得池长所需空气量为28 m3/(mh), q=288.5(1+15%)2=547.4 m3 图4-3 曝气沉砂池计算示意图 4.1.1.5 厌氧池的设计与计算 4.1.1.5.1 设计参数 设计流量为60000 m3/d，设计为两座每座的设计流量为30000 m3/d。 水力停留时间： T =2h 。 污泥浓度： X =3000mg/L 污泥回流液浓度： V 0= X R =10000 mg/L 4.1.1.5.2 设计计算 (1)厌氧池的容积： V =QT =300002/24=2500 m3 (2)厌氧池的尺寸： 水深取为h =5,则厌氧池的面积： V 2500A =500 m2。 h 5 厌氧池直径： D = 4A = 4?500 =25 m。 3. 14 考虑0.3的超高，故池总高为H =h +0. 3=5.3 m。 (3)污泥回流量的计算 回流比计算： R = X =0.42 X R -X 污泥回流量： Q R =RQ =0.4230000=12600 m/d 4.1.1.6 Carrousel氧化沟的设计与计算 氧化沟，又被称为循环式曝气池，属于活性污泥法的一种。见图4-4氧化沟计算示3 4.1.1.6.1设计参数 设计流量Q=30000m3/d设计进水水质BOD 5=190mg/L； COD=360mg/L；SS=200mg/L；NH 3-N=45mg/L；污水水温T =25。 设计出水水质BOD 530mg/L；COD 100mg/L；SS 30mg/L；NH 3-N 25（30）mg/L； TP 3mg/L。 污泥产率系数Y=0.55; 污泥浓度（MLSS ）X=4000mg/L;挥发性污泥浓度（MLVSS ）X V =2800mg/L; 污泥龄c =30d; 内源代谢系数K d =0.055. 4.1.1.6.2设计计算 (1)去除BOD 氧化沟出水溶解性BOD 浓度S 。为了保证沉淀池出水BOD 浓度S e 30mg/L,必须控制所含溶解性BOD 浓度S 2，因为沉淀池出水中的VSS 也是构成BOD 浓度的一个组成部分。 S=Se -S 1 S 1为沉淀池出水中的VSS 所构成的BOD 浓度。 S 1=1.42(VSS/TSS)TSS (1-e-0. 23?5) =1.420.720(1-e-0. 23?5) =13.59 (mg/L) S=20-13.59=6.41(mg/L) 好氧区容积V 1。好氧区容积计算采用动力学计算方法。 V 1= Y c Q (S 0-S ) X V (1+K d c ) = 0. 55?30?30000?(0. 16-0. 00641) 2. 8?(1+0. 055?30) =10247m 3 好氧区水力停留时间：t=剩余污泥量?X Y ?X=Q (S 0-S ) +Q (X 0-X 1) -QX e 1+K d c V 110247?24=8.20h 30000Q =2096（kg/d） 去除每1kgBOD 5所产生的干污泥量= ?X =0.499（kgD S /kgBOD5）。 Q (S 0-S ) (2)脱氮 需氧化的氨氮量N 1。氧化沟产生的剩余污泥中含氮率为12.4%，则用于生物合成的总氮量为： 0. 124?769. 93?1000N 0=3.82(mg/L) 25000 需要氧化的氨氮量N 1=进水TKN-出水NH 3-N-生物合成所需要的氨N 。 N 1=45-15-3.82=26.18(mg/L) 脱氮量NR=进水TKN-出水TN-生物合成所需要的氨N=45-20-3.82=21.18(mg/L) 脱氮所需要的容积V 2 脱硝率q dn(t)= qdn(20)1.08(T-20)=0.0351.08(14-20)=0.022kg 脱氮所需要的容积: V 2= 脱氮水力停留时间t 2: QN r 30000?21. 18 =10315 m3 q dn X v 0. 022?2800 t 2 = 氧化沟总体积V 及停留时间t: V 2 =8.25 h Q V=V1+V2=10247+10315= 20562m3 t=V/Q=16.45 h 校核污泥负荷N = QS 025000?0. 16 =0.083kgBOD 5/(kgMLVSS ?d ) XV 2. 8?17135 (3)氧化沟尺寸：取氧化沟有效水深为5m ，超高为1m ，氧化沟深6m 。 V =20562/5=4112.4m 2 h 单沟宽10m ，中间隔墙宽0.25m 。则弯道部分的面积为： 2?10+0. 2523() 3?10+3?0. 252A 1=+() ?10=965.63m 22 直线段部分的面积: 氧化沟面积为A= A 2=A -A 1 =4112.4-965.63=3146.77 m2 单沟直线段长度： L= A 23146. 77 =78.67m ，取79m 。 4?104?b 进水管和出水管：污泥回流比R=63.4%，进出水管的流量为：Q 1=(1+R ) Q =1.634 30000m /d=0.568 m /s，管道流速为v =1.0m/s。 3 3 则管道过水断面： A= 管径d= Q 0. 568=0.568m 2 v 1 4A =0.850m, 取管径850mm 。 校核管道流速： v= (4)需氧量 Q =0.94m A 实际需氧量： AOR=D1-D 2-D 3+D4-D 5 去除BOD 5需氧量： D 1=a Q (S 0-S ) +b VX =7754.03(kg/d) （其中a =0.52，b =0.12） 剩余污泥中BOD 5需氧量： D 2=1. 42?X 1=1131.64(kg/d) 剩余污泥中NH 3-N 耗氧量： D 3=4. 6?0. 124?X =454.57(kg/d) （0.124为污泥含氮率） 去除NH 3-N 的需氧量： D 4=4.6（TKN-出水NH 3-N ）Q/1000=3450(kg/d) 脱氮产氧量： D 5=2.86脱氮量=1514.37(kg/d) AOR= D1-D 2-D 3+D4-D 5=8103.45(kg/d) 考虑安全系数1. 2，则AOR=8103.451. 2=11344.83(kg/d) 去除每1kgBOD 5需氧量= AOR Q (S 0-S ) 11344. 83 25000?(0. 16-0. 00641) = =2.95（kgO 2/kgBOD5） 标准状态下需氧量SOR SOR= AOR ?C S (20) (C S (T ) -C ) ?1. 024 (T -20) （C S （20）20时氧的饱和度，取9.17mg/L；T=25；C S(T)25时氧的饱和度，取 8.38mg/L；C 溶解氧浓度，取2 mg/L；=0.85；=0.95；=0.909） SOR= 11344. 83?9. 17 =20764.89(kg/d) (25-20) 0. 85?(0. 95?0. 909?8. 38-2) ?1. 024 ?SOR =5.41（kgO 2/kgBOD5） Q (S 0-S ) 去除每1kgBOD 5需氧量= 曝气设备的选择：设两台倒伞形表面曝气机，参数如下： 叶轮直径：4000mm ；叶轮转速：28R/min；浸没深度：1m ； 电机功率：210KW ；充氧量：2.1kgO 2/(kWh)。 4.1.1.7二沉池的设计与计算 其计算简图如图4-5所示 4.1.1.7.1设计参数 Q max =652 L/s=2347.2 m 3/h; 氧化沟中悬浮固体浓度 X =4000 mg/L; 二沉池底流生物固体浓度 X r =10000 mg/L; 污泥回流比 R=63.4%。 4.1.1.7.2 设计计算 (1) 沉淀部分水面面积 F 根据生物处理段的特性，选取二沉池表面负荷q=0.9m3 /(m2h), 设两座二次沉淀池 n =2. F =Q max 2347. 22=1304(m) nq 2?0. 9 (2)池子的直径 D D =4F =4?1304 =40. 76(m)，取D =40m 。 (3)校核固体负荷G 24?(1+R ) QX 24?（1+0. 634）?30000?4000G = F 1304 =141.18 kg/(m2d) (符合要求) (4) 沉淀部分的有效水深h 2 设沉淀时间为2.5h 。 h 2=qt =0.92.5=2.25 (m) (5) 污泥区的容积V V =2T (1+R ) QX 2?2?(1+0. 634) ?30000?4000 =24?(X +X r )