污水处理系统曝气池设计

1、课程设计题 目 某城市14×104m3/d污水处理厂设计曝气池设计学 院 资源与环境学院专 业 环境工程 姓 名 学 号 指导教师 二O一二年六月十五日课程设计任务书学院 资源与环境学院 专业 环境工程 姓名 赵昕 学号 20090223148 题目 某城市14×104m3/d污水处理厂设计曝气池设计 一、课程设计的内容（1）污水处理厂的工艺流程比选，并对工艺构筑物选型做说明；（2）主要处理设施曝气池的工艺计算；（3）确定污水处理厂平面和高程布置；（4）绘制主要构筑物图纸。二、课程设计应完成的工作（1）确定合理的污水处理厂的工艺流程，并对所选择工艺构筑物选型做适当说明；（2

2、）确定主要处理构筑物曝气池的尺寸，完成设计计算说明书；（3）绘制主要处理构筑物曝气池的设计图纸。济 南 大 学课程设计评语学院 资源与环境学院 专业 环境工程 姓名 赵昕 学号 20090223148 题目 某城市14×104m3/d污水处理厂设计曝气池设计 指导小组或指导教师评语：评定成绩 2012年6月20日 指导教师 济南大学课程设计 第 18 页 共 21 页目 录1 总论21.1曝气分类21.1.1鼓风曝气21.1.2机械曝气21.1.3深井曝气.21.1.4纯氧曝气21.2 曝气设备21.3 曝气原理32 曝气池设计计算42.1 工艺计算42.2 池体结构设计62.3 曝

3、气系统设计计算72.3.1需氧量计算72.3.2供氧量计算82.3.3空气管计算92.3.4鼓风机选用12结论13参考文献141 总论 曝气池（aeration tank）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。1.1曝气分类1.1.1鼓风曝气 又称压缩空气曝气,主要由曝气风机及专用曝气器组成。采用这种方法的曝气池，多为长方形混凝土池，池内用隔墙分为几个单独进水的隔间，每一隔间又分成几条廊道。污水入池

4、后顺次在廊道内流动，至另一端排出。空气是用空气压缩机通过管道输送到设在池底的空气扩散装置，成为气泡弥散逸出，在气液界面把氧气溶入水中。扩散装置有多孔管、固定螺旋曝气器、水射器和微孔扩散板等四种不同型式。1.1.2机械曝气 一般是利用装在曝气池内的机械叶轮转动，剧烈搅动池内废水，使空气中的氧溶入水中。叶轮装在池内废水表面进行曝气的，称为表面曝气。这种装置通过叶轮的提水作用,促使池内废水不断循环流动,不断更新气液接触面以增大吸氧量。叶轮旋转时在周缘形成水跃，可有效地裹入空气；叶片后侧产生负压，可吸入空气，所以充气效果较好。叶轮浸水深度和转速可以调节，以保证最佳效果。典型的机械曝气池有圆形表面加速曝

5、气池、标准型加速曝气池、IO型加速曝气池和方形加速曝气池等。鼓风曝气和机械曝气两种方法有时也可联用，以提高充氧能力，这适用于有机物浓度较高的污水。1.1.3深井曝气一般用直径16米、深达50150米的曝气池,利用水压来提高水中氧的移转速率,以高效去除污水中BOD（生化需氧量）。这种曝气池已在英国、德意志联邦共和国、法国、加拿大、美国、日本先后投入运行或实验运行。1.1.4纯氧曝气按鼓风曝气方法向水中鼓入纯氧或富氧空气，池型一般如鼓风曝气池,上加密封盖,以充分提高充氧效率。1.2曝气设备常用的曝气器有：微孔膜片曝气器、悬挂链曝气器、曝气头、曝气软管、曝气机、曝气盘，曝气管等1.3 曝气原理曝气是

6、使空气与水强烈接触的一种手段，其目的在于将空气中的氧溶解于水中，或者将水中不需要的气体和挥发性物质放逐到空气中。换言之，它是促进气体与液体之间物质交换的一种手段。它还有其他一些重要作用，如混合和搅拌。空气中的氧通过曝气传递到水中，氧由气相向液相进行传质转移，这种传质扩散的理论，目前应用较多的是刘易斯和惠特曼提出的双膜理论。 双膜理论认为，在“气-水”界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外有空气和液体流动，属紊流状态；气膜和液膜间属层流状态，不存在对流，在一定条件下会出现气压梯度和浓度梯度。如果液膜中氧的浓度低于水中氧的饱和浓度，空气中的氧继续向内扩散透过液膜进入水体，因而液膜和气膜将成为氧传递

7、的障碍，这就是双膜理论。显然，克服液膜障碍最有效的方法是快速变换“气-液”界面。曝气搅拌正是如此，具体的做法就是：减少气泡的大小，增加气泡的数量，提高液体的紊流程度，加大曝气器的安装深度，延长气泡与液体的接触时间。曝气设备正是基于这种做法而在污水处理中被广泛采用的。2 曝气池设计计算2.1 工艺计算1.处理效益式中 La进水BOD5浓度, La=250Mg/L Lt出水BOD5 浓度，Lt20Mg/L2.污泥负荷NS0.3 kgBOD5kgMLVSS·d3.污泥浓度 （1）混合液污泥浓度 式中 SVI污泥指数。根据NS值，取SVI=120 r二沉池中污泥综合指数，取r=1.2R污泥回

8、流比。取R=50% (2)混合液挥发性悬浮物浓度（MLVSS）X= fX 式中 f系数，MLVSS/MLSS，取f=0.7X=0.7×3333.3=2333.3mg/L （3）污泥回流浓度 4.污泥回流比核算R=49%R=50%5.容积负荷NVNV=XNS=0.3×2333.3=0.69kgBOD5/m3·d6.曝气池容积式中 Q 设计流量7.水力停留时间 （1）理想停留时间 （2）实际停留时间8.剩余污泥量Xa Q LrbVX 式中式中 a污泥产率系数，取a0.6b污泥自身氧化率，取b0.05X=0.6×140000×0.23-0.05

9、15;46666.7×2.3=13953.33kg/d9.污泥龄2.2 池体结构设计采用推流式鼓风曝气1. 曝气池积设计5曝气池，每组容积V1=46666.7/5=9333.34m设计曝气池深6m每组曝气池面积S1=V/H=9333.34/6=1555.56 m22. 曝气池宽度取池宽6米3. 曝气池长度4. 曝气池平面形式设计其为三廊道式则每廊道长L1=259.26/3 90m如图 902.3曝气系统设计计算2.3.1需氧量计算（1）日平均需氧量 O2aQLr + bVX式中 a微生物氧化分解有机物过程中的需氧率； b污泥自身氧化需氧率。 取a= 0.5 b= 0.15 O20.5

10、×140000×0.23+0.15×46666.7×2.3=32200.01kg/d=1341.67kg/h（2）去除每公斤BOD5需氧量O2（3）最大需氧量O2maxO2maxaQLrK + bVX 取最大需氧量变化系数K=1.4O2max=0.5×140000×0.23×1.4+0.15×46666.7×2.3=38640.01kg/h=1610kg/h2.2.2 供氧量计算 采用膜片式微孔曝气装置，距池底0.2m，故淹没水沉为5.8m，最高水温采用30（1）溶解氧饱和度CS查三废P500表得：水温2

11、0时，CS（20）=9.17mg/L水温30时，CS（30）=7.63mg/L（2）曝气器出口绝对压力PbPb = P + 9.8×103H式中 P标准大气压，P=1.013×105Pa H曝气器安置深度Pb =1.013×105+9.8×103×5.8=1.5814×105Pa （3）空气离开曝气池面时，氧的百分比Ot式中 EA氧转移率，%，对膜片式微孔曝气器，选EA=18% （4）曝气池混合液平均饱和浓度Csb(T) 按最不利温度考虑 T=30 （5）20条件下，脱氧清水充氧量R0 式中 R实际条件下充氧量， 废水液相传质系数KL

12、a的修正系数，取=0.8 废水CS的修正系数，取=0.9 压力修正系数，取=1 C氧实际浓度，取C = 2 mg/L （6）最大时需氧的充氧量R0max （7）曝气池平均时供气量GS （8）最大时供气量GSmax （9）去除每公斤BOD5的供气量 （10）每m3污水的供气量2.2.3 空气管计算 按曝气池平面图布置空气管道，在相邻两个廊道的隔墙上设一根空气干管，共八根干管。在每根干管上设九对配气竖管，共18条配气竖管。全曝气池共设135条配气竖管。 （1）每根竖管的供气量（2）空气扩散器总数 曝气池平面面积90×90=8100m2 取微孔曝气器服务面积1m2曝气器总数：8100个 （

13、3）每根竖管上安设的曝气器数目 8100/135=60个（4）每个曝气器的配气量 49367.41/8100=6.09（5）空气管路计算 管 段编 号管段长度L(m)流量m3/h空气流速(m/s)管径D(mm)配 件管道当量长度L0(m)管道计算长度L+L0阻力损失22230.56.8650弯头1个1.520.24120210.513.7250三通1个33.50.79119200.520.5850三通1个33.51.59718190.527.4450三通1个33.52.64017180.2534.2950三通1个33.251.95216171.268.573.7980三通1个异形管1个4.90

14、46.1043.36915161.2137.144.85100三通1个异形管1个6.137.333.95214159.3342.835.39150闸门1个弯头3个四通1个异形管1个17.89527.29522.44213149.5685.6610.78150三通1个918.579.71712139.51371.3212.13200四通1个异形管1个4.2613.7669.72811129.52056.9815.03220四通1个异形管1个4.68614.18691.95310119,52742.6414.36260四通1个异形管1个5.53815.03869.1641099.53428.301

15、3.48300四通1个异形管1个6.3915.8951.949989.54113.9614.22320四通1个异形管1个6.81616.31653.010879.54799.6213.10360四通1个异形管1个7.66817.16839.695769.55465.2814.92360四通1个7.216.750.3406516.56170.9313.65400四通1个异形管1个8.5225.0265.499541212341.8614.44550弯头2个四通1个445636.188431218512.7913.37700三通1个异形管1个42.9154.9123.62832624683.711

16、5.12760三通1个异形管1个46.588552.58813.448211049367.4114.441100三通1个异形管1个67.4377.4313.322总计144.95694.625 空气管总压头损失为567.691×9.8=6.8KPa 膜片式曝气头压力损失为5KPa 总压头损失为11.8 KPa，取12 KPa2.3.4鼓风机选用 （1）总风量确定最大时：GSTmax=3Gsmax=3×49367.41m3/h=148102.23 m3/min平均时：GST=3Gs=3×41139.63m3/h=123418.89m3/min （2）风压确定H =

17、(h1 + h2 + h3 + h4) ×9.8式中 h1空气管道沿程损失，mH2Oh2空气局部阻力，mH2O h3曝气头安置深度h4空气扩散阻力（曝气装置）H鼓风机所需压力 H = (h1 + h2 + h3 + h4) ×9.8=（6-0.2+1.0）×9.8=66.64KPa （3）选型号 选用高速空气悬浮离心鼓风机5台，风机风压为70KPa，风量15万m3/min，正常条件下3台工作2台备用。结 论参 考 文 献1 高廷耀, 顾国维, 周琪. 水污染控制工程(第三版)（下册）高等教育出版社, 2007.7 2 何文学. 水力学 中国水利水电出版社2002,21 3 Zhang X W, Zhao F L, Li K A. Fluoromertric method for