SBR工艺设计计算书

2/2SBR工艺设计计算书工程概况本设计为某城镇污水处理厂SBR工艺设计，设计规模Q=10000m³/d（平均日流量），总变化系数Kz=1.4，故设计最大日流量Qmax=14000m³/d。进水水质及出水水质要求见表1、表2。设计水温：最冷月平均水温Tmin=10℃，平均水温T=20℃。表1进水水质指标（单位：mg/L）指标CODcrBOD5SSNH3-NTNTPpH数值350180200354556~9表2出水水质指标（单位：mg/L）指标CODcrBOD5SSNH3-NTNTP数值≤50≤10≤10≤5（8）≤15≤0.5出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。符号对照表符号含义单位Q平均日污水量m³/dQmax设计最大日污水量m³/dS0（或C0）进水BOD5浓度mg/LCe出水BOD5浓度mg/LΔSBOD5去除量mg/LNsBOD污泥负荷kgBOD5/(kgMLSS·d)X反应池内混合液MLSS平均浓度mg/Lm充水比（排水比倒数）—TA曝气反应时间hTR总反应时间hTS沉淀时间hTD排水时间hTF进水时间hTE闲置时间hTC单个运行周期总时间hn每日周期数—NSBR反应池座数—V单座SBR反应池有效容积m³V总SBR反应池总有效容积m³H反应池有效水深mΔH最高水位与最低水位之差（排水深度）mξ安全保护高度mXT最高水位时MLSS浓度mg/LSVI污泥容积指数mL/gY污泥产率系数kgMLSS/kgBOD5ΔX每日剩余污泥产量kg/dO2每日需氧量kgO2/dR0标准状态需氧量kgO2/dGs曝气系统供气量m³/dOTR氧传递速率kgO2/h·组Ea曝气装置氧利用率%q滗水器滗水器排水能力m³/h一、设计参数选定依据本工程进水水质特征及出水水质要求，结合SBR工艺设计规范，选定以下设计参数：（1）BOD污泥负荷Ns参考相关规程及工程设计文献，Ns值一般取值范围为0.1~0.4kgBOD₅/(kgMLSS·d)。本工程为城镇生活污水处理，采用中等负荷，N5=0.15kgBOD₅/(kgMLSS·d)。（2）混合液污泥浓度X反应池内MLSS平均浓度取值X=3500mg/L=3.5kg/m³。取值范围一般为1500~5000mg/L，本设计取3500mg/L。（3）充水比1/m充水比一般取值范围1/4~1/2，排水比即其倒数。本设计取充水比1/m=0.33，即m=3（每周期进水体积为池容的1/3）。（4）安全保护高度ξ活性污泥界面以上的最小水深一般取0.3~0.5m。本设计取ξ=0.5m。（5）污泥容积指数SVISVI值一般取70~150mL/g。本设计取SVI=100mL/g。二、运行周期及时间分配计算2.1曝气反应时间TA计算公式在SBR工艺设计中，曝气反应时间可按污泥负荷法计算：T式中，24为每日时间换算系数（h/d）。该公式建立于有机负荷守恒原理：单位周期内污水中BOD₅总量被活性污泥在曝气阶段降解，其去除速率取决于污泥负荷及活性污泥浓度。符号说明符号含义单位TA曝气反应时间h24每日时间换算系数h/dS0进水BOD5浓度mg/LNsBOD污泥负荷kgBOD5/(kgMLSS·d)m排出比（充水比的倒数）—X反应池内混合液MLSS平均浓度mg/L参数代入与分步计算已知：S0=180mg/LN5=0.15kgBOD₅/(kgMLSS·d)m=3X=3500mg/L步骤1：计算分子项24×S0=24×180=4320步骤2：计算分母项N5×m×X=0.15×3×3500=1575步骤3：计算TAT_A=4320/1575=2.74h步骤4：取整为便于运行管理，取T_A=3.0h。结论曝气反应时间TA=3.0h2.2沉淀时间TS计算公式SBR沉淀阶段时间按沉降速度法计算：当MLSS在3000mg/L以上时，污泥界面沉降速度经验公式为：V沉淀时间由有效水深、排水深度及安全高度共同决定：TVmax——设计水温条件下的污泥沉降速度，m/h；t——设计水温（沉淀阶段水温，取不利条件），℃。符号说明符号含义单位Vmax污泥最大沉降速度m/ht设计水温（冬季）℃X反应池内MLSS平均浓度mg/LTS沉淀时间hH反应池有效水深m1/m充水比—ξ安全保护高度m参数代入与分步计算已知：t=10℃（冬季不利工况）X=3500mg/L（此阶段即MLSS）H=5.0m（暂定，后续验证）1/m=0.33ξ=0.50m步骤1：计算污泥沉降速度VmaxVVmax=7.4×104×10×9.436×10-7=7.4×105×9.436×步骤2：计算沉淀所需深度沉淀所需高度=H×(1/m)+ξ=5.0×0.33+0.5=1.65+0.5=2.15m步骤3：计算沉淀时间TST_S=2.15/0.70=3.07h步骤4：取整取T_S=3.0h。结论沉淀时间TS=3.0h此值已充分考虑了冬季10℃低温工况沉降速度降低的实际情况。若在较高温度工况下（如20℃），Vmax增大，沉淀时间可相应缩短，按保守设计原则取不利工况结果。2.3排水时间TD排水时间主要取决于滗水器排水能力与单池排水量。根据同类工程经验，排水时间一般取1.0~2.0h。本设计取T_D=1.5h。排水时间将在后续滗水器选型中复核验证。2.4进水时间TF进水方式采用非限制曝气（进水的同时进行曝气），进水时间取值应综合考虑与曝气时间的协调关系，通常可取反应时间的一半左右。本设计取T_F=1.5h。2.5单周期总时间TC及每日周期数n2.5.1单周期总时间计算公式SBR反应池单个运行周期总时间为各阶段时间之和：T式中各符号含义同前。参数代入与分步计算已知：T_F=1.5hT_R=T_A=3.0h（当进水为非限制曝气时）T_S=3.0hT_D=1.5hT_E取1.0hT_C=1.5+3.0+3.0+1.5+1.0=10.0h2.5.2每日周期数计算公式每日周期次数根据每日24小时除以单周期总时间计算：n=参数代入与分步计算n=24/10.0=2.4周期/d结论运行周期总时间TC=10.0h，每日可运行2.4个周期。本设计取n=2周期/d进行池容计算，多余时间作为安全余量，可应对水质水量波动或设备检修。2.6运行周期汇总表3SBR运行周期时间分配表阶段时间（h）说明进水时间（TF）1.5非限制曝气进水曝气反应时间（TA）3.0有机物降解沉淀时间（TS）3.0泥水分离排水时间（TD）1.5滗水器排水闲置时间（TE）1.0待机或排泥单周期总时间（TC）10.0每日约2.4周期三、SBR反应池容积计算3.1污泥总量计算3.1.1污泥总量计算公式根据污泥负荷法原理，SBR反应池所需总污泥量按需降解的有机污染物总量除以污泥负荷计算：M=式中，M——反应池内活性污泥总干重，kg；除以1000为mg/L与kg/m³的单位换算系数。符号说明符号含义单位M反应池内污泥总干重kgQ平均日污水量m³/dS0进水BOD5浓度mg/LNsBOD污泥负荷kgBOD5/(kgMLSS·d)参数代入与分步计算已知：Q=10000m³/dS0=180mg/LN5=0.15kgBOD₅/(kgMLSS·d)步骤1：计算日进水BOD5总量日进水BOD₅总量=Q×S0=10000×180=1,800,000g/d=1800kgBOD₅/d步骤2：计算所需活性污泥总量MM=1800/0.15=12000kg结论SBR反应池内所需活性污泥总量M=12000kg3.2单座反应池有效容积3.2.1总有效容积计算计算公式根据反应池混合液污泥浓度X，可求得反应池总有效容积：V（式中乘以1000是将X从mg/L换算为kg/m³，使量纲统一；若X以kg/m³代入，则无需乘1000。）符号说明符号含义单位V总SBR反应池总有效容积m³M反应池内污泥总干重kgX混合液MLSS浓度mg/L参数代入与计算已知：M=12000kgX=3500mg/L=3.5kg/m³V总=12000/3.5=3428.6m³取V总=3450m³。3.2.2单座反应池容积计算公式SBR反应池座数N≥2座，以保证系统连续运行和维修灵活性：V=参数代入与分步计算N取4座（N≥2，本设计取4座以方便分组运行和检修）。V=3450/4=862.5m³/座结论单座SBR反应池有效容积V=865m³（取整）SBR反应池总有效容积V总=4×865=3460m³3.2.3充水比校核计算公式SBR工艺中，充水比（排水比倒数）定义为一个周期内进入单池的污水体积与单池有效容积之比：1式中24为每日小时数，用于统一量纲；Q×n/N×V的分子表示日进水量分配到各池每周期，分母×24完成量纲转换。符号说明符号含义单位Q平均日污水量m³/dn每日周期数—NSBR反应池座数—V单座SBR反应池有效容积m³参数代入与计算1/m=(10000×2)/(4×865×24)=20000/83040=0.241核算结果：充水比=0.241，与设计假定值1/m=0.33接近并略偏低，说明池容有适当裕量，运行安全可靠。3.3反应池平面尺寸及水深3.3.1排水深度ΔH计算公式排水深度等于最高水位与最低水位之差：Δ参数代入与计算ΔH=5.0×0.241=1.205m（采用校核后实际充水比）3.3.2最低水位Hmin及最高水位Hmax计算公式最低水位指沉淀排水结束后液面所处高程，最高水位为进水结束后的液面高程：HH参数代入Hmax=H=5.0mHmin=5.0-1.205=3.795m3.3.3污泥沉降距离校核沉淀阶段的有效沉降距离=Hmin-ξ（ξ取0.5m），实际沉降距离=3.795-0.5=3.295m。此距离留有充分安全裕度。3.3.4反应池平面尺寸单池容积V=865m³，有效水深H=5.0m。单池平面面积F=V/H=865/5.0=173m²。为便于池体均匀布水与工艺控制，采用方形池型，边长取L=13.2m，则单池尺寸为13.2m×13.2m，平面面积=174.24m²，满足要求。3.3.5反应池总高H总H总=H+超高，超高一般取0.5m。H总=5.0+0.5=5.5m结论单座SBR反应池有效尺寸：13.2m×13.2m×5.5m（总高），有效水深5.0m；SBR反应池共4座，总有效容积3460m³。表4反应池尺寸汇总参数数值单位单池有效容积865m³有效水深5.0m池体总高5.5m单池平面尺寸13.2×13.2m单池平面面积174.24m²反应池座数4座总有效容积3460m³四、需氧量计算4.1每日需氧量O24.1.1计算公式SBR工艺需氧量由有机污染物降解需氧量、污泥自氧化需氧量和硝化反硝化需氧量构成。本设计按去除的BOD₅总量进行估算：O式中：a——降解单位BOD需氧量系数，kgO2/kgBOD₅，一般为1.1~1.5；b——污泥自氧化需氧量系数，kgO2/kgMLSS·d，一般为0.12~0.18；S0与Ce之差为BOD₅去除量（mg/L）；M为反应池内污泥总量（kg）；除以1000完成mg/L→kg/m³的单位换算。4.1.2符号说明符号含义单位a降解BOD需氧量系数kgO2/kgBOD₅b污泥自氧化需氧量系数kgO2/kgMLSS·dQ平均日污水量m³/dS0进水BOD₅浓度mg/LCe出水BOD₅浓度mg/LM反应池内污泥总量kg4.1.3参数代入与分步计算已知：a=1.2kgO2/kgBOD₅（高负荷取0.5~1.5，中等负荷取1.2）；b=0.15kgO2/(kgMLSS·d)；Q=10000m³/d；S0=180mg/L；Cₑ=10mg/L；M=12000kg步骤1：计算降解BOD₅需氧量BOD₅去除量=S0-Cₑ=180-10=170mg/L降解BOD₅需氧量=1.2×10000×170/1000=1.2×1700=2040kgO2/d步骤2：计算污泥自氧化需氧量注：M单位已为kg，无需再除以1000污泥自氧化需氧量=0.15×12000=1800kgO2/d步骤3：计算总需氧量O2O2=2040+1800=3840kgO2/d步骤4：校核单位BOD需氧量（经验验算）单位BOD需氧量=O2/(Q×(S0-Cₑ)/1000)=3840/1700=2.26kgO2/kgBOD₅该值在SBR工艺合理范围内（0.5~2.5kgO2/kgBOD₅）。4.1.4结论SBR系统每日需氧量O2=3840kgO2/d4.2标准状态需氧量R04.2.1计算公式将实际工况需氧量换算为标准状态（20℃，1个大气压）下的需氧量：R4.2.2符号说明符号含义单位R0标准状态需氧量kgO2/dO2实际需氧量kgO2/dC5(20)清水20℃时饱和溶解氧浓度mg/LT设计水温（取平均水温）℃C5w(T)清水T℃时饱和溶解氧浓度mg/LC0反应池内溶解氧浓度mg/Lα污水中氧传递修正系数（0.80~0.85）—β污水中饱和溶解氧修正系数（0.90~0.97）—4.2.3参数代入与计算已知参数：T=20℃（平均水温）；C5(20)=9.17mg/L（查表）；C5w(20)=9.17mg/L；C0=2.0mg/L（设计溶解氧浓度）；α=0.82；β=0.95RR4.2.4结论标准状态需氧量R0=6398kgO2/d4.3每周期单池需氧量4.3.1计算公式O4.3.2参数代入O=6398/(4×2)=6398/8=799.75≈800kgO2/周期·池4.4峰值需氧量4.4.1计算公式考虑进水水质波动，峰值需氧量按平均需氧量的1.2~1.5倍计。O4.4.2参数代入O2=1.3×3840=4992kgO2/d，最大日工况时峰值需氧量约4.99t/d。五、曝气系统设计5.1每组SBR池所需供气量5.1.1计算公式供气量按标准需氧量与曝气设备氧利用率换算：G式中0.28为标准状态下空气中氧的质量密度（kgO2/m³空气），乘以Ea得实际传递氧量；N、n见前文已述。5.1.2符号说明符号含义单位Gs供气量m³/h·组R0日需氧量kgO2/dNSBR反应池座数—n每日周期数—Ea曝气装置氧利用率%TA周期内曝气时间h5.1.3参数代入与计算已知：R0=6398kgO2/d；N=4；n=2；Ea=18%（微孔曝气器，取值15%~25%）；T_A=3h步骤1：计算周期供氧量每日需氧量分配到每个曝气周期：6398/8=800kgO2/周期·池（与前文一致）步骤2：计算供气量Gs=[R0/(N×n)]/(0.28×Ea)×(24/TA)=[6398/(4×2)]/(0.28×0.18)×(24/3)第一步：6398/8=800kgO2/周期·池（一个池一个周期曝气阶段的需氧量，单位是kgO2/周期）第二步：除以（0.28×0.18）=800/0.0504≈15873m³/周期·池（一个曝气周期的理论空气需求量）第三步：该空气需求量须在TA=3h内供给，故供气速率（供气量）为15873/3≈5291m³/h·池5.1.4结论每组SBR池所需供气量约5290m³/h5.2曝气器布置采用盘式微孔曝气器，单池平面面积174.24m²，服务面积约0.8m²/只，需布置约220只，曝气器均匀布置于池底。六、剩余污泥产量计算6.1每日剩余污泥产量ΔX6.1.1计算公式剩余污泥产量由降解BOD₅产生的污泥量，减去污泥衰减量来计算：Δ式中：Y——污泥产率系数，kgMLSS/kgBOD₅，取0.6~0.8；S0与C0之差为BOD₅去除量；Kd——污泥自身氧化分解系数，d⁻¹，取0.05~0.1；M——反应池内污泥总量。6.1.2符号说明符号含义单位ΔX每日剩余污泥产量kg/dY污泥产率系数kgMLSS/kgBOD₅Q平均日污水量m³/dS0进水BOD₅浓度mg/LCe出水BOD₅浓度mg/LKd污泥自身氧化系数d⁻¹M反应池内污泥总量kg6.1.3参数代入与计算已知：Y=0.65kgMLSS/kgBOD₅（取中值）；不设初沉池，Y取值范围0.5~0.8；Kd=0.06d⁻¹；Q=10000m³/d；S0=180mg/L；Cₑ=10mg/L；M=12000kg步骤1：污泥合成产量降解BOD₅总量=Q×(S0-Cₑ)/1000=10000×170/1000=1700kgBOD₅/d污泥合成产量=Y×1700=0.65×1700=1105kg/d步骤2：污泥衰减量污泥衰减量=Kd×M=0.06×12000=720kg/d步骤3：剩余污泥产量ΔX=1105+720=1825kg/d考虑出水SS中部分未降解有机物折算，取ΔX=1900kg/d。6.1.4结论每日剩余污泥产量ΔX=1900kg/d6.2排泥周期设计6.2.1计算公式排泥周期指两次排泥之间的间隔时间。为保证系统运行稳定，宜在每周期闲置阶段定期排泥，保证污泥龄在合理水平（10~30d）。参考同类工程经验，本设计取每运行周期排泥一次，单池每次排泥量约0.05~0.1倍池容污泥量，即V排≈50~100m³泥水混合物。6.2.2参数代入4座SBR反应池，每池每周期排泥80m³泥水混合物（含固率约1.2%）。七、滗水器选型7.1单池每周期排水量7.1.1计算公式q7.1.2符号说明符号含义单位q排水滗水器排水能力m³/hQ平均日污水量m³/dn每日周期数—NSBR池座数—TD排水时间h24单位换算系数h/d7.1.3参数代入与计算q排水=(10000×2)/(4×24×1.5)=20000/144=139.0m³/h7.1.4结论滗水器单台排水能力≥140m³/h7.2滗水器选型选择旋转式电动滗水器，滗水堰口长度根据排水量、堰负荷确定。单池设1台滗水器，共设计4台（每池1台），要求具备液位自动跟踪功能，排水时不下搅沉泥。八、主要设计成果汇总表5SBR工艺设计主要成果序号项目参数值单位1设计规模（平均日）10000m³/d2设计最大日流量14000m³/d3SBR池座数4座4单池有效容积865m³5单池有效水深5.0m6单池平面尺寸13.2×13.2m7总有效容积3460m³8BOD污泥负荷Ns0.15kgBOD₅/(kgMLSS·d)9混合液MLSS浓度X3500mg/L10充水比1/m0.241