9万吨市政污水厂MBBR工艺设计计算书

前言本计算书旨在为某城市污水处理厂（设计规模为九万吨/日）的MBBR工艺单元提供详细的设计依据、计算过程及主要设计参数。设计遵循国家及地方相关的法律法规、标准规范，结合工程实际经验，确保工艺设计的先进性、可靠性、经济性及可操作性。MBBR（MovingBedBiofilmReactor，移动床生物膜反应器）工艺因其高效的脱氮除磷能力、灵活的运行方式和紧凑的占地面积，在市政污水处理领域得到广泛应用。本设计将围绕该工艺的核心构筑物展开详细计算。一、设计水质与水量1.1设计水量本污水处理厂的设计规模为日均处理城市生活污水九万吨（9.0×10^4m³/d）。考虑到水量波动，设计最大时流量按平均日流量的1.4倍计算。1.2设计进水水质根据对该城市污水水质的调研及同类污水处理厂的运行经验，设计进水水质指标如下：CODcr：350~400mg/LBOD5：150~200mg/LSS：180~220mg/LNH3-N：30~35mg/LTN：40~45mg/LTP：4~5mg/L1.3设计出水水质本工程出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB____)中的一级A排放标准。具体指标如下：CODcr：≤50mg/LBOD5：≤10mg/LSS：≤10mg/LNH3-N：≤5mg/L(水温>12℃时)，≤8mg/L(水温≤12℃时)TN：≤15mg/LTP：≤0.5mg/L二、工艺流程选择与说明2.1工艺流程概述针对本工程的水质特点和出水要求，主体工艺采用“预处理+MBBR生物处理+深度处理”的工艺流程。具体如下：原水→粗格栅→细格栅→旋流沉砂池→MBBR反应池（缺氧区+好氧区）→二沉池→高效沉淀池（若有必要，或直接采用滤布滤池/转盘滤池）→消毒池→达标排放污泥处理流程：二沉池剩余污泥→污泥浓缩池→污泥脱水机房→泥饼外运处置2.2MBBR工艺原理简述MBBR工艺的核心是在反应池中投加一定数量的悬浮载体（通常为聚乙烯或聚丙烯材质的中空圆柱体或其他形状），载体内部为缺氧环境，外部为好氧环境，为微生物的生长繁殖提供了理想的场所。污水在流经反应池时，与载体上的生物膜充分接触，利用生物膜上微生物的新陈代谢作用，将水中的有机物、氮、磷等污染物去除。载体在水流和曝气的作用下处于流化状态，既避免了固定床生物膜反应器的堵塞问题，又具有活性污泥法的高效传质特性。三、主要处理构筑物设计计算3.1格栅及旋流沉砂池（预处理单元）（本部分为常规设计，简述主要参数，详细计算略）粗格栅：采用机械回转式格栅，栅条间隙20mm，安装角度60°~70°。细格栅：采用机械回转式格栅，栅条间隙3mm，安装角度60°~70°。旋流沉砂池：设计停留时间20~30s，水力表面负荷150~200m³/(m²·h)，有效水深2.0~3.0m。数量按两组设计，单池直径根据水量计算确定。3.2MBBR反应池设计计算MBBR反应池是本工艺的核心处理单元，主要功能是去除COD、BOD、NH3-N，并进行硝化和反硝化脱氮。设计为缺氧区和好氧区串联运行。3.2.1设计参数选择设计流量Q：9.0×10^4m³/d=9.0×10^4/24=3750m³/h好氧区DO控制：2~3mg/L缺氧区DO控制：≤0.5mg/L污泥龄（SRT）：考虑到硝化菌的生长，好氧区污泥龄宜控制在较长水平，由于MBBR以生物膜为主，SRT不作为主要控制参数，但需保证足够的生物膜厚度和更新速率。填料填充率：缺氧区和好氧区均采用悬浮填料。缺氧区填充率一般为25%~35%；好氧区填充率一般为30%~40%。本设计缺氧区取30%，好氧区取35%。填料规格：选用市场上成熟的高密度聚乙烯（HDPE）悬浮填料，形状为圆柱形或多面空心球，直径φ100mm左右，比表面积≥500m²/m³，密度略小于水（0.94~0.97g/cm³）。3.2.2好氧MBBR池设计计算好氧区主要功能是去除剩余BOD、进行硝化反应（将NH3-N转化为NO3-N）以及部分聚磷菌过量吸磷。设计基于容积负荷法进行计算。1.BOD5容积负荷（Nv,BOD）：参考同类工程经验，MBBR好氧区BOD5容积负荷宜取0.5~1.2kgBOD5/(m³·d)。考虑到进水BOD浓度及出水要求，本设计取Nv,BOD=0.8kgBOD5/(m³·d)。2.BOD5去除量：进水平均BOD5按180mg/L计，出水中BOD5按10mg/L计（主要为溶解性BOD5）。好氧区BOD5去除量=Q×(Sbod_in-Sbod_out)/1000=9.0×10^4m³/d×(180-10)mg/L/1000=9.0×10^4×170/1000kg/d=____kg/d（注：此处简化计算，未严格区分缺氧区和好氧区各自的BOD去除量，实际设计中需考虑碳源在缺氧区的消耗。）3.好氧区有效容积（V好氧）：V好氧=BOD5去除量/Nv,BOD=____kg/d/0.8kgBOD5/(m³·d)=____m³4.水力停留时间（HRT好氧）：HRT好氧=V好氧/Q=____m³/9.0×10^4m³/d=0.2125d=5.1h5.池体尺寸设计：设计好氧池分为4组，每组有效容积V1=____/4≈4781m³单组池体采用廊道式布置，设3条廊道，每条廊道长L，宽B，有效水深H。取有效水深H=5.0m（考虑曝气和搅拌效果，MBBR池有效水深通常为4~6m）。则单组池体总有效表面积A总=V1/H=4781/5.0≈956m²每条廊道宽度B取6.0m（便于施工和维护），则每条廊道表面积A廊=956/3≈319m²廊道长度L=A廊/B=319/6.0≈53.2m故单组好氧池尺寸可设计为L×B总×H=53.2m×(6.0×3)m×5.0m=53.2m×18.0m×5.0m（实际工程中，长度可取整，如53m，总容积会略有调整，需复核。）超高取0.5m，故池体总高为5.0+0.5=5.5m。6.悬浮填料投加量：好氧区填料填充率为35%，则单组好氧池填料体积Vf1=V1×35%=4781×0.35≈1673m³总好氧区填料体积Vf总好氧=1673×4≈6692m³3.2.3缺氧MBBR池设计计算缺氧区主要功能是利用进水中的碳源进行反硝化脱氮，将好氧区回流的硝酸盐氮转化为氮气。设计采用容积负荷法或水力停留时间经验值法。本设计参考经验，缺氧区HRT通常为好氧区HRT的1/3~1/2。1.水力停留时间（HRT缺氧）：取HRT缺氧=2.5h2.缺氧区有效容积（V缺氧）：V缺氧=Q×HRT缺氧/24=9.0×10^4m³/d×2.5h/24h/d=9.0×10^4×2.5/24m³≈9375m³3.池体尺寸设计：缺氧池与好氧池对应，分为4组，每组有效容积V1缺氧=9375/4≈2344m³有效水深与好氧池一致，取H=5.0m。单组池体有效表面积A总缺氧=V1缺氧/H=2344/5.0≈469m²采用廊道式布置，每条廊道宽度B=6.0m，设2条廊道。每条廊道表面积A廊缺氧=469/2≈235m²廊道长度L缺氧=A廊缺氧/B=235/6.0≈39.2m故单组缺氧池尺寸可设计为L×B总×H=39.2m×(6.0×2)m×5.0m=39.2m×12.0m×5.0m超高同样取0.5m，总高5.5m。4.悬浮填料投加量：缺氧区填料填充率为30%，则单组缺氧池填料体积Vf1缺氧=V1缺氧×30%=2344×0.30≈703m³总缺氧区填料体积Vf总缺氧=703×4≈2812m³总MBBR反应池总有效容积V总=V好氧+V缺氧=____+9375=____m³总水力停留时间HRT总=HRT缺氧+HRT好氧=2.5+5.1=7.6h3.2.4回流系统设计1.混合液回流（内回流）：为保证缺氧区有足够的硝酸盐氮进行反硝化，需将好氧区混合液回流至缺氧区。回流比一般为100%~400%。本设计取内回流比R内=200%。内回流量Q内=R内×Q=2.0×3750m³/h=7500m³/h选用潜水轴流泵作为内回流泵，每座好氧池末端设2台（1用1备）。2.污泥回流（外回流）：MBBR工艺主要依靠生物膜，污泥回流量相对传统活性污泥法可小一些，一般控制在30%~80%。本设计取污泥回流比R外=50%。外回流量Q外=R外×Q=0.5×3750m³/h=1875m³/h选用潜水离心式污泥回流泵，设于二沉池排泥井。3.2.5曝气系统设计（好氧区）好氧区曝气系统采用鼓风曝气，选用膜片式微孔曝气器，具有氧利用率高、布气均匀的特点。1.需氧量（AOR）估算：需氧量主要考虑碳化需氧量、硝化需氧量以及反硝化脱氮的氧节省量。详细计算需依据经验公式或软件模拟。此处简述思路：AOR=碳化需氧量+硝化需氧量-反硝化产氧量-细胞衰减耗氧参考同类工程经验，对于城市污水MBBR工艺，其单位污水需氧量一般在1.0~1.5kgO2/kgBOD5去除量。本设计按1.2kgO2/kgBOD5估算。则AOR≈____kgBOD5/d×1.2kgO2/kgBOD5=____kgO2/d=765kgO2/h2.供气量计算：设曝气器氧利用率EA=25%（膜片式微孔曝气器在清水状态下的氧利用率一般为20%~30%），空气密度取1.293kg/m³，空气中氧含量23.2%。标准状态下（0℃，1atm）干空气的含氧量为0.232kgO2/m³空气。实际供气量（标准状态下）Gs=AOR/(0.232×EA×1.024^(T-20))（式中1.024^(T-20)为温度修正系数，假设水温T=20℃，则修正系数为1）Gs=765kgO2/h/(0.232×0.25×1)≈765/0.058≈____m³/h(标准状态)考虑30%的富余量，则实际设计供气量Gs设计=____×1.3≈____m³/h选用低噪声离心式鼓风机，每台风量根据分组情况配置，设4组曝气系统，每组配套鼓风机（N用1备）。3.2.6搅拌系统设计（缺氧区）缺氧区为保证污泥和填料处于悬浮状态，并使进水、回流污泥与池内混合液充分混合，需设置潜水搅拌器。搅拌功率密度一般为3~8W/m³。本设计取5W/m³。缺氧池总搅拌功率P=V缺氧×5W/m³=9375m³×5W/m³=____W=46.9kW按4组计算，每组缺氧池搅拌功率约11.7kW，可配置2台功率为6.0kW的潜水搅拌器（考虑一定余量）。3.3二沉池设计计算二沉池采用辐流式沉淀池，主要功能是实现MBBR反应池出水中生物膜（及少量活性污泥）的沉淀分离，保证出水SS达标，并为系统提供回流污泥。设计参数选择：表面水力负荷q=1.0~1.5m³/(m²·h)，本设计取q=1.2m³/(m²·h)沉淀时间t=2.0~4.0h，本设计取t=3.0h有效水深H=3.0~4.0m1