AO生物脱氮工艺设计计算.docx

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AO生物脱氮工艺设计计算

A1/O生物脱氮工艺设计计算

1.已知条件

（1）设计流量Q=40000m3/d

（2）设计进水水质BOD5浓度S0=130mg/L;TSS浓度X0=180mg/L;TN0=40mg/L;NH3-N=25mg/L;TP=3.5mg/L;CODcr=220mg/L

（3）设计出水水质BOD5浓度Se<=20mg/L;TSS浓度Xe<=20mg/L;TNe<=20mg/L;NH3-N<=8mg/L;TP<=1mg/L;CODcr<=60mg/LPH=6.0~7.0

2.设计计算（按BOD5负荷计算）

（1）设计参数计算

根据手册知道：

（1）设计参数计算

①假设BOD5污泥负荷:

　NS=0.13kgBOD5/（kgMLSS·d）

②污泥指数:

SVI=150

③回流污泥浓度　　XR=106*r/SVI

r——考虑污泥在沉淀池中停留时间，池深，污泥厚度等因素的系数

取r=1.2

则XR=106*1.2/150=8000（mg/L）

④根据手册回流污泥比R=50%~100%取R=100%

⑤曝气池混合液污泥浓度

{X}kg/m3=R*XR/（R+1）=1*8000/2=4000mg/L=4

⑥TN去除率

{ηN}%=（TN0-TNe）/TN0=（40-20）/40=50

⑦内回流比

{R内}%=η/（1-η）=0.5/（1-0.5）=100

（2）A1/O池主要尺寸计算

①曝气池总有效容积

{V}m3=Q设L0/NSX=40000×130/（0.13×4000）=10000m3

又生化反应池中好氧段容积与缺氧段容积之比V1/V2=3~4

取V1/V2=4

则V1=8000m3V2=2000m3

②有效水深h=5.0m

③好氧反应池的尺寸

总容积V1=8000m3,设反应池两组。

单组池容V1单=V1/2=4000m3

单组有效面积S1单=V1单/h=4000/5.0=800m2

采用5廊道式,廊道宽b1=5.0m

反应池长度L1=S1单/5b1=800/（5×5.0）=32m

校核b/h=5.0/5.0=1（满足b/h=1～2）

L/b=32/5.0=6.4（满足L/b=5～10）

超高取1.0,则反应池总高H=5.0+1.0=6m

④缺氧反应池的尺寸

总容积V2=2000m3,设反应池两组。

单组池容V2单=V1/2=1000m3

单组有效面积S2单=V2单/h=1000/5.0=200m2

长度与好氧池宽度相等,为L=25m,池宽=S2单/L=200/25=8m

采用3廊道式,则廊道宽b2=8/3=2.7m

⑤污水在A1/O池内停留时间

t=V/Q=10000/40000=0.25d=6h

水力停留时间A1:

O=1:

（3~4）取A:

O=1:

4

则A1停留时间为t1=1.2h;O段停留时间t2=4.8h

⑥进水管两组反应池合建,进水与回流污泥进入进水竖井,经混合后经配水渠、进水潜孔进入缺氧池

反应池进水管设计流量Q1=Q=40000/86400=0.463m3/s

管道流速采用V=1.0m/s

则管道过水断面A=Q1/V=0.463/1.0=0.463m2

管径d=（4A/π）1/2=（4×0.463/π）1/2=0.77m

取进水管径为DN800mm

较核管道流速v=Q/A=0.463/[（0.8/2）2×π]=0.9m/s

⑦回流污泥渠道反应池回流污泥渠道设计流量QR

QR=R×Q=1×40000/86400=0.463m3/s

渠道流速v=0.8m/s

则渠道断面积A=QR/v=0.463/0.8=0.578m2

取渠道断面b×h=1.0m×0.6m

较核流速v=0.463/（1.0×0.6）=0.77m/s

渠道超高取0.3m

渠道总高为0.6＋0.3=0.9m

污泥回流管道

QR=0.463m3/s

若管道流速R=0.8m/s

那么管径d=（4A/π）1/2=（4×0.463/π）1/2=0.77m

取回流污泥管径为DN800mm

较核管道流速v=Q/A=0.463/[（0.8/2）2×π]=0.9m/s

⑧进水竖井反应池进水孔尺寸：

进水孔过流量:

Q2=（1+R）×Q/2=0.463m3/s

孔口流速v=0.7m/s

孔口过断面积A=Q2/v=0.463/0.7=0.66m/s

孔口尺寸取1.2m×0.6m

进水竖井平面尺寸2.2m×1.6m

⑨出水堰及出水竖井

出水流量Q3=0.463m3/s

孔口流速v=0.7m/s

孔口过断面积A=Q3/v=0.463/0.7=0.66m/s

孔口尺寸取1.2m×0.6m

出水竖井平面尺寸2.0m×1.6m

按矩形堰流量公式：

Q3=mb√2gH3/2m3/s

式中：

孔口当做堰宽的话即b=1.2m，流量系数m取0.45,已知流量Q3=0.463m3/s所以堰上水头H=0.38m

⑩出水管

管道流速采用V=0.8m/s

则管道过水断面A=Q1/V=0.463/0.8=0579m2

管径d=（4A/π）1/2=（4×0.579/π）1/2=0.86m

取出水管径为DN800mm

较核管道流速v=Q/A=0.463/[（0.8/2）2×π]=0.9m/s

（3）剩余污泥量

①水溶解性BOD5

S=Se-1.42×f×TSS（1-е-kt）=130-1.42×0.7×20×（1-е-0.23×5）=6.41mg/L

K为BOD的分解速率常数

②好氧池设计污泥龄首先确定硝化速率μN（取设计PH=7.2）,

硝化速率μN=［0.47е0.098（T-15）］［N/（N+10（0.05T-1.158））］［O2/（ko2+O2）］[1-0.833（7.2-PH）]

=0.47е0.098（10-15）×8×2/（8+10（0.05×10-1.158））/（1.3+2）

=0.17d-1

式中：

N——NH3-NA的浓度，mg/L

K02——氧的半速常数，mg/L

02——反应池中的溶解氧浓度，mg/L

硝化反应所需的最小泥龄θm=1/μN=1/0.17=5.88d

选用安全系数K=3

设计污泥龄θ=Kθm=3×5.88=17.64d

则系统总设计泥龄=好氧池泥龄+缺氧池泥龄=17.64+17.64×2000/8000=22.05d

③生物污泥产量

PX=YQ（Se-S）/（1+Kdθc）

对于生活污水,污泥产率系数Y值一般位于0.5～0.65之间,Kd值在0.05~0.1之间

则取Y=0.6内源代谢系数Kd=0.05

PX=0.6×40000（0.13-0.00641）/（1+0.05×22.05）=1410.78（kg/d）

对存在的惰性物质和沉淀池的固体流失量可采用下式计算

PS=Q（X1-Xe）=40000×（0.180-0.180×0.7-0.020）=1360（kg/d）

X1为进水悬浮固体中惰性部分（进水TSS-进水VSS）的含量

因为0.7=VSS/TSS

剩余污泥量△X=PX+PS=1410.78+1360=2770.78（kg/d）

去除每1kgBOD5产生的污泥量=ΔX/[Q（S0-Se）]=2770.78/[40000×（0.13-0.02）]=0.63（kgDS/kgBOD5）

（4）曝气系统设计计算

1设计需氧量AOR需氧量包括碳化需氧量和硝化需氧量，并扣除剩余活性污泥排放所减少的BODu及NH3-N的氧当量（此部分用于细胞合成，并未好氧），同时还应考虑反硝化脱氮产生的氧量。

AOR=碳化需氧量+硝化需氧量-反硝化脱氮产氧量

=（去除BOD5需氧量-剩余污泥中BODu氧当量）+（NH3-N硝化需氧量-剩余污泥中NH3-N氧当量）-反硝化脱氮产氧量

（或者用式AOR=a′Q（S0-Se）+b′VXv）计算

A、碳化需氧量D1

D1=Q（S0-S）/（1-е-kt）-1.42PX=40000×（0.13-0.00641）/（1-е-0.23×5）-1.42×1410.78=5230.91（kgO2/d）

式中：

k——BOD的分解速率常数，d-1，去k=0.23

t——BOD5的试验时间，取t=5天

B、硝化需氧量D2

D2=4.6Q（No-Ne）-4.6×12.4%×PX

=4.6×40000×（0.04-0.008）-4.6×12.4%×5230.91=2904.29（kgO2/d）

式中：

N——进水总氮浓度，kg/m3

N0——出水NH3-N浓度，kg/m3，其余意义同前

C、反硝化脱氮产生的氧量D3

D3=2.86Nt

Nt为反硝化脱氮产生的氧量

需还原的硝酸盐氮量Nt=QNot/1000

Not为所需脱硝量

微生物同化作用去除的总氮NW

NW=0.124Y（So-S）/（1+Kdθ）=0.124×0.6×（0.13-0.00641）/（1+0.05×17.64）=4.8（mg/L）

被氧化的NH3-N=进水总氮量-出水氨氮量-用于合成的总氮量

=40-8-4.8=27.2（mg/L）

所需脱硝量=进水总氮量-出水总氮量-用于合成的总氮量

=40-20-4.8=15.2（mg/L）

需还原的硝酸盐氮量Nt=40000×15.2/1000=608（kg/d）

则D3=2.86×608=1738.88（kgO2/d）

故总需氧量:

AOR=D1+D2-D3=5230.91+2904.29-1738.88=6396.32（kgO2/d）

=266.51（kgO2/h）

最大需氧量与平均需氧量之比为1.4,则

AORmax=1.4AOR=1.4×6396.32=8954.85（kgO2/d）=373.11（kgO2/h）

去除每1kgBOD5的需氧量=AOR/Q（S0-Se）

=6396.32/（40000×（0.13-0.02））=1.45（kgO2/kgBOD5）

2标准需氧量

采用鼓风曝气,微孔曝气器敷设于池底,距池底0.2m,淹没深度3.8m,氧转移效率EA=20%,将设计需氧量AOR换算成标准状态下的需氧量SOR

SOR=AOR×CS（20）/（α（βρCSm（T）-CL）×1.024（T-20））

式中：

T为设计污水温度,T=25℃

CL为好氧反应池中溶解氧浓度,取2mg/L

ρ为压力修正系数,ρ=工程所在地区大气压/1.013×105,本例工程所在地区大气压为1.013×105,故此ρ=1

α为污水传氧速率与清水传氧速率之比,取0.85

β为污水饱和溶解氧与清水饱和溶解氧之比,取0.9

查表得水中溶解氧饱和度:

CS（20）=9.17mg/LCSm（25）=8.38mg/L

空气扩散器出口处绝对压力:

Pb=P+9.8×103H

式中：

H为空气扩散器的安装深度

P为大气压力

Pb=1.013×105+9.8×103×3.8=1.385×105（PA）

空气离开好氧反应池时氧的百分比Ot：

Ot=21（1-EA）/（79+21（1-EA））=21（1-20%）/（79+21（1-20%））=17.54%

好氧反应池中平均溶解氧饱和度:

CSm（25）=CS（25）（Pb/（2.066×105）+17.54/42）

=8.38×（1.385/2.066+17.54/42）

=9.12mg/L

标准需氧量为：

SOR=6396.32×9.17/［0.85×（0.9×1×9.12-2）×1.024（25-20）］

=9872.54（kg/d）=411.36（kg/h）

相应最大时标准需氧量为:

SORmax=1.4SOR=1.4×9872.54（kg/d）=13821.56（kg/d）=575.90（kg/h）

好氧反应池平均时供气量为：

GS=100SOR/0.3EA=411.36×100/（0.3×20）=6856（m3/h）

0.3表示标准状态（0.1Mpa，20C）下每立方米空气中含氧量（kgO2/m3）

最大时供气量:

Gmax=1.4GS=1.4×6856=9601.2（m3/h）

3曝气器数量计算（以单组反应池计算）

a、按供氧能力计算曝气器数量

N=SOR/qc

qc为充氧能力,kgO2/（h·个）

采用刚玉钟罩式微孔曝气器,参照鼓风曝气系统设计规程,工作水深4.0m,在供风量q=1～3m3/（h·个）时,曝气器氧利用率EA=20%,服务面积0.25～0.8m2,充氧能力qc=0.14kgO2/（h·个）,则:

N=575.90/2/0.14=2056（个）

b以微孔曝气器服务面积进行较核

f=F/N=5×5×40/2056=0.486（m2）<0.8（m

选用GYZZ178-2的曝气器

4供风管道计算.供风管道系指风机出口至曝气器的管道。

a、干管供风干管采用环状布置

流量QS=Gmax/2=9601.2/2=4800.6（m3/h）

供风干管流速取值范围在10～15m/s

取V=10m/s

则管径d=（4QS/Vπ）1/2=（4×4800.6/3600×10π）1/2=0.412m

取管径DN400mm

b﹑支管.单侧供气支管:

QS单=1/5Gmax/2=1/5×4800.6=960.12（m3/h）

流速V=10m/s

则管径d=（4QS/Vπ）1/2=（4×960.12/3600×10π）1/2=0.184m

取支管管径DN200mm

双侧供气:

QS单=2/5Gmax/2=2/5×4800.6=1920.24（m3/h）

流速V=10m/s

则管径d=（4QS/Vπ）1/2=（4×1920.24/3600×10π）1/2=0.261m

取支管管径DN250mm

5所需空气压力p（相对压力）

P=h1+h2+h3+h4+△h

式中h1—供风管道沿程阻力，MPa；

h2—供风管道局部阻力，MPa；

h3—曝气器淹没水头，MPa；

h4—曝气器阻力，微孔曝气h4<=0.004～0.005MPa；h4=0.004MPa

△h—富余水头，△h=0.003～0.005MPa,取△h=0.005MPa.

取h1+h2=0.002MPa

1MPa=100m水柱

P=0.002+0.038+0.004+0.005=0.049MPa=49（KPa）

⑸、厌氧池搅拌器的选择（以单组反应池计算）

厌氧池内设导流墙，将厌氧池分成三格，每格内设一台搅拌机，备用一台所需功率按5W/m3池容计算。

缺氧池有效容积V厌=25×8×5.0=1000（m3）

混合全池污水所需功率N单=1000×5=5000（W）=5（KW）

选择QJB2.2/8-320/3-740/C潜水搅拌机

⑹、污泥回流设备

污泥回流比R=100﹪；

污泥回流量QR=RQ=1×40000m3/d=1667m3/h

设回流污泥泵房1座，内设3台潜污泵（2用1备）

单泵流量

⑺混合液回流泵

混合液回流比R内=100%

混合液回流量QR=R内Q=1×40000m3/d=1667m3/h

池设混合液回流泵2台,单泵流量