AO生物脱氮工艺设计计算

A 1/O 生物脱氮工艺设计计算1. 已知条件(1) 设计流量 Q=40000m 3/d(2) 设计进水水质 BOD 5浓度S 0=130mg/L; TSS 浓度X 0=180mg/L; TN 0=40mg/L; NH 3-N=25 mg/L; TP=3.5 mg/L; COD cr =220 mg/L(3) 设计出水水质 BOD 5浓度S e <=20mg/L; TSS 浓度X e <=20mg/L; TN e <=20mg/L; NH 3-N<=8 mg/L; TP<=1mg/L; COD cr <=60 mg/L PH=6.0~7.02. 设计计算(按BOD 5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=0.13kg BOD5/(kgMLSS〃d)②污泥指数: SVI=150③回流污泥浓度XR=106*r/SVIr——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/m 3=R*X R /(R+1)=1*8000/2=4000mg/L=4⑥TN 去除率{ηN }%=( TN 0- TN e )/ TN 0=(40-20)/40=50⑦内回流比{R 内}%=η/(1-η)=0.5/(1-0.5)=100(2) A 1/O 池主要尺寸计算①曝气池总有效容积{V}m 3=Q 设L 0/ N S X=40000×130/(0.13×4000)=10000m 3又生化反应池中好氧段容积与缺氧段容积之比 V 1/V 2=3~4取V 1/V 2=4则V 1=8000 m 3 V 2=2000 m 3②有效水深 h=5.0m③好氧反应池的尺寸总容积V 1=8000m 3, 设反应池两组。

单组池容V 1单= V 1/2=4000 m 3单组有效面积S 1单=V 1单/h=4000/5.0=800m 2采用5廊道式, 廊道宽b 1=5.0m反应池长度L 1=S 1单/5 b 1=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=6 m④缺氧反应池的尺寸总容积V2=2000 m3, 设反应池两组。

单组池容V2单= V1/2=1000 m3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=2.7m⑤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=4.8h⑥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=0.463 m2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/s⑦回流污泥渠道反应池回流污泥渠道设计流量QRQR=R×Q=1×40000/86400=0.463 m3/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)=0.77 m/s渠道超高取0.3m渠道总高为0.6＋0.3=0.9 m污泥回流管道Q=0.463 m3/sR=0.8 m/s若管道流速R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：=(1+R)×Q/2=0.463 m3/s 进水孔过流量: Q2孔口流速v=0.7 m/s/ v=0.463/0.7=0.66 m/s 孔口过断面积A=Q2孔口尺寸取1.2 m×0.6 m进水竖井平面尺寸2.2 m×1.6 m⑨出水堰及出水竖井=0.463 m3/s出水流量Q3孔口流速v=0.7 m/s/ v=0.463/0.7=0.66 m/s 孔口过断面积A=Q3孔口尺寸取1.2 m×0.6 m出水竖井平面尺寸2.0 m×1.6 m按矩形堰流量公式：Q3=mb√2gH3/2 m3/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=0.463 m3/s 所以堰上水头H= 0.38m⑩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=0579 m2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BOD5S= 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/LK02——氧的半速常数，mg/L2——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=K θm =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=22.05d③生物污泥产量P X =YQ(S e -S)/(1+K d θc )对于生活污水, 污泥产率系数Y 值一般位于0.5～0.65之间, K d 值在0.05~0.1之间则取Y=0.6 内源代谢系数K d =0.05P X =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P S =Q(X 1-X e )=40000×(0.180-0.180×0.7-0.020)=1360(kg/d)X 1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= P X + P S =1410.78+1360=2770.78(kg/d)去除每1kgBOD 5产生的污泥量=ΔX/[Q(S 0-S e )]=2770.78/[40000× (0.13-0.02)]=0.63(kgD S /kgBOD 5)（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BOD u 及NH 3-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BOD 5需氧量-剩余污泥中BOD u 氧当量）+（NH 3-N 硝化需氧量-剩余污泥中NH 3-N 氧当量）-反硝化脱氮产氧量(或者用式AOR=a ′Q （S 0-S e ）+b ′VX v )计算A 、 碳化需氧量D 1D 1=Q(S 0-S)/(1-е-kt )-1.42 P X =40000×(0.13-0.00641)/(1-е-0.23×5)-1.42×1410.78 =5230.91(kgO 2/d)式中：k ——BOD 的分解速率常数，d -1，去k=0.23t ——BOD 5的试验时间，取t=5天B 、 硝化需氧量D 2D 2=4.6Q(N o -N e )-4.6×12.4%×P X=4.6×40000×(0.04-0.008)- 4.6×12.4%×5230.91=2904.29(kgO 2/d) 式中：N ——进水总氮浓度，kg/m 3N 0——出水NH 3-N 浓度，kg/m 3，其余意义同前C 、反硝化脱氮产生的氧量D 3D 3=2.86N tN t 为反硝化脱氮产生的氧量需还原的硝酸盐氮量N t =Q N ot /1000N ot 为所需脱硝量微生物同化作用去除的总氮N WN W =0.124Y(S o -S)/(1+ K d θ)=0.124×0.6×(0.13-0.00641)/ (1+0.05×17.64)=4.8(mg/L)被氧化的NH 3-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N t =40000×15.2/1000=608(kg/d)则D 3=2.86×608=1738.88(kgO 2/d)故总需氧量:AOR= D 1+ D 2-D 3=5230.91+2904.29-1738.88=6396.32(kgO 2/d)=266.51(kgO 2/h)最大需氧量与平均需氧量之比为1.4,则AOR max =1.4AOR=1.4×6396.32=8954.85(kgO 2/d)=373.11(kgO 2/h) 去除每1kgBOD 5的需氧量=AOR/Q(S 0-S e )=6396.32/(40000×(0.13-0.02))=1.45(kgO 2/kgBOD 5) 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E A =20%,将设计需氧量AOR 换算成标准状态下的需氧量SOR SOR=AOR ×C S(20)/(α(βρC Sm(T)-C L ) ×1.024(T-20))式中：T 为设计污水温度, T=25℃C L 为好氧反应池中溶解氧浓度,取2mg/Lρ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=1α为污水传氧速率与清水传氧速率之比,取0.85β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:C S(20)=9.17 mg/L C Sm(25)=8.38 mg/L空气扩散器出口处绝对压力:P b =P+9.8×103H式中：H 为空气扩散器的安装深度P 为大气压力P b =1.013×105+9.8×103×3.8=1.385×105(P A )空气离开好氧反应池时氧的百分比O t ：O t =21(1-E A )/(79+21(1-E A ))= 21(1-20%)/(79+21(1-20%))=17.54%好氧反应池中平均溶解氧饱和度:C Sm(25)= C S(25)( P b /(2.066×105)+17.54/42)=8.38×(1.385/2.066+17.54/42)=9.12 mg/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:SOR max =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，20 C）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/qcq c 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。