水控设计
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----污泥中的惰性物质 mg/L） 污泥中的惰性物质（ X1----污泥中的惰性物质（mg/L）,为进水总悬浮物浓 TSS）与挥发性悬浮物浓度（VSS） 度（TSS）与挥发性悬浮物浓度（VSS）之差 ----随出水流出的污泥量 随出水流出的污泥量（ ）（mg/L mg/L） Xe----随出水流出的污泥量（TSS（出））（mg/L）
硝化反应总反应： 硝化反应总反应： NH4+=2O2=NO3-+2H++H2O NH4+~ 2H+ ~CaCO3 14 100/14=7.14 每氧化1mg氨氮消耗 氨氮消耗7.14mg/L碱度 每氧化 氨氮消耗 碱度 硝化反应的最佳 值是 硝化反应的最佳pH值是 最佳 值是7.8~9.2 反硝化反应： 反硝化反应： 2NO3-+2H+=N2+2.5O2+H2O 2NO3- ~ 2H+ ~CaCO3 28 100 100/28=3.57 据文献报道：氧化 产生0.1mg/L的碱度。 的碱度。 据文献报道：氧化1.0mgBOD5产生 的碱度 100
2.停留时间t 2.停留时间t 停留时间
V t= Q 73747 = 100000 = 0.737 (d) = 17.70 (h)
对于城市污水一般为6~30h 对于城市污水一般为
3.校核污泥负荷 3.校核污泥负荷
QS0 N= XVV 100000 × 0.19 = 2.8 × 73747 = 0.092 [kgBOD5 /(kgMLVSS ⋅ d)]
去除BOD5 1. 去除
出水的总BOD5（Se）应包括出水溶解性 应包括出水溶解性BOD5和由 出水的总 于出水带出的污泥所构成的BOD5 （S1）这两部分。 这两部分。 于出水带出的污泥所构成的 则：
S = Se − S1
S为出水溶解性BOD5 为出水溶解性BOD5 为沉淀池出水中的VSS 合成细胞） VSS（ S1为沉淀池出水中的VSS（合成细胞）所构成 浓度： 的BOD5浓度：
设计出水水质： 设计出水水质： BOD5（Se）=20mg/L，TSS(Xe)=20mg/L， Se）=20mg/L，TSS(Xe)=20mg/L， N=15mg/L， NH3-N=15mg/L，TN=20mg/L. 考虑污泥稳定化，混合液悬浮固体浓度（MLSS） 考虑污泥稳定化，混合液悬浮固体浓度（MLSS） X=4000mg/L， 一般为4000 4500mg/L)， 4000~4500mg/L) X=4000mg/L，(一般为4000 4500mg/L)， 混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS） 混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）
则出水溶解性BOD5浓度为： 浓度为： 则出水溶解性
−0.23×5
)
S = S e − S1
S = 20 − 13.59 = 6.41mg / L
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好氧区容积V 2. 好氧区容积V1
Yθ C Q(S 0 − S) V1 = X V (1 + K dθ C ) 0.55 × 30 × 100000 × (0.19 - 0.00641) = 2.8 × (1 + 0.055 × 30) = 40825m 3
一般取0.05~0.1 kgBOD5/(kgMLVSS·d), 符合要求 一般取
混合液污浓度X V = 2800mgMLVSS / L
(考虑脱氮时，取2500~3500mg/L) 考虑脱氮时， 考虑脱氮时
污泥龄θ c = 30d
设计泥龄范围为4~48d,通常 通常 设计泥龄范围为 的泥龄为10~30d. 的泥龄为
去除BOD 1. 去除BOD5 2. 脱氮 3. 氧化沟总容积及停留时间 4. 需氧量及曝气设备 5. 氧化沟尺寸 6.氧化沟进出水装置 6.氧化沟进出水装置
Q∆SY
f (1 + K dθ c )
= MLSS ⋅ Q
θc
Y − 污泥产率kgVSS / kgBOD5
θ c − 设计污泥停留时间(d )
X 1 − 污泥中的惰性物质(mg / L)为进水总悬浮物浓度(TSS ) 与挥发性悬浮物浓度(VSS )之差 X e − 随出水流出的污泥量mg / L
∆X = ∆X VSS + QX 1 − QX e Y = Q(S0 − S)( ) + QX1 − QX e 1 + K dθ C 0.55 = 100000 × (0.19 − 0.00641) × ( ） 1 + 0.055 × 30 + 100000 × 0.25 − 0.175） 100000 × 0.02 （ − = 3810.36 + 7500 − 2000 = 9310.36（kg/d)
缺氧区容积为： 缺氧区容积为：
所需去除的氮量∆S NO3 = Q × ∆NO3
QN r V2 = q dn X V 100000 × 20.28 = 0.022 × 2800 = 32922 (m 3 )
混合液污浓度X V = 2800mgMLVSS / L
5.缺氧区水力停留时间 5.缺氧区水力停留时间
需要氧化的氨氮量N 需要氧化的氨氮量 1 =进水 进水TKN — 出水 3-N — 生物合成所需氮 0 出水NH 生物合成所需氮N 进水
N1 = 45 − 15 − 4.72 = 25.28mg / L
2.脱氮量 反硝化NO 量 2.脱氮量 Nr (反硝化 3-N量∆NO3) 反硝化
Nr= 进水 进水TKN — 出水TN — 生物合成所需 0 生物合成所需N
3. 好氧区水力停留时间 t1
V1 t1 = Q 40825 = 100000 = 0.408 (d) = 9.79 (h)
4. 剩余污泥量 △X
针对我国城市污水的特点,在泥龄为10~30d,氧化沟的污 泥产率为0.3~0.5kgVSS/kg去除BOD5。
∆x = Q∆SY f (1 + K dθ c ) + X 1Q − X eQ ∆x − 总的剩余污泥量(kg / d ) Q − 污水流量(m3 / d ) ∆S = S0 − Se f − MLVSS / MLSS
4.缺氧区容积 4.缺氧区容积 V2
q ' = q ×1.09(T − 20 ) (1 − DO)
q dn（t) = q dn ( 20) ×1.08(T-20) (1 − DO) 脱硝率(反硝化速率 反硝化速率) 脱硝率 反硝化速率
则140C 时 (T − 20) q dn (14) = q dn (20) ×1.08 (1 − DO)
S1 = 1.42(VSS / X 0 ) × X e × (1 − e −0.23×5 ) = 1.42 × (175 / 250) × 20 × (1 − e −0.23×5 ) = 13.59mg / L
S1 = 1.42(VSS / TSS(进 ) ) × TSS × (1 − e （出） = 1.42 × (175 / 250) × 20 × (1 − e −0.23×5 ) = 13.59mg / L
0.55 −3 = 0.124 ×100000 × (190 − 6.41) × ( ) ×10 1 + 0.055 × 30 = 472 (kg/d)
折合成每单位体积进水用于生物合成的氮量为 :
472 ×1000 ÷ 100000 = 4.72(mg / L) ∆X VSS----每日产生的生物污泥量 每日产生的生物污泥量
某城市日排水量为Q=50000m3，时变化系数为kz=1.35， 设计人口N=32万，进水水质BOD（S0）=200mg/L， TSS(X0)=240mg/L，VSS=200mg/L，TKN=35mg/L， 碱度SALK =250mg/L，最低水温T=25℃， 设计出水水质BOD（Se）=25mg/L，TSS(Xe)=30mg/L， NH4+-N=2 mg/L，TN=12 mg/L，污泥含水率P0=96.1% （即固体浓度C0=30.76kg/m3），浓缩后使得污泥固体浓 度为C1=55.3kg/m3（即含水率P1=94.5%） 设计要求：二级处理拟采用活性污泥处理系统，试进行格 栅设计，曝气沉砂池，曝气池或氧化沟，主要部件尺寸及 鼓风曝气系统，竖流式沉淀池，连续式重力浓缩池，两级 中温厌氧消化池等水泥处理构筑物的设计计算，绘制工艺 流程图，绘制各构筑物结构图，编写设计说明书和设计计 算书
= 0.035 ×1.08(14− 20) = 0.022 kgNO 3- − N ( kgMLVSS ⋅ d )
DO-反硝化条件下的溶解氧浓度(mg/L)
q dn ( 20 ) -----200C时的反硝化率，在温度 时的反硝化率， 时的反硝化率 在温度15~27 0C时，城市污水 时
的取值范围0.03~0.11 kgNO-3-N/(kgMLVSS·d)，本设 的取值范围 ， 计取0.035 kgNO-3-N/(kgMLVSS·d) 计取
Kd----内源代谢系数，对城市污水，取值为 内源代谢系数， 内源代谢系数 对城市污水，取值为0.03~0.10，本设计 ， 取 K d = 0.055 Y----污泥产率系数 取值为 污泥产率系数,取值为 污泥产率系数 取值为0.3~0.7kgVSS/kgBOD5，本设计取 Y=0.55 kgVSS/kgBOD5 S0，S----进水 进水BOD5浓度，出水中溶解 浓度，出水中溶解BOD5浓度 进水 泥龄， 泥龄 θ C----泥龄，取30d
N r = 45 − 20 − 4.72 = 20.28mg / L
3.碱度平衡 3.碱度平衡
通常系统中应保证有100mg/L的剩余碱度 即 的剩余碱度(即 通常系统中应保证有 的剩余碱度 保证PH≥7.2)，以保证硝化所需要的环境。 保证 ，以保证硝化所需要的环境
SALK1 = 原水碱度(以CaCO 3 计)-消化消耗碱度 + 反硝化产生碱度 + 氧化BOD5产生碱度 = 原水碱度 − 7.14 × 氧化总氮量 + 3.57 × 反硝化NO3− − N的量 +0.1× 去除BOD5的量 = 280 − 7.14 × 25.28 + 3.57 × 20.28 + 0.1× 190-6.41） （ = 280 − 180.50 + 72.40 + 18.36 = 190.26 (mg / L) > 100 3.57--反硝化NO3− − N 产生的碱度(mg / mgNO3− − N ) 0.1 − −去除BOD5产生的碱度(mg / mgBOD5 ) 7.14 − −氧化NH 4 + − N 消耗的碱度(mg / mgNH 4 + − N )
V2 t2 = Q 32922 = 100000 = 0.329 (d) = 7.90 (h)
1.氧化沟总容积V 1.氧化沟总容积V 氧化沟总容积
V = V1 + V2 = 40825 + 32922 = 73747 (m )
3
V1----好氧区容积 好氧区容积 V2----缺氧区容积 缺氧区容积
∆X
VSS
----每日产生的生物污泥量 每日产生的生物污泥量(Vsskg/d) 每日产生的生物污泥量
1.需氧化的氨氮量 1.需氧化的氨氮量N1 需氧化的氨氮量
按细胞干重计算， 按细胞干重计算，微生物细胞中的氮含量约为 12.4%，所以氧化沟中用于生物合成的总氮量为： 12.4%，所以氧化沟中用于生物合成的总氮量为： N 0 = 0.124 × ∆X VSS Y ∆X VSS = Q(S0 − S)( ) Y 1 + K dθ C = 0.124Q(S0 − S)( ) 1 + K dθ C
3.2.1 生活污水处理工艺设计
例1：某城市的设计流量为Q=100000m3/d，（不考虑变 某城市的设计流量为Q=100000m /d，（不考虑变 ，（ 化系数） 化系数） 设计进水水质： 设计进水水质： BOD5（S0）=190mg/L，TSS（X0）=250mg/L， =190mg/L，TSS（ =250mg/L， VSS=175mg/L，TKN=45mg/L， N=35mg/L， VSS=175mg/L，TKN=45mg/L，NH3-N=35mg/L， 碱度S =280mg/L， 碱度SALK=280mg/L， 最高水温T=25 最低水温T=14 最低水温T=140C，最高水温T=250C；
硝化反应总反应： 硝化反应总反应： NH4+=2O2=NO3-+2H++H2O NH4+~ 2H+ ~CaCO3 14 100/14=7.14 每氧化1mg氨氮消耗 氨氮消耗7.14mg/L碱度 每氧化 氨氮消耗 碱度 硝化反应的最佳 值是 硝化反应的最佳pH值是 最佳 值是7.8~9.2 反硝化反应： 反硝化反应： 2NO3-+2H+=N2+2.5O2+H2O 2NO3- ~ 2H+ ~CaCO3 28 100 100/28=3.57 据文献报道：氧化 产生0.1mg/L的碱度。 的碱度。 据文献报道：氧化1.0mgBOD5产生 的碱度 100
2.停留时间t 2.停留时间t 停留时间
V t= Q 73747 = 100000 = 0.737 (d) = 17.70 (h)
对于城市污水一般为6~30h 对于城市污水一般为
3.校核污泥负荷 3.校核污泥负荷
QS0 N= XVV 100000 × 0.19 = 2.8 × 73747 = 0.092 [kgBOD5 /(kgMLVSS ⋅ d)]
去除BOD5 1. 去除
出水的总BOD5（Se）应包括出水溶解性 应包括出水溶解性BOD5和由 出水的总 于出水带出的污泥所构成的BOD5 （S1）这两部分。 这两部分。 于出水带出的污泥所构成的 则：
S = Se − S1
S为出水溶解性BOD5 为出水溶解性BOD5 为沉淀池出水中的VSS 合成细胞） VSS（ S1为沉淀池出水中的VSS（合成细胞）所构成 浓度： 的BOD5浓度：
设计出水水质： 设计出水水质： BOD5（Se）=20mg/L，TSS(Xe)=20mg/L， Se）=20mg/L，TSS(Xe)=20mg/L， N=15mg/L， NH3-N=15mg/L，TN=20mg/L. 考虑污泥稳定化，混合液悬浮固体浓度（MLSS） 考虑污泥稳定化，混合液悬浮固体浓度（MLSS） X=4000mg/L， 一般为4000 4500mg/L)， 4000~4500mg/L) X=4000mg/L，(一般为4000 4500mg/L)， 混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS） 混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）
则出水溶解性BOD5浓度为： 浓度为： 则出水溶解性
−0.23×5
)
S = S e − S1
S = 20 − 13.59 = 6.41mg / L
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好氧区容积V 2. 好氧区容积V1
Yθ C Q(S 0 − S) V1 = X V (1 + K dθ C ) 0.55 × 30 × 100000 × (0.19 - 0.00641) = 2.8 × (1 + 0.055 × 30) = 40825m 3
一般取0.05~0.1 kgBOD5/(kgMLVSS·d), 符合要求 一般取
混合液污浓度X V = 2800mgMLVSS / L
(考虑脱氮时，取2500~3500mg/L) 考虑脱氮时， 考虑脱氮时
污泥龄θ c = 30d
设计泥龄范围为4~48d,通常 通常 设计泥龄范围为 的泥龄为10~30d. 的泥龄为
去除BOD 1. 去除BOD5 2. 脱氮 3. 氧化沟总容积及停留时间 4. 需氧量及曝气设备 5. 氧化沟尺寸 6.氧化沟进出水装置 6.氧化沟进出水装置
Q∆SY
f (1 + K dθ c )
= MLSS ⋅ Q
θc
Y − 污泥产率kgVSS / kgBOD5
θ c − 设计污泥停留时间(d )
X 1 − 污泥中的惰性物质(mg / L)为进水总悬浮物浓度(TSS ) 与挥发性悬浮物浓度(VSS )之差 X e − 随出水流出的污泥量mg / L
∆X = ∆X VSS + QX 1 − QX e Y = Q(S0 − S)( ) + QX1 − QX e 1 + K dθ C 0.55 = 100000 × (0.19 − 0.00641) × ( ） 1 + 0.055 × 30 + 100000 × 0.25 − 0.175） 100000 × 0.02 （ − = 3810.36 + 7500 − 2000 = 9310.36（kg/d)
缺氧区容积为： 缺氧区容积为：
所需去除的氮量∆S NO3 = Q × ∆NO3
QN r V2 = q dn X V 100000 × 20.28 = 0.022 × 2800 = 32922 (m 3 )
混合液污浓度X V = 2800mgMLVSS / L
5.缺氧区水力停留时间 5.缺氧区水力停留时间
需要氧化的氨氮量N 需要氧化的氨氮量 1 =进水 进水TKN — 出水 3-N — 生物合成所需氮 0 出水NH 生物合成所需氮N 进水
N1 = 45 − 15 − 4.72 = 25.28mg / L
2.脱氮量 反硝化NO 量 2.脱氮量 Nr (反硝化 3-N量∆NO3) 反硝化
Nr= 进水 进水TKN — 出水TN — 生物合成所需 0 生物合成所需N
3. 好氧区水力停留时间 t1
V1 t1 = Q 40825 = 100000 = 0.408 (d) = 9.79 (h)
4. 剩余污泥量 △X
针对我国城市污水的特点,在泥龄为10~30d,氧化沟的污 泥产率为0.3~0.5kgVSS/kg去除BOD5。
∆x = Q∆SY f (1 + K dθ c ) + X 1Q − X eQ ∆x − 总的剩余污泥量(kg / d ) Q − 污水流量(m3 / d ) ∆S = S0 − Se f − MLVSS / MLSS
4.缺氧区容积 4.缺氧区容积 V2
q ' = q ×1.09(T − 20 ) (1 − DO)
q dn（t) = q dn ( 20) ×1.08(T-20) (1 − DO) 脱硝率(反硝化速率 反硝化速率) 脱硝率 反硝化速率
则140C 时 (T − 20) q dn (14) = q dn (20) ×1.08 (1 − DO)
S1 = 1.42(VSS / X 0 ) × X e × (1 − e −0.23×5 ) = 1.42 × (175 / 250) × 20 × (1 − e −0.23×5 ) = 13.59mg / L
S1 = 1.42(VSS / TSS(进 ) ) × TSS × (1 − e （出） = 1.42 × (175 / 250) × 20 × (1 − e −0.23×5 ) = 13.59mg / L
0.55 −3 = 0.124 ×100000 × (190 − 6.41) × ( ) ×10 1 + 0.055 × 30 = 472 (kg/d)
折合成每单位体积进水用于生物合成的氮量为 :
472 ×1000 ÷ 100000 = 4.72(mg / L) ∆X VSS----每日产生的生物污泥量 每日产生的生物污泥量
某城市日排水量为Q=50000m3，时变化系数为kz=1.35， 设计人口N=32万，进水水质BOD（S0）=200mg/L， TSS(X0)=240mg/L，VSS=200mg/L，TKN=35mg/L， 碱度SALK =250mg/L，最低水温T=25℃， 设计出水水质BOD（Se）=25mg/L，TSS(Xe)=30mg/L， NH4+-N=2 mg/L，TN=12 mg/L，污泥含水率P0=96.1% （即固体浓度C0=30.76kg/m3），浓缩后使得污泥固体浓 度为C1=55.3kg/m3（即含水率P1=94.5%） 设计要求：二级处理拟采用活性污泥处理系统，试进行格 栅设计，曝气沉砂池，曝气池或氧化沟，主要部件尺寸及 鼓风曝气系统，竖流式沉淀池，连续式重力浓缩池，两级 中温厌氧消化池等水泥处理构筑物的设计计算，绘制工艺 流程图，绘制各构筑物结构图，编写设计说明书和设计计 算书
= 0.035 ×1.08(14− 20) = 0.022 kgNO 3- − N ( kgMLVSS ⋅ d )
DO-反硝化条件下的溶解氧浓度(mg/L)
q dn ( 20 ) -----200C时的反硝化率，在温度 时的反硝化率， 时的反硝化率 在温度15~27 0C时，城市污水 时
的取值范围0.03~0.11 kgNO-3-N/(kgMLVSS·d)，本设 的取值范围 ， 计取0.035 kgNO-3-N/(kgMLVSS·d) 计取
Kd----内源代谢系数，对城市污水，取值为 内源代谢系数， 内源代谢系数 对城市污水，取值为0.03~0.10，本设计 ， 取 K d = 0.055 Y----污泥产率系数 取值为 污泥产率系数,取值为 污泥产率系数 取值为0.3~0.7kgVSS/kgBOD5，本设计取 Y=0.55 kgVSS/kgBOD5 S0，S----进水 进水BOD5浓度，出水中溶解 浓度，出水中溶解BOD5浓度 进水 泥龄， 泥龄 θ C----泥龄，取30d
N r = 45 − 20 − 4.72 = 20.28mg / L
3.碱度平衡 3.碱度平衡
通常系统中应保证有100mg/L的剩余碱度 即 的剩余碱度(即 通常系统中应保证有 的剩余碱度 保证PH≥7.2)，以保证硝化所需要的环境。 保证 ，以保证硝化所需要的环境
SALK1 = 原水碱度(以CaCO 3 计)-消化消耗碱度 + 反硝化产生碱度 + 氧化BOD5产生碱度 = 原水碱度 − 7.14 × 氧化总氮量 + 3.57 × 反硝化NO3− − N的量 +0.1× 去除BOD5的量 = 280 − 7.14 × 25.28 + 3.57 × 20.28 + 0.1× 190-6.41） （ = 280 − 180.50 + 72.40 + 18.36 = 190.26 (mg / L) > 100 3.57--反硝化NO3− − N 产生的碱度(mg / mgNO3− − N ) 0.1 − −去除BOD5产生的碱度(mg / mgBOD5 ) 7.14 − −氧化NH 4 + − N 消耗的碱度(mg / mgNH 4 + − N )
V2 t2 = Q 32922 = 100000 = 0.329 (d) = 7.90 (h)
1.氧化沟总容积V 1.氧化沟总容积V 氧化沟总容积
V = V1 + V2 = 40825 + 32922 = 73747 (m )
3
V1----好氧区容积 好氧区容积 V2----缺氧区容积 缺氧区容积
∆X
VSS
----每日产生的生物污泥量 每日产生的生物污泥量(Vsskg/d) 每日产生的生物污泥量
1.需氧化的氨氮量 1.需氧化的氨氮量N1 需氧化的氨氮量
按细胞干重计算， 按细胞干重计算，微生物细胞中的氮含量约为 12.4%，所以氧化沟中用于生物合成的总氮量为： 12.4%，所以氧化沟中用于生物合成的总氮量为： N 0 = 0.124 × ∆X VSS Y ∆X VSS = Q(S0 − S)( ) Y 1 + K dθ C = 0.124Q(S0 − S)( ) 1 + K dθ C
3.2.1 生活污水处理工艺设计
例1：某城市的设计流量为Q=100000m3/d，（不考虑变 某城市的设计流量为Q=100000m /d，（不考虑变 ，（ 化系数） 化系数） 设计进水水质： 设计进水水质： BOD5（S0）=190mg/L，TSS（X0）=250mg/L， =190mg/L，TSS（ =250mg/L， VSS=175mg/L，TKN=45mg/L， N=35mg/L， VSS=175mg/L，TKN=45mg/L，NH3-N=35mg/L， 碱度S =280mg/L， 碱度SALK=280mg/L， 最高水温T=25 最低水温T=14 最低水温T=140C，最高水温T=250C；