MBR污水处理基本工艺设计项目说明指导书.doc

MBR污水处理工艺设计一、课程设计题目 度假村污水处理工程设计二、课程设计原始资料1、污水水量、水质（1）设计规模某度假村管理人员共有200人，另有大量外来人员和游客，因为旅游区污水水量季节性改变大，初步统计高峰期水量约为300m3/d，旅游淡季水量低于70m3/d，常年水量为100150m3/d，自行确定设计水量。（2）进水水质处理对象为餐饮废水和居民区生活污水。进水水质：项目CODBOD5SSpHNH3-NTP含量/(mg/L)150-25090-150200-2407.0-7.535-554-52、污水处理要求污水处理后水质应优于城市污水再生利用景观环境用水水质（GB18921-）项目BOD5SSpHNH3-NTP含量/(mg/L)6106.0-9.050.53、处理工艺污水拟采取MBR工艺处理4、气象资料常年主导风向为西南风5、污水排水接纳河流资料该污水处理设施出水需要回用于度假村内景观湖泊，最高水位为103米，常年水位为100米，枯水位为98米6、厂址及场地现实状况进入该污水处理设施污水管端点地面标高为109米三、工艺步骤图图1 工艺步骤图四、参考资料1.水污染控制工程 教材2. 城市污水再生利用景观环境用水水质（GB18921-）3.给排水设计手册4、给水排水快速设计手册5给水排水工程结构设计规范（GB50069-）6.MBR设计手册7膜生物反应器在污水处理中研究和应用 顾国维、何义亮 编著8简明管道工手册 第2版五、细格栅工艺设计1.细格栅设计参数(1)栅前水深h=0.1m；(2)过栅流速v=0.6m/s；(3)格栅间隙b 细=0.005m；(4)栅条宽度 s=0.01m；(5)格栅安装倾角=60。2.细格栅设计计算本设计选择两细格栅，一用一备1)栅条间隙数：,9.10.6.01.0005.060sin0035.00细=n（取n=11）式中：n 细格栅间隙数；Qmax最大设计流量，0.0035m/sb栅条间隙，0.005；h栅前水深，取0.1mv过栅流速，取0.6/s；格栅倾角，取60；2)栅槽宽度：B=s(n1)bn式中：B栅槽宽度，m；S格条宽度，取0.01m。B=0.01(111)0.00511=0.155m；（取B=0.2m）3)过栅水头损失：K取3=1.67(选择迎水、背水面均为半圆形矩形)mgvbskh2.060sin62.196.0005.001.067.13sin2)(0234234=）（2ab6)栅前槽总高度：取栅前渠道超高 h1=0.3m栅前槽高H1=h+h1=0.10.3=0.47) 栅后槽总高度：mhhhH6.02.03.01.01=+=+=28) 栅槽总长度：细格栅栅前进水渠道渐宽部分长度L1：若进水渠宽 B1=0.18m渐宽部分展开角1 =20，则此进水渠道内流速v1=0.6m/s,则： mBBL03.020tan218.02.020tan20011=-=-=4) 细格栅和出水渠道连接处渐窄部位长度L2：LL015.0203.0212=m8.160tan4.00.15.0015.003.0tan600.15.000121=+=+=HLLL9) 每日栅渣量：Kz=1.533333301010.0,1001.0-1.0wmmmm细格栅取通常为dmdmQw3302.002.01000*1.510.03001000*Kzw=故采取人工清渣六、初沉池设计（1）沉淀区表面积A： A=Qmax /q A=12.5/2=6.25m2式中：A沉淀区表面积，m2； Qmax最大设计流量，m3/h； q表面水力负荷，m3/(m2h)；取q=2（2）沉淀区有效水深h2: h2=qt h2=2*1.0=2.0m式中：h2沉淀区有效水深，m； t沉淀时间，初沉池通常取0.52.0 h；二沉池通常取1.54.0 h。沉淀区有效水深h2通常取2.04.0 m。取t=1.0h（3）沉淀区有效容积V： V=Ah2 V=6.25*2.0=12.5 m3式中：V沉淀池有效容积，m3。（4）沉淀池长度L： L=3.6vt L=3.6*4.5*1.0=16.2m式中：L沉淀池长度，m； V最大设计流量时水平流速，mm/s，通常小于5mm/s。取v=4.5mm/s（5）沉淀池总宽度B： B=A/L B=6.25/16.2=0.4m式中：B沉淀区总宽度，m。（6）沉淀池数量n： n=B/b式中：n沉淀池数量或分格数；此例设计n=1单斗排泥校核：L/B=16.2/0.4=40.54（符合） L/h2=16.2/2=8.18（符合）（7）污泥区容积Vw：对于已知污水悬浮固体浓度和去除率，污泥区容积可按下式计算： Vw=Qmax24c0100T/1000r(100-p0)式中：c0沉淀池进水悬浮物浓度，mg/L悬浮固体去除率，取=50%T两次排泥时间间隔，d，初沉池按2d考虑r污泥容重，Kg/m3,含水率在95%以上时，可取1000 Kg/m3p0污泥含水率，%；取p0=96 Vw=12.5*24*240*50%*100*2/1000*1000(100-96)=1.8 m3（8）贮泥斗得容积V1： V1=（1/3）h4S1+S2+(S1S2)0.5 V1=（1/3）2.81.44+0.16+(1.440.16)0.5=1.94m3式中：V1贮泥斗得容积，m3； S1，S2贮泥斗得上下口面积，m2。设计S1=3.6*0.4=1.44m2 S2=0.4*0.4=0.16m2 h4=(3.6-0.4)*tan60/2=2.8m h4=(16.2+0.3-3.6)*0.01=0.129m（9）沉淀池总高度H： H=h1+h2+h3+h4+h4 H=0.3+2+0.5+2.8+0.129=5.729m式中：H沉淀池总高度，m； h1淀池超高，m，通常取0.3 m； h2沉淀区有效水深，m； h3缓冲层高度，m，无机械刮泥设备时为0.5m，有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮板0.3m； h4贮泥斗高度，m； h4梯形部分高度，m。(10)贮泥斗以上梯形部分污泥容积V2： V2=0.5*（L1+L2）h4b V2=0.5*(17+3.6)*0.129*0.4=0.53m3式中：L1=16.2+0.3+0.5=17m L2=3.6m b=0.4m污泥斗和梯形部分污泥容积 V1+V2=1.94+0.53=2.47m3七、调整池设计因为本例是旅游区，污水量季节性改变大，淡季时水量低于70m3/d，高峰期又能达成300 m3/d，设计连续高峰水量时长为2d。该MBR工艺设备取用设计流量为200 m3/d。当出现连续高峰水量时，调整池可用来蓄水。但当出现淡季水量时，调整池中水又过少。所以为了确保污水处理设施在最高水量或最低水量情况下全部能正常运行。拟设计总体积为210m3调整池，分三格，每格设计体积为70m3。当水量小于设计流量时，调整池单格运行，当水量大于设计流量时，可采取双格运行或三格运行起到蓄水作用。1单格调整池设计设计流量Q=8.4 m3/h，停留时间T=7.0 h，采取穿孔管空气搅拌，气水比为4:1（1）单格调整池有效容积V=QT=8.47.0=58.8 m3 （2）单格调整池尺寸调整池平面形状为矩形，其有效水深采取h2=3.0m，调整池面积为：F=V/ h2=58.8/3.0=19.6 m2池宽B取4.0 m，则池长为L=F/B=19.6/4.0=4.9 m 取L=5.0m保护高h1=0.5m池总高H=0.5+3.0=3.5m则单格调整池尺寸为5.0*4.0*3.5=70 m3 2空气管计算在调整池内部署曝气管，气水比为4:1，空气量为Qs=8.44=0.0094 m3/s。利用气体搅拌作用使来水均匀混合，同时达成预曝气作用。空气总管D1取30mm，管内流速V1为V1=13.3m/sV1在1015m/s范围内，满足规范要求空气支管D2：共设4根支管，每根支管空气流量q为：q=0.00235m3/s支管内空气流速V2应在510m/s范围内，选V2=8m/s,则支管管径D2为D2=0.0193m=19.3mm取D2=20mm,则V2=7.48m/s穿孔径D3：每根支管连接两根穿孔管，则每根穿孔管空气流量为q1=0.001175m3/s,取V3=7m/sD3=0.0146m.取D3=15mm.则V3为V3=6.65m/s3孔眼计算孔眼开于穿孔管底部和垂直中心线成45处，并交错排列，孔眼间距b=100mm,孔径=2mm,穿孔管长通常为4m，孔眼数m=74个，则孔眼流速v为V=5.06m/s八、MBR池设计数量：1座构筑物：钢砼结构池容积：4.34.33.5m水力停留时间：5h（1）膜组件数量：1 组规格：2.80.512 m清洗：36个月清洗一次（2）曝气系统数量：1 套组成：罗茨风机（2台，一用一备）、曝气器、管路阀门等膜组件有效容积计算设计参数：a.MBR进水BOD5 S0 =114 mg/Lb.设计处理水流量Qd=200 m3/dc. MBR对BOD5去除率达成95%98%，出水BOD5Se5.7 mg/L1.膜组件选型本设计膜选择日本久保田（Kubota）企业生产液中膜，膜技术参数表以下：序号名称特征参数1材质聚氯乙烯2膜孔直径0.4m3过滤方法重力过滤/吸引过滤4最大过滤压力重力过滤：12kpa/吸引过滤：20kpa5耐化学药品性耐酸耐碱性强（PH值212）6膜支架尺寸510型宽高厚：490mm1000mm6mm7膜支架有效面积0.8 m2 /张8膜通量0.40.8 m3/m2.d1.膜支架张数计算(按天天二十四小时运行计算) n = Qdt/240.8 = 2000.424/240.8= 625张 式中：n膜支架张数，张； 膜通量，通常取0.40.8 m3/m2.d； t天天运行时间，h； 0.8膜支架有效面积 ，m2 /张同一膜生物反应器内应选同型号膜组件,膜组件分为AS型、 FF型、ES型三种：AS形适适用于大型市政排水处理FF型适适用于地埋式小型污水处理ES型适适用于生活污水、工业废水，是常见膜组件,尤其推荐作为中水回用处理工艺。 故膜组件选择ES200（n0=200）N=nn0=625200=3.12组，取4组 2.膜生物反应器池有效容积计算: （1）按膜组件安装尺寸计算 ES200平面部署尺寸为：4.34.3m,池深为3.0m；膜生物反应器有效容积: V=4.34.33m3=55.5 m3 取保护高度0.5m,则总容积 V总=4.34.33.5m3=64.7 m3（2）取BOD5容积负荷NV为1.0 kg/(m3.d) WBOD5= QdS010-3 = 20011410-3 =23 kg.BOD5/d V= WBOD5NV = 231.0 = 23 m3 因为依据BOD5容积负荷算出池有效容积小于膜平面部署所得池容积，故MBR池容积及尺寸按膜组件安装尺寸确定。3.膜生物反应器池所需空气量计算（1）膜装置洗净所需空气：MBR所需鼓风量G = Nn0q = 80012 = 9.6 m3 /min 式中：q每张膜洗净所需空气量，通常为1015L/min（2）生物处理所需空气量：需氧量 OD = aLr + bSa = a Qd (S0- Se) +bVXf式中：a系数，通常为0.421.0； LrBOD5去除量，Lr= S0- Se； b污泥本身氧化需氧率，通常为0.110.18 kgO2/kgMLVSSd；Sa反应器内MLVSS量；VMBR池容积，m3；XMBR池内MLSS浓度取1mg/L；f混合液MLVSS/MLSS，通常为0.7 0.8； OD = 200 0.5 (114-6)10-30.1264.7120.8 = 10.8 + 74.5 =85.3kg.O2/d所需空气量: G = OD /（0.277e ）= 85.3/（0.2770.03） = 10265 m3/d =7.1 m3/min式中：e溶解效率，因水深、水温、水压级污泥浓度而异，通常为0.020.05；因为生物氧化所需空气量小于膜洗净所需空气量，鼓风机选择应以膜洗净所需空气量为依据，可选送风量为9.6 m3/min左右风机或总风量相同数台风机并联运行。风口压力以池深为依据，本池深为3.5m，考虑到风管阻力降，可取风压P= 4000mm水柱风机。4.池内曝气系统设计通常要求：曝气管和膜组件下部距离通常为200300mm，不能低于180 mm；崔玉川,刘振江,张绍怡. 城市污水厂处理设施设计计算M.北京:化学化工出版社,.排气压计算(1)供风管道沿程阻力和局部阻力取曝气干管管径DN100，每池采取一根干管和22支支管管安装于池底(详见图纸)。 则干管空气流速V=q气/A管=9.6/(3.14*0.01/4)=1222.9m/min=20.4m/s依据简明管道工手册，有管道沿程压损hf=RL，局部阻力损失hj =0.3hf。式中：R每米管长沿程水力损失，Pa/m； L管长，m；查圆形钢板风管线解图，取R=52 Pa/m，L=10m, 计算干管压损hf=RL=5210=520Pa, hj=0.3hf=156 Pa设计曝气侧管(支管)DN50，每支2.0m,每池22支计算得曝气支管压损，查简明管道工手册取R=592 Pa/m总hf=nRL=26048 Pa,总 hj=0.3hf=7814.4 Pa(2)曝气器阻力采取BSD-Q-192球冠式微孔曝气器，关键性能参数：曝气器尺寸D1921 80mm适用工作空气量083m3h个服务面积O3508 m3个氧利用率2441充氧能力O1 690294kg02h动力效率6588kg02kwh阻力损失3200Pa按供风量计算取q=3m3/(h个)则 (个)，取198个，每支198/22=9个,平均纵横分布于MBR池底。(3)曝气器淹没水头设计MBR膜组件有效水深3m,则水深压力3mH2O=29.4kPa所以总排气压为0.52+0.156+26.05+7.81+29.4=63.9kPa曝气鼓风机选择：选择RC100罗茨鼓风机,关键参数以下：转速r/min理论流量m3/min升压pa流量m3/min轴功率kw配套电机机组最大重量kg型号功率kw250013.7868.610.517.5Y180L-2227305.出水系统设计依据设计总流量Q200m3/d=8.4m3/h，得好氧MBR出水流量8.4m3/h；水力停留时间取20%即240.2=4.8h，取5h,经校核，58.4=42 m355.5 m3，可设计出水时间为19h。依据MBR池水深3.5m，可确定吸程=3.5m，考虑MBR出水水质较高，能够满足中水回用需要，确定抽吸泵选择：永嘉县扬子江泵业生产GDF型自吸泵,具体性能以下表所表示。表3-7 GDF型自吸泵型号流量/(m3/h)扬程/m吸程/m转速功率/kw电压/v气蚀余量进出口内径GDF50-82210528000.95220450数量：2台，一用一备；6.膜清洗系统设计图3.6 MBR膜清洗系统示意图MBR膜清洗所需药品以下表所表示。表3-8 膜清洗药剂表清洗对象药剂种类药剂浓度/%无机物盐酸0.30.1有机物(藻类、细菌等)次氯酸钠0.50.1有机物(蛋白质、菌残骸等)氢氧化钠0.20.5MBR清洗用泵选择：扬子江泵业生产FPZ型耐酸耐碱射流泵。表3-9 FPZ型耐酸耐碱射流泵型号型号进口出口/(mm) (mm)流量/(m3/h)扬程/m转速转速/r/min吸程/m电机功率P/kw32FPZ-11(D)30303.411284050.757MBR池排泥设计理论上每日污泥量(按SS去除率计算)： W=Q(C0-C1)/10002 (1-P0)式中： Q -设计流量，m3/d C0 - 进水悬浮物浓度，mg/L C1 -出水悬浮物浓度，mg/L P0 - 污泥含水率，%，取为98%每日污泥量计算得W=200(120-10)/(10002(1-0.98)=1.1 m3/d能够取为天天污泥产量1.1m3/d，可用40mm排泥管，天天排泥一次，每次排泥20min，每次排泥流量0.0009 m3/s。九、污泥浓缩池设计及计算1污泥浓缩池设计说明 污泥浓缩关键目标是降低污泥体积，方便后续单元操作。污泥浓缩操作方法有间歇式和连续式两种。通常间歇式关键用于污泥量较小场所，而连续式则用于污泥较大场所。污泥浓缩方法有重力浓缩、气浮浓缩、和离心浓缩，其中重力浓缩应用最广。依据此次设计知整个工艺步骤产泥量较小，所以选择一个不带中心管间歇式重力浓缩池，其结构图所表示。其浓缩原理是污泥在重力浓缩池中，污泥依次经过自由沉降、絮凝沉降、区域沉降、压缩沉降过程来脱去部分水分。即是经过本身重力来压密过程。污泥浓缩池采取钢混结构。图3.7 不带中心管间歇式重力浓缩池示意图2污泥浓缩池设计计算(1)此次设计污泥起源：a.初沉池产生剩下污泥；b.MBR产生剩下污泥。依据前面计算，产生污泥流量为1.8+1.1=2.9m3/d(2)污泥固体浓度CC= 式中：C污泥固体浓度，kg/m3； P浓缩前含水率，取P=96%； 污泥密度，=1000kg/m3。计算得：污泥固体浓度C=(1-0.96)1000=40kg/m3(3)浓缩池面积A 式中：A浓缩池面积，m2；V污泥量，m3/d；C污泥固体浓度，kg/m3； M浓缩池污泥固体负荷，取M=30kg/(m2d)。 计算得： 浓缩池面积A=2.9*40/30=3.87 m2(4)浓缩池直径D=(4*3.87/3.14)1/2=2.22m(5)浓缩池高度计算 a. 浓缩池工作部分高度h1 式中：h1浓缩池工作部分高度，m； T浓缩时间，通常为1016h，取T=12h； V污泥量，m3/d； A浓缩池面积，m2。 计算得：浓缩池工作部分高度h1=12*2.9/(24*3.87) =0.37m b.浓缩池有效水深H1 式中：H1浓缩池有效水深，m； h1浓缩池工作部分高度，m； h2浓缩池超高，取h2=0.3m； h3浓缩池缓冲层高度，取h3=0.3m。 计算得：浓缩池有效水深H1=h1+h2+h3=0.37+0.3+0.3=0.97mc.污泥斗深度h4 式中：h4污泥斗深度，m； D浓缩池直径，m； d污泥斗底部直径，取d=0.2m； 泥斗侧壁倾角，取。 计算得：污泥斗深度h4=(2.22-0.2)*tan600/2=1.75m d.浓缩池总高度H= H1+ h4=0.97+1.75=2.72m依据污泥浓缩池设计规范,要求浓缩池总高度3m,设计H1 =1.00m,h4=2.00m,设计浓缩池总高度H= H1+ h4=1.00+2.00=3.00m(6)污泥斗容积式中： V1污泥斗容积，m3； h4污泥斗深度，m； R污泥斗上部半径，R=1.11m； r污泥斗下部半径，r=0.10m。污泥斗容积V1=3.14*2.00*(1.112+1.11*0.10+0.102)/3=2.83 m3 (7)浓缩池总体积V =2.83+1.00*3.14(2.22/2)2=6.70m3 (8)浓缩后污泥量V2 式中： V2浓缩后污泥量，m3/d； V污泥量，m3/d；P浓缩前含水率，取P=96%； Pt出泥含水率，取Pt=94%。 计算得：浓缩后污泥体积V2=2.9*（1-0.96）/(1-0.94)=1.93 m3/d。(9)排泥周期T=V1/V2=2.83/1.93=1.47d,即浓缩池排泥周期T=35h。因污泥量极少，加上有足够时间使污泥沉淀、浓缩，故浓缩池上清液可不设计流出堰，用污泥自吸泵反抽回初沉池，对排泥管进行反冲洗。污泥螺杆泵选择表3-10 I-1B3型螺杆泵型号流量/(m3/h)扬程/m功率/kw进出口径/mmI-1B318.152.51003污泥脱水设计污泥量较少，污泥经螺杆泵送至污泥脱水间，脱水设备选择板框压滤机，规格以下所表示。表3-11 板框压滤机型号过滤面积/m2过滤压力/MPa螺杆顶紧力/kN质量/kg外形尺寸/mm备注BMS 2/32021.02005201240550610铸铁板框污泥经脱水后运输至垃圾填埋场进行填埋处理。泵扬程选择：H=H静+2.0+（1.52.0）废水处理构筑物水头损失估量表4-2构筑物名称水头损失（米）构筑物名称水头损失（米）格栅0.100.25装有回转布水器生物滤池（其工作高度为H）H+0.15沉砂池0.100.25装有喷洒式布水器生物滤池（其工作高度为H）H+0.25除油池0.100.25鼓风曝气池0.250.40平流式沉淀池0.200.40加速曝气池0.250.40竖流式沉淀池0.400.50混合池0.100.30辐射式沉淀池0.500.60接触池0.100.30（1） 污水提升泵扬程确定：H=3.500m+2.000m+2.000m=7.500m (2)MBR池进水泵扬程确定： H=5.000m+2.000m+2.000m=9.000m石家庄水泵厂KWP型无拥堵离心泵泵型流量m3/h扬程m电动机转速r/min功率kw叶轮外径mm效率%KWPk402508247.523.514501.1417026051