中北大学水污染课程设计-环境工程毕业论文.doc

中北大学

课 程 设 计 说 明 书

学生姓名： 学 号：
学 院： 化工与环境学院
专 业： 环境工程
题 目：

指导教师： 晋日亚 职称: 副教授

年 月 日

中北大学
课程设计任务书

学年第 二 学期

学 院： 化工与环境学院
专 业： 环境工程
学 生 姓 名： 学 号：
课程设计题目： 某生活小区污水A/O法脱氮工艺设计
起 迄 日 期： 月 日～ 月 日
课程设计地点：
指 导 教 师： 晋日亚
系 主 任：

下达任务书日期: 年 月 日

课 程 设 计 任 务 书
1．设计目的：
通过课程设计，进一步强化水污染控制工程课程的相关知识的学习，初步掌握污水处理中常见构筑物的设计方法、设计步骤。学会用CAD软件绘制构筑物的基本设计图纸。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
原始数据与基本参数：
设计污水流量：7000 m3/h；Kz：1.45，水温15～25℃；BOD5：150mg/L；SS：130mg/L；TN：30g/L；处理后二级出水BOD5：25mg/L；SS：35mg/L；TN＜6mg/L，NH4+-N：0。其它参数查阅相关文献自定。
设计内容和要求：
①计算A/O法脱氮曝气池的工艺参数；
②A/O法脱氮曝气池的工艺构筑物的图纸详细设计。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：

（1）课程设计说明书一份；
（2）说明书内容包括：
①A/O法脱氮曝气池的工艺在水处理中的作用说明；
②根据给出参数对A/O法脱氮曝气池的工艺各部分尺寸的详细计算过程；
③设计图纸（CAD绘图）规范，图纸包括整体图和局部图的设计，计算尺寸要在图中相应的位置标明；
④单位要正确，参考文献必须在说明书中相应的位置标注，语言流畅、规范。
（3）工作量：一周

课 程 设 计 任 务 书
4．主要参考文献：
[1]晋日亚、胡双启主编．水污染控制技术与工程．北京：兵器工业出版社，2005。
[2]高廷耀主编．水污染控制工程．(下册) ．北京：高等教育出版社，1989
[3]王宝贞主编．水污染控制工程．北京：高等教育出版社．1990
[4]孙彗修等主编．排水工程（上）．北京：中国建筑工业出版社．2000
[5]张希衡主编．废水治理工程．北京：冶金工业出版社，1984
[6]张自杰等主编．排水工程（下）．北京：中国建筑工业出版社．2000
[7]尹士君、李亚峰编著．水处理构筑物设计与计算．北京：化学工业出版社．2004

5．设计成果形式及要求：
设计说明书一份（含构筑物设计详图），设计说明书格式按中北大学课程设计的相关要求。

6．工作计划及进度：
年 月 日 ：领取课程设计任务书，明确课程设计的内容，查阅相关资料。
月 日 ~ 月 日：设计计算、绘制相关图纸。
月 日：打印装订设计说明书，答辩。

系主任审查意见：

签字：
年 月 日

1 概论
近年来，我国的社会经济取得了快速发展，工业化和城镇化程度不断提高，但我国的水环境污染和水质富营养化状况却愈来愈严重。氮是引起水体富营养化的主要无机营养物之一，不达标排放会对水体造成很大的危害。因此，废水脱氮技术已成为现代废水处理技术中的一项重要课题。目前，废水生物脱氮是脱氮处理中应用较广泛的一项技术。
2 废水生物脱氮机理
生物脱氮就是在微生物的作用下，通过硝化反应将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化反应将硝态氮转化为氮气从水中逸出，从而达到脱氮的目的。包括氨化反应、硝化反应和反硝化反应。
2.1 氨化反应
在氨化菌德 作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮。
2.2 硝化过程
硝化反应是将氨、氮转化为硝酸盐的过程，是由一群自养型好养微生物完成的，包括亚硝化反应和硝化反应两个阶段。反应方程式如下：
氧化反应：
(2-1)
(2-2)
总反应式： (2-3)
在硝化的同时存在硝化菌的生长合成反应：
(亚硝酸菌）
（2-4）
(硝酸菌）
（2-5）
总反应式为：
（2-6）
2.3 反硝化过程
反硝化过程是由一群异养型微生物完成的，在缺氧的条件下，将硝化过程产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原成气态氮（)或、。反硝化的化学反应如下（以甲醇为例）：
氧化反应：
（2-7）
（2-8）
总反应式为：
（2-9）
在这个过程中同时存在微生物的同化合成反应：
(2-10)
所以，反硝化还原和微生物合成的总反应式为：
(2-11)
3 A/O法脱氮工艺
3.1 工艺流程
A/O工艺的流程图如图3-1，是一种有回流的前置反硝化生物脱氮流程，反硝化在前置缺氧池中进行，硝化在好氧池中进行，A/O工艺由此得名。

图3-1 A/O法工艺流程图
3.2 工艺特点
A/O工艺是一个单级污泥系统，系统中同时存在降解有机物的异养型细菌、自养型细菌。混合的微生物群体交替地处于好氧和缺氧环境中，在不同的有机物浓度条件下，分别发挥其不同作用。
A/O法与传统的多级生物脱氮系统相比主要有以下特点：
①流程简单，构筑物少，费用少，占地少；
②以源污水中的含碳有机物和内源代谢产物为碳源，节省了外加碳源的费用；
③好氧池在缺氧池后，可进一步去除反硝化残留的有机污染物，改善出水水质；
④缺氧池在好氧池之前，由于反硝化消耗了一部分碳源有机物，可减轻好氧池的有机负荷；
⑤缺氧池在好氧池之前，反硝化过程产生的碱度还可以补偿硝化过程对碱度的控制；
⑥该工艺在低负荷、长泥龄条件下运行，因此系统剩余污泥量少，有一定稳定性；
⑦便于在常规活性污泥法基础上改造成A/O脱氮工艺。
4 A/O法设计计算
4.1 原始数据
设计流量：7000
：1.45
水温：15～25℃
：25
：130
：30
处理后二级出水:25
:35
<6
：0
4.2 确定设计有关参数
瀑气池溶解氧：2.0
动力学常数：0.60

剩余碱度：
：4000
：0.7
4.3 设计计算
4.3.1 好氧区容积计算

式中 —好氧区有效容积，；
—设计流量，;
—进水浓度，；
—出水所含溶解浓度，；
—污泥产率系数， ；
—内源代谢系数，；
—固体停留时间，；
—混合液挥发性悬浮固体浓度（),,=；
—混合液中与之比；
—混合液悬浮固体浓度（），，取4000。
==
（1） 出水溶解性
出水溶解性浓度应为：

=
=
（2） 设计污泥龄
最小泥龄与温度的关系如图4-1所示，可查得为5.5，则。
（3） 好氧区容积
==
好氧区水力停留时间
4.3.2 缺氧区容积计算

式中 —缺氧区有效容积，；
—需还原的硝酸盐氮量，；
—反硝化速率，。
（1） 需还原的硝酸盐氮量
微生物同化作用去除的总氮:

==
被氧化的=进水总氮量-出水氨氮量-用于合成的总氮量
=
所需脱硝量=进水总氮量-出水总氮量-用于合成的总氮量
=
需还原的硝酸盐量
（2） 反硝化速率

式中 —20℃时的反硝化速率常数，取；
—温度系数，取1.08。

（3） 缺氧区容积

缺氧区水力停留时间

4.3.3 曝气池总容积

系统总设计污泥龄=好氧池泥龄+缺氧池泥龄
=
4.3.4 碱度校核
每氧化需要消耗碱度，去除产生碱度，每还原产生碱度。
剩余碱度进水碱度-硝化消耗碱度+反硝化产生碱度
+去除产生碱度
=
=
此值可维持。
4.3.5 污泥回流比及混合液回流比
（1）混合液回流比
设,回流污泥浓度计算公式：
（取1.2）

混合液悬浮固体浓度
污泥回流比
=（一般取～）
（2）混合液回流比
混合液回流比取决于所要求的脱氮率，可用下式计算：
=

4.3.6 剩余污泥量
（1） 生物污泥产量：

=
=
（2） 非生物产量：

式中 —进水悬浮固体中惰性部分（进水-进水)的含
量，；
—出水的含量，；
—非生物污泥量，；
—设计流量，。
=
（3） 剩余污泥量：

4.3.7 反应池主要尺寸
（1） 好氧反应池尺寸
按推流式反应池设计，设两组反应池，单组反应池容积为：

设有效水深，单组有效面积
设计5廊道，设廊道宽，则反应池长度
校核：（满足1～2）
（满足5～10）
超高取，则好氧反应池总高
（2） 缺氧反应池尺寸
设缺氧池两组，则单组池容为：

有效水深，单组有效面积
缺氧池长度与好氧池宽度相同，为，池宽
4.3.8 反应池进、出水计算
（1） 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。
单组反应池进水管设计流量
设管道流速
管道过水断面
管径
取进水管管径
校核管道流速
（2） 回流污泥渠道
单组反应池回流污泥渠道设计流量
设渠道流速
渠道断面面积
取渠道断面
校核流速
渠道超高取
渠道总高为
（3） 进水竖井
进水孔过流量
设孔口流速
孔口过水段面积
孔口尺寸取
进水竖井平面尺寸为
（4） 出水堰及出水竖井尺寸
由矩形堰流量公式：

式中 —堰宽，
—堰上水头高，。

出水孔过流量
设孔口流速
则孔口过水断面积
孔口尺寸取
出水竖井平面尺寸为
（5） 出水管
单组反应池出水管设计流量
设管道流速
管道过水断面积
管径
取出水管管径
校核管径流速
4.3.9 曝气系统设计计算
（1）需氧量

式中 —同时去除和氮系统的需氧量，；
—污水流量，；
、—进、出水浓度，；
—速率常数（）与实验天数（）的乘积；
—剩余污泥排放量，；
—污泥中挥发性固体百分数，%；
、—进、出水氨氮浓度，;
—被还原的。

最大需氧量与平均需氧量之比为1.4，故：

（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，淹没深
，将实际需氧量换算成标准状态下的需氧量的公式如下：

式中 —水温20℃时清水中溶解氧的饱和度，；
—设计水温T℃时好氧那个反应池中平均溶解氧的饱和
度，；
T—设计污水温度，℃；
—好氧反应池中溶解氧浓度，取2；
—污水传氧速率与清水传氧速率之比，取0.82；
—压力修正系数，；取工程所在地区大
为，故；
—污水中饱和溶解氧与清水中饱和溶解氧之比，取0.95。
查表得水中溶解氧饱和度：
，
空气扩散器出口处绝对压力：

式中 H—空气扩散器的安装深度，m；
—大气压力，；

空气离开好氧反应池时氧的百分比：

好氧反应池中平均溶解氧饱和度：

=
标准需氧量为：

好氧反应池平均时供气量为：

最大时供气量为：

（3） 所需空气压力（相对压力）

式中 —供风管道沿程阻力，；
—供风管道局部阻力，；
—曝气器淹没水头，；
—曝气器阻力，微孔曝气～，取；
—富余水头，=～,取。
取

可根据总供气量、所需风压、污水量及负荷变化等因素选定风机台数，进行风机与机房设计。
（4） 曝气器数量计算（以单组反应池计算）
.按供氧能力计算曝气器数量

式中 —按供氧能力所需曝气器数量，个；
—曝气器标准状态下，与好氧反应池工作条件接近时的供氧
能力，。
采用微孔曝气器，参照有关手册，工作水深为，在供风量～时，曝气器氧利用率,服务面积～，充氧能力，则：

.以微孔曝气器服务面积进行校核

（5） 供风管道计算
.干管
供风干管采用环状布置。
流量
流速
管径
取干管直径为
.支管
①支管向单侧廊道供气：
流量
流速
管径
取支管管径为
②支管双侧供气
流量
流速
管径
取支管管径为
4.3.10 缺氧池设备选择
缺氧池内用机械搅拌器混合，设所需功率为污水。
厌氧池有效容积
混合全池污水所需功率
4.3.11 污泥回流设备选择
污泥回流比
污泥回流量
设回流污泥泵房1座，内设3台潜污泵（2用1备）
单泵流量
水泵扬程根据竖向流程确定。
4.3.12 混合液回流泵
混合液回流比
混合液回流量
每池设混合液回流泵4台，单泵流量