环境工程课程设计全解.doc

环境工程课程设计 课题名称：A2/O活性污泥法中核心构筑物池设计 院 系： 得 分： 完成时间： 2015 年 7月 4 日课题名称A2/O活性污泥法中核心构筑物池设计A2/O池设计条件：某城区拟采用活性污泥法中的A2/O工艺处理其生活污水，设计生活污水流量为80000m3/d；进水水质：BOD5为250mg/L，TP为4 mg/L，SS为250 mg/L，COD为450 mg/L ，TN为20 mg/L。出水水质要求：BOD5为20mg/L，COD为60 mg/L ,TP为0.5 mg/L，SS为20 mg/L，TN为5 mg/L。排放标准：（GB8978-1996）污水综合排放标准设计要求：设计说明书一份(不少于5000字)，内容要求：(1)掌握A2/O法二级污水处理厂主要构筑物的设计计算及计算机绘图方法，主要包括格栅、污泥泵房、沉砂池、A2/O池、二沉池、污泥浓缩池、以及高程的计算.(2) 确定A2/O池的尺寸、曝气系统的供气量。(3)绘制A2/O池的平面布置图和剖面图。参考资料：参考资料：1 1 张自杰.排水工程M.北京：中国建筑工业出版社，19962 孙力平.污水处理新工艺与设计计算实例M.北京：科学出版社,20013 娄金生编.水污染治理新工艺与设计M.北京：海洋出版社，1999，34 曾科，卜秋平，陆少鸣.污水处理厂设计与运行M.北京:化学工业出版社,20015 高廷耀,顾国维.水污染控制工程M.北京：高等教育出版社，19996 张中和.排水工程设计手册M.北京：中国建筑工业出版社，19867 郑兴灿. 污水生物除磷脱氮技术M.北京：中国建筑工业出版社，19921.A2/O活性污泥法中核心构筑物池设计设计条件：某城区拟采用活性污泥法中的A2/O工艺处理其生活污水，设计生活污水流量为80000m3/d；进水水质：BOD5为250mg/L，TP为4 mg/L，SS为250 mg/L，COD为450 mg/L ，TN为20 mg/L。出水水质要求：BOD5为20mg/L，COD为60 mg/L ,TP为0.5 mg/L，SS为20 mg/L，TN为5 mg/L。排放标准：（GB8978-1996）污水综合排放标准设计要求：(1)掌握A2/O法二级污水处理厂主要构筑物的设计计算及计算机绘图方法，主要包括格栅、污泥泵房、沉砂池、初沉池、A2/O池、二沉池、污泥浓缩池、以及高程的计算.(2)确定格栅、污泥泵房、沉砂池的尺寸。(3)绘制沉砂池的平面布置图和剖面图。A2/O工艺流程的优点 该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺 ，总的水力停留时间，总产占地面积少于其它的工艺 。 在厌氧的好氧交替运行条件下，丝状菌得不到大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。 污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。 运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以不啬溶解氧浓度，运行费低。 A2/O工艺流程的缺点： 除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD值高时更是如此 。 脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高，否则增加运行费用。 对沉淀池要保持一定的浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解 浓度也不宜过高。以防止循环混合液对缺反应器的干扰。主要特点： 工艺流程短，构筑物和设备少，不设初沉池，调节池和单独的二沉池，污泥自动回流，投资省，能耗低，占地少，管理简便。 处理效果稳定可靠，其BOD5和SS去除率均在90-95或更高。COD得去除率也在 85以上，并且硝化和脱氮作用明显。 造价低，建造快，设备事故率低，运行管理费用少。固液分离效率比一般二沉池高，池容小，能使整个系统再较大得流量和浓度范围内稳定运行。 污泥回流及时，减少污泥膨胀的可能。2. 反应池生化池由三段组成，既厌氧段、缺氧段、好氧段。在厌氧段，回流的好氧微 生物因缺氧而释放出磷酸盐，同时得到一定的去除。缺氧段虽不供氧，但有好氧池混合液回流供给NO3N 作电子受体，以进行反化硝脱氮。在最后的好氧段中，好氧微生物进行硝化和去 除剩余BOD 的同时，还能大量吸收溶解性磷酸盐，并将其转化为不溶性多聚正磷酸盐而在菌体内贮藏起来，通过沉淀池排放剩余污泥而达到除磷的目的。设计参数：（1）设计流量： Q=80000m3/d(不考虑变化系数) （2）设计进水水质： BOD5=250mg/l ；COD=450mg/l ；SS=250mg/l；NH3-N =20mg/l （3）设计出水水质:COD60mg/L，BOD（SE）20mg/L，SS20mg/L，NH3-N5mg/L 设计计算：(污泥负荷法) BOD污泥负荷： N=0.14kg BOD5/(kgMLSS*d) 回流污泥浓度：XR=6000(mg/L) 污泥回流比： R=100% 混合液悬浮固体浓度：X=XRR/1+R=60001/1+1=3000(mg/L) 反应池容积V V=QS0/NX=80000144/0.143000=27428.5m 反应池总水力停留时间 t=V/Q=27428.5/80000=0.34(d)=8.2(h) 各段水力停留时间和容积 厌氧：缺氧：好氧1：1：3 厌氧池水力停留时间:t1=1/58.20=1.64h 厌氧池容积:V1=1/527428.5=54865.5m= 缺氧池水力停留时间:t2=1/58.2=1.64h= 缺氧池容积:V2=1/527428.5=54865.5m= 好氧池水力停留时间:t3=3/58.20=4.92h= 厌氧池容积:V3=3/527428.5=16489.5m 剩余污泥量W 生成的污泥量:W1=Y(So-Se)Q式中:Y 污泥增殖系数，取Y=0.6。将数值代入上式: W1=Y(So-Se)Q =0.6(0.144-0.02)80000 =5952kg/d内源呼吸作用而分解的污泥:W2=KdXrV式中:kd 污泥自身氧化率，取kd=0.05。 Xr 有机活性污泥浓度，Xr=fX，f=MLSS/MLVSS=0.75（污泥试验法） Xr=0.753000=2250mg/LW2=KdXrV=0.052.251714285 =1928.57kg/d =1929kg/d不可生物降解和惰性的悬浮物量（NVSS）W3，该部分占TSS约50% W3=(TSS-TSSe)50% Q =(0.144-0.02)50%80000 =4960kg/d 剩余污泥产量W W=W1-W2+W3=5952-1929+4960=8983kg/d 反应池主要尺寸 反应池总容积:V=34285.7m3 设反应池2组，单组池容积 V单=V/2=17142.85(m) 有效水深 h=6.5m 单组有效面积:S单= h V单=2637.36m3 采用5廊道式推流式反应池，廊道宽b=7.5m= 单组反应池长度L=S单/B=2637.36/57.5=70.3m 校核：b/h=7.5/6.5=1.15(满足b/h=12)； L/b=70.3/7.5=9.37(满足l/h=510)； 取超高为0.5m，则反应池总高H=0.5+6.5=7m 反应池进、出水系统计算 （1)进水管 单组反应池进水管设计流量:Q1=Q/2=0.717 m/s 管道流速v=0.98 m/s 管道过水断面面积A=Q1/v=0.73 管径:d=0.964m 取出水管管径DN1000mm 校核管道流速V=Q/A=0.717/(0.98/2)2=0.96m /s（2)回流污泥渠道。单组反应池回流污泥渠道设计流量QR QR= R * Q =1.080000/86400=0.925m/s管道流速取 V1=0.73 (m/s) 取回流污泥管管径 DN1000 mm （3)进水井 反应池进水孔尺寸： 进水孔过流量：Q2=(1+R)Q/2=(1+1) 80000864002=0.925m/s孔口流速 v=0.65m/s，孔口过水断面积 A=Q2/v=0.9250.60=1.54() 取圆孔孔径为 2000 mm 进水井平面尺寸为 66(mm)（4)出水堰及出水井.按矩形堰流量公式计算：Q3=0.422gbH1.5=1.86bH1.5 式中 Q3=(1+1)Q3.5/2=(1+1)0.9253.5/2=3.24m/sb堰宽，b=7.5 m; 3.5安全系数 H堰上水头，m H=(Q3/1.86b)2/3=0.438m出水孔过流量Q4=Q3=4.05(m/s) 孔口流速smv/7.0= 孔口过水断面积A=Q/V=4.05/0.7=5.78m取出水井平面尺寸:1.37.5（mm）（5)出水管 单组反应池出水管设计流量: Q5=Q3/2=2.025 m/s 管道流速 v=0.96 m/s 管道过水断面 A=Q5/ v=2.0250.96=2.1管径d=1.643m = p 取出水管管径DN1700mm 校核管道流速nv=Q5/A=0.9m/s 曝气系统设计计算 （1)设计需氧量QR=aQ(So-Se)+bXvV+4.6Nr-2.6NO3-+- 其中：第一项为合成污泥需要量，第二项为活性污泥内源呼吸需要量，第三项为消化污泥需氧量，第四项为反硝化污泥需氧量 （2)的氨氮中被氧化后有90%参与了反硝化过程，有10%氮仍以3NO-存在 （3)用于还原的NO3-N=(40-8)90%=28.8mg/L 仍以3NO-存在的NO3-N=(40-8)10%=3.2 mg/L （4)取a=0.6,b=0.07QR=aQ(So-Se)+bXvV+4.6Nr-2.6NO3=0.680000(0.144-0.020)+0.07262003.0+(4.6-2.6) 1590%8000010-3-4.61510%8000010-3=13062kg/d=544kg/h所以总需氧量为13062kg/d=544kg/h最大需氧量与平均需氧量之比为1.4，则 ORmax=1.4544=761.6kg/h（5)标准需氧量 采用鼓风曝气，微孔曝气器。曝气器敷设于池底，距池底0.2m，淹没深度3.8m，氧转移效率AE=20%，计算温度T=25 ，将实际需氧量 AOR换算成标准状态下的需氧量 SOR SOR=AORCsb（20）/sm(T)-CL 1.024(T-20) =25287.04kgO2/d=1054.04kgQ2/h相应的最大标准需氧量ORmax=1.4SOR=1475.7kg/hGs=SOR/0.3EA100=1001054.04/0.320=17567.3m/h最大时的供气量Gsmax=1.4GS=24594.3m/h（6)所需空气压力p p=h1+h2+h3+h4+h=0.2+3.8+0.4+0.5=4.9m式中 h1+h2=0.2m-供凤管到沿程与局部阻力之和+ h3=3.8m-曝气器淹没水头 h4=0.4m-曝气器阻力 h=0.5m-富裕水头（7)曝气器数量计算(以单组反应池计算) 按供氧能力计算所需曝气器数量。 n1=QRmax/2q=1475.7/20.14=5271个供风管道计算 供风干管道采用环状布置 流量Qs=0.5GSmax=12297.2m/h=3.42m/s流速v=10m/s= 管径d=0.66m= = np 取干管管径为DN700mm，单侧供气(向单侧廊道供气)支管Qs单=1/3Gmax/2=4099.05m/h=1.14m/s流速v=10m/s管径d=0.38m= = np 取支管管径为DN400mm 双侧供气Qs双=2Qs单=2.28m/s流速v=10m/s管径d=0.54m取支管管径DN550mm3.沉砂池 沉砂池的作用是从废水中分离密度较大的无机颗粒。它一般设在污水处理厂前端，保护水泵和管道免受磨损，缩小污泥处理构筑物容积，提高污泥有机组分的含率，提高污泥作为肥料的价值。沉砂池的类型，按池内水流方向的不同，可以分为平流式沉砂池、曝气沉砂池、钟式沉砂池和多尔沉砂池。平流沉砂池是常用的型式，污水在池内沿水平方向流动。平流式沉砂池由入流渠、出流渠、闸门、水流部分及沉砂斗组成。它具有截留无机颗粒效果好、工作稳定、构造简单和排沉砂方便等优点。平流沉砂池的设计最大流速为3m/s，最小流速为0.15m/s；最大流量时停留时间不小于30s，一般采用3060s；有效水深不应大于1.2m；池底坡度一般为（0.010.02）。 设计条件：某城区拟采用活性污泥法中的A2/O工艺处理其生活污水，设计生活污水流量为80000m3/d；进水水质：BOD5为250mg/L，TP为4 mg/L，SS为250 mg/L，COD为450 mg/L ，TN为20 mg/L。出水水质要求：BOD5为20mg/L，COD为60 mg/L ,TP为0.5 mg/L，SS为20 mg/L，TN为5 mg/L。排放标准：（GB8978-1996）污水综合排放标准设计参数: （1）污水流量： 设计流量 Q=80000m/d=0.926m/s 变化系数 K=2.7/(Q0.11) = 最大污水流量 Qmax= 2.5m/s（2） 水平流速：一般为（0.150.3m/s），取v=0.3m/s。 （3） 最大流量时停留时间：t=30s 设计计算: （1） 长度LL=VT=0.330=9m= （2） 水流断面积AA=Qmax/v=2.5/0.3=8.33m= （3） 池总宽度B 取n=4格，每格宽b=1m 即：B=nb =4m= （4） 有效水深h2h2=A/B =8.33/4 =2.08m（5） 沉砂斗所需容积V=86400QmaxTX/(1000Kx） =864002.510.03/(10002.7) =2.4m式中：X城市污水沉砂量, 取0.03L/m（污水）； T清除沉砂的间隔时间，d，取T1d； K污水流量总变化系数，K2.7。 （6） 每个沉砂斗的容积V 设每一分格有2个沉砂斗，共有8个沉砂斗，则V=2.4/8=0.3m （7） 沉砂斗上口宽aa =2h3/tan60+a1 =1.26m = 式中：h3斗高，m，取h3 =0.4m； a1斗底宽，m，取a1=0.8m； 斗壁与水平面的倾角60。 （8） 沉砂斗容积V1V1=1/6h3（2a+2aa1+2a1） =0.43m0.3m 符合要求 （9） 沉砂室高度h3 采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗。沉砂室有两部分组成：一部分为沉砂斗，另一部分为沉砂池坡向沉砂斗的过渡部分，沉砂室的宽度为2（2L2+a）+0.2。 L2=（L-2a-0.2）/2=3.14m（0.2 为二沉砂斗之间隔壁厚） h3=h3+0.02L2=0.463m=+=+= （10） 池总高度 H 设超高h1=0.3m，则H=h1+h2+h3 =0.3+2.08+0.463 =2.843m=+=+= （11） 验算最小流速Vmin在最小流量时，只用1 格工作n=1， Qmin=1/4Qmax=0.625m/s Vmin=Qmin/n1Wmin=0.3m/s0.15m/s=式中: Qmin 最小流量，m/s； n1最小流量时工作的沉砂池的数目，个； Wmin最小流量时沉砂池中的水流断面，m。 （12） 设备选型 选择PGS 型刮砂机，型号为PGS4000 技术参数 池宽 驱动功率 运行速度 设备质量 4m 2.2kw 0.8m/min 6500kg 4.二沉池二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使混合液澄清、浓缩和回流活性污泥。其工作效果能够直接影响活性污泥系统的出水水质和回流污泥浓度。采用中心进水周边出水辐流式二沉池设计参数 ： （1) Q=80000m/d=33333.33m/h（2）A/O 反应池悬浮固体浓度 X=3000mg/L（3）二沉池底流生物固体浓度 Xr=6000mg/L（4）回流污泥比 R=100设计计算：（1） 沉淀部分水面面积F，根据生物处理段的特性，选取二沉池表面负荷q=1.5m/（.h）,设两座二沉池，n=2.F=Q/(n.q)=3333.33/(21.5)=1111.11(2) 池子直径D D=4F/=（41111.11）/（）=38m沉淀部分水面面积F=0.25D=1133.54二次沉淀池表面负荷q=Q/nF=3333.33/(21133.54)=1.5/(.h)(3) 校核固体符合GG=24(1+R).Q.X/F =24(1+1)3333.333/1111.11 =423.45kg/(.d)(4)沉淀部分的有效水深h，设沉淀时间：t=2.5hh=qt=1.52.5=3.75m(5) 沉淀区的容积V，设计采用周边传动的刮吸泥机排泥，污泥区容积按2h时间确定。V=2.T(1+R).Q.X/(X+Xr) =22(1+1)3333.333000/(3000+6000) =8888.88每个沉淀池污泥区的容积 V=V/2=8888.88/2=4444.44(6) 污泥区高度h污泥斗高度。设池底的径向坡度为0.05，污泥斗直径D=1.5m 上部直径D=3.0m，倾角=60，则h=（DD）/2tan60=31.5/2tan60=1.3mV=h/12D+DDD=1.3/12331.51.5=5.36圆锥体高度 hDD/20.05383/20.05=0.875mVh/12DDDD3.140.875/12383833358.78竖直段污泥部分的高度。hVVV/F4444.445.36358.78/1133.543.6m 污泥区高度 hhhh1.30.8753.65.775m (7) 沉淀池总高度H，设超高h0.3m，缓冲层高度h=0.50m。Hhhhh 0.33.750.55.775 10.325m参考资料：1 张自杰.排水工程M.北京：中国建筑工业出版社，19962 孙力平.污水处理新工艺与设计计算实例M.北京：科学出版社,20013 娄金生编.水污染治理新工艺与设计M.北京：海洋出版社，1999，34 曾科，卜秋平，陆少鸣.污水处理厂设计与运行M.北京:化学工业出版社,20015 高廷耀,顾国维.水污染控制工程M.北京：高等教育出版社，19996 张中和.排水工程设计手册M.北京：中国建筑工业出版社，19867 郑兴灿. 污水生物除磷脱氮技术M.北京：中国建筑工业出版社，1992