设计题目 MBR膜生物反应器处理10万m3.doc

毕 业 设 计

设计题目 MBR膜生物反应器处理10万m3/d
城市污水工艺设计
学 院 化学化工学院
专 业 环境工程（环境监测与治理）
年 级 2009级
学 号 200924104113
学生姓名 陈志鹏
指导教师 吴贤格
完成时间 2013 年 5 月

肇庆学院教务处制

MBR膜反应器处理10万m³/d城市污水工艺设计

陈志鹏 指导老师：吴贤格

摘 要 本次毕业设计的题目是某镇10万吨/日生活污水处理的工艺设计，主要采用前置A2/O工艺加上内置式MBR膜生物反应器处理工艺。本次毕业设计的主要任务是完成该污水厂的平面布置、各个构筑物的初步设计和一些处理构筑物的施工图设计。
根据论文题目要求，初步设计要完成设计说明与计算书一份、污水处理厂平面布置图一张、污水处理厂工艺流程图一张以及主要构筑物设计图若干张；在主要构筑物设计图的设计中，主要是完成MBR生化处理池、MBR膜池和接触消毒池的设计。
该污水处理工程，经计算后确定规模为12.5万吨/日。进水水质见下表所示：
污水进水水质 单位：mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+-N
SS
TN0
TP0
含量
280
160
30
170
30
3

本次设计所选用的是MBR膜反应器工艺，改良型A2/O工艺具有良好的脱氮除磷功能，而浸没式MBR反应器具有深度的脱氮除磷功能，能更好地处理污水。该污水厂的工艺流程如下：污水从粗格栅再到污水提升泵房，再从泵房到细格栅，然后到曝气沉砂池，经过膜细格栅将毛发等细小物截留后，再进入改良型A2/O生化池，从生化池流入MBR膜池，最后经过接触消毒池消毒后排到自然水体中；而污泥的处理流程是：曝气沉砂池所截留的垃圾直接外运处置，而膜池所产生的活性污泥可以经污泥提升泵房和管道运回到生化池继续使用，膜池所产生的剩余污泥则排入到储泥池中，进入污泥脱水车间经过污泥脱水后，最后外运处置。污水处理厂的出水水质要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级标准之B标准。该标准的主要指标如下：
出水水质标准 单位：mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+-N
SS
TN0
TP0
含量
60
20
15
20
15
1

关键词：A2/O工艺 MBR 脱氮除磷 污水处理

1 前 言
1.1 城市污水来源及水质特点分析
1.1.1 城市污水来源
一、生活污水
生活污水主要来自家庭、商业、机关、学校、医院、城镇公共设施及工厂的餐饮、卫生间、浴室、洗衣房等，包括厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣排水、沐浴排水及其他排水等。生活污水的水质一般较稳定，浓度较低，也较容易通过生物化学方法处理后达到出水水质要求。生活污水中含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等，无机盐类主要有氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐等，此外还含有大量病原菌、病毒和寄生虫卵。其总的特点是氮含量、硫含量和磷含量高,在厌氧细菌作用下，易生恶臭物质。
二、工业废水
工业废水主要是在工业生产过程中被生产原料、中间产品或成品等物料所污染的水。工业废水中主要夹带了生产过程中所使用的原料。一般而言，工业废水污染比较严重，往往含有有毒有害物质，需深度处理达到标准后才能排入城镇污水处理系统，是城镇污水中有毒有害污染物的主要来源。
三、降水
主要包括降水或降雪时冲刷地面后进入城市管网的水。初期雨水中含有较多的污染物，但有时pH值会较低。影响降水被污染的主要因素有大气质量、气候条件、地面及建筑物环境质量等。
§1.1.2 城市污水水质特点
城市污水的水质在主要方面具有生活污水的一切特征。但在不同的城市，因工业的规模和性质不同，城市污水的水质也受工业废水和水量的影响而明显变化。
典型的生活污水水质变化大体有一定范围，可参见表1-1。

表1-1 典型的生活污水水质示例[2]
指标
浓度（mg/L）
指标
浓度 (mg/L)
高
中
低
高
中
低
固体（TS）
1200
720
350
可生物降解部分
750
300
200
溶解性总固体
850
500
250
溶解性
375
150
100
非挥发性
525
300
145
悬浮性
375
150
100
挥发性
325
200
105
总氮
85
40
20
悬浮物（SS）
350
220
100
有机氮
35
15
8
非挥发性
75
55
20
游离氮
50
25
12
挥发性
275
165
80
亚硝酸盐
0
0
0
可沉降物（mg/L）
20
10
5
硝酸盐
0
0
0
生化需氧量
200
100
50
总磷
15
8
4
溶解性
290
160
80
有机磷
5
3
1
悬浮性
1000
400
250
无机磷
10
5
3
总有机碳
400
150
100
氯化物
200
100
60
化学需氧量
600
250
150
碱度
200
100
50
§1.1.3 城市污水处理厂进水水质及水量
该工程设计进水水质如表1-2所示。
表1-2污水进水水质 单位：mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+-N
SS
TN0
TP0
含量
280
160
30
170
30
3
该设计的污水处理量为125000m3/d。

§1.2 设计依据
§1.2.1 法律法规依据
一、《中华人民共和国环境保护法》
二、《中华人民共和国污染防治法实施细则》
三、《中华人民共和国水污染防治法》
§1.2.2 技术标准及技术规范依据
一、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）
二、《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）
三《室外排水设计规范》（GB 50014-2006）
四、《地下水质量标准》（GB/T 14848-93）

§1.3 设计范围
本次设计的设计范围为污水流入所要设计的污水处理厂厂区，再流经各个污水处理构筑物、管渠直至完成处理流程到出水达标排放至自然水体，而且还有污泥的贮存、加药、浓缩脱水以及形成泥饼外运等。设计的内容包括污水处理工艺流程的选择与设计、污水处理构筑物的设计及计算、污泥处理系统设计及计算等。

§1.4 执行排放标准
根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级B排放标准，该项目的基本控制最高允许排放浓度如表1-3所示：
表1-3 基本控制项目最高允许排放浓度 单位：mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+-N
SS
TN0
TP0
含量
60
20
15
20
15
1

2 污水处理方案及选择论证
§2.1 污水主要处理方法
城市污水处理厂的方案，必须要考虑有效去除BOD5，又要适当去除N、P，故可采用SBR法、氧化沟、A2/O法以及MBR法。
§2.1.1 SBR法
A 工艺流程：
污水→一级处理→曝气池→处理水
B 工作原理：
一、 流入工序：废水注入，注满后进行反应，方式有单纯注水、曝气、缓速搅拌 三种；
二、 曝气反应工序：当污水注满后即开始曝气操作，这是最重要的工序，根据污水处理的目的，脱氮除磷应进行相应的处理工作。
三、 沉淀工艺：使混合液泥水分离，相当于二沉池；
四、 排放工序：排除曝气沉淀后产生的上清液，作为处理水排放，一直到最低水 位，在反应器残留一部分活性污泥作为泥种。
五、 待机工序：等处理水排放后，反应器处于停滞状态等候一个周期。
优点：一、可同时脱氮除磷；
二、静置沉淀可获得低SS出水；
三、耐受水利冲击负荷；
四、操作灵活性好。
缺点：一、同时脱氮除磷时操作复杂；
二、滗水设施的可靠性对出水水质影响大；
三、设计过程复杂；
四、维护要求高，运行对自动控制的依赖性强；
五、池体容积较大。
§2.1.2 氧化沟
A 工艺流程：
污水→→氧化沟→二沉池→处理水排放
B 工作原理：
氧化沟一般呈环形沟渠状，污水在沟渠内做环形流动，利用独特的水力流动特点，在沟渠转弯处设曝气装置，在曝气池上方为厌氧段，下方则为好氧段，从而产生富氧区和缺氧区，可以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮的效应，同时氧化沟法污泥龄较长，可以存活时代时间较长的微生物进行特别的反应，如脱氮除磷。
C 工作特点：
一、 在液态上，介于完全混合与推流之间，有利于活性污泥的适于生物凝聚作用。
二、 对水量水温的变化有较强的适应性，处理水量较大。
三、 污泥龄较长，一般长达15-30天，到以存活时间较长的微生物，如果运行得当，可以进行脱氮除磷反应。
四、 污泥产量低，且多已达到稳定。
五、 自动化程度较高，便于管理。
六、 占地面积较大，运行费用低。
七、 脱氮效果还可以进一步提高，因为脱氮效果的好坏很大一部分决定于内循环，要提高脱氮效果势必要增加内循环量，而氧化沟的内循环量从理论上说可以不受限制，因而具有更大的脱氮能力。
八、 氧化沟法自问世以来，应用普遍，技术资料丰富。
§2.1.3 A2/O法
A2/O处理工艺是厌氧－缺氧－好氧生物脱氮除磷工艺的简称，A2/O工艺是在厌氧－好氧除磷工艺的基础上开发出来的，该工艺同时具有脱氮除磷的功能。
A 工艺流程：
进水→厌氧→缺氧→好氧→二沉池→处理水
B 工作原理：
污水进入厌氧反应区，同时进入的还有从二沉池回流的活性污泥，聚磷菌在厌氧环境条件下稀释，同时转化易降解COD、VFA为PHB，部分含氮有机物尽兴氨化。污水经过第一个厌氧反应器以后进入缺氧反应器，本反应器的首要功能是进行脱氮。硝态氮通过混合液内循环由好氧反应器传输过来，通常内回流量为2~4倍原污水流量，部分有机物在反硝化菌的作用下利用硝酸盐作为电子受体而得到降解去除。混合液从缺氧反应区进入好氧反应区，混合液中的COD浓度已基本接近排放标准，在好氧反应区除进一步降解有机物外，主要进行氨氮的硝化和磷的吸收，混合液中硝态氮回流至缺氧反应区，污泥中过量吸收的磷通过剩余污泥排除。
优点：
一、 能够同时脱氮除磷；
二、 反硝化过程为硝化提供碱度；
三、 反硝化过程同时去除有机物；
四、 污泥沉降性能好。
缺点：
一、 回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区，对除磷效果有影响；
二、 脱氮受内回流比影响；
三、 聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有机物。
§2.1.4 MBR膜生物反应器
膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor,MBR）为膜分离技术与生物处理技术有机结合之新型态废水处理系统。以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量，主要利用沉浸于好氧生物池内之膜分离设备截留槽内的活性污泥与大分子有机物。
A 工艺流程：
进水→生物反应器→膜组件→消毒→处理水
优点：
一、 可以实现反应器水力停留时间HRT和SRT的充分分离；
二、 占地面积小；
三、 剩余污泥产量极低，理论上可以实现零污泥排放；
四、 系统硝化良好，难降解有机物得到了进一步充分的降解。
缺点：
一、 基础造价较高；
二、 膜组件易受污染；
三、 膜使用寿命有限；
四、 运行费用高。

§2.2 污水处理方案的选择
上述各种方法的技术对比见表2-1。
表2-1 各种方法的技术对比
类 型
氧化沟
SBR工艺
A2O工艺 MBR工艺
污泥负荷
（kgBOD/kgMLSS•d）
0.03～0.10
0.2～0.3
＜0.18 0.05～0.15
污泥龄(天)
20～30
16.5
＞10
污泥回流比(%)
50～200
30
50～100
水质要求总氮(mg/L)

30～40
＜30 ＜10
占地面积
小
较小
小 小
稳定性
一般
一般
好 好

本项目污水处理的特点为：
一、污水中主要污染物指标BOD、COD、SS值为典型城市污水值。此外考虑到NH4+-N出水浓度排放要求比较高，因此需要采用能够同时脱氮除磷且效果较好的工艺；
二、污水以有机污染为主，BOD/COD =0.33＞0.3，可生化性比较好，重金属及其他的难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标；
三、本课题污水处理量比较大，在达到污水处理要求的前提下，也应着重考虑工程占地面积。
针对以上特点，以及出水要求，以采用生化处理最为经济。根据国内外已运行的中、小型污水处理厂的调查，要达到确定的治理目标，可采用“前置A2/O活性污泥法 + MBR膜生物处理法”。

3 污水处理工艺流程设计及原理说明
§3.1 污水处理工艺流程设计
根据以上所述，主要采用“前置A2/O活性污泥法 + MBR膜生物处理法”的污水处理工艺，该工艺的工艺流程图如图3-1所示：
膜细格栅

进水泵房

进水
曝气沉砂池
细格栅
粗格栅

鼓风机房

出水
接触消毒池
膜池
好氧池
缺氧池
厌氧池

污泥脱水机房
储泥池
污泥外运

滤液排回进水泵房

图3-1 污水处理工艺流程

§3.2 工艺原理及工程说明
§3.2.1 格栅
格栅是由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属删网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端，用来截留污水中较粗大的漂浮物和悬浮物。因此为了避免其中的较粗大杂质阻塞后续处理程序中的管道或泵从而影响整个水处理工艺，首先设置格栅除去较粗大的悬浮物和颗粒。一般情况下，分粗细两道格栅。由于MBR膜生物反应器易被毛发等细小杂质造成污染，影响膜反应器的出水水质，所以要再多设置一个膜细格栅，主要用于拦截毛发等杂质。
§3.2.2 曝气沉砂池
曝气沉砂池是一长形渠道，沿渠壁一侧的整个长度方向，距池底60~90cm处安设曝气装置，在其下部设集砂斗，池底有i=0.1~0.5的坡度，以保证砂粒滑入。由于曝气作用，废水中有机颗粒经常处于悬浮状态，砂粒互相摩擦并承受曝气的剪切力，砂粒上附着的有机污染物能够去除，有利于取得较为纯净的砂粒。 在旋流的离心力作用下，这些密度较大的砂粒被甩向外部沉入集砂槽，而密度较小的有机物随水流向前流动被带到下一处理单元。另外，在水中曝气可脱臭，改善水质，有利于后续处理，还可起到预曝气作用。
§3.2.3 生物池
生物池是A2/O工艺的核心部分，由三个池组成，根据污水的流动方向，可将生物池细分为厌氧池、缺氧池和好氧池。
1、 厌氧反应器：原污水与从沉淀池排出的含磷回流污泥同步进入，本反应器主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化； 　　
2、 缺氧反应器：首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的，循环的混合液量较大，一般为2Q（Q为原污水流量）； 　　
3、 好氧反应器：曝气池，这一反应单元是多功能的，去除BOD、硝化和吸收磷等均在此处进行。流量为2Q的混合液从这里回流到缺氧反应器。
§3.2.4 膜池

膜池装有膜生物反应器，它利用膜分离装置将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质有效截留，替代二沉池，使生化反应池中的活性污泥浓度（生物量）大大提高。
§3.2.5 接触消毒池
经过处理后，污水出水水质已经达标，但是处理水中含有细菌、病毒和病卵虫等致病微生物，因此采用液氯、臭氧或紫外线消毒将其杀灭，防止其对人类及牲畜的健康产生危害和对环境造成污染，使排水达到国家规定的细菌学指标。
§3.2.6 污泥处理
污泥处理的主要目的是使污泥达到减量化、稳定化、无害化及综合利用。初沉池、生物池及膜池底部的污泥会通过污泥泵房被送入污泥浓缩脱水车间，进行浓缩脱水处理。将含水率降至97%后将污泥外运至污泥填埋场进行处理。

4 主要构筑物的工艺设计与计算
§4.1 设计流量的计算
设计平均流量：=125000m3/d=1.45m³/s=1450L/s
设计流量Q=m3/d，选取流量系数Kz=1.2，则：
最大设计流量Qmax＝1.2×1.25×105m3/d=150000m3/d＝1.74m3/s

§4.2 格栅
格栅的草图大致如图4-1所示。

图4-1 格栅设计草图
图中：B1—进水渠道宽度；B—栅槽宽度；L1—进水渠道渐宽部分长度；
L2—栅槽与出水部分连接处的渐窄部分长度。
格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物、纤维物质和固体颗粒物质。以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，防止堵塞排泥管道。
在污水处理系统前，均须设置格栅。按形状，可分为平面格栅和曲面格栅两种；按栅条净间隙，可分为粗格栅(50～100mm)、中格栅(16～40mm)、细格栅(3～10mm)三种；按清渣方式，可分为人工清除格栅和机械清除格栅两种。
§4.2.1 粗格栅设计计算
一、主要设计参数：
栅条宽度S=10mm 栅条间隙宽度b=30mm
过栅流速v2=0.8m/s 栅前渠道流速v1=0.55m/s
栅前渠道水深h=0.7m 格栅倾角α=75°
数量2座
单位栅渣量取W1=0.02m3栅渣/1000m3污水
二、工艺尺寸：
（1）栅条的间隙数（n）
栅条间隙数 (取n=51)
（2）栅槽宽度(B)
栅槽宽度 B=s（n-1）+bn=0.01×（51-1）+0.03×51=2.03m
（3）进水渠道渐宽部分长度
设：进水渠宽B1=1.0m,其渐宽部分展开角α1=20°（进水渠道前的流速为0.77m/s）
则：
（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度(L2)

（5）过格栅的水头损失h1）
设：栅条断面为矩形断面，取β=2.42，k=3
则：
其中
式中： k—格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般为3
h0—计算水头损失，m
ε—阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时形状系数β=2.42，将β值代入β与ε关系式即可得到阻力系数ε的值
（6）栅后槽总高度(H)
设：栅前渠道超高h2=0.3m
则：栅前槽总高度h1=h+h2=0.7+0.3=1.0m
栅后槽总高度H=h+h1+h2=0.7+0.10+0.3=1.10m
（7）格栅总长度(L)
L=L1+L2+0.5+1.0+ h1/tanα=1.41+0.705+0.5+1.0+1.0/tan75°=3.9
（8） 每日栅渣量(W)
取W1=0.02m³/1000m³污水，KZ=1.2，代入数据求得：

（9）格栅选择
适宜机械除渣。根据流量及设备选型表，选择两台XHG-1800型回转式格栅除污机。实际过栅流速为：

§4.2.2 细格栅设计计算
一、主要设计参数：
栅条宽度S=10mm 栅条间隙宽度b=10mm
过栅流速v1=0.9m/s 栅前渠道流速v2=0.6m/s
栅前渠道水深h=0.8m 格栅倾角
数量2座
二、工艺尺寸：

（1）栅条间隙数
个
（2）栅槽宽度

（3）进水渠道渐宽部分的长度
设进水渠宽B1=1.4m，其渐宽部分展开角度（此时进水渠道内的流速为）。

（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度

（5）栅后槽总高度
过格栅的水头损失（h1）
设：栅条断面为矩形断面，取β=2.42，k=3
则：
其中
式中： k—格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般为3
h0—计算水头损失，m
ε—阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时形状系数β=2.42，将β值代入β与ε关系式即可得到阻力系数ε的值
设：栅前渠道超高h2=0.3m

6）栅槽总长度

式中：H1为栅前渠道深， H1=h+h2
（7）每日栅渣量
W1为栅渣量，m3/1000m3污水；KZ为总变化系数。格栅间隙为10~25mm时，W1=0.1~0.05m3/1000m3污水；格栅间隙为30~50mm时，W=0.03~0.10m3/1000m3。本工程格栅间隙为10mm，取W1=0.1m3/1000m3污水，KZ=1.2，代入数据得：

（8）格栅选择
采用机械除渣。根据流量及设备选型表，选择两台XHG-1800型回转式格栅除污机。实际过栅流速为：

§4.2.3 膜细格栅
事先对污水进行充分的机械性预过滤处理是保证膜生物反应装置正常运转的基本条件。特别是毛发和纤维物质会导致“成辫”现象，并造成组件内泥浆累积，降低过滤能力，使装置的维护清理工作量大大增加。
在去除粗大栅渣物质时，一般采用格栅或筛网过滤装置。但只是采用普通的格栅（栅距从6mm至12mm）去除粗大物质是不能满足膜处理装置要求的。而应采用筛缝≤3mm的细格栅才能满足要求。
在选择筛缝间距时，必须根据污水中纤维物质的含量和膜组件结构对这些干扰物质的敏感状态而确定。有时甚至要求采用筛缝≤1mm的精细过滤装置。
为了保护膜组件，进一步降低污水中的SS，设6台转鼓式膜细格栅，鼓栅直径2.4m，栅隙宽b=1mm，安装角度α=35°，栅前水深h=1.55m，过栅流速v=0.75m/s。

§4.3 污水泵房
泵房采用干式半地下式矩形合建式泵房，具有布置紧凑、占地少、结构较省的特点，便于开槽施工，适用于自灌式泵站。集水池和机器由隔水墙分开，而且只有吸水管和叶轮淹没在水中，这样可保持机器间干燥，有利于水泵的保养和检修，也可以避免污水对轴承、管道、仪表的腐蚀。
在自动化程度较高的泵站，较重要的地区的雨水泵站、以及开启频繁的污水泵站中，尽量采用自灌式泵站。它的优点是启动及时可靠，不需要引水的辅助设备，操作简便，缺点是泵房较深，增加工程造价。而且由于噪音较大，妨害工作人员判断水泵是否正常工作。
采用自灌式泵站时水泵叶轮（或轴承）低于集水池的最低水位，在最高、中间和最低水位三种情况下都能直接启动，启动可靠。操作方便。但增加了泵站的深度，增加地下工程造价。
水泵的选择原则：
一、 污水泵站一般按最大日最大时流量设计，通过调整水泵工作台数兼顾其他流量时段的情况。
二、 水泵扬程由污水提升高度和吸水管、压头管水头损失确定。
三、 为了适应不同流量时的情况，考虑采用四台水泵，其中一台备用。
四、 根据水质、水量和提升高度确定水泵的型号，同一泵站应选用类型相同、口径相同的水泵，以便利于管理和维修。
§4.3.1 水泵的选择
根据污水高程计算的结果，泵站到细格栅之间的高程差为8m，设泵站内的总损失为2m，吸压水路管路的总损失为2m则可确定水泵的扬程H为：
H=Hst+∑h=8+2+2=12m
水泵提升的流量按最大时流量考虑，Q=5200m3/h,按此流量和扬程来选择水泵。
选择600QW 3500-12型潜水排污泵，共三台，2用1备，单泵性能参数为：流量为3500m3/h，扬程为12m，转速为740r/min，功率185kw。
泵房形式及其布置：采用半地下式矩形结构，占地少，结构较省的特点。水泵为单排并列式布置。
§4.3.2 集水间
设计集水池的有效水深为6m,根据设计规范，集水池的容积应大于污水泵5min的出水量,即V＞1.74m3/s×5×60=522m3,可将其设计为矩形，其尺寸为10m×7m，池高为8m，则池容为560m3。同时为减少滞流和涡流可将集水池的四角设置成内圆角。并应设置相应的冲洗或清泥设施。

§4.4 曝气沉砂池
曝气沉砂池是一长形渠道，沿渠壁一侧的整个长度方向，距池底60~90cm处安设曝气装置，在其下部设集砂斗，池底有i=0.1~0.5的坡度，以保证砂粒滑入。由于曝气作用，废水中有机颗粒经常处于悬浮状态，砂粒互相摩擦并承受曝气的剪切力，砂粒上附着的有机污染物能够去除，有利于取得较为纯净的砂粒。 在旋流的离心力作用下，这些密度较大的砂粒被甩向外部沉入集砂槽，而密度较小的有机物随水流向前流动被带到下一处理单元。另外，在水中曝气可脱臭，改善水质，有利于后续处理，还可起到预曝气作用。
§4.4.1 工艺设计
设计流量（按最大设计流量算）：Qmax=1.74m³/s
水平流速：0.1m/s
最大流量时停留时间：3min
（1）沉砂池的尺寸
①池子总有效容积：
m³
②水流断面积：

③池总宽度：
取有效水深为h2=2.9
则池总宽度：
沉砂池分为2格，即每格宽度：
④池长：L=V/A=313.2/17.4=18m
平面尺寸：B×L=6m×18m
⑤每小时所需空气量：
取d（每立方米污水所需空气量，m³）为0.2m³/m³污水，则有：

⑥沉砂斗所需容积：
设清除沉砂间隔时间T=2d，X为城市污水沉砂量，一般取X=30m³/106m³污水。

每个沉砂斗的容积，设有每一分格有两个沉砂斗，即有：

⑦沉砂斗各部分尺寸如下：
设斗底宽a1=0.8m，斗壁倾角55°，斗高h3`=1.0m，即有：
砂斗上口宽：

沉砂斗容积：

沉砂室高度：
采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗，沉砂室由两部分组成：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：
由此可知，沉砂室高度为：

沉砂池总高度：
设超高h1=0.3m

验算最小流速：
在最小流量时，只用一格工作（n=1），

§4.5 A2O反应池
§4.5.1 工艺设计参数
一、设计最大流量： Qmax=150000m3/d
二、设计进水水质见表4-2：
表4-2污水进水水质 单位：mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+-N
SS
TNo
TPo
含量
280
160
30
170
42
5

三、设计出水水质见表4-3：
表4-3污水进水水质 单位：mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+-N
SS
TNo
TPo
含量
60
20
15
20
20
1

四、BOD5污泥负荷： N=0.23BOD5/（kgMLSS·d）
五、回流污泥浓度：XR=7500mg/L
六、污泥回流比：R=100%
七、混合液悬浮固体浓度：

八、混合液回流比：R内
TN 去除率:

混合液回流比:

§4.5.2 设计计算
§4.5.2.1 厌氧池
1． 设计参数
最大流量 1740L/s，设置3座，每座设计流量580L/s
水力停留时间T=2.0h
2． 设计计算
（1）厌氧池容积

（2）厌氧池的尺寸
水深取h=5m，则厌氧池面积

池宽取50m，则池长L=A/B=837/50=16.74。取17m。
厌氧池直径D：
（取D=33m）
设双廊道式厌氧池，水面超高为0.3m
故池总高 H=h+0.3=5.3m
§4.5.2.2 缺氧池
1.设计参数
设计流量：最大日平均时流量Q=1.74m3/s=1740L/s
2.设计计算
（1）缺氧池容积：
V=Q×T=580×1.0×3600=2088m3
（2）缺氧池尺寸：水深取为h=5m。
则缺氧池面积：
池宽取50m，则池长L=A/B=417/50=8.34。取9m。
考虑0.3m的超高，故池总高为H=h+0.3=5+0.3=5.3m。
§4.5.2.3 曝气池
一、本设计采用传统推流式曝气池。
1．污水处理程度的计算
取原污水BOD5值（S0）为160mg/L，经初次沉淀池及缺氧池、厌氧段处理，按降低25％考虑，则进入曝气池的污水，其BOD5值（Sα）为：
Sα＝160（1-25％）＝120mg/L
计算去除率，对此，出水溶解性BOD5可用下式估算：
Se=Sz-7.1KdfCe
式中： Se — 出水溶解性BOD5；
Sz — 二沉池出水总BOD5，Sz=20mg/L
Kd — 活性污泥自身氧化系数，典型值为0.06；
f — 二沉池出水SS中VSS所占比例，f=0.75
Ce — 二沉池出水SS，Ce=20mg/L
故有：Se=20-7.1×0.06×0.75×20mg/L=13.61mg/L
2．确定污泥负荷Ns 曝气池进水BOD5浓度Sα=120mg/L，曝气池的BOD5去除率：

污泥负荷Ns计算公式：
Ns=
K2为动力学参数，取0.0200,Se13.61mg/L,=0.887,f=
代入各值，
BOD5/(kgMLSS·kg)
≈0.23 BOD5/(kgMLSS·kg)
3.确定混合液污泥浓度（X）
根据已确定的Ns值，查图SVI与污泥负荷率NS的关系图得相应的SVI值为150-200，取值160
根据式 X=
X—曝气池混合液污泥浓度
R—污泥回流比
取r=1.2，R=100％，代入得：
X=＝mg/L
取3800mg/L。
根据活性污泥的凝聚性能，混合液污泥浓度（X）不可能高于回流污泥浓度（Xr）。
mg/L
X负荷法计算，设计进水流量Q=12.5万m³/d，曝气池混合液污泥浓度X=3800mgMLSS/L。
m3≈17164m³
其中：
Q — 曝气池设计流量（m3/s）
X — 曝气池混合液污泥浓度（mgMLSS/L）
曝气池设两座，每座曝气池有效容积为8582m³。

5.确定曝气池各部位尺寸
名义水力停留时间
h
实际水力停留时间
h
设两组曝气池，每组容积为17164/2＝8582m3
池深H=5.0m,则每组面积 F=8582/5.0＝1716m2
池宽取B=8m，则B/H=8/5=1.6 ，介于1~2之间，符合要求。
池长 L=F/B=1716/8=214.5m
设五廊道式曝气池，则每廊道长：
L1＝L/5=214.5/5=42.9m
取超高0.5m，则池总高为
H=5.0+0.5＝5.5m

二、曝气系统的计算与设计
本设计采用鼓风曝气系统
（1）需气量计算
每日去除的BOD值：
kg BOD5/（m³d）
理论上，将1gNO3-N还原为N2需碳源有机物（BOD5表示）2.86g。一般认为，BOD5/TKN比值大于4-6时，认为碳源充足。
原污水中BOD5含量为160mg/L，总氮含量为30mg/L,则碳氮比为5，认为碳源充足。
A2O法脱氮除磷的需氧量：2g/(gBOD5),3.43g/(gNH3+-N),1.14g/(gNO2--N),分解1gCOD需NO2--N 0.58g或需NO3--N 0.35g*12。
因处理NH4+-N需氧量大于NO2--N，需氧量计算均按NH4+-N计算。原水中NH3-N含量为30mg/L，出水NH4+-N含量为8mg/L。
日最大去除NOD值：
kg/L
日平均需氧量：
O2=BOD+COD=2×1.68×1000+4.57×1500×1000=4.0455×107㎏/d
取4.1×104㎏/d，即1710㎏/h。
日最大需氧量：
O2max=BOD+COD=2×1.2×1.75×1000+4.57×2750×1000=1.257×107㎏/d
即3.81×105㎏/h。

三.供气量的计算
本设计采用网状膜型中微孔空气扩散器，敷设于距池底0.3米处，淹没水深4.0米，计算温度定为30摄氏度。
选用Wm-180型网状膜空气扩散装置。
其特点不易堵塞，布气均匀，构造简单，便于维护和管理，氧的利用率较高。每扩散器服务面积0.5m2，动力效率2.7~3.7㎏O2/KWh，氧利用率12％-15％。查表得:
水中溶解氧饱和度 Cs(20)=9.17mg/L, Cs(30)=7.63mg/L。
(1)空气扩散器出口的绝对压力（Pb）：
Pb＝P+9.8×103H
其中：P—大气压力 1.013×105Pa
H—空气扩散装置的安装深度，m
Pb＝1.013×105Pa+9.8×103×4.0=1.405×105Pa
(2)空气离开曝气池面时，氧的百分比：

其中，EA—空气扩散装置的氧转移效率，一般6％~12％
对于网状膜中微孔空气扩散器，EA取12％，代入得：

（3）曝气池混合液中平均氧饱和度（按最不利温度条件30摄氏度），即：

其中，CS—大气压力下，氧的饱和度mg/L
得mg/L
（4）换算为在20摄氏度的条件下，脱氧轻水的充氧量，即：

取值а＝0.85，β＝0.95，C=1.875，ρ=1.0；
代入各值，得：
kg/h
取2300kg/h。
相应的最大时需氧量为：