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活性污泥反应系统设计

目 录
一．设计说明 3
（一）设计题目及依据 3
1．设计题目 3
2．设计依据 3
（二）带控制点工艺流程 3
（三）工艺过程及工作原理 3
（四）自动控制、在线检测及参数调节 2
（五）主要设计参数及预期效果 2
（六）非标设备及构筑物的工艺设计与计算 2
1．调节池的计算 3
2．曝气池的计算 3
3.二沉池的计算 10
（七）管、渠尺寸计算 14
（八）高程布置 15
（九）设备及构筑物布置 15
（十）管路布置 16
二．工程量估算 16
（一）计算依据 17
（二）总计 18
三．分析总结 18
（一）分析讨论 18
（二）小结 19

一．设计说明
（一）设计题目及依据
1．设计题目
活性污泥反应系统设计
2．设计依据
处理水量为3500m3/d，原污水COD=500mg/L，曝气池采用推流式，有效容积负Nv=1.50KgCOD/m3.d，出水COD=80mg/L。
（二）带控制点工艺流程
图一 带控制点工艺流程
（三）工艺过程及工作原理
原水→调节池→泵A → 活性污泥反应池→竖流沉淀池→排放
好氧微生物生长繁殖并凝聚在一起形成菌胶团。在菌胶团上共生着其他微生（原生动物等）,并吸附和交织着无生命的固体杂质而形成活性污泥。好氧活性污泥为褐色，稍有土腥味，具有良好的絮凝吸附性能。在活性污泥的微观生态系统中，细菌占主导地位。细菌等微生物的新陈代谢作用，以及菌胶团的吸附絮凝作用使污水中的污染物（有机物等）得以去除。
曝气池中充满活性污泥与污水的混合液。曝气设备搅拌混合液使活性污泥呈悬浮状态，与污水中的污染物充分接触。与此同时，曝气设备不断向混合液提供氧气，使污染物发生好氧代谢反应，分解转化为无毒无害物质。反应后的混合液流入二次沉淀池，活性污泥沉淀下来的和净化水分离。沉淀池大部分返回曝气池，维持曝气池中的生物量，另一部分作为剩余污泥排除。活性污泥不断增殖，剩余污泥的排除量与增殖量相等。二沉池出水为净化水，排入环境。
（四）自动控制、在线检测及参数调节
该实验在线检测共能在线检测三项指标即流量、温度、PH值。自动控制系统可以控制系统泵的开停，可以通过控制变频器控制泵的功率从而改变流量，还可以通过设定加热器的温度来控制调节池温度，水泵出口的流量计感应后传给电脑，电脑通过变频器再控制泵的功率，实验装置通过电脑程控系统在线检测各项数据，以及通过控制泵的功率大小来调节系统流量从而改变表面负荷强度来调节试验参数。（简述实验装置的自动控制方法、在线检测手段及运行参数调节控制策略。）
（五）主要设计参数及预期效果
污水设计水量=3500/d；设计进水水质COD=500mg/l ； 出水水质COD=80mg/l ； 容积负荷率N= 1.5kgCOD；有效水深4.0米。采用隔膜曝气头,服务面积0.40，额定风量2—3.系统24h连续运行。污水温度，混合液溶解氧含量为2.0mg/L,回流污泥浓度为10000mgMLSS/L,曝气池中的污泥浓度为3500mgMLSS/L,出水含有22mg/L生物固体，其中65%是可生化的，污水中含有足够的氮、磷等营养元素。
（六）非标设备及构筑物的工艺设计与计算
1．调节池
（1）概述
污水的水质、水量常常是不稳定的，具有很强的随机性。尤其是当操作不正常
或设备产生泄露时，污水的水质就会急剧恶化，水量也大大增加，往往会超出污水处理设备的处理能力，给处理操作带来很大的困难，使污水处理设施难以维持正常操作，特别是对生物处理设备净化功能影响极大，甚至使整个处理系统遭到破坏。
调节的作用就是减少污水特征上的波动，为后续的水处理系统提供一个稳定和优化的操作条件。调节池设在旁路上，当污水流量过高时，多余污水用泵打入调节池，当流量低于设计流量时，再从调节池回流至集水井，并送去后续处理。
（2）设计公式
对角线调节池,容积可按下式计算:

（3）设计计算
设计流量Q=3500/d
设计时间T=4h
=416

有效水深采用h=4m
池面积
=104
池宽b=8m
池长 L= ==13
取L=13m
校核：长宽比为1.6；宽深比为2；(在1—2之间，故合格)
（4）设计图示
图二 调节池示意图
2 曝气池（普通推流曝气）
⑴ 概述
曝气池实质上是生化反应器，在这个反应器中，活性污泥、空气和污水充分混合，发生生物化学反应，使水质得高净化。推流式曝气池呈长条形，长宽比，宽深比（有效宽度与有效水深）均为1～2，有效水深3～9m。长池可以折流，污水从一端进，另一端出，进水方式不限，出水多为溢流堰，一般采用鼓风曝气。
（2）设计公式
曝气池设计：
在保证预期净化效果的前提下，单位容积曝气池在单位时间内所能承受的有机物量叫做容积负荷率，简称容积负荷。
1.5kgCOD/
式中Nv——容积负荷，kgBOD5/（）或kgCOD/（）；
Q —曝气池进水流量，；
Cso—曝气池进水有机物浓度，kg/ 或kgCOD/ ；
V—曝气池有机容积，；
T—曝气池有效水力停留时间，既反应时间，d。
曝气池容积

去除率为去除的有机物量占进水有机物量的百分比。
×100%
曝气系统的设计：
曝气器 隔膜曝气头直径约250mm，服务面积为0.4个左右，即每平方米面需要2.5个曝气头才能达到较好的混合效果。根据曝气池水面面积和曝气头服务面积，可以计算出曝气头的用量。

式中n—曝气头用量，个；
A—曝气池水面积，
Ao—曝气头服务面积，/个。
隔膜曝气头的工作风量为2～3/（个h），据此可计算出曝气池的工作风量G，曝气池的工作风量应与按需氧量算出的供风量G相匹配，否则应进行调整。隔膜曝气头一般均布于池底，隔膜离池底约250mm
管网设计：
曝气头定位后，池外用无缝钢管，池内用镀锌钢或ABS管连成回环式管网。回环式管网可使各曝气头的进气压力相等，以达到铅池面均匀曝气的效果。
根据风量和选取的流速计算管道直径和阻力损失。一般取总管流速10m/s，支管流速取5m/s。再根据所需的供风量和管路的损失，选择风机。风机的升压（H）≥隔膜曝气头的隔膜离液面的距离（Ho）+阻力损失（∑hf）。在缺少数据的情况下，也可按H≥Ho+1（m）估算。风机选好后，再按风机的实际风量校核管网系统的流速和阻力，并进行适当的调整。
风机的选择
小型污水处理站一般选用罗茨风机，风压为5000mmH2O。此时，剥气池的有效水深为4.0m左右。大型污水处理站还可选用离心风机。为保证运行的灵活性，风机一般选3台以上，其中2台并用,1台备用。
（3）设计计算
污水温度，混合液溶解氧含量为2.0mg/L,回流污泥浓度为10000mgMLSS/L,曝气池中的污泥浓度为3500mgMLSS/L,出水含有22mg/L生物固体，其中65%是可生化的，污水中含有足够的氮、磷等营养元素，剩余污泥直接从曝气池排出，可生物降解有机物五日生化需氧量与完全生化需氧量之比为BOD5：BODL=0.68，氧转移量校正系数值α=0.8,β=0.9,ρ=1.0。
取污泥负荷率NS=0.3kgCOD/(KgMLSSd),活性污泥氧当量1.42kg/kgMLVSS,污泥合成系数α=0.58kgMLSS/kgCOD,污泥自身氧化系数b=0.07d,去除有机物氧化系数α=0.45kgO2/kgCOD,污泥自身氧化需氧系数b，=0.15kg/(KgMLSSd)。
1、出水溶解性COD浓度
出水COD=溶解性COD+固体COD
2、处理效果η

=
=84.0%

3、a. 曝气池有效容积
3=1166.7

b. 曝气池水面积
取有效水深 h=4.0m
m2
c. 廊道总长
取廊道宽度b=6m

d. 曝气池长与宽
将廊道分成若干段，折流式并列。取每段长度（曝气池长度）I=9.8m
=5(段)
曝气池宽度
B= mb=6＊5=30m
e. 校核
长宽比=
宽深比===１.5（在1～2范围内，合理）
4、剩余污泥排放量
P=aQcs0η1-bVcx
=0.58＊3500＊0.5＊0.84-0.07＊1166.7＊3.5
=566.76(KgMLSSd)
5、污泥回流比
r===0.54
6、需氧量
Q=QCs0η2+b’Vcx
=0.45＊3500＊0.5＊0.84+0.15＊1166.7＊3.5
=1274(kgO2/d)
7、供气量
标准氧转移量法 曝气池混合液的实际氧转移（R）等于活性污泥
的需氧量（QO2），再由R值算出标准氧转移量R0，最终可求出供气量G0
采用隔膜曝气头，安装于水下4m处，氧转移率EA=10%，时氧气的溶解度为9.2mg/L
Pb==1.405*105(pa)
Qt=
=×100%
=19.3%
Cim Ci
=10.6(mg/L)

=2239(kg/d)
G=
= 74633(/d) =51.8(/min)
若采用空气提升器回流污泥，空气用量为回流污泥量的4倍，则污泥回流用气量为：
3500＊0.54＊4=7560(/d)=5.25 (/min)
总供气量为：51.8+5.25=57.05(/min)
8、曝气系统
设曝气池有效水深4.0 m，曝气头安装深度3.8m，每个曝气头的工作风量go=2.5/(个h/0[2～3/(个h)]，服务面积Ao=0.4(/个)。
曝气池水面积 ==291.68
曝气头数量 n== =1242

曝气头实际服务面积
A0==
=0.23(/个)2台使用，1台备用.每台性
能参数：风量2.9 ,升压5000mmH2O。电机功率3.75KW。
实际供风量G，=5.582=11.16()，符合理论要求。
曝气池实际工作风量g（）（在2～3围内，符合要求）。
图三 隔膜曝气头

图四 回流污泥曝气系统
3、二沉池（竖流式）
⑴概述
竖流式沉淀池在平面图上一般呈圆形或正方形，原水通常由设在池中央的中心管流入，在沉降区的流动方向是由池的下面向上做竖向流动，从池的顶部周边流出池底锥体为储泥斗。它与水的倾角常不小于45°，排泥一般采用静水压。
竖流式沉淀池的直径或边长一般在8m以下，沉降区的水流上升速度一般采用0.5至1.0㎜/s，沉降时间1至1.5h。为保证水流自下而上垂直流动，要求池子直径与沉降区深度之比不大3︰1。中心管内水流速度应该不大于0.03/s，而当设置反射板时，可取0.1/s。
污泥斗的容积视沉淀池的功能各异。对于初次沉淀池，池斗一般以贮存2d污泥量来计算，而对于活性污泥法后的二沉池，其停留时间可取2h为宜。竖流式沉淀池的优点是：排泥容易，不需设机械刮泥设备，占地面积较小。其缺点是造价较高，单池容积量小，池深大，施工较困难。因此，竖流式沉淀池适用于处理水量不大的小型污水处理厂。
⑵ 设计公式
沉淀部分水面面积

—日平均流量（/h）
N—池数（个）
—表面负荷「/(h)」
池子直径

实际水面面积

实际表面负荷

单位设计流量

校核堰口负荷

校核固体负荷

—混合液悬浮物浓度（/h）
R—污泥回流比
澄清区高度

t—沉淀时间（h）
污泥区高度

—污泥停留时间（h）
—底流浓度（）
池边深度

0.3—缓冲层高度（h）
沉淀池总高度

—池子超高（m）
—池中心与池边落差（m）
—池泥斗高度（m）
污泥斗容积

—污泥抖高度（m）
—污泥斗上部半径（m）
—污泥斗下部半径（m）
污泥斗以上圆锥体部分污泥容积

—圆锥体高度（m）
R—池子半径m）
污泥总容积

⑶ 设计计算
沉淀部分水面面积
设 n=2
=72.92
池子直径
=9.64（设计取D=10）
实际水面面积
=3.14*102/4=78.5
实际表面负荷

单位设计流量

校核堰口负荷
==0.64<1.7L/(s.m)
校核固体负荷

设曝气池混合液悬浮浓度，固体污泥浓度，污泥回流比R=0.54
= =102.97<150Kg/(m3.d) (符合要求)
澄清区高度
设t=1.5h

按在澄清区最小允许深度1.5m, 取=1.5m
污泥区高度，设

池边深度
＝1.86+1.17+0.3＝3.33m
沉淀池总高度
设池底坡度为0.05，污泥斗直径d=2m,池中心与池边落差h3=0.05*(D-d)/2=0.19，超高，污泥斗高度
=0.5+3.33+0.19+1.0=5.02
污泥斗容积

设 则

污泥斗以上圆锥体部分污泥容积，设池底径向坡度为0.05，则

污泥总容积：

图五 普通竖流式沉淀池

（七）管、渠尺寸计算

（1）进水管： u1=1.0m.s-1
d1==
=6.0mm
取d1=15mm
（2）排净管：1个
d2=40mm
（3）取泥管：10根，间距20cm
d3=15mm
（4出水管：流速u=0.5m.s-1
d4=
=8.4mm
取 d4=10mm
（八）高程布置
图六 高 程布置设计图

（九）设备及构筑物布置

图七 设备及构筑物布置
（十）管路布置

图八 管路布置

表1. 标准设备材料选型
设 备 一 览 表
设备号
设备名称
材质
规格型号
数量
电机容量
重量（千克）单 总
投资
备注
V-101
调节池
砖混
15800H3500
1

P-101
泵（A）
铸铁
IS50-32-20
1
075KW

Q6.5/h,H12.5m
P-102
泵（B）
铸铁
IS50-32-20
1
0.75KW

Q6.5/h,H12.5m
L-101
罗茨风机
铸铁
3LBXD
1
3.75KW
157
314

V-103
反应池
砖混
18000*14000*4000
1

防腐.PVC管
V-104
竖沉池
A3
15800*10700
2

V-105
除沫器
A3
7300
88300
1

21749.4
21749.4

防腐保温

二．工程量估算
（一）计算依据
估算指标采用于1989年1月1日试行的建设部文件（88）建标字第182号关于发布试行《城市基础设施工程投资概算指标》的通知中审查批准的由原城乡建设环境保护部、城市建设管理局组织制定的《城市基础设施工程投资估算指标》。
1、第一部分费用
第一部分费用包括建筑工程费；设备、器材、工具等购置费；安装工程费。可查有关排水工程投资估算、概算指标确定。
第一部分费用=
2、第二部分费用
第二部分费用包括建设单位管理费、征地拆迁费、工程监理费、供电费、设计费、招标管理费等。根据有关资料统计，按第一部分费用的50%计，则有

3、第三部分费用
第三部分费用包括工程预备费、价格因素预备费、建设期贷款利息、铺底流动资金。
工程预备费按第一部分费用的10%计，则：
价格因素预备费按第一部分费用的5%计，则:
建设期贷款利息、铺底流动资金按20%计，则：
第三部分费用合计：
4、工程总投资合计：
项目总投资=第一部分费用+第二部分费用+第三部分费用 =

表2. 设备一览表
名称
单位
数量
设计参数
备注
泵
台
2
普通离心泵
1台工作，1台备用
罗茨
风机
台
3
型号：TRB-65，风量Q=0.66 m3/min,电机功率N=5.5KW
2台工作，1台备用
曝气头
个
6875
塑料曝气头
曝气强度好
调节池
座
1
有效水深为4m，长20.1m,宽5.0m
依据实际情况选择调节池类型
接触
氧化池
座
1
有效水深为4m，分为2段4格，每段长9.5m宽8m。
推流式，采用弹性填料
斜管
沉淀池
座
1
池长3.5m，池宽2.2m,高4.0m。
斜管取为1m，倾角为45°～60°

表3. 水泵一览表
序号
型号
流量
/(/h)
扬程
/m
电机功率
/KW
数量
/台
P-101
P-102
IS50-32-20
6.5/h
12.5m
0.75KW
2
三．分析总结
（一）分析讨论
1、 运行参数的改变对实验数据有很大的影响，在容积负荷低于1.5 KgCOD/(m3·d)的时候运行参数基本正常，COD再38~40之间徘徊，当容积负荷率大于2 KgCOD/(m3·d)的时候，出水的COD在65超过了设定值，当容积负荷率在3KgCOD/(m3·d)的时候，出水COD超过80
2、 在平衡槽的下部出水管道的U型管的附近，容易出现气堵，在斜管沉淀池附近的U型管附近也容易出现气堵，要特别注意一般过半个小时左右就应该看看平衡槽有没有存水较多的现象，接触氧化池的水位有没有明显的升高，如果有，应该及时的采取措施进行排除。
（二）小结
为期两周的课程设计结束了，我有了很多新的认识，同时也有很多的感想：书到用时方恨少，当现有的知识解决不了当前问题的情况下，才会感觉知识太少，要学习。从这次课程设计中，我学到了许多新的知识，例如让我们了解了水污染控制技术课程设计的规范、内容和要求，以及环境工程设计规范与标准；掌握了水污染控制的一些基础知识、基本理论、基本工艺和工艺设计方法以及典型水污染控制单元系统（及其设备与构筑物）的工艺流程、结构、工作原理、特点、用途、工艺设计参数及工艺 设计与计算等等；还帮助我们加深运用Auto-CAD画图的能力。巩固了课堂知识。更重要的是培养了我们独立自主、团结合作的学习习惯，如查询与搜集相关资料，进行典型水污染控制单元系统（及其设备与构筑物）的工艺设计与计算的能力；正确、清晰地表达设计内容，编写设计说明书等资料的能力；计算工程量的能力；将所学知识综合应用于工程实践、独立分析和解决工程技术问题的能力。在这期间，我们小组成员相互学习、相互帮助、相互探讨，共同努力，从而是我们顺利的完成了此项设计任务。

参考文献
『1』周迟俊编著.环境工程设备设计手册.化学工业出版社.2009.P7-P18
『2』王金梅、薛叙明主编.水污染控制技术. 化学工业出版社.2009.P26、P167-P194
『3』陶俊杰、余军亭、陈振选编.城市污水处理技术及工程实例（第二版）.化学工业出版社.2005.P44-P57
『4』史惠祥主编.实用水处理设备手册.化学工业出版社.2001.P94-P109
『5』 高俊发、王社平主编.污水处理厂工艺设计手册.化学工业出版社.2003.P87-P122、P136-P152、P320-P329
『6』尹士君、李亚峰编著，水处理构筑物设计与计算 .化学工业出版社，2004.P13-P38、Ｐ54、P256-P291

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