环境工程课程设计全解.doc

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1、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：

2、( 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 A参考资料：参考资料： 1 张自杰 . 排水工程 M. 北京：中国建筑工业出版社， 1996 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 ,2001 娄金生编 . 水污染治理新工艺与设计 M. 北京：海洋出版社， 1999， 3 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,2001 高廷耀 , 顾国维 . 水污染控制工程 M. 北京：高等教育出版社， 1999 张中和 . 排水工程设计手册 M. 北京：中国建筑工业

3、出版社， 1986 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/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。1. A 2/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

4、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，

5、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

6、。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

7、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 :COD 60mg/L，BOD( SE) 20mg/L，SS20mg/L，NH3-N 5mg/L设计计算： ( 污泥负荷法 ) BOD污泥负

8、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=XR×R/1+R=6000×1/1+1=3000(mg/L) 反应池容积 VV=Q×S0/N×X=80000×144/0.14 ×3000=27428.5m3 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=1/5 × 8.20=1.64h厌氧池容积

9、:V1=1/5 ×缺氧池水力停留时间 :t2=1/5 ×缺氧池容积 :V2=1/5 ×好氧池水力停留时间 :t3=3/5 ×厌氧池容积 :V3=3/5 ×27428.5=16489.5m3 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 。X r 有机活性污泥浓度， Xr=f X，f=M

10、LSS/MLVSS=0.7(5污泥试验法) Xr=0.75 ×3000=2250mg/L W2=KdXr V=0.05×2.25 ×1714285=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 WW=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

11、2 组，单组池容积 V 单=V/2=17142.85(m3) 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 单组反应池长度 L=S 单/B=2637.36/5 ×7.5=70.3m 校核： b/h=7.5/6.5=1.15( 满足 b/h=1 2) ；L/b=70.3/7.5=9.37( 满足 l/h=5 10) ；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 m3/s管道流速 v=0.98 m/s管道过

12、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 =0.96m3 /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=1.0 × 80000/86400=0.925m3/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) ×80000÷86400÷2=0.925m3/s 孔口流速 v=0.65m/s ，孔口过

13、水断面积 A=Q2/v=0.925 ÷0.60=1.54( ) 取圆孔孔径为 2000 mm进水井平面尺寸为 6 ×6(m×m)(4) 出水堰及出水井 . 按矩形堰流量公式计算： Q3=0.42×2g×b×H1.5=1.86b×H1.5 式中Q3=(1+1)Q×3.5/2=(1+1) ×0.925×3.5/2=3.24m 3/s b堰宽， b=7.5 m;3.5 安全系数H堰上水头， mH=(Q3/1.86 × b)2/3=0.438m出水孔过流量 Q4=Q3=4.05(m3/s) 孔

14、口流速孔口过水断面积 A=Q/V=4.05/0.7=5.78m 3 取出水井平面尺寸 :1.3 ×7.5 (m×m)(5) 出水管单组反应池出水管设计流量 :Q5=Q3/2=2.025 m 3/s管道流速 v=0.96 m/s管道过水断面 A=Q5/ v=2.025 ÷0.96=2.1 管径取出水管管径 DN1700mm校核管道流速? 曝气系统设计计算(1) 设计需氧量 QR=a1Q(So- Se)+b1XvV+4.6Nr- 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

15、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=a1Q(So- Se)+b1XvV+4.6Nr-2.6NO3=0.680000×(0.144-0.020)+0.07 ×26200× 3.0+(4.6-2.6) ×1590%× 80000×10-3-4.6 ×15× 10%80000&

16、#215;10-3=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=1.4×544=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=AO×R Csb( 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=

17、1.4SOR=1475.7kg/hGs=SOR/0.3EA×100=100×1054.04/0.3 × 20=17567.3m3/h 最大时的供气量 Gsmax=1.4GS=24594.33m/h（ 6） 所需空气压力 pp=h1+h2+h3+h4+h=0.2+3.8+0.4+0.5=4.9m式中 h 1+h2=0.2m- 供凤管到沿程与局部阻力之和h 3=3.8m-曝气器淹没水头h 4=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 =1475.7/2 

18、15;0.14=5271 个供风管道计算供风干管道采用环状布置流量 Qs=0.5 ×GSmax=12297.2m3/h=3.42m 3/s流速管径取干管管径为 DN700m，m单侧供气 （ 向单侧廊道供气 ） 支管Qs单=1/3 × Gmax/2=4099.05m3/h=1.14m 3/s流速 v=10m/s管径取支管管径为 DN400mm双侧供气Qs双=2Qs单=2.28m3/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

19、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 30 60s；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，

20、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 3/d=0.926m3/s变化系数 K=2.7/（Q0.11）最大污水流量 Q max= 2.5m 3/s（2）水平流速：一般为（ 0.15 0.3m/s ）

21、，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=0.3×30=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 =4m4）有效水深 h2h2=A/B=8.33/4=2.08m（5）沉砂斗所需容积V=86400×Qmax×T×X/（1000 ×Kx）=86400 ×2.5 ×1×0.03/（1000 ×2.7）=2.4m 3式中： X城市污水沉砂量 , 取 0.03L/m

22、 3（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 3（7）沉砂斗上口宽 aa =2h 3'/tan60 ° +a1=1.26m式中： h3' 斗高， m，取 h3' =0.4m ；a 1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=1/6h 3（2a2+2aa1+2a12）=0.43m 3>0.3m3 符合要求（9）沉砂室高度 h3采用重力排砂，设池底坡度为

23、 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）（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=0.625m3/sVmin=Qmin/n 1Wmin=0.3m/s>0.15m/s式中: Q min 最小流量， m/s；n 1最小流量时工作的沉砂池的数目，个

24、；W min 最小流量时沉砂池中的水流断面， m2。（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 6500kg4. 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=80000m3/d=33333.33m3/h（2）A2/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 X r=6000mg/L（4）回流

25、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=1.5m3/ (.h ), 设两座二沉池， n=2.F=Q/(n.q)=3333.33/(2 ×1.5)=1111.11 (2) 池子直径 DD= 4F/=(4×1111.11)/ ()=38m沉淀部分水面面积 F=0.25 D2=1133.54 二次沉淀池表面负荷 q=Q/nF=3333.33/(2 ×1133.54)=1.5 ? /( .h)(3) 校核固体符合 GG=24×(1+R).Q.X/F=24 ×(1+1) ×3333.3

26、3× 3/1111.11=423.45kg/( .d)(4) 沉淀部分的有效水深 h?，设沉淀时间： t=2.5hh?=qt=1.5 × 2.5=3.75m2h(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 时间确定。V=2.T(1+R).Q.X/(X+Xr)=2 ×2(1+1) ×3333.33× 3000/(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

27、 上部直径 D?=3.0m，倾角 =60o，则h?1=(D?D?)/2 × tan60 o= 31.5/2 × tan60 o=1.3mV?=h?1/12 × D?2+D?D?D?2=×1.3/12 × 323×1.5 1.5 2=5.36 ? 圆锥体高度h ?2DD?/2×0.05383/2×0.05=0.875mV? h?2/12 ×D2DD?D?2 3.14 × 0.875 /12 ×38238×332 竖直段污泥部分的高度。 h?3 V?1 V?V?/F 4444.4

28、4 5.36 358.78/1133.543.6m污泥区高度 h?h?1h?2h?31.3 0.875 3.6 5.775m(7) 沉淀池总高度 H，设超高 h? 0.3m，缓冲层高度 h?=0.50m。 Hh?h?h?h?0.3 3.75 0.5 5.77510.325m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