MBR污水处理工艺方案设计.docx

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MBR污水处理工艺方案设计

MBR污水处理工艺设计

一、课程设计题目

度假村污水处理工程设计

二、课程设计的原始资料

1、污水水量、水质

（1）设计规模

某度假村管理人员共有200人，另有大量外来人员和游客，由于旅游区污水水量季节性变化大，初步统计高峰期水量约为300m3/d，旅游淡季水量低于70m3/d，常年水量为100—150m3/d，自行确定设计水量。

（2）进水水质

处理的对象为餐饮废水和居民区生活污水。

进水水质：

项目

COD

BOD5

SS

pH

NH3-N

TP

含量/（mg/L）

150-250

90-150

200-240

7.0-7.5

35-55

4-5

2、污水处理要求

污水处理后水质应优于《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB18921-2002）

项目

BOD5

SS

pH

NH3-N

TP

含量/（mg/L）

6

10

6.0-9.0

5

0.5

3、处理工艺

污水拟采用MBR工艺处理

4、气象资料

常年主导风向为西南风

5、污水排水接纳河流资料

该污水处理设施的出水需要回用于度假村内景观湖泊，最高水位为103米，常年水位为100米，枯水位为98米

6、厂址及场地现状

进入该污水处理设施污水管端点的地面标高为109米

三、工艺流程图

图1工艺流程图

四、参考资料

1.《水污染控制工程》教材

2.《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB18921-2002）

3.《给排水设计手册》

4、《给水排水快速设计手册》

5．《给水排水工程结构设计规范》（GB50069-2002）

6.《MBR设计手册》

7．《膜生物反应器——在污水处理中的研究和应用》顾国维、何义亮编著

8．《简明管道工手册》第2版

五、细格栅的工艺设计

1.细格栅设计参数

（1）栅前水深h=0.1m；

（2）过栅流速v=0.6m/s；

（3）格栅间隙b细=0.005m；

（4）栅条宽度s=0.01m；

（5）格栅安装倾角α=60︒。

2.细格栅的设计计算

本设计选用两细格栅，一用一备

1）栅条间隙数：

（取n=11）

式中：

n——细格栅间隙数；

Qmax——最大设计流量，0.0035m³/s

b——栅条间隙，0.005；

h——栅前水深，取0.1m

v——过栅流速，取0.6/s；

α——格栅倾角，取60︒；

2）栅槽宽度：

B=s（n－1）＋bn

式中：

B——栅槽宽度，m；

S——格条宽度，取0.01m。

B=0.01×（11－1）＋0.005×11=0.155m；（取B=0.2m）

3）过栅水头损失：

K取3

β=1.67（选用迎水、背水面均为半圆形的矩形）

6）栅前槽总高度：

取栅前渠道超高h1=0.3m

栅前槽高H1=h+h1=0.1＋0.3=0.4

7）栅后槽总高度：

8）栅槽总长度：

细格栅的栅前进水渠道渐宽部分长度L1：

若进水渠宽B1=0.18m渐宽部分展开角α1=20︒，则此进水渠道内的流速

v1=0.6m/s,则：

4）细格栅与出水渠道连接处的渐窄部位的长度L2：

9）每日栅渣量：

Kz=1.5

故采用人工清渣

六、初沉池设计

（1）沉淀区的表面积A：

A=Qmax/q

A=12.5/2=6.25m2

式中：

A——沉淀区表面积，m2；

Qmax——最大设计流量，m3/h；

q——表面水力负荷，m3/（m2·h）；取q=2

（2）沉淀区有效水深h2:

h2=q·t

h2=2*1.0=2.0m

式中：

h2——沉淀区有效水深，m；

t——沉淀时间，初沉池一般取0.5～2.0h；二沉池一般取1.5～4.0h。

沉淀区的有效水深h2通常取2.0～4.0m。

取t=1.0h

（3）沉淀区有效容积V：

V=A·h2

V=6.25*2.0=12.5m3

式中：

V——沉淀池有效容积，m3。

（4）沉淀池长度L：

L=3.6v·t

L=3.6*4.5*1.0=16.2m

式中：

L——沉淀池长度，m；

V——最大设计流量时的水平流速，mm/s，一般不大于5mm/s。

取v=4.5mm/s

（5）沉淀池的总宽度B：

B=A/L

B=6.25/16.2=0.4m

式中：

B——沉淀区的总宽度，m。

（6）沉淀池的数量n：

n=B/b

式中：

n——沉淀池数量或分格数；此例设计n=1单斗排泥

校核：

L/B=16.2/0.4=40.5＞4（符合）

L/h2=16.2/2=8.1＞8（符合）

（7）污泥区的容积Vw：

对于已知污水悬浮固体浓度与去除率，污泥区的容积可按下式计算：

Vw=Qmax·24·c0·η·100·T/[1000r（100-p0）]

式中：

c0——沉淀池进水悬浮物浓度，mg/L

η——悬浮固体的去除率，取η=50%

T——两次排泥的时间间隔，d，初沉池按2d考虑

r——污泥容重，Kg/m3,含水率在95%以上时，可取1000Kg/m3

p0——污泥含水率，%；取p0=96

Vw=12.5*24*240*50%*100*2/[1000*1000（100-96）]=1.8m3

（8）贮泥斗得容积V1：

V1=（1/3）·h4＇[S1+S2+（S1·S2）0.5]

V1=（1/3）·2.8[1.44+0.16+（1.44·0.16）0.5]=1.94m3

式中：

V1——贮泥斗得容积，m3；

S1，S2——贮泥斗得上下口面积，m2。

设计S1=3.6*0.4=1.44m2

S2=0.4*0.4=0.16m2

h4＇=（3.6-0.4）*tan60︒/2=2.8m

h4＂=（16.2+0.3-3.6）*0.01=0.129m

（9）沉淀池的总高度H：

H=h1+h2+h3+h4＇+h4＂

H=0.3+2+0.5+2.8+0.129=5.729m

式中：

H——沉淀池总高度，m；

h1——淀池超高，m，一般取0.3m；

h2——沉淀区的有效水深，m；

h3——缓冲层高度，m，无机械刮泥设备时为0.5m，有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮板0.3m；

h4＇——贮泥斗高度，m；

h4＂——梯形部分的高度，m。

（10）贮泥斗以上梯形部分的污泥容积V2：

V2=0.5*（L1+L2）·h4＂·b

V2=0.5*（17+3.6）*0.129*0.4=0.53m3

式中：

L1=16.2+0.3+0.5=17m

L2=3.6m

b=0.4m

污泥斗和梯形部分污泥容积

V1+V2=1.94+0.53=2.47m3

七、调节池的设计

由于本例是旅游区，污水量季节性变化大，淡季时水量低于70m3/d，高峰期又能达到300m3/d，设计连续高峰水量的时长为2d。

该MBR工艺设备取用设计流量为200m3/d。

当出现连续高峰水量时，调节池可用来蓄水。

但当出现淡季水量时，调节池中的水又过少。

所以为了保证污水处理设施在最高水量或最低水量的情况下都能正常运行。

拟设计总体积为210m3的调节池，分三格，每格设计体积为70m3。

当水量小于设计流量时，调节池单格运行，当水量大于设计流量时，可采用双格运行或三格运行起到蓄水作用。

1．单格调节池设计

设计流量Q=8.4m3/h，停留时间T=7.0h，采用穿孔管空气搅拌，气水比为4:

1

（1）单格调节池有效容积

V=QT=8.4

7.0=58.8m3

（2）单格调节池尺寸

调节池平面形状为矩形，其有效水深采用h2=3.0m，调节池面积为：

F=V/h2=58.8/3.0=19.6m2

池宽B取4.0m，则池长为

L=F/B=19.6/4.0=4.9m取L=5.0m

保护高h1=0.5m

池总高H=0.5+3.0=3.5m

则单格调节池的尺寸为5.0*4.0*3.5=70m3

2．空气管计算

在调节池内布置曝气管，气水比为4:

1，空气量为Qs=8.4

4=0.0094m3/s。

利用气体的搅拌作用使来水均匀混合，同时达到预曝气的作用。

空气总管D1取30mm，管内流速V1为

V1=

=

=13.3m/s

V1在10～15m/s范围内，满足规范要求

空气支管D2：

共设4根支管，每根支管的空气流量q为：

q=

=

=0.00235m3/s

支管内空气流速V2应在5～10m/s范围内，选V2=8m/s,则支管管径D2为

D2=

=

=0.0193m=19.3mm

取D2=20mm,则V2=

=7.48m/s

穿孔径D3：

每根支管连接两根穿孔管，则每根穿孔管的空气流量为

q1=0.001175m3/s,取V3=7m/s

D3=

=0.0146m.取D3=15mm.则V3为

V3=

=6.65m/s

3．孔眼计算

孔眼开于穿孔管底部与垂直中心线成45º处，并交错排列，孔眼间距b=100mm,孔径Ф=2mm,穿孔管长一般为4m，孔眼数m=74个，则孔眼流速v为

V=

=

=5.06m/s

八、MBR池设计

数量：

1座

构筑物：

钢砼结构

池容积：

4.3×4.3×3.5m

水力停留时间：

5h

（1）膜组件

数量：

1组

规格：

2.8×0.51×2m

清洗：

3～6个月清洗一次

（2）曝气系统

数量：

1套

组成：

罗茨风机（2台，一用一备）、曝气器、管路阀门等

膜组件

有效容积计算

设计参数：

a.MBR进水BOD5S0=114mg/L

b.设计处理水流量Qd=200m3/d

c.MBR对BOD5的去除率达到95%～98%，出水BOD5Se≤5.7mg/L

1.膜组件选型

本设计的膜选用日本久保田（Kubota）公司生产的液中膜，膜技术参数表如下：

序号

名称

特性参数

1

材质

聚氯乙烯

2

膜孔直径

0.4μm

3

过滤方式

重力过滤/吸引过滤

4

最大过滤压力

重力过滤：

12kpa/吸引过滤：

20kpa

5

耐化学药品性

耐酸耐碱性强（PH值2～12）

6

膜支架尺寸510型

宽×高×厚：

490mm×1000mm×6mm

7

膜支架有效面积

0.8m2/张

8

膜通量

0.4～0.8m3/m2.d

1.膜支架张数计算（按每天24小时运行计算）

n=Qd÷η÷t/24÷0.8

=200÷0.4÷24/24÷0.8=625张

式中：

n——膜支架张数，张；

η——膜通量，一般取0.4～0.8m3/m2.d；

t——每天运行时间，h；

0.8——膜支架有效面积，m2/张

同一膜生物反映器内应选同型号的膜组件,膜组件分为AS型、FF型、ES型三种：

AS形适用于大型市政排水处理

FF型适用于地埋式小型污水处理

ES型适用于生活污水、工业废水，是常用膜组件,尤其推荐作为中水回用处理工艺。

故膜组件选用ES200（n0=200）

N=n÷n0=625÷200=3.12组，取4组

2.膜生物反应器池有效容积计算:

（1）按膜组件安装尺寸计算

ES200平面布置尺寸为：

4.3×4.3m,池深为3.0m；

膜生物反应器有效容积:

V=4.3×4.3×3m3=55.5m3

取保护高度0.5m,则总容积

V总=4.3×4.3×3.5m3=64.7m3

（2）取BOD5容积负荷NV为1.0kg/（m3.d）

WBOD5=Qd×S0×10-3=200×114×10-3=23kg.BOD5/d

V=WBOD5÷NV=23÷1.0=23m3

由于根据BOD5容积负荷算出的池有效容积小于膜平面布置所得的池容积，故MBR池容积及尺寸按膜组件安装尺寸确定。

3.膜生物反应器池所需空气量计算

（1）膜装置洗净所需空气：

MBR所需鼓风量G=N×n0×q=800×12

=9.6m3/min

式中：

q——每张膜洗净所需空气量，一般为10～15L/min

（2）生物处理所需空气量：

需氧量OD=aLr+bSa=aQd（S0-Se）+bVXf

式中：

a——系数，一般为0.42～1.0；

Lr——BOD5去除量，Lr=S0-Se；

b——污泥自身氧化需氧率，一般为0.11～0.18kgO2/kgMLVSS·d；

Sa——反应器内MLVSS的量；

V——MBR池容积，m3；

X——MBR池内MLSS浓度取12000mg/L；

f——混合液MLVSS/MLSS，一般为0.7～0.8；

OD=200×0.5×（114-6）×10-3＋0.12×64.7×12×0.8

=10.8+74.5=85.3kg.O2/d

所需空气量:

G=OD/（0.277e）=85.3/（0.277×0.03）

=10265m3/d=7.1m3/min

式中：

e——溶解效率，因水深、水温、水压级污泥浓度而异，一般为0.02～0.05；

由于生物氧化所需空气量小于膜洗净所需空气量，鼓风机的选择应以膜洗净所需空气量为依据，可选送风量为9.6m3/min左右的风机或总风量相同的数台风机并联运行。

风口的压力以池深为依据，本池深为3.5m，考虑到风管的阻力降，可取风压P=4000mm水柱的风机。

4.池内曝气系统设计

一般要求：

曝气管与膜组件下部距离一般为200～300mm，不能低于180mm；崔玉川,刘振江,张绍怡.城市污水厂处理设施设计计算[M].北京:

化学化工出版社,2004.

排气压计算

（1）供风管道沿程阻力以及局部阻力

取曝气干管管径DN100，每池采用一根干管与22支支管管安装于池底（详见图纸）。

则干管空气流速V=q气/A管=9.6/（3.14*0.01/4）=1222.9m/min=20.4m/s

根据《简明管道工手册》，有管道沿程压损hf=RL，局部阻力损失hj=0.3hf。

式中：

R——每米管长的沿程水力损失，Pa/m；

L——管长，m；

查圆形钢板风管的线解图，取R=52Pa/m，L=10m,计算干管压损

hf=RL=52×10=520Pa,hj=0.3hf=156Pa

设计曝气侧管（支管）DN50，每支2.0m,每池22支

计算得曝气支管压损，查《简明管道工手册》取R=592Pa/m

总hf=nRL=26048Pa,总hj=0.3hf=7814.4Pa

（2）曝气器阻力

采用BSD-Q-192球冠式微孔曝气器，主要性能参数：

曝气器尺寸

D192×180mm

适用工作空气量

0．8～3m3／h个

服务面积

O．35～0．8m3／个

氧利用率

24～41％

充氧能力

O．169～0．294kg02／h

动力效率

6．5～8．8kg02／kw．h

阻力损失

≤3200Pa

按供风量计算取q=3m3/（h﹒个）则

（个），

取198个，每支198/22=9个,平均纵横分布于MBR池底。

（3）曝气器淹没水头

设计MBR膜组件有效水深3m,则水深压力3mH2O=29.4kPa

所以总排气压为

0.52+0.156+26.05+7.81+29.4=63.9kPa

曝气鼓风机的选择：

选择RC100罗茨鼓风机,主要参数如下：

转速r/min

理论流量m3/min

升压pa

流量m3/min

轴功率kw

配套电机

机组最大重量kg

型号

功率kw

2500

13.78

68.6

10.5

17.5

Y180L-2

22

730

5.出水系统设计

根据设计总流量Q＝200m3/d=8.4m3/h，得好氧MBR出水流量8.4m3/h；水力停留时间取20%即24×0.2=4.8h，取5h,经校核，5×8.4=42m3＜55.5m3，可设计出水时间为19h。

根据MBR池水深3.5m，可确定吸程>=3.5m，考虑MBR出水水质较高，可以满足中水回用需要，确定抽吸泵的选择：

永嘉县扬子江泵业有限公司生产的GDF型自吸泵,具体性能如下表所示。

表3-7GDF型自吸泵

型号

流量/（m3/h）

扬程/m

吸程/m

转速

功率/kw

电压/v

气蚀余量

进出口内径

GDF50-8

22

10

5

2800

0.95

220

4

50

数量：

2台，一用一备；

6.膜清洗系统设计

图3.6MBR膜清洗系统示意图

MBR膜清洗所需药物如下表所示。

表3-8膜清洗药剂表

清洗对象

药剂种类

药剂浓度/%

无机物

盐酸

0.3～0.1

有机物（藻类、细菌等）

次氯酸钠

0.5～0.1

有机物（蛋白质、菌残骸等）

氢氧化钠

0.2～0.5

MBR清洗用泵选择：

扬子江泵业有限公司生产的FPZ型耐酸耐碱射流泵。

表3-9FPZ型耐酸耐碱射流泵

型号型号

进口×出口/

（mm）（mm）

流量/

（m3/h）

扬程/

m

转速转速/

r/min

吸程/

m

电机功率P/

kw

32FPZ-11（D）

30×30

3.4

11

2840

5

0.75

7．MBR池排泥设计

理论上每日的污泥量（按SS去除率计算）：

W=Q×（C0-C1）/10002（1-P0）

式中：

Q-----设计流量，m3/d

C0-----进水悬浮物浓度，mg/L

C1-----出水悬浮物浓度，mg/L

P0-----污泥含水率，%，取为98%

每日的污泥量计算得W=200×（120-10）/（10002×（1-0.98））=1.1m3/d

可以取为每天污泥产量1.1m3/d，可用40mm排泥管，每天排泥一次，每次排泥20min，每次排泥流量0.0009m3/s。

九、污泥浓缩池设计及计算

1．污泥浓缩池设计说明

污泥浓缩的主要目的是减少污泥体积，以便后续的单元操作。

污泥浓缩的操作方法有间歇式和连续式两种。

通常间歇式主要用于污泥量较小的场合，而连续式则用于污泥较大的场合。

污泥浓缩的方法有重力浓缩、气浮浓缩、和离心浓缩，其中重力浓缩应用最广。

根据本次设计知整个工艺流程产泥量较小，因此选择一个不带中心管的间歇式重力浓缩池，其结构如图所示。

其浓缩原理是污泥在重力浓缩池中，污泥依次通过自由沉降、絮凝沉降、区域沉降、压缩沉降的过程来脱去部分水分。

即是通过自身重力来压密的过程。

污泥浓缩池采用钢混结构。

图3.7不带中心管间歇式重力浓缩池示意图

2．污泥浓缩池设计计算

（1）本次设计的污泥来源：

a.初沉池产生的剩余污泥；

b.MBR产生的剩余污泥。

根据前面计算，产生的污泥流量为1.8+1.1=2.9m3/d

（2）污泥固体浓度C

C=

式中：

C——污泥固体浓度，kg/m3；

P——浓缩前含水率，取P=96%；

——污泥密度，

=1000kg/m3。

计算得：

污泥固体浓度C=（1-0.96）×1000=40kg/m3

（3）浓缩池面积A

式中：

A——浓缩池面积，m2；

V——污泥量，m3/d；

C——污泥固体浓度，kg/m3；

M——浓缩池污泥固体负荷，取M=30kg/（m2·d）。

计算得：

浓缩池面积A=2.9*40/30=3.87m2

（4）浓缩池直径D=（4*3.87/3.14）1/2=2.22m

（5）浓缩池高度计算

a.浓缩池工作部分高度h1

式中：

h1——浓缩池工作部分高度，m；

T——浓缩时间，一般为10～16h，取T=12h；

V——污泥量，m3/d；

A——浓缩池面积，m2。

计算得：

浓缩池工作部分高度h1=12*2.9/（24*3.87）=0.37m

b.浓缩池有效水深H1

式中：

H1——浓缩池有效水深，m；

h1——浓缩池工作部分高度，m；

h2——浓缩池超高，取h2=0.3m；

h3——浓缩池缓冲层高度，取h3=0.3m。

计算得：

浓缩池有效水深H1=h1+h2+h3=0.37+0.3+0.3=0.97m

c.污泥斗深度h4

式中：

h4——污泥斗深度，m；

D——浓缩池直径，m；

d——污泥斗底部直径，取d=0.2m；

——泥斗侧壁倾角，取

°。

计算得：

污泥斗深度h4=[（2.22-0.2）*tan600]/2=1.75m

d.浓缩池总高度H=H1+h4=0.97+1.75=2.72m

根据污泥浓缩池的设计规范,要求浓缩池总高度≥3m,设计H1=1.00m,h4=2.00m,

设计浓缩池总高度H=H1+h4=1.00+2.00=3.00m

（6）污泥斗容积

式中：

V1——污泥斗容积，m3；

h4——污泥斗深度，m；

R——污泥斗上部半径，R=1.11m；

r——污泥斗下部半径，r=0.10m。

污泥斗容积V1=3.14*2.00*（1.112+1.11*0.10+0.102）/3=2.83m3

（7）浓缩池总体积

V=2.83+1.00*3.14（2.22/2）2=6.70m3

（8）浓缩后污泥量V2

式中：

V2——浓缩后污泥量，m3/d；

V——污泥量，m3/d；

P——浓缩前含水率，取P=96%；

Pt——出泥含水率，取Pt=94%。

计算得：

浓缩后污泥体积

V2=2.9*（1-0.96）/（1-0.94）=1.93m3/d。

（9）排泥周期T=V1/V2=2.83/1.93=1.47d,即浓缩池排泥周期T=35h。

因污泥量极少，加上有足够的时间使污泥沉淀、浓缩，故浓缩池上清液可不设计流出堰，用污泥自吸泵反抽回初沉池，对排泥管进行反冲洗。

污泥螺杆泵的选择

表3-10I-1B3型螺杆泵

型号

流量/（m3/h）

扬程/m

功率/kw

进出口径/mm

I-1B3

18.1

5

2.5

100

3．污泥脱水设计

污泥量较少，污泥经螺杆泵送至污泥脱水间，脱水设备选择板框压滤机，规格如下所示。

表3-11板框压滤机

型号

过滤面积/

m2

过滤压力/

MPa

螺杆顶紧力/

kN

质量/

kg

外形尺寸/

mm

备注

BMS2/320

2

1.0

200

520

1240×550×610

铸铁板框

污泥经脱水后运输至垃圾填埋场进行填埋处置。

泵的扬程选择：

H=H静+2.0+（1.5～2.0）

废水处理构筑物水头损失的估计　表4-2

构筑物名称

水头损失（米）

构筑物名称

水头损失（米）

格栅

0.10～0.25

装有回转布水器的生物滤池（其工作高度为H）

H+0.15

沉砂池

0.10～0.25

装有喷洒式布水器的生物滤池（其工作高度为H）

H+0.25

除油池

0.10～0.25

鼓风曝气池

0.25～0.40

平流式沉淀池

0.20～0.40

加速曝气池

0.25～0.40

竖流式沉淀池

0.40～