环境工程课程设计全解.docx
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环境工程课程设计全解
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4mg/L,SS为250mg/L,COD为450mg/L,TN为20mg/L。
出水水质要求:
BOD5为20mg/L,COD为60mg/L,TP为0.5mg/L,SS为20mg/L,TN为5mg/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:
11张自杰.排水工程[M].北京:
中国建筑工业出版社,1996
2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
3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
4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
5高廷耀,顾国维.水污染控制工程[M].北京:
高等教育出版社,1999
6张中和.排水工程设计手册[M].北京:
中国建筑工业出版社,1986
7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
1.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4mg/L,SS为250mg/L,COD为450mg/L,TN为20mg/L。
出水水质要求:
BOD5为20mg/L,COD为60mg/L,TP为0.5mg/L,SS为20mg/L,TN为5mg/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
①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。
②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。
③污泥中含磷浓度高,具有很高的肥效。
④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:
①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。
②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。
③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:
①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。
③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。
④造价低,建造快,设备事故率低,运行管理费用少。
⑤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。
⑥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NO3—N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,SS≤20mg/L,NH3-N≤5mg/L
设计计算:
(污泥负荷法)
①BOD污泥负荷:
N=0.14kgBOD5/(kgMLSS*d)
②回流污泥浓度:
XR=6000(mg/L)
③污泥回流比:
R=100%
④混合液悬浮固体浓度:
X=XR×R/1+R=6000×1/1+1=3000(mg/L)
⑤反应池容积V
V=Q×S0/N×X=80000×144/0.14×3000=27428.5m³
⑥反应池总水力停留时间
t=V/Q=27428.5/80000=0.34(d)=8.2(h)
⑦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:
V1=1/5×27428.5=54865.5m³
缺氧池水力停留时间:
t2=1/5×8.2=1.64h
缺氧池容积:
V2=1/5×27428.5=54865.5m³
好氧池水力停留时间:
t3=3/5×8.20=4.92h
厌氧池容积:
V3=3/5×27428.5=16489.5m³
⑧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=0.75×3000=2250mg/L
W2=KdXrV=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W
W=W1-W2+W3=5952-1929+4960=8983kg/d
⑨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(m³)
有效水深h=6.5m
单组有效面积:
S单=hV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=2637.36/5×7.5=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
⑩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=0.717m³/s
管道流速v=0.98m/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)2π=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DN1000mm
(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,
孔口过水断面积A=Q2/v=0.925÷0.60=1.54(㎡)
取圆孔孔径为2000mm
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=3.24m³/s
b——堰宽,b=7.5m;
3.5——安全系数
H——堰上水头,m
H=(Q3/1.86×b)2/3=0.438m
出水孔过流量Q4=Q3=4.05(m³/s)
孔口流速smv/7.0
孔口过水断面积A=Q/V=4.05/0.7=5.78m³
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=2.025m³/s
管道流速v=0.96m/s
管道过水断面A=Q5/v=2.025÷0.96=2.1㎡
管径d=1.643m
取出水管管径DN1700mm
校核管道流速v=Q5/A=0.9m/s
⑫曝气系统设计计算
(1)设计需氧量QR=a¹Q(So-Se)+b¹XvV+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%=3.2mg/L
(4)取a'=0.6,b'=0.07
QR=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%80000×10-3
=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
SOR=AOR×Csb(20)/α[βρsm(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/h
Gs=SOR/0.3EA×100=100×1054.04/0.3×20=17567.3m³/h
最大时的供气量Gsmax=1.4GS=24594.3m³/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/2qγ=1475.7/2×0.14=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=3.42m³/s
流速v=10m/s
管径d=0.66m
取干管管径为DN700mm,单侧供气(向单侧廊道供气)支管
Qs单=1/3×Gmax/2=4099.05m³/h=1.14m³/s
流速v=10m/s
管径d=0.38m
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DN550mm
3.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30~60s;有效水深不应大于1.2m;池底坡度一般为(0.01~0.02)。
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4mg/L,SS为250mg/L,COD为450mg/L,TN为20mg/L。
出水水质要求:
BOD5为20mg/L,COD为60mg/L,TP为0.5mg/L,SS为20mg/L,TN为5mg/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=80000m³/d=0.926m³/s
变化系数K=2.7/(Q^0.11)
最大污水流量Qmax=2.5m³/s
(2)水平流速:
一般为(0.15~0.3m/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L
L=VT=0.3×30=9m
(2)水流断面积A
A=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h2
h2=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)
=2.4m³
式中:
X——城市污水沉砂量,取0.03L/m³(污水);
T——清除沉砂的间隔时间,d,取T=1d;
K——污水流量总变化系数,K=2.7。
(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=0.3m³
(7)沉砂斗上口宽a
a=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V1
V1=1/6h3(2a²+2aa1+2a1²)
=0.43m³>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=0.625m³/s
Vmin=Qmin/n1Wmin=0.3m/s>0.15m/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,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
4m2.2kw0.8m/min6500kg
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=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=1.5m³/(㎡.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D
D=√4F/π=√(4×1111.11)/(π)=38m
沉淀部分水面面积F=0.25πD²=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G
G=24×(1+R).Q.X/F
=24×(1+1)×3333.33×3/1111.11
=423.45kg/(㎡.d)
(4)沉淀部分的有效水深h₂,设沉淀时间:
t=2.5h
h₂=qt=1.5×2.5=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)
=2×2(1+1)×3333.33×3000/(3000+6000)
=8888.88㎥
每个沉淀池污泥区的容积V₁=V/2=8888.88/2=4444.44㎥
(6)污泥区高度h₄
①污泥斗高度。
设池底的径向坡度为0.05,污泥斗直径D₂=1.5m
上部直径D₁=3.0m,倾角=60º,则
h₄¹=[(D₁-D₂)/2]×tan60º=[﹙3-1.5﹚/2]×tan60º=1.3m
V₁=﹙πh₄¹/12﹚×﹙D₁²+D₁D₂+D₂²﹚
=﹙π×1.3/12﹚×﹙3²+3×1.5+1.5²﹚
=5.36㎥
②圆锥体高度
h₄²=[﹙D-D₁﹚/2]×0.05=[﹙38-3﹚/2]×0.05=0.875m
V₂=[﹙πh₄²﹚/12]×﹙D²+DD₁+D₁²﹚
=[﹙3.14×0.875﹚/12]×﹙38²+38×3+3²﹚
=358.78㎥
③竖直段污泥部分的高度。
h₄³=﹙V₁¹-V₁-V₂﹚/F
=﹙4444.44-5.36-358.78﹚/1133.54
=3.6m
污泥区高度h₄=h₄¹+h₄²+h₄³=1.3+0.875+3.6=5.775m
(7)沉淀池总高度H,设超高h₁=0.3m,缓冲层高度h₃=0.50m。
H=h₁+h₂+h₃+h₄
=0.3+3.75+0.5+5.775
=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,1996
2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
3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
4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
5高廷耀,顾国维.水污染控制工程[M].北京:
高等教育出版社,1999
6张中和.排水工程设计手册[M].北京:
中国建筑工业出版社,1986
7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
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