SBR反应池的设计计算.docx

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SBR反应池的设计计算

第3章设计计算

3.1原始设计参数

原水水量Q=5000m3/d=208.33m3/h=57.87L/s，取流量总变化系数KT=1.72，设计流量Qmax=KTQ=0.05787×1.72=0.1m3/s。

3.2格栅

3.2.1设计说明

格栅一般斜置在进水泵站之前，主要对水泵起保护作用，截去生活水中较大的悬浮物，它本身的水流阻力并不大，水头损失只有几厘米，阻力主要产生于筛余物堵塞栅条，一般当格栅的水头损失达到10～15厘米时就该清洗。

格栅按形状可分为平面格栅和曲面格栅两种，按格栅栅条间隙可分为粗格栅（50～100mm），中格栅（10～40mm），细格栅（3～10mm）三种。

根据清洗方法，格栅和筛网都可设计成人工清渣和机械清渣两类，当污染物量大时，一般应采用机械清渣，以减少人工劳动量。

由于设计流量小，悬浮物相对较少，采用一组中格栅，既可达到保护泵房的作用，又经济可行，设置一套带有人工清渣格栅的旁通事故槽，便于排除故障。

栅条的断面形状有圆形、锐边矩形、迎水面为半圆形的矩形、迎水面背水面均为半圆的矩形几种。

而其中迎水面为半圆形的矩形的栅条具有强度高，阻力损失小的优点。

3.2.2设计参数

（1）变化系数：

KT=1.72；

（2）平均日流量：

Qd=5000m3/d；

（3）最大日流量：

Qmax=0.1m3/s；

（4）设过栅流速：

v=0.9m/s；

（5）栅前水深：

h=0.4m；

（6）格栅安装倾角：

α=60°。

3.2.3设计计算

（1）格栅间隙数：

（3—1）

Qmax——最大废水设计流量m3/s

Ө——格栅安装倾角，取60°

h——栅前水深m

b——栅条间隙宽度，取21mm

v——过栅流速m/s

（2）栅渠尺寸：

B2=s（n-1）+nb=0.01×（13-1）+13×0.021=0.403m（3—2）

s——栅条宽度取0.01m

B2——格栅宽度m

（3—3）

B1——进水渠宽m

v’——进水渠道内的流速设为0.78m/s

栅前扩大段：

（3—4）

——渐宽部分的展开角，一般采用

栅后收缩段：

L2=0.5×L1=0.06m（3—5）

通过格栅的水头损失h1：

（3—6）

栅后槽总高度H：

设栅前渠道超高h2=0.3m

H=h+h1+h2=0.4+0.097+0.3=0.8m（3—7）

栅槽总长度L：

L=L1+L2+1.0+0.5+

=0.12+0.06+1.0+0.5+=2.09m（3—8）（3）每日栅渣量W：

（3—9）

W1——栅渣量（污水），取0.07

宜采用机械清渣，选用NC—300型机械格栅：

设备宽度300mm，有效栅宽200mm，有效栅隙21mm，运动速度3m/min，电机功率0.18kw，水流速度≤1m/s，安装角度60°，支座长度960mm，格栅地下深度500mm，格栅地面高度360mm，格栅进深250mm。

生产厂商：

上海南方环保设备有限公司、上海惠罗环境工程有限公司。

3.3平流式沉砂池

3.3.1设计说明

平流式沉砂池是常用的形式，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、闸板、水流部分及沉砂斗组成。

它具有截留无颗粒效果好、工作稳定、构造简单和排沉砂方便等优点。

3.3.2设计参数

（1）最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s；

（2）最大流量时停留时间不小于30s，一般采用30～60s；

（3）效水深应不大于1.2m，一般采用0.25～1m，每格宽度不宜小于0.6m；

（4）水头部应采取消能和整流措施；

（5）底坡度一般为0.01～0.02，当设置除砂设备时，可根据设备要求考虑池底形状。

3.3.3设计计算

（1）池子长度L：

设最大设计流量时的流速v=0.25m/s，流行时间t=30s

L=vt=0.25×30=7.5m（3—10）

（2）水流断面积A：

（3—11）

（3）池子总宽度B：

设n=2格，每格宽b=0.6m

B=nb=1.2m（3—12）

（4）有效水深：

（3—13）

（5）砂池所需容积V：

清除沉砂的时间间隔T=2d

（3—14）

X——城市污水沉砂量[（污水）]取30

KT——生活污水流量总变化系数

（6）每个砂斗容积V0：

设每个分格有两个沉砂斗

（3—15）

（7）沉砂斗各部分尺寸：

设斗底宽a1=0.4m，斗壁与水平面的倾角70°，斗高h3’=0.3m

沉砂斗上口宽：

（3—16）

砂斗容积：

（3—17）

（8）沉砂室高度h3：

采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗

（3—18）

（9）池总高度：

设超高h1=0.3m

H=h1+h2+h3=0.3+0.33+0.48=1.11m（3—19）

3.4SBR反应池

3.4.1设计说明

设计方法有两种：

负荷设计法和动力设计法，本工艺采用负荷设计法。

根据工艺流程论证，SBR法具有比其他好氧处理法效果好，占地面积小，投资省的特点，因而选用SBR法。

SBR是序批式间歇活性污泥法的简称。

该工艺由按一定时间顺序间歇操作运行的反应器组成。

其运行操作在空间上是按序排列、间歇的。

污水连续按顺序进入每个池，SBR反应器的运行操作在时间上也是按次序排列的。

SBR工艺的一个完整的操作过程，也就是每个间歇反应器在处理废水时的操作过程，包括进水期、反应期、沉淀期、排水排泥期、闲置期五个阶段。

这种操作周期是周而复始进行的，以达到不断进行污水处理的目的。

对于单个的SBR反应器来说,在时间上的有效控制和变换，即达到多种功能的要求，非常灵活。

（1）进水期

进水期是反应池接纳污水的过程。

由于充水开始是上个周期的闲置期，所以此时反应器中剩有高浓度的活性污泥混合液，这也就相当于活性污泥法中污泥回流作用。

SBR工艺间歇进水，即在每个运行周期之初在一个较短时间内将污水投入反应器，待污水到达一定位置停止进水后进行下一步操作。

因此，充水期的SBR池相当于一个变容反应器。

混合液基质浓度随水量增加而加大。

充水过程中逐步完成吸附、氧化作用。

SBR充水过程，不仅水位提高，而且进行着重要的生化反应。

充水期间可进行曝气、搅拌或静止。

曝气方式包括非限制曝气（边曝气边充水）、限制曝气（充完水曝气）半限制曝气（充水后期曝气）。

（2）反应期

在反应阶段，活性污泥微生物周期性地处于高浓度、低浓度的基质环境中，反应器相应地形成厌氧—缺氧—好氧的交替过程。

虽然SBR反应器内的混合液呈完全混合状态，但在时间序列上是一个理想的推流式反应器装置。

SBR反应器的浓度阶梯是按时间序列变化的。

能提高处理效率，抗冲击负荷，防止污泥膨胀。

（3）沉淀期

相当于传统活性污泥法中的二次沉淀池，停止曝气搅拌后，污泥絮体靠重力沉降和上清液分离。

本身作为沉淀池，避免了泥水混合液流经管道，也避免了使刚刚形成絮体的活性污泥破碎。

此外，SBR活性污泥是在静止时沉降而不是在一定流速下沉降的，所以受干扰小，沉降时间短，效率高。

（4）排水期

活性污泥大部分为下周期回流使用，过剩污泥进行排放，一般这部分污泥仅占总污泥的30%左右，污水排出，进入下道工序。

（5）闲置期

作用是通过搅拌、曝气或静止使其中微生物恢复其活性，并起反硝化作用而进行脱水。

3.4.2SBR反应池容积计算

设计参数：

表3—1处理要求

项目

进水水质mg/L

出水水质mg/L

CODcr

BOD5

NH3-N

TP

SS

600

300

40

10~12

350

≤60

≤20

≤15

≤1

≤20

设SBR运行每一周期时间为6h，进水时间1.5h，反应时间2.0h，沉淀时间1.0h，排水时间1.5h：

周期数：

根据运行周期时间安排和自动控制特点，SBR反应池设置4个。

SBR处理污泥负荷设计为Ns=0.3，设f=0.85，SVI=90（SVI在100以下沉降性良好），则

（1）污泥沉降体积为：

（3—20）

（2）每池的有效容积为：

（3—21）

（3）选定每池尺寸L×B×H=15×7.5×4.5=506.25m3>436.25m3（3—22）

采用超高0.5m，故全池深为5.0m

（4）池内最低水位：

（3—23）

3.4.3排泥量及排泥系统

（1）SBR产泥量

SBR的剩余污泥主要来自微生物代谢的增值污泥，还有很少部分由进水悬浮物沉淀形成。

SBR生物代谢产泥量为

==（3—24）

式中：

a——微生物代谢增系数，kgVSS/kgBOD

b——微生物自身氧化率，l/d

根据生活污泥性质，参考类似经验数据，设a=0.70，b=0.05,则有：

（3—25）

假定排泥含水率为P=99.2%，则排泥量为：

（3—26）

考虑一定安全系数，则每天排泥量为95m3/d。

3.4.4需氧量及曝气系统设计计算

（1）需氧量计算

SBR反应池需氧量O2计算式为

O2==（3—27）

式中：

a’——微生物代谢有机物需氧率，kg/kg

b’——微生物自氧需氧率，l/d

Sr——去除的BOD5（kg/m3）

经查有关资料表，取a’=0.50，b’=0.190,需氧量为：

（3—28）

（2）供气量计算

设计采用塑料SX-1型空气扩散器，敷设SBR反应池池底，淹没深度H=4.5m。

SX-1型空气扩散器的氧转移效率为EA=8%。

查表知20℃，30℃时溶解氧饱和度分别为，空气扩散器出口处的绝对压力Pb为：

（3—29）

空气离开反应池时，氧的百分比为：

Ot===19.6%（3—30）

反应池中溶解氧平均饱和度为：

（按最不利温度条件计算）

=7.63（）=1.177.63=8.93（mg/）（3—31）

水温20℃时曝气池中溶解氧平均饱和度为：

=1.179.17=10.73（mg/L）（3—32）

20℃时脱氧清水充氧量为：

（3—33）

式中：

α——污水中杂质影响修正系数，取0.8（0.78~0.99）

β——污水含盐量影响修正系数，取0.9（0.9~0.97）

Cj——混合液溶解氧浓度，取c=4.0最小为2

ρ——气压修正系数==1

反应池中溶解氧在最大流量时不低于2.0mg/L,即取Cj=2.0，计算得：

=1.38=1.3866.13=91.26（kgO2/h）（3—34）

SBR反应池供气量Gs为:

（3—35）

每立方污水供气量为:

（m3空气/m3污水）（3—36）

VF——反应池进水容积（m3/h）

去除每千克BOD5的供气量为:

（）（3—37）

Sr——去除的BOD5（）

去除每千克BOD5的供氧量为:

（）（3—38）

3.4.5空气管计算

空气管的平面布置如图所示。

鼓风机房出来的空气供气干管，在相邻两SBR池的隔墙上设两根供气支管，为4个SBR池供气。

在每根支管上设6条配气竖管，为SBR池配气，4池共4根供气支管，24条配气管竖管。

每条配气管安装SX-I扩散器10个，每池共60个扩散器，全池共240个扩散器。

每个扩散器的服务面积为112.5m2/60个=1.88m2/个。

空气支管供气量为：

（3—39）

1.25——安全系数

由于SBR反应池交替运行，4根空气支管不同时供气，故空气干管供气量为19.8m3/min。

选用SX-I型盆形曝气器，氧转移效率6~9%，氧动力效率1.5~2.2,供气量20~25m3/h,服务面积1~2m2/个。

3.4.6滗水器

现在的SBR工艺一般都采用滗水器排水。

滗水器排水过程中能随水位的下降而下降，使排出的上清液始终是上层清液。

为防止水面浮渣进入滗水器被排走，滗水器排水口一般都