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污水治理设计

污水处理设计计算

本设计采用AB法处理上述废水，处理出水水质要求达到《污水综合排放标准》一级标准（GB8978—1996）。

1.查《污水综合排放标准》一级标准中排放水质指标规定值为

pH=6—9，COD=60mg/L，BOD5=20mg/L，SS=20mg/L，N–NH3=50mg/L，TN=60mg/L。

该城镇生活污水每天平均流量为

Q=1×104m3/d=115.74L/s

Q设=KZ·Q=1.3×104m3/d=150.46L/s

污水中SS的处理程度

根据一级标准可求出SS的处理程度为

ESS=（280–20）/280=92.86%

污水中BOD5的处理程度

根据一级标准，BOD的处理程度为

EBOD=（220–20）/220=90.91%

2污水处理工艺流程的选择

该污水处理工程主要以去除有机污染为主，去除目标为SS和BOD5及部分含氮污染物。

本设计采用AB法处理，在两段曝气池降解有机物的同时，B段曝气池也能发挥出去除含氮污染物的作用。

AB法污水及污泥的处理工艺流程如图1所示：

生活格提升曝气A段中B段终出

污水栅泵站沉砂池曝气池沉池曝气池沉池水井

A段B段

污泥泵房污泥泵房

沼气利用

污泥污泥污泥贮污泥

外运脱水机消化池泥池浓缩池

图1AB法污水及污泥处理工艺流程

3各处理单元设计计算

3.1.格栅

格栅设在处理构筑物之前，用于拦截水中较大悬浮物和漂浮物，保证后续设施的正常运行。

本设计中，污水通过格栅去除部分悬浮物和漂浮物后经提升泵房提升直接进入曝气沉砂池。

①栅槽宽度

设明渠数N1=1，明渠有效水深h1=0.5m，水流速度v1=0.6m/s，则明渠宽度B1为

B1=Q设/（N1·v1·h1）=0.15046/（1×0.6×0.5）=0.5m

取栅前水深h=0.5m，过栅流速v=0.8m/s，栅条间隙宽度b=0.015m，格栅倾角a=90°，格栅数N=1，则栅条间隙数n为

n=Q设（Sina）1/2/N·b·h·v

n=0.15046×1/（1×0.015×0.5×0.8）=26个

设栅条宽度S=0.01m，则栅槽宽度B为

B=S（n–1）+b·n=0.01×（26–1）+0.015×26=0.64m

②水流通过格栅的水头损失

水头损失为∑h=kβ（S/b）4/3Sinav2/2g

其中：

k—格栅受污堵塞后水头损失增大倍数，取k=3；

β—形状系数，本设计中，栅条采用迎水面为半圆的矩形断面，β=1.83；

S—栅条宽度，S=0.01m；

b—栅条间隙宽度，b=0.015m；

a—格栅倾角，a=90°；

v—过栅流速，v=0.8m/s；

则∑h=3×1.83×（0.01/0.015）4/3×1×0.82/（2×9.8）=0.1m

③栅槽总高度

栅槽总高度H=h+h2+∑h

h—栅前水深，h=0.5m；

h2—栅前渠道超高，取h2=0.3m；

则栅槽总高度H=0.5+0.3+0.1=0.9m

④栅槽总长度

栅槽总长度L=l1+l2+1.0+0.5+H1/tga　

其中：

l1—进水渠道渐宽部分长度，l1=（B–B1）/2tga1；

l2—栅槽与出水渠道渐缩部分长度，l2=l1/2；

H1—栅前槽高，H1=h+h2=0.5+0.3=0.8m；

a1—进水渠展开角，取a1=20°；

将各参数代入上式，则

L=（0.64–0.5）/2tg20°+（0.64–0.5）/4tg20°+1.5=1.8m

⑤每日栅渣量

每日栅渣量W=Q·W1/103

W1—栅渣量，本设计取为0.1m3栅渣/103m3污水；

则W=1×104×0.1×/103=1m3/d，采用机械除污设备。

3.2.曝气沉砂池

本设计中选用曝气沉砂池，它主要是使颗粒碰撞摩擦，将无机颗粒与有机物分开，排除的沉砂有机物含量较低，方便后续工艺处理。

①总有效容积

设污水在沉砂池中的水力停留时间t为2min；则沉砂池的总有效容积V为V=60·Q设·t=60×0.15046×2=18m3

②水流截面积

设污水在池中的水平速度v为0.08m/s，则水流截面积A为

A=Q设/v=0.15046/0.08=1.9m2，取为2.25m

③池总宽度

设有效水深h=1.5m，则沉砂池总宽度B为

B=A/h=2.25/1.5=1.5m

设沉砂池共1座，则每座沉砂池的池宽b为

b=B=1.5，宽深比b：

h=1：

1，符合要求。

④沉砂池池长

沉砂池的池长L为

L=V/A=18/2.25=8m

⑤沉砂池总高

设超高为0.3m，则总高H=1.5+0.3=1.8m

⑥曝气量

曝气沉砂池所需曝气量q=3600·D·Q设

D—1m3污水所需曝气量，取0.2m3/m3；

则q=3600×0.15046×0.2=108.4m3/h

曝气沉砂池底部的沉砂通过吸砂泵送至砂水分离器，脱水后的清洁砂粒外运，分离出来的水回流至提升泵房吸水井。

曝气沉砂池的出水通过管道直接送往A段曝气池，输水管道的管径为500mm，管内最大流速为0.76m/s。

3.3AB工艺参数

①设计参数的确定

A段污泥负荷：

NSA=4.5kgBOD5/（kg·MLSS·d）；

混合液污泥浓度：

XA=2000mg/L；污泥回流比RA=0.6。

B段污泥负荷：

NSB=0.125kgBOD5/（kg·MLSS·d）；

混合液污泥浓度：

XB=3450mg/L；污泥回流比RA=1.0。

②计算处理效率

BOD5总去除率EBOD=（220–20）/220=90.91%

A段BOD5去除率EA取60%，则A段出水BOD5浓度LtA为

LtA=220×（1–60%）=88mg/L

已知B段出水BOD5浓度LtB=20mg/L，B段BOD5去除率EB为

EB=（LtA–LtB）/LtA=（88–20）/88=77.27%

③曝气池容积计算

进水BOD5浓度La=220mg/L，A段BOD5去除量LrA为

LrA=La–LtA=220–88=132mg/L=0.132kg/m3

A段混合液挥发性污泥浓度XVA为

XVA=f·XA=0.75×2=1.5kg/m3

则A段曝气池容积VA=24·Q设·LrA/（NSA·XVA）为

VA=24×1.3×104×0.132/（24×4.5×1.5）=255m3

B段BOD5去除量LrB为

LrB=（LtA–LtB）=88–20=68mg/L=0.068kg/m3

B段混合液挥发性污泥浓度XVB为

XVB=f·XB=0.75×3.45=2.59kg/m3

则B段曝气池容积VB=24·Q设·LrB/（NSB·XVB）为

VB=24×1.3×104×0.068/（24×0.125×2.59）=2731m3

④水力停留时间计算

水力停留时间T=V/Q

则A段水力停留时间TA=VA/Q设=255×24/（1.3×104）=0.47h

B段水力停留时间TB=VB/Q设=2731×24/（1.3×104）=5.47h

⑤最大需氧量

A段最大需氧量OA=a/·Q设·LrA

其中：

a/—需氧量系数，0.4—0.6kgO2/kgBOD5

则OA=0.6×1.3×104×0.132/24=42.9kgO2/h

B段最大需氧量OB=a/·Q设·LrB+b/·Q设·Nr

其中：

a/—需氧量系数，1.23kgO2/kgBOD5

b/—NH3–N硝化需氧量系数，4.57kgO2/kgNH3–N

OB=1.23×1.3×104×0.068/24+4.57×1.3×104×（50–15）

×103/24=132kgO2/h

二段总需氧量O2=OA+OB=42.9+132=174.9kgO2/h

⑥剩余污泥量

A段剩余污泥量

设A段SS去除率为75%，SS去除量Sr=280×75%=210mg/L=0.21kg/m3，干污泥量为WA=Q·Sr+a·Q·LrA

其中：

a—污泥增殖系数，0.3—0.5kg/kgBOD5，取0.4kg/kgBOD5

Q—污水平均流量，1.0×104m3/d

WA=1.0×104×0.21+0.4×104×0.132=2628kg/d

湿污泥量（设污泥含水率PA为98.5%）为QSA=WA/[（1–PA）×1000]

QSA=2628/[（1–98.5%）×1000]=175.2m3/d

B段剩余污泥量

干污泥量为WB=a·Q·LrB

其中：

a—污泥增殖系数，0.5—0.65kg/kgBOD5，取0.6kg/kgBOD5

Q—污水平均流量，1.0×104m3/d

WB=0.6×104×0.068=408kg/d

湿污泥量（设污泥含水率PB为99.5%）QSB=WB/[（1–PB）×1000]

QSB=408/[（1–99.5%）×1000]=81.6m3/d

总泥量QS=QSA+QSB=175.2+81.6=256.8m3/d

⑦污泥龄计算θC

A段污泥龄θCA=1/（aA×NSA）

其中：

aA—A段污泥增殖系数，取0.4kg/kgBOD5

NSA—A段污泥负荷[kgBOD5/（kg·MLSS·d）]，取4.5

kgBOD5/（kg·MLSS·d）

则θCA=1/（0.4×4.5）=0.56d

B段污泥龄θCB=1/（aB×NSB）

其中：

aB—B段污泥增殖系数，取0.6kg/kgBOD5

NSB—B段污泥负荷[kgBOD5/（kg·MLSS·d）]，取0.125kgBOD5/（kg·MLSS·d）

则θCB=1/（0.6×0.125）=13.33d

⑧回流污泥浓度浓度Xr=X·（1+R）/R

其中：

X—混合液污泥浓度

R—污泥回流比

A段回流污泥浓度XrA=2000×（1+0.6）/0.6=5333mg/L

B段回流污泥浓度XrB=3450×（1+1.0）/1.0=6900mg/L

3.4A段曝气池

①曝气池的计算和各部位尺寸的确定

1）确定曝气池容积

A段曝气池共设2个，每个曝气池容积为255/2=128m3。

2）确定曝气池各部位尺寸

设池深h为2m，则每组曝气池的面积F为F=128/2=64m2，池宽B取3m，宽深比B/h=3/2=1.5介于1—2之间，符合规定。

池长L=F/B=64/3=21.3m，长宽比L/B=21.3/2=10.65﹥10，符合规定。

每个曝气池设计为单廊道曝气池，廊道长取22m。

曝气池超高取0.5m，则曝气池池高为H=2+0.5=2.5m

②Ａ段曝气池曝气系统设计与计算

1）最大需氧量为OA=42.9kg/h

2）平均时需氧量为O2=a/·Q·LrA=0.6×104×0.132=33.0kg/h

3）每日去除的BOD5值为BODrA=1×104×0.132/24=55kg/h

③A段供气量计算

采用网状模型微孔空气扩散器，铺设距池底0.2m处，淹没水深1.8m，计算温度30℃。

查表得20℃和30℃时水中饱和溶解氧值分别为

CS（20℃）=9.17mg/L，CS（30℃）=7.63mg/L

1）空气扩散出口处的绝对压力Pb=1.013×105+9800H为

Pb=1.013×105+9800×1.8=1.19×105Pa

空气离开曝气池池面时，氧的百分比为

Ot=21×（1–EA）×100/[79+21×（1–EA）]

其中：

EA—空气扩散器的氧转移率，此处取值12%，则

Ot=21×（1–0.12）×100/[79+21×（1–0.12）]=18.96%

2）曝气池混合液中平均氧饱和浓度（按最不利的温度条件考虑）为

CSb（T）=CS（T）·[Pb/（2.206×105）+Ot/42]

最不利的温度条件按30℃计算，则

CSb（30℃）=7.63×[（1.19×105）/（2.206×105）+18.96/42]

=7.56mg/L

换算为在20℃条件下，脱氧清水的充氧量

R0=R·CS（20℃）/{α[β·ρ·CSb（T）–c]·1.024T–20}

其中：

R0—单位时间由于曝气向清水传递的氧量

R—单位时间向混合液传递的氧量，相当于平均需氧量

α—因混合液含污泥颗粒而降低传递系数的修正值（<1），取α=0.82

β—废水饱和溶解氧的修正值（<1），取β=0.95

ρ—气压修正系数，ρ=当地实际大气压/1.01325×105，取ρ=1.0

c—废水实际溶解氧的浓度，取c=2.0mg/L

T—混合液设计温度，T=30℃

R0=33.0×9.17/{0.82×[0.95×1.0×7.56–2.0]×1.02430–20}=56.2mg/h

相应的最大时需氧量为

R0max=42.9×9.17/{0.82×[0.95×1.0×7.56–2.0]×1.02430–20}=73.0mg/h

3）曝气池的平均时供氧量GS=R0×100/（0.3·EA）则

GS=56.2×100/（0.3×12）=1561m3/h

曝气池最大供气量GSmax=R0max×100/（0.3·EA）则

GSmax=73.0×100/（0.3×12）=2028m3/h

去除1kgBOD5的供气量（m3空气/kgBOD）为

△空气=1561/55=28.4m3空气/kgBOD

1m3污水的供气量（m3空气/m3污水）为

△空气=1561×24/104=3.75m3空气/m3污水

4）A段曝气池曝气系统的空气总用量

除采用鼓风曝气外，系统还采用空气在回流污泥井中提升污泥，空气量按回流污泥量的8倍考虑，污泥回流比R值为60%，则提升回流污泥所需空气量为8×0.6×104/24=2000m3/h

5）空气管路计算

在两个曝气池相邻的隔墙上铺设1根空气干管。

在干管上设5对曝气管，共10条配气竖管。

则两个曝气池中共有10条配气竖管，每根竖管的供气量为2028/10=202.8m3/h

曝气池平面面积为2×3×22=132m2

每个空气扩散器的服务面积按0.49m2计算，则所需空气扩散器的总数为132/0.49=270个

每个竖管上安装的空气扩散器的数目为270/10=27个

每个空气扩散器的配气量为2028/（10×27）=7.51m3/h

6）空压机的选定

一般希望管道及扩散设备的总压力损失不大于15kPa，其中管道损失控制在5kPa内，其余为扩散设备的压力损失。

风压损失P（Pa）可按下式估算：

P=H/×9.8+15

其中：

H/—空气扩散器淹没水深，m

空气扩散装置安装在距离曝气池底0.2m处，因此，空压机所需压力为P=（2–0.2）×9.8+15=32.64kPa

供压机供气量最大量估计值（m3/min）为

2028+2000=4028m3/h=67.13m3/min

平均时供气量估计量为1561+2000=3561m3/h=59.35m3/min

根据所需压力和空气量，采用LG60型空压机3台，该型空压机风压50kPa，风量60m3/min。

正常条件下，1台工作，2台备用；高负荷时，2台工作，1台备用。

曝气池的出水通过管道送往中沉池集配水井，输水管道内的流量按最大时流量加上回流的污泥量进行设计，回流比为60%，则输水管的管径为600mm，管内最大流速为0.85m/s。

集配水井为内外套筒结构，由A段曝气池过来的输水管道直接进入内层套筒，进行流量分配，通过两根450mm的管道送往2个中沉池，管道内最大水流速度为0.75m/s。

3.5B段曝气池

①曝气池的计算和各部位尺寸的确定

1）确定曝气池容积

B段曝气池共设2组，每组容积为2731/2=1366m3。

2）确定曝气池各部位尺寸

设池深h为3.5m，则每组曝气池的面积F为

F=1366/3.5=390.28m2

池宽B取4m，宽深比B/h=4/3.5=1.14介于1—2之间，符合规定。

池长L=F/B=390.28/4=97.57m，长宽比L/B=97.57/4=24.4﹥10，符合规定。

每组曝气池设计为3廊道曝气池，每个廊道长L1为L1=97.57/3=32.5m，取为33m。

曝气池超高取0.5m，则曝气池总池高为H=3.5+0.5=4.0m

②B段曝气池曝气系统设计与计算

1）最大需氧量为OB=132kg/h

2）平均时需氧量为O2=a/·Q·LrB+b/·Q·Nr为

O2=1.23×104×0.068/24+4.57×104×（50–15）×103/24=102

kgO2/h

3）每日去除的BOD5值为BODrB=1×104×0.068/24=28.33kg/h

③B段供气量计算

采用网状模型微孔空气扩散器，铺设距池底0.2m处，淹没水深3.3m，计算温度30℃。

查表得20℃和30℃时水中饱和溶解氧值分别为

CS（20℃）=9.17mg/L，CS（30℃）=7.63mg/L

1）空气扩散出口处的绝对压力Pb=1.013×105+9800H为

Pb=1.013×105+9800×3.3=1.34×105Pa

空气离开曝气池池面时，氧的百分比为

Ot=21×（1–EA）×100/[79+21×（1–EA）]

其中：

EA—空气扩散器的氧转移率，此处取值12%，则

Ot=21×（1–0.12）×100/[79+21×（1–0.12）]=18.96%

2）曝气池混合液中平均氧饱和浓度（按最不利的温度条件考虑）为

CSb（T）=CS（T）·[Pb/（2.206×105）+Ot/42]

最不利的温度条件按30℃计算，则

CSb（30℃）=7.63×[（1.34×105）/（2.206×105）+18.96/42]=8.08mg/L

换算为在20℃条件下，脱氧清水的充氧量

R0=R·CS（20℃）/{α[β·ρ·CSb（T）–c]·1.024T–20}

其中：

R0—单位时间由于曝气向清水传递的氧量

R—单位时间向混合液传递的氧量，相当于平均需氧量

α—因混合液含污泥颗粒而降低传递系数的修正值（<1），取α=0.82

β—废水饱和溶解氧的修正值（<1），取β=0.95

ρ—气压修正系数，ρ=当地实际大气压/1.01325×105，取ρ=1.0

c—废水实际溶解氧的浓度，取c=2.0mg/L

T—混合液设计温度，T=30℃

R0=102×9.17/{0.82×[0.95×1.0×8.08–2.0]×1.02430–20}=158.53mg/h

相应的最大时需氧量为

R0max=132×9.17/{0.82×[0.95×1.0×8.08–2.0×1.02430–20}=206.09mg/h

3）曝气池的平均时供氧量GS=R0×100/（0.3·EA）则

GS=158.53×100/（0.3×12）=4404m3/h

曝气池最大供气量GSmax=R0max×100/（0.3·EA）则

GSmax=206.09×100/（0.3×12）=5725m3/h

去除1kgBOD5的供气量（m3空气/kgBOD）为

△空气=4404/28.33=28.4m3空气/kgBOD

1m3污水的供气量（m3空气/m3污水）为

△空气=4404×24/104=10.57m3空气/m3污水

4）B段曝气池曝气系统的空气总用量

除采用鼓风曝气外，系统还采用空气在回流污泥井中提升污泥，空气量按回流污泥量的8倍考虑，污泥回流比R值为100%，则提升回流污泥所需空气量为8×1.0×104/24=3333m3/h

5）空气管路计算

在每组三廊道曝气池中每两个相邻廊道的隔墙处铺设一根干管，共3根干管。

每根干管上设7对曝气管，共14条配气竖管。

曝气池中共有42条配气竖管，则每根竖管的供气量为5725/42=136.3m3/h

曝气池平面面积为4×6×33=792m2

每个空气扩散器的服务面积按0.49m2计算，则所需空气扩散器的总数为792/0.49=1617个

每个竖管上安装的空气扩散器的数目为1617/42=39个，取40个每个空气扩散器的配气量为5725/（42×40）=3.41m3/h

6）空压机的选定

风压损失P（Pa）可按下式估算：

P=H/×9.8+15

其中：

H/—空气扩散器淹没水深，m

空气扩散装置安装在距离曝气池底0.2m处，因此，空压机所需压力为P=（3.5–0.2）×9.8+15=47.34kPa

供压机供气量最大量估计值（m3/min）为

5725+3333=9058m3/h=150.97m3/min

平均时供气量估计量为4404+3333=7737m3/h=128.95m3/min

根据所需压力和空气量，采用LG60型空压机4台，该型空压机风压50kPa，风量60m3/min。

运行时3台工作，1台备用。

曝气池出水送往终沉池集配水井。

曝气池的出水通过管道送往终沉池集配水井，输水管道内的流量按最大时流量加上回流的污泥量进行设计，回流比为100%，则输水管的管径为700mm，管内最大流速为0.78m/s。

集配水井为内外套筒结构，由B段曝气池过来的输水管道直接进入内层套筒，进行流量分配，通过两根500mm的管道送往2个终沉池，管道内最大水流速度为0.76m/s。

3.3.6A段中沉池

中沉池采用普通幅流式沉淀池座数N=2，表面负荷q取1.0m3/m2h。

①单池表面积A=Q设/（N·q）为

A=1.3×104/（2×1.0×24）=270.83m2

②池子直径D为

D=（4A/π）1/2=（4×270.83/3.14）1/2=18.6m，取18m

③沉淀部分有效水深h2=qt，取沉淀时间t为2.0h，则

h2=1.0×2.0=2.0m

④沉淀部分有效容积

V/=（π·D2/4）·h2=（3.14×182/4）×2.0=508.68m3

⑤污泥部分所需的容积V=T（1+R）Q设X/[N（X+Xr）]

其中：

T—沉淀时间，1.0—2.0h

按1.0h计算中沉池污泥部分所需容积为

V=1.0×（1+0.6）×1.3×104×2000/[24×2×（2000+5333）]=118.2m3

⑥污泥斗容积V1=πh5（r12+r1r2+r22）/3

取污泥斗上部半径r1=2m，下部半径r2=1m，污泥斗高度h5=1.0m，则V1=3.14×1.0×（22+2×1+12）/3=7.32m3

⑦污泥斗以上圆锥体部分污泥容积V2=πh4（r12+r1R+R2）/3

设池底坡度i为0.15，则h4=（R–r1）i=（9–2）×0.15=1.05m

V2=3.14×1.05×（22+2