曝气系统设计计算.docx
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曝气系统设计计算
曝气系统设计计算
方法一
(1)设计需氧量 AOR
AOR=去除 BOD5 需氧量-剩余污泥中 BODu 氧当量+NH4+-N 消化需氧量-反消化
产氧量
碳化需氧量:
D1 =
Q S 0 - Se
x 2
x
P =YQ (S0 - Se )-Kd ⨯ V ⨯ XMLVSS
=0.6×44000×(0.248-0.003)-4434.1×4×1.75/15=4399kg/d
消化需氧量:
x
D2 = 4.57Q (N0 - Ne )- 4.57 ⨯12.4 0 0 ⨯ P
1
1000
= 8365kgO2 / d
D1——碳化需氧量 (kgO2 / d )
D2——消化需氧量 (kgO2 / d )
x
P ——剩余污泥产量 kg/d
Y——污泥增值系数,取 0.6。
kd——污泥自身氧化率,0.05。
S 0 ——总进水 BOD5(kg/m3)
Se ——二沉出水 BOD5(kg/m3)
XMLVSS ——挥发性悬浮固体(kg/m3)
N0 ——总进水氨氮
NT = = 545.6mg / L
Ne ——二沉出水氨氮
Q——总进水水量 m3/d
每氧化1mgNH4+-N需消耗碱度 7.14mg;每还原 1mgNO3—-N产生碱度
3.57mg;去除 1mgBOD5 产生碱度 0.1mg。
剩余碱度 SALK1=进水碱度-消化消耗碱度+反消化产生碱度+去除 BOD5 产生碱
度
假设生物污泥中含氮量以 12.4%计,则:
每日用于合成的总氮=0.124*4399=545
即,进水总氮中有545*1000/44000=12.4mg/L 被用于合成被氧化的 NH4+-N。
=-
用于合成被氧化的 NH4+-N:
(进水氨氮量—出水氨氮量)用于合成的总氮量
=56-2-12.4
=41.6mg/L
所需脱硝量 =(进水总氮-出水总氮)-28=68-12-12.4 =43.6mg/L
需还原的硝酸盐氮量:
44000 ⨯12.4
1000
因此,反消化脱氮产生的氧量 :
D3 = 2.86NT = 2.86 ⨯ 545.6 = 1560kgO2 / d
总需氧量:
AOR = D1 + D2 - D3
=9607+8365-1560=16412 kgO2 / d
最大需氧量与平均需氧量之比为 1.4,则
AORmax = 1.4R = 1.4 ⨯16412 = 22977kgO2 / d = 957kgO 2 / h
去除每 1kgBOD5 的需氧量
=
=
AOR
Q (S0 - Se )
16412
44000 (0.248 - 0.003)
= 1.5kgO2 / kgBOD5
(2)标准需氧量
采用鼓风曝气,微孔曝气器。
曝气器铺设于池底,距池底 0.2m,淹没深度
7.8m,氧转移效率 EA=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 ⨯ Cs(20)
α (βρCsm(T ) - CL )⨯1.024(T -20)
式中:
ρ —气压调整系数,
所在地区实际大气压为 1.00×105 Pa
ρ =
所在地区实际气压
1.013⨯105
= 0.987
CX —曝气池内平均溶解氧,取 CX =2mg/L;
查得水中溶解饱和度:
Cs(20)=9.1mg/L
微孔曝气器的空气扩散气出口处绝对压为:
pb = 1.013⨯105 + 9.8⨯103 ⨯ H = 1.013⨯105 + 9.8⨯103 ⨯ 5.5 = 1.552 ⨯105 Pa
空气离开好氧反应池时氧的百分比:
好氧
Ot =
21 1 - E A )
79 + 21 1 - E A )
⨯100 00 =
21 1 - 20 00)
79 + 21 1 - 20 00)
⨯100 00 = 17.54 00
反应池中平均溶解氧饱和度:
⎛P
⎝ 2.066 ⨯10
5
O ⎫
42 ⎭
⎛ 1.552 ⨯105
5
= 10.6mg / L
+
17.54 ⎫
⎪
标准需氧量为 SOR =
16412 ⨯ 9.1
0.82 ⨯[0.95⨯ 0.987 ⨯10.6 - 2]⨯1.024(20-20)
SOR=22941 kgO2 / d =956 kgO2 / h
相应最大时标准需氧量:
SORmax = 1.4SOR =1338 kgO2 / h
好氧反应池平均时供气量:
SOR975
0.3EA0.3⨯ 20
最大时供气量:
Gsmax = 1.4Gs = 1.4 ⨯15933 = 22306m3 / h
方法二:
(1) 曝气池的需氧量
曝气池中好氧微生物为完成有机物的降解转化作用,必须有足够量的溶解
氧的参与。
好氧生物处理含碳有机物可用两种方法计算。
第一种方法,将好氧微生物所需的氧量分为两部分:
即微生物对有机物质
进行分解代谢和微生物本身的内源呼吸过程所需要的氧,见式(2-2-41)和
(2-2-43)。
这两部分氧量之和即为生物处理需氧,见式(2-2-48)。
O2 = a/ ⋅ Q ⋅ ( S0 - Se ) + b/ ⋅ XV ⋅V
=0.475×44000×(0.248-0.003)+0.149×1.75×10601
=7884
式中:
O2——曝气池混合液需要的氧量,kg O2/d;
Q——处理的污水量,m3/d;
S0——曝气池进水 BOD5 浓度,kg BOD5/m3;
(2-2-48)
Se——处理出水 BOD5 浓度,kg BOD5/m3;
V——曝气池体积,m3;
XV——曝气池挥发性悬浮固体,kg MLVSS /m3;
a/——微生物分解代谢单位重量 BOD5 的需氧量,kg O2/ kg BOD5,对生
活污水 a/值的范围为 0.42~0.53;
b/——单位重量微生物内源呼吸自身氧化的需氧量,kgO2/kg
MLVSS·d,b/值的范围为 0.11~0.188 d -1。
第二种方法可以从污水的 BOD5 和每日排放的剩余污泥量来进行估算。
假设
所去除的 BOD5 最后都转变成最终产物,总需氧量可由 BODu 来计算(BODu 是总
碳氧化需氧量),由于部分 BOD5 转变为剩余污泥中的新细胞,所以剩余污泥中
BODu 必须从总需氧量中扣除,剩余污泥的需氧量等于 1.42×剩余污泥量。
因此,
采用式(2-2-49))计算去除含碳有机物的需氧量。
O2 = - 1.42 ⋅V
Q ⋅ ( S0 - Se )X ⋅V
fθc
(2-2-49)
=14096 kgO2 / d
式中:
O2——曝气池混合液需要的氧量,kg O2/d;
Q——处理的污水量,m3/d;
S0——曝气池进水 BOD5 浓度,kg BOD5/m3;
Se——处理出水 BOD5 浓度,kg BOD5/m3;
V——曝气池体积=(2650.25*4=10601 m3)
XV——曝气池挥发性悬浮固体,kg MLVSS /m3;
f——BOD5 和 BODu 的转化系数,约为 0.68;
1.42——细菌细胞的氧当量;
θc——设计污泥龄,14。
考虑到减轻好氧污染物质对水体污染,国家对排入水体的 NH4+-N 的浓度做
出了限制,在《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》中对出水的
NH4+-N 的浓度有明确要求,如对城市污水,一级标准 A:
NH4+-N 的浓度
≤5mg/L(以氮计,水温>12℃),和≤8mg/L(以氮计,水温≤12℃);一级标
准 B:
NH4+-N 的浓度≤8mg/L(以氮计,水温>12℃),和≤15mg/L(以氮计,
水温≤12℃)。
在好氧生物处理中,降低 NH4+-N 的浓度的方法是硝化,即把 NH4+-N 氧化为
NO3--N。
硝化过程的需氧,以化学计量为依据,转换每 kg 的 NH4+-N,理论上
需要 4.57kg 的氧。
此外,在生物处理系统设计时中,常需要进行反硝化脱氮,即,将 NO3--N
将转化 N2。
此过程中由于 NO3--N 作为电子受体,自然降低了氧在系统中的需要
量,化学计量系数为 2.86kgO2/kgNO3--N。
因此,硝化和反硝化,即为 NH4+-N
转化为 N2 过程中净的需氧量可表示为式。
O2
N -DN
3
= 4.57Q ⋅ (N0 - Ne ) - 2.86Q ⋅ (N0 - Ne - NO- )
(2-2-
50)
=5070 kgO2 / d
式中:
O2 N-DN——生物反应池进行硝化反硝化需要的净氧量,kg O2/d;
Q——处理的污水量,m3/d;
N0——进水可氧化的氮浓度,kg/m3;56
Ne——出水可氧化的氮浓度,kg/m3;
NO3-——出水中的 NO3--N 浓度,kg/m3;
4.57——化学计量系数,单位为 kg O2/kg NH4+-N;
2.86——化学计量系数,单位为 kgO2/ kg NO3--N。
在污水中由于还有一些还原性物质的存在,当它们的浓度较高时,要详细计算
氧的消耗量。
例如,当水中出现硫化氢时,其氧化关系
H2S + 2O2 → H2SO4
综上所述,当生物处理以含碳有机物去除为目的时,需氧量采用式(2-2-48)
或式(2-2-49)计算;当生物处理既要求去除含碳有机物,又要求去除氮时,
需氧量采用式(2-2-48)或式(2-2-49)与式(2-2-50)相加,此时总的需氧
量 O2 total 采用式(2-2-52)进行计算。
O2
total
= O2 + O2
N -DN
(2-2-52)
=(14096+5070=19167 方法二) kgO2 / d (7884+5070=12954 方法一)
(2)标准需氧量
采用鼓风曝气,微孔曝气器。
曝气器铺设于池底,淹没深度 5.5m,氧转移
效率 EA=20%,计算温度 T=20℃,将实际需氧量 AOR 换算成标准状态下的需氧
量 SOR。
SOR =
AOR ⨯ Cs(20)
α (βρCsm(T ) - CL )⨯1.024(T -20)
式中:
ρ ——气压调整系数,
Cs(20)——水中饱和溶解度
CX ——曝气池内平均溶解氧,取 CX =2mg/L;
H——曝气器淹没深度,m。
所在地区实际大气压为 1.0×105 Pa
因此
ρ =
所在地区实际气压
1.013⨯105
= 0.987
查得水中溶解饱和度:
Cs(20)=9.1mg/L
微孔曝气器的空气扩散气出口处绝对压为:
pb = 1.013⨯105 + 9.8⨯103 ⨯ H = 1.013⨯105 + 9.8⨯103 ⨯ 5.5 = 1.552 ⨯105 Pa
空气离开好氧反应池时氧的百分比:
Ot =
21 1 - E A )
79 + 21 1 - E A )
⨯100 00 =
21 1 - 20 00)
79 + 21 1 - 20 00)
⨯100 00 = 17.54 00
好氧
反应池中平均溶解氧饱和度:
⎛P
⎝ 2.066 ⨯10
5
O ⎫
42 ⎭
⎛ 1.552 ⨯105
5
= 10.6mg / L
+
17.54 ⎫
⎪
SOR =
AOR ⨯ Cs(20)
α (βρCsm(T ) - CL )⨯1.024(T -20)
=
19167 ⨯ 9.1
0.82 ⨯[0.95⨯ 0.987 ⨯10.6 - 2]⨯1.024(20-20)
SOR=26792 kgO2 / d =1116 kgO2 / h
相应最大时标准需氧量:
SORmax = 1.4SOR =1563 kgO2 / h
好氧反应池平均时供气量:
SOR1116
0.3EA0.3⨯ 20
最大时供气量:
Gsmax = 1.4Gs = 1.4 ⨯12083 = 26040m3 / h
(三)室外排水规范
生物反应池中好氧区的污水需氧量,根据去除的五日生化需氧量、氨氮的
硝化和除氮等要求,宜按下列公式计算:
O2 = 0.001aQ(So-Se)-c
V+b[0.001Q(Nk-Nke)-0.12
V]
-0.62b[0.001Q(Nt-Nke-Noe)-0.12
V]
式中:
O2—污水需氧量(kgO2/d);
Q—生物反应池的进水流量(m3/d);44000
So—生物反应池进水五日生化需氧量浓度(mg/L);248
Se—生物反应池出水五日生化需氧量浓度(mg/L);3
V—排出生物反应池系统的微生物量;(kg/d);
Nk—生物反应池进水总凯氏氮浓度(mg/L);68
Nke—生物反应池出水总凯氏氮浓度(mg/L);12
Nt—生物反应池进水总氮浓度(mg/L);68
Noe—生物反应池出水硝态氮浓度(mg/L);8
V—排出生物反应池系统的微生物中含氮量(kg/d);
a—碳的氧当量,当含碳物质以 BOD5 计时,取 1.47;
b—常数,氧化每公斤氨氮所需氧量(kgO2/kgN),取 4.57;
c—常数,细菌细胞的氧当量,取 1.42。
Yt—污泥产率系数(kgMLSS∕kgBOD5),宜根据试验资料确定。
无试验
资料时,系统有初次沉淀池时取 0.3,无初次沉淀池时取 0.6~1.0;
y—MLSS 中 MLVSS 所占比例;
O2 = 0.001aQ(So-Se)-c
V +b[0.001Q(Nk-Nke)-0.12
V]
-0.62b[0.001Q(Nt-Nke-Noe)-0.12△XV]=21123-2.31
V
=0.001*1.47*44000*(248-3)-1.42*△XV+4.57*0.001*44000*(68-12)-
4.57*0.12
V -0.62*4.57*0.001*44000*(68-12-8)+0.62*4.57*0.12
V
=15847-1.42*
V+11260-0.548
V -5984+0.340
V
=21159-1.628
V
V=y*Q*(So-Se)*0.001*yt
=0.7*44000*0.245*0.3=2264kg/d
因此 O2 =17473 (kgO2 / d )
(2)标准需氧量
采用鼓风曝气,微孔曝气器。
曝气器铺设于池底,淹没深度 5.5m,氧转移
效率 EA=20%,计算温度 T=20℃,将实际需氧量 AOR 换算成标准状态下的需氧
量 SOR。
SOR =
AOR ⨯ Cs(20)
α (βρCsm(T ) - CL )⨯1.024(T -20)
式中:
ρ ——气压调整系数,
Cs(20)——水中饱和溶解度
CX ——曝气池内平均溶解氧,取 CX =2mg/L;
H——曝气器淹没深度,m。
所在地区实际大气压为 1.0×105 Pa
因此
ρ =
所在地区实际气压
1.013⨯105
= 0.987
查得水中溶解饱和度:
Cs(20)=9.1mg/L
微孔曝气器的空气扩散气出口处绝对压为:
pb = 1.013⨯105 + 9.8⨯103 ⨯ H = 1.013⨯105 + 9.8⨯103 ⨯ 5.5 = 1.552 ⨯105 Pa
空气离开好氧反应池时氧的百分比:
好氧
Ot =
21 1 - E A )
79 + 21 1 - E A )
⨯100 00 =
21 1 - 20 00)
79 + 21 1 - 20 00)
⨯100 00 = 17.54 00
反应池中平均溶解氧饱和度:
⎛P
⎝ 2.066 ⨯10
5
O ⎫
42 ⎭
⎛ 1.552 ⨯105
5
= 10.6mg / L
+
17.54 ⎫
⎪
SOR =
AOR ⨯ Cs(20)
α (βρCsm(T ) - CL )⨯1.024(T -20)
=
17473⨯ 9.1
0.82 ⨯[0.95⨯ 0.987 ⨯10.6 - 2]⨯1.024(20-20)
SOR=24425 kgO2 / d =1018 kgO2 / h
相应最大时标准需氧量:
SORmax = 1.4SOR =1425 kgO2 / h
好氧反应池平均时供气量:
SOR1018
0.3EA0.3⨯ 20
最大时供气量:
Gsmax = 1.4Gs = 1.4 ⨯16967 = 23753m3 / h
好氧反应池平均时供气量:
方法一结果:
Gs =15933m3/h
方法二结果:
Gs =18600m3/h
方法三结果:
Gs =16967m3/h