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