SBR反应池的设计计算解析.docx
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SBR反应池的设计计算解析
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）
找到相应的原始公式
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（
）=1.17
7.63=8.93（mg/）（3—31）
水温20℃时曝气池中溶解氧平均饱和度为：
=1.17
9.17=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
=1.38
66.13=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淹没在水下一定深度。
目前SBR使用的滗水器主要有旋转式滗水器，套筒式滗水器和虹吸式滗水器三种。
本工艺采用旋转式滗水器。
旋转式滗水器属于有动力式滗水器，应用广泛，适合大型污水处理厂使用。
本工艺采用XPS-07型旋转式滗水器，处理量700m3/h，最大滗水深度3m。
3.4.7鼓风机房
鼓风机房要给SBR池供气，选用TSD-150型罗茨鼓风机三台，2备1用。
设备参数：
流量：
20.40m3/min；
升压：
44.1kPa；
配套电机型号：
Y200L-4；
功率：
30kW；
转速：
1220r/min；
机组最大重量：
730kg。
3.5絮凝反应池
3.5.1设计说明
深度处理包括混凝、澄清、过滤、活性炭吸附、臭氧氧化、反渗透等，其目的是去除二级处理水中的悬浮物（SS），溶解性有机物（BOD），N，P等污染物质，以满足水环境标准，防止封闭式水域富营养化和污水再利用的水质要求。
混凝的基本原理：
向污水中投入某种化学药剂（常称之为混凝剂），使在水中难以沉淀的胶体状悬浮颗粒或乳状污染物失去稳定后，由于互相碰撞而聚集或聚合、搭接而形成较大的颗粒或絮状物，从而使污染物更易于自然下沉或上浮而被除去。
混凝剂可降低污水的浊度、色度，除去多种高分子物质、有机物、某些重金属毒物和放射性物质。
在水处理中，凝聚是指脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程。
絮凝则指未经脱稳的胶体也可聚结成较大的颗粒现象。
混凝则包括凝聚与絮凝两种过程。
凝聚是瞬时的，只需将化学药剂扩散到全部水中即可。
絮凝则与凝聚作用不同，它需要较长的时间去完成。
但一般情况下两者也不好绝然分开。
因此我们把能凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。
絮凝通常在絮凝池内，以机械或水力等方式造成颗粒碰撞机会，形成易于沉淀或上浮的絮体，最终达到与水分离的目的，反应时间t在1030min之间。
用于水处理的混凝剂要求混凝效果好，对人类健康无害，价廉易得，使用方便，本工艺选择明矾。
3.5.2设计参数
（1）池数一般不少于2个；
（2）搅拌器排数一般为3~4排（不应少于3排），水平搅拌轴应设于池中水深1/2处；
（3）叶轮桨板中心处的线速度，第一排应采用0.4m/s~0.5m/s，最后一排采用0.2m/s，各排线速度应逐渐减小；
（4）水平轴式叶轮直径应比絮凝池水深小0.3m，叶轮尽端与池子侧壁间距不大于0.2m；
（5）水平轴式絮凝池每只叶轮的桨板数一般为4~6块，桨板长度不大于叶轮直径的75%；
（6）同一搅拌器两相邻叶轮应垂直设置；
（7）每根搅拌轴桨板总面积应为水流截面积的10%~20%，不宜超过25%，每块桨板的宽度为桨板长的1/10~1/15，一般采用10~30mm；
（8）絮凝池深度按照水厂标高系统布置确定，一般为3~4m。
3.5.3设计计算
已知设计流量Q=208.3m3/h，采用2座絮凝池：
（1）絮凝池尺寸：
絮凝池有效容积：
絮凝时间取T=20min，则
（3—40）
池长：
水深H取3m，
（3—41）
——系数，一般取1.0~1.3
Z——搅拌轴排数（3～4排）
池子宽度：
（3—42）
（2）搅拌器尺寸：
每排上采用2个搅拌器，设搅拌器间净距离和其离壁的距离为0.05m，每个搅拌器长为：
（3—43）
设搅拌器上缘距水面及下缘距池底的距离为0.15m，则搅拌器外缘直径为：
D=3-2×0.15=2.7m（3—44）
每个搅拌器上装有四块叶片，叶片宽度采用0.1m，每根轴上浆板总面积为0.87×0.1×4×2=0.7m2，占水流截面积1.93×3=5.8m2的12%。
（3）每个搅拌器旋转时克服水阻力所消耗的功率：
各排叶轮桨板中心点线速度采用v1=0.5m/s，v2=0.35m/s，v3=0.2m/s
叶轮桨板中心点旋转直径D0=2.7-0.1=2.6m（3—45）
叶轮转速及角速度分别为：
第一排：
（3—46）
第二排：
（3—47）
第三排：
（3—48）
桨板宽长比：
0.1/0.87=0.11<1，得阻力系数
，则
（3—49）
第一排每个叶轮所消耗功率：
（3—50）
y——每个叶轮上的桨板数目
r1——叶轮半径与桨板宽度之差
r2——叶轮半径
用同样方法，可求得第二、三排叶轮所消耗功率分别为：
N2=0.0078kw，N3=0.0026kw
（4）电动机功率：
第一排所需功率为：
N01=0.0165×2=0.033kw（3—51）
第二排所需功率为：
N02=0.0078×2=0.0156kw（3—52）
第三排所需功率为：
N03=0.0026×2=0.0052kw（3—53）
设三排搅拌器合用一台电动机带动，则絮凝池所需总功率为：
（3—54）
电动机功率（取
）
（3—55）
（5）核算平均速度梯度G值及GT值（按水温20℃计算，
）
反应池平均速度梯度：
（3—56）
GT=32×20×60=38400=3.8×104（3—57）
经核算，G和GT均符合要求
3.6滤池（普通快滤池）
3.6.1设计说明
过滤是利用过滤材料分离污水中杂质的一种技术，有时用作污水的预处理，有时用作最终处理，出水供循环使用或重复利用。
在污水深度处理技术中，普遍采用过滤技术。
根据材料不同，过滤可分为多孔材料过滤和颗粒材料过滤两类。
过滤过程是一个包含多种作用的复杂过程。
完成过滤工艺的处理构筑物称为滤池。
在污水处理中，颗粒材料过滤，主要用于去除悬浮和胶体杂质，特别是用重力沉淀法不能有效去除的微小颗粒以及细菌。
颗粒材料过滤对污水中的BOD，COD等也有一定的去除效果。
滤池的种类虽然很多，但其基本构造是相似的，在污水深度处理中使用的各种滤池都是在普通快滤池的基础上加以改进而来的，普通快滤池外部由滤池池体、进水管、出水管、冲洗水排出管等管道及其附件组成；滤池内部由冲洗水排出槽、进水渠、滤料层、垫料层排水系统组成。
普通快滤池可以用单层滤料、双层滤料和三层滤料。
双层滤料滤池的工作效果较好，一般底层用粒径0.5～1.2mm的石英砂，高500mm，上层用陶粒或无烟煤，粒径为0.8～1.8mm，层高300～500mm。
滤速8～10m/h；反冲洗强度为15～16
，延时8～10min。
3.6.2设计参数
（1）滤速取8m/s；
（2）冲洗强度q=13～16
；
（3）冲洗时间6min；
（4）停留时间40min；
（5）滤池工作时间24h。
3.6.3设计计算
（1）滤池尺寸：
滤池实际工作时间：
（3—58）
T0——滤池工作周期
t0——停留时间
t1——冲洗时间
滤池面积：
（3—59）
采用2个滤池，每个滤池面积f=11m2
设滤池长宽比L/B=1，则
（2）承托层高度H1采用0.45m，滤料层高度，无烟煤层为450mm，石英砂层为300mm，总高度H2为750mm，滤料上水深H3采用1.5m，超高H4采用0.3m，滤板高度H5采用0.12m。
滤池总高度：
H=H1+H2+H3+H4+H5=3.12m（3—60）
（3）滤池反冲洗水头损失
①管式大阻力配水系水头损失：
（3—61）
——冲洗强度
——配水系统开孔比
——孔口流量系数
②经砾石支承层水头损失：
（3—62）
③滤料层水头损失及富余水头为：
h4=2m
④反冲洗水泵扬程：
（3—63）
3.7接触消毒池
3.7.1设计说明
城市污水经过一级或二级处理后，水质改善，细菌含量也大幅度减少，但其绝对值仍很可观，并有存在病源菌的可能。
因此，污水排入水体前应进行消毒，特别是医院、生物制品以及屠宰场等有致病菌污染的污水，更应严格消毒。
目前，用消毒剂消毒能产生有害物质，影响人们的身体健康已广为人知，氯化是当今消毒采用的普遍方法。
氯与水中有机物作用，同时有氧化和取代作用，前者促使去除有机物或称降解有机物，而后者则是氯与有机物结合，氯取代后形成的卤化物是有致突变或致癌活性的。
所以，目前污水消毒一是要控制恰当的投剂量，二是采用其他消毒剂代替液氯或游离氯，以减少有害物的生成。
消毒设备应按连续工作设置。
消毒设备的工作时间、消毒剂代替液氯或游离氯，以减少有害物的生成。
消毒设备应按连续工作设置，消毒设备的工作时间、消毒剂投加量，可根据所排放水体的卫生要求及季节条件掌握。
一般在水源的上游、旅游日、夏季应严格连续消毒，其他情况时可视排出水质及环境要求，经有关单位同意，采用间断消毒或酌减消毒剂投量。
目前常用的污水消毒剂是液氯，其次是漂白粉、臭氧、次氯酸钠、氯片、氯氨、二氧化氯和紫外线等。
其中液氯效果可靠、投配设备简单、投量准确、价格便宜。
其他消毒剂如漂白粉投量不准确，溶解调制不便。
臭氧投资大，成本高，设备管理复杂。
其他几种消毒剂也有很明显的缺点，所以目前液氯仍然是消毒剂首选。
3.7.2设计参数
（1）水力停留时间T=0.5h；
（2）设计投氯量一般为3.0～5.0mg/l本工艺取最大投氯量
。
3.7.3设计计算
（1）设计消毒池一座，池体容积：
V=QT=208.3×0.5=104m3（3—64）
设池长L=6m，有3格，每格池宽b=2.5m，长宽比L/b=4.0，有效水深H1=3m，接触消毒池总宽B=nb=3×2.5=7.5m，则
实际消毒池容积：
V1=BLH1=7.5×6×3=135m3（3—65）
满足有效停留时间要求
（2）加氯量计算
每日加氯量
（3—66）
选用贮氯量为25kg的液氯钢瓶，每日加氯量1瓶，共贮用15瓶，选用加氯机2台。
（3）混合装置
在消毒池第一格和第二格起端设置混合搅拌机两台，第三格不设。
选用JBK-2200框式调速搅拌机，搅拌直径2200mm，高2000mm，电动机功率4.0kw。
接触消毒池设计为纵向折流反应池。
3.8污泥处理系统
3.8.1污泥水分去除的意义和方法
污水处理厂的污泥是由液体和固体两部分组成的悬浮液。
污泥处理最重要的步骤就是分离污泥中的水分以减少污泥体积，否则其他污泥处理步骤必须承担过量不必要的污泥体积负荷。
污泥中的水分和污泥固体颗粒是紧密结合在一起的，一般按照污泥水的存在形式可分为外部水和内部水，其中外部水包括孔隙水、附着水、毛细水、吸附水。
污泥颗粒间的孔隙水占污泥水分的绝大部分（一般约为70%～80%），其与污泥颗粒之间的结合力相对较小，一般通过浓缩在重力的作用下即可分离。
附着水（污泥颗粒表面上的水膜）和毛细水（约10%～22%）与污泥颗粒之间的结合力强，则需要借助外力，比如采用机械脱水装置进行分离。
吸附水（5%～8%，含内部水）则由于非常牢固的吸附在污泥颗粒表面上，通常只能采用干燥或者焚烧的方法来去除。
内部水必须事先破坏细胞，将内部水变成外部水后，才能被分离。
3.8.2各部分尺寸计算
1．集泥井
（1）集泥井容积计算
考虑构筑物每日产泥量为95m3，需在2h内抽完，集泥井容积定为污泥提升泵流量10min的体积：
（3—67）
（2）集泥井尺寸的计算
设有效泥深为2m，L×B=2×2=4m2,集泥井为地下式，池顶加盖，有潜污泵抽送污泥，池底相对标高-2.5m，最高泥位-0.5m。
（3）污泥提升泵的选择
选择GMP型自吸式离心泵
功率：
20kw；
相数：
3；
极数：
4；
型号：
GMP-320-150；
口径：
150mm；
质量：
110kg；
流量：
1
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