AO生物脱氮工艺设计计算.docx
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AO生物脱氮工艺设计计算
A1/O生物脱氮工艺设计计算
1.已知条件
(1)设计流量Q=40000m3/d
(2)设计进水水质BOD5浓度S0=130mg/L;TSS浓度X0=180mg/L;TN0=40mg/L;NH3-N=25mg/L;TP=3.5mg/L;CODcr=220mg/L
(3)设计出水水质BOD5浓度Se<=20mg/L;TSS浓度Xe<=20mg/L;TNe<=20mg/L;NH3-N<=8mg/L;TP<=1mg/L;CODcr<=60mg/LPH=6.0~7.0
2.设计计算(按BOD5负荷计算)
(1)设计参数计算
根据手册知道:
(1)设计参数计算
①假设BOD5污泥负荷:
NS=0.13kgBOD5/(kgMLSS·d)
②污泥指数:
SVI=150
③回流污泥浓度 XR=106*r/SVI
r——考虑污泥在沉淀池中停留时间,池深,污泥厚度等因素的系数
取r=1.2
则XR=106*1.2/150=8000(mg/L)
④根据手册回流污泥比R=50%~100%取R=100%
⑤曝气池混合液污泥浓度
{X}kg/m3=R*XR/(R+1)=1*8000/2=4000mg/L=4
⑥TN去除率
{ηN}%=(TN0-TNe)/TN0=(40-20)/40=50
⑦内回流比
{R内}%=η/(1-η)=0.5/(1-0.5)=100
(2)A1/O池主要尺寸计算
①曝气池总有效容积
{V}m3=Q设L0/NSX=40000×130/(0.13×4000)=10000m3
又生化反应池中好氧段容积与缺氧段容积之比V1/V2=3~4
取V1/V2=4
则V1=8000m3V2=2000m3
②有效水深h=5.0m
③好氧反应池的尺寸
总容积V1=8000m3,设反应池两组。
单组池容V1单=V1/2=4000m3
单组有效面积S1单=V1单/h=4000/5.0=800m2
采用5廊道式,廊道宽b1=5.0m
反应池长度L1=S1单/5b1=800/(5×5.0)=32m
校核b/h=5.0/5.0=1(满足b/h=1~2)
L/b=32/5.0=6.4(满足L/b=5~10)
超高取1.0,则反应池总高H=5.0+1.0=6m
④缺氧反应池的尺寸
总容积V2=2000m3,设反应池两组。
单组池容V2单=V1/2=1000m3
单组有效面积S2单=V2单/h=1000/5.0=200m2
长度与好氧池宽度相等,为L=25m,池宽=S2单/L=200/25=8m
采用3廊道式,则廊道宽b2=8/3=2.7m
⑤污水在A1/O池内停留时间
t=V/Q=10000/40000=0.25d=6h
水力停留时间A1:
O=1:
(3~4)取A:
O=1:
4
则A1停留时间为t1=1.2h;O段停留时间t2=4.8h
⑥进水管两组反应池合建,进水与回流污泥进入进水竖井,经混合后经配水渠、进水潜孔进入缺氧池
反应池进水管设计流量Q1=Q=40000/86400=0.463m3/s
管道流速采用V=1.0m/s
则管道过水断面A=Q1/V=0.463/1.0=0.463m2
管径d=(4A/π)1/2=(4×0.463/π)1/2=0.77m
取进水管径为DN800mm
较核管道流速v=Q/A=0.463/[(0.8/2)2×π]=0.9m/s
⑦回流污泥渠道反应池回流污泥渠道设计流量QR
QR=R×Q=1×40000/86400=0.463m3/s
渠道流速v=0.8m/s
则渠道断面积A=QR/v=0.463/0.8=0.578m2
取渠道断面b×h=1.0m×0.6m
较核流速v=0.463/(1.0×0.6)=0.77m/s
渠道超高取0.3m
渠道总高为0.6+0.3=0.9m
污泥回流管道
QR=0.463m3/s
若管道流速R=0.8m/s
那么管径d=(4A/π)1/2=(4×0.463/π)1/2=0.77m
取回流污泥管径为DN800mm
较核管道流速v=Q/A=0.463/[(0.8/2)2×π]=0.9m/s
⑧进水竖井反应池进水孔尺寸:
进水孔过流量:
Q2=(1+R)×Q/2=0.463m3/s
孔口流速v=0.7m/s
孔口过断面积A=Q2/v=0.463/0.7=0.66m/s
孔口尺寸取1.2m×0.6m
进水竖井平面尺寸2.2m×1.6m
⑨出水堰及出水竖井
出水流量Q3=0.463m3/s
孔口流速v=0.7m/s
孔口过断面积A=Q3/v=0.463/0.7=0.66m/s
孔口尺寸取1.2m×0.6m
出水竖井平面尺寸2.0m×1.6m
按矩形堰流量公式:
Q3=mb√2gH3/2m3/s
式中:
孔口当做堰宽的话即b=1.2m,流量系数m取0.45,已知流量Q3=0.463m3/s所以堰上水头H=0.38m
⑩出水管
管道流速采用V=0.8m/s
则管道过水断面A=Q1/V=0.463/0.8=0579m2
管径d=(4A/π)1/2=(4×0.579/π)1/2=0.86m
取出水管径为DN800mm
较核管道流速v=Q/A=0.463/[(0.8/2)2×π]=0.9m/s
(3)剩余污泥量
①水溶解性BOD5
S=Se-1.42×f×TSS(1-е-kt)=130-1.42×0.7×20×(1-е-0.23×5)=6.41mg/L
K为BOD的分解速率常数
②好氧池设计污泥龄首先确定硝化速率μN(取设计PH=7.2),
硝化速率μN=[0.47е0.098(T-15)][N/(N+10(0.05T-1.158))][O2/(ko2+O2)][1-0.833(7.2-PH)]
=0.47е0.098(10-15)×8×2/(8+10(0.05×10-1.158))/(1.3+2)
=0.17d-1
式中:
N——NH3-NA的浓度,mg/L
K02——氧的半速常数,mg/L
02——反应池中的溶解氧浓度,mg/L
硝化反应所需的最小泥龄θm=1/μN=1/0.17=5.88d
选用安全系数K=3
设计污泥龄θ=Kθm=3×5.88=17.64d
则系统总设计泥龄=好氧池泥龄+缺氧池泥龄=17.64+17.64×2000/8000=22.05d
③生物污泥产量
PX=YQ(Se-S)/(1+Kdθc)
对于生活污水,污泥产率系数Y值一般位于0.5~0.65之间,Kd值在0.05~0.1之间
则取Y=0.6内源代谢系数Kd=0.05
PX=0.6×40000(0.13-0.00641)/(1+0.05×22.05)=1410.78(kg/d)
对存在的惰性物质和沉淀池的固体流失量可采用下式计算
PS=Q(X1-Xe)=40000×(0.180-0.180×0.7-0.020)=1360(kg/d)
X1为进水悬浮固体中惰性部分(进水TSS-进水VSS)的含量
因为0.7=VSS/TSS
剩余污泥量△X=PX+PS=1410.78+1360=2770.78(kg/d)
去除每1kgBOD5产生的污泥量=ΔX/[Q(S0-Se)]=2770.78/[40000×(0.13-0.02)]=0.63(kgDS/kgBOD5)
(4)曝气系统设计计算
1设计需氧量AOR需氧量包括碳化需氧量和硝化需氧量,并扣除剩余活性污泥排放所减少的BODu及NH3-N的氧当量(此部分用于细胞合成,并未好氧),同时还应考虑反硝化脱氮产生的氧量。
AOR=碳化需氧量+硝化需氧量-反硝化脱氮产氧量
=(去除BOD5需氧量-剩余污泥中BODu氧当量)+(NH3-N硝化需氧量-剩余污泥中NH3-N氧当量)-反硝化脱氮产氧量
(或者用式AOR=a′Q(S0-Se)+b′VXv)计算
A、碳化需氧量D1
D1=Q(S0-S)/(1-е-kt)-1.42PX=40000×(0.13-0.00641)/(1-е-0.23×5)-1.42×1410.78=5230.91(kgO2/d)
式中:
k——BOD的分解速率常数,d-1,去k=0.23
t——BOD5的试验时间,取t=5天
B、硝化需氧量D2
D2=4.6Q(No-Ne)-4.6×12.4%×PX
=4.6×40000×(0.04-0.008)-4.6×12.4%×5230.91=2904.29(kgO2/d)
式中:
N——进水总氮浓度,kg/m3
N0——出水NH3-N浓度,kg/m3,其余意义同前
C、反硝化脱氮产生的氧量D3
D3=2.86Nt
Nt为反硝化脱氮产生的氧量
需还原的硝酸盐氮量Nt=QNot/1000
Not为所需脱硝量
微生物同化作用去除的总氮NW
NW=0.124Y(So-S)/(1+Kdθ)=0.124×0.6×(0.13-0.00641)/(1+0.05×17.64)=4.8(mg/L)
被氧化的NH3-N=进水总氮量-出水氨氮量-用于合成的总氮量
=40-8-4.8=27.2(mg/L)
所需脱硝量=进水总氮量-出水总氮量-用于合成的总氮量
=40-20-4.8=15.2(mg/L)
需还原的硝酸盐氮量Nt=40000×15.2/1000=608(kg/d)
则D3=2.86×608=1738.88(kgO2/d)
故总需氧量:
AOR=D1+D2-D3=5230.91+2904.29-1738.88=6396.32(kgO2/d)
=266.51(kgO2/h)
最大需氧量与平均需氧量之比为1.4,则
AORmax=1.4AOR=1.4×6396.32=8954.85(kgO2/d)=373.11(kgO2/h)
去除每1kgBOD5的需氧量=AOR/Q(S0-Se)
=6396.32/(40000×(0.13-0.02))=1.45(kgO2/kgBOD5)
2标准需氧量
采用鼓风曝气,微孔曝气器敷设于池底,距池底0.2m,淹没深度3.8m,氧转移效率EA=20%,将设计需氧量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:
T为设计污水温度,T=25℃
CL为好氧反应池中溶解氧浓度,取2mg/L
ρ为压力修正系数,ρ=工程所在地区大气压/1.013×105,本例工程所在地区大气压为1.013×105,故此ρ=1
α为污水传氧速率与清水传氧速率之比,取0.85
β为污水饱和溶解氧与清水饱和溶解氧之比,取0.9
查表得水中溶解氧饱和度:
CS(20)=9.17mg/LCSm(25)=8.38mg/L
空气扩散器出口处绝对压力:
Pb=P+9.8×103H
式中:
H为空气扩散器的安装深度
P为大气压力
Pb=1.013×105+9.8×103×3.8=1.385×105(PA)
空气离开好氧反应池时氧的百分比Ot:
Ot=21(1-EA)/(79+21(1-EA))=21(1-20%)/(79+21(1-20%))=17.54%
好氧反应池中平均溶解氧饱和度:
CSm(25)=CS(25)(Pb/(2.066×105)+17.54/42)
=8.38×(1.385/2.066+17.54/42)
=9.12mg/L
标准需氧量为:
SOR=6396.32×9.17/[0.85×(0.9×1×9.12-2)×1.024(25-20)]
=9872.54(kg/d)=411.36(kg/h)
相应最大时标准需氧量为:
SORmax=1.4SOR=1.4×9872.54(kg/d)=13821.56(kg/d)=575.90(kg/h)
好氧反应池平均时供气量为:
GS=100SOR/0.3EA=411.36×100/(0.3×20)=6856(m3/h)
0.3表示标准状态(0.1Mpa,20C)下每立方米空气中含氧量(kgO2/m3)
最大时供气量:
Gmax=1.4GS=1.4×6856=9601.2(m3/h)
3曝气器数量计算(以单组反应池计算)
a、按供氧能力计算曝气器数量
N=SOR/qc
qc为充氧能力,kgO2/(h·个)
采用刚玉钟罩式微孔曝气器,参照鼓风曝气系统设计规程,工作水深4.0m,在供风量q=1~3m3/(h·个)时,曝气器氧利用率EA=20%,服务面积0.25~0.8m2,充氧能力qc=0.14kgO2/(h·个),则:
N=575.90/2/0.14=2056(个)
b以微孔曝气器服务面积进行较核
f=F/N=5×5×40/2056=0.486(m2)<0.8(m
选用GYZZ178-2的曝气器
4供风管道计算.供风管道系指风机出口至曝气器的管道。
a、干管供风干管采用环状布置
流量QS=Gmax/2=9601.2/2=4800.6(m3/h)
供风干管流速取值范围在10~15m/s
取V=10m/s
则管径d=(4QS/Vπ)1/2=(4×4800.6/3600×10π)1/2=0.412m
取管径DN400mm
b﹑支管.单侧供气支管:
QS单=1/5Gmax/2=1/5×4800.6=960.12(m3/h)
流速V=10m/s
则管径d=(4QS/Vπ)1/2=(4×960.12/3600×10π)1/2=0.184m
取支管管径DN200mm
双侧供气:
QS单=2/5Gmax/2=2/5×4800.6=1920.24(m3/h)
流速V=10m/s
则管径d=(4QS/Vπ)1/2=(4×1920.24/3600×10π)1/2=0.261m
取支管管径DN250mm
5所需空气压力p(相对压力)
P=h1+h2+h3+h4+△h
式中h1—供风管道沿程阻力,MPa;
h2—供风管道局部阻力,MPa;
h3—曝气器淹没水头,MPa;
h4—曝气器阻力,微孔曝气h4<=0.004~0.005MPa;h4=0.004MPa
△h—富余水头,△h=0.003~0.005MPa,取△h=0.005MPa.
取h1+h2=0.002MPa
1MPa=100m水柱
P=0.002+0.038+0.004+0.005=0.049MPa=49(KPa)
⑸、厌氧池搅拌器的选择(以单组反应池计算)
厌氧池内设导流墙,将厌氧池分成三格,每格内设一台搅拌机,备用一台所需功率按5W/m3池容计算。
缺氧池有效容积V厌=25×8×5.0=1000(m3)
混合全池污水所需功率N单=1000×5=5000(W)=5(KW)
选择QJB2.2/8-320/3-740/C潜水搅拌机
⑹、污泥回流设备
污泥回流比R=100﹪;
污泥回流量QR=RQ=1×40000m3/d=1667m3/h
设回流污泥泵房1座,内设3台潜污泵(2用1备)
单泵流量
⑺混合液回流泵
混合液回流比R内=100%
混合液回流量QR=R内Q=1×40000m3/d=1667m3/h
池设混合液回流泵2台,单泵流量
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