[工学]某校区4000m3d生活污水SBR处理工艺设计.doc
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1、某校区4000m3/d生活污水SBR处理工艺设计摘要0 引言1概述1.1 设计任务和依据1.1.1设计任务1.1.2 设计依据1.2 设计要求1.2.1 污水处理厂设计原则1.2.2 污水处理工程运行过程中应遵循的原则1.3设计参数项目进水水质(mg/l)出水水质(mg/l)BODCODSSTNTP18040030530510501010 0.5表1-1 设计要求1.4校区环境条件概况1.4.1地理位置1.4.2 气象水文2 工艺比较分析3 设计计算3.1 原始设计参数原水量 Q=4000m3/d=166.7m3/h =0.046 m3/s流量总变化系数为 Kz = 1.7设计流量 Qmax
2、= KzQ=1.70.046 m3/s =0.078m3/s 3.2 格栅3.2.1设计说明格栅(见图3-1)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1015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(50100mm),中格栅(1040mm),细格栅(310mm)三种。图3-1 格栅结构示意图根据清洗方法,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。本设计栅渣量大于0.2m
3、3/d,为改善劳动与卫生条件,选用机械清渣,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。栅渣量与地区特点,格栅的间隙大小,污水流量以及下水道系统的类型等因素有关,在无当地资料时,可采用:(1) 格栅间隙1625mm ,处理0.10-0.05栅渣/103m3污水(2) 格栅间隙3050mm ,处理0.03-0.01栅渣/103m3污水栅渣的含水率一般为80%,容重约为960kg/ m3。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
4、有强度高,阻力损失小的优点5。3.2.2设计参数(1)变化系数 Kz = 1.7平均日流量: = 4000m3/d=166.7m3/h =0.046 () (2)最大日流量: =1.70.046 m3/s =0.078m3/s (3)设过栅流速: = 0.7m/s (取0.61.0m/s)(4)通过格栅的水头损失: h1 = 0.12m (取0.080.25)(5)栅前水深: h = 0.3 (取0.30.5m)(6)格栅安装倾角: (取)(7)机械清渣设备:采用链条式格栅除污机3.2.3设计计算(1)中格栅(2个)格栅间隙数 n=6个 (3-1) Qmax最大废水设计流量 m3/s 格栅安装
5、倾角 取 h栅前水深 m b栅条间隙宽度 取30mm 过栅流速 m/s 验算平均水量流速= 0.70m/s 符合(0.651.0)(2)栅渠尺寸B2=s(n-1)+nb=0.02(6-1)+0.036=0.28(m) (3-2)圆整取B2=0.3ms栅条宽度 取0.02mB2格栅宽度 m进水渠宽 B1 =0.2(m) 栅前扩大段 L1=0.14(m) (3-4) 渐宽部分的展开角,一般采用栅后收缩段 L2=0.5L1=0.07(m) (3-5)栅条总长度 L=L1+0.5+1.0+L2 =0.14+0.5+1.0+0.07 =2(m) (3-6)栅前渠道超高,采用0.3m(3)水通过格栅的水头
6、损失设栅条断面为锐边矩形断面 = 2.42 , k=3 (3-7) = =0.12(m) (3-8) (4)栅渣量(总)W=0.12(m3/d)0.2 m3/d (3-9)W1取0.03, 宜采用人工清渣。3.3污水提升泵房3.4泵后细格栅(2个) 公式计算同上(1)格栅间隙数 n=32 (个)其中 b取5mm 取0.8m/s h取0.3m反带验算得 =0.8m/s 符合(0.61.0m/s)(2)栅渠尺寸B2=s(n-1)+nb=0.01(32-1)+0.00532=0.5(m) 圆整 0.5m栅条宽度s取0.01m进水渠宽 B1=0.20(m)栅前扩大段 L1=0.18(m)取栅后收缩段
7、L2=0.5 L1=0.09m栅条总长度 L =L1+0.5+1.0+L2=0.18+0.5+1.0+0.09=2m(3)水通过格栅的水头损失设栅条断面为圆形断面=1.83 = =0.5(m)(4)每日栅渣量W: 在b=5mm情况下,设栅渣量为0.05m3/103m3污水 W=0.2(m3/d)=0.2 m3/d采用人工清渣。3.5 旋流沉砂池3.5.1设计说明沉砂池按池内水流方向不同可分为:平流式、竖流式、旋流式;按有池型可分为4种:平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气式沉砂池、旋流式沉砂池。普通平流沉砂池的主要缺点是沉砂中含有15%的有机物,使沉砂的后续处理难度增加。竖流式沉砂池是污水自下而上
8、由中心管进入池内,无机物颗粒藉重力沉于池底,处理效果一般较差。曝气沉砂池(见可以克服这一缺点,但本设计的流量小,不满足曝气沉砂池的最小有小水深。近年来日益广泛使用的旋流式沉砂池是利用机械力控制流态与流速,加速沙粒的沉淀,有机物则被留在污水中,具有良好的沉沙效果,占地省等优点。 图3-2 旋流沉砂池示意图型号流量(万m3/d)ABCDEFJLPA10.418309103106103101520430112061045表3-1旋流式沉沙池II型号尺寸(mm)3.5.2设计参数旋流式沉沙池II为涡流式的沉沙池,其尺寸由进水量决定。各部件尺寸见图3-2与表3-1.3.6 SBR反应池3.6.1设计说明
9、设计方法有两种:负荷设计法和动力设计法8,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,如图3-3。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
10、上的有效控制和变换,即达到多种功能的要求,非常灵活。 进水期 反应期 沉淀期 排水期 闲置期图3-3 SBR工艺操作过程SBR工艺特点是:(1)工程简单,造价低;(2)时间上有理想推流式反应器的特性;(3)运行方式灵活,脱N除P效果好;(4)良好的污泥沉降性能;(5)对进水水质水量波动适应性好;(6) 易于维护管理。SBR工艺的操作过程如下: 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
11、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)。 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。沉淀期相当于
12、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。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。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。3.6.2 SBR反应池容积计算处理要求: 表3-1 处理要求项目进水水质(mg/l)出水水质(mg/l)BODCODSSTNTP180400305
13、30510501010 0.5(1)主要参数BOD-污泥负荷LS=QS污水进水量(m3/d)CS进水的平均BOD5(mg/L)CA曝气池内MLSS浓度(mg/L)V曝气池容积(m3)e曝气时间比e=nTA/24n周期数(周期/d)TA一个周期的曝气时间(h)LS=0.25kgBOD/(kgMLSSd)反应池数N=2反应池水深H=5m排出比1/m=1/2.5活性污泥界面以上最小水深=0.5mMLSS浓度CA=2000mg/L(2)反应池运行周期各工序时间计算1)曝气时间TA=3.6h CS进水的平均BOD5(mg/L)CA曝气池内MLSS浓度(mg/L)LSBOD-污泥负荷(kgBOD/(kgM
14、LSSd))1/m排出比2)沉降时间初期沉降速度Vmax=水温10C时Vmax=1.8m/h水温20C时Vmax=3.6m/h因此,必要的沉降时间为:水温10C时TS=1.4h水温20C时TS=0.7hH反应池内水深(m)安全高度(m)Vmax活性污泥界面的初期沉降速度(m/h)Vmax =7.4104tCA-1.7(MLSS3000mg/L)t水温(C)CA曝气池内MLSS浓度(mg/L)1/m排出比3)排出时间沉淀时间在0.7-1.4h之间变化,排除时间2h左右,与沉淀时间合计为3h4)一个周期所需时间为一个周期所需的时间为所以周期次数为n为n=24/6.6=3.6n以3计,则每一个周期为
15、8h5)进水时间TF=TC/N=8/2=4h根据以上结果,1个周期的工作过程如下:进水(4h) (3)反应池容积计算1) 反应池容积V=2833m32)进水变动讨论根据进水时间=4h/周期(2池3周期的场合)和进水流量模式,一个周期的最大进水量变化比为r=1.5超过一周期污水进水量Q与V的对比Q/V = (r-1)/m = (1.5-1)/2.5 = 0.2如其他反应池尚未接纳容量,考虑流量之变动,各反应池的修正容量为V=V(1+Q/V)=2833(1+0.2)=3400 m3反应池水深5m,则必要的水面积为3400 5 = 680 m3此外,在沉淀排出工艺中可能接受污水进水量V的10%,则反
16、应池的必要安全容量为V=Q-Q=(0.2-0.1)2833=283 m3V =V+ V=2833+283=3116 m3反应池水深5m,则必要的水面积为3116 5 = 623 m2反应池的设计运行水位如图3-4所示:图3-4 反应池的设计运行水位排水结束时水位h1 = 5基准水位h2 = 5=4.17m高峰水位h3 = 5m警报,溢流水位h4 = 5.0 +0.5 = 5.5 m污泥界面:hS = h1 -0.5 = 2.5 0.5 =2.0 m注:()内数字为在排出阶段可能进水量为V的10%的情况。(4)需氧量计算1)需氧量。需氧量以1kgBOD需要1kgO2计OD = 6800 180
17、10-3 1.0 = 1224 kgO2/d每池每周期所需氧量OD = 1224/(32) = 204 kgO2/周期但是以曝气时间4h 计,每小时所需的氧量为OD = 204/4 = 51 kgO2/h2)曝气装置。a. 为水下机械曝气,求所需能力。此外,混合液水温为20C,混合液DO为1.5mg/L,出水深5m。根据需氧量,污水温度以及大气压进行换算,供氧能力为RO = = kgO2/hOD 每小时需氧量(kg/h)CSW清水T1(C)的氧饱和浓度(mg/L)CS 清水T2(C)的氧饱和浓度(mg/L)T1 以曝气装置的性能为基点的清水温度(C)T2 混合液的水温(C)CA 混合液的DO(
18、mg/L) KLa的修正系数高负荷法:0.83低负荷法:0.93 氧饱和温度的修正系数高负荷法:0.95低负荷法:0.97P 处理厂的大气压(mmHg绝对大气压)1个反应池设2台曝气装置,每台供氧量为:Or = R O /2 = 75.5/2 = 37.3 kgO2/(h台)b鼓风曝气。由供氧能力,求曝气供气量为 EA氧利用率(%)以18%计算空气密度(1.293kg/Nm3)OW空气的氧重量(0.233 kgO2/ kg空气)2池合用1台鼓风机,交替使用。此外,另设备用鼓风机1台。1台的空气曝气量为G = GS/1 = 25/1 =25m3/min(5) 上清液排除装置1)污水进水量QS=6
19、800m3/d,池数N=2,周期数n=3,每一池的排出负荷为QD = 2)1池设2台排出装置,则每台排出装置的负荷量为Q = QD/2 = 9.4/2 = 4.7 m3/min3)排出装置的排水能力在最大流量比( r = 1.5 )时,能够排出,所以排出能力为4.71.5 = 7.1 m3/min3.6.4排水口高度和排水管管径(1)排水口高度为保证每次换水=4166.7的水量及时快速排出,以及排水装置运行的需要,排水口应在反应池最低水位之下约0.50.7,设计排水口在最高水位之下2.5。(2)排水管管径每池设自动排水装置一套,出水口一个,排水管1根;固定设于SBR墙上。排水管管径DN1000
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