水污染控制工程课程设计(SBR工艺)

水污染控制工程课程设计50000m3/d SBR工艺城市污水处理厂设计

院系：生物与化学工程系

班级： 11级环境工程

姓名：

学号：

2014年 5 月

污水厂设计任务说明

设计题目：某城市污水处理工程规模为：处理水量Q=d,污水处理厂设计进水水质为BOD5=120mg/L ，CODcr=240 mg/L ，SS=220 mg/L ，NH3-N=25 mg/L ，TP=；出水水质执行《污水综合排放标准》（GB 8978-1996） 一级标准，即CODcr ≤60 mg/L ，BOD5≤20mg/L ，NH3-N ≤15mg/L ，SS ≤20mg/L ，磷酸盐（以P 计）≤L 。要求相应的污水处理程度为：E CODcr ≥75%，E BOD5≥%，E SS ≥%，E NH3-N ≥40%，EP ≥75%%。

1 、设计处理水量： 日处理量： 50000d /m 3 秒处理量： s /m 3

s L s m Q /579/579.03600

2450000

3==?=

根据《室外排水设计规范》，查表并用内插法得：38.1=z K

所以设计最大流量:

s m h m d m Q K Q z /799.0/4.2876/690345000038.1333max ===?=?=

2、确定其原水水质参数如下：

BOD 5=120mg/L COD cr =240 mg/L SS=220 mg/L NH 3-N=25 mg/L TP= 3、设计出水水质

符合城市污水排放一级A 标准：

BOD 5≤20mg/L COD cr ≤60 mg/L SS ≤20mg/L

NH 3-N ≤15mg/L 磷酸盐（以P 计）≤L 4、污水处理程度的确定

根据设计任务书，该厂处理规模定为：50000d

m/3进、出水水质:

工艺流程图

污水系统的设计计算

一、进水闸井的设计

1．污水厂进水管

进水管设计参数：

(1) 取进水管径为D=1000mm，流速v= m/s，设计坡度I=；

=s；

(2)最大日污水量Q

max

(3)进水管管材为钢筋混凝土管；

(4)进水管按非满流设计，充满度h/D=，，n=。

(5)管内底标高为，

2.进水管设计计算：

(1)充满度h/D=，则有效水深h=1000×=750mm；

(2)已知管内底标高为-5m，则水面标高为：+=；

(3)管顶标高为：+=；

(4)进水管水面距地面距离—=。

2．进水闸井参数设计

进水闸井的作用是汇集各种来水以改变进水方向，保证进水稳定性。进水闸井前设跨越管，跨越管的作用是当污水厂发生故障或维修时，可使污水直接排入水体，跨越管的管径比进水管略大，取为1200mm。其设计要求如下：设在进水闸、格栅、集水池前；形式为圆形、矩形或梯形；尺寸可根据来水管渠的断面和数量确定，但直径不得小于或；井底高程不得高于最低来水管管底，水面不得淹没来水官管顶。

考虑施工方便以及水力条件，进水闸井尺寸取2×4m，井深7m，井内水深，闸井井底标高为，进水闸井水面标高为，超越管位于进水管顶1m 处，即超越管管底标高为。

二、中格栅井及提升泵房

中格栅井：××（H）m3

分2组

1．设计参数

处理水量Q=50000m 3/d 秒流量Q1=s

最大设计流量Q=KZ*Q1=*= m 3/s

分两组格栅， 每组格栅最大设计流量Qmax= m 3/s 栅前流速v 1=s ，过栅流速v 2=s 栅条宽度取s=，格栅间隙e=20mm 格栅倾角α=75° ,栅前水深h = 2.计算草图如下

图1 中格栅计算草图

进水

3．设计计算

（1）确定格栅前水深，根据最优水力断面公式2max 12

1v

B Q =计算得:栅前槽

宽m v Q B 1.17

.03995.02max 211=?==

，则栅前水深m B h 0.5521.1

21==

= （2）栅条间隙数）

取4039.7(9

.055.0200.075sin 3995.0sin max 2==???

==

n ehv Q n α 式中：n —中格栅间隙数

max Q —最大设计流量,m 3/s e —栅条间隙,mm

h —栅前水深，m

v —过栅流速，m/s

α—格栅倾角

（3）栅槽有效宽度,栅槽宽度一般比格栅宽，取 B=s （n-1）+en+=×（40-1）+×40+= 式中：B —栅槽宽度，m ；

s —格条宽度，取0.01m （4）进水渠道渐宽部分长度m B B L 398.020tan 2 1.1

1.39tan 2111=?

-=-=

α

（其中进水渠渐宽部分展开角α1=?20） （5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度m L L 199.02

1

2== （6）过栅水头损失（h 1）

因栅条边为矩形截面，取

k =3，则

m

g v k kh h 115.075sin 81

.929.0)200.001.0(42.23sin 22^2

34

01=?????===αε

其中ε=β（s/e ）4/3 h 0：计算水头损失

k ：系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3 ε：阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β= （7）栅后槽总高度（H ）

取栅前渠道超高h 2=，栅前槽总高度H 1=h+h 2=+= 栅后槽总高度H=h+h 1+h 2=++= （8）格栅总长度L=L 1+L 2+++ H 1/tan α

=++++tan75° =

式中：L —栅槽总长度，m ；

1L —中格栅的栅前进水渠道渐宽部分长度，m ； 2L —中格栅与提升泵房连接处渐窄部分长度，m 。

H 1—栅前槽总高度

（7）每日栅渣量

max 0864001000

Q w w k ??=

?总

式中：w —每日栅渣量，3/m d

0w —栅渣量，333/10m m 污水，当栅条间隙为16~25mm ，3

33010/05.010.0m m w -=污水；当栅条间隙为30~50mm ，333010/01.003.0m m w -=污水。取

污水333010/10.0m m w = d m w /5.01000

38.186400

01.0799.03=???=

>d m /2.03，故采用机械清渣。

4.格栅除污机的选择：

根据计算，可选用CH 型正靶回转式格栅除污机，主要技术参数：

表 HG-1500型回转式格栅除污机技术参数

三、污水提升泵房

1 泵房工程结构按远期，流量设计当流量小于2m 3/s 时，常选用下圆上方 形泵房[1]。

本设计s m Q /799.03max =，故选用下圆上方形泵房。

采用SBR 工艺方案，污水处理系统简单，对于新建污水处理厂，工艺管线可以充分优化，故污水只考虑一次提升。

2 (1)污水进入污水厂的标高为-5m，过格栅的损失为，设计流量Q=799L/s，则集水池正常水位=-5+=

（2）出水口距离泵房50m，出水口水面4m

（3）集水池底标高

（4）泵房标高0m

3（1）按进水管设计流量Q=799L/S，设5台泵（1备用），则每台水泵的容量为799/4=（取200）

集水池容积，采用1台泵相当于6min的容量:W=200*60*6/1000=72m3

有效水深采用，则集水池的面积：F=72/2=36m 2.池底坡度为i=倾向集水坑；

(2)选泵前扬程的估算

集水池正常水位与出水口水位差为： 4-（）=

(3)出水管水头损失：按每台有单独的出管口计：Q=200L/S,选用管径为DN400的铸铁管。查表知(设计手册01） v=s 1000i= 出水管水头损失

沿程损失 （50+6）*= 局部损失按沿程损失的30%为 *= 吸水管水头损失 沿程损失 *=

局部损失按沿程损失的30%为 *= （4）总扬程H=++++= 4 选泵

假设选用泵的扬程为12m ，查手册，可采用250WL600—15型立式排污泵

表 250WL600-15型立式排污泵技术参数

5 总扬程核算

吸水管：无底阀滤水网 DN=400，ξ=3;90°铸铁弯头4个 ,DN400，ξ=;偏心渐缩管 DN400?dn300 ，ξ= h1=*+(3+4*+*^2/(2*=

出水管；偏心渐宽管dn300?DN400,ξ= 90°弯头DN400(4个),ξ=

排出口径 （mm ） 流量 （m 3/h ） 扬程 （m ）

转速 （r/min ）

功率 （kW ） 效率 （%）

重量 （kg ）

进水口径 （mm ）

250

750

12 735 32 77 1200 300

90°弯头DN400(4个),ξ= 活门，ξ=（开启70°） h2=（50+6）*++*4++*4)*^2/(2* =

H=h1+h2+h3+H1+H2=+++=<12m

符合所选泵，故可选择250WL600—15型立式排污泵。 二、计量井

电磁流量计：Q=0~3000 m3/h ，Φ=800mm,2台 三、细格栅渠及旋流沉砂池 细格栅渠： 1．设计参数： 设计流量Q max = m 3/s

栅前流速v 1=s ，过栅流速v 2=s 栅条宽度s=，格栅间隙e=10mm 格栅倾角α=75° 2．计算草图如下

进水

图3 细格栅计算草图

3．细格栅的设计计算

(1)确定格栅前水深，根据最优水力断面公式2max 12

1v

B Q =计算得:栅前槽宽

m v Q B 1.17

.03995.02max 211=?==，则栅前水深m B h 0.5521.1

21==

=

（2）栅条间隙数：

hv

e Q n 细细α

sin max =

式中：细n —细格栅间隙数

max Q —最大设计流量，s m /3995.03(按一组计）

细e —栅条间隙，取 10mm ，即 ；

h —栅前水深，取

v —过栅流速，取 s ；

α—格栅倾角，取?57；

89.38

.055.001.057sin 3995.0=???

?=

细n 取90根

（3）栅槽宽度B 。栅槽宽度一般比格栅宽，取

en n s B +-=)1(细+

式中：B —栅槽宽度，m ； s —格条宽度，取m 01.0。

()m B 1.990.29001.019001.0=+?+-?= （4）细格栅的栅前进水渠道渐宽部分长度 L 1

根据最优水力断面公式2max 12

1v

B Q =则进水渠宽

则进水渠宽m v Q B 1.17

.03995

.02max 211=?==

设进水渠宽m B 11.11=，渐宽部分展开角?=201α，

m B B L 21.120tan 211

.199.120tan 211=?

-=?-=

（5）细格栅与出水渠道连接处渐窄部分长度 L 2

m L L 61.02

1

2==

（6）细格栅的过栅水头损失

)(α

βsin 2/2

3

4??=g

v b s k h 细

式中：细h —细格栅水头损失，m ；

β—系数，当栅条断面为矩形时候为；

k —系数，一般取 k=3。

)(m h 922.057sin 81

.928.001.0/01.042.232

3

4=?????=细

（7）栅后槽总高度

设栅前渠道超高2h =，有：

m h h h H 1.0793.0922.055.02=++=++=细

为避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降细h 作为补偿。 （8）栅槽总长度

()?

+++++=57tan 0.15.0221h h L L L

式中：L —栅槽总长度，m ；

m L 3.5575tan 3

.055.00.15.061.021.1=?

++

+++=

（9）每日栅渣量

max 0864001000

Q w w k ??=

?总

式中：式中：w —每日栅渣量，3/m d

0w —栅渣量，333/10m m 污水，当栅条间隙为16~25mm ，

333010/05.010.0m m w -=污水；当栅条间隙为30~50mm ，3

33010/01.003.0m m w -=污水。取污水333010/10.0m m w = d m w /0.51000

38

.186400

10.0799.03=???=

>d m /2.03，故采用机械清渣。

4. 格栅除污机的选择

根据计算，可选用云南电力修造厂江苏一环集团公司生产的ZSB-4000型转刷网箅式格栅除污机，主要技术参数：

表3-2 XHG-2600型旋转式格栅除污机技术参数

每米深过水流量

（m 3

/h ）

网毛刷转速 (r/min)

安 装角 度 电动机功率 （kw ）

格栅间距 （mm ）

70-80o

旋流沉砂池： 1.计算草图如下：

2.设计参数：

(1).旋流沉砂池I 为一种涡流式沉砂池，其最高时设计流量时，停留时间不应小于30s ，设计水力表面负荷宜不大于200()

h m m ?23/，有效水深宜为，池径与池深比宜为进水渠道流速，在最大流量的40%—80%情况下为—s ；

(3).沉砂池的超高取。 (4)选定两座旋流沉砂池, 则 5.1436)242/(38.1500002

=??=?=

z

D k Q Q =h m /3=S 。 (5).规格选择 查给排水设计手册第05期表5-10，选择直径的旋流式沉砂池I ，各部分尺寸如下表：

表 旋流式沉砂池I 的部分尺寸（m ）

(6)参数校核

a:表面负荷 q=4QD/*A 2)=4**= [m 3/(h ·m 2)] b:停留时间

沉砂区体积V=*A 2J/4 + *（A 2+AB+B 2)/12 =**4 +**（+*+）/12 = m 3

停留时间HRT=3600*V/QD=3600*=<30s

c:参数调整。停留时间不足，沉砂池水深J 调整为, 则

V ’=**1/4 +**（+*+）/12 =

HRT=3600*V/QD=3600*=>30s

d:进水渠流速 V=QD/(3600*C*H)=(3600**=1m/s

出水渠流速V=QD/(3600*D*H)=(3600**=s 3. 排砂方法：

本设计采用空气提升器排砂，该提升装置由设备厂家与桨叶分离机成套供应 4.排砂量计算 城镇污水的沉砂量按36310/20m m 污水计算，其含水率为60%， 容重约为3/1500m kg ，则总沉砂量为 d m /0.110205000036=??-

沉砂池的沉砂经排砂泵装置排除的同时，往往是砂水混合体，为进一步分离

砂和水，需配套砂水分离器。清除沉砂的时间间隔为2d，根据排砂量次

/

23

m，选用LSSF-260无轴螺旋砂水分离器。

四配水井

1：草图

2：设计要求

（1）水利配水设施基本原理是保持各个配水方向的水头损失相等

（2) 配水渠道中的水流速度不应大于1m/s,以利于配水均匀和减少水头损失

3：设计计算

（1）进水管径D

1配水井进水管的设计流量Q

max

=2875m3/h,当进水管径

D

1

=1100mm,查水利计算表，知V=s，满足设计要求

（2）矩形宽顶堰 进水从配水井底中央进入。经等宽度堰流入6个水斗再由管 道接入6座构筑物，每个构筑物的分配水量为q=2875/6=h= 9L/s 。配水采用矩形宽顶溢流堰至配水管

（3）堰上水头H 。因为出水溢流堰的流量在一般情况下大于100L/s 时采用矩形堰，小于100时采用三角堰，本设计采用矩形堰（堰高h 取）。 矩形堰流量 gH bH m q 20= 式中 q —矩形堰流量，m 3/s H —堰上水头，m b —堰宽，m ，取

m 0—流量系数，通常采用—，取

则 203.081.9*2*1*1*33.0*33.0/13319.0*13319.03==H m

（4）堰顶厚度。根据有关资料，当

（5）配水管径D 2 设配水水管管径D 2 =450mm ，查水利计算表，知V=s (6)配水漏斗上口口径D 按配水井内的倍设计，D==*1100=1650mm 五 生物脱氮除磷氧化池 1.确定其原水水质参数如下：

BOD 5=120mg/L COD cr =240 mg/L SS=220 mg/L NH 3-N=25 mg/L TP= 2.设计出水水质

符合城市污水排放一级A 标准：

BOD 5≤20mg/L COD cr ≤60 mg/L SS ≤20mg/L

NH 3-N ≤15mg/L 磷酸盐（以P 计）≤L 3 设计计算

（1）运行周期 反应器个数n 1=6个，周期时间为t=6h ，周期数n 2=5，每周期处理水量Q=。每周期分为进水、曝气、沉淀、排水、闲置 5个阶段。 进水时间为 t F =t/n

式中：t F —每池每周期进水所需时间，h;

t —一个周期运行的时间，h ； n —每个序列反应池个数； 则 t F =6/6=1h

MLSS 取4000mg/L,污泥界面沉速为 u=*104*=*104*=

曝气池滗水高度h 1=,安全水深取，则 沉淀时间 t s =（+）/=

反应时间 t R =t-t s -t F -t d -t b =式中： t d —排水时间宜为—，这里取；

t b —闲置时间，此时间应根据现场具体情况而定，这里为了计算方便， 取 反应时间比 e=t R /t=6= （2）曝气池体积

经过处理后排出的水的BOD 5由溶解性BOD 5和悬浮性BOD 5组成，其中只有溶解性BOD 5与工艺计算有关。出水溶解性BOD 5可用下式估算： S e =

式中： S e ——出水溶解性BOD 5，mg/L ；

S z ——出水总BOD 5，mg/L ，取S z =20mg/L ； K d ——活性污泥自身氧化系数，d -1,典型值为；

f ——出水中MLVSS 与MLSS 的比值，对于生活污水f 值为； C e ——出水SS ，mg/L ，取 C e =20mg/L ； 则 S e =***20=L

因为活性污泥理想的营养平衡式为BOD:N:P=100：5：1 所以即使进水中BOD 5=120mg/L 全部被去除也只需6mg/L 的N 。故进水TN 较高。为满足硝化要求，曝气段污泥泥龄取25d ，污泥产率系数Y 取，活性污泥自身氧化系数K d 取。 曝气池体积=+-=)]1(/[)(0C d e C K eXf S S YQ V θθ*50000*25*/[*4000**(1+*25)]=30400m 3

(3)复核滗水高度h 1 SBR 池共设6座，有效水深H=5m ，则滗水高度h 1 h 1 =HQ/(n 2V)=5*50000/(6*30400)=≈与假设值相同

（4)复核污泥负荷L S =QS/eXV=50000*120/*4000*30400)=（kgBOD 5/kgMLSS)

（5)剩余污泥产量 剩余污泥由生物污泥和非生物污泥组成。剩余生物污泥

Xv ?计算公式为:

1000

10000X Vf K S S YQ X d e V ?--?=?

K d 与水温有关，水温20°C 时K d （20）=，根据《室外排水设计规范》（GB 50014—2006）的有关规定，不同水温时应进行修正。这里假设水温为20°C 。 则剩余生物污泥量为：

=?V X *50000*1000 **30400**4= 剩

余

非

生

物

污

泥

量

d kg C

e C

f f Q X b S /47501000

20220)75.07.01(500001000)1(0=-??-?=-?-=?

式中：C 0——设计进水SS ，mg/L ，取220mg/L; f b ——进水中可生化部分比例，设 f b =； 剩余污泥总量 =?+?=?S V X X X +4750=d (6)复核出水BOD 5 37.46

75.01.240000168.024120242424220

=????+?=+=

n Xft K S L R ch mg/L

式中： K 2——动力学参数，取值范围—，这里取; 复核结果表明，出水水质可以满足要求。

（7）复核NH 3-N 微生物合成去除的氨氮N W 可用下式计算。 =?=??

=50000

8

.127612.012.0Q X N V W L 这里微生物合成使出水氨氮仍高于设计出水标准。故要考虑硝化作用，出水氨氮计算采用动力学公式。

?

??+?

=pH)]-7.2(0.833-[1)15()(DO

K DO O m T m μμ*(T-15)

式中；)15(m μ—标准水温（15°C ）时硝化细菌最大比增长速度，d -1，)15(m μ=；

T —设计条件下污水温度，°C ，这里取20°C ； DO —曝气池内平均溶解氧，mg/L ，DO=L; K O —溶解氧半速度常数，mg/L ，K O =L ；

pH —污水pH 值，取； 将有关参数代入得 ?

-?-?+?

=)]2.72.7(833.01[2

3.125.0)20(m μ*(20-15)

= d -1； 硝化细菌增长半速度常数K N 也与温度有关，计算公式为: K N =K N(15)**（T-15)=**（20-15)=L

式中：K N(15)—标准水温（15°C ）时硝化细菌半速度常数，mg/L ，K N(15)=L ； 硝化细菌增长速度为

=+=+=

04.025

11)20(N N b c θμ

式中：b N —硝化细菌自身氧化系数，d -1，受水温影响，修正计算为：b N （T ）=b N （20）*,b N （20）=； 出水氨氮为 =-?=-=

08

.0495.008

.09.0))20()20(20()20()20(N m N N e K N μμμL

复核结果表明，出水水质可以满足要求。

（8）设计需氧量计算 设计需氧量包括氧化有机物需氧量、污泥自身需氧量、氨氮硝化需氧量和出水带走的氧量。有机物氧化需氧系数a '=，污泥需氧系数b '=。氧化有机物和污泥需氧量AOR 1为

75

.0304001000

400012.035.0)10006.13120(500005.0)(01????+-??='+-?'=XVf b e S S Q a AOR e = kg/d

进水氨氮N 0=25mg/L,出水氨氮Ne=L ，硝化氨氮需氧量AOR 2为

)

25

100075

.030400400035.012.01000173.02550000(6.4)100012.01000(6.402?????--??=--=c e eVXf N N Q AOR θ =d

反硝化产生的氧量AOR 3

25

100075

.030400400035.012.01000173.020*******(86.2)100012.01000(86.203?????

-?-?=--=C e eVXf TN N Q AOR θ

=2642 kg/d

总需氧量为AOR=+=d=h （9）标准需氧量 ]

[)()

20(C CS C AOR SOR T b S -?=

βρα

工程假设在0海拔地区，大气压力为*105

pa ，则ρ=1 微孔曝气头安装在距池底处，淹没深度H=，其绝对压力为 p b =p+*105H=*105+*105*=? pa

微孔曝气头氧转移效率E A 为20%，气泡离开水面时含氧量为

%5.17%100)

1(2179)

1(21=?-+-=

A A t E E O

污水水温为20°C ，清水氧饱和度C S(20)=L ，则曝气池内平均溶解氧饱和度为

48.10)42

202600()20(=+?=Ot

p C C b S Sb mg/L

查附录九，C S(20)=L 、α=、=β， 则标准需氧量为

=-????=

]

248.10195.0[85.017

.9325.359SOR h

空气用量 81202

.03.02.4873.0=?==

A E SOR ρm 3

/h=min (11)曝气池布置

SBR 反应池共设6座。每座曝气池长53m,19m 宽，水深，超高，有效体积为，6座反应池有效体积30400m 3。

污水处理厂每组SBR 池的运行情况如下表所示。

表 污水处理厂每组SBR 的运行情况

项目 第一小时 第二小时 第三小时 第四小时 第五小时 第六小时 1池 进水 曝气 曝气 曝气 沉淀 滗水 2池 曝气 曝气 曝气 沉淀 滗水 进水 3池 曝气 曝气 沉淀 滗水 进水 曝气 4池 曝气 沉淀 滗水 进水 曝气 曝气 5池 沉淀 滗水 进水 曝气 曝气 曝气 6池 滗水 进水 曝气 曝气 曝气 沉淀

六、鼓风机房 根据所需供气量为和压力47kPa ，可选用RF-245型罗茨鼓风机4台。该型风机风压，风量为min 。

正常条件下，2台工作，1台备用。

表3-8 RF-245型罗茨鼓风机

风机型号

口径 mm

转速 /min r

进口流量 3/min m

所需轴 功率kW

所配电机 功率kW