曝气池设计任务说明书

《水污染控制工程》课程设计说明书

日处理10 万m3城市污水处理厂

——曝气池工艺设计

班级：环境C091

姓名：刘晨

学号：095650

指导老师：张长平

时间：2012年5月28日----6月11日

一、课程设计的内容和深度...................................................................................................... - 1 -

二、水污染控制工程设计任务书.............................................................................................. - 1 -

1、设计题目........................................................................................................................ - 1 -

2、基本资料........................................................................................................................ - 1 -

（1）污水水量与水质................................................................................................ - 1 -

（2）处理要求............................................................................................................ - 1 -

（3）处理工艺流程.................................................................................................... - 1 -

（5）厂区地形............................................................................................................ - 1 -

3、设计内容........................................................................................................................ - 2 -

（1）格栅.................................................................................................................... - 2 -

（2）提升泵站............................................................................................................ - 2 -

（3）沉砂池................................................................................................................ - 2 -

（4）初沉池................................................................................................................ - 2 -

（5）曝气池................................................................................................................ - 2 -

（6）二沉池................................................................................................................ - 2 -

（7）消毒池................................................................................................................ - 3 -

三、曝气池的设计与计算.......................................................................................................... - 3 -

1、污水处理程度的计算.................................................................................................. - 3 -

2、曝气池的运行方式...................................................................................................... - 3 -

3、曝气池的计算与各部位尺寸的确定............................................................................ - 3 -

（1）BOD—污泥负荷率的计算 ............................................................................... - 3 -

（2）确定混合液污泥浓度(X) .................................................................................. - 4 -

（3）确定曝气池容积................................................................................................ - 4 -

（4）确定曝气池各部位尺寸.................................................................................... - 4 -

4、曝气系统的计算与设计................................................................................................ - 5 -

（1）平均时需氧量的计算........................................................................................ - 5 -

（2）最大时需氧量的计算........................................................................................ - 5 -

（3）每日去除的BOD5值 ........................................................................................ - 6 -

（4）去除每kgBOD的需氧量 ................................................................................. - 6 -

5、供气量计算.................................................................................................................... - 6 -

6、空气管系统计算.......................................................................................................... - 7 -

7、空压机的选定................................................................................................................ - 8 -

8、曝气池进水设计............................................................................................................ - 8 -

（1）曝气池入水管道DN1200mm。....................................................................... - 8 -

（2）曝气池出水管道DN1400mm。....................................................................... - 8 -

（3）污泥回流管管径................................................................................................ - 9 -

（4）中位管................................................................................................................ - 9 -

（5）放空管................................................................................................................ - 9 -

（6）空气管................................................................................................................ - 9 -

（7）曝气池进水口布置网........................................................................................ - 9 -

9、曝气池的高程设计...................................................................................................... - 10 -

四、课程设计体会.................................................................................................................... - 10 - 主要参考文献：........................................................................................................................ - 11 -

一、课程设计的内容和深度

课程目标：污水处理课程设计的目的在于加深理解所学专业知识，培养运用所学专业知识的能力，在设计、计算、绘图方面得到锻炼。

课程设计的内容和深度：针对一座二级处理的城市污水处理厂，要求对曝气池污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，完成设计计算说明书和设计图（曝气池工艺机构图和曝气池高程图）。设计深度一般为初步设计的深度。

二、水污染控制工程设计任务书

1、设计题目

日处理水量10万m3污水处理厂曝气池工艺设计

2、基本资料

（1）污水水量与水质

污水处理水量：10万m3/d

污水水质： CODcr 500mg/l，BOD5 280mg/l，SS 240mg/l。

（2）处理要求

污水经二级处理后应符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB

18918-2002）中二级排放要求：

COD≤120 mg／L，BOD5≤30 mg,/L，SS≤30mg／L

（3）处理工艺流程

污水拟采用传统活性污泥法工艺处理，具体流程如下：

（4）气象与水文资料

风向：多年主导风向为东北东风；

气温：最冷月平均为-10℃；

最热月平均为32.5℃；

极端气温，最高为41.9℃，最低为-23.6℃，最大冻土深度为0.8m；

水文：降水量多年平均为每年528mm；

蒸发量多年平均为每年1000mm；

地下水水位，地面下6—7m。

（5）厂区地形

污水厂选址区域海拔标高在64—66m之间，平均地面标高为64.5m。地势

为西北高，东南低。厂区征地面积为东西长380m，南北长280m。

3、设计内容

工艺构筑物选型的说明：

（1）格栅

格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物。设置在污水处理厂处理系统前的格栅，还应考虑到使整个污水处理系统能正常运行，对处理设施或管道等均不应产生堵塞作用。因此，可设置粗细两格栅，栅条间距一般采用16~25mm，最大不超过40mm。格栅栅条断面形状有圆形、正方形、矩形、半圆形等。按栅渣清除方式可分为人工清渣格栅和机械清渣格栅。

本设计采用矩形断面格栅，机械清渣方式。

（2）提升泵站

污水总泵站接纳来自整个城市排水管网来的所有污水，其任务是将这些污水抽送到污水处理厂，以利于处理厂各构筑物的设置。因采用城市污水与雨水分流制，故本设计仅对城市污水排水系统的泵站进行设计。

（3）沉砂池

沉砂池是城市污水处理厂必不可少的处理设施，主要去除污水中粒径大于0.2mm的砂粒，除砂的目的是为了避免砂粒对后续处理工艺和设备带来的不利影响。砂粒进入初沉池内会使污泥刮板过度磨损，缩短更换周期；砂粒进入泥斗后，将会干扰正常排泥或堵塞排泥管路；进入泥泵后将使污泥泵过度磨损，使其降低使用寿命；砂进入带式压滤脱水机将大大降低污泥成饼率，并使滤布过度磨损。

常用的沉砂池有平流式、竖流式、曝气式和涡流式四种形式。

本设计中选用平流沉砂池，它具有颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沙较方便等优点。

（4）初沉池

沉淀池是分离悬浮物的一种常用处理构筑物。

用于生物处理中作预处理的称为初次沉淀池。对于一般的城市污水，初沉池可以去除约30%的BOD5与55%的悬浮物。设置在生物处理后构筑物后的称为二沉池，是生物处理工艺中的一个组成部分。

沉淀池型有平流式、辐流式、竖流式3种。

本设计采用平流式沉淀池。

（5）曝气池

曝气池实质上是一个反应器，它的池型和所需要的反应器的水力特征密切相关。主要分为推流式、完全混合式和二池结合型三大类。曝气设备的选用及其布置必须和池型及水力要求相配合。

本设计采用推流式曝气池。

（6）二沉池

本设计采用辐流式沉淀池。

（7）消毒池

城市污水经过一级或二级处理(包活性污泥法和膜法)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。

根据现在污水处理厂现在常用的消毒方法，决定使用液氯消毒。

三、曝气池的设计与计算

1、 污水处理程度的计算

原污水BOD5值取280mg/L ，经初次沉淀池处理 BOD5按降低20%计算，则进入曝气池的污水，其BOD5为：

S a =280×(1-20%)=224 mg/L

计算去除率，首先计算处理水中溶解性BOD5值，

S e =S z -7.1K d fC e

式中:S e ——出水溶解性BOD 5

S z ——出水总BOD 5,S z =30mg/L;

K d ——活性污泥自身氧化系数，在0.05~0.1之间，取0.06

f ——出水SS 中VSS 所占比例，f=0.4

C e ——处理水中悬浮固体浓度,C e =30mg/L

代入数值 S e =30-7.1×0.06×0.4×30=24.89(mg/L ) 去除率%89.88224

89.24224=-=η 2、 曝气池的运行方式

在本设计中应考虑曝气池运行方式的灵活性和多样化。本设计选用传统活性污泥法系统运行。

3、曝气池的计算与各部位尺寸的确定

曝气池按BOD —污泥负荷法计算

（1）BOD —污泥负荷率的计算

取BOD —污泥负荷率为0.5 kgBOD 5/(kgMLSS.d)，

但为稳妥，需加以校核 N s =ηf

S K e z

式中 K z ---系数 其值在0.0168-0.0281之间，取0.0245

S e --- 经活性污泥处理系统处理后，处理水中残留的有机污染物BOD 量 MLSS

MLVSS f ==0.73

代入数值

N s =≈??8889

.073.089.240245.00.5 kgBOD 5/(kgMLSS.d) 计算结果确证，N s 值取0.5是适宜的。

（2）确定混合液污泥浓度(X) X=SVI

R Rr )1(106

+ 式中 R ——污泥回流比 取40%

r ——是考虑污泥在二次沉淀池中停留时间，池深，污泥厚度等因素的有

关系数，一般取值1.2左右

SVI ——污泥指数，值取130 mL/g

代入数值 X=130

)4.01(102.14.06

?+??=2637.36mg/L （3）确定曝气池容积 V=X

N QS s a 式中 V---- 曝气池容积m 3

S a ---经过初沉池的BOD 5值 mg/L S a =224mg/L

X---曝气池内混合液悬浮固体浓度(MLSS)mg/L X=2637.36mg/L

取污水流量总变化系数1.2

代入数值

V=36

.26375.02242.110104????=20384.02m 3

（4）确定曝气池各部位尺寸

①设有2组曝气池，每组容积为20384.02/2=10192.01m 3 ，

②池深取5m ，则每组曝气池的面积为F=10192.01/5=2038.402m 2 ,

③池宽取8m ， 宽深比B/H=8/5=1.6 ，介于1～2之间，满足设计规范要求。 ④池长：L=F/B=2038.402/8=254.80m

⑤设每组曝气池共5廊道，每组廊道长

L 1=L/5=254.80/5=50.96m 取值51m ,<5~8B ，满足设计规范要求。 ⑥曝气池超高取 0.5m 则池总高度为5+0.5=5.5m 曝气时间h t 08.424120000

02.20384=?= 4、曝气系统的计算与设计

本设计采用鼓风曝气系统：

（1）平均时需氧量的计算

O 2=a ’QS r +b ’VX v

式中O 2 ----混合液需氧量（kgO 2/d ）;

Q----污水平均流量（m 3/d ）

a ’----活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率，即活性污泥微生物每代谢1kgBOD 所需要的氧量，以kg 计,查表取a ’=0.5

b ’----活性污泥微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧率，即每kg 活性

污泥每天自身氧化所需要的氧量，以kg 计，查表取 b ’=0.15

S r ----经活性污泥微生物代谢活动被降解的有机污染物量，以BOD 值

V----曝气池容积(m)3

X v ----单位曝气池容积内的挥发性悬浮固体(MLVSS)量 kg/m 3

代入数值。X f Xv ?=

O 2=0.5310)89.24224(100000-?-??+0.1531036.263773.002.20384

-???? =660.10kg/h

（2）最大时需氧量的计算

根据原始数据，变化系数为1.2

O 2(max)=

0.5310)89.24224(2.1100000-?-???+0.1531036.263773.002.20384-???? =842.62kg/h 最大时需氧量与平均时需氧量之比：3.110

.66062.8422(max)

2==O O

（3）每日去除的BOD 5值

BOD r =d kg /44.238931000

)89.24224(120000=-? （4）去除每kgBOD 的需氧量

522/8.044

.238932410.660kgBOD kgO O =?= 5、供气量计算

采用网状膜型中微孔扩散器，敷设于距池底0.4m 处，淹没水深4.6m ，计算温度设为20℃，查表得20℃水中溶解氧饱和度

Cs(20)=9.17mg/L Cs(30) =7.63mg/L

（1）空气扩散器出口处的绝对压力(P b )计算得

P b =P+9.8310?H

式中 P---大气压力 P=1.013510?P a

H--- 空器扩散装置的安装深度，取4.6m

代入数值

P b =1.013510?+9.84103??.6=1.46510?P a

（2）空气离开曝气池面时，氧的百分比计算

O t =)

1(2179)1(21A A E E -+-?100% 式中 E A ----空气扩散器的氧转移效率，对网状膜型中微孔扩散器,取12%， 故：%96.18%100)

12.01(2179)12.01(21=?-+-=t O （3）曝气池混合液中平均氧饱和度（按最不利的温度条件考虑）计算 Csb(T)=Cs(510026.2?b P +42

t O ) 式中Cs---在大气压力条件下氧的饱和度 mg/L

最不利温度条件，按30℃考虑，代入各值，得

L mg C T sb /96.8)4296.1810026.21046.1(63.75

5)(=+???= （4）换算为在20℃条件下，脱氧清水的充氧量 R0=20)()20(024.1][-?-T T sb sb C C RC βρα

式中 α---修正系数 α=ra

ra K K 清水中的污水中的 ' ∈α(0.8 0.85) 取α=0.8 β--修正系数 β=s

s C C 清水中的污水中的'

∈β（0.9 0.97）取β=0.9 C=2.0; ρ=1.0

代入数值 ,得

h kg R /33.916024.1)0.296.80.195.0(8.017.910.66020300=?-????=- 相应的最大日需氧量为： h kg R /70.1169024

.1)0.296.80.195.0(8.017.962.8422030(max_)0=?-????=- （5）曝气池平均日供氧量

h m E R G A S /61.2545310012

3.033.9161003.030=??=?= （6）曝气池最大日供氧量

h m E R G A S /67.3249110012

3.070.11691003.03(max)

0(max)=??=?= (7)去除每kgBOD5的供气量

53/57.252444

.2389361.25453kgBOD m BOD G r S 空气=?= （8）每m2污水的供气量

污水空气33/5.624120000

61.25453m m =? （9）本系统的空气总用量

除采用鼓风曝气外，本系统还采用空气在回流污泥井提升污泥，空气量按回流污泥量的8倍计算，污泥回流比R 取值80%，这样，提升回流污泥所需空气量为：h m /32000241200008.083=??

总需气量：32491.67+32000=64491.67h m /3

6、 空气管系统计算

根据本次设计的曝气池平面图布置空气管道，在相邻的两个廊道的隔墙上设一根干管，每组共3根干管，在每根干管上设12对竖管共24条，全曝气池共设120条配气竖管。每根竖管的供气量

h m G S /76.27012067.324911203(max)

==

每组曝气池平面面积为

2408025851m =???

本设计采用Wm-180型网状膜空气扩散器，每个空气扩散器的服务面积按0.5m2计，则需空气扩散器的总个数为:

个81605.04080= 每个竖管上安设的空气扩散器的数目为

个681208160= 每个空气扩散器的配气量为

h m /98.3816067.324913=

7、空压机的选定

空气扩散器装置安装在距曝气池池底0.4m 处，因此，空压机所需压力为：

kPa P 08.4518.96.4=??=

空压机供气量：

最大时：min /86.1074/67.644913200067.32491

33m h m ==+ 平均时：min /56.957/61.574533200061.25453

33m h m ==+ 根据所需压力及空气量，决定采用LG80型空压机12台，该型空压机50KPa ，

风量min /803m ，正常条件下，8台工作，4台备用，高负荷时，11台工作，1台备用。

8、曝气池进水设计

（1）曝气池入水管道DN1200mm 。 污水在管道内的流速2114.34d Q V s = s m Q s /39.13600

241200003=?=，设计中取d=1.2m ，则s m V /23.11= 在0.4-5m/s 之间，符合要求。

（2）曝气池出水管道DN1400mm 。 污水在管道内的流速2

214.34d Q V s =，取d=1.4，则s m V /9.02= 在0.4-5m/s 之间，符合要求。

（3）污泥回流管管径

v

Q d 14.3422= 式中2d ——污泥回流管径（m ）

2Q ——魅族曝气池回流污泥量)/(3s m

h m Q /400024

1200008.032=?= v ——回流污泥管内污泥流速)/(s m ，一般采取0.6-2.0m/s ，设计中

采用1.3m/s 代入可得，m d 13600

3.11

4.3400042≈???=

（4）中位管

曝气池中部设中位管，在活性污泥培养驯化事，排放上清液。中位管管径DN450mm

（5）放空管

曝气池在检修时，需要将水放空，因此，应在曝气池底部设放空管，放空管管径DN450mm

（6）空气管

（7）曝气池进水口布置网

所需孔口总面积：

2332.29

.01200005.15.1m V Q A =?== 3V ——孔口流速，一般采取0.2-1.5m/s ，取0.9m/s 。

设每个孔口尺寸为m m 6.05.0?，则，空口数86

.05.032.2≈?==a A n 个。

9、曝气池的高程设计

堰上水头一般为0.1m~0.2m,堰上水头取0.14m,池壁厚度为0.3m~0.5m,其水里学特征为自由出流宽顶堰。

水力计算公式如下：

3/22H g mb Q = 或 3/2)2(

g mb Q H =

H ——堰上水头，m

Q ——设计流量，s m

m ——流量系数，m=0.32

b ——堰宽，m g ——重力加速度，28.9s m

考虑到水量变化影响，曝气池进水口、回流污泥入口和出水口设计流量应按最大流量计算。

对于进水口：s m Q /39.13=，则m H 57.1)8.925.032.039

.1(3/2=???= 对于回流污泥管：s m Q /11.1360040003==，则m H 35.1)8.925.032.011.1(3/2=???= 对于出水口：s m Q /34.13=，则m H 57.1)8.925.032.039

.1(3/2=???=

四、课程设计体会

通过这次课程设计，我对我们环境工程专业的任务及目前的形势有了更深刻的了解。我还掌握了很多关于污水处理方面的知识，巩固了所学的理论知识，把理论知识和实践结合起来，培养了解决实际工程问题的能力。

同时，我发现了自己专业理论基础还不够扎实，观察不仔细，考虑问题不全面等方面的不足，认为还需要通过进一步的学习和锻炼来提高自己。 总之，这次课程设计加深了我对专业的了解，更加增添了我对本专业的信心。

主要参考文献：

[1]高廷耀，顾国维，周琪主编. 水污染控制工程（第三版）.高等教育出版社.

[2]乔庆云主编.给水排水工程设计实践教程.机械工业出版社.

[3]韩剑宏主编. 水工艺处理技术与设计. 化学工业出版社.

[4]陶俊杰于军亭陈振选主编. 城市污水处理技术及工程实例（第二版）化学工业出版社.

[5]尹士军,李亚峰等主编. 水处理构筑物设计与计算.化学工业出版社.

[6]唐受印，戴友芝等主编.水处理工程手册.化学工业出版社.

[7]张自杰主编.排水工程；中国建筑工业出版社.