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环境工程课程设计

课题名称：A2/O活性污泥法中核心构筑物池设计

院 系：

得 分：

完成时间： 2015 年 7月 4 日

课题名称
A2/O活性污泥法中核心构筑物池设计—A2/O池
设计条件：
某城区拟采用活性污泥法中的A2/O工艺处理其生活污水，
设计生活污水流量为80000m3/d；
进水水质：BOD5为250mg/L，TP为4 mg/L，SS为250 mg/L，COD为450 mg/L ，TN为20 mg/L。
出水水质要求：BOD5为20mg/L，COD为60 mg/L ,TP为0.5 mg/L，SS为20 mg/L，TN为5 mg/L。
排放标准：（GB8978-1996）《污水综合排放标准》
设计要求：
设计说明书一份(不少于5000字)，内容要求：
(1)掌握A2/O法二级污水处理厂主要构筑物的设计计算及计算机绘图方法，主要包括格栅、污泥泵房、沉砂池、A2/O池、二沉池、污泥浓缩池、以及高程的计算.
(2) 确定A2/O池的尺寸、曝气系统的供气量。
(3)绘制A2/O池的平面布置图和剖面图。
参考资料：参考资料：
1 1 张自杰.排水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1996
2 孙力平.污水处理新工艺与设计计算实例[M].北京：科学出版社,2001
3 娄金生编.水污染治理新工艺与设计[M]..北京：海洋出版社，1999，3
4 曾科，卜秋平，陆少鸣.污水处理厂设计与运行[M]..北京:化学工业出版社,2001
5 高廷耀,顾国维.水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，1999
6 张中和.排水工程设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1986
7 郑兴灿. 污水生物除磷脱氮技术[M].北京：中国建筑工业出版社，1992

1.A2/O活性污泥法中核心构筑物池设计
设计条件：
某城区拟采用活性污泥法中的A2/O工艺处理其生活污水，
设计生活污水流量为80000m3/d；
进水水质：BOD5为250mg/L，TP为4 mg/L，SS为250 mg/L，COD为450 mg/L ，TN为20 mg/L。
出水水质要求：BOD5为20mg/L，COD为60 mg/L ,TP为0.5 mg/L，SS为20 mg/L，TN为5 mg/L。
排放标准：（GB8978-1996）《污水综合排放标准》
设计要求：
(1)掌握A2/O法二级污水处理厂主要构筑物的设计计算及计算机绘图方法，主要包括格栅、污泥泵房、沉砂池、初沉池、A2/O池、二沉池、污泥浓缩池、以及高程的计算.
(2)确定格栅、污泥泵房、沉砂池的尺寸。
(3)绘制沉砂池的平面布置图和剖面图。

A2/O工艺流程的优点
①该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺 ，总的水力停留时间，总产占地面积少于其它的工艺 。
②在厌氧的好氧交替运行条件下，丝状菌得不到大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。
③污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。
④运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以不啬溶解氧浓度，运行费低。 A2/O工艺流程的缺点：
①除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD值高时更是如此 。
②脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高，否则增加运行费用。
③对沉淀池要保持一定的浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解 浓度也不宜过高。以防止循环混合液对缺反应器的干扰。
主要特点：
①工艺流程短，构筑物和设备少，不设初沉池，调节池和单独的二沉池，污泥自动回流，投资省，能耗低，占地少，管理简便。
③ 处理效果稳定可靠，其BOD5和SS去除率均在90％-95％或更高。COD得去除率也在 85％以上，并且硝化和脱氮作用明显。
④造价低，建造快，设备事故率低，运行管理费用少。
⑤固液分离效率比一般二沉池高，池容小，能使整个系统再较大得流量和浓度范围内稳定运行。
⑥污泥回流及时，减少污泥膨胀的可能。
2. 反应池
生化池由三段组成，既厌氧段、缺氧段、好氧段。在厌氧段，回流的好氧微 生物因缺氧而释放出磷酸盐，同时得到一定的去除。缺氧段虽不供氧，但有好氧池混合液回流供给NO3—N 作电子受体，以进行反化硝脱氮。在最后的好氧段中，好氧微生物进行硝化和去 除剩余BOD 的同时，还能大量吸收溶解性磷酸盐，并将其转化为不溶性多聚正磷酸盐而在菌体内贮藏起来，通过沉淀池排放剩余污泥而达到除磷的目的。
设计参数：
（1）设计流量： Q=80000m3/d(不考虑变化系数)
（2）设计进水水质： BOD5=250mg/l ；COD=450mg/l ；SS=250mg/l；NH3-N =20mg/l
（3）设计出水水质:COD≤60mg/L，BOD（SE）≤20mg/L，SS≤20mg/L，NH3-N≤5mg/L
设计计算：(污泥负荷法)
① BOD污泥负荷： N=0.14kg BOD5/(kgMLSS*d)
② 回流污泥浓度：XR=6000(mg/L)
③ 污泥回流比： R=100%
④ 混合液悬浮固体浓度：
X=XR×R/1+R=6000×1/1+1=3000(mg/L)
⑤ 反应池容积V
V=Q×S0/N×X=80000×144/0.14×3000=27428.5m³
⑥ 反应池总水力停留时间
t=V/Q=27428.5/80000=0.34(d)=8.2(h)
⑦ 各段水力停留时间和容积
厌氧：缺氧：好氧＝1：1：3
厌氧池水力停留时间:t1=1/5×8.20=1.64h
厌氧池容积:V1=1/5×27428.5=54865.5m³=
缺氧池水力停留时间:t2=1/5×8.2=1.64h=
缺氧池容积:V2=1/5×27428.5=54865.5m³=
好氧池水力停留时间:t3=3/5×8.20=4.92h´=
厌氧池容积:V3=3/5×27428.5=16489.5m³
⑧ 剩余污泥量W
生成的污泥量:W1=Y(So-Se)Q
式中:Y —— 污泥增殖系数，取Y=0.6。
将数值代入上式:
W1=Y(So-Se)Q
=0.6(0.144-0.02)×80000
=5952kg/d
内源呼吸作用而分解的污泥:W2=KdXrV
式中:kd —— 污泥自身氧化率，取kd=0.05。
Xr —— 有机活性污泥浓度，Xr=fX，f=MLSS/MLVSS=0.75（污泥试验法）
∴Xr=0.75×3000=2250mg/L
W2=KdXrV=0.05×2.25×1714285
=1928.57kg/d
=1929kg/d
不可生物降解和惰性的悬浮物量（NVSS）W3，该部分占TSS约50%
W3=(TSS-TSSe)×50% ×Q
=(0.144-0.02)×50%×80000
=4960kg/d
剩余污泥产量W
W=W1-W2+W3=5952-1929+4960=8983kg/d
⑨反应池主要尺寸
反应池总容积:V=34285.7m3
设反应池2组，单组池容积 V单=V/2=17142.85(m³)
有效水深 h=6.5m
单组有效面积:S单= h V单=2637.36m3
采用5廊道式推流式反应池，廊道宽b=7.5m=
单组反应池长度L=S单/B=2637.36/5×7.5=70.3m
校核：b/h=7.5/6.5=1.15(满足b/h=1～2)；
L/b=70.3/7.5=9.37(满足l/h=5～10)；
取超高为0.5m，则反应池总高H=0.5+6.5=7m
⑩反应池进、出水系统计算
（1)进水管
单组反应池进水管设计流量:Q1=Q/2=0.717 m³/s
管道流速v=0.98 m/s
管道过水断面面积A=Q1/v=0.73㎡
管径:d=0.964m 取出水管管径DN1000mm
校核管道流速V=Q/A=0.717/(0.98/2)2π=0.96m³ /s
（2)回流污泥渠道。单组反应池回流污泥渠道设计流量QR
QR= R * Q
=1.0×80000/86400=0.925m³/s
管道流速取 V1=0.73 (m/s)
取回流污泥管管径 DN1000 mm
（3)进水井
反应池进水孔尺寸：
进水孔过流量：Q2=(1+R)Q/2=(1+1) ×80000÷86400÷2=0.925m³/s
孔口流速 v=0.65m/s，
孔口过水断面积 A=Q2/v=0.925÷0.60=1.54(㎡)
取圆孔孔径为 2000 mm
进水井平面尺寸为 6×6(m×m)
（4)出水堰及出水井.按矩形堰流量公式计算：
Q3=0.42×√2g×b×H1.5=1.86b×H1.5
式中
Q3=(1+1)Q×3.5/2=(1+1)×0.925×3.5/2=3.24m³/s
b——堰宽，b=7.5 m;
3.5——安全系数
H——堰上水头，m
H=(Q3/1.86×b)2/3=0.438m
出水孔过流量Q4=Q3=4.05(m³/s)
孔口流速smv/7.0=
孔口过水断面积A=Q/V=4.05/0.7=5.78m³
取出水井平面尺寸:1.3×7.5（m×m）
（5)出水管
单组反应池出水管设计流量:
Q5=Q3/2=2.025 m³/s
管道流速 v=0.96 m/s
管道过水断面 A=Q5/ v=2.025÷0.96=2.1㎡
管径d=1.643m ´= p
取出水管管径DN1700mm
校核管道流速nv=Q5/A=0.9m/s
⑫ 曝气系统设计计算
（1)设计需氧量QR=a¹Q(So-Se)+b¹XvV+4.6Nr-2.6NO3-++-
其中：第一项为合成污泥需要量，第二项为活性污泥内源呼吸需要量，第三项为消化污泥需氧量，第四项为反硝化污泥需氧量
（2)的氨氮中被氧化后有90%参与了反硝化过程，有10%氮仍以3NO-存在
（3)用于还原的NO3-N=(40-8)×90%=28.8mg/L
仍以3NO-存在的NO3-N=(40-8)×10%=3.2 mg/L
（4)取a'=0.6,b'=0.07
QR=a¹Q(So-Se)+b¹XvV+4.6Nr-2.6NO3
=0.680000×(0.144-0.020)+0.07×26200×3.0+(4.6-2.6) ×1590%×80000×10-3-4.6×15×10%80000×10-3
=13062kg/d=544kg/h
所以总需氧量为13062kg/d=544kg/h
最大需氧量与平均需氧量之比为1.4，则 ORmax=1.4×544=761.6kg/h
（5)标准需氧量 采用鼓风曝气，微孔曝气器。曝气器敷设于池底，距池底0.2m，淹没深度3.8m，氧转移效率AE=20%，计算温度T=25℃ ，将实际需氧量 AOR换算成标准状态下的需氧量 SOR [
SOR=AOR×Csb（20）/α[βρsm(T)-CL] ×1.024(T-20)
=25287.04kgO2/d=1054.04kgQ2/h
相应的最大标准需氧量ORmax=1.4SOR=1475.7kg/h
Gs=SOR/0.3EA×100=100×1054.04/0.3×20=17567.3m³/h
最大时的供气量Gsmax=1.4GS=24594.3m³/h
（6)所需空气压力p
p=h1+h2+h3+h4+△h=0.2+3.8+0.4+0.5=4.9m
式中 h1+h2=0.2m--供凤管到沿程与局部阻力之和+
h3=3.8m--曝气器淹没水头
h4=0.4m--曝气器阻力
△h=0.5m--富裕水头
（7)曝气器数量计算(以单组反应池计算)
按供氧能力计算所需曝气器数量。
n1=QRmax/2qγ=1475.7/2×0.14=5271个
供风管道计算
供风干管道采用环状布置
流量Qs=0.5×GSmax=12297.2m³/h=3.42m³/s
流速v=10m/s=
管径d=0.66m´´= ´= np
取干管管径为DN700mm，单侧供气(向单侧廊道供气)支管
Qs单=1/3×Gmax/2=4099.05m³/h=1.14m³/s
流速v=10m/s
管径d=0.38m´´= ´= np
取支管管径为DN400mm
双侧供气
Qs双=2Qs单=2.28m³/s
流速v=10m/s
管径d=0.54m
取支管管径DN550mm
3.沉砂池
沉砂池的作用是从废水中分离密度较大的无机颗粒。它一般设在污水处理厂前端，保护水泵和管道免受磨损，缩小污泥处理构筑物容积，提高污泥有机组分的含率，提高污泥作为肥料的价值。沉砂池的类型，按池内水流方向的不同，可以分为平流式沉砂池、曝气沉砂池、钟式沉砂池和多尔沉砂池。
平流沉砂池是常用的型式，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、闸门、水流部分及沉砂斗组成。它具有截留无机颗粒效果好、工作稳定、构造简单和排沉砂方便等优点。
平流沉砂池的设计最大流速为3m/s，最小流速为0.15m/s；最大流量时停留时间不小于30s，一般采用30～60s；有效水深不应大于1.2m；池底坡度一般为（0.01～0.02）。
设计条件：
某城区拟采用活性污泥法中的A2/O工艺处理其生活污水，
设计生活污水流量为80000m3/d；
进水水质：BOD5为250mg/L，TP为4 mg/L，SS为250 mg/L，COD为450 mg/L ，TN为20 mg/L。
出水水质要求：BOD5为20mg/L，COD为60 mg/L ,TP为0.5 mg/L，SS为20 mg/L，TN为5 mg/L。
排放标准：（GB8978-1996）《污水综合排放标准》
设计参数:
（1）污水流量：
设计流量 Q=80000m³/d=0.926m³/s
变化系数 K=2.7/(Q^0.11) =´=
最大污水流量 Qmax= 2.5m³/s
（2） 水平流速：一般为（0.15～0.3m/s），取v=0.3m/s。
（3） 最大流量时停留时间：t=30s
设计计算:
（1） 长度L
L=VT=0.3×30=9m=´==
（2） 水流断面积A
A=Qmax/v=2.5/0.3=8.33m===
（3） 池总宽度B
取n=4格，每格宽b=1m
即：B=nb =4m=´
（4） 有效水深h2
h2=A/B
=8.33/4
=2.08m
（5） 沉砂斗所需容积
V=86400×Qmax×T×X/(1000×Kx）
=86400×2.5×1×0.03/(1000×2.7)
=2.4m³
式中：X——城市污水沉砂量, 取0.03L/m³（污水）；
T——清除沉砂的间隔时间，d，取T＝1d；
K——污水流量总变化系数，K＝2.7。
（6） 每个沉砂斗的容积V
设每一分格有2个沉砂斗，共有8个沉砂斗，则
V=2.4/8=0.3m³
（7） 沉砂斗上口宽a
a =2h3'/tan60°+a1
=1.26m° =
式中：h3'——斗高，m，取h3' =0.4m；
a1——斗底宽，m，取a1=0.8m；
斗壁与水平面的倾角60°。
（8） 沉砂斗容积V1
V1=1/6h3（2a²+2aa1+2a1²）
=0.43m³>0.3m³ 符合要求
（9） 沉砂室高度h3
采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗。沉砂室有两部分组成：一部分为沉砂斗，另一部分为沉砂池坡向沉砂斗的过渡部分，沉砂室的宽度为[2（2L2+a）+0.2]。
L2=（L-2a-0.2）/2=3.14m（0.2 为二沉砂斗之间隔壁厚）
h3=h3’+0.02L2=0.463m=´+=+=
（10） 池总高度 H
设超高h1=0.3m，则
H=h1+h2+h3
=0.3+2.08+0.463
=2.843m=++=++=
（11） 验算最小流速Vmin在最小流量时，只用1 格工作n=1，
Qmin=1/4Qmax=0.625m³/s´
Vmin=Qmin/n1Wmin=0.3m/s>0.15m/s´==
式中: Qmin ——最小流量，m/s；
n1——最小流量时工作的沉砂池的数目，个；
Wmin——最小流量时沉砂池中的水流断面，m²。
（12） 设备选型 选择PGS 型刮砂机，型号为PGS4000
技术参数
池宽 驱动功率 运行速度 设备质量
4m 2.2kw 0.8m/min 6500kg
4.二沉池
二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使混合液澄清、浓缩和回流活性污泥。
其工作效果能够直接影响活性污泥系统的出水水质和回流污泥浓度。
采用中心进水周边出水辐流式二沉池
设计参数 ：
（1) Q=80000m³/d=33333.33m³/h
（2）A²/O 反应池悬浮固体浓度 X=3000mg/L
（3）二沉池底流生物固体浓度 Xr=6000mg/L
（4）回流污泥比 R=100％
设计计算：
（1） 沉淀部分水面面积F，根据生物处理段的特性，选取二沉池表面负荷q=1.5m³/（㎡.h）,设两座二沉池，n=2.
F=Q/(n.q)=3333.33/(2×1.5)=1111.11㎡
(2) 池子直径D
D=√4F/π=√（4×1111.11）/（π）=38m
沉淀部分水面面积F=0.25πD²=1133.54㎡
二次沉淀池表面负荷q=Q/nF=3333.33/(2×1133.54)=1.5㎥/(㎡.h)
(3) 校核固体符合G
G=24×(1+R).Q.X/F
=24×(1+1)×3333.33×3/1111.11
=423.45kg/(㎡.d)
(4)沉淀部分的有效水深h₂，设沉淀时间：t=2.5h
h₂=qt=1.5×2.5=3.75m
(5) 沉淀区的容积V，设计采用周边传动的刮吸泥机排泥，污泥区容积按2h时间确定。
V=2.T(1+R).Q.X/(X+Xr)
=2×2(1+1)×3333.33×3000/(3000+6000)
=8888.88㎥
每个沉淀池污泥区的容积 V₁=V/2=8888.88/2=4444.44㎥
(6) 污泥区高度h₄
①污泥斗高度。设池底的径向坡度为0.05，污泥斗直径D₂=1.5m
上部直径D₁=3.0m，倾角=60º，则
h₄¹=[（D₁－D₂）/2]×tan60º=[﹙3－1.5﹚/2]×tan60º=1.3m
V₁=﹙πh₄¹/12﹚×﹙D₁²+D₁D₂＋D₂²﹚
=﹙π×1.3/12﹚×﹙3²＋3×1.5＋1.5²﹚
=5.36㎥
②圆锥体高度
h₄²＝[﹙D－D₁﹚/2]×0.05＝[﹙38－3﹚/2]×0.05=0.875m
V₂＝[﹙πh₄²﹚/12]×﹙D²＋DD₁＋D₁²﹚
＝[﹙3.14×0.875﹚/12]×﹙38²＋38×3＋3²﹚
＝358.78㎥
③竖直段污泥部分的高度。
h₄³＝﹙V₁¹－V₁－V₂﹚/F
＝﹙4444.44－5.36－358.78﹚/1133.54
＝3.6m
污泥区高度 h₄＝h₄¹＋h₄²＋h₄³＝1.3＋0.875＋3.6＝5.775m
(7) 沉淀池总高度H，设超高h₁＝0.3m，缓冲层高度h₃=0.50m。
H＝h₁＋h₂＋h₃＋h₄
＝0.3＋3.75＋0.5＋5.775
＝10.325m
参考资料：
1 张自杰.排水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1996
2 孙力平.污水处理新工艺与设计计算实例[M].北京：科学出版社,2001
3 娄金生编.水污染治理新工艺与设计[M]..北京：海洋出版社，1999，3
4 曾科，卜秋平，陆少鸣.污水处理厂设计与运行[M]..北京:化学工业出版社,2001
5 高廷耀,顾国维.水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，1999
6 张中和.排水工程设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1986
7 郑兴灿. 污水生物除磷脱氮技术[M].北京：中国建筑工业出版社，1992