WCMBR20型生活污水处理装置性能计算书.doc

WCMBR20型生化法生活污水处理装置

设 计 计 算 书

根据国际海协环保会IMO MEPC.159（55）的排放要求和GB10833-89《船用生活污水处理系统技术条件》的要求，生活污水处理装置须能处理来自生活污水中大肠菌群、悬浮固体和生化需氧量，使其达到合格指标，WCMBR-20型生活污水处理装置采用生化法原理处理船舶生活污水，生活污水经粉碎后，采用两级接触氧化室进行生物处理。接触氧化室是由曝气室和生物滤床综合在一起的处理构筑物。由于接触氧化室具有比表面积大的固定滤料床以及人工曝气的特点，兼有活性污泥法和生物膜法的优点，采用MBR膜法，极大的提高了有机处理负荷率和出水水质。
在接触氧化法处理系统中，氧化室的供氧，对生物处理过程的正常运行是非常重要的。本装置选择曝气方式供氧，曝气供氧对废水好氧生物处理来说，如同提供必需的营养物质一样，是个十分重要的控制条件。在有机物的好氧分解过程中，微生物需要氧（O2）作为受氧体，因而曝气使氧转移到液相中去的速率应不低于微生物的耗氧速度。实质上，微生物降解有机物的速度受制于曝气供氧的速度。为提高微生物降解有机物的速度，主要是设法提供足够的氧以及提高氧的转移速度。
本装置设计关键在于生化供氧设备的设计计算与选型。
一、 参数分析：

1．原始数据
装置处理人数：20人/天。(极限时可到22人/天)
处理原污水量（水力负荷）：1.54m3/d （按70L/人 •天，加放10%裕量）。
BOD处理量：0.7 kg/d 按35 g/人 •天计算。（极限时可到0.77 kg/d）
液力负荷平均数：64.17 L/h
高峰时间液力负荷：192.5 L/h

2. 处理后排放水指标
悬浮固体（TSS）≤35mg/L
5日生化需氧量（BOD5）≤25mg/L
化学需氧量（COD）≤125mg/L
大肠菌群几何平均近似值（M.P.N）≤100个/100mL
全面满足IBM MEPC.159（55）决议所要求的指标。

3.接触柜总容积0.9m3 (按存水高度为1.2 m计)。
接触柜面积0.75m2 、柜内正常水深1.2 m, 接触填料(多面球)堆放高度0.9 m。

MBR膜系统
沉淀
接触柜（2）

接触柜（1）
4．污水处理流程如下图所示：
粉碎柜柜
污水入口
外挂膜

污泥回流

紫外线消毒

排放
二. 性能计算
1. BOD负荷计算（按高峰负荷计算）
0.77 kg/ d ÷1.54 m3 =500 g/( m3•d)>370 g/( m3•d)
所以决定了接触柜不能选用普通生物滤池，而应该采用高负荷生物滤池才能将污水处理合格。特别是船上采用少量水冲洗系统后，装置进入的污水中污渣浓度高，冲击负荷大，此时为保证原污水的浓度不致太高，每天应适量加水入装置，以保持液力负荷，高浓度污水不利于生物活性。
2. 回流比
按<<水污染防治手册>>表25.4(P530)推荐，在原污水的BOD在450—600 mg/L范围内时，采用2级滤池并将沉淀后的水回流入滤池，推荐回流比为3，采用回流比2-3之间。（如按平均生物负荷计算，推荐回流比则为2），本设计采用回流比为2.6.
即回流量为64.17L/h×2.6×10-3=0.167 m3 /h
采用大回流比，有以下好处：
① 可稀释进水，降低浓度，改善水质，有利于生物滤池正常工作；
② 当进水的质和量有波动甚至冲击时，回流有调节和稳定进水的作用；
③ 增加水力负荷率，提高冲刷生物膜的能力，促进生物膜脱落更新，阻止滤床堵塞和保持良好的通气与生物膜活性，提高滤池的有机负荷率；
④ 由于生物滤池的相对效率基本不变（即出水与进水底物浓度之比接近常数），故回流稀释进水，可提高出水水质；
⑤ 可抑制臭味
选取2级接触柜，即用双级滤池串联工作，可提高出水水质，耐冲击负荷大些，运行较稳定，可连续工作。设计中留有余量，适量调整回流量，可加大处理负荷，增大装置使用范围。二次污泥为棕色，未充分氧化，细颗粒，易腐化。
a) 负荷率
滤料容积：0.75 m2 ×0.9 m =0.675 m3
负荷率可达到1.2 kg(BOD5)/ m3 (滤床) •d
故可处理负荷为：
1.2×0.675=0.81kg(BOD5)/ d 大于0.77 kg(BOD5)/ d，
符合要求。
b) 曝气接触氧化时间
液力负荷平均值64.17L/h，采用回流比为2.6时，流经接触柜的污水速率为：
64.17L/h×(1+2.6)=231 L/h
在接触柜中停留时间，只按滤料体积计算：
0.76 m3÷0.231 m3 /h=3.3 h
一般而言，污水在接触柜中应停留1.5—3小时可处理合格，现采用回流比为2.6时，停留时间可达3.3 h，满足要求。
3．填料性能
采用多面球作填料，其性能如下：直径Ø50，比表面积130 m2 / m3 ，空隙率93.5%，堆积重度130N/ m3, 堆积分数12000个/ m3 ,负荷率可达到1.2 kg(BOD5)/ m3 (滤床) •d.
4．曝气设备的选定
曝气设备的选定主要考虑运行中不易堵塞以及具有较高的氧利用率。常用的曝气设备有多孔性扩散曝气设备和非多孔性扩散曝气设备。本装置由于体积小，生物接触氧化空间有限，这就要求选配产生气泡细小，气、液接触面大，氧利用率高，不易堵塞的曝气设备。经筛选本装置选用WB-150型橡胶可变孔微孔曝气器。
（1）WB-150型橡胶可变孔微孔曝气器技术参数：
直径：Φ150mm
气孔密度：580-650个/只
出孔气泡直径：1 mm
服务面积：0.4-0.8 m2/只
氧利用率：15-20%
曝气量： 0-5 m3 /h
出气阻力：150-350 mm水柱
动力效率：4.3-5.6 kg02 /kw·h
（2）空气管路的布置和管径的确定
从气泵到曝气器，输送压缩空气的管路在布置时应考虑管线距离最短，且应尽量减少弯头等，使管路中的压力损失较小以及进入各支管的空气压力较均匀，亦较安全。
a） 输气总干管管径确定
初选输气总干管管径为： Φ15
效核干管气体流速： V=Q/A
式中： Q---- 气泵排量 10m3/h
A---- 输气干管流通面积
V=Q/A=10/πr2=10/［3600π (0.015/2)2］ = 15.73m/s
满足输气干管气流速度10-16m/s的控制范围。选择输气干管管径 Φ15可行。
b） 通向曝气器的布气支管管径的确定
本装置从气泵出来的压缩空气经输气总干管分为四路，分别给四个曝气器提供气源，
校核支管气体流速：
V=q/A=q/ 4π r2=q/ 4 π (0.02/2)2=3.93m/s
满足布气支管气流速度3-5m/s的控制范围。选择输气支管管径Φ15可行。
（3）供气量与气泵容量、风压的确定
a）供气量计算
采用压缩空气供氧时，供气量的计算首先要确定有机物降解的需氧量。从理论上讲，氧化1公斤BOD5物质的需氧量为1公斤。
在废水曝气生化过程的需氧量为：
O2=Q（SO-Se） 公斤/日
式中：Q---废水设计流量，米3/日
SO、Se --- 进水、出水的BOD5浓度，公斤/米3
根据需氧量（Ｏ2）即可推算出压缩空气需要量Da，空气需要量按标准状态下计量，即Ｔ＝２０℃和７６0ｍｍＨｇ大气压条件下的空气需要量。
根据Ｔ＝２0℃，大气压＝760ｍｍＨｇ时，空气的容量ｒａ＝1.205公斤／米3，其中氧占23.1％（按重量计），则:
理论需要量 Ｄa＝O2/（1.205×0.231）＝O2/0.278=3.6O2 米３／日
考虑到曝气器的氧利用率ＥＯ,则实际需要量为:
Ｄａ＝Ｄａ'／ＥＯ＝3.6O2/E0 米３／日
对于橡胶可变孔微孔曝气ＥＯ取15%
本装置按0.08ｍ３／人的污水考虑,对20人来说,污水设计流量:
Ｑ＝1.6 米３／日
进入装置的生活污水ＢＯＤ5浓度ＳＯ取600ｍｇ／L,处理后出水ＢＯＤ5浓度Ｓe取20
ｍｇ／L(国家标准ＢＯＤ5浓度≤25ｍｇ／L),则:
Ｏ2＝Ｑ（ＳＯ–Ｓe）＝1.6﹝（600 -20）／1000﹞＝1.6×0.58＝0.928公斤／日
理论需要量:Ｄａ'＝3.6×0.928 ＝3.34米３／日
实际需要量:Ｄａ＝Ｄ,ａ/EO＝3.34/0.15＝22.27米３／日=0.928米３／小时
b） 气泵容量计算
根据供气量，可确定气泵的容量。在确定时，考虑到气泵实际运转中的情况，如可能发生的冲击负荷、气温和气压的变化、漏气等.因此气泵容量应比计算出的供气量要大些，计算式为:
ＤＫ＝1.5Ｄａ
式中:ＤＫ---气泵容量 米３／日
Ｄａ---计算供气量 米３／日
则:ＤＫ＝1.5×0.928=1.392 ｍ３／ｈ
实际选取气泵容量为10ｍ３／ｈ.满足计算要求.
c） 气泵风压的确定
气泵风压按下式计算:
Ｐ＝Ｈ＋ｈｄ＋ｈｆ
式中: Ｐ---气泵的风压 米（水柱）
Ｈ---曝气器的淹没水深 米 取1.45米
ｈｄ---曝气器的风压损失 米（水柱） 取1米（水柱）
hｆ---管道中的总风压损失 米（水柱） 取0.5米（水柱）
即：气泵的风压(P)为:
Ｐ＝1.45+1+0.5=2.95 米（水柱） =29.5kPa
实际选取气泵风压为60KPa。满足计算要求。
（4）气泵选型
选取CYBW—10型无油气泵1台。
排气量（每台）为10 m3 /h，额定压力：60kpa，电机功率：0.37kw。
5. 粉碎泵选型
选取粉碎泵为0.5CWF-10型电动泵，排量为5 m3 /h, 电机功率0.75kw。能较快的处理一天的污水.
6．自吸泵选型
自吸泵选择的吸程：一般均为5~7米，选取不锈钢射流式自吸泵型号:BJZ037T,最大吸程8米，电功率0.37kw，规定流量1.5m3/h。符合MBR膜运行性能，能较快较好的排水。

7. 膜-生物反应器专用膜片的选择
聚丙烯（PP/Ｘ50抗污型改性进口PP）中空纤维微孔膜材料，具有优良的机械性能、化学稳定性能，是用于膜-生物反应器最合适的膜材料之一。
主要性能指标如下：
膜材质：进口聚丙烯/Ｘ50抗污型改性进口聚丙烯
膜内径：320～350μm
膜壁厚：40～50μm
膜孔径：0.1～0.2μm
透气率： > 8.0×10-2 （cm3/cm2·s·cmHg）
纵向强度：120 MPa
孔隙率：40～50%
出水浊度：<0.2NTU
n=Q / q=1.54/1.0=2.0片
n—MBR膜的数量（片）
Q—设计流量（m3/d）
q—MBR的通量你（m3/d），选取MBR膜三层式（KJ-MBR-8），设计通量为 1.0m3/d
1）能够高效的进行固液分离，分离效果远好于传统的沉淀池，出水水质良好，出水悬浮物浊度接近于零，可直接回用，实现了污水资源化。
2）膜的高效截留作用，使微生物完全截留在反应器内，实现了反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的完全分离，使运行控制更加灵活稳定。
3）反应池内的微生物浓度高，可达到常规活性污泥法的2～３倍，耐负荷冲击．
4）有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖，系统的硝化效率得以提高，运行方式的控制亦有脱氮和除磷的功能。
5) 泥龄长。膜分离使污水的大分子难降解的成分在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物降解效率。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行，可以实现基本无剩余污泥排放。
6) 系统可实现全自动化控制。
7) 占地面积小，工艺设备集中。
基于以上特点，故采用2片三层式（KJ-MBR-8）MBR膜。
8.紫外线消毒器选型
设备型号：JG-40-2型、电功率0.08kw、消毒水量5-7m3/h
选用紫外线消毒装置消毒，其消毒效果会更好，会取得很好的灭菌效果，使出水水质达标排放。
9.工作正常性检查说明
海上使用本装置，液面会产生晃动，根据实验规程，装置应能向任意方向倾斜22.5°仍能正常工作。本装置的撇渣盘管路与加药室结构的设计，已对装置在倾斜20°（最不利的方向上）时作了校核。可确保撇渣盘上出水管上开有透气孔和虹吸破坏用孔，可确保船上摇晃时出水水质正常。