中北大学水污染课程设计

1、 绪 论随着城市和工业的飞速发展，污、废水的排放量与日俱增。污水猛增，对江河造成污染，有的河水变黑发臭，水传染病流行，对人类的生存构成严重威胁1。20世纪7080年代，人们发现污水在去除有机污染物后，水体又出现了另一个严重的环境污染问题，这就是富营养化。富营养化是由于水中的氮、磷营养盐引起的，水中的藻类在充足的氮、磷供应下大量繁殖，一些水生植物也疯狂生长，过量的繁殖和随之而来的大量死亡导致水中的溶解氧迅速消耗，加之有的藻类还释放毒素，致使鱼类大量死亡。对于封闭的水体如内陆湖泊，富营养化危害特别严重，氮、磷只有进没有出，富营养化反复发作，最后成为一团死水，一切生物都归于死亡，造成生态环境的彻底毁

2、坏。为了制止这种危害，国家制定了氮、磷的排放标准，控制氮、磷的排放2。1 废水生物脱氮机理 从污水中脱氮可用物理化学法和生物法，物化法费用高，现已很少采用，生物法中目前多用活性污泥法，它包括一下过程3:1.1 氨化反应在氨化菌德 作用下，有机氮化合物分解、转化为氨态氮。1.2 硝化过程硝化反应是将氨、氮转化为硝酸盐的过程，是由一群自养型好养微生物完成的，包括亚硝化反应和硝化反应两个阶段。反应方程式如下：氧化反应： (1-1) (1-2) 总反应式： (1-3)在硝化的同时存在硝化菌的生长合成反应：(亚硝酸菌） （1-4）(硝酸菌）（1-5）总反应式为： （1-6）1.3 反硝化过程反硝化过程是

3、由一群异养型微生物完成的，在缺氧的条件下，将硝化过程产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原成气态氮（)或、。反硝化的化学反应如下（以甲醇为例）：氧化反应： （1-7） （1-8）总反应式为： （1-9）在这个过程中同时存在微生物的同化合成反应： (1-10) 所以，反硝化还原和微生物合成的总反应式为： (1-11)2 A/O法脱氮工艺现在常用的A/0法是一种有回流的前置反硝化生物脱氮流程，其中前置反硝化在缺氧池中进行，硝化在好氧池中进行，A/O法由此得。2.1 工艺流程:2.2 工艺特点：A/O工艺是一个单级污泥系统，系统中同时存在降解有机物的异养型细菌、自养型细菌。混合的微生物群体交替地处于好氧和缺氧环

4、境中，在不同的有机物浓度条件下，分别发挥其不同作用。A/O法与传统的多级生物脱氮系统相比主要有以下特点：流程简单，构筑物少，大大节省了基建费用；在原污水C/N较高是，不需要外加碳源，以原污水中的有机物为碳源，保证了充分的反硝化，降低了运行费用；好氧池在缺氧池后，可是反硝化残留的有机物得到进一步去除，提高出水水质；缺氧池在好氧池之前，一方面由于反硝化消耗了一部分碳源有机物，可减轻好氧池的有机负荷，另一方面，也可起到生物选择器的作用，有利于控制污泥膨胀；同时，反硝化过程产生的碱度也可以补偿部分硝化过程对碱度的消耗；该工艺在低负荷、长泥龄条件下运行，因此系统剩余污泥量少，有一定稳定性；混合液回流比的

5、大小，直接影响系统的脱氮率，一般混合液回流比去200%500%，太高则动力消耗太大，因此A/O工艺的脱氮率一般在70%80%，难于进一步提高；便于在常规活性污泥法基础上改造成A/O脱氮工艺。3 A/O法设计计算3.1 原始数据与基本参数：设计污水流量：10000 m3/h；Kz：1.45，水温1525；BOD5：150mg/L；SS：130mg/L；TN：30g/L；处理后二级出水BOD5：25mg/L；SS：35mg/L；TN6mg/L，NH4+-N：0。其它参数查阅相关文献自定。3.2 设计内容和要求：A/O法脱氮曝气池的工艺参数；A/O法脱氮曝气池的工艺构筑物的图纸详细设计。3.3 设计

6、参数：A/O缺氧-好氧生物脱氮工艺主要设计参数4项 目数值污泥负荷N/总氮负荷/污泥浓度/30005000污泥龄10总水力停留时间缺氧池水力停留时间好氧池水力停留时间7121.52.55.59.51：31：4污泥回流比R/%50100混合液回流比/%200500缺氧池进水溶解性溶解氧缺氧池小于0.5；好氧池大于23.4 参数计算3.4.1 好氧区容积计算 （3-1）式中 好氧区有效容积，；设计流量，;进水浓度，；出水所含溶解浓度，；污泥产率系数， ；内源代谢系数，取=0.05固体停留时间，；混合液挥发性悬浮固体浓度（),=；混合液中与之比，取=0.7混合液悬浮固体浓度（），取4000。=（）（

7、1） 出水溶解性。为使出水所含降到25mg/L,出水溶解性浓 度S应为： （3-2） = =（2） 设计污泥龄： 最小泥龄与温度的关系如图所示，可查得为5.5，则。（3） 好氧区容积，；= = 好氧区水力停留时间3.4.2 缺氧区容积V2计算 （3-3）式中 缺氧区有效容积，；需还原的硝酸盐氮量，；反硝化速率，。（1） 需还原的硝酸盐氮量。微生物同化作用去除的总氮: （3-4） = = 被氧化的=进水总氮量-出水氨氮量-用于合成的总氮量 = 所需脱硝量=进水总氮量-出水总氮量-用于合成的总氮量 = 需还原的硝酸盐量（2） 反硝化速率 （3-5）式中 20时的反硝化速率常数，取；温度系数，取1.

8、08。（3） 缺氧区容积缺氧区水力停留时间 （3-6） 3.4.3 曝气池总容积V总 （3-7）系统总设计污泥龄=好氧池泥龄+缺氧池泥龄3.4.4 碱度校核每氧化需要消耗碱度，去除产生碱度，每还原产生碱度。因此可根据原水碱度来计算剩余碱度，当剩余碱度，即可维持混合液pH值，满足处理要求：剩余碱度进水碱度-硝化消耗碱度+反硝化产生碱度 （3-8） +去除产生碱度 = =此值可维持。3.4.5 污泥回流比及混合液回流比（1）混合液回流比 设,回流污泥浓度计算公式：（取1.2） （3-9） 混合液悬浮固体浓度 污泥回流比 （3-10） （一般取） （2）混合液回流比 混合液回流比取决于所要求的脱氮率

9、，脱氮率可用下式粗略估算：= （3-11） （3-12）3.4.6 剩余污泥量（1） 生物污泥产量： （3-12） = =（2） 对存在的惰性物质和沉淀池的固体流失物量可采用下式计算： （3-13） 式中 进水悬浮固体中惰性部分（进水-进水)的含 量，；出水的含量，；非生物污泥量，；设计流量，。（3） 剩余污泥量： 去除每 （3-14）3.4.7 反应池主要尺寸（1） 好氧反应池尺寸 按推流式反应池设计，设两组反应池，单组反应池容积为： 设有效水深，单组有效面积 设计7廊道，设廊道宽，则反应池长度 校核：（满足12）（满足510） 超高取，则好氧反应池总高（2） 缺氧反应池尺寸 设缺氧池两组，

10、则单组池容为： 有效水深，单组有效面积 缺氧池长度与好氧池宽度相同，为， 池宽 3.4.8 反应池进、出水计算（1） 进水管 两组反应池合建，进水与回流污泥进入进水竖井，经混合后经配水渠、进 水潜孔进入缺氧池。 单组反应池进水管设计流量 设管道流速 管道过水断面 管径 取进水管管径 校核管道流速（1） 回流污泥渠道 单组反应池回流污泥渠道设计流量 设渠道流速 渠道断面面积 取渠道断面 校核流速 渠道超高取 渠道总高为（2） 进水竖井 进水孔过流量 设孔口流速 孔口过水段面积 孔口尺寸取 进水竖井平面尺寸为（3） 出水堰及出水竖井尺寸 由矩形堰流量公式： （3-16） （3-17）式中 堰宽，堰

11、上水头高，。 出水孔过流量 设孔口流速 则孔口过水断面积 孔口尺寸取 出水竖井平面尺寸为（4） 出水管 单组反应池出水管设计流量 设管道流速 管道过水断面积 管径 取出水管管径 校核管径流速3.4.9 曝气系统设计计算（1） 设计需氧量AOR。需氧量包括碳化需氧量和硝化需氧量，并应扣除剩余活 性污泥排放所减少的及的氧当量（此部分用于细胞合成，并 未消耗氧），同时还应考虑反硝化脱氮产生的氧量。 AOR=碳化需氧量+硝化需氧量-反硝化脱氮需氧量 (3-18) =（去除需氧量-剩余污泥中氧当量）+（ 硝化需氧量-剩余污泥中的氧当量）-反硝化脱氮 需氧量 a.碳化需氧量= (3-19) 式中 一的分解

12、速度常数，取=0.23试验的时间，取=5 b.硝化需氧量=4.6Q (3-20) 式中 进水总氮浓度，出水浓度， 其余参数意义同前 = c.反硝化脱氮产生的氧量=2.86 (3-21) 式中，为反硝化脱除的硝态氮量，取=4296kg/d 故总需氧量AOR= =58744.86 =2447.7最大需氧量与平均需氧量之比为1：4，则 (3-22) =82242.72 去除每的需氧量（2） 标准需氧量。采用鼓风曝气,微孔曝气器敷设于池底，距池底， 淹没深，氧转移效率，将实际需氧量换算成标准状态下的 需氧量的公式如下： (3-23) 式中 水温20时清水中溶解氧的饱和度，；设计水温T时好氧那个反应池中

13、平均溶解氧的饱和 度，； T设计污水温度，；好氧反应池中溶解氧浓度，取2；污水传氧速率与清水传氧速率之比，取0.82；压力修正系数，；取工程所在地区大 为，故；污水中饱和溶解氧与清水中饱和溶解氧之比，取0.95。 查表得水中溶解氧饱和度：， 空气扩散器出口处绝对压力： 式中 H空气扩散器的安装深度，m；大气压力，；空气离开好氧反应池时氧的百分比： (3-24)好氧反应池中平均溶解氧饱和度： (3-25) =标准需氧量为： 好氧反应池平均时供气量为： (3-27)最大时供气量为：（2） 所需空气压力（相对压力） (3-28) 式中 供风管道沿程阻力，；供风管道局部阻力，；曝气器淹没水头，；曝气器

14、阻力，微孔曝气，取 ；富余水头，=,取。 取 可根据总供气量、所需风压、污水量及负荷变化等因素选定风机台数，进行风机与机房设计。（3） 曝气器数量计算（以单组反应池计算）.按供氧能力计算曝气器数量 (3-29) 式中 按供氧能力所需曝气器数量，个；曝气器标准状态下，与好氧反应池工作条件接近时的 供氧能力，。 采用微孔曝气器，参照有关手册，工作水深为，在供风量时，曝气器氧利用率,服务面积，充氧能力，则：.以微孔曝气器服务面积进行校核（4） 供风管道计算.干管 供风干管采用环状布置。 流量 流速 管径 取干管直径为.支管支管向单侧廊道供气： 流量 流速 管径 取支管管径为支管双侧供气 流量 流速

15、管径 取支管管径为3.4.10 缺氧池设备选择 缺氧池分成四格串联，每格内设一台机械搅拌器。缺氧池内设4台潜水 搅拌机，所需功率按污水计算。 厌氧池有效容积 混合全池污水所需功率3.4.11 污泥回流设备选择 污泥回流比 污泥回流量 设回流污泥泵房1座，内设3台潜污泵（2用1备） 单泵流量 水泵扬程根据竖向流程确定。3.4.12 混合液回流泵 混合液回流比 混合液回流量 每池设混合液回流泵4台，单泵流量 混合液回流泵也采用潜污泵。课程设计总结通过这两个周的学习，还是学到了不少的知识！不仅纠正了课程学习过程中出现的许多错误，还在试验中验证了自己的一些猜想。在学习的过程中有失败，当然也有困惑，有成功，当然就有喜悦。虽然只是课程设计，但我拿出了自己的全部精力去对待，能学到知识固然值得骄傲，能认识到自己的过错和不足不也是一件幸事吗！做学问也是做人，再作学问的过程中体味做人的道理不也是一种收获吗？记得古语中说：“学，然后知不足”！希望这次学习只