水污染控制工程計算題 - 下載本文

1 1.1

計算題

已知某小型污水處理站設計流量Q=400m3/h,懸浮固體濃度SS=250mg/L。設沉淀效率為55%。根據實驗性能曲線查得u0=2.8m/h,污泥的含水率為98%,試為處理站設計豎流式初沉池。 設計參數:

污水在中心管內的流速v0=30mm/s=0.03m/s 表面水力負荷q=u0=2.8m3/(m2·h)

(1)估算豎流沉淀池直徑,確定池數。

f2?4f2Q4004?143??143m2 D???13.5m>10mq2.8??

設計沉淀池數為四只,池型為圓形,估算單池的直徑約為7m,符合要求。 單池流量Q′=Q/4=100m3/h (2)中心管的截面積和直徑

f1?d0?Q?100/3600??0.93m2 (v0取0.03m/s)v00.034f1??4?0.93??1.08m?1.1m

(3)喇叭口直徑d1=1.35d=1.35×1.1=1.5m (4)反射板直徑=1.3 d1=2.0m

(5)中心管喇叭口到反射板之間的間隙高度h3 .h3?Q100/3600??0.29?0.3m (取v1=0.02m/s). v1?d10.02?3.14?1.5Q?100??35.7m2 q2.84(f1?f2)4(35.7?0.93)(6)沉淀區面積

f1?(7)沉淀池直徑

D?????6.8m?7m

(8)沉淀區的深度:h2=vt=2.8×1.3=3.64≈3.7m(設沉淀時間為1.3h) D/h2=7/3.7=1.89<3符合要求 (9)污泥斗的高度和體積

取下部截圓錐底直徑為0.4m,貯泥斗傾角為55°,則 h5=(7/2-0.4/2)tg55°=4.7m

V1=(R2+Rr+r2)πh5/3=(3.52+3.5×0.2+0.22)π×4.7/3=64m2 (10)沉淀池的總高度H

H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+3.7+0.3+0.3+4.7=9.3m (11)污泥區的容積

排泥周期按2d設計,則污泥區容積

Vw?24Q??c0??24?100?0.25?0.55?T??2?33m2

1000?(100?p0)1000?1?(1?0.98)在工程設計中還包括進水槽、出水槽、出水堰、排泥管等設計內容。

1.2 某城市污水處理廠,設計處理流量為30000m3/d,時變化系數為1.5,經沉淀后的BOD5為200mg/L,總氮為30mg/L,總磷為3mg/L,擬采用活性污泥法進行處理,希望處理后的出水BOD5為20mg/L。試計算與設計該活性污泥法處理系統 1. 工藝流程的選擇

計算處理效率E:E?200?20?100%=90% 200根據提供的條件,采用傳統推流式活性污泥法,曝氣池采用推流廊道式,運行時考慮階段曝氣法和生物吸附再生法運行的可能性,其流程如下: 原廢水

初沉池 曝氣池 回流污泥 2. 曝氣池的計算與設計

(1)污泥負荷的確定 根據實驗或經驗以及所要求的處理效果,本曝氣池采用的污泥負荷率(Ns)為:0.27kgBOD5/kgMLSS·d。(一般為0.2~0.4kgBOD5/kgMLSS·d)

(2)污泥濃度的確定 根據Ns值,SVI值在80~150之間,設計取SVI=130,污泥回流比為35%,經計算曝氣池污泥的污泥濃度X為:

二沉池 處理出水

剩余污泥

106106回流污泥濃度 Xw???7700mg/LSVI130

R0.35曝氣池污泥濃度 X??Xw??7700=2000mg/L(1?R)(1?0.35)(3)曝氣池容積的確定 根據計算,曝氣池有效容積V為:

V?Q?(S0?Se)30000?(200?20)??10000m3

X?Ns2000?0.27V10000?24??24=8小時 Q30000(4)曝氣池停留時間的校核:曝氣池停留時間 T?(5)曝氣池主要尺寸的確定:

1) 曝氣池的面積:設計2座曝氣池(n=2),每座曝氣池的有效水深(H1)取4.0m,則每座曝氣池的面積(A1)為:

A1?V10000??1250m2

n?H12?42) 曝氣池的寬度:設計曝氣池的寬度B為6m,校合寬深比B/H=6/4=1.5,在1~2之間,符合要求。 3) 曝氣池的長度:L=A1/B=1250/6=208m,設計取210m 校核長寬比L/B=210/6=35>10,符合要求。

4) 曝氣池的總高度:設計取超高(保護高度H2)為0.8m,則曝氣池的總高度H=H1+H2=4.8m 5) 曝氣池的平面形式:

設計曝氣池為3廊道形式,則每廊道長L1=L/3=210/3=70m。

則曝氣池的平面尺寸為:曝氣池長L1=70m;曝氣池寬B1=B×3=6×3=18m。

6) 曝氣池的進水方式:為使曝氣池的能夠按多種方式運行,將曝氣池的進水與污泥回流安排在每一廊道的首端以及廊道的中間部分。若從曝氣池的第一廊道首端進水并回流污泥,則為傳統推流方式運行;若從曝氣池的第一廊道的首端回流污泥,從第三廊道的中間進水,則為生物吸附再生方式運行;若從曝氣池的第一廊道回流污泥,而沿每一廊道的池長多點進水,則為階段曝氣方式(逐步曝氣)運行。

3. 曝氣系統的計算與設計

采用直徑為300mm的圓盤式微孔曝氣釋放器,安裝在距離曝氣池的池底200mm處。 根據第四節的計算,鼓風機的供氣量為107.4m3/min,設計取110m3/min。

根據計算,鼓風機房至最不利點的空氣管道壓力損失為1.735kPa,則取微孔曝氣盤及其配管的空氣壓力損失為4.9kPa。則總壓力損失為1.735+4.9=6.635kPa。取釋放器出口剩余壓力3kPa。

鼓風機所需壓力為p=(4.0-0.2)×9.8+6.635+3=46.9kPa。

設計采用風量為40m3/min,風壓為49kPa的羅茨鼓風機4臺,3用1備,常開3臺,風量120m3/min,高峰時4臺全開,風量160m3/min,低負荷時可開2臺,風量80m3/min。

4. 二沉池的計算與設計

二沉池采用幅流式沉淀池,用表面負荷法計算,設計取表面負荷q=1.0m3/m2·h(一般為0.75~1.5)。 (1)表面積:廢水最大時流量:Qmax=1.5×Q/24=1.5×30000/24=1875m3/h

沉淀池表面積A=Qmax/q=1875/1.0=1875m2

設計選擇4座沉淀池(n=4),則每座二沉池的表面積A1為:A1=A/n=1875/4=468.75m2: (2)二沉池直徑:D1?4?A1??4?468.75?24.4m

3.14每座二沉池的直徑設計取D1=25m。

(3)有效水深:設計取分離澄清時間t為2小時(1.5~2.5h),則有效水深H1為:

H1=Qmax×t/A=1875×2/1875=2m。

選用直徑為25米的刮泥設備,取超高300mm,緩沖區高度300mm。根據刮泥設備的要求設計二沉池池底及泥斗部分。

5. 剩余污泥量的計算

每日污泥的增長量(剩余污泥量)為:?X?a?Q(S0?Se)?b?V?X 根據實驗或手冊,取a值為0.6,b值為0.075,則剩余污泥量為:

?X?0.6?30000?(200?20)?0.075?10000?2000?1740000g/d?1.74t/d

每天排放含水率為99.2%的剩余污泥量為:217.5噸。 6. 回流污泥系統的計算與設計

采用污泥回流比35%,最大回流比為70%,按最大回流比計算: 污泥回流量QR=R×Q=0.70×30000/24=875m3/h

采用螺旋泵進行污泥提升,其提升高度按實際高程布置來確定,本設計定為2.5m,根據污泥回流量,選用外徑為700mm,提升量為300m3/h的螺旋泵4臺,3用1備。

7. 營養物的平衡計算

(1)BOD5=30000×(0.2-0.02)=5400kg/d; (2)氮(N)

每日從廢水中可獲得的總氮量為:N1=0.03×30000=900kg/d 每日污泥所需要的氮量為:BOD5:N=100:5;則N=270kg/d 每日隨出水排除的N量為:900-270=630kg/d,相當于21mg/L (3)磷(P)

每日從廢水中可獲得的總磷量為:P1=0.003×30000=90kg/d 每日污泥所需要的磷量為:BOD5:P=100:1;則P=54kg/d 每日隨出水排除的P量為:90-54=36kg/d,相當于1.2mg/L

廢水中N和P營養源能夠滿足微生物生長繁殖需求,無需向廢水中補充氮源和磷源,但出水中氮和磷的濃度不能滿足廢水一級排放標準的要求。

1.3 處理污水量為21600m3/d,經沉淀后的BOD5為250mg/L,希望處理后的出水BOD5為20mg/L。要求確定曝氣池的體積、排泥量和空氣量。經研究,還確立下列條件: (1)污水溫度為20℃;

(2)曝氣池中混合液揮發性懸浮固體(MLVSS)同混合液懸浮固體(MLSS)之比為0.8; (3)回流污泥SS濃度為10000mg/L; (4)曝氣池中MLSS為3500mg/L; (5)設計的θc為10d;

(6)出水中含有22mg/L生物固體,其中65%是可生化的; (7)污水中含有足夠的生化反應所需的氧、磷和其他微量元素; (8)污水流量的總變化系數為2.5 1. 估計出水中溶解性BOD5的濃度

出水中總的BOD5=出水中溶解性的BOD5+出水中懸浮固體的BOD5 確定出水中懸浮固體的BOD5:

(1) 懸浮固體中可生化的部分為0.65×22mg/L=14.2mg/L

(2) 可生化懸浮固體的最終BODL=0.65×22×1.42mg/L=20.3mg/L (3) 可生化懸浮固體的BODL換算為BOD5=0.68×20.3=13.8mg/L (4) 確定經曝氣池處理后的出水溶解性BOD5,即Se 20mg/L=Se+13.8mg/L,則Se=6.2mg/L 計算處理效率E:E?250?20?92%

250250?6.2?97.5%

250若沉淀池能去除全部懸浮固體,則處理效率可達:E?2. 計算曝氣池的體積

已知:?C?10d,Q?21600m3/d,Y?0.5mg/mg(查表選定),Se?6.2mg/L,X?3500mg/L, Kd?0.06d?1(查表選定)

V??CQY(S0?Se)10?21600?0.5?250?6.2?3?m?4702m3

X(1?Kd?C)3500?1?0.06?10)3. 計算每天排除的剩余活性污泥量選 計算Yobs:Yobs?Y0.5??0.3125

1?Kd?C1?0.06?10計算排除的以揮發性懸浮固體計的污泥量:

?XV?Yobs?Q(S0?Se)?0.3125?21600(250?6.2)?10?3kg/d?1645.7kg/d

計算排除的以SS計的污泥量:?X(SS)?1645.7?kg/d?2057.1kg/d 4. 計算回流污泥比R

曝氣池中VSS濃度=3500mg/L,回流污泥VSS濃度=8000mg/L

543500(Q?QR)?8000QR,得 R?5. 計算曝氣池的水力停留時間:t?6. 計算曝氣池所需的空氣量 (1)曝氣池所需的氧量計算

1) 生化反應中含碳有機物全部生化所需的氧量:

QR?0.78 QV4702?d?0.217d?5.2h Q21600Q(S0?Se)21600(250?6.2)?10?3BODL??kg/d?7744kg/d

0.680.682) 生化反應所需氧量

所需氧量=(7744-1.42×1645.7)kg/d=5407.1kg/d (2)根據所需的氧量計算相應的空氣量

1) 若空氣密度為1.201kg/m3,空氣中含有的氧量為23.2%,則所需的理論空氣量為:

5407 m3/d?19406 m3/d

1.201?0.2322) 實際所需的空氣量為:

194063 m/d?242.58m3/d?168m3/min 0.083) 設計所需的空氣量為:1.3?168m3/min?218 m3/min

1.4 某小區生活污水處理廠設計處理流量為2500m3/d,廢水的平均BOD5為150mg/L,COD為300mg/L,擬采用生物接觸氧化進行處理,希望處理后的出水BOD5為20mg/L。試計算與設計該生物接觸氧化法處理系統 1.設計參數

有機填料容積負荷Nv=2.0kgBOD5/m3·d,采用組合填料,每片填料直徑150mm,填料層高度2.5m,填

料片連接成串,每串填料左右間隔160mm,串中每片填料上下間隔80mm,采用微孔曝氣,氣水比20:1。

2.生物接觸氧化池有效容積

V?Q(?s0??se)2500?(0.15?0.02)??162.5m3

Nv2.03.生物接觸氧化池總面積

A?V162.5??65m2 H2.54.確定生物接觸氧化池的個數及每池的面積

根據現場條件,擬采用一池三格,以推流形式運行。每一格的面積為:

A1?A65??22m2?25m2 n3實際設計每一個池采用:B×L=4.0×6.0 (m) 5.校核反應接觸時間

T?V4.0?6.0?2.5?3??1.73h?1.5h合理Q2500/24

6.確定生物接觸氧化池的總高度

H0?H?H1?H2?H3?2.5?0.5?0.5?1.0?4.5m

7.確定空氣量

空氣量O=20×Q=20×2500/24/60=35m3/min.

選擇風機二臺(一用一備),風壓5mH2O,風量40m3/min。 曝氣系統的設計計算同活性污泥法。

1.5

江南某城鎮擬新建污水處理廠一座,已知近期規劃人口50000人,生活污水量綜合排放定額為180L/(人·d),污水水質為: COD:450mg/L

BOD5:185mg/L

SS:250mg/L TKN:30mg/L TP:5.0mg/L

要求對該鎮污水進行除磷脫氮處理,采用A2/O工藝且出水水質指標要求達到下列標準: COD<70mg/L BOD5<20 mg/L SS<20 mg/L 1. 設計水量計算

平均日設計水量:qv=180×50000×(l+10%)/1000=9900m3/d

式中,10%為污水管網的地下水滲入系數,設計取平均日污水量10000m3,一級處理構筑物設計流量參照總變化系數kz(kz=1.59),以提升泵房的提升泵最大組合出水量為設計流量,生化處理構筑物取最大日10h平均流量,本題取最大日10h變化系數為1.3。

2. 一級處理構筑物計算(略) 3. 二級生化處理構筑物設計 設計兩組平行系統,計算各池容積。 3.1進入生化處理構筑物水質指標確定

設污水經過一級處理后,進入生化處理構筑物各水質指標濃度為: COD:340mg/L 4.5mg/L

3.2設計參數確定

BOD5:140mg/L

SS:125mg/L

TKN:28.5mg/L

TP

NH3-N<10 mg/L TP <1.0 mg/L

最低平均溫度T=15℃

活性污泥揮發性固體含量MLVSS/MLSS=0.7 NS=0.15kgBOD5/kgMLVSS·d

20℃時反硝化速率為0.12kgNOx-N/kgMLVSS·d

內源呼吸速率Kd=0.04d-1

3.3按反硝化速率和硝化菌比增長速率設計計算 a.厭氧池設計計算

BOD5

污泥產率系數y=0.6kgVSS/kgBOD5·d 剩余污泥含水率99.2%





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