水污染控制工程计算题

1 1.1

计算题

已知某小型污水处理站设计流量Q=400m3/h，悬浮固体浓度SS=250mg/L。设沉淀效率为55％。根据实验性能曲线查得u0=2.8m/h，污泥的含水率为98％，试为处理站设计竖流式初沉池。 设计参数：

污水在中心管内的流速v0=30mm/s=0.03m/s 表面水力负荷q=u0=2.8m3/(m2·h)

(1)估算竖流沉淀池直径，确定池数。

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

设计沉淀池数为四只，池型为圆形，估算单池的直径约为7m，符合要求。 单池流量Q′=Q/4=100m3/h (2)中心管的截面积和直径

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

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

(5)中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度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)沉淀区面积

f1?(7)沉淀池直径

D?????6.8m?7m

(8)沉淀区的深度：h2=vt=2.8×1.3=3.64≈3.7m(设沉淀时间为1.3h) D/h2=7/3.7=1.89<3符合要求 (9)污泥斗的高度和体积

取下部截圆锥底直径为0.4m，贮泥斗倾角为55°，则 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)沉淀池的总高度H

H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+3.7+0.3+0.3+4.7=9.3m (11)污泥区的容积

排泥周期按2d设计，则污泥区容积

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

1000?(100?p0)1000?1?(1?0.98)在工程设计中还包括进水槽、出水槽、出水堰、排泥管等设计内容。

1.2 某城市污水处理厂，设计处理流量为30000m3/d，时变化系数为1.5，经沉淀后的BOD5为200mg/L，总氮为30mg/L，总磷为3mg/L，拟采用活性污泥法进行处理，希望处理后的出水BOD5为20mg/L。试计算与设计该活性污泥法处理系统 1. 工艺流程的选择

计算处理效率E：E?200?20?100％＝90％ 200根据提供的条件，采用传统推流式活性污泥法，曝气池采用推流廊道式，运行时考虑阶段曝气法和生物吸附再生法运行的可能性，其流程如下： 原废水

初沉池 曝气池 回流污泥 2. 曝气池的计算与设计

(1)污泥负荷的确定 根据实验或经验以及所要求的处理效果，本曝气池采用的污泥负荷率(Ns)为：0.27kgBOD5/kgMLSS·d。（一般为0.2~0.4kgBOD5/kgMLSS·d）

(2)污泥浓度的确定 根据Ns值，SVI值在80~150之间，设计取SVI＝130，污泥回流比为35％，经计算曝气池污泥的污泥浓度X为：

二沉池 处理出水

剩余污泥

106106回流污泥浓度 Xw???7700mg/LSVI130

R0.35曝气池污泥浓度 X??Xw??7700＝2000mg/L(1?R)(1?0.35)(3)曝气池容积的确定 根据计算，曝气池有效容积V为：

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

X?Ns2000?0.27V10000?24??24＝8小时 Q30000(4)曝气池停留时间的校核：曝气池停留时间 T?(5)曝气池主要尺寸的确定：

1) 曝气池的面积：设计2座曝气池（n=2)，每座曝气池的有效水深(H1)取4.0m，则每座曝气池的面积（A1）为：

A1?V10000??1250m2

n?H12?42) 曝气池的宽度：设计曝气池的宽度B为6m，校合宽深比B/H＝6/4=1.5，在1~2之间，符合要求。 3) 曝气池的长度：L＝A1/B=1250/6=208m，设计取210m 校核长宽比L/B=210/6=35>10，符合要求。

4) 曝气池的总高度：设计取超高（保护高度H2）为0.8m，则曝气池的总高度H＝H1＋H2＝4.8m 5) 曝气池的平面形式：

设计曝气池为3廊道形式，则每廊道长L1=L/3=210/3=70m。

则曝气池的平面尺寸为：曝气池长L1=70m；曝气池宽B1＝B×3＝6×3＝18m。

6) 曝气池的进水方式：为使曝气池的能够按多种方式运行，将曝气池的进水与污泥回流安排在每一廊道的首端以及廊道的中间部分。若从曝气池的第一廊道首端进水并回流污泥，则为传统推流方式运行；若从曝气池的第一廊道的首端回流污泥，从第三廊道的中间进水，则为生物吸附再生方式运行；若从曝气池的第一廊道回流污泥，而沿每一廊道的池长多点进水，则为阶段曝气方式(逐步曝气)运行。

3. 曝气系统的计算与设计

采用直径为300mm的圆盘式微孔曝气释放器，安装在距离曝气池的池底200mm处。 根据第四节的计算，鼓风机的供气量为107.4m3/min，设计取110m3/min。

根据计算，鼓风机房至最不利点的空气管道压力损失为1.735kPa，则取微孔曝气盘及其配管的空气压力损失为4.9kPa。则总压力损失为1.735+4.9=6.635kPa。取释放器出口剩余压力3kPa。

鼓风机所需压力为p＝(4.0-0.2)×9.8＋6.635+3=46.9kPa。

设计采用风量为40m3/min，风压为49kPa的罗茨鼓风机4台，3用1备，常开3台，风量120m3/min，高峰时4台全开，风量160m3/min，低负荷时可开2台，风量80m3/min。

4. 二沉池的计算与设计

二沉池采用幅流式沉淀池，用表面负荷法计算，设计取表面负荷q=1.0m3/m2·h(一般为0.75~1.5)。 （1）表面积：废水最大时流量：Qmax＝1.5×Q/24＝1.5×30000/24=1875m3/h

沉淀池表面积A＝Qmax/q=1875/1.0=1875m2

设计选择4座沉淀池（n=4），则每座二沉池的表面积A1为：A1＝A/n=1875/4=468.75m2： （2）二沉池直径：D1?4?A1??4?468.75?24.4m

3.14每座二沉池的直径设计取D1＝25m。

（3）有效水深：设计取分离澄清时间t为2小时（1.5~2.5h），则有效水深H1为：

H1＝Qmax×t/A=1875×2/1875=2m。

选用直径为25米的刮泥设备，取超高300mm，缓冲区高度300mm。根据刮泥设备的要求设计二沉池池底及泥斗部分。

5. 剩余污泥量的计算

每日污泥的增长量（剩余污泥量）为：?X?a?Q(S0?Se)?b?V?X 根据实验或手册，取a值为0.6，b值为0.075，则剩余污泥量为：

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

每天排放含水率为99.2%的剩余污泥量为：217.5吨。 6. 回流污泥系统的计算与设计

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

采用螺旋泵进行污泥提升，其提升高度按实际高程布置来确定，本设计定为2.5m，根据污泥回流量，选用外径为700mm，提升量为300m3/h的螺旋泵4台，3用1备。

7. 营养物的平衡计算

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

每日从废水中可获得的总氮量为：N1＝0.03×30000＝900kg/d 每日污泥所需要的氮量为：BOD5:N＝100:5；则N＝270kg/d 每日随出水排除的N量为：900-270＝630kg/d，相当于21mg/L （3）磷(P)

每日从废水中可获得的总磷量为：P1＝0.003×30000＝90kg/d 每日污泥所需要的磷量为：BOD5:P＝100:1；则P＝54kg/d 每日随出水排除的P量为：90-54＝36kg/d，相当于1.2mg/L

废水中N和P营养源能够满足微生物生长繁殖需求，无需向废水中补充氮源和磷源，但出水中氮和磷的浓度不能满足废水一级排放标准的要求。

1.3 处理污水量为21600m3/d，经沉淀后的BOD5为250mg/L，希望处理后的出水BOD5为20mg/L。要求确定曝气池的体积、排泥量和空气量。经研究，还确立下列条件： （1）污水温度为20℃；

（2）曝气池中混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）同混合液悬浮固体（MLSS）之比为0.8； （3）回流污泥SS浓度为10000mg/L； （4）曝气池中MLSS为3500mg/L； （5）设计的θc为10d；

（6）出水中含有22mg/L生物固体，其中65％是可生化的； （7）污水中含有足够的生化反应所需的氧、磷和其他微量元素； （8）污水流量的总变化系数为2.5 1. 估计出水中溶解性BOD5的浓度

出水中总的BOD5＝出水中溶解性的BOD5＋出水中悬浮固体的BOD5 确定出水中悬浮固体的BOD5：

(1) 悬浮固体中可生化的部分为0.65×22mg/L=14.2mg/L

(2) 可生化悬浮固体的最终BODL=0.65×22×1.42mg/L=20.3mg/L (3) 可生化悬浮固体的BODL换算为BOD5＝0.68×20.3=13.8mg/L (4) 确定经曝气池处理后的出水溶解性BOD5，即Se 20mg/L＝Se＋13.8mg/L，则Se＝6.2mg/L 计算处理效率E：E?250?20?92%

250250?6.2?97.5%

250若沉淀池能去除全部悬浮固体，则处理效率可达：E?2. 计算曝气池的体积

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

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

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

1?Kd?C1?0.06?10计算排除的以挥发性悬浮固体计的污泥量：

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

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

曝气池中VSS浓度＝3500mg/L，回流污泥VSS浓度＝8000mg/L

543500(Q?QR)?8000QR,得 R?5. 计算曝气池的水力停留时间：t?6. 计算曝气池所需的空气量 （1）曝气池所需的氧量计算

1) 生化反应中含碳有机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) 生化反应所需氧量

所需氧量＝(7744-1.42×1645.7)kg/d＝5407.1kg/d （2）根据所需的氧量计算相应的空气量

1) 若空气密度为1.201kg/m3,空气中含有的氧量为23.2％，则所需的理论空气量为：

5407 m3/d?19406 m3/d

1.201?0.2322) 实际所需的空气量为：

194063 m/d?242.58m3/d?168m3/min 0.083) 设计所需的空气量为：1.3?168m3/min?218 m3/min

1.4 某小区生活污水处理厂设计处理流量为2500m3/d，废水的平均BOD5为150mg/L，COD为300mg/L，拟采用生物接触氧化进行处理，希望处理后的出水BOD5为20mg/L。试计算与设计该生物接触氧化法处理系统 1.设计参数

有机填料容积负荷Nv=2.0kgBOD5/m3·d，采用组合填料，每片填料直径150mm，填料层高度2.5m，填

料片连接成串，每串填料左右间隔160mm，串中每片填料上下间隔80mm，采用微孔曝气，气水比20:1。

2.生物接触氧化池有效容积

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

Nv2.03.生物接触氧化池总面积

A?V162.5??65m2 H2.54.确定生物接触氧化池的个数及每池的面积

根据现场条件，拟采用一池三格，以推流形式运行。每一格的面积为：

A1?A65??22m2?25m2 n3实际设计每一个池采用：B×L=4.0×6.0 (m) 5.校核反应接触时间

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

6.确定生物接触氧化池的总高度

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

7.确定空气量

空气量O＝20×Q＝20×2500/24/60=35m3/min.

选择风机二台（一用一备），风压5mH2O，风量40m3/min。 曝气系统的设计计算同活性污泥法。

1.5

江南某城镇拟新建污水处理厂一座，已知近期规划人口50000人，生活污水量综合排放定额为180L/(人·d)，污水水质为： COD：450mg/L

BOD5：185mg/L

SS：250mg/L TKN：30mg/L TP：5.0mg/L

要求对该镇污水进行除磷脱氮处理，采用A2/O工艺且出水水质指标要求达到下列标准： COD<70mg/L BOD5<20 mg/L SS<20 mg/L 1. 设计水量计算

平均日设计水量：qv=180×50000×(l+10%)/1000=9900m3/d

式中，10％为污水管网的地下水渗入系数，设计取平均日污水量10000m3，一级处理构筑物设计流量参照总变化系数kz(kz=1.59)，以提升泵房的提升泵最大组合出水量为设计流量，生化处理构筑物取最大日10h平均流量，本题取最大日10h变化系数为1.3。

2. 一级处理构筑物计算（略） 3. 二级生化处理构筑物设计 设计两组平行系统，计算各池容积。 3.1进入生化处理构筑物水质指标确定

设污水经过一级处理后，进入生化处理构筑物各水质指标浓度为： COD：340mg/L 4.5mg/L

3.2设计参数确定

BOD5：140mg/L

SS：125mg/L

TKN：28.5mg/L

TP

：

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

最低平均温度T＝15℃

活性污泥挥发性固体含量MLVSS/MLSS=0.7 NS=0.15kgBOD5/kgMLVSS·d

20℃时反硝化速率为0.12kgNOx-N/kgMLVSS·d

内源呼吸速率Kd=0.04d-1

3.3按反硝化速率和硝化菌比增长速率设计计算 a．厌氧池设计计算

BOD5

污

泥

负

荷

污泥产率系数y=0.6kgVSS/kgBOD5·d 剩余污泥含水率99.2%

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