MBR污水处理工艺方案设计496.pdf

MBR 污水处理工艺设计 一、课程设计题目 度假村污水处理工程设计 二、课程设计的原始资料 1、污水水量、水质（1）设计规模 某度假村管理人员共有 200 人，另有大量外来人员和游客，由于旅游区污水水量季节性变化大，初步统计高峰期水量约为300m3/d，旅游淡季水量低于 70m3/d，常年水量为 100150m3/d，自行确定设计水量。（2）进水水质 处理的对象为餐饮废水和居民区生活污水。进水水质：项目 COD BOD5 SS pH NH3-N TP 含量/(mg/L)150-250 90-150 200-240 、污水处理要求 污水处理后水质应优于城市污水再生利用景观环境用水水质（GB18921-2002）项目 BOD5 SS pH NH3-N TP 含量/(mg/L)6 10 、处理工艺 污水拟采用 MBR 工艺处理 4、气象资料 常年主导风向为西南风 5、污水排水接纳河流资料 该污水处理设施的出水需要回用于度假村内景观湖泊，最高水位为 103 米，常年水位为 100 米，枯水位为 98 米 6、厂址及场地现状 进入该污水处理设施污水管端点的地面标高为 109 米 三、工艺流程图 图 1 工艺流程图 四、参考资料 1.水污染控制工程 教材 2.城市污水再生利用景观环境用水水质（GB18921-2002）3.给排水设计手册 4、给水排水快速设计手册 5 给水排水工程结构设计规范（GB50069-2002）6.MBR 设计手册 7 膜生物反应器在污水处理中的研究和应用 顾国维、何义亮 编着 8 简明管道工手册 第 2 版 五、细格栅的工艺设计 1.细格栅设计参数(1)栅前水深h=0.1m；(2)过栅流速v=0.6m/s；(3)格栅间隙b 细=0.005m；(4)栅条宽度 s=0.01m；(5)格栅安装倾角=60?。2.细格栅的设计计算 本设计选用两细格栅，一用一备 1)栅条间隙数：（取 n=11）式中：n 细格栅间隙数；,9.10.6.0 1.0 005.0 60 sin 0035.0 0 细?n Qmax最大设计流量，0.0035m3/s b栅条间隙，；h栅前水深，取 0.1m v过栅流速，取 s；格栅倾角，取 60?；2)栅槽宽度：B=s(n1)bn 式中：B栅槽宽度，m；S格条宽度，取0.01m。B=(111)11=0.155m；（取 B=0.2m）3)过栅水头损失：K 取 3=(选用迎水、背水面均为半圆形的矩形)6)栅前槽总高度：取栅前渠道超高 h1=0.3m m g v b s k h 2.0 60 sin 62.19 6.0 005.0 01.0 67.1 3 sin 2)(0 2 3 4 2 3 4?）（2?栅前槽高 H1=h+h1=7)栅后槽总高度：8)栅槽总长度：细格栅的栅前进水渠道渐宽部分长度L1：若进水渠宽 B1=0.18m渐宽部分展开角1=20?，则此进水渠道内的流速 v1=0.6m/s,则：4)细格栅与出水渠道连接处的渐窄部位的长度 L2：9)每日栅渣量：Kz=m 8.1 60 tan 4.0 0.1 5.0 015.0 03.0 tan60 0.1 5.0 0 0 1 2 1?H L L L L L 015.0 2 03.0 2 1 2?m B B L 03.0 20 tan 2 18.0 2.0 20 tan 2 0 0 1 1?m h h h H 6.0 2.0 3.0 1.0 1?2 故采用人工清渣 六、初沉池设计（1）沉淀区的表面积 A：A=Qmax/q A=2=6.25m2 式中：A沉淀区表面积，m2；Qmax最大设计流量，m3/h；q表面水力负荷，m3/(m2h)；取 q=2（2）沉淀区有效水深 h2:h2=qt h2=2*=2.0m 式中：h2沉淀区有效水深，m；t沉淀时间，初沉池一般取 h；二沉池一般取 h。沉淀区的有效水深 h2通常d m d m Qw 3 3 0 2.0 02.0 1000*10.0 300 1000*Kz w?3 3 3 3 3 3 0 10 10.0,10 01.0-1.0 w m m m m 细格栅取 一般为 取4.0 m。取 t=（3）沉淀区有效容积 V：V=Ah2 V=*=12.5 m3 式中：V沉淀池有效容积，m3。（4）沉淀池长度 L：L=t L=*=16.2m 式中：L沉淀池长度，m；V最大设计流量时的水平流速，mm/s，一般不大于 5mm/s。取 v=4.5mm/s（5）沉淀池的总宽度 B：B=A/L B=0.4m 式中：B沉淀区的总宽度，m。（6）沉淀池的数量 n：n=B/b 式中：n沉淀池数量或分格数；此例设计 n=1 单斗排泥 校核：L/B=4（符合）L/h2=2=8（符合）（7）污泥区的容积 Vw：对于已知污水悬浮固体浓度与去除率，污泥区的容积可按下式计算：Vw=Qmax24c0100T/1000r(100-p0)式中：c0沉淀池进水悬浮物浓度，mg/L 悬浮固体的去除率，取=50%T两次排泥的时间间隔，d，初沉池按 2d 考虑 r污泥容重，Kg/m3,含水率在 95%以上时，可取 1000 Kg/m3 p0污泥含水率，%；取 p0=96 Vw=*24*240*50%*100*2/1000*1000(100-96)=1.8 m3（8）贮泥斗得容积 V1：V1=（1/3）h4S1+S2+(S1S2)V1=（1/3）+=1.94m3 式中：V1贮泥斗得容积，m3；S1，S2贮泥斗得上下口面积，m2。设计 S1=*=1.44m2 S2=*=0.16m2 h4=2.8m h4=+0.129m（9）沉淀池的总高度 H：H=h1+h2+h3+h4+h4 H=+2+=5.729m 式中：H沉淀池总高度，m；h1淀池超高，m，一般取 0.3 m；h2沉淀区的有效水深，m；h3缓冲层高度，m，无机械刮泥设备时为 0.5m，有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮板 0.3m；h4贮泥斗高度，m；h4梯形部分的高度，m。(10)贮泥斗以上梯形部分的污泥容积V2：V2=*（L1+L2）h4b V2=*(17+*=0.53m3 式中：L1=+=17m L2=3.6m b=0.4m 污泥斗和梯形部分污泥容积 V1+V2=+=2.47m3 七、调节池的设计 由于本例是旅游区，污水量季节性变化大，淡季时水量低于 70m3/d，高峰期又能达到300 m3/d，设计连续高峰水量的时长为 2d。该 MBR 工艺设备取用设计流量为 200 m3/d。当出现连续高峰水量时，调节池可用来蓄水。但当出现淡季水量时，调节池中的水又过少。所以为了保证污水处理设施在最高水量或最低水量的情况下都能正常运行。拟设计总体积为 210m3的调节池，分三格，每格设计体积为 70m3。当水量小于设计流量时，调节池单格运行，当水量大于设计流量时，可采用双格运行或三格运行起到蓄水作用。1单格调节池设计 设计流量 Q=8.4 m3/h，停留时间 T=h，采用穿孔管空气搅拌，气水比为 4:1（1）单格调节池有效容积 V=QT=58.8 m3 （2）单格调节池尺寸 调节池平面形状为矩形，其有效水深采用 h2=3.0m，调节池面积为：F=V/h2=19.6 m2 池宽 B 取 4.0 m，则池长为 L=F/B=4.9 m 取 L=5.0m 保护高 h1=0.5m 池总高 H=+=3.5m 则单格调节池的尺寸为*=70 m3 2空气管计算 在调节池内布置曝气管，气水比为 4:1，空气量为 Qs=0.0094 m3/s。利用气体的搅拌作用使来水均匀混合，同时达到预曝气的作用。空气总管 D1取 30mm，管内流速 V1为 V1=214DQS=203.014.30094.04=13.3m/s V1在 1015m/s 范围内，满足规范要求 空气支管 D2：共设 4 根支管，每根支管的空气流量q 为：q=sQ41=0094.041=0.00235m3/s 支管内空气流速V2应在 510m/s 范围内，选 V2=8m/s,则支管管径 D2为 D2=24vq=800235.04=0.0193m=19.3mm 取 D2=20mm,则 V2=2020.000235.04=7.48m/s 穿孔径 D3：每根支管连接两根穿孔管，则每根穿孔管的空气流量为 q1=0.001175m3/s,取 V3=7m/s D3=7001175.04=0.0146m.取 D3=15mm.则 V3为 V3=2015.0001175.04=6.65m/s 3孔眼计算 孔眼开于穿孔管底部与垂直中心线成45o 处，并交错排列，孔眼间距b=100mm,孔径=2mm,穿孔管长一般为4m，孔眼数m=74个，则孔眼流速v 为 V=mq214=74002.0785.0001175.02=5.06m/s 八、MBR 池设计 数量：1 座 构筑物：钢砼结构 池容积：3.5m 水力停留时间：5h（1）膜组件 数量：1 组 规格：2 m 清洗：36 个月清洗一次（2）曝气系统 数量：1 套 组成：罗茨风机（2 台，一用一备）、曝气器、管路阀门等 膜组件 有效容积计算 设计参数：进水 BOD5 S0=114 mg/L b.设计处理水流量 Qd=200 m3/d c.MBR 对 BOD5的去除率达到 95%98%，出水 BOD5Se mg/L 1.膜组件选型 本设计的膜选用日本久保田（Kubota）公司生产的液中膜，膜技术参数表如下：序号 名称 特性参数 1 材质 聚氯乙烯 2 膜孔直径 m 3 过滤方式 重力过滤/吸引过滤 4 最大过滤压力 重力过滤：12kpa/吸引过滤：20kpa 5 耐化学药品性 耐酸耐碱性强（PH 值 212）6 膜支架尺寸 510型 宽高厚：490mm1000mm6mm 7 膜支架有效面积 0.8 m2/张 8 膜通量 0.8 m3/1.膜支架张数计算(按每天 24 小时运行计算)n=Qdt/24 =20024/24=625 张 式中：n膜支架张数，张；膜通量，一般取0.8 m3/；t每天运行时间，h；膜支架有效面积，m2/张 同一膜生物反映器内应选同型号的膜组件,膜组件分为 AS 型、FF 型、ES 型三种：AS 形适用于大型市政排水处理 FF 型适用于地埋式小型污水处理 ES 型适用于生活污水、工业废水，是常用膜组件,尤其推荐作为中水回用处理工艺。故膜组件选用 ES200（n0=200）N=nn0=625200=组，取 4 组 2.膜生物反应器池有效容积计算:（1）按膜组件安装尺寸计算 ES200 平面布置尺寸为：4.3m,池深为 3.0m；膜生物反应器有效容积:V=3m3=55.5 m3 取保护高度 0.5m,则总容积 V 总=3.5m3=64.7 m3（2）取 BOD5容积负荷 NV为 1.0 kg/WBOD5=QdS010-3=20011410-3=23 kg.BOD5/d V=WBOD5NV=23=23 m3 由于根据 BOD5容积负荷算出的池有效容积小于膜平面布置所得的池容积，故 MBR 池容积及尺寸按膜组件安装尺寸确定。3.膜生物反应器池所需空气量计算（1）膜装置洗净所需空气：MBR 所需鼓风量 G=Nn0q=80012 =9.6 m3/min 式中：q每张膜洗净所需空气量，一般为 1015L/min（2）生物处理所需空气量：需氧量 OD=aLr+bSa=a Qd(S0-Se)+bVXf 式中：a系数，一般为；LrBOD5去除量，Lr=S0-Se；b污泥自身氧化需氧率，一般为 kgO2/kgMLVSSd；Sa反应器内 MLVSS 的量；VMBR 池容积，m3；XMBR 池内 MLSS 浓度取 12000mg/L；f混合液 MLVSS/MLSS，一般为；OD=200 (114-6)10-312 =+=85.3kg.O2/d 所需空气量:G =OD/（）=（）=10265 m3/d=7.1 m3/min 式中：e溶解效率，因水深、水温、水压级污泥浓度而异，一般为；由于生物氧化所需空气量小于膜洗净所需空气量，鼓风机的选择应以膜洗净所需空气量为依据，可选送风量为9.6 m3/min 左右的风机或总风量相同的数台风机并联运行。风口的压力以池深为依据，本池深为 3.5m，考虑到风管的阻力降，可取风压 P=4000mm 水柱的风机。4.池内曝气系统设计 一般要求：曝气管与膜组件下部距离一般为 200300mm，不能低于 180 mm；崔玉川,刘振江,张绍怡.城市污水厂处理设施设计计算M.北京:化学化工出版社,2004.排气压计算(1)供风管道沿程阻力以及局部阻力 取曝气干管管径 DN100，每池采用一根干管与 22 支支管管安装于池底(详见图纸)。则干管空气流速 V=q气/A管=*4)=1222.9m/min=20.4m/s 根据简明管道工手册，有管道沿程压损 hf=RL，局部阻力损失 hj=。式中：R每米管长的沿程水力损失，Pa/m；L管长，m；查圆形钢板风管的线解图，取 R=52 Pa/m，L=10m,计算干管压损 hf=RL=5210=520Pa,hj=156 Pa 设计曝气侧管(支管)DN50，每支 2.0m,每池 22 支 计算得曝气支管压损，查简明管道工手册取 R=592 Pa/m 总 hf=nRL=26048 Pa,总 hj=Pa(2)曝气器阻力 采用 BSD-Q-192 球冠式微孔曝气器，主要性能参数：曝气器尺寸 D1921 80mm 适用工作空气量 083m3h 个 服务面积 O3508 m3个 氧利用率 2441 充氧能力 O1 690294kg02h 动力效率 6588kg02kwh 阻力损失 3200Pa 按供风量计算取 q=3m3/(h个)则1923606.9qQn(个)，取 198 个，每支 198/22=9 个,平均纵横分布于 MBR 池底。(3)曝气器淹没水头 设计 MBR 膜组件有效水深 3m,则水深压力 3mH2O=所以总排气压为 +=曝气鼓风机的选择：选择 RC100 罗茨鼓风机,主要参数如下：转速r/min 理论流量m3/min 升压pa 流量m3/min 轴功率kw 配套电机 机组最大重量kg 型号 功率 kw 2500 Y180L-2 22 730 5.出水系统设计 根据设计总流量 Q200m3/d=8.4m3/h，得好氧 MBR 出水流量 8.4m3/h；水力停留时间取20%即 24=，取 5h,经校核，5=42 m355.5 m3，可设计出水时间为 19h。根据 MBR 池水深 3.5m，可确定吸程=3.5m，考虑 MBR 出水水质较高，可以满足中水回用需要，确定抽吸泵的选择：生产的 GDF 型自吸泵,具体性能如下表所示。表 3-7 GDF 型自吸泵 型号 流量/(m3/h)扬程/m 吸程/m 转速 功率/kw 电压/v 气蚀余量 进出口内径 GDF50-8 22 10 5 2800 220 4 50 数量：2 台，一用一备；6.膜清洗系统设计 图 MBR 膜清洗系统示意图 MBR 膜清洗所需药物如下表所示。表 3-8 膜清洗药剂表 清洗对象 药剂种类 药剂浓度/%无机物 盐酸 有机物(藻类、细菌等)次氯酸钠 有机物(蛋白质、菌残骸等)氢氧化钠 MBR 清洗用泵选择：生产的 FPZ 型耐酸耐碱射流泵。表 3-9 FPZ 型耐酸耐碱射流泵 型号型号 进口出口/(mm)(mm)流量/(m3/h)扬程/m 转速转速/r/min 吸程/m 电机功率 P/kw 32FPZ-11(D)3030 11 2840 5 7MBR 池排泥设计 理论上每日的污泥量(按 SS 去除率计算)：W=Q(C0-C1)/10002(1-P0)式中：Q-设计流量，m3/d C0-进水悬浮物浓度，mg/L C1-出水悬浮物浓度，mg/L P0-污泥含水率，%，取为 98%每日的污泥量计算得 W=200(120-10)/(10002)=1.1 m3/d 可以取为每天污泥产量 1.1m3/d，可用 40mm 排泥管，每天排泥一次，每次排泥 20min，每次排泥流量 0.0009 m3/s。九、污泥浓缩池设计及计算 1污泥浓缩池设计说明 污泥浓缩的主要目的是减少污泥体积，以便后续的单元操作。污泥浓缩的操作方法有间歇式和连续式两种。通常间歇式主要用于污泥量较小的场合，而连续式则用于污泥较大的场合。污泥浓缩的方法有重力浓缩、气浮浓缩、和离心浓缩，其中重力浓缩应用最广。根据本次设计知整个工艺流程产泥量较小，因此选择一个不带中心管的间歇式重力浓缩池，其结构如图所示。其浓缩原理是污泥在重力浓缩池中，污泥依次通过自由沉降、絮凝沉降、区域沉降、压缩沉降的过程来脱去部分水分。即是通过自身重力来压密的过程。污泥浓缩池采用钢混结构。图 不带中心管间歇式重力浓缩池示意图 2污泥浓缩池设计计算(1)本次设计的污泥来源：a.初沉池产生的剩余污泥；产生的剩余污泥。根据前面计算，产生的污泥流量为+=2.9m3/d(2)污泥固体浓度 C C=P1 式中：C污泥固体浓度，kg/m3；P浓缩前含水率，取 P=96%；污泥密度，=1000kg/m3。计算得：污泥固体浓度 C=1000=40kg/m3(3)浓缩池面积 A 式中：A浓缩池面积，m2；V污泥量，m3/d；C污泥固体浓度，kg/m3；M浓缩池污泥固体负荷，取 M=30kg/(m2d)。计算得：浓缩池面积 A=*40/30=3.87 m2(4)浓缩池直径 D=(4*1/2=2.22m(5)浓缩池高度计算 a.浓缩池工作部分高度 h1 式中：h1浓缩池工作部分高度，m；T浓缩时间，一般为 1016h，取 T=12h；V污泥量，m3/d；A浓缩池面积，m2。计算得：浓缩池工作部分高度 h1=12*(24*=0.37m b.浓缩池有效水深 H1 式中：H1浓缩池有效水深，m；h1浓缩池工作部分高度，m；h2浓缩池超高，取 h2=0.3m；h3浓缩池缓冲层高度，取 h3=0.3m。计算得：浓缩池有效水深 H1=h1+h2+h3=+=0.97m c.污泥斗深度 h4 式中：h4污泥斗深度，m；D浓缩池直径，m；d污泥斗底部直径，取 d=0.2m；泥斗侧壁倾角，取60。计算得：污泥斗深度 h4=1.75m d.浓缩池总高度 H=H1+h4=+=2.72m 根据污泥浓缩池的设计规范,要求浓缩池总高度3m,设计 H1=1.00m,h4=2.00m,设计浓缩池总高度 H=H1+h4=+=3.00m(6)污泥斗容积 式中：V1污泥斗容积，m3；h4污泥斗深度，m；R污泥斗上部半径，R=1.11m；r污泥斗下部半径，r=0.10m。污泥斗容积 V1=*+*+/3=2.83 m3 (7)浓缩池总体积 V=+*2)2=6.70m3 (8)浓缩后污泥量 V2 式中：V2浓缩后污泥量，m3/d；V污泥量，m3/d；P浓缩前含水率，取 P=96%；Pt出泥含水率，取 Pt=94%。计算得：浓缩后污泥体积 V2=*（）/=1.93 m3/d。(9)排泥周期 T=V1/V2=,即浓缩池排泥周期 T=35h。因污泥量极少，加上有足够的时间使污泥沉淀、浓缩，故浓缩池上清液可不设计流出堰，用污泥自吸泵反抽回初沉池，对排泥管进行反冲洗。污泥螺杆泵的选择 表 3-10 I-1B3 型螺杆泵 型号 流量/(m3/h)扬程/m 功率/kw 进出口径/mm I-1B3 5 100 3污泥脱水设计 污泥量较少，污泥经螺杆泵送至污泥脱水间，脱水设备选择板框压滤机，规格如下所示。表 3-11 板框压滤机 型号 过滤面积/m2 过滤压力/MPa 螺杆顶紧力/kN 质量/kg 外形尺寸/mm 备注 BMS 2/320 2 200 520 1240550610 铸铁板框 污泥经脱水后运输至垃圾填埋场进行填埋处置。泵的扬程选择：H=H静+（）废水处理构筑物水头损失的估计 表 4-2 构筑物名称 水头损失（米）构筑物名称 水头损失（米）格栅 装有回转布水器的生物滤池（其工作高度为 H）H+沉砂池 装有喷洒式布水器的生物滤池（其工作高度为 H）H+除油池 鼓风曝气池 平流式沉淀池 加速曝气池 竖流式沉淀池 混合池 辐射式沉淀池 接触池 （1）污水提升泵的扬程确定：H=+=(2)MBR 池进水泵的扬程确定：H=+=石家庄水泵厂 KWP 型无拥堵离心泵 泵型 流量m3/h 扬程 m 电动机转速r/min 功率 kw 叶轮外径mm 效率%KWPk40250 824 1450 4 170260 51