曝气池设计

15曝气氧化池本设计采用常规曝气的推流式曝气池。5.1曝气氧化池体积计算5.1.1曝气池进水五日生化需氧量S0指扣除预处理及一级处理后的五日生化需氧量(流沉砂去除率为15%估算）；S0=180×(1−15%)mg/L=135mg/L5.1.2曝气池出水五日生化需氧量根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中的4.2.1.1中的表1得五日生化需氧量（BOD5）的一级标准的A类标准为10mg/L，B类标准20mg/L，本次设计采用一级标准的B类标准，因此Se=20mg/L。5.1.3污泥去除负荷e2rsSKqN式中Nrs，q——BOD—污泥去除负荷，mg/L；K2——有机基质降解速率常数，L/(mg·d)；Se——处理水中残留的有机污染物量（BOD5值），mg/L；查《排水工程下册》（第四版）第170页得，对城市污水，完全混合式曝气池的K2值介于0.0168~0.0281之间，在实际应用上，推流式曝气池可以近似地使用通过完全混合式推导的计算式，因此本次设计取0.0224，且Se=20mg/L；𝑁𝑟𝑠=𝑞=𝐾2𝑆𝑒=0.0224×20𝑚𝑔/𝐿=0.448𝑚𝑔/𝐿5.1.4去除率0e0ηSSS式中η——有机底物降解率，%；S0——原污水中有机污染物（BOD5）的浓度，mg/L；Se——处理水中残留的有机污染物量（BOD5值），mg/L；η=𝑆0−𝑆𝑒𝑆0=135−10135×100%=85.19%5.1.5污泥负荷fSKNse2式中Ns——BOD—污泥负荷，BOD—SS负荷率，mg/L；2f——Xv/Xr比；其中，根据《给水排水设计手册.第05期.城镇排水》中第314页的6.2.2中的公式（6—5）得，f一般为0.7~0.8，在本次设计中，f取0.7；𝑁𝑠=𝐾2𝑆𝑒𝑓η=0.0224×20×0.70.8519[kgBOD/kgMLSS∙d]=0.37[kgBOD/kgMLSS∙d]本次设计按阶段曝气考虑，查表5-3曝气池主要设计依据，阶段曝气的NS在0.2～0.4[kgBOD/kgMLSS∙d]的范围，符合要求，处理城市污水的曝气池的主要设计数据见表5-3:表5-3处理城市污水的曝气池的主要设计数据类别Ns（接纳）[(kg/(kg·d)]X(g/L)Nv[kg/(m3·d)]污泥回流比R（%）总处理效率（%）普通曝气0.2～0.41.5～2.50.4～0.925～7590～95阶段曝气0.2～0.41.5～3.00.4～1.225～7585～95吸附再生曝气0.2～0.42.5～6.00.9～1.850～10080～90合建式完全混合曝气0.25～0.52.0～4.00.5～1.81100～40080～90延时曝气（包括氧化沟）0.05～0.12.5～5.00.15～0.360～20095以上高负荷曝气1.5～3.00.5～1.51.5～3.010～3065～755.1.6SVI（污泥容积指数）查《排水工程下册》（第五版）第114页得图4—7，如图5-1；图5-1SVI值与BOD—污泥负荷之间的关系3由Ns=0.37[kgBOD/kgMLSS∙d]，经查图得SVI=115。5.1.7回流污泥浓度的确定和混合液浓度的确定根据SVI值确定回流污泥浓度：𝑋𝑟=106SVI×1.2=106115×1.2=10434.78(𝑚𝑔/𝐿)式中Xr—污泥回流浓度，mg/L；r—是考虑污泥在二次沉淀池中停留时间、池深、污泥厚度等因素的有关系数，根据《污水处理厂工艺设计手册》4.1.4计算公式得，一般取1.2。一般建议污泥回流比30%-40%之间，本次设计取污泥回流比为40%曝气池混合液悬浮固体（MLSS）浓度：X=𝑅1+𝑅∙𝑋𝑟=40%1+40%×10434.78(𝑚𝑔/𝐿)=2981.37(𝑚𝑔/𝐿)=2.98(𝑔/𝐿)由表5-3可知阶段曝气的X在1.5g/L—3.0g/L之间，符合规范。MLVSS浓度：XV=fX式中Xv——混合液中挥发性悬浮物（MLVSS）浓度，mg/L；f——Xv/X比；其中，根据《给水排水设计手册.第05期.城镇给水》中第314页的6.2.2中的公式（6—5）得，f一般为0.7~0.8，在本次设计中，f取0.7；因此，𝑋𝑣=fX=0.7×2981.37mg/L=2086.96mg/L5.1.8污泥龄c的计算根据公式：dKYqθ1cθc——设计污泥泥龄（d）；高负荷时为0.2~2.5d，中负荷时为5~15d；低负荷时为20~30d；Y——污泥产率系数（kgVSS/kgBOD5）；在20℃，有机物以BOD5计时，其常数为0.4~0.8。如处理系统无初次沉淀池，Y值最好通过试验确定.无试验资料时，一般取0.4~0.8，本次设计Y取0.6。Kd——衰减系数(d－1)，20℃的常数值为0.04~0.075，本次设计取0.05。2020dTTdTKKKdT——T℃时的衰减系数(d-1）；T——设计温度（℃），24℃θT——温度系数，采用1.02~1.06，本次设计取1.044所以𝐾𝑑24=0.05×1.0424−20=0.061𝜃𝑐=𝑌𝑞−𝐾𝑑=(0.6×0.448−0.06)𝑑−1=0.2088𝑑−1解得：θc=4.79d-1根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）（2016年版）6.6.11中的2，可得污泥龄的数值为0.2～15，θc=9.13d，符合规范要求。5.1.9曝气池体积Qmax=120009.6m3/d因此，由𝑁𝑠=𝑄𝑆0𝑋𝑉得，V=𝑄𝑆0𝑋𝑁𝑠=120009.6×1352981.37×0.37𝑚3=14686.97𝑚3，取14687𝑚3。5.1.10曝气池各部分尺寸本次设计采用阶段推流式曝气池，由《给水排水设计手册第05期•城镇排水》中第339页的6.5.1（1）对于推流式池体尺寸的相关设计要求，池长与池宽之比（L/B），一般为5~10，出水方式多用溢流堰，进水渠配多管口进水；6.5.1（2）中，池的横断面有效水深在3~9m，超高一般为0.5m，池宽与有效水深之比（B/H）一般为1~2。本次设计曝气池中采用鼓风曝气，根据《室外排水设计规范》GB50014-2006(2016年版)6.6活性污泥法内容可知：生物反应池的超高，当采用鼓风曝气时为0.5m～1.0m；廊道式生物反应池的池宽与有效水深之比宜采用1:1～1:2；有效水深应结合流程设计、地质条件、供养设施类型和选用风机压力等因素确定，可采用4.0～6.0m。在条件许可时，水深尚可加大。因此在本次设计中，有效水深H取4.2m，超高h取0.5m。设廊道壁厚取150mm，池外墙厚取200mm，两组曝气池直接相隔800mm。设2组曝气池，每组容积为：14687÷2m³=7343.5m³。池有效水深取H＝4m，则每组曝气池的表面积为：F=7343.54𝑚2=1835.75𝑚2。池宽取7m，水深之比，一般为1~2，𝐵𝐻=74=1.75，符合规定。池长：L=𝐹𝐵=1835.757𝑚=262.25𝑚设5廊道式曝气池，廊道长：𝐿1=𝐿5=262.255m=52.45m，取53m。则单廊道长宽比为：𝐿1𝐵=537=7.58，在5～10之间，符合规定。取超高为0.5m，则池总高度为：4.0＋0.5m＝4.5m。所以池长L总=L1+2×1.5×B==74m5.1.11曝气时间(tm)5tm=VQ×24=14687120009.6×24=3.0h符合要求曝气系统的计算与设计采用表面机械曝气平均需氧量的计算𝑂2=𝑎′𝑄𝑆𝑎+𝑏𝑉𝑁𝑆a’——0.42—0.53之间，查表得a=0.5b’——0.188—0.11之间，查表得b=0.15所以，𝑂2=𝑎′𝑄𝑆0+𝑏𝑉𝑁𝑆=0.5×120009.6×0.135+0.15×14687×0.37=8915.78𝑘𝑔/𝑑=371.50kg/h最大需氧量的计算取时变化系数K=1.8𝑂2𝑀𝐴𝑋=𝑎′𝑄𝐾ℎ𝑆𝑎+𝑏𝑉𝑁𝑆=0.5×120009.6×1.8×0.135+0.15×14687×0.37=15396.30𝑘𝑔/𝑑=641.6kg/h最大时需氧量与平均时需氧量之比：𝑂2𝑀𝐴𝑋𝑂2=641.6kg/h371.5kg/h=1.72需氧量和充氧量的设计计算氧的转移效率EA取15%，则空气离开曝气池时氧的百分比为18.43%因为该地区的平均气温为20oC查表得氧气在水中的溶解度为Cs（20）=9.17mg/L，20oC时脱氧清水的需氧量20)()20(024.1TTSSoCCRCR式中а——修正系数，取0.95β——修正系数，取0.95C——混合液溶解氧浓度，取2.0mg/Lρ——压力修正系数，取1.0𝑅0=185.6×9.170.95[0.95×1×9.17−2]×102420−20=266.93𝑘𝑔/ℎ曝气池平均供气量𝐺𝑆=𝑅00.3×𝐸𝐴=266.930.3×0.15=5931.87𝑚3/ℎ65.1.12曝气池布置图