中北大学水污染课程设计

《水污染控制技术与工程》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70～80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：能量亚硝酸菌OHHNOONH222424232(1-1)能量硝酸菌32222NOONO(1-2)总反应式：OHHNOONH232422氧化(1-3)在硝化的同时存在硝化菌的生长合成反应：《水污染控制技术与工程》课程设计2275222430423101513NOHCHHNOCONH合成(亚硝酸菌）（1-4）27532224102510NOHCHNOOHCONONH合成(硝酸菌）（1-5）总反应式为：27523242125107NOHCOHHNOCONH合成（1-6）1.3反硝化过程反硝化过程是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（2N)或ON2、NO。反硝化的化学反应如下（以甲醇为例）：氧化反应：OHCONOOHCHNO2223342626硝化还原菌（1-7）OHNOHCOOHCHNO63332622233硝化还原菌（1-8）总反应式为：OHOHCONOHCHNO67535622233硝化还原菌（1-9）在这个过程中同时存在微生物的同化合成反应：OHNOHCHCOOHCHNO22752331933143合成(1-10)所以，反硝化还原和微生物合成的总反应式为：OHCONNOHCHOHCHNO22227533(1-11)《水污染控制技术与工程》课程设计32A/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名。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：①流程简单，构筑物少，大大节省了基建费用；②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；③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；④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；⑤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；《水污染控制技术与工程》课程设计4⑥混合液回流比的大小，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；⑦便于在常规活性污泥法基础上改造成A/O脱氮工艺。3A/O法设计计算3.1原始数据与基本参数：设计污水流量：10000m3/h；Kz：1.45，水温15～25℃；BOD5：150mg/L；SS：130mg/L；TN：30g/L；处理后二级出水BOD5：25mg/L；SS：35mg/L；TN＜6mg/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：①A/O法脱氮曝气池的工艺参数；②A/O法脱氮曝气池的工艺构筑物的图纸详细设计。3.3设计参数：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/dkgMLSSkgBOD/518.0总氮负荷/dkgMLSSkgTN/05.0污泥浓度/LmgMLSS/3000～5000污泥龄dc/10总水力停留时间ht/缺氧池水力停留时间At7～121.5～2.5《水污染控制技术与工程》课程设计5好氧池水力停留时间OtAAtt:5.5～9.51：3～1：4污泥回流比R/%50～100混合液回流比内R/%200～500缺氧池进水溶解性NNOBODx-/54溶解氧LmgDO//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1V计算)1()(01cdVcKXSSQYV（3-1）式中1V—好氧区有效容积，3m；Q—设计流量，dm/3;0S—进水5BOD浓度，Lmg/；S—出水所含溶解浓度，Lmg/；Y—污泥产率系数，kgkgVSS/5BOD；dK—内源代谢系数，1d，取dK=0.05c—固体停留时间，d；《水污染控制技术与工程》课程设计6VX—混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS),Lmg/,VX=fX；f—混合液中VSS与SS之比，取f=0.7X—混合液悬浮固体浓度（MLVSS），Lmg/，X取4000Lmg/。VX=fX=280040007.0（Lmg/）（1）出水溶解性5BOD。为使出水所含5BOD降到25mg/L,出水溶解性5BOD浓度S应为：)1(42.125kteTSSTSSVSSS（3-2）=)1(357.042.125523.0e=Lmg/22.1（2）设计污泥龄：最小泥龄mc与温度的关系如图所示，可查得mc为5.5d，则dmcc5.163。《水污染控制技术与工程》课程设计7（3）好氧区容积1V，3m；1V=)5.1605.01(8.25.16)00122.015.0(10000246.0=333.69178m好氧区水力停留时间hQVt9.61000033.69178113.4.2缺氧区容积V2计算2VVTdnTXqN,1000（3-3）式中2V—缺氧区有效容积，3m；TN—需还原的硝酸盐氮量，dkg/；Tdnq,—反硝化速率，)/(3dkgMLVSSNkgNO。（1）需还原的硝酸盐氮量。微生物同化作用去除的总氮WN:cdWKSSYN1)(124.00（3-4）=5.1605.01)22.1150(6.0124.0=Lmg/1.6被氧化的NNH3=进水总氮量-出水氨氮量-用于合成的总氮量=Lmg/9.231.6030所需脱硝量=进水总氮量-出水总氮量-用于合成的总氮量=Lmg/9.171.6630《水污染控制技术与工程》课程设计8需还原的硝酸盐量dkgNT/4296100019.172410000（2）反硝化速率Tdnq,2020,,TdnTdnqq（3-5）式中20,dnq—20℃时的反硝化速率常数，取)/(12.03dkgMLVSSNkgNO；—温度系数，取1.08。082.008.112.02015,Tdnq)/(3dkgMLVSSNkgNO（3）缺氧区容积328.187102800082.010004296mV缺氧区水力停留时间hQVt87.1100008.1871022（3-6）3.4.3曝气池总容积V总32113.878898.1871033.69178mVVV总（3-7）系统总设计污泥龄=好氧池泥龄+缺氧池泥龄d96.2033.691788.187105.165.163.4.4碱度校核每氧化NmgNH31需要消耗mg14.7碱度计以3COCa，去除51mgBOD产生mg1.0碱度，每还原NmgNO31产生mg75.3碱度。因此可根据原水碱度来计算剩余碱度，当剩余碱度时LCOmgCa/1003，即可维持混合液pH值2.7，满足处理要求：剩余碱度1ALKS进水碱度-硝化消耗碱度+反硝化产生碱度（3-8）《水污染控制技术与工程》课程设计9+去除5BOD产生碱度=)22.1150(1.09.1757.39.2314.7250=LmgLmg/100/14.158此值可维持2.7pH。3.4.5污泥回流比及混合液回流比（1）混合液回流比R设150SVI,回流污泥浓度计算公式：rSVIXR610（r取1.2）（3-9）LmgXR/80002.1150106混合液悬浮固体浓度LmgMLSSX/4000)(污泥回流比%100XXXRR（3-10）%100%100400080004000（一般取%50～%100）（2）混合液回流比内R混合液回流比内R取决于所要求的脱氮率，脱氮率N可用下式粗略估算：N=%8030630-进水出水进水TNTNTN（3-11）%4008.018.01r（3-12）《水污染控制技术与工程》课程设计103.4.6剩余污泥量X（1）生物污泥产量：)1()(0cdZXKKSSYQP（3-12）=45.1)2105.01()0012.015.0(10000246.0=dkg/48.7208（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：)(1cSXXQP（3-13）式中1X—进水悬浮固体中惰性部分（进水TSS-进水VSS)的含量，3/mkg；cX—出水TSS的含量，3/mkg；SP—非生物污泥量，dkg/；Q—设计流量，dm/3。)(1cSXXQPdkg/960)035.07.013.013.0(1000024dkg/（3）剩余污泥量：dkgPPXSX/48.816896048.7208《水污染控制技术与工程》课程设计11去除每eSSQXkgBOD051产生的干污泥量（3-14）1000024025.015.048.81685/27.0kgBODkgDs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：31116.34589233.691782mVV单设有效水深mh5，单组有效面积21183.69170.516.34589mhVS单单设计7廊道，设廊道宽mb10，则反应池长度mBSL9910783.691711单校核：2510hb（满足hb1～2）9.91099bL（满足bL5～10）超高取m0.1，则好氧反应池总高mH0.60.10.5（2）缺氧反应池尺寸设缺氧池两组，则单组池容为：3224.935528.187102mVV单有效水深mh1.5，单组有效面积2224.18341.54.93551.5mVS单单缺氧池长度与好氧池宽度相同，为mL702，《水污染控制技术与工程》课程设计12池宽mLSb2.26704.1834221单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