（完整版）再生水厂工艺设计说明计算书：城市生活污水0.5万吨每天A2O+MBR膜处理法.docx

1. 处理规模 1.1. 平均水量Q Q=5000m3/d=208.33m3/h =57.87L/s=0.058 m3/s 1.2. 变化系数Kz 表1.2-1 污水变化系数表 平均日流量（L/s） 5 15 40 70 100 200 500 1000 总变化系数 2.3 2 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 斜率 K -0.03 -0.008 -0.003 -0.003 -0.001 -0.0003 -0.0002 设计流量 57.87 设计变化系数 1.74 由上表分析可得，Kz=1.74。 1.3. 最大设计水量Qmax Qmax=Kz×Q=8700m3/d=362.5m3/h =100.69L/s=0.10m3/s 2. 设计进出水水质 2.1. 设计进水水质 考虑当前甚至将来一段时间再生水厂实际进水中部分水来自库尾调蓄池截流的初小雨混流水，水质波动幅度较大。远期随着片区正本清源及雨污分流工程的进行，水质浓度会适当提高。同时，参照周边污水厂资料以及相关工程，确定设计进水水质如表2.1-1所示。 表2.1-1 进水水质分析表 污水厂名称 进水类别 CODcr (mg/l) BOD5 (mg/l) SS（mg/l) TN (mg/l) NH3-N (mg/l) TP (mg/l) 备注 **污水处理厂 设计进水 300 150 220 35 25 6 一、二、三期设计进水 实际进水 338 208 255 46 32 5 一、二期2009年实际进水 **污水处理厂 设计进水 350 150 350 40 30 3 三期设计进水 实际进水 289 134 223 32 20 3 一、二期2015年实际进水 平均值 319 161 262 38 27 4 本工程选取设计值 320 160 250 35 25 5 2.2. 设计出水水质 再生水厂排放水体及出水水质要求由受纳水体的功能区划决定。水体功能区划是区域水资源和水环境保护的宏观控制指导性准则。 本再生水厂出厂水一部分作为再生水，用于市政用途（待将来市政再生水管网完善后，同时有再生水使用需求），大部分通过管道作为盘溪河流域河湖的景观补充水。根据本工程目标：项目的各水系化学需氧量（CODCr）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、溶解氧（DO）均达到《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》的Ⅳ类标准，本再生水厂设计出水水质目标为：主要指标能够达到Ⅳ类水标准（TN除外）。见表2.2-1。 表2.2-1 出水水质表（单位：mg/L） 项目 CODCr BOD5 SS TN NH3-N TP 溶解氧 大肠杆菌 出水标准 30 6 10 15 1.5 0.3 3 103 Ⅳ类标准 30 6 — 1.5 1.5 0.3 3 2×104 2.3. 设计去除率 本次设计进出水水质及去除率见下表2.3-1： 表2.3-1 设计进出水水质表 （单位：mg/L） 项目 CODcr BOD5 SS TN NH3－N TP DO 设计进水水质 320 160 250 35 25 5 -- 设计出水水质 30 6 10 15 1.5 0.3 3 去除率(%) ≥91.00 ≥96.00 ≥96.00 ≥57.00 ≥94.00 ≥94.00 --- 3. 预处理设施设计 污水管或雨季溢流污染经粗格栅、沉砂池预处理后，由调蓄池内提升泵站提升至再生水厂。因此本再生水厂预处理设施主要包括转鼓细格栅、曝气沉砂池及内进流式网板格栅。 3.1. 转鼓细格栅 转鼓细格栅按一用一备设计，单格过流流量Qmax=362.5m3/h=0.10m3/s 3.1.1. 过栅断面计算 转鼓细格栅的格栅间隙取5mm，其直径D计算公式为： D=2Qmax3.14Kvη 式中：D—转鼓细格栅直径（m） Qmax—转鼓细格栅过水流量（m3/s） K—转鼓细格栅实际过水面积系数，根据样本取0.5 η—转鼓细格栅过水效率，根据样本取60% v—设计过栅平均流速（m/s），取0.4m/s 由上式计算可得， D=2Qmax3.14KVη=2×0.103.14×0.5×0.6×0.4=0.72m 根据样本，转鼓细格栅直径一般为偶数，故D取0.8m。 校核：由样本可知，e=5mm、D=0.8m的转鼓细格栅，其过流流量为468m3/h，满足本工程Qmax=362.5m3/h的过流流量需求。 表3.1-1转鼓细格栅直径与过流水量对照表 3.1.2. 栅前断面计算 格栅两侧各留50mm，则格栅渠道宽度B=D+0.1=0.9m。 根据样本要求，D=0.8m的格栅，其栅前水深h最大为0.5m，本工程取0.5m。 表3.1-2转鼓细格栅直径与最大栅前水深对照表 据此计算可知，实际栅前流速v=QmaxBh=0.100.9×0.5=0.22m/s 3.1.3. 渠道参数计算 （1）渠道超高按0.5m设计，则渠道深度H1=0.5+h=1.0m； （2）根据样本，转鼓细格栅排渣高度H2取值范围为0.8~2.0m，本工程H2取1.0m； （3）排渣口至机顶高度H3取0.5m； （4）设备安装高度H=H1+H2+ H3=1.0+1.0+0.5=2.5m； （5）设备安装长度A= 1.43H-0.48D=1.43×2.5-0.48×0.8=3.2m； （6）栅前预留渠道长度L1取0.9m，栅后预留渠道长度L2取1.0m，则渠道长度L=L1+A+L2=0.9+3.2+1.0=5.1m； 图3.1-1转鼓细格栅各尺寸参数位置对照图 （7）综上分析，单格格栅渠尺寸L×B×H1=5.1×0.9×1.0（m）。 3.2. 曝气沉砂池 曝气沉砂池按一用一备设计，单格过流流量Qmax=362.5m3/h=0.10m/s 3.2.1. 池子有效容积计算 曝气沉砂池的有效容积V V=Qmax×t×60 式中：V—曝气沉砂池有效容积（m3） Qmax—曝气沉砂池最大过水流量（m3/s） t—最大设计流量时的停留时间，根据《室外排水设计规范》，t应大于2min，本工程取2.5min 由上式计算可得，V=0.10*2.5*60=15.11m3。 3.2.2. 水流断面面积计算 曝气沉砂池的水流断面面积A A=Qmax/v1 式中：A—曝气沉砂池水流断面面积（m2） Qmax—曝气沉砂池最大过水流量（m3/s） v1—最大设计流量时的水平流速，一般采用0.06~0.12m/s，《室外排水设计规范》推荐宜为0.1m/s，但取0.1m/s时导致水流断面及宽度较小，不满足宽深比要求，因此本工程取0.06m/s。 由上式计算可得，A =0.10/0.06=1.68m2。 3.2.3. 池子长宽尺寸计算 （1）曝气沉砂池的池子宽度B B=A/h2 式中：B—曝气沉砂池的池子宽度（m） A—曝气沉砂池水流断面面积（m2） h2—曝气沉砂池设计有效水深，《室外排水设计规范》推荐宜为2.0~3.0m，但取最小2m时仍不满足宽深比要求，因此本工程取1.1m。 由上式计算可得，B =1.68/1.1=1.53m，取1.5m。 （2）曝气沉砂池的池子长度L L=V/A 式中：L—曝气沉砂池的池子长度（m） V—曝气沉砂池有效容积（m3） A—曝气沉砂池水流断面面积（m2） 由上式计算可得，L =15.11/1.68=8.99m，取9.0m。 （3）长宽深比复核 宽深比：B/h2=1.5/1.1=1.4，满足《室外排水设计规范》要求的1.0~1.5范围。 长宽比：L/B=9.0/1.5=6.0，可基本满足要求。 3.2.4. 池子砂斗尺寸计算 （1）池子超高h1 按0.5m设计； （2）沉砂槽所需容积V1 V1 =(Qmax*x*T*86400)/（Kz*103) 式中：V1—沉砂槽所需容积（m3） Qmax—曝气沉砂池最大过水流量（m3/s） x—污水沉砂量（m3），《室外排水设计规范》推荐污水沉砂量可按0.03L/m³污水计算，本工程取0.03L/m³污水 T—清砂周期（d），《室外排水设计规范》要求“砂斗容积不应大于2d沉沙量”，本工程取2d Kz—总变化系数，本工程取1.74 由上式计算可得，V1 =0.11*0.03*2*86400/（1.74*103）=0.32m3 （3）沉砂槽设计容积V2 V2 =(b1+b2)/2*h3*L 式中：V2—沉砂槽设计容积（m3） b1—沉砂槽底宽（m） b2—沉砂槽开口宽（m），b2= 2*h3/tga+b1，a取60° h3—沉砂槽高度（m） L—曝气沉砂池的池子长度（m） 设b1=0.2m，h3=0.2m，则b2=0.4m，V2=0.54m3，满足V2＞V1要求。 （4）沉砂室高度h4 h4=i*[(B-b2)/2] 式中：h4—沉砂室高度（m） i—池底坡度，取0.06 由上式计算可得，h4=0.06*（1.5-0.4）/2=0.03m （5）沉砂池总高度H H=h1+ h2 +h3+ h4=0.5+1.1+0.2+0.03=1.8m。 （6）综上分析，单格曝气沉砂池尺寸L×B×H=9.0×1.5×1.8（m）。 3.2.5. 池子曝气量计算 曝气沉砂池所需总曝气量q q=d*Qmax*60 式中：q—曝气沉砂池所需总曝气量（m3/min） d—1m3污水所需要空气量，《室外排水设计规范》推荐“处理每立方米污水的曝气量宜为0.1～0.2m3空气”，本工程取0.2m³空气/m³污水 由上式计算可得，q=0.2*0.10*60=1.2m3 / min 3.3. 内进流式网板格栅 内进流式网板格栅按一用一备设计，单格过流流量Qmax=362.5m3/h=0.11m/s 3.3.1. 格栅基本参数设定 栅条宽度s：2mm 栅条间隙宽度b：1mm 过栅流速v：0.5m/s 栅前渠内水流速度v0：0.6m/s 格栅机安装倾角α：90° 栅前水深h：0.8m 3.3.2. 格栅渠宽度计算 （1）栅条间隙数n n=Qmax×（sina）0.5/(bhv) 式中：n—栅条间隙数（个） a—格栅机安装倾角（°） b—栅条间隙宽度（mm） h—栅前水深（m） v—过栅流速（m/s） 由上式计算可得，n =0.11*（sin90）0.5/0.002/0.8/0.5=252个。 （2）格栅宽度B0 B0=（n-1）s+nb 由上式计算可得，B0=（252-1）*2/1000+252*1/1000=0.8m。 （3）格栅渠宽度B 格栅两侧各留50mm，则格栅渠道宽度B= B0+0.1=0.9m。 （4）相关参数校核 1）实际栅条间隙数n n=(B0+s)/(b+s)=（0.9+0.002）/（0.001+0.002）=267个 2）实际格栅过栅流速v v=Qmax×（sina）0.5/(nbh)=0.11*（sin90）0.5/267/0.001/1.0=0.47m/s 3.3.3. 过栅水头损失计算 过栅水头损失h1计算如下： h1＝β（s/b）(4/3)*v2*sina*k/2g 式中：h1—过栅水头损失（m） β—形状系数，圆形取1.79 k—格栅受污染物阻塞时水头损失增大倍数，取3.0 g—重力加速度，取9.8 m/s2 由上式计算可得，h1 =1.79*（0.002/0.001）（4/3）*0.452*3.0/2/9.8=0.15m。 3.3.4. 格栅渠高度计算 格栅渠高度H=h+h1+h2 式中：H—栅条渠高度（m） h—栅前水深（m） h1—过栅水头损失（m） h2—超高（m），取0.5m 由上式计算可得，H =0.8+0.15+0.5=1.45m，取1.5m。 3.3.5. 格栅渠长度计算 （1）栅前渠道深度H1=h+h2=0.8+0.5=1.3m； （2）栅前渠道宽度B1=Qmax/（v0*h）=0.10/0.6/0.8=0.2m （3）栅前渠道展开角a1=20° （4）进水渠道渐宽部分长度l1=（B-B1）/2tga1=（0.9-0.2）/2/tg20=0.9m （5）栅槽与出水渠连接渠道渐缩部分长度l2= l1/2=0.45 （6）栅前预留渠道长度L1取0.5m，栅后预留渠道长度L2取1.0m，则栅槽总长度L =l1+l2+0.5+1.0+H1/tga=0.9+0.45+0.5+1.0+1.5/tg90=2.9m （7）综上分析，单格格栅渠尺寸L×B×H1=2.9×0.9×1.3（m）。 3.3.6. 栅渣量计算 每日栅渣量W=86400Qmax*w1/(1000KZ) 式中：W—每日栅渣量（m3/d） w1—栅渣量（m3/1000m3污水），根据《给排水设计手册》第5册P282表5-2，栅渣量一般0.1-0.05m3/103m3污水，本工程取0.1 m3/1000m3污水 由上式计算可得，W=86400*0.10*0.1/(1000*1.62)=0.5m3/d＞0.2m3/d，宜采用机械清渣。 4. 生化处理设施设计 4.1. 生化基本设计参数 4.1.1. 设计基本参数 设计最低水温：10℃ 4.1.2. 回流比 项目 参数值 设计流量Q(m3/d) 5000 回流比(%) 缺氧池-缓冲池回流比R1 200 消氧池-缺氧池回流比R2 400 膜池-好氧池回流比R3 500 4.1.3. 主要工艺参数 参数名称 取值 单位 备注 Yt污泥总产率系数 0.6/1.0 kgMLSS/kgBOD5 《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范（HJ576-2010）》规定：产率系数Yt（不设初沉池）取0.6~1.0 y MLSS中MLVSS所占比例 0.75 MLVSS/MLSS 《膜生物法污水处理工程技术规范（HJ2010-2011）》规定：城镇污水一般取0.7～0.8 Kde（20）脱氮速率 0.03 kgNO3-N/kgMLSS•d 《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范（HJ576-2010）》规定：Kde（20）宜取0.03~0.06 Kn硝化作用中氮的半速率常数 1.0 mg/L 《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范（HJ576-2010）》规定：一般取1.0 厌氧池污泥浓度Xp 4.44 g/L 缺氧池污泥浓度Xn 6.67 g/L 好氧池污泥浓度Xo 8.33 g/L 膜池污泥浓度Xm 10.0 g/L 4.2. 生化池设计计算 生化组合池主要由缓冲区、厌氧区、缺氧区、好氧区、消氧区组成，其主要功能是去除污水中的有机污染物及氮、磷等污染物。分为2个系列运行，每系列可单独运行。预处理出水进入配水井，配水井向2系列分别配水。 4.2.1. 缓冲区计算 （1）缓冲池容积计算 缓冲区用于缓冲预处理出水及缺氧区回流混合液对后续厌氧区影响。 本方案缓冲池停留时间取值HRTh=0.5h，故缓冲池容积： =208.33×0.5=104.17m3 （2）缓冲池尺寸确定 缓冲池分为2个系列，每个系列所需容积为52.08m3。 统筹考虑其他类型生化池及膜池的布置，确定单个缓冲池的平面尺寸如下： B×L=3.95×6.5m，有效水深6.2m，可提供的有效容积为159.2m3＞52.08m3，满足设计要求。 4.2.2. 厌氧区计算 （1）厌氧池容积计算 根据《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范（HJ576-2010）》，厌氧池水力停留时间一般取1.0~2.0h。 本方案厌氧池停留时间取值HRTp=1.5h，则厌氧池容积： =208.33×1.5=312.50m3 （2）厌氧池尺寸确定 厌氧池分为2个系列，每个系列所需容积为156.25m3。 统筹考虑其他类型生化池及膜池的布置，确定单个厌氧池的平面尺寸如下： B×L=3.95×6.5m，有效水深6.1m，可提供的有效容积为156.62m3＞156.25m3，满足设计要求。 4.2.3. 缺氧区计算 （1）缺氧池容积计算 1）排出生物池系统的微生物量ΔXV ∆XV=yYtQ(S0-Se)1000=0.75×0.6×5000×(160-5)1000=346.5kgMLVSS/d 2）设计最低水温T=10℃时脱氮速率 Kde(12)=Kde(20)1.08(T-20)=0.03×1.08(10-20)=0.014 kgNO3-N/kgMLSS•d 3）缺氧区容积计算： Vn=0.001QNk-Nte-0.12∆XVKdeXn=0.001×5000×35-15-0.12×346.50.014×6.67=625.6m3 4）缺氧池计算水力停留时间：HRTn=VnQ=625.6208.3=3.0h，取值HRTn=3.0h （2）缺氧池尺寸确定 缺氧池分为2个系列，每个系列所需容积为312.8m3，每个系列含2个缺氧池，则单个缺氧池所需容积为156.4m3，统筹考虑其他类型生化池及膜池的布置，确定单个缺氧池的平面尺寸如下： B×L=3.95×6.6m，有效水深6.0m，可提供的有效容积为156.4m3，满足设计要求。 4.2.4. 好氧段计算 （1）硝化菌比生长速率μ 生物池中氨氮浓度Na=1.5mg/L μ=0.47NaKn+Nae0.098(T-15)=0.47×1.51+1.5×e0.098×（10-15）=0.17d-1 （2）好氧污泥龄θco 《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范（HJ576-2010）》规定：安全系数F取1.5~3.0，本方案取值2.7，则 θco=F1μ=2.7×10.17=16.0d 符合《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范（HJ576-2010）》10~25d的要求 （3）膜池池容Vm计算 膜池分2条廊道，单个廊道L×B=11.5×4.6m，膜池有效水深3.6m 膜池有效容积Vm=380.88m3 （4）好氧池容积计算: 《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范（HJ576-2010）》规定：污泥总产率系数Yt（不设初沉池）取0.6~1.0，本方案取值1.0，则 Vo=QS0-SeθcoYt-1000VmXm1000Xo =5000×160-6×16.0×1.0-1000×380.88×101000×8.33=1021.8m3 （5）好氧池水力停留时间 HRTo=V0Q=1021.8208.33=4.90 参考其他项目经验，本方案取HRTo=5.0h。 （6）设计校核： 1）设计好氧池容积 Vo=QTo=208.33×5.0=1041.6m3 2）好氧池污泥负荷 Ls=QS0-Se1000XoVo=5000×160-61000×8.33×1041.6=0.09 《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范（HJ576-2010）》规定：好氧池污泥负荷为0.05~0.15kgBOD5/（kgMLSS·d），满足规范要求。 （7）好氧池尺寸确定 好氧池分为2个系列，每个系列含2个池子，则单个池子所需容积为260.4m3。 统筹考虑其他类型生化池及膜池的布置，确定单个好氧池的平面尺寸如下： B×L=2.5×17.7m，有效水深5.9m，可提供的有效容积为261.08m3，满足设计要求。 4.2.5. 消氧段计算 （1）消氧池容积计算 消氧池主要用于消除好氧池的回流液中携带大量氧气对缺氧池造成较大影响。本方案消氧池停留时间取值HRTx=1.0h，故缓冲池容积： =208.33×1.0=208.33m3 （2）消氧池尺寸确定 消氧池分为2个系列，每个系列所需容积为104.2m3。 统筹考虑其他类型生化池及膜池的布置，确定单个消氧池的平面尺寸如下： B×L=2.5×17.7m，有效水深5.8m，可提供的有效容积为256.65m3＞104.2m3，满足设计要求。 4.2.6. 生化池总体计算 （1）生化池总水力停留时间 HRTs=Tx+Tp+Tn+To+Tx=0.5+1.5+3.0+5.0+1.0=11.0h 《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范（HJ576-2010）》规定：生化池的总水力停留时间为11~18h，故本方案HRTs= 11.0h满足规范要求。 （2）好氧曝气量计算 1）需氧量计算 本方案中生物反应池好氧池供氧采用鼓风曝气方式。根据《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范（HJ576-2010）》规定：好氧池的污水需氧量，根据去除的五日生化需氧量、氨氮的硝化和除氮等要求确定，并按下列公式计算： 式中：O2—污水需氧量，（kgO2/d） Q—生物反应池进水流量（m3/d） So—生物反应池进水五日生化需氧量（mg/L） Se—生物反应池出水五日生化需氧量（mg/L） ΔXv—排出生物反应池系统的微生物量（kg/d） Nk—生物反应池进水总凯氏氮浓度（mg/L） Nke—生物反应池出水总凯氏氮浓度（mg/L） Nt—生物反应池进水总氮浓度（mg/L） Noe—生物反应池出水总氮浓度（mg/L） 0.12ΔXv—排出生物反应池系统的微生物中含氮量（kg/d） a—碳的氧当量，当含碳物质以BOD5计时，取1.47 b—常数，氧化每公斤氨氮所需氧量（kgO2/kgN），取4.57 c—常数，细菌细胞的氧当量，取1.42 将So=160，Se=6，Nke=2.5，Noe=7.5，=558，Nt=Nk=45代入式中计算得： O2=0.001×1.47×5000×160-6-1.42×346.5+4.57×0.001×5000×45-2.5-0.12×346.5-0.62×4.57×0.001×5000×45-2.5-7.5-0.12×346.5=1042.9 kgO2/d 膜池曝气标准需氧量Ocm=20.07×24=481.72kgO2/d （计算见MBR膜池标准需氧量计算） 2）总标准需氧量计算 根据《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范（HJ576-2010）》规定：采用鼓风曝气方式时，污水需氧量与标准需氧量的换算关系如下： Os=O2×Cs（20℃）α（βCsm25℃-C0）1.024(20-T) 式中：Os—标准状态下生物反应池污水需氧量（kgO2/d） Cs—20℃标况下清水中饱和溶解氧浓度，取9.17 mg/L α—混合液中总传氧系数与清水中总传氧系数之比，一般取0.8～0.85，本方案取0.82 β—混合液的饱和溶解氧值与清水中的饱和溶解氧值之比，一般取0.9～0.97，本方案取0.90 Csm—设计水温下清水表面处饱和溶解氧浓度（mg/L），取8.24 mg/L C0—混合液剩余溶解氧，mg/L，一般取2 mg/L； T—设计水温（℃），取25℃ 计算得：Os=1042.9×9.170.82×(0.9×8.24-2)×1.024(-5)=1912.6kgO2/d 故好氧池标准需氧量为：Oco=Os-Ocm=1912.6－481.72=1430.86kgO2/d 3）好氧曝气风量计算 根据《厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理工程技术规范（HJ576-201