1、課程設(shè)計(jì)題 目 某城市14×104m3/d污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)曝氣池設(shè)計(jì)學(xué) 院 資源與環(huán)境學(xué)院專(zhuān) 業(yè) 環(huán)境工程 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 二O一二年六月十五日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 環(huán)境工程 姓名 趙昕 學(xué)號(hào) 20090223148 題目 某城市14×104m3/d污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)曝氣池設(shè)計(jì) 一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容（1）污水處理廠(chǎng)的工藝流程比選，并對(duì)工藝構(gòu)筑物選型做說(shuō)明；（2）主要處理設(shè)施曝氣池的工藝計(jì)算；（3）確定污水處理廠(chǎng)平面和高程布置；（4）繪制主要構(gòu)筑物圖紙。二、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作（1）確定合理的污水處理廠(chǎng)的工藝流程，并對(duì)所選擇工藝構(gòu)筑物選型做適當(dāng)說(shuō)明；（2

2、）確定主要處理構(gòu)筑物曝氣池的尺寸，完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)；（3）繪制主要處理構(gòu)筑物曝氣池的設(shè)計(jì)圖紙。濟(jì) 南 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 環(huán)境工程 姓名 趙昕 學(xué)號(hào) 20090223148 題目 某城市14×104m3/d污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)曝氣池設(shè)計(jì) 指導(dǎo)小組或指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：評(píng)定成績(jī) 2012年6月20日 指導(dǎo)教師 濟(jì)南大學(xué)課程設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 21 頁(yè)目 錄1 總論21.1曝氣分類(lèi)21.1.1鼓風(fēng)曝氣21.1.2機(jī)械曝氣21.1.3深井曝氣.21.1.4純氧曝氣21.2 曝氣設(shè)備21.3 曝氣原理32 曝氣池設(shè)計(jì)計(jì)算42.1 工藝計(jì)算42.2 池體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)62.3 曝

3、氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算72.3.1需氧量計(jì)算72.3.2供氧量計(jì)算82.3.3空氣管計(jì)算92.3.4鼓風(fēng)機(jī)選用12結(jié)論13參考文獻(xiàn)141 總論 曝氣池（aeration tank）利用活性污泥法進(jìn)行污水處理的構(gòu)筑物。池內(nèi)提供一定污水停留時(shí)間，滿(mǎn)足好氧微生物所需要的氧量以及污水與活性污泥充分接觸的混合條件。 曝氣池主要由池體、曝氣系統(tǒng)和進(jìn)出水口三個(gè)部分組成。池體一般用鋼筋混凝土筑成，平面形狀有長(zhǎng)方形、方形和圓形等。1.1曝氣分類(lèi)1.1.1鼓風(fēng)曝氣 又稱(chēng)壓縮空氣曝氣,主要由曝氣風(fēng)機(jī)及專(zhuān)用曝氣器組成。采用這種方法的曝氣池，多為長(zhǎng)方形混凝土池，池內(nèi)用隔墻分為幾個(gè)單獨(dú)進(jìn)水的隔間，每一隔間又分成幾條廊道。污水入池

4、后順次在廊道內(nèi)流動(dòng)，至另一端排出。空氣是用空氣壓縮機(jī)通過(guò)管道輸送到設(shè)在池底的空氣擴(kuò)散裝置，成為氣泡彌散逸出，在氣液界面把氧氣溶入水中。擴(kuò)散裝置有多孔管、固定螺旋曝氣器、水射器和微孔擴(kuò)散板等四種不同型式。1.1.2機(jī)械曝氣 一般是利用裝在曝氣池內(nèi)的機(jī)械葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，劇烈攪動(dòng)池內(nèi)廢水，使空氣中的氧溶入水中。葉輪裝在池內(nèi)廢水表面進(jìn)行曝氣的，稱(chēng)為表面曝氣。這種裝置通過(guò)葉輪的提水作用,促使池內(nèi)廢水不斷循環(huán)流動(dòng),不斷更新氣液接觸面以增大吸氧量。葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)在周緣形成水躍，可有效地裹入空氣；葉片后側(cè)產(chǎn)生負(fù)壓，可吸入空氣，所以充氣效果較好。葉輪浸水深度和轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，以保證最佳效果。典型的機(jī)械曝氣池有圓形表面加速曝

5、氣池、標(biāo)準(zhǔn)型加速曝氣池、IO型加速曝氣池和方形加速曝氣池等。鼓風(fēng)曝氣和機(jī)械曝氣兩種方法有時(shí)也可聯(lián)用，以提高充氧能力，這適用于有機(jī)物濃度較高的污水。1.1.3深井曝氣一般用直徑16米、深達(dá)50150米的曝氣池,利用水壓來(lái)提高水中氧的移轉(zhuǎn)速率,以高效去除污水中BOD（生化需氧量）。這種曝氣池已在英國(guó)、德意志聯(lián)邦共和國(guó)、法國(guó)、加拿大、美國(guó)、日本先后投入運(yùn)行或?qū)嶒?yàn)運(yùn)行。1.1.4純氧曝氣按鼓風(fēng)曝氣方法向水中鼓入純氧或富氧空氣，池型一般如鼓風(fēng)曝氣池,上加密封蓋,以充分提高充氧效率。1.2曝氣設(shè)備常用的曝氣器有：微孔膜片曝氣器、懸掛鏈曝氣器、曝氣頭、曝氣軟管、曝氣機(jī)、曝氣盤(pán)，曝氣管等1.3 曝氣原理曝氣是

6、使空氣與水強(qiáng)烈接觸的一種手段，其目的在于將空氣中的氧溶解于水中，或者將水中不需要的氣體和揮發(fā)性物質(zhì)放逐到空氣中。換言之，它是促進(jìn)氣體與液體之間物質(zhì)交換的一種手段。它還有其他一些重要作用，如混合和攪拌?？諝庵械难跬ㄟ^(guò)曝氣傳遞到水中，氧由氣相向液相進(jìn)行傳質(zhì)轉(zhuǎn)移，這種傳質(zhì)擴(kuò)散的理論，目前應(yīng)用較多的是劉易斯和惠特曼提出的雙膜理論。 雙膜理論認(rèn)為，在“氣-水”界面上存在著氣膜和液膜，氣膜外和液膜外有空氣和液體流動(dòng)，屬紊流狀態(tài)；氣膜和液膜間屬層流狀態(tài)，不存在對(duì)流，在一定條件下會(huì)出現(xiàn)氣壓梯度和濃度梯度。如果液膜中氧的濃度低于水中氧的飽和濃度，空氣中的氧繼續(xù)向內(nèi)擴(kuò)散透過(guò)液膜進(jìn)入水體，因而液膜和氣膜將成為氧傳遞

7、的障礙，這就是雙膜理論。顯然，克服液膜障礙最有效的方法是快速變換“氣-液”界面。曝氣攪拌正是如此，具體的做法就是：減少氣泡的大小，增加氣泡的數(shù)量，提高液體的紊流程度，加大曝氣器的安裝深度，延長(zhǎng)氣泡與液體的接觸時(shí)間。曝氣設(shè)備正是基于這種做法而在污水處理中被廣泛采用的。2 曝氣池設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 工藝計(jì)算1.處理效益式中 La進(jìn)水BOD5濃度, La=250Mg/L Lt出水BOD5 濃度，Lt20Mg/L2.污泥負(fù)荷NS0.3 kgBOD5kgMLVSS·d3.污泥濃度 （1）混合液污泥濃度 式中 SVI污泥指數(shù)。根據(jù)NS值，取SVI=120 r二沉池中污泥綜合指數(shù)，取r=1.2R污泥回

8、流比。取R=50% (2)混合液揮發(fā)性懸浮物濃度（MLVSS）X= fX 式中 f系數(shù)，MLVSS/MLSS，取f=0.7X=0.7×3333.3=2333.3mg/L （3）污泥回流濃度 4.污泥回流比核算R=49%R=50%5.容積負(fù)荷NVNV=XNS=0.3×2333.3=0.69kgBOD5/m3·d6.曝氣池容積式中 Q 設(shè)計(jì)流量7.水力停留時(shí)間 （1）理想停留時(shí)間 （2）實(shí)際停留時(shí)間8.剩余污泥量Xa Q LrbVX 式中式中 a污泥產(chǎn)率系數(shù)，取a0.6b污泥自身氧化率，取b0.05X=0.6×140000×0.23-0.05

9、15;46666.7×2.3=13953.33kg/d9.污泥齡2.2 池體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用推流式鼓風(fēng)曝氣1. 曝氣池積設(shè)計(jì)5曝氣池，每組容積V1=46666.7/5=9333.34m設(shè)計(jì)曝氣池深6m每組曝氣池面積S1=V/H=9333.34/6=1555.56 m22. 曝氣池寬度取池寬6米3. 曝氣池長(zhǎng)度4. 曝氣池平面形式設(shè)計(jì)其為三廊道式則每廊道長(zhǎng)L1=259.26/3 90m如圖 902.3曝氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算2.3.1需氧量計(jì)算（1）日平均需氧量 O2aQLr + bVX式中 a微生物氧化分解有機(jī)物過(guò)程中的需氧率； b污泥自身氧化需氧率。 取a= 0.5 b= 0.15 O20.5

10、×140000×0.23+0.15×46666.7×2.3=32200.01kg/d=1341.67kg/h（2）去除每公斤BOD5需氧量O2（3）最大需氧量O2maxO2maxaQLrK + bVX 取最大需氧量變化系數(shù)K=1.4O2max=0.5×140000×0.23×1.4+0.15×46666.7×2.3=38640.01kg/h=1610kg/h2.2.2 供氧量計(jì)算 采用膜片式微孔曝氣裝置，距池底0.2m，故淹沒(méi)水沉為5.8m，最高水溫采用30（1）溶解氧飽和度CS查三廢P500表得：水溫2

11、0時(shí)，CS（20）=9.17mg/L水溫30時(shí)，CS（30）=7.63mg/L（2）曝氣器出口絕對(duì)壓力PbPb = P + 9.8×103H式中 P標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，P=1.013×105Pa H曝氣器安置深度Pb =1.013×105+9.8×103×5.8=1.5814×105Pa （3）空氣離開(kāi)曝氣池面時(shí)，氧的百分比Ot式中 EA氧轉(zhuǎn)移率，%，對(duì)膜片式微孔曝氣器，選EA=18% （4）曝氣池混合液平均飽和濃度Csb(T) 按最不利溫度考慮 T=30 （5）20條件下，脫氧清水充氧量R0 式中 R實(shí)際條件下充氧量， 廢水液相傳質(zhì)系數(shù)KL

12、a的修正系數(shù)，取=0.8 廢水CS的修正系數(shù)，取=0.9 壓力修正系數(shù)，取=1 C氧實(shí)際濃度，取C = 2 mg/L （6）最大時(shí)需氧的充氧量R0max （7）曝氣池平均時(shí)供氣量GS （8）最大時(shí)供氣量GSmax （9）去除每公斤BOD5的供氣量 （10）每m3污水的供氣量2.2.3 空氣管計(jì)算 按曝氣池平面圖布置空氣管道，在相鄰兩個(gè)廊道的隔墻上設(shè)一根空氣干管，共八根干管。在每根干管上設(shè)九對(duì)配氣豎管，共18條配氣豎管。全曝氣池共設(shè)135條配氣豎管。 （1）每根豎管的供氣量（2）空氣擴(kuò)散器總數(shù) 曝氣池平面面積90×90=8100m2 取微孔曝氣器服務(wù)面積1m2曝氣器總數(shù)：8100個(gè) （

13、3）每根豎管上安設(shè)的曝氣器數(shù)目 8100/135=60個(gè)（4）每個(gè)曝氣器的配氣量 49367.41/8100=6.09（5）空氣管路計(jì)算 管 段編 號(hào)管段長(zhǎng)度L(m)流量m3/h空氣流速(m/s)管徑D(mm)配 件管道當(dāng)量長(zhǎng)度L0(m)管道計(jì)算長(zhǎng)度L+L0阻力損失22230.56.8650彎頭1個(gè)1.520.24120210.513.7250三通1個(gè)33.50.79119200.520.5850三通1個(gè)33.51.59718190.527.4450三通1個(gè)33.52.64017180.2534.2950三通1個(gè)33.251.95216171.268.573.7980三通1個(gè)異形管1個(gè)4.90

14、46.1043.36915161.2137.144.85100三通1個(gè)異形管1個(gè)6.137.333.95214159.3342.835.39150閘門(mén)1個(gè)彎頭3個(gè)四通1個(gè)異形管1個(gè)17.89527.29522.44213149.5685.6610.78150三通1個(gè)918.579.71712139.51371.3212.13200四通1個(gè)異形管1個(gè)4.2613.7669.72811129.52056.9815.03220四通1個(gè)異形管1個(gè)4.68614.18691.95310119,52742.6414.36260四通1個(gè)異形管1個(gè)5.53815.03869.1641099.53428.301

15、3.48300四通1個(gè)異形管1個(gè)6.3915.8951.949989.54113.9614.22320四通1個(gè)異形管1個(gè)6.81616.31653.010879.54799.6213.10360四通1個(gè)異形管1個(gè)7.66817.16839.695769.55465.2814.92360四通1個(gè)7.216.750.3406516.56170.9313.65400四通1個(gè)異形管1個(gè)8.5225.0265.499541212341.8614.44550彎頭2個(gè)四通1個(gè)445636.188431218512.7913.37700三通1個(gè)異形管1個(gè)42.9154.9123.62832624683.711

16、5.12760三通1個(gè)異形管1個(gè)46.588552.58813.448211049367.4114.441100三通1個(gè)異形管1個(gè)67.4377.4313.322總計(jì)144.95694.625 空氣管總壓頭損失為567.691×9.8=6.8KPa 膜片式曝氣頭壓力損失為5KPa 總壓頭損失為11.8 KPa，取12 KPa2.3.4鼓風(fēng)機(jī)選用 （1）總風(fēng)量確定最大時(shí)：GSTmax=3Gsmax=3×49367.41m3/h=148102.23 m3/min平均時(shí)：GST=3Gs=3×41139.63m3/h=123418.89m3/min （2）風(fēng)壓確定H =

17、(h1 + h2 + h3 + h4) ×9.8式中 h1空氣管道沿程損失，mH2Oh2空氣局部阻力，mH2O h3曝氣頭安置深度h4空氣擴(kuò)散阻力（曝氣裝置）H鼓風(fēng)機(jī)所需壓力 H = (h1 + h2 + h3 + h4) ×9.8=（6-0.2+1.0）×9.8=66.64KPa （3）選型號(hào) 選用高速空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)5臺(tái)，風(fēng)機(jī)風(fēng)壓為70KPa，風(fēng)量15萬(wàn)m3/min，正常條件下3臺(tái)工作2臺(tái)備用。結(jié) 論參 考 文 獻(xiàn)1 高廷耀, 顧國(guó)維, 周琪. 水污染控制工程(第三版)（下冊(cè)）高等教育出版社, 2007.7 2 何文學(xué). 水力學(xué) 中國(guó)水利水電出版社2002,21 3 Zhang X W, Zhao F L, Li K A. Fluoromertric method for