sbr法小区中水处理毕业设计1 33页

'中北大学2011届毕业设计说明书目录1引言11.1本课题研究背景11.2中水的概念11.3中水回用的意义11.3.1开辟城市第二水源，缓解淡水资源的严峻形势11.3.2减轻对水环境的污染，保护水资源不受破坏21.3.3中水回用经济合算，同时减轻市政给排水管网的压力21.3.4中水回用是社会经济可持续发展的重要举措21.4中水回用国内外现状21.4.1国内研究状况31.4.2国外研究状况41.5小区污水的来源以及特点62设计题目72.1设计水量及水质参数72.2设计内容及要求72.3设计成果72.4设计原则73工艺流程83.1待研究解决问题83.2小区污水处理工艺比较以及工艺流程确定83.2.1传统活性污泥法83.2.2氧化沟工艺83.2.3AB工艺83.2.4生物接触氧化法93.2.5普通生物滤池103.2.6SBR工艺103.3SBR工艺流程及反应机理113.3.1SBR工艺流程简介11第II页共Ⅱ页 中北大学2011届毕业设计说明书3.3.2SBR反应机理123.3.3SBR工艺流程简图123.3.4设备构造134构筑物设计计算144.1格栅设计与计算144.2沉砂池计算174.3沉淀时间（TS）184.4曝气时间（TA）194.5排水时间（TD）194.6周期数（n）204.7进水时间（TF）204.8反应器容积（V）204.9需氧量（AOR）224.10供氧量（SOR）224.11供风量（Gs）234.12滗水器234.13进水管、出水管管径234.14污泥的处理流程244.14.1污泥浓缩池选型244.14.2重力浓缩池设计计算254.15剩余污泥量计算255总结28参考文献29致谢31第II页共Ⅱ页 中北大学2011届毕业设计说明书1引言1.1本课题研究背景水资源问题不仅影响、制约现代化社会的可持续发展，而且直接威胁到人类的生存与发展，已成为全球环境的首要问题。中国水资源问题更加严峻：一方，往过是世界上严重缺水的12个国家和地区之一，人均拥有淡水量居世界第88位，全国近80%的城市均有不同程度的缺水，年缺水量达60亿m3，北方尤为严重；另一方面，大量污水未经处理或部分处理排入个大小水体，造成水环境污染，形成恶性循环。毫无疑问，水资源不足将成为制约我国国民经济和社会发展的重要因素，水资源问题能否得到安全解决关系到中华民族的伟大复兴大计。因此，开辟非传统的水资源，改善水环境成为倍受关注的热点[1]。实施中水回用，属于污水再生利用，是“开源节流”，一举多得的节水措施，从而成为世界节水方式的一大趋势之一。对于中水这个术语的解释，在污水处理方面称为再生水，在工业生产领域叫作循环水或回用水，一般以水质作为划分标志。中水，顾名思义，即指水质界于上水与下水之间，经过一定深度处理后，可回用于冲洗喷洒、绿化、冷却等范围内的非饮用水[2]。因此，无论大、中、小城市，实施中水回用都有着深远意义。1.2中水的概念中水主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用的杂水，其水质介于上水和下水水质之间，是水资源有效利用的一种形式。经过处理后的中水用途非常广泛，可用于冲厕系统、洒水、洗车、绿化用水、消防用水、水景、基建施工等不与人体直接接触的杂用水。中水系统大致可以分三类：一是城市污水处理厂出水处理回用的城市中水系统；二是若干建筑群生活污水集中处理回用的小区中水系统；三是单栋建筑物生活污水处理回用的建筑中水系统[3]。1.3中水回用的意义1.3.1开辟城市第二水源，缓解淡水资源的严峻形势由于全球性水资源危机正威胁着人类的生存和发展，世界上许多国家和地区都已对污水再生利用作了总体规划，把经处理后的再生污水作为一种新水源，以弥补淡水资源的不足。城市污水就近可得，易于收集输送，水质水量稳定可靠，处理较简单易行，作为第二水源比海水可靠得多。据有关资料统计，城市供水量的80%第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书变为污水排入下水道，至少有70%的污水可以通过再生处理后回用。因此，实施中水回用，开辟非传统水源，实现污水资源化，对解决水资源危机具有重要的战略意义[4]。1.3.2减轻对水环境的污染，保护水资源不受破坏如果水体受到污染，势必降低水资源的使用价值。目前，一些国家和地区已经出现因水源污染不能使用而引起的“水荒”，即所谓的“水质性缺水”。因为污水即使经一定程度的处理后排入外界水体，还是存在着污染水环境的潜在可能。但如果经处理后回用，不仅可以回收水资源以及污水中的其他有用物质，而且可以大幅度地减少污水排放量，从而减轻对受纳水体的污染，经济效益与环境效益都十分显著[5]。1.3.3中水回用经济合算，同时减轻市政给排水管网的压力远距离跨流域调水不仅投资太大，而且在干旱年份可能无水可调，也可能调来的水已受到一定程度的污染，而海水淡化基建投资和制水成本过高，无论是在经济还是规模上近期内都不可能解决城市缺水问题。建筑小区污水就近可得，就地收集就地回用，无需进入城市排水管网，因而可以减轻市政排水管网的压力，用中水代替清洁水同时也减轻了市政给水管网的负担[6]。1.3.4中水回用是社会经济可持续发展的重要举措根据我国水资源的状况和人口、经济增长速度，仅仅靠扩大水资源的开发很难满足经济和社会发展用水的需要，这就必须将水资源的利用方式从过去的开源为主向开源与节流并重、以提高用水效率为核心的转变。因此，在要求我们在寻找新水源的同时，也要充分考虑到利用现有的水资源，提高水的重复利用率。在这种情况下，实施污水处理后再利用，使其成为低质用水的第二水源，具有开发节流、实现水资源可持续开发的重要意义。中水回用弥补了水资源的短缺，使自来水的消耗量减少，也减少了污水的排放总量，也改善了天然水体的水质，创造了可观的环境效益；同时，由于降低了污水处理费用、省却了水资源费、以及取水与远距离输送水的能耗与建设费用，减轻了投资压力，让实施者取得了经济效益，做到了环境效益与经济效益的统一。建设中水回用系统，可以缓解水资源的紧张形势，提高人们的生活质量，让小区排放的生活污水全部达到中水回用标准，除回用于小区需要外，还可以向社会供应中水，满足市政、绿化以及消防用水和补充地下水，可以逐步减少污水的排放总量，对构建循环经济模式和保护水生态环境具有积极的意义。1.4中水回用国内外现状第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书1.4.1国内研究状况我国也是缺水国家之一，全国接近80%的城市存在着不同的缺水问题，缺水总量达1200亿m3/a，我国有50%面积属于干旱和半干旱地区，即便雨量充沛的一些沿海城市如大连、天津、青岛等城市，淡水资源也很紧张。我国水资源短缺的严峻形势，已经引起国家各级领导人和各级政府的重视，也迫使人们不得不把水资源开发的重点转向污水处理回用，并且这个问题的认识也由被动转为主动[7]。几年来，国家有关部门相继对城市污水处理回用提出工作要求。如：1996年2月建设部发布了《城市中水设施管理暂行办法》，对中水设施的建设与管理提出了明确的要求；1992年中国工程建设标准化协会颁布了《中水设施规范》；1996年12月建设部、经贸委、国家纪委印发的《节水型城市目标导则》，提出城市污水会用率60%的目标要求。北京市人民政府（1987）60批准了“北京市中水设施建设管理试行办法”，其中规定：新建的面积20000m3以上的旅馆、饭店、公寓等，新建的面积30000m3以上的机关、科研单位、大专院校、大型文化体育建筑，按规定应配套建设中水设施的住宅小区、集中建设区等都配套建设中水设施；现有建筑属前两项的可根据条件逐步配建中水设施。这些标志着我国污水处理回用工作，已经由自发变为有序、由自愿变成强制，进入了一个新的发展时期。同时，随着优质供水价格的提高，污水处理回用工程的经济效益日益突出，这将有利的调动人们建设污水回用工程的积极性[8]。我国从20世纪70年代中期开始探索以回用为目的的城市污水深度处理技术，北京市环保所于1985年在所内建成的120m3/d规模的中水设施是我国早期中水回用工程之一。目前，北京市已建成北京市首都机场、万泉公寓、劲松宾馆、方庄小区、中国国际贸易中心、清华浴池等几十项中水工程，总设计能力约3000m3/d。1982年，青岛市开展了城市污水回用于养殖和市政用水的试点工作。天津这几年也在纪庄子污水处理厂开展污水再生回用的探索性研究，处理厂出水已经广泛的用于养鱼。太原市北郊污水治理厂已经建成回用于工业冷却水的回用设施，水量为10000m3/d。长沙有30万m3/d的污水厂出水用于养鱼，鱼塘面积达1430公顷[9-10]。我国在20世纪80年代以来开始对SBR工艺进行研究。1985年，上海市政设计院为上海吴松肉联厂投产了第一座SBR污水处理站，设计处理水量2400t/d。1989年湖南省湘潭大学完成了应用SBR工艺处理啤酒废水的试研究。自90年代中期开始，国家建设部属市政设计院和上海、北京、天津等市政设计研究院开始了SBR工艺技术的研究和应用。第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书我国城市污水年排放量已经打到414亿立方米，目前，已建污水处理设施400余座，城市污水处理率达到30%，二级处理率达到15%。根据“十五”计划纲要要求，2005年城市污水集中处理率达到45%。这就给污水回用创造了基本条件，凡是污水处理厂都可以将污水再次适当处理后回用。全国污水回用率平均达到20%，“十五”末期年回用量可达40亿立方米，是正常年份缺水60亿立方米的67%。即通过污水回用，可解决全国城市缺水量的一半多，回用规模回用潜力之大，足以缓解一大批缺水城市的供水紧张。经专家论证，只要搞好污水回用，就可以缓上南水北调工程[11]。作为城市污水回用技术的研究早在“七五”已经展开，“八五”在大连、太原、天津和北京等地建立了9套实验基地。通过系统的盛行和实用性工程研究，提供了城市污水回用于工业工艺、冷却、化工、石化和钢铁工业和市政景观等不同用途的技术规范和相关水质标准。大连春柳河回用工程1万m3/d，用于太原刚厂直流高炉冷却水。北京高啤店和天津东郊污水厂分别将1和0.4万m3/d的回用水站，经微滤膜处理后用于冲洗汽车。山东枣庄和泰安分别建成3和2万京高啤店污水回用一期工程投产，将20万m3/d二级处理后的污水送到高啤店湖，作为热电厂的冷却水源，10万m3/d二级处理后的污水送到自来水六厂，利用原有设施处理后，其中5万m3/d用于东郊工业区，另5万m3/d送至南护城河沿岸，用于公园、道路两岸绿地、浇洒道路及河湖补水。总的来讲，我国城市污水回用刚刚起步，目前运行的回用水项目规模除北京外均较小，在1万m3/d左右，回用的范围也是局部的[12]。目前正在建设的污水回用项目规模有所增大。国家计委在天津、大连、青岛、西安和牡丹江五个北方缺水城市进行污水水回用示范工程情况。其他一些城市如鞍山西部回用水工程8万m3/d和石家庄桥西10万m3/d利用国债建设。保定鲁岗回用水工程4万m3/d和西安纺织城5万m3/d，正在做前期准备。正在建设的回用水工程规模均在5~10万m3/d之间，处理工艺多采用传统深度处理，应用范围也多集中在工业冷却、工业工艺、城市道路、绿化、景观水体用水[13]。1.4.2国外研究状况城市污水一般是由生活污水和工业废水两者混合组成的，其水量很大，约占城市用水的50%到80%，水质污染较轻，污染物仅占0.1%左右，其中绝大部分是可以再利用的清水，同时水质相对稳定，不受气候等自然条件的影响，而且城市污水就近可取，易于收集第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书，不需长距离引水，其再生处理比海水淡化成本低廉的多，处理技术也比较成熟，建设投资比远距离引水更为经济当今世界各国在解决缺水问题时，不少城市把污水回用作为开发新水源的途径之一，有人称其为“污水资源化”或“第二水源”[14]。污水净化后的主要用途有：一是作为城市自来水的补充源；二是作为工业用水和城市杂用水；三是作为灌溉用水；四是作为人工回灌的水源[15]。作为缓解城市水资源危机的途径之一，日本早在1962年就开始了中水回用，70年代已初见规模。90年代，日本在全国范围内进行了废水再生回用的调查研究与工艺设计，对污水回用在日本的可行性进行了深入的研究和示范工程，在严重缺水的地区广泛推广回用水技术，使日本今年来的取水量逐年减少，节水初见成效。濑户内海地区污水回用已经达到该地区所用淡水总量的2/3，新鲜取水量仅为淡水量的1/3，大大缓解了濑户内海地区水资源严重短缺的问题。经过大量的示范工程后，在1994年日本的“造水计划”中明确将污水回用技术作为最主要的开发研究内容加以资助，开发了很多污水处理厂生产的中水恢复了一条干涸的小河，收到了良好的生态环境效益[16]。美国也是世界上采用污水再生利用最早的国家之一。间歇式活性污法于1914年开创于英国曼彻斯特，试验证明处理效果优于连续式活性污泥法，但是当时由于运行管理繁琐而逐渐被连续式所取代。20世纪70年代，由于计算机与自动化控制技术迅猛发展，SBR法又逐步引起各国的重视[17]。与此同时，美国Naturedame大学的Irvine教授及其同事对SBR法重新进行了试验研究，试验证明该工艺有较好的脱氮除磷效果，并于1980年在美国EPA的资助下，在印第安纳州的Culver城改建并投产了世界上第一个污水处理厂。继后，日本、德国、法国、澳大利亚等国都对SBR工艺进行了研究[18]。澳大利亚是最为广泛利用SBR的国家之一，BHP公司声称拥有世界上最先进的SBR法脱氮除磷工艺。美国最大处理厂的规模为11。法国的Degrement公司还将SBR反应器最为定型产品供小型污水处理站使用。美国利用回收水始于1926年，70年代初开始大规模建设污水处理厂，随后开始回用污水。80年代开始有近30家工厂连续使用处理后的城市污水，年用量约为3亿m3。加利福尼亚每年利用净化污水2.7亿m3，相当于100万人口一年的用水量，净化污水主要用于灌溉、浇灌公园花木。1992年美国国家环保局制定的水再生利用导则中列举了大量的示范工程，并制定了相应的政策、法规和标准，以便更好的推广此项节水措施。目前，有357个城市回用污水，再生用水、工艺用水、工业冷却水、锅炉补充水以及回灌地下水和娱乐养鱼水等多种用途。尽管20世纪70年代以来30余年，总用水量增加了第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书1.4倍，但总取水量反而减少了，中水利用使美国这一工业和农业大国的水资源利用取得了骄傲人的成绩[19-21]。以色列也是中水回用方面具有特色的国家。它地处干旱半干旱地区，是个水资源极其贫乏的国家，人口600多万，水资源总量19.69亿m3，人均水资源占有仅300m3左右。因此，中水回用也就成了解决水资源与用水需求间矛盾的重要措施。以色列占全国污水处理量46%的出水直接用于灌溉，其余33.3%和约20%分别回灌于地下或排入河道用于补水，最终又被间接用于各个方面[22]。除日本、美国和以色列外，俄罗斯、欧西各国、印度南非等国家的污水回用事业也很普遍。莫斯科市东南区有36家工厂用污水总量达5.5105m3/d；南非和纳米比亚等国甚至建起了饮用再生水制造厂，南非的约翰内斯堡每天有0.94105m3饮用水来自再生水工厂；纳米比亚于1968年建成了世界上第一个再生水工厂，日产水量6200m3，水质达到世界卫生组织和美国环保标准[23]。1.5小区污水的来源以及特点小区污水来自于居民生活用水，其中包括沐浴排水、盥洗排水、空调循环冷却系统排水、洗衣排水、厨房排水、厕所排水。小区污水水质污染较轻，污染物仅占0.1%左右，其中绝大部分是可以再利用的清水，同时水质相对稳定。第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书2设计题目小区中水回用方案设计2.1设计水量及水质参数设计水量为5000m3/d，水质参数如图表2.1所示。废水经处理后达我国中水回用标准，即出水水质数据。再生水用于景观用水水体标准《CJ/T95-2000》表2.1水质参数进水水质出水水质化学需氧量（COD）300mg/L60mg/L五日生化需氧量（BOD5）220mg/L20mg/L悬浮物（SS）200mg/L20mg/L总磷（P）8mg/L1.0mg/L氮（N）46mg/L15mg/L2.2设计内容及要求（1）设计内容：工艺流程确定；构筑物设计计算；附属构筑物设计。（2）设计要求：方案选择合理；参数选取和计算部分尽量准确、详细；图纸清晰、明了，处理系统布置紧凑，合理；处理系统运行应有较大的灵活性和调节余地，以适应水质、水量变化。2.3设计成果设计计算说明书；外文翻译；图纸，包括工艺流程图和主要构筑物结构图。2.4设计原则（1）本设计方案严格执行《CJ/T90-2000》的有关规定和要求，废水处理后必须确保各项出水水质指标均达到该标准的要求。（2）针对本工程的具体情况和特点，采用成熟可靠的处理工艺和设备，尽量采用新技术、新材料、实用性和先进性兼顾，以实用可靠为主。（3）处理系统运行应有较大的灵活性和调节余地，以适应水质、水量变化。（4）管理、运行、维修方便，尽量考虑操作自动化，减少劳动强度。第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书3工艺流程3.1待研究解决问题本课题主要研究小区中水回用技术设计，将小区生活污水处理达景观用水中水标准后加以回用，以期达到缓解我国水资源紧张问题。3.2小区污水处理工艺比较以及工艺流程确定3.2.1传统活性污泥法传统活性污泥是开发较早的最典型的污水处理技术，主体结构由曝气池和二沉池组成，主要适用于大型污水处理系统，特别适用于处理要求高而水质较稳定的污水。其运行方式有很多种，一般采用推流式延时曝气工艺。它的主要优点是效率较高，处理效果好；缺点是进水浓度尤其是有抑制物质的浓度较低，抗冲击能力较差，进水水质的变化对活性污泥的影响较大，另曝气池的容积负荷率低，体积大，占地面积大，基建费用高，容易出现污泥膨胀，管理技术要求高[24]。3.2.2氧化沟工艺氧化沟又称循环曝气池，是于20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所开发的一种污水生物处理技术，并于1954年在荷兰的Voorshoper市投入适用。因其构造简单、运行稳定、易于管理等特点，自60年代以来，氧化沟技术很快得到推广并不断创新，常见的氧化沟系统有：卡罗赛（Carrousel）氧化沟、交替式氧化沟、奥巴勒（Orbal）型氧化沟、曝气-沉淀一体化氧化沟等。其主要优点是：（1）运行灵活，能承受水量、水质冲击负荷，对高浓度工业废水有很大的稀释能力；（2）独特的水流特性有利于生物絮凝体得形成，出水水质好，处理效果稳定，并可实现脱氮；（3）污泥产量少，污泥性质稳定；（4）工艺流程简单，便于管理。其缺点是容易形成污泥膨胀，产生大量泡沫，发生污泥上浮等问题[25]。3.2.3AB工艺AB污水处理工艺，系吸附——生物降解（Adsorption——Biodegration）工艺的简称，是德国亚琛工业大学宾克（Bohnke第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书）教授于70年代中期开创的一种高效而稳定的新型污水二段生物处理工艺。自80年代开始在实际工程处理中得到应用以来，受到国内外研究者和技术人员的重视，并已成为近10年来在污水处理领域中发展较快的城市污水处理工艺。由于该工艺具有一系列独特的特征，即A、B两段各自独立的污泥回流系统，互不相混，形成各自独立的生物种群，因而其在处理效率、污染物去除种类、运行稳定性、工程投资及运行费用等方面均比传统活性污泥法具有一定的优越性。其主要优点是：（1）不设初沉池，使A段成为一个不断由外界补充具有高浓度活性微生物的开放性系统；（2）A段和B段分别在负荷极为悬殊的情况下运行，A段负荷率高，抗冲击负荷能力强，对污水有毒物质和PH有很大的缓冲作用，从而保证真个系统的稳定性；（3）污泥沉降性能好，无污泥膨胀；（4）运行控制灵活，A段可以以缺氧或者好氧的方式运行，并可根据需要控制A段得BOD5去除率以达到有利于B段得有效运行。其主要缺点是污泥产量打，需要配套较强的污泥处理系统，这在某些程度上也增加了污泥处理技术的难度和人力物力消耗；另外，AB因其技术上的特点，对氮磷的去除效果不佳[26]。3.2.4生物接触氧化法生物接触氧化工艺又称为淹没式生物滤池，是于70年代初开创的高效能生物处理技术。近几十年来，生物接触氧化技术在日本、美国得到了迅速发展，广泛应用于生活污水处理和工业废水处理，而且还用与处理地表水的微污染。我国从70年代开始引进生物接触氧化处理技术，除用于生活污水外，还应用于石油化工、农药、纺织印染、造纸、食品加工等行业的工业废水处理，并取得了良好的效果。生物课接触氧化工艺将生物滤池和火星污泥法有机结合起来，继承了二者的有点，常用语处理既含有溶解性有机物又含粒状有机物的污水，特别适合于小型污水处理系统和工业废水处理。生物接触氧化技术的工艺流程，一般可分为三种：一级处理流程、二级处理流程和多级处理流程。与传统活性污泥法、生物滤池相比，在处理效率、运行稳定性、工程投资等方面都有明显的优势[27]。其只要有点是：第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书（1）处理效率高，对水中有机负荷变动适应性强；（2）污泥产量小，不发生污泥膨胀，无需污泥回流；（3）反应器中微生物浓度高，结构紧凑，生物膜适应性强，比较容易除去难分解和分解速率慢的物质，运行稳定性好；（4）设计和运行时锁需要的水力停留时间短，在处理相同水量的情况下，反应器体积小，占地面积少；（5）设备简单易操作，维修方便，运行费用较低，综合能耗低；（6）具有污泥浓度较高，泥龄长的特点，对一些难降解有机物有较强的分解能力。其主要缺点是布水、布气不易均匀，填料可能赌赛；此外，造价略高。3.2.5普通生物滤池生物滤池属于生物膜法的一种，它最初以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上，经较原始的间歇砂滤池和接触滤池而发展起来的人工生物处理技术。经过多年的发展，主要行程了三种类型：普通生物滤池、高负荷生物滤池和曝气生物滤池。普通生物滤池的主要优点是：（1）处理效果良好，BOD5的去除率可达95%以上；（2）运行稳定，易于管理、节省能源。其主要缺点是：占地面积大，不适于处理量大的污水；滤料易赌赛，散发臭味，滋生滤池蝇，恶化环境卫生[28]。3.2.6SBR工艺该工艺是20世纪80年代开发的污水处理技术，又称序批式活性污泥处理法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess），即在一个序批池中通过时间序列实现活性污泥法的空间序列，时间上依次进行充水、沉淀、曝气、二次沉淀、排水、静置(再生)等过程。SBR是间歇反应，由于这项工艺在技术上具有某些独特的优越性，在水处理领域得到较为广泛的应用，主要改进工艺有：ICEAS、CASS、CAST、UNTANK、MSBR等。其主要优点是：（1）理想的推流过程使生化反应推力大、效率高，运行效果稳定，出水水质好；（2）耐冲击负荷，能有效抵制水量和有机污染物的冲击；（3）第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书运行灵活，工艺过程中的各工序根据水质、水量进行调整，并且可通过适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果；（1）处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理；（2）反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀；（3）工艺流程简单，造价低，也利于扩建和改造。其主要缺点是工艺复杂，自动化要求高，管理复杂[29]。经研究对比，SBR具有工艺简单、处理效率高、处理效果稳定、出水水质好、耐冲击负荷力强、操作灵活、设备少构造简单、能有效控制活性污泥膨胀、造价低廉、占地面积小等优点，本课题拟采用SBR法处理。3.3SBR工艺流程及反应机理3.3.1SBR工艺流程简介序批式活性污泥法（即SequeneingBatehAetivatedSludgeProeess），是近年来在国内外被引起广泛重视和研究日趋增多的一种间歇运行的污水生物处理新技术，是从充排式(fill&draw)反应器发展而来，为现行的活性污泥法的一个变型。初期受当时自控技术发展所限，仅仅用于处理间歇排放或者农村的污水处理。SBR的运行工艺以间歇操作为特征，按一定时间顺序间歇操作运行的反应器组成。SBR工艺的一个完整的操作过程，亦即每个间歇反应器在处理废水时的一个运行周期包括如下5个阶段:进水期、反应期、沉淀期、排水排泥期、闲置期。原则上，主体工艺设备只有一个间歇反应池，与连续活性污泥法相比，不需要专设二沉池、污泥回流设备;一般情况下，不必设调节池，并可省去初沉池。在一个运行周期中，各个阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质、及运行功能要求等灵活掌握。在单一池内，可通过创造缺氧和好氧及厌氧交替的环境，即可完成脱氮除磷过程。工艺流程简单，管理方便。可在社区、中小城镇推广使用。SBR工艺虽然是传统活性污泥法的发展，其反应机制以及污染物质的去除机理和传统活性污泥法基本相同，但运行操作不一样。传统活性污泥法是在空间上设置不同设施进行固定地连续操作，但SBR是在单一的反应池内，在时间上进行各种目的的不同操作。SBR的操作是将初沉池的出水引入曝气池，按照时间顺序进行进水期——加入基质、反应期——基质降解、沉淀期——泥水分离、排水（泥）期——排出上清液和待机闲置期——第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书污泥恢复活性等5个阶段的基本操作。从污水流入开始到待机结束算做一个周期，上述过程完成后进入下一个工作周期。在一个周期内，一切过程都在一个反应池内一次进行，这种操作周期周而复始反复进行，以达到不断进行污水处理的目的。在SBR运行过程中，各阶段的运行时间、反应器混合液体的变化以及运行状态都可以根据具体的污水性质、出水水质、出水质量与运行刚能要求等灵活变化[30-33]。3.3.2SBR反应机理SBR工艺是以活性污泥为处理主体的生物化学污水处理技术。污水中有机污染物的生物降解是其作为活性污泥中微生物的碳源和能源进行代谢的过程[25l。通过不断地给微生物补充食物(污水中存在的各种有机物，主要为胶体状、溶解状的有机物)，可使微生物数量不断增加，而由各种未知组成和成分的易降解物及难降解物混合形成的混合物质即污染物不断被降解消耗。SBR具有较好的脱氮功能。进水初期，池内残留的游离氧首先消耗，反硝化菌以污水中的有机碳作为供体，把池内残留的NO－N还原成氮气或供自身合成反应需要的有机氮。另一方面，由于进水期活性污泥对高浓度基质的吸附，并以聚物形式贮存起来，当反应液中有机物质去除达到部分硝化后，减少或停止向系统供氧，絮凝体形成菌胶团则可将进水期吸附贮存的碳源释放出来，使兼性反硝化菌进行反硝化脱氮。在SBR静沉、排水期间，微生物处于内源呼吸状态，反硝化菌以内源碳作为供体进行反硝化脱氮。　　生物除磷的反应过程同样是在厌氧、好氧条件下进行的，积磷菌处于厌氧状态，将好氧阶段积聚的磷，一部分转化为细菌自身的合成能量，一部分在产酸菌的作用下转化为磷酸盐。在好氧阶段，积磷菌大量的吸收污水的磷，使污水中的磷转化到污泥中，通过排泥达到除磷的目的[34]。3.3.3SBR工艺流程简图第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书进水粗格栅间进水泵房细格栅间沉砂池SBR池滗水器消毒池浓缩池污泥脱水污泥外运出水3.3.4设备构造SBR工艺的主要设备如下：（1）鼓风设备SBR工艺多采用鼓风曝气系统提供微生物生长所需空气。（2）曝气装置SBR工艺常用的曝气设备为微孔曝气器，微孔曝气器可分为固定式和提升式两大类。（3）滗水器SBR工艺最根本的特点是单个反应器的排水形式均采用静止沉淀、集中排水的方式运行；为了保证排水时不会扰动池中各水层，使排出的上清液始终位于最上层，这就要求使用一种能随水位变化可调节的出水堰，又叫滗水器。滗水器有很多种类型，其组成为收水装置、排水装置及传动装置。（4）水下推进器水下推进器的作用使搅拌和推流，一方面使混合液搅拌均匀；另一方面，在曝气供氧停止，系统转至兼氧状态下运行时，能使池中活性污泥处于悬浮状态。（5）自动控制系统SBR采用自动控制技术，把用人工操作难于实现的控制通过计算机、软件、仪器设备的有机结合自动完成，并创造满足微生物生存的最佳环境。4构筑物设计计算第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书4.1格栅设计与计算格栅的设计主要包括栅室，栅槽的设计与计算，格栅栅条断面，栅条间隙以及栅渣清除方式的选择和过栅水头损失。最大设计流量：；栅条宽度；栅条间隙；栅前水深；过栅流速；栅前渠道流速；格栅倾角；取栅渣量为。设计两组格栅（一用一备），计算草图如图4.1所示。（1）格栅的间隙数：(式4.1)式中：——栅条间隙数目；——最大设计流量，；——格栅倾角，取60°；——栅前水深，取0.3m；——栅条间隙，取0.02m；——过栅流速，取0.6m/s。代入数据得：第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书图4.1格栅计算草图（2）格栅建筑宽度：（式4.2）式中：——栅条的建筑宽度，m；——栅条宽度，取0.01m；——栅条间隙，m；——栅条间隙数目。代入数据得：（3）进水渠道渐宽部分长度：若取进水渠道宽，渐宽部分展开角，此时进水渠道内的流速为。（式4.3）代入数据得：（4）渠道与出水渠道连接处的渐窄部分长度（式4.4）代入数据得：（5）过栅水头损失：（式4.5）式中：——形状系数；——栅条宽度，m；——栅条间隙，m；第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书——过栅流速，m/s；——重力加速度，9.8m2/s；——考虑由于污物的堵塞，格栅阻力增大的系数，工程上一般取3。因栅条为圆形截面，取形状系数，。代入数据得：（6）取栅前渠道超高，则栅前槽总高为：（式4.6）代入数据得：（7）则栅后槽总高度为：（式4.7）代入数据得：（8）栅槽总长度：（式4.8）代入数据得：（9）每日栅渣量：（式4.9）式中：——最大设计流量，；——栅渣量，取；——总变化系数，取1.5。代入数据得：第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书由于每日栅渣量，宜采用人工清渣。4.2沉砂池计算（1）长度L=vt（式4.10）式中：v——最大设计流量时的水平流速，取为0.2m/s；t——最大设计流量时的停留时间，取为60s；L=0.2×30=0.6m（2）水流断面积A=0.29m2（式4.11）（3）池总宽度B=A/h（式4.12）式中：A——水流断面积，m2；h——设计有效水深，取为0.07m；B=0.29/0.07=4.1m（4）沉砂斗所需容积（式4.13）式中：V——沉砂斗容积，m3；Qmax——设计流量，m3/d；X——城市污水沉砂量，m3/100m3（污水），采用30；KZ——变化系数，取1.2；=0.25m3（5）贮砂斗各部分尺寸计算：设贮砂斗底宽b1=0.5，斗壁与水平面倾角60°，则砂斗上口宽b2为：（式4.14）贮砂斗的容积V：第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书式中：V1——贮砂斗容积，m3；——贮砂斗高度，取m；S1，S2——分别为贮砂斗下口和上口的面积（设为正方形），m2；计算得V1＝0.452m3。假设采用重力排砂，池底设0.06坡度坡向砂斗，，则贮砂室的高度h3为：（式4.15）池总宽度H：H=h1+h2+h3=0.3+0.7+0.6936=1.0636m（式4.16）式中：H——池总宽度，m；h1——超高，m。4.3沉淀时间（TS）活性污泥界面的沉降速度与MLSS浓度、水温的关系：vmax=7.4104tX-1.7（MLSS3000mg/L）vmax=4.6104X-1.26(MLSS>3000mg/L)式中vmax——活性污泥界面的初始沉降速度；t——水温，0C；X0——沉降开始时的MLSS浓度，mg/L。代入数据：水温100C时vmax=7.4104102000-1.7=1.8（m/h）水温250C时vmax=7.4104252000-1.7=4.5（m/h）必要的沉淀时间（Ts）可用下式求得。Ts=（式4.17）式中H——反应器水深，m；第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书1/m——排水比；ε——活性污泥界面上的最小水深；vmax——活性污泥界面的初始沉降速度，m/h。代入数据Ts（10）==1.4(h)Ts（25）==0.6(h)取1.4h4.4曝气时间（TA）TA=（式4.18）式中TA——曝气时间，h；S0——进水平均BOD5，mg/L；Ls——BOD-SS负荷kgBOD/(kgSS·d)；1/m——排水比；X——反应器内混合液平均MLSS浓度，mg/L带入数据：TA==4.2（h）4.5排水时间（TD）在排水期间，就单次必须排出的处理水量来说，每一周期的排水时间可以通过增加排水装置的台数或扩大溢流负荷来缩短。另一方面，为了减少排水装置的台数和加氯混合池或排放槽的容量，必须将排水时间尽可能延长。沉淀时间在0.7-1.4h之间变化，排出时间取2h左右，则总的沉淀时间取3h。4.6周期数（n）一个周期所需时间TCTA+TS+TD=4.8+1.0+2.0=7.8(h)(式4.19)式中TA——曝气时间，h；第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书TS——沉淀时间，h；TD——排水时间，h。n===3.1,取3次，则一个周期为8h。4.7进水时间（TF）TF=（式4.120）式中TC——一个周期所需时间，h；N——反应器个数。代入数据TF==4(h)4.8反应器容积（V）V=Q（式4.21）式中V——各反应器容积，m3；1/m——排水比；n——周期数；N——每1系列的反应器数量；q——每1系列的污水处理量（最大日污水量）。代入数据V=×5000=2083（m3）一个周期中最大流量的变化系数r值一般可取1.2-1.5。一个周期内最大量进水量变化比为1.5。所以一天内进水量最大为12000。超过一周期污水进水量：如其他反应池尚未接纳容量，考虑流量之变动，各反应池的修正容量为：2083.3=2500m3反应池池水深5m,则反应池表面积为：=500m2在沉淀排出工艺中可能接受污水进水量V的10%，则反应池的必要安全容量为：第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书209（）2292（）反应池水深5米，则反应池表面积为：459（m2）两相比较，取表面积为500m2，设长宽比为2，则长为：31.62m，宽为：15.81m根据实测资料知，高峰流量时的安全容积为时最大流量乘以4h，即ΔVmax=q×4/24=12000×4/24=2000(m3)式中q——最大时流量，m3/d。峰值水平为Hmax=×H×+H×(1-)（式4.22）式中Hmax——池高，m；H——反应器水深，m；ΔVmax——反应器必要安全容积，m3；q——最大日污水量，m3/d；1/m——排水比。代入数据Hmax=8（m）修正后反应器容积2292m3/池，667m2×6.0m(高)[尺寸：10.0m×25m×6.0m]排水结束时水位：基准水位：高峰水位：=5第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书警报溢流水位：污泥界面：2.5-0.5=2.04.9需氧量（AOR）按去除1kgBOD需要1kgO2计算AOR=50001000(kgO2/d)4.10供氧量（SOR）SOR=（式4.23）式中CS（20）——清水中200C饱和溶解氧浓度，mg/L；CS(T)——清水中T0C饱和溶解氧浓度，mg/L；T——混合液的水温（7-8月的平均水温），0C；CL——混合液的溶解氧浓度，mg/L；α——KLa的修正系数，高负荷法取0.83，低负荷法取0.93；β——处理厂位置的大气压，mmHg；t——1d的曝气时间；γ——曝气头水深的修正，且满足γ=，式中HA为曝气头水深，m。代入数据SOR=1088（kgO2/d）=45.3（kgO2/h）取计算温度200C，CL=1.0mg/L,α=0.9,β=0.95,EA=10%。设曝气头距池底0.2m，则淹没水深为4.8m，空气离开反应器时氧的百分浓度为Ot===19.3%γ=×=1.19第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书每池供氧量：SOR==500(kgO2/d)=20.8(kgO2/h)曝气阶段应该供给的氧量为SOR×=20.8×=41.6[kgO2/(h·池)]4.11供风量（Gs）GS===28.9（m3/min）4.12滗水器每池滗水负荷Qd按下式来计算：===6.9每池设两台滗水器，则每个滗水器的负荷为：Qd1=4.13进水管、出水管管径（式4.24）令求出d=271mm4.14污泥的处理流程设计污泥量较小,污泥处理流程为：浓缩→脱水→干化→处置。（1）污泥浓缩污泥中含有大量的水分，为了便于处理和运输，需要减少污泥的含水量，缩小其体积。污泥浓缩是指通过污泥增稠来降低污泥的含水率，压缩污泥的体积，以利于后期处理。污泥浓缩的方法主要有重力浓缩，离心浓缩和气浮浓缩三种。中小型规模主要采用重力浓缩。根据它的运行方式，污泥浓缩池可分为连续式和间歇式两种。（2）污泥脱水与干化第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书污泥经浓缩后，仍含有95%～97%的水分，体积很大，可用管道输送。为了综合利用和进一步处置，必须对污泥进行干化处理。经脱水后的污泥含水率为65%～85%，污泥由流体转换为潮湿的固体，形成泥饼，体积减少。污泥脱水的方法有自然干化和机械脱水两种方式。①污泥的自然干化污泥自然干化的构筑物是干化场，利用自然力量将污泥脱水。干化场的脱水作用包括：上部蒸发、底部渗透、中部放泄。根据自然条件及渗水层特征，干化期由数周到数月，干化污泥的含水率可降至65%～75%。干化场的优点是简单易行、污泥含水率低，缺点是占地面积大、卫生条件差、铲运污泥的劳动强度大。②机械脱水由于污泥干化场的上述缺点，所以目前国内外都在大力发展各种机械脱水技术。机械脱水的特点是占地面积小，工作效率高，卫生条件好。机械脱水的设备类型较多，常用的有真空过滤机，压力过滤机和离心脱水等。③污泥干燥与焚烧污泥经浓缩和脱水后，含水率约为60%～80%，可经过干燥进一步脱水，使含水率降低为20%左右。有机污泥可以直接焚烧，一方面可以去除水分，另一方面还可以同时氧化污泥中的有机物质。焚烧后的有机污泥变成稳定的灰渣，可用以筑路材料或其他建筑填充材料等。4.14.1污泥浓缩池选型污水处理过程中所产生的污泥含水率很高，体积较大，不利于后续处理，因此应采取有效措施进行减容处理。污泥浓缩就是最有效、最经济的减容方法，其主要目的是去除污泥颗粒的空隙水（约占总水分70%），减少污泥体积，从而降低后续处理构筑物和设备的负荷，减少处理费用。污泥浓缩常用的方法有重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法。各种浓缩方法的优缺点比较如表4.13所示。从下面的表格，经过比较可知重力浓缩池是用来进行小区废水污泥浓缩的最佳处理方法。故而，本设计决定采用重力浓缩法进行污泥浓缩。各浓缩方法比较如表4.13所示表4.13各种浓缩方法的优特点比较第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书浓缩方法优点缺点重力浓缩方法1浓缩池构造简单，操作方便2动力消耗小，运行费用低3贮存污泥能力强1占地面积大2浓缩效果不理想3污泥易腐化，散发臭气气浮浓缩法1浓缩效果好，出泥含水率低2占地面积小，只为重力法的1/103运行效果稳定，不受季节影响4产生臭气少5能去除油类1运行费用高于重力法，但低于离心法2操作管理要求高3电耗大4污泥贮存能力小离心浓缩法1浓缩效果好，工作效率高2占地面积小3几乎不散发臭气，工作环境好1要求专用的离心设备2耗电量大3对操作人员技术要求较高，管理复杂4.14.2重力浓缩池设计计算间歇式重力污泥浓缩池是一种圆形水池，底部有污泥斗。间歇式重力污泥浓缩池在工作时，先将污泥充满浓缩池，经静置沉降及浓缩压密后，池内形成上清液区、沉降区和污泥区。然后，从侧面分层排出上清液，浓缩后的污泥从底部泥斗排出。间歇污泥浓缩池用于污泥量较小的系统，浓缩池一般不少于两个，一个用于工作，另一个进入污泥，两池交替使用[33]。4.15剩余污泥量计算（式4.25）Qmax==0.058m3/s式中：——剩余污泥量；Qmax——最大流量；C1——进水悬浮物质量浓度；C2——出水悬浮物质量浓度；T——排泥周期数，取1d；K2——安全系数，一般取1.5；第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书P0——污泥含水率，96%~98%，取97%r——污泥密度，当P0>95%时，r=1000kg/m3n——所需池子数，n=1；带入数据得：=50.1m3/d（2）浓缩池尺寸根据水力负荷计算浓缩池表面积F′，取水力负荷为0.15kg/m2h，则表面积为：代入数据得：14m2浓缩池直径：（式4.26）代入数据得：D=4.2m（1）浓缩池工作部分高度：h1=（式4.27）式中：T——污泥浓缩时间，T=12h；——污泥量；代入数据得：h1==1.7m（4）取浓缩池超高取0.3m，缓冲层高取0.3m。圆锥顶部直径为2m，底部直径为0.6m，圆锥倾角为60°，池底坡度造成的深度为0.1m。则圆锥高度：（式4.28）代入数据得：（5）浓缩池总高度：（式4.29）第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书代入数据得：（6）浓缩后污泥流量：（式4.30）代入数据得：=16.7m3/d5总结小区污水处理具有点面分散、难于集中处理，单靠城市污水处理厂处理的话传输运送费用高昂，而且小区污水组成成分不算复杂，水量不大，所以完全不适合靠城市污水处理厂来处理。为此设计小区中水回用以缓解水资源压力，达到污水再利用的目的。SBR工艺用于小区中水回用处理中通过工程的设计以及运行实践充分说明，该工艺成熟，具有投资省第31页共31页 中北大学2011届毕业设计说明书，流程简单，操作容易管理，运行费用低，处理效率高，处理系统稳定可靠等优点。同时，经过该工艺处理过的废水可达到我国中水回用标准，并且COD、BOD5、悬浮物、氨氮的去除效率高，无二次污染，其经济技术指标先进，经济效益、社会效益十分明显，适合在小区污水处理中应用。主要的设计结论如下：（1）在参照当前已经成熟的SBR法处理废水工艺的基础上，选择了适用于小区废水处理的工艺流程，阐述了设计的依据，并对SBR工艺流程设计进行了新的构思。（2）完成了处理流程的整体设计，包括各构筑物的设计。（3）在完成设计的同时，根据设计数据，依次画出了各主要构筑物的图纸。参考文献[1]高廷耀主编．水污染控制工程(下册).北京：高等教育出版社，1989：145~146[2]肖雨堂，中国水资源与水工业的可持续发展，长江流域资源与环境，1998（1）：8~9[3]刘正美,周妙秋.关于城市中水回用中几个值得重视的问题[J].城市供水,2002，16(2):15～17[4]焦瑞虎，许振东.广东省污水处理厂适用工艺优化分析[J].广州环境科学，2005，20（1）：15~17[5]陈秉钊，城市系统规划工程学[M].上海：同济大学出版社，1999:26~27第31页共31页 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中北大学2011届毕业设计说明书在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。另外还要感谢和我一起做毕业设计的同学和朋友们，我们一起讨论，一起分析，一起研究。最后，向我的父母和家人表示诚挚的感谢，父母和家人的支持帮助我圆满完成了学业，他们的期望将激励我继续前进。第31页共31页'