CN101417849A

CN101417849A - 污水处理厂扩容的设计计算方法

Info

Publication number: CN101417849A
Application number: CNA2008101510970A
Authority: CN
Inventors: 邱熔处; 王刚
Original assignee: GANSU JINQIAO WATER TREATMENT TECHNIQUE Ltd
Current assignee: Gansu Jinqiao water technology (Group) Co., Ltd.
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2009-04-29
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: CN101417849B

Abstract

本发明主要涉及一种污水处理厂扩容的设计计算方法。一种污水处理厂扩容的设计计算方法，包括有一级污水处理的初沉池(2)，二级污水处理的二沉池(1)，其主要特点是在二沉池(1)的出水端连接有入水调节池(4)，三级污水处理的A/O型生物曝气滤池(3)与入水调节池(4)相连通。本发明在给定现有二沉池出水水量和二沉池、初沉池出水水质下，要求扩容后做到出水水质全面达标，计算出所需引入的初沉池出水流量、出水循环流量、缺氧段的容积、好氧段的容积等主要设计参数。本设计计算方法准确，参数可靠，可供采用的A/O型生物曝气滤池用于现有城市污水处理厂三级处理扩容的设计计算。

Description

污水处理厂扩容的设计计算方法

技术领域：

本发明主要涉及一种污水处理厂扩容的设计计算方法。

背景技术：

城市污水处理厂扩容的含义是指现有城市污水处理厂的处理水量已达到原设计的水量，但进水量还在不断增加，现有处理设备的容量已满足不了要求，需要进行技术改造和扩建或现有城市污水处理厂由于各种原因，出水水质达不到排放标准的要求，需要对现有处理工艺进行技术改造或增设部分处理设备，以改善出水水质，或两者兼有之。

城市人口和工业生产都随着社会的发展，相应的城市污水量(包括生活污水和进入城市污水管网的生产废水)也会相应增多，特别是从改革开放以来，随着我国工业化和人口城市化进程的加快，城市污水量的增加趋势日益加快。此外，城市污水的水质也在不断变化。但是，城市污水处理厂的设计处理容量(包括水量和水质)是有一定设计年限的。设计年限是指城市污水处理厂的设计容量仅能满足达到某一年限预测的容量，超过此年限，污水处理厂现有设备将达不到设计的出水水质，需要扩容或另建新的污水处理厂。

国家对城市污水处理厂的出水水质有严格的要求，与世界其它各国一样，随着社会经济的发展，对环境质量的要求也相应的提高，要求处理后的出水水质越来越严格。

我国最早城市污水处理厂的水质指标主要是生化需氧量BOD₅和悬浮物SS两项。1988年颁布的《污水综合排放标准》(GB8978—88)中开始增加化学需氧量COD，氨氮NH₃-N等主要水质指标。1996年制订的《污水综合排入标准》(GB8978—1996)中对总磷TP提出了要求，对化学需氧量COD、生化需氧量BOD₅、氨氮NH₃-N、悬浮物SS均有新的规定。其中COD的一级标准为60mg/L，二级标准为120mg/L；BOD₅一级标准为20mg/L，BOD₅二级标准为30mg/L；NH₃-N一级标准为15mg/L，二级标准为25mg/L；SS一级标准为20mg/L，二级标准为30mg/L。

2003年又颁布了专门针对城市污水处理厂的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)，对出水中的总氮TN提出了要求，并对出水中的氨氮NH₃-N提出了更高的要求，其中出水排向III类水域执行的一级B标准，氨氮NH₃-N的浓度为8mg/L(水温低于12℃的为15mg/L)，二级标准为25mg/L。随着排放标准的不断更新和要求越来越严格，一些早期建成的城市污水处理厂一直面临着不断扩容和技改的任务，以适应排放标准不断更新的需要。

增加城市污水处理量和改善出水水质有两种不同的做法，建设新的污水处理厂或对现有城市污水处理厂进行扩容。前者在技术上较为简单，但在经济上的耗费很大；后者可充分利用现有设备，进行挖潜改造和采用新的先进技术，尽量减少新建的处理设备，降低建设费用和运行成本，这在经济上是合理的，当为首选方案，但因受现有污水处理厂各种条件的限制，尤其是受原污水处理厂占地面积的限制，给扩容带来较大的难度。

本发明人于2003年9月9日专利号为03263211.8公开了“一种生物曝气滤池”，并于2004年5月11日专利号为200410026149.3又申请了一种“一种污水处理方法及滤池”。这种A/O型生物曝气滤池作为城市污水处理的设备，可以提高现有城市污水处理厂的处理水量和改善出水水质，尤其是在2003年以后，国家颁布了新的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，国内不少现有的城市污水处理厂都面临着进一步去除氨氮NH₃-N、总氮TN或还需改善其它出水水质指标的要求。该项技术可为现有污水处理厂增加处理水量和全面改善出水水质，包括COD、BOD₅、SS、NH₃-N、TN等各种水质指标，提供一项先进的新技术，具有占地面积少，经济节省等优点。

目前将A/O型生物曝气滤池用于现有城市污水处理厂进行三级处理扩容的设计计算方法，本发明人于2005年10月13日专利号为200510096195.5公开了“采用A/O型生物曝气滤池进行污水处理厂扩容的设计计算方法”。该专利申请首次提出的计算方法，解决了部分设备的设计参数的计算，但也还存在一些问题。

发明内容：

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种污水处理厂扩容的设计计算方法。在给定现有二沉池出水水量和二沉池、初沉池出水水质下，要求扩容后做到出水水质全面达标，计算出所需引入的初沉池出水流量、出水循环流量、缺氧段的容积、好氧段的容积等主要设计参数。

本发明的目的可以通过采用以下技术方案来实现：一种污水处理厂扩容的设计计算方法，其特征是计算步骤为：

A.

(1)判断是否引入初沉池(2)的流量Q₂：

若C_1，COD-C_CODN<ba(C_1，TN-C_3，TN)引入初沉池(2)出水，否则不引入；

其中：a为缺氧段反硝化去除每mg/L硝氮消耗COD mg/L数，a＝4；b为引入初

沉池出水流量的安全系数1.1—1.4

(2)确定引入初沉池(2)的流量Q₂

Q_{2} = \frac{b Q_{1} [a (C_{1, TN} - C_{3, TN}) - C_{1, COD} + C_{CODN}]}{C_{2, COD} - C_{CODN} - a (C_{2, TN} - C_{3, TN})}

其中：安全系数b为1.1-1.4；污水中难生物降解的化学需氧量COD浓度C_CODN为20—35mg/L

B.

(1)判断是否引入三级污水处理的A/O型生物曝气滤池(3)循环水流量Q₃：

Q₁C_1，NOX-N≤c[Q₁C_1，TN+Q₂C_2，TN—(Q₁+Q₂)C_3，TN]引入循环水，否则不引入；

(3)确定引入三级污水处理的A/O型生物曝气滤池(3)循环水量Q₃

Q_{3} = \frac{c [Q_{1} (C_{1, TN} - C_{1, NOX - N}) + Q_{2} C_{2, TN} - (Q_{1} + Q_{2}) C_{3, TN}]}{C_{3, NOX - N}}

其中：C为循环水量的安全系数，C＝1.1—1.3。

C.确定好氧段(36)容积V₀

V_{0} = \frac{K_{2} Q_{0} C_{0, NH 3 - N}}{1000 C_{3, NH 3 - N}}

其中：K₂为好氧段出水氨氮浓度与氨氮容积负荷的比值，K₂＝8.3d—9.3d；

D.确定缺氧段(35)容积V_A

V_{A} = \frac{K_{1} Q_{0} C_{0, {NO}_{x} - N}}{1000 [C_{0, {NO}_{x} - N} - C_{0, TN} + C_{3, TN} / (1 - E)]}

其中：K₁为缺氧段出水硝氮浓度与硝氮容积负荷的比值K₁＝8.5d—9.5d；E为好氧段对总氮的去除率E＝0.05—0.10。

所述的污水处理厂扩容的设计计算方法，

出水COD浓度的校核

C_{3, COD} = K_{3} \frac{Q_{1} C_{1, COD} + Q_{2} C_{2, COD} - Q_{0} a [C_{0, TN} - C_{3, TN} / (1 - E)]}{1000 V_{0} - K_{3} . Q_{3}} + \frac{{1000 V}_{0} C_{CODN}}{{1000 V}_{0} - K_{3} Q_{3}}

其中：K₃为好氧段出水出水中易生物降解COD浓度与COD容积负荷的比值，K₃＝3.0d—4.0d。

本发明主要适用于采用A/O型生物曝气滤池进行污水处理厂扩容的设计计算方法，工艺流程包括有一级污水处理的初沉池2，二级污水处理的二沉池1，在二沉池1的出水端连接有入水调节池4，三级污水处理的A/O型生物曝气滤池3与入水调节池4相连通。从初沉池2的出水端引入出水Q₂或/和从A/O型生物曝气滤池3出水端引入的循环水Q₃。

本发明污水处理厂扩容的设计计算方法包括有设计参数二沉池1引入水水量Q₁、初沉池2引入水量Q₂及三级污水处理的A/O型生物曝气滤池3引入水水量Q₃，其水质为化学需氧量浓度C_n，COD、生化需氧量浓度C_n，BOD5、总氮浓度C_n，TN、氨氮浓度C_n，，NH3-N、硝氮浓度C_n，NOX-N及悬浮物浓度C_n，SS。其中下标中的第一个n为1—3，分别代表二沉池1、初沉池2和三级污水处理的A/O型生物曝气滤池3循环水的各项水质浓度值。

本发明采用A/O型生物曝气滤池进行污水处理厂扩容的设计计算方法是发明人利用试验确定了A/O型生物曝气滤池三级处理设计的特性参数为：

各特征参数的物理意义及确定依据

a：缺氧段反硝化去除每mg/L硝氮消耗COD mg/L数。试验得出，a＝4。

表1 缺氧段ΔCOD与ΔTN的比值

表1和附图2表示缺氧段去除的COD和TN，缺氧段去除的总氮为ΔTN，消耗的COD为ΔCOD，ΔTN和ΔCOD有明显的相关性，ΔCOD/ΔTN值几乎为一定值，平均为4.0。即在缺氧段去除1mg/L的TN，约需要4mg/L的COD。此值略大于理论值3.7。由此可见，缺氧段去除的COD主要用于反硝化，此外还有吸附过滤作用去除非溶解性和难被微生物利用的COD，以及细胞合成消耗的的COD，实际的ΔCOD/ΔTN值要略大于理论值。

a：去除每mg/L TN消耗的COD mg/L数，从以上试验得出a＝4。

b：引入初沉池出水流量的安全系数，b＝1.1-1.4，若初沉池出水水质变化较大，采用较大的b值，若水质较为稳定，则采用低值。

c：循环水量的安全系数。C＝1.1—1.3，若污水处理厂进水水质变化较大，采用高值，变化较小采用低值。

K₁：缺氧段出水硝氮浓度与硝氮容积负荷的比值，与污水的性质和水温有关，可通过试验求得。对于一般的城镇污水处理厂，水温为12～25℃，试验得出K₁＝8.5d—9.5d。

表2 缺氧段出水硝氮浓度与硝氮容积负荷关系

若忽略TKN在缺氧段的变化，缺氧段去除TN主要是反硝化作用，反硝化是在缺氧条件下将硝氮还原成氮气，从水中释放出来。去除硝氮的数量应与去除总氮的数量相等。去除硝氮的效果与反硝化的速率有关。表2和附图3表示缺氧段出水硝氮浓度与硝氮容积负荷之间的关系。附图3显示了两者的线性关系，直线的方程为：

C_{A, {NO}_{X} - N} = K_{1} N_{A, {NO}_{X} - N} = K_{1} \frac{Q_{0} C_{0, {NO}_{X} - N}}{100 V_{A}}

式中：

——缺氧段出水硝氮浓度，mg/L；

N_A，NOX—N——缺氧段硝氮的容积负荷，

kg NO_X—N/m³.d；

———进水硝氮浓度mg/L；

Q₀————进水流量，m³/d；

V_A————缺氧段的容积，m³；

K₁————系数，d；

由附图3得出直线的斜率为K₁＝8.9d。

K₂——好氧段出水氨氮浓度与氨氮容积负荷的比值，与污水的性质和水温有关，可通过试验求得。对于一般的城镇污水处理厂，水温为12～25℃，试验得出K₂＝8.3d—9.3d。

表3：好氧段出水氨氮浓度与氨氮容积负荷的关系

好氧段通过硝化作用可将氨氮氧化去除，生成硝氮。去除氨氮的效果与反应速率和容积负荷有关。表3和附图4表示好氧段出水氨氮浓度与氨氮的容积负荷之间的关系。附图4显示两者的线性关系的方程为：

C_{3, NH 3 - N} = K_{2} N_{3, NH 3 - N} = K_{2} \frac{Q_{0} C_{A, {NH}_{3} - N}}{1000 V_{0}}

式中：

C_3，NH3—N——好氧段出水氨氮浓度，mg/L；

N_3，NH3—N——好氧段氨氮的容积负荷，kg NH3—N/m3.d；

——缺氧段出水(好氧段进水)氨氮浓度，mg/L；

V₀————好氧段的容积，m3；

K₂————系数，d；

附图4直线的斜率为K₂＝8.8d。

由附图4可以得出，若要求出水氨氮浓度低于8mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级B标准(GB18918-2002)好氧段的氨氮容积负荷应不大于约0.9kg NH₃—N/m³.d。

K₃——好氧段出水出水中易生物降解COD浓度与COD容积负荷的比值，与污水的性质和水温有关，可通过试验求得。对于一般的城镇污水处理厂，水温为12～25℃，试验得出K₃＝3.0d—4.0d。

表4 好氧段出水COD浓度与COD容积负荷

表4和附图5表示好氧段出水COD浓度C_3，COD与容积负荷N_3，COD的关系。

考虑到COD中存在难降解的COD_N，好氧段去除COD的动力学方程为：

C_{3, COD} - C_{CODN} = K_{3} \frac{Q_{0} (C_{A, COD} - C_{CODN})}{100 V_{0}}

C_{3, COD} - C_{CODN} \approx K_{3} \frac{Q_{0} C_{A, COD}}{1000 V_{0}}

C_{3, COD} = K_{3} \frac{Q_{0} C_{A, COD}}{1000 V_{0}} + C_{CODN}

式中：

C_3，COD——好氧段出水COD浓度，mg/L；

N_3，COD——好氧段COD的容积负荷，kg _COD/m³.d；

C_A，COD——缺氧段出水(好氧段进水)COD浓度，mg/L；

V₀————好氧段的容积，m³；

K₃————系数，d；

C_CODN———污水中难生物降解的COD。

附图5中直线的斜率为系数K₃＝3.6d。

直线在纵坐标上的截距表示污水中所含的难生物降解COD的近似值，此值约为22.7mg/L。

好氧段去除COD的效果很好，出水的COD浓度很低。A/O型生物曝气滤池的三级处理，进水的COD值本来已较低，为满足反硝化脱氮所需的有机碳，有时还需引入部分初沉池的出水，故出水COD并不是A/O型生物曝气滤池出水水质的控制指标。

E——好氧段对总氮的去除率。可通过试验求得。对一般的城镇污水处理厂，水温为12～25℃，试验得出E＝0.05—0.10。

表5 好氧段去除总氮的效果

表5表示好氧段去除总氮的效果。好氧段对总氮也有一些去除效果，但十分微小。表5的实验结果表明，好氧段对总氮的平均去除效果约为8％，好氧段去除总氮是由于微生物细胞的合成和生物膜内侧缺氧段的反硝化作用产生，这些作用对总氮去除的影响不大。

q——A/O型生物曝气滤池的水力负荷，滤料层的总高H建议一般可取为2～3m，太低会影响处理效果，太高反冲洗不易干净。

滤料层的截面积

w = \frac{V}{H} m^{2}

水力负荷

q = \frac{Q_{0}}{w} = \frac{Q_{1} + Q_{2} + Q_{3}}{24 w} n^{3} / m^{2} . h - - - (21)

生物曝气滤池的水力负荷不宜采用太大，否则会引起水头损失增长过快，缩短反冲周期，造成反冲用水增大，这还与选用滤料的性质和粒径有关，由试验得出q不宜超过3.5m³/m².h。

本发明的有益效果是：

1.传统的城市污水三级处理是混凝沉淀和过滤。这些方法主要是去除二级处理出水中的悬浮固体和胶体物质，并相应的可去除这些污染物质所产生的BOD₅和COD，但这些方法对去除污水中的氨氮和总氮却无显著的效果，当需要进一步去除氨氮和总氮时，这些传统的三级处理方法已不能使用。好氧型生物曝气滤池具有很好的去除氨氮的效果，并对COD、BOD₅、SS等污染物也有相当好的去除效果，出水BOD₅和SS可降到10mg/L以下，但对总氮仍无理想的效果。A/O型生物曝气滤池是传统的的好氧型生物曝气滤池的改进，保持了好氧型生物曝气滤池的各种优点外，还具有脱氮的功能，与其他三级处理方法相比，适合现有城市污水处理厂扩容，满足新排放标准对出水总氮要求的同时，其他主要水质指标，如COD、BOD₅、氨氮、SS、等都会大幅度的下降，可以全面改善现有二级处理出水的水质。当有需要时，可使出水中的上述各项指标达到各种再生水利用的水质要求。采用A/O型生物曝气滤池三级处理作为现有城市污水处理厂扩容的工程措施较改造和扩建曝气池以及增加二次沉淀池要简单。

2.A/O型生物曝气滤池对各种污染物质去除的效率高，水力停留时间短，容积小，占地面积少。经估算，用于不同情况的城市污水处理厂扩容的三级处理，所需的水力停留时间，一般约0.5—2小时左右，包括其附属设备如提升泵房，鼓风机房等在内，相当于或不超过一级处理所需的占地面积，这对土地紧张的现有污水处理厂扩容方案的选择具有明显的优势。

3.A/O型生物曝气滤池用作污水处理厂扩容三级处理的费用，因各种具体情况不同，难于进行确切的计算，但可作出一些简单的分析。生物曝气滤池的建设费用要比容积相同的砂滤池要贵，主要是生物曝气滤池所用的滤料价格较高，但随着国内生物曝气滤池的使用日渐广泛，专门用于生物曝气滤池的滤料产量也在不断增加，价格也在下降。该公司研制和生产的鑫桥2号生物滤料具有性能好、价格便宜的优点，将可使生物曝气滤池与其他生物处理工艺一样，除了要求进一步除磷以外，不需要投加任何药剂，运行费用主要是电耗。用作三级处理，进水中的有机物浓度不高，而且较多的有机物在缺氧段的反硝化过程中被去除，好氧段的工艺用气量很少，所需的气水比很低，鼓风机的电耗不多。A/O型生物曝气滤池的电耗主要用于污水的提升。如污水处理厂的地势平坦，现有二沉池出水或初沉池出水的水位较底，若需要出水回流，包括循环水在内，都需要水泵提升至生物曝气滤池，约需数米的提升水头，但这部份的电耗并不多。

4.本设计计算方法准确，参数可靠，可供采用的A/O型生物曝气滤池用于现有城市污水处理厂三级处理扩容的设计计算。

附图说明：

以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述：

图1为A/O型生物曝气滤池用作污水处理厂扩容三级处理的流程示意图；

图2为本发明的缺氧段去除的COD和TN的关系；

图3为本发明的缺氧段出水硝氮浓度与硝氮容积负荷之间的关系；

图4为本发明的好氧段出水氨氮浓度与氨氮的容积负荷之间的关系；

图5为本发明的表示好氧段出水COD浓度C_3COD与容积负荷N_3COD的关系。

具体实施方式：

见图1，A/O型生物曝气滤池用作污水处理厂扩容三级处理的流程，一级污水处理的初沉池2，二级污水处理的二沉池1，在二沉池1的出水端连接有入水调节池4，三级污水处理的A/O型生物曝气滤池3与入水调节池4相连通。从初沉池2的出水端引入出水Q₂或/和从A/O型生物曝气滤池3出水端引入的循环水Q₃。

采用的三级污水处理的A/O型生物曝气滤池3在其底部设有卵石承托层34，其上设有用气曝气系统391，用气曝气系统391的上部为好氧段36及出水段37，其下部为缺氧段35；在缺氧段35和好氧段36内填充有滤料；在卵石承托层34还设有反冲用气进气装置392；在出水段37的出水口设有出水阀371，其一端连通消毒接触池31，另一端连通入水调节池4；在消毒接触池31与三级污水处理的A/O型生物曝气滤池的底部卵石承托层34之间设有反冲水泵5。

实施例1：

某城市污水处理厂，处理水量2万m³/d。出水水质达不到新排放标准的规定。要求采用A/O型生物曝气滤池进行扩容，计算该工艺的主要设计参数，给出二沉池1、初沉池2和扩容后的水质指标如下：

(1)a.测定二沉池1出水水质C_1，COD＝50mg/L；C_1，BOD5＝20mg/L；C_1，TN＝28mg/L；C_1NH3-N＝18mg/L；C_1，NOX-N＝8mg/L：C_1，SS＝30mg/L。

b.测定初沉池2出水水质：C_2，COD＝220mg/L；C_2，BOD5＝110mg/L；C_2，TN＝35mg/L；C_2，NH3-N＝30mg/L；C_2，NOX-N＝1mg/L；C_2，SS＝80mg/L。

c.需要达到的排放标准《城镇污水处理厂污染排放标准》中的一级B标准，C_3，COD＝60mg/L；C_3，TN＝20mg/L；C_3NH3-N＝8mg/L；C_3，BOD5＝20mg/L；C_3，SS＝20mg/L。

(2)确定A/O型生物曝气滤池3三级处理设计的特性参数：

COD_N＝22.7mg/L；a＝4；b＝1.3；c＝1.2；K₁＝8.9d；K₂＝8.8d；

K₃＝3.5d； E＝0.08； q<3.5m³/m².h。

由已知条件C_1，TN＝28mg/L；C_1NH3-N＝18mg/L，C_1，SS＝30mg/L均大于排放标准《城镇污水处理厂污染排放标准》中的一级B标准。

(3)引入初沉池2的流量Q₂通过下式计算

C_1，COD-C_CODN＝50-22.7＝27.3mg/L

ba(C_1，TN-C_3，TN)＝1.3×4×(28-20)＝41.6mg/L

C_1，COD-C_CODN<ba(C_1，TN—C_3，TN)

所以需引入初沉池出水，

最低的流量Q₂通过下式计算：

Q_{2} = \frac{{bQ}_{1} [a (C_{1, TN} - C_{3, TN}) - C_{1, COD} + C_{CODN}]}{C_{2, COD} - C_{CODN} - a (C_{2, TN} - C_{3, TN})}

= \frac{1.3 \times 20000 [4 (28 - 20) - 50 + 22.7]}{220 - 22.7 - 4 (35 - 20)}

= 890 m^{3} / d

Q₁＝20000—890＝19110m³/d。

考虑到Q₂很小，进入原曝气池和二沉池的水量变化不大，可以认为经扩容改造后，原二沉池出水水质不变。

(4)循环水量Q₃

Q₁C_1，NOX-N＝19110×8＝152080

c[Q₁C_1，TN+Q₂C_2，TN—(Q₁+Q₂)C_3，TN]

＝1.2[19110×28+890×35—(19110+890)×20]

＝199400m³/d

Q₁C_1，NOX-N<c[Q₁C_1，TN+Q₂C_2，TN—(Q₁+Q₂)C_3，TN]

所以需出水回流，回流量应为：

Q_{3} = \frac{c [Q_{1} (C_{1, TN} - C_{1, NOX - N}) + Q_{2} C_{2, TN} - (Q_{1} + Q_{2}) C_{3, TN}]}{C_{3, NOX - N}}

= \frac{1.2 [19110 \times (28 - 8) + 890 \times 35 - (19110 + 890) \times 20]}{16}

= 1001 m^{3}

C_3，NOX-N的最低值为12mg/L。这里取16mg/L。

(5)好氧段容积V₀的计算

C_3，NH3-N＝C_3，TN—C_3，NOX-N＝20—16＝4mg/L

C_{0, NH 3 - N} = \frac{Q_{1} C_{1, NH 3 - N} + Q_{2} C_{2, NH 3 - N} + Q_{3} C_{3, NHE - N}}{Q_{1} + Q_{2} + Q_{3}}

= \frac{19110 \times 18 + 890 \times 30 + 1001 \times 4}{20000 + 1001}

= 17.84 mg / L .

Q₀＝Q₁+Q₂+Q₃＝20000+1001＝21001m³/d

V_{0} = K_{2} \frac{Q_{0} C_{0 NH 3 - N}}{{1000 C}_{3, NH 3 - N}}

= \frac{8.8 \times 21001 \times 17.84}{4 \times 1000}

= 824 m^{3}

其中：K₂＝8.8d。

(6)缺氧段容积V_A的计算

C_{0, {NO}_{x} - N} = \frac{Q_{1} C_{1, {NO}_{x} - N} + Q_{3} C_{3, {NO}_{x} - N}}{Q_{1} + Q_{2} + Q_{3}}

= \frac{19110 \times 8 + 1001 \times 16}{20000 + 1001}

= 8.04 mg / L

C_{0, TN} = \frac{Q_{1} C_{1, TN} + Q_{2} C_{2, TN} + Q_{3} C_{3, TN}}{Q_{1} + Q_{2} + Q_{3}}

= \frac{19110 \times 28 + 890 \times 35 + 1001 \times 20}{20000 + 1001}

= 27.9 mg / L

V_{A} = \frac{K_{1} Q_{0} C_{0, {NO}_{x} - N}}{1000 [C_{0, {NO}_{x} - N} - C_{0, TN} + C_{3, TN} / (1 - E)]}

= \frac{8.9 \times 21001 \times 8.04}{1000 [8.04 - 27.9 + 20 / (1 - 0.08)]}

= 800 m^{3}

其中：K₁＝8.9d。

(7)出水COD浓度的校核

C_{3, COD} = K_{3} \frac{{Q_{1} C_{1, COD} + Q_{2} C_{2, COD} - Q_{0} a (C_{0, TN} - C_{3, TN} / (1 - E))}}{1000 V_{0} - K_{3} . Q_{3}}

+ \frac{1000 V_{0} C_{CODN}}{1000 V_{0} - K_{3} . Q_{3}}

= \frac{3.5 \times {19110 \times 50 + 890 \times 220 - 21001 \times 4 \times (27.9 - 20 / (1 - 0.08))}}{1000 \times 789.8 - 3.5 \times 834.4}

+ \frac{1000 \times 824 \times 22.7}{1000 \times 824 - 3.5 \times 1001}

= 25.5 mg / L

其中：K₃为3.5d。

(8)其它出水水质指标都能达到要求

(9)滤料层总体积和水力负荷

1)滤料层总体积V

V＝V_A+V₀＝800+824＝1624m³

2)水力负荷q

滤料层的总高H建议一般可取为2～3m，太低会影响处理效果，太高反冲洗不易干净，这里取2.5m。

滤料层的截面积

w = \frac{V}{H} = \frac{1624}{2.5}

= 650 m^{2}

2)水力负荷

q = \frac{Q_{0}}{24 w} = \frac{21001}{24 \times 650} m^{3} / m^{2} . h

= 1.35 m^{3} / m^{2} . h

q<3.5m³/m².h

3)水力停留时间：T＝V×24×60/(Q₁+Q₂)

＝1624×24×60/20000＝117min

实施例2

某城市污水处理厂，处理水量1万m³/d。出水水质达不到新排放标准的规定，要求采用A/O型生物曝气滤池进行扩容，计算该工艺的主要设计参数，给出二沉池1、初沉池2和扩容后的水质指标如下：

二沉池出水水质：C_1，COD＝45mg/L；C_1，TN＝28mg/L；C_1，NH3-N＝11mg/L；

C_1，NOX-N＝16mg/L；C_1，SS＝30mg/L。

初沉池出水水质C_2，COD＝275mg/L；C_2，TN＝34mg/L；C_2，NH3-N＝28mg/L；

C_2，NOX-N＝1mg/L；C_2，SS＝80mg/L。

排放标准《城镇污水处理厂污染排放标准》中的一级B标准，

C_3，COD＝60mg/L；C_3，TN＝20mg/L；C_3，NH3-N＝8mg/L；C_3，BOD5＝20mg/L；

C_3，SS＝30mg/L。

已知A/O型生物曝气滤池三级处理设计的特性参数：COD_N＝22.7mg/L；

a＝4； b＝1.3；c＝1.2；

K₁＝8.9d；K₂＝8.8d；K₃＝3.5d；

E＝0.08；q<3.5m³/m².h。

由已知条件C_1，TN＝28mg/L；C_1，NH3-N＝12mg/L；

C_1，SS＝30mg/L。均大于《城镇污水处理厂污染排放标准》中的一级B标准。

(1)引入初沉池2出水流量Q₂

C_1，COD-C_CODN＝45—22.7＝22.3mg/L。

ba(C_1，TN-C_3，TN)＝1.3×4×(28—20)＝41.6mg/L。

C_1，COD-C_CODN<ba(C_1，TN-C_3，TN)

所以需引入的初沉池出水，最低的流量Q₂，可通过下式计算：

Q_{2} = \frac{b Q_{1} [a (C_{1, TN} - C_{3, TN}) - C_{1, COD} + C_{CODN}]}{C_{2, COD} - C_{CODN} - a (C_{2, TN} - C_{3, TN})}

= \frac{1.3 \times 10000 [4 (28.20) - 45 + 22.7]}{275 - 22.7 - 4 (34 - 20)}

= 642 m^{3} / d

Q₁＝10000—642＝9358m³/d

(2)循环水量Q₃

Q₁C_1，NOX-N＝9358×16＝149700

c[Q₁C_1，TN+Q₂C_2，TN—(Q₁+Q₂)C_3，TN]＝1.2[9358×28+642×34—10000×20]

＝100600

Q₁C_1，NOX-N≥Q₁C_1，TN+Q₂C_2，TN—(Q₁+Q₂)C_3，TN

所以不需出水回流。Q₃＝0

(3)好氧段容积V₀的计算

C_{0, {NH}_{3} - N} = \frac{Q_{1} C_{1, NH 3 - N} + Q_{2} C_{2, NH 3 - N}}{Q_{1} + Q_{2}}

= \frac{9358 \times 11 + 642 \times 28}{10000}

= 12.09 mg / L .

V_{0} = K_{2} \frac{Q_{0} C_{0, {NH}_{3} - N}}{1000 C_{3, {NH}_{3} - N}}

= \frac{8.8 \times 10000 \times 12.09}{1000 \times 8}

= 133 m^{3}

(4)缺氧段容积V_A的计算

C_{0, {NO}_{3} - N} = \frac{Q_{1} C_{1, {NO}_{x} - N}}{Q_{1} + Q_{2}}

= \frac{9358 \times 16}{10000}

= 14.97 mg / L

C_{0, TN} = \frac{Q_{1} C_{1, TN} + Q_{2} C_{2, TN}}{Q_{1} + Q_{2}}

= \frac{9358 \times 28 + 642 \times 34}{10000}

= 28.39 mg / L

V_{A} = \frac{K_{1} Q_{0} C_{0, {NO}_{x} - N}}{1000 [C_{0, {NO}_{x} - N} - C_{0, TN} + C_{3, TN} / (1 - E)]}

= \frac{8.9 \times 10000 \times 14.97}{1000 [14.97 - 28.39 + 20 / (1 - 0.08)]}

= 160 m^{3}

(5)出水COD浓度的校核

C_{3, COD} = K_{3} \frac{Q_{1} C_{1, COD} + Q_{2} C_{2, COD} - Q_{0} a (C_{0, TN} - C_{3, TN} / (1 - E))}{1000 V_{0}} + C_{CODN}

= \frac{3.5 \times {9358 \times 45 + 642 \times 275 - 10000 \times {28.39 - [20 / (1 - 0.08)]}}{1000 \times 133}

+ 22.7 = 31.4 mg / L

(6)其它出水水质指标都能达到要求

(7)滤料层总体积、水力负荷和水力停留时间

1)滤料层总体积V

V＝V_A+V₀＝160+133＝293m³

2)水力负荷q

滤料层的总高H取2.2m。

滤料层的截面积

W = \frac{V}{H} = 293 / 2.2 = 133.2 m^{2}

2)水力负荷

q = \frac{Q_{0}}{24 w} = \frac{10000}{24 \times 133} m^{3} / m^{2} . h

= 3.13 m^{3} / m^{2} . h < 3.5 m^{3} / m^{2} . h

3)水力停留时间：

t = \frac{V \times 24 \times 60}{Q_{1} + Q_{2}}

= \frac{293 \times 24 \times 60}{10000}

= 42.2min

实施例3

某城市污水处理厂，处理水量3万m³/d。出水水质达不到新排放标准的规定，要求采用A/O型生物曝气滤池进行扩容，计算该工艺的主要设计参数，给出二沉池、初沉池和扩容后的水质指标如下：

二沉池出水水质：C_1，COD＝80mg/L；C_1，BOD5＝30mg/L；C_1，TN＝26mg/L；C_1，NH3-N＝20mg/L；C_1，NOX-N＝4mg/L；C_1，SS＝40mg/L。

初沉池出水水质：C_2，COD＝275mg/L；C_2，BOD5＝150mg/L；C_2，TN＝32mg/L；C_2，NH3-N＝27mg/L；C_2，NOX-N＝1mg/L；C_2，SS＝80mg/L。

《城镇污水处理厂污染排放标准》中的一级B标准：C_3，COD＝60mg/L；C_3，TN＝20mg/L；C_3，NH3-N＝8mg/L；C_3，BOD5＝20mg/L；C_3，SS＝20mg/L。

A/O型生物曝气滤池三级处理设计的特性参数：COD_N＝22.7mg/L；a＝4；b＝1.3；c＝1.2；K₁＝8.9d；K₂＝8.8d；K₃＝3.5d；E＝0.08；q<3.5m³/m².h。

由已知条件C_1，TN＝26mg/L；C_1NH3-N＝30mg/L；C_1，BOD5＝30mg/L；C_1NH3-N＝20mg/L；C_1，SS＝40mg/L均大于《城镇污水处理厂污染排放标准》中的一级B标准。

引入初沉池出水流量Q₂

C_1，COD-C_CODN＝80—22.7＝57.3mg/L。

ba(C_1，TN-C_3，TN)＝1.3×4×(26—20)＝31.2mg/L。

C_1，COD-C_CODN>ba(C_1，TN-C_3，TN)

Q₂＝0，Q₁＝3000m³/d

所以不需引入初沉池出水。

其余计算步骤同上例。

Claims

1.一种污水处理厂扩容的设计计算方法，其特征是计算步骤为：

A.

(1)判断是否引入初沉池(2)的流量Q₂：

沉池出水流量的安全系数1.1—1.4；

(2)确定引入初沉池(2)的流量Q₂

Q_{2} = \frac{{bQ}_{1} [a (C_{1, TN} - C_{3, TN}) - C_{1, COD} + C_{CODN}]}{C_{2, COD} - C_{CODN} - a (C_{2, TN} - C_{3, TN})}

其中：安全系数b为1.1-1.4；污水中难生物降解的化学需氧量COD浓度C_CODN为20—35mg/L；

B.

(2)确定引入三级污水处理的A/O型生物曝气滤池(3)循环水量Q₃

Q_{3} = \frac{c [Q_{1} (C_{1, TN} - C_{1, NOX - N}) + Q_{2} C_{2, TN} - (Q_{1} + Q_{2}) C_{3, TN}]}{C_{3, NOX - N}}

其中：C为循环水量的安全系数，C＝1.1—1.3；

C.确定好氧段(36)容积V₀

V_{0} = \frac{K_{2} Q_{0} C_{0, NH 3 - N}}{{1000 C}_{3, NH 3 - N}}

D.确定缺氧段(35)容积V_A

V_{A} = \frac{K_{1} Q_{0} C_{0, {NO}_{x} - N}}{1000 [C_{0, {NO}_{x} - N} - C_{0, TN} + C_{3, TN} / (1 - E)]}

其中：K₁为缺氧段出水硝氮浓度与硝氮容积负荷的比值K₁＝8.5d—9.5d；E为好氧

段对总氮的去除率E＝0.05—0.10。

2.如权利要求1所述的污水处理厂扩容的设计计算方法，

其特征是：出水COD浓度的校核

C_{3, COD} = K_{3} \frac{Q_{1} C_{1, COD} + Q_{2} C_{2, COD} - Q_{0} a [C_{0, TN} - C_{3, TN} / (1 - E)]}{{1000 V}_{0} - K_{3} . Q_{3}} + \frac{{1000 V}_{0} C_{CODN}}{{1000 V}_{0} - K_{3} Q_{3}}

3.如权利要求1所述的污水处理厂扩容的设计计算方法，其特征是包括有A/O型生物曝气滤池三级处理设计的特性参数为：

a：缺氧段反硝化去除每mg/L硝氮消耗COD mg/L数，试验得出，a＝4；

b：引入初沉池出水流量的安全系数，b＝1.1-1.4，若初沉池出水水质变化较大，采用较大的b值，若水质较为稳定，则采用低值；

c：循环水量的安全系数，C＝1.1—1.3，若污水处理厂进水水质变化较大，采用高值，变化较小采用低值；

K₁：缺氧段出水硝氮浓度与硝氮容积负荷的比值，与污水的性质和水温有关，可通过试验求得，对于一般的城镇污水处理厂，水温为12～25℃，试验得出K₁＝8.5d—9.5d；

K₂：好氧段出水氨氮浓度与氨氮容积负荷的比值，与污水的性质和水温有关，可通过试验求得，对于一般的城镇污水处理厂，水温为12～25℃，试验得出K₂＝8.3d—9.3d；

K₃：好氧段出水出水中易生物降解COD浓度与COD容积负荷的比值，与污水的性质和水温有关，可通过试验求得，对于一般的城镇污水处理厂，水温为12～25℃，试验得出K₃＝3.0d—4.0d；

E：好氧段对总氮的去除率，可通过试验求得，对一般的城镇污水处理厂，水温为12～25℃，试验得出E＝0.05—0.10；

Q：A/O型生物曝气滤池的水力负荷，试验确定q<3.5m³/m².h。