曝气池的体积、剩余污泥量和需氧量计算

曝气池的体积、剩余污泥量和需氧量计算某污水处理厂处理规模为21600m3/d，经预处理沉淀后BOD5为200mg/L，希望经过生物处理后和出水BOD5小于20mg/L。该地区大气压为1.013×105Pa，要求设计曝气池的体积、剩余污泥量和需氧量。相关参数可按下列条件选取：曝气池污水温度为20℃；曝气池中混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）与混合液悬浮固体（MLSS）之比为0.8；回流污泥中混合悬浮固体浓度取10000mg/L；曝气池中的MLSS取3000mg/L；污泥泥龄取10d；二沉池出水中含有12mg/L总悬浮固体（TSS），其中VSS占65%；污水中含有足够的生化反应所需的氮、磷和其他微量元素。解：（1）估算出水中溶解性BOD5浓度：出水中BOD5由两部分组成，一是没有被生物降解的溶解性BOD5，二是没有沉淀下来随出水漂走的悬浮固体。悬浮固体所占BOD5计算：①悬浮固体中可生物降解部分为0.65×12mg/L=7.8mg/L②可生物降解悬浮固体最终BODL=7.8×1.42mg/L=11mg/L③可生物降解悬浮固体的BODL换算为BOD5=0.68×11mg/L=7.5mg/L④确定经生物处理后要求的溶解性有机污染物，即Se：7.5mg/L+Se≤20mg/L，Se≤12.5mg/L（2）计算曝气池容积：①按污泥负荷计算：取污泥负荷0.25kgBOD5/(kgMLSS·d)，按平均流量计算：V=Q(S0－Se)/NsX=21600·(200－12.5)/0.25·3000m3=5400m3②按污泥泥龄计算：取Y=0.6kgMLVSS/kgBOD5，Kd=0.08d-1V=QYθc(S0－Se)/Xv(1+Kdθc)=21600·0.6·10·(200－12.5)/3000·0.8·(1+0.08·10)m3=5625m3经过计算，可以取曝气池容积5700m3。计算曝气池的水力停留时间：t=V/Q=5700·24/21600h=6.33h计算每天排除的剩余污泥量:①按表观污泥产率计算：Yobs=Y/(1+Kdθc)=0.6/(1+0.08×10)=0.333计算系统排除的以挥发性悬浮固体计的干污泥量：△Xv=YobsQ(S0－Se)=0.333·21600·(200－12.5)·10-3kg/d=1350kg/d计算总排泥量：1350/0.8kg/d=1688kg/d②按污泥泥龄计算：△X=VX/θc=5700·3000·10-3/10kg/d=1710kg/d③排放湿污泥量计算：剩余污泥含水率按99%计算，每天排放湿污泥量：1710/1000t=1.71t(干泥)，1.71/(100%－99%)m3=171m3计算污泥回流比R：曝气池中悬浮固体（MLSS）浓度：3000mg/L，回流污泥浓度：10000mg/L，10000×QR=3000×(Q+QR)R=QR/Q=43%计算曝气池的需氧量：根据式：O2=Q(S0－Se)/0.68－1.42△XvO2=Q(S0－Se)/0.68－1.42△Xv=[21600(200－12.5)/0.68－1.42·1350·1000]kg/d=4039kg/d空气量计算：如果采用鼓风曝气，设曝气池有效水深6.0m，曝气扩散器安装距池底0.2m，则扩散器上静水压5.8m，其他相关参数选择：α值取0.7，β值取0.95，ρ=1，曝气设备堵塞系数F取0.8，采用管式微孔扩散设备，EA=18%，扩散器压力损失：4kPa，20℃水中溶解氧饱和度为9.17mg/L扩散器出口处绝对压力：pd=p+9.8×103H=(1.013×105+9.8×103×5.8)Pa=1.58×105Pa空气离开曝气池面时，气泡含氧体积分数：Ψ0=21(1－EA)/[79+21(1－EA)]×100%=21(1－0.18)/[79+21(1－0.18)]×100%=17.9%20℃时曝气池混合液中平均氧饱和度计算：Csι=(pd/2.026×105+Ψ0/42)=9.17×(1.58×105/2.026×105+17.9/42)mg/L=11.06mg/L将计算需氧量换算为条件下（20℃，脱氧清水）充氧量：Os=O2×Cs(20)/αF[β·ρ·Csι(T)－C]1.024(T－20)=4039×9.17/[0.7(0.95×1×11.06－2.0)1.024(20－20)×0.8]kg/d=7775kg/d=324kg/h曝气池供气量计算：Gs=Os/0.28EA=324/(0.28×18%)m3/h=6427m3/h如果选择三台风机，两用一备，则单台风机风量：3214m3/h(54m3/min)鼓风机出口风压计算：选择一条最不利空气管的沿程和局部压力损失，如果管路压力损失5.5kPa（计算省略），空气扩散器压力损失4kPa，计算出口风压p：p=H+hd+hf=[5.8×9.8+4+5.5+3(安全余量)]kPa=69.3kPa