第二节　活性污泥法脱氮除磷

活性污泥是指由细菌、菌胶团、原生动物、后生动物等微生物群体及吸附的污水中有机和无机物质组成的、有一定活力的、具有良好的净化污水功能的絮绒状污泥。活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法，是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养，形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，分解去除污水中的有机污染物，然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。

一、设计概述

以传统生物脱氮除磷理论为基础的工艺，尽管运行方式、构筑物的结构和形式不同，但其容积多以泥龄法、负荷法为基础计算。在工程设计时应根据去除碳源污染物、脱氮、除磷、好氧污泥稳定等不同要求和外部环境条件，选择适宜的活性污泥处理工艺。并根据可能发生的运行条件，设置不同的运行方案。

①生物反应池的超高，当采用鼓风曝气时为0.5～1.0m；当采用机械曝气时，其设备操作平台宜高出设计水面0.8～1.2m。

②污水中含有大量产生泡沫的表面活性剂时，应有除泡沫措施。

③每组生物反应池在有效水深一半处宜设置放水管。

④廊道式生物反应池的池宽与有效水深之比宜采用1:1～2:1。有效水深应结合流程设计、地质条件、供氧设施类型和选用风机压力等因素确定，可采用4.0～6.0m。在条件许可时，水深尚可加大。

⑤生物反应池中的好氧区（池），采用鼓风曝气器时，处理每立方米污水的供气量不应小于3m3。好氧区采用机械曝气器时，混合全池污水所需功率不宜小于25W/m3；氧化沟不宜小于15W/m3。缺氧区（池）、厌氧区（池）应采用机械搅拌，混合功率宜采用2～8W/m3。机械搅拌器布置的间距、位置，应根据试验资料确定。

⑥生物反应池的设计，应充分考虑冬季低水温对去除碳源污染物、脱氮和除磷的影响，必要时可采取降低负荷、增长泥龄、调整厌氧区（池）及缺氧区（池）水力停留时间和保温或增温等措施。

⑦原污水、回流污泥进入生物反应池的厌氧区（池）、缺氧区（池）时，宜采用淹没入流方式。

⑧进入生物脱氮、除磷系统的污水，应符合下列要求：

a.脱氮时，污水中的五日生化需氧量与总凯氏氮之比宜大于4。

b.除磷时，污水中的五日生化需氧量与总磷之比宜大于17。

c.同时脱氮、除磷时，宜同时满足以上两条要求。

d.好氧区（池）剩余总碱度宜大于70mg/L（以CaCO3计），当进水碱度不能满足上述要求时，应采取增加碱度的措施。

⑨当仅需脱氮时，宜采用缺氧/好氧法（ANO法）。

a.缺氧区（池）容积可按下列公式计算：

Kde（T）=Kde（20）1.08（T-20）

式中　Vn——缺氧区（池）容积，m3；

Q——生物反应池的设计流量，m3/d；

X——生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度，gMLSS/L；

Nk——生物反应池进水总凯氏氮浓度，mg/L；

Nte——生物反应池出水总氮浓度，mg/L；

ΔXv——排出生物反应池系统的微生物量，kgMLVSS/d；

Kde——脱氮速率，kgNO3-N/（kgMLSS·d）。宜根据试验资料确定。无试验资料时，20℃的Kde值可采用0.03～0.06kgNO3-N/（kgMLSS·d），并按本式进行温度修正。Kde（T）、Kde（20）分别为T℃和20℃时的脱氮速率；

T——设计温度，℃；

Yt——污泥总产率系数，kgMLSS/kgBOD5，宜根据试验资料确定。无试验资料时，系统有初次沉淀池时取0.3，无初次沉淀池时取0.6～1.0；

y——MLSS中MLVSS所占比例；

S0——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。

b.好氧区（池）容积可按下列公式计算：

式中　Vo——好氧区（池）容积，m3；

θco——好氧区（池）设计污泥泥龄，d；

F——安全系数，为1.5～3.0；

μ——硝化菌比生长速率，d-1；

Na——生物反应池中氨氮浓度，mg/L；

Kn——硝化作用中氮的半速率常数，mg/L；

T——设计温度，℃；

0.47——15℃时，硝化菌最大比生长速率，d-1。

Q、S0、Se、Yt、X意义同前。

c.混合液回流量可按下列公式计算：

式中　QRi——混合液回流量，m3/d，混合液回流比不宜大于400％；

QR——回流污泥量，m3/d；

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。

Vn、Kde、X意义同前。

d.缺氧/好氧法（ANO法）生物脱氮的主要设计参数，宜根据试验资料确定，无试验资料时，可采用经验数据或按表2-3的规定取值。

⑩当仅需除磷时，宜采用厌氧/好氧法（ApO法）。

a.生物反应池中厌氧区（池）的容积可按下列公式计算：

式中　Vp——厌氧区（池）容积，m3；

tp——厌氧区（池）水力停留时间，h，宜为1～2；

Q——设计污水流量，m3/d。

b.厌氧/好氧法（ApO法）生物除磷的主要设计参数宜根据试验资料确定，无试验资料时，可采用经验数据或按表2-4的规定取值。

c.采用生物除磷处理污水时，剩余污泥宜采用机械浓缩。生物除磷的剩余污泥采用厌氧消化处理时，输送厌氧消化污泥或污泥脱水滤液的管道应有除垢措施。对含磷高的液体，宜先除磷再返回污水处理系统。

当需要同时脱氮除磷时，宜采用厌氧/缺氧/好氧法（AAO法，又称A2O法）。生物反应池的容积包括去除碳源污染物及脱氮（第⑨条）除磷（第⑩条）所需的容积。主要设计参数宜根据试验资料确定；无试验资料时可采用经验数据或按表2-5的规定取值。工艺流程中可根据需要改变进水和回流污泥的布置形式，调整为前置缺氧区（池）或串联增加缺氧区（池）和好氧区（池）等变形工艺。

氧化沟

a.氧化沟脱氮除磷所需生物反应池的容积按⑨、⑩条所列公式计算。氧化沟前可不设初次沉淀池，可设置厌氧池。氧化沟可按两组或多组系列布置，并设置进水配水井。氧化沟可与二次沉淀池分建或合建。延时曝气氧化沟的主要设计参数宜根据试验资料确定，无试验资料时可按表2-6的规定取值。

b.氧化沟进水和回流污泥点宜设在缺氧区首端，出水点宜设在充氧器后的好氧区。氧化沟的超高与选用的曝气设备类型有关，当采用转刷、转碟时，宜为0.5m；当采用竖轴表曝机时，宜为0.6～0.8m，其设备平台宜高出设计水面0.8～1.2m。

c.氧化沟的有效水深与曝气、混合和推流设备的性能有关，宜采用3.5～4.5m。根据氧化沟渠宽度，弯道处可设置一道或多道导流墙；氧化沟的隔流墙和导流墙宜高出设计水位0.2～0.3m。

d.氧化沟曝气转刷、转碟宜安装在沟渠直线段的适当位置，曝气转碟也可安装在沟渠的弯道上，竖轴表曝机应安装在沟渠的端部。

e.氧化沟的走道板和工作平台，应安全、防溅和便于设备维修。

f.氧化沟内的平均流速宜大于0.25m/s。SBR

a.SBR反应池宜按平均日污水量设计；反应池前、后的水泵、管道等输水设施应按最高日最高时污水量设计。

b.SBR反应池的数量宜不少于2个。

c.SBR反应池容积可按下列公式计算：

式中　Q——每个周期进水量，m3；

tR——每个周期反应时间，h。

d.污泥负荷的取值，以脱氮为主要目标时，宜按表2-3的规定取值；以除磷为主要目标时，宜按表2-4的规定取值；同时脱氮除磷时，宜按表2-5的规定取值。

e.SBR工艺各工序的时间宜按下列规定计算。

（a）进水时间可按下列公式计算：

式中　tF——每池每周期所需要的进水时间，h；

t——一个运行周期需要的时间，h；

n——每个系列反应池个数。

（b）反应时间可按下列公式计算：

式中　m——充水比，仅需除磷时宜为0.25～0.5，需脱氮时宜为0.15～0.3。

（c）沉淀时间tS宜为1h。

（d）排水时间tD宜为1.0～1.5h。

（e）一个周期所需时间可按下列公式计算：

t=tR+tS+tD+tb

式中　tb——闲置时间，h。

（f）每天的周期数宜为正整数。

（g）连续进水时，反应池的进水处应设置导流装置。

（h）反应池宜采用矩形池，水深宜为4.0～6.0m；反应池长度与宽度之比间隙进水时宜为1:1～2:1，连续进水时宜为2.5:1～4:1。

（i）反应池应设置固定式事故排水装置，可设在滗水结束时的水位处。

（j）反应池应采用有防止浮渣流出设施的滗水器，同时宜有清除浮渣的装置。

二、计算例题

本节除特殊说明外，《排水规范》指《室外排水设计规范》（GB 50014—2006）；《给水规范》指《室外给水设计规范》（GB 50013—2006）；《排水工程》指《排水工程》（第四版）；《给水工程》指《给水工程》（第四版）；《排放标准》指《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）；《数据手册》指《给水排水常用数据手册》（第二版）。

【例题2-1】活性污泥法合并硝化曝气池工艺的设计计算。

（一）已知条件

某镇污水处理厂设计处理水量Q=5000m3/d。采用传统曝气活性污泥法去除BOD5及NH3-N。曝气池设计进水水质：CODCr=350mg/L，BOD5=180mg/L，Nk（凯氏氮）=40mg/L，TP=9mg/L，总SS=160mg/L，碱度SALK=280mg/L。平均水温夏季T=25℃，冬季T=10℃。处理后出水供城市杂用，即设计出水水质为BOD5≤10mg/L，NH3-N≤10mg/L。计算曝气池体积。

（二）设计计算

1.曝气池体积

本工程以去除碳源污染物为主，并涉及硝化作用，应按《排水规范》式6.6.18-4计算。曝气池总容积采用污泥龄法计算：

式中　V——曝气池有效容积，m3；

Q——曝气池设计流量，m3/d，取5000m3/d；

S0——进水BOD5浓度，mg/L，取180mg/L；

Yt——污泥总产率系数（kgMLSS/kgBOD5），0.3～0.6，本工程有硝化反应，取0.3；

θco——设计污泥泥龄，d；

X——生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度，gMLSS/L。查《排水规范》表6.6.18，X为2.5～4.5gMLSS/L，取2.5gMLSS/L；

Se——生物反应池出水五日生化需氧量，mg/L，根据《排水工程》4.9.7节，本工程按出水所含溶解性BOD5浓度计算。

S e=SBOD-7.1bXaCe

式中　Xa——在处理水的悬浮固体中，有活性的微生物所占的比例。高负荷活性污泥处理系统为0.8；延时曝气系统为0.1；其他活性污泥处理系统在一般负荷条件下为0.4，本工程取0.3；

Ce——活性污泥处理系统的处理水中的悬浮固体浓度，mg/L；本工程以SSe代入，根据《排放标准》，要求一级A出水SS≤10mg/L，取10mg/L；

b——微生物自身氧化率，d-1，取值范围为0.05～0.1，取0.06d-1；本工程以KdT代入，根据《排水规范》式（6.6.12）计算。

KdT=Kd20（θT）T-20

式中　Kd20——20℃时的衰减系数，d-1，20℃的数值为0.04～0.075，本工程取0.05d-1；

θT——温度系数，采用1.02～1.06，本工程取1.05；

T——设计温度，℃，夏季温度为25℃，则KdT=Kd20（θT）T-20=0.05×1.0525-20=0.05×1.055=0.05×1.276=0.0638（d-1）；

Se=SBOD-7.1KdTXaSSe

Se=SBOD-7.1KdTXaSSe=10-7.1×0.0638×0.3×10=10-1.36=8.64（mg/L）

式中　F——安全系数，城市污水可生化性好，为1.5～3.0，本工程取2.0；

μ——硝化菌比生长速率，d-1；

Na——生物反应池中氨氮浓度，mg/L，取40mg/L；

Kn——硝化作用中氮的半速率常数，mg/L。Kn的典型值为1.0mg/L，本工程取1.0mg/L；

0.47——15℃时，硝化菌最大比生长速率，d-1；

T——设计温度，℃，取最不利温度10℃；

根据《排水规范》表6.6.18，θco值应介于11～23之间，取11d。

曝气池水力停留时间HRT=V/Q=1130.45/5000=0.226（d）=5.43（h）

根据《排水规范》表6.6.18，水力停留时间HRT值应介于8～16h之间（其中缺氧段0.5～3h），本工程不需反硝化，则水力停留时间应介于5～15.5h之间，符合要求。

2.碱度校核

各种生物反应过程对污水碱度产生影响。每硝化1mg/L氨氮消耗7.14mg/L的碱度，每反硝化1mg/L的硝态氮，可产生3.57mg/L的碱度，每碳化1mg/L的BOD5可产生0.1mg/L的碱度。剩余碱度可用下式计算：

ALKe=ALK0-7.14（TN0-NHe-Nw）+3.57（TN0-TNe-Nw）+0.1（S0-Se）

式中　ALKe——出水碱度（以CaCO3计），mg/L；

ALK0——进水碱度，mg/L，本工程为280mg/L；

TN0——进水总氮，mg/L，原始资料没有提供，本工程按进水凯氏氮计，为40mg/L；

NHe——出水氨氮，mg/L，本工程为10mg/L；

Nw——微生物同化作用去除的氮，mg/L。

则ALKe=ALK0-7.14（TN0-NHe-Nw）+0.1（S0-Se）

　　　=280-7.14×（40-10-4.76）+0.1×（180-8.72）

　　　=280-7.14×25.24+0.1×171.28

　　　=280-180.21+17.13=116.92（mg/L）

剩余碱度大于100mg/L（以CaCO3计），可维持原污水的pH值。

3.污泥回流比

由于对出水水质要求严格，系统中活性污泥的SVI值应低。取SVI=100，r为考虑污泥在沉淀池中停留时间、池深、污泥厚度等因素的系数，取1.2。回流污泥浓度XR计算公式为

污泥回流比R=×100％=×100％=26％

4.剩余污泥量

（1）按污泥产率系数、衰减系数及不可生物降解和惰性悬浮物计算

根据《排水规范》6.10.3：

ΔX=YQ（S0-Se）-KdVXv+fQ（SS0-SSe）

式中　ΔX——剩余污泥量，kgSS/d；

Y——污泥产率系数，kgVSS/kgBOD5，据《排水规范》表6.6.18，为0.3～0.6，本工程取0.3；

Xv——生物反应池内混合液挥发性悬浮固体平均浓度，gMLVSS/L。

f——SS的污泥转换率。宜根据试验资料确定，无试验资料时可取0.5～0.7gMLSS/gSS，本工程取0.6gMLSS/gSS。

Xv=0.75X=0.75×2.5=1.875（gMLVSS/L）

则ΔX=YQ（S0-Se）-KdVXv+fQ（SS0-SSe）

　　　=0.3×5000×（0.180-0.00864）-0.0307×1130.98×1.875+0.6×5000×（0.16-0.01）

　　　=1500×0.171368-0.0307×1130.98×1.875+0.6×5000×0.15

　　　=257.04-65.10+450=641.94（kgSS/d）

（2）按污泥泥龄计算

则ΔX==257.04（kgSS/d）

本工程取641.94kgSS/d。

5.曝气池主要尺寸

曝气池总容积V为1130.98m3，分设2组，单组容积V单为565.5m3。有效水深可采用4.0～6.0m，在条件许可时，水深尚可加大。结合本工程的流程设计、地质条件、可选的供氧设施类型和选用风机压力等因素，有效水深h取4.0m，单组有效面积：

S单=V单/h=565.5/4.0=141.3（m2）

根据《排水规范》6.6.6，廊道式生物反应池的池宽与有效水深之比宜采用1:1～2:1。本工程廊道宽b取4.5m，每组曝气池总长L单总=S单/b=141.3/4.5=31.4（m）。采用3廊道式，每组曝气池池宽B单=4.5×3=13.5（m），池长L单为L单总/3=31.4/3=10.47（m），取12m。则曝气池总长L单总=12×3=36（m）。

反应池廊道的长宽比L单总/b=36/4.5=8，满足5～10的要求（《排水工程》4.8.2）。

超高取0.5m，则反应池总高H=4.0+0.5=4.5（m）。

反应池平面布置见图2-13。

6.曝气池进、出水管、堰

（1）进水管　两组曝气池合建，进水、回流污泥由曝气池首端进入。为减少水头损失，进口均设在水面以下。

进水管设计流量Q单=Q/（86400×2）=50000/（86400×2）=0.0289（m3/s）。

根据《给水工程》表5-1，进水管流速v1采用0.6～0.9m/s。查水力计算表，进水管管径为DN200时，流速0.92m/s。

（2）回流污泥管道　为了保证处理系统的灵活运行，回流污泥渠道按污泥回流比Rmax=200％考虑，则最大污泥回流量为：

QR=RmaxQ单/86400=200％×0.0289=0.0578（m3/s）

根据《排水工程》8.1.4，污泥流动的下临界速度约为1.1m/s，上临界速度约为1.4m/s。查水力计算表，进水管管径为DN250时，流速为1.18m/s。

（3）出水堰　出水堰过水流量为处理水量与回流污泥量之和：Q出水=（Q单+RQ单）。其中污泥回流比仍按最不利情况Rmax考虑，则Q出水=（Q单+RmaxQ单）=（1+Rmax）Q单=（1+200％）×Q单=300％×0.0289=0.0867（m3/s）。

曝气池出水堰堰上水头由矩形堰的流量公式Q=1.84bh3/2计算得。

h堰=［Q出水堰/（1.84b）］2/3=［0.0867/（1.84×4.5）］2/3=［0.010］2/3≈0.05（m）

（4）出水管　单组反应池出水管设计流量Q出水=0.0867m3/s。查水力计算表，出水管管径为DN350时，流速为0.9m/s。

7.曝气系统

（1）设计需氧量　曝气池需氧量根据去除的五日生化需氧量、氨氮的硝化等要求确定，宜按下列公式计算：

O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv+b［0.001Q（Nk-Nke）-0.12ΔXv］

式中　O2——曝气池需氧量，kgO2/d；

a——碳的氧当量，本工程含碳物质数量以BOD5计，取1.47；

c——常数，细菌细胞的氧当量，取1.42；

b——常数，氧化每公斤氨氮所需氧量，kgO2/kgN，取4.57；

Nk——曝气池进水总凯氏氮浓度，mg/L，本工程为40mg/L；

Nke——曝气池出水总凯氏氮浓度，mg/L，本工程为10mg/L；

ΔXv——排出生物反应池系统的微生物量，kg/d。

ΔXv=0.75ΔX=0.75×641.85=481.39（kg/d）

则O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv+b［0.001Q（Nk-Nke）-0.12ΔXv］=0.001×1.47×5000×（180-8.72）-1.42×481.39+4.57×［0.001×5000×（40-10）-0.12×481.39］=1258.91-683.57+4.57×［150-57.77］=1258.91-683.57+4.57×92.23=1258.91-683.57+421.49=996.83（kgO2/d）=41.53（kgO2/h）

（2）用气量　本工程为传统推流式曝气池，选用鼓风曝气装置供氧。按《排水规范》6.8.4节公式将标准状态下污水需氧量换算为标准状态下的供气量。

式中　Gs——标准状态下供气量，m3/h；

Os——标准状态下曝气池需氧量，kgO2/h；

Cs（20）——20℃时氧在清水中的饱和溶解度，Cs（20）=9.17mg/L；

α——氧总转移系数，α=0.85；

β——氧在污水中的饱和溶解度修正系数，β=0.95；

ρ——因海拔高度不同而引起的压力修正系数；

P——所在地区大气压力，Pa，本工程所在地平均海拔高度为800m，查《给排水设计手册》（第二版第一册），9.4mH2O=92182.51Pa；

T——设计污水温度，℃，本工程冬季T=10℃，夏季T=25℃；

Csb（T）——设计水温条件下曝气池内平均溶解氧饱和度，mg/L；

Cs（T）——设计水温条件下氧在清水中饱和溶解度，mg/L，夏季清水氧饱和度Cs（25）为8.4mg/L，冬季清水氧饱和度Cs（10）为11.33mg/L；

Pb——空气扩散装置处的绝对压力，Pa；

H——空气扩散装置淹没深度，m，本工程微孔曝气头安装在距池底0.3m处，淹没深度3.7m，其绝对压力Pb为Pb=P+9.8×103H=1.013×105+0.098×105×3.7=1.38×105（Pa）

Ot——气泡离开水面时含氧量，％；

EA——空气扩散装置氧转移效率，％，查产品样本，本工程所选空气扩散装置氧转移效率为20％。

曝气池未端最低溶解氧浓度大于2mg/L，即C=2mg/L。

则夏季空气用量Gs（25）=Os（25）/（0.28EA）=65.43/（0.28×20％）=1168.39（m3/h）

　　　　　　　　　=19.47（m3/min）

冬季空气用量Gs（10）=Os（10）/（0.28EA）=64.01/（0.28×20％）=1143.04（m3/h）

　　　　　　　　=19.05（m3/min）

（3）曝气器数量　根据供货商提供的数据，微孔曝气器标准供氧能力为0.14kgO2/（h·个），服务面积不大于0.75m2/个。

①曝气器数量n

n=Os（25）/0.14=65.43/0.14≈468（个）

②曝气器数量校核。每组曝气池面积162m2，总面积为162×2=324（m2）。每个曝气器服务面积f=324/468=0.69（m2）<0.75（m2）

（4）空气管道　空气管道布置见图2-14。

①总管。根据《排水规范》6.8.14，输气管道中空气流速宜采用：干支管为10～15m/s；竖管、小支管为4～5m/s。总管空气流量Gs（25）=1168.39m3/h=19.47m3/min，设二根。每根流量584.20m3/h=9.74m3/min。查《排水工程》下册附录2，总管管径为DN150时，空气流速为10m/s。

②干管。每组生物池空气流量1168.39/3=389.46m3/h=6.49m3/min，查《排水工程》下册附录2，总管管径为DN150时，空气流速为7m/s。

③支管。支管向单侧廊道供气，每个廊道沿程布置6个，则每个干管沿途共接12根，每根的流量389.46/12=32.45（m3/h）=0.54（m3/min），查《排水工程》下册附录2，总管管径为DN50时，空气流速为4m/s。

④鼓风机或空压机出口压力

P=h1+h2+h3+h4+Δh

式中　P——鼓风机出口压力，kPa；

h1——供气管道沿程阻力损失，kPa；

h2——供气管道局部阻力损失，MPa；

h3——空气扩散装置安装深度（以装置出口处计），kPa，本工程为3.5m=34.32kPa；

h4——空气扩散装置阻力，本工程所选微孔曝气阻力为4kPa；

Δh——压力余量，kPa，一般Δh=3～5kPa，本工程取5kPa。

本工程分别选用了DN200、DN150、DN50的管道，气温按30℃考虑，管内空气压力为：

P管压=9.8（1.5+H空扩）

式中　P管压——空气压力，kPa；

H空扩——空气扩散装置距水面的深度，m，本工程为3.7m。

则P管压=9.8（1.5+H）=9.8（1.5+H）=9.8×（1.5+3.7）=9.8×5.2=50.96（kPa）

查《排水工程》下册附录3，总管DN150、干管DN150、支管DN50管道的摩擦损失分别为0.5×9.8=4.5kPa/1000m、0.2×9.8=1.96kPa/1000m和0.4×9.8=3.92kPa/1000m。

本工程按最不利管段计算，设DN50弯头2个，三通1个，球阀1个，50×150渐扩1个；干管DN150三通2个，球阀1个；总管DN150球阀1个。按《排水工程》下册公式4-102转换为管道的当量长度

L当=55.5KD1.2

式中　L当——管道配件的当量长度，m；

D——管径，m；

K——长度换算系数。

则设DN50弯头2个［2×55.5×0.4×0.051.2=1.22（m）］，三通1个［55.5×1.33×0.051.2=2.02（m）］，球阀1个［55.5×2×0.051.2=3.05（m）］，50×150渐扩1个［55.5×0.33×0.051.2=0.50（m）］。DN50管道配件的当量长度为1.22+2.02+3.05+0.50=6.79（m）。

干管DN150三通1个［55.5×1.33×0.151.2=7.58（m）］，球阀1个［55.5×2×0.151.2=11.39（m）］。DN150管道配件的当量长度为7.58+11.39=18.97（m）。

总管DN150球阀1个［55.5×1.33×0.21.2=10.70（m）］，150×150三通1个［55.5×1.33×0.21.2=10.70（m）］。总管DN150管道配件的当量长度为10.70+10.70=21.40（m）。

折合当量长度后，DN50管道总长为5.5+6.79=12.29（m），沿程与局部压力损失之和h1+h2=12.29×3.92/1000=0.048（kPa）；干管DN150管道总长为16.5+18.97=35.47（m），沿程与局部压力损失之和h1+h2=35.47×1.96/1000=0.070（kPa）；总管DN150管道总长为9+21.40=30.40（m），沿程与局部压力损失之和h1+h2=30.40×4.5/1000=0.137（kPa）。

沿程与局部压力损失共计0.048+0.070+0.137=0.255kPa

则P=h1+h2+h3+h4+Δh=0.255+34.32+4+5=43.58（kPa）

本工程所需空气量大、气压相对较小，选用鼓风机。

8.二沉池

（1）二沉池选型　可选的二沉池池型有平流式沉淀池、辐流式沉淀池、竖流式沉淀池和斜板（管）沉淀池。本工程流量相对较小，不适合选用。竖流式沉淀池池身较高，不利于高程布置；平流式沉淀池占地较大，且需要机械排泥。经比较，最终选用斜管沉淀池。

（2）二沉池面积　二沉池设计采用表面负荷法

Qmax=KzQ

式中　A——二沉池有效沉淀面积，m2；

Qmax——最大时污水流量，m3/h；

Kz——最高日最高时污水量与平均日平均时污水量的比值，本工程Q=57.87L/s，查《排水规范》表3.1.3，用线性内插法计算，Kz取1.74；

q——水力表面负荷，m3/（m2·h）。根据《排水规范》6.5.14，升流式异向流斜管（板）沉淀池的设计表面水力负荷，可按普通沉淀池的设计表面水力负荷的2倍计，对于二次沉淀池，尚应以固体负荷核算。又根据表6.5.1，活性污泥法之后的二沉池为0.6～1.5m3/（m2·h），本工程取1.2m3/（m2·h）。

则Qmax=KzQ=1.74×（5000/24）=1.76×208.33=326.49（m3/h）

A=Qmax/q=326.49/1.2=302.08（m2）

沉淀池分二座，每座面积A单=151.04m2。

（3）二沉池平面布置　为方便曝气池与二沉池的平面布置，取二沉池宽度B单为13.5m，则二沉池长度L单=A单/B单=152.78/13.5=11.32（m），取12m。沿池长方向，各设0.3m的进水渠和出水渠，总长12.6m。

为避免沉淀池进、出水布水不均匀造成的不利影响，每座沉淀池分二格，则每格宽度为B单格=B单/2=13.5/2=6.75（m）。

（4）二沉池污泥斗容积　污泥区的容积按2h的贮泥量计，其污泥浓度按（X+Xr）/2计，有2（1+R）Q/24=V泥区（X+Xr）/2。

每格沉淀池所需污泥部分容积V泥区/4=181.03/4=45.26（m3）。

为降低污泥斗的高度，每格沿长度方向分二排布置。采用方形污泥斗排泥，根据《排水规范》6.5.4，每个污泥斗均应设单独的闸阀和排泥管，污泥斗的斜壁与水平面的倾角为60°。

（5）二沉池高度　根据《排水规范》6.5.15，沉淀池超高取0.3m，斜管（板）区上部水深为0.8m，斜管孔径为80mm，斜管（板）斜长为1.0m，斜管（板）水平倾角为60°，则垂直高度为0.866m。斜管（板）区底部缓冲层高度为1m，污泥斗高度为2.165m。沉淀池总高0.3+0.8+0.866+1+2.165=5.131（m）。

为便于沉淀池排泥，每格沉淀池单独布置。

平面布置参照平流沉淀池的设计要求。根据《排水规范》6.5.10，每格长度与宽度之比不宜小于4。

沉淀池平面及剖面图见图2-15～图2-17。

每格沉淀池共设8个污泥斗，每个污泥斗的容积为：

式中　f1——污泥斗上口面积，m2，3×3=9m2；

f2——污泥斗下口面积，m2，0.5×0.5=0.25m2；

h泥斗——污泥斗的高度，m，污泥斗为方斗，倾角α=60°，［（3-0.5）/2］tan60°=2.165m。

则V单斗=×2.165×（9+0.25+）=7.76（m3）

8个污泥斗的总容积7.76×8=62.08m3>45.26m3，满足要求。

根据《排水规范》6.5.6，确定排泥管管径DN200，排泥口与沉淀池水面高差2.366m>0.9m，满足《排水规范》6.5.7的要求。

（6）进出水系统

①进水。每格沉淀池最大进水流量Qmax（1+R）/4=366.67（1+0.26）/4=115.50（m3/h）=0.0321（m3/s）沉淀池底部布水区高1m，宽3.375m，断面流速0.0321/（1×3.375）=0.0948m/s<0.1m/s。满足《给水规范》9.4.18的要求。

②出水。每格沉淀池的出水量为Qmax/4=366.67/4=91.67（m3/h）=25.5（L/s）。

在沉淀池末端布置一道出水堰，堰长6.75m，出水堰负荷25.5/6.75=3.78［L/（s·m）］>1.7L/（s·m），不符合《排水规范》6.5.8的要求。

每格沿纵向增设3道2m长集水堰，中间一道两侧集水，如图2-18所示。出水堰负荷25.5/（6.75+2.1×4）=1.68［L/（s·m）］>1.7L/（s·m），符合《排水规范》6.5.8的要求。

采用90°三角堰出水，详细尺寸如图2-19所示。每米5个出水堰口，每个出水堰口出流量1.68/5=0.336L/s。堰上水头按90°三角堰过堰流量计算，h1=（q/1.4）2/5=（0.000336/1.4）2/5=0.036（m）。

集水槽宽度取0.3m，高取0.3m。近似按矩形明渠均匀流计算，水深0.2m时，流量为：

C=R1/6/n

R=ω/χ

式中　Q——流量，m3/s。

ω——过水断面面积，m2，本工程为0.3×0.2=0.06m2；

C——谢才系数；

R——水力半径，m；

χ——湿周，m，本工程为0.7m；

n——粗糙率，取0.013；

i——水力坡度，取0.02。

则R=0.06/0.7=0.0857（m）

C=R1/6/n=0.08571/6/0.013=0.664/0.013=51.07

则集水槽最大过水量Q渠==0.06×51.07×=0.126（m3/s）=126（L/s）。大于每格沉淀池的出水量25.5L/s，满足要求。

9.污泥回流系统

二沉池沉淀污泥靠静水压力排至污泥池，由污泥池内的潜污泵提升送至曝气池进口。设计污泥回流比26％，实际设计按最大回流比考虑，为200％。则最大污泥回流量为366.67×200％=733.34（m3/h）。正常运行时污泥回流量为54.16m3/h。

设3台潜污泵（2用1备）。其中2台泵流量为700m3/h（A、B泵），1台泵流量为60m3/h（C泵）。正常运行时使用C泵，最大污泥回流量时同时使用A、C泵。B泵备用（与A泵定期切换）。

每日排出的剩余污泥干重641.85kgSS/d，根据《排水规范》7.2.1污泥含水量按99.6％计，湿污泥流量为641.85/（1-99.6％）/1000=160.46（m3/d）=6.69（m3/h）。在回流污泥管上接支管，将剩余污泥送到污泥处理系统。

水泵扬程根据竖向流程和水力计算确定。

根据《排水规范》5.3.1，污泥池的容积不应小于最大一台水泵5min的出水量，则其容积为700×5/60=58.3（m3）。污泥池的平面尺寸为4.5m×4.5m，有效深度为3m，超高0.3m，总高为3.3m。底部设0.5m×0.5m积水坑，底坡2％坡向积水坑。

【例题2-2】氧化沟硝化工艺的设计计算。

（一）已知条件

污水处理厂设计处理水量Q=50000m3/d。采用氧化沟硝化工艺去除BOD5及NH3-N。曝气池设计进水水质CODCr=350mg/L，BOD5=200mg/L，Nk（凯氏氮）=40mg/L，TP=9mg/L，TSS=250mg/L，VSS/TSS=0.7，碱度SALK=280mg/L。平均水温夏季T=25℃，冬季T=10℃。处理出水城市杂用，即设计出水水质为BOD5≤10mg/L，NH3-N≤10mg/L，浊度≤5mg/L。计算氧化沟处理系统构筑物。

（二）设计计算

根据《排水规范》6.6.26，当采用氧化沟进行脱氮除磷时，宜符合该规范第6.6.17～6.6.20条的有关规定。

1.氧化沟体积

Se=SBOD-7.1bXaSSe

式中　V——曝气池有效容积，m3；

Q——曝气池设计流量，m3/d，取50000m3/d；

S0——进水BOD5浓度，mg/L，取200mg/L；

Se——生物反应池出水五日生化需氧量，mg/L，本工程按出水所含溶解性BOD5浓度计算；

b——微生物自身氧化率，d-1，取值范围为0.05～0.1，取0.06d-1；

SSe——活性污泥处理系统的处理水中的悬浮固体浓度，mg/L，根据《排放标准》，要求一级A出水SS≤10mg/L，取10mg/L；

Yt——污泥总产率系数，kgMLSS/kgBOD5，取0.3～0.6kgMLSS/kgBOD5，本工程有硝化反应，取0.3；

θco——设计污泥泥龄，d；

F——安全系数，城市污水可生化性好，为1.5～3.0，本工程取2.0；

μ——硝化菌比生长速率，d-1；

Na——生物反应池中氨氮浓度，mg/L，本工程取40mg/L；

Kn——硝化作用中氮的半速率常数，mg/L，Kn的典型值为1.0mg/L，本工程取1.0mg/L；

0.47——15℃时硝化菌最大比生长速率，d-1；

T——设计温度，℃，取最不利温度10℃；

X——生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度，gMLSS/L，查表6.6.18，X为2.5～4.5gMLSS/L，取2.5gMLSS/L。

则Se=SBOD-7.1bXaSSe=10-7.1×0.06×0.3×10=10-1.278=8.72（mg/L）

根据《排水规范》表6.6.18，θco值应介于11～23之间，取11d；

曝气池水力停留时间

HRT=V/Q=12624.48/50000=0.25（d）=6.06（h）

根据《排水规范》表6.6.18，水力停留时间HRT值应介于8～16h之间（其中缺氧段0.5～3h），本工程不需反硝化，则水力停留时间应介于5～15.5h之间，符合要求。

2.碱度校核

计算过程参见例题2-1。剩余碱度大于100mg/L（以CaCO3计），可维持原污水的pH值。

3.污泥回流比

计算过程参见例题2-1。污泥回流比R=×100％=×100％=26％

根据《排水规范》表6.6.25，回流比应为75％～150％，取100％。

4.剩余污泥量

（1）按污泥产率系数、衰减系数及不可生物降解和惰性悬浮物计算

计算过程参见例题2-1。

ΔX=YQ（S0-Se）-KdVXv+fQ（SS0-SSe）

　　=0.3×50000×（0.2-0.00872）-0.0307×12624.48×1.875+0.6×50000×（0.25-0.01）

　　=15000×0.19128-0.0307×12624.48×1.875+0.6×50000×0.24

　　=2869.2-726.70+7200=9342.5（kgSS/d）

（2）按污泥泥龄计算　计算过程参见例题2-1。

本工程取9342.5kgSS/d。

5.氧化沟主要尺寸

（1）直线及弯道部分　曝气池总容积V总为12624.48m3，分设2组，单组容积V单为12624.48/2=6312.4（m3）。

根据《排水规范》6.6，氧化沟按两组系列布置，设置进水配水井配水，与二次沉淀池分建。采用转碟曝气设备，超高为0.5m。有效水深采用4m，沟内的平均流速为0.5m/s。

弯道部分占总容积的80％，弯道部分容积V单弯=0.8×6312.4=5049.92（m3）。

直线部分占总容积的20％，直线部分容积V单直=0.2×6312.4=1262.48（m3）。

有效水深h取4m，弯道部分面积A单弯=V单弯/h=5049.92/4=1262.48（m2）。

直线部分面积A单直=V单直/h=1262.48/4=315.62（m2）。

内沟宽度B内、中沟宽度B中、外沟宽度B外分别均取4.5m，则直线段长度L

取L=12m。

（2）中心岛部分　外、中、内三沟道之间隔墙厚度取0.25m。

内沟弯道处外缘半径　r内=r+0.25+B内=r+0.25+4.5=r+4.75

中沟弯道处外缘半径　r中=r内+0.25+B中=r+4.75+0.25+4.5=r+9.5

外沟弯道处外缘半径　r外=r中+0.25+B外=r+9.5+0.25+4.5=r+14.25

内沟弯道处面积

A弯内=π［-（r+0.25）2］=π［（r+4.75）2-（r+0.25）2］

　　=π［（r+4.75+r+0.25）×（r+4.75-r-0.25）］=π（9r+22.5）

中沟弯道处面积

A弯中=π［-（r内+0.25）2］=π［（r+9.5）2-（r+5）2］

　　=π［（r+9.5+r+5）×（r+9.5-r-5）］=π（9r+60.75）

外沟弯道处面积

A弯外=π［-（r中+0.25）2］=π［（r+14.25）2-（r+9.75）2］

　　=π［（r+14.25+r+9.75）×（r+14.25-r-9.75）］=π（9r+108）

弯道总面积

A弯=A弯外+A弯中+A弯内=π（9r+22.5+9r+60.75+9r+108）

　　=π（27r+191.25）=1262.48（m2）

中心岛半径r=（1262.48/π-191.25）/27=7.8（m）

取r=8m。

（3）校核各沟道容积比例

外沟面积

A外=A直外+A弯外=2B外L+π（9r+108）=2×4.5×12+π（9×8+108）

　　=108+565.2=673.2（m2）

中沟面积A中=A直中+A弯中=2B中L+π（9r+60.75）=2×4.5×12+π［9×8+60.75］

　　　　　=108+416.84=524.84（m2）

内沟面积A内=A直内+A弯内=2B内L+π（9r+22.5）=2×4.5×12+π（9×8+22.5）

　　　　　=108+296.73=404.73（m2）

外沟所占比例K外=673.2/（673.2+524.84+404.73）×100％=673.2/1602.77×100％=42.0％

中沟所占比例　K中=524.84/（673.2+524.84+404.73）×100％=524.84/1602.77×100％=32.7％

内沟所占比例　K内=404.73/（673.2+524.84+404.73）×100％=404.73/1602.77×100％=25.3％

6.曝气设备

曝气设备选用转碟式氧化沟曝气机，转碟直径D=1400mm，单碟（ds）充氧能力为1.3kgO2/（h·d），每米轴安装碟片不大于5片。

（1）设计需氧量　计算过程参见例题2-1。ΔXv=0.75ΔX=0.75×9342.5=7006.88（kg/d）

则O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv+b［0.001Q（Nk-Nke）-0.12ΔXv］

　　=0.001×1.47×50000×（200-8.72）-1.42×7006.88+4.57×［0.001×50000×（40-10）-0.12×7006.88］

　　=14059.08-9949.76+4.57×［1500-840.83］

　　=14059.08-9949.76+4.57×659.17=14059.08-9949.76+3012.43

　　=7121.75（kgO2/d）=296.74（kgO2/h）

（2）用气量　根据《氧化沟活性污泥法污水处理工程技术规范》（HJ 578—2010）6.6.3：

式中　Os——标准状态下曝气池需氧量，kgO2/h；

Cs（20）——20℃时氧在清水中饱和溶解度，Cs（20）=9.17mg/L；

α——氧总转移系数，α=0.85；

β——氧在污水中的饱和溶解度修正系数，β=0.95；

ρ——因海拔高度不同而引起的压力修正系数；

P——所在地区大气压力，Pa，本工程所在地平均海拔高度为800m，查《给排水设计手册》（第二版第一册），9.4mH2O=92182.51Pa；

T——设计污水温度，本工程冬季T=10℃，夏季T=25℃；

Csw（T）——设计水温条件下氧在清水中饱和溶解度，mg/L，夏季25℃时清水氧饱和溶解度Csw（25）为8.4mg/L，冬季10℃时清水氧饱和溶解度Csw（10）为11.33mg/L。

按夏季最不利条件设计供氧量。

（3）曝气设备选型及布置　曝气选用转碟曝气机，转碟直径D=1400mm，单碟（ds）充氧能力为1.3kgO2/（h·d），每米轴安装碟片不大于5片。

共需碟片520.62/1.3≈401（片）。

本工程只涉及有机物的好氧降解和生物硝化作用，三沟均为好氧状态，各沟标准需氧量与其面积成比例。

则各沟所需的碟片数分别为外沟401×42.0％≈169（片）；中沟401×32.7％≈132（片）；内沟401×25.3≈101（片）。每米安装4个转碟，每沟池宽4.5m，每组安装转碟4.5×4-1=17（个）。各沟所需的转碟组数分别为外沟169/17≈10（组）（取12组，备用2组）；中沟401×32.7％≈8（组）；内沟401×25.3≈6（组）。

为了使表面含较高溶解氧的混合液尽快转入池底，降低沿高程方向的溶解氧梯度，同时降低混合液表面流速，在每组曝气转碟下游2.5m处设置导流板与水平成45°倾斜安装，板顶部距水面0.2m。导流板采用玻璃钢，宽为0.9m，长度与渠道宽度相同。为防止导流板翻转或变形，在每块倒流板后设2根ϕ80mm的钢管予以支撑。

7.搅拌、推流装置

为满足推动池内污水、污泥的要求，增设推流装置。根据《氧化沟活性污泥法污水处理工程技术规范》（HJ 578—2010）7.3.3，容积功率宜控制在1～3W/m3之间。本工程取2W/m3，其总功率为2×12624.48/1000=25.25（kW），外沟、中沟、内沟分别设3、2、1台共6台推流器，每台功率4.2kW。

8.进、出水设计

进水管按最大设计流量考虑，Qmax/2=183.335m3/h=0.051m3/s，DN300，流速1.44m/s。出水堰为电动可调节堰，堰高调节范围0.3m，以调节曝气转碟的淹没深度。堰宽1m，堰上水头由矩形堰的流量公式Q=1.84bh3/2计算得，污泥回流按200％考虑。

h堰=［Q出水堰/（1.84b）］2/3=［0.153/（1.84×1）］2/3≈0.191（m）。

出水竖井位于中心岛，曝气转碟上游，长1.5m，宽1.2m，出水孔宽1.2m，高0.5m。

氧化沟平面布置见图2-20。

【例题2-3】AB法硝化工艺的设计计算。

（一）已知条件

污水处理厂设计处理水量Q=30000m3/d。采用AB法工艺去除BOD5及NH3-N，物理化学法除磷及浊度。曝气池设计进水水质：CODCr=350mg/L，BOD5=200mg/L，Nk（凯氏氮）=40mg/L，TP=9mg/L，TSS=250mg/L，VSS/TSS=0.7，碱度SALK=280mg/L。平均水温夏季T=25℃，冬季T=10℃。处理出水供城市杂用，即设计出水水质满足为：BOD5≤10mg/L，NH3-N≤10mg/L，浊度≤5mg/L，VSS/TSS=0.75。计算AB法处理系统构筑物。

（二）设计计算

1.A段曝气池

根据《排水规范》表6.6.10，《数据手册》4.2.2，A段污泥负荷NA为2～5kgBOD5/（kgMLSS·d），本工程取3kgBOD5/（kgMLSS·d）；污泥浓度（MLSS）XA为2000～3000mg/L，本工程取2500mg/L；污泥回流比RA为20％～50％，本工程取30％。

A段曝气池以吸附去除碳源污染物为主，不涉及硝化反应。生物反应池的容积，可按《排水规范》式6.6.11-2计算。

K2=vmax/Ks

式中　V——A段曝气池有效容积，m3；

Y——污泥产率系数，根据《排水规范》6.6.11，无试验资料时取Y=0.6；

θc——好氧区污泥龄，d，根据《数据手册》表4.2-4，A段θc为0.4～0.7d，又根据《排水规范》A段θc为0.3～0.5；

K2——动力学常数；

vmax——BOD5最大降解速度，对于生活污水，以BOD5计算，vmax在2～10d-1之间，本工程取6d-1；

Ks——半速率常数，Ks在60左右，本工程取60；

S0——进水BOD5浓度，mg/L，本工程为200mg/L；

Se——生物反应池出水五日生化需氧量，mg/L，根据《排水工程》，A段对BOD5的去除率为40％～70％，本工程取50％，则Se为100mg/L；

Q——A段曝气池设计流量，m3/d，取30000m3/d；

Xv——生物反应池内混合液挥发性悬浮固体平均浓度，gMLVSS/L，根据《数据手册》表4.2-4，A段为2～3mg/L，本工程取3mg/L。

因此，K2一般取值0.03～0.17之间，本工程取0.1，则K2=vmax/Ks=6/60=0.1。

KdT=Kd20（θ）T-20

式中　KdT——T℃时的衰减系数d-1；

KdT——污泥自身氧化系数，d-1；

Kd20——20℃时污泥自身氧化系数，数值为0.04～0.075，本工程取0.05d-1；

θT——温度系数，采用1.02～1.06，本工程取1.03；

T——设计温度，℃，夏季温度为25℃。

Kd10=0.05（1.03）25-20=0.058

计算值偏低，取θc为0.3。

取V=200m3。

水力停留时间200/（300000/24）=0.16（h），不满足《数据手册》表4.2-4中0.5～0.75h的要求。

由于A段的原理为生物吸附作用为主而非生物降解，故该段按负荷法计算。

式中　N——污泥负荷，kgBOD5/（kgMLSS·d），查《数据手册》表4.2-4，为2～5kgBOD5/（kgMLSS·d），本工程取3kgBOD5/（kgMLSS·d）。

取V=700m3。

水力停留时间=0.56（h），满足《数据手册》表4.2-4中0.5～0.75h的要求。

2.B段曝气池

A段出水Se=100mg/L，不发生硝化作用（生物同化作用吸附的氨氮忽略），NH3-N=40mg/L。

由于B段涉及硝化作用，根据《排水规范》6.6.18-4，计算过程参见例题2-1。其容积：

取3700m3。曝气池水力停留时间HRT=V/Q=3700/30000=0.123（d）=2.96（h）。

根据《数据手册》表4.2-4、表4.2-4，B段水力停留时间HRT值应介于2～4h之间，符合要求。

3.A段沉淀池

采用辐流式二沉池计算简图见图2-21。

（1）沉淀部分水面面积　二沉池设计采用表面负荷法。

Qmax=KzQ

式中　A——二沉池有效沉淀面积，m2；

Qmax——最大时污水流量，m3/h。

Kz——最高日最高时污水量与平均日平均时污水量的比值。本工程Q=30000m3/d=1250m3/h=347.22L/s，查《排水规范》表3.1.1，线性内插法计算，Kz取1.47；

q——水力表面负荷，m3/（m2·h），根据《数据手册》表4.2-5，A段取《排水规范》6.5.1上限，为1.5m3/（m2·h）。

则Qmax=KzQ=1.47×（30000/24）=1.47×1250=1833.33（m3/h）

A=Qmax/q=1833.33/1.5=1222.22（m2）

根据《数据手册》表4.2-4，A段污泥回流比20％～50％，取30％。

沉淀池分二座，每座面积，A单=1222.22/2=611.11m2。

（2）池子直径D

取30m，满足《排水规范》6.5.12辐流沉淀池水池直径不宜大于50m的要求。

（3）沉淀部分的有效水深　根据《给水排水常用数据手册》（第二版）表4.2-5，A段沉淀时间为1～2h。本工程设沉淀时间t=2h，则沉淀部分的有效水深为h2=qt=1.5×2=3m。根据《数据手册》表4.2-17，取3.5m。

水池直径（或正方形的一边）与有效水深之比宜为30/3.5=8.57（m），满足《室外排水设计规范》（GB 50014—2006）6.5.12水池直径（或正方形的一边）与有效水深之比宜为6～12的要求。

（4）污泥区容积　A段污泥负荷高，系统中活性污泥的SVI值偏高。取SVI=120，r为考虑污泥在沉淀池中停留时间、池深、污泥厚度等因素的系数，取1.2。回流污泥浓度XR计算公式为

污泥区的容积按2h的贮泥量计，其污泥浓度按（X+Xr）/2计，有2（1+R）Q/24=V泥区（X+Xr）/2。

每座沉淀池所需污泥部分容积V泥区/2=1500/2=750（m3）。

由于沉淀池直径较大，采用周边传动的刮泥机排泥。

（5）污泥区

①污泥斗容积。池底的径向坡度为0.05，污泥斗底部直径D2=1.5m，上部直径D1=3.0m，倾角60°，则污泥斗高度

污泥斗容积

②圆锥形池体部分容积。圆锥形池体高度

圆锥形池体部分容积

③污泥区的高度。竖直段污泥部分的高度

=（V泥区-V泥1-V泥2）/A=（750-5.36-176.45）/611.11=568.19/611.11=0.93（m）

污泥区的高度h4==1.30+0.675+0.93=2.91（m）

（6）沉淀池的总高度H　设超高h1=0.3m，缓冲层高度h3=0.5m，则H=h1+h2+h3+h4=0.3+3.5+0.5+2.91=7.21（m）。

（7）中心进水导流筒　设计最大回流比为200％，进水管流量为（1+Rmax）Q单=（1+2）×625=1875（m3/h）。

根据《给水工程》（第四版）表5-1，进水管流速v0采用0.9～1.4m/s。查水力计算表，进水管管径为DN800时，流速为1.04m/s。

中心进水导流筒设4个出水孔，出水孔宽0.5m，高1.8m，出水孔流速为（1+Rmax）Q单/（4×0.6×1.8）=1875/（4×0.5×1.8×3600）=1875/12960=0.14（m/s）。

（8）稳流筒　稳流筒用于稳定由中心筒流出的水流，防止对沉淀产生不利影响。稳流筒下缘淹没深度应为水深的30％～70％，本工程有效水深为3.5m，稳流筒下缘淹没深度取2.8m。中心导流筒上缘取水面下0.5m，出水孔上缘距导流筒上缘0.2m，其下缘距水面0.5+0.2+1.8=2.5（m）。则稳流筒下缘低于中心导流筒出水孔下缘0.3m。稳流筒内下降流速一般控制在0.02～0.03m/s之间，本工程取0.03m/s，稳流筒内水流面积f为（1+Rmax）Q单/0.03=1875/（0.03×3600）=17.36（m2）。稳流筒直径为=4.81（m），取5m。

（9）验算二沉池表面负荷　二沉池有效沉淀区面积为π（302-52）/4=π×（900-25）/4=686.88（m2），实际表面负荷为Qmax/（2×1559.93）=1833.33/（2×686.88）=1.33［m3/（m2·h）］，满足要求。

（10）验算二沉池固体负荷

4.B段沉淀池

采用辐流式二沉池，计算简图参见A段沉淀池示意图2-21。

（1）沉淀部分水面面积　B段二沉池设计同A段，查《排水规范》表3.1.1，线性内插法计算，Kz取1.47。

则Qmax=KzQ=1.47×（30000/24）=1.47×1250=1833.33（m3/h）

水力表面负荷取《排水规范》6.5.1下限，为0.6m3/（m2·h）。

则A=Qmax/q=1833.33/0.6=3055.05（m2）。

根据《数据手册》表4.2-4，B段污泥回流比为50％～100％，取100％。

沉淀池分为二座，每座面积A单=3055.05/2=1527.53（m2）。

（2）池子直径D

取45m，满足《排水规范》6.5.12辐流沉淀池水池直径不宜大于50m的要求。

（3）沉淀部分的有效水深　根据《数据手册》4.2-5，B段沉淀池的沉淀时间为2～4h。本工程设沉淀时间t=4h，则沉淀部分的有效水深h2=qt=0.6×4=2.4（m）。根据《数据手册》表4.2-17，取4m。

水池直径（或正方形的一边）与有效水深之比宜为45/3.6=11.25，满足《排水规范》6.5.12水池直径（或正方形的一边）与有效水深之比宜为6～12的要求。

（4）污泥区容积　B段污泥负荷低，系统中活性污泥的SVI值偏低。取SVI=80，r为考虑污泥在沉淀池中停留时间、池深、污泥厚度等因素的系数，取1.2。回流污泥浓度XR计算公式为

污泥区的容积按2h的贮泥量计，其污泥浓度按（X+Xr）/2计，有2（1+R）Q/24=V泥区（X+Xr）/2。

每座沉淀池所需污泥部分容积V泥区/2=928.57/2=464.29（m3）。

由于沉淀池直径较大，采用周边传动的刮泥机排泥。

（5）污泥区

①污泥斗容积。池底的径向坡度为0.05，污泥斗底部直径D2=1.5m，上部直径D1=3.0m，倾角为60°，则污泥斗高度

污泥斗容积

②圆锥形池体部分容积

圆锥形池体高度

圆锥形池体部分容积

③污泥区的高度。竖直段污泥部分的高度

=（V泥区-V泥1-V泥2）/A=（928.57-5.36-595.93）/1589.63=327.28/1589.63=0.21（m）

污泥区的高度h4==1.30+1.05+0.21=2.56（m）。

（6）沉淀池的总高度H　设超高h1=0.3m，缓冲层高度h3=0.5m，则H=h1+h2+h3+h4=0.3+4+0.5+2.56=7.36（m）。

（7）中心进水导流筒　设计最大回流比为200％，进水管流量为（1+Rmax）Q单=（1+2）×625=1875（m3/h）。

根据《给水工程》表5-1，进水管流速v0采用0.9～1.4m/s。查水力计算表，进水管管径为DN800时，流速为1.04m/s。

中心进水导流筒设4个出水孔，出水孔宽0.5m，高1.8m，出水孔流速为（1+Rmax）Q单/（4×0.6×1.8）=1875/（4×0.5×1.8×3600）=1875/12960=0.14（m/s）。

（8）稳流筒　稳流筒用于稳定由中心筒流出的水流，防止对沉淀产生不利影响。稳流筒下缘淹没深度应为水深的30％～70％，本工程有效水深为3.5m，稳流筒下缘淹没深度取2.8m。中心导流筒上缘取水面下0.5m，出水孔上缘距导流筒上缘0.2m，其下缘距水面0.5+0.2+1.8=2.5（m）。则稳流筒下缘低于中心导流筒出水孔下缘0.3m。稳流筒内下降流速一般控制在0.02～0.03m/s之间，本工程取0.03，稳流筒内水流面积f为（1+Rmax）Q单/0.03=1875/（0.03×3600）=17.36（m2）。稳流筒直径为=4.81（m），取5m。

（9）验算二沉池表面负荷　二沉池有效沉淀区面积为π（452-52）/4=π×（2025-25）/4=1570（m2），实际表面负荷为Qmax/（2×1570）=1833.33/（2×1570）=0.58［m3/（m2·h）］，满足要求。

（10）验算二沉池固体负荷

5.剩余污泥

（1）A段剩余污泥　由于A段以吸附作用为主，不宜用泥龄法计算。按污泥产率系数、衰减系数及不可生物降解和惰性悬浮物计算，A段SS去除率按60％考虑，本工程为100mg/L；

则ΔX=YQ（S0-Se）-KdVXv+fQ（SS0-SSe）

　　=0.5×30000×（0.2-0.1）-0.058×700×2.25+0.6×30000×（0.25-0.1）

　　=1500-91.35+2700=4108.65（kgSS/d）

每日排出的剩余污泥干重4108.65kgSS/d，根据《排水规范》7.2.1，污泥含水率按99.2％计，湿污泥流量为4108.65/（1-99.2％）/1000=513.58（m3/d）=21.40（m3/h）。在回流污泥管上接支管，将剩余污泥送到污泥处理系统。

（2）B段剩余污泥

ΔX=YQ（S0-Se）-KdVXv+fQ（SS0-SSe）

　　=0.4×30000×（0.1-0.00864）-0.058×3700×1.88+0.5×30000×（0.1-0.01）

　　=1096.32-403.448+1350=2048.87（kgSS/d）

每日排出的剩余污泥干重2048.87kgSS/d，根据《排水规范》7.2.1，污泥含水量按99.6％计，湿污泥流量为2048.87/（1-99.6％）/1000=510.72（m3/d）=21.28（m3/h）。在回流污泥管上接支管，将剩余污泥送到污泥处理系统。

6.污泥龄

A段以生物吸附为主，其容积按负荷法计算，不校核泥龄。

B段污泥龄为XvV/ΔX=1.88×3700/692.55=10.04（d），在《数据手册》4.2.2中B段10～25天的范围内。

7.确定曝气池及沉淀池尺寸、平面布置

A段曝气池容积700m3，分为2组，单组池容350m3。B段曝气池容积3700m3，分为2组，单组池容1850m3。

A段辐流式沉淀池，分为2组，单池直径30m。B段辐流式沉淀池，分为2组，单池直径45m。

A、B段曝气池有效水深取4m，廊道宽度4.5m。A段三廊道布置，每廊道长7.5m，总长22.5m。B段七廊道布置，每廊道长12m，总长60m。经比较，确定平面布置见图2-22。

8.需氧量计算

（1）A段设计需氧量　根据《排水规范》6.8.2，A段无硝化和反硝化作用，曝气池需氧量宜按下列公式计算：

O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv

式中　O2——曝气池需氧量，kgO2/d；

a——碳的氧当量，本工程含碳物质数量以BOD5计，取1.47；

c——常数，细菌细胞的氧当量，取1.42；

ΔXv——排出生物反应池系统的微生物量，kg/d。

ΔXv=0.75ΔX=0.75×4108.65=3081.49（kg/d）

则O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv

　　=0.001×1.47×30000×（200-100）-1.42×3081.49

　　=4410-4375.72

　　=34.28（kgO2/d）

　　=1.43（kgO2/h）

（2）B段设计需氧量　根据《排水规范》6.8.2

O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv+b［0.001Q（Nk-Nke）-0.12ΔXv］

　　=0.001×1.47×30000×（100-8.64）-1.42×1536.65+4.57×［0.001×30000×（40-10）-0.12×1536.65］

　　=4028.98-2182.04+4.57×［900-184.40］

　　=4028.98-2182.04+4.57×715.6

　　=4028.98-2182.04+3270.29

　　=5117.23（kgO2/d）=213.22（kgO2/h）

（3）用气量　A、B段设计需氧量总计34.28+5117.23=5151.51（kgO2/d）=214.65（kgO2/h）。

本工程A、B段曝气池均为传统推流式曝气池，选用鼓风曝气装置供氧。按《排水规范》6.8.4公式将标准状态下污水需氧量，换算为标准状态下的供气量。计算过程参见例题2-1。

夏季空气用量Gs（25）=Os（25）/（0.28EA）=338.20/（0.28×20％）=6039.29（m3/h）=100.65（m3/min）。

冬季空气用量Gs（10）=Os（10）/（0.28EA）=330.26/（0.28×20％）=5897.5（m3/h）=98.29（m3/min）。

（4）曝气系统设计计算

①曝气器。根据供货商提供数据，微孔曝气器标准供氧能力为0.14kgO2/（h·个），服务面积不大于0.75m2/个。则曝气器数量n=Os（25）/0.14=100.65/0.14≈718.96（个），取900个。

A、B段曝气池总面积7.5×4.5×6+7.5×4.5×14=675（m2）。每个曝气器服务面积f=675/900=0.75（m2），满足要求。

②A段曝气系统。根据《排水规范》6.8.14，输气管道中空气流速宜采用：干支管为10～15m/s；竖管、小支管为4～5m/s。

A段曝气管路布置见图2-23，A段总管空气流量100.65×［34.28/（34.28+5117.23）］=0.67（m3/min）。设二根，每根总管长9m，每根流量0.34m3/min=20.23m3/h。查《排水工程》（第四版）下册附录2，总管管径为DN50时，空气流速为4m/s。

两个廊道共用一根干管，每根干管长7.5m，共3根干管。每根干管流量0.67/3=0.22（m3/min）=13.4m3/h。查《排水工程》（第四版）下册附录2，干管管径为DN50时，空气流速为2m/s。

每根支管两边分别分出7根支管，每根支管长5m，共14根支管。每根支管流量0.67/（14×3）=0.016（m3/min）=0.96m3/h。查《排水工程》（第四版）下册附录2，流量按5m3/h估计，支管管径为DN50时，空气流速为1m/s。

③B段曝气系统。B段曝气管路布置与A段相似，由于B段供气量大，其曝气管管径较大，经校核其压力损失比A段小。故选A段为最不利计算管路，B段计算内容从略。

④鼓风机或空压机出口压力。本工程A段分别选用了总管DN50、干管DN50、支管DN50的管道，气温按30℃考虑，计算过程参见例题2-1。

管内空气压力为P管压=9.8（1.5+H）=9.8（1.5+H）=9.8×（1.5+3.7）=9.8×5.2=50.96（kPa）。

查《排水工程》下册附录3，总管DN50、干管DN50、支管DN50管道的摩擦损失分别为0.2×9.8=1.96kPa/1000m、0.1×9.8=0.98kPa/1000m和0.1×9.8=0.98kPa/1000m。

本工程按最不利管段计算，支管设DN50弯头2个，三通1个，球阀1个；干管设DN50弯头1个，球阀1个，三通1个；总管设DN50球阀1个。按《排水工程》下册公式4-102转换为管道的当量长度

L当=55.5KD1.2

式中　L当——管道配件的当量长度，m；

D——管径，m；

K——长度换算系数。

则支管设DN50弯头2个［2×55.5×0.4×0.051.2=1.22（m）］，三通1个［55.5×1.33×0.051.2=2.02（m）］，球阀1个［55.5×2×0.051.2=3.05（m）］。支管DN50管道配件的当量长度为1.22+2.02+3.05=6.29（m）。

干管设DN50弯头1个［55.5×0.4×0.051.2=0.61（m）］，三通1个［55.5×1.33×0.051.2=2.02（m）］，球阀1个［55.5×2×0.051.2=3.05（m）］。干管DN50管道配件的当量长度为0.61+2.02+3.05=5.68（m）。

总管DN50球阀1个［55.5×2×0.051.2=3.05（m）］。总管DN150管道配件的当量长度为3.05m。

折合当量长度后，支管DN50管道总长为5+6.29=11.29（m），沿程与局部压力损失之和h1+h2=11.29×0.98/1000=0.011（kPa）；干管DN50管道总长为12+5.68=17.68（m），沿程与局部压力损失之和h1+h2=17.68×0.98/1000=0.017（kPa）；总管DN50管道总长为9+3.05=12.05（m），沿程与局部压力损失之和h1+h2=12.05×1.96/1000=0.024（kPa）。

沿程与局部压力损失共计0.011+0.017+0.024=0.052（kPa）

h3为空气扩散装置安装深度（以装置出口处计），kPa，本工程为3.7m=36.28kPa；h4为空气扩散装置阻力，本工程所选微孔曝气阻力为4kPa；Δh为压力余量，kPa，一般Δh=3～5kPa，本工程取5kPa。

则P=h1+h2+h3+h4+Δh=0.052+36.28+4+5=45.33（kPa）

本工程所需空气量大、气压相对较小，选用鼓风机。

【例题2-4】经典SBR法硝化工艺的设计计算。

（一）已知条件

某乡镇住宅区污水处理站设计处理水量Q=500m3/d。采用SBB法工艺去除BOD5及NH3-N。曝气池设计进水水质CODCr=350mg/L，BOD5=200mg/L，Nk（凯氏氮）=40mg/L，TP=9mg/L，TSS=250mg/L，VSS/TSS=0.7，碱度SALK=280mg/L。平均水温夏季T=25℃，冬季T=10℃。处理出水供城市杂用，即设计出水水质为：BOD5≤10mg/L，NH3-N≤10mg/L，浊度≤5mg/L。计算SBR法处理系统构筑物。

（二）设计计算

1.计算水量

根据《排水规范》6.6.34，SBR反应池按平均日污水量设计，即Q=500m3/d=5.79L/s。反应池前、后的水泵、管道等输水设施应按最高日最高时污水量设计，查《排水规范》表3.1.3，按内插法计算，Kz=2.30，则Qmax=KzQ=2.30×500m3/d=1150m3/d=47.92m3/h=13.31L/s。

2.运行周期及反应器个数

SBR工艺是按周期运行的，每个周期包括进水、反应（厌氧、缺氧、好氧）、沉淀、排水和闲置五个工序，前四个工序是必需工序。

进水时间指开始向反应池进水至进水完成的一段时间。在此期间可根据具体情况进行曝气（好氧反应）、搅拌（厌氧、缺氧反应）、沉淀、排水或闲置。若一个处理系统有n个反应池，连续地将污水流入各个池内，依次对各池污水进行处理，假设在进水工序不进行沉淀和排水，一个周期的时间为t，则进水时间应为t/n。

本工程取反应器个数n=8，周期时间T=6h，周期数K=4，每个反应器每周期处理水量

Q单=Q/（nk）=500/（8×4）=15.63（m3）

3.每个运行周期时间

（1）进水时间Tf　根据《排水规范》6.6.38，进水时间为Tf=24/（nk）=24/（8×4）=0.75（h）。

（2）反应时间tr

tr=24S0m/（1000LsX）

式中　S0——进水BOD5浓度，mg/L，本工程为200mg/L；

m——充水比，仅需除磷时宜为0.25～0.5，需脱氮时宜为0.15～0.3，本工程取0.25；

Ls——生物反应池五日生化需氧量污泥负荷，kgBOD5/（kgMLSS·d），根据《排水规范》6.6.37中表6.6.18的规定取值，本工程取0.1kgBOD5/（kgMLSS·d）；

X——生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度，gMLSS/L，按《排水规范》表6.6.18的规定，本工程取4gMLSS/L。

则反应时间为tr=24S0m/（1000LsX）=24×200×0.25/（1000×0.1×4）=3（h）。

（3）沉淀时间ts根据《排水规范》6.6.38，沉淀时间ts取1h。

（4）排水时间td根据《排水规范》6.6.38，排水所用时间td由滗水器的能力决定，可通过增加滗水器台数或加大溢流负荷来缩短。但是，缩短了排水时间将增加后续处理构筑物（如消毒池等）的容积和增大排水管管径。综合两者关系，排水时间宜为1.0～1.5h。本工程取1h。

（5）闲置时间ti

t=tf+tr+tS+td+ti

式中　ti——闲置时间，h。

则ti=t-（tf+tr+tS+td）=6-（0.75+3+1+1）=6-5.95=0.25（h）。

4.反应池容积V

V单=（24Q单S0）/（1000XLstR）=（24×15.63×200）/（1000×3×0.1×3）=83.36（m3）

每个反应池尺寸长×宽×高为5.4m×4.5m×4.5m（包括超高0.5m）。

SBR池的布置见图2-24。

排水高度为1m，每池有效容积5.4×4.5×4.0=97.2（m3），每次排水量5.4×4.5×1=24.3（m3）>15.63m3。

污泥负荷Ls=4Q单S0/（XV）=4×15.63×200/（1000×4×97.2）=0.032［kgBOD5/（kgMLSS·d）］<0.1［kgBOD5/（kgMLSS·d）］。

5.剩余污泥产量

按污泥产率系数、衰减系数及不可生物降解和惰性悬浮物计算。

ΔX=YQ（S0-Se）-KdVXv+fQ（SS0-SSe）

Se=SBOD-7.1bXaSSe

KdT=Kd20（θ）T-20

式中　ΔX——剩余污泥量，kgSS/d；

Y——污泥产率系数，kgVSS/kgBOD5，据《排水规范》式6.6.11，为0.4～0.8，本工程取0.6；

Se——生物反应池出水五日生化需氧量，mg/L，本工程按出水所含溶解性BOD5浓度计算；

b——微生物自身氧化率，d-1，取值范围为0.05～0.1d-1，取0.06d-1；

SSe——活性污泥处理系统的处理水中的悬浮固体浓度，mg/L，根据《排放标准》，要求一级A出水SS≤10mg/L，取10mg/L；

SS0——系统进水SS，mg/L，本工程为250mg/L；

SSe——系统出水SS，mg/L，取10mg/L。

Kd——T℃时的衰减系数，d-1；

KdT——污泥自身氧化系数，d-1；

Kd20——20℃时污泥自身氧化系数，数值为0.04～0.075，本工程取0.05d-1；

θT——温度系数，采用1.02～1.06，本工程取1.03；

T——设计温度，℃，夏季温度为25℃；

Xv——生物反应池内混合液挥发性悬浮固体平均浓度，gMLVSS/L；

f——SS的污泥转换率，宜根据试验资料确定，无试验资料时可取0.5～0.7gMLSS/gSS。SBR污泥转换率高，本工程取0.7gMLSS/gSS。

Kd10=0.05×（1.03）25-20=0.058

Xv=0.75X=0.75×4=3（gMLVSS/L）

则Se=SBOD-7.1bXaSSe=10-7.1×0.06×0.3×10=10-1.278=8.72（mg/L）。

则ΔX=YQ（S0-Se）-KdVXv+fQ（SS0-SSe）

　　=0.6×500×（0.20-0.00872）-0.058×97.2×8×3+0.7×500×（0.25-0.01）

　　=57.38-135.3+84=6.08（kgSS/d）

每日排出的剩余污泥干重6.08kgSS/d，根据《排水规范》7.2.1污泥含水量按99.6％计，湿污泥流量为5.7/（1-99.6％）/1000=6.08/0.004/1000=1.52（m3/d）=0.063（m3/h）。在回流污泥管上接支管，将剩余污泥送到污泥处理系统。

6.设计需氧量

根据《排水规范》6.8.2，曝气池需氧量，由去除的五日生化需氧量、氨氮的硝化等要求确定，计算过程参见例题2-1。

O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv+b［0.001Q（Nk-Nke）-0.12ΔXv］

　=0.001×1.47×500×（200-8.72）-1.42×4.56+4.57×［0.001×500×（40-10）-0.12×4.56］=140.59-6.48+4.57×［15-0.55］

　=140.59-6.48+4.57×14.45=140.59-6.48+66.03

　=200.14（kgO2/d）=8.34（kgO2/h）

7.用气量

计算过程参见例题2-1。

夏季空气用量　Gs（25）=Os（25）/（0.28EA）=13.14/（0.28×20％）=234.64（m3/h）=3.91（m3/min）。

冬季空气用量　Gs（10）=Os（10）/（0.28EA）=12.83/（0.28×20％）=229.12（m3/h）=3.82（m3/min）。

8.曝气系统

（1）曝气器　根据供货商提供的数据，微孔曝气器标准供氧能力为0.14kgO2/（h·个），服务面积不大于0.75m2/个。则曝气器数量n=Os（25）/0.14=13.14/0.14≈93.86（个），取100个。

曝气池总面积5.4×4.5×8=194.4（m2）。每个曝气器服务面积f=194.4/100=1.94（m2）>0.75m2，取曝气头个数288个，每池36个，每个曝气器服务面积f=194.4/288=0.68（m2）<0.75（m2），满足要求。每个曝气头供气量3.91/288=0.014（m3/min）。

（2）供气管道沿程阻力损失h1、局部阻力损失h2　计算过程参见例题2-1。曝气管路布置见图2-25，两池共用一根干管，共四根干管。本工程处理水量较小，总管设一根。

气温按30℃考虑，管内空气压力为：

P管压=9.8（1.5+H空扩）

式中　P管压——空气压力，kPa；

H空扩——空气扩散装置距水面的深度，m，本工程为3.7m。

则P管压=9.8（1.5+H）=9.8（1.5+H）=9.8×（1.5+3.7）=9.8×5.2=50.96（kPa）

ABCD段支管接6个曝气头，供气量为0.014×6=0.081（m3/min）=4.86（m3/h）。查《排水工程》下册附录2，管径为DN50时，空气流速为0.8m/s。查附录3，其压力损失忽略不计。

DE段共接12根分支管，总流量0.081×12=0.97（m3/min）=58.32（m3/h）。该段管路较短，采用同一管径。管径为DN100时，空气流速为3m/s。查附录3，摩擦损失为0.1×9.8=0.98kPa/1000m。该段4个四通无气流转弯，局部阻力损失忽略，一个三通转弯，一个球阀，当量长度为55.5×（0.33+2）×0.11.2=8.16（m），本段长6m，压力损失为0.98×（6+8.16）/1000=0.014（kPa）。

EF段共接2根支管，总流量0.97×2=1.94（m3/min）=116.64（m3/h）。管径为DN100时，空气流速为5m/s。查《排水工程》下册附录3，摩擦损失为0.2×9.8=1.96kPa/1000m。该段有1个四通无气流转弯，局部阻力损失忽略。本段长9m，压力损失为1.96×9/1000=0.018（kPa）。

FI段共接4根支管，总流量0.97×4=3.88（m3/min）=233.28（m3/h）。管径为DN100时，空气流速为8m/s。查附录3，摩擦损失为0.8×9.8=7.84kPa/1000m。该段有2个90°弯头，一个球阀，当量长度为55.5×（0.5×2+2）×0.11.2=10.51（m），本段长23.5m，压力损失为7.84×（23.5+10.51）/1000=0.267（kPa）。

则供气管道沿程、局部阻力损失之和h1+h2=0.014+0.018+0.267=0.299（kPa）。

曝气系统见图2-25。

（3）空气扩散装置安装深度h3。h3=3.7mH2O柱=36.28kPa。

（4）空气扩散装置阻力h4。本工程所选微孔曝气阻力为4kPa。

（5）压力余量Δh。一般Δh=3～5kPa，本工程取5kPa。

（6）鼓风机或空压机出口压力P

P=h1+h2+h3+h4+Δh

则P=h1+h2+h3+h4+Δh=0.299+36.28+4+5=45.58（kPa）

本工程所需空气量大、气压相对较小，选用鼓风机。

【例题2-5】MBR法硝化工艺的设计计算。

（一）已知条件

某乡镇住宅区污水站设计处理水量Q=500m3/d。采用MBR法工艺去除BOD5及NH3-N，同时辅以化学法除磷及浊度。曝气池设计进水水质CODCr=350mg/L，BOD5=200mg/L，Nk（凯氏氮）=40mg/L，TP=9mg/L，TSS=250mg/L，VSS/TSS=0.7，碱度SALK=280mg/L。平均水温夏季T=25℃，冬季T=10℃。处理出水供城市杂用，即设计出水水质为：BOD5≤10mg/L，NH3-N≤10mg/L，浊度≤5mg/L。计算MBR法处理系统构筑物。

（二）设计计算

《排水规范》没有MBR系统的专用设计参数，本工程根据《膜生物法污水处理工程技术规范》（HJ 2010—2011）及《膜生物反应器法污水处理工程技术规范》（征求意见稿）设计。

1.MBR池体积

据《膜生物法污水处理工程技术规范》（HJ 2010—2011）6.3.3，本工程涉及硝化，反应池有效容积按《排水规范》第6.6.17～6.6.20条的有关规定设计。

Se=SBOD-7.1bXaSSe

式中　V——曝气池有效容积，m3；

Q——曝气池设计流量，m3/d，取500m3/d；

S0——进水BOD5浓度，mg/L，取200mg/L；

Se——生物反应池出水五日生化需氧量，mg/L，本工程按出水所含溶解性BOD5浓度计算；

b——微生物自身氧化率，d-1，取值范围为0.05～0.1，取0.06d-1；

SSe——活性污泥处理系统的处理水中的悬浮固体浓度，mg/L，根据《排放标准》，要求一级A出水SS≤10mg/L，取10mg/L；

则Se=SBOD-7.1bXaSSe=10-7.1×0.06×0.3×10=10-1.278=8.72（mg/L）

Yt——污泥总产率系数，kgMLSS/kgBOD5，0.3～0.6，本工程有硝化反应，取0.3；

θco——设计污泥泥龄，d；

F——安全系数，城市污水可生化性好，为1.5～3.0，本工程取2.0；

μ——硝化菌比生长速率，d-1；

Na——生物反应池中氨氮浓度，mg/L，本工程取40mg/L；

Kn——硝化作用中氮的半速率常数，mg/L，Kn的典型值为1.0mg/L，本工程取1.0mg/L；

0.47——15℃时，硝化菌最大比生长速率，d-1；

T——设计温度，℃，取最不利温度10℃；

X——生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度，gMLSS/L，根据《膜生物法污水处理工程技术规范》（HJ 2010—2011）表2，取8gMLSS/L。

根据《排水规范》表6.6.18，θco值应介于11～23之间，取15d；

由于体积小，只设一组，为方便施工，反应池容积适当扩大。平面尺寸3m×4.5m，有效水深取4.5m，总有效容积60.75m3，反应池水力停留时间

HRT=V/Q=60.75/500=0.12（d）=2.9h

根据膜厂家技术手册，每个膜片的设计通量为1.5m3/d，每个膜片宽度0.60m，共需设计选用500/1.5=333.33个膜片，取350个。每组5片，共70组。按池宽方向双排排列，每排35组。每相邻的2组膜片的中心距离为80mm，放置膜片的区间占廊道长度0.08×35=2.8（m），取3m。膜组件总占地面积为1.5×3=4.5（m2）。

MBR池体布置见图2-26，设二廊道，推流式曝气池，膜组件设在反应池末端。末端设混合液回流口，设水力推流器回流混合液。回流口设闸板，根据进水口混合液浓度调节闸板开启度控制回流量。

2.碱度校核

计算过程参见例题2-1。

ALKe=ALK0-7.14（TN0-NHe-Nw）+0.1（S0-Se）

　　=280-7.14×（40-10-5.32）+0.1×（200-8.72）=280-7.14×24.68+0.1×191.28

　　=280-176.21+19.13=122.92（mg/L）

剩余碱度大于100mg/L（以CaCO3计），可维持原污水的pH值。

3.污泥回流比

本工程不需反硝化脱氮，不需要硝化液回流。但MBR的混合液是沿池长方向流动的，在池内存在污泥浓度梯度，这样势必会导致膜池末端的污泥浓度高于前端。因此，需要回流，避免前端膜通量明显高于后端的情况。根据《膜生物法污水处理工程技术规范》（HJ 2010—2011）6.3.3.6，污泥回流比为100％～500％，本工程设计回流比取200％。

4.剩余污泥量

（1）按污泥产率系数、衰减系数及不可生物降解和惰性悬浮物计算。

计算过程参见例题2-1。

ΔX=YQ（S0-Se）-KdVXv+fQ（SS0-SSe）

　　=0.3×500×（0.2-0.00872）-0.0307×60.75×6+0.6×500×（0.25-0.01）

　　=150×0.19128-0.0307×60.75×6+0.6×500×0.24

　　=28.69-11.19+72=89.5（kgSS/d）

（2）按污泥泥龄计算

计算过程参见例题2-1，。

本工程取89.5kgSS/d。

5.曝气设备

（1）设计需氧量　计算过程参见例题2-1，ΔXv=0.75ΔX=0.75×89.5=67.13（kg/d）。

O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv+b［0.001Q（Nk-Nke）-0.12ΔXv］

　=0.001×1.47×500×（200-8.72）-1.42×67.13+4.57×［0.001×500×（40-10）-0.12×67.13］

　=140.59-95.32+31.74=77.01（kgO2/d）=3.21kgO2/h

（2）用气量　计算过程参见例题2-1。

夏季空气用量Gs（25）=Os（25）/（0.28EA）=5.06/（0.28×20％）=90.36（m3/h）

　　　　　　　　　　=1.51（m3/min）

冬季空气用量Gs（10）=Os（10）/（0.28EA）=4.95/（0.28×20％）=88.39（m3/h）

　　　　　　　　　　=1.47（m3/min）

根据所选膜厂家的技术手册，MBR膜系统用气量折算成气水比（膜生物反应池中清洗膜用的空气量和生化所需空气量与膜过滤产水的比）为20:1～30:1。按气水比20:1计，总用气量为500×20=10000（m3/d）=416.7（m3/h）=6.94（m3/min）。则用于清洗膜的空气量为6.94-1.47=5.47（m3/min）。

（3）曝气器　膜片底部需设置曝气系统，主要功能是提供溶解氧及通过气体对膜丝进行擦洗。一般采用微孔曝气器或穿孔曝气器，本工程采用前者。曝气头在膜组件下布置，曝气头的中心距离池宽方向为200mm，两边距池壁共0.3m，池宽方向布置6排，池长方向间距0.25m，池长方向布置12排，共计12×6=72（个）。每个曝气头供气量5.47/72=0.076（m3/min）=4.56（m3/h），小于厂家6m3/h的要求。

曝气池其余部分曝气头布置间距池宽方向0.4m，布置3排，池长方向0.45m，两廊道共12排，共计3×12=36（个），每个曝气头供气量1.47/36=0.041（m3/min）=2.45（m3/h），小于厂家6m3/h的要求。

（4）空气管道

①空气管道布置见图2-27。

②供气管道沿程阻力损失h1、局部阻力损失h2。

计算过程参见例题2-1。本工程处理水量较小，总管设一根。经比较，ABCDEFG管段为最不利管段。

P管压=9.8（1.5+H）=9.8（1.5+H）=9.8×（1.5+3.7）=9.8×5.2=50.96（kPa）

AB段接12个曝气头，供气量为0.076×12=0.912（m3/min）=54.72（m3/h）。查《排水工程》下册附录2，管径为DN100时，空气流速为3m/s。查附录3，摩擦损失为0.1×9.8=0.98kPa/1000m。该段一个弯头，六个三通无气流转弯，一个渐扩，五个直流等径，一个三通转弯，当量长度为55.5×（0.5+1.98+0.2+3.63+1.33）×0.11.2=19.82（m），本段长2.7m，压力损失为0.98×（2.7+19.82）/1000=0.022（kPa）。

BCD段共接72个曝气头，供气量为0.076×72=5.47（m3/min）=328.32（m3/h）。查《排水工程》下册附录2，管径为DN150时，空气流速为7m/s。查附录3，摩擦损失为0.15×9.8=1.47kPa/1000m。该段一个弯头，一个球阀，一个三通转弯，当量长度为55.5×（2+0.5+1.33）×0.151.2=21.82（m），本段长5m，压力损失为0.98×（5+21.82）/1000=0.026（kPa）。

DE段新增27个供氧曝气头，新增气量0.041×27=1.11（m3/min）=66.42（m3/h），总流量1.11+5.47=6.58（m3/min）=394.8（m3/h）。管径为DN150时，空气流速为8m/s。查附录3，摩擦损失为0.4×9.8=3.92kPa/1000m。该段一个三通无气流转弯，当量长度为55.5×0.33×0.151.2=1.88（m），本段长0.5m，压力损失为1.96×（0.5+1.88）/1000=0.002（kPa）。

EFGH段为总流量，6.94m3/min=416.7m3/h。管径为DN150时，空气流速为8m/s。查附录3，摩擦损失为0.4×9.8=3.92kPa/1000m。该段二个三通气流转弯，一个球阀，当量长度为55.5×（1.33+1）×0.151.2=13.27（m），本段长14.5m，压力损失为1.96×（14.5+13.27）/1000=0.054（kPa）。

则供气管道沿程、局部阻力损失之和h1+h2=0.022+0.026+0.002+0.054=0.104（kPa）。

③空气扩散装置安装深度h3。h3=3.7mH2O柱=36.28kPa。

④空气扩散装置阻力h4。本工程所选微孔曝气阻力为4kPa。

⑤压力余量Δh。一般Δh=3～5kPa，本工程取5kPa。

⑥鼓风机或空压机出口压力P

P=h1+h2+h3+h4+Δh

则P=h1+h2+h3+h4+Δh=0.104+36.28+4+5=45.38（kPa）

本工程所需空气量大、气压相对较小，选用鼓风机。

【例题2-6】A2O工艺的设计计算。

（一）已知条件

某镇污水处理厂设计处理水量Q=5000m3/d。生物反应池设计进水水质CODCr=350mg/L，BOD5=280mg/L，Nk（凯氏氮）=40mg/L，TP=9mg/L，总SS=160mg/L，碱度SALK=280mg/L。平均水温夏季T=25℃，冬季T=10℃。处理出水要求达到一级A标准后回用，设计出水水质为：BOD5≤10mg/L，TN≤15mg/L，NH3-N≤5mg/L，TP≤0.5mg/L，悬浮物≤10mg/L。计算生物反应池体积。

（二）设计计算

根据《排水规范》6.6.20当采用A2O工艺时，生物反应池的容积，宜按第6.6.11条、第6.6.18条和第6.6.19条的规定计算。无试验资料时，设计参数可采用经验数据或按表6.6.20的规定取值。

1.好氧区容积

计算过程参见例题2-1。

2.缺氧区容积

ΔXv=yYtQ（S0-Se）/1000

Kde（T）=Kde（20）×1.08（T-20）

式中　Vn——缺氧区容积，m3；

Q——缺氧区设计流量，m3/d，取5000m3/d；

Nk——生物反应池进水总凯氏氮浓度，mg/L，本工程为40mg/L；

Nte——生物反应池出水总氮浓度，mg/L，取15mg/L；

ΔXv——排出生物反应池系统的微生物量，kgMLVSS/d；

Yt——污泥总产率系数，kgMLSS/kgBOD5，宜根据试验资料确定。无试验资料时，系统有初次沉淀池时取0.3，无初次沉淀池时取0.6～1.0，本工程拟设初沉池，取0.3；

y——MLSS中MLVSS所占比例，本工程取0.75；

则ΔXv=yYtQ（S0-Se）/1000=0.75×0.3×5000×（280-8.64）/1000=305.28（kg/d）

Kde——脱氮速率，kgNO3-N/（kgMLSS·d），宜根据试验资料确定，无试验资料时，20℃的Kde值可采用0.03～0.06kgNO3-N/（kgMLSS·d），按规范公式6.6.18-2进行温度修正，Kde（T）、Kde（20）分别为T℃和20℃时的脱氮速率，本工程Kde（20）取0.06kgNO3-N/（kgMLSS·d）；

T——设计温度，℃，取最不利温度10℃；

则Kde（10）=Kde（20）×1.08（T-20）=0.06×1.08（10-20）=0.0278［kgNO3-N/（kgMLSS·d）］

3.厌氧区容积

根据《排水规范》6.6.19，厌氧池的容积为：

式中　Vp——厌氧池的容积，m3；

Q——厌氧池设计流量，m3/d，取5000m3/d；

tp——厌氧池的水力停留时间，h，宜为1～2h，本工程取2h。

4.碱度校核

计算过程参见例题2-1。

ALKe=ALK0-7.14（TN0-NHe-Nw）+3.57（TN0-TNe-Nw）+0.1（S0-Se）

　　=280-7.14×（40-10-4.76）+3.57（40-10-4.76）+0.1×（180-8.72）

　　=280-7.14×25.24+0.1×171.28=280-180.21+90.11+17.13=207.03（mg/L）

剩余碱度大于100mg/L（以CaCO3计），可维持原污水的pH值。

5.污泥回流比

计算过程参见例题2-1。污泥回流比R=×100％=×100％=26％。

污泥回流量RQ=26％×5000=1300（m3/d）

6.混合液回流量

根据《排水规范》6.6.17，混合液回流量：

QRi=1000VnKdeX/（Nt-Nke）-QR

式中　QRi——混合液回流量，m3/d；

Nt——生物反应池进水总氮浓度，mg/L，本工程按凯氏氮计，为40mg/L；

Nke——生物反应池出水总凯氏氮浓度，mg/L，本工程按凯氏氮计，为5mg/L；

QR——回流污泥量，m3/d。

则QRi=1000VnKdeX/（Nt-Nke）-QR=1000×1465.70×0.0278×2.5/（40-5）-1300

　　=2910.46-1300=1910.46（m3/d）

7.剩余污泥量

计算过程参见例题2-1。

ΔX=YQ（S0-Se）-KdVXv+fQ（SS0-SSe）

　　=0.3×5000×（0.180-0.00864）-0.0307×1130.98×1.875+0.6×5000×（0.16-0.01）

　　=1500×0.171368-0.0307×1130.98×1.875+0.6×5000×0.15

　　=257.04-65.10+450=641.94（kgSS/d）

8.设计供气量

（1）设计需氧量　根据《排水规范》6.8.2，曝气池需氧量，根据去除的五日生化需氧量、氨氮的硝化等要求确定，宜按下列公式计算：

O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv+b［0.001Q（Nk-Nke）-0.12ΔXv］-0.62b［0.001Q（Nt-Nke-Nne）-0.12ΔXv］

式中　O2——生物反应池需氧量，kgO2/d；

a——碳的氧当量，本工程含碳物质数量以BOD5计，取1.47；

c——常数，细菌细胞的氧当量，取1.42；

b——常数，氧化每公斤氨氮所需氧量，kgO2/kgN，取4.57kgO2/kgN；

Nk——生物反应池进水总凯氏氮浓度，mg/L，本工程为40mg/L；

Nke——生物反应池出水总凯氏氮浓度，mg/L，本工程为5mg/L；

Nt——生物反应池进水总氮浓度，mg/L，本工程按总凯氏氮计为40mg/L；

Nne——曝气池出水硝态氮浓度，mg/L，本工程按出水总氮与氨氮的差计，为10mg/L；

ΔXv——排出生物反应池系统的微生物量，kg/d。

ΔXv=0.75ΔX=0.75×641.85=481.39（kg/d）

则O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv+b［0.001Q（Nk-Nke）-0.12ΔXv］-0.62b［0.001Q（Nt-Nke-Nne）-0.12ΔXv］

　　=0.001×1.47×5000×（180-8.72）-1.42×481.39+4.57×［0.001×5000×（40-10）-0.12×481.39］-0.62×4.57×［0.001×5000×（40-5-10）-0.12×481.39］

　　=1259.50-683.57+650.00-261.33=964.60（kgO2/d）=40.19（kgO2/h）

（2）用气量　计算过程参见例题2-1。

按夏季最不利条件设计供氧量。

9.曝气池水力停留时间

HRT=24（Vo+Vn+Vp）/Q=24×（1159.20+1271.84+416.67）/5000=13.67（h），满足《排水规范》表6.6.20中水力停留时间HRT值应介于7～14h的要求。其中厌氧池2h，缺氧池5.56h，好氧池6.10h。

【例题2-7】氧化沟工艺脱氮除磷工艺的设计计算。

（一）已知条件

某镇污水处理厂设计处理水量Q=50000m3/d。生物反应池设计进水水质为：CODCr=350mg/L，BOD5=280mg/L，Nk（凯氏氮）=40mg/L，TP=9mg/L，总SS=160mg/L，碱度SALK=280mg/L。平均水温夏季T=25℃，冬季T=10℃。处理出水要求达到一级A标准后回用，即BOD5≤10mg/L，TN≤15mg/L，NH3-N≤5mg/L，TP≤0.5mg/L，悬浮物≤10mg/L，采用氧化沟工艺，计算生物反应池的体积。

（二）设计计算

根据《排水规范》6.6.26，当采用氧化沟进行脱氮除磷时，宜符合第6.6.17～6.6.20条的有关规定。

1.好氧区容积

计算过程参见例题2-1。

2.碱度校核

计算过程参见例题2-1。

ALKe=ALK0-7.14（TN0-NHe-Nw）+3.57（TN0-TNe-Nw）+0.1（S0-Se）

　　=280-7.14×（40-5-7.55）+3.57×（40-15-7.55）+0.1×（280-8.64）

　　=280-7.14×27.45+3.57×17.45+0.1×271.36=173.43（mg/L）

剩余碱度大于100mg/L（以CaCO3计），可维持原污水的pH值。

3.污泥回流比

计算过程参见例题2-1，R=×100％=×100％=26％。

根据《排水规范》表6.6.25，回流比应为75％～150％，取100％。

4.剩余污泥量

计算过程参见例题2-1。

ΔX=YQ（S0-Se）-KdVXv+fQ（SS0-SSe）

　　=0.3×50000×（0.2-0.00864）-0.064×28477.07×1.875+0.6×50000×（0.25-0.01）

　　=4070.4-3407.32+7200=7863.08（kgSS/d）

5.供气量

（1）需氧量　计算过程参见例题2-6。

ΔXv=0.75ΔX=0.75×7863.08=5897.31（kg/d）。

O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv+b［0.001Q（Nk-Nke）-0.12ΔXv］-0.62b［0.001Q（Nt-Nke-Nne）-0.12ΔXv］

　=0.001×1.47×50000×（280-8.64）-1.42×5897.31+4.57×［0.001×50000×（40-5）-0.12×5897.31］-0.62×4.57×［0.001×50000×（40-5-10）-0.12×5897.31］

　=19944.96-8374.18+4763.42-3541.75

　=12792.45（kgO2/d）=533.02（kgO2/h）

（2）用气量　计算过程参见例题2-2。

按夏季最不利条件设计供氧量。

【例题2-8】SBR工艺脱氮除磷工艺的设计计算。

（一）已知条件

某镇污水处理厂设计处理水量Q=20000m3/d。生物反应池设计进水水质为：CODCr=350mg/L，BOD5=280mg/L，Nk（凯氏氮）=40mg/L，TP=9mg/L，总SS=160mg/L，碱度SALK=280mg/L。平均水温夏季T=25℃，冬季T=10℃。处理出水要求达到一级A标准后回用，即BOD5≤10mg/L，TN≤15mg/L，NH3-N≤5mg/L，TP≤0.5mg/L，悬浮物≤10mg/L，VSS/TSS=0.75。采用SBR工艺，计算生物反应池体积。

（二）设计计算

根据《序批式活性污泥法污水处理工程技术规范》（HJ 577—2010）设计计算，本题中条目、公式、表格等序号未特别说明者均为该规范的序号。

1.反应时间

计算过程参见例题2-4，好氧反应时间。

tR=24S0m/（1000LsX）=24×280×0.25/（1000×0.1×3）=7.84（h），取8h。

根据表6，好氧水力停留时间占反应时间的比例为75％～80％，按80％计，则总反应时间为8/（1-80％）=10（h）；厌氧水力停留时间占总反应时间的5％～10％，本工程取10％，为1h；缺氧水力停留时间占总反应时间的10％～15％，本工程取10％，为1h。

根据6.3.2.2，沉淀时间ts取1h；排水时间tD宜为1.0～1.5h，本工程取1h。

反应池分8格，每格运行2个周期，每周期运行时间为12h。根据6.3.2.2，则每格每周期进水时间为12/8=1.5（h）。

2.反应池有效容积

根据6.3.2，SBR反应池容积为：

V=（24Q'S0）/（1000XLstR）=（24×1250×280）/（1000×3×0.1×8）=3500（m3），取3000m3。

3.总水力停留时间

24×3000×8/20000=28.8（h），满足表6中20～30h的要求。

4.碱度校核

计算过程参见例题2-1。

ALKe=ALK0-7.14（TN0-NHe-Nw）+3.57（TN0-TNe-Nw）+0.1（S0-Se）

　　=280-7.14×（40-5-7.55）+3.57×（40-15-7.55）+0.1×（280-8.64）

　　=280-7.14×27.45+3.57×17.45+0.1×271.36=173.43（mg/L）

剩余碱度大于100mg/L（以CaCO3计），可维持原污水的pH值。

5.剩余污泥量

计算过程参见例题2-1。

ΔX=YQ（S0-Se）-KdVXv+fQ（SS0-SSe）

　　=0.3×20000×（0.28-0.00864）-0.0307×3500×8×2.25+0.6×50000×（0.25-0.01）

　　=1628.16-1934.1+2880=2574.06（kgSS/d）

6.供气量

（1）需氧量　计算过程参见例题2-1。

O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv+b［0.001Q（Nk-Nke）-0.12ΔXv］-0.62b［0.001Q（Nt-Nke-Nne）-0.12ΔXv］

　=0.001×1.47×20000×（280-8.64）-1.42×2574.06+4.57×［0.001×20000×（40-5）-0.12×2574.06］-0.62×4.57×［0.001×20000×（40-5-10）-0.12×2574.06］

　=7977.98-2741.37+2140.29-1416.7

　=5960.20（kgO2/d）=248.34（kgO2/h）

（2）用气量　计算过程参见例题2-1。

按夏季最不利条件设计供氧量。

【例题2-9】MBR法脱氮除磷工艺的设计计算。

（一）已知条件

某镇污水处理厂设计处理水量Q=500m3/d。生物反应池设计进水水质CODCr=350mg/L，BOD5=280mg/L，Nk（凯氏氮）=40mg/L，TP=9mg/L，总SS=160mg/L，碱度SALK=280mg/L。夏季平均水温T=25℃，冬季平均水温T=10℃。处理出水要求达到一级A标准后回用，即BOD5≤10mg/L，TN≤15mg/L，NH3-N≤5mg/L，TP≤0.5mg/L，悬浮物≤10mg/L，VSS/TSS=0.75。采用MBR工艺，计算生物反应池体积。

（二）设计计算

本工程根据《膜生物法污水处理工程技术规范》（HJ 2010—2011）及《膜生物反应器法污水处理工程技术规范》（征求意见稿）设计。

1.MBR池体积

根据《膜生物法污水处理工程技术规范》（HJ 2010—2011）6.3.3，本工程涉及硝化，反应池有效容积按《排水规范》第6.6.17～6.6.20条的有关规定设计。

（1）计算过程参见例题2-5。

（2）计算过程参见例题2-6。

（3）计算过程参见例题2-1。

根据膜厂家技术手册，每个膜片的设计通量为1.5m3/d，每个膜片宽度0.60m，共需设计选用500/1.5=333.33个膜片，取350个。每组5片，共70组。

生物反应池总体积V0+Vn+Vp=76.32+39.75+41.67=157.73（m3）

2.碱度校核

计算过程参见例题2-1。

ALKe=ALK0-7.14（TN0-NHe-Nw）+0.1（S0-Se）

　　=280-7.14×（40-10-5.32）+0.1×（200-8.72）=280-7.14×27.45+0.1×17.45

　　=173.43（mg/L）

剩余碱度大于100mg/L（以CaCO3计），可维持原污水的pH值。

3.剩余污泥量

计算过程参见例题2-1。

ΔX=YQ（S0-Se）-KdVXv+fQ（SS0-SSe）

　　=0.3×500×（0.2-0.00872）-0.0307×157.73×500×（0.25-0.01）+0.6×500×（0.16-0.01）

　　=40.70-29.05+45=56.65（kgSS/d）

4.污泥回流

根据《膜生物法污水处理工程技术规范》（HJ 2010—2011）6.3.3.6，污泥回流比取100％。

QR=Q100％=500×100％=500（m3/d）

5.混合液回流

QRi=1000VnKdeX/（Nt-Nke）-QR

式中　QRi——混合液回流量，m3/d；

QR——回流污泥量，m3/d；

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。

则QRi=1000×39.75×0.0278×8/（40-5）-500=-247.42（m3/d）≤0，说明污泥回流液中的硝酸盐反硝化脱氮可以保证达标了，不需要混合液回流。

6.供气量

（1）需氧量　计算过程参见例题2-6。

O2=0.001aQ（S0-Se）-cΔXv+b［0.001Q（Nk-Nke）-0.12ΔXv］-0.62b［0.001Q（Nt-Nke-Nne）-0.12ΔXv］

　=0.001×1.47×500×（280-8.64）-1.42×42.49+4.57×［0.001×500×（40-10）-0.12×42.49］

　=199.45-60.33+56.67=160.37（kgO2/d）=6.68（kgO2/h）

（2）用气量　计算过程参见例题2-1。

则夏季空气用量Gs（25）=Os（25）/（0.28EA）=11.50/（0.28×20％）=205.44（m3/h）

　　　　　　　　　　=3.42（m3/min）

冬季空气用量Gs（10）=Os（10）/（0.28EA）=11.14/（0.28×20％）=198.90（m3/h）

　　　　　　　　　　=3.14（m3/min）

根据所选膜厂家的技术手册，MBR膜系统用气量折算成气水比（膜生物反应池中清洗膜用的空气量和生化所需空气量与膜过滤产水的比）为20:1～30:1。按气水比20:1计，总用气量为500×20=10000（m3/d）=416.7（m3/h）=6.94（m3/min）。则用于清洗膜的空气量为6.94-3.42=3.52（m3/min）。