污水处理厂扩容的设计计算方法

　　申请日2008.09.16

　　公开(公告)日2009.04.29

　　IPC分类号C02F9/14; C02F3/30; C02F1/52; G06F19/00

　　摘要

　　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。

　　权利要求书

　　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：

　　(1)判断是否引入初沉池(2)的流量Q2：

　　若C1，COD-CCODN

　　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

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

　　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CCODN为 20—35mg/L;

　　(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：

　　Q1C1，NOX-N≤c[Q1C1，TN+Q2C2，TN—(Q1+Q2)C3，TN]引入循环水，否则不引入;

　　(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

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

　　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VA

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

　　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

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

　　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。

　　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。

　　说明书

　　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：

　　(1)判断是否引入初沉池(2)的流量Q2：

　　若C1，COD-CCODN

　　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CCODN 为20—35mg/L

　　(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：

　　Q1C1，NOX-N≤c[Q1C1，TN+Q2C2，TN—(Q1+Q2)C3，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VA

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

　　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Cn，COD、生化需氧量浓度Cn，BOD5、总氮浓度Cn，TN、氨氮浓度Cn，，NH3-N、硝氮浓度Cn，NOX-N及悬浮物浓度Cn，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。