1.已知条件

（1）进水流量Q=1500m³/d。

（2）进水水质如表5-18所示。

表5-18 进水水质

（3）出水水质如表5-19所示。

表5-19 出水水质

2.设计计算 设计计算内容有10项：判断可否采用A²/O，有关参数设计，厌氧、缺氧、好氧三池容积，校核氮、磷负荷，剩余污泥，碱度校核，三池主要尺寸，三池进、出口系统，曝气系统，水泵功率。

（1）判断可否采用A²/O法

由上述计算可知，可以采用A²/O法。

（2）有关设计参数如表5-20所示。

表5-20 有关设计参数

（3）三池容积V

V=QS₀/N_sX=1500×160/0.1×923=2600m³

三池总水力停留时间：

t=V/Q=2600/1500=1.73d=34.6h

注：d（天）按20h（小时）计算。

各段水力停留时间和容积：

厌氧∶缺氧∶好氧=1∶1∶3

厌氧池水力停留时间 t_厌=1/5×34.5=7h

厌氧池容积V_厌=1/5×2600=520m³

缺氧池水力停留时间 t_缺=1/5×34.5=7h

缺氧池容积V_缺=1/5×2600=520m³

好氧池水力停留时间 t_好=3/5×34.5=21h

好氧池容积V_好=3/5×2600=1560m³

（4）校核氮磷负荷

好氧段总氮负荷 Q·TN₀/XV_好=1500×35/923×1560=0.036

<0.05[kg TN/（kg MLSS·d）]

好氧段总磷负荷 Q·TP₀/XV_好=1500×6/923×1560=0.0063

≈0.06[kg TP/（kg MLSS·d）]

符合要求。

（5）剩余污泥ΔX

ΔX=P_x+P_s

P_x=YQ（S₀-S_e）-k_dVX_vP_s=（TSS-TSS_e）Q×50%

取污泥增殖系数Y=0.6，污泥自身氧化率k_d=0.05，将各值代入：

P_x=0.6×1500×（0.16-0.02）-0.05×2600×0.923×0.7=37.5kg/d

P_s=（0.15-0.02）×1500×50%=97.5kg/d

ΔX=37.5+97.5=135kg/d

（6）碱度校核。每氧化1mg NH₃-N需要消耗碱度7.14mg，每还原1mg NH₃-N产生碱度3.57mg，去除1mg BOD₅产生碱度0.1mg。

剩余碱度S_ALKI=进水碱度-硝化消耗碱度+反硝化产生碱度+去除BOD₅产生碱度

假设生物污泥中含氮量以12.4%计，则：

每日用于合成的总重量=0.124×135=16.74kg/d即进水总氮中有16.74×1000/1500=11.2mg/L用于合成。

被氧化的NH₃-N=进水总氮-出水总氮-用于合成的总氮量

=35-15-11.2=8.8mg/L

所需脱硝量=35-15-11.2=8.8mg/L

需还原的硝酸盐氮量NT=1500×8.8/1000=13.2kg/d

则剩余碱度

S_ALKI=280-7.14×8.8+3.57×8.8+0.1×（160-20）

=263.6mg/L>100mg/L（以CaCO₃计）

可维持pH>7.2。

（7）三池主要尺寸。三池总容积V=2600m³，按1∶1∶3分配，V_厌=V_缺=520m³，V_好=1560m³；有效水深h=4.0 m；有效面积

S_厌=S_缺=V_厌/h=520/4.0=130m²

S_好=V_好/h=1560/4.0=390m²

采用5廊道推流式反应池，廊道宽b_厌=b_缺=5m，b_好=8m；反应池长度L_厌=L_缺=S_厌/b_厌=130/5=26m，L_好=S_好/b_好=390/8=48.75m

校核：b_厌/h=5/4.0=1.25 （满足b/h=1～2），

b_好/h=8/4.0=2 （满足b/h=1～2）

L_厌/b_厌=26/5=5.2 （满足L/h=5～10），

L_好/b_好=48.75/8=6.1 （满足L/h=5～10）

取超高为1.0m，则反应池总高H_总=4.0+1.0=5.0m

（8）反应池进、出水系统计算

1）进水管。单组反应池进水管设计流量

Q₁=Q/3=1500/（3×72000）=0.007m³/s

注：1d按20h计，即72000s。

管道流速v=0.8m/s

管道过水断面A=Q₁/V=0.007/0.8=0.009m³

管径d=（4A/π）^1/2=（4×0.009/π）^1/2=0.107m

取进水管管径DN=150mm。

2）回流污泥管。单组反应池回流污泥管设计流量

Q_R=R×Q/3=1×Q/3=1500/（2×72000）=0.007m³/s

管道流速v=0.8m/s

取回流污泥管管径DN=250mm。

3）进水井。进水孔过流量

Q₂=（1+R）Q/2=Q=1500/72000=0.021m³/s

孔口流速v=0.6m/s

孔口过水断面面积A=Q₂/v=0.021/0.6=0.035m²

孔口尺寸取为0.2m×0.2m，进水井平面尺寸取为0.4m×0.4m。

4）进水堰及出水井。按矩形堰流量公式计算：

Q₃=0.42（2gb）^1/2H^3/2=1.86bH^3/2

Q₃=（1+R_内+R）Q/2=（1+1.33+0.3）Q/2=0.011m³/s

式中，b是堰宽，b_厌=b_缺=5m，b_好=8m；H是堰上水头高度（m），H_厌=[Q₃/（1.86b_厌）]^2/3=[0.011/（1.86×5）]^2/3=0.011（m），H_好=（Q₃/1.86b_好）^2/3=[0.011/（1.86×8）]^2/3=0.008m。

进水孔过流量度Q₄=Q₃=0.011m³/s

孔口流速v=0.6m/s

孔口过水断面面积A=Q/v=0.011/0.6=0.018m²

孔口尺寸取为0.15m×0.15m，进水井平面尺寸取为0.3m×0.3m。

5）出水管参数计算如下：

反应池出水管设计流量Q₅=Q₂=0.021m³/s

管道流速v=0.8m/s

管道过水断面A=Q₃/v=0.021/0.8=0.026m³

管径d=（4A/π）^1/2=（4×0.026/π）^1/2=0.182m

取出水管管径DN=200mm(www.daowen.com)

校核管道流速v=Q₂/A=0.021/[（π/4）×0.2²]=0.67m/s

（9）曝气系统设计计算

1）设计需氧量AOR：

AOR=去除BOD₅需氧量-剩余污泥中BOD₅氧当量+NH₃-N硝化需氧量-剩余污泥中NH₃-N氧当量-反硝化脱氮产氧量

碳化需氧量D₁=[Q（S₀-S_e）]/（1-e^-0.23×5）-1.42P_x=[1500×（0.16-0.02）]/（1-e^-0.23×5）-1.42×37.5=233.6kgO₂/d

硝化需氧量D₂=4.6Q（N₀-N_e）-4.6×12.4%×P_x=4.6×1500×（35-8）×1/1000-4.6×0.124×37.5=164.91kgO₂/d

反硝化脱氮产氧量D₃=2.86NT=2.86×13.2=37.75（kgO₂/d）

需氧量AOR=D₁+D₂-D₃=233.6+164.91-37.75=360.76kgO₂/d=18.0kgO₂/h

最大需氧量与平均需氧量之比为1.4，则

AOR_max=1.4AOR=1.4×360.76=505.1kgO₂/d

去除每1kgBOD₅的需氧量=AOR/[Q（S₀-S_e）]=360.76/[1500×（0.16-0.02）]=1.72kgO₂/kgBOD₅

2）标准需氧量。采用微孔曝气器，曝气器敷设于池底部，距池底0.2m，淹没深度为3.8m，氧转移效率E_A=20%，计算温度T=25℃。将实际需氧量AOR换算成标准状态下的需氧量SOR：

SOR=AOD·C（20）/α[βρC_sm（T）-C_L]×1.024^（T-20）

式中α——气压调整系数；

ρ——所在地区实际气压/1.013×10⁵，工程所在地区实际大气压为0.912×10⁵Pa，所以ρ=0.912×10⁵/1.013×10⁵=0.909；

C_L——曝气池内平均溶解氧，取C_L=2mg/L；

其余参数同前。

查询相关手册可得，水中溶解氧饱和度C_s（20）=9.17mg/L，C_s（25）=8.38mg/L。空气扩散器出口处绝对压力

P_b=1.013×10⁵+9.8×10³H

=1.013×10⁵+9.8×10³×3.8

=1.385×10⁵Pa

空气离开好氧池时氧的百分比

Q_t=21（1-E_A）×100%/[79+21（1-E_A）]=17.54%

好氧反应池中平均溶解氧饱和度

标准需氧量

SOR=360.76×9.17/[0.82（0.95×0.909×9.12-2）×1.024^（25-20）]

=607.2kgO₂/d

相应最大时标准需氧量

SOR_max=1.4 SOR=850.1kg O₂/d

最大时供气量

G_smax=1.4G_s=1.4×607.2/0.1754=4846.5m³/h

G_s=SOR/Q_t

3）所需空气压力p（相对压力）：

p=h₁+h₂+h₃+h₄+Δh

式中 h₁+h₂——供风管道沿程与局部阻力之和，取h₁+h₂=0.2m；

h₃——曝气器淹没水头，取值为3.8m；

h₄——曝气器阻力，取值为0.4m；

Δh——富余水头，取值为0.5m。

则p=0.2+3.8+0.4+0.5=4.9m

4）曝气器数量计算（以单组反应池计算）。按供氧能力计算所需曝气器数量：

k₁=SOR_max/24q_c=850.1/（24×0.14）≈253

式中 k₁——按供氧能力所需曝气器个数（个）；

q_c——曝气器标准状态下，与好氧反应池工作条件接近时的供氧能力（kg O₂/h·个）。

采用微孔曝气器，参照有关手册可知，工作水深为4.3m，在供风量为1～3m³/（h·个）时，曝气器氧利用率E_A=20%，服务面积为0.3～0.75m²，充氧能力q_c=0.14（kg O₂/h·个）

以微孔曝气器服务面积进行校核：

f=S_厌/k₁=130/253=0.51m²符合要求。

5）供风管道计算。供风干管采用环状布置：

流量Q_s=1/2G_smax=1/2×4846.5=2423.3m³/d=0.033m³/s

流速v=10m/s

管径d=（4Q/πv）1/2=[（4×0.033）/（10π）]^1/2=0.065m

取干管管径DN=65mm，单侧供气（向单侧廊道供气）支管

Q_s单=1/3×G_max/2=4846.5/6=807.75m³/d=0.011m³/s

流速v=10m/s

管径d=[（4Q_s单）/（πv）]¹/2=[（4×0.011）/（10π）]^1/2=0.038m

取支管管径DN=40mm

双侧供气（向两侧廊道供气）：

Q_s双=2/3×G_max/2=0.022m³/s

流速v=10m/s

管径d=（4Q_s双/πv）^1/2=[（4×1.37）/（10π）]^1/2=0.053m

取支管管径DN=60mm

（10）水泵功率计算

1）厌氧池。厌氧池设导流墙，将厌氧池分成3格，每格内设潜水搅拌机一台，所需功率按5W/m³池容计算。

厌氧池有效容积V_厌=520m³

混合全池污水所需功率为：5×520=2600W

2）缺氧池。缺氧池设导流墙，将缺厌氧池分成3格，每格内设潜水搅拌机一台，所需功率按5W/m³池容计算。

缺氧池有效容积V_缺=520m³

混合全池污水所需功率为：5×520=2600W

3）污泥回流设备：

污泥回流比R=0.3

污泥回流量Q_R=RQ=0.3×1500=450m³/d

设有回流污泥泵房1座，内设3台潜污泵（2用1备），则单泵流量

Q_R单=1/2Q_R=1/2×450=225m³/d

水泵扬程根据竖向流程确定。

4）混合液回流设备。

①混合液回流泵：

混合液回流比R_内=133%

混合液回流量Q_R=R_内Q=1.33×1500=1995m³/d=99.75m³/h

设有混合液回流泵房2座，每座泵房内设3台潜污泵（2用1备），则单泵流量

Q_R单=1/2×Q_R/2=1/4×99.75=24.9m³/h

②混合液回流管。回流混合液由出水井中自流至混合液回流泵房，经潜污泵提升后送至缺氧段首端。

混合液回流管设计流量Q₆=R_内Q/2=1.33×1500/2=0.014m³/s

泵房进水管设计流速采用v=0.8m/s

管道过水断面面积A=Q₆/v=0.014/0.8=0.018m²

管径d=（4A/π）^1/2=（4×0.018/π）^1/2=0.151m

取泵房进水管管径DN=160mm

校核管道流速v=Q₆/（π/4d²）=0.014/（π/4×0.16²）=0.7m/s

③泵房压力出水总管设计流量Q₇=Q₆=0.014m³/s

设计流速采用v=1.2m/s

管道过水断面面积A=Q₇/v=0.014/1.2=0.012m²

管径d=（4A/π）^1/2=（4×0.012/π）^1/2=0.124m

取泵房压力出水管管径DN=130mm。