某制药废水生化处理系统设计计算书

污水处理站工程

生物处理系统

计算书

投标单位：重庆XX环保工程设备有限公司

编制日期：二O一O年八月三日

生化处理系统设计计算书（按全期考虑）

第一节：水质及去除效率预测

根据各股废水的原水水质及各处理工序的特点，通过计算，污水处理站各工序CODcr、NH3-N进出水浓度及去除效率预测如下表:

各处理工序CODcr、NH3-N进出水浓度及去除效率预测表

各种污水（除低浓度废水及生活污水外）经预处理后进入综合调节池，经综合调节池调节水质水量后再泵入厌氧生物处理系统进行处理。

由《污水处理站各工序CODcr、NH3-N去除效率预测表》可以看出，综合调节池出水（即厌氧系统的进水的水量水质如下表：

厌氧系统进水水质水量一览表

2.1.1 UASB厌氧生物池的容积

由：V=Q·S0/q

式中：V：UASB反应器有效容积，m3

Q：废水流量，m3/d

S0:进水有机污染物浓度，gCOD/L（全期COD=4617.5mg/l=4.62g/L）

q : COD容积负荷，kgCOD/m3·d

    UASB的COD容积负荷取值，不同的废水其取值不一样，一般对于可生化性较好的食品废水，其COD容积负荷可达6-10 kgCOD/m3·d，生化性较差的制药废水最大只能取3-4 kgCOD/m3·d。如上海第二制药厂的磺胺混合废水，其UASB的COD容积负荷为3.5 kgCOD/m3·d，COD去除率达78%。华北制药总厂（生物制药抗生素废水）的UASB的COD容积负荷3.6 kgCOD/m3·d，COD去除率达77%(摘自《给水排水》2006第三期“UASB在在制药废水处理中的应用”。 我司治理的工程如：北京顺鑫祥云药业有限公司（抗生素等生物制药：100m3/d,COD均值4500mg/l，UASB的COD容积负荷达到3.4 kgCOD/m3·d，COD去除率达79.5%。

中科院百奥药业公司（合成制药：300m3/d，COD均值6000mg/l，UASB的COD容积负荷达到3.5 kgCOD/m3·d，COD去除率达78%。）

    因此，本工程设计取值参照上述制药废水实际运行经验，并考虑一定的安全系数，采用COD容积负荷取3.3 kgCOD/m3·d，COD去除率取76%。

故UASB厌氧池的容积：

V=Q·S0/q

=4528×(4617.5÷1000)÷3.3=6335.8m3。

设计UASB有效池容取6500m3,按4座进行设计

单座尺寸：12.5m×20.0m×7.0m(其中超高0.5m)。

UASB实际容积负荷为：

q =Q·S0/ V=4528×(4617.5÷1000) ÷6500=3.22 kgCOD/m3·d，COD

2.2中间沉淀池的计算：

2.2.1作用：中间沉淀池的主要作用是沉淀UASB出水中的悬浮物,一方面减少好续A/O系统的处理负荷，同时也可设污泥回流，防止UASB污泥流失。

2.2.2：中间沉淀池的总面积S

由：S= Q/ q表

式中Q：废水流量，m3/d

q表：中间沉淀池的表面负荷m3/m2·h（厌氧出水一般取1.0-2.0）。本设计取中值：1.5

故沉淀池的总面积为：

S=4528÷24÷1.5=125.8m2

设计考虑一定的富余，取S=150 m2。

中间沉淀池按4座进行设计，每座单池平面尺寸为：12.5m×3.0m

实际表面负何为q表=4528÷24÷150=1.26(介于1.0-2.0之间)

2.2.3沉淀时间

取沉淀时间T=2.0小时（厌氧出水一般取1.5-3.0）

2.2.3沉淀池的有效水深及总高

沉淀池沉淀区有效水深为：

h2=q表·T=1.26×2.0=2.52m

取超高h1=0.5m，

污泥缓冲层高h3=0.3m，

污泥区高h4=2.18m，

则沉淀池总高为H= h1+ h2+ h3+ h4=5.5m

故中间沉淀池设四座

每座尺寸为：12.5m×3.0m×5.5m

2.3生物选择池（预反应区）

2.3.1设计生物选择池的作用

设计生物选择池主要有以下作用：

（1）厌氧系统（中沉池）出水与低浓度及生活废水在生物选择池内混合，避免不同废水直接进入主反应区，减少对主反应区的冲击负荷。

（2）二沉池污泥回流到生物选择池内与进入该池的污水进行充分的混合，保证了活性污泥不断地在选择池内经历一个高絮体负荷（S0/X0）的过程，从而有利于系统中絮凝性细菌的生长，并可以提高污泥的活性，使其快速地去除废水中溶解性易降解基质，进一步有效地抑制丝状细菌的生长和繁殖，避免系统污泥膨胀的发生。

（3）强化活性污泥中的微生物对进水中的难降解污染物的适应性，进行高效优势生物菌的选择生长，从而提高整个A/O生物系统对废水处理的高效性和稳定性。

2.3.2生物选择池的水力停留时间

生物选择池的水力停留时间一般取1-3小时，由于本系统废水的可生化性较差，且该池负担着将厌氧系统（中沉池）出水与低浓度及生活废水进行混合的任务，因此取上限为3小时。

2.3.3生物选择池的池容设计

生物选择池设计的总水量为厌氧系统（中沉池）出水与低浓度及生活废水的水量之和，即7708m3/d,设计按8000m3/d进行设计，即：333.33m3/d。

即生物选择池的有效总容积为：333.33×3=1000m3

生物选择池按四座进行设计

单尺寸为：6.0m×8.0m×5.5m（含超高）

2.4缺氧池的设计

2.4.1设计缺氧池的主要作用

设计缺氧池的主要作用

（1）对好氧生物池（生物接触氧化池）回流混合液中硝化反应所产生的NO3-、NO2-进行反硝化反应，从而将废水中的NO3-、NO2-转化为氮气，从而保证出水总氮达标，同时也可避免总出水中NO3-、NO2-的浓度含量太高，在二沉池中发生反硝化产生氮气而造成污泥上浮。

（2）缺氧池在反硝化脱氮的过程中，会大量消耗废水中的含碳有机物，从而达到大幅度降低废水COD、BOD的作用。

（3）由于《化学合成类制药工业水污染物排放标准》（GB21904-2008）不但限值了氨氮的浓度（20）mg/l），同时了总氮浓度（30）mg/l）。为了保证总氮出水达标，必须设反硝化池进行脱氮。

2.4.2缺氧池的容积计算

缺氧池的容积Vn按下式计算:

Vn=（0.001Q(Nk-Nte)－0.12△Xv）/(Kde·X)

式中：Q：缺氧池设计流量（m3/d）

Nk: 进水中总凯氏氮浓度(mg/l),它包括废水中的有机氮和氨氮两部分。由于招标文件未给原水中总凯氏氮浓度，根据制药废水的特点，总凯氏氮取氨氮浓度的2.1倍 (《给水排水》2006第三期“UASB在在制药废水处理中的应用”)。根据上述《预测表》，缺氧池进水（A/O进水）的NH3-N为49.69mg/l,故取Nk=49.69×2.1=104.35mg/l。

Nte：出水总氮的浓度(mg/l)，根据标准要求取30mg/l。

△Xv：A/O系统产生的剩余污泥的量（Kg/d）。

△Xv=0.7×0.5×Q(S0-Se)/1000

     =0.7×0.5×8000×(1063.56-77.6)÷1000

     =2760.69kg/d

(注：S0：A/O系统进水COD浓度mg/l, Se :A/O系统出水COD浓度mg/l)

Kde：脱氮速率[（kgNO3-N）/（kgMLSS·d）]

Kde=0.0286×1.08(T-20)=0.042 

注：T为设计温度，平均气温取25°C。

X：缺氧池内混合液悬浮固体平均浓度(gMLSS／L)，取4g/l；

故缺氧池的容积为：

Vn=[0.001Q(Nk-Nte)－0.12△Xv]/(Kde·X)

=[0.001×8000×(104.35-30)－0.12×2760.69]/(0.042×4)

=1568.6m3

缺氧池按四座进行设计，单池尺寸：8.0m×10.0m×5.5m（超高0.5m）

缺氧池实际有效池容：

Vn=8.0m×10.0m×5.0m×4座=1600 m3＞1568.6m3

2.4.2缺氧池的水力停留时间

缺氧池水力停留时间：

T=1600÷（8000÷24）=4.8h。

2.5好氧池（生物接触氧化池）设计

2.5.1好氧生物池的选择

好氧池采用生物接触氧化池，内悬挂生物填料，曝气池内即有悬状污泥（菌种），同时生物填料上附着大量的微生物膜。因此生物接触氧化可以保持比一般的活性污泥法更高的污泥浓度。一般活性污泥法的污泥浓度3-5g/l，而生物接触氧化池内的生物量可达8-15 g/l。因此具有更高的生物浓度。同时由于大多数生物膜附着在生物填料上，因此不容易出现污泥膨胀而造成生物流失，具有更高的抗冲击负荷和耐毒性的能力。

好氧池的主要任务有两项：①进一步去除废水中COD、BOD等有机污染物。②硝化细菌的硝化反应，将废水的氨氮转化为硝态氮、亚硝态氮，以便混合液回流至缺氧池进行反硝化脱氮，最终在缺氧池将硝态氮、亚硝态氮转化为氮气。

2.5.2好氧生物池的有效容积

由于反硝化细菌的世代较去除有机物的细菌的世代更长，一般具有反硝化功能的好氧池的泥龄都要求在10-15天。因此好氧池池容采用泥龄法进行设计。

好氧池的有效池容Vo按下式计算

V0=[Q(S0-Se）·θcoYt ]/（1000·X）

式中：Vo ：好氧区(池)容积(m3)；

Q：好氧区(池)的设计流量(m3／d)；

X：好氧区池内生物固体平均浓度(gMLSS／L)，生物接触氧化池，取8 g/l；

θco：好氧区(池)设计污泥泥龄(d)，由于要求具有硝化功能，取14天（硝化一般10-15天）。

Yt：污泥总产率系数(kgMLSS／kgCOD),一般取0.5。

S0：A/O系统进水COD浓度mg/l,1063.56mg/l。

Se :A/O系统出水COD浓度mg/l,77.6 mg/l。

故好氧池的池容V0

V0=[Q(S0-Se）·θcoYt  ]/（1000·X）

=8000×((1063.56-77.6)×14×0.5÷(1000×8)

=6901.72m3

2.5.3好氧生物池的尺寸设计

生物接触氧化池设计分为四条处理线，每条处理线按四段串联，共计16格。

单格尺寸：8.0m×11.0m×5.5m（超高0.5m）

好氧池实际有效容积：

V0=8.0m×11.0m×5.5m×16格=7040m3

2.5.4好氧生物池的水停留时间

好氧池的水力停留时间：

T=7040÷（8000÷24）=21.12h。

2.6A/O系统的混合液回流比及污泥回汉比的确定

2.6.1混合液回流比的确定

混合液回流主要是为了使好氧池硝化产生的NO3-、NO2-返回缺氧区进行反硝化，从而使NO3-、NO2-转化为氮气而去除。因此，回流比的大小直接影响总氮的去除效率。

    混合液回流比按下式计算

回流比R混=1/（1-ηN）

式中：ηN为A/O系统总氮的去除效率。

ηN=(104.35-30)÷104.35=71.25%

故R=1/（1-ηN）=1÷（1-71.25%）=347.8%

实际设计采用混合液回流比R混=350%

2.6.2污泥回流比的确定

由于本工艺的好氧池采用生物接触氧化池，好氧池内具有生物膜的固着作用，生物一般不会流失。因此，污泥回流的主要目的已不同于活性污泥法是为了保证曝气池内的生物量。本工艺是将污泥回流至生物选择池，一方面是为了选择驯化高效优势生物菌，另一方面也是为了保证缺氧池的污泥浓度（从生物选择池流入缺氧池），从而保证反硝化效果。由于缺氧池在混合搅拌的情况下，其污泥会随混合液流入曝气池，如果不进行污泥回流则其污泥浓度会逐步降低。

本工艺设计缺氧池的污泥浓度为4000mg/l，二沉淀沉淀的污泥浓度为12000mg/l(即回流污泥的浓度)。因此污泥回流比R为：

由(1+R)·Q·X=R·Q·Xr

式中：R：污泥回流比

      Q:废水流量

      X：混合液污泥浓度mg/l

      Xr：回流污泥浓度mg/l

故有：

R=4000÷（12000-4000）=0.5=50%，因此确定污泥回流比为50%。

2.7好氧池需氧量的计算

2.7.1好氧池需氧量

曝气池的需氧量=去除有机物（COD、BOD）的需氧量+氧化氨氮的需氧量-生物细胞内源呼吸合成的需氧量-反硝化过程中消耗的有机物的耗氧。

假定内源呼吸需量氧很小，生物处理系统碳氮比满足生化要求，采用简化公式计算。

O2=Q·[a(S0-Se)+4.6(Na0- Nae)]/1000

式中：O2：好氧池的需氧量kg/h

      Q：A/O系统处理水量m3/h。Q=8000÷24=333.33m3/h

 a ：去除1kg有机物COD的需氧量kg，制药废水一般取0.5-0.9,取0.7。(注：去除1kg有机物BOD的需氧量一般为0.8-1.5)

      S0：A/O系统进水COD浓度mg/l,（1063.56mg/l）。

Se: A/O系统出水COD浓度mg/l,（77.6 mg/l）。

Na0：A/O系统进水NH3-N浓度mg/l,49.69mg/l。

Nae：A/O系统进水NH3-N浓度mg/l,14.7mg/l。

故曝气池的需氧量为：

O2=Q·[a(S0-Se)+4.6(Na0- Nae)]/1000

=333.33×[0.7×(1063.56-77.6)+4.6(49.69-14.7)]÷1000

=283.71kg/h

2.7.2折算为标准状态下的需氧量

    因为鼓风机厂提供的风机参数均是在标准状态下的参数，因此在选择风机时，应将计算的需氧量折算成标准状态，以便风机的选择。

折算为标准状态的需氧量R0：

根据R0= O2*CSM（20）/[α（βρ·CSb（T）-CL）*1.024(T-20)]

式中：CSM（20）：20°C清水中的饱和溶解氧浓度mg/l(9.17mg/l)

α:修正系数：0.8-0.85，取α=0.8

β:修正系数：0.9-0.97，取α=0.9

CSb（T）:曝气池内溶解氧饱和浓度的平均值，mg/l。

CSb（T）=CS（Pb/2.026×105+Qt/42）

      Pb 空气扩散装置出口处的压力Pa，Pb=1.031×105+9.8×103H

H:空气扩散装置的安装水深。（离池底0.2m，H=5.0-0.2=4.8m）

Qt 从曝气池逸出气体中含氧量的百分率。

Qt =21*(1-EA)/(79+21*(1-EA)

EA 曝气器的氧转移效率。微孔曝气器EA=20%

CL:曝气池中（出水端）的溶解氧浓度2mg/l。

T：设计水温（取最不利水温：35°C）

代入数据计算可得：

R0= O2*CSM（20）/[α（βρ·CSb（T）-CL）*1.024(T-20)]

=419.992 kg/h。

2.7.3 需要的供气量计算

需要的供气量为：

Gs= R0/(0.3EA)

      =419.992÷(0.3×20%)=6999.87m3/h=116.66 m3/min

    式中EA：曝气器的氧转移效率。微孔曝气器EA=20%

2.7.4气水比计算

气水比为：

(6999.87÷333.33):1=21.0:1

2.7.5风机的选择

选四台型号为XSR200的罗茨鼓风机，三用一备。

参数Q=39.24m3/min，P=0.06MPa，N=75kW

实际气水比为：3×39.24×60÷333.33=21.19

2.8二沉池（幅流沉淀池）

2.8.1二沉池所需沉淀面积

二沉池的表面负荷一般取0.6-1.5 m3/m2.h,为了保证沉淀效果，本设计取表面负荷q=0.85m3/m2.h

所需沉淀池的总面积：

F=Q/(n·q)

式中：Q：处理水量m3/h

         n 沉淀池的个数（采用2座）

F=Q/(n·q)=333.33÷(2×0.85)=196.08m2

2.8.2二沉池尺寸设计

沉淀池直径：

D=(4F/3.1416)0.5=15.8m。取直径为16m。

经核算实际表面负荷为：0.829。

二沉池沉淀时间一般取1.5-4.0h，取T=3.5h

沉淀池有效水深h2=q·T=0.829×3.5=2.9m

取超高h1=0.5m

污泥缓冲层高h3=0.3m

污泥斜斗高h4=1.3m

沉淀池总高：H= h1+ h2+ h3+ h4=5.0m。

故二沉池设计为两座直径为16m,总高为5.0m的幅流沉淀池。

2.8.3刮泥机的选择

配套选两台周边传动刮泥机

规格：ZBG-16×5，Φ16m，N=0.55kw