SBR 人工湿地工艺处理某高校生活污水工艺设计 环境工程专业毕业设计 毕业

学校代码： 学 号 毕业设计（论文）题 目 SBR+人工湿地工艺处理某高校生活污水工艺设计学生姓名 专业班级 07级环境工程专业 学 号 系 （部） 资源与环境工程系 指导教师(职称) 完成时间 2011年 6 月 10日 毕业设计（论文）任务书题目 SBR+人工湿地工艺处理某高校生活污水工艺设计 专业 环境工程 学号 姓名 主要内容：高校是人口聚集十分密集的地点,其生活污水主要来自于学生宿舍,这种生活污水不同于一般的城市居民生活污水,排放量大且污水水质较好,有利于回收。在高校中实行中水回用,具有优质中水水源收集量大且排放点集中,易于收集的优势。可是实际上,高校生活污水回收使用率相当的低。此设计将针对高校生活污水最大效率的回收利用做出合理的使用的技术方案。本设计的思路是：首先对对生活污水处理工艺进行综述，其次对SBR+人工湿地工艺进行设计计算，最后绘制图纸。基本要求：1）调查该高校水质水量问题及环境对它的影响2）熟悉相关法规、国标3）掌握工艺设计计算方法4）能熟练运用CAD制图软件绘制图形主要参考资料：1马同森，李德亮.环境科学引论M.中国文史出版社，2004：692梁平.高校生活污水处理的现状及对策J.安全与环境化工之友，2007(15)：263王伟，陶京朝.基于土壤处理法的校园污水处理的研究J.中原工学院学报，2009：63-694徐驰，浅谈城市生活污水处理发展现状和工艺J，江西农业学报，2010，22 (1)：160-1625PENG Y., LI Y. Denitrification and Dephosphatation by Anaerobic/Anoxic Sequencing Batch ReactorJ.Chinese J.Chem.Eng.,2004,12(6):877-880(2004)6蔡高松，浅谈城市污水处理工艺的选择J.工艺设计，2009，27(237)：13-157刘永淞，陈纯间歇活性污泥法处理啤酒污水试验研究J中国给水排水，1989，5 (3)8赵丽珍，缪应祺SBR技术的研究及进展J江苏理工大学学报(自然科学版)，2001，22(3)：58-619李松SBR法处理高浓度有机废水的技术改进J工业水处理，1994(3)：39-4010彭永臻SBR降解有机物规律的研究J环境科学学报19931(2)：63-6911霍贞浅谈人工湿地污水处理技术及工艺设计C2007年全国给水排水技术信息网成立三十五周年暨年会论文集天津市政设计研究院 天津 350001，108-11212魏武强.基于“SBR+人工湿地”组合工艺的生活污水回用技术实验研究D重庆大学城市建设与环境工程学院，200813王宝贞，王琳主编水污染治理新技术: 新工艺、新概念、新理论M北京：科学出版社，2004：7-814刘全中人工湿地系统水质净化技术的工艺设计J给水排水27(8)：35-3615白晓慧等人工湿地污水污水处理技术及其发展应用J哈尔滨建筑大学学报1999，32(6)16高廷耀，顾国维，周琪水污染控制工程M高等教育出版社，2007，7：16217周雹活性污泥工艺简明原理及设计计算M中国建筑工业出版社，2005：212-24018汪大翬，雷乐成水处理新技术及工程设计M化学工业出版社，200219 环境技术与设备研究中心等编三废工程处理技术手册(废水卷)M北京：化学工业出版社，2000282-290指导教师签名： 专业负责人签名： 年 月 日SBR+人工湿地工艺处理某高校生活污水工艺设计目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 高校生活污水回用的必要性与重要性11.2 生活污水常用处理工艺比较12 污水水源、水质特点及工艺流程32.1 该高校污水水源及水质特点32.1.1 污水水源及供给对象32.1.2 水质水量特点32.2 工艺流程43 SBR+人工湿地污水处理系统概述43.1 SBR工艺概述43.1.1 SBR去污机理53.1.2 SBR工艺特点63.2 人工湿地工艺概述73.2.1 人工湿地概念73.2.2 人工湿地的分类73.2.3 人工湿地的去污机理93.2.4 人工湿地的特点93.3组合工艺特点104 工艺设计计算部分104.1 格栅的设计104.1.1 格栅的作用104.1.2 设计计算114.2 调节池的设计124.2.1 调节池概述124.2.2 设计参数124.2.3 设计计算124.3 SBR工艺设计134.3.1 SBR工艺概述134.3.2 常用设计参数134.3.3 设计计算程序144.3.4 设计计算144.4 人工湿地工艺设计214.4.1 人工湿地基质的构建214.4.2人工湿地植物的构建214.4.3人工湿地的构造与工程参数224.4.4 设计计算244.5 污泥浓缩池264.5.1 设计作用264.5.2 设计参数264.5.3 设计计算274.6 污泥脱水间284.6.1 设计作用284.6.2 设计参数285 工程构筑物及设备295.1 主要构筑物295.2 主要设备296 构筑物布置296.1 平面布置296.2 高程布置306.2.1高程布置原则306.2.2 高程布置时的注意事项326.2.3 污水处理站高程水力计算327 工程预算34致 谢36参考文献37SBR+人工湿地工艺处理某高校生活污水工艺设计摘 要随着我国高校的扩招，使得各高校学生迅速增加，同时高校也排出了大量的生活污水，给环境造成了极大的威胁。本设计为某高校生活污水处理设计。设计程度为初步设计。该校的生活污水排放量为1812m3/d,不考虑远期发展。原污水中各项指标为：BOD浓度为121mg/L,COD浓度为212mg/L，SS浓度为300mg/L。因该污水排放量较大,且排水集中，不经处理会对环境造成巨大污染，故要求处理后的排放水要严格达到城市杂用水水质标准,即：BOD10mg/L，COD50mg/L，SS30mg/L。本文分析了日常生活中污水产生的环节，污染物及主要污染来源，并从生物、土壤处理两方面来考虑了污水治理工艺，提出了SBR+人工湿地的组合工艺流程。可使出水符合标准。本设计工艺流程为：生活污水 格栅 SBR反应器 人工湿地反应池 处理水该处理工艺具有结构紧凑简洁，运行控制灵活，抗冲击负荷，污泥量小等特点，实践表明该组合工艺处理性能可靠，投资少，运行管理简单的特点。为生活污水处理提供了一条可行途径。具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。关键词 生活污水/SBR/人工湿地SBR + wetland Process design treating the wastewater of a college ABSTRACTWith the enrollment of colleges and universities, it makes the rapid increase in college students, while universities discharges a large number of domestic sewage to the environment which causes a great threat. This design is for these sewage treatment, and its just a preliminary design. Without regard to long-term development, school discharges 1812 m3/d domestic sewage. The indicators in raw sewage: BOD concentration is 121mg/L, COD concentration is 212mg/L, SS concentration is 300 mg/L. Because of the large amount of sewage, and water concentration, if it discharges without a great deal, it can cause environmental pollution. So it calles for the treated of the effluent to meet strict standards for urban miscellaneous water quality , namely: BOD 10 mg/L, COD 50 mg/L, SS 30mg/L. This paper analyzes the sewage generated in daily part of life, the pollution and the major pollution sources. Also considers from the biological and soil treatment two sewage treatment process and proposes a combination processes of SBR and wetland. It can make the effluent water meet the standard.The design process:Sewage sedimentation tank grid SBR reactor sewage lifting wetland treated water reactor effluent waterThe process is a simple and compact structure, and its operation is flexible its control is shock load, and has a small amount of sludge. Practice shows that the combined process has a reliable performance, a few investment, and a simple of operation and management. It also provides a feasible way for life sewage treatment, which has good economic, environmental and social benefits.KEY WORDS live sewage, SBR, wetland1 绪论1.1 高校生活污水回用的必要性与重要性我国水资源形势是比较严峻的。尽管我国有许多河流、湖泊和水库，总水面积约1.67108，年均径流量2.81012m3，居世界第6位，但人均仅约2400 m3，不到世界人均值的1/4，相当于美国的1/5，前苏联的1/7，加拿大的1/48，世界排名110位，别列为全球13个人均水资源贫乏国家之一。特别是我国水资源分布极不平衡，长江以南地区降水充沛，水资源丰富，而北方广大地区降水时间集中，水资源匮乏，在一定程度上已经成为经济建设和人民生活水平提高的制约因素。如北京市的水资源人均已降至260 m3，若加上流动人口，已经低于世界最缺水的以色列。据有关资料，目前全国城市中有400多个城市缺水，年缺水量达7109m3，严重制约了我国的经济发展和生活用水1。扩大水资源，节约用水，势在必行。高校是人口聚集十分密集的地点, 其生活污水主要来自于澡堂，游泳馆及学生宿舍，排放量大且污水水质较好，有利于回收。在高校中实行中水回用，具有优质中水水源收集量大且排放点集中，易于收集的优势2,3。高校污水处理系统的工艺原理与城市大型污水处理厂完全相同，处理流程由机械处理、生化处理和污泥处理等阶段组成，其中核心处理工艺可以采用活性污泥和湿地法。近年来，通过对国外成熟技术的借鉴和国内的研究实践，高校污水处理技术得到了发展。在各大高校内建立分散型污水处理装置不仅是尽快解决生活污水处理问题的一个重要手段，也有利于处理水的就地回用。对水源丰沛的地区，防治污染，减轻管网和污水处理的压力；水资源匮乏地区提供新的“水源”。本设计的目的就是在高校人口聚集十分密集的地点,实行中水回用。此设计将针对高校生活污水提出相对合理的使用的技术方案，使其排放的水达到城市杂用水标准，满足最大效率的回收利用水资源。1.2 生活污水常用处理工艺比较生活污水常用的处理工艺比较见表1.1。表1.1 常用处理工艺比较工艺名称主要优缺点最佳使用条件A/O 工艺4优点：去除有机物的同时可生物除磷或脱氮；污泥沉降性能好；用于大型污水处理厂费用较低；沼气可回用。缺点：用于中小型污水厂费用偏高；沼气回用利用经济效益差。用于大型或较大型污水处理厂A 2/O工艺5优点：去除有机物的同时可生物脱氮除磷；出水水质很好，有利于回用；污泥经厌氧消化达到稳定；沼气可回收利用。缺点：反应池容积比A/O的还大；污泥内回流量大，能耗偏高；沼气回用经济效益差。要求脱氮除磷或消化除磷的大型和较大型污水处理厂SBR 法优点：流程上十分简单，管理方便；和建试，占地省，处理成本低；有脱氮除磷功能，处理效果较好；污泥同步稳定，不需设厌氧消化。缺点：间歇周期运行，对自控要求高；变水位运行，电耗增大；脱氮初灵效果不太高。中小型污水处理厂氧化沟法6优点：流程简单，管理方便；可生物脱氮，出水水质较好；污泥同步稳定，不需厌氧消化。缺点：除磷需另设厌氧池；分建式，且池深较小，占地面积大；污泥稳定性不好。中小型污水处理厂湿地处理优点：操作简单；运行和维护费用低；可做景观。缺点： 用地比较大。土地面积大或景观用地较多处以上工艺均是较常用的污水处理工艺，但多属于二级污水处理工艺。为了更好的处理污水，提高中水回用率，经常把两种或多种工艺结合起来，形成组合的新工艺，进行污水处理。根据本设计的目的和实际情况本设计采用适于中小型的工艺简单的SBR工艺和可做景观的湿地处理工艺的结合。2 污水水源、水质特点及工艺流程2.1 该高校污水水源及水质特点2.1.1 污水水源及供给对象回收利用水资源并不是单纯地收集、处理校内产生的所有污水，而是根据满足高校内杂用水对水质和水量的要求而有选择地收集水质相对较好、污染物简单、污水量较大的污水来处理。学生宿舍用水是主要的建筑用水，其用水量占到高校总用水量的 40 %。学生宿舍卫生间的洗涤污水用水量大，且较容易处理，在选择污水水源时，应首选学生宿舍卫生间的洗涤污水作为收取对象；浴室污水属于优质杂排水，是较优的污水处理水源，收集量也较大，也可作为污水处理的水源。这两类污水处理后的出水水质完全可以满足校园绿化灌溉、道路冲洗及景观湖水补充等方面的用水要求。厕所污水和食堂污水的水质较差，且难处理；实验室产生的污水组成情况较复杂，处理成本高，因此这两类污水不考虑回收利用。2.1.2 水质水量特点易于回收利用的污水，即本设计针对的污水水质特点见表2.1：表2.1 校园水质及观赏类景观用水水质标准表项目原水水质城市杂用水水质标准COD/mgL-121250BOD5/mgL-112110NH3-N/mgL-115.720PH6.58.56.59.0TP/mgL-160.5TN/mgL-125-SS30020建筑物的功能是学生宿舍，根据建筑给水排水设计规范（GBJ15-88，1997年版）和实际情况，确定建筑物的给水定额，按90%计算排水量，计算知，废水处理设计日处理量Q=1812m3/d，小时处理量q=90.6 m3/h。2.2 工艺流程根据该高校的水质水量特点及出水要求，本设计选用SBR和人工湿地工艺组合来设计污水处理工程，其工艺流程如下：图2.1 生活污水工艺流程图生活污水通过集水管道进入排水渠道。经格栅去除部分大的悬浮物，以改善后续生物处理构筑物的运行条件。渠道出水，进入调节池，用于调节水量。调节池出水，通过水泵进入SBR 池。进行污水二级处理。在组合工艺中，SBR池相当于人工湿地的预处理池，它可以去除大部分的悬浮物、有机物、和部分总氮，总磷，减轻后续人工湿地的处理负荷。SBR池的上清液通过清水泵进入人工湿地。人工湿地主要去除总氮、总磷和剩余的部分有机物和悬浮物。要求人工湿地出水能够达到出水水质标准。3 SBR+人工湿地污水处理系统概述3.1 SBR 工艺概述SBR 法是序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor)的简称，又名间歇曝气，其主体构筑物是 SBR 反应池。污水在这个反应池中完成反应、沉淀、排水及排除剩余污泥等工序，使处理过程大为简化7。3.1.1 SBR去污机理SBR 工艺的一个完整的操作过程，包括如下四个阶段:进水、反应、沉淀、出水，如图3.1所示， 图3.1 SBR运行操作工序示意图 进水期进水期是反应池接纳污水的过程。进水所需的时间随处理规模和反应器容积的大小及被处理污水的水质而定。在向反应器充水的初期，反应器内液相的污染物浓度是不大的，但随着污水的不断投入，污染物的浓度将随之不断提高。在污水投加过程中，SBR反应器内存在着污染物的混合和被活性污泥吸附、吸收和氧化等作用。随着液相污染物浓度的不断提高，这种吸附、吸收和氧化作用也随之加快。如果在进水阶段向反应器中投入的污染物数量不大或污水中的污染物浓度较低，则所投入的污染物能被及时吸附、吸收和氧化降解，整个运行过程将是稳态的，但在SBR工艺的实际运行过程中很少会出现这种情况。由于在SBR工艺中，污水向反应器的投入时间一般是比较短的，在充水时间里单位时间内部反应器投入的污染物数量比连续式活性污泥法大，投入速度大于活性污泥的吸附、吸收和生物氧化降解速度，从而造成污染物在混合液中的积累。为克服有毒污染物对处理过程的影响或污染物积累过多而造成对后续的反应过程产生不利的影响，应注意控制充水时间的长短。即污水浓度越高，污染物毒性越大，其相应的充水时间应较长些，以防止对活性污泥微生物的抑制作用。 反应期反应期是在进水期结束后或SBR反应器充满水后，进行曝气或搅拌以达到对有机污染物进行生物降解的处理目的。在SBR反应器的运行过程中，随反应器内反应时间的延续，基质浓度由高到低，微生物经历了对数生长期、减速生长期和衰减期，其降解有机物的速率也相应地由零级反应向一级反应过渡。反应器中的生物柑较复杂，微生物的种类繁多，它们交互作用，强化了工艺的处理效能。从反应效率角度分析，SBR反应器是一种理想的时间序列推流式反应器。反应器在停止进水后，通过搅拌或曝气使微生物对有机物进行生物降解。因而在反应器内存在一个污染物的浓度梯度：F/M梯度。F/M是按时间序列变化的。另外，对于整个处理系统而言。SBR处理工艺则是严格地按推流式运行的。上一个运行周期内进入反应器的污水与下一个运行周期内进入反应器的污水是互不相混的，即是按序批的方式进行反应的。因而 SBR 处理工艺是一种运行周期内完全混合、运行周期间序批推流的理想处理工艺。这种技术使得其对污染物质有优良的处理效果且具有良好的抗冲击负荷和防止活性污泥膨胀的性能。通过改变进水和反应阶段的长短和其间环境条件(好氧、厌氧、缺氧)，就可以使系统灵活运行，就可以模拟多种复杂的连续流反应器系统。 沉淀期沉淀工序相当于传统活性污泥法的二沉池，在停止曝气和搅拌后，活性污泥絮体经重力沉降和上清液分离。SBR反应器本身作为沉淀池，避免了在连续流活性污泥法中泥水混合液必须经过管道流入沉淀池沉淀的过程，从而也避免了使部分刚刚开始絮凝的活性污泥重新破碎的现象。此外，传统活性污泥法的二沉池是各种流向的沉降分离，而SBR工艺中污泥的沉降过程是在静止的状态下进行的，和理想沉淀池的假设条件十分相似，因而受外界的干扰甚少，具有沉降时间短、沉淀效率高的优点。 出水期经处理达到一定要求的水排出处理系统，同时反应池底部沉降的活性污泥大部分作为下个处理周期使用，剩余污泥排放。一般而言，SBR反应器中的活性污泥数量占反应器容积的30%左右。另外反应池中还剩下一部分处理水，可起循环和稀释的作用。3.1.2 SBR工艺特点SBR工艺是一种既古老又年轻的污水生物处理技术。1914年英国的Arden和 Lokett发明活性污泥法时采用的就是这种处理技术8，但由于当时的自动监控技术水平较低，间歇处理的控制十分繁琐，操作复杂且工作量大，特别是后来由于城市和工业废水处理的规模趋于大型化，使其很快被连续式活性污泥法所取代。近年来，随着工业和自动化控制技术的飞速发展，特别是监控技术的自动化程度以及污水处理厂自动化管理要求的日益提高，出现了电动阀、气动阀、定时器及微处理机等先进的监控技术产品，为 SBR 工艺的再度得到应用，提供了极为有利的先决条件。与连续流活性污泥工艺(Continuous Flow Activated Sludge Process，CFS)相比较，SBR 工艺具有以下优点9：(1)工艺流程简单，设备少，占地省。投资小，构筑物少，一般只设反应池，无需二沉池和污泥回流设备。广东省高明县明华化工公司10。采用的SBR技术，删除了初沉池和均化池，使流程大大简化。(2)SBR在静置阶段属理想静止沉淀。出水带走的活性污泥少，出水质量高。(3)SBR运行方式灵活控制，具有较强的脱氯除磷能力。(4)SBR好氧反应过程相当于反应器内有机物浓度降低是按时间变化的理想推流过程11。即生化反应推动力大，因而它能提高生化反应速率。此外，它利用时间上的推流代替空间上的推流，易于实现自动控制。(5)SBR法可以有效防止污泥膨胀。由于SBR具有理想推流式特点。反应期间反应底物浓度大、缺氧与好氧状态交替变化以及泥龄较短，都是抑制丝状菌生长的因素。(6)SBR虽然在运行稳定性上不如连续流容易控制，但是SBR利用高的循环率有效稀释进液中高浓度的难降解的或对微生物有抑制作用的有机化合物，因而具有较高的耐冲击负荷的能力。(7)由于SBR法本身的间歇运行特点，很适合处理流量变化大甚至间歇排放的中小型企业废水，既可以节省基建费用又可以灵活操作。3.2 人工湿地工艺概述3.2.1 人工湿地概念人工湿地是一种由人工建造和监督控制的，与沼泽地类似的地面，它利用与自然生态系统相似的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。这种湿地系统是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料混合组成填料床，废水可以在床体的填料缝隙或在床体的表面流动，并在床的表面种植处理性能好，成活率高，抗水性能强，成长周期长，美观及具有经济价值的水生植物，形成一个独特的生态环境，对污水进行处理12。3.2.2 人工湿地的分类人工湿地系统因水流方式差异可分为以下3类：表面流湿地，潜流湿地和立式流湿地13,14。表面流湿地（Surface Flow Wetlands 缩写为 SFW）废水在填料表面漫流，它与自然湿地最为接近，绝大部分有机物的去除是由长在植物水下茎，杆上的生物膜来完成。这种湿地不能充分利用填料及丰富的植物根系，卫生条件亦不好，故设计中一般不采用，其构造如图3.2所示。潜流湿地（Subsurface Flow Wetlands 缩写为 SSFW）水在填料表面下渗流，因而可充分利用填料表面及根系上生物膜及其它作用处理废水，而且卫生条件较好，故被广泛采用。其构造如图3.3所示。图3.2 自由水面人工湿地图3.3 人工潜流湿地（碎石）立式流湿地（Vertical Flow Wetlands 缩写为VFW），水流流动情况综合了SFW和SSFW的特点，但建造要求高，易滋蚊蝇。人工湿地的构造绝大多数由五部分组成15,16 ： 具有各种透水性的基质，如土壤、砂、砾石； 适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物，如芦苇； 水体(在基质表面下或上流动的水)； 无脊椎或脊椎动物； 好氧或厌氧微生物种群。3.2.3 人工湿地的去污机理人工湿地对污水的处理有十分复杂的净化机理，现在仍未完全研究清楚。一般认为人工湿地对污水的处理综合了物理、化学和生物的三种作用12。其处理过程大致为：植物渗出的可溶性有机和无机物质为微生物生长提供了基质，使根际微生物的数量和活性明显高于非根际带。湿地系统成熟后，填料表面和植物根系由于大量微生物的生长而形成生物膜。废水流经生物膜时，大量的SS被填料和植物根系阻挡截留，大肠杆菌和病原体被植物根系分泌物灭活或自然衰败死亡，不溶性有机物通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程被分解去除。根系周围由于植物的运输组织和根系对氧的传递释放形成连续的好氧、缺氧和厌氧状态，相当于许多串联或并联的A2/O处理单元，不仅保证了大分子有机物的去除，而且使废水中的氮、磷被植物和微生物作为营养成份直接吸收。同时,还可以通过硝化、反硝化作用及微生物对磷的过量积累作用将其从废水中去除。最后，随着湿地床填料的定期更换或栽种植物的收割使污染物最终从系统中去除。3.2.4 人工湿地的特点具有以下优点17：(1)设计合理，运行管理严格的人工湿地处理污水效果稳定、有效、可靠，出水BOD、SS等明显优于生物处理出水，可与污水三级处理媲美，具有相当的除磷脱氮能力。但是若对出水水质脱氮有更高的要求，则嫌不足。此外，它对污水中含有的重金属及难降解的有机物有较高净化能力。(2)基建投资费用低，一般为生物处理的1/3-1/4，甚至1/5。(3)能耗省，运行费用低，为生物处理的1/5-1/6；且可定期收割作物，如芦苇等是优良的造纸及器具加工原料，具有较好的经济价值，可增加收入，抵补运行费用。(4)运行操作简单，不需复杂的自控系统进行控制；机械、电气、自控设备少，设备的管理工作量也随之较少，这方面的人员也可少用。(5)对于小流量及间歇排放的污水处理较为适宜，其耐污及水力负荷强，抗冲击负荷性能好；不仅适合与生活污水处理，对耨写工业废水、农业污水、矿山酸性污水及液态污泥也具有较好的净化能力。(6)既能净化污水，又能美化景观，形成良好的生态环境，为野生动植物提供良好的生境。但也存在明显的不足17：(1)需要土地面积较大。(2)对恶劣气候条件抵御能力弱。(3)净化能力受作物生长情况的影响大。(4)蚊蝇滋生。3.3组合工艺特点SBR 与人工湿地组合工艺兼有两种水处理技术的优点。SBR抗冲击负荷强，自控程度高，操作简单；人工湿地运行成本低，维护简单；人工湿地具有生态效应，可美化环境，具有绿化功效，可与高校的景观相结合。同时，可以弥补两种技术各自的不足。可以缩短SBR系统的曝气时间，降低其能耗；人工湿地可以弥补SBR中氮磷去除功效；SBR系统可以弥补人工湿地系统冬季处理效果不佳的问题，有效防止人工湿地堵塞，减小人工湿地的占地面积。4 工艺设计计算部分4.1 格栅的设计4.1.1 格栅的作用格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在废水渠道的进口处，用于截留较大的悬浮物或漂浮物，主要对水泵起保护作用，另外可减轻后续构筑物的处理负荷。4.1.2 设计计算平均流量Q = 1812m3/d = 0.021m3/s；设秒变化系数为1.13。则设计流量为0.024。取用中格栅，栅条间隙d = 10mm；格栅安装角度= 45，栅前流速0.7m/s ,过栅流速0.8m/s；单位栅渣量W = 0.05m3/103 m3 废水17。本设计采用人工清渣格栅。由于本设计水量较少，水质较好，故格栅直接安置于排水渠道中。(1) 渠道宽度采用矩形渠道，则根据最优水力断面公式Q设 = Bhv = B1/2Bv (4-1)计算得：B=0.26m ，h = 0.13 m 。(2) 栅条间隙数 (4-2)式中： Q 设计流量，m3/s 格栅倾角，度b 栅条间隙，mh 栅前水深，mv 过栅流速，m/s (4-3)取n=12条。(3) 过栅水头损失取k = 3 , = 1.79(栅条断面为圆形)，v = 0.8m/s ，则： (4-4)式中：K系数，水头损失增大倍数系数，与断面形状有关S格条宽度，mD栅条净隙，mmV过栅流速，m/s格栅倾角，度 (4-5)=0.089m(4) 每日栅渣量栅渣量(m3/103m3污水)，取0.10.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值取W1 = 0.05m3/103m3 K2 = 1.5 ，则：W = (4-6)式中：Q设计流量，m3/sW1栅渣量(m3/103m3污水)，取0.05m3/103m3 W = (4-7) = 0.11 m3/d 15d15d周期数N1/d4364周长数Th6846周期进水时间Th/周期4231周期反应时间Th/周期5.53.542周期沉淀时间Th/周期11周期排水时间Th/周期120.51.5池水深H m46安全高度Hm0.60.9表中反应泥龄（）4.3.3 设计计算程序开始外部条件和设定条件l 计算泥量用设计流量Qd(m3/d)l 高日高时流量 Qh(m3/h)l 进水BOD S0（mg/L）l 出水BOD Sc（mg/L）l 进水SS X0（mg/L）l 最冷月平均水温 TL（）l 最热月平均水温 TH（）l 所在地海拔高程 （m）l 曝气设备氧利用率 EA（%）选定参数l 周期数 N 按表3选定l 周长数 T 按表3选定l 一个周期进水时间 T按表3选定l 一个周期反应时间 T按表3选定l 一个周期沉淀时间 T按表3选定l 一个周期滗水时间 T按表3选定l 池数 M 按表3选定l 设计高水位 H 按表3选定l 安全高度 H按表3选定l 污泥指数 SVI 可按经验值计算l 确定好氧泥龄l 计算缺氧泥龄l 确定反应泥龄l 计算总泥龄l 计算污泥产率系数l 计算反应污泥量l 计算反应池污泥总量l 计算池容l 计算其他参数T、TD、计算需氧量、供气量l 选定含碳有机物单位耗氧量l 计算去除量l 计算需消化氨氮量 bl 计算反消化硝酸盐量 l 计算实际需氧量l 计算需氧量修正系数l 计算标准需氧量l 计算供气量l 计算单池小时供气量 （）/结束图4.1 设计计算程序图4.3.4 设计计算4.3.4.1 外部条件和设定条件设计处理水量：Q=1812 m3/d，q=75.5 m3/h，总变化系数1.93，日变化系数1.73，最冷月平均水温10，最热月平均水温25，学校海拔200m，SVI 150mL/g。进出水水质见表4.2。表4.2 SBR反应器进出口水质指标进水水质要求出水水质CODCr212mg/L60 mg/LBOD5121mg/L20 mg/LTN25mg/L18 mg/LNH4+-N15.7mg/L15 mg/LTP4mg/L3 mg/LSS150mg/L20 mg/LTP只需去除1 mg/L即可达标，通过降解BOD可去除TP1.3mg/L，故不考虑除磷。设计的本部分只要求消化，不要求脱氮，可以不设厌氧时段，但考虑到完全混合流态容易发生污泥膨胀，有必要在曝气时段前设一小段厌氧时段，起选择器作用，可视为缺氧时段。4.3.4.2 选定参数（1）周期参数 综合各方面情况，选定周期参数为：周期数 N=6（1/d）周期长 T=4h反应时段 T=2h/周期沉淀时段 T=1h/周期滗水时段 T=1h/周期实际沉淀时间T= T+T-1/6=1.83h/周期（2）池数为实现连续排水和便于配水，以2池为宜，故选定：M=2池（3）设计高水位H=5m（4）安全高度Hf=0.6m4.3.4.3 设计水量计算污泥量的设计水量按高日流量计：Qd=1.731812=3135 m3/d (4-11)高时流量：Qh=1.9375.5=146 m3/h (4-12)4.3.4.4 确定泥龄水温10时消化的推荐泥龄为9d。为改善污泥沉降性能增加厌氧时段按1d泥龄计，故取：=10d4.3.4.5 计算污泥产率系数 (4-13)4.3.4.6 计算污泥量（1）反应污泥量 (4-14)（2）总污泥量 (4-15)4.3.4.7 计算池容 (4-16)4.3.4.8 排水深度 (4-17)4.3.4.9 污泥浓度 (4-18) (4-19)可行。4.3.4.10 单池参数单池池容： (4-20)单池池面积： (1-21)单池贮水容积： (4-22)4.3.4.11 核算污泥负荷 (4-23)4.3.4.12 水力停留时间 (4-24)4.3.4.13 计算需氧量、供氧量（1）实际需氧量O2先求出各参数：1）降解单位含碳有机物需氧量OC设计OC值应满足各种工况，主要是低温和高温两种工况。在低温情况下，设计水温10，泥龄为10时，OC=1.04kgO2/kgBOD。在高温情况下，设计水温25，但泥龄不应是10d，因为水温升高后，消化所需泥龄可大大缩短，当水温为25时，只要2d泥龄即可，考虑安全因素，按6d泥龄计算是足够保险的，按此得OC=1.14kgO2/kgBOD，比低温条件高，故设计取：OC=1.14kgO2/kgBOD2）需降解BOD量 StBOD波动系数fC=1.25St=fCQ（S0-Se）/1000=1.251812(121-20)/1000=228.8kgBOD/d (4-25)3）需消化的氨氮量Nbt (4-26)Nk进水凯氏氮（TN）浓度（mg/L）;Nbe要求出水氨氮浓度（mg/L）;5安全量（mg/L）。4）反消化的消态氮量Not缺氧时段发挥脱氮功能，但时间很短，脱氮效率不高，氧量不大，可忽略不计。将上述各参数带入下式可算出O2： (4-27)单位需氧量为： (4-28)（2）修正系数K0带入公式计算： (4-29) (4-30) (4-31) (4-32) Ot曝气池逸出气体中含氧（%）; Pb曝气装置处绝对压力（105Pa）; CSW清水在T和实际计算压力Pa时的饱和溶解氧（mg/L）; CSt清水在T时的饱和溶解氧（mg/L）; CS标准条件下清水中饱和溶解氧， CS=9.2mg/L; C0混合液剩余溶解氧值，一般C0=2mg/L; 混合液中KLa值与清水中KLa值之比，我国规范的建议值为=0.85，如条件允许应实测； 混合液饱和溶解氧值与清水饱和溶解氧值之比，我国规范的建议值为=0.90，如条件允许应实测。（3）标准需氧量OS (4-33)（4）供气量总供气量： (4-34)单池小时供气量按下式计算，式中曝气时间T0=1.8h/周期 (4-35)4.3.4.14 主要设备计算（1）曝气器曝气器数量按实际小时供气量计算。设每个曝气器供气量为2Nm3/h，每池需曝气器数为： (4-36)全场需曝气器： （2）鼓风机全厂2个反应池工况完全相同，因此一台风机可同时向两个池供气。全厂需设2台风机，1用1备。每台参数为：Q=2606=1212Nm3/hP=0.6bar（3）滗水器每池贮水量就是滗水量。每池设滗水器1台，全厂3台，其中1台备用，每台参数为：Q=150m3/h堰负荷：Q28L/(sm)堰长：（4）潜水搅拌器缺氧时段需要搅拌，搅拌功率按5W/m3池容计算，每池设1台水下搅拌器，每台功率为： (4-37)取Ni=7.5kW全厂共3台，其中1台备用。（5）剩余污泥泵全厂3台，每池一台，剩余1台备用。剩余污泥从反应池排放，排泥时要注意不影响沉淀和滗水。全厂剩余污泥量为： (4-38)反应池中污泥浓度是变化的，最高水位时污泥浓度最低，XH=3.55g/L,最低水位时污泥浓度最高，XL=5.27g/L，在计算污泥体积时，按最不利的情况，即用XH计算： (4-39)每池每周期排泥量： (4-40)排泥时间按0.5h计，剩余污泥泵的流量为：4.4 人工湿地工艺设计人工湿地污水处理系统的工艺设计主要包括人工湿地基质的构建、植物群落的构建和人工湿地构造与工程参数三个方面12。4.4.1 人工湿地基质的构建在人工湿地的设计中，基质的构建需从基质的种类、粒径和厚度三方面加以考虑。不同基质的人工湿地其净化效果不同，富含Fe3+、Al3+、Ca2+等离子的基质容易通过配位体交换与污水中磷酸根离子发生吸附和沉淀反应，因此，以P为特征的污水，最好选择飞灰和页岩为基质，其次是铝矾土、石灰石和膨润土等，泡沸石与油页岩对P的吸附能力较差，不宜选用。本设计主要处理的是学生生活污水含有N、P较多，所以采用砾石和页岩为基质。基质粒径的大小是影响湿地系统水力传导性的主要因素，直接关系到污染物在湿地中的停留时间和系统的空隙度。粒径大的基质,空隙度大，所能容纳的污水量也大，污水能在湿地内部受到较长时间的吸附与吸收，有利于污水净化。目前运行的人工湿地，基质粒径范围在030mm之间，最常选用的粒径范围是416mm。进水配水区和出水集水区填料粒径一般在60100mm，分布于整个床宽。处理区填料粒径美国EPA建议为2030mm，这样水力传导性好，适宜植物生长，处理效果好。基质的厚度是决定人工湿地过水断面面积和污水处理效果的重要参数，一般须根据系统所栽种植物的种类及根系的生长深度确定，以保证湿地床中必要的好氧条件。目前运行的人工湿地，其基质厚度在0.51.0m之间，大多数人工湿地基质厚度在0.60.8m之间。通常垂直流湿地的基质层较厚，在7080cm之间，潜流湿地的基质厚度约4070cm左右，表面流湿地对基质厚度的要求不太严格。4.4.2人工湿地植物的构建人工湿地中常选用挺水植物。人工湿地植物的构建包括植物的选择、栽培和收割管理三个方面。常用于人工湿地的植物种类主要有:芦苇、香蒲、营蒲、灯芯草、蔗草和苔草等，其中芦苇和香蒲应用最多。不同植物对污水的净化效果不同。长苞香蒲和水烛等大型植物具有粗壮的根系和许多发达的不定根，是较佳的净水植物，而小香蒲根系发达程度无法与前者相比，其净水效果也差一些。对含氨氮浓度较高的污水，蔗草、芦苇的去除能力明显高于香蒲，对以有机污染物为主的污水，蔗草的去除能力优于芦苇和宽叶香蒲因此，人工湿地植物的选择应考虑以下方面:生态的可接受性，所选用的植物不是有害杂草，对周边自然环境生态遗传的整体性不构成危害。能适应当地的气候条件，具有一定的抗病虫害能力。能忍耐污染物和水生的环境条件。容易繁殖和生长速度快。净化能力强。总之，人工湿地植物的选择日益倾向于具有地区特色、耐污力强、净化率高的品种。人工湿地植物的栽培多在春、秋两季，春季栽培更有利于植物的成活和生长。植物的栽培方式主要有自然界移栽、直接种植和育苗移栽三种。从自然界移栽容易引入杂草，且受气候条件的限制，一般多在春季。直接种植湿地植物成活率高，但生长速度慢。育苗移栽是目前国外普遍采用的方式，采用这种方式，植物的成活率高，生长速度快，可以在短期内布满整个人工湿地。增大植物的栽培密度可以加强其输氧能力，有利于提高系统的氧含量，进而提高其处理效率。加强人工湿地管理，控制杂草生长，定期进行植物收割也有利于维持系统的处理效果。本系统以移栽芦苇和香蒲作为湿地植物。4.4.3人工湿地的构造与工程参数人工湿地的构造与工程参数是人工湿地工艺设计的核心，包括湿地床构型和系统水力学特性两方面。其中，湿地床构型设计包括系统的长宽比和底面坡度两个参数。系统水力学特性包括水力负荷、有机污染负荷、污水停留时间、系统内水流方式、进出水系统的布置等。湿地床长度通常为2050m。过长,易造成湿地床中的死区，且使水位难于调节，不利于植物生长。潜流湿地处理单元由于绝大部分的BOD和悬浮物的去除发生在进水区几米的区域，因此也有一些学者建议，潜流湿地处理单元长度应控制在1230m之间。Kollaard和Tousignant建议，潜流湿地处理单元长度最小取15m为宜。湿地的长宽比不宜过大，我国学者建议控制在3:1以下，目前，大多数欧洲国家人工湿地的长宽比在1:12:1之间，以土壤为主的系统，长宽比应小于1:1。对于长宽比小于1:1的潜流湿地，必须慎重考虑在湿地整个宽度上均匀布水和集水的问题。人工湿地底面坡度的大小须根据基质性质及湿地尺寸加以确定，目前人工湿地设计中，底坡一般取1%7%，大多数在1%左右，对砾石床人工湿地可取2%，表面流人工湿地采用0.5%或更小，潜流人工湿地不大于1%。目前，人工湿地水力学特征设计是人工湿地工艺设计的薄弱环节，国内外尚无统一的技术标准和设计规范，大多数设计是通过简单模型的计算再结合实践经验获得的。一般地，进行水力学设计负荷时，应考虑气候、土壤状况、渗透系数和植被类型等场地条件，污染物降解动力学特征及出水水质要求，尤其注意由于蒸发、蒸腾作用对夏季处理的影响及在干旱地区设计湿地的可行性。通常，潜流型人工湿地的水力负荷可达150500m3/(had)，最佳水力负荷在187374m3/(hm2d)之间。降低水力负荷有利于提高系统的出水效果。人工湿地的有机污染负荷随废水性质和条件而变化，其大致范围在18110kgBOD5/(had)。人工湿地的停留时间与处理效果关系密切，停留时间过短，生化反应不充分，停留时间过长， 一般为1020d，易引起污水滞留和厌氧区扩大，影响处理效果。其中最佳停留时间为57d。欧洲国家推荐使用的水力学特征参数