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膜生物反应器(MBR)计算书2008.9.18


台湾某工业污水处理厂MBR工艺设计计算(作者雍文彬13609713699,仅
参数 日处理量(m /d) 旱季平均流量(m /h) 旱季平均流量(m /S) 最大时流量(m /h) 最大时流量(m /s) 平均时流量(m /h) 平均时流量(m /s) 处理流量 总变化系数 max进水CODcr (mg/L) 估测实际进水COD均值 (mg/L) max进水BOD5 (

mg/L) 估测实际进水BOD5 均值(mg/L) max进水TP (mg/L) max进水NH3;(mg/L) 设计平均 进水水质 进水总SS (mg/L) 进水有机SS 进水无机SS max进水TN(mg/L)
3 3 3 3 3 3 3

代号 Q Q Q Qmax Qmax Q Q Kz Sinmax S0 BOD5 BOD5 Tp NH3 TN
in in in in 0

计算值 15000 625.00 0.17 750.00 0.21 625.00 0.17 1.20 175.00 140.00 80.00 64.00 1.00 25.00 30.00 60.00 48.00 12.00 10.00 150.00 10.00 25.00 50.00 10.00 1.00 5.00 30.00 10.00 60.00%

TSSin VSSin SSin,iorg (mg/L) (mg/L)
nbVSS in

(mg/L) (mg/L)

进水不可生物降解VSS 进水碱度 以CaCO3计 进水最低温度(℃) 进水最高温度(℃) CODcr (mg/L) BOD5(mg/L) 排放标准 TP (mg/L) 氨氮 (mg/L) TN SS

Tl Th CCOD,ET CBOD,ER CP,ER CNH4,ER CTN,ER CTSS,ER

假定设计出水均值与排放限制的比例 CODcr (mg/L) BOD5(mg/L) 设计出水 TP (mg/L) 水质均值 氨氮 (mg/L) TN TSS CODcr 负荷 (Kg/d) 日处理负 荷 Se BOD5 TPe Ne TNe TSe Cd,COD

30.00 6.00 1.00 3.00 30.00 6.00 1650.00

BOD5 负荷 (Kg/d) 日处理负 TP负荷 (Kg/d) 荷 氨氮负荷 (Kg/d) TN负荷 (Kg/d) CODcr (mg/L) BOD5(mg/L) 处理程度 TP (mg/L) 氨氮 (mg/L) TN 产率系数 (gVSS/gBOD.d) 产率系数(gVSS/gCOD.d) 20℃最大比增长速率(gVSS/gVSS.d) 设计温度最大比增长速率(gVSS/gVSS.d) 半速率常数(gCOD/gVSS.d) 半速率常数(gCOD/gVSS.d) 内源消耗系数(gVSS/gVSS.d) 内源消耗系数(gVSS/gVSS.d)

Cd,BOD Cd,P Cd,NH4 Cd,TN

870.00 0.00 330.00 0.00 82.86% 92.50% 0.00% 88.00% 0.00% 0.60 0.40 6.00 3.05 40.00 23.87 0.12 0.08 0.75 0.38 0.74 0.44 0.08 0.05 0.12 0.50 2.00 0.50 0.11 3.00 27.80 16.65

Nf Y Y 20℃?m ?m 20℃Ks Ks Kd20 Kd

20℃ ?nm 生化反应 20℃硝化菌最大比增长速率 (gVSS/gVSS.d) 动力学参 设计温度下硝化菌最大比增长速率(gVSS/gVss.d) ?nm 3 数 20 ℃半速率常数 (gNH3/M ) 20℃ Kn 设计温度下半速率常数(gNH3/M3) 20 ℃硝化菌内源消耗系数(gVSS/gVSS.d) T ℃硝化菌内源消耗系数(gVSS/gVSS.d) 硝化产率系数 硝化氧抑制系数 溶氧 (g/m3) 出水NH3浓度 (g/m3) 硝化菌比增长速率 硝化安全系数 完全硝化最小泥龄(d) 完全硝化最小泥龄,仅对好氧池核算(d) (gVSS/gNH3) (g/m3) Kn 20℃ Kdn Kdn Yn Ko DO N ?n SFn SRT tSS,aerob,dim

SRT确定

本设计SRT取值(d) 基质浓度 (g bCOD/m3) 细菌残体 异氧菌生剩余污泥产量(Kg/d) 细胞碎屑剩余污泥产量(Kg/d) 硝化菌生物剩余污泥产量(Kg/d) 不可生化降解的VSS剩余污泥产量(Kg/d) 进水无机SS累积量(Kg/d) S Fd A B C D E

SRT

28.00 1.59 0.15 253.97 86.47 5.44 150.00 180.00

污泥产量

污泥产量 化学除磷剩余污泥产量(Kg/d) 剩余活性污泥产量 (Kg VSS/d) 有机剩余污泥产量 (Kg VSS/d) 不计入除磷污泥的剩余污泥总产量 (Kg DS/d) 计入除磷的剩余污泥总产量 (Kg DS/d) 剩余污泥总产量 (吨 DS/d) 生化池剩余污泥排量(m3/h) 平均MLSS 浓度 (mg/L) MLVSS (mg/L) 膜区污泥浓度 (mg/L) 生化污泥总量 Kg 好氧池容积 ( m3) HRT (h) 池容, 较核F/M (KgCODcr/KgMLVSS.d) HRT,MLSS 较核F/M (KgCODcr/KgMLSS.d) 较核F/M (KgBOD5/KgMLVSS.d)

Sp PX,bio PX,VSS PX,TSS PX,TSS,p PX,TSS,p Qs MLSS MLVSS MLSSm XTSS Vo HRT F/M F/M F/M

0.00 345.88 556.92 736.92 736.92 0.74 2.65 9000.00 6801.66 11571.43 20633.75 2292.64 3.67 0.14 0.11 0.07

较核F/M (KgBOD5/KgMLSS.d) 较核F/M (KgCODcr/KgMLSS.d) 较核COD容积负荷(KgCOD/m3.d) 较核按氨氮有机负荷 (KgNH4-N/KgMLVSS.d) 排泥带走的N(mg/L) 需要反硝化的氮 (mg/L) 缺氧区MLSS浓度(mg/L) 缺氧区有效活性污泥浓度Xb  (mg/L) 反硝化需要的内回流IR NOx 进量 (Kg/d) 前置反硝 假定停留时间t (h) 化参数设 缺氧区池容 m3 计 F/Mb 比反硝化速率 g/g.d 反硝化污泥负荷(Kg NO3-N/Kg MLSS.d) 较核Nox处理能力 不考虑脱氮 不考虑脱氮 不考虑脱氮 缺氧区设计停留时间 Kg/d

F/M F/M CODload F/M

0.05 0.11 0.92 0.02 2.77

NOx Xb IR NOXfeed t Vnox F/Mb SDNR

0 不考虑脱氮 不考虑脱氮 不考虑脱氮 不考虑脱氮 1.00 不考虑脱氮 不考虑脱氮 不考虑脱氮 不考虑脱氮 不考虑脱氮

不考虑脱氮

生化除磷量(Kg/d) 需要去除的TP(Kg/d) 化学辅助除磷量(Kg/d) 除P 铝投加量 Kg/d 铁投加量 Kg/d 硫酸铝铝含量 硫酸铝投加量(Kg/d) 聚铝中铝含量 聚铝投加量(Kg/d) 进水含碱 (Kg/d),以CaCO3计 硝化耗碱 (Kg/d),以CaCO3计 碱度平衡 反硝化产碱 (Kg/d),以CaCO3计 BOD氧化产碱 (Kg/d),以CaCO3计 出水含碱(Kg/d),以CaCO3计 需要加碱(Kg/d),以CaCO3计 COD降解理论需氧(Kg/d) 排泥折合理论需氧(Kg/d) 氨氮氧化理论需氧(Kg/d) 反硝化折合理论需氧(Kg/d) 总理论需氧(Kg/d) 混合液平均溶解氧 (mg/L) a ? F 水深 (m) 海拔(m) 生化曝气 20℃,1ATM 标准氧饱和浓度(mg/L) 量 实际温度下氧饱和浓度(mg/L) 较核海拔相对大气压 在T,H条件下饱和溶解氧 相对大气压 (m) 池底饱和氧浓度(mg/L) 标准状况与实际条件下氧转移速率比 脱氧清水中氧转移效率Ea(%) 生化需供气量(m3/h) 较核生化供气量(m3/h) 曝气头通量 (m3/h) 曝气头数量 (个)

TPbio Tpin Tpchem AL Fe 0

20.75 0.00 0.00 0.00 7.00% 0.00 20.00% 0.00

Alkin AlkN AlkDN AlkBOD Alke Alka

2250.00 2356.20 0.00 652.50 900.00 353.70 1650.00 -790.83 1428.90 0.00

Ro C a ? F h H Cs20 CsT Pb/Pa CS,T,H Patm,H 平均CS,T,H SOTR/AORT Ea

2288.07 2.00 0.45 0.95 0.90 5.00 200.00 9.08 10.29 0.98 10.04 10.08 11.85 3.15 30.00% 3710.39 1608.50 4.00 403.00 15.00

20摄氏度平均膜通量(LMH)

20摄氏度峰值瞬时最大膜通量(LMH) 平均水量时平均膜通量(L/m2.h),按连续产水计算 峰值水量时平均膜通量(L/m2.h),按连续产水计算 实际出水时间 平均水量时瞬时膜通量(L/m2.h) memstar膜 峰值水量时瞬时通量(L/m2.h) 组件设计 理论膜用量(m2) 每片膜膜面积(m3) 膜片数量 膜片安装间距(m) 膜架层数 每个膜架膜数量(片) 膜架数量(个) 下层间歇曝气时间 下搅拌曝气量(m /片.h) 下搅拌曝气量(m /片.h) 下层间歇曝气平均值(m3/h) 下层曝气连续曝气平均值(m3/h) 膜曝气总风量 大孔曝气氧利用率 对生化贡献折合为微孔曝气(m3/h)
3 3

25.00 11.72 14.06 0.90 13.02 15.62 53336.86 20.00 2667.00 0.09 2.00 60 45 50.00% 2.00 2.00 1333.50 2667.00 4000.50 5.00% 2101.88

膜产水设 产水分组数 计 每组膜架数 在线化学反洗一次用水量(吨) 反洗用次氯酸钠浓度㎎/? 膜化学反 次氯酸钠反洗次数(次/a) 洗设计 次氯酸钠药液浓度 化学反洗10%次氯酸钠用量(吨10%液体/次) 化学反洗10%次氯酸钠用量(吨10%液体/a) 化学清洗池容积 化学清洗用次氯酸钠浓度㎎/? 次氯酸钠化学清洗频率 次/年 化学清洗用10%次氯酸钠量(T/a) 化学清洗 化学清洗用盐酸浓度 盐酸化学清洗频率 次/年 化学清洗用30%盐酸量(T/a) 化学清洗用碱浓度㎎/? 碱化学清洗频率  次/年

5.00 9.00 160.01 500.00 70.00 10.00% 0.80 56.00 800.05 2000.00 2.00 14.55 1.00% 0.50 13.33 0.25% 1.00

化学清洗

化学清洗用碱量(40%液体/a) 次氯酸钠单价(元/T) 盐酸单价(元/T) 膜维护药 40%液碱单价(元/T) 剂费用 膜维护总药剂费用(万元/年) 处理吨水费用(元/吨)

5.00 1000.00 1000.00 1200.00 8.99 0.016

[1] [2] [3] 参考资料 [4] [5] [6]

计算(作者雍文彬13609713699,仅供相互交流学习)
计算公式/取值依据/说明

市政污水根据规范要求,工业污水根据工艺是否有调节池或业主提供。

参照实际运行项目,按照设计进水最大值80%校核 参照实际运行项目,按照设计进水最大值80%校核 工业污水请采用TKN替代氨氮 参照实际运行项目和设计彼标准校核,对池容积与污泥浓度影响很大 市政约TSS的80%。[1] P245。第二级生化更高。 SSin,iorg=TSSin-VSSin 参照[4] P708 估计,纯市政污水不必计算 4<T<39,温度矫正公式有效 4<T<39,温度矫正公式有效

比如台湾地区不要求该指标,请填写与进水max值。

比如台湾地区不要求该指标,请填写与进水max值。

超滤膜出水,一般浊度<0.5NTU,SS<5mg/L的检测限

typical0.4-0.8,[4]P585 typica0.3-0.6,[4]P585 typica3-13.2,[4]P704 20℃?n * 1.07(T-20)[4] typical5-40, [4]P704 20℃Kn * 1.053(T-20) typical0.06-0.15,[4]P704 Kd20 * 1.04(T-20) ,[4]P705 0.2-0.9,typical0.75 [4]P705 20℃?nm * 1.07(T-20) 0.5-1.0,typical 0.74,[4]P705 20℃Kn * 1.053(T-20) 0.05-0.15,typical0.08,[4]P705 20℃?nm * 1.04(T-20) 0.10-0.15,typical0.12,[4]P705 0.4-0.6,typical0.5,[4]P706 完全硝化考虑 (?m*N/Kn+N)*[DO/(Ko+DO)]-Kdn,[4]P679 按照峰值TKN与均值比例,或经验确定。一般生活污水取1.5,一般工业污水2-3,有 毒性工业污水需要更长或考虑两级生化。 SRT=SF*1÷?n SRT=SF*3.4*1.103^(15-T),仅对好氧池核算。[3]P23 SRT5-15d,可能有硝化;SRT>15d,有硝化。[1]P320 无硝化4-6d;有硝化8-12d,仅对好氧池核算。[3]P23 兼顾除磷脱氮,结合运行经验,MBR可以在20-25天,进水SS不高的难降解工业污水推 荐30天以上,SRT对排泥量与池容积影响较大. S=Ks[1+Kd*SRT)/SRT*(?m-Kd)-1 [4]P679 0.08-0.20,typical 0.15 [4]P704 [QY(S0-S) ÷(1+Kd*SRT) ],[4]P683 [fd*Kd*Q*Y*(S0-S) *SRT]÷(1+Kd*SRT) ],[4]P683 Q*Yn* (NOx) ÷(1+Kdn*SRT),[4]P683

ATV, 4Kg SS per Kg AL,[3] (A+B+C),[4]P682 (A+B+C)/0.85+D,[4]P683 (A+B+C)/0.85+D+E,[4]P683 (A+B+C)/0.85+D+E+Sp,[4]P683 Qs=PX,TSS ÷ MLSS÷ 1000000

MLVSS =PX,VSS÷ PX,TSS*MLSS 膜池污泥回流3.5倍 Vo =PX,TSS*SRT÷ MLSS HRT =Vo÷ Q 因反硝化可去除BOD,但效率比好氧池低,反硝化池可替代一部分好氧池功能。 MBR典型值0.1-0.4 KgCOD/KgMLVSS.d 废水处理工程与回用 P858. MBR典型值0.2-0.5 KgCOD/KgMLVSS.d 废水处理工程与回用 P. 0.05KgBOD5/KgMLSS.d,能硝化,能好氧污泥稳定,出水BOD5-10; 0.15KgBOD5/KgMLSS.d,能硝化,不能好氧污泥稳定,出水BOD10-20; 0.30KgBOD5/KgMLSS.d,不能硝化,不能好氧污泥稳定,出水BOD15-25;[2]P569 MBR典型值1.2-3.2 KgCOD/m3.d,[4] P858. 一般<0.04可以得到较好的硝化 0.12*Px,bio/Q [4]P682 市政污水可用TKN-Ne-0.12*Px,bio/Q 废水处理工程与回用 P684 公式8-18。 工业污水应考虑再加上进水自带硝态氮,建议将TKN换为TN。 (Q*SRT/V)*[Y(S0-S) ÷ (1+Kd*SRT) ],[4]P762 IR=NOx/TNe-1.0 IR × Q × Nox 考虑到膜池仍有氨氮转化为硝态氮,本工艺从膜池前回流硝化液, 保险系数应不低于1.5倍。如果无脱氮要求,请填写0. Q ×t Q*BOD5,in/Xb*Va 废水处理工程与回用 负荷校核,typical0.01-0.04

考虑到膜区回流污泥带有较高的溶解氧,一般3-4mg/L,设置预缺氧区,实际设计放大 50%。工艺流程上考虑UCT,尽量减小回流高溶解氧的影响。

未经消化的活性污泥含磷量2.8-11%,A/O工艺可以达到4-6%,这里按5%计算。 [4] P1454; TPin*Q 无须化学除磷 1.3Kg Al/Kg P [3]P29,设计按2Kg Al/Kg P校核 或者投加2.7Kg Fe/Kg [3]P29,因铁盐腐蚀性强,非特殊情况不推荐使用 按照工业硫酸铝溶液计算

因聚铝价格贵,不推荐

7.14g CaCO3*硝化日负荷 3g CaCO3 * 反硝化日负荷 文献报道约0.5-1Kg碱/Kg BOD,取值0.75 为维持出水PH>6.5, 碱度>60mg/L CaCO3 (AlkN + Alke) - ( Alkin + AlkDN + AlkBOD) 水量按天计算;假设1KgCOD需1KG O2 1.42*Px,bio 4.33*氨氮日处理负荷 2.86 * 反硝化日处理负荷 Ro=COD降解耗氧量+氨氮耗氧量-剩余污泥折合理论需氧量-反硝化理论供氧量 [5] [4]P717 [4]P717

废水处理工程与回用 P429,P1747 查表 废水处理工程与回用 P429,P1747 查表,此处按照15℃考虑。 如果含盐量高超过5000ppm,需查表校核

SOTR/AOTR=(1.024)(20-Th) *Cs20÷[a*F *(?*平均CS,T,H-C) ]

减去膜曝气对生化的贡献

20摄氏度时,一般工业污水设计<10L/m2.h,生活污水设计<20L/m2.h,由膜厂家提供。

20摄氏度时,一般工业污水设计<15L/m2.h,生活污水设计<30L/m2.h,由膜厂家提 供,并说明耐受峰值通量的时间。 设计温度下,(1.025)^(T-20),[6]P127

轮换曝气,间歇加强 下层连续曝气 下层间歇加强曝气

请按照膜厂家建议或按照经验填写,一般10000吨及以上系统应不少于4组,每组产水 流量最大不超过500吨/小时。组数太少,不利于系统稳定性;组数太多会增加成本及 操作。 校核用 推荐2?/㎡膜 +50% (管道容积、损失和富余量) 推荐300~500㎎/? 次氯酸钠

推荐1000-2000㎎/? 次氯酸钠 2次/12个月 推荐1-2% 。盐酸,硫酸,柠檬酸等,根据小试而定。 1次/12个月 推荐0.2-0.5% 1次/12个月

给水排水设计手册,第五分册 三废处理工程技术手册,废水卷 德国ATV-DVWK-A 131E,Dimensioning of single-stage activted sludge plants,2001。其中生化反应动力学常数引自ASM1 Metcalf & Eddy,Inc. Wastewater Engineering Treatment and Reuse (Forth edition). IWA 2003,Proceedings of 2nd IWA National Young Water Professionals Conference, Germany The MBR Book(second edition)


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