污水处理专业课程设计.docx

1 工程概况
1.1 设计原始资料
污水处理厂出水排入距厂150 m某河中，某河最高水位约为-1.60 m，最低水位约为-3.2 m，常年平均水位约为-2.00 m。污水处理厂污水进水总管管径为DN800，进水泵房处沟底标高为绝对标高-4.3 m，坡度1.0 ‰，充满度h/D = 0.65。处理量为3万吨/天。
初沉污泥和二沉池剩下污泥经浓缩脱水后外运填埋处理。
1.2 设计要求
污水处理厂污水水质和预期处理后达标数据如表所表示：
表1.1 污水原水和处理后数据
污水水质A组
COD（mg/L）
BOD（mg/L）
SS（mg/L）
PH
处理前水质
400
200
200
6~8
处理后水质
20
50
20
6~8
去除率
80%
75%
90%
—
处理后标准符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—）中要求城市二级污水处理厂二级标准。
1.3 选定处理方案和确定处理工艺步骤
依据《城市污水处理和污染防治技术政策》条文4.2.2中要求，日处理大于20万立方污水处理厂通常能够采取常规活性污泥法工艺，10~20m3/d污水处理厂能够采取传统活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺。
此次设计只需除去COD、BOD、SS不用考虑除氮和除磷工艺，而且BOD/COD=0.5可生化性很好，所以选择两种方案进行选择。
方案一：传统活性污泥法
一般活性污泥法是指系统中主体构筑物曝气生物反应池水流流态属推流式。工艺步骤见图1.1。
方案二：AB法污水处理工艺
AB法污水处理工艺是指吸附—生物降解工艺，该工艺将曝气池分为高低负荷两段，各有独立沉淀和污泥回流系统。高负荷段A段停留时间约20－40分钟，，去除BOD达50％以上。B段和常规活性污泥相同，负荷较低，泥龄较长。工艺步骤见图1.2。

图1.1 传统活性污泥法工艺步骤图

图1.2 AB法污水工艺步骤图
1.4 方案优缺点比较
传统活性污泥法
AB法污水处理工艺
优点：
处理很好，BOD去除率可达90%以上，适宜处理净化程度和稳定要求较高生物污水；对污水比较灵活，能够依据需要调整。
缺点：
曝气池首端有机物负荷高，耗氧速率高。
曝气池大，基建费用高。
供氧速率难于和其吻合，不平衡。
优点：
对有机底物去除效率高。
系统运行稳定。
有很好脱氮除磷效果。
AB法工艺较传统一段法工艺节省运行费用20%~25%。
缺点：
A段在运行中假如控制不好，很轻易产生臭气
污泥产率高，A段产生污泥量较大，这给污泥最终稳定化处理带来了较大压力。
两种方案全部可行，按最终选择AB法污水处理工艺。
2 污水工艺设计
2.1 设计流量计算
污水平均流量：

污水总改变系数：

污水最高日流量：

2.2 格栅
格栅是安装在污水渠道、泵房进口处顶端，用于截留较大悬浮物，关键作用是将污水中大块污水拦截，以免后续处理单元 水泵或构筑物造成损害。
设计参数：
1、 栅条间隙：机械清洗为16~25mm，人工清洗为25~40mm。
2、 格栅栅渣量：空隙为16~25mm时，栅渣量为0.10~0.05m3/103m3污水：空隙为25~40mm时，栅渣量为0.03~0.01m3/103m3污水。
3、 污水过栅流速0.6~10 m3/d，格栅前渠道流速0.4~0.9 m3/d。
4、 清渣方法：当栅渣量大于0.2 m3/d时，采取机械清渣格栅。机械清渣格栅倾角90°~60°。
5、 栅条宽度s=0.01m；栅条间隙b=50mm
6、 栅前水深h=0.8m；倾角α=60°。
7、 过栅流速v=0.8m/s。
2.2.1 格栅设计计算
1、格栅间隙数

2、格栅槽宽度

3、进水渐宽部分长度

式中 α—渐宽处角度，通常取10°~30°；
B1—进水明渠宽度，；
4、栅槽和出水渠道连接处渐缩部分长度

5、过栅水头损失

式中 h1——过栅水头损失，m；
h0——计算水头损失，m；
k——系数，格栅受到污染堵塞后，水头损失增大倍数，通常k=3；
ξ——阻力系数，和栅条断面形状相关，
当格栅为矩形断面时，β=2.42。

6、栅槽总高度

式中 h2—栅前渠道超高，m，通常取0.3m；
7、栅前槽高

8、栅槽总长度

9、每日栅渣量

式中 W1—每103m3污水栅渣量，取0.1~0.01，粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值。
格栅采取机械清渣方法。
10、格栅示意图

图2.1 格栅计算简图
2.3 提升泵站
2.3.1泵房选择
选择集水池和机械间合建半地下矩形自灌式泵房，这种泵房部署紧凑，占地少，机构省，操作方便。本设计设三台水泵，其中两天备用。
2.3.2设计计算
1、每台泵流量

2、集水池容量
按要求集水池容量不能小于一台泵6分钟进水容积W

3、集水池面积

——有效水深，2m。

2.3.4扬程计算

式中 ——集水池最低工作水位和所需要水位高差；
——出水管提升后水面高程，0.182m；
——充满度，0.65；
——经过格栅水头损失，0.25m。

参考设计手册各结构物水头损失，本设计污水结构物水头损失为4.5m。沿程损失为0.54m。

选择550TU—L型污水水泵三台，每台Q=1350L/s，扬程10~45m。 
2.4 曝气沉砂池
一般平流沉砂池关键缺点是沉砂中含有15%有机物，使后续处理难度加大。采取曝气沉砂池能够克服这一点。
优点：经过调整曝气量，能够控制污水旋流速度，使除砂效率稳定，受流量改变影响较小；同时对污水起到预曝气作用。
设计参数
1、 旋流速度保持0.25~0.3m/s。
2、 水平流速v1=0.06~0.12m/s。
3、 最大流量时停留时间1~3min。
4、 有效水深h2=2~3m，宽深比通常采取1~2。
5、 1m3污水曝气量为0.2m3空气。
2.4.1 设计计算
1、池子总有效容积

式中 t——停留时间，通常取1~3min。
2、水流过水断面面积

3、沉砂池宽度

宽深比为：
4、沉砂池长度

5、每小时需空气量

式中 d——1m3污水曝气量，通常采取0.1~0.2m3/m3污水。
6、沉砂室所需容积

7、沉砂斗上口宽度

式中 h’——沉砂斗高度；
α——沉砂斗壁和水平倾向，矩形沉砂池α=60°；
a1——沉砂斗底宽度，通常采取0.4～0.5m。
设计中取h’=1.4m，a1=0.5m。
8、沉砂斗有效容积

9、沉砂室高度

10、沉砂池总高度

式中 h1——沉砂池超高，通常采取0.3~0.5m。
10、出水和排砂装置
出水采取沉砂池末端薄壁出水堰跌落出水，出水堰可确保沉砂池内水位标高恒定。出水管采取DN800钢管。
采取沉砂池底部管道排砂，排砂管DN200mm。
2.5 AB法
1、全系统分为预处理段、A段、B段等三段、预处理段只设格栅、沉砂池等简单设备，不设首次沉淀池。
2、A段有曝气吸附池和中间沉淀池组成，B段由曝气池和最终沉淀池组成。
3、A段和B段各自拥有独立污泥回流系统，两段完全分开。
2.5.1 A段设计参数
对处理城市污水，A段关键设计和运行参数提议值为：
1、BOD—污泥负荷（LS）2 ~6kgBOD/（kgMLSS·d），为一般活性污泥法10~20倍；
2、污泥龄（θc）0.3~0.5d；
3、水力停留时间（t）30min；
4、吸附池内溶解氧（DO）浓度0.2~0.7mg/L。
5、A段曝气池内混合液污泥浓度MLVSS通常采取~3000mg/L。。
6、A段曝气池内污泥回流比RA通常采取40%~70%
2.5.2 B段设计参数
去除有机物是B段关键净化功效。B段承受负荷为总负荷30%~60%，和一般活性污泥法比，曝气池容积可降低40%左右。
1、BOD—污泥负荷（LS）0.15 ~0.3kgBOD/（kgMLSS·d）；
2、污泥龄（θc）15~20d；
3、水力停留时间（t）2~3h；
4、吸附池内溶解氧（DO）浓度1~2mg/L。
5、A段曝气池内混合液污泥浓度MLVSS通常采取~4000mg/L。
6、A段曝气池内污泥回流比RB通常采取50%~100%。
2.5.3 A、B段去除率
A段BOD去除率通常为50%~60%，本设计取60%，则A段出水BOD浓度

即使本设计最终要求BOD=50mg/L,但依据一级标准排放要求，经过B段处理后出水BOD浓度应小于20mg/L

2.5.4 平面尺寸计算
1、A段曝气池容积

式中 SrA——A段去除BOD浓度；
NSA——A段BOD污泥负荷率[kgBOD/（kgMLSS·d）]；
XVA——MLSS浓度（mg/L）。
2、 B段曝气池容积

式中 SrB——B段去除BOD浓度；
Q——最大流量（m3/h）；
NSB——B段BOD污泥负荷率[kgBOD/（kgMLSS·d）]；
XVB——MLSS浓度（mg/L）。
3、 A段水力停留时间

介于0.5~0.75之间，符合要求。
4、 B段水力停留时间

介于2.0~6.0之间，符合要求。
5、 A段曝气池平面尺寸

式中 FA——A段曝气池总面积（m2）；
HA——A段曝气池有效水深（m）。
A段曝气池采取推流式，共两组，每组2廊道，廊道宽为5米

6、 B段曝气池平面尺寸

式中 FB——B段曝气池总面积（m2）；
HB——B段曝气池有效水深（m）。
B段曝气池采取推流式，共两组，每组4廊道，廊道宽为5米

设计取24m。
2.5.5 曝气池进出水系统
1、A段曝气池进水系统
沉砂池出水经过DN800管道进入A段曝气池进水渠道，渠道内水流速度为0.96m/s。进水渠道内，水分成两段，流向两侧进水廊道渠道宽度为1.0m，渠道内有效水深1.0m，则渠道内最大水速

式中 bA——进水渠道宽度；
hA——进水渠道有效水深。
曝气池采取潜孔进水，孔口面积

设每个孔为0.4X0.4m，则孔口数个。
2、A段曝气池出水设计
A段曝气池出水采取矩形薄壁堰，跌落出水，堰上水头

式中 H——堰上水头；
Q——A段每组反应池出水量（m3/s），指污水最大流量0.483m3/s和回流污泥量0.347X50% m3/s；
m——流量系数，0.4~0.5；
b——堰宽,通常等于池宽

设计中取0.2m。
两组A段曝气池出水，经过DN1000出水管，送到A段沉淀池，出水管内流速0.62 m/s。
3、B段曝气池进水系统
沉砂池出水经过DN800管道进入B段曝气池进水渠道，渠道内水流速度为0.96m/s。进水渠道内，水分成两段，流向两侧进水廊道渠道宽度为1.0m，渠道内有效水深1.0m，则渠道内最大水速

式中 bA——进水渠道宽度；
hA——进水渠道有效水深。
曝气池采取潜孔进水，孔口面积

设每个孔为0.4X0.4m，则孔口数个。
4、B段曝气池出水设计
B段曝气池出水采取矩形薄壁堰，跌落出水，堰上水头

式中 H——堰上水头；
Q——B段每组反应池出水量（m3/s），指污水最大流量0.483m3/s和回流污泥量0.347X100% m3/s；
m——流量系数，0.4~0.5；
b——堰宽,通常等于池宽

两组B段曝气池出水，经过DN1000出水管，送到A段沉淀池，出水管内流速0.62 m/s。
2.5.6 剩下污泥量
1、A段剩下污泥量

式中 LrA——A段SS去除浓度（kg/m3）；
SrA——A段BOD去除浓度（kg/m3）；
a——A段污泥增加系数，通常见0.4~0.6。
A段曝气池对SS去除率通常70% ~80%，设计中采取75%。设沉砂池对SS去除率为20%，则A段去除SS浓度为：

设计中取污泥增加系数a=0.4

A段产生湿泥量

式中 QA——湿泥产量（m3/h）；
PA——污泥含水率。设计中A段污泥含水率为99%。
2、B段剩下污泥量

式中 LrB——B段SS去除浓度（kg/m3）；
SrB——B段BOD去除浓度（kg/m3）；
a1——B段污泥增加系数，通常见0.4~0.6。设计取0.5。

B段产生湿泥量

式中 QB——湿泥产量（m3/h）；
PB——污泥含水率。设计中B段污泥含水率为99.5%。
3、总剩下污泥量

天天产生湿泥量Q为；

A段和B段曝气池产生剩下量污泥经过排泥管送至污泥处理构筑物，剩下污泥经过汇总成DN200总管排出，管内污泥平均流速为0.32m/s。
4、A段污泥龄

式中 θCA——A段污泥龄；
αA——A段污泥增加系数。取0.6

在0.4~0.7之间，满足要求。
5、B段污泥龄

式中 θCB——B段污泥龄；
αB——B段污泥增加系数。取0.5

在10~25之间，满足要求。
2.5.7 需氧量
1、A段最大需氧量

式中 QA——A段最大需氧量（kg/h）；
a——需氧量系数，通常0.4~0.6；
Q——最大流量（m3/h）；
SrA——A段去除BOD浓度（kgBOD/m3）。
2、B段最大需氧量

式中 QB——B段最大需氧量（kg/h）；
a——需氧量系数，B段通常1.23；
Q——最大流量（m3/h）；
SrB——B段去除BOD浓度（kgBOD/m3）。
B——硝化需氧量系数，取4.57；
Nr——B段去除NH3—N浓度，取0。
A、B段总需氧量O为：

2.6 中间沉淀池
此次设计采取圆形辐射式沉淀池，设两座。泥斗设在池中，池底向中新社倾斜，污泥通常见刮泥机或吸泥机排除。
设计参数
1、沉淀时间：1.0~2.0h；
2、表面水力负荷：1.5~4.5m3/m2*h；
3、每人每日污泥量：0.35~0.83L/（人*d）；
4、污泥含水率：95~97%。
5、池子直径和有效深度比值6~12m，池径不宜大于50m。
6、缓冲高度，非机械排泥时为0.5m；机械排泥时，缓冲层上缘宜高于刮泥板0.3m。
7、坡向泥斗高度大于0.05。
2.6.1 设计计算
1、每座沉淀池表面积和池径

式中 A1——沉淀池表面积，m2；
D1——沉淀池直径，m；
N——池数；
Q1——表面水力负荷，m3/m2*h。
2、沉淀池有效水深

3、沉淀池污泥区容积

式中 C0，C1——分别为进水沉淀池和最终出水SS浓度kg/m3；
P0——污泥含水率，95~97%；
P——污泥密度，kg/m3,含水率95%以上时，取1000kg/m3；

4、污泥斗容积

污泥斗高度：
坡底落差：
5、池底容积

所以，总储存污泥体积：
6、沉淀池总高度

式中 h1——超高，0.3m；
h2——有效水深，3.0m；
h3——缓冲高度，取0.5m；
h4——坡底落差，0.5m；
h5——污泥斗高度，1.73m。

图2.2 中间沉淀池计算简图
2.7最终沉淀池
二次沉淀池关键作用是泥水分离，使混合液澄清、污泥浓缩和回流活性污泥。因为最终沉淀池是在活性污泥法以后，所以设计参数跟首次沉淀池不一样。
设计参数
1、沉淀时间：1.5~4.0h；
2、表面水力负荷：0.5~1.5m3/m2*h；
3、每人每日污泥量：0.35~0.83L/（人*d）；
4、污泥含水率：99.2~99.6%。
5、池子直径和有效深度比值6~12m，池径不宜大于50m。
6、缓冲高度，非机械排泥时为0.5m；机械排泥时，缓冲层上缘宜高于刮泥板0.3m。
7、坡向泥斗高度大于0.05。
2.7.1 设计计算
1、每座沉淀池表面积和池径

式中 A2——沉淀池表面积，m2；
D2——沉淀池直径，m；
q——池数；
q2——表面水力负荷，m3/m2*h。
2、沉淀池有效水深

3、沉淀池污泥区容积

式中 R——污泥回流比50~100%；
Xr——污泥回流浓度mg/L；
X——混合液污泥浓度mg/L；

其中 ；
式中 SVI——污泥体积指数，70~150，本设计取120；
r——修正系数，取1.2。
4、污泥斗容积

坡底落差：
污泥斗高度：
所以，总储存污泥体积：
6、沉淀池总高度

式中 h1——超高，0.3m；
h2——有效水深，4.5m；
h3——缓冲高度，取0.6m；
h4——坡底落差，0.5m；
h5——污泥斗高度，1.37m。

图2.3 最终沉淀池计算简图
2.7消毒设备
城市污水经过二级处理后，水质已经改善，但细菌值会超标。依据《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918—要求，深度处理再生水必需进行消毒。
污水消毒关键方法是向污水中投入消毒剂。现在污水消毒剂有液氯、臭氧、次氯酸钠、紫外线等。本设计采取次氯酸钠消毒。
设计参数
接触池接触时间T不应该小于30min，沉降速度采取1~1.3mm/s。确保余氯大于0.5mg/L。
1、加氯量

式中 a——加氯量
2、接触池时间要求计算消毒池有效容积V

3、消毒池平面部署
消毒池分为3格；
有效水深为H=3米；
消毒池池长L=25m，每格宽为6m。
4、校核消毒池实际有效容积

3 污泥处理计算
3.1浓缩池
污泥中含有大量水分。首次沉淀污泥含水率95%~97%，剩下活性污泥高达99%以上。所以污泥体积大，对后续处理造成困难。经过浓缩池降低污泥体积，污泥浓缩池目标在于减容。此次设计采取重力浓缩。
重力浓缩是利用污泥中固体颗粒和水之间相对密度差来实现污泥浓缩，通常含水率可由96%~98.5%降至93%~96%。。对于没有除磷要求污水厂比较适宜。
设计参数：
1、污泥固体负荷采取30kg/(m2d)~60kg/(m2d)；
2、浓缩时间大于12h；
3、浓缩池有效水深宜为4米。
4、污泥室容积和排泥时间，两次排泥时间通常为8h。
5、采取栅条浓缩机是，其外缘线速度通常为1~2m/min，池底向泥斗坡度不宜小于0.05。
3.1.1浓缩池计算
1、重力浓缩池面积计算

式中 A——浓缩池总面积，m2；
W——湿泥污泥量（m3/d）；
C——污泥固体浓度，g/L；
M——浓缩池污泥固体负荷，kg/(m2d)。

设计两组浓缩池，。
2、浓缩池直径

3、浓缩池工作高度

式中 ——浓缩池工作部分高度，m；
T——设计浓缩时间，h。

4、浓缩池总高度

式中 h1——浓缩池工作部分高度，0.3m；
h2——有效水深，4 m；
h3——缓冲高度，取0.6m；
h4——超高，0.3m；

5、浓缩后污泥量

式中 ——进泥含水率，%；
——进泥含水率，%。

3.2污泥消化池
从污水处理厂排出污泥，含有大量有机物，细菌，病原体等有机污染物，易污染，不利于运输和处理，而浓缩、脱水不能去除污染物，所以在污泥处理前要进行稳定化处理。污泥消化就是深入降低污泥中污染物。
此次设计采取厌氧消化，厌氧消化食利用兼性菌和厌氧菌进行厌氧生化处理工艺。污泥经过处理，能够降解当中有机物。深入降低水和固体，经过处理更轻易脱水。
单级厌氧消化池污泥温度应保持33~35℃，为中温消化。
设计参数
1、设计温度：中温消化温度33~35℃，
2、消化时间：中温消化20~30d（投配率3.3%~5%），
3、有机负荷：对于重力浓缩后污泥，相对应厌氧消化池挥发性固体容积宜采取0.6~1.5kgVSS/(m3·d)。°
3.2.1消化池设计计算
1、消化池容积

式中 W——湿泥污泥量（m3/d）；
——消化池座数；
——投配率，3.3%~5%。
设计中，投配率采取5%，设计4座消化池，污泥量由前面可知684 m3/d。

2、各部分尺寸
（1）消化池直径D采取20m。
（2）集气罩直径d1通常采取1~2m，设计用2m。
（3）池底圆锥直径d2通常采取0.5~5m，设计用2m。
（4）集气罩高度h1通常采取1~2m，设计用2m。
（5）消化池柱体高度h3应大于D/2=10m，用11m。
3、上椎体高度

式中 ——消化池直径（m）；
——集气罩直径（m）；
——消化池斜顶和水平倾角，15°~30°

4、下椎体高度

式中 ——消化池直径（m）；
——池底直径（m）；
——消化池斜顶和水平倾角，5°~15°

5、总高度

3.2.2消化池有效容积
1、集气罩容积

2、弓形部分容积

3、圆柱体部分容积

4、下椎体容积

5、消化池实际有效容积

有效容积3640m3>3420m3，符合设计要求。

图2.4 消化池计算简图
3.3污泥脱水装置
污泥经过脱水处理可深入降低体积，含水率能降到70%~80%，其体积为原来1/10~1/5，有利于后期运输和处理。
本设计才有离心机脱水，运行成本比较低，投资成本也比较低，适适用在大、中型污水处理厂。
进泥量：
选三台离心脱水机进行工作，其中有一台是备用。脱水后污泥，进行自然干化，以后运走处理。

4 高程部署计算
4.1高程部署标准 
1、确保处理水在常年绝大多数时间里能自流排放水体，同时考虑污水厂扩建时预留贮备水头。 
2、应考虑某一构筑物发生故障，其它构筑物须担负全部流量情况，还应考虑管路迂回，阻力增大可能。所以，必需留有充足余地。 
3、处理构筑物避免跌水等浪费水头现象，充足利用地形高差，实现自流。
4、在仔细计算预留余量前提下，全部水头损失及原污水提升泵站全扬程全部应努力争取缩小。
5、应考虑土方平衡，并考虑有利排水。
4.2污水污泥处理系统高程部署
污水污泥处理系统高程部署见附录图1。
4.3每个污水构筑物高程和水头损失
表4.1 构筑物高程和水头损失
构筑物
构筑物底部高程（m）
水头损失（m）
格栅
-1.185
0.25
提升泵站
-4.5
4.5
曝气沉砂池
-1.82
0.25
A段曝气池
-2.5
0.5
中间沉淀池
-4.03
0.6
B段曝气池
-2.5
0.5
最终沉淀池
-5.1
0.6
消化池
-3.6
0.3

附 录

图1 污水处理厂平面图

图2 污水处理厂高程图

参 考 文 献
[1] 龙腾锐 何强 排水工程[M] ．北京：中国建筑工业出版社，．
[2] 李圭白 张杰 水质工程学（下册）[M] ．北京：中国建筑工业出版社，．
[3] 给水排水设计手册（5.城镇排水）[M] ．北京：中国建筑工业出版社，．
[4] 王社平 高俊发 污水处理厂工业设计手册 [M] ．北京：中国建筑工业出版社，．