AO工艺设计.doc

第 1 章 概述
1.1 基本设计资料
1.1.1设计规模
污水设计流量：45000m3/d
流量变化系数Kz=1.35
1.1.2原污水水质指标
原污水水质指标原污水水质指标原污水水质指标：
BOD=180mg/L
COD=410mg/L
SS=200mg/L
NH3-N=30mg/L
1.1.3出水水质指标
符合《城镇污水处理厂污染物排放国家二级标准》：
BOD=20mg/L
COD=70mg/L
SS=30mg/L
NH3-N=15mg/L
1.1.4气象资料
日照属暖温带半湿润季风区大陆性气候，四季分明，冬无严寒，夏无酷暑，非常潮湿，台风登陆频繁。年均气温12.7℃，年均湿度72%，无霜期223天，年平均日照2533小时，年均降水量870毫米。
日照属于东部季风区，夏季高温多雨，冬季寒冷少雨。因其濒临沿海，受海洋影响显著，相对同纬度其他内陆地区四季温差较小，因此夏冬季气温适中。
全市年平均气温13.8℃，较上年偏高1.1℃，较常年偏高1.1℃。年极端最高气温在35.8～36.1℃之间，莒县和市区分别于6月11日和7月22日出现35.8℃的高温，五莲县分别于6月11日和7月22日出现36.1℃的高温。年极端最低气温为-14.7～9.9℃之间， 出现在1月21～22日。
年降水量全市平均765.4毫米，较上年偏少33.3%，较常年偏少0.4%。全市降水分布不均，五莲县年降水量最多，为857.3毫米，市区降水量最少，为661.5毫米。
年日照时数全市平均2405.0小时,较上年偏多352.0小时，较常年偏少27.9小时。以五莲县光照最为充足，年日照时数2459.1小时，莒县最少，为2262.1小时。
1.1.5厂址及场地状况
某以平原为主，污水处理厂拟用场地较为平整，占地面积20公顷。厂区地面标高10米，原污水将通过管网输送到污水厂，来水管管底标高为 5米(于地面下5米)。
1.2 设计内容、原则
1.2.1 设计内容
污水处理厂工艺设计流程设计说明一般包括以下内容:
(1)据城市或企业的总体规划或现状与设计方案选择处理厂厂址；
(2)处理厂工艺流程设计说明；
(3)处理构筑物型式选型说明；
(4)处理构筑物或设施的设计计算；
(5)主要辅助构筑物设计计算；
(6)主要设备设计计算选择；
(7)污水厂总体布置(平面或竖向)及厂区道路、绿化和管线综合布置；
(8)处理构筑物、主要辅助构筑物、非标设备设计图绘制；
(9)编制主要设备材料表。
1.2.2 设计的原则
考虑城市经济发展及当地现有条件，确定方案时考虑以下原则：
(1)要符合适用的要求。首先确保污水厂处理后达到排放标准。考虑现实的技术和经济条件，以及当地的具体情况(如施工条件)，在可能的基础上，选择的处理工艺流程、构(建)筑物型式、主要设备、设计标准和数据等，应最大限度地满足污水厂功能的实现，使处理后污水符合水质要求。
(2)污水厂设计采用的各项设计参数必须可靠。
(3)污水处理厂设计必须符合经济的要求。设计完成后，总体布置、单体设计及药剂选用等要尽可能采取合理措施降低工程造价和运行管理费用。
(4)污水处理厂设计应当力求技术合理。在经济合理的原则下，必须根据需要，尽可能采用先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。
(5)污水厂设计必须注意近远期的结合，不宜分期建设的部分，如配水井、泵房及加药间等，其土建部分应一次建成；在无远期规划的情况下，设计时应为以后的发展留有挖潜和扩建的条件。
(6)污水厂设计必须考虑安全运行的条件，如适当设置分流设施、超越管线等。

第 2 章 工艺方案的选择
2.1 水质分析
本项目污水处理的特点：
（1）污水以有机污染物为主，BOD/COD=0.57，可生化性较好，采用生化处理最为经济。
（2）BOD/TN＞4.0,COD/TN＞7,满足反硝化需求；若BOD/TN＞5，氮去除率大于60%。
2.2 工艺选择
按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺,10-20万t/d 污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB 法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱磷或脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如2/AO工艺，A/O工艺，SBR 及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。
2.2.1 方案对比
1、SBR 序列间歇式活性污泥法
SBR工艺是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥处理技术又称序批式活性污泥法。通过在时间上的交替来实现传统活性污泥法的整体运行过程它在流程上只有一个基本单元将调节池、曝气池、和二沉池的功能集于一池按时间顺序进行进水、反应、沉淀和排水等工序达到水质水量调节、降解有机物和固液分离的目的。
主要特点：
（1） 处理构筑物少，与标准活性污泥法工艺相比，基建费、运行费用较低；
（2） 运行灵活，通过改变运行周期中各工序运行时间、状态，可完成对碳源有机物、氮、磷的有效去除，处理效果稳定；
（3） 不发生污泥膨胀；
（4） 兼具推流式和完全混合式工况，因此具有耐冲击负荷和处理效率高的优点；
（5） 泥水分离效果；
（6） 适用于组件式建造方法，有利于废水处理厂扩建与改；
（7） 运行管理自动化程度要求较高，要求管理操作人员的素质相应提高。
2、Carrousel氧化沟
传统的氧化沟是多沟串联污水生化处理系统。进水与回流活性污泥混合后，沿水流方向在沟内作无终端的循环流动。一般在池的一端安装立式表曝机，每组沟安装一个，不仅起到曝气充氧的作用，而且起到搅拌混合的作用，并向混合液传递水平循环动力。表曝机的种定位布置形成了在装置下游混合液的溶解氧浓度较高，随着水流沿沟长的流动，溶解氧浓度逐渐下降的变化。利用这种浓度梯度变化而形成好氧区、缺氧区的特征，Carrousel氧化沟除了能获得较高的BOD去除率，同时还能在同一池中实现硝化和反硝化的生物脱氮效果。这样不仅可以利用硝酸盐中的氧，节省需氧量，而且通过反硝化补充了硝化过程消耗的部分碱度，有利于节约能源和减少碳源的投加。
当污水负荷较低时，可以关停部分表曝机或通过变频以较低的转速运行，在保证水流搅拌混合循环的前提下，节约能耗。
适用特点
Carrousel氧化沟的研制目的是为了满足在较深德，氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能够维持较高的传质效率，以克服小型氧化沟沟深过浅、混合效果差的缺陷。
实践证明，Carrousel氧化沟工艺具有适用范围广、投资省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点。
3、缺氧——好氧 （A/O）
A/O工艺可以使有机污染物得到降解之，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。
A/O工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，可提高污水的可生化性及氧的效率；在缺氧段，异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为NO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。
A/O内循环生物脱氮工艺特点：
（1）效率高。该工艺对废水中的有机物，氨氮等均有较高的去除效果。当总停留时间大于54h，经生物脱氮后的出水再经过混凝沉淀，可将COD值降至100mg/L以下，其他指标也达到排放标准，总氮去除率在70%以上。
（2）流程简单，投资省，操作费用低。该工艺是以废水中的有机物作为反硝化的碳源，故不需要再另加甲醇等昂贵的碳源。尤其，在蒸氨塔设置有脱固定氨的装置后，碳氮比有所提高，在反硝化过程中产生的碱度相应地降低了硝化过程需要的碱耗。
（3）缺氧反硝化过程对污染物具有较高的降解效率。如COD、BOD5和SCN-在缺氧段中去除率在67%、38%、59%，酚和有机物的去除率分别为62%和36%，故反硝化反应是最为经济的节能型降解过程。
（4）容积负荷高。由于硝化阶段采用了强化生化，反硝化阶段又采用了高浓度污泥的膜技术，有效地提高了硝化及反硝化的污泥浓度，与国外同类工艺相比，具有较高的容积负荷。
（5）缺氧/好氧工艺的耐负荷冲击能力强。当进水水质波动较大或污染物浓度较高时，本工艺均能维持正常运行，故操作管理也很简单。通过以上流程的比较，不难看出，生物脱氮工艺本身就是脱氮的同时，也降解酚、氰、COD等有机物。结合水量、水质特点，我们推荐采用缺氧/好氧(A/O)的生物脱氮 (内循环) 工艺流程，使污水处理装置不但能达到脱氮的要求，而且其它指标也达到排放标准。
考虑该设计是中型污水处理厂，A/O工艺比较普遍，稳定，且出水水质要求不是很高，本设计选择A/O工艺。
2.2.2 工艺流程

第 3 章 污水处理构筑物的设计计算
3.1中格栅
格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道上、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物。本设计采用中细两道格栅。
3.1.1 中格栅设计参数
日处理量：
平均日处理量：
最大日处理量：
栅条间隙：
柵前水深：
栅条宽度：
过栅流速：
栅条倾角：
3.1.2.设计计算：
1、栅条间隙数：
， 取51个。
2、栅槽宽度：

3、过栅水头损失：
设： 栅条断面形状为锐边矩形，则
；
重力加速度 ；
系数k=3；
（1）阻力系数

（2）计算水头损失

（3）过栅水头损失

4、栅槽总高度
设：超高
栅槽总高度

5、栅槽总长度
设：进水渠道宽；
进水渠道渐宽部分展开角度
（1）进水渠道渐宽部分长

（2）栅槽与出水槽连接处的渐窄部分长

（3）栅前槽高

（4）栅槽总长度

6、每日栅渣量：
格栅间隙情况下，单位栅渣量。
栅渣量：
宜采用机械清渣。

3.2 细格栅
3.2.1 细格栅设计参数
最大流量：
栅前水深：
过栅流速：
栅条宽度：
格栅间隙宽度
格栅倾角：
3.2.2设计计算
1、栅条间隙数
取188个。
将其分为2座，每座个数：

2、栅槽宽度：

3、过栅水头损失：
设： 栅条断面形状为锐边矩形，则
；
重力加速度 ；
系数k=3；
（1）阻力系数

（2）计算水头损失

（3）过栅水头损失

4、栅槽总高度
设：超高
栅槽总高度

5、栅槽总长度
设：进水渠道宽；
进水渠道渐宽部分展开角度
（1）进水渠道渐宽部分长

（2）栅槽与出水槽连接处的渐窄部分长

（3）栅前槽高

（4）栅槽总长度

6、每日栅渣量：
格栅间隙情况下，单位栅渣量。
栅渣量：

3.3平流式沉砂池
沉砂池是城市污水处理厂极其重要的一级处理构筑物。污水中的有机颗粒不仅会磨损设备和管道，降低活性污泥活性，而且会板积在反应池底部减小反应器有效容积，甚至在脱水时扎破滤带损坏脱水设备。沉砂池的设置目的就是去除污水中的泥沙，煤渣等相对密度较大的无机颗粒物，以免影响后续处理构筑物的正常运行。
沉砂池的工作原理是以重力分离和离心力分离为基础，即控制进入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。平流式沉砂池构造简单,除砂效率好,由于配套的除砂设备国产化率高,因此它成为国内在建城市污水处理厂的主要池型。
3.3.1 平流式沉砂池设计参数
日处理量量
平均日处理量 ， 故
最大设计流量
水平最大流速
最大设计流量时的停留时间
3.3.2.设计计算：
1、沉砂池水流部分长度

2、水流断面面积

3、池子总宽度
设：池数
有效水深
（1）池子总宽度
（2）每池宽度
4、沉砂斗容积
设：城市污水沉砂量
清除沉砂的时间间隔
沉砂斗所需容积

5、各沉砂斗容积
设：每个池子有2个沉砂斗
每个沉砂斗容积：

6、污泥斗尺寸计算
设：沉砂斗上底边
沉砂斗下底边
斗壁与水平面倾角
池底坡度
（1）沉砂斗高度

（2）沉砂斗容积

校核： 符合要求
（3）沉砂室高度

7、沉砂池总高度
设：超高
沉砂池总高度

8、校核
最小设计流量
每个池子内最小流速（n=1）：
符合要求。

3.4 平流式沉淀池
用悬浮颗粒的重力作用来分离固体颗粒的设备称为沉淀池。平流式沉淀池是沉淀池的一种类型。池体平面为矩形，进口和出口分设在池长的两端。平流式沉淀池沉淀效果好，使用较广泛，但占地面积大。利其特点是构造简单、造价较低、操作方便和净水效果稳定。常用于处理水量大于15000立方米/天的污水处理厂。
3.4.1 平流式沉淀池设计参数
表面负荷
沉淀区停留时间
最大设计流量时的水平流速
3.4.2 沉淀区设计计算
1、沉淀区有效水深

2、沉淀区总面积

3、沉淀区的有效容积

4、沉淀区长度

5、沉淀区总宽
取36m
6、沉淀池个数
设：每池宽度，则
沉淀池个数
7、长宽比、长深比校核
长宽比： 符合要求
长深比： 符合要求
3.4.3 污泥区设计计算
1、污泥区容积
设：污泥含水率
污泥质量密度
两次排泥的时间间隔
污泥区容积：

2、污泥斗高度
设：流入区
流出区
泥斗上底边
泥斗下底边
泥斗斜面与底面夹角
池底坡度
超高
缓冲层
污泥斗高度：

3、污泥斗容积

4、污泥斗以上梯形部分
（1）梯形的高

（2）梯形容积

5、污泥斗和梯形部分的污泥容积

6、每个池子的容积
符合要求
7、池子总高度

3.4.4 校核
设：出水堰总长，则
沉淀池出水堰的最大负荷：
符合要求

3.5 A/O工艺设计
3.5.1 A/O工艺
依据本设计进水水质和出水水质的要求；本设计采用缺氧/好氧活性污泥生物脱氮工艺A/O工艺.
3.5.2 A/O工艺流程
A/O工艺由前段厌氧池和后段好氧池串联组成，在A/O工艺系统中, 反硝化反应器在前；BOD去除、硝化两项反应的综合反应在后。反硝化反应时以原污水中的有机物为碳源，硝化反应器内有大量硝酸盐的消化液回流到反硝化反应器，进行反硝化脱氮反应。
3.5.3 设计参数
污水：

出水：

1、BOD-污泥负荷
2、污泥指数SNI=100
3、回流污泥浓度（r=1）：

4、污泥回流比 R=100%
5、曝气池内混合液污泥浓度：

6、氮的去除率：

7、内回流比
3.5.4 尺寸确定
经过初沉池后，BOD5按降解30%考虑。
1、进水BOD5值
2、AO池有效容积
3、污水停留时间
4、好氧池尺寸确定
采用A:O=1:3
（1）好氧池容积
（2）设：反应池分2组
每组容积
（3）设：有效水深h=4.0m
单池的有效面积
（4）采用3廊道式曝气池，廊道宽
反应池长度
（5）宽深比、长宽比校核
宽深比： （满足1-2）
长宽比： （满足5-10）
5、缺氧池尺寸确定
（1）缺氧池容积
（2）污水停留时间
（3）设：反应池分2组
单池容积：
（4）设：有效水深
单池的有效面积
（5）设：池子长度与好氧池宽度相同，即
池子宽度
（6）反应池总高度
设：超高
反应池总高度
3.5.5 污泥量计算
1、设：污泥增长系数a=0.6
（1）去除浓度：

（2）去除所生成的污泥量：

2、取 活性污泥的挥发分，则
（1）混合液挥发性污泥浓度：

（2）内源呼吸分解泥量：（b=0.045）

（3）不可生物降解和惰性悬浮物量占总悬浮物的50%

3、剩余污泥量：

4、污泥生成量

5、污泥龄： 符合要求
6、设：污泥含水率
湿污泥量：
3.5.6 曝气系统设计计算
1、设：微生物取出单位所需要的氧量
微生物自身氧化需氧量
（1）碳化需氧量

（2）硝化需氧量

（3）脱氧生产的氧量

（4）总需氧量

去除1kg的需氧量

（5）最大需氧量

2、标准需氧量
设：温度

3、好氧池平均供气量
设：氧转移效率
（1）供气量
（2）最大供气量

3.6 辐流式二沉池
辐流式沉淀池池体平面圆形为多也有方形的。废水自池中心进水管进入池沿半径方向向池周缓缓流动。悬浮物在流动中沉降并沿池底坡度进入污泥斗澄清水从池周溢流出水渠。辐流式沉淀池多采用回转式刮泥机收集污泥刮泥机刮板将沉至池底的污泥刮至池中心的污泥斗再借重力或污泥泵排走。为了刮泥机的排泥要求辐流式沉淀池的池底坡度平缓。
3.6.1 设计参数
沉淀池数n=2
表面负荷
沉淀时间
底坡坡度
超高
缓冲层高度
3.6.2 二沉池设计计算
1、沉淀池表面积

2、沉淀池池径
3、有效水深
4、池径与水深比校核
（符合要求）
5、有效容积
6、污泥体积
设：两次清除污泥的时间间隔
污泥体积
7、污泥区高度
8、沉淀区总高度

3.7 紫外线消毒
经过污水处理厂系列系统对污水的处理，水质已经大为改善，细菌含量也大幅度减少，进一步对出水中细菌及病原体和致病性DNA结构破坏，使其失活性而杀灭。因此，污水排放水体前应进行消毒。本设计采用紫外线消毒，消毒效率高，占地面积小。
3.7.1设计计算
1.灯管数
UV4000PLUS紫外线消毒设备每3800 m3/d， 需2.5 根灯管，每根灯管的功率为2800w。
平均日流量时需：根,取12根；
高日高时流量时需：根,取18根；
拟选用6根灯管为一个模块，则：
模块数个，取3个
2.紫外线照射渠的设计
（1）按设备要求渠道深度为h=129cm，
（2）设渠中水流速度为0.3m/s。
（3）渠道过水断面积：
（4）渠道宽度：
（5）设：调节堰到灯组间距2.0m；
进水口到灯组间距2.0m；
每根灯管间距8cm，则
渠道总长
（6）校核辐射时间：
设：管渠长度L'=5m
（符合10～100s）

第四章 污泥处理系统的设计
4.1 污泥浓缩池
4.1.1 污泥量计算
1、设：沉淀效率
污泥含水量
初次沉淀污泥浓度
初次沉淀污泥量：

2、污泥浓度
设：进泥含水率
浓缩后污泥含水率
（1）进泥浓度
（2）出水浓度
3、总污泥量

4.1.2 池体尺寸计算
1、设：污泥固体通量
浓缩池总面积
2、浓缩池直径，取13m。
3、设：污泥浓缩时间
浓缩池高度
3、池底坡度造成的深度
设：池底坡度，则
深度
4、设：泥斗上底边
泥斗下底边
斗壁与水平面夹角
泥斗深：
5、设：超高
缓冲层高度
有效水深
6、浓缩池总高度

4.1.3 浓缩后污泥体积

4.2 污泥脱水机房
4.2.1 参数设计
脱水前污泥含水率
脱水后污泥含水率
脱水前污泥量
4.2.2 污泥量计算
1、脱水后污泥量
2、脱水后污泥重量

4.2.3 贮泥池尺寸计算
1、设：贮泥时间
贮泥池的有效容积：
2、设：有效池深
贮泥池的有效面积
3、贮泥池的直径

第 5 章 污水厂平面及高程的布置
5.1 污水厂平面及高程布置
污水厂的平面布置包括：处理构筑物的布置、办公、化验、辅助建筑的布置、以及各种管道、道路、绿化等的布置。污水厂的平面布置图应充分考虑地形、风向、布置合理、便于规划管理。布置得一般原则：
1.构筑物布置应紧凑，节约占地，便于管理；
2.构筑物尽可能按流程布置，避免管线迂回，利用地形，减少土方量；
3.水厂生活区应位于城市主导风向的上风向，构筑物位于下风向； 4.考虑安排充分的绿化地带；
5.构筑物之间的距离应考虑铺设管渠的位置，运转管理和施工需要， 一般5-10米；
6.污泥处理构筑物应尽可能布置成单独的组合，以防安全，便于管理；
7.污水厂内应设超越管，以便在发生事故时使污水能超越一部分或全 部构筑物，进入下个构筑物或事故溢流。
具体平面布置见城市污水厂平面图。
5.2 污水厂高程布置
5.2.1 概述
为了使污水能在构筑物间通畅流动，以保证处理正常进行，在平面布置的同时必须进行高程布置，以确定各构筑物及连接管渠的高程。
在整个污水处理过程中，应尽可能使污水和污泥重力流，但在多数情况下需要提升。本设计高程布置严格遵循以下原则：
1.为了使污水在各构筑物间顺利自流，精确计算各构筑物之间的水头损失，包括沿程，局部及构筑物本身的水头损失，此时还考虑污水厂扩建时的预留储备水头。
2.进行水力计算时，选择距离最大，水头损失最大流程，并按最大设计流量计算，计算时还要考虑管内的淤积，阻力增大的可能。
3.污水厂出水管渠的高程需不受洪水顶托，污水能自流流出。
4.污水厂的场地竖向布置，应考虑土方布置，并考虑有利于排水。
5.2.2 构筑物之间管渠的连续及水头损失的计算
在污水处理工程中，便于计算一般认为水流是均匀流。管渠水头损失主要有沿程水头损失和局部水头损失。
1、沿程水头损失按下式计算：

2、局部水头损失为：

管渠名称
流量
Q(m3/s)
管径
D(mm)
管长
L(m)
流速
v(m/s)
坡度
1000i
局部水头损失
hj(m)
沿程水头损失
hf(m)
总水头损失
细格栅至沉砂池
0.703
1000
10
1.15
1.5
0.015
0.002
0.017
沉砂池至初沉池
0.703
1000
38
1.15
1.5
0.057
0.006
0.063
初沉池至曝气池
0.703
1000
65
1.15
1.5
0.098
0.010
0.108
曝气池至二沉池
0.703
1000
35
1.15
1.5
0.053
0.006
0.059
二沉池至消毒间
0.703
1000
40
1.15
1.5
0.060
0.006
0.066
5.2.3 各构筑物水头损失的计算
构筑物名称
水头损失（m）
建筑物名称
水头损失（m）
中格栅
0.1
曝气池
0.5
细格栅
0.25
辐流式沉淀池
0.6
平流式沉砂池
0.2
消毒间
0.2
平流式沉淀池
0.4

5.2.4 各构筑物标高
构筑物名称
水面标高（m）
池底标高(m)
中格栅
-5.22
-6.60
细格栅
5.77
4.77
平流式沉砂池
5.00
2.95
平流式沉淀池
3.93
-4.22
曝气池
2.92
-1.58
辐流式沉淀池
1.86
-3.34
消毒间
0.79
-0.50