增城市荔城污水厂设计计算说明书.doc

摘 要
随着城市的发展，城市人口的激增，城镇规模的扩大，生活污水和工业废水排出量日益增多，大量未经处理的污水直接排入周围河流，致使城市周围环境污染十分严重。这不但直接污染了市区的地下饮用水，而且对河流下游地区的农业生产和人民生活造成了危害，人类和生物赖以生存的生态环境受到了日益严重的威胁。因而城市污水治理已成当前迫切需要解决的问题之一，而建造污水处理厂可以解决这个问题。此外，水资源是经济可持续发展的基本保证，污水的任意排放或处理不彻底的排放，都会给水资源环境带来严重的污染问题。
基于上述原因，本设计在充分调研该市水文地质、受纳水体水质资料、人口分布和气象条件的情况下，对包括排水管网和污水处理厂的整套排水设施进行设计。其中，对进水水质、出水水质进行分析，污水处理厂一级、以及以CASS法为主体的二级处理工艺流程的选择给予说明，对具体污水及污泥构筑物结构进行了详细计算。

关键词 污水处理厂 进水水质 出水水质　CASS法 污泥处理

Abstract
With the development of cities, the violent increase of the population and the expansion of the city scale, the amount of discharge of city sewage and industrial wastewater is increasing faster and faster. An overwhelmingly large amount of the wastewater is discharged into the waters without disposal, which makes the urban environment deteriorates seriously. As a result, the ground water of the city is inevitably contaminated and the agriculture and people’s life in the downstream areas are affected, too. The ecological environment is being threatened, which makes one of the priorities to dispose of the wastewater and sewage. And the establishment of the wastewater treatment plant can tackle the serious issue.Beside，Water resources ensure the sustaining development of economy. Sewage discharged at random or half treated can expose serious pollution to the water resources.
The design based on the hydrological, geological and receiving water materials. It includes the distribution of waster water discharge system and design of wastewater treatment plant. Specifically, it reasons the choice of primary and secondary treatment process—CASS process, the calculation of constructing process. Meanwhile,evaluate and calculate the total cost of the project.

Keywords urban waste water treatment plant, receiving water,inflow quality, outflow quality, CASS process, sludge treatment

目 录
摘 要...............................................................................................................................1
Abstract...........................................................................................................................2
一、总论.........................................................................................................................5
1.设计背景..................................................................................................................5
2.设计内容..................................................................................................................5
3.设计资料..................................................................................................................6
(1).地理位置...............................................................................................................6
(2).气候特点...............................................................................................................6
(3).主要河流...............................................................................................................6
(4).地质情况...............................................................................................................7
(5).服务范围...............................................................................................................7
(6).进出水水质...........................................................................................................7
4.设计任务....................................................................................................................7
(1).平面布置...............................................................................................................7
(2).高程布置...............................................................................................................8
二、污水厂总体设计....................................................................................................8
1.污水水量及处理程度计算.....................................................................................8
2.各期工程量表................................................................. .......................................9
3.污水处理工艺流程的选择...................................................................................10
(1).方案Ⅰ：CASS工艺..........................................................................................10
(2).方案II：改良型A2/O工艺................................................................................12
(3).方案比较与推荐方案........................................................................................13
4.污泥处理工艺........................................................................................…...........14
三、各处理构筑物的设计计算..................................................................................14
1.格栅间和进水泵房...............................................................................................14
(1).粗格栅................................................................................................................14
(2).污水提升泵房....................................................................................................17
2.细格栅与沉沙池...................................................................................................18
(1).细格栅设计.........................................................................................................18
(2).沉砂池主体设计.................................................................................................21
3.CASS生物池............................................................................................................25
(1).CASS生物池尺寸设计.......................................................................................25
(2).反应池设备设计.................................................................................................28
(3).CASS池运行控制方式.......................................................................................28
(4).其他设备控制.....................................................................................................31
(5).曝气系统设计.....................................................................................................32
4.接触消毒池..............................................................................................................33
5.浓缩池及污泥脱水..................................................................................................35
(1).浓缩池.................................................................................................................35
(2).贮泥池.................................................................................................................39
(3).脱水机房.............................................................................................................39
四、污水厂总体布置...................................................................................................40
1.主要构(建)筑物与附属建筑物.............................................................................40
2.污水厂平面布置...................................................................................................41
3．污水处理构筑物高程计算................................................................................42
4.污泥处理构筑物高程计算...................................................................................43
致谢..............................................................................................................................44
参考文献.....................................................................................................................45

一、总论
1.设计背景
在人们日常生活中，盥洗、淋浴、生活洗涤等都离不开水，用后便成为污水。在工业企业中，几乎没有一种工业水是人们日常生活中不可或缺的宝贵资源。水的供给与排放处理水亦是合理不用到水。水经生产过程使用后，绝大部分变成废水。生产废水携带着大量污染物质，这些物质多数是有害和有毒的，但也是有用的。必须妥善处理或加以回收利用。
城市的雨水和冰雪融水也需要及时排除，否则将积水为害，妨碍交通，甚至危及人们的生产和日常生活。在人们生产和生活中产生的这些污水中，如不加控制任意排入水体（江、河、湖、海、地下水）或土壤，使水体受到污染，将破坏原有的自然环境，以至引起环境问题，甚至造成公害。为保护环境，避免发生上述问题，现代城市就需要建立一套完整的工程设施来收集、输送、处理和利用污水；此工程设施就称之为排水工程。它的基本任务是保护环境免受污染，以促进工农业生产的发展和保障人民的健康与正常生活。其主要内容包括：
(1).收集各种污水并及时的将之输送至适当地点。
(2).妥善处理后排放或再利用。
排水工程在我国社会主义建设中有着十分重要的作用。从环境保护方面讲，排水工程有保护和改善环境、消除污水危害的作用，是保障人民健康和造福子孙后代的大事；从卫生上讲，排水工程的兴建对保障人民健康具有深远的意义；对预防和控制各种疾病、癌症或是“公害病”有着重要的作用；从经济上讲，城市污水资源化，可重复利用于城市或工业，这是节约用水和解决淡水资源短缺的重要途径，它将产生巨大的经济效益。
本设计题目即是增城市荔城污水厂设计，目前，增城市还没有建设污水处理厂，市区主要的污水都流向自然水体，对环境的破坏性极大。因此，对该污水处理厂的建设迫在眉睫！
2. 设计内容
本设计将对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，确定污水处理厂的平面布置和高程布置，完成设计计算说明书和各构筑物设计图。
现阶段，增城市的污水管网并不完善，污水量大约有5万m3/d，但是待增城市内的截污管网逐渐完善后，污水量将达到10万吨/日。因此，荔城污水处理厂近期设计总规模为10万m3/d，其中一期建成规模为5万m3/d，二期工程规模为5万m3/d。
3.设计资料
(1).地理位置
增城市位于珠江三角洲东北部、广州东部，背靠大广州，南与东莞隔江相望，东临惠州，北界从化、龙门。总面积1741.4平方千米。总人口83万人（2003年）。2005年区划调整后面积人口数据待更新。
增城市地理位置十分优越。位于珠江三角洲东北部，西距广州 60公理，东距惠州公里，南与东莞市隔江相望，距深圳120 公里，水路距香港70海里。因地处连结香港、深圳、广州三个大都市的中部，被称之为“黄金走廊”。
(2).气候特点
增城市位于北回归线以南，属南亚热带季风气候。年平均气温22℃，1月平均气温13℃，历史最低气温0℃。7月平均温度28.4℃，年最高气温38.7℃。
增城市年均降水量1750mm，4-9月占降水量80.4％、4-6月以热雷雨为主、7-9月以台风雨为多。历年最大雨量2865mm(1920年)，最小1113mm(1961年)，年均降雨日160天，年平均暴雨日7天。
全年风向以北风为多，次为东南风、东风；春季以东南风及北风为主，夏季东南风占多，秋季盛行北、东风，冬季以北风为主，静风频率占全年33％，日平均风速1.9m／s，夏、秋之间年均入侵台风2.4次，最大达7次(1964年)、最少零次(1958、1982、1964年)。
年日照1895小时，年总辐射量(Q)10.56万卡／km2。平均雾日6天，轻雾日208天。平均陆地蒸发700mm，水面蒸发量1250mm。
(3).主要河流
    东江  东江从市东南博罗交界处流入，经该市南部至西南角流入广州市黄埔区，流程为30公里，是我国罕见的西向的流河。多年平均径流量150亿立方米。
    增江  增江是市内最主要河流。增江发源于新丰县七星岭，经从化、龙门在增城市东北角流入市内，自北向南纵贯全市东部地区，至石滩镇官海口汇入东江，全长203公里。流域面积3160平方公里，多年平均流量35.9亿立方米。增江在境内河长66公里，河宽90～220米，流域面积971平方公里，占全市面积53%。增江在市内最大支流为派潭河，此河发源于南昆山马坑嶂，流经派潭圩于小楼附近与二龙河汇合流入增江，河长36公里。流域面积357.5平方公里，年径流量5亿立方米。次为二龙河，河长22.5公里，流域面积122.7平方公里，年径流量1.5亿立方米。增江过去是增龙两县内主要交通动脉（50年代后期，逐渐改以公路为主）。
(4).地质情况
增城市座落于麻涌断陷单元上，区内地势平坦，属珠江三角洲冲积平原。第四系覆盖层主要为三角洲相淤泥、淤泥质砂，厚度18-25m。基岩为第三系灰黑色钙质泥岩，强度尚高，地震烈度Ⅵ级。
(5).服务范围
荔城污水处理厂二期扩建后，其服务范围可涵盖整个增城市，主要包括河东、河西两部分。
(6).进出水水质
项目
设计进水水质（mg/L）
设计出水水质（mg/L）
BOD5
180
≤20
CODcr
380
≤40
SS
250
≤20
NH4+-N
30
≤8
TP
3
≤0.5
TN
38
≤20
PH
6~9

4.设计任务
(1).平面布置
1) 污水处理厂平面布置包括处理构筑物的平面布置、工艺管线及计量设施的布置。生产性辅助建筑物（鼓风机房、污泥泵房、配电间、机修间、仓库等）及生活福利建筑（办公室、车库、宿舍、食堂、传达室等）的布置；
2) 平面布置按功能分区、配置得当，功能明确、布置紧凑，顺流排列、流程简洁，充分利用地形、平衡土方、降低工程量，结合远期发展布置，预留适当余地，考虑扩建和施工的可能，构筑物布置应注意风向和朝向。
3) 厂区平面布置时，除处理工艺管道之外，还需考虑事故排除和超越管、空气管，厂区排水、自来水管等，管道之间及其与构筑物、道路之间应留有适当间距（5～8m）；
4) 合理布置工艺管道，尽量考虑重力流，管线要短，避免流程迂回，浪费管材和水头；
5) 厂内应有道路通向各构筑物，以便运输；污水厂厂区主要车行道宽6～8m，次要车行道3～4m，一般人行道1～3m，道路两旁应留出绿化带及适当间距。
6) 厂区应充分绿化，以改善卫生条件和美化环境。
7) 图面参考《给水排水制图标准》GBJl06--87，重点表达构(建)筑物外形及其连接管渠，内部构造及管渠不表达。
(2).高程布置
1) 根据污水处理厂的平面布置，选择一条最长的污水和污泥流程，进行水力计算，以确定各处理构筑物及管渠的水面、泥面标高；
2) 计算连结各构筑物管渠的沿程和局部水头损失；
3) 估算进出各构筑物及配水设备的水头损失；
4) 考虑扩建时预留的储备水头；
5) 绘制污水、污泥高程布置图。

二、污水厂总体设计
1.污水水量及处理程度计算
荔城污水处理厂近期设计总规模为10万m3/d，其中一期规模为5万m3/d，二期扩建工程规模为5万m3/d。
设计平均时流量：10万m3/d=2083m3/h=1.17m3/s
设计最大时流量：10×1.38万m3/d=5750m3/h=1.6m3/s
本工程设计进厂水质按一期工程设计值确定，出水水质应执行国家《城镇污水处理厂排放标准》（2003年7月1日执行）的一级B标准和广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）一级标准中较严的指标。
进、出厂水水质及处理率为：
项目
设计进水水质（mg/L）
设计出水质（mg/L）
处理率
BOD5
180
≤ 20
88.9%
CODcr
380
≤ 40
89.5%
SS
250
≤ 20
92%
NH4+-N
30
≤ 8
73.3%
TP
3
≤ 0.5
83.3%
TN
38
≤ 20
47.4%
PH
6~9

2各期工程量表
首期工程量表
序号
构筑物名称
土建规模（万m3/d）
设备规模（万m3/d）
1
粗格栅间
10
10
2
进水泵房
10
5
3
细格栅渠
10
5
4
曝气沉砂池
10
5
5
CASS生物池
5
5
6
浓缩池
5
5
7
鼓风机房
10
5
8
污泥脱水机房
10
5
9
接触消毒池
5
5
二期工程量表
序号
构筑物名称
土建规模（万m3/d）
设备规模（万m3/d）
1
粗格栅间
－
10
2
进水泵房
－
5
3
细格栅渠
－
5
4
曝气沉砂池
－
5
5
CASS生物池
5
5
6
浓缩池
5
5
7
鼓风机房
－
5
8
污泥脱水机房
－
5
9
接触消毒池
5
5
3.污水处理工艺流程的选择
通过分析本工程进、出水水质可知，污水处理厂进厂污水污染物主要为有机物BOD5或CODCr、悬浮物SS及营养盐N和P。
本工程要求的污水处理程度较高，对BOD5、SS、NH3-N、TP的去除率要求分别达到88.9%、92%、73.3%和83.3%，因此，对污水处理工艺的选择应十分慎重。
(1).方案Ⅰ：CASS 工艺

城市污水经截污主干管自流入厂内进水泵房前的粗格栅，然后经进水泵房的提升输送至沉砂池，沉砂池前的进水渠道上设置细格栅，以保证后续处理构筑物的正常运行。以上部分主要去除水中的悬浮物或漂浮物以及砂粒，为污水的预处理阶段。
污水经沉砂并通过计量后配水到CASS生物处理池，该池由选择区、厌氧区和主反应区三段组成，以完成生物脱氮除磷和降解有机污染物的过程。同时，通过几个阶段的循环过程，完成固液分离，上清液经滗水器排出。其中，主反应区经沉淀的污泥部分回流至选择区，剩余污泥提升至入脱水车间进行脱水。污泥经浓缩脱水后，脱水泥饼外运。
选择CASS法的主要目的是强化生物脱氮、除磷过程。
因进水CODCr浓度高达380 mg/L，要求出水小于40mg/L，NH4+－N进水为30 mg/L，出水要求小于8mg/L，通过延长曝气时间，提高对CODCr的去除率，使二级生化出水CODCr浓度达到要求。
单座CASS生化池的设计处理能力为1.25 万m3/d，5万m3/d规模共需4座，两两组合成为2组CASS生化池。CASS工艺的主体构筑物的设计数据如下：
CASS方案的主要构（建f筑物见表
序号
名称
结构形式
单位
数 量
备注
1
粗格栅及进水泵房
钢筋砼
座
1

2
细格栅，沉砂池
钢筋砼
座
1

3
CASS生化池
钢筋砼
座
1

4
接触消毒池
钢筋砼
座
1

5
脱水机房
框架
幢
1

6
鼓风机房
框架
幢
1

7
变配电间
框架
幢
1

8
仓库、机修间、车库
框架
幢
1

9
综合楼
框架
幢
1

(2).方案II：改良型A2/O 工艺
改良A2/O工艺系在常规A2/O法基础上改进而成。即在常规A2/O法的厌氧区前增加一个选择区（预缺氧区），回流污泥先进入选择区，其目的是消除回流活性污泥对厌氧区的不利影响，提高除磷效率，这一点与改良A/O的优点相同；同时，改良A2/O工艺保留了常规A2/O法的混合液内回流，从而保证脱氮效果。可以认为，改良A2/O工艺同时具有较好的脱氮和除磷效果。因此，改良A2/O可以作为本工程的二级处理工艺。其工艺流程所示。
改良型A2/O工艺流程框图
选择改良型A2/O法（可按A2/O工艺运行）的主要目的是强化生物除磷过程、氨氮的硝化过程，同时保证生物脱氮，而SS的去除则采用高效的二沉池池型。
单座改良型A2/O生化池的设计处理能力为2.5万m3/d，5万m3/d规模共需2座。
改良型A2/O方案主要构（建）筑物一览表
序号
名称
结构
形式
单位
数量
备注
1
粗格栅及进水泵房
钢筋砼
座
1

2
细格栅及曝气沉砂池
钢筋砼
座
1

3
改良A2/O生化池
钢筋砼
座
2

4
配水井及污泥泵房
钢筋砼
座
1

5
二沉池
钢筋砼
座
2

6
接触消毒池
钢筋砼
座
1

7
脱水机房
框架
幢
1

8
鼓风机房
框架
幢
1

9
变配电间
框架
幢
1

10
仓库、机修间、车库
框架
幢
1

11
综合楼
框架
幢
1

(3).方案比较与推荐方案
根据现有资料，对两种方案的比较结果如下：
1）基建投资：CASS方案低于改良型A2/O方案。
2）能耗：以CASS方案最省，
3）运行费用：二个方案接近，其中CASS方案优于改良型A2/O方案。
4）占地指标：以CASS更为省地
5）运行可靠程度：CASS工艺具有流程简洁、设备少、自动化控制程度较高等优点；
6）对冲击负荷的适应能力：CASS工艺属于可变容积的SBR系统，且当进水出现长时间高峰流量（如雨季合流污水）时，系统操作就从正常循环转换到高峰流量循环，以适应来水。因而抗冲击负荷的能力最强。
在对氮、磷污染物有控制的地区，日处理能力在10万立方米以下的污水处理设施，除采用A/O法、A/A/O法外。也可选用具有除磷脱氮效果的氧化沟法、SBR法，必要时也可选用物化方法强化除磷效果。等其他的同效技术。国家技术政策的要求是污水处理厂应采用成熟、可靠的工艺，包括在设计和运行管理两个方面都由成熟的经验，以最大限度地回避工程建设中存在的风险。
CASS工艺实质上是SBR工艺的最新变型，在国内已有较多应用实例，国内早已掌握全部的设计技术，并且具有丰富的运行管理经验，运行控制可采用手动方式，对自控系统依赖程度降低，因此可靠程度高，风险较低，且符合国家目前的技术政策。至今已有多座设计并正常运行的污水厂采用了CASS 工艺。
改良型A2/O目前国内也有众多大中型污水厂采用了此工艺，并运行良好，用此工艺亦有较多设计、施工与运行经验，可靠程度亦较高，风险亦较低。
根据对2个比选方案的定性及定量比较结果以及风险分析来看，CASS工艺占有明显的优势，因此，在本工程的投标设计中，推荐采用CASS工艺。
4.污泥处理工艺
由于本工程污水处理工艺采用生物脱氮除磷工艺，污泥龄较长，污泥性质较为稳定，可不进行消化，直接进行浓缩、脱水。

三、各处理构筑物的设计计算
1.格栅间和进水泵房
(1).粗格栅
格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截,以免其对后续处理单元的机泵和工艺管线造成损坏。它是由一组平行的金属栅条或筛网制成，被安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大悬浮物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。
选用两组组格栅，每组Qmax=0.8m3/s

1) 栅条的间隙数
由公式n=
式中 Qmax---最大设计流量 m3/s
---格栅倾角 (℃)
h---栅前水深 m
v----过栅流速 m/s
栅条净间隙为20mm，格栅安装倾角750 ，栅前水深h取1.2m 过栅流速为0.7m/s
带入数据n==46.6个，取47个
2) 栅槽宽度
B=S(n-1)+bn
式中 B---栅槽宽 m
S---栅条宽度 m
b-----栅条间隙 m
n---栅条间隙数 个
栅条宽度S=0.01m
B=S(n-1)+bn=0.01(47-1)+0.0247=1.40m
3) 进水渠道渐宽部分的长度
设进水渠宽B1=0.8m，其渐宽部分展开角度为20゜
l1===0.8m
4) 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度l2
l2= l1＝0..8m
5) 通过格栅的水头损失h1
由公式h1=h0k
式中 h0---计算水头损失，h0=
---阻力系数，其值与栅条断面形状有关, 当为矩形时 ，故=1.65
k---系数,一般采用3
故h0=1.65=0.0262m
h1=0.0273=0.08(0.08—0.15) 符合要求。设计中取0.10m。
6) 栅槽总高度
H=h+h1+h2
式中h2---栅前渠道超高，根据地形，这里取5.5m
故 H=1.2+0.10+5.5=6.9 m
7) 栅槽总长度
L=l1+l2+1
式中 l1---进水渠道渐宽部分的长度 m
B1---进水渠宽
l2---栅槽与出水渠道连接处渐窄部分长度 m
H1---栅前渠道深m ，H1=h+h2
故 L=0.8+0.8+1.7+1.6+=1.6+1.7+1.6+1.8=6.70m
8）每日栅渣量
W=
式中 W1---栅渣量(m3/103m3污水) ,格栅间隙为20mm时 W1=0.05-0.10取0.07
Kz---生活污水流量变化系数1.76
代入数值W==1.17m3/d
W>0.2 m3/d，所以，采用机械清渣。根据格栅设计参数，本设计选用钢丝绳牵引式格栅除污机。电动机功率1.1kW，提升速度1.9m/min，钢丝绳采用不锈钢丝，直径Φ7.7 mm，控制方式采用手动和定时控制，污物由人工小车运送。
9）选型
根据所计算的格栅宽度和长度，参考平面格栅的基本尺寸选择格栅为LXG-1.4-6.9-20，清渣采用固定式清渣机清渣。机械格栅不易少于2台，如为1台，应设人工清除格栅备用，为防止格栅事故，一般要设旁通管，设计中取1台机械格栅。
(2).污水提升泵房
污水泵中的水泵对污水产生提升作用，确保后续处理构筑物中污水可以重力流的形式流动，以减小动力消耗及能量损失