5万吨城市污水处理厂初步设计.doc

目 录引 言11 设计任务及概况21.1 设计任务及依据21.1.1 设计任务21.1.2 设计依据及原则21.1.3设计范围31.2设计水量及水质31.2.1设计水量31.2.2设计水质31.3.3设计人口32 工艺设计方案的确定42.1方案确定的原则42.2污水处理工艺流程的确定42.2.1厂址及地形资料42.2.2气象及水文资料52.2.3可行性方案的确定52.2.4工艺流程方案的确定62.2.5污泥处理工艺流程82.3主要构筑物的选择82.3.1格栅82.3.2泵房92.3.3沉砂池92.3.4初沉池、二沉池102.3.5曝气池102.3.6接触池112.3.7计量槽122.3.8浓缩池122.3.9消化池122.3.10污泥脱水133污水处理系统工艺设计133.1格栅的计算133.1.1粗格栅133.1.2格栅的计算143.1.3选型173.2泵房173.2.1泵房的选择173.2.2泵的选择及集水池的计算173.2.3扬程估算183.3细格栅183.3.1细格栅的计算：183.3.2格栅的计算193.3.3选型213.4沉砂池的计算223.4.1池体计算223.4.2沉砂室尺寸计算233.4.3排砂253.4.4出水水质263.5初沉池263.5.1池体尺寸计算263.5.2中心管计算293.5.3出水堰的计算303.5.4集配水井计算313.5.5出水水质313.5.6选型323.6曝气池323.6.1池体计算323.6.2曝气系统设计与计算353.6.3供气量363.6.4空气管道系统计算393.6.5空压机的选择423.6.6污泥回流系统423.7二沉池433.7.1池体尺寸计算433.7.2中心管计算463.7.3出水堰的计算473.7.4集配水井计算473.7.5出水水质493.7.6选型493.8接触池493.8.1接触池尺寸计算493.8.2加氯间503.9计量槽514 污泥的处理与处置514.1 污泥浓缩池514.2 污泥消化池554.2.1 一级消化池池体部分计算554.2.2 一级消化池池体各部分表面积计算574.2.3二级消化池584.3贮气柜584.4 污泥控制室594.4.1污泥投配泵的选择594.4.2污泥循环泵604.4.3污泥控制室布局614.5脱水机房614.5.1采用带式压滤机除水614.5.2选型624.6 事故干化场624.7压缩机房635 污水处理厂总体布置635.1平面布置635.1.1平面布置的一般原则635.1.2 平面布置635.2污水处理厂高程布置645.2.1高程布置原则645.2.2污水污泥处理系统高程布置65总 结66参考文献68致 谢69附 录701 设计任务及概况1.1 设计任务及依据1.1.1 设计任务 5万吨城市污水处理厂初步设计 1.1.2 设计依据及原则 1.1.2.1 设计依据给水排水工程快速设计手册1-5 ，给排水设计规范，污水处理厂工艺设计手册，三废设计手册废水卷。1.1.2.2 设计原则(1)执行国家关于环境保护的政策，符合国家地方的有关法规、规范和标准； (2)采用先进可靠的处理工艺，确保经过处理后的污水能达到排放标准； (3)采用成熟 、高效、优质的设备，并设计较好的自控水平，以方便运行管理； (4)全面规划、合理布局、整体协调，使污水处理工程与周围环境协调一致；(5)妥善处理污水净化过程中产生的污泥固体物，以免造成二次污染；(6)综合考虑环境、经济和社会效益，在保证出水达标的前提下，尽量减少工程投资和运行费用。 1.1.3设计范围设计二级污水处理厂，进行工艺初步设计。1.2设计水量及水质1.2.1设计水量污水的平均处理量为=2083=0.58；污水的最大处理量为=2708=0.75，污水的最小处理量为=1603=0.45。总变化系数为1.3，取日变化系数为1.2，时变化系数为1.1，。1.2.2设计水质参照城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）中的一级B标准，设计水质如表1.1所示。表1.1 设计水质情况 项 目TN入水（）1602806345出水（）2020153去除率（%）87.592.976.293.31.3.3设计人口(1)按SS浓度折算： 式中：Css废水中SS浓度为160mg/LQ平均日污水量为50000m3/d ass每人每日SS量，一般在40-65，取50则： (2)按浓度折算 式中：废水中浓度为280mg/LQ 平均日污水量为50000m3/d每人每日BOD量，一般在2550，取40 则： 2 工艺设计方案的确定2.1方案确定的原则(1)采用先进、稳妥的处理工艺，经济合理，安全可靠。(2)合理布局，投资低，占地少。(3)降低能耗和处理成本。(4)综合利用，无二次污染。 (5)综合国情，提高自动化管理水平。2.2污水处理工艺流程的确定2.2.1厂址及地形资料 污水处理厂拟用场地较平坦，生活污水将通过新建管网输送到污水厂，来水管管低标高为-4.50m，充满度为0.5m。2.2.2气象及水文资料常年平均气温16；极端温度：最高40.3，最低-8。全年主导风向为：冬季西北风，夏季东南风，平均风速2.3m/s。该污水厂的出水直接排入河流，最高洪水位（50年一遇）为3.0m，常水位为 -5.0m，枯水位为-7.0m。2.2.3可行性方案的确定城市污水的生物处理技术是以污水中含有的污染物作为营养源，利用微生物的代谢作用使污染物降解，它是城市污水处理的主要手段，是水资源可持续发展的重要保证。城市二级污水处理厂常用的方法有：传统活性污泥法、AB法、氧化沟法、SBR法等等。下面对传统活性污泥法和SBR法两种方案进行比较（工艺流程见图2.1,2.2），以便确定污水的处理工艺。传统活性污泥法的方案特点：(1)工艺成熟，管理运行经验丰富；(2)曝气时间长,吸附量大,去除效率高9095%；(3)运行可靠，出水水质稳定；(4)污泥颗粒大，易沉降;(5)不适于水质变化大的水质；(6对氮、磷的处理程度不高；(7)污泥需进行厌氧消化，可以回收部分能源；SBR法的方案特点：(1)处理流程简单，构筑物少，可不设沉淀池；(2)处理效果好，不仅能去除有机物，还能有效地进行生物脱氮；(3)占地面积小，造价低；(4)污泥沉降效果好； (5)自动化程度高，基建投资大；(6)适合于中小水量的污水处理工艺从上面的对比中我们可以得到如下结论：从工艺技术角度考虑，普通曝气法和SBR法出水指标均能满足设计要求。但是，SBR法对自动化控制程度要求较高且处理规模一般小于10万立方米/天，这与实际情况不符（污水厂自动化水平不高且本设计规模属大型污水处理厂）。故普通曝气法更适合于本设计对污水进、出水水质的要求（对P、N去除要求不高，水质变化小），故可行性研究推荐采用普通曝气法为污水处理厂的工艺方案。2.2.4工艺流程方案的确定 SBR法是间歇式活性污泥法或序批式活性污泥法的简称，相对于传统活性污泥法，SBR法工艺是一种正处于发展、完善阶段的技术，因为从SBR法的再次兴起直至应用到今天只不过十几年的历史，许多研究工作刚刚起步，缺乏科学的设计依据和方法以及成熟的运行管理经验。SBR法现阶段在基础研究方面、实践应用方面、工程设计方面仍存在问题。例如：SBR的适宜规模、合理的设计和运行参数的选择，建立完整的运行维护和管理方法，运行模式的选择于设计方法脱节等等。污水工艺流程的确定主要依据污水水量、水质及变化规律，以及对出水水质和对污泥的处理要求来确定。本着上述原则，本设计选传统活性污泥法作为污水处理工艺。图2.1 传统活性污泥法图2.2 SBR法2.2.5污泥处理工艺流程 目前，污泥的最终处置有污泥填埋，污泥焚烧，污泥堆肥和污泥工业利用四种途径。该厂的污泥主要来源于城市污水，完全可以再利用。只需在厂内进行预处理将重金属去除，该厂的污泥用于农业是完全可能的。目前暂时有困难，也可将污泥用于园林绿化，使污泥中的肥分得以充分利用，污泥也可得以妥善处置。根据上述原则，决定污泥采用中温厌氧二级消化，再经机械脱水后运出厂外处置，这时的污泥已基本实现了无害化，不会对环境造成二次污染。污泥消化产生的沼气用于烧锅炉和发电，热量可满足消化池污泥加热需要，电能供本厂使用。2.3主要构筑物的选择2.3.1格栅格栅用以去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的负荷，防止阻塞排泥管道。本设计中在泵前和泵后各设置一道格栅。泵前为粗格栅，泵后为弧形细格栅。由于污水量大，相应的栅渣量也较大，故采用机械格栅。栅前栅后各设闸板供格栅检修时用，每个格栅的渠道内设液位计，控制格栅的运行。格栅间配有一台螺旋输送机输送栅渣。螺旋格栅压榨输送出的栅渣经螺旋运输机送入渣斗，打包外运。粗格栅共有三座，两座使用，一台备用。栅前水深为0.4m，过栅流速0.9m/s,栅条间隙为20mm,格栅倾角为60。细格栅有四座，三台使用，一台备用。栅前水深为1.05m，过栅流速0.9m/s,栅条间隙为20mm,格栅倾角为60。2.3.2泵房 考虑到水力条件、工程造价和布局的合理性，采用长方形泵房。为充分利用时间，选择集水池与机械间合建的半地下式泵房，这种泵房布置紧凑，占地少，机构省，操作方便。水泵及吸水管的充水采用自灌式，其优点是启动及时可靠，不需引水的辅助设备，操作简便。泵房地下部分高6.2m，地上部分6.3m，共高12.5m。2.3.3沉砂池沉砂池的形式有平流式、竖流式、辐流式沉砂池。其中，平流式矩形沉砂池是常用的形式，具有结构简单，处理效果好的优点。其缺点是沉砂中含有15%的有机物，使沉砂的后续处理难度加大。竖流式沉砂池是污水自下而上由中心管进入池内，无机物颗粒借重力沉于池底，处理效果一般较差。曝气沉砂池是在池体的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流垂直的横向环流。其优点：通过调节曝气量，可以控制污水的旋流速度，使除砂效果较稳定；受流量变化的影响较小；同时还对污水起预曝气作用，而且能克服平流式沉砂池的缺点 。综上所述，采用曝气沉砂池。池子共有一座；尺寸：18m3m2m；有效水深为2m。2.3.4初沉池、二沉池沉淀池主要去除依附于污水中的可以沉淀的固体悬浮物，按在污水流程中的位置，可以分为初次沉淀池和二次沉淀池。初次沉淀池是对污水中的以无机物为主体的比重大的固体悬浮物进行沉淀分离。二次沉淀池是对污水中的以微生物为主体的、比重小的、因水流作用易发生上浮的固体悬浮物进行分离。沉淀池按水流方向可分为平流式的、竖流式的和辐流式的三种。竖流式沉淀池适用于处理水量不大的小型污水处理厂。而平流式沉淀池具有池子配水不易均匀，排泥操作量大的缺点。辐流式沉淀池不仅适用于大型污水处理厂，而且具有运行简便，管理简单，污泥处理技术稳定的优点。所以，本设计在初沉池和二沉池都选用了辐流式沉淀池。 初沉池共有二座，直径为27m，高为6.875m，有效水深为4m。为了布水均匀，进水管设穿孔挡板，穿孔率为10%-20%，出水堰采用直角三角堰,池内设有环形出水槽，双堰出水。每座沉淀池上设有刮泥机，沉淀池采用中心进水，周边出水，周边传动排泥。二沉池九座，直径为31m，高为5.975m，有效水深为m。也采用中心进水，周边出水，排泥装置采用周边传动的刮吸泥机。其特点是运行效果好，设备简单。污泥回流设备采用型螺旋泵。2.3.5曝气池 本设计采用传统活性污泥法（又称普通活性污泥法），该法对BOD的处理效果可达90%以上。传统活性污泥法按池形分为推流式曝气池和完混合曝气池。推流式曝气特点是：废水浓度自池首至池尾是逐渐下降的，由于在曝气池内存在这种浓度梯度，废水降解反应的推动力较大，效率较高；推流式曝气池可采用多种运行方式；对废水的处理方式较灵活；由于沿池长均匀供氧，会出现池首供气不足，池尾供气过量的现象，增加动力费用的现象。完全混合式曝气池的特点是：冲击负荷的能力较强；由于全池需氧要求相同，能节省动力；曝气池与沉淀池合建，不需要单独设置污泥回流系统，便于运行管理；连续进水、出水可能造成短路；易引起污泥膨胀；适于处理工业废水，特别是高浓度的有机废水。综上，根据各自特点本设计选择推流式活性污泥法。在运行方式上，以推流式活性污泥法为基础，辅以分段曝气系统运行。曝气系统采用鼓风曝气，选择其中的网状微孔空气扩散器。共有6座曝气池，池型采用折流廊道式，分五廊道，池长为66m，高为5.7m，宽6m，有效水深为5.2m,污泥回流比R=30%。2.3.6接触池城市污水经二级处理后，水质改善，但仍有存在病原菌的可能，因此在排放前需进行消毒处理。液氯是目前国内外应用最广泛的消毒剂，它是氯气经压缩液化后，贮存在氯瓶中，氯气溶解在水中后，水解为Hcl和次氯酸，其中次氯酸起主要消毒作用。氯气投加量一般控制在1-5mg/L,接触时间为30分钟。接触池 总长为83.34m，分3个廊道，每廊道长27.78m，宽4m2.3.7计量槽 为提高污水厂的工作效率和运转管理水平，并积累技术资料，以总结运转经验，为今后处理厂的设计提供可靠的依据，设计计量设备，以正确掌握污水量、污泥量、空气量以及动力消耗等。本设计选用巴式计量槽，设在污水处理系统的末端。2.3.8浓缩池浓缩池的形式有重力浓缩池，气浮浓缩池和离心浓缩池等。重力浓缩池是污水处理工艺中常用的一种污泥浓缩方法，按运行方式分为连续式和间歇式，前者适用于大中型污水厂，后者适用于小型污水厂和工业企业的污水处理厂。浮选浓缩适用于疏水性污泥或者悬浊液很难沉降且易于混合的场合，例如，接触氧化污泥、延时曝起污泥和一些工业的废油脂等。离心浓缩主要适用于场地狭小的场合，其最大不足是能耗高，一般达到同样效果，其电耗为其它法的10倍。从适用对象和经济上考虑，故本设计采用重力浓缩池。形式采用连续式的，其特点是浓缩结构简单，操作方便，动力消耗小，运行费用低，贮存污泥能力强。采用水密性钢筋混凝土建造，设有进泥管、排泥管和排上清夜管。浓缩池一座，直径为13米，浓缩时间14h。2.3.9消化池消化池的作用是使污泥中的有机物得到分解，防止污泥发臭变质且其产生的沼气能作为能源，可发电用。本设计采用二级中温消化，池形采用圆柱形消化池，优点是减少耗热量，减少搅拌所需能耗，熟污泥含水率低。一级消化池二座，直径为20m，消化温度为35，二级消化池一座，且尺寸与一级相同。2.3.10污泥脱水 污泥机械脱水与自然干化相比较，其优点是脱水效率较高，效果好，不受气候影响，占地面积小。常用设备有真空过滤脱水机、加压过滤脱水机及带式压滤机等。本设计采用带式压滤机，其特点是：滤带可以回旋，脱水效率高；噪音小；省能源；附属设备少，操作管理维修方便，但需正确选用有机高分子混凝剂。另外，为防止突发事故，设置事故干化场，使污泥自然干化。3污水处理系统工艺设计3.1格栅的计算3.1.1粗格栅选用两个规格一样的粗格栅，并列摆放，一台工作，一台备用。图3.1 格栅示意图3.1.2格栅的计算 (1) 栅条间隙数式中：栅条间隙数，个； 最大设计流量，=0.75；格栅倾角，取= 60；栅条间隙， ，粗格栅b=50100mm,取=0.05；栅前水深，取=0.6；过栅流速，取=0.9；生活污水流量总变化系数，根据设计任务书=1.3。则：(2) 栅槽宽度式中：栅条宽度，取0.01。则： =0.01（26-1）+0.0526=1.55(3) 通过格栅的水头损失式中：设计水头损失，；计算水头损失，；重力加速度，取=9.8；系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用=3；阻力系数，其值与栅条断面形状有关；形状系数，选用断面为锐边矩形的栅条取=2.42则： = = =0.013=0.03m(4) 栅后槽总高度 式中：栅前渠道超高，取=0.3。则： =0.6+0.03+0.3=0.93。(5) 栅槽总长度 式中： 进水渠道渐宽部分的长度，；进水渠宽，取=1.40；进水渠道渐宽部分的展开角度，取=20；栅槽与进水渠道连接处的渐窄部分长度，；栅前渠道深，.则：= =2.17m(6) 每日栅渣量 式中：栅渣量，W1=0.10.01， 粗格栅用小值，取=0.03。则： 宜采用机械清渣(7) 校核 式中：栅前水速，；最小设计流量，；A进水断面面积，；设计流量，取=0.58。 则： 在之间，符合设计要求。3.1.3选型选用型链式旋转格栅除污机，其性能如表3.1所示。表3.1 粗格栅性能表项 目型 号 安装角过栅水速 电机功率 性 能型链式旋转格栅除污机600.9 1.53.2泵房3.2.1泵房的选择选择集水池与机械间合建的半地下矩形自灌式泵房，这种泵房布置紧凑，占地少，机构省，操作方便。 3.2.2泵的选择及集水池的计算(1) 平均秒流量(2) 最大秒流量(3) 考虑3台水泵，每台水泵的容量为(4) 集水池容积，采用相当于一台泵6分钟的容量集水池面积3.2.3扬程估算(1) 集水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差 =45-(35+2.00.75-0.03-2)=10.53其中：集水池有效水深，取； 出水管提升后的水面高程，取； 进水管管底高程，取； 进水管管径，由设计任务书； 进水管充满度，由设计任务书； 经过粗格栅的水头损失，取h=0.03。由于资料有限,出水管的水头损失只能估算，设总出水管管中心埋深0.9米，局部损失为沿线损失的30%，则泵房外管线水头损失为0.558m。泵房内的管线水头损失假设为1.5米，考虑自由水头为1米，则水头总扬程： Hz=1.5+0.558+10.53+1=13.588m。选用型污水水泵三台，每台，扬程。集水池有效水深，吸水管淹没深度，喇叭口口径，取泵房地下部分高6.2m，地上部分6 .3m，共。 3.3细格栅3.3.1细格栅的计算：设两台机械格栅，一台运行，一台备用。3.3.2格栅的计算(1) 栅条间隙数 式中：栅条间隙数，个；最大设计流量，=0.75；格栅倾角，取= 60；栅条间隙， ，取=0.01；栅前水深，取=0.8；（一般栅槽宽度B是栅前水深h的二倍）过栅流速，取=0.9；生活污水流量总变化系数，由设计任务书=1.3。则： ，取97个(2) 栅槽宽度 式中:栅条宽度，取0.01 。则：=0.01（97-1）+0.0197=1.93(3) 通过格栅的水头损失 式中：设计水头损失，； 计算水头损失，；重力加速度，取=9.8；系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用=3；阻力系数，其值与栅条断面形状有关；形状系数，取=2.42（选用迎背水面均为半圆形的矩形栅条）；则： = = =0.093=0.27m(4) 栅后槽总高度 式中:栅前渠道超高，取=0.3。则：=0.8+0.27+0.3=1.37。(5) 栅槽总长度 式中： 进水渠道渐宽部分的长度，；进水渠宽，取=1.20；进水渠道渐宽部分的展开角度，取=20；栅槽与进水渠道连接处的渐窄部分长度，；栅前渠道深，。则：= =3.71m(6) 每日栅渣量 式中：栅渣量，W1=0.10.01， 细格栅用大值，取=0.07。则： 宜采用机械清渣(7) 校核 式中：栅前水速，；最小设计流量，；A进水断面面积，；设计流量，取=0.58。 则： v1在之间，符合设计要求。3.3.3选型选用型弧形格栅除污机，其性能如表3-2所示。表3.2 细格栅性能表项目圆弧半径栅条组宽重 量安装角过栅水速 电机功率 性能5001200600600.90.30.73.4沉砂池的计算3.4.1池体计算(1) 池体总有效体积V 式中：最大设计流量， t最大设计流量的运行时间，min，一般为13min， 取t=2min则： (2) 水流断面面积 式中：最大设计流量时的水平流速，一般为0.060.12m/s，取v=0.10m/s。则： (3) 池子总宽度 式中：设计有效水深，一般值为23m,取=2.5m。则： (4) 池子单格宽度 式中：池子分格数，个，取=1。则： 校核宽深比: b/=3/2=1.5,在1.01.5范围内，符合要求。(5)池体水流部分长度L 则： 校核长宽比：L/B=12/3=46.67m3 (12)校核径深比:D/h=30/3=10在612之间,符合要求 3.5.2中心管计算(1) 进水管直径，取=600则：在0.91.2之间,符合设计要求。(2) 中心管设计要求 (3) 中心管直径，取=1.5 则：在0.150.20之间，符合设计合理要求。(4) 设8个进水孔，取则：(5) ，取则：(6) ，取则：在之间，符合设计要求。3.5.3出水堰的计算 (1) 出水堰采用直角三角堰过堰水深取 (2) 堰口流量：(3) 三角堰个数 个(4) 出水堰的出水流速取则：断面面积(5) 取槽宽为0.5，水深为0.8，出水槽距池内壁0.5则：(6) 出水堰总长 (7) 单个堰堰宽(8) 堰口宽0.14，堰口边宽0.278-0.14=0.138(9) 堰高(10) 堰口负荷 在1.52.9之间，符合设计要求。3.5.4 出水水质查给排水设计手册2，经初沉池、去除率分别取30%、55%。3.5.5 选型 选用ZBG-28型周边传动刮泥机两台，每座二沉池设一台，其性能如表3.7所示。表3.7 型周边传动刮泥机性能表项 目池 径电 动 机功 率滚 轮 与 轨 道型 式 推荐 池深（mm）性 能281.5钢滚轮、钢板轨道或胶轮、水磨石面300050003.6曝气池 3.6.1池体计算 (1) 的去除率 符合要求 式中：的去除效率，%；进水的浓度，取=200。(2) 污泥负荷率拟采用的BOD污泥负荷率为0.3kgBOD/（kgMLSSd），但为稳妥，需加以校核，校核公式为： 式中：污泥负荷，；系数，取=0.0185；系数，一般为0.70.8，取=0.75。在0.20.4之间，符合设计要求。(3) 混合污泥浓度 式中：污泥体积指数，取=120；一般为（100150）mg/L污泥回流比，取=50%；考虑污泥在二沉池中停留时间、池深、污泥厚度等因素的有关系数，取=1.2；则：(4) 曝气池容积 式中：进水设计流量，取=。 (5)确定曝气池各部位尺寸设2组曝气池，每组容积为 取池深h=4.2m，则每组曝气池面积为取池宽8m,B/h=1.91,介于12之间，符合规定，扩散装置可设在廊道的一侧。池长 符合规定L（510）B (6)设三廊道式曝气池，单廊道长L1=，取L=66m, 介于5070之间，合理。 取超高0.5m，则池总高度为H=0.5+h=4.7m 3.6.2曝气系统设计与计算(1) 曝气池平均需气量 式中：氧化每公斤需氧公斤数，取 ；污泥自身氧化需氧率，取；去除的浓度，；混合液挥发性悬浮物浓度，。则：(2) 最大需氧量 式中：变化系数，取=0.2。则： (3) 每日去除的量 (4) 则去除每千克的需氧量 (5) 最大需气量与平均需氧量之比3.6.3供气量 本设计采用网状模型微孔空气扩散器，敷设于池底，距池底0.2，淹没深度5.0，计算温度定为30