某城镇污水处理厂工艺设计.doc

一、总论 3
1、设计题目 3
2、设计资料 3
1.2.1城市概述 3
1.2.2自然条件 3
1.2.3规划资料 3
二、污水处理工艺流程说明 4
1、方案确定的原则 4
2、可行性方案的确定 4
3、污水处理工艺流程的确定 4
4、污水处理工艺流程说明 5
2.4.1进出污水水质 5
三、处理构筑物设计 6
1、格栅 6
3.1.1栅条间隙数n： 6
3.1.2有效栅宽 ： 6
3.1.3过栅水头损失： 6
3.1.4栅后槽的总高度： 7
3.1.5格栅的总长度： 7
3.1.6每日栅渣量： 7
2、污水提升泵房 8
3.2.1设计计算 8
3、沉砂池 8
3.3.1平流式沉沙池的设计参数 9
3.3.2平流式沉砂池设计 9
4、氧化沟 11
3.4.1氧化沟类型选择 11
3.4.2设计参数 12
3.4.3设计流量 12
3.4.4去除 12
3.4.5脱氮 13
3.4.6除磷 14
3.4.7氧化沟总容积及停留时间 15
3.4.8需氧量 15
3.4.9氧化沟尺寸 16
3.4.10进水管和出水管 17
3.4.11出水堰及出水竖井 17
5、浓缩池 18
3.5.1设计参数 18
3.5.2中心管面积 18
3.5.3沉淀部分的有效面积 18
3.5.4浓缩池有效水深 19
3.5.6校核集水槽出水堰的负荷 19
3.5.7浓缩部分所需的容积 19
3.5.8圆截锥部分的容积 19
3.5.9浓缩池总高度 20
四、参考文献 20

一、总论
1、设计题目
某城镇污水处理厂工艺设计
2、设计资料
1.2.1城市概述
城市概况——江南某城镇位于长江冲击平原，占地约 6.3 km2，呈椭圆形状，最宽处为 2.4 km ，最长处为 2.9 km 。
1.2.2自然条件
自然特征——该镇地形由南向北略有坡度，平均坡度为 0.5 ‰，地面平整，海拔高度为黄海绝对标高3.9～5 .0 m，地坪平均绝对标高为4.80 m。 属长江冲击粉质砂土区，承载强度7～11 t/m2，地震裂度6 度，处于地震波及区。全年最高气温40 ℃，最低-10 ℃。夏季主导风向为东南风。极限冻土深度为17 cm。全年降雨量为1000 mm。污水处理厂出水排入距厂150 m的某河中，某河的最高水位约为4.60 m，最低水位约为1.80 m，常年平均水位约为3.00 m。
1.2.3规划资料
规划资料——该城镇将建设各种完备的市政设施，其中排水系统采用完全分流制体系。规划人口：近期30000 人，2020年发展为60000 人，生活污水量标准为日平均200 L/人。工业污水量近期为5000 m3/d，远期达10000 m3/d，工业污水的时变化系数为1.3，污水性质与生活污水类似。生活污水和工业污水混合后的水质预计为：BOD5 = 200 mg/L，SS = 250 mg/L，CODcr = 400 mg/L，NH4＋-N = 30 mg/L，总P = 4 mg/L；要求达到的出水水质达到国家污水综合排放二级标准。规划污水处理厂的面积约25600 m2，厂区设计地坪绝对标高采用5.00 m，处理厂四角的坐标为：
X — 0 ， Y — 140 ； X — 0 ， Y — 0 ；
X — 175 ， Y — 140 ； X — 190 ， Y — 0 。
污水处理厂的污水进水总管管径为DN800，进水泵房处沟底标高为绝对标高0.315 m，坡度1.0 ‰，充满度h/D = 0.65。
处理厂污泥经浓缩脱水后外运填埋处置。
二、污水处理工艺流程说明
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、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。
3、污水处理工艺流程的确定
氧化沟利用连续环式反应池（Cintinuous Loop Reator,简称CLR）作生物反应池，混合液在该反应池中一条闭合曝气渠道进行连续循环，氧化沟通常在延时曝气条件下使用。氧化沟使用一种带方向控制的曝气和搅动装置，向反应池中的物质传递水平速度，从而使被搅动的液体在闭合式渠道中循环。
氧化沟工艺一般可不设初沉池，在不增加构筑物及设备的情况下，氧化沟内不仅可完成碳源的氧化，还可实现硝化和脱硝，成为A/O工艺；氧化沟前增加厌氧池可成为A2/O（A-A-O）工艺，实现除磷。由于氧化沟内活性污泥已经好氧稳定，可直接浓缩脱水，不必厌氧消化。
氧化沟污水处理技术已被公认为一种较成功的革新的活性污泥法工艺，与传统活性污泥系统相比，它在技术、经济等方面具有一系列独特的优点。
① 工艺流程简单、构筑物少，运行管理方便。一般情况下，氧化沟工艺可比传统活性污泥法少建初沉池和污泥厌氧消化系统，基建投资少。另外，由于不采用鼓风曝气的空气扩散器，不建厌氧消化系统，运行管理要方便。
② 处理效果稳定，出水水质好。实际运行效果表明，氧化沟在去除BOD5和SS方面均可取得比传统活性污泥法更高质量的出水，运行也更稳定可靠。同时，在不增加曝气池容积时，能方便地实现硝化和一定的反硝化处理，且只要适当扩大曝气池容积，能更方便地实现完全脱氮的深度处理。
③ 基建投资省，运行费用低。实际运行证明，由于氧化沟工艺省去初沉池和污泥厌氧消化系统，且比较容易实现硝化和反硝化，当处理要求脱氮时，氧化沟工艺在基建投资方面比传统活性污泥法节省很多（当只需去除BOD5时，可能节省不多）。同样，当仅要求去除BOD5时，对于大规模污水厂采用氧化沟工艺运行费用比传统活性污泥法略低或相当，而要求去除BOD5且去除NH3-N时，氧化沟工艺运行费用就比传统活性污泥法节省较多。
④ 污泥量少，污泥性质稳定。由于氧化沟所采用的污泥龄一般长达20～30d，污泥在沟内得到了好氧稳定，污泥生成量就少，因此使污泥后处理大大简化，节省处理厂运行费用，且便于管理。
⑤ 具有一定承受水量、水质冲击负荷的能力。水流在氧化沟中流速为0.3～0.4m/s，氧化沟的总长为L，则水流完成一个循环所需时间t=L/S,当L=90～600m时，t=5～20min。由于废水在氧化沟中设计水力停留时间T为10～24h，因此可计算出废水在整个停留时间内要完成的循环次数为30～280次不等。可见原污水一进入氧化沟，就会被几十倍甚至上百倍的循环量所稀释，因此具有一定承受冲击负荷的能力。
⑥ 占地面积少。由于氧化沟工艺所采用的污泥负荷较小、水力停留时间较长，使氧化沟容积会大于传统活性污泥法曝气池容积，占地面积可能会大些，但因为省去了初沉池和污泥厌氧消化池，占地面积总的来说会少于传统活性污泥法。
4、污水处理工艺流程说明
2.4.1进出污水水质
⑴ 进水水质
生活污水和工业污水混合后的水质预计为：BOD5 = 200 mg/L，SS = 250 mg/L，COD = 400 mg/L，NH4＋-N = 30 mg/L，总P = 4 mg/L。
⑵出水水质
出水水质达到国家污水综合排放二级标准。BOD5 = 30 mg/L，SS = 30 mg/L，COD = 120 mg/L，NH4＋-N = 25 mg/L，总P = 1 mg/L。
⑶进水流量
规划人口：近期3万 人，2020年发展为6万 人，生活污水量标准为日平均200 L/人。工业污水量近期为5000 m3/d，远期达10000 m3/d，工业污水的时变化系数为1.3，污水性质与生活污水类似。
污水处理厂：
设计日最大流量

三、处理构筑物设计
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。
格栅的设计计算主要包括格栅形式选择、尺寸计算、水力计算、栅渣量计算等。
3.1.1栅条间隙数n：

式中：——最大设计流量，；
——栅条间隙， ，取=0.03；
——栅前水深，，取=0.4；
——过栅流速，，取=0.9；
——经验修正系数，取= 60；
则
3.1.2有效栅宽 ：

式中：——栅条宽度，，取0.01 。
则：
3.1.3过栅水头损失：

式中：——过栅水头损失，；
——计算水头损失，；
ξ——阻力系数，栅条形状选用正方形断面所以
，其中；
——重力加速度，，取=9.81；
——系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大倍数，一般采用=3；
则：

3.1.4栅后槽的总高度：

式中：——栅前渠道超高，，取=0.3。
则： =0.4+0.125+0.3=0.0.825
3.1.5格栅的总长度：

式中： ——进水渠道渐宽部位的长度，，，其中，为进水渠道宽度，,为进水渠道渐宽部位的展开角度，取=20；
——格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度，，取；
——格栅前槽高，.
则：

3.1.6每日栅渣量：

式中：——每日栅渣量，；
——单位体积污水栅渣量，，取=0.07；
——污水流量总变化系数.
则：
由所得数据，所以采用机械除污设备。
2、污水提升泵房
提升泵房以提高污水的水位，保证污水能在整个污水处理流程过程中流过，从而达到污水的净化。
3.2.1设计计算
设计水量为，选用2台潜水排污泵（一用一备），则流量为。
型号
排出口径(mm)
流量(m3/h)
扬程(m)
转速(r/min)
功率(kw)
250QW600-7-22
250
1260
7
970
22
泵的选型如下：表3-2

3、沉砂池
沉砂池的形式有平流式、竖流式和曝气沉砂池。其作用是从污水中去除沙子，渣量等比重较大的颗粒，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。工作原理是以重力分离为基础，即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。
设计中采用的平流式沉砂池是最常用的一种形式，它的截留效果好，工作稳定，构造简单。
3.3.1平流式沉沙池的设计参数
（1） 污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速应不小于0.15m/s;
（2） 最大时流量时，污水在池内的停留时间不应小于30s，一般取30s—60s;
（3） 有效水深不应大于1.2m，一般采用0.25—1.0m，每格宽度不宜小于0.6m;
（4） 池底坡度一般为0.01—0.02，当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求，确定池底的形状。
3.3.2平流式沉砂池设计
⑴沉砂部分的长度：

式中： ——沉砂池沉砂部分长度，;
——最大设计流量时的速度，，取。
——最大设计流量时的停留时间，s，取=30s。
则：

⑵水流断面面积

式中：——水流断面面积，；

——最大设计流量，。
则：

⑶沉砂池有效水深 ：
采用两个分格，每格宽度，总宽度

式中：——池总宽度，；
——设计有效水深，。
则： （<1.2m,合理）

⑷贮砂斗所需容积：

式中：——沉砂斗容积，；
——城镇污水的沉砂量，污水，取污水；
——排砂时间的间隔，，取；
——污水流量总变化系数。
则：
⑸贮沙斗各部分尺寸计算：
设贮沙斗底宽，斗壁与水平面的倾角为60°；则贮沙斗的上口宽b2为：

贮砂斗的容积：

式中：——贮砂斗容积，；
——贮砂斗高度，，取=0.35；
——分别为贮砂斗下口和上口的面积，。
则：

⑹贮砂室的高度：
假设采用重力排砂，池底设6%的坡度坡向砂斗，则：

式中：——两沉砂斗之间的平台长度，，取=0.2。
则：

⑺池总高度：

式中：——池总高度，；
——超高，取=0.3；
则：

⑻核算最小流速：

式中：——设计最小流量，；
——最小流量时工作的沉砂池数目；
——最小流量时沉砂池中的过水断面面积，；
则：(>0.15m/s,合格)
4、氧化沟
氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，一般采用圆形或椭圆形廊道，池体狭长，池深较浅，在沟槽中设有机械曝气和推进装置，近年来也有采用局部区域鼓风曝气外加水下推进器的运行方式。池体的布置和曝气、搅拌装置都有利于廊道内的混合液单向流动。通过曝气或搅拌作用在廊道中形成0.25—0.30m/s的流速，使活性污泥呈悬浮状态，在这样的廊道流速下，混合液在5—15min内完成一次循环，而廊道中大量的混合液可以稀释进水20—30倍，廊道中水流虽呈推流式，但过程动力学接近完全混合反应池。当污水离开曝气区后，溶解氧浓度降低，有可能发生反硝化反应。
大多数情况下，氧化沟系统需要二沉池，但有些场合可以在廊道内进行沉淀以完成泥水分离过程。
3.4.1氧化沟类型选择
该设计为小型污水厂，选择交替型三沟式氧化沟，其出水水质高，脱氮除磷效果明显，构筑物简单。三沟式氧化沟（T型）是由三个相同的氧化沟组建在一起作为一个单元运行，三个氧化沟之间相互双双连通，两侧的氧化沟可起曝气和沉淀的双重作用，中间的氧化沟一直作为曝气池，原污水交替进入两侧的氧化沟，处理水则相应的从作为沉淀池的两侧氧化沟流出。其运行方式可以根据不同的进水水质及出水水质要求而改变，所以系统运行灵活，操作方便。三沟式氧化沟是一个A-O（兼氧-好氧）活性污泥系统，可以完成有机物的降解和硝化反硝化过程，能取得良好的去除效果和脱氮效果，依靠三池工作状态的转换，可以免除污泥回流和混合液回流，运行费用大大的降低，处理流程简单，省去二沉池，管理方便，基建费用低，占地面积小。
3.4.2设计参数
⑴进水水质
浓度；SS = 250 mg/L；COD = 400 mg/L；NH4＋-N = 30 mg/L；总P=4mg/L
⑵出水水质
浓度 ；浓度；
混合液挥发性悬浮固体浓度；
污泥龄；
混合液悬浮固体浓度
内源代谢系数
3.4.3设计流量

3.4.4去除
⑴氧化沟出水溶解性浓度，为了保证氧化沟出水的浓度，必须控制氧化沟出水所含溶解性的的浓度。其中为沉淀池出水中的所构成的浓度

⑵好氧区容积：

式中：Y—污泥的产率系数，取0.6；
—污泥龄，25d;
—混合液挥发性悬浮固体浓度，2500mg/L;
—内源代谢系数，0.06
—流量，。
则：=11422.8
⑶好氧区水力停留时间：

⑷剩余污泥量

去除每1kg产生的干污泥量

3.4.5脱氮
⑴需氧化的氨氮量。氧化沟产生的剩余污泥中含氮率为12.8％,则用于生物合成的总氮量为：

⑵脱氮量。设出水的量为16mg/L，符合题意所给的综合污水排放国家二级标准。
需要脱氮量=进水-出水-生物合成所需

⑶碱度平衡
保持，PH值合适，硝化、反硝化能够正常的进行。
⑷脱氮所需的池容
脱硝率。20℃时，脱效率为

4℃
脱氮所需容积

⑸脱氮水力停留时间

3.4.6除磷
根据∶—∶的去除率为200∶50∶1，的去除量为8.15mg/L，所以磷在此过程中的去除量为1.63mg/L。
氧化沟产生的剩余污泥中含磷率为2.5%，则用于生物合成的磷的量为

需另外加入化学药剂去除的磷的量为：

在氧化沟中投加硫酸铁盐，可使磷的去处率达95%以上。则投加铁盐的量为：

3.4.7氧化沟总容积及停留时间

满足水力停留时间16～24h。
校核污泥负荷

污泥符合满足。
3.4.8需氧量
⑴设计需氧量
去除需氧量剩余污泥中的需氧量+去除耗氧量剩余污泥中的耗氧量脱氮产氧量
ⅰ. 去除需氧量

ⅱ. 剩余污泥中的需氧量（用于生物合成的那部分的需氧量）

ⅲ. 去除耗氧量。每1kg硝化需要消耗

ⅳ. 剩余污泥中的耗氧量
ⅴ. 脱氮产氧量，每还原产生

总需氧量

安全系数1.3,则
去除每需氧量
⑵标准状态下需氧量
设所在地为标准大气压，，进水最高温度为30℃。溶解氧浓度C=2mg/L。

去除每的标准需氧量

3.4.9氧化沟尺寸
设氧化沟两座，单座容积

三组沟道采用相同的容积，则每组沟道容积为

取氧化沟有效水深，超高为0.5m，中间分隔墙厚度为0.25m。
氧化沟面积
单沟道宽
弯道部分的面积：
直线部分的面积
直线部分的长度
取43米。
3.4.10进水管和出水管
进水管流量
管道流速
管道过水断面
管径
取
校核管道流速
3.4.11出水堰及出水竖井
氧化沟出水设置出水竖井，竖井内安装电动可调堰。初步估算＜0.67，因此按薄壁堰来计算。
⑴出水堰
式中 - 堰宽；
-堰上水头高，取0.03m。

出水堰分为两组，每组宽度
⑵出水竖井。
考虑可调堰安装要求，堰两边各留0.3m的操作距离。
出水竖井长
出水竖井宽
则出水竖井平面尺寸
5、浓缩池
3.5.1设计参数
污泥含水率99.5﹪，经浓缩池后污泥含水率97﹪，日产剩余污泥为

3.5.2中心管面积
最大设计流量：
设计流速为，采用2个竖流式重力浓缩池，每个设计流量为:

中心管面积
中心管直径
中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度：
设

3.5.3沉淀部分的有效面积
活性污泥负荷取
每小时污泥固体量为：
需表面积
浓缩池直径
取直径
表面负荷：
则在浓缩池中的流速是：
3.5.4浓缩池有效水深
设计沉淀的时间：；
则
取符合题意。
3.5.5反射板直径：
3.5.6校核集水槽出水堰的负荷
＜（符合条件）
3.5.7浓缩部分所需的容积
T=8h,s=0.8L/(Lh)

每个池子所需的体积为：
3.5.8圆截锥部分的容积
设计圆锥下体直径为0.3m,则：

3.5.9浓缩池总高度
设计超高及缓冲层各为0.3m则：

贮泥池

设计5天运泥一次，则贮泥池所需的体积为：

设计每次排泥泥面下降5m，则贮泥池的直径为：取为8米，池高7.5米。
四、参考文献
[1] 教材《水污染控制工程》；
[2] 《水污染防治手册》；
[3] 《环境工程设计手册》；
[4] 《给水排水制图标准》；
[5] 《建筑给水排水设计规范》（GBJ15-88）；
[6]《排水工程》（下），中国建筑工业出版社，1996年6月（第3、4、7、8、9章）
[7]《排水工程》（上），中国建筑工业出版社，1996年6月
[8]《给水排水设计手册》中国建筑工业出版社，1986年12月（第5、11册）
[9]《室外排水设计规范》GBJ 14－87
[10] 《污水处理厂设计与运行》，化学工业出版社，2001.8
[11]《水污染治理新工艺与设计》，海洋出版社，1999.3
[12]《水处理新技术及工程设计》，化学工业出版社，2001.5
[13]《给水排水工程快速设计手册》（2，排水工程），中国建筑工业出版社，1996.2
[14]《三废处理工程技术手册》（废水卷），化学工业出版社，2000.4