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水污染控制工程课程设计
第一章 设计内容和任务
1、设计题目
5000t/d的城市污水处理厂
2、设计目的
① 巩固及深化对基本理论与基本概念的理解；
② 培养学生分析问题与解决问题的能力；
③ 培养具有运用理论知识和已有图纸完成污水处理工程设计的初步能力。
3、设计要求
① 工艺选择要求技术先进，在处理出水达到排放要求的基础上，鼓励采用新技术；
② 充分考虑污水处理与中水回用相结合；
③ 除磷脱氮是工艺选择中关键之一，方案设计中必须全面考虑；
④ 工程造价是工程经济比较的基础，控制工程总造价是小城镇生活污水处理技术之一；
⑤ 工程运行管理方便，处理成本低。
4、设计步骤
① 水质、水量（发展需要、丰水期、枯水期、平水期）；
② 地理位置、地质资料调查（气象、水文、气候）；
③ 出水要求、达到指标、污水处理后的出路；
④ 工艺流程选择，包括：处理构筑物的设计、布置、选型、性能参数；
⑤ 评价工艺；
⑥ 设计计算；
⑦ 建设工程图（流程图、高程图、厂区布置图）。
5、设计任务
某城镇位于长江下游，现有常住人口90000人。该镇规划期为十年（2005-2020），规划期末人口为120000人，生活污水排放定额为250升/人·天拟建一城镇污水处理厂，处理全城镇污水。预计规划期末镇区工业污水总量为20000吨/日，同时，要求所有工业废水排放均按照《污水排入城市下水道水质标准》（CJ18-86）执行。现规划建设一城市污水处理厂，设计规模为50000吨/日，污水处理厂排放标准为中华人民共和国国家标准，主要控制指标如下：
项目
COD（mg/L）
BOD5(mg/L)
石油类
SS
PH
色度
NH3·N
总磷
进水水质
400
200
100
220
6-9
≤30倍

8
出水水质
≤60
≤20
≤3
≤20
6-9
≤30倍

≤1.5mg/L
排放标准
60
20
3
20
6-9
≤30倍

1.5mg/L

6、方案比较
（1）循环式活性污泥工艺（CAST）
本工艺主要特征是在进水区设置一生物选器，它实际上是一个容积较小的污水与污泥的接触区。特征之二是活性污泥由反映器回流，在生物选择器内与进入的新鲜污泥混合、接触，创造微生物种群在高浓度、高负荷环境下竞争生存的条件，从而选择出适应该系统生存的独特微生物种群，并有效的抑制丝状菌的过分增殖，从而避免污泥膨胀现象的产生，提高系统的稳定性。
主要优点：
① 流程简单，由于无初沉池和二沉池以及回流污泥系统，因此土建和设备投资较低；
② 运行简单，与A2/O法相比无需进行的污泥回流和内回流；
③ 对水质和水量的波动具有很好的缓冲能力；
④ 在生物脱氮除磷方面，效果显著，优于活性污泥法。
缺点：
① 容积利用率较低，每周期接纳污水约站总有效容积的30%，使污水的实际停留时间延长至13.3 小时左右。
② 在反应器中采用变强度曝气来实现同步硝化反硝化，脱氮效率不高。因此，在生物选择器和主反应区之间加了一个兼氧区，以提高脱氮效率。
③ 污泥在生物选择器中释磷受到回流混合液中硝态氮浓度的影响比较大，在传统的CAST 工艺系统中难以提高脱氮除磷。
CAST工艺的操作运行灵活，其内容覆盖SBR工艺及其所有的各种变形工艺，但其反应机理较为复杂。
（2）A2/O法同步脱氮除磷工艺
本工艺主要特点：
① 本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺；
② 在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虑，SVI值一般均小于100；
③ 污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效；
④ 运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以不增加溶解氧为度，运行费用低。
缺点：
① 除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD值高时更是如此；
② 脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高；
③ 进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液对缺氧反映器的干扰。
（3）氧化沟工艺
进水格栅→提升泵房→沉砂池→氧化沟→二沉池→消毒池→污泥泵房→污泥浓缩池→污泥脱水→干燥污泥
本工艺主要特点：
① 在流态上，氧化沟介于完全混合和推流之间。氧化沟的这种独特的水流状态，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其区分为富氧区、缺氧区，有以进行硝化和反硝化，取得脱氮的效果。
② 可考虑不设置初沉池，原污水经过格栅和沉砂池预处理，已经有效防止污水中无机沉渣沉积，有机性悬浮物在氧化沟内能够达到好氧稳定的程度。
③ 可考虑不单独设置二沉池，使氧化沟与二沉池合建，可省去污泥回流装置。
④ BOD负荷低，同活性污泥法的延时曝气系统对比，具有下列各项效益：
a．对水温、水质、水量的变动有较强的适应性
b．污泥龄一般可达15~30天，为传统活性污泥系统的3~6倍。可以存活、繁殖世代时间长、增殖速度慢的微生物。如果运行得当，氧化沟能够具有反硝化脱氮的效果。
c．污泥产率低，且多已达到稳定的程度，勿需再进行硝化处理。
⑤ 脱氮效果还能进一步提高。因为脱氮效果的好坏很大一部分取决于内循环量，要提高脱氮效果势必要增加内循环量。而氧
化沟的内循环量从理论上说可以是不受限制的，从而氧化沟具有较大的脱氮潜力。
⑥ 氧化沟只有曝气器和池中的推进器维持沟内的正常运行，电耗较小，运行费用较低。
（4）CASS处理工艺
传统CASS 由选择区、厌氧区和主反应区组成。运行方式由
现有资料来看有两种：一是进水阶段时间明显，在曝气反应阶段时间内进水；二是进水、沉淀期间均可进水，直至水位达到最高设计水位止；其运行过程为冲水—曝气、充水—泥水分离、上清夜滗除、充水闲置。在整个过程中，污泥回流一直在运行，回流量约为日平均流量的20%。
缺点：
① 容积利用率低，每周期接纳废水约占总有效容积的30%，使污水的实际停留时间延长至13.3 小时左右。
② 同步硝化和反硝化效率不高，因此，有人在生物选择区和主反应区之间加了一个兼氧区，以提高脱氮效率。
③ 污泥在生物选择区中释磷受到回流混合液中硝态氮浓度的
影响比较大，在传统的CAST 工艺中难以提高除磷效率（为了提高除磷效率采用了同步沉淀除磷的方法）。
总的说来，上述方案都能够达到要求处理的效果，而且工艺简单，污泥处理的难度较小，在技术上都是可行的。但结合实际的工程要求来看，氧化沟对污水的脱氮除磷率有较高要求（脱氮率要求达到87.5%，除磷率要求达到80%），而且设计中可采用改
良型的carrousel氧化沟。
Carrousel氧化沟使用立式表曝机，曝气机安装在沟的一端，因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和上游的缺氧区，有利于生物絮凝，使活性污泥易于沉降，设计有效水深4.0－4.5米，沟中的流速0.3米/秒。BOD5的去除率可达95％－99％，脱氮效率约为90％，除磷效率约为50％，如投加铁盐，除磷效率可达95％。
有证据表明，城市污水经改良型氧化沟处理后，污水中各项污染物平均去除率能满足上面的脱氮除磷的要求；而且经过多年实践证明，改良型的carrousel氧化沟二级处理工艺具有工艺简单成熟﹑操作管理简便，处理效果好，出水水质稳定，脱氮除磷性能好的特点，同时，该工艺省去了初沉，也不必、像其他方法脱氮除磷工艺那样需要大量混合液回流和多个池子，因此工艺布置紧凑，可省地﹑省电﹑降低运行费用，是城市污水处理厂比较理想的处理工艺。综合所述，方案一从经济和技术上都是可行的，而且符合各项原则，是较为合理的选择。

第二章 污水处理工艺流程说明
一、原始资料
（1）气象资料：
① 气温：全年平均气温为18.5℃，最高气温为42.0℃，最低气温为-6.0℃
② 降雨量：年平均1025.5mm，日最大273.3mm
③ 最大积雪深度500mm，最大冻土深度60mm
④ 主要风向：冬季——西北风；夏季——东南风
⑤ 风速：历年平均为3.15m/s,最大为15.6m/s
（2）排水现状：
城镇主干道下均敷设排污管、雨水管，雨污分流。
（3）排放水体：
污水处理厂厂址位于镇西北角，厂区地面标高为25.3米，排放水体常年平均水位标高为22.2米，最高洪水位标高为24.2米。该水体为全镇生活与灌溉水源，镇规划确保其水质不低于三类水标准。
二、工艺流程图

第三章 工艺流程设计计算
设计流量：
平均流量：
根据内插法计算总变化系数：

所以，设计流量：

设备设计计算：
一、 格栅
格栅由一组平行的金属栅或筛网制成，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，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。
设计参数：
设栅前水深h=0.8m,过栅流速取v=0.9m,用中格栅格栅间隙e=20mm,格栅安装倾角α=60°
栅条的间隙数：

栅槽宽度：
取栅条宽度

取1.6m
进水渠道渐宽部分长度：
若进水渠宽，渐宽部分展开角，此时进水渠道内流速为0.81m/s，

栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度：

取0.28m
过栅水头损失：
因栅条为矩形截面，取k=3,则：

栅后槽总高度：
取栅前渠道超高,栅前槽高
栅槽总长度：

每日栅渣量：
取

采用机械清渣。
二、 提升泵房
1、水泵的选择
设计水量67500，选择用4台潜污泵（3用1备）
所需扬程为6.0m
选择350QZ-100型轴流式潜水电泵
扬程/m
流量/(m3/h)
转速/(r/min)
轴功率/kw
叶轮直径/mm
效率/%
7.22
1210
1450
29.9
300
79.5
2、集水池
（1）、容积 按一台泵最大流量时6min的出水流量设计，则集水池的有效容积
（2）、面积 取有效水深，则面积
集水池长度取10m,则宽度，取4.5m
集水池平面尺寸
保护水深为1.2m，实际水深为4.2m
（3）、泵位及安装
潜水电泵直接置于集水池内，电泵检修采用移动吊架。
三、 沉砂池
沉砂池的功能是去除比重较大的无机颗粒，一般设于泵站、倒虹管前，
以便减轻无机颗粒对水泵、管道的磨损；也可设于初次沉淀池前，以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。
选型：曝气沉砂池
设计参数：
设计流量=,设水力停留时间t=2min
水平流速
每污水所需曝气量为
（1）、总有效容积

取
（2）、池断面积

（3）、池总宽度

（4）、池长

（5）、所需曝气量

四、氧化沟工艺
拟用卡罗塞（Carrousel）氧化沟，去除BOD5与COD之外，还具备硝化和一定的脱氮除磷作用，使出水NH3-N低于排放标准。氧化沟按近期设计分6座，按最大日平均时流量设计，每座氧化沟设计流量为：
设计参数
设采用最小泥龄：30d（稳定污泥）
MLSS=4000mg/L
f=MLVSS/MLSS=0.7，则MLSS=2800mg/L
曝气池：DO＝2mg/L
NOD：4.6mgO2/mgNH3-N氧化
可利用氧：2.6mgO2/NO3—N还原
α＝0.9
β＝0.98
其他参数：
a=0.6kgVSS/kgBOD5
b=0.07d-1
脱氮速率：
K1=0.23d-1
K2=1.3mg/L
剩余碱度：100mg/L(保持PH≥7.2):
所需碱度：7.1mg碱度/mgNH3-N氧化
产生碱度：3.0mg碱度/mgNO3-N还原
硝化安全系数：2.5
脱硝温度修正系数：1.08
二次沉淀池设计参数：
表面负荷：
固体负荷：
堰负荷：
二次沉淀池设计参数：中心进水，吸泥，有刮泥机；
二次沉淀池最少2座；
回流污泥浓度：10g/L
设计出水所含的为20 mg/L，则出水所含溶解性为采用污泥龄30d，则日产泥量为：
kg/d
设其中有12.4％为氮，近似等于TKN中用于合成部分为：
0.1242529=313.6kg/d
即：TKN中有mg/L用于合成。
故需用于氧化的NH3-N=35-4.6-2=28.4mg/L
需用于还原的NO3-N =28.4-10=18.4mg/L

碱度平衡计算（已知每去除1mg碳源BOD产生0.1mg碱度）
设进水中碱度为280mg/L（以CaCO3）计
剩余碱度=280-7.1×28.4+3.0×18.4+0.1×（200－4.6）=153.1mg/L（CaCO3）此值可使PH≥7.2 mg/L
计算硝化速度：

故泥龄：d
采用安全系数为2.5，故设计污泥龄为：2.54.2=10.5d
原假定污泥龄为30d，则硝化速率为：

单位基质利用率：

MLVSS=f × MLSS=0.74000=2800mg/L
所需的MLVSS总量=
曝气池容m3
水力停留时间：h
再计算脱硝所需池容及停留时间：
15℃时，
=0.0136kgNO3-N/kgMLVSS.d
还原NO3-N的总量=kg/d
脱硝所需MLVSS=kg
脱硝所需池容： m3
水力停留时间：h
故氧化沟的总池容为34134+32616=66750m3
总水力停留时间为12.1+11.6=23.7h
所用Carrousel氧化沟池深4m，宽15m，则氧化沟总长:。其中好氧段长度为，缺氧段长度为。
曝气器计算：
实际需氧量（AOR）
包括以下四项：
去除：196×67500/（1－e-0.23×5）；
所产污泥的：-1.42×2529
硝化需氧：4.6×28.4×67500
脱硝提供氧：-2.6×18.4×67500
四项共合 AOR=24946kg/日
折算为标准需氧量：

污泥计算：
回流污泥量:
故 R=62.7%
剩余污泥干重
如由底流排出，则体积为1516/10=151.6m3
二次沉淀池计算：
所需池面积：
按固体负荷：
所需池面积：
采用2座二次沉淀池
堰负荷
六、消毒接触池
接触时间，设计接触池各部分尺寸
（1）、接触池容积V

（2）、采用矩形隔板式接触池2座n=2 ，每座池容积

（3）、接触池水深，单格宽，则池长

水流长度
每座接触池的分格数=
（4）、加氯间
① 加氯量 按每平方米投加5g计，则
② 加氯设备 选用3台REGAL-2100型负压加氯机（2用1备），单台加氯量为10kg/h
七、污泥泵房
设计污泥回流泵房2座
1、 设计参数
污泥回流比100％
设计回流污泥流量50000m3/d
剩余污泥量2130m3/d
2、 污泥泵
回流污泥泵6台（4用2备），型号 200QW350-20-37潜水排污泵
剩余污泥泵4台（2用2备），型号 200QW350-20-37潜水排污泵
3、 集泥池
①、容积 按1台泵最大流量时6min的出流量设
取集泥池容积50m3
②、面积 有效水深，面积
集泥池长度取5m，宽度

4、 泵位及安装
排污泵直接置于集水池内，排污泵检修采用移动吊架。
八、污泥浓缩池
初沉池污泥含水率大约95％
设计参数

1、浓缩池尺寸

2、浓缩后污泥体积
采用周边驱动单臂旋转式刮泥机。

第四章 平面布置
一、各处理单元构筑物的平面布置
处理构筑物是污泥处理厂的主体建筑物，在作平面布置时，应根据各构筑物的功能要求和水力要求，结合地形和地质条件，确定它们在厂区内平面的位置，对此，应考虑：
（1）、贯通、连接各处理构筑物之间的管、渠便捷、直通，避免迂回曲折；
（2）、土方量作到基本平衡，并避开劣质土壤地段；
（3）、在处理构筑物之间，应保持一定的间距，以保证敷设连接管、渠的要求，一般的间距可取值5-10m，某些有特殊要求的构筑物，如污泥消化池、消化气贮罐等，其间距应按有关规定确定；
（4）、各处理构筑物在平面布置上，应考虑适当紧凑。
二、管、渠的平面布置
（1）、在各处理构筑物之间，设有贯通、连接的管、渠。此外，还应设有能够使各处理构筑物独立运行的管、渠，当某一处理构筑物因故停止工作时，使其后接处理构筑物，仍能够保持正常的运行；
（2）、应设超越全部处理构筑物，直接排放水体的超越管；
（3）、在厂区内还设有：给水管、空气管、消化气管、蒸汽管以及输配电线路。
三、辅助建筑物
污水处理厂内的辅助建筑物有：泵房、鼓风机房、办公室、集中控制室、水质分析化验室、变电所、机修、仓库、食堂等。它们是污水处理厂不可缺少的组成部分。其建筑面积大小应按具体情况与条件而定。有可能时，可设立试验车间，以不断研究与改进污水处理技术。辅助建筑物的位置应根据方便、安全等原则确定。如鼓风机房应设于曝气池附近，以节省管道与动力；变电所宜设于耗电量大的构筑物附近等。化验室应远离机器间和污泥干化场，以保证良好的工作条件。办公室、化验室等均应与处理构筑物保持适当距离，并应位于处理构筑物的夏季主风向的上风相处。操作工人的值班室应尽量布置在使工人能够便于观察各处理构筑物运行情况的位置。
在污水处理厂内应合理的修筑道路，方便运输，广为植树绿化美化厂区，改善卫生条件，改变人们对污水处理厂“不卫生”的传统看法。按规定，污水处理厂厂区的绿化面积不得少于30%。
四、总平面布置结果

第五章 高程布置及计算
一、高程布置原则
① 充分利用地形地势及城市排水系统，使污水经一次提升便能顺利自流通过污水处理构筑物，排出厂外。
② 协调好高程布置与平面布置的关系，做到既减少占地，又利于污水、污泥输送，并有利于减少工程投资和运行成本。
③ 做好污水高程布置与污泥高程布置的配合，尽量同时减少两者的提升次数和高度。
④ 协调好污水处理厂总体高程布置与单体竖向设计，既便于正常排放，又有利于检修排空。
二、高程布置结果

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