湖南某城市污水处理厂初步设计.doc

X市10 万m3污水处理厂初步设计 一、工程背景概况 X市是一个新兴的工业城市，位于中国中南地区，也是我国南方最大的铁路交通运输枢纽。长江支流湘江斜穿市内，是该市的主要河流。该地区多年主导风向为东南风和西北风。最冷月平均气温为12最热月平均气温为32.5最大冻土深度为0.18m，多年平均降雨量1418mm，年平均蒸发量1210mm，地下水位为56m。 现在的X市以有色冶炼、铁路运输机车、汽车配件、摩托车、建筑材料、化工等为主体的重工业基地著称。大型工业和交通运输是X的主导职能，其产业发展则以机械、化工、冶金和建材为主，它是湖南省高新技术产业的主要城市。2000年工业总产值173.3亿元，占全市的83.0%。而其工业主要集中在南起贺家土，北至清水塘，东至田心的三角地带，包括冶炼厂，玻璃厂，氮肥厂，麻纺厂等污染较严重的单位，这些污染源大部分分布在城市生活用水取水源的下游，也是垂直于主导风向的地区，这给集中处理污水提供了地理条件。 该市市区人口40余万，其中工矿企业人口占大多数，人口分布明显呈随工业分布的形势。污水处理厂选址拟定于清水塘至霞湾的滨江地带，该地带是湘江X流域的最下游，且处于污染较集中地区,便于收集污水，地价较便宜, 居民较少，适于建造大型污水处理厂。 二、水质水量及处理要求 本处理厂一期设计日处理能力为10万m3。进水CODcr=250mg/L，BOD5=150mg/L，SS=250mg/L，NH3-N=15mg/L。污水经处理后应符合以下要求：CODcr60mg/L，BOD520mg/L，SS20mg/L，NH3-N5mg/L。 三、污水处理工艺流程设计 图一、X市污水处理工艺流程 根据分析比较，选择传统活性污泥法较为适宜。该工艺技术成熟。由于在曝气池内存在浓度梯度，废水降解反应的推动力较大，效率较高，而且可以采用多种运行方式，对废水的处理方式较为灵活，特别适应于大量低浓度污水的处理。其工艺流程如上图所示。 四、处理构筑物设计 1、 格栅间及泵房 格栅设置在污水处理厂所有处理构筑物之前，用于截留废水中粗大的悬浮物或漂浮物，防止其后处理构筑物的管道、阀门或水泵堵塞。 11、 清渣方式选择 经初步估算，每日栅渣量已超过0.2m3，故宜采用机械清渣。 12、 设计参数 污水泵型号与栅条间距关系： 当栅距<40mm时，污水泵宜选用型号为4PW/4PWL。 当栅距<20mm时，污水泵宜选用型号为2PW/2PWL。 栅渣量与栅条间隙的经验数据关系： 格栅间隙1625mm，栅渣量0.100.05m3栅渣/103m3废水。 格栅间隙3050mm，栅渣量0.030.01m3栅渣/103m3废水。 栅渣的含水率一般为80%，容重约为960kg/m3。 栅前过流速度不宜小于0.6m/s，不宜大于1.5m/s，格栅倾角一般为4575度。渠道超高不小于0.3m，工作台高度应高于栅前最高设计水位0.5m，工作台两侧过道宽度不小于0.7m，正面过道宽度不小于1.5m。 13、 设计计算 格栅间隙与倾角选择及水泵配置 格栅间隙采用40mm，栅渣量约为0.02m3/103m3废水，安装倾角75，栅条断面为矩形，条宽S=10mm。水泵选用4PW/4PWL型。 日总栅渣量: W=(105/103)×0.02=2m3/d 格栅总间隙数及格栅槽总宽度 n=Qmaxsina/bhv=1.39×sin75°/0.04×1.4×1.0=24.57=25(个) B=s(n-1)+bn=0.01×(25-1)+0.04×25=1.24m Qmax: 最大设计流量，m3/s h: 栅前水深，m a: 格栅倾角 V: 过栅流速，m/s b: 栅条间隙，m s: 栅条宽度，m 长度计算 设进水渠道宽1.8m，渐宽部分展角为20°则： 渐宽部分长度：L1=(B-B1)/2tga1=0.44m 渐窄部分长度：L2=1/2L1=0.22m 栅槽总长：L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tga=2.21m 高度计算 过栅水头损失：h1=Kh0=0.0563m h0=(v2/2g)sina=0.01876m K: 系数，一般取K=3 : 阻力系数 h1: 过栅水头损失，m =(s/b)4/3,=2.42 h0: 计算水头损,m g=9.81m/s2 栅前槽高: H1=h+h2=1.3m 栅后槽高: H1=h+h1+h2=1.5563m 核算每日栅渣量 W=QmaxW1×86400/1.2×1000=1.39×0.02×86400/1.2×1000=2.0016m3/d 除渣机选用移动式伸缩臂机械格栅除渣。 14、 泵房及细格栅 进水泵采用五台潜污泵，其中一台备用，置于集水池中。集水池尺寸为5.8 m×8 m×9 m，水泵单机流量0.43 m3/s。据现行污水处理厂的运行资料显示，采用PLC系统可以根据水位控制水泵的开停，也可使泵按交替方式运行，效果良好，自控程度较高，建议采用。如果来水量大于设计流量，水位异常升高时，将通过溢流道溢出，溢流水位是3.40 m。 提升上来的污水由三个渠道通过细格栅拦污。按上1.3的计算，渠道长3.7 m，宽4.6 m，深1.6 m，每条渠道前后均设插板闸门，也可以采取2用1备的运行方式。细格栅采用阶梯格栅，栅条间距6 mm，细格栅后设有脱水输渣机，将栅渣送往运渣井。进水泵房的能力可以满足近期和远期水量的要求。水泵和粗细格栅可全为全自动工作，水泵的运行由PLC控制，粗细格栅的动作情况传送到PLC显示，因此进水泵站实际上可以是全自动无人管理的泵站，可节省一部分日常开支。 2、沉砂池 采用平流式沉砂池，其一般由入流渠，出流渠，闸板，水流部分和沉砂斗构成。具有截留无机颗粒效果好，工作稳定，构造简单，排砂较方便的特点。 2.1、基本设计参数要求 a:废水在池内的最大流速为0.3m/s,最小流速为0.15m/s。 b:水利停留时间取t=50s。 c:有效水深不应大于1.2m，取1.0m。每格池的宽度不小于0.6m，超高不小于0.3m。 d:沉砂量可选0.050.1L/m3,储砂时间为2d，采用重力排砂。 e:池底坡度为0.010.02。 2.2、设计计算 1、 水流部分长度（两闸板间的长度）: L=vt=0.3×50=15m 2、沉砂池过水断面面积: A=Qmax/v=1.39/0.3=4.63m2 3、沉砂池总宽度: B=A/h2=4.63/1=4.63m 建议建造沉砂池两座，每座分2格，单格宽约1.2m，每格设两个砂斗。 4、 砂斗所需总容积: V=(105m3×0.08×2)/1000=16m3 V1=16/(2×2×2)=2 m3 V1=(2h3/tg55+0.5)+0.5×h3/2×0.6=2 斗底尺寸为：0.5*0.6m2,斜壁与水平面夹角为55°。 5、 沉砂池总高度: H=h1+h2+h3= 6、 验算最小流速 Vmin=Qmin/n=0.964/2×3.515=0.15m 7、 进水调节及排砂 每个沉砂池安装一套带2台潜污泵的桥式移动除砂装置，用泵将沉积在池底的砂粒提升到输砂沟槽，借槽底的坡度汇集到砂水分离器(安装在进水泵房内)进行脱水。沉砂池四个格的进出水口均设置插板闸，以备维修清池时使用。 沉砂池在水量为10×104 m3/d左右变化时，池内流速通过下游咽喉式节流设施控制，可以始终保持在0.3 m/s左右，这样既能去除较大的砂粒，又能防止可降解有机物沉淀，使其顺利进入后续的生物处理设施。在沉砂池的进水部分设置进水井，以便对水流消能和整流；贮砂斗底部设排砂管，其管径设计为DN=200mm。（图略） 3、初沉池 初沉池一般有进水区，沉淀区，污泥区，出水区及缓冲层五部分构成。具有沉淀效果好，对水量和水温的变化有较强的适应能力，处理流量大小不限，施工简单等特点。 3.1、设计基本要求 a：沉淀时间1.52.0 h，设计为1.75 h； b：表面负荷选用2.03.0m3/m2.h，沉淀时间1.52.0h，SS去除率50%60%； c：SS去除率为50%60%； d：静压排泥； e：最大水平流速一般为57 mm/s,本设计取6 mm/s。 3.2、入流及出流调节装置 入流部分设有侧向或槽底潜孔的配水槽，可起到布水与消能的作用，并设置挡流板，入水深不小于0.25m，距入流槽约0.5m。 出流部分由流出槽和挡板组成。流出槽设锯齿形溢流堰，保证出水均匀。出流挡板入水深0.30.4m，距溢流堰0.250.5m。 3.3、设计与计算 1、 沉淀区尺寸 a、 沉淀池总面积： A=Qmax/q=(1.39×3600)/2.5=2001.6m2 b、 沉淀池长度： L=3.6vt=3.6×6×1.75=37.8m v：最大水平流速，mm/s，取v=6mm/s。 t：沉淀时间，取t=17.5h。 c：沉淀区有效水深： h2=qt=2.5×1.75=4.375m d：沉淀区有效容积： V1=A.h2=2002×4.375=8758.75m3 e：沉淀池总宽度： B=A/L=2002/38=52.68m 建议建造三座沉淀池并联运行，每座分三格，每格宽为9m. f：复核沉淀池中水流的稳定性：Fr=V2/Rg=0.62/(43.085×98.1)=0. 基本符合稳定性要求,其中R：水力半径，R=w/p； W：水流断面面积；V：平均水平流速，cm/s2，g=98.1cm/s2；p：湿周 2、 污泥区计算 a：污泥日产量 W=Q(C0-C1)×100/r(100-p) =105×(0.25-0.1125)×100/1000×(100-96) =344m3/d Q：日进水量，m3/d； P：含水率，95%97%； C0，C1：进、出水悬浮物浓度，kg/m3； R：污泥容重，kg/m3 因采用2d排泥，故污泥斗的总容积 V=2×W=688 m3 V1=V/q=76.5 m3 设计污泥斗上口面积为6×12m2，下底面积为0.6×0.6m2,高度为h4=3.0m。 V1=3×72+0.36+(72×0.36)1/2/3=77.45m3>76.5m3 b、沉淀池总高度H H=h1+h2+h3+h4=0.3+4.375+0.6+3=8.275m 3、 排泥装置设计 设计采用静水压力排泥。排泥管直径取200mm，下端插入泥斗底部，上端伸出水面，静压设计H=2.0m，池底坡度设计0.02。 4、 入流与出流装置 入流部分设有侧向或槽底潜孔的配水槽，可起到均匀布水和消能的作用，并设置有挡流板，挡流板的入水深度不小于0.25m，距入流槽约0.5m。 出流部分由流出槽和挡板组成。流出槽设有锯齿形溢流堰，保证出水均匀。出流挡板入水深度为0.30.4m，距溢流堰0.250.5m。（图略） 4、曝气池 41、活性污泥评价指标 污泥沉降比(SV) 又称30min沉淀率。即测得污泥沉淀的体积与原混合液的体积的比值，一般以表示。SV能相对的反映出污泥浓度、污泥的凝聚和沉降性能，可用于控制排泥量并有助于发现初期的污泥膨胀。理想值一般为20%30%。 污泥体积指数(SVI) 指曝气池出口处的混合液经30min静置沉淀后，1g干污泥所形成的沉淀污泥体积，单位为ml/g。SVI值高则表示污泥沉降性能不好，预示着即将要发生污泥膨胀；过低则表示污泥粒径小、密实、无机成分含量高。 污泥浓度(MLSS/MLVSS) 表示活性污泥在曝气池混合液中的浓度。其单位为mg/L或kg/m3，可分为混合液悬浮固体浓度MLSS和混合液挥发性悬浮固体浓度。在一般情况下MLVSS/MLSS的比值是比较稳定的，城市污水在0.750.85之间。 42、各项参数的建议值 污泥龄c，515d.设计为10d。 污泥负荷，0.20.4kgBOD5/kgMLVSS，设计为0.25 kgBOD5/kg MLVSS。 曝气池容积负荷0.30.8kgBOD5/m3.d 污泥浓度，15003500mg/L，设计为3000 mg/L 水力停留时间，48h， 污泥回流比，3080% BOD去除率，8595% 43、设计与计算 曝气池容积：V=Q.S0/L.x=105×250/0.3×3000=27777.8m3 取V=28000m3。 Q：进水量，m3/d L：污泥负荷，取0.3kgBOD5/kgMLVSS S0：进水BOD5值，mg/l x：混合液悬浮物浓度，取3000mg/L 废水在曝气池中的理论停留时间=V/Q=28000/105=0.28d6.72h 实际停留时间 s=V/(1+R)Q=28000/(1+0.6)×1054.2h 剩余污泥量X X=YobsQ(S0+Se)103(kgMLVSS/d) =0.3125×105×(150-6.2)×103 =4493.7kgMLVSS/d Yobs=Y/(1+Kdc)=0.5/(1+0.06×10)0.3125 Y：微生物增长参数，一般为0.350.8mgMLVSS/mgBOD5,取0.5。 Kd：微生物自身氧化率，一般为0.050.1d-1，取0.6d-1。 S0：进水BOD5浓度。 Se：出水底物浓度。 剩余污泥流量（忽略出水挟带固体量） 从曝气池排泥：Qw=V/c=28000/10=2800m3/d 从污泥回流管排泥：Qw=Vx/cXR=28000×3000/(10×10000×0.8)=1050m3/d 污泥回流量：QR=(Qw-Qw)=1750m3/d R= QR/Qw=62.5%60 需氧量计算：O2=aVxLr-bVx O2=Q(S0+Se)×103/0.68-1.42X =105×（1506.2）×103/(0.68)-1.42×5617.13 =21147-7976.32 =13170.7 kgO2/d =548.8 kg/h 则最大需氧量：O2max=K.O2=1.2×13170.7=15805 kg/d=658.5 kg/h 供气采用微孔曝气装置扩散管，管径60100mm，长度一般为500600mm，按组形安装，氧气的转移效率约为15%，则空气离开曝气池时氧的百分比约为18.43%，温度为200C时，曝气池中的溶解氧饱和度为10.17 mg/L，300C为8.46 mg/L。 温度为200C时，取a=0.82,ß=0.95,=1.0,CL=2.0 mg/L 则脱氧清水的充氧量为： R0=RaCsm(20)/a(ßCsm(30)-CL)×1.024(7-20) =(548.8×10.17)/0.82×（0.95×1.0×8.46-2）×1.29 =922.9 kg/h 曝气池的平均时供气量为 Gs=R0/(0.3×EA)=922.9/(0.3×0.15)=20508.9 m3/h=341.8 m3/min 最大时供气量 GsMAX=1.2 Gs=24609.6 m3/h=410.2 m3/min 因此，鼓风机型号及工作参数为： 采用风量为120 m3/min，静压为49 Kpa的罗茨鼓风机5台，平时3台工作，高负荷时4台工作，1台备用。 5、二沉池 沉淀池采用中心配水、周边收水的形式，设有单臂周边传动刮泥机及刮渣设施，刮泥机采用连续运行方式，及时将池内沉淀污泥经Ø 0.6 m输泥管送到回流污泥泵房的集泥池中。 51、设计计算 总表面积：A=Qmax/q0=1.39×3600/2=2500m2 拟建二次沉淀池4个，则单个沉淀池的表面积为：A1=A/4=625m2 池径：D=(4A1/)1/2=(4×625/3.14) 1/2=28.2m 沉淀池有效水深：h2=q0.t=2×2=4mD/h2=7>6 t：水力停留时间，h,取2h. 沉淀池池底落差： h4=(R-r1)×0.05=(14-2)×0.05=0.6m 污泥斗高度： h5=(r1-r2)tga=(2-1)tg60°=1.73m 污泥斗容积： V1=(/3)h5(R2+Rr1+r12)=143.3m3 总高度： H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+4.0+0.50.6+1.73=7.13m 周边高度： H=h1+h2+h3=0.3+4.0+0.5=4.8m h1为超高，取0.3 五、污泥回流系统的设计 1、 污泥回流量 根据（四）中计算结果，设最大污泥回流比为80%，则最大污泥回流量 Qr=RQ.30%=0.8×105 m3/d×30%=999.9m3/h 2、 污泥回流设备选择 回流污泥泵采用螺旋泵进行污泥提升，其提升高度按实际高程布置来确定。根据污泥回流量（R=80%），选用外径为700mm，提升量为150 m3/h的螺旋泵7台，其中一台备用。为了避免不均匀磨损，泵将以依次循环开停方式运行。 六、污泥浓缩池 污泥来源： 1、初沉池污泥；2、剩余污泥（二沉池）；3、消化污泥（熟污泥）； 4、化学污泥。 每日总污泥量 a：初沉池污泥量：W=688m3/2d,两天排泥，1000kg/m3。 b：二沉池剩余污泥量:Qw=1050m3/d. c：其它污泥约为10m3/d。 所以，日最大污泥量为 688+1050+10=1738m3/d。 污泥量较大，应采用连续式重力浓缩，辐流式浓缩池较实用。 辐流式浓缩池设计 基本参数 a：固体通量：3060kg/m2.d b：有效深度4m c：浓缩时间不小于12h d：池底坡度不小于0.05 e：污泥浓度为50008000mg/L时，表面负荷为0.3m3/m2.h f：其他参数可参考二沉池的设计参数。 建议建造4个污泥浓缩池，则： A1=Qmax/4.Lr=1738/(4×0.3×24)=60.35m2 D=(4A1/)1/2=8.779m 总高度 H=0.3+4+0.5+0.5+1.5=6.8m 周边高度 H=0.3+4+0.5=4.8m 四座污泥浓缩池直径9 m，有效水深4 m，池总高为6.8 m，每座池有效容积60 m3。每座浓缩池上设置一台中心传动刮泥机，将污泥刮至池中部泥斗，并带有刮浮渣的设施，刮泥机按全自动方式工作 。浓缩池污泥采用四台CT型污泥泵提升到脱水机房前的调质池，每座浓缩池有一台排泥泵对应，2用1备。 七、消毒间设计 消毒的目的主要是利用物理或化学的方法杀灭废水中的病原微生物以防止其对人类及禽畜的健康产生危害和对生态环境造成污染。 氯价格便宜，消毒可靠又有成熟的经验，故本设计采用液氯消毒。 1、 用量参数 a:使用剂量一般为10.0 mg/L，即10 g/m3 b:接触时间为1030min，设计时间为20min 则平均每天用量Q=105×10/1000=1000 kg/d=41.7 kg/h 2、 设备与装置选择 a、 加氯机 采用ZJ-1型转子加氯机，该机加氯量为545 kg/h，故可装2台，1台备 用。 b、 加氯间设计要求 加氯间应靠近加氯点，间距不宜大于30m，且应与其它工作间隔开，房屋建筑应坚固、防火、保湿、通风，并远离火源及电源，排气孔应设在墙脚（因为cl2>空气），应有必要的检修工具和防爆灯具及防毒面具，最好设置喷水消防系统（Cl2易溶于水）。 八、管网及提升系统设计 1、 管网设计基本规定 a:排水管道的平面布置应根据厂区统一规划，并按远期水量设计。 b:管道最小覆土深度在车行道下不小于0.7m，有保护加固可小于0.7m，其它应大于冻土层深度。 c:最大设计流速：金属管10 m/s,非金属管5 m/s； 最小设计流速：管径500mm时，0.7 m/s； 管径600mm时，0.8 m/s。 d:充满度，一般在管道设计中应留有余地，不宜用到最大充满度。 e:设计压力管道时，高点应设排气设施，低点应设泄气设施。 2、 设计计算 管道流量Q=AV,V=1/(R2/3I1/2) R：水力半径； V：管内流速 m/s； I：水力坡降； ：粗糙系数； 选用管径为650mm，流速为4m/s，充满度为0.75的管道设计可满足最大流量要求。管材选用VPVC双壁波纹管，采用承插式橡胶圈接口，该管长一般为6m，具有质量轻，强度高，耐腐蚀，水流阻力系数小，使用寿命长等优点。 3、 泵站设计 a、设计基本要求 排水泵站的位置与附近建筑之间应保持不小于30m的距离，周围应设置围墙并绿化。 泵站供电按二级负荷设计，规模宜按远期发展的最大水量设计。 泵房设备选型，应考虑高效节能。 b、泵房基本构成 由集水池、水泵间、电机房、配电室、控制室、值班检修室组成。 c、设计计算 选用五台污水泵，其中一台备用。 水泵扬程Hh+h1+h2+h3 h水位高差； h1吸水管路沿程损失； h2出水管路沿程损失； h3安全水头（0.51.0m） 设计扬程H10m 九、高程设计 本污水处理厂内各处理构筑物之间的水流主要依靠重力流动，设计前面构筑物水位应高于后面构筑物的水位，两构筑物之间的水位差即为流程中的水头损失（包括构筑物本身、连接管道、其它设备）。处理厂入水位置设置污水提升泵站，以满足各构筑物的水头总损失要求，并留有足够的余地。处理构筑物的水头损失与构筑物的形式和构造有关，常用经验值如下表。 污水处理构筑物需要水头损失经验值列表 处理构筑物名称 水头损失经验值/m 格栅 0.20.3 平流式沉砂池 0.20.4 辐流式沉淀池 0.50.6 平流式沉淀池 0.20.4 曝气池 0.20.4 消毒池 0.20.5 污水进入格栅间水面相对标高为2.7m，二沉池出水水面相对地面标高为0.3m，污水泵设计扬程H=8m，则： 沉砂池水面水位相对地面标高H1=8-2.7=5.3m,沉砂池总水头损失为0.35m. 初沉池水面水位相对地面标高H2H1-0.35=4.95m,总水头损失为0.4m。其中入水槽和出水槽水头损失为0.13m，沿程水头损失为0.22m，局部水头损失为0.05m。 曝气池水面水位相对地面标高H3H2-0.4=4.55m,总水头损失为0.55m。其中沿程水头损失为0.35m，局部水头损失为0.20m。 二沉池水面水位相对地面标高H4H3-0.55=4.00m,总水头损失为0.5m。其中管道水头损失为0.30m，局部水头损失为0.20m。 十、平面布置说明 本污水处理厂的平面布置包括污水处理与污泥处理构筑物、水泵房、沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池、污泥浓缩池、储沙池，以及相应的鼓风机房、变电站和加药间。辅助建筑包括办公及住宅区，检修室。各种管道包括污水管、污泥管、空气管以及电力电缆管线。 各单元处理构筑物的座数是依据设计说明书中的设计规模、平面尺寸来确定的。它们相互间的相对位置与关系，是综合考虑到运行管理的灵活性和在检修维护时的方便性来确定的，其中各种机器设备均是按最大负荷配置的，各单元构筑物的座数或分格数一般不少于两座（或两格）。 各动力或电力设施设计时一般离其主要构筑物的距离较近，如：鼓风机房设计时紧邻曝气池，而离办公区较远；加氯间由于存在一定的危险性，而设置在远离电源和火源的地方 但由于厂区面积相对有限，所以总体布局较紧凑，同时，充分考虑厂区地势的坡度，处理构筑物基本上是从相对标高较高的地方向较低处而设置。总体布局中还应把绿化作为一项重要目标。 具体布置详见平面布置图。 附：图一，平面图；图二，高程图。 参考文献 【1】 高廷耀，顾国维.水污染控制工程（下）.高等教育出版社.2002.8 【2】 给排水设计手册.中国建筑工业出版社.1986.12 【3】 三废处理工程技术手册废水卷.化学工业出版社.2000.4 【4】 水处理工程师手册.化学工业出版社.2000.4 【5】 排水工程（上、下）.中国建筑工业出版社.1996.6 【6】 室外排水设计规范.GBJ14-87.