日处理量10万吨城市污水处理厂初步设计.doc

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1、南方某镇污水处理厂工艺方案设计课程名称：环境工程设计基础学 院: 化学与环境学院年 级: 12环境工程指导老师: 张刚组 员罗 娟(20122400093)唐聆婷(20122300018)高泽纯(20122400084)蒋俊华(20122400117)李海天(20122400119)第一章 设计任务以及依据通过城市污水处理厂的课程设计，巩固学习成果，加深对污水处理课程内容的学习与理解，掌握污水处理厂设计的方法，培养和提高计算能力、设计和绘图水平。在教师指导下，基本能独立完成一个中、小型污水处理厂的工艺设计，锻炼和提高分析及解决工程问题的能力。1.1.项目概况：该镇位于南方地区，风景优美，山清水

2、秀，但近年来因为工业的快速发展，排放的大量工业废水造成河流等水体水质日益恶化。为保护环境，该镇规划建设一座城镇污水处理厂，将生活污水和工业废水集中处理。 1.2.设计规模: 设计水量15万吨每天，其中生活污水约占总水量的40%，工业污水约占总水量的60%1.3设计水质：该镇是工业重镇，工业污水占比重较大，污水水质CODcr为250450mg/L，相应BOD约为140-230 mg/L。规划原则上布置污染较小的工业，但具体工业难以预料，因此，工业废水的水质也难以确定。生活污水水质属一般浓度。 综合考虑该镇的特点，参比相关城市的污水水质，确定污水处理厂进水水质CODcr为390mg/L，相应BOD

3、约为210mg/L ，SS为210mg/L。1.4.处理目标：城镇污水处理厂出水排入GB3838 地表水类功能水域（划定的饮用水水源保护区和游泳区除外），执行一级B的排放标准，即： 1.5温度、气象条件：（1）风向及风速：常风向为东南风，最大风速8m/s； （2）气温：月平均最高气温37.2,最低气温5.1。 1.6厂址地形、地物情况：厂区地面基本平坦，高差相差1米左右，高程在2526米之间，厂区基本上是河滩地，周围很大面积内没有农田。1.7水文地质条件：（1）流经该市河流的最高水位为24.00m，最低水位22.80m，平均水位23.00m，河水最高水温25，最低水温8，平均水温14（2）地下

4、水水位高程为21.00m，地下水无侵蚀性。（3）工程地质良好，土质基本上是砂砾石层，地基承载力1820TM2，适宜于工程建设；（4）最大积雪深度0厘米，最大冻土深度0厘米，地震设防等级：6级以下。 1.8用电条件：处理厂址附近能够提供双电源或双回路的供电需求。第二章 设计工艺选择2.1.污水水量的确定由设计资料知，该市每天的平均污水量为：=15万m3/天=6250m3/h总变化系数总变化系数：Kz= 1.3 故污水设计流量Q=195000t/d=8125 m3/h=2.26m3/s式中 城市每天的平均污水量，m3/h； 总变化系数； 设计流量2.2.工艺设计初步选择处理水量：19.5万t/dB

5、ODCODSS进水水质(mg/L)210390210出水水质(mg/L)206020处理程度90.48%84.62%90.48%该厂处理水量大于100000t/d,属于大型污水处理厂，其二级处理适合用活性污泥法进行处理，国内外城市污水处理厂厂采用的工艺有普通活性污泥法、A/O法、A2/O法、AB工艺、氧化沟法、SBR间歇式活性污泥法等工艺。又本设计对BOD5去除率要求较高，对氮磷的去除没有特殊要求，而普通活性污泥工艺对BOD5去除率高，可达90%95%，稳定性较强，系统启动时间短，故而采用普通活性污泥法。2.3.活性污泥法选择活性污泥法自发明以来，根据反应时间、进水方式、曝气设备、氧的来源、反

6、应池型等的不同，已经发展出多种变型，这些变型方式有的还在广泛应用，同时新开发的处理工艺还在工程中接受实践的考验，采用时需慎重区别对待，因地因时的加以选择。（1）传统推流式传统推流式活性污泥法工艺流程，污水和回流污泥在曝气池的前端进入，在池内呈推流形式流动至池的末端，由鼓风机通过扩散设备或机械曝气机曝气并搅拌，因为廊道的长宽比要求在510，所以一般采用35条廊道。在曝气池内进行吸附、絮凝和有机污染物的氧化分解，最后进入二沉池进行处理后的污水和活性污泥的分离，部分污泥回流至曝气池，部分污泥作为剩余污泥排放。传统推流式运行中存在的主要问题，一是池内流态呈推流式，首端有机污染物负荷高，耗氧速率高；二是

7、污水和回流污泥进入曝气池后，不能立即与整个曝气池混合液充分混合，易受冲击负荷影响，适应水质、水量变化的能力差；三是混合液的需氧量在长度方向是逐步下降的，而充氧设备通常沿池长是均匀布置的，这样会出现前半段供氧不足，后半段供氧超过需要的现象。（2）完全混合法污水与回流污泥进入曝气池后，立即与池内的混合液充分混合，池内的混合也是有待泥水分离的处理水。该工艺具有如下特征：进入曝气池的污水很快即被池内已存在的混合液所稀释、均化，入流出现冲击负荷时池液的组成变化较小，因为骤然增加的负荷可为全池混合液所分担，而不是像推流中仅仅由部分回流污泥来承担，所以该工艺对冲击负荷具有较强的适应能力，适用于处理工业废水，

8、特别是浓度较高的工业废水。污水在曝气池内分布均匀，F/M值均等，各部位有机污染物降解工况相同，微生物群体的组成和数量几近一致，因此，有可能通过对F/M值的调整，将整个曝气池的工况控制在最佳条件，以更好发挥活性污泥的净化功能。曝气池内混合液的需氧速率均衡。完全混合活性污泥法系统因为有机物负荷较低，微生物生长通常位于生长曲线的静止期或衰老期，活性污泥易于产生膨胀现象。（3）吸附-生物降解工艺（AB法）AB处理工艺的主要特征是：整个污水处理系统共分为预处理段、A级、B级三段，在预处理段只设格栅、沉沙等处理设备，不设初沉池；A级由吸附池和中间沉淀池组成，B级由曝气池及二沉池组成；A级与B级各自拥有独立

9、的污泥回流系统，每级能够培育出各自独特的、适合本级水质特征的微生物种群。A级以高负荷或超高负荷运行，曝气停留时间在24h，污泥泥龄1520d。该工艺处理效果稳定，具有抗冲击负荷能力，在欧洲有广泛的应用。该工艺还可以根据经济实力进行分期建设。结合BOD处理效果以及建厂难度和资金投入之后决定选择最为成熟历史悠久的传统推流式活性污泥法。四.工艺流程图 第三章 污水处理厂构筑物计算3.1污水泵房的工艺流程：3.1.1泵前格栅设计计算：3.11.1泵前格栅设计中取四组格栅，N=4组，每组格栅单独设置，安装角度=603.1.12格栅间隙数： 式中：n格栅栅条间隙数（个）；Q设计流量2.26（m3/s）；N

10、设计的格栅组数4（组）； h格栅栅前水深1.0（m）； b格栅栅条间隙0.02（m）；v格栅过栅流速0.8（m/s）； 格栅倾角60（）。3.1.1.3格栅槽宽度：B=S(n1)+bn =0.01（33-1）0.0233=0.98m式中：B格栅槽宽度（m）S每根格栅条的宽度0.01（m），栅条采用直径为10mm的圆钢。3.1.1.4进水渠道渐宽部分长式中： l1进水渠道渐宽部分的长度（m）；B1进水明渠宽度，取0.65（m）；1渐宽处角度（），一般采用10-30，取1=203.1.1.5出水渠道渐窄部分的长度： 3.1.1.6通过格栅的水头损失： 式中：h1水头损失（m）；格栅条的阻力系数，查

11、表=1.672.42，取=1.79；k格栅受污物堵塞时的水头损失增大系数，一般采用k=3。 3.1.1.7栅后明渠的总高度：H=h+h1+h2 =1.0+0.06+0.3=1.36m式中：H栅后明渠的总高度(m)； h2明渠超高（m），一般采用0.3-0.5m，取h2=0.30m3.1.1.8栅槽总长度： 式中：L格栅槽总长度（m）； H1栅前明渠的深度（m），设计中H1=1.0+0.3=1.30m3.1.1.9每日栅渣量计算： 式中：W每日栅渣量（m3/d）；W1每日每103m3污水的栅渣量（m3/103m3污水），一般采用0.04-0.06m3/103m3污水，取W1=0.04。W=1.5

12、m3/d 0.2m3/d。采用机械除渣, 无轴输送机输送栅渣本设计采用自灌式水泵，自灌式水泵多用于常年运转的污水泵站，其优点是：启动及时可靠，管理方便。由于自灌式启动，故采用集水池与机器间合建。3.1.2选泵设计计算3.1.2.1选泵前扬程估算：格栅前水面标高=进水管液面标高=24.1格栅后水面标高=集水池最高水位标高=格栅前水面标高-格栅压力损失污水流经格栅的压力损失按0.1m估算，则：格栅后水面标高=24集水池有效水深取2.0m，则：集水池最低水位标高=24-2=22.00m水泵净扬程HST=出水井水面标高-集水池最低水位标高=29.08-22=7.08水泵吸、压水管路（含至出水井管路）的

13、总压力损失估算为2.0mH2O；则水泵扬程H=7.08+2=9.08m。3.1.2.2水泵机组的选择：选择五台水泵，四用一备，则： 型号数量转速水泵效率电动机功率400WL2200-124用，1备735r/min80%90KW3.1.2.3.泵站的平面布置：（1）吸水管路布置：为了保证良好的吸水条件，每台水泵设单独的吸水管，每条吸水管的设计流量均为2031.3m3/h，采用DN800钢管，流速v1=0.85m/s；在吸水管起端设一进水喇叭口，其直径为DN1200，吸水管路上设90弯头2个，电动闸阀1个，偏心渐缩管1个，扬程计算如下：吸水管路水头损失为：h=h1+h2=0.393m。（2）压水管

14、路布置：每条压水管的设计流量均为2031.3m3/h，采用DN1000钢管，流速v1=0.85m/s，压水管路上设同心渐扩管两个，单向止回阀一个，闸阀一个。出水管路水头损失计算，选择一条阻力损失最大的管路作为核算对象，计算泵站内压水管路水头损失吸、压水管路总水头损失为：h=hAB+hBC+h5=0.534m2.0m； 则水泵所需扬程为：H=0.534+7.0860。校核沉砂斗角度tg=3.47，=73.9603.3.7沉砂室高度 式中:H沉砂池总高度（m）；H1沉砂池超高（m），一般采用0.30.5m,取0.3。3.3.8验算最小流速式中，Vmin最小流速（m/s），一般采用v0.15m/s；

15、 最小流量（），一般采用0.75；沉砂池格数（个），最小流量时取1； 最小流量时的过水断面面积（）。3.3.9进水渠道格栅的出水通过DN1200mm的管道送入沉砂池的进水渠道，然后向两侧配水进入进水渠道，污水在渠道内的流速为：式中，V1进水渠道水流流速（m/s）； B1进水渠道宽度（m）,取1.0m；H1进水渠道水深（m）,取0.8m。3.3.10出水管道出水采用薄壁出水堰跌落出水，出水堰可保证沉砂池内水位标高恒定，堰上水头为：式中，H1堰上水头（m）； m流量系数，一般采用0.40.5,取0.4； b2堰宽（m），等于沉砂池宽度。出水堰自由跌落0.10.15m后进入出水槽，出水槽宽1.0m，

16、有效水深0.8m，水流流速0.62m/s，出水流入出水管道。出水管道采用钢管，管径DN1200。 3.3.11排砂管道 采用沉砂池底部管道排砂，排砂管道管径DN200。平流式沉砂池平面布置图如下：3.4.初沉池及其设计：初次沉淀池是借助于污水中的悬浮物质在重力的作用下可以下沉，从而与污水分离，初次沉淀池去除悬浮物40%55%，去除BOD20%30%。初次沉淀池按照运行方式不同可分为平流沉淀池、竖流沉淀池、辐流沉淀池、斜板沉淀池。设计中采用平流沉淀池，平流沉淀池是利用污水从沉淀池一端流入，按水平方向沿沉淀池长度从另一端流出，污水在沉淀池内水平流动时，污水中的悬浮物在重力作用下沉淀，与污水分离。平

17、流沉淀池由进水装置、出水装置、沉淀区、缓冲层、污泥区及排泥装置组成。沉淀池设四组，N=4组，每组设计流量Q=0.565m3/s。3.4.1沉淀池表面积： Q每组设计流量 A沉淀池表面积（m2）；q表面负荷（m3/m2h），一般采用1.5-3.0m3/m2h。设计中取q=23.4.2沉淀部分有效水深：t沉淀时间(h)，一般采用1.0-2.0h。设计中取t=1.5h3.4.3沉淀部分有效容积：3.4.4沉淀池长度：v 设计流量时的水平流速(mm/s),取5mm/s。3.4.5沉淀池宽度：B=A/L=1017/27=37.7(m)3.4.6沉淀池格数：=37.7/5.4=7， b 沉淀池分格的每格宽

18、度（m）。设计中取b=5.4m3.4.7校核长宽比及长深比：长宽比:L/b=27/5.4=5，满足4-5之间要求。长深比:L/h2=27/3=9 ，满足8-12之间的要求。3.4.8污泥部分所需容积： Q设计流量（m3/s）；C1进水悬浮物浓度（mg/L）； C2出水悬浮物浓度（mg/L），一般采用沉淀效率=40%-60%； K2生活污水量总变化系数； 污泥容重（t/m3），约为1； p0污泥含水率（%）。设计中取每次排泥间隔时间T=1d，污泥含水率P0=95%，沉淀池的沉淀效率=50%，出水悬浮物浓度C2=100%50%C1=0.5210=105mg/L3.4.9每格沉淀池污泥部分所需容积：

19、 3.4.10污泥斗容积：=4.24(5.42+5.4*0.2+0.22)=45.37（m2）h4”=(5.4-0.5)/2tg60=4.24(m) a沉淀池污泥斗上口边长（m），a=5.4m； a1沉淀池污泥斗下口边长（m），一般采用0.4-0.5m，取a1=0.5m； h4”污泥斗高度（m）。， 得到V1+V2=45.37+19.63=65m211.31 m2,满足要求3.4.11沉淀池总高度：H=h1+h2+h3+h4=0.3+3+0.3+4.46=8.06(m)h1沉淀池超高（m），一般采用0.3-0.5，取h1=0.5m；h3缓冲层高度（m），一般采用0.3m ，取h3=0.3m；h

20、4污泥部分高度（m），一般采用污泥斗高度与池底坡度i=1的高度之和。设计中，得h4=h4+h4=4.46m3.4.12进水配水井：沉淀池分为四组，每组分为7格，每组沉淀池进水端设进水配水井，污水在配水井内平均分配，然后流进每组沉淀池。配水井内中心管直径： （4-27） V2配水井内中心管上升流速（m/s），一般采用v20.6m/s。设计中取v2=0.7m/s，得到D=1.91m。配水井直径： （4-28） V3配水井内污水流速（m/s），一般取v=0.2-0.4m/s。设计中取v3=0.3m/s，得到D3=3.48m。3.4.13进水渠道：沉淀池分为四组，每组沉淀池进水端设进水渠道，配水井接出

21、的DN800进水管从进水渠道中部汇入，污水沿进水渠道向两侧流动，通过穿孔花墙流入沉淀池。进水渠道宽0.5m，有效水深1.2m，穿孔花墙的开孔总面积为过水断面面积的6%-20%，则过孔流速为： （4-29） v2穿孔花墙过孔流速（m/s），一般采用0.05-0.15m/s； B2孔洞的宽度（m）； h2孔洞的高度（m）； n1孔洞数量（个）。设计中取B2=0.2m，h2=0.4m，n1=49个，得到v2=0.13m/s。3.4.14出水堰：沉淀池出水经过出水堰跌落进入出水渠道，然后汇入出水管道排走。出水堰采用矩形薄壁堰，堰上水深H为： （4-30） m0流量系数，一般采用0.45； b出水堰宽度

22、（m）； H出水堰顶水深（m）。设计中取m0=0.45，b=4.8m，得到H=0.038m。3.4.15出水渠道：沉淀池出水端设出水渠道，出水管与出水渠道连接。 （4-31） v3出水渠道水流流速（m/s），一般采用v30.4m/s；B3出水渠道宽度（m）；H3出水渠道水深（m），一般采用0.5-2.0。设计中取B3=1.5m，H3=0.8m，得到v3=0.41m/s0.4m/s。出水管道采用钢管，管径DN=800mm，管内流速为v=1.0m/s,水力坡降i=1.0。3.4.16进水挡板、出水挡板：沉淀池设进水挡板和出水挡板， 进水挡板距进水穿孔花墙0.5m， 挡板高出水面0.3m, 伸入水下

23、1.0m。出水挡板距出水堰0.5m，挡板高出水面0.3m，伸入水下0.5m。在出水挡板处设一个浮渣收集装置，用来收集拦截的浮渣。3.4.17排泥管：沉淀池采用重力排泥，排泥管直径DN200mm，排泥时间t4=30min，排泥管流速v4=0.5m/s，排泥管伸入污泥斗底部。3.4.18刮泥装置：沉淀池采用行车式刮泥机，刮泥机设于池顶，刮板伸入池底，刮泥机行走时将污泥推入污泥斗内。平流沉淀池剖面如下图：平流沉淀池剖面图3.5、曝气池污水处理程度的计算污水经过一级处理后会处理掉一部分的悬浮物（）和，处理程度按处理级别处理方法主要工艺处理效果一级沉淀法沉淀（自然沉淀）二级生物膜法初次沉淀、生物膜反应、

24、二次沉淀活性污泥法初次沉淀、活性污泥反应、二次沉淀表取值。处理级别处理方法主要工艺处理效果一级沉淀法沉淀（自然沉淀）二级生物膜法初次沉淀、生物膜反应、二次沉淀活性污泥法初次沉淀、活性污泥反应、二次沉淀表1 处理厂的处理效果设一级处理对BOD5的去除率为25%则进入曝气池中污水的浓度：Sa=Syx(1-25%)=210x(1-25%)=157.5mg/L因为要使出水水质达到一级B标准，所以：去除的BOD浓度为：Sr=Sa-Sg=157.5-20=137.5mg/L=0.1375g/L污水的处理程度3.5.1曝气池的计算与各部位尺寸的确定曝气池按-污泥负荷法计算3.5.1.1-污泥负荷率的确定拟定

25、采用的污泥负荷率为0.3校核： 式中，K2取0.02(介于0.01680.0281之间)， f取0.75(介于0.70.8之间)， 代入，有所以，污泥负荷率按0.3计算3.5.1.2确定混合液污泥浓度X根据已确定的sN值，查相关资料得SVI值为100-120，取值120。X值按下式计算式中R-污泥回流比，取50%g r-是考虑污泥在二次沉淀池中停留时间、池深、污泥厚度等因素的有关系数，一般取值1.2左右代入数值得3.5.1.2确定曝气池容积 式中V-曝气池容积m3 S0-原污水的BOD5值,mg/LX-曝气池内混合液悬浮固体浓度,(MLSS)mg/L代入数值得3.5.1.3曝气池各部分尺寸确定

26、设4组曝气池，则每组容积为： 池深取5m，则各组曝气池的面积F为： 池宽:B=1.5H=7.5m 池长： ，符合要求。本设计设4组5廊道曝气池，在曝气池进水端和出水端设横向配水渠道，在两池中间设配水渠道与横向配水渠相连，污水与二沉池回流污泥从第一廊道进入曝气池。曝气池平面图如图设五廊道式曝气池：廊道长：取超高为，则池总高度为：在曝气池面对初沉池和二沉淀池的一侧，各设横向配水渠道，并在池中部设纵向中间配水渠道与横向配水渠道相连接，在两侧横向配水渠道上设进水口，每组曝气池共有3个进水口。在面对初沉池的一侧，在每组曝气池的一端，廊道进水口处设回流污泥井，井内设污泥空气提升器，回流污泥由污泥泵站送入井

27、内，由此通过空气提升器回流曝气池。如图：3.5.2曝气系统的计算与设计本设计采用鼓风曝气系统。3.5.2.1需氧量计算(1)曝气池需氧量的计算 式中，a-活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率，即活性污泥微生物每代谢1kgBOD所需要的氧量，以kg计,查表取a=0.5b-活性污泥微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧率，即每kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，以kg计，查表取b=0.15-被降解的有机污染物量（mg/L）。Xv-单位曝气池容积内的挥发性悬浮固体(MLVSS)量kg/m3代入数值得 (2)去除每kgBOD的需氧量 3.5.2.2供气量计算采用网状膜型中微孔空气扩散器，敷

28、设于距地面0.2m处，淹没水深为4.0m，计算温度定位.查表得水中饱和溶解氧值为，(1)空气扩散器出口的绝对压力： (2)空气离开曝气池面时，氧的百分比按下式计算，即= 式中EA空气扩散器的氧转移效率，对网状膜型中微孔空气扩散器，取12%(3)曝气池混合液中平均氧饱和度（按最不利的温度条件考虑）按下式计算，即：按最不利温度来计， (4) 换算成在条件下脱氧清水的充氧量: (5)曝气池平均时供氧量计算： (6)去除每的供气量： (8)每污水供气量为： (9)本系统的空气总用量除采用鼓风曝气外，本系统还采用空气在回流污泥井提升污泥，空气量按回流污泥量的8倍计算，污泥回流比R取值50%，这样，提升回

29、流污泥所需空气量为8x50%x195000=780000=32500总需气量为：55426.67+32500=87926.673.5.2.3鼓风机的选定空气扩散装置安装在距曝气池底0.2m处，因此，鼓风机所需压力为P=(5.5-0.2+1)x9.8=61.74kpa+=鼓风机供气量:55426.67+30500=85926.67=1432.11m3/min根据所需压力及空气量，决定采用3.6二沉池辐流式沉淀池辐流式沉淀池一般采用对称布置，有圆形和正方形。主要由进水管、出水管、沉淀区、污泥区及排泥装置组成。按进出水的形式可分为中心进水周边出水、周边进水中心出水和周边进水周边出水三种类型，其中，中

30、心进水周边出水辐流式沉淀池应用最广。周边进水可以降低进水时的流速，避免进水冲击池底沉泥，提高池的容积利用系数。这类沉淀池多用于二次沉淀池。本设计中采用机械吸泥的向心式圆形辐流沉淀池，进水采用中心进水周边出水。3.6.1设计原则设计参数1，沉淀池的设计数据宜按下表的规定取值4-4 沉淀池的设计数据沉淀池类型沉淀时间表面水力负荷每人每日污泥量污泥含水率固体负荷初次沉淀池二次沉淀池生膜法后活性污泥法后2、沉淀池的超高不应小于0.3m。 3、沉淀池的有效水深宜采用2.04.Om。 4、当采用污泥斗排泥时，每个污泥斗均应设单独的闸阀和排泥管。污泥斗的斜壁与水平面的倾角，方斗宜为60，圆斗宜为55。 5、

31、活性污泥法处理后的二次沉淀池污泥区容积，宜按不大于2h的污泥量计算，并应有连续排泥措施；生物膜法处理后的二次沉淀池污泥区容积，宜按4h的污泥量计算。 6、排泥管的直径不应小于200mm。 7、当采用静水压力排泥时，二次沉淀池的静水头，生物膜法处理后不应小于1.2m，活性污泥法处理池后不应小于0.9m。 8、二次沉淀池的出水堰最大负荷不宜大于1.7L(sm)。 9、沉淀池应设置浮渣的撇除、输送和处置设施。 10、水池直径(或正方形的一边)与有效水深之比宜为612，水池直径不宜大于50m。11、宜采用机械排泥，排泥机械旋转速度宜为13rh，刮泥板的外缘线速度不宜大于3mmin。当水池直径(或正方形的一边)较小时也可采用多斗排泥。12、缓冲层高度，非机械排泥时宜为0.5m；机械排泥时，应根据刮泥板高度确定，且缓冲层上缘宜高出刮泥板0.3m。13、坡向泥斗的底坡不宜小于0.05。 3.6.2设计计算设计中选择四