污水处理课程设计——陈明央14

某城市污水二级处理厂工艺设计学 院：海洋科学学院专 业： 环境工程 班 级： A09 环工 姓 名： 陈明央 学 号： 090107114指导教师： 高锋 2012 年 6 月目录某城市污水二级处理厂工艺设计 2第一章 绪论 31.1 设计的目的 .31.2 设计资料 41.3、设计要求 .51.4、设计成果 .51.5、设计要点 .61.6 主要参考资料 7第二章 总体设计 72.1 污水处理厂工艺方案比选 .7第三章 污水处理系统设计计算 123.1 生活污水设计流量 123.2 格栅 133.3 污水提升泵房 163.4 平流式沉砂池 .183.5、初沉池 .213.6 A2/O 活性污泥法 233.7 二沉池 .313.8 接触池 .333.9 污水浓缩池 34第四章 附属建筑物的确定 38第五章 净水厂总平面布置 395.1 厂区平面设计 .395.2 厂区高程设计 .40【摘要】：当今，随着经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，环境污染日趋严重，加大城市生活污水治理力度势在必行。现拟建一座某城市生活污水处理厂，处理规模为 5000m3/d，设计出水水质执行城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002 一级 B 标准。污水以有机污染为主，BOD/COD=0.65，可生化性较好，其它难以生物降解的污染物一般不超标：污水中主要污染物指标BOD、COD、SS 值为典型城市污水值。针对以上特点及出水要求，现有城市污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。由于将来可能要求出水回用考虑到出水要求脱氮除磷目地，根据国内外已运行的中、小型污水处理厂的调查，要达到确定的治理目标，可采用“A 2/O 活性污泥法” 。【关键词】：城区 污水处理 A 2/O 活性污泥法第 1 章绪论1.1 设计的目的通过本课程设计，培养学生综合运用水污染控制工程基本理论和专业知识的能力，掌握城市污水二级处理厂工艺设计的程序、内容、方法和工艺计算。通过本课程设计，使学生能够掌握城市污水的水质和水量等特点，掌握城市污水处理的一般方法和典型的城市污水处理工艺流程，培养学生进行城市污水处理工艺系统选择和处理工艺单元构筑物的尺寸计算的能力。通过培养学生查阅参考文献和资料的能力，对各构筑物计算公式中的参数能够合理的取舍，能够对各构筑物和管路的水头损失概念有初步认识。且锻炼学生工程绘图和撰写设计说明书的能力。1.2 设计资料1.2.1 废水资料（1） 设计人口：近期规划100 000 人，远期规划150 000 人。每人每天排放量近期为180L，远期为200L/（人天） 。城市工业企业生产废水全部经过厂内废水处理站进行处理后，排入城市下水道。工业污水量近期为 5000 m 3/d，远期达10000 m 3/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： BOD 5 = 260 mg/L ， SS = 275 mg/L ， COD = 400 mg/L ， NH 4 -N 30 mg/L ，总 P4 mg/L 。（2）纳污河流：位于城市的东侧自南向北，最高水位411.62m。 （3）拟建污水厂场地：在该城市东北方向，位于纳污河流下游河流岸边有一块空地，地势平坦，地面标高413.62m，地下水位-9.0m。夏季主导风向为东南风。（4）来水方向：于场区西面，城市污水主干管终点（污水厂进水口）的管内底标高406.82m，管径D=1300mm，管坡i=0.003，充满度h/D=0.59。（5）混合污水温度：夏季28，冬季10，平均温度为20。1.2.2处理要求出水水质要求达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）的二级标准，BOD 530mg/L、SS30mg/L；对污泥进行稳定化处理，污泥处理工艺采用：“污泥浓缩污泥消化污泥脱水”工艺；处理后的污水就近排入纳污河流。1.3 设计要求1. 方案选择应论据充分、具有说服力。2. 计算时所选用公式要有依据、来源，参数选择应合理，计算应有足够的准确性。3. 图纸应能正确表达设计意图。4. 计算说明书应层次清楚、语言简练、书写工整、说明问题。1.4 设计成果1. 设计计算说明书 1 份。2. 完成图纸 2 张 厂区平面布置图1 张； 处理系统高程布置图1 张。1.5 设计要点1.5.1 污水处理设施设计一般规定该市排水系统为分流制。处理构筑物流量：曝气池之前，各种构筑物按最大时流量设计；曝气池之后（包括曝气池） ，构筑物按平均日平均时流量设计。管渠设计流量：按最大时流量设计。各处理构筑物不应小于 2 组（格或座） ，且按并联设计。各处理构筑物形式自定，设计参数参见教材、室外排水设计规范及设计手册等资料。1.5.2 污水处理厂平面布置厂区平面布置时，除处理工艺管道之外，还应有空气管，厂内污水管、自来水管、雨水管，超越管，放空管等，管道之间及其与构筑物，道路之间应有适当间距。污水厂厂区主要车行道宽 68m，次要车行道 34m，一般人行道 13m，道路两旁应留出绿化带及适当间距。污水厂厂区适当规划设计机房（水泵、风机、配电用房） 、办公（行政、技术、中控用房） 、机修及仓库等辅助建筑。厂区总面积自定，图面重点表达构（建）筑物外形及其连接管渠，内部构造及管渠不表达。1.5.3 工艺流程布置图考虑构筑物及管道水头损失，合理进行高程布置。1.6 主要参考资料（1）. 排水工程 ；（2）. 给水排水设计手册第一、五、十、十一册等；(3). 室外排水设计规范 （GB 500142006）等。 (4) 城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002） 。(5) 期刊杂志：给水排水、中国给水排水等。(6) 王社平 等编， 污水处理厂工艺设计手册，化工出版社，2011。(7) 崔玉川 等编， 城市污水处理厂处理设施设计计算，化工出版社，2004。(8) 张志刚 等编，给水排水工程专业课程设计，化学工业出版社，2004。第 2 章总体设计2.1 污水处理厂工艺方案比选城市污水处理厂设计处理方案时，既要考虑有效去除 BOD5和 COD还要考虑适当去除 N、P、SS。从原污水水质可以知道可采用的工艺有很多，而相对来说处理效果好而且技术成熟的工艺有以下几种。(1)、A 2/O 工艺(2)、奥贝尔（Orbal）氧化沟工艺(3)、周期循环曝气活性污泥法（CASS）工艺2.1.1 A2/O 工艺A2/O 工艺流程图如图 2.1 所示。进水厌氧池 缺氧池 好氧池 沉淀池回流污泥排放剩余污泥图 2.1 A2/O 工艺流程图内循环2.1.2 奥贝尔（Orbal ）氧化沟奥贝尔（Orbal）氧化沟工艺流程图如图 2.2 所示。进水沉砂池 奥贝尔氧化沟 沉淀池回流污泥排放剩余污泥图 2.2 奥贝尔（Orbal）氧化沟工艺流程图2.1.3 CASS 工艺CASS 工艺流程图如图 2.3 所示。进水沉砂池 CASS 池回流污泥排放剩余污泥图 2.3 CASS 工艺流程图格栅三种污水处理工艺方案具体比较如下表：表 2.1 三种工艺方案比较如下表工艺 A2/O 奥贝尔（Orbal） CASS 工艺内容 氧化沟技术可行性先进、成熟、应用广先进、成熟、应用广先进、成熟、应用广水质指标出水水质好、稳定易于深度处理，对外界条件变化有一定的适应性出水水质好、稳定易于深度处理，对外界条件变化的适应性较好出水水质好、稳定易于深度处理，对外界条件变化的适应性较好基础建设费用 较高 高 高运行费用 较高 高 较高运转 操作单元较多复杂 操作单元较少方便操作单元较少方便运行管理维修 设备多、维修量大 设备少、维修量低设备少、维修量低占地 较大 较大 较小要求管理水平 高 高 较高环境影响噪音较大、臭味较小噪音小、臭味较小噪音较大、臭味较小2.1.4 工艺方案选择综上所述， 此三种方法都能达到除磷脱氮的效果，且出水水质良好，但相对而言，污水和活性污泥的混合液在氧化沟中进行不断的循环运动，具有良好的去除 BOD、COD 及脱氮除磷的功能。另外，污水以有机污染为主，BOD/COD=0.65，可生化性较好，其它难以生物降解的污染物一般不超标：污水中主要污染物指标 BOD、COD、SS 值为典型城市污水值。针对以上特点及出水要求，现有城市污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。由于将来可能要求出水回用考虑到出水要求脱氮除磷目地，根据国内外已运行的中、小型污水处理厂的调查，要达到确定的治理目标，可采用“A 2/O 活性污泥法” 。2.1.5 污水处理工艺流程简述 提 升 泵 房 沉 砂 池砂 水 分 离初 沉 池厌 氧 池缺 氧 池好 氧 池二 沉 池接 触 池 泵 房浓 缩 池 贮 泥 池格 栅 贮 泥 池进 水 消毒剂排 水 初沉污泥泥 饼 砂图 1 工艺流程图2.1.6 沉砂池的作用及选型：污水中的无机颗粒不仅会磨损设备和管道，降低活性污泥活性，而且会板积在反应池底部减小反应器有效容积，甚至在脱水时扎破滤带损坏脱水设备。沉砂池的设置目的就是去除污水中的泥沙、煤渣等相对密度较大的无机颗粒，以免影响后续处理构筑物的正常运行。沉砂池常见的形式有：平流式沉砂池、曝气沉砂池、竖流式沉砂池及涡流式沉砂池，本设计采用平流式沉砂池。第 3 章 污水处理系统设计计算3.1 生活污水设计流量居民平均日生活用水量定额 q=180L/(cap )。d居民平均日生活污水量为：= =208.3L/sdQ360241iNq360248查得总变化系数为： 5.13.2087.10dzk居民生活污水设计流量：=312.5L/s360*24111izNqKQdzQK1式中 各排水区域平均日居民生活污水量标准 L/(cap )；i1 d各排水区域在设计使用年限终期所服务的人口i1N数（cap） ；生活污水量的总变化系数。1zK3.1.1 工业废水设计流量= = =75.2 L/s2Q3.q60243.153.1.2 城市污水最高时日设计流量= =312.5+75.2=387.7 L/s3213.1.3 城市污水平均时日设计流量=208.3+57.9=266.2 L/shdQ3.2 格栅 3.2.1 格栅作用：格栅是有一组平行的金属栅条或筛网制成，安装以拦截较大的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物及杂质，起到净化水质，保护进水泵正常运转的作用，并尽量处理那些不利于后续处理的杂物。3.2.2 格栅设计数据（1） 流速过栅流速：0.61.0m/s栅前渠道流速：0.40.9m/s（2）格栅倾斜角度：人工清除：4560机械清除：6080A、格栅工作台（平台）B、格栅上部必须设工作台，其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m，工作台上应有安全和冲洗设施C、工作台两侧过道宽度不应小于 0.7m，工作台正面过道宽度，采用机械清除时不应小于 1.5m，采用人工清除时不应小于 1.2m。（3）栅渣量与地区的特点、格栅的间隙大小、污水流量以及下水道系统的类型等因素有关。在无当地运行资料时，可采用：A、格栅间隙 1625mm：0.10.05m3 栅渣/103m3 污水B、格栅间隙 3050mm：0.030.01 m3 栅渣/103m3 污水栅渣的含水率一般为 80，容重约为 960kg/m3.（4）在大型污水处理厂或泵站前的大型格栅（每日栅渣量大于 0.2 m3） ，一 般应采用机械清渣。（5）通过格栅的水头损失一般采用 0.080.15m。3.2.3 格栅的设计计算3 台平面矩形格栅，2 用 1 备，则单台最大设计流量Qmax=0.3877/2=0.1939m3/s（1） 单台格栅的间隙数量n取过栅流速0.9m/s, 格栅倾角=75,栅条间距b=20 mm ,栅前水深0.4m47.269.042.5sin13sinmax obhvQ取n=27式中: Q max最大设计流量,m 3/sa-格栅倾角b-栅条间隙.mh-栅前水深,mv-污水流经格栅的速度,m/s（2） 格栅的建筑宽度 B ，m 设计采用圆钢为栅条，即栅条宽度 s = 0.01m8.027.)127(0.)1( bnS（3） 过栅水头损失h 1 ，m A、进水渠道肩宽部分的长度L 1，m设进水渠宽B 1=0.65m，其渐宽部分展开角度a 1=20。 ，进水渠道内的流速为= m112tgL24.07.8.0tB、栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L 2，m= =0.12m 214.0通过格栅的水头损失h 1，m式中:-阻力系数，其值与栅条断面形状有关，栅条迎水面为半圆式的矩形,取0.73k-格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般取3（4） 栅后槽的总高度H，m式中:h 2-栅前渠道超高，取0.3米（5） 格栅的总建筑长度L，m 05.2tg7.0.15.2.04. 式中:H 1为栅前渠道深，H 1=h+h2=0.7m（6） 每日栅渣量的计算,m 3/dW = 10864maxzKQ= 5.864093.= 0.56m3/d式中：K Z生活污水流量总变化系数W1为栅渣量，取0.1m 3/103m3污水因为每日栅渣量0.2 3，宜采用机械清渣3.2.4 格栅设计草图3.3 污水提升泵房3.3.1 设置作用将污水提升以让其在后续的处理过程重力流流过。3.3.2 提升泵房设计计算本设计采用地下湿式矩形合建式泵房。设计参数设计流量选用最高日最高时流量 Qmax = 33480m3/d，集水池最高水位 400.86m，集水池最低水位为 398.84 m，出水管提升到计量间，其水面高程为418.65 m，泵站原地面高程为 413.62 m，泵房的设计计算1、集水池计算最大设计流量为 33480 m3/d，采用 3 台污水泵（2 用 1 备） ，则每台污水泵的设计流量为：Q 1 = Qmax/3 = 33480/(324) = 465 m3/h。按一台泵最大流量时 6 min 的出水量设计，集水池容积 V = Qt = (4656)/60 =46.5 m3；取有效水深 h = 1.1 m，集水池面积 F = V/h = 46.5/1.1 = 42.3 m2。集水池平面尺寸 LB =7.05 m 6 m，保护水深 0.71 m，实际水深 1.81 m。2、水泵总扬程估算 H（m）（1）集水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差为418.65 m - 398.84 m = 19.81 m（2）出水管线水头损失每一台泵单用一根出水管，其流量为 Q1 = 465 m3/h，选用的管径为 350mm 的铸钢管，得 v = 1.34 m/s，1000i = 3。设管长为 1.3 m，局部损失占沿程损失的 30%，则总水头损失 h = (5.0331.3)/1000 = 0.02 m。泵站内的管线水头损失假设为 1.5 m，自由水头为 1.0 m，水泵扬程 H = (1.5+0.02+19.81+1.0) m = 22.33m。 3.4 平流式沉砂池3.4.1 沉砂池一般规定（1） 设计流量应按分期建设考虑：A. 当污水为自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算。B. 在在合流制处理系统中，应按降雨使得设计流量计算。（2） 沉砂池个数或分隔数不应少于 2 个，并宜按并联设计设计。当污水量较少时，可考虑一格工作、一格备用。（3） 城市污水的沉沙量可按 106m3污水尘砂 30m3计算，其含水率为 60，容量为 1500kg/m3;合制流污水的沉砂量应根据实际情况确定。（4） 砂斗容积应按不大于 2d 的沉砂量计算，斗壁与水平面的倾角不应小于 55。（5） 除砂一般宜采用泵吸式或气提式机械排砂，并设置贮砂池或晒砂场。排砂管直径不应小于 200mm。（6） 当采用重力排砂时，沉砂池和贮砂池应尽量靠近，以缩短排砂管长度，并设排砂闸门于管的首端，使排砂管畅通和易于养护管理。（7） 沉砂池的超高不宜小于 0.3m。3.4.2 沉砂池设计数据（1） 最大流速 0.3m/s，最小流速为 0.15m/s。（2） 最大流量时停留时间不小于 30s，一般采用 3060s。（3） 有效水深不应大于 1.2m，一般采用 0.25m1m，每格宽度不宜小于 0.6m。（4） 进水头部应采取消能和整流措施。（5） 池底坡度一般为 0.010.02。当设置除砂设备时，可根据设备要求考虑池底形状。3.4.3 沉砂池设计计算设计参数：设计流量 Qmax=558.288m3/d=23.262m3/h=0.3877m3/s，设计水力停留时间 t=30s水平流速 v=0.25mS（1）采用 v=0.25m/s，t=30s,则沉砂池长度L=vt=0.25 =7.5m30（2）沉砂池水流断面面积A= =1.52m25.08maxvQ（3）采用 2 个分格，当每格宽 b=0.6m 时，池总宽 B=1.2m（4）沉砂池有效水深=2hmBA27.15.（5）沉砂室所需容积 3410.10NXTV每一分格有两个沉砂斗，每一个沉砂斗容积为 =0V312m（6）沉砂斗各部分尺寸计算设斗底宽为 0.5m。斜壁与水平面成 50 时，沉砂斗容积( +0.5)+0.55023tgh3316.02mh0.504 -1=0h.23= =1.14m 或-1.74m3h504.21.)3(.008.1的两个数值，负值务使用价值，不予考虑。故采用3=1.14m3h（7）采用重力排砂，在斗底部设置底阀（8）验算最小流速，在最小流量，只用一个分格（n =1）工1作0.15./20.7.1605min1in smQvs/（9）沉砂池设计草图3.5 初沉池初沉池的作用是对污水中密度大的固体悬浮物进行沉淀分离。沉淀池一般分为平流式、竖流式、和辅流式三种。每个沉淀池分为进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区。选型：平流式沉淀池3.5.1 设计参数最大流量 Qmax =0.39 m3/s，表面负荷 q = 2.0 m3/(m2h)，沉淀时间 t = 1.5 h，设计水平流速 v = 5 mm/s，污泥量取 25 g/(人d)，两次清泥间隔时间 T = 2 d。3.5.2 设计计算1、池子总表面积A = 3600Qmax/q = 0.393600/2.0 = 702m 22、沉淀部分有效水深h2 = qt = (2.01.5) = 3.0 m3、沉淀部分有效容积V = A h 2 = (7023.0) = 2106 m34、沉淀池长L = 3.6vt = (3.61.55) = 27 m5、沉淀池总宽度B = A/L = 702/27 =26 m，取 B = 26 m6、池子个数 n设每座池宽 b = 5.0 m，则 n = B/b = 26/5= 5.2 个。则取 n为 6，分 3 组，每组两座。7、校核长深比：L/ h 2 = 27/3 = 9.0 在 8-12 之间（符合要求）长宽比：L/b = 27/5 = 5.4 4（符合要求）8、污泥部分需要的总容积 V初沉池 SS 的去除率采用 50%，设污泥含水率为 p = 97%S= ）人）（ .d(/0.81*97-025LV= 16m32.SNT每座沉淀池所需污泥量 V = 160/5 = 160/5 = 32m 39、污泥斗容积 V 1斗壁与水平面倾角为 60，上口面积 f1 = 4.54.5 m2，下口面积 f2 = 0.50.5 m2，污泥斗的高度 h4 = (4.5-0.5)tan60/2 = 3.46 m。则 V1 = h4f 1+f2+(f1f2)1/2 /3 = 3.460.52 +4.52 +(0.524.52)1/2/3=26.24 m310、污泥斗以上梯形部分污泥斗容积 V2设流入口至挡板的距离为 0.5 m，流出口至挡板的距离为 0.3 m，污泥斗以上梯形部分上底长度 L1 = (27+0.5+0.3) = 27.8 m，污泥斗以上梯形部分下底长度 L2 = 4.5 m，池底纵坡取 0.01，污泥斗以上梯形部分高度为h4 = (27+0.3-4.5)0.01 = 0.228 m则 V2= (27.8+4.5)0.2284.5/2 = 16.57 m311、污泥斗和梯形部分污泥容积V1 + V2 = (26.24+16.57) = 42.81 m3 32m3故每座沉淀池的污泥斗课储存 2 d 的污泥量，满足设计要求。12、沉淀池总高度 H采用机械刮泥H= h1 + h2 + h3+ h4取 h1 = 0.3 m，h 2 = 0.5 m ，h 4 = h4 + h4 = (0.228+3.46) = 3.69 m则 H = (0.3+3.0+0.5+3.69) = 7.49 m 取 8 米初 沉 池 示 意 图 30502763.6 A2/O 活性污泥法 首先判断是否可采用 2/AO活 性 污 泥 工 艺COD/TN=400/30=13.338TP/BOD5=4/265=0.0150.06 符合条件3.6.1、设计参数设计最大流量 Q=22999.68m3d 池型：廊道式进水水质 ，LmgTPgTN/4,/30出水水质 LgSBOD/30,305BOD5 污泥负荷 N=0.2kgBOD 5/(kgMLSSd)回流污泥浓度 XR=8000mg/L 污泥回流比 R=100%3.6.2 曝气池的设计计算（1）混合液悬浮固体浓度1804/RXmgL（2）反应池容积30 9.7402.689mNXQSV（3）反应池总水力停留时间t=V/Q=7474.9/22999.68=0.32d=7.8h(4) 各段水力停留时间和容积厌氧：缺氧：好氧=1：1：3厌氧池水力停留时间 t 厌 =0.2 7.8=1.56h,池容 V 厌=0.2 7474.9=1494.98m3缺氧池水力停留时间 t 缺 =0.2 7.8=1.56h,池容 V 缺=0.2 7474.9=1494.98m3好氧池水力停留时间 t 好 =0.6 7.8=4.68h, 池容 V 好=0.6 7474.9=4484.94m3（5）厌氧段总磷负荷 dkgMLSTPXVTPQN/038.640.29厌(6)、反应池主要尺寸反应池总容积 V=7475m3,设两组 V 单=V/2=3737.5m3取有效水深 h=3.0m, 则 S 单=V 单/3=1245.83m3采用 7 廊道式推流式反应池，廊道宽 b=5mm6.358.124BSL单单校核：b/h=5/3.0=1.67 (满足 b/h=12)L/b=35.6/5=7.12 (满足 L/B=510)取超高为 1.0m，则反应池总高 H=3.0+1.0=4.0m厌 氧 池缺 氧 池好氧池进 水出 水 A2/O曝 气 池3.6.3 反应池进、出水系统计算（1）进水管单组反应池进水管设计流量Ql=Q2=22999.68286400=0.1331m3s管道流速 v=1.0ms管道过水断面面积 A=QlV=0.13311.0=0.1331m2管径 mVAd41.0.314取出水管管径 DN=1000mm校核管道流速 sdv/67.05.14322（2）回流污泥渠道单组反应池回流污泥渠道设计流量 QRsmQR/13.08642.91渠道流速 ， 0.8/ms取回流污泥管管径 DN=600mm（3） 进水井反应池进水孔尺寸： 进水孔流量 smQR/26.0842.9)1()1( 32 孔口流速 v=0.3m/s孔口过水断面积 A=Q/V=0.2662/0.3=0.89m2孔口尺寸取 1.2m0.9m进水竖井平面尺寸 2.5m2.5m(4)出水堰及出水竖井按矩形堰流量公式： b=5m 332230.41.86QgbH堰 宽smQR/4590)(内堰上水头高 H=0.27m 出水孔过流量 sm/4659.033孔口流速 v=0.3ms孔口过水断面积 A=Q/v=0.4659/0.3=1.553m2 孔口尺寸取 2.0m1.0m进水竖井平面尺寸 2.5m2.0m(5)出水管单组反应池出水管设计流量 Q5=Q3=0.4659m3/s管道流速 v=O4ms, 管道过水断面积 A=1.71m 2取出水管管径 DN=2000mm校核管道流速 v=0.22m/s3.6.4 曝气系统的设计计算（1）平均需氧量取 ，则0.53,.18ab2rvOQLVX= dkg/46.87105.345.10)36(8.95.0 每日去除的 QLBODr/9.25去除每