污水处理厂工艺流程设计计算

1概述1.1设计依据本设计采用的主要规范及标准：《城市污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》二级排放标准《室外排水设计规范》（1997年版）（GBJ14-87）《给水排水工程概预算与经济评价手册》1.2设计任务书（附后）2原水水量与水质和处理要求2.1原水水量与水质Q=60000m3/dBOD5=190mg/LCOD=360mg/LSS=200mg/LNH3-N=45mg/LTP=5mg/L2.2处理要求污水排放的要求执行《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》二级排放标准：BOD5≤30mg/LCOD≤100mg/LSS≤30mg/LNH3-N≤25（30）mg/LTP≤3mg/L3污水处理工艺的选择本污水处理厂水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》二级排放标准，其污染物的最高允许排放浓度为：BOD5≤30mg/L；COD≤100mg/L；SS≤30mg/L；NH3-N≤25（30）mg/L；TP≤3mg/L。城市污水中主要污染物质为易生物降解的有机污染物，因此常采用二级生物处理的方法来进行处理。二级生物处理的方法很多，主要分两类：一类是活性污泥法，主要包括传统活性污泥法、吸附—再生活性污泥法、完全混合活性污泥法、延时活性污泥法（氧化沟）、AB工艺、A/O工艺、A2/O工艺、SBR工艺等。另一类是生物膜法，主要包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等工艺。任何工艺都有其各自的特点和使用条件。活性污泥法是当前使用比较普遍并且有比较实际的参考数据。在该工艺中微生物在处理单元内以悬浮状态存在，因此与污水充分混合接触，不会产生阻塞，对进水有机物浓度的适应范围较大，一般认为BOD5在150—400mg/L之间时，都具有良好的处理效果。但是传统活性污泥处理工艺在处理的多功能性、高效稳定性和经济合理性方面已经难以满足不断提高的要求,特别是进入90年代以来,随着水体富营养化的加剧,我国明确制定了严格的氨氮和硝酸盐氮的排放标准,从而各种具有除磷、脱氮功能的污水处理工艺:如A/O工艺、A2/O工艺、SBR工艺、氧化沟等污水处理工艺得到了深入的研究、开发和广泛的应用,成为当今污水处理工艺的主流。该地的污水中BOD5在190mg/L左右,要求出水BOD5低于30mg/L。在出水的水质中,不仅对COD、BOD5、SS去除率都有较高的要求,同时对氮和磷的要求也进一步提高.结合具体情况在众多的污水处理工艺中选择了具有良好脱氮除磷效果的两种工艺—CASS工艺和Carrousuel氧化沟工艺进行方案技术经济比较。4污水处理工艺方案比选4.1Carrousuel氧化沟工艺(方案一)氧化沟时二十世纪50年代由荷兰的巴斯维尔开发，后在欧洲、北美迅速推广，80年代中期，我国部分地区也建造了氧化沟污水处理工程。近几年来，处理厂的规模也发展到日处理水量数万立方米的工业废水及城市污水的大、中型污水处理工程。氧化沟之所以能在近些年来得到较快的发展，在于它管理简便、运行稳定、流程简单、耐冲击负荷、处理效果好等优点，特别是氧化沟具有特殊的水流混合特征，氧化沟中的曝气装置只设在某几段处，在靠近曝气器下游段水流搅动激烈，溶解氧浓度较高，但随着水流远离曝气区，水流搅动迅速变缓，溶解氧则不断减少，甚至出现缺氧区，这种水流变化的特征，可发生硝化、反硝化作用，以达到生物脱氮的目的，故氧化沟法处理NH3-N效果非常好，同时由于存在厌氧、好氧条件，对污水中的磷也有一定的去除率。氧化沟根据构造和运行方式的不同，目前较多采用的型式有“Carrousel型氧化沟”、“Orbal型氧化沟”、“一体化氧化沟”和“交替式氧化沟”等，其中，由于交替式氧化沟要求自动化水平较高，而Orabal氧化沟因水深较浅，占地面积较大，本报告推选Carrousel氧化沟作为比选方案之一。本设计采用的是Carrousel氧化沟工艺.其工艺的处理流程图如下图4-1所示:`污水污水中格栅提升泵房细格栅曝气沉砂池厌氧池Carrousel氧化沟二沉池接触池排水浓缩池贮泥池脱水图4-1Carrousel氧化沟工艺流程图4.1.1污水处理系统的设计与计算4.1.1.1进水闸门井的设计进水闸门井单独设定,为钢筋混凝土结构。设闸门井一座,闸门的有效面积为1.8m2,其具体尺寸为1.2×1.5m,有效尺寸为1.2m×1.5m×4.5m。设一台矩形闸门。当污水厂正常运行时开启,当后序构筑物事故检修时,关闭某一闸门或者全部关闭,使污水通过超越管流出污水处理厂。4.1.1.2中格栅的设计与计算其计算简图如图4-2所示(1)格栅间隙数:设栅前水深h=0.5m,过栅流速v=0.9m/s,栅条间隙宽度b=0.02m,格栅倾角60°，建议格栅数为2，一备一用。==≈68个(2)格栅宽度:设栅条宽度S=0.01m,B=S(n-1)+bn=0.01×(68-1)+0.02×68=2.03≈2.00m(3)进水渠道渐宽部分的长度：设进水渠道宽B1=1.60m,其渐宽部分的展开角20（进水渠道内的流速为0.82m/s）,==≈0.56m(4)栅槽与出水渠道连接处渐窄部分的长度：===0.28m(5)通过格栅的水头损失：设栅条断面为锐边矩形断面（=2.42，=3），===0.103m(6)栅后槽总高度：设栅前渠道超高=0.3m,=0.5+0.103+0.3≈0.9m(7)栅槽总长度：==2.8m(8)每日栅渣量：在格栅间隙为20mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.07m3，=m3/d＞0.2m3/d宜采用机械清渣。图4-2格栅计算示意图4.1.1.3细格栅的设计与计算其计算简图如图4-2所示(1)格栅间隙数：设栅前水深h=0.5m,过栅流速v=0.9m/s,栅条间隙宽度b=0.006m,格栅倾角=600，格栅数为2。==≈109个(2)格栅宽度：设栅条宽度S=0.01m,B=S(n-1)+bn=0.01×(109-1)+0.006×109=1.73≈1.75m(3)进水渠道渐宽部分的长度：设进水渠道宽B1=1.6m,其渐宽部分的展开角=20（进水渠道内的流速为0.82m/s）,==≈0.22m(4)栅槽与出水渠道连接处渐窄部分的长度：===0.11m(5)通过格栅的水头损失：设栅条断面为锐边矩形断面（=2.42，=3），===0.51m(6)栅后槽总高度：设栅前渠道超高=0.3m,=0.5+0.3+0.51≈1.3m(7)栅槽总长度：==2.41m(8)每日栅渣量：在格栅间隙为6mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.07m3，=m3/d＞0.2m3/d宜采用机械清渣。4.1.1.4曝气沉砂池的设计与计算本设计采用曝气沉砂池是考虑到为污水的后期处理做好准备。建议设两组沉砂池一备一用。其计算简图如图4-3所示。具体的计算过程如下：(1)池子总有效容积：设t=2min,V=t×60=0.652×2×60=78m3(2)水流断面积：A===9.31m2沉砂池设两格，有效水深为2.00m，单格的宽度为2.4m。(3)池长：L===8.38m，取L=8.5m(4)每格沉砂池沉砂斗容量：=0.6×1.0×8.5=5.1m3(5)每格沉砂池实际沉砂量：设含砂量为20m3/106m3污水，每两天排一次，=1.13〈5.1m3(6)每小时所需空气量：设曝气管浸水深度为2.5m，查表得单位池长所需空气量为28m3/(m·h),q=28×8.5×(1+15%)×2=547.4m3式中(1+15%)为考虑到进口条件而增长的池长。图4-3曝气沉砂池计算示意图4.1.1.5厌氧池的设计与计算4.1.1.5.1设计参数设计流量为60000m3/d，设计为两座每座的设计流量为30000m3/d。水力停留时间：h。污泥浓度：=3000mg/L污泥回流液浓度：=10000mg/L4.1.1.5.2设计计算(1)厌氧池的容积：=30000×2/24=2500m3(2)厌氧池的尺寸：水深取为=5,则厌氧池的面积：=500m2。厌氧池直径：==25m。考虑0.3的超高，故池总高为=5.3m。(3)污泥回流量的计算回流比计算：=0.42污泥回流量：=0.42×30000=12600m3/d4.1.1.6Carrousel氧化沟的设计与计算氧化沟，又被称为循环式曝气池，属于活性污泥法的一种。见图4-4氧化沟计算示意图。本次设计采用Carrousel型氧化沟，共两组。每组设计如下：图4-4Carrousel氧化沟计算示意图4.1.1.6.1设计参数设计流量Q=30000m3/d设计进水水质BOD5=190mg/L；COD=360mg/L；SS=200mg/L；NH3-N=45mg/L；污水水温25℃。设计出水水质BOD5≤30mg/L；COD≤100mg/L；SS≤30mg/L；NH3-N≤25（30）mg/L；TP≤3mg/L。污泥产率系数Y=0.55;污泥浓度（MLSS）X=4000mg/L;挥发性污泥浓度（MLVSS）XV=2800mg/L;污泥龄=30d;内源代谢系数Kd=0.055.4.1.1.6.2设计计算(1)去除BOD 氧化沟出水溶解性BOD浓度S。为了保证沉淀池出水BOD浓度Se≤30mg/L,必须控制所含溶解性BOD浓度S2，因为沉淀池出水中的VSS也是构成BOD浓度的一个组成部分。S=Se-S1S1为沉淀池出水中的VSS所构成的BOD浓度。S1=1.42(VSS/TSS)×TSS×(1-e)=1.42×0.7×20×(1-e)=13.59(mg/L)S=20-13.59=6.41(mg/L)好氧区容积V1。好氧区容积计算采用动力学计算方法。V1===10247m3好氧区水力停留时间：t===8.20h剩余污泥量XX==2096（kg/d）去除每1kgBOD5所产生的干污泥量==0.499（kgDS/kgBOD5）。(2)脱氮需氧化的氨氮量N1。氧化沟产生的剩余污泥中含氮率为12.4%，则用于生物合成的总氮量为：N0==3.82(mg/L)需要氧化的氨氮量N1=进水TKN-出水NH3-N-生物合成所需要的氨N。N1=45-15-3.82=26.18(mg/L)脱氮量NR=进水TKN-出水TN-生物合成所需要的氨N=45-20-3.82=21.18(mg/L)脱氮所需要的容积V2脱硝率qdn(t)=qdn(20)×1.08(T-20)=0.035×1.08(14-20)=0.022kg脱氮所需要的容积积:V2===10315m33脱氮水力停留时间间:==8.25h氧化沟总体积V及及停留时间t:V=V1+V2==102477+103155=205622m3t=V/Q=166.45hh校核污泥负荷=00.083(3)氧化沟尺寸：取氧氧化沟有效水水深为5m，超高为1m，氧化沟深6m。氧化沟面积为A===205622/5=41112.4m2单沟宽10m，中中间隔墙宽0.25m。则弯道部部分的面积为为：A1==965.63m22直线段部分的面积积:A2==4112.44-965..63=31146.777m2单沟直线段长度：：L===78.667m，取79m。进水管和出水管：：污泥回流比比R=63..4%，进出水管管的流量为：：Q1==1.6334×300000m3/d=0.5568m3/s，管道流速速为1.0m/ss。则管道过水断面：：A===0.5668m2管径d==0.8500m,取管径8500mm。校核管道流速：v==0.94mm(4)需氧量实际需氧量：AOR=D1-DD2-D3+D4-D5去除BOD5需氧量：：D1==7754.033(kg/dd)（其中=0..52，=0.12）剩余污泥中BODD5需氧量：D2==1131.644(kg/dd)剩余污泥中NH33-N耗氧量：D3==454.57((kg/d))（0.124为污泥含氮氮率）去除NH3-N的需氧氧量：D4=4.6×（TKKN-出水NH3-N）×Q/10000=34450(kgg/d)脱氮产氧量：D5=2.86×脱氮氮量=15144.37(kkg/d)AOR=D1--D2-D3+D4-D5=81033.45(kkg/d)考虑安全系数1..2，则AOR=88103.445×1.2=113444.83((kg/d))去除每1kgBOOD5需氧量===2.95（kggO2/kgBOOD5）标准状态下需氧量量SORSOR=（CS（20）20℃时氧的饱和度，取取9.17mmg/L；T=25℃；CS(T)25℃时氧的饱和和度，取8.38mmg/L；C溶解氧浓度度，取2mg//L；α=0.85；β=0.95；ρ=0.9009）SOR==207764.899(kg/dd)去除每1kgBOOD5需氧量==5.41（kgO2/kgBOOD5）曝气设备的选择：：设两台倒伞伞形表面曝气气机，参数如如下：叶轮直径：40000mm；叶轮转速速：28R/mmin；浸没深度度：1m；电机功率：2100KW；充氧量：≥2.1kgOO2/(kW·h))。4.1.1.7二沉沉池的设计与与计算其计算简图如图44-5所示4.1.1.7.11设计参数=652L/ss=23477.2/hh;氧化沟中悬浮固体体浓度=40000mg/LL;二沉池底流生物固固体浓度=100000mg//L;污泥回流比R==63.4%%。4.1.1.7.22设计计算(1)沉淀部分水面面积积根据生物处处理段的特性性，选取二沉沉池表面负荷荷q=0.9mm/(m2·h),,设两座二次次沉淀池.(m2)(2)池子的直径径(m)，取=40m。(3)校核固体负荷=141.18[kg/((m·d)]](符合要要求)(4)沉淀部分的的有效水深设沉淀时间间为2.5h。0.9×2.5==2.25(m)(5)污泥区的容积=1945.2(m3)(6)污泥区高度污泥斗高度。设池池底的径向坡坡度为0.05，污泥斗底底部直径=11.6m，上部直径径=4.0m，倾角为60°，则：=60°=60°==2.1(m)=13.72(mm3)圆锥体高度＝＝＝0.9(m)===418.25((m3)竖直段污泥部分的的高度===1.16(m))污泥区的高度=22.1+0..9+1.116=4.116(m)沉淀池的总高度设超高=0.3m，缓冲层高高度=0.5m。则==0.33+2.255+0.5++4.16==7.21m取=7.2m4.1.1.8接触触池的设计与与计算采用隔板式接触反反应池。其计计算简图如图图4-5所示。图4-5二沉沉池设计计算算图4.1.1.8.11设计参数水力停留时间：tt=30miin平均水深：=2..4m。隔板间隔：b=11.5m。池底坡度：3%排泥管直径：DNN=200mmm。4.1.1.8.22设计计算接触池容积：0.652×300×60=11174mm3水流速度：m/s表面积：m2廊道总宽度：隔板板数采用10个，则廊道道总宽度为B=11××b=11××1.5=116.5m。接触池长度：=29.6m取300m。水头损失，取0..4m。4.2CASSS工艺（方案案二）4.2.1CASSS工艺的特点点1.此工艺建设费费用低,与常规活性性污泥法相比比,省去了初次次沉淀池、二二次沉淀池及及污泥回流设设备,工艺流程简简洁,建设费用可可节省10%～25%,占地面积可可减少20%～35%。2.运转费用省。由由于曝气是周周期性的,重新开始曝曝气时,氧浓度梯度度大,传递效率高,节能效果显显著,运转费用可可节省10%～25%。此外,本工程采用用水下曝气机机代替传统鼓鼓风机曝气,消除了噪音音污染。3.有机物去除率率高,出水水质好好。4.管理简单,运运行可靠,能有效防止止污泥膨胀。与与传统的SBR工艺相比,CASS最大的特点点在于增加了了一个生物选选择区,且连续进水(沉淀期、排排水期仍连续续进水),没有明显标标志的反应阶阶段和闲置阶阶段。设置生生物选择区的的主要目的是是使系统选择择出良好的絮絮凝性生物。5.污泥产量低,,性质稳定。4.2.2CASSS工艺的设计计与计算CASS工艺的设设计原始资料料与氧化沟的的相同。并且且本工艺的中中格栅、污水水提升泵房、细细格栅以及曝曝气沉砂池的的设计与第一一方案的相同同。第二方案案的污泥处理理系统的计算算与第一方案案的也相同在在此就不再重重复计算。本本设计中的CASS反应池分两两组每组分四四格。每组的的处理流量为为250000m3/d。这里只只对CASS工艺进行设设计计算。计计算如图5-7所示。其具具体计算如下下：1.曝气时间设混合液液污泥的浓度度=25000mg/L,,污泥负荷=00.1kgBBOD5/kgMLLSS,充水水比=0.224，曝气时间间为：==3.7≈4（hh）2.沉淀时间当当污泥浓度小小于3000mmg/L时，污污泥界面沉降降速度为：式中，为污水温度度。设污水温度=100℃，污泥的界界面沉降速度度：=7.4×1044×10×22500-11.7=1..24(m/h)设曝气池水深=55m，缓冲层高高度为m，沉淀时间间为：==1.37≈1..5（h）3.运行周期设排水水时间=0..5h，运行周期期=4+1.5+00.5=6（h）每日周期数：=44.曝气池容积曝气气池个数=4，每座曝气气池容积：==6510（m33）5.复核出水溶解性BBOD5根据设计出出水水质，出出水溶解性BOD5应小于10.555mg/L。本本设计中出水水溶解性BOD5：==5.6（mg//L）计算结果满足设计计要求。6.计算剩余污泥量活性污泥自身氧化化系数：==0.041剩余生物污泥量：：其中式中——出水溶解解性BOD5；——二沉池出水总BOOD5，取=20mg//L；——活性污泥自身氧化化系数，为0.06；——二沉池出水SS中中VSS所占的比例例，取0.75；——二沉池出水SS，取20mg/LL。=20-7.1××0.06××0.75××20=133.6（mg/L）带入数据得=21196-13334.555=861..45（kg/d）剩余非生物污泥：：==300000×（1-0.77×0.755）×（195-220）/10000=20078.133（kg/d）剩余污泥总量：=+=861.45++2078..13=29939.588（kg/d）剩余污泥浓度：==3290（mgg/L）7.复核污泥泥龄==37.8(d))计算结果表明，污污泥泥龄可以以满足氨氮完完全硝化的需需要。8.复核滗水高度曝曝气池有效水水深m，滗水高度度：=1.2（m）复核结果与设定值值相同。9.设计需氧量考考虑最不利情情况，按夏季季时高水温计计算设计需氧氧量。根据《室室外排水设计计规范GBJ144-19877》（1997年版）第条，设设计需氧量AOR：AOR=-公式中，第二部分分为氨氮硝化化需氧量，、、为计算系数数，，，。AOR==1.47×300000+4..6×-1..42×8661.45=7131.4（kg/d）=297..1(kg/h))（a）平面图(b)剖面图图4-6CASS曝曝气池布置示示意图10.标准需氧量量SOR=（T=25℃；CSS(T)25℃时氧的饱和和度，取8.38mmg/L；C溶解氧浓度度，取2mg//L；α=0.85；β=0.95；ρ=0.9）SOR==4555.2(kgg/h)空气用量：==7586.7（m3/h）=126..4（m3/min）最大气水比=75586.7××24/255000=77.28。11．曝气池的布置CASSS曝气池共两两座，每座曝曝气池长72.4m,,宽18m，水深5m，超高0.5m，有效体积积为6516m3。其中预反反应区长12m，占曝气池池容积的16.6%。单座CASS曝气池布置置如图所示。4.3投资估算算4.3.1编制依据据国家城市给水排水水工程技术研研究中心编《给给水排水工程程概预算与经经济评价手册册》4.3.2估算结果本工程的第一方案案估算投资为为8848..48万元，第第二方案的估估算投资为99069.337万元。两两方案工程估估算详见表44-1、表4-2。投资估算表工程项目：方案一一表4-1单位：万元元序号工程费用名称估算价值占投资比例%安装工程设备购置其它费用合计一工程费用2556.212300.507412.9983.781污水处理厂1997.732138.344136.071.1闸门30.045.2035.241.2中格栅180.9089.23270.131.3污水提升泵房22.5073.2095.701.4细格栅29.4086.20115.601.5沉砂池48.9010.2059.101.6鼓风机房32.42300.20332.621.7氧化沟1305.20350.321655.521.8二沉池45.1223.5668.681.9贮泥池10.2312.3622.591.10脱水机房36.45230.65267.101.11接触池20.3520.351.12消毒间3.2451.6554.891.13污泥浓缩池10.1242.6852.801.14污泥提升泵房19.0223.5042.521.15变电室7.43265.54272.971.16综合楼120.56420.32540.881.17维修间9.7241.2550.971.18锅炉房7.083.5010.581.19浴室6.572.308.871.20食堂7.081.028.101.21仓库12.560.813.361.22车库5.1842.3647.541.23传达室2.100.302.401.24宿舍15.5615.561.25自动控制5.8062.0067.801.26通讯4.204.202厂外工程2.1管网2556.282556.28二其它费用923.1710.431征地费423.522可研编制费22.243勘察费59.304设计费177.915建设单位管理费59.306工程监理费133.437联合试运转费14.838临时设施费22.249生产准备费4.6010办公家具购置费5.80三预备费512.325.79总投资8848.48投资估算表工程项目：方案二二表4-2单单位：万元序号工程费用名称估算价值占投资比例%安装工程设备购置其它费用合计一工程费用2856.202200.507612.9883.941污水处理厂2099.202077.694176.891.1闸门30.045.2035.241.2中格栅180.9089.23270.131.3污水提升泵房22.5073.2095.701.4细格栅29.4086.20115.601.5沉砂池48.9010.2059.101.6鼓风机房32.42300.20332.621.7CASS反应池1450.20450.321900.521.8贮泥池45.1223.5668.681.9脱水机房10.2312.3622.591.10接触池20.3520.351.11消毒间3.2451.6554.891.12污泥浓缩池10.1242.6852.801.13污泥提升泵房19.0223.5042.521.14变电室7.43265.54272.971.15综合楼120.56420.32540.881.16维修间9.7241.2550.971.17锅炉房7.083.5010.581.18浴室6.572.308.871.19食堂7.081.028.101.20仓库12.560.813.361.21车库5.1842.3647.541.22传达室2.100.302.401.23宿舍15.5615.561.24通讯5.8062.0067.801.25自动控制4.204.202厂外工程2.1管网2556.282556.28二其它费用936.0710.321征地费423.522可研编制费22.843勘察费60.904设计费182.715建设单位管理费60.906工程监理费137.037联合试运转费15.238临时设施费22.249生产准备费4.9010办公家具购置费5.80三预备费520.325.74总投资9069.374.4方案比选4.4.1方案一的的总结4.4.1.1优点点1.工艺流程简单单，运行管理理方便。Carrouusuel氧化沟工艺艺不需要初沉沉池和污泥消消化池。2.运行稳定，处处理效果好。Carrousuel氧化沟的BOD平均处理水平可达到95%左右。3.能承受水量、水水质的冲击负负荷，对浓度度较高的工业业废水有较强强的适应能力力。这主要是是由于氧化沟沟水力停留时时间长、泥龄龄长和循环稀稀释水量大。4.污泥量少少、性质稳定定。由于氧化化沟泥龄长。一一般为20～30d，污泥在沟沟内已好氧稳稳定，所以污污泥产量少从从而管理简单单，运行费用用低。5.可以除磷磷脱氮。可以以通过氧化沟沟中曝气机的的开关，创造造好氧、缺氧氧环境达到除除磷脱氮目的的，脱氮效率率一般＞80%。但要达到到较高的除磷磷效果则需要要采取另外措措施。6.基建投资省、运运行费用低。和和传统活性污污泥法工艺相相比，在去除除BOD、去除BOD和NH3--N及去除BOD和脱氮三种种情况下，基基建费用和运运行费用都有有较大降低，特特别是在去除除BOD和脱氮情况况下更省。同同时统计表明明在规模较小小的情况下，氧氧化沟的基建建投资比传统统活性污泥法法节省更多。4.4.1.2缺点点1.在氧化沟中完完成有机物质质的降解，在在沉淀池中进进行泥水分离离，需设独立立的沉淀池和和刮泥系统。可以除磷脱氮。2.自动化水平不够高高。劳动强度度大。3.容积利用率低，池池容相对较大大。4.4.2方案二的的总结4.4.2.1优点点1.此工艺建设费费用