水污染控制课程设计.doc
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扬州市经济开发区污水处理厂工艺设计
摘要：
本设计是扬州市经济开发区污水处理厂工艺设计。
设计规模为：
.设计要求污水处理厂排放水质须达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准。
要求根据所给资料进行设计的主要内容有：
估算处理厂应处理的程度；污水处理工艺流程的选择，进行技术分析；主要构筑物的设计计算；水厂平面布置；水厂高程布置。
根据出水要求，采用具有脱氮除磷效果的污水处理工艺----厌氧池+卡罗塞尔氧化沟工艺，工艺流程如下：
污水→→中格栅→→提升泵房→→细格栅→→沉砂池→→厌氧池→→卡罗塞尔氧化沟→→二沉池→→管式静态混合器→→接触池→→出水
关键词：
扬州市经济开发区、污水处理、卡罗塞尔氧化沟工艺
第一部分设计说明书
第一章设计任务及设计资料
一.设计任务
扬州市经济开发区污水处理厂工艺设计
二．设计资料
1.地理位置及自然条件
YZ市位于江苏省西部，全市东西宽30km,南北长39km,介于北纬32°14′~32°26′，东经119°02′~119°20′，土地面积903km2（其中长江水域21.4km2）。
市区位置在长江北岸。
YZ市属于亚热带沿江季风气候区，四季变化分明，冬季达四个月，夏季约四个月，春秋季各为两个月，冬夏冷暖悬殊较大，最热月7、8两个月，最冷月1月，两者气温之差平均为25.7℃。
年平均气温为18.5℃,最高气温为42.1℃，最低气温为-6.5℃。
雨热同季，一年中夏季雨水偏多，多数年份从6月中旬至7月中旬属“梅雨”季节，年平均降雨量1028,5mm,日最大降雨量275.6mm。
干旱、雨涝、低温、连阴雨、台风、冰雹等气象间有出现，无霜期较长，为224天，最大积雪深度500mm，最大冻土深度80mm。
主导风向：
夏季：
东南风，冬季：
西北风。
年历平均风速3.18m/s；最大风速15.8m/s。
2.厂址及排水现状
拟建污水处理厂位于该市经济开发区。
厂址东侧靠近胥浦河，西侧为规划经四路，南侧为规划港区用地，北侧紧靠规划扬子路。
排水现状：
城镇主干道下均敷设排污管、雨水管，雨污分流。
3.占地面积
污水处理厂面积4000m2。
4.标高
采用相对标高，以污水处理厂自然地面为±0.00m。
污水进水管中心标高：
-3.8m。
5.受纳水体
原水经污水处理厂处理达标后，排放至长江。
长江最高水位为地面以下2.00m。
6.进入污水处理厂的污水量（平均日）为水质情况如下：
BOD5=150mg/lCODcr=300mg/lSS=200mg/lTN=50mg/l
NH3-N=35mg/lTP=5mg/l
4、污水处理厂受纳的污水为城市污水，其中大部分是城市生活污水，少部分是工业废水，根据试验资料，设计参数选用如下：
污泥产率系数a=0.61kgMLSS/kgBOD5
污泥自身氧化率b=0.0725d-1
代谢每kgBOD5所需氧量a’=0.475kgO2/kgBDO5
污泥自身氧化需氧率b’=0.15kgO2/（kgMLSS·d）
有机物降解常数K2=0.0175
污水充氧修正系数α=0.86，β=0.92
三.设计内容
1、根据排入水体的要求，估算处理厂应处理的程度；
2、污水处理工艺流程的选择，进行技术分析；
3、主要处理构筑物的设计计算；
4、水厂平面布置；
5、水厂高程布置。
第二章污水处理厂总体设计
一.设计规模的确定
1、污水处理厂设计规模
由设计资料可知，污水处理厂的设计规模为。
2、设计流量
计算值L/s设计值L/s
平均日平均时46.30 47
总变化系数
3、处理程度
1、进水水质
根据原始资料，污水处理厂进水水质见表一。
表一污水设计进水水质、出水水质标准
水质指标
设计进水水质（mg/L）
出水水质标准（mg/L）
BOD5
150
10
CODcr
300
50
SS
200
10
TN
50
15
NH3-N
35
5
P
5
0.5
2、设计出水水质
出水水质要求符合：
《城市污水厂污水排放标准》GB18918-2002
根据设计资料说明，设计出水排入水体为长江，要求执行一级A标准，出水水质标准如表一所示。
根据出水水质要求，污水处理厂既要求有效地去除BOD5，又要对氮磷进行适当的处理，防止长江水体富营养化。
3、处理程度计算
1）、BOD5的去除率
2）、CODcr的去除率
3）、SS的去除率
4）、总氮的去除率
5）、NH3-N的去除率
6）、P的去除率
表二各种污染物处理程度单位：
mg/L
项目
BOD5
CODcr
SS
TN
NH3-N
P
进水
150
300
200
50
35
5
出水
10
50
10
15
5
0.5
去除率
93.33%
83.33%
95.00%
70.00%
85.71%
90.00%
二.工艺方案流程的确定
1、工艺流程方案的提出
由上述计算，该设计在水质处理中要求达到如表三的处理效果。
即要求处理工艺既能有效地去除BOD5、CODcr、SS等，又能达到脱氮除磷的效果。
为达到该处理要求，现提出两种可供选择的处理工艺：
①、厌氧池+氧化沟处理工艺
②、CASS处理工艺
2、方案比较
两个方案见图一和图二。
两个方案的技术比较见表四。
总的说来，这两个方案都比较电耗较小，运行费用低。
好，都能达到要求处理的效果，但方案一工有较大的脱氮能力，电耗较小，运行费用低。
所以，本设计采用方案一作为污水厂处理工艺。
图一厌氧池+氧化沟处理工艺流程
图二CASS处理工艺流程
表四工艺流程方案技术比较表
方案一（厌氧池+氧化沟工艺）
方案二（CASS处理工艺）
优点：
（1）、氧化沟具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物絮凝作用，而且可以将其工作区分为富氧区、缺氧区，用以进行消化和反消化作用，取得脱氮的效果。
（2）、不使用初沉池，有机性悬浮物在氧化沟内能达到好氧稳定的程度。
（3）、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，运行费用低。
（4）、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决定于内循环量，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能力。
缺点：
（1）、污泥膨胀问题。
当废水中的碳水化合物较多，N、P量不平衡，pH值偏低，
氧化沟中的污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，
排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀。
（2）、泡沫问题
（3）、污泥上浮问题
（4）、流速不均及污泥沉积问题
（5）、氧化沟占地面积很大
优点：
（1）、工艺流程简单、管理方便、造价低。
CASS工艺只有一个反应器，不需要二沉池，不需要污泥汇流设备，一般情况下也不需要调节池，因此要比活性污泥工艺节省基建投资30%以上，而且布置紧凑，节省用地。
（2）、处理效果好。
反应器内活性污泥处于一种交替的吸附、吸收及生物降解和活化的变化过程中，因此处理效果好。
（3）、有较好的脱氮除磷效果。
CASS工艺可以很容易地交替实现好氧、缺氧、厌氧的环境，并可以通过改变曝气量、反应时间等方面来创造条件提高脱氮除磷效果。
（4）、污泥沉降性能好。
CASS工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长，减少了污泥膨胀的可能。
同时由于CASS工艺的沉淀阶段是在静止的状态下进行的，因此沉淀效果更好。
（5）、CASS工艺独特的运行工况决定了它能很好的适应进水水量、水质的波动。
缺点：
由于进水贯穿于整个运行周期，沉淀阶段进水在主流区底部，造成水力紊动，影响泥水分离时间，进水量受到一定限制，水力停留时间较长。
第二部分设计计算书
第一章泵前中格栅
一、设计依据
《室外排水设计规范》GB50014-2006[6.3.2]、[6.3.3]规定：
⑴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），一般应采用机械清渣。
⑵机械格栅不宜少于2台，如为1台时，应设人工清除格栅备用。
⑶过栅流速一般采用0.6～1.0米/秒。
⑷格栅前渠道内的水流速度一般采用0.4～0.9米/秒。
⑸格栅倾角一般采用45°～75°。
人工清除的格栅倾角小时，较省力，但占地多。
⑹通过格栅的水头损失一般采用0.08～0.15米。
⑺格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5米。
工作台上应有安全和冲洗设施。
⑻格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7米。
工作台正面过道宽度：
人工清除不应小于1.2米；
机械清除不应小于1.5米。
⑼机械格栅的动力装置一般宜设在室内，或采取其他保护设备的措施。
⑽设置格栅装置的构筑物，必须考虑设有良好的通风设施。
⑾格栅间内应安设吊运设备，以进行格栅及其他设备的检修，栅渣的日常清除。
《给水排水常用数据手册》（第二版）[4.1.1]
《给水排水设计手册》第5册[5.1.1]
二、设计计算
中格栅与提升泵站合建,
中格栅主要用于拦截较大的颗粒悬浮物，保护水泵。
1.最高日最高时
2.栅前水深h=0.10m,v=0.9m/s,栅条间隙e=20mm,格栅安装倾角a=60°，
栅条间隙数,取12，设计两组并列格栅，则每组格栅间隙数n=6,S=0.01m。
3.栅槽宽度。
4.进水渠道渐宽部分长度：
进水渠宽B1=0.16m,渐宽部分展开角a1=20°,进水渠道内的流速0.77m/s,,栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：
。
5.过栅水头损失：
取k=3,，
6.槽后槽总高度：
取栅前渠道超高，栅前槽高，
7.栅槽总长度：
8.每日栅渣量，取，，宜采用机械清渣。
9.设备选型
①细栅除污机
本设计选择杭州杭氧环保设备有限公司生产的HG-900型回转式格栅除污机，有效宽度900mm，整机功率1.5kW，安装角度60°，选两台。
②螺旋压榨机
本设计选择新乡新航液压有限公司生产的YZJ-5型螺旋压榨机，功率7.87kW。
处理水经的明渠进入提升泵站。
第二章污水提升泵房
一、设计依据
《室外排水规范》GB50014-2006中规定如下：
⑴污水泵站的设计流量，应按泵站进水总管的最高日最高时流量计算确定。
⑵污水泵和合流污水泵的设计扬程，应根据设计流量时的集水池水位与出水管渠水位差和水泵管路系统的水头损失以及安全水头确定。
⑶集水池的容积，应根据设计流量、水泵能力和水泵工作情况等因素确定。
一般应符合下列要求：
⑷污水泵站集水池的容积，不应小于最大一台水泵5min的出水量。
⑸污水泵站集水池的设计最高水位，应按进水管充满度计算。
⑹集水池的设计最低水位，应满足所选水泵吸水头的要求。
自灌式泵房尚应满足水泵叶轮浸没深度的要求。
⑺水泵的选择应根据设计流量和所需扬程等因素确定。
二、设计计算
提升泵站用以提高污水的水位，保证污水能在整个污水处理流程过程中流过，从而达到污水的净化。
本工程污水只经一次提升。
泵站按远期规模设计，水泵机组按近期规模配置。
泵站选用集水池与机器间合建式泵站。
1.水泵的设计流量为47L/s,采用3台泵（两用一备），每台设计流量为25L/s。
2.水泵的扬程
①提升净扬程Z=提升后最高水位-泵站吸水池最低水位=4.4—（—4.3）=8.7m
②水泵水头损失h取2m
③水泵的扬程H=Z+h=10.7m
3.水泵吸水、出水管设计
根据水泵吸水流量和规范对流速的要求，设计水泵吸水管管径为DN250,流速为1.0m/s；出水管管径为DN350，流速为0.6m/s。
集水池容积考虑不小于一台泵10min的流量，
取有效水深h＝0.8m,集水池面积
F=V/H=14.1/0.8=17.63m3，取18m3
选择集水池的长为6m,宽为3m.
4.设备选型
查《给水排水设计手册》（第十一册常用设备），选用,25QW100-18-90型潜污泵三台（两用一备），该泵流量为100，扬程18m，功率90kw。
5.泵房尺寸的确定
集水池容积考虑不小于一台泵10min的流量，
，有效水深h＝0.8m,集水池面积F=V/H=14.1/0.8=17.63m3，取18m3
选择集水池的长为6m,宽为3m.
根据吸水量要求，确定采用矩形泵房，泵房平面尺寸为L×B=6×3m,
第三章泵后细格栅
一、设计依据
《室外排水规范》GB50014-2006中规定如下：
格栅栅条间隙宽度，应符合下列要求：
⑴细格栅：
宜为1.5～10mm；
⑵污水过栅流速宜采用0.6～1.0m/s。
除转鼓式格栅除污机外，机械清除格栅的安装角度宜为60°～90°。
人工清除格栅的安装角度宜为30°～60°。
⑶细格栅栅渣宜采用螺旋输送机输送。
⑷单位栅渣量W1在0.1～0.01之间，细格栅用大值。
取W1=0.10m3栅渣/103m3污水。
⑸栅条宽度S=10mm，选用迎水面为半圆形矩形栅条。
二、设计计算
细格栅的作用是进一步去除污水中的污染物，以免其对后续处理单元特别是氧化沟造成损害。
1.设计流量，
1.栅前水深h=0.15m,v=0.60m/s,栅条间隙e=10.00mm,格栅安装倾角a=60°，栅条间隙数,设计两组并列格栅，则每组格栅间隙数n=9，栅条宽度S=0.01m,
2.栅槽宽度。
3.进水渠道渐宽部分长度：
进水渠宽B1=0.16m,渐宽部分展开角a1=20°,进水渠道内的流速0.77m/s,,栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：
。
4.过栅水头损失：
取k=3,，
5.槽后槽总高度：
取栅前渠道超高，栅前槽高，
6.栅槽总长度：
7.每日栅渣量，取，，宜采用机械清渣。
11、设备选型
⑴细栅除污机
本设计选择杭州杭氧环保设备有限公司生产的HG-700型回转式格栅除污机，有效宽度700mm，整机功率1.5kW，安装角度60°，选四台。
⑵螺旋压榨机
本设计选择江苏宜兴市博高环保设备有限公司的LY-400型螺旋压榨机，转速5～5.2rpm，输送量4m3/h，功率4kW。
第四章沉砂池（采用平流沉砂池）
一、设计依据
《室外排水设计规范》GB50014-2006[6.4.1]、[6.4.2]
6.4.1污水厂应设置沉砂池，按去除相对密度2.65、粒径0.2mm以上的砂粒设计。
6.4.2平流沉砂池的设计，应符合下列要求：
⑴最大流速应为0.3m/s，最小流速应为0.15m/s；
⑵最高时流量的停留时间不应小于30s；
⑶有效水深不应大于1.2m，每格宽度不宜小于0.6m。
二、设计计算
沉砂池的主要作用是去除污水中相对密度2.65、粒径0.2mm以上的砂粒，以使后面的管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。
1、沉砂池长度,
2、水流断面积,
3、有效水深h2取0.25m,池总宽度（没有考虑隔墙厚）,
4.城市污水沉砂量X1=3m3/105m3,清除沉砂的时间间隔t′=2d,贮泥区所需容积,
5.沉砂斗各部分尺寸及容积
设计斗底宽，斗壁与水平面的倾角为60o，斗高h3=0.5m。
则砂斗上口宽
沉砂斗容积
6.沉砂池高度。
采用重力排砂，设计池底坡度为0.06，坡向砂斗
池总高度H：
设超高h1=0.3m
7.进水渐宽部分长度为：
8.出水渐窄部分长度为：
9.核算最小流量时的流速
最小流量为
则，符合设计要求。
10.沉砂量：
，
14、设备选型
选择南京武威康流体设备有限公司生产的型号为LSSF-355螺旋砂水分离器，
功率为0.75kw。
第五章厌氧池和卡罗塞尔氧化沟
一、设计依据
《室外排水设计规范》GB50014-2006[6.6-Ⅴ]
《城市污水处理厂设计计算》
《水处理构筑物设计计算》
⑴关于可不设初次沉淀池的规定。
由于氧化沟多用于长泥龄的工艺，悬浮状有机物可在氧化沟内得到部分稳定，故可不设初次沉淀池。
⑵关于氧化沟前设厌氧池的规定。
氧化沟前设置厌氧池可提高系统的除磷功能。
⑶关于氧化沟进出水布置和超高的规定。
进水和回流污泥从缺氧区首端进入，有利于反硝化脱氮。
出水宜在充氧器后的好氧区，是为了防止二次沉淀池中出现厌氧状态。
⑷关于有效水深的规定。
随着曝气设备不断改进，氧化沟的有效水深也在变化。
过去，一般为0.9~1.5m；现在，当采用转刷时，不宜大于3.5m；当采用转碟、竖轴表曝机时，不宜大于4.5m。
⑸关于平均流速的规定。
为了保证活性污泥处于悬浮状态，国内外普遍采用沟内平均流速0.25～0.35m/s。
日本指南规定，沟内平均流速为0.25m/s，本规范规定宜大于0.25m/s。
为改善沟内流速分布，可在曝气设备上、下游设置导流墙。
二、设计计算
1、厌氧池
①设计流量：
设计中采用1座厌氧池，最大日流量Q1’=83L/s,水力停留时间T=0.75h；污泥浓度X=3600mg/L；污泥回流液浓度Xr=10000mg/L
②设计计算
回流比:
污泥回流量:
厌氧池容积:
。
厌氧池尺寸:
水深取为,则厌氧池面积：
。
厌氧池直径：
取；考虑的超高，故池总高为.
2、氧化沟的设计
①碱度平衡计算：
1）设计的出水为10mg/L，则处理水中非溶解性的为：
处理水中溶解性：
。
2）采用污泥龄20d，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：
；
即：
TKN中有mg/L用于合成。
需用于氧化的
需用于还原的
3）碱度平衡计算
已知产生0.1mg/L碱度/除去1mgBOD5，且设进水中碱度为250mg/L，剩余碱度,计算所得剩余碱度以CaCO3计，此值可使PH≥7.2mg/L。
②硝化区容积计算
硝化区温度为15℃
硝化速率为：
=0.204d-1
故泥龄：
d，采用安全系数为2.5，故设计污泥龄为：
2.54.9=12.5d，原假定污泥龄为20d，则硝化速率为：
d-1
单位基质利用率：
，,需的MLVSS总量=，硝化容积：
m3，水力停留时间：
h。
③反硝化区容积：
时，反硝化速率为：
=0.022kgNO3-N/kgMLVSS.d
还原NO3-N的总量=kg/d，脱氮所需MLVSS=kg，脱氮所需池容：
m3
水力停留时间：
h。
④氧化沟的总容积
总水力停留时间：
，
总容积：
m3，取4006。
⑤氧化沟的尺寸：
氧化沟采用4廊道式卡鲁塞尔氧化沟，取池深4.0，宽8，则氧化
沟总长:
取130m,其中好氧段长度为，取60m，缺氧段长度为，取70m，弯道处长度:
，取26m，则单个直道长:
，故氧化沟总池长=m，总池宽=82=16m（未计池壁厚）
校核实际污泥负荷
⑥需氧量计算：
采用如下经验公式计算:
其中：
第一项为合成污泥需氧量，第二项为活性污泥内源呼吸需氧量，第三项为硝化污泥需氧量,第四项为反硝化污泥需氧量。
经验系数：
A=0.5B=0.1
需要硝化的氧量：
Nr=43.81400010-3=，
R=0.54000（0.25-0.00321）+0.11818.982.7+4.6175.24-2.6131.24=1449.60m3/d=60.40m3/h。
查得α=0.8,β=0.9,氧的饱和度=7.63mg/L，=9.17mg/L。
采用表面机械曝气时，30℃时脱氧清水的充氧量为：
查手册，选用DY325型倒伞型叶轮表面曝气机，直径Ф＝3.5m,电机功率N=55kW,单台每小时最大充氧能力为125kgO2/h，氧化沟所需曝气机数量为1台。
⑦回流污泥量
可由公式求得，式中：
X=MLSS=3.6g/L，回流污泥浓度取10g/L。
则：
，介于50％～100％之间。
。
⑧剩余污泥量
如由池底排除，二沉池排泥浓度为10g/L，则每个氧化沟产泥量为：
。
第六章二沉池
一、设计依据
《给水排水设计手册》第5册城市排水[5.3.4]
《室外排水设计规范》GB50014-2006[6.5]中关于辐流沉淀池设计的规定：
⑴径深比的要求。
根据辐流沉淀池的流态特征，径深比宜为6～12。
日本指南和前苏联规范都规定为6～12，沉淀效果较好,本条文采用6~12。
为减少风对沉淀效果的影响，池径宜小于50m。
⑵排泥方式及排泥机械的要求。
近年来，国内各地区设计的辐流沉淀池，其直径都较大，配有中心传动或周边驱动的桁架式刮泥机，已取得成功经验。
故规定宜采用机械排泥。
参照日本指南，规定排泥机械旋转速度为1～3r/h，刮泥板的外缘线速度不大于3m/min。
当池子直径较小，且无配套的排泥机械时，可考虑多斗排泥，但管理较麻烦。
二、设计计算
1．沉淀池表面面积A
2.二沉池直径
设计中选取D=16.00m
3.池体有效水深H1，二沉池有效水深为：
h1=qT=1.5×2.0=3.0m（小于4m）
4.污泥容积
为了防止磷在池中发生厌氧释放，故贮泥时间采用2h，沉淀池污泥区所需存泥容积
5.污泥区的高度
泥斗下部直径=2.0m上部直径=4.0m斗倾角60度
泥斗上方锥体坡度i=0.06
泥斗区高度
泥斗的容积
锥体区高度
锥体体积
圆柱体部分高度
6.沉淀池总高度
超高缓冲层高度
H=
7.校核堰负荷：
径深比
堰负荷
以上各项均符合要求
第七章消毒设施
一、设计依据
《室外排水设计规范》GB50014-2006[6.13]
⑴二级处理出水的加氯量应根据试验资料或类似运行经验确定。
无试验资料时，二级处理出水可采用6～15mg/L，再生水的加氯量按卫生学指标和余氯量确定。
⑵二氧化氯或氯消毒后应进行混合和接触，接触时间不应小于30min。
二、设计计算
1．消毒剂的选择
由原始设计资料可知，该水厂属中型污水处理厂，受纳水体卫生条件无特殊要求，设计中采用液氯作为消毒剂对污水进行消毒。
2．消毒剂的投加
1）.加氯量计算
每日加氯量为：
=2.39kg/h
2）.加氯设备
液氯由真空转子加氯机加入，加氯机设计两台，采用一用一备，每小时加氯量为2.39kg
设计中采用上海浪尚生产的ZJ-1型转子加氯机。
加氯间尺寸设计为L×B=4×4m
3）.平流式消毒接触池
本设计采用两个平流式消毒接触池，
①消毒接触池容积：
②
③消毒接触表面积：
④消毒池池长：
式中L’----消毒池池长廊道总长（m）；
B----消毒接触池廊道单宽（m）；设计中取B=5
校核长宽比：
，符合要求
⑤池高
式中h1----超高（m），一般采用0.3m；
h2----有效水深（m）。
⑥进水管
消毒接触池的进水管管径D=350mm，v=0.87m/s，1000i=3.35
⑦混合
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