某城市污水处理厂课程设计.docx
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某城市污水处理厂课程设计
1绪论
1.1项目概述
本次水处理工程的课程设计任务是为某城市设计一个污水处理厂，其污水的类别为城市生活污水，在已知进水水质的情况下，要求设计的污水处理系统能够使出水水质满足相关的要求。
这次课程设计的主要设计内容包括：
（1）在已知进水水质水文各项指标、出水水质的排放要求及城市规划和相关排放标准的前提下，为污水处理厂确定污水处理方案和处理工艺流程，并详细介绍所选择的流程在处理该城市污水方面的原理以及特点。
（2）污水处理厂处理系统主要构筑物的规格尺寸等相关参数的计算，污水处理工艺流程相关参数的计算.（3）给出相关构筑物的设计工程图以及说明。
1.2设计原则
（1）污水的排放标准必须执行国家《污水综合排放标准》（GB8978—1996）及《污水排放城市下水道水质标准》（CJ18—86）。
凡是有毒,有害的工业废水必须在厂内进行必要的预处理，达标后方可排放.
（2）污水处理和污泥处理工艺的选择要考虑到尽量节省投资的条件下，获得最大的社会效益和环境效益。
同时，还应最大限度的降低污水和污泥的运转费用。
（3）污水处理厂的设计和污水处理工艺的选择要配合当地的城市建设规划以及当地的相关环境法律法规和污染物排放标准。
1.3设计依据
本设计依据给课程设计任务书提供的原始资料，进行生活污水的部分构筑物的设计。
在设计过程中根据国家最新的有关规定，标准和设计规范。
其中编制依据如下：
1、《中华人民共和国环境保护法》
2、《中华人民共和国水污染防法》
3、《室外排水设计规范》GBJ14-87
4、《污水综合排放标准》GB8978-1996
5、《氧气曝气设计规程》CECS114：
2000
6、《氧化沟设计规程》CECS112:
2000
7、《城镇污水厂附属建筑和附属设备设计标准》CJJ31-89
8、《给水排水工程结构设计规范》（GBJ69—84）
1.4设计参数
1。
4.1污水水量
（1）设计的污水处理厂的处理规模为Q=38000m3/d。
（2）污水处理厂处理的污水为城市生活污水.
1.4。
2处理程度
1。
4.2。
1进水水质
BOD5=140mg/LCOD=300mg/LSS=120mg/L
TN=40mg/LNH3-N=30mg/L
1。
4。
2。
2出水水质
BOD5=25mg/LCOD=60mg/LSS=30mg/L
TN=10mg/LNH3—N=10mg/L
1.4.2。
3去除率
E=
×100％
式中：
C0——进水物质浓度;
Cs——出水物质浓度。
（1）BOD5去除率:
E=
×100％=82。
14%
（2）COD去除率：
E=
×100％=80.00%
（3）SS去除率：
E=
×100％=75.00%
（4）TN去除率:
E=
×100%=75。
00％
（5）NH3-N去除率：
E=
×100％=66。
67%
表1-1处理要求一览表单位:
mg/L
BOD5
COD
SS
TN
NH3-N
进水
140
300
120
40
30
出水
25
60
30
10
10
去除率
82.14％
80.00％
75.00%
75。
00%
66.67％
2处理方案的确定
由于污水处理的生物处理有其突出的优点，而且技术和工艺都已相当成熟，因此当前国内城市污水处理厂绝对多数采用活性污泥法，这种方法能有效的去除城市污水中的各种污染物质，并且处理费用较低。
现阶段城市污水处理应用较多的生物处理工艺有A2/O、氧化沟及SBR，下面对几种相对较合适的方案进行论证比较选出最合适的工艺。
2.1A2/O工艺
A2/O工艺又称AAO工艺，是在一个处理系统中同时具有厌氧区、缺氧区、好氧区的生物处理污水工艺，该工艺能同时做到脱氮、除磷和有机物的降解，其主要优缺点如下：
（1）主要优点：
（a）本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺,总的水力停留时间少于其他同类工艺；
（b）在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，有效抑制了丝状菌的大量增殖，无污泥膨胀之虑,SVI值一般均小于100；
（c）污泥中含P浓度高,一般为2.5％以上，具有很高的肥效；
（d）运行中无需投药,两个A段只用轻缓搅拌,以不增加溶解氧为度，运行费用低；
（e）厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮、除磷的功能；
（2）主要缺点：
（a）脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除P效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氮的影响,因而脱N除P效率不可能很高；
（b）除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高,特别是当P/BOD值高时更是如此；
（c）脱N效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高;
（d）进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的DO,减少停留时间，防止生产厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但DO浓度也不宜过高,以防循环混合液对缺氧反应器的干扰。
2.2氧化沟
氧化沟又名氧化渠或循环曝气池，是1950年由荷兰公共工程研究所研究成功的。
其本特征是曝气池呈封闭的沟渠形。
污水和活性污泥的混合液在其中不停地循环流动，其水力停留时间一般较长，为15～16h，泥龄长达15～30d，是延时曝气法的一种特殊形式。
其主要优缺点如下:
（1）主要优点
（a）氧化沟内循环流量很大，进入沟内的原污水立即被大量的循环水所混合和稀释,因此具有很强的承受冲击负荷的能力,对不易降解的有机物也有较好的处理效果;
（b）处理效果稳定可靠，不仅可满足BOD5、SS的排放标准，还可以达到脱氮除磷的效果；
（c）由于氧化沟的水力停留时间和泥龄都很长，悬浮物、有机物在沟内可获得较彻底的降解；
（d）活性污泥产量少且趋于稳定,一般可不设初沉池和污泥消化池，有的甚至取消二沉池和污泥回流系统,简化了处理流程，减少了处理构筑物,使其基建费用和运行费用都低于一般活性污泥法；
（e）承受水质、水量、水温能力强，出水水质好。
（2）主要缺点
氧化沟运行管理费用高；氧化沟沟体占地面积大。
2.3SBR工艺
SBR法，即序批式活性污泥法，其污水处理机制与普通活性污泥法完全相同。
其区别在于原污水不是顺次流经各个处理单元，而是放流到单一反应池内，按时间顺序实现不同目的的操作。
其基本操作顺序由进水、反应、沉淀、出水和待机等五个基本过程组成.SBR法的主体构筑物是SBR反应池.其主要优缺点如下：
（1）主要优点
（a）运行管理简单,处理过程大大简化，由工业的开展，产生了电磁阀、气动阀、液体感应器，使SBR系统运行管理自动化得以实现,设备费，运行管理费小.
（b）处理构筑物少,降低造价，减少占地,由于SBR污水处理工序中,SBR反应池集曝气、沉淀于一体，系统不需二沉池和污泥回流系统，大多数情况下，可不设初沉池，减少占地，降低造价。
（c）理想静沉,分离效果好。
SBR系统中沉淀时没有进出水干扰是理想静沉，泥水分离效果好，可避免短流.
（d）对水质水量的变化具有很强的适应性。
耐冲击负荷,SBR反应池为间歇进水，排放,本身就耐水量突变。
（e）运行可靠，操作灵活，SBR系统可调节运行周期和反应曝气等的时间长短,任意调节运行状态，有利于去除难生物降解的有机物,使处理水达标排放，还可进行物理化学法加混合剂等，进行深度处理，中水回用。
（f）污泥活性高，易沉降，SBR反应池内污泥降解性好,一般SVI在100左右，有效抑制了污泥膨胀.
（2）主要缺点
（a）装机容量，电耗比普通活性污泥法高，但因产生污泥量少,污泥流程简化，污泥流程和处理费用低,总的电好比氧化沟高。
（b）反应池的进水，曝气，排泥变化频繁，且必须按时操作，人工管理较为困难，只有靠自动化控制，因此要求设备仪器可靠性高,且大部分仪表还需从国外进口,费用较昂贵，对陆城这样的小城市来说，经济上可能承受不起.
（c）由于自动化水平高，要求管理人员有较高的技术水平.因国内又缺乏这方面的运行管理经验，故操作人员需要进行严格培训。
2。
4工艺流程的确定
综合以上的各工艺优缺点以及根据实际的情况，本设计的污水处理厂决定采用氧化沟工艺。
3处理系统的计算和选择
3。
1进水格栅的计算
该污水处理厂设计采用中格栅和细格栅两种格栅,分别置于泵站前和泵站后，中格栅和细格栅均设计采用两道。
3.1。
1中格栅
3.1.1。
1设计原则【5】
（1）中格栅间隙一般采用10～40mm，此次设计采用中格栅的间隙b=25mm；
（2）过栅流速一般采用0.4～0。
9m/s，此次设计采用流速v=0。
6m/s；
（3）格栅倾角一般采用45º～75º，此次设计采用倾角θ=60º；
（4）通过格栅的水头损失一般采用0。
08m/s～0。
17m/s；
（5）格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5m，工作台有安全和冲洗设施;
（6）格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0。
7m，工作台正面过道宽度：
人工清除，不小于1.2m；机械清除，不小于1.5m；
（7）机械格栅的动力装置一般宜设在室内或采取其它保护设备的措施；
（8）设置格栅装置的构筑物必须考虑设有良好的检修、栅渣的日常清除。
3.1.1.2设计计算【1】
格栅的设计计算主要包括格栅形式选择、尺寸计算、水力计算、栅渣量计算等，格栅的水力计算简图如图3—1。
图3-1格栅水力计算简图
（1）格栅间隙数量n：
n=
（3-1）
式中:
n—粗格栅间隙数；
Qmax—最大设计流量,m3/s，此次设计流量为38000m3/d，即0。
440m3/s；
b-栅条间隙,取25mm；
h—栅前水深,取1.0m;
v—污水过栅流速，取0.6m/s；
α-格栅安装倾角,此次设计60°；
经验修正系数
因此此次设计n=
=
=28
此次设计设置两台格栅，则每台格栅间隙数n=28个
（2）格栅槽总宽度B:
B＝S（n–1）+b
n（3—2）
式中：
B-格栅槽宽度，m；
S—栅条宽度，取0。
01m；
b-栅条净间隙，m;
n—格栅间隙数.
因此此次设计B＝S（n–1）+b
n
＝0。
01×（28－1）＋0.025×28
＝1。
0m
（3）过栅水头损失
此次栅条断面设计为锐边矩形断面
h2=k
（3—3）
h0=
（3-4）
式中:
h2—过栅水头损失，m；
h0—计算水头损失，m;
k—系数，格栅受污染物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般取k=3.
因此此次设计h2=3×2.42×
×
×
=0。
034m
（4）栅后槽的总高度H
H=h＋h1＋h2
式中：
H-栅后槽总高度,m；
h—栅前水深,m;
h1—格栅前渠道超高,一般取h1=0。
3m；
h2-格栅的水头损失。
因此此次设计H=1.0＋0。
3＋0。
034=1。
35m
（5）进水渠道渐宽部分的长度：
设进水渠宽B1=0.8m，渐宽部分展开角α1=30º，进水渠道内的流速为0.45m/s。
L1=
式中：
B1—进水渠道宽度；
α1-进水渠道渐宽部位的展开角度.
因此此次设计L1=
=0.2m
（6）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：
L2=0。
5L1
=0.5×0.2
=0.1m
（7）格栅总长度L
L＝L1＋L2＋0.5＋1。
0＋
式中：
H1-格栅前槽高
因此此次设计L=0。
2＋0。
1＋0。
5＋1。
0＋
=2.55m
（8）每日栅渣量W
取W1＝0。
06m3/103m3
W=
式中：
Kz-污水流量总变化系数,取1。
0。
因此此次设计W=
=
=2.28m3/d﹥0。
2m3/d
故宜采用机械清渣。
3.1.1。
3中格栅的选用
根据格栅间距和宽度在《给水排水设计手册》第11册上查得采用GH型链条式回转格栅除污机，其性能见表3-1。
【2】
表3-1GH型链条式回转格栅性能规格表
型号
格栅宽度
（mm）
格栅净距
（mm）
安装角
度
a（°）
电动机功率（kW）
栅条截面积（mm）
整机重量（Kg）
生产厂
GH-1000
1000
25
60
1.5
50×10
3500~5500
无锡通用
机械厂、江苏亚太给排水成套设备公司
3.1。
2细格栅
3。
1.2.1设计计算【1】
（1）格栅间隙数量n
细格栅的栅条净间隙为1.5～10mm，此次设计采用6mm；设计流速0。
8m/s
因此此次设计n=
=
90
此次设计设置两台格栅，则每台格栅间隙数n=45个。
（2）格栅槽总宽度B
B＝S（n–1）+b
n
＝0.01×（60－1）＋0。
006×60
＝0。
95m
（3）过栅水头损失
此次栅条断面设计为锐边矩形断面。
h0=
=3×2.42×
×
×
=0.40m
（4）栅后槽的总高度H
设栅前水深h=0.80m，栅前渠道超高h2=0.3m。
因此此次设计H=h＋h1＋h2
=0.80+0.40+0。
30
=1。
50m
（5）进水渠道渐宽部分的长度
设进水渠宽B1=0。
8m,渐宽部分展开角α1=30º,
L1=
=
=0.13m
（6）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：
L2=0.5L1=0。
5×0.13=0.065m
（7）格栅总长度L
L＝L1＋L2＋0.5＋1.0＋
＝0.13＋0。
065＋0.5＋1.0＋
＝2。
33m
（8）每日栅渣量W
取W1＝0。
08m3/103m3，Kz=1.3。
W=
=
=2。
34m3/d﹥0.2m3/d
故宜采用机械清渣。
3.1.2.2细格栅的选用
根据格栅间距和宽度在《给水排水设计手册》第11册上查得采用XWB—
系列背耙式细格栅除污机，其性能见表3—2【2】.
表3—2XWB—Ⅲ系列背耙式格栅除污机规格和性能
型号
最大载荷（Kg）
提升速度（m/mm）
格栅间隙（mm）
耙齿有效长度（mm）
电动机功率（kW）
外形尺寸（mm）
过水尺寸（mm）
生产厂
A
H
B
C
西安污水设备厂
XWB—
—0.8-2
50
4
6
120
0。
75
800
2000
450
1000
990
600
3.2沉砂池的计算、
此次设计采用曝气沉砂池。
3.2。
1设计原则【1】【5】
（1）设计水平流速一般为0.08~0.12m/s；
（2）设计停留时间一般为4~6min；
（3）有效水深为2～3m，池宽与池深比为1～1。
5，池的长宽比可达5,当池长宽比大于5时，应设置横向挡板；
（4）曝气沉砂池多采用穿孔管曝气，孔径为2。
5~6。
0mm，距池底约0。
6～0。
9m，并应有调节阀门;
（5）沉砂池的超高一般不小于0.3m。
（6）每立方米污水所需曝气量宜为0.1～0.2m3，或每平方米池表面积曝气量3~5m3/h；
（7）沉砂池个数或分格数不应少于两个，并宜按并联系列设计。
3.2。
2设计计算【1】
（1）总有效容积V
V=60Qmax
式中:
V—总有效容积,m3；
Qmax—最大时设计流量，m3/s；
t—最大设计流量时停留时间，min，本次设计取3min。
因此此次设计V=60×0.440×3=79。
2m3
（2）池断面面积A
A=
式中:
v—最大设计流量时水平流速，m/s,本次设计取流速0.08m/s。
因此此次设计A=0。
440/0。
08=5。
5m2
（3）池总宽度B
B=
式中:
H—有效水深，m，本次设计取2m.
因此此次设计B=5。
5/2=2。
75m
池宽和池深比B/H=2。
75/2=1.375介于1～1.5之间，符合规定.
（4）池长L
L=
因此此次设计L=79.2/5.5=14.4m
（5）所需曝气量q
q=60D
Qmax
式中:
D—单位体积污水需要曝气量，m3/m3（污水），本次设计取0。
2m3/m3（污水）.
因此此次设计q=60×0.2×0。
440=52.8m3/min
（6）贮砂斗各部分尺寸计算
设斗底宽为b1=0。
5m，斗壁玉水平面的倾角为600，斗高h3,＝0.4m
则沉砂斗上口宽为
b2=
＋b1=
＋0。
5=0。
96m
贮砂斗容积
V0=
×h3’×l
V0=（0.5＋0。
96）/2×0.4×12=3。
5m3
（7）贮砂室的高度
假设采用重力排砂，池底设6%坡度坡向砂斗，则
h3＝h3，+0.06l2＝0。
4＋0.06×0。
32=0.42m
（8）池总高度H
取超高0。
3m
则H=h1＋h2＋h3=0.3＋2＋0.42=2。
72m
3.2.3刮砂机的选用
本次设计采用机械排砂，根据根据沉砂池的尺寸、水量及进水SS浓度，在《给水排水设计手册》第11册上查得采用JJ—1800型加速清池搅拌刮泥机，其性能如表3—3.
表3-3JJ—1800型加速清池搅拌刮泥机性能
型号
H1（m）
功率（kW）
传动比
（mm）
H（mm）
生产厂
JJ-1800
4050
1.5
33040
8450
扬州天雨给排水设备公司
3。
3氧化沟的计算
3。
3.1已知条件
（1）水量Q=38000m3/d；
（2）进水BOD5=140mg/L,COD=300mg/L，SS=120mg/L，TN=40mg/L，NH3—N=30mg/L；
（3）出水BOD5=25mg/L，COD=60mg/L,SS=30mg/L，TN=10mg/L，
NH3—N=10mg/L；
（4）碱度SALK=280mg/L（以CaCO3计一般城市污水多采用此法）
3。
3.2设计参数
（1）污泥产率系数Y=0.6;
（2）污泥负荷N=0。
05～0.1kgBOD5/（kgMLVSS·d）；
（3）内源代谢系数Kd=0.05d—1；
（4）水力停留时间18～28h；
（5）选择总MLVSS浓度为3000mg/L，设可生物降解的VSS比例fb=0.63;
（6）20
时脱氮率qdn=0。
03kgNO3——N/（kg＊MLSS＊d），脱氮温度修正系数Q=1.0；
（7）反应器中溶解氧浓度取2。
0mg/L；
（8）α=0.90，β=0。
98;
（9）曝气形式，采用曝气转刷。
3。
3.3氧化沟设计计算【4】
（1）污泥泥龄的计算
已知微生物产率（Y，kgVSS/kgBOD5）和去除BOD5的量（S），则每天VSS的产量为Y×S,其中均以生物降解部分的量是0。
77Y×S。
如果系统中可以生物降解部分的固体物资是fb×x（fb为VSS可生物降解系数），内源代谢常数为kd，则在稳定状态下有:
0。
77Y×S=kd×fb×x
则：
θc=x/（Y×S）=0.77/（kd×fb）=0。
77/（0.05×0。
63）=24。
6d
因此此次设计污泥泥龄取25d。
（2）出水BOD计算
取VSS/SS=0。
7,氧化沟出水BOD5浓度S0为了保证出水BOD5浓度Se=25mg/L，必须控制氧化沟出水所含溶解性BOD5浓度：
S=Se—1。
42×
×SS×（1-
）
=25—1。
42×0。
7×30×（1-
）
=4.62mg/L
（3）曝气池容积
V1=
=
=20578m3
（4）较核停留时间和污泥负荷
水力停留时间t=
=
=0.542d=13h
污泥负荷F/M=Q＊S0/（X＊V）
=38000×140/（3000×20578）
=0.09kgBOD5/kgMLSS
（5）剩余污泥量ΔX
ΔX=Q（S0—S）×
+Q（X1—Xe）
式中：
X1—进水悬浮固体可溶性部分（进水TSS—进水VSS）的浓度；
Xe—出水TSS浓度.
X1=120-0。
7×120=36mg/L=0.036Kg/m3
因此此次设计
ΔX=38000×（0.14—0.0462）×
+38000×（0。
036-0。
03）=1178。
5Kg/d
（6）脱氮量计算
（a）氧化的氨氮量
假设总氮中非氨氮不存在
则氧化的氨氮浓度=（30—10）mg/L=20mg/L
（b）需要脱氮量
需扣除生物合成的氮量，生物中的含氮量为10%，所以剩余污泥中的含氮量为：
1178.5×10％=11.785kg/d
脱氮量=（20—11785/38000）=19.69mg/L
（c）脱氮所需池容V2及停留时间T2
脱硝率qdn（t）=qdn（20）×1。
08（T—20）
考虑最不利的条件水温，最低水温为10℃
10℃时qdn=1.08（10—20）×0。
03＝0.014［kg（还原的NO3—N/kgMLVSS）]
脱氮所需容积
V2=
=
=17814.76m3
停留时间t=
=
=0.469d=11。
26h
（d）氧化沟总容积
V总＝V1+V2=20578+17814.76=38392。
76m3
校核污泥负荷
F/M=Q＊S0/（X＊V）=38000×0。
14/（3×38392。
76）=0.046kgBOD/kgMLVSS
（7）需氧量计算
氧化沟设计需氧量AOR=去除BOD5需氧量－剩余污泥中BOD5的需氧量+去除NH3—N耗氧量－剩余污泥中NH3—N的耗氧量－脱氮产氧量
①去除BOD5需氧量D1
D1=a×Q（S0—S）+b×VX
式中：
a‵-微生物对有机底物氧化分解的需氧率，取0。
53；
b‵—活性污泥自身氧化需氧率，取0.12；
D1＝0。
53×38000×（0.140—0。
00462）+0。
12×38392.76×3
＝16547.95kg/d
②剩余污泥量BOD需氧量D2
D2=1。
42×ΔX=1。
42×1178.5=1673.47kg/d
③去除氨氮的需氧量D3
每1kgNH3—N硝化需要消耗4.6kgO2
D3=4。
6×（进水NH3-N－出水NH3-N）
=4。
6×38000×（30—10）×10—3
=3496kg/d
④剩余污泥中NH3—N耗氧量D4
D4=4.6×0。
1（污泥含氮率）×ΔX=4。
6×0.1×1178.5=542。
11kg/d
⑤脱氮产氧量D5
每还原1kgNO3-产生2.86kgO2
D5=2.86×38000×19。
69/1000=2139。
91kgd
总需氧量＝16547。
95-1673。
47+3496—542.11—2139。
91
＝15688。
46kg/d
考虑安全系数1。
4，则
AOR＝1.4×15688。
46＝21963.84kg/d
校核去除每1kgBOD5的需氧量＝21963。
84÷[38000×（0。
140—0。
00462）]
＝4.27kgO2/kgBOD5
（8）氧化沟尺寸计算
（a）此次设计采用环状形的卡鲁塞尔氧化沟，氧化
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