日处理8万吨污水处理厂工艺设计方案计算公式.doc

日处理8万吨污水处理厂工艺设计方案计算公式.doc

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目录

第1章前言 1

第2章水质标准、方案选择与工艺流程 2

2.1水质标准与工艺流程 2

2.2方案选择 2

2.3原始数据确定 3

第3章设计流量的计算和污水水质污染程度的确定 4

3.1污水流量的计算 4

3.2污水水质污染程度的确定 4

第4章主要构筑物设备及工艺设计 5

4.1格栅 5

4.2沉砂池 9

4.3巴氏计量槽 10

4.4初沉池 10

4.5A/O氧化沟 12

4.6二次沉淀池 16

4.7污泥处理设计 18

4.8自动控制系统 22

第5章工艺设计特点 23

致谢 24

参考文献 25

24

第1章前言

水是人类的宝贵资源。

由于淡水资源日益匮乏及其污染程度的不断加剧，发展环境保护事业，建立污水处理厂，将工业、家庭生活排放的污水，经城市污水处理厂治理后，使之达到国家规定的排放标准，已成为各国政府十分关注的大事。

但是，城市污水处理是一门涉及生物、化学、物理等多门学科的综合性技术，其工艺机理较为复杂。

随着人类社会的发展，特别是都市化和工业化的迅速发展，污水排放量大大超过了天然水体的自净能力，造成严重的环境污染和生态失衡。

在人口聚集的城市、乡镇和排放废水的工矿企业设立污水处理厂，是保护自然环境和人类健康的必要措施。

随着环保法律的不断规范和日益严格，我国将逐步建立数以千计的城市污水处理厂。

有学者曾根据日处理污水量将污水处理厂分为大、中、小三种规模：

日处理量大于10万m3为大型处理厂，1-10m3万为中型污水处理厂，小于1万m3的为小型污水处理厂。

近年来，大型污水处理厂建设数量相对减少，而中小型污水厂则越来越多。

如何搞好中、小型污水处理厂，特别是中型污水厂，是近几年许多专家和工程技术人员比较关注的问题。

本文主要研究的是日处理80000吨污水的中型污水处理厂。

第2章水质标准、方案选择与工艺流程

2.1水质标准与工艺流程

根据城市污水排放资料，并参照同类型城市污水处理厂实测资料，确定本工程设计进水水质为：

BOD=100mg/L，COD=200mg/L，SS=200mg/L，TN=20mg/L，TP=3mg/L。

参照《污水综合排放标准》（GB8978-96），确定设计出水水质为：

BOD≤20mg/L，COD≤60mg/L，SS≤20mg/L，TN≤15mg/L，TP≤1mg/L。

根据原污水水质和排放要求，污水、污泥处理工艺流程见图2.1。

图2.1污水、污泥处理工艺流程

2.2方案选择

1.应根据原始数据与城市地质情况，确定污水处理厂的大概规模，之后要根据水体自净能力、要求处理水质以及当地的具体条件来确定污水处理程度与处理工艺流程。

优化选择的工艺流程。

平面图布置紧凑，便于管理。

2.在确定流程时，同时选择适宜的处理单位构筑物类型。

对其进行设计计算时，确定包括有关设计参数、负荷、尺寸与所需的材料、规格等。

3.根据原始水质资料、当地具体情况以及污水性质与成分，选择合适的污泥处理工艺方程进行各单位构筑物的设计计算。

2.3原始数据确定

本设计主要处理为城市生活污水。

污水处理量为平均日处理80000m3，预计最大处理量为日处理150000m3。

本设计部分数据是根据潮州市第一污水处理厂标准数据来确定的。

潮州市第一污水处理厂设计服务范围为31.8km2，人口35万人，近期设计流量为8万m3/d，避开了城市夏季主导风向，紧靠受纳水体三利溪，有利于污水管道建设和环境保护。

第3章设计流量的计算和污水水质污染程度的确定

3.1污水流量的计算

（3-1）

（3-2）

3.2污水水质污染程度的确定

1.按照排污口出水水质要求计算ESS。

（3-3）

2.按照排污口出水水质要求计算EBOD。

（3-4）

第4章主要构筑物设备及工艺设计

4.1格栅

格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截,以免其对后续处理单元的机泵和工艺管线造成损坏。

由一组平行的金属栅条或筛网制成，被安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大悬浮物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。

格栅上的拦截物称为栅渣，其中包括数十种杂物，大至腐尸，小至树杈、木塞、破布条、碎砖石块、瓶盖、尼龙绳等均能在栅渣中发现。

格栅有很多种类。

按栅条的形式分有直棒式栅条格栅、转筒式格栅、辐射式格栅、弧形格栅和活动栅条格栅，最常见的格栅是直棒式栅条格栅。

按照栅条之间的距离可分粗格栅和细格栅。

近年来，由于各种格栅的使用，有人把格珊分为三类：

栅距大于40mm的粗格珊，也称保护型格栅；栅距在4--10mm的称细格栅；栅距在15—25mm的称中格栅。

中小型城市的生活污水处理厂或所需截留的污染物量较少时，可采用人工清理的格栅。

这类格栅是用直钢条制成，一般与水平面成45°—60°倾角安放，倾角小时，清理时较省力，但是占地则较大。

人工清渣的格栅，其设计面积应采用较大的安全系数，一般不小于进水管渠有效面积的2倍，以免清渣过于频繁。

在污水泵站前集水井中的格栅，应特别注重有害气体对操作人员的危害，并应采取有效的防范措施。

格栅间应设置操作平台。

机械清渣的格栅，倾角一般为60°—70°，有时为90°。

机械清渣格栅过水面积，一般应不小于进水管渠的有效面积的1.2倍。

格栅栅条的断面形状有圆形、矩形以及方形，圆形的水力条件较方形的好，但是刚度较差。

目前多采用断面形式为矩形的栅条。

设置栅条的渠道，宽度要适当，应使水流保持适当的流速，一方面泥砂不至于沉积在沟渠的底部，另一方面截留的污染物又不至于冲过格栅。

通常采用0.6-1.0m/s，最大流量时可高于1.2-1.4m/s。

4.1.1粗格栅间

根据近期设计流量过栅流速0.8m/s，栅条间隙20mm。

共设两道自动除渣的机械格栅，每道机械格栅宽1m，栅条厚度10mm，安装角度75°，栅前水深1m，配电功率0.6kW。

在每道粗格栅前后均装有电动闸板，备作检修时切换用。

机械格栅的耙渣机可人工启动、定时启动或根据格栅前后水位差自动运行。

（1）栅条间隙数n

（4-1）

式中α——格栅倾角

N——格栅数

b——格栅间隙宽度

v——污水过栅流速

（2）栅槽宽度

（4-2）

（3）暗渠宽度

（4-3）

（4）进水渠道渐宽部分长度

设渐宽部分的倾角为β=20°则：

（4-4）

（5）栅槽与进水渠道连接部分渐窄部分的长度

（4-5）

（6）通过格栅的水头损失的计算

（4-6）

式中h1——水头损失（m）；

k——格栅受污染物阻塞后水头损失增大倍数，栅条为矩形断面，取k=3；

——阻力系数

，β=2.42（锐边矩形）

g——重力加速度（m/s2）

（7）栅后槽总高度

设栅前槽高度h2=0.3m

栅前总高H1=h+h2=1.0+0.3=1.3m

栅后总高H=h+h1+h2=1.0+0.091+0.3=1.391m

（8）格栅总长度

（4-7）

（9）每日栅渣量

（4-8）

式中W1——栅渣量，取W1=0.08；

KZ——生活污水流量总变化系数，取KZ=1.20

4.1.2进水泵房

厂区进水泵房按预计流量规模设计。

选用3台350QW1500-15-90型潜污泵，1台200QW400-15-30型潜水泵，Q=400m3/h，H=15m，n=980r/min，N=30kW。

2台350QW1500-15-90型潜污泵（考虑一台备用），Q=1500m3/h，H=15m，n=990r/min，N=90kW。

进水房平面净尺寸为18.1m9.2m，地下深度为9.1m。

4.1.3细格栅间

本工程细格栅间和涡流沉砂池为合建式。

根据设计流量过栅流速0.75m/s，栅条间隙6mm。

设自动除渣的机械细格栅，每道机械格栅宽1.2m，栅条厚度4mm，栅前水深1.1m，配电功率0.6kW。

机械格栅的耙渣机可人工启动、定时启动或根据格栅前后水位差自动运行。

（1）栅条的间隙数

设格栅的格栅倾角α=60°，格栅数N=3

（4-9）

（2）栅槽的宽度

（4-10）

（3）明渠宽度

（4-11）

（4）进水渠道渐宽部分的长度

设渐宽部分倾角为β=20°，则：

（4-12）

（5）栅槽与出水渠道连接部分的渐窄部分的长度

（4-13）

（6）通过格栅的水头损失

（4-14）

（7）格栅后槽总高度

设格栅前渠道高度

格栅前总高度

格栅后总高度

（8）格栅总长度

（4-15）

（9）每日栅渣量

（4-16）

式中W1=0.10；KZ=1.20

4.2沉砂池

砂是指城市污水中比重较大、易沉淀分离下来的一些颗粒物质，主要包括无机性的砂粒、砾石和少量较重的有机性的颗粒，如果壳皮、骨条、种粒等。

在上述颗粒物质的表面还附着一些粘性有机物质，这些粘性有机物质是极易腐败的污泥。

污水中的砂如不去处，会在后续处理单元或渠道内沉积，并使设备过度磨损。

在污水处理中，沉砂池的主要作用是利用物理原理去除污水中比重较大的无机颗粒，主要包括无机性的砂粒、砾石和较重的有机物质。

目前，应用较多的沉砂池有平流沉砂池、竖流式沉砂池、辐流式沉砂池、曝气沉砂池、涡流沉砂池以及斜板式沉砂池。

在本工艺中采用涡流沉砂池。

它与传统的平流式曝气沉砂池相比，具有除砂效率高，占地面积小，能耗低，土建费用省等优点。

旋涡式沉砂池有平底型和斜底型，本设计采用平底型。

其特点为：

（l）水流为旋涡式，使砂粒保持在转盘周围旋转，直至所有砂粒被旋涡传送至漏斗部分，而较轻的有机物则被送回污水中，使砂和有机物分离，减少砂内的有机物。

（2）应变能力强。

如遇特殊原因，转盘停止运转，砂粒便会沉积在平底上，但当转盘再次运转，便可恢复砂粒和有机物的分离，若有需要，也很容易将上层平底的砂粒清除。

（3）不需依靠空气仲洗来“清洗”砂粒，砂粒从漏斗被传送至浓缩器，使砂粒与水和有机物再进一步分离。

（4）为避免在进水渠道有沉积，在进口处设计一个斜度，如有沉积物，便会沿斜度引至池的上层平底上。

沉砂池部分数据的确定：

（1）沉砂池总有效容积

（4-17）

式中t——最大设计流量时的流行时间，一般为1-3min，取t=2min

（2）水流断面积

（4-18）

式中v1——污水流速，取v1=0.092m/s

（3）沉砂池总宽度

（4-19）

式中h2——有效水深，取h2=2m

（4）沉砂池总长度

（4-20）

长宽比：

（4-21）

（5）沉砂室所需要的容积

（4-22）

式中X——城市污水沉砂量，取30m3/8.0104m3；

T——清砂间隔时间，取T=1d；

KZ——污水流量变化系数，取1.20

每组沉砂池上设有立式桨叶分离机和输砂泵各1台，沉砂经水力旋流浓缩后，进入砂水分离器，分离后的干砂外运，剩余污水接入进水泵房。

4.3巴氏计量槽

巴氏计量槽具有价格便宜、水头损失小、操作简便、测量精度不受水中悬浮物的影响等优点，本工程采用巴氏计量槽。

计量槽设在涡流沉砂池后的渠道上，计量槽喉宽W=0.9m，测量范围为0.25-1.8m3/s。

4.4初沉池

4.4.1沉淀的理论依据：

在流速不大时，密度比污水大的一部分悬浮物会借重力作用在污水中沉淀下来，从而实现与污水的分离；这种方法称之为重力沉淀法。

根据污水中可沉悬浮物质浓度的高低和絮凝性能的强弱，沉淀过程有以下四种类型，它们在污水处理工艺流程中都有具体体现：

①自由沉淀

自由沉淀有时也称为离心沉淀，是一种相互之间无絮凝倾向或弱絮凝倾向的固体颗粒在稀溶液中的沉淀。

由于悬浮固体浓度低，而且颗粒间不发生粘和，颗粒的形状、粒径和密度在沉淀过程中基本保持不变，各自独立地完成沉淀全过程。

颗粒的形状、粒径和密度都直接决定颗粒下沉速度。

另外，由于自由沉淀过程一般历时较短，因此污水的水平流速与停留时间对沉淀效果影响很大。

自由沉淀由于发生在稀溶液中，且是离散的，因此入流颗粒浓度不影响沉淀效果。

平流沉砂池中砂粒的沉淀过程即为典型的自由沉淀，沉淀效果有污水的水平流速和停留时间决定。

初沉池沉淀初期也属于自由沉淀。

但初沉池内自由沉淀历时很短，絮体之间很快会相互黏结，形成另外一种沉淀类型。

②絮凝沉淀

絮凝沉淀是一种絮凝性颗体在稀悬浮液中的沉淀。

在絮凝沉淀过程中，各微小絮状颗粒之间能互相粘和成较大的絮体，使颗粒的形状、粒径和密度不断发生变化，因此沉降速度也不断发生变化。

初次沉淀池中的颗粒在经过短暂的自由沉淀之后，即马上转变为絮凝沉淀。

另外，活性污泥在二次沉淀池内的沉淀初期也属于絮凝沉淀。

③成层沉淀

当污水中的悬浮物浓度较高时，颗粒相互靠的很近，每个颗粒的沉降过程都受到周围颗粒作用力的干扰，但颗粒之间相对的位置不变，成为一个整体的覆盖层共同下沉。

此时，悬浮物与水之间有一个清晰的界面，这种沉淀类型为成层沉淀。

活性污泥在二次沉淀池中的沉淀中期以及化学絮凝体在混凝沉淀池中的均属于成层沉淀。

④压缩沉淀

压缩沉淀也称拥挤沉淀。

当污水中的悬浮固体浓度很高时，颗粒之间便相互接触彼此支撑。

在上层颗粒的重力作用下，下层颗粒间隙中的游离水被挤出界面，因此颗粒之间相互拥挤得更加紧密。

通过这种拥挤与自动压缩过程，污水中的悬浮固体浓度进一步提高。

活性污泥在二次沉淀中的沉淀后期，污泥在浓缩池内的重力浓缩均属于压缩沉淀。

4.4.2初沉池的作用以及特点

初沉池作用是对污水中的以无机物为主的比重大的固体悬浮物进行沉淀分离；去处50%～60%的SS使污水的BOD5降低25%～35%；去处漂浮物；均和水质。

本工艺采用平流式沉淀池，其特点：

a.沉淀效果好；

b.对冲击负荷和温度变化的适应能力较强；

c.施工简易，造价较低；

d.池子配水不易均匀；

e.适用于地下水位较高及地质较差的地区；

f.适用于大、中、小型污水处理厂；

g．采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，操作量大；采用链带式刮泥机排泥时，链带的支承件和驱动件都没于水中，易绣蚀。

初沉池的部分设计

4.5A/O氧化沟

4.5.1活性污泥法（氧化沟工艺）概述

活性污泥法是处理城市污水最广泛使用的方法。

它能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质。

无机盐类（磷和氮的化合物）也能部分地被去除。

类似的工业废水也可用活性污泥法处理。

活性污泥法既适用于大流量的污水处理，也适用于小流量的污水处理。

运行方式灵活，日常运行费用较低，但管理要求较高。

活性污泥法本质上与天然水体（江、湖）的自净过程相似，二者都为好氧生物过程，只是它的净化强度大，因此活性污泥法是天然水体自净作用的人工化和强化。

1912年英国的克拉克（Clark）和盖奇（Cage）发现，对污水长时间曝气会产生污泥，同时水质会得到明显的改善。

继而阿尔敦（Arden）和洛开脱（Lockett）对这一现象进行了研究。

曝气试验是在瓶中进行的，每天试验结束时把瓶子倒空，第二天重新开始，他们偶然发现，由于瓶子清洗不完善，瓶壁附着污泥时，处理效果反而好。

由于认识了瓶壁留下污泥的重要性，他们把它称为活性污泥。

随后，他们在每天结束试验前，把曝气后的污水静止沉淀，只倒去上层净化清水，留下瓶底的污泥，供第二天使用，这样大大缩短了污水处理的时间。

这个试验的工艺化便是于1916年建成的第一个活性污泥法污水处理厂。

活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统所组成。

污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混和液。

曝气池是一个生物反应器，通过曝气设备充入空气，空气中的氧溶入污水使污泥混合液产生好氧代谢反应。

曝气设备不仅传递氧气进入混合液，且使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态。

这样，污水中的有机物、氧气同微生物能充分接触和反应。

随后混合液流入沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉淀下来和水分离。

流出沉淀池的就是净化水。

沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流污泥。

回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。

曝气池中的生化反应引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行。

这部分污泥叫剩余污泥。

剩余污泥中含有大量的微生物，排放环境前应进行处理，防止污染环境。

从上述流程可以看出，要使活性污泥法形成一个实用的处理方法，污泥除了有氧化和分解有机物的能力外，还要有良好的凝聚和沉淀性能，以使活性污泥能从混合液中分离出来，得到澄清的出水。

活性污泥中的细菌是一个混合群体，常以菌胶团的形式存在，游离状态的较少。

菌胶团是由细菌分泌的多糖类物质将细菌包覆成的粘性团块，使细菌具有抵御外界不利因数的性能。

菌胶团是活性污泥絮凝体的主要组成部分。

游离状态的细菌不易沉淀，而混合液中的原生动物可以捕食这些游离细菌，这样沉淀池饿出水就会更清澈，因而原生动物有利于出水水质的提高。

活性污泥法使用到现在已有近百年的历史，面对污水复杂程度的提高和对出水水质的严格要求，各国在活性污泥法原有基础上进行了许多革新与改进，如：

低负荷活性污泥法、氧化沟处理技求、两段活性污泥法（AB法）、生物脱氮除磷工艺（A/O、A2/O法）、序批式活性污泥法（SBR）及天然生物净化系统等等。

氧化沟属于延时曝气活性污泥工艺，从运行方式上可分为两大类：

一类按时间顺序安排为主对污水进行处理，如：

交替和半交替工作式氧化沟；另一类按空间顺序交排为主对污水进行处理，如：

连续工作分建式氧化沟（包括Pasveer型、Carrousel型、Orbal型）、连续工作合建式（包括Boat式、C型沟内式、型D沟内式、管式等）。

与传统活性污泥法相比，氧化沟在去除污水中BOD5的同时，兼具脱氮除磷功能，较长的HRT和SRT使得剩余污泥产量少且较稳定，勿需消化处理。

氧化沟法是活性污泥法的发展和演变，是其多种运行方式中的一种。

在50年代开发的氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式（如图4.1所示）。

所谓的延时曝气是在40年代末到50年代初在美国流行起来的。

其特点是曝气时间很长，达24h甚至更长，MLSS较高，达到3000-6000mg/L，活性污泥在时间和空间上部分处于内源呼吸状态，剩余污泥少而稳定，无需消化，可直接排放。

适用于污水量很小的场合，最先是牛奶场，后来用于村庄和风景区、旅社等。

近年来，国内用于高层建筑生活污水处理。

设备可用钢板装配，由厂商供应。

对于不是24h连续来水的场合，常常不设沉淀池而采用间歇运行方式，例如20h曝气和进水，2h沉淀，2h放空，再运行。

也有曝气池和二沉池合建的。

氧化沟的池体狭长，池深较浅，在沟槽中设有表面曝气装置。

曝气装置的转动，推动沟内液体迅速流动，取得曝气和搅拌两个作用，沟中混合液流速约为0.3-0.6m/s，使活性污泥呈悬浮状态。

其中典型的氧化沟——卡罗塞式氧化沟，它是由荷兰DHV公司于60年代开发的使用很广泛的一种氧化沟，如我国昆明兰花沟污水处理厂，桂林市东区污水处理厂以及上海龙华肉联厂的废水处理都采用这种形式的氧化沟，它不但可以达到95%以上的BOD5去除率，还可以同时达到部分脱氮除磷的目的。

氧化沟利用A/O法（即缺氧好氧活性污泥法）。

A/O法是由厌氧池和好氧池组成的同时去除污水中有机污染物以及磷的处理系统。

为了使微生物在好氧池中易于吸收磷，溶解氧应维持在2mg/L以上，pH值应控制在7-8之间。

磷的去除率还取决于进水中的BOD5与磷浓度之比。

据报道，如果这一比值大于10：

1，出水中磷的浓度可在1mg/L左右。

由于微生物吸收磷是可逆的过程，过长的曝气时间及污泥在沉淀池中停留时间过长都有可能造成磷的释放。

A/O工艺具有流程简单，工程造价低的特点。

其主要工业特征是将脱氮池设置在去除碳过程的前端，是脱氮过程一方面更直接利用进水中的有机碳源而省去外加碳源；另一方面则通过曝气池混合液回流，使其