城市污水处理工艺.docx
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城市污水处理工艺
毕业设计
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摘要
本设计是关于某城市的污水处理厂的工艺设计。
随着社会经济发展、人口不断增长、农业生产过程中氮肥、磷肥的使用量不断增加和居民生活中洗涤剂用量的提高和部分城市污水处理不达标排放，使得自然界中水体里磷、氮等营养元素数量不断提升，使得必须对生活污水进行脱氮除磷。
设计污水处理厂处理所在城市的污水，日处理量为1000立方米。
A2/O工艺是厌氧，好氧和缺氧三部分组成。
厌氧池主要是进行磷的释放，缺氧池的主要功能是利用反硝化菌对硝态氮的去除，而好氧池则具有氨的硝化和吸收磷的功能。
本设计对污水处理厂处理流程，污水处理构筑物以及高程做了初步设计。
关键词：
A2/O，污水处理，脱氮除磷
第一章引言
1.1城市污水来源和水质特点分析
1.1.1城市污水来源
1.1.2水质特点分析
1.2该设计进出水水质及水量
第二章污水处理的方案选择
2.1各种方案的优缺点
2.2方案的确定
第三章污水处理工艺流程设计及原理说明
3.1污水处理工艺流程
3.2原理说明
第四章主要构筑物的工艺设计与计算
4.1细栅格
4.2污水泵房
4.3沉砂池
4.4A2/O池
4.5二沉池
4.6消毒接触池
4.7污泥处理设计计算
第五章污水处理厂的总体布置
5.1污水处理的平面设计
5.1.1平面布置的基本原则
5.1.2平面设计图
5.2污水处理部分高程设计
结论
参考文献
致谢
第一章引言
如今的全球环境无论是在水环境、大气环境还是在土壤环境等方面，已经受到了严重的污染，对于人们的健康生活与发展都不乐观，甚至危害到了人们的生命。
我国是世界上人口最多的国家，同样也是资源大国，但人均资源占有量相当匮乏。
我国的水量分布随地理位置、气候和季节的不同而不同，西部和北部水资源明显缺乏，东部和南部虽然水资源较丰富，但水污染特别严重，致使东部人口密集的地区的生活用水和工业用水等也相当缺乏。
虽然这几十年中国的经济发展迅速，人们的生活水平有了很大的提高，城市规模不断扩大，但是人们的生活用水和工业用水量倍增，人们对水的污染越来越严重，不仅部分地区地表水受到了污染，而且地下水也受到了污染，这导致人们的可利用水资源形式更加严峻。
近几年，由于国家和人们对环境的重视，为缓解各地区的用水安全问题，国内的多数城镇都建设了污水处理厂，通过对污水的处理，可以使水得到循环利用和安全排放，减少对环境的污染，缓解水资源短缺问题。
普通的活性污泥法已经满足不了人们对水处理后的要求，即污水的二级处理已经满足不了缓解水危机的现状，促使人们对污水的深度处理，对污水进行脱氮除磷，避免水体富营养化，污染水体。
生物脱氮除磷技术与普通活性污泥法相比具有很高的优势，如具有同时脱碳、氮、磷的良好环境效益，具有处理成本低的经济效益，所以得到世界各国广泛应用。
A2/O工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，处理效果能满足排放标准，有很好经济效益和环境效益。
城市污水来源
1、生活污水
生活污水主要是城市生活中使用的各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等，多为无毒的无机盐类，生活污水中含氮、磷、硫多，致病细菌多。
2、工业污水
工业废水包括生产废水和生产污水，是指工业生产过程中产生的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。
3、城镇污水
城镇污水指城镇居民生活污水，机关、学校、医院、商业服务机构及各种公共设施排水，以及允许排入城镇污水收集系统的工业废水和初期雨水等。
水质特点分析
该城市污水主要以生活污水为主，所以可参照生活污水水质。
但根据城市的工业的规模和性质不同，工业废水种类和水量也影响着城市污水的水质，这种因素是不可忽视的。
该设计进出水水质及水量：
进水水质：
种类
水量
SS
COD
BOD5
NH3-N
TP
PH
指标
1000t/d
130mg/L
330mg/L
200mg/L
32mg/L
4.3mg/L
7~8
出水水质：
种类
SS
COD
BOD5
NH3-N
TP
指标
11
30
20
10
1.0
第二章污水处理的方案选择
常见的污水处理方案有SBR、氧化沟、A/O、A2/O工艺等。
各种工艺法的优缺点：
SBR工艺法
优点：
1.工艺流程简单，造价低。
2.SBR用于工业废水处理，不需设置调节池。
3.SBR的运行操作、参数控制应实施自动化操做管理，以达到最佳运行状态。
4.污泥的SVI值较低，污泥易于沉淀，一般不会产生污泥膨胀。
5.可同时脱氮除磷。
缺点：
1.污泥稳定性不如厌氧消化好。
2.脱氮除磷效率不太好。
3.变水位运行，电耗增大。
4.间歇周期运行，对运行要求高。
氧化沟工艺法
优点：
1.操作单元少，占地面积少。
2.剩余污泥量少，污泥性质稳定。
3.耐冲击负荷能力强。
4.处理效果稳定，出水水质好。
缺点：
1.流速不均及污泥沉积问题。
2.污泥上浮问题。
3.泡沫问题。
4.污泥膨胀问题。
A/O工艺法：
优点：
1.流程简单，构筑物少，投资省，操作费用低。
2.反硝化池不需要外加碳源，降低了运行费用。
3.容积负荷高。
4.缺氧好氧工艺的耐负荷冲击力强。
缺点：
1.由于没有独立的污泥回流系统，从而不能培养出具有独特功能的污泥，难降解物质的降解率较低。
2.若要增加脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大了运行费用。
A2/O工艺法：
优点：
1.同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能。
2.该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其它工艺。
3.污泥沉降性能好，污染物去除效率高，运行稳定，有较好的耐冲击负荷。
缺点：
1.该工艺很难同时取得好的脱氮除磷的效果。
2.沼气回收利用经济效率低。
3.污泥内回流量大，能耗较高。
4.
方案的确定：
由于该城市污水几乎都是生活污水，可生化性比较好，重金属及其他的难以生物降解的有毒有害污染物可以忽略影响。
本课题污水处理量大1000t/d，属于小型污水处理厂，因此在污水处理要求的前提下，为了降低建设成本和运营成本，必须把工程占地面积等建设费用和污水处理厂运营费用降到最低，达到环境效益与经济效益的双赢最优化。
考虑以上特点和国家污水排放要求，并且综合国内外已运行的中、小型污水处理厂的调查，要达到确定的治理目标，本污水厂设计采用生化处理最为经济，且采用A2/O活性污泥法工艺。
A2/O工艺特点
1.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.在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般少于100mL/g，不会发生污泥膨胀。
3.污泥中磷含量高，一般为2.5%以上。
4.厌氧-缺氧池只需要轻搅拌，使之混合，而以不增加溶解氧为度。
5.沉淀池要防止发生厌氧、缺氧状态，以避免聚磷菌释放磷而降低出水水质，以及反硝化产生N2而干扰沉淀。
6.脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除磷效果则受回流污泥中携带DO和硝酸态氧的影响，因而脱氮除磷效率不可能很高。
第三章污水处理工艺流程设计及原理说明
工艺流程图：
粗格栅
进水井
提升泵房
细格栅
出水
消毒接触池
A²O反应池
二沉池
沉砂池
初沉池
工艺流程说明：
原污水进入粗栅格，污水中的漂浮物被拦截，污水再由提升泵送到细栅格，进一步出去水中细小漂浮物，污水进入平流沉砂池，再进入生物反应器。
在生物反应器中，污水首先进入厌氧区，在没有溶解氧和硝态氮存在的厌氧条件下，兼性细菌将溶性BOD
5转化成低分子发酵产物，生物聚磷菌将优先吸附这些低分子发酵产物。
经厌氧状态释放磷酸盐的聚磷菌在好氧状态下具有很强的吸磷能力，合成新的聚磷菌细胞，产生富磷污泥，通过剩余污泥的排放将磷从系统中除去。
泥水混
合液由厌氧区进入缺氧区，反硝化菌利用内回流带来的硝酸盐，以及污水中可生物降解的有机物进行反硝化，达到部分脱碳、脱硝与除磷的目的。
混合液被送入下一站好氧区，在本区内聚磷菌除了吸收，利用污水中的可生物降解有机物外，主要是分解体内储存积累的PHB，产生的能量可供自生生长繁殖，此外还可以主动吸收周围环境中的溶解磷，并以聚磷的形式在体内超量储存积累，在剩余污泥中含有大量能超量聚磷的聚磷菌，大大提高了A2/O工艺的除磷效果。
好氧池混合液一部分进行回流，另一部分混合液进入二沉池，沉淀分离的上清液经消毒被排入河流中。
沉积下的污泥，一部分回流，一部分送脱水机房处理，泥饼外运。
工艺原理
在首段厌氧池主要是进行磷的释放，使污水中P的浓度升高，溶解性有机物被细胞吸收而使污水中BOD5浓度下降；另外NH3-N因细胞合成而被去除一部分，使污水中NH3--N含量没有变化。
在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中带入大量NO3--N和NO2--N还原为N释放至空气中，因此BOD5浓度继续下降，NOx-N浓度大幅度下降，而磷的变化很小。
在好氧池中，有机物被微生物生化降后浓度继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使NO-N浓度显著下降，但随着消化过程的进展，NOx-N的浓度增加；P将随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速率下降。
所以，A2/O工艺可以同时完成有机物的去除，脱氮，除磷的功能。
厌氧池和好氧池联合完成除磷的功能。
第四章：
主要构筑物的工艺设计与计算
流量的设计
污水的流量设计：
Q=1000t/d=0.01157t/s
污水流量总变化系数：
Kz=1.3
污水的最大流量：
QMAX=1.3*0.01157=0.01504t/s
1.细格栅：
格栅的设计要求
（1）粗栅格不小于40mm，中格栅间隙一般采用10—40mm，细格栅采用3—10mm；
（2）格栅不宜少于两台，如为一台时，应设人工清除格栅备用； （3）过栅流速一般采用0.4—0.9m/s； （4）格栅倾角一般采用45º—75º；
（5）通过格栅的水头损失一般采用0.08—0.17m/s；
（6）格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.3m，工作台有安全和冲洗设施；
（7）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：
1）人工清除，不小于1.2m； 2）机械清除，不小于1.5m；
（8）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； （9）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.
栅条间系数：
因为最大设计流量
Qmax=0.01504t/s
所以栅条间系数
α------格栅倾角，取α=60°；
b------栅条间隙，m，取b=0.01m；
n-------栅条间隙数，个；
h-------栅前水深，m，取h=0.3m；
v-------过栅流速，m/s,取v=0.4m/s；
格栅设两组，按两组同时工作设计，一格停用，一格工作校核。
所以，n=10
栅槽宽度：
设栅条宽度S=0.01m
则栅槽宽度B=S（n-1）+bn
=0.01*（10-1）+0.01*10
=0.19
因为实际栅槽宽度一般比格栅宽0.2~0.3m，取0.2m，
所以B=0.39m
渐宽部分的长度L1，设进水渠道B1=0.2m，
式中
——进水渠道渐宽部分长度，m；
——格栅进水渠宽，m；
——渐宽处角度，º，取
=20º。
设进水渠道内的流速为0.40m/s。
则：
L1=0.261m
格栅与出水总渠道连接处的渐窄部长度L2m,
L2=0.5L1=0.13m
通过格栅的水头损失：
H1=H0*k
H0=
式中h1--------通过格栅设计水头损失，m；
h0--------计算水头损失，m；
g--------重力加速度，m/s2
k--------系数，一般取k=3；
ξ--------阻力系数，与栅条断面形状有关；设栅条断面为锐边矩形断面
β=2.42.
所以
H1=0.05m
栅槽总长度：
H总=h1+h2+h
设栅前渠道超高
=0.3m
所以h总=0.65m
栅槽总长度：
所以L=2.44m
每日栅渣量：
所以W=0.13<0.2,所以采用人工格栅清渣；材质采用不锈钢制作。
式中
——每日栅渣量，m3/d；
——每日每1000m3污水的栅渣量，m3/103m3污水。
取
=0.10m3/103m3污水。
2.污水泵房
本工艺是A2/O污水处理工艺。
经过粗格栅的污水，由提升泵提升到高程较高的细格栅，然后靠重力进入沉砂池、初沉池、A2/O反应池、二沉池、接触消毒池、最后经过巴士计量堰由出水管道排入河流。
一、计算设计流量：
=15.04L/s。
二、泵的选择及集水池的计算
污水提升泵房与中格栅合建，设3台（2用1备），并预留3台泵的位置。
最大秒流量
=0.01504m3/s
（1）每台水泵流量
（m3/h）（3-2-1）
水泵流量取30m3/h。
（2）集水池
集水池的容积不小于1台泵5min的流量。
（m3）,取4.0（m3）;（3-2-2）
有效水深采用1.0m，则集水池面积约为4.0m2。
（3）水泵全扬程
在估算集水池正常工作水位需提升5.0m，出水管管线水头损失约为0.4m。
泵站内管线水头损失假设为2.0m，考虑安全水头1.0m。
则估算水泵总扬程为
（m）（3-2-3）
水泵扬程取6m。
3.沉砂池设计计算：
设计参数
设沉砂池N=2
设计流量：
Qmax=0.01504m/s
设计流速：
v=0.25m/s
水力停留时间：
t=60s
沉砂池长度
L=vt=0.25×60=15m
水流断面积
A=Qmax/（v×2）=0.01504/（0.25×2）=0.03m2
有效水深
H2=0.8m（介于0.25～1m之间）
池总宽度
设计n=2格，每格宽取b=A/（n×h2）=0.02，池总宽B=2b=0.04m
尘沙室的高度
采用重力排砂，设计池底坡度为0.06，取i=0.02;
沉砂池底长度为
池底坡高iL2=0.06×3.63=0.2178m，取0.22m。
则沉泥区高度为h3=hd+iL2=0.8+0.22=1.02m
池总高度H
沉砂池超高一般采用0.3~0.5m；取超高h1=0.5m，
H=h1+h2+h3=0.5+0.8+1.02=2.32m
校核最小流量时的流速
最小流量即平均日流量
Q平均日=0.01157m3/s
则vmin=Q平均日/A=0.01157/0.01504=0.77>0.15m/s，符合要求。
4.A2/O反应池：
判断是否可采用A2/O法
COD/TN=330/32=10.3125>8
TP/BOD5=4.3/200=0.0215<0.06
符合要求，故可采用此法。
已知条件Q=1000t/d，由参考书查出，原水经过一级处理后，可去除20%BOD5和60%的SS。
⑴有关设计参数
BOD5污泥负荷Ns=0.16kgBOD5/（kgMLSSd）
回流污泥浓度XR=10000（mg/L）
污泥回流比R=50%
混合液悬浮固体浓度
混合液回流比R内
TN去除率
混合液回流比
取R内=200%
⑵反应池容积V，m3
——进水BOD5浓度，200mg/L。
反应池总水力停留时间:
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:
厌氧池容积:
缺氧池水力停留时间:
缺氧池容积:
好氧池水力停留时间:
好氧池容积:
⑶校核氮磷负荷，kgTN/（kg
MLSSd）
好氧段总氮负荷
<0.05kgTN/（kgMLSSd）
（符合要求）
厌氧段总磷负荷
<0.06kgTP/（kgMLSS·d）
（符合要求）
⑷剩余污泥
式中W——剩余污泥量
L1——曝气池进水BOD5浓度（kg/m3）
Le——曝气池出水BOD5浓度（kg/m3）
Y——污泥自身产率系数，一般为0.5～0.7,取0.6。
Q——平均日污水流量，m3/d；
V——曝气池容积
——挥发性悬浮固体浓度，kg/m3，
。
Kd——污泥自身氧化率，一般采用0.04~0.1
S1——曝气池进水SS浓度（kg/m3）
Se——曝气池出水SS浓度（kg/m3）
有前面的计算结果得知S1=0.13kg/m3,Se=0.011kg/m3,Y=0.6,Q=1000m3/d
V=75m3
Kd=0.05,X=3.333kg/m3
W=0.60×1000×（0.16-0.02）－0.05×75×3.333×0.75+（0.052-0.011）×1000×50%=95.13（kg/d）
湿污泥量（剩余污泥含水率P=99.2%）
湿污泥量
⑸反应池主要尺寸
反应池总容积V=75m3
设反应池2组，单组池容积V单=V/2=37.5（m3）
有效水深2m；
采用五廊道式推流式反应池，廊道宽b=5m
单组反应池长度：
L=S单/B=37.5/（5*3*2）=1.25（米）；
校核：
b/h=1.5（满足b/h=1～2）；
取超高为0.7m，则反应池总高H=2+0.7=2.7（m）
反应池尺寸2m
1.25m
5m（不含廊道隔墙的厚度）
曝气系统的计算
L/B>5-10B/H=1~2H=3-5
本设计采用鼓风曝气系统a’=0.42-0.53,b’=0.11-0.188城市污水；
⑴需氧量计算
①平时需氧量的计算
查设计手册（5），取a’=0.5,b’=0.16；
带入各值，可得：
V3=225
②最大时需氧量计算：
近期
代入各值，可得：
③每天去除
值：
④去除每
需氧量：
⑤最大时和平均时需氧量的比：
⑵供气量的计算
该设计选用网状膜型中微孔空气扩散器底层曝气，设备敷设在距池底0.2米处，淹没水深为2米。
计算温度预先设定为30℃。
查表得:
水中溶解氧饱和度Cs（20）=9.17mg/L,Cs（30）=7.63mg/L。
1.空气扩散器出口的绝对压力（Pb）：
式中P---大气压力1.013×105Pa
H---空气扩散装置的安装深度，2m
2.空气离开曝气池表面时，氧的百分比：
式中EA——空气扩散器的氧转移效率，取0.12；
3.曝气池混合液中平均氧饱和度（按最不利温度条件30摄氏度），即：
式中CS---大气压力下，氧的饱和度mg/L
4曝气池的平均时供氧量:
5.曝气池最大时供氧量：
6.去除每
需氧量：
7.每m3污水供气量：
5.二沉池：
中心进水辐流式二沉池设计参数:
水力表面负荷q'=1.3m3/（m2h）；幅流式沉淀池个数n=2；沉淀时间T=2h。
池体尺寸设计计算
⑴池表面积
⑵单池面积
⑶池直径
⑷沉淀部分有效水深
⑸沉淀部分有效容积
⑹沉淀池坡底落差
取池底坡度i=0.1
⑻污泥斗容积（
）
污泥斗高度
污泥斗储存污泥体积
因此，池底可储存污泥的体积为：
共可储存污泥体积为：
⑼沉淀池总高度
（0.3m超高，缓冲部分深0.3m）
污泥量计算：
二沉池污泥量
二沉池去除率为80%
进水集配水井计算
二沉池中心进水辐流式沉淀池设2座，两座沉淀池用一配水井，已达到进水均匀进入二沉池。
配水井中心管直径的计算
式中
——配水井内中心管上升流速，m/s,一般
≥0.6m/s，取
=0.8m/s。
，取2m;
配水井直径计算
式中
——配水井内污水流速，m/s,一般取0.2-0.4m/s，取0.3
，取2m;
进水管的计算
单池设计污水流量即进水管设计流量为：
m3/s
选取管径D1=1000mm。
校核管道流速：
m/s
稳流筒计算
筒中流速一般取
稳流筒过流面积为：
进水井径采用D2=2m
稳流筒直径为：
接触消毒池
接触池尺寸计算（选两座平流式消毒接触池）
（1）接触池容积
设一座接触池
式中：
——设计流量，
，由设计任务书取
=0.01504
——接触时间，
，一般取30分钟，取t=30
。
。
（2）接触池平面面积
式中：
h2——有效水深，m，取3.5m。
（3）池长
式中：
B——池廊道宽，m，取0.5m.。
单廊道长L0
式中：
n——廊道条数，取n=6。
校核长宽比
符合要求
（4）池高
H=h1+h2
式中h1——超高（m）,一般采用0.3m;
H1——有效水深（m）。
H=h1+h2=0.3+3.5=3.8m
（5）混合器
本设计的污水消毒混合方式用管道混合，其结构方式参照给《排水设计手册》，管径选1300mm。
（6）出水计算
矩形薄壁堰出流，堰宽与廊道的宽度相等，为b=3m，堰上水头由下公式：
出水管径1300mm。
加氯间
加氯量
式中：
q——每日加氯量，mg/L，一般为（5-10mg/L）,取8mg/L。
污泥处理设计计算
污泥处理构筑物计算
1.初沉污泥量计算
初沉污泥量
式中
——进水悬浮物质浓度，mg/L；
——去除率，%；
——污泥含水率，取96%；
——沉淀污泥密度，以1000kg/m3。
剩余污泥量计算
剩余污泥
式中W——剩余污泥量
L1——曝气池进水BOD5浓度（kg/m3）
Le——曝气池出水BOD5浓度（kg/m3）
Y——污泥自身产率系数，一般为0.5～0.7,取0.6。
Q——平均日污水流量，m3/d；
V——曝气池容积
——挥发性悬浮固体浓度，kg/m3，
。
Kd——污泥自身氧化率，一般采用0.04~0.1
S1——曝气池进水SS浓度（kg/m3）
Se——曝气池出水SS浓度（kg/m3）
有前面的计算结果得知S1=0.13kg/m33,Se=0.011kg/m2,Y=0.6,Q=1000m3/d
V=75m3
Kd=0.05,X=3.333kg/m3
W=0.60×1000×（0.16－0.02）－0.05×75×3.333×0.75+（0.052－0.011）×1000×50%=96.63（kg/d）
湿污泥量（剩余污泥含水率P=99.2%）
湿污泥量
浓缩后剩余污泥量
污泥浓缩池
初沉池剩余污泥量3.225m3/d，含水率96%；生物反应池剩余污泥量14.9m3/d，
采用辐流式连续重力浓缩。
浓缩后剩余污泥量
P——剩余污泥含水率为99.2%；
浓缩池尺寸计算
（1）浓缩池面积
C0——污泥的固体浓度为8kg/m3,
G——污泥固体通量。
10kg/（m2·d）。
（2）浓缩池直径
采用2个圆形浓缩池
单池面积
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