某城市日处理量80000万m3污水处理工程设计课程设计.docx
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某城市日处理量80000万m3污水处理工程设计课程设计
1
1设计概论
1.1.设计题目：
某城市日处理量80000万m3污水处理工程设计
1.2设计任务的概况
1.2.1项目概况
我国南方某城市居民生活小区位于该市市郊，污水排放量为80000吨/日，主要来源于小区居民的日常生活排放的卫生间粪便冲洗水、淋浴水、厨房废水以及日常清洗废水。
1.2.2污水资料
表1.1建设单位提供的设计参数
水量（m3/d）
BODcr（mg/L）
CODcr（mg/L）
SS（mg/L）
NH3-N（mg/L）
80000
160
240
18
35
1.2.3出水水质要求
污水经二级处理后应符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）二级出水标准：
CODCr≤100mg/L，BOD5≤30mg/L，SS≤30mg/L，NH3-N≤25mg/L
1.3.气象资料
1.3.1气温资料
该市地处内陆中纬度地带，属暖温带大陆性季风气候。
年平均气温9.1~14.2℃，最热月平均气温21.3～26.7℃，最冷月-3.0～1.9℃。
极端最高气温42℃，极端最低气温-11.9℃。
年日照时数2005小时。
多年平均降雨量517毫米，集中于7、8、9月，占总量的50～60%。
受季风环流影响，冬季多北风和西北风，夏季多南风或东南风，市区全年主导风向为东北风，频率为18%，年平均风速2.54米/秒。
1.3.2污水排水接纳河流资料
该污水厂的出水直接排入厂区外部的河流（符合地表水环境质量标准（GB3838-2002）Ⅲ类功能水域），其最高洪水位（50年一遇）为50.0m，常水位为48.0m，枯水位为45.0m。
1.3.3厂址及场地现状
该污水处理厂选址于城郊，位于大河北岸河堤内一块长方形地带，场地地势平坦，由西北坡向东南，场地标高54.5～53.5米之间，位于城市中心区排水管渠末端，交通便利。
2工艺流程的选择
2.1设计原则
（1）.本设计方案严格执行国家有关环境保护的各项规定,废水处理后必须确保各项出水水质指标均达到城市废水排放要求。
（2）.针对本工程的具体情况和特点,采用成熟可靠的处理工艺和设备,尽量采用新技术、新材料,实用性与先进性兼顾,以实用可靠为主。
（3）.处理系统运行应有较大的灵活性和调节余地,以适应水质、水量变化。
（4）.管理、运行、维修方便,尽量考虑操作自动化,减少劳动强度。
（5）.在不影响处理效果的前提下,充分利用原有的构筑物和设施,节省工程费用,减少占地面积和运行费。
（6）.降低噪声,改善废水处理站及周围环境。
（7）.本处理工艺流程要求耐冲击负荷,有可靠的运行稳定性。
2.2处理方法的选择
一般城市生活污水的处理工艺包括传统活性污泥法、生物接触氧化法和SBR工艺等，下列将它们分别进行比较
2.2.1传统活性污泥法
污水→集水池→泵站→初沉池→曝气池→二沉池→排放
根据本项目的原水水质和处理要求，必须采用生化处理方能达到排放所要求的处理程度，在大规模的城市污水处理厂中应用最为广泛的生化法处理是传统活性污泥法工艺以及由此派生出来、种类繁多的变形工艺。
传统活性污泥法处理污水基本原理是：
首先利用生活污水中的好氧微生物进行培养，形成适于降解污染介质，并具有相当规模微生物群落，即活性污泥；再通过这些好氧微生物群落（活性污泥）来代谢有机污染介质，达到处理和净化污水的目的[4]。
但传统的活性污泥法耐冲击负荷低，泥量大，占地面积大，土建投资高等缺点，已逐渐被新的生化处理工艺所代替。
2.2.2生物接触氧化法
污水→集水池→泵站→曝气沉砂池→接触氧化池→二沉池→排放
生物接触氧化法是在池内设置填料，池底曝气，充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。
填料上长满生物膜，污水与生物膜相接触，在生物膜微生物的作用下，污水得到净化。
因此，生物接触氧化法是一种介于活性污泥法和生物膜法之间的处理工艺，又称为“淹没式生物滤池”。
生物接触氧化池法的中心处理构筑物是接触氧化池，接触氧化池是由池体、填料、布水装置和曝气系统等几部分组成，生物膜受到上升气流的冲击、搅动，加速脱落、更新，使其经常保持较好的活性，可避免堵塞。
生物接触氧化法对废水的水质、水量的变化有较强的适应性，和活性污泥法相比，管理较方便，生态系稳定，剩余污泥量少。
2.2.3SBR工艺
污水→集水池→泵站→曝气沉砂池→SBR池→排放
常规活性污泥系统由曝气池、沉淀池、回流污泥系统和供养设备四部分组成。
进入70年代以来，随着科技的发展、微机与自控技术设备的进步与普及，人们对常规活性污泥法工艺进行改革，推出序批式活性污泥法、即SBR工艺。
SBR工艺采用可变容器间歇式反应器，省去了回流污泥系统及沉淀设备，曝气与沉淀在同一容器中完成，利用微生物在不同絮体负荷条件下的生长速率和生物脱氮除磷机理，将生物反应器与可变容积反应器相结合而成的循环活性污泥系统。
这是SBR工艺的一种革新形式。
SBR工艺是在同一生物反应池中完成进水、曝气、沉淀、撇水、闲置四个间段，其所经历时间周期，根据进水水质水量预先设定或及时调整。
实践证明，这种工艺过程，其处理效果可达到常规活性污泥法处理标准。
SBR工艺具有工艺简单，运行可靠，管理方便，造价低廉等优点，电脑自控要求高，对设备、阀门、仪表及控制系统的可靠性要求高。
2.2.4方案定夺
综观以上几点可知每个方案都能达到处理水质的要求，BOD5，SS，CODcr，NH3-N去除都能达到出水水质，在技术上都是可行的。
由于传统活性污泥法运行方便，投资省，该污水处理要去除BOD5与SS，CODcr，NH3-N，所以采用传统活性污泥法[2]。
再考虑到厌氧池+氧化沟处理工艺占地较大，投资较多，生活杂用水等,水质及其稳定性要求高,因此根据小区生活污水水质、水量以及小区功能和环境要求,长期安全可靠地运行，我们选择合理、可靠的传统活性污泥法处理工艺。
2.3工艺流程
图2.1工艺流程
3主要设备
3.1各构筑物概况及作用
3.1.1格栅
格栅是用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的设备。
格栅栅条间距21mm，栅前水深0.4m，格栅的建筑宽度为0.5m，长度为2.2m，每日栅渣量为0.44m3，采用机械清渣，栅后槽的总高度0.8m，格栅安装倾角为60°。
3.1.2污水提升泵房
提升泵房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。
该污水处理工艺采用传统曝气活性污泥处理，污水处理系统简单，所以污水只需一次提升。
污水经提升后入初沉池，然后进入曝气池、二沉池，最后由出水管道排入河道[2]。
泵房占地面积为12x5＝60m2，即为长方形泵房,高11.47m,泵房为半地下式，地下埋深6.7m，水泵为自灌式。
3.1.3初沉池（平流式）
初次沉淀池的作用是对污水中的以无机物为主体的比重的固体悬浮物进行沉淀分离，可去除30%左右的BOD5和55%的SS。
池子总面积232m2，池子长度13.4m，池子总高度17.3m，共设6个池子，沉淀区有效水深1.8m，停留时间1.0h，沉淀区的有效容积417.6m3，池子总高4.95m。
3.1.4曝气池
曝气池是一个生物反映器，共设两组，总容积为1767.7m3，每个池子长56.12m，宽4.5m，水深3.5m，单廊道.进水BOD5为175mg/l，出水BOD5为17.5mg/l，曝气时间4.24h，采用鼓风曝气，供气量3202.7m3/h，污泥负荷0.3kgBOD5/（kgMLSS.d）。
3.1.5二沉池
二次沉淀池是对污水中的以微生物为主体的，比重小的，因水流作用易发生上浮的生物固体悬浮物进行沉淀的部分
[3]。
表2.1各沉淀池优缺点及适用条件
类型
优点
缺点
适用条件
平流式
处理水量可大可少，有效沉淀区大，沉淀效果好，对水量水质变化适应性强，造价低，平面布置紧凑
占地面积大，排泥因难（人工排泥），工作繁杂，机械刮泥易锈，配水不均
地下水位高，施工困难地区，适用流动性差比重大的污泥，不能用静水压力排泥，污水量不限
辐流式
处理水量较为经济，排泥设备己定型系列化，运行稳定，管理方便结构受力条件好
排泥设备复杂，需具有较高的运行管理水平，施工严格
适用处理水量大，地下水位较高的地区及工程地质条件差的地区
竖流式
排泥方便，管理也比较简单，占地面积比较小
池子深度大，施工难，对冲击负荷及温度变化的适应能力差，造价较高，池径比不宜太大
适用于处理水量不大的小型污水处理厂
经上面的表2.1可以看出，平流式与辐流式，竖流式沉淀池都是可选的。
平流式沉淀池对水质冲击变化效果好，但占在面积大，排泥因难，要人工排泥，所以不是太好。
辐流式沉淀池排泥设备复杂，需具有较高的运行管理水平，施工严格，竖流式沉淀池排泥方便，管理简单，占地面积小。
共设4座直径为7.35m的竖流式二沉池，水深4.54m，沉淀时间1.8h，池子总高度10m。
3.1.6污泥浓缩池
污泥浓缩池是降低污泥含水率，减少污泥体积的有效设备。
采用辐流式污泥浓缩池，用带栅条的刮泥机刮泥，采用静压排泥。
设置一座浓缩池，其直径为5.53m，水深3.08m，进泥量110.83m3/d（含水率98.7%），出泥含水率96%，停留时间16h。
3.1.7污泥脱水机房
污泥脱水机房：
平面尺寸为
m，机房内设一台宽为2.5m板框压滤机，脱水能力约600
；泥饼装车外运或现场堆棚。
脱水在现场操作，运行中的故障传送到中心控制室。
污泥经脱水后含水率为45%～80%，呈泥饼装态，然后外送。
3.2处理工艺特点
活性污泥法是处理城市生活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的有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其它一些物质[9]。
它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，因而活性污泥法是天然水体自净作用的人工化和强化。
该污水处理系统所处理的是小区的生活污水，设计流量为80000吨/天，属于中小型污水处理厂。
废水主要来源于小区居民的日常生活排放的卫生间粪便冲洗水、淋浴水、厨房废水以及日常清洗废水。
污水中多为用机污染物，无机物污染物、重金属以及氮、磷含量甚少。
活性污泥法由曝气池，沉淀池，污泥回流系统和剩余污泥排除系统所组成，各级处理效果与总处理效果比较好，出水水质达标。
4各构筑物设计计算
4.1格栅
4.1.1设计参数
栅前水深h=0.4m,过栅流速v=0.8m/s
格栅间隙b=0.08m,格栅倾角α=60°
栅条宽度s=0.01m
格栅的建筑宽度为0.5m,长度为2.2m
栅渣量
污水
4.1.2设计计算
（1）栅条的间隙数
（2）栅槽宽度
（3）进水渠道渐宽部分的长度
设进水渠宽，其渐宽部分展开角度
，
（4）栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度
（5）通过格栅的水头损失
设栅条断面为锐边矩形断面,取k=3
h0：
计算水头损失
k：
系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3
β：
阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β=2.42
（6）栅后槽总高度
取栅前渠道超高h2=0.3m
栅前槽总高度:
=0.4+0.3=07m
栅后槽总高度:
为避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降
作为补偿
（7）栅槽的总长度
（8）每日栅渣量
采用机械清渣
（9）计算草图
图3.1格栅
4.2污水提升泵房
4.2.1设计参数
设计流量：
Q=926L/s
污水提升前水位-6.7m（既泵站吸水池最底水位）
提升后水位1.8m（即细格栅前水面标高）
4.2.2设计计算
（1）提升净扬程
Z=1.8-（-6.7）=8.5m
（2）所需水泵扬程
水泵水头损失取2m，
H=Z+∑h=10.5m。
（3）所需水泵数量
采用广州市博三泵机有限公司生产的型号为150F-22A的F型耐腐蚀污水泵。
该泵提升流量105.6.6L/s，扬程11.5m，转速2900r/min，功率8.5Kw,效率75%。
n=926/105.6=8.7（个）取9
N=9+1=10（9用1备）
（4）泵房草图
图3.2提升泵房
4.3初沉池（平流式）
4.3.1设计参数
设计流量
人口总量N=4万
污水表面负荷q′=3.0m3/（m2×h）
设6座
4.3.2设计计算
（1）池子总面积
（2）沉淀部分有效水深
停留时间取t=1.0h
（3）沉淀区有效容积
（4）池长
设水平流速v=3.7㎜/s
则
（5）池子总宽度
（6）池子个数
设每个池子宽b=3m，
N=B/b=82.9/3=27.6m
（7）校核长宽比
（介于4～12之间）符合要求
（8）污泥区的总容积
取S=0.5L/（p.d）污泥存留时间T=4h
（9）每个池污泥所需要容积
（10）污泥斗容积
（11）污泥斗以上梯形部分污泥容积
,
（12）污泥斗和梯形部分污泥容积
（符合要求）
（13）池子总高度
设缓冲层高度
，超高
（14）计算草图
图3.3初沉池[3]
4.4曝气池（推流式）
4.4.1设计参数
设计流量Q=80000m3/d
设2座
4.4.2设计计算
（1）水处理程度计算
原污水的BODcr值为160mg/L,经初次沉淀池处理BODcr按降低30%考虑，则进入曝气池的污水，其BODcr值为
Sa＝160×（1－30％）＝112mg/L
计算去除率，设处理水中非溶解性BODcr=7.1bXaCe=7.5，即处理水中溶解性BODcr值为
25-7.5=17.5mg/L
去除率为
=
=0.844=84.4%
（2）曝气池的计算
按BODcr—污泥负荷法计算
①—污泥负荷率的确定
拟定采用的BODcr—污泥负荷率为0.3kgBOD5/（kgMLSS.d）,但为稳妥需要加以校正[3]。
校核公式为
式中K2---系数其值在0.0168-0.028之间，取0.0185
Se---经活性污泥处理系统处理后，处理水中残留的有机污染物BOD量
对生活污水
值为0.75左右
计算结果证明,取值
是适宜的.
②确定混合液污泥浓度
根据已确定的NS值，查表得相应的SVI值为100-150，取值120
X=
式中R=
污泥回流比取50%
---是考虑污泥在二次沉淀池中停留时间，池深，污泥厚度等因素的有关系数，一般取值1.2左右
代入数值X=
=3333mg/L
3300mg/L
③确定曝气池容积
式中Q----设计流量80000m3/d
Sa---原污水的BOD5值mg/LSa=112mg/L
X---曝气池内混合液悬浮固体浓度（MLSS）mg/LX=3300mg/L
④确定曝气池各部位尺寸
设4组曝气池,每组容积为
取池深为h=4.5m,则每组曝气池面积为
取池宽b=4.5m,则b/h=4.5/4.5=1.0，介于
～
之间，
符合规定,扩散装置可设在廊道的一侧
池长
L=F/b=502.8/4.5=111.73m
L/b=111.73/4.5=24.8﹥10，符合规定
设单廊道式曝气池,单廊道长,介于
～
之间,合理
取超高0.5m,则池总高度为
H总=4.5+0.5=5.0m
⑤水力停留时间
⑥计算草图
图3.4曝气池
（3）曝气系统的计算（鼓风曝气）
有关各项参数：
—修正系数，
（0.80.85）取0.82；
--修正系数
（0.90.97）取0.95；C—混合液溶解氧浓度，取2.0mg/L；ρ—压力修正系数，取1.0；EA—空气扩散器的氧转移效率，取12%；
平均时需氧量
O2=a’QSr+b’VXv
=0.5
+0.15
=5722.5kg/d=238.43kg/h
a’----活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率，即活性污泥微生物每代谢1kgBODcr所需要的氧量，以kg计,查表取a’=0.5
b’---活性污泥微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧率，即每kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，以kg计，查表取b’=0.15
Sr----经活性污泥微生物代谢活动被降解的有机污染物量，以BODcr值
Xv---单位曝气池容积内的挥发性悬浮固体（MLVSS）量kg/m3
②最大时需氧量
每日去除的BODcr值
BODcr=
=7560kg/d
去除每千克BODcr的需氧量
O2=5722.5/7560=0.76kgO2/kgBOD
最大需氧量与平均需氧量之比
O2（max）/O2=297.50/238.43=1.25
③计算曝气池内平均溶解氧饱和度
采用网状模型中微孔空气扩散器，敷设于距池底0.2m处，淹没水深4.0m，计算温度为30℃，查表得水中溶解氧饱和度
Cs（20）=9.17mg/LCs（30）=7.63mg/L
空气扩散器出口处的绝对压力
Pb=P+9.8
H=1.013
+9.8
=1.405
Pa
空气离开曝气池面时，氧的百分比
Ot=
100%=
100%=18.96%
式中Cs---在大气压力条件下氧的饱和度mg/L,最不利温度条件按30℃考虑，代入各值得
Csb（30）=7.63（
）=8.74mg/L
④计算鼓风曝气池
时脱氧清水的需氧量
R0=
代入数值
R0=
=333.8kg/h
相应的最大时需氧量为
R0（max）=
=400.57kg/h
⑤曝气池平均时供氧量
Gs=
=
=9272.2m3/h
曝气池最大时供氧量
Gs（max）=
=11126.9m3/h
⑥本系统的空气总用量
除采用鼓风曝气外，本系统还采用空气在回流污泥井提升污泥，空气量按回流污泥量的3-5倍计算，取4倍，污泥回流比R取值50%，这样，提升回流污泥所需空气量为
=6666.7m3/h
总需气量11126.9+6666.7=17793.6m3/h
4.5二沉池（竖流式）
4.5.1设计参数
设计进水量：
Q=0.926m3/s
表面负荷：
qb范围为1.0—1.5m3/m2.h，取q=1.0m3/m2.h；
水力停留时间：
T=1.8h，采用池数
4.5.2设计计算
（1）中心管尺寸
设中心管内流速
则每池最大设计流量
中心管面积
中心管直径
喇叭口直径为
d1=1.35d=1.35×1.98=2.67
反射板直径为
d2=1.3d1=1.3×2.67=3.47
（2）沉淀部分有效断面积F
设污水在池内的上升流速为
（3）沉淀池直径和总面积
A=
=165.7+3.86=135.39
（4）沉淀池有效水深
设沉淀时间
（5）校核池径水深
D/h2=13.13/4.54=2.89≤3
（符合要求）
（6）校核集水槽每米出水堰的过水负荷
符合要求，可不另设辐射式集水槽
（7）池子圆锥部分有效容积
设圆锥底部直径0.4m，截锥高度为
，截锥侧壁倾角为
（8）中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度
设废水从间隙流出的速度
=0.02
/s，一般不大于0.02
/s
5.52
（9）沉淀池总高度
设池子保护高度h1=0.3,缓冲层高度
（泥面低）,则
（10）计算草图
图3.5二沉池
4.6污泥浓缩池
4.6.1设计参数
浓缩池中的污泥总量为:
110.83m3/d
混合污泥含水率:
98.7%
浓缩后污泥含水率:
96%
污泥浓缩时间：
T=16h
贮泥时间：
t=1.5h
4.6.2设计计算
（1）计算污泥浓度
混合污泥含水率:
98.7%
C1=（1-0.987）×103=13㎏/m3
浓缩后污泥含水率:
96%
（2）浓缩池面积
污泥固体通量查表,取
采用单个浓缩池浓缩池直径为
取6m
（3）浓缩池有效水深
=
（4）校核水力停留时间
浓缩池有效体积
污泥在池中停留时间
符合要求
（5）确定污泥斗尺寸
每个泥斗浓缩后的污泥体积
每个贮泥区所需容积
泥斗容积
=
m3
式中：
——泥斗的垂直高度，
=（r1-r2）tg60°=0.69m
r1——泥斗的上口半径，取1.0m
r2——泥斗的下口半径，取0.6m
设池底坡度为0.05，池底坡降为
h5=
故池底可贮泥容积
=
因此，总贮泥容积为
（满足要求）
（6）浓缩池总高度
浓缩池的超高
取0.30m，缓冲层高度
取0.50m
则浓缩池的总高度H为
=3.08+0.30+0.50+0.69+0.1=4.67m
（7）浓缩池计算草图
图3.6污泥浓缩池
4.7污泥脱水机房
加压过滤是通过对污泥加压，将污泥中的水分挤出，作用于泥饼两侧压力差比真空过滤时大，因此能取得含水率较低的干污泥。
此处选用板框压滤机对污泥进行机械脱水，该设备构造简单、推动力大，适用于各种性质的污泥，且形成的滤饼含水率低。
板框压滤机的设计主要包括其面积的设计[1]。
过滤压力为0.392—0.49Mpa,污泥经污泥泵直接压入。
4.7.1设计参数
污泥量Q=107.84m3/d
压滤机的过滤能力L:
过滤消化污泥时为2—4kg干污泥/（
/h），取3
含水率P=96%
过滤周期为1.5—4h
4.7.2设计计算
过滤机的过滤面积
5污水厂总体布置
5.1污水处理厂平面布置
污水处理厂的总体布置时支为达到污水处理厂所规定的处理目标，对污水处理厂内构（建）筑物及工用设施的空间布置。
当然，污水处理厂的各处理构筑物必须按照污水处理厂的处理水量，水质及处理后的出水要求等通过计算并结合实际情况比较后确定。
在选着过程中，需要从技术可靠性，维护管理是否方便，经济上是否合理作比较。
在进行平面布局时候，必须考虑如下几个方面。
布置基本原则：
（！
）减少水头损失，节约能量损耗，降低运行成本
（2）因地制宜，结合地形，注意土方平衡
（3）顺应进出水方向，方便巡视、维护和维修
（
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