某城镇污水处理工艺设计SBR法.docx
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某城镇污水处理工艺设计SBR法
四川理工学院课程设计
某城镇污水处理工艺设计
学生：
吴波
学号：
11101050117
专业：
给水排水工程
班级：
11级2班
指导教师：
司马卫平
四川理工学院建筑工程学院
二○一三年十二月
四川理工学院
课程设计（论文）任务书
设计（论文）题目：
某城镇污水处理工艺设计
系：
建筑工程专业：
给排水班级：
11级2班学号：
11101050117
学生：
吴波指导教师：
司马卫平
接受任务时间2013年12月
1．课程设计（论文）的主要内容及基本要求
（一）项目简介
某城镇排水工程设计基础资料：
根据城市规划，到2010年，镇区城镇人口4.8万人，到2020年，镇区城镇人口9.0万人。
设计综合污水定额包括人均居民生活污水定额、人均公建商业污水定额和工业用水定额。
综合用水量定额为：
2010年，420升/人/天；2020年，510升/人/天。
城市污水水质如下：
BOD5150～220mg/L，CODCr230～340mg/L，SS200～320mg/L，NH3-N15～40mg/L，磷酸盐6.8～9.4mg/L，pH6.5～8，水温12～30℃。
工业污水水质经城市污水处理厂处理之后要求出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准的B标准要求如下：
CODcr≤60mg/L、BOD5≤20mg/L、SS≤20mg/L、NH3－N≤8mg/L、TP≤1.5mg/L。
根据所提供的基础设计资料和图纸，完成某市污水处理厂厂址的选择、污水处理工艺流程的方案比较，对推荐处理工艺的处理构筑物和附属建筑物进行设计计算，绘制污水厂平面图、工艺流程图和主要的处理构筑物工艺图；完成某市污水处理厂设计说明书和计算书的编制。
（二）图纸内容及要求
1、污水处理厂主要处理构筑物工艺图——各主要处理构筑物的平面图和剖面图，节点大样图、材料设备一览表、图例明确、尺寸要标准清楚，准确。
2、污水处理厂总平面布置图——具体要求：
根据污水处理厂布置原则进行污水处理厂总平面的布置，要考虑远期用地及绿化带、办公室、化验室等的用地。
3、污水处理厂污水处理流程高程布置图——要求作出详细的高程标注，包括构筑物的控制标高及水位标高。
2．主要参考文献
1.《给水排水设计手册》，1册、5册、10册、11册，中国建筑工业出版社.
2.《给水排水快速设计手册》，2册、4册、5册，中国建筑工业出版社，1998年6月.
3.《排水工程》，上、下册，第三版，中国建筑工业出版社，1996年6月.
4.《市政工程定额与预算》，建设部标准定额研究所编，中国计划出版社，1993年6月.
5.《污水脱氮除磷技术》，中国建筑工业出版社，1998年11月.
6.《城市污水生物处理新技术开发与应用》，化学工业出版社，2001年5月.
7.《水处理新技术及工程设计》，化学工业出版社,2001年5月.
8.《排水管网理论与计算》，中国建筑工业出版社，2000年12月.
9.《城市中小型污水处理厂的建设与管理》，化学工业出版社，2001年5月.
10.期刊《给水排水》，近几年各期.
11.期刊《中国给水排水》，近几年各期.
摘要
污水处理作为排水工程的一个重要组成部分，在一个城市发展进程中占据不可小觑的地位。
本次排水工程课程设计旨在对某城镇污水处理厂进行一个初步设计，根据该城镇地形图和河流、风向情况，选定污水处理厂的位置；根据城市污水的水质情况，通过污水处理方法、工艺流程的比较，以及污水处理构筑物型式的选择，决定采用间歇式活性污泥法处理工艺，从而使处理后的出水水质满足国家污水处理排放一级B标准，并对剩余污泥进行处理。
对各处理构筑物、污水处理厂高程进行计算，画出污水处理厂平面布置图、处理流程高程布置图以及主要处理构筑物工艺图。
关键词：
排水工程；污水处理厂；间歇式活性污泥法；处理构筑物
1.前言………………………………………………………………………………6
2.设计任务及设计资料……………………………………………………………7
2.1设计题目……………………………………………………………………7
2.2设计任务……………………………………………………………………7
2.3设计资料……………………………………………………………………7
2.4设计要求……………………………………………………………………7
3.污水处理厂设计规模……………………………………………………………8
3.1污水处理厂位置的确定……………………………………………………8
3.2污水处理厂的设计规模……………………………………………………8
3.3处理构筑物的设计规模……………………………………………………8
4.污水处理程度的确定……………………………………………………………9
5.污水处理工艺流程方案的确定…………………………………………………10
5.1工艺流程方案的选择………………………………………………………10
5.2方案的技术经济比较………………………………………………………10
6.污水处理构筑物及设计运行参数………………………………………………12
6.1格栅的设计…………………………………………………………………12
6.1.1泵前中格栅的设计计算……………………………………………12
6.1.2泵后细格栅的设计计算……………………………………………14
6.2调节池与污水提升泵房的设计……………………………………………15
6.2.1调节池的设计………………………………………………………15
6.2.2污水提升泵房的设计………………………………………………15
6.3沉砂池的设计………………………………………………………………16
6.3.1沉砂池的选择………………………………………………………16
6.3.2沉砂池的设计计算…………………………………………………16
6.4ICEAS反应池的设计………………………………………………………17
6.4.1设计参数……………………………………………………………18
6.4.2反应池的设计计算…………………………………………………18
6.5接触池的设计………………………………………………………………22
7.污泥处理构筑物及设计运行参数………………………………………………24
7.1贮泥池的设计………………………………………………………………24
7.2污泥浓缩脱水间的设计……………………………………………………24
8.污水处理厂的平面布置及高程布置……………………………………………25
8.1污水处理厂的平面布置……………………………………………………25
8.2污水处理厂的高程布置……………………………………………………26
9.结束语……………………………………………………………………………27
参考文献……………………………………………………………………………28
致谢辞………………………………………………………………………………29
附录…………………………………………………………………………………30
1.前言
课程设计是实现高等工科院校培养目标所不可缺少的教学环节，是教学计划中一个重要组成部分。
通过排水工程下课程设计训练学生综合应用所学理论知识，在老师指导下，培养学生独立完成一个小型城镇污水处理厂设计的能力；让学生熟练掌握污水处理厂设计的相关的内容、方法步骤，以及设计说明书的编写。
污水处理厂是城市生活、工业用水后必不可少的一个环节，污水处理厂的设计是根据城镇所在地形地势、风向河流以及城镇的整体规划等综合因素考虑后进行，按照基本建设程序及有关的设计规定、规程确定的。
包括其中最重要的污水处理工艺构筑物、污泥处理工艺构筑物以及办公楼等其他附属构筑物，同时满足近期和远期的发展要求。
其主要内容包括：
设计基本资料、污水处理厂厂址的选择、污水处理工艺流程方案的选择、各处理构筑物的选择及其设计计算、污水处理厂的平面布置等。
通过本次设计，加强学生对排水工程理论知识的理解，培养学生的设计思路，并且引导同学深入思考问题，提高学生分析问题和解决问题的能力。
2.设计任务与设计资料
2.1设计题目
某城镇污水处理工艺设计
2.2设计任务
根据所提供的基础设计资料和图纸以及运用所学的排水工程的相关知识，进行某市污水处理厂的初步设计。
2.3设计资料
根据城市规划，到2010年，镇区城镇人口4.8万人，到2020年，镇区城镇人口9.0万人。
设计综合污水定额包括人均居民生活污水定额、人均公建商业污水定额和工业用水定额。
综合用水量定额为：
2010年，420升/人/天；2020年510升/人/天。
城市污水水质如下：
BOD5150～220mg/L，CODCr230～340mg/L，SS200～320mg/L，NH3-N15～40mg/L，磷酸盐6.8～9.4mg/L，pH6.5～8，水温12～30℃。
工业污水水质经城市污水处理厂处理之后要求出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准的B标准要求如下：
CODcr≤60mg/L、BOD5≤20mg/L、SS≤20mg/L、NH3－N≤8mg/L、TP≤1.5mg/L。
2.4设计要求
完成某市污水处理厂厂址的选择、污水处理工艺流程的方案比较，对推荐处理工艺的处理构筑物和附属建筑物进行设计计算，绘制污水厂平面图（考虑远期用地及绿化带、办公室、化验室等的用地）、工艺流程高程布置图（作出详细的高程标注，包括构筑物的控制标高及水位标高）和主要的处理构筑物工艺图（各主要构筑物的平面图和剖面图，节点大样图、材料设备一览表、图例明确、尺寸标准清楚）。
3.污水处理厂设计规模
3.1污水处理厂位置的确定
由于该城镇的地形从北向南逐渐降低，经常处于东北风情况下，且城镇最南方有河流流出，故污水处理厂的位置确定在城镇南方紧挨河流处。
3.2污水处理厂的设计规模
污水处理厂规模以处理水量的平均日平均时流量计，本次设计在计算污水处理厂规模时，采用综合用水定额进行排水量的计算。
查资料可取综合折减系数0.8，水渗入量取污水量的15%，所以近期处理水量为：
；远期处理水量为：
。
据此，污水处理厂的设计规模为：
近期2.2万m3/d，远期4.4万m3/d。
3.3处理构筑物的设计规模
污水处理厂内的处理构筑物分为两组，每组处理规模为1.1万m3/d。
近期建设两组，则处理规模为2.2万m3/d，远期再增加两组，处理规模达到4.4万m3/d。
结合《城市中小型污水处理厂的建设与管理》，根据污水处理厂远期处理规模，可确定污水处理厂占地面积为5.0hm2。
4.污水处理程度的确定
根据《城镇污水厂污染物排放标准》，该镇污水排放标准必须满足一级B标准，由处理后的水质与原水水质计算可得污水处理程度，即：
BOD5去除率：
CODcr去除率：
SS去除率：
NH3-N去除率：
TP去除率：
根据污水处理厂的进出水水质以及各指标的去除率，得表4-1。
表4-1污水厂进出水水质及去除率
指标
进水水质（mg/L）
出水水质（mg/L）
去除率（%）
BOD5
220
20
91
CODcr
340
60
83
SS
320
20
94
NH3-N
40
8
80
TP
9.4
1.5
84.1
5.污水处理工艺流程方案的确定
5.1工艺流程方案的选择
根据《城市污水处理和污染防治技术政策》，20万m3/d规模的大型污水厂一般采用常规性活性污泥法工艺，10～20万m3/d规模的污水厂可采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺，对于城镇小规模的污水厂可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。
对除磷脱氮另有要求的城市，应采用二级强化处理，如A2/O工艺、A/O工艺、SBR及其改良工艺、氧化沟工艺等。
从污水厂进出水水质比较可知，该污水处理厂不仅要能够有效的去除BOD5、CODcr、SS等，还必须能达到脱氮除磷的效果。
因此，初步可考虑采用具有脱氮除磷功能的A2/O工艺、SBR及其改良工艺和氧化沟工艺。
另外，由于本污水处理厂属于小型城镇污水处理，故应依据小型城镇污水的特点进行针对性考虑。
一般情况下，对于小型城镇来说，其污水具有以下特点：
1 承担排水面积小，污水量也较小，但水量、水质的日变化较大，因此处理工艺应具有较强的抗冲击负荷能力，去除率高。
2 处理工艺简便易行、运行稳定、维护管理方便。
3 处理工艺应能较方便的改变其处理流程。
4 基建投资和运行费用低、节省能耗，一般要求自动化程度较高以降低运行成本。
5 一般不设污泥消化，宜采用低负荷的延时曝气工艺，在减少剩余污泥产量的同时使污泥实现好氧稳定。
根据上诉污水处理特点，参照《城市中小型污水处理厂的建设与管理》，综合污水处理厂进出水水质要求以及污水厂的规模等因素，提出以下两个方案：
①间歇式循环延时曝气活性污泥法工艺（ICEAS）；②Carrousel氧化沟。
5.2方案的技术经济比较
对初步提出的两个处理方案进行技术经济比较，详细见表5-1。
表5-1处理工艺方案技术经济比较表
方案一（Carrousel氧化沟处理工艺）
方案二（ICEAS处理工艺）
该工艺为改良型A2/O工艺
该工艺为SBR工艺的改良工艺
续表5-1
（1）在处理某些工业废水时尚需预处理，但在处理城市污水时不需要预沉池。
（2）污泥稳定，不需消化池可直接干化。
（3）工艺稳定可靠。
（4）工艺控制简单。
（5）BOD去除率达95%～98%，COD去除率达90%～95%，同时具有较高的脱氮除磷效果。
（6）不再使用卧式转刷曝气机而采用立式低速搅拌机，从而使曝气池占地面积大大减小。
（7）从“田径跑道”式向“同心圆”式转化，池壁共用，降低了占地面积和工程造价。
（8）运行费用相对较高。
（9）总体占地面积较大。
（1）工艺流程简单、管理方便、造价低。
只需设一个反应器，不需设二沉池、污泥回流设备。
故基建费用较节省，节省用地。
（2）反应器内活性污泥处于吸附、吸收及生物降解和活化的交替变化过程之中，因此处理效果好。
（3）可以很容易的交替实现好氧、缺氧、厌氧环境，且可通过改变曝气量、反应时间来创造条件以提高脱氮除磷效率。
（4）污泥沉降性能好。
该工艺具有的特殊运行环境抑制了丝状菌的生长，无污泥膨胀之虞。
（5）运行费用相对方案一较低。
（6）沉淀期进水在主反应区底部造成水力紊动，影响泥水分离时间，进水收到限制。
通过两种方案的技术经济比较，方案二在技术上较先进，经济上其基建投资及运行费用较低，所以选择方案二（ICEAS处理工艺）作为该城镇污水处理厂的处理工艺，其工艺流程如图5-1所示。
图5-1ICEAS工艺处理流程图
6.污水处理构筑物及设计运行参数
6.1格栅的设计
格栅是污水处理的预处理设施，用以截留悬浮物或漂浮物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。
根据形状、栅条净间距、清渣方式不同，分为不同的格栅，一般情况下采用平面格栅。
6.1.1泵前中格栅的设计计算
由于污水中所含的漂浮物较多其大，故泵前进水格栅采用中格栅，设计污水量按远期流量Q=510L/s=0.51m3/s计算，且设置两格，每格流量为0.255m3/s。
格栅计算草图见图6-1。
图6-1格栅计算草图
1.设计参数
栅条净间隙b=20mm；
栅前流速v1=0.70m/s，过栅流速v2=0.90m/s；
栅前部分长度L1=0.5m，格栅倾角α=
；
进水渠道渐宽部位展开角
；渠道超高h2=0.3m；
栅条宽度S=0.01m；单位栅渣量
。
2.设计计算
（1）确定栅前水深h。
取栅前水槽宽B1=0.8m，故栅前水深
h=B1/2=0.8/2=0.40m
（2）栅条的间隙数
（取33根）
（3）栅槽宽度B
故格栅槽安装宽度取1.2m。
（4）进水渠道渐宽部分的长度L1
（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2
（6）过栅水头损失h1。
设栅条断面为矩形截面，当为矩形断面时β=2.42，取k=3。
则
（7）栅前、后槽总高度H1、H。
（8）栅槽总长度L。
（9）每日栅渣量W。
故采用机械清渣。
6.1.2泵后细格栅的设计计算
污水经过调节池提升至沉砂池中，故在进入沉砂池前设细格栅，进一步去除无水肿较小的颗粒悬浮物、漂浮物。
设计污水量Q=510L/s=0.51m3/s，设置两组格栅，每组流量为0.255m3/s。
栅条净间隙b=10mm，单位栅渣量
，其余参数与前述中格栅相同。
（1）确定栅前水深h。
取栅前水槽宽B1=0.8m，故栅前水深
h=B1/2=0.8/2=0.40m。
（2）栅条的间隙数
（取66根）
（3）栅槽宽度B
故取格栅安装宽度为1.50m。
（4）进水渠道渐宽部分的长度L1
（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2
（6）过栅水头损失h1。
设栅条断面为矩形截面，当为矩形断面时β=2.42，取k=3。
则
（7）栅前、后槽总高度H1、H
（8）栅槽总长度L
（取3.00m）
（9）每日栅渣量W
故采用机械清渣。
6.2调节池与污水提升泵房的设计
6.2.1调节池的设计
作为调节构筑物，调节池设置在进水端中格栅后面，能够稳定水流，缓冲污水变化，起到一定的调节作用。
其设计流量按近期Q=255L/s=0.255m3/s考虑，停留时间HRT=8h；有效水深h=6.0m，超高取0.3m。
所以调节池容积为：
调节池面积：
取长为50m，宽为25m，调节池的实际尺寸为50m×25m×6.3m；实际体积V=7875m3>7344m3，满足要求，远期再增加一座。
6.2.2污水提升泵房的设计
根据污水处理厂总体建设规划，确定采用湿式矩形半地下合建式泵房，其具有布置紧凑、占地少、结构较省的特点。
泵站的土建部分按远期进行考虑设计，提升泵站的设计流量采用近期流量Q=255L/s=918m3/h进行设计。
污水提升泵的扬程：
调节池调节容量=近期流量×30min=255×10-3×30×60=459m3
调节池调节水位=459/（50×25）=0.37m
净扬程Z=提升最高水位-泵站吸水最低水位=437.89-432.17+0.37=6.09m
水泵水头损失h1取2.0m，自由水头h2取1.0m，故提升泵扬程为：
H=Z+h1+h2=6.09+2.0+1.0=9.09m。
查《给排水设计手册》第11册可选择潜污泵，近期配置3台，两用一备，单台提升流量为400m3/h，扬程为10m。
远期设计流量Q=1836m3/h，考虑到远期发展，应留有2台400m3/h，扬程为10m潜污泵的位置。
由于泵房一旦建成不易扩建，所以泵房采取远期发展设计。
根据泵房设备布置尺寸的一般要求，以及考虑一定检修空间，每台泵工作面积为15m2，确定提升泵房的尺寸20m×10m，故提升泵房的面积为200m2，其中工作间的面积为15×5=75m2。
6.3沉砂池的设计
沉砂池只要用于去除污水中粒径大于0.2mm，比重为2.65的砂粒，以减轻对水泵、管道的磨损，改善污泥处理构筑物的处理条件。
6.3.1沉砂池的选择
常用的有平流沉砂池、曝气沉砂池、多尔沉砂池和钟式沉砂池。
平流沉砂池截留效果较好、构造简单、工作稳定；曝气沉砂池在池的一侧通入空气，砂粒间产生摩擦，使砂粒上的悬浮有机物分离，不能使细小悬浮物沉淀；多尔沉砂池将刮砂机刮下的沉砂清洗后有机物再回流，运行较复杂；钟式沉砂池具有占地小、能耗低、土建费用低等优点。
经过比较，本次设计可选择钟式沉淀池，且分为两组,远期再增加两组。
6.3.2沉砂池的设计计算
每组设计流量为Q=128L/s，根据设计流量确定钟式沉砂池型号及尺寸，进行沉砂池的计算。
祥见表6-1和图6-2。
表6-1钟式沉砂池型号及尺寸表
型号
流量（L/s）
A
B
C
D
E
F
2.43
1.0
0.450
0.900
0.30
1.35
200
180
G
H
J
K
L
0.40
0.30
0.40
0.80
1.15
图6-2钟式沉砂池计算草图
取进水渠道流速v=0.6m/s，有效水深0.6m，则进水渠道宽度B3：
（取0.5m）
进水渠道直段长度为渠宽的7倍，渠宽B3=0.5m，故进水渠道长L3=3.5m。
渠道超高为0.3m，则渠高H=0.6+0.3=0.9m。
有效容积：
水力停留时间：
产砂量取x1=3.0m3砂量/105m3污水，则每日产砂量Qs：
（含水率P=60%）
砂斗容积：
每组沉砂池配备一台提砂机、一台砂水分离器，沉砂经提砂机进入砂水分离器，分离后的污水回流到沉砂池，砂粒外运。
6.4ICEAS反应池的设计
ICEAS工艺是SBR的一种改良工艺，不仅具有SBR全部的优点，还能很好的脱氮除磷，且在SBR基础上进行了两项改变。
一是在运行方式上，采用连续进水、间歇排水的运行方式，即使在沉淀期和排水期也仍保持进水，使反应池没有进水阶段和闲置阶段；二是在反应池的构造上，在反应区前端用隔墙增加了一个预反应区，将反应区分成了小体积的预反应区和大体积的主反应区两段。
反应池水量按近期流量设计，以保证处理效果，且设置相同的两座，远期再增加两座。
6.4.1设计参数
反应池进水BOD5=176mg/L（考虑一级去除20%）,CODcr=272（考虑一级去除20%）,SS=192mg/L（考虑一级去除40%），NH3-N=40mg/L,TP=9.4mg/L。
二级处理出水要求：
CODcr≤60mg/L、BOD5≤20mg/L、SS≤20mg/L、NH3－N≤8mg/L、TP≤1.5mg/L。
每组设计流量采用近期流量Q=128L/s；
污泥负荷F/M取0.07kgBOD5/（kgMLVSS
d）；
取污泥指数SVI=100,MLVSS/MLSS=0.75;
取污泥层高h=2.0m；
6.4.2反应池的设计计算
（1）每日去除的BOD5量F，
（2）混合液挥发性悬浮固体M
M=F/0.07=1725/0.07=24643kg/d
（3）混合液悬浮固体MLSS
MLSS=MLVSS/0.75=24643/0.75=32857kg/d
相当于2971mg/L。
（4）沉淀后，污泥所占体积V污
V污=SVI×MLSS=100/1000×32857=3285.7m3
（5）每座ICEAS反应池面积S
S=V污/h=3285.7/2.0=1643m2
（6）每座ICEAS反应池的尺寸，反应池有效容积为
反应池有效高度Hˊ=V/S=9360/1643=5.7m，池体长宽比采用2.5，则反应池长64
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