日处理20万吨城镇污水处理厂设计.docx
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日处理20万吨城镇污水处理厂设计
设
计
报
告
学院：
化学化工学院
__13环境工程
XX：
游铭安、张文豪、王冬明、周方坤、李连增
第一章总论
本课程设计所处理的水质为城镇污水，伴随着经济发展、人口增加、城镇化与工业化进程的步伐加快，大量城镇污水的排放严重污染了水体环境，为此，我们需要加大建设城镇污水处理工程的力度。
现拟建一处理规模为200000m3/d的某城市污水厂，排入Ⅲ类水体中，所以设计出水水质执行《城镇污水处理厂综合物排放标准》（GB18918-2002）中1级B标准。
本设计采用A2/O工艺，经比选，此工艺具有处理除磷脱氮效果好、流程简单、运行管理方便等优点，适用于当前城镇污水处理厂使用。
本设计包含污水处理工艺流程的确定，工艺流程中各单体的计算，施工图纸的绘制等。
本污水处理厂的建设将有效改善受纳水体水质，促进环境与经济的的可持续发展。
第一节设计任务和内容
1、设计任务
某小区的生活污水量为200000m3/d，变化系数为1.3，CODCr350mg/L，BOD5160mg/L，SS180mg/L，NH4-N40mg/L，TN45mg/L，TP6mg/L，处理后出水排入Ⅲ类水体中。
通过上述参数设计一污水处理厂。
未提供的参数按照设计规范自行选取。
2、设计内容
1、分析设计资料，明确设计任务；
2、选择最佳工艺流程；
3、构筑物设计计算；
4、平面与高程布置。
第二节基本资料
1、水量水质资料
污水设计流量为200000m3/d,污水流量总变化系数取1.97；其进水水质如表1，污水处理后的水质要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）中一级标准的B标准，具体数值如表2。
表1污水进水水质表
项目
BOD5
CODCr
SS
NH4-N
TN
TP
单位
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
数值
160
350
180
40
45
6
表2设计出水水质表
项目
BOD5
CODCr
SS
NH4-N
TN
TP
单位
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
数值
20
60
20
10
20
1
去除率
83%
88%
89%
75%
56%
83%
2、城市污水水量的确定
处理规模：
200000m3/d
总变化系数：
式中Kz—总变化系数
Q—平均日平均时污水流量（L/s）
已知：
Q=200000m3/d=3/s
最大时流量（最大设计流量）
=238000m33/s
平均日流量（m3/d）用以表示污水处理厂的公称规模。
主要表示处理总水量；计算污水处理厂的年抽升电耗和耗药量；产生并处理的污泥总量
设计最大流量（m3/d）污水处理厂进厂水管的设计。
当污水处理厂的进水用水泵抽升时，那么用组合水泵的工作流量作为设计最大流量，但应与设计流量相吻合。
污水处理厂的各处理构筑物以及厂内连接各处理构筑物的灌渠，都应满足设计最大流量的要求
当污水处理厂分期建设时，以相应的各期流量为设计流量
通常情况下，污水处理厂的使用规模指平均日流量，设计规模指最大流量。
第二章污水处理工艺流程说明
一、工艺流程说明
1、工艺流程图
2、工艺流程说明
（1）污水进入厂区后经格栅间的格栅截留较大悬浮物和漂浮物，栅渣打包外运。
（2）在提升泵的作用下污水流入曝气沉砂池，污水中密度较大的无机颗粒物得到去除。
沉砂斗中的沉砂由砂泵吸出，进入砂水分离器进行固液分离。
分离后的砂用砂车外运，污水回流入格栅间。
（3）从沉砂池流出的水经一段明渠和暗管进入配水井（暗管上设电磁流量计进行水量计量），配水井向生化池进行配水，同时回流污泥液经配水井向反应区分配。
（4）污水经氧化沟的生物处理，基本上可以达到去除BOD、COD、磷及氨氮的要求，处理出水自流进入二沉池，进行泥水分离，以达到处理要求。
（5）二沉池处理后的清水流入接触消毒池进行消毒处理，经消毒后的水可回用或直接排放。
（6）回流污泥在回流污泥泵作用下进入配水井；剩余污泥由地下管道自流入集泥池（剩余污泥泵房），在剩余污泥泵作用下进入污泥浓缩池。
经浓缩后的污泥由浓缩污泥提升泵打入贮泥池，再送入污泥脱水机进行脱水处理，使之稳定。
泥饼外运，浓缩池的上清液和污泥脱水装置所脱下来的水送至格栅前进行再处理。
二、工艺特点
本工艺采用A2/O，去除BOD与COD之外，还具备消化和一定的脱氮除磷作用，以使出水
、总磷、总氮低于排放标准。
A2/O性能特点：
1、处理效率高、出水水质好，不但能去除溶解性的有机污染物，还可以去除较多地悬浮性的有机污染物以及部分无机物质；
2、适合于各种规模的污水处理厂（站）；
3、运行工艺灵活在运行中可有多种工艺可供选择，可脱氮除磷，使出水水质进一步提高；
4、好氧生物处理的反应速度较快；
5、所需的反应时间较短故处理构筑物容积较小，污染物处理彻底，最终产物为CO2和H20；
6、运行费用高，节能降耗压力大；
7、对水质水量地变化适应性较差；
8、不适合处理高浓度有机废水；
9、污泥较容易发生膨胀，影响处理效果；
10、泥龄较短，产泥量较大；
11、污泥尚需进一步稳定处理。
第三章处理构筑物设计
第一节格栅间和提升泵房
一、粗格栅设计计算
1、粗格栅设计计算
（1）、栅条的间隙数
式中Qmax 最大设计流量，Qmax=m3/s
格栅倾角，取
＝
b栅条间隙，m，根据一般经验公式取b＝m
n栅条间隙数，30个
h栅前水深，m，取h＝m
v过栅流速，m/s，取v＝1m/s。
那么
＝30 取30个
（2）、栅槽宽度
设栅条宽度 S＝10㎜（0.01m）
那么栅槽宽度 B＝S（n+1）+bn
＝0.01×（30+7×30＝m
（3）、进水渠道渐宽部分的长度
设进水渠宽B1=2m，其渐宽部分开角度a1=20º。
=m
（4）、栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
=4m
（5）、过栅水头损失
式中 h1—过栅水头损失，m；
h0—计算水头损失，m；
.s2；
k—系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般k=3；
—阻力系数，与栅条断面形状有关，
，设计选取栅条断面形状为迎水面为半圆形的矩形，
＝。
为了避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降h1作为补偿见图4。
＝m
（6）、栅后槽总高度
设栅前渠道超高h2=m
H=h+h1+h2
=0.024+0.3+7m
式中H—栅后槽总高度，m
h—栅前水深，m
（7）、栅前渠道深
H1=h+h2
（8）、栅槽总长度
=m
（9）、每日栅渣量计算W
在格栅间隙25mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.05m3。
W=
=m3/d
W>0.2m3/d，所以宜采用机械格栅清渣
三、细格栅设计计算
1、设计说明
功能：
去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，防止堵塞排泥管道。
数量:
一座,渠道数两条
2、细格栅设计计算
（1）、栅条的间隙数
式中Qmax 最大设计流量，Qmax=m3/s
格栅倾角，取
＝
b栅条间隙，m，根据一般经验公式取b＝1m
n栅条间隙数，
h栅前水深，m，取h＝6m
v过栅流速，m/s，取v＝1m/s。
那么
＝ 取43个
（2）、栅槽宽度
设栅条宽度 S＝10㎜（0.01m）
那么栅槽宽度 B＝S（n+1）+bn
＝0.01×（43+1×43＝m
（3）、过栅水头损失
式中 h1—过栅水头损失，m；
h0—计算水头损失，m；
.s2；
k—系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般k=3；
—阻力系数，与栅条断面形状有关，
，设计选取栅条断面形状为迎水面为半圆形的矩形，
＝。
为了避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降h1作为补偿见图4。
＝0.342m
（6）、栅后槽总高度
设栅前渠道超高h2=m
H=h+h1+h2
=+0.3+6=m
式中H—栅后槽总高度，m
h—栅前水深，m
（7）、栅前渠道深
H1=h+h2
=0.3+6=m
（8）、栅槽总长度
=m
（9）、每日栅渣量计算W
在格栅间隙10mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.10m3。
W=
=m3/d
W>0.2m3/d，所以宜采用机械格栅清渣
第二节沉砂池设计
一、设计说明
平流式沉砂池
沉砂池设计计算一般规定
1、沉砂池按去除相对密度2.65、粒径0.2mm以上的砂粒设计。
2、当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算，在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。
3、沉砂池个数或分格数不应少于2，并宜按并联系列设计。
当污水量较小时，可考虑一格工作，一格备用。
4、城市污水的沉砂量可按106m3污水沉砂30m3计算，其中含水率为60%，容重为1500kg/m3，合流制污水的沉砂量应根据实际情况确定。
5、砂斗容积应按不大于2d的沉砂量计算，砂斗斗壁与水平面的倾角不应小于55°。
6、沉砂池除砂宜采用机械方法，并经砂水分离后贮存或外运。
采用人工排砂时，排砂管直径不应小于200mm。
7、沉砂池的超高不宜小于0.3m。
二、设计参数
1、流速为v=0.2m/s；周期T=2d
2、停留时间t=40s，kz
3、有效水深宜为h21.0m，3
4、超高h1
三、设计计算
（1）沉砂池长度
×40=8m
其中：
v——设计流量，m/s
t——沉淀时间，s
（2）水断流面积
m2
其中：
Qmax——最大设计流量，m3/h
（3）池总宽度
其中:
A——沉淀区表面积，m2
（4）设计n=4格，每格宽度
（5）贮沙池所需容积
m3
其中：
T——周期，d
X——城市污水沉沙量，L/m3
Kz——总变化系数
每个沉砂池设两个沉砂斗，四格共8个沉砂斗
（6）沉砂斗各部分尺寸及容积
设计斗底宽b1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为60º，斗高为h3’=1m
那么贮砂斗上宽
贮砂斗容积
（7）沉沙池高度，采用重力排砂，设计池底坡度0.06，坡向沉沙斗长度为
那么沉泥区高度为
池总高度H，设超高h1
H=h1+h2+h3
（9）验算最小流量时的流速
＞0.15m/s,符合要求
第三节氧化沟
1.设计参数
拟用卡罗塞尔（Carrousel）2000型氧化沟,去除BOD5与COD之外,还具备硝化和一定的脱氮除磷作用,使出水NH3-N低于排放标准。
设计最大流量:
设计平均流量:
总污泥龄:
30d
MLSS=4000mg/L,Ml那么MLVSS=3000mg/L
曝气池:
DO=2mg/L
22/N03-N还原
5-l
脱氮速率:
qdnNO3-N/kgMLVSS·d
K1-1KO2
剩余碱度100mg/L（保持PH≥7.2）:
所需碱度:
3-N氧化,产生碱度:
3-N还原
（1）出水处理水中非溶解性BOD5值，设计的出水BOD5为20mg/L,出水处理水中非溶解性BOD5值BOD5f为:
式中:
BOD5f一出水处理水中非溶解性BOD5値，mg/L;
Ce一出水中BOD5的浓度,mg/L;
出水处理水中溶解性BOD5值,BOD5=20-BOD5f
（2）采用污泥龄30d，那么日常泥量为：
设采用污泥龄30d,日产污泥量：
3/d：
a一为污泥增长系数,取0.6kg/kg;
：
Lr一为（Lo-Le）去除的BOD5浓度,mg/L;
Le一出水BOD5浓度,mg/L;
θc—污泥龄，d
那么：
需用于氧化的NH3-N=30-2=28mg/L
需还原的NO3-N=28-10=18mg/L
（3）碱度平衡
一般去除BOD5所产生的碱度（以CaC035,设进水中碱度为250mg/L。
3-N氧化,即7.1×2=mg/L
O3-N还原,即3.0×l=mg/L
计算所得的剩余碱度=250-1+4734+0.1×（）=1/L
计算所得剩余碱度以CaC03计,此值可使PH≥7.2mg/L
（4）硝化区容积计算:
硝化速率为
故泥龄:
采用安全系数为2.5,故设计污泥龄为:
2.5x4.9=12.5d
原假定污泥龄为30d,那么硝化速率为:
单位基质利用率：
硝化容积
水力停留时间：
（5）反硝化区容积
15℃时，反硝化速率为：
（6）氧化沟总容积：
总水力停留时间：
t=tn+tdn
总容积：
V=Vn+Vdn3
（7）氧化沟尺寸：
V总=m3,设4座相同6廊道氧化沟
V单=/4=m3
采用曝气机叶轮直径D=8.00m,氧化沟深度H0=D=m,按水力最优断
面构成,宽度为深度的一倍,即B=2H0=m
总沟长
取6个沟槽,那么每个沟曹的长度为
LD＞691.6/6=115.3m，BD
（8）需氧量计算
图3氧化沟示意图
第四节二沉池
一、二沉池设计说明
为了使得沉淀池内水流更稳（如避免横向错流、异重流、出水束流等）、进出水配水更均匀、存排泥更方便，本设计采用幅流式二沉池。
型式：
中心进水，周边出水辐流式二沉池；
表面负荷q3/m2.h，可取0.9；水力停留时间T
二、二沉池设计计算
1、沉淀池表面面积：
其中：
F——沉淀池表面积，m2
Qmax——设计流量，选用最大时流量，200000m33/h
q——表面水力负荷，m3/（m23/（m2·h）
n——沉淀池个数
2、沉淀池直径D：
3、有效水深h2:
h2
其中：
t——沉淀时间
5、池体总高H：
H=h1+h2+h3+h4+h5
其中：
h1
h2——有效水深，m
h3
h4——沉淀池底坡落差，m,取为0.85m
h5——污泥斗高度，m，取为m
第五节接触消毒池
一、接触消毒池设计说明
因为纳污河段水质标准《地面水环境质量标准》（GB3838-88）中“IV”标准，故需要消毒后处理出水才能排放。
氯价格便宜，消毒可靠且经验成熟，是应用最广泛的消毒剂，所以本设计选用液氯消毒。
二、接触消毒池设计计算
设计廊道式接触反应池1座，水力停留时间t时间为20min
设计流量Q=200000m3/d=m3/min
1、接触池容积V=Qt=×20=2778m3
2、池形状
形式：
长方形迂回廊道式，水流断面宽15.0m，有效水深5.0m
接触池长度
第六节污泥浓缩池
一、设计说明
二沉池产生剩余活性污泥及其他处理构筑物排除污泥由地下管道自流入集流井，剩余污泥泵（采用地下式）将其提升至污泥处理系统。
二、设计计算
1、剩余污泥量Wx：
其中：
Y——净污泥产率系数，kgMLSS/kgBOD5,在污泥龄取为20d时，Y=0.6
Q——污水的平均日流量，m3/d
Lr——去除的BOD5浓度，mg/L
Kd——污泥自身氧化率，d-1-1-1
ts——污泥龄，d，取为ts=20d
湿泥量Qs:
2、浓缩池面积A
相关的设计参数如下：
池体数量N=2
浓缩时间T一般为12~24h，有效水深不小于3m，一般以4m左右为宜
浓缩前污泥含水率P1=99.4%，浓缩后含水率P2=97%
浓缩前污泥固体浓度C1=（1－P1）×103=（1－0.994）×103=6kg/m3
浓缩前污泥固体浓度C2=（1－P2）×103=（1－0.97）×103=30kg/m3
浓缩池面积A:
其中：
Q——污泥量，m3/d
C——污泥固体浓度，kg/L
M——污泥固体通量，kg/（m2·d），对于剩余污泥，一般取为10~35kg/（m2·d），本次设计取M=27kg/（m2·d）
浓缩池单体面积A1:
3、池体直径D：
4、池体总高H：
其中:
h1——浓缩池工作不分有效水深，
h2
h3
h4——刮泥设备所需池底坡度造成的深度
h5
第四章厂址选择和总体布局
第一节污水厂平面布置
一、污水处理厂平面布置的特点
在该污水构筑物设计中，将污水处理构筑物和污泥处理构筑物都按一字型排列，布置紧凑，流线清楚。
1、从大门为综合楼、食堂等，形成入口的生活活动区，该区位于主导风向的上风向，距离格栅及污泥处理系统较远，并且加强绿化，所以该区为生活区环境较好。
2、污泥区和污水区之间由一条主要道路分开。
3、设有后门，生产过程中产生的栅楂、泥饼等由后门运走，而不从前门运起，避免影响大门处生活区的环境清洁。
4、在两组构筑物之间有一条宽4m的道路，用于工作人员巡视和设备搬运，其间可通过一辆汽车。
5、厂区内道路设计考虑工作人员可以顺利地到达任何一处。
污水厂厂区主要车行道宽6～8m，次要车行道宽3～4m，一般人行道1～3m，道路两旁应留出绿化带及适当间距。
二、构筑物的布置
1、各处理单元构筑物的平面布置。
处理构筑物是污水处理厂的主体建筑，在作平面布置时，根据各构筑物的功能要求，结合地形和地质条件确定它们在厂区内平面的位置，作如下考虑：
（ⅰ）贯通连接各处理构筑物之间的管、渠，应便捷、直通，避免迂回曲折；（ⅱ）基本在处理构筑物之间应保持一定的间距，以保证敷设连接管、渠的要求，一般的间距可取值5～8；（ⅲ）各处理构筑物在平面布置上，应考虑尽量紧凑；（ⅳ）污泥处理系统在下风向、生活区在上风向。
2、附属构筑物的平面布置。
辅助构筑物的位置应根据方便、安全等原那么确定。
变电间设在泵房附近；化验室设在综合楼内，远离污泥堆场，以保证良好的工作环境；办公室、会议室与处理构筑物保持适当的距离，并位于主导风向的上风向。
3、厂区内道路规划。
在厂区内设置环状道路，方便运输，踟边种植树木美化厂区。
设有使工作人员方便的巡视各处理构筑物的道路。
主干道8m；次干道4m；人行道2m。
4、管线布置。
除了在各处理构筑物之间设有贯通连接的管、渠，还应设置能够使各个处理构筑物独立运行的超越管道，当某一处理构筑物因故障停止要作时，其后的构筑物仍然保持正常的运行。
同时还应设置事故排放管，它可超越全部处理构筑物，直接排放水体。
此外在厂区内还设有：
给水管、输配电线管、雨水管、厂区内污水管等。
5、厂区占地面积及绿化率。
绿化区厂区面积的30%以上。
6、污泥处理部分场地面积预留，可相当于污水处理部分占地面积的20%~30%。
第二节污水厂高程布置
一、说明
为了降低运行费用和便于维护管理，污水在处理构筑物之间的流动，以按重力流考虑为宜（污泥流动不在此列）。
厂区内高程布置的主要特点是先确定末端构筑物的标高，然后根据水头损失通过水力计算递推前面构筑物的各项控制标高。
污水处理工程的高程布置一般应遵循以下原那么：
1、认真计算管道沿程损失、局部损失，各处理构筑物、计量设备及联络管渠的水头损失；考虑最大时流量、雨天流量和事故时流量的增加，并留有一定的余地；还应考虑当某座构筑物停止运行时，与其并联运行的其余构筑物及有关的连接管渠能通过全部流量。
2、考虑远期发展，水量增加的预留水头。
3、避免处理构筑物之间跌水等浪费水头的现象，充分利用地形高差，实现自流。
4、在认真计算并留有余量的前提下，力求缩小全程水头损失及提升泵站的扬程，以降低运行费用。
5、需要排放的处理水，在常年大多数时间里能够自流排放水位时，可进行短时间的提升排放。
6、应尽可能使污水处理工程的出水管渠管渠高程不受水体洪水顶托，并能自流。
二、高程计算
为了使污水和污泥能在各处理构筑物之间通畅流动，以保证污水处理厂正常运行，必须进行高程布置，以确保各处理构筑物、泵房以及各连接管渠的高程；同时计算确定个部分水面标高。
水力计算常以接受处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水流程向上倒推计算，以使处理后的污水在洪水季节也能直流排出，而水泵需要的扬程那么较小，运行费用也较低。
但是同时应考虑土方平衡，并考虑有利排水。
污水处理厂污水的水头损失主要包括：
水流经过各处理构筑物的水头损失；水流经过连接前后两构筑物的管渠的水头损失，包括沿程损失与局部损失；水流经过量水设备的损失。
高程计算分污水高程与污泥高程。
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