某污水处理厂设计-倒置A2O工艺.doc
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某污水处理厂设计
内容摘要本设计为某污水处理厂工程工艺设计，污水处理厂规模为81040m3/d，污水主要来源为生活污水和工业废水，主要污染物质是BOD、COD、SS、TN、NH3-N、TP，适宜采用生化处理方法。
结合污水来源的水质特征，确定采用倒置A2/O为主体反应池的污水处理工艺流程和以重力浓缩池为主体的污泥处理工艺流程。
本工艺具有良好的去除BOD、COD及脱氮除磷的功能，对BOD、COD、SS、TN、NH3-N、TP的去除率分别能达到96.23%、89.51%、96.68%、68.72%、83.33%、86.23%，污水处理厂处理后的出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准，其出水就近排入水体。
关键词倒置A2/O工艺；脱氮除磷；曝气沉砂池；辐流式沉淀池；重力浓缩池
1设计任务书
1.1设计任务与内容
1.1.1设计简介
本设计为环境工程专业本科毕业设计，是大学四年教学计划规定的最后一个实践性环节，本设计题目为：
西安市某污水处理厂设计。
设计任务是在指导教师的指导下，在规定的时间内进行城市污水处理厂的设计。
1.1.2设计任务与内容
（1）污水处理程度计算
根据水体要求的处理水质以及当地的具体条件、气候与地形条件等来计算污水处理程度。
（2）污水处理构筑物计算
确定污水处理工艺流程后选择适宜的各处理单体构筑物的类型。
对所有单体处理构筑物进行设计计算，包括确定各有关设计参数、负荷、尺寸等。
（3）污泥处理构筑物计算
根据原始资料、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流程，进行各单体处理构筑物的设计计算。
（4）平面布置及高程计算
对污水、污泥及中水处理流程要作出较准确的平面布置，进行水力计算与高程计算。
（5）污水泵站工艺计算
对污水处理工程的污水泵站进行工艺设计，确定水泵的类型扬程和流量，计算水泵管道系统和集水井容积，进行泵站的平面尺寸计算和附属构筑物计算。
1.2设计依据及原始资料
1.2.1设计依据
本设计依据环境工程专业毕业设计任务书，《给水排水工程快速设计手册（2排水工程）》、《排水工程（第二版）》下册、《水污染控制工程（第三版）》下册、《给水排水设计手册（第二版）》、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）等进行设计。
1.2.2设计原始资料
（1）排水体制
排水体制采用完全分流制
（2）污水量
①城市设计人口34万人，居住建筑内设有室内给排水卫生设备和淋浴设备。
②城市公共建筑污水量按城市生活污水量的30％计。
③工业污水量为28000米3／平均日，其中包括工业企业内部生活淋浴污水。
④城市混合污水变化系数：
日变化系数K日＝1.1，总变化系数Kz＝1.3。
（3）水质：
①当地环保局监测工业废水的水质为：
BOD5＝295mg/LCOD＝584mg/LSS＝240mg/L
TN＝46mg/LNH3-N=30mg/LTP＝3.7mg/L
PH＝7～8
②城市生活污水水质：
COD＝420mg/LNH3-N=30mg/LTN＝49mg/LTP＝3.6mg/L
③混合污水：
重金属及有毒物质：
微量，对生化处理无不良影响；大肠杆菌数：
超标；冬季污水平均温度15℃，夏季污水平均温度25℃。
（4）出水水质
污水处理厂出水水质参考《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准，并尽量争取提高出水水质，因此确定本污水厂出水水质控制为：
CODCr≤50mg/LSS≤10mg/LBOD5≤10mg/L
TN＝15mg/LNH3-N=5（8）mg/LTP≤0.5mg/L
城市污水经处理后，就近排入水体，其出水也可作为杂用回用水。
（5）气象资料
①气温：
年平均13.6℃，最高45.2℃，最低－20.6℃
②风向风速：
常风向为东北与西南风，最大风速25m/s
③降水量：
年平均降雨量587.63mm，最高年817.8mm，最低年285.2mm。
④冰冻期36d，土壤冰冻深度最大50cm，一般为10cm。
（6）水体、水文地质资料
①水体资料
污水厂处理出水排入水体，水体河底标高390.65m，平均流量1.5m3／s，平均水深2.8m，底坡8‰。
②区域地下水为潜水，地下水位在5.0～10.0m，随季节变化。
水质对混凝土无侵蚀性。
（7）工程地质资料
①地基承载力特征值130KPa，设计地震烈度7度。
②土层构成：
由上至下包括黄土状亚粘土、饱和黄土状亚粘土、细粉砂与中粗砂、亚粘土等。
（8）污水处理厂地形图，厂区地坪设计标高为398.88m。
（9）污水处理厂进水干管数据
管内底标高392.38m，管径1250mm充满度0.85
2设计水量和水质计算
2.1设计水量计算
本设计中设计水量的计算包括平均日污水量、最大日污水量、最大时污水量的计算，按照《给水排水工程快速设计手册（2排水工程）》第7页表2-6公式进行计算。
2.1.1平均污水量Qp的计算
（1）生活污水量Qp1的计算
式中：
—每人每日平均污水量定额L/（人·d），该市位于陕西，由《给水排水工程快速设计手册（2排水工程）》第6页表2-4查知，陕西属于第二分区，居住建筑内设有室内给排水卫生设备和淋浴设备，所以为100~140L/（人·d），取=120L/（人·d）
N—设计人口数，34万人
=340000120L/d=40800m3/d
（2）公共建筑污水量Qp2的计算
=30%=30%40800m3/d=12240m3/d
（3）工业污水量的计算
由原始资料可知：
=28000m3/d
（4）平均污水量的计算
40800+12240+28000=81040m3/d
2.1.2设计最大日污水量的计算
=1.181040m3/d=89144m3/d
2.1.3设计最大时污水量的计算
=1.381040m3/d=105352m3/d
2.1.4设计水量汇总
各设计水量汇总入表1中。
表1.各设计水量汇总
项目
水量
m3/d
m3/h
m3/s
L/s
平均日污水量
81040
3376.67
0.938
937.96
最大日污水量
89144
3714.33
1.032
1031.76
最大时污水量
105352
4389.67
1.219
1219.35
2.2设计水质
2.2.1进水的水质计算
本设计进水水质计算包括SS、BOD5、COD、TN、NH3-N、TP等的浓度的计算，其计算方法如下[1]：
（1）混合污水中SS浓度的计算：
式中：
s—每人每日排放的污水量，s=120L/（人·d）
as—每人每日排放的SS的量，由《给水排水设计手册（第五册）》第246页查知，as=35-50g/（人·d），取as=40g/（人·d）
①生活污水中SS浓度的计算
mg/L=333.33mg/L
②工业污水中SS浓度的计算
由设计原始资料得知Cs2=240mg/L
③混合污水中SS浓度计算
==301.08mg/L
（2）混合污水中的BOD5浓度的计算
式中：
s—每人每日排放的污水量，s=120L/（人·d）
as—每人每日排放的BOD5的量，由《给水排水设计手册（第五册）》第246页查知，as=20-35g/（人·d），取as=30g/（人·d）
①生活污水中BOD5浓度的计算
=mg/L=250mg/L
②工业污水中BOD5浓度的计算
由设计原始资料得知=295mg/L
③混合污水中浓度计算
==265.55mg/L
（3）混合污水中的COD浓度的计算
①生活污水中COD浓度
COD=420mg/L
②工业污水的COD浓度
COD=584mg/L
③混合污水中COD浓度
COD=mg/L=476.66mg/L
（4）混合污水中的TN浓度的计算
①生活污水中TN浓度
TN=49mg/L
②工业污水的TN浓度
TN=46mg/L
③混合污水中TN浓度
TN=mg/L=47.96mg/L
（5）混合污水中的NH3-N浓度的计算
①生活污水中NH3-N浓度
NH3-N=30mg/L
②工业污水的NH3-N浓度
NH3-N=30mg/L
③混合污水中NH3-N浓度
NH3-N=mg/L=30mg/L
（6）混合污水中的TP浓度的计算
①生活污水中TP浓度
TP=3.6mg/L
②工业污水的TP浓度
TP=3.7mg/L
③混合污水中TP浓度
TP=mg/L=3.63mg/L
（7）混合污水其它水质指标
①重金属及有毒物质：
微量，对升华处理无不良影响；
②大肠杆菌数：
超标；
③冬季污水平均温度15℃，夏季污水平均温度为25℃。
2.2.2出水水质设计
（1）污水处理厂出水水质参考《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准，并尽量争取提高出水水质，因此确定本污水厂出水水质控制为：
CODCr≤50mg/LSS≤10mg/LBOD5≤10mg/L
TN＝15mg/LNH3-N=8mg/LTP≤0.5mg/L
（2）城市污水经处理后，就近排入水体，其出水也可作为杂用回用水。
（3）处理厂对污水各项指标的处理程度
式中：
—进水中某种污染物的平均浓度（mg/L）
—出水中该种污染物的平均浓度（mg/L）
将各项水质指标带入上式中，计算出对污水的处理程度如下：
SS96.68%COD89.51%BOD596.23%
TN68.72%NH3-N83.33%TP86.23%
2.3计算当量人口数N
式中：
—城市人口数，34万人；
—公共建筑用水折算而得的人口数，
—工业废水折算而得的人口数。
2.3.1公共建筑用水折算而得的人口数
2.3.2工业废水折算而得的人口数
工业废水按SS、BOD浓度折合为人口数是按照《给水排水设计手册（第五册）》第246页公式4-1转化进行计算的，折合成人口数的计算公式为：
（1）工业废水按SS计算
式中：
—工业废水中SS的浓度，Css=240mg/L；
—工业废水的平均日污水量，Qp2=28000人；
as—每人每日排放的SS量，由《给水排水设计手册（第五册）》第246页查知，as=35-50g/（人·d），取as=40g/（人·d）。
=168000=16.8万人
（2）按BOD5计算
式中：
—工业废水中BOD5的浓度，CBOD5=295mg/L
—工业废水的平均日污水量，Qp2=28000人
as—每人每日排放的BOD5量，由《给水排水设计手册（第五册）》第246页查知，as=20-35g/（人·d），取as=30g/（人·d）
=275333人=27.53万人
3确定工艺流程
3.1工艺流程选择的原则
污水处理的目的主要有两个，其一是保护水资源不受污染，因此处理后出水要达到水质标准；其二是污水回用，处理后出水用于农田灌溉、城市中水和工业生产等，为此处理水要满足相应的用水要求，《水处理工程师手册》对工艺流程的选择给出了以下的原则和要求，所以污水处理工艺的选择也要按照下面的原则和要求进行[2]。
（1）工艺流程应根据原水性质和用水要求选择，其处理程度和方法应符合现行的国家标准和地方的有关规定，处理后水质应符合有关用水和排放的标准要求；
（2）应充分利用当地的地形、地址、水文、气象等自然条件及自然资源；
（3）污水处理应充分考虑排放水体的稀释、自净能力，根据污水处理程度来选择流程；
（4）流程选择应妥善处理技术先进和合理可行的关系，并考虑远期发展对水质水量的要求，考虑分期建设的可能性；
（5）流程组合的原则应当是先易后难，先粗后细，先成本低的方法，后成本高的方法。
3.2工艺流程的确定
按照污水处理工艺流程选择的原则和要求，可得比较合适于西安市某污水处理厂的工艺是倒置A2/O法工艺。
该工艺采用较短时间的初沉池或者不设初沉池，使进水中的细小有机悬浮固体有相当的一部分进入生物反应器，以满足反硝化菌和聚磷菌对碳源的需求，并使生物反应器中的污泥能达到较高的浓度；整个系统中的活性污泥都完整地经历过厌氧和好氧的过程，因此排放的剩余污泥中都能充分地吸收磷；避免了回流污泥中的硝酸盐对厌氧释磷的影响；由于反映其中活性污泥浓度较高，从而促进了好氧反应器中的同步硝化、反消化，提高了处理系统的脱氮除磷的效率[3]。
本法的具体工艺流程如图1所示。
出
水
厌氧
反应池
缺氧
反应池
好氧
反应池
回流污泥（25%-100%）Q
回流混合液
（0-200%）Q
鼓风机房
细
格
栅
粗及
格泵
栅站
沉砂池
砂水
分离器
栅
渣
砂
渣
剩余污泥
污泥浓缩池
脱水车间
干泥外运
上清液流至厂内污水管
二
沉
池
消毒
池
外运处置
污水超越管
图1倒置A2/O法工艺流程图
污水
4水处理各构筑物的选择及设计计算
4.1 进水闸井的设计
4.1.1污水厂进水管
1.设计依据[1]：
（1）进水流速在0.9~1.1m/s；
（2）进水管管材为钢筋混凝土结构；
（3）进水管按非满流设计，；
2.设计计算
（1）取进水管流速为，由《给水排水设计手册（第二版）》第1册查知，取管径为，设计坡度；
（2）已知最大日污水量；
（3）初定充满度h/D=0.85，则有效水深；
（4）已知管内底标高为392.38m，则水面标高为：
393.44
（5）管顶标高为：
；
（6）进水管水面距地面距离。
4.1.2进水闸井工艺设计
进水闸井的作用是汇集各种来水以改变进水方向，保证进水稳定性。
进水闸井前设跨越管，跨越管的作用是当污水厂发生故障或维修时，可使污水直接排入水体，跨越管的管径比进水管略大，取为1400mm，进水闸井的设计要求如下[2]：
（1）设在进水闸、格栅、集水池前；
（2）形式为圆形、矩形或梯形；
（3）井底高程不得高于最低来水管管底，水面不得淹没来水管管顶。
考虑施工方便以及水力条件，进水闸井尺寸取6×4.5m，井深6.5m，井内水深1.2m，闸井井底标高为392.19m，进水闸井水面标高为393.39m，超越管位于进水管顶1.0m处，即超越管管底标高为394.63m。
由《水处理工程师手册》第566页表6.1.3选用HZJ5—I型闸门，其安装尺寸参数如下表2所示：
表2HZJ5—I型闸门安装参数
Q
E
F（F1）
G（G1）
H
H1
d2
P
S
2500×2000
2780
1250
1125
285（265）
390
（370）
3320
1180
180
12
（4）启闭机的选择
由《水处理工程师手册》第566页表6.1.3查得选用LOD型电手动两用启闭机。
4.2格栅
4.2.1格栅的作用及种类
格栅由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端，用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物，如纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、木片、布条、塑料制品等，防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口，减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行[3]。
按照格栅形状，可分为平面格栅和曲面格栅；按照格栅净间距，可分为粗格栅（50-100mm）、中格栅（10-40mm）、细格栅（1.5-10mm）三种，平面格栅和曲面格栅都可以做成粗、中、细三种[3]。
本工艺采用矩形断面中格栅和细格栅各一道，采用机械清渣，中格栅设在污水提升泵房之前，细格栅设在提升泵房之后。
4.2.2格栅的设计原则
本设计中格栅的设计原则主要有[1]：
（1）格栅的清渣方式有人工清渣和机械清渣，一般采用机械清渣；
（2）机械格栅一般不宜少于两台；
（3）过栅流速一般采用0.6-1.0m/s；
（4）格栅前渠道内的水流速度一般采用0.4-0.9m/s；
（5）格栅倾角一般采用；
（6）通过格栅的水头损失一般采用0.08-0.15m；
（7）格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5m，工作台上应有安全和冲洗设施；
（8）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：
人工清除不应小于1.2m，机械清除不应小于1.5m；
（9）机械格栅的动力装置一般宜设在室内，或采取其他保护设施；
（10）格栅间内应安装吊运设备，以利于进行格栅及其他设备的检修、栅渣的日常清理。
4.2.3格栅的设计计算
1．中格栅的计算
本设计中格栅的设计计算如下[1]：
前面计算可知：
max=1.219m3/s，计算草图8
图2格栅示意图
（1）格栅间隙数
式中：
—栅条间隙
Qmax—最大设计流量，m3/s；
—栅条间隙，m；
—栅前水深，m；
—污水流经格栅的速度，一般取0.6—1.0m/s；
a—格栅安装倾角，（°）
取中格栅栅前水深为=1，格栅栅条间隙=20mm，过栅流速=0.9m/s，格栅安装倾角a=60°，设置两台机械格栅，则每台格栅间隙数为：
；则=32
（2）栅槽宽度
式中：
—栅槽宽度，m；
—栅条宽度，取S=0.01m；
—栅条间隙，取=0.02m
—栅条间隙数，=32个；
=m
（3）进水渠道渐部分长度
式中：
—进水渠道渐宽部分长度，m；
B1—进水渠道宽度，取B1=0.60m
a1—渐宽部分展开角度，取；
（4）出水渠道渐窄部分长度
（5）过栅水头损失
通过格栅的水头损失可以按下式计算：
式中：
—设计水头损失，m；
—计算水头损失，m；
—重力加速度，m/s2；
—系数，格栅受污堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；
—阻力系数，其值与栅条锻炼形状有关。
设格栅断面形状为锐边矩形，则
（6）栅后槽总高度
设栅前渠道超高，栅前水深，则
，取1.4m
（7）栅前槽高度
（8）栅槽总长度L
（9）每日产生的栅渣量
式中：
—每日栅渣量，
—单位体积污水栅渣量，，中格栅间隙为20，取=0.05
—生活污水总变化系数，=1.3
﹥0.02，宜采用机械清渣
每台格栅每日栅渣量
（10）中格栅及格栅除污机选型
由《给水排水设计手册（第二版）》第11册第521页查知，选用两台GH-1000链条回转式多耙格栅除污机，其规格及性能如下表3：
表3GH-1000链条回转式多耙格栅除污机的规格和性能参数
型号
格栅宽度（）
格栅净距（mm）
安装角a（）
过栅流速
（）
电动机功率（）
GH-1000
1000
20
60
0.9
1.1~1.5
2．细格栅的计算
本设计中格栅的设计计算如下[1]：
（1）格栅间隙数
式中各项字母代表的意义同前，取细格栅栅前水深为1.5m，格栅栅条间隙b=10mm，过栅流速0.9m/s，格栅安装倾角a=60°，设置两台机械格栅，则每台格栅间隙数为：
（2）栅槽宽度
式中：
—栅槽宽度，m；
—栅条宽度，取=0.01m；
—栅条间隙，取=0.01m；
—栅条间隙数，=42个；
=0m
（3）进水渠道渐部分长度
式中：
—进水渠道渐宽部分长度，m；
1—进水渠道宽度，取1=0.60m；
a1—渐宽部分展开角度，取；
（4）出水渠道渐窄部分长度
（5）过栅水头损失
通过格栅的水头损失可以按下式计算：
式中：
—设计水头损失，
—计算水头损失，
—重力加速度，/s2
—系数，格栅受污堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3
—阻力系数，其值与栅条锻炼形状有关
设格栅断面形状为锐边矩形
（6）栅后槽总高度
设栅前渠道超高，栅前水深，则
，取2.1m
（7）栅前槽高度
（8）栅槽总长度L
（9）每日产生的栅渣量
式中：
—每日栅渣量，
—单位体积污水栅渣量，，中格栅间隙为20，取=0.05
—生活污水总变化系数，=1.3
﹥0.02，宜采用机械清渣
每台格栅每日栅渣量
（10）细格栅及格栅除污机的选择
由《给水排水设计手册（第二版）》第11册第533页查知，选用两台XWB-Ⅲ-08-15背耙式格栅除污机，其性能如下表4所示：
表4XWB-Ⅲ-08-15背耙式格栅除污机
型号
格栅宽度（mm）
耙齿有效长度（mm）
安装倾角（）
提升质量（kg）
格栅间距（mm）
提升速度（m/min）
电机功率（KW）
XWB-Ⅲ-08-15
800
100
60
200
10
3
0.5
4.3沉砂池
4.3.1沉砂池的作用及类型
污水中的无机颗粒不仅会磨损设备和管道，降低活性污泥活性，而且会板积在反应池底部减小反应池有效容积，甚至在脱水时
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