某城市生活污水脱氮除磷工艺设计.docx

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某城市生活污水脱氮除磷工艺设计

洛阳理工学院

毕业论文（设计）

题目：

10万t/d城市生活污水脱氮除磷工艺设计

学生：

刘丁维

系别：

环境工程与化学系

专业班级：

B090703

指导教师：

刘彩霞

辅导教师：

刘彩霞

时间：

2012年9月――2013年6月

10万t/d城市生活污水处理厂工程设计

摘要

随着城市生活污水排放量的增加，城市生活污水成为水污染的一个重要来源。

工程设计的目标污水为洛阳市的城市生活污水，每日平均流量100000m3/d。

设计针对城市生活污水水质特征，对SBR、氧化沟和A2/O工艺进行比选，选择SBR作为主体工艺。

污水通过格栅→沉砂池→调节池→SBR池→加氯接触池工艺流程处理后，理论计算的出水指标均达到设计要求，符合国家《城镇生活污水处理厂综合排放标准》二级排放标准。

该工程总投资为2101.72万元，水的处理成本为0.104元/吨。

关键词：

SBR工艺；城市生活污水；脱氮除磷

Theengineeringdesignofthecitysewagetreatmentprocessofquantityof100000m³/d

ABSTRACT

Withtheincreaseofmunicipalwastewaterdischarge,itisanimportantsourceofwaterpollution.Thedesignfocusedonthequalitycharacteristicsofmunicipalwastewater.SBR,oxidationditchprocessandA2/OwerecomparedandSBRwasselectedasthemainprocess.TheTechnologyprocessis:

wastewater→Screenmachine→Gritchamber→theadjustivepools→SBRpool→chlorinecontacttank→Effluent.Theeffluentmeetsthesecond-levelofthedischargestandards,whichwasruledinthe.Thetotalinvestmentofthedesignisabout￥21.02million,thecostofthetreatmentis￥0.104/ton.

KEYWORDS：

SBR,municipalwastewater,Nitrogenandphosphorusremoval

前　言

第1章概述

1.1设计任务及依据

1.1.1设计任务

10万t/d城市生活污水处理厂工程设计

1.1.2设计依据

（1）《中华人民共和国环境保护法》和《水污染防治法》

（2）《污水综合排放标准GB8978－1996》

（3）《生活杂用水水质标准》（CJ25.1—89）

（4）《毕业设计任务书》

（5）《毕业设计规范》

1.1.3设计原则

（1）仔细研究各项基础资料、基本数据，全面分析各项影响因素，充分的掌握水质水量特点、地域特性，并合理选择设计参数，为工程设计提供可靠的依据。

（2）在污水厂的征地范围内，厂区的总平面布置要力求在便于施工、安装和维修的前提下，使各处理构筑物尽量集中，节约用地，扩大绿化面积（一般绿化面积不少于污水厂的30%），并留有发展余地。

使厂区环境和周围环境相协调。

（3）选择技术先进、运行稳定、投资和处理成本合理的污水污泥处理工艺，积极慎重地采用经过实践证明行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备，使污水处理工艺先进、运行可靠，处理后水质稳定地达标排放。

（4）厂区内应设有运输污泥的旁门或者后门。

厂区建筑风格要求统一，简洁，美观，大方，并与厂区周围景观相协调适应。

（5）污水处理厂作为环境保护工程，应避免或尽量减少对环境产生负面影响，如气味、固体废物、噪声污染等；妥善处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂、污泥和臭气等，避免对环境造成二次污染。

（6）应遵循国家政策，符合法律规定。

（7）以人为本，充分考虑便于污水厂运行管理的措施。

污水处理过程中的自动控制，力求安全可靠、经济实用，以利提高管理水平，降低劳动强度和运行费用。

1.2设计水质及资料

1.2.1污水来源与特点

此污水为洛阳市某区的生活污水，生活污水是指人们生活过程中排出的废水，生活污水的排放量比工业废水要少得多，而且在组成上也有很大的不同，其中固体悬浮物很少（不到1%），而且多为无毒物质，主要是日常生活中的厨房用水、洗涤水、浴洗水、冲洗水、和粪便水。

其中氮磷的含量较高，废水流量也较大，日排放量为100000立方米，废水流量变化系数为1.2。

污水厂所处地的风向西风。

该地区生活污水具有以下特征：

污水中BOD、COD、SS含量不是很高，不属于高浓度有机废水，容易降解。

污水中的磷、氮含量比较高，脱氮除磷是生活污水处理中的关键部分。

1.2.2环境条件

污水厂所处地的风向西风。

洛阳在中国中部地区，位于暖温带或亚热带过渡地带，属于大陆性气候，夏热冬冷。

年均气温为14.86℃。

热量分布和风向受地貌和季节的影响，各地差异较大。

1.2.3设计进出水水质

1.设计水量

原水水量Q=100000m3/d=4166.7m3/h

取流量总变化系数为Kz=1.24

则最大设计流量Qmax=Kz⋅Q=1.24×4166.7=5166.7m³/h=1.43m³/s

2.进出水水质指标

表1-1进出水水质指标表（单位：

mg/L）

项目

SS

CODCr

BOD5

NH4+-N

TP

污水水质

250

350

200

40

15

排放标准

≤20

≤60

≤20

≤15

≤1

排放标准：

城镇污水处理厂污染物排放标准。

1.3工艺比选

生活污水的处理除了去除有机污染物，还必须脱氮除磷，现在常见的工艺流程有：

SBR工艺，A/A/O工艺和氧化沟工艺等。

此次设计的规模为10万吨每天的污水处理厂设计，非常适合于采用以上三种工艺且可以达到对生活污水很好的脱氮除磷效果。

根据这三种工艺的特点，针对此次设计，分别设计出了相应的工艺流程。

现对其工艺流程及技术特点通过图示的方法进行对比分析。

1.3.1工艺流程对比

1.SBR工艺

图1-1SBR工艺流程图

生活污水经过格栅去除大颗粒悬浮物以及部分的BOD5。

再通过集水井、提升泵、平流沉砂池、调节污水的水质水量进入SBR反应器，在反应器内预先培养一定量的活性污泥，当污水进入反应器与活性污泥混合接触并有氧存在时，微生物利用污水中的有机物进行新陈代谢，除去污染物。

经沉淀处理和加氯消毒后水与活性污泥分离，处理后的污水水外排。

2.A2/0工艺

图1-2A2/O工艺流程图

生活污水经由一级处理的格栅、沉砂池和初沉池进入二级处理的厌氧池、缺氧池和曝气池，经过这一系列处理后在二次沉淀池中进行泥水分离，二沉池出水后直接排放。

二沉池中一部分污泥作为回流污泥进入二级处理部分，剩余污泥与初沉池污泥进入污泥浓缩池，经浓缩之后，污泥进入脱水机房加药脱水，最后外运处理。

3..氧化沟工艺

图1-3氧化沟工艺流程图

生活污水经粗细格栅去除大颗粒污染物和漂浮物后，在沉砂池近一步去除泥砂，进入氧化沟进行氧化处理去除有机物并进行脱氮除磷处理，然后处理后的污水进入二沉池进行泥水分离，上清液外排。

从二沉池排出污泥部分回流回氧化沟，剩下的剩余污泥首先进入浓缩池，进行污泥浓缩，然后再送至带式压滤机，进一步脱水后，最后运到垃圾填埋场处理。

1.3.2工艺说明

（1）SBR工艺

SBR是序列间歇式活性污泥法的英文简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥处理方法，又可以称作序批式活性污泥法。

与传统污水处理工艺不同在与，SBR工艺技术采用时间分割的操作方式来替代空间分割的操作方式，非稳态生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀代替了传统的动态沉淀。

它的主要特征是在运行上的有序性和间歇的操作，SBR技术的核心是SBR反应器，该反应器集均化、生物降解、初沉、二沉等功能于一体，无需污泥回流系统。

污水经这个废水处理工艺的处理能够达到设计要求，产生的污泥经过浓缩、压滤、脱水等工艺处理后，可以进行堆肥或其它处理。

2）A2/0工艺

A2/O工艺或称AAO工艺是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文第一个字母的简称，在一个处理系统中同时具有厌氧区、缺氧区、好氧区。

该工艺主要适用于要求脱氮除磷的大中型城市的污水处理厂，处理效率一般能达到：

SS和BOD5为90%~95%，总氮为70%以上，磷为90%左右。

污水首先进入厌氧反应区，同时进入的还有从二沉池回流的活性污泥，聚磷菌在厌氧环境条件下释磷，同时转化易降解COD、VFA为PHB，部分含氮有机物进行氮化。

然后污水进入缺氧反应器，它的首要功能是进行脱氮。

硝态氮是通过混合液内循环由好氧反应器传输过来，通常内回流比为2-4倍原污水流量，部分有机物在反硝化菌的作用下利用硝酸盐作为电子受体而得到降解去除。

最终混合液会从缺氧反应区进入好氧反应区，混合液中的COD浓度已基本降至接近排放标准，在好氧反应区除了进一步降解有机物外，还主要进行氨氮的硝化和磷的吸收，混合液中硝态氮回流至缺氧反应区，污泥中过量吸收的磷通过剩余污泥排除。

（3）氧化沟

氧化沟是活性污泥法的一种变型，其曝气池呈封闭循环的沟渠态，所以它在流态上不同于传统的活性污泥法，是一种首尾相连的内循环式曝气沟渠，污水在其中得到净化处理。

最早的氧化沟是加以护坡处理的土沟渠，采用间歇进水间歇曝气的方式，从这一点上来可以说，氧化沟最早是一种以序批方式处理污水的技术。

氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备构成，沟体的平面形状一般呈环状，也可以是马蹄形、长方形、圆形或其他形状，沟端面形态多为梯形和矩形。

1.3.3三种工艺的比选

根据设计特点和设计的要求对SBR工艺、AA/O工艺、氧化沟工艺进行对比。

（1）SBR工艺、AA/O工艺、氧化沟工艺这些从活性污泥法衍化出来的工艺都可以实现除磷、脱氮，都是比较实用的除磷脱氮的工艺。

（2）就脱氮除磷的效果来说，三种工艺都有良好的除磷脱氮效果，但是对于A2/O工艺想要再提高脱氮的效率，就必须加大它的内循环比，从而会加大运行的费用，而SBR工艺和氧化沟工艺的运行费用则偏低。

（3）对于规模为10万吨/天的中小型污水处理厂来说，因为AA/O工艺对于中小型污水处理厂的建设费用偏高，所以SBR工艺与氧化沟工艺是首选。

（4）对于三种工艺分别所需要的建设面积来说，SBR工艺需要的建设面积最少，因此对于用地越来越紧张，地皮较贵的城市而言，SBR工艺是最为有利。

（5）工程设计的地址为洛阳，冬季温度比较低，在寒冷的天气条件下，表面爆气器会造成表面冷却甚至结冰，将会降低污水的温度，然而当污水的温度降低时，对生化反应尤其是硝化反应的影响很大。

所以，在寒冷的地区，采用氧化沟工艺，就需要采取一些特殊保湿措施，比如将氧化沟加盖等，因此这些措施都会使氧化沟工艺在和其它工艺的竞争中，处于不利的地位。

（6）鼓风曝气会比机械曝气更省电，SBR采用的是鼓风曝气，氧化沟工艺采用的是机械曝气设备，因此就耗能比较，SBR工艺比较节省能源的消耗。

（7）对于有些水量不大的中小城镇，夜间产生污水比较少或者几乎没有污水产生，这时候SBR工艺和交替式氧化沟工艺就更显示出优越性，因为曝气设备可以白天运行，夜间停止运行。

（8）随着如今科技水平的不断提高，污水处理厂的管理也应更趋于简单，容易的模式，因此，对于管理较为复杂的A2/O工艺和氧化沟工艺，SBR工艺具有自动化程度高，管理方便、简洁的优势，但是对于管理人员的技术要求也相应比较高。

（9）从水质指标上，SBR工艺与氧化沟艺对CODCr、BOD5和SS都有较高的去除效率，对氨氮和磷的去除率低却是二者共同存在的问题。

但对于除磷方面氧化沟效果不比SBR好，原因是由于氧化沟属于延时曝气，污泥龄较长。

对于选择污水厂的处理工艺，是一件比较复杂的事情，目前的各种处理工艺，都有着各自的优缺点，因此应该是选择最适合某个特定工程的工艺，而并不是去追求最先进的某一工艺。

根据污水处理厂的规模、进出水的水质状况、当地的经济、气候情况、地质条件、厂址选择情况、电价等各种因素，因地制宜地选择合适的污水处理工艺，尽量达到投资成本少，运行费用低，运行管理简便。

如果在这些各种因素难以达到平衡的条件下，应该优选择运转费用低，运行简单的工艺。

SBR工艺一般适用于中小规模、土地紧张、具有引进设备条件的场合。

综上所述，从各个方面的比较和权衡，决定采用SBR工艺作为本次设计的主体工艺。

1.4污水处理厂主体构筑物说明

1.4.1格栅

格栅是由一组或多组平行的金属栅条制成的金属框架，一般斜置在废水流经的渠道上，并且在进水泵站之前，用来截阻比较大块的呈悬浮或漂浮状态的固态污染物，以避免堵塞水泵和沉淀池的排泥管。

主要设计参数：

假设采用机械式格栅（锐边矩形），组数为4组

栅前流速V=0.8m/s，（取0.6~1.0m/s）

通过格栅的水头损失：

（取0.08~0.25m）

栅前水深：

h=0.4m（取0.3~0.5m）

安装倾角α=60o（取60o～90o）

格栅间隙e=20mm，属于中格栅

1.4.2污水提升泵房

1.主要的构筑物

主要的构筑物由全部地下式的钢筋混凝土结构为矩形的集水池、半地下式泵房和地面配电间组成。

集水池的长为12m，宽为6m，有效水深为2m。

半地下式泵房的高为3m，地面建筑高度为5m。

2.主要设备

提升泵采用3台潜水式污水泵WQ2590_807，（2用1备），其主要性能参数为Q=300L/s，H=14.5m，N=165kW，其带自耦装置。

另2台潜水式污水泵WQ4520_664,其主要性能参数为Q32083，H=14.5m,N=110KW.

泵房内设置电动单梁起重机1台，起重量为3t。

各水泵的出水管汇集至出水井，出水集中后通过连接渠进入细格栅渠。

1.4.3曝气沉砂池

曝气沉砂池的主要作用是去除污水中比重大于2.65，粒径大于0.2mm的无机颗粒，以确保后续流程的正常运行。

沉砂池一般有4种：

曝气式、竖流式、钟式、平流式。

普通的平流沉砂池的主要缺点是沉砂中含有15%有机物，会使沉砂过程中的后续处理难度增大。

采用曝气沉砂池能够克服这一缺点。

1.主要的构筑物

构筑一座钢筋混凝土矩形水池，分为2格。

设计参数为：

单格流量为290L/s，池子总宽度为3.5m，池长为12m，设计有效水深为2m，有效容积为84m3。

2.主要设备

①双跨桥式的自动刮砂机一套，桥长为5.5m。

②吸砂泵2台，流量为25~30m3/h,扬程为H=5m，根据时间来控制其自动运行，同时设有手动控制。

③砂水分离器1套，Q=60m3/h，由吸砂泵运行的信号控制。

④穿孔曝气系统和曝气管路2组，微孔曝头2000个，由手动阀门调节其气量。

1.4.4小型鼓风机房

设置小型鼓风机房的作用主要是给沉砂池曝气。

1.主要的构筑物

小型鼓风机房一座，内设置空气廊道，空气经滤后进入廊道，鼓风机进气管与廊道连接，同时，机房内设置单梁悬挂起重机一台，起重量为3t。

2.主要设备

设置小型罗茨鼓风机2台，其主要参数为：

Q=5m3/min，P=39.2kpa，N=1.5kW。

根据空气管路的压力由PLC自动调整供气量，并进行顺序轮换运行控制，同时设有手动控制。

1.4.5调节池

调节池是使管渠和构筑物能够正常的工作，不受污水高峰时的流量或浓度变化的影响，需要在污水处理设施之前设置一个调节池。

其作用是可以对水量和水质进行调节，调节污水的pH值、水温等，还有预曝气的作用，也可用作事故排水。

要求：

（1）调节池的位置，需根据所需的调节的容积和消落的深度，结合地质、地形等条件进行选择，最好利用天然洼地。

（2）调节池的布置方式最好根据地形、地质条件等选择，可以采用与引水渠相结合或相连通、与前面的池子相结合或相连通、通过连接渠（管）直接向压力管道或下一池供水等方式。

调节池与各连接建筑物的水流衔接经水力计算可确定。

（3）调节池内可设沉渣斗，沉渣可通过排渣管定期向外排出。

为了防止污水在池内短流，可在池子内设置若干纵向隔板。

1.4.6SBR反应池（详细说明）

生活污水连续的按顺序进入每一个池，SBR反应池的运行操作在时间上也是按次序排列的。

SBR工艺完整的操作过程，也就是每一个间歇反应器在处理污水时的操作流程，包括进水期、反应期、沉淀期、排水排泥期、闲置期，五个阶段。

这样操作的周期是周而复始进行的，用以达到不断的进行泥沙处理的目的。

对于单个的SBR反应器来说，在时间上有效的控制和变换，即可达到多种功能的要求，非常的灵活。

1.4.7接触消毒池与加氯间

设计说明

接触消毒池的作用是将经过深度处理后的污水在排出污水厂之前经过最后的加氯消毒处理。

设计流量Q=100000m3/d=4166.7m3/h；水力停留时间T=0.5h；设计投氯量为C=3.0~5.0mg/L

1.4.8污泥浓缩池

为了降低污泥的含水率，可采用污泥浓缩的方法来降低污泥中的含水量，减少污泥的体积，并且能够减少污泥池的容积和处理所需要的投药量，减小用于输送污泥的管道和泵的尺寸。

1.构筑物

功能：

降低污泥中的含水率，减少污泥的体积

结构型式：

砖混结构式双层地上建筑；数量：

1座；平面尺寸：

10m×5m×3m

设计的参数：

2.主要设备

①浓缩脱水机

设备类型：

DY—3000带式脱水机

设备数量：

2台

设计的参数：

8~15m3/h，设计的工作时间为24h。

②污泥投配泵

设备类型：

偏心螺杆泵

设备数量：

2台

设计参数：

单机为Q=38m3/h，扬程为H=4m，功率为N=11kW

③加药系统

设备类型：

固体聚丙烯酰胺高分子絮凝剂的制备以及计量投加系统

设备数量：

1套（含溶剂罐、储药罐各1个，计量泵3个）

功率：

N=11kW

控制方式：

根据脱水污泥的量按比例来控制投加絮凝剂的量

④污泥输送机

设备类型：

无轴螺旋输送机

设备数量：

1台

设计参数：

输送能力5~8m3/h

⑤单梁起重机

设备类型：

单梁悬挂式电动起重机

设备数量：

1套

设计参数：

T=2t

第2章设计计算

2.1格栅

2.1.1设计说明

设计参数

假设采用机械式格栅（锐边矩形），组数为4组

变化系数：

Kz=1.24

平均日流量：

Q=100000m³/d=4166.7m³/h=1.157m³/s

最大日流量：

Qmax=KzQd=1.24×4166.7=5166.7m³/h=1.43m³/s

栅前流速V=0.8m/s，（取0.6~1.0m/s）

通过格栅的水头损失：

（取0.08~0.25m）

栅前水深：

h=0.4m（取0.3~0.5m）

安装倾角α=60o（取60o～90o）

格栅间隙e=20mm，属于中格栅

2.1.2设计计算

（1）过栅水头损失h2

h2=h0·k=§

sin60°×3=0.081m§=2.42×（

）

经核算h2位于0.05～0.15m内，符合标准

（2）栅条间隙数n

（3）栅槽总宽度B

B=S（n-1）+bn=10×（40-1）×10-3+20×10-3×40=1.19≈1.2m

（4）进水渠道渐扩部分长度L1，取B1=0.3m

核算：

①B>B1

②V1=

=0.72m/s栅前流速0.6～1.0m/s故符合标准

③B/B1≥1.2符合标准

（5）栅槽总长度L

L2=

L1,H1=h0+h1（超高0.3m）

L=L1+L2+1.0+0.5+

=1.4+0.7+1.0+0.5+0.417=4.017

（6）栅槽总高度

H=h0+h1+h2=0.3+0.4+0.81=0.781m

（7）栅渣量

对于栅条间隙e=20mm的格栅，对与城市生活污水，每单位体积的污水拦截的污物为W1=0.05m3/103m3。

因此每日渣量为：

所以采用机械格栅。

2.2污水提升泵房

根据污水流量，泵房设计为L×B=12×6m

1.主要的构筑物由全部地下式的钢筋混凝土结构为矩形的集水池、半地下式泵房和地面配电间组成。

半地下式泵房的高为3m，地面建筑高度为5m。

2.主要设备

提升泵采用3台潜水式污水泵WQ2590_807，（2用1备），其主要性能参数为Q=300L/s，H=14.5m，N=165kW，其带自耦装置。

另2台潜水式污水泵WQ4520_664,其主要性能参数为Q32083，H=14.5m,N=110KW.

2.3调节池

2.3.1设计说明

调节池是使管渠和构筑物能够正常的工作，不受污水高峰时的流量或浓度变化的影响，需要在污水处理设施之前设置一个调节池。

其作用是可以对水量和水质进行调节，调节污水的pH值、水温等，还有预曝气的作用，也可用作事故排水。

要求：

（2）调节池的位置，需根据所需的调节的容积和消落的深度，结合地质、地形等条件进行选择，最好利用天然洼地。

（2）调节池的布置方式最好根据地形、地质条件等选择，可以采用与引水渠相结合或相连通、与前面的池子相结合或相连通、通过连接渠（管）直接向压力管道或下一池供水等方式。

调节池与各连接建筑物的水流衔接经水力计算可确定。

（3）调节池内可设沉渣斗，沉渣可通过排渣管定期向外排出。

为了防止污水在池内短流，可在池子内设置若干条纵向的隔板。

2.3.2设计计算

采用4个池子。

（1）池容积V

V=Qmax•t=4000×4=16000m3

（2）池表面积A

A=V/（h•n）=16000/5×4=800m3（h≤5m）

（3）池长与池宽

池长：

池宽选用2∶1，采用一池双格式

L=40m，B=20m

（4）总高

H=h+h1=5+0.3=5.3m

2.4曝气沉砂池

2.4.1设计说明：

生活污水经过螺旋泵提升后进入平流曝气沉砂池，然后分为两格。

沉砂池的池底采用多斗集砂。

设计流量Qmax=5166.7m³/h=1.157m³/s，设计水力停留时间t=2.0min，水平流速v=0.08m/s，有效水深H1=2.0m。

2.4.2池体设计计算：

a.曝气沉砂池的有效容积V

V=Qmax/60×t=5166.7/60×2.0=172m3

每格池的有效的容积为53m3

水流断面面积为A=53/2=26.5m2；

b.沉砂池的水流部分长度L为

L=V×t=0.08×2.0×60=9.60m

取L=10.0m。

则单格池宽为26.5/10=2.65m

总池宽为2*2.65=5.3m

2.4.3曝气系统的设计计算：

采用的鼓风曝气系统，罗茨鼓风机供风，穿孔管曝气。

设计曝气量q=0.2m3/（m3.h）

空气的用量Qa=qQmax=0.2×5166.7=1033m³/h=17.27m3/min

供气压力p=15kPa

穿孔管的布置：

在每格曝气沉砂池的池长边的两侧分别设