某城镇污水治理工程中污水处理厂的初步设计毕业设计 推荐.docx
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某城镇污水治理工程中污水处理厂的初步设计毕业设计推荐
摘要
本设计是某城镇污水治理工程中污水处理厂的初步设计。
设计处理废水为典型的城镇综合污水，规模为1.84万吨/天，处理水质为：
BOD5=190mg/L、COD=380mg/L、SS=238mg/L、NH3-N=49mg/L、TP=4.9mg/L，设计出水水质：
BOD5≤20mg/L、COD≤60mg/L、SS≤20mg/L、NH3-N≤15mg/L、TP=0.5mg/L。
要求废水处理后达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》的一级B排放标准。
设计采用二段生物接触氧化法工艺，工艺主体构筑物主要包括沉砂池、初沉池、生物处理池和消毒池。
生物处理池采用的是二段接触氧化工艺，该方法不仅结构紧凑，管理操作也很方便。
消毒池采用加氯消毒。
本工艺具有出水水质良好、生物脱氮效果佳、污泥量少且稳定、以及运行管理方便等特点。
关键词：
城镇污水处理；接触氧化工艺；脱氮除磷
Abstract
Thisprojectisaprimarydesignofsewagetreatmentplantinatown.Thetreatedwastewaterisatypicalintegratedsewageinatown.Thedesigncapacityofthesewageis18400m3/d.Theprimarywaterqualityispresentedasfollowing:
BOD5=150mg/L,COD=300mg/L,SS=180mg/L,NH
-N=20mg/L,TP=2.5mg/L;andtheeffluentneedreachtheStatecriterion,Dischargestandardofpollutantsformunicipalwastewatertreatmentplant（GB18918－2002）,whichisBOD5≤20mg/L,COD≤60mg/L,SS≤30mg/L,NH4-N≤8mg/L,TP≤1mg/L.
Thetwo-stagecontactoxidationmethodwasadoptedinthedesignprocessthatmainstructureconsistsofgritchamber,primaryclarifier,contactbio-oxidationunitanddisinfectionunit.Thetwo-stagebiologicalcontactoxidationprocessinthebiochemistrytreatmentunitischaracterizedascompactstructureandconvenientoperation.Chlorinewasusedfordisinfectionoftheeffluent.Theprocesshasalotoffeatures,suchasgoodwater-qualityoftheeffluent,efficientbio-denitrification,producingofsmallamountofsteadysludge,andautomatedoperation.
Keywords:
sewagetreatment;biologicalcontactoxidationprocess;denitrificationandphosphorousremoval
第一章绪论
1.1设计任务及原始资料：
1.1.1设计人口：
40000人
1.1.2人均污水量标准：
180~220L/人·d
第三产业以及工业废水总量12000m3/d
1.1.3综合污水水质：
CODCr＝380mg/L；BOD5＝190mg/L；SS＝238mg/L；NH3-N＝49mg/L；TP＝4.9mg/L
1.1.4污水平均水温15.0℃，pH＝6～9
出水水质要求：
中华人民共和国国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918－2002）》中一级B标准
1.1.5气象资料：
年平均气温15.0℃，年均降雨量1200mm，年平均风力3.5mm/s
1.1.6城镇地质资料：
土壤冰冻深度为10mm，土质一般为砂质粘土。
第二章污水处理厂工艺设计及计算
2.1污水处理厂设计规模的确定
2.1.1污水水量的确定
在人类的生活和生产中，使用着大量的水。
水在使用的过程中受到不同程度的污染，改变了原有的化学成分和物理性质，这些水称为污水或废水。
污水也包括雨水及冰雪融化水。
污水按来源的不同，分为生活污水、工业废水和降水3类。
假设设计需要采用分流制，不考虑雨污合建的情况，污水厂的设计规模按污水量和工业废水量来确定。
1、生活污水量Q1的确定
根据设计任务书查得设计地区城市人口数N=40000人，设计人均用水量q=180~220L/人·d
生活污水量的确定以城市人口数，污水量标准或用水标准乘系数，一般取k=0.8左右，即生活污水量
Q1=k·N·q=0.8×40000×200L/d=6400000L/d=6400m3/d
2、工业废水量Q2的确定和第三产业废水量Q3的确定
根据设计任务书查得工业废水量Q2+Q3=12000m3/d
3、设计最高日污水量Qd的确定
设计地区城市最高日污水量Qd为
Qd=Q1+Q2+Q3=6400+12000=18400m3/d
4、设计最高日最高时污水量Qh的确定
根据总变化系数Kh=Kd×Kh=（220÷180）×（220÷180）=1.5
日变化系数Kd：
一年中最大日污水量与平均日污水量的比值
时变化系数Kh：
最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值
Qh=Kh×Qd÷24=1.5×18400/24=1150m3/h
2.1.2污水厂设计规模的确定
应满足设计地区最高日污水量Qd和设计地区最高日最高时污水量Qh这样才能真正达到设计污水处理厂的设计处理要求，才能保证污水厂的处理负荷在设计处理负荷之内，保证污水厂的高效处理能力，保证污水厂的安全运行能力，达到污水处理厂设计要
求。
所以：
污水厂设计规模为：
Qh=1150m3/h=319.44L/s≈320L/s
2.2污水处理厂工艺流程方案的确定
2.2.1城市污水处理厂工艺流程方案的提出
污水处理厂的工艺流程系指保证处理水达到所要求的处理程度的前提下，采用的污水处理技术各单元的有机组合。
在选定处理工艺流程的同时，还需要考虑确定各技术单元构筑物的型式，两者互为制约，互为影响。
污水处理工艺流程选定，主要以下列各项因素作为依据。
2.2.2污水的处理程度
根据处理水的出路和污水的水质，确定污水中各种污染物的处理程度。
首先要计算污水（包括生活污水、工业废水和三产废水）的水质：
BOD进=150mg/L，COD进=300mg/L，SS进=180mg/L，NH3-N进=20mg/L，TP进=2.5mg/L
则污水的处理程度如下表2.1
表2.1污水各种污染物的处理程度
项目
BOD5（mg/L）
COD（mg/L）
SS（mg/L）
NH3-N（mg/L）
TP（mg/L）
进水
150
300
180
20
2.5
出水
20
60
20
8
1
去除率
86.7%
80%
88.9%
75%
60%
2.2.3污水水质和水量的变化情况
除水质外，原污水的水量也是选定处理工艺需要考虑的因素，水质、水量变化较大的污水，应考虑设调节池或事故贮水池，或选用承受冲击负荷能力较强的处理工艺。
工程施工的难易程度和运行管理需要的技术条件也是选定处理工艺流程需要考虑的因素，地下水位高，地质条件较差的地方，不宜选用深度大、施工难度高的处理构筑物。
2.2.4工程造价和运行费用
工程造价与运行费用也是工艺流程选定的重要因素，当然处理水应当达到的水质标准是前提条件。
这样，以原污水的水质、水量及其他自然状况为已知条件，以处理水应达到的水质指标为制约条件，而以处理系统最低的总造价和运行费用为目标函数，建立三者之间的相互关系。
减少占地面积也是降低建设费用的重要措施，从长远考虑，它对污水处理厂的经济效益和社会效益有着重要的影响。
2.2.5当地的各项条件
当地的地形、气候等自然条件也对污水处理工艺流程的选定具有一定的影响。
当地的原材料与电力供应等具体问题，也是选定处理工艺应当考虑的因素。
2.2.6运行管理
对于运行管理水平有限的小型污水处理厂或工业废水处理站，宜采用操作简单、运行可靠的处理工艺；对于运行管理水平较高的大型污水处理厂，应尽量采用处理效率高、净化效果好的新工艺。
对于地质条件较差的地区，不宜采用池体较深、施工难度较大的处理构筑物。
为了达到上表处理要求，即要求处理工艺既能有效地去除BOD5、COD、SS等，又能达到脱氮除磷的效果。
该设计采用A2/O工艺。
现有三种可供选择的工艺流程：
①普通活性污泥法；②氧化沟工艺；③二段生物接触氧化法。
三种方案的工艺流程图如图2.1、2.2、2.3所示。
图2.1普通活性污泥法工艺流程图
图2.2氧化沟工艺流程图
图2.3二段生物接触氧化法工艺流程图
2.2.7方案的技术经济比较
三种方案的技术经济比较见表2.2
表22活性污泥法、氧化沟工艺和二段生物接触氧化法的技术经济对比
项目
活性污泥法
氧化沟工艺
二段生物接触氧化法
投资（元/m3）
1400
1600
900
生产成本（元/m3）
1.01（小型污水厂）
0.77（中型污水厂）
1.08（小型污水厂）
0.76（中型污水厂）
0.45（小型污水厂）
0.31（中型污水厂）
运行费用（元/m3）
0.85（小型污水厂）
0.55（中型污水厂）
0.81（小型污水厂）
0.50（中型污水厂）
0.35（小型污水厂）
0.23（中型污水厂）
占地（m2/m3）
100-130
130-150
60-80
电耗（kW·h/m3）
0.4-0.7
0.3-0.8
0.2-0.45
污泥产率
高
高
低
污泥稳定性
不稳定
较稳定
稳定
是否污泥回流
是
是
否
水力负荷
低
低
高
耐冲击能力
不好
一般
好
水力停留时间（h）
4-8
15-20
1-1.5
设备
设备多
进口设备多
设备少，无进口设备
脱氮除磷效果
不好
能脱氮除磷
有去除NH3-N能力
出水水质
一般
好
好
自控程度
一般
好
好
运行情况
不稳定，易污泥膨胀
较稳定
稳定
2.2.8处理工艺确定
该城市属中小型城市，设计人口40000，日产水量不是太大，属中小型污水处理厂，中小污水处理厂往往具有以下特点：
1、负担的排水面积小，污水量较少，一天内水量水质变化较大，频率高。
2、一般在城镇小区或企业内修建，由于所在地区一般不大，而且厂外污水输送管道也不会太长。
所以，其占地往往受到限制，处理单元应当尽量布置紧凑。
3、一般要求自动化程度较高，以减少工作人员配置，降低经营成本。
4、水厂往往位于小区或工业企业内，平面布置可能会收到实际情况限制，有时可能靠近居民区或地面起伏不平等，平面布置应因地制宜，变弊为利。
5、由于规模较小，一般不设污泥消化，应采用低负荷，确定方案③，即二段生物接触氧化法为该城市污水厂的处理工艺。
2.2.9二段生物接触氧化法的工艺特点
将传统的生物接触氧化池分为二段，第一段充分利用微生物处于对数期增殖期的吸附特性，以低能耗、高负荷、快速的生物吸附和合成为主，能都有效的去除污水中70%-80%的有机物，称为吸附合成期；第二段在低负荷下利用微生物的氧化分解作用，对污水中残留的有机物进行氧化分解，以进一步改善出水水质，称为氧化分解阶段。
由于进行了分段，故处理效率大大提高。
二段法采用的是四池联壁式的组合结构，这样既节省了占地和土地费用，又能方便操作管理和运行维护，并能减少水头损失，使产区内总体布局合理、工艺流程简洁流畅。
二段法在第二段接触氧化池前后各设一座接触沉淀池，能够有效的节流污水中的悬浮物，并能将一段和二段完全分开，使其各自成为独立系统以充分发挥各自的效能。
污水自初沉池经导流墙进入一段接触氧化池底部，在此经曝气充氧后自下而上流经填料层，并经顶部集水系统收集后，通过一沉池的导流墙进入一沉池，然后自下而上经砂虑层接触沉淀后进入定补给水系统，再由导流墙进入二段接触氧化池、二沉池，最后出水进入接触消毒池。
其工艺特点为：
无污泥回流。
二段法氧化池的填料上栖息着大量的高活性微生物，他们能够高效快速地吸附合成和氧化分解污水中的有机物。
由于填料上老化的生物膜不会脱落，从而使填料上附着的生物膜能较长时间地保持高活性，所以不需要污泥回流。
又由于生化组合池没有二次接触沉淀池，它能够高效截留和分离污水中的悬浮物，故也无需再设二沉池。
污泥产量低、无污泥膨胀、运行稳定。
与活性污泥法和氧化沟工艺相比，二段法虽然容积负荷高，但是污泥产量低，主要是因为：
1、氧化池内的微生物脸比较完整和稳定；2、微生物内源呼吸进行较充分，合成物质被进一步氧化；3、生物填料内部存在缺氧和厌氧区，能部分分解，转化为有机物。
在活性污泥法中容易产生膨胀的菌种（如丝状菌）在而短发中不仅不产生污泥膨胀，而且能充分发挥其分解、氧化能力强的特点，但其沉降性能差，在曝气池中易随水流出。
由于二段法的第一段以生物吸附合称为主，且生物负荷和活性很高，对第二段起到了缓冲和保护的作用，因此在BOD、毒物和pH值冲击下生物膜受到的影响小，而且恢复很快、出水水质好、运行稳定。
二段法的生化组合池总停留时间在1.0-1.5h之间，水力停留时间比活性污泥法（4-8h）和氧化沟工艺（15-20h）要短得多。
工艺流程简洁、设备少、工程投资低。
由于二段法没有污泥回流，也就不需要设污泥回流泵房；又由于生化组合池除阀门外没有其他设备，所以整个二段法工艺流程简洁、设备少、工程投资低。
二段法对NH3-N的去除率与进水NH3-N的浓度、水利停留时间及气水比的关系见下表，基本能够满足设计对脱氮的要求，但除磷效果不太明显，虽然生物填料上附着的生物膜上附着的生物膜内部有一定的缺氧、厌氧区，但由于这些区域太小，不足以构成生物除磷的必备条件，所以污水中的磷主要由生物合成而得到部分去除。
表2.3二段法对NH3-N的去除效果
进水NH3-N（mg/L）
水力停留时间（h）
气水比
去除率（%）
>100
.5
5:
1
10
50-100
1.0
5:
1
35-50
30-50
1.0
5:
1
45-60
15-30
1.5
5:
1
50-70
5-15
1.5
3:
1
60-80
<5
1.5
3:
1
75-95
第三章污水处理构筑物的设计计算
3.1泵前中格栅的设计计算
3.1.1设计参数
按最高日最高时流量设计Qmax=320L/s=0.32m3/s；栅前流速V1=1.0m/s，栅条宽度S=0.01m，栅条间距e=0.025m，栅条部分长度0.5m，格栅安装倾角α=75°，单位栅渣量w=0.05m3栅渣/（103m3污水），进水渠道渐宽部分展开角α1=20°。
设两组格栅，按两组格栅同时工作设计，一格停用、一格工作校核。
3.1.2设计计算
1、栅前水深h
已知进入污水厂的污水管径DN900，根据《是外排水设计规范》（GB50014-2006）规定，当管径为500-900mm时最大设计充满度h/D=0.7，进入格栅间的栅前水深以此为依据。
取栅前水深h=0.6m。
2、每日栅渣量
w=18400×0.05/1000=0.92m3/d>0.2m3/d
采用机械格栅清渣。
3、栅条间隙数
4、栅槽宽度B
栅槽宽度比一般格栅宽0.2-0.3m，取0.3m
B=s（n-1）+e·n+0.3=0.01×（21-1）+0.025×21+0.3=1.025m
5、通过格栅的水头损失h1（m）
进水渠道渐宽部分的长度
栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2=L1/2=0.172/2=0.086m
通过格栅的水头损失h1=h0k；
；
设计栅条断面为锐边矩形断面，β=2.42
所以
6、栅后槽总高度H（m）
设栅前渠道超高h2=0.3m
H=h+h1+h2=0.6+0.105+0.3=1.005m
7、栅槽总长度L（m）
L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tanα
式中H1为栅前渠道深（m）；H1=h1+h2
由于格栅在污水提升泵房前，栅渣清除需要吊车，为了便于操作将格栅增高0.8m,以便于在工作平台上放置格栅筐，山楂直接从栅条上落入栅筐，然后运走。
3.2污水提升泵房设计计算
本设计采用地下湿式矩形合建式泵房。
3.2.1设计参数
设计流量选用最高日最高时流量Qmax=320m3/s=27600m3/d，集水池最高水位-11.47m，集水池最低水位为-12.57m，出水管提升到计量间，其水面高程为5.83m，泵站原地面高程为0.00m，覆土厚0.5m。
3.2.2泵房的设计计算
1、集水池计算
最大设计流量为27600m3/d，采用4台污水泵（3用1备），则每台污水泵的设计流量为：
Q1=Qmax/3=27600/（3×24）=383.3m3/h。
取Q1=400m3/h；按一台泵最大流量时6min的出水量设计，集水池容积V=Qt=（400×6）/60=40m3；取有效水深h=1.1m，集水池面积F=V/h=40/1.1=36.4m2。
集水池平面尺寸L×B=9.2m×4m，保护水深0.71m，实际水深1.81m。
2、水泵总扬程估算H（m）
（1）集水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差为
5.83-（-12.57）=18.4m
（2）出水管线水头损失
每一台泵单用一根出水管，其流量为Q1=400m3/h，选用的管径为350mm的铸钢管，查表得v=1.04m/s，1000i=4.62。
设管长为1.3m，局部损失占沿程损失的30%，则总水头损失h=（5.83×4.62×1.3）/1000=0.04m。
泵站内的管线水头损失假设为1.5m，自由水头为1.0m，水泵扬程H=（1.5+0.04+18.4+1.0）m=20.94m。
选用WQ400-24-45污水潜水泵，该泵的规格性能见下表3.1。
表3.1WQ400-24-45型潜水污水泵规格和性能
转速（r/min）
流量（m3/h）
扬程（m）
电动机功率（kW）
电压（V）
电流（A）
效率（%）
1450
400
24
45
380
85
59
3、校核总扬程
泵站平面布置后，对水泵总扬程进行校核计算。
水泵总扬程用下式计算
H>h1+h2+h3+h4
式中h1——吸水管水头损失（m），
；
h2——出水管水头损失（m），
；
ξ1、ξ2——局部阻力系数；
v1——吸水管流速（m/s）；
v2——出水管流速（m/s）；
h3——集水池最低工作水位与所提升最高水位之差（m）；
h4——自由水头，取h4=1.0m；
h1′、h2′——吸水管、出水管沿程损失（m）。
吸水管路的水头损失。
每根吸水管的流量为Q1=400m3/s，选用250mm管径，流速v=1.04m/s，1000i=4.62。
直管部分长度1.2m，喇叭口（ξ1=0.1），DN350的90°弯管1个（ξ=0.5），DN350闸门1个（ξ=0.1），DN350转至DN150渐缩管1个（ξ=0.25）。
沿程损失h1′=（1.2×4.62）/60=0.0056m
局部损失
吸水管总水头损失h1=0.453+h1′=0.453+0.0056=0.46m
出水管水头损失。
直管部分长20m。
渐扩管1个（ξ=0.25），闸门1个（ξ=0.1），90°弯头4个（ξ=0.5）。
沿程损失h2′=（20×4.62）/1000=0.09m
局部损失
出水管水头总损失h2=0.53+h2′=0.53+0.09=0.62m
水泵所需总扬程H=（0.46+0.62+18.4+1.0）=20.48m
故选用WQ400-24-45型污水潜水泵是合适的。
3.3沉砂池设计计算
采用曝气沉砂池，在池的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流垂直的横向恒速环流。
曝气沉砂池的优点是能够去除沙粒上附着的有机污染物，有利于取得较纯净的沙粒，从曝气池中排出的沉沙，有机物只占5%左右，一般长期搁置也不腐败。
设2座曝气沉砂池，并联运行，当污水量较少时，可考虑1个工作，1个备用。
污水用泵抽入池内，按最大流量320L/s计算。
3.3.1设计参数
最大设计流量Qmax=320L/s=0.32m3/s，水平流速v1=0.06m/s，最大设计流量时的流行时间t=2min，池子的有效水深h2=1.5m，设每立方米污水的曝气量为d=0.2m3/m3，排泥间隔天数T=2d。
3.3.2设计计算
1、沉砂池总有效容积
V=Qmax×60=0.32×2×60=38.4m3
2、水流断面面积
A=Qmax/v1=0.32/0.06=5.3m2
3、池总宽度
B=A/h2=5.3/1.5=3.5m
4、每个池子宽度
设n=2格，则b=B/n=3.5/2=1.75m
宽深比b/h2=1.93/1.5=1.3（满足1-2要求）
5、池总长度
L=V/A=38.4/5.3=7.25m
6、每小时所需空气量
q=d·Qmax=0.2×0.32×3600=230.4m3/h
7、沉砂斗所需容积V
已知该城市污水沉砂量X=30m3/（106m3污水），生活污水流量总变化系数Kz=1.5，则
V=QmaxXT/Kz=320×30×2×86400/（1.5×109）=1.106m3
8、
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