日五万吨小型城镇污水处理厂初步设计毕业设计.docx

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日五万吨小型城镇污水处理厂初步设计毕业设计

5.0万t/d的小型城镇污水处理厂初步设计

设计方案

姓名：

····

学号：

····

班级：

····

指导老师：

·····

系别：

······

2012年·月

1设计任务及资料

1.1设计题目:

50,000t/d的小型城镇污水处理厂设计；

1.2设计目的及意义

（1）温习和巩固所学知识、原理；掌握一般水处理构筑物的设计计算。

（2）本设计可在不同程度上提高同学们调查研究，查阅文献，收集资料和正确熟练使用工具书的能力，提高理论分析、制定设计方案的能力以及设计、计算、绘图的能力；技术经济分析和组织工作的能力；提高总结，撰写设计说明书的能力等。

1.3设计资料

（1）风向：

多年主导风向为北北东风；气温：

最冷月平均为6℃；最热月平均为33℃；极端气温，最高为38℃，最低为2℃。

水文：

降水量多年平均为每年1000mm；蒸发量多年平均为每年1200mm；地下水水位，地面下5～6m。

（2）厂区地形：

污水厂选址区域海拔标高在64～66m之间，平均地面标高为64.5m。

平均地面坡度为0.30‰～0.5‰，地势为西北高，东南低。

厂区征地面积为东西长200m，南北长180m。

（3）原污水水质：

CODcr=500mg／L，BOD5=200mg／LSS=200mg／L，

氨氮=18mg／L。

（4）出水要求（二级标准）：

COD≤50mg/L；BOD5≤20mg/L；SS≤10mg/L,

NH3-N≤10mg/L，NO3-N＜5mg/L，TN≤15mg/L

2设计依据及参考文献

（1）《中华人民共和国环境保护法》；

（2）GB3838－2002《地面水环境质量标准》；

（3）GB18918－2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》；

（4）GB50014－2006《室外排水设计规范》；

（5）GB50335－2002《污水再生利用工程设计规范》；

（6）《给水排水设计手册》，中国建筑工业出版社；

（7）《废水处理理论与设计》，中国建筑工业出版社；

（8）《污水处理工艺及工程方案设计》，中国建筑工业出版社；

（9）《废水处理工程》；

（10）《实用环境工程手册》。

3设计原则

1）严格贯彻执行国家环境保护的有关规定，确保出水各项指标达到设计要求，达到或优于排放标准。

2）尽量采用功能可靠，运行稳定，操作简单，运行管理方便的处理工艺技术，以达到降低建设费用和处理成本的目的。

3）结合工程条件和排放标准，谨慎合理选择工程设计方案，并尽量采用技术先进、新设备，新材料、以减少运行费用，确保处理系统长期运行安全可靠，出水稳定，达标有保障。

4）尽量采用机械与自动化操作，以减轻操作人员的劳动强度。

4设计水量及排放标准

4.1设计水量

根据设计资料，污水为城镇污水，水量是50000m3/d，每天运行24小时，则平均时流量为2084m3/h，。

对于生物除磷脱氮工艺，一般来讲，进水BOD5/TN大于2.86，BOD5/TP大于20，是取得较好的生物除磷脱氮效果的前提条件，

4.2废水水质及排放标准

本工程设计污水水质及排放标准见表1，排放标准执行“城市污水处理厂污染物排放标准”（GB18919-2002）中水污染物排放标准二级标准要求。

表1污水水质及排放标准.

名称

PH

COD（mg/l）

BOD（mg/l）

SS（mg/l）

污水水质

6~9

500

200

200

排放标准

6~9

<=50

<=20

<=10

5工程设计

5.1污水特点

本项目污水处理特点为：

1）污水以有机污染物为主，BOD/COD=0.4，可生化性较好，重金属及其他难生物降解的有毒有害污染物一般不超标；2）污水中主要污染物指标BOD、COD、SS值为典型城市污水值。

针对以上特点，以及出水要求，现有城市污水处理的特点，宜采用生化处理最为经济。

由于将来可能要求出水回用，处理工艺尚应硝化，考虑到NH3-N浓度较低，不必完全脱氮。

5.2工艺选择确定

根据国内外已运行的中、小型污水处理厂的调查。

要达到确定的治理目标，可采用“A2/O活性污泥法”或“氧化沟法”。

5.2.1A2/O活性污泥法

A2/O工艺是流程最简单，应用最广泛的脱氮除磷工艺。

污水首先进入厌氧池，兼性厌氧菌将污水中的易降解有机物转化成VFAs。

回流污泥带入的聚磷菌将体内的聚磷分解，此为释磷，所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另一部分供聚磷菌主动吸收VFAs，并在体内储存PHB。

进入缺氧区，反硝化细菌就利用混合液回流带入的硝酸盐及进水中的有机物进行反硝化脱氮，接着进入好氧区，聚磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解BOD外，主要分解体内储存的PHB产生能量供自身生长繁殖，并主动吸收环境中的溶解磷，此为吸磷，以聚磷的形式在体内储存。

污水经厌氧，缺氧区，有机物分别被聚磷菌和反硝化细菌利用后浓度已很低，有利于自养的硝化菌的生长繁殖。

最后，混合液进入沉淀池，进行泥水分离，上清液作为处理水排放，沉淀污泥的一部分回流厌氧池，另一部分作为剩余污泥排放。

本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺。

而且在厌氧-缺氧-好养交替运行条件下，不易发生污泥膨胀。

运行中切勿投药，厌氧池和缺氧池只有轻缓搅拌，运行费用低。

该工艺处理效率一般能达到：

BOD5和SS为90%~95%，总氮为70%以上，磷为90%左右，一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂。

但A2/O工艺的基建费和运行费均高于普通活性污泥法，运行管理要求高，所以对目前我国国情来说，当处理后的污水排入封闭性水体或缓流水体引起富营养化，从而影响给水水源时，才采用该工艺。

本法也存在如下各项的待解决问题：

（1）除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD值高时更是如此。

（2）脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高。

（3）进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现、但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液对缺氧反应器的干扰。

本法的缺点是工艺路线长，工艺构筑物多及设备多而复杂，运行管理困难，基建投资及运行费用均较高。

国内已建成的此类污水处理厂，单方基建投资一般为1000~1300元/（m3*d），运行费为0.2~0.4元/（m3*d）或更高。

5.2.2氧化沟方案

选择氧化沟，其特点是：

氧化沟有6个沟道组成，污水由外沟进入池内，然后依次进入中间沟和内沟道，最后经中心岛存储水质二沉池。

外沟道容积占整个氧化沟容积的50%~55%，主要生物氧化过程和80%的脱氮过程在外沟道完成。

主要有以下优点：

1）处理流程简单，构筑物少，设备少，运行管理容易，不要求高技术管理人员；

2）处理效果好且稳定，不仅对一般污染物质有较高去除效果，而且因为氧化沟中能进行充

分的消化作用和在缺氧区的反硝化作用，所以有较好的脱氮功能；

3）污泥量少，污泥性质稳定；

4）缓冲能力强，承受水量水质的冲击负荷高；

5）能耗低，运行费用低，投资小。

污水处理厂的基建投资和运行费用与各厂的污水浓度和建设条件有关，但在同等条件下的中、小型污水厂，氧化沟法比其他方法低，据国内众多已建成的氧化沟污水处理厂的资料分析，当进水BOD5在120~180mg/l时，单方基建投资约700~900元/（m3*d），运行成本为0.15~0.30元/m3污水。

综合上述因素，两种工艺都能达到预期的处理效果，且都为成熟工艺，但经分析比较，氧化沟法工艺方案在以下具有明显优势。

1）、氧化沟法方案在达到与传统活性污泥法同样的去处BOD5效果时，还能有更充分的硝化和一定的反硝化效果；

2）、氧化沟法管理较简单，适合该市污水处理技术水平现状，且氧化沟工艺涵盖了A2/O工艺，其空间顺序即为A2/O法；

3）、氧化沟法处运行费用847.6万元/年，处理1t污水运行成本为0.46元/m3污水，比A2/O活性污泥法减少运行费用约7.4%。

故选用氧化沟法作为本工程设计工艺方案。

5.3氧化沟法工艺流程

工艺流程见图2.

图2氧化沟工艺流程图

5.4工艺说明

本污水是连续24h进水，污水先经过初沉池然后在氧化沟全部回流污泥和10-30%的污水进入厌氧区，可将回流污泥中的残留硝酸氮在缺氧和10-30%碳源条件下完成反硝化，为以后的绝氧池创造绝氧条件。

同时，厌氧区中的兼性细菌将可溶性BOD转化成VFA，聚磷菌获得VFA将其同化成PHB，所需能量来源于聚磷的水解并导致磷酸盐的释放。

厌氧区出水进入内部安装有搅拌器的绝氧区，所谓绝氧就是池内混合液既无分子氧，也无化合物氧（硝酸根），在此绝氧环境下，70-90%的污水可提供足够的碳源，使聚磷菌能充分释磷。

绝氧区后接普通Carrousel氧化沟系统，进一步完成去除BOD、脱氮和除磷。

最后，混合液在氧化沟富氧区排出，在富氧环境下聚磷菌过量吸磷，将磷从水中转移到污泥中，随剩余污泥排出系统。

这样，在Carrousel2000系统内，较好的同时完成了去除BOD、COD和脱氮除磷。

最后出水消毒排放。

5.5工艺设计计算

5.5.1、格栅

设计说明由于不采用此地空气扩散器形成曝气，故格栅的截污主要对水泵起保护作用，拟采用中格栅，而提升水泵房选用螺旋泵，为敞开式提升泵，减少栅渣量，格栅栅条间隙已拟定为25.0mm。

设计流量：

平均日流量Qd=5.0万m3/d=2084m3/h=0.58m3/s

最大日流量Qmax=Kz*Qd=1.35*2084=2813.4（m3/h）=0.78（m3/s）

设计参数：

栅条间隙e=20.0mm，栅前水深h=0.8m，过栅流速υ=0.6m/s，安装倾角б=75°。

格栅计算：

a、栅条间隙数（n）为

（条）

b、栅槽有效宽度（B）设计采用Ф10圆钢为栅条，即S=0.01m。

（m）

原污水来水水面埋深（相对标高）为-2.5m，栅槽深度3.3m。

选用GH-2000链式旋转格栅除污机2台，水槽宽度1.25m，有效栅宽1.1m，实际过栅流速υ=0.71m/s（平均流量时υ=0.60m/s），栅槽长度l=5.0m。

格栅间占地面积7.5*2.5=18.8（m2）

过栅水头损失（h1）

栅渣量的计算对于栅条间隙e=20mm的中格栅，对于城市污水，每单位体积污水拦截污物为W1=0.05m3/103m3。

每日栅渣量为

（m3/d）

拦截污物量大于0.2m3/d，须机械格栅。

污物的排除采用机械装置：

Ф300螺旋输送机，选用长度l=6.0m的一台。

5.5.2、污水提升泵站

设计说明采用氧化沟工艺方案，污水处理系统简单，对于新建污水处理厂工艺管线可充分优化，故污水只考虑一次提升。

污水经提升后如曝气沉砂池。

然后自流通过氧化沟、二沉池及消毒池。

设计流量Qmax=2813.4m3/h。

设计选型污水经消毒池处理后排入市政污水管道，调度水面相对高程为±0.00m，则相应二沉池、氧化沟、曝气沉砂池水面相对标高分别为0.50、1.00和1.60m。

污水提升前水位为-2.50m污水中提升流程为4.1m，采用螺旋桨，其设计提升高度为H=4.5m。

设计流量Qmax=2813.4m3/h，采用两台螺旋泵，单台提升流量为1406.7m3/h。

采用LXB-1500型螺旋泵3台，2用1备。

该泵提升流量为2100-2300m3/h，转速为2r/min，头数3，功率55KW，占地面积为（2.00*16.0）m2。

提升泵房螺旋泵泵体室外安装，机电、减速机、电控柜、电磁流量计显示器室内安装，另外考虑一定的检修空间。

提升泵房占地面积为（7.5.0+0.5+11.0）*10.0=190（m2），其工作间占地面积为11.0*10.0=110.0（m2）。

5.5.3、曝气沉砂池

设计说明污水经螺旋泵提升后进入平流曝气沉砂池，共两组对称于提升泵房中轴线布置，每组分为两格。

沉砂池池底采用多斗集砂，沉砂由螺旋离心泵自斗底抽送至高砂架水分离器，砂水分离通入压缩空气洗砂，污水回至提升泵前净砂直接卸入自卸汽车外运。

设计流量为Qmax=2813.4m3/h=0.78m3/s，设计水力停留时间t=2.0min，水平流速υ=0.058m/s，有效水深H1=3.35m。

水池设计计算a、曝气沉砂池有效容积（V）

（m3）

共两格，每格有效容积V1=V/2=46.89（m3）

每格池平面面积为Ai=V1/H1=46.89/3.35=14.0（m2）

b、沉砂池水流部分的长度（L）

（m）取L=7.0m

则单格池宽

（m）每组池宽B=2B1=4（m）

曝气系统设计计算采用鼓风曝气系统，罗茨鼓风机供风，穿孔管曝气。

设计曝气量q=0.2m3/（m3*h）

空气用量Qa=qQmax=0.2*2813.4=562.28（m3/h）=0.07（m3/min）

供气气压p=19.6kPa

穿孔管布置：

于每格曝气沉砂池池长边两侧分别设置2根穿孔曝气管，每格两根，共四根。

曝气管管径DN100mm，送风管管径DN150mm。

进水出水及撇油污水直接从螺旋泵出水渠进入，设置进水挡墙，出水由另一端淹没出水，出水端前部设置挡墙，进出水挡墙高度均为1.5m。

排沙量计算对于城市污水，采用曝气沉沙工艺，产生砂量约为

m3/105m3

每日沉砂产量Qs为

-5=1.25（m3/d）（含水率为P=60%）

假设贮砂时间为t=4.0d

则存砂所需容积为V=Qs*t=5.0m3，

折算为P=85.0%的沉砂体积为

（m3）

每格曝气沉砂池设砂斗两个，共4个砂斗，砂斗高2.5m，斗底平面尺寸（0.5*0.5）m2。

砂斗容积为

（m3）

曝气沉砂池的尺寸为

（如图）

5.5.4提砂泵房与砂水分离器

选用直径0.5m钢制压力式旋流水分离器两台，一组曝气沉砂池一台。

砂水分离器外形高度H1=11.4m，入水口离地面相对高程为11.0m，则抽砂泵净扬程为H0=11.0-（-3.5）=14.5mH2O，砂水分离器入口的压力为H2=0.1MPa=10.0mH2O

则抽砂泵所需扬程为H=H0+H2=14.5+10.0=24.5（mH2O）

每组曝气沉砂设提砂泵房一座，配两台提砂泵，一用一备，共4台。

选用螺旋离心泵，Q40.0m3/h，H25.0mH2O，电动机功率为N11.0kW。

提砂泵房平面尺寸：

L*B=（7.2*3.3）m2。

5.5.5鼓风机房

砂水分离后，通入气水混合液洗砂，气和水分别冲洗或联合冲洗。

气和水的冲洗强度均为10L/（m2·s），则用气量为1.1m3/min。

洗砂用压缩空气与曝气沉砂池，均来自鼓风机房。

鼓风机总供气量为2.27m3/min。

选用TSO-150罗茨鼓风机2台，一用一备，单台Qa15.9m3/min，p19.6KPa，N11.0KW。

鼓风机房9.9*4.5（m2）

5.5.6配水井

曝气沉砂后污水进入配水井向氧化沟配水，配水井1座，回流污泥也经配水井向氧化沟分配。

配水井尺寸Ф3.0m*5.0m。

配水井设分水钢闸门一座，选用SYZ型闸门规格为Ф800mm，配手摇式启闭机2台（2t）。

5.5.7氧化沟

（1）、设计说明拟用氧化沟，去除COD与BOD之外，还应具备硝化和一定的脱氮作用，以使出水TN低于排放标准，故污泥负荷污泥泥龄应分别低于0.15kgBOD/（kgVSS·d）和高于20.0d。

氧化沟采用垂直轴曝气机进行搅拌、推进、充气，部分曝气机配置变频调速器。

相应与每组氧化沟类安装在线溶解氧仪，溶解氧讯号传至中控室微机，给微机处理后再反馈至变频调速器，实现曝气根据溶解氧自动控制。

设计流量Q=5.0万m3/d=2084m3/h

进水BOD5So=200mg/L出水BOD5Se=20mg/L

进水TN=18mg/L出水TN=15mg/L

污泥负荷Ns=0.14kgBOD5/（kgVSS·d）

污泥浓度MLSS=5000mg/LMLVSS=3000mg/L

污泥

（2）、池体设计计算氧化沟所需总容积V

（m3）

共设氧化沟两组，每组容积为Vi=V/n=21428.6/2=10715（m3）

氧化沟设计的有效水深为Hi=3.8m，则每组氧化沟平面面积为

（m3）

设计每组氧化沟有6条沟，每沟断面尺寸为B*Hi=7.0m*3.8m。

氧化沟直线段长L1=62.3m，圆弧段长度的L2=7.175m。

氧化沟实际平面面积为：

实际容积为：

（3）、出水每组氧化沟设出水槽一座，其中安装出水堰门来调节氧化沟内水位和排水量。

每沟设出水堰两扇，启闭机2台。

钢制堰门规格为

出水槽平面尺寸

（4）、曝气机设计选型

a、碳化需氧量为O1取a'=0.5，

硝化需氧量为O2

污泥自身氧化需氧量为O3取b'=0.150

合计实际需氧量为

标准需氧量为R0取a'=0.5，b'=0.15，ɑ=0.85，β=0.95,ρ=1，Cs（20）=9.2mg/l，Ccb（T）=8.4mg/l，T=25℃。

b、曝气机数量选用DY325倒伞形表面曝气机，直径Ф3.5，N55kW，单台每小时最大充氧能力125kgO2/h。

曝气机所需数量为n，则

则每组氧化沟曝气机数量为10台。

（5）、剩余污泥计算氧化沟生物净产量为ΔX=y*Q*Sr-Kd*Xr*V,y=0.70，Sr=0.180,Kd=0.05,则

氧化沟每日排出的污泥为W

折算为含水率P=99%的湿污泥量Qw=476.5m3/d=20m3/h。

（6）设计核算氧化沟水力停留时间T为

实际污泥负荷Ns

污泥龄Ø

氧化沟工艺设计平面图如下图.1.7

氧化沟工艺设计平面图3.1.7（a）

氧化沟工艺设计剖面图3.1.7（b）

5.5.8二沉池

（1）设计说明对于大规模的城市污水处理厂，一般在设计沉淀池时，选用平流式和辐流式沉淀池。

为了使沉淀池内水流更稳（如避免横向错流，异重流对沉淀池的影响、出水束流等）、进出水配水更均匀、存排泥更方便，常采用圆形辐流式二沉池。

向心式辐流沉淀池，采用周边进水、周边出水，多年来的实际与理论分析，认为此种形式的辐流沉淀池，容积利用系数比普通沉淀池高17.4%，出水水质也能提高20.0%~24.2%（以出水SS和BOD指标衡量）。

该污水厂设计采用周边进水周边出水辐流式沉淀池。

设计流量Q=5.0万m3/d=2084m3/h

取表面负荷q=1.0m3/（m2*h）

水力停留时间T=2.0h

设计污泥回流比R=50%~100%

（2）池体设计计算

a、沉淀池表面积A

共建设两座二沉池，每座氧化沟对应一座二沉池，每座二沉池表面积Ai为

二沉池直径D

选取D=26（m）

b、池体有效水深H1二沉池有效水深为

c、存泥区所需容积Vw

氧化沟中混合液污泥浓度X=5000mg/L，设计污泥回流比采用R=75%，则回流污泥浓度为

。

为保证污泥回流的浓度，污泥在二沉池的存泥时间不宜小于2.0h，即Tw=2.0h。

二沉池污泥区所需存在泥容积Vw为

d、存泥区高度H2每座二沉池存泥区容积Vw1

则存泥区高度H2为

e、二沉池总高度H取二沉池缓冲层高度H3=0.4m，二沉池超高为H4=0.5m，则二沉池边总高度H为

设计二沉池池底波度i=0.01，则池底波降为

，池中心总深度为

池中心污泥斗深度为H6=0.98m，则二沉池总深度H总为

f、校核径深比二沉池直径与水深之比为

D/（H1+H3）=25.8/2.4=10.75

二沉池直径与池边总水深之比为

D/（H1+H2+H3）=25.8/4.5=5.73

符合要求。

二沉池设计计算见图5.5.8

表5.5.8二沉池

（3）、二沉池固体负荷G

当R=0.5~1.0时，G分别为

介于G=200~250kgSS/（m2*d）之间，符合要求。

（4）、进水配水槽设计计算采用环形平底配水槽，等距设布水孔，孔径Ф100mm，并加Ф100mm*L150mm短管。

配水槽底水区设挡水裙板，高0.8m。

配水槽配水流量

=1.01（m3/s）

设配水槽宽1.0m，水深1.2m，则配水槽流速为

设Ф100配水孔孔距为S=1.10m，则配水孔数量为

取n=70个，则实际S=1.11m

槽底环形配水区平均流速u2

配水孔眼流速u3

环形配水平均速度梯度G

符合要求。

（5）、排泥方式与装置为降低池底波度和池总深，拟采用机械排泥，刮泥机将污泥送至池中心，再由管道排出池外。

本二沉池选用DXZ-45刮泥机，该机中心传动，周边线速度3.5r/min，电动机功率为0.75kW。

该机直径25.8m，配有刮泥板、吸泥管、浮渣漏斗及撇渣机构。

由于该机下部两侧分别装有刮泥板和吸泥管，可将活性较差的惰性污泥单独排出。

由于吸泥管设于池底，直接从池底中心回流污泥，且为中心传动，其质量和功率分别为多管式周边传动吸泥机的60%和25%。

同时，该吸泥机具有回流污泥量易于控制（根据需要调节套筒阀高度来完成），吸泥管、刮泥板与池底的间隙便于调节等特点。

5.5.9回流污泥泵房

（1）设计说明二沉池活泼型污泥由于吸泥管吸入，由池中心落泥管及排泥管排入池外套筒阀井中，然后由管道输送至回流污泥泵站。

其他污泥由刮泥板刮入污泥漏斗中，再由排泥管排入剩余污泥泵站集泥井中。

设计回流污泥量为QR=1042-2084m3/h

回流污泥比R=50%-100%。

（2）、回流污泥泵设计选型

a、扬程二沉池水面相对地面标高为+0.50m，套筒阀井泥面相对高程为0.1-0.2m，回流污泥泵房泥面相对标高为-0.2-0.3m。

氧化沟水面相对标高为1.0m，配水井最大水面标高为+1.3-1.5m。

污泥回流泵所需提升高度为1.8m。

b、流量两座氧化沟设一座回流污泥泵房，泵房回流污泥量为1042—2084m3/h。

c、选泵选用LXB-1500螺旋泵2台，单台提升能力2100—2300m3/h，提升高度为2.0-2.5m，电动机转数42r/min，电动机功率N=30kW。

回流污泥泵站一组占地面积为（15.0*7.7）m2。

5.5.10消毒池与加氯时间

（1）设计说明因为纳污河段水质标准为《地面水环境标准》（GB3838-88）中为Ⅳ标准，故需经消毒后处理出水才能排放。

设计流量Q=5.0万m3/d=2084m3/h；水力停留时间T=0.5h；设计投氯量为C=3.0-5.0mg/L。

（2）设计计算

a、设置消毒池（接触式）一座

池体容积为

消毒池池长L=32m，每格池宽b=5.56m，长宽比L/b=5.76

接触消毒池总宽B=nb=3*b=16.7m

消毒池有效水深设计为H1=4.0m

实际消毒池容积V'为

满足有效停留时间的要求。

b、加氯量计算设计最大投氯量为

每日投氯量为

选用贮氯量为1000kg的液氯钢瓶，每日加氯量1/4瓶，共贮用4瓶。

每日加氯机一台，投氯量为10-15kg/h。

配置注水泵两台，一用一备，要求注水量Q3~6m3/h,扬程不小于20mH2O。

（