日处理20万吨城镇污水处理厂设计.doc
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日处理20万吨城市生活污水处理厂设计
摘要
本城市污水处理厂的工程规模达20万吨/日。
为使出水达到国家综合污水排放标准（GB18918-2002）一级B标准同时贯彻执行“三同时”制度，取得更好的除磷脱氮的效果，故本次设计采用处理效率较高的卡鲁塞尔2000型氧化沟处理工艺。
Carrousel2000系统在普通Carrousel氧化沟前增加了一个厌氧区和绝氧区（又称前反硝化区）,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
关键词：
城市污水；卡鲁塞尔2000型氧化沟；污泥浓缩脱水
Plantdesignofurbansewagetreatmentupto20tonsperday
Abstract
Theplantscaleofthisprojectabouturbansewagetreatmentupto20tonsperday.TomeetthelevelBstandardofthenationalcomprehensivesewageeffluentdischargestandard（GB18918-2002）andimplementthe"threesimultaneity"system,andforthesakeoftheacquisitionbetterdividedbythephosphorustakeoffthenitrogenousresult,thisdesignwillusethetypeofCarrousel2000oxidationditchsystemswithhighefficiencytreatment.Carrousel2000systemsincreasedaoxygenDistrictbeforecommonCarrouseloxidizeditchwiththeuniqueoxygenarea.（callagainthattheversanitricinfrontturnsthearea）ThedirtymireinallrefluxesenterstheanaerobicDistrictwith10-30%dirtywater,canundertheanoxiawith10-30%carbonsourcetermcompleteremainingofdirtymireinrefluxinsidenitricacidnitrogentoversanitrictoturn,createsfortheuniqueoxygenpondofhereafteruniqueoxygenterm.Atthesametime,anaerobicDistrictinsideofconcurrentlythesexgermsconvertthedissolubilityBODVFA,thegermacquiretheVFAitsassimilationPHB,theenergysourceneededsolvesinthephosphoricwaterandcausephosphaticreleasing.TheanaerobicDistrictawaterenterstheinnerpartinstallstheuniqueoxygenareathathavethemixer,theso-calleduniqueoxygenisapondinsidetomixwithliquidsincehavenothenumeratoroxygen,alsohavenothecompoundoxygen（nitricacidroot）,thehereuniqueoxygenenvironmentisnext,70-90%dirtywatercanprovidetheenoughcarbonsource,canmakethegermofreleasedthephosphoruswell.TheuniqueoxygenareaconnectsbehindthecommonCarrouseloxidizestheditchsystem,furthercompletingtodoawaywiththeBODandtakeoffthenitrogenwithdividedbythephosphorus.
Keywords:
Arbansewage;Carrousel2000typeoxidationditch;Sludgeconcentrationdehydration
目录
摘要 1
Abstract 2
目录 4
前言 6
第一章城市污水处理厂设计概况 8
1.1设计概况 8
1.2设计原则、范围与依据 9
1.3工程规模以及处理水质要求 10
1.4工艺流程的比较与选择 10
1.5本设计工艺流程的确定 15
1.6水处理构筑物设计说明 16
1.7污泥处理构筑物设计说明 22
1.8平面与高程布置 24
第二章城市污水处理厂设计计算书 28
2.1泵前中格栅 28
2.2污水提升泵房 30
2.3泵后细格栅 32
2.4平流式沉砂池 34
2.5氧化沟 35
2.6二沉池 40
2.7接触消毒池 43
2.8回流污泥泵房 44
2.9污泥浓缩池 45
3.0贮泥池及污泥泵 48
第三章高程计算 49
3.1水力计算 49
3.2水头损失计算 49
3.3高程确定 50
结论 52
参考文献 53
致谢 54
附录1外文参考文献（译文） 55
附录2外文参考文献（原文） 57
前言
20世纪90年代以来，我国城市污水治理工作取得了较大进展，建成了一批城市污水处理厂，还有一部分正在建设中。
随着水污染治理工作的发展，城市污水处理技术已取得了一定的进展，涌现出大量新工艺、新设备和新材料，在实际中得到了应用和推广[1]。
为了加强城市污水治理，保护水环境，中央增加了投资力度。
1998年分二批下达的城市污水治理项目达117项，投资约300亿元。
1999年又下达近百亿国家债券资金，支持城市污水处理厂建设。
为了确保污水处理厂建设后的正常运行，国家已明确在水价中增收排污费。
一年多来，全国有上百座城市污水处理厂正在建设，按照“七大流域、三大湖泊和重点沿海城市及其近岸海域要新增城市集中式污水处理能力2000×104m3/d”和“非农业人口50万以上城市都要建设城市污水处理厂”的目标，在2000年年底前，还有上百座城市污水处理厂正立项要求建设。
我国现有668个城市中，仅有123个城市有307座不同处理等级的城市污水处理厂，其中城市污水二级处理率10%左右，全国17000个建制镇，绝大多数没有排水和污水处理设施。
纵观世界各国，排水系统和污水处理率均有一个逐步发展和逐步完善的过程。
国家提出至2000年我国污水处理率要求达到25%，2010年达到40%，这是根据国家（包括地方）财力，在各方面作出努力后争取达到的目标。
城市污水主要来源于城市居民生活中的污水、各工业企业在生产制造过程中产生的生产废水以及城市降水和部分受污染的地表水这3方面。
城市居民日常生活中产生的污水包括居民家庭、宾馆饭店、机关单位、学校、商场等设施由于居民日常活动排放的污水，如洗菜、做饭、淋浴、冲厕等。
这类污水的水质特点是往往含有较高的有机物，如淀粉、蛋白质、优质等，以及氮、磷等无机物，此外，还含有病原微生物和较多的悬浮物。
各工厂企业在生产制造过程中产生的废水包括生产工艺废水、循环冷却水、冲洗废水以及综合废水。
由于生产行业不同，其产生的废水水质也不相同。
这类废水总的来说废水排放量较大、污染物含量高、较难进行处理、对环境危害大。
有的废水水质指标距离国家规定的排放标准相差得很远。
由于水产的周期性，1天之中排放的废水水量变化也很大。
这类废水是城市污水的重要组成部分，目前也得到了广泛的重视，有许多污水处理工程的应用实例，取得了一定的效果。
本课题的研究目的在于通过设计城市污水处理厂的处理工艺，比较选择哪种工艺更适合处理所要求的水质。
城市污水是废水处理中最为普遍的一种，设计处理城市污水的主要内容包括：
处理工艺的比较及选择、工艺流程的确定、处理工艺的设计计算、绘制总平面布置图、工艺流程图、高程图、主体构筑物的平、剖面图。
第一章城市污水处理厂设计概况
1.1设计概况
城市污水一般由生活污水和工业废水组成，城市污水的水质与城市的规模、生活水平、工业企业的状况及废水处理水平、排水系统的形式及完善程度、气候环境等因素有关。
城市污水处理站一般由预处理、生化处理、污泥处理三部分组成。
城市污水处理程序包括预处理、一级处理、二级处理、深度处理及污泥处理、其中的核心部分为二级生化处理。
城市污水一级处理系统主要由格栅、筛网、沉砂池、沉淀池等组成。
格栅和沉砂池也常作为城市污水的预处理系统。
城市污水常挟带大量悬浮物和漂浮物，通过一级处理系统可以拦截和沉淀体积和密度较大的污染物，以保护后续处理设施，保证处理出水效果达标。
因此，是污水处理工艺前必不可少的组成部分。
本设计中，采用格栅、沉砂池、初次沉淀池。
城市污水二级处理系统主要为生物处理系统，以生物处理技术为主体。
城市污水二级处理系统可以大幅度去除污水中呈胶体和溶解性状态的有机污染物，BOD5去除率达85%～95%，而一级处理只能去除BOD520%～30%[2]。
目前，城市污水二级处理技术主要有活性污泥法、AB法、氧化沟法、SBR法、生物膜法等。
本设计中采用氧化沟法。
污水的深度处理包括脱氮除磷及有机物的进一步去除，常用混凝沉淀和过滤工艺，也有采用生物陶粒和生物炭工艺，而最后进行消毒处理。
污泥处理是污水处理厂的重要组成部分，主要包括浓缩、消化、脱水和干化等。
污水处理厂的工艺流程是指在达到所要求的处理程度的前提下，污水处理各单元的有机组合，以满足污水处理要求。
采用何种处理流程还要根据污水的水质、水量，回收其中有用物质的可能性和经济性，排放水体的具体规定。
因为进水水质中各种水质指标的浓度比较低且氮磷的去除率要求不高，所以在二级处理过程中氧化沟法进行处理。
不仅能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解有机物，以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质，无机盐类也能被部分去除，而且通过厌氧或缺氧区的设置可以脱氮、除磷。
1.2设计原则、范围与依据
1.2.1设计原则
①执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范及标准。
②积极稳妥地采用新技术，充分利用国内外的先进技术和设备，以提高行业的装备和技术水平。
③功能分区明确，生产、生活、人、物、车流向合理。
④规划布置四优先：
工艺流程先进，安全可靠优先；运行管理便利，经济优先；环境绿化、美化优先；有利于排水事业可以持续发展优先。
1.2.2设计范围
本设计范围为对污水处理厂厂内的污水处理构筑物、污泥处理构筑物及必要的附属建筑进行工艺及总图的初步设计，不包括收集管网及泵站部分。
1.2.3设计依据
设计任务书以及原始数据
《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）
《城市污水处理厂污水污泥排放标准》（CJ3025-93）
《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999）
《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）
1.3工程规模以及处理水质要求
工程规模：
日处理20万吨城市生活污水处理厂设计。
处理后的水质要达到国家一级B排放标准，根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）可得进出水水质情况如表1.1：
表1.1设计污水处理厂生化处理阶段污染物去除率
单位：
mg/l
水质指标
BOD5
CODcr
SS
NH3-N
TP
进水水质
120
240
150
30
3.5
出水水质
20
60
20
8
1
去除率
83.3%
75.0%
86.7%
73.3%
71.4%
1.4工艺流程的比较与选择
1.4.1工艺流程的比较
根据《城市污水处理及污染防治技术政策》，日处理量能力在10～20万立方米的污水处理设施，可选用常规活性污泥法、氧化沟法、SBR法和AB法等成熟工艺[2]。
本城市污水处理厂的方案，既要考虑有效去除BOD5又要适当去除N、P故可选择三种典型的工艺流程，有三种可供选择的工艺：
1）间歇式活性污泥法（SBR工艺）；2）Carrousel氧化沟工艺；3）A/A/O工艺。
以下是三种工艺流程的比较：
（1）SBR工艺
SBR是序批间歇式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。
其工艺流程图如图1.1。
图1.1传统SBR工艺流程图
SBR工艺的一个完整的操作过程，亦即每个间歇反应器在处理废水时的操作过程包括五个阶段：
①进水期；②反应期；③沉淀期；④排水排泥期；⑤闲置期。
SBR的运行工况以间歇操作为特征。
五个工序都在一个设有曝气或搅拌装置的反应器中依次进行，所以省去了传统活性污泥法中的沉淀池和污泥回流设施。
在处理过程中，周而复始地循环这种操作周期，以实现污水处理的目的[3]。
SBR的优点如下：
（1）工艺流程简单，运转灵活，基建费用低；
（2）处理效果好，出水可靠；
（3）具有较好的脱氮除磷效果；
（4）污泥沉降性能良好；
（5）对水质水量变化的适应性强。
SBR工艺的缺点如下：
①反应器容积利用率低；
②水头损失大；
③不连续的出水，要求后续构筑物容积较大，有足够的接受能力；
④峰值需氧量高；
⑤设备利用率低；
⑥管理人员技术素质要求较高。
对于小型污水处理厂而言，SBR是一种系统简单、投资节省、处理效果较好的工艺，但是它用于大型污水处理厂就不太适合了。
因为大型污水处理厂的进水量大，需要设计多个SBR反应池进行并联运行，个数增多，必定使操作管理变得复杂，运行费用也会提高。
而且由于SBR法是一种设备利用率低的处理工艺，用于大型污水处理厂时，基建费用也高。
（2）Carrousel2000氧化沟工艺
氧化沟一般呈环形沟渠状，污水在沟渠内作环形流动，利用独特的水力流动特点，在沟渠转弯处设曝气装置，在曝气池上方为厌氧池，下方则为好氧段，从而产生富氧区和缺氧区，可以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮的效应。
Carrousel2000系统在普通Carrousel氧化沟前增加了一个厌氧区和绝氧区（又称前反硝化区）较好的同时完成了去除BOD、COD和脱氮除磷。
氧化沟工艺流程见图1.2:
图1.2氧化沟工艺流程简图
Carrousel2000氧化沟的主要优点如下：
①在液态上，介于完全混合与推流之间，有利于活性污泥的适于生物凝聚作用。
②对水量水温的变化有较强的适应性，处理水量较大。
③污泥龄较长，一般长达15－30天，到以存活时间较长的微生物，如果运行得当，可进行除磷脱氮反应。
④污泥产量低，且多已达到稳定。
⑤自动化程度较高，使于管理。
⑥脱氮效果还可以进一步提高，因为脱氮效果的好坏很大一部分决定于内循环，要提高脱氮效果势必要增加内循环量，而氧化沟的内循环量从政论上说可以不受限制，因而具有更大的脱氮能力。
Carrousel2000氧化沟的缺点如下：
①虽然污泥产量少，耐冲击负荷，但是这是建立在该工艺很低的污泥负荷上的，且要求处理构筑物内水深要浅，而这又决定了在处理相同水质、水量污水的情况下，该工艺是最占土地的，也即增加了基建费用。
（3）A/A/O法工艺
污水进入厌氧反应区，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氨化。
混合液从缺氧反应区，同时进入好氧反应区，混合液中的COD浓度已基本接近排放标准，在好氧反应区除进一步讲解有机物外，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。
A/A/O工艺流程图见1.3：
图1.3A/A/O工艺流程图
A/A/O法工艺的优点如下：
①该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间，总产占地面积少于其它的工艺。
②在厌氧的好氧交替运行条件下，丝状菌得不到大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。
③污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。
④运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以不啬溶解氧浓度，运行费低。
A/A/O法工艺的缺点如下：
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，否则增加运行费用。
③对沉淀池要保持一定的浓度的溶解氧，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，但溶解浓度也不宜过高。
以防止循环混合液对缺反应器的干扰。
三种工艺经过比较，氧化沟除了具有A2/O的效果外，还具有如下特点：
（1）具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物凝聚作用；
（2）不设初沉池，有机性悬浮物在氧化沟内能达到好氧稳定的程度；（3）BOD负荷低，使氧化沟具有对水温、水质、水量的变动有较强的适应性，污泥产率低，勿需进行硝化处理；（4）脱氮效果还能进一步提高；（5）电耗较小，运行费用低。
而SBR工艺仅适合处理量为10万m3/d以下的处理厂，所以本课题选择氧化沟处理工艺。
1.4.2工艺流程的选择
本设计的工艺流程初定如下：
氧化沟处理工艺（Carrousel2000型氧化沟）。
Carrousel氧化沟是1967年由荷兰的DHV公司开发研制。
在原Carrousel氧化沟的基础上DHV公司和其在美国的专利特许公司EIMCO又发明了Carrousel2000系统，实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能。
至今世界上已有850多座Carrousel氧化沟和Carrousel2000系统正在运行。
Carrousel氧化沟的研制目的是为了满足在较深的氧化沟沟渠中使混合液充分混合，并能够维持较高的传质效率，以克服小型氧化沟沟深浅，混合效果差的缺陷。
至今，世界上已有近千座各类型Carrousel氧化沟运行。
实践证明，该工艺具有适应范围广、投资省、处理效果高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点。
Carrousel氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置，向混合液传递水平速度，从而使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内循环流动。
因此氧化沟具有特殊的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。
氧化沟断面为矩形或梯形，平面形状多为椭圆形，沟内水深一般为2.5～4.5ｍ，宽深比为2:
1，亦有水深达7m的，沟中水流平均速度为0.3m/s。
氧化沟曝气混合设备有表面曝气机、曝气转刷或转盘、射流曝气器、导管式曝气器和提升管式曝气机等，近年来配合使用的还有水下推动器。
Carrousel2000系统在普通Carrousel氧化沟前增加了一个厌氧区和绝氧区（又称前反硝化区）。
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。
Carrousel2000平面结构图如1.4:
图1.4Carrousel2000平面结构图
1.5本设计工艺流程的确定
本工艺流程的二级生化处理系统确定为Carrousel2000型氧化沟。
城市污水经粗格栅及污水提升泵房、细格栅、曝气沉砂池，至氧化沟、二沉池，出水经接触消毒池消毒之后排出至沟渠或水渠。
二沉池中的污泥进入污泥泵房后回流至氧化沟中再进行生化处理。
污泥泵房中的剩余污泥进入储泥池中，经过污泥脱水机房脱水，脱水之后的泥饼外运填埋。
本工艺流程图如图1.6所示：
图1.6Carrousel2000型氧化沟的污水处理工艺流程
1.6水处理构筑物设计说明
1.6.1中格栅
城市污水的一级处理是通过物理方法对污水中的悬浮物、漂浮物以及大颗粒固体污染物质进行的处理。
它位于污水处理系统的前端，对后续污水处理工序的正常运行起着重要的保障作用，是污水处理工艺中不可缺少的工序。
在城市污水一级处理中，格栅主要去除污水中体积较大的漂浮物或悬浮物，沉砂池主要去除密度较大的无机颗粒，初沉池主要去除无机颗粒和部分有机物质，一级处理能去除污水中40%～55%的固体悬浮物，以及20%～30%左右的BOD5[3]。
城市污水一级处理的主要构筑物有格栅、沉砂池和初沉池，其工艺流程如图1.7所示：
图1.7城市污水一级处理工艺流程图
污水处理厂一般设置两道格栅，提升泵房站前设置粗格栅或中格栅，沉砂池前设置中格栅或细格栅。
中格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。
城市大、中型污水处理厂或泵站前截留杂物大于0.2m3/d的格栅，清除杂物量较大，一般采用机械清除设备。
采用机械除渣设备时，一般采用单独格栅井。
本设计中粗格栅选用回转式格栅除污机。
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