生活污水脱氮除磷工程设计_毕设论文.docx
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陕西理工学院毕业设计
生活污水脱氮除磷工程设计
[摘要]某小区每天生活污水的最大排放量为28000t，污水水质为：
BOD=130mg/L，COD=280mg/L，SS=280mg/L，TP=4.5mg/L，TN=30mg/L；根据进水水质特征及出水水质要求，拟采用CAST作为该小区生活污水脱氮除磷的工艺，其处理流程为：
进水→中格栅→提升泵房→细格栅→平流沉砂池
→CAST反应池→接触池→出水，污水经处理后达到GB18918-2002一级A标准，且整个处理自动化程度高，噪音小；经预算整个工程初期投资较低，运行成本0.41元/（m3污水），适用于城市小区生活污水的处理，其设计过程可为类似污水处理厂设计提供借鉴和参考。
[关键词]小区生活污水；CAST；脱氮除磷
Engineeringdesignofdenitrificationandphosphorusremovalofsewage
Abstract:
Adistrictsewageofmaximumemissionsis28000teveryday,thedesignedwaterqualityforBOD,COD,SS,TPandTNis130mg/L,280mg/L,280mg/L,4.5mg/L,30mg/Lrespectively.Accordingtothecharactersofinfluentwaterqualityandeffluentwaterqualityrequirements,theproposedCASTcanbetakenasatechnologyofplotsewagedenitrificationandphosphorus.Theprocessisasfollows:
wastewater→mediumgrille→boostpumproom→Finescreen→horizontalflowgritchamber→CASTreactionpool→contactchamber→waterpurification.ThesewageaftertreatmentreachGB18918-2002gradeAstandardandthewholedealwithahighdegreeofautomation,lownoise.Aftertheinitialinvestmentoftheproject,budgetislow,operationcostis0.41yuan/（m3）wastewater,itissuitableforurbanresidentialsewagetreatment,Thedesignprocesscanprovideareferenceforthesimilarwastewatertreatmentplantdesign.
Keywords:
Communitywastewater;CyclicActivatedSludgeSystem;Nitrogenandphosphorusremoval
目 录
引言 1
1设计任务及资料 1
1.1设计原始资料 1
1.1.1设计任务 1
1.1.2水质情况 1
1.2设计要求 1
1.2.1污水处理厂设计原则 1
1.2.2污水处理工程运行过程中应遵循的原则 2
1.3环境条件状况 2
1.4排水系统 2
1.5设计依据 2
2污水处理工艺流程的确定 2
2.1设计水量的确定 2
2.2设计水质分析 2
2.2.1进出水水质 2
2.2.2污水处理程度计算 3
2.2.3进水水质分析 3
2.3小区生活污水处理原则 3
2.4核心工艺的确定 4
2.4.1常用工艺的介绍 4
2.4.2CAST工艺 6
2.5污水处理工艺流程图 7
3处理构筑物设计计算 8
3.1中格栅 8
3.1.1设计参数 8
3.1.2中格栅设计计算 8
3.2细格栅 11
3.2.1设计参数 11
3.2.2细格栅设计计算 11
3.3污水提升泵房 13
3.3.1泵站设计的原则 13
3.3.2泵房形式及工艺布置 13
3.3.3泵房设计计算 13
3.4沉砂池设计计算 14
3.4.1沉砂池的选型 14
3.4.2旋流式沉砂池的设计参数 15
3.4.3旋流式沉砂池尺寸设计 15
3.5CAST反应池设计计算 17
3.5.1CAST反应池设计参数的选取 17
3.5.2CAST反应池设计 17
3.5.3需氧量及供气量计算 20
3.6CAST反应池主要设备设计计算 23
3.6.1曝气设备的选择 23
3.6.2鼓风机的选定 23
3.6.3滗水器的选择 23
3.6.4潜水搅拌器的选择 24
3.6.5污泥回流泵 24
3.6.6剩余污泥量 25
3.7消毒设施计算计算 25
3.7.1消毒剂的选择 25
3.7.2消毒剂的投加 26
3.7.3平流式消毒接触池 26
4污泥处理系统设计 28
4.1设计参数 28
4.2设计计算 28
4.3污泥脱水 29
4.3.1设计参数及原则 29
4.3.2污泥脱水机的选择 29
4.3.3脱水后污泥量计算 30
4.3.4脱水机房尺寸 31
4.3.5加药系统计算 31
5污水处理厂总体布置 31
5.1平面布置 31
5.1.1平面布置原则 31
5.1.2平面布置内容 32
5.2污水处理厂高程布置 33
5.2.1主要任务 33
5.2.2高程布置原则 33
5.2.3污水处理厂构筑物高程布置计算 34
6工程概预算 36
6.1估算依据 36
6.2污水厂项目总投资 37
6.2.1初期投资费 37
6.2.2项目总投资 37
6.3污水厂运行成本估算 38
6.3.1成本估算的有关单价 38
6.3.2运行成本估算 38
6.3.2运行成本核算 39
致谢 40
参考文献 41
附录 42
引言
近年来由于水体污染越来越严重，我国境内的大部分河流都受到不同程度的污染，各大湖泊均出现不同程度的水体富营养化现象，大部分污染源来自城市居民的生活污水。
小区居民日常生活过程中排出的污水主要包括冲洗卫生间、厨房洗涤、洗浴以及洗车等污水。
其成份复杂，主要由一些无毒有机物，如糖类、淀粉、纤维素、油脂、蛋白质、尿素等组成。
其中含氮、磷、硫较高[1]。
此外， 还伴有各种洗涤剂，这是另一类污染源，它们对人体有一定危害。
在污水中还含有相当数
量的微生物，其中一些病源体，如病菌、病毒、寄生虫等，都对人的健康有较大危害。
如不经处理，任其排放，会使天然水体受到污染，尤其在高温的夏天水质恶化，变黑、变臭，严重影响城区环境。
废水中细菌的传播还直接影响人们的身体健康。
但由于处理费用的问题，小区内居民的生活污水经常不经处理就排放到水体，污染相当严重。
本设计将寻找一种适合的工艺对小区生活污水进行脱氮除磷处理，并设计出一套能高效经济的生活污水脱氮除磷系统，从而大大提高污水处理效果，降低污水脱氮除磷的成本。
1设计任务及资料
1.1设计原始资料
1.1.1设计任务
某市小区生活污水脱氮除磷工程设计（20000t/d）。
1.1.2水质情况
进出水水质如表1.1所示，污水经处理后达到GB18918-2002一级A标准。
表1.1
进出水水质
指标
BOD（mg/L）
COD（mg/L）
SS（mg/L）
TN（mg/L）
TP（mg/L）
进水水质
130
280
280
30
4.5
出水水质
10
50
10
15
0.5
处理后的污水排入M河。
1.2设计要求
1.2.1污水处理厂设计原则
（1）污水厂的设计和其他工程设计一样，应符合适用的要求，首先必须确保污水厂处理后污水达到排放要求。
考虑现实的经济和技术条件，以及当地的具体情况（如施工条件）。
在可能的基础上，选择的处理工艺流程、构（建）筑物形式、主要设备设计标准和数据等。
（2）污水处理厂采用的各项设计参数必须可靠。
设计时必须充分掌握和认真研究各项自然条件，如水质水量资料、同类工程资料。
按照工程的处理要求，全面地分析各种因素，选择好各项设计数据，在设计中一定要遵守现行的设计规范，保证必要的安全系数。
对新工艺、新技术、新结构和新材料的采用积极慎重的态度[2-3]。
（3）污水处理厂（站）设计必须符合经济的要求。
污水处理工程方案设计完成后，总体布置、单体设计及药剂选用等尽可能采用合理措施降低工程造价和运行管理费用，
（4）污水厂设计应当力求技术合理。
在经济合理的原则下，必须根据需要，尽可能采用先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。
（5）污水厂设计必须注意近远期的结合，不宜分期建设的部分，如配水井、泵房及加药间等，其土建部分应一次建成；在无远期规划的情况下，设计时应为今后发展留有挖潜和扩建的条件。
（6）污水厂设计必须考虑安全运行的条件，如适当设置分流设施、超越管线、甲烷气的安全储存等。
（7）污水厂的设计在经济条件允许情况下，场内布局、构（建）筑物外观、环境及卫生等可以适当注意美观和绿化。
第40页
共40页
1.2.2污水处理工程运行过程中应遵循的原则
在保证污水处理效果同时，正确处理城市、工业、农业等各方面的用水关系，合理安排水资源的综合利用，节约用地，节约劳动力，考虑污水处理厂的发展前景，尽量采用处理效果好的先进工艺，同时合理设计、合理布局，做到技术可行、经济合理。
1.3环境条件状况
该市区属温带季风型大陆性气候，春季多风干燥，夏季受北太平洋暖流影响，温暖而潮湿，秋季温润凉爽，冬季受蒙古和西伯利亚高气压带控制，寒冷干燥。
年平均降水量约550mm，年平均气温9℃。
本地区气候主要受季风影响，主导风向夏季为南风、西南风；冬季东南风。
1.4排水系统
城市的排水系统采用分流制排水系统，城市污水主干管由西北方向流入污水处理厂厂区，主干管进入污水处理厂处的管径为1250mm，管道水面标高为72.0m。
1.5设计依据
设计依据主要是国家有关法律法规：
（1）《中华人民共和国环境保护法》
（2）《地面水环境质量标准（GB3838-2002）》
（3）《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》
（4）《室外排水设计规范（GB50014-2006）》
（5）《污水再生利用工程设计规范（GB50335-2002）》
2污水处理工艺流程的确定
2.1设计水量的确定
由设计资料知，该小区每天的平均污水量为：
Q=20000t/d=20000m3/d=231.48L/s
由GB50014-2006《室外排水设计规范》[4]知，生活污水量总变化系数可参考下表，再结合实际情况取值。
表2.1生活污水总变化系数KZ
平均日流量（L/s）
5
15
40
70
100
200
500
≥100
总变化系数
2.3
2.0
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
结合上表和该小区实际情况，取污水总变化系数KZ=1.4。
则设计流量为
式中：
Q——小区日平均污水量，LKZ——总变化系数；
Qmax=KZ×Qs；
（2.1）
Qmax——设计流量，Ls。
则
2.2设计水质分析
2.2.1进出水水质
Qmax
=1.4´20000=28000m3/d=324.07L/s
进水水质如表2.2所示：
表2.2
进出水水质
指标
BOD（mg/L）
COD（mg/L）
SS（mg/L）
TN（mg/L）
TP（mg/L）
进水水质
130
280
280
30
4.5
出水水质
10
50
10
15
0.5
2.2.2去除效率的计算
（1）COD的去除率：
h=280-50´100%=82.14%
（2）BOD的去除率：
1 280
h=130-10´100%=92.31%
（3）SS的去除率：
2 130
h=280-10´100%=96.43%
（4）TN的去除率：
3 280
h=30-15´100%=50%
（5）TP的去除率：
4 30
h=4.5-0.5´100%=88.89%
2.2.3进水水质分析
5 4.5
污水处理厂进水水质技术性能指标见表2.3：
表2.3进水水质技术性能[5]
项目 比例
BOD/COD 0.46
BOD/TN 4.33
BOD/TP 28.89
（1）BOD/COD比值
污水BOD/COD值是判断污水可生化性的最简单易行和最常用的方法。
一般认为
BOD/COD>0.45，BOD/COD>0.3可生化，BOD/COD<0.3较难生化，BOD/COD<0.25不易生化。
本设计污水的BOD/COD=0.46，可生化性较好，生化法易于处理。
（2）BOD/TN（即C/N）比值
C/N比值是判断能否有效脱氮的重要指标。
从理论上讲，C/N≥2.86就能进行脱氮，但一般认为，
C/N≥3.5才能进行有效脱氮；《城市污水生物脱氮除磷处理设计规程》则规定，C/N宜大于4。
本工程进水水质C/N=4.33，非常适合生物脱氮。
（3）BOD/TP比值
该指标是鉴别能否生物除磷的主要指标。
进水中的BOD是作为营养物供聚磷菌活动的基质，故BOD/TP是衡量能否达到除磷的重要指标，一般认为该值要大于20，比值越大，生物除磷效果越明显。
本工程进水水质，BOD/TP=28.89，非常适合采用生物脱氮工艺。
综上所述，本设计污水处理厂进水水质不仅适宜于采用二级生化处理工艺，而且非常适合采用生物脱氮除磷的工艺。
2.3小区生活污水处理原则
（1）处理出水要求和处理程度：
一般来说，不同小区对出水的要求差异较大。
应根据我国
《污水综合排放标准（GB8978-1996）》和《城市污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》的有关规定和当地环保部门的要求确定处理程度，以确保出水水质；
（2）污水处理设施的设计计算和建设必须结合小区的整体规划和建设特点即外观设计上要和小区建设环境相协调[1]；
（3）在污水处理工艺上力求简单实用，以方便管理；
（4）在高程布置上应尽量采用立体布局，充分利用地下空间。
平面布置上要紧凑，以节省用
地；
（5）污水处理厂位置应尽可能位于小区下风向，与其他建筑物有一定的距离，以减少对环境的影响；
（6）设备化、定型化、模块化，施工安装方便，运行简易，设备性能稳定，适合分期建设[6]；
（7）处理程度高，污泥产量小，并尽可能采用节能处理技术；
（8）处理构筑物对水力负荷和有机物负荷的适应范围较大，使系统有较好的经受冲击负荷的能力[7]；
（9）小区内的人口是逐渐增加的，因此，小区污水处理厂应按可预期的发展规划作为流量设计的基础。
根据我国情况，可考虑采用20年的设计周期。
2.4核心工艺的确定
2.4.1常用工艺的介绍
（1）A2/O工艺基本原理：
A2/O工艺是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文缩写，它是厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺的简称。
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[8]。
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。
A2/O工艺的特点：
①污染物去除效率高，运行稳定，有较好的耐冲击负荷；
②污泥沉降性能好；
③厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能；
④脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除磷效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氧的影响，因而脱氮除磷效率不可能很高；
⑤在同时脱氧除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其他工艺；
⑥在厌氧—缺氧—好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀。
A2/O工艺的缺点
①反应池容积比A/O脱氮工艺还要大；
②污泥内回流量大，能耗较高；
③用于中小型污水厂费用偏高；
④沼气回收利用经济效益差；
⑤污泥渗出液需化学除磷。
（2）氧化沟基本原理：
氧化沟又名氧化渠，因其构筑物呈封闭的环形沟渠而得名。
它是活性污泥法的一种变型。
氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。
氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成，沟体的平面形状一般呈环形，也可以是长方形、L形、圆形或其他形状，沟端面形状多为矩形和梯形。
目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：
帕斯韦尔
（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟、奥尔伯（Orbal）氧化沟、T型氧化沟（三沟式氧化沟）、DE型氧化沟和一体化氧化沟。
氧化沟工艺的特点：
①构造形式多样性；
②曝气设备的多样性；
③曝气强度可调节；
④简化了预处理和污泥处理。
氧化沟工艺的缺点：
①污泥膨胀问题；
②泡沫问题；
③污泥上浮问题；
④流速不均及污泥沉积问题。
（3）SBR工艺工艺原理：
在反应器内预先培养驯化一定量的活性污泥，当废水进入反应器与活性污泥混合接触并有氧存在时，微生物利用废水中的有机物进行新陈代谢，将有机物降解并同时使微生物细胞增殖。
将微生物细胞物质与水沉淀分离，废水即得到处理。
其处理过程主要由初期的去除与吸附作用、微生物的代谢作用、絮凝体的形成与絮凝沉淀性能几个净化过程完成。
SBR工艺特点：
①理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，脱氮除磷效果好；
②运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好；
③耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击；
④工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活；
⑤处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理；
⑥反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀；
⑦SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造；
⑧工艺流程简单、造价低。
主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。
SBR工艺的缺点：
①间歇周期运行，对自控要求高；
②变水位运行，电耗增大；
③污泥稳定性不如厌氧硝化好。
以上三类工艺的详细比较[8,9]如表2.4和表2.5：
表2.4三类工艺对污染物去除率的比较[8,9]
A2/O
工艺类型
主要污染物去除功效
SS COD BOD 脱氮功能 除磷功能常规 较好 好 好 一般 一般改良 较好 好 好 较好 较好
Carrousel 较好 较好 好 较好 较好
氧化沟
Orbal 较好 较好 好 好 一般
三沟氧化沟 较好 较好 好 不稳定 不稳定
SBR
经典SBR 好 较好 好 一般 一般
CAST 好 较好 好 好 好
CASS 好 较好 好 较好 较好
表2.5三类工艺性能的比较[8,9]
主要工艺类型 处理流程 规模占地 先进性 成熟性 污泥
产生量
单位建设成本
单位运行成本
常规
复杂
高
较好
较好
较大
较高
中
A2/O
改良
复杂
高
好
一般
较大
较高
中
Carrousel
较简单
中
好
较好
中
较高
高
氧化沟
Orbal
较简单
中
好
较好
中
高
高
三沟氧化沟
较简单
中
好
较好
中
中
高
经典SBR
简单
低
较好
较好
小
中
中
SBR
CAST
较简单
低
好
较好
小
较高
中
CASS
较简单
低
好
较好
小
较高
中
综上所述，CAST工艺的生物脱氮除磷效果最好，同时污泥量小并且污泥相对稳定，基建费用和运行费用较低，施工难度小，工期短，对于小区的中型污水处理厂而言，CAST工艺是最佳的方案。
2.4.2CAST工艺
（1）原理
CAST工艺是处理生活污水和工业废水的先进工艺之一，是基于常规活性污泥法、间歇活性污泥法、Carrousse氧化沟等工艺在去除氮磷方面不断改进而研发的新工艺。
CAST工艺在主反应区
（SBR池）的前面设置了生物选择区和接触区。
生物选择区可在厌氧或缺氧的条件下运行，能有效抑制丝状菌的膨胀，经预处理的污水和回流的活性污泥首先进入这里进行混合；接触区具有明显的基质浓度梯度，活性污泥能快速吸附和水解水中的有机物，同时回流污泥中的硝酸盐氮经反硝化去除，聚磷得到释放，达到了较好的除磷脱氮效果。
CAST反应池的末端安装了可升降的自动撇水装置-滗水器，整个工艺的曝气、沉淀、排水三个过程都在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池。
各池体交错运行，可间断进水、排水，而总的生产线则保持连续进水、出水[10]。
CAST工艺中活性污泥不断地在生物选择器中经历高絮体负荷阶段，这样有利于絮凝性细菌的生长，提高污泥活性，并通过酶反应快速去除废水中的溶解性易降解底物，从而抑制了丝状细菌的生长和繁殖，避免了污泥膨胀的发生。
同时当生物选择器处于缺氧环境时，回流污泥存在的少量硝酸盐氮可得到反硝化，反硝化量可达整个系统硝化量的20%[11]。
（2）CAST工艺的主要技术特征[10,12]
①间断进水，间断排水：
污水排放大都是连续或半连续的，CAST工艺比较适合这样的排水特点。
CAST工艺设计时可采用一个或两个以上池子并联运行。
②运行上的时序性：
CAST反应池与SBR类似都是按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段根据时间依次进行。
③运行过程的非稳态性：
每个工作周期内排水开始时CAST池内液位最高，排水结束时，液位最低，液位的变化幅度取决于排水比，而排水比与处理废水的浓
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