大型污水厂污水处理设计方案8万吨污水厂设计方案.doc
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水污染控制工程设计书
摘要
处理工艺选择是依据污水量、污水水质、和环境容量，在考虑经济条件和管理水平的前提下，选用安全可靠、技术成熟、节能、运行管理费用低、投资少、占地少、操作管理方便的先进工艺。
根据本项工程的水质、水量及处理要求，为实现以最低的建设费用和运行成本取得最佳的出水效果的目的，选用处理效果较好的A2/O工艺，确定污水处理流程、计算各处理构筑物的尺寸、绘制水处理厂总平面图和高程图。
关键词格栅；A2/O；沉砂池；沉淀池；消毒池；浓缩池；
第1章．绪论 2
1.1工程概述 2
1.2原始资料 2
1.2.1自然特征 2
1.2.2规划资料 3
第2章．处理工艺方案选择 4
2.1工艺方案选择原则 4
2.2工艺比较 5
2.2.1氧化沟方案 5
2.2.2.A2/O法 6
2.3工艺流程 7
2.4处理构筑物的选择 8
2.4.1格栅 8
2.4.2沉砂池 8
2.4.3初沉池 9
2.4.4生物化反应池 10
2.4.5二沉池 13
2.4.6浓缩池 14
2.4.7消毒池 14
2.5本章小结 15
第3章设计计算 17
3.1设计参数 17
3.1.1水量计算 17
3.1.1.1设计流量 17
3.1.1.2平均流量 17
3.1.2处理程度计算 17
3.1.2.1污水的SS处理程度计算 17
3.1.2.2污水的BOD5处理程度计算 18
3.1.2.3污水的氨氮处理程度计算 18
3.1.2.4污水的总磷处理程度计算 18
3.2格栅 19
3.2.1单独设置的格栅 19
3.2.1.1栅条的间隙数 19
3.2.1.2栅槽宽度 19
3.2.1.3进水渠道渐宽部分长度 20
3.2.1.4出水渠道渐窄部分长度. 20
3.2.1.5通过格栅的水头损失 20
3.2.1.6栅后槽总高度 21
3.2.1.7格栅槽总长度L 21
3.2.1.8每日栅渣量 21
3.2.2与沉砂池合建的格栅 22
3.2.2.1栅条的间隙数 22
3.2.2.2栅槽宽度 23
3.2.2.3通过格栅的水头损失 23
3.2.2.4格栅槽部分长度L 23
3.2.2.5进水与出水渠道 24
3.3沉砂池 24
3.3.1砂池水流部分长度 24
3.3.2水流断面面积：
24
3.3.3沉砂池总宽度 25
3.3.4沉砂斗所需的容积 25
3.3.5每个沉砂斗所需的容积 26
3.3.6沉砂斗高度：
26
3.3.7沉沙室高度 26
3.3.8沉砂池的总高度 27
3.3.9验算最小流速 27
3.3.10进水渠道 27
3.3.11出水渠道 28
3.3.12排沙管道 28
3.4初沉池 29
3.4.1沉淀池表面积 29
3.4.2沉淀部分有效水深 30
3.4.3沉淀部分有效容积 30
3.4.4沉淀池长度 30
3.4.5沉沙池宽度 30
3.4.6沉淀池格数 31
3.4.7校核 31
3.4.8污泥部分需要的容积 31
3.4.9每格池污泥所需容积. 31
3.4.10污泥斗容积 32
3.4.11沉淀池总高度 32
3.4.12进水配水井 32
3.4.13进水渠道 33
3.4.14进水穿孔花墙 33
3.4.15出水堰 34
3.4.16出水渠道 34
3.4.17进水挡板、出水挡板 35
3.4.18排泥管 35
3.4.19刮泥装置 35
3.5生化池 36
3.5.1设计参数 36
3.5.1.1水力停留时间 36
3.5.1.2曝气池内活性污泥浓度 36
3.5.1.3回流污泥浓度 36
3.5.1.4污泥回流比 36
3.5.1.5TN去除率 37
3.5.1.6内回流倍数 37
3.5.2平面尺寸计算 37
3.5.2.1总有效容积 37
3.5.2.2平面尺寸 38
3.5.3进出水系统 39
3.5.3.1曝气池的进水设计 39
3.5.3.2曝气池的出水设计 40
3.5.4其他管道设计 41
3.5.4.1污泥回流管 41
3.5.4.2硝化液回流管 41
3.5.5剩余污泥量 41
3.5.6曝气系统工艺计算 42
3.5.6.1需氧量 42
3.5.6.2供气量 43
3.6二沉池 45
3.6.1沉淀池表面积 45
3.6.2沉淀池的直径 45
3.6.3沉淀池有效水深 46
3.6.4径深比 46
3.6.5污泥部分所需容积 46
3.6.6沉淀池总高度 47
3.6.7进水管的计算 48
3.6.8进水竖井计算 48
3.6.9稳流筒计算 49
3.6.10出水槽计算 49
3.6.11出水堰计算 50
3.6.12出水管 51
3.6.13排泥装置 51
3.6.14集配水井的设计计算 51
3.6.14.1配水井中心管直径 51
3.6.14.2配水井直径 51
3.6.14.3集水井直径 52
3.6.14.4进水管管径 52
3.6.14.5出水管管径 52
3.6.14.6总出水管 52
3.7消毒池 53
3.7.1消毒剂的投加 53
3.7.1.1加氯量计算 53
3.7.1.2加氯设备 53
3.7.2平流式消毒接触池 53
3.7.2.1消毒池面积 53
3.7.2.2消毒池表面积 54
3.7.2.3消毒池池长 54
3.7.2.4池高 55
3.7.2.5进水部分 55
3.7.2.6混合 55
3.8浓缩池 55
3.8.1污泥量计算 55
3.8.1.1初沉池污泥量计算 55
3.8.1.2曝气池每日增加的污泥量 56
3.8.1.3曝气池每日排出的污泥量 57
3.8.2重力浓缩池 57
3.8.2.1沉淀部分有效面积 57
3.8.2.2沉淀池直径 57
3.8.2.3浓缩池的容积 58
3.8.2.4沉淀池有效水深 58
3.8.2.5浓缩后剩余污泥量 58
3.8.2.6池底高度 59
3.8.2.7污泥斗容积 59
3.8.2.8浓缩池总高度 60
3.8.2.9浓缩后分离出的污水量 60
3.8.2.10溢流堰 60
3.8.2.11溢流管 61
3.8.2.12刮泥装置 61
3.8.2.13排泥管 61
3.9污泥脱水 62
3.9.1污泥脱水计算 62
3.9.2脱水机的选择 62
3.9.3附属设施 63
3.9.3.1污泥贮池 63
3.9.3.2溶药系统 64
3.9.3.3污泥净化装置 65
3.10巴氏计量槽设计 65
3.10.1计量槽主要部分尺寸 65
3.10.2计量槽总长度 66
3.10.3计量槽的水位 66
3.10.4渠道水力计算 67
3.10.5水厂出水管 68
3.11本章小结 68
第4章高程设计 69
4.1污水处理厂平面布置 69
4.1.1污水处理厂设施组成 69
4.1.2平面布置原则 70
4.1.3平面布置 71
4.2污水处理厂高程布置 73
4.2.1高程布置原则 73
4.2.2污水处理构筑物的高程布置 73
4.2.2.1构筑物水头损失 73
4.2.2.2管道水力损失 74
4.2.3污水处理高程布置 74
4.2.3污泥处理构筑物高程布置 75
4.2.3.1污泥管水头损失 57
4.3.3.2污泥处理构筑物的水头损失 76
4.3.3.3污泥高程布置 76
4.4本章小结 77
第5章总结 78
参考文献 79
第1章．绪论
1.1工程概述
某城镇位于河北唐山地区，现有常住人口757.73万人。
生活污水排放定额为250升/人·天，拟建一城镇污水处理厂，处理全城镇污水。
现规划建设一城市污水处理厂，设计规模为80000吨/日，污水处理厂排放标准为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）中一级标准的A标准。
1.2原始资料
1.2.1自然特征
（1）最高气温为39.6oC
（2）最低气温为-21.9oC
（3）全年平均气温为11.1oC
（4）冬季平均温度-10.4oC
（5）主要风向：
冬季——西北风
夏季——东南风
（6）冰冻线0.55m
1.2.2规划资料
该城镇将建设各种完备的市政设施，其中排水系统采用完全分流制体系。
生活污水和工业污水混合后的水质水量预计为：
（1）设计水量：
近期：
8万吨/日
（2）设计水质：
该厂污水排入水体前要求达到国家城镇污水污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级A标准处理程度。
指标
CODCr
BOD5
SS
pH
NH3-N
TN
TP
原水
指标
375mg/L
195mg/L
205mg/L
7-8
25mg/L
48mg/L
4mg/L
排放
指标
50mg/L
10mg/L
10mg/L
6-9
5（8）mg/l
15mg/L
0.5mg/L
表1-1设计水质
相关城镇污水污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）参照下表：
表格1-2基本控制项目最高允许排放浓度（日均值）单位mg/L
第2章．处理工艺方案选择
2.1工艺方案选择原则
作为乡镇基础设施的重要组成部分和水污染控制的关键环节，乡镇污水处理厂工程的建设和运行意义重大。
由于乡镇污水处理厂的建设和运行不但耗资较大，而且受多种因素的制约和影响，其中处理工艺方案的优化选择对确保处理厂的运行性能和降低费用最为关键，因此有必要根据确定的标准和一般原则，从整体优化的观念出发，结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择切实可行且经济合理的处理工艺方案，经全面技术经济比较后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式。
污水处理厂厂址的选择应结合城市的总体规划、地形、管网布置、环境保护的要求等因素综合考虑，必须进行现场踏勘，进行多方案的技术经济比较。
一般应考虑以下几个问题：
（1）地形地质条件要有利于处理构筑物的平面与高程的布置及施工，地质条件指地基好，地下水位底，岩石较少；
（2）不受洪水威胁，否则应考虑防洪措施；
（3）少占农田，尽可能不占农田；
（4）考虑周围环境卫生条件。
废水处理厂应布置在城镇集中给水水源的下游，距城镇或生活区300米以上，并便于处理后废水的排放。
废水处理厂尽可能设在夏季主风向的下方；
（5）技术成熟，处理效果稳定，保证出水水质达到国家规定的排放要求。
（6）基建投资和运行费用低，以尽可能少的投入取得尽可能多的效益。
（7）运行管理方便，运转灵活，并可根据不同的进水水质和出水水质要求调整运行方式和工艺参数，最大限度的发挥处理装置和处埋构筑物的处理能力。
（8）选定工艺的技术及设备先进、可靠。
（9）便于实现工艺过程的自动控制，提高管理水平，降低劳动强度和人工费用。
本工程要求的污水处理程度较高，对污水处理工艺选择应十分慎重。
本方案设计的污水处理工艺选择针对该城镇污水量和污水水质以及经济条件考虑适应力强、调节灵活、低能耗、低投入、少占地和操作管理方便的成熟先进工艺。
下面将对各种工艺的特点进行论述，以便选择切实可行的方案。
2.2工艺比较
2.2.1氧化沟方案
氧化沟污水处理技术，是20世纪50年代由荷兰人Pasveer首创。
60年代以来，这项技术在欧洲、北美、南非、澳大利亚等国已被广泛采用，工艺及构造有了很大的发展和进步。
随着对该技术缺点（占地面积大）的克服和对其优点（基建投资及运行费用相对较低，运行效果高且稳定，维护管理简单等）的逐步深入认识，目前已成为普遍采用的一项污水处理技术。
目前常用的几种商业性氧化沟有荷兰DHV公司60年代开发的Carrousel氧化沟，美国Envirex公司开发的Orbal氧化沟，丹麦Kruger公司发明的DE氧化沟等。
在我国，氧化沟工艺是使用较多的工艺。
氧化沟工艺一般可不设初沉池，在不增加构筑物及设备的情况下，氧化沟内不仅可完成碳源的氧化，还可实现硝化和脱硝，成为A/O工艺；氧化沟前增加厌氧池可成为A2/O（A-A-O）工艺，实现除磷。
由于氧化沟内活性污泥已经好氧稳定，可直接浓缩脱水，不必厌氧消化。
氧化沟污水处理技术已被公认为一种较成功的革新的活性污泥法工艺，与传统活性污泥系统相比，它在技术、经济等方面具有一系列独特的优点。
①工艺流程简单、构筑物少，运行管理方便。
一般情况下，氧化沟工艺可比传统活性污泥法少建初沉池和污泥厌氧消化系统，基建投资少。
另外，由于不采用鼓风曝气的空气扩散器，不建厌氧消化系统，运行管理要方便。
②处理效果稳定，出水水质好。
实际运行效果表明，氧化沟在去除BOD5和SS方面均可取得比传统活性污泥法更高质量的出水，运行也更稳定可靠。
同时，在不增加曝气池容积时，能方便地实现硝化和一定的反硝化处理，且只要适当扩大曝气池容积，能更方便地实现完全脱氮的深度处理。
③基建投资省，运行费用低。
实际运行证明，由于氧化沟工艺省去初沉池和污泥厌氧消化系统，且比较容易实现硝化和反硝化，当处理要求脱氮时，氧化沟工艺在基建投资方面比传统活性污泥法节省很多。
同样，当仅要求去除BOD5时，对于大规模污水厂采用氧化沟工艺运行费用比传统活性污泥法略低或相当，而要求去除BOD5且去除NH3-N时，氧化沟工艺运行费用就比传统活性污泥法节省较多。
④污泥量少，污泥性质稳定。
由于氧化沟所采用的污泥龄一般长达20～30d，污泥在沟内得到了好氧稳定，污泥生成量就少，因此使污泥后处理大大简化，节省处理厂运行费用，且便于管理。
⑤具有一定承受水量、水质冲击负荷的能力。
水流在氧化沟中流速为0.3～0.4m/s，氧化沟的总长为L，则水流完成一个循环所需时间t=L/S,当L=90～600m时，t=5～20min。
由于废水在氧化沟中设计水力停留时间T为10～24h，因此可计算出废水在整个停留时间内要完成的循环次数为30～280次不等。
可见原污水一进入氧化沟，就会被几十倍甚至上百倍的循环量所稀释，因此具有一定承受冲击负荷的能力。
⑥占地面积少。
由于氧化沟工艺所采用的污泥负荷较小、水力停留时间较长，使氧化沟容积会大于传统活性污泥法曝气池容积，占地面积可能会大些，但因为省去了初沉池和污泥厌氧消化池，占地面积总的来说会少于传统活性污泥法。
2.2.2.A2/O法
A2/O工艺是Anaorobic-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，A2/O工艺于70年代由美国专家在厌氧－好氧除磷工艺（A/O）的基础上开发出来的，该工艺同时具有脱氮除磷的功能，可以针对现今污水特点（水体富营养化）进行有效处理。
A2/O工艺自被开发以来,就因为其特有的经济技术优势和环境效益,愈来愈受到人们的广泛重视.通常称为A2/O工艺的实际上可分为两类,一类是厌氧/好氧工艺,另一类是缺氧/好氧工艺.厌氧状态和缺氧状态之间存在着根本的差别:
在厌氧状态下既有无分子态氧,也没有化合态氧,而在缺氧状态下则存在微量的分子态氧（DO浓度<0.5mg/L）,同时还存在化合态的氧，如硝酸盐。
A2/O工艺特点:
①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，同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能。
在同时脱氮除磷的工艺中，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。
②在厌氧—缺氧—好氧交替运行条件下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般少于100，污泥沉降性好。
③污泥中磷含量高，一般在2.5%以上。
④该工艺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携带DO和硝酸态氧的影响，因而脱氮效果不可能很高。
综上所诉，比较2个不同工艺后选择A2/O工艺为本厂的污水处理工艺。
2.3工艺流程
污泥脱水
2.4处理构筑物的选择
2.4.1格栅
格栅是一组平行的金属栅条或筛网组成，安装在污水管道、泵房、集水井的进口处或处理厂的端部，用以截留雨水、生活污水和工业废水中较大的悬浮物或漂浮物，如纤维、碎皮、毛发、木屑、果皮等，起净化水质，保护水泵的作用，同时也减轻后续处理构筑物的处理负荷，使之正常运行。
格栅可以根据格栅条的净间隙不同而分为粗格栅、中格栅以及细格栅，分别用于截留不同粒径的杂物而设计，也可以根据栅渣量的大小二选择不同的清渣方式，可采用人工清渣或机械清渣。
本设计采用中格栅进行隔渣，分别设置在污水泵房前后,以去除不同大小的废渣,由于栅渣量较大，采用机械清渣方式。
2.4.2沉砂池
沉沙池的功能是去除相对密度较大的无机颗粒（如泥沙、煤渣等，他们的相对密度约为2.65），沉沙池一般设置于泵站、倒虹管前，以便减轻无机颗粒对水泵、管道的磨损；也可以设置于沉淀池前，以减轻沉淀池负荷及消除颗粒对污泥厌氧消化处理的影响。
常用的沉沙池有平流沉沙池、曝气沉沙池、旋流沉砂池等。
表2-1沉砂池特点比较
沉砂池
优点
缺点
选择理由
平流沉沙池
1.截留无机颗粒较好，工作稳定，构造简单排砂方便。
沉沙中约夹杂15%的有机物，使沉淀的后续处理增加难度
选择平流沉砂池，在于其工作稳定，构造简单排砂方便，重要的是工艺完备、技术成熟，对于本（中小型）污水处理厂来说，可取得最佳效益
曝气沉沙池
1.克服了平流式沉砂池的缺点可以把沉砂有机物含量降到10%，
2.有预曝气、脱臭、除泡的作用
3.加速污水中油类和浮渣的分离
需要消耗能量，对生物脱氮除磷系统的厌氧段或缺氧段的运行产生啊不利影响
旋流沉砂池
1.沉砂效率高占地小耗能低
2.4.3初沉池
初沉池是作为二级污水处理厂的预处理构筑物设在生物处理构筑物的前面。
处理的对象是悬浮物质（SS约可去除40%～55％以上），同时也可去除部分BOD5（约占总BOD5的25％～40％，主要是非溶解性BOD），以改善生物处理构筑物的运行条件并降低其BOD负荷。
初沉池按池内水流方向的不同，可分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池。
表2-2沉淀池特点比较
沉淀池
优点
缺点
适用条件
平流沉淀池
1.对冲击负荷和温度变化适应能力较好
2.施工简单，造价低
1.采用多斗排泥时，每个污泥斗需要单独设置排泥管，各自操作
2.采用机械排泥时，大部分设备位于水下，易腐蚀
1.适用于地下水位较高及地质较差的地区
2.只用于大、中、小型污水处理厂
竖流式沉淀池
1.排泥方便，管理简单
2.占地面积小
1.池子深度大，施工困难
2.对冲击负荷和温度变化适应能力较差
3.造价高
4.池径不宜太大
适用于处理水量不大的小型污水处理厂
辐流式沉淀池
1.采用机械排泥运行较好
2.排泥设备有定型产品
3.选择平流式沉淀池，在于其对冲击负荷和温度变化适应能力较好
1.水流速度不稳定
2.易于出现异重流现象
3.机械排泥设备复杂，对池体施工质量要求高
1.适用于地下水位较高的地区
2.适用于大、中型污水处理厂
选择理由
施工简单，造价低，至于缺点完全可以用重力排泥，虽增加了操作，占用了部分土地面积，但相比之下，还是可以接受的.
2.4.4生物化反应池
该工艺在厌氧－好氧除磷工艺（A/O）中加入缺氧池，将好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以达到硝化脱氮的目的。
A2/O工艺流程图如图2.2所示：
图2-1成化反应池工艺流程
在厌氧池中，原污水及同步进入的从二沉池的混合液回流的含磷污泥的注入，本段主要功能为释放磷，使污水中P的浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中BOD浓度下降；另外，NH3-－N，因细胞的合成而被去除一部分，使污水中NH3-－N浓度下降，但NO3-－N含量没有变化。
在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入的大量NO3-－N和NO2-－N还原为N2释放至空气，因此BOD5浓度下降，NO3-－N浓度大幅度下降，而磷的变化很小。
在好氧池中，有机物被微生物生化降解，而继续下降，有机氮被氨化继而被硝化，使NH3-－N浓度显著下降，但随着硝化过程使NO3-－N浓度增加，P随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速度下降。
脱氮过程是各种形态的氮转化为N2从水中脱除的过程。
在好氧池中，污泥中的有机氮被细菌分解成氨，硝化作用使氨进一步转化为硝态氨（主要是依靠细菌水解氨化作用和依靠亚硝化菌与硝化菌的硝化作用）；在缺氧池中，硝态氨进行反硝化，硝态氨还原成N2逸出（主要是依靠反硝化菌的反硝化作用）。
除磷过程是使水中的磷转移到活性污泥或生物膜上，而后通过排泥或旁路工艺加以去除。
在厌氧池中，使含磷化合物成溶解性磷，聚磷细菌释放出积储的磷酸盐；在好氧池中聚磷细菌大量吸收并积储溶解性磷化物中的磷合成ATP与聚磷酸盐，而这一过程是依靠好氧菌——聚磷细菌。
整个工艺的关键在于混合液回流，由于回流液中的大量硝酸盐回流到缺氧池后，可以从原污水得到充足的有机物，使反硝化脱氮得以充分进行，有利于降低出水的硝酸氮，同时也可以解决利用微生物的内源代谢物质作为碳源的碳源不足问题，改善出水水质。
A2/O工艺于其他工艺比较结果如下：
表2-3生化工艺特点比较
工艺
优点
缺点
选择理由
AN/O
1.在好氧前去除BOD，节能
2.硝化前产生碱度
3.前缺氧具有选择池的作用
1.脱氮效果受内循环比影响
2.可能存在诺卡式菌的问题
3.需要控制循环混合液的DO
A2/O工艺由于不同环境条件，不同功能的微生物群落的有机配合，加之厌氧、缺氧条件下，部分不可生物降解的有机物（CODNB）能被开环或断链，使得N、P、有机碳被同时去除，并提高对CODNB 的去除效果。
它可以同时完成有机物的去除，硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能，脱氮的前提是NH3－－N应完全硝化，好氧池能完成这一功能，缺氧池则完成脱氮功能。
厌氧池和好氧池联合完成除磷功能。
AP/O
1.工艺过程简单
2.水力停留时间短
3.污泥沉降性好
4.聚磷菌碳源丰富，除磷效果好
1.如有硝化反应除磷效果会降低
2.工艺灵活性差
A2/O
1.同时脱氮除磷
2.反硝化过程为硝化提供碱度
3.反硝化过程同时去除有机物
4.污泥沉降性好
1.回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区，催除磷效果有影响
2.脱氮效果受回流比影响
3.聚磷菌和反硝化菌都需要降解有机物
SBR
1.可同时脱氮除磷
2.静置沉淀可获得低SS出水
3.耐受水力冲击负荷
4.操作灵活性好
1.操作复杂
2.对出水水质影响较大
3.设计过程复杂
4.维护要求高，运行对自动控制依赖性高
5.池体容积大
氧化沟
1.流程简化，一般不需设初沉池，氧化沟水力停留时间和污泥龄较长，有机物去除较为彻底，剩余污泥高度稳定，污泥一般不需厌氧消化
2.氧化沟具有推流特性，可使N和P得到较好地去除
3．具有净化程度高、耐冲击、运行稳定可靠、操作简单、运行管理方便、维修简单、投资少、能耗低等特点。
1.
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