1万立方米的城市污水处理(A2O)设计书.doc
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10000m³/d城市污水处理工艺综合设计
一、设计任务
1.1．设计规模
10000m3/d处理规模的城市污水处理工艺
本项目设计进出水水质根据城市生活污水来源和《广东省地方标准－水污染物排放限值》（DB44/26-2001）标准列出，采用一级标准如表1.1：
表1.1设计进出水水质[1]
主要污染物
原水水质（mg·L-1）
排放标准（mg·L-1）
去除率（％）
CODCr
250
≤40
84
BOD5
120
≤20
83
氨氮
30
≤10
67
总磷
5
≤0.5
90
1.2．任务提出的目的及要求
①目的
通过城市污水处理厂的课程设计，掌握污水处理厂设计的方法，培养和提高计算能力、设计和绘图水平，巩固学习成果，加深对污水处理课程内容的学习与理解，掌握污水处理方案比较、优化，各主要构筑物结构及参数设计。
主要设备选型包括格栅、提升水泵、鼓风机、曝气设备、污泥脱水机、砂水分离器、刮泥机、水下搅拌器、加药设备、消毒设备等，以及平面布置及高程设计计算，锻炼和提高分析及解决工程问题的能力。
①要求
1，污水处理及污泥处置方案选择合理。
2，设计参数选取及计算正确。
3，平面布置紧凑合理，符合污水处理厂平面布置的要求。
4，所选设备性价比高、可靠、易于操作。
5，图纸达到施工图设计要求。
1.3．设计依据
1，中华人民共和国环境保护法；
2，中华人民共和国污水综合排放标准GB8978－1996；
3，室外排水设计规范GBJ14－87；
4，《广东省地方标准－水污染物排放限值》（DB44/26－2001）；
5，供、配电系统设计规范GB50052－92。
二、工艺流程及说明
2.1．工艺选择
污水处理厂工艺的选择原则是：
在常年运转中要保证出水水质，处理效果稳定，技术成熟；运行管理方便，运转方式灵活，并可根据不同的进水水质调整运行方式，要求耐冲击负荷的特点；最大限度地发挥处理装置和构筑物的能力；便于实现处理工艺运转的自动控制；工程投资相对较省，运行费用低。
根据规划和城市污水的特点，现采用A2/O工艺。
其工艺流程图如下：
2.2．工艺流程说明
2.2.1．工艺原理：
①厌氧池：
流入原污泥水及同步进入的从二沉池回流的含磷污泥。
该池主要功能为释放磷，使污水中磷的浓度升高，溶解性有机物被生物吸收而使污水中BOD5浓度下降。
NH3—N因细胞合成而被去除一部分，使污水中浓度下降，但NH3—N含量无变化。
②缺氧池：
反硝化菌利用污水中的有机物作为碳源，将回流液带入的大量NO3—N和NO2—N还原为N2释放至空气中。
BOD5浓度下降，NO3—N的浓度大幅度下降，而磷的变化很小。
③好氧池：
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，但该过程使NO3—N浓度增加，磷随着聚磷菌的过量摄取，也以较快速度下降。
好氧池将NH3—N完全硝化，缺氧池完成脱氮功能；缺氧池和好氧池联合完成除磷的功能。
2.2.2．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，能同时除有机物，脱氮，除磷的功能。
②工艺流程简单，总的水力停留时间少于其他同类工艺。
③在厌，缺，好氧交替运行下，丝状菌不会大量产生，不会发生污泥膨胀。
④脱氮效果受混合液回流比大小的影响，以2Q为限，除磷效果受回流污泥中夹带DO和NO3—N的影响，因而脱氮除磷效率不可能很高。
三、污水处理构筑物设计计算
3.1设计流量计算
已知条件：
平均设计流量：
Q＝10000污水流量总变化系数：
＝1.0。
流量换算：
，Qmax=Q=10000m3/d=416.7m3/h=0.1157m3/s=115.7L/s<1000。
故总变化系数Kz=2.7/Qd^0.11=2.7/115.7^0.11=1.6；最大流量Qmax＝Kz×Qd＝1.6×1.0万m3/d＝1.6万m3/d＝0.185m3/s
3.2格栅
格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，如纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、塑料制品等，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常进行。
被截留的物质称为栅渣。
设计中格栅的选择主要是决定栅条断面、栅条间隙、栅渣清除方式等。
格栅断面的圆形水力条件好，但刚度差，故一般多采用矩形断面。
按照格栅除渣方式分为人工除渣格栅和机械除渣格栅，目前，污水处理厂大多都采用机械格栅。
本设计采用细、粗格栅进行隔渣，由于栅渣量较大，采用机械清渣方式。
3.2.1格栅计算
格栅的间隙应根据水体的实际需要设置，想用一种规格格栅截留各种漂流物是行不通的，进水格栅的间隙和道数应根据处理要求设计。
从城市污水处理厂实际运行资料表明，一般设计中多采用粗格栅和细格栅二道。
1-2格栅示意图
3.2.2粗粗格栅主要设计参数：
栅条宽度S=10mm；栅条间隙宽度b=60mm；
过栅流速v2=0.9m/s；栅前渠道流速v1=0.4m/s；
格栅倾角α=60°；数量2座；
（1）栅槽宽度
①栅前槽宽
确定格栅前水深，根据最优水力断面公式
计算得栅前槽宽；
则栅前水深
②栅条的间隙数n,个
式中Qmax------最大设计流量，m3/s；
α------格栅倾角，（o），取α=600；
b------栅条间隙，m，取b=0.06m；
n-------栅条间隙数，个；
h-------栅前水深，m，取h=0.32m；
v-------过栅流速，m/s,取v=0.9m/s；
格栅设两组，按一组工作，一组备用设计。
则：
n=9.96=10（个）
取n=10（个），则每组粗格栅的间隙数为10个。
③栅槽有效宽度B2
B2=S（n-1）+bn=0.01×（10-1）+0.06×10=0.69（m）
（2）通过格栅的水头损失h1
①进水渠道渐宽部分的长度L1。
设进水渠道B1=0.64m，其渐宽部分展开角度α1=200，进水渠道内的流速为0.4m/s。
L1
格栅与出水总渠道连接处的渐窄部分长度L2m，
L2
通过格栅的水头损失h1m，h1=h0k
式中h1---------设计水头损失，m;
h0---------计算水头损失，m;
g---------重力加速度，m/s2
k---------系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；
ξ--------阻力系数，与栅条断面形状有关；设栅条断面为锐边矩形断面，β=2.42。
=0.024（m）
（3）栅后槽总高度H，m
设栅前渠道超高h2=0.3m
H=h+h1+h2=0.32+0.024+0.3=0.644（m）
（4）栅槽总长度L，m
L
式中，H1为栅前渠道深，m.
=1.96（m）
（5）每日栅渣量W，m3/d
式中，W1为栅渣量，m3/103m3污水，格栅间隙40mm左右，W1=0.03~0.01m3/103m3污水；本工程取W1=0.02m3/103m3污水。
采用机械清渣。
3.2.2细格栅主要设计参数：
栅条宽度S=10mm；栅条间隙宽度b=10mm；
过栅流速v2=0.8m/s；栅前渠道流速v1=0.4m/s；
格栅倾角α=60°；数量3座；
（1）栅槽宽度
①栅前槽宽
确定格栅前水深，根据最优水力断面公式
计算得栅前槽宽；
则栅前水深
②栅条的间隙数n,个
式中Qmax------最大设计流量，m3/s；
α------格栅倾角，（o），取α=600；
b------栅条间隙，m，取b=0.01m；
n-------栅条间隙数，个；
h-------栅前水深，m，取h=0.34m；
v-------过栅流速，m/s,取v=0.8m/s；
格栅设三组，按二组同时工作设计，一组备用。
则：
n=63.29=64（个）取n=64（个）
则每组粗格栅的间隙数为64个。
设计二组格栅，每组格栅间隙数n=32条
③栅槽有效宽度B2
B2=S（n-1）+bn=0.01×（32-1）+0.01×32=0.63（m）
所以总槽宽为B=0.63×2+0.2×1＝1.46（考虑中间隔墙厚0.2m）
（2）通过格栅的水头损失h1
①进水渠道渐宽部分的长度L1。
设进水渠道B1=0.68m，其渐宽部分展开角度α1=200，进水渠道内的流速为0.4m/s。
L1
格栅与出水总渠道连接处的渐窄部分长度L2m，
L2
通过格栅的水头损失h1m，h1=h0k
式中h1---------设计水头损失，m;
h0---------计算水头损失，m;
g---------重力加速度，m/s2
k---------系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；
ξ--------阻力系数，与栅条断面形状有关；设栅条断面为锐边矩形断面，β=2.42。
=0.21（m）
（3）栅后槽总高度H，m；设栅前渠道超高h2=0.3m
H=h+h1+h2=0.34+0.21+0.3=0.85（m）
（4）栅槽总长度L，m
L
式中，H1为栅前渠道深，m.
=3.48（m）
（5）每日栅渣量W，m3/d
式中，W1为栅渣量，m3/103m3污水，格栅间隙16~25mm左右，W1=010~0.05m3/103m3污水；本工程取W1=0.1m3/103m3污水。
采用机械清渣。
3.2.3机械格栅选型
本工艺粗格栅选用HG-1500型回转式格栅除污机，主要参数：
耙齿栅隙30mm；耙齿节距100mm；电机功率1.5kW；栅宽1500mm；设备总宽1720mm；安装角度60°；排渣门高度约800mm；设备总高度：
槽深+（2000~2500）。
细格栅选用XG1600型旋转式格栅除污机[4]，主要参数：
设备宽度B：
1600mm；有效栅距：
1450mm；有效栅隙10mm；安装角度60°；梁宽1650；渠深1.2m（任选）；排渣高度700～800；导流槽长：
渠深×cotα＋600；安装总长：
（渠深+排渣高度）×cotα+1400。
图1-3XG1600型旋转式格栅除污机
3.3进水泵房
采用A2/O工艺方案，污水处理系统简单，故污水只考虑一次提升。
污水经提升后入平流沉砂池，然后自流通过厌氧池、A2/O、二沉池及接触池，最后由出水管道排出。
设计水量为10000m3/d，水泵采用WQS型污水潜污泵，型号WQS-250-13-15，2用1备，故流量208.35m³/h，扬程13m，转速1470r/min，功率15kW，出水管直径150mm。
3.4平流式沉砂池
3.4.1设计说明
目前，应用较多的沉沙池型有平流沉砂池、曝气沉砂池和钟式沉砂池。
本设计中选用平流式沉砂池，它具有颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沙较方便等优点。
污水经水泵提升后经过细格栅进入平流沉砂池，沉砂池分成3格。
设计流量为Qmax=666m³/h=0.185m³/s，最大设计流量时的流行时间t=45s，最大设计流量时的流速v=0.25m/s，有效水深h2=1m，贮砂时间为T=2d。
图1-4平流沉砂池
3.4.2池体设计计算
（1）沉砂池长度L=vt=0.25×45=11.25（m）
（2）水流断面面积
（3）有效水深设计有效水深h2为1m，并且设计沉砂池为2格
则有：
每格池的宽度b=0.74/（1×2）=0.37（m）
（4）池总宽度B=nb=2×0.37=0.74（m）
（5）沉砂斗容积V，城市污水沉砂量X=0.03L/m3污水，污水流量总变化系数Kz=1.34
（6）每个沉砂斗容积，设每一分格有2个沉砂斗
（7）沉砂斗尺寸
设计斗底宽a1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为55º，斗高h3’=0.35m
①沉砂斗上口宽
②沉砂斗容积
（8）沉砂室高度h3，采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗。
沉砂室由两部分组成：
一部分为沉砂斗，另一部分为沉沙池坡向沉砂斗的过渡部分，沉砂室的宽度为[2（L2+a）+0.2]。
（9）沉砂池总高H，m
取超高h1=0.3m
（10）砂水分离器的选择
沉砂池的沉砂经排砂装置排除的同时，往往是砂水混合体，为进一步分离出砂和水，需配套砂水分离器。
清除沉砂的间隔时间为2d，根据该工程的排砂量，选用2台LSSF-355螺旋式砂水分离器[4]。
图1-5LSSF-355螺旋式砂水分离器
该设备的主要技术性能参数为：
进入砂水分离器的流量为27L/s；配套功率为0.75Kw；进水口直径Φ200；溢流口直径Φ250。
沉砂池底部的沉砂通过吸砂泵，送至砂水分力气，脱水后的清洁砂砾外运，分离出来的水回流至泵房吸水井。
沉砂池的出水通过管道送往初沉池集配水井，输水管道的管径为800mm，管内最大流速为1.15m/s。
集配水井为内外套筒式结构，外径为4.0m，内径为2.0m。
由沉砂池过来的输水管道直接进入内层管道，进行流量分配，通过两根管径500mm的管道送往2个初次沉淀池，管道内最大水流速度为1.02m/s。
3.5初沉池
初沉池是作为二级污水处理厂的预处理构筑物设再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。
本设计采用平流式初沉池。
3.5.1设计说明：
池体设计如图1-6所示
图1-6平流式沉淀池
3.5.2设计计算
1）池子总面积A，m2：
式中，q——表面负荷，m3/（m2.h）,取q＝2.0m3/（m2.h）
则：
m2
2）沉淀部分有效水深h2,m,取沉淀时间t＝1.5h
h2=q.t＝2×1.5＝3.0（m）
3）沉淀部分有效容积V
V＝Q×t×3600=0.185×1.5×3600=999（m3）
4）池长，取最大设计流量时的水平流速v=5.0mm/s
L=5.0×1.5×3.6=27（m）
5）池子总宽度B
（m）
6）池子个数n，取每个池子分格宽度b=4.5m
则（个）,取3个池。
7）校核长宽比
（符合要求）
8）污泥部分需要的总容积V`,取污泥量25g/（人.d），污泥含水率95％，设计人口N=10万，两次清除污泥间隔时间T=2d
则每人每日污泥量g/（人.d）
m3
9）每格池污泥所需容积
V``=V/n＝100/3＝33.3（m3）
10）污泥斗容积
h4``=（4.5-0.5）/2×tan60°=3.46（m）
V1=1/3×h4``（f1+f2+（f1×f2）0.5）=1/3×3.46×（4.5×4.5+0.5×0.5+（4.52×0.52）0.5）=26（m3）
11）污泥斗以上梯形部分污泥容积，取l2＝4.5m，i=0.01
h4`=（27-4.5）0.01=0.225（m）
l1=27+0.3+0.5=27.8m
（m3）
12）污泥斗和梯形部分污泥容积
V1+V2=26+16.4=42.4（m3）>25（m3）
13）池子总高度，设缓冲层高度h3＝0.50m，
则H＝h1+h2+h3+h4＝0.3+3.0+0.50+0.225+3.46＝7.49（m）
3.6生化构筑物的设计说明及计算
3.6.1生物化反应池
A2/O是厌氧－缺氧－好氧生物脱氮除磷工艺的简称，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工艺流程图如图1-7所示：
图1-7A2/O工艺流程图
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。
3.6.2生化构筑物的设计说明
（1）进入生化处理构筑物水质指标确定
设污水经过一级处理后，进入生化处理构筑物各水质指标浓度为：
表1-8一级处理对污染物的处理效果[2]
污染物
原水浓度
（mg·L-1）
一级处理去除率
（％）
进入生化池浓度
（mg·L-1）
生化池出水浓度（mg·L-1）
CODCr
250
20
200
40
BOD5
120
50
60
20
NH3-N
30
10
27
8
TP
5
38
3.1
1.5
（2）设计参数的确定
最低平均温度T=13.5℃，最高平均温度T=27.5℃
设计污泥泥龄
混合液挥发性悬浮固体浓度Xv=2450mg·L-1
13.5℃时反消化速率DNR=0.0432kgNH3-N/kgMLVSS•d
污泥产率系数y=0.847kgVSS/kgBOD5
13.5℃时内源呼吸速率Kd=0.0465d-1
剩余污泥含水率99%
根据实际水质情况以及去除N、P的要求，进水分配如下：
①进水流入到缺氧池中的进水分配系数a=50％
②进水流入到厌氧池中的进水分配系数b=50％
混合液回流比例r＝200％
回流污泥R=100%
整体尺寸如图1-9所示
1-9生化池平面简图
3.6.3生化构筑物的设计计算
（1）判断是否可采用A2/O法
；；符合要求。
（2）反应池停留时间和容积
a、厌氧池设计计算，取厌氧池停流时间t厌＝1.25h
V厌＝1.42×10000/24×1.25＝739.6m3
b、缺氧池设计计算，已知各段水利停流时间和容积比
厌氧池：
缺氧池：
好氧池＝1：
1：
3
即t缺＝1.25h
V缺＝1.42×10000/24×1.25＝739.6m3
C、好氧池设计计算，t好＝3.75h
V好＝1.42×10000/24×3.75＝2218.75m3
（3）校核氮磷负荷
kgTN/（kgMLSS.d）符合要求
kgTP/（kgMLSS.d）
符合要求
（4）剩余污泥量
取污泥增殖系数y＝0.6，污泥自身氧化率kd＝0.05，污泥龄θc＝15d
则
计算排除的以挥发性悬浮固体计的污泥量
Px＝yobsQ（S-S0）=0.3429×10000×1.42×（0.1-0.02）=389.5㎏/d
计算排除的以SS计
Px（ss）＝389.5/0.8＝486.87㎏/d
（5）碱度校核
每氧化1mgNH3－N需消耗碱度7.14mg；每还原1mgNO3－－N产生碱度3.57mg；去除1mgBOD5产生碱度0.1mg。
剩余碱度SALK1＝进水碱度－消化消耗碱度＋反消化产生碱度+去除BOD5产生碱度
假设生物污泥中含氮量以12.4％计，则：
每日用于合成的总氮＝0.124×389.5＝48.3（kg/d）
即，进水总氮中有（mg/L）用于合成。
被氧化的NH3－N＝进水总氮－出水总氮量－用于合成的总氮量
＝27－8－4.83＝14.17（mg/L）
所需脱水量＝35－15－14.83＝15.17（mg/L）
需还原的硝酸盐氮量NT＝10000×15.17/1000＝151.7（mg/L）
将各值代入：
剩余碱度SALK1＝280-7.14×14.17+3.57×15.17+0.1×（60-20）
=236.98（mg/L）>100（mg/L）；
可维持PH≧7.2。
（6）反应池尺寸：
反应池总体积V=739.6×5=3698m3
设反应池2组，单组池容积V单＝V/2=3698/2=1849m3；有效水深h＝4.0m
单组有效面积S单＝V单/h＝1849/4.0＝462.25㎡
采用5廊道式推流式反应池，廊道宽b＝4.5m
单组反应池长度L＝S单/B=462.25/5/4.5=20.5m
校核：
b/h=4.5/4.0=1.125（满足1－2）
L/b=20.5/4.5≈5（满足5－10）
取超高为1.0m，则反应池总高H＝4.0+1.0＝5.0m
（7）反应池进、出水系统计算
1）进水管
单组反应池进水管段计算流量Q1=Q/2=0.185/2=0.0925（m3/s）
管道流速v=0.8m/s；管道过水断面积A=Q1/v=0.0925/0.8=0.116㎡
管径；取进水管管径DN400㎜
2）回流污泥管
单组反应池回流污泥管设计流量Q内＝R×Q/2＝1×Q/2＝0.116（m3/s）
取回流污泥管管径DN150㎜
3）进水井：
反应池进水孔尺寸：
进水孔过流量Q2＝（1+R）Q/2＝Q＝10000×1.6＝0.185（m3/s）
孔口流速v＝0.6m/s
孔口过水断面积A＝Q2/v=0.185/0.6=0.308㎡
孔口尺寸取为0.6m×0.51m
进水井平面尺寸取为2.40m×2.40m
4）出水堰及出水井
按矩形堰流量公式计算：
式中Q3＝（1+R+R内）Q/2＝2Q/86400＝0.37（m3/s）
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