污水处理厂设计计算.doc
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目录
第一章绪论 1
一、设计任务与内容 1
二、设计要求 1
三、设计依据 1
第二章工艺流程及说明 2
一、工艺流程 2
二、工艺流程说明 2
第三章污水处理构筑物设计计算 3
第一节粗格栅 3
一、设计说明 3
二、设计参数 3
三、设计计算 4
四、机械设备选型 5
第二节污水提升泵房 5
一、设计说明 5
二、设计参数 5
三、泵房设计计算 6
第三节细格栅 7
一、设计说明 7
二、设计参数 7
三、设计计算 7
四、机械设备选型 8
第四节沉砂池 9
一、设计说明 9
二、设计参数 9
三、设计计算 9
四、机械设备选型 11
第五节初沉池设计计算 11
一、设计说明 11
二、设计参数 12
三、设计计算 12
四、机械设备选型 13
第六节A2/O设计计算 14
一、设计说明 14
二、设计参数确定 14
三、设计计算 14
四、机械设备选型 21
第七节二沉池设计计算 22
一、设计说明 22
二、设计参数 22
三、设计计算 22
四、机械设备选型 24
第八节接触消毒池 24
一、设计说明 24
二、设计参数 24
三、设计计算 24
第四章污泥处理构筑物设计计算 26
第一节回流污泥泵房 26
一、设计说明 26
二、回流污泥泵设计选型 26
第二节剩余污泥泵房 27
一、设计说明 27
二、设计选型 27
第三节污泥浓缩池 27
一、设计说明 27
二、设计参数 28
三、设计计算 28
四、机械设备选型 30
第四节消化池 30
一、设计参数 30
二、设计计算 30
第五章主要构筑物表 32
一、主要构筑物一览表 32
第六章高程计算 35
一、水头损失计算 35
二、高程确定 36
第七章恶臭气体的处理计算 37
一、恶臭气体的来源及分类 37
二、城市污水处理厂主要处理构筑物恶臭散发率 37
三、恶臭污染物厂界标准 38
四、恶臭气体处理特点 38
五、除臭原理 38
六、本设计中产生恶臭的地方、浓度和气体总量 39
七、除臭工艺 39
八、吸附设计 40
九、风机、电机的选择 41
第八章投资估算 41
一、估算范围 41
二、编制依据 41
三、年估算运行成本 41
1
第一章绪论
一、设计任务与内容
为了强化工程设计训练，培养解决复杂工程问题的能力。
根据所给资料设计一座15000m3/d处理规模城市污水处理厂。
污水处理工艺一般包括以下内容：
根据城市的现状设计选择厂址，处理工艺流程设计说明，处理构筑物型式选型说明，处理构筑物或设施的设计计算，主要辅助构筑物设计计算，主要设备设计计算选择，污水厂总体布置，处理构筑物、主要辅助构筑物、非标准设备设计图绘制，编制主要设备材料表。
二、设计要求
1．设计规模
15000m3/d处理规模城市污水处理厂。
2．进出水水质
单位：
mg/L
CODcr
BOD5
NH3-N
SS
磷酸盐（以P计）
进水
250
100
30
150
5
出水
40
20
10
20
0.5
三、设计依据
（1）《水污染控制工程》
（2）《污水处理厂设计与运行》
（3）广东省地方标准<水污染物排放限值>（DB44/26-2001）
（4）《总图制图标准》（GB/T50103-2001）
（5）《建筑制图标准》（GB/T50104-2001）
（6）《建筑结构制图标准》（GB/T50105-2001）
（7）《给水排水制图标准》（GB/T50106-2001）
第二章工艺流程及说明
一、工艺流程
采用A2/O工艺。
工艺流程图如下：
污水提升泵站
沉砂池
初沉池
厌氧池
缺氧池
好氧池
二沉池
接触池
浓缩池
消化池
消化气体
细格栅
混合液回流
粗格栅
排江
污泥回流
照明等
剩余污泥
二、工艺流程说明
（一）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。
（二）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。
第三章污水处理构筑物设计计算
第一节粗格栅
一、设计说明
粗格栅用以截留水中的大悬浮物或大漂浮物，以减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行。
二、设计参数
设计流量Q=15000m3/d=625m3/h=0.174m3/s=174L/s
最大流量
栅前流速v1=0.7m/s，过栅流速v2=0.8m/s,
栅条（断面形状为圆形）宽度s=20mm，格栅间隙b=30mm,
栅前部分长度0.5m，格栅倾角α=60°,
单位栅渣量w1=0.05m3栅渣/103m3污水。
三、设计计算
（1）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）栅条间隙数
（3）栅槽有效宽度B=s（n-1）+bn=0.02×（24-1）+0.03×24=1.18m,
（4）进水渠道渐宽部分长度
α1：
进水渠展开角
（5）栅槽与出水渠道连接的渐窄部分长度,
（6）过栅水头损失（h1）
因栅条横截面为圆形，取β=1.79，则
其中
h0：
计算水头损失
k：
系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3
ξ：
阻力系数，与栅条断面形状有关，当为圆形断面时，β=1.79
α：
格栅安装倾角，60°
（7）栅后槽总高度（H）
取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽总高度H1=h+h2=0.43+0.3=0.73m
栅后槽总高度H=H1+h1=0.73+0.1=0.83m
（8）格栅总长度L=L1+L2+0.5+1.0+ H1/tanα=0.44+0.22+0.5+1.0+0.73/tan60°=2.58m
（9）每日栅渣量W=QW1=15000÷1000×0.05=0.75m3/d＞0.2m3/d
所以宜采用机械格栅清渣
（10）计算草图如下：
四、机械设备选型
采用HF型回转式格栅除污机，可连续自动清除污水中细小的毛发、纤维及各种悬浮物。
该设备由电动减速机驱动，牵引不锈钢链条上设置的多排工程塑料齿片和栅条，将漂浮污物送上平台上方，齿片与栅条旋转过程中自行将污物挤落，属于自清式污机的一类。
根据上述计算选HF1100回转式格栅机。
第二节污水提升泵房
一、设计说明
提升泵房用以提高污水的水位，保证污水能在整个污水处理流程过程中流过，从而达到污水的净化。
二、设计参数
设计流量Q=15000m3/d=625m3/h=0.174m3/s=174L/s
最大流量
泵房工程结构按远期流量设计。
三、泵房设计计算
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。
各构筑物的水面标高和池底埋深见第五章的高程计算。
污水提升前水位-5.23m（即泵站吸水池最底水位）,提升后水位3.65m（即细格栅前水面标高）。
所以，提升静扬程Z=3.65-（-5.23）=8.88m,
水泵水头损失取2m
从而需水泵扬程H=Z+h=10.88m
再根据设计流量=938m3/h，采用2台MF系列污水泵，单台提升流量469m3/s。
采用MF系列污水泵（8MF-13C）3台，二用一备。
该泵提升流量482m3/h，扬程11.1m，转速970r/min，功率22kW。
占地面积为，即为正方形边长为9m泵房,高12m,泵房为半地下式，地下埋深7m，地上5m。
水泵为自灌式。
计算草图如下：
第三节细格栅
一、设计说明
细格栅用以截留水中的悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，并保证后续处理设施能正常运行的装置。
二、设计参数
设计流量Q=15000m3/d=625m3/h=0.174m3/s=174L/s
最大流量
栅前流速v1=0.6m/s，过栅流速v2=0.9m/s
栅条（横截面为锐边矩形）宽度s=10mm，格栅间隙b=10mm,
栅前部分长度0.5m，格栅倾角α=60°,
单位栅渣量w1=0.10m3栅渣/103m3污水.
三、设计计算
（1）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）栅条间隙数,取n=60
设计两组格栅，每组格栅间隙数n=30
（3）栅槽有效宽度B`=s（n-1）+bn=0.01（30-1）+0.01×30=0.59m,
所以总槽宽为B=0.59×2+0.2=1.38m
（4）进水渠道渐宽部分长度（α1：
进水渠展开角）
（5）栅槽与出水渠道连接的渐窄部分长度,
（6）过栅水头损失（h1）
因栅条横截面为锐边矩形，取β=2.42，则
（7）栅后槽总高度（H）
取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽总高度H1=h+h2=0.47+0.3=0.77m
栅后槽总高度H=h+h1+h2=0.77+0.27=1.04m
（8）格栅总长度L=L1+L2+0.5+1.0+ H/tanα=0.62+0.31+0.5+1.0+1.04/tan60°=2.87m
（9）每日栅渣量W=QW1=15000÷1000×0.1=1.5m3/d＞0.2m3/d
所以宜采用机械格栅清渣。
（10）计算草图如下：
四、机械设备选型
采用HF型回转式格栅除污机，可连续自动清除污水中细小的毛发、纤维及各种悬浮物。
该设备由电动减速机驱动，牵引不锈钢链条上设置的多排工程塑料齿片和栅条，将漂浮污物送上平台上方，齿片与栅条旋转过程中自行将污物挤落，属于自清式污机的一类。
根据上述计算选HF1000回转式格栅机。
第四节沉砂池
一、设计说明
沉砂池的作用是去除污水中相对密度较大的无机颗粒，其工作原理是以重力分离为基础，即控制进入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。
采用平流式沉砂池，它具有截留无机颗粒处理效果好，结构简单的优点，分两格。
二、设计参数
设计流量Q=15000m3/d=625m3/h=0.174m3/s=174L/s
最大流量
设计流速：
v=0.25m/s
水力停留时间：
t=40s
三、设计计算
（1）沉砂池长度：
L=vt=0.25×40=10m
（2）水流断面积：
（3）池总宽度：
设计n=2格沉砂池，每格宽取1.2m>0.6m，中间隔墙厚0.2m，
池总宽度
（4）有效水深：
（5）贮泥区所需容积：
设计T=2d，即考虑排泥间隔天数为2天，则总容积为
其中X：
城市污水沉砂量0.03L/m3污水，
每格沉砂池设两个沉砂斗，两格共有四个沉砂斗，则每个沉砂斗容积为
V`=0.9÷4=0.23m3
（6）沉砂斗各部分尺寸及容积：
设计斗底宽a1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为60°，斗高hd=0.5m，
则沉砂斗上口宽：
贮砂斗下口面积：
贮砂斗上口面积：
沉砂斗容积：
V1=0.26m3＞V`=0.23m3，符合要求
（7）贮砂室高度：
采用重力排砂，设计池底坡度为0.06，取b`=0.5m
坡向沉砂斗长度为
则沉泥区高度为
h3=hd+0.06l2=0.5+0.06×3.67=0.72m
（8）池总高度H：
设超高h1=0.3m，
H=h1+h2+h3=0.3+0.43+0.72=1.45m
（9）进、出水渐宽部分长度：
（10）池总长度：
（11）校核最小流量时的流速：
=Q=0.174m3/s
，符合要求
（12）计算草图如下：
四、机械设备选型
选用行车提板式刮砂机，MP系列新型刮油机专为平流沉砂池设计的既可刮油又可刮砂。
选用4MP刮砂机，适用于池宽4m，刮砂速度1.5m/min，电机功率2.6-6kw。
第五节初沉池设计计算
一、设计说明
初沉池用于除去部分的悬浮固体和部分呈悬浮状态的有机物。
二、设计参数
设计流量Q=15000m3/d=625m3/h=0.174m3/s=174L/s
最大流量
表面负荷q=2.0m3/（m2.h）,
沉淀时间t=1h。
三、设计计算
（1）总的有效沉淀面积
A=
（2）设两个沉淀池并联排列
一个沉淀池有效沉淀面积为
A1===234m2
池子直径D==
（3）沉淀部分有效水深：
h2=qt==2m
（4）沉淀部分所需容积：
V===468m3
（5）污泥部分所需容积：
Q—日平均流量，m3/d
T—两次清泥间隔时间，2d
C1—进水悬浮物浓度，kg/m3
C2—出水悬浮物浓度，kg/m3
--污泥密度，约等于1000kg/m3
—污泥含水率，%
说明：
采用机械排泥初沉池，T=4h
（6）污泥斗容积
设污泥斗上部分半径r1=2m，污泥斗下部半径r2=1m，倾角=,
污泥斗高度
h5=（r1-r2）tg=（2-1）tan=1.73m
污泥斗容积：
V1=h5（r12+r1r2+r22）=（22+21+12）=12.7m3
（7）污泥斗以上圆锥体部分污泥容积：
设池底径向坡度0.05,则圆锥体高度
h4=（R-r1）0.05==0.3m
圆锥体部分污泥容积：
V2=h4（R2+Rr1+r12）=×0.3（8.52+8.52+22）=29.3m3
污泥斗总容积：
V=V1+V2=12.7+29.3=42m3>37.5m3
（8）沉淀池总高度
设超高h1=0.3m，缓冲层高h3=0.5m
H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+2+0.5+0.3+1.73=4.83m
（9）沉淀池池边高度
H′=h1+h2+h3=0.3+2+0.5=2.8m
（10）径深比
==8.5
在沉砂池与后续的生物处理构筑物之间设一个超越管；超越管直径D=800mm铸铁管V=1.004m/s。
2座初沉池采用套筒式配水井进行配水。
四、机械设备选型
选用中心传动刮泥机，型号为CG18A3.5。
第六节A2/O设计计算
一、设计说明
进入生化处理构筑物水质指标的确定：
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：
一级处理对污染物的处理效果
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）
CODCr
250
40
150
BOD5
100
20
80
SS
150
50
75
TN
30
10
27
TP
5
25
3.75
二、设计参数确定
设计流量Q=15000m3/d=625m3/h=0.174m3/s=174L/s
最大流量
最低温度T=150C，
活性污泥挥发性固体含量比PL=MLVSS/MLSS=0.7,
BOD5污泥负荷LS=0.15kgBOD5/（kgMLVSS.d）
200C时反硝化速率为Kde=0.12kgNOx-N/（kgMLVSS.d）,
污泥产率系数Y=0.6kgVSS/kgBOD5
内源呼吸速率Kd=0.04d-1
剩余污泥含水率Ps=99%
三、设计计算
（一）厌氧池设计计算
厌氧池平均停留时间tp=1.5h
Vp=
回流污泥浓度,污泥回流比,
则混合液污泥浓度为
（二）缺氧池设计计算
进入缺氧池的Nk=27mg/L,计算时取出水Nte=7mg/L
则TN去除率为：
则由：
得到，混合液回流比=235%.
缺氧池容积Vn为：
Vn=
缺氧池的停留时间tn为：
tn=
（三）好氧池设计计算
据硝化菌的最大比增长速率=0.47d-1,
稳定运行下硝化菌的比增长速率：
当Na=1.0mg.L,Kn=1.0mg/L时,.
泥龄,取泥龄为14d，
好氧池水力停留时间t为：
t
so：
好氧池进水的平均BOD5，g/m3
se：
好氧池出水的平均BOD5，g/m3
好氧池容积V=
（四）A2/O池尺寸计算：
A2/O总容积Vtotal=V+Vp+Vn=5545+1912+1463=8920m3
总停留时间ttotal=t+tp+tn=5.8+2+1.5=9.3h.
设有效水深h=5.0m，则有效面积为S=
采用5廊道式推流反应池，廊道宽b=7.5m,
反应池长度,
校核：
（满足要求）,
（满足要求）。
取超高为0.5m，则反应池总高,
（五）好氧池补充碱度：
（每氧化1gNH3-N需要消耗碱度7.14g，每还原1gNH3-N可产生碱度3.57g）
①硝化消耗碱度mg/L
②反硝化产生碱度
③处理出水剩余碱度为50mgCaCO3/L，则需投入碱度
（六）剩余污泥量计算
①硝化菌生成的污泥量
，
式中硝化菌产率系数取=0.1kgVSS/kgNH3-N
②异氧菌生成污泥量
，
每天产生的挥发性剩余污泥量为：
，
剩余污泥PL=VSS/SS=0.7，则每天产生剩余污泥量：
污泥含水率为PS=99%时，剩余污泥体积为
VS=。
（七）反应池进、出水系统计算
（1）进水管与进水井
反应池进水管设计流量
Q1=，
管道流速，管道过水断面积A1，
管径，取进水管直径DN=1000mm。
进水井孔口尺寸取为1.0m×1.0m,进水井平面尺寸取为3.6m×3.6m.
（2）回流污泥管
反应池回流污泥管设计流量：
，
取管道流速管道过水断面积A2，
管径，取进水管直径DN700mm。
（3）出水堰及出水井
按矩形堰流量公式计算：
，堰宽b=7.5m,
,
堰上水头，
出水孔过流量Q4=Q3=0.87m3/s，孔口流速，
孔口过水断面积A4。
孔口尺寸取为1.0m×1.0m,进水井平面尺寸取为3.6m×3.6m。
（4）出水管
反应池出水管设计流量Q5=Q4=0.87m3/s，
管道流速v5=0.8m/s，管道过水断面积A5，
管径，取出水管直径DN1000mm。
校核管道流速v5。
（5）混合液回流管
混合液流量，
管道流速，管道过水断面积A6，
管径，取进出水管直径DN700mm。
校核管道流速v6。
（八）曝气系统设计计算
（1）需氧计算
1）降解有机物需氧量
，
2）硝化氨氮需氧量
，
3）污泥氧当量
，
4）反硝化过程提供化合态氧当量
，
5）总氧量。
最大需氧量O2（t）max=1.4O=1.4×2283=3196kg/d.
（2）鼓风曝气系统设计
采用膜片式微孔扩散器，敷设于距池底0.3m处，淹没水深H=4.7m，最不利温度为。
查《排水工程》第3版得水中溶解氧饱和度=9.17mg/l，=7.3mg/l
1）空气扩散器出口处绝对压力=P+9.8H
=1.013=1.474
2）空气离开曝气池面，氧的百分比
，
式中：
--空气扩散器氧的转移效率，取20%
3）曝气池混合液平均氧饱和度
最不利温度条件，按考虑代入各值得
=8.36mg/L
换算为在条件下，脱氧清水的充氧量
即：
式中：
C=2
4）相应最时需氧量为：
5）曝气池平均
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