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5.《给水排水设计规范》。

6.《污水综合排放标准》（GB8978-96）一级标准。

7.《广东省地方标准—水污染物排放限值》（DB44/26-2001）二时段一级标准。

8.《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）B标准。

摘要

随着经济快速发展和城市化程度越来越高，中心城区和小城镇建设步伐不断加快，城镇生活污水对城区及附近河流的污染也越来越严重。

为了改善人民的生活环境，各地政府大力投入资金，力图改变现今水体的水质。

本设计要求处理佛山南海区丹灶镇50000吨/天的生活污水。

进水水质为BOD5：

180mg/L，CODcr：

350mg/L，SS：

250mg/L，氨氮：

30mg/L，磷酸盐：

4mg/L。

出水水质达到《广东省地方标准—水污染物排放限值》（DB44/26-2001）二时段一级标准、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）B标准的要求。

具体出水指标为：

BOD5≤20mg/L，CODcr≤40mg/L，SS：

40mg/L，氨氮≤8mg/L，磷酸盐≤0.5mg/L。

通过研究丹灶镇生活污水的特点，在参照了国内外运用传统氧化沟工艺处理城镇生活污水的成功经验的基础上，本设计采取了较传统氧化沟法更有效的处理工艺——卡鲁塞尔2000型氧化沟工艺。

该工艺具有污水处理效率高，运行能耗低，生物脱氮除磷效果好的优点。

基本工艺流程为：

隔栅→曝气沉砂池→卡鲁塞尔2000氧化沟→二沉池→消毒池→出水。

本设计的主要工艺参数为：

氧化沟中厌氧池、缺氧池和好氧池的水力停留时间分别是1.2h、1.3h和11h，BOD5污泥负荷为0.15kgBOD5/（kgMLVSS•d），剩余污泥含水率99.2%；

二沉池水力停留时间2.0h，表面负荷为1.5m3/（m2•h）。

主要污染指标全部达到排放标准的要求。

工程总占地面积为44550m2，总投资为5909.4万元，每年的总运行费用为1110.8万元，每吨水的运行费用是0.6元/天。

关键词：

城镇生活污水，氧化沟，脱氮除磷

目录

1绪论 1

1.1项目背景 1

1.2工程简介 1

1.3设计进出水水质 2

1.4设计处理能力 2

1.5设计依据 2

1.6设计原则 2

2污水处理工艺选择及说明 3

2.1气象与水文资料 3

2.2工艺选择 3

2.2.1氧化沟工艺 3

2.2.2A2O活性污泥工艺 4

2.2.3SBR工艺 4

2.3工艺方案分析 6

2.4流程各结构介绍 7

3主要工艺参数设计计算 9

3.1格栅 9

3.1.1设计说明 9

3.1.2格栅计算 9

3.1.3栅渣量计算 10

3.2污水提升泵站 10

3.2.1设计说明 10

3.2.2设计选型 11

3.2.3提升泵房 11

3.3曝气沉砂池 11

3.3.1设计说明 11

3.3.2池体设计计算 12

3.3.3曝气系统设计计算 12

3.3.4进水、出水及撇油 13

3.3.5排砂量计算 13

3.4提砂泵房与砂水分离器 13

3.5鼓风机房 14

3.6氧化沟 14

3.6.1设计说明 14

3.6.2池体设计计算 15

3.6.3需氧量计算 18

3.6.4曝气机数量和选型 19

3.6.5污泥计算 19

3.7二沉池 20

3.7.1设计说明 20

3.7.2池体设计计算 20

3.7.3进水系统计算 22

3.7.4出水部分设计 22

3.7.5排泥部分设计 23

3.8消毒接触池 24

3.8.1设计说明 24

3.8.2池体设计计算 24

3.8.3加氯量计算 24

3.9污泥浓缩池 24

3.9.1设计说明 24

3.9.2池体设计计算 25

3.10浓缩污泥提升泵房 26

3.11污泥脱水间 26

3.12污泥棚 26

3.13回流污泥泵设计选型 26

4主要构筑物和附属构筑物 28

4.1主要构筑物一览表 28

4.2各附属构筑物的尺寸 30

5污水处理厂总体布置 31

5.1总平面布置 31

5.1.1总平面布置原则 31

5.1.2总平面布置结果 31

5.2高程布置 32

5.2.1高程布置原则 32

5.2.2高程布置结果 32

6投资估算 33

6.1估算范围及编制依据 33

6.2估算结果 33

7劳动定员与运行费用 35

7.1劳动定员 35

7.2运行费用 35

7.2.1成本估算有关单价 35

7.2.2运行成本估算 35

7.2.3年运行成本 36

结论 37

参考文献 38

致谢 39

1绪论

1.1项目背景

2007年世界水日的主题是“应对水短缺”。

联合国亚太经社会（UNESCAP）最近一项研究表明，水资源短缺已成为亚太地区实现经济可持续增长的主要障碍之一。

我国作为亚太区经济龙头，造成水资源短缺的原因除了人口增长、气候变化和人为浪费外，其中一个最引人诟病的因素便是水环境污染。

而作为经济发展先锋的珠三角地区，其水系虽在国内七大水系中属于较好水平，但水污染问题仍然不容忽视，珠江流域突出的水污染问题在城市河段，由于工业发展较快，广州、深圳、佛山和东莞城区附近的珠江支流问题相对突出。

造成我国水污染状况严重的原因主要有三：

一是粗放型经济增长方式无根本转变，污染物排放量大，超过水环境容量；

二是在治水过程中为除去水中污染物，水厂不得不加大混凝剂和消毒剂用量，使自来水中三氯甲烷等致癌物含量及铝含量增加；

三是输水管道日久生锈、长霉或金属管道被腐蚀使重金属混入水中流入千家万户，加剧了水污染。

位于佛山市南海区西部的丹灶镇，环境优美，民风淳朴，是国家卫生镇、广东省教育强镇、佛山市文明镇，周边与狮山、南庄、西樵、西南、白泥等镇相邻。

2005年初南海进行区域调整，原丹灶镇、金沙镇合并组成了新丹灶，总面积达143.6平方公里，总人口超过16万。

丹灶镇产业特色鲜明，拥有全国第一个国家级生态工业示范园区南海国家生态工业园，建设水平不断提高，两大世界500强企业也已建园投资项目。

华南最大的全国性五金铁料市场——横江铁料市场新增四大商贸板块，规模快速扩张。

随着工业的发展和人们生活水平的提高，丹灶镇河内水体饱受工业废水和生活污水的污染困扰。

为此，丹灶镇在2003年启动水污染综合整治专项工作，在镇内规划建设横江、丹灶和苏村三座污水处理厂。

1.2工程简介

丹灶镇横江污水处理厂扩建工程在06年底启动，日处理量从原来的3000吨扩大到13000吨，投资额达6000多万，直接惠及横江城区、荷村和新农村委会的镇南、徐边等七个村小组，以及环保工业园五金工业区内的群众和厂企，覆盖人口约6000人左右。

本设计生活污水处理规模为50000吨/天，以上区域的生活污水将通过截污的办法引入污水处理厂内进行处理，这将缓解丹灶镇北片生活污水对内河水体的污染问题。

1.3设计进出水水质

本项目设计进出水水质根据生活污水来源和《广东省地方标准—水污染物排放限值》（DB44/26-2001）标准[1]，及《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级标准的B标准中的严格者[2]，具体如表1.1。

表1.1设计进出水水质

项目

SS

CODcr

进水水质（mg/L）

出水水质（mg/L）

≤40

≤20

≤8

≤0.5

去除率（％）

84

88.6

88.9

73.3

87.5

20

40

8

0.5

1.4设计处理能力

横江污水处理厂位于南海区丹灶镇北面，针对现在丹灶城区存在的雨污合流状况，在各居民点的沿排水出口设施污水截流管，将旱流污水和初期雨水进行截流，再排入污水系统。

预计日处理量50000m3，流量变化系数为1.35，最大处理量为67500m3/天。

1.5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）二时段一级标准；

5、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级标准的B标准；

6、《供、配电系统设计规范》（GB50052—92）。

1.6设计原则

1、严格执行国家有关环境保护的各项法规。

2、采用先进、成熟、合理、可靠、节能的工艺，确保处理量及水质排放达到标准。

3、流程布局合理，整体感强，外观装饰美观大方，环境绿化优美。

4、在上述前题下，做到投资少，运行费用低。

2污水处理工艺选择及说明

2.1气象与水文资料

丹灶镇属亚热带海洋性气候，冬暖夏凉，四季宜人。

2006年年平均气温23.6℃，是1957年以来气温最高的年份，其中1、2、10、11月的气温较常年偏高2℃以上。

全年极端最高气温38.5℃，出现在7月24日；

极端最低气温5.2℃，出现在1月7日。

全年降雨总量2011.0mm，较多年均值偏多23%；

雨日145天，较常年略少；

5月降雨量427.7mm，为全年最大月降雨量；

年内共出现9场暴雨，比常年偏多。

全年总日照时数1181.2小时，较常年偏少553.3小时，为近五十年来的次小值。

影响丹灶镇气候的主要事件为热带气旋、前汛期暴雨、强对流天气、干旱和阴霾等。

丹灶镇一直以农业著称于珠三角，养殖、种花和城郊农业是其强项。

境内沃野平旷，丘陵山岗星罗棋布，纵横交错的河涌水系，凝聚了岭南水乡的深厚底蕴。

近年镇政府对河涌综合整治工作高度重视，投入大量人力财力，着力解决河道淤塞和改善河道水质。

主要整治的河涌包括官山涌、大洲河和联安电排站主涌。

2.2工艺选择

污水处理工艺选择的原则包括：

设计方案严格执行国家有关环境保护的各项规定，废水处理后必须确保各项出水水质指标均达到城市废水排放要求；

针对本工程的具体情况和特点，采用成熟可靠的处理工艺和设备，尽量采用新技术、新材料，实用性与先进性兼顾；

处理系统运行应有较大的灵活性和调节余地，以适应水质、水量变化；

管理、运行、维修方便，尽量考虑操作自动化，减少劳动强度；

在不影响处理效果的前提下，充分利用原有的构筑物和设施，节省工程费用，减少占地面积和运行费。

根据污水处理厂出水水质达到一级排放标准要求，结合工程实际，参照国内外污水处理研究成果及已建成的污水处理厂的运行经验，本设计选择氧化沟工艺、A2O活性污泥工艺、SBR工艺等三种工艺进行比较，见表2.1[3]。

2.2.1氧化沟工艺

氧化沟工艺的曝气池呈封闭的沟渠型，池体狭长，可达数十至百米以上，曝气装置多采用表面曝气器，污水和活性污泥的混合液在其中做不停的循环流动的过程，有机物质被混合液中的微生物分解。

该工艺对水温、水质和水量的变动有较强的适应性，BOD负荷低，污泥龄长，反应器内可存活硝化细菌，发生硝化反应。

在流态上，氧化沟介于完全混合与推流之间，氧化沟内流态是完全混合式的，但又具有某些推流式的特性，如在曝气装置的下游，溶解氧浓度从高向低变动，甚至可能出现缺氧段。

氧化沟这种独特的水流状态，有利于活性污泥的生物聚凝作用，而且可以将其区分为富氧区、缺氧区，用以进行硝化和反硝化，取得良好脱氮效应。

2.2.2A2O活性污泥工艺

A2O活性污泥工艺是在A2O除磷工艺基础上增设了一个缺氧池，并将好氧池出流的部分混合液回流至缺氧池，具有同步脱氮除磷功能。

污水首先进入首段厌氧池，与进入的从二沉池回流的含磷污泥混合，本池主要功能为释放，使污水中磷的浓度升高，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因细胞的合成而被除去一部分，使污水中NH3－-N浓度下降，但NH3－-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NH3－-N和NH2－-N还原为N2释放至空气中，因此BOD5浓度下降，NH3－-N浓度大幅下降，而磷的变化很少。

在好氧池中，有机物被微生物生化降解，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，NH3－-N的浓度却继续增加，磷随着聚磷菌的过量摄取，也以比较快的速度下降。

所以，A2O工艺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。

2.2.3SBR工艺

SBR法的工艺设施是由曝气装置、上清液排出装置（滗水器），以及其它附属设备组成的反应器。

其去除机理为：

在反应器内预先培养驯化一定量的活性微生物（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，将有机物转化为CO2、H20等无机物，同时微生物细胞增值，最后将微生物细胞物质（活性污泥）与水沉淀分离，废水得到处理。

SBR法不同于传统活性污泥法，在流态及有机物降解上是空间的推流的特点，该法在流态上属完全混合型，而在有机物降解方面，有机基质含量是随时间的进展而降解的。

该法是由一个或多个SBR反应器——曝气池组成的，曝气池的运行操作是由：

①流入；

②反应；

③沉淀；

④排放；

⑤待机（闲置）等五个工序组成。

根据比较评价，考虑到该工程处理规模、实际运行、投资以及可行可靠性等问题，本设计采用出水水质最优、处理效果最稳定可靠、工艺流程最简单及投资最省的氧化沟处理工艺。

其它两个工艺因为在实际处理上有一定弊端，运行和管理上存在较大难度，且投资较大，故在本设计中不予采用。

表2.1污水处理工艺方案技术比较表

方案项目

优点

缺点

方案一

氧化沟工艺

1．稳定的脱氮除磷功能，有机物去除率好，有一定的抗冲击负荷能力；

2．剩余污泥较少，污泥不经消化也容易脱水；

3．处理厂与其它工艺相比，臭味较少；

4．曝气设备多样化，曝气强度可灵活调节；

5．具有推流式流态的某些特征；

6．工艺流程简单，构造形式多样；

7．自动化水平高，技术先进成熟，操作灵活；

8．占地面积不大，基建费用低，运行管理容易。

1．除磷效果不明显；

2．单位能耗高。

方案二

A2O活性污泥工艺

1．较稳定的脱氮除磷功能，总水力停留时间少于其它同类型工艺；

2．该工艺不需外加碳源，厌氧、缺氧池只进行缓速搅拌，节省运行费用；

3．技术较先进成熟；

运行稳妥可靠；

4．国内工程实例多，容易获得工程管理经验。

1．该工艺脱氮效果受混合液回流比大小影响，除磷效果受回流污泥夹带的溶解氧和硝态氮的影响，故脱氮除磷效果不可能太高；

2．一次性投资大，单位经营成本高；

3．占地面积大；

4．运行控制难度高。

方案三

SBR工艺

1．稳定的脱氮除磷功能；

2．池内水质均匀，具有完全混合的水力学特征；

3．处理构筑物简单，不易产生污泥膨胀；

4．自动化水平高，运行稳妥可靠，单位电耗低；

5．国内工程实例较多，容易获得工程管理经验。

1．机械设备较多；

2．曝气易堵塞；

3．操作、管理、维护较复杂，要求管理人员具有较高素质。

氧化沟工艺具体流程见图2.1。

图2.1氧化沟法工艺处理流程

2.3工艺方案分析

本项目污水的特点为：

（1）污水以有机污染为主，BOD5/CODcr=0.51，可生化性较好，重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标；

（2）污水中主要污染物指标BOD5、CODcr、SS值比国内一般城市污水高70％左右；

（3）污水处理厂投产时，多数重点污染源治理工程已投入使用。

针对以上特点、出水要求、现有城市污水处理技术的特点以及参照国内工程实例的普遍工艺，并结合丹灶城镇污水处理技术的发展现状，采用氧化沟最为经济简便。

本设计采用卡鲁塞尔（Carrousel）2000型氧化沟工艺，它是在普通Carrousel氧化沟前增加一个厌氧区和缺氧区，又称前反硝化区，对BOD、COD、N的去除率均达到95％。

出水磷可降到1～2mg/L，实际上就是一个改良的A2O工艺，并以其简单、实用、高效、可靠及其优异的投资效益比，成功在各地推广和运行。

Carrousel2000氧化沟工艺特点如下：

1、工艺稳定可靠，控制简单，对C、N、P具有很高去除率；

2、在处理城市污水时不需设初沉池，污泥稳定，不需消化可直接干化；

3、其沟型可防止短流，通过完全混合作用产生很强的耐冲击负荷能力；

4、其推流式模型的某些特征可使混合液在流到出水堰时会形成良好的混合液生物絮凝体，可提高二沉池内的污泥沉降速度及澄清效果，通过对表曝机的设计与控制可使曝气区末端的溶解氧减少到最低程度，有效防止前置缺氧池氧过量的问题，从而取得良好的反硝化效果；

5、曝气设备单机容量大，设备数量少，在不使用任何辅助推进器的情况下氧化沟沟深可达4.5m，且系统设备的管理维护工作量少；

6、Carrousel氧化沟的优化设计可使表曝机的一部分能量专门用于为出渠道流速，但表曝机却可以只根据实际需氧量来设计，当需氧量减少时，氧化沟的一个或数个表曝机可停止或切换到较低的流速；

7、Carrousel曝气区可很方便地覆盖起来以防止可能的喷溅、水雾和结冰问题[4]。

2.4流程各结构介绍

1、格栅

因为排入污水处理厂的污水中有杂物，所以在处理系统之前设置格栅，以拦截较大的杂物，防止杂物堵塞处理系统的管道、孔口和辅助设施。

本设计采用中隔栅，又因杂物量多，可采用机械清渣。

2、沉砂池

城镇生活污水中含有一定量的无机颗粒，例如砂粒，砂粒如随着污水进入处理构筑物，会损坏水泵和管道，在流速较慢的地方会沉下来，例如曝气池的底部、沉淀池底部等，还会进入污泥系统。

因此城镇污水处理系统中一般都设有沉砂池。

由于本设计的处理量较大，并且污水经过中格栅除渣，对泵站影响不大，为了便于清砂，沉沙池设于泵站后；

另外，考虑到曝气沉砂池除砂效果较好，水力漩流能使砂粒与有机物分离，沉渣不易腐败，且兼有除油、吹脱、氧化等效能，近年也较推广使用，故选用之。

3、卡鲁塞尔（Carrousel）2000型氧化沟

（1）Carrousel氧化沟系列是1967年由荷兰DHV公司开发研制的，现已在原有的单级标准基础上开发出新的设计，提高了处理效率，降低了运行能耗，改进了活性污泥性能并实现了生物脱氮除磷。

Carrousel2000氧化沟工艺是在原Carrousel系统上增加一个缺氧池，这个预反硝化池通过两条窄沟与原Carrousel系统连接在一起。

当缺氧区富含硝酸盐的混合液流向曝气机，部分液体被导入缺氧池，与未处理的污水接触，未处理污水BOD浓度高，可作为碳源满足并促进反硝化过程。

曝气机周围的侧向导流渠可充分利用卡鲁塞尔氧化沟原有的渠道流速，在不增加任何回流提升动力的情况下，将相当于400％进水流量以上的硝化液回流到前置缺氧池与原水混合并进行反硝化。

（2）Carrousel2000氧化沟流程图如图2-2所示：

图2.2Carrousel2000氧化沟流程

（3）工艺原理

原水和二沉池回流污泥在厌氧池中搅拌混合，在厌氧池中完成以下反应：

兼性反硝化菌异化原水和回流污泥中的硝酸盐和亚硝酸盐，得以脱氮；

兼性细菌将可溶性BOD5转化成挥发性脂肪酸（VFA），聚磷菌获得VFA将其同化成聚β羟基丁酸脂（PHB），所需能量来源于聚磷的水解并导致磷酸盐的释放。

厌氧池后紧接缺氧池，微生物在缺氧池中完成下列反应：

兼性反硝化菌异化厌氧出水和普通Carrousel氧化沟中分流过来的硝酸盐和亚硝酸盐，使脱氮更为充分；

聚磷菌利用后续普通Carrousel氧化沟中分流出来的混合液中的硝酸盐和亚硝酸盐所提供的电子吸磷，避免同时反硝化和吸磷时BOD5的不足；

后续Carrousel氧化沟完成了硝化、吸磷和去除有机物等过程。

4、二沉池

二沉池在生物反应池后面，其作用是泥水分离，其能大大减少污水中的悬浮物，达到清澈的水质排放。

本设计采用了运行较好，管理较简单，排泥设备已趋定型的辐流式沉淀池。

5、浓缩池

浓缩池的作用是用于降低要经稳定、脱水处置过程或投弃的污泥的体积。

污泥浓缩后污泥增稠，污泥的含水率降低，污泥的体积大幅度地降低，从而可以大大降低其他工程措施的投资。

污泥浓缩的方法分为重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩等[4]。

本设计针对污泥量大、节省运行成本，采用了重力浓缩方法，重力浓缩具有以下几个优点：

（1）贮存污泥能力高；

（2）操作要求不高；

（3）运行费用少，尤其是电耗。

缺点：

（1）占地面积大；

（2）会产生臭气；

（3）对于某些污泥作用少。

3主要工艺参数设计计算

3.1格栅

3.1.1设计说明

格栅的截污主要对水泵起保护作用，防止堵塞后续处理系统的管理、孔口和损坏辅助设施，减轻后续处理构筑物的处理负荷，以保证污水提升系统的正常运行，同时除去污水中较大的漂浮物。

而提升水泵房选用螺旋泵，为敞开式提升泵。

为减少栅渣量，拟采用中隔栅，格栅栅条间隙设定为30.0mm。

设计流量：

平均流量Qd=50000m3/d=2084m3/h=0.579m3/s。

最大流量Qmax=Kz·

Qd=1.35×

50000m³

/d=67500m3/d=2813m³

/h=0.782m³

/s。

设计参数：

隔栅栅条间隙e=30.0mm，过栅流速v=0.8m/s，安装倾角α=60°

，栅前水深h=0.8m，格栅数N=1。

格栅组图见图3.1。

图3.1隔栅

3.1.2格栅计算

1、栅条间隙数为：

n＝Qmax×

（sinα）1/2/e×

h×

v＝0.782×

（sin60°

）1/2/0.030×

0.8×

0.8＝38（条）；

2、栅槽有效宽度B：

采用Φ10圆钢为栅条，即S＝0.01m。

比栅格宽取0.2m；

B＝S（n－1）＋en+0.2＝0.01×

37＋0.030×

38+0.2＝1.71m；

3、过栅水头损失：

h2＝k×

1.79×

（S/e）4/3×

v2×

sinα/2g

＝3×

（0.01/0.03）4/3×

0.82×

sin60°

/（2×

9.81）

＝0.035m；

4、栅槽总高H：

取h2＝0.05m，格栅前渠道超高取h1＝0.3m；