活性污泥法课程设计.doc
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学号：
2010122140
课程设计
题目
城镇污水处理厂工艺设计
（活性污泥法）
学院
环境与生物工程学院
专业
环境工程
班级
环境工程一班
学生姓名
张琼
指导教师
谭雪梅
2012
年
12
月
7
日
目录
目录 1
第一章设计任务 4
1.1设计任务及要求 4
1.1.1设计任务 4
1.1.2设计要求 4
第二章总体设计 5
2.1处理构筑物选择 5
2.2污水处理厂选址 5
2.3核心工艺比较 6
2.3.1氧化沟工艺 6
2.3.2A/O法 6
2.3.3SBR法 7
2.3.4曝气生物滤池（BAF） 7
2.3.5MBR工艺 7
2.4设计流量 9
2.5污水、污泥处理工艺流程图 9
第三章格栅 9
3.1设计草图 10
3.2设计参数 10
3.3设计计算 10
3.3.1中格栅的设计计算 10
3.3.2细格栅的设计计算 12
第四章沉砂池 14
4.1设计草图 15
4.2设计参数 15
4.3设计计算 15
第五章初级沉淀池 17
5.1设计草图 17
5.2设计计算 17
第六章曝气池 20
6.1污水处理程度的计算及曝气池的运行方式 20
6.1.1污水处理程度的计算 20
6.1.2曝气池的运行方式 20
6.2曝气池的计算与各部位尺寸的确定 21
6.3曝气系统的计算与设计 23
6.4供气量计算 24
6.5空气管系统计算 26
6.6空压机的选定 27
第七章二次沉淀池 27
7.1设计草图 28
7.2设计参数 28
7.3设计计算 28
第八章其他构筑物 31
8.1集水井 31
8.2污水提升泵房 32
8.3接触池 33
8.4液氯投配系统 33
8.5计量堰 34
8.6污泥回流泵房 34
8.7污泥浓缩池 35
8.8污泥脱水间 35
第九章构筑物高程布置计算及水力损失 35
9.1平面布置 35
9.2构筑物水头损失计算 36
9.2.1污泥管道水头损失 37
9.2.2污水管渠水力计算 38
9.3污泥高程计算 38
第十章污水厂运行成本及其构成 40
10.1污水处理厂的处理成本构成 40
10.2运行成本分析 40
10.2.1人员费 40
10.2.2动力费 41
10.2.3维修费 42
10.2.4药剂费 42
10.3运行成本 42
参考文献 43
第一章设计任务
1.1设计任务及要求
1.1.1设计任务
城市日处理水量5万污水处理厂工艺设计
1.污水处理工艺选择及各工艺单元的设计，包括工艺流程的确定,各单体构筑物的工艺设计。
2.污泥处理方法选择及污泥处理构筑物的工艺设计计算。
包括工艺流程的确定，单体构筑物的工艺设计；
3.污水泵站的工艺设计。
可以是终点泵站，也可以是中途提升泵站。
包括选泵、泵站工艺设计计算和泵站工艺图的绘制；
4.污水处理厂的平面布置。
包括污水处理厂处理构筑物和辅助建筑物的平面布置图及工艺平面图绘制；
5.污水处理厂竖向布置及高程计算。
1.1.2设计要求
1）对主要构筑物选型作说明。
2）主要处理设施（格栅、沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池）的工艺计算（附必要的计算草图）。
3）污水处理厂平面和高程布置。
4）编写设计说明计算书。
第二章总体设计
2.1处理构筑物选择
污水处理构筑物形式多样，在选择时，应根据其适应条件和所在城市应用情况选择。
选用平流沉砂池，平流式沉淀池，传统的推流式曝气池，平流式消毒接触池，巴士计量槽，采用带式压滤机进行污泥脱水。
2.2污水处理厂选址
未经处理的城市污水任意排放，不仅会对水体产生严重污染，而且直接影响城市发展发展和生态环境，危及国计民生。
所以，在污水排入水体前，必须对城市污水进行处理。
而且工业废水排入城市批水管网时，必须符合一定的排放标准。
最后流入管网的城市污水统一送至污水处理厂处理后排入水体。
在设计污水处理厂时，选择厂址是一个重要环节。
厂址对周围环境、基建投资及运行管理都有很大影响。
选择厂址应遵循如下原则：
1．为保证环境卫生的要求，厂址应与规划居住区或公共建筑群保持一定的卫生防护距离，一般不小于300米。
2．厂址应设在城市集中供水水源的下游不小于500米的地方。
3．厂址应尽可能设在城市和工厂夏季主导风向的下方。
4．要充分利用地形，把厂址设在地形有适当坡度的城市下游地区，以满足污水处理构筑物之间水头损失的要求，使污水和污泥有自流的可能，以节约动力。
5．厂址如果靠近水体，应考虑汛期不受洪水的威胁。
6．厂址应设在地质条件较好、地下水位较低的地区。
7．厂址的选择要考虑远期发展的可能性，有扩建的余地。
2.3核心工艺比较
2.3.1氧化沟工艺
氧化沟主要特点是：
进出水装置简单；污水的流态可看成是完全混合式，由于池体狭长，又类似于推流式。
优点：
BOD负荷低，处理水质良好；污泥产率低，排泥量少；污泥龄长，具有脱氮的功能。
缺点：
氧化沟工艺与SBR和普通活性污泥工艺比较，能耗高，且占地面积较大。
2.3.2A/O法
即厌氧—好氧污水处理工艺，生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。
优点：
1）生物活性高；
2）较高的微生物浓度；
3）泥产量低；
4）出水水质好且稳定；
5）动力消耗低；
6）不产生污泥膨胀；
7）挂膜方便，可间歇运行；
8）工艺运行简单，操作方便，抗冲击负荷能力强；
9）积负荷高，停留时间短，节约占地面积。
缺点：
池内填料间的生物膜有时会出现堵塞现象，尚待改进。
研究的方向是针对不同的进水负荷控制曝气强度，以消除堵塞；其次是研究合理的氧化池池型和形状、尺寸和材质合适的填料。
2.3.3SBR法
SBR运行特点是各阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化以及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质、出水质量与运行功能要求等灵活变化。
优点：
出水水质较好；不产生污泥膨胀；除磷脱氮效果好。
缺点：
池容和设备利用率低，占地面积较大、运行管理复杂，自控水平要求高。
2.3.4曝气生物滤池（BAF）
曝气生物滤池是集生物氧化和截留悬浮固体与一体，节省了后续沉淀池（二沉池）。
优点：
1）总体投资省，包括机械设备、自控电气系统、土建和征地费；
2）占地面积小，通常为常规处理工艺占地面积的80%，厂区布置紧凑，美观；
3）处理出水质量好，可达到中水水质标准或生活杂用水水质标准；
4）工艺流程短，氧的传输效率高，供氧动力消耗低，处理单位污水的电耗低
5）过滤速度高，处理负荷大大高于常规处理工艺；
缺点：
曝气生物滤池运行维护较复杂，尤其是填料的反洗与更换，从而导致运行费用也较高。
2.3.5MBR工艺
膜-生物反应器工艺是利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住，省掉二沉池。
优点：
1）出水水质好
2）工艺参数易于控制，能实现HRT与SRT的完全分离
3）设备紧凑，省掉二沉池，占地少
4）剩余污泥产量少
5）有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖
6）克服了常规活性污泥法中容易发生污泥膨胀的弊端
7）系统可采用PLC控制，易于实现全程自动化
缺点：
MBR工艺造价相对较高，为普通污水处理工艺的1.5-2.0倍。
国产膜片质量较差、使用时间较短，进口膜片价格过高，运行维护及更换费用较高。
以下为各种好氧生物处理工艺方法的技术经济指标比较
各种好氧生物处理工艺方法的技术经济指标比较
方案
技术指标
（BOD5去
除率％）
经济指标*
运行情况
基建费
能耗
占地
运行
稳定
管理
情况
适应负
荷波动
备注
传统活性
污泥法
85～95
100
100
100
一般
一般
不适应
适用于中等浓度的生
活污水和工业废水，对冲击敏感
渐减曝气法
85～95
100
100
100
一般
一般
一般
空气供应逐渐减小以配合
有机负荷的需要
分段曝气法
85～95
100
100
100
一般
一般
一般
处理污水的范围较广
完全混合法
85～90
<100
<100
>100
稳定
简便
适应
一般都能使用，
能抗冲击负荷
浅层曝气法
85～91
<100
<100
>100
稳定
简便
一般
适用于中小型规模的污水厂
深层曝气法
85～95
>100
<100
<100
稳定
简便
适应
适用于中小型规模的污水厂
深井曝气法
85～90
>100
<100
<100
稳定
一般
适应
施工难度大，一般不用
吸附再生法
80～90
<100
>100
<100
一般
简便
一般
适用高悬浮固体污水
纯氧曝气法
85～95
>100
>100
<100
一般
麻烦
适应
一般应用于空间较小，
有经济氧源的地方
氧化沟
90～95
<100
>100
>100
稳定
简便
适应
适用于中小型污水厂、
需要脱氮除磷地区
SBR
90～99
<100
100
<100
稳定
简便
适应
适用于中、小型污水处理厂
AB法
85～95
<100
<100
约100
一般
简便
适应
可分期建设达到不同的
水质要求
A/O和A2/O
90～95
>100
>100
>100
一般
一般
一般
需脱氮除磷的大型污水厂
生物膜法
>=90
<100
<100
约100
稳定
简便
适应
适用于小型污水厂
为了降低投资和运行成本，因地制宜地进行工艺方案（主要是生物处理方案）比较是必要的。
进行多种工艺方案的比较，包括投资费用、运行费用、占地面积、出水水质、后期管理等各方面进行工艺方案的优化抉择，本设计采用传统活性污泥法。
2.4设计流量
平均日流量
变化系数
最大日流量
2.5污水、污泥处理工艺流程图
城镇污水
集水池
粗格栅
提升泵房
细格栅
沉砂池
初沉池
曝气池
二沉池
污泥回流泵房
浓缩池
污泥脱水
接触池
鼓风机房
加氯间
计量排放
泥饼外运
砂水分离器
砂砾外运
第三章格栅
格栅由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，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷。
3.1设计草图
3.2设计参数
（1）栅前水深;
（2）过栅流速;（过栅流速一般为0.6~1.0m/s）
（3）格栅间隙;
（4）格栅安装倾角
3.3设计计算
3.3.1中格栅的设计计算
1）栅条间隙数：
式中：
n中—中格栅间隙数；
—最大设计流量，；
—栅条间隙，取30mm；
—栅前水深，取1.0m；
v—过栅流速，取0.8m/s；
α—格栅倾角度；
2）栅槽宽度：
式中：
B—栅槽宽度，m；
S—格条宽度，取0.01m；
，取1.2m；
3）中格栅珊前进水渠道渐宽部分长度：
若进水渠宽，减宽部分展开角，则此进水渠道内的流速
4）格栅栅槽后与出水渠道连接处渐窄部分长度：
5）过栅水头损失：
式中：
h中—中格栅水头损失，m；
—系数，当栅条断面为矩形时取2.42；
k—系数，一般取k=3；
6）栅前槽总高度：
取栅前渠道超高
栅前槽高
7）栅后槽总高度
栅槽总长度：
.取.
8）栅槽总高度：
式中：
L—栅槽总长度；
0.5—中格栅距格栅前进水渠减宽部分长度；
1.0—中格栅距格栅后出水渠减窄部分长度；
L1—格栅距出水渠连接处减宽部分长度；
L2—格栅距出水渠连接处减窄部分长度；
9）每日栅渣量：
式中：
w—每日栅渣量，m3/d；
w0—栅渣量m3/103m3污水，一般为0.1—0.01m3/103m3，中栅取0.03m3/103m3；
.故用机械清渣。
3.3.2细格栅的设计计算
1）栅条间隙数：
式中：
n中—中格栅间隙数；
—最大设计流量，；
—栅条间隙，取30mm；
—栅前水深，取1.2m；
v—过栅流速，取1.0m/s；
α—格栅倾角度；
2）栅槽宽度：
式中：
B—栅槽宽度，m；
S—栅条宽度，取0.01m；
，取1.4m
3）中格栅珊前进水渠道渐宽部分长度：
若进水渠宽，减宽部分展开角，则此进水渠道内的流速
4）格栅栅槽后与出水渠道连接处渐窄部分长度：
5）过栅水头损失：
式中：
h细—细格栅水头损失，m；
—系数，当栅条断面为矩形时取2.42；
k—系数，一般取k=3；
6）栅前槽总高度：
取栅前渠道超高
栅前槽高
7）栅后槽总高度
栅槽总长度：
.取.
8）栅槽总高度：
式中：
L—栅槽总长度，
0.5—中格栅距格栅前进水渠减宽部分长度；
1.0—中格栅距格栅后出水渠减窄部分长度；
L1—格栅距出水渠连接处减宽部分长度；
L2—格栅距出水渠连接处减窄部分长度。
.取
9）每日栅渣量：
式中：
w—每日栅渣量，m3/d；
w0—栅渣量m3/103m3污水，一般为0.1—0.01m3/103m3，细栅取0.08m3/103m3。
.故用机械清渣。
10）格栅间尺寸的确定
工作平台设在格栅上部，高出格栅前最高设计水位0.5m，工作台上设有安全和冲洗措施，工作台正面过道宽度与栅槽宽度相同。
11）格栅选型
根据所计算的格栅宽度和长度，考查平面格栅的基本尺寸选择格栅为PGA-1500
3000-20，清渣采用固定式清渣机清渣。
格栅设三座，两用一备。
第四章沉砂池
目前，应用较多的沉砂池池型有平流沉砂池、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。
4.1设计草图
4.2设计参数
设计流量
设计流速（一般为0.15m/s-0.30m/s）
水力停留时间（一般为30s-60s）
4.3设计计算
1）沉砂池长度
2）水流断面面积
3）池总宽度：
设计格，每格宽取,池总宽
4）有效水深（介于0.25-1m之间）
5）贮泥区所需容积设计,即考虑排泥间隔天数为2天，则每个沉砂斗容积
其中X—城镇污水的沉砂量，一般采用0.03L/
K—污水流量总变化系数1.3.
6）沉砂斗各部分尺寸及容积
设计斗底宽,斗壁与水平面的倾角60,贮砂斗高,
则沉砂斗上口宽
沉砂斗容积
7）沉砂池高度：
采用重力排砂，设计池底坡度为0.06，坡向沉砂斗长度为
则沉泥区高度为
池总高度H；设超高
8）核算最小流速
最小流量,最小流量是的有效水深取0.3m,则
符合要求
沉砂池底部的沉砂通过吸砂泵，送至砂水分离器，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400mm，管内最大流速为0.99m/s。
集配水井为内外套筒式结构，外径4.0m，内经2.0m。
由沉砂池过来的输水管道直接进入内层套筒，进行流量分配，通过10根管径为200mm的管道送往10个初次沉淀池，管道内最大水流速度为0.80m/s。
第五章初级沉淀池
本设计采用了成本较低，运行较好的平流式沉淀池，该池施工简易，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强。
5.1设计草图
5.2设计计算
1）沉淀区表面积A
沉淀池表面负荷取,则
2）有效水深
沉淀时间取
沉淀区有效容积V
3）沉淀池长度L
（其中v为最大设计流量时的水平流速，取5mm/s）
代入式中得
4）沉淀池总宽度B
5）沉淀池的数量n
设每个沉淀池的宽度则
.取
6）校核
长宽比:
.（符合要求）
长深比:
.（符合要求）
7）污泥区容积容积Vw
设污泥清除间隔天数T=2d，污泥含水率为95%，每人每日产生的污泥量S=0.5L/（人d），设计人口数人。
则
每池污泥区容积
8）沉淀池的总长度L’
流入口至挡板距离取0.5m，流出口至挡板距离取0.3m
9）沉淀池超高h1取0.3m；缓冲层高度h3取0.5m（采用静水压排泥）；由前面计算可得h2=3m；泥斗倾角采用55°，泥斗斗底尺寸为800mm×800mm，上口为2000mm×2000mm.
则泥斗高度
污泥斗以上梯形部分：
梯形上底边长；梯形下底边长，梯形的坡度取0.01.
则梯形的高度
沉淀池总高度
10）容积校核
贮泥斗的容积V1
贮泥斗以上梯形部分污泥容积V2
符合要求。
11）出水渠道
沉淀池的出水采用锯齿堰，堰前设挡板，拦截浮渣。
出水槽采用双侧集水，出水槽宽度为0.4m，水深0.4m，槽内水流速度0.57m/s，堰上负荷为1.66L/（m.s）<2.9L/（m.s）符合要求。
初沉池的出水通过管道流回初沉池集配水井的外层套筒，管径200mm，水流速度为0.80m/s。
12）排泥管
污泥斗的排泥管采用铸铁管，直径为200mm，下端伸入斗底中央处，顶端敞口，伸出水面，便于疏通和排气。
在水面下1.5m处，与排泥管连接水平排出管，污泥由此借静水压力排出池外，排泥时间不大于10min。
13）进水挡板、出水挡板
沉淀池设进水挡板和出水挡板，进水挡板距进水穿孔花墙0.5m,挡板高出水面0.3m,伸入水下0.8m。
出水挡板距出水堰0.5m,挡板高出水面0.3m，伸入水下0.5m，在出水挡板设一个浮渣收集装置，用来收集拦截的浮渣。
14）刮泥装置
沉淀池采用行车式刮泥机，刮泥机设于池顶，刮板伸入池底，刮泥机行走时污泥推入污泥斗内。
第六章曝气池
已知参数,原污水值265mg/L,要求处理水值.
6.1污水处理程度的计算及曝气池的运行方式
6.1.1污水处理程度的计算
经初次沉淀池处理BOD5按降低25%计算，则进入曝气池污水的BOD5值为：
为了计算去除率，首先计算处理水中非溶解性BOD5值，即
式中Ce---处理水中悬浮固体浓度，取值为30mg/L
b---微生物自身氧化率，一般介于0.05-0.1之间，取值为0.09
Xa---活性微生物在处理水中所占比例，取值0.4
代入数值，得
处理水中溶解性值为：
则去除率为
6.1.2曝气池的运行方式
在本设计中应考虑曝气池运行方式的灵活性和多样化，即以传统活性污泥法系统作为基础，又可按阶段曝气系统和吸附—再生—曝气系统运行，这些运行方式的实现，是通过进水渠道的布设和闸板的控制来实现的。
6.2曝气池的计算与各部位尺寸的确定
曝气池按—污泥负荷法计算
（1）-污泥负荷率的计算
拟定采用的—污泥负荷率为，
但为稳妥计算需加以校核
式中Kz---系数，其值在0.0168-0.028之间，取0.02.
Se---经活性污泥处理系统处理后，处理水中残留的有机污染物量。
对生活污水，值为0.75左右。
代入数值
所以,值按0.3计算。
（2）确定混合液污泥浓度X
根据已确定的Ns值，计算SVI值
X值按下式计算
式中R--污泥回流比，取50%
---是考虑污泥在二次沉淀池中停留时间、池深、污泥厚度等因素的有关系数，一般取值1.2左右
代入数值得
挥发性悬浮固体浓度
（3）确定曝气池容积
式中V---曝气池容积m3
---原污水的BOD5值mg/L，
X---曝气池内混合液悬浮固体浓度（MLSS）mg/L，
代入数值得
（4）确定曝气池各部位尺寸
设有4组曝气池，每组容积为
池有效水深,则每组曝气池的面积为
池宽.宽深比,符合要求，则池厂为
取125m.
长宽比,符合要求
设每组曝气池共5廊道，每组廊道长为
曝气池超高取0.5m，则池总高度为
在曝气池面对初沉池和二沉淀池的一侧，各设横向配水渠道，并在池中部设纵向中间配水渠道与横向配水渠道相连接，在两侧横向配水渠道上设进水口，每组曝气池共有3个进水口。
在面对初沉池的一侧，在每组曝气池的一端，廊道Ⅰ进水口处设回流污泥井，井内设污泥空气提升器，回流污泥由污泥泵站送入井内，由此通过空气提升器回流曝气池。
如图：
6.3曝气系统的计算与设计
本设计采用鼓风曝气系统。
（1）平均时需氧量的计算
式中----活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率，即活性污泥微生物每代谢1kg所需要的氧量，以kg计,查表取=0.5
---活性污泥微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧率，即每kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，以kg计，查表取=0.15
----被降解的有机污染物量（mg/L）。
Xv---单位曝气池容积内的挥发性悬浮固体（MLVSS）量kg/m3
代入数值得
（2）最大时需氧量的计算
（3）每日去除的BOD5值
（4）去除每kgBOD的需氧量
（5）最大时需氧量与平均时需氧量之比
6.4供气量计算
采用网状模型中微孔空气扩散器，敷设于距池底0.2m处，淹没水深3.8m，计算温度为30℃，查表得水中饱和溶解氧值为
（1）空气扩散器出口处的绝对压力（）计算得
式中P---大气压力P=1.013Pa
H---空器扩散装置的安装深度m
代入数值
（2）空气离开曝气池面时，氧的百分比计算
式中EA----空气扩散器的氧转移效率，对网状模型中微孔空器扩散器,取18%,故
（3）曝气池混合液中平均氧饱和度（按最不利的温度条件考虑）计算
式中Cs---在大气压力条件下氧的饱和度mg/L,最不利温度条件按30℃考虑，代入各值得
（4）换算为在20℃条件下，脱氧清水的充氧量
式中---修正系数,,,（0.80.85）取=0.82
---修正系数,,（0.90.97）取=0.95
C---取值2.0
---取值1.0
代入数值得
相应的最大时需氧量为
（5）曝气池平均时供氧量
（6）曝气池最大时供
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