污水处理节能减排设计方案.docx
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污水处理节能减排设计方案
污水处理节能减排设计方案
一、概述
实现节能减排，是环保领域的发展前境和方向，本方案采用“导流曝气生物过滤法”对每小时流量为1250m3，每天流量为30000m3的污水处理后，处理结果优于GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准A标准，达到GB／T18921－2002《城市污水再生利用景观环境用水水质》要求，实现污水处理后再生利用，不受排向影响，今后没有升级改造的后顾之忧。
从而实现投次少、耗能低，运行费用损、占地面积小，是目前理想的节能减排新工艺新产品。
为促进我国的节能减排工作，本污水处理以简本的形式将设计方案推荐给大家，希望对我国的节能减排工作有一定的促进作用。
二、进水水质设计
根据甲方提供的污水进水水质，确定进口浓度如下：
CODcr（mg／L）
BOD5（mg／L）
SS（mg／L）
NH3-N（mg／L）
TP（mg／L）
pH
320
180
150
45
4
6~9
三、出水要求
考虑到国家环保要求越来越严，如果选用常规的污水处理工艺技术，污水处理后只能达到现行的国家排放标准，如果今后的国家排放标准升级，升级后的污水处理工程又不要投入资金改造后，才能达标。
为避免反复整改的不必要耗资，采用前瞻性的“导流曝气生物过滤法污水处理工艺技术”对该污水进行处理，处理效果优于国家排放标准，达到中水回用，没有升级改造的后顾之忧。
其处理后的具体指标如下：
污染物
处理后达到的效果
污染物
处理后达到的效果
BOD5
≤10mg／L
PH
6—9
CODcr
≤30mg／L
SS
≤10mg／L
动植物油
≤3mg／L
NH3-N
≤5mg／L
色度
≤30mg／L
硫化物
≤1mg／L
挥发酚
≤0.3mg／L
磷酸盐
≤0.4mg／L
阴离子表面活性剂
≤2mg／L
粪大肠菌数
≤3个／L
四、主要污染物去除率
根据上述污水水质，采用导流曝气生物过滤法处理污水，其去除率如下：
项目
CODcr
BOD5
SS
NH3-N
TP
粪大肠菌群数
设计进水水质（mg／L）
320
180
150
45
4
不可计数
设计出水水质（mg／L）
30
7.56
10
5
0.5
≤3个／L
处理程度（%）
90.625
95.8
93.33
88.89
87.5
≥99.999%
五、主要污染物处理量
污染物名称
污染物处理量
CODcr
BOD5
SS
NH3-N
TP
30000吨污水中每天和每年污染物消除污染物量
日处理量（kg／d）
8700
5173.2
4200
1200
105
年处理量（T／年）
3175.5
1888.218
1533
438
38.325
六、污水处理系统设计
1、工艺流程图
废气处理系统
格
栅
池
中
水
池
导流快速
沉淀分流
系 统
水解酸化
池
砂
滤
池
脱
氯
池
消
毒
池
导流曝气
生物过滤
系 统
调
节
池
沉
砂
池
污泥池
2、系统设计
2.1、格栅池
主要功能：
对水中的悬浮物，漂浮物和沉淀物实现有效的截留，确保潜污泵正常稳定地运行。
设计流量：
Qmax＝30000m3／d＝1250m3／h＝0.3472m3／s；根据城镇污水总变化系数的取值规定，取总变化系数KZ=1.45067。
则Qmax=0.3472×1.45067=0.5037m3／s。
栅前水深h＝0.6m，过栅流速V＝0.6m／s，进水渠道渐宽部分的尺寸角采用α1＝20°，栅前渠道超高取h2＝0.6m，栅条间隙宽度b＝0.01m，栅条宽S＝0.01m，格栅安装倾角α＝60°。
①
②栅槽宽度B＝S（n－1）＋bn＝0.01（130－1）＋0.01×130＝2.59m
栅槽宽度取2.8m。
③进水渠道渐宽部分的长度L1，设进水渠宽B1＝2.4m，其渐宽部分尺寸角度α1＝20°（进水渠道内的流速为0.466m／s，小于V＝0.6m／s，符合要求）。
④栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度：
⑤通过格栅的水头损失（h1），设栅条断面为锐边矩形断面B＝2.42，K＝3。
⑥栅后总高度（H）：
H＝h+h1+h2＝0.6＋0.119＋0.6＝1.319m
⑦栅槽总长度L：
因此格栅槽为L×B×H＝3.2×2.8×1.4m。
有效容积：
12.5m3。
构筑物：
由进水室、格栅渠道组成，地上式，砖混结构。
在格栅进水室设置应急溢流管，当设备故障或其他非常原因，使进水室的污水超过最高设定水位时，污水通过应急溢流管超越排出，为方便检修，在格栅前设置圆形闸阀。
格栅安装：
安装角度60度；过栅损失：
0.05m；过栅流速0.6m／s。
设备选型：
设计选用HF-2600型自动格栅1台，电机功率：
3.0kw，间距：
10mm。
自动格栅除污机是一种可以连续自动清除水中各种漂浮物、悬浮物的设备。
该机的主要特点是可以连续清除水中污染物，能耗低、噪音低、效率高，并且水下部件采用不锈钢，栅齿采用不锈钢或尼龙制成，提高了耐腐蚀性能。
主要用于污水工程的格栅池入口处，以拦截水中各种杂物，作为细格栅用，达到初步净化及保护后续给排水设备的目的。
2.2、沉砂池
主要功能：
去除比重较大的无机颗粒，以便减轻无机颗粒对水泵、管道的磨损。
由于曝气沉淀池通过曝气作用，水中的颗粒在旋流运动中不断的相互摩擦，将附着于颗粒上的有机物去除，同时，由于旋流作用产生的离心力，把相对密度较大的无机物颗粒甩向外层并下沉，相对密度较轻旋至水流的中心部位随水带走。
由于曝气沉砂池具有较高且稳定的去除效率，因此选择采用曝气沉淀池。
设计参数：
Q＝30000m3／86400s＝0.3472m3／s，根据城镇污水总变化系数的取值规定，取总变化系数KZ=1.45067。
则Qmax=0.3472×1.45067=0.5037m3／s。
1）总有效容积
V=60Qmaxt=60×0.5037×2=60.444m3
式中V——总有效容积，m3；
Qmax——最大设计流速，m3/s。
t——最大设计流量时的停留时间，min。
2）水流断面积
A=Qmax/v=0.5037/0.08=6.296m2
式中A——水流断面积，m2；
Qmax——最大设计流速，m3/s。
V——最大设计流量时的水平前进流速，m/s。
3）池总宽度
B=A/H=6.296/2.0=3.15m,
式中B——池总宽度，m；
H——设计有效水深，m。
4）池长
L=V/A=60.444/6.296/2=4.8m
式中L——池长，m。
设两座
5）所需曝气量
q=3600DQmax=60×0.1×0.5037=3.022m3/min
式中q——所需曝气量，m3/min。
D——每m3污水所需曝气量，m3/m3。
6）设计尺寸
根据计算，确定曝气沉砂池规格尺寸为L×B×H=5.0×3.2×2.0m，两座。
主要设备：
曝气沉砂装置一套。
鼓风系统与生物曝气系统共用。
2.3、调节池
主要功能：
调节污水水量、水峰和均衡水质，以削减高峰负荷，利于下一步后续处理，同时用污水提升泵将污水提升，满足污水处理构筑物高程布置。
设计参数：
Q＝30000m3／86400s＝0.3472m3／s，根据城镇污水总变化系数的取值规定，取总变化系数KZ=1.45067。
水力停留时间HRT=4h；
即有效容积V=30000/24×4×1.45067=7500m3；
设计两座调节池。
每座设计尺寸：
L×B×H=20×25×8
结构方式：
钢筋混凝土地下式。
调节池的修建：
新建调节池两座。
主要设备及控制方式：
潜水式无堵塞污水提升泵4台，型号：
200QW600－12－37，三用一备，Q＝600m3／h，H＝12m，N＝37kw。
WQ型系列潜水排污泵采用德国ABS公司先进的技术，特别适用于输送含有坚硬固
体、纤维物的液体，以及特别脏、粘和滑的液体。
在污水中工作不会堵塞，无需在泵上加装滤网，运行极其可靠。
WQ系列可根据用户需要配备双导轨自动耦合安装系统，它给安装、维修带来极大方便，人可不必为此而进入污水坑。
2.4、水解酸化池
主要功能：
将大的不易降解的高分子有机物通过水解作用分解为小分子易降解有机物，然后小分子有机物再通过后续装置设备得到更进一步降解。
采用升流式厌氧硝化工艺，废水均匀地进入厌氧池的底部，以向上流的运行方式通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床完成水解和酸化厌氧的全过程，在厌氧硝化去除悬浮物的同时，改善和提高原污水的可生化性，以利于后续处理。
利用水解（酸化）生物处理工艺，可以在短的停留时间（HRT=2.5h）和相对高的水力负荷下[>1.0m3/（m2·h）]获得较高的悬浮物去除率（平均85%的SS去除率）。
这一工艺可以改善和提高原污水的可生化性和溶解性，CODcr去除率为40%～50%，起到预酸化作用。
设计参数：
设计进水容积负荷设计2座
（1）尺寸设计
V＝QS／U（有效容积）
Q：
流量
30000m3／d＝1250m3／h
S：
进出水有机物浓度差（CODcr）
320－30＝290mg／L
U：
进水有机物容积负荷
2kgCODcr／（m3／d）
由于进水浓度低，采用低负荷设计
V＝QS／U（m3）
4350
考虑检修不至于停产，设计两座
每个反应器的容积m3
2175
反应器高度h（m）
6.5
反应器的面积A（m2）
334.6
设计反应池宽（m）
17
反应池长（m）
20
上升流速V（m／h）
1.868
符合要求
水力停留时间T（h）
3.264
符合要求
单个尺寸L×B×H（m）
20×17×7.0
钢筋混凝土地上式
（2）三相分离器结构设计
沉淀区表面负荷（m3／m2·h）
1.868
1.0～2.0m3／m2·h，符合要求
上下三角形集气罩夹角（度）
55
保护高度h1（m）
0.5
下三角形高h3（m）
1
上三角形顶水深h2（m）
0.5
bl＝h3／tan55°（m）
0.70
单元三相分离器宽度b（m）
2.4
下集气罩宽b2＝b－2b1（m）
1.00
下三角形集气缝隙b2中水流上升速度v1
回流缝总面积a1＝b2×l×n＝1.00×17×8.33（m2）
l＝池宽
n＝三相分离器数量＝池长／b＝20／2.4＝8.33
141.6
v1＝Q／al（m／h）＝1250／2/141.6
4.41
＜5m／h，符合要求
结构方式：
钢筋混凝土地上式地上式结构。
主要设备材料：
池中装半软性填料，规格：
Φ=150mm，L=2m，体积为17×20×2.0×2＝1360m3上下用钢条牢固，池底排泥管。
2.5、导流快速沉淀分流系统
主要功能：
采用导流沉淀快速分流工艺，污水以下向流的方式，均匀的进入中间沉降区，并借助于流体下行的重力作用，使污泥以4倍于平流沉淀池的沉速，将污泥快速沉降到导流沉淀快速分流系统底部，在上部水的压力下，通过无泵污泥外排系统，将污泥排至污泥干化池进行处理。
污水在导流板的作用下，以上向流的方式，经过斜管沉淀区，以8倍于平流沉淀池的沉淀速度，使污泥在重力的作用下，同样快速沉降到导流沉淀快速分流系统底部，污泥同样经无泵排泥系统流至污泥干化池进行处理。
污水经导流沉淀快速分流系统处理后，清水流至导流曝气生物过滤系统，进行继续处理。
根据该项目的水量而言，为保证污水处理厂的较好的稳定运行，采取两座导流曝气并列进行处理的方式，即每座导流曝气系统的处理能力为625m3/h。
设计参数：
Q＝625m3／3600s＝0.1736m3／s
竖沉区设计参数：
设计表面水力负荷：
4m3／m2·h；则A´1＝625／4＝156.25m2；
斜沉区设计参数：
设计表面水力负荷：
8m3／m2·h；则A´2＝625／8＝78.125m2；
A´=A´1＋A´2＝156.25＋78.125＝234.375m2；
导流沉淀快速分流池表面积：
16×15＝240m2；
设计斜管孔径100mm，斜管长1m，斜管水平倾角60度，斜管垂直调试0.86m，斜管上部水深0.7m，缓冲层高度1m；
池内停留时间：
t1＝2.56m／8m3／m2·h＝19.2min（2.56代表池深1＋0.7＋0.86）
t2＝2.56m／4m3／m2·h＝38.4min
无泵污泥回流区尺寸：
L×B＝1×1m；泥斗倾角：
45度；泥斗高：
1m；
导流沉淀快速分流池总高：
0.7＋0.86＋1＋2.8＋0.05m＝5.86m；
停留时间：
HRT=2.25h；
每座池体的设计尺寸：
L×B×H＝20×12×5.86m；
每座池体的设计容积：
1406.4m3；
结构方式：
钢筋混凝土地上式；
主要设备：
斜管、吸泥管等。
2.6、导流曝气生物过滤系统
系统主要功能：
导流曝气生物过滤法充分借鉴了下向流曝气生物滤池法、上向流曝气生物滤池法、接触氧化法、生物膜法、人工快滤法、沉降分离法、给水快滤法、聚磷排泥法等八者的设计手法，集曝气、快速过滤、悬浮物截留、两曝两沉、无泵污泥回流、定期反冲于一体，使污水在U型双锥这一个单元体内，综合实现三级、三区、三相导流、无泵污泥外排及回流处理全过程，是一种典型的高负荷、淹没式、固定化生物床的三相导流，脱氮除磷反应器，处理后的污水优于排放标准，实现中水回用。
采取四座导流曝气并列进行处理的方式，即每座导流曝气系统的处理能力为312.5m3/h。
1）、内锥即下向流对流接触氧化区设计：
主要功能：
在内锥即下向流对流接触氧化区内装有粒径较小的滤料，滤料下设有水管和空气管。
经格栅、调节池、水解酸化池、导流快速沉降分离池预处理后的污水，自上而下进入内锥即下向流对流接触氧化生物过滤区，通过滤料空隙间曲折下行，而空气是自下而上行，也在滤料空隙间曲折上升，在对流接触氧化池中，与污水及滤料上附着的生物膜充分接触，在好氧的条件下发生气、液、固三相反应。
由于生物膜附着在滤料上，不受泥龄限制，因而种类丰富，对于污染物的降解十分有利。
污染物被吸附，截留在滤料表面，作为降解菌的营养基质，加速降解菌形成生物膜，生物膜又进一步“俘获”基质将其同化，代谢降解，在碳氧化与硝化合并处理时，靠近内锥上口及进水口的滤层段内有机污染物浓度高，异养菌群占绝对优势，大部分的含碳污染物（CODcr）、BOD5和SS在此得以降解和去除，浓度逐渐低，在内锥下部自养型细菌如硝化菌占优势，氨氮被硝化。
在生物膜内部以及部分滤料间的空隙，蓄积着大量的活性污泥中存在着微生物，因此在内锥可发生碳污染的去除，同时有硝化和反硝化的功能。
粒状滤料及生物膜除了吸附截留等作用外，兼有过滤作用，随着处理过程的进行，在滤料空隙间蓄积了大量的活性污泥，这些悬浮状活性污泥在滤料间隙间形成了污泥滤层，在氧化降解污水中有机
物的同时，还起到了很好的吸附过滤作用，从而使有机物及悬浮物均得到比较彻底的清除。
继而使污水进入导流曝气生物过滤法污水处理池中的第一个区域内锥即下向流对流接触氧化生物过滤区内，较彻底的实现了污水的第一级处理。
设计参数：
Q＝7500m3／86400s＝0.0868m3／s
设计BOD5容积负荷2.0kg／m3·d，设计前段处理BOD5去除20%，
即进水BOD5＝180－180×0.2＝144mg／L；
设计该部分去除率为65%，即出水BOD5＝144－144×0.65＝50.4mg／L；
W填料＝Q（So-Se）／2.0kg／m3·d＝7500×（144－50.4）／2＝351m3；
设计填料高度为2m，则A1＝351／2＝175.5m2；
2）、外锥即上向流曝气生物过滤区设计：
主要功能：
在外锥即上向流对流接触氧化区内也装有粒径较小的滤料，滤料下也设有空气管和水管。
经导流沉降无泵污泥回流区沉淀分离后的相对清水，在导流板的作用下进入外锥。
经过缓冲区后进入滤层，与空气一道自下而上，通过滤料空隙间曲折上升，与污水及滤料表面附着的生物膜充分接触，在好氧条件下发生气、液、固三相反应，由于生物膜附着在滤料上，不受泥龄限制，因而种类丰富，对于污染物的降解十分有利。
污染物被吸附、拦截在滤料表面，作为降解菌的营养基质，加速降解菌形成生物膜，生物膜又进一步“俘获”基质，将其同化、代谢、降解。
在碳氧化与硝化合并处理时，靠近外锥下部进水口的滤层段内有机污染浓度高，异养菌群占绝对优势，大部分的含碳污染物（CODcr）BOD5和SS在此得以降解和去除，浓度逐渐降低。
在外锥的上部的自养型细菌，如硝化菌占优势，氨氮被硝化。
在生物膜内部以及部分填料间的空隙，蓄积的大量活性污泥中存在着兼性微生物。
因此，在外锥中可发生碳污染物的去除，同时有硝化和反硝化的功能。
粒状滤料及生物膜除了吸附拦截等作用外，兼有过滤的作用，随着处理过程的进行，在滤料空隙间蓄积了大量的活性污泥，这些悬浮状活性污泥在滤料缝隙间形成了污泥滤层，在氧化降解污水中有机物的同时，还起到了很好的吸附过滤作用，从而能使有机物及悬浮物均得到比较彻底的清除，继而使污水在导流曝气生物过滤法的第三个区域外锥即上向流曝气生物过滤区内，较彻底实现了污水的第三级处理。
设计参数：
Q＝7500m3／86400s＝0.0868m3／s
设计BOD5容积负荷1.0kg／m3·d；即进水BOD5=50.4mg／L；
设计该部分去除率为85%，即出水BOD5=50.4－50.4×0.85=7.56mg／L；
W填料=Q（So-Se）／1.0kg／m3·d=7500（50.4-7.56）／1.0=321.3m3；
设计填料高度为2m，则A2=321.3／2=160.6m2。
3）、导流沉降无泵污泥回流区设计：
导流沉降无泵污泥回流区有三大作用：
①把自上而下，通过内锥即下向流对流接触氧化生物过滤区处理后的污水，在重力作用下导入沉降无泵污泥回流区，通过导流板的作用，并借助流体下行的重力，使重于水的污泥顺势下沉于锥底。
②借助于上部的水压作用，压入锥底排泥管，排至污泥槽，流至污泥干化池。
污泥流至干化池后，上清液和污泥在干化过程中外排的废液，都通过回流槽，回流到污水处理池前端，进入厌氧池或水解酸化池反硝化处理，干化污泥外运处理。
③将导流沉降无泵污泥回流区分离出来的水，通过导流板的作用，导入外锥即上向流曝气生物过滤区继续处理。
设计参数：
Q＝7500m3／86400s＝0.0868m3／s
竖沉区设计参数：
设计表面水力负荷：
4m3／m2·h；则A´1＝312.5／4＝78.125m2；
斜沉区设计参数：
设计表面水力负荷：
8m3／m2·h；则A´2＝312.5／8＝39.0625m2；
A´=A´1＋A´2＝78.125＋39.0625＝117.1875m2；
沉降分离停留时间：
t1＝2.56m／8m3／m2·h＝19.2min（2.56代表池深1＋0.7＋0.86）
t2＝2.56m／4m3／m2·h＝38.4min
总停留时间：
t=19.2＋38.4=57.6min
底部四周45°锥底，锥底高度：
0.5m；
导流沉降无泵污泥回流区与上部的内锥下向流对流接触氧化区和外锥上向流曝气生物过滤区系上下结构，因此为构造的需要，设计尺寸调整与上部面积等同。
4）、导流曝气生物过滤法污水处理池池体设计
A=A1+A2=175.5+160.6=336.1m2，设计340m2，4座，
滤池顶部水深0.5m，滤料2m，缓冲层0.5m，导流沉降无泵污泥外排回流区（二区）高3m，超高0.3m，池总高6.3m；
设计单池容积：
2142m3；
单座设计尺寸：
L×B×H＝20×17×6.3
结构方式：
钢筋混凝土半地上式。
5）、需氧量设计计算
①内锥即下向流对流接触氧化区需氧量计算：
O2=a’Q（So-Se）＋b’XvV
a’活性污泥微生物每降解1kgBOD5所需氧量，以kg计。
b’每kg污泥自身氧化的需氧量，以kg计。
Xv，单位曝气池容积MLVSS量，以kg／m3计。
a’=0.9；Q=3000m3／d，So＝160m/L，Se=48mg／L,b’=0.42mg／m2·h=10.08mg／m2·d；填料体积：
1404m3，比表面积：
200m2／m3；V=351×4×200=280800m2；
生物膜每日内源口吸需氧量：
280800×10.08=2830464mg／d=2.9kg／d；
需氧量O2=0.9×30000×（144－50.4）／1000＋2.9
=2530.1kg／d；
实际供氧量：
R=O2×（1.33∽1.61）=2530.1×1.47=3719.25kg／d；
所需空气量：
G=R×100／（0.3×Ea）；
Ea：
氧利用率采用微孔曝气头，取30%，
则G=3719.25／（0.3×0.3）=41325m3／d；
气水比：
1.38∶1；
②外锥即上向流曝气生物过滤区需氧量的计算
降解BOD5实际需氧量：
OR=0.82×（△BOD5／BOD5）＋0.32×（Xo／BOD5）
△BOD5：
外锥即上向流曝气生物过滤区单位时间内去除可溶性BOD5mg／L；
BOD5：
外锥即上向流曝气生物过滤区内单位时间进入BOD5mg／L；
Xo：
外锥即上向流曝气生物过滤区单位时间内进入SSmg／L；
=1084.8kgO2／d=45.2kgO2／h
标准需氧量换算：
SOR=AOR×Cs／［a（βрCsm-Co）×1.024T-20］
SOR：
标准需氧量kgO2／h
Cs：
标准条件下，清水中饱和溶解氧9.2mg／L
a：
混合液中氧转移系数（KLa）与清水中Kla之比，一般0.8-0.85
β：
混合液饱和溶解氧与清水饱和溶解氧之比，一般0.9-0.87
P：
大气压修正系数
Csm：
曝气装置在水下深度至水面平均溶解氧mg／L
Co：
混合液剩余溶解氧值mg／L
T：
混合液温度
Csm=Ct（Ot／42＋Pb／2.026×105）
Ct：
t温度时，清水饱和溶解氧mg／L
Ot：
滤池中溢出气体含氧量
Pb：
曝气装置处绝对压力
Ot=21（1-Ea）×100／［79+21×（1-Ea）］
混合液中剩余溶解氧Co：
3mg／L；a：
0.8，β：
0.9，p=1.0；
Pb=1×105＋9.8×103×hH20=1.44×105
Ot=21×（1-0.3）×100／［79＋21×（1-0.3）］=15.7%
冬季：
Csm=Ct（Ot／42＋Pb／2.026＋105）
=11.3×（15.7／42＋1.44×105／2.026×105）=12.256mg／L
SOR=AOR×Cs／［a（βрCsm-Co）×1.024T-20］
=42.773×9.2／[0.8×（0.9×1.0×12.256-3.0）×1.02410-20]
=77.7kgO2／h
夏季：
CSM=Ct（ot／42＋Pb／2.026＋105）
=7.9×（15.6／42＋1.44×105／2.026×105）=8.55mg／L
SOR=45.2×9.2／[0.8×（0.9×1.0×8.55-3.0）×1.02428-20]
=91.6kgO2／h
需氧量选最大值9
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