南方某城市污水处理厂工艺设计书.docx

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南方某城市污水处理厂工艺设计书

JIANGXIAGRICULTURALUNIVERSITY

国土资源与环境学院

水污染控制工程课程设计

题目：

南方某城市污水处理厂工艺设计

所在学院：

国土资源与环境学院

姓名：

唐清

学号：

20113380

班级：

环境工程

指导教师：

王嵘

二0一三年12月15日

南方某城市污水处理厂工艺设计

唐清

摘要

本设计是关于南方某城市污水处理厂的工艺设计。

污水处理规模为18×104m3/d污水来源是绝大多数为居民生活用水，少量为工业废水与其他污水。

主要采用氧化沟发来处理，进水水质为CODcr250mg/L，BOD5125mg/L，SS200mg/L，氨氮20mg/L。

根据课程设计的原始资料及设计要求，出水水质应达到小于或等于以下要求：

《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一般B标准。

根据平面布置的原则，综合考虑各方面因素进行了污水处理厂的平面布置，根据水力损失计算对污水的高程进行了计算和布置，在最后阶段完成了对平面图和高程图及主要构筑物的绘制。

关键词：

设计污水处理氧化沟

第一章总论.....................................1

第一节设计任务和内容..........................1

第二节基本资料................................1

第二章水处理工艺流程说明.......................3

第三章处理构筑物的设计.........................4

第一节格栅间和泵房...........................4

第二节沉沙池.................................7

第三节初沉池................................9

第四节曝气池.................................11

第五节二沉池.................................15

第四章主要设备说明.............................18

第五章污水厂总体布置..........................19

第一节主要构（建）筑物与附属建...............19

第二节污水厂平面布置.........................19

参考文献....................................25

第一章总论

第一节设计任务和内容

1.对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，确定污水处理厂的平面布置和高程布置。

2.完成污水处理厂平面布置图，单体构筑物图的设计计算说明书和设计图。

3.设计深度一般为初步设计的深度。

4.对工艺构筑物选型作说明。

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。

污水处理厂平面和单体构筑物。

第二节基本资料

（1）污水水量与水质

污水处理水量：

变化系数：

Kz=1.2

（2）污水厂地势基本平坦，地面标高约为19.8m（采用黄海系标高）。

进水管管径为1.8m，进水管管底标高为14.8m。

（3）污水的主要来源：

绝大多数为居民生活污水，少量为工业废水与其他污水。

（4）接纳水体：

X江

（5）进水水量与水质

进水水量：

18×104m3/d

污水水质：

CODcr250mg/L,BOD5125mg/L,SS200mg/L,氨氮20mg/L

（6）处理要求

污水处理厂设计出水水质达到国家

污水经二级处理后应符合以下具体要求：

《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一般B标准。

（7）处理工艺流程

污水拟采用传统活性污泥法工艺处理，具体流程如下：

（8）气象与水文资料

风向：

多年主导风向为北东风；

气温：

最冷月平均为-3.5℃；

最热月平均为32.5℃；

极端气温，最高为41.9℃，最低为-17.6℃，最大冻土深度为0.18m；

水文：

降水量多年平均为每年728mm；

蒸发量多年平均为每年1210mm；

地下水水位，地面下5～6m。

（9）厂区地形

平均地面坡度为0.30‰～0.5‰，地势为西北高，东南低。

厂区征地面积为东西长380m，南北长280m。

第二章水处理工艺流程说明

污水经通过污水泵抽取，流过分流闸井再依次通过粗格栅，细格栅。

然后通过污水泵房一次提升至最高处。

然后依靠重力依次流至出水井，计量槽，沉砂池，初沉池，氧化沟曝气池，二沉池。

其中二沉池中的部分活性污泥通过回流泵回流到曝气池中，增强曝气池中的活性污泥浓度和抗冲击负荷能力。

最后二沉池出水，通过消毒池消毒，最终排放到X江。

其中设计要点：

（1）①该市排水系统为合流制，污水流量总变化系统数取1.2，截流雨季污水经初沉可直接排入水体。

②处理构筑物流量：

曝气池之前，各种构筑物按最大日最大时流量设计；曝气池之后（包括曝气池），构筑物按平均日平均时流量设计。

③处理设备设计流量：

各种设备选型计算时，按最大日最大时流量设计。

④管渠设计流量；按最大日、最大时流量设计。

⑤各处理构筑物不应小于2组（个或格），且按并开设计。

（2）污水提升泵房：

取4个污水潜水泵，三用一备。

污水只考虑一次提升。

污水经提升后入细格栅和沉砂池。

然后随高程差自流进入各工艺池。

第三章处理构筑物的设计

第一节格栅间和泵房

一：

格栅间

（1）格栅

①型式：

平面型，倾斜安装机械格栅。

②城市排水系统为暗管系统，且有中途泵站，仅在泵前格栅间设计中格栅。

③格栅过栅流速不宜小于0.6m／s，不宜大于1.5m／s。

④栅前水深应与入厂污水管规格（DN1800mm）相适应。

⑤格栅尺寸B、H参见设备说明书，宜选中间值。

（2）中格栅

设计说明：

主要参数是确定栅调间隙宽度，这与处理规模，污水的性质及后续处理设备选择有关，一般以不堵塞水泵和污水处理厂的设备，保证整个污水处理系统能正常运行为原则，其它设计参数见下表。

二、计算依据

（1）设计参数

重要参数的取值依据

取值

安装倾角一般取45º～75º

θ=60º

栅前水深一般取0.3～0.5m

h=0.5m

栅条间距宽：

粗：

>40mm中：

15～25mm细：

4～10mm

b=0.021m

水流过栅流速一般取0.6～1.0m/s

v=0.9m/s

格栅受污染物阻塞时水头增大的倍数一般采用3

k=3

栅前渠道超高一般采用0.3m

h1=0.3m

进水渠道渐宽部分的展开角度一般为20º,进水宽度

B1=0.7m

栅条断面形状

阻力系数计算公式

形状系数

栅条尺寸（mm）

迎水背水面均为锐边矩形

ζ=β（s/b）4/3

β=2.42

长=50，宽S=10

（2）计算方法

1.格栅的间隙数量n：

n=

=

=247个

格栅槽总宽度B：

B=S（n-1）+b·n

=0.01×（247-1）+0.021×247

=7.65m

2.过栅水头损失

h0=ζ·sinα·v2/2g

=

=

=0.032m

h2=k·h0

=3×0.032

=0.096m

3.栅后槽的总高度H

H=h+h1+h2

=0.5+0.3+0.096

=0.896m

4.格栅的总长度L

L=L1+L2+0.5+1.0+H1/tgα

=

=

=9.55+4.77+1.5+0.46

=16.28m

5.每日栅渣量W

W=

=

=18.14m3/d

宜采用机械清渣。

（3）污水提升泵房：

取4个污水潜水泵，三用一备。

污水只考虑一次提升。

污水经提升后入细格栅和沉砂池。

然后随高程差自流进入各工艺池。

设计流量Q=1.2×180000/24×3600=2500L/s

每台泵的设计流量为Q1=2500/3=833L/s

第二节沉砂池

1.平流式沉砂池设计依据

（1）污水在池内的最大流速为0.3m/s,最小流速为应不小0.15m/s；

（2）水力停留时间宜选50s；

（3）有效水深一般0.25～1.0m,每格宽度不宜小于0.6m；

（4）沉砂量可选0.05～0.1L／m3，贮砂时间为2d，宜重力排砂；

（5）贮砂斗不宜太深，应与排砂方法要求、总体高程布置相适应；

（6）池底坡度一般为0.01--0.02，当设置除沙设备时，可根据设备要求考虑池底形状。

2.设计参数

水平流速一般取0.15～0.3m/s

V=0.2m/s

污水在池内的停留时间

t=50s

池的有效水深为0.25～1.0m,每格宽度不宜小于0.6m

h2=1.0m

清除沉砂间隔时间

T=2d

总变化系数

Kz=1.6

储沙斗底宽b1,斗壁与水平面的倾角a

储砂斗高度h3′

b1=0.5ma=60

h3′=1.5m

安全超高h1b′

h1=0.5mb′=0.2

池个数

4

3.平流式沉砂池设计

（1）沉沙部分的长度LL=vt=0.2×50=10m

（2）水流断面面积AA=Qmax/v=2.5/0.2=12.5㎡

（3）池总宽度BB=A/h2=12.5/1.0=12.5m

设n=4,则每格宽度b=B/n=12.5/4=3.125m

（4）储沙池所需容积VV=86400Qmax·T·X/1000·Kz

=86400×2.5×2×0.03/1600

=8.1m3

（5）沉沙斗各部分尺寸计算

储砂斗的上口宽b2b2=2h3′/tan60+b1=2.23m

储砂斗的容积V1V1=1/3×h3′【S1+S2+√（S1·S2）】

=1/3×1.5（π0.52+π2.232+π0.5×2.23）

=0.5×（0.785+15.615+3.501）

=9.95m3

（6）贮沙池的高度h3h3=h3′+0.06×（L-2b2-b′）/2

=1.5+0.06×（10-2×2.23-0.2）/2

=1.7m

（7）池总高度HH=h1+h2+h3=0.5+1.0+1.7=3.2m

（8）核算最小流速VminVmin=Qmin/（n1×Amin）

=2.5/（1×12.5）

=0.20m/s>0.15m/s

第3节初沉池

1.平流式沉淀池设计依据：

①沉淀池的长宽比为4～5为宜，长深比为8～12为宜。

②除原污水外，还有浓缩池、消化池及脱水机房上清液进入。

③表面负荷可选2.0～3.0m3／（m2·h），沉淀时间1.5～2.0h，SS去除率50％～60％。

④排泥方法：

机械刮泥，静压排泥。

⑤沉淀池贮泥时间应与排泥方式适应，静压排泥时贮泥时间为2d。

⑥池底纵坡，采用机械排泥时，一般设为0.01～0.02为宜。

2.设计参数

项目

参数

表面负荷q沉淀时间t水平流速v

q=2.0m3·（m2·h）-1t=2.0hv=5.0mm/s

间隔排泥时间T人口数N

T=2dN=1000000人

人均污泥量L含水率p

L=25g/（人·d）P=95%

每格沉淀池宽度b

6.0m

排泥方式

机械排泥

3.平流式沉淀池设计

（1）沉淀区表面积AA=Qmax/q=180000×1.2/（24×2.0）=4500㎡

（2）沉淀区有效水深h2h2=q·t=2.0×2.0=4.0m

（3）沉淀区有效容积VV=A·h2=4500×4.0=18000m3

（4）沉淀池长度LL=3.6v·t=3.6×5×2.0=36m

（5）沉淀区的总宽度BB=A/L=4500/36=125m

（6）沉淀池的数量nn=B/b=125/6.0=21个

（7）污泥部分所需容积Vw

S=（25×100）/[（100-95）×1000]=0.5L/（人·d）

Vw=S·N·T/1000=0.5×1000000×2/1000=1000m3

（8）沉淀池总高度H

H=h1+h2+h3+h4=0.3+4.0+0.5+（36-6.0+0.3）×0.01+2tan60

=8.6m

（9）贮泥斗的容积V1

V1=1/3×h4′【S1+S2+√（S1·S2）】

=29m3

（10）贮泥斗以上梯形部分污泥容积V2

h4″=（36+0.3-6.0）×0.01=0.33m

L1=28.7mL2=5.0m

V2=（28.7+5.0）/2×0.33×5.0=27.8m3

初沉池设计草图

第四节氧化沟曝气池

1.设计依据：

拟采用卡罗赛氧化沟，去除BOD5和COD之外还具备硝化和一定的脱氮除磷作用，使出水NH3-N低于排放标准，氧化沟按设计共分为4座，按最大日平均时流量设计Qmax=24×104m3/h，则每座氧化沟设计流量为Q1=Qmax/4=6×104m3/h=16.67m3/s

2.设计参数：

污泥负荷Ns=0.25kgBOD5/（kgMLSS·d）

MLSS=3000mg/Lf=0.8则MLVSS=2400mg/L

总污泥泥龄为20d

曝气池DO=2mg/L

污泥增长系数a=0.6

污泥自身氧化率b=0.05L/d

3设计：

①碱度平衡计算

设计的出水BOD5小于20mg/L,则出水中溶解性BOD5=20-BOD5f

出水处理水中非溶解性BOD5f值

BOD5f=0.7Se×1.42（1-e-0.23×5）=13.6mg/L

则出水处理水中溶解性BOD5=20-13.6=6.4mg/L

②日产污泥量Xc

Xc=

=

=51337.7kg/d

设其中有12.4%为N近等于TKN中用于合成部分为0.124×550.8=68.30kg/d

即TKN中有6.83mg/L用于合成，需用于氧化的NH3-N=34-6.83-2=25.17mg/L

需用于还原的NH3-N=25.17-11=14.17mg/L

③碱度平衡计算

已知产生0.1mg/L碱度，除去1mgBOD5，且设进水中碱度为250mg/L。

剩余碱度=250-7.1×25.17+3.0×14.17+0.1×（125-6.4）

=125.66mg/L

④硝化区容积计算

硝化速率μn=

=0.204d-1

故污泥龄tw=1/0.204=4.9d

采用安全系数为2.5故设计污泥泥龄为2.5×4.9=12.5d

原假设为20d，则硝化速率μn=1/20=0.05d-1

单位基质利用率μ=（μn+b）/a=0.167kgBOD5/kgMLSS·d

所需MLVSS总量=

=7101.8kg

硝化容积Vn=（7101.8/2400）×1000=2959.1m3

水力停留时间tn=（2959.1/10000）×24=7.1h

⑤反硝化容积计算

12℃时，反硝化速率为Kde=

=0.0167kgNO3-N/kgMLVSS·d

还原NO3-N的总量为141.7kg/d脱氮所需MLVSS为9446.7kg

脱氮所需池容Vdn=（9446.7/2400）×1000=3936.1m3

水力停留时间tdn=（3936.1/10000）×24=9.4h

⑥氧化沟总容积

总水力停留时间t=tn+tdn=16.5h

总容积V=Vn+Vdn=6895.2m3

⑦氧化沟的尺寸

氧化沟采用4廊道式弗鲁塞尔氧化沟，取池深3.5m宽7m。

则氧化沟总长6895.2/（3.5×7）=281.4m,其中好氧长度为2959.1/（3.5×7）=120.8m，缺氧长度为3936.1/（3.5×7）=160.7m

弯道处长度3×π×7÷2+π×21÷2=66m，则单个直道长（120.8-66）÷4=13.7m

故氧化沟总池长L=13.7+7+14=34.7m，总池宽B=7×4=28m

核校实际污泥负荷Ns=1000×125/（3600×6895.2）

=5.03×10-3kgBOD/kgMLSS·d

⑧需氧量计算

O2（kg/d）=A×Sr+B×MLSS+4.6×Nr-2.6×NO3

需要硝化的氧量Nr=25.17×1000×10-3=251.7kg/d

O2（kg/d）=0.5×1000（0.15-0.0064）+0.1×184.7×2.7+4.6×251.7-2.6×141.7=71.7kg/h

取T=30℃，查表得α=0.8，β=0.9

采用表面机械曝气时，20℃时脱氧清水的充氧量

R0=

=133.08kd/h

⑨回流污泥量

R=X/（Xr-X）=3.6-（10-3.6）=0.56

取R=60%

⑩剩余污泥量

Qw=550.8/0.8+240×0.25×10=1288.5kg/d

若由池底排除，二沉池排泥浓度为10mg/L则每个氧化沟产泥量为128.85m3

第五节辐流式二沉池

（1）设计依据

①型式：

中心进水，周边出水，辐流式二沉池。

②二沉池面积按表面负荷法计算。

选用表面负荷时，注意活性污泥在二沉池中沉淀的特点，q应小于初沉池。

③计算中心进水管，应考虑回流污泥，且R取大值。

中心进水管水流速度可选0.2～0.5m／s，配水窗水流流速可选0.5～0.8m／s。

④贮泥所需容积按《排水工程》（下）相关公式计算。

⑤说明进出水配水设施。

（2）工况参数

表面负荷

1.5m/h

沉淀时间

2h

有效水深

H=4.5m

污泥区容积

连续排泥，不大于

污泥量

池个数

2

中心管进水流速

0.4m/s

污泥指数

SVI=130

回流污泥比

0.64

（3）主要尺寸计算

1）池表面积A=Q/q=180000×1.2/（24×1.5）=6000m2

2）单池面积A单=3000m2

3）沉淀部分有效水深H=q×t=1.5×2=3.0m

4）沉淀池底底坡落差取池底坡度i=0.05，则h4=0.375m

5）按固体负荷（1+0.64）×60000×4=393600kg/d

6）所需池面积393600/48.9=8049m2即单池面积为4025m2以此值为控制标准，池直径D=72m

7）沉淀池周边（有效）水深H0=h2+h3+h5=4.5m＞4m

---缓冲层高度，取1.0m

---刮泥板高度，取0.5m

8）沉淀池总高度H=H0+h4+h1=4.5+0.375+0.3=5.175m

---沉淀池超高

（4）设计草图

第四章主要设备说明

污泥脱水设备

本设计采用带式压滤机，污泥在消化过程中由于分解而使污泥体积减少，按消化污泥中有机物含量占60%，分解率50%，污泥含水率95%来计算，则由于含水率降低而剩余的污泥量为：

Q=Q0（100-P1）/（100-P2）=66.48m3/d

分解污泥容积Q1=66.48×0.6×0.5=19.944m3/d

消化后剩余污泥量Q2=66.48-19.944=46.536m3/d=1.94m3/h

选用压滤机为DYQ---1000B型，处理量为3.5m3/h，功率为1.5kw。

污泥泵

回流污泥泵4台（3用、1备），型号200QW350-20-37潜水排污泵

功率为80KW，设计流量Q=1.2×180000/24×3600=2500L/s

每台泵的设计流量为Q1=2500/3=833.3L/s

第五章污水厂总体布置

第1节主要构（建）筑物与附属建筑物

1.为了保护环境卫生的要求，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，这个防护距离根据当地具体情况而定，一般不小于300m。

2.厂址应设在流经城市水源的下游，离城市集中供水水源处不小于500m。

3.在选择厂址时尽可能少占农田或不占农田，而处理厂的位置又应便于农田灌溉和消纳污泥。

4.厂址应尽可能在城市和工厂夏季主导风向的下风向。

5.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的水头损失，使污水和污泥有自流的可能，以节约动力消耗。

6.厂址如果靠近水体，应考虑汛期不受或水淹没的威胁。

7.厂址应设在地质条件较好、地下水位较低的地区，以利施工，并降低造价。

8.厂址的选择应考虑交通运输及水电供应等条件。

9.厂址的选择应结合城市总体规划，考虑远期发展，留有充分的扩建

余地。

第2节污水厂的平面布置

（1）布置原则

1.按功能分区，配置得当。

主要指对生产，辅助生产，生产管理，生活区等各部分布置。

既有利于生产，又避免非生产人员在生产区通行或逗留，保证安全稳定生产。

2.功能明确，布置紧凑。

首先保证生产的需要，结合地形，地质，土方，结构和施工等因素全面考虑。

布置力求减少占地面积，减少管道长度，便于操作管理。

3.顺流排列，流程简捷。

各水处理构筑物尽量按流程方向布置，避免与进出水方向相反安排。

各个单元之间的管道连接，应以最短线路连接，避免不必要的转弯和用水泵提升，严禁将管道线埋在构筑物的下面。

4.充分利用地形，平衡土方，降低工程费用。

某些构筑物放在较高处，便于减少土方，便于放空，排泥，又减少了工程量，而另一些建筑物放在较底处，使水流按重力顺畅输送。

5.应预留余地。

考虑扩建和施工。

6.水处理构筑物的布置应注意风向和朝向。

将排放异味，有害气体的水处理单元布置在居住与办公室的下风向，另外，还要考虑主导风向的影响。

（2）高程设计

1.高程设计的任务

本设计确定的各水处理单元构筑物和泵房的标高，包括：

地面标高、构筑物顶端标高、构筑物底端标高、构筑物内液位标高。

还确定了水处理构筑物之间连接管道的尺寸及其标高，通过计算确定各部位的水面标高，从而能够使污水沿处理流程在水处理构筑物之间顺畅流动，保证水厂的正常稳定运行。

2.高程布置原则

1）为了保证污水在各构筑物之间能顺利自流，计算各构筑物之间的水头损失包括沿程损失、局部损失及构筑物本身的水头损失和污水流过量水设备的水头损失。

此外，还应考虑污水厂扩建时预留的贮备水头。

本设计中，由于此点未做具体要求，故不做出具体计算过程，而采用较大的空间余地，以保证构筑物的正常运行。

2）污水厂的出水管渠高程，须不受水体洪水顶托，并能进行自流。

3）污水厂的场地竖向布置，应考虑土方平衡，并考虑有利排水。

4）在计算留有余量的前提下，力求缩小全程水头损失及提升泵站的流程，以降低运行费用。

参考文献

1、高廷耀、顾国维、周琪，《水污染控制工程》，高等教育出版社。

2、《给水排水设计手册（下册）》。

3、《室外排水设计规范》GBJ14-87。

4、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）

5、崔玉川、刘振江等，《城市污水厂处理设施设计计算》，北京·化学工业出版社，2004。

6、韩洪军主编，《污水处理构筑物设计与计算》，哈尔滨工业大学出版社，2002。

7、《城市排水工程规划规范》CJJ50-94。

8、周雹.城镇污水生物处理新工艺及其应用[J].中国给水排水,2003