某城市污水处理厂的设计

第一章总论

第一节   设计内容

题目：某城市日污水处理厂工艺设计   

      内容：随着工业化及城市化的迅速发展，水环境污染问题日趋严重，为保护环境，拟建一座一座二级处理的城市污水处理厂，并对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，确定污水厂的平面布置和高程布置；最后完成设计计算说明书和设计图(污水处理厂平面布置图和污水处理厂高程图)。

 第二节   基本资料

          1.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。 

          2.厂区地形

         污水厂选址区域海拔标高在～66m之间，平均地面标高为.5m。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。

3.污水水量与水质

污水处理水量：15万m3 /d   变化系数Kz=1.2； 

污水水质： CODcr 450mg／L，BOD5 200mg／L，SS 250mg／L，氨氮15mg／L。

            4.处理要求

污水经二级处理后应符合国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 118-2002）排放标准中二级标准的要求。即

    ①设计计分说明书一份；

    ②设计图纸：污水平面图和污水处理高程图A3图纸各一张。

第二章污水处理工艺流程说明

第一节工艺方案分析 

    该设计项目污水处理的特点为：①污水以有机污染为主，BOD5／CODcr＝0.44，可生化性较好；②污水中主要污染物指标BOD5、CODcr、SS值比一般城市污水高70％左右；

针对城市污水及处理技术的特点，可采用传统活性污泥法。考虑到NH3-N浓度较低，不必完全脱氮。

    传统活性污泥法，推广年限长，具有成熟的设计及运行经验，处理水量大，效果可靠，有机负荷高，设备简单，运行费用低。

第二节 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：

第三章处理构筑物设计

第一节 格栅和泵房

一、选型说明

因不采用池底空气扩散器形成曝气，格栅的作用主要是对水泵和后续处理设备起保护作用，保证整个污水处理系统的正常运行，故宜采用中格栅，并倾斜安装机械格栅,而提升水泵房选用螺旋泵，为敞开式提升泵，为减少栅渣量，格栅栅条间隙已拟定为25.00mm。

二、设计计算

（一）格栅

1.设计流量：

  平均日流量   Qd＝15.0万m3／d＝6250.0m3／h＝1.74m3／s；

  最大日流量   Qmax＝Kz·Qd＝1.20×6250.0＝7500.0(m3／h)

                   ＝2.1 m3／s;

        式中   Kz——变化系数.

设置两个，每个流量为1.05 m3／s.

2.设计参数：

 栅条间隙  b=25.0mm；

栅前槽宽  ≈1.62m；

栅前水深   h=B1/2=0.81m;

过栅流速   v＝0.8m／s；

安装倾角   α＝75°。

3. 格栅计算

      a．栅条间隙数(n)

=63.7≈

      b．栅槽有效宽度(B)

         设计栅条宽      S=0.01m。

B＝S(n－1)+bn＝0.01×(-1)＋0.025×

＝2.23 (m)

         选用GH-2000链式旋转格栅除污机2台，水槽宽度2.05m，有效栅宽1.7m。

实际过流流速

 ==49(条)

=1.04 m／s＜1.50m／s

c.进水渠渐宽部分长度L1  (取α1=10°)

d.栅槽与出水渠连接处的渐宽部分长度L2

e.过栅水头损失(h2)（栅条断面形状为锐边矩形，取β=2.42）

=0.084m

式中   K——格栅受污物堵塞时水头损失增大的倍数，一般去K=3.

ζ——阻力系数

f.栅后槽的总高度H

格栅前槽高H1

m

h2——格栅前渠道超高

g.格栅总长度L

         h.栅渣量计算  

对于栅条间隙b＝25.0mm的中格栅，对于城市污水，每单位体积污水拦截污物为W1＝0.05m3／103m3。每日栅渣量为

=3.78 m3／d.

拦截污物量大于0.2m3／d，须机械格栅。

4.设计示意图

（二）污水提升泵站

      1.设计说明 

 采用传统活性污泥法工艺方案，污水处理系统简单，对于新建污水处理厂，工艺管线可以充分优化，故污水只考虑一次提升。污水经提升后入沉砂池。然后自流通过初沉池、曝气池、二沉池。设计流量Qmax＝7500m3／h。

2.设计选型 

 污水经消毒池处理后排入市政污水管道，消毒水面相对高程为±0.00m，则相应二沉池、曝气池、初沉池水面相对标高分别为2.25、2.60和3.50m 。

污水提升前水位为-2.78m，污水总提升流程为6.60m，采用螺旋泵，其设计提升高度为H＝7.0m。设计流量Qmax＝7500m3／h，采用4台螺旋泵，单台提升流量为1875m3／h。

3.提升泵房 

 螺旋泵泵体室外安装，电机、减速机、电控柜、电磁流量计显示器室内安装，另外考虑一定检修空间。

第二节   沉砂池

一、选型说明

沉砂池的设置目的是去除污水中的泥沙，煤渣等相对密度较大的无机颗粒，以免影响后续构筑物的正常运行；平流式沉砂池是沉砂池最常用的一种，它的截留效果好，工作稳定，构造亦简单。

     污水经螺旋泵提升后进入平流曝气沉砂池，共两组对称于提升泵房中轴线布置，每组分为两格。沉砂池池底采用多斗集砂，沉砂由螺旋离心泵自斗底抽送至高架砂水分离器，砂水分离通人压缩空气洗砂，污水回至提升泵前，净砂直接卸人自卸汽车外运。

二、设计计算

1.设计参数  

每组设计流量为Qmax＝3750m3／h＝1.05m3／s，设计水力停留时间t＝50s，水平流速v＝0.25m／s，有效水深h＝1.0m。

2.池体计算

a.进水渠道的宽度为B1

b.沉砂池有效容积(V)

V=Qmax×t=2.1×50=105m³

共两组，每格有效容积V1＝V／2＝52.5m3,每格池平面面积为

    c．沉砂池水流部分的长度(L)

L＝V×t=0.25×50=12.5m

d.单格池宽

池总宽度宽

B＝2B1＝8.4m

e.进水、出水及撇油 

 污水直接从螺旋泵出水渠进入，设置进水挡墙，出水由池另一端淹没出水，出水端前部设出水挡墙，出水挡墙高度均为0.8m。

       沉砂中池会有少量浮油产生，出水端设置撇DN200，人工撇除浮油，池外设置油水分离槽井。

   f.排砂量计算  

对于城市污水，采用平流式沉砂工艺，产生砂量约为

x1＝3.0m3／105m3

     每日沉砂产量(QS)为

QS＝QmaxX1＝180000×3.0×10－5

                        ＝5.4(m3／d) 

(含水率为P＝60％)

     设贮砂时间为

t＝2.0d

     则存砂所需容积为

V＝QSt＝10.8m3

折算为P＝85.0％的沉砂体积为

         每格曝气沉砂池设砂一个，共4个砂斗，砂斗高2.50m，斗底平面尺寸(0.5×0.5)m2。

    砂斗总容积为

=25.65m³

      式中   ——砂斗高度;

             S1——砂斗的上表面积;

             S2——砂斗的下表面积.

砂斗的上表面积为3*2.1=6.2㎡ ，下表面积为0.5*0.5㎡.

3.设计示意图   

第三节  初沉池

一、选型说明

初沉池的作用是分离一部分悬浮物，以降低曝气池等后续设备的符合，废水从池的一段流入，另一端流出，水流在池内作水平运动，池平面形状呈长方形。每格设一个贮泥斗，以贮存沉积下来的污泥。

初沉池的入流和出流装置：初沉池的入流装置有配水槽盒挡流板组成，起均匀布水和消能作用，以保证设备的沉降效率及确保以沉淀污泥不被搅动。出流装置有流出槽盒挡板组成，一般采用自由堰型布置。

二、设计计算

1.设计参数 

表面水力负荷q=2.5 m3／(m2·h)；

沉淀时间t=1.8h；

最大设计流量时的水平流速v=2.5mm/s.

2.池体计算

a.沉淀区的表面积A

A=Qmax/q=7500/2.5=3000㎡

b.沉淀区有效水深h2

h2=q×t=2.5×1.5=3.75m

c.沉淀区有效容积V:

V=A×h2=3000×3.75=11250m³

沉淀池长度

L=3.6×v×t=3.6×2.5×1.8×3600/1000=58.4m

沉淀区的总宽度

B=A/L=51.4m

为保证污水在池内均匀分布，池长与池宽比不宜小于4，故将平流式沉淀池的分格数定为4，每格宽B1=51.4/4=12.85m.

(设γ=95%，SS去除率为55%)

式中    Po——为污泥含水率；

——初沉池进水和出水的悬浮固体浓度；

T——污泥排泥时间间隔.

每格容积

247.5 m³

3.设计示意图

第四节 曝气池

一、选型说明

曝气池的实质是一种生化反应器，是活性污泥系统的核心，活性污泥系统的净化效果，很大程度上取决于曝气池的设计，根据水量、水质和采用传统活性污泥法处理工艺，采用旋转推流式鼓风曝气比较理想。

二．设计计算

1.设计参数

 污泥负荷取Ls=0.3kgBOD5／(kgMLSS·d；

曝气池中的SS取3000mg/L；

污泥泥龄取10d；

污泥回流浓度取10000 mg/L；

MLVSS/MLSS=0.8.

2.池体计算

a.曝气池容积

V=m³.

式中——So,Se为进出水的BOD5.

推流曝气池分两个，每个深取6m,宽取9米，廊道的长取262m,分三折，每折长87.5m.

b.水力停留时间

t=V/Q=28335*24/150000=4.53h.

每天排除的剩余污泥量（按污泥泥龄计算）

c.污泥回流比

由10000*Qr=3000*（Q+Qr）

得        R=Qr/Q=43%.

d.计算曝气池需氧量

 =25430㎏/d

e.空气量计算

该曝气池采用鼓风曝气，设曝气池的有效水深6.0m,曝气扩散器安装距池底0.2m,则扩散器上的静水压5.8m,其他相关参数选择：α值取0.7，β值取0.95，ρ=1，曝气设备堵塞系数F取0.8，采用管式微孔扩散设备，EA=18%,扩散器压力损失：4kPa,20℃水中溶解氧饱和浓度为9.17mg/L。

扩散器出口处的绝对压力：

1.58×

空气离开曝气池面市，气泡含氧体积分数

20℃是曝气池混合液中平均氧饱和度

mg/L=11.06 mg/L.

将计算需氧量转化为标准条件下（20℃，脱氧清水）充氧量

=452 kg/d=2040kg/h

曝气池供氧量

m³/h=40466 m³/h

f.选择风机

鼓风机出口风压：取管路压力损失24.5kPa,扩散器压力损失4 kPa，则出口风压：

 kPa

三、设计示意图

第五节   二沉池

一、选型说明

     二沉池和曝气池是一个反应系统中不可分割的组合体，它们构成了活性污泥法的整个系统的重要组成内容，本厂采用中心进水，周边出水的辐流式二沉池，该类二沉池处理水量大，运行费用低，比较经济可靠。

     进水有中心导流管，经配水窗流入；二沉池出水经周边的溢流堰。

二、设计计算

1.设计计算

二沉池面积（按表面负荷法计算）

A=Q/q=Q/3.6u=6250/(3.6*0.25)=6945㎡

（u可选0.2 ~ 0.5mm/s）

设为四个：每个面积1736.28㎡，每个直径47.1m.

二沉池的沉淀时间选择2.5h，有效水深为

2.25m

污泥停留时间

污泥停留时间过长会腐化，一般为2h

污泥斗得体积

=4472m³

式中——X,Xr分别为池中和回流污泥浓度。

      （X—混合液污泥浓度，Xr—回流污泥浓度）

2.设计示意图

第四章污水厂总体布置

第一节主要构(建)筑物与附属建筑物

第二节污水厂平面布置

（详见附图）

第三节  污水厂高程布置

（详见附图）

第五章  参考文献

[1]高廷耀,顾国维.水污染控制工程（上、下册）[M] （第二版）.北京:高等教育出版社,2006

[2]高廷耀,顾国维.水污染控制工程（上、下册）[M] （第三版）.北京:高等教育出版社,1996

[3]中国市政工程西北设计院等. 给水排水设计手册（1、11册）[M].北京:中国建筑工业出版社,2002  

[4]魏先勋.环境工程设计手册[M].武汉:湖南科学技术出版社,1992

[5]张智等.  给排水工程专业毕业设计指南[M].中国水利水电出版社,1999 

[6]严道岸.实用环境工程手册[M]，化学工业出版社，2001

[7]李明俊，孙鸿燕.环保机械与设备[M],中国环境科学出版社