15万吨天城市生活污水处理厂AO工艺说明书.docx

第一章 概述 1
第一节 设计任务及要求 1
第二节 基本设计资料 1
第二章 工艺方案的选择 2
第一节 水质分析 2
第二节 工艺选择 2
第三节 格 栅 3
第四节 沉 砂 4
第五节 初沉池 4
第六节 曝气池 4
第七节 二沉池 5
第八节 反应池 5
第九节 滤 池 5
第三章 污水处理构筑物的设计计算 6
第一节 中格栅及泵房 6
第二节 曝气沉砂池 8
第三节 初 沉 池 9
第四节 曝气池（A-O法） 10
第五节 二 沉 池 16
第六节 混合设备的设计 18
第七节 普通快滤池 20
第四章 污水厂平面及高程的布置 23
第一节 污水厂平面及高程布置 23
第二节 污水厂高程布置 24
第五章 结束语 25
参考文献 26

第一章 概述
第一节 设计任务及要求
要进行某城镇污水厂的设计，净水厂课程设计的目的在于加深理解所学专业理论，培养运用所学知识综合分析和解决实际工程设计问题的初步能力，在设计、运算、绘图、查阅资料和设计手册以及使用设计规范等基本技能上得到初步训练和提高。课程设计的内容是根据所给资料，设计一座城镇污水厂，重点是处理厂工艺的设计，可按一般经验选择构筑物。
要求对主要处理构筑物的工艺尺寸进行计算，确定水厂平面布置和高程布置，最后绘出水厂平面布置图、高程布置图，并简要写出一份设计计算说明书。
第二节 基本设计资料
1) 污水水量、水质
污水处理水量16万ｍ3/d；
污水水质为：CODcr450mg/L,BOD5200 mg/L, SS250 mg/L，氨氮30mg/L，总氮55mg/L。
处理要求
污水经二级处理后应符合以下具体要求：
CODcr≤60mg/L, BOD5≤10 mg/L, SS ≤10mg/L，氨氮≤8mg/L，总氮20mg/L。
2) 处理工艺流程
原水→泵→格栅→沉砂池→初沉池→曝气池→二沉池→混凝池→过滤池→出水
3) 气象与水文资料
风向：多年主导风向为北北东风；
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：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。
4) 厂区地形
污水厂选址区域海拔标高在64-66米之间，平均地面标高为64.5米。平均地面坡度为0.3-0.5‰，地势为西北高，东南低。厂区征地面积为东西长380米，南北长290米。
污水入厂管道管径1000mm，管内底标高62.0。

第二章 工艺方案的选择
第一节 水质分析
本项目污水处理的特点：污水以有机污染物为主，BOD/COD=0.44，可生化性较好，采用生化处理最为经济。BOD/TN＞3.0,COD/TN＞7,满足反硝化需求；若BOD/TN＞5，氮去除率大于60%。
第二节 工艺选择
按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺,10-20万t/d 污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB 法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱磷或脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如工艺，A/O工艺，SBR 及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。
曝气池的方案对比
工艺类型
氧化沟
SBR法
A/O法
技术比较
1.污水在氧化沟内的停留时间长，污水的混合效果好
2.污泥的BOD负荷低，对水质的变动有较强的适应性
1.处理流程短，控制灵活
2系统处理构筑物少，紧凑，节省占地
1.低成本，高效能，能有效去除有机物
2.能迅速准确地检测污水处理厂进出水质的变化。
经济比较
可不单独设二沉池，使氧化沟二沉池合建，节省了二沉池合污泥回流系统
投资省，运行费用低，比传统活性污泥法基建费用低30%
能耗低，运营费用较低，规模越大优势越明显
使用范围
中小流量的生活污水和工业废水
中小型处理厂居多
大中型污水处理厂
稳定性
一般
一般
稳定
考虑该设计是中型污水处理厂，A/O工艺比较普遍，稳定，且出水水质要求不是很高，本设计选择A/O工艺。
第三节 格 栅
格栅是用以去除废水中较大的悬浮物，漂浮物，纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，防止阻塞排泥管道和设备。
按形状分为平面格栅和曲面格栅两种。按格栅栅条的净间隙，可分为粗格栅，中格栅和细格栅。按清楂方式可分为人工清楂和机械清楂两种。
本设计选用间隙b=20mm的中格栅，机械式平面清渣。
第四节 沉 砂
池沉砂池的作用是从废水中分离密度比较大的无机颗粒，例如：直径为0.1mm,密度为2.5g/cm3以上的砂粒。目前常用沉砂池，按池型可分为平流式沉砂池，竖流式沉砂池，曝气沉砂池和旋流式沉砂池。
本设计选用停留时间t=4min的曝气沉砂池。因为平流式沉砂池的主要缺点是沉砂中约夹有15%的有机物，使沉砂的后续处理难度加大，而曝气池就能克服这一缺点。曝气池的优点还有通过调节曝气量可以控制污水旋流速度，使除砂效率较稳定，受流量变化的影响较小，同时还起预曝气的作用，但其构造比平流式沉砂池复杂。
第五节 初沉池
初次沉淀池的作用是对污水中的以无机物为主的相对密度大的固体悬浮物进行沉淀分离。污水中的悬浮颗粒以重力为主，在初沉池中主要进行自由沉淀和絮凝沉淀。污水处理厂用沉淀池，按水流方向分平流式，辐流式，竖流式，斜流式四种。每种沉淀池都分为五个区，即进水区，沉淀区，缓冲区，污泥区和出水区。此处选择表面负荷q=1.6的平流式沉淀池，其优点是沉淀效果好，对冲击负荷和温度变化的适应能力强，布置紧凑，排泥过程稳定，施工简易，已趋定型。缺点是配水不易均匀，如果采用多斗排泥时每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，操作量大，因此多采用新型排泥方法。
第六节 曝气池
曝气池，属于好氧生物处理单元，对污水中的（胶体和悬浮的）有机物作进一步的处理，COD、BOD、NH3-N的去除率一般为85%、90%、65%左右，可使出水达到二级要求。曝气池按流动形态分主要有推流式，完全混合式和循环混合式三种。按平面形状方面可分为长方形廊道形，圆形，方形以及环状跑道形等四种。按采用的曝气方法可分为鼓风曝气池，机械曝气池以及两者混合使用的机械-鼓风曝气池。此处选用污泥负荷为0.1 kgBOD5/(kgMLSS·d)，A-O法，推流式廊道、鼓风曝气、形状为长方形。
第七节 二沉池
二沉池有别于其他沉淀池，首先在作用上有其特点。它除了进行泥水分离外，还进行污泥浓缩，并由于水量、水质的变化，还要暂时贮存污泥。由于二次沉淀池需要完成污泥浓缩的作用，所需要的池面积大于只进行泥水分离所需要的池面积。其次，进入二次沉淀池的活性污泥混合液在性质上有其特点。活性污泥混合液的浓度高，具有絮凝性能，属于成层沉淀。活性污泥的另一特点是质轻，易被出水带走，并容易产生二次流和异重流现象，使实际的过水断面远远小于设计的过水断面。
第八节 反应池
作用在于使凝聚微粒通过絮凝形成具有良好沉淀性能的大的絮凝体。目前国内使用较多的是各种形式的水力絮凝及其各种组合形式，主要有隔板絮凝、栅条絮凝、折板絮凝和波纹板絮凝。这几种形式的絮凝池在大、中型水厂中均有使用，都具有絮凝效果好、水头损失小、絮凝时间短、投资小、便于管理等优点，并且都能达到良好的絮凝条件，本工艺采用折返式反应池.
第九节 滤 池
采用拥有成熟运转经验的普通快滤池。它的优点是采用砂滤料，材料易得，价格便宜；采用大阻力配水系统，单池面积可较大；降速过滤，效果好。虹吸滤池池深比普快滤池大，冲洗强度受其余几格滤池的过滤水量影响，冲洗效果不如普通快滤池稳定。故而以普快滤池作为过滤处理构筑物。

第三章 污水处理构筑物的设计计算
第一节 中格栅及泵房
格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道上、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物。本设计采用中细两道格栅。
中格栅设计计算
1) 设计参数
处理设施数量：两组
设计流量为： Q=160000m3/d=6666.7m3/h=1.85m3/s
最大设计流量Qmax = KzQ
栅前水深h=1.0 m
过栅流速v=0.8m/s
栅条间隙b=0.02m
安装倾角α= 65°
栅条的间隙数n
h=1.0 m ,v=0.8m/s, b=0.02m, α= 65°,n=2，
最大设计流量Qmax = KzQ =1.2×1.85/2 =1.11m3/s

2) 栅槽宽度B
设栅条宽度S=0.01
B=(n-1)S+bn=(66-1)×0.01+0.02×66=1.97m
3) 进水渠道渐宽部分长度l1
设进水渠宽B1=1.8m,其渐宽部分展开角度为,
=m
4) 栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度l2

5) 通过格栅的水头损失h1
设栅条断面为锐边矩形断面

6) 栅后槽总高度H
设栅前渠道的超高,
7) 栅槽总长度L

8) 每日栅渣量W
在格栅间隙20mm 的情况下,设栅渣量为每1000m3污水产生0.08m3.
>0.2m3/d,宜用机械清渣。
格栅计算简图如下：

　第二节 曝气沉砂池
1) 参数的确定
处理设施数量：两组,n=2
设计流量为：
，
水力停留时间t=240s=4min ,水平流速v=0.1m/s,有效水深
含砂量Ｘ＝0.04L/=40/1000000,
2) 池子总容积：　　
3) 水流断面积：　　
4) 池长：
5) 池宽： 池子总宽度为, 池子分两格n=2,
每格池子宽度b=
6) 池高：池底坡度为0.3,超高,集砂槽高度,集砂槽宽度，池底斜面高度，全池总高：

7) 每格沉砂池实际进水断面面积：

8) 每格沉砂池沉砂斗容量：
9) 每格沉砂池实际沉砂量：每两天排一次砂，则：

10) 每小时所需空气量：取曝气管浸水深度为3m,查表得单位池长所需空气量为28,故q=28×24×(1+15%)×2=1545.6/h,式中(1+15%)为考虑到进出口条件而增长的池长。

第三节 初 沉 池
1) 参数确定:
表面负荷=1.6,
沉淀时间t=1.75h,
SS去除率η=50%,
设计流量
2) 沉淀池各部尺寸:
总有效沉淀面积,
采用32座沉淀池, 每池处理量Q=，
每池表面积A=,
沉淀池有效水深,
每个池宽b取5m,
池长:L=
长宽比,合格
3) 污泥区尺寸:
每日产生的污泥量或者
每日每座沉淀池的污泥量,
污泥斗容积:
式中污泥斗上口,污泥斗下底面积㎡,污泥斗为方斗,α=60°,故,则每个污泥斗的容积为
则2V>2W
4) 沉淀池总高度
采用机械刮泥,缓冲层高(含刮泥板),平底,故
0.3+2.8+0.6+4.33=8.03m
5) 沉淀池总长度
L=0.5+0.3+32=32.8m
式中 0.5为流入口至挡板距离,0.3为流出口至挡板的距离。
6) 放空管径
放空时间设为T=6h,则放空管 取d=300mm, 式中H为平均水深
7) 进出水措施
进水端采用穿孔花墙配水,出水端采用锯齿溢流堰

第四节 曝气池（A-O法）
1) 池体设计
①　 设计参数计算：
污泥负荷：Ns=0.1KgBOD5/(kgMLSS·d)
污泥指数：SVI=120
回流污泥浓度：

Xr=10^6/SVI*r(r=1)=8333.3mg/L
污泥回流比：
曝气池内混合液污泥浓度：
Xr=R/(1+R)×Xr=×6667=4166.7mg/L>3500mg/l
取为3500mg/l

去除率：

内回流比：

②　 池主要尺寸计算：
超高，经初沉池处理后，按降低25%考虑。
有效容积：

有效水深：
曝气池总面积：
分8组，每组面积：
设5廊道式曝气池，廊道宽，则每组曝气池长度：

污水停留时间：

核算 ；，符合设计要求
采用，则段停留时间为，段停留时间为。
缺氧池与好氧池的体积
则：缺氧池的体积为10549.4M3
好氧池的体积为42197.6m3
则：缺氧池面积183.15m2
好氧池面积732.6m2
缺氧池的宽为5.5m，长为10.7m

好氧池的宽为5.5m，长为42.6m
好氧池长宽比为42.6/5.5=7.7，在5-10之间,符合要求
宽深比为5.5/4.5=1.2在1-2之间，符合要求
③　 剩余污泥量
W=aQ平Lr-bVXr+0.5Q平Sr
降解BOD5生成的污泥量
W1=aQ平Lr=0.55×160000(0.12-0.01)=9680kg/d
内源呼吸分解泥量
Xr=0.75×3500=2625mg/L，（fx=0.75）
W2=bVXr=0.05×52747×2.625=6923kg/d
不可生物降解和惰性悬浮物量
该部分占总约50%，经初沉池降低40%，则：
W3=0.5Q平Sr=0.5×160000×(0.12-0.01)=8800kg/d

剩余污泥量为
W=W1-W2+W3=9680-6923+8800=11557kg/d
每日生成活性污泥量：

湿污泥的体积
污泥含水率为P=99.2%
QS===1444.6m3/d
污泥龄为
θc===>10d(符合要求)
2) 曝气系统的设计与计算(本设计采用鼓风曝气系统)
平均时需氧量的计算
由公式： 取， , 代入各值，得：

最大时需氧量的计算
查表得K=1.2,代入各值,得:

每日去除的BOD5值

去除每千克BOD的需氧量

最大时需氧量与平均时需氧量之比

供气量的计算
采用网状膜型中微孔空气扩散器,敷设于距池底0.2m处,淹没水深4.8m,
计算污水温度为30°C，
查表得水中溶解氧饱和度:
空气扩散器出口处的绝对压力按下式计算,即:

空气离开曝气池面时,氧的百分比按下式计算,即:
式中EA是空气扩散器的氧转移效率,对网状膜型中微孔空气扩散器,取值12%。
曝气池混合液中平均氧饱和度(按最不利的温度30°C考虑)按下式计算,即:

换算为在20°C条件下,脱氧清水的充氧量,按下式计算,即:
取值α=0.82,β=0.95,C=2.0,ρ=1.0
代入各值,得:
相应的最大时需氧量为:

曝气池平均时供气量,按下式计算,即:

曝气池最大时供气量:
去除每kgBOD5的供气量:
每立方米污水的供气量:
本系统的空气总量:除采用鼓风曝气外,本系统还采用空气在回流污泥井提升污泥,空气量按回流污泥量的8倍考虑,污泥回流比R取值80%,这样,提升回流污泥所需空气量为:
总需气量:62675+40000=102675
3) 空气管系统计算
在相邻的2个廊道的隔墙上设1根干管，共5根干管。每根干管上设5对配气竖管，每根干管上共10条配气竖管。全曝气池共设50条配气竖管。每根竖管的供气量为:,曝气池的平面面积为:36×45×4=5720㎡。每个空气扩散器的服务面积按0.6㎡计,则所需空气扩散器的总数为:,为安全计,本设计采用10000个空气扩散器,每个竖管上安设的空气扩散器的数目为:个,每个空气扩散器的配气量为:。
空气管道系统的总压力损失估算为:3kPa。网状膜空气扩散器的压力损失为5.88kPa,总压力损失为:5.88+3=8.88kPa。为安全计,设计取值10kPa。
4) 空压机的选定
空气扩散装置安曝气池池底0.2m处,因此,空压机所需压力为:P=(4-0.2+)×10=48.2kPa
空压机供气量,最大时:33436+32000=65436
平均时:30186+32000=62186
根据所需压力及空气量,决定采用LG120型空压机18台,该型空压机风压50kPa,风量120。正常条件下,15台工作,3台备用;高负荷时16台工作,2台备用。

第五节 二 沉 池
二沉池的池型是中心进水周边出水的辐流式沉淀池,其剖面图如下:

1) 参数的确定:
表面水力负荷q=1.1m3/(㎡·h),（1.20）
二沉池个数n=8,
水力停留时间T=3h
2) 主要尺寸计算:
a. 池总表面积
b. 单池面积:
c. 池直径: ,设计取D=32m
d. 沉淀部分有效水深
e. 沉淀部分有效容积: V=
f. 沉淀池底坡落差: 取池底底坡 i=0.05,则:

g. 沉淀池周边水深(有效)水深:
,满足规范要求6—12之间,
式中为缓冲层高度,取0.5m;
为刮泥板高度,取0.5m
h. 沉淀池总高度:,
式中为沉淀池超高,取0.3m
为沉淀池中心斗高度,取1.73m。
3) 贮泥斗贮泥量计算
泥斗容积用几何公式计算:
,
式中泥斗高
故
池底可贮存污泥的体积为:

共可贮存污泥的体积
>24,合要求。
4) 中心进水管的计算
单池设计流量:，
中心进水管设计流量:
，
选用管径,
5) 进出水配水设施
进水采用进水管，进水竖井,稳流筒等设施；出水采用环形集水槽，以及出水溢流三角堰。

第六节 混合设备的设计
1)
管式静态混合器是处理水与混凝剂、助凝剂、消毒剂实行瞬间混合的理想设备：具有高效混合、节约用药、设备小等特点，它是有二个一组的混合单元件组成，在不需外动力情况下，水流通过混合器产生对分流、交叉混合和反向旋流三个作用，混合效益达90-95%，构造如图2所示。

图3 管式静态混合器
a. 设计流量
Q=16万m3/d=6666.7m3/h=1.85m3/s
b. 设计流速
静态混合器设在絮凝池进水管中，设置3个，设计流速v=1.0m/s，则管径为：

采用D=900mm，则实际流速
c. 混合单元数
按下式计算

取N=3，则混合器的混合长度为：

d. 混合时间

e. 水头损失

f. 校核GT值

水力条件符合要求
2) 反应设备的设计

水厂总设计规模为160000 m3/d，折板絮凝池分为两个系列，每个系列设计水量为：

折板絮凝池每个系列设计成2组。
（1）单组絮凝池有效容积
取絮凝时间，则

（2）取有效水深，单组池宽，则

絮凝池长度方向用隔墙分成3段，首段和中段格宽均为1.0m，末段格宽为2.0m，隔墙后为0.15m，则絮凝池总长度为：

第七节 普通快滤池
1) 平面尺寸计算
（1）滤池总面积
取滤池每日的冲洗次数，每日冲洗时间，不考虑排放初滤水时间，即取，则滤池每日的实际工作时间

选用单层滤料石英砂滤池，取设计滤速，则
滤池总面积
（2）单池面积
取滤池个数，布置成对称双行排列，则
单池面积
取，滤池的实际面积为，则
实际滤速
2) 滤池高度
取承托层高度，滤料层厚度，滤层上水深，超高，则

3) 配水系统
（1）最大粒径滤料的最小流化态流速
取滤料粒径，球度系数，滤料的孔隙率，水温20℃时水的动力黏度，则

（2）反冲洗强度，
取安全系数，则

（3）反冲洗水流量

（4）干管始端流速
取干管管径，则

（5） 配水支管根数
取支管中心间距，则
单池中支管根数
（6）单根支管入口流量

（7）支管入口流速
取支管管径，则

（8）单根支管长度

式中0.3m是考虑壁厚及支管末端与池壁间距。
（9）配水支管上孔口总面积
取配水支管上孔口总面积与滤池面积f之比，则

（10）配水支管上孔口流速

（11）单个孔口面积
取配水支管上孔口的直径，则

（12）孔口总数

考虑到干管顶开2排孔，每排30个孔，孔口中心距e1=9/30=0.3m，并在孔口上方设置挡板。
（13）每根支管上的孔口数
个，取26个孔
支管上孔口布置成二排，与垂线成45°夹角向下交错排列，每排9个，孔口中心距e2=1.75/18=0.10m(<0.2m)
（14）孔口平均水头损失
取壁厚，则
孔口直径与壁厚之比，据此查表选取流量系数，则

（15）配水系统校核
对大阻力配水系统，要求其支管长度lj与直径dj之比不大于60。

对大阻力配水系统，要求配水支管上孔口总面积Fk与所有支管横截面积之和的比值小于0.5。
，满足要求。
干管横截面积与支管总横截面积之比为1.25～2.0:
1.25～2.0

第四章 污水厂平面及高程的布置
第一节 污水厂平面及高程布置
污水厂的平面布置包括：处理构筑物的布置、办公、化验、辅助建筑的布置、以及各种管道、道路、绿化等的布置。污水厂的平面布置图应充分考虑地形、风向、布置合理、便于规划管理。
布置得一般原则：
1.构筑物布置应紧凑，节约占地，便于管理；
2.构筑物尽可能按流程布置，避免管线迂回，利用地形，减少土方量；
3.水厂生活区应位于城市主导风向的上风向，构筑物位于下风向；
4.考虑安排充分的绿化地带；
5.构筑物之间的距离应考虑铺设管渠的位置，运转管理和施工需要，
一般5-10米；
6.污泥处理构筑物应尽可能布置成单独的组合，以防安全，便于管理；
7.污水厂内应设超越管，以便在发生事故时使污水能超越一部分或全
部构筑物，进入下个构筑物或事故溢流。
具体平面布置见城市污水厂平面图。
第二节 污水厂高程布置
概述
为了使污水能在构筑物间通畅流动，以保证处理正常进行，在平面布置的同时必须进行高程布置，以确定各构筑物及连接管渠的高程。
在整个污水处理过程中，应尽可能使污水和污泥重力流，但在多数情况下需要提升。本设计高程布置严格遵循以下原则：
1) 为了使污水在各构筑物间顺利自流，精确计算各构筑物之间的水头损失，包括沿程，局部及构筑物本身的水头损失，此时还考虑污水厂扩建时的预留储备水头。
2) 进行水力计算时，选择距离最大，水头损失最大流程，并按最大设计流量计算，计算时还要考虑管内的淤积，阻力增大的可能。
3) 污水厂出水管渠的高程需不受洪水顶托，污水能自流流出。
4) 污水厂的场地竖向布置，应考虑土方布置，并考虑有利于排水。
各构筑物水头损失
构筑物名称
构筑物损失m
水面标高m
池底标高m
集水池
-5.3
63.878
50.878
中格栅
0.26
69.178
69.788
曝气沉砂池
0.14
68.918
64.418
平流沉淀池
0.262
68.478
59.578
曝气池（A/O）池
0.315
68.338
63.838
调节池
0.224
68.076
55.576
辐流沉淀池
0.646
67.761
60.731
折返式水力反应池
0.483
67.537
64.037
普通快滤池
0.292
66.409
63.209
第五章 结束语
本文是模拟设计一座污水厂，是排水工程的课程设计。经过认真计算、制图、排版，本设计圆满结束。设计内容，规范符合设计要求。
通过这次设计我掌握许多知识也明白了许多道理，设计时要理论联系实际，单独的纯理论计算是远远不够的。本设计中还考虑了实际基建情况，并联系自己实习时所发现的问题，基本符合实际。

参考文献
1．顾国维. 水污染治理技术研究. 上海：同济大学出版社，1997.
2．孙力平等. 污水处理新工艺与设计计算实例. 北京：科学出版社，2001.
3．王彩霞等. 城市污水处理新技术. 北京：中国建筑工业出版社，1990.
4. 北京：5. 张自杰 主编. 排水工程(下册). 北京：中国建筑工业出版社,1996(第三版)