天津蓟县污水处理厂初步设计设计本科毕业论文.doc

天津科技大学2011届本科生毕业设计
第一章 前言

水，是人类生存、息养、发展的最基本条件。然而，人类社会在工业化的进程中大量消耗水资源的同时排出污水，污染和危害环境，造成了严重的后果。英国及美国都曾发生因引用水源遭生活污水污染而引起的霍乱大流行，二十一世纪工业迅速发展和城市人口剧增更带来了河流水质恶化、生物绝迹的恶果。
近些年，发展中国家经济的飞速发展促进世界经济进一步发展的同时，水污染问题也变得非常突出。
现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理工艺。一级处理是用物理方法，如沉淀、筛滤等去除污水中不溶解的悬浮固体和漂浮物质。污水二级处理主要是用生物处理方法，即通过微生物的代谢作用进行物质转化的过程，将污水中的复杂的有机物氧化降解为简单的物质。生物处理对污水pH值、水质、水温、水中的溶氧量等有一定的要求。污水三级处理是在一、二级处理的基础上，应用过滤、混凝、离子交换、反渗透等物理、化学方法去除污水中难溶解的磷、氮、有机物等营养性物质。污水中的污染物组成非常复杂，常常需要以上几种方法组合，才能达到处理要求。
    污水一级处理为预处理，二级处理为主体，处理后的污水一般能达到排放标准。三级处理为深度处理，出水水质较好，甚至能达到饮用水质标准，但处理费用高，除在一些极度缺水的国家和地区外，应用较少。目前我国许多城市正在筹建和扩建污水二级处理厂，以解决日益严重的水污染问题[1]。
目前绝大多数小城镇都缺少必要的污水处理设施，有些存在缺陷。本工程中的蓟县即为其中一例。为解决现已存在的经济发展与环境不协调的问题，改善该县的整体环境的水体环境，提高城市人民的生活质量和城市的环境投资，从而进一步加快实现蓟县的经济发展，因此需要在原有污水处理厂的规模先进性完善和扩建。

第二章 设计概况

第一节 设计原则、任务、内容及依据

一、设计题目
天津蓟县污水处理厂初步设计
二、设计内容
1.对工艺流程的选择说明
2.对工艺处理构筑物选型说明
3.主要处理设施的工艺计算
4.污水处理厂的布置
三、设计依据
需要参考的设计指南、规范和设计手册
1.《中华人民共和国环境保护法（试行）》
2.《中华人民共和国水污染防治法实施细则》
3. 《中华人民共和国水污染防治法》
四、工艺采用规范标准
1. 地面环境质量标准
2. 污水综合排放标准
3. 《室外排水设计规范》
4. 《地表水环境标准》
5. 污水排放城市下水道水质标准
五、设计原则
1. 贯彻执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范及标准。
2. 从实际情况出发，在城市总体规划的指导下，是工程建设和城市的发展相协调，既保护环境，又能过最大规模的发挥工程效益。
3. 根据设计出水水质和出厂水水质，所选污水处理工艺力求技术先进成熟、处理效果好、运行稳定可靠、高效节能、经济合理，确保污水处理效果，减少工程投资及日常运行费用。
4. 妥善处理和处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂和污泥，避免做成为二次污染。
5. 为确保工程的可靠性及有效性，提高自动化水平，降低运行费用，减少日常维护检修工作量，改善工人操作条件，本工程的设备采用优质产品。
6. 积极创作一个良好的生产和生活环境。
第二节 设计基础资料、规模

一、污水处理厂概况
天津蓟县经济开发区污水处理厂位于开发区二期用地西南角。西侧厂界40 m处为引滦暗渠，周围村庄主要有西侧约 500 m 的凉水泉村，南侧约 500m 的礼明庄。污水主要来源于开发区内生活污水和工业园区生产废水，污水生物处理采用 SBR 工艺，处理后出水经北排明渠进入蓟运河[2]。
二、设计污水处理厂规模
（一）总处理量
参考国内已建同类型的污水处理厂水质情况，结合蓟县经济技术开发区的特点，确定污水处理厂处理规模为50000m3/ d。
（二）进出水水质
表2-1 进出水水质对比表
单位：mg/L
CODcr
BOD5
SS
NH3-N
TP
进水
400-500
230
280
25
4
出水
≤60
≤20
≤20
≤5
≤1

该水经处理后，水质符合国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB8918-2002）中的一级B标准。
（三）处理程度计算
1.溶解性BOD5的去除率
η =(230-20)∕230=91.3%
2.CODcr的去除率
η =(450-60)∕450=86.7%
3.SS的去除率
η =(280-20) ∕280=92.8%
4.总氮的去除率
η =(25-5) ∕25=80%
（四）设计基础资料
蓟县地区属暖温带半湿润季风型大陆性气候，四季分明，年平均气温摄氏11.5°C，平均年降雨量678.6毫米，全年日照百分率63%，年平均相对湿度60%，年平均风速2.2米∕秒，无霜期195天。由于蓟县刨面所处地理位置为南北长24公里一线狭长条带内，其气候特点同属暖温带、半湿润、大陆性、季风型气候。主要特点：四季分明，雨热同期。
温度：
极端最低气温在1月份平均-5.5°C；平均最高气温在7月份平均为26°C；年平均气温在10-11°C之间。
降水量：
因特殊的地理、地貌所决定，园区内的降水主要集中在7-9月份，降水量占年总降水量的76%以上，年降水量在700-800毫米左右，是华北地区多雨地带之一。素有“七十二场浇陵雨”之说。
风向、风速：
年平均风速2.2米∕秒左右，最大风速达25米∕秒，常年主导风向东南风，由于燕山山脉的屏障作用，加之园区内沟谷幽深，山高坡大，故风力又较弱、较缓。

第三章 污水处理工艺的确定

第一节 方案选择的原则

一、确定污水处理方案的原则
1. 城市污水处理应采用先进的污水处理设备，要求经济合理，安全可靠，出水水质好；保证良好的出水水质，效益高；
2. 污水厂的处理构筑物要求布局合理，建设投资少，占地少；自动化程度高，便于科学管理，力求达到节能和污水资源化；
3. 为确保处理效果，采用成熟可靠的工艺流程和处理构筑物；提高自动化程度，为科学管理创造条件；
4. 污水处理采用生物处理，污泥脱水采用机械脱水；污水采用季节性消毒；
5. 提高管理水平，实现现代化管理保证运转中最佳经济效果，实现处理过程自动化；
6. 查阅相关的资料确定其方案
二、最佳的处理方案要体现以下几点
1. 保证处理效果，运行稳定；
2. 基建投资少，耗能低，运行费用低；
3. 占地面积小，泥量少，管理方便；
4. 污水应达到处理程度。

第二节 污水处理工艺概况

污水处理厂目前采用的污水处理工艺主要有：
一、氧化沟工艺
氧化沟是活性污泥法的一种变形，它把连续环式反应池当作生化反应器，混合液在其中循环连续流动。随着氧化沟技术的不断发展，氧化沟技术已远远超出最初的实践范围，具有多种多样的功能选择、工艺参数、构筑物形式和操作方式。如卡鲁塞尔（Carrousel 2000）氧化沟、三沟式（T型）氧化沟、奥贝尔（Orbal）氧化沟等。
以下是氧化沟的优缺点[3]：
优点：
1. 用转刷曝气时，设计污水流量大部分为每日数百立方米。用叶轮曝气时，设计污水流量可达每日数万立方米。
2. 氧化沟是由环形沟渠构成，转刷横跨在其上旋转进而曝气，并使混合液在池内循环流动。
3. 氧化沟的流型为循环混合式，污水从环的其中然后一端进入，从另一端流出来，具有完全混合曝气池的特点。
4. 间歇运行适用于处理少量污水的时候。可利用操作间歇时间使沟内混合液沉淀而省去了二次沉淀池，剩余污泥通过氧化沟内的污泥收集器排除。连续运行适用于处理流量较大的污水，则需另设二沉池和污泥回流系统。
5. 工艺简单，管理方便，处理效果稳定，使用日益普通。
缺点：
1. 处理构筑物较多；
2. 回流污泥溶解氧含量较高，对除磷会产生一定的影响；
3. 容积及设备利用率不是很高。
氧化沟运行管理费用高，沟体的占地面积比较大，故本设计亦不宜用此工艺。
二、A／O工艺
A／O工艺——缺氧／好氧生物脱氮工艺，它的功能是去除有机物和脱氮。
用以往的生物处理工艺进行城市污水三级处理，旨在降低污水中以BOD、COD综合指标表示的有机物和悬浮固体浓度。一般情况下，去除COD可达70％以上，BOD可达90%以上，SS可达85％以上，但氮的去除率只有20%，二级处理出水中除含有少量合碳有机物外还含有氮(氨氮和有机氮)和碘。
以下是优缺点比较[4] ：
优点：
1. 流程比较简单，只有一个混合液回流系统和污泥回流系统，基建费用比较低；
2. 反硝化池不再需要外加碳源，降低了运行的费用；
3. A/O工艺的好氧池是在缺氧池之后，从而使反硝化残留的有机污染物得到了进一步的去除，提高了出水水质；
4. 因为缺氧池在前，污水中的有机碳被反硝化菌利用，降低了其后好氧池的有机负荷；同时缺氧池中进行的反硝化反应产生的碱度也可以补偿好氧池中进行硝化反应时对碱度的需求。
缺点：
1. 构筑物比较多；
2. 污泥产生量比较多。
该工艺是采用比较广泛的脱氮工艺，但仅适合于小流量的工程，而该工程污水处理量大，故不宜采用此工艺。
三、传统A2/O工艺
传统A2/O工艺就是厌氧—缺氧—好氧法，它的三个阶段是以空间来划分的，是在具有脱氮功能的缺氧—好氧法的基础上发展起来的，具有同步脱氮除磷的工艺。
该工艺在系统上是最简单的同步脱氮除磷工艺，其总的水力停留时间一般要小于其它类似的工艺（如Bardenpho工艺）。在经过厌氧、缺氧、好氧一系列运行的条件下，那些丝状菌就不能大量繁殖，无污泥膨胀得顾虑，SVI值一般小于100，处理后的泥水分离效果好。
该工艺在运行时厌氧和缺氧段都需要轻缓搅拌，以防止污泥的沉积，由于生物处理池与二次沉淀池是分开建设的，因而占地面积较大，该工艺在大型污水处理厂中采用较多[5]。
四、传统的SBR工艺
传统的SBR工艺是完全间隙式运行，即周期进水、周期曝气及周期排水。
传统SBR工艺脱氮除磷大体可以分为五个阶段：阶段A为进水及搅拌，在该阶段聚磷菌会进行厌氧放磷的反应；阶段B为曝气阶段，在该阶段除了会完成BOD5的分解外，还同时进行着硝化和聚磷菌的好氧吸磷反应；阶段C为停止曝气、混合搅拌阶段，在该阶段内进行反硝化脱氮反应；阶段D为沉淀排泥阶段，在该阶段内进行泥水分离的同时，又会排放剩余污泥；阶段E为排水阶段。 阶段E后，有的根据水质要求还设有闲置阶段。
以下是SBR的优缺点[6]：
优点：
1. 其脱氮除磷的厌氧、缺氧和好氧不是用空间划分的，而是由时间控制的；
2. 不需要回流混液和回流污泥，不设专门的二次沉淀池，构筑物少；
3. 占地面积少。
缺点：
1. 设备利用率及容积利用率较低（一般低于50%）；
2. 管理、操作、维护较复杂；
3. 自动化程度高，对工人素质要求高；
4. 国内工程实例少；
5. 脱氮、除磷的功能一般。
综上所述：在本次设计中采用SBR工艺。

第三节 SBR处理工艺概况

一、SBR简介
SBR活性污泥法又称序批式活性污泥法或间歇式活性污泥法，其污水处理机理与普通活性污泥法完全相同。1979年由美国Irvine等人根据试验结果提出SBR商业化的工艺，随着自控技术的进步，特别是一些在线仪器仪表，如溶解氧仪 、电导率仪 、pH计 、氧化还原电位（ORP）仪等的使用。从20世纪70年代开始逐步得到应用.我国于20世纪80年代中期开始了研究与应用，上海市吴淞肉联厂污水处理站是我国第一座应用SBR工艺的污水处理单位[7]。
二、SBR工艺特点
SBR是一个间歇运行的污水处理工艺，与传统连续活性污泥法相比，该工艺把进水、调节、反应沉淀都设在一个池子里，不需要调节池和二沉池等的构筑物，也不需污泥回流设备，工艺流程简单、构筑物少、占地省、造价低、设备及运行管理费用低 。虽然混合液在 SBR 反应器内呈完全混合状态，但底物浓度会因为污水在池内反应时间的延长而由高到低，也就是说在时间上是一个推流状态。根据活性污泥动力学理论，生物反应速度与基质浓度是成正比的。在理想的推流装置中，不存在返混作用，因此该工艺单位容积的反应速率快、处理效率高、底物去除率高。针对不同的净化目的SBR工艺可灵活地利用不同的控制手段运行。由于在时间上的灵活控制，为其实现脱氮除磷提供了有利的条件。SBR工艺在反应阶段，由于时间上的理想推流状态，使得底物浓度梯度大，而且因为进水与反应阶段的缺氧（或厌氧）与好氧状态的交替，既能抑制专性好氧丝状菌的过量繁殖，从而防止污泥膨胀，又不会对大多数微生物产生不利的影响。SBR法虽然就时间这一方面来说是一个理想的推流过程，但是，但是对于反应器本身的混合状态仍属典型的完全混合式。因此，该工艺具有更强的耐冲击负荷和处理有毒或高浓度有机废水的能力[8-10]。活性污泥法处理城市污水用于污水处理厂，其中多达30％的能源消耗用于曝气[11]。
三、SBR原理
反应池去除有机物的原理在充氧时与普通活性污泥法是相同的，只是在运行方式上差异。运行时，反应池按（1）进水；（2）反应；（3）沉淀；（4）排水；（5）空载排泥(闲置期)五个工序，依次在同一SBR反应池内周期运行[12]。
1. 进水工序，此工序是向处于五道工序中最后的闲置段注废水，注满后再进行反应，这样，反应器就会起到调节池的作用。也可以根据其它工艺上的要求，配合进行其它操作如曝气，就可起到预曝气效果，又可使污泥再生恢复它的活性，也可根据脱氮除磷的要求，进行缓慢搅拌等。
2. 反应工序，这道工序是本工艺最主要的一道工序。废水注入到指定的高度后，立即开始反应操作，根据废水处理的不同目的，如BOD去除、硝化、磷的吸收以及反硝化等，采取不同的进行反应的技术措施 ，如BOD去除、硝化、磷的吸收，则进行曝气，后一项则进行缓速搅拌，并根据需要达到的程度以决定反应的延长时间。
3. 沉淀工序，该工序相当于连续活性污泥法系统的二沉池，此时应停止曝气和搅拌，使混合液处于静止状态，进行泥水分离。
4. 排放工序，经过沉淀后的上清液，作为处理水一直排放到最低水位。
5. 空载排泥，此工序排除剩余污泥，排完泥后，反应器处于停滞状态，等待下一个操作周期开始。
四、脱氮除磷功效
SBR法根据不同的净化目的，可以通过不同的控制手段，灵活的运行。由于在时间的灵活控制，为其实现脱氮除磷提供了极有利的条件。它不仅很容易实现好氧、缺氧与厌氧状态交替的环境条件，而且很容易在好氧条件下增大曝气量、反应时间与污泥龄，来强化消化反应与脱磷菌过量摄取磷过程的顺利完成[13]；也可以在缺氧条件下方便的投加原污水（或甲醇等）或提高污泥浓度等方式，提供有机碳源作为电子供体使反消化过程更快的完成；还可以在进水阶段通过搅拌维持厌氧状态，促进脱磷菌充分的释放磷。
上述复杂的脱氮除磷过程只有在A-A-O工艺中才能完成，而SBR法的单一反应器一个运行周期即可完成。如果原污水中的P：BOD值太高，用普通厌氧-好氧法难于提高除磷率时，可以根据Phostrip法除磷的原理在SBR法中实现，只增加一个混凝沉淀池即可[14]。
可见，SBR法很容易满足脱氮除磷的工艺要求，在时间上控制的灵活性又能大大提高脱氮除磷的功效。
五、SBR工艺的应用
SBR法在国内常用来处理某些工业废水，例如处理屠宰废水 、啤酒厂废水等 ，除上述在国内应用的工程实例外，用SBR法处理各种工业废水的实验研究也颇有成果，例如处理造纸废水、啤酒废水、土霉素废水、餐饮废水、化粪池出水等。这些实例都是以单一的反应池为处理装置，在不同废水水质条件下获得了各自的成果，如提出各自适用的操作工序间的时间分配、适宜的曝气时间、曝气方式、负荷和污泥负荷、温度以及pH值的适用范围等[15]。
六、SBR工艺在废水处理工程应用中应注意的问题[16]
1. SBR工艺在连续排放的废水处理工程设计中，一般均不设调节池，此时，反应池必须采用两个或两个以上，以保证间歇进水方式的实现。对于低水量连续排放的废水工程设计，若采用单一SBR反应池，则需设计调节池，以保证运行的稳定性。
2. SBR工艺对自动控制管理要求较高.工艺是以间歇进水方式为主的污水处理工艺。一般情况下，每一周期的间歇进水方式和处理后排水装置滗水器的运行均由PLC自动控制系统自动控制管理，故PLC 自动控制系统的管理在SBR工艺中显得尤其重要。
3. 阀门控制和处理后排水设备滗水器的使用，使SBR工艺具有自己的特点，以致对设备运行和维修管理的要求高于常规的污水处理工艺。
4. 对于一些有毒有害的工业废水，SBR在应用中应高度重视微生物的存活状况，关注分解有机物的能力。一般为提高SBR工艺的处理能力，在反应池的前端应设置厌氧池，从而改善废水处理的可生化性，提高SBR反应池的去除有毒有害物质的效率。
七、SBR设计要点
（一）SBR 工艺排出比（1/m）的选择
SBR 工艺排出比（1/m）的大小决定了 SBR 工艺在反应初期有机物浓度的高低。排出比大，初始有机物浓度高，反之则低。根据微生物降解有机物的规律，当有机物浓度高时，有机物降解速率大，曝气时间可以减少。但是，当有机物浓度高时，耗氧速率也大，供氧与耗氧的矛盾可能更大。而且，不同的废水的活性污泥的沉降性能也不同。污泥沉降性能差的，沉淀后上清液就会比较少，宜选用较大的排出比，反之则宜采用较笑的排出比。除此之外，排出比的选择还与设计选用的污泥负荷率、混合液污泥浓度等有关。
（二）SBR 反应池混合液污泥浓度
根据活性污泥法的基本原理，混合液污泥浓度的大小会决定生化反应器容积的大小。SBR工艺也同样如此，当混合液污泥浓度低时，所需曝气反应时间就长，SBR反应池池容就大，反之SBR反应池池容则小；但是，当混合液污泥浓度高时，生化反应初期耗氧速率增大，供氧与耗氧的矛盾更大。此外，沉淀时间也是由池内混合液污泥浓度的大小决定的。污泥浓度低则需要的沉淀时间短，反之则长。当污泥的沉降性能好，排出比小，有机物浓度低，供氧速率高，可以选用较大的数值，反之则宜选用较小的数值。SBR工艺混合液污泥浓度的选择应综合多方面的因素来考虑。
（三）关于污泥负荷率的选择
影响曝气反应时间的参数中污泥负荷率是主要的，污泥负荷率的大小关系到SBR 反应池最终出水有机物浓度的高低。当要求的出水有机物浓度高时，污泥负荷率宜选用高值；当废水易于生物降解时，污泥负荷率随着增大。污泥负荷率的选择应根据废水的可生化性以及要求的出水水质来确定。

第四节 污泥工艺的确定

城市污水处理厂排出的污泥，其含水率都在95%以上，污泥中主要是由有机固体、无机固体和生物体组成的。沉砂污泥和剩余的活性污泥含水率高，容积大，不便于运输和处置，同时由于含有大量的有机物质，使污泥容易腐化发臭，另外污泥还含有一些有毒有害物质，若不妥善处理和处置，容易造成二次污染。
污泥处理须达到的要求如下：
1. 减少有机物，使污泥稳定化；
2. 减少污泥体积，降低污泥后续处理费用；
3. 减少污泥中有毒物质，是无害化；
4. 利用污泥中可用物质，化害为利；
5. 因选用脱氮除磷工艺，所以要尽量避免磷的二次污染。
本设计采用：污泥浓缩——机械脱水——泥饼外运这一方案。
一、污泥浓缩
降低含水率，减少污泥容积，便于后续处理是污泥浓缩的目的。目前常用的浓缩方法有重力浓缩和气浮浓缩两种，下面对两种方法进行比较：
1.适用范围
重力浓缩主要用于初沉池污泥及初沉污泥和剩余活性污泥的混合污泥的浓缩。气浮浓缩池适用于浓缩比重接近于一的活性污泥和腐蚀污泥，比采用重力浓缩的污泥含水率低。
2.运行费用
气浮浓缩比重力浓缩要多。
3.管理与操作
气浮浓缩比重力浓缩要求具有较高的管理与操作水平。
4.构筑物与设备
重力浓缩比气浮浓缩简单。
5.占地
重力浓缩占地面积较大。
根据该污水处理厂的实际处理情况和运行费用的投资，结合以上的浓缩方法进行比较，确定该工艺的浓缩方法采用重力浓缩。
二、污泥脱水
机械脱水的一般要求：
1. 进入脱水机前污泥的含水率一般高于95%，不大于98%。
2. 污泥在脱水机前应先加混凝剂，混凝剂的种类应根据污泥的性质、脱水的方式和污泥的出路而选定，混凝剂投加量由试验或参照相似污泥的数据来确定。
3. 污泥加入混凝剂后，应立即进行混合反应之后送入脱水机。
4. 最好设置泥饼堆放场以便暂时贮存。
污泥脱水方法有很多，目前常用的污泥脱水机械有折带式真空转鼓过滤机、自动板框压滤机、滚压带式压滤机、离心脱水机等四种，其中滚压带式压滤机很符合此次设计。
其性能指标如下：
脱水泥饼含水率：70%~80%；
投资费用：较低；
运行情况：连续操作；
操作管理工作量：小；
附属设备：较少；
混凝剂：高分子有机混凝剂；
预处理：无；
适用场合：大、中型。

第五节 污水处理设备选择

一、格栅
城市污水处理厂一般都需要设计两道格栅，进厂污水经过的第一道格栅是粗格栅，常用类型为钢绳式粗格栅和高链式粗格栅。比较大块的栅渣被粗格栅拦截后，污水经过污水提升泵的提升，经第二道格栅进入沉砂、沉淀等后续工艺段。第二道格栅叫细格栅，常用类型为转鼓式细格栅和回转式细格栅[17]。
（一）粗格栅
粗格栅一般分为钢绳式粗格栅、高链式粗格栅两种。
优缺点比较[18]
1. 链条式粗格栅的链条一旦调校准确后，正常负荷下的链条变形可能极小。而钢绳式粗格栅的钢丝绳需要在运行一段时间后，定期对三条钢丝绳进行调校维护，防止耙斗的歪斜，减少因牵引负荷失衡导致的断绳故障。
2. 链条的价格比钢丝绳的价格高很多，因此链条式粗格栅的设备投入会稍高一些；但是钢绳式粗格栅的钢丝绳容易被扯断，维修成本相对高一些。
3. 无论是牵引断裂还是设备大修，钢绳式粗格栅和链条式粗格栅都会面临更换牵引机构的工作情况，但更换链条的工作量要比更换钢丝绳的工作量大很多。
4. 链条式粗格栅的故障相对较少，且不频繁，但一旦出现故障，就会需要较长时间才能恢复到正常状态。而钢绳式粗格栅的故障会较多，且较为频繁，但一旦出现故障，一般都能在较短时间内维修好。
针对此分析，被设计采用钢绳式粗格栅。
（二）细格栅
细格栅一般分为转鼓式细格栅、回转式细格栅两种。
优缺点比较[18]
1. 转鼓式细格栅的结构坚固，维修频率低，处理流量大，拦渣率高，不易堵塞，且为自清洁式，但是每次维修需要整机吊起，单次维修工作量较大。回转式细格栅结构简单，维修频率较高，但单次维修工作量小，特殊的结构会引起污水中纤维缠绕导致过载停机。
2. 转鼓细格栅需要进行加压冲洗，因此需要建立配套的中水加压系统。而回转式细格栅一般不设置加压冲洗装置。
3. 转鼓式细格栅的挡水面积较回转式细格栅的挡水面积小，因此配置驱动电动机的功率可以较小。回转式细格栅的安装精度要求较高，必须保证耙齿链的水平。
故此设计选用回转式细格栅。
二、污水泵房
城市污水处理厂的费用大部分来自于电能，其中40%的电能为水泵消耗，所以，确定合理的水泵及泵站是污水处理厂的关键所在。
本设计考虑造价及自动化问题，采用半地下式泵房，因其启动及时可靠，不需引水辅助设备，操作简单。
泵房由于较深，采用电动排水；泵房采用机械通风。
三、沉砂池
（一）沉砂池的作用
虽然沉砂池在污水处理厂的投资、占地等方面所占的比例都很小，但其作用却不可忽视。因为如果取消沉砂池，大量砂粒将进入后续各处理单元，给污水厂的正常运行带来诸多隐患：
1.砂粒如果进入了初沉池会致使污泥刮板的磨损程度加大，缩短使用寿命。
2.砂粒沉积排泥管道中易导致管道的堵塞，进入污泥泵后会加剧叶轮的磨损。
3.对于不设初沉池的处理工艺（如SBR、CASS等）、实际运行中由于进水负荷过低而超越初沉池运行的工艺，大量砂粒将直接进入生化池沉积，会对曝气器产生不利影响，同时还导致生化池有效容积的减少。
4.如果砂粒进入污泥消化池中，将减少池体的有效容积，使清理周期缩短。
5.污泥中含砂量的增加会大大影响污泥脱水设备的运行。砂粒进入带式脱水也会加剧滤布的磨损，使更换周期也缩短，同时会影响絮凝效果，导致污泥成饼率降低。
（二）沉砂池的设计
设计一座理想的沉砂池，最好在去除所有的无机砂粒的同时，将砂粒表面附着的所有有机组分都能分离出来，以利于砂粒的最终处置。因此，在进行沉砂池设计时主要需考虑两方面问题：
1.怎样通过合理的水力设计，使得尽可能多的砂粒得以沉降并且能以可靠、便捷的方式排出池外。
2.采用什么有效的方式，尽可能多地分离附着在砂粒上的有机物，将其送回到污水中。
（三）沉砂池类别
目前国内外普遍采用的沉砂池包括以下几种：平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流式沉砂池(钟氏及比氏)等，但竖流式沉砂池很少在污水厂中使用。传统的平流式沉砂池进入20世纪80年代以后，越来越多地被曝气沉砂池所代替；90年代以后，随着国外设备的引进，旋流式沉砂池越来越多地在城市污水处理厂中得到应用。
1.平流式沉砂池
平流式沉砂池是根据颗粒自由沉淀（离散沉淀）理论进行设计的，污水经整流后进入池子，沿水平方向流至末端后经堰板流出，沉淀时间小于污水在池内停留时间的那部分砂砾就会沉淀至池底，实现砂砾与污水的分离；污水的停留时间和水平流速是影响平流沉砂池沉砂效果的主要工艺参数。这两个参数均随进水流量的变化而改变，因此，当进水波动较大时，平流沉砂池的沉淀效果就会不稳定。
平流沉砂池基本不具备分离砂砾上有机物的功能，就需要另设洗砂装置[19]。
2.竖流式沉砂池
优点：占地少，排泥方便，运行管理易行。
缺点：池子深度大，施工困难，导致造价较高；对耐冲击负荷和温度的适应性较差，池体池径受到限制，过大的池径会导致布水不均匀。
3.曝气沉砂池
曝气沉砂池是在平流沉砂池的基础上发展改变而来的，通过在沉砂池的侧墙上设置曝气器，市污水再吃内形成旋流，以加强洗砂效果。曝气沉砂池的特点是污水在池内呈螺旋流前进，螺旋速度的大小决定除砂和洗砂的效果。
曝气沉砂池具有良好的抗冲击能力，适用于水量变化较大的污水处理厂。而且因为曝气有气浮作用，所以污水中的油脂类物质会形成浮渣而被去除[20]。
该污水处理厂主要处理蓟县各大工厂产生的污水及附近居民的生活废水，含有一些油脂，所以，设计采用曝气沉砂池。
四、SBR反应池
SBR反应池在同一运行周期内具有完全混合特性，不同运行周期具有理想推流式模式[21]。系统采用4个反应池，运行周期为8h，排入时间2.5h，排出时间2.5h，曝气时间4.5h，沉淀时间1.5h；整个系统始终处于连续进水和连续出水的运行状态，降低运行成本。全程实行自动控制，仅需控制观察，大大节约人工费用。
SBR反应池，活性污泥处于一种交替的吸附状态，生物降解，菌体活化等不断变化中[21]。污染物浓度从进水最高值逐渐降解至出水最低值。在整个反应过程中，由于实现了多个池体并联的工作方式，每个池都按预定程序依次进水，就一个池而言，仅为连续进水中的一段，即使污水出现高峰负荷形成冲击，其最大持续时间也不超过1h冲水时间，因此受冲击负荷持续时间短，与连续性污泥法相比，有更大的耐冲击性，可避免污泥膨胀的产生[22]。
五、接触消毒
消毒剂的选择：
1. 液氯
优点：价格便宜，效果较佳，投配设备简单。
缺点：对生物有毒害作用，并且可能产生致癌物质。
适用于大、中型规模的污水处理厂
2. 漂白粉
优点：价格便宜，投加设备简单。
缺点：除用液氯缺点外，还有投配量不准确，溶解剂调配不便，劳动强度大。
适用于消毒要求不高或间断投加的小型污水处理厂。
3. 臭氧
优点：消毒效率高，能有效降解水中残留的有机物、色味等，污水温度、pH
值对消毒效果影响小，不会产生难处理或生物积累性残余物。
缺点：投资大，成本高，设备管理复杂。
综上所述：本设计采用液氯做消毒剂。
六、污泥浓缩
污水处理厂产生的污泥约占处理水量的0.3~0.5%（以含水率为 97％计），如进行深度处理，污泥量还可能会增加 0.5~1.0倍[23]。据统计到2007年末，我国已建成投入运行的城镇污水处理设施达到 1178个，总设计处理能力7243万吨/日，平均每天处理污水5320万吨，据此估算全国产生污泥总量约1460万吨（80％含水率）[24]。
污泥处理系统的集成，是对不同污泥处理单元或设备的组合，这是一个系统工程，需要考虑整体布局、空间配置及流程的合理性等因素，以使这个系统的各部分之间能彼此有效和协调的工作，发挥整体效益，达到整体优化[25]。
此设计采用集成污泥处理系统：污泥浓缩池——污泥脱水机房——泥饼外运。
七、污泥最终处置
目前我国城市污水处理厂的污泥都经无害化处理随意处理堆放或用于农田，国外许多国家对污泥处置采用较多的方法是焚烧、填埋、堆肥和投海。

表3-1　国外部分国家污泥处置情况
国家
农用（%）
填埋（%）
焚烧（%）
其余（%）
美国
24
15
27
34
德国
25
60
10
5
法国
27
53
20
0
意大利
34
55
11
0
英国
51
16
5
28
荷兰
53
29
10
8
丹麦
56
14
30
0
西班牙
61
10
0
29
葡萄牙
80
12
0
8

焚烧技术虽然具有处理迅速，减容少（70%~90%），无害化程度高，但地面积小的优点，但一次性投资巨大，操作管理复杂且能耗高，这样来看不太适合我国的国情。
污泥卫生填埋、终结覆盖，是处理污水处理厂脱水污泥较为有效的方案，但其渗透滤液的COD和BOD值较高，需进行处理，否则就会造成二次污染。
污泥与城市生活垃圾混和高温堆肥，污泥熟化程度高，病原体和寄生虫卵去除较为彻底。有利于污泥农用，是适合我国国情的污泥处理工艺。
根据本工程实际情况，采用将脱水泥饼直接运至农村，与生活垃圾、杂草等混合厌氧堆肥，经无害化稳定后，用作农肥。
确定工艺流程如下图：
栅渣外运
砂外运
剩余污泥
细格栅间
提升泵房
曝气沉砂池
SBR反应池
接触消毒池
污泥浓缩池
污泥脱水机房
泥饼外运
粗格栅间
出水
进水

图3-1 污水处理厂工艺流程图

八、检测及控制系统
目前自动化技术在污水处理厂早已应用广泛，显示出显著技术经济效益。实践证明：如果对污水处理过程的实时监测和控制，就能够保证出水水质，解放生产力，提高生产效率，降低能耗。因此选择好既经济又实用的自控系统对整个污水厂安全、合理、科学的运行起着至关重要的作用。
根据本工程的实际情况及工艺要求，采用国内外先进、成熟的由中央控制室微机和现场各级PLC控制单元组成的两个层次的DCS系统（本系统集计算机技术、控制技术、通讯技术于一体，通过通讯网络将中央级监控总站和若干个现场控制分站连接起来，构成集中管理、分散控制的微机监控管理系统，简称集散控制系统）。DCS系统克服了集中控制系统危险度集中、可靠性差、系统不易扩展、控制电缆用量大等缺陷，实现了信息、管理及调度真正的集中当中控室微机故障时，各现场分站也能独立稳定的工作，从根本上提高了系统的可靠性。采用以PLC为主构成的DCS系统有较高的性能价格比。
在厂内污水处理的重要环节设有全天候带云台摄像闭路监控系统。粗格栅、细格栅、SBR反应池、污泥脱水机房都设有一套摄像装置，现场图像传输到中央控制室，中控室设多画面处理器，值班人员可以监视到关键设备的运行情况。
全厂工艺设备的控制采用三种方式。
1.现场手动控制
根据地理位置和设备种类将现场设备相对集中在各现场控制室的各个控制箱内控制。控制箱上设手动/自动转换开关，当开关在手动位置时，通过现场控制箱上的启动/停止按钮操作。
2.PLC程序自动控制
现场控制箱上手动/自动转换开关，在自动位置时，通过现场可编程序控制器（PLC）程序自动控制操作。
3.远程计算机遥控
当开关在自动位置时，也可以通过中央控制计算机键盘或鼠标远程控制设备的操作。

第四章 污水处理系统设计计算

一、粗格栅
格栅设计示意图见图4-1。
h2
工作平台
栅条
500 1000

B1

B1

B

H
h
h1 h1
α
h
H1
L2=1/2L1

图4-1 格栅设计示意图
（一）设计说明 
格栅的截污主要对水泵起保护作用，采用粗格栅，提升泵选用螺旋泵。
设计流量：
平均日流量Q=50000m3/d=2008.3m3/h=0.58m3/s
Qmax=KzQ=1.50×0.58=0.87m3/s （4-1）
Kz——污水总变化系数。
设计参数：
栅条间隙e=25.0mm 栅前水深h=1.2m
过栅流速v=0.6m/s 安装倾角a=75 o
（二）格栅计算
1.栅条间隙数n为
n=Qmax×(sina)1/2÷ehv （4-2）
=0.87×(sin75。)1/2÷（0.025×1.2×06）≈48条
Qmax ——最大设计流量, m3/s，取Qmax=0.87m3/s
α ——格栅倾角，取α=75 o
e ——栅条间隙，取e=25mm
h ——栅前水深，取h=1.2m
v ——过栅流速，m/s，取v=0.6m/s
2.栅槽有效宽度B
设计栅条宽度S=0.01m。
B=S(n-1)+en （4-3）
=0.01×(48-1)+0.025×48=1.58m
格栅间占地面积10.0×4.1=41.0m2
3.进水渠道渐宽部分的长度L1
设进水渠宽B1=1.00m，其渐宽部分展开角度=20 o
L1=（B-B1）/2tan （4-4）
=(1.58-1.00)/2tan20 o
=0.80(m)
4.栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分的长度L2
L2= L1/2 （4-5）
=0.80/2
=0.40(m)
5.栅槽高度计算
过栅水头损失h1
h1=K×(s/e)4/3(v2/2g)×sina （4-6）
=2.42×3×(0.01/0.025)4/3×0.6×0.6×sin75./19.6
=0.04m
h1——设计水头损失，m
K——系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3
——阻力系数，与栅条断面形状有关，设栅条断面为锐边矩形断=2.42
设栅前渠道超高h2=0.3m
则栅后槽总高度
H=h+h1+h2=1.2+0.04+0.3=1.54m （4-7）
6、栅槽总长度L
L= L1 +L2 +1.0+0.5+H1/tan