南方某城市污水处理厂工艺设计书.doc

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
国土资源与环境学院
水污染控制工程课程设计

题目： 南方某都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：
班 级： 环境工程
指导教师： 王 嵘

二0一三 年 12月 15日

南方某都市污水处理厂工艺设计
唐清
摘要
本设计是有关南方某都市污水处理厂工艺设计。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，少许为工业废水与其他污水。重要采用氧化沟发来处理，进水水质为CODcr 250mg/L，BOD5 125mg/L，SS 200mg/L，氨氮20mg/L。根据课程设计原始资料及设计规定，出水水质应到达不不小于或等于如下规定：《城镇污水处理厂污染物排放原则》（GB18918-）一般B原则。根据平面布置原则，综合考虑各方面原因进行了污水处理厂平面布置，根据水力损失计算对污水高程进行了计算和布置，在最终阶段完毕了对平面图和高程图及重要构筑物绘制。
关键词： 设计 污水处理 氧化沟

目 录
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 水处理工艺流程阐明.......................3
第三章 处理构筑物设计.........................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 重要设备阐明.............................18
第五章 污水厂总体布置..........................19
第一节 重要构（建）筑物与附属建...............19
第二节 污水厂平面布置.........................19
参照文献....................................25

第一章 总论
第一节 设计任务和内容
1.对重要污水处理构筑物工艺尺寸进行设计计算，确定污水处理厂平面布置和高程布置。
2.完毕污水处理厂平面布置图，单体构筑物图设计计算阐明书和设计图。
3.设计深度一般为初步设计深度。
4.对工艺构筑物选型作阐明。重要处理设施（格栅，沉砂池，初沉池，曝气池，二沉池）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）污水重要来源：绝大多数为居民生活污水，少许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 ： CODcr 250mg/L, BOD5 125mg/L, SS 200mg/L,氨氮 20mg/L
（6）处理规定
污水处理厂设计出水水质到达国家
污水经二级处理后应符合如下详细规定：《城镇污水处理厂污染物排放原则》（GB18918-）一般B原则。
（7） 处理工艺流程
污水拟采用老式活性污泥法工艺处理，详细流程如下：
（8）气象与水文资料
风向：数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：降水量数年平均为每年728mm；
蒸发量数年平均为每年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 水处理工艺流程阐明
污水经通过污水泵抽取，流过度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高至最高处。然后依托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。其中二沉池中部分活性污泥通过回流泵回流到曝气池中，增强曝气池中活性污泥浓度和抗冲击负荷能力。最终二沉池出水，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，多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：多种设备选型计算时，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各处理构筑物不应不不小于2组(个或格)，且按并开设计。
(2)污水提高泵房：
取4个污水潜水泵，三用一备。污水只考虑一次提高。污水经提高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都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格栅过栅流速不适宜不不小于0.6m／s，不适宜不小于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参见设备阐明书，宜选中间值。
（2）中格栅
设计阐明：重要参数是确定栅调间隙宽度，这与处理规模，污水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设备，保证整个污水处理系统能正常运行为原则，其他设计参数见下表。二、计算根据
（1）设计参数
重要参数取值根据
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） 计算措施
1. 格栅间隙数量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. 栅后槽总高度H
H=h+h1+h2
=0.5+0.3+0.096
=0.896m
4.格栅总长度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)污水提高泵房：
取4个污水潜水泵，三用一备。污水只考虑一次提高。污水经提高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.平流式沉砂池设计根据
(1)污水在池内最大流速为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,每格宽度不适宜不不小于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)贮砂斗不适宜太深，应与排砂措施规定、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，可根据设备规定考虑池底形状。
2.设计参数
水平流速一般取0.15～0.3m/s
V=0.2m/s
污水在池内停留时间
t=50s
池有效水深为0. 25～1.0m,每格宽度不适宜不不小于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,斗壁与水平面倾角a
储砂斗高度h3′
b1=0.5m a=60
h3′=1.5m
安全超高h1 b′
h1=0.5m b′=0.2
池个数
4
3.平流式沉砂池设计
(1) 沉沙部分长度L L=vt=0.2×50=10m
(2) 水流断面面积A A=Qmax/v=2.5/0.2=12.5㎡
(3) 池总宽度B B=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V V=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
储砂斗上口宽b2 b2= 2h3′/tan60+b1=2.23m
储砂斗容积V1 V1=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) 贮沙池高度h3 h3=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H H=h1+h2+h3= 0.5+1.0+1.7=3.2m
(8) 核算最小流速Vmin Vmin=Qmin/(n1×Amin)
=2.5/(1×12.5)
=0.20m/s>0.15m/s

第三节 初沉池
1.平流式沉淀池设计根据：
①沉淀池长宽比为4～5为宜，长深比为8～12为宜。
②除原污水外，尚有浓缩池、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清除率50％～60％。
④排泥措施：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)-1 t=2.0h v=5.0mm/s
间隔排泥时间T 人口数N
T=2d N=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A A=Qmax/q=180000×1.2/(24×2.0)=4500㎡
(2) 沉淀区有效水深h2 h2=q·t=2.0×2.0=4.0m
(3) 沉淀区有效容积V V=A·h2=4500×4.0=18000 m3
(4) 沉淀池长度L L=3.6v·t=3.6×5×2.0=36m
(5) 沉淀区总宽度B B=A/L=4500/36=125m
(6) 沉淀池数量n n=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)贮泥斗容积V1
V1=1/3×h4′【S1+S2+√(S1·S2）】
=29 m3
(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=28.7m L2=5.0m
V2=(28.7+5.0)/2×0.33×5.0=27.8 m3
初沉池设计草图

第四节 氧化沟曝气池
1.设计根据：
拟采用卡罗赛氧化沟，清除BOD5和COD之外还具有硝化和一定脱氮除磷作用，使出水NH3-N低于排放原则，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/L f=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
设计出水BOD5不不小于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=68.30 kg/d
即TKN中有6.83mg/L用于合成，需用于氧化 NH3-N=34-6.83-2=25.17mg/L
需用于还原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=
=0.204 d-1
故污泥龄tw=1/0.204=4.9 d
采用安全系数为2.5故设计污泥泥龄为2.5×4.9=12.5 d
原假设为20d，则硝化速率μn=1/20=0.05 d-1
单位基质运用率μ=(μn+b)/a=0.167 kgBOD5/kgMLSS·d
所需MLVSS总量==7101.8kg
硝化容积Vn=(7101.8/2400)×1000=2959.1 m3
水力停留时间tn=(2959.1/10000)×24=7.1 h
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） 设计根据
①型式：中心进水，周围出水，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特点，q应不不小于初沉池。
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)有关公式计算。
⑤阐明进出水配水设施。
（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
持续排泥，不不小于污泥量
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)重要尺寸计算
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=393600 kg/d
6） 所需池面积 393600/48.9=8049 m2 即单池面积为4025 m2 以此值为控制原则，池直径D=72m
7） 沉淀池周围（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 重要设备阐明
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，则由于含水率减少而剩余污泥量为：
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
每台泵设计流量为Q1=2500/3=833.3L/s

第五章 污水厂总体布置
第一节 重要构（建）筑物与附属建筑物
1.为了保护环境卫生规定，厂址应与规划居住区或 公共建筑群保持一定卫生防护距离，这个防护距离根据当地详细状况而定，一般不不不小于300m。
2.厂址应设在流经都市水源下游，离都市集中供水水源处不不不小于 500m。
3.在选择厂址时尽量少占农田或不占农田，而处理厂位置又应便于农田浇灌和消纳污泥。
4.厂址应尽量在都市和工厂夏季主导风向下风向。
5.要充足运用地形，把厂址设在地形有合适坡度都市下游地区，以满足污水处理构筑物之间水头损失，使污水和污泥有自流也许，以节省动力消耗。
6.厂址假如靠近水体，应考虑汛期不受或水沉没威胁。
7.厂址应设在地质条件很好、地下水位较低地区，以利施工，并减少造价。
8.厂址选择应考虑交通运送及水电供应等条件。
9.厂址选择应结合都市总体规划，考虑远期发展，留有充足扩建
余地。
第二节 污水厂平面布置
（1）布置原则
1.按功能分区，配置得当。
重要指对生产，辅助生产，生产管理，生活区等各部分布置。既有助于生产，又防止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。
首先保证生产需要，结合地形，地质，土方，构造和施工等原因全面考虑。布置力争减少占地面积，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，防止与进出水方向相反安排。各个单元之间管道连接，应以最短线路连接，防止不必要转弯和用水泵提高，严禁将管道线埋在构筑物下面。
4.充足运用地形，平衡土方，减少工程费用。
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，而另某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.水处理构筑物布置应注意风向和朝向。将排放异味，有害气体水处理单元布置在居住与办公室下风向，此外，还要考虑主导风向影响。
（2）高程设计
1.高程设计任务
本设计确定各水处理单元构筑物和泵房标高，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尺寸及其标高，通过计算确定各部位水面标高，从而可以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，计算各构筑物之间水头损失包括沿程损失、局部损失及构筑物自身水头损失和污水流过量水设备水头损失。此外，还应考虑污水厂扩建时预留储备水头。本设计中，由于此点未做详细规定，故不做出详细计算过程，而采用较大空间余地，以保证构筑物正常运行。
2）污水厂出水管渠高程，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）在计算留有余量前提下，力争缩小全程水头损失及提高泵站流程，以减少运行费用。

参照文献
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原则》（GB18918-）
5、 崔玉川、刘振江等，《都市污水厂处理设施设计计算》，北京·化学工业出版社，。
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，。
7、《都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,