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污水处理课程设计说明书
第一章总论
第一节设计任务和内容
1、设计任务
题目：
某城市日污水处理厂工艺设计
污水处理课程设计的任务在于加深理解所学专业知识，培养运用所学专业知识的能力，在设计、计算、绘图方面得到锻炼。
针对一座二级处理的城市污水处理厂，要求对主要污水处理构筑物的工艺尺寸行设计计算，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）。
2、设计内容
（1）对工艺构筑物选型作说明；
（2）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；
（3）污水处理厂平面和高程布置。
第二节基本资料
1、污水水量与水质
污水处理水量：
单号双号
221班17万m3/d15万m3
污水水质：
CODcr450mg／L，BOD5200mg／L，SS250mg／L，氨氮15mg／L.
2、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》（GB18918-2002）排放标准中二级标准的要求。
即排放标准浓度见表1所示。
表1基本控制项目最高允许排放浓度
基本控制项目最高允许排放浓度（日均值）单位mg/l
序号
基本控制项目
一级标准
二级标准
三级标准
a标准
b标准
1
化学需氧量（COD）
50
60
100
120①
2
生化需氧量（BOD5）
10
20
30
60②
3
悬浮物（SS）
10
20
30
50
续表
4
动植物油
1
3
5
20
5
石油类
1
3
5
15
6
阴离子表面活性剂
0.5
1
2
5
7
总氮（以n计）
15
20
-
-
8
氨氮（以n计）②
5（8）
8（15）
25（30）
-
9
总磷
（以P计）
2005年12月31日前建设的
1
1.5
3
5
2006年1月1日起建设的
0.5
1
3
5
10
色度（稀释倍数）
30
30
40
50
11
pH
6--9
12
粪大肠菌群数（个/l）
1000
10000
10000
-
注：
①下列情况下按去除率指标执行：
当进水COD大于350mg/l时，去除率应大于60%；BOD大于160mg/l时，去除率应大于50%。
②括号外数值为水温>12℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。
3、污水处理程度：
污水处理程度见表2所列。
表2污水处理进出水水质
项目
CODcr（mg／L）
BOD5（mg／L）
SS（mg／L）
氨氮（mg／L）
进水水质
出水水质
去除率η
450
≤100
≥77.8%
200
≤30
≥85.0%
250
≤30
≥88.0%
15
≤25
—
4、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。
5、厂区地形
污水厂选址区域海拔标高在64～66m之间，平均地面标高为64.5m。
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。
第二章污水处理工艺流程说明
第一节处理工艺流程
污水拟采用传统活性污泥法工艺处理，具体流程如图1所示。
图1污水处理工艺流程图
第二节工艺方案分析
1、工艺方案概况：
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。
重金属及其他难以生物降解的工艺尚应硝化，考虑到NH3-N浓度较低，不必完全脱氮。
针对以上特点，以及出水要求，现有城市污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。
根据国内外已运行的大、中型污水处理厂的调查，要达到确定的治理目标，可采用“普通活性污泥法”。
2、普通活性污泥法方案：
普通活性污泥法，也称传统活性污泥法，推广年限长，具有成熟的设计及运行经验，处理效果可靠。
自20世纪70年代以来，随着污水处理技术的发展，本方法在工艺及设备等方面又有了很大改进。
在工艺方面，通过增加工艺构筑物可以成为“A／O”或“A2／O”工艺，从而实现脱N和除P。
在设备方面，开发了各种微孔L曝气池，使氧转移效率提高到20％以上，从而节省了运行费。
普通活性污泥法如设计合理、运行管理得当，出水BOD5可达10～20mg／L。
它的缺点是工艺路线长，工艺构筑物及设备多而复杂，运行管理困难，基建投资及运行费均较高。
国内已建的此类污水处理厂，单方基建投资一般为1000～1300元／m3·d，运行费为0.2～0.4元／（m3·d）或更高。
第三章处理构筑物设计
第一节格栅间和泵房
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，格栅栅条间隙拟定为21.00mm。
二、设计计算
一、格栅
1、设计流量：
平均日流量:
Qd＝15.0万m3／d＝6250m3／h＝1.97m3／s
设计流量选用最大时流量:
Qmax＝Kz·Qd＝1.20×6250＝7500（m3／h）
＝2.08m3／s
式中Kz——变化系数，为1.2
设置两座，每座流量为1.04m3／s.
2、设计参数：
栅条间隙:
b=22.0mm
栅前槽宽:
≈1.44m
栅前水深:
h=B1/2=1.44/2m=0.72m
过栅流速:
v＝1.0m／s
安装倾角:
α＝60°
3、格栅设计计算：
栅条间隙数（n）:
n=Qmax（sinα）1/2/b.h.v=1.04×（sin60°）1/2/0.021×0.72×1.0
=64（个）
栅槽有效宽度（B）:
设计栅条宽S=0.02m.
B＝S.（n－1）+b.n＝0.02×（64-1）＋0.022×64＝2.6（m）
选用GH-2000链式旋转格栅除污机2台，水槽宽度B＇=2.0m，有效栅宽B〃=1.6m.
实际过流流速:
n=（B〃+S）/（S+b）=（1.6+0.02）/（0.02+0.022）=40（条）
v=Qmax（sinα）1/2/b.h.n=1.04×（sin60°）1/2/（0.022×0.72×40）
=1.49m／s＜1.50m／s
进水渠渐宽部分长度L1：
（取α1=15°）
L1=（B＇-B1）/2tanα1=（2.0-1.44）/2×tan15°=1.04（m）
栅槽与出水渠连接处的渐宽部分长度L2:
L2=0.5L1=0.52（m）
过栅水头损失（h2）（栅条断面形状为正方形断面）:
h2=k.ζ.v2/2g.sinα=k.[b+s）/ε.b-1]2.v2/2g.sinα
=3×[（0.022+0.02）/0.64×0.022-1]2×1.02/2×9.8×sin60°=0.52（m）
式中：
K——格栅受污物堵塞时水头损失增大的倍数，一般取K=3.
ζ——阻力系数
栅后槽的总高度H：
H=h+h1+h2=0.72+0.3+0.52=1.54（m）
h1为格栅前渠道超高,为0.3m.
栅槽总长度L:
L=L1+L2+0.5m+1.0m+H1/tanα=1.04+0.52+1.5+（0.72+0.3）/tan60°=3.65（m）
栅渣量计算:
对于栅条间隙b＝22.0mm的中格栅，对于城市污水，每单位体积污水拦截污物为W1＝0.06m3／103m3。
每日栅渣量为:
W总=Qmax.W1/Kz×1000=1.04×0.06×86400/（1.2×1000）
=4.5m3／d.
拦截污物量大于0.2m3／d，宜采用机械清渣。
4、设计示意图
格栅设计示意图见图2所示。
图2格栅设计示意图
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，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。
污水经提升后流入沉砂池。
然后通过初沉池、曝气池、二沉池、消毒池。
2、设计计算
污水提升前水位为-2.7m，二沉池出水井出水水面相对原地面标高为-0.3m.
单台泵流量：
根据最大设计流量Qmax＝7500m3／h，按8用2备配置，单台泵流量q=7500/8m3／h=937.5m3／h.
扬程估算：
各处理构筑物的水头损失如下表3所示。
表3各处理构筑物的水头损失
构筑物名称
水头损失（cm）
构筑物名称
水头损失（cm）
格栅
沉砂池
沉淀池平流辐流
10－25
10－25
20－40
50－60
配水井
曝气池:
污水潜流入池
污水跌水入池
10－20
25－50
50－150
泵后构筑物总水头损失=出水井水损+沉砂池（平流式）水损+初沉池（平流式）水损+曝气池（推流式）水损+二沉池（辐流式）水损+消毒接触池水损+自由水头
=0.3+0.2+0.3+0.4+0.55+0.2+0.5=2.45m
取泵站内水头损失为0.4m，自由水头为1.0m，所以
水泵扬程=常水位-最低水位+泵后构筑物总水头损失+泵站内水头损失+自由水头
=-0.3–（-2.7）+2.45+0.5+1.0=6.35m
根据流量和扬程选择泵的型号：
选则8用2备250WD型立式离心式污水泵，采用自动耦合式安装形式，流量Q=1000
m3／h，扬程H=25m，转速980r/min,额定轴功率92kW，效率η=74%，允许吸上真空高度5m，叶轮直径D2460mm，泵重1160Kg.
3、提升泵房
离心式泵泵体室外安装，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式沉砂池，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
设计两组沉砂池，则每组设计流量为Qmax＝3750m3／h＝1.04m3／s，设计水力停留时间t＝50s，水平流速v＝0.2m／s。
2、池体计算
长度L：
L=v.t=0.2×50=10.0m
水流断面面积A：
A=Qmax/v=1.04/0.2=5.2m2
池总宽度：
设n=2格，每格宽b=1.5m，则
B=n.b=2×1.5=3.0m
有效水深：
h2=A/B=5.2/3.0=1.73m
沉砂室所需容积:
设T=2日，
V=QmaxX.T×86400/Kz×106=1.04×30×2×86400/（106）=5.4m3
每个沉砂斗容积:
设每一分格有两个沉砂斗，则
V0=5.4/（2×2）=1.3m3
沉砂斗各部分尺寸：
设斗底宽b1=1.0m，斗壁与水平面的倾角为55°，斗高h3＇=0.5m。
（1）沉砂斗上口宽：
b2=b1+2h3＇/tan55°=1.0+2×0.5/tan55°=1.9m
（2）沉砂斗容积：
V0=[h3＇×（b.b2+b2.b1+b12）]/3=[0.5×（1.5×1.9+1.9×1.0+1.02）]/3=1.1m3
沉砂室高度:
采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗.
h3=h3＇+0.06l2=0.5+0.06×（L-2b2-b＇）/2
=0.5+0.06×（10-2×1.9-0.5）/2=0.67m
池总高度：
设超高h1=0.3m，则
H=h1+h2+h3=0.3+1.73+0.67=2.7m
3、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1.0m。
沉砂池中会有少量浮油产生，出水端设置撇油管DN200，人工撇除浮油，池外设置油水分离槽井。
4、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
（1）每日沉砂产量（QS）为
QS＝Qmax.X1＝180000×3.0/10－5
＝5.4（m3／d）（含水率为P＝60％）
（2）设贮砂时间为t＝2.0d
则存砂所需容积为
V＝QS.t＝10.8m3
折算为P＝85.0％的沉砂体积为
V＝10.8×（100-60）/（100-85）=28.8m3
3、设计示意图
沉砂池设计示意图如图3所示。
图3沉砂池设计示意图
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，废水从池的一端流入，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已沉淀污泥不被搅动。
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=2.2m3／（m2·h）；
沉淀时间t=1.5h；
最大设计流量时的水平流速v=4.9mm/s.
设为6座初沉池，则每座初沉池的设计流量为Qmax/6=2.08/6=0.35m3／s
2、每座池的设计计算
沉淀池的表面积A：
A=Qmax/q=0.35×3600/2.2=572.7㎡
沉淀区有效水深h2:
h2=q×t=2.2×1.5=3.3m
沉淀区有效容积V:
V=A×h2=572.7×3.3=1890m³
沉淀池长度L:
L=3.6×v×t=3.6×4.9×1.5=26.46m
沉淀区的总宽度B:
B=A/L=572.7/26.46=21.6m
采用多斗排泥，每座池子格数：
设每格池宽b=5.4m，则n=B/b=21.6/5.4=4（格）
为保证污水在池内均匀分布，池长与池宽比不宜小于4,长度与有效水深比不宜小于8.故校核长宽比、长深比：
L/b=26.46/5.5=4.81>4（符合要求）
L/h2=26.46/3.3=8.02>8（符合要求）
污泥部分所需容积：
Qmax=150000×1.2/6=30000
Vw=[Qmax（C0-C1）.100/1000.γ.（100-P0）].T
=[30000×（250-125）×100/1000×1000×（100-96）]×2=187.5m³
式中:
γ为污泥容重取1000Kg/m³，SS去除率设为50%;
Po——为污泥含水率，设为96%；
——初沉池进水和出水的悬浮固体浓度；分别为200mg/L、100mg/L;
T——污泥排泥时间间隔，设为2日。
每格池污泥部分所需容积：
V〃=Vw/4=187.5/4=46.88m³
污泥斗容积V1：
V1=1/3h4＇（S1+S2+（S1S2）1/2=1/3×4.33×[（5.52+0.52+（5.52×0.52）1/2]=52.0m³
其中，储泥斗高度h4＇=（5.5-0.5）/2×tan600=4.33m
污泥斗以上梯形部分污泥容积V2：
V2=1/2（L1+L2）.h4〃.b=1/2×（27.26+5.5）×0.2×5.5=18m3
其中L1=26.46+0.3+0.5=27.26m;L2=5.5m
污泥斗和梯形部分污泥容积：
V1+V2=52+18=70m3>46.88m3
池子总高度H：
设缓冲层高度h3=0.5m,h4〃=（26.46+0.3-5.5）×0.01=0.21m
H=h1+h2+h3+h4=h1+h2+h3+h4＇+h4〃=0.3+3.3+0.5+4.33+0.21=8.64m
斗内污泥可用静水压或水射泵排除。
3、设计示意图
初沉池设计示意图如图4所示。
图4初沉池设计示意图
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。
曝气池的选型，从理论上分析，推流优于完全混合，但由于充氧设备能力的限制，以及纵向混合的存在，实际上推流和完全混合的处理效果相近。
若能克服纵向掺混，则推流比完全混合好，而完全混合抗冲击负荷的能力强。
本工艺采用推流式鼓风曝气。
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MLSS取X=3000mg/L；
污泥泥龄取10d；
污泥回流浓度取Xr=10000mg/L；
MLVSS/MLSS=0.8
2、池体计算
曝气池容积V：
V=Q.（S0-Se）/Ls.X=15×104×（200-25）/（0.3×3000）=29167m³.
式中——So,Se为进出水的BOD5,,分别为200mg/L、25mg/L.
曝气池主要尺寸：
取池有效水深H=8m，设四座曝气池，每座池面积为：
A1=V/n.H=29167/（4×8）=911.5m2
取池宽B=12m，B/H=12/8=1.5,在1-2之间，符合要求。
池长L=A1/B=911.5/10=91.1m；L/B=91.1/12=7.6,在5-8之间，符合要求。
设曝气池为三廓道式，每廓道长为L＇=L/3=91.1/3=30.4m
取超高为0.5m，故总高=8+0.5=8.5m
水力停留时间t：
t=V/Q=29167×24/150000=4.67h.
每天排除的剩余污泥量（按污泥泥龄计算）:
△X=V.X/θc=（29167×3000/10）×10-3=8750.1kg/d.取△Xv=8750kg/d.
污泥回流比R：
由10000×Qr=3000×（Q+Qr），故R=Qr/Q=42.9%.
计算曝气池需氧量:
O2=Q.（S0-Se）/0.68–1.42△Xv=[15×104×（200-25）/0.68–1.42×8750×1000]
=26178kg/d.
空气量计算:
该曝气池采用鼓风曝气，设曝气池的有效水深8m,曝气扩散器安装距池底0.3m,则扩散器上的静水压7.7m,其他相关参数选择：
α值取0.8，β值取0.9，ρ=1，曝气设备堵塞系数F取0.7，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。
（1）扩散器出口处的绝对压力：
Pd=P+9.8×103H=（1.013×105+9.8×103×7.7）Pa=1.77×105Pa
（2）空气离开曝气池面时，气泡含氧体积分数：
ψ0=21.（1-EA）/[79+21.（1-EA）]=21.（1-0.18）/[79+21.（1-0.18）]×100%
=17.9%
（3）20℃是曝气池混合液中平均氧饱和度:
Cs（平均）=Cs（Pd/2.026×105+ψ0/42）=9.17×（1.77×105/2.026×105+17.9/42）
mg/L=11.92mg/L
（4）将计算需氧量转化为标准条件下（20℃，脱氧清水）充氧量:
Os=（O2.Cs（20））/[α..（ρ.β.Cs（T）-C）.1.024（T-20）.F]
=（26178×9.17）/[0.8×（1.0×0.9×11.92-2.0）×1.0240×0.7]=34380kg/d=1432.5kg/h
（5）曝气池供气量：
Gs=Os/（0.28EA）=1432.5/（0.28×18%）m³/h=28422 m³/h
空气管计算：
每两相邻廓道设置一条配气干管，共设三条，每条干管设13对竖管共设78根竖管。
每根竖管供气量为：
28422/78=364.4m³/h
空气管道中的压力损失，按照管道所通过的空气流量和管道长度及当量长度计算。
取穿孔管的压力损失为0.5m。
总压力损失为=0.5+0.2=0.7m，取1m.
选择风机：
如果选择六台风机，四用两备，则单台风机风量：
28422/4=7105.5m³/h=118.4min
风机出口风压计算：
取管路压力损失7kPa,扩散器压力损失4kPa，则出口风压：
P=H+hd+hf=[4.2×9.8+4+7+3（安全余量）]kPa=55.16kPa
根据所需压力和风量选用鼓风机为:
离心鼓风机F8-18型六台，四用两备。
三、设计示意图
曝气池设计示意图如图5所示。
图5曝气池设计示意图
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部分。
对于大规模的城市污水处理厂，一般在设计沉淀池时，选用平流式和辐流式沉淀池。
为了使沉淀池内水流更稳（如避免横向错流、异重流对沉淀的影响、出水束流等）、进出水配水更均匀、存排泥更方便，常采用圆形辐流式二沉池。
向心式辐流二沉池，采用进水由中心导流管，经配水窗流入；二沉池出水经周边的溢流堰流出。
多年来的实际和理论分析，认为此种形式的辐流沉淀池，容积利用系数比普通沉淀池高17.4％，出水水质也能提高20.0％～24.2％（以出水SS和BOD5指标衡量）。
该污水厂设计采用中心进水、周边出水辐流式二沉池。
该类二沉池处理水量大，运行费用低，比较经济可靠。
二、设计参数：
表面水力负荷q=2.1m3／（m2·h）；
沉淀时间t=2.0h；
中心进水管的水流速度v=0.4m/s，配水窗水流速度设0.6m/s；
设为6座二沉池，则每座二沉池
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