污水处理厂二期工程初步设计方案.docx
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污水处理厂二期工程初步设计方案
污水处理厂二期工程
初步设计方案
第一章 概述
1.1项目由来与建设的必要性
嫩江县位于黑龙江省黑河市西南部，地处东北经济区多种自然和社会经济要素的过渡地带。
作为县城中心的嫩江镇，是嫩江县的政治、经济、文化中心和重要交通枢纽，是黑龙江省与内蒙古自治区接壤的商品集散地，以发展农副产品加工业，电力工业建材工业为主的工业小城市。
近年来，在国家进一步深化改革和开放经济的政策指导下，在嫩江县政府的正确领导下，嫩江县城镇建设取得了很大的成就，城镇交通、运输、电力通讯、给水、排水等基础设施建设日趋完善；嫩江县污水处理厂一期工程也于2008年9月竣工运行，但随着经济的发展和人口的增长，污水产生量也在逐年的增加，原污水厂的处理能力很快就会不能满足污水量的逐年增加，势必影响嫩江的水质。
嫩江是齐齐哈尔赖以生存及发展的主要水体，对繁荣地方经济，提高社会文明具有不可替代的作用。
同时污水排入嫩江后最终汇入松花江，将会对松花江造成直接污染，严重影响松花江流域下游人民的生活和经济发展。
因此在嫩江流域治理中，嫩江县嫩江镇城区污水治理工作起着重要作用。
根据嫩江镇排水规划的要求，嫩江污水处理一期工程（处理能力为15000m3/d）已与2008年9月建成运行，但随着嫩江的工业发展以及人口的增加，一期的处理能力已经达到超负荷运行，因此，嫩江镇二期污水处理厂工程的建设已迫在眉睫。
1.2设计依据
1）黑龙江嫩江县嫩江镇污水处理厂工程的可行性研究报告（齐齐哈尔市市政工程设计院，2003年1月）；
2）《关于嫩江县嫩江镇污水处理厂及排水管网建设工程可行性研究报告的批复》（黑计投资[2003]1194号文件，黑龙江省发展计划委员会）；
3）《关于同意嫩江县嫩江镇污水处理厂及排水管网建设工程分期建设的函》（黑发改函字[2006]91号,黑龙江省发展和改革委员会）；
4）《关于嫩江县排水处建设嫩江镇污水处理厂工程项目用地的批复》（嫩政土[2004]28号，嫩江县国土资源局）；
5）嫩江县污水处理厂一期设计资料。
1.3主要设计基础资料
1）黑龙江省嫩江县嫩江镇城市总体规划说明书（2004-2020）
2）嫩江县嫩江镇排水工程规划图（1：
5000）
3）嫩江县嫩江镇排水工程现状图（1：
5000）
4）嫩江县嫩江镇地形图（1：
10000）
5）嫩江县嫩江镇工业企业排水量调查明细表
6）嫩江县污水处理厂一期设计总平面布置图
1.4设计范围
污水处理项目范围，由高效预处理池出水至超E型滤池出水之间的工艺、设备及电气控制。
污水处理工程以外的管网收集、脱水污泥外运处理、出水外排、总电源引线等由业主负责实施。
1.5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，以近期建设为主，尽量为远期发展留有余地，使工程建设与城市的发展相协调，即保护环境，又最大程度地发挥工程效益。
3.根据设计进水水质和出厂水质要求，所选污水处理工艺力求技术先进成熟、处理效果好、运行稳妥可靠、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，避免造成二次污染。
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。
6.采用现代化技术手段，实现自动化控制和管理，做到技术可靠、经济合理。
7.为保证污水处理系统正常运转，供电系统需有较高的可靠性，采用双回路电源，且污水厂运行设备有足够的备用率。
8.在污水厂征地范围内，厂区总平面布置力求在便于施工、便于安装和便于维修的前提下，使各构筑物尽量集中，节约用地，扩大绿化面积，并留有发展余地。
使厂区环境与周围环境协调一致。
9.厂区竖向设计力求减少厂区填方量和节省污水提升费用。
10.厂区建筑风格力求统一，简洁明快、美观大方，并与厂区周围景观相协调。
积极创造一个良好的生产和生活环境，把污水处理厂设计成为现代化的园林式工厂。
1.6采用的主要规范和标准
1.《室外给水设计规范》GB50013-2006
2.《室外排水设计规范》GB50014-2006
3.《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003
4.《城市污水处理厂工程质量验收规范》GB50334-2002
5.《给水排水管道工程设计与施工规范》GB50268-1997
6.《城市污水生物脱氮除磷处理设计规范》CECS149:
2003
7.《锅炉房设计规范》GB50041-92
8.《泵站设计规范》GB/T50265-97
9.《城市污水处理工程项目建设标准（修订）》2001年
10.《污水综合排放标准》GB8978-1996
11.《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002
12.《地表水环境质量标准》GB3838-2002
13.《城市污水处理厂污水污泥排放标准》CJ3025-1993
14.《城市污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》CJJ31-1989
15.《城市污水处理厂运行、维护及其安全技术规程》CJJ60-1994
16.《建筑结构可靠度设计统一标准》GB500068-2001
17.《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
18.《建筑抗震设计规范》GB50011-2001
19.《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》GB50032-2003
20.《构筑物抗震设计规范》GB50191-93
21.《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
22.《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002
23.《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
24.《砌体结构设计规范》GB50003-2001
25.《给水排水工程构筑物设计规范》GB50069-2002
26.《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332-2002
27.《钢结构设计规范》GB50017-2003
28.《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》CECS138:
2002
29.《给水排水工程混凝土构筑物变形缝设计规程》CECS117:
2002
30.《混凝土外加剂应用技术规程》GB50019-2003
31.《地下工程防水技术规范》GB50108-2001
32.《建筑设计防火规范》GB50016-2006
33.《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-1987（2001年版）
34.《供配电系统设计规范》GB50052-1995
35.《10KV及以下变电所设计规范》GB50053-1994
36.《低压配电装置及线路设计规范》GB50054-1995
37.《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-1992
38.《民用建筑照明设计规范》GBJ133-1990
39.建筑防雷设计规范》GB50057-1994（2000年版）
40.《爆炸和火灾危除非环境电力装置设计规范》GB50058-1992
41.《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-1997
42.《供水排水用铸铁闸门》CJ/T3006-1992
43.《电动装置技术条件》JB2921-1981
44.《电力装置的电测量仪表装置设计规范》GBJ36-1990
45.《通风与空调工程施工及验收规范》GB50243-1997
46.《环境空气质量标准》GB3095-1996
47.《恶臭污染物排放标准》GB14554-1993
48.《工业企业设计卫生标准》GBZ1-2002
49.《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005
50.《寒冷地区污水活性污泥法处理设计规范》CECS111：
2000
1.7城市概况
1.7.1自然条件
1.7.1.1地理位置
嫩江县位于黑龙江省西北部，黑河市西南部，地跨东经124°44′30″～126°49′30″，北纬48°42′35″～51°00′05″。
北依伊藩勒呼里山与呼玛县交界，东接小兴安岭，西邻嫩江，与内蒙古自治区莫力达瓦达轩尔族自治旗，鄂伦春自治旗隔江相望，南连松嫩平原，与讷河接壤。
1.7.1.2地形地貌
嫩江县地东高西低、北高南低，依小兴安岭山势由东向西以带状梯式依次降至嫩江，地貌差异较为明显，全域海拔为200～700米，境内江河纵横，土地肥沃，水丰草盛，森林茂密，矿产丰富，适于发展农、林、牧、矿等行业。
1.7.1.3气候
嫩江县属寒温带半湿润大陆性气候，基本特征是，年平均气温低，无霜期短，雨热同季，四季分明，春季温差较大，降水少，大风多，夏季温暖多湿、光照充足、雨量充沛、降水集中；秋季晴多气爽、降温快；冬季寒冷漫长而干燥。
年平均气温0.8～1.4℃，一月最冷，平均-24℃，七月最热，平均20℃，无霜期118天；年降水量为495毫米，日最大降雨量105.5毫米，降水主要集中在6～9月份；城镇主导风向：
夏季为西南风，冬季为北风，年平均风速为3米/秒。
1.7.1.4水文
全县地表水资源丰富，嫩江在城镇西北流过，其支流卧都河、固固河、门鲁河、笠洛河自东向西注入嫩江，江河总径流量为200300万立方米，地下水储量为571992万立方米，分布上是东北少，西南多；嫩江最高水位219.46米，常水位217.43米；封冻期最早为10月14日，解冻期最晚为4月6日。
1.7.1.5地质情况
项目区域地层结构表层为0.4～1.4米的粉质土壤，其下为砂卵砾石层，地层在垂直方向大致三层，上部为现代河床冲积的砂层，厚0.4米，中部为中砂，细砂、亚土层，厚4～50米，下部为古河床沉积的砂粉石层。
根据中国地震区划图，黑龙江嫩江县地震基本烈度为6度区。
1.7.2社会概况
嫩江县位于黑龙江省黑河市西南部，地处东北经济区多种自然和社会经济要素的过渡地带，作为县域中心的嫩江镇，是嫩江县的政治、经济、文化中心和交通枢纽，是黑龙江省与内蒙古自治区接壤的商品集散地，以发展农副产品加工业、电力工业、建材工业为主的工业小城市。
嫩江镇总面积为8985公顷，建成区面积为1307.9公顷，建成区内总人口为13万人，经劳动平衡法和综合分析预测，建成区内人口数，近期到2010年将达到15万人，远期到2020年将达到19.4万人。
嫩江镇由铁西和铁东区两部分组成，铁西区作为中心城区，以中心“十字街”为核心，以火车站为枢纽，以嫩兴路、墨尔根大街为轴线，以嫩江和沿江公园为城镇特色风景带；铁东区是以铁路和喇嘛河两岸绿化为屏障，以发展二、三类工业为主的工业区。
1.8排水工程现状及存在问题
1.8.1排水工程现状
嫩江镇的排水体制采用合流制，城镇内污水的排除主要是由铁西区的两条合流干线收集，最终经合流主干线排至城镇西北部的防洪坝外，未经处理汇入嫩江。
两条合流干线由东向西平行布置在铁西区的北部和南部，北部干线由站前大街沿军民路向西沿学府路到防洪坝，长为3800米，管径为DN1000～DN1400毫米，南部合流干线由庆丰大街（县粮库）开始由站前大街向西1900米，然后向北与北部合流干线汇合，管径为DN1200～1800毫米，合流主干线由南、北合流干线交汇处开始沿防洪坝向北350米，再穿越防洪坝西50米到达城镇排水总出口，管径为DN1800毫米。
1.8.2存在的环境问题
近年来，随着国民经济的快速发展，城市建设及用地规模在不断扩大，相应用水量及污水量也有了较大的增长。
嫩江污水处理厂一期工程的处理能力已经远远不能满足污水量的增加。
第二章 工程总体设计
2.1排水管网工程设计
2.2污水处理厂总体设计
2.2.1厂址选择
污水处理厂的厂址确定是一个十分重要的问题，它对周围环境卫生、处理厂建设投资及运行管理都有很大影响。
本设计在选择污水处理厂厂址时，在充分考虑了城市规划的基础上，还遵循了如下原则：
（1）厂址位于供水水源下游和城区的下游，与其保持足够的安全距离；
（2）厂址与受纳水体靠近，并考虑防洪问题；
（3）考虑厂址的工程地质情况，尽可能节省造价，方便施工；
（4）厂址选择考虑远期发展的可能性，为以后的扩建留有余地。
设计人员与嫩江县领导一道，亲自到现场踏勘，经过分析比较，并与规划、土地部门协商，最后确定污水处理厂的厂址位于嫩江镇的西部，在新建城市防洪堤与老城堤之间，污水处理厂排放口距离规划给水水源取水口2500米。
其建设用地已通过嫩江县人民政府建设用地审批，见附件《关于嫩江县排水处建设嫩江镇污水处理厂工程项目用地的批复》（嫩政土[2004]28号，嫩江县国土资源局）。
2.2.2工程建设规模
2.2.2.1污水排放量预测
依据国家设计规范《室外给水设计规范》（GB50013-2006）计算水量情况如下：
采用综合用水定额（包括公用建筑用水）
城市规模
特大城市
大城市
中、小城市
用水情况
分区
最高日
平均日
最高日
平均日
最高日
平均日
一
260-410
210-340
240-390
190-320
230-370
170-280
二
190-280
150-240
170-260
130-210
150-240
110-180
三
190-280
140-230
150-250
120-200
130-230
100-170
⑴综合生活用水量
根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006）国家规定的标准用水定额计算，用水量定额取决于城市居民住宅内给排水设备、卫生设备及生活习惯等因素，参照类似嫩江县规模的其它城市所采用的用水定额，结合嫩江县城的实际情况以及北方居民的生活习惯等因素，确定嫩江县作为中小城市的综合用水量标准，生活用水量预测见下表：
名称
2000年
2010年
2020年
人口数量
115000
150000
194000
用水标准（L/人，天）
150
170
220
供水普及率
90
95
100
用水量（m3/d）
15530
24200
42680
⑵工业用水量
工业用水按万元产值耗水量计算，根据资料统计，1990年嫩江县内工业总产值为9695万元，1995年为12374万元（年增长率为5%），1998年为16020万元（年增长率为9%），预计2000年工业产值为19000万元（年增长率为9%），到2010年工业产值为41020万元（年增长率为8%），2020年的工业总产值为77000万元（年增长率为6.5%）。
根据嫩江镇的主要工业为以农副产品加工业为主的中小型工业的特点，又考虑工业用水重复利用率水平较低的情况进行工业用水预测，详见下表：
名称
1998年
2000年
2010年
2020年
工业总产值（亿元/年）
1.6
1.9
4.1
7.7
年增长率
9%
8%
6.5%
工业总产值（万元/d）
53.3
63.3
136.7
256.7
耗水指标（m3/万元）
154
150
113
102
用水重复率
25
27
36
40
工业用水量（m3/d）
8200
9500
15400
26100
未预见用水量及管网漏失水量为工业、生活用水量的20%，则：
2010年：
Q未预见＝（Q生活＋Q工业）×20%＝（24200＋15400）×20%＝7920m3/d。
2020年：
Q未预见＝（Q生活＋Q工业）×20%＝（42680＋26100）×20%＝13756m3/d。
总需水量
2010年：
Q总＝Q未预见＋Q生活＋Q工业＝24200＋15400＋7305＝47520m3/d。
2020年：
Q总＝Q未预见＋Q生活＋Q工业＝42680＋26100＋13756＝82536m3/d。
处理污水量的确定
根据以上计算，以总用水量的60%计算2010年的污水量为28512m3/d。
，2020年的污水量为49522m3/d。
因此，近期工程根据黑龙江发展和改革委员会在2006年最终颁发的黑发改函字[2006]91号《关于同意嫩江县嫩江镇污水处理长及排水管网建设工程分期建设的函》的规定，按15000m3/d设计考虑（已建成）。
二期按15000m3/d设计考虑。
远期根据实际情况增加污水处理量，最终形成50000m3/d的污水处理规模。
2.2.3污水处理厂设计进水、出水水质
嫩江县嫩江镇规划排水体制为合流，拟建污水处理厂处理的污水，由城区西侧排水系统总吐口处收集，雨天污水处理厂通过截流收集污水，雨水溢流到嫩江；该处2006年旱季出水水质监测情况如下：
表2.2.3.1嫩江县排水口水质监测一览表
监测时间
SS
COD
BOD5
NH3-N
2006．3
256
318
188
20
2006．5
249
312
192
20
2006．7
250
308
195
18
2006．9
252
310
180
17
2006．11
245
295
178
19
根据嫩江镇的排水规划原则，企业主要以农副产品加工业为主，重污染企业废水先经处理达标后排放，其余主要为生活污水，废水中主要污染物为COD、BOD、SS。
参照国内其他类似的城镇污水水质，确定嫩江县嫩江镇的污水处理厂的进水水质如下：
表2.2.3.2污水处理前设计水质主要指标一览表
污染因子质
设计进水水质
BOD5（mg/L）
≤200
CODcr（mg/L）
≤400
SS（mg/L）
≤220
NH3-N（mg/L）
≤30
TP（mg/L）
≤5
TN（mg/L）
≤45
PH
6.5～8.5
本工程将依据以上进水水质进行污水处理厂处理设施的工程设计。
根据《国家环境保护标准地表水环境质量标准》（GB3838-2002）规定，结合嫩江县嫩江镇的地面水水域功能分类情况，处理后的污水接纳水体为嫩江的上游水源，属于灌溉及渔业用水，为地表水三类水体，按照国家颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的规定，同时综合考虑排放水体环境质量标准要求，确定本污水处理厂二期工程出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，具体水质如下：
表2.5.1出水水质主要指标一览表
项目
出水水质
CODcr（mg/L）
≤50
BOD5（mg/L）
≤10
SS（mg/L）
≤10
氨氮（mg/L）
≤5（8）
总氮（mg/L）
≤15
总磷（mg/L）
≤0.5
粪大肠菌群数（个/L）
≤103
为保证新建污水处理厂系统工程能正常运转，有关部门应加强对工业废水水质排放指标进行严格控制，工业废水有毒有害物质应在排入城市排水管网前进行预处理，各项指标达到后进入污水处理厂，以确保污水处理的处理效果。
2.2.4污水处理程度
根据污水处理厂进水水质及出水水质要求，污水处理后各类污染物质的去除率要求见表2-6。
表2-6污水处理厂污染物去除率要求一览表
污染物指标
进水水质（mg/L）
出水水质（mg/L）
要求去除率（%）
CODCr
400
50
≥87.5
BOD5
200
10
≥95
SS
220
10
≥95.5
TN
45
15
≥66.7
NH3-N
30
8
≥73.3
TP
5
0.5
≥90
2.2.5、污染物的去除对处理流程的影响
在采用二级生物处理工艺的污水处理厂中，不同的污染物是以不同的方式去除的。
污染物的去除决定了污水处理工艺的流程。
2.2.5.1S.S.的去除
污水中S.S.的去除主要靠沉淀作用。
污水中的无机颗粒和大尺度的有机颗粒靠自然沉淀作用就可以去除，小尺度的有机颗粒靠微生物的降解作用去除，而小尺度的无机颗粒（包括尺度大概在胶体和亚胶体范围内的无机颗粒）则要靠脱落的生物膜絮体同时沉淀被去除。
污水处理厂出水中悬浮物浓度不单涉及到出水SS指标，还因为组成出水悬浮物的主要是脱落的生物膜絮体，其本身的有机成分就很高，因此对出水的BOD5、COD等指标也有很大影响，所以控制污水处理厂出水的S.S.指标是最基本的，也是很重要的。
为了降低出水中的悬浮物浓度，需要在工程中采用适当的措施，例如选用适当的容积负荷以保持脱落的生物膜的凝聚及沉降性能，采用较小的二次沉淀池的表面负荷，采用较低的出水堰负荷，充分利用脱落的生物膜悬浮层的吸附网络作用等。
在污水处理方案选用合理，工艺参数取值合理，单体设计优化的前提下，完全能够使出水指标达到排放要求。
2.2.5.2BOD5的去除
污水中BOD5的去除是靠微生物的吸附作用和微生物的代谢作用，然后对污泥与水进行分离完成的。
活性污泥中微生物在有氧的条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质。
这也就是污水中BOD5的降解过程。
在这种合成代谢和分解代谢过程中，溶解性有机物（例如低分子有机酸等易降解有机物）直接进入细胞内部被利用。
而非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面，然后被酶水解后进入细胞内部被利用。
由此可见，微生物的耗氧代谢作用对污水中的溶解性有机物和非溶解性有机物起作用，并且代谢产物是无害的稳定物质，因此可以使处理污水中的参与BOD5浓度很低。
根据国外有关设计手册资料和我们的设计经验，在容积负荷≤0.8kgBOD5/kgMISS.d时，就很容易做到出水BOD5保持在20mg/L以下。
2.2.5.3CODcr的去除
污水中CODcr去除的原理与BOD5基本相同。
CODcr的去除率取决于原污水的可生化性，它与城市污水的组成有关。
对于那些主要以生活污水及其成分与生活污水相似的工业废水组成的城市污水中BOD5/CODcr比值往往接近0.5甚至大于0.5，其污水的可生化性较好，出水中CODcr值可以控制在较低的水平。
2.2.5.4氮的去除
氮是蛋白质不可缺少的组成部分，因此广泛存在于城市污水中，在原污水中，氮以NH3-N及有机氮的形式存在，这两种形式的氮和在一起成为凯式氮，用TKN表示。
而原污水中的NO2-N和NO3-N量很少。
氮也是构成微生物的元素之一，一部分进入细胞体内的氮将随剩余污泥一起从水中去除，这部分氮量占所去除的BOD5的5%。
在有机物被氧化的同时，污水中的有机氮也被氧化成氨氮，并且在溶解氧充足、停留时间足够长的情况下被进一步氧化成硝酸盐。
因为氮在水体中是藻类生长所需的营养物质，容易引起水体的富营养化，因此氮是污水处理厂出水的控制指标之一。
脱氮菌在缺氧的情况下可以利用硝酸盐NO3-N中的氧作为电子受体，氧化有机物，将硝酸盐中的氮还原成氮气N2，从而完成污水的脱氮过程。
生物脱氮工艺是目前广泛采用的污水处理工艺。
由此可见，要达到生物脱氮的目的，完成硝化是先决条件。
因此硝化菌属于自养菌，其比生长率μs明显小于异养菌的比生长率μh，生物脱氮系统维持硝化的必要条件μs≥μh即系统必须维持在较低的容积负荷条件下运行，使得系统的泥龄大于维持硝化所需的最小泥龄。
根据大量的试验数据和运行实例，涉及容积负荷在0.2～2.0kgBOD5/（m3d），时，就可以达到硝化及反硝化的目的。
2.2.5.5除磷
将磷从污水中除去，可以采用化学法，也可以采用生物法。
化学除磷是向污水中投加三价盐（一般是铝盐或铁盐，二价铁应保证在曝气池内被
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