污水处理厂各构筑物的设计计算.docx
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污水处理厂各构筑物的设计计算
第二章设计方案
城市污水处理厂的设计规模与进入处理厂的污水水质和水量有关，污水的水质和水量可以通过设计任务书的原始资料计算。
2.1厂址选择在污水处理厂设计中，选定厂址是一个重要的环节，处理厂的位置对周围环境卫生、基建投资及运行管理等都有很大的影响。
因此，在厂址的选择上应进行深入、详尽的技术比较。
厂址选择的一般原则为：
1、在城镇水体的下游；
2、便于处理后出水回用和安全排放；
3、便于污泥集中处理和处置；
4、在城镇夏季主导风向的下风向；
5、有良好的工程地质条件；
6、少拆迁，少占地，根据环境评价要求，有一定的卫生防护距离；
7、有扩建的可能；
8、厂区地形不应受洪涝灾害影响，防洪标准不应低于城镇防洪标准，有良好的排水条件；
9、有方便的交通、运输和水电条件。
由于该地夏季盛行东南风，冬季盛行西北风，所以，本设计的污水处理厂应建在城区的东北或者西南方向较好，最终可根据主干管的来向和排水的方便程度来确定厂区的位置。
2.2.2常用污水处理工艺根据设计原则和设计要求，本工程拟比选出一个投资省、运行费用低、技术成熟、处理效果稳定可靠、运行管理方便、要求操作运转灵活、技术设备先进、成套性好、便于分期实施的处理工艺。
从进、出水水质要求来看，本工程对出水水质要求较高，要求达到一级A标准，不但COD、BOD指标要求高，还要求脱氮除磷，所以需从出水水质要求来选择处理工艺。
1、A2/O工艺
A2/O脱氮除磷工艺（即厌氧-缺氧-好氧活性污泥法，亦称A-A-O工艺），
它是在Ap/O除磷工艺上增设了一个缺氧池，并将好氧池出流的部分混合液回流
至缺氧池，具有同步脱氮除磷功能。
其基本工艺流程如图1所示：
回流污泥
剩余污泥
泥饼外运
图1a2/o工艺基本流程图
污水经预处理和一级处理后首先进入厌氧池，在厌氧池中的反应过程与
Ap/O生物除磷工艺中的厌氧池反应过程相同；在缺氧池中的反应过程与An/O
生物脱氮工艺中的缺氧过程相同；在好氧池中的反应过程兼有Ap/O生物除磷工艺和An/O生物脱氮工艺中好氧池中的反应和作用。
因此A2/O工艺可以达到同步去除有机物、硝化脱氮、除磷的功能。
a2/o工艺适用与对氮、磷排放指标都有严格要求的城市污水处理，其优缺
点如下：
优点：
（1）该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间，总产占地面积少于其它的工艺。
（2）在厌氧的好氧交替运行条件下，丝状菌得不到大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。
（3）污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。
（4）运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以不啬溶解氧浓度，运
行费低
缺点:
（1除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD值高时更是如此。
（2脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高，
否则增加运行费用。
（3）对沉淀池要保持一定的浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解浓度也不宜过高。
以防止循环混合液对反应器的干扰。
2、氧化沟工艺
氧化沟又称循环曝气池，属活性污泥法的一种变形，其工艺流程如图2所
示。
进水
回流污泥
排入白银河
剩余污泥
泥饼外运
图2厌氧池+氧化沟处理工艺流程
氧化沟又称循环曝气池，氧化沟是常规活性污泥法的一种改型和发展。
污水和活性污泥混合液在环状曝气渠道中循环流动，属于活性污泥法的一种变形,氧化沟的水力停留时间可达10-30h，有机负荷很低，实质上相当于延时曝气活性污泥系统。
由于它运行成本低，构造简单，易于维护管理，出水水质好、耐冲击负荷、运行稳定、并可脱氮除磷，可用于大中型水厂。
优点：
（1）氧化沟具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物絮凝作用，而且可以将其工作区分为富氧区、缺氧区，用以进行消化和反消化作用，取得脱氮的效果。
（2）不使用初沉池，有机性悬浮物在氧化沟内能达到好氧稳定的程度。
（3）氧化沟只有曝气器和池中的推进器维持沟内的正常运行，电耗较小，运行费用低。
（1污泥膨胀问题。
当废水中的碳水化合物较多，N、P量不平衡，pH值
偏低，氧化沟中的污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀。
（2）泡沫问题。
（3）污泥上浮问题。
（4）流速不均及污泥沉积问题。
（5）氧化沟占地面积很大。
3、CASS工艺
CASS为周期循环活性污泥法的英文（CyclicActivatedSludgeSystem）的缩写，是将好养的生物选择器与传统的连续进水SBR反应器相结合的产物。
CASS工艺是以生物反应动力学原理及合理的水力条件为基础而开发的一种系统组成简单的污水处理新工艺。
目前CASS工艺在欧美等国家已得到广泛的应用，从运行效果看，处理效果好，除磷脱氮效果也不错。
其基本工艺流程如图3所示。
、CASS工艺尤其适合含有较多工业污水的城市污水及要求除磷脱氮的污水的处理。
其优缺点如下：
优点：
（1）工艺流程简单、管理方便、造价低。
CASS工艺只有一个反应器，不
需要二沉池，不需要污泥汇流设备，一般情况下也不需要调节池，因此要比活性污泥工艺节省基建投资30%以上，而且布置紧凑，占地面积可减少35%。
（2）处理效果好。
反应器内活性污泥处于一种交替的吸附、吸收及生物降解和活化的变化过程中，因此处理效果好。
3）有较好的脱氮除磷效果。
CASS工艺可以很容易地交替实现好氧、缺
氧、厌氧的环境，并可以通过改变曝气量、反应时间等方面来创造条件提高脱氮除磷效果。
（4）污泥沉降性能好。
CASS工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长，减少了污泥膨胀的可能。
同时由于CASS工艺的沉淀阶段是在静止的状态下进行的，因此沉淀效果更好。
（5）CASS工艺独特的运行工况决定了它能很好的适应进水水量、水质的波动。
缺点：
由于进水贯穿于整个运行周期，沉淀阶段进水在主流区底部，造成水力紊动，影响泥水分离时间，进水量受到一定限制，水力停留时间较长。
4、SBRt艺
SBR是序列间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivated
SludgeProcess）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。
与传统污水处理工艺不同，SB戏术采用时间分
割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。
它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SB技术的核心是SBF反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。
SBR具有以下优点：
（1）理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。
（2）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。
（3）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。
（4）工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。
（5）处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。
（6）反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。
（7）SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。
（8）脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。
（9）工艺流程简单、造价低。
主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。
SBR系统的适用范围
（1）中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变
化较大的地方。
（2需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。
（3）水资源紧缺的地方。
SBRg统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。
（4）用地紧张的地方。
（5）对已建连续流污水处理厂的改造等。
（6）非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。
注：
SBR工艺管理较为复杂，排泥受到一定限制，在本工程中不予考虑。
223污水处理工艺的确定
表1生化处理方案综合比较表
比较内
容
氧化沟
CASS
A/A/O
（1）氧化沟具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物絮凝作用，而且可以将其工作区分为富氧区、缺氧区，用以进行消化和反消化作用，取得脱氮的效果。
（1）工艺流程简单、管理方便、造价低。
CASS工艺只有一个反应器，不需要二沉池，不需要污泥汇流设备，一般情况下也不需要调节池，因此要比活性污泥工艺
1）该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间，总产占地面积少于其匕的工艺。
（2）在厌氧的好氧交替运行条件下，丝状菌得不到大量增殖，无
（2）不使用初沉
节省基建投资30%以
池，有机性悬浮物在氧
上，而且布置紧凑，
化沟内能达到好氧稳定
占地面积可减少
的程度。
35%。
（3）氧化沟只有曝
（2）处理效果
气器和池中的推进器维
好。
反应器内活性污
持沟内的正常运行，电
泥处于一种交替的吸
工
耗较小，运行费用低。
附、吸收及生物降解
-艺
（4）脱氮效果还能
和活化的变化过程
特
进一步提高。
因为脱氮
中，因此处理效果好。
占
效果的好坏很大一部分
（3）有较好的脱
决定于内循环量，要提
氮除磷效果。
CASS工
高脱氮效果势必要增加
艺可以很容易地交替
内循环量。
而氧化沟的
实现好氧、缺氧、厌
内循环量从理论上说可
氧的环境，并可以通
以是不受限制的，从而
过改变曝气量、反应
氧化沟具有较大的脱氮
时间等方面来创造条
能力。
件提咼脱氮除磷效果。
（4）污泥沉降性能好。
CASS工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长，减少了污泥膨胀的可能。
同时由于CASS工艺的沉淀阶段是在静止的状态卜进行的，因此沉淀效果更好。
污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。
（3）污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。
（4）运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以不啬溶解氧浓度，运行费低。
（5）CASS工艺
独特的运行工况决定了它能很好的适应进水水量、水质的波动。
缺点
（1）污泥膨胀问题。
当废水中的碳水化合物较多，N、P量不平衡，pH值偏低，氧化沟中的污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀。
（2）泡沫问题。
（3）污泥上浮问题。
（4）流速不均及污泥沉积问题。
（5）氧化沟占地面积很大。
由于进水贯穿于整个运行周期，沉淀阶段进水在主流区底部，造成水力紊动，影响泥水分离时间，进水量受到一定限制，水力停留时间较长。
（1）除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提咼，特别是当P/BOD值高时更是如此。
（2）脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高，否则增加运行费用。
（3）对沉淀池要保持一定的浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解浓度也不宜过高。
以防止循环混合液对反应器的干扰。
运行管
理
运行成本低，构造简
单，易于维护管理
工艺流程最简单，处理效果好，除磷脱氮效果也不错，易于管理
运行成本低，构造简
单，处理效果好，易于
日常维护管理
占地
占地面积大
占地面积小
占地面积最小
综上所述，本项目的工艺流程确定如下：
总的说来，这三个方案都比较好,
都能达到要求处理的效果。
考虑到该污水厂设计水量较小，且方案一工艺流程更为简单、管理更为方便、占地少、造价低、运行费用少等优势，所以，本设计采用A/A/O方案一作为污水厂处理工艺。
2.3设计污水水量
由设计资料可知，该镇日流量为：
Q=80000+27*9000=323000立方米/天
查GB50014—2006《室外排水设计规范》知：
500Ls894Ls1000Ls则用内插法可得
总变化系数Kz=1.17
从而可计算得：
设计秒流量为QKQ
式中Q城市每天的平均污水量，Ls;
K总变化系数；
Q设计秒流量，Ls。
Q=1.17*6.64=0.76立方米|秒
2.4污水处理程度计算
城市污水排入受纳水体后，经过物理的、化学的和生物的作用，使污水中
的污染物浓度降低，受污染的受纳水体部分地或全部地恢复原状，这种现象称
为水体自净或水体净化，水体所具有的这种能力称为水体自净能力。
在选择污水处理程度时，既要充分利用水体的自净能力，又要防止水体受到污染，避免污水排入水体后污染下游取水口和影响水体中的水生动植物。
2.4.1污水的COD处理程度计算
匚CCe
E1
C
式中E1COD的处理程度，%
C进水的COD浓度，mg,L;
Ce处理后污水排放的COD浓度，mg「L。
Ei90口93%
900
242污水的BOD5处理程度计算
LLe
E2丁
E2丝「097.6%
420
243污水的SS处理程度计算
进水的SS浓度，mgfL；
E3397.5%
400
244污水的氨氮处理程度计算
EcCe
E4丁
245污水的磷酸盐处理程度计算
式中e5磷酸盐的处理程度，%
C进水的磷酸盐浓度，mg’L;
Ce处理后污水排放的磷酸盐浓度，mgjL。
则
31E566.7%
3
第三章污水的一级处理构筑物设计计算
3.1格栅
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、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，如纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、塑料制品等，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常进行。
被截留的物质称为栅渣。
设计中格栅的选择主要是决定栅条断面、栅条间隙、栅渣清除方式等。
格栅断面有圆形、矩形、正方形、半圆形等。
圆形水力条件好，但刚度差，故一般多采用矩形断面。
格栅按照栅条形式分为直棒式格栅、弧形格栅、辐流式格栅、转筒式格栅、活动格栅等；按照格栅栅条间距分为粗格栅和细格栅
（1.5〜10mm）;按照格栅除渣方式分为人工除渣格栅和机械除渣格栅，目前，污水处理厂大多都采用机械格栅；按照安装方式分为单独设置的格栅和与水泵池合建一处的格栅。
3.1.1格栅的设计
城市的排水系统采用分流制排水系统，城市污水主干管进水水量为
Q1180Ls，污水进入污水处理厂处的管径为800mm,管道水面标高为43m。
本设计中采用矩形断面并设置两道格栅（中格栅一道和细格栅一道），采用机械清渣。
其中，中格栅设在污水泵站前，细格栅设在污水泵站后。
中细两道
格栅都设置两组即N=2组，每组的设计流量为0.509m3.s
3.2沉砂池
沉砂池是借助污水中的颗粒与水的比重不同，使大颗粒的砂粒、石子、煤渣等无机颗粒沉降，以去除相对密度较大的无机颗粒。
常用的沉砂池有平流沉砂池、曝气沉砂池、竖流式沉砂池、涡流式沉砂池和多尔沉砂池。
这几种沉砂池各有其优点，但是在实际工程中一般多采用曝气沉砂池。
本设计中采用曝气沉砂池，其优点是：
通过调节曝气量可控制污水旋转流速，使之作旋流运动，产生离心力，去除泥砂，排除的泥砂较为清洁，处理起来比较方便；且它受流量变化影响小，除砂率稳定。
同时，对污水也起到预曝气作用。
第四章污水的二级处理构筑物设计计算
本设计中选用AlO工艺。
取两组池子，则每组的设计流量为0.509m3's。
污水经过一级处理后会处理掉一部分的悬浮物（SS）和BOD5，处理程度
按表1取值，而氮磷按不变计算
表2处理厂的处理效果
处理级别
处理方法
主要工艺
处理效果%
SS
bod5
一级
r沉淀法
沉淀（自然沉淀）
40~55%
:
20~30%
二级
生物膜法
初次沉淀、生物膜反应、二次沉淀
60~90%
65~90%
活性污泥法
初次沉淀、活性污泥反应、二次沉淀
70~90%
65~95%
设计中取一级处理效果为：
SS=40%，BOD5=20%
则进入曝气池中污水的BOD5浓度：
Sa=Sy（1-20%）=420X（1-20%）=336mg/L
进入曝气池中污水的SS浓度：
La=Ly（1-40%）=400X（1-40%）=240mg/L
4.1厌氧池计算
1、厌氧池容积
V60Qt
式中V厌氧池容积，m3;
t厌氧池水力停留时间。
设计中取t=0.75h=45min
V=60X0.509X45=1374.3m3
2、厌氧池尺寸计算
厌氧池面积：
设计中取厌氧池有效水深为h3.0m
2
458.1m
八V1374.3
A-
h3
厌氧池尺寸为：
长宽=2320
厌氧池实际面积为：
23X20=460m2
设计中取厌氧池的超高为0.3m
则池总高为Hh0.33.00.33.3m
3、污泥回流量计算：
设计中取污泥回流比为R80%
则Q1RQ0.81.180.944m3s81561.6m3.d
4.2缺氧池计算
1、缺氧区有效容积反消化区脱氮量：
W=Q（No-Ne）-0.124YQ（So-Se）
缺氧区有效容积:
式中Vdn——反消化速率
设计中取Vdn=0.025kgNO3N,kgMLSSd,X=3000mg/L
缺氧池面积：
设计中取缺氧池有效水深为h3.0m
922.2
3
307.4m2
缺氧池尺寸为：
长宽=3110缺氧池实际面积为：
31x10=310m2设计中取缺氧池的超高为0.3m
则池总高为Hh0.33.00.33.3m
3、污泥回流量计算：
设计中取内回流比为R=300%
则Q2RQ31.183.54m3s305856m3d
4.3好氧池计算
1、内源呼吸系数
式中KdT内源呼吸系数，d1；
Kd2020C时，内源呼吸系数，d1，一般取0.04~0.075;
t温度系数，一般取1.02~1.06。
设计中取Kd20=0.06,
t=1.04
假设全年平均气温T
820
8C时KdT0.061.040.037
2、出水计算
设计中取BOD5的去除率为98%,氨氮的去除率为85%,磷的去除率为85%
NeNa（1
85%）
300.2
4.5mg/L
去除的氨氮的浓度为：
Nr
N0Ne
304.525.5mg/L
PeP0（1
85%）
30.15
0.45mg/L
去除的磷的浓度为：
PP
r0
Pe3
0.452.55mg/L
去除的BOD5的浓度为：
Sr
3366.72329.28mg/L
3、污泥龄计算
X
Ysr
设计中取Y0.6,X=3000mg/L
则Q1RQ0.81.180.944m3.s81561.6m3.d
4.4设计参数的较核
1、水力停留时间较核
大于8h小于15h,符合要求。
2、BOD—污泥负荷率
Ns
Q（S。
Se）
VXv
77200329.28
2185550.63000
0.38kgBODs/（kgMLVSS-d）
YQ（S。
Se）
12c
介于0.3〜0.5之间，符合要求。
4.5剩余污泥量计算
°.677200329・2811133kg/d
1000（10.03710）
湿污泥量：
设污泥含水率为P99.3%
4.6需氧量计算
设生物污泥中大约有12.4%的氮，用于细胞的合成，则每天用于合成的总氮为：
0.124X11133=1380kg/d即TN中有1380100017.88mg/L用于合成细胞。
77200
按最不利情况，设出水中NO3N量和NH3N量各为4mg：
L,
则需要氧化的NH3N量为：
30-17.88-4=8.12mg/L
需要还原的NO3N量为：
8.12-4=4.12mg/L
需氧量（同时去除BOD和脱氮）计算：
设计中取k=0.23fVSS0.7
SS
则平均需氧量为：
Sr
RQ春1.42Wf4.6Q0.56Wf2.6QNO3
1e
Sr
Q
0.56111330.72.677200-
1000
4901.78kg/d204.2kg/h
最大需氧量为:
1.42Wf4.6QNr0.56Wf2.6QNO3
6128kg/d255kg/h
4.7供气量
1、供气量计算
采用鼓风曝气，微孔曝气器。
曝气器敷设于池底
0.2m处，淹没深度为
H40.23.8m,氧转移效率Ea18%,计算最不利温度为T30C。
空气扩散器出口处的绝对压力计算:
555
Fb1.0131059800H1.01310598003.81.3854105Pa
空气离开好氧反应池池面时，氧的百分数为:
Ot211Ea
2110.18100%100%17.9%
79211EA792110.18
Pb
好氧反应池中平均溶解氧饱和度计算（按最不利的温度考虑）
Csb（30）Cs（30）2.026105曇
表得Cs（30）7.63mg'Lo
5
1.38541017.9
Csb（30）7.6358.47mgL
（）2.02610542
标准需氧量（换算为20C时的脱氧清水的充氧量）：
Ro
RCs（20）
T20
Cs（T）C1.024
表得Cs（20）9.17mgL；
曝气池内溶解氧浓度，mg「L；
污水传氧速率与清水传速率之比，一般采用0.5〜0.95;
0.90〜0.97
压力修正系数。
4901.78
设计中取=0.9，=0.95，C=2mgL，=1.0
R。
（3020）710.6kg/h
0.9（0.951.08.472）1.024（）
最大标准需氧量:
6128
0.9（0.951.08.472）1.024（3020）
最大标准需氧量与标准需氧量之比:
R0
叱1.25
710.6
好氧反应池供气量计算:
平均时供气量为：
最大时供气量为:
2、曝气机数量计算（
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