污水厂升级改造初步规划设计方案样本Word格式.docx
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进水水质（mg/l）
60
20
15
1.0
表1-2污水处理厂改造工程设计出水水质
≤50
≤10
≤5（8）
≤15
≤0.5
×
，共两块，中间间隔厂区道路和污水管，距离约100m。
1）设计单位
本项目初步设计方案编制单位：
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx。
第二章设计依据、原则、范围及安全
1设计依据
《污水再生利用工程设计规范》（GB50335-2002）
《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB/T18918-2002）
《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
《曝气生物滤池工程技术规程》（CECS265：
2009）
《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》（CJJ31-89）
《混凝土结构设计规范》（GBJ50010-2002）
《污水泵站设计规程》（DGJ08-23-91）
《给水排水制图标准》（GB/T50106-2001）
《滤池气水冲洗设计规程》（CECS50：
93）
《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999）
《地面水环境质量标准》（GHZB1-1999）
《城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）
《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）
《城市排水工程规划规范》（GB50318-2000）
《建筑地面设计规范》（GBJ50037-96）
《工业企业噪音控制设计规范》（GBJ87-85）
《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）
《工业企业总平面设计规范》（GB50187-93）
《10KV及以下变电所设计规范》（GB50053-94）
《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50060-92）
《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-95）
《城市污水处理厂工程质量验收规范》（GB50334-2002）
《城市污水处理厂运行、维护及其安全技术规程》（CJJ60-94）
《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS138:
2002）
2设计原则
0）符合性：
执行国家有关环保政策、遵守国家有关法规、规范和标准，确保污水深度处理工艺满足招标文件要求的处理水量和出水水质；
1）先进性：
处理工艺及设备材料采用目前国内和国际上成熟稳定的技术和设备；
2）可靠性：
设计的工艺曾成功运用于其他同类工程中，实践证明性能质量可靠；
3）经济性：
在确保效果的前提下，本着投资节约、功效最佳的理念，采用占地节省、技术成熟、设备节能的处理工艺；
4）美观性：
布局合理，平面布局、竖向布置和功能分区服从工艺和场地要求,经济合理，工程外观设计新颖、美观、大方，贴近周围环境的建筑风格；
5）易于维护性：
系统自动化程度高，采用PLC自动控制，实现人机界面可视化操作，既可降低维护人员劳动强度，又可节约人力资源；
6）灵活性：
构筑物和设备的配备能满足检修、部分停运等要求，控制方便、节约能耗；
7）环保性：
工程卫生条件好，可采取有效措施保证在今后工程的实施过程中和系统的运行使用中不会产生水、气、声、渣的二次污染。
3设计范围
本工程初步设计范围为从改造工程进水口至消毒池进水口的工程设计，消毒设备沿用原工程消毒设施,设计内容包括工艺段内的土建、工艺、设备、自控，不包括高压电气部分。
4安全生产
在改造工程投产试运行之前，须对管理人员和操作人员进行必要的岗位培训和安全教育，制定必要的安全操作规程和管理制度，以确保深度处理单元正常运行。
所有电气设备的安装、保护及建构筑物的防雷措施，均须满足有关规定、规范，以确保人身安全。
各控制室均有事故报警显示，当人员在现场手动操作时，自动方式将被锁定，以免误操作引起人身伤害。
在改造工程设计中采用操作管理简便的工艺，并配置先进的监测仪表和自动控制系统，提高自动化管理水平，减轻工人劳动强度。
第三章污水处理工程技术方案
1处理工艺流程方案
、工艺方案的选择原则
改造工程处理单元能耗较低，运行维护费用低，本项目在设计过程中注重节能，从以下几方面尽量降低处理单元的运行费用：
（1）处理工艺优先选用能耗低的工艺。
本项目推荐采用BAF工艺，曝气生物滤池中氧的利用率可达20%-30%，曝气需要量明显低于一般生物处理。
（2）流程设计
在深度处理单元工艺流程中，各处理构筑物之间尽可能紧凑布置，缩短管线，选用水头损失较小的进出水设备和配水设备，使水头损失降到最低限度，以降低整个深度处理单元的能耗。
5）设备选用
处理单元耗电量大的设备主要是污水污泥提升设备和曝气设备。
本项目中选用效率高、能耗低的潜水排污泵和三叶罗茨鼓风机。
4.1、平面布置原则
1）功能分区明确，建筑物布置力求合理、紧凑；
2）满足深度处理工艺流程要求，其管线布置短捷、顺畅；
3）各构筑物之间的间距考虑各种管线施工、检修方便；
4）考虑风向和建筑物朝向，尽量减轻污染、绿化美化环境。
、高程设计
改造工程处理构筑物的高程设计中从提升泵房（原污水厂出水）二次提升，重力流经及各处理构筑物，滤池出水进入消毒池处理后排入自然水体。
、根据处理要求，在满足污水厂出水由一级B提升到一级A类水质的前提下，尽量减少占地面积、节省运行费用和工程投资。
2设计说明及水质分析
、根据污水处理厂处理出水升级要求，改造工程进水为氧化沟出水，通过深度处理后达到一级A类标准。
、进、出水水质分析
污水处理能否采用生物处理方法，主要取决于污水在生物过程中自身营养能否平衡，相关的指标能否达到要求，还需对进水水质进行分析。
通过对设计进水水质进行分析。
可得知污水处理工程是否可采用生物处理工艺。
有关水质的计算结果见表4－2。
表3－1进水水质分析结果
序号
剖析项目
原污水
指标要求
结果
1
BOD5/COD
20/60=0.33
＞0.3
符合
2
BOD5/TN
20/8=2.5
＞3
不符合
3
BOD5/TP
20/1=20
=20
根据以上计算结果，现分析如下：
G）BOD5/COD
这一指标通常是用来鉴定污水可生化性的最简便易行的方法。
一般认为BOD5/COD＞，可生化性较好；
BOD5/COD＞，可以生化；
BOD5/COD＜，较难生化；
BOD5/COD＜，不宜生化。
本工程污水处理厂出水的BOD5/COD＝＞，属于可以生化污水，因此，可以采用生物处理方法。
H）BOD5/TN
BOD5/TN是判断污水能否采用生物脱氮技术的主要指标。
由于生物脱氮系统通过加碳源为电子供体，利用原污水中的基质作为反硝化的电子受体。
该比值越大，反硝化进行的越快，其比值要求大于3，希望大于5。
该污水处理厂目前的BOD5/TN=＜4，进水增加后BOD5/TN=20/15=,不具备完全生物脱氮条件，应考虑备用外加碳源。
为节省投资，采用前置反硝化曝气生物滤池，可节省碳源。
必要时使用人工投加甲醇。
I）BOD5/TP
这是判别能否采用生物除磷工艺的指标。
生物除磷工艺是利用活性污泥与原污水混合后，在厌氧条件下释放磷酸盐（以下简称磷），而后在好氧的条件下吸收磷，也就是说磷的厌氧释放是好氧吸收的前提，从而才能把污水中的磷去除，达到除磷的目的。
磷的有效释放是污水中的一部分有机物被吸收到细胞内，并在细胞内储存，进水中的BOD5是作为营养物供聚磷菌活动的基质。
因此，BOD5/TP==20，是具备除磷条件的，但考虑除磷稳定性应备用化学除磷。
综上分析，对污水处理厂的出水采用生物深度处理工艺进行改造是可行的。
从设计进、出水水质数据及要求看，本工程主要去除污水中的总氮、总磷、CODcr、BOD5、SS，原排放出水进行反硝化去除总氮碳源不足，应考虑外加碳源，可以得以良好实现。
3工艺选择
根据改造工程处理要求，本次初步设计方案确定采用曝气生物滤池，它的优点是占地面积小，处理效率高，出水水质好可同时完成污染物的生物降解与固液分离，缩短了工艺流程，降低了池体容积、工程投资和运行费用。
、曝气生物滤池工艺介绍
曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter）是一种新型污水生物膜处理技术。
曝气生物滤池是由滴滤池发展而来，属于生物膜法范畴，最初用做三级处理，后发展成直接用于二级处理，自90年代初在欧洲建成第一座污水处理厂后，已在欧美和日本等发达国家广为流行，目前世界上已有3500多座大大小小的污水处理厂应用了这种技术。
随着研究的深入，曝气生物滤池已经由单一的工艺发展成了系列综合工艺，能够作为普通活性污泥法和接触氧化法的替代工艺。
该工艺综合了过滤、吸附和生物代谢等多种净化作用，使其具有体积小、占地面积省、处理效率高、出水水质好、流程简单、操作管理方便并可省去二沉池等优点。
该技术具有以下几个突出优点:
、较小的池容和占地面积
曝气生物滤池的BOD5容积负荷大，是常规二级生物处理的5～10倍，所以它的池容积和占地面积只有常规二级生物处理的1/10～1/5左右，同时在滤池后不需设二次沉淀池，所以大大节省了占地面积和大量的土建费用。
曝气生物滤池内填装的高比表面积和粗糙多孔的陶粒滤料，可以附着和积累高浓度的微生物量，微生物量可达10～15g/l。
高浓度的微生物量使得曝气生物滤池的污染物容积负荷大大增加，所以池容和占地面积大大降低。
池容和占地面积小对拟建在用地紧缺地点的污水处理设施具有很大意义。
由于曝气生物滤池对污水中悬浮物的生物截留作用，使出水中的SS很少，故本工艺不需设置二沉池。
、抗冲击负荷能力强，处理效果稳定，处理出水水质好
由于整个滤池中分布着较高浓度的微生物，使反应速率高，并可通过控制供气量使滤池中存在好氧和厌氧环境，使得滤池组合可实现硝化、反硝化。
同时由于高浓度的微生物以膜状形态附着存在于滤池的生物陶粒滤料表面，其本身就耐水量的冲击，而高浓度的固定生物膜使得滤速增大而不会使微生物流失，所以对水量、水质具有较高的抗冲击能力。
采用曝气生物滤池工艺处理生活污水，其出水SS和BOD5可保持在10mg/l以下，去除率高，满足国家《城市杂用水水质标准》，其处理出水经消毒后可直接作为中水回用。
由我单位承接的实际处理工程运转数据表明，当使用曝气生物滤池处理生活污水时，其CODcr、BOD5平均出水浓度值可控制在40mg/l和5mg/l以下，达到中水回用标准。
、简化处理流程
由于曝气生物滤池的生物截留作用，处理后水中SS很少，故不需设置二沉池和污泥回流泵房，处理流程简化，使占地面积进一步减少。
、基建费用、运转费用节省
在国内外，曝气生物滤池工艺被广泛应用于各种污水处理，包括市政综合污水、生活污水和工业废水深度处理，日处理规模从几百立方米到几十万立方米。
由于该工艺流程短、池容积小和占地省，使基建费用大大低于常规二级生化处理。
同时，采用滤池专用曝气系统并利用粒状生物滤料对气泡的切割作用，使得滤池总体充氧效率大大提高，氧的利用率达到30%-40%以上，可节省大量能源消耗。
其生物滤料为无机烧结材料，经久耐用，所以设备维护费用较低。
、自动化程度高，运行管理简单
曝气生物滤池具有很强的抗冲击负荷的能力，没有污泥膨胀问题，微生物也不会流失，能保持较高的微生物浓度，因此，日常运行管理简单，处理效果稳定。
由于相关工业技术的发展，生产出了电动阀、气动阀、液位传感器、在线溶氧测定仪、定时器、变频器及微电脑等产品，使得曝气生物滤池工艺系统运行管理自动化得以实现，使本来烦琐的管理变得简单易行。
本工艺技术可以根据进水水质、水量方便地调整反应曝气时间的长短，控制溶解氧的浓度，使处理水达标排放。
、脱氮效果好
通过不同功能的滤池组合，使滤池在除碳的同时可进行硝化和反硝化。
其原理是通过对两组滤池分别人为地造成好氧、厌氧的生物环境，不仅能去除一般有机物和悬浮固体，而且还能去除营养物质—氮，在降解污水中有机物的同时，去除污水中的氮，因为氮是维持水生物生长的主要营养物，其处理效果主要取决于供氧条件和曝气与非曝气阶段的比例。
、受气候、水量、水质影响小
由于大量的微生物生长在陶粒滤料粗糙多孔的表面，一方面微生物不会流失，即使长时间不运转也能保持其菌种，使其运行管理非常简单，如长时间停止不用后再使用，其设施可在几天内恢复正常运行；
另一方面，高浓度的微生物量使得滤池对气候和水量、水质的波动适应性强。
本方案主体生物处理部分可为地下或半地下式结构，由于鼓风曝气气流的加温及高浓度微生物的代谢作用产生的生物能，对源污水具有增温作用，在冬季低温运行时仍可满足正常运行并取得良好处理效果。
、设备（材料）实现国产化
曝气生物滤池内部设备和材料均可由国内生产和制造，其质量和技术方面稳定可靠，安装、运行维护方便。
8设计工艺流程方框图
图4-1工艺流程方框图
工艺说明
、工艺流程概述
本工程的处理对象为污水处理厂B类出水，本设计主要去除污水中的总氮、氨氮、总磷、COD、BOD、SS。
本改造工程项目采用（DN+N级）前置反硝化-曝气生物滤池工艺。
污水处理厂的出水自流至提升泵房中，由提升泵提升进入DN反硝化生物滤池。
在缺氧环境下，对污水中的硝态氮进行反硝化反应，同时降解污水中的部分有机污染物。
在该级滤池中，利用兼性细菌（反硝化菌）以易降解有机物作为电子供体，硝态氮作为电子受体，进行反硝化脱氮，同时实现了部分易降解有机物的去除，根据进水水质的分析及计算结果显示，进DN滤池污水中的碳源或有不足，必要时人工投加碳源（甲醇），使得反硝化反应顺利进行。
DN级生物滤池的出水进入N级曝气生物滤池，N级曝气生物滤池主要对污水中的氨氮进行硝化以及实现部分有机物降解，并截留污水中的SS。
氨氮在有氧的条件下，通过硝化菌的作用转化成硝酸盐或亚硝酸盐。
在N级曝气生物滤池中，轻质陶粒滤层内寄生了大量的自养菌，它们对氨氮的硝化作用相当明显，氨氮去处率很高；
当来水氨氮低于设计给定数值时，负荷会降低，氨氮去除率会进一步提高。
化学辅助除磷工艺针对本项目的实际情况，尤其鉴于BAF对磷去除效果不稳定及尚处在研究阶段，故此次设计采用化学除磷的方法实现对磷的去除。
如果原工艺出水SS≤60mg/L时,往原絮凝沉淀池加药除磷工序可放在硝化滤池出水之后.
、流程单元设计
本工程由于场地所限，×
，在设计校核中如果因为场地原因不能满足水力负荷时，可适当放宽范围，不能满足停留时间时，应提高滤料层高度尽量延长停留时间。
絮凝沉淀池
絮凝沉淀池由原折板絮凝池改造而成。
通过加药设备投加的絮凝剂经过管道混合器后进入絮凝池，沉淀后上层清液自流进入提升泵井，沉淀后下层污泥用污泥泵排入原剩余污泥泵房。
1）土建部分
为原有构筑物。
尺寸为14×
9×
2m，。
2）主要设备
池前设管道混合器一套，型号为DN1000×
2000，。
初步方案拟在絮凝池内前端设搅拌机2台促进混合，搅拌机叶轮直径为320mm，。
如果总磷值超标过大，停留时间不够，不排除对池体进行改造的可能。
原污水处理厂二级出水进入二次提升泵房，提升后进入生物滤池处理系统。
，2用1备。
根据《室外排水设计规范》（GB50101-2005），泵房集水池容积不应小于最大单台水泵5min流量。
结构类型：
集水池为钢筋混凝土结构，上部为钢筋混凝土框架结构
泵房尺寸：
5m×
，。
数量：
1座
旁边建加药间用于三氯化铁除磷,×
3m×
，为地上构筑物,。
①提升水泵
设备类型：
潜污泵
单台设计流量：
Q=630m3/h
设计扬程：
H=12m
电机功率：
30kW
3台（2用1备）
②起重设备
单轨电动葫芦
起吊重量：
T=
起吊高度：
H=
起吊功率：
运行功率：
1台
（DN）生物滤池设计
在碳源充足的条件下对氧化沟出水中的硝态氮进行反硝化，达到脱氮的目的，同时截留SS。
1）DN滤池面积计算
A、采用反硝化负荷计算法：
依据《曝气生物滤池工程技术规程》，同时考虑实际运行中总氮浓度的波动，（m3滤料·
d），因本工程为二级处理出水的深度处理，为达到反硝化效率应控制水力负荷保证停留时间，所以按反硝化负荷计算后还需采用水力负荷法进行校核，以确定合理的设计参数。
DN反硝化生物滤池滤料有效体积按下式计算：
式中，V：
陶粒滤料的总有效体积，m3；
Q：
每天进入反硝化生物滤池的污水量，m3/d；
qDN：
陶粒滤料的反硝化负荷，kgNO3--N/（m3滤料·
d）；
：
进出反硝化滤池的总氮浓度差值，mg/L。
代入数据得：
V=30000×
（20-15）/（1000×
）=300m3
DN滤池的总面积按下式计为：
式中，A1：
反硝化生物滤池的总面积，m2；
H0：
陶粒滤料层的高度，m；
～，本工程设计中取H0=3m。
A1=300/3=100m2
考虑到单座滤池面积过大将会增加反冲洗的供水量、供气量，同时不利于反冲洗均匀，依据《曝气生物滤池工程技术规程》当滤池总面积≥100m2时应将滤池分格，所以本工程设计分2格（n=2）并联，则每座滤池的面积为50m2。
结合滤池布置尺寸及实际场地，同时方便反冲洗设备配置，取每格平面尺寸为：
8m×
7m=56m2。
B、表面水力负荷复核法计算：
依据《曝气生物滤池工程技术规程》，DN反硝化生物滤池表面水力负荷取值范围为8～12m3/m2·
h。
当DN反硝化生物滤池总面积为112m2时，表面水力负荷按下式计算：
式中，q：
表面水力负荷，m3/m2·
h；
Q：
进水量，m3/h；
A1：
滤池总面积，m2；
q=m2
经表面水力负荷计算复核，符合规范中8～10m3/m2·
h的规定，因此确定反硝化滤池总面积取A2=112m2。
C、空床水力停留时间复核法计算：
当实际面积确定后应进行空床停留时间复核，复核实际取值后空床停留时间是否在合适的范围内。
空床停留时间按下式计算：
式中，t1：
污水流过陶粒滤料层高度的空床停留时间，h。
A：
滤池实际总面积，m2；
进水流量，m3/d；
陶粒滤料层高度，m。
t=56*2*3*24/30000==
《曝气生物滤池工程技术规程》中对前置反硝化滤池工艺的反硝化滤池空床停留时间为20～30min,因场地受限，故将滤层高度增加到4m。
此时，t=56*2*4*24/30000==，满足要求。
2）DN池体总高度计算
依据《曝气生物滤池工程技术规程》中结构的相关规定，曝气生物滤池的总高度应包括配水室、承托层、陶粒滤料层、清水区、超高的高度。
曝气生物滤池的总高度为：
H=H0+h1+h2+h3+h4=4++++=
式中，H：
曝气生物滤池的总高度，m；
H0：
陶粒滤料层高度，设计高度4m；
h1：
配水室高度，；
h2：
承托层高度（含滤板），；
h3：
清水区高度，；
h4：
超高，。
DN滤池尺寸：
，共2格
3）土建部分
单格反硝化滤池尺寸：
×
（m）
钢筋混凝土
池体数量：
2格
填料形式：
陶粒滤料
布水形式：
长柄滤头布水
反洗形式：
气水联合反冲洗
5）材料部分
4）陶粒滤料
性能参数：
粒径Φ4～6mm
数量：
448m3
5）滤池专用防堵长柄滤头
5488套
性能参数：
，总滤缝28条，滤头总长度405mm
6）鹅卵石承托层
其中：
（Φ16～32mm，H=200mm）
（Φ8～16mm，H=100mm）
填装要求：
从下至上从大到小按级配填装
7）标准滤板
112块
尺寸参数：
960×
960×
100mm
滤头密度：
49套/块
材质要求：
C30钢筋混凝土
受力要求：
上下双向受力
、硝化（N）曝气生物滤池设计
主要完成对污水中有机物和氨氮的降解，同时截留SS。
滤池中填装有陶粒滤料，运行时通过鼓风曝气，利用陶粒滤料上附着、生长的微生物的代谢作用，吸附、降解污水中的有机物及氨氮。
在N级池中主要生化、化学反应方程式为：
a、有机物（以COD、BOD表示）的去除：
酶
CXHYOZ+（x+y/4-z/2）O2xCO2+y/2H2O-△H
nCxHYOZ+nNH3+n（x+y/4-z/2-5）O2
（C5H7NO2）n+n（x-5）CO2+n/2（y-4）H2O-△H
b、硝化反应:
2NH4++3O22NO2-+4H++2H2O
NH4+++
+++
1）滤池面积计算
A、采用硝化负荷计算法：
依据《曝气生物滤池工程技术规程》，因本工程为二级处理出水的深度处理，又考虑到项目现场地处北方，冬季温度较低，（m3滤料·
d），计算后应采用空床停留时间法和表面水力负荷复核法进行校核。
N池滤料有效体积按下式计算：
式中，
滤料的总有效体积，m3；
每天进入曝气生物滤池的污水量，m3/d；
氨氮容积负荷率，kgNH3-N/m3·
d，·
d；
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