84万m3d城市污水生化处理工艺设计课程设计报告.docx
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84万m3d城市污水生化处理工艺设计课程设计报告
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※吉林化工学院※
※※
※课程设计说明书※
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设计题目：
8.4万m3/d城市污水生化处理工艺设计
教学院资源与环境工程学院
专业班级环境科学与工程1301
学生姓名
学生学号1
指导教师
2016年12月29日
1水质水量及处理深度要求
1.1进水水质、水量：
经过预处理后，污水进入生化处理系统，从生化处理系统开始设计计算，所给水质为原水水质。
表1-1进水水质
Qm3/h
水温（℃）
PH
BOD5mg/L
CODmg/L
SSmg/L
NH3-Nmg/L
3000～3500
18～35
6～9
150～220
280～400
150～240
20～35
表2-2设计参数选取
Qm3/h
水温（℃）
PH
BOD5mg/L
CODmg/L
SSmg/L
NH3-Nmg/L
3500
18～35
6～9
190
350
200
28
1.2处理后水质要求
出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B排放标准。
表3-3城镇污水处理厂污染物排放标准部分
PH
BOD5mg/L
CODmg/L
SSmg/L
NH3-Nmg/L
9
20
60
20
8
2污水处理工艺比较
2.1方案确定依据
城市污水处理的目的是使之达标排放或污水回用于农田灌溉、城市景观和工业生产等，以保护环境不受污染，节约水资源。
污水处理工艺流程的选择应遵循以下原则：
（1）污水处理应达到的处理程度是选择工艺的主要依据。
（2）污水处理工艺的投资和运行费用合理，工程投资和运行费用也是工艺流程选择的重要因素之一。
根据处理的水质、水量，选择可行的几种工艺流程进行全面的技术经济比较，确定工艺先进合理、工程投资和运行费用较低的处理工艺。
（3）根据当地自然、地形条件及土地与资源利用情况，因地制宜、综合考虑选择适合当地情况的处理工艺。
尽量少占农田或不占农田，充分利用河滩沼泽地、洼地或旧河道。
（4）考虑分期处理与排放利用情况。
例如根据当地城市规划，先建一期工程，再建二期工程。
（5）施工与运行管理：
如地下水位较高、地质条件较差的地区，就不宜选用深度大、施工难度高的处理构筑物。
也应考虑所确定处理工艺运行简单、操作方便，便于实现自动控制等。
2.1.1工艺方案分析
1.污水以有机污染为主，BOD/COD=0.54，可生化性较好，重金属及其它难以降解的有毒有害污染物一般不超标；
2.污水中主要污染物指标BOD5、CODcr、SS值去除率较好。
2.2方案比较
在方案比选中，已经确定用活性污泥法进行处理。
活性污泥法的工艺有SBR工艺[2]、A2/O工艺[3]、氧化沟工艺[4]。
各个工艺的优缺点比较如下：
2.2.1氧化沟工艺
氧化沟是活性污泥法的一种变型，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，污水渗入其中得到净化，最早的氧化沟渠不是由钢筋混凝土建成的，而是加以护坡处理的土沟渠，是间歇进水间歇曝气的，从这一点上来说，氧化沟最早是以序批方式处理污水的技术。
但是随着氧化沟技术的发展，它早已超出原先的实践范围，出现了一系列除磷脱氮技术与氧化沟技术相结合的污水处理工艺流程。
交替式氧化沟兼有连续式氧化沟和SBR工艺的一些特点，可以根据水量水质的变化调节转刷的开停，既可以节约能源，又可以实现最佳的除磷脱氮效果。
氧化沟具有以下特点:
（1）工艺流程简单，运行管理方便。
氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消化池。
有些类型氧化沟还可以和二沉池合建，省去污泥回流系统。
（2）运行稳定，处理效果好。
氧化沟的BOD平均处理水平可达到95%左右。
（3）能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力。
这主要是由于氧化沟水力停留时间长、泥龄长和循环稀释水量大。
（4）污泥量少、性质稳定。
由于氧化沟泥龄长。
一般为20~30污泥在沟内已好氧稳定，所以污泥产量少从而管理简单，运行费用低。
（5）可以除磷脱氮。
可以通过氧化沟中曝气机的开关，创造好氧、缺氧环境达到除磷脱氮目的，脱氮效率一般大于80%。
Carrousel氧化沟脱氮效果可以达到90%以上，但除磷效果则在50%左右。
（6）基建投资省、运行费用低。
在规模较小的情况下，氧化沟的基建投资比传统活性污泥法节省更多。
2.2.2SBR工艺
间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess，简称SBR）的核心是反应池，该池集水质均化、初次沉淀、生物降解、二次沉淀等功能于一体，整个工艺简洁，运行操作可通过自动控制装置完成，管理简单，投资较省。
间歇式活性污泥法中“间歇式”包含两层含义:
一是运行操作在空间上按序列、间歇的方式进行，由于污水大都是连续或半连续排放，处理系统中至少需要2个或多个反应器交替运行，因此，从总体上污水是按顺序依次进入每个反应器，而各反应器相互协调作为一个有机的整体完成污水净化功能，但对每一个反应器则是间歇进水和间歇排水;二是每个反应器的操作分阶段、按时间顺序进行，典型SBR工艺的一个完整运行周期由五个阶段组成，即进水阶段、反应阶段、沉淀阶段、排水阶段和闲置阶段，从第一次进水开始到第二次进水开始称为一个工作周期。
（1）进水阶段
原污水处理水污泥泵房干化设备回流污泥以氧化沟为生物处理单元的污水处理流程进水阶段是反应池在短时间内接纳需要处理的污水，同时起到调节和均质的作用，此阶段曝气或不曝气。
将原废水或经预处理后的废水引入SBR反应器，此时反应器中已有一定数量的满足处理要求的活性污泥。
充水所需的时间随处理规模和反应器容积的大小及被处理废水的水质而定，一般为几个小时。
由于SBR工艺是间歇进水的，即在每个运行周期之初将废水在较短的时间内投入反应器，待反应器充水到一定位置后再进行下一步的反应过程。
（2）反应阶段
反应阶段是停止进水后的生化反应过程，根据需要可以在好氧或缺氧条件下进行，也可在两种条件下交替进行，但一般以好氧为主。
在反应阶段，活性污泥微生物周期性的处于高浓度及低浓度基质的环境中，反应器也相应的形成厌氧-缺氧-好氧的交替过程，使其不仅据用良好的有机物处理效能，而且据用良好的脱氮除磷效果。
在SBR反应器运行过程中，随反应器内反应时间的延长，其基质浓度也由高到底变化，微生物经历了对数增长期、减速增长期和衰减期，其降解有机物的速度也相应的由零级反应向一级反应过度。
反应期所需的反应时间是确定SBR处理工艺的一个非常重要的工艺设计参数。
其取值的大小将直接影响处理工艺运行周期的长短。
反应时间可通过对不同类型的废水进行研究，求出不同时间内污染物浓度随时间的变化规律来确定。
（3）沉淀阶段
沉淀阶段停止曝气，进行泥水分离。
和传统活性污泥处理工艺一样，沉淀过程的功能是澄清出水、浓缩污泥。
在SBR法中澄清出水是更为重要的。
SBR反应器本身就是一个沉淀池，它避免了在连续流活性污泥法中泥水混合液必须经过管道流入沉淀池沉淀的过程，从而有可能使部分刚刚开始絮凝的活性污泥重新破碎的现象。
（4）排水阶段
SBR反应器中的混合液在经过一定时间的沉淀后，将反应器中的上清液排出反应器，然后将相当长反应过程中生长而产生的污泥量排出反应器，以保持反应器内一定数量的污泥。
（5）闲置阶段
闲置期的功能是在静置无进水的条件下，使微生物通过内源呼吸作用恢复其活性，并起到一定的反硝化作用而进行脱氮，为下一个周期创造良好的初始条件。
通过闲置期后的活性污泥处于一种营养物的饥饿状态，单位重量的活性污泥具有很大的吸附表面积，因而一旦进入下一个运行周期进水期时，活性污泥便可充分发挥其较强的吸附能力而有效的发挥其初始去除作用。
闲置期的设置是保证SBR工艺处理出水水质的重要内容。
闲置期所需的时间也取决于所处理的废水种类、处理负荷和所要达到的处理效果。
SBR工艺的优点:
耐冲击负荷，处理有毒和高浓度有机废水的能力强。
SBR工艺的缺点:
废水排放规律与SBR间歇进水的要求存在不匹配问题，特别是水量较大时，需多套反应池并联运行，增加了控制系统的复杂性；由于排水时间短（间歇排水时）,并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备（滗水器），且对滗水器的要求很高；后处理设备要求大:
如消毒设备很大，接触池容积也很大，排水设施如排水管道也很大；由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决。
2.2.3A2/O工艺
亦称A-A-O工艺，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称（生物脱氮除磷）。
按实质意义来说，本工艺称为厌氧-缺氧-好氧法，生物脱氮除磷工艺的简称。
A2/O工艺是流程最简单，应用最广泛的脱氮除磷工艺。
污水首先进入厌氧池，兼性厌氧菌将污水中的易降解有机物转化成VFAs。
回流污泥带入的聚磷菌将体内的聚磷分解，此为释磷，所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另一部分供聚磷菌主动吸收VFAs,并在体内储存PHB。
进入缺氧区,反硝化细菌就利用混合液回流带入的硝酸盐及进水中的有机物进行反硝化脱氮，接着进入好氧区，聚磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解BOD外，主要分解体内储存的PHB产生能量供自身生长繁殖，并主动吸收环境中的溶解磷，此为吸磷，以聚磷的形式在体内储存。
污水经厌氧，缺氧区，有机物分别被聚磷菌和反硝化细菌利用后浓度已很低,有利于自养的硝化菌的生长繁殖。
最后，混合液进入沉淀池，进行泥水分离，上清液作为处理水排放，沉淀污泥的一部风回流厌氧池，另一部分作为剩余污泥排放。
本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺,总的水力停留时间少于其他同类工艺。
而且在厌氧-缺氧-好养交替运行条件下，不易发生污泥膨胀。
运行中切勿投药，厌氧池和缺氧池只有轻缓搅拌，运行费用低。
该工艺处理效率一般能达到:
BOD5和SS为90%~95%，总氮为70%以上，磷为90%左右，一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂。
但A2/O工艺的基建费和运行费均高于普通活性污泥法，运行管理要求高，所以对目前我国国情来说，当处理后的污水排入封闭性水体或缓流水体引起富营养化，从而影响给水水源时，才采用该工艺。
A2/O工艺的优点:
（1）本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺浓缩池污泥脱水泥饼外运废水
（2）在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，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断只用轻缓搅拌，并不增加溶解氧浓度，运行费用低。
A2/O工艺的缺点:
（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
（3）进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，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、但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液对缺氧反应器的干扰。
2.3处理工艺的比较及确定
城市污水处理的目的是使之达标排放或污水回用于农田灌溉、城市景观和工业生产等，以保护环境不受污染，节约水资源。
污水处理工艺流程的选择应遵循以下原则：
（1）污水处理应达到的处理程度是选择工艺的主要依据。
（2）污水处理工艺的投资和运行费用合理，工程投资和运行费用也是工艺流程选择的重要因素之一。
根据处理的水质、水量，选择可行的几种工艺流程进行全面的技术经济比较，确定工艺先进合理、工程投资和运行费用较低的处理工艺。
（3）根据当地自然、地形条件及土地与资源利用情况，因地制宜、综合考虑选择适合当地情况的处理工艺。
尽量少占农田或不占农田，充分利用河滩沼泽地、洼地或旧河道。
（4）考虑分期处理与排放利用情况。
例如根据当地城市规划，先建一期工程，再建二期工程。
（5）施工与运行管理：
如地下水位较高、地质条件较差的地区，就不宜选用深度大、施工难度高的处理构筑物。
也应考虑所确定处理工艺运行简单、操作方便，便于实现自动控制等。
其中：
1.污水以有机污染为主，BOD/COD=0.54，可生化性较好，重金属及其它难以降解的有毒有害污染物一般不超标；
2.污水中主要污染物指标BOD5、CODcr、SS值适中；
所以从处理规模、进出水水质、选择投资低、运行费低、操作简单、运行可靠、维修方便、占地少的工艺方案，本次工程污水设计属于典型的小型污水处理，进水水质稳定，出水要求高，A2/O工艺一般适合于大型的污水处理厂，小型的污水处理厂用的最广泛的是氧化沟和SBR工艺，还有A2/O工艺控制起来较麻烦，土建造价高，污泥内回流量大，沼气回收利用经济效益差，污泥渗出液需化学除磷，能耗较高，再则考虑到占地面积、费用等方面反应池容积比A/O脱氮工艺还要大。
相对于SBR工艺和氧化沟工艺存在明显的差距，故本设计在SBR和氧化沟之间选择。
SBR工艺和氧化沟工艺的有机物效率都很高，有的还能脱氮、除磷或既脱氮又除磷，而且处理设施十分简单，管理非常方便，是目前国际上公认的高效、简化的污处理工艺。
本次设计采用SBR工艺。
3设计计算
3.1水质平衡计算
BOD去除率=（190-20）/190*100%=89.5%
表4-4部分去处结果
构筑物
COD（mg/L）
BOD（mg/L）
SS（mg/L）
进水
出水
去除率
进水
出水
去除率
进水
出水
去除率
原水
350
-
-
190
-
200
-
粗格栅
-
350
-
-
190
-
-
175
12.5%
细格栅
-
-
-
-
-
-
175
150
14.2%
SBR反应池
350
60
82.9%
190
20
89.5%
150
20
90%
3.2配水井
最大水流量为Qmax=84000
1.3=109200m3/d，设停留时间为t=2min，则配水井总容积为80.97m³，取90m³。
设置2个配水井，每个配水井容积为45m³，取水深为3m，则面积为15㎡。
设置圆形配水井直径为：
4.57m取5m。
3.3SBR反应池计算
3.3.1SBR反应池混合液体积
=84000×190/0.07×5000=45600m3
式中：
Q—反应池设计流量，
—进水BOD5浓度，mg/L
—混合液悬浮固体浓度，设计取5000mg/L
—有机物污泥负荷，设计取0.07kgBOD5/（kgMLSS·d）
每池混合液所占体积：
Vh1=vk/6=45600/8=5700m3
取池长75m，池宽16m，则每池混合液深度为：
Hh=5700/（75×16）=4.75m
每池每周期进水所占容积：
Vs1=84000×4.5/（8×24）=1968.75m3
进水所占水深
Hs1=1968.75/（75×16）=1.64m
每池容积：
V1=
=5700+1968.75=7668.75m³
总容积：
V=7668.75
8=61350m³
反应池深度H：
最高水深4.75+1.64=6.39m
采用超高0.5m，则H=6.39+0.5=6.89m
水力停留时间t：
t=V/Q=61350/84000=0.73d
3.3.2SBR反应池需氧量
a.设计需氧量（AOR）计算
=1.47×84000×（190-20）/1000+4.57×[84000×（28-8）/1000-0.12×61350×0.07/（20×1000）]=28971.48kgO2/d
式中：
a—碳的氧当量，一般取值1.47
b—常数，为4.57kgO2/kgN，其含义为氧化每公斤氨氮所需氧量
c—常数，为1.42，其含义为细菌细胞的氧当量
—进水BOD5浓度，mg/L
—出水BOD5浓度，mg/L
—进水氮浓度，mg/L
—出水氮浓度，mg/L
—污泥龄，取20d
b.标准需氧量（SOR）计算
拟采用橡胶膜式微孔曝气装置曝气，氧利用率为20%，气压为一个大气压，反应池最大水深6.28m，微孔曝气装置安装深度6m。
SOR=K0
AOR=1.44
28971.48=41718.93kgO2/d
式中：
需氧量修正系数
=1.44
式中：
T—反应池夏季平均水温，25℃
—混合液中
值与清水中
值之比，鼓风曝气
=0.85
—混合液饱和溶解氧值与清水饱和溶解氧值之比，鼓风曝气
—标准状态下清水中饱和溶解氧，
—清水在T℃下和实际计算压力时的饱和溶解氧，mg/L
—混合液剩余溶解氧值，一般
Pb=1.013+9.8
0.5=1.513（
）
式中：
—清水在T℃时的饱和溶解氧，mg/L
—曝气装置处绝对压力，
—曝气池溢出气体中含氧，%。
式中Ea—曝气设备氧的利用率
c.供气量计算
=41718.93/（0.27×0.2）=772572.8m3/d
式中：
—标准状况下的空气体积，
0.27—标准状态下空气中的含氧量，kg/m³
每池供气量Gs1=Gs/8=96571.6m³/d
SBR反应池一周期曝气3h，一天共12h
每池每小时曝气量Gs1’=Gs1/12=8047.58m³/h
d.曝气装置计算
拟采用直径215mm橡胶膜式微孔曝气器，共6个。
每只曝气头供气量按大于2.2m³/h计，每个反应池需安装曝气头的数量为
N1=Gs1’/每只曝气头曝气量=8047.58/2.2≈3658只
系统需安装曝气头总量：
8
2033=29264只
3.3.3排水系统设计计算
每只滗水器排水能力
=84000/（8×4）×1.5=3937.5m3/h
拟选则旋转式滗水装置，滗水器的堰口负荷q拟采用25L/（s·m），计算堰口长度L为：
L=Qp/q=3937.5/（25×3.6）=43.75m
确定每池采用堰口长度为43.75m的旋转式滗水器一台，全厂共8台滗水器从最高水位6.89m时开始滗水，到最低水位6.39m时结束。
滗水高度0.5m。
3.3.4剩余污泥量
=84000×1.02×（190-20）/1000=14565.6kg/d
式中：
Y—污泥产率系数，在冬季水温设计在-10℃情况下，进水悬浮物固体浓度200mg/L时，系数取1.02
系统每天产剩余污泥总量14565.6kg（含水率99.3%）。
3.4鼓风机房
1.作用
鼓风机通过曝气头给SBR反应器提供充足的氧量。
是生化处理系统的心脏，其正常运转对污水的处理效果起重要作用。
2.设计
根据SBR反应池的供气要求，鼓风机房总供气量为772572.8m³/d即536.51m³/min。
鼓风机房内设置4台L94WD型罗茨鼓风机，其中1台备用，配套电机型号JS1512-12.技术参数见下表5-5
表5-5L94WD型罗茨鼓风机技术参数
风机型号
转速（r/min）
升压
进口流量
m³/min
轴功率（kW）
配套电机
风机重量kg
kPa
mmH2O
型号
功率kW
L94WD
490
58.8
6000
217
319
SJ
000
3.5污泥浓缩池
设计参数：
（1）污泥含水率由99.3%降到97%
（2）污泥浓缩时间16h，贮泥时间4h。
a.污泥池面积A
浓缩池总面积
=14565.6/30=485.52m2
式中：
Q—污泥量，m³/d
—污泥固体浓度，3g/L
M—浓缩池污泥固体量，30kg/㎡·d
半径R为12.43m，直径D为24.86m
b.浓缩池高度
=4855.2×16/（485.52×24）=6.7m
c.有效水深
h=6.7+0.3+0.3=7.3m
浓缩池超高和缓冲层高度均取0.3m。
d.池底坡度造成的深度
=0.02（24.86/2-6）=0.1286m
式中：
i—坡度，取0.02
—上口半径，取6m。
e.泥斗容积
泥斗深度：
式中;
—下口半径，取4m
α—泥斗倾斜角度，取60°
泥斗容积
m³
泥斗以上锥体部分体积
=0.1286×3.14/3×（12.43212.43×6+62）=35.63m3
f.总深度
H=7.3+0.1286+5.2=12.629m
g.污泥体积
=4855.2×（100-99.3）/（100-97）=1132.88m3
设污泥清洗时间间隔为4h，则每次清洗污泥量为
1132.88/24×4=188.81m3
检验:
V’+V’’=234.2+35.63=269.83>81.67,符合要求。
3.6脱水机房
剩余污泥中有机物含量为67%
即干固体比重为
即干固体密度为1.26t/m³=1250kg/m³
所以体积
含水率为99.3%，则
；所以V水=1219.97m³/d
V=3.29+1219.97=122.26m³/d
选用离心脱水机2用1备，每台每天连续运行8h，
每台固体污泥负荷S=
每台水力负荷
q=
本设计选用洛杉矶污水处理厂离心机D
L=1100
4190mm，筒体转速n=1600r/min，分离因素α=1564
3.7设备的选型
3.7.1污泥泵
安装在污泥浓缩池之后，脱水机之前。
作用是将污泥从浓缩池内打到脱水机内。
经过多方面筛选考量，本次设计采用NL76-9污泥泵，流量为50~70m³/h，扬程9~10m，转速1450r/min，功率是3kw。
安装方式为2用1备。
3.7.2加药泵
污泥脱水机之前，将PAM药剂添加到脱水机的污泥中，加速污泥絮凝。
本次选取的加药泵为PO56-398T，流量为3.8m³/h，压力BAR为7.6，泵头材料为PVC，流量调节方式为单手动。
安装方式为2用1备。
4设计结论
4.1主要设备
表6-6主要设备
名称
规格/尺寸（m）
数量
备注
SBR反应池
75×16×6.89
8
反应池8个，滗水器8个
污泥浓缩池
R=12.43H=7.3
2
离心脱水机
D×L=1100×4190mm
3
2用1备
鼓风机
L94WD
4
3用1备
4.2设计方案特点
第一，这种反应器运行灵活简洁。
它可以配合不同的进水水质调整运行模式。
第二，SBR流态上属于完全混合，而在有机物降解方面却是时间上推流。
因此为了达到较高去除率而只需调整反应时间。
这样大大减少了占地，特别适合中小型水厂。
第三，SBR的沉淀阶段使泥水有效分离，出水悬浮物浓度低，无需另设澄清池。
第四，SBR工艺中无二沉池及回流污泥系统，很多情况还可不设初沉池，因而基建费用低，占地少。
4.2工艺流程框图
采用SBR工艺的生化部分框图见图1
图7-7SBR反应生化部分工艺流程框图
5结束语
在设计过程中，我又一次学习了SBR工艺，A2/
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