50m3d太阳能微力生活污水处理工程设计方案大学论文.docx
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50m3d太阳能微力生活污水处理工程设计方案大学论文
50m3/d太阳能微力生活污水处理工程
设计方案
目录
1工程概况1
1.1工程规模1
1.2污水处理厂进水水质1
1.3污水处理厂出水水质1
2处理工艺选择2
2.1设计依据2
2.2选择原则3
2.3污水处理工艺方案3
3工程设计6
3.1污水处理厂工艺设计6
3.2污水处理厂建筑设计8
3.3污水处理厂结构设计9
3.4污水处理厂电气、自控设计10
4主要设备材料选型14
5人员编制15
6工程投资估算16
7运行成本分析17
8结论18
附图1平面布置图
附图2工艺流程图
1工程概况
1.1工程规模
污水处理厂处理规模：
50m3/d，总变化系数kz=2.3。
1.2污水处理厂进水水质
本项目为农村污水处理厂，主要为居民、公共建筑服务设施排放的生活污水。
污水处理厂进水水质标准如下：
CODCr≤400mg/l
BOD5≤200mg/l
SS≤200mg/l
NH3-N≤40mg/l
TN≤55mg/l
TP≤3mg/l
PH6～9
1.3污水处理厂出水水质
污水出水水质达到河北省地方标准《农村生活污水排放标准》（DB13/2171-2015）一级A标准。
设计出水水质指标如下：
COD≤50mg/l
BOD5≤10mg/l
SS≤10mg/l
NH3-N≤5（8）mg/L
TN≤15mg/l
TP≤0.5mg/l
PH6～9
2处理工艺选择
2.1设计依据
1）《室外排水设计规范》（GB50014-2006）（2014版）
2）《城镇给水排水技术规范》（GB50788-2012）
3）《村庄污水处理设施技术规程》（CJJ/T163-2011）
4）《小城镇污水处理工程建设标准》（建标148-2010）
5）《自动化仪表工程施工及验收规范》（GB50093-2002）
6）《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）
7）《建筑灭火器配置设计规范》（GB50140-2005）
8）《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）
9）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
10）《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）
11）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
12）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）
13）《砌体结构设计规范》）（GB50003-2011）
14）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）
15）《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2015）
16）《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）
17）《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）
18）《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）
19）《城镇排水系统电气与自动化工程技术规程》（CJJ120-2008）
2.2选择原则
根据国家有关污水处理项目建设的要求及当地的实际情况，本工程污水处理工艺按如下原则考虑。
（1）采用的工艺运行可靠，技术成熟，处理效果良好，能保证出水水质达标排放。
（2）采用的工艺投资省，运行费用低，最大程度的节省电耗。
（3）采用的工艺应操作管理方便，运行灵活，能适应农村污水的水质、水量变化。
（4）选择可靠的自动化仪表，提高工程自动化水平，实现无人值守，降低运营管理难度和人员成本。
2.3污水处理工艺方案
2.3.1污水处理工艺
污水处理工艺的选择是污水处理厂建设的关键，处理工艺选择是否得当，不仅影响处理厂的处理效果，而且还影响整个处理工程的基建投资多少、处理工艺运行的可靠程度、运行费用高低、管理操作的复杂程度。
因此必须结合当地污水的水量、水质以及温度、气候、气象、地理、经济等实际情况选择适宜的处理工艺，以达到出水排放标准。
污水处理的主要工艺技术包括：
生物处理技术、自然处理技术。
经过人类上百年的实践，国际上公认以生物处理为经济―效益比最好。
因此世界上大多数污水处理厂采用生物处理工艺。
污水生物处理分为厌氧生物处理和好氧生物处理两大类。
厌氧生物处理技术降解有机物的效率有限，出水水质较难达到本项目的要求，且占地相对较大，废气收集处理问题也不好解决。
因此不考虑单独使用。
传统的活性污泥法投资高、运行费用高、占地大、污泥处理量大、处理较为复杂，本方案也不建议采用。
生物膜法是一种比较适合小型生活污水处理的工艺技术，与传统活性污泥法处理系统相比较，生物膜法易于维护运行、节能省电、占地面积小，污泥少。
膜生物反应器以出水水质稳定优良为其优势，本工程要求处理出水达到一级A标准，对出水水质要求较高，且要求有较高的稳定性。
故本工程推荐选用膜生物反应器工艺作为首选处理工艺。
膜生物反应器工艺介绍
膜生物反应器MBR（MembraneBio-reactor）是二十世纪末发展起来的新技术，它是膜分离技术和活性污泥生物技术的结合。
它不同于活性污泥法，不使用沉淀池进行固液分离，而是使用中空纤维膜替代沉淀池，因此具有高效固液分离性能，同时利用膜的特性，使活性污泥不随出水流失，在生化池中形成8000－12000mg/L超高浓度的活性污泥浓度，使污染物分解彻底，因此出水水质良好、稳定，出水细菌、悬浮物和浊度接近于零。
生活污水处理后可直接回用，在污水处理方面具有传统工艺不具备的优点：
（1）出水水质优良、稳定。
（2）工艺简单。
由于膜的高效分离作用，不必单独设立沉淀、过滤等固液分离池。
（3）占地面积少。
处理单元内生物量可维持在高浓度，使容积负荷大大提高，同时膜分离的高效性，使处理单元水力停留时间大大缩短。
（4）几乎无污泥排放。
（5）膜生物反应器可以滤除细菌、病毒等有害物质，可显著节省加药消毒所带来的长期运行费用并扩大污水回用范围。
（6）系统抗冲击性强，适应范围广。
（7）较好的设备化和自动化，管理简便。
（8）模块化设计，易于扩容。
2.3.2太阳能微动力系统
太阳能作为一种洁净、可再生的清洁能源具有广泛的应用前景。
本工程将太阳能微动力与MBR一体化污水处理工艺结合使用，利用光伏电板产生电能，电能存储在蓄电池中，污水厂使用。
该方案大大节省了市政供电的电耗，同时又可获得一定的新能源财政补贴，具有很好的经济效益和环境效益。
2.3.3太阳能微动力污水处理工艺流程
根据本工程的进、出水水质要求，确定污水处理流程如下：
工艺流程图
工艺描述：
污水经格栅及沉砂后进入调节池，然后经提升泵进入MBR一体化生物反应器，通过PLC控制器开启曝气机充氧，生物反应器分缺氧和好氧区，内部设置回流泵，具有高效脱氮功能，污水经抽吸泵出水进入接触消毒池。
反冲洗时利用清洗池中处理水对膜处理设备进行反冲洗。
通过生物反应器内的水位控制提升泵的启闭。
膜单元的过滤操作与反冲洗操作可自动或手动控制。
当膜单元需要化学清洗操作时，关闭进水阀和污水循环阀，打开洗阀和药剂循环阀，启动药液循环泵，进行化学清洗操作。
太阳能微动力站为曝气风机、提升泵、抽吸泵、回流泵提供动力。
3工程设计
3.1污水处理厂工艺设计
污水厂主要的建构筑物有：
预处理间（含格栅井、沉砂池、调节池、控制室）、MBR一体化反应器、接触消毒池。
污水厂占地23m×23m，529m2。
3.1.1预处理间
（一）格栅井
格栅井内安装有一道粗格栅、一道细格栅，粗格栅采用平板格栅，细格栅采用提篮格栅。
格栅前设超越管，控制污水处理厂检修期间进入污水厂的污水流量。
功能：
去除污水中较大漂浮物，并拦截直径大于2mm的固体物，以保证生物处理处理系统正常运行
类型：
矩形钢筋砼构筑物
设计流量：
4.8m3/h
粗格栅间隙：
10mm
细格栅孔径：
2mm
清渣方式：
人工定期清渣
（二）沉砂池
沉砂采用平流式沉砂池，与格栅井合建。
功能：
去除相对密度2.65、粒径0.2mm以上的砂粒。
类型：
矩形钢筋砼构筑物
设计流量：
4.8m3/h
停留时间：
不小于30s。
（三）调节池
调节池与沉砂池、格栅井合建。
功能：
由于来水水量不稳定，为保证后续构筑物的正常运行，对水量进行调节。
调节池内设污水提升泵，将污水提升至MBR一体化反应器。
类型：
矩形钢筋砼构筑物
设计流量：
2.5m3/h。
停留时间：
12h
有效容积：
30m3
（2）主要设备：
A．污水提升泵
设备类型：
潜污泵
数量：
2台（一用一备）
设计参数：
设计流量：
2.5m3/h
扬程：
10m
功率：
0.37KW
（四）预处理间
设备间设于调节池上方，用于设置次氯酸钠储罐和除磷设备。
控制室设于调节池上方，用于控制系统及检测仪表的安装。
平面尺寸：
3.6×3.3m
结构形式：
砌体结构
3.1.2MBR一体化反应器
MBR一体化反应器埋地设置。
功能：
利用生化反应去除废水中的COD、氨氮等污染物，利用MBR膜去除废水中的SS和生物污泥。
数量：
1台
处理能力：
50m3/d
尺寸：
φ2.8m6.0m
构造：
钢制+防腐
运行方式：
连续运行
3.1.3接触消毒池
MBR反应器出水进入接触消毒池，入口投加次氯酸钠溶液消毒。
停留时间：
1h
有效容积：
2.5m3
加氯量：
8-10mg/L
3.2污水处理厂建筑设计
3.2.1建筑设计概况
本污水处理厂工程包含建筑物1幢，预处理间。
平面尺寸：
3.6×3.3m
结构形式：
砌体结构
3.2.2墙体
砌体承重墙：
地下部分采用M7.5水泥砂浆砌MU10烧结非粘土实心砖，地上部分采用M7.5混合砂浆砌MU7.5烧结非粘土多孔砖。
3.2.3门窗
本工程内外门窗立框均居墙中。
门窗立面分格图的外包尺寸为洞口尺寸，制做时适当减去安装尺寸，立面分格尺寸可作微小调整，门窗用料大小及玻璃厚度根据洞口大小及分格尺寸合理确定。
外门窗采用白色塑钢门窗，内门均采用木质门，其油漆颜色为靛蓝色。
外门窗均作防盗处理,防护网材料及花饰现场自定。
3.3污水处理厂结构设计
结构设计满足工艺、建筑以及其它专业的功能和使用要求，满足我国现行结构设计的规范、标准要求，保证建筑物的安全、可靠、经济合理，结构受力明确，有利抗震。
建筑物、构筑物结构形式见建筑物、构筑物一览表。
建筑物概况及结构形式一览表
建（构）筑物名称
结构形式
备注
主体
基础
格栅、沉砂池、调节池
钢筋砼水池
筏板
预处理间
砌体结构
筏板
接触消毒池
钢筋砼水池
筏板
一、结构材料
钢筋：
采用热轧钢筋HPB235，HRB335。
钢筋强度标准值应具有不小于95%的保证率。
钢板采用Q235－B型，焊条E43XX型。
二、混凝土强度等级
砖混结构：
基础C15，上部C25
框架结构：
C25
水池（含地上水池）采用C30防水混凝土，抗渗等级S6。
所有水池砼抗冻等级为F150。
设备基础采用砼C20。
构造柱、圈过梁采用C20混凝土；
填料C15填充用焦渣混凝土。
三、承重墙、填充墙：
砌体结构承重墙：
地下部分采用M10水泥砂浆，MU10烧结非粘土实心砖；地上部分采用M7.5混合砂浆砌MU10烧结非粘土多孔砖。
四、结构计算
a）对建筑物考虑竖向荷载、风荷载作用，对建筑物进行了整体结构计算，能够满足承载力要求，框架结构满足柱轴压比等抗震的相关构造要求。
b）对地基进行地基承载力验算。
c）对钢筋混凝土水池的侧壁和底板、框架梁、现浇梁板、框架柱等结构构件，结构设计按照结构实际受荷过程，分施工阶段、使用阶段最不利荷载组合，对结构进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的承载力、稳定、变形、裂缝宽度等方面的计算和验算，并遵循有关设计规范和设计标准。
2）结论
本项目结构方案经济、合理；结构构件承载力、变形、裂缝、耐久性、耐腐蚀性等满足要求；采用的结构材料市场供应充足。
3.4污水处理厂电气、自控设计
3.4.1设计范围
电气设计范围包括污水处理厂全厂的电力、照明、接地及防雷设计、室外电力干线和道路照明设计。
太阳能微动力站由专业厂家二次设计。
3.4.2供电
（1）负荷等级
污水处理设施是重要的市政公用工程，要求长期不间断运行，对电源的可靠性要求较高。
一方面，电源中断必造成污水外溢，污染水体，形成可能污染事故；另一方面更为重要的是，本工程采用生化处理方式，污水处理过程中的活性污泥和生化菌，是经过很长时期培养起来的，停电时间过长，生化菌长期缺氧会窒息死亡，在这段时间里，未经处理的污水排出，势必造成二次污染。
因此本污水处理项目属于二级供电负荷，污水处理厂采用双电源供电，污水处理设备及重要风机为二级负荷。
其它电力、照明负荷均为三级负荷。
一路电源引自附近变电所，一路电源为太阳能微动力站。
（2）供电主要指标
总装机容量及计算负荷
设备名称
单机容量（KW）
工作台数
工作容量（KW）
原水提升泵
0.37
1
0.37
混合液回流泵1
0.37
1
0.37
鼓风机
1.1
1
1.1
抽吸泵1
0.37
1
0.37
合计
总工作容量2.21KW，不均匀使用系数0.9，则实际用电功率为2.0KW。
（3）太阳能微动力站
光伏装机容量8.0kw，由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池组成。
设置于厂区的开阔地带。
（4）全站的防雷、防静电及接地
经计算室外污水处理宜按三级设防，池壁钢筋做接闪器，基础钢筋做接地极，并与配电设备接地相连，接地电阻不大于10欧姆。
本工程建筑物电源进线重复接地，接地电阻不大于10欧姆；有电子设备的阻值不大于1欧姆。
为了防止雷电波的入侵对电器设备造成损坏，建筑物电源进线处加设浪涌保护器。
全部设备采用保护接地系统，电气设备不带电的金属外壳均须接地。
单元内的工作接地、保护接地、仪表接地、通信接地、防雷、防静电接地采用共用接地系统，其接地系统的接地电阻按不大于１Ω进行设计。
接地装置以水平接地线为主，局部地方打少量接地极。
接地网要求与建筑物基础内钢筋相连，以降低接地电阻值。
如果当地土壤电阻率较高时，则采用降阻剂方案敷设接地装置。
主接地线采用-40×4镀锌扁钢，接地支线采用-25×4镀锌扁钢，设备保护接地线采用-12×4镀锌扁钢，接地极采用长2.5米L50×50×5mm镀锌角钢。
接地线连接采用焊接方式，并刷防腐漆。
（5）室外供电线路及照明
厂内设道路照明，主要道路路灯高8米，钢杆，配置1×250W金属卤钨灯，在每个灯处设短路保护和接地。
建筑物照明电源电压均为380/220V，电源引自建筑物内配电箱，由配电箱至灯具的导线穿钢管或PVC管暗敷。
3.4.3自动控制设计
根据工艺提出的自动控制的要求，本方案所采用的MBR一体化设备内置集成的PLC控制系统，因此，不用设专用的电控设备间。
自控检测仪表主要有：
液位、流量、压差等确保自动运行所必须的仪表。
本系统设计采用手动操作同自动控制相结合的方式。
平时自动运行，维修时调为手动。
4主要设备材料选型
1）满足工艺需要的前提下，尽量选用先进、高效节能、高效、耐用、少维修、性能好、使用寿命长的设备。
2）关键设备选用目前具有先进水平、技术成熟、有成功业绩、保证使用功能、有良好售后服务的国内、合资企业产品。
3）所有设备均按成套考虑，成套设备和必需的备品备件和附件，以保证设备长期、有效运行。
4）考虑到污水处理厂的恶劣环境，设备材料的选择必须加强防腐。
原则上，水下部分材料为不锈钢或特种塑料等耐腐材料，水上部分也尽可能采用不锈钢或特种塑料，对要求不高的部分采用碳钢，但需做镀锌或涂刷环氧漆处理。
5人员编制
根据国家颁布的“城市污水处理工程项目建设标准”的有关规定，结合本项目污水处理的实际需要，确定污水处理厂定员为3人，全部为生产人员。
因污水处理厂工艺控制过程及自动化程度要求，故需要有一定比例的大、中专以上文化程度的专业技术人员进行运行管理。
所需专业人员有：
给排水、电气、自动化等。
6工程投资估算
本工程估算总投资xx万元，详见下表：
投资估算表单位：
万元
序号
名称
规模
单位
数量
结构
单价
总价
备注
1
预处理间（水池部分）
54m3
座
1
钢砼
2
预处理间
11.9m2
座
1
砌体
3
接触消毒池
3m3
座
1
钢砼
4
MBR一体化反应器
套
1
5
设备购置费
套
1
6
太阳能微动力站
套
1
7
安装费
8
电气、自控部分
9
总图部分
10
调试培训费
11
勘察、设计费
合计
本设计投资估算的范围是：
污水处理厂厂内的全部费用，不包括征地费、厂外污水管网、厂外供电等费用。
7运行成本分析
（1）膜更换费用
MBR膜更换费用约为xx元/吨。
（2）电耗
依据3.4节中的用电负荷分析，50t/d污水处理站的平均能耗为48kwh。
太阳能发电量：
日均发电时间按6.0h/d计算，装机8.0kw，则日发电48kwh。
污水站实际消耗电能为零。
电费按0.65元/kwh，国家新能源补贴0.42元/kwh，则太阳能微动力站的投资回收期为5.5年。
太阳能微动力站的使用寿命为20-25年，远大于投资回收期，故经济效益显著。
（3）药剂费
药剂费用约为0.05元/吨。
（4）吨水运行成本
吨水运行成本：
0.16+0.05=0.21元/吨。
8结论
1、污水处理厂规模为50m3/d，总变化系数kz=2.3。
2、污水处理工艺采用MBR工艺，污水经处理后，出水水质达到河北省地方标准《农村生活污水排放标准》（DB13/2171-2015）一级A标准
3、本污水处理工程占地529m2。
4、本污水处理工程总投资xx万元。
5、项目建成后，将产生明显的环境、社会、经济效益，改善当地生态环境、改善城区环境、促进镇区经济发展，其综合效益是肯定的。
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