第23节 城镇污水处理工艺系统.docx
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第23节城镇污水处理工艺系统
第23章城镇污水处理工艺系统
23.1污水处理工艺系统的选择原则
23.1.1污水处理工艺系统在水社会循环中的作用
在水的社会循环中，污水处理与再生是保障水质、维持健康水循环、恢复良好水环境和水资源可持续利用的关键。
23.1.2污水处理工艺系统选择的基本原则
1）污水处理工艺系统是一个整体系统工程，应尽量减少系统消耗的能量，增大产生与回收的能量。
为恢复自然水环境，促进污水处理设施经济稳定运行，开发和应用节能的污水处理工艺非常重要。
2）在土地资源日渐紧张的情况下，尽可能提高污水处理厂处理构筑物的负荷，并合理布局，以节省占地，降低工程建设投资。
3）结合当地条件，优先考虑对处理水及污泥进行有效利用和资源化处置。
4）根据排放水体或回用水用户对水质的要求确定污水处理程度，并充分考虑将来污水处理程度的提高。
5）在处理水质满足排放或利用条件下，优先选用工艺成熟、有运行经验的先进技术。
6）认真研究不同工艺技术的适用条件，并结合当地实际情况，选择适宜的污水处理工艺。
23.2城市污水处理厂设计
23.2.1城市污水的特点
1．城市污水的组成
城市污水是指排入城市排水系统汇集的污水的总称，包括生活污水、工业废水以及部分降水。
2．城市污水处理厂设计水质
设计水质确定原则
（1）主要确定BOD5、SS的浓度
（2）在无实际水质资料时，一般是根据设计人口数及《室外排水设计规范》关于污染物排放标准来进行计算确定。
设计人口数N的计算
N=N1+N2+N3
式中：
N1——居住区人口数，（人）
N2——工业废水折合的当量人口数，（人）
N3——公共建筑或集中流量折合的当量人口数，（人）
（1）N2的计算
N2=∑CiQi/as （人）
式中：
Ci——某工厂工业废水中的BOD5、SS的浓度（g/m3）
Qi——某工厂工业废平均日流量（m3/d）
∑CiQi——各个工厂排放的BBOD5、SS的总和
as——BOD5、SS污染物的排放标准，BOD5为20~35g/（人·d）；SS为35~50g/（人·d）。
（2）N3的计算
N3=Q/P（人）
式中：
Q——集中流量（m3/d）
P——每人每天污水量排放标准[m3/（人·d）]
城市污水BOD5、SS设计浓度的确定
Cs=asxN/Q平均
式中：
N——设计人口数，分别用BOD5、SS折合的当量人口数代入
as——污染物排放标准，同上
Q平均——平均日污水量（m3/d）
Cs——BOD5、SS设计浓度（g/m3）
3.城市污水处理厂的设计水量
1）平均日流量（m3/d）
表示污水处理厂的公称规模，并用于计算处理总水量，污泥总量、沉砂量、栅渣量、耗药量、耗电量。
2）设计最大流量（m3/h或L/s）
由平均流量根据《室外排水设计规范》的规定，选用其总变化系数KZ，而得到设计最大流量。
除曝气池外各处理构筑物与厂内连接管渠的设计采用。
当污水处理厂进水用泵提升时，则用组合泵的工作流量作为设计最大流量，但应与设计流量相吻合。
3）降雨时的设计流量（m3/d或L/s）
该流量用于截流合流式的排水系统，包括旱天流量和截流n倍的初期雨水流量，用于校核初沉池及其以前的构筑物。
4）最大日平均时流量
由于设计最大流量持续时间较短，当曝气池设计水力停留时间为（4~6）h时，则曝气池的容量用该流量计算。
5）最小污水流量（m3/d）
根据经验估计，一般为平均日污水流量的0.25~0.5。
最小污水流量常用来作为污水泵选型或处理构筑物分组的考虑因素，当最小污水流量进入处理厂时，可开启一台设备或一组构筑物运行。
4．正确处理工业废水与城市污水处理的关系
满足《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-99）。
对不符合要求的工业废水，必须在厂内进行预处理，去除城市污水处理厂不能有效去除的有毒有害物质，达到要求方可排入城市排水系统。
采取工业废水与城市污水合并处理具有以下优点：
（1）建设费用与运行费用较低
（2）占地面积小，不影响环境卫生
（3）便于运行管理，节省管理人员
（4）能够保证污水的处理效果
23.2.2城市污水处理方法
根据处理原理，污水处理方法可分为物理处理、化学处理和生物化学处理。
通常是按照处理程度的不同，将污水处理方法分为一级处理、二级处理、三级处理或深度处理。
1．一级处理
城市污水一级处理主要是去除污水中的固态污染物质，处理系统主要由格栅、沉砂池和沉淀池组成，
污水一级处理典型流程
2．二级处理
主要作用是去除污水中呈胶体状态和溶解状态的有机污染物（以BOD或COD表示）。
污水二级处理系统多采用好氧生物处理技术。
典型城市污水处理厂处理流程包括完整的污水二级处理和污泥处理。
城市污水处理厂典型工艺流程
23.2.3城市污水处理厂设计程序
1）设计前期工作
a.预可行性研究
预可行性研究是建设单位向上级送审的《项目建议书》的技术文件。
b.可行性研究
①概述②工程方案③工程投资估算及资金筹措④工程远近期结合的考虑⑤工程效益分析⑥工程进度安排
⑦存在问题及建议⑧附图及附件
2）扩大初步设计
①设计说明书②工程量③材料及设备量④工程概算⑤扩初图纸
3）施工图设计
23.2.4污水处理厂设计内容及设计原则
污水处理厂工艺设计内容：
根据城市总体规划和现状与设计方案选择处理厂厂址；处理工艺流程确定；处理构筑物选型；处理构筑物或设施的设计计算；主要辅助构（建）筑物设计计算；主要设备选择；污水厂总体布置；厂区道路、绿化和管线综合布置；处理构（建）筑物、主要辅助构（建）筑物、非标设备设计图绘制；编制主要设备材料表。
设计原则污水处理厂设计原则：
1）污水处理厂的设计应符合适用的要求。
2）污水处理厂设计采用的各项设计参数必须可靠。
3）污水处理厂设计必须符合经济的要求。
4）污水处理厂设计应当力求技术合理。
5）污水厂设计必须注意远近期结合。
6）污水厂设计必须考虑安全运行的条件。
7）污水厂的设计在经济条件允许情况下，可以适当注意构（建）筑物外观和环境美化。
23.2.5污水处理厂工艺选择
（1）污水的处理程度
（2）工程造价与运行费用
（3）处理规模和原污水水质水量变化规律
（4）当地的自然条件
（5）处理过程是否产生新的矛盾
污水处理过程中应注意避免造成二次污染。
另外，工程施工的难易程度和运行管理需要的技术条件也是选定处理工艺需要考虑的因素。
23.2.6污水处理厂选址原则
1）厂址区面积应满足选定的污水处理工艺的需要。
2）应尽量做到少占农田和不占良田。
3）一般设在城市集中给水水源下游；设在城镇工厂厂区及生活区的下游，并保持约300m以上的距离，但也不宜太远；并位于夏季主导风向的下风向。
4）应考虑与处理后的污水或污泥的主要用户靠近，或靠近受纳水体，并便于交通运输。
5）不宜设在雨季易受水淹的低洼处；靠近水体的处理厂要考虑不受洪水威胁；应尽量设在地质条件较好、地下水位较低的地方，以方便施工，并降低造价。
6）要充分利用地形，选择有适当坡度的地区，来满足污水处理构筑物高程布置的需要，以减少土方工程量，降低工程造价；若有可能，宜采用污水不经水泵提升而自流流入处理构筑物的方案，以节省动力费用，降低处理成本。
7）应与城市污水管道系统布局统一考虑。
8）应根据城市远期发展规划，留有充分的扩建余地。
9）厂址应在工程地质条件较好的地方，以减少基础处理费用并有利于施工。
一般应选择地下水位较低、地基承载力较大、湿陷性等级不高、岩石无断裂带以及对工程抗震有利的地段。
10）厂址尽量靠近供电电源，以降低输电线路费用。
对大型工程需要连接两路电源。
污水处理厂的占地面积，与选定的处理工艺有关，而处理工艺的选择，也受到可用地面积的限制，二者相互制约。
23.3污水处理厂的平面布置与高程布置
1.平面布置的基本原则：
（1）以处理构筑物为主体，辅助建筑物应服从处理构筑物；
（2）应满足功能和水力上的要求；
（3）各构筑物互相联系应考虑日常管理工作的方便；
（4）应考虑构筑物与建筑物之间的相互位置与间距；
（5）构筑物之间的连接管道应走向简捷、距离短；
（6）土方量要基本平衡；
（7）各种管线的平面布置应避免相碰、互相干扰：
a.应使构筑物能独立运行
b.应设置超越管道：
越越整个流程和超越二级处理；
c.各处理构筑物应设置放空管；
d.应设有计量设备：
一般在二沉池出水管线上；
e.其管线应妥善考虑、合理安排；
f.可集中设置电气管线槽。
污水厂的平面布置设计实例
B市污水处理厂总平面布置为泵站设于厂外，主要处理构筑物有：
格栅、曝气沉砂池、初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池等。
该厂未设污泥处理系统，污泥（包括初次沉淀池排出的生污泥和二次沉淀池排出的剩余污泥），通过污泥泵房直接送往农田作为肥料使用。
该厂平面布置的特点是：
布置整齐、紧凑。
两期工程各自成独立系统，对设计与运行想互干扰较少。
办公室等建筑物均位于常年主风向的上风向，且与处理构筑物有一定距离，卫生、工作条件较好。
在污水流入初次沉淀池、曝气池与二次沉淀池时，先后经三次计量，为分析构筑物的运行情况创造了条件。
利用构筑物本身的管渠设立超越管线，既节省了管道，运行又较灵活。
第二期工程预留地设在一期工程与厂前区之间，若二期工程改用不同的工艺流程或另选池型时，在平面布置上将受到一定的限制。
泵站与湿污泥池均设于厂外，管理不甚方便。
此外，三次计量增加了水头损失。
某污水厂平面布置图
长沙星沙污水处理厂工艺流程图
23.3.2污水厂的高程布置
污水处理厂污水处理流程高程布置的主要任务是：
确定各处理构筑物和泵房的标高，确定处理构筑物之间连接管的尺寸及其标高，通过计算确定各部位的水面标高，从而能够使污水沿处理流程在处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理厂的正常运行。
为了降低运行费用和便于维护管理，污水在处理构筑物之间的流动，以按重力流考虑为宜（污泥流动不在此例）。
为此必须精确地计算污水流动中的水头损失，水头损失包括：
1.污水流经各处理构筑物的水头损失，主要产生在进口和出口和需要的跌水（多在出口处），而流经处理构筑物本体的水头损失则较小。
2.污水流经连接前后两处理构筑物管渠（包括配水设备）的水头损失。
包括沿程与局部水头损失。
污水流经各处理构筑物的水头损失
构筑物名称
水头损失
（cm）
构筑物名称
水头损失
（cm）
格栅
沉砂池
沉淀池：
平流
竖流
辐流
双层沉淀池
曝气池：
污水潜流入池
污水跌水入池
10～25
10～25
20～40
40～50
50～60
10～20
25～50
50～150
生物滤池（工作高度为2m时）：
1）装有旋转式布水器
2）装有固定喷洒布水器
混合流或接触池
污泥干化场
270～280
450～475
10～30
200～350
注：
本表仅作为初步设计阶段水头损失的估
3.污水流经量水设备的水头损失。
在对污水处理厂污水处理流程的高程布置时，应考虑下列事项：
（1）选择一条距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算。
并应适当留有余地，以保证在任何情况下，处理系统都能够运行正常。
（2）计算水头损失时，一般应以近期最大流量（或泵的最大出水量）作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头。
（3）设置终点泵站的污水处理厂，水力计算常以接纳处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒推计算，以使处理后污水在洪水季节也能自流排出，而水泵需要的扬程则较小，运行费用也较低。
但同时应考虑到构筑物的挖土深度不宜过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难。
还应考虑到因维修等原因需将池水放空而在高程上提出的要求。
（4）在作高程布置时还应注意污水流程与污泥流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。
在决定污泥干化场、污泥浓缩池（湿污泥池）、消化池等构筑物的高程时，应注意它们的污泥水能自动排入污水入流干管或其他构筑物的可能。
在绘制总平面图的同时，应绘制污水与污泥的纵断面图或工艺流程图。
绘制纵断面图时采用的比例尺：
横向与总平面图同，纵向为1:
50～1:
100。
现以某市污水处理厂为例，说明污水处理厂污水处理流程高程计算过程。
该厂初次沉淀池和二次沉淀池均为方形，周边均匀出水。
曝气池为4座方形池，完全混合式，用表面机械曝气器充氧与搅拌。
曝气池，如4池串连，则可按推流式运行，也可按阶段曝气法运行。
这种系统兼具推流与完全混合两种运行方式的优点。
在初沉池、曝气池和二沉池之前，分别各设薄壁计量堰（F1为梯形堰，底宽0.5m，F2、F3为矩形堰，堰宽0.7m）。
该厂设计流量为：
近期 Qavg=174L/s
Qmax=300L/s
远期 Qavg=348L/s
Qmax=600L/s
回流污泥按污水量的100%计算。
各处理构筑物间连接管渠水力计算见下表
处理构筑物之间连接管道渠水力计算表
设计点
编号
管渠名称
设计
流量
（L/s）
管渠设计参数
尺寸
D（mm）或
B×H（m）
h/D
水深
h
（m）
i
流速
v
（m/s）
长度
l
（m）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
⑧～⑦
⑦～⑥
⑥～⑤
⑤～④
④～E
E～F3′
F3′～F3
F3～D
D～F2
F2～③
③～②
②～C
C～F1′
F1′～F1
F1～①
出厂管入灌溉渠
出厂管
出厂管
沉淀池出水总渠
沉淀池集水槽
沉淀池入流管
计量堰
曝气池出水总渠
曝气池集水槽
计量堰
曝气池配水渠
往曝气池配水渠
沉淀池出水总渠
沉淀池集水槽
沉淀池入流管
计量堰
沉淀池配水渠
600
600
300
150
75/2
150①
150
600
150
300
300②
300
150
150/2
150
150
150
1000
1000
600
0.6×1.0
0.30×0.53③
450
0.84×1.0
0.6×0.55
0.84×0.85
600
0.6×1.0
0.35×0.53
450
0.8×1.5
0.8
0.8
0.75
0.8
0.8
0.45
0.35～0.25④
0.38③
0.64～0.42
0.26⑤
0.62～0.54
0.35～0.25
0.44
0.48～0.46
0.001
0.0035
0.0028
0.0024
0.0028
1.01
1.37
0.94
0.07
0.94
390
100
28
28
10
48
27
5
28
11
3
①包括回流污泥量在内
②按最不利条件，即推流式运行时，污水集中从一端入池计算
③
④
水深可按巴克梅切夫的水力指数公式用试算法决定，得h0=0.35m。
⑤曝气池集水槽采用潜孔出流，此处h为孔口至槽度高度（变为损失了的水头）。
处理后的污水排入农田灌溉溉道以供农田灌溉，农田不需水时排入某江。
由于某江水位远低于渠道水位，故构筑物高程受灌溉渠水位控制，计算时，以灌溉水位作为起点，逆流程向上推算各水面标高。
考虑到二次沉淀池挖土太深时不利于施工，故排水总管的管底标高与灌溉渠中的设计水位平接（跌水0.8m）。
污水处理厂的设计地面高程为50.00m
高程计算中，沟管的沿程水头损失按所定的坡度计算，局部水头损失按流速水头的倍数计算。
堰上水头按有关堰流公式计算，沉淀池、曝气池集水槽系平底，且为均匀集水，自由跌水出流，故按下列公式计算：
式中 Q——集水槽设计流量，为确保安全，对设计流量再乘以1.2～1.5的安全系数，m3/s
B——集水槽宽，m；
h0——集水槽起端水深，m。
某污水处理厂平面图如下：
某污水处理厂平面图
高程计算如下：
高程（m）
灌溉渠道（点8）水位 49.25
排水总管（点7）水位
跌水0.8m 50.05
窨井6后水位
沿程损失=0.001×390=0.39m 50.44
窨进6前水位
管顶平接，两端水位差0.05m 50.49
二次沉淀池出水井水位
沿程损失=0.0035×100=0.35m 50.84
二次沉淀池出水总渠起端水位
沿程损失=0.35-0.25=0.10m 50.94
二次沉淀池中水位
集水槽起端水深 =0.38m
自由跌落 =0.10m
堰上水头（计算或查表）=0.02m
合计 0.50m 51.44
堰F3后水位
沿程损失=0.0028×10=0.03m
合计 0.31m 51.75
堰F3前水位
堰上水头=0.26m
自由跌落=0.15m
合计 0.41m 52.16
曝气池出水总渠起端水位
沿程损失=0.64-0.42=0.22m 52.38
曝气池中水位
集水槽中水位=0.26m 52.64
堰F2前水位
堰上水头=0.38m
自由跌落=0.20m
合计 0.58m 53.22
点3水位
沿程损失=0.62-0.54=0.08m
合计 0.22m 53.44
初次沉淀出水井（点2）水位
沿程损失=0.0024×27=0.07m
合计 0.22m 53.66
初次沉淀池中水位
出水总渠沿程损失=0.35-0.25=0.10m
集水槽起端水深 =0.44m
自由跌落 =0.10m
堰上水头 =0.03m
合计 0.67m 54.33
堰F1后水位
沿程损失=0.0028×11＝0.04m
合计 0.32m 54.65
堰F1前水位
堰上水头=0.30m
自由跌落=0.15m
合计 0.45m 55.10
沉砂池起端水位
沿程损失=0.48-0.46=0.02m
沉砂池出口局部损失 =0.05m
沉砂池中水头损失 =0.02m
合计 0.27m 55.37
各栅前（A点）水位
过栅水头损失0.15m 55.52m
总水头损失6.27m
上述计算中，沉淀池集水槽中的水头损失由堰上水头、自由跌落和槽起端水深3部分组成，计算结果表明：
终点泵站应将污水提升至标高55.52m处才能满足流程的水力要求。
根据计算结果绘制了流程图
从计算结果可见，整个污水处理流程，从栅前水位55.52m，开始到排放点（灌溉渠水位）49.25m，全部水头损失为6.27m，这是比较高的。
应考虑降低其水头损失。
从另一方面看，这一处理系统，在降低水头损失，节省能量方面，是有潜力可挖的。
该系纺所采用的初次沉淀池、二次沉淀池，在形式上都是不带刮泥设备的多斗辐流式沉淀池，而且都是用配水井进行配水。
曝气池采用的是4座完全混合型曝气池，而且污水由初次沉淀池采用的是水头损失较大的倒虹管进入曝气池。
初次沉淀池进水处的标高为54.33m，二次沉淀池出水处的标高为50.84m，这一区段的水头损失为3.49m，为整个系统水头损失的56%。
如将初次沉淀池和二次沉淀池都改用平流式，曝气
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