某城镇污水处理厂工艺设计2.docx
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某城镇污水处理厂工艺设计2
1总论
1．1设计任务和内容
1.1.1城市概况
城市概况——江南某城镇位于长江冲击平原，占地约6.3km2，呈椭圆形状，最宽处为2.4km，最长处为2.9km。
1.1.2自然条件
自然特征——该镇地形由南向北略有坡度，平均坡度为0.5‰，地面平整，
海拔高度为黄海绝对标高3.9～5.0m，地坪平均绝对标高为4.80m。
属长江冲击粉质砂土区，承载强度7～11t/m2，地震裂度6度，处于地震波及区。
全年最高气温40℃，最低-10℃。
夏季主导风向为东南风。
极限冻土深度为17cm。
全年降雨量为1000mm。
污水处理厂出水排入距厂150m的某河中，某河的最高水位约为4.60m，最低水位约为1.80m，常年平均水位约为3.00m。
1.1.3规划资料
规划资料——该城镇将建设各种完备的市政设施，其中排水系统采用完全分流制体系。
规划人口：
近期30000人，2020年发展为60000人，生活污水量标准为日平均200L/人。
工业污水量近期为5000m3/d，远期达10000m3/d，工业污水的时变化系数为1.3，污水性质与生活污水类似。
生活污水和工业污水混合后的水质预计为：
BOD5=200mg/L，SS=250mg/L，COD=400mg/L，NH4＋-N=30mg/L，总P=4mg/L；要求达到的出水水质达到国家污水综合排放二级标准。
规划污水处理厂的面积约25600m2，厂区设计地坪绝对标高采用5.00m，处理厂四角的坐标为：
X—0，Y—140；X—0，Y—0；
X—175，Y—140；X—190，Y—0。
污水处理厂的污水进水总管管径为DN800，进水泵房处沟底标高为绝对标高0.315m，坡度1.0‰，充满度h/D=0.65。
处理厂污泥经浓缩脱水后外运填埋处置。
2工艺流程说明
2.1污水处理厂处理工艺方案选择
本工程建设规模：
近期为1.25万m3/d，远期（2020年）规模2.5万m3/d,；采用针对性强，投资低，能耗低，运行费用省，近远期结合较好的AAO工艺，出水达到《城镇污水处理厂污水排放标准》（GB18918-2002）中的二级标准。
AAO工艺是一种典型的脱氮除磷工艺，其主要由厌氧区、缺氧区、好氧区组成，能够同时做到脱氮、除磷和有机物的降解。
原污水和回流污泥一起进入生物选择段，进行泥水和生物相优选，进入厌氧段实现磷的释放后进入缺氧段，硝化液通过内循环回流到缺氧段前，在缺氧反应段中完成反硝化脱氮后进入好氧段，好氧反应段中实现BOD去除、硝化和磷的吸收去除。
AAO法工艺流程图
AAO法工艺流程图在活性污泥系统中，微生物对基质浓度十分敏感，当进水浓度和有机负荷较低时，基质的去除主要通过胞外氧化，而在有机负荷较高时，则在微生物处于饥饿状态下，很多低分子可溶性基质将进入微生物细胞内存储，这种外源和内源代谢的交替循环是稳定间歇运行和控制丝状菌繁殖的有利条件。
在基质浓度高时，絮凝性微生物生长速度较快，能迅速吸收吸附低分子可溶性有机物，而丝状菌在此条件下繁殖速度慢，缺乏竞争力，从而能防止污泥膨胀，相反，当基质浓度低时，丝状菌的繁殖能力超过非丝状菌，废水中所含一定量的可溶性有机物会导致污泥膨胀。
在AAO生物处理池前端设置生物选择段，生物选择段采用厌氧状态运行。
在厌氧条件下，进入生物选择段的污水能在起始反应阶段迅速被聚磷菌所吸附吸收并转化成PHB（聚β羟基丁酸）在VFA的诱导下细胞内聚磷经水解成正磷酸盐释放到水溶液中，这一环境条件使聚磷菌在微生物生存竞争中占优势并得以大量繁殖，从而实现了生物活性的选择性要求，防止了丝状菌繁殖的污泥膨胀问题。
经过生物选择段后的污水首先进入厌氧区，在厌氧区、缺氧区中分别完成除磷、脱氮功能。
在好氧区内进行曝气充氧，主要完成降解有机物和硝化过程。
在AAO生物反应池好氧区末端设有内回流泵，泥水混合液通过内回流泵不断地从好氧区抽送至缺氧区中，完成脱氮过程。
（混合液内回流量视脱氮程度求得，一般约为进水流量的200%）。
AAO工艺的主要特点：
（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；
（2）在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增值，不会发生污泥膨胀，SVI值一般均小于100，有利于生物处理后泥水分离；（3）运行中不需投药，两个A段只需轻缓搅拌，以不增加溶解氧浓度，运行费用较低。
（4）由于厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微生物菌群的繁殖生长，因此脱氮除磷效果较好。
（5）增加了生物选择段，实现了生物活性的选择性要求。
3设计工程计算
3.1污水处理程度的确定
3.1.1设计流量
Q总=Q生活+Q工业
=60000×200×10-3+10000×1.3
=25000m3/d=0.28935m3/s
3.1.2污水中污染物处理程度的确定
按照GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》、国家《污水综合排放标准》，本设计中，污染物处理程度与要求达国家二级标准，具体如下：
项目
COD
BOD5
SS
NH4＋-N
总P
进水水质（mg/L）
400
200
250
30
4
出水水质（mg/L）
100
30
30
25（30）
3
注：
括号内为温度≤12℃时的值，括号外为温度＞12℃的值。
①污水中COD的处理程度
按照污水排放口处出水水质要求，查国家污水综合排放二级标准可知，污水二级处理排放口COD浓度要求为100mg/L,则可求出COD的处理程度为：
COD=（400－100）／400×100%=75%
②污水中BOD5的处理程度
由国家《污水综合排放标准》二级标准可知，污水二级处理排放口BOD5浓度要求为30mg/L，则污水处理程度为：
BOD5=（200－30）／200×100%=85%
③污水中SS的处理程度
查国家污水综合排放二级标准可知，污水二级处理排放口SS浓度要求为30mg/L,则可求出SS的处理程度为：
SS=（250－30）／250×100%=88%
④污水中NH4＋-N的处理程度
查国家污水综合排放二级标准可知，污水二级处理排放口NH4＋-N浓度要求为25mg/L,则可求出NH4＋-N的处理程度为：
NH4＋-N=（30－25）／30×100%=16.67%
⑤污水中总P的处理程度
查国家污水综合排放二级标准可知，污水二级处理排放口总P浓度要求为3mg/L,则可求出NH4＋-N的处理程度为：
总P=（4－3）／4×100%=25%
4处理构筑物设计
4.1格栅
4.1.1设置目的
格栅设置于污水处理厂所有处理构筑物之前，或设置于泵站前，用于拦截污水中较大悬浮物或漂浮物，防止其后处理构筑物的管道阀门或水泵堵塞。
4.1.2设计参数
采用回转阶梯式格栅
最大设计流量:
Qmax=289.35L/s=0.28935m3/s，
日均流量：
Qd=264.63m3/s
Kz=2.7／Q0.11max=2.7／264.630.11=1.47
过栅流速：
v=0.9m/s
采用中格栅，
栅条宽度s=10mm，
栅条间隙b=20mm，
格栅安装倾角α=60°
栅前水深h=0.4m
①栅条间隙数：
n=Qmax
=0.28935
≈38（个）
②栅槽宽度：
B=s（n－1）＋bn＝0.01×（38－1）＋0.02×38＝1.13m
③进水渠道渐宽部分长度：
设进水渠道宽B1=0.65，渐宽部分展开角α1=60°,此时进水渠道的流速为0.77m/s。
L1=（B－B1）／2tanα1=（1.13－0.65）／2tan20°＝0.66m
④栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
L2=L1／2＝0.66／2＝0.33m
⑤通过格栅的水头损失
采用栅条断面为矩形的格栅，取k=3，β=2.42，得：
h1=kh0=kξv2sinα／2g＝3×2.42×
×
sin60°＝0.097m
⑥栅后槽总高度
取栅前渠道超高h2=0.3m，栅前槽高H1=h＋h2＝0.7m，则
H＝h＋h1＋h2＝0.4＋0.097＋0.3≈0.8m
⑦栅槽总长度
L＝L1＋L2＋0.1＋0.5＋H1／tanα＝0.66＋0.33＋1.0＋0.5＋0.7／tan60°＝2.89m
⑧每日栅渣量
取W1=0.07m3栅渣/103m3污水，得：
W＝QmaxW1×86400／（Kz×1000）＝0.28935×0.07×86400／（1.47×1000）＝1.19m3/d＞0.5，故采用机械除渣方式。
4.2污水提升泵站
污水泵总提升能力按Qmax考虑，Qmax＝1041.66m3/h，选用两台QW型潜水排污泵，每台流量为1200m3/h，选用350QW1200-15型泵一台，另备用一台（一用一备），该泵参数如下：
型号
流量（m3/h）
扬程（m）
转速（r/min）
电机功率（W）
泵重量（kg）
350QW1200-15
1200
15
990
90
2100
4.3平流式沉砂池
沉砂池用于去除污水中密度较大的无机颗粒物，以改善污泥处理构筑物的处理条件、减轻沉淀池的沉淀负荷，利用重力作用，比重较大的无机颗粒物在水流经沉砂池过程中得以沉降，沉砂池出水由水渠流出，进入初沉池，沉砂进入贮砂池。
4.3.1沉砂池工程设计原则：
①城市污水厂一般均应设置沉砂池，沉砂池的座数或分格数应不少于两个，并按并联原则考虑。
当污水量较小时，课考虑单个工作，一个备用：
当污水流量大是，则两个同时使用。
②设计流量的确定.当污水自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；.当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大可能组合流量计算；当用于合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。
③沉砂池去除相对密度2.65，粒径大于0.2mm的沙粒确定。
④最大设计流量时，污水在池中的最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s，这样的流速范围可基本保证无机颗粒沉降去除，而有机物不能下沉。
⑤设计有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25~1.0m，每个池宽不宜小于0.6m，超高不宜小于0.3m。
⑥最大设计流量时，污水在池内停留时间不小于30s，一般采用30s~60s。
⑦沉沙量的确定生活污水的沉沙量按每人每天0.01~0.02L；城市污水按106m3污水产生沉砂污水产生沉砂30m3计；沉砂含水率约为60%，容量1500kg/m3，贮砂斗的容积按两日以内的沉沙量考虑，斗壁与水平面倾角为55°~60°。
⑧池底坡度一般为0.01~0.02，并可根据除砂设备要求，考虑池底的形状。
4.3.2沉砂池设计参数：
①最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s。
②最大流量时，停留时间不小于30s，一般采用30s~60s。
③有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25~1.0m，每格宽度不宜小于0.6m，超高不宜小于0.3m。
④进水部位应采取消能和整流措施，应设置进水闸门控制流量，出水应采取堰跌落出水，保持池内水位不变化。
本设计采用平流式沉砂池，其具有截留无机颗粒效果较好、工作稳定、排沉砂较方便等特点。
污水从池一端流入，呈水平方向流动，从池另一端流出。
平流式沉砂池由进水装置、出水装置、沉淀区和排泥装置组成。
其上部是水流部分，水在其中以水平方向流动，下部是聚集沉砂的部分，通常其底部设置1~2个贮砂斗，下接带间阀的排砂管，用以排出沉砂。
4.3.3沉砂池设计
设计人口数为60000人，生活污水量标准为日平均200L/人。
设计工业污水量为10000m3/d，工业污水的时变化系数为1.3，污水性质与生活污水类似，则：
每两日除砂一次，每人每日沉沙量为0.02L，超高取0.3m，
最大设计流量:
Qmax=289.35L/s=0.28935m3/s，
日均流量：
Qd=264.63L/s，
设计流速v＝0.3m/s，最大流量时停留时间t＝30s。
①沉砂池长度L
L＝vt＝0.3×30＝9m
②沉砂池水流断面面积A
A＝Qmax／v＝0.28935／0.3＝0.9645㎡
③沉砂池有效水深h2
采用两个分格，每格宽度b＝0.6m，总宽度B＝1.2m。
h2＝A／B＝0.9645／1.2＝0.804m（＜1.2m,合理）
④沉砂斗所需容积V
V＝2Qmaxt×86400／（Kz×106）＝0.28935×30×2×86400／（1.47×106）＝1.02m3
式中：
t——排砂时间间隔，
Kz——污水流量变化系数。
⑤沉砂斗各部分尺寸计算沉砂池有两格，每格有两个沉砂斗，共4个沉砂斗。
每个沉砂斗容积V1为
V1＝V／4＝0.225m3
设砂斗中贮砂高度为h3，斗底尺寸为0.5×0.6㎡，斜壁与水平面夹角为55°，则有：
V1＝[﹙2h3／tan55°﹢0.5﹚＋0.5]×h3／2×0.6＝0.225
解得：
h3＝0.46m
沉砂斗的实际高度应比贮砂高度大些，取砂斗实际高度为0.6m。
沉砂斗上部尺寸为3.1×0.6㎡。
H＝h1＋h2＋h3＝0.3＋0.804＋0.46＝1.564m。
⑥验算最小流速vmin
vmin＝Qmin／n
＝0.26463／1×0.6×0.558＝0.79m/s（＞0.15m/s，合格）
4.4AAO池设计
4.4.1设计要点
①污水中科生物降解的有机物对脱氮除磷的影响
厌氧段进水可溶性磷与溶解性BOD5之比小于0.06，才会有较好的除磷效果。
污水中COD／TKN＞8时，氮的总去除率可达80％，COD／TKN＜7时不宜采用生物脱氮。
②污泥龄
在AAO阶段污泥泥龄受硝化细菌的时间间隔和除磷工艺两方面的影响。
权衡这两方面，AAO阶段的污泥泥龄一般为15~20d。
③溶解氧
好氧段的DO应为2mg/L，太高太低都不利。
对于厌氧段和缺氧段，则DO越低越好，但由于回流和进水影响，应保证厌氧段DO小于0.2mg/L，缺氧段DO小于0.5mg/L。
回流污泥提升设备应用潜污泵代替螺旋泵，以减少提升过程中的复氧，使厌氧段和缺氧段的DO最低，以利于脱氮除磷。
厌氧段和缺氧段的水下搅拌器的功率不能过大（一般为3W/m3的搅拌功率即可），否则会产生涡流，导致混合液DO升高，影响脱氮除磷的效果。
原污水和回流污水进入厌氧段和缺氧段时应为淹没入流，以减少复氧。
④硝化的TKN的污泥负荷应小于0.05㎏TKN/（kgKLSS•d），反硝化进行水溶解性BOD5浓度与硝态氮浓度之比大于4。
⑤水温13~18℃时，污染物质去除率较稳定，一般不宜超过30℃。
4.4.2设计说明
①污水中的总氮包括有机氮，氨氮和硝态氮，其中主要为氨氮，有机氮和硝态氮，硝态氮远低于氨氮，故在设计中视进水中的总氮为氨氮。
②设在硝化阶段全部的氨氮转化为了硝态氮，而全部的硝态氮在反硝化阶段转化为氮气，忽略细菌合成细胞过程中所去除的氨氮。
4.4.3设计计算
经A段处理后出水水质：
项目
COD
BOD5
SS
NH4＋-N
总P
进水水质（mg/L）
400
200
250
30
4
出水水质（mg/L）
100
30
30
25（30）
3
因COD／TN＝400／30＝13.3＞8
TP／BOD5＝4／200＝0.02＜0.06，
符合条件，故可用AAO法。
设计参数：
Tmax＝40℃Tmin＝－10℃MLVSS/MLSS＝0.7x＝3000mg/L
Ns＝0.15kgBOD5/（MLVSS·d）污泥产率系数y＝0.6kgVSS/（kgBOD5·d）
内源呼吸速率Kd＝0.04d-1剩余污泥含水率99.2%
1厌氧池的计算
取厌氧池平均停留时间t＝2.0h，则：
V＝2083.3m3，取2084m3，
水深3m，则池体面积为695㎡
两组并联运行，单组面积为348㎡，
采用三根廊道式b＝5m，
L＝348／（3×6）＝19.4m
回流污泥浓度10000mg/L，相当于SVI＝100，污泥回流比取r＝75%，则：
混合液的浓度p＝r／（1＋r）×pr＝0.75／（1＋0.75）×10000＝4285.7mg/L
2AAO池的体积及停留时间
v＝Q×200／（Ns×x）＝25000×200／（0.15×3000）＝11111.11m3，取11112m3
t＝v／Q＝11111.12／25000＝0.44445d＝10.67h
缺氧池计算：
V缺＝1041.65×24×（30－25）／（4285.7×0.09）＝324.1m3t好＝2h
水深为3m，则缺氧池池体面积为109㎡，
两组并联运行，单组面积为54.5㎡，
采用三根廊道式b＝5m，
L＝54.5／（3×6）＝3.1m
好氧池计算
V好＝1041.65×6.67＝6947.81m3t好＝6.67h
水深为3m，分两组，每组有效面积为：
S＝6947.81／4＝1734㎡
两组并联运行，单组面积为1734㎡，
采用三根廊道式b＝5m，
L＝1734／（3×6）＝96.4m
保护层高度取1m，H＝4m
3混合液的回流比（内回流）
ηTN＝（TNo－TNe）／TNo＝（30－25）／30＝16.7%
RN＝ηTN／（1－ηTN）＝0.167／（1－0.167）＝20.04%（取21%）
4剩余污泥量
异样菌生成污泥量：
W1＝αQr（Lo－Le）＝1.2×25000×（200－30）×0.6／1000＝3060kg/d
内源呼吸分解污泥量：
Xv＝f·x＝0.7×3000＝2100mg/L
W2＝y×V×Xv＝0.04×2100×11112／1000＝993.41kg/d
硝化菌生成污泥量（取硝化菌产率系数0.1kgVSS/（kgNH3-N*d））：
W3＝1.2×25000×（30－25）×0.1／1000＝15kg/d
每天产生的挥发性污泥量：
W＝W1－W2＋W3＝3060－993.4＋15＝2141.6kg/d
每天产生的剩余污泥量：
W＝2141.6／0.7＝3059.42kg/d＝127.5kg/h
污泥含水率为99.2％，则剩余污泥体积：
V＝3059.42／（0.8％×1000）＝382.43m³/d
θc＝x×V／W＝3×（11112＋2084）／3059.42≈15d符合（15~20d）的要求
5需氧量的计算
降解有机物需氧量：
O1＝1.49×25000×（200－30）／（0.68×1000）＝9312.5㎏/d
硝化氨氮的需氧量：
O2＝4.57×1.49×25000×（30－25）／1000＝851.2㎏/d
污泥当量：
O3＝5960×1.42＝8463.2㎏/d
反硝化过程提供化合态氧化量：
O4＝2.86×1.49×25000×（30－25）／1000＝532.7㎏/d
共需氧量：
V＝9312.5＋851.2－8463.2－532.7＝1168㎏/d
4.5二沉池
辐流式二沉池可进行泥水分离，沉淀去除活性污泥。
污水从辐流式沉淀池的中心进入，由于直径比深度大得多，水流呈辐射状流动，水流过水断面逐渐增大，而流速逐渐减小。
辐流式沉淀池采用机械刮泥机（1台，DXZ-45型，中心转动）。
设计参数：
表面负荷q＝1.5m³/（㎡·h），池数为2
水力停留时间t＝2h
x＝5000mg/L，污泥在斗内的时间取t=4h。
K（回）＝75%，Q＝0.28935m3/s，h1＝0.3m
污泥斗高度h＝1.8m，坡底落差h′＝0.6m，h″＝0.5m
4.5.1设计计算
①沉淀池的表面积
A＝Q／q＝25000／（24×1.5×2）＝347.3㎡
D＝（4×A／3.14）½＝（4×347.3／3.14）½＝21.03m取22m。
②二沉池有效水深
h2＝qt＝1.5×2＝3m
径深比为D／h2＝22／3＝7.34，符合要求。
③沉淀池总高度
H＝h1＋h2＋h″＋h′＋h＝0.3＋3＋0.5＋0.6＋1.8＝6.2m
④沉淀池周边处的高度为：
H′＝0.3＋3＋0.5＝3.8m
4.6消毒池
消毒池用于杀除水中细菌，极可能存在的病原菌。
在池中投加消毒剂，经一段时间接触消毒，使得水中细菌得以去除。
4.6.1设计计算
池高度：
H＝4.5＋0.3＝4.8m。
表面积：
A＝qt／H＝0.28935×3600／4.8＝217.01㎡取220㎡，t＝1h。
池形设计：
L＝25m，则B＝220／25＝8.8m
采用三廊道折流式则b＝8.8／3＝2.94m。
消毒加氯量：
选用液氯消毒，投加量取4mg/L，
W＝4×25000／1000＝100㎏/d。
4.7污泥浓缩池
设计参数：
日产污泥562.5m³/d，含水率为99.2%，浓缩后含水率97%，即8kg/m³浓缩后pu=97%，G=30kg/m³，污泥斗高度h′＝1.0m，
4.7.1设计计算
面积A＝Q×8／G＝562.5×8／30＝150㎡
设计一组二沉池：
D＝
＝13.82m，取14m
取污泥停留时间为15h，则有效水深为h2＝（562.5×15）／（24×150）＝2.35m
H＝h1＋h2＋h＋h′＝0.3＋2.35＋0.265＋1.0＝3.92m
DN＝200㎜管径吸收。
5总平面布置原则
本项目为新建的城市污水处理厂，根据该城市地势走向、排水系统现状及城市总体规划选择厂址，对于接纳污水进厂和处理水排放十分方便。
总平面布置遵从以下原则：
①处理构筑物与设施的布置应顺应流程，集中紧凑，以便于节约用地和运行管理。
②工艺构筑物与不同功能的辅助建筑物应按功能的差异，分别相对独立布置，并协调好与环境的关系。
③构筑物之间的间距应满足交通、管道敷设、施工和运行管理等方面的要求。
④管道线与渠道的平面布置应与高程布置相协调，顺应污水处理厂各种介质输送的要求，尽量避免多次提升和迂回曲折，便于节约降耗和运行维护。
⑤协调好辅建筑物、道路、绿化与处理构筑物的关系，做到方便生产运行，保证安全畅通，美化长区环境。
6参考文献
[1]教材《水污染控制工程》；
[2]《水污染防治手册》；
[3]《环境工程设计手册》；
[4]《给水排水制图标准》；
[5]《建筑给水排水设计规范》（GBJ15-88）；
[6]《排水工程》（下），中国建筑工业出版社，1996年6月（第3、4、7、8、9章）
[7]《排水工程》（上），中国建筑工业出版社，1996年6月
[8]《给水排水设计手册》中国建筑工业出版社，1986年12月（第5、11册）
[9]《室外排水设计规范》GBJ14－87
[10]《污水处理厂设计与运行》，化学工业出版社，2001.8
[11]《水污染治理新工艺与设计》，海洋出版社，1999.3
[12]《水处理新技术及工程设计》，化学工业出版社，2001.5
[13]《给水排水工程快速设计手册》（2，排水工程），中国建筑工业出版社，1996.2
[14]《三废处理工程技术手册》（废水卷），化学工业出版社，2000.4
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