校园生活污水处理设计方案和对策.docx
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校园生活污水处理设计方案和对策
校园生活污水处理及中水回用工程
设计方案
一、概述
贵州财经学院新校区是贵州省重点工程，受到贵州省、市、区人民政府的高度重视，为确保贵州财经学院2011年9月1日开学使用新校区时，污水处理工程得到有效处理，决定对每天1200吨生活污水进行处理，根据目前污水处理工艺技术及我公司二十三年来对各种污水治理经验，采用“导流曝气生物滤池（CCB）”对新校区污水进行处理，保证出水水质优于国家规定的GB18918－2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》，达到中水回用水平。
在此，贵州长城环保科技有限公司本着保证污水处理的效果，合理利用场地，最大限度节约投资及运行费用的原则设计本方案。
二、进水水质设计
根据本公司二十多年来对污水处理工程的化验报告统计显示和城市污水平均水质确定污水进口处浓度如下：
CODcr（mg／L）
BOD5（mg／L）
SS（mg／L）
NH3-N（mg／L）
石油类
300
250
200
40
10
三、出水要求
污染物
处理后达到的效果
污染物
处理后达到的效果
BOD5
≤10mg／L
PH
6—9
CODcr
≤13mg／L
SS
≤10mg／L
动植物油
≤3mg／L
NH3-N
≤5mg／L
色度
≤30mg／L
石油类
≤5mg／L
阴离子表面活性剂
≤1mg／L
磷酸盐
≤0.4mg／L
四、主要污染物去除率
根据上述污水水质，采用导流曝气生物滤池（CCB）处理污水，其去除率如下：
项目
CODcr
BOD5
SS
NH3-N
石油类
设计进水水质（mg／L）
300
250
200
40
10
设计出水水质（mg／L）
13
10
10
5
5
处理程度（%）
95.67
96
95
87.5
50
五、主要污染物处理量
污染物名称
污染物处理量
CODcr
BOD5
SS
NH3-N
石油类
1200吨污水中每天和每年污染物消除污染物量
日处理量（kg／d）
344.4
288
228
42
6
年处理量（T／年）
125.7
105.12
83.22
15.33
2.19
六、污水处理系统设计
1、工艺流程图
2、系统设计
（1）、化粪池
主要功能：
化粪分解大颗粒物质、沉降悬浮物、腐烂硝化有机污染物，为后续处理设施创造条件。
该池由业主方在基建工程中自建。
化粪池污泥每半年启运一次。
建议设计参数为水力停留时间：
HRT≥36h。
池型：
三格化粪池。
（2）、格栅池
①、主要功能：
用以截阻大块的呈悬浮状态的污物。
在污水处理流程中，格栅是一种对后续处理构筑物或水泵机组具有保护作用的处理设备。
②、设计数据
A、设计流量：
Qmax=1200m3／d＝50m3／h＝0.014m3／s，变化系数K=1.8—2.2，取2.2，Qmax为0.03m3／s。
B、栅前进水管道：
栅前水深（h）、进水渠宽（B1）与渠内流速（v1）之间的关系为
v1=Qmax/B1h，
则栅前水深h=0.50m，
进水渠宽B1=0.5m，
渠内流速v1=0.04m/s，
设栅前管道超高h2=0.30m。
C、格栅：
一般污水栅条的间距采用10～50mm。
对于生活污水，规模较小的选取栅条间隙b=20mm。
格栅倾角一般采用45°～75°。
人工清理格栅，一般与水平面成45°～60°倾角安放，倾角小时，清理时较省力，但占地则较大。
机械清渣的格栅，倾角一般为60°～70°，有时为90°。
生活污水处理中，当原水悬浮物含量低、处理水量小（每日截留污物量小于0.2m3的格栅）、清除污物数量小时，为了减轻工人的劳动强度，一般应考虑采用人工固定格栅。
本设计中，拟采用人工固定格栅，格栅倾角为α=60°。
为了防止栅条间隙堵塞，污水通过栅条间隙的流速一般采用0.6～1.0m/s，最大流量时可高于1.2～1.4m/s。
但如用平均流量时速度为0.3m/s，另外校核最大流量时的流速。
栅条断面形状、尺寸及阻力系数计算公式：
（取用）
图2-1格栅断面形状示意图
（4）进水管道渐宽部分展开角度α1=20°。
（5）当格栅间距为16～25mm时，栅渣截留量为0.10～0.05m3/103m3污水，当格栅间距为30～50mm时，栅渣截留量为0.03～0.01m3/103m3污水。
本设计中，格栅间距为20mm,所以设栅渣量为每1200m3污水产0.08m3。
③设计计算
A、栅条的间隙数n
式中：
Qmax—最大设计流量，m3/s；
α—格栅倾角，°；
b—格栅间隙，m；
h—栅前水深，m；
v—过栅流速，m/s。
格栅的设计流量按总流量的80%计，栅前水深h=0.5m，过栅流速v=0.6m/s，栅条间隙宽度b=0.02m，格栅倾角α=60°。
B、栅槽宽度B
式中：
s—栅条宽度，m；
b—栅条间隙，m；
n—栅条间隙数，个。
则设栅条宽度s=0.02m，栅条间隙宽度b=0.02m，栅条间隙数n由上式算出为4个。
由于计算出栅槽宽度偏小,实际栅槽宽度B取1.0m。
C、进水管道渐宽部分的长度L1
式中：
B—栅槽宽度，m；
B1—进水渠宽，m；
α1—进水管道渐宽部分展开角度。
则设进水渠宽B1=0.5m，其渐宽部分展开角度α1=20°，栅槽宽度B=1.0m，
D、栅槽与出水管道连接处的渐窄部分长度L2
则
E、通过格栅的水头损失h1
式中：
—阻力系数，其值与栅条断面形状有关，
；
v—过栅流速（m/s）；
g—重力加速度（m/s2）；
—格栅倾角（°）；
k—系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用k=3。
则设栅条断面为锐边矩形断面，
；过栅流速v=0.6m/s；格栅倾角
F、栅后槽总高度H
式中：
h—栅前水深（m）；
—设计水头损失（m）；
—栅前管道超高，一般采用
=0.3m。
则设栅前水深h=0.5m，栅前管道超高
=0.3m，设计水头损失由上述算得
=0.12m。
+0.12+0.3=0.92m
G、栅槽总长度L
式中：
—进水管道渐宽部分的长度（m）；
—栅槽与出水管道连接处的渐窄部分长度（m）；
—栅前管道深（m）。
则
与
由前知得
=0.68m，
=0.34m，栅前管道深
为栅前水深和超高的和，H1=0.5+0.3=0.8m，
H、每日栅渣量W
式中：
—栅渣量（
），格栅间隙为16～25mm时，
=0.10～0.05
；由此估计20mm的格栅间隙的
=0.08
则本设计中污水处理站以处理生活污水为主，则
m3/d
因为W小于0.2m3/d，所以宜采用人工固定格栅清渣。
I、校核
校核过栅流速：
污水通过栅条间距的流速一般采用0.6～1.0m/s，但是由于污水量小，当采用平均流量时其值可取0.1～0.3m/s.，所以满足要求。
J、设备选型
根据理论计算选用人工固定格栅，但为了保证污水处理效果，本工程采用机械格栅：
型号GF-650×1600，数量1台，功率0.75kw，机宽650mm，渠深1600mm，栅隙5mm，排渣高度800mm，安装角度75度，机架碳钢，耙齿不锈钢。
K、格栅尺寸：
L×B×H＝3.0×1.0×0.92m
有效容积：
2.8m3
结构方式：
地上式或半地下式砖混结构。
（3）、调节池
由于生活污水排放具有非连续性，污水浓度和产生量波动较大，这些特点给污水处理带来一定的难度，必须设一调节池给予均合调节污水水质水量，才不致后续处理受到较大的负荷冲击。
为了保证处理设备的正常运行，在污水进入处理设备之前，必须预先进行调节。
将不同时间排出的污水，贮存在同一水池内，并通过机械或空气的搅拌达到出水均匀的目的，此种水池称为调节池。
调节池根据来水的水质和水量的变化情况，不仅具有调节水质的功能，还有调节水量的作用，另外调节池还具有预沉淀、预曝气、降温和贮存临时事故排水的功能。
本设计中，拟选用矩形水质调节池。
污水从栅后渠道自流入调节池的配水槽，污水分为两路，进入左右两侧配水槽中，经两侧的配水孔流入调节池中。
同时，考虑到避免调节池中发生沉淀，拟采用空气搅拌方式。
①、设计数据
A、设计流量
B、设计停留时间
由于污水排放的不规律性，所以水量在时间方面变化较大，而水质也时常有一定的变化。
所以需要一定的停留时间，本设计中拟采用水力停留时间为T=4.0h。
C、空气搅拌
采用穿孔管空气搅拌，空气量为
②、调节池类型
调节池在污水处理工艺流程中的最佳位置，应依每个处理系统的具体情况而定某些情况下，调节池可设于一级处理之后生物处理之前，这样可减少调节池中的浮渣和污泥，如把调节池设于初沉池之前，设计中则应考虑足够的混合设备，以防止固体沉淀和厌氧状态的出现。
调节池的设置位置，分在线和离线两种情况，在线调节流程的全部流量均通过调节池，对污水的流量可进行大幅度调节、离线调节流程只有超过日平均流量的那一部分流量才进入调节池，对污水流量的变化仅起轻微的缓冲作用。
根据污水站进水量的变幅和污水站的处理工艺，通常水量调节池可分为两种形式，其一，进水量是变化的，处理系统是连续运行的（指处理系统的污水量），其二，进水量是均匀的，处理系统是阶段性运行的。
③、设计要点
A、水量调节池实际是一座变水位的贮水池，进水一般为重力流，出水用泵提升，池中最高水位不高于进水管的设计高度，水深一般为2m左右，最低水位为死水位；
B、调节池的形状以为方形或圆形，以利形成完全混合状态，长形池宜设多个进口和出口；
C、调节池中应设冲洗装置，溢流装置，排出漂浮物和泡沫装置，以及洒水消泡装置。
④、设计要求
A、调节池一般容积较大，应适当考虑设计成半地下式或地下式，还应考虑加盖板；
B、调节池埋入地下不宜太深，一般为进水标高以下2m左右或根据所选位置的水文地质特征来决定；
C、调节池的设计应与整个废水处理工程各处构筑物的布置相配合；
D、调节池应以一池二格（或多格）为好，便于调节池的维修保养；
E、调节池的埋深与废水排放口埋深有关，如果排放口太深，调节池与排放口之间应考虑设置集水井，并设置一级泵站进行一级提升；
F、调节池设计中可以不必考虑大型泥斗、排泥管等，但必须设有放空管和溢流管，必要时应考虑设超越管；
G、为使在线调节池运行良好，宜设曝气装置，混合所需功率
池容，所需曝气量约
。
⑤、设计计算
A、调节池的有效容积V
式中：
Q—平均进水流量（m3/h）；
T—停留时间（h）。
则调节池的有效容积
B、调节池的尺寸
调节池平面形状为矩形。
由于调节池的有效水深一般为3.0～5.0m，故其有效水深h2采用4m。
那么，调节池的面积F
池宽B取4m，则池长L
保护高h1=0.5m，则池总高H
C、进水设计
a、进水部分
污水从格栅池管道流入调节池的配水槽，然后前端配水槽进入调节池，污水经配水孔流入。
取配水孔流速
（流速不能太小，以免配水不均匀）。
配水孔总面积
池宽5m，取n=25孔（孔间距20cm），道配水槽，则单孔直径为
b、出水部分
调节池的末端设置两台提升泵（潜水泵），一用一备，即相当于集水井建于调节池中。
污水经提升泵直接打入水解酸化池的配水渠中，进入处理设备中。
D、调节方式比较
表D-1几种搅拌方式的比较
名称
工作原理
优点
缺点
水泵强制循环搅拌
在调节池底设穿孔管，穿孔管与水泵压水管相连，用压力水进行搅拌
简单，易行
动力消耗较多
空气搅拌
在池底多设穿孔管，并通过与鼓风机空气管相连，用压缩空气进行搅拌
搅拌效果好，还可起到预曝气的作用
运行费用高
机械搅拌
在池内安装机械搅拌设备，通过其进行搅拌
搅拌效果好
设备常年浸于水中，易受腐蚀，运行费用也较高
本设计选用空气搅拌。
E、空气搅拌动力计算
调节池采用空气搅拌，同时有预曝气的效果，按空气量2m3/（m3.h）计算，则所需空气量为：
。
穿孔管空气搅拌，空气量为
。
⑥、调节池技术参数
组合尺寸：
L×B×H＝12.0×4.0×4.5m
容积：
216m3
结构方式：
地上式或半地下式砖混结构
主要设备及控制方式：
提升泵2台，一用一备，型号：
65WQ50-10-4，Q=50m3／h，H=10m，N=4kw。
离心泵采用美国克瑞泵ABS公司先进的技术，同时采用单叶片自动切割叶轮，特别适用于输送含有坚硬固体、纤维物的液体，以及特别脏、粘和滑的液体。
所有泵均装有经调整好的撕裂机构能将污水中长纤维、袋、带、草、布条等撕裂后排出。
因此在污水中工作不会堵塞，无需在泵上加装滤网，运行极其可靠。
WQ型系列可根据用户需要配备双导轨自动耦合安装系统，它给安装、维修带来极大方便，人可不必为此而进入污水坑。
根据调节池水位对污水提升泵进行自动启停控制或切换控制，并按工作时间自动轮换水泵工作，可现场手动或中控室集中控制。
（4）、水解酸化池
主要功能：
采用升流式厌氧硝化工艺，废水均匀地进入厌氧池的底部，以向上流的运行方式通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床完成水解和酸化厌氧的全过程，在厌氧硝化去除悬浮物的同时，改善和提高原污水的可生化性，以利于后续处理。
设计参数：
Q＝1200m3／86400s＝0.014m3／s
有效容积：
V=QS/U
Q：
流量：
1200m3／d＝50m3／h
S：
进出水有机物浓度差（CODcr），300－13＝287mg／L
U：
进水有机物容积负荷，2kgCODcr／（m3／d），由于进水浓度低，采用低负荷设计。
V＝QS／U=1200×287／2／1000=172.2m3
反应器的容积=172.2m3
反应器高度h=4.5m
反应器的面积A=38.26m2
设计反应池宽=5m
反应池长=7.7m
上升流速V=1.31m／h符合要求
水力停留时间T=3.44h符合要求
尺寸：
L×B×H=7.7×5×4.5m
有效容积：
173.25m3
结构方式：
地上式或半地下式砖混结构。
主要设备材料：
池中装软性填料，填料体积70m3，上下用钢条牢固，池底排泥管。
（5）、导流快速沉淀分离池
主要功能：
采用导流沉淀快速分离工艺，污水以下向流的方式，均匀的进入中间沉降区，并借助于流体下行的重力作用，使污泥以4倍于平流沉淀池的沉速，将污泥快速沉降到导流沉淀快速分离系统底部，在上部水的压力下，通过无泵污泥外排系统，将污泥排至污泥干化池进行处理。
污水在导流板的作用下，以上向流的方式，经过斜管沉淀区，以8倍于平流沉淀池的沉淀速度，使污泥在重力的作用下，同样快速沉降到导流沉淀快速分流系统底部，污泥同样经无泵排泥系统流至污泥干化池进行处理。
污水经导流沉淀快速分离系统处理后，清水流至导流曝气生物滤池系统，进行继续处理。
设计参数：
Q＝1200m3／86400s＝0.014m3／s
竖沉区设计参数：
设计表面水力负荷：
4m3／m2·h；则A1′＝50／4＝12.5m2；
斜沉区设计参数：
设计表面水力负荷：
8m3／m2·h；则A2′＝50／8＝6.25m2；
A1′＋A2′＝12.5＋6.25＝18.75m2；
导流沉淀快速分离池表面积：
4.5×4.5m
设计斜管孔径100mm，斜管长1m，斜管水平倾角60度，斜管垂直调试0.86m，斜管上部水深0.7m，缓冲层高度1m；
池内停留时间：
t1＝2.5m／8m3／m2·h＝18min（2.5代表池深1＋0.7＋0.86）
t2＝2.5m／4m3／m2·h＝37.5min
无泵污泥回流区尺寸：
L×B＝1×1m；泥斗倾角：
45度；泥斗高：
2.8m；
导流沉淀快速分离池总高：
0.7＋0.86＋1＋2.8＋0.05m＝5.86m；
停留时间：
2.5h；
有效尺寸：
L×B×H＝4.5×4.5×6m；
有效容积：
121.5m3；
结构方式:
地上式或半地下式砖混结构。
主要设备：
斜管、吸泥管。
（6）、导流曝气生物滤池
系统主要功能：
导流曝气生物滤池（CCB）充分借鉴了下向流曝气生物滤池法、上向流曝气生物滤池法、接触氧化法、生物膜法、人工快滤法、沉降分离法、给水快滤法、聚磷排泥法等八者的设计手法，集曝气、快速过滤、悬浮物截留、两曝两沉、无泵污泥回流、定期反冲于一体，使污水在U型双锥这一个单元体内，综合实现三级、三区、三相导流、无泵污泥外排及回流处理全过程，是一种典型的高负荷、淹没式、固定化生物床的三相导流，脱氮除磷反应器，处理后的污水优于排放标准，实现中水回用。
1）、内锥即下向流对流接触氧化区设计
主要功能：
在内锥即下向流对流接触氧化区内装有粒径较小的滤料，滤料下设有水管和空气管。
经格栅、调节池、水解酸化池、导流快速沉降分离池预处理后的污水，自上而下进入内锥即下向流对流接触氧化生物过滤区，通过滤料空隙间曲折下行，而空气是自下而上行，也在滤料空隙间曲折上升，在对流接触氧化池中，与污水及滤料上附着的生物膜充分接触，在好氧的条件下发生气、液、固三相反应。
由于生物膜附着在滤料上，不受泥龄限制，因而种类丰富，对于污染物的降解十分有利。
污染物被吸附，截留在滤料表面，作为降解菌的营养基质，加速降解菌形成生物膜，生物膜又进一步“俘获”基质将其同化，代谢降解，在碳氧化与硝化合并处理时，靠近内锥上口及进水口的滤层段内有机污染物浓度高，异养菌群占绝对优势，大部分的含碳污染物（CODcr）、BOD5和SS在此得以降解和去除，浓度逐渐低，在内锥下部自养型细菌如硝化菌占优势，氨氮被硝化。
在生物膜内部以及部分滤料间的空隙，蓄积着大量的活性污泥中存在着微生物，因此在内锥可发生碳污染的去除，同时有硝化和反硝化的功能。
粒状滤料及生物膜除了吸附截留等作用外，兼有过滤作用，随着处理过程的进行，在滤料空隙间蓄积了大量的活性污泥，这些悬浮状活性污泥在滤料间隙间形成了污泥滤层，在氧化降解污水中有机物的同时，还起到了很好的吸附过滤作用，从而使有机物及悬浮物均得到比较彻底的清除。
继而使污水进入导流曝气生物滤池（CCB）污水处理池中的第一个区域内锥即下向流对流接触氧化生物过滤区内，较彻底的实现了污水的第一级处理。
设计参数：
Q＝1200m3／86400s＝0.014m3／s
设计BOD5容积负荷2.0kg／m3·d，设计前段处理BOD5去除20%，
即进水BOD5＝250－250×0.2＝200mg／L；
设计该部分去除率为80%，即出水BOD5＝200－200×0.8＝40mg／L；
W1填料＝Q（So-Se）／2.0kg／m3·d＝1200×（200－40）／2＝96m3；
设计填料高度为2m，则A1＝96／2＝48m2；
2）、外锥即上向流曝气生物过滤区设计
主要功能：
在外锥即上向流对流接触氧化区内也装有粒径较小的滤料，滤料下也设有空气管和水管。
经导流沉降无泵污泥回流区沉淀分离后的相对清水，在导流板的作用下进入外锥。
经过缓冲区后进入滤层，与空气一道自下而上，通过滤料空隙间曲折上升，与污水及滤料表面附着的生物膜充分接触，在好氧条件下发生气、液、固三相反应，由于生物膜附着在滤料上，不受泥龄限制，因而种类丰富，对于污染物的降解十分有利。
污染物被吸附、拦截在滤料表面，作为降解菌的营养基质，加速降解菌形成生物膜，生物膜又进一步“俘获”基质，将其同化、代谢、降解。
在碳氧化与硝化合并处理时，靠近外锥下部进水口的滤层段内有机污染浓度高，异养菌群占绝对优势，大部分的含碳污染物（CODcr）BOD5和SS在此得以降解和去除，浓度逐渐降低。
在外锥的上部的自养型细菌，如硝化菌占优势，氨氮被硝化。
在生物膜内部以及部分填料间的空隙，蓄积的大量活性污泥中存在着兼性微生物。
因此，在外锥中可发生碳污染物的去除，同时有硝化和反硝化的功能。
粒状滤料及生物膜除了吸附拦截等作用外，兼有过滤的作用，随着处理过程的进行，在滤料空隙间蓄积了大量的活性污泥，这些悬浮状活性污泥在滤料缝隙间形成了污泥滤层，在氧化降解污水中有机物的同时，还起到了很好的吸附过滤作用，从而能使有机物及悬浮物均得到比较彻底的清除，继而使污水在导流曝气生物滤池（CCB）的第三个区域外锥即上向流曝气生物过滤区内，较彻底实现了污水的第三级处理。
设计参数：
Q＝1200m3／86400s＝0.014m3／s
设计BOD5容积负荷1.0kg／m3·d；即进水BOD5=40mg／L；
设计该部分去除率为75%，即出水BOD5=40－40×0.75=10mg／L；
W2填料=Q（So-Se）／1.0kg／m3·d=1200×（40-10）／1.0=36m3；
设计填料高度为2m，则A2=36／2=18m2。
3）、导流曝气生物滤池（CCB）污水处理池池体设计
A=A1+A2=48+18=66m2，设计70m2，2座，尺寸：
L×B=7.0×5.0m
滤池顶部水深0.5m，滤料2m，缓冲层0.5m，导流沉降无泵污泥外排回流区（二区）高3m，超高0.3m，池总高6.3m；
单池尺寸：
L×B×H＝7.0×5.0×6.3m；
单池容积：
220.5m3；
导流曝气生物滤池总容积：
441m3；
结构方式：
地上式或半地下式砖混结构。
4）、需氧量设计计算
①内锥即下向流对流接触氧化区需氧量计算：
O2=a’Q（So-Se）＋b’XvV
a’活性污泥微生物每降解1kgBOD5所需氧量，以kg计。
b’每kg污泥自身氧化的需氧量，以kg计。
Xv，单位曝气池容积MLVSS量，以kg／m3计。
a’=0.9；Q=1200m3／d，So＝250mg／L，Se=10mg／L,b’=0.42mg／m2·h=10.08mg／m2·d；填料体积：
96m3，比表面积：
200m2／m3；V=96×200=19200m2；
生物膜每日内源口吸需氧量：
19200×10.08=193536mg／d=0.19kg／d；
需氧量O2=0.9×1200×（200－40）／1000＋0.19
=172.99kg／d；
实际供氧量：
R=O2×（1.33∽1.61）=172.99×1.47=254.3kg／d；
所需空气量：
G=R／（0.3×Ea）；
Ea：
氧利用率采用微孔曝气头，取30%，
则G=254.3／（0.3×0.3）=2825.56m3／d；
气水比：
2.35∶1；曝气头单位服务面积：
0.75m2／个；则共需曝气头94个。
②外锥即上向流曝气生物过滤区需氧量的计算
经水解酸化池处理SS去除率80%，即曝气生物过滤区单位时间内进入SS（mg/L）量为Xo=250-250×0.8=50mg/L。
设K20=0.3，θ=1.035VSS／SS=0.7，进水溶解性BOD5/进水BOD5=0.5；
冬季10℃的反应常数：
K10=K20θt-20=0.3×1.03510-20=0.21；
出水SS的BOD5量：
SSS=VSS／SS×Xe×1.42×（1－e－k·5）
=0.7×10×1.42×（1-e-0.21×5）=6.46mg／L；
出水溶解性BOD5的量：
Se=10－6.46=3.54mg／L；
去除溶解性BOD5的量：
△BOD5=0.5×10－
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