5万m3d 秦皇岛海港区污水处理厂.docx
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5万m3d秦皇岛海港区污水处理厂
本科毕业设计（论文）
5万m3／d秦皇岛海港区污水
处理厂的工艺设计
摘要
随着经济的不断发展，城市规模的扩大，水环境污染的问题日渐突出。
水环境的污染影响人类的身体健康，制约了经济建设的进一步发展。
因此近年来我国兴建了大量的污水处理厂，对于消除水体污染，改善环境起到了积极作用。
秦皇岛市污水处理厂设计污水日处理能力为50000m3，属于小型污水处理厂。
本设计采用三沟式氧化沟法处理城市污水，其特点是工艺流程简单，构筑物少；处理效果稳定，出水水质好；污泥产生量少，污泥的性质稳定。
设计中对污水处理工艺和污泥处理方案进行了选择论证；对污水、污泥处理构筑物进行了工艺设计计算；对废水处理厂进行了平面、高程布置，并绘制了平面布置图、高程图。
关键词：
城市污水，氧化沟法，污水处理
Abstract
Astheeconomydevelopsconstantly,thesizeofcitiesexpands,thepeoblemofwaterpollutionincreasinglyobviously.Thepollutionofwaterenvironmentaffectsthehumanhealthandhampersthefurtherdevelopmentofeconomicconstruction.Soinrecentyearsourcountryconstructsalargenumberofsewagetreatmentplants.Ithasplayedapositiveroleforeliminatingthewaterpollutionandimprovingtheenvironment.
ThedesigneddailycapacityofthecitysewagetreatmentplantinQinHuangdaoCityis50,000m3.Itisasmall-sizedsewagetreatmentplant.Thisdesignusesthree-ditchoxidationditchtotreaturbansewage.Thecharacters：
simpleprocess,lessstructures;stableeffect,goodwaterquality;lesssludge,stablesludgenature.Inthedesign,wedemonstratethewastewatertreatmenttechnologyandsludgetreatmentprogrammersselectively;madeatechnologydesignofsludgetreatmentstructures;layouttheplaneandelevationofthewastewatertreatmentplant;drawthelayoutmap,elevationmap.
Keywords:
Municipalwastewater,Oxidationditch,Sewagetreatment
目录
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
1.1课题背景1
1.1.1城市污水处理厂背景1
1.1.2城市概况2
1.1.3自然条件3
第2章工艺选择4
2.1废水水质4
2.2工艺方案分析5
2.3工艺比较5
2.3.1氧化沟法5
2.3.2SBR法8
2.4工艺确定9
2.5工艺流程12
2.6厂址选择12
2.6.1选择原则12
第3章污水处理工艺设计计算14
3.1中格栅...................................................................................................14
3.2污水提升泵...........................................................................................16
3.3细格栅...................................................................................................16
3.4曝气沉砂池...........................................................................................17
3.4.1曝气沉砂池池体积算17
3.4.2沉砂斗计算....................................................................................18
3.5配水井...................................................................................................19
3.6氧化沟....................................................................................................20
3.6.1硝化区容积的计算20
3.6.2反硝化区容积的计算21
3.6.3沉淀区容积计算21
3.6.4氧化沟的尺寸22
3.6.5需氧量计算22
3.6.6校核22
3.6.7供氧量计算23
3.7接触池23
3.7.1二氧化氯消毒剂的设计计算23
3.7.2接触池的设计计算24
3.8泵的选型24
3.9储泥池的计算25
3.10污泥重力浓缩池25
3.10.1氧化沟每日排放的剩余污泥量25
3.10.2浓缩池的直径25
3.11污泥脱水间的计算26
3.11.1参数选取26
3.11.2设计计算27
3.12本章小结27
第4章污水处理厂总体布置29
4.1污水处理厂的平面布置29
4.1.1平面布置的一般原则和要求29
4.1.2构筑物的平面布置30
4.2污水厂的高程布置30
4.2.1高程布置一般原则和要求30
4.2.2高程的计算31
4.3本章小结33
结论33
致谢37
附录138
附录244
附录349
第1章绪论
1.1课题背景
1.1.1城市污水处理厂背景
城市污水、生活污水、生产污水或经过工业企业局部处理的后的生产污水，往往都排入城市排水系统，故把生活污水和生产污水的混合污水做城市污水。
这些污水除含有碳水化合物、蛋白质、氨基酸、动植物脂肪、尿素、氨、肥皂和合成洗涤剂等物质外，还含有细菌、病毒等使人致病的微生物。
经处理后的污水，最后出路有三种:
（l）排放水体；
（2）灌溉田地；（3）重复使用。
城市污水的水质与城市的规模、生活水平、工业企业的状况及废水的处理水平、排水系统的形式及完善程度、气候环境等因素有关。
主要水质指标为：
水温一般在10～20℃，COD为200～500mg/L，BOD5为100～300mg/L，pH=6.5～7.5，SS=100～250mg/L，可生化性较好，各种营养物质齐全，对一切有毒有害工业废水必须经行预处理后才能排入城市下水道，以免对城市污水处理系统造成冲击。
城市污水处理按处理程度不同可分为预处理、一级处理、二级处理、深度处理和污泥处理及处置。
预处理:
主要包括格栅和沉砂池。
其主要作用是截留大块物质、砂石，以保证后续设备的正常运行。
一级处理:
主要是初次沉淀池。
目的是将污水中悬浮状态的固体污染物质尽可育出也沉降去除，经过一级处理后的污水，可去除50%左右的悬浮物，BOD一般只能去除30%左右，达不到排放标准。
二级处理工艺:
主要由曝气池和二沉池构成。
它是城市污水处理厂的核心，一般采用生物处理方法中的活性污泥法，主要去除水中呈胶体和溶解状态的有机污染物（以BOD、COD表示）。
经二级处理后，有机污染物质（即BOD、COD）的去除率可达90%以上，污水中BOD值可降至20～30mL，有机污染物达到排放标准。
深度处理:
通用的工艺有混凝沉淀和过滤。
主要目的是为了满足高标准的受纳水体要求或会用于工业等特殊用途，它是城市污水处理未来发展的方向。
污泥处理：
污水处理厂的重要组成部分，主要包括浓缩、消化、脱水和干化等。
多年来，我国城市基础设施建设滞后于经济发展，污水处理设施欠账太多。
根据国家“九五”计划和建设部城市污水处理规划要求，到2000年，城市污水处理达标率为25%，2010年达到40%。
因此，可以预测，未来十年内用于城市污水处理设施建设的投资将达上千亿元。
活性污泥法一直是城市污水处理的主导工艺，为满足日益严格的环境要求，并降低运行成本，简化管理，许多新技术、新工艺、新设备被开发出来和推广应用，如：
A-B法，A/O法，A/A/O法，SBR法，ICEAS（改进的SBR法），氧化沟及酸化水解与好氧法的串联处理工艺等，新工艺的应用大大提高了我国城市污水处理的总体水平，降低了投资和运行费用，缓和了环保投资严重不住的矛盾，提高了污水处理效率。
1.1.2城市概况
秦皇岛市历史悠久，是中国唯一以皇帝名号得名的城市，全国首批14个沿海开放城市之一，中国北方重要的对外贸易口岸，国务院批准的全国甲级旅游城市。
秦皇岛市下辖海港区、北戴河区、山海关区三个城市区和抚宁、昌黎、卢龙、青龙满族自治区四个县。
市区用地7812.4平方公里，全市人口280.54万人。
其中海港区是秦皇岛市的政治、经济、文化中心。
南临渤海，北依燕山，东毗历史名城山海关，西连避暑胜地北戴河。
总面积204.7平方公里，总人口54.39万人。
海港区是秦皇岛市的中心区，南临渤海，北依燕山，东毗历史名城山海关，西连避暑胜地北戴河，是全市政治、经济、文化的中心区。
海港区环境优美，风光旖旎，休闲度假的最佳场所。
1.1.3自然条件
1.1.3.1地理位置秦皇岛市位于河北省东北部，地理坐标东经118°33＇～19°51＇，北纬39°24＇～40°37＇。
地势北高南低。
海港区地处渤海西部，辽东湾两翼。
海岸线东起山海关金丝河口，西止昌黎县滦河口，总长126.4公里。
所辖海区15米等深线海域面积1000平方公里。
1.1.3.2气象条件秦皇岛市的气候类型属于暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，光照充足。
因受海洋影响较大，气候比较温和，春季少雨干燥，夏季温热无酷暑，秋季凉爽多晴天，冬季漫长无严寒。
辖区内地势多变，但气候影响不大。
市区全年平均气温11.2℃，平均最高24.9℃，最低零下4.3℃，无霜期约189天，全年降雨量551.7毫米。
主导风向夏季为西南风，冬季为西北风。
年平均风速1.5～2.5m/s，最大瞬时风速26m/s。
1.1.3.2气象条件秦皇岛市的气候类型属于暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，光照充足。
因受海洋影响较大，气候比较温和，春季少雨干燥，夏季温热无酷暑，秋季凉爽多晴天，冬季漫长无严寒。
辖区内地势多变，但气候影响不大。
市区全年平均气温11.2℃，平均最高24.9℃，最低零下4.3℃，无霜期约189天，全年降雨量551.7毫米。
主导风向夏季为西南风，冬季为西北风。
年平均风速1.5～2.5m/s，最大瞬时风速26m/s。
1.1.3.3河流水系秦皇岛市境内水系比较丰富。
境内河流分属滦河与冀东沿海河流两大水系。
滦河最大，境内流域面积达3774平方公里。
全市地下水资源总量7.49亿立方米，全市多年平均水资源总量16.46亿立方米。
流经海港区和源于本区的河流有大汤河、小汤河、新开河、排洪河、大马坊河、护城河、沙河，均属沿海小型水系，具有北方山溪性河流特点。
第2章工艺选择
2.1废水水质
根据相关资料查询城市污水水质情况见下表
表2-1城市污水水质情况
本工程为秦皇岛海港区污水处理厂的工艺设计，本设计的总设计规模为5万m3／d。
该污水处理厂主要收集的污水为生活污水、工业废水和初雨径流，处理后出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）二级A标准。
设计进水水质和排放标准见表2-2。
总变化系数1.3，生活污水70%，工业污水30%。
表2-2海港区城市污水水质指标
2.2工艺方案分析
城市生活污水处理是环境保护领域的一个重要课题，生化方法在这方面得到了广泛的应用。
废水生物处理的基本思想就是利用微生物的新陈代谢作用将废水中能危害环境的有害物质吸收并转化掉。
采用生物处理法进行废水的无害化处理，比较经济，而且处理效率高，技术也比较成熟。
因此，在可能的情况下，首先应考虑采用生物处理法。
我国80年代以前建设的城市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处理工艺，由于该工艺主要以去除BOD和SS为主要目标，对氮磷的去除率非常低。
为了适应水环境及排放要求，一些污水处理厂正在进行改造，增加或强化脱氮和除磷功能。
AB法污水处理工艺于80年代初开始在我国应用于工程实践。
由于其具有抗冲击负荷能力强、对pH值变化和有毒物质具有明显缓冲作用的特点，故主要应用于污水浓度高、水质水量变化较大，特别是工业污水所占比例较高的城市污水处理厂。
多种类型的SBR工艺在我国均有应用，如属第二代SBR工艺的ICEAS工艺，属第三代的CAST工艺、UNITANK工艺等。
目前氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一。
应用较多的有奥贝尔氧化沟工艺，由我国自行设计、全套设备国产化，已有成功实例。
DE型氧化沟和三沟式氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应用。
采用卡罗塞尔氧化沟工艺的城市污水处理厂大部分为外贷项目。
2.3工艺比较
2.3.1氧化沟法
氧化沟工艺是生物处理方法的典型代表，在城市污水处理中占有重要地位，被普遍认为是一种工艺流程简单、运行管理方便、处理效果稳定、基建投资和运行费用较低且具有较强竞争力的二级处理工艺。
据报道，英国共兴建了约300多座氧化沟污水处理厂；1962年至1975年，美国建成了约558座氧化沟污水处理厂。
不仅氧化沟的数量在增长，而且处理规模也不断扩大，处理对象也从处理生活污水发展到既能处理城市污水又能处理工业废水。
我国上世纪80年代开始应用这项技术，目前采用氧化沟处理城市污水的处理厂已近百家，如邯郸东郊污水处理厂、北京顺义污水处理厂、桂林东区污水厂、长沙第二污水厂。
氧化沟污水处理生物技术与其它生物处理技术相比，具有以下几个明显的技术、经济特点。
（1）处理流程简单、操作管理方便
氧化沟处理工艺首先是简化了预处理过程。
氧化沟不要求设置初沉池，因为氧化沟的水力停留时间和污泥龄比一般的生物处理法长得多，悬浮状有机物可以在曝气池中与溶解性有机物同时得到较彻底的稳定。
其次是简化了剩余污泥的后处理工艺。
由于剩余污泥在系统中的停留时间很长，排出的剩余污泥已得到高度稳定，因此不再需要厌氧消化处理。
剩余污泥量也比较少。
（2）出水水质良好、可以实现脱氮
氧化沟具有良好的处理出水水质而且其运行可靠性、稳定性要比其它生物处理法高。
表2-3和表2-4分别为美国EPA对其29个氧化沟处理厂运行数据结果和对其它生物处理法运行效果的统计数据。
由表1可见处理出水的BOD5和SS年平均能维持在15mg/L以下，最高也不超过60mg/L。
出水的BOD5和SS的年平均值分别为12.3mg/L和10.5mg/L。
从表2-4可见，氧化沟的出水水质比其它生物处理法要好。
另外，氧化沟污水处理的可靠性要比其它生物处理法好（如表2-5）。
显然，氧化沟的出水水质极为稳定可靠，当出水BOD5标准为30mg/L时，平均水平的氧化沟法处理厂可保证有96%的时间满足出水水质要求，生物转盘次之，为90%，其它活性污泥法的保证率只有80%～85%，而生物滤池的出水水质最差，其保证率仅为15%。
表中数据还表明，控制的出水水质越高，则氧化沟的优越性也就越突出。
表2-3美国29家氧化沟污水厂的运行效果的统计数据
项目CODBOD5SSNH3-NTNpH
进水水质40030020055656～9
排放标准6020208206～9
表2-4其他生物处理方法的运行效果统计数据
项目出水浓度（mg/L）去除率（%）
BOD5：
大厂
一般厂
小厂
悬浮固体：
大厂
一般厂
小厂41
12.3
1.5
22.4
10.5
2.487
93
99
82
94
98
表2-5各种生物处理方法运行可行性的比较
项目出水浓度（mg/L）去除率（%）
TSSBOD5TSSBOD5
活性污泥法（3785m3/d）
接触稳定法一体化厂
生物滤池
生物转盘31
28
26
2326
18
42
2581
——
82
7984
——
79
78
二级处理方法出水浓度（mg/L）
小于下列数值的时间百分数（%）
102030
TSSBOD5TSSBOD5TSSBOD5
氧化沟法：
最好的厂
平均水平的厂
最差的厂999999999999
656585909499
252055558072
活性污泥法（3785m3/d）一体化厂402575709085
153935655080
生物滤池——2——3——15
生物转盘223045607090
就脱氮效果而言，一般的氧化沟能使污水中的氨氮达到95%～99%的硝化程度，设计恰当、运行良好的氧化沟可以实现脱氮。
这是因为在氧化沟中有好氧区和缺氧区的存在，在缺氧区中，原污水中的有机物可作为反硝化菌的碳源，硝酸盐被反硝化菌还原而放出氮气；在好氧区中，有机物得到降解，氨氮被转化为硝酸盐氮。
脱氮效果可达80%，如采用其它生物脱氮处理流程，则有时还需补充外加碳源，其基建费用均较高。
（3）基建费用省、运行费用低
美国EPA对不同的生物处理工艺的基建和运行费用的分析比较结果如表2-6，当氧化沟处理出水有氨氮指标的要求时，一般不需要加很多投资和运行费用，而其它处理方法则不同，，由此可显示出氧化沟的优越性。
表2-6各种不同脱氮处理工艺的经济比较
终上所述，氧化沟法生物处理工艺比其它生物处理工艺更为经济有效且运行灵活可靠，尤其在下列情况下应用更能显示出其优越性：
①当基建投资的来源十分有限时；②当要求的处理出水水质十分严格时；③当要求进行脱氮处理时；④当处理的进水水质水量波动较大时；⑤当缺乏高水平的操作管理人员时。
2.3.2SBR法
SBR工艺是序批式活性污泥法的简称。
SBR的操作程序由进水，反应，沉淀，出水和待机等五个基本操作过程组成。
从污水流入开始到待机时间结束算作一个周期。
在一个周期内，一切过程都在一个设有曝气或搅拌装置的反应池内依次进行，这种操作周而复始进行，达到不断进行污水处理的目的，因此不需要传统活性污泥法中必须设置的沉淀池，回流污泥泵等装置。
传统活性污泥法在空间上设置不同设施进行固定的操作，而SBR是在单一的反应池中进行，在时间上进行目的不同的操作。
进水工序是反应池接纳污水的过程。
在污水流入的过程中，不仅仅看成是水位的上升，而且也进行重要的生化反应。
在此期间，可分为三种情况：
①曝气（好氧反应）；②搅拌（厌氧反应）；③静置。
不管采用哪种形式，都是根据工艺要求和废水的性质作为整体的处理目标来决定的，这是SBR的最大特点。
传统活性污泥法中的各构筑物和水泵的大小规格已定，改变反应时间和反应条件是很困难的。
反应工序中当废水注入达到预定容积后，进行曝气或者搅拌，以达到去除BOD，硝化脱磷的目的。
为保证沉淀工序的效果，在反应工序的后期，在进入沉淀工序前期，需要进行短暂的微量曝气，吹出附着在污泥上的氮气，在反应工序后期还可以进行排泥。
沉淀工序相当于传统活性污泥法中的二次沉淀池。
停止曝气和搅拌，活性污泥绒粒进行沉淀和清液分离，传统活性污泥的二沉池是各种流向的沉降分离，而SBR的沉淀工序是静止沉淀，因而有更高的沉淀效果。
排水工序就是排出活性污泥沉淀后的上清液，作为处理后的出水，一直排放到最低水位。
反应池底部沉降的大部分活性污泥作为下一个处理周期的回流污泥使用。
过剩的污泥引出排放。
另外，反应池中还剩下部分未排放的处理水时，可起到循环水和稀释水的作用。
沉淀之后到下个周期开始的期间称为待机工序。
根据需要可以进行搅拌或者曝气。
在厌氧的条件下采用搅拌不仅可以节约能量，同时对保持污泥的活性也是有利的。
在以脱磷为目的的装置中，剩余污泥的排放一般是在待机工序之初和沉淀工序的最后进行。
SBR作为污水处理的一种有效的方法，有以下特点：
（1）一般不会产生污泥膨胀，特别是在污水进入生化处理装置期间，维持在厌氧状态下，使得污泥指数（SVI）降低，而且还能节减曝气的动力费用；
（2）处理构筑物的构成简单，设备费，运行管理费用也较连续式的少；
（3）大多数情况下，不需要流量调节池；
（4）曝气池容积比连续式的也小；
（5）如果操作得当，可得出比连续式更好的处理水质；同时可以实现单池生物脱氮除磷的目的。
SBR工艺是一种间歇运行的工艺，它具有许多优良的特性。
在SBR法工艺的运行过程中，除需要根据处理规模合理确定曝气池的数量以及相应的操作运行方式外，还需要合理地控制处理过程和运行周期。
其中主要考虑以下几个方面的问题。
（1）充水时间（tF）的控制
要考虑毒性抑制的问题、充水时间和反应时间的比的问题、
充水期间污泥负荷的问题。
（2）曝气方式的选择
（3）污泥沉降性能的控制
（4）运行周期的合理确定
2.4工艺确定
综合上面的两种处理工艺，从处理效率、基建费用、运行费用、操作管理情况等方面综合考虑，再从目前国内外处理该类废水的工艺来看，氧化沟工艺是一种比较成熟的工艺。
尤其适合我国城市污水处理厂。
我国城市污水处理的现状仍较落后，资料表明我国城市污水的处理率仍在5%～8%之间，而年污水排放量则在以每年6%～7%的速度增长，因而要采用高效低耗的污水处理技术。
此外，我国现有城市污水处理厂中的技术人员缺乏、操作人员素质普遍较低，尤其是污水处理厂的建设资金严重缺乏。
因而，在这样的条件下，因地制宜地推广氧化沟污水处理技术的应用是十分事宜和必要的。
因此，在此次设计中我选用的是氧化沟工艺。
氧化沟有很多不同种类的类型，主要有Carrousel式、Orbal式、交替工作式、曝气-沉淀一体化氧化沟。
此设计采用三沟式（T型）交替式氧化沟。
三沟式氧化沟由丹麦Kruger公司创建，如图2-1所示。
由三条同容积的沟槽串联组成，两槽的A、C池交替作为曝气池和沉淀池，中间的B池一直为曝气池。
原污水交替的进入A池或
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