水污课程设计.docx
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水污课程设计
湖北理工学院
《水污染课程设计》
班级：
10环保设备
姓名：
陈兴江
学号：
201030320127
指导老师：
刘子国
创作时间：
2012.5.20
第一部分设计说明书
第一章总论
1.1设计背景
1.1.1设计题目
某城镇40000m3/d污水处理厂扩建工程初步设计
1.1.2设计规模
该厂工程分四期建成。
一期工程由中国市政工程中南设计院设计，设计处理规模为5万m3/d，采用传统活性污泥法二级处理工艺，于1993年正式投入运行。
二期扩建工程由武汉市市政工程设计研究院设计，设计处理规模为10万m3/d，采用常规一级处理工艺，于2001年开工，2003年元月竣工投入运行。
三期工程由中国市政工程中南设计院和武汉市市政工程设计研究院联合设计，主要工程内容是将一期（5万m3/d）的传统活性污泥法工艺改造为倒置A2/O工艺；将二期日处理10万m3的一级处理工程扩建改造为日处理14万m3的A2/O二级处理系统，三期工程于2005年底完工，使该厂总处理规模达到14万m3/d。
该厂一、二、三期工程总投资约1.5亿元，四期工程将在2011年筹备，拟投资1.7亿元使该厂总处理规模达到18万m3/d。
该厂先后采用表曝方式,活性污泥法,扩建后采用鼓风曝气方式A2/O工艺，经过处理的水质均达到国家排放标准，尾水由明渠排入长江。
截流处理的污水中，其生活污水占75%，工业废水占25%。
为进一步保护东湖周边环境，更好地适应城市发展需要，目前该厂将进行四期扩建前期准备工作，四期建成后处理规模将达到18万立方米/日。
四期工程比三期工程每天增加水量40000m3。
本次设计以该污水厂为背景，将增加的40000m3/d水量重新设计成为一座新的污水处理厂。
1.2设计原则
污水处理工程设计建设过程中应遵从下列原则：
（1）本设计方案严格执行国家有关环境保护的各项规定。
该城市污水经处理后，确保各项出水水质指标均达到或优于综合污水排放标准。
（2）污水处理工艺技术方案在达到治理要求的前提下应优先选择基建投资和运行费用少、运行管理简便的先进工艺；
（3）所用污水、污泥处理技术和其他技术不仅要求先进，更要求成熟可靠，在设计中对关键工艺段采用自动化仪表，提高自动控制及管理水平；
（4）在保证工作效率的前提下尽可能节省工程费用减少占地面积；
（5）妥善处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂、污泥和臭气等，避免对环境的二次污染；
（6）核算可靠安全的控制系统，做到技术可靠，经济合理。
根据实际情况采用自控／手控两重方式，同时考虑各种应急措施及在事故突发状况下的各类自动保护装置；
（7）选择工艺流程时，尽可能降低运行能耗，以减少运行费用。
1.3处理程度
1.3.1进水水质
进水水质及排放标准
项目
COD
BOD5
SS
NH3+-N
TN
TP
设计进水水质
170~405
100~150
200
20~25
20~30
3~4
设计出水目标
60
20
20
8
20
1
单位：
mg/l
1.3.2处理程度及排放标准
处理程度按可行性研究报告评估后确定的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级排放标准B标准，其出水水质的设计指标为：
BOD5≤20mg/lSS≤20mg/l
COD≤60mg/lNH3+-N≤8mg/l
主要污染物的去除率分别为：
EBOD5≥80﹪Ess≥90﹪
ECOD≥7.9﹪ENH3+-N≥68.0%
1.4工程概况
1.4.1气象资料
该市地处内陆中纬度地带，属暖温带大陆性季风气候。
年平均气温9～13.2℃，最热月平均气温21.2～26.5℃，最冷月5.0～0.9℃。
极端最高气温42℃，极端最低气温24.9℃。
年日照时数2045小时。
多年平均降雨量577毫米，集中于7、8、9月，占总量的50～60%，受季风环流影响，冬季多北风和西北风，夏季多南风或东南风，市区全年主导风向为东北风，频率为18%，年平均风速2.55米/秒。
1.4.2污水排放接纳河流资料
武汉地处中原，正当长江、汉水汇流之冲，为古云梦泽遗地。
地势低洼、湖泊众多。
除武昌、汉阳少数丘陵地带外，市区地面高程一般在20--26米（黄海高程，下同），近郊农田高程在19-22米之间。
该污水厂的出水直接排入长江，其最高洪水位（50年一遇）为380.0m，常水位为378.0m，枯水位为375.0m。
均在常年洪水位以下，汛期江河堤防闸口关闭后，城区雨、污水历史上全靠众多湖泊囤蓄。
随着城市发展，湖泊面积不断减少，调蓄雨水的能力明显减弱。
而汛期雨、污水排放主要靠泵站抽排出江。
因此，1980年以来，城市排水基础设施建设呈现出快速发展的趋势，特别是中心城区除对原有排水管网进行改造外，重点对建成区投资了大量资金进行排水管网、泵站、涵闸及污水集中处理设施的建设。
截止2002年，共建有25个排水水系，建有下水管道1431.15千米，箱涵282.64千米，明渠156千米，排水闸和下水道出口45座，主次干道检查井和进水井1万余座，泵站72座，总流量为714.08立方米/秒，中心城区服务面积283.34平方公里，服务率92.16%，管网密度6.08千米/平方公里。
与此同时，市政府还利用世界银行和芬兰政府贷款新建污水集中处理厂4座，日处理能力达53万吨，集中污水处理率达21.2%。
利用亚洲银行和波兰政府贷款在建污水集中处理厂4座，到2005年底，全市污水日处理能力将可达到118万吨，届时，污水集中处理率将实现国家对50万以上人口大中型城市污水集中处理率达60%的目标。
1.4.3厂区简介
沙湖污水处理厂是武汉市第一座城市污水处理厂（原名为武汉市水质净化厂），1990年10月投入一级处理运行，1993年12月实现二级处理运行，2005年底开始三期处理运行，处理规模为25万立方米/日。
它的建成标志着武汉市城市污水处理工作从此实现零的突破。
该厂占地面积145亩，下辖东湖路泵站、水果湖泵站、八一路泵站，服务面积26.9平方公里，服务人口近40万，服务范围包括水果湖、武珞路、石牌岭、中南路、卓刀泉排向东湖及外沙湖等地区的污水，管辖东湖路泵站、水果湖泵站、八一路泵站等区域。
污水被截流以后，收集到提升泵站，再输送到厂区处理，全厂处理规模已达到25万吨/日二级处理规模,其中,一期5万吨/日，采用表曝方式,活性污泥法,扩建部分10万吨/日，采用鼓风曝气方式A2/O工艺,主要构筑物有：
沉砂池、厌氧池、缺氧池、曝气池、二沉池、污泥回流泵房、污泥脱水车间、消毒池等，目前实际处理水量已超过25万吨/日，处理后出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》，出水水质均达到国家标准。
1992年后，武汉市所属蔡甸、江夏、黄陂、新洲撤县为区后，排水建设与发展列入市区建设的范围，排水基础设施建设发展速度加快，四区基本形成52个排水水系。
东西湖、汉南区及武汉经济技术开发区也基本形成9个排水水系。
全市排水工作长期坚持建管并重的工作方针，在加快排水基础设施建设的同时，不断完善排水行业管理工作，依法行政，强化服务、协调、监管。
排水行业管理历经由市政局单一管理发展到水务一体化综合全面的管理模式，由执法依据不足、力度单薄步入排水执法管理工作法制化、规范化、系统化的轨道。
排水养护管理水平不断提高，排水职工队伍建设不断加强，依法管水、依法治水的力度不断加大，排渍抗灾能力也在不断增强。
随着对城市环境要求的标准越来越高，进一步健全和完善了排水监测的管理工作，以排水监测为手段，重点对污水集中处理厂出厂水质、市、区湖泊及出江泵站水质进行监测，监督其达标排放。
该厂先后获得过武汉市文明单位、武汉市安全生产先进单位、武汉市绿化先进单位、档案工作目标管理省级先进单位、创建国家园林城市先进集体以及“全国城市污水处理厂运行管理示范项目”等多项荣誉，2003年该厂通过了贯彻ISO14001国际环境体系标准认证，成为武汉市第一家通过国际环境管理体系认证的城市污水处理厂。
2004年3月，中国市政工程协会下达了《关于开展2004年度全国城市污水处理厂先进单位评选活动的通知》。
经各省、市自评推荐，由中国市政协工程协会相关专家组成的检查组分别于6月和9月对参评的76家污水处理厂的各个项目进行了初评、复评检查。
后经评审委员会综合评定，评选出“2004年度全国十佳城市污水处理厂”15家和“全国先进城市污水处理厂”46家。
国内61家城市污水厂分获“2004年度全国十佳城市污水处理厂”和“全国先进城市污水处理厂”光荣称号。
其中，武水集团武汉沙湖污水处理厂榜上有名，获得了“全国先进城市污水处理厂”光荣称号。
作为武汉地区高等院校环境及相关专业的教学实习基地，该厂积极与其开展科研和技术合作，并积极向市内其他污水处理厂输送了大量技术和管理人才。
目前已经成为武汉市污水处理行业的窗口，并努力向省级文明单位迈进。
多年以来，该厂一面加强生产运行管理，一面进行环境创新，将一个座落在沙湖边，只有几幢水泥建筑的污水处理厂，逐步建设成为文明而富有特色的花园式工厂，立体式绿化已成格局。
我这座污水处理厂的建成为遏制东湖污染发挥了巨大作用，收到了良好的社会效益和环境效益。
第二章污水处理方案比较
2.1工艺方案分析
根据该污水处理厂的具体情况，受纳水体的特点以及处理程度。
该污水处理厂的主要处理对象是水体中的有机物，其次是氮、磷等化合物。
因而在处理时选择的工艺集中适用于如下三个方案：
2.1.1方案一：
普通活性污泥法
工艺特点：
普通活性污泥法也称传统活性污泥法，它有以下几个特点：
曝气池为推流式，采用空气曝气且沿池长均匀曝气，有机负荷在0.2～0.5kgBOD/（kgMLVSS·d）之间。
活性污泥在曝气池内经历从对数增长到减衰增长以至于到内源优化期，需氧速率沿池长逐渐降低，混合液中溶解氧含量沿池长逐渐增高。
传统活性污泥法处理效果较好，BOD5去除率可达90％～95％，适用于处理净化程度和稳定程度要求较高的废水，对废水的处理程度比较灵活，但是传统活性污泥法曝气池容积较大，占地面积多，在曝气池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，增加动力费用，并且对冲击负荷适应性较弱。
该污水处理厂在一期工程使用该方法，在处理过程中能降低水中BOD5、COD的含量。
对氮、磷有一定的处理能力，在后期运行中达不到该厂所要求的去除率。
普通活性污泥法工艺流程图
2.1.2方案二：
SBR法
工艺特点：
1.工艺流程简单SBR工艺的主要反应器是序批式间歇反应器，与传统的活性污泥法相比，不需要另外设置二次沉淀池、污泥回流及污泥回流设备，调节池小或可以不设置调节池，多数情况下可以省去初次沉淀池。
2.占地面积小、造价低SBR工艺处理系统布置紧凑、工艺简洁，因此占地面积小。
由于省去了初沉池和二沉池及污泥回流设备，调节池的容积小或可以省去，因此SBR工艺的建设费用和运行费用都比较低，采用SBR工艺处理小城镇污水时，比普通活性污泥法节省基建投资30％以上。
3.处理效果好SBR工艺的主要特点之一是处理效果好，SBR反应器中的底物浓度和微生物浓度随反应的时间而变化，而且反应过程是不连续的。
因此运行过程是典型的非稳态过程。
在运行期间，反应器中活性污泥处于一种交替的吸附、吸收、生物降解和活化过程的不断变化过程。
由于实践可知，用SBR工艺处理城市污水，可以大大缩减反应时间，并取得良好的处理效果。
4.脱氮除磷效果好SBR工艺运行操作灵活，可以根据不同的处理要求，通过调节不同的控制手段，来达到净化处理的目的。
5.污泥沉降性能好SBR工艺的污泥易于沉淀，SVI值较低。
在一般情况下，不产生污泥膨胀现象。
SBR工艺处理系统中存在着较大的浓度梯度，在反应器中缺氧和好氧状态并存，反应器中有较高的底物浓度、污泥龄短、比增长速率大。
因此，可以有效地控制丝状菌的过量繁殖，避免污泥产生膨胀现象，取得良好的污泥沉降现象。
6.良好的适应性SBR处理工艺对进水水质水量的波动具有较好的适应性。
当进水水质水量急剧变化时，SBR工艺仍可获得良好的处理效果，运行稳定性较好。
SBR工艺的进水期内，曝气池起到了调节池的作用，通过曝气，可使污水与原污泥充分混合，进行反应。
可通过调节进水时间，调整污水调节和反应的时间，也可通过调节闲置时间，调整活性污泥的吸附和吸收能力，提高污泥活性从而提高污染物被处理的程度。
7.易于维护管理SBR处理工艺如果管理得当，处理水水质将优于连续式活性污泥法，易于实现系统优化运行的自动控制。
该工艺自动化程度高，工艺要求高。
对污水处理的投资以及污水控制的自动化程度来看，在管理和技术上可能有一定难度。
SBR法工艺流程：
原污水
回流污泥
剩余污泥
2.1.3方案三：
氧化沟法
与传统活性污泥系统相比，它在技术、经济等方面具有一系列独特的优点。
1．简化了预处理。
氧化沟水力停留时间和污泥龄比一般生物处理法长，悬浮有机物可与溶解性有机物同时得到较彻底的去除，排出的剩余污泥已得到高度稳定，因此氧化沟不设初次沉淀池，污泥不需要进行厌氧消化。
2．占地面积少。
因在流程中省略了初次沉淀池、污泥消化池，有时还省略了二次沉淀池和污泥回流装置，使污水厂总占地面积不仅没有增大，相反还可缩小。
3．具有推流式流态的特征。
氧化沟具有推流特性，使得溶解氧浓度在沿池长方向形成浓度梯度，形成好氧、缺氧和厌氧条件。
通过对系统合理的设计与控制，可以取得最好的除磷脱氮效果。
4．可不设二次沉淀池简化了工艺。
将氧化沟和二沉池合建为一体式氧化沟，以及近年来发展的交替工作的氧化沟，可不用二沉池，从而使处理流程更为简化。
5．剩余污泥少，污泥性质稳定。
由于氧化沟工艺为延时曝气，水力停留时间长，一般为10-24h，污泥也长大20-30d，有机物得到较彻底的降解，产生的剩余污泥量少，并得到了好氧稳定，使污泥不需消化处理而直接脱水，节省处理费用，也便于管理。
6．耐冲击负荷。
由于氧化沟内的循环流量一般为污水量的几十倍至几百倍，所以循环流量大大地稀释了流入氧化沟的原污水，同时水力停留时间和污泥龄较长，所以氧化沟具有较强的抗冲击负荷的能力。
7．处理效果稳定，出水水质好。
氧化沟工艺污泥负荷率低，水力停留时间长，污泥龄长，所以BOD5、、、SS的去除率均大于85﹪，同时耐冲击负荷，处理效果稳定。
氧化沟内的溶解氧沿沟长方向均匀分布，靠近曝气设备的下游区段溶解氧浓度高，远离曝气设备的区段则缺氧，甚至有些区段还厌氧。
这样，沟内相继进行硝化和反硝化，同时聚磷菌交替处于厌氧和好氧条件下，并交替进行稀磷和过量摄取磷，然后将高磷剩余污泥排放，从而达到生物除磷的目的。
所以氧化沟不仅可去除BOD5，而且还能脱氮除磷，出水水质好。
8．氧化沟工艺自动化程度要求高。
综上所述，该工艺管理简单，占地比普通活性污泥法节约10﹪.造价比普通活性污泥法节约25﹪-30﹪。
投资及管理模式适合我国的国情。
氧化沟工艺流程
2.2选定工艺方案
综上所述，根据该厂的设计流量，投资情况，进出水体的特点等等，采用卡鲁赛尔氧化沟工艺更适合于该厂的实际情况。
2.3工艺流程分析及确定
污水由该市的地下排水系统收集，在污水处理厂进行集中处理。
首先，污水进入进水站，集中经过格栅。
格栅的作用过滤掉污水中的较大的固体颗粒，以免固体物堵塞管道或泵。
污水经管道运输至沉砂池。
选取平流式沉砂池，进一步将污水中的固体无机物和较大颗粒的有机物沉淀下来。
污水再由管道送至厌氧池，在厌氧池内污水的含氧率较低，一般在0.2mg/l。
同时池水与回流的活性污泥混合，并在厌氧的条件下，活性污泥中的聚磷菌吸收水中的有机磷，达到降低污水中的TP。
在厌氧池中需要加入甲醛作为其碳源。
污水经过厌氧池后进入氧化沟。
在氧化沟内装有曝气机，使水中的氧含量达到2.5mg/l.在氧的作用下，好氧菌分解水中的有机物，降低BOD的含量，去除率一般在80﹪-90﹪.对NH3-N的含量也有一定的降低作用。
污水在流经氧化沟后进入二沉池。
与活性污泥混合的泥水在二沉池内进行分离。
处理后的污水经出水堰收集到集水漕，集中排放。
由于重力作用而沉淀的活性污泥经过回流污泥泵房输送回到厌氧池。
而在期间由于污泥的自身衰减与繁殖会产生剩余污泥，这部分污泥经剩余污泥泵房输送到贮泥池。
最后，剩余污泥被送入污泥脱水车间，将含水率为98﹪-99﹪的污泥脱水，使其含水率降低。
方便污泥的运输处理。
一般设有污水提升泵房，其作用是弥补水力损失，为污水提供一定的动力和速度。
若污水经处理后出水高程较低，不能流入受纳水体，则需要出水提升泵房。
确定该污水处理厂工艺流程如下：
第二部分设计计算书
第三章污水处理设计计算
3.1污水及污泥处理构筑物及设备设计计算、选型
3.1.1设计参数
日平均流量：
Q=40000m3/d=0.46m3/s
最大日流量:
Qmax=KZQ=1.3×0.46=0.598m3/s（取参数KZ=1.3）
3.1.2构筑物及设备设计计算、选型
3.1.2.1中格栅
格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截，以免其后续处理单元的机泵或工艺管线造成损害。
（1）设计参数：
栅条间隙e=25.0mm,过栅流速V=0.8m/s.安装倾角α=70°。
栅条净间距b=25mm,栅条宽s=10mm
（2）格栅计算：
a.栅前水深h：
由Qmax=B12V1/2得，进水池宽B1＝1.21m所以h=B1/2=0.61m
b.栅条间隙数为：
n=
=0.598×√sin70°／（0.025×0.61×0.8）=47（条）
c.栅槽的宽度：
栅条的宽度为S=0.01m，则，
B=S（n-1）+en=0.01×（47-1）+0.025×47=1.64m
d．过栅水头损失：
取k=3,得，格栅断面采用锐变矩形断面
h1=
=3×2.42×（0.01÷0.025）4／3×{0.82÷（2×9.81）}sin70°=0.066m
e．栅后槽总高度：
取栅前渠道超高h2=0.3m栅前槽高H1=h+h2=0.61+0.3=0.91m
H=h栅前水深+h1水头损失+h超高=0.61+0.066+0.3=0.98m
f．栅槽总长度：
进水渠渐宽部分长度l1：
取进水渠道B1=1.21m渐宽开角α1=200
则：
l1=（B-B1）/（2tgα1）=（1.64－1.21）/（2tg200）=0.59m
栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：
l2=
=0.29m
L=0.59+0.29+1.0+0.5+0.91/tg700=2.71m
（3）每日栅渣量：
取w1=0.08m3／103m3污水k总=1.3
W=
=3.2（m3／d）
拦截物量大于0.2（m3／d），采用机械清渣。
（4）设备选型：
格栅采用GH-2000链条式旋转格栅除污机2台，（1用1备）。
有效栅宽W1=1700mm,格栅宽度W=2000,设备总宽W2=2290mm,水槽宽度W2=2025mm，电机功率N=1.5kw.
输送机采用YSJ-150，需1台，直径为150mm,Q=1m3/min,电机功率为0。
75kw.配用电机为小型三相鼠笼异步式电动机1台，Y系列，型号为Y801-2型，额定功率为0.75kw，效率为73%.
2.1.2.2污水提升泵房
（1）设计说明：
采用氧化沟工艺方案，污水处理系统简单，对于新建污水处理厂，工艺管线可以充分优化，故污水只考虑一次提升。
污水经提升后入曝气沉砂池。
然后自流通过氧化沟、二沉池及消毒池。
设计流量为Qmax=2152.8m3/h。
（2）设计选型：
污水经消毒池处理后排入市政污水管道，消毒水面相对高程为±0.00m，则相应二沉池、氧化沟、曝气沉砂池水面相对标高0.50m、1.00m和1.60m。
污水提升前水位为-2.50m，则污水总提升流程为：
4.10m，采用螺旋泵其设计提升高度为H=4.50m.选用LXB-1500型螺旋泵2台，1用1备，单台流量为Q1=2100-2300m3/h，功率为W=55kw、转速42r/min，头数3。
提升泵房的占地面积：
L×B=（5.0+5.0+11.0）×10=165m2。
其工作间占地面积为11×10=110m2。
安装配套设备有：
电机、减速机、电控柜、电磁流量计及其显示器，另外要考虑一定在检修空间。
3.1.2.3细格栅
（1）１.设计参数：
栅条间隙e=25.0mm,过栅流速V=0.8m/s.安装倾角α=70°。
栅条净间距b=10mm,栅条宽s=10mm
（2）格栅计算：
a.栅前水深h由Qmax=B12V1/2得，进水池宽B1＝1.21m所以h=B1/2=0.61m
b.栅条间隙数为：
n=
=０.598×√sin70°／（0.01×0.61×0.8）=119（条）
c.栅槽的宽度：
栅条的宽度为S=0.01m，
则：
B=S（n-1）+en=0.01×（119-1）+0.01×119=2.37m
d．过栅水头损失：
取k=3,得，格栅断面采用锐变矩形断面
h1=
=3×2.42×（0.01÷0.01）4／3×{0.82÷（2×9.81）}sin70°=0.22m
e．栅后槽总高度：
取栅前渠道超高h2=0.3m栅前槽高H1=h+h2=0.61+0.3=0.91m
H=h栅前水深+h1水头损失+h超高=0.61+0.22+0.3=1.13m
f．栅槽总长度：
进水渠渐宽部分长度l1：
取进水渠道B1=1.21m渐宽开角α1=200
则：
l1=（B-B1）/（2tgα1）=（2.37－1.21）/（2tg200）=0.21m
栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：
l2=
=0.10m
L=0.21+0.10+1.0+0.5+0.91/tg700=2.14m
（3）每日栅渣量：
取w1=0.08m3／103m3污水k总=1.3
W=
=3.2（m3／d）
拦截物量大于0.2（m3／d），采用机械清渣。
（4）设备选型：
格栅采用HF-1100回转式固液分离器，1用1备，设备宽1100m，耙齿栅宽950mm，功率为N=1.5kw。
输送机采用YSJ-150,需1台，直径为150mm，Q=1m3/min,电机功率为0.75kw。
配用电机为小型三相鼠笼异步式电动机1台，Y系列，型号为Y801-2型，额定功率为0.75kw，效率为73%。
3.1.2.4沉砂池的设计、选型
（1）设计说明：
污水经螺旋泵提升后进入平流沉砂池，共两组对称于提升泵房中轴线布置，每组分为两格。
沉砂池池底多采用多斗集砂，沉砂有螺旋离心泵自斗底抽送至高架砂水分离器，砂水分离通入压缩空气洗砂，污水回至提升泵前，净砂直接卸入自卸汽车外运。
（2）池体设计计算：
设计流量:
Qmax==0.598m3/s
取参数：
水平流速：
v1=0.167m/s停留时间=60s
a.沉砂池长度:
L=v1t=0.167×60=10m
b.水流断面面积:
A=Qmax／v1=0.598÷0.167=3.74m2
c.池总宽度:
取有效水深h2=1.2mB=A/h2=3.74/1.2=3.15m
d.每格池宽度：
设N=2b=B/N=3.15/2=1.5m取中间槽0.15m
e.池子总有效体积：
V1=QmaxT60=0.598×60=35.88m3
f.每小时所需空气量：
设d=0.2m3（m3.h）q=dQmax3600=431m3/h
g.沉砂室所需容积：
取参数清除沉砂间隔时
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