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1、荆州污水处理厂方案计算说明书荆州市污水处理厂课程设计班级: 环工1001 学号: U201815422 姓名: 林文海 指导老师: 康建雄 日期： 2018年6月第1章 概论1.1 设计目的和内容本课题要求完成荆州市污水处理厂工艺设计。工程设计内容包括：进行污水处理厂方案的总体设计：通过调研收集资料，根据委托方要求确定污水处理工艺方案；进行污水厂总体布局、竖向设计、厂区管道布置、厂区道路及绿化设计；完成污水处理厂总平面及高程设计图。进行污水处理厂各构筑物工艺计算：包括初步设计和施工图设计每位学生要求至少有一个构筑物的设计达到施工图深度）。进行辅助构建筑物包括鼓风机房、泵房、加药间、脱水机房等）

2、的设计：包括尺寸、面积、层数的确定；1.2基本资料1.2.1城市简况荆州市位于湖北省中南部，地处江汉平原北部，长江中游荆江河段北岸，东与武汉、孝感市和咸宁市相连，西与宜昌市接壤，南与湖南省交界，国土总面积1。4万多平方公里，下辖沙市、荆州和江陵三个区和公安、监利两个县。代管石首、松滋、洪湖三个县级市。荆州市是长江中游主要的港口，是鄂中南地区饿中心城市，工业结构以纺织、机械、化工、电子、冶金、建材为主，1994年末全市城区总人口53.7万人，工业产值58.59亿元。规划2018年城区将达到80万人，工业总产值607.4亿元。荆州市属国家级历史文化名城，春秋战国时期是楚国的政治，经济军事和文化中心

3、。从秦汉至明清，历为州、郡、道、路、俯之治所。荆州市旅游资源比较丰富，主要有江陵历史文化名城，松滋水风景区、洪湖风景区和石首天鹅湖洲白鳍豚和麋鹿国家自然保护区，遍及市域的新、旧石器时代古文化遗址“楚”文化和古“三国”文化遗址。1.2.2自然条件荆州市城区呈带状分布，地势南高北低，地貌主要特征为平原，中山路一带地面高程为36.00至38.00m黄海高程，下同），其他地区地面高程一般为31.5028.50m。沿江向北平均坡度为万分之七，城市东西向地面高程基本没有变化。市区由第四世纪冲积，洪积层组成，地貌为河漫滩一次阶地，无不良的物理地质现象。地基土壤自上而下分别为素填土、粘土、淤质亚粘土、轻亚粘土

4、细粉砂，局部地段有淤泥，地基强度90120kpa。一般顶板高程22.027.0m，饱含上层滞水。埋藏于粘土层及粉细砂层的上层滞水，受降雨及地表水补给初见地下水位在地面下0.80m至1.5m，高程28.0029.00m。白粘土及粉细砂卵石层潜水，受长江水补给，埋深一般为6.012.00m。地震烈度为6级。该市地处北亚热带内陆湿润季风气候夏热冬冷，四季分明，日照充足，气候湿润，雨量丰沛。气温全年平均气温16.8 oC；极端最高气温39.2 oC；极端最低气温-14.9 oC；最热月常水位 (m枯水位(m年平均流量(m3/s年最大流量(m3/s年最小流量(m3/s设计流量(m3/s备注长江43.01

5、 35.25 31.45 40215110029001998.8.17长湖31.52 28.49 26.61 水库西干渠28.20 27.30 26.42 15.0 城市排水渠鼓湖渠28.20 27.30 26.42 25.0 城市排水渠荆沙河29.50 28.50 泄蓄兼顾荆襄河28.50 27.50 泄蓄兼顾两沙运河33.42 29.12 600规划1.2.3城市排水现状规划荆州市由于行政区划的原因，形成了荆州城区、沙市城区相对独立的排水系统，荆州城区为合流制排水系统，现状城区污水由内环路污水截流排入护城河，然后由荆州泵站抽升排入长湖。沙市城区旧城区为合流制排水系统，范围为荆襄河以东、红星

6、路以西、江津路以南地区，其他地区为分流制。根据荆州市排水工程规划，荆州市排水系统分为荆州城区、沙市城区两个排水系统。沙市城区污水系统由红光路污水系统、纺织工业污水系统和化工工业污水系统组成。规划远期沿荆沙大道布置截流干管，将三部分污水收集入红光污水处理厂，近期红光路污水处理厂只负责处理红光路污水系统污水。红光路污水系统中武德区污水将有50%转输至草市污水处理厂，不进入本污水处理系统。1.3 设计任务1.3.1 平面布置1）污水处理厂平面布置包括处理构筑物的平面布置、工艺管线及计量设施的布置。生产性辅助建筑物鼓风机房、污泥泵房、配电间、机修间、仓库等）及生活福利建筑办公室、车库、宿舍、食堂、传达

7、室等）的布置；2）平面布置按功能分区、配置得当，功能明确、布置紧凑，顺流排列、流程简洁，充分利用地形、平衡土方、降低工程量，结合远期发展布置，预留适当余地，考虑扩建和施工的可能，构筑物布置应注意风向和朝向。3）厂区平面布置时，除处理工艺管道之外，还需考虑事故排除和超越管、空气管，厂区排水、自来水管等，管道之间及其与构筑物、道路之间应留有适当间距58m）；4）合理布置工艺管道，尽量考虑重力流，管线要短，避免流程迂回，浪费管材和水头；5）厂内应有道路通向各构筑物，以便运输；污水厂厂区主要车行道宽68m，次要车行道34m，一般人行道13m，道路两旁应留出绿化带及适当间距。 6）厂区应充分绿化，以改善

8、卫生条件和美化环境。筑物外形及其连接管渠，内部构造及管渠不表达。1.3.2 高程布置1）根据污水处理厂的平面布置，选择一条最长的污水和污泥流程，进行水力计算，以确定各处理构筑物及管渠的水面、泥面标高；2）计算连结各构筑物管渠的沿程和局部水头损失；3）估算进出各构筑物及配水设备的水头损失；4）考虑扩建时预留的储备水头；5）绘制污水、污泥高程布置图。第2章 污水厂总体设计2.1 污水厂总体设计2.1.1 污水水量及处理程度计算荆州市污水处理厂平均每日污水量为32000m3/d，则总变化系数为=1.41设计平均时流量：32000m3/d=370.4l/s设计最大时流量：370.41.41l/s=52

9、2.2l/s工程量计算表如表2-1所示：表2-1 工程量计算表序号构筑物名称土建规模万m3/d）设备规模万m3/d）1粗格栅间3.23.22进水泵房3.23.23细格栅渠3.23.24旋流沉砂池3.23.25CASS生物池3.23.26浓缩池3.23.27鼓风机房3.23.28污泥脱水机房3.23.29接触消毒池3.23.22.2 设计污水水质本工程设计进厂水质已给出，根据国家有关规定，二级城市污水处理厂出水应执行城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002）一级B标准。 进、出厂水水质及处理率见表2-2：表2-2 污水处理效率表指 标类 别BOD5CODSSTNTP设计进水水质mg/

10、L）150300220353设计出水水质mg/L）206020150.5处 理 程 度 ）86.78090.957.183.32.3 污水工艺方案选择根据设计要求选用SBR工艺，SBR法早在20世纪初已开发，由于人工管理繁琐未予推广。此法集进水、曝气、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四个或三个池子构成一组，轮流运转，一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。现在又开发出一些连续进水连续出水的改良性SBR工艺，如ICEAS法、CASS法、IDEA法等。这种一体化工艺的特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池，故节省占地和投资，耐

11、冲击负荷且运行方式灵活，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的。但因每个池子都需要设曝气和输配水系统，采用滗水器及控制系统，间歇排水水头损失大，池容的利用率不理想，因此，一般来说并不太适用于大规模的城市污水处理厂 。SBR工艺流程如图2.1所示：图2.1SBR工艺流程图下面对几种SBR工艺形式进行比较：2.3.1 几种SBR工艺形式1）ICEAS工艺ICEAS工艺主要由预反应区、主反应区、滗水器和曝气装置组成。反应池为长方形，近似平流沉淀池，长宽比一般为2141；预反应区容积占整个池子的10%左右。利用滗水器间歇排水。ICEAS的反应器如图2.2所示：图2.2ICEAS

12、反应器示意ICEAS工艺的运行方式为：废水在预反应区，有机物被吸附去除，高负荷运行；在主反应区,废水低负荷运行，有机物处于降解阶段,同时完成污泥再生；整个系统运行周期一般为46 h，两池交替运行，不同时曝气和排水；连续进水，间歇出水，周期循环运行。ICEAS工艺的优点如下：ICEAS反应器的预反应区相当于一个生物选择器，有利于反应器内菌胶团的增值，从而抑制丝状菌占优，克服污泥膨胀的产生；ICEAS工艺以低负荷0. 04 0. 05kgBOD5/kgMLSSd）运行，强调延时曝气,出水水质好，去除率高；反应器的水流状态是一个推流的过程，其中好氧/缺氧/厌氧交替运行，具有一定的脱氮除磷的效果；采用

13、连续进水，控制管理较简单，适用于大型污水处理厂。ICEAS工艺的缺点则有以下3点：一是采用连续进水，限制了进水量；二是采用低负荷运行，池体占地面积大，费用相对提高；三是适用的范围有限。2） A/O脱氮工艺。2）CASS ( Cyclic Activated SludgeSystem(Technology 工艺是循环式活性污泥法的英文缩写，在ICEAS工艺基础上发展而来。CASS(CAST工艺在结构上较ICEAS工艺有一定改变，主要是增加了污泥回流装置和在预反应区内增加了一个生物选择区，其反应器如图2.3所示：图2.3CASS反应器示意CASS(CAST工艺的特点主要有6点：一是负荷率较ICEA

14、S工艺有所提高，一般大于0. 1；二是增加了生物选择区，容积比约为1530；三是采用了由主反应区向选择区的回流污泥；四是生物选择区通常在厌氧或兼氧条件下运行，可有效抑制丝状菌生长，避免污泥膨胀的产生；五是缺氧区不仅能辅助生物选择区实施对进水水质水量变化的缓冲作用，还能促进磷的进一步释放和强化反硝化作用；六是占地较ICEAS小，节约工程投资费用。CAST工艺与CASS工艺的不同之处在于：CAST为间歇进水,在运行上更加灵活.目前,CASS工艺已在美国、加拿大、澳大利亚等国400多个污水处理厂应用，其中城镇污水处理厂200多家，工业废水处理厂100多家。 CASS工艺20世纪90年代初引入中国，由

15、于该工艺的高效和经济性符合我国的国情，得到广泛推广。但是，CASS工艺也存在一些不足，如对CASS工艺脱氮除磷的机理还缺少完善的理论依据，故在工程设计时大多依靠经验数据；CASS工艺更多地依靠设备、仪表、仪器来实现各种功能，而这些设备国内虽已有定型产品，但其质量、可靠程度均不如国外的产品，所以增加了设备成本； CASS工艺在国内大型污水处理厂的应用方面还缺少成功的经验。3）UNITANK工艺UNITANK工艺又称为一体化活性污泥法，是1987年比利时的Seghers提出的一种新型的SBR活性污泥法.它占地少、运行稳定、操作灵活、经济高效，在欧洲及亚洲得到推广，目前已建成200多座UNITANK

16、污水处理厂。UNITANK工艺结构见图2.4：图2.4UNITANK工艺结构示意UNITANK工艺结构中设置了3个等大池子，底部连通；每个池子都设曝气装置；两侧池子设滗水装置，3个池子均可进水。采用交替式运行方式来达到总体连续运行的效果，其交替运行方式见图2.5：图2.5UNITANK交替运行方式示意UNITANK工艺具备以下优点：一是水流连续,水力负荷稳定，使用固定出水堰，降低了对管道、阀门等设备的要求，成本降低；二是比传统活性污泥结构紧凑，所有水池均为矩形，水池间可采用公用隔墙，减少了混凝土用量；三是不设初沉、二沉池及污泥回流，占地少，减少费用；四是处理效率高，运行简单灵活，通过时间的智能

17、控制，可实现连续、周期和其他方式的高效运行；五是操作方便，只需传统方式管理人员的1/41/3.UNITANK工艺虽然具有诸多优点，但在实际运行中也存在一定问题，最主要的是磷的去除不够理想，对预处理设施、设备及设备维护的要求较高等。工艺又名“连续进水、连续-间歇曝气工艺”。它产生于20世纪90年代,是由中国天津市政工程设计研究院张大群、王秀朵等人提出的又一种SBR改良工艺,，1997年申请了国家专利。DAT-IAT工艺是一种能适应水量水质变化较大的污水处理新工艺，既有传统活性污泥法的连续性和高效性，又具有SBR法的灵活性。DAT-IAT系统是由一个连续曝气池(DAT和一个间歇曝气池(IAT串连而

18、成,其工艺结构示意如图2.6所示。其运行方式为：2个池DAT-IAT为1组，3组为1个系统，系统示意见图2.7。图2.6DAT-IAT工艺结构示意图2.7DAT-IAT系统示意DAT-IAT系统的运行过程如下。DAT池连续进水、连续曝气；IAT池间歇运行：第1小时， IAT1进行曝气， IAT2进入沉淀状态， IAT3出水；第2小时，IAT1进入沉淀状态,，IAT2开始排水，IAT3进行曝气；第3小时， IAT1开始出水， IAT2进行曝气、IAT3进入沉淀状态。 3组交叉运行，总体连续进水，避免了普通SBR工艺进水控制的复杂过程，减少了部分设备费用.。IAT间歇曝气,使污泥处于好氧/缺氧/厌

19、氧状态，具有一定的脱氮除磷功能。与其他工艺相比较,，DAT-IAT工艺的曝气容积比是最高的，达到66. 7%，其他工艺一般不超过60%。容积比高可以减少池容，减少占地,降低基建投资。此外，该工艺稳定性较好，水流较均匀。工艺产生于20世纪80年代,是由同济大学顾国维和美国杨企星等人提出的一种工艺，目前专利技术归美国所有。MSBR工艺是在A2/O基础上结合SBR工艺特点发展成功的污水处理新工艺，其工艺结构如图2.8所示。MSBR是一种同步脱氮除磷工艺，它的结构为各种优势微生物的生长繁殖创造了最佳的环境和水力条件，使得有机物的降解、氨氮的硝化和反硝化,以及磷的释放和吸收等生化过程保持高效的状态。图2

20、.8MSBR工艺结构示意2.3.2 污水处理方案确定根据以上的论述，确定CASS工艺，其工艺流程如图2.9所示：图2.9 CASS工艺流程图城市污水经截污主干管自流入厂内进水泵房前的粗格栅，然后经进水泵房的提升输送至沉砂池，沉砂池前的进水渠道上设置细格栅，以保证后续处理构筑物的正常运行。以上部分主要去除水中的悬浮物或漂浮物以及砂粒，为污水的预处理阶段。污水经沉砂并通过计量后配水到CASS生物处理池，该池由选择区、厌氧区和主反应区三段组成，以完成生物脱氮除磷和降解有机污染物的过程。同时，通过几个阶段的循环过程，完成固液分离，上清液经滗水器排出。其中，主反应区经沉淀的污泥部分回流至选择区，剩余污泥

21、提升至入脱水车间进行脱水。污泥经浓缩脱水后，脱水泥饼外运。选择CASS工艺的原因在于它具有以下特点：1）工艺流程简单，建设费用低，由于省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省20%30%。自动化程度高，同时采用组合式模块结构，布局紧凑，占地面积可减少35%。2）运行费用省，节能效果显著，运行费用可节省10%25%。3）有机物去除率高，出水水质好，不仅能有效地去除污水中有机碳源物质，而且具有良好的脱氮除磷的效果。4）良好的污泥沉淀性能。5）可变容积的运行提高了对水质、水量波动的适应性和操作运行的灵活性。单座CASS生化池的设计处理能力为2万m3/d，3.2万m3/d规模共需2座

22、。CASS工艺的主体构筑物的设计数据如下：CASS工艺的主要构建筑物见表2-3表2-3 CASS工艺主要构筑物一览表序号名称结构形式单位数 量备注1粗格栅及进水泵房钢筋砼座22细格栅，沉砂池钢筋砼座23CASS生化池钢筋砼座24接触消毒池钢筋砼座25脱水机房框架幢16鼓风机房框架幢17变配电间框架幢18仓库、机修间、车库框架幢19综合楼框架幢12.4污泥出路2.4.1.污泥处理方案污水生物处理过程中将产生大量的生物污泥，有机物含量较高且不稳定，易腐化，并含有寄生虫卵，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。污泥处理的主要目的是稳定污泥、减少污泥体积、利用污泥中有用物质。污泥消化污泥浓缩通常，城市污

23、水处理厂完善的污泥处理工艺为：剩余污泥污泥脱水 泥饼外运本工程污水处理工艺采用生物脱氮除磷工艺，污泥龄较长，污泥性质较为稳定，剩余污泥量较少，无须消化稳定。若采用消化处理，则会因增加一系列构筑物与设备使投资及运行费用增加。因此本工程暂不建消化池，污泥直接进行浓缩、脱水。为了避免使磷从浓缩池释放，污泥处理工艺推荐采用机械浓缩、机械脱水一体化处理设施。2.4.2 污泥处置目前我国城市污水处理厂污泥的最终处置大都未经无害化处理随意堆放或用于农田，国外许多国家对污泥处置采用较多的方法是焚烧、填埋、堆肥等。焚烧技术虽然具有处理迅速，减容程度高8090），无害化彻底，占地面积小等优点，但一次性投资巨大，操

24、作管理复杂，且能耗高，运行费用高，不太适应我国目前的国情。污泥与城市生活垃圾混合高温堆肥，污泥熟化程度高，病原体和寄生虫卵去除较彻底，用于改良土壤，是适合我国国情的污泥稳定处理工艺。但因城市垃圾肥肥效有限，不太现实。污泥送往城市垃圾卫生填埋场进行卫生填埋是较为有效的方法之一。本工程结合荆州市实际，拟采用卫生填埋法处置剩余污泥泥饼。2.5 主要构筑物选型2.5.1 格栅格栅是一组平行的金属栅条或筛网组成，安装在污水管道、泵房、集水井的进口处或处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷。截留污物的清除方法有两种，即人工清除和机械清除。大型污水处理厂截污量大，为减轻

25、劳动强度，一般应用机械清除截留物。本设计中格栅采用平面中格栅并用机械清渣，细格栅与沉砂池合建，并用螺旋输送机输送栅渣。2.5.2 提升泵房城市污水处理厂的运行费用大部分来自于电能，其中40%的电能为水泵消耗，所以，确定合理的水泵及泵站具污水处理厂的关键所在。泵站形式的选择取决于水力条件和工程造价，其它考虑因素还有：泵站规模大小、泵站的性质、水文地质条件、地形地物、挖渠及施工方案、管理水平、环境性质要求、选用水泵的形式及能否就地取材等。1）污水泵站的主要形式1）合建式矩形泵站，装设立式泵，自灌式工作台，水泵数为4台或更多时，采用矩形，机器间、机组管道和附属设备布置方便，启动简单，占地面积大；2）

26、合建式圆形泵站，装设立式泵，自灌式工作台，水泵数不超过4台，圆形结构水力条件好，便于沉井施工法，可降低工程造价，水泵启动方便。3）对于自灌式泵房，采用自灌式水泵，叶轮泵轴）低于集水池最低水位，在最高、中间和最低水位都能直接启动，其优点为启动及时可靠，不需引水辅助设备，操作简单。4）非自灌式泵房，泵轴高于集水池最高水位，不能直接启动，由于污水泵水管不得设低阀，故需设引水设备。但管理人员必须能熟练的掌握水泵的启动程序。由以上可知，本设计因水量较小，并考虑到造价、自动化控制等因素，以及施工的方便与否，采用自灌式半地下式矩形泵房。2）泵站的布置该污水泵站设在污水处理厂内，与其它构筑物统一布置，为防止噪

27、音和污染，应用绿化带和公共建筑隔离，隔离宽度一般不小于30M。泵站进出口比室外地面高0.2M以上。每台泵应设置单独的吸水管，这不仅改善水力条件，而且可以减少杂质堵塞管道的可能性。3）泵房内部的排水由于泵房较深，采用电动排水。4）泵房的通风设施自然通风：采用全部自然通风布置特点，要有足够自然通风要求，适用于地面泵房或埋深浅的地下式或半地下式泵房。机械通风：采用全部机械通风和部分机械通风。部分机械通风机械将电机排出的热风抽出，冷空气自然补充。机械排风可以是为电机分别排风，也可以多台电机组成排风系统，使用广泛，一般用于半地下式泵房。本设计采用自然通风。5） 泵型选择进水泵房形式有两个方案可供选择,

28、潜水泵房方案和干式离心泵房方案。两个方案的优缺点比较见下表2-4所示。表2-4 泵房方案优缺点比较表方案潜水泵方案干式泵方案优点不需要设备间,水泵直接安装在集水池内,土建造价低。水泵效率稍高。不需要吸水管道,系统简单。运行安全可靠性较高。设备安装、维护较简单。泵房占地面积小。缺点水泵效率稍低。泵房型式复杂,土建造价高。管道系统较复杂,设备安装较复杂。大型潜水泵国内产品还不太过关泵房占地面积大。根据上述优缺点比较, 考虑到本工程选用水泵较小，设计推荐采用潜水泵房方案，采用优质产品。2.5.3 沉砂池沉砂池的功能的去除比重较大的无机颗粒。沉砂池一般设于泵站倒虹吸管前，以便减轻无机颗粒对水泵、管道的磨损；也可设于初沉池前，以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件，沉砂池的