水污染课程设计.docx

1、水污染课程设计 课程设计任务书 城镇污水处理厂工艺设计（生物脱氮除磷工艺）1设计任务书一、设计任务根据所给的其他原始资料,设计污水处理厂,具体内容包括:(1)确定污水处理厂的工艺流程,选择处理构筑物并通过计算确定其尺寸；(2)画出污水厂的工艺流程图内容；(3)编写设计说明书、计算书。二、设计资料1.设计规模及水质（1）原始资料该城镇要求设计城市污水处理厂一座，设计污水处理规模6万m3/d，资料显示经由城镇下水道系统集中起来的污水，称为城镇污水。一般城镇下水道系统不仅有住宅，医院，公共场所等处的生活污水排入，而且还有工业污水的排入。（2）设计进水水质：BOD5 = 250 mg/L，TSS =

2、300 mg/L，VSS =240 mg/L，TN=60 mg/L，NH3-N=40 mg/L，TKN=58 mg/L，TP=6 mg/L;（3）设计出水水质：BOD5 = 20 mg/L，TSS = 20 mg/L，NH3-N=6 mg/L，TP= 3mg/L, NO3-N = 10 mg/L。2、城市自然状况气候:大陆行季风气候 主导风向:西北风3、污水处理厂厂区概况 该污水处理厂为新建污水厂,根据规划位于城市下游,城市海拔高度340.0m,规划用地长宽分别为:350mx200m,场地平整.污水厂进水口位于厂区西南角,进水污水管的标高为336.0m;出水靠重力排入厂区东侧500m处某河,该

3、河符合中的III类标准.河水最高水位336.0m.地下水位深度:3-4m.4、通过在设计过程中的思考，主要有一下几点看法：（a） 城市污水处理目前已经形成了一定的模式，污水处理方法比起其他行业污水处理，也相对比较固定。目前用于处理城市污水的主要工艺有A2/O工艺、CASS工艺、氧化沟工艺，这几年来，随着对出水水质要求的不断提高，处理工艺也在原有基本工艺的基础上有了进一步的发展，改革，使工艺更完善、高效。在设计的过程中，除考虑工艺本身的处理效率和经济价值外，主要应该考虑的，应该是工艺在当地的可实现性问题，即环境因素和人文因素。（b） 污水处理工艺选择的关键是各个工艺阶段之间、各个工艺及其配套的辅

4、助设备的协调性问题，设备的发展推动了工艺的进步，工艺的进步又反过来带动了设备的进一步发展。正如一个有凝聚力的团队才是无坚不摧的团队。（c）目前，我国的城市污水处理已经初具规模，但对剩余污泥的处置一直停留在填埋的阶段。据统计，我国城市污水处理厂每年排放的干污泥约20万吨，以湿污泥计约为380万550万吨，并以每年20的速度递增。剩余污泥中含有大量的水分，丰富的有机物及N，P，K等营养元素，同时还可能含有重金属元素及病原菌等有害物质。如果不加处理，任意排放，不仅对环境可能引起二次污染，同时也是资源的浪费。目前，由于对污泥的处理并没有做到无害化，仅是简单填埋，这对当地的土壤环境造成了严重的破坏。（d

5、） 污水处理的资源化问题是我们一直都在关注的问题，特别是在北方缺水城市，更成了一条解决缺水问题的途径，通过对城市污水处理厂出水进行深度再处理，出水达到市政用水指标、农业用水指标、及某些工业用水指标，可以用于市政绿化、清扫街道、农业灌溉、某些工业原水、冷却水、循环水等。大大减轻了城市水资源利用的压力。目前在中水回用方面，主要存在的问题是中水管道系统的不完善问题。根据可持续发展理论和生态平衡关系，处于系统循环中的东西才是不灭的，所以不论是污泥处理，还是污水回用，让其回到原有的系统中是最佳的终极处理办法。城市污水处理产生的污泥经过无害化处理后，在应用于农业时污泥最为可行和现实的处置方案。2.设计说明

6、书2.1 工程概况 设计名称：某城镇6万m3/d污水处理厂设计设计规模：日处理城镇污水6万m3，包括生活污水和城市工业废水处理工艺：主要处理工艺为奥贝尔氧化沟设计内容：污水处理厂一座，及其他附属建筑物，包括综合楼、配电室、锅炉房、传达室、食堂、浴室、篮球厂等。本设计污水处理厂出水要求达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的一级标准(B标准)，排入厂区东侧500m处某河,该河符合中的III类标准。、 2.2污水处理厂设计规模及污水水质2.2.1 设计规模某城市污水处理厂设计规模为6万m3/d。为城市生活污水和工业废水的混合污水。2.2.2 污水水质及污水处理程度进水水质：

7、BOD5 = 250 mg/L，TSS = 300 mg/L，VSS =240 mg/L，TN=60 mg/L，NH3-N=40 mg/L，TKN=58 mg/L，TP=6 mg/L;出水水质：BOD5 = 20 mg/L，TSS = 20 mg/L，NH3-N=6 mg/L，TP= 3mg/L, NO3-N = 10 mg/L。2.3 污水处理厂工艺设计2.3.1污水处理工艺设计要求污水处理工艺流程设计应按照以下要求进行。（1）污水处理后必须达到排放标准。（2）要尽量采用成熟的、先进的、可靠的、效率高的处理技术。（3）防止处理污染物过程中产生二次污染或污染转移。（4）要充分利用和回收能源。污

8、水处理高程安排应尽量考虑利用自然地势。（5）设计中应考虑节能、节水。尽量选择能耗底的处理工艺和设备。设计中应尽量较少用水，并考虑经过处理后重复循环利用。（6）在满足处理要求的前提下，减化流程，节约资金。2.3.2污水处理工艺选择（1）此废水具有如下特点：废水N、P含量较高，出水N、P应符合要求。有机物含量较少。（2）针对以上特点，要求污水处理系统应该具有以下功能：（a）具备一定的脱N除P功能，使出水N、P达标；（b）使污水处理过程中产生的剩余污泥基本达到稳定。（3）生化处理工艺选择目前处理城市污水应用较多的生化工艺有氧化沟，A2/O法，A-B法，SBR法等。为了使本工程选择最合理的处理工艺，有

9、必要按使用条件，排除不适用的处理工艺后，再对可以采取的处理工艺方案进行对比和选择。氧化沟工艺，A2/O工艺和CASS工艺三种工艺均能达到处理要求。在设计可行性分析阶段，对氧化沟工艺，A2/O工艺和CASS工艺的比较分析：（a） A2/O工艺一般在A2/O工艺中，为同时实现脱N除P的要求，必须满足如下条件：BOD5/TKN=5-8 实际进水中：BOD5/TKN=170/60=2.85BOD5/TP15 BOD5/TP=170/4.5=3715 通过比较,采用传统A2/O工艺，脱N所需碳源不足，影响脱N效果，为此采用倒置A2/O工艺。污水先进缺氧段再进厌氧段，或厌氧、缺氧段同时进水，这样既解决了缺

10、氧段的碳源不足的问题，使脱N能够很好的进行，同时也有利于除P，聚磷菌在厌氧段释放P，同时聚集能量，利用厌氧段聚集的能量，在好氧段进行好氧吸P过程，厌氧段结束后立即进入好氧段，能够使聚磷菌在厌氧段聚集的能量，充分用来吸P，加强了除P过程。（b）CAST工艺该工艺是在SBR工艺基础上发展而来的，增加了厌氧段、缺氧段，可实现脱N除P。运行简单，可实现自动化控制。（c）氧化沟工艺氧化沟工艺目前在城市污水处理方面应用最为广泛，处理工艺成熟，结构、设备简单，管理运行费用低。CAST工艺与氧化沟工艺比较如表2-2： CAST工艺与氧化沟工艺比较方案一（CAST工艺）方案二（奥贝尔氧化沟）单池间歇多池连续。多

11、座反应池交替运行保持进、出水连续连续进水，连续出水。有机物降解与沉淀在一个池子完成，无需设独立的沉淀池及其刮泥系统。在氧化沟中完成有机物降解，在沉淀池中进行泥水分离，需设独立的沉淀池和刮泥系统。通过每一个周期的循环，造成有氧和无氧的环境，对氮和磷有很好的去除效果。氧化沟系统三个沟道的DO值呈0-1-2的梯次变化，脱氮效果好，除磷效果一般。固体停留时间较长，可抵抗较强的冲击负荷。较长的固体停留时间，可抵抗冲击负荷。污泥有一定的稳定性污泥有一定的稳定性采用鼓风曝气，曝气器均布池底，动力效率高；能耗较低；间歇运转须采用高质量的膜式曝气器，设备的闲置率较高，曝气器寿命较短，维修及维护量大。采用表面曝气

12、，设有转碟曝气设备，转碟分点布置；设备少，管理简单，维护量小，但能耗较高。自动化水平高，对电动阀门等设备的可靠性需求较高，控制管理较复杂。设备少且经久耐用，控制管理简单。耗电量较小，运行费用低。耗电量较大，运行费用较高。自控系统编程工作量较大，PLC硬件费用高，自动化水平较高，劳动强度较低，对操作人员的素质要求较高，总设备费用较高。自控系统编程工作量较小，PLC硬件费用低，自动化水平较低，劳动强度较高，对操作人员的素质要求较低，总设备费用较低。（4）氧化沟工艺与A2/O工艺相比，具有如下优势：（a）工艺流程简单，处理构筑物少，机械设备少，运行管理方便。与A2/O法比较，可不设初沉池，没有混合液

13、内回流系统，由于污泥相对好氧稳定，一般不设污泥的厌氧消化系统。（b）A2/O工艺由于停留时间较短，剩余污泥的稳定性较差，一般需要污泥消化和浓缩过程，这不利于除P，生物除P是通过聚磷菌在好氧条件下，过量吸P而使废水中的P得到去除的，最终P随聚磷菌进入剩余污泥中除去，剩余污泥长时间处于厌氧状态，将导致聚磷菌吸收的P重新释放出来，影响除P效果。氧化沟的水力停留时间较长，污泥泥龄较长，具有延时曝气的特点，悬浮有机物在沟内可获得较彻底的降解，污泥在沟内达到相对好氧稳定，剩余污泥量少，根据国内外经验，氧化沟不再设污泥厌氧消化处理系统，剩余活性污泥只须经机械浓缩、脱水即可利用或污泥后处置，简化了污泥后序处理

14、程序。污泥在进行机械浓缩、脱水过程中，停留时间很短，基本没有污泥中磷的释放问题。（c）转碟曝气，混合效率较高，水流在沟内的速度最高可达0.60.7m/s，在沟道使水流能快速进行有氧、无氧交换，交换次数可达5001000次，可同时进行有机物的降解和氮的硝化、反硝化，并可有效的去除污水中的磷。沟道的这种脉冲曝气和大区域的缺氧环境，可以较高程度地实现“同时硝化反硝化”的效果。（d）污水进入氧化沟，可以得到快速的有效的混合，由于池容较大，缓冲稀释能力强，耐高流量，高浓度的冲击负荷能力强，具有完全混合式和推流式曝气池的双重优势，对难降解有机物去除率高，出水水质稳定。（e）供氧量的调节，可以通过改变转碟的

15、转速、浸水深度和转碟安装个数等多种手段来调节整体供氧能力，使池内溶解氧值经常控制在最佳值，保证系统稳定、经济、可靠的运行。（f）曝气转碟由高强度玻璃钢制成，使用寿命可达20年以上，独特的结构设计使其具有较高的混合和充氧能力，新型转碟曝气机可以使氧化沟的工作水深达到5.0米以上。氧化沟转碟曝气机工作在水面上，而且安装的数量少，安装、巡检、维修方便，可以即时发现了解设备运行情况，随时解除存在隐患。而A2/O法所用的鼓风曝气设备使用寿命短，目前市场上的曝气器一般正常使用23年左右，而且会随着使用时间的增长效率降低。曝气器位于池底，日常无法了解水下设备运行状况，检修或者更换都需要放空，这会给污水厂的运

16、行带来很大的不便。通过对以上三种工艺的比较，可以看出，这三种工艺都能达到要求，各具优势，但考虑到城市现状和对工作人员的要求，最终选择工艺成熟、应用广泛的氧化沟工艺作为此污水处理厂污水生化处理主体工艺。（5） 氧化沟工艺的选择目前用于处理城市污水的氧化沟主要有以下几种：（a）卡鲁塞尔氧化沟卡鲁塞尔氧化沟是一种单沟环形氧化沟，主要采用表面曝气机，兼有供氧和推流的作用。污水在沟内转折巡回流动，处于完全混合状态，有机物不断得以去除。表曝机少，灵活性差，设备维修期间沟不能工作，沟内混合液自由流程长，由于紊流导致的流速不均，很容易引起污泥沉淀，影响运行效果。单沟氧化沟的平均溶解氧维持在2mg/L左右，加之

17、单点供氧强度过大，耗氧较高。在一般情况下，单沟很难形成稳定的缺氧段，不利于脱N。（b）三沟式氧化沟三沟式氧化沟工艺有两个边沟，一个中沟，当一个曝气时，另外两个作为沉淀池使用。一定时间后改变水流方向，使两沟作用相互轮换，中沟则连续曝气，三沟式氧化沟无需污泥回流装置，如果条件合适，还可以进行反消化。缺点：进、出水方向，溢流堰的起闭及转刷的开动于停止必须设自动控制系统；自控系统要求管理水平高，稍有故障就会严重影响氧化沟正常工作。由于侧沟交替运行，设备利用率较低。（c）一体化氧化沟一体化氧化沟就是将沉淀池建在氧化沟内，即氧化沟的一个沟内设沉淀槽，在沉淀池两侧设隔板，底部设一导流板。在水面上设集水装置以

18、收集出水，混合液从沉淀池底部流走，部分污泥则从间隙回流至氧化沟。一体化氧化沟将曝气、沉淀功能集于一体，免除了污泥回流系统，但其结构有待进一步完善。（d）奥贝尔氧化沟奥贝尔氧化沟由三个同心椭园形沟道组成，污水由外沟道进入沟内，然后依次进入中间沟道和内沟道，最后经中心岛流出，至二次沉淀池。在各沟道横跨安装有不同数量转碟气机，进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。外沟道体积占整个氧化沟体积的5055%，溶解氧控制趋于0.0mg/L,高效地完成主要氧化作用：中间沟道容积一般为25%30%，溶解氧控制在1.0mg/L，作为“摆动沟道”，可发挥外沟道或内沟道的强化作用；内沟道的容积约为总容积的15%20%，需要

19、较高的溶解氧值（2.0mg/L左右），以保证有机物和氨氮有较高的去除率。外沟道的供氧量通常为总供氧量的50%左右，但80%以上的BOD5可以在外沟道中去除。由于外沟道溶解氧平均值很低，绝大部分区域DO为0mg/L，所以，氧传递作用是在亏氧条件下进行的，大大提高了氧传递效率，达到了节约能耗的目的。一般情况下，可以节省电耗20%左右。内沟道作为最终出水的把关，一般应保持较高的溶解氧，但内沟道容积最小，能耗是较低的。中沟道起到互补调节作用，提高了运行的可靠性和可控性。因此，奥贝尔氧化沟可以在确保处理效果的前提下，可以获得较大的节能效益。对于每个沟道内来讲，混合液的流态为完全混合式，对进水水质、水量的

20、变化具有较强的抗冲击负荷能力；对于三个沟道来讲，沟道与沟道之间的流态为推流式，且具有完全不同溶解氧浓度和污泥负荷。奥贝尔氧化沟实际上是多沟道串联的沟型，同时具有推流式和完全混合式两种流态的优点，这种特殊设计兼有氧化沟和A2/O工艺的特点，耐冲击负荷，可避免普通完全混合式氧化沟易发生的污泥膨胀现象，可以获得较好的出水水质和稳定的处理效果。不同工艺的处理效果与其所配套的附属设备是分不开的，往往是新设备的产生、发展带动了工艺的改革，使其处理优越性得以突现。奥贝尔氧化沟采用的曝气转碟，其表面有符合水力特性的一系列凹孔和三角形突起，使其在与水体接触时将污水打碎成细密水花，具有较高的充氧能力和混合效率。通

21、过改变曝气机的旋转方向、浸水深度、转速和开停数量，可以调整其供氧能力和电耗水平。尤其是蝶片可以方便拆装，更为优化运行提供了简便手段。另一方面，由于转碟直径达1.5m，并在碟片最大切线区设置T形推流和切割叶片，增强切割气泡，推动混合液的能力。平行切入在水中旋转运行，具有极强的整流和推流能力。实践证明，在水深为5m ，在不需要水下推进器时，氧化沟池底流速仍可达0.2m/s以上。当污水浓度下降，为节能而减少曝气机运行台数时，一般也不必担心沉淀的发生。这是曝气转碟和奥贝尔沟型所独具的优点。奥贝尔氧化沟的沟道布置，便于采用不同种类的工艺模式。在使用普通活性污泥法时，内沟道用于曝气，外沟道用于需氧消化；使

22、用接触稳定和分段曝气时，是把进水和回流污泥引入相应的沟道中；为了保证高质量而稳定的处理效果和减少污泥量，需要进行硝化时采延时曝气模式。综合比较，选用奥贝尔氧化沟，其兼具氧化沟和A2/O工艺的双重优势。2.3.3污泥处理工艺选择污水处理所产生的剩余污泥必须按照减量化，无害化的原则进行妥善安全的处理、处置。本工程污水处理工艺，采用生物脱氮除磷的奥贝尔氧化沟工艺，污泥龄达20天以上，污泥已基本稳定，无需厌氧消化，可以直接进行机械浓缩脱水，同时可以防止P的厌氧释放，保证了除P效果。选择带式浓缩压滤一体机，泥饼含固率高，能耗底，可连续运行，生产效率高。二沉池污泥经贮泥池，直接进入机械脱水阶段，同时投加P

23、AM等药剂，以强化污泥脱水性能。经压滤机压滤后的泥饼含水率一般小于85%，可以直接外运处理。污水、污泥处理工艺流程图2.4 污水处理厂工程设计2.4.1污水处理厂总平面设计总平面布置直接影响到处理或生产装置的建设费用和运转费用。总平面布置应该具有布置紧凑、用地节省、工艺流程合理、功能明确、运输通畅、动力区接近负荷中心、工程管线短捷、管理方便等特点。总平面布置必须适合工艺、土建、防火安全、卫生绿化及生产与处理规模发展等方面的要求，要特别注意污水处理区、办公生活区与辅助车间的总体规划布置。污水处理厂平面布置主要包括以下几方面内容：（1） 处理构筑物、处理设备的布置构筑物包括粗、细格栅井、沉砂池、氧

24、化沟、二沉池、接触池及附属的泵房、污泥脱水间、加药间等。（a）按工艺过程的顺序布置紧凑，但也要留有必要间距。 （b）使连接构筑物的管渠简单，便捷，成直线而无返回流动。（c）利用地形流动，“高程布置”，确定标高，重力流动，减少运行费用。（2） 厂内管线布置（a）应能使各个处理构筑物独立运行。即任一处理单元因故停止运行，其他仍可正常运行。（b）满足紧急排放要求。（c）平行布置，不穿越空地，易于检查、维修。（3）附助建筑物布置辅助建筑物包括泵房、办公大楼、化验室、变电所、机修车间、仓库、食堂等。（a）方便。变电所应设于用电大户附近。（b）安全。锅炉房、煤气站、变电站附近不能有易燃、易爆车间。（c）有

25、特殊要求的中心实验室、化验室应设于清洁卫生、无振动区。（4）道路、绿化布置道路以方便运输为原则布置。通向一般构筑物铺设人行道，宽度为1.5-2.0m，采用碎石、炉渣、灰土等路面；通向仓库、检修车间、堆砂场、堆煤场、管件堆置场、泵房、变电所等主要建筑物处铺设行车道，路面宽度为3-4m，转弯半径为7m，纵向坡度不大于3%，应有回车的可能，采用沥青、混凝土、碎石、炉渣、灰土等路面；厂区主干道宽度不应小于6m，转弯半径为10m，纵向坡度不大于3%，应有回车的可能。污水处理厂应该充分考虑绿化。绿化面积不应少于污水厂总面积的30%。各个功能区之间应有绿化带隔开，是功能区划分明显，减少相互之间的影响。建筑物

26、、构筑物四周一般为绿化包围，各主要建筑物、构筑物应有出口和空地。（5）建筑物之间的距离处理构筑物之间应保持一定的距离，以保证铺设连接管道的要求，一般构筑物间隔距离为5-10m。相似构筑物可以考虑合建以减少占地和土方量。根据以上设计原则和要求，污水处理厂总体分为三个区，厂前区，污水、污泥处理区，辅助建筑区。厂前区建筑主要包括综合办公大楼、住宿楼、食堂、车库及娱乐锻炼场所，应布置在当地主风向上游，并尽量接近厂区大门，保证道路畅通，与污水处理区之间留有一定的绿化带。污水、污泥处理区分污水处理区和污泥处理区，是污水处理厂的核心构件，处于污水处理厂中间位置，应尽量按处理流程布置，布置应合理紧凑，减少施工

27、量及管道铺设量。辅助建筑区包括变电所、机修车间、仓库等，应远离明火，与其他建筑物保持一定距离，道路通畅。三个区域之间设主干道，宽7m，各区域内设单车道，宽3.5m，人行道，宽1.5m。 （6）污水处理厂主要建、构筑物汇总主要建、构筑物一览表序号名称设计尺寸个数结构1粗格栅间LB=12m10m1座方形，现浇钢筋混凝土结构2提升泵房LB=12m15m1座方形，现浇钢筋混凝土结构3细格栅间LB=12m10m1座方形，现浇钢筋混凝土结构4曝气沉砂池LBH=12m4.5m4.0m1座方形，现浇钢筋混凝土结构5氧化沟LBH=92.5m67.5m4.8m2座奥贝尔，现浇钢筋混凝土结构6二沉池DH=28m7.

28、66m4座辐流式，现浇钢筋混凝土结构7污泥回流泵房LBH=18m12m8.0m8接触池LBH=36m16m3.0m1座折板形，现浇钢筋混凝土结构9污泥浓缩池DH=12m6m1座圆形，现浇钢筋混凝土结构10污泥脱水机房LBH=30m15m6.0m1座单层框架结构11综合楼LB =50m20m1栋合建，三层框架结构，包括化验室、中控室12检测中心LB =20m10m113配电所LB =20m10m1间单层框架结构14维修车间LB =20m10m1间合建，单层框架结构，包括机修间，电修间，泥木工间15仓库LB =20m10m1间16住宿楼LB =25m20m1栋合建，四层框架结构，一层设食堂、浴室

29、17食堂、浴室LB =20m(12+8)m18运动场LB =40m20m1座露天19车库LB =20m10m1座单层框架结构，包括共用车辆20传达室LB =10m8m2间砖混结构（7）总图布置方案总图布置应力求整体协调、美观。该污水处理厂为新建污水厂,根据规划位于城市下游,城市海拔高度340.0m,规划用地长宽分别为:350mx200m,场地平整.污水厂进水口位于厂区西南角,进水污水管的标高为336.0m;出水靠重力排入厂区东侧500m处某河。厂区主干道宽7m，单行道宽4.5m，人行道宽1.5m。污水厂总占地面积3hm2。2.4.2污水处理厂总高程设计1. 污水厂的高程布置原则污水处理工程的污

30、水流程高程布置的只要任务是确定各处理构筑物和泵房的标高,确定处理构筑物之间连接灌渠的尺寸及其标高;通过计算确定各部位的水面标高,从而使污水能够处理构筑物之间畅通地流动,保证污水处理工程的正常运行.污水处理工程的高程布置一般应遵守如下原则：（1） 认真计算管道沿程损失，局部损失，各处理构筑物，计量设备及联络管渠的水头损失；考虑最大时流量，雨天流量和事故时流量的增加，并留有一定的余地；还应考虑当某座构筑物停止运行时，与其并联运行的其余构筑物及有关的连接管渠能通过全部流量。（2） 考虑远期发展，水量增加的预留水头。（3） 避免处理构筑物之间跌水等浪费水头的现象，充分利用地形高差，实现自流。（4） 在认真计算并留有余量的前提下，力求缩小全程水头损失及提升泵站的扬程，以降低运行费用。（5） 需要排放的处理水，在常年大多数时间里能够自流排放水体。注意排放水位不一定选取水体多年最高水位，因为其出现时间较短，易造成常年水头浪费，而应选取经常出现的高水位作为排放水位，当水体水位高于设计排放水位时，可进行短时间的提升排放。应尽可能使污水处理工程的出水管渠高程不受水体洪水顶托，并能自流。2.各处理构筑物的高程确定根据式设计资料，出水排入位于厂区东侧500m处的河流，河水最高水位336.0m。而污水厂厂址海