毕业设计（论文）-某城镇生活污水处理工艺设计.doc

绪论随着城市化进程的加快，城市人口的递增，城市污水排放量日益增多，大量未经处理的污水直接排入周围河流，致使城市周围环境污染十分严重，人类和生物赖以生存的生态环境受到了严重的威胁。城市水污染问题日益突出，城市污水处理已经成为当前水污染治理的重点。活性污泥法是城市水处理的主要方法之一。活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。该法利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。活性污泥法是一种低成本高效能的污水处理方式,能够高效去除有机物，其bod5和悬浮物去除率都很高，达到90-95%左右。此次设计采用活性污泥法sbr的改进工艺cass工艺去除城镇污水，使处理后的污水能够达到排放标准。cass工艺是将序批式活性污泥法(sbr)的反应池沿长度方向分为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区。在主反应区后部安装了可升降的滗水装置，实现了连续进水间歇排水的周期循环运行，集曝气、沉淀、排水于一体。1设计任务及资料1.1设计任务某城镇9.0104m3/d污水处理厂处理工艺设计。1.2设计资料1.2.1背景资料 城镇污水经处理后达标排放到纳污河流中。纳污河流位于城镇东侧自北向南，流量保证率为95%，流量q平=8m3/s，平均水深h平=2m，平均流速v平=0.2m/s，平均水温t=15，溶解氧do=8mg/l，bod5=2.8mg/l，ss=1.0mg/l，河流允许增加悬浮物浓度1.5mg/l。1.2.2 原水资料(1)原水水量为q=69000m3/d，流量总变化系数k总=1.3，设计最大流量qmax=90000 m3/d。(2)原水水质参数见表1.1表1.1 原水资料原水水质单位(mg/l)原水水质单位(mg/l)cod350bod5175ss160tp6nh4+-n201.3设计要求 根据以上水量水质条件和设计资料，设计二级污水处理厂一座。处理水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准（gb18918-2002）一级b标准排放要求。 2污水处理工艺的选择2.1 污水工艺处理的选择按城市污水处理和污染防治技术政策要求推荐，20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺，中小型污水厂可以采用传统活性污泥法、氧化沟、sbr（cass）、ab法等工艺。2.1.1 传统活性污泥法传统活性污泥法，又称普通活性污泥法。污水经过初次沉淀池去除大部分固态杂质后进入曝气池，曝气池中充满活性污泥与污水的混合液。曝气设备不断向污水混合液提供氧气，使污染物发生好氧代谢反应，分解转化为无毒无害物质。反应后的混合液流入二沉池，活性污泥沉淀下来和净化水分离。沉淀污泥大部分返回曝气池，维持曝气池中的生物量，另一部分作为剩余污泥排出。二沉池出水为净化水，排入环境中。活性污泥法已有80多年的发展历史，其基本流程如图2-1所示。出水污水初次沉淀池曝气池二次沉淀池 回流污泥剩余污泥初沉污泥图2-1 活性污泥法基本流程传统活性污泥法具有以下特点：(1)是一种低成本高效能的污水处理方式,能够高效去除有机物,停留时间长的活性污泥法，还具有硝化功能；(2)传统活性污泥法的bod和悬浮物去除率都很高，达到9095%左右；(3)废水处理程度灵活，可高可低；(4)一次投资少，且处理设备较简单，易于管理和操作；(5)占地规模大，处理水量较大，适合处理各种水量和水质的可生化污水。2.1.2 氧化沟氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式，曝气池呈封闭的沟渠形，在沟槽中设有表面曝气装置。曝气装置起到充氧和使混合液快速混合的作用。氧化沟不属于专门的生物除磷脱氮工艺。但是随着氧化沟技术的发展，出现了一系列除磷脱氮技术与氧化沟技术相结合的污水处理工艺流程。按照运行方式，氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。氧化沟具有以下特点： (1)工艺流程简单，运行管理方便，运行费用低，适用于中小型污水厂；(2)能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力；(3)在氧化沟里存在缺氧和好氧交替的区域，能发生硝化和反硝化反应，具有较好的脱氮除磷的作用，但要达到较高的除磷效果则需要采取另外措施；(4)容易带来污泥膨胀、污泥上浮、污泥沉积和泡沫等问题；2.1.3 cass工艺cass工艺是将序批式活性污泥法(sbr)的反应池沿长度方向分为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区。在主反应区后部安装了可升降的滗水装置，实现了连续进水间歇排水的周期循环运行，集曝气、沉淀、排水于一体。cass工艺是一个厌氧/缺氧/好氧交替运行的过程，具有一定脱氮除磷效果，废水以推流方式运行，而各反应区则以完全混合的形式运行以实现同步硝化一反硝化和生物除磷。对于一般城市污水，cass工艺并不需要很高程度的预处理，只需设置粗格栅、细格栅和沉砂池，无需初沉池和二沉池，也不需要庞大的污泥回流系统(只在cass反应器内部有约20%的污泥回流)。cass工艺具有以下特点： (1) 运行灵活，抗冲击能力强；(2) 生化反应推动力大；(3) 沉淀效果好；(4) 剩余污泥量小，性质稳定；(5) 不易发生污泥膨胀；(6) 系统简单，核心构筑物为反应池，无初沉池和二沉池，投资运行费用低。2.2 进出水水质要求表2-1进出水水质要求 单位：（mg/l）主要指标codcrbod5sstpnh4+-n进水350175160620出水60202018去除率82.9%90.9 %87.5%83.3%60%2.3 工艺的确定根据该城镇污水水量和污水水质特征以及进出水水质要求，主要去除的是bod5，codcr和ss，cass工艺的bod和ss去除率都很高，达到90-95%左右，确定采用生物处理cass工艺。其工艺流程如图2-2所示。原污水cass平流沉砂池细格栅污泥堆肥粗格栅出水提升泵房泵房浓缩池污泥机械脱水剩余污泥风机房污泥回流图2-2 污水处理工艺流程图2.3.1 cass工艺说明 cass工艺全称为循环式活性污泥法。cass的整个工艺为一间歇式反应器，在此反应器中活性污泥法过程按曝气和非曝气阶段不断重复，并将曝气池和沉淀池合二为一，即将生化过程和泥水分离过程结合在一个池子中进行。cass工艺以一定的时间序列运行，其运行过程包括进水曝气、沉淀(泥水分离)、上清液滗除和进水闲置共四个阶段并组成其运行的一个周期。具体运行过程依次如下：(1)进水曝气阶段。与传统意义的sbr工艺不同，cass工艺在进水阶段，不设单纯的充水过程或缺氧进水混合过程。该阶段是边进水边曝气，同时将主反应区内的污泥回流到生物选择器内。(2)沉淀阶段。该阶段停止曝气，静置沉淀，以使泥水分离。cass工艺在沉淀阶段不进水，保证了沉淀过程在静止环境中进行，并使排水的稳定性得到保障。(3) 上清液滗除阶段。该阶段反应器停止进水，但污泥回流系统照常工作。排水装置为自动滗水器。(4)闲置阶段。闲置时间被用于反应器内污泥闲置以恢复其吸附能力。3.工艺流程设计计算3.1 粗格栅粗格栅的作用是去除污水中较大的悬浮物，以保证后续处理设备正常工作。根据格栅上截留物的清除方法不同，可将格栅分为人工清理格栅和机械格栅。本次设计选用的是机械清理格栅。3.1.1格栅的设计格栅的设计参数应符合下列要求：我国过栅流速一般采用0.6-1.0m/s。此次设计采用0.8m/s。人工清理格栅倾角一般采用45-60，机械清除国内一般采用60-70。本设计采用60。设计参数：设计流量：qmax=1.04m3/s；过栅流速: ； 格栅间隙b=50mm ；栅倾角：栅条宽度: ； 设计中的各参数均按照规范规定的数值来取的。(1)格栅间隙数n式中qmax 最大设计流量，m3/s； 格栅倾角，； b 栅条间隙，b=0.05m ； h 栅前水深，m； v 污水的过栅流速，0.8m/s。确定格栅前水深，根据最优水力断面公式计算得:栅前槽宽，则栅前水深(2)栅条间隙数： 则栅条的数目为n-1=35（条）(3)格栅的建筑宽度b=s（n-1）+bn式中 s栅条宽度，s=0.02m 。b=0.02（36-1）+0.0536=2.50m(4)通过格栅的水头损失h2式中g重力加速度，9.8m/s2；k格栅阻力增大系数，k=3；阻力系数。本次设计采用的是锐边矩形，其计算公式为，则,因此 (5)槽的总高度式中h1 栅前渠道超高，m，一般取0.3m。(6)栅槽总长度计算公式式中h1栅前槽高，m，h1=h+h2=0.665+0.06=0.725m；b1 进水渠道宽度，1.33m；进水渠道渐宽部分长度，1.60m；栅槽与出水渠连接渠的渐缩长度，0.80m；(7)每日栅渣量w（m3/d）式中w1栅渣量（m3/103m3污水），取0.1-0.01，粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值，当栅条间距为16-25mm时，w1=0.05-0.1；当栅条间距为30-50mm时，w1=0.01-0.03；w1=0.01。k总污水流量总变化系数，根据此污水流量应选k总=1.3。 (8)格栅说明采用两台粗格栅机，格栅本体为不锈钢体，清污机耙由计算机根据时间自动控制，同时设机旁急停及启动按钮，高水位时清污机连续工作，与清污机配套的皮带运输机也连续工作。(9)格栅如图3-1所示：图3-1粗格栅示意图3.2 污水提升泵房本设计采用活性污泥法cass工艺系统，污水处理系统简单，污水经提升后入平流式沉砂池。然后自流通过cass池。3.2.1污水提升泵房设计计算设计流量：qmax=1.04m3/s设计参数：平均设计流量 q=2880 m3/s 变化系数 k=1.3根据设计流量1.04m3/s，属于大流量低扬程的情形，考虑选用qw型的潜污泵4台400 qw1250-5-30型潜污泵（流量1250m3/h，扬程5m，转速980r/min，功率30kw），三用一备，流量： 集水池容积： 考虑不小于三台泵5min的流量：取有效水深h=3m，则集水池面积为: 3.3 泵后细格栅污水由进水泵房提升至细格栅沉砂池，细格栅用于进一步去除污水中较小的颗粒悬浮、漂浮物。细格栅的设计和粗格栅相似。3.3.1 泵后细格栅设计计算(1)设计参数确定已知参数：qmax=1.04 m3/s。栅条净间隙为3-10mm，取b=10mm，格栅安装倾角600 过栅流速一般为0.6-1.0m/s ,取=0.8m/s,栅条断面为矩形，栅条宽度s=0.01m，其渐宽部分展开角度为20。水力停留时间：t=30s设计流量：qmax=1.04 m3/s过栅流速: =0.8m/s 栅条宽度: 格栅倾角：格栅间隙: b=10mm (2)设计计算确定细格栅两组，每组的流量为q=0.4m3/s，qmax=0.52m3/s。 确定格栅前水深，根据最优水力断面公式计算得栅前槽宽 ，则栅前水深。 栅条间隙数 (取n=113）栅槽建筑宽度b=s（n-1）+bn=0.01（114-1）+0.01113=2.1m通过格栅的水头损失h2式中g重力加速度，9.8m/s2；k格栅阻力增大系数，k=3；阻力系数。本次设计采用的是锐边矩形，其计算公式为式中因此 槽的总高度式中h1栅前渠道超高，一般取0.3m。栅槽总长度计算公式式中h1栅前槽高，m，h1=h+h2=0.47+0.27=0.74m；b1 进水渠道宽度，0.94m；进水渠展开角，一般为20；进水渠道渐宽部分长度，1.59m；栅槽与出水渠连接渠的渐缩长度，0.795m； 每日栅渣量w（m3/d）式中w1栅渣量（m3/103m3污水），取0.1-0.01，w1=0.06；k总污水流量总变化系数，根据此污水流量应选k总=1.3。 w0.2m3/d宜采用机械格栅清运。3.4 平流式沉砂池沉砂池的功能是从污水中分离相对密度较大的无机颗粒，主要去除污水中粒径大于0.2mm的砂粒，除砂的目的是为了避免砂粒对后续处理工艺和设备带来的不利影响，还能使沉淀池中污泥具有良好的流动性，能防止排放与输送管道被堵塞，且能使无机颗粒与有机颗粒分别分离，便于分离处理和处置。沉砂池的工作，是以重力分离作为基础，就是把沉砂池内的水流速度控制到只能使相对密度大的无机颗粒沉淀，而有机颗粒可随水流出的程度。常用的沉砂池有平流式、竖流式、曝气式和涡流式四种形式。四种形式沉砂池有各自不同的适用条件，其选型应视具体情况而定。本设计中选用平流沉砂池，它具有截留颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沙较方便等优点。3.4.1平流沉砂池设计要求 设计要求： 最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s。 最大流量时停留时间不小于30s，一般采用3060s。 有效水深应不大于1.2m，一般采用0.251m，每格宽度不宜小于0.6m。 沉砂池的超高不宜小于0.3m。 池底坡度一般为0.010.02，当设置除砂设备时，可根据设备要求考虑池底形状。 设计流量应按分期建设考虑：a、当污水为自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；b、当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算；c、在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。3.4.2设计参数设计最大流量：qmax=1.04m3/s，设计流速：v=0.25m/s3.4.3平流式沉砂池的设计计算(1)平流沉砂池长l设： （流速要求在0.150.3m/s）；（停留时间要求为30s60s）。则： 。(2)水流断面面积 (3)池总宽度b设2格沉砂池式中h2设计有效水深，0.7m。池单格宽度b=3.0m(4) 有效水深取=1.0m(5)贮砂斗所需容积v 式中t清除沉砂的间隔时间，d； x城市污水的沉砂量，一般采用30； kz污水流量的总变化系数。(6) 每个沉砂斗容积：设取一个分格有两个沉砂斗,则(7) 贮砂各部分尺寸设贮砂斗底部宽b1=0.6m，斗壁与水平面的倾角为60，则贮砂斗的上口宽b2(8)贮砂室的高度h3 (9)池总高度 h（m）式中h1超高，取0.35m； h2设计有效水深，1.0m；h3贮砂斗高度，由上式中可知h3=0.91m；(10)校核最小水流流速vmin式中qmin设计最小流量，0.8m3/d； n 最小流量是工作的沉砂池数，取n=2； amin 最小流量时沉砂池中水流断面面积，4.16m2。(11)排砂装置平流式沉砂池常用的排砂方式与装置主要有重力排砂与机械排砂。本次设计采用的是重力排砂装置，排砂管道管径dn=200mm，如图3-4。图3-4平流式沉砂池示意图3.5 cass反应池 cass法的工艺设备是由曝气装置、上清液排出装置（滗水器），以及其他附属设备组成的反应器。cass对有机物的去除机理为：在反应器内预先培养驯化一定量的活性微生物（活性污泥），当废水进入反应器与活性污泥混合接触并有氧存在时，微生物利用废水中的有机物进行新陈代谢，将有机污染转化为co2、h2o等无机物；同时，微生物细胞增殖，最后将微生物细胞物质（活性污泥）与水分离，废水得到处理。3.5.1设计资料q=69000m3/d，qmax=1.04m3/s，cod=350mg/l，bod5/cod=0.5，ss=160mg/l。设污泥泥龄为15d，采用低负荷，使得出水的有机物降低，所以取用-污泥负荷率为0.1，根据运行周期时间安排和自动控制特点，cass反应池设置8个。3.5.2 cass反应池设计(1)处理效率（e）根据要求，处理效率e应80(2)曝气时间ta式中lsbod-污泥负荷，kgbod/（kgmlssd），此次设计采用低负荷进水，设bod-污泥负荷为0.1 kgbod/（kgmlssd）；1/m排出比，取m=4；x曝气池内mlss浓度，此次设计x=3000mg/l。因此此次设计曝气时间取3.5h。(3)沉淀时间ts式中h 反应池水深m；1/m排水比，取m=4。水温t=10 水温t=20 则取2.06h为沉淀时间(4)周期数的确定n1个周期数所需时间tcta+ts+td=3.5+2.06+2=7.56h，则1个周期为8h。(5)进水时间tf(6)反应池容积v根据实际资料知，高峰流量时的安全容积为最大流量乘以4h，即峰值水平为(7)单组曝气池平面尺寸式中f单组曝气池的面积，；v每组曝气池容积，m3；h曝气池的有效水深，m。本设计取2800，有效水深5.5m，超高取0.5m，则尺寸为：70m40m6m。预反应区的尺寸：4m70m6m，主反应区得尺寸：36m70m6m。(8)超过曝气池容量的污水进水量式中r1个周期的最大进水量变化比，一般采用1.2-1.8。在这里根据最大污水量和平均污水量可取r=1.23。考虑到流量的变动，对反应器进行容积修正：取反应器水深为5.5m，则所需水面积为a： 反应器的运行水位计算如下：(9)需氧量od按去除1kgbod需要2kgo2计算，则由计算可得周期数n=3，取反应池个数为8池，则一个周期的需氧量为以曝气时间ta=3.5h为周期的需氧量为(10)供氧量设计算水温为20，混合液浓度为1.5mg/l，池水深5.5m，曝气头距池底0.2m，则淹没水深为5.3m，ea=15%，空气离开反应器时氧的百分浓度为：则供养能力 (11)供风量(12)曝气方式 曝气是将空气中的氧用强制的方法溶解到混合液中去的过程，曝气除起供气作用外，还起搅拌作用，使活性污泥处于悬浮状态，保证和污水密切接触、充分混合，以利于微生物对污水中有机物的吸附和降解。常用的曝气方式有鼓风曝气、机械曝气和鼓风机械曝气等方式。 设计采用的是鼓风曝气。鼓风曝气是将鼓风机提供的压缩空气，通过管道系统送入曝气池中空气扩散装置上，并以气泡的形式扩散到混合液中。 采用微孔曝气器进行曝气，微孔曝气器由橡胶膜片、若干个空气导流筋、底座支盘和螺旋压盖组成。橡胶膜片设置在底盘支座上，优选的在每个膜片上开有5600个孔。底盘支座是膜片的支撑体，呈球形。底盘支座的上部设置有若干个空气导流筋，优选的在底盘支座上设置有6个沿径向均匀分布的空气导流筋。螺旋压盖在底盘支座的下部与底盘支座螺旋结合，用于将膜片固定在底盘支座上。底盘支座和螺旋压盖采用工程塑料注塑而成。将空气扩散器敷设于距池底0.2m，淹没水深5.3m，计算温度定于30。查得20和30时，水中饱和溶解氧值为：cs（20）=9.17mg/l； cs(30)=7.63mg/l。空气扩散器出口处的绝对压力（pb）pb=1.013105+9800h式中pb出口处绝对压力，pa； h扩散器淹没深度，设计中取5.3m。pb=1.013105+9800h =1.013105+98005.3 =1.53105pa(13)上清液排除装置 日处理量q=69000m3/d，池数n=8，周期数n=3，排水时间td=2h，则每池的排水负荷为：每池设置1台滗水器，则排水负荷为24.0m3/min,考虑到流量的变化，则最大排水负荷为31.2 m3/min。(14)cass产泥量cass的剩余污泥主要来自微生物代谢的增殖污泥，还有很少部分由进水悬浮物沉淀形成。cass生物代谢产泥量为式中a微生物代谢增系数，kgvss/kgbod； b微生物自身氧化率，1/d。根据生活污泥性质，参考类似经验数据，设a=0.7，b=0.05，则有： 假定排泥含水率为99.2%，则排泥量为：取一定的安全系数为1.2，则每天排泥量为320m3/d。3.6出水出水口处设有紫外线消毒装置，经消毒后即可排入水体，出水口采用淹没式出流，其管口上沿处于河流常水位下 0.2m 深处。3.7浓缩池污泥浓缩主要是减小污泥体积，降低污泥含水率，为污泥消化处理提供方便。污泥中所含水大致分为四类：颗粒间的孔隙水，约占总水分的70%；毛细水，约占20%；污泥颗粒吸附水和颗粒内部水约占10%。浓缩法主要降低的是污泥的孔隙水。污泥中采用重力浓缩，利用污泥自身的重力将污泥间隙的液体挤出，从而使污泥的含水率降低，缩小污泥的体积，减少后续处理构筑物的容积及运行费用。3.7.1浓缩池设计(1)设计资料污水设计流量q=69000 m3/d, 污泥浓度=3g/l，运行周期为19h，其中进泥2.0h，浓缩时间为12.0h，排水和排泥3.0h，闲置2.0h。浓缩前污泥量为320 m3，含水率为99.2%。(2)容积计算浓缩12h后，污泥含水率为97%，则浓缩后污泥体积为 则污泥浓缩池所需要的容积应不小于85.3+320=405.3m3。设计污泥浓缩池2座，单池容积不得少于202.5 m3。(3)浓缩池平面面积式中q污泥量，m3/d；c污泥固体浓度，g/l；m浓缩池污泥固体量，kg/.d。单池面积a=a/2=32(4)浓缩池的直径本设计取7m。(5)浓缩池工作部分高度式中：-浓缩池浓缩时间（h），一般采用1016h，本设计取12h。本次设计取4.0m(6)浓缩池总高度h式中h2超高，0.5m；h3超高，0.5m。(7)污泥浓缩池示意图3-7 图3-7 浓缩池示意图3.7.2排水和排泥系统设计(1)排水 浓缩后池内上清液利用重力排放，由站区溢流管道排入调节池。浓缩池设2根排水管于池壁，管径dn100mm。于浓缩池最高水位处置一根，向下每隔0.5m、0.4m处设置一根排水管。(2)排泥 采用污泥管道最小管径为dn150mm，间歇将污泥排出。浓缩后的污泥由高压污泥泵抽送至板框压滤机。3.8污泥脱水主要目的在于降低污泥中含水率，为污泥的后续处理打好基础。设计中采用带式压滤机脱水，优点：设备简单，动力消耗少，可连续生产。过滤机产率为10 kg/(.h)(1)剩余污泥经浓缩后污泥产量为 (2)污泥脱水率为75%，则污泥脱水后的剩余污泥量为： (3)污泥脱水机选型设计中选用dy3000型带式压滤机，其中技术指标为，干污泥产量为600kg/h,泥饼含水率为75%，絮凝剂投标量按干污泥量的0.002来投加。 设计中共采用3台带式压滤机，其中2用1备，工作周期定为12h。3.9 污泥最终处置污泥经过浓缩、脱水后，还存在最终处置问题。污泥处理与处置的目的主要有以下四个方面：(1)减量化：减少污泥最终出之前的体积，以降低污泥处理及最终处置的费用；(2)稳定化：通过处理使污泥稳定化，最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染；(3)无害化：达到污泥的无害化与卫生化，如去除重金属或灭菌等；(4)资源化：在处理污泥的同时达到变害为利、综合利用、保护环境的目的。根据调查，在大多数发展中国家，土地利用和填埋仍是污泥处置的主要途径。污泥处理的方法主要有污泥卫生填埋、污泥高温堆肥技术、污泥焚烧处置技术。在本次设计中采用的是污泥堆肥的方法来处理处置污泥的。4. 整体布置平面的布置应满足规范设计，必须对工艺处理中的总平面处以整齐划一。各处理单元构筑物必