城市污水处理工程设计论文定稿.doc

扬州职业大学毕业设计 第 1 页 共 52 页 目录目录 第一篇第一篇 设计说明书设计说明书.1 1 设计概述.1 1.1 设计任务.1 1.2 设计依据.1 1.2.1 规范标准.1 1.3 区域概况.1 1.4 自然条件.2 1.5 工程建设的必要性和工程内容.2 1.5.1 工程建设的必要性.2 1.5.2 工程内容.2 2 污水处理厂设计.3 2.1 规模与处理程度的确定.3 2.1.1 污水厂处理规模.3 2.1.2 设计进出水水质.3 2.2 污水处理厂方案的确定.3 2.2.1 确定污水处理方案的原则.4 2.2.2 污水处理方案的比选.4 2.2.3 设计方案的确定.6 2.2.4 格栅.8 2.2.5 沉沙池.9 2.2.6 氧化沟.9 2.2.7 沉淀池.9 2.2.8 消毒池.10 2.2.9 污泥处理.11 2.3 污水处理厂工艺设计.12 2.3.1 粗格栅.12 2.3.2 进水泵房.12 2.3.3 细格栅.13 2.3.4 平流式沉砂池.13 2.3.5 Carrousel 氧化沟.13 2.3.6 二沉池.14 2.3.7 接触池.15 2.4 污泥处理系统.15 2.4.1 回流污泥泵设计选型.15 2.4.2 剩余污泥泵房.15 2.4.3 污泥浓缩池.16 2.4.4 贮泥池.16 2.4.5 脱水机房.16 3 污水处理厂的总体布置.17 3.1 污水厂厂址选择.17 20000m3 / d 城市污水处理工程设计 第 2 页 共 52 页 3.1.1 污水厂厂址选择应遵循下列各项原则.17 3.2 污水厂的平面布置.17 3.2.1 构筑物平面布置.17 3.2.2 管道布置.18 3.2.3 道路布置.18 3.2.4 绿化工程.19 3.2.5 辅助建筑物.19 3.3 污水厂的高程布置.19 4 劳动定员 .20 4.1 生产组织.20 4.2 劳动定员.20 4.3 人员培训.20 5 工程技术经济分析.20 5.1 土建费用及主要设备材料.20 5.2 运行费用等其它费用计算.22 5.2.1 成本估算的有关单价.22 5.2.2 运行费用.22 5.2.3 说明.22 6 环境保护、建筑防火和职业安全防护.22 6.1 环境保护.22 6.1.1 水及污泥的最终处置.22 6.1.2 噪声控制.23 6.1.3 厂区绿化.23 6.2 建筑防火.23 6.3 职业安全防护.23 第二篇第二篇 设计计算书设计计算书.25 1 设计资料.25 1.1 设计题目及任务.25 1.2 规划人口.25 1.3 处理水量.25 1.4 设计水质的确定.25 1.4.1 进水水质.25 1.4.2 出水水质及去除率.26 2 污水处理设计计算.27 2.1 污水处理厂处理规模.27 2.2 污水处理厂工艺设计.27 2.3 污水处理构筑物的设计计算.28 2.3.1 粗格栅.28 2.3.2 进水泵房.29 2.3.3 细格栅.29 扬州职业大学毕业设计 第 3 页 共 52 页 2.3.4 平流式沉砂池.30 2.3.5 carrousel 氧化沟.32 2.3.6 二沉池.37 2.3.7 接触池.40 2.4 污泥处理系统.41 2.4.1 回流污泥泵房.41 2.4.2 剩余污泥泵房.41 2.4.3 污泥浓缩池.42 2.4.4 贮泥池及污泥泵.43 2.4.5 脱水机房.44 3 污水厂的高程布置.44 4 参考资料.46 致谢致谢.47 第三篇第三篇 附图附图 附图 1 污水处理厂平面图 附图 2 污水处理厂管线图 附图 3 污水处理厂高程图 附图 4 氧化沟图 附图 5 二沉池图 20000m3 / d 城市污水处理工程设计 第 4 页 共 52 页 第一篇第一篇 设计说明书设计说明书 1 设计概述设计概述 1.1 设计任务设计任务 江苏省某市拟建污水处理厂，服务人口为20万，且接纳的工业废水平均日流量为 20000m3/d。根据设计资料，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）中的一级标准（B）排放要求。设计内容主要包括： 污水水量的计算；设计方案对比论证；污水、污泥处理工艺流程确定；污水、污泥处理 单元构筑物的详细设计计算，并配相应的单线草图；厂区总平面布置说明；污水厂环境 保护方案；污水处理工程建设的技术经济初步分析等。 1.2 设计依据设计依据 1.2.1 规范标准规范标准 （1）中华人民共和国国家标准，地表水环境质量标准 (GB3838-2002) S （2）中华人民共和国国家标准，城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002) S （3）中华人民共和国国家标准，室外给水设计规范 (GB50013-2006) S （4）中华人民共和国国家标准，给水排水工程构筑物结构设计规范(GB2050069 2002) S （5）中华人民共和国城镇建设行业标准，城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计 标准(CJJ31-89) S （6）中华人民共和国国家标准，总图制图标准(GB/T50103-2010) S （7）中华人民共和国国家标准，建筑污水排水制标准(GB/T50106-2010) S （8）中华人民共和国国家标准，房屋建筑制图统一标准(GB/T050001-2010) S （9）中华人民共和国国家标准，室外排水设计规范(GB50014-2006) S （10）江苏省地方标准（GB32/1072-2007）S （11）中国工程建设标准化协会标准，氧化沟设计规程CECS 112:2000 S 1.3 区域概况区域概况 扬州职业大学毕业设计 第 5 页 共 52 页 某市地处内陆中纬度地带，属暖温带大陆性季风气候，气候较温和，四季分明，雨 热同季，春冬干旱，夏季炎热，秋季湿润，冬季少雨。常出现伏旱暴雨，秋季多连阴雨。 常年气象参数统计如下： 年均气温：12.9，最热月（7 月）平均气温：21.226.5，最冷月平均气温：- 5.0-0.9。多年平均降雨量：577mm。冬季主导风向西北风，夏季主导风东南风，风流 频率：18%，年平均风速：2.55 m/s，年最大风速：18m/s，冬季最大冻土深度 0.5m，最 大积雪深度 0.27m。 1.4 自然条件自然条件 该污水处理厂位于某市西部，地势平坦。厂区设计地面标高为390.00m，地下水位埋 深在411m，地质状况良好，土地承载力为12t/m2。处理后的污水排入D河。该城市河段 水流量按90保证率，月均流量为17.94 m3/s，枯水期流量为11.7m3/s，流速为0.38m/s， 平均水深0.43m。河水平均水位是386.00m，地面标高为390.00m。 1.5 工程建设的必要性和工程内容工程建设的必要性和工程内容 1.5.1 工程建设的必要性工程建设的必要性 建国以来，由于受国情的限制及人们的环保意识落后的影响，建国初期污水处理没 有形成行业，到 1984 年才开始缓慢发展，到 2009 年年底，我国累计建成污水处理厂数 量和日污水处理总能力较 2005 年的水平分别增长了 120%和 75%。即使这样还有大多数 污水处理厂达不到设计能力，更有甚者由于种种原因停产的。而且我国至今还有 65%的 县城污水处理处在空白，绝大部分的乡镇没有任何污水处理设施。可见我国污水处理基 础差、水平低。 随着我国人民环保意识的提高，人们对污水处理提出了更高的要求。我国环保法规 定了各种污水的排放标准，禁止超标准排放。这一要求意味着不仅要求新建项目的污水 必须达标排放，而且要求多年积累的超标准排放的污水也必须在短时间内达标排放，这 从污水处理的数量上提出了更高的要求。 另外，由于我国水资源匮乏，不少地方要求污水处理必须达到回用标准，实现污水 处理资源化，这就从污水处理的质量上提出更高要求。 1.5.2 工程内容工程内容 （1）根据水量水质条件和设计资料，设计二级污水处理厂一座。建议该污水处理厂 20000m3 / d 城市污水处理工程设计 第 6 页 共 52 页 生物处理工艺采用氧化沟技术，处理水质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）排放要求。 （2）完成一套完整的设计应包括：污水水量的计算；设计方案对比论证；污水、污 泥处理工艺流程确定；污水、污泥处理单元构筑物的详细设计计算，并配相应的图；厂 区总平面布置说明；污水厂环境保护方案；污水处理工程建设的技术经济初步分析等。 （3）完成初步设计图纸 5 张：污水处理厂总平面布置图；污水处理厂管线布置图； 污水、污泥处理系统高程布置图；施工设计图纸 2 张以上（以氧化沟为主体） 。 2 污水处理厂设计污水处理厂设计 2.1 污水处理厂规模和处理程度的确定污水处理厂规模和处理程度的确定 2.1.1 污水处理厂规模污水处理厂规模 （1）该城市位于我国江苏省，污水处理厂服务面积内城市规划人口为 20 万。 （2）该污水厂接纳的工业废水平均日流量为 20000m3。 （3）该污水厂接纳的生活污水量平均日流量为 20000m3。 （4）城市污水日处理量为 20000m3。 2.1.2 设计进出水水质设计进出水水质 根据城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB18918-2002）规定城镇污水处理厂出水 排入 GB3838 地表水类功能水域（划定的饮用水水源保护区和游泳区除外） 、GB3097 海水二类功能水域和湖、库等封闭或半封闭水域时，执行一级标准，本设计确定出水达 到一级 B 标准。出水水质及去除率，具体标准见下表。 表表 2-1 污水进水水质及去除率污水进水水质及去除率 2.2 污水处理厂方案的确定污水处理厂方案的确定 序号基本控制项目一级标准（B）进水水质去除率 1COD60394.7484.8% 2BOD20263.1693.03% 3TSS20180.688.93% 4T-N2052.6362% 5氨氮838.4279.18% 6T-P14.8279.25% 7pH6978 扬州职业大学毕业设计 第 7 页 共 52 页 污水处理，就是采用一定的处理方法和流程将污水中所含的污染物质减少或分离出 去，或将其转化为无害和稳定的物质，以使污水得到净化达到恢复其原来性状或使用功 能的过程。现代污水处理技术按其作用机理可分为三类，即物理处理法、化学处理法和 生物处理法。 （1）物理处理法：此法系通过物理作用，分离、回收污水中呈悬浮状态的污染物质， 在处理过程中不改变污染物的化学性质。 （2）化学处理法：此法系通过化学反应和传质作用，来分离、回收污水中呈溶解、 胶体状态的污染物质，或将其转换为无害物质。 （3）生物处理法：此法系通过水微生物的代谢作用，使污水中呈溶解状态、胶体状 态以及某些不溶解的有机甚至无机污染物质，转化为稳定、无害的物质，从而使污水得 到净化。此法也称生化法，即生物化学处理法。一般认为，污水的可生化指标 （BOD/COD）大于 0.3 时才适于用生化处理法。 该污水处理厂正是使用的生物处理法。 2.2.1 确定污水处理方案的原则确定污水处理方案的原则 （1）采用生物处理法，从而使污水得到净化； （2）污水厂的处理构筑物要求占地面积小，投资少，且便于科学管理；安全可靠， 保证一定的出水水质； （3）污泥处理要求为：减少有机物，使污泥稳定化；减少污泥体积，降低污泥后续 处置费用；减少污泥中有毒物质；利用污泥中有用物质，化害为利；应选用生物脱氮除 磷工艺，故应避免磷的二次污染； （4）应该采用成熟可靠的工艺流程和处理构筑物。 最佳的处理方案要体现以下优点： （1）出水水质稳定可靠卫生安全； （2）抗水质水量变化能力强； （3）污泥处理与处置简单； （4）建设费和维护管理费低； （5）维护管理简单方便； （6）必要时可与深度处理工艺进行组合。 2.2.2 污水处理方案的比选污水处理方案的比选 20000m3 / d 城市污水处理工程设计 第 8 页 共 52 页 按城市污水处理和污染防治技术政策要求推荐，在对氮、磷污染物有控制要求 的地区，日处理能力在10万立方米以上的污水处理设施，一般选用A/O法、A/A/O法等技 术。也可审慎选用其他的同效技术。日处理能力在10万立方米以下的污水处理设施，除 采用A/O法、A/A/O法外，也可选用具有除磷脱氮效果的氧化沟法、SBR法、水解好氧法 和生物滤池法等。必要时也可选用物化方法强化除磷效果。 在上述各种除磷脱氮工艺中，对中小污水厂来讲，比较有发展前途的工艺是SBR工艺、 氧化沟工艺。因为这两种工艺一般都不设初沉地，SBR工艺和合建式氧化沟工艺也不需要 二沉池、污泥回流设施，因此，水、泥处理流程大为简化，可以达到占地少、能耗低、 投资省。运行管理方便的目的，符合当前污水处理工艺合建、简化发展的总趋势。采用 延时曝气的SBR工艺和氧化沟工艺产生的剩余污泥已经基本达到好氧稳定，剩余污泥经过 浓缩脱水后就可以直接应用于农田、填埋或者焚烧，不需要搞污泥消化，因此建设、运 转的费用大为减少，这一点对中小城镇污水厂来说，是非常有吸引力的。 表表2-2 氧化沟法与氧化沟法与SBR法比较法比较 名称名称优点优点缺点缺点 氧 化 沟 （1）处理流程简单，构筑物少，基建费用较省； （2）处理效果好，有较稳定的脱氮除磷功能； （3）对高浓度的废水有很大的稀释能力； （4）有抗冲击负荷的能力； （5）能处理不易降解的有机物，污泥生成少； （6）技术先进成熟，管理维护较简单； （7）国内工程实例多，容易获得工程管理经验。 （1）处理构筑物较多； （2）回流污泥溶解氧较高，对 除磷有一定的影响； （3）容积及设备利用率不高。 SBR （1）其脱氮除磷的厌氧、缺氧和好氧不是由空间划分， 而是用时间控制的； （2）不需要回流污泥和回流混液，不设专门的二沉池， 构筑物少； （3）地面积少。 （1）容积及设备利用率较低； （2）操作、管理、维护较复杂； （3）自控程度高，对工人素质 要求较高； （4）国内工程实例少； （5）脱氮除磷功能一般。 综上所述，任何一种方法，都能达到降磷脱氮的效果，且出水水质良好，但相对而 言，SBR法一次性投资较少，占地面积较大，且后期运行费用高于氧化沟，氧化沟虽然一 次性投资较大，但占地面积也不少，耗电量低，运行费用较低和运行管理各个方面都优 于其他处理方法。因此，采用氧化沟为本设计的工艺方案。 2.2.2.1 氧化沟的种类氧化沟的种类 目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯维尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔 扬州职业大学毕业设计 第 9 页 共 52 页 （Carrousel）氧化沟 、奥贝尔（Orbal）氧化沟、T 型氧化沟（三沟式氧化沟）、DE 型 氧化沟和一体化氧化沟。这些氧化沟由于在结构和运行上存在差异，因此各具特点。 在污水脱氮除磷的工艺设计中必须具备厌氧、缺氧、好氧 3 个基本条件，但是在实 施过程中由于所需的处理构筑物多、污泥回流量大，从而造成投资大、能耗多、运行管 理复杂。而卡鲁塞尔氧化沟将厌氧、缺氧、好氧过程集中在一个池内完成，各部分用隔 墙分开自成体系，但彼此又有联系。该工艺充分利用污水在氧化沟内循环流动的特性， 把好氧区和缺氧区有机结合起来，实现无动力回流，节省了去除硝酸盐及氮所需混合液 回流的能量消耗。Carrousel 氧化沟由于具有良好的出磷脱氮能力、抗冲击负荷能力和运 行管理方便等优点，已经得到了广泛的应用。所以这里我们也将选择卡鲁塞尔氧化沟作 为生物处理工艺。 Orbal氧化沟，即“0、1、2”工艺，由内到外分别形成厌氧、缺氧、和好氧三个区域， 采用转碟曝气。由于从内沟(好氧区)到中沟(缺氧区)之间没有回流设施，所以总的脱氮效 率较差。在厌氧区采用表面搅拌设备，不可避免的带入相当数量的溶解氧，使得除磷效 率较差。 三沟式氧化沟属于交替运行式氧化沟，由丹麦 Kruger 公司创建。由三条同容积的沟 槽串联组成，两侧的池子交替作为曝气池和沉淀池，中间的池子一直作为曝气池。原污 水交替地进入两侧的池子，处理出水则相应地从作为沉淀池的池中流出，这样提高了曝 气转刷的利用率（达 59%左右） ，另外也有利于生物脱氮。三沟式氧化沟流程简洁，具有 生物脱氮功能，由于无专门的厌氧区，因此，生物除磷效果差，而且由于交替运行，总 的容积利用率低，约为 55%，设备总数量多，利用率低。Carrousel 氧化沟的结构如下图 示。 图 2-1 Carrousel 氧化沟 2000 系统平面布置图 由图 1 可见，Carrousel 氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置，向混合液传递水珠 20000m3 / d 城市污水处理工程设计 第 10 页 共 52 页 的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明 显的溶解氧浓度梯度。氧化沟断面为矩形或梯形，平面形状多为椭圆形，沟内水深一般 为 2.54.5，宽深比为 2:1，亦有水深达 7m 的，沟中水流平均速度为 0.3m/s。氧化沟 曝气混合设备有表面曝气机、曝气转刷或转盘、射流曝气器、导管式曝气器和提升管式 曝气机等，近年来配合使用的还有水下推动器。 2.2.3 设计方案的确定设计方案的确定 表表 2-3 奥贝尔氧化沟和卡鲁塞尔氧化沟的比较奥贝尔氧化沟和卡鲁塞尔氧化沟的比较 Carrousel 氧化沟处理污水的原理：普通的 Carrousel 氧化沟的工艺中污水直接与回流 污泥一起进入氧化沟系统。表面曝气机使混合液中溶解氧 DO 的浓度增加到大约 23mg/L。在这种充分掺氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除 BOD；同时，氨 也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，此时，混合液处于有氧状态。在曝气机下游，水流由曝 气区的湍流状态变成之后的平流状态，水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状 态（平均流速0.3m/s） 。微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧，直到 DO 值降为零，混合 液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成一次循环。 为了取得更好的除磷脱氮的效果，Carrousel 2000 系统在普通 Carrousel 氧化沟前增加 了一个厌氧区和绝氧区（又称前反硝化区） 。全部回流污泥和 10-30%的污水进入厌氧区， 可将回流污泥中的残留硝酸氮在缺氧和 10-30%碳源条件下完成反硝化，为以后的绝氧池 创造绝氧条件。同时，厌氧区中的兼性细菌将可溶性 BOD 转化成 VFA，聚磷菌获得 VFA 将其同化成 PHB，所需能量来源于聚磷的水解并导致磷酸盐的释放。厌氧区出水进 名称名称性能特点性能特点结构形式结构形式曝气设备曝气设备适用条件适用条件 奥贝 尔氧 化沟 1.水水质好，脱氧率高，同时消化反消化 2.可以在未来负荷增加的情况下加以扩展 3.易于适应多种进水情况和出水要求的变化 4.容易维护 5.节能，比其他任何氧化沟系统在运行时需要的动力都 小 6.受结构形式的限制，总图布置困难 三个或多 个沟道， 相互连通 水平轴曝 气转盘 （转碟） 可进行多 个组合 出水较高 的大中型 污水处理 厂 卡鲁 塞尔 氧化 沟 1.出水水质好，由于存在明显的富氧区和缺氧区，脱氮 效率高 2.曝气效率单机功率大，调节性能好，并且曝气设备数 量少，既可节省投资，又可使运行管理简化 3.有极强的混合搅拌与耐冲击负荷能力 4.氧化沟沟深加大，使占地面积减少，土建费用降低 5.用电量较大，设备效率一般 6.设备安装较为复杂，维修和更换繁琐 多沟串联 立式低速 表曝机， 每组沟渠 只在一端 安设一个 表面曝气 机 大中型污 水处理厂， 特别是用 地紧张的 大型污水 处理厂 扬州职业大学毕业设计 第 11 页 共 52 页 入内部安装有搅拌器的绝氧区，所谓绝氧就是池内混合液既无分子氧，也无化合物氧 （硝酸根） ，在此绝氧环境下，70-90%的污水可提供足够的碳源，使聚磷菌能充分释磷。 绝氧区后接普通 Carrousel 氧化沟系统，进一步完成去除 BOD、脱氮和除磷。最后，混合 液在氧化沟富氧区排出，在富氧环境下聚磷菌过量吸磷，将磷从水中转移到污泥中，随 剩余污泥排出系统。这样，在 Carrousel 2000 系统内，较好的同时完成了去除 BOD、COD 和脱氮除磷。 Carrousel 氧化沟占地面积小，土建费用低。同时还具有极强的混合搅拌和耐冲击负 荷能力。所以采用 Carrousel 氧化沟工艺。工艺流程见图 2-2。 污泥 污泥 外运 原 水 粗 格 栅 提 升 泵 站 细 格 栅 沉 砂 池 卡 鲁 塞 尔 氧 化 沟 辐 流 式 沉 淀 池 污泥井 贮泥池污泥脱水机污泥浓缩池 排 放 粗渣外运 回 流 污 泥 液 氯 消 毒 接 触 池 图 2-2 污水厂处理工艺流程图 2.2.4 格栅格栅 格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截，以免其对后续处理单元的机泵或工艺 管线造成损害。 本污水处理厂设置粗、细两道格栅。粗格栅的作用是拦截较大的悬浮物或漂浮物， 以便保护水泵；细格栅的作用是拦截粗格栅未截流的悬浮物或漂浮物。 格栅按栅条的种类可分为直棒式栅条格栅、弧形格栅、辐射式格栅、转筒式格栅和 活动栅条式格栅。由于直棒式格栅运行可靠，布局简洁，易于安装维护，本工艺选用直 棒式格栅。 格栅与水泵房的设置方式如下图示： 20000m3 / d 城市污水处理工程设计 第 12 页 共 52 页 粗格栅泵房细格栅 图2-3 格栅与水泵房的设置方式 进水粗格栅是污水处理厂第一道预处理设施，可去除大尺寸的漂浮物或悬浮物，以 保护进水泵的正常运转，并尽量去掉那些不利于后续处理过程的杂物。 拟用回转式固液分离机。回转式固液分离机运转效果好，该设备由动力装置，机架， 清洗机构及电控箱组成，动力装置采用悬挂式涡轮减速机，结构紧凑，调整维修方便， 适用于市政污水处理厂污水预处理。 2.2.5 沉砂池沉砂池 沉砂池的形式，按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式和旋流式三种；按 池型可分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池和旋流沉砂池。 平流式沉砂池是常用的形式，污水在池内沿水平方向流动，具有构造简单、截留物 及颗粒效果较好的优点。竖流式沉砂池