15万吨天城市污水处理工艺设计毕业设计.doc

15万吨天城市污水处理工艺设计毕业设计1、总论1.1、毕业设计题目：ASM2D为基础的15万吨/天城市污水处理厂工艺设计1.2、设计任务1、根据设计原始资料、进水水质情况以及处理后的水质要求，结合实际情况，设计提出合理的污水、污泥处理方案。2、对各处理单元进行工艺选择，并通过分析对比不同的构筑物形式，完成对各个单元的池型选择。3、对各单元进行设计计算，完成对各污水、污泥构筑物的基本尺寸、主要构造、进出水等的设计。4、确定污水处理厂的辅助构筑物的规格尺寸。 5、根据厂区实际可利用占地情况，对污水处理厂总体进行规划，包括确定各主要处理构筑物、辅助建构筑物的平面位置，完成对污水管道、污泥管道、空气管道等相关管道的布置，并绘制成平面布置图。6、对各构筑物的高程进行计算，并绘制出污水处理厂高程图。7、对污水处理厂进行概预算设计，初步确定污水处理的成本。8、 编写水厂设计计算说明书。 1.3、毕业设计原始资料：1.3.1、自然条件1.地理位置 ：北京，东径:11936，北纬:3218，我国的首都，北方城市。2.气象资料 气温：年平均气温 约11.5 ； 历年最高气温约 40； 历年最低气温约-16； 月最高平均气温约29。 风 向：以西北风为主。 降雨量：年平均降雨量 531 mm； 年最大降雨量 700 mm； 日最大降雨量106 mm。 冬季冰冻期： 60 天； 最大冰冻线深度： 1米 ；3.地质资料土壤承载力 2.1 kg/；地下水位; -6 -7 m。地震发生概率以及历年最大地震级：概率较小，最大为四级。1.32纳污水体的水文资料亮马河位于污水处理厂的附近，成为了污水处理厂处理后排水的收纳水体。亮马河的单位流量最小时约为 30 m3/s，相应的水体流速是0.3-0.8m/s。最小流量时，河段内水体的溶解氧浓度范围是 5-6 mg/L。一些相关数据如下：项目数值排放口处水体最高水位342.76 m最低水位201 m常水位 284.5 m水体中BOD58-15 mg/L SS 20-30 mg/L水体温度T181.3.3、进出水水质本设计污水处理厂进水水质如下表所示：名 称平均水量（m3d）SS(mg/L)COD(mg/L)BOD(mg/L)NH4-N(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)进水水质15000025035020032405城市污水处理厂的二级处理一般都包含了生化处理工艺，出水水质好。根据城镇污水处理厂污染物排放标准的规定，列出了一级A标水质指标：名称COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)NH4-N(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)大肠杆菌（个/L）PH出水水质5010105（8）150.51000691.3.4、回用水水质标准：由于本污水处理工艺是适用在我国首都北京，属于北方城市，人口多，水源稀缺，因此本设计考虑了中水的回用。而由于近年来污水处理要求的提升，城市污水处理厂排水标准一级A标的出水水质基本达到了中水回用的要求，本设计二级生化处理之后，又增加了过滤消毒处理，来实现污水的回用。中水回用排水满足城市污水再生利用 城市杂用水水质。2、总体设计2.1设计原则 1、要保证技术可行。污水处理厂处理工艺的选择首先应确保对污水进行处理过后满足排放标准的要求。否则，便失去了污水处理厂理应具备的功能。结合自身的实际情况，如自然条件、水文条件、地质条件等，设计满足要求的污水处理工艺。 2、污水处理厂所使用的设计方法必须可靠，所选择的各个设计参数也同样必须可靠。为此，污水处理厂在进行工艺设计之前应做好准备工作，需要大量查阅相关资料，并向现有污水处理厂学习，为污水处理工艺设计中参数、池型等的选择提供依据，避免因污水处理单元参数选择不当而造成技术上不达标或者是造成经济上的浪费。在设计时要从工程的角度出发，全面的考虑多种因素的影响，来进行设计数据的优化选择。同时，我们应该遵守现有的设计规范，保证一定的安全系数。对于研究不够成熟的新工艺、新技术、新材料的使用，采取慎重的态度，多参考使用相关技术的污水处理厂学习经验。3、污水处理厂工艺及构筑物的设计，在满足技术可行的情况下应充分考虑经济的因素。经济因素是城市污水处理厂考虑的一个重要方面。污水处理在工艺选择、池型选择、相关设施设备选择以及药剂选择等方面都可以做到优化处理，降低污水处理厂的基建以及运行费用。4、污水处理厂设计必须将安全因素纳入考虑的范围。同其他企业行业相同，城市污水处理厂的安全运行十分重要。目前据国家相关要求，城市污水处理厂必须24小时连续运行，因此污水处理厂应做好相关的安全措施。设计中可以适当设置放空管、超越管线等来提高其运行的安全性。同时，污水处理厂的建造施工以及日常维护管理都应注重设备材料的质量，防止意外事故的发生。5、污水处理厂的设计应做好远期规划。对于一些不宜采取分期建设的单元，如配水井、泵房以及加药间等，基建时应该一次性建成，同时应做好相关设计，为以后的扩建预留好土建用地。2.2各污染物去除率的确定根据进出水水质要求，可以计算出各种污染物质的去除程度。BOD5的去除率：COD的去除率：TP的去除率：TN的去除率：NH3-N的去除率：SS的去除率：2.3处理工艺流程的确定城市污水处理厂一般采用二级生物处理作为污水处理的主要工艺，污水在进入二级处理构筑物前，先要经过预处理工艺，而二级出水尚需要经过深度处理来达到中水回用的要求。生化处理有活性污泥法和生物膜法，当然要达到中水回用的要求，可以采用膜生物反应器来处理，但膜生物反应器成本较高。活性污泥法目前比较常用的有AA/O、SBR、氧化沟、CASS等工艺，生物膜法常用的有生物接触氧化池、生物滤池、生物转盘等工艺。 活性污泥法由于工艺简单、运行稳定、经济性高等优势，在城市污水处理中占有很大比重。本设计也采用活性污泥法，下面叙述了几种常用的活性污泥工艺。AA/O法：AA/O是目前应用最为广泛的城镇污水处理工艺之一，在技术上，它工艺成熟，运行稳定，池体简单，对氮磷有较好的去除效果，污泥沉降性能好；在经济上，它日常维护简单，运行费低，同时厌氧条件下产生的沼气可以作为能源使用；在应用范围上，它更适于用大中型的污水处理厂。氧化沟：氧化沟是延时曝气中的一种，其中的活性污泥处于生长的后期阶段，污泥活性有所下降，因此有机负荷相比较低，水力停留时间较长，对冲击负荷的抗击能力较好。在经济上，它可以采用在廊道内进行沉淀，以此来完成泥水分离，不必单独设置二沉池，节约了基建费用。但是多数情况下需要设置二沉池。在应用范围上，一般适用于中或小流量的城镇污水或工业废水。SBR法：SBR是序批式活性污泥法中常用的一种，它最大的特点是在一个池子内完成由进水、反应、沉淀、出水和闲置5个阶段。SBR进出水不连续，因此需要设置多个池子来保证进出水的连续。在经济上，SBR由于所需池体少而节约了土地和基建费用，但是其池体容积利用率较低。SBR一般在中小型污水处理厂或工业废水应用较多。考虑到本设计处理水量大，出水要求回用，因此需要较高的稳定性。而氧化沟和SBR的运行稳定性一般，AA/O的稳定性很高，因此本设计采用AA/O法，但是应用AA/O最大的缺点是内回流较大。由于经过二级生物处理的污水水质已经基本达到回用要求，中水回用只要在经过过滤和消毒即可满足要求，因此本设计的工艺流程见下：2.4、处理构筑物形式的确定2.4.1、格栅2.4.1.1、格栅的作用对城镇生活污水进行处理，一般都会设置格栅。格栅是由多条金属栅条平行排列制成，常常安置在污水的进水端如提升泵房前处或者是沉砂池前端。设置格栅的作用是，截留入流污水中大粒径的悬浮物和漂浮物，如纤维、毛发、塑料制品等，防止后续的泵、阀门、管道等出现堵塞问题。2.4.1.2、格栅的种类格栅栅条可以做成不同的尺寸，栅条间的间距也有多种形式。栅条间距范围在50100毫米的格栅称为粗格栅，间距范围在1040毫米的格栅称中格栅，间距范围在1.510毫米的格栅是细格栅。而由于格栅横断面形状的不同，格栅又可以分别制成平面格栅和曲面格栅。粗格栅、中格栅和细格栅均可以分别制成平面格栅和曲面格栅。格栅的清渣方式有人工清渣和机械清渣两种，人工清渣一般用于水量不大或着是污水中污染物量少的情况，当栅渣量超过0.2m3/d时，则应当采取机械清渣。目前机械清渣方式的格栅种类很多，较常用的有回转式格栅、往复式移动耙格栅、转鼓式格栅、阶梯式格栅。格栅栅条的断面形状也有多种，常见的有正方形、圆形、方形，也有一些其他流线形状。目前比较常用的是方形格栅，断面是圆形或者按照流线加以修正的格栅，相较与方形格栅，水力条件好，但刚度较差。值得注意的是，一旦格栅断面形状确定，格栅栅条的尺寸也就确定了，只是需要对栅间距进行选择。2.4.1.3、格栅的选择目前污水处理厂一般需要选择2道及以上的格栅来对污水进行预处理，常采用的组合形式是：粗格栅+中格栅、中格栅+细格栅或者粗格栅+中格栅+细格栅的处理工艺。本设计结合了自己的污水水质，综合选择了中格栅+细格栅的处理流程。中格栅采用栅条间距为20mm的回转耙式格栅,细格栅采用栅条间距为8mm的回转耙式格栅，2道格栅均采用机械清渣，格栅断面都是采用锐边矩形。中、细格栅均设置5组，4用1备，4组格栅并联运行。细格栅处设有事故格栅，用于意外情况下污水的紧急处理。格栅处设有时间间隔器，每隔一定时间开启格栅，将栅渣排除。2.4.2、提升泵房一般的，污水处理厂在进行设计时，考虑利用各处理单元间自身的静压差来完成的污水的流通，这就意味着处于流程前端的单元需要较高的静压，然而从市政管网接入的污水静压很低，因此，需要对污水进行提升。 污水提升泵房有多种形式，选择何种形式是受多种因素制约的。一般的，泵房形式的确定可以参考下列条件： 1、当处理水体小于2m3/s，常常选用上方下圆形的泵房。 2、当处理的污水流量大时，则优先选用矩形的泵房。 3、污水泵站一般都是需要常年运转，且大型泵站大多数是连续的开泵，因此常常选择自灌式的泵房。 4、一般的自灌式泵启动时应该采用合建式的泵房。 考虑到本设计处理水量大，最终选用自灌式泵房，泵房和粗格栅合建。泵房为半地下式，呈矩形。提升泵房中设有集水池，潜水泵淹没在池内，完成对污水的提升。集水池的有效水深应设置合理，过低，则会造成泵的干转，利用率不高，过高则会造成泵的负担过大，影响泵的寿命。清水池内设有液位计，和泵配合使用，调节泵对污水的提升扬程。集水池和格栅井合建，整体设计成半封闭的形式。格栅处设置为敞开形式，集水池封闭，从而减少外来物质的进入，减少污染产生。敞开部分应该设置栏杆，保证检查维修时工作人员的安全。本设计集水池设计成梯形，梯形小口连接着格栅出水口，大口位于提升泵房内，连接着单管出水。2.4.3、沉砂池2.4.3.1沉砂池的作用城镇生活污水难免会存在一些无机颗粒物质，如砂砾、小石子。这些物质会造成泵、搅拌器等设施的磨毁或堵塞，也会在流动过程中对管道造成磨损。若不加以去除还会造成污泥体积增大，既浪费后续污泥处理的药剂，同时增加污泥占地面积。设置沉砂池将它们分离出来，既避免后续处理设施损坏，又减少剩余污泥。由于本设计选址在北京，北方城市风沙大，因此沉砂池的设计十分必要。2.4.3.2沉砂池的形式沉砂池常见的有平流式沉砂池、竖流式沉砂池、旋流式沉砂池和曝气沉砂池。下面叙述了各形式沉砂池的性质特点。平流式沉砂池：对沉砂去除效果好，结构简单，但占地面积大，需要土地面积大，且存在流速不易控制等缺点。旋流沉砂池：目前旋流沉砂池的应用在西方国家十分广泛，它沉砂效果好，尤其对于一些细砂，较难用其他形式沉砂池去除，也有不错的去除效果。同时在经济方面，它的基建和运行费用都不高。曝气沉砂池：曝气沉砂池由于曝气造成水力螺旋流，从而可以对污水进行预曝气、除臭、除泡，且沉砂有机物含量少，不易造成腐臭现象。曝气沉砂池同时也存在运行费用高，易破坏厌氧环境影响磷的释放，进而降低磷的去除率等缺点。2.4.3.3沉砂池的选择考虑到除砂效果和费用，本设计最终选用旋流沉砂池，既经济又有效，也不会对后续厌氧池生物释磷造成影响。旋流沉砂池是利用机械搅动产生水利涡流作用，以此来完成对无机颗粒的去除。旋流沉砂池的进水设在沉砂池中下部，水流从切线方向呈旋转方向进入沉砂池，从池上部溢流流出池外，池内砂石向下沉淀，其余有机物质向上流出池外。在进水渠的末端设置了一道跌水堰，目的是将进水沉积在进水渠中的砂石滑落至沉砂池。在沉砂池与进水相连部分设置了一个挡板，使得进水能够向下流入沉砂池，避免出现短流现象。沉砂池中间部位设置了可以调节速度的桨板，进水的设计、桨板以及挡板的共同作用，水流在旋流沉砂池内保持了螺旋环状流动。而在沉砂斗部分，由于从外向内池径变小，水流速度反而变大，使得沉砂被离心到斗壁上而落入砂斗。2.4.4、AA/O工艺随着环保意思的加强，城市生活污水处理厂不仅要去除有机物，同时还要对氮磷等营养元素进行设计去除。目前城市污水脱氮除磷工艺很多，最早应用的是AA/O工艺，同时也是应用十分广泛的工艺。AA/O工艺结构简单，由于厌氧、缺氧和好氧交替的环境，丝状菌不能大量繁殖，污泥的沉降性良好。本设计曝气池采用鼓风曝气的方式曝气，厌氧和缺氧池中都设有搅拌器。城镇生活污水进水水质会发生波动，有时会出现碳源不足，导致氮的去除效率下降，出水氮很难达标。目前有效的保证出水氮指标的方法是给予微生物充足的碳源，因此，本设计考虑了外碳源的投加。外碳源采用甲醇，甲醇是目前最为经济的外碳源。本设计同时设计了加药间、加药泵以及溶液池。同时，由于AA/O本身存在着泥龄的矛盾，本设计生物处理优先保证脱氮效果，泥龄势必会较长，因此磷的去除率难以保证。为此本设计了化学除磷工艺。由于二沉池较大，化学污泥较少，将化学除磷药剂投加在二沉池前的混合池中，和活性污泥一起在二沉池沉降。2.4.5配水井在AA/O池和二沉池间，设置配水井，完成对污水的均衡分配。本设计采用2个配水井，将来水均衡分配给4个二沉池。 2.4.6二沉池根据沉淀池在污水处理流程的位置可以将沉淀池分为初沉池、中沉池和二沉池。二沉池是设置在二级生物处理末端的沉淀池，其作用是完成泥水分离，并提供生物处理单元的回流污泥。目前常用的二沉池形式有竖流式沉淀池和辐流式沉淀池，平流式沉淀池和斜板沉淀池应用的较少。本设计采用辐流式沉淀池，中心进水，周边出水。下表列出了几种常见沉淀池的特点性能。池型优点缺点适用范围平流式沉淀池1抗冲击负荷能力强；2能够抵抗温度的变化；3结构简单，工程造价较低。1占地面积大，浪费土地；2若使用机械排泥时，大多数设施设于地下，易造成设备的腐蚀；3机械排泥各泥斗需要分别设置排泥管，管路复杂。适用于地下水位较浅池深不易过大的地区或者是地质状况不好的情况，大中小型污水处理厂都可以应用。竖流式沉淀池1排泥简单，管理操作方便。2占地面积小。1池子深度较大，不利于施工；2较差的对温度变化的适应能力以及抗冲击负荷变化的能力；3造价较高处理水量不大，只适用于小型污水处理厂。辐流式沉淀池1运行效果良好2排泥设备有定型产品。1水流流速不太稳定；2容易造成异重流现象的发生；3池体施工要高，机械排泥较为复杂，造价高适用于地下水位较浅池深不易过大的地区，大中小型污水处理厂都可以应用。2.4.7滤池为了达到中水回用的要求，本设计增加了滤池和消毒池。滤池不仅可以有效降低出水SS的浓度，同时可以提高对浊度、BOB、COD、残留微生物、重金属的去除效果。滤池可以按水流流过滤池的速度分为慢滤池、快滤池以及高速快滤池；按照滤料设置的层数分为单层滤料滤池（石英砂）、双层滤料滤池（石英砂+无烟煤）、多层滤料滤池（石英砂+无烟煤+重质矿石）、纤维球滤料滤池以及陶粒滤料滤池。下面叙述了一些常用滤池的性能特点。名称性能特点优缺点适用条件滤前水浊度规模普通快滤池单层滤料；水流为下流向；四阀滤池优点：1工艺成熟、运行效果可靠；2滤料一般采用砂滤料，价廉易得;3采用大阻力配水系统进行配水，池体面积可以设计的较大，从而减少池深；4出水水质好，可以采用降速过滤缺点：1阀门较多，压力损失较大；2反冲洗设施复杂小于101大中小型污水处理厂均适用；2单池面积一般不大于100m23更适用于采用表面冲洗和空气助洗设备的污水处理厂双阀滤池水流为下流向的双阀滤池，滤料一般采用砂滤优点：1工艺成熟、运行效果可靠；2滤料一般采用砂滤料，价廉易得;3采用大阻力配水系统进行配水，池体面积可以设计的较大，从而减少池深；4出水水质好，可以采用降速过滤5阀门较普通快滤池少，节约了成本，减少了维修量，同时水头损失下降缺点：1由于减少了阀门，增加了形成虹吸的设备2反冲洗设施复杂小于101大中小型污水处理厂均适用；2单池面积一般不大于100m23更适用于采用表面冲洗和空气助洗设备的污水处理厂V型滤池滤料为均粒砂滤料，水流方向为下流向，反冲洗一般采用带表面扫洗的汽水反冲洗优点：1运行稳定，效果可靠；2滤料一般采用砂滤料，价廉易得；3滤床含污量大，周期长；4出水水质较好，滤速较快；5采用气水联合反冲洗，并带有表面扫洗，反冲洗效果好。缺点：1池深较深，基建较复杂；2相应的配套设备多，维修复杂。小于101大中型污水处理厂适用；2单池面积可达150m2多层滤料滤池一层滤料滤池水流方向为下流向，滤料层采用石英砂优点：1纳污能力大；2滤速可以较大，采用降速过滤；3过滤效果好，出水水质较好。缺点：1滤料价格昂贵，且较易流失；2冲洗效果差，容易形成泥球；3一般适合于中阻力配水系统4管理维护复杂小于101适用于中型污水处理厂；2单池面积一般不能超过50-60m2；3需要配合辅助反冲洗设备使用。二层滤料滤池水流方向为下流向，滤料层采用石英砂和无烟煤优点：1纳污能力大；2滤速可以较大，采用降速过滤；3过滤效果好，出水水质较好。4在现有普通快滤池基础上方便改造缺点：1滤料价格昂贵，且较易流失；2冲洗效果差，容易形成泥球；小于101适用于大中型污水处理厂；2单池面积一般不能超过50-60m2；3需要配合辅助反冲洗设备使用，宜采用大阻力反冲洗系统。三层滤料滤池水流方向为下流向，滤料层采用石英砂、无烟煤和重质矿石优点：1对过滤前进水的要求低，适用范围广，可以直接过滤，而不需其他预处理设施；2降速过滤3过滤效果好，出水水质较好缺点：1工作周期短2池体正常运转要求高3滤料价格昂贵，且较易流失；4冲洗效果差，容易形成泥球小于50-1001适用于处理能力为50000m3/d以下的小型污水处理厂；2需要配合辅助反冲洗设备使用。虹吸滤池无阀滤池，水流方向为下流向，低水头互洗式滤池优点：1不需设置阀门，节省了造价；2不需要专门设置反冲洗水箱和水泵；3便于实现自动化操作运行。缺点：1土建结构复杂；2池深大，单池面积不能太大3反冲洗效果不易控制4采用的变水位等速过滤，过滤效果较降速过滤差。小于101适应于处理能力为20000m3/d-100000m3/d 的中型污水处理厂；2单池面积一般不过大；3每组滤池中应包含不少于6个池体。无阀滤池水流方向为下流向，滤料一般为砂滤，是低水头带水箱反冲洗的无阀滤池优点：1不需设置阀门，节省了造价；2不需要专门设置反冲洗水箱和水泵；3便于实现自动化操作运行；4生产方便，可成套定制。缺点：1运行过程观察不到滤层的状况；2清砂较为困难；3池深较大，单池面积较小；4反冲洗的效果不佳，且反冲洗会造成水量的浪费；5采用的变水位等速过滤，过滤效果较降速过滤差。小于101适用于污水处理能力为10000m3/d的小型污水处理厂；2单池面积不能大于25m2。移动罩滤池水流方向为下流向，滤料一般为砂滤，是反洗连续过滤的低水头无阀滤池优点：1不需要阀门，从而降低了造价；2池体较浅，结构简单；3降速过滤，过滤效果较好；4能实现连续自动运行，不需要设置反冲洗水塔和水泵；5节省能耗和基建费用缺点：1需要移动冲洗设备，且设备的材质，加工要求较高；2对移动罩与隔墙间的密封有较高要求；3尽管起始滤速较高，由于降速过滤，滤池内平均滤速较低。小于101大中型污水处理厂适用；2单池面积一般不过（小于10m2）由于处理水量较大，本设计选用V型滤池。V型滤池过滤效果较好，滤速较高，单池面积最大可达到150m2，其反冲洗系统采用的是气冲洗、水冲洗以及表面扫洗联合冲洗的方式，反冲洗需水量仅为传统滤池需水量的四分之一左右，大大节省了反冲洗用水量，节省了能耗。2.4.8接触消毒池污水经过上述处理过后，污染物浓度得到明显去除，但是细菌数量仍相当可观，且不能保证无致病菌的存在，因此有必要在污水排放前对其进行消毒处理，以降低细菌及致病菌的数量。目前常用的消毒方法有液氯消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、紫外线消毒以及次氯酸钠消毒等，关于这些消毒剂的适用范围及优缺点列于下表。名称优点缺点适用条件液氯价廉易得，效果持久，投配设备简单，易操作有消毒副产物的产生大、中型污水处理厂次氯酸钠可以现场进行配制，使用方便，投配量便于确定设备较液氯消毒复杂中、小型污水处理厂臭氧除臭、脱色效果好，兼具预氧化作用，无消毒副产物的产生设备复杂，成本高，管理运行复杂对出水水质卫生条件要求较高的污水处理厂二氧化氯效果好，产品定型维修管理复杂中、小型污水处理厂紫外速度快，效果好，无化学物质参与，无有害副产物产生对浊度要求高，能耗大下游水质要求较高的污水处理厂本设计由于处理规模大，收纳水体无特殊要求，考虑到消毒效果及出于经济方面的考虑，采用液氯消毒。接触消毒池有平流式和竖流式接触消毒池，由于竖流式接触消毒池只适用于小水量，因此本设计采用平流式接触消毒池。2.4.9污泥浓缩池二沉池的污泥含水率很高，一般可以达到百分之九十九。高的污泥含水率使得污泥体积增大，因此需要对污泥进行脱水处理。一般的，污泥的脱水首先要经过污泥浓缩池，其主要完成对污泥游离水的去除。较为经济的污泥浓缩池是重力浓缩池，也是城市污水处理厂最常采用的浓缩池。离心浓缩池和气浮浓缩池尽管产生臭气少，效果较重力浓缩池好，但运行费用高，本设计最终确定选择重力浓缩池。重力浓缩池优点是储存污泥的量大、运行费用低，但是容易造成污水处理厂环境状况的下降，因此，本设计浓缩池封闭建造，将产生的臭气收集起来，通过泵通入生物处理单元，利用微生物的作用，对其进行除臭。本设计考虑了除臭的单元有细格栅、重力浓缩池、贮泥池、污泥脱水机房。其余构筑物由于臭气较轻，考虑到成本因素，并没有纳入设计工艺。重力污泥浓缩池常用的形式有竖流式和辐流式两种，竖流式一般适用于小型污水处理厂。由于设及水量大，泥量相应较大，因此采用辐流式重力浓缩池，中心进泥，周边出泥。2.4.10污泥脱水间污泥经过污泥浓缩池过后，虽然可以分离一部分水分，但此时污泥的含水率仍然在97%左右，应进一步对污泥进行处理，来降低其含水率。污泥处理常常采用污泥脱水装置来对其进行脱水，脱水方法有真空吸滤方式脱水、压滤法脱水、离心式脱水。常用的脱水装置有带式压滤机、板框式压滤机、真空转鼓过滤机以及离心机。下表列出来常用脱水机械的性能特征。名称特点适用范围带式压滤机高的脱水效果、低能耗、工作时产生的噪声低，可以实现连续运行，管理操作方便。应用范围很广，对大中小型规模的污泥都适用。板框式压滤机结构简单，操作容易，但不能实现连续工作，劳动的强度大。适合小型规模的污泥处理。真空转鼓过滤机可以实现连续运行工作，易于自动化控制，但是结构负杂，操作复杂，运行费用高。应用范围较少，只适用于企业工业污泥处理。离心机高的脱水效果，结构简单，但是工作时产生的噪声大，所消耗的能耗多。应用范围很广，对大中小型规模的污泥都适用。考虑到处理效果和经济两方面的因素，本设计采用带式压滤机对经过污泥浓缩池的污泥进行脱水。2.4.11计量设施为了准确计量水厂实际进水量和出水量，便于进行运行管理，城市污水处理需要设置计量设施。城市污水处理厂常用计量设施包括巴士计量槽、薄壁堰、流量计等，常用流量计包括超声波流量计、涡轮流量计以及电磁流量计等。目前计量设备应用的较多的是巴氏计量槽，其优点是操作简单，水头损失小，不易发生杂物的沉积等。下表列出来几种常见计量设施。名称优点缺点适用范围巴氏计量槽操作简单，水头损失小，不易发生杂物的沉积不具备自动记录数据的功能，施工要求技术较高大、中、小型污水处理厂都适用薄壁堰操作简单，运行稳定，结果可靠水头损失大，堰前易聚集沉淀物质，不具备自动记录数据的功能适用于大型污水处理厂超声波流量计水头损失小，不易聚集沉淀物质，很少发生堵塞，兼具自动记录数据的功能，精度高造价高，且一旦损坏，维修困难适用于大或中型污水处理厂涡轮流量计兼具自动记录数据的功能，精度高一旦损坏，维修困难适用于中或小型污水处理厂电磁流量计水头损失小，不易聚集沉淀物质，很少发生堵塞，兼具自动记录数据的功能造价高，且一旦损坏，维修困难适用于大或中型污水处理厂本设计综合各种计量设备的优缺点及适用范围，采用巴氏计量槽来进行计量。由于本设计设计最大流量为2.257m3/s，因此采用的巴氏计量槽的测量范围在0.400m3/s2.800m3/s。3.1、活性污泥模型概述随着我国经济的快速发展，水体的污染日益严重，污水量也持续增加，国家对环境也日益重视，所有城镇污水都必须经处理后达标才能排放。传统的污水处理分为一级处理、二级处理（生物处理）和污水三级处理（深度处理），三级处理用于污水的深度处理，一般用于污水中水回用，而一级处理则适用于地面净水工艺，在城市污水处理中，常常采用二级处理，活性污泥法凭借其独特的优势，成为一种基本而主要的生物处理法，也具有巨大的发展前景。活性污泥法具有对水质水量适应性强，处理效果好、运行灵活，控制性良好，处理成本低、可以通过厌氧、缺氧和好氧区的设置来同时达到脱氮除磷效果等优势。但是，活性污泥法尚一些问题未能解决，其在深度上的研究还待进行。由于污水成分、运行过程和生物过程的复杂性，要想能完全认清其内部的规律，要考虑从数学模型的角度上去研究，从而能够在尽可能降低复杂程度的同时，最大程度的涵盖到各因素的影响。在理论上，应用数学模型不仅可以借助数学这一得力工具来帮助我们理解整个系统的内在过程，提高我们的认识深度；也可以建立模型来模拟系统不同时间各组分的变化，总结其变化趋势与规律，并通过改变不同参数来评估其影响程度；在实践上，我们可以以实际水质为基础，利用模型进行模拟，然后通过调整相关参数进行优化设计，在保证处理效果的基础上达到处理费用的最低化。活性污泥法数学模型的研究早在一九八二年展开，众多学者提出了许多不同的意见，目前最为认可的是活性污泥法系列数学模型（ASM），它是由国际水污染控制协会（IAWPRC）研究推出，并于一九八七年首次推出活性污泥1号模型（ASM1）。现今，许多学者用ASM1来模拟硝化和反硝化的实际降解情况，并已证实效果可靠。随着研究的不断探索，对活性污泥法认识也有所加深，活性污泥模型也相应的在不断的发展。一九九五年，活性污泥拓展模型ASM2和ASM2D诞生。三年后，最新研究成果活性污泥法3号模型（ASM3）诞生，弥补了ASM1存在的一些不足。3.2、活性污泥数学模型简介3.2.1、活性污泥一号模型活性污泥一号模型是活性污泥数学模型首先推出的模型，它是基于微生物死亡再生理论而提出的，涵括了有机碳氧化过程、硝化工程以及反硝化过程，模型并未包括磷的变化过程。在形式上采用矩阵来表达模型，从而使模型更加直观，便于我们理解和使用。在ASM1中，将活性污泥反应池的物质共分成十三个组分，并根据污染物质的去除途径、微生物生长过程以及其他组分的存在情况分为八个过程。以组分为列，过程为行，将曝气池各组分和过程一一对应于模型矩阵中，行与列的交叉处则表示组分对应于相应过程的化学计量系数。在矩阵最右侧，各工艺过程的速率列于表中。任一组分的总速率等于不同过程的速率与化学计量系数之积再求和，然后根据质量守恒定律：进入量+反应量-排出量=0，可以计算出任意过程任意组分的反应量。化学计量系数可以通过过程的COD、氮和碱度的平衡方程求得。在ASM1中还给出了废水特性、动力学参数的估计方法，但是当条件不足时，也可以采用模型给出的推荐值来实际模拟，以寻求进一步的更精确值。活性污泥一号模型是目前已经被证实的有效研究模拟硝化和反硝化的工具。应用此模型，我们可以将过程的变量和参数控制在一定变化之中，从来来模拟曝气反应池的实际降解情况和各反应池的实际组分浓度，以此来评断处理工艺是否合理；也可以通过对相关处理情况的设置，来进行曝气反应池的优化设计。但是，活性污泥一号模型仅仅考虑了有机物和氮的去除途径，关于反应池体内磷的降解情况，并没有涉及。因此，在城市污水日益要求严格的今天，模型就有待提高和发展，于是活性污泥二号模型应用而生。3.2.2、活性污泥二号模型活性污泥二号模型（包括ASM2和ASM2D）是在活性污泥二号模型基础上的延生。ASM2沿用了ASM1的矩阵表示和质量平衡计算，但它更为复杂，包含了生物除磷过程，划分出了更多的用来描述模型的组分和过程。ASM2与ASM1模型主要不同之处在于其包含的生物区分了细胞结构，因此必须区分出不同作用的微生物，而不能笼统的用微生物质量浓度来表示。另外，除了生物过程，ASM2还定义了二个化学过程，来模拟磷的化学沉淀。ASM2共划分出来十九种组分，十九个过程、二十二个化学计量系数和四十二个动力学参数。它关于活性污泥法同时去除有机物、氮和磷的研究，给我们提供了一个强很好的借鉴，为我们进一步研究开发出生物脱氮除磷的复合模型打下坚实基础。但是模型中关于生物除磷部分的研究，还未能达到足够高的可靠程度。ASM2D模型是在ASM2模型的基础上发展起来的延伸模型，沿用了ASM2模型的基本思想。在ASM2模型中，与PAO相关的反硝化问题并未得到很好的解决。在ASM2D中，假设PAO中包含两部分微生物，其中一部分可以利用NO3-为电子受体在缺氧环境中进行聚磷，同时NO3-得以去除，当然，这部分PAO在缺氧环境中的生长及代谢速率都低于好氧环境。ASM2D模型中共定义了二十个组分、二十一个过程、二十二个化学计量系数以及四十五个动力学参数。与ASM2相比，ASM2D的一大优势在于：对磷酸盐、硝酸盐降解的动力学模拟更为准确。同样的，ASM2D也有其限制因素，主要为：（1）只适用于PH接近7的城镇污水，应用范围受到限制；（2）温度有效范围是10-25，过高过低都受到限制；（3）模型中组分发酵产物假定为不溢流至好氧池，若出现溢流，模型不能很好说明。3.2.3、活性污泥3号模型ASM3模型是最新研究出的活性污泥数学模型，它的思想和ASM1相似，是为了克服ASM1日益出现的问题而生的。ASM3模型包含了有机物的降解、氮的去除过程，对于磷的脱除并未纳入考虑。因此对于包含了厌氧池的污水处理工艺而言，模拟效果可能会有所偏差。ASM3定义了十三个组分，九个反应过程，目前常常被作为一个模块用于自动编程控制中，应用十分方便。3.3、ASM2D模型3.3.1、概念性方法ASM2是在ASM1的基础上延伸而来的模型，ASM2更为复杂，它划分了更多的组分来描述污水和污泥性质，包括了更多的过程来描述曝气池的生物化学反应，在描述有机物氧化和氮去除的过程的同时，阐明了磷的生物去除过程。ASM2与ASM1模型主要不同之处在于其生物量具有了内部细胞结构，因此必须区分出不同作用的微生物，微生物质量浓度不能笼统的用微生物浓度来表示。在此前提下，模型中才能增加生物除磷过程。ASM2D则是根据ASM2思想，增加了两个过程来，说明聚磷菌PAO可以在缺氧环境中利用体内贮藏的内碳源，反硝化聚磷，在反硝化脱氮的同时达到聚磷的效果。与ASM2假设不同，ASM2D假设PAO不仅可以在好氧环境中利用氧气做电子受体来吸磷，也包含着一部分反硝化聚磷菌，它们可以在缺氧环境利用硝酸盐（都以硝酸盐计，不考虑反硝酸盐的存在）来做电子受体进行吸磷。同时，除了生物过程，ASM2D也增加了化学过程，来模拟化学除磷过程。ASM1是以COD来描述颗粒性有机物和活性污泥的总的质量浓度，ASM2则不同，因为它的污泥中包含了一部分聚磷酸盐，而聚磷酸盐并不对COD有任何贡献，因此ASM2引进一个新的组分总悬浮固体（TSS）。TSS也同时包括了进水和磷的化学沉淀过程中的无机颗粒。关于这一点，ASM2D中与ASM完全相同。ASM2没有区分单个细胞的内部结构，只考虑了生物量总体的平均组成。由于每个细胞不一定处于相同的生长时期，则单个细胞的组成和结构可能和群体有所不同。ASM2所用的动力学表达式是非线性的，因此，平均行为不一定从平均性质来得到。国际水协课题组最终决定从实用性角度出发，采用以平均性质预测平均行为来推导模型。3.3.2模型基础3.3.2.1矩阵符号ASM2D模型引用ASM1思想，表述上采用矩阵形式。以组分i为列，过程j为行，将曝气池各组分和过程一一对应于模型矩阵中，化学计量系数ji对应于相应的行与列的交叉处。在矩阵最右侧，各工艺过程的速率列于表中。过程速率方程为矢量j，组分i的反应速率可以用该组分在所有过程中的生成或消耗速率来计算得到：在化学计量的矩阵中，每个过程j中对应的的某一个化学计量系数jk取值为1或-1，其余化学计量系数则给出了代数方程，该代数方程是根据守恒方程（COD质量守恒、N质量守恒、P质量守恒和电荷守恒）得到。3.3.2.2守恒方程守恒方程的思想即为元素、电荷、电子既不能产生也不会消失。根据守恒思想可以计算得到化学计量系数。ASM1中的守恒方程包括COD质量守恒、N质量守恒和电荷守恒方程，ASM2D在ASM1的守恒基础上增加了P质量守恒。另外，ASM2D还包含了一个将不同的固体组分都转化为总悬浮固体XTSS的守恒方程。对任意组分i，其参与的所有过程j和质量平衡涉及到的物质c都符合下述守恒方程：式中：ji:组分i在过程j中的化学计量系数（Mi/Mk） Ici:转化因子（Mc/Mi）,将组分i换算为参与守恒计量的物质c每个方程中都包含着一个预测性信息，可将其应用于其相应的过程。若其他系数已知，各守恒方程可以允许有一个化学计量系数通过预测确定，无需再通过实验确定。在ASM2及ASM2D