某城镇污水处理厂工艺设计

一 总论 3 1 设计题目 3 2 设计资料 3 1 2 1 城市概述 3 1 2 2 自然条件 3 1 2 3 规划资料 3 二 污水处理工艺流程说明 4 1 方案确定的原则 4 2 可行性方案的确定 4 3 污水处理工艺流程的确定 4 4 污水处理工艺流程说明 5 2 4 1 进出污水水质 5 三 处理构筑物设计 6 1 格栅 6 3 1 1 栅条间隙数 n 6 3 1 2 有效栅宽 6 3 1 3 过栅水头损失 6 3 1 4 栅后槽的总高度 7 3 1 5 格栅的总长度 7 3 1 6 每日栅渣量 7 2 污水提升泵房 8 3 2 1 设计计算 8 3 沉砂池 8 3 3 1 平流式沉沙池的设计参数 9 3 3 2 平流式沉砂池设计 9 4 氧化沟 11 3 4 1 氧化沟类型选择 11 3 4 2 设计参数 12 3 4 3 设计流量 12 3 4 4 去除 12 3 4 5 脱氮 13 3 4 6 除磷 14 3 4 7 氧化沟总容积及停留时间 15 3 4 8 需氧量 15 3 4 9 氧化沟尺寸 16 3 4 10 进水管和出水管 17 3 4 11 出水堰及出水竖井 17 5 浓缩池 18 3 5 1 设计参数 18 3 5 2 中心管面积 18 3 5 3 沉淀部分的有效面积 18 3 5 4 浓缩池有效水深 19 3 5 6 校核集水槽出水堰的负荷 19 3 5 7 浓缩部分所需的容积 19 3 5 8 圆截锥部分的容积 19 3 5 9 浓缩池总高度 20 四 参考文献 20 一 总论 1 设计题目 某城镇污水处理厂工艺设计 2 设计资料 1 2 1 城市概述 城市概况 江南某城镇位于长江冲击平原 占地约 6 3 km2 呈椭圆形 状 最宽处为 2 4 km 最长处为 2 9 km 1 2 2 自然条件 自然特征 该镇地形由南向北略有坡度 平均坡度为 0 5 地面平整 海拔高度为黄海绝对标高 3 9 5 0 m 地坪平均绝对标高为 4 80 m 属长江 冲击粉质砂土区 承载强度 7 11 t m2 地震裂度 6 度 处于地震波及区 全 年最高气温 40 最低 10 夏季主导风向为东南风 极限冻土深度为 17 cm 全年降雨量为 1000 mm 污水处理厂出水排入距厂 150 m 的某河中 某河 的最高水位约为 4 60 m 最低水位约为 1 80 m 常年平均水位约为 3 00 m 1 2 3 规划资料 规划资料 该城镇将建设各种完备的市政设施 其中排水系统采用完全分 流制体系 规划人口 近期 30000 人 2020 年发展为 60000 人 生活污水量 标准为日平均 200 L 人 工业污水量近期为 5000 m3 d 远期达 10000 m3 d 工业污水的时变化系数为 1 3 污水性质与生活污水类似 生活污水和工业污 水混合后的水质预计为 BOD5 200 mg L SS 250 mg L CODcr 400 mg L NH4 N 30 mg L 总 P 4 mg L 要求达到的出水水质达到国家污 水综合排放二级标准 规划污水处理厂的面积约 25600 m2 厂区设计地坪绝对 标高采用 5 00 m 处理厂四角的坐标为 X 0 Y 140 X 0 Y 0 X 175 Y 140 X 190 Y 0 污水处理厂的污水进水总管管径为 DN800 进水泵房处沟底标高为绝对标 高 0 315 m 坡度 1 0 充满度 h D 0 65 处理厂污泥经浓缩脱水后外运填埋处置 二 污水处理工艺流程说明 1 方案确定的原则 1 采用先进 稳妥的处理工艺 经济合理 安全 可靠 2 合理布局 投资低 占地少 3 降低能耗和处理成本 4 综合利用 无二次污染 5 综合国情 提高自动化管理水平 2 可行性方案的确定 城市污水的生物处理技术是以污水中含有的污染物作为营养源 利用微生 物的代谢作用使污染物降解 它是城市污水处理的主要手段 是水资源可持续 发展的重要保证 城市二级污水处理厂常用的方法有 传统活性污泥法 AB 法 氧化沟法 SBR 法等等 3 污水处理工艺流程的确定 氧化沟利用连续环式反应池 Cintinuous Loop Reator 简称 CLR 作生物 反应池 混合液在该反应池中一条闭合曝气渠道进行连续循环 氧化沟通常在 延时曝气条件下使用 氧化沟使用一种带方向控制的曝气和搅动装置 向反应 池中的物质传递水平速度 从而使被搅动的液体在闭合式渠道中循环 氧化沟工艺一般可不设初沉池 在不增加构筑物及设备的情况下 氧化沟 内不仅可完成碳源的氧化 还可实现硝化和脱硝 成为 A O 工艺 氧化沟前增 加厌氧池可成为 A2 O A A O 工艺 实现除磷 由于氧化沟内活性污泥已经好 氧稳定 可直接浓缩脱水 不必厌氧消化 氧化沟污水处理技术已被公认为一种较成功的革新的活性污泥法工艺 与 传统活性污泥系统相比 它在技术 经济等方面具有一系列独特的优点 工艺流程简单 构筑物少 运行管理方便 一般情况下 氧化沟工艺 可比传统活性污泥法少建初沉池和污泥厌氧消化系统 基建投资少 另外 由 于不采用鼓风曝气的空气扩散器 不建厌氧消化系统 运行管理要方便 处理效果稳定 出水水质好 实际运行效果表明 氧化沟在去除 BOD5 和 SS 方面均可取得比传统活性污泥法更高质量的出水 运行也更稳定可靠 同 时 在不增加曝气池容积时 能方便地实现硝化和一定的反硝化处理 且只要 适当扩大曝气池容积 能更方便地实现完全脱氮的深度处理 基建投资省 运行费用低 实际运行证明 由于氧化沟工艺省去初沉 池和污泥厌氧消化系统 且比较容易实现硝化和反硝化 当处理要求脱氮时 氧化沟工艺在基建投资方面比传统活性污泥法节省很多 当只需去除 BOD5时 可能节省不多 同样 当仅要求去除 BOD5时 对于大规模污水厂采用氧化沟 工艺运行费用比传统活性污泥法略低或相当 而要求去除 BOD5且去除 NH3 N 时 氧化沟工艺运行费用就比传统活性污泥法节省较多 污泥量少 污泥性质稳定 由于氧化沟所采用的污泥龄一般长达 20 30d 污泥在沟内得到了好氧稳定 污泥生成量就少 因此使污泥后处理大 大简化 节省处理厂运行费用 且便于管理 具有一定承受水量 水质冲击负荷的能力 水流在氧化沟中流速为 0 3 0 4m s 氧化沟的总长为 L 则水流完成一个循环所需时间 t L S 当 L 90 600m 时 t 5 20min 由于废水在氧化沟中设计水力停留时间 T 为 10 24h 因此可计算出废水在整个停留时间内要完成的循环次数为 30 280 次 不等 可见原污水一进入氧化沟 就会被几十倍甚至上百倍的循环量所稀释 因此具有一定承受冲击负荷的能力 占地面积少 由于氧化沟工艺所采用的污泥负荷较小 水力停留时间较 长 使氧化沟容积会大于传统活性污泥法曝气池容积 占地面积可能会大些 但因为省去了初沉池和污泥厌氧消化池 占地面积总的来说会少于传统活性污 泥法 4 污水处理工艺流程说明 2 4 1 进出污水水质 进水水质 生活污水和工业污水混合后的水质预计为 BOD5 200 mg L SS 250 mg L COD 400 mg L NH4 N 30 mg L 总 P 4 mg L 出水水质 出水水质达到国家污水综合排放二级标准 BOD5 30 mg L SS 30 mg L COD 120 mg L NH4 N 25 mg L 总 P 1 mg L 进水流量 规划人口 近期 3 万 人 2020 年发展为 6 万 人 生活污水量标准为日 平均 200 L 人 工业污水量近期为 5000 m3 d 远期达 10000 m3 d 工业污水 的时变化系数为 1 3 污水性质与生活污水类似 污水处理厂 设计日最大流量 smdm QQQ 289 0 25000 3 1100001020060000 33 3 max 工业生活 三 处理构筑物设计 1 格栅 格栅用以去除废水中较大的悬浮物 漂浮物 纤维物质和固体颗粒物质 以保证后续处理单元和水泵的正常运行 减轻后续处理单元的负荷 防止阻塞 排泥管道 格栅的设计计算主要包括格栅形式选择 尺寸计算 水力计算 栅渣量计算 等 3 1 1 栅条间隙数 n max sinQ n bhv 式中 最大设计流量 max Qsm 3 栅条间隙 取 0 03 bmbm 栅前水深 取 0 4 hmhm 过栅流速 取 0 9 vm svm s 经验修正系数 取 60 sin 则 max sinQ n bhv 25 9 04 003 0 60sin289 0 3 1 2 有效栅宽 B 1 BS nbn 式中 栅条宽度 取 0 01 Smm 则 mbsnSB99 02503 0 125 01 0 1 3 1 3 过栅水头损失 01 hkh sin 2 2 0 g v h 式中 过栅水头损失 1 hm 计算水头损失 0 hm 阻力系数 栅条形状选用正方形断面所以 其中 17 1 1 03 0 64 0 01 0 03 0 1 22 b Sb 64 0 重力加速度 取 9 81 g 2 m sg 2 m s 系数 格栅受污物堵塞后 水头损失增大倍数 一般采用 3 kk 则 sin 2 2 1 g v kh m125 0 60sin 81 9 2 9 0 17 1 3 2 3 1 4 栅后槽的总高度 H 12 Hhhh 式中 栅前渠道超高 取 0 3 2 hm 2 hm 则 0 4 0 125 0 3 0 0 825 12 Hhhh 3 1 5 格栅的总长度 L tan 0 15 0 1 21 H mmLLL 式中 进水渠道渐宽部位的长度 其中 1 Lm 1 1 1 tan2 BB L 为进水渠道宽度 为进水渠道渐宽部位的展开角度 取 20 1 Bm 1 1 格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 取 2 Lm 12 5 0 LL 格栅前槽高 1 Hm 则 1 1 1 tan2 BB L m46 0 20tan2 65 0 99 0 12 5 0 LL m23 0 12 Hhh 0 40 30 7m tan 0 15 0 1 21 H mmLLL m59 2 60tan 7 0 0 15 023 046 0 3 1 6 每日栅渣量 W 1000 86400 1max z K WQ W 式中 每日栅渣量 Wdm 3 单位体积污水栅渣量 取 0 07 1 W 10 333 污水mm 1 W 333 10mm 污水 污水流量总变化系数 z K 则 1000 86400 1max z K WQ Wdmdm 189 1 100047 1 8640007 0 289 0 33 由所得数据 所以采用机械除污设备 2 污水提升泵房 提升泵房以提高污水的水位 保证污水能在整个污水处理流程过程中流过 从 而达到污水的净化 3 2 1 设计计算 设计水量为 选用 2 台潜水排污泵 一用一备 则流量为dm 25000 3 3 10000 416 7 24 1 Q wmh n hm 1042 124 25000 3 泵的选型如下 表 3 2 3 沉砂池 沉砂池的形式有平流式 竖流式和曝气沉砂池 其作用是从污水中去除沙 子 渣量等比重较大的颗粒 以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行 工作原理是以重力分离为基础 即将进入沉砂池的污水流速控制在只能使比重 大的无机颗粒下沉 而有机悬浮颗粒则随水流带走 设计中采用的平流式沉砂池是最常用的一种形式 它的截留效果好 工作 稳定 构造简单 3 3 1 平流式沉沙池的设计参数 1 污水在池内的最大流速为 0 3m s 最小流速应不小于 0 15m s 2 最大时流量时 污水在池内的停留时间不应小于 30s 一般取 30s 60s 3 有效水深不应大于 1 2m 一般采用 0 25 1 0m 每格宽度不宜小于 0 6m 4 池底坡度一般为 0 01 0 02 当设置除砂设备时 可根据除砂设备的要 求 确定池底的形状 3 3 2 平流式沉砂池设计 沉砂部分的长度 L vtL 式中 沉砂池沉砂部分长度 Lm 最大设计流量时的速度 取 vm ssmv 3 0 最大设计流量时的停留时间 s 取 30s tt 则 mvtL9303 0 型号排出口径 mm 流量 m3 h 扬程 m 转速 r min 功率 kw 250QW600 7 222501260797022 水流断面面积 A max Q A v 式中 水流断面面积 A 2 m 最大设计流量 max Q 3 ms 则 max Q A v 2 963 0 3 0 289 0 m 沉砂池有效水深 2 h 采用两个分格 每格宽度 总宽度mb6 0 mB2 1 B A h 2 式中 池总宽度 Bm 设计有效水深 2 hm 则 0 15m s 合格 249 0 5 08025 0 1 1 0 min1 min min sm An Q v 4 氧化沟 氧化沟是延时曝气法的一种特殊形式 一般采用圆形或椭圆形廊道 池体 狭长 池深较浅 在沟槽中设有机械曝气和推进装置 近年来也有采用局部区 域鼓风曝气外加水下推进器的运行方式 池体的布置和曝气 搅拌装置都有利 于廊道内的混合液单向流动 通过曝气或搅拌作用在廊道中形成 0 25 0 30m s 的流速 使活性污泥呈悬浮状态 在这样的廊道流速下 混合液在 5 15min 内完成一次循环 而廊道中大量的混合液可以稀释进水 20 30 倍 廊道 中水流虽呈推流式 但过程动力学接近完全混合反应池 当污水离开曝气区后 溶解氧浓度降低 有可能发生反硝化反应 大多数情况下 氧化沟系统需要二沉池 但有些场合可以在廊道内进行沉 淀以完成泥水分离过程 3 4 1 氧化沟类型选择 该设计为小型污水厂 选择交替型三沟式氧化沟 其出水水质高 脱氮除 磷效果明显 构筑物简单 三沟式氧化沟 T 型 是由三个相同的氧化沟组建 在一起作为一个单元运行 三个氧化沟之间相互双双连通 两侧的氧化沟可起 曝气和沉淀的双重作用 中间的氧化沟一直作为曝气池 原污水交替进入两侧 的氧化沟 处理水则相应的从作为沉淀池的两侧氧化沟流出 其运行方式可以 根据不同的进水水质及出水水质要求而改变 所以系统运行灵活 操作方便 三沟式氧化沟是一个 A O 兼氧 好氧 活性污泥系统 可以完成有机物的降解 和硝化反硝化过程 能取得良好的去除效果和脱氮效果 依靠三池工作 5 BOD 状态的转换 可以免除污泥回流和混合液回流 运行费用大大的降低 处理流 程简单 省去二沉池 管理方便 基建费用低 占地面积小 3 4 2 设计参数 进水水质 浓度 SS 250 mg L COD 400 mg L NH4 N 5 BOD 0 200 Smg L 30 mg L 总 P 4mg L 出水水质 浓度 浓度 5 BOD30 e Smg L TSS LmgXe 30 混合液挥发性悬浮固体浓度 LmgXMLVSS v 2500 7 0 TSSVSS 污泥龄 d c 25 混合液悬浮固体浓度LmgXMLSS 4000 内源代谢系数06 0 d K 3 4 3 设计流量 dmsmQ 25000 289 0 33 3 4 4 去除 5 BOD 氧化沟出水溶解性浓度 为了保证氧化沟出水的浓度 5 BOD 1 SSS e 5 BOD 必须控制氧化沟出水所含溶解性的的浓度 其中为沉淀池出水中的 5 BOD 1 S 所构成的浓度VSS 5 BOD 38 20 1 307 042 1 1 42 1 523 0 523 0 1 Lmg e eTSSTSSVSSS 62 938 2030 1 LmgSSS e 好氧区容积 1 V 1 0 1 cdv c KX SSQY V 式中 Y 污泥的产率系数 取 0 6 污泥龄 25d c 混合液挥发性悬浮固体浓度 2500mg L v X 内源代谢系数 0 06 d K 流量 Qdm 25000 3 则 11422 8 1 0 1 cdv c KX SSQY V 2506 0 1 5 2 25 00962 02 0 250006 0 3 m 好氧区水力停留时间 1 t 11 457 0 25000 8 11422 1 1 hd Q V t 剩余污泥量 e cd QXQX K Y SQX 1 1 03 0 25000 175 0 25 0 25000 2506 01 6 0 00962 0 02 0 25000 28 1187dKgDs 去除每 1kg产生的干污泥量 5 BOD 0e SSQ X 28 0 03 0 2 0 25000 28 1187 5 kgBODkgDs 3 4 5 脱氮 需氧化的氨氮量 氧化沟产生的剩余污泥中含氮率为 12 8 则用于生物合 成的总氮量为 88 3 25000 1000758128 0 0 LmgN 脱氮量 设出水的量为16mg L 符合题意所给的综合污水排放国 NNNH 3 家二级标准 需要脱氮量 进水 出水 生物合成所需 NTKNTN 0 N 12 1088 3 1630LmgN 碱度平衡 保持 PH 值合适 硝化 反硝化能够正常的进行 2 7 pH 脱氮所需的池容 2 V 脱硝率 20 时 脱效率为 035 0 dKgMLSSKg 20 20 08 1 t nn qdtqd 4 01 0 035 008 1 204 KgMLSSkgqdn 脱氮所需容积 vnX qd QN V 2 10120 250001 0 12 1025000 3 m 脱氮水力停留时间 2 t 7 9 4048 0 25000 10120 2 2 hd Q V t 3 4 6 除磷 根据 的去除率为 200 50 1 的去除量为COD 3 NHNPNNH 3 8 15mg L 所以磷在此过程中的去除量为 1 63mg L 氧化沟产生的剩余污泥中含磷率为 2 5 则用于生物合成的磷的量为 LmgP 758 0 25000 1000758 5 2 0 需另外加入化学药剂去除的磷的量为 LmgPr 612 0 758 0 63 1 14 在氧化沟中投加硫酸铁盐 可使磷的去处率达 95 以上 则投加铁盐的量 为 dmol 101 0 151 2500010612 0 3 3 4 7 氧化沟总容积及停留时间 8 2154210120 8 11422 3 21 mVVV 68 20 8617 0 25000 8 21542 hd Q V t 满足水力停留时间 16 24h 校核污泥负荷 09 0 8 215425 2 2 025000 5 0 dkgMLVSSkgBOD VX QS N v 污泥符合满足 3 4 8 需氧量 设计需氧量AOR 去除需氧量剩余污泥中的需氧量 去除耗氧 AOR 5 BOD 5 BODNNH 3 量剩余污泥中的耗氧量脱氮产氧量 NNH 3 去除需氧量 5 BOD 1 D VXbSSQaD 01 5 2 8 2154212 0 0096 0 2 0 2500052 0 04 8938dkg 剩余污泥中的需氧量 用于生物合成的那部分的需氧量 5 BOD 2 D 5 BOD 36 107675842 142 1 12 dkgXD 去除耗氧量 每 1kg硝化需要消耗NNH 33 DNNH 32 6 4 kgO 1610 1000 25000 1630 6 4 3 dkgD 剩余污泥中的耗氧量NNH 34 D 31 446758128 0 6 4 4 dkgD 脱氮产氧量 每还原产生 2 1kgN 2 86 2 kgO 58 723 1000 2500012 1086 2 5 dkgD 总需氧量 54321 DDDDDAOR 79 830158 72331 446161036 107604 8938dkg 安全系数 1 3 则 327 1079297 83013 1dkgAOR 去除每需氧量 5 1kgBOD 267 2 00962 0 2 0 25000 327 10792 52 0 kgBODkgO SSQ AOR 标准状态下需氧量 20 20 024 1 T Ts s CC CAOR SOR 设所在地为标准大气压 进水最高温度为 30 溶解氧浓度 C 2mg L 1 2 17595 024 1 26 7195 0 85 0 17 9 327 10792 2030 dkgSOR 去除每的标准需氧量 5 1kgBOD 69 3 00962 02 0 25000 2 17595 52 0 kgBODkgO SSQ SOR 3 4 9 氧化沟尺寸 设氧化沟两座 单座容积 3 4 10771 2 8 21542 2 m V V 三组沟道采用相同的容积 则每组沟道容积为 3 3590 3 4 10771 mV 单沟 取氧化沟有效水深 超高为 0 5m 中间分隔墙厚度为 0 25m mH5 3 氧化沟面积 2 7 1025 5 3 3590 m h V A 单沟 单沟道宽mb9 弯道部分的面积 222 1 45 261 125 0 9 2 25 0 mBA 直线部分的面积 2 12 25 76445 261 7 1025mAAA 直线部分的长度m b A L46 42 92 25 764 2 2 取 43 米 3 4 10 进水管和出水管 进水管流量 145 0 12500 2 25000 2 33 1 smdm Q Q 管道流速smv 80 0 管道过水断面 2 1 18 0 8 0 145 0 m v Q A 管径m A d48 0 14 3 18 0 44 取 400 4 0mmmd 校核管道流速 8 0 145 0 2 2 48 0 1 sm A Q v 3 4 11 出水堰及出水竖井 氧化沟出水设置出水竖井 竖井内安装电动可调堰 初步估算 0 67 因此按薄壁堰来计算 H 出水堰 2 3 86 1 bHQ 式中 堰宽 b 堰上水头高 取 0 03m H m H Q b15 03 0 86 1 145 0 86 1 2 3 2 3 1 出水堰分为两组 每组宽度 mb5 3 15 1 出水竖井 考虑可调堰安装要求 堰两边各留 0 3m 的操作距离 出水竖井长mbL6 556 023 0 出水竖井宽mB3 1 则出水竖井平面尺寸mmBL3 16 5 5 浓缩池 3 5 1 设计参数 污泥含水率 99 5 经浓缩池后污泥含水率 97 日产剩余污泥为 28 1187dKgMLSSPss 89 9 456 237 1000 5 99100 28 1187100 100 100 33 hmdm p P Q ss 3 5 2 中心管面积 最大设计流量 hmQ 89 9 3 max 设计流速为 采用 2 个竖流式重力浓缩池 每个设计流量为 smv 002 0 hm Q Q 945 4 2 3 max 中心管面积 2 max 69 0 002 0 36002 89 9 m v Q f 中心管直径 2 0 94 0 69 0 44 m f d 中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度 设 smv 001 0 1 mdd269 194 0 35 135 1 01 m vd Q h437 0 0 114 3 001 036002 89 9 1 3 3 5 3 沉淀部分的有效面积 活性污泥负荷取hmKg 2 25 1 每小时污泥固体量为 hKg 47 49 24 28 1187 需表面积 2 1 78