某城镇污水处理厂工艺设计2

1 1 总论 1 1 1 设计任务和内容 1 1 1 1 城市概况 1 2 工艺流程说明 2 2 1 污水处理厂处理工艺方案选择 3 3 设计工程计算 4 3 1 污水处理程度的确定 4 3 1 1 设计流量 4 3 1 2 污水中污染物处理程度的确定 4 4 处理构筑物设计 5 4 1 格栅 5 4 1 1 设置目的 5 4 1 2 设计参数 5 4 2 污水提升泵站 6 4 3 平流式沉砂池 6 4 3 1 沉砂池工程设计原则 6 4 3 2 沉砂池设计参数 7 4 3 3 沉砂池设计 7 4 4 AAO 池设计 8 4 4 1 设计要点 8 4 4 2 设计说明 9 4 4 3 设计计算 9 4 5 二沉池 11 4 5 1 设计计算 11 4 6 消毒池 11 4 6 1 设计计算 11 4 7 污泥浓缩池 12 4 7 1 设计计算 12 5 总平面布置原则 12 6 参考文献 12 2 1 1 总论总论 1 1 1 1 设计任务和内容设计任务和内容 1 1 1 城市概况 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 1 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 1 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 COD 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 3 2 2 工艺流程说明工艺流程说明 进水格栅泵房沉砂池初沉池 AAO 池二沉池接触池出水 污泥浓缩 污泥回流 2 12 1 污水处理厂处理工艺方案选择污水处理厂处理工艺方案选择 本工程建设规模 近期为 1 25 万 m3 d 远期 2020 年 规模 2 5 万 m3 d 采用针对 性强 投资低 能耗低 运行费用省 近远期结合较好的 AAO 工艺 出水达到 城镇污水处 理厂污水排放标准 GB18918 2002 中的二级标准 AAO 工艺是一种典型的脱氮除磷工艺 其主要由厌氧区 缺氧区 好氧区组成 能够同 时做到脱氮 除磷和有机物的降解 原污水和回流污泥一起进入生物选择段 进行泥水和生 物相优选 进入厌氧段实现磷的释放后进入缺氧段 硝化液通过内循环回流到缺氧段前 在 缺氧反应段中完成反硝化脱氮后进入好氧段 好氧反应段中实现 BOD 去除 硝化和磷的吸收 去除 生物选择段进水厌氧段缺氧段好氧段 二沉池 含磷回流污泥 出水 AAO 法工艺流程图 AAO 法工艺流程图在活性污泥系统中 微生物对基质浓度十分敏感 当进水浓度和有机 负荷较低时 基质的去除主要通过胞外氧化 而在有机负荷较高时 则在微生物处于饥饿状 态下 很多低分子可溶性基质将进入微生物细胞内存储 这种外源和内源代谢的交替循环是 稳定间歇运行和控制丝状菌繁殖的有利条件 在基质浓度高时 絮凝性微生物生长速度较快 能迅速吸收吸附低分子可溶性有机物 而丝状菌在此条件下繁殖速度慢 缺乏竞争力 从而 能防止污泥膨胀 相反 当基质浓度低时 丝状菌的繁殖能力超过非丝状菌 废水中所含一 定量的可溶性有机物会导致污泥膨胀 在 AAO 生物处理池前端设置生物选择段 生物选择段 采用厌氧状态运行 在厌氧条件下 进入生物选择段的污水能在起始反应阶段迅速被聚磷菌 所吸附吸收并转化成 PHB 聚 羟基丁酸 在 VFA 的诱导下细胞内聚磷经水解成正磷酸盐 内循环 4 释放到水溶液中 这一环境条件使聚磷菌在微生物生存竞争中占优势并得以大量繁殖 从而 实现了生物活性的选择性要求 防止了丝状菌繁殖的污泥膨胀问题 经过生物选择段后的污 水首先进入厌氧区 在厌氧区 缺氧区中分别完成除磷 脱氮功能 在好氧区内进行曝气充 氧 主要完成降解有机物和硝化过程 在 AAO 生物反应池好氧区末端设有内回流泵 泥水混 合液通过内回流泵不断地从好氧区抽送至缺氧区中 完成脱氮过程 混合液内回流量视脱 氮程度求得 一般约为进水流量的 200 AAO 工艺的主要特点 1 本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺 总的 水力停留时间少于其他同类工艺 2 在厌氧 缺氧 好氧交替运行条件下 丝状菌不能 大量增值 不会发生污泥膨胀 SVI 值一般均小于 100 有利于生物处理后泥水分离 3 运行中不需投药 两个 A 段只需轻缓搅拌 以不增加溶解氧浓度 运行费用较低 4 由于 厌氧 缺氧和好氧三个区严格分开 有利于不同微生物菌群的繁殖生长 因此脱氮除磷效果 较好 5 增加了生物选择段 实现了生物活性的选择性要求 3 3 设计工程计算设计工程计算 3 13 1 污水处理程度的确定污水处理程度的确定 3 1 1 设计流量 Q总 Q生活 Q工业 60000 200 10 3 10000 1 3 25000m3 d 0 28935 m3 s 3 1 2 污水中污染物处理程度的确定 按照 GB18918 2002 城镇污水处理厂污染物排放标准 国家 污水综合排放标准 本 设计中 污染物处理程度与要求达国家二级标准 具体如下 项目 CODBOD5SS NH4 N总 P 进水水质 mg L 400200250304 出水水质 mg L 1003030 25 30 3 注 括号内为温度 12 时的值 括号外为温度 12 的值 污水中 COD 的处理程度 按照污水排放口处出水水质要求 查国家污水综合排放二级标准可知 污水二级处理排 放口 COD 浓度要求为 100mg L 则可求出 COD 的处理程度为 COD 400 100 400 100 75 5 污水中 BOD5的处理程度 由国家 污水综合排放标准 二级标准可知 污水二级处理排放口 BOD5 浓度要求为 30mg L 则污水处理程度为 BOD5 200 30 200 100 85 污水中 SS 的处理程度 查国家污水综合排放二级标准可知 污水二级处理排放口 SS 浓度要求为 30mg L 则可求 出 SS 的处理程度为 SS 250 30 250 100 88 污水中 NH4 N 的处理程度 查国家污水综合排放二级标准可知 污水二级处理排放口 NH4 N 浓度要求为 25mg L 则 可求出 NH4 N 的处理程度为 NH4 N 30 25 30 100 16 67 污水中总 P 的处理程度 查国家污水综合排放二级标准可知 污水二级处理排放口总 P 浓度要求为 3mg L 则可求 出 NH4 N 的处理程度为 总 P 4 3 4 100 25 4 4 处理构筑物设计处理构筑物设计 4 14 1 格栅格栅 4 1 1 设置目的 格栅设置于污水处理厂所有处理构筑物之前 或设置于泵站前 用于拦截污水中较大悬 浮物或漂浮物 防止其后处理构筑物的管道阀门或水泵堵塞 4 1 2 设计参数 采用回转阶梯式格栅 最大设计流量 Qmax 289 35L s 0 28935 m3 s 日均流量 Qd 264 63 m3 s Kz 2 7 Q0 11max 2 7 264 630 11 1 47 过栅流速 v 0 9m s 采用中格栅 栅条宽度 s 10mm 栅条间隙 b 20mm 格栅安装倾角 60 栅前水深 h 0 4m 栅条间隙数 6 n Qmax 0 28935 38 个 bhv sin 9 04 002 0 60sin 栅槽宽度 B s n 1 bn 0 01 38 1 0 02 38 1 13m 进水渠道渐宽部分长度 设进水渠道宽 B1 0 65 渐宽部分展开角 1 60 此时进水渠道的流速为 0 77m s L1 B B1 2tan 1 1 13 0 65 2tan20 0 66m 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 L2 L1 2 0 66 2 0 33m 通过格栅的水头损失 采用栅条断面为矩形的格栅 取 k 3 2 42 得 h1 kh0 k v2sin 2g 3 2 42 sin60 0 097m 02 0 01 0 3 4 81 9 2 9 0 2 栅后槽总高度 取栅前渠道超高 h2 0 3m 栅前槽高 H1 h h2 0 7m 则 H h h1 h2 0 4 0 097 0 3 0 8m 栅槽总长度 L L1 L2 0 1 0 5 H1 tan 0 66 0 33 1 0 0 5 0 7 tan60 2 89m 每日栅渣量 取 W1 0 07 m3栅渣 103m3污水 得 W QmaxW1 86400 Kz 1000 0 28935 0 07 86400 1 47 1000 1 19 m3 d 0 5 故采用机械除渣方式 4 24 2 污水提升泵站污水提升泵站 污水泵总提升能力按 Qmax考虑 Qmax 1041 66 m3 h 选用两台 QW 型潜水排污泵 每台流量 为 1200 m3 h 选用 350QW1200 15 型泵一台 另备用一台 一用一备 该泵参数如下 型号流量 m3 h 扬程 m 转速 r min 电机功率 W 泵重量 kg 350QW1200 15 120015990902100 4 34 3 平流式沉砂池平流式沉砂池 沉砂池用于去除污水中密度较大的无机颗粒物 以改善污泥处理构筑物的处理条件 减 轻沉淀池的沉淀负荷 利用重力作用 比重较大的无机颗粒物在水流经沉砂池过程中得以沉 降 沉砂池出水由水渠流出 进入初沉池 沉砂进入贮砂池 7 4 3 1 沉砂池工程设计原则 城市污水厂一般均应设置沉砂池 沉砂池的座数或分格数应不少于两个 并按并联原则考 虑 当污水量较小时 课考虑单个工作 一个备用 当污水流量大是 则两个同时使用 设计流量的确定 当污水自流进入时 应按每期的最大设计流量计算 当污水为提升进 入时 应按每期工作水泵的最大可能组合流量计算 当用于合流制处理系统中 应按降雨时 的设计流量计算 沉砂池去除相对密度 2 65 粒径大于 0 2mm 的沙粒确定 最大设计流量时 污水在池中的最大流速为 0 3m s 最小流速为 0 15m s 这样的流速范 围可基本保证无机颗粒沉降去除 而有机物不能下沉 设计有效水深应不大于 1 2m 一般采用 0 25 1 0m 每个池宽不宜小于 0 6m 超高不宜 小于 0 3m 最大设计流量时 污水在池内停留时间不小于 30s 一般采用 30s 60s 沉沙量的确定 生活污水的沉沙量按每人每天 0 01 0 02L 城市污水按 106m3污水产生沉 砂污水产生沉砂 30m3计 沉砂含水率约为 60 容量 1500kg m3 贮砂斗的容积按两日以内 的沉沙量考虑 斗壁与水平面倾角为 55 60 池底坡度一般为 0 01 0 02 并可根据除砂设备要求 考虑池底的形状 4 3 2 沉砂池设计参数 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 30s 60s 有效水深应不大于 1 2m 一般采用 0 25 1 0m 每格宽度不宜小于 0 6m 超高不宜小于 0 3m 进水部位应采取消能和整流措施 应设置进水闸门控制流量 出水应采取堰跌落出水 保 持池内水位不变化 本设计采用平流式沉砂池 其具有截留无机颗粒效果较好 工作稳定 排沉砂较方便等 特点 污水从池一端流入 呈水平方向流动 从池另一端流出 平流式沉砂池由进水装置 出水装置 沉淀区和排泥装置组成 其上部是水流部分 水在其中以水平方向流动 下部是 聚集沉砂的部分 通常其底部设置 1 2 个贮砂斗 下接带间阀的排砂管 用以排出沉砂 4 3 3 沉砂池设计 设计人口数为 60000 人 生活污水量标准为日平均 200 L 人 设计工业污水量为 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 则 每两日除砂一次 每人每日沉沙量为 0 02L 超高取 0 3m 最大设计流量 Qmax 289 35L s 0 28935 m3 s 日均流量 Qd 264 63 L s 设计流速 v 0 3m s 最大流量时停留时间 t 30s 沉砂池长度 L 8 L vt 0 3 30 9m 沉砂池水流断面面积 A A Qmax v 0 28935 0 3 0 9645 沉砂池有效水深 h2 采用两个分格 每格宽度 b 0 6m 总宽度 B 1 2m h2 A B 0 9645 1 2 0 804m 1 2m 合理 沉砂斗所需容积 V V 2Qmax t 86400 Kz 106 0 28935 30 2 86400 1 47 106 1 02m3 式中 t 排砂时间间隔 Kz 污水流量变化系数 沉砂斗各部分尺寸计算 沉砂池有两格 每格有两个沉砂斗 共 4 个沉砂斗 每个沉砂斗 容积 V1为 V1 V 4 0 225 m3 设砂斗中贮砂高度为 h3 斗底尺寸为 0 5 0 6 斜壁与水平面夹角为 55 则有 V1 2 h3 tan55 0 5 0 5 h3 2 0 6 0 225 解得 h3 0 46m 沉砂斗的实际高度应比贮砂高度大些 取砂斗实际高度为 0 6m 沉砂斗上部尺寸为 3 1 0 6 H h1 h2 h3 0 3 0 804 0 46 1 564m 验算最小流速 vmin vmin Qmin n 0 26463 1 0 6 0 558 0 79m s 0 15m s 合格 4 44 4 AAOAAO 池设计池设计 4 4 1 设计要点 污水中科生物降解的有机物对脱氮除磷的影响 厌氧段进水可溶性磷与溶解性 BOD5之比小于 0 06 才会有较好的除磷效果 污水中 COD TKN 8 时 氮的总去除率可达 80 COD TKN 7 时不宜采用生物脱氮 污泥龄 在 AAO 阶段污泥泥龄受硝化细菌的时间间隔和除磷工艺两方面的影响 权衡这两方面 AAO 阶段的污泥泥龄一般为 15 20d 溶解氧 好氧段的 DO 应为 2mg L 太高太低都不利 对于厌氧段和缺氧段 则 DO 越低越好 但 由于回流和进水影响 应保证厌氧段 DO 小于 0 2mg L 缺氧段 DO 小于 0 5mg L 9 回流污泥提升设备应用潜污泵代替螺旋泵 以减少提升过程中的复氧 使厌氧段和缺氧 段的 DO 最低 以利于脱氮除磷 厌氧段和缺氧段的水下搅拌器的功率不能过大 一般为 3W m3的搅拌功率即可 否则会 产生涡流 导致混合液 DO 升高 影响脱氮除磷的效果 原污水和回流污水进入厌氧段和缺氧段时应为淹没入流 以减少复氧 硝化的 TKN 的污泥负荷应小于 0 05 TKN kgKLSS d 反硝化进行水溶解性 BOD5浓度与 硝态氮浓度之比大于 4 水温 13 18 时 污染物质去除率较稳定 一般不宜超过 30 4 4 2 设计说明 污水中的总氮包括有机氮 氨氮和硝态氮 其中主要为氨氮 有机氮和硝态氮 硝态氮远 低于氨氮 故在设计中视进水中的总氮为氨氮 设在硝化阶段全部的氨氮转化为了硝态氮 而全部的硝态氮在反硝化阶段转化为氮气 忽 略细菌合成细胞过程中所去除的氨氮 4 4 3 设计计算 经 A 段处理后出水水质 项目 CODBOD5SS NH4 N总 P 进水水质 mg L 400200250304 出水水质 mg L 1003030 25 30 3 因 COD TN 400 30 13 3 8 TP BOD5 4 200 0 02 0 06 符合条件 故可用 AAO 法 设计参数 Tmax 40 Tmin 10 MLVSS MLSS 0 7 x 3000mg L Ns 0 15kgBOD5 MLVSS d 污泥产率系数 y 0 6kgVSS kgBOD5 d 内源呼吸速率 Kd 0 04d 1 剩余污泥含水率 99 2 厌氧池的计算 取厌氧池平均停留时间 t 2 0h 则 V 2083 3m3 取 2084m3 水深 3m 则池体面积为 695 两组并联运行 单组面积为 348 采用三根廊道式 b 5m 10 L 348 3 6 19 4m 回流污泥浓度 10000mg L 相当于 SVI 100 污泥回流比取 r 75 则 混合液的浓度 p r 1 r pr 0 75 1 0 75 10000 4285 7mg L AAO 池的体积及停留时间 v Q 200 Ns x 25000 200 0 15 3000 11111 11m3 取 11112m3 t v Q 11111 12 25000 0 44445d 10 67h 缺氧池计算 V缺 1041 65 24 30 25 4285 7 0 09 324 1m3 t好 2h 水深为 3m 则缺氧池池体面积为 109 两组并联运行 单组面积为 54 5 采用三根廊道式 b 5m L 54 5 3 6 3 1m 好氧池计算 V好 1041 65 6 67 6947 81m3 t好 6 67h 水深为 3m 分两组 每组有效面积为 S 6947 81 4 1734 两组并联运行 单组面积为 1734 采用三根廊道式 b 5m L 1734 3 6 96 4m 保护层高度取 1m H 4m 混合液的回流比 内回流 TN TNo TNe TNo 30 25 30 16 7 RN TN 1 TN 0 167 1 0 167 20 04 取 21 剩余污泥量 异样菌生成污泥量 W1 Qr Lo Le 1 2 25000 200 30 0 6 1000 3060kg d 内源呼吸分解污泥量 Xv f x 0 7 3000 2100mg L W2 y V Xv 0 04 2100 11112 1000 993 41kg d 硝化菌生成污泥量 取硝化菌产率系数 0 1kgVSS kgNH3 N d W3 1 2 25000 30 25 0 1 1000 15kg d 每天产生的挥发性污泥量 W W1 W2 W3 3060 993 4 15 2141 6 kg d 每天产生的剩余污泥量 W 2141 6 0 7 3059 42 kg d 127 5kg h 污泥含水率为 99 2 则剩余污泥体积 V 3059 42 0 8 1000 382 43m d c x V W 3 11112 2084 3059 42 15d 符合 15 20d 的要求 需氧量的计算 降解有机物需氧量 O1 1 49 25000 200 30 0 68 1000 9312 5 d 硝化氨氮的需氧量 O2 4 57 1 49 25000 30 25 1000 851 2 d 11 污泥当量 O3 5960 1 42 8463 2 d 反硝化过程提供化合态氧化量 O4 2 86 1 49 25000 30 25 1000 532 7 d 共需氧量 V 9312 5 851 2 8463 2 532 7 1168 d 4 54 5 二沉池二沉池 辐流式二沉池可进行泥水分离 沉淀去除活性污泥 污水从辐流式沉淀池的中心进入 由于直径比深度大得多 水流呈辐射状流动 水流过水断面逐渐增大 而流速逐渐减小 辐 流式沉淀池采用机械刮泥机 1 台 DXZ 45 型 中心转动 设计参数 表面负荷 q 1 5m h 池数为 2 水力停留时间 t 2h x 5000mg L 污泥在斗内的时间取 t 4h K 回 75 Q 0 28935 m3 s h1 0 3m 污泥斗高度 h 1 8m 坡底落差 h 0 6m h 0 5m 4 5 1 设计计算 沉淀池的表面积 A Q q 25000 24 1 5 2 347 3 D 4 A 3 14 4 347 3 3 14 21 03m 取 22m 二沉池有效水深 h2 qt 1 5 2 3m 径深比为 D h2 22 3 7 34 符合要求 沉淀池总高度 H h1 h2 h h h 0 3 3 0 5 0 6 1 8 6 2m 沉淀池周边处的高度为 H 0 3 3 0 5 3 8m 4 64 6 消毒池消毒池 消毒池用于杀除水中细菌 极可能存在的病原菌 在池中投加消毒剂 经一段时间接触 消毒 使得水中细菌得以去除 4 6 1 设计计算 池高度 H 4 5 0 3 4 8m 表面积 A qt H 0 28935 3600 4 8 217 01 取 220 t 1h 池形设计 12 L 25m 则 B 220 25 8 8m 采用三廊道折流式则 b 8 8 3 2 94m 消毒加氯