某城镇污水处理厂处理工艺设计.doc

辽 宁 科 技 学 院（2011级）本科课程设计题目：某城镇污水处理厂处理工艺设计专 业：环境工程班 级：环境BG112姓 名：韩国然学 号：6411111207指导教师：李晓惠说明书 23 页，图纸 2 张辽宁科技学院本科生课程设计 某城镇污水处理厂处理工艺设计摘要本设计中，主要采用A2/O工艺来处理城镇废水。处理构筑物主要有粗格栅，细格栅，旋流沉砂池，初沉池，厌氧池，缺氧池，好氧池，二沉池等。该系统可在构筑物中对污水中的各种污染物进行高效的去除。该系统具有高效，节能的特点，且工艺可靠，出水水质好。设计污水处理厂处理所在城市生活污水，处理规模为日平均污水流量Q=10000m3/d；最大流量Qmax=14000m3/d，有效去除水中BOD、SS以及氮、磷元素，处理出水要求符合城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的一级B标准。污水处理的工艺流程为：由排水管网收集来的污水进入集水井，先经过粗格栅，经泵提升后经过细格栅进入旋流沉砂池，进入初沉池，再进入A2/O反应池，进入平流式二次沉淀池，再进入巴氏计量槽，最后出水；污泥的流程为：从沉淀池排出的部分污泥回流到A2/O反应池，剩余污泥进入污泥浓缩池，浓缩后的污泥经污泥提升泵进入脱水间，最后处理外运。本设计完成设计计算书一份，污水处理厂总平面图、污水处理厂高程图各一份。关键词：城市污水，A2/O ，脱氮除磷 ，污泥浓缩II辽宁科技学院本科生课程设计目 录1前言11.1 课程设计目的11.2 设计依据与原则11.2.1设计原始资料11.2.2设计原则21.2.3工艺流程22 处理构筑物设计与计算32.1泵前中格栅设计计算32.1.1格栅的设计要求32.1.2格栅尺寸计算42.2 污水提升泵房设计计算52.2.1提升泵房设计说明52.2.2泵房设计计算62.3 泵后细格栅设计计算62.3.1细格栅设计说明62.3.2设计参数确定72.3.3设计计算72.4 沉砂池设计计算82.4.1 沉砂池的选型82.4.2 设计资料92.4.3 池体设计计算92.5初沉池112.6 A/A/O工艺构筑物的设计计算122.6.1曝气池的计算与各部位尺寸的确定122.6.2曝气系统的计算与设计172.7二沉池182.8计量槽设计计算192.8.1.主要部分尺寸设计192.8.2.计量槽总长度192.9机械脱水间设计计算203高程计算21参考文献23 第 22 页辽宁科技学院本科生课程设计1前言厌氧缺氧好氧（AnaerobicAnoxicaerobic，即A2O工艺），A2O生物脱氮除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合。在该工艺流程内，、SS和以各种形式存在的氮和磷将一一被去除。A2O生物脱氮除磷系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌和反硝化菌、聚磷菌组成。在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入到大气中，从而达到脱氮的目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷除去。 1.1 课程设计目的1、 掌握城市污水厂的计算和设计，复习和消化课程讲授的内容；2、 掌握设计与制图的基本技能；3、 了解并掌握城市污水厂设计的一般步骤和方法，具备初步的独立设计能力；4、 提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力。1.2 设计依据与原则1.2.1设计原始资料（1）污水水量、水质设计规模 设计日平均污水流量Q=10000m3/d；日变化系数 Kd=1.2，总变化系数 Kz=1.4。进水水质CODCr =500mg/L，BOD5 =300mg/L，SS = 300mg/L，TN = 41 mg/L ,NH3-N = 35mg/L，TP=2.7mg/L（2）污水处理要求污水经过二级处理后应符合以下具体要求：CODCr 100mg/L，BOD520mg/L，SS20mg/L，TN15mg/L，TP1.0mg/L。（3）处理工艺流程 污水拟采用A/A/O工艺处理。（4）气象资料 该市地处内陆中纬度地带，属暖温带大陆性季风气候。年平均气温913.2，最热月平均气温21.226.5，最冷月5.00.9。极端最高气温36，极端最低气温24.9。年日照时数2045 小时。多年平均降雨量577 毫米，集中于7、8、9 月，占总量的5060%，受季风环流影响，冬季多北风和西北风，夏季多南风或东南风，市区全年主导风向为东北风，频率为18%，年平均风速2.55 米/秒。（5）污水排水接纳河流资料：该污水厂的出水直接排入厂区外部的河流，其最高洪水位（50 年一遇）为380.0m，常水位为378.0m，枯水位为375.0m。1.2.2设计原则（1）工艺可靠、灵活、卫生、节能、综合运行成本低廉，操作管理方便、节省投资且能保证长期稳定运行的原则。（2）电器设备尽可能采用简易半自动化控制、最大限度减轻劳动强度。（3）考虑节省成本，设施建成半地下结构。（4）降低噪声，改善废水处理站及周围环境。1.2.3工艺流程污水处理工艺流程如图1.1所示。鼓风机房巴士计量槽二沉池沉砂池细格栅泵站原水原水中格栅 厌氧区 缺氧区 好氧区 出水 图2.1 工艺流程图该流程包括完整的二级处理系统和污泥处理系统。污水经由一级处理的格栅、沉砂池进入二级处理的A2/O池，然后在二次沉淀池中进行泥水分离，二沉池出水经消毒后直接排放。二沉池中一部分污泥作为回流污泥进入二级处理部分，剩余污泥进入污泥浓缩池，经浓缩之后的污泥进入脱水机房脱水，最后外运。污泥回流 栅渣、沉砂外运砂水分离器 泵泥饼外运污泥脱水机房污泥浓缩池图1.1 工艺流程图2 处理构筑物设计与计算1.已知设计日平均污水流量Q=10000m3/d；日变化系数 Kd=1.2，总变化系数 Kz=1.4；可计算出最大流量2.进水管的设计选择2.1泵前中格栅设计计算中格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。2.1.1格栅的设计要求1.水泵处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求：1）人工清除 2540mm2）机械清除 1625mm3）最大间隙 40mm2.过栅流速一般采用0.61.0m/s.3.格栅倾角一般用450750。机械格栅倾角一般为600700.4.格栅前渠道内的水流速度一般采用0.40.9m/s.5.栅渣量与地区的特点、格栅间隙的大小、污水量以及下水道系统的类型等因素有关。 在无当地运行资料时，可采用：1） 格栅间隙1625mm适用于0.100.05m3 栅渣/103m3污水；2） 格栅间隙3050mm适用于0.030.01m3 栅渣/103m3污水.3）通过格栅的水头损失一般采用0.080.15m。图2.1 粗格栅计算草图2.1.2格栅尺寸计算 设计参数确定：设计流量（设计2组格栅），以最高日最高时流量计算；栅前流速：v1=0.9m/s， 过栅流速：v2=0.9m/s；渣条宽度：s=0.01m， 格栅间隙：e=0.02m；栅前部分长度：0.5m， 格栅倾角：=60；单位栅渣量：w1=0.05m3栅渣/103m3污水。设计中的各参数均按照规范规定的数值进行选取。（1）确定格栅前水深，根据最优水力断面公式计算得:栅前槽宽栅前水深(2)栅条间隙数： （取n=20)（3）栅槽有效宽度： 考虑0.4m隔墙：B=2B0+0.4=1.58m（4）进水渠道渐宽部分长度：（其中为进水渠展开角，取=）(5)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度0.115m（6）过栅水头损失（h1） 设栅条断面为锐边矩形截面，取k=3，则通过格栅的水头损失： （7）栅后槽总高度（H）本设计取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽总高H1=h+h2=0.21+0.30=0.51m H=h+h1+h2=0.21+0.103+0.3=0.613m（8）栅槽总长度 L=L1+L2+0.5+1.0+（0.21+0.30）/tan =0.23+0.115+0.5+1.0+(0.21+0.30)/tan60=2.1m（9）每日栅渣量在格栅间隙在20mm的情况下，每日栅渣量为：W 所以宜采用机械清渣。2.2 污水提升泵房设计计算2.2.1提升泵房设计说明本设计采用法A/A/O工艺系统，污水处理系统简单，只考虑一次提升。污水经提升后入平流沉砂池、厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池、接触消毒池、巴氏计量槽，最后由出水管道排入河流。设计流量：1泵房进水角度不大于45度。2相邻两机组突出部分得间距，以及机组突出部分与墙壁的间距，应保证水泵轴或电动机转子再检修时能够拆卸，并不得小于0.8。如电动机容量大于55KW时，则不得小于1.0m，作为主要通道宽度不得小于1.2m。3.泵站采用矩形平面钢筋混凝土结构半地下式，尺寸为12 m5m，高20m，地下埋深12m。4.水泵为自灌式。2.2.2泵房设计计算各构筑物的水面标高和池底埋深计算见后续的高程计算。污水提升前水位375.6m(即泵站吸水池最底水位）,提升后水位381.84（细格栅前水面标高）。所以，提升净扬程Z=381.84-375.6=6.24m,水泵水头损失取2m，安全水头取2 m，连接管路的水头损失取0.5m,所以水泵扬程H=Z+2+2+0.5=6.24+2+2+0.5=10.74m再根据设计流量583m3/h，属于小流量低扬程的情形，选取WQK600-12-37，(流量为600m3/h，扬程为12m，转速为1470r/min，功率37Kw，效率75%）集水池容积：考虑不小于一台泵5min的流量，选取6min的流量，则W=取有效水深h=1.6m，则集水池面积为: A=m泵房采用矩形面钢筋混凝土结构,尺寸为5m5m,泵房为半地下式地下埋深8m，水泵为自灌式。2.3 泵后细格栅设计计算2.3.1细格栅设计说明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。细格栅的设计和中格栅相似。2.3.2设计参数确定设计流量（设计2组格栅），以最高日最高时流量计算；栅前流速：v1=0.9m/s， 过栅流速：v2=0.9m/s；渣条宽度：s=0.01m， 格栅间隙：e=0.01m；栅前部分长度：0.5m， 格栅倾角：=60； 单位栅渣量：w1=0.10m3栅渣/103m3污水。 栅条断面为矩形，选用平面A型格栅,，其渐宽部分展开角度为20 图2.2 细格栅计算草图2.3.3设计计算污水由两根污水总管引入厂区，故细格栅设计两组，每组的设计流量为：Q=80L/s=0.08m3/s。（1）确定格栅前水深，根据最优水力断面公式计算，栅前槽宽=，则栅前水深h0.21m（2） 栅条间隙数n (取40)（3）栅槽有效宽度B0=s（n-1）+en=0.01（40-1）+0.0140=0.79m（4）进水渠道渐宽部分长度()/2tan（0.79-0.42）/ 2tan200.51m（其中1为进水渠展开角，取1=）（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度0.255m（6）过栅水头损失（h1） 因栅条边为矩形截面，取k=3，则 （7）栅后槽总高度（H） 取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽总高度H1=h+h2=0.21+0.3=0.51m 栅后槽总高度H=h+h1+h2=0.21+0.26+0.3=0.77m（8）格栅总长度 L=L1+L2+0.5+1.0+ H1/tan=0.51+0.255+0.5+1.0+（0.21+0.30）/tan60=2.56m(9） 每日栅渣量 所以宜采用机械清渣。2.4 沉砂池设计计算2.4.1 沉砂池的选型曝气沉砂池的出水溶解氧较高，这对一些要求前级处理工序为厌氧或缺氧状态的生物处理工艺不利。机械或水力旋流沉砂池可以消除这种不利影响。此类新型沉砂池不仅具有去除沉砂表面附着有机物的功能，还具有沉砂效率高、占地小、能耗小、运行稳定、维护管理方便等优点，正逐渐取代传统的平流沉砂池和曝气沉砂池。因此，本设计选用旋流沉砂池（钟式沉砂池），其原理是利用水力涡流使泥沙和有机物分开，加速砂粒的沉淀，以达到除砂的目的。 2.4.2 设计资料旋流沉砂池的设计，应符合下列要求： 1、 最高时流量的停留时间不应小于 30s； 2、设计水力表面负荷宜为 150200/()； 3、有效水深宜为 1.02.0m，池径与池深比宜为 2.02.5； 4、池中应设立式桨叶分离机; 5、污水的沉砂量，可按每立方米污水 0.03L 计算；合流制污水的沉砂 量应根据实际情况确定。 6、砂斗容积不应大于 2d 的沉砂量，采用重力排砂时，砂斗斗壁与水 平面的倾角不应小于 55。 7、沉砂池除砂宜采用机械方法，并经砂水分离后贮存或外运。采用人工排砂时，排砂管直径不应小于 200mm。排砂管应考虑防堵塞措施。2.4.3 池体设计计算设计流量：=14000=0.162/s=162L/s设计流速：v=0.25m/s 水力停留时间：t=35s旋流沉砂池设计的一般规定：1）q沉砂池的表面负荷，取值范围宜为150200。2）H池深，一般采用12m。3）v沉砂池进渠水流流速，一般在0.41.0m/s；4）t水力停留时间，本工程取t=35s。表2.1钟式沉砂池型号及尺寸（m）型号流量（L/S）ABCDEFGH50501.831.00.3050.6100.301.400.300.301001102.131.00.3800.7600.301.400.300.302001802.431.00.4500.9000.301.550.400.303003103.051.00.6101.2000.301.550.450.305505303.651.50.7501.500.401.700.600.519008804.871.51.002.000.402.201.000.51130013205.481.51.102.200.402.201.000.61175017505.801.51.202.400.402.501.300.75200022006.101.51.202.400.402.501.300.89已知该污水处理厂的最大污水流量为162L/s,根据上表可以选择型号为200，A的旋流沉砂池,根据要求，设计两座沉砂池，每座进水流量为81L/s。校核旋流沉砂池的计算公式：1、沉砂池的直径2、沉砂池有效水深 3、沉砂室所需体积4、沉砂斗容积5、沉砂室总高 6、进水渠道进水渠与涡流沉砂池呈切线方向进，提供涡流的初速度进水渠道长度7、出水渠道出水渠道和进水渠道建在一起，中建设闸板，以便在沉砂池检修时超越沉砂池，两渠道夹角，最大限度的延长沉砂池内的水力停留时间。渠宽8、排砂装置采用空气提升器排砂，排砂时间每日一次，每次12小时，所需空气量为排沙量的1520倍，排砂经砂水分离器，水排至提升泵站，砂晒干填埋2.5初沉池本设计中采用中央进水幅流式沉淀池两座。则每座设计进水量：Q=14000m3/d采用周边传动刮泥机。表面负荷：q范围为1.5-3.0m3/ m2h ，取q=2m3/ m2h水力停留时间（沉淀时间）：T=1.5h（1）沉淀池面积:(按表面负荷计算)（2）沉淀池直径：（3）有效水深为：=2.01.5=3m（4）沉淀部分所需的容积：本污水处理厂设计服务人口数为40万人。贮泥时间采用Tw=4h，初沉池污泥区所需存泥容积：锥体部分容积为：（5） 污泥斗以上圆锥体部分污泥容积：(6) 污泥总容积：(7) 沉淀池总高度：设 (8)沉淀池池边总高度：（9） 径深比：（符合612要求）（10） 辐流式初沉池计算草图如下：图2.3细格栅计算草图2.6 A/A/O工艺构筑物的设计计算2.6.1曝气池的计算与各部位尺寸的确定本设计采用传统推流式曝气池 （1）曝气池按BOD污泥负荷率确定 拟定采用的BOD污泥负荷为0.25kgBOD5/(kgMLSSd)，但为稳妥计，需加以校核，校核公式： （3.4）式中 K2值取0.0200； Se=20mg/L； =0.893；。代入各值，计算结果确证，LS取0.25是适宜的。（2）确定混合液污泥浓度根据已确定的Ls值，查图得相应的SVI值为120140，取值140。根据式式中 X曝气池混合液污泥浓度，mg/L； Xr回流污泥浓度，mg/l； R污泥回流比。 取r=1.2，R=100，代入得mg/Lmg/L取4300mg/L（3）反应池容积m3反应池总水力停留时间h各段水力停留时间和容积：厌氧缺氧好氧=113厌氧池水力停留时间：h厌氧池容积：m3 缺氧池水力停留时间：h缺氧池容积：m3好氧池水力停留时间：h好氧池容积：m3（4）校核氮磷负荷，kgTN /(kgMLSSd)好氧段总氮负荷kgTN/(kgMLSSd)（符合要求）厌氧段总磷负荷kgTP/(kgMLSSd)（符合要求）（5）平面尺寸计算设反应池2组，单组池容积 V单m3取有效水深h=2.5m单池有效面积S单m2每组曝气池共设9廊道，第1、2廊道为厌氧段，第3、4廊道为缺氧段，后5个廊道为好氧段，采用九廊道式推流式反应池，廊道宽b=3.5m，单组反应池长度L， m核算12；510，符合设计要求。取超高0.3m，则池总高为m图2.4 A2/0反应池计算示意图（6）反应池进、出水系统计算（考虑安全系数，取1.45）进水管m3/s 管道流速 v=1.0 m/s。单组反应池进水管设计流量m3/s管道过水断面积m2管径m取进水管管径DN300mm。回流污泥管单组反应池回流污泥管设计流量 m3/s管道流速取 v1=1.5m/s。管道过水断面积管径m取回流污泥管管径DN300mm。进水井反应池进水孔尺寸：进水孔过流量 m3/s孔口流速v2=0.60m/s孔口过水断面积 m2孔口尺寸取为0.5m1.0m。出水堰及出水井 按矩形堰流量公式计算 （3.5） 式中 b堰宽，b=7.5 m； H堰上水头，m。m3/sm出水孔过流量Q4=Q3=0.34m3/s孔口流速v=0.6m/s孔口过水断面积m2孔口尺寸取为1m0.8m，出水井平面尺寸取1.6m1m。出水管反应池出水管设计流量m3/s管道流速v3=1.0 m/s管道过水断面m2管径m取出水管管径DN500mm。2.6.2曝气系统的计算与设计本设计采用鼓风曝气系统（1）需氧量与供氧量的计算曝气池需氧量按下式计算，曝气设备在标准条件下的供氧量，一般情况下，为1.31.6，所以（2） 鼓风曝气供气量计算（3） 鼓风机所需的压力根据相关数据计算可得，根据所需压力和供气量，决定采用R223罗茨鼓风机2台，1用1备，根据以上数据设计鼓风机房。2.7二沉池本设计中采用中央进水幅流式沉淀池两座。则每座设计进水量：Q=7000m3/d采用周边传动刮泥机。表面负荷：qb范围为1.01.5 m3/ m2h ，取q=1m3/m2h水力停留时间（沉淀时间）：T=2h（1）沉淀池面积:按表面负荷计算：（2）沉淀池直径： 有效水深为：h1=qbT=1.02=2m4m （介于612）（3）贮泥斗容积：为了防止磷在池中发生厌氧释放，故贮泥时间采用Tw=2h，二沉池污泥区所需存泥容积：设池边坡度为0.05，进水头部直径为2m，则：(R-r)0.05=(7-1)0.05=0.3m锥体部分容积为：另需一段柱体装泥，设其高为：（4）二沉池总高度：取二沉池缓冲层高度h5=0.4m，超高为h2=0.3m则二沉池总高度：Hh1+h2+h3+h4+h5=2+0.3+0.5+0.3+0.4=3.5m则池边总高度：h=h1+h2+h3+h5=2+0.3+0.5+0.4=3.2m2.8计量槽设计计算污水测量装置的选择原则是精密度高、操作简单，水头损失小，不宜沉积杂物，污水厂常用的计量设备有巴氏计量槽、薄壁堰、电磁流量计、超声波流量计、涡流流量计。其中巴氏计量槽应用最为广泛且具备以上特点。本设计的计量设备选用巴氏计量槽，选用的测量范围为：0.2-1.5m3/s图2.4 巴氏计量槽计算草图巴氏计算槽计算出水排放渠设计考虑最佳水利断面即计量槽上游水深为0.3m，流量取583 m3/ h =0.162m3/ s ，在自由流条件下，B=1.2b0.48m ，得b=0.1m，取b = 0.1 m的巴氏槽。2.8.1.主要部分尺寸设计渐缩部分长度：L1 = 0.5b+1.2 =0.50.11.2= 1.25m 喉部宽度： L2 = 0.6m 渐扩部分长度：L3 = 0.9m上游渠道宽度： B1 = 1.2b+0.48= 1.20.10.48 = 0.6m下游渠道宽度： B2 = b+0.3= 0.10.30 = 0.4m2.8.2.计量槽总长度计量槽应设在渠道的直线段上，直线段的长度不应小于渠道宽度的8-10倍，在计量槽上游，直线段不小于渠宽的2-3倍，本设计取3；下游不小于4-5倍，本设计取5；计量槽上游直线段长为：A=3B=30.6=1.8m计量槽下游直线段长为： A=5=50.4=2.0m计量槽总长：L=LLA =1.25+0.6+0.9+1.8+2.0=6.55m2.9机械脱水间设计计算污水处理厂污泥排出污泥的含水率约95%左右，体积很大。因此为了便于综合利用和最终处置，需对污泥做脱水处理，使其含水率降至60%-80%，从而大大缩小污泥的体积。（1） 污泥脱水机械的类型，应按污泥的脱水性质和脱水要求，经技术经济比较后选用。 （2） 污泥进入脱水机前的含水率一般不应大于98。（3） 经消化后的污泥，可根据污水性质和经济效益，考虑在脱水前淘洗。 （4） 机械脱水间的布置，应按规范有关规定执行，并应考虑泥饼运输设施和通道。 （5）脱水后的污泥应设置污泥堆场或污泥料仓贮存，污泥堆场或污泥料仓的容量应根据污泥出路和运输条件等确定。（6）污泥机械脱水间应设置通风设施。每小时换气次数不应小于6次。本设计采用滚压脱水方式使污泥脱水 ，脱水设备选用我国研制的。3高程计算污水处理厂高程布置的任务是：确定各处理构筑物和泵房等的标高，选定各连接管渠的尺寸并决定其标高。计算决定各部分的水面标高，以使污水能按处理流程在处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理厂的正常运行。污水处理厂的水流常依靠重力流动，以减少运行费用。为此，必须精确计算其水头损失（初步设计或扩初设计时，精度要求可较低）。水头损失包括：（1）水流流过各处理构筑物的水头损失，包括从进池到出池的所有水头损失在内；在作初步设计时可按下表估算。(2)水流流过连接前后两构筑物的管道(包括配水设备)的水头损失，包括沿程与局部水头损失。(3)水流流过量水设备的水头损失。水力计算可查给水排水设计手册来进行计算。表3.1 污水管渠水力计算表名称设计流量（L/s)管段设计参数水头损失(m)管径(mm)I()V(m/s)管长（m）沿程局部合计出水口至计量槽162 18000.50 0.95000.25 0.1760.43 计量槽至二沉池162 15001.20 0.960.01 0.1470.