第十九章-污水处理厂设计课件

1、第十九章-污水处理厂设计,第十九章 污水处理厂设计,第十九章-污水处理厂设计,课程内容,设计水质 设计水量 设计原则与厂址选择 污水处理工艺流程选择 污水处理厂的平面与高程布置 污水处理厂的配水与计量,技术经济分析 污水处理厂的运行管理、水质监控与自动控制 污水处理厂工艺设计实例,第十九章-污水处理厂设计,第一节 概述,主要设计资料 设计原则 设计步骤及文件编制,第十九章-污水处理厂设计,一、设计资料,基础资料： 设计依据、自然条件、编制概预算资料 水质及排放标准：按照设计规范,第十九章-污水处理厂设计,设计水质,1. 生活污水的BOD5和SS设计值 BOD5=2035g/（人d） SS=30

2、50g/（人d） 2. 工业废水BOD5和SS值折合成人口当量计算 3. 设计水质浓度S 式中：S某污染物质在污水中的浓度，mg/L； s每人每日对该污染物质排出的总数，g； Qs每人每日的排水量，以L计,第十九章-污水处理厂设计,设计水量,1. 设计最大流量（m3/h或L/s） 除曝气池外各处理构筑物与厂内连接管渠的设计采用。 当污水处理厂进水用泵提升时，则用组合泵的工作流量作为设计最大流量，但应与设计流量相吻合。 2. 平均日流量（m3/d） 表示污水处理厂的公称规模，并用于处理总水量，污泥总量、耗药量、耗电量的计算。 3. 降雨时的设计流量（m3/d或L/s） 该流量包括旱天流量和截流n

3、倍的初期雨水流量，用于校核初沉池。 4. 曝气池容积用最大日平均时流量进行设计,第十九章-污水处理厂设计,二、设计原则,1. 工业废水与城市污水处理的关系 工业废水在厂内进行局部处理，去除城市污水处理厂不能有效去除的有毒有害物质，使工业废水达到排入城市下水道的水质标准以后再与生活污水一起进入城市污水处理厂进行处理。 2. 基础数据可靠、厂址选择合理、工艺先进实用、总体布置考虑周全、避免二次污染、运行管理方便、近期远期结合、满足安全要求,第十九章-污水处理厂设计,三、 设计步骤及设计文件编制,1、设计前期工作 a. 预可行性研究 预可行性研究是建设单位向上级送审的项目建议书的技术文件。 b. 可

4、行性研究 概述 工程方案 工程投资估算及资金筹措 工程远近期结合的考虑 工程效益分析 工程进度安排 存在问题及建议 附图及附件 2、初步设计 设计说明书 工程量 材料及设备量 工程概算 初设图纸 3、施工图设计,第十九章-污水处理厂设计,第十九章-污水处理厂设计,第二节 厂址选择,污水处理厂的厂址选择受到污水的处理方式与排放点位置的影响，应在整个排水系统设计方案中综合考虑，全面规划,第十九章-污水处理厂设计,基本原则,根据城市发展的总体规划，其厂址应考虑远期发展规划和留有扩建的余地，必须设在集中给水水源的下游、夏季主风向的下风向，并与居民点有300m以上的距离； 应尽量少占农田和不占良田； 尽

5、量靠近回用水的主要用户； 必须有适当的土地面积； 不宜设在受水淹的低洼处，并不受洪水威胁； 要充分利用地形，选择有适当坡度的地区，减少土方工程量,第十九章-污水处理厂设计,处理厂占地面积与处理水量、处理方法的选择有关,污水处理厂所需面积,第十九章-污水处理厂设计,第三节 工艺流程选择确定,工艺流程的选择主要受以下因素的影响： 污水处理的程度； 工程造价与运行费用； 当地的自然条件； 原污水的水量与污水流入工况； 施工的难易程度与运行管理的技术条件 城市污水处理的典型工艺流程,第十九章-污水处理厂设计,城镇污水厂的流程,按照处理效率，污水厂可以分为三级,一级处理厂,沉淀法,一级强化处理厂,化学混

6、凝沉淀法,快速生物处理法,化学生物絮凝处理,二级处理厂,生物处理法,第十九章-污水处理厂设计,城市污水处理的典型工艺流程,第十九章-污水处理厂设计,第十九章-污水处理厂设计,第四节 平面布置与高程布置,平面布置的基本原则 高程布置的基本原则,第十九章-污水处理厂设计,一、平面布置的基本原则,以处理构筑物为主体，辅助建筑物应服从处理构筑物； 应满足功能和水力上的要求； 各构筑物互相联系应考虑日常管理工作的方便； 应考虑构筑物与建筑物之间的相互位置与间距； 构筑物之间的连接管道应走向简捷、距离短； 土方量要基本平衡； 各种管线的布置避免相碰、互相干扰,第十九章-污水处理厂设计,1.对大、中型污水处

7、理厂，应作方案比较，选择较为经济合理的方案。 2.如需要可以调整构筑物个数。 3.多个构筑物构成一组时，要均匀配水。 4.处理厂各种管线，在平面上的位置要妥善安排，避免互相干扰及检修方便。 5.设置计量设备。 6.厂内人行道的宽度1.5-2.0米，车行道宽度3-4米,注意事项,第十九章-污水处理厂设计,二、高程布置的基本原则,以距离最长、水头损失最大的流程进行水力计算； 水力计算时以近期的Qmax作为设计流量来计算其水头损失； 涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期的Qmax计算； 控制点：受纳污水水体的最高水位，然后逆处理流程向上倒推计算，以使洪水季节能自流排出； 污水、污泥流程应配合好，尽量

8、减少需抽升的污泥量； 比例：横向1:500、纵向 1:501:100 水头损失计算,第十九章-污水处理厂设计,水头损失计算-1,a. 沟管的沿程水头损失：按所定的坡度计算 b. 局部水头损失：按流速水头的倍数计算 c. 堰上水头按有关堰流公式计算 d. 自由跌落水头 初沉池、二沉池： 0.10m 曝气池：0.15m 计量堰： 0.150.20m e. 集水槽起端水深h0 集水槽为平底均匀集，自由跌水出流，见下图,第十九章-污水处理厂设计,沉淀池集水槽水头损失计算图,第十九章-污水处理厂设计,水头损失计算-2,集水槽宽: 集水槽起端水深: 式中 Q集水槽设计流量(m3/s) 常对Q再乘以1.21

9、.5的安全系数 f. 明渠 出口处水深： 起端水深,第十九章-污水处理厂设计,三、配水与计量,处理构筑物之间连接管渠的设计 配水设备：要求均匀配水 计量设备,第十九章-污水处理厂设计,处理构筑物之间连接管渠的设计,1. 一般采用矩形钢盘混凝土明渠或钢盘混凝土管，或铸铁管 2. 管渠内流速 ：明渠1-1.5m/s,为防止悬浮物沉淀，最小流速不小于0.4m/s;管道内流速宜大于1.0m/s,第十九章-污水处理厂设计,配水设备：图19-6,1. 中管式配水井：和倒虹管式配水井常用于圆形构筑物的配水，对称性好，配水效果较好 2. 倒虹管式配水井 3. 档板式配水井 4. 渠道配水： （1）变渠道断面配

10、水 （2）对称式渠道配水 （3）等断面渠道配水,第十九章-污水处理厂设计,中管式集配水井,第十九章-污水处理厂设计,计量设备,巴氏计量槽 优点：水头损失小，不易发生沉淀，精度高 缺点：施工较难 薄壁堰 一般设在处理系统之后，比较稳定可靠 电磁流量计 结构简单，安装方便，工作稳定，但价格昂贵,第十九章-污水处理厂设计,第五节 技术经济分析,通过对项目多个方案的投入和产出进行计算，对合理性进行分析，比较后确定推荐方案,第十九章-污水处理厂设计,第六节 污水处理厂的运行和控制,工程验收与调试 运行管理 对污水处理厂的运行，要切实做好控制、观察、记录与水质分析监测工作 水质监控 每日对每座处理构筑物的

11、水温、pH值、电导率、溶解氧、COD、BOD、TOD、TOC、氨氮以及曝气池内混合液(MLSS)等参数进行测定，并进行记录 自动控制 采用自动监测、自动记录、自动操作、调节及集中控制技术,第十九章-污水处理厂设计,污水处理厂工艺设计实例,实例平面布置 实例高程布置,第十九章-污水处理厂设计,实例平面布置,B市污水处理厂总平面布置为泵站设于厂外，主要处理构筑物有：格栅、曝气沉砂池、初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池等。该厂未设污泥处理系统，污泥（包括初次沉淀池排出的生污泥和二次沉淀池排出的剩余污泥），通过污泥泵房直接送往农田作为肥料使用。 该厂平面布置的特点是：布置整齐、紧凑。两期工程各自成独立系统

12、，对设计与运行想互干扰较少。办公室等建筑物均位于常年主风向的上风向，且与处理构筑物有一定距离，卫生、工作条件较好。在污水流入初次沉淀池、曝气池与二次沉淀池时，先后经三次计量，为分析构筑物的运行情况创造了条件。利用构筑物本身的管渠设立超越管线，既节省了管道，运行又较灵活。 第二期工程预留地设在一期工程与厂前区之间，若二期工程改用不同的工艺流程或另选池型时，在平面布置上将受到一定的限制。泵站在湿污泥池均设于厂外，管理不甚方便。此外，三次计量增加了水头损失。 某污水处理厂平面图,第十九章-污水处理厂设计,某污水处理厂平面图,第十九章-污水处理厂设计,实例高程布置,污水处理高程 污泥处理高程,第十九章

13、-污水处理厂设计,污水处理高程-1,为了降低运行费用和便于维护管理，污水在处理构筑物之间的流动，以按重力流考虑为宜（污泥流动不在此例）。为此，必须精确地计算污水流动中的水头损失，水头损失包括： 1. 污水流经各处理构筑物的水头损失，主要产生在进口和出口和需要的跌水（多在出口处），而流经处理构筑物本体的水头损失则较小。 2. 污水流经连接前后两处理构筑物管渠（包括配水设备）的水头损失。包括沿程与局部水头损失,第十九章-污水处理厂设计,污水处理高程-2,在对污水处理厂污水处理流程的高程布置时，应考虑下列事项： （1）选择一条距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算。并应适当留有余地，以保证在任何情

14、况下，处理系统都能够运行正常。 （2）计算水头损失时，一般应以近期最大流量（或泵的最大出水量）作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头。 （3）设置终点泵站的污水处理厂，水力计算常以接纳处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒推计算，以使处理后污水在洪水季节也能自流排出，而水泵需要的扬程则较小，运行费用也较低。但同时应考虑到构筑物的挖土深度不宜过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难。还应考虑到因维修等原因需将池水放空而在高程上提出的要求。 （4）在作高程布置时还应注意污水流程与污泥流程的配合，尽量减少需抽升的

15、污泥量。在决定污泥干化场、污泥浓缩池（湿污泥池）、消化池等构筑物的高程时，应注意它们的污泥水能自动排入污水入流干管或其他构筑物的可能,第十九章-污水处理厂设计,污水处理高程-3,污水流经各处理构筑物的水头损失,注：本表仅作为初步设计阶段水头损失的估算,第十九章-污水处理厂设计,污水处理高程-4,处理构筑物之间连接管道渠水力计算表如下,第十九章-污水处理厂设计,污水处理高程-5,污水处理流程高程计算成果图如下,第十九章-污水处理厂设计,污泥处理高程设计-1,1）设计原则 a. 高程计算从控制点开始，一般从污泥脱水反推至消化池的最高泥面标高，然后从沉淀池推算到消化前污泥投配池的最低泥位标高，最后确

16、定污泥控制室污泥泵所需的扬程。 b. 污泥管道的水头损失hf（m） 式中：L管长（m） v污泥流速（m/s） D管径（m） CH哈森威廉姆斯系数 c. 二级消化池的泥面标高是撇去上清液的泥面标高，而不是正常运行时的池内泥面标高,第十九章-污水处理厂设计,污泥处理高程设计-2,2）设计计算 a. 二沉池排出的剩余污泥由污泥泵站打入初沉池 b. 初沉池污泥重力流入污泥投配池的水头损失hf（管长L=300m，管径D=0.3m，流速v=1.5m/s） 初沉池至投配池的污泥排出自由水头取1.5m。 则进投配池进泥管道中心标高为： 6.7-（1.20+1.50）=4.0m c. 投配池污泥有效水深为2.0

17、m，则投配池最低泥位标高为2.0m d. 由河中运泥船的最高标高确定贮泥池排泥管管中心标高为3.0m e. 贮泥池有效水深取2.0m，则贮泥池泥面标高为5.0m f. 消化池至贮泥池的水头损失hf：铸铁管长L=70m，管径D=200mm，管内流速v=1.5m/s，所以有 消化池排至贮泥池的自由水头取1.5m 消化池采用间歇排泥运行方式，一次排泥后泥面下降0.5m，所以排泥结束时消化池内泥面标高为 式中0.1为进贮泥池的管道半径，即贮泥池设计泥面与进泥管管底相平。 开始排泥时泥面标高：7.8+0.5=8.3m g. 据以上计算结果，该厂污泥处理流程的高程图如下图,第十九章-污水处理厂设计,污泥处

18、理流程高程图,第十九章-污水处理厂设计,消毒,1）液氯：5-10mg/L （2）臭氧：0初生态氧的氧化能力仅小于氟（3）次氯酸钠 （4）紫外线：25003600A杀菌能力强，消毒快、效率高，不影响水的物理性质和化学成份，操作简单。但不能解决消毒后管网中再污染的问题，电耗较大,第十九章-污水处理厂设计,污泥的处理设计,重力浓缩池设计 点击此处观看连续式重力浓缩池工作过程 气浮浓缩池设计 矩形气浮池与回流加压溶气气浮工艺流程 污泥厌氧消化设计 消化池顶俯视图及沼气搅拌消化池工艺流程 污泥机械脱水 带式压滤机及离心脱水机,第十九章-污水处理厂设计,重力浓缩池设计,池型：带有刮泥机及搅动栅的连续式重力

19、浓缩池 设计参数与要求： （1）初沉池污泥含水率95%97%，一般不经过重力浓缩，直接进入下一污泥处理工艺处理 （2）固体通量：剩余活性污泥：3060Kg/（m2d） （3）浓缩后污泥含水率：剩余污泥为97%98% （4）浓缩时间大于12h，小于16h （5）有效水深一般取4m，但不小于3m （6）浓缩后上清液应返回水处理流程进行处理 （7）设计公式,第十九章-污水处理厂设计,重力浓缩池设计公式,浓缩池面积：A=QC/G，Q污泥流量，m3/d；C污泥固体浓度，g/L；G设计固体通量，kg/（ m2d ） 单池面积：A1=A/n，n池座数 浓缩池直径：D=（4A1/）0.5 浓缩池工作部分高度：

20、h1=TQ/（24A），T设计浓缩时间，h 浓缩池圆筒部分高度：H=h1+h2+h3，h2超高；h3缓冲层高度 浓缩池总高度：H总=H+H锥体+H泥斗 浓缩后污泥体积：V2=Q（1-P1）/（1-P2），P1进泥浓度；P2出泥浓度,第十九章-污水处理厂设计,气浮浓缩池设计,当用气浮浓缩剩余活性污泥时，一般采用出水部分回流加压溶气的流程 设计参数与要求： （1）气浮浓缩池面积：不投加化学混凝剂，表面负荷q=1.8m3/（ m2h ），污泥固体负荷G=5.0kg/ （ m2h ），气浮后污泥含水率为95%97% 混凝气浮，表面负荷与固体负荷均可提高50%100%，气浮后污泥含水率为94%96%；混

21、凝剂投加量一般为2%3%（干污泥重） （2）池容：按水力停留2h核算（含反应时间） （3）进泥的含水率99.5%（包括回流） （4）池型：单座池处理污泥量100m3/h，一般采用圆形辐流式气浮池，但每座池的处理能力小于1000m3/h，池深大于3m （5）气固比 一般为0.030.04（重量比） （6）加压溶气装置 （7）溶气罐容积按加压水停留时间13min确定，溶气效率取50%，溶气罐压力2.94x1054.9x105Pa,第十九章-污水处理厂设计,气浮浓缩池设计公式,1）气浮池表面积A（m2） A=QC0/G，Q污泥量（m3/d），C0污泥浓度（kg/m3），G固体通量（kg/（ m2d

22、） （2）加压水回流量Qc（m3） P溶气罐压力（Pa），A/S气固比，溶气效率取50%，Cs空气溶解度，空气容重 （3）回流比R R=Qc/Q （4）总流量 QT=Q+RQ=Q（1+R） （5）过水断面积 =QT/v，v水平流速（m/s） （6）气浮池高度H H=h1+h2+h3，h1分离区高度，由过水断面积计算（m），h2浓缩区高度，采用池宽的3/10，h3死水区高度，一般采用0.1m （7）校核：水力负荷q=QT/A（m3/（ m2h ） ） 停留时间T=AH/QT（h,第十九章-污水处理厂设计,污泥厌氧消化设计,设计参数与设计要点 （1）污泥厌氧消化采用二级消化，一级消化池与二级消化池

23、的容积比可采用1：1、1：2或3：2； （2）生污泥包括初沉池污泥和剩余活性污泥，进消化池污泥含水率为96%97%，二级消化后的污泥含水率一般为92%左右； （3）中温消化温度为3335 ，消化池容积按污泥投配率3%5%确定，即污泥在消化池内停留时间为2030d； （4）消化池内污泥一般采用气通式（多路曝气管式）沼气搅拌，搅拌用气量取57m3/（1000 m3池容min），在采用沼气搅拌时，应同时设计水射式搅拌，以便于消化池启动时的污泥搅拌； （5）消化池宜用池外加热法，通常采用套管式泥水热交换器； （6）沼气的产量与收集 沼气的产量可按812倍污泥量计算（投入的污泥含水率为96%） 沼气贮气

24、柜容积可按平均日气产量地25%40%，即610h的平均产气量来计算，常用低压浮筒式湿式贮气柜,第十九章-污水处理厂设计,计算公式,1）生污泥量为初沉池污泥与剩余污泥经浓缩后的污泥量之和 （2）消化池容积V（m3） V=100V/P V每日投加生污泥量（ m3 /d），P污泥投配率（%） 每座消化池有效容积V0（ m3 ）： V0 =V/n，n一级消化池座数 每座二级消化池容积同一级消化池 （3）污泥消化耗热量Q（w） Q=Q1+Q2+Q3 Q1提高生污泥温度的耗热量（w），Q2池体耗热量（w），Q3管道与套管式热交换器等散发的热量（w） 应分别计算出平均耗热量和最大耗热量Qmax （4）套管式

25、热交换器长度L（m） L=1.2Qmax/（DKTm） D内管的外径（m），K传热系数， Tm平均温度的对数,第十九章-污水处理厂设计,污泥机械脱水,城市污水一般采用带式压滤脱水和离心脱水 带式压滤机要求进尼的含水率97%，一般投加2的AMP絮凝剂（以污泥干重计），滤液应返回处理 离心脱水 一般采用卧式螺旋卸料离心脱水机 （1）投加AMP絮凝剂 初沉池与活性污泥的混合污泥挥发性固体75%，AMP投加量为污泥干重的0.1%0.5% （2）进尼的含水率为90%92%，脱水后污泥含水率为75%80% （3）污泥脱水后分离液中悬浮物浓度一般为5001000mg/L，并应回到曝气池处理,第十九章-污水处理厂设计,带式压滤的产泥能力,第十九章-污水处理厂设计,设计主要参考资料,设计规范：各类污水设计规范 水质标准： 对市政污水：城镇污水