第6章环保设备设计与选型-污水处理

1、l 本节教学要求：本节教学要求：l 了解污水处理厂设计所需的基础资料和开展设计步骤，基了解污水处理厂设计所需的基础资料和开展设计步骤，基本掌握城市（镇）污水处理厂工艺流程选择、平面布置与本掌握城市（镇）污水处理厂工艺流程选择、平面布置与高程布置、工程设计以及工业废水处理站设计等高程布置、工程设计以及工业废水处理站设计等第一节第一节 污水处理厂设计的基础资料污水处理厂设计的基础资料 一、设计基础资料（一、设计基础资料（该部分在前文已经重点介绍）（一）污水处理厂设计依据（一）污水处理厂设计依据 污水处理厂工程设计主要依据： 工程建设单位（甲方）的设计委托书及设计合同、工程可行性研究报告及批准书、污

2、水处理厂建设环境影响评价、城市发展总体规划、所在区域水资源状况及其水污染现状、受纳水体的使用功能与水环境质量状况、排水规划与排水系统现状、废水处理设施现状、生活污水与工业废水近远期水质水量预测、处理后废水再用与污泥利用的可能性与途径、所在区域城市给水以及渔业、农业灌溉、航运等各方面的相关资料等（二）自然条件的资料（二）自然条件的资料 气象特征资料：气象特征资料：气温（年平均、最高、最低）、湿度，降雨量、蒸发量、土壤冰冻以及风向资料 水文资料：水文资料：当地有关河流的水位（最高水位、平均水位与最低水位）、流速、流量（平均流量、保证率为95%的水文年的最枯月平均流量）资料。若城市位于海滨则还需要潮

3、汐及洋流资料 水文地质资料：水文地质资料：地下水的资料，特别应注意地下水和地面水的相互补给情况和地下水利用情况 地质资料：地质资料：厂址地质钻孔柱状图、地基承载能力、地下水位与地震资料 地形资料：地形资料：污水处理厂及附近、排放口的地形图二、设计规范和水质排放标准二、设计规范和水质排放标准l 污水综合排放标准(GB8978-1996)l 城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)l 污水排入城市下水道水质标准(CJ3082-1999)l 室外排水规范（GB50014-2006）l 污水再生利用工程设计规范（GB50335-2002）l 建筑给水排水设计规范（GB50015-200

4、3）l 室外给水设计规范（GB50013-2006）l 城镇污水处理厂附属建筑和附属设计标准(CJJ31-89)l 建筑中水设计规范（GB50336-2002）l 造纸工业水污染物排放标准(GB3544-2001)l 纺织染整工业水污染物排放标准(GB 4287-92)l 肉类加工工业水污染物排放标准(GB113457-92)l 泵站设计规范（GB 50265-2010）第二节第二节 设计步骤设计步骤 城市污水处理厂的设计步骤可分为：设计前期工作、初步扩大设计和施工图设计三个阶段一、设计前期工作一、设计前期工作 设计前期工作为编制项目建议书，进行工程可行性研究（一）项目建议书是建设单位向国家相

5、关部门提出要求建设某一污水处理厂的建设文件，是建设程序中最初步阶段的工作内容包括：建设污水处理厂的必要性和依据；建设地点、规模、采用技术标准、工艺流程、工程投资估算和资金筹措；项目建设进度设想和效益估算（二）可行性研究涉及项目建设的必要性、经济合理性、技术可行性、实施可能性进行综合研究和论证，或对项目规模、选址、工艺运行、投资和效益等工程技术经济性问题进行科学论证和评价，以判断该项目是否可行，为立项决策提供科学依据内容包括：项目背景；项目实施的意义和必要性；污水处理厂厂址选择与建厂条件；污水处理厂建设规模、排放标准、污水处理程度和尾水出路；污泥处理工艺方案选择与评价；推荐方案的工程设计，包括设

6、计原则、设计工艺、建筑、结构、供电、仪表和自控、设备、辅助设施、新技术应用以及安全、卫生、环保、节能和消防等；项目实施计划和管理；工程投资估算、资金筹措、财务评价和工程效益分析；结论和建议；附图和附件二、初步扩大设计二、初步扩大设计（一）初步设计根据批准的工程可行性研究报告进行 其主要任务是明确工程规模、工作计划、设计原则和设计标准，深化可行性研究报告提出的推荐方案，解决主要工程技术问题，提出拆迁、征地范围和数量，以及工程建设主要材料、设备和工程概算。初步设计应满足主要设备订货、工程招标以及工程施工准备的要求（二）初步设计文件 设计说明书、设计图纸（包括平面布置图、工艺流程图、主要构筑物布置图

7、、高程布置图等）、主要工程数量、主要材料与设备的数量和规格、工程概算设计说明书：设计说明书：设计依据、工程相关批复文件和协议资料、工程设计相关资料、工程设计（含厂址选择、污水水质水量及其处理程度、工艺流程选择、构筑物及其设备数量和型号、处理污水和污泥出路、厂区辅助设施和道路建设、绿化设计、平面布置和高程布置、分期建设情况、存在问题及其解决措施）工程量：工程量：混凝土量、挖土方量和填土方量等；材料和设备数量包括工程施工所需的钢材、木材和水泥的数量，工程所需各种设备的规格、数量建筑与设备：建筑与设备：附属建筑物、结构、供电、仪表和自控、通信、采暖以及安全、卫生、环保、节能和消防等说明运行管理：运行

8、管理：人员编制、运行管理、主要材料和设备数量表、工程概算等扩大初步设计图纸：扩大初步设计图纸：总平面图、高程图、处理构筑物图等三、施工图设计三、施工图设计（一）施工图设计是在扩大初步设计被批准后进行的，是以扩大初步设计的说明书及其图纸为依据的。施工图设计的主要任务是将污水处理厂各处理构筑物的平面位置和高程精确的表示在图纸上；将各构筑物的各个节点的构造、尺寸都用图纸表现出来，以利于施工人员按照图纸精确施工（二）施工设计说明包括设计依据、有关初步设计变更情况的说明、采用新技术和新材料的说明、施工安装注意事项及质量验收要求、设备调试与运行管理注意事项等。同时，提供详尽的材料、设备及其预算情况（三）施

9、工设计图纸包括：平面布置图（含构筑物一览表、工程量表、图例及说明）、污水和污泥工艺流程图、各处理构筑物工艺施工图、管渠平面布置及其结构示意图、附属构筑物和建筑物的布置图和结构图、设备安装与自动控制图、照明和通风等电气控制图等。对于非标准设备还要有设计图和加工安装说明等第三节第三节 城市（镇）污水处理厂设计城市（镇）污水处理厂设计 一、厂址选择一、厂址选择 根据当地污水水质和水量、受纳水体功能区划和环境容量、水体自净状况和水资源情况、城市（镇）总体规划和排水系统布置、污水出路和自然条件等情况确定。 厂址选择一般需考虑以下原则：（一）要与污水处理工艺流程相适应，要便于污泥的处理与处置（二）必须位于

10、集中给水水源的下游，并位于城市（镇）和工厂厂区夏季主风向的下风向（三）当处理尾水排放水体时，则应尽可能靠近水体。若尾水回用，则尽可能靠近用户（四）要充分利用地形，选择适宜坡度，以满足构筑物高程布置的需要，减少土方工程量和某些构筑物的埋深，减少污水和污泥提升设备，并降低动力运行费用（五）应考虑远期发展的可能性，必要时应留有扩建的余地（六）厂址尽可能设在地质条件良好的地方。靠近水体的污水处理厂，要有防洪措施二、工艺流程选择二、工艺流程选择 指在保证处理出水达到所要求的处理程度前提下所采用的污水处理技术各单元的有机组合，含污水处理工艺流程选择、污泥处理工艺选择、除磷剂投加位置以及除磷剂选择等（一）污

11、水处理工艺流程选择与污水水量、污水水质、污水处理程度、受纳水体环境容量与自净能力、尾水出路以及当地社会经济条件等密切相关（二）污水处理厂设计应根据进水水量水质、尾水排放标准、城镇排水系统，进行城市（镇）生活污水处理程度计算和BOD5/CODCr、BOD5：N：P计算, 并结合城市（镇）社会经济现状、接纳水体环境容量、城市水资源现状以及当地人才、技术条件等综合考虑；同时，结合水量确定水处理构筑物池形及其相关设备（如风机、刮泥机）（三）污泥处理工艺应结合污水处理工艺、污泥量等进行。由于污泥处理成本高，且具有二次污染的隐患，设计中必须对污泥处理工艺选择给予充分重视（四）根据是否化学除磷设计除磷剂添加

12、位置、进行除磷剂选择（五）选择合适的污水处理厂工艺，不仅可以降低工程投资，利于污水处理厂的运行管理，还利于减少污水处理厂的运行费用，保证出水水质，因而工艺流程选择成为污水处理厂设计的关键（六）工艺流程选择的主要影响因素有： 1. 污水的水质和水量。水质是工艺流程选择的重要影响因素，而水量对构筑物选择有很大影响。水质含污染物浓度、可生化性、BOD：N：P、BOD/TN、BOD/TP、SS、重金属、油类、抗生素以及有毒有害组分、水温等；水量包括总量及其排放规律 2. 出水水质指标和污水处理程度。出水水质指标与污水处理去除率密切相关，其不仅影响工艺流程的选择，且对工艺技术参数有重要影响，如尾水回用，

13、硝化反硝化脱氮工艺的内回流，二沉池出水堰的选择等3. 工程造价和运行维护费用。由于污水处理设施运行周期较长，社会经济条件好的地区比较重视工艺的先进性和自动化程度，以便未来设施能够长期高效、正常运行，工艺选择具有超前性；而社会经济条件较差的地区或城市，需在确保稳定性的前提下节省投资规模、降低运行费用4. 运行管理与自动化控制要求。仪器设备及其自动化程度不仅影响运行管理，也对技术人员素质和工程投资等产生很大影响，如SBR工艺对在线检测和计算机自动化控制要求很高。5. 污泥处理工艺。污泥处理工艺选择不仅涉及环境保护与日常的运行管理，还直接影响到工程投资、运行费用6. 气候气象条件、用地、排放水体环境

14、容量与洪水位、城市排水体制等。合流制排水体制涉及初期雨水的处理，必要时需设计初沉池（旱季跳过）；洪水位高于二沉池出水水位时需在出水口设立提升泵站；排放水体水量小，会影响污水处理厂的建设规模和尾水排放标准三、工艺流程选择的工程案例三、工艺流程选择的工程案例 某污水处理厂位于南方某工业城市，合流制排水系统，设计水量20104m3/d，设计处理进、出水水质见下表，污水含有部分重金属元素，尾水排入城市取水口下游，排放执行城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级B标准。河流年平均流量为1260m3/s，最枯月流量164m3/s，洪水位高于污水处理厂排放口高程。试选择适宜工艺流程项 目

15、pHSSBOD5CODCrNH3-N(TN)TP进水水质6816012030025 (33.3)4.0出水水质6920206081处理程度87.5%83.3%80%68%75%表1 污水处理厂设计进、出水水质（一）污水处理程度计算 从本工程案例看，污水要求处理的程度高（见表1），BOD5：N：P100：27.8:3.3，氮和磷明显高出微生物所需100:5:1的比例要求，需要进行脱氮除磷处理（二）用生物脱氮除磷工艺的可行性分析1. 评价指标主要有：BOD5/CODCr、BOD5/TN和BOD5/TP2. BOD5/CODCr是评价污水可生化性广泛采用的一种最为简易的方法，本设计进水水质BOD5/

16、CODCr =0.4，可生化性好，适宜生物处理3. BOD5/TN是评价能否采用生物脱氮的主要指标，反硝化脱氮需要足够碳源，才能保证反硝化的顺利进行，当城市污水BOD5/TN接近于4，即可认为污水有足够的碳源供反硝化细菌利用。本设计进水TN为33.3mg/l，BOD5/TN=3.6，接近基本要求4. BOD5/TP是评价工艺能否采用生物除磷的主要指标，进行生物除磷的低限是BOD5/TP=17，本工程BOD5/TP=30，能满足生物除磷工艺要求据此分析，本设计可以采用生物法对污水进行脱氮除磷处理据此分析，本设计可以采用生物法对污水进行脱氮除磷处理 由于本设计排水系统为合流制污水，需设初沉池。合流

17、制污水初沉池一般按旱季污水量计算，按合流设计流量校核，校核的沉淀时间不宜小于30min。因此本设计只能按较短沉淀时间设计，旱季时污水不经过初沉池，以确保工艺生物脱氮除磷效果（三）工艺选择 生物除磷脱氮涉及厌氧、缺氧、好氧三个不同过程的交替循环。根据目前我国大中城市污水处理厂生物脱氮除磷工艺及其运行效果, A2/O法和前置厌氧氧化沟法技术较为成熟，运行效果较好1. A2/O法为空间上的推流式，原污水首先进入厌氧区, 兼性厌氧的发酵细菌将废水中大分子有机物转化为小分子有机物。在厌氧条件下，聚磷菌将菌体内积贮的ATP分解，所释放的能量供专性好氧的聚磷细菌在厌氧的不利环境下维持生存。随后进入缺氧区，反

18、硝化细菌利用混合液回流而带的硝酸盐，以及有机物进行反硝化，达到同时去碳和脱氮的目的。污水进入好氧区，聚磷菌大量吸收环境中的磷，并以聚磷酸盐的形式在体内贮积起来。同时，异养菌将有机物分解成水和二氧化碳。硝化细菌把氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐，并通过回流混合液在反硝化区实现生物脱氮。混合液进入二沉池后泥水分离，通过排放剩余污泥实现除磷目的。由于硝化细菌和聚磷菌的世代显著不同，彼此泥龄难以兼顾，泥龄长，硝化和反硝化效果加强，生物脱氮效果好；反之，系统排泥量大,生物除磷效果好。生物脱氮和生物除磷难以二者得兼，当二者处理程度均要求较高时，一般优先保证生物脱氮效果，除磷通过化学方法实现。本设计中，对脱氮要求

19、很高，因此工艺参数要选择较长泥龄，以确保生物脱氮效果，工艺处理后超标的磷则通过投加化学除磷去除2. 前置厌氧的改良型氧化沟法工作原理与A2/O法完全相同, 只是缺氧区和好氧区整合在一个环形的沟道中。氧化沟的突出优点是硝化液回流比高，能达到较高程度的脱氮率 上述二工艺各有特点，其技术性比较见表2表表2 2 方案技术比较表方案技术比较表项目A2/O法前置厌氧氧化沟法处理效果好好技术先进性和成熟性先进、成熟、应用较广先进、成熟、运用广泛动力效率低高构筑物数量多少工艺流程较复杂简单操作、管理及维护较复杂简单运转可靠性和灵活性较高高占地面积较少较大设备数量较多较少 彼此的运行成本从国内现有污水处理厂的运

20、行看较为接近。前置厌氧-氧化沟工艺处理效果好、出水水质稳定、技术先进、成熟、运转可靠性和灵活性高, 国内有一定应用实例，且操作、管理及维护相对简单。A2/O工艺方案技术虽同样具有处理效率好、出水水质稳定、技术先进、成熟、国内应用广泛等特点，且其占地面积小,能耗低。但该工艺流程较为复杂，设备较多，操作管理较麻烦，运转灵活性不如前置厌氧-氧化沟工艺 综合上述技术和经济两方面的比较，本设计拟推荐采用前综合上述技术和经济两方面的比较，本设计拟推荐采用前置厌氧置厌氧氧化沟工艺氧化沟工艺（四）污泥处理工艺选择 污泥有机物含量较高，不稳定，易腐化，含有大量病毒及寄生虫，若不妥善处理处置会造成二次污染，必须进

21、行处理和处置 污泥处理需要根据污水处理工艺、污泥量、污泥性质，选择适宜的污泥处理方法 污泥含有大量有机物，有较大的肥用价值，但本设计中污泥含有一定量的重金属，只宜与城市生活垃圾一起填埋处置 污泥处理流程有“浓缩-脱水-处置”、“浓缩-消化-脱水-处置”。本设计污水处理工艺采用生物脱氮除磷工艺，污泥龄较长，污泥性质较为稳定，可不进行消化。污泥处理工艺拟采污泥处理工艺拟采用用“浓缩脱水一体化浓缩脱水一体化- -外运填埋外运填埋”项目污泥浓缩脱水一体机污泥浓缩脱水分体机设备台套数较少较多设备费用较少较多污泥脱水设备匹配性较好一般污泥浓缩脱水中间过度设施无有污泥脱水机房土建尺寸较小较大土建投资小较大磷

22、的释放较少较多表3 污泥浓缩脱水一体机和污泥浓缩脱水比较（五）消毒技术方案 生话污水中的病原菌主要来自粪便，以肠道传染病菌为主。常用的消毒方式有加氯消毒、臭氧消毒和紫外线消毒三种1. 加氯消毒主要是投加液氯，其特点是成本低、工艺成熟、效果稳定可靠。但加氯法要求接触时间不少于30min，按触池容积较大；氯气是剧毒危险品，存储氯气的钢瓶属高压容器，液氯消毒会生成有害有机氯化物2. 氧化法常用的是臭氧。臭氧消毒杀菌彻底可靠，危险性较小，对环境基本无副作用，接触时间比加氯法小。但基建投资大，运行成本高3. 紫外线消毒法是近年来发展最快的一种方法。紫外线消毒是利用紫外C波段(波长在200nm280nm)

23、 破坏污水中各种病毒、细菌以及其他致病体中的DNA结构 (键断裂等)，使其无法自身繁殖，达到除去水中致病体以及消毒的目的。紫外线消毒的主要优点是灭菌效率高，作用时间短，危险性小，无二次污染等，并且消毒时间短，不需建造较大的接触池，建消毒渠即可，占地面积和土建费用大大减少，运行费用较低，管理维修简单（自动清洗）。缺点是一次性设备投资较高，灯管寿命较短（一般小于10000小时），对出水SS浓度有严格要求（要求二沉池采用双堰出水） 基于工程投资和运行成本两个方面考虑，本设计拟采用紫基于工程投资和运行成本两个方面考虑，本设计拟采用紫外线消毒外线消毒（六）化学除磷工艺及其除磷剂选择 根据生物除磷原理，要

24、使污水处理厂尾水出水磷60s)气浮池总停留时间：6602. 06 . 092. 1000Ht(min)6 .1791.1424300003.416060PQQWT7. 气浮池集水管：l 穿孔管集水，共两根（管中心间距1.2m），每根集水管的集水量:l 选用管径Dg200 mm，管中最大流速为0.50 m/s。l 设集水管出水水头0.3米，则孔口流速l 每根集水管的孔口总面积 m2 上式中、分别为孔口收缩系数和孔口流速系数）（h/m96.69291.1424300023PQQq）（m/s35. 23 . 081. 9297. 0200gh013. 035. 264. 036004 .700tql

25、 若孔口直径取15mm，则每孔面积为0.000177m2，每个集水管的孔口数：l 气浮池长为6.0米，穿孔管有效长度L取5.0m，则孔距 ml 孔口可在集水管两侧交错排列（与中垂线成45）)(74000177. 0013. 00只tn068. 0nLl8. 释放器的选择与布置l 据溶气压力2.5kg/cm2及回流溶气水15.79 m3/h，选用TS释放器，管嘴直径25mm，释放器出流量0.76 m3/h，则释放器的个数： 释放器分两排交错布置，行距0.3 米，释放器间距： m9. 投药量的确定l 拟使用聚合氯化铝，时投药量为： 1251000101.25（kg/h）)(2176. 079.15个pPqQN33. 0203 . 322NBlp四、平面布置及高程布置四、平面布置及高程布置 （一）平面布置1. 平面布置的原则l 设计布置必须按照室外排水设计规范的相应条款进行设计l 根据各构筑物的功能要求和水力要求，结合地形和地质条件、风力与朝向综合考虑，废水处理构筑物、污泥处理构筑物以及管理设施宜分区集中布置l 为便于施工、运行管理和检修，构筑物之间必须留有510m间距；各构筑物间管渠避免迂回；主体构筑物宜设置放空管；鼓风机房尽可能靠近曝气池l 附属设施应远离污泥处理设施，并位于夏季主导风向