城市生活污水处理毕业设计

随着城市工业生产的发展，城市人口的递增，城市规模的扩大，城市生活污水排出量日益增多，城市污水的肆意排放，致使城市周围环境污染十分严重，严重威胁人类的生产生活环境和其他生物的生存环境。本设计主要应用接触氧化法处理城市生活污水，首先了解国内外各种污水处理技术的特点，结合各自特点来优化自己的设计。本设计针对城市生活污水水质特征，对SBR、氧化沟和A2/O工艺进行比选，选择SBR作为主体工艺。污水通过格栅→沉砂池→SBR池工艺处理后，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的二级排放标准。关键词:城市生活污水；沉砂池；SBR工艺Abstract

Withthedevelopmentof

city

industrialproduction,

increaseof

city

population,

theexpansionofcityscale,

city

life

sewage

dischargeamount

isincreasing,

thewantondischargeof

sewage

inthe

city,

the

city

environmelifesewagetreatmentis

thedesignofthemain

applicationof

contactoxidationprocess,

thefirsttounderstandthecharacteristics

ofvarious

wastewatertreatmenttechnology

athomeandabroad,

combinedwith

theirown

characteristics

tooptimizetheir

design.Thedesignfocusedonthequalitycharacteristicsofmunicipalwastewater.SBR,oxidationditchprocessandA2/OwerecomparedandSBRwasselectedasthemainprocess.TheTechnologyprocessis:wastewater→Screenmachine→GritBasin→SBRpool→Effluent.Theeffluentmeetsthesecond-levelofthedischargestandards,whichwasruledinthe<Dischargestandardofpollutantsformunicipalwastewatertreatmentplant>.Key

words:

cityliving

area

sewage;GritBasin;

SBR目录摘要IAbstractII目录III1绪论1城市生活污水概述1生活废水的产生1常见的城市生活污水处理方法11.3.1A/O工艺11.3.2A²/O工艺21.3.3氧化沟工艺21.3.4SBR及其改进工艺21.3.5曝气生物滤池工艺3未来城市生活污水处理发展趋势及应用41.4.1膜分离技术的应用41.4.2分子生物技术的应用4脱氮除磷污水处理技术存在诸多问题：52污水处理工艺的比较选择62.1工艺流程62.1.1SBR工艺62.1.2A2/0工艺62.1.3氧化沟工艺72.2工艺说明与比选72.2.1三种主体工艺的说明72.2.2三种工艺的比选83设计概述10设计水质、水量10污水具有以下特征：103设计进水水质103设计出水水质10设计依据10设计原则11方案选择及工艺流程113方案选择113工艺流程123污泥的最终处置124设计计算13格栅13设计说明13设计计算13平流沉砂池的设计计算14SBR池15设计说明16设计计算164.4污泥浓缩池18设计说明18设计计算194.5水力损失计算205平面布置、高程布置以及费用计算22平面布置22高程布置22费用计算226运行管理及工程概算24人员编制24运行条件及管理25结论27致谢28参考文献29附录A31附录B431绪论城市生活污水概述城市生活污水主要是城市生活中使用的各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等，多为无毒的无机盐类，生活污水中含氮、磷、硫多，致病细菌多。人类生活过程中产生的污水，是水体的主要污染源之一。主要是粪便和洗涤污水。[1]总的特点是含氮、含硫和含磷高,在厌氧细菌作用下，易生恶臭物质。城市生活污水水质水量特征为：水质、水量小时变化系数较大，污染物浓度通常比城市污水低，污水可生化性好，处理难度较小；且由于其污染来源比较简单，从处理技术和处理成本角度考虑，具有相当的技术可行性和很高的回用价值。随着城镇化的不断推进，人们对水资源的需求大大超过了水资源的储存量，进入新世纪之后，在一些原先水资源丰富的国家也出现了水资源枯竭和污染的严重局面。随着城市工业生产的发展，城市人口的递增，城市规模的扩大，城市生活污水排出量日益增多，城市污水的肆意排放，致使城市周围环境污染十分严重，严重威胁人类的生产生活环境和其他生物的生存环境。生活废水的产生城市生活污水是人们日常生活产生的一种有机废水,主要来自小区里的家庭、商业、机关学校、及其他小区公共设施。小区生活污水主要来自洗菜、做饭、淋浴、冲厕等。污水中COD、BOD、SS含量不高，不属于高浓度有机废水，易降解。污水中的氮、磷含量较高，脱氮除磷是污水处理的关键部分。常见的城市生活污水处理方法现如今常见的生活污水处理方法有：A/O工艺，A²/O工艺，氧化沟工艺，SBR及其改进工艺。下面就各种的处理原理以及处理的优点、缺点进行进一步的说明。A/O工艺A/O(缺氧/好氧)法对于大型活性污泥法污水处理厂来说，处理效果较稳定，且实现了脱氮或除磷的目标，能耗和运营费用也较低；其缺点是处理单元多，管理较复杂，且不能同步脱氮和除磷。用于除磷的A/O工艺的最主要特征是高负荷运行、泥龄短、水力停留时间短；用于脱氮的A/O工艺的负荷很低，泥龄长、水力停留时间长。A²/O工艺A²/O(厌氧/缺氧/好氧)工艺同时具有脱氮除磷的效果，其工艺原理是磷在厌氧区被释放，在好氧区被吸收，达到除磷目的；污染物在好氧区被氧化降解，去除COD和BOD5，同时在硝化菌作用下，有机氮转化的氨氮继续转化为亚硝酸氮和硝酸氮，含有硝酸氮的大量混合液回流到缺氧区进行反硝化脱氮[2]。该工艺主要优点是对COD、BOD5、SS等具有较高的去除率，对脱氮除磷也具有较高的去除效果，具有运行费用低、占地少，出水水质好等特点；其缺点是运行管理要求较高，投资较大，节能差。氧化沟工艺氧化沟又称循环曝气池、无终端曝气池，是活性污泥法的一种变型，通常采用延时曝气，在污水净化的同时污泥得到稳定处理。常见的氧化沟有Carrousel氧化沟、交替工作式氧化沟、Orbal氧化沟、一体化氧化沟等。与活性污泥法相比，它具有处理工艺及构筑物简单、无初沉池和污泥消化池(一体式氧化沟还可以取消二沉池和污泥回流系统)、泥龄长、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等特点；但也存在着负荷低、占地大的缺点[3]。1.3.4SBR及其改进工艺（1）SBR工艺SBR工艺也叫序批式活性污泥法，其最根本的特点是处理工序不是连续的，而是间歇的、周期的，污水一批一批地经过进水、曝气、沉淀、排水，然后又周而复始。SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统，该工艺具有以下优点：出水水质稳定、水质好；耐冲击负荷；运行管理简单、自控水平高；占地面积小、造价低、操作灵活。但SBR法存在的曝气系统易堵塞，故障率高，人工操作管理繁琐，监测手段要求高等缺点也影响了其使用。（2）ICEAS工艺传统SBR是问歇进水，切换频繁，并且至少需要两池以上来回倒换，很不方便，于是出现了连续进水的ICEAS工艺。该工艺的主要改进是在反应池中增加一道隔墙，将反应池分隔为小体积的预反应区和大体积的主反应区，污水连续流人预反应区，然后通过隔墙下端的小孔以层流速度进人主反应区。在保持传统的SBR工艺特点的同时，该工艺省去了问歇进水的麻烦。但该工艺设备造价偏高，技术全部进口，操作运行要求严格。(3)CAST工艺CAST工艺是SBR工艺中脱氮除磷效率最好的一种，它对SBR工艺最大的改进是在反应池前段增加一个选择段，污水首先进入选择段，与来自主反应区的回流混合液混合，在厌氧条件下，选择段相当于前置厌氧池，为高效除磷创造了有利条件[4]。该工艺的另一个特点是利用同步硝化反硝化原理脱氮，在主反应区，反应时段前期控制溶解氧不大于0.5mg/L，处于缺氧工况，利用池中原有的硝态氮反硝化，然后利用同步硝化产生的硝态氮反硝化；到反应时段后期。加大充氧量，使主反应区处于好氧工况，完成生物除磷反应，并保证出水有足够的溶解氧。CAST工艺设计和运行管理简单，处理效果稳定，已被多座中小型污水处理厂所采用。（4）UNITANK工艺UNITANK工艺是20世纪90年代比利时西格斯公司在三沟式氧化沟的基础上开发出来的。它由3个矩形池组成，其中外边两侧的矩形池既可做曝气池，又可做沉淀池，中问一个矩形池只做曝气池。该工艺连续进水、连续出水、常水位运行，具有脱氮功能及流程简单的特点，同时还有容积利用率低、设备闲置率高、除磷功能差等不足，要求除磷时则需要化学除磷[5]。1.3.5曝气生物滤池工艺曝气生物滤池是当前发展较快的一种新型生物处理技术，具有占地面积小、出水水质高、投资省、运行灵活方便、易于管理、抗冲击能力强等特点，在污水的有机物去除、硝化去氨、反硝化脱氮、除磷以及微污染水源水的预处理过程中有着较好的应用前景。曝气生物滤池的基本原理是：在一级强化的基础上，以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质，实现污染物在同一单元反应器内除．省去了二次沉淀设备。反应器内存在着不刚的好氧、缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化，在去除有机物的同时达到脱氮的目的。该工艺存在的主要问题包括：进水一股要求进行预处理，增加了工艺的复杂性；进水悬浮物较多时，运行周期短，反冲洗频繁；产生的污泥稳定性差，进一步处理比较困难；同步生物除磷效果不好．一般多采用化学法进行，增加了药剂的使用量等等。1.4未来城市生活污水处理发展趋势及应用活性污泥工艺的发展趋势：通过几十年的研究与实践，活性污泥工艺已经成为一种比较完善的工艺。在池形、运行方式、曝气方式、载体等方面已经很难有较大的发展。用常规手段也已经很难在生物学方面有所突破。有学者认为该工艺未来两个大的方向是膜分离技术和分子生物学技术的应用。1.4.1膜分离技术的应用用膜分离代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥工艺的以下变化：①不再存在污泥膨胀问题。在调控活性污泥系统时，不必再考虑污泥的沉降性能问题，从而使工艺控制大大简化；②曝气池的污泥浓度将大大提高(MLSS可以大于20000mg/L)从而使系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行，充分满足去除各种污染物质的需要；③在同样的处理要求下，可使曝气池容积大大减小，节省处理厂的占地面积；④污泥浓度的提高，将要求较高的曝气速率，因而纯氧曝气将随着膜分离而被大量采用。虽然膜分离目前还存在易堵塞等方面的问题，但这些问题正逐步得到解决。实际上，目前已有一批膜分离活性污泥系统在运行，如日本hiroshiwa市的Higashi污水处理厂的膜分离系统已连续运行3年[6]。1.4.2分子生物技术的应用目前分子生物技术已开始应用于污水处理领域。为搞清聚磷菌除磷的生化机理，已开始用分子诊断技术获取聚磷菌的遗传信息。现在从活性污泥中已发现的30多种丝状菌中，只有4种准确命名及生物分类学定位，因为这些丝状菌大部分无法进行分离纯培养[7]。目前正用分子诊断技术进行这些丝状菌的生物学定位，以进一步准确了解其特性。分子诊断技术的大量应用，活性污泥微生物基因库的建立，在此基础上用基因技术培育具有高效活性的污泥菌种，进一步提高处理效果，是未来发展的方向。1.5脱氮除磷污水处理技术存在诸多问题：(1)先天碳源不足，现有工艺对总氮去除有难度。中国环境规划院副院长曾经总结说，就运行来说，一些工业企业缺乏深度治理设施，且运行管理不到位，无法稳定达到排放标准。而早期建设的城市污水处理厂污水管网不配套，运行负荷率低，运行水平低下，水处理费征收不足，监管不力等因素也影响实际处理效果，这些都使我国目前氨氮去除率总体较低。而一些客观的非技术因素先天决定了氨氮控制特别是脱氮的困难，由于我国城镇污水水质水量变化较大，污水碳氮比普遍偏低、进水无机悬浮物固体普遍偏高，再加上低水温和工业废水的影响，要想持续稳定达标比较难。(2)不能稳定达标排放关键是缺少工业的优化。通过升级改造，提高运行人员的素质，可有效提高工艺处理能力。但升级改造投资大，在资源有限时，对升级改造的标准、范围需要有所选择。任何一套脱氮处理系统实际上都具有较大的优化运营空间。运营管理的重点就是根据不用水质的变化调整完善工艺。(3)定性到定量粗放到精细。污水处理厂运行要求更高，目前国内污水处理厂普遍存在的问题是，相对于高标准的脱氮除磷要求，缺氧段时间短了，要做到高效脱氮除磷，需要核算控制的指标是较为复杂的[8]。2污水处理工艺的比较选择城市生活污水除了去除有机污染物，必须脱氮除磷，经查阅资料，现在常见的工艺流程有SBR工艺，A2/0工艺，氧化沟工艺。2.1工艺流程2SBR工艺图2-1SBR工艺流程图污水经过格栅去除大颗粒悬浮物以及部分的BOD5。在通过调节池调节污水的水质水量进入SBR反应器，在反应器内预先培养驯化一定量的活性污泥，当废水进入反应器与活性污泥混合接触并有氧存在时，微生物利用废水中的有机物进行新陈代谢，去除污染物。经沉淀处理后水与活性污泥分离，废水外排。2A2/0工艺污水污水剩余污泥厌氧池缺氧池曝气池二沉池出水混合液回流格栅初沉池污泥浓缩池图2-2A2/O工艺流程图污水经由一级处理的隔栅和初沉池进入二级处理的厌氧池、缺氧池和曝气池，然后在二次沉淀池中进行泥水分离，二沉池出水后直接排放。二沉池中一部分污泥作为回流污泥进入二级处理部分，剩余污泥与初沉池污泥进入污泥浓缩池，经浓缩之后的污泥进入脱水机房加药脱水，最后外运。2.1.3氧化沟工艺外排外排消毒预备污水粗格栅泵细格栅泥砂池二沉池氧化沟污泥外运脱水机房污泥浓缩池污泥回流图2-3氧化沟工艺流程图污水经粗细格栅除去颗粒污染物和漂浮物后，在沉砂池进一步去除泥砂，进入氧化沟进行氧化处理去除有机物和脱氮除磷，出水进入二沉池进行泥水分离，上清液外排。从二沉池排出污泥部分回流至氧化沟，剩余污泥首先进入浓缩池，进行污泥浓缩，然后再送至带式压滤机，进一步脱水后，运至垃圾填埋场。2.2工艺说明与比选2三种主体工艺的说明（1）SBR工艺SBR工艺采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。（2）A2/0工艺A2/O工艺是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文缩写，它是厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺的简称。该工艺处理效率一般能达到BOD5和SS为90%~95%，总氮为70%以上，磷为90%左右，一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂。污水首先进入厌氧池，兼性厌氧菌将污水中的易降解有机物转化成VFAs。回流污泥带入的聚磷菌将体内的聚磷分解，此为释磷，所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另一部分供聚磷菌主动吸收VFAs，并在体内储存PHB。进入缺氧区，反硝化细菌就利用混合液回流带入的硝酸盐及进水中的有机物进行反硝化脱氮，接着进入好氧区，聚磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解BOD外，主要分解体内储存的PHB产生能量供自身生长繁殖，并主动吸收环境中的溶解磷，此为吸磷，以聚磷的形式在体内储存。污水经厌氧，缺氧区，有机物分别被聚磷菌和反硝化细菌利用后浓度已很低，有利于自养的硝化菌的生长繁殖。最后，混合液进入沉淀池，进行泥水分离，上清液作为处理水排放，沉淀污泥的一部分回流厌氧池，另一部分作为剩余污泥排放[9]。（3）氧化沟氧化沟又名氧化渠，因其构筑物呈封闭的环形沟渠而得名。它是活性污泥法的一种变型。因为污水和活性污泥在曝气渠道中不断循环流动，因此有人称其为“循环曝气池”、“无终端曝气池”[10]。氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成，沟体的平面形状一般呈环形，也可以是长方形、L形、圆形或其他形状，沟端面形状多为矩形和梯形。2.2.2三种工艺的比选根据设计要求和设计特点对SBR工艺、A2/O工艺、氧化沟工艺进行对比，选择出最适合本设计的方案。（1）A2/O工艺、氧化沟工艺、SBR工艺这些从活性污泥法派生出来的工艺都可以实现脱氮、除磷，都是比较实用的除磷脱氮工艺。（2）由于规模为8万吨/天的中小型污水处理厂来说，SBR工艺与氧化沟工艺是首选，而A2/O工艺对于中小型污水处理厂的建设费用偏高。（3）就脱氮除磷的效果而言，三者都有着良好的脱氮除磷效果，但是A2/O工艺若要提高脱氮效率，必须加大内循环比，因而加大运行费用，而SBR和氧化沟的运行费用偏低。（4）三种工艺当中建设面积属SBR工艺的建设面积最少，对于用地紧张，地皮较高的城市而言，SBR工艺最为有利。（5）工程设计的地址为北京，冬季温度较低，在寒冷的气候条件下，因为表面爆气器会造成表面冷却或者结冰，降低污水的温度，而污水的温度降低，对生化反应尤其是硝化反应的影响较大，所以，在寒冷地区，采用氧化沟工艺，需要采取一些特殊措施，如将氧化沟加盖，而这些措施都使氧化沟工艺在和其它工艺竞争中，处于不利的地位。（6）在一些水量非常小的小城镇，夜间几乎没有污水产生，这时候SBR工艺和交替式氧化沟工艺有优越性，曝气设备可以白天运转，夜间停止运行。（7）由于SBR采用鼓风曝气，氧化沟采用机械曝气，鼓风曝气比机械曝气更为省电，就耗能而言，SBR工艺比较节省能源消耗。（8）随着科技水平的提高，污水厂管理更趋向于简单，容易，而对于管理较为复杂A2/O和氧化沟，SBR具有自动化程度高，管理方便的优势，但是对管理人员的技术要求也比较高。（9）水质指标上，SBR与氧化沟都有对BOD5、CODCr、SS较高的去除率，但对于除磷效果方面氧化沟不比SBR好，原因是氧化沟属于延时曝气，污泥龄较长。选择污水厂的处理工艺，是一件复杂的事情，目前的各种处理工艺，都各有优缺点，只有最适合某个工程的工艺，并不存在最先进的工艺。根据进出水水质、污水厂的规模、当地的经济条件、气候情况、厂址情况、地质条件、电价等情况，因地制宜地选择污水处理工艺，努力达到投资少，运转费用低，运行管理简单，在这些因素难以平衡的条件下，应该优选运转费用低，运行简单的工艺。从污水处理的成本，污水设备的投资，以及污水处理的效率考虑，决定采用SBR工艺作为本次设计的主体工艺3设计概述3.1设计水质、水量本设计主要是处理城市生活污水，氮磷含量较高。生活污水量按生活用水量的90%取值，算得平均污水量约为80000立方米，废水流量变化系数为1.3（【室外给水设计规范】）。污水厂所处地的风向为东风。生活区排水体制采用生活污水与雨水分流排放，生活污水排至区内污水处理站。3污水具有以下特征：污水中COD、BOD、SS含量不高，不属于高浓度有机废水，易降解。污水中的氮、磷含量较高，脱氮除磷是污水处理的关键部分。3设计进水水质设计进水水质结合小区所在地区典型生活污水，本工程设计进水水质指标如表3.1．表3-1进出水水质指标表（单位：mg/L）项目SSCODCrBOD5NH4+-NTP污水水质2003001504515排放标准3010030251排放标准：城镇污水处理厂污染物排放标准。3.1.3设计出水水质设计出水排人GB3097中三类水体，执行GB20426-2006

《污水综合排放标准》中二级标准，其主要水质指标如表3.2．表3.2工程设计出水水质指标(mg/L)指标CODCrBOD5SSNH3-NTPpH数值≤100≤30≤30≤25≤16-93.2设计依据(1)《中华人民共和国水污染防治法》(2)《污水综合排放标准》(GB20426-2006

)(3)《给排水设计规范》(4)《建筑给排水设计规范》(GBJ15-88)(5)《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)(6)《室外排水设计规范》(GB50014-2006)(7)《给水排水制图标准》(GBT50106-2001)3.3设计原则工艺方案的选择对于生活污水处理设施的建设、确保处理设施的处理效果和降低运行费用发挥着最为重要的作用，因此需要结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择技术可行、经济合理的处理工艺技术，经全面技术经济分析后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式[11]。在废水处理设施的总体工艺方案确定中，遵循以下原则：(1)所选工艺必须技术先进、成熟，对水质变化适应能力强，运行稳定，能保证出水水质达到工厂使用标准及国家废水排放标准的要求；(2)所选工艺应减少基建投资和运行费用，节省占地面积和降低能耗；(3)所选工艺应易于操作、运行灵活且便于管理。根据进水水质、水量，应能对工艺运行参数和操作进行适当调整；(4)所选工艺应易于实现自动控制，提高操作管理水平；(5)所选工艺应最大程度减少对周围环境的不良影响(气味、噪声、气雾等)。3.4方案选择及工艺流程3方案选择本设计采用污水→沉砂池→SBR反应池→消毒预备→出水工艺，SBR法是应用最广泛的方法，主要优点是构筑物少，投资省，占地少，设备少，维护方式渐变：一般不舍调节池，多数情况下可省初沉池，没有二沉池，没有污泥回流系统。（不设初沉池，增加了后续处理的反应负荷，对于大水量，设初沉淀池更好一些，因为初沉池可以去除SS40%~50%，去除BOD20%~30%,而且由于不设初沉池，后续处理的曝气量会很大，耗电量大大增大）。曝气时间短、效率高：SBR曝气池属完全混合间歇反应器（CMB），反应时一般不进水。从反应时间来看，不同时间曝气池内混合液为完全混合，但池内有机物和微生物浓度随时间在不断变化，有机物浓度随时间的增加而减少，微生物浓度则随时间的增加而增加，属理想推流。因而曝气时间短且效率搞。

耐冲击负荷能力强：SBR虽属完全混合的理想推流，但不同的排出比可也可起到调节稀释作用，废水进水水质和水量的逐时变化，在一个周期内，由于在进水阶段是被均化，故可不设调节池而可稳定地去除有机物。3.4.2工艺流程通过分析可以知道SBR处理污水处理主要由：格栅，沉砂池，SBR池，等构筑物构成，结合相关知识可以得到SBR法处理城市污水的工艺流程。工艺流程图如下图：图工艺流程图由上图工艺流程简图可以看出，废水先经过格栅的预处理，处理掉废水中的较大的废物，然后废水流入沉砂池进行第一次沉淀处理，废水中的废物再重力的作用下和水分离。在一沉池中处理完后进入SBR池，在SBR池中废水和微生物反应进行净化，从而达到净化的目的，随后进入消毒池进行进一次净化，沉砂池和SBR反应池中产生的污泥运走，水从消毒池中出来，最后处理好的清水进入清水贮存池中存储[12]。3污泥的最终处置⑴污泥单独填埋或与可降解城市垃圾一起填埋是一种可以考虑的方法。⑵通过焚烧可回收能量，焚烧可破坏污泥中所有的病原体并完全氧化有毒的有机物。⑶做建材污泥的污染在于其化学组分的可变性，若采用一定方法使其组分固定，则可减少造成的污染[13]。4设计计算格栅格栅是由一组或数组平行的金属栅条制成的金属框架，斜置在废水流经的渠道上，或泵站集水池的进口处，用以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以免堵塞水泵和沉淀池的排泥管。设计说明假设采有机械式格栅（锐边矩形），组数为4组，安装倾角α=60o60o～90o格栅间隙e=20mm，属于中格栅设计计算（1）过栅水头损失h2h2=h0·k=§sin60°×3=0.081m§=2.42×()经核算h2位于0.05～0.15m内，符合标准（2）栅条间隙数n（3）栅槽总宽度BB=S(n-1)+bn=10×(40-1)×10-3+20×10-3（4）进水渠道渐扩部分长度L1，取B1核算：①B>B1②V1=故符合标准③B/B1≥1.2符合标准（5）栅槽总长度LL2=L1,H1=h0+h1(超高0.3m)L=L1+L2+1.0+0.5+（6）栅槽总高度H=h0+h1+h2=0.3+0.（7）栅渣量所以采用机械格栅4.2平流沉砂池的设计计算目前，应用较多的沉砂迟池型有平流沉砂池、曝气沉砂池和钟式沉砂池。本设计中选用平流沉砂池，它具有颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沙较方便等优点。已知参数Qmax=1.034m31.长度设v=/s则3.池总宽度设n=2格，每格宽b=：T=2dX=3m3/(10设每一分格有2个沉砂斗设斗底宽a1=,斗壁与水平面的倾角为60º，斗高h3’=沉砂斗上口宽：（长=宽）沉砂斗容积：采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗。设超高h1=沉砂池底部的沉砂通过吸砂泵，送至砂水分力气，脱水后的清洁砂砾外运，分离出来的水回流至泵房吸水井。SBR池SBR是序列间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。设计说明拥有着自控能力好，占地面积小，良好的脱氮出磷效果，有效地抑制污泥膨胀，耐冲击负荷等优点，是中小型污处处理厂采用的工艺首选。随着科技水平的不断发展，SBR工艺的基础上不断涌现出许多的新型工艺。设计计算（1）运行周期反应器个数n1=4，周期时间t=6h，周期数n2=4，每周期处理水量5000m3进水时间根据滗水器设备性能，排水时间tdMLSS取4000mg/L，污泥界面沉降速度。U=4.6×104×=4.6×104×4000=1.33(m)曝气池滗水高度h1=2.2m，安全水深ε=0.5m，沉淀时间：曝气时间ta=反应时间比：e=ta/t/曝气池体积V出水溶解BOD5可用下式估算：Kd×f×leKd——活性污泥自身氧化系数，典型值为0.06；f——二沉池出水SS中VSS所占比例取f=0.75；le——二沉池出水SS取le=30mg/L。Se=30-7.1×0.06×0.75×30=mg/L曝气池污泥龄θc取25d，活性污泥产率系数Y取0.6，污泥自身氧化系数kd取0.06，曝气池体积：D=32其中D为直径，（3）复核滗水高度h1，SBR曝气池共设4座，n1=4，有效水深H=5m，滗水高度h1设定滗水高度复核结果与及设定值相同（4）复核污泥负荷（5）剩余污泥产量：污泥由生物污泥和非生物污泥组式。剩余非生物污泥△xs计算公式：剩余污泥总量（6）复核出水BOD5设计需氧量设计需氧量包括氧化有机物需氧量，污泥自身需氧量，氨氮硝化需氧量和出水带走的氧量。有机物氧化需氧量系数a'=0.5，污泥需氧系数b'=0.12。氧化有机物和污泥需氧量AOR1为：进水总氮N0=45mg/L，出水氨氮Ne=15mg/L，硝化氨氮需氧量AOR2反硝化产生的氧量：总需氧量AOR=AOR1+AOR2-AOR3-5521.36=（8）标准需氧量SOR微孔曝气头安装在距池底0.3m处，淹没深ρb=p+9.8×103H=1.47×105pa空气用量p=SOR/()=938.4/()=15640m3/h=260m3/minSBR总高H总=5+0.5=5.5m4.4污泥浓缩池4设计说明浓缩后的污泥含水率一般为95～97％。污泥浓缩中所排出的污泥水含有大量有机物质，一般混入原污水一起处理；不能直接排放，以免污染环境。4.4.2设计计算进水污泥含水率P1=99.5%污泥固体负荷qs=28kg/m2d浓缩后污泥含水率P2=98%浓缩停留时间T=4hQw=SBR的污泥量=8764㎏/d采用4个池（1）表面积池子直径D=（3）水力负荷m3/（m2·d）（4）有效水深h1=uTT为水力停留时间10～18h，T为10hh1=×符合标准（5）污泥池容积（6）浓缩池浓缩后总的排泥量m3/d（7）贮泥所需容积V2V2=QW2·tt取值为4～8hV2=109.05×①泥斗容积r1为1-2ｍr2为0.5-1ｍ取r1＝1.5ｍ，r2＝1ｍh4×②池底沉降③池底可贮泥容积2+·V1+V22]总贮泥量VW=V4+V3=+=核算VW=＞V2/2（8）浓缩池高度HH=h1+h2+h3+h4+h5每个浓缩池排水量Q=QW湿-QW′4.5水力损失计算高程计算原则：根据高程布置的原则，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，为此，必须精算出污水流动中的水头损失。表4-1水力损失计算汇总表处理单元沿程损失局部损失其它损失总损失出水-SBRSBR-调节池调节池-泵房0泵房-格栅格栅-进水05平面布置、高程布置以及费用计算5.1平面布置该污水处理厂为新建工程，总平面布置包括：污水与污泥处理工艺构筑物及设施的总平面布置，各种管线、管道及渠道的平面布置，各种辅助建筑物与设施的平面布置。总图平面布置时应遵从以下几条原则。处理构筑物与设施的布置应顺应流程、集中紧凑，以便于节约用地和运行管理工艺构筑物（或设施）与不同功能的辅助建筑物应按功能的差异，分别相对独立布置，并协调好与环境条件的关系（如地形走势、污水出口方向、风向、周围的重要或敏感建筑物等）。构（建）之间的间距应满足交通、管道（渠）敷设、施工和运行管理等方面的要求[14]。高程布置充分利用地形地势及城市排水系统，使污水经一次提升便能顺利自流通过污水处理构筑物，排出厂外。协调好高程布置与平面布置的关系，做到既减少占地，又利于污水、污泥输送，并有利于减少工程投资和运行成本[15]。做好污水高程布置与污泥高程布置的配合，尽量同时减少两者的提升次数和高度。协调好污水处理厂总体高程布置与单体竖向设计，既便于正常排放，又有利于检修排空。高程布置参见附图——高程布置图费用计算投资包括池体构筑物费用，管道费用，设备费用，不可预见费用，每部分投资见下列各表。表5-1池体构筑物投资表池体构筑物尺寸（m×m×m）体积（m3）价格(万元)格栅××沉砂池40×20×12720SBR池21704污泥浓缩池5013合计表5-2设备投资表名称数量价格（万）功率其他参数污泥泵100ZQ-3830.4860kw污泥量200m3/h鼓风机RD-15035.108kw空气260m3/min污水泵400TSW-530I30.360.28kw板框式压滤机BAMY60/870-V26.00机械格栅HG-120047.20污泥搅拌设备ZJ-700612.00浓缩机NX-2416.202kw合计37.34表5-3管道投资表管路名称长度（m）管径（mm）投资(万元)材质污水管668700钢管污泥管DN65-1020钢管超越管428PC-A400(75)砼管放空管221PC-A400(75)砼管上清液回流管338350钢管雨水管2665PC-AB600(110)59砼管空气管345UPVC排水管d110塑料管栅渣外运管200钢管合计6运行管理及工程概算6.1人员编制城市生活污水处理站基本管理人员共6名包括分析化验人员、操作管理人员和主管工程师。分析化验人员：分析化验人员必须具备一定的分析化验方面的专业知识，能够准确、熟练地完成各项水质指标和污泥指数的监测分析，提供可靠、准确的化验数据。同时化验分析人员必须对污水处理系统有足够的了解，熟悉水质、水量冲击及污水处理系统的运行规律，对分析化验结果有一定的预见和分析能力，而且还必须熟练操作处理站的各种自动精密仪器，以及能够对其进行日常的维护和校正[16]。分析化验人员本处理站设4人。其分析项目一般有：1.化学需氧量(COD)2.生物需氧量(BOD)3.悬浮物(SS)4.总磷总氮5.污泥浓度(MLSS)6.pH操作管理人员：操作管理人员必须掌握以下几点：①了解污水处理站的系统构成和运行规律；②熟悉各种动力设备、仪器仪表、管线及阀门的作用和位置；③准确掌握所有设备和阀门的手动操作方法和操作规程；④准确掌握各种设备的工作状态（正常/异常），能应付一般的突发事件；⑤能够按操作规程准确实施设备操作状态的调整和各个构筑物操作参数的变更；能根据监测数据判断运行效果，本处理站设2个管理操作人员。主管工程师：主管工程师是必不可少的核心管理人员，必须充分理解处理工艺，有一定的运行管理经验，必须做到：①熟悉常规项目的分析化验方法，能够指导分析化验人员按规定进行监测，并能根据污水处理的实际水质水量变化情况及时更改或制定新的化验分析计划；②熟练掌握污水处理的操作规程，能够根据实际水质水量或季节因素的变化，更新操作规程；③对整个处理系统有较全面深入的认识，能够根据实际生产情况的变化和水质水量的变化，调整污水处理系统的运行参数，使其效用充分发挥，达到最佳运行效果。④掌握设备、仪器仪表及控制系统的操作、维护和管理。本工程设1名主管工程师。6.2运行条件及管理SBR是一种理想的时间序列推流式反应器装置,虽然在每个反应周期内,SBR是完全混合的,但在反应器内按时间存在一个梯度,这种梯度是按时间序列变化的。因而SBR处理工艺是一种运行周期内完全混合、运行周期间序批推流的理想处理技术,这种特性使得SBR对污染物具有优良的处理效果且具有良好的抗冲击负荷和防止活性污泥膨胀的性能[17]。只有充分了解了SBR的特性才能在调试及运行过程中将SBR的优势发挥出来。SBR的运行控制和普通活性污泥法类似,主要控制进料量、进料浓度、曝气量、污泥浓度和污泥停留时间,但由于其工艺及结构与一般的活性污泥法有所不同,在运行控制上有其特殊的操作要点,除对以上参数进行控制外,对滗水量、曝气时间、周期时间等参数的控制也很重要。由于来水量和来料浓度是不断变化的,需要根据实际情况对各控制参数进行调整,从而保证反应器达到最佳处理效果,尤其在设施工艺调试阶段更为重要[18]。在向反应器充水的初期,反应器内污染物的浓度较低,随着污水的不断投入,污染物的浓度将不断提高。在相同时间内向反应器投入的污染物数量越大,污染物的积累量也越大。如果所处理的污水中含有有毒物质,则有毒物质的积累会对反应器内污泥的活性造成抑制。为克服有毒物质积累过多对后续的生化处理过程产生不利的影响,应控制充水时间的长短。即当污水浓度越高,污染物毒性越大,应适当延长充水时间,以防止对活性污泥微生物的抑止作用。充水时间还和运行过程中所采用的曝气方式有关系。当采用限量曝气方式时,充水时间应适当取长一些;当采用非限量曝气方式时,充水时间可适当取短一些。沉淀过程的功能是澄清出水、浓缩污泥。沉淀期所需的时间应根据污水的类型及处理要求而具体确定。由于SBR系统污泥沉降性能良好,SVI一般在100mLg左右,且为理想的完全静止沉降,因而一般ts采用1h就足够。当ta较长,发生硝化时,注意ts不能太长,防止发生反硝化导致污泥上浮[19]。根据活性污泥法的基本原理,混合液污泥浓度的大小决定了生化反应器容积的大小。SBR工艺也同样如此,当混合液污泥浓度高时,所需曝气反应时间就短,SBR反应池池容就小,反之SBR反应池池容则大。但是,当混合液污泥浓度高时,生化反应初期耗氧速率增大,供氧与耗氧的矛盾更大。此外,池内混合液污泥浓度的大小还决定了沉淀时间。污泥浓度高需要的沉淀时间长,反之则短。当污泥的沉降性能好,排出比小,有机物浓度低,供氧速率高,可以选用较大的数值,反之则宜选用较小的数值[20]。SBR工艺混合液污泥浓度的选择应综合多方面的因素来考虑。在运行管理中应注意的事项：(1)当进料负荷变化时,可以调整MLSS浓度和反应时间。(2)当进料浓度升高时,应提高MLSS浓度,增加曝气量,延长反应时间。(3)当进料量增加时,可提高排出比或增加每天的周期数n,反之亦然。(4)如果所处理的污水中含有有毒物质,当污水浓度越高,污染物毒性越大,应适当延长充水时间,以防止对活性污泥微生物的抑止作用。(5)当温度降低时,应延长沉淀时间,提高MLSS浓度,提高污泥龄。(6)运行周期的确定除了要保证处理过程中运行的稳定性和处理效果外,还要保证每个池充水的顺序连续性,最终达到最佳的出水水质和最经济的运行方式。结论通过对城市生活污水处理厂各个构筑物的设计得出，经过处理后，出水中的污染物含量均小于《综合排放指标》，可以直接排放。通过上面的生化处理可使河流的污染大大降低，有利于河流流域水体功能的恢复，地下水化学成分恢复，更重要的是，污水经过处理后对整个生态环境的污染大大地降低，不但能够保护人民的身体健康，同时也可以为我们间接带来改善投资环境、吸引外资、增加农副产品和工业产品的质量，减少城市自来水厂的净化处理成本。污水处理厂运行后，每年产生的干污泥含有大量有利于植物生长的肥分，将污泥作为农作物或园林绿化用的肥料，除可获得一定的增产效果外还可改良土壤结构。致谢经过一个学期的辛勤与忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，由于经验的匮乏，在设计过程中难免有许多问题会考虑不周，如果没有宋老师的悉心指导与督促，以及设计小组的同学们的帮助与支持，也许毕业设计不会这么顺利的完成。毕业设计过程中，宋老师耐心的指导使我们受益匪浅，他扎实的理论知识与丰富的实践经验给我留下了深刻的印象，也正是老师认真负责的教学态度使我们从毕业设计中真正的学会了学以致用，将课本知识与实际工程中所遇到的问题相联系，整合了自己在校所学的专业知识，同时提高了我们发现问题、解决问题的能力。从毕业设计开始到结构设计完成，陈老师对于专业知识严谨的学习精神以及对于设计过程严格的要求态度成为我们在今后学习以及工作中良好的榜样，在此谨向为我们毕业设计小组辛苦了一学期的老师致以最真诚的谢意。回望这一学期，似乎忙碌与紧张充满了整个设计过程，但是因为有了小组成员们的关怀与帮助，使得设计的过程也充满了欢乐。我们共同研究，相互讨论，遇到问题一起解决，毕业设计不仅是对我们学习的检验，同时也是锻炼我们与他人协同工作的好机会。在最后我要感谢学校、学院对我们的培养，为我们的学习以及毕业设计创造良好环境、提供便利条件。伴随着毕业设计的结束，我们也将离开校园，有过少耕耘就有多少收获，相信我们走出校园后能将自己的价值体现出来，回报父母、回报学校，为社会做自己力所能及的贡献。再一次感谢在毕业设计中给予我帮助的老师和同学们，祝大家在今后的工作和生活中一切顺利！参考文献[1]周启星1从第二届世界水资源论坛看辽宁的水资源危机及对策[J]卫生态学杂志，2002,(2):3639[2]孙铁晰，周启星，李培军1污染生态学[M]1北京:科学出版社2001[3]周启星，黄国宏1环境生物地球化学及全球环境变化[M]北京:科学出版社，2001[4]Kyu-HongA.,SangK.G.Treatmentofdomesticwaatewaterusingmicrofiltratkmforuseofwaatewater[J].Desalinat,1999,26(1-3):7一14.[5]AbdesaemedD,NeszalG,AimRB.Coagulationadsorptionultrafiltratkmforcvastewatertreatmentandtense[J].Desalinatkm,2000,131(1-3):307-314.[6]CanderM,JeffersonB,JuddS.AerobicMBRsfordomesticwastewatertreatment:areviewwithcostconsiderations[J].SeparationandPurificationTechnology,2006,18(2):119-130.[7]李彦春，王志宏，汪立飞．城市污水处理技术探讨[J]．四川环境，2001，20(1):40~42，52．[8]周毅，陈永祥．小型城市污水厂设计中的问题及探讨[J]．环境工程，2004，22(2):22~24．[9]岳强，邹小玲，缪应祺．SBR技术的发展及应用[J]．污染防治技术，2003，16(4):35~38．[10]孙向群．中小型污水处理厂现状分析及对策[D]．中国科学院上海冶金研究所(博士)，2000．[11]周雹，谭振江．中、小型城市污水处理厂的优选工艺[J]．中国给水排水，2000，16(10):21~24．[12]邓荣森，张新颖，王涛等．氧化沟工艺的技术经济评估[J]．中国给水排水，2007，23(16):37~40．[13]常淑平．中小城市污水处理厂的处理工艺比选[J]．山西建筑，2006，32(14):166~167．[14]颜秀勤，齐和明，孔祥媚等．我国SBR工艺设备应用现状分析[J]．中国环保产业，2008，14(10):31~35．[15]郑兴灿，李亚兴．污水脱氮除磷技术[M]．北京：中国建筑工业出版社，1998．[16]廖钧．2种改进型SBR工艺的特点及浅析[J]．环境污染治理技术与设备，2005，6(7):80~83[17]黄维生．浅淡我国污水处理工程的现状[J]．西南给排水，2005，27(3):24~26．[18]白韬光．城市污水处理技术及其发展[J]．机电设备，2003，20(3):38~42．7]姜应和，李玲玲.混凝上强化城市污水厂一级强化处理的试验研究[J].中国给水排水，2000,16(2):12-1s.[19]高艳玲,马达.污水生物处理新技术[M].北京:中国建材工业出版社,2006.[20]张自杰.废水生物处理理论与设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.附录A：英文原文Cost-performanceanalysisofnutrientremovalinafull-scaleoxidationditchprocessbasedonkineticmodeling1.StateKeyLaboratoryofEnvironmentalAquaticChemistry,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100086,China2.BeijingUrbanConstructionEnvironmentalProtectionInvestment&DevelopmentAbstractAfull-scaleoxidationditchprocessfortreatingsewagewassimulatedwiththeASM2dmodelandoptimizedforminimalcostwithacceptableperformanceintermsofammoniumandphosphorusremoval.Aunifiedindexwasintroducedbyintegratingoperationalcosts(aerationenergyandsludgeproduction)witheffluentviolationsforperformanceevaluation.Scenarioanalysisshowedthat,incomparisonwiththebaseline(allofthe9aeratorsactivated),thestrategyofactivating5aeratorscouldsaveaerationenergysignificantlywithanammoniumviolationbelow10%.Sludgedischargescenarioanalysisshowedthatasludgedischargeflowof250–300m3/day(solidretentiontime(SRT),13–15days)wasappropriatefortheenhancementofphosphorusremovalwithoutexcessivesludgeproduction.Theproposedoptimalcontrolstrategywas:activating5rotatingdisksoperatedwithamodeof“111100100”(“1”representsactivationand“0”representsinactivation)foraerationandsludgedischargeflowof200m3/day(SRT,19days).Comparedwiththebaseline,thisstrategycouldachieveammoniumviolationbelow10%andTPviolationbelow30%withsubstantialreductionofaerationenergycost(46%)andminimalincrementofsludgeproduction(<2%).Thisstudyprovidesausefulapproachfortheoptimizationofprocessoperationandcontrol.Keywords:activatedsludgemodel;cost-performanceanalysis;oxidationditch;nutrientremovalDOI:10.1016/S1001-0742(12)60002-3IntroductionNowadays,environmentaldeteriorationandenergyshort-agehavebecometwomajorchallenges.Biologicalwastewatertreatmenthasbeenconsideredasthemostimportanttechnologyforwaterpollutioncontrol.However,itshighenergyinput,whichcontributessignificantlytooperationalcosts,hasbecomeabigconcern(Wesner,1978).Environmentalengineersandplantmanagershavebeenpursuingaplantdesignandoperationalstrategypermittingefficientpollutantremovalwithminimalcost(MiddletonandLawrence,1974).Inthepastdecades,model-basedoptimizationhasbeenemployedasanimportantapproachtoimprovetheprocessperformance(Alexetal.,1999;Vanhoorenetal.,2002;Gernaeyetal.,2002;Abusametal.,2002,2004;GernaeyandJørgensen,2004;Benedettietal.,2005,2006).Processmodels,suchastheactivatedsludgemodel(ASM)developedbythetaskgroupoftheInternationalWaterAssociation(IWA)(Henzeetal.,2000),haveprovidedapromisingtoolforprocessanalysisanddecisionmaking.Sincethe1990s,aseriesofbenchmarksimulationmodels(BSM)includingBSM1,BSM1LTandBSM2(Copp,2002;Rosenetal.,2004;Jeppssonetal.,2006,2007)havebeenproposedandappliedfortheevaluationandoptimizationofoperationalstrategiesforvariousbiologicalwastewatertreatmentprocesses(Ghermandietal.,2005;Devisscheretal.,2006;Yamanakaetal.,2006;Holendaetal.,2008;Machadoetal.,2009;Benedettietal.,2010;Guerreroetal.,2011).TheBSMseriesmodelshaveadoptedseveralkeycriteriatoevaluatetheoperationalstrategies,whichincludeperformanceindicatorssuchaseffluentqualityandviolation,andeconomiconessuchasaerationenergy,pumpingenergyandsludgeproduction(Copp,2002).Toevaluatetheperformanceandeconomiccriteriaatthesamescale,previousstudieshaveproposedtoconverttheeffluentqualityintomonetaryunitsintermsoffines(Vanrolleghemetal.,1996;SteffensandLant,1999;Copp,2002;Vanrol-leghemandGillot,2002;Stareetal.,2007;Volckeetal.,2007).However,anotherimportantperformanceindicator,effluentviolation,whichisconsideredwithatoppriorityfortheplantoperators,remainsdifficulttointegrateintooperationalcosts.Inthisstudy,theeconomicindicatorsincludingaerationenergyandsludgeproductionwerefirstnormalizedbasedontheirmaximumvalues,andthencombinedwiththeeffluentviolationstogenerateaunifiednon-dimensionalcostindex(CI),asthecriterionfortheevaluationofbiologicalwastewatertreatmentprocesses.TheASM2dmodeldevelopedbytheIWA(Henzeetal.,2000)wasusedtosimulatetheammoniumandphosphorusremovalinafull-scaleoxidationditchprocessfortreatingsewage.Theaerationenergycost,effluentviolationandsludgeproductionoftheprocesswereevaluatedbyscenarioanalysisbasedonthelong-termdynamicsimulationstoproduceanoptimaloperationalstrategy.Theproposedapproach,whichintegratestheperformanceandeconomicindicators,willbeusefulforprocessoptimization.1Materialsandmethods1.1ProcesslayoutoftheplantThefull-scalesewagetreatmentplantstudiedconsistsofonecyclonegritchamber,oneanaerobictank,oneoxidationditch,andonesedimentationtankasillustratedinFig.1.Thecapacityoftheentireplantis15000m3/day,andtheditchhasaneffectivevolumeof7500m3withseparatedanoxicandaeratedzones.Theditchisequippedwithrotatingdisksforaerationandunderwaterpropellersfordrivingtheflowinthechannel.ThepH,dissolvedoxygen(DO)andoxidation-reductionpotential(ORP)intheeffluentaremonitoredonline.Duringthestudyperiod,allofthe9rotatingdiskswereactivated,andtheDOintheditcheffluentvariedoverarangeof0.3–1mg/L.Dailyoper