某市每天60000立方米生活污水除磷脱氮处理工艺的设计

2山西省某市60000m³/d生活污水除磷脱氮处理工艺的设计摘要：高浓度氮磷物质的生活污水进入湖泊和水库等水域易造成水体富营养化，山西省某市作为资源型城市，水资源相对匮乏，因此建设高效、稳定的生活污水除磷脱氮处理工艺显得尤为重要。本设计根据该生活污水进水水质的特点以及出水排放要求，采用A2O作为核心生化处理工艺，结合化学除磷和活性炭吸附深度处理工艺，充分发挥两种工艺的优势，以实现对生活污水中有机物、氨氮、总氮和总磷的高效去除。通过对格栅、旋流沉砂池、初沉池、A2O生化池、化学除磷池以及活性炭吸附池等构筑物的设计计算，优化曝气系统和回流系统等，提高系统的运行效率和稳定性。同时结合当地的水文气象等条件，对构筑物进行了平面布局和高程设计。经过工程费用和污水处理运行成本的经济性分析，实现污水处理的经济运行。关键词：生活污水，脱氮除磷，A2O工艺，化学除磷，活性炭吸附Designof60,000m³/ddomesticsewagephosphorusandnitrogenremovaltreatmentprocessinacityinShanxiProvinceAbstract:Withtherapiddevelopmentofindustrialandagriculturalproductionandtheaccelerationofurbanization,domesticsewage,industrialwastewaterandfarmlandsurfacewaterrunoffcontaininghighconcentrationsofnitrogenandphosphorussubstancesflowintolakes,reservoirs,riversandbays,causingalgaeandotherplantstobloomandleadtoeutrophicationofwaterbodies.Therefore,denitrificationandphosphorusremovaltreatmentofurbansewagehasbecomearesearchhotspotinsewagetreatmenttoday.Asaresource-basedcity,acityinShanxiProvinceisrelativelyscarceinwaterresources,andtheproblemofwaterenvironmentpollutionisbecomingincreasinglyprominent.Therefore,theconstructionofefficientandstabledomesticsewagephosphorusandnitrogentreatmentfacilitiesisofgreatsignificanceforimprovingthequalityofthecity'swaterenvironment,ensuringthehealthofthepeople,andpromotingsustainableeconomicandsocialdevelopment.ThepurposeofthisdesignistofocusonthewaterqualitycharacteristicsanddischargerequirementsofdomesticsewageinacityinShanxiProvince,andtheimprovedtypeisusedasthecoreprocesscombinedwiththebiofilmmethodandtheactivatedsludgemethod,whichgivesfullplaytotheadvantagesofthetwoprocessesandrealizestheefficientremovaloforganicmatter,ammonianitrogen,totalnitrogenandtotalphosphorusinsewage.Byoptimizingtheaerationsystem,refluxsystem,andpackingselection,theoperatingefficiencyandstabilityofthesystemareimproved,whilereducingenergyconsumptionandfootprint.Keywords:Domesticsewagetreatment,nitrogenandphosphorusremoval,improvedprocess,chemicallyassistedphosphorusremoval

目录目录1前言 前言1.1设计目的随着工农业生产的迅速发展以及城市化进程的加快，含有高浓度氮磷物质的生活污水、工业废水和农田地表水径流汇入湖泊、水库、河流和海湾水域，使藻类等植物大量繁殖，导致水体的富营养化。富营养化的水体含有大量的硝酸盐和亚硝酸盐，长期饮用严重危害人类健康。因此，对城市污水进行脱氮除磷处理成为当今污水处理的一个研究热点[1]。污水中有机物的浓度是保证污水处理厂脱氮除磷效果、氮磷污染物达标排放的关键。但是，我国城镇污水低碳源化的发展趋势给污水厂的脱氮除磷带来了更大的压力和挑战。当今世界污水处理的主要对象为有机物（COD）、氨氮和磷酸盐。传统上COD和氨氮的脱除一般由生物氧化和硝化/反硝化完成；磷酸盐或通过细菌的生物聚集、或靠化学沉淀去除。传统工艺存在以下弊端：①COD氧化和硝化耗能巨大，且在COD氧化中无形中失去贮存在COD内的大量化学能（每kgCOD约含1∙4×107J代谢热）；②反硝化与磷的生物聚集均需消耗COD；③剩余污泥量大；④耗能造成大量二氧化碳释放并进入大气。污水排放标准的不断收紧是目前世界各国普遍的发展趋势；以控制富营养化为目的的氮、磷脱除已成为各国主要的奋斗目标。无疑应付日趋严格的排放标准传统工艺会因上述弊端而雪上加霜。在此情形下发展可持续污水处理工艺变得势在必行。所谓可持续污水处理工艺就是朝着最小的COD氧化、最低的CO2释放、最少的剩余污泥产量以及实现磷回收和处理水回用等方向努力。这就需要以较综合的方式来解决污水处理问题，即污水处理不应仅仅是满足单一的水质改善，同时也需要一并考虑污水及所含污染物的资源化和能源化问题且所采用的技术必须以低能量消耗（避免出现污染转移现象）、少资源损耗为前提[2]。城市污水（生物）处理技术经历了三个发展阶段。在污水处理技术发展初期，人们认识到有机污染对环境生态的危害，从而把好氧性的有机污染物（COD）和悬浮固体（SS）的去除作为污水处理的主要目标。到六七十年代，随着常规二级生物处理技术在工业化国家的普及，人们发现仅仅去除COD和SS是不够的。氨氮（NH3－N）的存在依然导致水体的黑臭或溶解氧降低，这一问题的出现使常规二级生物处理技术从单纯的有机物的去除发展到有机物和氨氮的联合去除即污水的硝化处理。到七八十年代，由于水体富营养化问题日益严重，污水氮磷去除的实际需要使二级生物处理技术进入了具有除磷脱氮功能的深度二级生物处理阶段。所以今天的城市污水处理厂的处理对象包括COD、BOD5、SS和氮、磷等营养物质。这就要求在同一污水处理工艺系统中同时具备多种处理功能[3]。山西省某市作为资源型城市，水资源相对匮乏，水环境污染问题日益突出。因此，建设高效、稳定的生活污水除磷脱氮处理设施，对于改善该市水环境质量、保障人民群众身体健康、促进经济社会可持续发展具有重要意义。本设计旨在针对山西省某市生活污水水质特点和排放要求，进行工艺设计计算和设备选型，设计一套高效、经济且符合环保要求的处理能力为60000m³/d的生活污水除磷脱氮处理工艺，为该市生活污水处理厂的建设和运行提供技术依据。1.2设计意义（1）环境效益显著通过高效去除污水中的污染物，减少对水体的污染，保护生态环境，促进水资源的可持续利用。（2）技术优势互补生物膜法和活性污泥法的结合，既发挥了生物膜法污泥产量少、耐冲击负荷强的优点，又利用了活性污泥法处理效率高的特点，提高了污染物去除效率（改良型A²/O工艺通过优化厌氧、缺氧和好氧环境，结合生物膜法和活性污泥法的优势，能够更高效地去除污水中的有机物、氮、磷等污染物）。（3）经济和社会效益改良型工艺降低了能耗和运行成本，结合生物膜法和活性污泥法，减少了对机械曝气和污泥回流的依赖，提高了出水水质，同时提高了系统的稳定性和抗冲击能力。可用于回用或排放，降低了能耗和运行成本，具有良好的经济和社会效益。（4）推动工艺创新该设计为污水处理工艺的优化提供了新的思路和方法，为其他地区和类似污水处理项目提供了参考和借鉴。1.3国内外生活污水的处理工艺研究现状常用的污水处理方法以物理法、化学法和生物法为主。物理法和化学法过程复杂、成本较高，对环境容易产生二次污染，再生方法不完善，只适合中小水量使用，难以推广应用。而生物法适用范围广，投资及运转成本低，操作简单，无二次污染，处理后的废水易达标排放，已成为脱氮除磷常用的处理方法。实践经验表明，生物脱氮除磷工艺是消除水体富营养化的有效方法，正在广泛应用于各种污水处理系统之中[4]。国内城市污水处理厂大多采用活性污泥法及其改良工艺，如氧化沟工艺。氧化沟是一种稳定去除氨氮的处理方式，具有两种类型反应器的特征，能够形成好氧、缺氧和厌氧条件，从而更好地实现氮和磷的去除效果，目前在各国广泛使用。其次采用A2O及其变型工艺也较多。在欧美等发达国家，A2O及其变型工艺得到了广泛应用，通过优化反应器设计和运行参数，进一步提高了除磷脱氮效率。这些工艺在除磷脱氮方面有较好的效果，但存在碳源不足、污泥产量大等问题。近年来，通过优化曝气方式、增加回流比等措施，进一步提高了除磷脱氮效率。区域发展不平衡，国内部分经济欠发达地区存在设施建设滞后、污水管网不完善的问题，农村地区则面临污水处理分散、技术适用性差等难题。国外在污水处理技术上一直处于领先地位，广泛采用先进的生物处理工艺和自动化控制技术。例如，微压内循环多生物相处理技术（MPR）通过在同一反应器内形成厌氧、缺氧、好氧区，实现高效脱氮除磷。此外，一些国家还结合生态处理技术，如人工湿地，进一步提升污水处理效果。1.3.1新型工艺的探索与应用（1）粉末载体强化工艺通过投加粉末载体（如：活性炭，生物质材料）增强微生物附着和传质效率，显著提升硝化、反硝化及除磷效果，尤其在处理实际污水时表现出强鲁棒性[5]。（2）ANHA-SNAD/EBPR联合工艺结合厌氧水解酸化（ANHA）与同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化（SNAD），实现低碳源需求下的高效脱氮，同时耦合EBPR（强化生物除磷），适用于低碳氮比生活污水[6]。（3）同步硝化反硝化除磷（SNDPR）作为一种较易实现的高效脱氮除磷方式，其特性提升了生物池一体化的可能性，已在一些研究中表现出良好的耐受性和去除效果。（4）厌氧氨氧化国内在厌氧氨氧化技术方面也取得了进展，如短程反硝化耦合厌氧氨氧化技术，通过将硝态氮还原为亚硝态氮，与氨氮发生反应，提高了脱氮效率。（5）微压内循环多生物相处理技术该技术在同一反应器内形成厌氧区、缺氧区、好氧区并存，为多种脱氮机制提供稳定适宜的环境，节省了硝化液回流设备，减少了污泥回流量，出水水质优于传统方法。（6）预处理与深度处理技术的结合如磁混凝技术作为预处理工艺，可显著降低后续工艺的处理负荷，促进碳源回收，提高出水水质，为后续的厌氧氨氧化等工艺创造有利条件。1.3.2资源回收与能源利用（1）磷回收技术：国外在磷回收方面有多种技术，如北美Pearl、日本PHOSNiX、欧洲Phostrip、Crystalactor等，通过化学沉淀等方法将污水中的磷转化为可回收的资源。（2）能源回收：荷兰将污水处理与能源再生紧密相连，运用厌氧消化技术把污水中的有机物质转化为生物气用于发电供热，实现了环保与能源产出的协同。（3）新型污染物的应对挑战：随着微塑料、药物残留等新型污染物在污水中的涌现，国外传统工艺也面临挑战，正在积极探寻新的处理技术和方法。（4)厌氧氨氧化技术的发展：厌氧氨氧化技术在荷兰等国家得到了工程化应用，如新加坡樟宜污水处理厂实现了部分厌氧氨氧化的脱氮。2设计内容2.1基本资料2.1.1进出水水质表2.1生活污水的进水水质项目（mg/L）CODcrBOD5SSTNNH4+-NTPpH平均水温/℃数值49026530342236.9722经处理后，就近排入附近水体。排水水质以《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准执行。2.1.2自然资料山西处于我国中纬度地带，气候类型为温带季风气候，四季分明，各季气候特点明显。山西省的年平均降水量约为400到650毫米之间，整体偏少，主要降水集中于夏季6~8月份。该地区降水的空间分布总趋势是自东南至西北呈减少趋势，且年内分配极不均匀。2.2污水处理工艺流程的选择2.2.1工艺方法的比选工艺名称优点缺点氧化沟①氧化沟内的流态呈循环混合态②抗冲击负荷能力强，污泥产率低①处理构筑物较多②水头损失较大③容积利用效率低SBR①有机物去除率较高，污泥不易膨胀②构筑物少，缓冲能力强①周期长②适用于小型污水处理厂③脱氮除磷需延长周期设备较大MBR①出水水质好，无需消毒处理可排放②容积负荷高，剩余污泥产量少①能耗高，投资成本高，容易造成膜污染②无脱氮除磷的强化作用A²/O①同时除有机物和氮，流程简单②无需外加有机碳源，降低运行费①反应池容积较大②脱氮除磷效果难于提高相比以上其他方法，A2/O工艺水力停留时间短，具有同时脱氮除磷的效果，并且运行费用较低，故该方法得到了广泛的应用。根据进水水质的特点，该工艺可以满足本设计污水处理要求，并且流程简单，运行费用低。2.2.2污水处理工艺流程处理工艺流程主要分为五个阶段：预处理阶段，生物处理阶段，泥水分离阶段，深度处理阶段和污泥处理阶段。预处理阶段格栅：通过粗格栅和细格栅去除污水中的大颗粒悬浮物和漂浮物，防止堵塞后续设备。初沉池：进一步去除污水中的无机颗粒物和部分悬浮有机物，降低后续处理单元的负荷。（2）生物处理阶段厌氧区（A1）：利用生物膜法和活性污泥法相结合的方式，实现磷的释放。生物膜法通过填料提供附着表面，微生物在填料表面形成生物膜，利用生物膜的吸附和代谢作用分解有机物并释放磷。同时，投加少量活性污泥，增强磷的释放效果。缺氧区（A2）：主要通过活性污泥法实现反硝化作用，去除部分硝态氮。生物膜法作为辅助手段，进一步提高反硝化效率。好氧区（O）：通过活性污泥法实现有机物的降解、氨氮的硝化以及磷的吸收。同时，设置曝气生物滤池（BAF）作为生物膜法的辅助单元，进一步提高处理效果。（3）泥水分离阶段二沉池：实现泥水分离，沉淀活性污泥。部分污泥回流至厌氧区和缺氧区，维持系统污泥浓度。剩余污泥定期排出系统，进行污泥处理。（4）深度处理阶段进一步去除剩余的悬浮物、有机物和磷，确保出水水质达标。（5）污泥处理阶段污泥浓缩：将剩余污泥通过污泥浓缩池进行浓缩，减少污泥体积。污泥脱水：采用污泥脱水机（如带式压滤机或离心脱水机）进行脱水处理，降低污泥含水率。污泥处置：脱水后的污泥根据当地条件进行填埋、焚烧或资源化利用。以下为工艺流程图：2.2工艺流程图

3主要构筑物设计计算3.1设计规模（1）设计流量（2）总变化系数：（按《室外排水设计规范选取》）最大设计流量：3.2粗格栅本设计采取两组粗格栅，单池流量为格栅计算示意图如图所示：⑴栅条数：（式3.1）式中：n为粗格栅栅条数量（个）α为格栅倾角，此处取60°b为栅条净间隙，此处取b=25mm为栅前水深，此处取h=0.8m为过栅流速，此处取⑵栅槽宽度B：（式3.2），实际上B取2.9m。式中S为栅条宽度mm,此处取S=30mm=0.03m。校核：,符合要求。（3）通过格栅的水头损失：式中，为污水通过格栅的水头损失m；为计算水头损失；为重力加速度；为系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；为阻力系数，其值与栅条断面形状有关；为形状系数，因此处选迎水、背水面均为半圆形的矩形，取其为1.67。（4）进出渠道渐宽部分（式3.3）式中为进渠流速，此处取1.1。（5）栅后槽总高度：设槽前渠道超高（式3.4）（6）栅槽总长度L：(式3.5)其中L栅槽总长度，m进水渠道渐宽部分的长度，m栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度，m进水渠道渐宽部分的展开角度，一般采用20°栅前渠道深，m（7）每日栅渣量：（式3.6），宜采用机械清渣。W为每日栅渣量，为单位栅渣量，污水，因格栅间隙为25mm,此处取0.120（8）除污机选型采用回转式格栅除污机，2用1备。其优势如下：处理能力高（单机可达3000m³/h以上，适合大流量污水；栅隙范围（通常为20-50mm），可拦截树枝、塑料袋等大尺寸杂物；自动化程度高，可配备自动清渣装置，减少人工干预。下表为该除污机核心性能参数参数项典型范围/数值处理能力2500~5000m³/h（单机）栅条间距20~50mm（粗格栅）设备宽度600~3000mm安装角度60°~80°耙齿速度36m/min驱动功率1.54kW材质框架：碳钢防腐/304不锈钢耙齿：尼龙/不锈钢电源380V/50Hz（三相）3.3细格栅本设计采取2组细格栅，单池流量。（1）栅条数：（式3.7）其中α为格栅倾角，此处取60°b为栅条间隙，此处b=10mmv为过栅流速，此处v=0.9m/sh为栅前水深，此处h=0.8m。校核：（符合要求）（2）栅槽宽度B（式3.8）其中S为栅条宽度，此处S=10mmb为栅条间隙，此处b=10mmn为栅条数（个）（3）通过格栅的水头损失：（式3.9）式中，为污水通过格栅的水头损失m；为计算水头损失；为重力加速度；为系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；为阻力系数，其值与栅条断面形状有关；为形状系数，因此处选锐边矩形，取其为2.42。（4）进出渠道渐宽部分（式3.10）式中为进渠流速，此处取1.1。（5）栅后槽总高度：设槽前渠道超高（式3.11）（6）栅槽总长度L：（式3.12）其中L栅槽总长度，m进水渠道渐宽部分的长度，m栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度，m进水渠道渐宽部分的展开角度，一般采用20°栅前渠道深，m（7）每日栅渣量：（式3.13），宜采用机械清渣。W为每日栅渣量，为单位栅渣量，污水，因格栅间隙为10mm,此处取0.130（8）除污机选型：采用阶梯式格栅除污机，2用1备。其优势为：栅隙小（1-10mm），拦截效率高；结构紧凑，适合空间有限的场地；不易堵塞，维护简单。下表为该除污机核心参数：参数项典型范围/数值处理能力500~3000m³/h（单机）栅条间距1~10mm设备宽度500~2500mm安装角度60°~80°运行速度25m/min驱动功率0.753kW过栅流速0.6~1.0m/s3.3旋流沉砂池本设计采用2组旋流沉砂池。原理：旋流沉砂池是利用机械力或水力，控制污水在池内的流态与流速，加速沙砾的沉淀，有机物则被留在污水中，具有占地省的优点。（1），选用旋流沉砂池Ⅱ型中的7型号（根据给水排水设计手册第五册选取）。（2）表面负荷率q此处取（3）停留时间规范要求停留时间t=30~60s,本设计取t=50s。（4）沉砂池直径根据表面负荷率公式：（其中）单池直径：（式3.14）(5)有效水深取H=2.0m,满足旋流效果及池体稳定性（6）池体总高度超高，沉砂区高度总高度（式3.15）（7）水力校核1.停留时间校核单池有效容积：（式3.16）实际停留时间：，符合要求。2.旋流速度校核（式3.17），需增设桨板驱动装置：通过机械搅拌强制形成旋流，调整桨板转速使池内实际旋流速度达0.3m/s。（8）沉砂量计算生活污水沉砂量取0.05L/m³，每日总沉砂量：(式3.18)单池沉砂量：（9）排砂设备选型选用螺旋砂水分离器，单台处理能力≥0.2m³/h。排砂频率：每日排砂24次，每次排砂时间10~15分钟。3.4初沉池初沉池的目的是去除污水处理厂进水中易沉淀的固体颗粒和悬浮物质，从而降低后续生化处理工段的悬浮固体和有机污染物负荷。本设计选取平流式沉淀池4座并联运行，因其沉淀效果较好，耐冲击负荷强，对温度变化适应性强，平面布置紧凑，施工管理方便，适用于大、中、小型污水处理厂。（1）初沉池总表面积：设表面负荷（式3.19）（式中Q为日平均流量，Q=60000m³/d=0.69m³/s）（2）沉淀部分有效水深：（式3.20），此处有效水深取3m,可得t=2.5h式中t为沉淀时间h为有效水深m（3）沉淀部分有效容积：（式3.21）（4）池长：设水平流速为6mm/s,则（式3.22）（5）池总宽度：（式3.23）（6）池个数：设置了4座初沉池同时运行，即（式3.24）式中，b为每座初沉池的宽度，m校核：长宽比：，满足要求。长深比：，满足要求。(7)污泥部分所需的总容积：（式3.25）式中，T两次清除污泥的间隔时间（d）进水悬浮物浓度（t/m³）出水悬浮物浓度（t/m³），一级处理SS去除率50%污泥密度（t/m³），其值约为1污泥含水率（%），此处取98%。（8）每格池污泥部分所需容积：（9）污泥斗容积：设污泥斗上部长度为4m，污泥下部长度为0.5m,则式中，斗上口面积，斗下口面积，泥斗高度，m。（10）污泥斗以上梯形部分污泥容积：设其池底坡度为0.01，有式中，、梯形的上下底边长，m梯形的高度，m。（11）污泥斗和梯形部分污泥容积：（12）池总高度：取池子保护层高度（超高）为0.3m，缓冲层高度为0.5m,则总高度（式3.26）式中，超高，m缓冲层高度，m污泥部分高度，m3.5生化反应池判别是否能使用改良型工艺：，。本设计采用改良型生物处理工艺。生化反应池进出水水质如下表：项目（mg/L）SSTNTPpH平均水温/℃进水392185.5151.542236.9722出水4520151862722一级标准出水水质≤30≤10≤10≤15≤5≤0.5722好氧池容积1.计算低水温条件下硝化菌的最大比增长速率μ硝化作用中氮的半速率常数的典型值为1.0mg/L，按如下公式可得（式3.27）2.硝化所需污泥泥龄安全系数F=3.0，按公式硝化所需污泥龄（式3.28）（设计值18d远大于需求，满足安全）3.计算好氧池容积已知污泥总产率系数=0.3，混合液悬浮固体平均浓度:（式3.29）上式中，污泥回流浓度SVI污泥容积指数，此处取120。（式3.30）上式中，X混合液悬浮固体平均浓度,g/LR污泥回流比，取75%。式中，好氧池容积，m³好氧池设计污泥泥龄，d污泥总产率系数（）,因有初次沉淀池故此处取0.3F安全系数，为1.5~3.0硝化菌比生长速率，生物反应池中的氨氮浓度，mg/L硝化作用中的半速率常数，此处取1mg/LT设计温度℃。4.好氧区水力停留时间，则（2）厌氧池容积1.计算厌氧池容积：式中，厌氧池容积，m³。厌氧池水力停留时间(h),此处取1hQ设计污水流量（m³/d）。2.厌氧池污泥泥龄，取5d。（式3.31）（3）缺氧池容积1.计算设计水温22℃时的反硝化脱氮速率：按照公式（式3.32）2.计算排出生物反应池系统的微生物量（式3.33）上式中，生物反应池进水浓度，mg/L生物反应池出水浓度，mg/LyMLSS中MLVSS所占比例，此处取0.7污泥总产率系数，此处取0.3。计算缺氧池容积（式3.34）式中，缺氧池容积，m³。Q生物反应池的设计流量(m³/d)X生物反应池内混合液悬浮固体浓度（gMLSS/L），此处取4.15生物反应池进水总凯氏氮浓度（mg/L）生物反应池出水总氮浓度（mg/L）排出生物反应池系统的微生物量（kgMLVSS/d）脱氮速率[]，此处为上面计算得0.07。计算缺氧池水力停留时间（式3.35）缺氧区泥龄：，取8d。混合液回流量（为方便计算，取出水氨氮值为出水总凯氏氮值）据前文可知，污泥回流比为R=75%，（式3.36）混合液总回流比，实际设计值取r=200%。（4）总池容和总水力停留时间总池容：总水力停留时间：（在7~14h之间，符合要求）（5）剩余污泥量和总泥龄(SRT)的计算式中,V生物反应池的容积，m³Y污泥产率系数,20℃时为0.3~0.8Q设计平均日污水量，m³/d衰减系数，，20℃时的数值取0.040生物反应池内混合液挥发性悬浮固体平均浓度，取0.75SS的污泥转换率，此处取0.5分别为生物反应池进、出水悬浮物浓度，kg/m³。总泥龄：（6）需氧量的计算1.去除含碳污染物的需氧量（式3.38）2.剩余污泥氧当量=（式3.39）3.氧化氨氮需氧量（式3.40）4.反硝化脱氮回收氧量（式3.41）5.需氧量R=（式3.42）折合每千克耗氧量=式中，污水需氧量（）Q生物反应池进水流量（m³/d）0.12排出生物反应池系统的微生物中含氮量（kg/d）生物反应池进水总氮浓度（mg/L）生物反应池出水总凯氏氮浓度（mg/L）生物反应池出水硝态氮浓度（mg/L），等于出水总氮浓度-出水凯氏氮浓度，此处为12a碳的氧当量，当含碳物质以计时，取1.47b常数，氧化每千克氨氮所需氧量,取4.57c常数，细菌细胞的氧当量，取1.42。(7)碱度核算硝化过程：每氧化1mg消耗7.14mg碱度（以计）。反硝化过程：每还原1mg产生3.57mg碱度（以计）。生物反应池出水的剩余总碱度=进水总碱度+去除产生的碱度+反硝化产生的碱度-硝化过程消耗的碱度。其中（式3.43）（式3.44）（式3.45）（式3.46）得，换算为浓度，符合要求。（8）生化反应池尺寸反应池总容积，分反应池2组，单组池容为。有效水深，则单组有效池面积1.厌氧池厌氧池总池容为,分2格厌氧池，则单格容积：单格有效面积(A)：廊道数量：每格设2条廊道（推流式），单廊道面积=廊道长度实际尺寸：其中单格尺寸为（2条廊道，总宽=）。得总厌氧池尺寸：（含超高0.5m）2.缺氧池缺氧池总池容为。分2格缺氧池，为单池容积。单格池有效面积为廊道数量：每座2条，单廊道面积，隔墙厚取0.2m。廊道长度实际尺寸：单格尺寸为总缺氧池尺寸：2格并联，总平面尺寸(含超高0.5m)。3.好氧池好氧池总池容为，分6格好氧池，单格容积，单格有效面积。廊道数量：每格3条，单廊道面积单廊道长度：廊道宽深比校核：，在1~2之间，符合要求。廊道长宽比校核：，在5~10之间，符合要求。安装空气管的隔墙取0.3m,其余隔墙取0.2m。实际尺寸：单格尺寸：（3条廊道，总宽为）。总好氧池尺寸：。（9）内回流理论最小回流比：（式3.47）实际设计选取r=200%（保守设计，确保脱氮稳定性）实际总氮去除率：（式3.48）脱氮效率验证：，满足。（10）曝气系统的计算1.据前文计算，总需氧量为11796kg/d，设计水温为22℃。氧转移效率（EA）：微孔曝气器取20%查设计手册可知，氧饱和度参数：2.标准氧转移量（SOR）计算本设计所在地区大气压为91.5kPa，压力修正系数为修正公式：（式3.49）式中α系数，一般取0.5~0.95，此处取0.85系数，一般取0.9~0.97，此处取0.95本例取2mg/LT设计水温，22℃3.曝气器数量计算选用微孔盘式曝气器，单盘曝气器供氧能力：①曝气器服务面积为:,即，总面积为，以单组好氧池计算，则单组的曝气器数量（式3.50），设计取值1475个（预留5%余量）②单廊道支管在纵向上的数量：个，取个若沿池长的每个支管安装10个曝气头，则支管长，其横向支管数为，则调整后的单个曝气器间距为则实际曝气器数量4.供气量计算①空气含氧量：23.2%，空气密度：1.293kg/m³。实际供氧量换算为空气量：（式3.51），设计值取15645（预留5%余量）②风机选型：3台（2用1备），单台风量风压要求：曝气器淹没水深H为5.5m,静水压扩散器出口处绝对压力Pb：（式3.52）空气离开好氧反应池时氧的百分比为：（式3.53）（式3.54）③鼓风曝气供气量（式3.55）④所需空气压力（式3.56）式中：供气管沿程与局部水头之和，取0.2m曝气管淹没水头，取5.5m曝气器阻力，取0.4m富余水头，取0.5m⑤选择曝气器性能规格如下：型号规格（mm）供气量服务面积充氧能力氧利用率（%）理论动力效率阻力损失（Pa）BZPJ215,260,3001.5~3.00.35~0.8⑥鼓风机选型选择MC350-1.5多级低速离心鼓风机，采用3用1备，每台供气量为。性能规格如下:型号流量（）压力（kPa）温度（℃）密度（）升压（kPa）转速（r/min）轴功率（kW）MC350-1.535098.07201.1649.02980353配套电机采用YKK4005-2,其功率为450Kw,电压为6000V。（11）管道计算（单池）1.放空管各池放空时间T均取5h厌氧区放空管缺氧区放空管好氧区放空管(12)二次沉淀池的计算1.本设计采用4座圆形辐流式二沉池（中心进水，周边出水），优点为水力负荷稳定、污泥浓缩效果好。①单池流量：沉淀部分水面面积：式中，q为水力表面负荷，此处取②二次沉淀池直径：③实际水面面积：实际表面负荷：，在0.6~1.8之间，符合标准。④校核：堰口负荷，符合标准。固体负荷：，小于，符合标准。⑤沉淀部分有效水深:式中T为沉淀时间，此处取3h⑥沉淀部分有效容积：⑦沉淀池池底坡度落差：式中，池底坡度，此处取0.05.⑧沉淀池周边有效水深：式中，缓冲层高度（m）,此处取0.5m刮泥板高度（m）,此处取0.5m。⑨沉淀池总高：其中超高2.放空管计算取DN=500mm,上式中，T=6h。3.进出水系统①进水管单池进水流量：管道过流面积：上式中为管内流速，取1.0m/s。管径，取②进水竖井竖井直径，取1m（按进水管径的2.5倍计算）。竖井高度：有效水深(取0.8m，含安全余量)上式中v竖井内流速，取0.3m/s，防止湍流。总高度：上式中超高，取0.3m为污泥斗高度，取1.0m,锥角为60°③稳流筒稳流筒直径（按池径的0.3倍计算）稳流筒高度：淹没深度0.5m(高于污泥层)，超高取0.3m。稳流筒环形过水断面面积：实际有效水流面积：考虑配水孔遮挡（孔）孔数计算：布置方式：在稳流筒下部均匀布置3排，交错排列（每排18~19孔）。有效面积：④出水系统计算环型集水槽：槽宽，水深槽内流速：出水堰：堰负荷堰长上式中，n二沉池分格数，n=4三角堰（）：堰口宽0.1m,单堰流量0.8堰上水头单堰流量：布置方式：采用双侧堰布置，每池203个堰口。（13）化学除磷池的计算本设计经过A2O工艺处理后，出水仍不能满足受纳水体的排放要求，故添加污水深度处理工艺。设立化学除磷池两组，单组流量1.药剂选择：聚合氯化铝（PAC）（含量）投加摩尔比：（一般1.5~2.5）2.药剂投加量的计算①需去除TP总量日去除量②PAC理论投加量PAC有效成分（）分子量：102g/molTP分子量：31mg/L日投加量：实际投加量：考虑药剂纯度及混合效率，增加10%余量所以实际投加量3.反应池容积计算①反应时间T快速混合：1min()絮凝反应：20min()总反应时间T：21min②快速混合池的计算：尺寸：一格，混合池长，宽，水深停留时间，取2min。搅拌机功率：混合室G取，搅拌机轴功率为搅拌机选型为QJB-4.0/8-320。其相关参数如下:参数功率（Kw）转速材质防护等级QJB-4.0/8-3204320rpm不锈钢304叶轮IP68③絮凝池的计算：絮凝区由三部分组成：一是导流筒内区域，流速较大；二是导流筒外，流速适中；三是出口区，流速最小。参照规范，导流筒内流速控制在0.5~0.6m/s，导流筒外流速控制在0.1~0.3m/s，出口区流速控制在0.05~01m/s。絮凝池面积：上式中为絮凝区水深，此处取6m为反应时间，此处取10min絮凝池分为2格并联工作，每格均为正方形，边长为导流筒：絮凝回流比取10，导流筒内设计流量导流筒内流速取0.55m/s，导流筒直径，取3m。导流筒下部喇叭口高度，角度。导流筒下缘直径，取3.2m导流筒上缘以上部分流速导流筒上缘距水面高度导流筒外部喇叭口以上部分面积导流筒外部喇叭口以上部分流速导流筒外部喇叭口下缘部分面积导流筒外部喇叭口下缘部分流速导流筒喇叭口以下部分流速取导流筒下缘距池底高度4.过水洞每格絮凝池的设计流量过水洞流速取，过水洞口宽度，高度过水洞水头流失：5.出口区①出口区长度为4.75m,出口区上升流速出口区宽度出口区停留时间②出水堰高度：为配水均匀，出口区到沉淀区设一个淹没堰，过堰流速堰上水深6.搅拌机搅拌机提升水量，提升扬程，效率搅拌轴功率其中为水的密度，为。搅拌机选型：选用JBZ-2600型搅拌机，其性能参数如下参数型号搅拌器外缘线速度（m/s）搅拌功率（Kw）转速（r/min）混合时间（s）适用容积（m³）JBZ-26001.0~5.07.51710~301007.絮凝区的GT值不计出口区，絮凝区停留时间，水温按10℃计，动力黏度为。,符合标准8.污泥产量计算①化学污泥量（沉淀）分子量：122g/mol污泥量日产量②总污泥量（含生物污泥）总污泥量=化学污泥+生物污泥9.水力计算出水总管长度，直径，流速出水总管沿程水头损失：出水总管局部水头损失上式中，出水总管入口系数，此处取0.5出水总管三通系数，此处取3.0混合池总水支管，直径，流速为出水支管沿程水头损失：出水支管局部水头损失出水管总水头损失10.配套系统设计①药剂投加系统：PAC溶液浓度：10%（重量比）溶解罐容积：按日投加量10%计，容积（选5m³PE罐）计量泵：，（2用1备）管径②污泥排放系统排泥浓度：1.5%（15mg/L）排泥量：取2台排泥泵：，（14）活性炭滤池1.活性炭选型：选用煤制柱状活性炭（粒径1.5~3.0mm）碘值堆积密度：滤料孔隙率：一般为0.4~0.52.滤池尺寸计算①滤速选择空床接触时间（EBCT）:15min=0.25h(规范要求10~20min)滤速v:,满足规范5~10m/h的要求。②单格面积分格数（3用1备）单格流量：单格面积：③炭层高度有效炭层：膨胀空间：0.5m总高度：3.活性炭用量计算①单格炭体积：②总炭量③炭重量4.反冲洗系统的设计①反冲洗强度水冲：（规范）气冲：（规范）②反冲洗水量③反冲洗周期按COD吸附容量炭计：实际取30天（考虑安全系数）4.配水系统计算①配水系统的设计流量进水配水流量：进水平均流量为，设计流量取平均流量的1.3倍即反冲洗配水流量：取设计流量的1.8倍即②配水系统的管道设计进水配水管道：假设进水配水管道的流速为，则进水配水管道的直径为，即DN500mm。反冲洗配水管道：假设反冲洗配水管道的流速为，则反冲洗配水管道的直径为,即DN800mm。③配水系统的布水器设计布水器类型：采用喷嘴式布水器布水器数量：假设每个布水器的布水范围为10㎡，则布水器的数量为，取61个。布水器流量：每个布水器流量为④配水系统的水头损失计算进水配水管道水头损失：假设管道长度为50m,则进水配水管道水头损失为反冲洗配水管道水头损失：假设管道长度为50m，则反冲洗配水管道水头损失为布水器水头损失：设布水器水头损失为0.5m。5.配水系统总水头损失6.配水系统的水泵设计进水配水泵：假设水泵效率为80%，则进水配水泵功率为反冲洗配水泵：假设水泵效率为80%，则反冲洗配水泵功率为(15)紫外线消毒池设计计算1.本设计设置4座紫外消毒池，其优点如下：1.高效的消毒能力；2.无化学添加；3.运行成本低；4.安装与操作简便；5.安全性与可靠性高。2.平均设计流量，最大设计流量紫外透光率（UVT）：65%3.紫外线剂量的计算①目标剂量选择粪大肠菌群灭活要求：（针对二级出水）安全系数取1.5，设计剂量②有效剂量修正UVT修正系数（K）:实际需提供剂量：4.UV灯组数量计算①单灯管输出功率选用低压高强汞灯，单灯功率紫外灯效率，有效紫外功率=②总需紫外功率③灯管数量设8组，每组为5.消毒渠尺寸设计①水流停留时间设计手册中要求，本设计取15s②渠道容积③渠道尺寸水流速度取0.3m/s过水断面面积：渠道宽度：(含灯组支架)水深：渠道长度：6.水力计算①水头损失灯组阻力系数（每组）：总水头损失（可忽略）②出水控制堰负荷堰长（16）贮泥池本设计采用4座贮泥池1.贮泥量计算①污泥来源=剩余生物污泥量+化学污泥量=13045.2kg/d②湿污泥体积：混合污泥含水率：99.2%污泥密度:2.池体容积计算①设计贮存时间：8h(规范6~12h)②有效容积：③安全容积：超高取0.5m,污泥层上方预留0.3m缓冲空间总容积：3.池体尺寸设计计算有效水深取（规范3.5~5.0m）平面面积：该池体选取正方形，所以按照，实际设计取值按长╳宽=12m╳12m布置。4.设备选型及其计算①搅拌系统搅拌功率：②排泥泵扬程：静扬程3m+管道损失2m=5m选型余量：H=10m③溢流管溢流管管径（流速0.8m/s）：（取DN200）④设备选型本设计采用2台ABS-AFP331潜水搅拌机，相关参数如下：参数功率转速推力材质ABS-AFP3312.2kW480rpm1500N叶轮SS304,壳体铸铁衬胶本设计采用螺杆泵(诺德NSP80-10)2台（1用1备），相关参数如下：参数流量压力扬程过流部件配套电机NSP80-101.5MPa15m橡胶衬套，SS316转子11kW(17)污泥脱水间1.脱水设备选型计算①进入污泥脱水机房前总干污泥量为13045.2kg/d脱水后含水率目标：80%(机械脱水)脱水设备工作时间为16h/d设计处理能力：②单机处理能力计算：过滤面积负荷：所需过滤面积：（选取60㎡机型）③设备数量：单周期时间为4h(进料1h+压榨2h+卸料1h)每日周期数：单机日处理量：结论：一台可满足需求，备用1台，共需两台。2.脱水后污泥计算①脱水后污泥量②体积：3.设备选型压滤机采用景津XAZ120/1500-UB，其相关参数如下：参数过滤面积（㎡）滤室容积（m³）滤板尺寸（mm）电机功率（kW）日运行周期（次）日处理能力（kgDS/d）XAZ120/1500-UB601.51500╳15007.5412000

4污水处理厂平面布置及高程设计4.1平面布置4.1.1平面布置原则表.1污水处理厂平面布置原则总结表设计要求设计布置原则划分功能区、配置得当区分生产区与生活区，尽量减少厂内的高压线，确保生产安全。功能明确、布置紧凑保证生产的同时减少占地、减少连接管长，还应符合相关规定。顺流排列，流程简捷据工艺流程布置厂区结构，禁止将连接管线埋在构筑物的下面。充分利用地形，适当预留余地，考虑扩建施工可能构筑物间应保持适当间距，主干管、次干管两侧应据情况而定。构筑物布置应注意风向和朝向排放异味、有害气体的构筑物应在生活办公区的下风向4.1.2厂区平面布置本方案结合工艺特征及区域气象参数进行空间配置：预处理系统（含格栅及提升泵房）布设于厂区西北象限，初沉池沿水力梯度向南延伸布置。生物处理核心单元（曝气池与二沉池）集中布置于中北部作业区，深度处理模块集约化设置于南部处理带。根据东北季风主导风玫瑰图，综合服务楼等附属设施布设于东南片区，污泥处理系统独立设置在西南处理单元区。厂内交通网络采用环形路网体系，设置7m宽双向通行主干道并配置立体绿化隔离带，配套5m宽单向辅助道路。建构筑物退界距离依据设备吊装需求及消防规范动态调整。工艺管网采用综合管廊地下敷设模式，埋深满足极端冻土线要求。管线布设实施三维空间协同设计，在保证检修通道的前提下实现土地高效利用。4.2高程布置4.2.1高程布置原则表4.2高程布置原则设计要求高程布置原则计算水头损失包括构筑物水头损失、连接管路水头损失与跌水高度计算注意事项①计算Qmax时，要考虑到回流；②在管路运输过程中，要保持管路呈满流状态；③i值的确定与选择的管材有关，谨慎选择管道材料；④计算高程时，应从受纳水体最高位开始，逆流程往前逐个管道与单元进行计算；⑤选择计算最长管路时，不同管径的不同管段分开计算；⑥格栅后、巴氏消毒池后、沉淀池跌水会发生雍水现象，应注意雍水现象发生。4.2.2厂区高程布置（1）各处理构筑物水头损失如下表所示：表4.3构筑物水头损失构筑物名称水头损失（m）构筑物名称水头损失（m）粗格栅0.16厌氧池0.35细格栅0.24二沉池0.55旋流沉砂池0.30化学除磷池0.45初沉池0.35活性炭滤池0.75好氧池0.50紫外消毒池0.30缺氧池0.35（2）管渠水头损失①沿程水头损失： （式4.1）式中，hf——沿程水头损失，m；L——管程长，m；i——管渠坡度。②局部水头损失： （式4.2）式中，——局部水头损失，m；ζ——局部阻力系数；v——过水断面平均流速，m/s。管渠水头损失计算表如下：表4.4管渠水头损失一览表管渠及构筑物名称流量(m3/S)D（mm）I（%0）V（m/s）L（m）沿程水头损失局部水头损失合计(m）化学除磷药剂投加管0.003656.00.70150.0900.0270.117混合液回流管（好氧-缺氧）1.35514001.51.25800.1200.0360.156污泥回流管（好氧-缺氧）0.45210001.81.20600.1080.0320.140紫外消毒池至出水口0.90318000.30.651200.0360.0110.047活性炭滤池至紫外消毒池0.90316000.50.75500.0250.0080.033化学除磷池至活性炭滤池0.90312001.00.92300.0300.0090.039二沉池至化学除磷池0.90312001.21.00400.0480.0140.062A²/O池至二沉池0.90314000.40.721000.0400.0120.052初沉池至改良型A²/O池0.90314000.50.78800.0400.0120.052沉砂池至初沉池0.90314000.60.85500.0300.0090.039旋流沉砂池至细格栅0.90314000.80.95300.0240.0070.031细格栅至泵房0.90314001.01.05250.0250.0080.033泵房至粗格栅0.90316000.70.82350.0250.0080.033粗格栅至进水管0.90312001.00.92600.0420.0130.055（3）厂区高程布置水处理构筑物高程布置见表4.5，污泥处理构筑物高程布置见表4.6。水力计算以受纳水体最高水位作为起点，沿工艺流程图倒退计算。1.地面标高主厂区地坪：99.05m(高于周边道路0.3m)道路坡度：0.5%坡向雨内井2.管线交叉处理污水管在最下层（埋深-3.5m）电缆沟与工艺管线交叉时，管线加套管保护。表4.5污水处理构筑物高程一览表管渠及构筑物名称进水水位标高(m)出水水位标高（m）构筑物池顶标高(m)构筑物池底标高（m）污泥脱水间-1.350-1.4500.200-3.500污泥浓缩池-1.200-1.3500.500-4.000出水口2.490紫外消毒池2.5232.4902.800-2.500活性炭滤池2.5562.5233.000-3.000化学除磷池2.6182.5563.500-4.200二沉池2.6802.6183.200-2.800改良型A²/O生化池2.7322.6804.000-3.500初沉池2.7812.7323.500-1.200旋流沉砂池2.8122.7813.200-0.500细格栅2.8452.8123.1001.600提升泵房-0.0552.8453.200-2.800粗格栅0.000-0.0550.300-1.500表4.6污泥处理构筑物高程一览表构筑物名称水面标高(m)构筑物池底标高(m)构筑物池顶标高(m)剩余污泥泵井-1.85-4.200.40污泥浓缩池0.50-3.802.30污泥均质池-0.35-4.351.65污泥脱水机房1.20-1.503.00回流泵低位池-2.10-5.100.90回流泵高位池3.801.805.80贮泥池-1.20-4.202.00污泥堆棚--0.504.50

5泵的设计计算5.1污水提升泵（粗格栅后）（1）设计参数设计流量：最大平均流量峰值流量（2）扬程计算静扬程：进水井水位为100m,出水井水位为102.5m管路损失：管径DN800,流速为1.2m/s沿程损失（100m管长）：局部损失（3个弯头+1个阀门）：总损失安全余量：0.5m设计扬程:(取5m)（3）泵的选型本设计采用4台（3用1备）蓝深WQ1200-5-22型潜水排污泵，下表为其相关参数：参数流量扬程功率效率WQ1200-5-221200（单泵）5m22kW75%5.2污泥提升泵（1）设计参数扬程计算：静扬程：贮泥池水位98m-脱水机人口100.5m管路损失：管径DN150，流速为1.0m/s沿程损失（50m管长）局部损失（2个弯头1个阀门）总损失安全余量：1.0m(污泥粘度高)设计扬程：，取6m。(2)泵的选型本设计采用2台（1用1备）耐驰NSP80-10型潜水排污泵，下表为其相关参数参数流量扬程功率效率WQ1200-5-2270（单泵）6m5.5kW65%

6工程费用及成本估算6.1土建费用表6.1构筑物土建费用汇总表构筑物名称数量（座）尺寸（m）建筑材料单价（万元/m³）投资费用（万元）粗格栅及进水泵房26.0×4.0×8.0钢筋混凝土0.0519.2细格栅25.0×3.5×1.5钢筋混凝土0.052.63旋流沉砂池4Φ8.0×6.5钢筋混凝土0.0565.42初沉池4Φ18.0×7.5钢筋混凝土0.051526.04改良A²/O生化池2100.0×50.0×7.0钢筋混凝土0.053500.00二沉池4Φ25.0×5.5钢筋混凝土0.052155.75高密度沉淀池235.0×10.0×8.0钢筋混凝土0.05280.00活性炭滤池245.0×9.0×6.0钢筋混凝土0.05243.00紫外消毒渠412.0×1.5×2.0钢筋混凝土0.057.20污泥浓缩池2Φ12.0×7.0钢筋混凝土0.05158.34污泥脱水机房130.0×15.0×6.0钢筋混凝土0.05135.00混合液回流泵房210.0×8.0×10.0钢筋混凝土0.0580.00碳源投加间115.0×8.0×6.0钢结构0.0321.60综合楼（含控制室）140.0×18.0×12.0框架结构0.04345.60鼓风机房125.0×12.0×8.0钢筋混凝土0.05120.00配电中心120.0×15.0×6.0钢筋混凝土0.0590.00污泥堆场150.0×30.0×6.0轻钢结构0.02180.00总平面工程-含道路、绿化、管网综合-850.00合计（万元）6.2设备购置费用表6.2设备费用汇总表设备名称型号数量单价（