20000吨天城镇生活污水处理工程设计

20000吨/天城镇生活污水处理工程设计

表11表STYLEREF1\s1SEQ表\*ARABIC\s11设计进出水质（mg/L）CODBOD5TNNH3-NTPSSpH进水水质400200553535006-9出水水质5010155(8)0.510处理程度的计算CODcr的去除率：ηBOD5的去除率：η氨氮的去除率：η总磷的去除率：ηSS的去除率：η工程建设的基本条件场址地势较高，无洪水淹没危险；工程地质良好，适于工程建设；场区地形平坦，面积足够；要求本着节约用地的原则合理使用。主体工艺选择处理工艺流程选择应考虑的因素处理工艺应是在完成处理指标的前提下对工艺各部分的最优组合。在选定处理工艺的过程中，需要考虑该工艺以下特点：进水情况以及处理效果工程造价占地面积设备的先进性以及可升级性运行费用对工艺进行初步筛选：由于其是城镇污水，不适合采用土地生态处理的方法，又因为其不是工业废水，没有特定的重金属等物质，故不采用化学沉淀等方法进行处理，根据BOD5/COD的比值可以确定该进水水质为易生物降解，可初步确定主体工艺为生物处理。常用的城镇污水处理厂的除磷脱氮工艺在19世纪，法国科学家研究成功了世界上第一座生物反应器，并在1893年于英国投入使用，随后使用微生物进行污水处理的方法在全世界开始迅速发展。经过一百多年的发展，对于污水处理已经有了一套相对完善的工艺流程。不管是对生活污水还是对工业废水皆有了相对应的处理方法，其中对生活污水通常采用一级强化处理、二级处理流程，而对于对出水要求较高的污水也可以采用三级处理工艺。对于生物处理而言，现国内外成熟的工艺有氧化沟、A/O工艺、A2/O工艺、SBR、CASS、等工艺。现就这几种工艺介绍如下：氧化沟氧化沟法于上世纪50年代开发出来，是活性污泥法的另一种应用。在氧化沟处理流程中，污水经过沉砂池后进入氧化沟，进入沟内后污水与活性污泥进行混合。氧化沟通过曝气或者搅拌作用使混合污泥在反应器内循环流动，同时使污泥呈悬浮状态。氧化沟的最大特点是使反应器内水流在短时间内呈推流状态，长时间上呈完全混合状态。同时由于曝气位置的不同，反应器内部含氧量还有着明显的区别，形成厌氧部分和好氧部分。氧化沟技术在多年的发展中形成了多种类型，卡鲁塞尔氧化沟和奥贝尔氧化沟是国内采用的主要形式。卡鲁塞尔氧化沟示意图见REF_Ref35016093\h图21图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s11卡鲁塞尔氧化沟示意图氧化沟技术优点：工艺简单，运行方便，投资较小。氧化沟不需要初沉池，剩余污泥不需要硝化处理，主体处理构筑物只有一个，且不需要污泥回流系统，部分氧化沟还不需要内回流系统。抗冲击负荷能力强，对工业废水有较好的处理效果。由于氧化沟能够很大程度上稀释新排入的水，水力停留时间也较长，故对水量水质的变化有一定的适应能力。可同时脱氮除磷。通过控制曝气量等可实现氧化沟不同区域不同溶解氧含量，从而产生良好的脱氮除磷环境。产泥量少。由于氧化沟工艺污泥龄和水力停留时间长，污泥能够充分反应实现稳定，从而剩余污泥量少。氧化沟技术缺点：易出现污泥沉积问题[1][2]。氧化沟工艺中混合液流速如果低于某一阈值容易因流速过慢而造成污泥沉积，长久以来也会产生池深变浅的问题。污泥膨胀问题。由于废水中有机物较多，易造成营养的不均衡，从而引起丝状菌膨胀。A/O工艺1、AN/O工艺通常指前置缺氧-好氧生物脱氮工艺，于上世纪80年代开发出来。AN/O工艺是目前较为普遍的一种脱氮工艺，其前部为缺氧池，以反硝化为主，后部为好氧池，以硝化反应为主。其特点是反硝化可为硝化提供碱度，同时也无需添加碳源，节省了曝气量，也可以去除较难去除的有机物质，其工艺流程简单，运行管理方便，但由于好氧池会产生一定的硝酸盐，会造成沉淀池污泥上浮影响出水水质。见REF_Ref35016125\h图22图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s12AN/O工艺流程图2、AP/O工艺与AN/O工艺相似，其前部变为厌氧池以实现聚磷菌的充分释磷，同时和AN/O工艺相比由于不需要硝酸盐回流，所以减少了内回流装置。AP/O工艺由厌氧池和好氧池组成。其去除原理为在厌氧池内聚磷菌释磷，好氧池聚磷菌过量吸磷，之后通过剩余污泥的形式排除磷。见REF_Ref35016245\h图23图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s13AP/O工艺流程图不管是AN/O工艺还是AP/O工艺其主要去除的都只是氮或者磷一种元素，随着对脱氮除磷要求的不断提高，A/O工艺的局限也越来越大。A2/O工艺A2/O工艺即厌氧/缺氧/好氧生物脱氮除磷工艺，其可视为A/O工艺的升级版，可同时实现脱氮除磷。该工艺同时拥有厌氧池、缺氧池和好氧池，污水首先进入厌氧池，在厌氧池内与回流污泥混合，同时在池内聚磷菌完成释磷。随后在缺氧池内进行反硝化反应完成脱氮，反硝化反应所需要的硝酸盐来自于好氧池出水内循环，内回流水量通常为原水量2-4倍。最后混合液进入好氧池，在好氧池中完成硝化反应，将氨氮转化成硝酸盐并进一步降解有机物。同时处于好氧状态下聚磷菌过量吸收磷，将水中磷酸盐转化成胞内ATP和聚磷，之后通过剩余污泥的形式除磷。值得一提的是，回流污泥中含有一定浓度的硝酸盐以致对厌氧反应器中除磷有一定的影响，从而除磷效果难以进一步提高。见REF_Ref35016312\h图24图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s14A2/O工艺流程图A2/O工艺优点：工艺流程简洁，同时脱氮除磷。A2/O工艺能够使混合液在厌氧、缺氧和好氧三种环境中，同时实现脱氮除磷。无污泥膨胀问题，污泥沉降性能好。由于混合液在连续的厌氧、缺氧和好氧三种环境中，丝状菌无法大量繁殖，所以不受污泥膨胀问题困扰。污染物去除效率高。在设计合理状态下，该系统出水磷浓度可达1mg/L以下，总氮也可去除50%以上。A2/O工艺缺点：脱氮受回流比的影响。由于缺氧池进行反硝化脱氮的硝酸盐主要来自好氧池的回流液，所以回流比的值能够很大程度上影响工程的运行。除磷效果受到回流污泥中的硝酸盐的影响。由于好氧池在最后面，所以回流污泥中不可避免的会携带部分硝酸盐。硝酸盐存在会代替成为聚磷菌释磷的电子受体，但当硝酸盐作为电子受体时聚磷菌的释磷能力会下降，这就导致了除磷能力的下降。设备多，能耗大。A2/O工艺有三个反应池以及配套的二沉池，需要污泥回流和内回流设备。SBR工艺SBR法即序批式活性污泥法，其出现时间较早，但因受制于当时技术条件的限制而没有得到较好的发展，随着现代技术的升级、设备自动化能够更好地实现，序批式活性污泥法也逐渐得以应用。SBR法为间歇进水间歇出水，反应器共经历五个流程，即进水-反应-沉淀-出水-闲置，原水进入反应器后呈现完全混合式，整个反应均在一个反应器内完成。但由于其间歇运行的特点，一般需要设置两个以上才能满足连续处理的要求，其对于自动化的要求也较高。SBR工艺优点：流程简单，占地面积小，造价便宜。无污泥膨胀问题。研究表明，由丝状菌引起的污泥膨胀问题在间歇运行的曝气池中不易发生。抗冲击负荷能力强。其间歇进水的特征使得SBR工艺对水质水量有较强的适应能力。脱氮除磷效果好，特别适用于城市污水的处理。不需要污泥回流系统和二沉池。活性污泥一直在反应池内，不需要污泥回流，同样不需要专门的二沉池。SBR工艺缺点：对自动化要求高。SBR工艺进水、沉淀、出水等操作均需要较高的自动化水平。需要至少两个反应器。为满足连续进水的需要，SBR工艺至少需配备两个SBR反应器一同运行。CASS工艺CASS工艺全称TheCycticActivatedSludgesystem，即循环活性污泥法，是SBR工艺的一种变形。CASS的池体共分为生物选择区、兼性区、主反应区三部分，污水依次通过三个反应区。CASS克服了SBR不能连续进水的缺点，并且通过合理设置可实现脱氮除磷的目的。CASS工艺优点[3]：工艺简单。CASS不需二沉池及污泥回流设备。抗冲击负荷能力强。CASS工艺运行灵活，可适当调节运行周期，有一定能力缓解水质和水量的突变。不易发生污泥膨胀问题。CASS反应器每个阶段的溶解氧并不相同，从而使得丝状菌无法大量繁殖。处理效果好，污泥性质稳定。CASS反应器处理能力强，同时污泥龄较长，污泥稳定性好。CASS工艺缺点：脱氮除磷效果难以进一步提高。硝化细菌是自养型细菌，在硝化阶段竞争不过异养性细菌，而又由于污泥停留时间长的原因，聚磷菌容易重新释放磷，导致除磷效果也有一定削弱。见REF_Ref35016376\h图25。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s15CASS工艺流程图除了以上工艺外，可以处理城镇污水的还有南非开普敦大学设计UCT工艺、改良Bardenpho工艺等工艺，但由于其工艺设备均较多，不太适用于此设计，便不再一一介绍。工艺比较活性污泥法发展至今，已经开发出多种优良工艺，为了较选出能够满足需求又经济适用的工艺，接下来对上述介绍工艺进行比选。见REF_Ref37087729\h表21。表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s11工艺比较工艺优点缺点氧化沟工艺简单，运行方便，投资较小。抗冲击负荷能力强，对工业废水有较好的处理效果。可同时脱氮除磷。产泥量少。易出现污泥沉积问题。污泥膨胀问题。对自动化要求高。A/O工艺工艺简单，处理效果好。同时脱氮除磷效果不理想A2/O工艺工艺流程简洁，且可同时实现脱氮除磷。无污泥膨胀问题，污泥沉降性能好。污染物去除效率高，对难降解有机物也有一定的去除效果。脱氮受回流比的影响。除磷效果受到回流污泥中的硝酸盐影响。处理构筑物较多，能耗较大。SBR工艺流程简单。占地面积小，造价便宜。无污泥膨胀问题。不需要污泥回流系统和二沉池。抗冲击负荷能力强。脱氮除磷效果好对自动化要求高。需要至少两个反应器。间歇出水。CASS工艺工艺简单。抗冲击负荷能力强。不易发生污泥膨胀问题。处理效果好，污泥性质稳定。脱氮除磷效果难以进一步提高。根据马艳芳[5]的研究显示，氧化沟工艺在多方面优于CASS工艺的处理效果，运行稳定性也更为突出。而SBR工艺对自动运行要求较高，能耗较大。综上所述，适合本设计的可大致敲定为氧化沟工艺和A2/O工艺。从工程实例来看，氧化沟和A2/O工艺均在我国应用比较普遍，工程实例较多。从处理效果分析，经过查阅相关工厂的实际运行，处理本进水水质均能达到标准要求。但从占地面积和积极方面分析，氧化沟更适用本次工程设计：A2/O工艺需要厌氧池、缺氧池和好氧池，与此对比，氧化沟占地面积会更小一些；A2/O工艺需要多套回流设备，能耗更高。相对而言，A2/O工艺更适合处理设计水量偏大的污水厂。故综合而言，缺点氧化沟工艺为最终的处理工艺。但氧化沟与其他工艺又有所不同，其型号众多，有卡鲁塞尔氧化沟、奥贝尔氧化沟、一体式氧化沟和DE氧化沟等，其中卡鲁塞尔氧化沟又发展出，卡鲁塞尔2000型和卡鲁塞尔3000型氧化沟。从刘聪[6]对几种氧化沟从能耗、运行费用、总投资和占地面积等方面综合分析结果来看，奥贝尔氧化沟在能耗和运行费用方面占优，在总投资和占地面积来看也有着不俗的表现。综上所述，本设计最终确定奥贝尔氧化沟为最优的处理工艺。总体工艺流程生活污水首先经中格栅,去除水中粗大颗粒物后,再经过提升泵房和细格栅后进入平流式沉砂池，在沉砂池中去除较大的砂砾和悬浮物质后进入辐流式初沉池。污水从初沉池流入奥贝尔氧化沟，之后排水进入二沉池进行泥水分离，并于二沉池入口处投加化学除磷药剂除磷，最后污水经过消毒池达到排放标准后排放进入水体。剩余污泥经过污泥处理系统处理合格后外运进行最终处置。如REF_Ref37092639\h图26：图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s16工艺流程图工艺中其他构筑物的具体选型确定在下章介绍。其他主要构筑物的确定格栅格栅是由栅条组成的能够起到拦截污水中较大的非溶解性物质的装置，它不仅能够去除掉后续污水处理工艺无法处理的物质，还能在一定程度上起到保护后续构筑物的作用，如水泵。根据《给水排水设计手册》第05期所述，污水处理厂可设置中细两道格栅，其中水泵前格栅珊条间隙应该根据水泵来进行选择，其间隙一般以不损害后续水泵为准，而水泵后格栅一般为细格栅。格栅可分为平面格栅和曲面格栅，由于平面格栅运行稳定、安装方便等优点，本工艺选用平面格栅。污水提升泵房泵房泵房的形式的选定取决于多种因素，比如泵的种类和个数、地质状态和施工管理水平等。常用泵房可以分为合建式泵房和分建式泵房，圆形泵房和矩形、组合形泵房，自灌式泵房和非自灌式泵房，半地下式泵房和全地下式泵房。本工程选用合建、圆形、半地下、自灌式污水泵房。污水提升泵根据其用途不同，泵具有极多的种类和型号。对于污水提升而言，通常需要将水位较低的污水利用污水提升泵将污水运送至后续处理工艺之中，该类泵通常具有流量大、扬程高等特点。查阅相关资料，可选用QW潜水排污泵，WL立式排污泵、PW型卧式离心泵等。PW型卧式离心泵适用于小型污水处理厂，但其效率在50%左右；WL立式排污泵效率在75%左右，通常用作提升污水或者污泥，因此此水泵比较适合用于污水处理厂。QW系列潜水排污泵此水泵效率为最高可达85%，同样适合用于污水处理厂。另考虑到多台水泵并联会明显增大电能消耗，故本工程选用一用一备共两台同型号水泵。沉砂池污水厂中的沉砂池是为了去除污水中携带的泥沙和煤渣等大颗粒物质，以保障后续处理构筑物的正常运行。按照沉砂方式的不同通常分为平流式沉砂池、曝气沉砂池和旋流沉砂池等。各类沉砂池概括（1）平流式沉砂池平流式沉砂池是最常用的沉砂池，其主体部分是一个加宽加深的渠道，污水进入沉砂池后通过推流的方式流过，水中的颗粒因重力差而被分离出来。（2）曝气沉砂池曝气沉砂池一般为矩形，在池壁一侧距池底0.6-0.9m处设置曝气装置。通过曝气，池内污水一侧因为气流的顶托而产生上升趋势，从而在整个进水断面上形成旋流，同时，污水在池内还进行而水平运动，最终以旋流方式推进。曝气沉砂池由于曝气和水流的作用，池内颗粒相互碰撞，可以使得颗粒上的有机污染物从颗粒上剥落下来，故曝气沉砂池的沉降颗粒更纯净，同时也可以保留部分碳源。（3）旋流沉砂池旋流沉砂池通常沿圆形池壁内切方向进水，在水力或机械的作用下绕轴旋转产生离心力从而加速颗粒沉降。沉砂池对比沉砂池优缺点对比见REF_Ref37087771\h表31。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s11沉砂池对比项目优点缺点平流式沉砂池截留无机颗粒效果好构造简单沉砂中有机颗粒含量高沉砂需要洗砂对水量变化敏感曝气沉砂池沉砂有机物含量低起预曝气作用利于油脂等物质的分离沉砂效果稳定需要曝气装置曝气对后续脱氮除磷产生影响旋流沉砂池细砂粒去除效率高占地面积小能耗低配水困难纤维状物质会影响构筑物综上所示，曝气沉砂池因为其增加了溶解氧量，会对后续厌氧释磷产生影响，而旋流沉砂池对水流速度要求较高且施工难度高，故选用平流式沉砂池。沉淀池沉淀池的作用是利用密度差分离悬浮固体的构筑物，按照目的的不同常分为初沉池和二沉池。初沉池往往位于生物处理构筑物之前，其去除对象是悬浮固体，约能去除近一半的SS和四分之一的BOD5。处于生物处理构筑物后面的沉淀池叫做二沉池。二沉池的去除对象是活性污泥法的剩余污泥或者生物膜法中脱落的生物膜，同时还用于污泥回流。就像其他构筑物一样，沉淀池也可分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池等。据《HJ578-2010氧化沟活性污泥法污水处理工程技术规范》推荐，在氧化沟工艺中可不设初沉池，但若悬浮物（SS）高于BOD5设计值1.5倍时，生物反应池前宜设置初沉池。通过计算，在经过一级处理后，氧化沟进水SS/BOD5约等于1.67。故本工艺选择同时设置初沉池和二沉池。各类沉淀池概括（1）平流式沉淀池平流式沉淀池中，污水从一段进入，沿直线方向从另一侧流出，设备近入口处有贮泥斗，池中污泥由于重力作用得以分离。（2）竖流式沉淀池竖流式沉淀池多为圆形，污水从沉淀池中部进入，从上向下流入池中，在反射板的作用下向四周均匀分布。竖流式沉淀池由于其特有的构造，水流往往从下至上流出，同时部分悬浮颗粒能够互相连接，或增大其直径利于下沉，或形成絮凝污泥层起到拦截颗粒的作用。（3）辐流式沉淀池常用的辐流式沉淀池与竖流式沉淀池类似，同样为中心进水，四周出水，但不一样的是辐流式沉淀池为中心进水，从顶部均匀向四周扩散，池中水流速度随直径的扩大而不断减小。沉淀池对比二沉池优缺点对比见REF_Ref37087820\h表32表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s12二沉池优缺点项目优点缺点平流式沉淀池构造简单，施工容易，造价低耐冲击负荷占地面积小若为机械排泥，大多设备位于水下，易腐蚀若为多斗排泥，每个泥斗需要单独设排泥管竖流式沉淀池管理简单占地面积小池深较深，施工困难不耐冲击负荷造价较高辐流式沉淀池排泥设备有定型产品耐冲击负荷运行维护较为简单水力条件不好有异重流现象考虑到本处理厂处理水量不算很大，并且为达到维护简单的目的，选用辐流式沉淀池。辐流式沉淀池从进出水方式可以分为中进周出、周进中出、周进周出三种。其中中心进水式往往存在着污泥难絮凝、配水条件差、容积利用率底等缺点，故本工艺最终选用周进中出式辐流式沉淀池。化学除磷根据相关资料介绍，氧化沟工艺TP处理效果约为50%-75%，而本工程要求TP处理效果达到66.7%以上，故为了能够稳定满足除磷需求，本工程设置化学除磷步骤。化学除磷是通过向污水中投加无机金属盐，使其与水中的磷酸盐混合并生成非溶解性物质，常用的除磷药剂有铝盐、铁盐和石灰。本工程选用聚合氯化铝作为除磷药剂，简称聚氯，英文缩写PAC，于二沉池进水口处投加。消毒池在污水出厂之前，为了防止水中存在的各种细菌对排入水体产生影响，通常会对污水进行最后一步消毒处理。常用的消毒工艺有加氯法、紫外线消毒、臭氧氧化法等，下面就这几张主要工艺进行简单介绍（1）加氯法往往利用的是二氧化氯、液氯和次氯酸钠，三者均是利用强氧化性来实现对污水的消毒。其中二氧化氯极不稳定容易分解，液氯投资较高，次氯酸钠使用量大，运行费用高。（2）紫外线消毒利用的是紫外线破坏细菌遗传物质，从而杀死病原体，也广泛存在于实际应用中，其消毒速度快，效果好，但设备维护费用较高、效果易受悬浮固体的影响。（3）臭氧消毒能够消灭一些生命力较强的微生物，但臭氧不稳定无法长久保存，生产成本高。[16]本工艺选择二氧化氯消毒作为最后的消毒手段。污泥处理污泥处理是污水处理的重要一环，其投资占比和运营成本占比均超过总花费的20%。污泥处理包括浓缩、稳定、脱水、干化、最终处置等一系列步骤，其最终目的是实现污泥的稳定和减量化。目前，城镇污水中普遍存在除磷工艺，这就导致了剩余污泥中存在大量的磷，此时若存放太久，则会导致污泥产生厌氧环境从而释磷。本工程选用以下污泥处理工艺，见REF_Ref35894739\h图31。污泥在经过调理之后直接利用污泥浓缩脱水一体机进行浓缩和脱水，之后外运最终处置。图STYLEREF1\s3SEQ图\*ARABIC\s11污泥处理工艺主要构筑物计算中格栅根据《室外排水设计规范》GB50014-2006(2016年版)，中格栅拟设定并联两个。选用水泵口径为350mm（见），对应的泵前格栅的栅条间隙拟设定为40mm。设计参数设计流量：20000m3/d=0.231m3/s总变化系数KZ：1.2最大设计流量Qmax：0.231×1.2=0.278m3/s单个格栅最大设计流量Q：0.278÷2=0.139m3/s设计计算进水渠宽（B1）设栅前流速v1=0.7m/s，则B1栅前水深（h）ℎ栅条的间隙数（n）设栅条间隙宽度b=0.04m，格栅倾角α=60°,过栅流速v2=0.8m/s，则n=栅槽宽度（B)设栅条宽度S=0.01m，则B=进水渠道渐宽部分的长度(l1)设进水渠宽其渐宽部分展开角度α1=20°，则l栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度(l2)l通过格栅的水头损失(h1)设栅条断面为锐边矩形断面,形状系数β=2.42,重力加速度g=9.8m/s2，水头损失增大倍数k=3，则ℎ1栅后槽总高度(H)设栅前渠道超高h2=0.3m，则ℎ1栅槽总长度(L)L每日栅渣量（W）设单位栅渣量W1=0.02m3栅渣/103m3污水，则W=宜采用机械清渣。集水池本工程采用合建、圆形、半地下、自灌式污水泵房。其中集水间的有效容积拟采用一台泵5min的最大流量。设计参数设计流量：20000m3/d=13.89m3/min总变化系数KZ：1.2最大设计流量Qmax：13.89×1.2=16.67m3/min设计计算集水池有效容积（V）V集水池表面积（S）设集水池有效水深H=2m，则S=集水池半径（r）r=污水提升泵设计计算设计流量Q为20000m3/d=833m3/h。集水井最低水位设为标高35.80m减去有效水深2.00m和0.50m水深，即集水井最低水位33.30m。细格栅标高40.62m。设管道有0.5m的水头损失，安全水头0.5m。则扬程H=40.62-33.30+0.5+0.5=8.32m。水泵比选根据查阅相关手册，有三个泵型号适合本工程。具体参数见REF_Ref37087851\h表41表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s11水泵选型表泵型号流量Q（m3/h）扬程H（m）转速（r/min）功率（KW）出口直径（mm）重量（Kg）效率ƞ（%）300QW900-8-37900898037300115084.5350QW1100-10-5511001098055350138084.76300WL1000-8.510008.573529.5300100078选择两台300WL1000-8.5型泵（一用一备）。细格栅设计参数设计流量：20000m3/d=0.231m3/s总变化系数KZ：1.2最大设计流量Qmax：0.231×1.2=0.278m3/s单个格栅最大设计流量Q：0.278÷2=0.139m3/s设计计算进水渠宽（B1）设栅前流速v1=0.7m/s，则B1栅前水深（h）ℎ=栅条的间隙数（n）设栅条间隙宽度b=0.01m，格栅倾角α=60°,过栅流速v2=0.8m/s，则n栅槽宽度（B)设栅条宽度S=0.01m。B=进水渠道渐宽部分的长度(l1)设进水渠宽其渐宽部分展开角度α1=20°，则l1栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度(l2)l通过格栅的水头损失(h1)设栅条断面为锐边矩形断面,形状系数β=2.42,重力加速度g=9.8m/s2，水头损失增大倍数k=3，则ℎ1栅后槽总高度(H)设栅前渠道超高h2=0.3m，则ℎ1栅槽总长度(L)L每日栅渣量（W）设单位栅渣量W1=0.1m3栅渣/103m3污水，则W=宜采用机械清渣。沉砂池设计参数设计流量：20000m3/d=0.231m3/s总变化系数KZ：1.2最大设计流量Qmax：0.231×1.2=0.278m3/s设计计算长度（L）设水平流速v=0.25m/s，停留时间t=45s。L水流断面积（A）A池总宽度（B）设n=2格，每格宽b=1.1m，则B=有效水深（h2）ℎ20.25m<0.51m<1.2m,符合设计要求。单个沉砂斗所需容积（V）设每一分格有2个沉砂斗，污泥停留时间T=2d，城市污水含砂量X=30m3/106m3，则V沉砂斗斗底宽（a1）设沉砂斗上口宽a2=1.1m，斗壁与水平面的倾角为55°，斗高h3=0.5m，则a沉砂斗容积（V0）V能够满足需求。池底坡度（i）设池底坡高h4=0.07m，则i0.01<0.015<0.02,符合设计要求。池总高度（H）设超高h1=0.3m，则H=初沉池设计参数设计流量：20000m3/d=833.3m3/h总变化系数KZ：1.2设计计算沉淀部分水面面积（F）设池数n=2个，表面负荷q’=2m3/(m2·h)，F池子直径（D）D=取D=17m。沉淀部分有效水深（h2）设停留时间t=1h，则ℎ沉淀部分有效容积（V’）V污泥所需容积（V）设两次清除污泥间隔时间T=4h=0.167d,污泥含水率ρ0=95%，污泥密度γ=1（t/m3），其中进水悬浮物浓度C1=0.0005（t/m3），出水悬浮物浓度C2=0.00025（t/m3）,则V=污泥斗高度（h5）和容积（V1）设r1=2m，r2=1m，α=60°，则ℎV污泥斗上圆锥体部分污泥容积（V2）设池底径向坡度为0.05，则ℎV污泥总容积V初沉池总高度（H总）设h1=0.25m，h3=0.5m，则H污泥池池边高度（H’）H径深比D符合要求。进水配水井设计参数设计流量：20000m3/d=0.231m3/s总变化系数KZ：1.2最大设计流量Qmax：0.231×1.2=0.278m3/s设计计算配水井有效容积（V）设污水停留时间t=3min，则V配水井池面积（F）设有效水深h1=4m，则F配水井直径（D）D=配水井总高度（H）设超高h2=0.4m，则H氧化沟设计参数设计流量：20000m3/d=0.231m3/s总变化系数KZ：1.2设计进出水水质见REF_Ref37087901\h表42：表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s12设计进出水水质（mg/L）CODBOD5TNNH3-NTPSSpH进水水质400200553535006-9出水水质5010155(8)0.510奥贝尔氧化沟容积计算氧化沟进水BOD5浓度（S0）设定预处理工艺对BOD5的去除率为25%，则S氧化沟出水溶解性BOD5浓度（S）出水中BOD5包含两部分，一部分是溶解性BOD5，另一部分是随出水漂走的悬浮固体。为了保证二级出水BOD5浓度Se≤10mg/L，必须控制氧化沟出水所含溶解性BOD5浓度，设VSS/TSS=0.65，TSS=10mg/L,即S=S好氧区容积（V1）设污泥产率系数Y=0.6KgVSS/KgBOD5,污泥龄θc=16d，挥发性污泥浓度XV=2300mg/L，污泥内源呼吸系数Kd=0.06d-1,则V1=好氧区水力停留时间（t1）t挥发性剩余污泥量（∆Xv）∆进水悬浮固体情性部分X1为进水TS减去进水VSS，即XXe即出水TSS的浓度，本式中Xe=10mg/L=0.01kg/m3。∆Xv=去除每1kgBOD5产生的干污泥量∆脱氮计算用于生物合成的总氮（N0）氧化沟产生的剩余生物污泥中含氮率为12.4%,则N脱氮量（Nr）假定进水中总氮约等于总凯氏氮量，则脱氮量Nr=进水总凯氏氮量—出水氨氮量一生物合成所需氮量N0，即N计算脱氮所需池容（V2）及停留时间（t2）设反硝化速率qdn=0.035(KgNO3-—N/KgMLVSS),则14℃时qdn14脱氨所需的容积（V2）V停留时间（t2）t氧化沟总容积V总及停留时间tV校核污泥负荷：N设计规程规定氧化沟污泥负荷应为0.05～0.1KgBOD5/(KgVSS·d)，该值在范围内。需氧量计算设计需氧量AOR氧化沟设计需氧量由5部分组成，分别是D1（去除BOD5需氧量）、D2（剩余污泥中BOD5的需氧量）、D3（去除NH3-N耗氧量）、D4（剩余污泥中NH3-N的耗氧量）、D5（脱氨产氧量)。即：AOR=D1+D2-D3。去除BOD5需氧量（D1）设微生物对有机底物氧化分解的需氧量a=0.52，活性污泥微生物自身氧化的需氧率b=0.12，则D1=aQ去除氨氮的需氧量（D2）设1KgNH3-N消化需要消耗4.6KgO2,则D脱氮产氧量（D3）设每还原1kgNO3——N产生2.86KgO2,则D总需氧量为AOR=D1+D2-D3==6338+2484-1693=7129(kg/d)考虑安全系数1.1，则AOR=1.1×7129=7842(kg/d)校核去除每1KgBOD5的需氧量7842各沟需氧量计算氧化沟采用三沟通道系统，计算溶解氧浓度C按照外沟：中沟：内沟=0：1：2；充氧量分配按照外沟：中沟：内沟=65：25：10来考虑，则供氧量分别为：外沟道中沟道内沟道标准状态下需氧量SOR设20℃时氧的饱和度Cs（20）=9.17mg/L，25℃时氧的饱和度Cs（25）=8.38mg/L，清污氧传递速率修正系数α=0.85，清污氧饱和度修正系数β=0.95，设气压比ρ=1，其中C为溶解氧浓度，T为进水最高温度（℃），其标准状态下需氧量公式为：SOR=各沟道标准需氧量分别为：SSORSOR总标准需氧量：SOR=校核去除每1KgBOD5的标准需氧量为:10093氧化沟尺寸计算设置氧化沟2座。单座氧化沟容积（V）V=各沟面积根据计算分别取内沟、中沟、外沟宽度为3.0m、3.8m、7.5m，直线段长度L=45m，中心岛半径r=2m，墙厚d=0.3m，有效水深h=4m，超高0.5m，则V内V中=V外=V总=V外+V中+V内=1344+2202+5356=8902(m3)>8887(m3)V外:V中:V内=60.2:24.7:15.1,符合设计要求。进出水管及调节堰计算进出水管设污泥回流比R=100%，则单池进出水管流量Q=0.116(m3/s)；进出水管控制流速v≤1m/s。进出水管直径d校核进出水管流速v出水堰计算为了能够调节曝气转碟的淹没深度，氧化沟出水处设置出水竖井，竖井内安装电动可调节堰。初步估计为v=δ/H<0.67(m/s)，因此按照薄壁堰来计算。Q=1.86bH3/2取堰上水头高H=0.2m。则堰：b=考虑可调节堰的安装要求（每边留0.3m），则出水竖井长度L=0.3×2+b=0.3×2+0.7=1.3(m)出水竖井宽度B取1.2m（考虑安装高度)，则出水竖井平面尺寸为L×B=1.3m×1.2m。出水井出水孔尺寸为b×h=0.7m×1.3m。正常运行时，堰顶高出孔口底边0.1m，调节堰上下调节范围为0.3m。出水竖井位于中心岛，曝气转碟上游。曝气设备选择曝气设备选用转碟式氧化沟曝气机，相关技术参数见REF_Ref36668456\h图42。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s12转碟技术参数本工程选用型号为ARD41,转磷直径D=1400mm，单碟充氧能力为1.62（kgO2/h）。外沟道外沟道标准需氧量（SOR1）SOR1所需碟片数量（n）n=SOR1设轴安装数为27个，则所需要曝气转碟组数：组数=8127故外沟道共安装3组曝气转碟，每组上共有碟片27片。中沟道外沟道标准需氧量（SOR2）SOR所需碟片数量（n）n=SOR2设轴安装数为12个，则所需要曝气转碟组数：组数=3611故外沟道共安装3组曝气转碟，每组上共有碟片12片。内沟道外沟道标准需氧量（SOR3）SOR所需碟片数量（n）n=SOR3设轴安装数为9个，则所需要曝气转碟组数：组数=188故外沟道共安装2组曝气转碟，每组上共有碟片9片。导流板导流板位于转碟曝气机后3m处，其上部距水面150mm，与水平面夹角为60°，板宽900mm，长度与氧化沟宽度等同。二沉池设计参数设计流量：20000m3/d=833.3m3/h总变化系数KZ：1.2最大设计流量Qmax：833.3×1.2=1000m3/h设计计算沉淀部分水面面积（F）设池数n=2个，表面负荷q’=1m3/(m2·h)，F池子直径（D）D=实际水面面积(F)F实际表面负荷(q’)q单池设计流量（Q0）Q校核堰口负荷（q1’）q校核固体负荷(q2’）设污泥回流比R=100%，曝气池混合液悬浮浓度NW=3Kg/m3，则q2澄清区高度（h2’）设沉淀时间t=2h，则ℎ污泥区高度（h2’’）设沉淀时间t’=1h，回流污泥浓度Cu=6Kg/m3，则ℎ池边深度（h2’）ℎ取h2=3.5m。沉淀池高度（H)设池底坡度为0.06，污泥斗直径d=2m，池中心与池边落差ℎ3=0.06×D−d2=0.06H=化学除磷P负荷（q）设计水量Q=20000m3/d，二沉池进水磷含量C0=2mg/L,出水磷含量C1=1mg/L。q=Al投加量（W）设计采用投加系数β值为1.5。W=β×27AlCl3需要药剂量（G）采用沉析药剂三氯化铝AlCl3，其有效成分为60gAl/kgAlCl3，密度为1.3kg/L。G=W×取434Kg/d。折算需要体积量为：434(kg/d)/1.3(kg/L)=334(L/d)AlCl3。消毒池原料与成本设计加氯量（Q）设计水量为20000m3/d，设加氯量a=10g/m3，则Q=20000加氯设备采用两台二氧化氯发生器（一用一备），单台有效氯产量10000g/h。原料消耗计算化学法复合二氧化氯发生器工作原理：NaC1O从杀菌消毒能力上看，1gClO2=2.63gCl2，则二氧化氯产生有效氯为67.45×2.63=177.394，合计有效氯=177.394+35.45=212.844。每产生1g有效氯需要的纯氯酸钠=1/212.844×106.44g=0.50g。每产生1g有效氯需要的纯HCl=1/212.844×72.92g=0.3426g。氯酸钠的纯度为99%，HCl为31%水溶液，故每克有效氯理论上需0.505g氯酸钠和1.105g盐酸。考虑到正常运行时原料转化率≥85%，故每生成1g有效氯消耗99%氯酸钠0.60g（33%氯酸钠1.783g）和31%盐酸1.3g。故1台二氧化氯发生器24h运行时，每天消耗33%氯酸钠用量为10000×1.783×24=427920g=423Kg，每天需消耗99%氯酸钠用量为10000×0.60×24=144000g=144kg，每天需消耗31%盐酸用量为10000×1.3×24=312000g=312kg。原料成本核算99%工业级氯酸钠固体最高为6500元/吨；31%工业级盐酸液体最高为800元/吨。经济上核算为：0.505g÷106×6500元/g+1.105g÷106×800元/g=0.004160元/g有效氯。另外化学反应实际得率以85%计，即运行成本为0.004894元/g有效氯，投加二氧化氯时，假定每立方米污水消耗有效氯在10g左右，则消毒药耗成本为每立方水0.04894元。设备与消毒接触池原料设备盐酸设备：盐酸储罐容积按贮存10d的31%盐酸用量考虑，31%盐酸的密度为1.154Kg/L,则储罐所需体积=312÷1.154×10=2704L=2.7m3，氯酸钠设备：正常运行时投加的氯酸钠为33%的氯酸钠，33%氯酸钠的密度为1.26Kg/L,33%的氯酸钠储罐储量按贮存5d的33%氯酸钠用量考虑,则储罐所需体积=423÷1.26×5=1679L=1.7m3。消毒接触池消毒接触池有效容积按接触时间30min计算，则：有效容积V=20000÷24÷60×30=416.7m3。消毒接触池有效水深h=3.50m，渠道宽采用4.60m。则需接触消毒渠道长L=416.7÷3.5÷4.60=25.9m。取双沟道，每道长13m，墙宽0.3m。计量设备本设计设计流量Q＝20000m3/d＝0.23m3/s，由《给排水设计手册》第五册查得，选择剂量范围在0.170～1.300的巴氏计量槽。各部分尺寸见REF_Ref36934471\h图43。图STYLEREF1\s4SEQ图\*ARABIC\s13巴氏计量槽各部尺寸其中计量槽喉部长度W=0.75m，计量槽上游渠道长度B=1.575m，计量槽上游斜向长度A=1.606m，2/3A=1.071m，计量槽下游渠道宽度C=1.05m，计量槽上游渠道宽度D=1.38m。喉管长度固定为0.6m，计量槽下游渠道长度为0.9m。当W=0.75m时，上游水深H计算公式为H污泥处理污泥泵房污泥量为初沉池和二沉池的总污泥量，设二沉池由于化学除磷增加25%的污泥。则初沉池污泥量为100m3/d,污泥含水率95%，二沉池污泥量为2716Kg/d,污泥含水率99.2%。假设污泥密度为1t/m3，则二沉池剩余污泥体积=2.716/0.008=340m3/d=14.17m3/h。提升污泥总量=340+100=440m3/d回流污泥量=R×Q=100%×833.3=833.3m3/h。干污泥量D选择两台回流污泥泵（一用一备），两台提升污泥泵（一用一备）。回流污泥泵参数见REF_Ref37097788\h表43，提升污泥泵参数见REF_Ref37098666\h表44。表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s13QW潜水排污泵泵型号流量Q（m3/h）扬程H（m）转速（r/min）功率（KW）出口直径（mm）重量（Kg）效率ƞ（%）300QW900-8-37900898037300115084.5表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s14WQK型无堵塞污水潜水泵泵型号流量Q（m3/h）扬程H（m）转速（r/min）功率（KW）出口直径（mm）重量（Kg）效率ƞ（%）WQk25-15-3251528603506075集泥池设计计算设计流量：851.6m3/h=14.2m3/min集泥池有效容积（V）污泥停留时间t=5min，则V集泥池表面积（S）设集泥池泥深H=3m，则S=集泥池半径（r）采用和污泥泵房合建，集泥池为半圆形。r=取集泥池r=4m。匀质池匀质池表面积（A）设泥深4.5m，超高0.5m，停留时间2h。A=可设置为L×B×H=3m×3m×5m（其中超高0.5m）。浓缩脱水车间调理试剂污泥在浓缩脱水前投加聚丙酰胺（PAM）进行污泥调理，PAM投加量为3Kg/tDs。脱水后污泥含水率80%，污泥体积为38.6m3/d。污泥浓缩脱水一体机滤带宽度（B）每米带宽处理能力q=180Ds/h，每天工作时长t=20h，则B=取滤带宽度B=2.5m。脱水机实际工作时长（t’）t出泥体积（V）设固体回收率S=98%,污泥密度为1t/m3，则V=设备选型采用两台E2H型单螺杆泵（一用一备）和两台BSD2500S7AL型泥浓缩脱水一体机（一用一备）。污泥投加泵选用E2H型单螺杆泵，其性能参数见REF_Ref37095663\h表45表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s15单螺杆泵性能参数规格转速（r/min）流量（m3/h）轴功率KW电机压力（MPa）150054530.08.93YCJ100(11KW)0.6污泥浓缩脱水一体机型号见REF_Ref37087936\h表46表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s16污泥浓缩脱水一体机性能参数型号滤带宽度（mm）履带速度（m/min）电机功率（KW）重力脱水长度（mm）机器净重（Kg）BSD2500S7AL25001.1-5.52×2.229009500车间布置车间L×B=10m×20m。其他构筑物行政办公用房和化验室行政办公用房包括办公室、资料室和接待室等，化验室包括水分析室、泥分析室、仪器室、贮藏室等。面积按140m2计。维修间维修间一般包括机修间、电修间和泥木工间。面积按100m2计。车库和仓库车库面积宜按车辆配备确定，包括设备车辆和运送车辆，本工厂按150m2计。仓库采用集中布置，共占面积60m2。食堂食堂包括餐厅和厨房，面积按60m2计。传达室和其他用地传达室共一间，面积按20m2计。污水厂还应包括球类等运动场所、车棚等，面积按700m2计。平面及高程布置平面布置大门处设置传达室。大门进去左边为生活区，有食堂、停车区域和娱乐及体育设施等，该区域远离污水处理设施，卫生条件好。生活区向前为办公区域和化验室。办公区域与化验室相连。大门进去右边为预留空地，可备作厂区扩建使用。办公区域向前为污水处理区，污水处理区从左到右分别为进水区、污水预处理、生物处理、沉淀与消毒。污泥处理区位于污水处理区右边，其和污水处理区之间有一条主要道路分开。厂区后部为仓库、车库、维修间等。设有后门，生产过程中产生的棚渣、泥饼等由后门运走。主干道宽7米，普通车行道宽3.5m，人行道宽2m，绿化面积30%，不同区域均有绿化带相隔。其他具体布置详见平面布置图。水路高程布置为了降低运行费用和便于维护管理，水路按重力流考虑，同时为保证水位上升时污水厂能够正常运行，按排入水体最高水位向上倒退计算，即38m。高程计算同时考虑构筑物水头损失、沿程水头损失和局部水头损失。构筑物水头损失构筑物水头损失采用估算值（格栅前面已算出）（参考《水处理工程师手册》）。各构筑物水头损失见REF_Ref37251999\h表51。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s11构筑物水头损失估算构筑物水头损失（m）中格栅0.073集水井0.100细格栅0.205沉砂池0.200初沉池0.550配水井0.100氧化沟0.400二沉池0.550消毒池0.200计量槽0.200污水管道水头损失污水管道水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失。沿程水头损失计算公式为ℎ1=iL，i为水力坡度，L为连接管管段长度。局部水头损失h管道水头损失计算结果见REF_Ref37257341\h表52。各构筑物高程布置设进水管标高35.00m，集水池跌水0.12m。高程布置见REF_Ref37268762\h表54。污泥高程布置污泥水头损失污泥管道的水头损失不仅可以通过公式计算，还可以按清水计算，再乘以一定的比例系数。对于初沉池污泥而言，其含水率约95%，水头损失增加150%，对于二沉池的回流污泥和剩余污泥，其含水率达到了99.2%以上，水头损失可按增加100%计算。具体计算结果见REF_Ref37268791\h表53。污泥构筑物高程布置高程布置见REF_Ref37271076\h表55。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s12污水管道水头损失管道及构筑物流量（m3/h)管道设计参数管道水头损失（m）公称直径DN(mm)流速(v/s)管长L(m)坡度i(‰)hfhj共计中格栅到集水池1000.87000.728.000.9590.0080.0020.010504.05000.713.001.450.0040.0010.006集水池到细格栅1000.87000.728.000.9590.0080.0020.010504.05000.713.001.450.0040.0010.006细格栅到沉砂池504.05000.714.001.450.0060.0020.008沉砂池到初沉池504.05000.714.001.450.0060.0020.008初沉池到配水井504.05000.7120.001.450.0290.0090.0381000.87000.722.000.9590.0020.0010.002配水井到氧化沟504.04001.1120.004.430.0890.0270.115氧化沟到二沉池504.05000.715.001.450.0070.0020.009二沉池到消毒池504.05000.7125.001.450.0360.0110.0471000.87000.723.000.9590.0030.0010.004消毒池到计量槽1000.87000.723.000.9590.0030.0010.004计量槽到排入水体1000.87000.7260.000.9590.0580.0170.075表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s13污泥管道水头损失管道及构筑物流量（m3/h)管道设计参数管道水头损失（m）公称直径DN(mm)流速(v/s)管长L(m)坡度i(‰)hfhj共计乘比例后初沉池到污泥泵房50.41251.1620.0021.90.4380.1310.5691.43100.82000.9095.007.380.7010.2100.9112.28二沉池到污泥泵房432.03501.2540.006.520.2610.0780.3390.68860.45001.2210.003.910.0390.0120.0510.11污泥泵房到匀质池117.02001.044.009.740.0390.0120.0510.11匀质池到浓缩脱水车间117.02001.044.009.740.0390.0120.0510.11表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s14高程布置（m）管道及构筑物管道水头损失构筑物水头损失合计构筑物水面标高地面标高出水管0.0750.0838.0039.00计量槽0.0040.2000.2138.08消毒池0.0510.2000.2638.29二沉池0.090.5500.6438.55氧化沟0.1150.4000.5239.19配水井0.0400.1000.1439.71初沉池0.0080.5500.5639.85沉砂池0.0080.2000.2140.41细格栅0.0160.2050.2340.62集水池0.0160.1000.1235.80中格栅0.0730.0835.92进水管036.00表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s15污泥构筑物高程布置（m）管道及构筑物管道水头损失构筑物水头损失合计构筑物水面标高地面标高初沉池3.713.7139.8539.00二沉池0.790.7938.55集泥池0.110.200.3136.14匀质池0.110.400.5140.00污泥浓缩间1.501.5038.50工程概算主要构筑物概算厂内主要构筑物所需费用见REF_Ref37360582\h表61。表STYLEREF1\s6SEQ表\*ARABIC\s11主要构筑物概算序号名称规格（m）数量挖方量（m3）建材费用（万元）结构中格栅L×B=2.03×0.692座605钢筋砼进水泵房与集水池合建D=Φ5.201座42510钢筋砼细格栅L×B=2.00×0.672座605钢筋砼平流式沉砂池L×B×H=2.20×11.25×1.382座343钢筋砼辐流式初沉池D×H=Φ17.00×4.852座88001500钢筋砼氧化沟L×r×H=45.00×17.00×4.52座177734000钢筋砼辐流式二沉池D×H=Φ23.00m×5.25m2座174503500钢筋砼接触消毒池L×B×H=26×9.5×3.51座86520钢筋砼计量槽3钢筋砼污泥泵房与集泥池合建D=Φ4.001座25010钢筋砼匀质池L×B×H=3×3×51座453钢筋砼浓缩脱水车间L×B=10×20×41座10钢筋砼合计457629069依据上表，计算得总挖方量约为45762m3，每立方米挖土方费用10元人民币计算，挖填土方所需费用45.762元。建筑材料费用共计9069万元。费用总计：45.76+9069=9114.76万元。主要设备概算厂内主要设备大致所需费用见REF_Ref37360591\h表62。表STYLEREF1\s6SEQ表\*ARABIC\s12设备概算序号设备名称数量单价（万元）金额（万元）回转式格栅除污机41040转碟式氧化沟曝气机12020曝气机碟片2160.0010