城镇污水处理厂设计计算标准手册

城镇污水处理厂设计计算标准手册第一章总则1.1目的与适用范围本手册旨在为城镇污水处理厂的设计与计算提供系统性的技术指导，确保设计成果的科学性、先进性、经济性和安全性。其内容适用于新建、扩建和改建的城镇污水处理厂（含工业废水比例较小的综合污水处理厂）的工艺设计阶段，可供工程设计人员、科研人员及相关专业师生参考使用。对于特殊工业废水占比较大或有特殊处理要求的污水处理厂，尚应结合其特性进行专门研究和设计。1.2设计原则城镇污水处理厂设计应遵循以下基本原则：1.达标排放原则：处理后水质必须满足国家及地方现行的污水排放标准和再生水利用水质标准。2.技术可行原则：选择成熟、稳定、高效且适合当地条件的处理工艺，确保长期稳定运行。3.经济合理原则：在满足处理效果的前提下，综合考虑建设投资、运行成本、维护费用及污泥处置等因素，优化设计方案。4.节能降耗原则：优先选用低能耗、低药耗、高效率的处理工艺和设备，积极采用节能技术和可再生能源。5.环境友好原则：减少污水处理厂对周边环境的负面影响，如噪声、臭气、固废等，注重厂区绿化和景观建设。6.安全可靠原则：确保处理设施的结构安全、运行安全和操作人员的职业健康安全。7.远期发展原则：考虑城镇发展需求，设计应具备一定的前瞻性和扩建余地，便于分期实施。1.3规范性引用文件本手册的设计计算应符合国家现行有关法律法规、标准规范的要求。主要涉及但不限于以下标准：*《室外排水设计标准》（GB____）*《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB____）*《城镇污水处理厂设计规范》（GB____）*《建筑给水排水设计标准》（GB____）*《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB____）*《给水排水工程管道结构设计规范》（GB____）*国家及地方其他相关的标准、规范和技术政策。在设计过程中，若本手册内容与国家或行业最新标准规范存在不一致之处，应以最新标准规范为准。1.4术语与定义本手册中采用的主要术语与定义同《室外排水设计标准》（GB____）及《城镇污水处理厂设计规范》（GB____）。对于一些特定工艺或设计参数，将在相应章节中予以补充说明。第二章设计基础资料与参数2.1设计基础资料收集设计前应充分收集和分析以下基础资料：1.城镇总体规划资料：包括城镇性质、规模、发展规划、功能分区、土地利用规划等。2.水文气象资料：包括降雨量、蒸发量、气温、风向风速、日照时数、冻土深度等。3.地形地貌与工程地质资料：包括厂区及周边地形图、地貌特征、土壤类型、地基承载力、地下水位、地震烈度等。4.水源与排水现状及规划资料：包括现有排水系统、污水量、污水水质、工业废水污染源及治理情况、雨水排除方式、再生水利用规划等。5.接纳水体资料：包括受纳水体的名称、功能区划、水文特征、水质现状、水环境容量、排放标准及稀释扩散能力等。6.供电、供水、交通、通讯条件：包括电源情况、供水水源及水质、道路网络、通讯设施等。7.污泥处置条件：包括周边土地利用情况、填埋场、焚烧厂、农业利用可能性等。8.相关法律法规与政策：包括环保法规、产业政策、税收政策、补贴政策等。2.2污水量预测与设计规模确定2.2.1生活污水量预测：应根据城镇人口、用水定额、污水排放系数等进行计算。人口预测应结合城镇发展规划，采用合理的预测方法。综合生活用水定额应根据当地用水现状、经济发展水平和气候条件等因素确定，并考虑节水措施的影响。污水排放系数宜取0.8~0.9。2.2.2工业废水量预测：应根据工业发展规划、行业特点、产值、用水量及排水系数等进行估算，并考虑工业废水预处理程度的提高。2.2.3其他污水量：包括公共设施污水、市政清扫污水、地下水渗入量等，应根据实际情况合理估算。2.2.4设计规模确定：污水处理厂的设计规模应包括旱流污水设计流量和雨水设计流量（如设置合流污水系统）。旱流污水设计流量应为生活污水量、工业废水量及其他污水量之和，并考虑一定的地下水渗入量和未预见水量。设计规模应按远期规划人口和用地规模确定，并根据资金、分期建设等因素合理确定近期规模。2.3污水水质特征与设计水质确定2.3.1进水水质确定：应根据现状水质监测资料、排水系统服务范围内的主要污染源特性、城镇发展规划等综合分析确定。对于缺乏现状资料的地区，可参照类似城镇或《室外排水设计标准》中的相关规定，并结合当地产业结构特点进行适当调整。主要污染指标包括：BOD5、CODcr、SS、TN、NH3-N、TP、pH值、水温及特殊污染物（如重金属、有毒有机物等）。2.3.2出水水质确定：应根据受纳水体的环境功能区划、污染物排放标准（如《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB____中的一级A、一级B或其他级别）以及再生水利用要求确定。设计时应满足最严格的指标要求。2.3.3设计温差：生物处理构筑物的设计水温，宜采用多年平均水温。对于水温变化较大的地区，应考虑水温对处理效果的影响。2.4设计参数选择原则设计参数的选择应遵循以下原则：1.可靠性：优先选用有成熟运行经验、经实践检验可靠的参数。2.先进性：在保证可靠的前提下，积极采用先进、高效的设计参数。3.经济性：综合考虑投资和运行成本，选择经济合理的参数。4.适用性：结合当地原材料供应、施工条件、运行管理水平等实际情况选择适宜的参数。5.规范性：主要设计参数应符合现行国家标准和规范的规定。当采用新技术、新工艺时，其设计参数应通过试验研究或参照类似工程经验确定，并提供充分依据。第三章污水处理构筑物设计计算3.1格栅格栅是污水处理厂的第一道预处理设施，用于去除污水中较大的悬浮或漂浮物，保护后续处理构筑物、水泵及管道免受堵塞。3.1.1设计要点：*格栅的设计流量应按秒最大流量计算。*格栅栅条间隙应根据后续处理构筑物的要求、水泵型号及污水中漂浮物的大小和数量确定。一般人工清除时为20~40mm，机械清除时为10~25mm，最大不宜超过40mm。*格栅倾角宜采用45°~75°，机械清除时宜采用60°~75°。*过栅流速宜采用0.6~1.0m/s。*格栅前应设置工作台，台面应高出格栅前最高设计水位0.5m。工作台两侧过道宽度不应小于0.7m，正面过道宽度不应小于1.2~1.5m。3.1.2主要计算公式：*栅条间隙数：n=Qmax/(b*h*v)*格栅槽宽度：B=S(n-1)+b*n*栅渣量：W=Qmax*W1*____/10003.2沉砂池沉砂池的作用是去除污水中密度较大的无机颗粒，如砂、砾石等，以保护水泵和管道免受磨损，并减少污泥处理量。3.2.1设计要点：*设计流量应按旱流污水设计流量计算。*平流式沉砂池：水平流速宜为0.15~0.3m/s，停留时间宜为30~60s，有效水深宜为1.0~2.0m，每格宽度不宜小于0.6m。*旋流式沉砂池（钟式、多尔式等）：应根据设备型号和厂家提供的参数进行设计，通常水力表面负荷、水力停留时间等有特定范围。*沉砂池应设置排砂装置，并考虑洗砂设施。3.2.2主要计算公式（以平流式为例）：*池长：L=v*t*水流断面积：A=Qmax/v*池总宽度：B=A/h2*沉砂量：一般按0.03~0.08L/m³（污水）计算，或根据当地实际资料确定。3.3初次沉淀池初次沉淀池用于去除污水中可沉淀的悬浮固体，降低后续生物处理构筑物的有机负荷。3.3.1设计要点：*设计流量应按旱流污水设计流量计算。*宜采用平流式、竖流式或辐流式沉淀池。平流式沉淀池适用于大、中型污水处理厂；竖流式沉淀池适用于小型污水处理厂；辐流式沉淀池适用于大、中型污水处理厂。*表面水力负荷：平流式和辐流式宜采用1.0~3.0m³/(m²·h)，竖流式宜采用0.6~1.2m³/(m²·h)。*沉淀时间：平流式和辐流式宜采用1.0~2.0h，竖流式宜采用1.5~2.0h。*有效水深：平流式宜采用2.0~4.0m，辐流式宜采用3.0~5.0m，竖流式不宜大于4.0m。*池体超高不宜小于0.3m。缓冲层高度，平流式宜为0.3~0.5m，竖流式宜为0.3~0.5m。*污泥斗容积应根据污泥量和排泥周期计算确定。初次沉淀池污泥量可按去除的SS量计算，污泥含水率一般为95%~97%。3.3.2主要计算公式：*沉淀池总面积：A=Qmax/q*沉淀池有效水深：h2=q*t*污泥斗容积：V=(S*T)/(1000*(1-P))（简化公式，具体需按几何形状计算）3.4生物处理构筑物（活性污泥法）活性污泥法是目前应用最广泛的生物处理方法，主要通过曝气池中活性污泥的吸附、氧化分解作用去除污水中的有机物、氮和磷。3.4.1基本设计参数：*BOD5污泥负荷率（Ns）：单位质量活性污泥在单位时间内所能承受的BOD5量，kgBOD5/(kgMLSS·d)。*混合液悬浮固体浓度（MLSS）：曝气池中活性污泥的浓度，g/L或mg/L。*污泥龄（θc）：活性污泥在曝气池中的平均停留时间，d。*水力停留时间（HRT）：污水在曝气池中的平均停留时间，h。*容积负荷（Nv）：单位曝气池容积在单位时间内所能承受的BOD5量，kgBOD5/(m³·d)。3.4.2传统活性污泥法：*曝气池容积：V=(Q*(Sa-Se))/(Ns*X)*剩余污泥量：通常与污泥龄、MLSS、产率系数等相关。3.4.3缺氧/好氧（A/O）脱氮工艺：*应分别计算缺氧池和好氧池容积。好氧池容积计算方法与传统活性污泥法类似，但需考虑硝化菌的生长条件。缺氧池容积需根据反硝化速率、硝态氮去除量等计算。*关键参数：混合液回流比、污泥回流比、缺氧区溶解氧、好氧区溶解氧、污泥龄等。3.4.4厌氧/缺氧/好氧（A²/O）同步脱氮除磷工艺：*由厌氧池、缺氧池和好氧池串联组成。需分别计算各反应区容积。*厌氧池主要为聚磷菌释放磷创造条件；缺氧池进行反硝化脱氮；好氧池进行有机物降解、硝化和磷的吸收。*关键参数：各反应区水力停留时间、溶解氧浓度、污泥龄、回流比（污泥回流比、混合液回流比）、碳氮磷比例等。3.4.5序批式活性污泥法（SBR）：*集进水、反应、沉淀、排水、闲置于一体，按周期运行。*设计需确定一个周期的时间、各阶段的时间分配、反应池容积、滗水高度等。*反应池容积：V=(Q*(Sa-Se)*tR)/(1000*Lv)（其中tR为反应时间，Lv为容积负荷）3.4.6曝气系统设计：*需氧量计算：包括碳化需氧量和硝化需氧量，并扣除内源呼吸耗氧和脱氮产氧。*供气量计算：根据需氧量、氧的转移效率、空气密度等参数计算。*曝气设备选型：可选用鼓风曝气（如微孔曝气器、中气泡曝气器）或机械曝气（如表面曝气机），根据池型、氧转移效率、能耗、维护等因素综合选择。3.5二次沉淀池二次沉淀池是活性污泥法处理系统的重要组成部分，用于分离曝气池出水中的活性污泥，使出水澄清，并将分离的污泥回流至曝气池或作为剩余污泥排出。3.5.1设计要点：*设计流量应为污水设计流量与污泥回流量之和。*池型选择与初次沉淀池类似，但应特别注意活性污泥的特性（如易发生膨胀、密度较小等）。*表面水力负荷：宜采用0.6~1.5m³/(m²·h)，对于污泥浓度较高或脱氮除磷工艺，应适当降低。*固体负荷：是重要的设计参数，宜采用15~40kgMLSS/(m²·d)。*有效水深、沉淀时间、污泥斗容积等参数的确定需考虑活性污泥的沉降性能。3.5.2主要计算公式：*沉淀池总面积：A=(Q+QR)/q（按表面水力负荷）或A=(Qw*X)/Gs（按固体负荷Gs）*污泥回流比：根据曝气池设计要求确定。3.6深度处理构筑物当污水处理厂出水水质要求较高（如达到一级A标准或再生水回用标准）时，需设置深度处理单元。3.6.1混凝沉淀（澄清）：用于去除二级出水中残留的胶体物质、SS及部分磷。*设计参数：混凝剂种类与投加量（通过试验确定）、混合时间、絮凝时间、表面水力负荷、沉淀时间等。3.6.2过滤：进一步去除水中的SS、胶体物质，提高出水水质。*常用滤池类型：快滤池、V型滤池、连续流砂滤池、膜过滤等。*设计参数：滤速、过滤周期、反冲洗强度、反冲洗时间、滤料级配等。3.6.3消毒：杀灭水中的病原微生物。*常用消毒剂：液氯、二氧化氯、次氯酸钠、紫外线等。*设计应根据消毒剂种类、出水水质、接触时间、接触池容积、安全防护等要求进行。第四章污泥处理与处置构筑物设计计算4.1污泥量计算4.1.1初次沉淀池污泥量：根据去除的SS量、污泥