污水處理課程設計.doc

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1 工程概況 1.1 設計原始資料 污水處理廠出水排入距廠150 m的某河中，某河的最高水位約為-1.60 m，最低水位約為-3.2 m，常年平均水位約為-2.00 m。污水處理廠的污水進水總管管徑為DN800，進水泵房處溝底標高為絕對標高-4.3 m，坡度1.0 ‰，充滿度h/D = 0.65。處理量為3萬噸/天。 初沉污泥和二沉池剩余污泥經濃縮脫水后外運填埋處置。 1.2 設計要求 污水處理廠污水的水質以及預期處理后達標的數據如表所示： 表1.1 污水原水和處理后的數據 污水水質A組 COD（mg/L） BOD（mg/L） SS（mg/L） PH 處理前水質 400 200 200 6~8 處理后水質 20 50 20 6~8 去除率 80% 75% 90% — 處理后的標準符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）中規(guī)定城市二級污水處理廠二級標準。 1.3 選定處理方案和確定處理工藝流程 根據《城市污水處理和污染防治技術政策》條文4.2.2中規(guī)定，日處理大于20萬立方的污水處理廠一般可以采用常規(guī)活性污泥法工藝，10~20m3/d污水處理廠可以采用傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝、SBR、AB法等工藝。 本次設計只需除去COD、BOD、SS不用考慮除氮和除磷工藝，而且BOD/COD=0.5可生化性較好，所以選擇兩種方案進行選擇。 方案一：傳統(tǒng)活性污泥法 普通活性污泥法是指系統(tǒng)中的主體構筑物曝氣生物反應池的水流流態(tài)屬推流式。工藝流程見圖1.1。 方案二：AB法污水處理工藝 AB法污水處理工藝是指吸附—生物降解工藝，該工藝將曝氣池分為高低負荷兩段，各有獨立的沉淀和污泥回流系統(tǒng)。高負荷段A段停留時間約20－40分鐘，，去除BOD達50％以上。B段與常規(guī)活性污泥相似，負荷較低，泥齡較長。工藝流程見圖1.2。 圖1.1 傳統(tǒng)活性污泥法工藝流程圖 圖1.2 AB法污水工藝流程圖 1.4 方案的優(yōu)缺點比較 傳統(tǒng)活性污泥法 AB法污水處理工藝 優(yōu)點： 處理較好，BOD去除率可達90%以上，適宜處理凈化程度和穩(wěn)定要求較高生物污水；對污水比較靈活，可以根據需要調節(jié)。 缺點： 曝氣池首端有機物負荷高，耗氧速率高。 曝氣池大，基建費用高。 供氧速率難于與其吻合，不平衡。 優(yōu)點： 對有機底物去除效率高。 系統(tǒng)運行穩(wěn)定。 有較好的脫氮除磷效果。 AB法工藝較傳統(tǒng)的一段法工藝節(jié)省運行費用20%~25%。 缺點： A段在運行中如果控制不好，很容易產生臭氣 污泥產率高，A段產生的污泥量較大，這給污泥的最終穩(wěn)定化處置帶來了較大壓力。 兩種方案都可行，按最終選擇AB法污水處理工藝。 2 污水工藝設計 2.1 設計流量計算 污水平均流量： 污水總變化系數： 污水最高日流量： 2.2 格柵 格柵是安裝在污水渠道、泵房的進口處的頂端，用于截留較大懸浮物，主要作用是將污水中的大塊污水攔截，以免后續(xù)處理單元的 水泵或構筑物造成損害。 設計參數： 1、 柵條間隙：機械清洗為16~25mm，人工清洗為25~40mm。 2、 格柵柵渣量：空隙為16~25mm時，柵渣量為0.10~0.05m3/103m3污水：空隙為25~40mm時，柵渣量為0.03~0.01m3/103m3污水。 3、 污水過柵流速0.6~10 m3/d，格柵前渠道流速0.4~0.9 m3/d。 4、 清渣方式：當柵渣量大于0.2 m3/d時，采用機械清渣格柵。機械清渣格柵傾角90~60。 5、 柵條寬度s=0.01m；柵條間隙b=50mm 6、 柵前水深h=0.8m；傾角α=60。 7、 過柵流速v=0.8m/s。 2.2.1 格柵設計計算 1、格柵間隙數 2、格柵槽寬度 3、進水漸寬部分長度 式中 α—漸寬處角度，一般取10~30； B1—進水明渠寬度，； 4、柵槽與出水渠道連接處的漸縮部分長度 5、過柵水頭損失 式中 h1——過柵水頭損失，m； h0——計算水頭損失，m； k——系數，格柵受到污染堵塞后，水頭損失增大的倍數，一般k=3； ξ——阻力系數，與柵條斷面形狀有關， 當格柵為矩形斷面時，β=2.42。 6、柵槽總高度 式中 h2—柵前渠道超高，m，一般取0.3m； 7、柵前槽高 8、柵槽總長度 9、每日柵渣量 式中 W1—每103m3污水的柵渣量，取0.1~0.01，粗格柵用小值，細格柵用大值，中格柵用中值。 格柵采用機械清渣方式。 10、格柵示意圖 圖2.1 格柵計算簡圖 2.3 提升泵站 2.3.1泵房的選擇 選擇集水池與機械間合建的半地下矩形自灌式泵房，這種泵房布置緊湊，占地少，機構省，操作方便。本設計設三臺水泵，其中兩天備用。 2.3.2設計計算 1、每臺泵的流量 2、集水池容量 按規(guī)定集水池的容量不能小于一臺泵6分鐘進水的容積W 3、集水池面積 ——有效水深，2m。 2.3.4揚程計算 式中 ——集水池最低工作水位與所需要水位的高差； ——出水管提升后的水面高程，0.182m； ——充滿度，0.65； ——經過格柵的水頭損失，0.25m。 參照設計手冊的各構造物的水頭損失，本設計污水構造物的水頭損失為4.5m。沿程損失為0.54m。 選用550TU—L型污水水泵三臺，每臺Q=1350L/s，揚程10~45m。 2.4 曝氣沉砂池 普通平流沉砂池的主要缺點是沉砂中含有15%的有機物，使后續(xù)處理難度加大。采用曝氣沉砂池可以克服這一點。 優(yōu)點：通過調節(jié)曝氣量，可以控制污水的旋流速度，使除砂效率穩(wěn)定，受流量變化的影響較??；同時對污水起到預曝氣作用。 設計參數 1、 旋流速度保持0.25~0.3m/s。 2、 水平流速v1=0.06~0.12m/s。 3、 最大流量時停留時間1~3min。 4、 有效水深h2=2~3m，寬深比一般采用1~2。 5、 1m3污水的曝氣量為0.2m3空氣。 2.4.1 設計計算 1、池子總有效容積 式中 t——停留時間，一般取1~3min。 2、水流過水斷面面積 3、沉砂池寬度 寬深比為： 4、沉砂池長度 5、每小時需空氣量 式中 d——1m3污水的曝氣量，一般采用0.1~0.2m3/m3污水。 6、沉砂室所需容積 7、沉砂斗上口寬度 式中 h’——沉砂斗高度； α——沉砂斗壁與水平的傾向，矩形沉砂池α=60； a1——沉砂斗底寬度，一般采用0.4～0.5m。 設計中取h’=1.4m，a1=0.5m。 8、沉砂斗有效容積 9、沉砂室高度 10、沉砂池總高度 式中 h1——沉砂池超高，一般采用0.3~0.5m。 10、出水和排砂裝置 出水采用沉砂池末端薄壁出水堰跌落出水，出水堰可保證沉砂池內水位標高恒定。出水管采用DN800的鋼管。 采用沉砂池底部管道排砂，排砂管DN200mm。 2.5 AB法 1、全系統(tǒng)分為預處理段、A段、B段等三段、預處理段只設格柵、沉砂池等簡單設備，不設初次沉淀池。 2、A段有曝氣吸附池和中間沉淀池組成，B段由曝氣池和最終沉淀池組成。 3、A段和B段各自擁有獨立的污泥回流系統(tǒng)，兩段完全分開。 2.5.1 A段設計參數 對處理城市污水，A段的主要設計與運行參數建議值為： 1、BOD—污泥負荷（LS）2 ~6kgBOD/（kgMLSSd），為普通活性污泥法的10~20倍； 2、污泥齡（θc）0.3~0.5d； 3、水力停留時間（t）30min； 4、吸附池內溶解氧（DO）濃度0.2~0.7mg/L。 5、A段曝氣池內的混合液污泥濃度MLVSS一般采用2000~3000mg/L。。 6、A段曝氣池內的污泥回流比RA一般采用40%~70% 2.5.2 B段設計參數 去除有機物是B段的主要凈化功能。B段承受負荷為總負荷的30%~60%，與普通活性污泥法比，曝氣池的容積可減少40%左右。 1、BOD—污泥負荷（LS）0.15 ~0.3kgBOD/（kgMLSSd）； 2、污泥齡（θc）15~20d； 3、水力停留時間（t）2~3h； 4、吸附池內溶解氧（DO）濃度1~2mg/L。 5、A段曝氣池內的混合液污泥濃度MLVSS一般采用2000~4000mg/L。 6、A段曝氣池內的污泥回流比RB一般采用50%~100%。 2.5.3 A、B段去除率 A段的BOD去除率一般為50%~60%，本設計取60%，則A段出水BOD濃度 雖然本設計最終要求BOD=50mg/L,但根據一級標準排放要求，經過B段處理后出水BOD濃度應小于20mg/L 2.5.4 平面尺寸計算 1、A段曝氣池容積 式中 SrA——A段去除的BOD濃度； NSA——A段BOD污泥負荷率[kgBOD/（kgMLSSd）]； XVA——MLSS濃度（mg/L）。 2、 B段曝氣池容積 式中 SrB——B段去除的BOD濃度； Q——最大流量（m3/h）； NSB——B段BOD污泥負荷率[kgBOD/（kgMLSSd）]； XVB——MLSS濃度（mg/L）。 3、 A段水力停留時間 介于0.5~0.75之間，符合要求。 4、 B段水力停留時間 介于2.0~6.0之間，符合要求。 5、 A段曝氣池平面尺寸 式中 FA——A段曝氣池的總面積（m2）； HA——A段曝氣池的有效水深（m）。 A段曝氣池采用推流式，共兩組，每組2廊道，廊道寬為5米 6、 B段曝氣池平面尺寸 式中 FB——B段曝氣池的總面積（m2）； HB——B段曝氣池的有效水深（m）。 B段曝氣池采用推流式，共兩組，每組4廊道，廊道寬為5米 設計取24m。 2.5.5 曝氣池的進出水系統(tǒng) 1、A段曝氣池的進水系統(tǒng) 沉砂池的出水通過DN800的管道進入A段曝氣池進水渠道，渠道內的水流速度為0.96m/s。進水渠道內，水分成兩段，流向兩側的進水廊道渠道的寬度為1.0m，渠道內有效水深1.0m，則渠道內的最大水速 式中 bA——進水渠道寬度； hA——進水渠道有效水深。 曝氣池采用潛孔進水，孔口面積 設每個孔為0.4X0.4m，則孔口數個。 2、A段曝氣池的出水設計 A段曝氣池的出水采用矩形薄壁堰，跌落出水，堰上水頭 式中 H——堰上水頭； Q——A段每組反應池出水量（m3/s），指污水最大流量0.483m3/s與回流污泥量0.347X50% m3/s； m——流量系數，0.4~0.5； b——堰寬,一般等于池寬 設計中取0.2m。 兩組A段曝氣池出水，通過DN1000的出水管，送到A段沉淀池，出水管內的流速0.62 m/s。 3、B段曝氣池的進水系統(tǒng) 沉砂池的出水通過DN800的管道進入B段曝氣池進水渠道，渠道內的水流速度為0.96m/s。進水渠道內，水分成兩段，流向兩側的進水廊道渠道的寬度為1.0m，渠道內有效水深1.0m，則渠道內的最大水速 式中 bA——進水渠道寬度； hA——進水渠道有效水深。 曝氣池采用潛孔進水，孔口面積 設每個孔為0.4X0.4m，則孔口數個。 4、B段曝氣池的出水設計 B段曝氣池的出水采用矩形薄壁堰，跌落出水，堰上水頭 式中 H——堰上水頭； Q——B段每組反應池出水量（m3/s），指污水最大流量0.483m3/s與回流污泥量0.347X100% m3/s； m——流量系數，0.4~0.5； b——堰寬,一般等于池寬 兩組B段曝氣池出水，通過DN1000的出水管，送到A段沉淀池，出水管內的流速0.62 m/s。 2.5.6 剩余污泥量 1、A段剩余污泥量 式中 LrA——A段SS的去除濃度（kg/m3）； SrA——A段BOD的去除濃度（kg/m3）； a——A段污泥增長系數，一般用0.4~0.6。 A段曝氣池對SS的去除率一般70% ~80%，設計中采用75%。設沉砂池對SS的去除率為20%，則A段去除SS濃度為： 設計中取污泥增長系數a=0.4 A段產生的濕泥量 式中 QA——濕泥產量（m3/h）； PA——污泥含水率。設計中A段污泥的含水率為99%。 2、B段剩余污泥量 式中 LrB——B段SS的去除濃度（kg/m3）； SrB——B段BOD的去除濃度（kg/m3）； a1——B段污泥增長系數，一般用0.4~0.6。設計取0.5。 B段產生的濕泥量 式中 QB——濕泥產量（m3/h）； PB——污泥含水率。設計中B段污泥的含水率為99.5%。 3、總剩余污泥量 每天產生的濕泥量Q為； A段和B段曝氣池產生的剩余量污泥通過排泥管送至污泥處理構筑物，剩余污泥通過匯總成DN200的總管排出，管內污泥平均流速為0.32m/s。 4、A段污泥齡 式中 θCA——A段污泥齡； αA——A段污泥增長系數。取0.6 在0.4~0.7之間，滿足要求。 5、B段污泥齡 式中 θCB——B段污泥齡； αB——B段污泥增長系數。取0.5 在10~25之間，滿足要求。 2.5.7 需氧量 1、A段最大需氧量 式中 QA——A段最大需氧量（kg/h）； a——需氧量系數，一般0.4~0.6； Q——最大流量（m3/h）； SrA——A段去除BOD濃度（kgBOD/m3）。 2、B段最大需氧量 式中 QB——B段最大需氧量（kg/h）； a——需氧量系數，B段一般1.23； Q——最大流量（m3/h）； SrB——B段去除BOD濃度（kgBOD/m3）。 B——硝化需氧量系數，取4.57； Nr——B段去除NH3—N濃度，取0。 A、B段總需氧量O為： 2.6 中間沉淀池 本次設計采用圓形輻射式沉淀池，設兩座。泥斗設在池中，池底向中新社傾斜，污泥通常用刮泥機或吸泥機排除。 設計參數 1、沉淀時間：1.0~2.0h； 2、表面水力負荷：1.5~4.5m3/m2*h； 3、每人每日污泥量：0.35~0.83L/（人*d）； 4、污泥含水率：95~97%。 5、池子直徑與有效深度的比值6~12m，池徑不宜大于50m。 6、緩沖高度，非機械排泥時為0.5m；機械排泥時，緩沖層上緣宜高于刮泥板0.3m。 7、坡向泥斗高度不小于0.05。 2.6.1 設計計算 1、每座沉淀池表面積和池徑 式中 A1——沉淀池的表面積，m2； D1——沉淀池的直徑，m； N——池數； Q1——表面水力負荷，m3/m2*h。 2、沉淀池有效水深 3、沉淀池污泥區(qū)容積 式中 C0，C1——分別為進水沉淀池和最終出水的SS濃度kg/m3； P0——污泥含水率，95~97%； P——污泥密度，kg/m3,含水率95%以上時，取1000kg/m3； 4、污泥斗的容積 污泥斗高度： 坡底落差： 5、池底的容積 所以，總儲存污泥體積： 6、沉淀池總高度 式中 h1——超高，0.3m； h2——有效水深，3.0m； h3——緩沖高度，取0.5m； h4——坡底落差，0.5m； h5——污泥斗高度，1.73m。 圖2.2 中間沉淀池計算簡圖 2.7最終沉淀池 二次沉淀池的主要作用是泥水分離，使混合液澄清、污泥濃縮和回流活性污泥。因為最終沉淀池是在活性污泥法之后，所以設計參數跟初次沉淀池不同。 設計參數 1、沉淀時間：1.5~4.0h； 2、表面水力負荷：0.5~1.5m3/m2*h； 3、每人每日污泥量：0.35~0.83L/（人*d）； 4、污泥含水率：99.2~99.6%。 5、池子直徑與有效深度的比值6~12m，池徑不宜大于50m。 6、緩沖高度，非機械排泥時為0.5m；機械排泥時，緩沖層上緣宜高于刮泥板0.3m。 7、坡向泥斗高度不小于0.05。 2.7.1 設計計算 1、每座沉淀池表面積和池徑 式中 A2——沉淀池的表面積，m2； D2——沉淀池的直徑，m； q——池數； q2——表面水力負荷，m3/m2*h。 2、沉淀池有效水深 3、沉淀池污泥區(qū)容積 式中 R——污泥回流比50~100%； Xr——污泥回流濃度mg/L； X——混合液污泥濃度mg/L； 其中 ； 式中 SVI——污泥體積指數，70~150，本設計取120； r——修正系數，取1.2。 4、污泥斗的容積 坡底落差： 污泥斗高度： 所以，總儲存污泥體積： 6、沉淀池總高度 式中 h1——超高，0.3m； h2——有效水深，4.5m； h3——緩沖高度，取0.6m； h4——坡底落差，0.5m； h5——污泥斗高度，1.37m。 圖2.3 最終沉淀池計算簡圖 2.7消毒設備 城市污水經過二級處理后，水質已經改善，但細菌值會超標。根據《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB18918—2002規(guī)定，深度處理的再生水必須進行消毒。 污水消毒的主要方法是向污水中投入消毒劑。目前污水消毒劑有液氯、臭氧、次氯酸鈉、紫外線等。本設計采用次氯酸鈉消毒。 設計參數 接觸池的接觸時間T不應該小于30min，沉降速度采用1~1.3mm/s。保證余氯不小于0.5mg/L。 1、加氯量 式中 a——加氯量 2、接觸池時間要求計算消毒池有效容積V 3、消毒池的平面布置 消毒池分為3格； 有效水深為H=3米； 消毒池池長L=25m，每格寬為6m。 4、校核消毒池實際有效容積 3 污泥處理計算 3.1濃縮池 污泥中含有大量的水分。初次沉淀污泥含水率95%~97%，剩余活性污泥高達99%以上。因此污泥的體積大，對后續(xù)的處理造成困難。通過濃縮池減少污泥的體積，污泥濃縮池目的在于減容。本次設計采用重力濃縮。 重力濃縮是利用污泥中固體顆粒與水之間的相對密度差來實現污泥濃縮，一般含水率可由96%~98.5%降至93%~96%。。對于沒有除磷要求的污水廠比較合適。 設計參數： 1、污泥固體負荷采用30kg/(m2d)~60kg/(m2d)； 2、濃縮時間不小于12h； 3、濃縮池的有效水深宜為4米。 4、污泥室容積和排泥時間，兩次排泥的時間一般為8h。 5、采用柵條濃縮機是，其外緣線速度一般為1~2m/min，池底向泥斗的坡度不宜小于0.05。 3.1.1濃縮池計算 1、重力濃縮池面積計算 式中 A——濃縮池總面積，m2； W——濕泥污泥量（m3/d）； C——污泥固體濃度，g/L； M——濃縮池污泥固體負荷，kg/(m2d)。 設計兩組濃縮池，。 2、濃縮池直徑 3、濃縮池工作高度 式中 ——濃縮池工作部分高度，m； T——設計濃縮時間，h。 4、濃縮池總高度 式中 h1——濃縮池工作部分高度，0.3m； h2——有效水深，4 m； h3——緩沖高度，取0.6m； h4——超高，0.3m； 5、濃縮后污泥量 式中 ——進泥含水率，%； ——進泥含水率，%。 3.2污泥消化池 從污水處理廠排出的污泥，含有大量的有機物，細菌，病原體等有機污染物，易污染，不利于運輸和處置，而濃縮、脫水不能去除的污染物，所以在污泥處置前要進行穩(wěn)定化處理。污泥的消化就是進一步的減少污泥中的污染物。 本次設計采用厭氧消化，厭氧消化食利用兼性菌和厭氧菌進行厭氧生化處理的工藝。污泥經過處理，可以降解當中的有機物。進一步減少水和固體，經過處理更容易脫水。 單級厭氧消化池污泥溫度應保持33~35℃，為中溫消化。 設計參數 1、設計溫度：中溫消化溫度33~35℃， 2、消化時間：中溫消化20~30d（投配率3.3%~5%）， 3、有機負荷：對于重力濃縮后的污泥，相對應的厭氧消化池揮發(fā)性固體容積宜采用0.6~1.5kgVSS/(m3d)。 3.2.1消化池設計計算 1、消化池的容積 式中 W——濕泥污泥量（m3/d）； ——消化池座數； ——投配率，3.3%~5%。 設計中，投配率采用5%，設計4座消化池，污泥量由前面可知684 m3/d。 2、各部分尺寸 （1）消化池直徑D采用20m。 （2）集氣罩直徑d1一般采用1~2m，設計用2m。 （3）池底圓錐直徑d2一般采用0.5~5m，設計用2m。 （4）集氣罩高度h1一般采用1~2m，設計用2m。 （5）消化池柱體高度h3應大于D/2=10m，用11m。 3、上椎體高度 式中 ——消化池直徑（m）； ——集氣罩直徑（m）； ——消化池斜頂與水平的傾角，15~30 4、下椎體高度 式中 ——消化池直徑（m）； ——池底直徑（m）； ——消化池斜頂與水平的傾角，5~15 5、總高度 3.2.2消化池的有效容積 1、集氣罩容積 2、弓形部分容積 3、圓柱體部分容積 4、下椎體的容積 5、消化池的實際有效容積 有效容積3640m3>3420m3，符合設計要求。 圖2.4 消化池計算簡圖 3.3污泥脫水裝置 污泥經過脫水處理可進一步減少體積，含水率能降到70%~80%，其體積為原來的1/10~1/5，有利于后期運輸和處理。 本設計才有離心機脫水，運行成本比較低，投資成本也比較低，適合用在大、中型污水處理廠。 進泥量： 選三臺離心脫水機進行工作，其中有一臺是備用。脫水后的污泥，進行自然干化，之后運走處理。  4 高程布置計算 4.1高程布置原則 1、保證處理水在常年絕大多數時間里能自流排放水體，同時考慮污水廠擴建時的預留儲備水頭。 2、應考慮某一構筑物發(fā)生故障，其余構筑物須擔負全部流量的情況，還應考慮管路的迂回，阻力增大的可能。因此，必須留有充分的余地。 3、處理構筑物避免跌水等浪費水頭的現象，充分利用地形高差，實現自流。 4、在仔細計算預留余量的前提下，全部水頭損失及原污水提升泵站的全揚程都應力求縮小。 5、應考慮土方平衡，并考慮有利排水。 4.2污水污泥處理系統(tǒng)高程布置 污水污泥處理系統(tǒng)高程布置見附錄圖1。 4.3每個污水構筑物的高程和水頭損失 表4.1 構筑物高程和水頭損失 構筑物 構筑物底部高程（m） 水頭損失（m） 格柵 -1.185 0.25 提升泵站 -4.5 4.5 曝氣沉砂池 -1.82 0.25 A段曝氣池 -2.5 0.5 中間沉淀池 -4.03 0.6 B段曝氣池 -2.5 0.5 最終沉淀池 -5.1 0.6 消化池 -3.6 0.3 附 錄 圖1 污水處理廠平面圖 圖2 污水處理廠高程圖  參 考 文 獻 [1] 龍騰銳 何強 排水工程[M] ．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015． [2] 李圭白 張杰 水質工程學（下冊）[M] ．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015． [3] 給水排水設計手冊（5.城鎮(zhèn)排水）[M] ．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004． [4] 王社平 高俊發(fā) 污水處理廠工業(yè)設計手冊 [M] ．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004．