1、 水质工程学课程设计西安市某污水处理厂设计内容摘要 本设计为西安市某污水处理厂工程工艺设计，污水处理厂规模为81040m3/d，污水主要来源为生活污水和工业废水，主要污染物质是BOD、COD 、SS 、TN、NH3-N、TP，适宜采用生化处理方法。结合污水来源的水质特征，确定采用倒置A2/O为主体反应池的污水处理工艺流程和以重力浓缩池为主体的污泥处理工艺流程。本工艺具有良好的去除BOD、COD及脱氮除磷的功能，对BOD、COD、SS、TN、NH3-N、TP的去除率分别能达到96.23%、89.51%、96.68%、68.72%、83.33%、86.23%，污水处理厂处理后的出水达到城镇污水处理
2、厂污染物排放标准（GB18918-2008）中的一级A标准，其出水就近排入水体。关键词 倒置A2/O工艺；脱氮除磷；曝气沉砂池；辐流式沉淀池；浓缩池目录西安市某污水处理厂设计11 设计任务书41.1设计任务与内容41.2设计依据及原始资料42 设计说明书62.1设计水量计算62.2设计水质82.3计算当量人口数N113 确定工艺流程123.1工艺流程选择的原则123.2工艺流程的确定134 水处理各构筑物的选择及设计计算214.1进水闸井的设计214.2格栅234.3沉砂池304.4倒置A2/O反应池364.5二沉池464.6接触消毒池524.7 污泥浓缩池544.8 浓缩污泥贮池574.9浓
3、缩污泥提升泵房584.10 污泥脱水585构（建）筑物和设备一览表606污水处理厂概算及处理成本626.1 计算原则626.2 污水厂建设直接费626.3 污水处理成本691 设计任务书1.1设计任务与内容1.1.1设计简介本设计为环境工程专业水质工程学课程设计，本设计题目为：西安市某污水处理厂设计。设计任务是在指导教师的指导下，在规定的时间内进行城市污水处理厂的设计。1.1.2设计任务与内容（1）污水处理程度计算根据水体要求的处理水质以及当地的具体条件、气候与地形条件等来计算污水处理程度。（2）污水处理构筑物计算确定污水处理工艺流程后选择适宜的各处理单体构筑物的类型。对所有单体处理构筑物进行
4、设计计算，包括确定各有关设计参数、负荷、尺寸等。（3）污泥处理构筑物计算根据原始资料、当地具体情况以及污水性质与成分，选择合适的污泥处理工艺流程，进行各单体处理构筑物的设计计算。（4）平面布置及高程计算对污水、污泥及中水处理流程要作出较准确的平面布置，进行水力计算与高程计算。（5）污水泵站工艺计算对污水处理工程的污水泵站进行工艺设计，确定水泵的类型扬程和流量，计算水泵管道系统和集水井容积，进行泵站的平面尺寸计算和附属构筑物计算。1.2设计依据及原始资料1.2.1设计依据本设计依据环境工程专业毕业设计任务书，给水排水工程快速设计手册（2排水工程）、排水工程（第四版）下册、水污染控制工程（第三版）
5、下册、给水排水设计手册（第四版）、城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2008）等进行设计。1.2.2设计原始资料（1）排水体制排水体制采用完全分流制（2）污水量 城市设计人口 34万 人，居住建筑内设有室内给排水卫生设备和淋浴设备。 城市公共建筑污水量按城市生活污水量的30计。 工业污水量为 28000 米3平均日，其中包括工业企业内部生活淋浴污水。 城市混合污水变化系数：日变化系数K日 1.1 ，总变化系数Kz 1.3 。（3）水质： 当地环保局监测工业废水的水质为： BOD5 295 mg/L COD 584 mg/L SS 240 mg/L TN 46 mg/L NH3-N=
6、 30 mg/L TP 3.7 mg/L PH78 城市生活污水水质： COD 420 mg/L NH3-N= 30 mg/L TN 49 mg/L TP 3.6 mg/L 混合污水： 重金属及有毒物质：微量，对生化处理无不良影响；大肠杆菌数：超标；冬季污水平均温度15，夏季污水平均温度25。（4）出水水质污水处理厂出水水质参考城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的一级A标准，并尽量争取提高出水水质，因此确定本污水厂出水水质控制为：CODCr50mg/L SS10mg/L BOD510mg/LTN15 mg/L NH3-N=5(8)mg/L TP0.5mg/L城市污水经处
7、理后，就近排入水体，其出水也可作为杂用回用水。（5）气象资料 气温：年平均13.6，最高45.2，最低20.6 风向风速：常风向为东北与西南风，最大风速25m/s 降水量：年平均降雨量587.63mm，最高年817.8 mm，最低年285.2 mm。 冰冻期36d，土壤冰冻深度最大50cm，一般为10 cm。（6）水体、水文地质资料 水体资料污水厂处理出水排入水体，水体河底标高390.65 m，平均流量1.5 m3s，平均水深2.8 m，底坡8。 区域地下水为潜水，地下水位在5.010.0m，随季节变化。水质对混凝土无侵蚀性。（7）工程地质资料 地基承载力特征值 130 KPa，设计地震烈度7
8、度。 土层构成：由上至下包括黄土状亚粘土、饱和黄土状亚粘土、细粉砂与中粗砂、亚粘土等。（8）污水处理厂地形图，厂区地坪设计标高为398.88 m。（9）污水处理厂进水干管数据管内底标高392.38m，管径 1250 mm 充满度 0.85 2 设计说明书2.1设计水量计算本设计中设计水量的计算包括平均日污水量、最大日污水量、最大时污水量的计算，按照给水排水工程快速设计手册（2排水工程）第7页表2-6公式进行计算。2.1.1平均污水量Qp的计算（1）生活污水量Qp1的计算 式中：每人每日平均污水量定额L/(人d)，该市位于陕西，由给水排水工程快速设计手册（2排水工程）第6页表2-4查知，陕西属于
9、第二分区，居住建筑内设有室内给排水卫生设备和淋浴设备，所以为100140 L/(人d)，取=120 L/(人d)N设计人口数，34万人=340000 120 L/d=40800m3/d（2）公共建筑污水量Qp2的计算=30% =30%40800 m3/d=12240 m3/d（3）工业污水量的计算 由原始资料可知：=28000 m3/d（4）平均污水量的计算40800+12240+28000=81040 m3/d2.1.2设计最大日污水量的计算 =1.181040 m3/d=89144m3/d2.1.3设计最大时污水量的计算 =1.381040 m3/d=105352m3/d2.1.4设计水量
10、汇总各设计水量汇总入表1中。表1.各设计水量汇总项目水量m3/dm3/hm3/sL/s平均日污水量810403376.670.938937.96最大日污水量891443714.331.0321031.76最大时污水量1053524389.671.2191219.352.2设计水质2.2.1进水的水质计算本设计进水水质计算包括SS、BOD5、COD、TN、NH3-N、TP等的浓度的计算，其计算方法如下：（1）混合污水中SS浓度的计算： 式中： s每人每日排放的污水量，s=120L/（人d） as每人每日排放的SS的量，由给水排水设计手册（第五册）第246页查知，as =35-50g/（人d），取
11、as =40g/（人d）生活污水中SS浓度的计算mg/L=333.33 mg/L工业污水中SS浓度的计算由设计原始资料得知Cs2=240mg/L混合污水中SS浓度计算 =301.08mg/L（2）混合污水中的BOD5浓度的计算 式中： s每人每日排放的污水量，s=120L/（人d） as每人每日排放的BOD5的量，由给水排水设计手册（第五册）第246页查知，as =20-35g/（人d），取as =30g/（人d）生活污水中BOD5浓度的计算=mg/L=250mg/L工业污水中BOD5浓度的计算由设计原始资料得知=295mg/L混合污水中浓度计算 =265.55mg/L（3）混合污水中的COD
12、浓度的计算生活污水中COD浓度 COD=420mg/L工业污水的COD浓度 COD=584mg/L混合污水中COD浓度 COD=mg/L=476.66mg/L（4）混合污水中的TN浓度的计算生活污水中TN浓度 TN=49mg/L工业污水的TN浓度 TN=46mg/L混合污水中TN浓度 TN=mg/L=47.96mg/L（5）混合污水中的NH3-N浓度的计算生活污水中NH3-N浓度 NH3-N=30mg/L工业污水的NH3-N浓度 NH3-N=30mg/L混合污水中NH3-N浓度 NH3-N=mg/L=30mg/L（6）混合污水中的TP浓度的计算生活污水中TP浓度 TP=3.6mg/L工业污水的
13、TP浓度 TP=3.7mg/L混合污水中TP浓度TP=mg/L=3.63mg/L（7）混合污水其它水质指标重金属及有毒物质：微量，对升华处理无不良影响；大肠杆菌数：超标；冬季污水平均温度15，夏季污水平均温度为25。2.2.2出水水质设计（1）污水处理厂出水水质参考城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2008）中的一级A标准，并尽量争取提高出水水质，因此确定本污水厂出水水质控制为：CODCr50mg/L SS10mg/L BOD510mg/LTN15 mg/L NH3-N=8mg/L TP0.5mg/L（2）城市污水经处理后，就近排入水体，其出水也可作为杂用回用水。（3）处理厂对污水
14、各项指标的处理程度式中： 进水中某种污染物的平均浓度（mg/L） 出水中该种污染物的平均浓度（mg/L）将各项水质指标带入上式中，计算出对污水的处理程度如下：SS96.68% COD89.51% BOD596.23%TN68.72% NH3-N83.33% TP86.23%2.3计算当量人口数N 式中：城市人口数，34万人；公共建筑用水折算而得的人口数，工业废水折算而得的人口数。2.3.1公共建筑用水折算而得的人口数 2.3.2工业废水折算而得的人口数工业废水按SS、BOD浓度折合为人口数是按照给水排水设计手册（第五册）第246页公式4-1转化进行计算的，折合成人口数的计算公式为： （1）工业
15、废水按SS计算式中： 工业废水中SS的浓度，Css=240mg/L； 工业废水的平均日污水量，Qp2=28000人；as每人每日排放的SS量，由给水排水设计手册（第五册）第246页查知，as =35-50g/（人d），取as =40g/（人d）。 =168000=16.8万人（2）按BOD5计算 式中： 工业废水中BOD5的浓度，CBOD5=295mg/L 工业废水的平均日污水量，Qp2=28000人as每人每日排放的BOD5量，由给水排水设计手册（第五册）第246页查知，as =20-35g/（人d），取as =30g/（人d） =275333人=27.53万人3 确定工艺流程3.1工艺流程
16、选择的原则污水处理的目的主要有两个，其一是保护水资源不受污染，因此处理后出水要达到水质标准；其二是污水回用，处理后出水用于农田灌溉、城市中水和工业生产等，为此处理水要满足相应的用水要求，水处理工程师手册对工艺流程的选择给出了以下的原则和要求，所以污水处理工艺的选择也要按照下面的原则和要求进行。 （1）工艺流程应根据原水性质和用水要求选择，其处理程度和方法应符合现行的国家标准和地方的有关规定，处理后水质应符合有关用水和排放的标准要求；（2）应充分利用当地的地形、地址、水文、气象等自然条件及自然资源；（3）污水处理应充分考虑排放水体的稀释、自净能力，根据污水处理程度来选择流程；（4）流程选择应妥善
17、处理技术先进和合理可行的关系，并考虑远期发展对水质水量的要求，考虑分期建设的可能性；（5）流程组合的原则应当是先易后难，先粗后细，先成本低的方法，后成本高的方法。3.2工艺流程的确定(1)主要处理工艺性能比较：A-O法处理工艺A-O法生物脱氮污水处理工艺，是80年代初开创的工艺流程。其主要特点是将反硝化反应器放置在系统之首，故称为前置反硝化脱氮系统，是目前采用的较广泛的一种脱氮工艺，在反硝化缺氧池中，回流污泥中的反硝化细菌利用原污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中的大量硝态氮还原成氮气，而达到脱氮的目的，然后在后续的好氧池中进行生物氧化、有机物氨化、氨氮的硝化等生化反应。A-O工艺的主要特征
18、如下：1、主体污水处理单元由缺氧反应器、好氧反应器两部分组成。缺氧反应器的主要功能是脱氮；好氧反应器的功能是多方面的，去除BOD、硝化反应等。所以，A-O工艺可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮等功能，脱氮的前提是NH3-N应完全硝化，好氧池完成这一功能，缺氧池则完成脱氮功能。2、A-O法污水处理工艺中，缺氧、好氧不同的环境条件及不同功能的微生物群的配合协作是其主要特点。在工艺上可以称为最简单的生物脱氮工艺，总的水力停留时间少于其它的同类工艺。3、缺氧、好氧交替运行的条件下，丝状菌不能大量增殖，不会发生污泥膨胀，SVI值一般小于100。运行中A段中只需轻缓搅拌，运行费用低。4、流程简单，构筑物少
19、，只有一个污泥回流和混合液回流系统，节省基建费用。反硝化池不需外加碳源，降低了运行费用。5、A-O工艺的好氧池在缺氧池之后，可以使反硝化残留的有机物得到进一步的去除，提高出水水质。缺氧池在前，污水总的有机物被反硝化菌所利用，可以减轻其后的好氧池的有机负荷，同时缺氧池在运行过程中进行的反硝化反应中产生的碱度可以补偿好氧池中进行硝化反应中对碱度的要求。A-O法的缺点有如下两方面：1、A-O工艺的脱氮效率与硝化液回流率相关，较高的脱氮要求较大的硝化液回流，综合考虑各方面情况，脱氮效率不是太高。2、对于低浓度的城市污水，采用A-O法时，对于污水的脱氮不利，可以采用在初沉池设跨越管线，直接进入二级生物处
20、理设施，使污水保持合适的C/N比，利于氮的硝化。AB法污水处理工艺AB法污水处理工艺是吸附生物降解工艺的简称，是70年代中期开创的，由于它的独特特点，受到污水处理界的青睐，从80年代开始用于实际工程。 AB法污水处理工艺的主要特点是：(1)未设初沉池，由吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级 处理系统。B段由曝气池和二沉池组成。A段和B段各自拥有自己的独立的回流系统，这样两段完全分开，有各自独特的生物群体，处理效果稳定。A段的有机负荷高，抗冲击负荷能力强，对PH和有毒物质的影响有较大的缓冲能力，特别适用于浓度高、水质水量变化较大的污水。(2)由于A段的吸附作用，A段出水的BOD大为降低，减轻了B段
21、的污泥负荷，创造了硝化细菌在微生物群体的存活条件，A段对氮的部分去除，使B段的BOD/N有所降低，这样B段具有硝化进程的工艺条件，就很方便地形成A/O活性污泥法脱氮效果。另外，A段的较强吸附能力，也可以对磷有一定的去除。(3)节能。运行费用低，耗电量低，可回收沼气能源。经试验证明，AB法工艺较传统的一段法工艺节省运行费用20%25%.同普通的活性污泥法相比较，AB法不仅抗冲击负荷强、技术先进，除对污水中的有机物去除外，对氮磷也有一定的去除，而且基建投资和系统运行稳定。AB工艺的缺点：(1)AB法活性污泥处理工艺在运行过程中，A段产生大量的污泥，而在污水处理中，最难的就是污泥处理，污泥不能妥善处
22、理，则可能会造成二次污染。(2)AB法活性污泥处理工艺在要求对氮磷进行处理时，A段的出水保证B段的碳源，而在我国的污水中，一般BOD浓度较低， A段出水的BOD/N较低，使脱氮的效果较差。(3)总的来说，采用AB法进行污水处理，除磷效果很难保证，在进水磷酸盐浓度稍高时，处理出水较难达标排放。同时B段的脱氮效果也低于AO处理工艺。AB法工艺在我国的研究和应用大致经历了以下三个阶段：第一阶段：上世纪70年代末至80年代初期，我国许多专家学者对AB工艺的特性、运行机理及处理过程和稳定性等方面，进行了深入全面和系统的研究，对“AB法”工艺在我国的应用和推广起到了积极作用。第二阶段：上世纪70年代末至8
23、0年代，我国许多大专院校纷纷开设专题研究课程，尤其是设计研究部门也对AB法处理城市污水、工业废水进行规模化的实验研究，为AB法的工程设计和工程应用取得了大量的数据和实践经验，为其在我国的工程应用起到了十分关键的作用。第三阶段：自上世纪80年代起，国内逐步开始将“AB法”应用到城市污水处理和工业废水处理工程中，已建成相当数量的AB法工艺的城市污水处理厂，成效显著，取得了十分可观的社会效益和环境效益。总体而言，AB法工艺适合于污水浓度高、具有污泥消化等后续处理设施的大中规模的城市污水处理厂，有明显的节能效果。对于有脱氮要求的城市污水处理厂，一般不宜采用。氧化沟处理工艺氧化沟又名氧化渠（Oxidat
24、ion ditch,简写O.D），因其构筑物呈封闭的沟渠形而得名，是于50年代由荷兰的巴斯维尔所开发的一种污水生物处理技术，属活性污泥法的一种变型。因为污水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断循环流动，在有些资料上也称为“循环曝气池”，“无终端的曝气系统”。氧化沟技术处理城市污水的效果显著，这已由我国和其他国家对这项技术的实际调查、研究和应用结果所证实。将氧化沟工艺用于工业废水的更进一步推动了该工艺的发展。随着氧化沟技术的不断完善和配套设施的进步更新，这项工艺的适用范围愈来愈扩大，由过去日处理量多为3000m3以下到目前日处理量在10万m3以上的普遍应用。与传统活性污泥法曝气池相较，氧化沟
25、具有下列各项特征：(1)在构造方面的特征1)氧化沟一般呈环形沟渠状，平面多为椭圆形或圆形，总厂可达几千米，甚至百米以上。沟深取决于曝气装置，自2m至6m。2)单池的进水装置比较简单，只要伸入一根进水管即可，如双池以上平行工作时，则应设配水井，采用交替工作系统时，配水井内还要设自动控制装置，以变换水流方向。出水一般采用溢流堰式，宜于采用可升降式的，以调节池内水深。采用交替工作系统时，溢流堰应能自动启闭，并与进水装置相呼应以控制沟内水流方向。(2)在水流混合方面的特征在流态上，氧化沟介于完全混合与推流之间。污水在沟内的流速v平均为0.4m/s，氧化沟总长为L，当L为100500m时，污水完成一个循
26、环所需时间约为420min，如水力停留时间定为24h，则在整个停留时间内要作72360次循环。可以认为在氧化沟内混合液的水质是几近一致的，从这个意义来说，氧化沟内的流态是完全混合式的。但是又具有某些推流式的特征，如在曝气装置的下游，溶解氧浓度从高向低变动，甚至可能出现缺氧断。氧化沟的这种独特的水流状态，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其区分为富氧区、缺氧区，用以进行硝化和反硝化，取得脱氮的效应。(3)在工艺方面的特征1)可考虑不设初沉池，有机性悬浮物在氧化沟内能够达到好氧稳定的程度。2)可考虑不单设二次沉淀池，使氧化沟与二次沉淀池合建，可省去污泥回流装置。3)BOD负荷低，同活性污泥法
27、的延时曝气系统，对此，具有下列各项效益；A.对水温、水质、水量的变动有较强的适应性；B.污泥龄(生物固体平均停留时间)，一般可达1530d，为传统活性污泥系统的36倍。可以存活、繁殖世代时间长、增值速度慢的微生物，如硝化菌，在氧化沟内可能产生硝化反应。如运行得当，氧化沟能够具有反硝化脱氮的效应。C.污泥产率低，且多已达到稳定的程度，勿需再进行消化处理。氧化沟在实际运行中的问题：(1)污泥膨胀问题 当废水中的碳水化合物较多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化沟中污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀；非丝状菌性污泥膨胀主要发生在废水水温较低而污泥负荷较高时。微生物的负荷高
28、，细菌吸取了大量营养物质，由于温度低，代谢速度较慢，积贮起大量高粘性的多糖类物质，使活性污泥的表面附着水大大增加，SVI值很高，形成污泥膨胀。 (2)泡沫问题 由于进水中带有大量油脂，处理系统不能完全有效地将其除去，部分油脂富集于污泥中，经转刷充氧搅拌，产生大量泡沫；泥龄偏长，污泥老化，也易产生泡沫。(3)污泥上浮问题 当废水中含油量过大，整个系统泥质变轻，在操作过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间，易造成缺氧，产生腐化污泥上浮；当曝气时间过长，在池中发生高度硝化作用，使硝酸盐浓度高，在二沉池易发生反硝化作用，产生氮气，使污泥上浮；另外，废水中含油量过大，污泥可能挟油上浮。 (4) 流速不均及污泥沉积问题 在氧化沟中，为了获得其独特的混合和处理效果，混合液必须以一定的
