某城市污水处理厂项目工程设计.doc

-! 目录 第二章 任务设计书 2 第三章 工艺流程的选择 3 一、工艺流程的对比和选择 3 二、工艺流程 7 三、主要构筑物的选择 8 (一)格栅 8 (二)曝气沉沙池的设计计算 11 (三)斜板式沉淀池(初沉池) 13 (四)辅流式沉淀池(二沉池) 15 第四章 生物接触氧化池的设计及计算 18 一、确定设计参数 18 二、生物接触氧化池设计计算 18 参考书目： 20 第二章 任务设计书 某城市污水处理厂工程设计 1. 设计水量： 某城镇设计人口30万人，人均排污水量150。 2. 原水水质 CODCr≤400mg/L BOD5≤200mg/L SS≤250mg/L pH=6～9 3. 排放标准执行 中华人民共和国国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918－2002)》中一级B标准。 CODCr≤60mg/L BOD5≤20mg/L SS≤20mg/L pH=6～9 4.污水厂污水进水总管管底标高(进水泵房处)为-3.41米，相对地面标高0.00米。 5. 设计任务： 污水处理工艺流程、生物处理构筑物的设计计算、绘图2张 6. 自然资料 5.1 气象资料 年平均气温：17.9℃； 年最高气温：32.9℃； 年最低气温：-10.0℃； 年平均降水量：1034.5mm； 年平均蒸发量：1600 mm； 年主导风向：北北东风。 5.2 工程地质资料 1)地质构造：厂区地质良好，为亚砂土、亚粘土、砂卵石组成，厚度4.5~11m，地基承载能力在1kg/cm2； 2)地震：没有相关的地震资料，设计地震烈度按8度计算。 3)地下水位：3.5m 4)最大冻土深度：0.7m 7. 设计依据： 1．《室外排水设计规范(GBJ14－87)》，1997年版 2．《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918－2002)》 3.《水污染控制工程》，高廷耀，顾国维编，高等教育出版社 第三章 工艺流程的选择 一、工艺流程的对比和选择 1、A/O工艺特点： (1)传统A/O工艺，具有较好的硝化和反硝化效果，总氮的去除率在60%～70%之间。 2)由于该工艺缺少厌氧条件，工艺中磷的去除效果较差，为了达到有效去除磷的效果，必须工艺中添加化学除磷。 2、传统及其改良工艺 传统A2/O法即厌氧/缺氧/好氧活性污泥法。污水流经三个不同的功能分区，在不同微生物菌群的作用下，去除污水中的有机物、氮和磷。其流程简图见图1-1。 二沉池 厌氧池(A) 缺氧池(A) 好氧(O) 进水 出水 混合液回流 活性污泥回流 剩余污泥 图1-1A2/O法流程简图 该工艺在系统上是最简单的同步除磷脱氮工艺，总水力停留时间小于其它同类工艺，在厌氧(缺氧)、好氧交替运行的条件下可抑制丝状菌繁殖，克服污泥膨胀，SVI值一般小于100，有利于处理后污水与污泥的分离，运行中在厌氧和缺氧段内只需轻缓搅拌，运行费用低。由于厌氧、缺氧和好氧三个区严格分开，有利于不同微生物菌群的繁殖生长，因此除磷脱氮效果非常好。目前，该法在国内外使用较为广泛。 但传统工艺也存在本身固有的缺点。脱氮和除磷外部环境条件的要求是相互矛盾的，脱氮要求有机负荷较低，污泥龄较长，而除磷要求有机负荷较高，污泥龄较短，往往很难权衡。 为了克服传统工艺的缺点，出现了多种改良型工艺，其中一种就是UCT工艺。UCT工艺的流程简图见图1-2。 混合液回流 混合液回流 二沉池 厌氧池(A) 缺氧池(A) 好氧池(O) 进水 出水 活性污泥回流 剩余污泥 图1-2 UCT工艺流程简图 与传统A2/O法相比，UCT工艺不同之处在于污泥先回流至缺氧池，而不是厌氧池，再将缺氧池部分混合液回流至厌氧池，从而减少了回流污泥中过多的硝酸盐对厌氧放磷的影响。但是UCT工艺增加了一次回流，多一次提升，运行费用将增加。 此工艺流程较长，构筑物较多，设备维修不便，操作管理较复杂，投资略高，相对成熟可靠，处理效果稳定，一般运用于较大规模且具有较高运行管理水平的城市污水厂。 3、 SBR法及其变型工艺 序批式活性污泥法(SBR)又称间歇式活性污泥法，早在1914年就由英国学者Ardern和Locket发明的水处理工艺。80年代前后，由于自动化、计算机等高新技术的迅速发展以及在污水处理领域的普及与应用，此项技术获得重大进展。使得间歇活性污泥的运行管理也逐渐实现了自动化。由于SBR在运行过程中，各阶段的运行时间、反应器内混合液体积的变化以及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质、出水质量与运行功能要求等灵活变化。对于SBR的反应来说，只是时序控制，无空间控制障碍，所以可以灵活控制。因此，SBR工艺发展速度极快，近几年来，已发展成多种改良型，主要有：ICEAS法、CAST法、Unitank法和DAT-IAT法。 CAST工艺和SBR不同，在循环式活性污泥法中结合有生物选择器、生物反应池二个区域，容积较小的第一区作为生物选择器，第二区为主反应区。第一区和第二区在水力上是相通的。用泵将主反应区的活性污泥回流到选择器中。 UNITANK的工艺思想、池子布置和运行方式与三沟式氧化沟相类似，但在池体构型、曝气方法、出水方式等方面有所不同，一般由一矩形池子组成，内分三格，三格在水力上是相通的。池子外侧二格交替作为曝气池和沉淀池，中间池始终作为曝气池，在每一格池子中设置曝气装置，可以为表面曝气设备，也可以是鼓风曝气系统。 SBR类活性污泥法工艺操作灵活，可采用多种运行方式，但是单池处理能力较小，在较大规模的城市污水厂中采用，分组数多，控制点多，给操作管理带来了不便。为减少平面占地，该工艺也可在较大水深下运行(取决于撇水设备的能力)，但水深加大，浪费的水头较大，运行能耗较高，同时对运行过程的自控技术要求较高。 故国内仅有十余座城市污水厂采用该工艺。 4、各种氧化沟工艺 氧化沟是上世纪中期发展起来的一种污水处理技术，因其构筑物呈封闭沟渠而得名，属于活性污泥法的一种，在实际运用中发展成多种型式，能够同时实现碳有机物氧化、氮硝化以及生物脱氮是氧化沟的基本特征。 常规氧化沟相当于普通活性污泥法中的曝气池，氧化沟可以在高、中、低不同负荷条件下运行。一般氧化沟都在低负荷条件下运行，属于延时曝气范畴，氧化沟一般具有以下特点： ①处理流程简捷，构筑物少，一般不设初沉池、污泥消化系统。 ②采用的机械设备种类少，运行管理较方便。 ③耐冲击负荷，出水水质稳定，一般不发生污泥膨胀现象。 ④产生的污泥量少，并且污泥得到一定程度的稳定，简化了污泥处理流程。 ⑤采用氧化沟工艺的污水处理厂总占地和其它工艺的二级处理厂相比，氧化沟单体体量较大。 氧化沟工艺形式较多，主要有Orbal氧化沟、T型三沟式氧化沟、DE型氧化沟、Carrousel氧化沟等。近年来以Orbal、DE氧化沟和三沟式为主导的氧化沟工艺在污水处理工程中得到广泛的应用。 5 、生物膜 (1)生物转盘 生物转盘处理是一种利用微生物来处理有机污水的设备。它集中了接触氧化法、生物滤池法和活性污泥法。转盘安装在氧化槽上，其45%的面积浸没在污水中，在动力驱动下，转盘慢速旋转，盘片上生长的生物膜吸附污水中的有机物。当盘片离开液面时，微生物得到空气中的氧气。微生物通过新陈代谢最终把有机物分解成水、无害的无机物和气体。 特点是： ①维护管理简便、动力硝耗小、运行费用低。 ②转盘运行时卫生条件好，产生的噪音低。 ③运行灵活，可通过调节转盘转速控制污水与生物膜的接触时间和曝气强度。 ④能承受水质、水量的冲击负荷，工作稳定。 ⑤生物膜的培养与驯化快，成熟时间短，一周即可完成。 ⑥污泥量少，含水率低P＝95％～96％，沉淀性能好，易于分离脱水。 ⑦易受水温、气温影响，温度低时处理效果亦低，因此北方宜建在室内。 (2)曝气生物滤池 曝气生物滤池属于生物膜法的范畴。现代曝气生物滤池是在生物接触氧化工艺的基础上引入饮用水处理中过滤的构思而产生的一种好氧废水处理工艺。其突出的特点是将生物氧化和过滤结合在一起，滤池后部不设沉淀池，通过反冲洗再生实现滤池的周期运行。其核心技术是采用多孔性的滤料作为生物载体，单位体积的生物量数倍于活性污泥法，因此具有处理负荷高，池体体积小，占地省的特点。 生物滤池运行的基本原理如下：经预处理后的污水与经过硝化后的滤池出水混合后通过滤池进水管进入滤池底部，并向上流经填料层的缺氧区，一方面反硝化细菌利用进水中的有机物将进水中的NO3--N转化为N2，实现反硝化脱氮；另一方面，SS通过一系列复杂的物化过程被填料及其上面的生物膜吸附截流在滤床内。经过缺氧区处理的污水进入好氧区，进一步降解有机物和发生硝化作用，同时继续去除SS。 ①反应时间短、占地少、需空气量少，节能等 ②对水量变动有较大适应性，具有很强得消化功能。 ③反冲洗水量大。 (3)生物接触氧化池 生物接触氧化法是生物膜法的主要设施之一，生物膜法是一大类生物处理法的统称，其主要利用附着生长于某些固体物表面的微生物(即生物膜)进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为庆气层、好气层、附着水层、运动水层。其原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。老化的生物膜不断脱落下来，随水流入二次沉淀被沉淀去除。 6、膜处理技术 膜分离法是利用特殊膜(离子交换膜、半透膜)的选择透过性，对溶剂(通常是水)中的溶质或微粒进行分离或浓缩方法的统称。溶质通过膜的过程成为渗析，溶剂通过膜的过程称为渗透。在污水深度处理中常用的膜分离设备有5种。 ①微滤器(MF) 膜孔径>0.1～5.0μm，工作压力300kpa左右。可用于分离污水中的较细小颗粒物质(<15μm)和粗分散相油珠等或作为其他处理工艺的预处理，如用作反渗透设备的预处理，去除悬浮物质、CODcr、BOD5成分，减轻反渗透的负荷，使其运行稳定。 ②超滤器(UF) 膜孔径0.01～0.1μm，工作压力150～700kpa。超滤器可分离水中细小颗粒物质(<10μm)和乳化油等；在用于污水深度处理时，可去除大分子与胶态物质、病毒和细菌等；或者作为反渗透的预处理。 ③纳滤器(NF) 膜孔径0.001～0.01μm，操作压力500～1000kpa。纳滤器可截留分子质量为200～500的有机化合物，主要用于分离污水中多价离子和色度粒子，可除去二级出水中2/3盐度、4/5硬度以及超过90％的溶解有机碳和THM前体物。纳滤进水要求几乎不含浊度，故仅适用于经过砂滤、微滤、甚至超滤作为预处理的水质。 ④反渗透(RO) 膜孔径<0.001μm，操作压力>1.0Mpa。反渗透不仅可以去除盐类和离子状态的其他物质，还可以除去有机物质、胶体、细菌和病毒。反渗透对城市二级处理出水的脱盐率达90％以上，水的回收率在75％左右，CODcr、BOD5去除率在85％以上，反渗透对含氮化合物、氯化物和磷也有良好的脱除性能。为防止膜堵塞，二级处理出水通常采用过滤和活性炭吸附等预处理工艺，为了减少结垢的危险有时需要去除铁、锰等。 工艺特点： ①出水浊度<5NTU，悬浮颗粒SS去除率高达99％以上。 ②结构紧凑，占地小，模块化组合设计适用于各种规模的处理。 ③投资高，膜寿命短，一般为三年。 二、工艺流程 根据任务设计书及各工艺的特点，决定选用生物膜法中的生物接触氧化工艺。 三、主要构筑物的选择 (一)格栅 一种截留废水中粗大污物的预处理设施。是由一组平行的金属栅条制成的金属框架，斜置在废水流经的渠道上，或泵站集水池的进口处，用以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以免堵塞水泵和沉淀池的排泥管。截留效果取决于缝隙宽度和水的性质。 按格栅栅条间距的大小不同,格栅分为粗格栅、中格栅和细格栅3类。按格栅的清渣方法，有人工格栅、机械格栅和水力清除格栅三种。按格栅构造特点不同可分为抓耙式、循环式、弧形、回转式、转鼓式、旋转式、齿耙式和阶梯式等多种形式。格栅设备一般用于污水处理的进水渠道上或提升泵站集水池的进口处，主要作用是去除污水中较大的悬浮或漂浮物，以减轻后续水处理工艺的处理负荷，并起到保护水泵、管道、仪表等作用。 1、进水管道的计算 根据流量Q=45000m3/d=1875m3/h=0.521m3/s，污水流量总变化系数为Kz=1.2,所以设计流量为Qmax=54000m3/d=2250m3/h=0.625m3/s ，所以可选管径=800mm， 2、格栅 格栅用以拦截水中较大悬浮物和漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道的较大的悬浮物，并保证后续处理设施正常运行的装置。 设计规定： (1)水泵处理系统前格栅栅条间隙，应符合以下要求： 人工清除25~40mm 机械清除16~25mm 最大间隙40mm (2)在大型污水处理厂或泵站前大型格栅(每日栅渣量大于0.2m3)，应采用机械清除。 (3)人工格栅安装角度一般与水平面成30—60，机械格栅倾角一般为60—70 (4)过栅流速一般采用0.6—1.0m/s 设计计算： 设中格栅前水深h=0.5m，过栅流速v=0.8m/s，取断面形状为正方形的栅条且间隙宽度b=0.020m，栅条倾角=60，格栅个数N=2 3、栅条间隙数n为： 取37个 4、格栅槽总宽度B： B=S(n－1)+bn=0.01(37－1)+0.02037=1.1m 5、过栅水头损失 图3—2 格栅水力简图计算 水头损失： 过栅水头损失： h2=kh0= 30.051=0.153m 式中： —阻力系数； —收缩系数，取0.64； —系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大倍数，一般采用=3。 6、 栅后槽的总高度H： H==(0.5+0.3+0.153)m=0.953m 式中：—栅前水深，m； —格栅前渠道超高，一般取=0.3m； —格栅的水头损失，m。 7、格栅的总长度L： 进水渠道渐宽部位的长度： 式中：——进水渠道渐宽部位的展开角度，一般取。 格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度：=0.5=0.51.90m=0.95m 格栅前槽高：==0.5m+0.3m=0.8m 格栅的总长度： =1.90+0.95m+0.5m+1.0m+=5.74m 3.1.8每日栅渣量W： 计算结果： 栅槽总长度：5.74m 栅槽宽度： 2.18m 栅槽总高度：0.953m 水头损失： 0.153m 选用机械清渣 (二)曝气沉沙池的设计计算 空气扩散装置设在池的一侧，距池底0.6m，送气管应设置调节气量的阀门；池子的形状应尽可能不产生偏流或死角。池宽与池深比为1—1.5，池长宽比可达5，当池长宽大于5时，应考虑设置横向挡板；池子的进口和出口布置应防止发生短路，进水方向应与池中旋流方向一致；出水方向应与进水方向垂直，并宜考虑设置挡板；池内考虑消泡装置；曝气沉沙池多采用穿孔曝气，孔径为2.5-6.0mm，距池底约0.6-0.9m，每组穿孔曝气管应有调节阀门。 曝气沉沙池剖面图 1、工艺结构尺寸 主要确定沉砂池的池长L，池宽B，池深h2等 (1)、池容V(有效容积，m3) 停留时间取t=6min V=60Qmaxt=600.6256=225m3 式中 Qmax—最大设计流量(m3/s); t—最大设计流量时的停留时间(min)。 (2)、水流断面积A(m2) 水平流速取ν=0.10m/s A=Qmax/ν=0.625/0.10=6.25m2 式中 ν—最大设计流量时的水平流速(m/s)，一般取0.06-0.12)。 (3)、池长L(m) L=V/A=225/6.25=36m (4)、池宽B(m) 有效水深取h2=2.4m B=A/h2=6.25/2.4=2.6m 式中 h2—设计有效水深(m)，一般取2m-3m (5)、每小时所需空气量q(m3/m3) 取d=0.2 q=3600dQmax=36000.20.625=450m3/h 式中 d—每立方米污水所需空气量(m3/m3)，一般采用0.2。 2、沉砂室设计计算 (1)沉砂斗所需容积 清楚沉砂间隔时间为2天，城市污水沉砂量 (2)沉砂室坡向沉砂斗的坡度取i=0.5。采用2个沉砂斗，则V0=V/2=2.7/2=1.35m3 沉砂斗各部分尺寸： ①设斗底宽a1=1.0m，斗壁与水平面的倾角为60，斗高h=0.8m，则砂斗上口宽a=1.92m，沉砂斗容积 ②沉砂室高度：本设计采用重力排砂，池底坡度为0.05坡向砂斗，沉砂室含两部分：一部分为沉砂斗；另一部分为沉砂池坡向沉砂斗的过渡部分。 (0.2为两沉砂斗之间的壁厚) h3=h+0.05l2=0.8+0.0616.98=1.82m 超高h1=0.4m，总高度H=h1+h2+h3=0.3+2.8+0.9415=4.0415m 3、进出水区 包括进水区、配水方式、出水区等的设计 进水：沉砂池进水一般采用管道或明渠将污水直接引入配水区。 配水：由于曝气沉砂池内流水的旋流特性，一般认为对曝气沉沙池的配水要求不十分严格，通常采用配水渠淹没配水。 出水：沉砂池出水一般采用出水堰出水，出水堰的宽度一般与沉砂池宽度相同，依此根据堰流计算公式可确定相应的堰上水头。 4、工艺装备：包括供气方式、曝气设备、排砂设备、集油设备、砂水和油水分离设备等计。 供气方式：鼓风曝气，曝气沉沙池的供气可与曝气池供气联合进行或独立进行。 曝气设备：一般采用穿孔管，孔径一般为2mm-5mm。 排砂设备、集油设备：曝气沉沙池的排砂一般采用排砂泵抽吸：浮油的收集通常采用撇油的方式：吸砂泵和撇油设备通常置于行车上。 (三)斜板式沉淀池(初沉池) 初沉池可除去废水中的可沉物和漂浮物。废水经初沉后，约可去除可沉物、油脂和漂浮物的50%、BOD的20%，按去除单位质量BOD或固体物计算，初沉池是经济上最为节省的净化步骤，对于生活污水和悬浮物较高的工业污水均易采用初沉池预处理。初沉池的主要作用如下。 (1) 去除可沉物和漂浮物，减轻后续处理设施的负荷。 (2) 使细小的固体絮凝成较大的颗粒，强化了固液分离效果。 (3) 对胶体物质具有一定的吸附去除作用。 (4) 一定程度上，初沉池可起到调节池的作用，对水质起到一定程度的均质效果。减缓水质变化对后续生化系统的冲击。 (5) 有些废水处理工艺系统将部分二沉池污泥回流至初沉池，发挥二沉池污泥的生物絮凝作用，可吸附更多的溶解性和胶体态有机物，提高初沉池的去除效率。 　　另外，还可在初沉池前投加含铁混凝剂，强化除磷效果。含铁的初沉池污泥进入污泥消化系统后，还可提高产甲烷细菌的活性，降低沼气中硫化的含量，从而既可增加沼气产量，又可节省沼气脱硫成本。 根据水量、原水水质及排放标准选用斜板式沉淀池作初沉池 1、每座沉淀池表面积 初沉池采用n=4个，设表面积水力负荷 ，每座沉淀池表面积 式中 0.91—斜板区面积利用系数 —最大设计流量， 2、池子平面尺寸 设沉淀池为方形池，池子边长 3、池内停留时间 设斜板长为1.1m，斜板倾角，斜板高度 设斜板区上部，池内停留时间 式中 4、污泥部分所需容积 设每人每日污泥量S=0.6L/(人d)，排泥时间T=2.0d，污泥部分所需容积 式中 N—设计人口数 5、污泥斗容积 设污泥斗下部边长，污泥斗高度 污泥斗容积 6、池子总高度 设沉淀池的超高，斜板下缓冲层的高度，池子总高度 (m) 式中 (四)辅流式沉淀池(二沉池) 沉淀池是分离悬浮固体的一种常用构筑物，二沉池是活性污泥处理系统的重要组成部分，其作用是泥水分离，使混合液澄清，浓缩和回流活性污泥。沉淀池常按池内水流方向不同分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池三种。本设计中二沉池采用中心进水，周边出水的辐流式沉淀池。 辐流式沉淀池多呈圆形，池的进水在中心为止，出口在周围。水流在池中呈水平方向向四周辐射，由于过水断面面积不断变大，故池中的水流速度从池中心向池四周逐渐减慢。泥斗设在池中央，池底向中心倾斜，污泥常用刮泥机(或吸泥机)机械排除。其主要的特点是采用机械排泥，运行较好；排泥设备有定性产品。、 辅流式沉淀池 1、沉淀部分水面容积 采用2个沉淀池 式中 —表面负荷，一般取1.5~2.0 n—沉淀池个数 2、池子直径 3、沉淀部分有效水深 设沉淀时间t=1.5h，有效水深 4、沉淀部分有效容积 5、污泥部分所需容积 设贮泥时间T=4h，污泥部分所需的容积 式中 S—每人每日污泥量，初沉池一般取0.3~0.8L/(人d) N—设计人口数，人 6、污泥斗容积 设污泥斗上部半径，设污泥斗下部半径，倾角，污泥斗高度 污泥斗容积 7、污泥斗以上圆锥提部分污泥容积 设池底径向坡度为0.05，则圆锥体的高度 圆锥体部分污泥容积 8、污泥总容积 9、沉淀池总高度 设=0.3m, =0.47m,沉淀池总高度 式中 —沉淀池的超高，m，一般取0.3m —缓冲层的高度，m，一般取0.3~0.5m 10、沉淀池池边高度 11、径深比 径深比要求在6~12之间 12、集水槽堰负荷校核 设集水槽双面出水，则集水槽出水堰的堰负荷 第四章 生物接触氧化池的设计及计算 一、确定设计参数 1、平均日污水量 平均时污水量 采用2个生物滤池，每个生物滤池 平均日污水量 平均时污水量 2、进水浓度 由于斜板式沉淀池(初沉池)得去除率为20%~30% 所以进入生物接触氧化池浓度 出水浓度 3、去除率 4、根据实验资料确定填料容积负荷 有效接触时间 t=2h 5、填料 运用蜂窝型玻璃钢 孔径/mm 质量/ 比表面积/ 壁厚/mm 孔隙率 适用进水 块体规格/mm 25 31~33 108 0.2 98.7% 100~200 800800230 二、生物接触氧化池设计计算 1、有效容积 2、滤池总面积 设H=3m，分3层，每层1m 3、每格滤池面积 采用5格滤池，每格滤池面积为 每格滤池尺寸为 4、校核反应时间 5、滤池总高度 式中 6、污水在池内实际停留时间 7、填料总体积 8、所需空气量 9、每格滤池所需空气量 参考书目： 书名 作者 出版社 《水污染控制工程》 高延耀 顾卫国 周 琪 编 高等教育出版社 《给水排水工程常用数据速查手册》 徐晋荣 主编 中国建材工业出版社 《现代给水处理构筑物与工艺系统设计计算》 张玉仙 主编 中国环境科学出版社 《水处理构筑物设计与计算》 尹士君 主编 化学工业出版社 《化工工程CAD技术应用及实例》 杨松林 于奕峰编 化学工业出版社