400000m3污水处理厂设计 吴岩

课程设计报告?

课程名称： 水污染控制工程课程设计 实验类别：综合性□ 设计性 □ 其他□

实验项目： 水污染控制工程课程设计 专业班级： 环境工程1101 姓 名： 吴岩 学 号：110704106 实验室号： 实验组号： 4 实验时间： 批阅时间： 指导教师： 崔丽 成 绩：

目录

第1章 污水处理厂设计计算 .............................................................................. - 1 -

1.1 污水处理厂位置的选择 .......................................................................................................... - 1 - 1.2 工程规模与水质 ...................................................................................................................... - 2 - 1.3 污水处理程度的确定 .............................................................................................................. - 2 - 1.4 污水与污泥处理工艺的选择 .................................................................................................. - 5 - 1.4.1处理工艺流程方案的提出 ................................................................................................ - 5 - 1.4.2两种工艺的技术比较 ........................................................................................................ - 5 - 1.4.3两种工艺的经济比较 ........................................................................................................ - 7 - 1.5 各处理构筑物的设计计算 ...................................................................................................... - 7 - 1.5.1格栅(bar screen) ................................................................................................................ - 7 - 1.5.2沉砂池(grit chamber) ...................................................................................................... - 10 - 1.5.3初沉池(primary sedimentation tank) ............................................................................... - 12 - 1.5.4曝气池(aeration tank) ...................................................................................................... - 17 - 1.5.5二沉池 .............................................................................................................................. - 23 - 1.5.6消毒接触池(contact disinfection chamber) ..................................................................... - 25 - 1.5.7计量堰(weir) .................................................................................................................... - 26 - 1.5.8污泥处理构筑物的设计计算 .......................................................................................... - 28 - 1.5.9污水处理厂平面及高程布置 .......................................................................................... - 35 -

第2章 污水处理工程概算及成本估算实例 .................................................... - 36 -

2.1 计算原则 ................................................................................................................................ - 37 - 2.2 污水厂建设直接费 ................................................................................................................ - 37 - 2.3 污水处理成本 ........................................................................................................................ - 43 -

第1章 污水处理厂设计计算

1.1 污水处理厂位置的选择

在城市污水排水系统设计中，污水厂的场址选择是十分重要的环节。厂址对周围环境卫生、处理厂基本建设投资及运行费用都有很大的影响。它与城市的总体规划、城市排水系统的走向、布置和处理后污水的出路都密切相关。当污水处理厂的厂址有多种方案可供选择时，应从管道系统、泵站、污水处理厂各处理单元为出发点，进行综合的技术经济比较与最优化分析，并通过有关专家的反复论证再进行确定。

污水处理厂厂址选择应遵循下列原则： 1.无论采用什么处理工艺，应与选定的污水处理工艺相适应，尽量少占农田和不占良田。

2.厂址必须位于集中给水水源下游，并设在城镇、工厂厂区及生活区的下游和夏季主导风向的下风向。为保证卫生要求，厂址应距街区净距大于300米。

- 1 -

3.当处理后的污水或污泥用于农业、工业或市政时，应考虑与用户靠近便于运输。当处理水排放时，应与受纳水体靠近，但不低于最高洪水位。

4.要充分利用地形以满足处理构筑物高程布置的要求，减少土方工程量。若有可能，采用重力自流以节省动力费用。降低处理成本。

5.根据城市总体发展规划，处理厂的选择应考虑远期发展的可能性，留有适当的发展余地，并选择土质好的地方，便于施工。

对于胶南市，在该城市的城区西部和南部分别有一条河流，河流流向分别为自北向南和自东向西，另外该城市的常年主导风向为东北风，考虑到污水厂应选在在城镇水体的下游、在城镇夏季最小频率风向的上风侧，即环境影响因素，另外还考虑到厂区面积及交通运输水电条件等，我们将污水厂设在城市的西南部，即南部河流的下游，处理后的污水直接排入该河流。

1.2 工程规模与水质

污水处理厂规模以处理水量的平均日平均时流量计，根据胶南市各区域的面积、人口密度、污水量标准、工业企业与公共建筑的排水量等资料，我们计算得出该污水处理厂的

规模为日处理量为400000m3，设计最大流量为6250L/s，占地22万m2。 该厂进水为典型的城市污水，出水要求达到国家二级B以上排放标准，应当满足 SS≤ 20mg/L，COD≤60mg/L，BOD≤20mg/L。

1.3 污水处理程度的确定

根据城市各区人口密度及污水资料表、工业企业与公用建筑的排水量水质资料表、接纳处理后排放污水的自然水体的原始资料表和出水应达到的排放标准，进行污水处理程度的计算。

1. 根据

CS?1000?sQsas?每人每日的某项污染物克数QS?每人每日排水升数

2.求SS的处理程度

- 2 -

（1）污水总出口SS的允许浓度

一区：aBOD?25g/(p?d)ass?40g/(p?d)1000?25?138.89mg/L1801000?40CSS??222.22mg/L180二区：aBOD?25g/(p.d)CBOD?ass?40g/(p.d)CBOD?CSS1000?25?156.25mg/L1601000?40??250mg/L160Ce?p(Q20?1)?b?4(?1)?30?106.99mg/Lq1.096

(2)按水中SS允许增加量计算：

E?Ci?Ce302.38?106.99??64.62% Ci302.38

（3）按排放标准的允许浓度计算：

E?Ci?Ce302.38?20.0??93.39%Ci302.38CBOD?138.89?304.7?156.25?179.58?56.71?2400?32.41?2800?35.88?960304.7?179.58?56.71?32.41?35.88?544.37mg/L222.22?304.7?250?179.58?56.71?590?32.41?460?35.88?670304.7?179.58?56.71?32.41?35.88?303.66mg/L3.求BOD5的处理程度：

(1)按河水中Do的允许最低浓度，计算对污水中BOD5的处理程度 1)求排放口处Do的混合浓度及混合温度 CSS?D0?

Q?CR?q?CSW20?6.0?1.096?2.0??5.79mg/LQ?q20?1.096- 3 -

取污水水温为20℃，受纳水体水温已知为20℃, 则 t‘m=20℃

2)求水温为20℃时的常数

K1?K10.1??0.23d?10.4340.434K2?0.3d?1

3)求起始点的亏氧量DO和临界点的亏氧量Dc

查给排水设计手册一《常用资料》得20℃饱和溶解氧Dos=9.2mg/L 可得20℃饱和溶解氧 Do=9.2－5.79＝3.41 mg/L

DC=9.2－5=4.2mg/L

4)用试算法求起始点L0和临界时间t0第一次试算：设临界时间t‘c=1.0d，

Ci?Ce302.38?106.99E???64.62?02.38iK1?K1tcDc?l010K20.23l0?10?0.23?10.3l0?9.303mg/L4.2?将l0?9.303mg/L代入式tc?D(K?K1)K1lg{2(1?02)}?0.915?t'c?1.0dK2?K1K1K1?l0将此值及其他已知数代入式

第二次试算：

设临界时间t’c=0.90d，将此值及其他已知数代入式得：l0=8.824mg/L 将L0=8.824mg/L代入得tc=0.872

第三次试算： t’c=0.850d代入，L0=8.593mg/L，将L0=8.593mg/L代入得tc=0.850d＝t’c 符合要求。

5）求起点容许的混合20℃的BOD5:

l5m?l0(1?10?k1t)?8.593(1?10?0.23?5)?7.985mg/L

6)求污水处理厂允许排放的20℃的BOD5:

l5e?l5m(QQ2020?1)?l5R?7.985(?1)??4.0?80.70mg/Lqq1.0961.0967）处理程度：

538.77?80.70?84.9S8.77 (2)按河流中BOD5的最高允许浓度，计算BOD5的处理程度

E?t?1000x1000?35??0.623d86400V86400?0.65 - 4 -

l1.61l2＝1＝＝0.81m22⑤出水渐宽部分长度为：

B?B12.34?1.17＝?1.61m 2tan202?tan20⑥栅前槽总高：H1=h＋h2＝0.48＋0.5＝0.98m

⑦栅后槽总高：H1=h＋h2＋h1＝0.48＋0.5＋0.69＝1.67m

l1＝⑧格栅总长度：l?l1?l2?0.5?1.5?H1?5.03m tan703.15?104?0.1⑨每日栅渣：w??3.15m3/d?0.2m3/d 310宜采用机械格栅清渣，选GH型链条式回转格栅除污机，电动机功率2.1KW，整机重量3500kg。

1.5.2沉砂池(grit chamber)

在污水处理中，沉砂池的主要作用是利用物理原理去除污水中比重较大的无机颗粒，主要包括无机性的砂粒、砾石和较重的有机物质，其比重约为2.65。

一般设于初次沉淀池之前，以减轻沉淀池的负荷及改善污泥处理构筑物的条件。

目前，应用较多的沉砂池有平流沉砂池、竖流式沉砂池、辐流式沉砂池、曝气沉砂池、涡流沉砂池以及斜板式沉砂池。本设计中采用曝气(aeration)沉砂池。其优点是：通过调节曝气量可控制污水旋转流速，使之作旋流运动，产生离心力，去除泥砂，排除的泥砂较为清洁，处理起来比较方便；且它受流量变化影响小，除砂率稳定。同时，对污水也起到预曝气作用。

设两座沉沙池，每座设计流量Q＝3.125m3/s。 (1)有效容积：设t＝2min

V?60Qt?60?3.125?2?375m3

(2)流断面积：设v＝0.08m/s

1A?0.5?39.0?19.5m2 2(3)有效水深为4m，宽深比为1，超高取1m，则宽为4m，砂槽宽为3m，高1m，

4?3校核： A''?4?4??1?19.5m2

2L19.2??4.8?5(满足要求）B4沉沙池分两格： A'? - 10 -

(4)池长：

L?V375??19.2mA19.5

(5)池总高： H＝4＋1＋1＋1＝7.0m (6)每格砂槽容积： V?1.0?1.0?19.2?19.2m3

曝气沉砂池剖面图1-压缩空气管； 2-空气扩散板； 3-集砂槽

图1-4 曝气沉砂池剖面图

(7)每格沉沙池，实际沉沙量：设含砂量为20m3/106m3污水，每两天排放一次，

20?0.27'33V0??86400?2?0.9m?4.32m106(8)每小时曝气量：

设曝气管浸水深度为2m，查表可得单位池长所需空气量为29m3/(m·h)

q?29?(1?15%)?2?800.4m3

(9)排砂设备采用两台排砂斗，就近布置，洗砂后外运。沉砂池底部的沉砂通过吸砂泵送至砂水分离器，脱水后的清洁砂外运，分离出来的水回流至泵房吸水井。

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1.5.3初沉池(primary sedimentation tank)

初次沉淀池的作用是对污水中的以无机物为主的比重大的固体悬浮物进行沉淀分离。由于设计流量较大，采用辐流式沉淀池(radiate flow sadimetation tank)。其特点是：（采用中间进水，周边出水）

a.多为机械排泥，运行较好，管理简单； b.排泥方法完善，设备已趋于定型； c.池内水流速度不稳定，沉降效果较差； d.机械排泥设备复杂，对施工要求高；

e.适用于地下水位较高的地区；

f.适用于大、中型污水处理厂。 图1-6初沉池计算示意图 1.初沉池主体设计：

初沉池计算示意图如图1-6所示： （1）沉淀部分水面面积:设表面负荷q’=2m3/(m2.h)，池数n＝3个

(2)池子直径

F? D?4F?Q6.25×36002??3750mn?q'3?2?4?3750?69.12m 取D=70m 3.14（池径大于20m时，一般采用周边传动的刮泥机，其驱动装置设在桁架的外缘。

（3）沉淀部分有效水深：设沉淀时间t＝1.5h

'h?q?t?2?1.5?3m 2

沉淀部分有效容积：

V'?Q22500?t??1.5?11250m3n3（4） 污泥部分所需容积：设S?0.5L/(人?d），T=4h，N=246618人

SNT0.5?246618?4＝＝6.85m31000n1000?3?24（5）污泥斗容积：设r1＝1m，r2＝2m，a＝60，则

V?h5＝（r2－r1）tan2a＝（2－1）tan60＝1.73m

（6）泥斗以上圆锥体部分污泥容积：设池底径向坡度为0.05，则

V1??h53(r21?r1?r2?r22)???1.733(22?1?2?12)?12.7m3 - 12 -

V2??h43(R2?R?r1?r12)???0.633(14.52?14.5?2?22)?160.39m3h?(R?r1)?0.05?(29?2)?0.05?0.63m2泥总容积：

V1+V2=12.7+160.39=173.09>6.85m3

（7）沉淀池总高度：设超高h1＝0.3m，缓冲层h3＝0.5m

H＝h1＋h2＋h3＋h4＋h5＝0.3＋3＋0.5＋0.63＋1.73＝6.16m （8）淀池池边高度：

H’=h1＋h2＋h3＝0.3＋3＋0.5＝3.8m （9）径深比：

D70??23.33 （符合要求） h23（10）排泥设计

由于池径较大，故采用ZBG-29周边传动的刮泥机，其传动装置设在衍架外缘，外周刮泥机线速度为3m/min，则刮泥机转速为：

v3n???0.008725r/min?0.5235r/h

?D3.14?70池底接DN200排泥管，连续排泥。 (11)浮渣收集

浮渣用浮渣刮板收集，设一浮渣箱定期清渣，刮渣板装在刮泥衍架的一侧，高出水面0.15m，在出水堰前设置浮渣挡板，排渣管DN200,渣井设有格栅截流,一周刮两次。出渣箱尺寸：300?500mm2。

2.进水部分设计

辐流沉淀池中心处设中心管，污水从池底的进水管中进入中心管，通过中心管壁的开孔流入池中央，中心管处用穿孔障整流板围成流入区，使污水均匀流动。污水自沉砂池出水，并接DN1000的铸铁管进入配水井，从配水井接DN800的铸铁管，在初沉池前接闸门，后接DN800的初沉池入流管，1000i?1.80。

管内流速：

1.076?1.07?23.14nD2??0.8244介于1.0～1.4之间，满足要求。 闸门及弯头水头损失：

v??v21.076h?????0.06?1.01???0.064m

2g2?9.8Qmax渐缩部分：

下端D1?D?800mm； 上端D2?1000mm； 高度H?0.8m；

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水头损失

1.0762h?0.23??0.013m

2?9.8进水采用潜孔入流，潜孔高度：

1?11?h????h2??3.2?0.533m

6?23?淹没水深0.3m，潜孔壁厚0.3m，内径d1?D2?1m，外径d2?1?0.3?2?1.6m，平均直径

d?d1?d2?1.3m 2设8个潜孔，则潜孔面积:

f?8?0.3?1.6?3.84m

2

潜孔速度:

v?Qmax6.250??0.814m/s nf2?3.84潜孔水头损失:

h?1.0?0.814?0.038m 2?9.8中心导流筒按流速规定，取v?0.1m/s，则导流筒有效面积:

Q6.252

F?max??31.25m

nv2?0.1导流筒内径:

D??2??4?F?d2?4???????4??31.25??1.62?4???6.513.14取6.5

为布水均匀，中心导流筒外设穿孔挡板，规定穿孔率10～20%，取0.14，设穿孔挡板高h?h2?5m，直径5m，穿孔尺寸b?a?20?30cm，f?0.06m2，则孔数

故设计为每排20个孔,均匀交错排列，孔口流速

?DH3.14?6.5?5m?14%??0.14??238个f0.06孔口水头损失

中心管进水沿程水头损失计算 中心管高度

- 14 -

D?L??1077.59?343.18m3.14

h?6.40?0.3?0.3?1.6?0.2?4.0m

水头损失

h1?4.0?1.8‰=0.0072m

故初沉池进口总水头损失:

h1?0.072?0.014?0.001?0.00029?0.0072?0.0945m

3.出水部分设计

L?6250?1077.59m2?2.9

⑴ 堰上负荷初沉池出水堰最大负荷不宜大于2.9L/ms，则每池所需堰长 L>>D，故采用双侧集水。 ⑵ 采用三角堰出水

用明渠方法计算出水槽：

出水槽外壁距离池壁0.4m。（如果距离过大，会加大出水流速，影响处理效果，过小会增加流速，带走污泥）

每池都是双侧集水： 流量

Q16.2513

Q?max????1.5625m/s

2222设过水断面积

2

A?B?h?0.8?0.6?0.48m

湿周

f?B?2h?0.8?2?0.6?2.0m

水力半径

R?A0.48??0.24m f2流速

v?Q1.5625??3.26m/s > 0.4m/s A0.48水力坡度

?i???vnr?出水堰长

?23???0.72‰ ??2- 15 -

L??D?0.4?2????D?0.4?2?0.8?2??

??35?0.8????35?2.4???209.75m

⑶ 三角堰尺寸：

采用倒等腰直角三角形薄壁堰。

堰高为0.08m，堰宽为0.16m，取堰上水头为0.04m，堰上水宽为0.08m。 实际堰数

209.75n??2621.9个，取2622个。

0.08

单个堰流量

Q6.253

Q0?max??11.9?10?4m/s

mn2?2622根据《给排水设计手册》第一册，第575页，三角堰过堰流量

?Q?Q?1.4h?h???

?1.4?代入Q0?2.0?10?4m3/s，可求得过堰水深h?0.030m，考虑跌水水头损失0.16m，则初沉池出水水头损失为

h2?0.030?0.16?0.4‰?209.75?0.281m

5225综合得出初沉池进水总损失为

h?h1?h2?0.093?0.281?0.376m

⑷ 水由槽流到一个出水渠，渠底接DN800的管回流至集配水井外圈。渠道尺寸为1.4?1.4m2。

中心进水辐流式沉淀池1-进水管；2-中心管；3-穿孔挡板；4-刮泥机；5-出水槽；6-出水管；7-进泥管 .进水管 2.中心管 3.穿孔挡板 4.刮泥机 5.出水槽 6.出水管 7.排泥管图1-7中心进水辐流式沉淀池 - 16 -

1.5.4曝气池(aeration tank)

1．污水处理程度的计算及运行方式的选择 （1）污水处理程度的计算：

活性污泥处理系统处理水中的BOD值（Se），是由残存的溶解性BOD核非溶解性BOD两者组成的，而后者主要以生物污泥的残屑为主体。对处理水要求达到的BOD值，应当是总BOD即溶解性BOD与非溶解性BOD之和。活性污泥系统的净化功能，是去除溶解性BOD的，因此从活性污泥的净化功能考虑，应当非溶解性BOD从处理水的总BOD值中减去。

原污水BOD值（So）为544.37mg/L，经初次沉淀池处理后，BOD按降低30％考虑，则进入曝气池的污水，其BOD（Sa）为：

Sa?544.37?(1?30%)?381.059mg/L

处理水中非溶解性的BOD值：BOD5=7.1bXaCe b－微生物自身氧化率，d－1，取b＝0.09

Xa－在处理水的悬浮固体中，有活性的微生物所占的比例 取Xa＝0.4 Ce－活性污泥处理系统的处理水中的悬浮固体浓度，取Ce＝20mg/L 则 BOD?7.1?0.09?0.4?20?5.11mg/L

处理水中溶解性的BOD5值为： 20－5.11＝14.89mg/L

381?14.89则 去除率： ???97.07%

377.14（2）曝气池运行方式的选择

在本设计中应考虑曝气池运行方式的灵活性和多样化。即以传统活性污泥法系统作为基础，又可按阶段曝气系统和再生曝气系统运行。

2．曝气池的计算与各部分尺寸的确定 曝气池按BOD－污泥负荷法计算 （1）BOD－污泥负荷率的确定

采用BOD-污泥符合率为0.2kgBOD5/(kgMLSS.d)，但为稳妥计，需加以校核，校核公式为：

NS?K?Se?f?

MLVSS?0.75，代入各值，

MLSS取K2＝0.019，Se＝14.87mg/L ??0.97,f?N?0.019?14.89?0.75?0.218kgBOD5/(kgMLSS.d)?0.2kgBOD/(kgMLSS.d)0.97计算结果可证，NS取0.2是适宜的。 （2）确定混合液污泥浓度（X）：

根据已确定的NS值，得相应得SVI值，取110，

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106??106?1.2回流污泥浓度 Xr＝ ??1.1?104mg/LSVI110则 R?X3000??0.375

Xr?X1.1?104?3000（3）确定曝气池容积：

Q?Sa400000?381.05??254033.33m3NS?X0.2?3000（注：按平均流量作为设计流量） （4）确定曝气池的各部分的尺寸： 设4组曝气池，每组6座，每座容积为

V?254033.3?10584.72m32410584F??2352.16m34.5池深取4.5m，则每座池面积为：

B池宽取5m，?1.1 介于1～2之间 符合要求。

H池长

F2352.16L???470.43mB5（注意池长指的是水流流过的长度，并不是单池的长度） 设5廊道式曝气池，廊道长：

取超高为0.5m，则池总高为4.5＋0.5＝5m

L1?L470.43??94.08m55（5）水力停留时间：

名义水力停留时间：

tm?V11934??0.632d?15hQ18878实际水力停留时间：

ts?V11934??0.460d?11h(1?R)Q(1?0.375)?18878 （6）泥龄：

污泥产泥系数取Y=0.6， 衰减系数取Kd＝0.05则

?c?11??14.28d

YNS?Kd0.6?0.2?0.05 （7）污泥产量：

取f＝0.75

则混合液挥发性悬浮固体浓度

- 18 -

XV?X?f?3000?0.75?2250mg/L?2.25kg/m3

则系统每日排出的剩余污泥量

113920?(0.318?0.015)?0.05?11934?2.25 4?5177.7?1342.6?3835.1kg/d??YQSr?KdVXV?0.6?去除每kgBOD5的泥量为：

YKd0.6?0.05??0.15kg/kgBOD5ns0.2每kg活性污泥日产泥量：

X?

y?YNS?Kd?0.6?0.2?0.05?0.07kg

由二沉池底排剩余污泥，则排泥量为

q?VR254033?0.375??485.17m3/d(1?R)?C(1?0.375)?14.28在曝气池对初沉池和二沉池的一侧，各设横向配水渠道，并在池中部设纵向中间配水渠道与横向配水渠道相连接，在两侧横向配水渠道上设进水口，每组曝气池共有5个进水口。 在面初沉池的一侧（前侧），每组曝气池的一端，廊道1进水口处设污泥回流泥井，井内设污泥空气提升器，回流污泥由污泥泵站送入井内，由此通过空气提升器回流曝气池。按图所示平面布置，设曝气池有多种运行方式：

1）按传统活性污泥法系统运行，污水及回流污泥同步从廊道1的前侧进水口进入。

2）按阶段曝气系统运行，回流污泥从廊道1的前侧进入，而污水则分别从两侧的配水渠道的5个进水口均量的进入。

3）按再生曝气系统运行，回流污泥从2进入，工作为再生池，在这种情况下，污水则从廊道2的后侧进水。

中间配水渠回流污泥井前配水渠空气干管 图1-8 曝气池平面图

- 19 -

图1-10 浓缩池工艺图

4.污泥消化池(sludge digestion tank)

本设计采用消化形式为中温厌氧消化(mesophilic anaerobic digestion)。其原理是：污泥

在无氧条件下，由兼性菌和专性厌氧菌讲解污泥中的有机物，使之产生CO2和CH4，是污泥得到稳定，鼓污泥厌氧消化又称为污泥生物稳定。 （1）一般规定及参数取值如下： ① 温度

中温厌氧消化，消化温度为33～35℃，有机物负荷2.5～3.0kgBOD/(m3/d)，产气量1.0～1.3m3/(m3d)，消化时间约为20天。本设计为消化温度为35℃的二级消化。

② 投配率

中温消化投配率以5%～8%为宜，相应消化时间为20～12.5d，有机物降解率大于40%。一级消化池污泥投配率为5%，二级消化池污泥投配率为10%。

③ 混合与搅拌

目的在于使消化菌与有机物从分接触。实践证明，有搅拌比无搅拌产气量增加30%。因此，一级消化进行加温搅拌。

④ 污泥浓度

污泥固体含量一般采用3%～4%，最大可行范围为10%～12%。两极消化后，污泥的含水率一般达到92%左右。

⑤ PH值与碱度

消化系统中，应保持碱度在2000mg/L(以CaCO3计)以上，使其具有足够的缓冲能力，可有效防止PH下降。

⑥ C/N比以（10～20）：1为宜。 ⑦ 污泥的投配方式

污泥投配方式分为间歇性投配和连续性投配，本设计选用连续性投配，它能够为污泥消化创造一个良好的消化环境，运行良好，但管理水平要求较高。 （2）污泥厌氧消化的工艺选择

二级消化工艺为两个消化池串联运行，生污泥首先进入一级消化池中，接受搅拌与加

热，消化温度达到35℃，并设有集气设备，不排除上清液。污泥中的有机物分解主要在一级消化池中进行，产气量占总产气量的80%。经一级消化池消化的污泥重力排入二级消化池，二级消化池内污泥不加热、不搅拌，利用一级消化的余温进行消化。二级消化池的温度保持在20～26℃。二级消化池应设有集气设备并撇除上清液，产气量占总产气量的20%。同时，二级消化池还起着污泥浓缩池

- 30 -

的作用。

（3）消化池个部分结构设计与参数

池顶结构为固定盖式，截圆锥形。池顶中部设集气罩，通过管道与沼气柜直接连通，防止产生负压。消化池结构示意图如图4-19所示。

①消化池污泥量

初沉池污泥量为：Q3初＝84m/d 浓缩后的泥量：Q农＝185.66m3/d

总消化池污泥量为：Q= Q初+ Q农=84+185.66=269.66m3/d ②一级消化池 总容积：

V?269.665?5393.2m3 100采用2座一级消化池，则每座池子的有效容积为V5393.20?2?2696.6m32700m3。

消化池直径D采用20m； 集气罩直径d1采用2m； 池底下锥直径d2采用2m；

集气罩高度h1采用2m；上锥高度h2采用3m。

消化池的柱体高度h3应大于D2?10m，采用12m；

下锥体高度h4采用1m。 则消化池总高度为：

H＝h1＋h2＋h3＋h4＝2＋3＋12＋1＝18m

集气罩容积：

V1?3.14?(d2)2?h3.14?(21?2)2?2?6.28m32弓形部分容积：

V3.1424(3D2?4h22)?3.142??h2?24?3?(3?202?4?32)?485.30m3

圆柱部分的容积为：V3.14?(D)2?h3?3.14?(203?)2?12?3768m322

V4?3.14?h?[(D)2?D?d2?(d24)232222]?3.14?1?[(20202)2?2?22?(22)2]?116.18m33

下锥体部分的容积为：

V0=V3+V4=3768+116.18=3884m3>2700m3

- 31 -

取

③二级消化池

采用一座二级消化池，总容积

269.66?2696.610100取V0=2697m3

其余各部分尺寸同一级消化池。 ④消化池各部分的表面积计算 集气罩表面积为：

3.143.142F1??d12?3.14?d1?d2??2?3.14?2?3?15.70m2

44池顶表面积为：

3.143.142F1??(4?h2?D)??(4?32?20)?43.96m2

44则池盖表面积为：

F1+F2=15.70+43.96=59.66m2

池壁表面积为：

F3=3.14×D×h5＝3.14×20×7.2＝452.16m2（地上部分）

F4=3.14×D×h6＝3.14×20×4.8＝301.44m2（地下部分）

ddF5?3.14?l?(?2)?3.14?9.06?(10?1)?312.93m222池底表面积为：

2d222F6?3.14??3.14??3.14m244F总＝F5?F6?312.96?3.14?319.23m2（4）产气量及储气柜

沼气柜内部的体积应按需要的最大调节容量决定，无资料可按平均日产量的25%-40% 即6-10h的平均产气量计算。采用的沼气柜为低压浮盖式湿式沼气柜，浮动罩直径与高度之比一般为1.5：1。沼气系统的压力一般为：1176-1960Pa。

沼气柜内部必须进行防腐处理，外部应涂反射性色彩。浮动罩下部的小室，在冬季应有防冻措施。

产沼气量按8倍的泥量计算： V沼＝269.66×8＝2157.28m3/d 沼气柜的容积： V=2157.28×30%=648m3

采用单级湿式沼气柜1个，设D=10m, H=9m，则 上加一个球冠，R=5m，容积忽略不计。

3.14?102?9V?h??7057648m344（5）搅拌（agitation）

① 若采用沼气搅拌设单位用气量采用6m3/min103，则用气量q为

?D2q?q'V?6?7057?37.5m3/min?0.62m3/s1000

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② 曝气立管管径计算

曝气立管的流速采用10～15m/s，取12m/s。则所需立管面积为

q0.62F???0.052m2

v12选用立管的直径为Dg=80mm时，每根管的断面A?0.0050265m2，所需立管的总数则为，采用10根。

0.052?9.760.0050265核算立管的实际流速为

Q0.625??12.43F10?0.0050265介于10～15m/s之间,符合要求。 （6）消化池管道设计 ①投泥管。一般进泥口布置在泥位上层，进泥点及进泥口的形式应有利于搅拌均匀，破碎浮渣。

污泥投配管最小管径为150mm，本设计选用200mm。为使投泥均匀且防止污泥结壳，投泥管在泥面以上中部投泥。

②出泥管。为防止消化池中产生正负压变化，及时排泥，应在投泥同时进行排泥。设排泥管径D?200mm，出泥口布置在池底中央，依靠消化池内静水压力将熟污泥排至污泥的后续处理装置。用闸阀控制使投配泥与排泥时间相等。除泥口的位置应考虑有利与混合均匀。

③溢流管。消化池投配过量、投泥不及时或沼气产量与用量不平衡等情况发生时，沼气室内的沼气受到压缩，气压增加甚至可能压破池顶盖。因此，消化池池顶下沿应设有溢流管，及时溢流，保持沼气柜内压力恒定。溢流管的溢流高度必须考虑是在池内收押状态下工作。在非溢流工作状态时，溢流管仍需保持泥封状态。

本设计取溢流管D?200mm，设在池顶，使溢流管与最高泥面相同，能溢流，安全排泥。本设计采用倒虹管式消化池溢流装置

④ 取样管。取样管一般设在池顶，至少2根，其最小管径为100mm，取样管的长度最少应伸入最低泥位以下0.5m。本设计设3根取样管，分设在池顶1根，池边2根，D?150mm。

⑤ 沼气管。用以排放沼气至沼气柜，管径取最小管径，即D?100mm。 （7）沼气混合搅拌计算

消化池的混合搅拌采用多路曝气管式沼气搅拌。此种方法的优点是：设有机械磨损，搅拌充分，还可促进厌氧分解，缩短消化时间。

① 搅拌用气量

单位用气量采用6m3空气/min·1000m3，则用气量为

317133

q?6??19.0m/min?0.32m/s

1000② 曝气立管管径

采用管内沼气流速为v?12m/s，则所需立管总面积为

q0.322

F???0.0264m

v12

v?

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选用立管直径DN60mm，每根断面面积为

A??D24?3.14?0.00362

?0.00283m

4所需立管根数为

n?F0.0264??9.32根 A0.00283取10根。

核算立管实际流速

v'?q0.32??11.3 nA10?0.00283符合要求。

5.污泥脱水(sludge dewatering) （1）概述

污水处理过程中所产生的污泥，一般是带水的颗粒或絮状疏松结构。污泥经浓缩、消化后，尚有92%～97%的含水率，体积仍然庞大。因此，为了综合利用和最终处置，需要对污泥进行干化和脱水处理，以降低含水率，缩减污泥体积。污泥脱水的方法很多，一般有：自然干化(sludge drying)、机械脱水、污泥烘干、焚烧(sludge incineration)等方法。 （2）污泥量

污泥消化过程中由于分解而使体积减小，按消化污泥中有机物含量占60%，分解率为50%，污泥含水率为95%计算：

Q1?Q0?100?P1

100?P2 ?625.26?分解污泥容积

100?97.53

?312.6m/d

100?95V1?Q1??1?95%??50%?60%

?312.6??1?95%??50%?60%?4.7m3 故每日污泥量为：

V?Q1?V1?312.6?4.7?308m

3

（3）污泥脱水设备的选择

污泥机械脱水是以过滤介质形成滤液，而固体颗粒倍截流在介质上，形成泥饼（sludge cake），从而达到脱水目的。污泥机械脱水设备的选择应根据处理规模、运行费用、运行经验、污泥出路等方面的实际情况进行选择。

本设计选用双网带式压滤机3台，2备1用。滤带可以回旋，脱水效率高，噪音小，能源消耗低，附属设备少，操作管理维修方便。但必须正确地使用有机高分子混凝剂。其特点如下：

① 脱水泥饼含水率：70%～80%； ② 投资费用较低；

- 34 -

③ 自控、连续型运行方式； ④ 脱水前无需预处理；

⑤ 适用于大中型污水处理厂。

每台处理污泥能力8.0m3/h，工作周期20h，可处理污泥量：

33

V'?8.0?20?2?320m>V?308m

脱水后污泥含水率为75%，污水体积为：

V0?V?P2?P3??308??95%?75%??61.6m

3

脱水后的污泥用车外运处理。

1.5.9污水处理厂平面及高程布置

1.污水处理厂平面布置

水场平面布置包括：处理构筑物的布置，办公、化验及其它辅助建筑物的布置，以及各种管道、道路、绿化等的布置。根据处理厂的规模大小，采用1：200～1：500的比例尺的地形图绘制总平面图。管道布置可单独绘制。

平面布置的一般原则如下：

（1）处理构筑物的布置应紧凑，节约用地，便于管理。

（2）处理构筑物应尽可能地按流程顺序布置，以避免管线迂回，同时应充分利用地形，减少土方量。

（3）经常有人工作的办公、化验等建筑物应布置在夏季主导风向的上风向，北方地区应考虑朝阳。 （4）在布置总图应考虑安排充分的绿化带，为污水处理厂的工作人员提供一个优美舒适的环境。

（5）考虑远近期结合，有条件时可按远景规划水量布置，将处理构筑物分为若干系列，分期建设。

（6）构筑物之间距离应考虑敷设灌区的位置，远转管理的需要和施工要求，一般采用5～10m。

（7）污泥消化池应距初沉池较近，以缩短污泥管线，且与其它处理构筑物间距不小于20m。

（8）变电所设在耗电大的构筑物附近，高压线应避免在厂内架空敷设，以策安全。

（9）污水厂内管线种类分多，应综合考虑布置，以免发生矛盾。污水、污泥管道应尽可能考虑自流。

（10）如有条件，污水厂内的压力管线和电缆可合并敷设在同一管廊或管沟内，以利于维护和检修。

（11）污水厂内应设超越管，以便在发生事故时，使污水能超越该构筑物，进入下构筑物或事故溢流。

具体平面布置见城市污水总平面图。 2.污水厂高程设计 （1）概述

为使污水能在各处理构筑物之间通畅流动，以保证处理厂的正常运行，需进行高程布置，以确定各构筑物及连接管高程。

为降低运行费用和便于维护管理，污水在处理构筑物之间的流动已按重力流

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考虑为宜；污泥也最好利用重力流动，若需提升时，应尽量减少抽升次数。为保证污泥的顺利自流，应精确计算处理构筑物之间的水头损失，并考虑扩建时预留的储备水头。

（2）注意事项的考虑

在对污水处理厂污水处理流程的高程布置时，应考虑下列事项：

① 选择一条距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算。并适当留有余地，以保证在任何情况下，处理系统能够正常运行。

② 计算水头损失时，一般以尽其最大流量作为构筑物和管渠的设计流量。 ③ 设置重点泵站的污水处理厂，水力计算从接受处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒推计算，以使处理水在洪水季节也能自流排放，二泵站需要的扬程较小，运行费用较低。但同时应考虑挖土深度不宜过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难。

④ 在作高程布置时，还应注意污水流程与污泥流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。

本设计最高洪水位为76m，由于曝气池的体积大，考虑土方平衡，设计曝气

11池为半地下式。高程计算取曝气池高～位于地面以上。并以此为起点分别向

32格栅和巴氏计量槽出水口进行污水高程计算。 （3）各处理构筑物的水头损失见附录8（略）。 3.污泥的高程计算 在污水处理厂中，经沉淀或处后的污泥经管道流动，所以应计算忤逆流动中水头损失，进而计算污泥处理流程高程。污泥高程计算顺序与污水相同，即从控制性标高点开始。

污泥在管道中水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失。由于目前有关污泥水力特征的研究还不够，因此，污泥管道水力计算主要是按污泥局部为沿程水头损失的30%计算。

4.污泥泵房

贮泥池污泥来自初沉池和浓缩池，污泥粘度较大，不易流入泵内，要求提升用泵的抽吸能力高，故选用柱塞泵。其特点是： （1）输送可靠，效率较高；

（2）输送能可直接随泵速而变； （3）被大块固体堵塞的可能性小； （4）可控制污泥流量和有效计量；

（5）容易抽送包括泥饼在内的浓度稠的固体。 拟采用2台泵，1用1备。

第2章 污水处理工程概算及成本估算实例

根据《给水排水设计手册》第10册，技术经济计算中有关资料污水处理厂成本概算如下。

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2.1 计算原则

1.污水处理厂综合指标以设计日平均污水量（m3/d）计算，污、雨水泵站综合指标以设计最大流量计算（L/s）。

2.除沉砂池、沉淀池、污泥消化池、接触池、调节池等一设计容积计算以外，其他容积至生产性构筑物的建设容积，包括水池超高、沉淀部分。

3.人工、材料包括在主体构筑物的指标中。

2.2 污水厂建设直接费

1.场区平面技术经济概算

2215356A??70000?2584582元

600002.污水泵房技术经济概算

根据指标编号4B-2-1-11，指标础价（每座）：

535014A??70000?267507元

140000其中，土建直接费：

1562244a1??70000?2733927元

40000配管及安装直接费：

143091a2??70000?250409元

40000建筑安装工程费（每座）：

2466951B??70000?4317164元

40000设备工器具购置费（每座）：

551340C??70000?964845元

40000综合以上计算，进水泵房总建设费用为：13888030.2元。 3.沉砂池技术经济概算

沉砂池采用曝气沉砂池，共设2座，根据指标编号4B-2-2-8，指标础价（每座）：

256418113920A???405710.3元

360002其中，土建直接费：

13126770000a1???127620元

360002配管及安装直接费：

12515170000a2???121674元

360002建筑安装工程费（每座）：

- 37 -

35339770000??343580元 360002设备工器具购置费（每座）：

2963970000C???28815元

360002综合以上计算，本设计曝气沉砂池总建设费用为：870984元。 4.初沉池技术经济概算

初次沉淀池为辐流式沉淀池，根据指标编号4B-2-4-11，指标础价（每座）：

148214270000A???576388元

600003其中，土建直接费：

129072470000a1???501948元

600003配管及安装直接费：

19141970000a2???74440元

600003建筑安装工程费（每座）：

2132731B??70000?829395元

60000设备工器具购置费（每座）：

149264370000C???50261元

600003综合以上计算，本设计初次沉淀池总建设费用为：2032432元。 5.二次沉淀池技术经济概算

二次沉淀池为辐流式沉淀池，根据指标编号4B-2-5-13，指标础价（每座）：

158344570000A???211260元

175003其中，土建直接费：

139146470000a1???1855285元

175003配管及安装直接费：

19198070000a2???255973元

175003建筑安装工程费（每座）：

228061970000B???3040825元

175003综合以上计算，本设计出次沉淀池总建设费用为：8871401元。 6.曝气池技术经济概算

曝气池共设两座，根据指标编号4B-2-6-12，指标础价（每座）：

544144770000A???3968492元

600002其中，土建直接费： B? - 38 -

402951170000??3016151元

600002配管及安装直接费：

141193670000a2???1085720元

600002建筑安装工程费（每座）：

770995970000B???4936952元

600002设备工器具购置费（每座）：

80809970000C???453289元

600002综合以上计算，本设计出次沉淀池总建设费用为：9734129元。 7.消毒接触池技术经济概算

消毒接触池根据指标编号4B-2-10-9，指标础价（每座）：

449630A??70000?1152488元

36000其中，土建直接费：

390634a1??70000?1100635元

36000配管及安装直接费：

49997a2??70000?125076元

36000建筑安装工程费（每座）：

648362B??70000?1660939元

36000设备工器具购置费（每座）：

50082C??70000?128185元

36000综合以上计算，本设计初次沉淀池总建设费用为：5842736元。 8.污泥回流泵房技术经济概算

根据指标编号4B-2-12-1，指标础价（每座）：

374642A??70000?1568504元

20000其中，土建直接费：

310000a1??70000?1210262元

20000配管及安装直接费：

64542a2??70000?269780元

20000建筑安装工程费（每座）：

536211B??70000?2173943元

20000设备工器具购置费（每座）： a1? - 39 -

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