某市10万吨污水处理厂工艺设计 - 副本

目 录

第一章 设计任务及资料......................................................... 1

1.1设计任务 ............................................................................ 1 1.2设计目的及意义 ................................................................. 1 1.3设计要求 ............................................................................ 1 1.4设计资料 ............................................................................ 2 1.5设计依据 ............................................................................ 3

第二章 设计方案论证............................................................. 4

2.1厂址选择 ............................................................................ 4 2.2污水厂处理流程的选择 ...................................................... 4 2.3设计污水水量 ..................................................................... 9 2.4污水处理程度计算 ............................................................. 9

第三章 污水的一级处理构筑物设计计算........................... 12

3.1格栅 .................................................................................. 12 3.2提升泵站 .......................................................................... 17 3.3沉砂池 .............................................................................. 21

第四章 污水的二级处理设计计算....................................... 27

4.1厌氧池+DE型氧化沟工艺计算.......................................... 27 4.2辐流式沉淀池 ................................................................... 36 4.3消毒设施计算 ................................................................... 45 4.4计量设备 .......................................................................... 48

第五章 污泥处理设计计算................................................... 52

5.1污泥处理(sludge treatment)的目的与处理方法 ................ 52 5.2污泥泵房设计 ................................................................... 52 5.3污泥浓缩池....................................................................... 53 5.4贮泥池 .............................................................................. 58 5.5污泥脱水 .......................................................................... 59

第六章 污水处理厂的布置................................................... 65

6.1污水处理厂平面布置........................................................ 65 6.2污水处理厂高程布置........................................................ 68

第七章 供电仪表与供热系统设计....................................... 74

7.1变配电系统....................................................................... 74 7.2监测仪表的设计 ............................................................... 74

第八章 劳动定员................................................................... 75

8.1定员原则 .......................................................................... 75 8.2污水厂人数定员 ............................................................... 75

参考文献................................................................................... 76 附录........................................................................................... 77 外文资料................................................................................... 78 中文译文................................................................................... 81 致谢........................................................................................... 84

第一章 设计任务及资料

1.1设计任务

某市10万吨污水处理厂工艺设计。

1.2设计目的及意义 1.2.1设计目的

该市为东北某市，面积10301平方公里，人口300万，城市发展方向为以老城为依托，以疏港公路为轴线，向南发展。并逐步向经济技术开发区发展。随着城市及工业的发展，城市污水排放量也在逐年增加，至2007年城北排放未经处理污水排放量已达10万吨/日左右。大量的工业废水和生活污水未经处理直接排入M河，使M河受到严重污染，致使河水中生物、植物大部分绝迹，破坏了自然景观、污染城区下游地下水源，严重制约着该市经济的发展。为改善环境，治理河水污染问题，建设城市污水治理工程势在必行。

1.2.2设计意义

设计是实现高等工科院校培养目标所不可缺少的教学环节，是教学计划中的一个有机组成部分，是培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识以及分析解决实际问题能力的重要一环。它与其他教学环节紧密配合，相辅相成，在某种程度上是前面各个环节的继续、深化和发展。

我国城市污水处理相对于国外发达国家、起步较晚。近200年来，城市污水处理已从原始的自然处理、简单的一级处理发展到利用各种先进技术、深度处理污水，并回用。处理工艺也从传统活性污泥法、氧化沟工艺发展到A/O、A2/O、AB、SBR（包括CCAS工艺）等多种工艺，以达到不同的出水要求。虽然如此，我国的污水处理还是落后于许多国家。在我们大力引进国外先进技术、设备和经验的同时，必须结合我国发展，尤其是当地实际情况，探索适合我国实际的城市污水处理系统。

其次，做本设计可以使我得到很大的提高，可在不同程度上提高调查研究，查阅文献，收集资料和正确熟练使用工具书的能力，提高理论分析、制定设计方案的能力以及设计、计算、绘图的能力；技术经济分析和组织工作的能力；提高总结，撰写设计说明书的能力等。

1.3设计要求

1.3.1污水处理厂设计原则

（1） 污水厂的设计和其他工程设计一样，应符合适用的要求，首先必须

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确保污水厂处理后污水达到排放要求。考虑现实的经济和技术条件，以及当地的具体情况（如施工条件）。在可能的基础上，选择的处理工艺流程、构（建）筑物形式、主要设备设计标准和数据等。

（2） 污水处理厂采用的各项设计参数必须可靠。设计时必须充分掌握和认真研究各项自然条件，如水质水量资料、同类工程资料。按照工程的处理要求，全面地分析各种因素，选择好各项设计数据，在设计中一定要遵守现行的设计规范，保证必要的安全系数。对新工艺、新技术、新结构和新材料的采用积极慎重的态度。

（3） 污水处理厂（站）设计必须符合经济的要求。污水处理工程方案设计完成后，总体布置、单体设计及药剂选用等尽可能采用合理措施降低工程造价和运行管理费用，

（4） 污水厂设计应当力求技术合理。在经济合理的原则下，必须根据需要，尽可能采用先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。

（5） 污水厂设计必须注意近远期的结合，不宜分期建设的部分，如配水井、泵房及加药间等，其土建部分应一次建成；在无远期规划的情况下，设计时应为今后发展留有挖潜和扩建的条件。

（6） 污水厂设计必须考虑安全运行的条件，如适当设置分流设施、超越管线、甲烷气的安全储存等。

（7） 污水厂的设计在经济条件允许情况下，场内布局、构（建）筑物外观、环境及卫生等可以适当注意美观和绿化。

1.3.2污水处理工程运行过程中应遵循的原则

在保证污水处理效果同时，正确处理城市、工业、农业等各方面的用水关系，合理安排水资源的综合利用，节约用地，节约劳动力，考虑污水处理厂的发展前景，尽量采用处理效果好的先进工艺，同时合理设计、合理布局，做到技术可行、经济合理。

1.4设计资料 1.4.1项目概况

东北某市，面积10301平方公里，人口300万，城市发展方向为以老城为依托，以疏港公路为轴线，向南发展。并逐步向经济技术开发区发展。随着城市及工业的发展，城市污水排放量也在逐年增加，至2007年城北排放未经处理污水排放量已达10万吨/日左右。大量的工业废水和生活污水未经处理直接排入M河，使M河受到严重污染，致使河水中生物、植物大部分绝迹，破坏了自然景观、污染城区下游地下水源。为改善环境，治理河水污染问题，建设城市污水治理工程势在必行。

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1.4.2水质情况

污水处理厂进水水质指标为：

COD 390mg/l BOD5 180mg/l SS 180mg/l NH3-N 40mg/l

P

6mg/l

处理后的出厂污水水质标准为：

COD ≤100mg/l BOD5 ≤20mg/l SS ≤20mg/l NH3—N ≤15mg/l P ≤1 mg/l 处理后的污水排入M河。

1.4.3环境条件状况

该市区属温带季风型大陆性气候，春季多风干燥，夏季受北太平洋暖流影响，温暖而潮湿，秋季温润凉爽，冬季受蒙古和西伯利亚高气压带控制，寒冷干燥。年平均降水量约550毫米，年平均气温8℃。本地区气候主要受季风影响，主导风向夏季为南风、西南风；冬季北风、西北风。

地震裂度6度。

1.4.4排水系统

城市的排水系统采用分流制排水系统，城市污水主干管由西北方向流入污水处理厂厂区，主干管进入污水处理厂处的管径为1250mm，管道水面标高为80.0m。

1.5设计依据

设计依据主要是国家有关法律法规： 1、《中华人民共和国环境保护法》； 2、GB3838－2002《地面水环境质量标准》；

3、GB18918－2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》； 4、GB50014－2006《室外排水设计规范》；

5、GB50335－2002《污水再生利用工程设计规范》。

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2.3设计污水水量

由设计资料知，该市每天的平均污水量为：

Q?10万吨/天

4743?10?10t/d?10?10kg/d?10?10m/d?10?10?1024?360043

Ls?1157.41Ls查GB50014－2006《室外排水设计规范》知： 1157.41Ls?1000Ls 则

取总变化系数 K??1.3

从而可计算得：

设计秒流量为 Q?K??Q

式中 Q K? Q 城市每天的平均污水量，Ls； 总变化系数； 设计秒流量，Ls。

Q?1.3?1157.41?1504.63Ls

2.4污水处理程度计算

城市污水排入受纳水体后，经过物理的、化学的和生物的作用，使污水中的污染物浓度降低，受污染的受纳水体部分地或全部地恢复原状，这种现象称为水体自净或水体净化，水体所具有的这种能力称为水体自净能力。

在选择污水处理程度时，既要充分利用水体的自净能力，又要防止水体受到污染，避免污水排入水体后污染下游取水口和影响水体中的水生动植物。

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2.4.1污水的COD处理程度计算

E1?C?CeC

的处理程度，%；

式中 E1 C Ce 则

E1?COD进水的COD浓度,mgL；

处理后污水排放的COD浓度，mgL。

390?100390?74.36%

2.4.2污水的BOD5处理程度计算

E2?L?LeL

的处理程度，%；

式中 E2 L Le 则

E2?BOD5进水的BOD5浓度，mgL；

处理后污水排放的BOD5浓度，mgL。

180?20180?88.89%

2.4.3污水的SS处理程度计算

E3?C?CeC

式中 E3 C Ce 则

E3?SS的处理程度，%； 进水的SS浓度，mgL；

处理后污水排放的SS浓度，mgL。

180?20180?88.89%

2.4.4污水的氨氮处理程度计算

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E4?C?CeC

式中 E4 C Ce 则

E4?氨氮的处理程度，%； 进水的氨氮浓度，mgL；

处理后污水排放的氨氮浓度，mgL。

40?1540?62.5% 2.4.5污水的磷酸盐处理程度计算

E5?C?CeC

式中 E5 C Ce 则

E5?6?16磷酸盐的处理程度，%； 进水的磷酸盐浓度，mgL；

处理后污水排放的磷酸盐浓度，mgL。

?83.33%

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第三章 污水的一级处理构筑物设计计算

3.1格栅

格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，如纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、塑料制品等，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常进行。被截留的物质称为栅渣。

设计中格栅的选择主要是决定栅条断面、栅条间隙、栅渣清除方式等。 格栅断面有圆形、矩形、正方形、半圆形等。圆形水力条件好，但刚度差，故一般多采用矩形断面。格栅按照栅条形式分为直棒式格栅、弧形格栅、辐流式格栅、转筒式格栅、活动格栅等；按照格栅栅条间距分为粗格栅和细格栅（1.5～10mm）；按照格栅除渣方式分为人工除渣格栅和机械除渣格栅，目前，污水处理厂大多都采用机械格栅；按照安装方式分为单独设置的格栅和与水泵池合建一处的格栅。 3.1.1格栅的设计 城市的排水系统采用分流制排水系统，城市污水主干管由西北方向流入污水处理厂厂区，主干管进水水量为Q?1504.63Ls，污水进入污水处理厂处的管径为1250mm，管道水面标高为80.0m。

本设计中采用矩形断面并设置两道格栅（中格栅一道和细格栅一道），采用机械清渣。其中，中格栅设在污水泵站前，细格栅设在污水泵站后。中细两道格栅都设置三组即N=3组，每组的设计流量为0.502m3s。

3.1.2设计参数

1、格栅栅条间隙宽度，应符合下列要求：

1) 粗格栅：机械清除时宜为16～25mm；人工清除时宜为25～40mm。特殊情况下，最大间隙可为100mm。

2) 细格栅：宜为1.5～10mm。 3) 水泵前，应根据水泵要求确定。

2、 污水过栅流速宜采用0.6～1.Om／s。除转鼓式格栅除污机外，机械清除格栅的安装角度宜为60～90°。人工清除格栅的安装角度宜为30°～60°。

3、当格栅间隙为16～25mm时，栅渣量取0.10～0.05m3103m3污水；当格栅间隙为30～50mm时，栅渣量取0.03～0.01m3103m3污水。

4、格栅除污机，底部前端距井壁尺寸，钢丝绳牵引除污机或移动悬吊葫芦

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抓斗式除污机应大于1.5m；链动刮板除污机或回转式固液分离机应大于1.Om。 5、格栅上部必须设置工作平台，其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m，工作平台上应有安全和冲洗设施。

6、 格栅工作平台两侧边道宽度宜采用0.7～1.Om。工作平台正面过道宽度，采用机械清除时不应小于1.5m，采用人工清除时不应小于1.2m。

7、 粗格栅栅渣宜采用带式输送机输送；细格栅栅渣宜采用螺旋输送机输送。

8、格栅除污机、输送机和压榨脱水机的进出料口宜采用密封形式，根据周围环境情况，可设置除臭处理装置。 9、格栅间应设置通风设施和有毒有害气体的检测与报警装置。 10、沉砂池的超高不应小于0.3m。

3.1.3中格栅设计计算

1、进水渠道宽度计算

根据最优水力断面公式Q?B1hv?B1设计中取污水过栅流速v=0.8ms

2Q2?0.5020.8?1.12m

B12v?B1?22计算

B1??B12?则 栅前水深：h??0.56m

2、格栅的间隙数 n?Qsin?Nbhv

式中 n 格栅栅条间隙数，个； Q 设计流量，m3s； ? 格栅倾角，o； N 设计的格栅组数，组；

b 格栅栅条间隙数，m。

设计中取??60? b=0.02m

n?0.502sin60??520.02?0.56?0.8 个

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3、格栅栅槽宽度 B?S?n?1??bn 式中 B 格栅栅槽宽度，m； S 每根格栅条宽度，m。

设计中取S=0.015m

B?0.015??52?1??0.02?52?0.76?1.04?1.80m

4、进水渠道渐宽部分的长度计算 l1?式中 l1 ?1 B?B12tan?1

进水渠道渐宽部分长度，m； 渐宽处角度，o。 设计中取 ?1=20? l1?1.80?1.122tan20??0.93m

5、进水渠道渐窄部分的长度计算 l2?l12?0.932?0.46m

6、通过格栅的水头损失 h1?k?()3bS4v22gsin?

式中 h1 ? k

水头损失，m；

格栅条的阻力系数，查表知 ?=2.42；

格栅受污物堵塞时的水头损失增大系数，一般取 k=3。

0.0150.024则 h1?3?2.42?()30.82g2sin60??0.14m

7、栅后槽总高度

设栅前渠道超高h2?0.3m

则 栅后槽总高度：H?h?h1?h2?0.56?0.14?0.3?1.00m

8、栅槽总长度

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L?l1?l2?0.5?1.0?htan??h2tan??0.3tan60??0.93?0.46?0.5?1.0??3.38m0.56tan60?

中格栅示意图如图3—1

图3—1 中格栅示意草图

9、每日栅渣量 W?式中 W QmaW?86400QW1x1 ?KZ?10001000每日栅渣量，m3d；

W1 每日每1000m3污水的栅渣量，m3103m3污水。

设计中取 W1=0.05m3103m3污水 W?10?10?0.0510004?5m3d?0.2m3d

应采用机械除渣及皮带输送机或无轴输送机输送栅渣，采用机械栅渣打包

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机将栅渣打包，汽车运走。 10、进水与出水渠道

城市污水通过DN1250mm的管道送入进水渠道，然后，就由提升泵将污水提升至细格栅。

3.1.4细格栅设计计算

设计中取格栅栅条间隙数b=0.01m，格栅栅前水深h=0.9m，污水过栅流速v=1.0ms，每根格栅条宽度S=0.01m，进水渠道宽度B1=0.8m，栅前渠道超高h2?0.3m，每日每1000m3污水的栅渣量W1=0.04m3103m3 则 格栅的间隙数：n?Qsin?Nbhv?0.502sin60?0.01?0.9?1.0?52 个

格栅栅槽宽度：B?S?n?1??bn?0.01?52?1??0.01?52?1.03m 进水渠道渐宽部分的长度：l1?B?B11.03?0.82tan?12tan20??0.32m 进水渠道渐窄部分的长度计算：l2?通过格栅的水头损失：

h1?k?(Sb4l12?0.322?0.16m

4)3?0.01?31.0sin??3?2.42???sin60??0.32m ??2g2g?0.01?v22 栅后槽总高度：H?h?h1?h2?0.9?0.32?0.3?1.52m

栅槽总长度：L?l1?l2?0.5?1.0?htan??h2tan?0.9tan60?

?0.3tan60?

?0.32?0.16?0.5?1.0??2.67m

每日栅渣量：W?QmaxW1?86400KZ?1000?QW11000?10?10?0.0510004?5m3s?0.2m3s

应采用机械除渣及皮带输送机或无轴输送机输送栅渣，采用机械栅渣打包机将栅渣打包，汽车运走。

细格栅示意图见图3—2

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图3—2 细格栅示意图

3.2提升泵站

污水总泵站接纳来自整个城市排水管网来的所有污水，其任务是将这些污水抽送到污水处理厂，以利于处理厂各构筑物的设置。因采用城市污水与雨水分流制，故本设计仅对城市污水排水系统的泵站进行设计。

排水泵站的基本组成包括：机器间、集水池、格栅和辅助间。

3.2.1泵站设计的原则

1、污水泵站集水池的容积，不应小于最大一台水泵5min的出水量；如水泵机组为自动控制时，每小时开动水泵不得超过6次。

2、集水池池底应设集水坑，倾向坑的坡度不宜小于10%。

3、水泵吸水管设计流速宜为0.7～1.5 m/s。出水管流速宜为0.8～2.5 m/s。 其他规定见GB50014—2006《室外排水规范》。

3.2.2泵房形式及工艺布置

本设计采用地下湿式矩形合建式泵房，设计流量选用最高日最高时流量

Q?1.50463m3s?130000m3d。

1、泵房形式

为运行方便，采用自灌式泵房。自灌式水泵多用于常年运转的污水泵站，它的优点是：启动及时可靠，管理方便。该泵站流量小于2m3/s，且鉴于其设计

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和施工均有一定经验可供利用，故选用矩形泵房。由于自灌式启动，故采用集水池与机器间合建，前后设置。大开槽施工。

2、工艺布置

本设计采用来水为一根污水干管，无滞留、涡流等不利现象，故不设进水井，来水管直接经进水闸门、格栅流入集水池，经机器间的泵提升污水进入出水井，然后依靠重力自流输送至各处理构筑物。

3.2.3泵房设计计算

1、设计参数

设计流量为Q?1.50463m3s?1504.63Ls，集水池最高水位为79.93m，出水管提升至细格栅，出水管长度为5m，细格栅水面标高为85.001m。泵站设在处理厂内，泵站的地面高程为81.50m。

2、泵房的设计计算 （1）集水池的设计计算

设计中选用5台污水泵（4用1备），则每台污水泵的设计流量为：

Q1?Q4?1504.634?376.2Ls，按一台泵最大流量时

5min的出水量设计，则集

水池的容积为：

V?Q1t?376.2?5?60?112860L?112.86m3

取集水池的有效水深为h?2.0m

集水池的面积为：

F?Vh?112.862?56.43m2

集水池保护水深0.71m，实际水深为2.0+0.71=2.71m。 （2）水泵总扬程估算

1）集水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差为： 85.001-（79.93-2）=7.071m 2）出水管管线水头损失

每一台泵单用一根出水管，其流量为Q1?376.2Ls，选用的管径为

DN600mm的铸铁管，查《给水排水设计手册》第一册常用资料得流速v?1.33ms（介于0.8~2.5ms之间），1000i?3.68。出水管出水进入一进水渠，

然后再均匀流入细格栅。

设局部损失为沿程损失的30%，则总水头损失为：

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h?5?3.681000?1.3?0.024m

泵站内的管线水头损失假设为1.5m，考虑自由水头为1.0，则水泵总扬程为：

H?1.5?0.024?7.071?1.0?9.595m （3）选泵

本设计单泵流量为Q1?376.2Ls，扬程9.595m。查《给水排水设计手册》第11册常用设备，选用300TLW-540IB型的立式污水泵。该泵的规格性能见表3-1。

表3-1 300TLW-540IB型的立式污水泵的规格性能

流量Q 扬程 H h转度 n 电动 机功 率N 污物通过能力 效率 ? 气蚀余量 固体 纤维 ?NPSH?r 重量 ?m3??Ls? ?m? 16.6 ?rmin? 1414 392.8 970 ?kW? 110 ?%? 77 ?mm? ?mm? 250 1500 ?kg? ?m? 8.0 3150

3、泵站总扬程的校核

水泵的平面布置形式可直接影响机器间的面积大小，同时，也关系到养护管理的方便与否。机组间距以不妨碍操作和维修的需要为原则。机组的布置应保持运行安全、装卸、维修和管理方便，管道总长度最短，接头配件最少，水头损失最小，并应考虑泵站有扩建的余地。

（1）吸水管路的水头损失

每根吸水管的流量为Q1?376.2Ls，选用的管径为DN600mm，流速为

v?1.33ms，，坡度为1000i?3.68。吸水管路的直管部分的长度为1.0m，设有

喇叭口（??0.1），DN600mm的90?弯头1个（??0.67），DN600mm的闸阀1个（??0.06），DN600?DN350渐缩管1个（??0.20）。

① 喇叭口

喇叭口一般取吸水管的1.3~1.5倍，设计中取1.3 则 喇叭口直径为：

D?1.3?600?780mm，取800mm

L?0.8D?0.8?800?640mm?710mm② 闸阀

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Dnmm600，L?600mm。 ③渐缩管

选用DN600?DN350

L?2?D?d??150?2??600?350??150?650mm

v'v60035022其中

?，

得v'?3.91ms。

④ 直管部分为1.0m，管道总长为： L?1.0?0.64?0.6?0.65?2.89i?3.68m ‰ 则 沿程损失为：

h1'?Li?2.89?0.00368?0.011m

局部损失为： h1''??1v122g

1.332 ??0.1?0.06?0.67??吸水管路水头损失为：

2?9.81?0.2?3.9122?9.81?0.231m

h1?h1'?h1''?0.011?0.231?0.242m

（2）出水管路水头损失

出水管直管部分长为5m，设有渐扩管1个（??0.20），闸阀1个（??0.06），单向止回阀（??1.7，L?800mm）。

沿程水头损失：h2'?Li??5?0.65?0.6?0.8??0.00368?0.026m 局部水头损失：h2''??2v222g?0.06?3.9122?9.81??1.7?0.2??1.3322?9.81?0.218m

总出水水头损失：h2?h2'?h2''?0.026?0.218?0.244m （3）水泵总扬程

水泵总扬程用下式计算：

?h?h? h H?h123420

式中 h1——吸水管水头损失，m；

h2——出水管水头损失，m；

h3——集水池最低工作水位与所提升最高水位之差，m； h4——自由水头，一般取h4=1.0m 。 H?0.242?0.244?7.071?1.0?8.557m 故选用5台300TLW-540IB型的立式污水泵是合适的。

3.3沉砂池

沉砂池是借助污水中的颗粒与水的比重不同，使大颗粒的砂粒、石子、煤渣等无机颗粒沉降，以去除相对密度较大的无机颗粒。常用的沉砂池有平流沉砂池、曝气沉砂池、竖流式沉砂池、涡流式沉砂池和多尔沉砂池。这几种沉砂池各有其优点，但是在实际工程中一般多采用曝气沉砂池。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。 3.3.1曝气沉砂池

本设计中选择三组曝气沉砂池，N=3组。每组沉砂池的设计流量为0.502m3s。

3.3.2设计参数

1、水平流速宜为0.1m／s。

2、最高时流量的停留时间应大于2min。

3、有效水深宜为2.0～3.Om，宽深比宜为1～1.5。 4、处理每立方米污水的曝气量宜为0.1～0.2m3空气。

5、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 设置挡板。

6、污水的沉砂量，可按每立方米污水0.03L计算；合流制污水的沉砂量应根据实际情况确定。

7、 砂斗容积不应大于2d的沉砂量，采用重力排砂时，砂斗斗壁与水平面的倾角不应小于55°。

8、池底坡度一般取为0.1～0.5。

9、沉砂池除砂宜采用机械方法，并经砂水分离后贮存或外运。采用人工排砂时，排砂管直径不应小于200mm。排砂管应考虑防堵塞措施。

21

3.3.3曝气沉砂池的设计计算

1、沉砂池有效容积 V?60Qt 式中 V t 沉砂池有效容积，m2； 停留时间，min。

本设计中取 t=3min V?60?0.502?3?90.36m3 2、水流断面面积

A?Qv1

水流断面面积，m2； 水平流速，ms。

式中 A

v1 设计中取 v1=0.1ms A?0.5020.1Ah?5.02m2

3、池总宽度 式中 B

h B?

沉砂池宽度，m； 沉砂池有效水深，m。

设计中取 h=2m

B?Ah?0.5022?2.51m

Bh?2.512?1.255在1.0~1.5之间。

4、池长 L?VA?60vt?60?0.1?3?18m

5、每小时所需的空气量 q?3600Qd 式中 q 每小时所需的空气量，m3h；

22

d 1m3的污水所需要的空气量，m3m3污水。

设计中d=0.2m3m3污水

q?3600?0.502?0.2?361.44m3h

6、沉砂室所需容积 V?式中 X Q?X?T?86400106 城市污水沉砂量?m3106m3污水?，设计中取X=30m3106m3 污水

T

V?清除沉砂的间隔时间，设计中取T=2d。

10?10?30?21064?6m

3从而可计算得每个沉砂斗的容积为：V0? 7、沉砂斗几何尺寸计算

VN?63?2m3

设计中取沉砂斗底宽为a1?0.5m，沉砂斗壁与水平面的倾角为??60?，沉砂斗高度h2?1.3m 则 沉砂斗的上口宽度为：a?沉砂斗的有效容积：

V?h232h2tan60??a1?2?1.3tan60??0.5?2.0m

?a2?aa1?a12??1.3?2.032?2.0?0.5?0.52??2.275m2?2m

2 8、池子总高

设池底坡度为0.4，破向沉砂斗，池子超高h1?0.3m 则 池底斜坡部分的高度：h3?0.4?B?b2?0.4?2.51?2.02?0.102m

池子总高：H?h?h1?h2?h3?2?0.3?1.3?0.102?3.702m 9、验算流速

当有一格池子出故障，仅有两格池子工作时：

Vmin?Qmaxnhb?1.504632?2?2.51?0.15m/s?0.10m/s

23

当有两格池子出故障，仅有一格池子工作时： Vmin?Qmaxnhb?1.504631?2?2.51?0.30m/s?0.15m/s

10、进水渠道

格栅的出水通过DN1250mm的管道送入沉砂池的进水渠道，然后进入沉砂池，进水渠道的水流流速 v1?式中 v1 B1 H1 QB1H1

进水渠道水流流速，ms； 进水渠道宽度，m； 进水渠道水深，m。 设计中取 B1=1.2m，H1=0.8m。

v1?0.5021.2?0.8?0.52ms

水流经过进水渠道再分别由进水口进入沉砂池，进水口尺寸900×900，流速校核：

v?QmaxA?1.504630.9?0.9?3?0.62m/s

进水口水头损失h??v22g???1.06?

代入数值得：h?1.06?0.6222?9.81?0.02m

进水口采用方形闸板，SFZ型明杆或镶钢铸铁方形闸门SFZ—900，沉砂斗采用H46Z—2.5旋启式底阀，公称直径200mm。

11、出水堰计算

出水采用沉砂池末端薄壁出水堰跌落出水，出水堰可保证沉砂池内水位标高恒定，堰上水头为

2 H2?Q???mb2g2??3???

式中 H1 m 堰上水头，m；

流量系数，一般取0.4~0.5，设计中取m=0.4；

24

b2 H2堰宽，m，等于沉砂池的宽度。

2?0.502????0.4?2.51?2?9.81?3???0.23m ? 出水堰后自由跌落高度0.12m，出水流入出水槽，出水槽宽度B2?1.0m，出水槽水深h2?0.6m，水流流速v2?0.84ms。采用出水管道在出水槽中部与出水槽连接，出水槽用钢混管，管径DN?800mm，管内流速v3?1.34ms，水利坡度i?2.39‰，水流经出水槽流入集配水井。

12、排砂装置

采用吸砂泵排砂，吸砂泵设置在沉砂斗内，借助空气提升将沉砂排出沉砂池，吸砂泵管径DN?200mm。

曝气沉砂池示意图见下图3-3

图3-3 曝气沉砂池剖面图示意图 1—压缩空气管 2—空气扩散管 3—集砂槽

3.3.4曝气沉砂池曝气计算

1、空气干管设计

干管中空气流速一般为10～15m/s,取空气流速12m/s,则

d?4q?4?3?361.443.14?12?3600?0.18m

?v

2、支管设计

25

干管上设10根配气管，则每根竖管上的供气量为： q10=361.4410=36.144m3h 根

沉砂池总平面面积为：L×B = 5.02?3=15.06m2，取15m2

选用YBM-2型号的膜式扩散器，每个扩散器的服务面积为1.5m2，直径为500mm，则需空气扩散器总数为：

151.5=10个。

则每根配气管有1个空气扩散器，每个扩散器的配气量为：

26

361.4410=36.144m3h。

第四章 污水的二级处理设计计算

污水经过一级处理后会处理掉一部分的悬浮物（SS）和BOD5，处理程度按表4-1取值，而氮磷按不变计算

表4-1 处理厂的处理效果

处理效果?%? 处理级别 处理方法 主要工艺 SS BOD5 一级 沉淀法 生物膜法 沉淀（自然沉淀） 初次沉淀、生物膜反应、 二次沉淀 初次沉淀、活性污泥反应、 二次沉淀 40~55% 20~30% 60~90% 65~90% 70~90% 65~95% 二级 活性污泥法 设计中取处理效果为：SS=40%，BOD5=20% 则 进入曝气池中污水的BOD5浓度： Sa?Sy??1?20%??180??1?20%??180?0.8?144mgL 进入曝气池中污水的SS浓度：

La?Ly??1?40%??180??1?40%??180?0.6?108mgL

4.1厌氧池+DE型氧化沟工艺计算

氧化沟是活性污泥法的改良和发展，曝气池呈封闭渠道形，污水和活性污泥在循环水流的作用下混合接触，完成有机物的净化过程，又称循环曝气池。氧化沟在流态上介于推流式和完全混合式之间，局部流态为推流式，整体为完全混合状态，同时具有这两种混合方式的某些特点。在氧化沟中，污水和活性污泥的混合液在外加动力的作用下，不停的循环流动，有机物在微生物的作用下得到降解。该工艺对水温、水质和水量的变化有较强的适应性，污泥龄长、剩余污泥少、而且具有脱氮的功能。氧化沟有多种不同的类型，如Carrousel式、Orbal式、一体化氧化沟、交替式氧化沟等。若在氧化沟前加一厌氧池，也具有良好的除磷效果。本设计中选用厌氧池+DE型氧化沟工艺。取三组厌氧池+DE型氧化沟，则每组的设计流量为0.502m3s。

4.1.1设计参数

1、厌氧池的水力停留时间为0.5~1.0h；

27

2、氧化沟的处理能力取决于污水温度和沟内活性生物固体（MLVSS）的浓度。工艺设计通常是依据进水中污染物负荷、污泥龄、污泥负荷F/M和污水温度等。设计污泥龄、F/M和水温者之间有一定的函数关系：

表4-2 污泥龄、F/M和水温者之间有一定的函数关系

温度（?C） 污泥龄（d） FM??kgBOD55 20 0.06 10 12 0.10 15 8 0.15 20 4 0.20 ?kgVSS?d???

DE型氧化沟设计FM?0.05~0.1kgBOD5?kgVSS?d?，相应的污泥龄为

12~30d，而MLSS浓度通常设计为3500~5500mgL，其取值是依据污泥的沉

淀性能和污泥在沟中的贮存量。

3、延时曝气氧化沟的主要设计参数，宜根据试验资料确定，无试验资料时可按下表4-3的规定取值。

表4-3 延时曝气氧化沟的主要设计参数

项目 污泥浓度?MLSS?Xa 污泥负荷Ls 容积负荷Nv 污泥龄?c 污泥产率Y 需氧量O2 水力停留时间HRT 污泥回流比R 总处理效率? kgVSSkgOkgBOD5单位 gL参数值 2.5~4.5 kgMLSS?d0.03~0.08 0.1~0.2 ?15 kgBOD5?m3?d? d kgBODkgBOD5 0.3~0.6 1.5~2.0 ?16 25h % % 75~150 ?95?BOD5?

4、进水和回流污泥点宜设在缺氧区首端，出水点宜设在充氧器后的好氧区。氧化沟的超高与选用的曝气设备类型有关，当采用转刷、转碟时，宜为0.5m；当采用竖轴表曝机时，宜为0.6～0.8m，其设备平台宜高出设计水面0.8～1.2m。

28

5、氧化沟的有效水深与曝气、混合和推流设备的性能有关，宜采用3.5～4.5m。

6、根据氧化沟渠宽度，弯道处可设置一道或多道导流墙；氧化沟的隔流墙和导流墙宜高出设计水位0.2～0.3m。

7、氧化沟内的平均流速宜大于0.25 ms，混合液在渠内流v?0.4~0.5ms

4.1.2厌氧池计算

1、厌氧池容积

V?60Qt

式中 V t

厌氧池容积，m3； 厌氧池水力停留时间。

设计中取 t=0.75h=45min

V?60?0.502?45?1355.4m3

2、厌氧池尺寸计算

厌氧池面积：设计中取厌氧池有效水深为 h?3.0m

A?Vh?1355.43?451.8m2

厌氧池尺寸为：长?宽=22.6?20

厌氧池实际面积为：A?20?22.6?452m2 设计中取厌氧池的超高为0.3 m 则 池总高为H?h?0.3?3.0?0.3?3.3m 3、污泥回流量计算：

设计中取污泥回流比为R?80%

则 Q1?RQ?0.8?1.50463?1.203704m3s?104000m3d

4、搅拌机的选择

查《给水排水设计手册》第11册常用设备知选用BQT075型低速潜水推流器。

4.1.3 DE型氧化沟计算

1、内源呼吸系数

KdT?Kd20??T?式中 KdT 内源呼吸系数，d?1；

29

T?20

Kd20 ?T 20?C时，内源呼吸系数，d?1，一般取0.04~0.075；

温度系数，一般取1.02~1.06。

设计中取Kd20=0.06，?T=1.04

当T?8?C时 KdT?0.0?6?2、出水计算

设计中取BOD5的去除率为96%，氨氮的去除率为80%，磷的去除率为85% 则 Se?S0?1?96%4??14?0.?041.?04?8?200 .037 m5g.7 L6 去除的BOD5的浓度为：Sr?S0?Se?144?5.76?138.24mgL Ne?N0?1?80%?0.?2mg8 L??40 去除的氨氮的浓度为：Nr?N0?Ne?40?8?32mgL

1?85%?m0g.9 Pe?P L??6??1?0?.850?去除的磷的浓度为：Pr?P0?Pe?6?0.9?5.1mgL 3、污泥龄计算 ?c?XYSr

设计中取Y?0.6，X?4000mgL ?c?400?00.6?0.7?33. 7 138.24取34天

4、好氧区有效容积

V1?YQ(So-Se)?cX(1?Kd?c)?0.6?100000?138.24?343?4000??1?0.037?34??10407.8m

35、缺氧区有效容积 反消化区脱氮量：

W?Q?N0?Ne??0.124YQ?S0?Se?

?1000003?321000?0.124?0.6?1000003?138.241000?723.83kgd

缺氧区有效容积：

30

V2?WVdnX

式中 Vdn——反消化速率，设计中取 Vdn=0.025??kgNO3?N?kgMLSS?d???。 V2?723.833?7238m.3。

0.02?546、氧化沟总有效容积

V?V1?V2K

式中 K ——具有活性作用的污泥占总污泥量的比例，一般采用0.55左右。

设计中取 K=0.58 V?10407.8?7238.30.58?30424.3m3 7、氧化沟平面尺寸

设计中取氧化沟的有效水深为h?4m 氧化沟的面积为： A?2Vh?30424.34?7606.075m2

有

?20?A?????2?20L

2?? 可解得 L?158.8m。

4.1.4设计参数的较核

1、水力停留时间较核 t?24VQ?24?30424.3?3100000?21.9h 大于16h，符合要求。

2、BOD— 污泥负荷率

Ns?Q?S0?Se?VXv?100000?138.243?30424.3?0.7?4000?0.054kgBOD5?kgMLVSS?d?

介于0.03～0.08之间，符合要求。

4.1.5 进出水系统计算

1、厌氧池+DE型氧化沟的进水设计

沉砂池的出水通过3根DN800mm的管道进入集配水井，然后，用3条管道送入每组的厌氧池+DE型氧化沟，送水的管径为DN800mm，管内的流速为

v?1.34ms。回流污泥也同步流入。

2、氧化沟的出水设计

31

氧化沟的出水采用矩形堰跌落出水，则堰上水头 2?Q H???mb2g??3???

式中 H Q 堰上水头，m；

每组氧化沟的出水量，指污水的最大流量与回流污泥量之和，

m3s；

m b

流量系数，一般取0.4～0.5； 堰宽，m。

设计中取 m=0.4 b=5.0m

2?2.43 H???0.4?6?2g??3??0.37m ??出水总管管径采用3根DN1000mm管道把水送入配水井，管内的污水流速为1.44ms。回流污泥管管径为DN700mm，管内的污泥流速为1.05ms。

厌氧池+DE型氧化沟示意图如图4-1

图4-1 厌氧池+DE型氧化沟平面图草图

4.1.6剩余污泥量计算

W?YQ?S0?Se?1?KdT?c?0.6?100000?138.241000??1?0.037?34??3673.34kgd

湿污泥量：设污泥含水率为P?99.3% Qs?W?1?P??1000?3673.34?1?99.3%??1000?524.76m3d

4.1.7 需氧量计算

32

设生物污泥中大约有12.4%的氮，用于细胞的合成，则每天用于合成的总氮为：0.124?3637.34?451kgd 即TN中有

451?1000100000?4.51mgL用于合成细

胞。按最不利情况，设出水中NO3?N量和NH3?N量各为4mgL， 则 需要氧化的NH3?N量为：40?4.51?4?31.49mgL 需要还原的NO3?N量为：31.49?4?27.49mgL

需氧量（同时去除BOD和脱氮）计算：设计中取 k=0.23 f?则 平均需氧量为：

R?Q?SrVSSSS?0.7

?1?e??kt?1.42W?f?4.6Q?Nr?0.56W?f?2.6Q??NO3

?100000?138.241000??1?e?0.23?5??1.42?3637.34?0.7?4.6?100000?27.491000321000

?0.56?3637.34?0.7?2.6?100000? ?22760.6kgd?948.36kgh 最大需氧量为：

R??Q?Sr ?1?e??kt?1.42W?f?4.6Q?Nr?0.56W?f?2.6Q??NO3138.241000??1?e?0.23?5?100000?1.3???1.42?3637.34?0.7?4.6?100000?1.3?27.491000321000?0.56?3637.34?0.7?2.6?100000?1.3??31101.2kgd?1295.88kgh 最大需氧量与平均需氧量之比为：

R?R?31101.222760.6?1.37。

4.1.8供气量

1、供气量计算

采用鼓风曝气，微孔曝气器。曝气器敷设于池底0.2m处，淹没深度为

H?4?0.2?3.8m，氧转移效率EA?18%，计算温度为T?30?C。

空气扩散器出口处的绝对压力计算：

33

5 Pb?1.01?310?9H80?01?.013?10?98?005 3.8?Pa1.3854510空气离开好氧反应池池面时，氧的百分数为：

Ot?21??1?EA?79?21??1?EA??100%?21??1?0.18?79?21??1?0.18??100%?17.9%

好氧反应池中平均溶解氧饱和度计算（按最不利的温度考虑）：

PbOt??Csb(30)?Cs(30)??? 542??2.026?10式中 Cs(30 )标准大气压下，30?C时清水中的饱和溶解氧浓度，mgL查表得Cs(30)?7.63mgL。

Csb(30)?1.3854?10517.9??7.63?????8.47mgL 52.026?1042?? 标准需氧量（换算为20?C时的脱氧清水的充氧量）：

R0?R?Cs(20?)??????Cs(T)?C??1.024?T?20?

式中 Cs(20?) 标准大气压下，20?C时清水中的饱和溶解氧浓度，mgL查

表得Cs(20?)?9.17mgL；

Cs(T) 标准大气压下，T?C时清水中的饱和溶解氧浓度，mgL； C 曝气池内溶解氧浓度，mgL；

? 污水传氧速率与清水传速率之比，一般采用0.5～0.95； ? 污水中饱和溶解氧与清水中饱和溶解氧浓度值比，一般采用

0.90～0.97

? 压力修正系数。

设计中取?=0.9，?=0.95，C=2mgL，?=1.0 R0?22760.6?9.170.9??0.95?1?8.47?2??1.024?30?20??30255.68kgd?1260.65kgh

最大标准需氧量：

34

R0??R?Cs(20?)???????Cs(T)?C??1.024T?20??31101.2?9.170.9??0.95?1?8.47?2??1.024?30?20?

?43325.15kgd?1805.21kghR0?R043325.1530255.68 最大标准需氧量与标准需氧量之比： 好氧反应池供气量计算：

平均时供气量为：

Gs?R00.3EA???1.43

1260.650.3?0.18?23345.37m3h 最大时供气量为：

Gs??R0??1805.210.3?0.18?33429.81m30.3EAh

2、曝气机数量计算（以单组反应池计算）

设计中计算两种曝气机，分别为：鼓风微孔曝气器和垂直轴表面曝气机 第一种：鼓风微孔曝气器计算

按供氧能力计算所需要的曝气机数量，计算公式为：

n?R0?3qc

式中 qc——曝气器标准状态下，与好氧反应池工作条件接近时的供氧能力

?kgO2??h?个???。

设计中采用鼓风曝气，微孔曝气器，参照《给水排水设计手册》常用设备知：每个曝气头通气量按1~3m3?h?个?时，服务面积为0.3~0.75m2个，曝气

?器氧利用率为EA?18%，充氧能力为qc?0.14??kgO2?h?个??

则 n?1805.21?4298个

3?0.14FnV1nh10407.84298?4以微孔曝气器服务面积进行较核：

f????0.61m2在0.3~0.75m2个之间，符合要求。

第二种：垂直轴表面曝气机——曝气转碟

采用垂直轴表面曝气机，每组氧化沟设4台，共12台。曝气机的动力效率

35

为2.0kgO2?kW?h?，则单台曝气机的功率为76kW。

4.1.9鼓风微孔曝气器空气管路计算

按照图4-1所示的平面图布置空气管道，供风干管采用环状布置。每根干管的供气量为Q?v?10ms。 4Q4?3.0953.14?1013G??33429.813?11143.27m33h?3.095ms；流速为：

管径：d??v??0.628m，取干管管径为DN650mm。

4.2辐流式沉淀池

辐流式沉淀池一般采用对称布置，有圆形和正方形。主要由进水管、出水管、沉淀区、污泥区及排泥装置组成。按进出水的形式可分为中心进水周边出水、周边进水中心出水和周边进水周边出水三种类型，其中，中心进水周边出水辐流式沉淀池应用最广。周边进水可以降低进水时的流速，避免进水冲击池底沉泥，提高池的容积利用系数。这类沉淀池多用于二次沉淀池。本设计中采用机械吸泥的向心式圆形辐流沉淀池，进水采用中心进水周边出水。

4.2.1设计原则设计参数

1、沉淀池的设计数据宜按下表的规定取值

4-4 沉淀池的设计数据 表面水 沉淀 沉淀池类型 时间 h m每人 每日 污泥 含水率 % 力负荷 3固体负荷kg?m 2?h?污泥量 g人?d ?m2?d? — ?150 初次沉淀池 二次 沉淀 池 生膜 法后 活性污泥法后 0.5~2.0 1.5~4.0 1.5~4.5 1.0~2.0 16~36 95~97 96~98 99.2~99.610~26 1.5~4.0 0.6~1.5 12~32 ?150

2、沉淀池的超高不应小于0.3m。 3、沉淀池的有效水深宜采用2.0～4.Om。

4、当采用污泥斗排泥时，每个污泥斗均应设单独的闸阀和排泥管。污泥斗的斜壁与水平面的倾角，方斗宜为60°，圆斗宜为55°。

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5、活性污泥法处理后的二次沉淀池污泥区容积，宜按不大于2h的污泥量计算，并应有连续排泥措施；生物膜法处理后的二次沉淀池污泥区容积，宜按4h的污泥量计算。

6、排泥管的直径不应小于200mm。

7、当采用静水压力排泥时，二次沉淀池的静水头，生物膜法处理后不应小于1.2m，活性污泥法处理池后不应小于0.9m。

8、二次沉淀池的出水堰最大负荷不宜大于1.7L／(s·m)。 9、沉淀池应设置浮渣的撇除、输送和处置设施。

10、水池直径(或正方形的一边)与有效水深之比宜为6～12，水池直径不宜大于50m。

11、宜采用机械排泥，排泥机械旋转速度宜为1～3r／h，刮泥板的外缘线速度不宜大于3m／min。当水池直径(或正方形的一边)较小时也可采用多斗排泥。

12、缓冲层高度，非机械排泥时宜为0.5m；机械排泥时，应根据刮泥板高度确定，且缓冲层上缘宜高出刮泥板0.3m。

13、坡向泥斗的底坡不宜小于0.05。

4.2.2设计计算

设计中选择四组辐流沉淀池，N?4，每组设计流量为0.376m3s。 1、沉淀池表面积

F?Qnq'?1.50463?36004?1.5?902.8m

2式中 Q——污水最大时流量，m3s；

q'——表面负荷，取1.5m3m2?h； n——沉淀池个数，取4组。 池子直径：

D?4F?4?902.83.14?33.91m 取34m。

?2、实际水面面积

F??4Qn?D2?D42???3442?907.46m

2实际负荷 q??4?1.50463?36004??342?1.49m/m?h32，符合要求。

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3、沉淀池有效水深 h1?qt'

式中 t——沉淀时间，取2h。

h1?1.5?2.0?3.0m

径深比为：

Dh1?343?11.33 在6至12之间。

4、污泥部分所需容积

X???R1?RXr

则 Xr??1?1?1??X?1?????4000?9000mgL R?0.8??采用间歇排泥，设计中取两次排泥的时间间隔为T?2h

V1??1?R?QXT12??1?0.8??100000?4000?212??4000?9000??4?24?2307.7m3

?X?Xr?N5、污泥斗计算 h5??r?r1?tan?

式中 r——污泥斗上部半径，m； r1——污泥斗下部半径，m； ?——倾角，一般为60?C。

设计中取 r=2m，r1=1m。

h5??r?r1?tan???2?1??tan60?C?1.73m 污泥斗体积计算：

V5??h53?r21?r1r2?r22??3.14?1.733?22?2?1?12??12.7m3

6、污泥斗以上圆锥体部分污泥容积

设计中采用机械刮吸泥机连续排泥，池底坡度为0.05 h4?D?2r2?0.05?34?42?0.05?0.75m

污泥斗以上圆锥体部分体积：

V4??h412?D2?DD1?D12??3.14?0.7512??34?34?4?422??256.7m3

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