污水处理厂设计

陕西省咸阳市污水处理工程设计 一、工程背景概况 咸阳市位于陕西省关中平原中部，距省会西安25公里，全市辖2区10县1个县级市，总面积10196平方公里，总人口480万，市区人口43万，已形成了以电子、能化、医药、食品四大支柱产业和轻纺、机械、建材三大传统产业为主的工业布局. 渭河干流从南缘流过，在市境汇入的主要支流有漆水河、新河、沣河、泾河、石川河，其中泾河最大，形成了泾河、渭河两大水系，是该市的河流水系。咸阳地处内陆中纬度地带，属暖温带大陆性季风气候。年平均气温9~13.2℃，最热月平均气温21.2~26.5℃，最冷月?5.0~?0.9℃。极端最高气温42℃，极端最低气温?24.9℃。年日照时数2045小时。多年平均降雨量577毫米，集中于7、8、9月，占总量的50~60%，受季风环流影响，冬季多北风和西北风，夏季多南风或东南风，市区全年主导风向为东北风，频率为18%，年平均风速2.55米/秒，最大冻土深度为0.5m，地下水位为2～5m。 该污水处理厂选址于东郊渭河北岸河堤与咸铜铁路交汇处的金家庄附近一块三角地带，场地地势平坦，由西北坡向东南，场地标高384.5~383.5米之间，位于城市中心区排水管渠未端。厂区南邻人民路和渭河大堤，西北向为咸铜铁路，东边紧靠建材路，交通便利。该选址适于建造大型污水处理厂。 二、水质水量及处理要求 （1）污水水量、水质 1）设计规模 ① 二级处理 日处理能力 设计平均流量Qave=100000m3/d  小时平均流量qave=4167m3/h（或1158 L/s） 设计最大流量Qmax=5417m3/h（或1505L/s）  变化系数KZ=1.30 ② 三级处理 日处理能力 设计平均流量Qave=30000m3/d  小时平均流量qave=1250m3/h（或347 L/s） 设计最大流量Qmax=1625m3/h（或452 L/s） 2）进水水质 CODcr：500mg/L BOD5：200mg/L    SS：300mg/L NH4+－N：35mg/L  pH：7.0~8.5 （2）污水处理要求 1）二级处理 CODcr≤120mg/L BOD5≤30mg/L    SS≤30mg/L NH4+－N≤25mg/L      pH：6~9 2）三级处理 CODcr≤50mg/L BOD5≤10mg/L    SS≤5mg/L NH4+－N≤15mg/L    pH：7.0~8.0 三、污水处理工艺流程设计 图一、咸阳市污水处理工艺流程 根据分析比较，选择AB法污水处理工艺（简称“吸附-生物降解工艺”）。A段依靠生物污泥的吸附作用，去除污染物，还能去除某些重金属和难降解有机物质以及氮、磷等植物性营养物质，其对负荷、温度、PH以及毒性等作用具有一定的适应能力。B段接受A段的处理水，水质、水量比较稳定，已不再受冲击负荷的影响，使B段充分发挥去除有机污染物的净化功能。B段的污泥龄较长，氮在A段也得到了部分的去除，BOD：N比值有所下降，则B段具有产生硝化反应的条件，从而去除污水中的NH4+－N。该工艺技术成熟，特别适应于大量低浓度污水，含氮浓度不高的废水的处理。三级处理用混凝沉淀过滤组合工艺，去除污水的色度和浊度，也可以去除污水中某些溶解性物质，也能够有效的去除N、P等植物性营养物质，使水质提高，达到城镇排放更高，更有再利用价值。其工艺流程如上图所示。 四、处理构筑物设计 1、 格栅间及泵房 格栅设置在污水处理厂所有处理构筑物之前，用于截留废水中粗大的悬浮物或漂浮物，防止其后处理构筑物的管道、阀门或水泵堵塞。 1.1、 设计参数 污水泵型号与栅条间距关系： 当栅距<40mm时，污水泵宜选用型号为4PW/4PWL。 当栅距<20mm时，污水泵宜选用型号为2PW/2PWL。 栅渣量与栅条间隙的经验数据关系： 格栅间隙16～25mm，栅渣量0.10~0.05m3栅渣/103m3废水。 格栅间隙30～50mm，栅渣量0.03~0.01m3栅渣/103m3废水。 栅渣的含水率一般为80%，容重约为960kg/m3。 栅前过流速度不宜小于0.6m/s，不宜大于1.5m/s，格栅倾角一般为45～75度。渠道超高不小于0.3m，工作台高度应高于栅前最高设计水位0.5m，工作台两侧过道宽度不小于0.7m，正面过道宽度不小于1.5m。 1．2、 设计计算 ①  格栅间隙与倾角选择及水泵配置 格栅间隙采用20mm，栅渣量约为0.07m3/103m3废水，安装倾角60℃，栅条断面为矩形，条宽S=10mm。水泵选用2PW/2PWL型。 ②  日总栅渣量:         W=(105/103)×0.07=7m3/d ③  格栅总间隙数及格栅槽总宽度 n=Qmaxa(sina)0.5/bhv=1.505×(sin60)0.5/0.02×1.8×1.0=38.90=39(个) B=s(n-1)+bn=0.01×(39-1)+0.02×39=1.16m Qmax: 最大设计流量，m3/s         h: 栅前水深，m        a: 格栅倾角 V: 过栅流速，m/s        b: 栅条间隙，m        s: 栅条宽度，m ④  高度计算 过栅水头损失：h1=Kh0=Kξ(v2/2g)sina =0.13 m K: 系数，一般取K=3        ξ: 阻力系数        h1: 过栅水头损失，m ξ=β(s/b)4/3,β=2.42        h0: 计算水头损,m         g=9.80m/s2 栅前槽高:       H1=h+h2=1.8+0.3=2.1m 栅后槽高:       H=h+h1+h2=2.23m ⑤  长度计算 设进水渠道宽1.0m，渐宽部分展角为20°则： 渐宽部分长度：L1=(B-B1)/2tga1=0.22m 渐窄部分长度：L2=1/2L1=0.11m 栅槽总长：L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tga=3.04m ⑥核算每日栅渣量 W=QmaxW1×86400/1.2×1000=1.505×0.07×86400/1.3×1000=7.0017m3/d 采用机械除渣。 1.3、 泵房及细格栅 进水泵采用五台潜污泵，其中一台备用，置于集水池中。水泵单机流量0.43 m3/s。据现行污水处理厂的运行资料显示，采用PLC系统可以根据水位控制水泵的开停，也可使泵按交替方式运行，效果良好，自控程度较高。 按上述的计算，细格栅渠道长4.92 m，宽2.07 m，深1.5m，每条渠道前后均设插板闸门，也可以采取2用1备的运行方式。细格栅采用阶梯格栅，栅条间距6 mm，细格栅后设有脱水输渣机，将栅渣送往运渣井。进水泵房的能力可以满足近期和远期水量的要求。水泵和粗细格栅可全为全自动工作，水泵的运行由PLC控制，粗细格栅的动作情况传送到PLC显示，因此进水泵站实际上可以是全自动无人管理的泵站，可节省一部分日常开支。 2、沉砂池 采用旋流沉砂池，其一般由入流渠，出流渠，闸板，水流部分和沉砂斗构成。具有截留无机颗粒效果好，工作稳定，构造简单，排砂较方便的特点。 2.1、基本设计参数要求 a:废水在池内的最大流速为0.3m/s,最小流速为0.15m/s。 b:水利停留时间取t=50s。 c:有效水深不应大于1.2m，取1.0m。每格池的宽度不小于0.6m，超高不小于0.3m。 d:沉砂量可选0.05～0.1L/m3,储砂时间为2d，采用重力排砂。 e:池底坡度为0.01～0.02。 2.2、设计计算 1、水流部分长度（两闸板间的长度）:        L=vt=0.3×50=15m 2、沉砂池过水断面面积:        A=Qmax/v=1.505/0.3=5.02m2 3、沉砂池总宽度:        B=A/h2=5.02/1=5.02m 建议建造沉砂池两座，每座分2格，单格宽约1.2m，每格设两个砂斗。 4、砂斗所需总容积:    V=(105m3×0.08×2)/1000=16m3 V1=16/(2×2×2)=2 m3 V1=[(2h3/tg55+0.5)+0.5]×h3/2×0.6=2  则h3=1.85m 斗底尺寸为：0.5*0.6m2,斜壁与水平面夹角为55°。 5、沉砂池总高度:        H=h1+h2+h3=0.3+1+1.85=3.15m 6、验算最小流速        Vmin=Qmin/nω=0.964/2×3.15=0.18m  符合要求 7、进水调节及排砂 每个沉砂池采用重力排砂法，砂斗加贮砂罐及底闸进行重力排砂。通过管道运输到砂水分离器(安装在进水泵房内)进行脱水。沉砂池四个格的进出水口均设置插板闸，以备维修清池时使用。 沉砂池在水量为10×104 m3/d左右变化时，池内流速通过下游咽喉式节流设施控制，可以始终保持在0.3 m/s左右，这样既能去除较大的砂粒，又能防止可降解有机物沉淀，使其顺利进入后续的生物处理设施。在沉砂池的进水部分设置进水井，以便对水流消能和整流；贮砂斗底部设排砂管，其管径设计为DN=200mm。（图略） 3、：A-B活性污泥法工艺 1．设计要点 （1）A－B法中A、B段的设计参数不同，如无试验资料，则采用经验设计参数。 表3－1 项目 曝 气 池 A段 B段 污泥负荷Ns[kgBOD5/(kgMLSS·d)] 2～5 ≤0.3 容积负荷NvkgBOD5/(m3·d)] 6～10 ≤0.9 混合液浓度MLSS(g/L) 2～3 3～4 污泥龄SRT(d) 0.4～0.7 10～25 水力停留时间HRT(h) 0.5～0.75 2.0～4.0 污泥回流率(%) 20～50 50～100 溶解氧DO(mg/L) 0.3～0.7 1～2       （2）沉淀时间：A段沉淀池q为1.0—2.0h，B段沉淀池2—4h。 （3） 沉淀池表面负荷q[m3/(m2·h)]：A段沉淀池q为1.0—2.0；B段沉淀池q为0.5～1.0。 （4）降解每千克BOD5需氧千克数—需氧量系数α′：A段为0.4~0.6kgO2／kgBOD5；B段为1.23kgO2／kgBOD5。 （5）A段BOD5去除率为50%～60%，SS的去除率为70%～80%。 2．设计计算 取A段：NS =4[kgBOD5／(kgMLSS·d)] ，X=2(kg／m3)  ，沉淀池表面负荷q=1.5[m3/(m2·h)] B段：NS =0.2[kgBOD5／(kgMLSS·d)] ，X=3.5(kg／m3)  ，沉淀池表面负荷q=0.8[m3/(m2·h)] A段BOD5去除率为50%，SS的去除率为70% （1）曝气池容积V(m3) =24 So Q/（NS X）（m3） 式中：So—曝气池进水BOD5浓度(kg／m3)； Q—曝气池设计流量(m3／h)； NS—曝气池BOD5污泥负荷率[kgBOD5／(kgMLSS·d)] A段：NS =2~5 B段：NS≤0.3 X—曝气池MLSS浓度(kg／m3) A段：X=2~3 B段：X=3~4 则  A段：曝气池容积V=24×0.2×4167/（4×2）=2500.2 HRT=2500.2/4167=0.6h B段：曝气池容积V=24×0.1×4167/（0.2×3.5）=14286.8 HRT=14286.8/4167=3.4h 均符合设计参数条件 （2）曝气池的布置 对于大、中型污水处理厂，一般采用推流式池型 （3）需氧量O2(kg／h) A段：OA=a'QSr(kg／h)=0.5×4167×0.1=208.35 式中：a'—需氧量系数，A段一般为0.4～0.6(kgO2／kgBOD5)。 Q—曝气池设计流量(m3／h)。 Sr=So－Sa，A段曝气池去除BOD5浓度(kgBOD5／m3)。 B段：OB=a'QS+ b'QNr=1.23×4167×0.09+4.57×4167×0.02=842.15 式中：a'—同上，但B段一般为1.23。 Sr=Sa－Se，B段曝气池去除BOD5浓度(kgBOD5／m3)。 Q—曝气池设计流量(m3／h)。 b'—去除每千克NH3－N需氧千克数，b'为4.57kgO2／kgNH3－N。 所以总需氧量Ｏ2＝OA＋OB=1050.5(kg／h) 则最大需氧量：  O2max=K.O2=1.2×1050.5 =1260.6 kg/h 供气采用微孔曝气装置——扩散管，管径60～100mm，长度一般为500～600mm，按组形安装，氧气的转移效率约为15%，则空气离开曝气池时氧的百分比约为18.43%，温度为200C时，曝气池中的溶解氧饱和度为10.17 mg/L，300C为8.46 mg/L。 温度为200C时，取a=0.82,?=0.95,ρ=1.0,C=2.0 mg/L 则脱氧清水的充氧量为： R0=[RaCsm(20)]/{a(?ρCsm(30)-C)×1.024(T-20) =(1050.×10.17)/{0.82×（0.95×1.0×8.46-2）×1.29} =1766.6 kg/h 曝气池的平均时供气量为 Gs=R0/(0.3×EA)=1766.6/(0.3×0.15)=39257.8 m3/h=654.3 m3/min 最大时供气量 GsMAX=1.2 Gs=785.2 m3/min 因此，鼓风机型号及工作参数为： 采用风量为120 m3/min，静压为49 Kpa的罗茨鼓风机8台，平时6台工作，高负荷时7台工作，1台备用。 （4）沉淀池的计算 有效水深取3m A段：沉淀池的表面积S=4167/1.5=2278m2  沉淀池有效容积V=8334m3  沉淀时间t=2h B段：沉淀池的表面积S=4167/0.8=5208.75m2  沉淀池有效容积V=15626.25m3  沉淀时间t=3.75h （5）剩余污泥量W(kg／d)和污泥龄ts(d) 1）A段 WA=QCr+αQSr=0.21×105+0.34×105×0.1=24400(kg／d) 式中：Cr=Co－Ca，A段SS的去除浓度(kg／m３)，A段SS的去除率为70％。 Q—曝气池设计流量(m3／d)。 Sr—去除BOD5浓度(kg／m3)。 α—污泥净增长系数，一般为0.34。 t S(A)=1/(αNS(A))=1/(0.34×4)=0.7d 式中：NS(A)—A段污泥负荷率[kgBOD5／(kgMLSS·d)]一般为2~5。 2）B段 WB=xQSr=0.58×105×0.09=5220(kg／d) 式中：x—去除每千克BOD5产泥量，一般0.58kg／kgBOD5。 Q—曝气池设计流量(m3／d)。 Sr—去除BOD5浓度(kg／m3)。 t S(B)=1/(αNS(B))=1/(0.34×0.2)=14.7d 式中：NS(B)—B段污泥负荷率[kgBOD5／(kgMLSS·d)]一般为不大于0.3。 4.  三级处理工艺 采用混凝沉淀过滤相结合，去除二级处理水中残存的悬浮物，脱色、除臭，使水进一步得到澄清；进一步降低BOD5、COD等指标，使水进一步稳定；脱氮，除磷。向处理水中投加混凝剂，使其沉淀，过滤部分用活性炭吸附，使流经活性炭的处理水达到三级处理要求。沉淀物通过机械清除，属化学污泥。 五、污泥回流系统的设计 1、 污泥回流量 根据（四）中计算结果，设最大污泥回流比为80%，则最大污泥回流量 Qr=RQ.30%=0.8×105 m3/d×30%=1000m3/h 2、 污泥回流设备选择 回流污泥泵采用螺旋泵进行污泥提升，其提升高度按实际高程布置来确定。根据污泥回流量（R=80%），选用外径为700mm，提升量为150 m3/h的螺旋泵7台，其中一台备用。为了避免不均匀磨损，泵将以依次循环开停方式运行。 六、污泥浓缩池 污泥来源： 1、中间沉淀池；2、 二沉池剩余污泥量； 3、消化污泥（熟污泥）； 4、化学污泥。 每日总污泥量 a：中间沉淀池污泥量：W=24400(kg／d) b：二沉池剩余污泥量w=5220(kg／d). c：其它污泥约为10m3/d， 采用连续式重力浓缩，辐流式浓缩池较实用。 浓缩池污泥固体通量M取40kg/(m2·d)，污泥浓度L=6g/L，含水率P1=97%，出泥含水率P2=70%。所以，日最大污泥量为  24400+5220+60=29680(kg／d)=4947 m3/d （1）浓缩池直径 采用2座污泥浓缩池，浓缩池面积A=QL/2M=4947×6/（2×40）=371.0m2,，则浓缩池直径 D=（4A/π）0.5=21.7m=22m （2）浓缩池工作部分高度h1 取污泥浓缩时间t=16h，则 h1=tQ/（24×2A）=16×4947/（24×742.05）=4.4m （3）污泥浓缩池的总高度H H=h1+h2+h3=4.4+0.3+0.3=5.0m h2—超高，取0.3m h3— 缓冲层高度，取0.3m （4）浓缩后污泥体积 V2=Q(1-P1)/(1-P2) =4947×(1-0.97)/(1-0.70) =494.7m3/d 二座污泥浓缩池直径22 m，有效水深4 m，池总高为5.0 m。每座浓缩池上设置一台中心传动刮泥机，将污泥刮至池中部泥斗，并带有刮浮渣的设施，刮泥机按全自动方式工作 。浓缩池污泥采用二台CT型污泥泵提升到脱水机房前的均质池，每座浓缩池有一台排泥泵对应，2用1备。 七、消毒间设计 消毒的目的主要是利用物理或化学的方法杀灭废水中的病原微生物以防止其对人类及禽畜的健康产生危害和对生态环境造成污染。 氯价格便宜，消毒可靠又有成熟的经验，故本设计采用液氯消毒。 1、用量参数 a:使用剂量一般为10.0 mg/L，即10 g/m3 b:接触时间为10～30min，设计时间为20min 则平均每天用量Q=105×10/1000=1000 kg/d=41.7 kg/h 2、设备与装置选择 a、加氯机 采用ZJ-1型转子加氯机，该机加氯量为5～45 kg/h，故可装2台，1台备用。 b、加氯间设计要求 加氯间应靠近加氯点，间距不宜大于30m，且应与其它工作间隔开，房屋建筑应坚固、防火、保湿、通风，并远离火源及电源，排气孔应设在墙脚，应有必要的检修工具和防爆灯具及防毒面具，最好设置喷水消防系统（Cl2易溶于水）。 八、管网及提升系统设计 1、管网设计基本 a:排水管道的平面布置应根据厂区统一规划，并按远期水量设计。 b:管道最小覆土深度在车行道下不小于0.7m，有保护加固可小于0.7m，其它应大于冻土层深度。 c:最大设计流速：金属管≤10 m/s,非金属管≤5 m/s； 最小设计流速：管径≤500mm时，最小设计流速≮0.7 m/s； 管径≥600mm时，最小设计流速≮0.8 m/s。 d:充满度，一般在管道设计中应留有余地，不宜用到最大充满度。 e:设计压力管道时，高点应设排气设施，低点应设泄气设施。 2、 设计计算 管道流量Q=AV,  V=1/(ηR2/3I1/2) R：水力半径；               V：管内流速 m/s； I：水力坡降；               η：粗糙系数； 选用管径为1000mm，流速为3.83m/s，i=0.018,充满度为0.5的钢筋混凝土管道可满足最大流量要求。 3、 泵站设计 a、设计基本要求 ①排水泵站的位置与附近建筑之间应保持不小于30m的距离，周围应设置围墙并绿化。 ②泵站供电按二级负荷设计，规模宜按远期发展的最大水量设计。 ③泵房设备选型，应考虑高效节能。 b、泵房基本构成 由集水池、水泵间、电机房、配电室、控制室、值班检修室组成。 c、设计计算 选用五台污水泵，其中一台备用。 水泵扬程H≥h+h1+h2+h3 h——水位高差；             h1——吸水管路沿程损失； h2——出水管路沿程损失；     h3——安全水头（0.5～1.0m） 设计扬程H＝10m 九、高程设计 本污水处理厂内各处理构筑物之间的水流主要依靠重力流动，设计前面构筑物水位应高于后面构筑物的水位，两构筑物之间的水位差即为流程中的水头损失（包括构筑物本身、连接管道、其它设备）。处理厂入水位置设置污水提升泵站，以满足各构筑物的水头总损失要求，并留有足够的余地。处理构筑物的水头损失与构筑物的形式和构造有关，常用经验值如下表。 表1.1 处理构筑物的水头损失 构筑物名称 水头损失/cm 构筑物名称 水头损失/cm 格栅 沉砂池 沉淀池 平流 竖流 辐流 双层沉淀池 曝气池 污水潜流入池 污水跌水入池 10～25 10～25 20～40 40～50 50～60 10～20 25～50 50～150 生物滤池（工作高度为2m时） 装有旋转式布水器 装有固定喷洒布水器 混合池或接触池 污泥干化场 配水井 混合池（槽） 反应池 270～280 450～475 10～30 200～350 10～20 40～60 40～50         各构筑物与地面的标高见《陕西咸阳市污水处理工艺高程图》，其中各构筑物间的沿程水头损失为0.36m,各构筑物的水头损失分别是：混凝沉淀过滤池0.5m ，二沉池0.3m，曝气池0.3m，中间沉淀池0.3m，吸附池0.1m，沉砂池0.2m，格栅0.2m。 十、平面布置说明 本污水处理厂的平面布置包括污水处理与污泥处理构筑物、水泵房、沉砂池、吸附池、中间沉淀池、曝气池、二沉池、混凝沉淀过滤池、污泥浓缩池、污泥均质池，以及相应的鼓风机房、变电站和加药间。辅助建筑包括办公及住宅区，检修室。各种管道包括污水管、污泥管、空气管以及电力电缆管线。 各单元处理构筑物的座数是依据设计说明书中的设计规模、平面尺寸来确定的。它们相互间的相对位置与关系，是综合考虑到运行管理的灵活性和在检修维护时的方便性来确定的，其中各种机器设备均是按最大负荷配置的，各单元构筑物的座数或分格数一般不少于两座（或两格）。 各动力或电力设施设计时一般离其主要构筑物的距离较近，如：鼓风机房设计时紧邻曝气池，而离办公区较远；加氯间由于存在一定的危险性，而设置在远离电源和火源的地方 但由于厂区面积相对有限，所以总体布局较紧凑，同时，充分考虑厂区地势的坡度，处理构筑物基本上是从相对标高较高的地方向较低处而设置。总体布局中还应把绿化作为一项重要目标。 具体布置详见平面布置图。 附：图一，平面图；图二，高程图；图三，沉砂池工艺设计图 十一、参考文献 1．《水处理工程设计手册》，唐受印，化学工业出版社，2000年 2．《排水工程》（下），中国建筑工业出版社，第3、4、7、8、9章。 3．《排水工程》（上），中国建筑工业出版社，1996年 4．《给水排水设计手册》中国建筑工业出版社，1986年 12月（第 5、11册） 5．《室外排水设计规范》GBJ 14—87 6．《污水处理厂设计与运行》，曾科等主编，化学工业出版社，2003年 课程设计 课程设计题目： 陕西省咸阳市污水处理工程        学生姓名：  万 文 盛 专    业：  环 境 工 程 班    级：  0 5 0 3 2 2    指导教师：  陈 泽 堂  2008年 12 月 7 日