JIU JIANG UNIVERSITY
《水污染控制工程》课程设计
题目8.5万吨日城市污水处理厂的初步设计院系化学与环境工程学院
专业环境工程
摘要
本次课程设计的题目为某城市污水处理厂初步设计，主要任务是完成该污水处理厂的平面布置、高程布置和各处理构筑物的初步设计。
初步设计要完成设计说明书一份，污水处理厂平面布置图1张、污水处理构筑物高程布置图1张。该污水处理厂工程规模为8.5万吨日，进水水质见下表
表1 进水水质（单位：mgL）
指标COD
Cr BOD
5
SS 氨氮磷酸盐（以P计）
数值200 180 200 30 4.0
本次设计所选择的A2O工艺，具有良好的脱氮除磷功能。该污水处理厂的污水处理流程为：污水从粗格栅到污水提升泵房，再从泵房到细格栅，然后到沉砂池，进入初沉池再进入生物池（即A2O反应池），再从生物池进入二沉池，污水再经过接触消毒池后排入自然水体；污水处理厂处理后的出水水质要达到污水排初沉池产生的污泥和二沉池产生的剩余污泥则送入贮泥池，经过贮泥、加药处理后的污泥，进入污泥浓缩脱水车间，最后外运处理。
关键词：A2O工艺；脱氮除磷；污水处理
目录
摘要 (1)
引言 (1)
1设计任务书 (5)
1.1工程设计资料 (5)
1.2设计任务 (6)
1.3 基本要求 (6)
1.4毕业设计图纸内容及张数 (6)
2 设计说明书 (7)
2.1城市污水来源、水量及水质特点分析 (7)
2.1.2城市污水水量 (8)
2.1.3城市污水水质特点 (8)
2.2污水处理方案的选择 (9)
2.2.1城市污水主要处理方法 (9)
2.2.2污水处理方案的选择 (11)
2.3污水处理工艺原理及工程说明 (13)
2.3.1粗格栅 (13)
2.3.2泵房和集水池 (14)
2.3.2.1泵房 (14)
2.3.2.2集水池 (15)
2.3.3细格栅 (15)
2.3.4沉砂池 (16)
2.3.5配水井 (18)
2.3.6初沉池 (18)
2.3.7生化池 (19)
2.3.8配水井 (21)
2.3.9二沉池 (22)
2.3.10接触消毒池 (23)
3设计计算书 (25)
3.1粗格栅间 (25)
3.1.1设计参数 (25)
3.1.2设计计算 (25)
3.2 集水池和泵房 (27)
3.2.1设计参数 (27)
3.2.2 集水池设计计算 (27)
3.2.3水泵扬程计算 (28)
3.3细格栅 (29)
3.3.1设计参数 (29)
3.4沉砂池 (30)
3.4.1 设计参数 (30)
3.4.2设计计算 (30)
3.5配水井 (33)
3.5.1设计参数 (33)
3.5.2设计计算 (33)
3.6初沉池 (34)
3.6.1设计参数 (34)
3.6.2 设计计算 (35)
3.7厌氧池 (36)
3.7.1 设计参数 (36)
3.7.2设计计算 (36)
3.8缺氧池 (37)
3.8.1 设计参数 (37)
3.8.1 设计计算 (37)
3.9曝气池 (38)
3.9.1设计参数设计参数 (38)
3.9.2污水处理程度的计算 (38)
3.9.3曝气池的计算与各部位尺寸的确定 (39)
3.10配水井 (41)
3.10.1设计参数 (41)
3.10.2设计计算 (41)
3.11二沉池 (42)
3.11.1设计参数 (42)
3.11.2 设计计算 (42)
3.12 消毒池 (44)
3.12.1设计参数 (44)
3.12.2设计计算 (44)
3.13高程计算 (46)
结论 (49)
参考文献 (50)
附录 (51)
引言
一、选题的依据及意义
随着城市化进程的加快和经济建设的飞速发展，城市污水排放量也迅速增加，大量未经处理的污水任意排放，将对水体造成严重污染。如果不能得到妥善处理，将给城市及水环境造成严重污染，影响人居住环境质量和城市的可持续发展。因此必须建设污水处理厂对城市排放的污水进行处理。而经当地环保部门批准，污水排多，易使水体富营养化，所以选择的污水处理工艺应具有一定的脱氮除磷功能。
本课题对城市污水的污染物去除进行研究，根据我国水环境的现状，分析水样中污染物的含量及其处理工艺等方面作讨论，同时需确定污水处理厂的处理工艺流程和处理构筑物的类型与数量，进行处理构筑物及设备的工艺设计计算和污水厂各构筑物以及各种管渠等总体布置，为实际的城市污水处理实践提供技术和方法参考。
二、国内外研究现状及发展趋势
城市污水是城市水环境污染的主要来源之一，解决城市污水污染的根本措施是建设集中式城市污水处理厂。目前国内外处理城市污水的处理方法主要有：活性污泥法，生物膜法等。下面就这两种方法进行介绍
1．活性污泥法
活性污泥法工艺能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解有机物，以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质，无机盐类也能被部分去除[1]。
当前流行的污水处理工艺有：传统活性污泥法、AB法、SBR法、CASS法、氧化沟法、A2O法、倒置A2O法、AO 法等。
1）传统活性污泥法
活性污泥法创建1917年，是利用微生物的呼吸作用消耗污水中的有机物，达到水体净化的目的。传统的活性污泥工艺采用中等污泥负荷，曝气池为连续推流式在一定程度上有缺陷。目前对传统工艺的改进可以充分满足各种不同的处理要求，改进可以分为池形的改进、运行方式的改进、曝气方式的改进、生物学方面的改进及投加填料等方面的改进。
2）AB法
该法由德国Bohuke教授首先开发。该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供氧，A级负荷高，曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷2.5kgBOD(kgMLSS·d)以上，池容积负荷6kgBOD(m3·d)以上；B级负荷低，污泥龄较长。A级与B级间设中间沉淀池。二级池子FM(污染物量与微生物量之比)不同，形成不同的微生物群体[2]。自上世纪80年代起，中国逐步开始将“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。
3）SBR法
与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。SBR法为序批式活性污泥法，它比连续流活性污泥法出现的更早，但由于当时运行管理条件限制而被连续流系统所取代。随着自动化控制水平的提高，SBR法重新被人们重视，该工艺在国内已广泛应用于屠宰、啤酒、化工、鱼品加工、制药等工业废水和生活污水的处理[3]。
4）CASS法
CASS工艺师SBR工艺的一种变形，池体内用隔墙隔出生物选择区、兼性区和主反应区三个区域，三个区域的体积比大致为1:2:20，混合液由主反应区回流到生物选择区，形成一个内循环，是一个连续进水，批次出水的工艺[2]。最早产生于美国，90年代初引入中国，目前，由于该工艺的高效和经济性，应用势头迅猛，受到环保部门及拥护的广泛关注和一致好评。经过模拟试验研究，已成功应用于生活污水、食品废水、制药废水的治理，取得了良好的处理效果，为CASS法在我国的推广应用奠定了良好的基础。该工艺的特点与SBR法类似。
5）氧化沟法
本工艺50年代初期发展形成，因其构造简单，易于管理，很快得到推广，且不断创新，有发展前景和竞争力。近年来，在氧化沟中尝试使用各种综合曝气装置，即采用曝气器与水下混合器独立运行，将氧化沟中的水流循环混合作用与曝气传氧作用区分开来，使氧化沟中交替出现缺氧与好氧状态，已达到脱氮除磷目的，同时
这种运行方式还能取得节能的效果。据报道，这种综合曝气系统已在国外得到应用，在国内也可尝试并推广采用这种综合曝气设备。氧化沟在应用中发展为多种形式，比较有代表性的有：帕式(Passveer)简称单沟式，奥式(Orbal)简称同心圆式，卡式(Carrousel)简称循环折流式和三沟式氧化沟(T型氧化沟)[2]。
氧化沟一般不设初沉池，负荷低，耐冲击，污泥少。建设费用及电耗视采用的沟型而变，如在转碟和转刷曝气形式中，再引进微孔曝气，加大水深，能有效地提高氧的利用率(提高20%)和动力效率［达2.5～3.0 kgO2(kW· 功率185kw。
泵房形式及其布置，采用半地下式矩形结构、占地少、结构较省的特点。水泵为单排并列式布置
2.3.2.2集水池
集水池的作用是汇集、储存和均衡废水的水质水量。各个车间的生产废水，其排出的废水水量和水质一般来说是不均衡的，生产时有废水，不生产时就没有废水，甚至在一日之内或班产之间都可能有很大的变化，如果清浊废水不分流，则工艺浓废水与轻污染废水的水质水量变化很大，这种变化对废水处理设施设备的正常操作及处理效果是很不利的，甚至是有害的。因此废水在进入主要污水处理系统前，都要设置一个有一定容积的废水集水池，将废水储存起来并使其均质均量，以保证废水处理设备和设施的正常运行。集水池容积要满足水工布置、格栅及污水提升泵吸水管的安装要求,在及时将来水抽走和避免水泵起闭频繁的基础上,尽量减小池容,以减低费用和减少污物在池内淤积和腐化。集水池容积包括死水容积和有效容积两部分。死水容积是指最低水位以下的容积,有效容积是指集水池内最高水位和最低水位之间的容积。将废水储存起来并使其均质均量，以保证废水处理设备和设施的正常运行。
集水池实际参数及其要求：
（1）集水池的有效容积不宜小于最大一台污水泵6min的出水量；
（2）污水泵每小时启动次数不宜超过6 次。
运行参数：
泵的数量4台（2用2备）泵的最大流量
集水池容积V=192m3集水池有效水深2m
最高水位（相对地面标高）﹣2.64m 最低水位（相对地面标高）﹣4.64m
集水池面积 S=96m 2 集水池长度 L= 16m
水头总扬程 12.049m
2.3.3细格栅
细格栅是一种可连续清除流体中杂物的固液分离设备，是城市污水处理、自 机械格栅机来水厂、电厂进水口、纺织、食品加工、造纸、皮革等行业生产工艺中不可缺少的专用设备，是目前国内普遍采用的固液筛分设备。
运行参数
设计流量 4604.17m3。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。排泥系统：采用周边传动轨道式吸泥机。 设计进水量： s m h m d m Q K Q Z 333max 279.117.4604110500850003.1===?=?=— 座数： 5座（中央进水辐流式沉淀池）
表面负荷： q b 范围为0.5~1.5 m 3 m 2.
平均水深 2m 消毒池长 38.98m
每廊道宽 5.5m 消毒池宽 33m
3.设计计算书
3.1粗格栅间
s m h m d m Q K Q Z 3
33
max 279.117.4604110500850003.1===?=?=-
3.1.1设计参数
（1）设计流量 4604.17m 3=23)
（2）栅槽有效宽度m bn n s B 37.12305.0)123(01.0)1(=?+-?=+-=
（3）进水渠宽m Q B v 26.10.86395.0221max 1=?==
栅前水深
（4）进水渠道渐宽部分长m B B L 14.020tan 226.137.1tan 2111=?
-=-=
α（α1为进水渐宽部分 渠展开角度）
（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
（6）过栅水头损失（，功率185kw 。 泵房形式及其布置，采用半地下式矩形结构、占地少、结构较省的特点。水泵为单排并列式布置
3.3细格栅
s m h m d m Q K Q Z 3
33
_max 279.117.4604110500850003.1===?=?= 3.3.1设计参数
设计流量 4604.17m 3=112)
设计四组格栅，每组格栅间隙数n=112条
（3）栅槽有效宽度B=s·（n-1）+ b·n=0.01×（112-1）+0.01×112=2.23m
（4）进水渠道渐宽部分长m B B L 34.120tan 246.123.2tan 2111=?
-=-=
α（α1为进水渐宽 部分渠展开角度）
（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
（6）过栅水头损失（=2格，每格宽取b=3m>0.6m ，池总宽B=2b=6m
（4）有效水深：
m （介于0.25～1m 之间）
（6）沉砂斗所需容积
式中：V ——沉砂斗所需容积（m 3）；
X ——城市污水沉砂量,m 3106m 3 污水,取X=30m 3106m 3；
T ——清除沉砂的间隔时间d ，取T=2d ；
Kz ——污水流量总变化系数，取Kz ＝1.3
设计中取X=30 m 3106m 3 污水，T ＝2d
10.510
3.1302279.1864006=????=V m 3 （7）每个沉砂斗容积V , m 3
设每一分格有2个沉砂斗，共有2N=2×2=4个沉砂斗，则
m 3
（8）沉砂斗上口宽
式中：——最小流量（ms ）；
n 1 ——最小流量时工作的沉砂池的数目（个）。
（12）计算草图如下：
进水出水
图3—2平流式沉沙池
3.5配水井
s m h m d m Q K Q Z 3
33
max 279.117.4604110500850003.1===?=?=- 3.5.1设计参数：
设计流量 1.279m 3 堰顶厚度 3m
堰高 0.5m 堰宽 3m
流量系数 0.33 配水漏斗上口口径 3m
3.5.2设计计算
在污水行进的过程中不可避免的遇到分流的现象，此时则需设置配水井，配水井不只起到分流的作用，而且还具有减压及均匀水质的功能。为此必要时必须设置配水井。
（1）进水管管径D 1
配水井进水管的设计流量为m 3s ，当进水管管径为时，查水力计算表，得知v=0.63ms<1.0ms ，满足设计要求。
（2）矩形宽顶堰
进水从配水井底中心进入，经等宽堰流入2个水斗再由管道接入2座后续构筑物，每个后续构筑物的分配水量为m 3s 。配水采用矩形宽顶溢流堰至配水管。
（3）堰上水头H
因单个出水溢流堰的流量为m 3s ，一般大于100Ls 采用矩形堰，小于100Ls 采用三角堰，所以本设计采用矩形堰（堰高h 取0.5m ）。
矩形堰的流量
式中：q ——矩形堰的流量，m 3s ；
H ——堰上水头，m ；
b ——堰宽，m ，取堰宽b=3m ；
m 0——流量系数，通常采用0.327～0.332，取0.33。
m .04.0)3
33.08.9264.0()2(31
223120=???==b gm q H （4）堰顶厚度B
根据有关实验资料，当时，属于矩形宽顶堰。
取B=3m ，这时7.5，所以，该堰属于矩形宽顶堰。
（5）配水管管径D 2
设配水管管径D 2=1000mm ，流量m 3s ，查水力计算表，得知流速v=0.8ms>0.6ms 。
（6）配水漏斗上口口径D 按配水井内径1.5倍设计，
D=1.5D 1=1.5×1600=2400mm 3.6初沉池
3.6.1设计参数：
座数：2座（中央进水辐流式沉淀池）
辐流式沉淀池的主要设计参数：
设计进水量：
s m h m d m Q K Q Z 3
33_max 279.117.4604110500850003.1===?=?= 表面负荷： q b 范围为2-2.5 m 3 m 2. 有效水深
池总高度 H=5.7m 贮泥斗容积 V w ＝2652m 3
3.6.2 设计计算
（1）沉淀池面积: 按表面负荷计算：04.11512
24604.17n max
=?=?=b q Q
A m 2 （2）沉淀池直径：m m A D 1629.3814
.304.115144>=?==
π（取D=39m ） (3) 有效水深为：
（介于6～12）
（4）贮泥斗容积：
贮泥时间采用T w =4h(机械排泥)，初沉池污泥区所需存泥容积：
3010max 26524)
97100(10001000100)20200(2417.4604)100(1000100)(24m T p c c Q Vw =?-???-??=?-?-?=γ 设池边坡度为0.05，进水头部直径为2m ，则：
m 925.00.051)-(19.50.05r)-(R h 4=?=?=
，超高为h 1=0.3m
则初沉池总高度
5.725m
925.00.543.0h h h h H 4321=+++=+++= （6）校核堰负荷：
径深比
介于6-12之间，符合要求
堰负荷
)/(2)/(2.539
14.321279n m s L m s L D Q ?>?=??=??π 要设双边进水的集水槽
辐流式沉淀池设计计算草图如图4所示
图3—3 辐流式沉淀池
3.7厌氧池
3.7.1 设计参数
设计流量：最大日最大时流量 s m h m d m Q K Q Z 333max 64.008.2302552502850003.12'===?=?=—
设计座数格数：2座（每座两格）
水力停留时间：T=1h (1～2h)
3.7.2设计计算
（1）厌氧池容积：
08.2302108.2302max =?=?'=T Q V m 3
（2）厌氧池尺寸：水深取为h=4.5m 。
则厌氧池面积： m 2
池长取36m ，则池宽,取15m 。
厌氧池分为两格，设每格为三廊道式厌氧池，则每廊道长为36米，宽为 2.5米。
考虑0.5m 的超高，故池总高为H=。
3.8缺氧池
3.8.1 设计参数
设计流量：最大日最大时流量
s m h m d m Q K Q Z
3
33max 64.008.2302552502850003.12'===?=?=— 设计座数格数：2座(每座2格)
水力停留时间：T=1h
3.8.1 设计计算
（1）缺氧池容积：
08.2302108.2302max =?=?'
=T Q V m
（2）缺氧池尺寸：水深取为h=4.5m ；
则缺氧池面积： m 2
池长取36m ，则池宽m 取15m 。
缺氧池分为两格，设每格为三廊道式缺氧池，则每廊道长为36米，宽为 2.5米。
考虑0.5m 的超高，故池总高为H=。
3.9曝气池
3.9.1设计参数设计参数：
本设计采用传统推流式曝气池
设计座数：两座（每座两格）
设计进水量：
s m h m d m Q K Q Z
3
33max 64.008.2302552502850003.12'===?=?=— BOD 污泥负荷率：0.32BOD 5(kgMLSS·d)
混合液污泥浓度：3333mgL 水力停留时间： 2.1h
工艺参数：
长：L=38.8m 宽：b=6.0m 有效水深：4.0m 实际停留时间1.1h 校核：，满足宽深比1~2的设计要求；，满足长宽深比6~12的设计要求。
3.9.2污水处理程度的计算
原污水BOD 5值（S 0）为180mgL ，经初沉池及缺氧池、厌氧段处理，按降低25％考虑，则进入曝气池的污水，其BOD 5值（S ）为：
S ＝180（1-25％）＝135 mgL
计算去除率，对此，首先按式BOD 5＝5（1.42bXC ）=7.1bXC 计算处理水中的非溶解性BOD 5值,上式中
C ——处理水中悬浮固体浓度，取用综合排放一级标准20mgL;
b-----微生物自身氧化率，一般介于0.05-0.1之间，取0.09；
X---活性微生物在处理水中所占比例，取值0.4
得BOD 5＝7.10.090.420＝5.1mgL.
处理水中溶解性BOD 5值为：20-5.1＝14.9mgL
去除率＝
3.9.3曝气池的计算与各部位尺寸的确定
(1)曝气池按BOD 污泥负荷率确定
拟定采用的BOD-污泥负荷率为0.3kgBOD 5(kgMLSS·d)但为稳妥计，需加以校核，校核公式：
Ns=
K 2值取0.0230,Se=14.9mgL, =0.89,f=
代入各值，
kg 163.00.89
0.8214.90.0230=??BOD 5(kgMLSS·d) 计算结果确证，
Ns 取0.32是适宜的
(2)确定混合液污泥浓度（X ）
根据式 X=
X----曝气池混合液污泥浓度
R----污泥回流比
取r=1.2,R=50％，代入得：
X=＝mgL
(3)确定曝气池容积，由公式代入各值得：
m 3
根据活性污泥的凝聚性能，混合液污泥浓度（X ）不可能高于回流污泥浓度
（Xr ）。
100002.112010r SVI 106
6r =?=?=X mgL
X （5）确定曝气池各部位尺寸 名义水力停留时间 h h 61.2105.824 5.7459 Q v t 4m <=??==— 以最大流量进行计算。 实际水力停留时间 h 1.1100.110.5)(12 5 .4597R)Q (1v t 4max s =?? +?=+= 设两座曝气池，每座容积为 池深h=5m,则每座面积 采用每格采用三廊道式推流式曝气池，廊道宽b=6m,则 每座曝气池长度 校核： ) 12~6(47.668.38) 2~1 (5.146介于介于====b L h b 取超高0.5m ，则池总高为 H=4.0+0.5＝4.5m 3.10配水井 3.10.1设计参数： 设计流量 1.279m 3 堰顶厚度 1.5m 堰高 0.5m 堰宽 1.5m 流量系数 0.33 配水漏斗上口口径 1.95m 3.10.2设计计算 在污水行进的过程中不可避免的遇到分流的现象，此时则需设置配水井，配水井不只起到分流的作用，而且还具有减压及均匀水质的功能。为此必要时必须设置配水井。 （1）进水管管径D 1 配水井进水管的设计流量为m 3s ，当进水管管径为时，查水力计算表，得知v=0.9ms<1.0ms ，满足设计要求。 （2）矩形宽顶堰 进水从配水井底中心进入，经等宽堰流入5个水斗再由管道接入5座后续构筑物，每个后续构筑物的分配水量为m 3s 。配水采用矩形宽顶溢流堰至配水管。 （3）堰上水头H 因单个出水溢流堰的流量为m 3s ，一般大于100Ls 采用矩形堰，小于100Ls 采用三角堰，所以本设计采用矩形堰（堰高h 取0.5m ）。 矩形堰的流量 式中：q ——矩形堰的流量，m 3s ； H ——堰上水头，m ； b ——堰宽，m ，取堰宽b=1.5m ； m 0——流量系数，通常采用0.327～0.332，取0.33。 m 276..0)5 .133.08.9226.0()2(31 223120=???==b gm q H （4）堰顶厚度B 根据有关实验资料，当时，属于矩形宽顶堰。 取B=1.5m ，这时，所以，该堰属于矩形宽顶堰。 （5）配水管管径D 2 设配水管管径D 2=1000mm ，流量m 3s ，查水力计算表，得知流速v=0.8ms>0.6ms 。 （6）配水漏斗上口口径D 按配水井内径1.5倍设计， D=1.5D 1=1.5×1300=1950mm 3.11二沉池 3.11.1设计参数： 设计进水量： s m h m d m Q K Q Z 333 max 279.117.4604 110500850003.1===?=?= 座数： 5座（中央进水辐流式沉淀池） 表面负荷： q b 范围为0.5~1.5 m 3 m 2. 水力停留时间 T=0.5h 设计投加氯量 5mgL 3.12.2设计计算 (1)接触池容积3max 1.23025.017.4604'm T Q V =?== 表面积205.11512 1.2302'm h V A === 设每格三廊道接触池，每廊道宽b=5.5m 接触池长度m b n A L 88.345.5605.1151=?=?= 长宽比,介于6~12之间，符合要求。 实际消毒池容积308.2302 288.345.56m h L b n V =???=???= (2)加氯计算 设最大加氯量为=5.0mgL 每日投氯量为W==24×5.0×4604.17×10-3=552.5kg （6）计算草图如图所示 图3—5 平流式接触消毒池设计 3.13高程计算 厂区内污水在处理流程中的水头损失如表6： 使用钢筋混泥土管，绝对粗糙度为0.3
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