某市15万吨每天城市生活污水处理厂
初步设计
前言
水的缺乏已成了严重制约我国社会经济发展的“瓶颈”之一。而据专家预测，到2030年前后，中国用水总量将达到每年7000亿至8000亿立方米，而中国实际可利用的水资源量约为8000亿至9500亿立方米，需水量已接近可利用水量的极限。由于水资源供给的稳定性和需求的不断增长，使水具有了越来越重要的战略地位。国外的一些专家指出，估计到21世纪水对人类的重要性将象20世纪石油对人类的重要性一样，成为一种决定国家富裕程度的珍贵商品。一些世界著名的科学家提醒人们：一个国家如何对待它的水资源将决定这个国家是继续发展还是衰落。那些将治理水系作为紧迫任务的国家将占有竞争优势。如果水资源消耗殆尽，人类的健康、经济发展以及生态系统将受到威胁。对水资源控制权的争夺，将可能在下个世纪引发许多种族和国家间的敌对。如何解决水资源供应问题，保持水资源供给和需求之间的相对平衡，世界各缺水国家和地区长期以来都做了大量的探索一是水土流失，区域性、局部性的治理成效较大，但面上的水土流失治理进程缓慢，边治理、边破坏的现象还很严重，特别是开发建设项目人为造成新的水土流失急剧增加。全国平均每年因开发建设活动等人为新增的水土流失面积达1万平方公里，每年堆积的废弃土石约30亿吨，其中20％流入江河，直接影响防洪保安。二是水体污染严重，由于工业废污水排放量的急剧增长，并未经处理直接排放到河道里，导致了以淮河、太湖污染为代表的水环境恶化。世界银行发表的中国环境报告测算，中国仅水和大气造成的污染，年损失为540亿美元，占中国年GDP的8%。这就表明，水环境质量在继续恶化，造成的经济损失也十分巨大。建设城市污水处理厂对环境保护、促进工农业生产和保障人民健康有现实意义和深远影响，并使经济建设、城乡建设与环境建设同步规划，同步实施，同步发展。这样才能实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。
第 1 章 概述
1.1 基本设计资料
1.1.1 毕业设计名称
某市15万吨/天城市生活污水处理厂初步设计
基本资料：
(1)设计规模
污水设计流量：315/Q m =万天，流量变化系数： 1.2Z K =
(2)原污水水质指标
BOD 5=180mg/L COD cr =260mg/L SS=150mg/L NH 3-N=23mg/L TN=42mg/L
(3)出水水质指标
符合《城镇污水处理厂污染物排放国家二级标准》
BOD 5=20mg/L COD cr =20mg/L SS=20mg/L NH 3-N=15mg/L TN ≤10mg/l
pH=6-9
(4)气象资料
某地处海河流域下游，河网密布，洼淀众多。历史上某的水量比较丰富。海河上游支流众多，长度在10公里以上的河流达300多条，这些大小河流汇集成中游的永定河、北运河、大清河、子牙河和南运河五大河流。这五大河流的尾闾就是海河，统称海河水系，是某市工农业生产和人民生活的水源河道。
某属于暖温半湿润大陆季风型气候，季风显著，四季分明。春季多风沙，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季寒暖适中，气爽宜人；冬季寒冷，干燥少雪。除蓟县山区外，全年平均气温为11℃以上。1月份平均气温在-4-6℃，极低温值在-20℃以下，多出现于2月份。7月份平均气温在26℃上下。
某年平均降水量约为500-690mm 。在季节分配上，夏季降水量最多，占全年总降水量的75%以上，冬季最少，仅占2%。由于降水量年内分配不均和年际变化大，造成某在历史上经常出现春旱秋涝现象。
某的风向有明显的季节变化。冬季多刮西北风、偏北风；夏季多东南风、南风；春秋两季多西南风，主导风向东南风。
(5).厂址及场地状况
某以平原为主，污水处理厂拟用场地较为平整，占地面积200000m2。厂区地面标高10m，原污水将通过管网输送到污水厂，来水管管底标高为5m(于地面下5m)。
1.2 设计内容、原则
1.2.1 设计内容
污水处理厂工艺设计流程设计说明一般包括以下内容:
(1)据城市或企业的总体规划或现状与设计方案选择处理厂厂址；
(2)处理厂工艺流程设计说明；
(3)处理构筑物型式选型说明；
(4)处理构筑物或设施的设计计算；
(5)主要辅助构筑物设计计算；
(6)主要设备设计计算选择；
(7)污水厂总体布置(平面或竖向)及厂区道路、绿化和管线综合布置；
(8)处理构筑物、主要辅助构筑物、非标设备设计图绘制；
(9)编制主要设备材料表
1.2.2 设计的原则
考虑城市经济发展及当地现有条件，确定方案时考虑以下原则：
(1)要符合适用的要求。首先确保污水厂处理后达到排放标准。考虑现实的技术和经济条件，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)筑物型式、主要设备、设计标准和数据等，应最大限度地满足污水厂功能的实现，使处理后污水符合水质要求。
(2)污水厂设计采用的各项设计参数必须可靠。
(3)污水处理厂设计必须符合经济的要求。设计完成后，总体布置、
单体设计及药剂选用等要尽可能采取合理措施降低工程造价和运行管理费用。
(4)污水处理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，设计时应为以后的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、超越管线等。
第 2 章 工艺方案的选择
2.1 水质分析
本项目污水处理的特点：污水以有机污染物为主，BOD 5/COD cr =0.692，
可生化性较好，采用生化处理最为经济。BOD 5/TN ＞4,COD cr /TN ＞4,满足反
硝化需求；若BOD 5/TN<5，氮去除率小于60%。
2.2 工艺选择
按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，20万t/d 规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺,10-20万t/d 污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR 、AB 法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱磷或脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如2/A O 工艺，A/O 工艺，SBR 及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。
2.2.1 方案对比
工艺类型 氧化沟 SBR 法 A/O 法
技术比较 1.污水在氧化沟内的停留时间长，污水的混合效果好 2.污泥的BOD 负荷低，对水质的变动有较强的适应性 1.处理流程短，控制灵活 2系统处理构筑物少，紧凑，节省占地
1.低成本，高效
能，能有效去除有
机物
2.能迅速准确地
检测污水处理厂
进出水质的变化。
经济比较 可不单独设二沉池，使氧化沟二沉池合建，节省了二沉池合污泥回流系统 投资省，运行费用低，比传统活性污泥法基建费用低30%
能耗低，运营费用
较低，规模越大优
势越明显
使用范围 中小流量的生活污水和工业废水 中小型处理厂居多 大中型污水处理厂
稳定性 一般 一般 稳定
考虑该设计是中型污水处理厂，A/O 工艺比较普遍，稳定，且出水水质要求不是很高，本设计选择A/O 工艺。
2.2.2 工艺流程
污水处理流程图
污泥处理流程图
第 3 章 污水处理构筑物的设计计算
3.1中格栅及泵房
格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道上、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。本设计采用中细两道格栅。
3.1.1 中格栅设计计算
（1）设计参数： 最大流量：3max 150000 1.2 2.1/360024
Z Q Q K m s ?=?=
=? 栅前水深: 0.8h m =
栅前流速：10.9/v m s =（0.4/~0.9/m s m s ）
过栅流速20.9/v m s =（0.6/~1.0m s /m s ）
栅条宽度0.01S m =，格栅间隙宽度0.04b m =
格栅倾角060α=
(2）设计计算：
①栅条间隙数：max 68Q n bhv ===根 设二座中格栅：168342
n =
=根 ②栅槽宽度：设栅条宽度0.01S m =， 删槽宽度一般比格栅宽 所 以取0.2m ()()1110.20.013410.04340.2 1.71B S n bn m =-++=?-+?+=
③ 通过格栅的水头损失：
10
h K h =?
210sin 2v h g ξα=，43s b ξβ??=? ???
1h ─────设计水头损失；
h 0 ─────计算水头损失；
g ───── 重力加速度；
K ───── 格栅受污物堵塞使水头损失增大的倍数，一般取
3；
ξ───── 阻力系数，其数值与格栅栅条的断面几何形状有
关，对于锐边矩形断面，形状系数β = 2.42；
2
140.010.90.9sin 3 2.42(3sin 600.04220.0429.8h K a g υξ?=???=????=? ④栅槽总高度：设栅前渠道超高20.3h m =
120.80.0420.3 1.142H h h h m =++=++=
⑤ 删槽总长度()L m ：
进水渠道渐宽部分长度：设进水渠道宽1 1.46B m =，渐宽部分展
开角度20α= 111 1.71 1.460.342tan 2tan 20B B L α--=
=≈?
栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度：
12L 0.343L 0.172()22
m ===
⑦栅槽总长度： 112 1.00.5tan 0.40.30.3430.172 1.00.5tan 60
2.42
H L L L α
=+++++=++++=
⑧每日栅渣量：格栅间隙40mm 情况下，每31000m 污水产30.03m 。
max 186******** 2.10.03 4.5410001000 1.2
Z Q W W K ??===?3/d m 30.2/m d > 所以宜采用机械清渣。
⑨格栅选择
选择XHG-1400回转格栅除污机，共4台。其技术参数见下表。
表3-1-1 GH-1800链式旋转除污机技术参数
Table 3-1-1GH-1800 chain rotary cleaning machine technical
parameters
型号 电机功 率/kw 设备宽度/mm 设备总宽度/mm 栅条间隙/mm 安装角
度
HG-1800 1.5 1800 2090 40 60°
3.1.2 污水提升泵房
泵房形式取决于泵站性质，建设规模、选用的泵型与台数、进出水管渠的深度与方位、出水压力与接纳泵站出水的条件、施工方法、管理水平，以及地形、水文地质情况等诸多因素。
泵房形式选择的条件：
①由于污水泵站一般为常年运转，大型泵站多为连续开泵，故选用
自灌式泵房。
②流量小于32/m s 时，常选用下圆上方形泵房。
③大流量的永久性污水泵站，选用矩形泵房。
④一般自灌启动时应采用合建式泵房。
综上本设计采用半地下自灌式合建泵房。
自灌式泵房的优点是不需要设置引水的辅助设备，操作简便，启动及时，便于自控。自灌式泵房在排水泵站应用广泛，特别是在要求开启频繁的污水泵站、要求及时启动的立交泵站，应尽量采用自灌式泵房，
并按集水池的液位变化自动控制运行。
集水池：集水池与进水闸井、格栅井合建时，宜采用半封闭式。闸门及格栅处敞开，其余部分尽量加顶板封闭，以减少污染，敞开部分设栏杆及活盖板，确保安全。
⑴选泵
①城市人口为1000000人，生活污水量定额为()135/L d 人。
②进水管管底高程为5m ，管径500DN ，充满度0.75。
③出水管提升后的水面高程为12.80m 。
④泵房选定位置不受附近河道洪水淹没和冲刷，原地面高程为10.0m 。
⑵设计计算
①污水平均秒流量： 13510000001562.5/86400
Q L s ?==人 ②污水最大秒流量：
选择集水池与机器间合建式泵站，考虑4台水泵（1台备用）每台水泵的容量为1875625/3L s =。
③集水池容积：采用相当于一台泵6min 的容量。 36256062251000
W m ??== 有效水深采用2H m =，则集水池面积为2112.5F m =
④选泵前扬程估算：经过格栅的水头损失取0.1m
集水池正常工作水位与所需提升经常高水位之间的高差： ()12.850.50.750.118.53m -+?--=（集水池有效水深2m ，正常按1m 计）
⑤水泵总扬程：总水力损失为2.80m ，考虑安全水头0.5m
2.88.530.511.83H m =++=
一台水泵的流量为
31150000 1.22500/324324
Z Q K Q m h ??===??
根据总扬程和水量选用500270016185WQ --型潜污泵
表3-1-2 500WQ2700-16-185型潜污泵参数
Table 3-1-2500WQ2700-16-185submersible sewage pump parameter
型号 流量 3/m h 转速 /min r 扬程 m 功率 kW 效率 % 出水口 直径mm
500270016185WQ -- 2700 725 16 185 82 500
3.2 细格栅
3.2.1 细格栅设计计算
⑴设计参数： 最大流量：3max 150000 1.2 2.1/360024
Z Q Q K m s ?=?=
=? 栅前水深：0.8h m =，
栅前流速：10.9/v m s =（0.4/~0.9/m s m s ）
过栅流速：20.9/v m s =（0.6/~1.0m s /m s ）
栅条宽度：0.01S m =，格栅间隙宽度0.01b m =
格栅倾角：α=60
⑵设计计算
①栅条间隙数： 2.1272n ===根 设二座细格栅：12721362
n ==根 ②栅槽宽度：设栅条宽度0.01S m =
()()1110.0113610.01136 2.71B S n bn m =-+=?-+?=
③进水渠道渐宽部分长度：
根据最优水力断面公式max 1 2.10.97330.90.8
Q B m vh ===?? 设进水渠道宽10.97B m =，渐宽部分展开角度20α= 111 2.710.97 2.392tan 2tan 20B B l a --===?
④栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度12 2.39 1.222l l =
=≈ ⑤通过格栅的水头损失：
10h K h =?
220sin 2v h g ξα=，43
s b ξβ??=? ??? h 0 ——计算水头损失；
g ——重力加速度；
K ——格栅受污物堵塞使水头损失增大的倍数，一般取3；
ξ——阻力系数，其数值与格栅栅条的断面几何形状有关，对于
锐边矩形断面，形状系数β = 2.42；
2
140.010.90.9sin 3 2.42(3sin 600.2620.0129.8h K a g υξ?=???=????=? ⑥栅槽总高度：设栅前渠道超高20.3h =
120.80.260.3 1.36H h h h m =++=++=
⑦栅槽总长度：
1120.5 1.0tan H L L L α
=++++ =2.39+1.2+0.5+1.0+60tan 3.04.0+=5.49m ⑧每日栅渣量：格栅间隙10mm 情况下，每31000m 污水产30.1m 。
max 186******** 2.10.115.1210001000 1.2
Z Q W W K ??===?3/m d 30.2/m d > 所以宜采用机械清渣。
⑨格栅选择
选择XHG-1400回转格栅除污机，共2台。
其技术参数见下表：
表3-2 XHG-1400回转格栅除污机技术参数
Table 3-2XHG-1400rotary grid dirt cleaning machine technical
parameters
型号 电机功率 kw 设备宽度 mm 设备总宽度 mm 沟宽度 mm 沟深 mm 安装 角度
XHG-1400 0.75～1.1 1400 1750 1500 4000 60°
3.3曝气沉砂池
沉砂池的功能是去除比重较大的无机颗粒，设于初沉池前以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。
该厂共设两座曝气沉砂池，为钢筋混凝土矩形双格池。池上设移动桥一台，（桥式吸砂机2格用一台，共2台）安装吸砂泵2台，吸出的砂水经排砂渠通过排砂管进入砂水分离器进行脱水。
桥上还安装浮渣刮板，池末端建一浮渣坑，收集浮渣。
3.3.1 曝气沉砂池主体设计
⑴设计参数：
最大设计流量32.1/Q m s =
最大设计流量时的流行时间2min t =
最大设计流量时的水平流速10.1/v m s = ()0.06/~0.12/m s m s
⑵设计计算：
①曝气沉砂池总有效容积：
设3max t=2min,V=Q 60 2.1260252t m ??=??=
则一座沉砂池的容积312521262V m =
= ②水流断面积：
设10.1/v m s =，2
max 1 2.1210.1
Q A m v ===