水污染控制工程课程设计论文

********* 大学《水污染控制工程》课程设计

题目：城市污水处理工艺（主要构筑物）初步设计院系：环境与安全工程学院

专业：环境科学

班级：

学生姓名：

指导教师：

2012年8 月24 日

前言 (1)

一．设计课题的目的和意义 (2)

二. 设计任务的概况 (2)

2.1 项目概况 (2)

2.2 污水排放的危害及工程建设的必要性 (2)

三．处理工艺选择 (3)

3.1 设计原则 (3)

3.2 我国城市污水处理的主要工艺 (3)

3.2.1 A/O法 (3)

3.2.2 A2/O工艺 (4)

3.2.3 SBR工艺 (4)

3.2.4 氧化沟 (5)

3.2.5 生物接触氧化工艺 (5)

3.3 处理方法的选择 (6)

3.4 设计依据及法规原则 (6)

四.设计方案及工艺流程 (7)

4.1 工艺流程图 (7)

4.2 流程简述 (8)

4.2.1 格栅 (8)

4.2.2 污水提升泵 (9)

4.2.3 调节酸化池 (9)

4.2.4 生物接触氧化池 (10)

4.2.5 二沉池 (11)

4.2.6 消毒接触池 (11)

4.2.7 脱水机房 (11)

五．工艺设计 (12)

5.1 设计污水水量 (12)

5.2 污水处理程度计算 (12)

5.3 容积负荷 (13)

5.4 平面尺寸计算 (13)

5.4.1 生物接触氧化池有效容积 (13)

5.4.2 池子总面积 (13)

5.4.3 池子分格数 (13)

5.4.4 池子总高度 (14)

5.4.5 有效接触时间 (14)

5.4.6 需气量 (15)

参考文献 (12)

致谢 (17)

前言

随着我国社会和经济的高速发展,环境问题日益突出,尤其是城市水环境的恶化,加剧了水资源的短缺,影响着人民群众的身心健康,已经成为城市可持续发展的严重制约因素。近年来,国家和地方政府非常重视污水处理事业,正以前所未有的速度推进城市污水处理工程的建设,有数百座污水处理厂正在工程设计和建设中,城市污水处理工艺的选择,将是工程界面临的首要问题。

决定城市污水处理厂投资和运行成本的很重要因素是污水处理工艺的选择。目前,在城市污水处理领域,南方城市普遍存在着追求“新工艺”的倾向,而且在工艺选择上似乎还有“一窝蜂”的现象。例如80年代,南方城市污水处理工艺多选择氧化沟;到了90年代末,SBR工艺几乎要“一统天下”了。一座城市污水厂处理工艺的选择,虽然应由污水水质、水量、排放标准来确定,但是,忽略污水处理厂投资和运行成本,过分强调污水处理工艺的先进是不足取的。实际上,有些南方城市采取的高投资、高运行费的“新工艺”,由于水质浓度低等缘故,并未收到理想的处理效果。生物膜法是与活性污泥法并列的一种污水生物处理技术。目前,国内仅用于中水(杂用水)处理以及解决地表水源微污染的治理上,应用于城市污水处理,却鲜有报道。事实上,城市污水处理事业发达的美国,在70年代主要采取生物膜法处理城市污水,70%的城市污水处理厂采用造价低、运行费用省的高负荷生物滤池。我国是一个发展中国家,污水治理的基本原则是要以有限的财力,解决日益严重的水污染问题。

一．设计课题的目的和意义

（1）通过污水厂课程设计，巩固学习成果，加深对《水污染控制》课程内容的学习与理解，使学生应用规范、手册与文献资料，进一步掌握设计原则、方法等步骤，达到巩固、消化课程的主要内容；

（2）锻炼独立工作能力，对污水厂的主体构筑物、辅助设施、计量设备及污水厂总体规划、管道系统做到一般的技术设计深度，培养和提高计算能力、设计和绘图水平；

（3）在教师指导下，基本能独立完成一个中、小型污水处理厂工艺设计，锻炼和提高学生分析及解决工程问题的能力。

二、设计任务的概况

2.1项目概况

（1）我国沈阳地区居民生活小区，污水排放量为100000 m3/d。主要来源于小区居民的日常生活排放的卫生间粪便冲洗水、淋浴水、厨房废水以及日常清洗废水、工业内部生活及淋浴污水。

（2）当地最高水温为30 ℃，夏季主导风向为东南风。污水厂北面200 m处有一条河流，最高洪水位为46.00 m，常水位为42.00 m。污水厂地形平坦，设计标高为48.00 m；地下水位标高为42.00 m，地基良好。城市污水总管从污水厂南面进入，干管终点水面标高为43.00 m，管径为1200 mm。

（3） SS=210 mg/L，去除率为60%；BOD＝200 mg/L，要求出水为25 mg/L。

2.2污水排放的危害及工程建设的必要性

近些年来，越来越多的水污染事件频繁发生，造成了人员死亡和财产的巨大损失，废水排放到河流，对河流产生严重污染，大多鱼虾死亡，动植物大量死亡灭绝，蚊蝇滋生，各种病菌对于人类来说简直就是灾难。水是生命的源泉，水是

经济发展的命脉，拥有干净的水资源就拥有健康的身体，和美好的环境。虽然我国水资源总量很大，但是人均水资源仅为世界平均水平的四分之一，随着经济的发展，工农业用水量不断加大，水污染现象严重并呈现越来越难趋势，可以想象我们的将来势必严重缺水，因此为党和国家在社会主义初级阶段建设和发展提供合格的水资源是十分必要的。为人民提供一个舒适整洁的环境更是我们这一工程必须承担的责任。

三．处理工艺选择

3.1设计原则

(1)本设计方案严格执行国家有关环境保护的各项规定,废水处理后必须确

保各项出水水质指标均达到城市废水排放要求。

(2)针对本工程的具体情况和特点,采用成熟可靠的处理工艺和设备,尽量采用新

技术、新材料,实用性与先进性兼顾,以实用可靠为主。

(3)处理系统运行应有较大的灵活性和调节余地,以适应水质、水量变化。

(4)管理、运行、维修方便,尽量考虑操作自动化,减少劳动强度。

(5)在不影响处理效果的前提下,充分利用原有的构筑物和设施,节省工程费用,

减少占地面积和运行费。

(6).降低噪声,改善废水处理站及周围环境。

(7).本处理工艺流程要求耐冲击负荷,有可靠的运行稳定性。

3.2我国城市污水处理的主要工艺

3.2.1 A/O法

A∕O法即厌氧—好氧污水处理工艺, 流程如下：污水—前处理—厌氧水解池—接触氧化—沉淀池—过滤池—出水—污泥回流。

厌氧水解池采用上升流式厌氧污泥床反应器的形式设计水力停留时间为2～4小时。厌氧池下部为污泥床区, 污泥床厚度通常控制在1～1.2M之间, 进水

系统可采用脉冲进水中阻力布水系统, 底部设布水沟, 保留污泥不沉积底部, 呈悬浮状态。污泥床平均浓度为30 ～35g/l, 则污泥负荷为0.35 ～

0.30kgCODcr/kg(ss)·d。

生物接触氧化工艺是介于活性污泥法与生物膜法之间的一种污水处理工艺。池内设有填料, 微生物一部分以生物膜的形式固着于填料表面, 一部分则以絮状悬浮生长于水中, 因此它兼有活性污泥法与生物滤池的特点。曝气系统可采用鼓风或射流曝氧增氧系统( 设计时必须考虑投资及运行本) 。为培养微生物的不同的优势菌种, 将接触氧化池分为两格是行之有效的。第一格有效水力停留时间为2.5小时, 有机负为1.15kgBOD5/m3.d。第二格有效水力停留时间为1.5小时, 有机负荷0.768kgBOD5/m3.d。A/O法的主要特点是: 适应能力强; 耐冲击负荷; 高容积负荷; 不存在污泥膨胀; 排泥量非常少;具有较好的脱氮效果。

3.2.2 A2/O工艺

具有如下特点：

(1) 厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类的微生物菌群的有机配合，能

同时具有去除有机物、脱氮除磷功能；

(2) 在同时脱氮除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间

也少于同类其它工艺；

(3) 在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会

发生污泥膨胀；

(4) 污泥中含磷量高，一般为2.5%以上。

3.2.3 SBR工艺

序批式活性污泥法：SBR

SBR工艺的基本运行模式由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成。

优点：(1) 工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流

设备；

（2）耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业污水处理）无需设置调节池；

(3) 反应推动力大,易于得到优于连续流系统的出水水质;

(4) 运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果；

(5) 污泥沉淀性能好,SVI值较低,能有效地防止丝状菌膨胀;

(6) 该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易

于维护管理。

缺点：(1)容积利用率低；(2)水头损失大；(3)出水不连续；(4)峰值需氧量高；

(5)设备利用率低；(6)运行控制复杂；(7)不适用于大水量。

3.2.4 氧化沟

因为污水和活性污泥在曝气渠道中不断循环流动，因此有人称其为“循环曝气池”、“无终端曝气池”。氧化沟的水力停留时间长，有机负荷低，其本质上属于延时曝气系统。

优点：氧化沟法由于具有较长的水力停留时间，较低的有机负荷和较长的污泥龄。因此相比传统活性污泥法，可以省略调节池，初沉池，污泥消化池，有的还可以省略二沉池。氧化沟能保证较好的处理效果，这主要是因为巧妙结合了CLR 形式和曝气装置特定的定位布置，是式氧化沟具有独特水力学特征和工作特性。

缺点：尽管氧化沟具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、除磷脱氮效率高、污泥易稳定、能耗省、便于自动化控制等优点。但是，在实际的运行过程中，仍存在一系列的问题。

3.2.5 生物接触氧化工艺

生物接触氧化工艺单位容积的生物量大，处理能力高；不需污泥回流，节省能耗；不产生污泥膨胀，耐冲击负荷能力强；设备较少，运行管理及维护简单；

产泥量少。但此工艺造价较高，而且布水、布气不易均匀，工艺构筑物在构造上较复杂，增加了设计、施工的工作量和难度。

3.3 处理方法的选择

本项目污水处理的特点为：

①污水以有机污染为主，BOD/COD =0.5,可生化性较好，重金属及其他难以生物降

解的有毒有害污染物一般不超标；

②污水中主要污染物指标BOD、COD、SS值为典型城市污水值。

针对以上特点，以及出水要求，现有城市污水处理技术的特点，可采用生物接触氧化工艺。

3.4 设计依据及法规原则

（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》

（6）GB8978－1996《污水综合排放标准》

四. 设计方案及工艺流程

4.1工艺流程图

格栅池

调

解

酸

化

池

生

物

接

触

氧

化

池

二

沉

池

消

毒

接

触

池污

水

提

升

泵

房

污

泥

浓

缩

污

泥

脱

水

生活污

水

排放

干污泥外运上清液

栅渣外运通入空

气

4.2流程简述

4.2.1格栅

图1 格栅设计图

格栅是一种截留废水中粗大污物的预处理设施。由一组平行的金属栅条制成的金属框架，斜置在废水流经的渠道上，或泵站集水池的进口处，用以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以免堵塞水泵和沉淀池的排泥管。

格栅栅条间的空隙宽度可根据清除污物的方式来设定，人工清除格栅间隙一般为16～25mm。常用的机械清渣设备有三种，即链条式、移动式及钢丝绳牵引式格栅清污机。

格栅是一组(或多组)相平行的金属栅条与框架组成,倾斜安装在进水的渠道,或进水泵站集水井的进口处,以拦截污水中较大的悬浮物及杂质,以保证后续处理构筑物或设备的正常工作。

4.2.2污水提升泵

±0.00

中格栅

进水总管

吸水池最

底水位

图2 污水提升泵房计算草图

QW型污水提升泵是在引进国外先进技术的基础上，结合国内水泵的使用特点而研制成功的新一代泵类产品，具有节能效果显著、防缠绕、无堵塞、自动安装和自动控制等特点。在排送固体颗粒和长纤维垃圾方面，具有独特效果。

该系列泵采用独特结构和新型机械密封，能有效地输送含有固体物和长纤维。叶轮与传统叶轮相比，该泵叶轮采用单流道或双流道形式，它类似于一截面大小相同的弯管，具有非常好的过流性，配以合理的蜗室，使得该泵具有效率高、叶轮经动静平衡试验，使泵在运行中无振动。

4.2.3调节酸化池

酸化调节池简单点说就是同时具有调节池和酸化水解池的特点，对于有机废水，调节池一般都具有酸化的作用，只是由于池内酸化菌较少，酸化作用不明显。酸化调节池就是在调节池里面安装填料和进行污泥回流，保持一定浓度的酸化细菌。酸化效果与调节池停留时间和酸化细菌的浓度有关。池内需设置搅拌装置，使废水和污泥充分混合同时防止大量污泥沉积在调节池底部。

调节池与水解酸化的合一，个人理解认为其出发点是水解酸化对负荷波动的适应性。水解是通过胞外酶来完成的，酶在无抑制环境下对有机物浓度波动基本不受影响。

而微生物通过酸化反应来获取能量的方式是比较粗糙的，因此其生命活动相对来讲比较温和，有机浓度波动的影响相对较小。所以水解酸化与调节池的合一是合适的。

而水解酸化反应器设计成完全混合反应器也是可行的，关于泥水分离及停留时间的取向也应该可以通过一定的设计来处理。

作用：减小有机物分子量，产生不完全氧化的产物，有利于后续的好氧段处理。4.2.4 生物接触氧化池

生物接触氧化池平面形状一般采用矩形，进水端应有防止短流措施，出水一般为堰式出水。

图3为接触氧化池构造

结构包括池体，填料，布水装置，曝气装置。工作原理为：在曝气池中设置填料，将其作为生物膜的载体。待处理的废水经充氧后以一定流速流经填料，与生物膜接触，生物膜与悬浮的活性污泥共同作用，达到净化废水的作用。生物接触氧化池的填料应采用对微生物无毒害、易挂膜、比表面积较大、空隙率较高、氧转移性能好、机械强度大、经久耐用、价格低廉的材料。当采用炉渣等粒状填料时，填料层下部0.5m 高度范围内的填料粒径宜采用50～80mm，其上部填料粒径宜采用20～50mm。当采

用蜂窝填料时，孔径宜采用25～30mm。材料宜为玻璃钢、聚氯乙烯等。不同类型的填料可组合应用。

4.2.5 二沉池

沉淀池是水处理工程中常用的构筑物，为提高水处理能力、稳定出水水质、降低运行成本和控制基建投资，各种类型的沉淀池都有了较大的改进和革新。二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使水澄清和进行污泥浓缩。将二沉池来水中的活性污泥与水进行分离并将分离出的污泥大部分泵送回瀑气池, 小部分泵送去污泥脱水工段。

二沉池在污水处理中的作用：二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使水澄清和进行污泥浓缩。

4.2.6 消毒接触池

接触消毒池（disinfecting tank）指的是使消毒剂与污水混合，进行消毒的构筑物。主要功能：杀死处理后污水中的病原性微生物。

4.2.7脱水机房

进入脱水间的污泥含水量达百分之八十，将经脱水后的污泥进行填埋处理。

污泥脱水机主要包括板框式污泥脱水机、带式脱水机、离心式污泥脱水机和叠氏污泥脱水机四种不同类型。

（1）板框式污泥脱水机：价格低廉，擅长无机污泥的脱水，泥饼含水率低。但易堵塞，需要使用高压泵，不适用于油性污泥的脱水，难以实现连续自动运行。

（2）带式污泥脱水机：都采用浓缩脱水一体机，对进泥浓度很低的二沉池污泥进行直接浓缩脱水，而离心脱水机对进泥浓度要求比较高，低浓度污泥由于污泥固相浓度低，液相多，很难做到很好的固液分离，国内很多污水厂由于要升级改造将原先浓缩池拆除，导致原先离心脱水机无法正常使用，只好更换成带式浓缩脱水机。目前

使用普遍，技术相对成熟。脱水机自动连续运行，具有处理量大，操作简单，适应工况广泛等特点。

（3）离心式脱水机：处理能力大。但耗电大，噪音大，震动剧烈；维修比较困难，不适于比重接近的固液分离。

（4）叠氏污泥脱水机：清洗水量少，不过对低浓度污泥处理效果不好，由于没有专门的过滤介质（像滤带），处理效果不稳定；转速慢，省电，无噪音和振动；可以实现全自动控制，24小时无人运行。但不擅长颗粒大、硬度大的污泥的脱水；处理量较小。

五．工艺设计

5.1 设计污水水量

平均流量：Qa=100000m3/d=4166.67 m3/h=1.157 m3/s

总变化系数：Kz =1.3

∴设计流量：

Qmax= Kz×Qa=1.3×100000 =130000 m3/d =5416.67 m3/h =1.505 m3/s

5.2 污水处理程度计算

污水流量确定：根据设计任务书，该厂的处理规模依据近期流量计划一期规模为：1000003m/d

1.进出水水质

SS（mg/L）

项目BOD5

（mg/L）

进水200 210

出水25 84

2.处理程度计算

各水质参数的去除率如下：

项目BOD5SS

去除率87.5% 60%

5.3容积负荷

在处理城市污水时，BOD5－容积负荷Nv介于1.0～1.8kgBOD5∕（m3·d），设计中取Nv=1.5 kgBOD5∕（m3·d）。

5.4平面尺寸计算

5.4.1生物接触氧化池有效容积

=

v

式中V——有效容积（m3）；

Q——平均日污水量（m3/d）；

Sa——进水BOD5浓度（mg/L）；

Se——出水BOD5浓度（mg/L）；

Nv——BOD5-容积负荷［kgBOD5∕（m3·d）］。

设计中取Q=130000 m3/d

V=错误！未找到引用源。

1500

) 25

200

(

130000-

?

=15167m3 5.4.2池子总面积

A=错误！未找到引用源。

式中 A——池子总面积（m2）

H——填料层总高度（m）

设计中取H=3.0m

A=15167/3=5055m2

采用生物氧化接触法设四座池并列：

A1=5055/4=1264m2

5.4.3池子分格数

n=错误！未找到引用源。

式中 n ——池子总格数；

a ——单池池面积（m 2），为了保证布水、布气均匀，每格池面积不宜大于25m 2。

设计中取a=25m 2

n=1264/25=50.5 设计中取为56个。

5.4.4池子总高度

H 0=h 1+h 2+H+h 3

式中 H 0——池子总高度（m ）；

h 1——超高（m ），一般采用0.3～0.5m ； h 2——填料上水深（m ）； h 3——配水区高度（m ） 设计中取h 1=0.5m ，h 2=0.5m ，h 3=0.5m

H 0=0.5+0.5+3.0+0.5=4.5m

5.4.5有效接触时间

t=错误！未找到引用源。24 式中 t ——有效接触时间（h ）。

t=错误！未找到引用源。

Q naH =

24100000

3

25203???=3.6h ，满足要求。 5.4.6需气量

D=D 0Q

式中 D 0——气水比，即每m 3污水所需空气量。 设计中取D 0=5

D=5错误！未找到引用源。130000=650000 m 3/d

参考文献

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［2］刘延岭，关柯．城市建设面临的环境问题与保护措施[J]．哈尔滨建筑大学学报，2000，33(6)：114-116．

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［7］中国市政工程西北设计研究院．给水排水设计手册[M]，第11册，常用设备．北京：中国建筑工业出版社，2002：222-292．

致谢

历时将一个星期的时间将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师——刘老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！ 感谢这篇论文所涉及到的各

位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。 感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。

由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！