水污染课程设计报告书

1 设计任务

1.1项目概况

某污水处理厂是某市污水处理的主要工程，位于某市大城区东南。主要服务范围是该市中市区、东市区、西南郊的生活污水和东市区、西南郊的部分经初步处理但尚未达标的工业废水。服务人口约30万。

1.12 设计进出水质

城市混合污水平均水质

1.13 设计出水水质

由于该厂处理后的污水排进某河流，最终流进太湖流域。因太湖流域现在污染较为严重，为实现国务院的碧水蓝天计划，确保太湖湖水达标任务，该污水处理厂的排水必需达到以下指标：

1.2 设计要求

试根据该生产废水水质特点和排放要求，给出合理的废水处理流程，提供设计说明书和计算书，要求内容完整、简洁明了、层次清楚、文理通顺、书写工整、装订整齐，还应计算准确，并附有计算草图，标注所计算的尺寸，要求线型分明、比例准确、正确清晰，符合制图标准有关规定，同时提供一张总平面布置图和一张流程图（要求用ＣＡＤ绘制A3图纸）。

具体要求：

1)请按照给定废水的水量、水质以及排放的水质要求，编写废水处理工程

初步设计方案，方案内容包括：

?废水产生概况

?设计依据和设计思路

?方案比较和选择

?工艺流程（框图）

?工艺流程说明

?处理效果预测

?各单元计算书

?各建、构筑物尺寸

2)提供ＣＡＤ设计的工艺流程图、平面图

1.3 废水处理工程设计计划安排

第15周：

（1）星期一：设计动员、下达设计任务书；

（2）星期二：搜集资料、阅读教材、确定工艺流程；

（3）星期三、四、五：工艺设计计算(包括编写设计说明书草稿) ，设备结构设计计算(包括编写设计说明书草稿；

（4）星期六：绘制平面布置图和工艺流程草图；

（5）星期七：完成绘制平面布置图和工艺流程图；

第16周：

（6）星期一、二：整理资料，编写课程设计报告一份；

（7）星期三：制作PPT；

（8）星期四：答辩汇报。

2 城市污水的概况

2.1 概述

城市污水（municipal sewage, municipal wastewater）是排入城镇污水系统的污水的统称。据有关部门统计：1997年，全国城市的污水年排放总量为351.4亿m3,但全国不同等级的污水处理厂日处理能力总计为1292万m3，即年处理量为47.2亿m3，处理率仅为13.4%。1999年全国近80%的生活污水未处理直接排

江河湖海，年排污量达400亿m3，造成全国1/3以上的水域受到污染。在全国684个城市中，仅有200余座在建和建成的污水处理厂，且集中在七八十个大中城市里，全国污水处理率仅为20%左右。在2004年全国城市环境“城考”的结果中，生活污水集中处理中，生活污水集中处理率平均为32.33%.其中城市生活污水集中处理率大于60%的城市有143个，占上报城市总数的28.6%,还有193个城市的生活污水集中处理率为零。

随着我国国民经济发展，污水排放量在逐年增加，严重的水污染使水资源不能进入良性循环，造成生态环境恶化，也直接威胁着人类的生存。所以，污水处理的进程和深入已迫在眉睫。

2.2 城市污水的来源及水质

城市污水按来源可分为生活污水、工业废水和径流污水。

生活污水主要来自家庭、机关、商业和城市公用设施。其中主要是粪便和洗涤污水，集中排入城市下水道管网系统，输送至污水处理厂进行处理后排放。其水量水质明显具有昼夜周期性和季节周期变化的特点。

工业废水在城市污水中的比重，因城市工业生产规模和水平而不同，可从百分之几到百分之几十。其中往往含有腐蚀性、有毒、有害、难以生物降解的污染物。因此，工业废水必须进行处理，达到一定标准后方能排入生活污水系统。生活污水和工业废水的水量以及两者的比例决定着城市污水处理的方法、技术和处理程度。

城市径流污水是雨雪淋洗城市大气污染物和冲洗建筑物、地面、废渣、垃圾而形成的。这种污水具有季节变化和成分复杂的特点，在降雨初期所含污染物甚至会高出生活污水多倍。

城市污水中90％以上是水，其余是固体物质。水中普遍含有以下各种污染物：

悬浮物：一般为200～500毫克／升，有时候可超过1000毫克／升。其中无机和胶体颗粒容易吸附有机毒物、重金属、农药、病原菌等，形成危害大的复合污染物。悬浮物可经过混凝、沉淀、过滤等方法与水分离，形成污泥而去除。

病原体：包括病菌、寄生虫、病毒三类。常见的病菌是肠道传染病菌，每升

污水可达几百万个，可传播霍乱、伤寒、肠胃炎、婴儿腹泻、痢疾等疾病。常见的寄生虫有阿米巴、麦地那丝虫、蛔虫、鞭虫、血吸虫、肝吸虫等，可造成各种寄生虫病。病毒种类很多，仅人粪尿中就有百余种，常见的是肠道病毒、腺病毒、呼吸道病毒、传染性肝炎病毒等。每升生活污水中病毒可达50万到7000万个。

需氧有机物：包括碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸、酯类等。其浓度常用五日生化需氧量(BOD5)来表示。也可用总需氧量(TOD)、总有机碳(TOC)、化学需氧量(COD)等指标结合起来评价。常用BOD5与COD的比例来反映污水的可生化降解性，用微生物呼吸氧量随时间变化曲线来反映生化降解的快慢，据此选择处理方案（见图）。城市污水BOD5一般为每升300～500毫克，造纸、食品、纤维等工业废水可高达每升数千毫克。植物营养素：生活污水、食品工业废水、城市地面径流污水中都含有植物的营养物质──氮和磷。城市污水中磷的含量原先每人每年不到1千克,近年来由于大量使用含磷洗涤剂，含量显著增加。来自洗涤剂的磷占生活污水中磷含量的30～75％，占地面径流污水中磷含量的17％左右。氮素的主要来源是食品、化肥、焦化等工业的废水，以及城市地面径流和粪便。硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、磷酸盐和一些有机磷化合物都是植物营养素，能造成地面水体富营养化、海水赤潮和地下肥水。硝酸盐含量过高的饮水有一定的毒性，能在肠胃中还原成亚硝酸盐而引起肠原性青紫症。亚硝酸盐在人体内与仲胺合成亚硝胺类物质可能有致畸作用、致癌作用。

城市污水中除含以上四类普遍存在的污染物外，随污染源的不同还可能含有多种无机污染物和有机污染物，如氟、砷、重金属、酚、氰、有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃等。

如果城市污水不经处理就排入地面水体，会使河流、湖泊受到污染。但城市污水水量非常大，如全部进行污水二级处理，投资极大。因此，结合具体情况研究经济有效的处理措施，是环境保护的重大课题之一。城市生活污水是城市发展过程中的产物，早期的城市生活污水处理主要是通过污水收集系统排放到附近下游水体之中，利用水体的稀释以及水体自净作用来进行简单的处理，但是随着我国国民经济的迅猛发展，城市规模不断扩大，人口数目增长迅速，随之而来的是城市生活污水的水量不断加大，水质也越来越复杂，仅仅依靠稀释及水体自净作用处理过的污水已经无法满足达标排放的要求，会对下游水体产生较大的污染和

影响。在这种情况下，我们就不得不采取措施加大对城市生活污水的处理力度，以改善不断恶化的水环境污染趋势。

3 城市污水处理方案的确定

3.1设计原则

（1）工艺流程简单，技术成熟，运行稳定、可靠，出水必须达标排放；

（2）工程投资节约，操作简单，易于管理；

（3）运行费用及维护管理费用低；

（4）平面布置要力求紧凑合理，尽量减少占地，外观大方；

（5）兼顾近期与远期的排水要求，体现最优化设计；

（6）在总体规划指导下，通过城市污水处理工程的建设达到保护环境的目的。

3.2 编制依据

（1）《水处理工程设计计算》；

（2）《活性污泥工艺简明原理及设计计算》；

（3）《水处理构筑物设计与计算》；

（4）《城市污水处理技术及工程实例》；

（5）《水处理工程典型设计实例》；

（7）《水污染控制工程》；

（8）《水污染控制工程实践教程》；

（9）网上同类污水处理工程的设计、施工及运行数据。

3.3设计水量

根据该城市的服务人口约30万，按人均日排水量为0.2L/(d·人)计算，确定该城市的污水产生量为60000m3/d，按总变化系数K总为1.3计算，则该城市的最大设计流量Q max为78000 m3/d。

3.4方案的比较和选择

根据设计原则以及该城市污水的特点、污水流量，初步选定了该SBR工艺和氧化沟工艺。

传统SBR工艺也叫间歇式活性污泥法，SBR工艺具有①流程十分简单，管理方便；②合建式，占地省，处理成本较低；③有脱氮除磷功能，处理较好；

④污泥同步稳定，不需厌氧消化的优点。但是它①间歇周期运行，对自控要求高；②变水位运行，电耗量高；③脱氮除磷效果不太高；④污泥稳定性不如厌氧消化。

氧化沟又称“循环曝气池”，是50年代由荷兰的Pasveer开发，属于活性污泥法的一种变形。其基本特征是曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥的混合液在环状渠道中不停的循环流动。

A 工艺特点：

氧化沟一般采用延时曝气，并增加了脱氮功能，它采用机械曝气，一般不设初沉池和污泥消化池。

①主要技术参数出如表3-1所示：

表3-1 氧化沟工艺主要技术参数表

②氧化沟内的循环流量很大，进入沟内的原污水立即被大量的循环水所

混合和稀释，因此具有很强的承受冲击负荷能力，对不易降解的有机物也具有较好的处理效果；

③处理效果稳定可靠，不仅可满足BOD5、SS的排放标准，还可以达到脱氮除磷的效果。

由于氧化沟的水力停留时间和污泥泥龄都很长，悬浮物、有机物在沟内可获得彻底的降解，活性污泥产量少且趋于稳定，一般不设初沉池和污泥消化池，有的甚至取消二沉池和污泥回流系统，简化了处理流程，减小了处理构筑物，使其基建费用低于一般活性污泥法。

⑤承受水质、水温、水量能力强，出水质好。

B 缺点：

①一般除磷需另设厌氧池；

②机械曝气，设备数目多；

③氧化沟沟体占地面积较大；

④对于中、大型污水厂，基建费和运行费比普通活性污泥法高，同时无法得到生物能源。

综上比较，我们采用了氧化沟工艺。

3.5城市污水处理工艺流程图

3.6污水处理工艺流程说明

城市污水统一排入污水收集渠道，并由渠道输送到城市污水处理中心。污水先经过粗格栅，再流进提升泵房，由提升泵把污水提升到细格栅，之后污水自流进入曝气沉砂池，在此进行去污水中泥沙等相对密度较大的颗粒，同时加速污水中油类和浮渣的分离。曝气沉砂池出水进入氧化沟，在此完成生化反应，去除大部分有机物，出水流入二沉池。二沉池出水流入消毒池进行消毒，出水达标排放。二沉池的污泥一部分回流到氧化沟，剩余污泥通过污泥泵房到污泥浓缩池进行污泥处理。物化污泥排入污泥浓缩池进行浓缩，降低含水率，改善污泥的脱水性能。

而后进入脱水机房，由螺杆泵输送到带式压滤机脱水。

3.7处理效果预测

4城市污水处理系统的设计

4.1 进水格栅间的设计

本设计采用两道格栅，一道中格栅、一道细格栅。中格栅设于污水泵站前，细格栅设于污水泵站后。

4.1.1中格栅的设计计算

泵前设计粗格栅的作用是保护水泵，而明渠格栅的作用则是保证后续处理系统的正常工作。目前普遍的做法是将泵前格栅均做成明渠格栅，采用机械清查时，由于机械连续工作，格栅余渣较少，阻力损失几乎不变，因此，格栅前后通常不设渐变段。

1.主要设计参数

设计流量（最大流量）7.8万m3/d；

栅条宽度S 10mm；

栅条间隙宽度b 20mm；

过栅流速v 1 1.0m/s ； 栅前渠道流速v 2 0.55m/s ； 栅前渠道水深h 1.2m ； 格栅前渠道超高h 1 0.3m ； 进水渠道宽B 1 0.24m ； 水头损失增大倍数K 3； 栅前断面形状圆形β 1.79；

进水渠道渐宽部位的展开角度α1 20°； 格栅倾角α 60°； 格栅数量 2座；

单位体积污水栅渣量W 1 0.01m 3/103m 3污水。 2.工艺尺寸

设计图如4-1格栅水力计算简图

（1） 格栅尺寸 过栅流量Q 1

Q 1=Q/2=

78000/360024

2

?=0.4514(m 3/s)

栅条间隙数n n= 11

Q bhv

= =19.4，取n 为20 格栅宽度B B=S(n-1)+bn=0.01(20-1)+0.02×20=0.59(m)

（2）栅槽总宽度 ()0B 3B 30.59 1.77m ==?= (3)栅后槽总高度H 和实际过流流速为

v

1v=0.8752m s bhn Q =（/）

水头损失h 2

()()

4

2

23

242

3

v s

v h =s αβs α

220.87520.01

3 1.79s 600.0220.072k in in g b g in g

m ξ?? ????? ???

???=???=???

=o

H=h+h 1+h 2=1.2+0.3+0.072=1.272(m)

(4)格栅总长度L

()()

1

1211

10.5 1.0tan 0.50.5 1.02tan tan 1.50.590.240.3 1.20.5 1.02tan 20tan 603.087m H L L L m m B B h h

L m m m m α

αα=++++-+=

++++?-+=+++

?=o o

（6）渣量计算 栅渣量 ()3max 1780000.01

0.6/10001000 1.3

z Q W W m d K ??=

==?>0.2m 3/d

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

4.1.2细格栅的设计

1.主要设计参数

设计流量（最大流量） 7.8万m 3/d ； 栅条宽度S 10mm ； 栅条间隙宽度b 6mm ； 过栅流速v 1 0.9m/s ； 栅前渠道流速v 2 0.6m/s ；

栅前渠道水深h 0.8m ； 格栅前渠道超高h 1 0.3m ； 进水渠道宽B 1 0.8m ； 水头损失增大倍数K 3； 栅前断面形状圆形β 1.79；

进水渠道渐宽部位的展开角度α1 20°； 格栅倾角α 60°； 格栅数量 2座；

单位体积污水栅渣量W 1 0.1m 3/103m 3污水。 2.工艺尺寸 (1) 格栅尺寸

栅条间隙数n

197.2n === 取n 为98

格栅槽总宽度B

B=S(n-1)+bn=0.01(98-1)+0.006×98=1.558(m) （2）栅槽总宽度 ()0B 3B 3 1.588 4.764m ==?= (3)栅后槽总高度H 和实际过栅流速

1v=0.893m s bhn Q =（/）

水头损失h 2

()()

4

2

2

3

242

3

v s v h =k s αβs α

220.8930.01

3 1.79s 600.00629.810.374in in g b g

in m ξ?? ????? ???????=???=????=o H=h+h 1+h 2=0.8+0.3+0.072=1.172(m)

(4)格栅总长度L

()()

1121110.5 1.0tan 0.50.5 1.02tan tan 1.5 1.5580.80.30.80.5 1.02tan 20tan 603.70m H L L L m m B B h h L m m m m α

αα=++++

-+=++++?-+=+++

?=o o

（5）渣量计算 栅渣量 ()3max 1780000.1

6/10001000 1.3

z Q W W m d K ??=

==?>0.2m 3/d

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

4.2 污水泵房的设计

4.2.1 一般规定

(1) 应根据远近期污水量，确定污水泵站的规模，泵站设计流量一般与进水管设计流量相同；

(2) 应明确泵站是一次建成还是分期建设，是永久性还是半永久性，以决定其设施。并根据污水经泵站抽升后，出口入河道、灌渠还是进处理厂处理来选择合适的泵站位置；

(3) 污水泵站的集水池与机器间在同一构筑物内时，集水池和机器间须用防水隔墙隔开，不允许渗漏，做法按结构设计规范要求；分建时，集水井和机器间要保持的施工距离，其中集水池多为圆形，机器间多为方型；

(4) 泵站构筑物不允许地下水渗入，应设有高出地下水位0.5米的防水措施。

4.2.2 选泵参数计算

(1) 污水泵站选泵应考虑因素

① 选泵机组泵的总抽升能力，应按进水管的最大时污水量计，并应满足最大充满度时的流量要求；

② 尽量选择类型相同和相同口径的水泵，以便维修，但还须满足低流量时的需求；

③ 由于生活污水，对水泵有腐蚀作用，故污水泵站尽量采用污水泵，在大的污水泵站中，无大型污水泵时才选用清水泵。

(2) 选泵具体计算

泵站选用集水池与机器间合建式的矩形泵站。 ① 流量的确定Q

max 902.78/Q L s =

本设计拟订选用4台泵（3用1备），则每台泵的设计流量为：

max /3902.78/3300.93/301/Q Q L S L S ===≈

② 集水池容积V

A 泵站集水池容积一般取最大一台泵5～6分钟的流量设计

3V 301.0 5.560100099.33m =??÷= 取V=100 m 3，

B 有效水深h 为2.5 m ，则水池面积F 为:

取245m

（3）扬程的估算H

式中：2.0——水泵吸水喇叭口到沉砂池的水头损失；

1.0——自由水头；

H 静——水泵集水池的最底水位H 1与水泵出水管提升后的水位H 2之差；

H 1=进水管底标高+ h –集水池有效水深=279.413+3.4-2.5=280.313 m H 2=接触池水面标高+沉砂池至接触池间水头损失=286.5+4.5=291.0m 沉砂池至接触池间水头损失为3.5—4.5米，取4.5 m 则：

H 2 =286.50+4.5=291.00m

H 静= H 2 - H 1=291-280.813=10.20

2100

45.02.5

V F m h =

==0.13.2++=静H H

则水泵扬程为：

H=H静+2.0+1.0=10.20+2.0+1.0=13.20 m 取14 m。

4.2.3 选泵

由Q=902.78m3/h ，H=14 m，可查得：选用250WDL型立式污水泵，其各项性能如下：

表3-4 泵的选择参数

4.2.4 集水池

（1）集水池形式：

污水泵站的集水池宜采用敞开式，本工程设计的集水池与泵房和格栅共建，属封闭式。

（2）集水池的通气设备

集水池内设通气管，通向地外，并将管口做成弯头或加罩，以防止雨水及杂质入内

（3）集水池清洁及排空措施

集水池设有污泥斗，池底做成不小于0.01的坡度，坡向污泥井，从平台到底应设供上下用的扶梯，台上应有吊泥用的梁沟滑车。

（4）集水池容积计算

①集水池容积按一台泵5分钟的流量设计：

3

=??÷=取1003m

V301.0 5.560100099.33m

② 有效水深采用2.5米，则：集水池的面积为：F=40 m 2

（5） 集水池的排砂

污水杂质往往发表沉积在集水池内，时间长腐化变臭，甚至堵塞集水坑，影响水泵正常吸水，因此，在压水管路上设有压力冲洗管D=100 mm 伸入集水坑，定期将沉渣冲起，由水泵抽走集水池可设连通的两格，以便检修。

4.2.5 水泵机组基础的确定和污水泵站的布置

（1） 水泵机组基础的确定

机组安装在共同基础上，基础的作用是支撑并固定机组，使之运行稳定。不致发生剧烈震动，更不允许发生沉降，对基础的要求：

① 坚实牢固，除能承受机组静荷载外，还能承受机械振动荷载。 ② 要浇制在较坚实的地基上，以免发生不均匀沉降或基础下沉。 （2） 水泵基础深度的计算

查手册，算得水泵机组基础尺寸为1200?1200 mm ，机组总重量W=800 kg ，基础深度H 可按下式计算：

式中：L ——基础长度，m ；

B ——基础宽度，m ；

γ——基础所用材料的容重，混凝土基础γ=2400 kg ； W ——机组总重量，kg ； 则：

（3） 污水泵站的布置

因为所选用的台数为4台，所以泵房采用矩形，泵房内泵采用横向排列，这样随增加了泵房的长度，但由于立式泵占地面积小、跨度小、水力条件好、节省电耗。

① 进水侧基础与墙壁的净距为1.5 m ； ② 基础尺寸为1200?1250mm ； ③ 基础间净距为1.5m ；

γ

LB W

H ?=0.3m

m H 7.014.22400

2.12.12570

0.3>=???=

④出水侧基础与墙壁的净距为2m;

⑤泵房尺寸为9000 9000mm；

4.3 曝气沉砂池

1.设计参数

设计流量（最大流量）7.8万m3/d；

停留时间3min；

水平流速0.1m/s；

有效水深H 2.5m；

污水所需的空气量d 0.2m3/m3污水

沉沙量30 m3/m3污水。

2.沉砂池尺寸

图

4.2

曝

气

沉

砂

池

（1）有效容积

V=Q max t=78000m3/d×3min=162.5 (m3)

(2)水流断面积

A=Q max／v=78000m3/d／0.1m/s=9.03 (m2)

池宽B B=A/H=9.03 m2／2.5m=3.612（m），宽深比B/H=3.612／2.5=1.445 符合要求

(3)平面尺寸

池长L L=V/A=162.5 m3／9.03 m2=18.00m

平面尺寸 B×L=3.612m×18.00m （4）每小时所需空气量

()378000/240.2650/q Qd m h ==?=

（5）沉砂槽所需容积

设沉砂时间T=2d,沉砂槽所需的容积

()3

66

QXT 78000302==4.681010

V m ??=

（6）沉砂槽的几何尺寸

图4.3沉砂槽

设沉砂槽底宽0.5m,沉砂槽斜壁与水平面的夹角为60°，沉砂槽高度h 4=0.4m,沉砂槽上口宽b

b=2×0.4ctg60°+0.5=0.96（m ）

沉砂槽容积为：

3310.50.96

0.418 5.26>4.682

V m m +=

??= (7)池子总高

设池底坡度为0.06，坡向沉砂槽，池底坡度部分的高度为：

h 3=i×（B-b ）=0.06×(3.612-0.96)=0.16(m)

设超过h 1=0.3m ，池子总高

H= h 1+h 2+h 3+h 4=0.3+2.5+0.16+0.4=3.36(m)

4.4 氧化沟

1设计参数

设计流量 d m Q 378000= 设计泥龄

d C 11=θ

污泥自身氧化率 0.08 1/d

混合液悬浮固体浓度(MLSS) X=4g/L 污泥含水率 P=99% 2平面尺寸计算 （1）氧化沟总容积 污泥产率系数：

()()()

()()()kgBOD

kgSS S X K Y T C T C 9077.0072.11117.01072.11175.017.02.012002006.075.09.0072.117.01072.175.017.02.016.075.015101510151500=?

???????+????--+=??

?????+???--+=----θθ

氧化沟总容积：

()()3

06.340714

1000252009077.011780001000m X S S Y Q V e C =?-??=-=

θ 水力停留时间：h Q V T 6.13600006.340712424=?== （介于10~24h 之间，符合要求）

（2）剩余污泥量

()

()

()

010.90777800020025100010.1115900(/)

e c

d YQ S S K kg d W

θ-+??-=

?+?==

湿污泥量Q s

()()

311000

5900

(10.99)1000

590/S W

P m d Q =

-?=

-?=

（3）沟形设计 设沟深 m H 2.4= 沟宽 m B 9= 中心岛宽度

m 2,两头圆弧半径m r 1=。

隔墙厚度

m d 3.0=

由此可得氧化沟外沟内侧圆弧半径为：

m d r B R 6.283.0219323=?++?=++= m R D 2.572==

外沟圆弧段面积：

()22213636.196.28m =-π

中沟圆弧段面积：

()2228373.103.19m =-π

外沟圆弧段面积：

()222311110m =-π

圆弧段总面积：

2125113118371363m F =++=

直线段面积：

2112154525112

.426

.34071m F H M V F F F =-?=-?=

-= （

座2=M ） 直线段长：

m

B F L 6.289

61545

622=?==

各沟总面积分别为：