某12万吨日城市污水处理厂的A2O工艺设计

某12万吨/日城市污水处理厂的A2/O工艺设计

摘要

本次毕业设计的题目为某城市污水处理厂工艺的设计-A2/O工艺。主要任务是完成该污水处理厂的平面布置、各个构筑物的初步设计和一些处理构筑物施工图的设计。

初步设计要完成设计说明书一份、污水处理厂平面布置图一张、污水处理厂工艺流程图一张以及主要构筑物设计图三张；在主要构筑物设计图的设计中，主要是完成生物池、二沉池和接触消毒池的设计。

该污水处理厂工程，规模为12万吨/日。进水水质见下表：

污水进水水质单位：mg/L 项目COD cr BOD5NH4+-N SS TN TP0含量270 135 30 135 30 3

本次设计所选择的A2/O工艺，具有良好的脱氮除磷功能。该污水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，然后到旋流沉砂池，再进入生物池（即A2/O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；污泥处理流程为：旋流沉砂池产生的垃圾直接外运处置，二沉池产生的剩余污泥则运入贮泥池，二沉池的回流污泥则通道管道、污泥回流泵房再次进入A2/O反应池，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。污水处理厂处理后的出水水质要达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级b标准。该标准的具体数据如下表所示：

出水水质标准单位：mg/L 项目COD cr BOD5NH4+-N SS TN0TP0含量60 20 15 20 15 1

关键词：A2/O工艺,脱氮除磷,污水处理,污泥处理

THE A2/O PROCESS DESIGN OF A CITY

SEWAGE TREATMENT PLATE

ABSTRACT

The subject of this graduation project for a municipal sewage treatment plant process design—A2/O process.Main task is to complete the layout of the sewage treatment plant,the preliminary design of the various structures and construction plans of dealing with the design of structures.

To complete the preliminary design of a design manual, wastewater treatment plant with a floor plan, flow chart of a sewage treatment plant and the design of three main structures;design of the main design of structures, mainly is the biological pool, secondary sedimentation tank design and contact disinfection tank.

This sewage treatment plant project,the scale is 120000m3/d. The influent water quality is in the table below.

Influent water quality units:mg/L Project COD cr BOD5NH4+-N SS TN0TP0 Content 270 135 30 135 30 3

The selected A2/O process, has a good Nitrogen and Phosphorus Removal.This sewage treatment plant for the sewage treatment process is: sewage from the coarse grid to enhance the pumping station,then from the pump to the fine grid,And then to the cyclone grit chamber, then entering the biological pool(A2/O reactor),then from the pool into the secondary sedimentation tank,after exposure to water disinfection and then discharged into the natural water ; Sludge treatment process is : vortex grit chamber sludge into the sludge

dewatering plant directly,secondary settling tank sludge are also brought into the workshop, secondary sedimentation tank produced returned sludge channel pipes, returned sludge from the pump to re-enter A2/O reactor, after treatment plant sludge dewatering sludge,mud into the storage pool, the last is outward processing. After the sewage treatment plant effluent quality to achieve "urban sewage treatment plant emission standards"(GB 18918-2002) in a first order and b standard.This standard's data is in the table below.

Effluent water quality units:mg/L Project COD cr BOD5NH4+-N SS TN0TP0 Content 60 20 15 20 15 1

KEY WORDS: A2/O process, Nitrogen and Phosphorus removal, Wastewater treatment, Sludge treatment

第1章前言 (1)

§1.1 城市污水来源、水量及水质特点分析 (1)

§1.1.1 城市污水来源 (1)

§1.1.2 城市污水水量 (2)

§1.1.3 城市污水水质特点 (2)

§1.1.4 城市污水处理厂进水水质及水量 (2)

§1.2 设计依据 (3)

§1.2.1 法律法规依据 (3)

§1.2.2 技术标准及技术规范依据 (3)

§1.3 设计范围 (3)

§1.4 设计原则 (3)

§1.5 执行排放标准 (4)

第2章污水处理方案及选择论证 (5)

§2.1 污水主要处理方法 (5)

§2.1.1 SBR法 (6)

§2.1.2 厌氧池+氧化沟法 (6)

§2.1.3 A2/O法 (7)

§2.1.4 一体化反应池 (7)

§2.2 污水处理方案的选择 (8)

第3章污水处理工艺流程设计及原理说明 (9)

§3.1 污水处理工艺流程设计 (9)

§3.2 工艺原理及工程说明 (10)

§3.2.1 格栅 (10)

§3.2.2 旋流沉砂池 (10)

§3.2.3 生物池 (10)

§3.2.4 二沉池 (11)

§3.2.5 接触消毒池 (11)

§3.2.6 污泥处理 (11)

第4章主要构筑物的工艺设计与计算 (12)

§4.1 设计流量的计算 (12)

§4.2 格栅 (12)

§4.2.1 粗格栅设计计算 (13)

§4.2.2 细格栅设计计算 (15)

§4.3 污水泵房 (16)

§4.3.1 水泵的选择 (17)

§4.3.2 集水间计算 (17)

§4.4 旋流沉砂池 (17)

§4.4.1 设备选型 (18)

§4.4.2 排沙方法 (18)

§4.5 A2/O反应池 (18)

§4.5.1 判断是否可采用A2/O法 (18)

§4.5.2 有关设计参数 (19)

§4.5.3 设计计算： (20)

§4.6 二沉池 (28)

§4.6.1 设计参数 (29)

§4.6.2 设计计算 (30)

§4.7 接触消毒池 (36)

§4.7.1 消毒剂的选择 (36)

§4.7.2 消毒剂的投加 (36)

§4.7.3 消毒池设计计算 (37)

§4.8 污泥处理设计计算 (38)

§4.8.1 污泥的来源与特性 (38)

§4.8.1 污泥处理的目的与原则 (40)

§4.8.2 污泥泵房设计 (40)

§4.8.3 贮泥池 (41)

§4.8.4 加药间 (42)

§4.8.5 污泥浓缩脱水车间 (44)

第5章污水处理厂平面布置 (46)

§5.1 平面布置的基本原则 (47)

§5.2 平面布置 (47)

§5.2.1 工艺流程布置 (47)

§5.2.2 构筑物平面布置 (48)

§5.2.3 污水厂管线布置 (48)

§5.2.4 厂区道路布置 (48)

§5.2.5 厂区绿化布置 (49)

§5.3 污水处理厂高程布置 (49)

§5.3.1 高程布置原则 (49)

§5.3.2 构筑物高程计算 (49)

§5.3.3 经济技术分析 (52)

第6章结论 (54)

参考文献 (55)

致谢 .................................................................................................. 错误!未定义书签。

第1章前言

§1.1 城市污水来源、水量及水质特点分析

§1.1.1 城市污水来源[6]

一、生活污水

生活污水主要来自家庭、商业、机关、学校、医院、城镇公共设施及工厂的餐饮、卫生间、浴室、洗衣房等，包括厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣排水、沐浴排水及其他排水等。生活污水的主要成分为纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质等有机物质，氮、磷、硫等无机盐类及泥沙等杂质，生活污水中还含有多种微生物及病原体。这些物质按其化学性质来分，可分为无机物与有机物，通常无机物为40%，有机物为60%；按其物理性质来分，可分为不溶性物质、胶体性物质和溶解性物质。生活污水的水质一般较稳定，浓度较低，也较容易通过生物化学方法进行处理。

二、工业废水

工业废水主要是在工业生产过程中被生产原料、中间产品或成品等物料所污染的水。工业废水由于种类繁多，污染物成分及性质随生产过程而异，变化复杂。一般而言，工业废水污染比较严重，往往含有有毒有害物质，需局部处理达到要求后才能排入城镇排水系统，是城镇污水中有毒有害污染物的主要来源[6]。

三、初期雨水

初期雨水是雨雪降至地面形成的初期地表径流。初期雨水的水质水量随区域环境、季节和时间变化，成分比较复杂。影响初期雨水被污染的主要因素有大气质量、气候条件、地面及建筑物环境质量等[6]。

四、城镇污水

城镇污水包括生活污水、工业废水等，在合流制排水系统中包括雨水，

在半分流制排水系统中包括初期雨水。城镇污水成分性质比较复杂，不仅各城镇间不同，同一城市中的不同区域也有差异，需要进行全面细致的调查研究，才能确定其水质成分及特点。

§1.1.2 城市污水水量

污水水量还会与降雨有一定关系，不过现如今的城市管道系统绝大部分采用的是分流系统，即污水管道与雨水管道分开，这样在很大程度上减少了降水对于污水处理厂的压力。雨水经过收集后只需要经过较少的处理就能达到排放标准排入自然水体。

§1.1.3 城市污水水质特点

城市污水的水质在主要方面具有生活污水的一切特征。但在不同的城市，因工业的规模和性质不同，城市污水的水质也受工业废水和水量的影响而明显变化。

典型的生活污水水质变化大体有一定范围，可参见表1-1。

表1-1 典型的生活污水水质示例[3]

浓度(mg/L) 指标浓度（mg/L）

指标

高中低高中低固体（TS）1200 720 350 可生物降解部分750 300 200 溶解性总固体850 500 250 溶解性375 150 100 非挥发性525 300 145 悬浮性375 150 100 挥发性325 200 105 总氮85 40 20 悬浮物（SS）350 220 100 有机氮35 15 8 非挥发性75 55 20 游离氮50 25 12 挥发性275 165 80 亚硝酸盐0 0 0 可沉降物（mg/L）20 10 5 硝酸盐0 0 0 生化需氧量200 100 50 总磷15 8 4 溶解性290 160 80 有机磷 5 3 1 悬浮性1000 400 250 无机磷10 5 3 总有机碳400 150 100 氯化物200 100 60 化学需氧量600 250 150 碱度200 100 50

§1.1.4 城市污水处理厂进水水质及水量

该工程设计进水水质如表1-2所示。

表1-2污水进水水质单位：mg/L

该设计的污水处理量为120000m3/d。

§1.2 设计依据

§1.2.1 法律法规依据

一、《中华人民共和国环境保护法》

二、《中华人民共和国水污染防治法》

三、《中华人民共和国污染防治法实施细则》[6]

§1.2.2 技术标准及技术规范依据

一、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）

二、《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）

三、《地下水质量标准》（GB/T 14848-93）

四、《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)

五、《室外排水设计规范》（GB 50014-2006）[6]

§1.3 设计范围

本次设计的设计范围为污水流入设计的污水处理厂厂区，再流经各个污水处理构筑物、管渠直至完成处理流程到出水达标排放至自然水体，同时还有污泥的贮存、加药、浓缩脱水以及形成泥饼外运等。设计的内容包括污水处理工艺流程的选择与设计、污水处理构筑物的设计、污泥处理系统设计、污水管线的设计、污泥管线的设计等。

§1.4 设计原则[6]

一、基础数据可靠

认真研究各项基础资料、基本数据，全面分析各项影响因素，充分掌握水质水量

的特点和地域特性，合理选择好设计参数，为工程设计提供可靠的依据。

二、厂址选择合理

根据城镇总体规划和排水工程专业规划，结合建设地形地区、气相条件，经全面地分析比较，选择建设条件好、环境影响小的厂址。

三、工艺先进实用

选择技术先进、运行稳定、投资和处理成本合理的污水污泥处理工艺，积极慎重地采用经过实践证明行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备，使污水处理工艺先进，运行可靠，处理后水质稳定地达标排放。

四、总体布置考虑周全

根据处理工艺流程和各建筑物、构筑物的功能要求，结合厂址地形、地质和气候条件，全面考虑施工、运行和维护的要求，协调好平面布置、高程布置及管线布置之间的相互关系，力求整体布局合理完美。

五、避免二次污染

污水处理厂作为环境保护工程，应尽量避免或减少对环境的负面影响，如气味、噪音、固体废物污染等；妥善处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂、污泥和臭气等，避免对环境的二次污染。

六、运行管理方便

以人为本，充分考虑便于污水处理厂运行管理的措施。污水处理工程中的自动控制，力求安全可靠、经济实用，以利提高管理水平，降低劳动强度和运行费用。

七、近期远期结合

污水处理厂设计应近远期全面规划，污水厂的厂区面积，应按项目总规模控制，并做出分期建设的安排，合理确定近期规模。

八、满足安全要求

污水处理厂设计须充分考虑安全运行要求，如适当设置分流设施、超越管线等。厂区消防的设计和消化池、贮气罐及其他危险单元设计，应符合相应安全设计。

§1.5 执行排放标准

根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）的水污染物排放浓度限值如下表1-3。

表1-3 基本控制项目最高允许排放浓度单位：mg/L

第2章污水处理方案及选择论证

§2.1 污水主要处理方法

城市污水处理厂的方案，既要考虑有效去除BOD5，又要适当去除N、P，故可采用SBR法、氧化沟法或A2/O法，以及一体化反应池及三沟式氧化沟的改良设计。

§2.1.1 SBR法[6]

工艺流程：

污水→一级处理→曝气池→处理水

工作原理：

一、流入工序：废水注入，注满后进行反应，方式有单纯注水、曝气、缓速搅拌三种；

二、曝气反应工序：当污水注满后即开始曝气操作，这是最重要的工序，根据污水处理的目的，脱氮除磷应进行相应的处理工作。

三、沉淀工艺：使混合液泥水分离，相当于二沉池；

四、排放工序：排除曝气沉淀后产生的上清液，作为处理水排放，一直到最低水位，在反应器残留一部分活性污泥作为泥种。

五、待机工序：等处理水排放后，反应器处于停滞状态等候一个周期。

优点：一、可同时脱氮除磷；

二、静置沉淀可获得低SS出水；

三、耐受水利冲击负荷；

四、操作灵活性好。

缺点：一、同时脱氮除磷时操作复杂；

二、滗水设施的可靠性对出水水质影响大；

三、设计过程复杂；

四、维护要求高，运行对自动控制的依赖性强；

五、池体容积较大。

§2.1.2 厌氧池+氧化沟法[2]

污水→粗格栅→提升泵房→细格栅→旋流沉砂池→厌氧池→氧化沟→二沉池→接触池→处理水排放

工作原理：

氧化沟一般呈环形沟渠状，污水在沟渠内做环形流动，利用独特的水力流动特点，在沟渠转弯处设曝气装置，在曝气池上方为厌氧段，下方则为好氧段，从而产生富氧区和缺氧区，可以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮的效应，同时氧化沟法污泥龄较长，可以存活时代时间较长的微生物进行特别的反应，如脱氮除磷。

工作特点：

一、在液态上，介于完全混合与推流之间，有利于活性污泥的适于生物凝聚作用。

二、对水量水温的变化有较强的适应性，处理水量较大。

三、污泥龄较长，一般长达15-30天，到以存活时间较长的微生物，如果运行得当，可以进行脱氮除磷反应。

四、污泥产量低，且多已达到稳定。

五、自动化程度较高，便于管理。

六、占地面积较大，运行费用低。

七、脱氮效果还可以进一步提高，因为脱氮效果的好坏很大一部分决定于内循环，要提高脱氮效果势必要增加内循环量，而氧化沟的内循环量从理论上说可以不受限制，因而具有更大的脱氮能力。

八、氧化沟法自问世以来，应用普遍，技术资料丰富。

§2.1.3 A2/O法[6]

A2/O处理工艺是Anaerobic－Anoxic－Oxic的英文缩写，它是厌氧－缺氧－好氧生物脱氮除磷工艺的简称，A2/O工艺是在厌氧－好氧除磷工艺的基础上开发出来的，该工艺同时具有脱氮除磷的功能。

优点：

一、能够同时脱氮除磷；

二、反硝化过程为硝化提供碱度；

三、反硝化过程同时去除有机物；

四、污泥沉降性能好。

缺点：

一、回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区，对除磷效果有影响；

二、脱氮受内回流比影响；

三、聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有机物。

§2.1.4 一体化反应池（一体化氧化沟又称合建式氧化沟）[3]

一体化氧化沟的主要特点为：

一、工艺流程短，构筑物和设备少，不设初沉池、调节池和单独的二沉池，污泥

能自动回流，投资少、能耗低、占地少以及管理方便；

二、处理效果稳定可靠，其BOD5和SS去除率均在90%—95%或更高。COD的去除率也在85%以上，并且硝化和脱氮作用明显；

三、产生的剩余污泥量少，污泥的性质稳定，容易脱水，不会带来二次污染；

四、造价低、建设快、设备事故率低以及运行管理费用较少；

五、固液分离效率比一般二沉池高，池容小，能使整个系统在较大的流量和浓度范围内稳定运行；

六、污泥回流及时，减少污泥膨胀的可能。

各种方法的技术对比见表2-1。

表2-1 各种方法的技术对比

类型氧化沟SBR工艺A2/O工艺

污泥负荷

0.03～0.10 0.2～0.3 ＜0.18

（kgBOD/kgMLSS?d）

污泥龄(天) 20～30 16.5 ＞10

污泥回流比(%) 50～200 30 50～100 水质要求总氮(mg/L) / 30～40 ＜30 占地面积小较小小

稳定性一般一般好

§2.2 污水处理方案的选择

本项目污水处理的特点为：

一、污水以有机污染为主，BOD/COD =0.5 〉0.3，可生化性比较好，重金属及其他的难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标；

二、污水中主要污染物指标BOD、COD、SS值为典型城市污水值。此

外考虑到NH4+-N出水浓度排放要求比较高，因此需要采用能够同时脱氮除磷且效果较好的工艺；

三、本课题污水处理量大，在达到污水处理要求的前提下，应着重考虑工程占地面积和污水处理费用的节省。

针对以上特点，以及出水要求，以采用生化处理最为经济。根据国内外已运行的

中、小型污水处理厂的调查，要达到确定的治理目标，可采用“A2/O活性污泥法”。

第3章污水处理工艺流程设计及原理说明

§3.1 污水处理工艺流程设计

根据前一章的工艺论证，采用A2/O法工艺，具体的污水处理工艺流程如图3-1所示。

图3-1污水处理工艺流程

§3.2 工艺原理及工程说明

§3.2.1 格栅

格栅是由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属删网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端，用来截留污水中较粗大的漂浮物和悬浮物[6]。因此为了避免其中的较粗大杂质阻塞后续处理程序中的管道或泵从而影响整个水处理工艺，首先设置格栅除去较粗大的悬浮物和颗粒。一般情况下，分粗细两道格栅。

§3.2.2 旋流沉砂池[6]

旋流沉砂池是利用机械力控制水流流态与流速、加速沙粒的沉淀并使有机物随水流带走的沉砂装置。污水由流入口切线方向流入沉砂区，旋转的涡轮叶片使沙粒呈螺旋形流动，促使有机物和沙粒的分离，由于所受离心力的不同，相对密度较大的沙粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗，有机物随出水旋流带出池外。通过调整转速，可达到最佳沉砂效果。砂斗内沉砂可采用空气提升、排沙泵排砂等方式排除，再经过砂水分离达到清洁排砂标准。

§3.2.3 生物池

生物池是A2/O工艺的核心部分，由三个池组成，根据污水的流动方向，可将生物

池细分为厌氧池、缺氧池和好氧池[6]。

1、厌氧反应器：原污水与从沉淀池排出的含磷回流污泥同步进入，本反应器主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化；

2、缺氧反应器：首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的，循环的混合液量较大，一般为2Q（Q为原污水流量）；

3、好氧反应器：曝气池，这一反应单元是多功能的，去除BOD、硝化和吸收磷等均在此处进行。流量为2Q的混合液从这里回流到缺氧反应器。

§3.2.4 二沉池[6]

二沉池主要接纳生物池即A2/O反应池的出水，用以去除生物悬浮固体的沉淀池。在A2/O法中，从曝气池流出的混合液在二次沉淀池中进行泥水分离和污泥浓缩，澄清后的出水溢流外排，浓缩的活性污泥部分回流至曝气池，其余作为剩余污泥外排。

§3.2.5 接触消毒池

经过处理后，污水出水水质已经达标，但是处理水中含有细菌、病毒和病卵虫等致病微生物，因此采用液氯、臭氧或紫外线消毒将其杀灭，防止其对人类及牲畜的健康产生危害和对环境造成污染，使排水达到国家规定的细菌学指标[6]。

§3.2.6 污泥处理

污泥处理的目的是使污泥达到减量化、稳定化、无害化及综合利用。初沉池、生物池及二沉池底部的污泥，通过污泥泵房被送入污泥浓缩脱水车间，进行浓缩脱水处理。将含水率降至97%后将污泥外运至污泥填埋场进行处理。

第4章主要构筑物的工艺设计与计算

§4.1 设计流量的计算

平均流量：a Q =120000m 3/d=1.389m/s=1389L/s

总变化系数：Z K =1.3（此数值来源于经验公式）当a Q < 5L/s 时，Z K =2.3；当5 L/s< a Q < 1000L/s 时，Z K =

0.11

Qa 7

.2；当a Q >1000L/s 时，Z K =1.3[1]

。设计流量：max Z a Q K Q =?=1.3×120000=156000 m 3/d=1.806 m 3/s §4.2 格栅

在污水处理系统前，均须设置格栅。按形状，可分为平面格栅和曲面格栅两种；按栅条净间隙，可分为粗格栅(50～100mm )、中格栅(16～40mm )、细格栅(3～10mm )三种；按清渣方式，可分为人工清除格栅和机械清除格栅两种

[1]

。

本设计中采用矩形断面并设置两道格栅（粗格栅一道和细格栅一道），采用机械清渣。其中，粗格栅设在污水泵站前，细格栅设在污水泵站后。粗细两道格栅都设置六组即N=6组，每组的设计流量为0.301m 3/s 。

§4.2.1 粗格栅设计计算一、栅条数计算：

设栅前水深h=0.4，过栅流速为0.9m/s ，栅前流速为0.7m/s 。每日栅渣量取0.07m 3

删渣/（103m 3污水），栅条间隙宽度b=0.04m ，格栅倾角α=60°，格栅数6个，则栅条间隙数n 为：

max Q 1.806n 19.45206bhv 60.040.40.9

==≈??? 个

二、栅槽宽度：

栅槽宽度一般比格栅宽0.2~0.3m ，取0.3m 。

B S(n 1)bn+0.3=-+

取栅条宽度S=0.01m 。

则栅槽宽度为：

B 0.01(201)0.03200.3 1.09m 1.1m =?-+?+=≈

三、进水渠道宽度：

四、进水渠道渐宽部分长度：

111B B 1.10.93

L 0.232tan α2tan20--=

==??

五、栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：

12L 0.23L 0.1222

=≈m 六、水流通过格栅的水头损失为h 2：本设计格栅采用锐边矩形断面2

2v h =k sin 2g

ξα[6]

式中：h 2—过栅水头损失，m ；

k —格栅受污染物堵塞后水头损失增大倍数，因栅条为矩形断面，取k=3；

ξ—阻力系数，在采用锐边矩形断面时，有：

4b s βξ?

?? ??=

且β=2.42，故有：

423

20.010.9h 3 2.42sin600.04m 0.0429.8

=???

??= ???? 七、栅后槽总高度：

取栅前渠道超高h 3=0.3m ，则：

123H=h +h +h =0.4+0.04+0.3=0.740.8m ≈

八、栅槽总长度：

取栅前矩形部分长度为0.5m ；栅后矩形部分长度为1.0m ，则有： 212o

h+h 0.4+0.04

L=L +L +0.5+1+

=0.23+0.12+0.5+1+=2.1m tan 60 1.73

九、格栅每日产生的栅渣量：