水污染控制工程课程设计(AAO)

课程设计课程名称：水污染控制工程

设计题目：50000m3/d城市污水处理厂设计（A2/O）

学生姓名：张赛辉

学号： 201129090109

学院：化学与生物工程学院

班级：环境工程1101班

指导教师：曾经赵文玉刘春华

2013 年12月23至2014年1月4日

目录

引言 (1)

第一章设计任务任务及设计资料 (2)

1.1设计任务书 (2)

1.1.1设计题目 (2)

1.1.2出水要求 (2)

1.1.3设计内容 (2)

1.1.4设计成果 (3)

1.1.5时间分配 (3)

1.1.6成绩考核办法 (3)

1.2设计原始资料 (3)

1.2.1设计规模 (3)

1.2.2 水质情况 (4)

1.2.3气象与水文资料 (4)

1.2.4厂区地形 (4)

第二章设计说明书 (5)

2.1设计原则 (5)

2.2设计依据 (5)

2.3进出水水质 (6)

2.3.1设计水质及处理后排放水质 (6)

2.3.2去除率 (6)

2.4工艺的选择 (7)

2.4.1污水处理工艺的选择 (7)

2.4.2污泥工艺的选择 (9)

2.5污水厂总平面图的布置 (9)

2.6设计流量 (10)

2.7污水处理构筑物的选择 (10)

2.7.1格栅 (10)

2.7.2集水井 (10)

2.7.4沉砂池 (11)

2.7.5初沉池 (12)

2.7.6 A/A/O反应池 (13)

2.7.7二沉池 (13)

2.7.8消毒 (14)

2.8污泥处理构筑物的选择 (14)

2.8.1污泥泵房 (14)

2.8.2污泥浓缩池 (14)

2.8.3污泥脱水 (15)

2.9污水厂的平面及高程布置 (15)

2.9.1平面布置 (15)

2.9.2管线布置 (16)

2.9.3 高程布置 (16)

第三章污水厂设计计算书 (16)

3.1去除率的计算 (16)

的去除 (16)

3.1.1溶解性BOD

5

的去除率 (17)

3.1.2 CDD

Cr

3.1.3 SS的去除率 (17)

3.1.4总氮的去除率 (17)

3.1.5磷酸盐的去除率 (18)

3.2格栅设计原则 (18)

3.2.1细格栅 (19)

3.2.2中格栅 (21)

3.3集水井 (24)

3.4污水提升泵房 (25)

3.4.1设计说明 (25)

3.4.2设计选型 (25)

3.5旋流沉砂池 (26)

3.5.2设计参数 (27)

3.5.3设计计算 (27)

3.5.4排砂方法 (28)

3.5.5排砂量计算 (28)

3.6初沉池 (29)

3.6.1设计参数 (29)

3.6.2设计计算 (29)

3.6.3进出水设计 (31)

3.7 A/A/O反应池 (33)

3.7.1厌氧池 (33)

3.7.2缺氧池 (33)

3.7.3曝气池 (34)

3.8二沉池 (40)

3.8.1设计概述 (40)

3.8.2设计计算 (41)

3.9紫外线消毒装置 (42)

3.9.1设计计算 (43)

3.10计量堰 (44)

3.11污泥处理设备的计算 (45)

3.11.1污泥浓缩池设计计算 (45)

3.11.2贮泥池 (48)

3.11.3污泥脱水机房 (48)

3.11.5剩余污泥泵房 (50)

3.12高程 (50)

3.12.1污水处理部分高程 (51)

3.12.2污泥处理部分高程 (52)

第四章污水厂成本概算 (53)

4.1土建工程 (54)

4.1.1污水污泥处理构筑物建设 (54)

4.1.2厂区附属建筑物建设 (54)

4.2公用工程 (54)

4.2.1供电 (54)

4.2.2自动检测与控制 (54)

4.3投资及运营 (55)

4.3.1投资估算范围及原则 (55)

4.3.2劳动定员 (55)

设计总结 (57)

致谢 (59)

参考文献 (59)

引言

生命起源于水环境，水是所有生物生存不可缺少的重要因素，亦是人类发展的物质基础，是不可替代的宝贵资源。目前我国人均用水量是世界人均用水量的30%左右，人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，严重制约着我国社会主义经济的发展。中国经济的高速发展，我们为止付出的是环境污染的代价。眼下环境问题受到了人们的普遍关注，为保护环境，解决城市污水的排放对水体的污染，为了保护自然环境和自然生态系统，为了保证人民的身体健康，就必须要建立有效的污水处理设施，来解决这一问题。综合废水处理工程是一项保护环境、治理污染、促进健康、造福社会的公益事业。本设计就是基于水污染的危害性和严重性，以保护环境为宗旨，以达到城镇污水处理厂污染物排放标准为要求对系统进行全面设计。

长期以来，城市污水处理均以去除有机物和悬浮物为目的，其工艺为普通活性污泥法．该法对氮、磷等无机营养物去除效果很差．一般来说，氮的去除率只有20％～30％，磷的去除率只有10％～20％．随着大量的化肥、农药、洗涤剂等高浓度氮、磷工业废水的排出，导致城市污水中N、P浓度急剧增加，从而引起水体中溶解氧降低及水体富营养化，同时影响了处理后污水的复用．所以，要求在城市污水处理过程中不仅要有效地去除BOD和SS，而且要有效地脱氮除磷．八十年代以来，生物脱氮除磷工艺已成为现代污水处理的重大课题，特别是以厌氧－缺氧－好氧（Anaerobic－Anoxic－aerobic，简称A2／O工艺）系统的生物脱氮除磷工艺，因其特有的技术经济优势和环境效益，越来越受到人们的高度重视。

本设计中即采用厌氧－缺氧－好氧（Anaerobic－Anoxic－aerobic，即A2／O工艺）对某城市生活污水进行处理，日处理能力50000m3。出水达到1996年颁布的国家综合污水排放标准水质要求。

第一章设计任务任务及设计资料1.1设计任务书

1.1.1设计题目

50000m3/d城市污水处理厂设计（A2/O法）

1.1.2出水要求

符合《污水综合排放标准》一级标准：

BOD

5≤20mg/L COD

Cr

≤60 mg/L SS≤20mg/L 氨氮≤15mg/L

磷酸盐（以P计）≤0.5mg/L

1.1.3设计内容

1.方案确定

按照原始资料数据进行处理方案的确定，拟定处理工艺流程，选择各处理构筑物，说明选择理由，进行工艺流程中各处理单元的处理原理说明，论述其优缺点，编写设计方案说明书。

2.设计计算

进行各处理单元的去除效率估算；各构筑物的设计参数应根据同类型污水的实际运行参数或参考有关手册选用；各构筑物的尺寸计算，要求说明书中有计算草图；设备选型、效益分析及投资估算。

3.平面和高程布置

根据构筑物的尺寸，合理进行平面布置；高程布置应在完成各构筑物计算及平面布置草图后进行，各处理构筑物的水头损失可直接查相关资料，但各构筑物之间的连接管渠的水头损失则需计算确定。

4.编写设计说明书、计算书

1.1.4设计成果

1.污水处理厂总平面布置图1张（含土建、设备、管道、设备清单等）

2.高程布置图1张

3.主要单体构筑物（沉砂池、曝气池、二沉池等）平面、剖面图1张

4.设计说明书、计算书一份

1.1.5时间分配

表1—1 时间分配表（第17～18周）

1.1.6成绩考核办法

根据设计说明书、设计图纸的质量及平常考核情况由指导教师按优、良、中、及格、不及格评定成绩。

1.2设计原始资料

1.2.1设计规模

Q＝50000m3/d

1.2.2 水质情况：

BOD

5=300mg/L COD

Cr

=600 mg/L SS=250 mg/L 氨氮=40 mg/L

磷酸盐(以P计)=10 mg/L pH=6～9

表1—2 进出水水质对照表

1.2.3气象与水文资料

风向：多年主导风向为东南风；

水文：降水量多年平均为每年2370mm；

蒸发量多年平均为每年1800mm；

地下水水位，地面下6～7m。

年平均水温：20℃

1.2.4厂区地形：

污水厂选址区域海拔标高在19-21m左右，平均地面标高为20m。平均地面坡度为0.3‰～0.5‰，地势为西北高，东南低。

第二章设计说明书

2.1设计原则

(1)处理工艺符合最佳适用技术（即技术上可行，经济上合理）和清洁生产的基本要求。

(2)建设项目符合国家和地方的环境法律法规的有关规定。

(3)各处理单元构筑物的平面布置应根据各构筑物的功能要求和水力要求.

(4)辅助建筑物的面积或规模应符合有关规定。

(5)设备选型和价格经济合理。

(6)设计中尽量选用低噪声的动力设备，产生臭气或者噪声的设备或构筑物应加盖处理，防止二次污染。

2.2设计依据

(1)《中华人民共和国环境保护法》

(2)《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）

(3)《中华人民共和国水污染防治法》

(4)《水处理工程师手册》

(5)《污水处理厂工艺设计手册》

(6)《建设项目环境保护环境管理条例》

(7)《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》（GJ 31-89）

(8)《城市污水处理及防治技术政策》建城[2000]124号

(9)《城市污水处理工程项目建设标准》建城[2001]77号

2.3进出水水质

2.3.1设计水质及处理后排放水质

（1）设计处理水量： 日处理量： 50000m 3/d 秒处理量： 0.579m 3/s

s L s m Q /579/579.03600

2450000

3==?=

根据《室外排水设计规范》，查表并用内插法得：K Z =1.36

表2—1平均流量与总变化系数

（2）所以设计最大流量:

s

m h m d m Q K Q z /787.0/33.2833/680005000036.1333max ===?=?= （3）原水水质参数如下：

BOD 5=300mg/L COD cr =600 mg/L SS=250 mg/L 氨氮=40 mg/L 磷酸盐(以P 计)=10 mg/L pH=6～9

2.3.2去除率

进出口水质及去除率见表1-1：（详细计算见：第三章 去除率的计算）

表2-2 进出口水质及去除率表

注： 此处BOD 5去除率主要指曝气池的去除率

2.4工艺的选择

2.4.1污水处理工艺的选择

处理厂的工艺流程是指在达到所要求处理程度的前提下，污水处理各单元的有机组合；构筑物的选型是指处理构筑物形式的选择。两者是相互联系，互为影响的。

城市生活污水一般以BOD物质为主要去除对象。由于经过一级处理后的污水，BOD只去除30％左右，仍不能排放；二级处理BOD去除率可达90％以上，处理后的BOD含量可能降到20-30mg/L，已具备排放水体的标准*4。

又要适当去除N、P，又该城市污水处理厂的方案，既要考虑有效去除BOD

5

以下对上述适合于中小型污水处理厂的除磷脱氮工艺进行经济技术比较。

表2—3适合于中小型污水处理厂的除磷脱氮工艺的比较

综上所述，可得比较适合本经济开发区的工艺是A/A/O工艺。因为这种工艺具有较好的除P脱N功能；具有改善污泥沉降性能的作用的能力，减少的污泥排放量；具有提高对难降解生物有机物去除效果，运行效果稳定；技术先进成熟，运行稳妥可靠；管理维护简单，运行费用低；沼气可回收利用；国内工程实例多，容易获得工程设计和管理经验技术先进成熟，运行稳妥可靠，最为重要的是该工艺总水力停留时间少于其他同类工艺，节省基建费用，占地面积相对较小，在市场经济的形势下，寸土寸金，该工艺无疑具有非常大的吸引力。

污水处理工艺流程如图2—1所示。

该流程包括完整的二级处理系统和污泥处理系统。污水经由一级处理的隔栅、沉沙池和初沉池进入二级处理的厌氧池缺氧池和曝气池，然后在二次沉淀池中进行泥水分离，二沉池出水后直接排放。二沉池中一部分污泥作为回流污泥进

入二级处理部分，剩余污泥与初沉池污泥进入污泥浓缩池，经浓缩之后的污泥进入脱水机房加药脱水，最后外

图2—1 污水处理厂设计工艺流程图

2.4.2污泥工艺的选择

污水处理所产生的剩余污泥必须按照减量化，无害化的原则进行妥善安全的处理、处置。

本工程污水处理工艺，采用生物脱氮除磷的A2/O工艺，污泥龄达15天以上，污泥已基本稳定，无需厌氧消化，可以直接进行机械浓缩脱水，同时可以防止磷的厌氧释放，保证了除磷效果。选择带式浓缩压滤一体机，泥饼含固率高，能耗底，可连续运行，生产效率高。

2.5污水厂总平面图的布置

本污水处理厂平面布置在满足工艺流程的前提下进行布置，大致分为生活区、污水处理区、污泥处理区三区，布置紧凑，进出水流畅；其中，综合办公楼、宿舍楼、食堂、浴室等在入厂正门一侧附近，方便本厂职工办公和起居生活，同

时也方便外来人员；隔栅间气味大，锅炉房多烟尘，污泥区设在夏季主导风向的下风向、在脱水机房附近设有后门，以减少煤、灰、泥饼、栅渣外运时对环境的污染。

2.6设计流量

Q=50000m3/d

2.7污水处理构筑物的选择

2.7.1格栅

细格栅用来截留水中比较小的悬浮物或漂浮物，以保证后续处理的正常运行。

中格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。

截留污物的清除方法有两种，即人工清除和机械清除。大型污水处理厂截污量大，为减轻劳动强度，本设计应用机械清除截留物。

本工程设计确定采用两道格栅， 40mm 的中格栅和10mm 的细格栅，分别布置在污水泵房前和沉砂池前，形状为矩形，清渣方式为机械清渣。

本设计选择GH型回转式格栅除污机，该除污机结构紧凑，占地面积小，运行可靠，安装维修方便，自动控制性好，高效且无缠绕。

格栅上部必须设置工作平台，其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m，工作平台上应有安全和冲洗设施。

格栅工作平台两侧边道宽度宜采用0.7～1.Om。工作平台正面过道宽度，采用机械清除时不应小于1.5m，采用人工清除时不应小于1.2m。

2.7.2集水井

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共建，属封闭式。集水池内设通气管，并配备风机将臭气排出泵房。

2.7.3污水泵房

城市污水处理厂的运行费用大部分来自于电能，其中40%的电能为水泵消

耗，所以，确定合理的水泵及泵站具污水处理厂的关键所在。

泵站行驶的选择取决于水里条件和工程造价，其他考虑因素还有：泵站规模大小、泵站的性质、水文地质条件、地形地物、挖渠及施工方案、管理水平、环境性质要求、选用水泵的形式及能否就地取材等。

污水泵站的主要形式[1]：

（1）合建式矩形泵站，装设立式泵，自灌式工作台，水泵数为4台或更多时，采用矩形，机器间、机组管道和附属设备布置方便，启动简单，占地面积大；

（2）合建式圆形泵站，装设立式泵，自灌式工作台，水泵数不超过4台，圆形结构水力条件好，便于沉井施工法，可降低工程造价，水泵自动方便。

（3）对于自灌式泵房，采用自灌式水泵，叶轮（泵轴）低于集水池最低水位，在最高、中间和最低水位都能直接启动，其优点为启动及时可靠，不需引水辅助设备，操作简单。

（4）非自灌式泵房，泵轴高于集水池最高水位，不能直接启动，由于污水泵水管不得设低阀，故需设引水设备。但管理人员必须能熟练的掌握水泵的启动程序。由以上可知，本设计因水量较大，并考虑到造价、自动化控制等因素，以及施工的方便与否，采用自灌式半地下式矩形泵房。

（5）流量小于2m3/s时，常选用下圆上方形泵站，其设计和施工均有一定的经验，故被广泛使用。

根据综合考虑，本设计确定采用与集水井合建的下圆上方形泵房。

2.7.4沉砂池

沉砂池的功能的去除比重较大的无机颗粒。按水流方向的不同可分为的不同可分为平流式、竖流式、曝气沉砂池和旋流沉砂池四类。比较如下[1][2]：

①平流沉砂池优点：沉淀效果好，耐冲击负荷，适应温度变化。工作稳定，构造简单，易于施工，便于管理缺点：占地大，配水不均匀，易出现短流和偏流，排泥间距较多，池中约夹杂有15%左右的有机物使沉砂池的后续处理增加难度。

②竖流沉砂池优点：占地少，排泥方便，运行管理易行。缺点：池深大，施工困难，造价较高，对耐冲击负荷和温度的适应性较差，池径受到限制，过大的池径会使布水不均匀

③曝气沉砂池优点：克服了平流沉砂池的缺点，使砂粒与外裹的有机物较好的分离，通过调节布气量可控制污水的旋流速度，使除砂效率较稳定，受流量变化影响小，同时起预曝气作用，其沉砂量大，且其上含有机物少。缺点：由于需要曝气，所以池内应考虑设消泡装置，其他型易产生偏流或死角，并且由于多了曝气装置而使费用增加，并对污水进行预曝气，提高水中溶解氧。

④旋流沉砂池（钟式沉淀池）优点：占地面积小，可以通过调节转速，使得沉砂效果最好，同时由于采用离心力沉砂不会破坏水中的溶解氧水平（厌氧环境）缺点：气提或泵提排砂，增加设备，水厂的电气容量，维护较复杂。

基于以上四种沉砂池的比较，本工程设计确定采用旋流沉砂池。

2.7.5初沉池

初沉池的作用是对污水中密度大的固体悬浮物进行沉淀分离。初沉池的去除对象是悬浮固体，可以去除SS约40%～50%，同时可去除20%～30%的BOD

，可降

5

低后续生物处理构筑物的有机负荷。按照初沉池的形状和水流特点，通常分为平流式、竖流式、辐流式及斜管四种。比较如下[1][2][4]：

①平流沉淀池优点包括：沉淀效果好；耐冲击负荷和温度的变化适应性强；施工容易，造价低。它的主要缺点为：池子配水不均匀；采用多斗排泥时，每个泥斗需要单设排泥管各自排泥，操作量大。

适用条件：适用于大、中、小型污水处理厂；适用于地下水位较高和地质条件较差的地区。

②辐流式沉淀池优点包括：多为机械排泥，运行较好，管理较简单；排泥设备已趋定型。它的主要缺点为：池内水速不稳定，沉淀效果较差；机械排泥设备复杂，对施工质量要求高。

适用条件：适用于大、中型污水处理厂；适用于地下水位较高的地区。

③竖流式沉淀池优点包括：排泥方便，管理简单；占地面积较小。它的主要缺点为：池子深度大，施工困难；对冲击负荷和温度变化的适应性能力较差；造价较高；池径不宜过大，否则布水不均匀。

适用条件：适用于处理水量不大的小型污水处理厂。

④斜板（管）沉淀池优点包括：沉淀效率高，停留时间短；占地面积小。它

的主要缺点为：用于二沉池时，当固体负荷较大时其处理效果不太稳定，耐冲击负荷的能力较差；运行管理成本高。

综上所述，四种沉淀池的优缺点比较，并结合本设计的具体情况；设计水量较大，本设计初沉池采用平流式初沉池。

2.7.6 A/A/O反应池

2.7.6.1厌氧池

污水流入厌氧池中，通过搅拌机的搅拌作用污水与厌氧菌充分结合。厌氧池能将污水中的微生物，有机物进行分解，产生CO2甲烷等物质。

建造一组厌氧池，采用推流式设计。

2.7.6.2缺氧池

配合好氧池脱氮除磷，将大分子有机颗粒分解成小分子有机颗粒，可以提高废水的可生化性，一般用于好氧池的前处理。

建造一组缺氧池，池中设搅拌装置。

2.7.6.3曝气池（好氧池）

利用活性污泥法进行污水处理的构筑物。池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。

本设计采用推流式曝气池，采用鼓风曝气系统。

曝气池与厌氧池、缺氧池合建，进水均选用普通铸铁管。其中厌氧池出水进入对称式配水槽为曝气池的两组平行部分均匀布水。

出水系统采用倒虹吸式中央配水井，二对沉池进行布水。

2.7.7二沉池

二沉池设在生物处理构筑物后面，用于沉淀去除活性污泥或腐殖污泥（指生物膜法脱落的生膜）。沉淀池主要形式与初沉池一样，主要分析及比较已在前面列出。

综合四种沉淀池的优缺点比较，并结合本设计的具体情况；设计水量较大，本设计二沉池采用中心进水、周边出水的辐流式沉淀池。

2.7.8消毒

污水处理厂常用的消毒方法有液氯消毒、漂白粉消毒、臭氧消毒和紫外线消毒等四种，他们的优缺点和使用条件如下[1][2][4]：

①液氯消毒优点：价格便宜，效果可靠，投配设备简单。缺点：对生物有毒害作用，并且可能产生致癌物质。适用于大、中型规模的污水处理厂。

②漂白粉消毒优点：投加设备简单，价格便宜缺点：除用液氯缺点外，尚有投配量不准确，溶解剂调制不便，劳动强度大。适用于消毒要求不高或间断投加的小型污水处理厂。

③臭氧消毒优点：消毒效率高，能有效的降解水中残留有机物、色味等，污水温度、PH值对消毒效果影响小，不产生难处理或生物积累性残余物。缺点：投资大，成本高，设备管理负责。

④紫外线消毒优点：是紫外线照射和氯化共同作用的物理化学方法，消毒效率高，占地面积小，减少土建费用。缺点：紫外线照射灯具货源不足，电耗能量较多。

综上四种消毒方法的比较，本设计采用紫外线消毒。

2.8污泥处理构筑物的选择

2.8.1污泥泵房

（1）回流污泥泵选用LXB-1000螺旋泵*83台（2用1备），单台提升能力为660m3/h，提升高度为3.5-4.0m,电动机转速n=48r/min,功率N=15kW。

（2）回流污泥泵房占地面积为9m×6m。

/2＝5.56m3/h。选用1PN （3）剩余污泥泵选两台，2用1备，单泵流量Q>2Q

w

污泥泵Q 7.2－16m3/h, H 14-12m, N 3kW。

（4）剩余污泥泵房占地面积L×B=4m×3m。

2.8.2污泥浓缩池

污泥浓缩池主要是降低污泥中的间隙水，来达到使污泥减容得目的。经浓缩后的污泥近似糊状，仍保持流动性。浓缩池可分为气浮浓缩池、重力浓缩池和离

心浓缩池。重力浓缩池按其运行方式分为间歇式或连续式。

（1）气浮浓缩池：依靠微小气泡与污泥颗粒产生粘附作用，使污泥颗粒的密度小于水而上浮，并得到浓缩。适用于浓缩活性污泥以及生物滤池等较轻的污泥，并且运行费用较高，贮泥能力小；

（2）连续式重力浓缩池：用于浓缩初沉池污泥和二沉池的剩余污泥，只用于活性污泥的情况不多；

（3）间歇式重力浓缩池：主要靠阀门控制污泥的进出和上清液的排出，无刮泥系统，管理简单。

（4）离心浓缩池：利用污泥中的固、液相得密度不同，在高速旋转地离心机中受到不同的离心力二是两者分离，达到浓缩目的。离心分离一般要加入助凝剂，且耗电量大，在达到相同的浓缩效果时，其电耗约为气浮法的10倍。

综上所述，本设计采用连续式重力浓缩池。

2.8.3污泥脱水

污泥脱水的方法有自然干化、机械脱水及污泥烧干、焚烧等方法。本设计采用机械脱水，采用带式压滤机。

2.9污水厂的平面及高程布置

2.9.1平面布置

各处理单元构筑物的平面布置：

处理构筑物是污水处理厂的主体建筑物，在对它们进行平面布置时，应根据各构筑物的功能和水力要求结合当地地形地质条件，确定它们在厂区内的平面布置应考虑*9：

（1）贯通，连接各处理构筑物之间管道应直通，应避免迂回曲折，造成管理不便。

（2）土方量做到基本平衡，避免劣质土壤地段

（3）在各处理构筑物之间应保持一定产间距，以满足放工要求，一般间距要求5～10m，如有特殊要求构筑物其间距按有关规定执行。

（4）各处理构筑物之间在平面上应尽量紧凑，在减少占地面积。