城市污水处理厂二级处理工艺设计
本科课程设计（论文）
题目某城市污水处理厂二级处理工艺设计学生姓名宋瑞辰
学号
院（系）环境与市政工程学院
专业环境工程
彭党聪、王磊、杨永哲、王旭东
指导教师
郭新超、韩芸、吕永涛、刘嘉栋时间2017年7月16日
目录
摘要.........................................................................
1 编制依据及主要资料.........................................................
1.1编制依据.................................................................
1.2主要资料.................................................................
1.3相关法律法规.............................................................
2 工程规模及设计基础数据确定.................................................
2.1设计原则.................................................................
2.2工程规模.................................................................
2.2.1设计任务...........................................................
2.2.2设计水量...........................................................
2.3废水处理站设计水质及处理目标.............................................
2.3.1废水水质...........................................................
2.3.2处理目标...........................................................
2.3.3废水处理站概况.....................................................
3 处理工艺比选...............................................................
3.1 生物处理工艺.............................................................
3.1.1原水水质特征分析及可生化性.........................................
3.1.2生物处理工艺比选...................................................
3.1.2生物处理工艺比选结果...............................................
3.3消毒工艺.................................................................
3.3.1消毒工艺比选.......................................................
3.3.2 消毒工艺比选结果 ..................................................
3.4污泥处理工艺.............................................................
3.4.1污泥处理目的.......................................................
3.4.2污泥浓缩脱水工艺...................................................
3.5处理工艺比选结果......................................................... 4工艺设计计算...............................................................
4.1进水井...................................................................
4.1.1功能...............................................................
4.1.2设计参数...........................................................
4.2粗格栅...................................................................
4.2.1功能...............................................................
4.2.2设计参数...........................................................
4.2.3工艺尺寸设计计算...................................................
4.2.4构（建）筑物结构形式及工艺尺寸.....................................
4.2.5工艺装备...........................................................
4.3提升泵房.................................................................
4.3.1功能...............................................................
4.3.2设计参数...........................................................
4.3.3工艺尺寸设计计算...................................................
4.3.4构（建）筑物结构形式及工艺尺寸.....................................
4.3.5工艺装备...........................................................
4.4细格栅...................................................................
4.4.1功能...............................................................
4.4.2设计参数...........................................................
4.4.3工艺尺寸设计计算...................................................
4.4.4构（建）筑物结构形式及工艺尺寸.....................................
4.4.5工艺装备...........................................................
4.5沉砂池...................................................................
4.5.1功能...............................................................
4.5.2设计参数...........................................................
4.5.3工艺尺寸设计计算...................................................
4.5.4构（建）筑物结构形式及工艺尺寸.....................................
4.5.5工艺装备...........................................................
4.6初沉池...................................................................
4.6.1功能...............................................................
4.6.2设计参数...........................................................
4.6.3工艺尺寸设计计算...................................................
4.6.4构（建）筑物结构形式及工艺尺寸.....................................
4.6.5工艺装备...........................................................
4.7初沉池污泥泵房...........................................................
4.8A2/O生化池................................................................
4.8.1功能...............................................................
4.8.2设计参数...........................................................
4.8.3工艺尺寸设计计算...................................................
4.8.4构（建）筑物结构形式及工艺尺寸.....................................
4.8.5工艺装备...........................................................
4.9鼓风机房.................................................................
4.10二沉池..................................................................
4.10.1功能..............................................................
4.10.2设计参数..........................................................
4.10.3工艺尺寸设计计算..................................................
4.10.4构（建）筑物结构形式及工艺尺寸....................................
4.10.5工艺装备..........................................................
4.11剩余及回流污泥泵房......................................................
4.12化学强制除磷............................................................
4.13接触池..................................................................
4.13.1功能..............................................................
4.13.2设计参数..........................................................
4.13.3工艺尺寸设计计算..................................................
4.13.4构（建）筑物结构形式及工艺尺寸....................................
4.14污泥浓缩池..............................................................
4.14.1功能..............................................................
4.14.2设计参数..........................................................
4.14.3工艺尺寸设计计算..................................................
4.14.4构（建）筑物结构形式及工艺尺寸....................................
4.14.5工艺装备..........................................................
4.15消化池..................................................................
4.1
5.1功能..............................................................
4.1
5.2设计参数..........................................................
4.1
5.3工艺尺寸设计计算..................................................
4.1
5.4构（建）筑物结构形式及工艺尺寸....................................
4.16储泥间..................................................................
4.16.2设计参数..........................................................
4.16.3工艺尺寸设计计算..................................................
4.17污泥脱水................................................................
4.17.1功能..............................................................
4.17.2设计参数..........................................................
4.17.3工艺尺寸设计计算.................................................. 参考文献..................................................................... 5实习报告...................................................................
5.1西安第五污水处理厂概述...................................................
5.2工艺流程.................................................................
5.3构筑物功能及主要技术参数.................................................
5.3.1粗格栅间...........................................................
5.3.2细格栅间...........................................................
5.3.3曝气沉砂池.........................................................
5.3.4初沉池.............................................................
5.3.5生物反应池.........................................................
5.3.6二沉池.............................................................
5.3.7紫外消毒车间.......................................................
5.3.9污泥脱水车间.......................................................
摘要
某城市污水处理厂二级处理工艺。处理后出水要求达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准。
本次设计采用A2/O工艺。
处理工艺方案比选、废水处理系统构（建）筑物工艺设计计算、泥渣处理系统构（建）筑物工艺设计计算、投药系统工艺设计计算、废水处理站平面布置及高程计算，以上内容将在下文阐述。
1 编制依据及主要资料
1.1编制依据
1.《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）；
2.《黄河流域(陕西段)污水综合排放标》（DB61/224-2011）；
3.《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2001）；
4.《污水综合排放标准》（GB8978-1996）；
5.《室外排水设计规范》（GB50014-2006）（2014年版）；
6.《室外给水设计规范》（GB50013-2006）；
7.《工业企业总平面设计规范》（GB50187-2012）；
8.《厂矿道路设计规范》（GBJ22-87）。
1.2主要资料
1. 本科毕业设计（论文）任务书（2017）；
2. 彭党聪主编，水污染控制工程实践教程，化学工业出版社；
3. 彭党聪，水污染控制工程（第三版），冶金工业出版社（2010）；
4. 给水排水设计手册（第1、5、9、11分册），中国建筑工业出版社（2004）；
5. 简明给排水设计手册，中国建筑工业出版社。
1.3相关法律法规
1.《中华人民共和国环境保护法》（2015年1月）
2.《中华人民共和国水污染防治法》（2008年6月）
3.《中华人民共和国大气污染防治法》（2000年9月）
4.《建设工程勘察设计管理条例》（2015年6月）
5.《排污许可证管理暂行办法》（2015年1月）
6. 其他相关的法律法规
2 工程规模及设计基础数据确定
2.1设计原则
（1）贯彻执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范及标准。
（2）从城市的实际情况出发，在城市总体规划的指导下，使工程建设与城市的发展想协调，既保护环境，又最大程度地发挥工程效益。
（3）根据设计进水水质和出场水质要求，所选的污水处理工艺力求技术先进、成熟、处理效果好、运行稳妥可靠、高效节能、经济合理、确保污水处理效果，减少工程投资及日常运行费用。
（4）妥善处理和处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂和污泥，避免造成二次污染。（5）确保工程的可靠性及有效性，提高自动化水平，降低运行费用，减少日常维护检修工作量，改善工人操作条件。
（6）采用现代化技术手段，实现自动化控制和管理，做到技术可靠、经济合理。
（7）保证污水处理系统正常运转，供电系统需有较高的可靠性。
（8）在污水厂征地范围内，厂区总平面布置力求在便于施工、便于安装和便于维修的前提下，使各处理构筑物尽量集中，节约用地，扩大绿化面积，并留有发展余地，使厂区环
境和周围环境协调一致。
（9）竖向设计力求减少厂区挖、填土方量和节省污水提升费用。
（10）厂区建筑风格力求同意，简洁明快、美观大方，并与厂区周围景致相协调。
（11）积极创造一个良好的生产和生活环境，将污水处理厂设计成为现代化的园林式工厂。
2.2工程规模
2.2.1设计任务
（1）根据水质特征及处理要求，确定工艺流程；
（2）构筑物的工艺设计计算；
（3）水力计算；
（4）平面布置及高程布置；
（5）附属构筑物的设计说明。
2.2.2设计水量
设计水量：100000m3/d
变化系数K z =1.27 《给排水设计手
册》，第05期.城
镇排水：P4
最高日最高时流量Q max =Q·K z =100000×1.27=127000m 3/d 平均流量及最大日最大时流量见表2-1。
表2-1 污水流量表
流量单位 平均流量 最大流量
m 3/d 100000 127000
m 3/h 4166.7 5291.7
m 3/s 1.16 1.47
L/s 1157.4 1469.9
2.3废水处理站设计水质及处理目标
2.3.1废水水质
根据设计任务书，确定原水水质见表2-2。
表2-2 拟建项目原水水质
TN TP pH COD氨氮SS水温项目BOD
5
进水水质220558 6.5~94804020012℃
表中除pH外其余指标单位均为mg/L。
2.3.2处理目标
根据当地环保局的批复，该污水处理站处理出水水质执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准，处理后出水水质要求见表2-3。
表2-3 拟建项目出水水质要求
TN TP pH COD氨氮SS 项目BOD
5
出水水质10150.56~9505（8）10
表中除pH外其余指标单位均为mg/L。
2.3.3废水处理站概况
（1）厂址：污水处理厂建设用地面积150亩（长：400m，宽：250m）。
（2）气象及工程地质条件：厂区地势平坦，适合于污水厂建设。场地平均标高为411.50m。冻土层深度：60cm；距离厂界外东侧200m为受纳水体，该河流50年一遇洪水水位标高406.50m。主导风向东北风，次主导风向西南风，底下最高水位405.50m。
（3）进水及排水条件：市政污水管网入口位于场地西北角，共3根D200mm污水管（分别从西（2根）、北（1根）两个方向汇入污水厂进水井），管中心设计标高402.45m。距离厂界外东侧200m为受纳水体，该河流50年一遇洪水水位标高406.50m。
3 处理工艺比选
3.1 生物处理工艺
3.1.1原水水质特征分析及可生化性
原水是否能进行生化处理，特别是能否进行脱氮除磷处理，取决于原水中各营养成分的含量及其比例是否能满足生物的生长需要，因此需确定原水的相关指标是否满足要求。根据设计进水水质，计算出原水中各营养物质比值，见表3-1。
表3-1 污水处理厂原水营养物比值
项目比值
/CODcr0.458
BOD
5
/NH4+?N 5.5
BOD
5
/TN4
BOD
5
BOD
/TP27.5
5
3.1.2生物处理工艺比选
二级处理的核心为生物处理（以除碳、脱氮及除磷为目标），可采用活性污泥法或生物膜法。生物膜法目前主要应用于中、小型污水处理厂，由于其存在生物除磷功能较弱（难以诱导出聚磷菌）及卫生学方面的问题，在国内应用较少。而活性污泥法则应用较为广泛。城市污水处理厂以除碳（COD）、脱氮及除磷为处理目标时，其典型的活性污泥处理工艺有A2/O工艺、UCT工艺、厌氧选择池+氧化沟工艺（改进型氧化沟）、SBR工艺及CASS工艺等。
本次课程设计的处理水量为100000m3/d，属于中大型处理水量，在上述城市污水脱氮除磷的典型处理工艺中，SBR工艺及CASS工艺集氧化分解、硝化、反硝化、释磷、吸磷多个生化过程于一体。曝气、沉淀、滗水、搅拌混合、回流、排泥多项操作相互交替。难于实现脱氮、除磷、除碳所需工艺条件最优化，总体脱氮处理效果难以稳定达到处理目标。可选工艺为A2/O工艺、UCT工艺、厌氧选择池+氧化沟工艺（改进型氧化沟）。根据陕西及西安地区城市污水进出水水质和现有污水处理厂运行稳定，选择A2/O工艺和UCT工艺进行对比。
（1）A2/O工艺
A2/O工艺是将厌氧/好氧除磷系统和缺氧/好氧脱氮系统相结合而形成，是生物脱氮除磷的基本工艺之一，可同时去除废水中的BOD、氮和磷。A2/O工艺流程图见图3-1。
图3-1 A2/O工艺流程图
污水（初沉池出水）与从二沉池回流的污泥首先进入厌氧池。在厌氧池，活性污泥中的聚磷菌摄取污水中的生物快速降解有机物，以合成聚-β-羟基丁酸（PHB）；这一过程所
需能量来自聚磷菌细胞内聚合磷酸盐（Poly-P）的水解，并释放磷至液相主体。
随后，活性污泥+原水进入缺氧池。在缺氧池，活性污泥+原水与好氧池末端回流的混合液进行混合、接触、反应，反硝化菌以原水中剩余的有机物（聚磷菌利用其细胞内贮存的碳源）作为电子供体，以回流混合液中硝酸盐为电子受体进行反硝化脱氮。
再次，反硝化脱氮完成后的混合液（活性污泥+污水），进入好氧池，在好氧池中，活性污泥中的硝化菌进行硝化反应，将废水中的氨氮氧化为硝酸盐；同时，聚磷菌进行好氧吸磷，剩余的有机物也在此被进一步好氧分解、转化。
最后，混合液经二沉池进行泥水分离，出水排放；沉淀的污泥部分回流厌氧池，部分作为剩余污泥排出，并进行污泥处理（浓缩、厌氧消化、脱水、外运处置）。
（2）UCT工艺
UCT工艺因南非开普敦大学开发而得名。与A2/O工艺相比，UCT工艺仅污泥回流的位置和方式不同，工艺流程图见图3-2。
图3-2 UCT工艺流程图
在A2/O工艺中，来自二沉池的污泥直接回流至厌氧池，会因回流污泥中含有一定量硝酸盐氮，而影响厌氧池的厌氧环境，并存在反硝化菌与聚磷菌竞争碳源的问题；为解决这一问题，UCT工艺中，回流污泥首先回流至缺氧池的首端，然后再由该缺氧池的末端回流至厌氧池，由于此时的回流污泥（混合液）中的硝酸盐已经在缺氧池中被反硝化。因此，
回流至厌氧池的污泥中几乎不含硝酸盐，从而可保证厌氧池的释磷效果，提高系统的除磷能力。
A2/O工艺与UCT工艺的对比见表3-2。
表3-2 A2/O工艺与UCT工艺的对比
3.1.2生物处理工艺比选结果