水污染控制工程课程设计

城市污水处理厂工艺设计

专业：环境工程

班级：环工1621

姓名：张高林

学号：201650408108

指导教师：鲍锦磊

日期：2017-1-1

目录

第1章绪论 (1)

1.1 设计基本资料 (1)

1.1.1 设计人口 (1)

1.1.2 工业废水 (1)

1.1.3 气象条件 (1)

1.2 污水水质、水量及变化特点 (2)

1.2.1 污水性质 (2)

1.2.2 纳污河流 (2)

1.3 处理后的出水水质目标 (2)

1.4有关设计依据 (2)

第2章总体设计 (2)

2.1 工程概况 (3)

2.1.1 设计水量 (3)

2.1.2 厂址概况 (4)

2.2 设计方案的选择与确定 (4)

2.2.1 工艺比选 (4)

2.3工艺流程图 (6)

2.4工艺流程说明 (7)

2.4.1 粗格栅 (7)

2.4.2 提升泵 (7)

2.4.3 细格栅 (8)

2.4.4 平流式沉砂池 (8)

2.4.5 CASS池 (8)

2.4.6 鼓风机 (9)

2.4.7 污泥浓缩 (9)

2.4.8 污泥脱水间 (10)

2.4.9 消毒池 (10)

第3章工艺流程的计算 (10)

3.1污水处理部分 (10)

3.1.1 粗格栅设计 (10)

3.1.2 细格栅设计 (13)

3.1.3 平流式沉砂池 (15)

3.1.4 配水井 (18)

3.1.5 CASS工艺 (19)

3.1.7 消毒池 (27)

3.2污泥处理 (29)

3.2.1 污泥浓缩池 (29)

3.2.2 污泥脱水间 (32)

3.3工艺流程高程的水力计算 (33)

第4章附属建筑物的确定 (37)

4.1 行政办公用房 (37)

4.2 宿舍 (37)

4.3 食堂 (37)

4.4 传达室 (37)

4.5 浴室和锅炉房 (37)

4.6 车库 (38)

第5章污水处理厂的总体布置 (38)

第6章结论 (40)

6.1 设计结论 (40)

6.2 设计心得 (41)

附录 (41)

参考文献 (42)

题目：城市污水处理厂工艺设计

张高林管心玥

河南工程学院，河南451100

第1章绪论

1.1 设计基本资料

1.1.1 设计人口

近期设计人口为：（10+8）×5000=人，排水量标准180L/人.天；远期发展人口（13+8）×5000人，排水量标准200 L/人·天。

1.1.2 工业废水

该城市工业企业生产废水全部经过厂内废水处理站进行处理后，已经达到城市污水管道的纳污能力；近期排水量0.15 m3/s，远期排水量0.2 m3/s；时变化系数Kh =1.2。

1.1.3 气象条件

主导风向东北，冬季最低气温-10℃，最大冰冻深度0.65m，夏季最高气温38℃，年平均降雨量800mm，蒸发量1320mm。

根据城市总体规划，污水厂拟建于该城市下游河流岸边，地势平坦，拟建处的地面标高416.30m。

该城市污水主干管终点(污水厂进水口)的管内底标高411.00m，D=800m，

i=0.002，v=1.15m/s，h/D=0.56。

1.2 污水水质、水量及变化特点

1.2.1 污水性质

COD=400 mg/L，BOD5/COD=0.5，SS=180 mg/L，夏季水温25℃，冬季水温15℃，常年平均水温20℃。

1.2.2 纳污河流

位于城市南侧自西向东，流量保证率为95%，流量Q平=8 m3/s，平均水深H平=2 m，平均流速V平=0.2 m/s，平均水温T=15℃，溶解氧DO=8 mg/L，BOD5=2.8 mg/L，SS=1.0mg/L，河流允许增加悬浮物浓度1.5mg/L，20年一遇洪水水位标高412.5m，常水位标高410.3m，城市排污口下游20km处有取水水源点。

1.3 处理后的出水水质目标

出水水质COD≤80mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤20mg/L，对污泥进行稳定化处理、脱水后泥饼外运填埋或作农肥。处理后的污水纳入河流。

1.4有关设计依据

《给水排水设计手册》（第1、3、5、6、9、11册），中国建筑工业出版社；

《室外排水设计规范》GB50014-2006；

《泵站设计规范》中国计划出版社；

《给水排水制图标准》GB/T 50106-2001

55.15.18772.272

.2108

.0108.0==生

Q 《给水排水设计标准图集》S1、S2、S3，中国建筑工业出版社； 《城镇污水处理厂污染物排放标准》 GB18918-2002； 《污水综合排放标准》GB8978-2002； 《水污染控制工程》上下册 教材； 《排水工程》上下册

《课堂笔记》及其它有关参考书。

第2章 总体设计

2.1 工程概况

2.1.1 设计水量

（1）人口用水

Q 生=（10+8）×5000×180 L/（人·d ） =16200000 L/天 =16200 m 3/d =0.1875 m 3/s =187.5 L/s

K 生=

Q 生max =Q 生×K 生=187.5×1.55=290.63 L/s=0.291 m 3/s （2）工业用水 Q 2=0.15 m 3/s =150 L/s

Q 2max =0.15×1.2=0.18 m 3/s

Q max =Q 2max +Q 生max =0.291+0.18=0.471 m 3/s Q=Q 2=Q 生=0.1875+0.15=0.3375 m 3/s=29160 m 3/d

表1 进出水水质要求

2.1.2 厂址概况

根据城市总体规划，污水厂拟建于该城市下游河流岸边，地势平坦，拟建处的地面标高416.30m 。

该城市污水主干管终点(污水厂进水口)的管内底标高411.00m ，D=800m ，i=0.002，v=1.15m/s ，h/D=0.56。

2.2 设计方案的选择与确定

2.2.1 工艺比选

对于处理能力29160m 3/d 的中小型污水处理场来说，氧化沟和SBR 及其改良工

BOD 5 CODcr SS TN

NH 4+-N

TP

进水mg/l 200

400

180

出水mg/l （二级排放标准）

20 80 20

艺如：CASS;CAST;ICEAS等工艺是首选工艺，目前使用最多的是氧化沟，三沟式氧化沟是未来氧化沟工艺发展的一个主要方向。下面对CASS和三沟式氧化沟做一对比。工艺比选见下表

表2 工艺比选

主体工艺优缺点比较

CASS法

1、理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。

2、运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。

3、耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。

4、工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。

5、处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。

6、反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。

7、CASS法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。

8、脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。

9、工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无

2.3工艺流程图

二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。

缺点：1. 容积利用率低、出水不连续、运行控制复杂。

2. 需曝气能耗多，污泥产量大。

生物接触 氧化法

缺点：1.由于池内填充了大量的生物膜载体填料，填料上下两端多数用网格状支架固定，当填料下部的曝气系统发生故障时，维修工作将十分麻烦。

2.填料易老化，一般4－6年需更换一次。

3.由于前端物化处理后废水中SS 含量较低，生物膜固着的载体较少，导致生物膜比重较小，极易造成脱膜，挂膜不稳定。脱落的生物膜和絮状污泥在二沉池沉淀效果较差，易导致出水SS 超标。

图1 工艺流程图

2.4工艺流程说明

处理水主要分三部分

一、物理处理部分：进水经格栅后，大部分悬浮物被阻截，之后进沉淀池，水质水量得到调节，大部分污泥下沉。再进沉淀池，调节水质水量。

二、生化处理部分：污水由泵抽入CASS池，进入生化处理阶段，经CASS池进水、曝气、沉淀、出水四阶段后水质几近可达到要求。加药后外排。

三、污泥处理部分，从沉淀池和CASS池出来的污泥进污泥浓缩池，上清液直接外排。含泥量多的由污泥泵抽入脱水机房，由袋式压滤机压滤成泥饼外运。

2.4.1 粗格栅

粗格栅是由一组(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，以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质。

粗格栅是用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行。

2.4.2 提升泵

污水提升泵房用以提高污水的水位，保证污水能在整个污水处理流程过程中达到重力自流，以便自流进入各后续处理单元。污水处理系统简单，对于新建污水处理厂，工艺管线可以充分优，故污水只考虑一次提升。污水经提升后进入曝气生物滤池，然后自流进入各工艺池。在泵房前设置溢流井，在水量超标时直接排放水体。

2.4.3 细格栅

细格栅是由一组(或多组)相平行的金属栅条与框架组成，倾斜安装渠道上，以连续清除流体中杂物的固液分离设备。

细格栅是一种可连续清除流体中杂物的固液分离设备，是城市污水处理、自来水厂、电厂进水口、纺织、食品加工、造纸、皮革等行业生产工艺中不可缺少的专用设备，是目前国内普遍采用的固液筛分设备。

2.4.4 平流式沉砂池

平面为长方形，采用机械刮砂。因构造简单，除砂效果较好，加之除砂设备国产化率高，已成为我国建成城市污水处理厂沉砂池的主要池型。

2.4.5 CASS池

CASS工艺是循环式活性污泥法的缩写。整个工艺为一间间歇式反应器，在此反应器中进行交替的曝气——非曝气过程的不断重复，将生物反应过程及泥水的分离过程结合在一个池子中完成。目前，此工艺在国外广泛应用于城市污水和各种工业废水的处理。所以在本设计中应用本工艺来处理城镇生活污水，使其达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002二级排放标准。

由于CASS工艺具有不易发生污泥膨胀、无需硝化液回流,节省能耗、工艺流程短,占地面积小,基建费用低及业主对该工艺熟悉,运行管理经验也比较丰富等优点,所以选择CASS工艺作为二级处理工艺。

CASS工艺可应用于大型、中型及小型污水处理工程，比SBR工艺适用范围更广泛;连续进水的设计和运行方式，一方面便于与前处理构筑物相匹配，另一方面控制

系统比SBR工艺更简单。

缺点：1、冬季或低温会对运行有影响

2、个池子的连续进水有点浪费

3、相对SBR复杂点，维护提高

2.4.6 鼓风机

罗茨鼓风机是容积式气体压缩机，其特点是：强制流量，在设计压力范围内，管网阻力变化时其流量变化很小；在流量要求稳定而阻力变化幅度较大的工作场合，可予自动调节，故工作适应性较强。与离心风机相比价格低，而它的噪音大，存在润滑油向气缸渗漏的缺点，同时其风量调节只能采用变频调速和出风管放气，变频调速设备本身的价格比鼓风机价格还要高，出风管放气则造成能量浪费，因此适用于中小型污水处理厂。

2.4.7 污泥浓缩

污泥的含水率很高，一般为96%~99%，体积很大，为了后续处理机综合利用和最终处理，需对污泥进行脱水处理，脱水处理的方法主要有：浓缩、自然干化、机械脱水、干燥和焚烧等。浓缩是污泥脱水的最主要方法。污泥浓缩的脱水对象是间隙水。经过浓缩后，体积大大减小，当污泥的含水率由99%降至96%时，体积可缩小到原来的1/4，这就为污泥的输送、消化、脱水、利用与处置创造了条件。

污泥浓缩池主要用于浓缩初次污泥及初次污泥和剩余活性污泥的混合污泥。其特点：结构简单；造价低

2.4.8 污泥脱水间

污水处理所产生的污泥具有较高的含水量，由于水分与污泥颗粒结合的特性，采用机械方法脱除具有一定的限制，污泥中的有机质含量、灰分比例特别是絮凝剂的添加量对于最终含固率有着重要影响。一般来说，采用机械脱水可以获得20%－30%的含固率，所形成的污泥也被称为泥饼。泥饼的含水率仍然较高，具有流体性质，其处置难度和成本仍然较高，因此有必要进一步减量。此时，在自然风干之外，只有通过输入热量形成蒸发，才能够实现大规模减量。

2.4.9 消毒池

消毒是指杀死病原微生物、但不一定能杀死细菌芽孢的方法。通常用化学的方法来达到消毒的作用。用于用于消毒的化学药物叫做消毒剂。是使消毒剂与污水混合，进行消毒的构筑物。

污水处理厂常用消毒试剂：NaClO、液氯、CaClO等，其有效成分均为次氯酸根。

主要功能：杀死处理后污水中的病原性微生物。

第3章工艺流程的计算

3.1污水处理部分

3.1.1 粗格栅设计

设：栅条间距：b=0.02 m=20 mm

倾角：70°

46

9.056.002.070sin 471.0v h b sin n max =???=??=

α

Q m

112.070sin 8

.929.002.001.042.23sin g

2b s k sin g 2h 2

34

2

34

21=??????==??=）（）（αβα

ξV V 1H 栅前水深：h=0.56 m 栅间流速：v=0.9 m/s 栅条宽度：s=0.01 m=10 mm

单位体积栅渣量：w 1=0.06 m 3/（103 m 3 污水） 栅前流速：v 1=0.5 m 进水渠道宽：B 1=0.8 m （1）格栅间隙数

（2）格栅槽总宽度 B=S （n －1）+bn

=0.01×（46－1）+0.02×46=1.37 m （3）过栅水头损失 ξ 取2.42 （4）栅后槽的总高

H=h+h 1+h 2=0.56+0.112+0.3=0.972 （5）格栅总建筑长度 L

d

m 7496.11000

06.029*******

13=?==

QW W

（6）每日栅渣量

图2 粗格栅

133

8

.056.008.035sin 471.0v h b sin max =???=??αQ 3.1.2 提升泵

选用GDF50-8型的提升泵3台 2用1备

3.1.3 细格栅设计

设： 栅条间距：b=6 mm=0.08 m 倾角：α=35° 栅前水深：h=0.56 m 栅间流速：v=0.6 m/s 栅条宽度：s=0.01 m=10 mm

单位体积栅渣量：w 1=0.06 m 3/（103 m 3 污水） 栅前流速：v 1=0.5 进水渠道宽：B 1=1.2 m

每日栅渣量：w 1=0.08 m 3/（103 m 3 污水） （1） 格栅间隙数

n=

（2） 格栅槽总宽度 B=S （h －1）+bn

=0.01×（133－1）+0.008×133

m 0.103=35sin 8.926.0008.001.042.23sin y

2v b s k sin y v 2

34

234

2?

????==??）（）（αβαξα

tan 1

H 11

tan 2b -b α?

35tan 86.0d

m 233.01000

08

.029*******

31

=?=

=

W W αm 811.02

1

2

==L L =2.384 m ≈2.4m （3） 过栅水头损失

h 1=

（4） 栅后槽的总高 H=h+h 1+h 2 =0.56+0.103+0.3 =0.963 m ≈1m

（5） 格栅总建的长度 L

L=L 1+L 2+1+0.5+ L 1= =1.37（B －B 1）=1.37×（2.384－1.2）=1.622m

H 1=h+h 2=0.56+0.3=0.86 m

L=1.622+0.811+1+0.5+ =5.161 m=5.2m （6） 每日栅渣量

2max m 355.22.0471

.0v ==Q

图3 细格栅

3.1.4 平流式沉砂池

最大流速 v=0.2 m/s 停留时间：t=40s 有效水深：h 2=0.8 m 排砂时间的间隔：T=2d

沉砂斗底长宽都为：a=0.5 m 上口宽 a 2=1.2 m 斗壁与水面倾角α=60° （1）池子长度 L=vt=0.2×40=8 m （2）水流断面面积 A=

（3）池总宽度

3m m 94.28.0355.2h 2===A m 75.04

3b 1==3

m 75.1100003.022********x 86400v =??=??=T Q 3

1m 44.0475

.14v v ===m

6.060tg 2

5.0-2.1h'3≈?=()

3222

12130m 32.0]74.02.15.074.02.15.0[6.031

f f f f h'31

v ≈??+?+??=++=）（B=

共分为四格，每格宽

（4）沉砂斗所需容积

设 T=2d x=0.03 L/（m 3 污水）

（5）每一个沉砂斗容积

设每一分格有2个沉砂斗，每个沉砂斗的容积为

（6）沉砂斗各部分尺寸及容积

设沉砂斗底的长和宽均为 a 1=0.5 m 上口宽 a 2=1.2m 斗壁与水平面的倾角为60° 则斗高为：

（7）沉砂室高度