环境工程课程设计
环境工程课程设计 Prepared on 22 November 2020
水处理工程课程设计
题目：河北省三河市燕郊污水处理工程初步设
计
院（系）化工学院
专业环境工程
年级 2006级
学号 06********
姓名×××
指导老师周作明、荆国华
华侨大学教务处印制
2009年 9 月
河北省三河市燕郊污水处理工程
初步设计
设计说明书
华侨大学化工学院
2009年9月
目录）
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致谢 (30)
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2曝气沉砂池的计算 (34)
3辐流式沉淀池的计算 (37)
4水量调节池的计算 (40)
5SBR池的计算 (41)
6接触消毒池的计算 (44)
7污泥浓缩池的计算 (46)
8鼓风系统的计算 (48)
51）
10高程的计算 (53)
11泵房的计算 (54)
附录二施工图纸 (56)
图1－1厂区平面及管道布置图（A2）
图1－2污水流程及高程图（A2）
图2－1格曝池三视图（A3）
图3－1辐流式沉淀池平面及剖面图（A3）
图3－2SBR池总平面图（A3）
图3－3SBR池进水端立面图和1－1剖面图（A3）
图4－1SBR池曝气系统图（A3）
图5－1接触消毒池平面图（A3）
图表目录
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图2）
图3氧化沟工艺流程图 (11)
图4）
图5）
2）
图7）
图8）
图92）
图10接触消毒池计算草图 (44)
表1污水处理厂设计进水水质 (2)
表2污水处理厂出水排放标准 (2)
表3污水处理厂设计处理效率 (2)
表4构筑物内水头损失情况估算表 (19)
表5构筑物间连接管的水头损失情况计算表 (19)
表6污水厂人员编制表 (25)
表7主要经济指标26）
表8运行成本分析26）
表9曝气沉砂池曝气系统局部构件表 (49)
表10SBR池曝气系统局部构件表 (50)
表11TSD－125型罗茨鼓风机主要性能 (50)
表12RD－127型罗茨鼓风机主要性能 (50)
表13构筑物内水头损失情况估算表 (51)
表14构筑物间连接管的水头损失情况计算表 (52)
第1章总论
文献综述
改革开放以来，我国城镇化进程加快，1978～2000年建制镇由2178个增至20312个，目前全国各种规模和性质的小城镇已近48000个[1]。然而，小城镇基础设施建设却远远落后于城镇建设的发展，大部分小城镇污水未经处理就直接排放，给水环境质量造成很大威胁。我国90%以上小城镇的水体环境均受到不同的程度的污染，78%的城镇河段不宜作饮用水源，50%的城镇地下水受到污染[2]。这不仅对当地的水环境造成了污染，而且严重阻碍了经济的发展。因此，小城镇污水的处理势在必行。
小城镇污水处理特点及其要求
和大城市相比，小城镇不仅经济实力薄弱、技术和管理水平较低，而且小城镇所处位置的环境容量也较小，因此造成了小城镇污水处理的特殊性[3]。然而目前，我国尚无针对小城镇污水处理工程的排水设计规范、标准、法规等，而是采用现行大中规模污水处理工程的相关标准，在工程设计中出现了不少问题。因此，必须根据小城镇特点研究和采用相适应的处理工艺，避免盲目照搬大中型规模城市污水处理工艺及设计参数，以利于小城镇的污水治理。
小城镇污水特征
小城镇的人口规模、自来水普及率和工农业发展的结构水平。决定了小城镇的污水排放量大都在3000～30000m3/d的规模范围内，其中50%以上是生活污水，工业废水以农产品加工的废水为主，水中基本上不含重金属和有毒有害物质，但氮和磷的含量较高，水量、水质波动较大。大部分小城镇的城镇污水性质相差不大，一般BOD5为100～150mg/L，COD 为250～300mg/L，SS为200mg/L左右[3]。
小城镇污水处理要求
(1)小城镇人口较少，分布广而且分散，生活污水水质、水量波动性大，污水处理厂规模小，时变化系数大，因此，所选污水处理工艺应抗冲击负荷能力强；
(2)小城镇经济力量薄弱，因此，污水处理应尽量使造价低、运行费用少、能耗低，基本上不投加药剂或投加药剂量少；
(3)小城镇缺乏污水处理专业人员，所选工艺应简便易行、运行稳定、维护管理方便，利用当地技术和管理力量能正常运行；
(4)污泥产量少，以减少二次污染，降低污泥处理和处置费用。
常规处理工艺分析
在进行污水处理工艺选择时，应结合小城镇水质水量特点，充分考虑小城镇的发展趋势，合理确定处理出水所需达到的排放标准。下面针对小城镇污水处理特点，就几种比较适合于小城镇的常规处理工艺进行分析对比。
(1)氧化沟工艺
氧化沟工艺始于50年代初期，其处理流程简单，操作管理方便；出水水质良好，运行可靠性和稳定性高；能承受水量、水质的冲击负荷。此工艺具有一定的除磷脱氮能力，可缓解水体富营养化的进程。由于可取消初次沉淀池和污泥消化池，整个处理单元比常规活性污泥法少50%以上，二者基建费用明显低于常规活性污泥法，这对资金缺乏的小城镇建设污水处理厂很有吸引力。但其曝气转刷(或表面曝气器)等机械部件需定期维修，检修工作量较大；而且采用延时曝气对污泥进行好氧稳定，其能耗比中、高负荷活性污泥工艺要高40%～50%，因此，对于我国这样一个资源不足、人口众多的发展中国家，是否适合在小城镇推广这种低负荷的活性污泥工艺是值得考虑的问题[3]。
(2)SBR工艺
SBR工艺简单；布置紧凑、占地面积省；操作维修方便；抗冲击负荷能力强；污泥沉降性能好、污泥处理系统简单；出水水质好；可防止污泥膨胀。统计结果表明，采用SBR 工艺处理小城镇污水，要比普通活性污泥法节省基建投资30%以上[4]。有研究表明，SBR法在每一个运行周期之间以及同周期进水阶段内出现急剧的水质水量变化甚至处理负荷猛增到正常负荷的两倍以上的情况下，仍可获得良好的处理效果。刘永松等人对SBR工作稳定性的分析研究结果充分表明了这一点[5]。但SBR反应器设备的闲置率高，进水和排水的阀门
切换频繁，自动化程度较高，这对于技术力量和管理水平相对较弱的小城镇来说，限制了该工艺的推广。
(3) 水解－好氧生物处理工艺
水解工艺是近年来国内应用较为广泛的污水预处理工艺，它通过控制反应时间，将厌氧反应控制在水解酸化阶段，除了达到截留污水中悬浮物的目的外，还可提高污水的可生化性，减少后续处理工艺反应时间和处理的能耗，并具有污泥减量稳定的功能。由水解池取代初沉池，其对SS、BOD5、COD的去除率显着高于初沉池，水解池出水水质较稳定，并具有较好的抗有机负荷的能力。对于经济实力尚薄弱的小城镇，可用水解池单独作为污水的初级处理系统，待有条件时，再在其后增设后续处理工艺成为完整的城镇污水二级处理系统，具有分期建设的优点。但水解池的布水均匀性和排泥问题也增加了设计和管理的复杂性。
(4) 生物接触氧化工艺
生物接触氧化工艺单位容积的生物量大，处理能力高；不需污泥回流，节省能耗；不产生污泥膨胀，耐冲击负荷能力强；设备较少，运行管理及维护简单；产泥量少。但此工艺造价较高，而且布水、布气不易均匀，工艺构筑物在构造上较复杂，增加了设计、施工的工作量和难度[3]。
(5) 生物滤池工艺
生物滤池节约能耗，运行管理方便；对污水水质、水量有较强的适应性；污泥产量较低。但其处理负荷低，占地面积较大，造价较高；滤池容易堵塞，且容易产生蚊蝇、臭气等环境问题。
(6) 生态处理工艺
小城镇附近如有合适的废地、荒地、废塘、洼地或沼泽地、滩涂等，在污水处理上应因地制宜地将处理与利用相结合，利用生态系统，在污水处理的同时实现污水的无害化和资源化。生态处理可选用生态塘处理系统和人工湿地处理系统。生态处理适合不同的处理规模，基建费用低廉，整个系统的基建费用只有常规处理方法的1/2或1/3；出水水质稳定，出水可用于回灌农田、水产养殖或景观水；材料来源广，就近可得。人工湿地的主要材料如碎石、砂砾、煤渣、土壤等均可就近获得，塘系统则不需要任何材料，动植物均为土着种类。生态处理系统依地势而建，污水可自流，无需额外动力，因此运行费用只有常规工艺的
10%～50%；而且管理十分简单，维护容易，设计良好的小型污水生态处理系统几乎不用管理与维护。但生态处理系统除污染负荷率低，因而占地面积庞大。再者，气候条件对其处理效果有重要影响[3]。
新工艺介绍
污水处理技术向高效率、低建设费用、低能耗、低管理需求、环境影响少方向发展已成为我国小城镇污水处理行业可持续发展的必然选择。近年来，研究开发了一些新工艺，其中厌氧一好氧高负荷生物滤池和蚯蚓生态滤池就是其中成功的代表。
(1) 厌氧水解－高负荷生物滤池[6]
厌氧水解一高负荷生物滤池组合处理工艺采用厌氧水解滤池取代传统的初沉池作为预处理工艺，同时在传统高负荷生物滤池的基础上对其工艺构造进行了重要的技术创新，保留了该方法高负荷、高效率的长处，通过采用具有高空隙率、高附着面积和高二次布水性能的新型塑料模块填料，取消了滤池出水回流系统，从而在提高处理效率的同时大幅度降低了建设投资和运行能耗。此工艺的污泥产率大大低于普通活性污泥法，排泥量较少。污泥总产率的大幅度降低同时意味着大幅度降低了二次污染物数量以及污泥处理和处置费用。厌氧水解一高负荷生物滤池处理城镇污水的工艺流程十分简单，与普通活性污泥法相比，除了采用粗、细格栅、沉砂池和二次沉淀池相同以外，处理系统集初沉池、曝气池、污泥回流设施以及供氧设施等于一身，大大简化了污水处理流程。因此，该工艺的运行管理十分简单方便，并能承受较强的冲击负荷，这一点对于我国的小城镇污水处理厂的操作管理需求有着特别重要的意义。
(2)蚯蚓生态滤池[7]
蚯蚓生态滤池利用在滤床中建立的人工生态系统，通过蚯蚓和其他微生物的协同作用对污水中的污染物进行最为经济合理的处理和转化。以蚯蚓为代表的微型动物在该系统中集多种功能于一身。近年来，该工艺已在法国、智利和中国上海成功地进行了中型试验和生产性规模的应用。生态滤池处理系统基本不外排剩余污泥，其污泥产率大幅度低于普通活性污泥法。显然这是由于生态滤池中建立的蚯蚓生态系统具有较强的污泥分解功能，在处理污水的同时实现了剩余污泥的分解和稳定。污泥总产率大幅度降低意味着大幅度降低了城镇污水
处理厂所产生的固体污染物数量，同时意味着大幅度降低了剩余污泥处理和处置费用。而且，此工艺流程简单，运行管理十分简单方便，并能承受较强的冲击负荷。
结语
小城镇污水治理不仅是小城镇自身发展的需要，同时也是流域生态环境保护的需要。由于小城镇基础设施建设资金短缺，且从业人员的技术水平和管理水平较低，因此决定了小城镇建设的污水处理厂首先必须经济、高效、节能和简便易行。上述几种处理工艺有其一定的优势，但也同时存在不足之处，应根据小城镇污水的特性、收集方式、排放水体状况、设计用地等实际情况进行充分的论证和可行性研究[8]，选择合适的处理工艺，最大可能地确保处理效果，并节约投资和运行费用，以利于我国的水环境保护和小城镇经济的可持续发展。
项目概况
河北省三河市燕郊镇是一个新型的城镇，与北京比邻，有着得天独厚的发展条件。改革开放以后，燕郊镇迅速发展，成为全国强镇之一。但是，与此同时，工业发展，人口增加，随之而来的环境问题不容忽视。所以建设一个高效的污水处理厂是城市进一步发展的必要条件。
从2004年起廊坊市开始实施硬环境建设工程，生态环保建设方面的8个项目工程名列其中，估算总投资亿元，年度计划投资亿元。该项目是其中之一，位于三河市燕郊经济技术开发区，工程总投资9000万元，建设污水处理厂及管网，达到日处理污水5万立方米。
设计依据及原则
（1）河北省三河市燕郊污水处理工程设计任务书
（2）《中华人民共和国环境保护法》
（3）《污水综合排放标准》（GB8978－1996）
（4）《给排水设计手册》
（5）《水处理工程师手册》
城市概况及自然条件
三河市燕郊镇位于河北省廊坊市，北京以东约30公里，具体位置如图1。燕郊，因春秋战国时期地处燕国城郊而得名。改革开放以来，特别是近几年来，全镇两个文明建设取得突飞猛进的发展，连续14年被评为省级文明镇，成为国家建设部全国小城镇综合改革试点镇，被民政部命名为“中国乡镇之星”。
燕郊镇的建设，坚持高起点规划，高水平科学设计，高标准建设，先后请河北省、北京市和建设部的专家帮助制定中长期发展规划和控制性详细规划，并严格依法按规划执行。依据“科技型、生态型、园林型、开放型、服务型”的小城镇发展定位和“建设北京卫星城”的目标，设计建设了不同的功能区域。目前，已建成了高新技术工业园区、农业高新技术示范园区、金融贸易区、科研文化服务区和旅游度假区，这五大功能区布局合理，设施配套，具有充分的发展空间，为吸引资金、项目、人才创造了良好的硬件环境。
在有关专家的帮助和指导下，燕郊镇在城镇环境建设中确立了新的理念，准确地把握“优美环境”的科学内涵。改变了过去那种以点缀花草为主的绿化方式，变以视觉为主的“花园式”为可持续发展的“生态式”，先后投资近3亿元，按照乔、灌、草三层立体交叉、四季常青的标准，在道路旁、生活区、办公区、工业区、镇区最有商业价值的黄金地段进行了大面积的绿化，建设了十几处园林小景，新增6000多亩生态林。目前全镇绿化覆盖率达到了%，人均公共绿地达到12平方米。
燕郊镇依法严格治理污染，根据国家有关法律法规制定了《建设项目环境保护管理实施办法》，明确规定，所有新建项目必须全面考虑自然环境和社会环境，全部实行清洁化生产，一切有污染的企业绝不允许引进和建设，保证了燕郊有一个碧水、蓝天、绿地的生态环境。
河北省地域跨越中温带和南温带，属大陆性季风气候，季风现象明显。大部分地区四季分明，具有冬季寒冷干燥、春季干旱多风、夏季炎热多雨、秋季秋高气爽的特点。全省年平均降水量为350～760mm的趋势是东南部多于西北部。以夏季降水最多，占全省年降水总量的65%～75%，不少地区夏季降水往往集中于几次暴雨，是全国降水变率最大的地区之
一，致使境内经常出现旱涝灾害。燕郊镇全年主导风向为西北风，夏季主导风向为东南风，年平均风速为s，年平均气温为11C，最高C，最低-21C。
第2 章建设规模及处理程度
污水处理量
燕郊污水处理厂处理规模（即现状污水量）为50000 m3/d,设计中取水量变化系数Kp为。
设计进水水质和处理标准
设计进水水质
设计任务书提供的资料中燕郊污水处理厂设计进水水质为：
表1污水处理厂设计进水水质
出水排放标准
污水处理厂的污水排放应执行《污水综合排放标准（GB8978－1996）》中的二级标准，即出水水质应达到如下要求：
表2污水处理厂出水排放标准
处理效率
由进水水质和出水标准算得，污水处理厂对各污染物的处理效率应达到如下要求：
表3 污水处理厂设计处理效率
第3章污水处理厂工艺方案
污水及污泥处理工艺的功能要求
污水处理厂的工艺流程系指在保证处理水达到所要求的处理程度的前提下，所采用的污水处理技术各单元的有机组合。
在选定处理工艺流程的同时，还需要考虑各处理单元构筑物的形式，两者互为制约，互为影响。污水处理工艺流程的选定，主要以下列各项因素作为依据：
(1) 污水的处理程度；
(2) 工程造价与运行费用；
(3) 当地的各项条件；
(4) 原污水的水量与污水流入工程。
污泥是水处理过程的副产物，包括筛余物、污泥、浮渣和剩余污泥等。污泥体积约占处理水量的%～%左右，如水进行处理深度，污泥量还可能增～1倍。污泥处理的目的有：确保水处理的效果，防止二次污染；使容易腐化发臭的有机物稳定化；使有毒有害的物质得到妥善处理和利用；使有用物质得到综合利用，变害为利。总之，污泥处理和处置的目的是减量、稳定、无害化及综合利用[9]。
污水处理工艺的比选
燕郊污水处理厂日处理能力污水量为5万吨,属于中小规模的污水处理厂。按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，20万吨/天规模的大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺，10～20万吨/天污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱磷脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如A2/O工艺，A/O工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。
由于该设计对脱氮除磷有要求故选取二级强化处理。可供选取的工艺有：氧化沟工艺，A2 /O工艺，SBR及其改良工艺等[10]。
该污水处理厂要求对原水中的氮、磷有比较好的去除，应采用二级强化处理。根据《城市污水处理和污染防治技术政策》推荐，以及国内外工程实例和丰富的经验，比较成熟的适合中小规模具有除磷、脱氮的工艺有：A2 /O工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟及其改良工艺。A2/O工艺、各种氧化沟工艺、SBR工艺这些从活性污泥法派生出来的工艺都可以实现除碳、除氮、除磷三种流程的组合，都是比较实用的除磷脱氮工艺。
A2/O处理工艺
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。
图2A2/O工艺流程图
A2/O工艺的具有如下特点：
(1) 厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类的微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷功能[11]；
(2) 在同时脱氮除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其它工艺；
(3) 在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀；
(4) 污泥中含磷量高，一般为%以上。
氧化沟工艺
严格地说，氧化沟不属于专门的生物除磷脱氮工艺。但是随着氧化沟技术的发展，它早已超出原先的实践范围，出现了一系列除磷脱氮技术与氧化沟技术相结合的污水处理工艺流程。按照运行方式，氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。连续工作式氧化沟，如帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟。奥贝尔氧化沟在我国应用比较多，这些氧化沟通过设置适当的缺氧段、厌氧段、好氧段都能取得较好的除磷脱氮效果。连续工作式氧化沟又可分为合建式和分建式。交替工作式氧化沟一般采用合建式，多采用转刷曝气，不设二沉池和污泥回流设施。交替工作式氧化沟又可分为单沟式、双沟式和三沟式，交替式氧化沟兼有连续式氧化沟和SBR工艺的一些特点，可以根据水量水质的变化调节转刷的开停，既可以节约能源，又可以实现最佳的除磷脱氮效果。
图3氧化沟工艺流程图
氧化沟具有以下特点：
(1) 工艺流程简单，运行管理方便。氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消化池。有些类型氧化沟还可以和二沉池合建，省去污泥回流系统；
(2) 运行稳定，处理效果好。氧化沟的BOD平均处理水平可达到95%左右；
(3) 能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力。这主要是由于氧化沟水力停留时间长、泥龄长和循环稀释水量大；
(4) 污泥量少、性质稳定。由于氧化沟泥龄长。一般为20～30d，污泥在沟内已好氧稳定，所以污泥产量少从而管理简单，运行费用低；
(5) 可以除磷脱氮。可以通过氧化沟中曝气机的开关，创造好氧、缺氧环境达到除磷脱氮目的，脱氮效率一般大于80%。但要达到较高的除磷效果则需要采取另外措施；
(6) 基建投资省、运行费用低。和传统活性污泥法工艺相比，在去除BOD、去除BOD和NH3-N及去除BOD和脱氮三种情况下，基建费用和运行费用都有较大降低，特别是在去除BOD和脱氮情况下更省。同时统计表明在规模较小的情况下，氧化沟的基建投资比传统活性污泥法节省更多。
SBR工艺
SBR是一种间歇式的活性泥系统，其基本特征是在一个反应池内完成污水的生化反应、固液分离、排水、排泥。可通过双池或多池组合运行实现连续进出水。SBR通过对反应池曝气量和溶解氧的控制而实现不同的处理目标，具有很大的灵活性。
SBR池通常每个周期运行4～6小时，当出现雨水高峰流量时，SBR系统就从正常循环自动切换至雨水运行模式，通过调整其循环周期，以适应来水量的变化。SBR系统通常能够承受3～5倍旱流量的冲击负荷。
SBR工艺具有以下特点：
(1) SBR工艺流程简单、管理方便、造价低。SBR工艺只有一个反应器，不需要二沉池，不需要污泥回流设备，一般情况下也不需要调节池，因此要比传统活性污泥工艺节省基建投资30%以上，而且布置紧凑，节省用地。由于科技进步，目前自动控制已相当成熟、配套。这就使得运行管理变得十分方便、灵活，很适合小城市采用；
(2) 处理效果好。SBR工艺反应过程是不连续的，是典型的非稳态过程，但在曝气阶段其底物和微生物浓度变化是连续的(尽管是处于完全混合状态中)，随时间的延续而逐渐降低。反应器内活性污泥处于一种交替的吸附、吸收及生物降解和活化的变化过程之中，因此处理效果好；
(3) 有较好的除磷脱氮效果。SBR工艺可以很容易地交替实现好氧、缺氧、厌氧的环境，并可以通过改变曝气量、反应时间等方面来创造条件提高除磷脱氮效率；
(4) 污泥沉降性能好。SBR工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长，减少了污泥膨胀的可能。同时由于SBR工艺的沉淀阶段是在静止的状态下进行的，因此沉淀效果更好；
(5) SBR工艺独特的运行工况决定了它能很好的适应进水水量、水质波动。
通过综合比较后最终确定选用SBR法作为燕郊污水处理厂的处理工艺，因为该工艺具有：流程十分简单；合建式，占地省，处理成本底；处理效果好，有稳定的脱氮除磷功能；不需要污泥回流系统和回流液；不设专门的二沉池；除磷脱氮的厌氧，缺氧和好氧不是由空间划分的，而是由时间控制的等特点。而氧化沟工艺容积及设备利用率低，脱氮效果进一步