城市污水处理厂设计

摘要

伴随着中国城市化进程的加快，中国必须提高环保意识，逐步扭转社会发展进步与保护环境之间的矛盾，努力构建社会主义和谐社会。

现有辽宁省大连地区A城市为扭转城市发展与环境污染之间的矛盾，改善居民生活环境，提高城市形象，改善投资环境，需要设计一套城市排水系统，将城市生活污水与工业废水集中至污水厂处理。

经过对该市污水水质水量以及相应的出水标准的分析，采用SBR工艺对污水进行生化处理，可以同步实现去除BOD、脱氮、除磷。来水悬浮物浓度为305.14mg/L，BOD5浓度为207.71mg/L，处理后悬浮物浓度和BOD5浓度达到《污水综合排放标准》，均小于10mg/L。污水处理过程包括：污水总泵站——格栅——沉砂池——初沉池——SBR生化池——消毒接触池——巴氏计量槽。污泥处理过程包括：浓缩池——贮泥池——消化池——脱水间。由于在浓缩池、贮泥池、消化池中污泥的停留时间过长，上清液中含有大量的磷，故而需要将上清液加以处理。处理后的上清液回流至泵站，产生的泥渣作为生活垃圾卫生填埋或则用作农用肥。

关键字污水处理；SBR；脱氮；除磷

Abstract

Coupled with the acceleration of Chinese urbanization, China must advances environmental consciousness and gradually resolves the contradiction between environment protection and social development so as to build socialistic concordant society.

Now, a city in Liao Ning Province need a municipal drainage system to collect sewage and industrial effluent together and treat it to meet the goal of fabricate urban image, ameliorate investment environment.Considering wastewater’s actual condition and the discharge standard, SBR is chosen as the most favorable technique. The concentration of suspended solids is 305.14mg/L, and the concentration of BOD5is 207.71mg/L. After disposing, the concentration of SS and BOD5 are both less than 10mg/L and accord with Integrated Wastewater Discharge Standard. Sewage treatment process include: Pumping Station ——Grill ——Preliminary Sedimentation Tank——Sequencing Batch Reactor ——Disinfection Tank——Parshall flume. Sludge process include: Sludge Thickener——Sludge bulking——Sludge Digestion Tank——Sludge Dewatering Station. As the sludge stayed too long in Sludge Thickener、Sludge bulking and Sludge Digestion Tank, the supernatant containing a lot of phosphorus, supernatanttherefore need to be disposed. After disposing, supernatant return to Pumping Station, and the sludge as a solid waste sanitary landfill, or is used as a farm fertilizer.

Keywords wastewater treatment；SBR；nitrogen removal；dephosphorization

目录

摘要............................................................................................................................... I Abstract ....................................................................................................................... II 第1章绪论 (1)

1.1 概述 (1)

1.1.1 城市概况 (1)

1.1.2 设计范围 (1)

1.1.3 设计任务 (2)

1.2 设计资料 (2)

1.2.1 地形与城市规划资料 (2)

1.2.2 气象资料 (3)

1.2.3 地质资料 (4)

1.2.4 受纳水体水文与水质资料 (4)

第2章排水管网的规划设计 (5)

2.1 城市排水管网定线原则 (5)

2.1.1 排水工程规划设计的基本原则 (5)

2.1.2 排水管网的管道定线原则 (6)

2.2 排水体制确定及区域划分 (6)

2.2.1 排水体制的选择 (6)

2.2.2 排水区域的划分 (8)

2.3 排水系统的布置形式 (8)

2.4 污水设计流量的计算 (9)

2.4.1 水量计算公式 (9)

2.4.2 软件参数 (10)

2.5 污水管网的水力计算 (11)

2.5.1 水力计算的基本公式 (11)

2.5.2 污水管道水力计算的设计数据 (12)

2.5.3 污水管道水力计算时应注意的问题 (13)

2.5.4 污水管道水力计算结果 (14)

第3章雨水管渠设计 (15)

3.1 雨水管渠系统平面布置的原则 (15)

3.2 雨水管渠设计流量的确定 (16)

3.2.1 暴雨强度公式的确定 (16)

3.2.2 雨水管渠设计流量计算公式 (16)

3.2.3 径流系数ψ的确定 (17)

3.2.4 雨水管渠设计流量的计算 (17)

3.3 雨水管渠的水力计算 (18)

3.3.1 雨水管渠水力计算的设计数据 (18)

3.3.2 雨水管渠水力计算的方法 (18)

第4章污水泵站的设计 (20)

4.1 综述 (20)

4.2 初选水泵 (21)

4.2.1 预选水泵型号 (21)

4.2.2 水泵设计流量与扬程 (22)

4.2.3 水泵性能参数 (23)

4.3 集水井计算 (23)

4.4 泵站的附属设施计算 (25)

4.4.1 格栅计算 (25)

4.4.2 其它附属设施计算 (27)

4.5 泵房布置计算 (29)

4.5.1 泵房平面布置 (29)

4.5.2 泵房标高设计 (30)

第5章污水处理厂设计初步 (32)

5.1 设计方案的选择 (32)

5.2 污水量及污水处理程度的计算 (33)

5.2.1 污水设计流量 (33)

5.2.2 污水水质污染程度计算 (34)

5.2.3 污水处理程度计算 (34)

第6章污水的一级处理 (40)

6.1 格栅的设计计算 (40)

6.2 沉沙池的设计计算 (42)

6.3 初次沉淀池 (46)

6.3.1沉淀池池体设计计算 (46)

6.3.2进水集配水井设计 (49)

第7章污水的二级处理——SBR反应器 (53)

7.1 设计参数 (53)

7.2 曝气池尺寸计算 (55)

7.3 进出水系统 (55)

7.4 曝气系统的计算与设计 (56)

第8章污水的后续处理 (60)

8.1 消毒接触池的设计计算 (60)

8.2 污水计量设备 (63)

第9章污泥处理 (67)

9.1污泥量计算 (67)

9.1.1初沉池污泥量计算 (67)

9.1.2剩余污泥量计算 (67)

9.2污泥浓缩池计算 (68)

9.3贮泥池设计计算 (72)

9.4消化池设计计算 (74)

9.4.1容积计算 (74)

9.4.2平面尺寸计算 (76)

9.4.3消化池热工计算 (77)

9.4.4混合搅拌设备 (84)

9.4.5消化后污泥量计算 (85)

9.4.6沼气产量 (86)

9.4.7一级消化池的管道系统 (87)

9.4.8二级消化池的管道系统 (89)

9.4.9贮气柜 (91)

9.4.10沼气压缩机 (92)

9.5污泥脱水 (93)

9.5.1 污泥脱水量计算 (93)

9.5.2 脱水机器的选择 (94)

第10章污水处理厂的布置 (95)

10.1 污水厂的平面布置 (95)

10.1.1 各处理单元构筑物的平面布置 (95)

10.1.2 管道及渠道的平面布置 (95)

10.1.3 附属建筑物 (96)

10.2 污水厂的高程布置 (97)

10.2.1 污水的高程布置 (97)

10.2.2 污泥的高程布置 (98)

10.3 土建与公共工程 (99)

10.3.1 土建工程 (99)

10.3.2 公共工程 (99)

第11章污水处理厂投资估算与技术经济评价 (101)

11.1 投资估算 (101)

11.1.1 估算范围 (101)

11.1.2 编制依据 (101)

11.1.3 投资估算 (101)

11.2 劳动定员 (101)

11.2.1 生产组织 (101)

11.2.2 劳动定员 (102)

11.2.3 人员培训 (102)

11.3 运行费用和成本核算 (102)

11.3.1 成本估算的有关单价 (102)

11.3.2 运行成本估算 (103)

11.3.3 运行成本核算 (105)

致谢 (106)

参考文献 (107)

附录1 排水管网方案A计算表 (109)

附录2 排水管网方案B计算表 (137)

附录3 雨水干管计算表 (165)

附录4 空气管路计算表 (167)

附录5 空气管路计算用图 (169)

附录6 污水高程计算表 (170)

附录7 污泥高程计算表 (171)

附录8 污水厂投资估算表 (172)

绪论

1.1 概述

1.1.1城市概况

城市排水工程对于保护环境，促进工农业生产，保障人民健康都具有十分重要的意义，本设计为辽宁省大连地区A市的城市排水工程。

本工程为辽宁省大连地区某市的城市排水工程。该市占地11.2km2，人口约16.8万，属于中小城镇。该地区地势呈南北走向，北部地势高，南部地势低；中部高，东西方向略低；平均的坡度为1‰。从城市布局看，Ⅰ区属于老城区，Ⅱ区属于新城区，Ⅲ区属于开发区，城市整体沿着铁路和河流向东部发展。该镇地面平整，城市道路基本与等高线平行或略有交叉，属亚粘土区。城市常年主导风向为西风。镇南有河流经过，自西向东流。

因为该镇人口较多，城市污水排放量大，鉴于该城市的具体情况，市政府决定投资兴建污水排放及处理设施，以解决日益严重的环境问题。该项目对改善城市河流环境，保护人民身体健康，加速城市现代化建设具有重要的意义。

1.1.2设计范围

辽宁省大连地区A市没有污水排放及处理设施，本次设计设计范围包括排水管网、污水泵站、污水及污泥处理的方案选则、技术经济分析、工业设计及部分施工图设计、工程概算等。

1.1.3设计任务

1.分析自然现状的排水条件，经济合理的确定城市排水体制。

2.并确定排水管网的走向和位置，并进行经济比较。

3.泵站的数量和规模。

4.确定污水厂位置和规模。

5.进行管网的水力计算。

6.确定污水和污泥的处理流程，进行各构筑物的设计计算。

7.进行经济概算，成本核算。

8.绘制相关图纸。

1.2 设计资料

1.2.1地形与城市规划资料

（1）城市地形与总体规划平面图一张，比例为1：10000

（2）城市各区人口密度与居住区生活污水量标准（平均日）

表1—1

人口密度（人/公顷）

污水量标准（升/人·日）

Ⅰ区140 140

Ⅱ区150 160

Ⅲ区160 160 （3）城市各区中各类地面与屋面的比例（%）：

表1—2

区域 各种

屋面 混凝土与沥青

路面

碎石 路面 非铺砌 土路面 公园与绿地 Ⅰ区 50 10

10 10 20 Ⅱ区 50 10

10 20 10 Ⅲ区

50

10 20 10 10

（4

）工业企业与公共建筑的排水量和水质资料：

表1—3

企业或

公共建

筑名称

平均排水量m 3/d 最大排水量m 3/d SS mg/l COD mg/l BOD mg/l 总氮 mg/l 总磷 mg/l PH 水温 ℃ 火车站

600 50 300 400 200 20 10 7.0 10 造纸厂

4000 200 2400 6000 1100 40 20 7.9 20 游乐场 600 50 300 400 200

20 10 7.0 15 1.2.2气象资料

（1）气温（℃）等资料

表1—4

年平均气温

11 月平均最高 24 年最低气温

-24 月平均最低 -20 温度在-10°以下

的天数（天）

60 温度在0°以下的天数（天） 90 年最高气温 31 月平均气温 11

降雨量（mm/年） 400 年蒸发量（mm/年） 200

（2）常年主导风向：西风最大风速：40m/s

（3）设计暴雨强度公式及其参数：0.8

1900[10.66lg ](8)P q t ?+=+ 1.2.3地质资料

表1—5

土壤性质 冰冻深度 m 地下水位 m 承载力 Kpa 排水管网干管

处

亚黏土 -1.2 -8.0 ≥200 污水总泵站与

污水处理厂址 亚黏土 -1.2 -8.0 ≥200

1.2.4受纳水体水文与水质资料

表1—6 流量 流速 水位

标高

m

水温

DO

mg/l BOD mg /l SS

m g/l

SS 允许增加量mg/l 最小

流量

40 1.2 98.0 10 4 1.0 2.1 0.1 最高

水位

70 1.6 100.0 20 6 1.0 2.4 0.1 常水

位时 50 1.4 99.0 18 5 1.0 2.2

0.1 在污水总排放口40公里处有风景区，要求BOD≤1.1mg/l

排水管网的规划设计

2.1 城市排水管网定线原则

2.1.1排水工程规划设计的基本原则

排水工程是现代化城市和工业企业不可缺少的一项重要设施，是城市和工业企业基本建设的一个重要组成部分，同时也是控制水污染、改善和保护环境的重要措施。

排水工程的设计对象是需要新建、改建或扩建排水工程的城市、工业企业和工业区。他的主要任务是规划设计收集、输送、处理和利用各种污水的整套工程设施和构筑物，水管道系统和污水厂的规划和设计。

排水工程的规划设计是在区域规划以及城市和工业企业的总体规划基础上进行的，因此，排水系统规划设计的有关基础资料，应以区域规划以及城市和工业企业的规划与设计方案为依据，排水系统的设计规模、设计期限应根据区域规划以及城市的规划方案的设计规模和设计期限而定。

排水工程的规划与设计，应遵循下列原则：

⒈排水工程的规划应符合区域规划以及城市和工业企业的总体规划，并应与城市和工业企业中其他单项工程建设密切配合，互相协调。

⒉排水工程的规划与设计，要与邻近区域内的污水和污泥的处理和处置协调。

⒊排水工程的规划与设计，应处理好污染源治理与集中处理的关系。

⒋城市污水是可贵的淡水资源，在规划中要考虑污水经再生后回用的方案。

⒌排水工程的设计应全面规划，按近期设计，考虑远期发展有扩建的可能。并应根据使用要求和技术经济的合理性等因素，对近期工程做出分期建设的安排。

⒍在规划与设计排水工程时，必须认真贯彻执行国家和地方有关部门的现行有关标准、规范和规定。

⒎设计中应认真贯彻执行―全面规划、合理布局、综合利用、化害为利、依靠群众、大家动手、保护环境、造福人民‖的环境保护工作方针。

2.1.2排水管网的管道定线原则

在城镇（地区）总平面图上确定污水管的位置和走向称为污水管道系统的定线。正确的定线是合理的经济的设计管道系统的先决条件，是污水管道系统设计的重要环节。定线应遵循的重要原则是：应尽可能地在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能自流排出。为实现这一原则，定线时必须很好地研究各种条件，使拟订的路线能因地制宜的利用其有利因素而避免不利因素。定线时通常考虑的几个因素是：地形和用地布局，排水体制和线路数目，污水厂和出水口位置，水文地质条件，道路宽度，地下管线及构筑物的位置，工业企业和产生大量污水建筑物的分布情况，其中地形是影响管道定线的主要因素。

2.2 排水体制确定及区域划分

2.2.1排水体制的选择

合理的选择排水系统的体制，不仅从根本上影响排水系统的设计、施工、维护管理，而且对环境影响深远。同时体制的选择也影响排水系统工程的总投资和初期投资费用。排水系统体制的选择应满足环境保护的需要，根据当地条件，通过技术经济比较确定。

城市排水体制和管道系统是整个水污染控制和水太保护系统中的重要环节。但是数十年来过内对它们的研究显得十分薄弱，工程时间中暴露出许多矛盾和问题难以得到科学解答和技术支持，与发达国家相比至少有10年以上的差

距，在发达国家，已经不仅仅处于简单的―雨污分流‖等传统的观念了，已经明显地不能满足现代城市发展和生态环境保护的要求，例如美国现在已经成功的控制了点源污染，并且开始重视非点源污染和雨水径流的的控制。德国、日本，新西兰等这些发达国家也和美国差不多，对雨水的污染也进行了有效的控制。

此外，我国在污水处理技术方面有一种倾向，认为活性污泥法是最有效的，忽视和排斥了其它的处理方法和技术。其实在任何国家，都不是任何一种单一的处理方法能完全解决污水处理和水环境污染问题的，即使在发达国家。例如，美国也是采用多种处理方法来处理城市污水和工业废水的，美国共有稳定塘上万座，占处理污水总量的25% ，它与土地处理，人工湿地等系统成为中小社区(城镇

)的主要处理设施。近十年来，英国、德国、法国、荷兰等的人工湿地发展迅速，它与塘系统不仅成为中小城镇的主要污水处理设施，而且也成为雨水处理的主要设施，以及工业废水重要的处理技术。

在我国，现在依然使用传统的排水体系，存在的主要问题有以下4点：

1. 雨水资源大量流失，地下水位和地面下沉，水涝增加，城市生态环境恶

化；

2. 合流制溢流和分流制的雨水污染并存，将合流改为分流虽然减少溢流的

污染，但不能控制甚至会相应增加分流雨水的污染；

3. 合流制改建为分流制耗资巨大，耗时长，还有污染隐患；

4. 严重的雨污水管混接抵消了分流的作用，污染依旧，效益降低。

就全国来说，城市生活污水排放量已达到全国废水排放总量的40%左右，很多大城市及沿海城市甚至接近70%，而我国的城市污水处理率却还不到10%。城市日供水能力和污水处理不成比例，差距越来越大，使得城市生活污水对水环境的影响也越来越大。

据统计，我国工业废水处理设施的总处理率已达到87%，但实际上得到处理的工业废水还达不到该值。一些调查统计表明，我国工业废水处理设施只有1/3是运行正常的，1/3运行不正常，而另1/3停产不运行。不少污水处理厂有钱建得起，却无钱维持正常运行，一些中小城市建成的常规活性污泥法处理厂尤其如此，除资金缺乏之外，操作运行和管理人员技术和管理水平低，难以掌

握和操作技术复杂的处理过程和设备。

从造价方面看，据国外有的经验认为合流制排水管道的造价比分流制一般要低20?～40?，可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。

从维护管理方面来看，晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天时才接近满管流，因而晴天时合流制管内流速较低，易于产生沉淀。而分流制排水系统可以保持管内的流速，不致发生沉淀，同时，流入污水厂的水量和水质比合流质变化小的多，污水厂的运行易于控制。

从技术处理方面看，混合制把工业废水和生活污水混合排放，加大了污水的处理难度。

雨水虽然一般比较清洁，但是，随着工业化水平的提高，目前，雨水污染非常严重，特别是初期降雨时，雨水径流会挟带着大气、地面和屋面上的各种污染物，应给予特别的重视。对雨水进行处理已经是大势所趋。

根据以上四个方面，综合考虑A 市的现有情况，

决定采用分流制排水系统。它可以更有效率的处理污水，为远期建设雨水处理提供基础。因此，在本设计中只设计了一条雨水管道，以便于以后建设时提供参考。

2.2.2排水区域的划分

在本设计中，是以火车道为排水分界的，分为南北两区。

2.3 排水系统的布置形式

城市、居住区或工业企业的排水系统在平面上的布置，随地形、竖向规划、污水厂的位置、土壤条件、河流位置，以及污水的种类和污染程度等因素而定。

城市街道属于正南北、正东西走向，但是等高线与街道呈斜交叉，由于铁路分隔，确定为分区排水。且城市北高南低，所以采用正交截留式。由于干管方向为正东，而等高线有一定弧度，所以部分管线埋身会增大。管网预定了两个方案，属于局部比较，采用分区的正交截留式排水。

方案一：以火车道为分界，分为南北两区，两根主干管，穿越一次铁路，但一

段排水管从低处向高出排，增加了埋身，增加了施工难度和工程造价。

方案二：以北区的地势变化趋势最大的等高线垂直线分界，实现污水从高出排向低处，但是干管比方案一长，且穿越两次铁路。

2.4 污水设计流量的计算

2.4.1水量计算公式

1. 总变化系数K Z ??

?

?

?

??≥

<<≤=1000

3.1100057.253.211.0d d d

d Z Q Q Q Q K （2-1） 式中Q d ——平均日污水流量，L/s 。

2. 居民污水设计流量Q 1

∑=86400

1i i z N q K Q （2-2） 式中q i ——各排水区域平均日居民生活污水量标准，L/(cap·d)；

N i ——各排水区域在设计使用年限终期所服务的人口数，cap 。

3. 工业废水设计流量Q 2

()213.6i i i i i K q N f Q T -=∑

（2-3）

式中 q i

—— 各工矿企业废水量定额，m 3/单位产值；

N i —— 各工矿企业最高日生产产值；

T i —— 各工矿企业最高日生产小时数，h ；

f i —— 各工矿企业生产用水重复利用率； K i —— 各工矿企业废水量的时变化系数。