某城镇污水处理厂初步设计毕业设计
灵宝市污水处理厂初步设计
摘要
水是人类的生命之源，它孕育和滋养了地球上的一切生物，并从各个方面为人类服务。但是，水环境中的淡水资源却很少，仅占总量的2.53%，而目前能供人类直接取用的淡水资源仅占0.22%。加之自然水源的季节变化和地区差异，以及自然水体遭到的普遍污染，致使可能直接取用的优质水量日益短缺，难以满足人们生活和工农业生产日益增长的需求，因此保护和珍惜水资源，是整个社会的共同职责。所以说水资源是基础性自然资源、战略性经济资源，水资源安全属于资源和经济安全。
80年代以来，废水生物处理新工艺的研究、开发和应用，已在全世界范围内得到了长足的进展，并出现了许多新型的废水生物处理技术。这些新工艺有的已在国内外实际工程中得到了良好的应用，有的已显示出其良好的应用发展前景、得到广大的研究者和工程技术人员的关注并正在得到不断深入的研究，他们的共同特点是高效、稳定、节能，并具有对污染物去除的多功能性，大多具有脱氮除磷等深度处理的良好效能，并正朝自动化控制的方向发展。
近年来，随着灵宝市经济不断发展，人口和工业产值也随之增加，生活用水和工业用水的需求也急剧扩大，如此必然引起污水量的增加，一系列水环境问题将日益突出。如不及时对产生的污水进行治理，那么灵宝市的水环境污染将严重下去，整个市区的生活环境和生态平衡都将受到更为严重的破坏，而这一切的恢复将是十分缓慢的，要为之付出的代价也十分昂贵。因此，必须建立一座生活污水处理厂。污水通过治理可以缓解和减轻水环境污染，缓解水资源的供需矛盾，为灵宝市的经济文化的发展创造有利条件。工程的兴建，一方面为人们提供优质的生活污水，提高人们的生活质量和健康水平；另一方面是工业用水水质得到保障。本设计是针对灵宝市的实际情况而设计的。由于灵宝市生活用水的流量较大、SS含量高、氮磷等也都需要有一定的去除。A2/O在同时脱氮除磷去除有机物的的工艺中，该工艺流程最为简单，总水力停留时间也少于同类其他工艺，在厌氧—缺氧—好氧交替运行下，丝菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀等优点。
关键词：污水处理，A2/O，脱氮除磷
The Process Design for LingBao Wastewater Treatment Plant
ABSTRACT
Water is the source of human life, conceived and nourish the all living things on the earth, and from all aspects for human services. However, fresh water resources in water environment is rarely, accounts for only 2.53% of the total, and can now directly access for human accounted for only 0.22% of freshwater resources. Combined with the seasonal variation and regional differences of natural water sources, as well as the general pollution of natural water bodies, and can directly access the water quality of increasingly scarce, hard to meet the needs of people's life and industrial and agricultural production is increasing, so protect and cherish water resources, is a common responsibility of society as a whole. So water is the foundational natural resource and strategic economic resources, water resources security belongs to resources and economic security.
Since the 80 s, a new process for biological treatment of wastewater in the research, development and application, it has been great progress in worldwide, and led to many new types of wastewater biological treatment technology. Some of these new techniques has got good application in practical engineering at home and abroad, some of which have been showing its good application prospect, receive the attention of researchers and engineers and is being constantly in-depth study, their common characteristic is high efficiency, stability, energy saving, and has the versatility of pollutant removal, most has the depth of processing such as nitrogen and phosphorus in good efficiency, and is developing in the direction of the automation control.
In recent years, With the economic development of LingBao, population and industrial output also increased, the living water and industrial water demand is increasing dramatically, so will cause the increased amount of sewage, a series of water environment problem increasingly prominent. If not in time to produce sewage treatment, so LingBao serious water environment pollution, the whole urban living environment and ecological balance will be more serious damage, the recovery of all of
these will be very slow, to pay the price is also very expensive. So we must build a sewage treatment plant. Sewage through governance can relieve and reduce the water pollution of the environment, ease the contradiction between supply and demand of water resources, for the economic and cultural development of LingBao create favorable conditions. Engineering construction, on the one hand provide people with the high quality of sewage, improve people's quality of life and health level; On the other hand is the industrial water quality guaranteed. This design is designed according to actual situation of LingBao. Because of its high LingBao life water flow, high SS content, nitrogen and phosphorus are also need to have a certain removal. A2O denitrification and phosphorus removal at the same time in the process of the organic matter, the process is the most simple, always similar hydraulic retention time is less than other processes, the alternating anaerobic - anoxic - aerobic running, bacteria will not thrive, SVI generally less than 100, advantages of sludge bulking will not occur.
KEY WORDS: Wastewater Treatment，A2/O，Nitrogen and phosphorus removal
目录
前言 (1)
第1章设计概论 (3)
1.1 设计依据和任务 (3)
1.1.1原始依据 (3)
1.1.2 设计内容 (3)
1.1.3 设计要求 (4)
第2章工艺流程图的确定 (5)
2.1 工艺流程的方案比较 (5)
2.1.1 SBR工艺 (5)
2.1.2 氧化沟工艺 (6)
2.1.3 A2/O工艺 (7)
2.2 工艺流程的选择 (8)
2.2.1 污水处理工艺 (9)
2.2.2污泥处理工艺 (11)
第3章主要构筑物计算 (13)
3.1 污水主干管 (13)
3.1.1 设计参数 (13)
3.1.2 泵前中格栅 (13)
3.2 污水提升泵房 (15)
3.3泵后细格栅 (17)
3.4 沉砂池 (18)
3.5 初沉池 (20)
3.6 A2/O工艺 (22)
3.7曝气系统设计计算 (25)
3.8二沉池 (28)
3.9接触池与加氯间 (30)
3.10污泥泵房 (31)
3.11污泥浓缩池 (32)
3.12贮泥池 (33)
3.13脱水间 (33)
第4章平面及高程布置 (35)
4.1污水厂的平面布置 (35)
4.1.1平面布置的一般原则 (35)
4.1.2平面布置的具体内容 (35)
4.2污水厂的高程布置 (36)
4.2.1 高程布置原则 (36)
4.2.2 高程布置的注意事项 (36)
4.2.3 高程布置方法 (37)
4.2.4高程布置计算 (38)
4.2.5污水提升泵静扬程校核 (40)
4.2.6污泥高程设计计算 (41)
结论 (42)
谢辞 (43)
参考文献 (44)
外文资料翻译 (45)
前言
本次毕业设计的课题是河南省灵宝市污水处理厂初步设计。
灵宝市位于河南省西部，由三门峡市代管。近年来，灵宝市经济社会发展迅速，城市发展所面临的资源环境问题日益突出，尤其是该市没有污水集中处理设施，这不利于该市水污染的有效防治和水资源的充分利用。因此，在强调坚持可持续发展，转变经济增长方式的今天，兴建污水处理厂便有着重大的现实意义。
本次设计的灵宝市污水处理厂规模较小，投资不宜过大，应考虑采用稳定可靠，成本低廉的处理工艺。本设计的总体污染物控制指标应达到GB18918-2002 所规定的一级B标准。在综合比较了多种常用工艺的基础上，为满足相关的技术要求，本设计决定采用A2/O处理工艺。
A2/O法又称AAO法，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称（厌氧-缺氧-好氧法），是一种常用的二级污水处理工艺，可用于二级污水处理或三级污水处理，以及中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。
该法是20世纪70年代，由美国的一些专家在AO法脱氮工艺基础上开发的。
工艺特点
1、本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总水力停留时间少于其他类工艺；
2、在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，不易发生污泥丝状膨胀，SVI值一般小于100；
3、污泥含磷高，具有较高肥效；
4、运行中勿需投药，两个A段只用轻轻搅拌，以不增加溶解氧为度，运行费用低；
存在的待解决问题：
1、除磷效果难再提高，污泥增长有一定限度，不易提高，特别是P/BOD 值高时更甚；
2、脱氮效果也难再进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高；
3、进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液对缺氧反应器的干扰。
本次设计是对我们三年大学学习的全面考察，要求我们综合运用所学知识，用科学理论解决具体的实际问题。通过本次设计，我们积累了必要的设计经验，这对我们今后的工作而言是十分重要的。
第1章设计概论
1.1 设计依据和任务
1.1.1原始依据
设计题目：灵宝市污水处理厂初步设计
设计基础资料：
污水厂面积：280m×140m
污水量：近期进水水量30000m3/d，2015年预计达到60000m3/d。
进水水质：
BOD5≤190 mg/L
CODcr≤390 mg/L
TN ≤40mg/L
SS ≤200 mg/L
氨氮≤35 mg/L
TP ≤3 mg/L
出水水质：
BOD5≤20 mg/L
CODcr ≤60 mg/L
TN ≤20mg/L
SS ≤20 mg/L
氨氮≤15 mg/L
TP ≤1 mg/L
去除率：E BOD5≥89.5％E COD cr≥84.6％E SS≥90％
E氨氮≥57.1％E TP≥66.67％
标高：进水管官内底标高为112m，河流洪水位标高为113 m。
1.1.2 设计内容
设计内容包括：选择污水处理厂工艺流程，确定主要设计参数、进行
主要构筑物的选型和有效尺寸计算、主要处理设备的选型、书写一份完整的设计说明书、图纸绘制等内容。
1.1.3 设计要求
要求学生进行污水处理厂的初步设计。
设计说明书：约两万字。
图纸：一号图纸一张，二号图纸4张。
第2章工艺流程图的确定
2.1 工艺流程的方案比较
城市污水处理厂的方案，既要考虑有效去除BOD5又要适当去除N、P。故可采用SBR、A/O除磷工艺、氧化沟法、A—B法以及A2/O法等处理工艺。
根据灵宝市污水处理厂的实际情况，考虑到其设计规模较小，属于小型污水处理设施，应在满足技术可行性的同时，应满足必要的经济可行性指标，尽量降低工程投资和运行成本。
综上，本设计决定对SBR工艺、A 2/O和氧化沟工艺三种工艺进行方案比选，从中选取最优方案作为本设计的最终方案。
2.1.1 SBR工艺
SBR（Sequencing Batch Reactor）工艺又称批序式活性污泥法，其主要特点是在单一的反应池内，污水顺序按进水、曝气、沉淀、排水周期进行，周而复始。
SBR工艺实现了在同一反应器内完成一系列工序，其主要工序包括：流入工序：注入原污水反应器，注满后进行反应，注水方式有单纯注水，曝气，缓速搅拌三种。
曝气工序：当污水注满后即开始曝气，根据污水处理的目的，脱氮除磷应进行相应的处理工作。
沉淀工艺：使混合液泥水分离，此时反应器相当于二沉池，
排放工序：排除曝气沉淀后产生的上清液，作为处理水排放，一直到最低水位，在反应器底部残留一部分活性污泥作为种泥。
待机工序：处理水排放后，反应器处于停滞状态等待下一个周期。
优点：
(1) 大多数情况下，无设置调节池的必要；
(2) SVI值较低，易于沉淀，一般情况下不会产生污泥膨胀；
(3) 通过对运行方式的调节，可灵活地进行脱氮除磷反应；
(4) 自动化程度较高；
(5) 当程序设置得当时，处理效果优于连续式；
(6) 单方投资较少。
缺点：
(1) 设备利用率较低，处理水量较小；
(2) 运行维护量大，操作要求高。
图 2—1 SBR 工艺流程图
2.1.2 氧化沟工艺
氧化沟又名氧化渠或循环曝气池，1950 年由荷兰公共工程研究所研究成功。其基本特征是曝气池呈封闭的沟渠形，形成闭合的廊道。污水和活性污泥的混合液在廊道中不停地循环流动，其水力停留时间一般较长，为15—16h, 泥龄长达15—30天，氧化沟工艺属于改进的延时曝气活性法。
氧化沟处理系统的构造形式较多，有圆形、马蹄形，平行多渠道形等。与氧化沟配套的二沉池也有合建或分建等多种形式，其供氧和推流均靠提升式表面曝气设备，这种设备分为早期使用的水平中心轴旋转叶轮和后来出现的卡鲁塞尔氧化沟所用的垂直或带叶片的曝气器，由于氧化沟水深较浅（一般3米左右），且流程较长，可以按照曝气器前作缺氧段，曝气器后作好氧段的方式设计运行，提供厌氧菌与好氧菌交替作用的条件，达到在缺氧段反硝化，在好氧段除BOD及硝化的设计目的。
优点：
(1) 工艺流程短，构筑物和设备少，不设初沉池，投资省，管理简便；
(2) 处理效果稳定可靠，有机污染物去除率较高，并且脱氮作用明显；
(3) 剩余污泥量少，污泥不需消化，性质稳定，易脱水，不会带来二
次污染；
(4) 造价低，建造快，设备事故率低，运行管理费用少；
(5) 污泥回流及时，不易产生污泥膨胀。
(6) 水力停留时间较长，耐冲击负荷。
缺点：
(1) 占地面积较大，土地利用率较低；
(2) 单位污水处理能耗稍高，不利于节能。
图 2—2 氧化沟工艺流程图
2.1.3 A2/O工艺
A2/O工艺是一种实用化的脱氮除磷工艺。在该工艺中，厌氧池用于生物除磷，缺氧池用于生物脱氮，原污水中的碳源物质（BOD）首先进入厌氧池，其中的聚磷菌优先利用污水中的易生物降解的有机物成为优势菌种，为生物除磷创造了有利条件，污水然后进入缺氧池，反硝化菌利用其他可以利用的碳源将回流到缺氧池的硝态氮还原成氮气排入大气中，达到生物脱氮的目的。
优点：
(1) 水力停留时间较短，总占地面积较小；
(2) 不易出现污泥膨胀，出水水质较好；
(3) 用于大型污水厂时运行费用较低；
缺点：
(1) 污泥需进行内回流，能耗较高；
(2) 污泥渗出液需化学除磷；
(3) 沼气回收经济效益差。
图 2—3 A2/O 工艺流程图
2.2 工艺流程的选择
本设计要求处理工艺既能有效地去除BOD、COD、SS等，又能达到同步脱氮除磷的效果。进水水质和出水水质的要求是选择除磷脱氮工艺的一个重要因素。为了达到排放标准，应该选用具有除磷和硝化功能的三级处理。
根据灵宝市污水处理厂的实际情况和本次设计的具体要求，对上述三种工艺方案进行了横向比较，综合考虑了各方案的工艺流程以及各自的优缺点后，本设计决定采用A2/O脱氮除磷处理工艺。此工艺的特点是管理维护简单；总水力停留时间小于其它的同类设备；厌氧(缺氧)/好氧交替进行，不宜于丝状菌的繁殖；基本不存在污泥膨胀问题；不需要外加碳源，厌氧和缺氧进行缓速搅拌，运行费用低；节省基建费用，占地面积相对较小；处理效率一般能达到BOD5和SS为95%
90%，总氮为70%以上，磷
-
为90%左右。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。因此宜选采用此方案来处理本次设计的污水。
本设计的具体工艺流程如下图：
图 2—4 A2/O 工艺流程图
2.2.1 污水处理工艺
1. 格栅
本污水处理厂设置粗、细两道格栅。格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截，以免其对后续处理单元的机泵或工艺管线造成损害。按栅条的种类可分为链条式格栅、弧形格栅、辐射式格栅、转筒式格栅和活动栅条式格栅。由于链条式格栅运行可靠，布局简洁，易于安装维护，本工艺选用链条式格栅。
格栅与水泵房的设置方式如下图所示：
图2—4格栅与泵房布置示意图
2. 沉砂池
沉砂池的形式，按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式和旋流式三种；按池型可分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池和旋
流沉砂池。
平流式沉砂池是常用的形式，污水在池内沿水平方向流动，具有构造简单、截留物及颗粒效果较好的优点；
竖流式沉砂池是污水自下而上由中心管进入池内，无机物颗粒藉重力沉于池底，处理效果一般较差；
曝气沉砂池是在池的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流垂直的横向恒速环流。
权衡比较之后，考虑到拟建污水处理厂的水质特点，从实际处理效率和经济运行成本出发，决定采用平流式沉沙池。
3. A2/O工艺
为了更好的脱氮除磷，采用倒置A2/O工艺
4. 沉淀池
平流式沉淀池：由流入装置、流出装置、沉淀区、缓冲层、污泥区及排泥装置等组成。流入装置由配水槽、挡流板组成，流出装置由流出槽与挡板组成，缓冲层的作用时避免已沉污泥被水流搅起以及缓解冲击负荷，污泥区起贮存、浓缩和排泥作用，排泥方式有静水压力法、机械排泥法。
辐流式沉淀池：池型成圆形或正方形，直径（或边长）6-60m，池周水深1.5-3.0m，用机械排泥，池底坡度不宜小于0.05。可用作初沉池或二沉池。
竖流沉式淀池：池型可用圆形或正方形。为了池内水流分布均匀，池径不宜太大，一般采用4-7m。沉淀区呈柱形，污泥斗呈截头倒锥体。
辐流沉淀池工艺成熟，适合范围广，故采用之。
5. 污水消毒设施
紫外线消毒法的投资较小，但不能长时间持续其消毒效果；臭氧消毒效率高，不产生难处理或生物积累性残余物，但其设备投资高昂，维护工作复杂；液氯消毒效果可靠，设备简单，成本低廉，故本设计采用液氯消毒工艺。
本设计设置隔板式接触池和配套的加氯、贮氯设施。
2.2.2污泥处理工艺
1. 污泥处理的要求
污泥生物处理过程中将产生大量的生物污泥，有机物含量较高且不稳定，易腐化，并含有寄生虫卵，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。
污泥处理要求如下：
第一，减少有机物，使污泥稳定化；第二，减少污泥体积，降低污泥后续处置费用；第三，减少污泥中有毒物质。
2. 常用污泥处理的工艺流程：
方法1方法2方法3方法4图2—5 常用污泥处理工艺流程图
城市污水处理厂所产生的污泥约为处理的水的体积的 0.5%-1.0%左
右。这些污泥一般富含有机物、病菌等，若不加处理随意堆放，将对周围环境造成新的污染。在上图所示的几种常用的工艺中，由于本方案中氧化沟已经要求实现污泥的好养稳定，且作为小型污水厂建设、维护污泥消化
设施尚有很多现实问题，故不采用方法 1；方法 3设备投资和运行费用过于昂贵，目前仅用于工业污泥和垃圾的处理，不具有经济可行性；方法 4直接作用于农田，对重金属的含量要求十分严格，本设计中的污水处理厂同时处理生活污水和工业废水，其中工业废水中将不可避免的含有较多量的重金属，会对农田造成较为严重的二次污染。
因此，经过几种工艺的比较，决定采用方法2，即对污泥进行浓缩，脱水处理后，将泥饼外运，进行最终处置。其中污泥浓缩，脱水有两种方式选择，污泥含水率均能达到80%，方案如下：
1. 方案一：污泥机械浓缩、机械脱水；
2. 方案二：污泥重力浓缩、机械脱水。
表2—1 两种污泥浓缩方法比较
由上表可见方案一优于方案二，因此本工程污泥处理工艺选用污泥机械浓缩，机械脱水。
第3章主要构筑物计算
3.1 污水主干管
污水主干管将城市污水收集后输送至污水处理厂，本设计中污水主干管采用钢筋混凝土圆管。
3.1.1 设计参数
设计流量：
平均流量：Q a=30000m3/d=347 L/S=0.579 m3/s
生活污水量总变化系数K z=1.45(查表)
则Q max=1.45×347≈503 L/S=0.503 m3/s
3.1.2 泵前中格栅
格栅由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属筛网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端、用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物。
1．设计参数：
栅前流速v
1=0.6m/s，过栅流速v
2
=0.8m/s
栅条宽度s=0.01m，格栅间隙b=20mm
栅前部分长度0.5m，格栅倾角α=60°
单位栅渣量ω
1
=0.08m3栅渣/103m3污水2．设计计算
（1）确定格栅前水深，根据最优水力断面公式Q=2h 2v 计算得:栅前槽宽
1
112v Q B ==1.3m,则栅前水深h= B 1/2=1.3/2=0.65m （2）栅条间隙数
==21sin bhv Q n α0.503sin60° /(0.02×0.65×0.8)=45
设两组格栅,每组间隙数23个
（3）栅槽宽度B 1=s （n-1）+bn=0.01×﹙23－1﹚＋0.02×23＝0.68m
（4）进水渠道渐宽部分长度1
11tan 2αB B L -==(1.56－1.3)/2tan20°=0.36m （其中α1为进水渠展开角）
（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度2
12L L =
=0.18m （6）过栅水头损失（h 2）
因栅条边为矩形截面，取k =3，则 m g v k kh h 09.0303.0sin 2201=?===αε
其中ε=β（s/e ）4/3
h 0：计算水头损失
k ：系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3
ε：阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β=2.42
（7）栅后槽总高度（H ）