城市污水处理厂工艺设计计算书

'北山城市污水处理厂工艺设计设计说明书1设计题目北山城市污水处理厂工艺设计2设计资料2.1工程概况根据城市总体规划，本工程设计年限按2025年考虑。至2025年，本工程服务范围内规划人口约50000人，人均综合生活用水量指标取380L/（人·d）。工业用水量为30000m3/d，生活用水按总用量的40%计，污水量按用水量的83%计。2.2基础资料2.2.1进出水资料污水厂设计进出水水质对照表单位：mg/LCODcrBOD5SSNH3－NTP进水450200250253出水≤60≤20≤20≤50.32.2.2城市气象资料污水处理厂所处城市气象资料年平均气温17℃最高气温40.3℃最低气温-11℃年平均降雨日132天无霜期平均264天年平均降雨量1382.6㎜冰冻线深800㎜主风向东南风24 3设计要求3.1污水厂设计原则1校核水处理构筑物的处理能力，水处理单体构筑物基本上按最高日最高时流量进行设计；2污水厂应按近期设计，考虑远期发展；3污水厂设计时应考虑各构筑物或设备进行检修、清洗及部分停止工作时，仍能满足处理要求，能够达到系统正常70%的处理能力；4设计中必须遵守设计规范的规定。但是对于实行之有效，经济效益高，技术先进的新工艺，新设备和新材料，应积极采用不必受先行设计规范的约束。3.2平面布置设计原则1布置紧凑，以减少水厂占地面积和连接管渠的长度，便于操作管理；2充分利用地形，力求挖填土方平衡以减少填挖土方量和施工费用；3各构筑物之间连接管渠应简单，尽量避免立体交叉，并考虑施工，检修方便；4建筑物布置应注意朝向和风向；5生产区和生活区应尽量分开；3.3污水厂总平面图的布置本污水处理厂平面布置在满足工艺流程的前提下进行布置，大致分为生活区、污水处理区、污泥处理区三区，布置紧凑，进出水流畅；其中，综合办公楼、宿舍楼、食堂、浴室等在入厂正门一侧附近，方便本厂职工办公和起居生活，同时也方便外来人员；隔栅间气味大，锅炉房多烟尘，污泥区设在夏季主导风向的下风向、在脱水机房附近设有后门，以减少煤、灰、泥饼、栅渣外运时对环境的污染。24 4污水与污泥处理工艺选择4.1污水处理工艺处理厂的工艺流程是指在达到所要求处理程度的前提下，污水处理各单元的有机组合；构筑物的选型是指处理构筑物形式的选择。两者是相互联系，互为影响的。城市生活污水一般以BOD物质为主要去除对象。由于经过一级处理后的污水，BOD只去除30％左右，仍不能排放；二级处理BOD去除率可达90％以上，处理后的BOD含量可能降到20-30mg/L，已具备排放水体的标准*4。又该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故本设计采用A/A/O法。污水处理工艺流程如图1所示。该流程包括完整的二级处理系统和污泥处理系统。污水经由一级处理的隔栅、沉沙池和初沉池进入二级处理的厌氧池缺氧池和曝气池，然后在二次沉淀池中进行泥水分离，二沉池出水后直接排放。二沉池中一部分污泥作为回流污泥进入二级处理部分，剩余污泥与初沉池污泥进入污泥浓缩池，经浓缩之后的污泥进入脱水机房加药脱水，最后外运。进水格栅提升泵房沉砂池砂水分离砂初沉池厌氧池缺氧池好氧池二沉池接触池排放消毒剂初沉污泥泵房浓缩池贮泥池脱水间泥饼24 图1污水处理厂设计工艺流程图优点：①该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间，总产占地面积少于其它的工艺。②在厌氧的好氧交替运行条件下，丝状菌得不到大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。③污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。④运行中无需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以保证充足溶解氧浓度，运行费低。缺点：①除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD值高时更是如此。②脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高，否则增加运行费用。③对沉淀池要保持一定的浓度的溶解氧，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，但溶解浓度也不宜过高。以防止循环混合液对缺反应器的干扰。4.2污泥处理工艺初沉池污泥机械脱水二沉池污泥重力浓缩池贮泥池泥饼外运24 5构筑物的选择5.1格栅5.2平流式沉砂池5.3平流式沉淀池-初沉池5.4A2O曝气池5.5平流式沉淀池-二沉池5.6重力浓缩池设计计算书1处理率计算处理率=(200-20)/200=90%处理率=(450-60)/450=86.7%SS处理率=(250-20)/250=92%处理率=(25-5)/25=80%2流量计算服务人口数量：50000人；人均用水量指标：380L/（人·d）；24 生活用水比例：40%；污水量占生活用水量比例：83%；工业集中排水量：30000m3/d；污水处理量：Q=380L/（人*d）*50000人*40%*83%/1000+30000m3/d=36308m3/d=0.420m3/s；总变化系数：Kz=1.4；最大流量：Qmax=[380L/（人*d）*50000人*40%*83%/1000]*1.4+30000m3/d=38831m3/d=0.449m3/s3构筑物计算3.1粗格栅：格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道上、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物。一般情况下，分粗细两道格栅。设计流量Qmax=38831m3/d=0.449m3/s栅前流速，过栅流速栅前部分长度0.5m,格栅倾角(1)设栅前水深0.8m则=0.4m(2)栅前间隙数=23.2取24a——格栅倾角，取a=60°；n——设计的格栅组数；e——栅条间隙，取e=50mm；h——格栅栅前水深，取h=0.67m；——过栅流速，取v=0.9m/s；(3)栅条有效宽度m24 s——栅条宽度，取s=10mm(1)过栅水头损失式中——格栅受污物堵塞时的水头损失增大系数，一般采用3g——重力加速度，取9.81b——栅条间隙，取b=20mm；S——栅条宽度，取S=10mm；v——过栅流速，取v=0.9m/s；a——格栅倾角，取a=60°其中栅条断面形状为锐边矩形，根据相关说明取=2.42取栅前渠道超高部分栅前槽总高度m(2)设水渠渐宽部分展开角则进水渠渐宽部分长度0.17m格栅与出水渠道渐宽部分长度m(3)格栅总长度=2.47m3.2提升泵房本设计采用传统活性污泥法工艺系统，污水处理系统简单，只考虑一次提升。污水经提升后再过细格栅，然后经平流沉砂池，自流通过初沉池、曝气池、二沉池及接触池，最后由出水管道排入纳污河流。（1）泵房进水角度不大于45度。（2）相邻两机组突出部分得间距，以及机组突出部分与墙壁的间距，应保证水泵轴或电动机转子再检修时能够拆卸，并不得小于0.8。如电动机容量大于55KW时，则不得小于1.0m，作为主要通道宽度不得小于1.2m。（3）泵站采用矩形平面钢筋混凝土结构半地下式，尺寸为15m×12m，高24 12m，地下埋深7m。（4）水泵为自灌式。3.2.1泵房设计计算各构筑物的水面标高和池底埋深计算见高程计算。再根据设计流量0.449m3/s，属于大流量低扬程的情形，考虑选用选用5台350QW1200-18-90型潜污泵（流量1200m3/h，扬程18m，转速990r/min，功率90kw），四用一备，流量：=0112m3/s=404.1m3/h集水池容积：考虑不小于一台泵5min的流量：=33.675m3取有效水深h=1.3m，则集水池面积为:：=25.903m2泵房采用圆形平面钢筋混凝土结构,尺寸为15m×12m,泵房为半地下式地下埋深7m，水泵为自灌式。3.3细格栅3.3.1设计参数确定已知参数：Qmax=0.449m3/s。栅条净间隙为3-10mm，取e=10mm，格栅安装倾角600过栅流速一般为0.7m/s,取=0.9m/s,24 栅条断面为矩形，选用平面A型格栅,栅条宽度S=0.01m，其渐宽部分展开角度为2003.3.2设计计算细格栅设计两组，每组的设计流量为：Q=0.224m3/s=224L/s（1）确定格栅前水深，根据最优水力断面公式计算得栅前槽宽B1=0.80m，则栅前水深=0.4m（2）栅条间隙数=57.9n取60（3）栅槽有效宽度B=s（n-1）+en=0.01（60-1）+0.01×60=1.19m（4）进水渠道渐宽部分长度=0.53m（其中α1为进水渠展开角，取α1=）（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度=0.268m（6）过栅水头损失（h1）因栅条边为矩形截面，取k=3，则其中：h0：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=3ε：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）取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽总高度H1=h+h2=0.4+0.3=0.7m栅后槽总高度H=h+h1+h2=0.4+0.26+0.3=0.96m（8）格栅总长度L=L1+L2+0.5+1.0+H1/tanα=0.53+0.268+0.5+1.0+0.7/tan60°=2.20m3.4平流式沉砂池（1）平流沉砂池长度：L设：（流速要求在0.15～0.3m/s）；（停留时间要求为30s～60s）。则：。24 （2）水流断面积A==1.796m2（3）池总宽度：设2格，取格宽；则：（4）有效水深：h2==1.796/3=0.598<1.2m满足要求（5）沉砂池室所需容积：设计T=2d，即考虑排泥间隔天数为2天，则每个沉砂斗容积为：v==2.216m3（6）每个沉砂斗容积：设取一个分格有两个沉砂斗,则V0==0.554m3（7）沉砂斗各部分尺寸设计斗底宽a1=0.50m，斗壁与水平面的倾角为60°，斗高hd=1.0m，则沉砂斗上口宽：沉砂斗容积：（8）沉砂室高度：采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗，则：则沉泥区高度为：24 池总高度H:设超高，则总高为（9）进水渐宽部分长度：（10）出水渐窄部分长度：（11）排砂管道本设计采用沉砂池底部管道排砂，排砂管道管径3.5平流式沉淀池3.5.1设计参数：（1）沉淀时间选取1.5h；（2）沉淀池数量3；（3）各沉淀池分格数2；（4）超高选取h1=0.3m；（5）缓冲层高度选取h3=0.5m；（6）表面负荷选取q’=2.0m3/(m2*h)；（7）采用机械排泥；（8）长宽比不小于4；（9）长深比在8-12之间；（10）池底纵坡在0.01-0.02之间选取0.01；（11）水平流速6mm/s；3.5.2设计计算：平流式沉淀池总表面积：总表面积A’==756m2沉淀部分有效水深：24 有效水深h2==3m；沉淀部分有效容积：有效容积V’=Qt*3600=2268m3池长：池长L’=vt*3.6=32.4m平流式沉淀池宽度：总宽度B’==22.90m每格宽度B’’=B’/6=4m；污泥部分所需总容积：每人每日污泥量S取0.5L/（人*d）；两次清除污泥时间间隔T取0.4d；总容积V=10m3；污泥高度h4=V/A’=0.013m取0.02m；平流式沉淀池总高度：总高度H=3.82m；3.6AAO曝气池：根据原始数据与基本参数，首先判断是否可采用A²/O法。COD/TN=450/35=12.8＞8,BOD5/TP=200/3=66.7＞20，符合条件。3.6.1设计参数计算（1）水力停留时间HRT为t=8h。（2）BOD污泥负荷为Ns=0.18㎏BOD5/(㎏MLSS*d)。（3）回流污泥浓度为Xr=10000㎎/L。（4）污泥回流比为50%。（5）曝气池混合液浓度﹛X﹜=×Xr=×10000=3333㎎/L≈3.3㎏/m³24 3.6.2求内回流比RTN去除率为3.6.3A²/O曝气池容积计算（1）有效容积﹛V﹜=Qt=1512×8=12096m³（2）池有效深度H1=1.5m（3）曝气池有效面积³（4）分两组，每组有效面积==4000m³（5）设5廊道曝气池，廊道宽8m。单组曝气池长度（6）各段停留时间A1∶A2∶O=1∶1∶43.6.4剩余污泥量W降解BOD产生的污泥量为24 =0.55××(0.18-0.02)=3200㎏/d内源呼吸分解泥量=0.75×3300=2475=2.48㎏/m³0.05×12096×2.48=1500㎏/d不可生物降解和惰性悬浮物（NVSS）该部分占TSS约50%，则=（0.15-0.03）××50%=2200㎏/d剩余污泥量﹛W﹜=W1-W2+W3=3200-1500+2200=3900㎏/d3.7平流式二沉池3.7.1设计参数：（1）沉淀时间选取1.5h；（2）沉淀池数量3；（3）各沉淀池分格数2；（4）超高选取h1=0.3m；（5）缓冲层高度选取h3=0.5m；（6）表面负荷选取q’=2.0m3/(m2*h)；（7）采用机械排泥；（8）长宽比不小于4；（9）长深比在8-12之间；（10）池底纵坡在0.01-0.02之间选取0.01；（11）水平流速6mm/s；3.7.2设计计算：平流式沉淀池总表面积：总表面积A’==756m224 沉淀部分有效水深：有效水深h2==3m；沉淀部分有效容积：有效容积V’=Qt*3600=2268m3池长：池长L’=vt*3.6=30m平流式沉淀池宽度：总宽度B’==24m每格宽度B’’=B’/6=4m；污泥部分所需总容积：每人每日污泥量S取0.5L/（人*d）；两次清除污泥时间间隔T取0.4d；总容积V=10m3；污泥高度h4=V/A’=0.013m取0.02m；平流式沉淀池总高度：总高度H=3.82m；3.8计量堰设计计算本设计采用巴氏计量槽,主要部分尺寸：L2=0.6mL3=0.9mB1=1.2b+0.48(m)’;B2=b+0.3(m)应设计在渠道直线段上，直线段长度不小于渠道宽度的8-10倍，计量槽上游直线段不小于渠宽2-3倍，下游不小于4-5倍，喉宽b一般采用上游渠道水面宽的1/2-1/3。当W＝0.25-0.3时，为自由流，大于为潜没流，矩形堰流量公式为24 其中m0取0.45，H为渠顶水深，b为堰宽，Q为流量。得；Q＝1389L/s则H1=0.70m,b=1m则=0.5×1+1.2=1.7mL2=0.6mL3=0.9mB1=1.2b+0.48(m)=1.2×1+0.48=1.68mB2=b+0.3(m)=1.3m取H2=0.45m，则为自由流。计算简图如图：巴氏计量堰设计计算简图3.9重力浓缩池污泥含水率高，体积大，从而对污泥的处理、利用及输送都造成困难，所以对污泥进行浓缩。重力浓缩法是利用自然的重力沉降作用，使固体中的间隙水得以分离。重力浓缩池可分为间歇式和连续式两种，我们选用间歇式重力浓缩池。如图所示：24 污泥浓缩池设计简图3.9.1浓缩污泥量的计算其中，—每日增长（排放）的挥发性污泥量（VSS），㎏/d；Q(Sa-Se)—每日的有机污染物降解量，㎏/d；Y—污泥产率，生活污水0.5-0.65，城市污水0.4-0.5；VXV----曝气池内，混合液中挥发性悬浮固体总量，㎏，XV=MLVSS；Kd——衰减系数，生活污水0.05-0.1，城市污水0.07左右取Y＝0.5，Kd＝0.07，Sa＝200mg/L，Se＝20mg/L,Q=36288m3/d，V=12000m3,则:XV=f×MLSS=0.75×4300/1000=3.225㎏/L剩余污泥量：24 采用间歇式排泥，剩余污泥量为150m3/d，含水率P1＝99.2％，污泥浓度为12㎏/m3,含水率P2＝97％。3.9.2浓缩池各部分尺寸计算（1）浓缩池的直径采用两个圆形间歇式污泥浓缩池。有效水深h2取2m，浓缩时间取16h。则浓缩池面积则其污泥固体负荷为：浓缩池污泥负荷取20-30之间，故以上设计符合要求。采用两个污泥浓缩池，则每个浓缩池面积为：A0＝50/2＝25㎡则污泥池直径：取D=6m（2）、浓缩污泥体积的计算则排泥斗所需体积为40×16/24＝26.67m3（3）、排泥斗计算，如图，其上口半径其下口半径为0.5，污泥斗倾角取45度，则其高h1=1m。则污泥斗容积>107.5m3（4）、浓缩池高度计算：24 H=h1+h2+h3=1+2+0.3=3.3m排泥管、进泥管采用D=300mm，排上清液管采用三跟D＝100mm铸铁管。浓缩池后设储泥罐一座，贮存来自除尘池的新污泥和浓缩池浓缩后的剩余活性污泥。贮存来自初沉池污泥400m3/d，来自浓缩池污泥161.24m3/d。总污泥量取600m3/d。设计污泥停留时间为16小时，池深取3m，超高0.3m，缓冲层高度0.3m。直径6.5m。3.10厌氧消化池（1）消化池的计算草图如下：厌氧消化池计算草图（2）初沉池污泥量计算：使用公式：-分别是进水与沉淀池水的悬浮物浓度；-污泥含水率：；-污泥容重：；-两次排泥时间间隔。则可得：（3）剩余活性污泥量经浓缩后量：24 设活性污泥量经浓缩后含水率由变为，则：厌氧消化采用中温两级厌氧消化处理，消化池停留天数为30d，其中一级消化为20d，二级消化为10d，消化池控制温度为～,计算温度为,新鲜污泥平均温度为,日平均最低温度为。池外介质为空气时，全年平均温度为，冬季室外计算气温为。池外介质为土壤时，全年平均温度为，冬季室外计算气温为。则：消化池容积为：采用4座一级消化池，则每座池子的有效容积为：经计算可得：池子直径采用；集气罩直径；池子下锥底直径；上锥体高度；下锥体高度；消化池柱体高度应＞则消化池总高度为：消化池各部分容积计算：集气罩之积：弓形部分容积：24 圆形部分容积为：下锥体部分容积为：则消化池有效容积为：＞，合格。二级消化池总容积：采用两座二级消化池，且两座一级消化池串联一座二级消化池，则两座二级消化池有效容积为：二级消化池各部分尺寸同一级消化池。本设计近期使用4座消化池，远期使用6座消化池。各部分尺寸均相同，经校核负荷规定。24 3.11储泥灌与污泥脱水机房设计计算采用带式压滤机将污泥脱水。选用两台机房按照污泥流程分为前后两部分，前部分为投配池，用泵将絮凝剂加入污泥。后面部分选用7D—75型皮带运输机两台，带宽800毫米。采用带式压滤机将污泥脱水，设计选用两台带式压滤机，则每台处理污泥流量为：选用DY—2000型带式压滤机两台，工作参数如下：滤带有效宽度2000毫米；滤带运行速度0.4-4m/min进料污泥含水率95-98％，滤饼含水率70-80％产泥量50-500kg/h·㎡用电功率2.2kW重量5.5吨外形尺寸（长×宽×高）：10×6×2m根据以上数据设计污泥脱水机房。4高程布置原则1、保证污水在各构筑物之间顺利自流。2、计算管道沿程损失、局部损失，各处理构筑物、计量设备及联络管渠的水头损失；考虑最大时流量、雨天流量和事故时流量的增加，并留有一定的余地；还应考虑当某座构筑物停止运行时，与其并联运行的其余构筑物及有关的连接管渠能通过全部流量。3、考虑远期发展，水量增加的预留水头。4、选择一条距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算。5、计算水头损失时，一般应以近期最大流量作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头。24 6、设置终点泵站的污水厂，水力计算常以接受处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒推计算，以防处理后的污水不能自由流出。二泵站需要的扬程较小，运行费用较低。但同时应考虑挖土深度不宜过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难。7、协调好高程布置与平面布置的关系，做到既减少占地，又有利于污水、污泥输送，并有利于减少工程投资和运行成本。8、污水处理厂高程布置的任务是：确定各处理构筑物和泵房等的标高，选定各连接管渠的尺寸并决定其标高。计算决定各部分的水面标高，以使污水能按处理流程在处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理厂的正常运行。4.1高程计算主要构筑物提升泵扬程：66.2-62.6+2+2=7.6m，取8m名称水头损失(m)水面上游标高(m)水面下游标高(m)地面标高(m)备注出水口至二沉池0.264.364.164.5二沉池0.364.664.364.5二沉池至曝气池0.264.864.664.5曝气池0.565.364.864.5曝气池至初沉池0.265.565.364.5初沉池0.365.865.564.5初沉池至沉砂池0.26665.864.5沉砂池0.266.26664.5细格栅至沉砂池0.262.462.664.5提升泵细格栅0.262.262.464.5中格栅至细格栅0.26262.264.524 中格栅0.261.86264.54.2污泥处理系统高程计算名称水头损失(m)上游泥面标高(m)下游泥面标高(m)地面标高(m)备注二沉池至浓缩池0.165.665.764.5浓缩池0.265.465.664.5浓缩池至一级消化池0.165.365.464.5一级消化池0.265.165.364.5一级消化池至二级消化池0.16565.164.5二级消化池0.264.86564.5二级消化池至脱水间0.164.764.864.5脱水间0.264.564.764.524'