某城市污水处理厂工艺初步设计

中国矿业大学2010届本科生毕业设计第1页1设计内容和任务1.1毕业设计的任务根据已知资料，确定城市污水处理厂的工艺流程，计算各处理构筑物的尺寸，绘制污水处理厂的工艺流程图、平面布置图、高程图、主体构筑物平面和剖面图，并附详细的设计说明书和计算书。1.2设计内容及要求1．设计说明书：说明城市概况、设计任务、工程规模、水质水量。比较几种生活污水处理技术的技术特点（技术稳定性、投资成本、运行费用、占地大小、处理效果等）并确定所选用的技术。根据所选技术，完成方案设计、工艺总体设计和局部施工图设计（包括各构筑物设计计算、设备选型、投资估算及费用效益分析）。说明书应简明扼要，力求多用草图、表格说明，要求文字通顺、段落分明、字迹工整。说明书共50-70页。2．设计图纸：（不少于7张）（包括工艺流程图、平面布置图、高程图、主体构筑物平面和剖面图）。总平面布置图中应表示各构筑物的确切位置、外形尺寸、相互距离；各构筑物之间的连接管道及场区内各种管道的平面位置、管径、长度、坡度；其它辅助建筑物的位置、厂区道路、绿化布置等；污水污泥处理高程中标出各种构筑物的顶、底、水面以及重要构件的设计标高、地面标高等。3．英文翻译（英译汉3000-5000字符）。1.3设计资料1．概况——某城市位于黄淮平原。该市地形由南向北略有坡度，平均坡度为0.4‰，地面平整，海拔高度为黄海绝对标高3.9～5.0m，地坪平均绝对标高为4.80m。属粉质砂土区，承载强度7～11t/m2，地震裂度6度，处于地震波及区。全年最高气温38℃，最低-8℃。夏季主导风向为东南风。污水处理厂出水排入距厂150m的某河中，某河的最高水位约为4.10m，最低水位约为1.30m，常年平均水位约为2.50m。要求设计规模为200000m3/d。2．原水水质CODcr:300mg/LBOD5:200mg/LSS:180mg/LNH3-N：25-35mg/LTP:3.9mg/LpH=6-93．设计出水指标：该水经处理以后，水质应符合国家《污水综合排放标准》（GB18918－2002）中的一级标准。中国矿业大学2010届本科生毕业设计第2页2污水处理工艺流程说明2.1城市概况某城市位于黄淮平原。该市地形由南向北略有坡度，平均坡度为0.4‰，地面平整，海拔高度为黄海绝对标高3.9～5.0m，地坪平均绝对标高为4.80m。属粉质砂土区，承载强度7～11t/m2，地震裂度6度，处于地震波及区。全年最高气温38℃，最低-8℃。夏季主导风向为东南风。污水处理厂出水排入距厂150m的某河中，某河的最高水位约为4.10m，最低水位约为1.30m，常年平均水位约为2.50m。要求设计规模为200000m3/d。2.2污水处理工艺流程说明2.2.1工艺方案分析本项目污水处理的特点为：①污水以有机污染为主，BOD/COD=0.66,可生化性较好，重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标；②污水中主要污染物指标BOD、COD、SS值为典型城市污水值。针对以上特点，以及出水要求，现有城市污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。由于将来可能要求出水回用，处理工艺尚应硝化，考虑到NH3-N出水浓度排放要求较低，不必完全脱氮。现在主要的污水二级处理工艺有OA/2，氧化沟以及SBR等。1、OA/2工艺对于有脱氮除磷要求的城市污水处理厂，传统上往往考虑首选OA/2工艺，OA/2工艺根据活性污泥微生物在完成硝化、反硝化以及生物除磷过程对环境条件要求的不同，在不同的池子区域分别设置厌氧区、缺氧区和好氧区。OA/2工艺应用较为广泛，历史较长，已积累有一定的设计和运行经验，通过精心的控制和调节，一般可以获得较好的脱氮除磷效果，出水水质稳定，在国内外大中型城市污水处理厂常有采用。但OA/2工艺也有一定的缺点，主要表现为：需分别设置污泥回流和内回流系统，尤其是内回流系统，设计回流比往往在200%～300%左右或更大，这将增加投资和运行能耗，而且内回流的控制较复杂，对管理的要求较高。2、卡鲁塞尔氧化沟工艺卡鲁塞尔氧化沟工艺是一种单沟式环形氧化沟，在氧化沟的顶端设有垂直表面曝气机，兼有供养和推流搅拌作用。污水在沟道内转折巡回流动，处于完全混合形态，有机物不断氧化得以去除。该氧化沟一般设有独立的沉淀池和污泥回流系统。卡鲁塞尔氧化沟具有一般氧化沟的共同优点，工艺流程简单，抗冲击能力较强，出水水质较稳定；其独特之处在于：在处理某些工业污水时尚需预处理，但在处理城市污水时不需要预沉池；污泥稳定，不需消化池可直接干化；工艺稳定可靠；工艺控制简单；系统性能显示，BOD降解率达95%～98%，COD降解率达90%～95%，同时具有较高的脱氮除磷功效；系统不再使用转刷曝气机而采用立式低速搅拌机，沟深可增加到5m甚至8m，从而使曝气池的占地面积大大减少；氧化沟从“田径跑道式”向“同心圆式”转化，池壁公用，降低了占地面积和工程造价。由于表曝机数量少，沟内混合液自由流程很长，由紊流导致的流速不均有可能引起污泥沉淀，影响运行效果，难以避免供氧和搅拌的矛盾，尤其在进水水质较淡的情况下，为节能需降低表曝机的转速，但会急剧减弱搅拌能力，无疑雪上加霜，导致严重沉淀，淤积中国矿业大学2010届本科生毕业设计第3页污泥。对于大中型的氧化沟，水深不宜超过3.5m，否则应设置水下推进器，投资和成本会有所增加。单沟氧化沟平均溶解氧宜维持在2mg/L左右，加之单点供氧强度较大，耗能较高。卡鲁塞尔氧化沟结构简单，管理方便。对中小规模的城市污水处理厂有一定的适用性。3、改良的SBR类工艺SBR工艺早在20世纪初已有使用，由于人工管理的困难和繁琐未能推广应用。此法集进水、曝气、沉淀在一个池子中完成，一般由多个池子构成一组，各池工作状态轮流变换运行，单池由撇水器间接出水，故又称序批式活性污泥法。该工艺将传统的曝气池、沉淀池由空间上的分布改为时间上的分布，形成一体化的集约构筑物，并利于实现紧凑的模块布置，最大的优点是节省占地。另外，可以减少污泥回流量，有节能效果。典型的SBR工艺沉淀时停止进水，静止沉淀可以获得较高的沉淀效率和较好的水质。SBR经过不断演变和改良，又产生或同期发展为CASS，CAST和MSBR等工艺，进一步增强了脱氮除磷效果。与其他生物脱氮除磷工艺相比，MSBR是一种高效率的反应器，它综合了OA/2，SBR，UCT等工艺的优点，结构简单简凑，占地面积小，土建造价低，自动化程度高，MSBR系统中序批池在出水时，其特殊的构造形成了污泥层的过滤和截留作用，降低了水中悬浮物的浓度，使出水水质优于普通二沉池出水，系统可以维持较高的污泥浓度。循环式活性污泥法工艺（CAST）综合了活性污泥法和SBR工艺特点，与生物选择器原理结合在一起，具有抗冲击负荷和脱氮除磷功能。循环式活性污泥法工艺（CASS）为一间歇式反应器，在此反应器中活性污泥法过程按曝气和非曝气阶段不断重复，将生物反应过程和泥水分离过程在一个池子中进行。随着自动化控制的日益普及，CASS工艺由于其投资和运行费用低，处理性能高超，尤其是脱氮除磷功能越来越得到重视。但是SBR类工艺也有着局限性，包括反应器容积利用率低、水头损失大、不连续出水导致后续构筑物的容积偏大、峰值需氧量高、设备利用率低等缺点，特别是对于大型污水处理厂，进水量的增加导致需设计大量的SBR反应池并联运作，使操作管理变得复杂，运行费用也会提高。而且，由于SBR工艺设备利用率低，基建时费用也不会节省。以下为各种好氧生物处理工艺方法的技术经济指标比较各种好氧生物处理工艺方法的技术经济指标比较方案技术指标（BOD5去除率％）经济指标*运行情况基建费能耗占地运行稳定管理情况适应负荷波动备注传统活性污泥法85～95100100100一般一般不适应适用于中等浓度的生活污水和工业废水，对冲击敏感渐减曝气法85～95100100100一般一般一般空气供应逐渐减小以配合有机负荷的需要分段曝气法85～95100100100一般一般一般处理污水的范围较广完全混合85～90100100100稳简适应一般都能使用，中国矿业大学2010届本科生毕业设计第4页法定便能抗冲击负荷浅层曝气法85～91100100100稳定简便一般适用于中小型规模的污水厂深层曝气法85～95100100100稳定简便适应适用于中小型规模的污水厂深井曝气法85～90100100100稳定一般适应施工难度大，一般不用吸附再生法80～90100100100一般简便一般适用高悬浮固体污水纯氧曝气法85～95100100100一般麻烦适应一般应用于空间较小，有经济氧源的地方氧化沟90～95100100100稳定简便适应适用于中小型污水厂、需要脱氮除磷地区SBR90～99100100100稳定简便适应适用于中、小型污水处理厂AB法85～95100100约100一般简便适应可分期建设达到不同的水质要求A/O和A2/O90～95100100100一般一般一般需脱氮除磷的大型污水厂生物膜法=90100100约100稳定简便适应适用于小型污水厂而20万吨的处理量属于大中型污水处理厂，运用氧化沟及SBR并不合适。OA/2工艺对大型污水厂具有难以替代的优点：①OA/2法与氧化沟和SBR工艺相比最大优势是能耗较低、运营费用较低，规模越大这种优势越明显。对于大型污水厂来说，年运营费很可观，比如规模为400000m3/d的污水厂，1m3污水节省处理费1分钱，一年就节省146万元。这种工艺的能耗和运营费低的原因是：a.设置初沉池，利用物理法以最小的能耗和费用去除污水中相当一部分有机物和悬浮物，降低二级处理的负荷，显著节省能耗；b.污泥采用厌氧消化，它比氧化沟和SBR工艺的同步好氧消化显著节省能耗，是一种公认的节能工艺。这种工艺的基建投资一般情况下比氧化沟和SBR工艺高，但随着规模的增大，氧化沟和SBR的基建费也成倍增加，而常规活性污泥法的投资则以较小的比例增加，两者的差距越来越小。当污水厂达到一定规模后，常规活性污泥法的投资比氧化沟与SBR还省，所以，污水厂规模越大，常规活性污泥法的优势就越大。②OA/2法的主要缺点是处理单元多，操作管理复杂，特别是污泥厌氧消化要求高水平的管理，消化过程产生的沼气是可燃易爆气体，更要求安全操作，这些都增加了管理的难度。但由于大型污水厂背靠大城市，技术力量强，管理水平较高，能满足这种要求，因而常规活性污泥法的缺点不会成为限制使用的因素。2.2.2工艺流程考虑到进水量较大而水中杂质含量不是很大，故省略初沉池直接进入中国矿业大学2010届本科生毕业设计第5页图2.2.2工艺流程简图混合液回流格栅提升泵房沉砂池砂水分离砂厌氧池缺氧池好氧池二沉池接触池排放消毒剂泵房浓缩池贮泥池脱水间泥饼污泥回流进水中国矿业大学2010届本科生毕业设计第6页3工艺流程设计计算3.1设计流量计算平均流量：Qa=200000m3/d=8333.3m3/h=2.315m3/s总变化系数：Kz=0.11Qa7.2(Qa－平均流量，L/s)=11.023157.2=1.15∴设计流量Qmax：Qmax=Kz×Qa=1.15×200000=230000m3/d=9583.3m3/h=2.662m3/s3.2设备设计计算3.2.1中格栅格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。设计规定：(1)水泵处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求：1)人工清除25～40mm2)机械清除16～25mm3)最大间隙40mm(2)在大型污水处理厂或泵站前原大型格栅(每日栅渣量大于32.0m),一般应采用机械清渣。(3)格栅倾角一般用045～075。机械格栅倾角一般为060～070。(4)通过格栅的水头损失一般采用0.08～0.15m。(5)过栅流速一般采用0.6～1.0m/s。设计计算：图3.2.1中格栅计算草图(1)设格栅前水深h=1.2m，过栅流速v=0.9m/s，栅条间隙宽度b