本科毕业设计-城市污水处理工艺设计
ABSTRACT
With the development of modern society and economics , environmental issues are coming to our attention more and more . Pollution caused by domestic wastewater is getting worse and well noticed .Sewage treatment is becoming very important and indispensable .This paper is focused on the process design in our country for domestic wastewater treatment , and select the best process scheme to make the treated water reach the quality that required .
This design have adopted the OD process and the procedure is simple ,management is convenient ,do not need to add the first sinking pool , digestive system ,reducing building and operating expenses , realizing automation totally . At the same time , easy to manage ,making the water reach sewage discharge standard , accomplish the rational utilization of water resource.
KEY WORDS: Grid Pumping House OD The Second Sinking Pool Nitrogen and phosphor removal
1绪论
1.1课程设计题目
城市污水处理工艺设计
1.2 设计依据
(1)污水水量
(a) 拟建污水处理规模是平均流量为40000 m3/d；
(b) 城市污水主要包括居民生活污水和工业废水；
(c) 城市混合污水变化系数：总变化系数 Kz=1.37。
(2) 进水水质
BOD5=170mg/L；TN=35mg/L； TP=3.8mg/L；总碱度=2000 mg/L。
(3) 出水水质
城市污水经处理后，就近排入厂区附近某河流。污水处理厂出水水质根据GB18918－2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级排放标准（B 标准），污水厂出水水质控制为：
BOD5≦20mg/L； CODcr≦60mg/L； SS≦20mg/L；TN≦20mg/L； TP≦1.0mg/l。
1.3 处理程度
污水处理程度是由对象和地区排放标准决定。
1.3.1 进出水水质
进出水水质见表1。
表1 进出水水质
1.3.2 去除率
设去除率为E ，则有
E= ×100％
式中：0C ——进水物质浓度；
e C ——出水物质浓度。
（1） BOD5去除率：E= ×100％=88.24％ （2） TN 去除率: E= ×100％=42.86％
（3） TP 去除率：E= ×100％=60.53％ 2 城市污水处理方案的确定
2.1 确定污水处理方案的原则
(a)城市污水处理应采用先进的技术设备，要求经济合理，安全可靠，出水水质好；保证良好的出水水质，效益高；
(b)污水厂的处理构筑物要求布局合理，建设投资少，占地少；自动化程度高，便于科学管理，力求达到节能和污水资源化，进行回用水设计；
(c)为确保处理效果，采用成熟可靠的工艺流程和处理构筑物；提高自动化程度，为科学管理创造条件；
(d)污水处理采用生物处理，污泥脱水采用机械脱水并设事故干化厂；污水采用季节性消毒；
(e)提高管理水平，保证运转中最佳经济效果；充分利用沼气资源，把沼气作为燃料； (f)查阅相关的资料确定其方案。
0e 0
C C
C -17020
170
-3520
35
-3.8 1.5
3.8
-
最佳的处理方案要体现以下优点：
(a)保证处理效果，运行稳定；
(b)基建投资省，耗能低，运行费用低；
(c)占地面积小，泥量少，管理方便。
2.2 污水处理方法及工艺流程的的确定
根据测量的水量、水质和环境容量降低的结论确定污水及污泥处理应达到的标准，本节对其处理工艺流程进行方案筛选，并通过论证选择合理的污水及污泥处理工艺流程。2.2.1 污水处理方法的选择
(1)物理法、化学法与生物处理方法。
物理法主要是利用物理作用来分离或回收废水中的悬浮物。它既可以用于废水的预备处理，也可用于一级处理，但在二级处理及三级处理或深度处理中，只是配合其他主要处理单元。
化学法主要是利用化学反应的作用来处理或回收废水中的溶解物或胶体物，如酸碱中和、某些有用物质的萃取、有害溶解气体的吹脱等。化学法既可以单独使用，也可以用于二级处理或三级处理（深度处理）。
生物法是利用微生物的作用处理废水的方法。有机物通过生物处理最后转化为二氧化碳与无机盐类，但它不能回收废水中的有用物质。它可以用来进行二级处理或三级处理（脱氮除磷）。
以上各种方法都有它的特点和适用条件。一般来说，化学法往往消耗的物料（如药剂）及能耗（燃料、电能）比其他两类方法要大，有时大很多有时候污泥产生量也大，所以运行费用较贵。但是，处理设备较简单，占地面积较小，也可以连续运行。有的废水采用化学处理后能回收一些副产品，补偿较高的支付费用，其优点就比较突出。
生物法处理废水具有净化能力强，费用低廉，支付可靠性好等优点，是废水处理的主要的方法。对于某种污染物，若化学法与生物法都能净化的话，一般选用生物法为宜。
(2)好氧生物处理法与厌氧生物处理法
根据电子受体的性质，生物法可分为好氧和厌氧两类（介于其间的为缺氧），这两类又可分为固着生长系统与悬浮生长系统。废水的好氧处理与厌氧处理既可单独使用，亦可组合使用，这取决于废水的性质、浓度及处理目标。
好氧生物处理法与厌氧生物处理法的特性比较列于表2。
表2 好氧处理与厌氧处理的比较
此外，在去除某些具体的污染物如磷则需要采用厌氧法。因此，根据本次课程设计的
设计依据可知应该选择厌氧与好氧组合的方式。
综上所述，结合本设计的具体情况，我认为采用传统活性污泥法或对传统活性污泥法
进行改造的人工生物净化的技术路线是比较合适的、可行的。
2.2.2污水处理工艺的选择
现阶段城市污水处理应用工艺较多，如表3所示。
表3 几种城市污水处理工艺的适用条件
活性污泥法有很多种形式,使用最广泛的主要有三类: ①传统活性污泥法和它的改进
A/O工艺, ②氧化沟, ③SBR 工艺。从表3可以看出,第一种工艺适合于大中型污型A/ O、2
水处理厂，而氧化沟和SBR 工艺较为适合中小型污水厂采用。鉴于数量庞大的中小城市在
城市污水水量、水质和经济发展程度等方面具有共性,根据现有的中小城市处理经验,氧化
沟工艺更适合被我国中小型污水处理厂采用。目前，我国对污水处理厂的规模按平均日流量划分如表4。
表4 污水处理厂规模划分依据
而本次设计处理污水的日平均流量为4万m3/d，属于中型污水厂。另外，由于2
A/O工艺处理单元多,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。因此，本设计该选择氧化沟工艺。其特点如下
(1)特点：
氧化沟又名氧化渠或循环曝气池，是1950 年由荷兰公共工程研究所研究成功的。其本特征是曝气池呈封闭的沟渠形。污水和活性污泥的混合液在其中不停地循环流动，其水力停留时间一般较长，为15～16h，泥龄长达15～30d，属于延时曝气法。氧化沟处理系统的构造形式较多，有圆形或马蹄形的，有平行多渠道形式以侧渠作为二沉池的，有将二沉池建在渠上或单独分建的等等，其供氧和水流动力都是靠提升曝气设备，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），而流程较长，可以按照曝气器前作缺氧与曝气器后作富氧段的方式设计运行，提供兼氧菌与好氧菌交替作用的条件，在缺氧段脱硝，在好氧段除碳源需氧量及达到脱N 的目的。
(2)优点：
(a)氧化沟内循环流量很大，进入沟内的原污水立即被大量的循环水所混合和稀释，因此具有很强的承受冲击负荷的能力，对不易降解的有机物也有较好的处理效果。
(b)处理效果稳定可靠，不仅可满足BOD5、SS 的排放标准，还可以达到脱N除P的效果。
(c)由于氧化沟的水力停留时间和泥龄都很长，悬浮物、有机物在沟内可获得较彻底的降解。
(d)活性污泥产量少且趋于稳定，一般可不设初沉池和污泥消化池，有的甚至取消二沉池和污泥回流系统，简化了处理流程，减少了处理构筑物，使其基建费用和运行费用都低于一般活性污泥法。
(e)承受水质、水量、水温能力强，出水水质好。
(3)缺点：氧化沟运行管理费用较高；氧化沟沟体占地面积大。
2.3 污水处理工艺流程的确定
由前面的论述可以得出本设计的工艺流程如图1所示。
污泥污水
图1 污水处理工艺流程图
污水汇入集水井，经粗格栅去除大颗粒及漂浮物，保护水泵的正常工作，进入提升泵房，经水泵提升后，由细格栅进一步去除水中的杂质；污水在流经沉砂池去除泥沙，而后进入厌氧选择池池进行厌氧释磷，接着进入氧化沟，在氧化沟内完成生物氧化过程，达到分解有机物、去除水中N、P，使污水得到进一步进化。出水进入二沉池，经泥水分离后，上清液进入接触消毒池，消毒后出水达标排放。当TP指标超标时，启动化学除磷设施，在
A/O工艺组合进氧化沟工艺，形成改良型氧化沟出水处加入无机混凝剂。该工艺不仅具有2
2
A/O型氧化沟，整个生物处理过程仅有二沉池回流污泥至厌氧调节池的回流系统，因此该A/O和氧化沟工艺的特点和效能，且省去污泥回流系统，故维护管理方便，工艺不仅具有2
运行费用低。剩余污泥由污泥泵提升至污泥脱水车间处理后外运填埋。
2.4 主要处理构筑物的选择
2.4.1 格栅
格栅由一组平行的金属栅条或筛网组成，安装在污水管道、泵房、集水井的进口处或处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷。
格栅种类较多，如表5所示。
表5 我国常用的机械格栅及其使用范围
综合上表以及本次设计的条件，选择链条式机械格栅作为粗格栅，移动伸缩臂机械格栅作为细格栅，从而达到预处理的目的。
2.4.2 污水泵房
城市污水处理厂的运行费用大部分来自于电能，其中40%的电能为水泵消耗，所以确定合理的水泵及泵站是污水处理厂的关键所在。泵站形式的选择取决于水力条件和工程造价，其它考虑因素还有：泵站规模大小、泵站的性质、水文地质条件、地形地物、挖渠及施工方案、管理水平、环境性质要求、选用水泵的形式及能否就地取材等。目前污水泵站主要有以下几种形式：
(a)合建式矩形泵站，装设立式泵，自灌式工作台，水泵数为4 台或更多时，采用矩形，机器间、机组管道和附属设备布置方便，启动简单，占地面积大；
(b)合建式圆形泵站，装设立式泵，自灌式工作台，水泵数不超过4 台，圆形结构水力条件好，便于沉井施工法，可降低工程造价，水泵启动方便。
(c)非自灌式泵房，泵轴高于集水池最高水位，不能直接启动，由于污水泵水管不得设低阀，故需设引水设备。但管理人员必须能熟练的掌握水泵的启动程序。
(d)潜水泵站，潜水泵的电机防水密封，可以长期侵入污水中，不存在受潮问题，潜水泵电机机组整体安装，结构紧凑，运行稳定，便于就位和更换，所以潜水泵站无需上部厂房，也简化了地下结构，降低了工程造价。但是潜水泵在水下运行，所以要有可靠的产品质量、自动化控制和保护功能作技术依托，潜水泵价格较高。
本设计因水量较小，并考虑到占地、造价、自动化控制等因素，以及施工的方便与否，采用潜污式矩形泵房。
2.4.3 沉砂池
沉砂池一般设于泵站倒虹吸管前，以便减轻无机颗粒对水泵、管道的磨损；也可设于初沉池前，以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。沉砂池的形式，按水流方向的不同可分为平流式、竖流式、曝气沉砂池、旋流沉砂池四类。各沉砂池的特点如表6所示。
表6 常用沉砂池及其特点
基于以上四种沉砂池的比较，曝气沉砂池除砂效果较好，且能耗较低；加之曝气沉砂池有很强的除油能力，将有利于以后的氧化沟的表面曝气和运行稳定，本工程设计确定采用曝气沉砂池。
2.4.4 氧化沟
氧化沟技术发展加快，类型多样。各种氧化沟的类型及技术特点如表7：
表7 几种常见氧化沟的比较
综上所述，各种氧化沟各有优缺点，结合本设计用地较为紧张，以及基建费用、运行成本、运行管理、处理要求等方面考虑，设计采用卡鲁塞尔氧化沟。
2.4.5 二沉池
由于本设计主要构筑物采用氧化沟，可不设初沉池，只设二沉池。二沉池设在生物处理构筑物的后面，用于沉淀去除活性污泥。沉淀池主要有以下几种形式，如表8所示。
表8 常用二沉池及其使用范围
综上所述，四种沉淀池的优缺点比较，并结合本设计的具体资料可知，本工程二沉池采用中心进水、周边出水的辐流式沉淀池。其结构如图2所示。
图2 辐流式沉淀池结构示意图
2.4.6 接触消毒池
接触消毒池主要是使消毒剂与二沉池出水充分混合，杀死水中的细菌和病毒。对于消毒剂主要有如下几种可供选择，其优缺点如表9所示。
表 9 常用消毒剂及比较
综上三种消毒剂的比较，本工程设计采用常用且毒害作用较小的紫外线消毒法。利用紫外灯管产生紫外线来杀灭病毒和细菌。
2.4.7 污泥浓缩池
具有一定规模的污水处理工程中常用的污泥浓缩方法有主要有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩。这三种方法的特点如表10所示。
表10 各种污泥浓缩方法的优缺点
重力浓缩池又可分为连续式重力浓缩池和间歇式重力浓缩池两种，由于本工艺设计水量较少，结合氧化沟工艺污泥稳定，且污泥量较少，本设计采用间歇式重力浓缩池。
2.4.8污泥脱水方法的选择
常用的污泥机械脱水方法有：板框压滤、带式压滤、离心脱水和螺旋压榨式脱水，其中带式过滤脱水的方法的优点是机器制造容易，附属设备少，投资、能耗低，噪声小；连续运操作管理维修简便；滤带可以回旋，脱水能力大。缺点是必须正确选用有机高分子混凝剂，运行费用高；必须预先进行充分的絮凝，形成大而强度高的凝絮，以便能加强过滤段的自由脱水，并能适应进一步逐渐加压脱水；脱水效率较低，脱水后泥饼的含水率较高，大致与离心脱水相当。它适用于无机性污泥的脱水，有机黏性污泥脱水不宜采用。四种脱水机械的能耗如表11所示。
表11 脱水机的耗能比较
根据以上比较，本设计采用带式压滤机。
3 城市污水处理系统的设计计算
3.1 泵前粗格栅
进水粗格栅是污水处理厂第一道预处理设施，可去除大尺寸的漂浮物或悬浮物，以保护进水泵的正常运转，并尽量去掉那些不利于后续处理过程的杂物。其计算图如图3所示。
图 3 格栅计算图
3.1.1 设计原则
(a)格栅间隙一般采用10～40mm ；
(b)格栅不宜少于两台，如为一台时，应设人工清除格栅备用； (c)过栅流速一般采用0.4～0.9m/s ；
(d)格栅倾角一般采用45o～75o,机械格栅一般为60o～70o，特殊类型可达90o； (e)通过格栅的水头损失一般采用0.08 m/s ～0.17m/s ；
(f)格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位 0.5m ，工作台有安全和冲洗设施；
(g)格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m ，工作台正面过道宽度：人工清除，不小于1.2m ；机械清除，不小于1.5m ；
(h)机械格栅的动力装置一般宜设在室内或采取其它保护设备的措施； (i)设置格栅装置的构筑物必须考虑设有良好的检修、栅渣的日常清除。
3.1.2 设计参数
(1)日平均流量
=40000
/d ≈1667
/h=0.463
/s=463L/s
查生活污水流量系数变化表，由内插法求得z K =1.37 (2) 最大设计流量
=z K ·
=1.37×0.463
/s =0.634
/s
(3)栅条净间隙为e=30mm ，栅前流速1V =0.7m/s ； (4)过栅流速0.8m/s ， 栅前部分长度为0.5m ； (5)格栅倾角δ=60° (6)单位栅渣量：
=0.05
栅渣/
污水。
3.1.3 设计计算
(1)确定栅前水深
根据最优水力断面公式 计算得：
所以栅前进水渠宽约1.35m 。栅前水深h ≈0.68m (2)栅条间隙数n
2
1
21νB Q =11220.634
1.35m
0.7Q B v ?===10.68m 2
B h ====ehv Q n αsin max 00.634sin 6037=条
式中： n —粗格栅间隙数；
max Q —最大设计流量，
/s ；
e —栅条间隙，取30mm ； h —栅前水深；
v —过栅流速，取0.8m/s ； α —格栅倾角，设计60°； (3)栅槽有效宽度
栅槽宽度一般比格栅宽0.2—0.3m ，在此取0.2m 。本设计采用?10圆钢为栅条，S=0.01m 。
(1)0.2B S n bn =-++=0.01×(37-1)+0.03×37+0.2=1.67m ≈1.7m
式中：B —栅槽有效宽度，m ；
S —栅条宽度，取0.01m (4)进水渠道渐宽部分的长度：
设渐宽部分展开角=20o,则进水渠道渐宽部分长度为：
0.48m (5)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：
=/2=0.48/2=0.24m
(6)通过格栅的水头损失：
02h K h ?= =K 式中：—计算水头损失；
g —重力加速度；
K —格栅受污物堵塞使水头损失增大的倍数，一般取3；
ξ—阻力系数，其数值与格栅栅条的断面几何形状有关，对于圆形断面，
则
(7)栅后槽总高度H ：
设栅前渠道超高=0.3m H=h+
+
=0.68+0.3+0.035=1.015m
(8)栅槽总长度L ：
1112tg B B L α-==1.7 1.35
220
o
tg -=2v sin 2g
ξα3
479.1?
?
? ???=b s ξ42
320.010.8
3 1.79()sin 600.0350.0329.81
o h m
=????=?