污水处理厂各构筑物的设计计算
山东理工大学
《水污染控制工程》课程设计题目：孤岛新镇污水处理厂设计
学院：资环学院
专业班级：环本0803班
姓名：李聪聪
序号：27号
指导教师：尚贞晓
课程设计时间：2011年12月12日~2011年12月30号共3周
第一章设计任务与资料
1.1设计任务
孤岛新镇6.46万吨/日污水处理厂工艺设计。
1.2设计目的与意义
1.2.1设计目的
孤岛新镇位于山东省黄河入海口的原黄泛区内。东径118050＇~118053＇，北纬37064＇~37057＇，向北15公里为渤海湾。向东10公里临莱州，向南20公里为现黄河入海口，距东营市（胜利油田指挥部）约60公里，该镇地处黄河下游三角洲河道改流摆动地区内。
该镇附近区域为胜利油田所属的孤岛油田和两桩油田。地下蕴藏着丰富的石油资源。为了开发这些油田并考虑黄河下游三角洲的长远发展。胜利油田指挥部决定兴建孤岛新镇，使之成为孤岛油田和两桩油田的生活居住中心和生产指挥与科研中心，成为一个新型的社会主义现代化的综合石油城。根据该镇总体规划，该镇具有完备的社会基础和工程基础设施。有完备的城市交通、给水排水、供电、供暖、电信等设施，并考虑今后的发展与扩建的需要。
因此，为保护环境，防治水污染问题，建设城市污水治理工程势在必行。
1.2.2设计意义
设计是实现高等工科院校培养目标所不可缺少的教学环节，是教学计划中的一个有机组成部分，是培养学生综合运用所学的基础理论、基础知识以与分析解决实际问题能力的重要一环。它与其他教学环节紧密配合，相辅相成，在某种程度上是前面各个环节的继续、深化和发展。
我国城市污水处理相对于国外发达国家、起步较晚。近200年来，城市污水处理已从原始的自然处理、简单的一级处理发展到利用各种先进技术、深度处理污水，并回用。处理工艺也从传统活性污泥法、氧化沟工艺发展到A/O、A2/O、AB、SBR、 CASS等多种工艺，以达到不同的出水要求。虽然如此，我国的污水处理还是落后于许多国家。在我们大力引进国外先进技术、设备和经验的同时，必须结合我国发展，尤其是当地实际情况，探索适合我国实际的城市污水处理系统。
其次，做本设计可以使我得到很大的提高，可在不同程度上提高调查研究，查阅文献，收集资料和正确熟练使用工具书的能力，提高理论分析、制定设计
方案的能力以与设计、计算、绘图的能力；技术经济分析和组织工作的能力；提高总结，撰写设计说明书的能力等。
1.3设计要求
1.3.1污水处理厂设计原则
（1）污水厂的设计和其他工程设计一样，应符合适用的要求，首先必须确保污水厂处理后污水达到排放要求。考虑现实的经济和技术条件，以与当地的具体情况（如施工条件）。在可能的基础上，选择的处理工艺流程、构（建）筑物形式、主要设备设计标准和数据等。
（2）污水处理厂采用的各项设计参数必须可靠。设计时必须充分掌握和认真研究各项自然条件，如水质水量资料、同类工程资料。按照工程的处理要求，全面地分析各种因素，选择好各项设计数据，在设计中一定要遵守现行的设计规范，保证必要的安全系数。对新工艺、新技术、新结构和新材料的采用积极慎重的态度。
（3）污水处理厂（站）设计必须符合经济的要求。污水处理工程方案设计完成后，总体布置、单体设计与药剂选用等尽可能采用合理措施降低工程造价和运行管理费用，
（4）污水厂设计应当力求技术合理。在经济合理的原则下，必须根据需要，尽可能采用先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。
（5）污水厂设计必须注意近远期的结合，不宜分期建设的部分，如配水井、泵房与加药间等，其土建部分应一次建成；在无远期规划的情况下，设计时应为今后发展留有挖潜和扩建的条件。
（6）污水厂设计必须考虑安全运行的条件，如适当设置分流设施、超越管线、甲烷气的安全储存等。
1.3.2污水处理工程运行过程中应遵循的原则
在保证污水处理效果同时，正确处理城市、工业、农业等各方面的用水关系，合理安排水资源的综合利用，节约用地，节约劳动力，考虑污水处理厂的发展前景，尽量采用处理效果好的先进工艺，同时合理设计、合理布局，做到技术可行、经济合理。
1.4.1项目慨况
该镇附近区域为胜利油田所属的孤岛油田和两桩油田。地下蕴藏着丰富的石油资源。为了开发这些油田并考虑黄河下游三角洲的长远发展。胜利油田指挥部决定兴建孤岛新镇，使之成为孤岛油田和两桩油田的生活居住中心和生产指挥与科研中心，成为一个新型的社会主义现代化的综合石油城。根据该镇总
体规划，该镇具有完备的社会基础和工程基础设施。有完备的城市交通、给水排水、供电、供暖、电信等设施，并考虑今后的发展与扩建的需要。
因此，为保护环境，防治水污染问题，建设城市污水治理工程势在必行。
1.4.2水质状况
1、设计平均流量：
根据孤岛新镇总体规划，该镇规划人口为60000人，生活污水最大日排放标准按200升/人*日计，考虑长期的发展：水量布置如下：
80000+学生序号*9000 人
2、进水水质条件：
COD=900mg/L BOD=420mg/L SS=400mg/L
TN=30 mg/L TP=3mg/L 水温20—30 O C pH=6-9
3、出水水质要求：
BOD≤10mg/L COD≤60mg/L SS≤10mg/L
NH3-N≤10mg/L TP5≤1mg/L pH=6—9
1.4.3其他资料
1、属北温带季风型半湿润气候区，年平均降雨量800毫米，四季分明，光
照充足，年平均气温14.3℃；1月份为全年最冷月，平均气温为-3.2℃；
7月份为最热月，平均气温为29.6℃。春季升温迅速，秋季降温幅度大，无霜期为198天。
2、地下水位在地表下9米，无侵蚀性。
3、污水处理厂污水进水总管管径D=800，充满度为0.6，其管底标高（终点泵房处）为43米。当地海拔50米，进水渠水位高度为49.5米，处理水排放到300米外的白银河，河流最高水位是47米（按25年一遇标准计）。
第二章设计方案
城市污水处理厂的设计规模与进入处理厂的污水水质和水量有关，污水的水质和水量可以通过设计任务书的原始资料计算。
2.1厂址选择
在污水处理厂设计中，选定厂址是一个重要的环节，处理厂的位置对周围环境卫生、基建投资与运行管理等都有很大的影响。因此，在厂址的选择上应进行深入、详尽的技术比较。
厂址选择的一般原则为：
1、在城镇水体的下游；
2、便于处理后出水回用和安全排放；
3、便于污泥集中处理和处置；
4、在城镇夏季主导风向的下风向；
5、有良好的工程地质条件；
6、少拆迁，少占地，根据环境评价要求，有一定的卫生防护距离；
7、有扩建的可能；
8、厂区地形不应受洪涝灾害影响，防洪标准不应低于城镇防洪标准，有良好的排水条件；
9、有方便的交通、运输和水电条件。
由于该地夏季盛行东南风，冬季盛行西北风，所以，本设计的污水处理厂应建在城区的东北或者西南方向较好，最终可根据主干管的来向和排水的方便程度来确定厂区的位置。
2.2污水处理工艺的选择
污水处理项目的建设和运行耗资比较大，并且受到多种因素的制约和影响。其中，处理工艺方案的优化选择对污水处理项目的投资与运行管理的影响尤为关键。因此，须从整体优化的观点出发，综合考虑当地的客观条件、污水性质与处理出水要求，提出最佳的污水处理工艺方案。
2.2.1污水处理工艺的选择原则
(1)、技术成熟，运行可靠，满足处理出水要求。
(2)、运行管理方便，运转灵活，对进水水量、水质的变化有相应的抗冲击能力与应变能力。
(3)、经济合理，在满足处理要求的前提下，节约基建投资和运行管理费用。
(4)、工艺配套设备技术先进、质量可靠，并有广泛的选择余地。
(5)、工艺过程自动化控制程度高，降低劳动强度。
2.2.2常用污水处理工艺
根据设计原则和设计要求，本工程拟比选出一个投资省、运行费用低、技术成熟、处理效果稳定可靠、运行管理方便、要求操作运转灵活、技术设备先进、成套性好、便于分期实施的处理工艺。
从进、出水水质要求来看，本工程对出水水质要求较高，要求达到一级A 标准，不但COD、BOD指标要求高，还要求脱氮除磷，所以需从出水水质要求来选择处理工艺。
1、A2/O工艺
A2/O脱氮除磷工艺（即厌氧-缺氧-好氧活性污泥法，亦称A-A-O工艺），它是在A p/O除磷工艺上增设了一个缺氧池，并将好氧池出流的部分混合液回流至缺氧池，具有同步脱氮除磷功能。其基本工艺流程如图1所示：进水内回流
图1 A2/O工艺基本流程图
污水经预处理和一级处理后首先进入厌氧池，在厌氧池中的反应过程与A p/O生物除磷工艺中的厌氧池反应过程相同；在缺氧池中的反应过程与A n/O 生物脱氮工艺中的缺氧过程相同；在好氧池中的反应过程兼有A p/O生物除磷工艺和A n/O生物脱氮工艺中好氧池中的反应和作用。因此A2/O工艺可以达到同步去除有机物、硝化脱氮、除磷的功能。
A2/O工艺适用与对氮、磷排放指标都有严格要求的城市污水处理，其优缺点如下：
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）运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以不啬溶解氧浓度，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反应器的干扰。
2、氧化沟工艺
氧化沟又称循环曝气池，属活性污泥法的一种变形，其工艺流程如图2所示。
进水
图2 厌氧池+氧化沟处理工艺流程
氧化沟又称循环曝气池，氧化沟是常规活性污泥法的一种改型和发展。污水和活性污泥混合液在环状曝气渠道中循环流动，属于活性污泥法的一种变形，氧化沟的水力停留时间可达10-30h，有机负荷很低，实质上相当于延时曝气活性污泥系统。由于它运行成本低，构造简单，易于维护管理，出水水质好、耐冲击负荷、运行稳定、并可脱氮除磷，可用于大中型水厂。
优点：
（1）氧化沟具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物絮凝作用，而且可以将其工作区分为富氧区、缺氧区，用以进行消化和反消化作用，取得脱氮的效果。
（2）不使用初沉池，有机性悬浮物在氧化沟内能达到好氧稳定的程度。
（3）氧化沟只有曝气器和池中的推进器维持沟内的正常运行，电耗较小，运行费用低。
（1）污泥膨胀问题。当废水中的碳水化合物较多，N、P量不平衡，pH值偏低，氧化沟中的污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀。
（2）泡沫问题。
（3）污泥上浮问题。
（4）流速不均与污泥沉积问题。
（5）氧化沟占地面积很大。
3、CASS工艺
CASS为周期循环活性污泥法的英文（Cyclic Activated Sludge System）的缩写，是将好养的生物选择器与传统的连续进水SBR反应器相结合的产物。CASS 工艺是以生物反应动力学原理与合理的水力条件为基础而开发的一种系统组成简单的污水处理新工艺。目前CASS工艺在欧美等国家已得到广泛的应用，从运行效果看，处理效果好，除磷脱氮效果也不错。其基本工艺流程如图3所示。
、CASS工艺尤其适合含有较多工业污水的城市污水与要求除磷脱氮的污水的处理。其优缺点如下：
优点：
（1）工艺流程简单、管理方便、造价低。CASS工艺只有一个反应器，不需要二沉池，不需要污泥汇流设备，一般情况下也不需要调节池，因此要比活性污泥工艺节省基建投资30%以上，而且布置紧凑，占地面积可减少35%。
（2）处理效果好。反应器内活性污泥处于一种交替的吸附、吸收与生物降解和活化的变化过程中，因此处理效果好。
（3）有较好的脱氮除磷效果。CASS工艺可以很容易地交替实现好氧、缺氧、厌氧的环境，并可以通过改变曝气量、反应时间等方面来创造条件提高脱氮除磷效果。
（4）污泥沉降性能好。CASS工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长，减少了污泥膨胀的可能。同时由于CASS工艺的沉淀阶段是在静止的状态下进行的，因此沉淀效果更好。
（5）CASS工艺独特的运行工况决定了它能很好的适应进水水量、水质的波动。
缺点：
由于进水贯穿于整个运行周期，沉淀阶段进水在主流区底部，造成水力紊动，影响泥水分离时间，进水量受到一定限制，水力停留时间较长。
4、SBR工艺
SBR是序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。
SBR具有以下优点：
（1）理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧
处于交替状态，净化效果好。
（2）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。
（3）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。
（4）工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。
（5）处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。
（6）反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。
（7）SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。
（8）脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。
（9）工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。SBR系统的适用范围
（1）中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。
（2）需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。
（3）水资源紧缺的地方。SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。
（4）用地紧张的地方。
（5）对已建连续流污水处理厂的改造等。
（6）非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。注：SBR工艺管理较为复杂，排泥受到一定限制，在本工程中不予考虑。
2.2.3污水处理工艺的确定
表1 生化处理方案综合比较表