水处理之50000t/d城市污水处理厂设计方案

如何进行水处理？

衡美水处理为您介绍一份先进、实用的水处理工程方案——50000t/d城市污水处理厂设计方案。

第一章    设计内容和任务

一、设计题目

50000t/d的城市污水处理厂设计。

二、设计目的

1、 温习和巩固所学知识、原理；

2、掌握一般水处理构筑物的设计计算。

三、设计要求：

1、独立思考，独立完成；

2、完成主要处理构筑物的设计布置；

3、工艺选择、设备选型、技术参数、性能、详细说明；

4、提交的成品：设计说明书、工艺流程图、高程图、厂区平面布置图。

四、设计步骤：

1、水质、水量(发展需要、丰水期、枯水期、平水期)；

2、地理位置、地质资料调查(气象、水文、气候)；

3、出水要求、达到指标、污水处理后的出路；

4、工艺流程选择，包括：处理构筑物的设计、布置、选型、性能参数。

5、评价工艺；

6、设计计算；

7、建设工程图(流程图、高程图、厂区布置图)；

8、人员编制，经费概算；

9、 施工说明。

五、设计任务

1、设计进、出水水质及排放标准 

2、排放标准：(GB8978-1996)一级标准；

3、接受水体：河流(标高：－2m)

第二章    污水处理工艺流程说明

一、气象与水文资料：

风向：多年主导风向为东南风；

水文：降水量多年平均为每年2370mm；

      蒸发量多年平均为每年1800mm；

      地下水水位，地面下6～7m。

年平均水温：20℃

二、厂区地形：

污水厂选址区域海拔标高在19-21m左右，平均地面标高为20m。平均地面坡度为0.3‰～0.5‰ ，地势为西北高，东南低。厂区征地面积为东西长224m，南北长276m。

三、污水处理工艺流程说明：

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 =0.75,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。根据国内外已运行的中、小型污水处理厂的调查，要达到确定的治理目标，可采用“A2/O活性污泥法”。

2、工艺流程

SHAPE  * MERGEFORMAT

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→泵房→浓缩池→贮泥池→脱水间→泥饼 

第三章    工艺流程设计计算

设计流量：

平均流量：Qa=50000t/d≈50000m3/d=2083.3 m3/h=0.579 m3/s

总变化系数：Kz=     (Qa－平均流量，L/s)=1.34            

∴设计流量Qmax：

Qmax= Kz×Qa=1.34×50000 =67000 m3/d =2791.7 m3/h =0.775 m3/s

第四章      设备设计计算

一、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。

格栅型号：链条式机械格栅

设计参数：

栅条宽度s＝10.0mm     栅条间隙宽度d=20.0mm      栅前水深h＝0.8m

过栅流速u=1.0m/s       栅前渠道流速ub=0.55m/s     α=60°

格栅建筑宽度b

取b＝3.2m

进水渠道渐宽部分的长度(l1)：

设进水渠宽b1＝2.5m  其渐宽部分展开角度α＝20°

栅槽与出水渠道连接处的渐窄部份长度(l2)：

通过格栅的水头损失(h2)：

格栅条断面为矩形断面,  故k=3,  则：

栅后槽总高度(h总)：

设栅前渠道超高h1=0.3m

栅槽总长度(L):

每日栅渣量W：

设每日栅渣量为0.07m3/1000m3，取KZ＝1.34

采用机械清渣。

二、提升泵房

1、水泵选择

设计水量67000m3/d，选择用4台潜污泵(3用1备)

2、集水池

⑴、容积  

按一台泵最大流量时6min的出流量设计，则集水池的有效容积

⑵、面积  

取有效水深 ，则面积

⑶、泵位及安装

潜水电泵直接置于集水池内，电泵检修采用移动吊架。

三、沉砂池

沉砂池的作用是从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的颗粒，保证后续处理构筑物的正常运行。

选型：平流式沉砂池

设计参数：

设计流量，设计水力停留时间

水平流速

1、长度：

2、水流断面面积：

3、池总宽度：有效水深

4、沉砂斗容积：

T＝2d，X＝30m3/106m3

5、每个沉砂斗的容积(V0)

设每一分格有2格沉砂斗，则

6、沉砂斗各部分尺寸：

设贮砂斗底宽b1＝0.5m；斗壁与水平面的倾角60°，贮砂斗高h’3＝1.0m

7、贮砂斗容积：(V1)

8、沉砂室高度：(h3)

设采用重力排砂，池底坡度i＝6％，坡向砂斗，则

9、池总高度：(H)

10、核算最小流速 (符合要求)

四、初沉池

初沉池的作用是对污水中密度大的固体悬浮物进行沉淀分离。

选型：平流式沉淀池

设计参数：

1、池子总面积A，表明负荷取

2、沉淀部分有效水深h2    取t＝1.5h

3、沉淀部分有效容积V’

4、池长L

5、池子总宽度B

6、池子个数，宽度取b＝5 m

7、校核长宽比

8、污泥部分所需总容积V

已知进水SS浓度 =200mg/L

初沉池效率设计50％，则出水SS浓度

设污泥含水率97％，两次排泥时间间隔T=2d，污泥容重

9、每格池污泥所需容积V’

10、污泥斗容积V1，

11、污泥斗以上梯形部分污泥容积V2

12、污泥斗和梯形部分容积

13、沉淀池总高度H   取8m

五、设计参数

1、设计最大流量     Q=50000m3/d

2、设计进水水质     COD=200mg/L；BOD5(S0)=150mg/L；SS=200mg/L；NH3-N=30mg/L；TP=4mg/L

3、设计出水水质     COD=60mg/L；BOD5(Se)=20mg/L；SS=20mg/L；NH3-N=15mg/L；TP=0.1mg/L

4、设计计算，采用A2/O生物除磷工艺

（1）、BOD5污泥负荷N=0.13kgBOD5/(kgMLSS·d)

（2）、回流污泥浓度XR=6 600mg/L

（3）、污泥回流比R=100%

（4）、混合液悬浮固体浓度

（5）、反应池容积V

（6）、反应池总水力停留时间

（7）、各段水力停留时间和容积

厌氧：缺氧：好氧＝1：1：3

厌氧池水力停留时间 ，池容 ；

缺氧池水力停留时间 ，池容 ；

好氧池水力停留时间 ，池容

（8）、厌氧段总磷负荷

（9）、反应池主要尺寸

反应池总容积

设反应池2组，单组池容

有效水深

单组有效面积

采用5廊道式推流式反应池，廊道宽

单组反应池长度

校核： 取超高为1.0m

（10）、反应池进、出水系统计算

①  进水管

单组反应池进水管设计流量

管道流速

管道过水断面面积

管径

取出水管管径DN700mm

校核管道流速

② 回流污泥渠道。单组反应池回流污泥渠道设计流量QR

渠道流速

取回流污泥管管径DN700mm

③ 进水井

反应池进水孔尺寸：

进水孔过流量

孔口流速

孔口过水断面积

孔口尺寸取

进水竖井平面尺寸

④ 出水堰及出水竖井。按矩形堰流量公式：

式中 ——堰宽，H——堰上水头高，m

出水孔过流量

孔口流速

孔口过水断面积

孔口尺寸取

进水竖井平面尺寸

⑤ 出水管

单组反应池出水管设计流量

管道流速

管道过水断面积

管径

取出水管管径DN900mm

校核管道流速

（11）、曝气系统设计计算

① 设计需氧量AOR。

AOR＝(去除BOD5需氧量-剩余污泥中BODu氧当量)+(NH3-N硝化需氧量-剩余污泥中NH3-N的氧当量)-反硝化脱氮产氧量

碳化需氧量D1

硝化需要量D2

反硝化脱氮产生的氧量

总需要量

最大需要量与平均需氧量之比为1.4，则

去除1kgBOD5的需氧量

② 标准需氧量

采用鼓风曝气，微孔曝气器。曝气器敷设于池底，距池底0.2m，淹没深度3.8m，氧转移效率EA＝20％，计算温度T=25℃。

相应最大时标准需氧量

好氧反应池平均时供气量

最大时供气量

③ 所需空气压力p      

④ 曝气器数量计算(以单组反应池计算)

按供氧能力计算所需曝气器数量。

⑤ 供风管道计算

供风干管道采用环状布置。

流量

流速

管径

取干管管径微DN500mm

单侧供气(向单侧廊道供气)支管

流速

管径

取支管管径为DN300mm

双侧供气

流速

管径

取支管管径DN=450mm

（12）、厌氧池设备选择(以单组反应池计算)       厌氧池设导流墙，将厌氧池分成3格。每格内设潜水搅拌机1台，所需功率按池容计算。

（13）、污泥回流设备

污泥回流比

污泥回流量

设回流污泥泵房1座，内设3台潜污泵(2用1备)

单泵流量

水泵扬程根据竖向流程确定。

（14）、混合液回流设备

①混合液回流泵

混合液回流比

混合液回流量

设混合液回流泵房2座，每座泵房内设3台潜污泵(2用1备)

单泵流量

②混合液回流管。

混合液回流管设计

泵房进水管设计流速采用

管道过水断面积

管径

取泵房进水管管径DN900mm

校核管道流速

③ 泵房压力出水总管设计流量

六、二沉池

1、设计参数

为了使沉淀池内水流更稳、进出水配水更均匀、存排泥更方便，常采用圆形辐流式二沉池。二沉池为中心进水，周边出水，幅流式沉淀池，共2座。二沉池面积按表面负荷法计算，水力停留时间t=2.5h，表面负荷为1.5m3/(m2?h-1)。

（1）池体设计计算

①二沉池表面面积

二沉池直径，取29.8m

②池体有效水深

③混合液浓度 ，回流污泥浓度为

为保证污泥回流浓度，二沉池的存泥时间不宜小于2h，

二沉池污泥区所需存泥容积Vw

采用机械刮吸泥机连续排泥，设泥斗的高度H2为0.5m。

④二沉池缓冲区高度H3=0.5m，超高为H4=0.3m，沉淀池坡度落差H5=0.63m

二沉池边总高度

⑤校核径深比

二沉池直径与水深比为 ，符合要求

（2）进水系统计算

①.进水管计算

单池设计污水流量

进水管设计流量

选取管径DN1000mm，

流速

坡降为 1000i=1.83

②.进水竖井

进水竖井采用D2=1.5m，流速为0.1～0.2m/s

出水口尺寸0.45×1.5m2,共6个，沿井壁均匀分布。

出水口流速

③.稳流筒计算

取筒中流速

稳流筒过流面积

稳流筒直径

2、出水部分设计

（1）单池设计流量

（2）环形集水槽内流量

（3）环形集水槽设计

采用周边集水槽，单侧集水，每池只有一个总出水口，安全系数k取1.2

集水槽宽度    取

集水槽起点水深为

集水槽终点水深为

槽深取0.7m，采用双侧集水环形集水槽计算，取槽宽b=0.8m，槽中流速

槽内终点水深

槽内起点水深

校核：当水流增加一倍时，q=0.2896 m3/s，v′=0.8m/s

设计取环形槽内水深为0.6m，集水槽总高为0.6+0.3(超高)=0.9m，采用90°三角堰。

（4）出水溢流堰的设计

采用出水三角堰(90°)，堰上水头(三角口底部至上游水面的高度)H1=0.05m(H2O).

每个三角堰的流量

三角堰个数

三角堰中心距(单侧出水)

4、排泥部分设计

（1）单池污泥量

总污泥量为回流污泥量加剩余污泥量

回流污泥量

剩余污泥量

（2）集泥槽沿整个池径为两边集泥

七、消毒接触池

加氯间

1、加氯量    按每立方米投加5g计

2、加氯设备  选用3台REGAL-2100型负压加氯机(2用1备)，单台加氯量为10kg/h

八、污泥泵房

设计污泥回流泵房2座

1、设计参数

污泥回流比100％

设计回流污泥流量50000m3/d

剩余污泥量2130m3/d

2、污泥泵

回流污泥泵6台(4用2备)，型号 200QW350-20-37潜水排污泵

剩余污泥泵4台(2用2备)，型号200QW350-20-37潜水排污泵

3、集泥池

（1）、容积   按1台泵最大流量时6min的出流量设计

取集泥池容积50m3

（2）、面积   有效水深 ，面积

集泥池长度取5m，宽度

4、泵位及安装

排污泵直接置于集水池内，排污泵检修采用移动吊架。

九、污泥浓缩池

初沉池污泥含水率大约95％

设计参数

1、浓缩池尺寸

2、浓缩后污泥体积

3、采用周边驱动单臂旋转式刮泥机。

十、贮泥池

1、污泥量

2、贮泥池容积

设计贮泥池周期1d，则贮泥池容积

3、贮泥池尺寸

4、搅拌设备

为防止污泥在贮泥池终沉淀，贮泥池内设置搅拌设备。设置液下搅拌机1台，功率10kw。

十一、 脱水间

1、压滤机

2、加药量计算

投加量   以干固体的0.4%计

    第四章    平面布置

1、总平面布置原则

该污水处理厂为新建工程，总平面布置包括：污水与污泥处理工艺构筑物及设施的总平面布置，各种管线、管道及渠道的平面布置，各种辅助建筑物与设施的平面布置。总图平面布置时应遵从以下几条原则。

① 处理构筑物与设施的布置应顺应流程、集中紧凑，以便于节约用地和运行管理。

② 工艺构筑物(或设施)与不同功能的辅助建筑物应按功能的差异，分别相对独立布置，并协调好与环境条件的关系(如地形走势、污水出口方向、风向、周围的重要或敏感建筑物等)。

③ 构(建)之间的间距应满足交通、管道(渠)敷设、施工和运行管理等方面的要求。

④ 管道(线)与渠道的平面布置，应与其高程布置相协调，应顺应污水处理厂各种介质输送的要求，尽量避免多次提升和迂回曲折，便于节能降耗和运行维护。

⑤ 协调好辅建筑物，道路，绿化与处理构(建)筑物的关系，做到方便生产运行，保证安全畅道，美化厂区环境。

2、总平面布置结果

污水由北边排水总干管截流进入，经处理后由该排水总干管和泵站排入河流。

污水处理厂呈长方形，东西长380米，南北长280米。综合楼、职工宿舍及其他主要辅助建筑位于厂区东部，占地较大的水处理构筑物在厂区东部，沿流程自北向南排开，污泥处理系统在厂区的东南部。

厂区主干道宽8米，两侧构(建)筑物间距不小于15米，次干道宽4米，两侧构(建)筑物间距不小于10米。

第五章    高程布置及计算

一、高程布置原则

1、 充分利用地形地势及城市排水系统，使污水经一次提升便能顺利自流通过污水处理构筑物，排出厂外。

2、 协调好高程布置与平面布置的关系，做到既减少占地，又利于污水、污泥输送，并有利于减少工程投资和运行成本。

3、 做好污水高程布置与污泥高程布置的配合，尽量同时减少两者的提升次数和高度。

4、 协调好污水处理厂总体高程布置与单体竖向设计，既便于正常排放，又有利于检修排空。

二、高程布置结果

由于该污水处理厂出水排入市政排水总干管后，经终点泵站提升才排入河流，故污水处理厂高程布置由自身因素决定。

采用普通活性污泥法，辐流式二沉池、曝气池、初沉池占地面积较大，如果埋深设计过大，一方面不利于施工，也不利于土方平衡，故按尽量减少埋深。从降低土建工程投资考虑，出水口水面高程定为64m，则相应的构筑物和设施的高程可以从出水口逆流计算出其水头损失,从而算出来。 

三、高程计算

h1—沿程水头损失      h1=il,     i—坡度 i=0.005

h2—局部水头损失      h2=h1×50%    

h3—构筑物水头损失 

1、巴氏计量槽

H=0.3m

巴氏计量槽标高                      -1.7000m

2、消毒池的相对标高

排水口的相对标地面标高：    0.00m

消毒池的水头损失：               0.30m

消毒池相对地面标高：          -1.4000m

3、沉淀池高程损失计算

l=40m

h1=il=0.005×40=0.20m

h2= h1×50%=0.10m

h3=0.45m

H2=h1+h2+h3=0.20+0.10+0.45=0.75m

沉淀池相对地面标高              -0.6000m

4、A2/O反应池高程损失计算

l=55m

h1=il=0.005×55=0.275m

h2= h1×50%=0.1375m

h3=0.60m

H3=h1+h2+h3=0.275+0.1375+0.60=1.0125m

A2/O反应池池相对地面标高        0.4625m

5、平流式沉砂池高程损失计算

l=12m

h1= il=0.005×12=0.06m

h2= h1×50%=0.03m

h3=0.3m

H4=h1+h2+h3=0.06+0.03+0.30=0.39m

平流式沉砂池相对地面标高            0.8525m

6、细格栅高程损失计算

h1=0.30m

h2= h1×50%=0.15m

h3=0.30m

H5=h1+h2+h3=0.30+0.15+0.30=0.75m

细格栅相对地面标高    1.6025m

7、污水提升泵高程损失计算

h1= il=0.005×5=0.025m

h2= h1×50%=0.0125m

h3=0.20m

H6=h1+h2+h3=0.025+0.0125+0.20=0.2375m

污水提升泵相对地面标高       -4.160

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