污水处理厂工艺流程设计计算

1概述1.1设计依据本设计采用的主要规范及标准：《城市污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》二级排放标准《室外排水设计规范》（1997年版）（GBJ14-87）《给水排水工程概预算与经济评价手册》1.2设计任务书（附后）2原水水量与水质和处理要求2.1原水水量与水质Q=60000m3/dBOD5=190mg/LCOD=360mg/LSS=200mg/LNH3-N=45mg/LTP=5mg/L2.2处理要求污水排放的要求执行《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》二级排放标准：BOD5≤30mg/LCOD≤100mg/LSS≤30mg/LNH3-N≤25（30）mg/LTP≤3mg/L3污水处理工艺的选择本污水处理厂水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）》二级排放标准，其污染物的最高允许排放浓度为：BOD5≤30mg/L；COD≤100mg/L；SS≤30mg/L；NH3-N≤25（30）mg/L；TP≤3mg/L。城市污水中主要污染物质为易生物降解的有机污染物，因此常采用二级生物处理的方法来进行处理。二级生物处理的方法很多，主要分两类：一类是活性污泥法，主要包括传统活性污泥法、吸附—再生活性污泥法、完全混合活性污泥法、延时活性污泥法（氧化沟）、AB工艺、A/O工艺、A2/O工艺、SBR工艺等。另一类是生物膜法，主要包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等工艺。任何工艺都有其各自的特点和使用条件。活性污泥法是当前使用比较普遍并且有比较实际的参考数据。在该工艺中微生物在处理单元内以悬浮状态存在，因此与污水充分混合接触，不会产生阻塞，对进水有机物浓度的适应范围较大，一般认为BOD5在150—400mg/L之间时，都具有良好的处理效果。但是传统活性污泥处理工艺在处理的多功能性、高效稳定性和经济合理性方面已经难以满足不断提高的要求,特别是进入90年代以来,随着水体富营养化的加剧,我国明确制定了严格的氨氮和硝酸盐氮的排放标准,从而各种具有除磷、脱氮功能的污水处理工艺:如A/O工艺、A2/O工艺、SBR工艺、氧化沟等污水处理工艺得到了深入的研究、开发和广泛的应用,成为当今污水处理工艺的主流。该地的污水中BOD5在190mg/L左右,要求出水BOD5低于30mg/L。在出水的水质中,不仅对COD、BOD5、SS去除率都有较高的要求,同时对氮和磷的要求也进一步提高.结合具体情况在众多的污水处理工艺中选择了具有良好脱氮除磷效果的两种工艺—CASS工艺和Carrousuel氧化沟工艺进行方案技术经济比较。4污水处理工艺方案比选4.1Carrousuel氧化沟工艺(方案一)氧化沟时二十世纪50年代由荷兰的巴斯维尔开发，后在欧洲、北美迅速推广，80年代中期，我国部分地区也建造了氧化沟污水处理工程。近几年来，处理厂的规模也发展到日处理水量数万立方米的工业废水及城市污水的大、中型污水处理工程。氧化沟之所以能在近些年来得到较快的发展，在于它管理简便、运行稳定、流程简单、耐冲击负荷、处理效果好等优点，特别是氧化沟具有特殊的水流混合特征，氧化沟中的曝气装置只设在某几段处，在靠近曝气器下游段水流搅动激烈，溶解氧浓度较高，但随着水流远离曝气区，水流搅动迅速变缓，溶解氧则不断减少，甚至出现缺氧区，这种水流变化的特征，可发生硝化、反硝化作用，以达到生物脱氮的目的，故氧化沟法处理NH3-N效果非常好，同时由于存在厌氧、好氧条件，对污水中的磷也有一定的去除率。氧化沟根据构造和运行方式的不同，目前较多采用的型式有“Carrousel型氧化沟”、“Orbal型氧化沟”、“一体化氧化沟”和“交替式氧化沟”等，其中，由于交替式氧化沟要求自动化水平较高，而Orabal氧化沟因水深较浅，占地面积较大，本报告推选Carrousel氧化沟作为比选方案之一。本设计采用的是Carrousel氧化沟工艺.其工艺的处理流程图如下图4-1所示:`图4-1Carrousel氧化沟工艺流程图4.1.1污水处理系统的设计与计算4.1.1.1进水闸门井的设计进水闸门井单独设定,为钢筋混凝土结构。设闸门井一座,闸门的有效面积为1.8m2,其具体尺寸为1.2×1.5m,有效尺寸为1.2m×1.5m×4.5m。设一台矩形闸门。当污水厂正常运行时开启,当后序构筑物事故检修时,关闭某一闸门或者全部关闭,使污水通过超越管流出污水处理厂。污水中格栅提升泵房细格栅曝气沉砂池厌氧池Carrousel氧化沟二沉池接触池排水浓缩池贮泥池脱水4.1.1.2中格栅的设计与计算其计算简图如图4-2所示(1)格栅间隙数:设栅前水深h=0.5m,过栅流速v=0.9m/s,栅条间隙宽度b=0.02m,格栅倾角60°，建议格栅数为2，一备一用。n=NbhvQsinmax=9.05.002.060sin652.0≈68个(2)格栅宽度:设栅条宽度S=0.01m,B=S(n-1)+bn=0.01×(68-1)+0.02×68=2.03≈2.00m(3)进水渠道渐宽部分的长度：设进水渠道宽B1=1.60m,其渐宽部分的展开角120（进水渠道内的流速为0.82m/s）,1l=112tgBB=2026.10.2tg≈0.56m(4)栅槽与出水渠道连接处渐窄部分的长度：2l=21l=256.0=0.28m(5)通过格栅的水头损失：设栅条断面为锐边矩形断面（=2.42，K=3），1h=34bSKgvsin22=3402.001.042.2360sin6.199.002=0.103m(6)栅后槽总高度：设栅前渠道超高2h=0.3m,21hhhH=0.5+0.103+0.3≈0.9m(7)栅槽总长度：1lL600.15.012tgHl=603.05.00.15.028.056.0tg=2.8m(8)每日栅渣量：在格栅间隙为20mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.07m3，1000864001maxZKWQW=29.310002.18640007.0652.0m3/d＞0.2m3/d1000BBB11500HH1112Htg宜采用机械清渣。图4-2格栅计算示意图4.1.1.3细格栅的设计与计算其计算简图如图4-2所示(1)格栅间隙数：设栅前水深h=0.5m,过栅流速v=0.9m/s,栅条间隙宽度b=0.006m,格栅倾角=600，格栅数为2。n=NbhvQsinmax=9.05.0006.0260sin652.0≈109个(2)格栅宽度：设栅条宽度S=0.01m,B=S(n-1)+bn=0.01×(109-1)+0.006×109=1.73≈1.75m(3)进水渠道渐宽部分的长度：设进水渠道宽B1=1.6m,其渐宽部分的展开角1=20（进水渠道内的流速为0.82m/s）,1l=112tgBB=20260.175.1tg≈0.22m(4)栅槽与出水渠道连接处渐窄部分的长度：2l=21l=222.0=0.11m(5)通过格栅的水头损失：设栅条断面为锐边矩形断面（=2.42，K=3），1h=34bSKgvsin22=34006.001.042.2360sin6.199.002=0.51m(6)栅后槽总高度：设栅前渠道超高2h=0.3m,21hhhH=0.5+0.3+0.51≈1.3m(7)栅槽总长度：1lL600.15.012tgHl=603.05.00.15.011.022.0tg=2.41m(8)每日栅渣量：在格栅间隙为6mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.07m3，1000864001maxZKWQW=65.110002.128640007.0652.0m3/d＞0.2m3/d宜采用机械清渣。4.1.1.4曝气沉砂池的设计与计算本设计采用曝气沉砂池是考虑到为污水的后期处理做好准备。建议设两组沉砂池一备一用。其计算简图如图4-3所示。具体的计算过程如下：(1)池子总有效容积：设t=2min,V=maxQt×60=0.652×2×60=78m3(2)水流断面积：A=1maxvQ=07.0652.0=9.31m2沉砂池设两格，有效水深为2.00m，单格的宽度为2.4m。(3)池长：L=AV=31.978=8.38m，取L=8.5m(4)每格沉砂池沉砂斗容量：0V=0.6×1.0×8.5=5.1m3(5)每格沉砂池实际沉砂量：设含砂量为20m3/106m3污水，每两天排一次，286400210652.02060V=1.13〈5.1m3(6)每小时所需空气量：设曝气管浸水深度为2.5m，查表得单位池长所需空气量为28m3/(m·h),q=28×8.5×(1+15%)×2=547.4m3式中(1+15%)为考虑到进口条件而增长的池长。图4-3曝气沉砂池计算示意图4.1.1.5厌氧池的设计与计算4.1.1.5.1设计参数设计流量为60000m3/d，设计为两座每座的设计流量为30000m3/d。水力停留时间：2Th。污泥浓度：X=3000mg/L污泥回流液浓度：RX=10000mg/L4.1.1.5.2设计计算(1)厌氧池的容积：QTV=30000×2/24=2500m3(2)厌氧池的尺寸：水深取为h=5,则厌氧池的面积：52500hVA=500m2。高氧区进水和回流污泥曝气器曝气器低氧区导流墙厌氧池直径：AD4=14.35004=25m。考虑0.3的超高，故池总高为3.0hH=5.3m。(3)污泥回流量的计算回流比计算：XXXRR=0.42污泥回流量：RQQR=0.42×30000=12600m3/d4.1.1.6Carrousel氧化沟的设计与计算氧化沟，又被称为循环式曝气池，属于活性污泥法的一种。见图4-4氧化沟计算示意图。本次设计采用Carrousel型氧化沟，共两组。每组设计如下：图4-4Carrousel氧化沟计算示意图4.1.1.6.1设计参数设计流量Q=30000m3/d设计进水水质BOD5=190mg/L；COD=360mg/L；SS=200mg/L；NH3-N=45mg/L；污水水温T25℃。设计出水水质BOD5≤30mg/L；COD≤100mg/L；SS≤30mg/L；NH3-N≤25（30）mg/L；TP≤3mg/L。污泥产率系数Y=0.55;污泥浓度（MLSS）X=4000mg/L;挥发性污泥浓度（MLVSS）XV=2800mg/L;污泥龄c=30d;内源代谢系数Kd=0.055.4.1.1.6.2设计计算(1)去除BOD氧化沟出水溶解性BOD浓度S。为了保证沉淀池出水BOD浓度Se≤30mg/L,必须控制所含溶解性BOD浓度S2，因为沉淀池出水中的VSS也是构成BOD浓度的一个组成部分。S=Se-S1S1为沉淀池出水中的VSS所构成的BOD浓度。S1=1.42(VSS/TSS)×TSS×(1-e523.0)=1.42×0.7×20×(1-e523.0)=13.59(mg/L)S=20-13.59=6.41(mg/L)好氧区容积V1。好氧区容积计算采用动力学计算方法。V1=)1()(0cdVcKXSSQY=)30055.01(8.2)00641.016.0(300003055.0=10247m3好氧区水力停留时间：t=QV1=300002410247=8.20h剩余污泥量XX=ecdQXXXQKYSSQ)()1)((100=2096（kg/d）去除每1kgBOD5所产生的干污泥量=)(0SSQX=0.499（kgDS/kgBOD5）。(2)脱氮需氧化的氨氮量N1。氧化沟产生的剩余污泥中含氮率为12.4%，则用于生物合成的总氮量为：N0=25000100093.769124.0=3.82(mg/L)需要氧化的氨氮量N1=进水TKN-出水NH3-N