【正文】 ............... 52 參考文獻 .......................................................... 53 第 5 頁 一、設計題目 城市污水處理廠工藝系統(tǒng)方案設計 二、設計目的 課程設計是高等工科學校給水排水工程專業(yè)本科學生培養(yǎng)計劃中一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，學生在學完《水質(zhì)工程學》課程內(nèi)容后必須進行兩個課程設計，其中一個就是“城市污水處理廠工藝設計”。 通過課程設計，培養(yǎng)學生綜合運用《水質(zhì)工程學》基本理論和專業(yè)知識的能力，培養(yǎng)學生進行城市污水處理工藝系統(tǒng)選擇和單元構筑物設計計算的工程實踐技能，培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決工程實際問題的初步能力。通過本課程設計訓練學生初步具備閱讀中英文文獻能力、技術和方案比較能力、理論分析與設計計算能力、應用計算機能力和工程制圖及編寫說明書的能力。 三 、設計 任務 完成城市污水處理廠工藝設計方案 ，即在給出設計任務的基礎上，完成所給資料的分析、整理，進行水廠選址，工藝流程選擇，方案比較，構筑物的選型，水廠的平面和高程布置以及處理構筑物的初步設計等工作。 第 6 頁 設計成果： 設計說明及計算書 1 份（總篇幅 萬字以上）， 包括 ：目錄、原始資料、系統(tǒng)選擇、處理工藝設計計算、平面及高程 ，給水處理廠平面圖 1 張 ， 處理系 統(tǒng)高程圖 1 張 ， 單體 構筑物工藝設計的三視圖 1 張 。 四 、設計 基礎資料 （ 1） 設計人口 近期人口： （ 10+3） 6000+29 2020=136000（人） 遠期人口： （ 10+3） 8000+29 3000=191000（人） （ 2） 設計污水量 Q 近期計算 =Q 生活污水 +Q 工業(yè)廢水 =136000 90%+ 8 6400= m3/d Q 遠 期計算 =Q 生活污水 +Q 工業(yè)廢水 =191000 100%+ 86400=47768 m3/d （ 3） 設計規(guī)模 Q 近期計算 = 萬 m3/d Q 近期計算 = 萬 m3/d （ 1） 根據(jù)地區(qū)狀況和當?shù)鼐用竦纳盍晳T，通過連續(xù)不間斷的 第 7 頁 進行取樣調(diào)查，并且參照相近已建成的污水處理廠的資料，綜合分析后確定原水水質(zhì)指標如表 。其中，進出水廠的水溫：夏季水溫 22℃ ~25℃，冬季水溫 13℃ ~18℃，常年平均水溫約為 20℃。 原水水質(zhì)指標 表 COD (mg/L) BOD5 (mg/L) SS (mg/L) TN (mg/L) NH3N (mg/L) TP (mg/L) pH 450 220 200 45 35 6~9 （ 2） 針對污水廠處理后水排放的河流水質(zhì)要求，該污水處理廠的處理水應該達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》 GB189182020中一級 A 類排放標準，確定處理后的出水水質(zhì)指標如表 所示。 出 水水質(zhì)指標 表 COD (mg/L) BOD5 (mg/L) SS (mg/L) TN (mg/L) NH3N (mg/L) TP (mg/L) pH 50 10 10 12（ 15） 5（ 8） 6~9 污泥脫水率 60%下。 （ 3） 根據(jù) 1~2 中原水水質(zhì)指標和污水水質(zhì)指標，計算確定各項污染物的處理程度如表 所示。 各污染物處理程度 表 水質(zhì)指標 COD （ mg/L） BOD5 （ mg/L） SS （ mg/L） TN （ mg/L） NH3N （ mg/L） TP （ mg/L） pH 原 水 450 220 200 45 35 6~9 出 水 50 10 10 12（ 15） 5（ 8） 6~9 處理程度 89% 95% 95% 74%（ 67%） 86%（ 78%） 90% — 第 8 頁 （ 1）根據(jù)城市總體規(guī)劃及對城市環(huán)境綜合治理的要求，擬建設的污水廠廠址選定在城市下游河流岸邊，建設場地處地勢平坦，地面標高為 。 （ 2）處理后污水排放至河流，排放口處于 30 年一遇洪水水位標高 ，河流位于該城市東側自北向南。 ，主干管終點的管底標高為 ， D=1200m，充滿度 h/D=045~。 該地區(qū)常 年平均氣溫為 ，冬季最低氣溫為 10 oC，夏季最高氣溫 38oC，最大冰凍深度 ，年平均降雨量 980mm、蒸發(fā)量1250mm。主導風向為西風。 五 、 污水處理廠工藝流程確定 處理流程確定 1． 新建的城鎮(zhèn)污水處理廠所采用的污水處理流程不但要有很高的 SS、 BOD5， CODcr去除能力，而且要具有很高的脫氮除磷功能； 2． 處理工藝技術合理、成熟可靠； 3． 工程造價低，節(jié)省能耗，節(jié)省運行費及占地少； 第 9 頁 4． 運行管理簡單，控制環(huán)節(jié)少，易于操作； 5． 因地制宜，污水處理廠應分期， 分達標實施； 6． 污水、污泥要資源化。 方案確定 污水處理廠的處理流程分為一級物理處理，二級生化處理，三級深度處理和污泥處理。以下對四種處理方案做一選擇。 一級物理處理 一級處理工藝主要去除原水中的漂浮物、垃圾和沙粒等固體不溶性物質(zhì)，一般可采用粗格柵、細格柵、沉砂池等工藝來去除。 二級生化處理 按《城市污水處理和污染防治技術政策》要求推薦， 20 萬 t/d規(guī)模大型污水廠一般采用常規(guī)活性污泥法工藝， 1020 萬 t/d 污水廠可以采用常規(guī)活性污泥法、氧化溝、 SBR、 AB 法等工藝，小型污水廠還可以采 用生物濾池、水解好氧法工藝等。對脫磷脫氮有要求的城市，應采用二級強化處理，如 A2/O 工藝， A/O 工藝， SBR 及其改良工藝，氧化溝工藝，以及水解好氧工藝，生物濾池工藝等。這些從活性污泥法派生出來的工藝都可以實現(xiàn)除碳、除氮、除磷三種流程的組合，都是比較實用的除磷脫氮工藝。 在上述各種脫磷除氮工藝中，對中小污水廠來講，比較有發(fā)展 第 10 頁 前途的工藝是 SBR 工藝、氧化溝工藝。因為這兩種工藝一般都不設初沉池， SBR 工 藝和合建式氧化溝工藝也不需要二沉地、污泥回流設施，因此，水、泥處理流程大為簡化，可以達到占地少、能耗低、投資省， 運行管理方便的目的，符合當前污水處理工藝合建、簡化發(fā)展的總趨勢。采用延時曝氣的 SBR 工藝和氧化溝工藝產(chǎn)生的剩余污泥已經(jīng)基本達到好氧穩(wěn)定，剩余污泥經(jīng)過濃縮 脫水后就可以直接應用于農(nóng)田、填埋或者焚燒，不需要搞污泥消化，因此建設、運轉(zhuǎn)的費用大為減少，這一點對中小城鎮(zhèn)污水廠來說，是非常有吸引力的。 但是相比 SBR 氧化溝具有以下優(yōu)點： (1)工藝流程簡單，運行管理方便。氧化溝工藝不需要初沉池和污泥消化池。有些類型氧化溝還可以和二沉池合建，省去污泥回流系統(tǒng)。 (2)運行穩(wěn)定，處理效果好。氧化溝的 BOD 平均處理水平可達到 95%左右。 (3)能承受水量、水質(zhì)的沖擊負荷，對濃度較高的工業(yè)廢水有較強的適應能力。這主要是由于氧化溝水力停留時間長、泥齡長和循環(huán)稀釋水量大。 (4)污泥量少、性質(zhì)穩(wěn)定。由于氧化溝泥齡長。一般為 20～ 30d，污泥在溝內(nèi)已好氧穩(wěn)定，所以污泥產(chǎn)量少從而管理簡單，運行費用 第 11 頁 低。 (5)可以除磷脫氮。可以通過氧化溝中曝氣機的開關，創(chuàng)造好氧、缺氧環(huán)境達到除磷脫氮目的，脫氮效率一般大于 80%。 (6)基建投資省、運行費用低。和傳統(tǒng)活性污泥法工藝相比，在去除 BOD、去除 BOD 和 NH3N 及去除 BOD 和脫氮三種情況下 ,基建費用和運行費用都有較大降低，特別是在去除 BOD 和脫氮情況下更省。同時統(tǒng)計表明在規(guī)模較小的情況下，氧化溝的基建投資比傳統(tǒng)活性污泥法節(jié)省更多。 本城市中的污水處理廠處理規(guī)模較小，二期只能達到 6 萬 m3/s，屬于中小規(guī)模污水處理廠。鑒于氧化溝有著比較好的優(yōu)勢，所以通過綜合比較，最終確定二級生化處理工藝采用氧化溝工藝。 三級深度處理 根據(jù)國家新規(guī)范規(guī)定，新建污水處理廠處理水質(zhì)都要達到一級 A標準，而前面的物理處理和生化處理還不能達到該要求，尤其對于 P的處理還不能達標。所以要加入深度處理工藝，即混凝、沉淀、過濾消毒 工藝。 污泥處理工藝 根據(jù)國家新規(guī)范規(guī)定，新建污水處理廠的污泥含水率要達到60%以下，所以對于污泥處理提出了更高的要求。目前普遍采用的污泥處理工藝只能將含水率降到 80%，所以為達到要求應該選擇污泥 第 12 頁 濃縮、厭氧消化、污泥脫水和焚燒來解決。 處理流程圖 最終確定污水處理廠的工藝流程 如 圖 所示。 原水分流井 格柵 沉砂池 氧化溝 二沉池 深度處理消毒排放濃縮池污泥儲存池污泥脫水外運填埋污泥回流 圖 污水處理廠工藝流程圖 單元構筑物選擇 格柵選擇 該工藝流程中采用機械清除的粗格柵（ 50～ 100mm）和細格柵（ 3～ 10mm）。 沉淀池選擇 常用沉砂池有平流式沉砂池、豎流式沉砂池、旋流式沉砂池和曝氣沉砂池四種形式。其各自特點如下： ，污水在池中沿水平方向流動，具有結構簡單，截留無機顆粒效果好的優(yōu)點； ，無機顆粒借 第 13 頁 重力沉淀于池底，處理效果一般較差； ，它利用機械控制流態(tài)與流速，加速砂礫的沉淀，有機物則被留在污水中，具有沉砂效果好、占地省的優(yōu)點； ，使污水沿池旋轉(zhuǎn)前進， 它可以通過調(diào)節(jié)曝氣量，控制污水旋流速度，使除沙效率穩(wěn)定，受流量變化小，同時還對污水起預曝氣作用。 鑒于該工藝流程中后續(xù)是采用氧化溝進行生化處理，曝氣沉砂池可以對污水起到預曝氣作用，有利于后續(xù)工藝進行，而且除砂效果穩(wěn)定，所以該工藝選擇曝氣沉砂池。 氧化溝具有多種形式，如 Carrousel 氧化溝、奧貝爾氧化溝、交替式氧化溝和雙溝式氧化溝等多種形式。其中 Carrousel 氧化溝是一種由多渠道串聯(lián)組成的氧化溝形式，在溝一端設置曝氣器，使系統(tǒng)中形成好氧區(qū)和厭氧區(qū)，具有脫氮功能；在內(nèi)部內(nèi)置反硝化區(qū) ，不僅使得脫氮功能加強，而且又具有除磷功能；在系統(tǒng)前加生物選擇區(qū)又能 抑制絲狀菌生長，防止污泥膨脹；其獨特的圓形纏繞式設計還可降低建設成本和減少污水廠占地。而其它類型的氧化溝雖也具有脫氮除磷的功能，但是卻存在溶解氧分配不均、設備利用率低等 第 14 頁 缺點。 Carrousel 氧化溝獨有的優(yōu)勢是其它類型的氧化溝不可比擬的。因此該工藝中我們選擇改良型的 Carrousel 氧化溝改良型 6 廊道Carrousel 氧化溝 2020 如圖 ，完全可以滿足該污水廠運行中脫氮除磷的功能。 圖 Carrousel 2020 系統(tǒng)平面 結構圖 沉淀池一般分為平流 式、豎流式和輻流式沉淀池三種類型。三種沉淀池各自特點如下： 沉淀效果好，抗沖擊能力強，施工簡易，布置緊湊 ，但 配水不均，排泥量大，排泥設備復雜，施工質(zhì)量高 ， 適用大、中、小型污水廠 。 排泥方