水污染控制工程课程设计城镇污水处理厂设计
指导教师刘军坛
学号 130909221
姓名秦琪宁
目录
摘要 (3)
第一章引言 (4)
1.1设计依据的数据参数 (4)
1.2设计原则 (5)
1.3设计依据 (5)
第二章污水处理工艺流程的比较及选择 (6)
2.1 选择活性污泥法的原因 (6)
第三章工艺流程的设计计算 (7)
3.1设计流量的计算 (7)
3.2格栅 (9)
3.3提升泵房 (9)
3.4沉砂池 (10)
3.5初次沉淀池和二次沉淀池 (11)
3.6曝气池 (15)
第四章平面布置和高程计算 (25)
4.1污水处理厂的平面布置 (25)
4.2污水处理厂的高程布置 (26)
第五章成本估算 (27)
5.1建设投资 (27)
5.2直接投资费用 (28)
5.3运行成本核算 (29)
结论 (29)
参考文献： (30)
致谢 (30)
摘要
本设计采用传统活性污泥法处理城市生活污水，设计规模是200000m3/d。该生活污水氨氮磷含量均符合出水水质，不需脱氮除磷，只考虑除掉污水中的SS、BOD、COD。传统活性污泥法是经验最多，历史最悠久的一种生活污水处理方法。污泥处理工艺为污泥浓缩脱水工艺。污水处理流程为：污水从泵房到沉砂池，经过初沉池，曝气池，二沉池，接触消毒池最后出水；污泥的流程为：从二沉池排出的剩余污泥首先进入浓缩池，进行污泥浓缩，然后进入贮泥池，经过浓缩的污泥再送至带式压滤机，进一步脱水后，运至垃圾填埋场。本设计的优势是：设计流程简单明了，无脱氮除磷的设计，节省了成本，该方法是早期开始使用的一种比较成熟的运行方式，处理效果好，运行稳定，BOD 去除率可达90%以上，适用于对处理效果和稳定程度要求较高的污水，城市污水多采用这种运行方式。
关键词：城市污水传统活性污泥法污泥浓缩
第一章引言
水是人类生活生产所必须的元素，没有水的世界，生命不会存在。我国地大物博，水含量世界前列，但是人口基数大，人均占有量明显不足，人均水量仅有世界平均的四分之一，属于缺水国家。由于我国水资源人均不足，并且分布不均，所以水资源显得格外重要，目前我国还存在很多水污染问题，使能利用的水资源更加的稀少。随着我国经济的快速发展，国民素质也是飞速提高，人民的环境保护意识也越来越高，水污染的治理越来越受到人们的关注。现在，我国城市都存在不同程度的污染，城市污水如果不及时处理，会破坏人们生活环境，影响城市形象，并且滋生细菌病毒，影响人们身体健康，破坏大气、土壤、地下水，使得人们的生活质量的不到保障，所以城市污水处理厂的建设就尤为重要，根据城市规模建设合理的污水处理厂，使得城市污水得以及时处理，对人们的生活、生产十分重要，对环境的保护也起到积极地作用。另外，污水处理厂处理的水可以再利用于人们生活或者生产中，加强了水资源的循环利用，减缓了水资源紧张问题，会产生巨大的社会效益的经济效益。
总之，在实现四个现代化过程中，水污染控制技术对环境保护、促进工农业生产和保障人民健康有现实意义和深远影响，并使经济建设、城乡建设与环境建设同步规划，同步实施，同步发展。这样才能实现经济效益、社会效益和环境效益的统一[1]。
1.1设计依据的数据参数
设计的的污水处理厂的处理规模为20万m3/d。
本设计的城市地概况是：温带季风大陆性气候，四季分明，江水较为丰沛。具有多春旱，夏季多雨（间有伏旱），秋季又旱，冬季干冷少雪的气候特点。夏季多东南风，冬季多西北风，多年来平均气温13.6℃，最高年平均气温14.3℃，最低年平均气温12.7℃，常年极端最高气温40.3℃，极端最低气温-18.1℃。境内年均降水量666.3毫米，全年降水量的百分之六十集中于夏季，年最大降水量986.4毫米，年最小降水量430.9毫米。境内常年地面温度为15.9℃，比年平均气温高为2.3℃，地面温度最高位17.8℃，最低为14.7℃。常年冻土平均厚度13.1厘米，冻土最深38厘米。
进水水质及出水水质要求如下
城市污水从西面进入污水处理厂，污水处理后排入东面的水体，要求处理后的水质达到《城镇污水处理厂污水排放标准》（GB18918-2002）中的一级B标准，
即SS≤20mg/L,BOD
5≤20mg/L，COD
Cr
≤60mg/L（有出水水质要求按要求计算）。污
泥处理后外运填埋。
1.2设计原则
1）处理效果稳定，出水水质好；
2）工艺先进，工艺流程尽可能简单，构筑物尽可能少，运行管理方便；
3）污泥量少，污泥性质稳定；
4）基建投资少，占地面积少。
5）规划布置四优先：工艺流程先进，安全可靠优先；运行管理便利，经济优先；环境绿化、美化优先；有利于排水事业可以持续发展优先。
1.3设计依据
1.相关规划及设计标准
2.《水处理工程》
3.《给水排水设计手册》、环境工程设计手册
第二章污水处理工艺流程的比较及选择
2.1 选择活性污泥法的原因
按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺，10-20万t/d污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱磷脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如A2/O工艺，A/O 工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。
由于该污水处理水量大，出水稳定，所以选用活性污泥法。
其流程为:
污水→粗格栅→提升泵房→细格栅→沉砂池→初沉池→曝气池→二沉池→消毒池→处理水排放
选择传统活性污泥法的原因是：传统活性污泥法是发展历史最久，技术最成熟，污水处理系统简单，氧化沟法是在它的基础上开发出的新方法，本设计中氨氮含量达标，不需要进行脱氮除磷，氧化沟中的脱氮用不着.这样就节省了一部分费用。
在与技术上经济上的造价以及运行费用的综合比较, 传统污泥法是最终方法。流程图如下：
城市污水
第三章 工艺流程的设计计算
3.1设计流量的计算
污水平均流量：
343
200000m /d
2010 2.315m /s
243600
d Q =?==? 查资料可得，污水总变化系数55.1=o K ，由公式d d Q K Q ?=max 可得：
3max 1.3 2.315 3.001/d d Q K Q m s =?=?=
3.2格栅
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，并使之正常运行。要根据流量选择清渣方式，人工清渣格栅适用于小型污水厂，机械清渣格栅适用于栅渣量大于0.2m 3/d 。提升泵站前用粗格栅，提升泵站后用细格栅[2]。
设计参数：
a 、栅条间隙：人工清除为25～100mm ，机械清除为16～100mm ；最大间隙：
100mm 。
b 、格栅栅渣量：格栅间隙为16～25mm 时是0.10～0.05m 3栅渣/10m 3污水，
格栅间隙为30～50mm 时是0.03～0.01m 3栅渣/10m 3污水；栅渣含水率一般为80％，容重约为960kg/ m 3
c 、格栅上部必须设置工作台，其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m ，工作台上应有安全冲洗设施；
d、机械格栅不宜少于2台。
e、污水过栅流速宜采用0.6～1.0m/s，格栅前渠道水流速0.4～0.9m/s；
f、格栅倾角一般采用45°～75°；
g、格栅水头损失0.08～0.15m。
格栅
（1）设栅前水深h=0.8m，过栅流速0.9m s/，格栅间隙e=50mm，格栅安装倾角?
=60
α
则栅条间隙数max
2.315 1.3
193.9
0.0200.80.9
Q
n
ehv
?
===
??
（个）, n取194 设计两组格栅，每组格栅间隙数 n=97 条
（2）栅槽有效宽度
取栅条宽度S=0.01m，栅条间隙0.02m，则
B
1
=S（n-1）+en=0.01?（97-1）+0.02?97=2.9m
栅槽总宽度B=2?2.9=5.8m
栅前槽宽B
2
=2h=2?0.8=1.6m
（3）进水渐宽部分长度
1
1
5.8 1.6
2
l
tgα
-
==5.8m
（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分
2
1
2
l
l==2.95m
（5）通过格栅的水头损失
1
kh
h==?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?60
sin
81
.9
2
9.0
021
.0
01
.0
42
.2
3
2
3
4
=0.097m
（6）栅后槽总高度
取栅前渠道超高m
h3.0
2
=
根据公式
2
1
h
h
H+
=
12
0.30.30.6()
H h h m
=+=+=
12
0.30.0970.30.697
H h h h
=++=++=m
112 1.00.50.6
5.8 2.95 1.00.56010.6H L l l tga tg m
?
=++++
=++++= （7） 每日栅渣量
max 138********
2.3150.186400
1100020.00/Q W W K m d
?=???=
?=
由于日产渣量较大采用机械清渣方式。
3.3提升泵房
污水处理工艺采用传统曝气活性污泥处理，污水处理系统简单，对于新建污水处理厂，工艺管线可以充分优化，故污水只考虑一次提升。污水经提升后入平流沉砂池，然后自流通过初沉池、曝气池、二沉池及接触池，最后由出水管道排入河道。
污水提升前水位-5.9m （既泵站吸水池最底水位）,提升后水位2.90m （即细格栅前水面标高）。
所以，提升净扬程Z=2.90-（-5.69）=8.59m 水泵水头损失取2m
从而需水泵扬程H=Z+h=10.59m
采用MN 系列污水泵（30MN-33B ） 该泵提升流量4800m 3/h ，扬程10.6m ，转速415r/min ，功率153.96Kw,效率90%。
占地面积为π32＝28.26m 2，即为圆形泵房D ＝6m,高12m,泵房为半地下式，地下埋深7m ，水泵为自灌式。
3.4沉砂池
用于去除比重较大的无机颗粒。沉砂池分为平流式、竖流式、曝气式和旋流式，下面是对它们特点的介绍：
平流式沉砂池：污水在池内沿水平方向流动，构造简单，截留无机颗粒效果好
竖流式沉砂池：污水自下而上由中心管流入池内，无机物颗粒籍重力沉于池底，处理效果一般较差
曝气式沉砂池：通过曝气量，可以控制污水的旋流速度，除沙效率较稳定，受流量变化影响小，对污水起预曝气作用。（按生物脱氮除磷设计的污水处理厂，为了保证除磷效果，一般不采用曝气式沉砂池）
旋流式沉砂池：利用机械力控制流态与流速，加速沙粒的沉淀，有机物被留在污水中，具有沉砂效果好，占地省的特点。[3]
本设计采用曝气式沉砂池
设计参数：
a、旋流速度应保持0.25～0.30m/s；
b、水平流速为0.06～0.12m/s
c、最大流量时停留时间为1～3min
d、有效水深为2～3m，宽深比一般采用1:2；
e、长宽比可达5，当池长比池宽大得多时，应考虑横向挡板；
f、每立方米午睡的曝气量为0.2m3空气或3～5 m3/m2.h，也可以按下表计算：
t Q V ?=max 60
式中：V ——总有效面积，㎡；
m ax Q ——最大设计流量，㎡/s ；
t ——最大设计流量时的停留时间，min 。 设t=30s ，则
3max 6033090V Q t m =?=?=
（2）池断面面积：
v
Q A max
=
式中:A ——池断面面积，㎡；
v ——最大设计流量时的水平流速，m/s ；
设v=0.3m/s ，则 2max 3100.3
Q A m v ===
（3） 沉砂池设两格，池宽2m ，池底坡度0.5m ，超高0.6m ，全池总高3.4m 。 （4） 进水断面面积（实际）
2'15.42
5
.012.22m A =?-
?= （5） 池长：m A V L 5.81.435
===
（6） 每格沉砂池沙斗容量：m V 1.55.816.00=??=
（7） 每格沉砂池实际沉砂量：设：含沙量为20m 3/106m 3污水，没两天排一次
36
'01.228640010
6.020m V =???=，小于
7.2m 3 （8） 每小时所需空气量：设曝气管浸水深度为2.0m ，查表得所需空气量为29m 3/mh
3.5初次沉淀池和二次沉淀池
平流式 1 对冲击负荷和温度变化适
应能力较强
2 施工简单，造价低1 采用多斗排泥时，
每个泥斗需要单独设
排泥管各自操作
2 采用机械排泥时，
大部分机械设备位于
水下，易腐蚀
1 适用于地下水位较
高及地质较差的地区
2 适用于大、中、小
型污水处理厂
竖流式 1 排泥方便，管理简单
2 占地面积小1 池子深度大，施工
困难
2 对冲击负荷和温度
变化适应能力较差
3 造价较高
4 池径不宜太大
适用于处理水量不大
的小型污水处理厂
辐流式 1 采用机械排泥运行较好
2 排泥设备有定型产品1 水流速度不稳定
2 易于出现异重流现
象
3 机械排泥设备复
杂，对池体施工质量
要求高
1 适用于地下水位较
高地区
2 适用于大、中型污
水处理厂
平流式沉淀池对水质冲击变化效果好，施工简单，造价低，使用广泛,而竖流式施工难度大，北方城市温差大，竖流式对温度变化适应能力差.初沉池选择平流式，二沉池选择辐流式
a、池子的长宽比不宜小于4，以4～5为宜；
b、使用机械排泥时，宽度根据排泥设备确定；
c、池子的长深比不宜小于8，以8～12为宜；
d、池底纵坡：采用机械刮泥时，不小于0.005，一般采用0.01～0.02；
e、按表面水力负荷计算时，应对水平流速进行校核；最大流速:初沉池为7mm/s，二沉池为5mm/s；
f、进出口应设置挡板，高出池内睡眠0.1～0.15m；
g、在出水堰前应设置收集与排出浮渣的设施。
辐流式
设计参数：
a、沉淀时间为1.5～2.5h；
b、表面水力负荷为1.0～1.5 m2/m3*h；
c、污泥量为10～21g/（p·d）；
d、污泥含水率为99.2～99.6%；
e、池径不宜小于16m，池底坡度一般采用0.05～0.10；
f、池子直径与有效水深之比为6～12，缓冲层高度为0.5m。
g 、最大允许的水平流速要比初次沉淀池的小一半； h 、中心管中的下降流速不应超过0.03m/s ；
其静水头可降至0.9m ，污泥底坡与水平夹角不应小于50度。 初沉池
选用平流式沉淀池，日平均流量为0.185m 3/s ，最大设计流量为0.287 m 3/s ，设计人口为N=100000人，沉淀时间t=1h
池子总面积：设表面负荷'323/q m m h =?
max '
23600
3.0013600
2
5401.8Q A q m ?=
?=
= （1）沉淀部分有效水深:
'2h q t = 取q=3h h=3m
（2）沉淀部分有效容积： V=Ah 2=5401.83? =16205.4m 3 （3）池长：设水平流速V=6mm/s 3.6 3.6104144L Vt m ==??= （4）池子总宽度：
5401.837.51144A B m L ===
（5）池子个数为4
（6）宽度： 37.519.44b == 长宽比14415.329.4l b ==大于4，符合条件
（7）污泥部分所需要的总容积：设T=2d 3100100021000005.01000m SNT V =??==
（8）每格池污泥部分所需容积： 3''254100m n V V ===
（9）污泥斗容积：
()
()
3
22222121'
'413.215.02.45.02.4732.125.02.4313
1m f f f f h V =?++?-?=++=
（10）污泥斗以上梯形部分污泥容积：
3
'
42125.82.4161.022.48.202m b h l l V =??+=+=
（11）污泥斗和梯形部分污泥容积：
3218.295.83.21m V V =+=+
大于25m 3
（12）池子总高度：设缓冲层高度
m
h 5.03=
m
h h h h h H 16.72.3161.05.00.33.0'
'4
'4321=++++=++++= 斗内污泥可用静水压、泵吸或吸泥机排出。 二沉池
该沉淀池采用中心进水，周边出水的幅流式沉淀池，采用机械刮泥。 设计参数
设计进水量：Q=Qmax/2=4167m3/h
表面负荷：q 范围为1.0—1.5 m3/ m2.h ，取q=1.5 m3/ m2.h 水力停留时间：T=2 .2h 设置2座。 设计计算
1）每座沉淀池面积A: 按表面负荷算：241671388.81.52
Q A m q =
==? 直径D ：441388.8
42.13.14
A
D m π
?=
=
= 取42m
2）有效水深为：
h2=qT=1.5?2.2=3.3m 3）污泥斗容积
取回流比%60=R 污泥回流浓度
3/8.86.0)
6.01(3.36.0)6.01(m kg X Xr =+=
+=
污泥区所需存泥容积：
3
4(1)4(10.6)4167 3.3
3.38.8
7273.3s r
R QX V X X m +=+?+??=
+=
每个污泥斗的容积
37273.3/23636.65st V m ==
4）污泥区高度为 37273.323636.65
st V h m A =
== 池底坡度为0.05 池底进口处4m 池底坡度降
m h 1625.005.0242/215=?-=
5）二沉池总高度：
缓冲层高度h3=0.5m, 取超高为h1=0.4 则池边总高度为
H1=h1+h2+h3+h4=0.4+3.3+2+0.5=6.2m 池中总高度为：H=H 1+h5=6.2+0.36=6.56m 6）径深校核
2/42/6.56 6.4D h == 合格。
3.6曝气池
本设计选用传统活性污泥曝气池，采用鼓风曝气系统。所谓推流，就是污水从池的一端流入，在后继水流的推动下，沿池长度流动，并从池的另一端流出[4]。
设计参数：
a 、进水方式不限，出水多用溢流偃，水位较固定；
b 、曝气池池长与池宽之比（L/B ），一般大于5～10；
c 、有效水深最小为3m ，最大为9m ；超高一般为0.5m ，当采用表曝机时，机械平
宜高出水面1m 左右。
d 、曝气池廊道的宽：深，多介于1.0～1.5之间；廊道长宜为50～70m ；
e 、曝气池一般结构上分为若干单元，每个单元包括一座或几座曝气池，每座曝气池常由1个或2～5个廊道组成；当廊道数为单数时，污水的进、出口分别位于曝气池的两端；而当廊道数为双数时，则位于廊道的同一侧；
f 、在池底应考虑排空措施，按纵向留2/1000左右的坡度，并设直径为80～100mm 的放空管。
g 、曝气池的进水与进泥口均设于水下，采用淹没出流方式。 设计流量Qmax=24800m3/d （1）处理效率E ：
%100%100?=?-=
a
r a
t
a L L
L L L E
式中a L ——进水BOD 浓度kg/m 3；
t L ——出水BOD 浓度，kg/m 3；
r L ——祛除BOD 浓度，kg/m 3，
进水BOD a L =250mg/l=0.25 kg/m 3，出水BOD t L =30mg/l=0.03 kg/m 3
%
88%10025.003
.025.0%100=?-=
?-=a
t
a L L L E
（2）污泥负荷的确定：选取d
kgMLVSS kgBOD N s ?=/3.05
（3）污泥浓度的确定：
混合液污泥浓度（混合液悬浮物浓度）X （MLSS ）
SVI
R R X )1(103
+?=
式中 SVI ——污泥指数。根据
s
N 值，取SVI=120
r ——二沉池中污泥综合指数，取r=1.2 R ——污泥回流比。取R=50%
33
/3.3120
)5.01(102.15.0m kg X =?+??=
混合液挥发性悬浮物浓度 fX X ='
式中f ——系数，取f=0.7 3'/3.23.37.0m kg X =?=
污泥回流浓度33
3/102.1120
1010m kg r SVI X r =?=?= （4）核算污泥回流比R
R
R X X r )
1(+=
R
R )
1(3.310+?=
R=49%,取50% （5）容积负荷
d m kgBOD N X N S v ?=?==3
5'/69.03.03.2
（6）曝气池容积
max '3
300000.18
2.30.37826.1r s
Q L V X N m ?=??=
?=
（7）水利停留时间 名义水利停留时间max 7826.1
0.26 4.0830000
m V t d h Q =
=== 实际水利停留时间max 7826.1
0.17(1)(10.5)30000
s V t R Q ===++?
（8）剩余污泥量
'max bVX L aQ X r -=?
式中a ——污泥产率系数，取a=0.6
B ——污泥自身氧化率，取b=0.05
'
max 0.6300000.180.057826.1 2.32340.0/r X aQ L bVX kg d ?=-=??-??= （9）污泥龄
'7826.1 2.37.72340.4
c VX
d X θ?===?
池体结构计算：
选用推流式曝气池，廊道式、鼓风曝气。 （1）曝气面积
设4组曝气池，每组体积为 37826.11956.54
V m n == 取池有效水深H=3.5m 则每组曝气池的面积为
211956.55593.5V F m nH ===
（2）曝气池宽度
取池宽B=5m 43.15.35==H B 介于1-2之间符合要求 （3）池长
m B F L 4.925
1.4621===
105.1854.92≥==B L 符合要求 （4）曝气池的平面形式
设曝气池为三廊道式，则每廊道长m L L 8.303
4
.923'=== （5）曝气池总高度：取超高为0.5m
m H H 45.05.35.0'=+=+=
（6）进水方式
从池首进水，按传统活性污泥法运行 曝气系统的设计计算
（1）需氧量计算
'''max 2VX b L Q a O r +=
式中'a ——微生物氧化分解有机物过程中的需氧量，取0.5
'b ——污泥自身氧化需氧量，取0.15 220.5300000.180.157826.1 2.35400/225/O kgO d kg h
=??+??==
祛除每公斤
5
BOD 需氧量
5
22/13.015.05.0''kgBOD kgO N b a O s =+=+
=?
最大需氧量：
最大需氧量变化系数取K=1.4
2max max 22'''
0.5300000.18 1.40.157826.1 2.36480/223.2/r O a Q L K b VX kgO d kgO h
=+=???+??==
（2）供气量
采用膜片式微孔曝气装置，距池底0.2m ，故淹没水深为3.3m ， 水质水温为20—30℃。
溶解氧饱和度查表得：水温20℃时，l mg C s /17.9)20(=
水温30℃时，l
mg C s /63.7)30(=
曝气器出口绝对压力H
P P b 3108.9?+=
式中 P ——标准大气压P=1.013pa H ——曝气器安装深度，H=3.3m
53510337.13.3108.910013.1?=??+?=b P pa
空气离开曝气池面时，氧的百分比
%100)
1(2179)
1(21?-+-=
A A t E E O
式中A E ——氧转换率，取18%
%9.17%100%)
181(2179%)
181(21=?-+-=
t O
曝气池混合液平均饱和浓度： 按最不理温度30℃考虑
l
mg pb C C s sb /29.8)429
.1710
026.210337.1(63.7)429
.1710
026.2(
5
55
)30()30(=+??=+?= 20℃下，脱氧清水充氧量
h kg C C RC R T b /9.356024.1]0.229.819.0[8.017
.9216024.1][)2030()
20()30(5)
20(50=?-???=
?-=
--βρα
式中R ——实际条件下充氧量，h kg O /2162= α——废水液相传质系数KLa 的修正系数，取0.8 β——废水C5的修正系数，取0.9 ρ——压力修正系数，取1 C ——氧实际浓度，取2mg/L 最大时需氧的充气量Ro max
h kg R o /3.428024
.1]0.229.819.0[8.017
.92.259)
22030(max =?-????=
-
曝气池平均时供气量Gs
h m E R A
/3.660918.03.09
.3563.0G 30s =?=
=
最大时供气量GS max
h
m E R G A
o S /5.793118.03.03
.4283.03max max =?=
=
去除每公斤BOD5的供气量