西安市某污水处理厂设计
　　内容摘要 本设计为西安市某污水处理厂工程工艺设计，污水处理厂规模为81040m3/d，污水主要来源为生活污水和工业废水，主要污染物质是BOD、COD 、SS 、TN、NH3-N、TP，适宜采用生化处理方法。结合污水来源的水质特征，确定采用倒置A2/O为主体反应池的污水处理工艺流程和以重力浓缩池为主体的污泥处理工艺流程。本工艺具有良好的去除BOD、COD及脱氮除磷的功能，对BOD、COD、SS、TN、NH3-N、TP的去除率分别能达到96.23%、89.51%、96.68%、68.72%、83.33%、86.23%，污水处理厂处理后的出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB）中的一级A标准，其出水就近排入水体。关键词 倒置A2/O工艺；脱氮除磷；曝气沉砂池；辐流式沉淀池；重力浓缩池1 设计任务书1.1设计任务与内容1.1.1设计简介本设计为环境工程专业本科毕业设计，是大学四年教学计划规定的最后一个实践性环节，本设计题目为：西安市某污水处理厂设计。设计任务是在指导教师的指导下，在规定的时间内进行城市污水处理厂的设计。1.1.2设计任务与内容（1）污水处理程度计算根据水体要求的处理水质以及当地的具体条件、气候与地形条件等来计算污水处理程度。（2）污水处理构筑物计算确定污水处理工艺流程后选择适宜的各处理单体构筑物的类型。对所有单体处理构筑物进行设计计算，包括确定各有关设计参数、负荷、尺寸等。（3）污泥处理构筑物计算根据原始资料、当地具体情况以及污水性质与成分，选择合适的污泥处理工艺流程，进行各单体处理构筑物的设计计算。（4）平面布置及高程计算对污水、污泥及中水处理流程要作出较准确的平面布置，进行水力计算与高程计算。（5）污水泵站工艺计算对污水处理工程的污水泵站进行工艺设计，确定水泵的类型扬程和流量，计算水泵管道系统和集水井容积，进行泵站的平面尺寸计算和附属构筑物计算。1.2设计依据及原始资料1.2.1设计依据本设计依据环境工程专业毕业设计任务书，《给水排水工程快速设计手册（2排水工程）》、《排水工程（第二版）》下册、《水污染控制工程（第三版）》下册、《给水排水设计手册（第二版）》、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB）等进行设计。1.2.2设计原始资料（1）排水体制排水体制采用完全分流制（2）污水量①城市设计人口 34万 人，居住建筑内设有室内给排水卫生设备和淋浴设备。②城市公共建筑污水量按城市生活污水量的30％计。③工业污水量为 28000& 米3／平均日，其中包括工业企业内部生活淋浴污水。④城市混合污水变化系数：日变化系数K日＝ 1.1 ，总变化系数Kz＝ 1.3 。（3）水质：①当地环保局监测工业废水的水质为：BOD5＝ 295&& mg/L&&& COD＝ 584& mg/L&& SS＝ 240&& mg/LTN＝&& 46&& mg/L&&&& NH3-N= 30&& mg/L&& TP＝& 3.7 mg/LPH＝7～8②城市生活污水水质：COD＝ 420 mg/L& NH3-N= 30& mg/L& TN＝ 49& mg/L&&& TP＝ 3.6 mg/L③混合污水：重金属及有毒物质：微量，对生化处理无不良影响；大肠杆菌数：超标；冬季污水平均温度15℃，夏季污水平均温度25℃。（4）出水水质污水处理厂出水水质参考《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB）中的一级A标准，并尽量争取提高出水水质，因此确定本污水厂出水水质控制为：CODCr≤50mg/L&&& SS≤10mg/L&&&& BOD5≤10mg/LTN＝15 mg/L&&&& NH3-N=5(8)mg/L&&& TP≤0.5mg/L城市污水经处理后，就近排入水体，其出水也可作为杂用回用水。（5）气象资料①气温：年平均13.6℃，最高45.2℃，最低－20.6℃②风向风速：常风向为东北与西南风，最大风速25m/s③降水量：年平均降雨量587.63mm，最高年817.8 mm，最低年285.2 mm。④冰冻期36d，土壤冰冻深度最大50cm，一般为10 cm。（6）水体、水文地质资料①水体资料污水厂处理出水排入水体，水体河底标高390.65 m，平均流量1.5 m3／s，平均水深2.8 m，底坡8‰。②区域地下水为潜水，地下水位在5.0～10.0m，随季节变化。水质对混凝土无侵蚀性。（7）工程地质资料①地基承载力特征值 130 KPa，设计地震烈度7度。②土层构成：由上至下包括黄土状亚粘土、饱和黄土状亚粘土、细粉砂与中粗砂、亚粘土等。（8）污水处理厂地形图，厂区地坪设计标高为398.88 m。（9）污水处理厂进水干管数据管内底标高392.38m，管径 1250&&& mm& 充满度 0.852 设计水量和水质计算2.1设计水量计算本设计中设计水量的计算包括平均日污水量、最大日污水量、最大时污水量的计算，按照《给水排水工程快速设计手册（2排水工程）》第7页表2-6公式进行计算。2.1.1平均污水量Qp的计算（1）生活污水量Qp1的计算式中：—每人每日平均污水量定额L/(人·d)，该市位于陕西，由《给水排水工程快速设计手册（2排水工程）》第6页表2-4查知，陕西属于第二分区，居住建筑内设有室内给排水卫生设备和淋浴设备，所以 为100~140 L/(人·d)，取 =120 L/(人·d)N—设计人口数，34万人= L/d=40800m3/d（2）公共建筑污水量Qp2的计算=30% & =30% 40800 m3/d=12240 m3/d（3）工业污水量 的计算由原始资料可知： =28000 m3/d（4）平均污水量 的计算+ m3/d2.1.2设计最大日污水量 的计算=1.1 81040 m3/d=89144m3/d2.1.3设计最大时污水量 的计算=1.3 81040 m3/d=/d2.1.4设计水量汇总各设计水量汇总入表1中。表1.各设计水量汇总项目水量m3/dm3/hm3/sL/s平均日污水量810403376.670.938937.96最大日污水量891443714.331.0321031.76最大时污水量1053524389.671.2191219.352.2设计水质2.2.1进水的水质计算本设计进水水质计算包括SS、BOD5、COD、TN、NH3-N、TP等的浓度的计算，其计算方法如下[1]：（1）混合污水中SS浓度的计算：式中：s—每人每日排放的污水量， s=120L/（人·d）as—每人每日排放的SS的量，由《给水排水设计手册（第五册）》第246页查知，as =35-50g/（人·d），取as =40g/（人·d）①生活污水中SS浓度的计算mg/L=333.33 mg/L②工业污水中SS浓度的计算由设计原始资料得知Cs2=240mg/L③混合污水中SS浓度计算= =301.08mg/L（2）混合污水中的BOD5浓度的计算式中：s—每人每日排放的污水量， s=120L/（人·d）as—每人每日排放的BOD5的量，由《给水排水设计手册（第五册）》第246页查知，as =20-35g/（人·d），取as =30g/（人·d）①生活污水中BOD5浓度的计算= mg/L=250mg/L②工业污水中BOD5浓度的计算由设计原始资料得知 =295mg/L③混合污水中 浓度计算= =265.55mg/L（3）混合污水中的COD浓度的计算①生活污水中COD浓度COD=420mg/L②工业污水的COD浓度COD=584mg/L③混合污水中COD浓度COD= mg/L=476.66mg/L（4）混合污水中的TN浓度的计算①生活污水中TN浓度TN=49mg/L②工业污水的TN浓度TN=46mg/L③混合污水中TN浓度TN= mg/L=47.96mg/L（5）混合污水中的NH3-N浓度的计算①生活污水中NH3-N浓度NH3-N=30mg/L②工业污水的NH3-N浓度NH3-N=30mg/L③混合污水中NH3-N浓度NH3-N = mg/L=30mg/L（6）混合污水中的TP浓度的计算①生活污水中TP浓度TP=3.6mg/L②工业污水的TP浓度TP=3.7mg/L③混合污水中TP浓度TP= mg/L=3.63mg/L（7）混合污水其它水质指标①重金属及有毒物质：微量，对升华处理无不良影响；②大肠杆菌数：超标；③冬季污水平均温度15℃，夏季污水平均温度为25℃。2.2.2出水水质设计（1）污水处理厂出水水质参考《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB）中的一级A标准，并尽量争取提高出水水质，因此确定本污水厂出水水质控制为：CODCr≤50mg/L&&& SS≤10mg/L&&&& BOD5≤10mg/LTN＝15 mg/L&&&& NH3-N=8mg/L&&& TP≤0.5mg/L（2）城市污水经处理后，就近排入水体，其出水也可作为杂用回用水。（3）处理厂对污水各项指标的处理程度式中：—进水中某种污染物的平均浓度（mg/L）—出水中该种污染物的平均浓度（mg/L）将各项水质指标带入上式中，计算出对污水的处理程度如下：SS 96.68%&&&& COD 89.51%&&&& BOD5 96.23%TN 68.72%&&& NH3-N 83.33%&&& TP 86.23%2.3计算当量人口数N式中：—城市人口数，34万人；—公共建筑用水折算而得的人口数，—工业废水折算而得的人口数。2.3.1公共建筑用水折算而得的人口数2.3.2工业废水折算而得的人口数工业废水按SS、BOD浓度折合为人口数是按照《给水排水设计手册（第五册）》第246页公式4-1转化进行计算的，折合成人口数的计算公式为：（1）工业废水按SS计算式中：—工业废水中SS的浓度，Css=240mg/L；—工业废水的平均日污水量，Qp2=28000人；as—每人每日排放的SS量，由《给水排水设计手册（第五册）》第246页查知，as =35-50g/（人·d），取as =40g/（人·d）。=.8万人（2）按BOD5计算式中：—工业废水中BOD5的浓度，CBOD5=295mg/L—工业废水的平均日污水量，Qp2=28000人as—每人每日排放的BOD5量，由《给水排水设计手册（第五册）》第246页查知，as =20-35g/（人·d），取as =30g/（人·d）=275333人=27.53万人3 确定工艺流程3.1工艺流程选择的原则污水处理的目的主要有两个，其一是保护水资源不受污染，因此处理后出水要达到水质标准；其二是污水回用，处理后出水用于农田灌溉、城市中水和工业生产等，为此处理水要满足相应的用水要求，《水处理工程师手册》对工艺流程的选择给出了以下的原则和要求，所以污水处理工艺的选择也要按照下面的原则和要求进行[2]。（1）工艺流程应根据原水性质和用水要求选择，其处理程度和方法应符合现行的国家标准和地方的有关规定，处理后水质应符合有关用水和排放的标准要求；（2）应充分利用当地的地形、地址、水文、气象等自然条件及自然资源；（3）污水处理应充分考虑排放水体的稀释、自净能力，根据污水处理程度来选择流程；（4）流程选择应妥善处理技术先进和合理可行的关系，并考虑远期发展对水质水量的要求，考虑分期建设的可能性；（5）流程组合的原则应当是先易后难，先粗后细，先成本低的方法，后成本高的方法。3.2工艺流程的确定按照污水处理工艺流程选择的原则和要求，可得比较合适于西安市某污水处理厂的工艺是倒置A2/O法工艺。该工艺采用较短时间的初沉池或者不设初沉池，使进水中的细小有机悬浮固体有相当的一部分进入生物反应器，以满足反硝化菌和聚磷菌对碳源的需求，并使生物反应器中的污泥能达到较高的浓度；整个系统中的活性污泥都完整地经历过厌氧和好氧的过程，因此排放的剩余污泥中都能充分地吸收磷；避免了回流污泥中的硝酸盐对厌氧释磷的影响；由于反映其中活性污泥浓度较高，从而促进了好氧反应器中的同步硝化、反消化，提高了处理系统的脱氮除磷的效率[3]。本法的具体工艺流程如图1所示。出水厌氧反应池缺氧反应池好氧反应池回流污泥（25%-100%）Q回流混合液（0-200%）Q鼓风机房细格栅粗及格泵栅站沉砂池砂水分离器栅渣砂渣剩余污泥污泥浓缩池脱水车间干泥外运上清液流至厂内污水管二沉池消毒池外运处置污水超越管图1 倒置A2/O法工艺流程图污水4 水处理各构筑物的选择及设计计算4.1 进水闸井的设计4.1.1 污水厂进水管1.设计依据[1]：（1）进水流速在0.9~1.1m/s；（2）进水管管材为钢筋混凝土结构；（3）进水管按非满流设计， ；2.设计计算（1）取进水管流速为 ，由《给水排水设计手册（第二版）》第1册查知，取管径为 ，设计坡度 ；（2）已知最大日污水量 ；（3）初定充满度 h/D=0.85，则有效水深 ；（4）已知管内底标高为392.38m，则水面标高为：393.44（5）管顶标高为： ；（6）进水管水面距地面距离 。4.1.2 进水闸井工艺设计进水闸井的作用是汇集各种来水以改变进水方向，保证进水稳定性。进水闸井前设跨越管，跨越管的作用是当污水厂发生故障或维修时，可使污水直接排入水体，跨越管的管径比进水管略大，取为1400mm，进水闸井的设计要求如下[2]：（1）设在进水闸、格栅、集水池前；（2）形式为圆形、矩形或梯形；（3）井底高程不得高于最低来水管管底，水面不得淹没来水管管顶。考虑施工方便以及水力条件，进水闸井尺寸取6×4.5m，井深 6.5m，井内水深1.2m，闸井井底标高为392.19m，进水闸井水面标高为 393.39m，超越管位于进水管顶1.0m处，即超越管管底标高为 394.63m。由《水处理工程师手册》第566页表6.1.3选用HZJ5—I型闸门，其安装尺寸参数如下表2所示：表2 HZJ5—I型闸门安装参数QEF(F1)G(G1)HH1d2PS278012501125285（265）390（370）3320118018012（4）启闭机的选择由《水处理工程师手册》第566页表6.1.3查得选用 LOD型电手动两用启闭机。4.2格栅4.2.1格栅的作用及种类格栅由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端，用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物，如纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、木片、布条、塑料制品等，防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口，减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行[3]。按照格栅形状，可分为平面格栅和曲面格栅；按照格栅净间距，可分为粗格栅（50-100mm）、中格栅（10-40mm）、细格栅（1.5-10mm）三种，平面格栅和曲面格栅都可以做成粗、中、细三种[3]。本工艺采用矩形断面中格栅和细格栅各一道，采用机械清渣，中格栅设在污水提升泵房之前，细格栅设在提升泵房之后。4.2.2格栅的设计原则本设计中格栅的设计原则主要有[1]：（1）格栅的清渣方式有人工清渣和机械清渣，一般采用机械清渣；（2）机械格栅一般不宜少于两台；（3）过栅流速一般采用0.6-1.0m/s；（4）格栅前渠道内的水流速度一般采用0.4-0.9m/s；（5）格栅倾角一般采用 ；（6）通过格栅的水头损失一般采用0.08-0.15m；（7）格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5m，工作台上应有安全和冲洗设施；（8）格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m，工作台正面过道宽度：人工清除不应小于1.2m，机械清除不应小于1.5m；（9）机械格栅的动力装置一般宜设在室内，或采取其他保护设施；（10）格栅间内应安装吊运设备，以利于进行格栅及其他设备的检修、栅渣的日常清理。4.2.3格栅的设计计算1．中格栅的计算本设计中格栅的设计计算如下[1]：前面计算可知： max=1.219m3/s，计算草图8图2 格栅示意图（1）格栅间隙数式中：—栅条间隙Qmax—最大设计流量，m3/s；—栅条间隙，m；—栅前水深，m；—污水流经格栅的速度，一般取0.6—1.0m/s；a—格栅安装倾角，（°）取中格栅栅前水深为 =1 ，格栅栅条间隙 =20mm，过栅流速 =0.9m/s，格栅安装倾角a=60°，设置两台机械格栅，则每台格栅间隙数为：；则 =32（2）栅槽宽度式中：—栅槽宽度，m；—栅条宽度，取S=0.01m；—栅条间隙，取 =0.02m—栅条间隙数， =32个；= m（3）进水渠道渐部分长度式中：—进水渠道渐宽部分长度，m；B1—进水渠道宽度，取B1=0.60ma1—渐宽部分展开角度，取 ；（4）出水渠道渐窄部分长度（5）过栅水头损失通过格栅的水头损失 可以按下式计算：式中：—设计水头损失，m；—计算水头损失，m；—重力加速度，m/s2；—系数，格栅受污堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；—阻力系数，其值与栅条锻炼形状有关。设格栅断面形状为锐边矩形，则（6）栅后槽总高度设栅前渠道超高 ，栅前水深 ，则，取1.4m（7）栅前槽高度（8）栅槽总长度L（9）每日产生的栅渣量式中：—每日栅渣量，—单位体积污水栅渣量， ，中格栅间隙为20 ，取 =0.05—生活污水总变化系数， =1.3﹥0.02 ，宜采用机械清渣每台格栅每日栅渣量(10)中格栅及格栅除污机选型由《给水排水设计手册（第二版）》第11册第521页查知，选用两台GH-1000链条回转式多耙格栅除污机，其规格及性能如下表3：表3 GH-1000链条回转式多耙格栅除污机的规格和性能参数型号格栅宽度（ ）格栅净距（mm）安 装 角& a（ ）过栅流速（ ）电动机功率（ ）GH-1000100020600.91.1~1.52．细格栅的计算本设计中格栅的设计计算如下[1]：（1）格栅间隙数式中各项字母代表的意义同前， 取细格栅栅前水深为 1.5m，格栅栅条间隙b=10mm，过栅流速 0.9m/s，格栅安装倾角a=60°，设置两台机械格栅，则每台格栅间隙数为：（2）栅槽宽度式中：—栅槽宽度，m；—栅条宽度，取 =0.01m；—栅条间隙，取 =0.01m；—栅条间隙数， =42个；= 0m（3）进水渠道渐部分长度式中：—进水渠道渐宽部分长度，m；1—进水渠道宽度，取 1=0.60m；a1—渐宽部分展开角度，取 ；（4）出水渠道渐窄部分长度（5）过栅水头损失通过格栅的水头损失 可以按下式计算：式中：—设计水头损失，—计算水头损失，—重力加速度， /s2—系数，格栅受污堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3—阻力系数，其值与栅条锻炼形状有关设格栅断面形状为锐边矩形（6）栅后槽总高度设栅前渠道超高 ，栅前水深 ，则，取2.1m（7）栅前槽高度（8）栅槽总长度L（9）每日产生的栅渣量式中：—每日栅渣量，—单位体积污水栅渣量， ，中格栅间隙为20 ，取 =0.05—生活污水总变化系数， =1.3﹥0.02 ，宜采用机械清渣每台格栅每日栅渣量（10）细格栅及格栅除污机的选择由《给水排水设计手册（第二版）》第11册第533页查知，选用两台XWB-Ⅲ-0 8-1 5背耙式格栅除污机，其性能如下表4所示：表4 XWB-Ⅲ-0 8-1 5背耙式格栅除污机型号格栅宽度（mm）耙齿有效长度(mm)安装倾角( )提升质量(kg)格栅间距(mm)提升速度(m/min)电机功率(KW)XWB-Ⅲ-0 8-1 5800100602001030.54.3沉砂池4.3.1沉砂池的作用及类型污水中的无机颗粒不仅会磨损设备和管道，降低活性污泥活性，而且会板积在反应池底部减小反应池有效容积，甚至在脱水时扎破率带损坏脱水设备。沉砂池的设置目的就是去除污水中泥砂、煤渣等相对密度较大的无机颗粒，以免影响后续处理的构筑物的正常运行[3]。常用的沉砂池的形式主要有平流式沉砂池、曝气沉砂池、旋流式沉砂池。平流式沉砂池是早期污水处理系统常用的一种形式，它具有截留无机颗粒效果较好、构造简单等有点，但也存在流速不易控制、沉砂中有机性颗粒含量较高、排砂常需要洗砂处理等缺点。旋流式沉砂池是利用机械力控制水流流态与流速、加速砂粒的沉淀并使有机物随流水带走的沉砂装置。曝气沉砂池在池的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流垂直的横向恒速环流；曝气沉砂池还具有以下特点，通过调节曝气量，可以控制污水的旋流速度，使除砂效率较稳定，受流量的影响较小；沉砂中含有有机物量低于5%；由于池中设有曝气设备，它还具有预曝气、脱臭、除泡作用以及加速污水中油类和浮渣的分离等作用，这些特点对后续的沉淀池、曝气池、污泥消化池的正成运行以及对沉砂的最终处置提供了有利的条件[3]。本设计中选用曝气沉砂池，其截面图如图9示。图3曝气沉砂池示意图1—空气干管 2—支管& 3—扩散设备& 4—头部支座曝气沉砂池与细格栅合建，为地上式矩形混凝土结构，设为两格池子。4.3.2曝气沉砂池的设计参数本设计中曝气沉砂池的设计参数有[1]：（1）旋流速度应保持0.25~0.3m/s；（2）水平流速为0.06~0.12m/s；（3）最大流量时停留时间为1~3min；（4）有效水深为2~3m，宽深比一般采用1~2；（5）长宽比可达5，当池长比池宽大得多时，应考虑设计横向挡板；（6）每立方米污水的曝气量为0.1~0.2m3空气，或3~5 m3/（m2·h）；（7）空气扩散装置设在池的一侧，距池底约0.6~0.9m，送气管应设置调节气量的阀门；（8）池子的形状应尽可能不产生偏流或死角，在集砂槽附近可安装纵向挡板。4.3.3曝气沉砂池的设计计算1．池体的计算本设计中曝气沉砂池的设计计算如下[1]：（1）池子总有效容积V式中：—污水厂最大设计流量， =1.219m3/s；—最大设计流量时的流行时间，取t=2min；（2）水流断面的面积A式中：—污水厂最大设计流量， =1.219m3/s；&—最大设计流量时的水平流速，取0.1 m/s；（3）池总宽度式中：，取（4）校核宽深比宽深比在1~2之间，符合要求（5）池体长L（6）校核长宽比，符合要求2．曝气系统设计计算本设计的曝气沉砂池的曝气系统设计计算[1] [3]：本设计的曝气沉砂池运用鼓风曝气系统，鼓风设备和倒置A2/O反应池空气系统设在同一机房，采用穿孔管曝气，穿孔曝气管设置在集砂槽一侧，距池底0.8,距池壁0.5m，则穿孔管的淹没深度为 。（1）最大时所需空气量式中：—每立方米污水所需空气量，0.1~0.2m3空气/ m3污水，取0.2m3空气/ m3污水/h=877.68 m3 / h（2）平均时所需空气量（3）鼓风机的风压计算式中：—鼓风机出口风压，kPa；—扩散设备的淹没深度，换算成压力单位kPa，1mH20压力相当于9.8kPa， ；—扩散设备的风压损失，kPa，与充氧形式有关，一般取3~5kPa，取4kPa；—输气管道的总风压损失，kPa，包括沿程风压损失和局部风压损失，可以通过计算确定，设管路压力损失为5.5kPa。（4）鼓风机的选择由《给水排水设计手册（第二版）》第11册P470查知，选择RD—125型号罗茨鼓风机两台，其性能如下表6所示：表5 罗茨鼓风机的性能型&& 号口径（mm）转速（r/min）出口风压（kPa）气量Q（m3/min）轴功率LA（kW）电动机功率（kW）RD—125125175029.616.811.7153．沉砂室的计算沉砂室的计算过程如下[1]：（1）沉砂部分所需容积式中：—城市污水沉砂量，m3/106m3，可按照106m3污水沉砂15~30m3计算，取 /106m3污水—清除沉砂的间隔时间，d，取—生活污水总变化系数， =1.3（2）每个污泥斗的容积式中：—每格沉砂斗容积；—沉砂斗个数，本设计中设每格池子有两个沉砂斗，则 ；（3）沉砂斗各部分尺寸设斗底宽 1=0.6,斗壁与水平面的倾角为60 ，斗高 =1.1m，则沉砂斗伤口宽度为：沉砂斗容积为：（ m3）（8）沉砂室的高度采用重力排砂，设池底坡度 ，坡向砂斗，(9)池总高度式中：—沉砂池超高，m，设 =0.3m(10)验证最小流速式中：—最小流量，m3/s，—最小流量时沉砂池的水流断面面积（m2），—最小流量时工作的沉砂池数目，最小流量时，只有一格工作 =1（11）砂水分离器的选择选用螺旋式砂水分离器两台，一备一用，螺旋式砂水分离器由砂斗、溢流堰、出水管、无轴螺旋带及驱动装置等组成。4．曝气沉砂池进出水设计的计算曝气沉砂池的进出水设计的计算过程如下[4]：（1）曝气沉砂池进水设计曝气沉砂池进水采用配水槽，来水由提升泵房和细格栅后水渠直接进入沉砂池配水槽，配水槽尺寸为： 。为避免异重流的影响，污水经潜孔进入沉砂池，过水流速不宜过大，流速控制在 0.2~0.4m/s，本设计取 。单格池子配水孔面积为：设计孔口尺寸为1.8m×1.8m，则孔口实际流速为：查《给水排水设计手册（第二版）》第一册P678，可得水流经过孔口的局部水头损失为 ，则水头损失为：（2）曝气沉砂池出水设计出水采用矩形薄壁跌水堰，假设堰为无侧收缩堰，堰宽同沉砂池每格池子的宽度，即 ，则通过堰流量为：式中：—堰流量，—流量系数，通常采用0.45；—堰宽，m， ；—溢流堰上水深，m；通过计算得出 ，设跌水高度为0.15m，则沉砂池出水的水头损失为0.25+0.15=0.40m4.4倒置A2/O反应池4.4.1工艺设计参数倒置A2/O工艺的设计参数包括[3]：（1）污泥泥龄SRT=10~20d，取为16d；（2）水力停留时间：缺氧区1~2h，取1.5h；厌氧区1~2h，取1.5h，好氧区5~10h，取6.5h；（3）池内混合液污泥浓度（MLSS） 为mg/L,取 ；（4）污泥负荷≤0.15kgBOD5/(kgMLSS·d-1)，取0.15kgBOD5/(kgMLSS·d-1)。4.4.2反应池池体设计计算倒置A2/O工艺的反应池池体设计计算过程如下[5]：（1）混合液回流比R内①总氮的去除率：式中：②混合液回流比R内,取 220%（2）反应池容积设两座钢筋混凝土结构的倒置A2/O反应池， ， ；缺氧区容积 ：厌氧区容积 ：好氧区容积 ：（3）校核氮磷负荷好氧区总氮负荷 ：符合要求；厌氧区总磷负荷 ：,符合要求。（4）系统每座反应池每日活性污泥净增值式中：— 为好氧池中进水平均BOD5的值， 为好氧池中出水平均BOD5的值，kg/m3， &；—产率系数，即微生物每代谢1kgBOD5所合成的MLVSS，kg，取 ；；—每座好氧池处理污水流量，m3/d，为40520m3/d；—反应池内挥发性悬浮固体总量，kg（5）反应池尺寸反应池设置为缺氧区和厌氧区各为一个廊道，中间设置导流墙；好氧区设置为四个廊道；设反应池有效水深通常在 4~6m，取 ；设缺氧区和厌氧区宽度都为 m，则缺氧池和厌氧池的长度为：。好氧区每个廊道宽度也为 m，则反应池总宽度 ，则好氧区长度为；，取为64.8m；反应池总长为校核长宽比及宽深比：， ，符合规定 ；， ，符合规定；， ，都介于1~2之间，符合规定；（6）反应池高度取反应池的超高为0.5m，则4.4.3反应池进出水设计本设计中反应池进出水设计计算过程如下[4]：（1）进水设计计算进水采用矩形配水槽，来水由沉砂池出水管到配水槽，配水槽尺寸为： 。为避免异重流的影响，污水经潜孔进入反应池池，过水流速不宜过大，流速控制在 0.2~0.4m/s，本设计取 。单格池子进水孔直径为：,取进水管为1500mm；校核进水流速：查《给水排水设计手册（第二版）》第一册P678，可得水流经过孔口的局部水头损失为 ，则水头损失为：（2）出水设计计算本设计反应池出水用矩形薄壁跌水堰，假设堰为无侧收缩堰，堰宽 ，则通过堰流量为：式中：—堰流量，—流量系数，通常采用0.45；—堰宽，m， ；—溢流堰上水深，m；通过计算得出 ，设跌水高度为0.15m，则反应池出水的水头损失为0.16+0.15=0.31m出水集水槽尺寸为4.4.4曝气系统设计本设计中采用鼓风曝气系统，曝气装置采用BYW-1.2型微孔曝气器，本设计中将微孔曝气器设在距池底0.2m处，淹没水深为5.8m，计算温度定为30℃。本设计的曝气系统设计计算过程如下[5]：1．需氧量设计计算（1)平均时需氧量的计算式中：—混合液有机物降和氨氮消化需氧量，kg ；—好氧池处理污水流量，m3/d，为81040 m3/d；— 为好氧池中进出水平均BOD5的值， 为好氧池中出水平均BOD5的值，g/m3， &；—氨氮去除浓度，kg/m3， ；—好氧池容积，m3，；—每座好氧池日净产生的活性污泥 ， ；（2）最大时需氧量的计算（3）每日去除的BOD5及NH3-N值（3）最大时需氧量与平均时需氧量之比2．供气量的计算由《排水工程（第四版）》（下册）附录1查知：水中溶解氧浓度：；（1）空气扩散器出口处绝对压力（ ）式中：—大气压力，1.03 105Pa—空气扩散装置的安装深度，m， ；（2）空气离开曝气池面时，氧的百分比式中：—空气扩散器的氧转移效率，对BYW-1.2型微孔曝气器， ；(3)好氧池混合液中平均氧饱和度按最不利的温度条件考虑，最不利的条件为30℃，带入各个值得：mg/L（4）换算为20℃条件下脱氧清水的充氧量式中：相应的最大需氧量：（5）好氧池平均时供气量（6）好氧池最大时供气量3．空气管系统计算（1）曝气器数量计算式中：—好氧池表面积，m2；—曝气器标准状态下，曝气器的服务面积，m2/个；采用BYW-1.2微孔曝气器，在相邻两个廊道的隔墙上布置一根曝气干管，共4根干管，在每根干管上设5对配气竖管，共10条配气竖管，全曝气池总设40条配气竖管。微孔曝气器工作水深为5.8m，在供气量1～3m3/(h·个)时，曝气器氧利用率EA=26%,服务面积0.3～0.75m2/个，取服务面积为0.5 m2/个,则：,取为安全计，本设计采用 曝气器；（2）每根竖管的曝气量为：；（3）每个曝气器的曝气量为：（4）供气管道计算①空气干管供风管道采用树状结构布置，其主干管流量为：空气主干管管径为式中：—主干管中空气流速，10~15m/s，取 ；，取干管管径为 DN800mm②空气支管空气系统采用双侧供气，双侧供气(向两侧廊道供气) 横向支管流量：双侧供气(向两侧廊道供气) 横向支管管径：，取支管管径为 DN450mm（5）空气管路设计计算将已布置的空气管路及布设的空气扩散器绘制成空气管路计算图（如图10、图11所示），用以进行计算。图10 空气管路计算图（1）&&&&&& &&&&&&图11 空气管路计算图（2）选择一条从鼓风机房开始的最远最长的管路为计算管路，在空气流量变化处设计计算节点，同一编号后列于表6进行空气管道计算。空气干管和支管以及配气竖管的管径，根据通过的空气量和相应的流速按照《给水排水（第四版）》（下册）附录2的空气管路计算图加以确定。计算结果列入计算表6中第6项。空气管路的局部阻力损失，根据配件的类型按照式 （其中D为管径，m；K为长度换算系数，按《给水排水（第四版）》（下册）表4-23所列数据采用）折算成当了长度损失 ，并计算出管道的长度 （m），（ 为管段长度）计算结果列入计算表6中的第8、9两项。空气管段的沿程阻力损失，根据空气管的管径（D）mm、空气量m3/min、计算温度30℃和曝气池水深，查《给水排水（第四版）》（下册）附录3求得，结果列入计算表的第10项。第9项和第10项相乘，得压力损失 ，结果列入表第11项，将表6中的第11项各值累加，得空气管道系统的总压力损失为：微孔空气扩散器的压力损失为5.88kPa，则总压力损为5.88+15.35=21.23kPa为安全运行，设计取值为22kPa。表6 空气管路计算表管段编号管段长度L(m)空气流量管径空气流速配&& 件管段当量长度Lo（m）管段计算长度L+L0(m)压力损失h1+h2m3/minm3/h9.8(Pa/m)9.8(Pa/m)123456789101125~240.43.160.050.3845三通1个1.792.190.110.4024~230.46.320.110.6060三通1个，异形管1个3.473.870.150.6323~220.49.480.160.7565三通1个，异形管1个3.864.260.200.8522~210.412.640.210.9065三通1个2.783.180.210.9521~200.415.800.260.9075三通1个，异形管1个4.594.990.110.5020~190.418.960.320.9585三通1个，异形管1个5.335.730.14.0.6319~180.422.120.371.1085三通1个3.834.230.150.6818~170.425.280.421.1085三通1个3.834.230.160.7717~160.428.440.471.2085三通1个3.834.230.150.7216~150.231.600.531.4090三通1个，异形管1个5.715.910.160.7915~140.863.201.051.90105三通1个，异形管1个6.877.670.281.8214~130.8126.402.112.60130四通1个，异形管1个8.789.580.926.8513~120.8189.603.163.20145四通1个，异形管1个10.0110.810.554.8012~110.8252.804.213.80150四通1个7.588.380.627.4911~100.4316.005.274.00150四通1个，异形管1个10.4210.820.958.4710~910.3632.0010.535.50195三通1个，异形管1个，闸门1个，弯头3个27.9438.241.2540.439~881264.0021.078.00240三通1个，异形管1个18.3226.321.3039.888~782528.0042.1312.00285四通1个，异形管1个22.5230.522.0067.947~683792.0063.2012.50300四通1个，异形管1个23.9531.952.95106.856~585056.0084.2716.00340四通1个，异形管1个27.8335.834.00151.005~421.96302.00105.0318.00370四通1个，异形管1个，弯头2个30.8052.704.50176.814~38.412604.00210.0726.00420三通1个，异形管1个，35.8644.264.50219.023~28.418906.00315.1032.00480三通1个，异形管1个42.1050.504.50122.582~12425208.00420.1338.00500三通1个，异形管1个44.2168.218.00468.40合计1566.18（6）鼓风机的选定空气扩散装置安装在距离曝气池底0.2m处，曝气沉砂池空气系统压力损失为 因此鼓风机所需压力为曝气沉砂池所需最大空气量为 ， ，鼓风机供气量；最大时：.68=/h=436.54 m3/min平均时：.36=/h=287.53 m3/min根据所需压力及空气量，由《给水排水设计手册（第二版）》第11册P470查知，选择RME—200型号罗茨鼓风机7台，正常条件下，5台工作，2台备用，其性能如下表7所示：（6）鼓风机房的布置双设电源；每台鼓风机单设基础，间距为1.5m以上；机房包括机器间、配电室、进风室（设空气净化设备）、值班室；鼓风机房内外应采取防止噪声的措施；值班室和机器间之间有隔墙和观察窗；鼓风机房内包括尘沙池和反应池的鼓风机，设置鼓风机房占地面积为 。表7 罗茨鼓风机的性能型 号口径（mm）转速（r/min）出口风压（kPa）气&&&& 量Q（m3/min）轴功率LA（kW）电动机功率（kW）RME—200200A150029.656.836.5454.4.5缺氧池及厌氧池设备选择（1）缺氧池设备选择缺氧池设导流墙，将缺氧池分为两格， 每格内设潜水推进器2台， 所需功率按5W/m3 池容计算。缺氧池有效容积：混合全部污水所需功率为 W（2）缺氧池混合液回流泵的选择混合液回流比R内=220%，则混合液回流量QR为，本设计回流液经潜水泵提升后进入混合液集水池，出水经重力流流至缺氧池首端，选用两台型号为450QW的混合液回流泵4台。选用1500mm混凝土回流管。（3）厌氧池设备选择：厌氧池设导流墙，将厌氧池分为两格，每格内设潜水推进器2台，所需功率按5W/m3 池容计算。厌氧池有效容积混合全部污水所需功率为 W。4.5二沉池4.5.1沉淀池的类型及选择沉淀池是分离悬浮固体的一种常用构筑物，二沉池是活性污泥处理系统的重要组成部分，其作用是泥水分离，使混合液澄清，浓缩和回流活性污泥。沉淀池常按池内水流方向不同分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池和辐流式沉淀池三种。本设计中二沉池采用中心进水，周边出水的辐流式沉淀池[3]。辐流式沉淀池多呈圆形，池的进水在中心为止，出口在周围。水流在池中呈水平方向向四周辐射，由于过水断面面积不断变大，故池中的水流速度从池中心向池四周逐渐减慢。泥斗设在池中央，池底向中心倾斜，污泥常用刮泥机（或吸泥机）机械排除。其主要的特点是采用机械排泥，运行较好；排泥设备有定性产品[3]。4.5.2辐流式二沉池的设计参数辐流式二沉池的设计参数如下[1]：（1）池子直径（或者正方形的一边）与有效水深的比值大于6；（2）池径不宜小于16m；（3）池底坡度一般采用0.05~0.1m；（4）一般采用机械刮泥，也可附有空气提升或净水头排泥设施；（5）当池径（或正方形的一边）较小（小于20m）时，也可采用多斗排泥；（6）停留时间2.5~3h；（7）表面负荷：0.6~1.5m3/（m2·h）。4.5.3设计计算辐流式二沉池的设计计算过程如下[1]：（1）沉淀部分水面面积式中：—设计日平均流量m3/h；，本设计设置4座沉淀池；—表面负荷，m3/(m2·h)，本设计取1.5m3/(m2·h)（2）池子直径采用周边传动吸泥机，为了符合型号规格，取直径为 ，由《给水排水设计手册（第2版）》第11册P592查知，选取周边传动吸泥机 ，其性能参数如下表8示：表8 性能参数规格型号池 径D(m)周边线速（m/min）电机功率（kW）压缩空气压力（MPa）生产厂家371.601.575扬州天雨给水排水有限公司（3）实际水面面积实际负荷（4）沉淀区有效水深式中：—沉淀区有效水深，m；—沉淀时间，1.5~4.0h；取3.0h，取2.4m。（5）沉淀部分有效容积（6）沉淀区的容积式中：—每人每日污泥量，L/(人·d）一般为0.3~0.8，取 0.8 L/(人·d）—设计当量人口数， 71.73万—两次清除污泥像个时间，d；取—沉淀池座数，（7）污泥斗的容积设 ，则，取1.7m。（8）污泥斗以上圆锥体部分污泥容积：设坡度，取0.8m（9）污泥总容积＞23.91m3（10）沉淀池总高度式中：—沉淀池超高，m，为0.5m；—池中心与池边落差，m，为0.5m；—沉淀池泥斗高度，m，为1.7m（11）径深比/ =37/2. 4=15.42 符合要求4.5.4污泥回流泵房（1）设计说明二沉池活性污泥由刮泥机收集到污泥斗中，由池中心落泥管排入池外套筒阀井中，然后由管道输送到回流污泥泵站。其它污泥由刮泥机刮入污泥斗中，再由排泥管排入剩余污泥泵站集泥井中。（2）污泥回流量[5]式中：—污泥回流比，其值为70％；—曝气池设计流量，其值为3714.33；回流污泥浓度：式中：—曝气池混合液污泥浓度(MLSS),其值为3500mg/L查《排水工程(第四版)》下册表4-24可得，本设计中SVI、X及Xr值均符合要求。（3）回流污泥泵的选择由《给水排水设计手册（第二版）》第11册P299页选用2台潜污泵，其型号为550QW。4.5.5进出水设计（1）进水管的计算式中：——进水管设计最大流量，0.61m3/s；——进水管水流速度，取为1.2 m/s；（2）二沉池集配水井设计二沉池的采用配水井进行配水，分别往两座沉淀池均匀进水。①配水井中心管径式中：—中心管内污水流速， ， ，取 0.6m/s；—集配水井的设计流量，m3/s， 1.219 m3/s②配水井的直径式中：—配水井内污水流速， ， ，取 0.2m/s；—集配水井的设计流量，m3/s， 1.219 m3/s③集水井的直径式中：—集水井内污水流速，m/s， ，取0.3m/s，本设计中取4.0m。④溢流堰配水井中心管的污水通过薄壁堰溢流到配水井，薄壁堰的过流量公式为[4]：式中：—集配水井的设计流量，m3/s；— 薄壁堰的流量系数，取 0.45；—堰宽，m， ；—堰上水深，m将上式变换得,薄壁堰堰上水头为：（3）二沉池出水堰设计[6]二沉池出水采用90°三角堰，出水槽沿池壁环形布置，环形槽中水流由左右两侧汇入出水口。设设集渣渠深度为0.4；溢流渠深为0.8m、渠宽为0.5m，集水渠深为0.8m，渠宽为0.8m，出水堰跌水0.15m；出水槽深1.6m，长1.6m，宽为1.2m。由《给水排水设计手册（第二版）》第一册第682页表16-1查知，当堰上水深为h=0.03m时，过水堰流量为 ，则需要用到的三角堰个数为：(个)槽宽为0.5m，设堰厚度为0.3m，则内外层堰板所在圆直径分别为：集水渠层堰所在圆直径为：溢流渠堰板堰所在圆直径为：堰周边总长为：则三角堰宽为：内层布置的三角堰个数为外层布置的三角堰个数为（4）出水管、排渣管和排泥管出水管管径D=800mm& (i=1‰)，则水流速度为：设置直径为D=500mm的排渣管和排泥管。4.6接触消毒池4.6.1概述城市污水经一级或二级处理后，改善水质，细菌含量也大幅度减少，但仍存在有病原菌的可能，因此污水排放水体前应进行消毒。本设计中采用液氯为消毒剂，其优点是效果可靠，投配设备简单、投量准确、价格便宜。4.6.2接触池的设计参数本设计中接触池的设计参数如下[7]：（1）加氯量：5~10mg/L，本设计中取6mg/L；（2）氯与污水的接触时间为 30min；（3）设计流量是 ；（4）本设计设一座五廊道式平流接触池。4.6.3接触池的设计计算（1）池体容积计算（2）接触池表面积式中：—接触池的有效水深，取为3.0m（3）接触池尺寸设每个廊道宽度为 ，则消毒池总宽度为 ，则消毒池的长度为：（4）接触池高度式中：—池底坡降，坡度 为0.05，坡底在进水端；—接触池有效水深，3m；—接触池超高，0.3m。（5）排泥设计接触池也有污泥沉降，故也要设计排泥设施，接触池坡底在进水端，在池子的进水端设置污泥斗及排泥管道，污泥由刮泥机刮至污泥斗中，由污泥管道直接送到脱水间。4.6.4加氯间设计本设计中加氯间的设计计算过程如下[7]：（1）投氯量计算式中：—投氯量，mg/L，6mg/L；—/d；（2）加氯设备选用贮氯量为1000kg的液氯钢瓶，用6瓶同时供氯，每周换用钢瓶一次，安装加氯机3台，两用一备，加氯流量为5-25kg/h。（3）加氯间尺寸加氯间尺寸设置为18m m。4.7计量槽4.7.1计量槽的选择本设计的设计流量为 ， ；故由《给水排水设计手册（第二版）》第5册第568页表5-3查知，选用测量范围为0.170~1.300m3/s，其规格如上表9所示：表9 巴氏计量槽规格测量范围（m3/s）W(m)B（m）A（m）2/3A（m）C（m）D（m）0.170~1.3000.751.5751.6061.0711.051.384.7.2设计依据本设计中计量槽设计的主要依据如下[1]：（1）计量槽应设在渠道的直线段上，直线段的长度不应小于渠道宽的8-10倍；在计量槽的上游，直线段不小于渠宽的 2-3 倍；下游不小于 4-5 倍。当下游有跌水而无回水影响时可适当缩短；（2）计量槽中心线应与渠道中心线重合，上下游渠道的坡度应保持均匀，但坡度可以同；（3）计量槽喉宽一般采用上游渠道宽度的 1/3-1/2；（4）当喉宽 W 为 0.25m 时，H2/H1≤0.64 为自由流，大于此数为潜没流；当喉宽 W=0.3-2.5m 时，H2/H1≤0.7 为自由流，大于此数为潜没流；（5）当计量槽为自由流时，只需记上游水位，而当其为潜没流时，则需同时记下游水位。设计计量槽时，应尽可能做到自由流，但无论在自由流还是在潜没流的情况下，均宜在上下游设置观察井；（6）设计计量槽时，除计算其通过最大流量时的工作条件外，尚需计算通过最小流量的条件；（7）计量槽在自由流的条件下按下式计算流量式中：4.7.3流量计算及出水（1）由表9知 ，则设巴氏计量槽过水为自由流，则由《给水排水设计手册（第二版）》第五册第569页查知， 时，流量计算公式为：（2）选择钢筋混凝土管作为二级出水管，管径为 D=1000mm，流速 =2.284 m/s设计坡度为 =0.0056。（3）巴氏计量槽尺寸长度=0.5 0.75+1.2+0.6+0.9=3.075m宽度=1.2 0.75+0.48=1.38mThe design of The Sewage Treatment Plant in Xi'an CityMajor: Enviromental Engineering No: Name:Chang-Xue Hu Implication Supervisor:Meng-Lin Chen and Cheng-Yuan SuAbstract The topic of this graduate design is about the design of The Sewage Treatment Plant in Xi'an City. The capacity of this Sewage Treatment Plant is 81040m3/d.It’s main source of sewage come from domestic sewage and industrial wastewater, and the major pollutants are BOD、COD 、SS 、TN、NH3-N、TP. Biological treatment method is suitable for the Sewage Treatment Plant in Xi'an City . After analyzing water quality of sewage, I determined to apply of reversed A2/O as the main reaction tank of the sewage treatment process and to use of the gravity thickener as the main sludge treatment process. These treatment process are good at removing BOD、COD、N、P, and the removal rate can reach to 96.23%、89.51%、96.68%、68.72%、83.33%、86.23%.After the treatment process of the Sewage Treatment Plant, the quality of the swage can reach to A standard of the 《urban sewage treatment plant pollutant discharge standard》(GB), and pour into the River, which is the nearest river.Key words Reversed A2/O P denitrification a
radil flo gravity thickener
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