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第一章 設計內容和任務
1、設計題目
50000t/d的城市污水處理廠設計。
2、設計目的
溫習和鞏固所學知識、原理；
掌握一般水處理構筑物的設計計算。
3、設計要求：
獨立思考，獨立完成；
完成主要處理構筑物的設計布置；
工藝選擇、設備選型、技術參數(shù)、性能、詳細說明；
提交的成品：設計說明書、工藝流程圖、高程圖、廠區(qū)平面布置圖。
4、設計步驟：
水質、水量（發(fā)展需要、豐水期、枯水期、平水期）；
地理位置、地質資料調查（氣象、水文、氣候）；
出水要求、達到指標、污水處理后的出路；
工藝流程選擇，包括：處理構筑物的設計、布置、選型、性能參數(shù)。
評價工藝；
設計計算；
建設工程圖（流程圖、高程圖、廠區(qū)布置圖）；
人員編制，經(jīng)費概算；
施工說明。
5、設計任務
（1）、設計進、出水水質及排放標準
項目 | CODCr(mg/L） | BOD5（mg/L） | SS（mg/L） | NH3-N(mg/L） | TP(mg/L) |
進水水質 | ≤200 | ≤150 | ≤200 | ≤30 | ≤4 |
出水水質 | ≤60 | ≤20 | ≤20 | ≤15 | ≤0.1 |
排放標準 | 60 | 20 | 20 | 15 | 0.1 |
（2）、排放標準：（GB8978-1996）一級標準；
（3）、接受水體：河流（標高：－2m）
第二章 污水處理工藝流程說明
一、氣象與水文資料：風向：多年主導風向為東南風；水文：降水量多年平均為每年2370mm； 蒸發(fā)量多年平均為每年1800mm； 地下水水位，地面下6～7m。年平均水溫：20℃
二、廠區(qū)地形：污水廠選址區(qū)域海拔標高在19-21m左右，平均地面標高為20m。平均地面坡度為
0.3‰～0.5‰ ，地勢為西北高，東南低。廠區(qū)征地面積為東西長224m，南北長276m。
三、污水處理工藝流程說明：
1、工藝方案分析：
本項目污水處理的特點為：①污水以有機污染為主，BOD/COD =0.75,可生化性較好，重金屬及其他難以生物降解的有毒有害污染物一般不超標；②污水中主要污染物指標BOD、COD、SS值為典型城市污水值。
針對以上特點，以及出水要求，現(xiàn)有城市污水處理技術的特點，以采用生化處理最為經(jīng)濟。由于將來可能要求出水回用，處理工藝尚應硝化，考慮到NH3-N出水濃度排放要求較低，不必完全脫氮。根據(jù)國內外已運行的中、小型污水處理廠的調查，要達到確定的治理目標，可采用“A2/O活性污泥法”。
2、工藝流程
第三章 工藝流程設計計算
設計流量：
平均流量：Qa=50000t/d≈50000m3/d=2083.3 m3/h=0.579 m3/s
總變化系數(shù)：Kz= (Qa－平均流量，L/s)
=
=1.34
∴設計流量Qmax：
Qmax= Kz×Qa=1.34×50000 =67000 m3/d =2791.7 m3/h =0.775 m3/s
設備設計計算
格柵
格柵是由一組平行的金屬柵條或篩網(wǎng)制成，安裝在污水渠道上、泵房集水井的進口處或污水處理廠的端部，用以截留較大的懸浮物或漂浮物。一般情況下，分粗細兩道格柵。
格柵型號：鏈條式機械格柵
設計參數(shù)：
柵條寬度s＝10.0mm 柵條間隙寬度d=20.0mm 柵前水深h＝0.8m
過柵流速u=1.0m/s 柵前渠道流速ub=0.55m/s α=60°
格柵建筑寬度b
取b＝3.2m
進水渠道漸寬部分的長度(l1)：
設進水渠寬b1＝2.5m 其漸寬部分展開角度α＝20°
柵槽與出水渠道連接處的漸窄部份長度(l2)：
通過格柵的水頭損失(h2)：
格柵條斷面為矩形斷面, 故k=3, 則：
柵后槽總高度(h總)：
設柵前渠道超高h1=0.3m
柵槽總長度(L):
每日柵渣量W：
設每日柵渣量為0.07m3/1000m3，取KZ＝1.34
采用機械清渣。
提升泵房
水泵選擇
設計水量67000m3/d，選擇用4臺潛污泵(3用1備)
揚程/m | 流量/(m3/h) | 轉速/(r/min) | 軸功率/kw | 葉輪直徑/mm | 效率/% |
7.22 | 1210 | 1450 | 29.9 | 300 | 79.5 |
集水池
⑴、容積 按一臺泵最大流量時6min的出流量設計，則集水池的有效容積
⑵、面積 取有效水深，則面積
⑶、泵位及安裝
潛水電泵直接置于集水池內，電泵檢修采用移動吊架。
沉砂池
沉砂池的作用是從污水中去除砂子、煤渣等比重較大的顆粒，保證后續(xù)處理構筑物的正常運行。
選型：平流式沉砂池
設計參數(shù)：
設計流量，設計水力停留時間
水平流速
長度：
水流斷面面積：
池總寬度： 有效水深
沉砂斗容積：
T＝2d，X＝30m3/106m3
每個沉砂斗的容積(V0)
設每一分格有2格沉砂斗，則
沉砂斗各部分尺寸：
設貯砂斗底寬b1＝0.5m；斗壁與水平面的傾角60°，貯砂斗高h’3＝1.0m
7、貯砂斗容積：(V1)
8、沉砂室高度：(h3)
設采用重力排砂，池底坡度i＝6％，坡向砂斗，則
9、池總高度：(H)
10、核算最小流速
(符合要求)
初沉池
初沉池的作用室對污水仲密度大的固體懸浮物進行沉淀分離。
選型：平流式沉淀池
設計參數(shù)：
池子總面積A，表明負荷取
沉淀部分有效水深h2
取t＝1.5h
沉淀部分有效容積V’
池長L
池子總寬度B
池子個數(shù)，寬度取b＝5 m
校核長寬比
(符合要求)
污泥部分所需總容積V
已知進水SS濃度=200mg/L
初沉池效率設計50％，則出水SS濃度
設污泥含水率97％，兩次排泥時間間隔T=2d，污泥容重
每格池污泥所需容積V’
10、污泥斗容積V1，
污泥斗以上梯形部分污泥容積V2
污泥斗和梯形部分容積
沉淀池總高度H
取8m
設計參數(shù)
1、設計最大流量 Q=50 000m3/d
2、設計進水水質 COD=200mg/L；BOD5(S0)=150mg/L；SS=200mg/L；NH3-N=30mg/L；TP=4mg/L
3、設計出水水質 COD=60mg/L；BOD5(Se)=20mg/L；SS=20mg/L；NH3-N=15mg/L；TP=0.1mg/L
4、設計計算，采用A2/O生物除磷工藝
BOD5污泥負荷N=0.13kgBOD5/(kgMLSS·d)
回流污泥濃度XR=6 600mg/L
污泥回流比R=100%
混合液懸浮固體濃度
反應池容積V
反應池總水力停留時間
各段水力停留時間和容積
厭氧：缺氧：好氧＝1：1：3
厭氧池水力停留時間，池容；
缺氧池水力停留時間，池容；
好氧池水力停留時間，池容
厭氧段總磷負荷
反應池主要尺寸
反應池總容積
設反應池2組，單組池容
有效水深
單組有效面積
采用5廊道式推流式反應池，廊道寬
單組反應池長度
校核： (滿足)
(滿足)
取超高為1.0m，則反應池總高
反應池進、出水系統(tǒng)計算
進水管
單組反應池進水管設計流量
管道流速
管道過水斷面面積
管徑
取出水管管徑DN700mm
校核管道流速
回流污泥渠道。單組反應池回流污泥渠道設計流量QR
渠道流速
取回流污泥管管徑DN700mm
進水井
反應池進水孔尺寸：
進水孔過流量
孔口流速
孔口過水斷面積
孔口尺寸取
進水豎井平面尺寸
出水堰及出水豎井。按矩形堰流量公式：
式中 ——堰寬，
H——堰上水頭高，m
出水孔過流量
孔口流速
孔口過水斷面積
孔口尺寸取
進水豎井平面尺寸
出水管。單組反應池出水管設計流量
管道流速
管道過水斷面積
管徑
取出水管管徑DN900mm
校核管道流速
曝氣系統(tǒng)設計計算
設計需氧量AOR。
AOR＝（去除BOD5需氧量-剩余污泥中BODu氧當量）+（NH3-N硝化需氧量-剩余污泥中NH3-N的氧當量）-反硝化脫氮產(chǎn)氧量
碳化需氧量D1
硝化需要量D2
反硝化脫氮產(chǎn)生的氧量
總需要量
最大需要量與平均需氧量之比為1.4，則
去除1kgBOD5的需氧量
標準需氧量
采用鼓風曝氣，微孔曝氣器。曝氣器敷設于池底，距池底0.2m，淹沒深度3.8m，氧轉移效率EA＝20％，計算溫度T=25℃。
相應最大時標準需氧量
好氧反應池平均時供氣量
最大時供氣量
所需空氣壓力p
式中
曝氣器數(shù)量計算(以單組反應池計算)
按供氧能力計算所需曝氣器數(shù)量。
供風管道計算
供風干管道采用環(huán)狀布置。
流量
流速
管徑
取干管管徑微DN500mm
單側供氣(向單側廊道供氣)支管
流速
管徑
取支管管徑為DN300mm
雙側供氣
流速
管徑
取支管管徑DN=450mm
⑿、厭氧池設備選擇(以單組反應池計算) 厭氧池設導流墻，將厭氧池分成3格。每格內設潛水攪拌機1臺，所需功率按池容計算。
厭氧池有效容積
混合全池污水所需功率為
污泥回流設備
污泥回流比
污泥回流量
設回流污泥泵房1座，內設3臺潛污泵(2用1備)
單泵流量
水泵揚程根據(jù)豎向流程確定。
混合液回流設備
混合液回流泵
混合液回流比
混合液回流量
設混合液回流泵房2座，每座泵房內設3臺潛污泵(2用1備)
單泵流量
混合液回流管。
混合液回流管設計
泵房進水管設計流速采用
管道過水斷面積
管徑
取泵房進水管管徑DN900mm
校核管道流速
③ 泵房壓力出水總管設計流量
設計流速采用
二沉池
設計參數(shù)
為了使沉淀池內水流更穩(wěn)、進出水配水更均勻、存排泥更方便，常采用圓形輻流式二沉池。二沉池為中心進水，周邊出水，幅流式沉淀池，共2座。二沉池面積按表面負荷法計算，水力停留時間t=2.5h，表面負荷為1.5m3/（m2?h-1）。
池體設計計算
二沉池表面面積
二沉池直徑， 取29.8m
池體有效水深
混合液濃度 ，回流污泥濃度為
為保證污泥回流濃度，二沉池的存泥時間不宜小于2h，
二沉池污泥區(qū)所需存泥容積Vw
采用機械刮吸泥機連續(xù)排泥，設泥斗的高度H2為0.5m。
二沉池緩沖區(qū)高度H3=0.5m，超高為H4=0.3m，沉淀池坡度落差H5=0.63m
二沉池邊總高度
校核徑深比
二沉池直徑與水深比為，符合要求
進水系統(tǒng)計算
進水管計算
單池設計污水流量
進水管設計流量
選取管徑DN1000mm，
流速
坡降為 1000i=1.83
進水豎井
進水豎井采用D2=1.5m，流速為0.1～0.2m/s
出水口尺寸0.45×1.5m2,共6個，沿井壁均勻分布。
出水口流速
穩(wěn)流筒計算
取筒中流速
穩(wěn)流筒過流面積
穩(wěn)流筒直徑
出水部分設計
單池設計流量
環(huán)形集水槽內流量
環(huán)形集水槽設計
采用周邊集水槽，單側集水，每池只有一個總出水口，安全系數(shù)k取1.2
集水槽寬度 取
集水槽起點水深為
集水槽終點水深為
槽深取0.7m，采用雙側集水環(huán)形集水槽計算，取槽寬b=0.8m，槽中流速
槽內終點水深
槽內起點水深
校核：當水流增加一倍時，q=0.2896 m3/s，v′=0.8m/s
設計取環(huán)形槽內水深為0.6m，集水槽總高為0.6+0.3（超高）=0.9m，采用90°三角堰。
出水溢流堰的設計
采用出水三角堰（90°），堰上水頭（三角口底部至上游水面的高度）H1=0.05m(H2O).
每個三角堰的流量
三角堰個數(shù)
三角堰中心距（單側出水）
排泥部分設計
單池污泥量
總污泥量為回流污泥量加剩余污泥量
回流污泥量
剩余污泥量
集泥槽沿整個池徑為兩邊集泥
消毒接觸池
4、加氯間
⑴、加氯量 按每立方米投加5g計，則
⑵、加氯設備 選用3臺REGAL-2100型負壓加氯機（2用1備），單臺加氯量為10kg/h
污泥泵房
設計污泥回流泵房2座
1、設計參數(shù)
污泥回流比100％
設計回流污泥流量50000m3/d
剩余污泥量2130m3/d
污泥泵
回流污泥泵6臺（4用2備），型號 200QW350-20-37潛水排污泵
剩余污泥泵4臺（2用2備），型號 200QW350-20-37潛水排污泵
集泥池
⑴、容積 按1臺泵最大流量時6min的出流量設計
取集泥池容積50m3
⑵、面積 有效水深，面積
集泥池長度取5m，寬度
泵位及安裝
排污泵直接置于集水池內，排污泵檢修采用移動吊架。
污泥濃縮池
初沉池污泥含水率大約95％
設計參數(shù)
濃縮池尺寸
濃縮后污泥體積
采用周邊驅動單臂旋轉式刮泥機。
貯泥池
污泥量
貯泥池容積
設計貯泥池周期1d，則貯泥池容積
貯泥池尺寸
攪拌設備
為防止污泥在貯泥池終沉淀，貯泥池內設置攪拌設備。設置液下攪拌機1臺，功率10kw。
脫水間
壓濾機
2、加藥量計算
投加量 以干固體的0.4%計
.
十二、構建筑物和設備一覽表：
序號 | 名稱 | 規(guī)格 | 數(shù)量 | 設計參數(shù) | 主要設備 |
1 |
格柵 |
L×B = 3.58m×3.2m |
1座 | 設計流量 Qd=50000m3/d 柵條間隙 柵前水深 過柵流速 | HG-1200回旋式機械格柵1套 超聲波水位計2套 螺旋壓榨機（Φ300）1臺 螺紋輸送機（Φ300）1臺 鋼閘門（2.0X1.7m）4扇 手動啟閉機（5t）4臺 |
2 |
進水泵房 |
L × B = 20m× 13m |
1座 | 設計流量Q=2793.6 m3/h 單泵流量Q= 350m3/h 設計揚程H=6mH2O 選泵揚程H= 7.22mH2O 1mH2O=9800 Pa | 螺旋泵（Φ1500mm,N60kw）5臺，4用1備 鋼閘門（2.0mX2.0m）5扇 手動啟閉機（5t）5臺 手動單梁懸掛式起重機（2t，Lk4m）1臺 |
3 |
平流沉砂池 |
L×B×H= 12.5m×3.1m×2.57m |
1座 | 設計流量 Q＝2793.6 m3/h 水平流速v= 0.25 m/s 有效水深H1= 1 m 停留時間T= 50 S |
砂水分離器（Φ0.5m）2臺 |
4 |
平流式初沉池 |
L×B×H= 21.6m×5m×8m |
13座 |
設計流量Q= 2793.3 m3/h 表面負荷q= 2.0m3/(m2·h) 停留時間T= 2.0 d
|
全橋式刮吸泥機(橋長40m,線速度3m/min, N0.55X2kW) 2臺 撇渣斗4個
|
5 |
曝氣池
|
L×B×H = 70m×55m×4.5m |
1座 |
BOD為150，經(jīng)初沉池處理，降低25% | 羅茨鼓風機（TSO-150，Qa15.9m3/min, P19.6kPa,N11kw）3臺 消聲器6個 |
6 |
輻流式二沉池 |
D×H= Φ29.8m×3m |
2座 | 設計流量Q= 2084.4m3/h 表面負荷q= 1.5m3/(m2·h) 固體負荷qs= 144～192 kgSS/(m2·d) 停留時間T= 2.5 h 池邊水深H1=2 m
|
全橋式刮吸泥機(橋長40m,線速度3m/min, N0.55X2kW) 2臺 撇渣斗4個 出水堰板1520mX2.0m 導流群板560mX0.6m |
7 | 接觸消毒池 | L×B×H= 32.4m×3.6m×3m |
1座 | 設計流量Q=2187.5 m3/h 停留時間T= 0.5 h 有效水深H1=2 m |
注水泵（Q3～6 m3/h ）2臺 |
9 |
加氯間 |
L×B= 12m×9m |
1座 |
投氯量 250 kg/d 氯庫貯氯量按15d計 |
負壓加氯機(GEGAL-2100)3臺 電動單梁懸掛起重機(2.0t)1臺 |
10 |
回流及剩 余污泥泵房（合建式） |
L×B= 10m×5m |
1座 | 無堵塞潛水式回流污泥泵2臺 鋼閘門(2.0X2.0m)2扇 手動單梁懸掛式起重機(2t)1臺 套筒閥DN800mm, Φ1500mm 2個 電動啟閉機（1.0t）2臺 手動啟閉機（5.0t）2臺 無堵塞潛水式剩余污泥泵3臺 |
第四章 平面布置
（1）總平面布置原則
該污水處理廠為新建工程，總平面布置包括：污水與污泥處理工藝構筑物及設施的總平面布置，各種管線、管道及渠道的平面布置，各種輔助建筑物與設施的平面布置?？倛D平面布置時應遵從以下幾條原則。
① 處理構筑物與設施的布置應順應流程、集中緊湊，以便于節(jié)約用地和運行管理。
② 工藝構筑物（或設施）與不同功能的輔助建筑物應按功能的差異，分別相對獨立布置，并協(xié)調好與環(huán)境條件的關系（如地形走勢、污水出口方向、風向、周圍的重要或敏感建筑物等）。
③ 構（建）之間的間距應滿足交通、管道（渠）敷設、施工和運行管理等方面的要求。
④ 管道（線）與渠道的平面布置，應與其高程布置相協(xié)調，應順應污水處理廠各種介質輸送的要求，盡量避免多次提升和迂回曲折，便于節(jié)能降耗和運行維護。
⑤ 協(xié)調好輔建筑物，道路，綠化與處理構（建）筑物的關系，做到方便生產(chǎn)運行，保證安全暢道，美化廠區(qū)環(huán)境。
（2）總平面布置結果
污水由北邊排水總干管截流進入，經(jīng)處理后由該排水總干管和泵站排入河流。
污水處理廠呈長方形，東西長380米，南北長280米。綜合樓、職工宿舍及其他主要輔助建筑位于廠區(qū)東部，占地較大的水處理構筑物在廠區(qū)東部，沿流程自北向南排開，污泥處理系統(tǒng)在廠區(qū)的東南部。
廠區(qū)主干道寬8米，兩側構（建）筑物間距不小于15米，次干道寬4米，兩側構（建）筑物間距不小于10米。
總平面布置參見附圖1（平面布置圖）。
第五章 高程布置及計算
（1）高程布置原則
① 充分利用地形地勢及城市排水系統(tǒng)，使污水經(jīng)一次提升便能順利自流通過污水處理構筑物，排出廠外。
② 協(xié)調好高程布置與平面布置的關系，做到既減少占地，又利于污水、污泥輸送，并有利于減少工程投資和運行成本。
③ 做好污水高程布置與污泥高程布置的配合，盡量同時減少兩者的提升次數(shù)和高度。
④ 協(xié)調好污水處理廠總體高程布置與單體豎向設計，既便于正常排放，又有利于檢修排空。
（2）高程布置結果
由于該污水處理廠出水排入市政排水總干管后，經(jīng)終點泵站提升才排入河流，故污水處理廠高程布置由自身因素決定。
采用普通活性污泥法，輻流式二沉池、曝氣池、初沉池占地面積較大，如果埋深設計過大，一方面不利于施工，也不利于土方平衡，故按盡量減少埋深。從降低土建工程投資考慮，出水口水面高程定為64m，則相應的構筑物和設施的高程可以從出水口逆流計算出其水頭損失,從而算出來。
總高程布置參見附圖2高程圖。
（3）高程計算
h1—沿程水頭損失 h1=il, i—坡度 i=0.005
h2—局部水頭損失 h2=h1×50%
h3—構筑物水頭損失
巴氏計量槽
H=0.3m
巴氏計量槽標高 -1.7000m
消毒池的相對標高
排水口的相對標地面標高： 0.00m
消毒池的水頭損失： 0.30m
消毒池相對地面標高： -1.4000m
沉淀池高程損失計算
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
沉淀池相對地面標高 -0.6000m
A2/O反應池高程損失計算
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反應池池相對地面標高 0.4625m
平流式沉砂池高程損失計算
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
平流式沉砂池相對地面標高 0.8525m
細格柵高程損失計算
h1= 0.30m
h2= h1×50%=0.15m
h3=0.30m
H5=h1+h2+h3=0.30+0.15+0.30=0.75m
細格柵相對地面標高 1.6025m
污水提升泵高程損失計算
l=5m
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
污水提升泵相對地面標高 -4.1600m
