水污染课程设计(A2O)

水污染控制工程课程设计50000m3/dA2/O工艺城市污水处理厂设计

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指导教师：

2013年1 月7日

摘要：本设计容为50000m3/dA2/O工艺污水处理厂的工艺设计，其处理对象主要为生活污水，要求城市污水经处理后，符合《污水综合排放标准》一级标准。本污水处理厂主要工艺流程为：污水先由中格栅进水后进入泵房与细格栅，再经沉砂池和平流式初沉池进入二级处理，即A2/O生化反应池，然后进入沉淀池（辐流式二沉池）沉淀出水，出水经紫外消毒后直接排放；剩余污泥经污泥处理系统浓缩脱水后外运做最终的处置。关键词：污水处理；A2/O；污泥浓缩；污泥脱水；辐流式二沉池

第一章设计任务书

水污染控制工程课程设计任务书

一、设计题目

50000m3/d城市污水处理厂设计（A2/O）

二、原始资料

1. 设计规模Q＝50000m3/d

2. 水质情况：

BOD5=300mg/L COD Cr=600 mg/L SS=250 mg/L 氨氮=40 mg/L

磷酸盐(以P计)=10 mg/L pH=6~9

3．气象与水文资料：

风向：多年主导风向为东南风；

水文：降水量多年平均为每年2370mm；

蒸发量多年平均为每年1800mm；

地下水水位，地面下6～7m。

年平均水温：20℃

4．厂区地形：

污水厂选址区域海拔标高在19-21m左右，平均地面标高为20m。平均地面坡度为

0.3‰～0.5‰，地势为西北高，东南低。

三、出水要求

符合《污水综合排放标准》一级标准：

BOD5≤20mg/L COD Cr≤60 mg/L SS≤20mg/L 氨氮≤15mg/L

磷酸盐（以P计）≤0.5mg/L

四、设计容

1.方案确定

按照原始资料数据进行处理方案的确定，拟定处理工艺流程，选择各处理构筑物，说明选择理由，进行工艺流程中各处理单元的处理原理说明，论述其优缺点，编写设计方案说明书。

2.设计计算

进行各处理单元的去除效率估算；各构筑物的设计参数应根据同类型污水的实际运行参数或参考有关手册选用；各构筑物的尺寸计算，要求说明书中有计算草图；设备选型、效益分析及投资估算。

3.平面和高程布置

根据构筑物的尺寸，合理进行平面布置；高程布置应在完成各构筑物计算及平面布置草图后进行，各处理构筑物的水头损失可直接查相关资料，但各构筑物之间的连接管渠的水头损失则需计算确定。

4.编写设计说明书、计算书

五、设计成果

1.污水处理厂总平面布置图1（含土建、设备、管道、设备清单等）

2.高程布置图1

3.主要单体构筑物（沉砂池、曝气池、二沉池等）平面、剖面图1

4.设计说明书、计算书一份

六、时间分配表（第19~20周）

七、成绩考核办法

根据设计说明书、设计图纸的质量及平常考核情况由指导教师按优、良、中、及格、不及格评定成绩。

指导教师：

理工大学化学与生物工程学院环境工程教研室

2012年12月

第二章设计说明书

一、设计题目

某城市污水处理厂A2/O工艺设计

二、设计原则、依据及执行规

设计原则

1.采用技术先进可靠、占地省、出水水质稳定，效果好，技术经济合理的工艺；

2.选择造价低、节省电力、效率高的耐用设备；

3.因地制宜、合理布局、方便管理、统一规划。

主要设计依据及执行规

《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）

《污水综合排放标准》（GB8978-2002）

《城市污水处理厂污泥排放标准》（CJ3025-93）

《室外排水设计规》（2006年版）（GBJ50014-2006）

《室外给水设计规》（2006年版）（GBJ50013-2006）

《城市污水处理工程项目建设标准》（2001年修订版）

三、设计容和任务

1. 工艺流程选择、方案确定；

2. 各污水构筑物设计计算；

3. A2/O生化反应池设计计算；

4. 污泥系统设计计算；

5. 绘制系统高程布置图、平面布置图各一，主要单体构筑物（沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池等）平面、剖面图1；

6. 编写设计说明书及计算书。

四、设计水质及处理后排放水质

1 、设计处理水量：

日处理量： 50000d /m 3

秒处理量： 0.579s /m 3

s L s m Q /70.578/579.03600

24500003==?= 根据《室外排水设计规》，查表并用插法得：38.1=z K

所以设计最大流量:

s m h m d m Q K Q z /799.0/4.2876/690345000038.1333max ===?=?=

2、确定其原水水质参数如下：

BOD 5=300mg/L COD cr =600 mg/L SS=250 mg/L 氨氮=40 mg/L

磷酸盐(以P 计)=10 mg/L pH=6~9

3、设计出水水质

符合城市污水排放一级A 标准：

BOD 5≤20mg/L COD ≤60 mg/L SS ≤20mg/L 氨氮≤15mg/L 磷酸盐（以P 计）≤0.5mg/L

4、污水处理程度的确定

根据设计任务书，该厂处理规模定为：50000d m /3 进、出水水质: 项目 COD(mg/L

) BOD 5(mg/L ) SS(mg/L) NH 3-N(mg/L) TP(mg/L)

五、城市污水、污泥处理方案的确定

我国城市污水处理在见过四十多年来取得是很大的成就，污水处理技术随着水污染控制与环境治理的实践，在吸取国外技术经验的同时，结合我国国情的特点，逐步改进提高，初步形成一些适用的技术路线，主要如下：

1）对传统活性污泥法进行改造或予以取代后的人工生物净化技术路线；

2）以自然生物净化为主并附以人工的生物净化技术路线；

3）以深水扩散排放为主，处理为辅的技术路线；

1.污水设计方案的确定

（1）此废水具有如下特点：

BOD5/COD Cr=300/600=0.5，说明废水可生化性很好；有较高的N、P含量；（2）针对以上特点，要求污水处理系统应该具有以下功能：

（a）具有一定的BOD5去除能力；

（b）具备一定的脱N除P功能，使出水N、P达标；

（c）使污水处理过程中产生的剩余污泥基本达到稳定。

（3）生化处理工艺选择

根据课程设计要求，本设计采用A2/O工艺，污泥处理采用浓缩脱水工艺。

2、污水处理工艺方案的比较[1][2][4][12]

目前处理城市污水应用较多的生化工艺有氧化沟，AB法，SBR法，A2/O法等。为了使本工程选择最合理的处理工艺，有必要按使用条件，排除不适用的处理工艺后，再

对可以采取的处理工艺方案进行对比和选择：

（a）AB法

AB工艺是一种生物吸附―降解两段活性污泥工艺，A段负荷高，曝气时间短，0.5h 左右，污泥负荷高2～6 kgBOD5/(kgMLSS·d)，B段污泥负荷较低，为0.15～0.30 kgBOD5/(kgMLSS·d)，该段工艺有机物、氮和磷都有一定的去除率，适用于处理浓度较高，水质水量较大的污水，通常要求进水BOD5≥250mg/L，AB工艺才有明显优势。

AB工艺的优点：

①具有优良的污染物去除效果，较强的抗冲击负荷能力，良好的脱氮除磷效果和投资及运转费用较低等。

②对有机底物去除效率高。

③系统运行稳定。主要表现在：出水水质波动小，有极强的耐冲击负荷能力，有良好的污泥沉降性能。

④有较好的脱氮除磷效果。

⑤节能。运行费用低，耗电量低，可回收沼气能源。经试验证明，AB法工艺较传统的一段法工艺节省运行费用20%～25%.

AB工艺的缺点：

①A段在运行中如果控制不好，很容易产生臭气，影响附近的环境卫生，这主要是由于A段在超高有机负荷下工作，使A段曝气池运行于厌氧工况下，导致产生硫化氢、大粪素等恶臭气体。

②当对除磷脱氮要求很高时，A段不宜按AB法的原来去处有机物的分配比去除BOD5 5%～60%，因为这样B段曝气池的进水含碳有机物含量的碳/氮比偏低，不能有效的脱氮。

③污泥产率高，A段产生的污泥量较大，约占整个处理系统污泥产量的80%左右，且剩余污泥中的有机物含量高，这给污泥的最终稳定化处置带来了较大压力。

总体而言，AB法工艺适合于污水浓度高、具有污泥消化等后续处理设施的大中规模的城市污水处理厂，有明显的节能效果。对于有脱氮要求的城市污水处理厂，一般不宜采用。

（b）SBR法工艺

SBR是序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。

它是一个完整的操作过程，包括进水、反应、沉淀、排水排泥和闲置5个阶段。

SBR工艺有以下特点：

①SBR装置结构简单，运转灵活，操作管理方便；

②投资省，运行费用低；Ketchum等人的统计结果表明：采用SBR工艺处理小城镇污水要比用普通活性污泥法节省基建投资30%；

③可抑制丝状菌生长繁殖，不易发生污泥膨胀，SVI值较低，有利于活性污泥的沉淀和浓缩；

④SBR处于好氧/厌氧交替运行的过程中，在出去含碳有机污染物的同时实现脱氮除磷；

⑤SBR处理工艺系统构筑物少、布置紧凑、节省占地，同时也减少了基建投资费

用；

由于SBR工艺有很多的优点，近年来在我国污水处理中也得到较广泛的应用，但它也存在一些不足之处：

①废水排放规律与SBR间歇进水的要求存在不匹配的问题，需要较大的调节池；

②设备的闲置率较高；

③排水水位较低，一般不能直接自流排放；

④进水、曝气和排水周期运行，设备启停、阀门启闭完全依赖自动控制系统来实现，处理污水量较大时，要求多个SBR池并联运行，增加了控制系统的复杂性。

（c）氧化沟工艺

氧化沟污水处理工艺是活性污泥法的一种变形，其曝气池为封闭的沟渠，废水和活性污泥的混合液在其中不断循环流动，因此氧化沟又有“无终端循环曝气池”的说法。过去由于其曝气装置动力小，使池深及充氧能力受到限制，导致占地面积大、土建费用高，其推广及运用受到影响。近10年来由于曝气装置的不断改进、完善及池形的合理设计，弥补了氧化沟过去的缺点。现代的氧化沟具有工艺流程简单，管理简便，处理效果好，耐冲击负荷强、运行稳定等一系列优点，而且可根据需要选择不同的泥龄和池形，满足不同的处理目标和处理程度的需要。技术成熟、在国外应用得最为广泛的氧化沟有以下几种：

①卡鲁塞尔氧化沟

卡鲁塞尔氧化沟是一种单沟环形氧化沟，主要采用表面曝气机，兼有供氧和推流的作用。污水在沟转折巡回流动，处于完全混合状态，有机物不断得以去除。

表曝机少，灵活性差，设备维修期间沟不能工作，沟混合液自由流程长，由于紊流导致的流速不均，很容易引起污泥沉淀，影响运行效果。单沟氧化沟的平均溶解氧维持

在2mg/L左右，加之单点供氧强度过大，耗氧较高。在一般情况下，单沟很难形成稳定的缺氧段，不利于脱N。

②三沟式氧化沟

三沟式氧化沟工艺有两个边沟，一个中沟，当一个曝气时，另外两个作为沉淀池使用。一定时间后改变水流方向，使两沟作用相互轮换，中沟则连续曝气，三沟式氧化沟无需污泥回流装置，如果条件合适，还可以进行反消化。缺点：进、出水方向，溢流堰的起闭及转刷的开动于停止必须设自动控制系统；自控系统要求管理水平高，稍有故障就会严重影响氧化沟正常工作。由于侧沟交替运行，设备利用率较低。

③一体化氧化沟

一体化氧化沟就是将沉淀池建在氧化沟，即氧化沟的一个沟设沉淀槽，在沉淀池两侧设隔板，底部设一导流板。在水面上设集水装置以收集出水，混合液从沉淀池底部流走，部分污泥则从间隙回流至氧化沟。一体化氧化沟将曝气、沉淀功能集于一体，免除了污泥回流系统，但其结构有待进一步完善。

④奥贝尔氧化沟

奥贝尔氧化沟由三个同心椭园形沟道组成，污水由外沟道进入沟，然后依次进入中间沟道和沟道，最后经中心岛流出，至二次沉淀池。在各沟道横跨安装有不同数量转碟气机，进行供氧兼有较强的推流搅拌作用。外沟道体积占整个氧化沟体积的50—55%，溶解氧控制趋于0.0mg/L，高效地完成主要氧化作用：中间沟道容积一般为25%—30%，溶解氧控制在1.0mg/L，作为“摆动沟道”，可发挥外沟道或沟道的强化作用；沟道的容积约为总容积的15%—20%，需要较高的溶解氧值（2.0mg/L左右），以保证有机物和氨氮有较高的去除率。

奥贝尔氧化沟工艺特点如下：

①工艺流程简单，处理构筑物少，出水水质良好，具有很好的除磷脱氮效果。

②污泥不易发生污泥膨胀，管理简便。

③具有完全混合式和推流式曝气池的双重优势，能承受水量、水质变化较大的冲击负荷，处理效果稳定。

④采用延时曝气，污泥产量较少。

但奥贝尔氧化沟工艺也存在一定的不足：转碟曝气效率低，耗电量大，占地多，且其投资及运行费用均高于A2/O工艺。

（d）A2/O法

A2/O工艺亦称A-A-O工艺，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称（生物脱氮除磷）。按实质意义来说，本工艺称为厌氧-缺氧-好氧法生物脱氮除磷工艺的简称。

该工艺中，首段为厌氧池，原污水及回流污泥同时进入本段，其主要功能是聚磷菌进行磷的释放，为在好氧段进行磷的超量吸收实现生物除磷创造条件。在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物做碳源，将回流混合液中带入的大量NO3--N还原为N2释放至空气，达到脱氮的目的并使BOD5浓度有所下降。

在好氧池中，有机物被微生物生化降解，氨氮被硝化成NO3--N。同时聚磷菌进行磷的超量吸收，在排除剩余污泥的过程中被除去，完成生物降磷。所以，A2/O工艺可以同时完成有机物的去除、除磷和脱氮等功能。好氧池进行有机物的氧化和氨氮的硝化，缺氧池则完成脱氮功能，厌氧池和好氧池联合完成除磷功能。

A2/O法的特点有：

①该工艺将厌氧段放在工艺的第一级，充分发挥了厌氧菌群承受高浓高度、高有机负荷能力的优势，处理效果好，产生的污泥量较一般的生物法少；

②该工艺将将脱氮除磷统一在同一个系统中，既简化了污水处理的操作，又增加了处理工艺的功能。本工艺在系统上可称为最简单的脱氮除磷工艺，总的停留时间少于其他同类工艺；

③该工艺可用于处理工业废水比重较大的城市污水；

④该工艺是在普通活性污泥法的基础上发展起来的，因而也较容易用于生物法处理的老污水处理厂的改造，可减少基建费用；

⑤该工艺在厌氧、缺氧、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增值，不易发生污泥膨胀，SVI值一般小于100；

⑥该工艺污泥中含磷量较高，具有很高的肥效；

⑦该工艺为污水回用和资源化开辟了新的途径，具有良好的环境效益和经济效益。

但A2/O工艺的主要缺点是机械设备相对较多。

综合比较，选用A2/O工艺进行污水处理。

3、污泥处理工艺的选择

污水处理所产生的剩余污泥必须按照减量化，无害化的原则进行妥善安全的处理、处置。

本工程污水处理工艺，采用生物脱氮除磷的A2/O工艺，污泥龄达15天以上，污泥已基本稳定，无需厌氧消化，可以直接进行机械浓缩脱水，同时可以防止磷的厌氧释放，保证了除磷效果。选择带式浓缩压滤一体机，泥饼含固率高，能耗底，可连续运行，生产效率高。

二沉池污泥经贮泥池，直接进入机械脱水阶段，同时投加PAM等药剂，以强化污泥脱水性能。

本设计的工艺流程为（见图一）

图一污水处理厂工艺流程图

5、污水处理构筑物的选择

1）格栅

格栅由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属筛网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水管道、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，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，减少后续处理生产的浮渣，保证污水处理设施的正常运行[2]。

本设计采用两道格栅，40mm的中格栅和10mm的细格栅，为减轻劳动强度，采用机械清除截留物。

2）污水泵房

污水泵站的特点及形式[1]：

泵站行驶的选择取决于水里条件和工程造价，其他考虑因素还有：泵站规模大小、泵站的性质、水文地质条件、地形地物、挖渠及施工方案、管理水平、环境性质要求、选用水泵的形式及能否就地取材等。

污水泵站的主要形式[1]：

（1）合建式矩形泵站，装设立式泵，自灌式工作台，水泵数为4台或更多时，采用矩形，机器间、机组管道和附属设备布置方便，启动简单，占地面积大；

（2）合建式圆形泵站，装设立式泵，自灌式工作台，水泵数不超过4台，圆形结构水力条件好，便于沉井施工法，可降低工程造价，水泵自动方便。

（3）对于自灌式泵房，采用自灌式水泵，叶轮（泵轴）低于集水池最低水位，在最高、中间和最低水位都能直接启动，其优点为启动及时可靠，不需引水辅助设备，操作简单。

（4）非自灌式泵房，泵轴高于集水池最高水位，不能直接启动，由于污水泵水管不

得设低阀，故需设引水设备。但管理人员必须能熟练的掌握水泵的启动程序。由以上可知，本设计因水量较大，并考虑到造价、自动化控制等因素，以及施工的方便与否，采用自灌式半地下式矩形泵房。

（5）流量小于2m3/s时，常选用下圆上方形泵站，其设计和施工均有一定的经验，故被广泛使用。

本设计确定采用与中格栅合建的下圆上方形潜水泵房。

3）沉砂池

沉砂池的功能的去除比重较大的无机颗粒。按水流方向的不同可分为的不同可分为平流式、竖流式、曝气沉砂池和旋流沉砂池四类。比较如下[1][2]：

a.平流沉砂池优点：沉淀效果好，耐冲击负荷，适应温度变化。工作稳定，构造简单，易于施工，便于管理缺点：占地大，配水不均匀，易出现短流和偏流，排泥间距较多，池中约夹杂有15%左右的有机物使沉砂池的后续处理增加难度。

b.竖流沉砂池优点：占地少，排泥方便，运行管理易行。缺点：池深大，施工困难，造价较高，对耐冲击负荷和温度的适应性较差，池径受到限制，过大的池径会使布水不均匀

c.曝气沉砂池优点：克服了平流沉砂池的缺点，使砂粒与外裹的有机物较好的分离，通过调节布气量可控制污水的旋流速度，使除砂效率较稳定，受流量变化影响小，同时起预曝气作用，其沉砂量大，且其上含有机物少。缺点：由于需要曝气，所以池应考虑设消泡装置，其他型易产生偏流或死角，并且由于多了曝气装置而使费用增加，并对污水进行预曝气，提高水中溶解氧。

d.旋流沉砂池（钟式沉淀池）优点：占地面积小，可以通过调节转速，使得沉砂效果最好，同时由于采用离心力沉砂不会破坏水中的溶解氧水平（厌氧环境）缺点：气

提或泵提排砂，增加设备，水厂的电气容量，维护较复杂。

基于以上四种沉砂池的比较，本工程设计确定采用旋流沉砂池。

4）初沉池

初沉池的作用是对污水中密度大的固体悬浮物进行沉淀分离。按照初沉池的形状和水流特点，通常分为平流式、竖流式、辐流式及斜管四种。比较如下[1][2][4]：

a.平流沉淀池优点包括：沉淀效果好；耐冲击负荷和温度的变化适应性强；施工容易，造价低。它的主要缺点为：池子配水不均匀；采用多斗排泥时，每个泥斗需要单设排泥管各自排泥，操作量大。

适用条件：适用于大、中、小型污水处理厂；适用于地下水位较高和地质条件较差的地区。

b.辐流式沉淀池优点包括：多为机械排泥，运行较好，管理较简单；排泥设备已趋定型。它的主要缺点为：池水速不稳定，沉淀效果较差；机械排泥设备复杂，对施工质量要求高。

适用条件：适用于大、中型污水处理厂；适用于地下水位较高的地区。

c.竖流式沉淀池优点包括：排泥方便，管理简单；占地面积较小。它的主要缺点为：池子深度大，施工困难；对冲击负荷和温度变化的适应性能力较差；造价较高；池径不宜过大，否则布水不均匀。

适用条件：适用于处理水量不大的小型污水处理厂。

d.斜板（管）沉淀池优点包括：沉淀效率高，停留时间短；占地面积小。它的主要缺点为：用于二沉池时，当固体负荷较大时其处理效果不太稳定，耐冲击负荷的能力较差；运行管理成本高。

综上所述，四种沉淀池的优缺点比较，并结合本设计的具体情况；设计水量较大，

本设计初沉池采用平流式初沉池。

5）A2/O反应池

本设计选用A2/O反应池，比较已在前面列出。

6）二沉池

二沉池设在生物处理构筑物后面，用于沉淀去除活性污泥或腐殖污泥（指生物膜法脱落的生膜）。沉淀池主要形式与初沉池一样，主要分析及比较已在前面列出。

综合四种沉淀池的优缺点比较，并结合本设计的具体情况；设计水量较大，本设计二沉池采用中心进水、周边出水的辐流式沉淀池。

7）消毒

污水处理厂常用的消毒方法有液氯消毒、漂白粉消毒、臭氧消毒和紫外线消毒等四种，他们的优缺点和使用条件如下[1][2][4]：

a.液氯消毒优点：价格便宜，效果可靠，投配设备简单。缺点：对生物有毒害作用，并且可能产生致癌物质。适用于大、中型规模的污水处理厂。

b.漂白粉消毒优点：投加设备简单，价格便宜缺点：除用液氯缺点外，尚有投配量不准确，溶解剂调制不便，劳动强度大。适用于消毒要求不高或间断投加的小型污水处理厂。

c.臭氧消毒优点：消毒效率高，能有效的降解水中残留有机物、色味等，污水温度、PH值对消毒效果影响小，不产生难处理或生物积累性残余物。缺点：投资大，成本高，设备管理负责。

d.紫外线消毒优点：是紫外线照射和氯化共同作用的物理化学方法，消毒效率高，占地面积小，减少土建费用。缺点：紫外线照射灯具货源不足，电耗能量较多。

综上四种消毒方法的比较，本设计采用紫外线消毒。

6、污泥处理构筑物的选择

1）污泥池

污泥浓缩池主要是降低污泥中的间隙水，来达到使污泥减容得目的。经浓缩后的污泥近似糊状，仍保持流动性。浓缩池可分为气浮浓缩池、重力浓缩池和离心浓缩池。重力浓缩池按其运行方式分为间歇式或连续式[1,2]。

比较如下[1][2]：

（a）气浮浓缩池：依靠微小气泡与污泥颗粒产生粘附作用，使污泥颗粒的密度小于水而上浮，并得到浓缩。适用于浓缩活性污泥以及生物滤池等较轻的污泥，并且运行费用较高，贮泥能力小；

（b）连续式重力浓缩池：用于浓缩初沉池污泥和二沉池的剩余污泥，只用于活性污泥的情况不多；

（c）间歇式重力浓缩池：主要靠阀门控制污泥的进出和上清液的排出，无刮泥系统，管理简单。

（d）离心浓缩池：利用污泥中的固、液相得密度不同，在高速旋转地离心机中受到不同的离心力二是两者分离，达到浓缩目的。离心分离一般要加入助凝剂，且耗电量大，在达到相同的浓缩效果时，其电耗约为气浮法的10倍。

综上所述，本设计采用连续式重力浓缩池。

2）污泥脱水

污泥脱水的方法有自然干化、机械脱水及污泥烧干、焚烧等方法。本设计采用机械脱水，采用带式压滤机。比较如下[1][2][5]：

（1）自然干化优点：简单易行、污泥含水率低、缺点：占地面积大、卫生条件差、铲运干污泥的劳动强度大。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gvdl.html