1、第9章 城市污水處理廠的設計9.1概述城市污水的組成與水質特征城市污水：由城市排水系統匯集的污水城市污水=生活污水+工業廢水+部分降水生活污水水質：表9- 1城市污水處理廠的設計水質(1) 生活污水BOD5=2035 g/(人.d)SS=3550 g/(人.d)(2) 工業廢水實測數據或傳統數據，可折合人口當量計算。(3) 水質濃度1000as.Ss 式中：S mg/L ; as g/(人.d); Qs L/(人.d)Qs城市污水處理廠的設計水量(1) 平均日流量(m3/d)公稱規模：指平均日流量用于計算年抽升電耗與耗藥量，產生并處理的污泥總量。3設計最大流量(m /h 或 L/s)進廠水管各

2、處理構筑物(除另有規定外，如曝氣池按平均日流量計算)連接管渠 降雨時的設計流量(m3/d或 L/s)包括旱天流量和截流n倍的初期雨水流量校核初沉池前的處理構筑物和設備(4) 分期建設時，按相應各期流量作為設計流量正確處理工業廢水與城市污水處理的關系水污染綜合防治最有效途徑之一：由市政部門建設統一的城市污水處理廠，對生活污水與工業廢水進行綜合的處理，中、小型的工業企業的廢水都排入城市排水系統。技術路線的優點：1 建設費用與運行費用較低大型污水處理廠的單位水量的建設投資和運行的處理成本低于小型污水處理廠中、小型的污水處理廠(站)，設調節池，投加化學藥劑，增大建設投資和運行費用。2. 占地面積小，不

3、影響環境衛生工業企業分散，占地多，給廠區環境帶來一些不良影響。城市污水處理廠建于郊區，中間隔以衛生防護帶，無礙于城市環境衛生。3. 便于運行管理，節省管理人員污水處理廠備技術水平較高的技術管理人員，單位污水量配備的管理人員數也大大地低于分散處理。4能夠保證污水的處理效果 工業廢水的水質、水量波動大，給運行管理帶來困難，并影響處理效果。 城市污水處理廠，水質、 水量得到均衡， 有毒物質得到稀釋， 能保證污水處理廠保持一 定的處理效果。9.2 設計步驟 城市污水處理廠的設計步驟，可分為：(1) 設計前期工作；(2) 初步擴大設計；(3) 施工圖設計。9.2.1 設計的前期工作 設計前期工作主要有兩

4、項： (1)預可行性研究 (項目建議書 )；(2) 可行性研究 (設計任務書 )。 設計前期工作很重要，要求設計人員具有踏實的專業知識和比較豐富的實際工作經驗。要求設計人員充分地掌握與設計有關的原始數據、資料，具有深入地分析、歸納這些數據、 資料，并從中得出非常切合實際結論的能力。1預可行性研究我國規定，投資在 3000 萬元以上的較大的工程項目，應進行預可行性研究。 作為建設單位 (習慣稱甲方 )向上級送審的項目建議書的技術附件。須經專家評審， 經上級機關審批后，就可以“立項”，就可以下一步的可行性研究。2可行性研究可行性研究報告 (設計任務書 )：是對與本項工程有關的各個方面進行深入調查研

5、究結 果進行綜合論證的重要文件， 它為本項目的建設提供科學依據， 保證所建項目在技術上先進、 可行；在經濟上合理、有利；并具有良好的社會與環境效益。對城市污水處理廠工程來說，可行性研究報告的主要內容是：1 概述11編制依據、原則和范圍；12污水水量、水質。2工程方案21城市排水系統；22處理廠位置及用地；23污水處理工藝選擇與方案比較、推薦方案；24人員編制、輔助建筑；25處理水的出路。3 工程投資估算及資金籌措3 1 工程投資估算原則；3 2 工程投資估算表；3 3 資金籌措。4 工程遠近期結合問題5 工程效益分析6 工程進度安排7 存在問題及建議8 附圖及附件9.2.2 擴大初步設計 可行

6、性研究報告擴大初步設計 擴大初步設計組成：(1) 設計說明書；(2)工程量；(3)材料與設備量；(4)工程概算；(5)擴初圖紙。1設計說明書(1) 本設計依據1) 可行性研究報告的批準文件；2) 工程建設單位 (甲方 )的設計委托書。(2) 其他有關文件：主要是和與本項工程有關的單位，如供電、供水、鐵路、運輸以及環 保等部門簽訂的協議和批件等。(3) 城市概況與自然條件資料：1) 城市現狀與總體規劃資料。2) 自然條件方面的資料。氣象特征數據：氣溫、濕度、雨量、蒸發量資料、土壤冰凍資料和風向玫瑰圖等；水文資料： 當地水體一覽表； 河流的水位、 流速 (各特征水位下的平均流速 )、流量資料；潮汐

7、資料；水文地質資料：地質資料， 污水處理廠廠址地區的地質鉆孔柱狀圖、地基的承載能力、 地下水位、 地震等級等資料。3) 有關地形資料污水處理廠及其附近1 : 5000的地形圖，處理廠廠址和排放口附近1: 2001 : 1000(般為1： 500)的地形圖。4) 現有的排水工程概況與環境問題。(4) 工程設計1) 廠址選擇:應著重說明在選定廠址時，如何遵循選址的原則(后講)，如何與城市的 總體規劃相呼應， 如何解決防洪與衛生防護問題等。 此外還應說明所選廠址的地形、 地質條 件以及用地面積等:2) 污水的水質、水量:包括污水水質各項指標的數值，污水的平均流量、高峰流量、現 狀流量、發展流量等水量

8、資料；3) 工藝流程的選擇與布置:主要說明所選定的工藝流程的合理性、先進性、科學性、優 越性和安全性等。4) 對工藝流程中各處理設備的描述。按流程順序描述，主要描述內容:處理設備的主要 尺寸、構造、材料與特征等；所選用的附加設備的型號、性能、臺數。如采用某項新工藝、 新技術時，應詳細地加以說明。5) 處理后污水和污泥的出路；6) 扼要地對廠內輔助建筑物以及道路等加以說明；7) 污水處理廠的總體布置；8) 對污水處理廠分期建設的說明；9) 存在的問題及對其解決途徑的建議。2工程量工程量=混凝土量+挖土方量+回填土方量等。3材料與設備量鋼材、水泥、木材的數量和所需各種設備規格的清單。4工程概算書

9、編制工程概算書應掌握: (1)當地建筑材料與各種設備的供應情況和價格；(2)當地有關施工力量 (技術水平、施工設備、勞動力 )的資料； (3)編制概算、預算的定翌霎料，包括地區差價、間接費用定額、運輸費等； (4) 有關租地、征地、拆遷補償、青苗補償等資料。5圖紙 擴大初步設計的圖紙 主要包括：污水處理工藝系統圖(1/ 50001/10000)構筑物圖(1/2001 /500)處理構筑物布置圖 污水處理廠總平面布置圖等。9.2.3 施工圖設計擴大初步設計被批準后進行施工圖設計。以擴大初步設計的圖紙和說明書為依據。施工圖設計的任務： 將污水處理廠各處理構筑物的平面位置和高程， 精確地表示在圖紙

10、上；將各處理構筑物的各個節點的構造、 尺寸都用圖紙表示出來， 每張圖紙都應按一定的比 例，用標準圖例精確繪制，使施工人員能夠按照圖紙準確施工。施工圖設計的圖紙量很大，是設計內容的體現。9.3 城市污水處理廠廠址的選擇 是重要環節，與城市的總體規劃、城市排水系統的走向、 布置、處理后污水的出路都密切相關。從管道系統、泵站、 污水處理廠各處理單元考慮， 進行綜合的技術、經濟比較與最優化 分析，并通過有關專家的反復論證后再行確定。遵循原則：(1) 與工藝相適應；(2 )少占農田和不占良田；(3) 廠址必須位于集中給水水源下游，并應設在主風向的下風向。(4) 靠近處理水的受納水體(5) 考慮防洪。設在

11、地質條件較好的地方。(6) 選擇有適當坡度的地區，以滿足污水處理構筑物高程布置的需要，減少土方工程量。(7) 應考慮遠期發展的可能性，有擴建的余地。表9-2，采用活性污泥法的用地指標9.4 污水處理工藝流程的選定9.4.1 處理工藝流程選定應考慮的因素污水理廠的工藝流程： 指在保證處理水達到所要求的處理程度的前提下， 所采用的污水 處理技術各單元的有機組合。依據：1 污水的處理程度 這是污水處理工藝流程選定的主要依據，而污水的處理程度又主要取決于處理水的出 路、去向。當處理水排放水體時，污水處理程度可考慮用以下幾種方法進行確定：(1) 按水體的水質標準確定(2) 按城市污水處理廠所能達到的處理

12、程度(二級處理技術)確定(3) 考慮受納水體的稀釋自凈能力(4) 處理水回用時，在進行深度處理之前，城市污水必須經過完整的二級處理。回用水 要達到回用標準。2工程造價與運行費用 在保證處理水達到水質標準時，要盡可能地降低工程造價和運行費用。這樣，以原污 水的水質、 水量及其他自然狀況為已知條件， 以處理水應達到的水質指標為制約條件， 而以 處理系統最低的總造價和運行費用為目標函數，建立三者之間的相互關系。減少占地面積也是降低建設費用的重要措施。3當地的各項條件 當地的地形、氣候 當地的原材料與電力供應如當地擁有農業開發利用價值不大的舊河道、洼地、沼澤地等，就可以考慮采用穩定 塘、土地處理等污水

13、的自然生物處理系統，在寒冷地區應當采用在采取適當的技術措施后， 在低溫季節也能夠正常運行， 并保證取得達標水質的工藝， 而且處理構筑物都建在露天， 以 減少建設與運行費用。4原污水的水量與污水流入工況 水質、水量變化較大，選用承受沖擊負荷能力較強的處理工藝，如完全混合型曝氣池 等，某些處理工藝，如塔式濾池和豎流式沉淀池只適用于水量不大的小型污水處理廠。工程施工的難易程度和運行管理需要的技術條件也是選定處理工藝流程需要考慮的因素，地下水位高，地質條件較差的地方，不宜選用深度大、施工難度高的處理構筑物。總之， 污水處理工藝流程的選定是一項比較復雜的系統工程，必須對上述各項因素加以綜合考慮， 進行多

14、種方案的經濟技術比較， 必要時應當進行深入的調查研究和試驗研究工 作，這樣才有可能選定技術可行、先進，經濟合理的污水處理工藝流程。9.4.2 城市污水處理工藝的典型流程圖 2-25所示為城市污水處理廠的典型工藝流程。 該流程是由完整的二級處理系統和污 泥處理系統所組成。一級處理：格柵一一沉砂池一一初次沉淀池作用：去除污水中的固體污染物質，從大塊垃圾到顆粒粒徑為數 mm的懸浮物(非溶解性的和溶解性的)。污水的BOD值，通過一級處理能夠去除 20%30%。二級處理：活性污泥法、生物膜法以及自然生物處理技術作用：去除污水中呈膠體和溶解狀態的有機污染物(以BOD或COD表示)。BOD5可降至20 30

15、mg L。污泥：厭氧消化、好氧氧化、脫水、干化9.5 污水處理廠的平面布置與高程布置9.5.1 污水處理廠的平面布置 內容：各處理單元構筑物；連通各處理構筑物之間的管、渠及其他管線；輔助性建筑物；道 路以及綠地等。原則：1各處理單元構筑物的平面布置(1) 各處理構筑物之間的管、渠要便捷、直通，避免迂回曲折；(2) 土方量基本平衡。(3) 處理構筑物之間，間距可取值 510m(4) 平面布置要緊湊。2管、渠的平面布置(1) 各處理構筑物之間設管、渠。應設有能夠使各處理構筑物獨立運行的管、渠，當 某一處理構筑物因故停止工作時，使其后接處理構筑物，仍能夠保持正常的運行。(2) 應設超越全部處理構筑物

16、，直接排放水體的超越管。(3) 在廠區內還設有：給水管、空氣管、消化氣管、蒸汽管以及輸配電線路。(4) 應有完善的排雨水管道系統。3輔助建筑物輔助建筑物： 泵房、 鼓風機房、 辦公室、 集中控制室、 水質分析化驗室、 變電所、 機修、 倉庫、食堂等。鼓風機房應設于曝氣池附近，以節省管道與動力；變電所宜設于耗電量大的構筑物附近等。化驗室應遠離機器間和污泥干化場辦公室、 化驗室等均應與處理構筑物保持適當距離， 并應位于處理構筑物的夏季主風向 的上風向處修筑道路，植樹綠化美化廠區。按規定，污水處理廠廠區的綠化面積不得少于30。總平面布置圖：采用1 : 2001: 1000比例尺，常用1: 500。圖

17、9 1所示為A市污水處理廠總平面布置圖。主要處理構筑物： 機械除污物格柵、 曝氣沉砂池、 初次沉淀池與二次沉淀池 (均設斜板 )、 鼓風式深水中層曝氣池、消化池等及若干輔助建筑物。平面布置特點： 流線清楚， 布置緊湊。 鼓風機房和回流污泥泵房位于曝氣池和二次沉淀 池一側， 節約了管道與動力費用， 便于操作管理。 污泥消化系統構筑物靠近四氯化碳制造廠 (即在處理廠西側 )，使消化氣、蒸氣輸送管較短，節約了建設投資。辦公室、生活住房與處 理構筑物、鼓風機房、泵房、消化池等保持一定距離，衛生條件與工作條件均較好。在管線 布置上， 盡量一管多用， 如超越管、 處理水出廠管都借道雨水管泄入附近水體， 而

18、剩余污泥、 污泥水、各構筑物放空管等，又都與廠內污水管合并流入泵房集水井。但因受用地限制(廠東西兩側均為河浜 )，遠期發展余地尚感不足。圖9-2為B市污水處理廠總平面布置圖。主要處理構筑物：格柵、曝氣沉砂池、初次沉淀池、曝氣池、二次沉淀池等。平面布置特點：布置整齊、緊湊。兩期工程各自成獨立系統，對設計與運行相互干擾較少。辦公室等建筑物均位于常年主風向的上風向，且與處理構筑物有一定距離，衛生、工作條件較好。在污水流人初次沉淀池、 曝氣池與二次沉淀池時， 先后經三次計量，為分析構筑 物的運行情況創造了條件。利用構筑物本身的管渠設立超越管線，既節省了管道，運行較靈 活。污水處理廠的高程布置按重力流考

19、慮為宜（污泥流動不在此例）。主要任務：確定構筑物和泵房的標高；確定連接管渠的尺寸及其標高；確定水面標高。水頭損失：（1）各構筑物的水頭損失，按表9-4估算。（2）管渠（包括配水設備）的水頭損失。（3） 量水設備的水頭損失。考慮事項：（1）選擇一條距離最長，水頭損失最大的流程進行水力計算。（2）以最大流量（或泵的最大出水量）作為構筑物和管渠的設計流量； （3）水力計算以接納處理后污水水體的 最高 水位作為起點，逆污水處理流程向上倒推計算，以使處理后污水在洪水季節也能自流排出；（4）盡量減少需抽升的污泥量。在繪制總平面圖的同時，應繪制污水與污泥的縱斷面圖或工藝流程圖。繪制縱斷面圖時采用的比例尺：橫

20、向與總平面圖同，縱向為 1 : 501: 100。例題：圖9-2所示B市污水處理廠該廠初次沉淀池和二次沉淀池均為方形，周邊均勻出水。曝氣池為4座方形池，完全混合式，用表面機械曝氣器充氧與攪拌。曝氣池，如4池串連，則可按推流式運行，也可按階段曝氣法運行。這種系統兼具推流與完全混合兩種運行方式的優點。在初沉池、曝氣池和二沉池之前，分別各設薄壁計量堰（F1為梯形堰，底寬0. 5m , F2、F3為矩形堰，堰寬0. 7m）。設計流量：近期 Qmax = 300L/s 遠期Qmax = 600L/S回流污泥比=100%9.6污水處理廠的配水與計量處理構筑物之間連接管渠的設計連接污水處理構筑物之間的管渠一

21、一矩形明渠（便于維修和清刷），在明渠上加設蓋板（防止結凍）。由鋼筋混凝土制成，也可采用磚砌，也可以采用鋼筋混凝土管或鑄鐵管。為了防止污水中的懸浮物在管渠內沉淀，污水在明渠內必須保持一定的流速。設計流速：最大流量時1.01.5m/ s最低流量時不得小于0.40.6m/s特殊渠道0. 20. 3m/s管道流速大于明渠流速，大于Im / s配水設備（a）中管式一一中央管進水，四周設配水管（b）倒虹管式一一用倒虹吸管中央進水，四周設配水管，類似中管式，常用于2座或4座為一組的圓形處理構筑物的配水（c）擋板式配水槽一一在配水管前加擋板，類似指形，用于同類型的處理構筑物（d）簡單形式的配水槽易建價低不均勻

22、（e）改進式一一用于同類型構筑物多時的情況，配水效果較好，但構造稍復雜。9.6.3 污水計量設備 污水計量設備的要求：精度高、操作簡單，不沉積雜物，并且能夠配用自動記錄儀表。 總水量的計量設備：安裝在沉砂池與初次沉淀池之間常用：計量槽薄壁椻1. 計量槽巴氏槽 特點：水頭損失小，底部洗刷力大，不易沉積雜物，精確度達95% 98%。施工要求高。圖9 7，主要部位尺寸量得上游水深H1，便可按公式計算流量，表 9-62薄壁椻計量設備薄壁椻：矩形堰+梯形堰+三角堰（水頭損失大，適用量測小于100L/S的流量）圖9- 8 用公式計算。3電磁流量計根據法拉第電磁感應原理， 感應電勢與平均流速有關。 可與其它

23、儀表配套， 實現記錄、 指示、 積算、調節控制等。特點：價格昂貴，需精心保養，難于維修。 其它：插入式液體渦輪計、超聲波流量計9.7 污水處理廠的驗收、運行管理、水質監測與自動控制9.7.1 污水處理構筑物的驗收 驗收工作：土建安裝土建工程的驗收： 1）查對竣工構筑物是否和施工圖紙相符合（ 尺寸 ），檢查其管道、孔洞 位置； 2）注意其施工 質量（如混凝土池壁等是否有蜂窩或其他隱患）；3）檢查是否漏水（注滿清水）； 4）沉淀池的堰口是否水平、光潔等；5）注意細部，重力流管渠等的相對標高是否符合要求； 6 ）還應有地下管線和其他隱蔽工程的竣工圖和驗收合格證明。安裝工程的驗收： 1）一般的管道及設備安裝質量檢查；2）受壓容器 （如壓縮空氣罐、消化氣罐等 ）作壓力試驗； 3）對機械設備及儀表，檢查是否正常。9.7.2 污水處理廠的調試主要工作： 1 ）對設備性能測定； 2）馴化活性污泥 （對活性污泥法 ）或“掛膜” （對生物膜法 ）。 對污水處理廠的主要構筑物及其設備的 性能進行測定。設備 （如曝氣葉輪、布氣器等 ）的充氧 能力或氧的利