摘 要

随着我国城市开发区建设的脚步不断加快，开发区的污水处理也需要不断发展。由于开发区的污水是由工业废水及生活污水混合的综合污水，因此，需要设计合理的工艺进行污染的治理。

本设计的污水处理厂主要针对荆州开发区的综合污水的处理，水量为1500 m³/d。首先，通过对进出水水质的分析及相关工艺的比选，最终决定选用CAST工艺作为主体工艺，并配套系列工艺进行深化处理，使污水厂的出水达到一级A的排放标准。其次，通过各个工艺的设计计算，确定各工艺的设计参数及尺寸，并以经济合理的原则对污水厂的平面布置和高程布置进行确定。最后，对工程的经济性进行简单的概算，并对可能造成的环境问题提出治理措施。

关键词：污水处理；脱氮除磷；CAST工艺

Abstract

With the acceleration of the construction of urban development zones in China, the sewage treatment in development zones also needs to be developed continuously. Because the wastewater in the development zone is a comprehensive wastewater mixed with industrial wastewater and domestic wastewater, it is necessary to design a reasonable process for pollution control.

The sewage treatment plant designed in this paper is mainly aimed at the comprehensive sewage treatment of Jingzhou Development Zone, with water volume of 1500 m³/d. Firstly, through the analysis of the water quality of the effluent and the comparison of the related processes, CAST process is finally chosen as the main process, and a series of processes are matched to deepen the treatment, so that the effluent of the sewage treatment plant reaches the discharge standard of Grade A. Secondly, through the design calculation of each process, the design parameters and dimensions of each process are determined, and the layout and elevation of the sewage plant are determined on the principle of economy and rationality. Finally, a simple budget estimate is made for the economy of the project, and some measures are put forward to deal with the possible environmental problems.

Key words: Sewage treatment; Nitrogen and phosphorus removal; CAST process

目录

第一章 设计概述 1

1.1 简介 1

1.2 设计规范及标准 1

1.3 设计范围 1

1.4 设计原则 2

1.5 设计水量 2

1.6 设计水质及处理程度 2

第二章 污水处理方案的确定 4

2.1 进水水质分析 4

2.2 工艺的选择要求 4

2.3 主体工艺比选 5

2.3.1 A²/O工艺 5

2.3.2 氧化沟工艺 6

2.3.3 CAST工艺 6

2.3.4 比选分析 7

2.4 主体工艺的确定 7

2.5 除磷工艺的确定 8

2.6 工艺流程 8

2.7 主要构筑物的选择 9

2.7.1 格栅 9

2.7.2 沉砂池 10

2.7.3 沉淀池 10

第三章 污水及污泥处理构筑物设计计算 12

3.1 进水水量计算 12

3.2 粗格栅设计计算 12

3.2.1 设计参数及要求 12

3.2.2 设计计算 13

3.2.3 构筑物设计 16

3.3 钟式沉砂池设计计算 17

3.3.1 设计参数及要求 17

3.3.2 设计计算 17

3.3.3 构筑物设计 19

3.4 细格栅设计计算 20

3.4.1 设计参数及要求 20

3.4.2 设计计算 20

3.4.3 构筑物设计 22

3.5 CAST池设计计算 22

3.5.1 设计参数及要求 22

3.5.2 设计计算 23

3.5.3 构筑物设计 33

3.6 混凝池 34

3.6.1 设计参数及要求 34

3.6.2 设计计算 34

3.6.3 构筑物设计 35

3.7 斜管沉淀池设计计算 35

3.7.1 设计参数及要求 35

3.7.2 设计计算 35

3.7.3 构筑物设计 37

3.8 紫外线消毒设计计算 37

3.8.1 设计要求及参数 37

3.8.2 设计计算 38

3.8.3 构筑物设计 39

3.9 巴氏计量槽设计计算 39

3.9.1 设计参数及要求 39

3.9.2 设计计算 40

3.10 污水泵房设计计算 40

3.10.1 集水间的设计 40

3.10.2 水泵总扬程计算 41

3.10.3 构筑物设计 41

3.11 污泥处理系统 41

3.11.1 贮泥池 41

3.11.2 污泥浓缩脱水机房 42

第四章 污水厂构筑物总体布置 44

4.1 污水厂平面布置 44

4.2 污水厂高程布置 44

4.2.1 高程布置原则 44

4.2.2 高程设计计算 45

第五章 工程经济性分析及环境保护措施 49

5.1 工程经济性分析 49

5.1.1 土建投资费用估算 49

5.1.2 设备投资费用估算 49

5.2 环境保护及安全措施 50

5.2.1主要的环境污染及治理措施 50

5.2.2 劳动保护及安全 51

结论 52

参考文献 53

致谢 54

第一章 设计概述

1.1 简介

随着工业化水平的提高，城市周边的工业开发区越来越集中化，且随着企业的增多导致污水水量增多，且成分更加复杂。近年来，荆州市经济开发区快速发展，区内的企业数量及人口快速增加，致使开发区内的基础服务设施呈现运营能力不足的现象，且生活污水及工业污水的排放量大大增加。开发区的污水由工业污水及生活污水组成的综合污水，因此，一旦开发区内的污水未经处理而直接排放，不但直接影响开发区的生活环境，而且会对受纳水体造成极大的污染^[1]。

本次设计的工业园区污水为工业污水和生活污水混合的综合污水，虽然排放量只有为1500m³/d，但是污染物浓度较高且成分较为复杂，最终的出水排入自然水体中，因此，本设计的工艺需要对污染物有较大的去除效率使得对水体产生更低的影响。

1.2 设计规范及标准

（1）《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）

（2）《室外排水规范》（GB 50014—2006）

（3）《给水排水设计手册》第 1、5、9、11 册

（4）《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）

（5）《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）

（6）《城镇污水处理厂附属建筑和设备设计标准》（CJJ 31—89）

（7）《建筑给水排水设计规范》（GB 50015—2003）

（8）《给水排水制图标准》（GB/T 50106—2001）

（9）《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2002）

1.3 设计范围

本设计主要为荆州开发区内的综合污水处理工艺的设计，主要包括；

（1）对目前主流的污水处理进行详细的介绍及比选，选择最适合的工艺；

（2）对各个处理单元及构筑物进行详细的设计计算及选型说明；

（3）对所需的设备进行相应的计算及选型说明；

（4）污水处理厂的总体设计布局及各构筑图的高程设计；

（5）污水处理厂总平面布置图、高程图及单体构筑物结构图的绘制；

（6）污水处理厂的工程经济性分析及环境保护措施的介绍^[2]。

1.4 设计原则

（1）严格按照国家关于环境保护方面的系列法律法规、标准及规范，严格规范设计及实施流程。

（2）从开发区的具体情况出发，进行合理的近期、远期规划，使工程实际与开发区发展规划相协调，尽可能使该工程发挥更大的效益。

（3）工程设计中注重实际运行的灵活性和抗冲击性，提高污水处理厂对水质水量变化的适应性。

（4）保证污水处理厂工艺的设计的可靠性，尽可能地选择性能突出、自动化水平高的设备，并在此前提下尽可能地降低建设及运行投资。

（5）通过相关比选的工艺，应当技术先进可靠、运行稳定持久，并确保处理出水水质达标。

（6）污水处理厂的平面布置方面，尽可能地确保厂区各工艺流程顺畅、构筑物尽量集中，为工程施工、设备维修等提供了方便，并增大了土地利用率。

（7）厂区整体建筑风格应保持统一，并与周边建筑及自然环境相协调^[3]。

1.5 设计水量

该污水处理站位于荆州开发区内，设计处理能力为1500 m³/d。

1.6 设计水质及处理程度

该开发区污水为综合废水，受纳水体为自然水体。因此，出水水质要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准。根据该开发区的进、出水水质分析，本设计的污水处理厂对各指标的处理程度至少需达到表1.1所示。

表1.1 污水处理程度一览表

第二章 污水处理方案的确定

2.1 进水水质分析

荆州市开发区污水处理厂的进水水质技术性能指标见表2.1。

表2.1 污水厂进水水质技术性能指标

（1）BOD₅/CODcr

污水BOD₅/CODcr值是表征污水可生化性能力的重要指标。一般来说，当污水的BOD₅/CODgt;0.45时，说明该污水的可生化性较好；当污水的BOD₅/CODlt;0.3时，说明该污水可生化性较差，较难生化；当BOD₅/CODlt;0.25时，表明该污水不易生化^[4]。

荆州开发区污水处理厂的进水水质的BOD₅/CODcr=0.50，污水可生化性较好；因此，本设计可采用生化处理工艺。

（2）BOD₅/TKN（即C/N）比值

BOD₅/TKN，即C/N值是表征污水是能否被有效脱氮的常用指标。一般，当污水的C/N≥2.86时，说明该污水就能被脱氮；但通常，只有当C/N≥3.5时，污水才可被有效脱氮。

由于提供的该污水进水水质中缺乏TKN数据，考虑采用TN来表示TKN，则进水水质的BOD₅/TN=9.52。因此，该污水水质符合生物有效脱氮的要求。

（3）BOD₅/TP比值

BOD₅/TP值是表征污水能否进行生物除磷的指标。进水中的BOD₅是聚磷菌的营养物质，故BOD₅/TP是表征污水能否进行生物除磷的指标。一般来说，当其大于20就可以进行生物除磷，且比值越大，污水的除磷效果越明显。该污水水质中BOD₅/TP比值达114.29，因此，通过生物除磷工艺可以有效地进行除磷处理^[5]。

综上所述，本开发区的污水可采用生物脱氮除磷工艺。

2.2 工艺的选择要求

（1）占地面积小。土地是城市发展的重要资源，因此，在工艺的选择上占地面积是一项重要的参考因素。

（2）出水效果好。由于开发区污水内含工业污水，其水质较为复杂，所以在工艺的选择上处理效果是一项重要的参考因素。

（3）经济节能。各工艺的运行管理费用是评价工艺的参考指标之一，应优先选用经济节能的工艺^[6]。

2.3 主体工艺比选

主体工艺主要进行污水的脱氮除磷，当前常用的处理工艺有：A/A/O法、氧化沟法、CAST和SBR法等，这些都属于活性污泥法，各个工艺都有其独特的优势。本设计结合该开发区污水的水质水量特点及国内外的实际工程经验，通过对这些工艺进行比选，确定最适合的主体工艺。

2.3.1 A²/O工艺

A²/O，即厌氧—缺氧—好氧工艺，属于利用生物处理法进行脱氮除磷。相对于A/O工艺，增设的厌氧区可促进菌胶团的繁衍而对丝状菌产生抑制作用，从而有利于污泥膨胀及生物脱氮除磷。其脱氮除磷机制主要分为两部分：一为除磷，聚磷菌在厌氧状态（厌氧区）释放磷，而在好氧状态超量地吸收磷，少部分聚磷菌随污泥回流再次回到厌氧区，剩下的大部分随剩余污泥排出系统，进而实现除磷；二是脱氮，好氧区中的硝化菌将氨氮转化为硝酸盐，缺氧区中的反硝化细菌以BOD为碳源，将来自好氧区回流混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐转化为氮气，进而实现脱氮^[7]。

A²/O工艺将厌氧区、缺氧区和好氧区分为三个部分，既可以有效地去除有机污染物，又可同步脱氮除磷。目前，A²/O工艺以其工艺流程简单、技术成熟、运行稳定、不易污泥膨胀及适应性广等优点广泛地应用于城市污水处理厂中。但该工艺的占地面积较大且运行管理要求较高。下图2.1为A²/O 工艺的工艺流程。

图2.1 A²/O 工艺流程图

2.3.2 氧化沟工艺

氧化沟即循环曝气池，属延时曝气法中的一种特殊形式。池形一般为环状沟渠形，也有长方形或椭圆形等，池体狭长。通过曝气设备及搅动装置使污水在氧化沟环状渠内循环流动，结合推流和完全混合的特点，出水效果稳定且出水水质好。

氧化沟工艺实现了同一构筑物内完成硝化及反硝化，且无需外加碳源，且由于氧化沟的污泥停留时间较长，有机负荷较低，污泥产率较低，故一般不设置初沉池及污泥消化处理装置等。具有构造简单、产泥量少、耐冲击负荷及污泥不易污泥膨胀等特点，但存在基建费用较大且占地面积较大等缺点^[8]。

2.3.3 CAST工艺

CAST工艺属于SBR工艺的一种优化改进，主要通过将生物选择器和污泥回流装置与SBR工艺进行有机整合，形成了独特的预反应区和主反应区。预反应区主要对污水水质进行调节缓冲，并对有机物进行初步的处理，为后续提供更优的反应条件。污水在主反应区流动的过程中污染物被逐渐降解，微生物通过不断地周期性变化对污水进行脱氮除磷。具有节省投资及运行费用低等优点，而且实现了连续进水、间歇排水周期运行。但存在对自控要求高、污泥稳定性差及容积利用率低等缺点^[9]。

CAST 工艺的运行由进水、曝气、沉淀、滗水及闲置5个阶段组成，集反应、沉淀、排水于一体。CAST工艺流程图见下图2.2。