毕业设计（论文）开题报告
题 目：
学 院： 建筑工程学院 系： 土木系 专 业： 给水排水工程
班 级：
学 号：
姓 名： 指导教师：
填表日期：
某新建城镇污水处理厂设计 2005 年 03 月 24 日
一、选题的依据及意义：
本工程为某新镇污水处理厂的施工图设计，污水厂位于xxx交汇处，征地28604米2，设计地面标高用黄海2.3米。经过处理的水至神仙沟，初沉池与二沉池剩余污泥浓缩处理后用泵输送至处理厂南面的苗圃作为肥料用。
该镇的地形由南向北稍有坡度，平均的坡度为0.5‰，地面平整，海拔高度为3.3—3.5米，属黄河冲积粉质沙土区，土质盐碱，全年最高气温39度，最低-8度，极值冻土深度为0.57米，全年降水量1600毫米。镇东有卫东河，水流由南向北与神仙沟在新镇东北角汇合流向渤海湾。神仙沟沟底标高为-1.5米，河床水位控制在0.5—1.0米之内，水位由神仙沟在渤海湾出口处甲方所设的流域防洪站加以控制。处理厂厂址内地面标高位2.10—-2.40米（高于黄海平均海面），土壤承载能力7—11吨/平方米。污水厂污水进水总管管底标高（进水泵房处）为-4.41米，（相对地面标高±0.00）。
因为该镇人口较多城市污水排放量大，如果不处理直接排放到神仙沟和卫东河，将对水体造成污染，因为污水中含氮磷较多，也可使水体富营养化，所以必须建设污水处理厂对该镇排放的污水进行处理。所选择的污水处理工艺应具有一定的脱氮除磷功能以防水体的富营养化。据此，需确定污水处理厂的处理工艺流程和处理构筑物的类型与数量，进行处理构筑物及设备的工艺设计计算和污水厂各构筑物以及各种管渠等总体布置。
二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：
1．关于活性污泥法
当前流行的污水处理工艺有：AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、A/A/O法、A/O 法等，这几种工艺都是从活性污泥法派生出来的，且各有其特点。 ① AB法(Adsorption—Biooxidation)
该法由德国Bohuke教授首先开发。该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供氧，A级负荷高，曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷2.5kgBOD/(kgMLSS·d)以上，池容积负荷6kgBOD/(m3·d)以上；B级负荷低，污泥龄较长。A级与B级间设中间沉淀池。二级池子F/M(污染物量与微生物量之比)不同，形成不同的微生物群体。AB法尽管有节能的优点，但不适合低浓度水质，A级和B级亦可分期建设。
② SBR法(Sequencing Batch Reactor)
SBR法早在20世纪初已开发，由于人工管理繁琐未予推广。此法集进水、曝气、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四个或三个池子构成一组，轮流运转，一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。现在又开发出一些连续进水连续出水的改良性SBR工艺，如ICEAS法、CASS法、IDEA法等。这种一体化工艺的特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池，故节省占地和投资，耐冲击负荷且运行方式灵活，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的。但因每个池子都需要设曝气和输配水系统，采用滗水器及控制系统，间歇排水水头损失大，池容的利用率不理想，因此，一般来说并不太适用于大规模的城市污水处理厂 。
③ A/A/O法(Anaerobic—Anoxic—Oxic)
由于对城市污水处理的出水有去除氮和磷的要求，故国内10年前开发此厌氧—缺氧—好氧组成的工艺。利用生物处理法脱氮除磷，可获得优质出水，是一种深度二级处理工艺。A/A/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成：一是除磷，污水中的磷在厌氧状态下(DO12.5)，BOD/TKN为1.5～3.5，COD/TP为30～60，BOD/TP为16～40(一般应＞20)。若降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化，以去除磷、BOD5和COD为主，则可用A/O 工艺。
有的城市污水处理的出水不排入湖泊，利用大水体深水排放或灌溉农田，可将脱氮除 磷放在下一步改扩建时考虑，以节省近期投资。
④ 普通曝气法及其变法
本工艺出现最早，至今仍有较强的生命力。普曝法处理效果好，经验多，可适应大的污水量，对于大厂可集中建污泥消化池，所产生沼气可作能源利用。传统普曝法的不足之处是只能作为常规二级处理，不具备脱氮除磷功能。
近几年在工程实践中，通过降低普通曝气池容积负荷，可以达到脱氮的目的；在普曝池前设置厌氧区，可以除磷，亦可用化学法除磷。采用普通曝气法去除BOD5，在池型上有多种形式(如下文所述的氧化沟)，工程上称为普通曝气法的变法，亦可统称为普通曝气法。
⑤ 氧化沟法
本工艺50年代初期发展形成，因其构造简单，易于管理，很快得到推广，且不断创新，有发展前景和竞争力，当前可谓热门工艺。氧化沟在应用中发展为多种形式，比较有代表性的有：
帕式(Passveer)简称单沟式，表面曝气采用转刷曝气，水深一般在2.5～3.5m，转刷动力效率1.6～1.8kgO2/(kW·h)。
奥式(Orbal)简称同心圆式，应用上多为椭圆形的三环道组成，三个环道用不同的DO(如外环为0，中环为1，内环为2)，有利于脱氮除磷。采用转碟曝气，水深一般在4.0～4.5m，动力效率与转刷接近，现已在山东潍坊、北京黄村和合肥王小郢的城市污水处理厂应用。
若能将氧化沟进水设计成多种方式，能有效地抵抗暴雨流量的冲击，对一些合流制排水系统的城市污水处理尤为适用。
卡式(Carrousel)简称循环折流式，采用倒伞形叶轮曝气，从工艺运行来看，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉积，其原因是供氧与流速有矛盾。 三沟式氧化沟(T型氧化沟)，此种型式由三池组成，中间作曝气池，左右两池兼作沉淀池和曝气池。T型氧化沟构造简单，处理效果不错，但其采用转刷曝气，水深浅，占地面积大，复杂的控制仪表增加了运行管理的难度。不设厌氧池，不具备除磷功能。
氧化沟一般不设初沉池，负荷低，耐冲击，污泥少。建设费用及电耗视采用的沟型而变，如在转碟和转刷曝气形式中，再引进微孔曝气，加大水深，能有效地提高氧的利用率(提高20%)和动力效率［达2.5～3.0 kgO2/(kW·h)］。
2．关于曝气生物滤池
曝气生物滤池实质上是常说的生物接触氧化池，相当于在曝气池中添加供微生物栖附的填(滤)料，在填料下鼓气，是具有活性污泥特点的生物膜法。曝气生物滤池(BAF)70年代末起源于欧洲大陆，已发展为法、英等国设备制造公司的技
术和设备产品。由于选用的填料不同，以及是否有脱氮要求，设计的工艺参数是不同的，如要求处理出水BOD5、SS＜20mg/L，去除BOD5达90%以上的工艺，其容积负荷为0.7～3.0 kgBOD5/(m3·d)，水力停留时间1～2h；以硝化(90%以上)为主的工艺，其容积负荷为0.5～2.0kgBOD5/(m3·d)，水力停留时间2～3h。 一般认为，生物膜法处理城市污水，在国内尚需积累经验，处理规模不宜过大，约5× 104m3/d左右为宜。国外(主要在欧洲)处理水量有达到36×104m3/d的，这与其填料材质、自控手段和先进的反冲洗装置有关，也与其有长期积累的运行 管理经验有关。
3． 关于UNITANK工艺
UNITANK工艺和类似的TCBS工艺、MSBR工艺一样，都是SBR法新的变型和发展。它集“序批法”、“普通曝气池法”及“三沟式氧化沟法”的优点，克服了“序批法”间歇进水、“三沟式氧化沟法”占地面积大、“普通曝气池法”设备多的缺点。
典型的UNITANK工艺是三个水池，三池之间水力连通，每池都设有曝气系统，外侧的两池设有出水堰及污泥排放口，它们交替作为曝气池和沉淀池。污水可以进入三池中的任意一个，采用连续进水、周期交替运行。在自动控制下使各池处在好氧、缺氧及厌氧状态，以完 成有机物和氮磷的去除。
UNITANK工艺由比利时Seghers公司首先建在我国的澳门特区，处理水量14×104m3/d(不下雨时平均处理水量为7×104m3/d)，池型封闭，设计采用的容积负荷为0.58kgBOD/(m3·d)，总的反应池体积为46800m3，曝气池水力停留时间为8h，出水的BOD5、SS＜20mg/L。
这类一体化工艺是传统活性污泥工艺的变形，可以采用活性污泥工艺的设计方法对不同的污染物加以去除，如考虑硝化，其负荷一般在0.05～0.10 kgBOD5/(kgMLSS·d)，硝化率视污水温度而异。而要求污泥稳定化，其污泥负荷和污泥龄要远远超过硝化时的数值。
容积利用率低是此类一体化工艺共同的主要问题，就是说在一个较长停留时间的曝气系统内，有50%左右的池容用于沉淀。
UNITANK工艺的成功与否有赖于系统采用稳定可靠的仪表及设备，因此引
进技术，消化、吸收和开发先进的自控系统是应用此工艺的关键问题。一般认为，UNITANK工艺不太适用于大型(>10×104m3/d)的城市污水处理厂。
4. 生物处理法的新进展
生物处理法是目前研究得较多、新技术层出不穷的方法， 无论是好氧生物处理技术，还是厌氧生物处理技术都引起了研究人员的极大兴趣。因为用生物法利用的是微生物的新陈代谢作用， 以污染物质为食料， 将其代谢成诸如CO2、H2O、NH3、SO2等稳定的小分子， 它的二次污染小， 对处理生活污水及与之性质
相近的有机污水有其独特的优势。生物处理法自从问世以来，其技术已获得了极大的发展， 随着人们生活水平的日益提高， 生活污水中的成也日益复杂， 因此用生物处理方法的目的也从以前能处理降解蛋白质、脂肪、碳水化合物等一类物质增加到也能处理合成洗涤剂、脱氮、脱磷及其它一些难降解的复杂有机物。这也就必然要求人们改革工艺，过去由于厌氧生物处理的效率不尽人意， 处理时间也较慢， 所以未引起人们的重视， 仅仅用来处理污泥或高浓度有机污水的预处理，但现在由于能源紧张， 厌氧生物处理由于能产生能源物质—甲烷而越来越引起人们的青睐， 由此也出现了许多新的工艺。
(1) 活性污泥法的新发展
到目前为止， 对活性污泥法在运行方式上还没有大的突破， 往往所作的是一些局部的改进， 但在曝气方式上确取得了较大的成果， 如纯氧曝气、深井曝气、射流曝气， 采用微气泡扩散器等， 这些都增大了氧转移率、提高了氧的利用率使曝气池中氧的浓度增加。如美日等国研制出的一种超微气泡扩散器， 气泡直径50Lm， 氧吸收率达90% ， Reid Engineering Company of Frederick shurg 等研制的氧化沟下表面曝气也是一种曝气方式的改进， 把冲刷曝气(Brush Aeration) 改进透平曝气(Turbine Aeration) 避免了产生气溶胶、飞溅、结冰等问题。活性污泥法的另一个发展趋势就是朝多功能方向发展， 采用的方法有： 培养驯化专用细菌，使活性污泥处理对象不局限于生活污水， 还可以处理如酚一类难降解的有毒有机物，甚至驯化可以处理象氰一类有剧毒的无机物；把活性污泥与其它处理方法结合起来，如活性炭—活性污泥法， 它实际上是一种以活性污泥法形式的活性炭吸附、生物氧化法的综合处理法； 固定活性污泥法是提供微生物附着的表面， 如合成纤维、塑料、细沙、粘土焦炭等， 使曝气池同时
存在附着相和悬浮相的生物；这些都提高了活性污泥的净化效率，提高了抗有毒物质等冲击负荷的能力， 还具有脱色、脱氮、削减泡沫的效果， 国外已用于合成纤维、化工印染、炼油、炼焦等工业生产的污水处理；活性污泥法与厌氧工艺结合来脱氮、脱磷等，最典型的工艺是A-O(anaerobic-oxic) 流程。活性污泥法还可和化学法结合， 提高净化多氯联苯、有机磷的去除效果。
(2) 生物膜处理法的新进展
生物膜法最早出现的工艺是1893年在英国出现的将污水喷撒在粗滤料上而得以净化的普通生物滤池，它是最早出现而至今仍在不断改进和发展的人工生物处理设备。在它的基础上，出现了高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘和生物接触氧化等。近二三十年来，又出现了一些新型的生物膜法处理技术，如生物流化床，它是以砂、焦炭、活性炭等颗粒材料作为载体，其载体表面附着生长着生物膜，充氧后的污水以一定流速自下而上流动使载处于流化状态，载体上的生物膜可以充分地和污水接触，使净化效率提高，它的工艺有空气流床、纯氧流动床、三相流化床和厌氧兼型流化床工艺等。活性生物滤池是将生物滤池、曝气池及二沉池结合为一体的新型污水处理工艺，它的特点是将生物滤池的部分出水回流汇同二沉池的回流污泥一起进入生物滤池，用活性生物滤池处理生活污水和食品加工废水的试验结果表明： 该系统具有处理效果好、效率高、BOD 容积负荷大、不发生污泥膨胀和耐冲击负荷等优点。另外还有空气驱动的生物转盘、生物转盘和曝气池相结合、藻类转盘等。由于生物膜法的生态环境与活性污泥法的不同， 生物膜法生态系统中可以生长藻类、后生动物等， 甚至可以生长硝化菌及反硝化菌等， 因此可以用来脱氮等。
(3) 厌氧生物处理法的新发展
厌氧生物处理法也有一百多年的历史，它是利用厌氧微生物在无氧的条件下对有机物进行分解的技术。由于处理效率低、速度慢、且甲烷菌对环境要求严格不易控制等缺点， 厌氧生物处理法长期以来一般仅用于污泥处理， 它的主要工艺是化粪池、消化池等。但是由于近年来能源危机及环境污染加重，厌氧生物处理由于其产物具有能源物质而得到人们的重视， 一大批新的厌氧生物处理法技术相继诞生， 为了提高厌氧微生物的浓度，有使厌氧微生物附着在载体表面的厌氧生物膜处理方法如厌氧生物滤池、厌氧转盘、厌氧膨胀床、厌氧接触氧化、
厌氧档板反应器、厌氧流化床法， 以及象上流式厌氧污泥床反应器(UASB) 依靠微生物之间凝聚造粒而形成的自己固定法方法。还有人为地固定微生物包埋固定化法， 它是人为地把增殖速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保持在处理系统中，提高处理速度、缩小处理设备并可用于处理低浓度的有机污水。如日本本田等人1988 年采用包埋固定厌氧微生物处理TOC 为150mgöL 的人工配水， TOC 的去除率可达95% 以上。在厌氧处理中， 甲烷的增殖速度慢成为产气的决定步骤， 因此为了保持甲烷发酵中高浓度的微生物， 出现了利用膜的固液分离法， 如柏分等人1988 年利用超滤膜(UF) 进行甲烷发酵试验， 结果表明： 提高了反应器内甲烷的浓度， TOC 的容积负荷为2göL·日， 其去除率可达98.4%以上。厌氧生物处理法目前的发展趋势是和其它生物处理方法联用， 如厌氧—好氧复合工艺等， 具有节约投资、节省能源、污泥产量少、出水水质好等一系列优点。厌氧生物处理法正朝着能处理低浓度有机污水，能够脱磷脱氮且运行维护方便经济等方面发展。
5．活性污泥工艺的发展趋势
通过几十年的研究与实践，活性污泥工艺已经成为一种比较完善的工艺。在池形、运行方式、曝气方式、载体等方面已经很难有较大的发展。用常规手段也已经很难在生物学方面有所突破。有学者认为该工艺未来两个大的方向是膜分离技术和分子生物学技术的应用。
(1) 膜分离技术的应用
用膜分离代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥工艺的以下变化：
①不再存在污泥膨胀问题。在调控活性污泥系统时，不必再考虑污泥的沉降性能问题，从而使工艺控制大大简化；
②曝气池的污泥浓度将大大提高(ＭＬＳＳ可以大于20000ｍｇ/Ｌ)从而使系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行，充分满足去除各种污染物质的需要； ③在同样的处理要求下，可使曝气池容积大大减小，节省处理厂的占地面积； ④污泥浓度的提高，将要求较高的曝气速率，因而纯氧曝气将随着膜分离而被大量采用。
虽然膜分离目前还存在易堵塞等方面的问题，但这些问题正逐步得到解决。实际上，目前已有一批膜分离活性污泥系统在运行，如日本Ｈｉｒｏｓｈｉｗａ
市的Ｈｉｇａｓｈｉ污水处理厂的膜分离系统已连续运行3年。
(2) 分子生物技术的应用
目前分子生物技术已开始应用于污水处理领域。为搞清聚磷菌除磷的生化机理，已开始用分子诊断技术获取聚磷菌的遗传信息。现在从活性污泥中已发现的30多种丝状菌中，只有4种准确命名及生物分类学定位，因为这些丝状菌大部分无法进行分离纯培养。目前正用分子诊断技术进行这些丝状菌的生物学定位，以进一步准确了解其特性。
分子诊断技术的大量应用，活性污泥微生物基因库的建立，在此基础上用基因技术培育具有高效活性的污泥菌种，进一步提高处理效果，是未来发展的方向。
三、本课题研究内容
该新镇将建设成完备的各种市政设施。规划人口，近期30000人，2010年发展为82000人，生活污水标准为160L/cap·d，其总变化系数为1.5，工业最大日污水量为5800米3/日，排水采用分流制。污水水质按一般的生活污水性质考虑。生活污水与工业废水混合后其水质平均值为：BOD5=190mg/L，SS=238mg/L，
CODcr=380mg/L，TP=4.9mg/L，NH3-N=49mg/L，要求经过处理后水质达到国家《污
水综合排放标准》（GB8978—1996）中一级标准（BOD5≤20mg/L，SS≤20mg/L，
CODcr≤60mg/L，TP≤0.5mg/L，NH3-N≤15mg/L）。
所以本工程处理水量：近 期：30000×0.16×1.5+5800=13000m3/d， 2010 年：82000×0.16×1.5+5800=25480m3/d
据此，该厂按远期2010年一期2.6万吨/天建设完成，污水厂主要处理构筑物拟分为二组，每组处理规模为1.3万吨/天。这样既可满足近期处理水量要求，有留有空地以三期扩建之用。
四、本课题研究方案
本项目污水处理的特点：（1）污水以有机污染物为主，BOD/COD=0.5，可生化性较好，重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标；（2）污水
（3）中主要污染物指标BOD、、COD、SS都值都比国内一般城镇污水低30%左右；
污水处理厂投产时，多数重点污染源治理工程已投入运行。
针对以上特点，以及出水要求，现有城镇污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。由于氮磷超标，处理工艺尚用硝化除磷。根据处理规模（2.6万吨/天），进出水质（一般的生活污水），出水质要求（国家《污水综合排放标准》〈GB8978—1996〉中一级标准），污水处理厂既要求有效地去除BOD5，有要求对
污水中的氮、磷进行适当处理，防止神仙沟的富营养化，以及该工程的造价与运行费用，当地的自然条件（包括地形、气候、水资源），污水水量及其变化动态，运行管理与施工，并参考典型的工艺流程和各种生物处理法的优缺点及使用条件。本课题选择典型的工艺流程，有两种可供选择的工艺：1）普通A/A/O法处理工艺。2）厌氧池+氧化沟处理工艺。两种工艺经过比较，氧化沟除了具有A/A/O的效果外，还具有如下特点：（1）具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其工作区分为富氧区，缺氧区，用以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮效果。（2）不设初沉池，有机性悬浮物在氧化沟内能达到好氧稳定的程度。（3）BOD负荷低，使氧化沟具有对水温、水质、水量的变动有较强的适应性，污泥产率低，勿需进行硝化处理。（4）脱氮效果还能进一步提高。（5）电耗较小，运行费用低。所以本课题选择厌氧池+氧化沟处理工艺。
本课题研究方案即工艺流程初定如下：
五、研究目标、主要特色及工作进度：
研究目标：
改革开放以来，在我国的大中型城市中，建设了一批污水处理设施，对于保护大中型城市的环境，治理水污染起到了很大作用。随着我国城乡经济的发展，人民生活水平的显著提高，我国农村城市化的速度将大大加快，大量的小城镇将迅速兴起，预计到本世纪末，全国设市城市将达1200个左右，建制镇25000～3O000个左右，全国城镇人口达6.8亿左右，城市化水平约为45%，其中小城镇人口所占比例达65%左右。从发展眼光看，今后我国的大部分人口将生活在中小城镇。
目前全国共有1700O个建制镇，绝大多数没有排水和污水处理设施，而且，由于二十几年来，乡镇企业的蓬勃发展，造成一些中小城镇尤其是经济比较发达的中小城镇，污染严重，已经影响到人民的生活和健康。
考虑到1998年1月1日之后，已经开始实行《污水排放综合标准》(GB8978-1996)，因此中小城镇的污水处理厂在选择处理工艺时都要考虑除磷脱氮，计一污水处理厂处理该镇所排放的污水，使处理水达到国家一级排放标准，以减轻对神仙沟和卫东河水体的污染。
1．确定污水厂的处理工艺流程及处理构筑物（或设备）的类型和数量。
2．进行处理构筑物及设备的工艺设计计算。
3．进行污水厂各构筑物、建筑物以及各种管渠等总体布置。
4．设计图纸包括：
（1） 污水厂平面布置图；
（2） 污水厂的工艺流程、高程布置图；
（3） 单体构筑物的工艺构图。
主要特色：
为了力求构筑物流程简单而不影响处理效果，在设计中采取中格栅和提升泵房，细格栅和平流式沉沙池合建一起。其污水主题处理构筑物——卡罗塞（Carrousel）氧化沟具有以下优点：
氧化沟工艺一般可不设初沉池，在不增加构筑物及设备的情况下，氧化沟内不仅可完成碳源的氧化，还可实现硝化和脱硝，成为A/O工艺；氧化沟前增加厌
氧池可成为A2/O（A-A-O）工艺，实现除磷。由于氧化沟内活性污泥已经好氧稳定，可直接浓缩脱水，不必厌氧硝化，这样在整体上污水处理厂的占地减少。 通过毕业设计，使学生熟悉并掌握排水工程的设计内容、设计原理、方法和步骤，能根据设计原始设计资料正确地选定设计方案，掌握污水厂设计的基本流程及各构筑物的设计方法，熟悉设计计算书和设计说明书的编写内容和编制方法，并绘制工程图纸。其设计深度为施工图阶段。
工作进度如下： 序号
1
2 各阶段工作内容 资料收集 完成开题报告
确定设计方案、工艺流
程
计算个单体构筑物
总平面布置、高程布置
绘制设计图纸
整理设计计算、说明书
准备毕业设计答辩 起讫日期 2005.3.14～2005.3.18 2005.3.21～2005.3.25 备注 一周 一周 3 2005.3.28～2005.4.1 一周 4 5 6 7 8
2005.4.4～2005.5.13 2005.5.16～2005.5.20 2005.5.23～2005.6.3 2005.6.6～2005.6.10 2005.6.13～2005.6.17 六周 一周 两周 一周 一周
六、参考文献：
1．《排水工程》（下）教材
2．《室外排水设计规范》GBJ—87（1997年版）
3．《地面水环境质量》标准GB3838-88
4．《污水综合排放标准》GB8978—96
5．《城市污水处理厂污水、污泥排放标准》CJ3025—93
6.《给水排水设计手册》
7.《中、小型城市污水处理厂的优选工艺》
8．《污水除磷脱氮技术研究与实践》P174-178
9．《国外环境科学技术》1991 第3 期
10．《上海环境科学》Vol.16 No.4 1997
11.《污水处理的氧化沟技术》，中国建筑工业出版社，1988
12. 其它现行的有关规范和规定
毕业设计（论文）开题报告
题 目：
学 院： 建筑工程学院 系： 土木系 专 业： 给水排水工程
班 级：
学 号：
姓 名： 指导教师：
填表日期：
某新建城镇污水处理厂设计 2005 年 03 月 24 日
一、选题的依据及意义：
本工程为某新镇污水处理厂的施工图设计，污水厂位于xxx交汇处，征地28604米2，设计地面标高用黄海2.3米。经过处理的水至神仙沟，初沉池与二沉池剩余污泥浓缩处理后用泵输送至处理厂南面的苗圃作为肥料用。
该镇的地形由南向北稍有坡度，平均的坡度为0.5‰，地面平整，海拔高度为3.3—3.5米，属黄河冲积粉质沙土区，土质盐碱，全年最高气温39度，最低-8度，极值冻土深度为0.57米，全年降水量1600毫米。镇东有卫东河，水流由南向北与神仙沟在新镇东北角汇合流向渤海湾。神仙沟沟底标高为-1.5米，河床水位控制在0.5—1.0米之内，水位由神仙沟在渤海湾出口处甲方所设的流域防洪站加以控制。处理厂厂址内地面标高位2.10—-2.40米（高于黄海平均海面），土壤承载能力7—11吨/平方米。污水厂污水进水总管管底标高（进水泵房处）为-4.41米，（相对地面标高±0.00）。
因为该镇人口较多城市污水排放量大，如果不处理直接排放到神仙沟和卫东河，将对水体造成污染，因为污水中含氮磷较多，也可使水体富营养化，所以必须建设污水处理厂对该镇排放的污水进行处理。所选择的污水处理工艺应具有一定的脱氮除磷功能以防水体的富营养化。据此，需确定污水处理厂的处理工艺流程和处理构筑物的类型与数量，进行处理构筑物及设备的工艺设计计算和污水厂各构筑物以及各种管渠等总体布置。
二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：
1．关于活性污泥法
当前流行的污水处理工艺有：AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、A/A/O法、A/O 法等，这几种工艺都是从活性污泥法派生出来的，且各有其特点。 ① AB法(Adsorption—Biooxidation)
该法由德国Bohuke教授首先开发。该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供氧，A级负荷高，曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷2.5kgBOD/(kgMLSS·d)以上，池容积负荷6kgBOD/(m3·d)以上；B级负荷低，污泥龄较长。A级与B级间设中间沉淀池。二级池子F/M(污染物量与微生物量之比)不同，形成不同的微生物群体。AB法尽管有节能的优点，但不适合低浓度水质，A级和B级亦可分期建设。
② SBR法(Sequencing Batch Reactor)
SBR法早在20世纪初已开发，由于人工管理繁琐未予推广。此法集进水、曝气、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四个或三个池子构成一组，轮流运转，一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。现在又开发出一些连续进水连续出水的改良性SBR工艺，如ICEAS法、CASS法、IDEA法等。这种一体化工艺的特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池，故节省占地和投资，耐冲击负荷且运行方式灵活，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的。但因每个池子都需要设曝气和输配水系统，采用滗水器及控制系统，间歇排水水头损失大，池容的利用率不理想，因此，一般来说并不太适用于大规模的城市污水处理厂 。
③ A/A/O法(Anaerobic—Anoxic—Oxic)
由于对城市污水处理的出水有去除氮和磷的要求，故国内10年前开发此厌氧—缺氧—好氧组成的工艺。利用生物处理法脱氮除磷，可获得优质出水，是一种深度二级处理工艺。A/A/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成：一是除磷，污水中的磷在厌氧状态下(DO12.5)，BOD/TKN为1.5～3.5，COD/TP为30～60，BOD/TP为16～40(一般应＞20)。若降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化，以去除磷、BOD5和COD为主，则可用A/O 工艺。
有的城市污水处理的出水不排入湖泊，利用大水体深水排放或灌溉农田，可将脱氮除 磷放在下一步改扩建时考虑，以节省近期投资。
④ 普通曝气法及其变法
本工艺出现最早，至今仍有较强的生命力。普曝法处理效果好，经验多，可适应大的污水量，对于大厂可集中建污泥消化池，所产生沼气可作能源利用。传统普曝法的不足之处是只能作为常规二级处理，不具备脱氮除磷功能。
近几年在工程实践中，通过降低普通曝气池容积负荷，可以达到脱氮的目的；在普曝池前设置厌氧区，可以除磷，亦可用化学法除磷。采用普通曝气法去除BOD5，在池型上有多种形式(如下文所述的氧化沟)，工程上称为普通曝气法的变法，亦可统称为普通曝气法。
⑤ 氧化沟法
本工艺50年代初期发展形成，因其构造简单，易于管理，很快得到推广，且不断创新，有发展前景和竞争力，当前可谓热门工艺。氧化沟在应用中发展为多种形式，比较有代表性的有：
帕式(Passveer)简称单沟式，表面曝气采用转刷曝气，水深一般在2.5～3.5m，转刷动力效率1.6～1.8kgO2/(kW·h)。
奥式(Orbal)简称同心圆式，应用上多为椭圆形的三环道组成，三个环道用不同的DO(如外环为0，中环为1，内环为2)，有利于脱氮除磷。采用转碟曝气，水深一般在4.0～4.5m，动力效率与转刷接近，现已在山东潍坊、北京黄村和合肥王小郢的城市污水处理厂应用。
若能将氧化沟进水设计成多种方式，能有效地抵抗暴雨流量的冲击，对一些合流制排水系统的城市污水处理尤为适用。
卡式(Carrousel)简称循环折流式，采用倒伞形叶轮曝气，从工艺运行来看，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉积，其原因是供氧与流速有矛盾。 三沟式氧化沟(T型氧化沟)，此种型式由三池组成，中间作曝气池，左右两池兼作沉淀池和曝气池。T型氧化沟构造简单，处理效果不错，但其采用转刷曝气，水深浅，占地面积大，复杂的控制仪表增加了运行管理的难度。不设厌氧池，不具备除磷功能。
氧化沟一般不设初沉池，负荷低，耐冲击，污泥少。建设费用及电耗视采用的沟型而变，如在转碟和转刷曝气形式中，再引进微孔曝气，加大水深，能有效地提高氧的利用率(提高20%)和动力效率［达2.5～3.0 kgO2/(kW·h)］。
2．关于曝气生物滤池
曝气生物滤池实质上是常说的生物接触氧化池，相当于在曝气池中添加供微生物栖附的填(滤)料，在填料下鼓气，是具有活性污泥特点的生物膜法。曝气生物滤池(BAF)70年代末起源于欧洲大陆，已发展为法、英等国设备制造公司的技
术和设备产品。由于选用的填料不同，以及是否有脱氮要求，设计的工艺参数是不同的，如要求处理出水BOD5、SS＜20mg/L，去除BOD5达90%以上的工艺，其容积负荷为0.7～3.0 kgBOD5/(m3·d)，水力停留时间1～2h；以硝化(90%以上)为主的工艺，其容积负荷为0.5～2.0kgBOD5/(m3·d)，水力停留时间2～3h。 一般认为，生物膜法处理城市污水，在国内尚需积累经验，处理规模不宜过大，约5× 104m3/d左右为宜。国外(主要在欧洲)处理水量有达到36×104m3/d的，这与其填料材质、自控手段和先进的反冲洗装置有关，也与其有长期积累的运行 管理经验有关。
3． 关于UNITANK工艺
UNITANK工艺和类似的TCBS工艺、MSBR工艺一样，都是SBR法新的变型和发展。它集“序批法”、“普通曝气池法”及“三沟式氧化沟法”的优点，克服了“序批法”间歇进水、“三沟式氧化沟法”占地面积大、“普通曝气池法”设备多的缺点。
典型的UNITANK工艺是三个水池，三池之间水力连通，每池都设有曝气系统，外侧的两池设有出水堰及污泥排放口，它们交替作为曝气池和沉淀池。污水可以进入三池中的任意一个，采用连续进水、周期交替运行。在自动控制下使各池处在好氧、缺氧及厌氧状态，以完 成有机物和氮磷的去除。
UNITANK工艺由比利时Seghers公司首先建在我国的澳门特区，处理水量14×104m3/d(不下雨时平均处理水量为7×104m3/d)，池型封闭，设计采用的容积负荷为0.58kgBOD/(m3·d)，总的反应池体积为46800m3，曝气池水力停留时间为8h，出水的BOD5、SS＜20mg/L。
这类一体化工艺是传统活性污泥工艺的变形，可以采用活性污泥工艺的设计方法对不同的污染物加以去除，如考虑硝化，其负荷一般在0.05～0.10 kgBOD5/(kgMLSS·d)，硝化率视污水温度而异。而要求污泥稳定化，其污泥负荷和污泥龄要远远超过硝化时的数值。
容积利用率低是此类一体化工艺共同的主要问题，就是说在一个较长停留时间的曝气系统内，有50%左右的池容用于沉淀。
UNITANK工艺的成功与否有赖于系统采用稳定可靠的仪表及设备，因此引
进技术，消化、吸收和开发先进的自控系统是应用此工艺的关键问题。一般认为，UNITANK工艺不太适用于大型(>10×104m3/d)的城市污水处理厂。
4. 生物处理法的新进展
生物处理法是目前研究得较多、新技术层出不穷的方法， 无论是好氧生物处理技术，还是厌氧生物处理技术都引起了研究人员的极大兴趣。因为用生物法利用的是微生物的新陈代谢作用， 以污染物质为食料， 将其代谢成诸如CO2、H2O、NH3、SO2等稳定的小分子， 它的二次污染小， 对处理生活污水及与之性质
相近的有机污水有其独特的优势。生物处理法自从问世以来，其技术已获得了极大的发展， 随着人们生活水平的日益提高， 生活污水中的成也日益复杂， 因此用生物处理方法的目的也从以前能处理降解蛋白质、脂肪、碳水化合物等一类物质增加到也能处理合成洗涤剂、脱氮、脱磷及其它一些难降解的复杂有机物。这也就必然要求人们改革工艺，过去由于厌氧生物处理的效率不尽人意， 处理时间也较慢， 所以未引起人们的重视， 仅仅用来处理污泥或高浓度有机污水的预处理，但现在由于能源紧张， 厌氧生物处理由于能产生能源物质—甲烷而越来越引起人们的青睐， 由此也出现了许多新的工艺。
(1) 活性污泥法的新发展
到目前为止， 对活性污泥法在运行方式上还没有大的突破， 往往所作的是一些局部的改进， 但在曝气方式上确取得了较大的成果， 如纯氧曝气、深井曝气、射流曝气， 采用微气泡扩散器等， 这些都增大了氧转移率、提高了氧的利用率使曝气池中氧的浓度增加。如美日等国研制出的一种超微气泡扩散器， 气泡直径50Lm， 氧吸收率达90% ， Reid Engineering Company of Frederick shurg 等研制的氧化沟下表面曝气也是一种曝气方式的改进， 把冲刷曝气(Brush Aeration) 改进透平曝气(Turbine Aeration) 避免了产生气溶胶、飞溅、结冰等问题。活性污泥法的另一个发展趋势就是朝多功能方向发展， 采用的方法有： 培养驯化专用细菌，使活性污泥处理对象不局限于生活污水， 还可以处理如酚一类难降解的有毒有机物，甚至驯化可以处理象氰一类有剧毒的无机物；把活性污泥与其它处理方法结合起来，如活性炭—活性污泥法， 它实际上是一种以活性污泥法形式的活性炭吸附、生物氧化法的综合处理法； 固定活性污泥法是提供微生物附着的表面， 如合成纤维、塑料、细沙、粘土焦炭等， 使曝气池同时
存在附着相和悬浮相的生物；这些都提高了活性污泥的净化效率，提高了抗有毒物质等冲击负荷的能力， 还具有脱色、脱氮、削减泡沫的效果， 国外已用于合成纤维、化工印染、炼油、炼焦等工业生产的污水处理；活性污泥法与厌氧工艺结合来脱氮、脱磷等，最典型的工艺是A-O(anaerobic-oxic) 流程。活性污泥法还可和化学法结合， 提高净化多氯联苯、有机磷的去除效果。
(2) 生物膜处理法的新进展
生物膜法最早出现的工艺是1893年在英国出现的将污水喷撒在粗滤料上而得以净化的普通生物滤池，它是最早出现而至今仍在不断改进和发展的人工生物处理设备。在它的基础上，出现了高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘和生物接触氧化等。近二三十年来，又出现了一些新型的生物膜法处理技术，如生物流化床，它是以砂、焦炭、活性炭等颗粒材料作为载体，其载体表面附着生长着生物膜，充氧后的污水以一定流速自下而上流动使载处于流化状态，载体上的生物膜可以充分地和污水接触，使净化效率提高，它的工艺有空气流床、纯氧流动床、三相流化床和厌氧兼型流化床工艺等。活性生物滤池是将生物滤池、曝气池及二沉池结合为一体的新型污水处理工艺，它的特点是将生物滤池的部分出水回流汇同二沉池的回流污泥一起进入生物滤池，用活性生物滤池处理生活污水和食品加工废水的试验结果表明： 该系统具有处理效果好、效率高、BOD 容积负荷大、不发生污泥膨胀和耐冲击负荷等优点。另外还有空气驱动的生物转盘、生物转盘和曝气池相结合、藻类转盘等。由于生物膜法的生态环境与活性污泥法的不同， 生物膜法生态系统中可以生长藻类、后生动物等， 甚至可以生长硝化菌及反硝化菌等， 因此可以用来脱氮等。
(3) 厌氧生物处理法的新发展
厌氧生物处理法也有一百多年的历史，它是利用厌氧微生物在无氧的条件下对有机物进行分解的技术。由于处理效率低、速度慢、且甲烷菌对环境要求严格不易控制等缺点， 厌氧生物处理法长期以来一般仅用于污泥处理， 它的主要工艺是化粪池、消化池等。但是由于近年来能源危机及环境污染加重，厌氧生物处理由于其产物具有能源物质而得到人们的重视， 一大批新的厌氧生物处理法技术相继诞生， 为了提高厌氧微生物的浓度，有使厌氧微生物附着在载体表面的厌氧生物膜处理方法如厌氧生物滤池、厌氧转盘、厌氧膨胀床、厌氧接触氧化、
厌氧档板反应器、厌氧流化床法， 以及象上流式厌氧污泥床反应器(UASB) 依靠微生物之间凝聚造粒而形成的自己固定法方法。还有人为地固定微生物包埋固定化法， 它是人为地把增殖速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保持在处理系统中，提高处理速度、缩小处理设备并可用于处理低浓度的有机污水。如日本本田等人1988 年采用包埋固定厌氧微生物处理TOC 为150mgöL 的人工配水， TOC 的去除率可达95% 以上。在厌氧处理中， 甲烷的增殖速度慢成为产气的决定步骤， 因此为了保持甲烷发酵中高浓度的微生物， 出现了利用膜的固液分离法， 如柏分等人1988 年利用超滤膜(UF) 进行甲烷发酵试验， 结果表明： 提高了反应器内甲烷的浓度， TOC 的容积负荷为2göL·日， 其去除率可达98.4%以上。厌氧生物处理法目前的发展趋势是和其它生物处理方法联用， 如厌氧—好氧复合工艺等， 具有节约投资、节省能源、污泥产量少、出水水质好等一系列优点。厌氧生物处理法正朝着能处理低浓度有机污水，能够脱磷脱氮且运行维护方便经济等方面发展。
5．活性污泥工艺的发展趋势
通过几十年的研究与实践，活性污泥工艺已经成为一种比较完善的工艺。在池形、运行方式、曝气方式、载体等方面已经很难有较大的发展。用常规手段也已经很难在生物学方面有所突破。有学者认为该工艺未来两个大的方向是膜分离技术和分子生物学技术的应用。
(1) 膜分离技术的应用
用膜分离代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥工艺的以下变化：
①不再存在污泥膨胀问题。在调控活性污泥系统时，不必再考虑污泥的沉降性能问题，从而使工艺控制大大简化；
②曝气池的污泥浓度将大大提高(ＭＬＳＳ可以大于20000ｍｇ/Ｌ)从而使系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行，充分满足去除各种污染物质的需要； ③在同样的处理要求下，可使曝气池容积大大减小，节省处理厂的占地面积； ④污泥浓度的提高，将要求较高的曝气速率，因而纯氧曝气将随着膜分离而被大量采用。
虽然膜分离目前还存在易堵塞等方面的问题，但这些问题正逐步得到解决。实际上，目前已有一批膜分离活性污泥系统在运行，如日本Ｈｉｒｏｓｈｉｗａ
市的Ｈｉｇａｓｈｉ污水处理厂的膜分离系统已连续运行3年。
(2) 分子生物技术的应用
目前分子生物技术已开始应用于污水处理领域。为搞清聚磷菌除磷的生化机理，已开始用分子诊断技术获取聚磷菌的遗传信息。现在从活性污泥中已发现的30多种丝状菌中，只有4种准确命名及生物分类学定位，因为这些丝状菌大部分无法进行分离纯培养。目前正用分子诊断技术进行这些丝状菌的生物学定位，以进一步准确了解其特性。
分子诊断技术的大量应用，活性污泥微生物基因库的建立，在此基础上用基因技术培育具有高效活性的污泥菌种，进一步提高处理效果，是未来发展的方向。
三、本课题研究内容
该新镇将建设成完备的各种市政设施。规划人口，近期30000人，2010年发展为82000人，生活污水标准为160L/cap·d，其总变化系数为1.5，工业最大日污水量为5800米3/日，排水采用分流制。污水水质按一般的生活污水性质考虑。生活污水与工业废水混合后其水质平均值为：BOD5=190mg/L，SS=238mg/L，
CODcr=380mg/L，TP=4.9mg/L，NH3-N=49mg/L，要求经过处理后水质达到国家《污
水综合排放标准》（GB8978—1996）中一级标准（BOD5≤20mg/L，SS≤20mg/L，
CODcr≤60mg/L，TP≤0.5mg/L，NH3-N≤15mg/L）。
所以本工程处理水量：近 期：30000×0.16×1.5+5800=13000m3/d， 2010 年：82000×0.16×1.5+5800=25480m3/d
据此，该厂按远期2010年一期2.6万吨/天建设完成，污水厂主要处理构筑物拟分为二组，每组处理规模为1.3万吨/天。这样既可满足近期处理水量要求，有留有空地以三期扩建之用。
四、本课题研究方案
本项目污水处理的特点：（1）污水以有机污染物为主，BOD/COD=0.5，可生化性较好，重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标；（2）污水
（3）中主要污染物指标BOD、、COD、SS都值都比国内一般城镇污水低30%左右；
污水处理厂投产时，多数重点污染源治理工程已投入运行。
针对以上特点，以及出水要求，现有城镇污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。由于氮磷超标，处理工艺尚用硝化除磷。根据处理规模（2.6万吨/天），进出水质（一般的生活污水），出水质要求（国家《污水综合排放标准》〈GB8978—1996〉中一级标准），污水处理厂既要求有效地去除BOD5，有要求对
污水中的氮、磷进行适当处理，防止神仙沟的富营养化，以及该工程的造价与运行费用，当地的自然条件（包括地形、气候、水资源），污水水量及其变化动态，运行管理与施工，并参考典型的工艺流程和各种生物处理法的优缺点及使用条件。本课题选择典型的工艺流程，有两种可供选择的工艺：1）普通A/A/O法处理工艺。2）厌氧池+氧化沟处理工艺。两种工艺经过比较，氧化沟除了具有A/A/O的效果外，还具有如下特点：（1）具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其工作区分为富氧区，缺氧区，用以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮效果。（2）不设初沉池，有机性悬浮物在氧化沟内能达到好氧稳定的程度。（3）BOD负荷低，使氧化沟具有对水温、水质、水量的变动有较强的适应性，污泥产率低，勿需进行硝化处理。（4）脱氮效果还能进一步提高。（5）电耗较小，运行费用低。所以本课题选择厌氧池+氧化沟处理工艺。
本课题研究方案即工艺流程初定如下：
五、研究目标、主要特色及工作进度：
研究目标：
改革开放以来，在我国的大中型城市中，建设了一批污水处理设施，对于保护大中型城市的环境，治理水污染起到了很大作用。随着我国城乡经济的发展，人民生活水平的显著提高，我国农村城市化的速度将大大加快，大量的小城镇将迅速兴起，预计到本世纪末，全国设市城市将达1200个左右，建制镇25000～3O000个左右，全国城镇人口达6.8亿左右，城市化水平约为45%，其中小城镇人口所占比例达65%左右。从发展眼光看，今后我国的大部分人口将生活在中小城镇。
目前全国共有1700O个建制镇，绝大多数没有排水和污水处理设施，而且，由于二十几年来，乡镇企业的蓬勃发展，造成一些中小城镇尤其是经济比较发达的中小城镇，污染严重，已经影响到人民的生活和健康。
考虑到1998年1月1日之后，已经开始实行《污水排放综合标准》(GB8978-1996)，因此中小城镇的污水处理厂在选择处理工艺时都要考虑除磷脱氮，计一污水处理厂处理该镇所排放的污水，使处理水达到国家一级排放标准，以减轻对神仙沟和卫东河水体的污染。
1．确定污水厂的处理工艺流程及处理构筑物（或设备）的类型和数量。
2．进行处理构筑物及设备的工艺设计计算。
3．进行污水厂各构筑物、建筑物以及各种管渠等总体布置。
4．设计图纸包括：
（1） 污水厂平面布置图；
（2） 污水厂的工艺流程、高程布置图；
（3） 单体构筑物的工艺构图。
主要特色：
为了力求构筑物流程简单而不影响处理效果，在设计中采取中格栅和提升泵房，细格栅和平流式沉沙池合建一起。其污水主题处理构筑物——卡罗塞（Carrousel）氧化沟具有以下优点：
氧化沟工艺一般可不设初沉池，在不增加构筑物及设备的情况下，氧化沟内不仅可完成碳源的氧化，还可实现硝化和脱硝，成为A/O工艺；氧化沟前增加厌
氧池可成为A2/O（A-A-O）工艺，实现除磷。由于氧化沟内活性污泥已经好氧稳定，可直接浓缩脱水，不必厌氧硝化，这样在整体上污水处理厂的占地减少。 通过毕业设计，使学生熟悉并掌握排水工程的设计内容、设计原理、方法和步骤，能根据设计原始设计资料正确地选定设计方案，掌握污水厂设计的基本流程及各构筑物的设计方法，熟悉设计计算书和设计说明书的编写内容和编制方法，并绘制工程图纸。其设计深度为施工图阶段。
工作进度如下： 序号
1
2 各阶段工作内容 资料收集 完成开题报告
确定设计方案、工艺流
程
计算个单体构筑物
总平面布置、高程布置
绘制设计图纸
整理设计计算、说明书
准备毕业设计答辩 起讫日期 2005.3.14～2005.3.18 2005.3.21～2005.3.25 备注 一周 一周 3 2005.3.28～2005.4.1 一周 4 5 6 7 8
2005.4.4～2005.5.13 2005.5.16～2005.5.20 2005.5.23～2005.6.3 2005.6.6～2005.6.10 2005.6.13～2005.6.17 六周 一周 两周 一周 一周
六、参考文献：
1．《排水工程》（下）教材
2．《室外排水设计规范》GBJ—87（1997年版）
3．《地面水环境质量》标准GB3838-88
4．《污水综合排放标准》GB8978—96
5．《城市污水处理厂污水、污泥排放标准》CJ3025—93
6.《给水排水设计手册》
7.《中、小型城市污水处理厂的优选工艺》
8．《污水除磷脱氮技术研究与实践》P174-178
9．《国外环境科学技术》1991 第3 期
10．《上海环境科学》Vol.16 No.4 1997
11.《污水处理的氧化沟技术》，中国建筑工业出版社，1988
12. 其它现行的有关规范和规定