一、工程概述
城市污水處理廠的設(shè)計(jì)工作一般分為兩個(gè)階段，即初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)。
城市污水處理廠的設(shè)計(jì)工作內(nèi)容包括確定廠址、選擇合理的工藝流程、確定污水處理廠平面與高程的布置、計(jì)算建（構(gòu)）筑物等。
1、設(shè)計(jì)資料的收集與調(diào)查
（1）建設(shè)單位的設(shè)計(jì)任務(wù)書
包括設(shè)計(jì)規(guī)模（處理水量）、處理程度要求、占地要求、投資情況等。
（2）收集相關(guān)資料
包括原水水質(zhì)資料、當(dāng)?shù)貧庀筚Y料（溫度、風(fēng)向、日照情況等）、水文地質(zhì)資料（地下水位、土壤承載力、受納水體流量、zui高水位等）、地形資料、城市規(guī)劃情況等。
（3）必要的現(xiàn)場調(diào)查
當(dāng)缺乏某些重要的設(shè)計(jì)資料時(shí)，則現(xiàn)場的調(diào)查是必需的。
2、廠址選擇
城市污水處理廠廠址選擇是城市污水處理廠設(shè)計(jì)的前提，應(yīng)根據(jù)選址條件和要求綜合考慮，選出適用的、系統(tǒng)優(yōu)化、工程造價(jià)低、施工及管理方便的廠址。
二、處理流程選擇：
污水處理廠的工藝流程是指在達(dá)到所要求的處理程度的前提下，污水處理各單元的有機(jī)組合，以滿足污水處理的要求。
1、污水處理流程的選擇原則：
經(jīng)濟(jì)節(jié)省性原則；
運(yùn)行可靠性原則；
技術(shù)性原則。
2、應(yīng)考慮的其他一些重要因素：
充分考慮業(yè)主的需求；
考慮實(shí)際操作管理人員的水平。
本次設(shè)計(jì)采用生物好氧處理法。好氧生物處理BOD5去除率高，可達(dá)90%~95%，穩(wěn)定性較強(qiáng)，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間短，一般為2~4周，很少產(chǎn)生臭氣，不產(chǎn)生沼氣，對污水的堿度要求低。
污水處理工藝流程圖如下：
平面圖:
三、污水處理工程設(shè)計(jì)計(jì)算：
（一）、設(shè)計(jì)水量，水質(zhì)及處理程度：
平均流量：5萬噸/天，變化系數(shù)1.4；
進(jìn)水：COD：400 mg/L，BOD：300 mg/L，SS：350 mg/L；
出水：COD： 60 mg/L，BOD： 20 mg/L，SS： 20 mg/L；
處理程度計(jì)算：COD：（400-60）/400=85% ；
BOD：（300-20）/300=93.3% ；
SS：（350-20）/350=94.3% 。
（二）、格柵及其設(shè)計(jì)：
格柵是由一組平行的金屬柵條制成，斜置在污水流經(jīng)的渠道上或水泵前集水井處，用以截留污水中的大塊懸浮雜質(zhì)，以免后續(xù)處理單元的水泵或構(gòu)筑物造成損害。
設(shè)計(jì)中取二組格柵，N=2組，安裝角度α=60°
Q 設(shè)計(jì)水量=平均流量×變化系數(shù)=0.810 m3/s
2、格柵槽寬度：
B=S（n－1）+bn
式中： B——格柵槽寬度（m）；
S——每根格柵條的寬度（m）。
設(shè)計(jì)中取S=0.015m，則計(jì)算得B=0.93m。
3、進(jìn)水渠道漸寬部分的長度：
4、出水渠道漸窄部分的長度：
5、通過格柵的水頭損失：
6、柵后明渠的總高度：
H=h+h1+h2
式中： H——柵后明渠的總高度（m）；
h2——明渠超高（m），一般采用0.3-0.5m
設(shè)計(jì)中取h2 =0.30m，得到H=1.28m。
7、柵槽總長度：
8、每日柵渣量計(jì)算： 采用機(jī)械除渣及皮帶輸送機(jī)或無軸輸送機(jī)輸送柵渣，采用機(jī)械柵渣打包機(jī)將柵渣打包，汽車運(yùn)走。
9、進(jìn)水與出水渠道：
城市污水通過DN1200mm的管道送入進(jìn)水渠道，設(shè)計(jì)中取進(jìn)水渠道寬度B1 =0.9m，進(jìn)水水深h1=h=0.8m，出水渠道B2=B1=0.9m，出水水深h2=h1=0.8m。
（三）、沉砂池及其設(shè)計(jì)：
沉砂池是借助于污水中的顆粒與水的比重不同，使大顆粒的沙粒、石子、煤渣等無機(jī)顆粒沉降，減少大顆粒物質(zhì)在輸水管內(nèi)沉積和消化池內(nèi)沉積。
沉砂池按照運(yùn)行方式不同可分為平流式沉砂池，豎流式沉砂池，曝氣式沉砂池，渦流式沉砂池。
設(shè)計(jì)中采用曝氣沉砂池，沉砂池設(shè)2組，N=2組，每組設(shè)計(jì)流量0.4051m3/s
1、沉砂池有效容積：
式中： V——沉砂池有效容積（m3）;
Q——設(shè)計(jì)流量（m3/s）；
t——停留時(shí)間（min），一般采用1-3min。
設(shè)計(jì)中取t=2min，Q=0.4051m3/s，得到V=48.61m3。
出水堰后自由跌落0.15m，出水流入出水槽，出水槽寬度B2=0.8m，出水槽水深h2=0.35m，水流流速v2=0.89m/s。采用出水管道在出水槽中部與出水槽連接，出水管道采用鋼管。管徑DN2=800mm，管內(nèi)流速v2=0.99m/s，水力坡度i=1.46‰。
12、排砂裝置：
采用吸砂泵排砂，吸砂泵設(shè)置在沉砂斗內(nèi)，借助空氣提升將沉砂排出沉砂池，吸砂泵管徑DN=200mm。
（四）、初沉池及其設(shè)計(jì)：
初次沉淀池是借助于污水中的懸浮物質(zhì)在重力的作用下可以下沉，從而與污水分離，初次沉淀池去除懸浮物40%~60%，去除BOD20%~30%。
初次沉淀池按照運(yùn)行方式不同可分為平流沉淀池、豎流沉淀池、輻流沉淀池、斜板沉淀池。
設(shè)計(jì)中采用平流沉淀池，平流沉淀池是利用污水從沉淀池一端流入，按水平方向沿沉淀池長度從另一端流出，污水在沉淀池內(nèi)水平流動(dòng)時(shí)，污水中的懸浮物在重力作用下沉淀，與污水分離。平流沉淀池由進(jìn)水裝置、出水裝置、沉淀區(qū)、緩沖層、污泥區(qū)及排泥裝置組成。
沉淀池設(shè)2組，N=2組，每組設(shè)計(jì)流量Q=0.4051m3/s。
10、沉淀池總高度：
H=h1+h2+h3+h4
式中：h1——沉淀池超高（m），一般采用0.3-0.5；
h3——緩沖層高度（m），一般采用0.3m；
h4——污泥部分高度（m），一般采用污泥斗高度與池底坡底i=1‰的高度之和。
設(shè)計(jì)中取h1=0.3m，h3=0.3m，得h4=3.94m，得到H=7.54m。
15、出水渠道：
沉淀池出水端設(shè)出水渠道，出水管與出水渠道連接，將污水送至集水井。
式中： v3——出水渠道水流流速（m/s），一般采用v3≥0.4m/s；
B3——出水渠道寬度（m）；
H3——出水渠道水深（m），一般采用0.5-2.0。
設(shè)計(jì)中取B3=1.0M，H3=0.8m，得到v3=0.51m/s>0.4m/s。
出水管道采用鋼管，管徑DN=1000mm，管內(nèi)流速為v=0.51m/s,水力坡降i=0.479‰。
16、進(jìn)水擋板、出水擋板：
沉淀池設(shè)進(jìn)水擋板和出水擋板，進(jìn)水擋板距進(jìn)水穿孔花墻0.5m，擋板高出水面0.3m, 伸入水下0.8m。出水擋板距出水堰0.5m，擋板高出水面0.3m，伸入水下0.5m。在出水擋板處設(shè)一個(gè)浮渣收集裝置，用來收集攔截的浮渣。
17、排泥管：
沉淀池采用重力排泥，排泥管直徑DN300mm，排泥時(shí)間t4=20min，排泥管流速v4=0.82m/s，排泥管伸入污泥斗底部。排泥管上端高出水面0.3m，便于清通和排氣。排泥靜水壓頭采用1.2m。
18、刮泥裝置：
沉淀池采用行車式刮泥機(jī)，刮泥機(jī)設(shè)于池頂，刮板伸入池底，刮泥機(jī)行走時(shí)將污泥推入污泥斗內(nèi)。
（五）、曝氣池及其設(shè)計(jì)：
設(shè)計(jì)中采用傳統(tǒng)活性污泥法。傳統(tǒng)活性污泥法，又稱普通活性污泥法，污水從池子首端進(jìn)入池內(nèi)，二沉池回流的污泥也同步進(jìn)入，廢水在池內(nèi)呈推流形式流至池子末端，其池型為多廊道式，污水流出池外進(jìn)入二次沉淀池，進(jìn)行泥水分離。污水在推流過程中，有機(jī)物在微生物的作用下得到降解，濃度逐漸降低。傳統(tǒng)活性污泥法對污水處理效率高，BOD去除率可達(dá)到90%以上，是較早開始使用并沿用至今的一種運(yùn)行方式
7、曝氣池總高度：
H總=H+h
式中： H總——曝氣池總高度（m）；
h——曝氣池超高（m），一般取0.3—0.5m。
設(shè)計(jì)中取 h=0.5m，則 H=4.7m。
10、管道設(shè)計(jì)：
①中位管：
曝氣池中部設(shè)中位管，在活性污泥培養(yǎng)馴化時(shí)排放上清液。中位管管徑為600mm。
②放空管：
曝氣池在檢修時(shí)，需要將水放空，因此應(yīng)在曝氣池底部設(shè)放空管，放空管管徑為500mm。
④消泡管
在曝氣池隔墻上設(shè)置消泡水管，管徑為DN25mm，管上設(shè)閥門。消泡管是用來消除曝氣池在運(yùn)行初期和運(yùn)行過程中產(chǎn)生的泡沫。
⑤空氣管
曝氣池內(nèi)需設(shè)置空氣管路，并設(shè)置空氣擴(kuò)散設(shè)備，起到充氧和攪拌混合的作用。
11、曝氣池需氧量計(jì)算：
依照氣水比5：1進(jìn)行計(jì)算，Q=14580m3/h。
12、鼓風(fēng)機(jī)選擇：
空氣擴(kuò)散裝置安裝在距離池底0.2m處，曝氣池有效水深為4.2m，空氣管路內(nèi)的水頭損失按1.0m計(jì)，則空壓機(jī)所需壓力為：
P=（4.2-0.2+1.0）×9.8=49kPa
鼓風(fēng)機(jī)供氣量：
Gsmax=14580m3/h=243m3/min。
根據(jù)所需壓力及空氣量，選擇RE-250型羅茨鼓風(fēng)機(jī)，共5臺，該鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)壓49kPa，風(fēng)量75.8m3/min。正常條件下，3臺工作，2臺備用；高負(fù)荷時(shí)，4臺工作，1臺備用
（六）、二沉池及其設(shè)計(jì)：
二沉池一般可分為平流式、輻流式、豎流式和斜板（管）等幾類。
平流式沉淀池可用于大、中、小型污水處理廠，但一般多用于初沉池，作為二沉池比較少見。平流式沉淀池配水不易均勻，排泥設(shè)施復(fù)雜，不易管理。
輻流式沉淀池一般采用對稱布置，配水采用集配水井，這樣各池之間配水均勻，結(jié)構(gòu)緊湊。輻流式沉淀池排泥機(jī)械已定型化，運(yùn)行效果好，管理方便。輻流式沉淀池適用于大、中型污水處理廠。
豎流式沉淀池一般用于小型污水處理廠以及中小型污水廠的污泥濃縮池。該池型的占地面積小、運(yùn)行管理簡單，但埋深較大，施工困難，耐沖擊負(fù)荷差。
斜管（板）沉淀池具有沉淀效率高、停留時(shí)間短、占地少等優(yōu)點(diǎn)。一般常用于小型污水處理廠或工業(yè)企業(yè)內(nèi)的小型污水處理站。斜管（板）沉淀池處理效果不穩(wěn)定，容易形成污泥堵塞，維護(hù)管理不便。
設(shè)計(jì)中選用輻流沉淀池，沉淀池設(shè)2組，N=2組，每組設(shè)計(jì)流量0.405m3/s。
3、沉淀池有效水深：
h2=q′×t
式中: h2——沉淀池有效水深（m）；
t——沉淀時(shí)間（h），一般采用1—3h。
設(shè)計(jì)中取 t=2.5h，得到 h2=3.5m。
4、徑深比：
D/h2=10.4，滿足6-12之間的要求。
5、污泥部分所需容積：
式中： Q0——平均流量（m3/s）；
R——污泥回流比（%）；
X——污泥濃度（mg/L）；
Xr——二沉池排泥濃度（mg/L）。
設(shè)計(jì)中取Q0=0.579 m3/s，R=50%，
SVI——污泥容積指數(shù)，一般采用70-150；
r——系數(shù)，一般采用1.2。
設(shè)計(jì)中取SVI=100，r=1.2，得到Xr=1.2×104mg/L，X=4000mg/L。
經(jīng)計(jì)算得到 V1=1563.3m3。應(yīng)采用連續(xù)排泥方式。
6、沉淀池的進(jìn)、出水管道設(shè)計(jì)：
進(jìn)水管：流量應(yīng)為設(shè)計(jì)流量+回流量，管徑計(jì)算為900mm
出水管：管徑計(jì)算為800mm

排泥管：管徑為500mm
7、出水堰計(jì)算：
堰上負(fù)荷的校核。規(guī)定堰上負(fù)荷范圍1.5-2.9L/m.s之間。
8、沉淀池總高度：
H=h1+h2+h3+h4+h5
式中：H——沉淀池總高度（m）;
h1——沉淀池超高（m），一般采用0.3-0.5m；
h2——沉淀池有效水深（m）；
h3——沉淀池緩沖層高度（m），一般采用0.3m；
h4——沉淀池底部圓錐體高度（m）；
h5——沉淀池污泥區(qū)高度（m）。
設(shè)計(jì)中取h1=0.3m，h3=0.3m，h2=3.5m.
根據(jù)污泥部分容積過大及二沉池污泥的特點(diǎn)，采用機(jī)械刮吸泥機(jī)連續(xù)排泥，池底坡度為0.05。
h4=（r-r1）×i
式中：r——沉淀池半徑（m）；
r1——沉淀池進(jìn)水豎井半徑（m），一般采用1.0m；
i——沉淀池池底坡度。
設(shè)計(jì)中取r1=1.0m，i=0.05，得到h4=0.86m。
式中：V1——污泥部分所需容積（m3）；
V2——沉淀池底部圓錐體容積（m3）；
F——沉淀池表面積（m2）。
計(jì)算可得 =315.4m3，則h5=1.20m。
得到H=6.16m。
（七）、消毒接觸池及其設(shè)計(jì)：
污水經(jīng)過以上構(gòu)筑物處理后，雖然水質(zhì)得到了改善，細(xì)菌數(shù)量也大幅減少，但是細(xì)菌的值依然十分客觀，并有存在病原菌的可能，因此，污水在排放水體前，應(yīng)進(jìn)行消毒處理。
設(shè)計(jì)中采用平流式消毒接觸池，消毒接觸池設(shè)2組，每組3廊道。
1、消毒接觸池容積：
V=Qt
式中： Q——單池污水設(shè)計(jì)流量（m3/s）；
t——消毒接觸時(shí)間（min），一般采用30min。
設(shè)計(jì)中取t=30min，得每組消毒接觸池的容積為729m3。
2、消毒接觸池表面積：
F=V/h2
式中：h2——消毒池有效水深，設(shè)計(jì)中取為2.5m。
設(shè)計(jì)中取h2=2.5m，得到F=291.6m2。
3、消毒接觸池池長：
L′=F/B
式中：B——消毒池寬度（m），設(shè)計(jì)中取為5m。
設(shè)計(jì)中取B=5m，計(jì)算得 L=58.32m。每廊道長為19.44m，設(shè)計(jì)中取為20m。
校核長寬比：L′/B=11.7>10，合乎要求。
4、消毒接觸池池高：
H=h1+h2
式中：h1——消毒池超高（m），一般采用0.3m；
設(shè)計(jì)中取h1=0.3m，計(jì)算得 H=2.8m。
5、進(jìn)水部分：
每個(gè)消毒接觸池的進(jìn)水管管徑D=800mm，v=1.0m/s。
6、混合：
采用管道混合的方式，加氯管線直接接入消毒接觸池進(jìn)水管，為增強(qiáng)混合效果，加氯點(diǎn)后接D=800mm的靜態(tài)混合器。
（八）、污泥濃縮池及其設(shè)計(jì)：
污泥濃縮的對象是顆粒間的空隙水，濃縮的目的是在于縮小污泥的體積，便于后續(xù)污泥處理，常用污泥濃縮池分為豎流濃縮池和輻流濃縮池2種。二沉池排出的剩余污泥含水率高，污泥數(shù)量較大，需要進(jìn)行濃縮處理；初沉污泥含水量較低，可以不采用濃縮處理。設(shè)計(jì)中一般采用濃縮池處理剩余活性污泥。濃縮前污泥含水率99%，濃縮后污泥含水率97%。
13、溢流堰：
濃縮池溢流出水經(jīng)過溢流堰進(jìn)入出水槽，然后匯入出水管排出。出水槽流量q=0.0015m3/s，設(shè)出水槽寬b=0.15m，水深0.05m，則水流速為0.2m/s，溢流堰周長：
c=π（D-2b）
計(jì)算得到c=15.86m。
溢流堰采用單側(cè)90°三角形出水堰，三角堰頂寬0.16m，深0.08m，每格沉淀池有110個(gè)三角堰，三角堰流量q0為：
Q1=0.0015/110=0.0000136m3/s
h′=0.7q02/5
式中： q0——每個(gè)三角堰流量（m3/s）；
h′——三角堰堰水深（m）。
計(jì)算得到h′=0.0079m。
三角堰后自由跌落0.10m，則出水堰水頭損失為0.1079m           醫(yī)院污水處理設(shè)計(jì)方案