目 录
1 设计目的、原则及依据.......................................................................................... 1
1.1 设计目的....................................................................................................... 1
1.2 设计原则....................................................................................................... 1
1.3 设计依据....................................................................................................... 1
1.3.1 设计标准............................................................................................ 1
1.3.2 实验室硬件条件................................................................................ 1
2 设计范围.................................................................................................................. 2
3 项目概况.................................................................................................................. 3
4 废水的水质与水量.................................................................................................. 4
4.1 进水流量....................................................................................................... 4
4.2 原水水质....................................................................................................... 4
5 排放标准.................................................................................................................. 5
6 废水处理工艺.......................................................................................................... 6
6.1 废水工艺的确定........................................................................................... 6
6.2 工艺介绍....................................................................................................... 6
6.2.1 微电解技术........................................................................................ 6
6.2.2 芬顿氧化技术.................................................................................... 8
6.2.3 改良A2/O工艺 ............................................................................... 10
7 构筑物设计及设备选型........................................................................................ 13
7.1 调节池......................................................................................................... 13
7.2 微电解池..................................................................................................... 14
7.2.1 反应池容积及形状计算.................................................................. 15
7.2.2 反应池其他附属设备要求.............................................................. 15
7.3 Fendon反应池............................................................................................ 15
7.4 初沉池设计................................................................................................. 15
7.5 改良A2/O法设计 ...................................................................................... 18
7.5.1 生化区容积...................................................................................... 18
7.5.2 污泥量计算...................................................................................... 20
7.5.3 污泥泥龄
7.5.4 内回流比21 ..................................................................................... 22
7.5.5 需氧量的计算.................................................................................. 22
7.5.6 反应池主要尺寸.............................................................................. 25
7.6 二沉池......................................................................................................... 27
7.6.1 沉淀区计算...................................................................................... 27
7.6.2 污泥区计算...................................................................................... 27
7.6.3 沉淀池总高...................................................................................... 28
7.6.4 进出水系统的计算.......................................................................... 29
7.7 污泥浓缩消化设计..................................................................................... 30
7.7.1 混合污泥含水率.............................................................................. 30
7.7.2 污泥浓缩池尺寸.............................................................................. 30
7.7.3 浓缩后污泥体积........................................................................ 31
7.8 清水池......................................................................................................... 32
7.9 高程布置及阻力损失................................................................................. 32
8 投资估算................................................................................................................ 35
8.1 直接费用..................................................................................................... 35
8.1.1 板材费用.......................................................................................... 35
8.1.2 管道费用.......................................................................................... 36
8.1.3 设备费用.......................................................................................... 36
8.2 间接费用..................................................................................................... 37
8.3 第二部分费用............................................................................................. 37
8.4 工程预备费用............................................................................................. 37
9 图纸........................................................................................................................ 39
参考文献...................................................................................................................... 40
1 设计目的、原则及依据
1.1 设计目的
A复习和进一步理解所学的《水污染控制工程》课程内容，初步理论联系实际，培养分析问题和解决问题的能力。
B了解并掌握污水处理工程设计的基本方法、步骤和技术资料。
C训练和培养污水处理的基本计算方法及绘图的基本技能。
D提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力。
E为实验室的设计小型模拟水污染处理全套装置，以便于后来人的学习运用。
1.2 设计原则
遵循设计依据并在实验室整体规划的指导下，结合处理要求，同统一规划设计小型污水处理设施，充分发挥建设项目的环境和经济效益。
1.3 设计依据
1.3.1 设计标准
《污水处理厂工艺设计手册(第二版)》
《给水排水设计手册 （第5册） 城市排水》
《给水排水设计手册 （第6册） 工业排水》
《水污染控制工程（第二版）下册 高廷耀版》
《给排水工程绘图标准GB/T 501-2001》
1.3.2 实验室硬件条件
实验室可容纳小型模拟工程的面积（长1.2m×宽0.6m）0.72m2，高度不限。
2 设计范围
本工程为处理量为的实验用印染废水处理工程方案设计，涉及到废水处理的方案原理设计、各模拟构筑物的单体尺寸设计、流程设计、总体造价等。
本项目前期主要工作是污水处理方案的原理选择、各单体构筑物的计算选型、方案校核及确定，在前期工作的基础上，完成工程的模拟图纸、废水实验室模拟组合工艺建设经济预算与可实现性的估计。
3 项目概况
《水污染控制工程》作为环境工程专业本科学生的必修课程，是本专业学生必须学好和掌握的一门专业学科。而作为工程类学科，存在理论和实际工程应用结合的难题，只有将学到的知识应用于实际，才能加深学生对所学知识的理解，并熟悉掌握与应用理论知识。
然而，现实的经济、环境条件不允许我们建立一个大型的水污染处理工厂来开展我们的学习。所以，为了充分利用仅有的硬件条件、为了节约资源、更为了将书本所学与实际接轨实现理论学习与实践体验相结合，特开展本次小型模拟实验室处理废水的工程设计。所处理的模拟废水是实验室配制的高浓度印染废水，废水可生化性较差，并含有超标的氮磷元素需要脱除。本实验室项目，主要针对连续微小连续流废水中BOD、氮、磷的去除。
4 废水的水质与水量
4.1 进水流量
进水流量Q4.2 原水水质
原水水质见表4-1：
表4-1 原水水质
色度
500 COD(mg/L) BOD5(mg/L) 800~1500 50~100 TP(mg/L) 20~30 氨氮(mg/L) 40-60 pH 11
本设计中，进水水质指标均取平均值，即：
表4-2 设计选取进水指标
5 排放标准
根据当地环保局的要求，该印染污水经处理后，在总排放口执行《纺织工业水污染物排放标准》中的新建企业水污染物排放限值标准，主要指标达到：
表5-1 处理后水质
6 废水处理工艺
6.1 废水工艺的确定
本次课程设计主要针对废水中COD、BOD、氮、磷的去除，考虑到印染废水难降解，可生化性很低。在水处理中，可采用氧化或还原的方法改变废水中某些有毒有害化合物中元素的化合价以及改变化合物分子结构，使剧毒的化合物变为微毒或无毒的化合物，使难于生物降解的有机物转化为可以生物降解的有机物。因而在生化处理前先对废水进行氧化还原处理，以降低废水COD并提高废水可生化性。本次采用微电解加芬顿氧化技术，后续生化处理采用改良的A2/O工艺。
6.2 工艺介绍
6.2.1 微电解技术
A 微电解定义
微电解是指低压直流状态下的电解，可以有效除去水中的钙、镁离子从而降低水的硬度，同时电解产生可灭菌消毒的活性氢氧自由基和活性氯，且电极表面的吸附作用也能杀死细菌。特别适用于高盐、高COD、难降解废水的预处理。
B 微电解原理
微电解就是利用铁-碳颗粒之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阴极,电位高的碳做阳极,在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应的。反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液。对内电解反应器的出水调节PH值到9左右，由于铁离子与氢氧根作用形成了具有混凝作用的氢氧化亚铁,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除。为了增加电位差，促进铁离子的释放,在铁-碳床中加入一定比例铜粉或铅粉。
经微电解后，BOD/COD升高了，那是因为一些难降解的大分子被碳粒所吸
附或经铁离子的絮凝而减少。不少人以为微电解可有分解大分子能力,可使难生化降解的物质转化为易生化的物质，并搬出理论依据是“微电解反应中产生的新生态[H]可使部分有机物断链，有机官能团发生变化”。但用甲基澄和酚做试验并没有证实微电解有分解破化大分子结构能力。
如果要让铁碳床有分解有机大分子能力,一般需要加入过氧化氢,酸性废水与铁反应生成亚铁离子,亚铁离子与过氧化氢形成Fenton试剂，生成羟基自由基具有极强的氧化性能，将大部分的难降解的大分子有机物降解形成小分子有机物等。同样，反应要在酸性的条件下才能进行。
C 微电解填料
废水的铁内电解法的原理非常简单,就是利用铁-碳颗粒之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阳极而腐蚀,电位高的碳做阴极,在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应的。反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液。对内电解反应器的出水调节PH值到9左右，由于铁离子与氢氧根作用形成了具有混凝作用的氢氧化亚铁,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除。
如果要让铁碳床有分解有机大分子能力,一般需要加入过氧化氢,酸性废水与铁反应生成亚铁离子,亚铁离子与过氧化氢形成Fenton试剂，生成羟基自由基具有极强的氧化性能，将大部分的难降解的大分子有机物降解形成小分子有机物等。同样，反应要在酸性的条件下才能进行。根据工程试验，铁碳床微电解刚开始的效果很理想,特别是处理酸性的有机废水。传统上微电解工艺所采用的微电解材料一般为铁屑和木炭，使用前要加酸碱活化，使用的过程中很容易钝化板结，又因为铁与炭是物理接触，之间很容易形成隔离层使微电解不能继续进行而失去作用，这导致了频繁地更换微电解材料，不但工作量大成本高还影响废水的处理效果和效率。另外，传统微电解材料表面积太小也使得废水处理需要很长的时间，增加了吨水投资成本，这都严重影响了微电解工艺的利用和推广。
新型催化活性微电解填料有具有高电位差的金属合金融合催化剂并采用高温微孔活化技术冶炼生产而成，具有铁炭一体化、熔合催化剂、微孔架构式合金结构、比表面积大、比重轻、活性强、电流密度大、作用水效率高等特点。作用
于废水，可高效去除COD、降低色度、提高可生化性，处理效果稳定，可避免运行过程中的填料钝化、板结等现象。
D 微电解作用
微电解对色度去除有明显的效果。这是由于电极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力,可使某些有机物的发色基团硝基—NO2 、亚硝基—NO 还原成胺基—NH2 ,另胺基类有机物的可生化性也明显高于硝基类有机物;新生态的二价铁离子也可使某些不饱和发色基团(如羧基—COOH、偶氮基-N=N-) 的双键打开,使发色基团破坏而除去色度,使部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物而提高可生化性。此外,二价和三价铁离子是良好的絮凝剂,特别是新生的二价铁离子具有更高的吸附-絮凝活性,调节废水的pH 可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀,吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子,可进一步降低废水的色度,同时去除部分有机污染物质使废水得到净化。
微电解处理废水自诞生以来，便引起国内外环保研究学者的关注，并进行了大量的研究!已有很多专利和实用技术成果。最近几年，微电解处理工业废水发展十分迅速，现已用于印染、电镀、石油化工、制药、煤气洗涤、印刷电路板生产等工业废水及含砷、含氟废水的处理工程，并收到了良好的经济效益和环保效果。微电解工艺对废水的脱色有良好处理的效果，且以废治废，运行费用低，因此在我国将具有良好的工业应用前景。
6.2.2 芬顿氧化技术
A Fendon试剂
Fenton试剂是由Fe2+和H2O2组成的组合体系，实质上是在酸性条件下（pH=2~5），H2O2在Fe2+催化作用下能产生具有高氧化活性的羟基自由基（·OH）。·OH的氧化电位达到 2.8 V，仅次于氟的氧化电位（2.87V），而大于O3（2.07V）和ClO2的氧化电位（1.50V）。· OH能使大多数有机物降解和矿化，尤其对毒性大、一般氧化剂难以氧化降解或生化难降解的有机废水具有较强的氧化能力和较高的降解率。目前，世界公认的Fenton反应机理是由基机理。机理如下，其中式 ( 6-1 ) 为自由基反应链的开始。
（6-1）
链的传递：
链的终止：
B Fenton工艺
由微电解工艺处理的废水，在联合Fenton试剂体系处理，能达到以下三个优点：
（1）利用微电解后废水中存在的Fe2+，直接投加适量的H2O2，就形成了Fenton试剂；两种方法联合使用不仅使处理效果大大的提高，而且无须另外投加含有Fe2+的药剂，充分利用了废水中的Fe2+，既节省药剂费用，又达到以废治废的环保要求。
（2）微电解反应可以使环状有机物断环，废水中部分大分子有机物被转化为小分子，有利于后续Fenton反应的进行，减轻了Fenton反应的处理负荷；同
时Fenton反应可以去除或破坏一部分微电解作用难以降解的有机物。
（3）微电解反应后的pH值环境正好有利于Fenton反应的发生，不需再另行调节溶液pH值，省时省力又节省成本。
6.2.3 改良A2/O工艺 A 传统A2/O工艺
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[8]。
A2/O工艺是流程最简单，应用最广泛的脱氮除磷工艺。污水首先进入厌氧池，兼性厌氧菌将污水中的易降解有机物转化成VFAs。回流污泥带入的聚磷菌将体内的聚磷分解，此为释磷，所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另一部分供聚磷菌主动吸收VFAs，并在体内储存PHB。进入缺氧区，反硝化细菌就利用混合液回流带入的硝酸盐及进水中的有机物进行反硝化脱氮，接着进入好氧区，聚磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解BOD外，主要分解体内储存的PHB产生能量供自身生长繁殖，并主动吸收环境中的溶解磷，此为吸磷，以聚磷的形式在体内储存。污水经厌氧，缺氧区，有机物分别被聚磷菌和反硝化细菌利用后浓度已很低，有利于自养的硝化菌的生长繁殖。最后，混合液进入沉淀池，进行泥水分离，上清液作为处理水排放，沉淀污泥的一部风回流厌氧池，另一部分作为剩余污泥排放。
下图6-1和图6-2分别示意了脱氮和除磷的机理。
图6-1 生物脱氮过程
图6-2 除磷机制的作用过程
本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺。而且在厌氧-缺氧-好养交替运行条件下，不易发生污泥膨胀。 运行中切勿投药，厌氧池和缺氧池只有轻缓搅拌，运行费用低。
该工艺处理效率一般能达到：BOD5和SS为90%~95%，总氮为70%以上，磷为90%左右，一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂。但A2/O工艺的基建费和运行费均高于普通活性污泥法，运行管理要求高，所以对目前我国国情来说，当处理后的污水排入封闭性水体或缓流水体引起富营养化，从而影响给水水源时，才采用该工艺。
本工艺具有如下特点：
a本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺；
b在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100；
c污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效；
d运行中勿需投药，两个A断只用轻缓搅拌，并不增加溶解氧浓度，运行费用高。
但是采用传统A2/O工艺进行处理时普遍存在以下问题：
a 混合液的回流方式在工程上不好处理,如用泵回流则电耗较高，同时,混合
液回流也给污水厂的日常生产运行及曝气管路布置等带来了不便；
b 回流污泥中富含的硝酸盐对生物除磷产生了不利影响； c 碳源不足导致氮的去除率不高。
因此基于A2/O工艺，进行改进，进而有了改良A2/O工艺。
B 改良A2/O工艺
图6-3 倒置A2/O工艺流程框图
改良A2/O工艺综合了A2/O工艺和改良UCT的优点，它在传统A2/O工艺之前增加了预缺氧池，二沉池的污泥回流至预缺氧池，回流挟带的硝酸盐在预缺氧池中得到反硝化，降低了回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷的影响，对除磷有利。
其技术特点有：
a出水水质高改良 A2/O 工艺工艺原理是针对高效生物脱氮除磷，工艺运行可靠，节省化学药剂使用。
b运行管理方便改良 A2/O 工艺抗冲击负荷能力强，运行稳定。 c污泥肥效高改良 A2/O 工艺剩余污泥含磷量3%～5%，肥效高，可利用作污泥堆肥。
7 构筑物设计及设备选型
本次设计框图如下：
图7-1 印染废水设计流程框图
7.1 调节池
A 调节池有效容积 （7-1）
式中：L/h，本设计取
则：
B 调节池尺寸设计
设调节池的有效水深为10cm，则调节池的面积：
（7-2）
式中：——调节池有效容积，L/h；
h，取4.0h。
——调节池的有效水深，cm，取10cm。
因此：
调节池选用圆柱形，则底面直径
：
取16cm。
设超高为1cm，则调节池的实际水深为后面的酸碱调节池尺寸与此调节池相同。 C 加酸酸化
废水呈碱性主要是由生产过程中投加的NaOH引起的，原水的pH为11，即：
pH为3，即
则加酸量Na：
（7-3）
式中：1.1
。
，
a则加酸量：
表7-1 调节池设计尺寸
调节池各部分 调节池直径D1/cm 调节池有效容积V1/L
尺寸 16 2
调节池各部分 加酸量Na/（g/h） 调节池有效水深h1/cm
尺寸 4.91 10
7.2 微电解池
7.2.1 反应池容积及形状计算
根据研究表明[1-5]，微电解反应的时间及Fe、C比营根据实际水质确定，其中反应时间从30min到2h不等，设计中根据实际需要，取微电解反应池体积为4.5L，在中间位置留有高为50mm、70mm、90mm、110mm、130mm处留有对应出水孔，以利于运行过程中，根据进水水质及实际需求调整微电解反应时间。
反应池采用直径100mm的圆柱形反应池，总高度为160mm,填料为Fe/C混合物。
7.2.2 反应池其他附属设备要求
微电解反应池采用曝气混合的方式进行混合增大反应接触面积，提高反应速率。进水采用蠕动泵控制流量，出水采用重力自流。
7.3 Fendon反应池
根据以往的研究经验[1,2,6,7]显示，Fendon反应的速率和处理效果与反应时间和Fendon试剂投加量有关，本工艺采用的是Fendon-生化联合工艺，其中Fendon处理段的主要目的是提高废水的可生化性。因此，应控制Fendon段的反应时间不能过久，使得废水的有机质含量过低，导致生化处理不能正常运行，具体停留时间及药剂投加量应在实际运行过程中加以调试，设计过程中，参考以往的实验结论，设计反应池体积为4.5L，同时留有高为50mm、70mm、90mm、110mm、130mm处留有对应出水孔，使得运行过程中，可以对停留时间加以有效调整，以提高整体处理效果。
反应池采用直径100mm的聚合树脂圆柱材料，总高度为150mm。采用曝气混合的方式，同时通过加液管添加Fendon试剂。
7.4 初沉池设计
A 沉淀池有效断面积F
沉淀池有效断面积F计算公式如下[9]：
（7-4）
式中：——初沉池有效深度，cm；
h。
初沉池沉淀时间1.02.5h，本设计中选择沉淀时间为2h(实际沉淀时间127.2min)，取有效水深
B 中心管面积中心管面积
（7-5）
式中：——中心管流速，cm/s；
本设计中选用竖流式初沉池，其中心管最大流速不超过30mm/s[1]。取中心管流速
中心管直径
取校核面积
中心管流速
C 喇叭口直径
为中心管直径的1.35倍，即
查阅设计手册可知，喇叭口直径则：
D 中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度
：
（7-6）
式中：
——喇叭口与反射板之间水流流速，mm/s，取
则：
取 E 池子直径
取
对池子直径
和有效水深
校核集水槽出水堰负荷，集水槽每米出水堰负荷为：
F 初沉池污泥体积
依据实验经验，上清液占总水量的2/3，两次排泥时间间隔4h算，则污泥区容积为：
G 初沉池污泥斗容积
设圆锥体下底直径为1cm，本设计中污泥斗的斜壁与水平面的倾角取60
符合设计要求
H 沉淀池总高度设超高则：
表7-2 沉淀池各主要部分尺寸
初沉池各部分 沉淀池有效面积F/cm2
喇叭口直径d1/cm 池子直径D2/cm 初沉池污泥斗容积V3/L
污泥斗高h4/cm
尺寸 166.7 3.375 15 0.766 11.3
初沉池各部分 沉淀池有效深度h2/cm 中心管面积f/cm2
喇叭口与反射板间距h3/cm 初沉池污泥体积V2/L 沉淀池总高H/cm
尺寸 6 4.91 1.5 0.667 21.3
为1.5cm，缓冲层高度1.5cm。
7.5 改良A2/O法设计
生化处理阶段设计基本参数：
表7-3 各污染物浓度
污染物
含量（
300
180
20
50
7.5.1 生化区容积
A 曝气池混合液浓度 （7-7）
污泥负荷为
式中：——污泥回流比，取50%[10]；
——回流污泥浓，
则：
B 生化池有效容积
好氧区停留时间
取6h，则其有效容积
生化池各段停留时间的按下比例计算：
A1：A2：O
则缺氧区停留时间缺氧区容积
：
厌氧区容积
： 预反硝化容积
：
取2h，厌氧区停留时间
[11]
为：
也取2h，则：
为保证系统除磷的效果，在厌氧段前增设预硝化反应阶段，水力停留时间为20—30min，本设计中取
生物反应池总容积
：
19
生物反应池总停留时间
C 校核负荷污泥
污泥负荷可根据以下公式计算：
（7-8）
式中：BOD浓度，mg/L；
BOD浓度，mg/L。
则：
7.5.2 污泥量计算
a剩余污泥量W
（7-9）
式中：
——降解生成的污泥量，kg/d； kg/d； kg/d； Y——产率系数，即微生物每代谢1kgkgVSS/kg
；
所合成的MLVSS，
——去除的污泥浓度，kg/L；
20
——内源代谢系数，；
mg/L；
L/d。
假设此废水中悬浮固体物为0。 因此剩余污泥量：
b湿污泥量
湿污泥量可按以下公式计算：
（7-10）
式中：kg/d；
——污泥含水率，剩余污泥的含水率为99.6%；
kg/m3；污泥含水率大于80%时，取1000 kg/m3。
7.5.3 污泥泥龄
式中：g/L；
L；
g/d。
21
（7-11）
则：
7.5.4 内回流比A 总氮去除率
（7-12）
式中：
——废水中总氮含量，mg/L； ——出水中总氮含量，mg/L。
因此：
B 内回流比
取回流比为240%。
7.5.5 需氧量的计算 A 降解有机物需氧量
（7-13）
式中：L/d；
则：
B 硝化区需氧量
22
——剩余污泥量，g/d。
（7-14）
式中：L/d；
——废水中含氮浓度，mg/d； ——出水含氮浓度，mg/d。
因而：
C 维持好氧池溶解氧浓度需要的氧
（7-15）
式中：
——好氧池DO浓度，g/L。
综上：总需氧量
D 曝气量计算
气泡含氧分数：
（7-16）
式中：
——气泡离开池面时，氧的体积分数；
6%-12%，微
孔曝气器一般取15%-25%，本设计取15%。
则：
曝气池内混合液饱和溶解氧浓度
23
（7-17）
式中：Pa，
Pa时溶解氧饱和浓度，mg/L；
。
查资料可知，20℃氧饱和溶解度为：9.07mg/L。 则：
总氧量
（7-18）
式中：——氧传递系数修正系数，取0.7；
,取0.95； 1； 1.024——温度系数； T——曝气池温度；
0.65-0.9，取0.8。 计算得：
曝气池供气量
供气量太小，建议不用风机，用小型曝气头。
表7-4 生化设计参数
生化设计 污泥浓度X/（mg/L） 湿污泥量QS/（L/d）
计算值 3333.3 0.146
24
生化设计 污泥量W/（g/d） 污泥泥龄θc/d
计算值 0.585 12.8
内回流比RN/% 240% 曝气池供气量
（L/h）
7.5.6 反应池主要尺寸
单组有效总面积为
式中：——反应池总体积，L，5.25L；
cm，取5cm。
则：
A 好氧区主要尺寸
好氧区单组有效面积
好氧区反应池的长度
式中：——好氧区总宽度，cm。
本次采用3廊道推流式反应池，每个廊道宽
因此：
校核：
廊道宽深比校核：
满足
廊道长宽比校核：
满足
25
24.9
（7-19） （7-20）
取隔墙厚0.15cm，好氧区总宽度取超高为1cm，则反应池总高
B 缺氧区主要尺寸
计算公式同好氧区。 缺氧区单组有效面积
缺氧区长度
：
缺氧区宽度与好氧区宽度相同，即
缺氧区长度
取11cm。
长2.75cm，隔墙厚取0.15cm。
将缺氧区分成4个廊道，则每个廊道缺氧区总长度可取11.5cm。
C 厌氧区、预缺氧区主要尺寸
设厌氧区长度+预缺氧区宽度与好氧区宽度相同[12]，即：
取厌氧区宽度与预缺氧区长度相同，即：
厌氧区长度预缺氧区宽度
设置在预缺氧区中间加一隔板。
表7-5 生化段各个反应区段尺寸参数
生化段
长/cm 宽/cm 有效深度/cm
26
加堰深/cm
有效面积/cm2
预缺氧区 厌氧区 缺氧区 好氧区 总生化段 13.7 14.6 11.5 33.3 58.5 3.7 13.7 18.3 18.3 18.3 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 50 200 200 600 1050
7.6 二沉池
本设计选用辐流式沉淀池。
7.6.1 沉淀区计算
取水力停留时间2.5h，有效水深
3.5cm，则池底面积
为：
池子直径
=
=21.3cm，取
依据《给水排水手册 城镇排水（第二版）》中对幅流式沉淀池设计数据的规定：池子直径与有效水深之比，即 计规范要求。
校核面积为：7.6.2 污泥区计算 A 污泥容积由《污水处理厂设计手册（第二版）》污泥部分所需的容积
（7-21）
式中：R——污泥回流比；
g/L；
——回流污泥浓度，g/L。
宜为6-12。本设计中
则：
27
B 污泥斗容积
设计污泥斗为一平顶圆台体，取下底则：
7cm。
因此，污泥斗体积：
C 污泥斗上方圆台体积
设池体径向坡度i为0.05，则：
因此，其体积：
污泥区总容积：
7.6.3 沉淀池总高
沉淀池总高度设超高
：
沉淀池池边高度
28
7.6.4 进出水系统的计算
采用周边集水槽，单侧集水，每池只有一个总出水口[13]。 A 出水渠设计计算
集水槽宽度
取
为3mm。
集水槽起点水深
集水槽终点水深
槽深取6.5mm[2]，超高取3.5mm 集水槽总高度H’’为
B 出水堰计算
出水堰流堰，采用出水90三角堰
堰上水头（即三角堰底部至上游水面的高度）
每个三角堰的流量q
三角堰的个数n
因而，取n=1。
表7-6 二沉池尺寸
二沉池各部分 二沉池有效面积A2/cm2
污泥容积V5/L 沉淀池总高H'/cm 集水槽总高H''/cm
尺寸 346 0.75 15 1
二沉池各部分 沉淀池有效深度h8/cm 污泥区总容积V总/L 集水槽宽度b2/mm 三角堰个数
尺寸 3.5 0.855 3 1
7.7 污泥浓缩消化设计
7.7.1 混合污泥含水率
初沉污泥的含水率为95%-97%，剩余污泥的含水率为99.2%-99.6%[14]。本设计中初沉污泥含水率取97%，剩余污泥含水率
取99.6%。
为：
初沉池每隔4小时拍一次泥，因此每天排湿污泥量
式中：
——污泥密度，g/L，取1000g/L，下同。
：
剩余污泥量
两者混合后含水率P为：
7.7.2 污泥浓缩池尺寸
污泥总量：
污泥浓缩池面积
(7-22)
式中：C——固体浓度，g/L；
M——固体通量，g/(m2•d)。 则：
A 浓缩池直径
采用圆形建造，直径为：
取9cm。 校核面积
B 浓缩池高度
浓缩池工作部分高度：
式中：h，取10h。
则：
取28.5cm。 浓缩池总高度： 取缓冲层
7.7.3 浓缩后污泥体积
(7-23)
假设污泥浓缩后含水率为92%。
表7-7 污泥浓缩池设计值
设计部分 混合污泥含水率P/% 浓缩池高度h13/cm
计算值 97.10% 28.5
设计部分
污泥浓缩池面积A3/cm2 浓缩后污泥体积
（L/d）
计算值 63.6 1.5
7.8 清水池
水力停留时间为2h，故所需容积1L。 取其高度
10cm，超高为10cm，底面为圆形，则：
底面直径
7.9 高程布置及阻力损失
平均流速为
0.6m/s
设计流量为Q=0.5L/h，则管径为：
本设计中选内径为8mm的软管，在满流状态下，管内流速
阻力计算
表7-8 水头损失计算汇总表
名称
清水池至二沉池出口 二沉池出口至好氧池 好氧池至缺氧池 缺氧池至厌氧池 厌氧池至预硝化池 预硝化池出口至预硝
化池进水口 预消化池出口至初沉
池
初沉池至调节池 调节池至Fenton池 Fenton池至Fe/C催化
池
Fe/C催化池至调节池
沿程损失/cm
2 2 0.6 0.6 0.6
0.6 2 1 1 2 1
局部损失/cm
1.5 0.8 0 0 0
0 0.8 0.5 0.5 0.5 0.5
总损失/cm
3.5 2.8 0.6 0.6 0.6
0.6 2.8 1.5 1.5 2.5 1.5
各构筑物的高程如下：取清水池水面标高为0cm。
表7-4 各构筑物标高运算图
处理构筑物 调节池
Fe/C催化池
芬顿池
调节池
初沉池
预消化池
厌氧池
缺氧池
好氧池
二沉池
水面标高/cm
池底标高/cm
池顶标高/cm
对于水泵，假设进水水位标高为-15cm，水泵进出口水头损失总和为80cm
需要的水泵扬程
8 投资估算
8.1 直接费用
8.1.1 板材费用 A 圆柱形板材面积
本设计中底面为圆形的池有调节池、Fe-C微电解柱，芬顿反应池，碱调节池，清水池。它们的总面积为：
B 生化部分板材面积
本设计中生化部分池底面为矩形，四个区总面积为：
C 沉淀池及浓缩池板材面积
竖流式初沉池材料面积：
幅流式二沉池材料面积：
同理浓缩池材料面积：
故需要的板材总面积为为方便计算总面积取1.1板材总费用为
8.1.2 管道费用
本设计中选用软管：对于污水管道选用8mm软管，药剂管选用8mm软管，对于污泥管道选用12mm软管。
污水管道总长l1：假设每个构筑物间水平距离为20cm
药剂管总长l2：
混合液回流管总长l3：
污泥管道总长l4：
管道总费用
8.1.3 设备费用
a 蠕动泵
本设计中需要3台泵，一用一备，故一共需要6台泵，总费用为：
b 曝气头
本设计中需要2个曝气头，一用一备，一共需要4个，总费用为：
c 搅拌设备
本设计中需要5台搅拌设备，一用一备，一共需要10台，总费用为：
设备总费用
：
故直接费用A：
8.2 间接费用
间接费用为直接费用的30%[15]，则间接费用B为：
8.3 第二部分费用
第二步费用C为直接费用的10%[15]，则：
8.4 工程预备费用
工程预备费用为第一部分及第二部分费用的10%，则为
则总投资费用M为：
本设计中折合为1.73万元。
表8-1 费用统计表
直接费用
来源
板材费用 管道费用 设备费用
蠕动泵*3 曝气头*2 搅拌设备*10
费用 165 35 2400 3600 5000
合计
11200
间接费用
3360
第二部分费用 工程预备费用 总费用
1120 1568 17248
9 图纸
本设计高程图、平面图及单体图见附图。
参考文献
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[11] 刘海燕.印染废水处理厂的设计[D].青岛：中国石油大学，2009.
[12] 崔玉川.城市污水处理厂处理设施设计计算[M].北京：化学工业出版社，2011.
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[15] 成官文.水污染控制工程设计（论文）指南[M].北京：化学工业出版社，2011.
目 录
1 设计目的、原则及依据.......................................................................................... 1
1.1 设计目的....................................................................................................... 1
1.2 设计原则....................................................................................................... 1
1.3 设计依据....................................................................................................... 1
1.3.1 设计标准............................................................................................ 1
1.3.2 实验室硬件条件................................................................................ 1
2 设计范围.................................................................................................................. 2
3 项目概况.................................................................................................................. 3
4 废水的水质与水量.................................................................................................. 4
4.1 进水流量....................................................................................................... 4
4.2 原水水质....................................................................................................... 4
5 排放标准.................................................................................................................. 5
6 废水处理工艺.......................................................................................................... 6
6.1 废水工艺的确定........................................................................................... 6
6.2 工艺介绍....................................................................................................... 6
6.2.1 微电解技术........................................................................................ 6
6.2.2 芬顿氧化技术.................................................................................... 8
6.2.3 改良A2/O工艺 ............................................................................... 10
7 构筑物设计及设备选型........................................................................................ 13
7.1 调节池......................................................................................................... 13
7.2 微电解池..................................................................................................... 14
7.2.1 反应池容积及形状计算.................................................................. 15
7.2.2 反应池其他附属设备要求.............................................................. 15
7.3 Fendon反应池............................................................................................ 15
7.4 初沉池设计................................................................................................. 15
7.5 改良A2/O法设计 ...................................................................................... 18
7.5.1 生化区容积...................................................................................... 18
7.5.2 污泥量计算...................................................................................... 20
7.5.3 污泥泥龄
7.5.4 内回流比21 ..................................................................................... 22
7.5.5 需氧量的计算.................................................................................. 22
7.5.6 反应池主要尺寸.............................................................................. 25
7.6 二沉池......................................................................................................... 27
7.6.1 沉淀区计算...................................................................................... 27
7.6.2 污泥区计算...................................................................................... 27
7.6.3 沉淀池总高...................................................................................... 28
7.6.4 进出水系统的计算.......................................................................... 29
7.7 污泥浓缩消化设计..................................................................................... 30
7.7.1 混合污泥含水率.............................................................................. 30
7.7.2 污泥浓缩池尺寸.............................................................................. 30
7.7.3 浓缩后污泥体积........................................................................ 31
7.8 清水池......................................................................................................... 32
7.9 高程布置及阻力损失................................................................................. 32
8 投资估算................................................................................................................ 35
8.1 直接费用..................................................................................................... 35
8.1.1 板材费用.......................................................................................... 35
8.1.2 管道费用.......................................................................................... 36
8.1.3 设备费用.......................................................................................... 36
8.2 间接费用..................................................................................................... 37
8.3 第二部分费用............................................................................................. 37
8.4 工程预备费用............................................................................................. 37
9 图纸........................................................................................................................ 39
参考文献...................................................................................................................... 40
1 设计目的、原则及依据
1.1 设计目的
A复习和进一步理解所学的《水污染控制工程》课程内容，初步理论联系实际，培养分析问题和解决问题的能力。
B了解并掌握污水处理工程设计的基本方法、步骤和技术资料。
C训练和培养污水处理的基本计算方法及绘图的基本技能。
D提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力。
E为实验室的设计小型模拟水污染处理全套装置，以便于后来人的学习运用。
1.2 设计原则
遵循设计依据并在实验室整体规划的指导下，结合处理要求，同统一规划设计小型污水处理设施，充分发挥建设项目的环境和经济效益。
1.3 设计依据
1.3.1 设计标准
《污水处理厂工艺设计手册(第二版)》
《给水排水设计手册 （第5册） 城市排水》
《给水排水设计手册 （第6册） 工业排水》
《水污染控制工程（第二版）下册 高廷耀版》
《给排水工程绘图标准GB/T 501-2001》
1.3.2 实验室硬件条件
实验室可容纳小型模拟工程的面积（长1.2m×宽0.6m）0.72m2，高度不限。
2 设计范围
本工程为处理量为的实验用印染废水处理工程方案设计，涉及到废水处理的方案原理设计、各模拟构筑物的单体尺寸设计、流程设计、总体造价等。
本项目前期主要工作是污水处理方案的原理选择、各单体构筑物的计算选型、方案校核及确定，在前期工作的基础上，完成工程的模拟图纸、废水实验室模拟组合工艺建设经济预算与可实现性的估计。
3 项目概况
《水污染控制工程》作为环境工程专业本科学生的必修课程，是本专业学生必须学好和掌握的一门专业学科。而作为工程类学科，存在理论和实际工程应用结合的难题，只有将学到的知识应用于实际，才能加深学生对所学知识的理解，并熟悉掌握与应用理论知识。
然而，现实的经济、环境条件不允许我们建立一个大型的水污染处理工厂来开展我们的学习。所以，为了充分利用仅有的硬件条件、为了节约资源、更为了将书本所学与实际接轨实现理论学习与实践体验相结合，特开展本次小型模拟实验室处理废水的工程设计。所处理的模拟废水是实验室配制的高浓度印染废水，废水可生化性较差，并含有超标的氮磷元素需要脱除。本实验室项目，主要针对连续微小连续流废水中BOD、氮、磷的去除。
4 废水的水质与水量
4.1 进水流量
进水流量Q4.2 原水水质
原水水质见表4-1：
表4-1 原水水质
色度
500 COD(mg/L) BOD5(mg/L) 800~1500 50~100 TP(mg/L) 20~30 氨氮(mg/L) 40-60 pH 11
本设计中，进水水质指标均取平均值，即：
表4-2 设计选取进水指标
5 排放标准
根据当地环保局的要求，该印染污水经处理后，在总排放口执行《纺织工业水污染物排放标准》中的新建企业水污染物排放限值标准，主要指标达到：
表5-1 处理后水质
6 废水处理工艺
6.1 废水工艺的确定
本次课程设计主要针对废水中COD、BOD、氮、磷的去除，考虑到印染废水难降解，可生化性很低。在水处理中，可采用氧化或还原的方法改变废水中某些有毒有害化合物中元素的化合价以及改变化合物分子结构，使剧毒的化合物变为微毒或无毒的化合物，使难于生物降解的有机物转化为可以生物降解的有机物。因而在生化处理前先对废水进行氧化还原处理，以降低废水COD并提高废水可生化性。本次采用微电解加芬顿氧化技术，后续生化处理采用改良的A2/O工艺。
6.2 工艺介绍
6.2.1 微电解技术
A 微电解定义
微电解是指低压直流状态下的电解，可以有效除去水中的钙、镁离子从而降低水的硬度，同时电解产生可灭菌消毒的活性氢氧自由基和活性氯，且电极表面的吸附作用也能杀死细菌。特别适用于高盐、高COD、难降解废水的预处理。
B 微电解原理
微电解就是利用铁-碳颗粒之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阴极,电位高的碳做阳极,在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应的。反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液。对内电解反应器的出水调节PH值到9左右，由于铁离子与氢氧根作用形成了具有混凝作用的氢氧化亚铁,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除。为了增加电位差，促进铁离子的释放,在铁-碳床中加入一定比例铜粉或铅粉。
经微电解后，BOD/COD升高了，那是因为一些难降解的大分子被碳粒所吸
附或经铁离子的絮凝而减少。不少人以为微电解可有分解大分子能力,可使难生化降解的物质转化为易生化的物质，并搬出理论依据是“微电解反应中产生的新生态[H]可使部分有机物断链，有机官能团发生变化”。但用甲基澄和酚做试验并没有证实微电解有分解破化大分子结构能力。
如果要让铁碳床有分解有机大分子能力,一般需要加入过氧化氢,酸性废水与铁反应生成亚铁离子,亚铁离子与过氧化氢形成Fenton试剂，生成羟基自由基具有极强的氧化性能，将大部分的难降解的大分子有机物降解形成小分子有机物等。同样，反应要在酸性的条件下才能进行。
C 微电解填料
废水的铁内电解法的原理非常简单,就是利用铁-碳颗粒之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阳极而腐蚀,电位高的碳做阴极,在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应的。反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液。对内电解反应器的出水调节PH值到9左右，由于铁离子与氢氧根作用形成了具有混凝作用的氢氧化亚铁,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除。
如果要让铁碳床有分解有机大分子能力,一般需要加入过氧化氢,酸性废水与铁反应生成亚铁离子,亚铁离子与过氧化氢形成Fenton试剂，生成羟基自由基具有极强的氧化性能，将大部分的难降解的大分子有机物降解形成小分子有机物等。同样，反应要在酸性的条件下才能进行。根据工程试验，铁碳床微电解刚开始的效果很理想,特别是处理酸性的有机废水。传统上微电解工艺所采用的微电解材料一般为铁屑和木炭，使用前要加酸碱活化，使用的过程中很容易钝化板结，又因为铁与炭是物理接触，之间很容易形成隔离层使微电解不能继续进行而失去作用，这导致了频繁地更换微电解材料，不但工作量大成本高还影响废水的处理效果和效率。另外，传统微电解材料表面积太小也使得废水处理需要很长的时间，增加了吨水投资成本，这都严重影响了微电解工艺的利用和推广。
新型催化活性微电解填料有具有高电位差的金属合金融合催化剂并采用高温微孔活化技术冶炼生产而成，具有铁炭一体化、熔合催化剂、微孔架构式合金结构、比表面积大、比重轻、活性强、电流密度大、作用水效率高等特点。作用
于废水，可高效去除COD、降低色度、提高可生化性，处理效果稳定，可避免运行过程中的填料钝化、板结等现象。
D 微电解作用
微电解对色度去除有明显的效果。这是由于电极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力,可使某些有机物的发色基团硝基—NO2 、亚硝基—NO 还原成胺基—NH2 ,另胺基类有机物的可生化性也明显高于硝基类有机物;新生态的二价铁离子也可使某些不饱和发色基团(如羧基—COOH、偶氮基-N=N-) 的双键打开,使发色基团破坏而除去色度,使部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物而提高可生化性。此外,二价和三价铁离子是良好的絮凝剂,特别是新生的二价铁离子具有更高的吸附-絮凝活性,调节废水的pH 可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀,吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子,可进一步降低废水的色度,同时去除部分有机污染物质使废水得到净化。
微电解处理废水自诞生以来，便引起国内外环保研究学者的关注，并进行了大量的研究!已有很多专利和实用技术成果。最近几年，微电解处理工业废水发展十分迅速，现已用于印染、电镀、石油化工、制药、煤气洗涤、印刷电路板生产等工业废水及含砷、含氟废水的处理工程，并收到了良好的经济效益和环保效果。微电解工艺对废水的脱色有良好处理的效果，且以废治废，运行费用低，因此在我国将具有良好的工业应用前景。
6.2.2 芬顿氧化技术
A Fendon试剂
Fenton试剂是由Fe2+和H2O2组成的组合体系，实质上是在酸性条件下（pH=2~5），H2O2在Fe2+催化作用下能产生具有高氧化活性的羟基自由基（·OH）。·OH的氧化电位达到 2.8 V，仅次于氟的氧化电位（2.87V），而大于O3（2.07V）和ClO2的氧化电位（1.50V）。· OH能使大多数有机物降解和矿化，尤其对毒性大、一般氧化剂难以氧化降解或生化难降解的有机废水具有较强的氧化能力和较高的降解率。目前，世界公认的Fenton反应机理是由基机理。机理如下，其中式 ( 6-1 ) 为自由基反应链的开始。
（6-1）
链的传递：
链的终止：
B Fenton工艺
由微电解工艺处理的废水，在联合Fenton试剂体系处理，能达到以下三个优点：
（1）利用微电解后废水中存在的Fe2+，直接投加适量的H2O2，就形成了Fenton试剂；两种方法联合使用不仅使处理效果大大的提高，而且无须另外投加含有Fe2+的药剂，充分利用了废水中的Fe2+，既节省药剂费用，又达到以废治废的环保要求。
（2）微电解反应可以使环状有机物断环，废水中部分大分子有机物被转化为小分子，有利于后续Fenton反应的进行，减轻了Fenton反应的处理负荷；同
时Fenton反应可以去除或破坏一部分微电解作用难以降解的有机物。
（3）微电解反应后的pH值环境正好有利于Fenton反应的发生，不需再另行调节溶液pH值，省时省力又节省成本。
6.2.3 改良A2/O工艺 A 传统A2/O工艺
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[8]。
A2/O工艺是流程最简单，应用最广泛的脱氮除磷工艺。污水首先进入厌氧池，兼性厌氧菌将污水中的易降解有机物转化成VFAs。回流污泥带入的聚磷菌将体内的聚磷分解，此为释磷，所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另一部分供聚磷菌主动吸收VFAs，并在体内储存PHB。进入缺氧区，反硝化细菌就利用混合液回流带入的硝酸盐及进水中的有机物进行反硝化脱氮，接着进入好氧区，聚磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解BOD外，主要分解体内储存的PHB产生能量供自身生长繁殖，并主动吸收环境中的溶解磷，此为吸磷，以聚磷的形式在体内储存。污水经厌氧，缺氧区，有机物分别被聚磷菌和反硝化细菌利用后浓度已很低，有利于自养的硝化菌的生长繁殖。最后，混合液进入沉淀池，进行泥水分离，上清液作为处理水排放，沉淀污泥的一部风回流厌氧池，另一部分作为剩余污泥排放。
下图6-1和图6-2分别示意了脱氮和除磷的机理。
图6-1 生物脱氮过程
图6-2 除磷机制的作用过程
本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺。而且在厌氧-缺氧-好养交替运行条件下，不易发生污泥膨胀。 运行中切勿投药，厌氧池和缺氧池只有轻缓搅拌，运行费用低。
该工艺处理效率一般能达到：BOD5和SS为90%~95%，总氮为70%以上，磷为90%左右，一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂。但A2/O工艺的基建费和运行费均高于普通活性污泥法，运行管理要求高，所以对目前我国国情来说，当处理后的污水排入封闭性水体或缓流水体引起富营养化，从而影响给水水源时，才采用该工艺。
本工艺具有如下特点：
a本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺；
b在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100；
c污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效；
d运行中勿需投药，两个A断只用轻缓搅拌，并不增加溶解氧浓度，运行费用高。
但是采用传统A2/O工艺进行处理时普遍存在以下问题：
a 混合液的回流方式在工程上不好处理,如用泵回流则电耗较高，同时,混合
液回流也给污水厂的日常生产运行及曝气管路布置等带来了不便；
b 回流污泥中富含的硝酸盐对生物除磷产生了不利影响； c 碳源不足导致氮的去除率不高。
因此基于A2/O工艺，进行改进，进而有了改良A2/O工艺。
B 改良A2/O工艺
图6-3 倒置A2/O工艺流程框图
改良A2/O工艺综合了A2/O工艺和改良UCT的优点，它在传统A2/O工艺之前增加了预缺氧池，二沉池的污泥回流至预缺氧池，回流挟带的硝酸盐在预缺氧池中得到反硝化，降低了回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷的影响，对除磷有利。
其技术特点有：
a出水水质高改良 A2/O 工艺工艺原理是针对高效生物脱氮除磷，工艺运行可靠，节省化学药剂使用。
b运行管理方便改良 A2/O 工艺抗冲击负荷能力强，运行稳定。 c污泥肥效高改良 A2/O 工艺剩余污泥含磷量3%～5%，肥效高，可利用作污泥堆肥。
7 构筑物设计及设备选型
本次设计框图如下：
图7-1 印染废水设计流程框图
7.1 调节池
A 调节池有效容积 （7-1）
式中：L/h，本设计取
则：
B 调节池尺寸设计
设调节池的有效水深为10cm，则调节池的面积：
（7-2）
式中：——调节池有效容积，L/h；
h，取4.0h。
——调节池的有效水深，cm，取10cm。
因此：
调节池选用圆柱形，则底面直径
：
取16cm。
设超高为1cm，则调节池的实际水深为后面的酸碱调节池尺寸与此调节池相同。 C 加酸酸化
废水呈碱性主要是由生产过程中投加的NaOH引起的，原水的pH为11，即：
pH为3，即
则加酸量Na：
（7-3）
式中：1.1
。
，
a则加酸量：
表7-1 调节池设计尺寸
调节池各部分 调节池直径D1/cm 调节池有效容积V1/L
尺寸 16 2
调节池各部分 加酸量Na/（g/h） 调节池有效水深h1/cm
尺寸 4.91 10
7.2 微电解池
7.2.1 反应池容积及形状计算
根据研究表明[1-5]，微电解反应的时间及Fe、C比营根据实际水质确定，其中反应时间从30min到2h不等，设计中根据实际需要，取微电解反应池体积为4.5L，在中间位置留有高为50mm、70mm、90mm、110mm、130mm处留有对应出水孔，以利于运行过程中，根据进水水质及实际需求调整微电解反应时间。
反应池采用直径100mm的圆柱形反应池，总高度为160mm,填料为Fe/C混合物。
7.2.2 反应池其他附属设备要求
微电解反应池采用曝气混合的方式进行混合增大反应接触面积，提高反应速率。进水采用蠕动泵控制流量，出水采用重力自流。
7.3 Fendon反应池
根据以往的研究经验[1,2,6,7]显示，Fendon反应的速率和处理效果与反应时间和Fendon试剂投加量有关，本工艺采用的是Fendon-生化联合工艺，其中Fendon处理段的主要目的是提高废水的可生化性。因此，应控制Fendon段的反应时间不能过久，使得废水的有机质含量过低，导致生化处理不能正常运行，具体停留时间及药剂投加量应在实际运行过程中加以调试，设计过程中，参考以往的实验结论，设计反应池体积为4.5L，同时留有高为50mm、70mm、90mm、110mm、130mm处留有对应出水孔，使得运行过程中，可以对停留时间加以有效调整，以提高整体处理效果。
反应池采用直径100mm的聚合树脂圆柱材料，总高度为150mm。采用曝气混合的方式，同时通过加液管添加Fendon试剂。
7.4 初沉池设计
A 沉淀池有效断面积F
沉淀池有效断面积F计算公式如下[9]：
（7-4）
式中：——初沉池有效深度，cm；
h。
初沉池沉淀时间1.02.5h，本设计中选择沉淀时间为2h(实际沉淀时间127.2min)，取有效水深
B 中心管面积中心管面积
（7-5）
式中：——中心管流速，cm/s；
本设计中选用竖流式初沉池，其中心管最大流速不超过30mm/s[1]。取中心管流速
中心管直径
取校核面积
中心管流速
C 喇叭口直径
为中心管直径的1.35倍，即
查阅设计手册可知，喇叭口直径则：
D 中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度
：
（7-6）
式中：
——喇叭口与反射板之间水流流速，mm/s，取
则：
取 E 池子直径
取
对池子直径
和有效水深
校核集水槽出水堰负荷，集水槽每米出水堰负荷为：
F 初沉池污泥体积
依据实验经验，上清液占总水量的2/3，两次排泥时间间隔4h算，则污泥区容积为：
G 初沉池污泥斗容积
设圆锥体下底直径为1cm，本设计中污泥斗的斜壁与水平面的倾角取60
符合设计要求
H 沉淀池总高度设超高则：
表7-2 沉淀池各主要部分尺寸
初沉池各部分 沉淀池有效面积F/cm2
喇叭口直径d1/cm 池子直径D2/cm 初沉池污泥斗容积V3/L
污泥斗高h4/cm
尺寸 166.7 3.375 15 0.766 11.3
初沉池各部分 沉淀池有效深度h2/cm 中心管面积f/cm2
喇叭口与反射板间距h3/cm 初沉池污泥体积V2/L 沉淀池总高H/cm
尺寸 6 4.91 1.5 0.667 21.3
为1.5cm，缓冲层高度1.5cm。
7.5 改良A2/O法设计
生化处理阶段设计基本参数：
表7-3 各污染物浓度
污染物
含量（
300
180
20
50
7.5.1 生化区容积
A 曝气池混合液浓度 （7-7）
污泥负荷为
式中：——污泥回流比，取50%[10]；
——回流污泥浓，
则：
B 生化池有效容积
好氧区停留时间
取6h，则其有效容积
生化池各段停留时间的按下比例计算：
A1：A2：O
则缺氧区停留时间缺氧区容积
：
厌氧区容积
： 预反硝化容积
：
取2h，厌氧区停留时间
[11]
为：
也取2h，则：
为保证系统除磷的效果，在厌氧段前增设预硝化反应阶段，水力停留时间为20—30min，本设计中取
生物反应池总容积
：
19
生物反应池总停留时间
C 校核负荷污泥
污泥负荷可根据以下公式计算：
（7-8）
式中：BOD浓度，mg/L；
BOD浓度，mg/L。
则：
7.5.2 污泥量计算
a剩余污泥量W
（7-9）
式中：
——降解生成的污泥量，kg/d； kg/d； kg/d； Y——产率系数，即微生物每代谢1kgkgVSS/kg
；
所合成的MLVSS，
——去除的污泥浓度，kg/L；
20
——内源代谢系数，；
mg/L；
L/d。
假设此废水中悬浮固体物为0。 因此剩余污泥量：
b湿污泥量
湿污泥量可按以下公式计算：
（7-10）
式中：kg/d；
——污泥含水率，剩余污泥的含水率为99.6%；
kg/m3；污泥含水率大于80%时，取1000 kg/m3。
7.5.3 污泥泥龄
式中：g/L；
L；
g/d。
21
（7-11）
则：
7.5.4 内回流比A 总氮去除率
（7-12）
式中：
——废水中总氮含量，mg/L； ——出水中总氮含量，mg/L。
因此：
B 内回流比
取回流比为240%。
7.5.5 需氧量的计算 A 降解有机物需氧量
（7-13）
式中：L/d；
则：
B 硝化区需氧量
22
——剩余污泥量，g/d。
（7-14）
式中：L/d；
——废水中含氮浓度，mg/d； ——出水含氮浓度，mg/d。
因而：
C 维持好氧池溶解氧浓度需要的氧
（7-15）
式中：
——好氧池DO浓度，g/L。
综上：总需氧量
D 曝气量计算
气泡含氧分数：
（7-16）
式中：
——气泡离开池面时，氧的体积分数；
6%-12%，微
孔曝气器一般取15%-25%，本设计取15%。
则：
曝气池内混合液饱和溶解氧浓度
23
（7-17）
式中：Pa，
Pa时溶解氧饱和浓度，mg/L；
。
查资料可知，20℃氧饱和溶解度为：9.07mg/L。 则：
总氧量
（7-18）
式中：——氧传递系数修正系数，取0.7；
,取0.95； 1； 1.024——温度系数； T——曝气池温度；
0.65-0.9，取0.8。 计算得：
曝气池供气量
供气量太小，建议不用风机，用小型曝气头。
表7-4 生化设计参数
生化设计 污泥浓度X/（mg/L） 湿污泥量QS/（L/d）
计算值 3333.3 0.146
24
生化设计 污泥量W/（g/d） 污泥泥龄θc/d
计算值 0.585 12.8
内回流比RN/% 240% 曝气池供气量
（L/h）
7.5.6 反应池主要尺寸
单组有效总面积为
式中：——反应池总体积，L，5.25L；
cm，取5cm。
则：
A 好氧区主要尺寸
好氧区单组有效面积
好氧区反应池的长度
式中：——好氧区总宽度，cm。
本次采用3廊道推流式反应池，每个廊道宽
因此：
校核：
廊道宽深比校核：
满足
廊道长宽比校核：
满足
25
24.9
（7-19） （7-20）
取隔墙厚0.15cm，好氧区总宽度取超高为1cm，则反应池总高
B 缺氧区主要尺寸
计算公式同好氧区。 缺氧区单组有效面积
缺氧区长度
：
缺氧区宽度与好氧区宽度相同，即
缺氧区长度
取11cm。
长2.75cm，隔墙厚取0.15cm。
将缺氧区分成4个廊道，则每个廊道缺氧区总长度可取11.5cm。
C 厌氧区、预缺氧区主要尺寸
设厌氧区长度+预缺氧区宽度与好氧区宽度相同[12]，即：
取厌氧区宽度与预缺氧区长度相同，即：
厌氧区长度预缺氧区宽度
设置在预缺氧区中间加一隔板。
表7-5 生化段各个反应区段尺寸参数
生化段
长/cm 宽/cm 有效深度/cm
26
加堰深/cm
有效面积/cm2
预缺氧区 厌氧区 缺氧区 好氧区 总生化段 13.7 14.6 11.5 33.3 58.5 3.7 13.7 18.3 18.3 18.3 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 50 200 200 600 1050
7.6 二沉池
本设计选用辐流式沉淀池。
7.6.1 沉淀区计算
取水力停留时间2.5h，有效水深
3.5cm，则池底面积
为：
池子直径
=
=21.3cm，取
依据《给水排水手册 城镇排水（第二版）》中对幅流式沉淀池设计数据的规定：池子直径与有效水深之比，即 计规范要求。
校核面积为：7.6.2 污泥区计算 A 污泥容积由《污水处理厂设计手册（第二版）》污泥部分所需的容积
（7-21）
式中：R——污泥回流比；
g/L；
——回流污泥浓度，g/L。
宜为6-12。本设计中
则：
27
B 污泥斗容积
设计污泥斗为一平顶圆台体，取下底则：
7cm。
因此，污泥斗体积：
C 污泥斗上方圆台体积
设池体径向坡度i为0.05，则：
因此，其体积：
污泥区总容积：
7.6.3 沉淀池总高
沉淀池总高度设超高
：
沉淀池池边高度
28
7.6.4 进出水系统的计算
采用周边集水槽，单侧集水，每池只有一个总出水口[13]。 A 出水渠设计计算
集水槽宽度
取
为3mm。
集水槽起点水深
集水槽终点水深
槽深取6.5mm[2]，超高取3.5mm 集水槽总高度H’’为
B 出水堰计算
出水堰流堰，采用出水90三角堰
堰上水头（即三角堰底部至上游水面的高度）
每个三角堰的流量q
三角堰的个数n
因而，取n=1。
表7-6 二沉池尺寸
二沉池各部分 二沉池有效面积A2/cm2
污泥容积V5/L 沉淀池总高H'/cm 集水槽总高H''/cm
尺寸 346 0.75 15 1
二沉池各部分 沉淀池有效深度h8/cm 污泥区总容积V总/L 集水槽宽度b2/mm 三角堰个数
尺寸 3.5 0.855 3 1
7.7 污泥浓缩消化设计
7.7.1 混合污泥含水率
初沉污泥的含水率为95%-97%，剩余污泥的含水率为99.2%-99.6%[14]。本设计中初沉污泥含水率取97%，剩余污泥含水率
取99.6%。
为：
初沉池每隔4小时拍一次泥，因此每天排湿污泥量
式中：
——污泥密度，g/L，取1000g/L，下同。
：
剩余污泥量
两者混合后含水率P为：
7.7.2 污泥浓缩池尺寸
污泥总量：
污泥浓缩池面积
(7-22)
式中：C——固体浓度，g/L；
M——固体通量，g/(m2•d)。 则：
A 浓缩池直径
采用圆形建造，直径为：
取9cm。 校核面积
B 浓缩池高度
浓缩池工作部分高度：
式中：h，取10h。
则：
取28.5cm。 浓缩池总高度： 取缓冲层
7.7.3 浓缩后污泥体积
(7-23)
假设污泥浓缩后含水率为92%。
表7-7 污泥浓缩池设计值
设计部分 混合污泥含水率P/% 浓缩池高度h13/cm
计算值 97.10% 28.5
设计部分
污泥浓缩池面积A3/cm2 浓缩后污泥体积
（L/d）
计算值 63.6 1.5
7.8 清水池
水力停留时间为2h，故所需容积1L。 取其高度
10cm，超高为10cm，底面为圆形，则：
底面直径
7.9 高程布置及阻力损失
平均流速为
0.6m/s
设计流量为Q=0.5L/h，则管径为：
本设计中选内径为8mm的软管，在满流状态下，管内流速
阻力计算
表7-8 水头损失计算汇总表
名称
清水池至二沉池出口 二沉池出口至好氧池 好氧池至缺氧池 缺氧池至厌氧池 厌氧池至预硝化池 预硝化池出口至预硝
化池进水口 预消化池出口至初沉
池
初沉池至调节池 调节池至Fenton池 Fenton池至Fe/C催化
池
Fe/C催化池至调节池
沿程损失/cm
2 2 0.6 0.6 0.6
0.6 2 1 1 2 1
局部损失/cm
1.5 0.8 0 0 0
0 0.8 0.5 0.5 0.5 0.5
总损失/cm
3.5 2.8 0.6 0.6 0.6
0.6 2.8 1.5 1.5 2.5 1.5
各构筑物的高程如下：取清水池水面标高为0cm。
表7-4 各构筑物标高运算图
处理构筑物 调节池
Fe/C催化池
芬顿池
调节池
初沉池
预消化池
厌氧池
缺氧池
好氧池
二沉池
水面标高/cm
池底标高/cm
池顶标高/cm
对于水泵，假设进水水位标高为-15cm，水泵进出口水头损失总和为80cm
需要的水泵扬程
8 投资估算
8.1 直接费用
8.1.1 板材费用 A 圆柱形板材面积
本设计中底面为圆形的池有调节池、Fe-C微电解柱，芬顿反应池，碱调节池，清水池。它们的总面积为：
B 生化部分板材面积
本设计中生化部分池底面为矩形，四个区总面积为：
C 沉淀池及浓缩池板材面积
竖流式初沉池材料面积：
幅流式二沉池材料面积：
同理浓缩池材料面积：
故需要的板材总面积为为方便计算总面积取1.1板材总费用为
8.1.2 管道费用
本设计中选用软管：对于污水管道选用8mm软管，药剂管选用8mm软管，对于污泥管道选用12mm软管。
污水管道总长l1：假设每个构筑物间水平距离为20cm
药剂管总长l2：
混合液回流管总长l3：
污泥管道总长l4：
管道总费用
8.1.3 设备费用
a 蠕动泵
本设计中需要3台泵，一用一备，故一共需要6台泵，总费用为：
b 曝气头
本设计中需要2个曝气头，一用一备，一共需要4个，总费用为：
c 搅拌设备
本设计中需要5台搅拌设备，一用一备，一共需要10台，总费用为：
设备总费用
：
故直接费用A：
8.2 间接费用
间接费用为直接费用的30%[15]，则间接费用B为：
8.3 第二部分费用
第二步费用C为直接费用的10%[15]，则：
8.4 工程预备费用
工程预备费用为第一部分及第二部分费用的10%，则为
则总投资费用M为：
本设计中折合为1.73万元。
表8-1 费用统计表
直接费用
来源
板材费用 管道费用 设备费用
蠕动泵*3 曝气头*2 搅拌设备*10
费用 165 35 2400 3600 5000
合计
11200
间接费用
3360
第二部分费用 工程预备费用 总费用
1120 1568 17248
9 图纸
本设计高程图、平面图及单体图见附图。
参考文献
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