一、设计目的
课程设计是“水污染控制工程”课程教学的一个重要的实践性教学环节，其目的是使学生了解废水处理工程设计的一般程序和基本步骤；熟悉根据原始资料(废水的水质、水量资料和处理要求)确定处理方案、选择工艺流程的基本原则；深化对本课程中基本概念、基本原则和基本设计计算方法的理解和掌握；掌握各种处理工艺和方法在处理流程中的作用、相互联系和关系以及适用条件、处理效果的分析比较；了解设计计算说明书基本内容和编制方法，初步训练处理工艺设计的制图和识图能力。通过较为全面的工艺设计计算练习，为今后的毕业环节及从事水污染控制工程实际工作打下良好的基础。
二、设计任务
1、根据设计原始资料提出合理的处理方案及处理工艺流程，包括各处理构筑物型式的选择、污泥的处理及处置方法、处理后废水的处路。
2、进行各处理构筑物的工艺设计计算，确定其基本工艺尺寸及主要构造(用单线条画草图并注明主要工艺尺寸)；
3、进行废水处理厂(站)的总体平面布置(包括各处理构筑物、辅助建筑物平面位置的确定，主要废水和污泥管道的布置)，并绘制平面布置图(1#图纸，比例尺1：200～1：500)
4、进行各处理构筑物的高程计算并绘制废水处理厂(站)的流程图(1#图纸，比例尺纵向1：50～1：100；横向1：500～1：1000)；
5、进行废水处理厂(站)初步的工程概算；
6、编制工艺设计计算说明书。
三、设计要求
1、设计说明书中应对处理方案的比较选择作简要的说明，介绍所选工艺流程的特点和主要处理构筑物设置的作用、工艺构造要求和主要设计参数的选取及其处理效率，最终处理出水水质。
2、设计说明书中应有各个处理构筑物工艺计算的详细步骤和过程；必要时应注明所选参数和公式的出处；应附有按比例认真绘制的单线条计算草图，清晰的表明构筑物的主要构造和有关工艺尺寸；
3、废水处理厂(站)平面图种不同类型的线条应有所区别以使图纸层次分明，便于识别。此外，图中应有处理构筑物和辅助建筑物一览表及必要的说明，管线应标明流向；
4、流程和高程布置图中各处理构筑物和辅助建筑物应选择适宜的剖面，用单线条画出其主要构造（如必要的围墙、进出水挡板、出水堰和出水渠等）。画出连接线以及阀门、水泵和计量装置等控制点和水面线，标明水流方向并注明各部位的高程。注意：各类管线用粗线条画、水面线和标高线用细线条画；此外，图中应有图例和必要的说明；
5、要求方案和工艺流程的选择较为合理，各项参数选择恰当，基本概念清楚，计算过程准确无误，设计计算说明书条理分明，文字通顺，叙述简明扼要，书写工整清晰；
6、设计图纸要求表达正确、布局合理、线条光滑且层次分明，图面整洁。此外要求图中所有文字均必须用工程字书写！
四、设计资料
华东某市肉联厂每天宰杀生猪1200头以供市场，每宰杀一头生猪约产生屠宰废水
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项目
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pH
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CODCr（mg/l）
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BOD5（mg/l）
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TP（mg/l）
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TN（mg/l）
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SS（mg/l）
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油类（mg/l）
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设计水质
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6.9～7.1
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2000～2500
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1300～1600
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4.5
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70
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500～900
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40～60
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要求根据上述条件设计一座废水处理站，通过方案比较确定合理的工艺流程，并绘出废水处理站工艺流程图，总平面位置图，工艺高程图（可与工艺流程图合并）及各水处理构筑物平剖面、配管管径、坡度、设备型号及安装位置，并应有详尽计算书及主要材料设备表、人员编制、技术经济指标等。要求主要处理构筑物能接近施工设计要求。
该厂现有空地
污水处理站采用国内较成熟的工艺和性能可靠的设备，处理站设计时应考虑节约运行成本，节约能源，减少噪声，避免产生二次污染和便于管理，减轻劳动强度等。
五、工艺简介
肉类食品是人类生活所必需，是满足人类对蛋白质、脂肪等营养物质需求的主要来源之一。肉类加工是指对猪、牛、羊等家畜和鸡、鸭等家禽等屠宰和进一步加工，以便生产人们生活所需要的肉类食品和副食品。
在屠宰和肉类加工的过程中，要耗用大量的水，同时又要排除含有血污、油脂、毛、肉屑、畜禽内脏杂物、未消化的食料和粪便等污染物质的废水，而且此类废水中还含有大量对人类健康有害的微生物。肉类加工废水如不经处理直接排放，会对水环境造成严重污染，第人畜健康造成危害。肉类加工废水所含污染物质大多属于易于生物降解的有机物，在它们排入水体后，会迅速地耗掉水中的溶解氧，造成鱼类和水生生物因缺氧而死亡；由于缺氧还会使水体转变为厌氧状态，这样会使水质恶化、产生臭味、影响卫生。同时，废水中的致病微生物会大量繁殖，危害人民健康。对屠宰肉类加工废水进行处理，去除其污染对保护生态环境和人类健康是十分必要的。
屠宰和肉类加工厂的废水主要产生在屠宰工序和预备工序。废水主要来自于圈栏冲洗、宰前淋洗和屠宰、放血、脱毛、解体、开腔劈片、清洗内脏肠胃等工序，油脂提取、剔骨、切割以及副食品加工等工序也会排放一定的废水。此外，在肉类加工厂还有来自冷冻机房的冷却水，以及车间卫生设备、洗衣房、办公楼和场内福利设施排出的生活污水等。
肉类加工废水含有大量的血污、油脂、油块、毛、肉屑、内脏杂物、未消化的食料和粪便等污染物。外观呈令人不快的血红色，并具有使人厌恶的腥臭味。此外，在肉类加工废水中，还含有粪便大肠杆菌、粪便链球菌以及沙门氏菌等与人体健康有关的细菌，但一般不含有毒物质。
肉类加工废水所含污染物主要呈溶解、胶体和悬浮等物理形态的有机物质，其污染指标主要有PH、COD、BOD、SS等，此外还有总氮、有机氮、硝态氮、总固体、总磷、硫酸根、硫化物和总碱度等。
六、工艺选择及方案比较
根据任务书要求，处理后废水必须进行处理达到国家综合排放标准以及标准后就进排放地面水体，则，处理后水质为：
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项目
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pH
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CODCr（mg/l）
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BOD5（mg/l）
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TP（mg/l）
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TN（mg/l）
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SS（mg/l）
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油类（mg/l）
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一级标准
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6～9
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≤100
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≤30
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≤0.5
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≤15
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≤70
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≤20
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选定方案：
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排 泥
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进 水
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中 格 栅 |
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调 节 池 |
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初 沉 池 |
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消 化 池 |
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沉 淀 池 |
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S B R |
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出 水
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污 泥 井 |
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污泥浓缩池 |
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贮 泥 池 |
各构筑物的去除率：
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构筑物
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COD
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BOD5
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TP
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TN
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SS
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初沉池
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30%
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70%
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AC
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75%
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85%
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80%
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SBR
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≥85%
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94%
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93%
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91%
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94%
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备选方案：
1、进水→细格栅→调节池→初沉池→上流式厌氧污泥床反应器(UASB) →SBR→出水
2、进水→细格栅→调节池→初沉池→气浮池→UASB→A2/O→出水
方案比较：
(1)厌氧反应器的选择
由于屠宰废水的进水水质中COD和 BOD浓度很高，需要设置厌氧工艺作为好氧工艺处理的前处理，在厌氧处理器的选择上有一般的UASB工艺以及厌氧接触法(AC)的比较。
厌氧接触工艺又称厌氧活性污泥法，是对传统消化池的一种改进。在传统消化池中，水利停留时间等于固体停留时间，而在厌氧接触工艺中，通过将由出水带出的污泥进行沉淀与回流，延长了生物固体停留时间。由于固体停留时间在生物处理工艺中的重要意义，执意改进大大提高了厌氧消化池的负荷能力和处理效率。由于从消化池中流出的混合液中不可避免地带有一些未分离干净的气体，这些气体进入沉淀池必然会干扰沉淀池的固液分离，因此，一般在消化池和沉淀池之间要增设脱臭设备，以去除混合液中未分离干净的气体，即AC工艺中所采用的真空脱气器。真空脱气的真空度一般为
厌氧接触法对悬浮物高的有机废水(如肉类加工废水等)效果很好，悬浮颗粒成为微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉淀。由于厌氧接触法对废水SS中所含的细小毛类物质有很好的去除率，达80%以上，所以在整套工艺的设计上未设计气浮池。
采取升流式厌氧污泥床(UASB)处理肉类加工废水并取得成功的关键在于使反应器中维持高浓度的厌氧污泥。但由于肉类加工废水浓度不高，水利负荷相对较高，若气-固-液三相分离进行的不好，污泥流失会大于污泥的生成量，使得反应器中的污泥量不断减少，造成处理效率大幅度下降。要使气-固-液三相分离得好，除了分离器的设计要合理外，操作运行条件也很重要，操作运行不当，形成的污泥多为絮状或绒毛状，这种形态的污泥容易挟带厌氧消化过程中产生的微气泡，沉降性能差，气-固-液三相分离很难进行。同时若采取UASB工艺进行处理，在进水中就必须设专门的设备对SS进行预处理。
经二者比较，本工艺采用厌氧接触工艺。
(2) 是否选用气浮池
气浮主要用于去除肉类加工废水中的乳化油，同时对BOD和SS等也有较好的去除效果。在本工艺设计时，由于废水中油含量不是很高，可以在沉淀池上设置刮油机，将油脂通过渠道排走进行进一步处理。由于SS在后续的AC工艺和SBR工艺中都有较高的去除率，所以气浮池的作用不明显。
经工艺计算和比较，不设气浮池废水的SS和油含量均可以达到标准，所以不设气浮池。
(3) 脱氮除磷工艺的选用
由于屠宰废水中含有大量的N、P，若不经处理直接排入水体容易造成水体的富营养化，A2/O工艺和NP型SBR反应器均有较好的脱氮除磷的效果，可是由于COD和BOD的浓度较高，经过前面的预处理不能达到一级标准，所以比较得知A2/O工艺不适用于本设计中。
七、工艺设备简介
(1) 格栅
格栅由一组平行的金属栅条或筛网组成，安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截流较大的悬浮物或漂浮物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。
筛除是分离肉类加工废水中较粗的分散性悬浮固体使用最广泛的方法，本工艺的设计中采用中格栅，主要用于拦截较粗的悬浮物固体，栅条间距为
(2) 调节池
调节池的木的是削弱水质水量波动对废水处理工艺的影响，利于或保证处理工艺的正常运行，保证稳定的处理效果。从工业企业排出的废水，其水量和水质都是随时间变化的，为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对废水的水量和水质进行调节。
应根据不同废水水质情况、处理工艺系统的特点及处理要求而具体确定。设于一级处理之后、二级处理之前，可减少调节池中的浮渣和污泥；设于一级处理之前，需考虑混合设备以防污泥沉淀或设置污泥斗以便排泥（导致深度过大）。
调节池的类型包括均量池、均质池以及均化池。在本次设计中，采用矩形平面对角线出水调节池。
肉类加工废水在24h之内水质和水量的变化幅度较大，为了使后续工艺的处理效果稳定，在处理流程中设置调节池对废水的水质和水量进行调节，以减弱水质和水量的变化幅度。由于肉类加工厂多为一班或两班倒生产，通过设置调节池还可以将一班或两班的废水均匀分配在一天内进行处理，从而可减少处理构筑物的容积，降低投资。调节池的设置上采用线内设置，实际采用的调节池的调节时间一般为6-12小时。
(3) 初沉池
初沉池的处理对象是悬浮物质，同时可以去除部分BOD5，可改善生物处理构筑物的运行条件并降低其BOD5负荷。沉淀池按池内水流方向的不同，可以分为平流式沉淀池、辐流式沉淀池和竖流式沉淀池。
沉淀在肉类加工废水处理中被用来去除原废水中的无机固体物和有机固体物。初次沉淀池用于去除原废水中的有机固体物。采用初沉池去除废水中可沉淀的有机固体物，可降低后续工艺的负荷，根据实践表明，利用初沉池沉淀肉类加工废水，可去除废水BOD5 30%，去除率SS 70%。
本设计中初沉池采用平流式沉淀池。
(4) 厌氧接触反应器
对于悬浮物较高的有机废水，可以采用厌氧接触法。废水先进入混合接触池(消化池)与回流的厌氧污泥相混合，然后经真空脱气器而流入沉淀池。接触池中的污泥浓度要求很高，在12000～15000mg/L左右，因此污泥回流量很大，一般是废水流量的2～3倍。
厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，不需要抱起而需要脱气。厌氧接触法对悬浮物高的有机废水(如肉类加工废水等)效果很好，悬浮颗粒成为微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉淀。在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方法，也可以用泵循环池水。
(5) 序批式反应器(SBR)
SBR工艺的一个完整操作过程，亦即每个间歇反应器在处理废水时的操作过程包括如下五个阶段：1、进水期(或称充水期)；2、反应期；3、沉淀期；4、排水排泥期；5、闲置期
所谓序列间歇式有两种含义：一是运行操作在空间上是按序列、间歇的方式进行的，由于污水大多是连续排放且流量的波动是很大的，此时间歇反应器至少为两个池或多个池，污水连续按序列进入每个反应期，它们运行时的相对关系是有次序地，也是间歇的；二是每个SBR反应器的运行操作在时间上也是按次序排列间歇运行的一般可按运行次序分为五个阶段。
SBR法有下列特点：①工艺简单，调节池容积小或者不设调节池，不设二次沉淀池，无污泥回流；②投资省，占地少，运行费用低；③反应过程基质浓度梯度大，反应推动力大，处理效率高；④耐有机负荷和有毒物负荷冲击能力强，运行方式灵活，静止沉淀，出水水质好；⑤厌氧(缺氧)和好氧过程交替发生，泥龄短且活性高，同时脱氮除磷。
SBR法很容易满足脱氮除磷的工艺要求，在时间上控制的灵活性又能大大提高脱氮除磷的效果。本设计中采用NP式SBR，考虑脱氮除磷的运行方式，进水BOD5控制在160～200mg/L，本设计中来水经前处理后，进入SBR的BOD5浓度为168mg/L，达到NP式的要求。
八、工艺设计
本设计采用的设计流量
1、格栅
筛除是分离肉类加工废水中较粗的分散性悬浮固体使用最广泛的方法，本工艺的设计中采用中格栅，主要用于拦截较粗的悬浮物固体，栅条间距为
过栅流速
则栅条间隙数
栅条宽度设
栅槽宽度
栅槽总高度
栅后槽总高度
若进水渠宽
栅槽与出水渠道连接处后渐窄部分长度
栅槽总长度
每日栅渣量
取
由于栅渣量较小，所以采用人工清渣。
2、调节池
由于本设计中水质浮动不是很大，因此水力停留时间取6h，有效水深
则调节池容积V=qmax×HRT=2880/24×6=
H=h1+h2+h3=2.7+0.3+1.0=
A=V/H=720/4=
根据面积取调节池的长宽分别为
3、初沉池
本次工艺设计中初沉池采用平流式沉淀池，水平流速v=
则：沉淀池有效水深h2=q×t=2×1.5=
沉淀区面积 A=Qmax/q=(2880/24)/2=
沉淀区有效容积V1=A×h2=60×3=
沉淀区长度 L=3.6v×t=3.6×2.5×2=
沉淀区总宽度 B=A/L=60/18=
取沉淀区总宽度为
沉淀池的总高度H
H=h1+h2+h3+h4
污泥斗容积V1=1/3×h4(S1+S2+
=1/3×3×(36+4+
=
则 H=0.3+4+0.3+3=
设两个污泥斗，总长L=21.6+1.5=
出水堰长度校核：
根据初沉池出水堰最大负荷不宜大于
出水负荷=
所以，合格。
每天产生的污泥量V=
=2880×(900-270)/(1000×(1-0.98)×1000)
=
4、厌氧接触反应器
污水厌氧接触反应器由三个部分组成，混合接触池(消化池)、沉淀池和真空脱气器。
设污水在消化池中的消化时间t=1d,本设计中的设计流量Q=
反应(消化)区容积V=qv·t=2880×1=
AC工艺的沉淀池一般采用竖流式沉淀池，
(1) 中心管面积与直径
设流速v0=
f1=qmax/v0=0.03/0.1=
d0=
(2)沉淀池有效沉淀高度，即中心管高度
设v=
h2=v×t×Q=0.0005×2.5×2880=
(3)中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度
v1：间隙流出速度，不大于
d: 喇叭口直径 d1=1.35d0=1.35×0.22=
h3= qmax / v1
反射板直径d2=1.3d1=1.3×0.3=
(4)沉淀池总面积及沉淀池直径
沉淀区面积f2=qmax/v=0.03/0.0005=
沉淀池总面积A=f1+f2=0.3+60=
沉淀池直径 D=
要求D/h2<3，8.9/3.6=2.47<3
所以，满足条件保证水流自下而上作垂直流动
(5) 污泥斗及污泥斗高度
取
h5=
h4缓冲层高取
池总高H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+3.6+1.1+0.3+7.4=
排入污泥井的污泥量V=
式中，C0=270mg/L,
V=100×270×0.8×2880/(103×(100-98) ×1000)=
5、SBR反应器
设计水量Q=
参数：①污泥负荷率Ns取值0.15kgBOD5/(kgMLSS·d)
②污泥浓度和SVI，污泥浓度采用2500mgMLSS/L,SVI采用100
③反应周期数，SBR周期采用T=12h，反应器1d内周期数 n=24/12=2
④周期内时间分配，反应池数 N=4
进水时间 ：T/N=12/4=3h
反应时间 ：5h
静沉时间 ：1.5h
排水时间 ：1h
⑤周期进水量 :Q0=QT/(24N)=2880/24×12/4=
反应池有效容积 V1=nQ0S0/(xNs)=4×360×168/(2280×0.15)=707.37
反应池最小水量 Vmin=V1-Q0=707.37-360=
反应池中污泥体积 Vx=SVI×MLSS×V/106=100×2500×707.37/106=
Vmin> Vx，合格
校核周期进水量，周期进水量应满足下式：
Q0<(1-SVI×MLSS/106)V=(1-100×2500/106)×707.37=
Q0=
确定单座反应池的尺寸
SBR有效水深取
SBR面积为707.37/5=
设SBR的长宽比为2：1，则SBR的池宽为
SBR反应池最低水位为：347.37/(8.5×17)=
SBR反应池污泥高度为：176.84/(8.5×17)=
2.41-1.23=
可见，SBR最低水位与污泥污位之间的距离为
剩余污泥：
选取a=0.8,b=0.07,Xv=2.25
则
=
=
6、污泥部分的设计
(1) 初沉池 污泥量Q1=
(2) 竖流式沉淀池 污泥量Q2=
(3) SBR 污泥量Q3=
总污泥量Q=91+32+34=
1、集泥井
设停留时间HRT=8h，总泥量
采用圆形池子，池子有效体积为V=Q×HRT/24=157×8/24=
池子的有效水深取
则集泥井的直径D=
取D=
则实际面积A=
水面超高
2、污泥重力浓缩池
取固体负荷(固体通量)M一般为10～35kg/(m3·d)
取M=
设计污泥量Q=
根据要求，浓缩池的设计横断面面积应该满足：A≥Qc/M
入流固体浓度c=(W1+W2+W3)/(Q1+Q2+Q3)
W1=91×1000×(1-98%)=
W2=32×1000×(1-98%)=
W3=34×1000×(1-99%)=
那么，Qc= W1+W2+W3=1820+640+340=
则c=2800/78.5=
(1) 直径(D)
浓缩池的横断面积A=Qc/M=2800/25=
设计两座正方形浓缩池，则每座边长为B=
则实际面积A=
(2) 高度
停留时间，取HRT=24h
h2=HRT·Q/(24×A)=24×157/24/128=
有效高度 h2=1.23,取h2=
超高 h1=
缓冲层高 h3=
池壁高 H=h1+h2+h3=1.5+0.5+0.5=
(3) 污泥斗
污泥斗下锥体边长取
3、贮泥池
贮泥池设计为圆形，
设计参数HRT=6h,Q=
取H=
则贮泥池尺寸为：D×H=3.0×4.5(m2)
九、高程计算
本设计流量Q=
根据公式：
查表可以得出，90o弯头的局部损失=0.48,等径三通的局部损失=1.5
各构筑物内部的水头损失：
SBR h=
竖流式沉淀池 h=0.45
消化池 h=
初沉池 h=
调节池 h=
泵 h=
格栅 h=
通过计算得知：
出水→ SBR反应器 水头损失H=
SBR反应器→ 二沉池 水头损失H=
二沉池→ 消化池 水头损失H=
消化池→ 初沉池 水头损失H=
初沉池→ 调节池 水头损失H=
调节池→ 泵房 水头损失H=
由设计资料所知，厂区废水通过明渠收集，渠底标高为
通过水头损失的计算，可知，本设计中须选用扬程为8.71的污水提升泵一台。
污泥均用污泥泵直接打入集泥井。
具体数据见高程图。
十、投资概算
按运行15年计
(1) 构筑物造价
由于构筑物均采用钢筋混凝土结构，每立方米单价为450元
|
构筑物名称
|
构筑物体积(m3)
|
造价(万元)
|
|
调节池
|
720
|
32.4
|
|
初沉池
|
428
|
19.26
|
|
消化池
|
3000
|
135
|
|
二沉池
|
493
|
22.185
|
|
SBR
|
3291
|
148.095
|
|
集泥井
|
53
|
2.385
|
|
污泥重力浓缩池
|
344
|
15.48
|
|
贮泥池
|
20
|
0.9
|
|
总计
|
|
375
|
(2) 泵
在整套流程中共有六台泵，五台污泥回流泵，一台污水提升泵，根据污泥回流泵单价为4000元/台，污水提升泵10000元/台，六台泵总金额为2+1=3(万元)
(3) 电费
屠宰厂所在地区电费为0.9元/KWh
则，一年所需电费=15×5×0.9×24×365×+75×0.9×24×365×=118.26(万元)
(4) 人工费
设平均一个工程师，一个监测人员，两个工人，平均工资为1100元/月
合计=15×4×1100×12=792000(元)=79.2(万元)
(5) 其它费用
其它费用包括调试技术服务费、运输安装费、管理费、税收、方案设计费，总共约为直接费用的40%，即合计=40%×375=150万元
综上，整个工程所需费用＝375+118.26+79.2+150=722.46(万元)
十一、参考文献
(1) 排水工程下册（第四版），张自杰、林荣忱、金儒霖编，中国建筑工业出版社
(2) 水污染控制工程下册（第二版），高廷耀、顾国维主编，高等教育出版社
(3) 废水生物处理新技术—理论与应用，沈耀良、王宝贞编著，中国环境科学出版社
(4) 水处理工程师手册，唐受印、戴友芝等编，化学工业出版社
(5) 给水排水设计手册(第1册 常用资料),中国市政工程西南设计院主编，中国建筑工业出版社