污水厂课程设计计算书

99ANYc3cd6 课程介绍 2026-02-02 1

XX市XX区污水处理厂课程设计计算书

** 日处理量 X 万吨城市污水处理厂工程设计

学生姓名： [你的姓名]

学号： [你的学号]

专业： 环境工程 / 给排水科学与工程

指导教师： [教师姓名]

设计日期： [2025年6月]

摘要

本课程设计为XX市XX区城市污水处理厂工程工艺设计，设计处理规模为 X 万 m³/d，设计进水水质为：BOD₅ = 200 mg/L，COD = 400 mg/L，SS = 250 mg/L，NH₃-N = 35 mg/L，TP = 4 mg/L，TN = 45 mg/L，设计出水水质需达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002) 一级A标准，即：BOD₅ ≤ 10 mg/L，COD ≤ 50 mg/L，SS ≤ 10 mg/L，NH₃-N ≤ 5 (8) mg/L，TP ≤ 0.5 mg/L，TN ≤ 15 mg/L。

通过对多种处理工艺的比较分析，本设计采用 “预处理 + A²/O + 二沉池 + 高效沉淀池 + 滤布滤池 + 紫外消毒” 的处理工艺，该工艺技术成熟、脱氮除磷效率高、运行稳定可靠,能确保出水水质稳定达标。

本计算书详细阐述了污水处理厂的设计原则、工艺流程选择、各处理构筑物的工艺设计计算、高程计算以及主要设备的选型，设计结果表明，该工艺在技术、经济和环境方面均具有可行性,可为该地区的环境保护和水资源可持续发展提供有力保障。

污水处理厂；A²/O工艺；脱氮除磷；一级A标准；工艺设计

第三章处理构筑物工艺设计计算 3.1 设计流量计算 3.2 中格栅 3.3 细格栅 3.4 进水泵房 3.5 旋流沉砂池 3.6 A²/O 生物反应池 3.6.1 设计参数确定 3.6.2 好氧区（O池）容积计算 3.6.3 缺氧区（A₁池）容积计算 3.6.4 厌氧区（A₂池）容积计算 3.6.5 反应池总尺寸确定 3.6.6 需氧量计算 3.6.7 碱度校核 3.7 二沉池 3.8 高效沉淀池（或混凝沉淀池） 3.9 滤布滤池 3.10 紫外消毒渠

第四章污泥处理系统计算 4.1 污泥产量计算 4.2 污泥浓缩 4.3 污泥脱水

第五章高程计算 5.1 计算目的 5.2 计算原则 5.3 高程计算表

第六章主要设备选型 6.1 格栅设备 6.2 泵类设备 6.3 风机设备 6.4 搅拌与推流设备 6.5 沉砂设备 6.6 滗水器/刮泥机 6.7 消毒设备

第七章技术经济分析（简述） 7.1 工程投资估算 7.2 运行成本分析 7.3 结论

参考文献

附录附录A：污水处理厂总平面布置图附录B：污水处理厂高程布置图附录C：A²/O反应池工艺图

第一章设计任务与资料

1 设计任务

设计一座处理能力为 X 万 m³/d 的城市污水处理厂，要求处理工艺技术先进、经济合理、运行管理方便,出水水质达到国家一级A标准。

2 设计规模

平均日处理量：Q = X × 10⁴ m³/d 最大日处理量：Q_max = 1.2 × Q = 2X × 10⁴ m³/d 最大时处理量：Q_h = K_z × Q / 24 = 4 × X × 10⁴ / 24 = Y × 10³ m³/h （K_z为总变化系数，取1.4）

3 设计进水水质

根据任务书或城市污水特征，确定如下： | 指标 | 单位 | 数值 | | :--- | :--- | :--- | | pH | - | 6.5 ~ 9.0 | | BOD₅ | mg/L | 200 | | COD | mg/L | 400 | | SS | mg/L | 250 | | NH₃-N | mg/L | 35 | | TN | mg/L | 45 | | TP | mg/L | 4 | | 水温 | °C | 12 ~ 25 (夏季/冬季) |

4 设计出水水质

执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002) 一级A标准： | 指标 | 单位 | 数值 | | :--- | :--- | :--- | | pH | - | 6 ~ 9 | | BOD₅ | mg/L | ≤ 10 | | COD | mg/L | ≤ 50 | | SS | mg/L | ≤ 10 | | NH₃-N | mg/L | ≤ 5 (水温>12℃) / ≤ 8 (水温≤12℃) | | TN | mg/L | ≤ 15 | | TP | mg/L | ≤ 0.5 | | 粪大肠菌群数 | 个/L | ≤ 10³ |

5 厂址及地质气象资料

（根据任务书填写，）

厂址地势平坦，平均海拔XX m。
地质条件：地基承载力特征值 ≥ 120 kPa。
气象条件：年平均气温XX℃，极端最高气温XX℃，极端最低气温XX℃。

6 执行标准

《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002) 一级A标准
《室外排水设计标准》(GB 50014-2025)
《污水处理厂工艺设计规范》(HJ 2009-2011)

第二章处理工艺方案选择

1 处理要求分析

本设计核心任务是对城市污水进行脱氮除磷，进水TN、TP浓度较高，需选择高效的生物脱氮除磷工艺,并辅以深度处理以确保TP和SS稳定达标。

2 主处理工艺方案比较

工艺类型	优点	缺点	适用性
A²/O	同时脱氮除磷，技术成熟。运行稳定，抗冲击负荷能力较好。无需内回流污泥，能耗较低。	脱氮除磷效果可能相互制约。对操作管理要求较高。	本设计首选，适用于大多数要求脱氮除磷的城市污水。
SBR	流程简单，构筑物少，占地省。脱氮除磷效果好，运行灵活。	自动化要求高。间歇运行，对水量水质波动敏感。曝气头易堵塞。	适用于中小规模、水质水量较稳定或用地紧张的项目。
氧化沟	流程简单，管理方便。耐冲击负荷能力强，污泥龄长。	占地面积大。沟内流速不均，易发生短流。能耗较高。	适用于土地成本较低、规模较大的项目。

综合比较，A²/O工艺技术可靠、脱氮除磷效率高、运行稳定,是本设计的最佳选择。

3 深度处理工艺方案比较

为满足一级A标准，需进行深度处理,主要去除SS和TP。

混凝+沉淀+过滤 (高效沉淀池+滤布滤池)
- 优点：处理效果好，SS和TP去除率高,技术成熟。
- 缺点：需投加药剂,运行成本稍高。
微滤/超滤膜
- 优点：出水水质极佳，SS可接近于零,占地省。
- 缺点：投资和运行成本高,膜污染和清洗问题突出。

考虑到课程设计的经济性和技术普及性，选择高效沉淀池+滤布滤池作为深度处理工艺。

4 消毒工艺方案比较

氯消毒：便宜，但会产生致癌物三卤甲烷,需安全储存。
紫外消毒：杀菌快，无残留，无二次污染，占地小，但无持续杀菌能力,对水质要求高。
臭氧消毒：杀菌效果好，能脱色除臭,但投资和运行成本极高。

选择紫外消毒，其安全环保,符合现代污水处理厂的发展趋势。

5 污泥处理处置方案比较

重力浓缩+机械脱水+外运处置
- 优点：流程简单，投资和运行成本较低,是目前最主流的方式。
- 缺点：脱水后泥饼含水率较高（约80%）。
浓缩+厌氧消化+脱水+外运/利用
- 优点：可回收沼气能源,污泥稳定性好。
- 缺点：系统复杂，投资和运行成本高,适用于特大型污水厂。

选择重力浓缩+机械脱水方案。

6 工艺流程确定

综合以上分析,确定最终工艺流程如下：

进水 → 中格栅 → 细格栅 → 进水泵房 → 旋流沉砂池 → A²/O生物反应池 → 二沉池 → 高效沉淀池 → 滤布滤池 → 紫外消毒渠 → 出水 剩余污泥 → 污泥浓缩池 → 污泥脱水机房 → 泥饼外运

第三章处理构筑物工艺设计计算

1 设计流量计算

平均日流量 Q = X × 10⁴ m³/d
最大日流量 Q_max = 1.2 × Q = 2X × 10⁴ m³/d
最大时流量 Q_h = 1.4 × Q / 24 = Y × 10³ m³/h
平均时流量 Q_avg = Q / 24 = (X/24) × 10³ m³/h
设计计算流量（构筑物）通常取Q_max或Q_h,具体根据构筑物特性确定。

2 中格栅

功能： 去除较大悬浮物,保护后续水泵。
设计参数： 栅隙宽度 b = 20 mm，栅前水深 h = 0.8 m，过栅流速 v = 0.9 m/s，安装倾角 α = 60°。
计算：
1. 栅前流速： v₁ = Q_max / (B₁ × h) → 假设B₁，求v₁。
2. 栅条间隙数： n = Q_max × √(sinα) / (b × h × v)
3. 栅槽宽度： B = S × (n-1) + b × n (S为栅条宽度,取10mm)
4. 水头损失： h₁ = k × ξ × (v²/2g) × sinα (k取3，ξ为阻力系数)
5. 栅后槽总高度： H = h + h₁ + 0.3 (0.3为超高)

3 细格栅

功能： 进一步去除悬浮物。
设计参数： 栅隙宽度 b = 5 mm，栅前水深 h = 0.8 m，过栅流速 v = 0.8 m/s。
计算方法同中格栅。

4 进水泵房

功能： 将污水提升至后续处理构筑物。
设计流量： 按最大时流量 Q_h = Y × 10³ m³/h。
扬程计算： H = H_静 + H_沿 + H_局
- H_静：泵房集水井最低水位至最高水位的几何高差。
- H_沿+H_局：沿程和局部水头损失，估算为1.5~2.5m。
- 总扬程 H = [计算值，12 m]。
选泵： 选择3用1备（共4台）潜水排污泵，单泵流量 Q_p = Q_h / 3，扬程 H_p ≥ H。

5 旋流沉砂池

功能： 去除无机砂粒。
设计参数： 表面负荷率 200 m³/(m²·h)，停留时间 30~60 s。
计算：
1. 有效表面积： A = Q_max / q
2. 直径： D = √(4A/π)
3. 有效水深： H = A / (πD) (通常为1~2m)
4. 总高度： H_total = H + 0.3 (超高)

6 A²/O 生物反应池

功能： 去除BOD、COD,并进行生物脱氮除磷。
6.1 设计参数确定
- 污泥浓度 MLSS = 4000 mg/L
- 污泥龄 θc = 15 d
- 污泥产率系数 Y = 0.6 kgVSS/kgBOD₅
- 自身氧化系数 Kd = 0.05 d⁻¹
- 硝化速率 μ_N = 0.05 d⁻¹ (20℃)
- 反硝化速率 q_dn = 0.04 kgNO₃-N/(kgMLSS·d)
- 厌氧区水力停留时间 HRT_A = 1.5 h
- 缺氧区水力停留时间 HRT_A1 = 2.5 h
- 好氧区水力停留时间 HRT_O = 6 h
- 总水力停留时间 HRT_total = HRT_A + HRT_A1 + HRT_O = 10 h
- 气水比 = 15:1
6.2 好氧区容积 V_O
- V_O = Q × HRT_O = (X × 10⁴ / 24) × 6 = [计算值，2500] m³
6.3 缺氧区容积 V_A1
- 去除的TN量 = 进水TN - 出水TN = 45 - 15 = 30 mg/L
- 需要反硝化的NO₃-N量 ≈ 去除的TN量
- V_A1 = (Q × ΔNO₃-N) / (q_dn × MLSS) = (X × 10⁴ × 30) / (0.04 × 4000) = [计算值，1875] m³
- 校核HRT_A1 = V_A1 / Q = [计算值，2.5 h],符合要求。
6.4 厌氧区容积 V_A
- V_A = Q × HRT_A = (X × 10⁴ / 24) × 1.5 = [计算值，625] m³
6.5 反应池总尺寸确定
- 总有效容积 V_total = V_A + V_A1 + V_O = [计算值，5000] m³
- 设反应池为2座，单池容积 V_single = V_total / 2 = [计算值，2500] m³
- 假设单池水深 H = 6.0 m，则单池平面面积 A_single = V_single / H = [计算值，417] m²
- 设单池长 L = 25 m，宽 B = A_single / L = [计算值，16.7 m],取17m。
- 校核实际水深 H' = V_single / (L × B) = [计算值，5.88 m],在合理范围内。
6.6 需氧量计算
- 总需氧量 O₂ = a × Q × (S₀ - S_e) - b × V × MLSS + c × Q × (N₀ - N_e) - d × Q × (NOₓ-e - N_e)
- (a, b, c, d为经验系数，a取1.47, b取0.42, c取4.57, d取2.86)
- 计算得出总O₂ = [计算值，8000] kgO₂/d
- 最大时需氧量 O₂_max = [计算值，1200] kgO₂/h
- 选用鼓风机，考虑安全系数1.3，所需风量 Q_air = (O₂_max / (0.28 × E_s)) × 1.3 (E_s为氧利用率，取12%)
- Q_air = [计算值，46000] m³/h
6.7 碱度校核

（计算过程略，需确保好氧区末端碱度 > 100 mg/L,以维持硝化反应）

7 二沉池

功能： 泥水分离,澄清出水。
形式： 辐流式二沉池。
设计参数： 表面水力负荷 q = 1.0 m³/(m²·h)，固体通量 G_s = 150 kg/(m²·d)，HRT = 2.5 h。
计算：
1. 表面积： A = Q_max / q = (1.2X × 10⁴) / 24 / 1.0 = [计算值，500] m²
2. 校核固体通量： G_s = (Q × X × MLSS) / (A × 24) = (X × 10⁴ × 4) / (500 × 24) = [计算值，333] kg/(m²·d) > 150,需增大A。
3. 重新计算： 按 G_s = 150 kg/(m²·d) 计算，A = (Q × X × MLSS) / (G_s × 24) = [计算值，1111] m²
4. 池数： 设2座，单池面积 A_single = A / 2 = [计算值，556] m²
5. 直径： D = √(4A_single/π) = [计算值，26.6 m],取27m。
6. 有效水深： H = q × HRT = 1.0 × 2.5 = 2.5 m。
7. 总高度： H_total = H + 0.5 (超高) + 0.8 (缓冲层) = 3.8 m。
8. 选型： 选用周边传动刮泥机，功率 [2.2 kW]。

8 高效沉淀池（或混凝沉淀池）

功能： 化学除磷,进一步去除SS。
设计参数： 表面负荷 q = 15 m³/(m²·h)，HRT = 20 min。
计算：
1. 表面积： A = Q_max / q = (1.2X × 10⁴) / 24 / 15 = [计算值，33.3] m²
2. 池数： 设2座，单池面积 A_single = 16.7 m²。
3. 尺寸： 采用方形池，边长 L = √16.7 ≈ 4.1 m。
4. 有效水深： H = q × HRT / 60 = 15 × (20/60) = 5.0 m。
5. 药剂投加： 投加PAC和PAM，投加量通过试验确定，PAC按20 mg/L计。

9 滤布滤池

功能： 精过滤,确保SS达标。
设计参数： 满通量 q = 15 m³/(m²·h)，过滤时间 20 min，反洗时间 2 min。
计算：
1. 所需过滤面积： A = Q_max / q = (1.2X × 10⁴) / 24 / 15 = [计算值，33.3] m²
2. 设备选型： 选用2套滤布滤池，单套过滤面积 ≥ 17 m²，选用 [型号XXX，过滤面积20 m²] 的设备。

10 紫外消毒渠

功能： 杀灭病原微生物。
设计参数： 紫外剂量 ≥ 800 mJ/cm²，渠道流速 v = 0.3 m/s。
计算：
1. 渠有效过水断面： A = Q_h / v = (Y × 10³) / 0.3 = [计算值，10] m²
2. 渠道尺寸： 设渠道宽 B = 1.5 m，则水深 H = A / B = [计算值，6.7 m]，分两条渠道，每条水深3.35m。
3. 设备选型： 根据流量和剂量要求，选择 [型号XXX，功率XX kW] 的模块化紫外消毒设备。

第四章污泥处理系统计算

1 污泥产量计算

剩余污泥量：
- ΔX = Y × Q × (S₀ - S_e) - K_d × V × MLSS
- 计算得出 ΔX = [计算值，5000] kgVSS/d
- 湿污泥量 (含水率99.2%) Q_w = ΔX / (1000 × (1-P)) = 5000 / (1000 × 0.008) = 625 m³/d
化学污泥量 (来自高效沉淀池)：
- 投加PAC 20 mg/L，产生污泥量按PAC投加量的1.5倍计。
- Q_chem = (Q × 20 × 1.5) / (1000 × (1-0.97)) = (X × 10⁴ × 30) / 30 = [计算值，10000] kg/d
- 湿污泥量 (含水率97%) Q_chem_w = 10000 / (1000 × 0.03) = 333 m³/d
总污泥量： Q_sludge = Q_w + Q_chem_w = 625 + 333 = 958 m³/d

2 污泥浓缩

形式： 重力浓缩池。
设计参数： 浓缩时间 12 h，固体通量 45 kg/(m²·d)。
计算：
1. 干污泥总量： W = 5000 (VSS) + 10000 (Chem) = 15000 kg/d
2. 所需浓缩面积： A = W / G_s = 15000 / 45 = 333 m²
3. 池数： 设2座，单池面积 A_single = 167 m²。
4. 尺寸： 直径 D = √(4A_single/π) = [计算值，14.6 m],取15m。
5. 浓缩后污泥量： 浓缩后含水率P_c = 97%，Q_conc = W / (1000 × (1-P_c)) = 15000 / 30 = 500 m³/d

3 污泥脱水

形式： 板框压滤机。
设计参数： 工作时间 16 h/d，脱水后泥饼含水率 80%。
计算：
1. 所需脱水能力： Q_dehydrate = Q_conc / 16 = 500 / 16 = 25 m³/h
2. 泥饼产量： W_cake = W × (1-P_c) / (1-P_p) = 15000 × 0.03 / 0.2 = 2250 kg/d
3. 设备选型： 选用2台板框压滤机，单台处理能力 ≥ 16 m³/h，选用 [型号XXX，过滤面积200 m²] 的设备。

第五章高程计算

1 计算目的

确定各处理构筑物和连接管渠的绝对标高，确保污水在重力流下顺畅通过,并满足水力要求。

2 计算原则

水流为重力流。
计算顺序从下游到上游。
确保构筑物之间有足够的水头损失（水面跌差）。
主要考虑沿程损失和局部损失。

3 高程计算表

构筑物名称	地面标高	池底标高	水面标高	备注
出水口	00		80	排放水体水位99.50m
紫外消毒渠	50	50	80	跌差0.10m
滤布滤池	50	60	90	跌差0.10m
高效沉淀池	50	50	00	跌差0.10m
二沉池	50	70	10	跌差0.10m
A²/O反应池	50	20	20	跌差0.10m
旋流沉砂池	50	50	30	跌差0.10m
进水泵房集水井	00	50	50	水泵提升H=8m
进水总管			40	管路损失0.10m

(注：以上为示例数据，需根据实际计算填写)

第六章主要设备选型

序号	设备名称	规格型号	单位	数量	备注
1	回转式机械细格栅	B=1500mm, b=5mm	台	2	1用1备
2	潜水排污泵	Q=500m³/h, H=12m	台	4	3用1备
3	旋流沉砂器	Φ2700mm	台	2	1用1备
4	罗茨鼓风机	Q=23000m³/h, P=58.8kPa	台	3	2用1备
5	潜水搅拌器	N=5.5kW	台	4	A₂池用
6	推流器	N=3.0kW	台	4	A₁池用
7	周边传动刮泥机	Φ27000mm	台	2
8	加药装置	PAC, 2m³/h	套	1
9	加药装置	PAM, 500L/h	套	1
10	高效沉淀池	1m × 4.1m	座	2
11	滤布滤池	过滤面积20m²	套	2
12	紫外消毒模块	剂量800mJ/cm²	套	2
13	板框压滤机	过滤面积200m²	台	2	1用1备

第七章技术经济分析（简述）

1 工程投资估算

土建费用：约 [估算值] 万元
设备购置及安装费：约 [估算值] 万元
总投资：约 [估算值] 万元

2 运行成本分析

电费：主要来自水泵和风机，约 [估算值] 元/吨水。
药剂费：PAC和PAM，约 [估算值] 元/吨水。
人工费：约 [估算值] 元/吨水。
污泥处置费：约 [估算值] 元/吨水。
总运行成本：约 [估算值] 元/吨水。

3 结论

本设计方案所选工艺先进可靠，出水水质稳定达标，虽然初期投资和运行成本相对较高，但符合日益严格的环保要求,具有显著的环境效益和社会效益。

参考文献

[1] GB 50014-2025, 室外排水设计标准[S]. [2] GB 18918-2002, 城镇污水处理厂污染物排放标准[S]. [3] 张自杰. 排水工程(下册)[M]. 第五版. 北京: 中国建筑工业出版社, 2025. [4] 唐受印, 戴友芝, 刘忠义. 水处理工程师手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2000. [5] HJ 2009-2011, 污水处理厂工艺设计规范[S].

附录

（此处列出你绘制的图纸清单， 附录A：污水处理厂总平面布置图 (A1图) 附录B：污水处理厂高程布置图 (A1图) 附录C：A²/O生物反应池工艺图 (A2图)

指导教师审阅意见：

签名： 日期：

标签：工艺计算参数校核设备选型

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