水处理工程课程设计.doc

水处理工程（二）课程设计系 别： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成时间：2012年12月28日前 言资源短缺和水环境污染已成为我国社会经济发展的重要制约因素。社会的进步、水环境污染加剧与人们对饮用水水质要求不断提高的矛盾将日益增大，水质矛盾已上升为当前水工业的主要矛盾。我国城市建设快速发展，工农业与城市用水量正在接近我国的水资源的极限量，但水污染治理相对滞后，建设节水型社会任务繁重。解决水资源危机必须开源节流，以水资源的可持续发展。水在人们使用过程中混入了各种废物，使水质发生了变化而丧失或部分丧失了使用功能而成为污、废水。在经过污水处理厂进行处理，恢复其使用功能，并且缓解了水资源的短缺，也减少了排放污水的量，降低了对水环境的污染。通过本次设计我基本上掌握了污水处理系统的组成、分类；熟悉了污废水处理系统地工作原理和设计要求；污废水处理系统中的曝气池、二沉池、滤池以及污泥处理所需要的基本的设施。通过对各种污废水处理设施是我掌握了污废水处理系统的分类及组成；熟悉了污废水处理系统的管道的敷设要求，掌握了污废水处理系统管道的水力计算方法。PrefaceShortage and pollution of water environment has already become our country social economy development the important restriction factor. The progress of the society, water environmental pollution and people on drinking water quality requirements continue to increase the contradiction between water quality will be increasing, has risen to the current water industry the main contradiction.Construction of our country city develops quickly, industry and agriculture and city water use of water resources in China is close to the limit, but the water pollution management is opposite lag, construction of water-saving society task. To solve the problem of water resources crisis must broaden sources of income and reduce expenditure, to the sustainable development of water resources. In the use process with waste, make the quality changes and the loss or partial loss of the use of function and become waste, waste water. After the sewage treatment plant for processing, to restore its function, and to alleviate the shortage of water resources, reduce sewage discharge amount, reduces the pollution to water environment.Through this design I basically mastered the sewage treatment system composition, classification; familiar with wastewater treatment system principle of work and design requirements; waste water treatment system in the aeration tank, two sedimentation tank, filter and sludge treatment needed for basic facilities. Through to each kind of sewage and waste water treatment facilities, I mastered the wastewater treatment systems of classification and composition; familiar with the waste water treatment system of pipeline laying requirements, master of the waste water treatment system pipeline hydraulic calculation method.目 录第一部分 设计说明书1第一节 设计概况1第二节 设计原则、依据、设计要求12.1 污水处理厂设计原则12.2 设计依据12.3设计要求2第三节 原始资料2第四节 污水处理工艺流程的确定34.1工艺的确定34.2二沉池的比较和选择44.3污水厂处理工艺流程5第五节 污水处理构筑物的选型及设计要点65.1 格栅65.2沉砂池65.3初次沉淀池75.4曝气池75.5二次沉淀池7第六节 污水处理厂平面布置及处理流程高程布置86.1各处理单元构筑物的平面布置86.2污水处理厂的高程布置8第二部分 设计计算书9第一节 设计流量的计算9第二节 污水处理构筑物的工艺计算92.1 泵前粗格栅92.2 污水提升泵站122.3 沉沙池132.4 初沉池152.5 曝气池172.6 二沉池202.7 消毒设备的计算222.8 污泥浓缩池242.9 厌氧消化池282.10污泥干化（脱水）设备34第三节 污水处理厂平面设计及处理高程计算343.1 污水处理厂的平面布置343.2 污水处理厂的高程布置353.3 污水处理厂高程布置考虑事项363.4 污水厂的高程布置363.5 水区、泥区各构筑物间的确定36结束语38参考文献39第一部分 设计说明书第一节 设计概况本设计的的污水处理厂的处理规模为10万m3/d。本设计的城市的全年平均气温20，夏季平均30，冬季平均12，非采暖季节主导风向西北风。第二节 设计原则、依据、设计要求 2.1 污水处理厂设计原则1、污水处理厂的设计应符合适用的要求。首先必须确保污水处理后达标排放或利用。考虑现实的经济和技术条件，以及当地具体情况，在可能的基础上，选择的处理工艺、构（建）筑物形式、主要设备、设计标准和数据等，应最大限度地满足污水厂功能的实现，使处理后水质符合要求。2、污水处理厂设计采用的各项设计参数必须可靠。设计时必须充分掌握和认真研究各项设计基础数据及同类工程资料，选择好设计数据。在设计中一定要遵守现行的设计规范，保证必须的安全系数。对新工艺、新技术、新结构和新材料的采用持慎重态度。3、污水处理厂设计必须符合经济的要求。尽可能采取合理措施降低工程造价和运行管理费用。4、污水处理厂设计应当力求技术合理。在经济合理的原则下，必须根据需要，尽可能采用先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。5、污水处理厂设计必须注意远近期结合。不宜分期建设的部分（如配水井、泵房及加药间等），其土建部分应一次建成。在无远期规划的情况下，设计时应为以后发展留有挖潜和扩建的条件。6、污水处理厂设计必须考虑安全运行的条件。如适当设置分流设施、超越管线、甲烷气的安全储存等。7、污水厂的设计在经济条件允许情况下，可以适当注意构（建）筑物外观和环境美化。2.2 设计依据1、 室外排水设计规范；2、给水排水工程师常用规范选（上、下册）；3、给水排水设计手册1、5、7、9、10、11、12等分册；4、排水工程教材；5、给水排水快速设计手册；6、给水排水常用数据手册；7、污水处理工程方案设计；8、中国给水排水（期刊）；9、给水排水（期刊）；10、中国水网；11、万方数据库等。2.3设计要求城市污水要求处理后水质按照污水综合排放标准（GB8978-1998）一级标准执行，即SS30mg/l；BOD520mg/l；污泥处理后外运填埋。第三节 原始资料1、信阳市污水处理厂处理规模为10万m3/d。2、城市污水的水质如下表所示： 项目BOD5（mg/L）SS（mg/L）PH重金属及有毒物质原水水质47230077.4微量3、 城市污水从南面进入污水处理厂，污水处理后排入北面的水体，要求处理后的水质达到城镇污水处理厂污水排放标准（GB18918-2002）中的一级标准的 B标准，即SS20mg/L,BOD520mg/L，CODCr60mg/L。污泥处理后外运填埋。4、污水处理厂厂区地形拟为平坦地形，标高为50.00米。厂区的污水进水管管底标高为45.00米。5、 受纳水体洪水位标高为50.00米，枯水位标高为20.00米。常年平均水位标高为30.00米。6、全年平均气温20，冬季平均气温12，夏季平均气温30。7、非采暖季节主导风向：西北风。第四节 污水处理工艺流程的确定4.1工艺的确定污水处理厂的工艺流程是指在达到所要求处理程度的前提下，污水处理各单元的有机组合；构筑物的选型则是指处理构筑物的选择。两者是相互联系，互为影响的。城市生活污水一般以BOD物质为主要去除对象。由于经过一级处理后的污水，BOD5去除率一般在10%30%，仍不能排放；二级处理BOD5的去除率可达85%95%，处理后的BOD5含量可能降到2030mg/L，但是仍达不到本课程设计任务的要求，BOD20mg/L,所以要进行深度，但由于本次课程设计时间只有仅仅两周，所以本设计只做到二级处理为止。该污水为典型的城市污水，BOD5浓度适中，对处理水无特殊要求。按城市污水处理和污染防治技术政策要求推荐，20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺，10-20万t/d污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱磷脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如A2/O工艺，A/O工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。 由于该污水处理只需去除BOD5与SS,不考虑脱氮与除磷方面，所以选择两个比较好的方案：方案一：传统活性污泥法,其流程为:污水中格栅提升泵房细格栅沉砂池初沉池曝气池二沉池接触池处理水排放方案二：厌氧池+氧化沟,其流程为:污水中格栅提升泵房细格栅沉砂池厌氧池氧化沟二沉池接触池处理水排放工艺流程方案的比较和选择，如下表，两方案都能达到处理水质的要求BOD5,SS去除都能达到出水水质,工艺都是比较简单的,在技术上都是可行的。最终选择活性污泥法处理工艺是因为：（1）传统活性污泥法系统对污水处理的效果极好、BOD5去除率可达90以上，适于处理净化程度和稳定程度要求较高的污水。（2）经多年运行实践证实，传统活性污泥法处理系统存在着下列各项问题：曝气池首端有机污染物负荷高，耗氧速度也高，为了避免由于缺氧形成厌氧状态，进水有机物负荷不宜过高，因此，曝气池容积大，占用的土地较多，基建费用高；耗氧速度沿池长是变化的，而供氧速度难于与其相吻合、适应，在池前段可能出现耗氧速度高于供氧速度的现象，池后段又可能出现溶解氧过剩的现象，对此，采用渐减供氧方式，可在一定程度上解决这一问题； 传统活性污泥法氧化沟优点: 1.有机物经历了第一阶段的吸附和第二阶段的代谢的完整过程,活性污泥也历了一个从池道端的对数增长,经减速增长到池末端的内源呼吸的完全生长周期2.在池首端和前段混合液中的溶解氧浓度较低3.效果好, BOD5除率达90%以上缺点: 1.曝气池首端有机污染物负荷高,耗氧速度也高2.暴气池溶积大,基建费用高.3.供氧与需氧不平衡4.对进水水质,水量变化的适应性较低,动行效果易受水质,水量变化的影响优点: 1.可考虑不设初沉池,有机性悬浮物在氧化化沟内能太到好氧稳定的程度2.可考虑不单敲边鼓二次沉淀池,可少去污泥回流装置.3.BOD负荷低缺点: 1.占地面积较大由于活性污泥法工艺比较成熟，在与技术上经济上的造价以及运行费用的综合比较,活性污泥法工艺是最终的选择。4.2二沉池的比较和选择经下面的图表，可以看出，平流式与辐流式沉淀池都是可选的.平流式沉淀池对水质冲击变化效果好。但占在面积大，排泥因难，要人工排泥。所以不是太好，虽然辐流式沉淀池排泥设备复杂，需具有较高的运行管理水平。施工严格。但是这些问题对于这个发展型的城市来说，这点问题并不是太大,管理水平可以请技术高的人才来管理。设施工并且看到了它的优点处理水量较为经济。排泥设备己定型系列化，运行稳定，管理方便结构受力条件好。所以选择辐流式沉淀池作为二沉池是最佳的选择。类型优点缺点适用条件平流式处理水量可大可少,有效沉淀区大,沉淀效果好,对水量水质变化适应性强,造价低,平面布置紧凑占地面积大,排泥因难(人工排泥),工作繁杂,机械刮泥易锈,配水不均地下水位高,施工困难地区,适用流动性差比重大的污泥,不能用静水压力排泥,污水量不限辐流式处理水量较为经济,排泥设备己定型系列化,运行稳定,管理方便结构受力条件好排泥设备复杂,需具有较高的运行管理水平,施工严格适用处理水量大,地下水位较高的地区及工程地质条件差的地区4.3污水厂处理工艺流程根据以上综合对比后，我们选择了以曝气池为核心的传统活性污泥法处理工艺，其处理污水工艺流程如图（一）所示。图一：污水处理工艺流程图第五节 污水处理构筑物的选型及设计要点5.1 格栅用以截留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。要根据流量选择清渣方式，人工清渣格栅适用于小型污水厂，机械清渣格栅适用于栅渣量大于0.2m3/d。提升泵站前用中格栅，提升泵站后用细格栅。设计参数：a、栅条间隙：人工清除为2540mm，机械清除为1625mm；b、格栅栅渣量：格栅间隙为1625mm时是0.100.05m3栅渣/10m3污水，格栅间隙为3050mm时是0.030.01 m3栅渣/10m3污水；栅渣含水率一般为80，容重约为960kg/ m3c、格栅上部必须设置工作台，其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m，工作台上应有安全冲洗设施；d、机械格栅不宜少于2台。e、污水过栅流速宜采用0.61.0m/s，格栅前渠道水流速0.40.9m/s；f、格栅倾角一般采用4575；g、格栅水头损失0.080.15m。 5.2沉砂池用于去除比重较大的无机颗粒。本设计采用钟式沉砂池，它利用机械力控制水流流态与流速，加速砂粒的沉淀并使有机物随水流带走。具有沉砂效果好、工作稳定、清洗、排沉砂较方便等优点。设计参数：a、水力表面负荷为200 m3/ m2h,停留时间约为2030s；b、进水渠道直段长度应为宽度的7倍，并且不小于4.5米；c、进水渠道流速，在最大流量的4080情况下为0.60.9m/s,在最小流量时大于0.15m/s,但最大流量时不大于1.2m/s；d、出水渠道与进水渠道的夹角大于270。，两种渠道均设在沉砂池的上部；e、出水渠宽度为进水渠道的2倍，出水渠道直线段长度要相当于出水渠的宽度；5.3初次沉淀池去除悬浮物质，同时可去除部分BOD5，可改善生物处理构筑物的运行条件并降低其BOD5负荷。本设计选用中心进水周边出水辐流式沉淀池。它的优点是进水中间进水管进水，然后经过水流向四边扩散，布水均匀；多位机械排泥，运行较好，管理方便，而且排泥设施已趋于稳定型。设计参数：a、沉淀时间为11.5h；b、表面水力负荷为1.53.0 m3/m2h；校核负荷q112h 符合要求确定污泥斗尺寸每个泥斗浓缩后的污泥体积：每个贮泥区所需容积：泥斗容积： 式中：泥斗的垂直高度，取1.2m泥斗的上口半径，取2.0m泥斗的下口半径，取1.0m设池底坡度为0.08，池底坡降为：故池底可贮泥容积：因此，总贮泥容积为：（满足要求）。浓缩池的超高取0.30m，缓冲层高度取0.50m则浓缩池的总高度H为=3.3+0.30+0.50+1.2+0.28=5.58m浓缩池计算草图：2.8.2 贮泥池计算1）设计参数进泥量:初沉池污泥量经浓缩排出含水率的污泥流量总泥量：贮泥时间:T=20h2）贮泥池的设计计算贮泥池容积贮泥池设置2座，则每座容积为：尺寸(设为正方形)，取边长为6.6m则池的有效容积为 (符合要求)。2.9 厌氧消化池1）设计参数初沉污泥量： 浓缩后的剩余活性污泥：污泥含水率：97%干污泥比重：1.01挥发性有机物：64%采用中温消化。2）消化池的容积计算由于剩余活性污泥量较多，故采用挥发性有机物负荷为1.4kg/(m3d)，消化池总容积为：式中：Q污泥量，； 污泥中可生物降解有机物浓度，; 由已知条件，污泥含水率为 ，则污泥固体浓度为，其中挥发性有机物占，则 所以： ，取用两级消化，容积比一级：二级=2：1，则一级消化池容积为，设四个，每个消化池容积，二级消化池容积为，设两个，每个容积。消化池直径D采用13m，集气罩直径，高，池底锥底直径，锥角15。故消化池柱体高度消化池总高度。消化池各部容积：集气罩容积：上盖容积：下锥体容积等于上锥体容积，。柱体容积：消化池有效容积：（合格）。二级消化池的尺寸采用一级消化池的尺寸。一级消化池拟用尺寸见图：3）消化池各部分表面积计算：集气罩表面积：上盖表面积：下椎体表面积： 池柱体表面积：故消化池总面积：4）消化池热工计算A加热生污泥耗热量中温消化温度TD=35，污水的年平均温度为Ts=20，日平均最低温度。每座一级消化池每日投配的生污泥量，。故全年平均耗热量为：最大均耗热量为：B消化池池体的热损失 （1.2为热损失系数）式中：F池盖、池壁及池底的散热面积，； 池外介质的温度，池外介质为大气时，计算平均热耗量，采用年平均气温，计算最大耗热量，采用冬季室外计算温度；池外介质为土壤时，采用全年平均气温； K池盖、池底与池体的传热系数，。 在合理的保温结构厚度下：池盖、池壁 （池外为大气）、池底 （池外为土壤）池外介质为大气，全年平均气温，冬季室外计算温度。池外介质为土壤，全年平均气温，冬季室外计算温度。池上盖全年平均热耗量为： 最大耗热量为：池壁地面以上全年平均耗热量为：最大耗热量为：池壁地面以下全年平均耗热量为：最大耗热量为：池底部分全年平均耗热量为：最大耗热量为：每座消化池池体全年平均耗热量为：最大耗热量为：C输泥管道与热交换器的耗热量。输泥管道与热交换器的耗热量可简化计算取前两项热损耗的5%15%。即，设计取10%。每座消化池总耗热量消化系统总耗热量 式中，n为一级消化池的个数。D热交换器的计算 污泥加热的方法有池内加热和池外加热两种。池内加热是用热水或蒸汽直接通入消化池或通入消化池或通入设在消化池内的盘管进行加热，这种方法由于存在许多缺点，很少采用。目前最常用的方法是采用泥水热交换器外加热兼混合的方式。热交换器的计算包括热交换器管长，热源、消化污泥循环量计算。 污泥循环量确定。设计采用一座消化池对应一台热交换器，全天均匀投配。每个消化池生污泥量生污泥进入一级消化池前，与回流的一级消化污泥先混合再进入热交换器，生污泥与回流污泥的比为1:2。回流的消化污泥量污泥循环总量 计算污泥出口温度。生污泥日平均最低温度为12。生污泥与消化污泥混合后的污泥温度：污泥出口温度 热水循环量。热交换器入口热水温度采用,出水温度，。则热水循环量为： 热交换器口径确定。选用套管式泥水热交换器，内管通污泥，管径DN65mm，内管外径D=74mm。污泥在管内流速（在1.52.0之间合格）。外管管径DN110mm，热水在外管内管间流速为：（在1.01.5m/s之间，合格）。 热交换器长度L。由以上计算可知， 故热交换器长度式中 D内管外径，m; K传热系数，约为。 故 设每根热交换器长5m，则共有根数为：根，取7根2.10污泥干化（脱水）设备根据实际的的情况，选用3台WL200离心脱水机，2用1备。第三节 污水处理厂平面设计及处理高程计算3.1 污水处理厂的平面布置在污水处理厂厂区内有各处理单元构筑物，连通各处理构筑物之间的管、渠及其他管线，辅助性建筑物，道路以及绿地等，在进行处理厂厂区平面规划、布置时，应一般考虑以下原则：1、 功能分区明确，构筑物布置紧凑，减少占地面积。2、 考虑近远期结合，便于分期建设，并使近期工程相对完整。3、 流程力求简短、顺畅，连接各处理构筑物之间的管、渠便捷、直通，避免迂回曲折。4、 厂区绿化面积不小于30%，总平面布置满足消防要求。5、 土方量做到基本平衡，并避开劣质土壤地段。6、 在处理构筑物之间，应该保持一定的距离，以保证敷设连接管、渠的要求。一般的间距可取值510m，某些有特殊要求的构筑物，如污泥消化池、消化池等，其间距应按有关规定确定。7、 以工艺流程的最合理连接为主要原则，同时尽量满足其他专业的基本要求。8、 处理后的出水排放距离近，减少了管线基建投资。9、 交通顺畅，使施工、管理方便。厂区平面布置除遵循上述原则外，还应根据城市主导风向、进水方向、排水方向、工艺流程特点及厂区地形、地质条件等因素进行布置，既要考流程合理、管理方便，经济适用，还要考虑建筑造型、厂区绿化及与周围环境相协调等因素。按照不同的功能分区将整个厂区分为生活及辅助生产区（厂前区）、污水预处理区、污水二级生化处理区和污泥处理区，各区可用道路或绿地分割。在工艺设计计算时，就应考虑单体建筑物和平面布置的关系，而在进行平面布置时，也可根据情况调整建筑（构）物的数目，修改设计工艺。该污水处理厂平面布置在满足工艺流程的前提下，利用原有的地形布置，大致分为生活区、污水处理区、污泥处理区三区，布置紧凑，进出水流畅，节省占地；其中，综合楼、宿舍、食堂、办公楼等在入场正门一侧附近，方便本厂职工办公和起居生活，同时也方便外来人员；格栅间气味大，污泥区设在主导风向的下风向。在脱水机房附近设有后门，以减少泥饼、栅渣外运时对环境的污染。污水处理厂的平面布置包括处理构筑物、办公楼、化验室及其他辅助建筑物以及各种管道、渠道、道路、绿化带等的布置。3.2 污水处理厂的高程布置污水处理厂污水处理高程布置的任务是：确定各构筑物和泵房的标高；确定污水处理筑物之间连接管渠的尺寸及其标高；通过计算确定各部位的水面标高，从而能够使污水沿处理流程在构筑物之间畅通的流动，保证污水处理厂的正常运行。3.3 污水处理厂高程布置考虑事项1选择一条最长、水头损失最大的流程进行水力计算，并应适当留有余地，以保证任何情况下，处理系统能够正常运行；2计算水头损失时，一般以近期最大的流量作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头；3在作高程布置时应该注意污水流程和污泥流程的配合，尽量减少抽升的污泥量。污水流经各构筑物的水头损失见表表6-1 主要构筑物水头损失构筑物名称水头损失/m构筑物名称水头损失cm格栅0.10.25混合池和接触池0.10.3沉砂池0.10.25污泥干化场2.03.5沉淀池：平流 竖流 辅流0.20.40.40.50.50.6曝气池：污水潜流入池污水跌流入池0.250.50.51.53.4 污水厂的高程布置1污水处理高程计算内容： 各处理构筑物之间的水头损失 构筑之间的连接管渠中的沿程与局部水头损失 计量设备等的水头损失 各污水处理构筑物的高程2处理高程计算内容： 处理构筑物的水头损失 构筑之间的连接管渠中的沿程与局部水头损失 各污泥处理构筑物的高程3.5 水区、泥区各构筑物间的确定1概述:从便于维修和清刷的要求考虑，连接污水处理构筑物之间的渠道以矩形为宜，在必要时或必要部位，也可采用钢筋混凝土管或铸铁管，在零碎区域为防止冬季污水载明区内冻结，在明渠上加盖板。为防止管道中的悬浮物在关区内沉淀，污水在明渠内必须保持一定的流速，在最大流量时，流速可介于15m/s之间，在低流速时，流速不得小于0.40.6m/s，在管道中的流速应大于明渠中的流速，并应尽可能大于1m/s。2污水厂高程计算：本设计以洪水位50.00m为控制点，排水口的管道底部距离洪水位1.5m。高程计算如下：各处理构筑物之间的水头损失以及构筑之间的连接管渠中的沿程与局部水头损失计算各构筑物水面标高（m）排水口水位50.00集水井水深1.4m集水井水位51.40接触池出口到集水井的沿程水头损失0.003150.045m流经接触池水头损失取0.3m接触池水位51.745接触池入水口到二沉池排水口的沿程水头损失=0.004240=0.17流经二沉池水头损失取0.6m二沉池水位52.515二沉池入水口到曝气池出水处的沿程水头损失=0.003740=0.15流经曝汽池水头损失取0.5m曝汽池水位53.165初沉池出口到曝汽池入口的沿程水头损失0.003400.12m流经初沉池水头损失取0.4初沉池水位53.685沉砂池到初沉池的沿程水头损失0.0028600.168m流经沉砂池水头损失取0.25m沉砂池水位5