污水处理设计——课程设计

目录1设计内容111设计课题的目的和意义112设计任务的概况12处理工艺选择221设计原则222处理方法的选择223工艺流程424各构筑物概况及作用425处理工艺特点63主要设备及构筑物设计计算731格栅732污水提升泵房933初沉池1034曝气池1235二沉池1636污泥浓缩池1937污泥脱水房214高程确定2241污水厂排水的设计水面标高2242各处理构筑物的高程确定225总体预算技术经济分析2351污水厂项目总投资2352污水处理厂年总成本及经营成本估算2353污水厂处理成本估算2454污水处理厂综合成本26参考文献271设计内容11设计课题的目的和意义高等院校工科专业课程设计是实现本科培养目标要求的重要阶段；是学习,深化,拓宽,综合教学的重要过程是学生学习,研究与实践成果的全面总结是培养学生综合素质和工程实践能力的重要方法着重培养学生综合分析和解决问题的能力,组织管理和社交能力,独立工作能力,培养学生严谨的科学作风和认真的工作态度,树立事业心和责任感,对于提高学生全面素质具有重要意义。12设计任务的概况121项目概况我国南方某城市居民生活小区位于该市市郊，污水排放量为10000吨/日，主要来源于小区居民的日常生活排放的卫生间粪便冲洗水、淋浴水、厨房废水以及日常清洗废水。122污水资料表11建设单位提供的设计参数水量（M3/D）BOD5（MG/L）SS（MG/L）10000200250150200123出水水质要求处理后出水要求达到国家城市污水综合排放标准（GB89781996）二级标准BOD525MG/L；SS30MG/L2处理工艺选择21设计原则1本设计方案严格执行国家有关环境保护的各项规定,废水处理后必须确保各项出水水质指标均达到城市废水排放要求。2针对本工程的具体情况和特点,采用成熟可靠的处理工艺和设备,尽量采用新技术、新材料,实用性与先进性兼顾,以实用可靠为主。3处理系统运行应有较大的灵活性和调节余地,以适应水质、水量变化。4管理、运行、维修方便,尽量考虑操作自动化,减少劳动强度。5在不影响处理效果的前提下,充分利用原有的构筑物和设施,节省工程费用,减少占地面积和运行费。6降低噪声,改善废水处理站及周围环境。7本处理工艺流程要求耐冲击负荷,有可靠的运行稳定性。22处理方法的选择一般城市生活污水的处理工艺包括传统活性污泥法、生物接触氧化法和SBR工艺等，下列将它们分别进行比较221传统活性污泥法污水集水池泵站初沉池曝气池二沉池排放根据本项目的原水水质和处理要求，必须采用生化处理方能达到排放所要求的处理程度，在大规模的城市污水处理厂中应用最为广泛的生化法处理是传统活性污泥法工艺以及由此派生出来、种类繁多的变形工艺。传统活性污泥法处理污水基本原理是首先利用生活污水中的好氧微生物进行培养，形成适于降解污染介质，并具有相当规模微生物群落，即活性污泥；再通过这些好氧微生物群落（活性污泥）来代谢有机污染介质，达到处理和净化污水的目的4。但传统的活性污泥法耐冲击负荷低，泥量大，占地面积大，土建投资高等缺点，已逐渐被新的生化处理工艺所代替。222生物接触氧化法污水集水池泵站曝气沉砂池接触氧化池二沉池排放生物接触氧化法是在池内设置填料，池底曝气，充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。填料上长满生物膜，污水与生物膜相接触，在生物膜微生物的作用下，污水得到净化。因此，生物接触氧化法是一种介于活性污泥法和生物膜法之间的处理工艺，又称为“淹没式生物滤池”。生物接触氧化池法的中心处理构筑物是接触氧化池，接触氧化池是由池体、填料、布水装置和曝气系统等几部分组成，生物膜受到上升气流的冲击、搅动，加速脱落、更新，使其经常保持较好的活性，可避免堵塞。生物接触氧化法对废水的水质、水量的变化有较强的适应性，和活性污泥法相比，管理较方便，生态系稳定，剩余污泥量少。223SBR工艺污水集水池泵站曝气沉砂池SBR池排放常规活性污泥系统由曝气池、沉淀池、回流污泥系统和供养设备四部分组成。进入70年代以来，随着科技的发展、微机与自控技术设备的进步与普及，人们对常规活性污泥法工艺进行改革，推出序批式活性污泥法、即SBR工艺。SBR工艺采用可变容器间歇式反应器，省去了回流污泥系统及沉淀设备，曝气与沉淀在同一容器中完成，利用微生物在不同絮体负荷条件下的生长速率和生物脱氮除磷机理，将生物反应器与可变容积反应器相结合而成的循环活性污泥系统。这是SBR工艺的一种革新形式。SBR工艺是在同一生物反应池中完成进水、曝气、沉淀、撇水、闲置四个间段，其所经历时间周期，根据进水水质水量预先设定或及时调整。实践证明，这种工艺过程，其处理效果可达到常规活性污泥法处理标准。SBR工艺具有工艺简单，运行可靠，管理方便，造价低廉等优点，电脑自控要求高，对设备、阀门、仪表及控制系统的可靠性要求高。224方案定夺综观以上几点可知每个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，在技术上都是可行的。由于该污水处理只需去除BOD5与SS，不考虑脱氮与除磷方面，所以采用传统活性污泥法2。再考虑到厌氧池氧化沟处理工艺占地较大，投资较多，生活杂用水等,水质及其稳定性要求高,因此根据小区生活污水水质、水量以及小区功能和环境要求,长期安全可靠地运行，我们选择合理、可靠的传统活性污泥法处理工艺。23工艺流程图21工艺流程废水通过排水管网收集，流入污水处理部分，流经格栅去除较大悬浮固体物。出水再送入平流式初沉池，在初沉池中去除小部分BOD5，大部分悬浮物在自重下沉淀形成污泥，经管网收集进入污泥浓缩池。经初沉池后的废水再流经曝气池，采用表面曝气，投加悬浮填料使活性污泥体系稳定，去除绝大部分BOD5和部分SS。废水进入二沉池进一步去除BOD5和SS，使排水达标。二沉池中的部分污泥进行回流，流至曝气池进行污泥接种，剩余污泥送至污泥浓缩池，对初沉池和二沉池中的混合污泥进行浓缩和机械脱水，然后进入后续处理外运或焚烧。24各构筑物概况及作用241格栅格栅是用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的设备。格栅栅条间距21MM，栅前水深04M，格栅的建筑宽度为05M，长度为22M，每日栅渣量为044M3，采用机械清渣，栅后槽的总高度08M，格栅安装倾角为60。242污水提升泵房提升泵房用以提高污水的水位，保证污水能在整个污水处理流程过程中流过，从而达到污水的净化。该污水处理工艺采用传统曝气活性污泥处理，污水处理系统简单，所以污水只需一次提升。污水经提升后入初沉池，然后进入曝气池、二沉池，最后由出水管道排入河道2。泵房占地面积为12X560M2，即为长方形泵房,高1147M,泵房为半地下式，地下埋深67M，水泵为自灌式。243初沉池平流式初次沉淀池的作用是对污水中的以无机物为主体的比重的固体悬浮物进行沉淀分离，可去除30左右的BOD5和55的SS。池子总面积232M2，池子长度134M，池子总高度173M，共设6个池子，沉淀区有效水深18M，停留时间10H，沉淀区的有效容积4176M3，池子总高495M。244曝气池曝气池是一个生物反映器，共设两组，总容积为17677M3，每个池子长5612M，宽45M，水深35M，单廊道进水BOD5为175MG/L，出水BOD5为175MG/L，曝气时间424H，采用鼓风曝气，供气量32027M3/H，污泥负荷03KGBOD5/KGMLSSD。245二沉池二次沉淀池是对污水中的以微生物为主体的，比重小的，因水流作用易发生上浮的生物固体悬浮物进行沉淀的部分3。表21各沉淀池优缺点及适用条件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竖流式排泥方便，管理也比较简单，占地面积比较小池子深度大，施工难，对冲击负荷及温度变化的适应能力差，造价较高，池径比不宜太大适用于处理水量不大的小型污水处理厂经上面的表21可以看出，平流式与辐流式，竖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。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，竖流式沉淀池排泥方便，管理简单，占地面积小。共设4座直径为735M的竖流式二沉池，水深454M，沉淀时间18H，池子总高度10M。246污泥浓缩池污泥浓缩池是降低污泥含水率，减少污泥体积的有效设备。采用辐流式污泥浓缩池，用带栅条的刮泥机刮泥，采用静压排泥。设置一座浓缩池，其直径为553M，水深308M，进泥量11083M3/D含水率987，出泥含水率96，停留时间16H。247污泥脱水机房污泥脱水机房平面尺寸为M，机房内设一台宽为25M板框压滤机，脱水45能力约600；泥饼装车外运或现场堆棚。脱水在现场操作，运行中的故障传送DM/3到中心控制室。污泥经脱水后含水率为4580，呈泥饼装态，然后外送。25处理工艺特点活性污泥法是处理城市生活污水最广泛使用的方法，它能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解的有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其它一些物质9。它既适用于大流量的污水处理，也适用于小流量的污水处理。运行方式灵活，日常运行费用较低，但管理要求较高。活性污泥法本质上与天然水体的自净过程相似，二者都为好氧生物过程，只是它的净化强度大，因而活性污泥法是天然水体自净作用的人工化和强化。该污水处理系统所处理的是小区的生活污水，设计流量为10000吨/天，属于中小型污水处理厂。废水主要来源于小区居民的日常生活排放的卫生间粪便冲洗水、淋浴水、厨房废水以及日常清洗废水。污水中多为用机污染物，无机物污染物、重金属以及氮、磷含量甚少。因此在处理过程中只需去除BOD5与SS，不考虑脱氮与除磷方面。活性污泥法由曝气池，沉淀池，污泥回流系统和剩余污泥排除系统所组成，各级处理效果与总处理效果比较好，出水水质达标。3主要设备及构筑物设计计算31格栅311设计参数栅前水深H04M,过栅流速V08M/S格栅间隙B0021M,格栅倾角60栅条宽度S001M格栅的建筑宽度为05M,长度为22M栅渣量污水312设计计算5（1）栅条的间隙数（个）（2）栅槽宽度（3）进水渠道渐宽部分的长度设进水渠宽，其渐宽部分展开角度，（4）栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度（5）通过格栅的水头损失设栅条断面为锐边矩形断面,取K3MGVBSKH076SIN89201423IN2343401H0计算水头损失K系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取K3阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时242（6）栅后槽总高度取栅前渠道超高H203M栅前槽总高度040307M1HH栅后槽总高度为避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降作为补偿6（7）栅槽的总长度（8）每日栅渣量采用机械清渣（9）计算草图1进水工作平台栅条图31格栅32污水提升泵房321设计参数设计流量Q1157L/S污水提升前水位67M（既泵站吸水池最底水位）提升后水位18M（即细格栅前水面标高）322设计计算（1）提升净扬程Z18（67）85M（2）所需水泵扬程水泵水头损失取2M，HZH105M。（3）所需水泵数量采用广州市博三泵机有限公司生产的型号为150F22A的F型耐腐蚀污水泵。该泵提升流量482L/S，扬程115M，转速2900R/MIN，功率85KW,效率756。N1157/48225（个）取3N3143用1备（4）泵房草图图32提升泵房33初沉池（平流式）331设计参数设计流量人口总量N4万污水表面负荷Q18M3/（M2H）设6座332设计计算3（1）池子总面积（2）沉淀部分有效水深停留时间取T10H（3）沉淀区有效容积（4）池长设水平流速V37/S则（5）池子总宽度（6）池子个数设每个池子宽B3M，NB/B173/36（7）校核长宽比介于412之间符合要求（8）污泥区的总容积取S05L/PD污泥存留时间T4H342105MSNTVN（9）每个池污泥所需要容积（10）污泥斗容积（11）污泥斗以上梯形部分污泥容积,（12）污泥斗和梯形部分污泥容积（符合要求）（13）池子总高度设缓冲层高度，超高MH053（14）计算草图图33初沉池334曝气池（推流式）341设计参数设计流量Q10000M3/D设2座342设计计算（1）水处理程度计算原污水的BOD5值为250MG/L,经初次沉淀池处理BOD5按降低30考虑，则进入曝气池的污水，其BOD5值为SA250（130）175MG/L计算去除率，设处理水中非溶解性BOD571BXACE75，即处理水中溶解性BOD5值为2575175MG/LE去除率为0990175（2）曝气池的计算按BOD污泥负荷法计算污泥负荷率的确定拟定采用的BOD污泥负荷率为03KGBOD5/KGMLSSD,但为稳妥需要加以校正3。校核公式为式中KZ系数其值在001680028之间，取00185SE经活性污泥处理系统处理后，处理水中残留的有机污染物BOD量对生活污水值为075左右MLVFF计算结果证明,取值是适宜的确定混合液污泥浓度根据已确定的NS值，查表得相应的SVI值为100150，取值120XSVIR106式中R污泥回流比取503QR是考虑污泥在二次沉淀池中停留时间，池深，污泥厚度等因素的有关系数，一般取值12左右代入数值X3333MG/L3300MG/L12056确定曝气池容积式中Q设计流量10000M3/DSA原污水的BOD5值MG/LSA300MG/LX曝气池内混合液悬浮固体浓度MLSSMG/LX3300MG/L确定曝气池各部位尺寸设2组曝气池,每组容积为取池深为H35M,则每组曝气池面积为取池宽B45M,则B/H45/35129，介于之间，符合规定,扩散装置可设在廊道的一侧池长LF/B25253/45561ML/B561/4510，符合规定设单廊道式曝气池,单廊道长,介于之间3,合理取超高05M,则池总高度为H总350540M水力停留时间计算草图图34曝气池（3）曝气系统的计算（鼓风曝气）有关各项参数修正系数，08085取082；修正系数（09097）取095；C混合液溶解氧浓度，取20MG/L；压力修正系数，取10；EA空气扩散器的氧转移效率，取12；平均时需氧量O2AQSRBVXV05015116289KG/D4845KG/H105761075367A活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率，即活性污泥微生物每代谢1KGBOD所需要的氧量，以KG计,查表取A05B活性污泥微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧率，即每KG活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，以KG计，查表取B015SR经活性污泥微生物代谢活动被降解的有机污染物量，以BOD值XV单位曝气池容积内的挥发性悬浮固体MLVSS量KG/M3最大时需氧量每日去除的BOD5值BODR1575KG/D1057去除每千克BOD的需氧量O2116289/1575074KGO2/KGBOD最大需氧量与平均需氧量之比O2MAX/O26095/4845126计算曝气池内平均溶解氧饱和度采用网状模型中微孔空气扩散器，敷设于距池底02M处，淹没水深40M，计算温度为30，查表得水中溶解氧饱和度CS20917MG/LCS30763MG/L空气扩散器出口处的绝对压力PBP98H1013981405PA31051043510空气离开曝气池面时，氧的百分比OT10010018961279AE12079式中CS在大气压力条件下氧的饱和度MG/L,最不利温度条件按30考虑，代入各值得CSB30763874MG/L429618026451计算鼓风曝气池时脱氧清水的需氧量R0202041TTSBCR代入数值R0678KG/H2034127480195829相应的最大时需氧量为R0MAX853KG/H20341274801958296曝气池平均时供氧量GS18833M3/H103AER1023867曝气池最大时供氧量GSMAX23694M3/H102385本系统的空气总用量除采用鼓风曝气外，本系统还采用空气在回流污泥井提升污泥，空气量按回流污泥量的35倍计算，取4倍，污泥回流比R取值50，这样，提升回流污泥所需空气量为8333M3/H24105总需气量23694833332027M3/H45二沉池（竖流式）451设计参数设计进水量Q0116M3/S表面负荷QB范围为1015M3/M2H，取Q10M3/M2H；水力停留时间T18H，采用池数452设计计算（1）中心管尺寸设中心管内流速则每池最大设计流量中心管面积2MAX9703VQFO中心管直径MFD143970喇叭口直径为D1135D13511115反射板直径为D213D11315195M（2）沉淀部分有效断面积F设污水在池内的上升流速为2MAX4317029VQF（3）沉淀池直径和总面积A0974143424FF2M（4）沉淀池有效水深设沉淀时间（5）校核池径水深D/H2735/4541623（符合要求）（6）校核集水槽每米出水堰的过水负荷符合要求，可不另设辐射式集水槽（7）池子圆锥部分有效容积设圆锥底部直径04M，截锥高度为，截锥侧壁倾角为1（8）中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度设废水从间隙流出的速度002/S，一般不大于002/S31VMM03151430291AX3DQH（9）沉淀池总高度设池子保护高度H103,缓冲层高度泥面低,则（10）计算草图图35二沉池36污泥浓缩池361设计参数浓缩池中的污泥总量为11083M3/D混合污泥含水率987浓缩后污泥含水率96污泥浓缩时间T16H贮泥时间T15H362设计计算11计算污泥浓度混合污泥含水率987C1（10987）10313/M3浓缩后污泥含水率962浓缩池面积污泥固体通量查表,取采用单个浓缩池浓缩池直径为取6MAD514323浓缩池有效水深H1TQ0832624校核水力停留时间浓缩池有效体积31897034MAHV污泥在池中停留时间DQT6830符合要求5确定污泥斗尺寸每个泥斗浓缩后的污泥体积DMPQV/023690187312每个贮泥区所需容积3122545V泥斗容积M332124RRHV42160136902式中H4泥斗的垂直高度，H4R1R2TG60069MR1泥斗的上口半径，取10MR2泥斗的下口半径，取06M设池底坡度为005，池底坡降为H5M10260故池底可贮泥容积321254RRV32261343因此，总贮泥容积为323435786MVVW（满足要求）6浓缩池总高度浓缩池的超高H2取030M，缓冲层高度H3取050M则浓缩池的总高度H为30803005006901467M543217浓缩池计算草图图36污泥浓缩池37污泥脱水机房加压过滤是通过对污泥加压，将污泥中的水分挤出，作用于泥饼两侧压力差比真空过滤时大，因此能取得含水率较低的干污泥。此处选用板框压滤机对污泥进行机械脱水，该设备构造简单、推动力大，适用于各种性质的污泥，且形成的滤饼含水率低。板框压滤机的设计主要包括其面积的设计1。过滤压力为0392049MPA,污泥经污泥泵直接压入。371设计参数污泥量Q10784M3/D压滤机的过滤能力L过滤消化污泥时为24KG干污泥/M3/H，取3含水率P96过滤周期为154H372设计计算1过滤机的过滤面积LQPA1029534876M4高程确定41污水厂排水的设计水面标高根据设计资料，该区地势是西北高,东南低。常年主导风向为南风；取污水厂厂址处的地坪标高为00米，相对而言河流最高洪水位01米，最低水位54米，平均水位为48米，地下水位为离地面20米，大于排水沟最高水位，因此污水直接排出即可。42各处理构筑物的高程确定根据各处理构筑物的之间的水头损失，推求其它构筑物的设计水面标高。经过计算各污水处理构筑物的设计水面标高见下表。再根据各处理构筑物的水面标高和其尺寸求出各构筑物地面标高及池底标高。如表41所示表41各污水处理构筑物的设计水面标高及池底标高构筑物名称水面标高M池底标高M构筑物名称水面标高M池底标高M格栅前240280曝气池080270格栅后254294二沉池070911初沉池180284浓缩池0603775总体预算51污水厂项目总投资项目总投资第一部分费用第二部分费用第三部分费用第一部分费用包括建筑工程费，设备、器材、工具等购置费，安装工程费；第二部分费用包括建设单位管理费、征地拆迁费、工程监理费、供电费、设计费、招投标管理费等；第三部分费用包括工程预备费、价格因素预备费、建设期贷款利息、铺底流动资金。第一部分费用可查有关排水工程投资估算、概算指标确定。第二部分费用按实际工程项目内容计算，设计阶段可按第一部分费用的一定百分比计算。根据有关资料统计，排水管渠系统费用按46计，排水泵站和污水处理可按50计。11第三部分费用可按工程各项目实际情况计算，设计阶段也可按第一部分费用的一定百分比计算，工程预备费用按10计，价格因素预备费按5计，贷款利息按贷款当年利息计，铺底流动资金按30计，流动资金按年经营费用的1/4计。项目总投资固定资产投资铺底流动资金固定资产投资固定资产静态投资固定资产动态投资固定资产静态投资建筑工程费用设备器具购置费安装工程费基本预备费其他费用12固定资产动态投资涨价预备费固定资产投资方向调节税建设期利息52污水处理厂年总成本及经营成本估算521第一部分费用第一部分费用用主要是污水厂的主要构筑物投资877222万元522第二部分费用第二部分费用包括建设单位管理费、征地拆迁费14、工程监理费、供电费、设计费、招投标管理费等。根据有关资料统计，按第一部分费用的50计。87722250438611（万元）523第三部分费用第三部分费用包括工程预备费、价格因素预备费、建设期贷款利息、铺底流动资金。工程预备费按第一部分费用的10计，则8772221087722（万元）价格因素预备费按第一部分费用的5计，则877222543861（万元）贷款期利息、铺底流动资金按第一部分费用的20计，则87722220175445（万元）综上，第三部分费用合计为8772243861175445307058（万元）524工程项目总投资工程项目总投资合计为第一部分费用第二部分费用第三部分费用即8772224386113070581622861（万元）53污水厂处理成本估算污水处理厂成本通常包括工资福利、电费、药剂费、折旧费、检修维修费、行政管理费以及污泥综合利用收入等项费用15。531药剂费W36510Q（AB）16II式中Q平均日污水量（M/日）；3A第I种化学药剂的平均加注量（MG/L）；IB第I种化学药剂的单价（元/T）则W3651010000（10600）2190（万元/年）16532动力费（电费）W8760NE/K2式中N水泵、鼓风机等设备的电动功率之和（不包括备用设备的功率），KWE电费单价，元/KWHK污水量总变化系数。W8760（6470）2222552462152222032112045/146876022011045/14644841万元/年533工资福利费WAM3式中A职工每人每年工资及福利费，元/年M职工定员，人，取34W2000034