水污染控制工程课程设计-某开发区污水处理厂设计.doc

中南林业科技大学水污染控制工程课程设计 设 计 题 目 某开发区污水处理厂设计 学生姓名 战扬 2015年 7月 10 日1目录摘要1第一章 设计说明部分.2第一节 工程概况2第二节 污水厂设计规模与标准2 第二章 污水厂的设计与计算.4第一节 一级处理4 一 格栅.4二 沉砂池.6第二节 二级处理活性污泥法9 一 a2/o法.9 二 二次沉淀池19 三 消毒池21 四 计量堰22第三节 污泥处理.24 一 污泥浓缩池24 二 贮泥池26第四节 高程计算.27 一 污水部分高程计算27 二 污泥部分高程计算30第五节 污水泵站计算.31参考文献.34摘要：污水处理是现代社会可持续发展的一个重要组成部分，对防治、减少或根除水污染发挥了积极的作用文章以某小区生活污水处理为例，通过分析比较，选择a2/o处理工艺开展设计，并运用生物法进行脱氮除磷通过去除率预测分析得知，该处理工艺适应能力强、耐冲击负荷，具有良好的处理效果关键词:a2/o处理工艺，脱氮除磷，生活污水处理（传统活性污泥法是应用最早的工艺，它去除有机物的效率很高，在处理过程中产生的污泥厌氧消化方式进行稳定处理，对消除污水和污泥的污染很有效，而且能耗和运行费用都较低近年来，水体富营养化的危害愈来愈严重，去除n、p常被列入了污水处理的指标，于是出现了活性污泥法的改进型a2/o法a2/o法是厌氧缺氧好氧生物脱氮除磷工艺。文章结合小区生活污水的特点，介绍了a2/o生物处理工艺和生物脱氮除磷方法在本小区处理工艺中的具体应用）第一章 设计说明部分第一节 工程概况北方某沿海城市某开发区污水处理厂最终预算处理规模为90000t/d,一期规模为30000t/d。根据开发区发展情况，以30000t/d为基础逐批扩建。污水处理厂出水排入海洋。该城市现有人口二百余万，年平均气温11，最高气温30，最低气温-20，年降雨量1350mm，主导风向为东南风，地下水位位于地表下7m，土壤类型为亚粘土。 第二节 污水厂设计规模与标准（1）工程规模：设计人口：200万人，设计水量为30000t/d,污水量变化系数：k总1.49（2）进水水质：codcr=450mg/l；bod5=250mg/l；ss=200 mg/l；tn=40 mg/l；（3） 出水水质出水水质执行城镇污水处理厂污染物排放标准 （gb18918-2002）一级b标准 第二章 污水厂的设计与计算 第一节 一级处理 一 格栅（一）污水处理构筑物已知该城市污水处理厂的最大设计污水量qmax=487.5(l/s),即按日处理水量设计，总变化系数为kz=1.3。1. 格栅：污水厂的污水是由一根1200的管从城区直接接入格栅间的。格栅前水深h=0.80m，过栅流速v=0.9m/s，栅条间隙宽度b=20mm，格栅倾角 70度，栅槽总宽度为2.42m,栅渣量为0.05/1000。 栅条的间隙数由污水管网水力计算结果可知管网末端水深h=1.20.750.9米，设栅前水深h=0.85米，过栅流速v=0.9米/秒，栅条间隙宽度b=0.02米，格栅倾角=70o。 图1-1格栅计算简图n=26个 栅槽宽度设栅条宽度s=0.01mb=s(n-1)+bn=0.01(26-1)+0.0226=0.77米采用两台机械格栅机，每台宽0.385米。 进水渠道渐宽部分的长度设进水渠宽b1=0.4米，其渐宽部分展开角度 1=20o(进水渠道内的流速为1.09米/秒)l1= =0.51米 栅槽与出水渠道连接处的溅窄部分长度（米）l2=0.255米 通过格栅的水头损失设栅条断面为锐边矩形断面h1=()4/3v2/g sink=2.42(0.01/0.02)4/3sin70o3=0.112米 栅后槽总高度设栅前渠道超高h2=0.3米h=h+h1+h2=0.80+0.112+0.3=1.21米 栅槽总长度l=l1+l2+0.5+1.0+ =0.51+0.255+0.5+1.0+=2.625米 每日栅渣量在格栅间隙20毫米的情况下，设栅渣量为每1000米3污水产0.05米3w=qd =1.62米3/日0.2米3/日宜采用机械清渣。 二 沉砂池平流式沉砂池是具有构造简单、处理效果较好的优点。一般比较常用。曝气沉砂池是在池的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流垂直的横向横速流。曝气沉砂池的优点是通过调节曝气量，调节旋流速度，使除砂效率稳定。考虑各方面因素采用平流沉砂池。（一）平流沉砂池设计数据的一般规定：1最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s；2最大流量时停留时间不小于30s，一般采用3060s；3有效水深应不大于1.2m，一般采用0.251m，每格宽度不宜小于0.6m；4进水头部应采取消能和整流措施；5池底坡度一般为0.010.02，当设置除砂设备时，可根据设备要求考虑池底形状。(二) 计算1池子长度设=0.25m/s（0.15 0.3m/s）,t=40sl=t=0.2540=10m2水流断面面积a=1.95m23池总宽度设n=4格，每格宽b=1.5m（每格宽不宜小于0.6m）b=nb=41.5=6.0m4有效水深h2=a/b=1.95/6=0.325m5沉砂室所需容积设t=2日v=1.944m36每个沉砂斗容积（一个格有一个沉砂斗）v1=0.486m37沉砂斗各部分尺寸及容积设斗底宽a1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为600，=1.15m 沉砂斗上口宽：a=+a=1.83m沉砂斗容积：v0=（f1 +f2+）=1.15(1.832+0.52+1.830.5)=1.73m3v0v=1.23 (满足要求)8沉砂室高度：采用重力排砂，设池子坡度=0.01，坡向砂斗。h3= + il=1.15+0.01（10-1.83）=1.23m9池总高度设超高h1=0.3mh=h1+h2+h3=0.3+0.325+1.23=1.855m10验算最小流速在最小流量时，只用2格工作（n1=2）vmin=0.30m/s0.15m/s（符合要求）计算简图见下页： 图1-2平流式沉砂池 第二节 二级处理活性污泥法 一 a2/o法 1. a2/o工艺 a2/o脱氮除磷工艺（即厌氧缺氧好氧活性污泥法，亦称aao工艺），它是在ap/o除磷工艺上增设了一个缺氧池，并将好氧池出流的部分混合液回流至缺氧池，具有同步脱氮除磷功能。 2. 污水的cod处理程度计算： e 1= 式中：e1cod的处理程度，% c进水的cod浓度，mg/ l, ce 处理后污水排放的cod浓度，mg/l 则e1=93%污水的bod5处理程度计算：e2=式中：e2bod5的处理程度。%l进水的bod 5浓度，mg/l le处理后污水排放的ss浓度，mg/l 则e2=97.6 污水的ss处理程度计算： e3= 式中: e3ss的处理程度， c进水的ss浓度，mg/l ce处理后污水排放的ss浓度，mg/l 则e3=97.5 污水的氨氮处理程度计算： e4= 式中：e4氨氮的处理程度， c进水的氨氮浓度，mg/l ce处理后污水排放的氨氮浓度，mg/l 则e4=66.7污水的磷酸盐处理程度计算： e5= 式中：e5磷酸盐的处理程度，% c进水的磷酸盐浓度，mg/l ce处理后污水排放的磷酸盐浓度，mg/l 则e5=66.7% 本设计中选用a2/o工艺，取两组池子，则每组的设计流量为0.509m3/s，污水经过一级处理后会处理掉一部分的悬浮物（ss）和bod5，而氮磷按不变计算。处理厂的处理效果处理级别处理方法主要工艺处理效果（）ssbod5一级沉淀法沉淀（自然沉淀）40552030二级生物膜法初次沉淀、生物膜反应、二次沉淀60906590活性污泥法初次沉淀、活性污泥反应、二次沉淀70906595设计中取一级处理效果为：ss=40%，bod5=20%则，进入曝气池中污水的bod5浓度： ss=ss（1-20%）=420（1-20%）=336mg/l 进入曝气池污水的ss浓度： ls= ls（1-40%）=400（1-40%）=240 mg/l 厌氧池计算厌氧池容积： v=60qt v厌氧池容积，m3 t 厌氧池水力停留时间，设计中取t=0.75h=45min v=600.50945=1374.3 m3厌氧池尺寸计算： 厌氧池面积：设计中取厌氧池有效水深为h=3.0m， a=458.1m2 厌氧池尺寸为：长宽=2320 厌氧池实际面积为：2320=460 m2 设计中取厌氧池的超高为0.3m,则池总高为h=h+0.3=3.0+0.3=3.3m污泥回流量计算： 设计中取污泥回流量比为r=80%，则 q1=rq=0.81.18=0.944 m3/s=81561.6 m3/d 缺氧池计算缺氧区有效容积： 反硝化区脱氮量：w=q（n0nc）0.124yq（s0sc） =25.50.120.6329.28 =69.165kg/d缺氧区有效容积：v2= 式中vdn反硝化速率，设计中取vdn=0.025kgno3n/（kgmlssd），x=3000 mg/l则，v2=922.2 m3缺氧池尺寸计算缺氧池面积：设计中取缺氧池有效水深为h=3.0m a=307.4 m2缺氧池尺寸为：长宽=3110缺氧池实际面积为：3110=310 m2 设计中取缺氧池的超高为0.3m，则 池总高为h=h+0.3=3.0+0.3=3.3m污泥回流量计算： 设计中取内回流比为r=300%，则 q2=rq=31.18=3.54 m3/s=305856 m3/d 好氧池计算内源呼吸系数：kdt=kd20（t）t20 式中kdt内源呼吸系数，d-1 kd2020时，内源呼吸系数，d-1， 一般取0.04 0.075 t温度系数，一般取1.021.06设计中取kd20=0.06，t=1.04，假设全年平均气温t=8时， kdt=0.06（1.04）820=0.037出水计算： 设计中取bod5的去除率为98%，氨氮的去除率为85%，磷的去除率为85%，则： se=ss（198%）=336（198%）=6.72 mg/l， 去除的bod5的浓度为：st=3366.72=329.28 mg/l ne=ns（185%）=300.2=4.5 mg/l 去除的氨氮的浓度为：nt=304.5=25.5 mg/l pe=p0（185%）=30.15=0.45 mg/l 去除的磷的浓度为：pt=30.45=2.55 mg/l污泥龄计算： qc= 设计中取y=0.6，x=3000 mg/l 则，qc= =9.2天，取10天好氧区有效容积： v1=18555 m3好氧池尺寸计算： 好氧池面积：设计中取好氧池有效水深为h=4.0m a=4639 m2好氧池尺寸为：长宽=9052好氧池实际面积为：9052=4680 m2设计中取好氧池的超高为0.3m，则 池总高为h=h+0.3=4.0+0.3=4.3m污泥回流量计算：设计中取污泥回流比为r=80%，则 q1=rq=0.81.18=0.944 m3/s=81561.6 m3/d 设计参数的较核水力停留时间较核： t=11.5h（大于8h小于15h，符合要求）bod污泥负荷率： ns=0.38kgbod5/(kgmlvssd) （介于0.3 0.5之间，符合要求） 剩余污泥量计算 w=11133kg/d 湿污泥量：设污泥含水率为p=99.3% qt=1590.4 m3/d 需氧量计算设生物污泥中大约有12.4%的氮，用于细胞的合成，则每天用于合成的总氮为：0.12411133=1380 kg/d，即tn中有=17.88 mg/l用于合成细胞。按最不利情况，设出水中no3n量和nh3n量各为4mg/l，则 需要氧化的nh3n量为：3017.884=8.12 mg/l； 需要还原的no3n量为：8.124=4.12 mg/l； 需氧量（同时去除bod和脱氮）计算：设计中取k=0.23，f=0.7，则平均需氧量为： r=q1.42wf+4.6qnt0.56 wf2.6qno3 =772001.42111330.7+4.6772000.56111330.72.677200 =4901.78 kg/d=204.2 kg/h 最大需氧量为： r=q1.42 wf+4.6qnr0.56 wf2.6 qno3 =772001.321.42111330.7+4.6772001.320.56111330.72.6772001.32 =6128 kg/d=255 kg/h 供气量供气量计算： 采用鼓风曝气，微孔曝气器，曝气器敷设于池底0.2m处，淹没深度为h=40.2=3.8m，氧转移效率ea=18%，计算最不利温度为t=30。空气扩散器出口处的绝对压力计算： ph=1.013105+9800h=1.013105+98003.8=1.3854105pa 空气离开好氧反应池池面时，氧的百分数为： t=100% =100%=17.9% 好氧反应池中平均溶解氧饱和度计算（按最不利的温度考虑）：csb(30)=cs(30)（） 式中csb(30)标准大气压下，30时清水中的饱和溶解氧浓度，mg/l，查表得cs(30)=7.63 mg/l csb(30)=7.63（）=8.47 mg/l 标准需氧量（换算为20时的脱氧清水的充氧量）： r0= 式中cs(20)标准大气压下，20时清水中的饱和溶解氧浓度，mg/l，查表得cs(20)=9.17 mg/l cs(t)标准大气压下，t时清水中的饱和溶解氧浓度，mg/l c曝气池内溶解氧浓度，mg/l 污水传氧速率与清水传速率之比，一般采用0.50.95 污水中饱和溶解氧与清水中饱和溶解氧浓度值比，一般采用0.900.97 压力修正系数 设计中取=0.9，=0.95，c=2 mg/l，=1.0 r0=710.6kg/h 最大标准需氧量： r0=888.4 kg/h 最大标准需氧量与标准需氧量之比： =1.25好氧反应池供气量计算： 平均时供气量为：gs=13159.3m3/h 最大时供气量为：gs=16451.9 m3/h曝气机数量计算（以单组反应池计算）： 本设计中选择鼓风微孔曝气器，按供氧能力计算所需要的曝气机数量，计算公式为：h= 式中qc曝气器标准状态下，与好氧反应池工作条件接近时的供氧能力kgo2/(h个) 设计中采用鼓风曝气，微孔曝气器，参照给水排水设计手册常用设备可知：每个曝气头通气量按13m3(h个)时，服务面积为0.30.75m2/个，曝气器氧利用率为ea=18%，充氧能力为qc=0.14kgo2/(h个)，则 n=3173个以微孔曝气器服务面积进行较核：f=0.37m2 （在0.30.75m2/个之间，符合要求） 鼓风微孔曝气器空气管路计算干管的供气量为16451.9m3/h=4.57m3/s；设流速为：v=12m/s 管径：d=0.69m，（取干管管径为dn700mm）二 二次沉淀池1.沉淀部分水面面积 设表面负荷q=1.2m3/m2h，a=1462.5m22.池子直径，共设四个池子，则 a1=365.6m2 d=21.58m（取d=22m）3.沉淀部分有效水深设t=2.2h，h2= qt=1.22.2=2.64m4.出水堰负荷 q=1.76l/(sm)5.污泥部分所需要的容积 采用机械吸泥机，贮泥时间按2h计算，则 v=224.4m36.圆锥体污泥斗容积设池底径向坡度为0.05，设r=1.30m，则 hs=(r-r)0.05=(11-1.3)0.05=0.485m v1=(r2+rr+r2)- r2hs =(112+111.3+1.32)-3.141.320.485 =66.96m3还需要一段柱体装泥，设其高为h4，则 v2=v- v1=224.4-66.96=157.44 m3 h4=0.41m7.沉淀池总高度设h1=0.3m，则 h=0.3+2.64+0.5+0.485+0.41=4.335m8.沉淀池池边高度 h=0.3+2.64+0.5+0.41=3.85m9.径深比 d/h2=22/2.64=8.33（在612之间，符合要求） 计算简图见下页： 三 消毒池1. 加氯量确定：本工程无实测资料，设投氯量为8mg/l,则加氯量为污水的二级处理加氯消毒一般采用季节性加氯，在夏季污水污染严重时加氯消毒。本工程选用zj-1型转子加氯机两台，加氯量为545公斤/时。缕库共存氯15天，需要30个氯瓶。另外设一个专用水池为氯瓶降温和安全之用。采用回转式隔板接触反应池。2.设计参数水力停留时间：t=30min，平均水深：h=3.0m，隔板间距：b=1.6m，池底坡度：2%3%。3.设计计算（1）接触池容积为： v=qt=0.48753060=877.5m3（2）水流速度： =0.1m/s（3）表面积： f=292.5m2 （4）廊道总宽：隔板数采用10个，则廊道总宽为：b=11b=111.6=17.6m。（5）水头损失，取0.3m（6）接触池长度： l=16.6m。图1-7接触池计算简图四 计量堰计量设备选择和布置的一般原则如下：测量污水或是污泥的装置应该是水头损失小、精度高、操作简便，并且不易沉积杂物的。分流制污水处理厂计量设备一般设在沉砂池后、初沉池前的渠道上，或设在污水厂的总出水管道上。如有条件，应对各主要构筑物的进水分别计量。测量原水或污泥的装置，宜采用不易发生沉淀的设备，如咽喉式计量槽、电磁流量计、文氏管、超声流量计等，其中以咽喉式计量槽应用最为广泛。对二级处理出水的计量，除上述设备外，也可采用各种型式的溢流堰进行测量。咽喉式计量槽以巴式槽最常用，本设计就采用巴式计量槽。这种计量设备的优点是水头损失小，不易发生沉淀，精确度可达95%98%。它的缺点是施工技术要求高，尺寸如不精确，即影响测量精度。矩形堰流量q=取0.45，h为堰顶水深，b为堰宽；q=487.5l/s，查表得：（测量范围取0.251.800m3/s） w=0.90 q=2.152h11.566从而得h1=0.69m；b=0.5w+1.2=0.50.9+1.2=1.65m; l;d=1.2w+0.48=1.20.9+0.48=1.56; c=w+0.3=0.9+0.3=1.2使其为自由流，=0.48m简图如下： 图1-8巴氏计量堰各部分尺寸第三节 污泥处理一 污泥浓缩池由于污泥中含有大量的水分，因此在污泥处理前需要浓缩，降低含水率，以减少处理体积及处理成本。在具有一定规模的污水处理厂中常用的污泥浓缩方法主要有重力浓缩和溶气气浮浓缩两种。本次设计采用辐流式重力浓缩池（一座）。1.浓缩污泥量的计算确定：由二级生物处理工艺可知，厌氧池、好氧池、缺氧池各设两个，剩余污泥量为1590.4kg/d，=1590.46=9542.4kg/d含水率p1=99%，污泥浓度=10g/l,浓缩后污泥浓度为30g/l,含水率p2=97%2.浓缩池直径采用带有竖向栅条污泥浓缩机的辐流式重力沉淀池，浓缩污泥固体通量m取30kg/d,浓缩池面积： a=318.08m2采用一个污泥浓缩池，则浓缩池直径：d=20.1m3.浓缩池高度的计算：取污泥浓缩时间t=24h,则浓缩池工作部分高度h为：h=3.3m超高取0.30m缓冲层高度取0.30m浓缩池总高度 h= 3.9m4.浓缩后污泥体积 v=318m3其中：q=954.245.排泥斗体积的计算： 取； 0.89m =52.7m=2.91 m m二 贮泥池1.贮泥时间按t=12h考虑设有两个贮泥池，每个设计进泥量为qw=279/2=139.5m3/d,v=qwt=106.75m3 2.斗部容积将贮泥池设为正方形取斗底边l=1m，池边长l=6m，=500h3=（3-0.5）tg500 =3.0m取保护高度为1.2m，则斗内有效容积为：v0=1.8（2.42+62+）=33.7m33.斗上容积及高度v1=v-v0=106.75-33.7=73.05 m3h2=2.03m4.贮泥池总高度 设超高h1=1.00m h= h1+h2+h3=1.00+2.03+3.0=6.03m图18 贮泥池计算简图第四节 高程计算一 污水部分高程计算河边水位：56m跌水为：0.3m跌水井水位：56.3m出水厂管总损失：0.00069163.6(1+0.3)=0.20m (d=1200mm,v=1.061m/s,1000i=0.969)计量堰下游水位：56.50m计量堰堰上水头：0.20m自由跌水：0.10合计：0.30m计量堰上游水位：56.80m接触池出水管总损失：0.0006911.02(1+0.3)=0.01 (d=1200mm,v=1.061m/s,1000i=0.969)接触池出水口的损失：0.15m合计：0.16m接触池水位：56.96m接触池进水口的损失：0.10m接触池到二沉池集配水井的损失：0.00096945(1+0.3)=0.05(d=1200mm,v=1.061m/s,1000i=0.969)二沉池配水井出水口的损失：0.15m合计：0.30m配水井外井水位：57.26m二沉池集配水井进水口的损失：0.1m二沉池出水总渠的损失：0.0023716.60=0.04 (d=600mm,v=1.06m/s,1000i=2.37)合计：0.14m二沉池出水总渠起端水位与其集水槽水位相同，其水位：57.40m二沉池水槽堰上水头：0.20m自由跌水：0.15m合计：0.35m二沉池水位：57.75m二沉池进水头部损失：0.15m二沉池进水管总损失：0.0023726.60(1+0.3)=0.08二沉池集配水井内井出口损失：0.1m合计：0.33m二沉池集配水井内井水位：58.08m二沉池集配水井内井进口损失：0.1m二沉池集配水井至a2o集配水井的损失：0.000648150.121.3=0.13m (d=1300mm,v=0.904m/s,1000i=0.648)a2o配水井外井出水口损失：0.15m合计：0.38ma2o配水井水位：58.46ma2o配水井外井进水口损失：0.10ma2o出水总渠的损失：0.001171.38(1+0.3)=0.10m (d=700m,v=0.78m/s,1000i=1.10)合计：0.20ma2o集水槽水位：58.66ma2o集水槽堰上水头：0.30m自由跌水：0.15m合计：0.45ma2o水位：59.11ma2o进水口损失：0.15ma2o进水管损失：0.0023714.45(1+0.3)=0.04m (d=600mm,v=1.06m/s,1000i=2.37)a2o集配水井内井出口损失：0.10m合计：0.29ma2o集配水井内井水位：59.40ma2o集配水井内井进口损失：0.1ma2o集配水井至沉砂池集配水井的损失：0.000969150.371.3=0.13m (d=1200mm,v=1.061m/s,1000i=0.969)平流沉砂池的出水堰水位：60.59m平流沉砂池的出水堰堰上水头：0.1m自由跌水：0.15m合计：0.25m平流沉砂池水位：60.84m平流沉砂池配水口损失：0.10m平流沉砂池配水口水位：60.94m二 污泥部分高程计算污泥处理流程的高程计算从a2o开始。a2o排出的污泥，其含水率为97%。a2o至a2o污泥泵房再到贮泥池，管长152.04m,管径300。污泥在管内 呈重力流，流速1.37m/s, 1000i=9.65,按下式求得水头损失为：二沉池污泥经浓缩池进入污泥控制室，然后进行处理。根据处理构筑物结构尺寸和埋深可确定泥区构筑物的高程：贮泥池的水位：58.88m浓缩池的水位：60.00m第五节 污水泵站计算1.集水间的计算选择集水池与机器间合建的方形泵站，用6台水泵（其中两台备用），每台水泵的流量为1023.7/4=300.93l /s，取310 l/s积水池容积采用相当于一台水泵5分钟的容量：w=0.31560=93m3有效水深采用h=2m,则集水池面积为f=93/2.0=46.52.水泵总扬程估算积水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差为：60.94（52.191.200.750.1122.0）=9.96m出水管线水头损失：每一台泵单用一个出水管，其流量q=310l/s,选用管径为500mm的铸铁管，查表得：v=1.52m/s;1000i=6.11；设管总长12.82m,取15m,设出水管中心埋深1.1m，局部损失为沿程损失的30%，则泵站外管线水头损失为：150.00611(1+0.3)=0.12m泵站内的管线水头损失假设为1.5m，考虑自由水头为1.0m。 则水头总扬程为：h=9.96+0.12+1.5+1.0=12.58m,取13m;选用6台（s35016a）型单级双吸卧式离心泵，每台q=240350l/s,h=1