环境工程学课程设计.docx

湖南农业大学资源环境学院课程设计说明书 课程名称： 环境工程学 题目名称： 水污染控制工程课程设计任务书 班 级：2010级 环境科学 专业 一 班姓 名： 姚倩钰 学 号： 201040463129 指导教师： 颜智勇 评定成绩：教师评语： 指导老师签名： 2013 年 月 日 目录第一篇 设计任务及原始资料3第一章 设计任务3第二章 基本资料3第二篇 设计说明5第一章 污水处理工艺流程说明5第二章 处理构筑物设计6第一节 格栅和泵房 7第二节 沉砂池 10第三节 格活性污泥法 11第四节 曝气系统设计计算 13第五节 二沉池15第三章 污水处理辅助构筑物设计18第四章 污水处理厂平面布局设计18第五章 污水处理厂高程布局设计18第一篇 设计任务及原始资料第一章 设计任务一.设计题目： 长沙市某污水处理厂工艺设计二课程设计的目的： 本课程设计是水污染控制工程课程系统教学的重要环节之一，要求综合运用所学的有关专业基础、专业、工程知识，在设计中学习、巩固和提高工程设计理论与解决实际问题的能力。通过本课程设计的训练，使学生具备独立进行城市污水和工业废水处理厂的工艺优选和技术设计基本能力，初步具备编制工程设计文件，加强学生对水污染控制工程的综合理解和实际应用能力。三.设计任务： 根据所给基础资料，进行城市污水处理厂的方案设计，要求确定污水处理流程、计算各处理构筑物的尺寸、绘制污水处理厂总平面图、高程图，并附详细的设计说明书和计算书。综合运用所学有关知识，在设计中掌握解决实际工程问题的能力，并进一步巩固和提高理论知识。采用以学生自主完成为主，教师予以启发性辅导的方法。四.设计内容及要求1.设计说明书 说明城市概况、设计任务、工程规模、水质水量、工艺流程、设计参数、主要构筑物的尺寸和个数、主要设备和辅助设备的型号和数量、处理构筑物平面布置及高程计算、参考资料、；说明书应简明扼要、力求多用草图、表格说明，要求文字通顺、段落分明、字迹工整。2.设计计算书各构筑物的计算、主要设备（如水泵、鼓风机等）的选取、污水处理厂的高程计算等（各构筑物内部的水头损失查阅课本或手册，构筑物之间的水头损失按管道长度计算）；3.设计图纸 污水处理厂总平面布置图、高程布置图。总平面布置图中应表示各构筑物的确切位置、外形尺寸、相互距离；其它辅助建筑物的位置、厂区道路、绿化布置等；污水污泥处理高程中标出各种构筑物的顶、底、水面以及重要构件的设计标高、地面标高等。第二章 基本资料1. 城市概况目前，长沙市每日污水排放总量约85万吨，其中集中处理32万吨（第一污水处理厂18万吨；第二污水处理厂14万吨），处理率约为37%，距离国家和长沙市2010年城市污水治理率不低于70%的要求和目的还有相当差距。湖南省、长沙市各级政府对城市基础设施建设和环境保护问题极为重视。为了解决长沙市唯一的供水水源湘江水质受污染的问题，改变一、二污水厂目前污水处理紧张的局面，改善市容景观和城市环境，促进经济和环境的持续、协调发展，长沙市政府拟建某污水处理厂工程。该污水处理厂项目范围包括长善垸纳污区和厂区范围，其中纳污区汇水范围为西至车站路、东北至浏阳河，东南至圭塘河，南至石坝路，跨芙蓉区和雨花区两区，汇水面积18.89km。厂区占地和泵站占地为162.45亩。其中厂区占地面积150.45亩，位于芙蓉区东岸乡西龙村，泵站占地面积12亩，位于芙蓉区，为长沙市城市建设用地。管网占地为临时占地，共246.8亩，涉及长沙市2个区5个乡（街道办事处）15个村，包括芙蓉区的东岸乡、马王堆街道办事处、东屯渡街道办事处、火星街办事处和雨花区的高桥街道办事处。2. 自然特征该城区属北亚热带季风湿润气候区，常年气候适宜，四季分明，热量充足，雨水集中，春温多变，严寒期短，暑热期长。年平均气温16.917.2，年均日照时间1771.0h，平均相对湿度78%。年均降雨量为1229.7mm，月降雨量最大多出现在四、五、六月，最小出现在九、十月。年均蒸发量为754.3mm，月蒸发量最大多出现在七、八月，最小出现在一、二月。年主导风向为西北风，夏季为东南风，年平均风速2.9m/s，无霜期281d。区内地势平坦，地形南高北低。厂区越过了浏阳河，位于长善垸纳污区东北侧芙蓉区东岸乡的西龙村，地形平缓，起伏不大。3. 规划资料该区域近期规划人口20万，远期规划人口45万。该城区将建设各种完备的市政设施，其中排水系统采用完全分流制体系。工业污水量近期为6X104m3/d，远期达12X104m3/d，工业污水的时变化系数为1.2，污水性质与生活污水类似。生活污水和工业污水混合后的水质预计为：BOD5=100mg/L，SS=250 mg/L，COD=250 mg/L，NH3N=30 mg/L，TP=3 mg/L；要求出水水质达到国家污水综合排放一级标准（GB89781996）。但本设计中不考虑脱氮除磷。污水处理厂的污水进水总管管径为DN800DN1200，进水泵房处沟底标高设为30.0m。初沉污泥和二沉池剩余污泥经浓缩脱水后外运填埋处置。4.设计依据进水水质及处理水量； 中华人民共和国污水综合排放标准（GB8978-1996）中华人民共和国室外排水设计规范（GBJ14-87）中华人民共和国建筑结构设计标准（BGJ9-89）中华人民共和国给排水工程结构设计规范（GBJ69-84）中华人民共和国给水排水设计手册5设计原则严格执行国家环境保护有关规定，废水处理工艺首先要保证出水水质指标达到并优于排放标准。采用先进、合理、成熟可靠的处理工艺，具有显著的环境效益、经济效益和社会效益。工艺设计与设备造型能够在生产运行过程中具有较大的灵活性和调节余地，能适应水质、水量的变化，确保出水水质稳定，达标排放。在运行过程中，便于操作管理，节省动力消耗和运行费用。处理系统自动化程度高，若自动出现保障，可切换手动操作。第二篇 设计说明第一章 污水处理工艺流程说明1污水处理工艺流程处理厂的工艺流程是指在到达所要求的处理程度的前提下，污水处理个单元的有机结合，构筑物的选型则是指处理构筑物形式的选择，两者是互有联系，互为影响的。水体有一定的自净能力，可根据水体自净能力来确定污水处理程度。设计中既要充分利用水体的自净能力，又要防止水体遭到污染，破坏水体的正常使用价值，采用何种处理流程还要根据污水的水质和水量，回收其中有用物质的可能性和经济性，排放水体的具体规定，并通过调查研究和经济比较后决定，必要时还应当进行科学论证。城市生活污水一般以BOD物质为其主要去除对象，因此，处理流程的核心是二级生物处理法活性污泥法为主。生活污水和工业废水中的污染物质是多种多样的，不能预期只用一种方法就能把所有的污染物质去除干净，一种污水往往需要通过由几种方法组成的处理系统，才能达到处理要求的程度。按处理程度分，污水处理可分为一级、二级和三级。一级处理的内容是去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，经过一级处理后，污水中的BOD只去除30 %左右，仍不能排放，还必须进行二级处理。二级处理的主要任务是大量去除污水中呈胶体和溶解性的有机污染物质（BOD），去除率可达97%以上，去除后的BOD含量可降低到20-30 mg/l.一般，经过二级处理后，污水已具备排放水体的标准了。一级和二级处理法是城市污水经常采用的，属于常规处理方法。当对处理过的污水有特殊的要求时，才继续进行三级处理。 具体的流程为：污水进入水厂，经过格栅至集水间，由水泵提升到平流沉砂池经，经初沉池沉淀后，大约可去除SS45%，BOD25%。（其中初沉池可不做设计）污水进入曝气池中曝气，采用传统活性污泥法，在二次沉淀池中，活性污泥沉淀后，回流至污泥泵房。二沉池出水经加氯处理后，排入水体。2.污泥处理工艺流程污泥处理按污泥来源及性质确定，本课程设计选用浓缩-厌氧消化-机械脱水工艺处理，但不做设计。格栅沉砂池初沉池曝气池二沉池接触池计量槽浓缩池贮泥池厌氧消化脱水机房污泥泵房泥饼外运污泥出水回流污泥剩余污泥剩余污泥鼓风机房加氯进水第二章 处理构筑物设计1.构筑物选择格栅栅条的净间隙，可分为粗格栅(50一100mm)、中格栅(1040mm)、细格栅(310mm)3种, 格栅是物理处理的重要构筑物，故新设计的污水处理厂一般采用粗、中两道格栅，甚至采用粗、中、细3道格栅。本次采用21mm中格栅。常用的沉砂池有平流沉炒池、曝气沉砂池、多尔沉砂他和钟式沉砂池等。沉砂池的功能是去除比重较大的无机颗粒(如泥砂，煤渣等，它们的相对密度约为265）。平流沉砂池由入流渠、出流渠、闸板、水流部分及沉砂斗组成，它具有截留无机颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沉砂较方便等优点。本次采用平流沉砂池。 空气扩散装置习称曝气装置，是活性污泥系统重要的设备之一。当前广泛用于活性污泥系统的空气扩散装置分为鼓风曝气相机械曝气两大类。空气扩散装置在曝气池内的主要作用是：(1)充氧，将空气中的氧(或纯氧)转移到混合掖中的活性污泥絮凝体上呼吸之需。(2)搅拌、混合，使曝气池内的混合液处在剧烈的混合状态，使活性污泥、溶解氧、污水中的有机污染物二考充分接触。同时，也起到防止活性污在曝气池内沉淀的作用。本次采用鼓风曝气系统。鼓风曝气系统由空压机、空气扩散装置和系列连通的管道所组成。空压机将空气通过系列管道输送到安装在曝气他底部的空气扩散装置，经过扩散装置，使空气形成不同尺寸的气泡。气泡在扩散装置出口处形成，尺寸则取决于空气扩散装置的形式，气泡经过上升和随水循环流功，最后在液面处破裂，在这一过程个产生氧向混合液中转移的作用。2. 污水处理构筑物的主要设计参数第一节格栅和泵房（一） 污水总量的计算1 生活污水 参照给水排水设计手册（第五册，城镇排水第二版）表14居民综合污水排放量标准并结合本地实际情况，取本地居民每日排放污水量q=250L/d本区近期居民为20万，则：Q1=201042501000=5104m3d本区远期居民为45万，则：Q2=451042501000=11.25104m3d2工业用水根据设计任务书可知：本区近期工业排放污水量：Q3=6104m3d本区远期工业排放污水量：Q4=12104m3d3总量计算近期污水排放总量为：Q5=Q1+Q31.2=(5+6)1041.2=13.2104m3d远期污水排放总量为：Q6=Q2+Q41.2=(9+12)1041.2=27.9104m3d通常设计污水处理厂远期处理量是近期污水处理量的两杯，综合考虑近期和远期的处理水量，取近期的设计处理水量QP1=14104m3d, 远期的设计处理水量QP2=28104m3d。（二） 格栅城市排水系统为暗管系统，且有中途泵站，仅在泵前格栅间设计中格栅，主要是对水泵起保护作用。为减少栅渣量，格栅栅条间隙拟采用21mm。断面形状选取进水、背水面采用均为半圆形的矩形。1栅前水深的确定 取进水渠水流速度V1=0.9m/s根据最优水力公式：h=B2=2QmaxV2=20.80.92=0.67m2栅条间隙数 设计参数：栅条间隙e=21mm，栅前水深h=0.67m，过栅流速Vx=0.8m/s，安装倾角为60。n=QmaxsineHVx=0.8sin600.0210.670.8=673格栅槽的宽度 设格栅槽采用10圆钢为栅条，即S=0.01m，则B=Sn-1+bn=0.0167-1+0.02167=2.067m4格栅前后渠高低差由于栅条断面形状为锐边矩形，查水污染控制工程表10-2知=2.42，一般取K=3取进水管流速为V=0.7m/s通过格栅的水头损失h1h1=(sb)43v22gsin=32.42(0.010.021)430.9229.81sin60=0.097m5 栅后槽总高度栅前渠道超高一般取h2=0.3mH=h+h1+h2=0.097+0.67+0.3=2.067m6格栅总建筑长度进水渠道渐宽部位的展开角度，一般为20；格栅前的渠道深度H1=h+h2=0.67+0.3=0.97mL=l1+l2+1.0+0.5+H1tan=B-B12tan+B-B14tan+1.0+0.5+h+h2tan60=2.067-1.332tan+2.067-1.334tan+1.0+0.5+0.67+0.3tan60=1.01+0.505+1.5+0.56=3.575m7每日栅渣量由于采用中格栅，所以栅渣量取0.07m3/103；生活污水总变化系数取1.2W=QmaxW186400K21000=0.80.07864001.21000=4.032m3/d 0.2m3/d 所以采用机械除渣。（三） 提升泵房设计水流量为1.6m3/s，即为5760m3/h.本设计采用潜污泵湿式安装，泵直接置于水中，检修采用移动吊架1. 流量确定：（采用五台潜水泵/四用一备）Qmax=Q=1.6m3sQn=Qmaxn=1.64=0.4m3s2集水池容积（采用相当于一台泵5min的流量）W=0.4560=120m3取有效水深为H=2.5m则集水池面积为F=WH=48m2取L=8m 则B=FL=6m尺寸为 8m6m4.设备选用根据流量与扬程，选用300QW1100-28A型潜水泵技术参数：（参照中国建筑工业出版社给水排水设计手册（材料与设备续册3）数据）型号流量m3/h扬程m功率kW300QW1100-28A1344.918.5110第二节 沉砂池1沉砂部分的长度水力停留时间选50s；最大设计流量时的速度取0.3m/sL=vt=0.35=15m2 水流断面面积A=Qmaxv=0.80.3=2.67m23 池总宽度设计有效水深取0.95mB=Ah3=2.670.95=2.81m4贮砂斗所需容积城镇污水的沉砂量，一般采用0.06L/m；排砂时间的间隔取2d；污水流量总变化系数取1.2V=86400QmaxTX1000K=864000.820.0610001.2=6.912m5贮砂斗各部分尺寸计算 设贮砂斗底宽b1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为60，贮砂斗高度取1.2m，则贮砂斗的上口宽b2为：b2=2h4tan60+b1=21.2tan60+0.5=1.89m则砂斗容积V1: V1=13h4(S1+S2+S1S2)=13h4(b22+b12+b1b2)=131.21.892+0.52+1.890.5=1.9m砂斗格数n=VV1=6.9121.9=3.644取n=46贮砂室的高度假设采用重力排砂，池底设6%坡度坡向砂斗，则：h5=h4+0.06-l2=h4+0.06L-2b2-b2=1.2+0.0615-1.892-0.22=1.2+0.33=1.53m7池总高度设超高区0.3mH=h1+h2+h5=0.3+0.95+1.53=2.78m8核算最小流速Vmin=0.8m3s1.22.2=0.3125 m/s 0.15m/s第三节 活性污泥法1有关设计参数BOD5污泥负荷N=0.3kgBOD5/(kgMLSS.d)回流污泥浓度XR=106SVIr=1061401.0=7143mg/L 污泥回流比R=80%混合液悬浮固体浓度X=R1+RXR=0.81+0.87143=3174.67mg/L 2反应池容积Qmax=110000m3/dV=QmaxS0NX=1100001000.33174.67=11550m34. 水力停留时间 名义停留时间 tm=VQmax=11550110000=0.105d=2.52h 实际停留时间 ts=V(1+R)Qmax=11550(1+0.8)110000=0.058d=1.4h3剩余污泥量X=PX+PSPX=YQS0+Se-KdVXvPs=TSS0+TSSe50%取污泥增值系数Y=0.6，污泥自身氧化率Kd=0.08，MLVSSMLSS=0.8，则P1=0.61100000.1-0.02-0.08115503.170.8=2936.7kg/dPS=0.25-0.0211000050%=12650kg/d4反应池主要尺寸反应池总容积V=11550m设反应池4组，单组池容积V单=V4=115504=2887.5m3有效池深h=4m单组有效面积S单=V单h=2887.54=721.9采用5廊道式推流式反应池，廊道宽b=5m单组反应池长度L=S单B=721.955=28.88m，取29m校核：B/h=5.0/4.0=1.25 (12) L/B=29/5.0=5.8 (510)取超高为0.8m，则反应池总高H=4.0+0.8=4.8m第四节 曝气系统设计计算1 平均时需氧量计算O2=aQaS0-Se+bVXv=0.51100000.100-0.020+0.16115503.17470.75=8800.13(kg/d)=366.67(kg/h)a每代谢1kgBOD所需氧量（kg），本设计取0.5b1kg活性污泥（MLVSS）每天自身氧化所需氧量（kg），取0.162最大时需氧量O2max=aQaS0-Se+bVXv=0.51400000.100-0.020+0.16115503.17470.75=10000.13(kg/d)=416.67(kg/h)最大时需氧量与平均时需氧量的比值为：O2maxO2=416.67366.67=1.143供气量采用穿孔管，EA=20%，计算温度定为20，氧的饱和浓度为s（20）=9.17mg/L ，s（25）=8.38mg/L。设穿孔管设计深度为3.9m，则：空气扩散装置出口处的绝对压力为：pb=1.013105+9.83.9103Pa=1.395105Pa气泡离开曝气池时氧的比例为：Qt=211-EA79+211-EA100%=211-0.2079+211-0.20100%=17.54%确定计算水温条件下的氧的饱和度：sm25=s25pb2.026105+Qt0.42=8.381.3952.026+17.54%0.42mg/L=9.27mg/L同理可算得sm（20）=10.14mg/L取=0.82，=0.95，L=2.0mg/L，R0=Rs20psT-pL1.02T-20=8800.139.170.820.959.27-2.01.025kg(O2)/d=13095.4kg(O2)/d=545.64kg(O2)/hRmax=1.14R0=1.14545.64kg(O2)/h=622.03kg(O2)/h曝气池的供气量为：Gs=R00.3EA=545.640.30.20m3=0.91104m3/h去除每kgBOD5的供气量：9100/366.6724=595.6空气/kgBOD每m3污水的供气量：9100/5416.724=40.31空气/m3污水4 所需空气压力（相对压力） 设计参数“取供风管道沿程与局部阻力之和h1+h3=0.3m；取曝气池淹没水头h3=3.8m；取曝气器阻力h4=0.4m；取富余水头h=0.5mP=h1+h2+h3+h4+hP=0.3+3.8+0.4+0.5=5.0mH2O=49KPa5曝气器数量的计算（以单组反应池计算）采用微孔曝气器，参照给水排水设计手册第11册常用设备第二版，工作水深4.3m，供风量13m/(h个)；曝气器利用率EA=20%，服务面积0.30.75，充氧能力qc=0.14kgO2/(h个)。则按供养能力计算所需曝气器数量N1=SORmax40.14=622.0340.14=1111个 经计算 需要调曝气头N取2640个以微孔曝气器服务面积进行校核f=7738.02640=0.700.75符合设计要求6污泥回流设备污泥回流比R=80%污泥回流量Q=RQmax=0.8140000=112000m3/d=4666.67m3/h设回流污泥泵房1座，内设六台潜污泵（4用2备）单泵流量Q单=14Qmax=144666.67=1166.7m3/h第五节 二沉池根据设计要求，本设计采用中心进水，周边出水辐流式二沉池。1沉淀池部分水面面积最大设计流量Qmax=11000024=4583.3m3h采用4座向心辐流式沉淀池，表面负荷q取1.0m/（h）（参考水污染控制工程第三版，下册表10-5），则F=Qmax4q=5416.6741=1145.92池子直径 D=(4F)=(41145.93.14)=38.2m 取40m3.实际水面面积 F=D24=4024=1256m2 实际表面负荷 q=QnF=4583.341256=0.9123校核堰口负荷q=Q03.6D=1145.93.63.1440=2.53kg/d4.34kg/d校核固体负荷G=241+RQ0XF=241+0.81145.93.171256=124.94kg/m2d150kg/d5澄清区高度设沉淀池沉淀时间t=4hh2=Q0tF=1145.941256=3.65m6污泥区高度设污泥停留时间2hQ=Q4=1100004=27500m3/dh=2T1+RQX24X+XF=221+0.8275003.17243.17+7.141256=2.02m7池边水深h2=h2+h2=3.65+2.02=5.67m8污泥斗高设污泥斗底直径D2=1.0m，上口直径2.0m，斗壁与水平夹角60。则h4=D22+D12tan60=0.87m9池总高度二沉池拟采用单管吸泥机排泥，池底坡度取0.03，排泥设备中心立柱的直径为1.5m，池中心与池边落差h3=40-2.020.03=0.57m设超高h=0.4m，则H=h1+h2+h3+h4=0.3+5.67+0.57+0.87=7.41m10流入槽设计本设计采用环形平底槽，等距布水孔，孔径50mm，并加100mm长的短管（1） 流入槽设流入槽宽B=1.0m，槽中流速取v=1.4m/s则槽中水深h=Q01+R3600B=1145.91+0.836001.41=0.41m（2） 布水孔数在水温为20时当池周围有效水深为24m，导流絮凝平均停留时间600s，污水的运动粘度1.06x10-6m2/s，导流絮凝区的平均流速梯度取20s-1则布水孔平均流v=2tGm=26001.0610-620=0.71m布水孔数n：n=Q01+R3600S=1145.91+0.836000.710.052=322.79323（3） 孔距1=D+Bn=3.1440+1323=0.40m（4） 校核Gm 取=1，则1=0.711=0.71m/sGm=(v12-v222tv)12设导流絮凝区的宽度与配水槽同宽，则 v2=Q01+R3600D+BB=1145.91.8360041=0.014msGm=(v12-v222tv)12=0.712-0.014226001.0610-6=19.9s-1Gm在1030之间，合格取进水管管径D=600mm v=4(1+R)QD2=41.81145.9402=1.64ms出水槽计算采用双边90o三角堰出水槽集水集水槽中流速v=0.6ms设集水槽宽B=0.5m槽内终点水深：h2=QVB=1145.936000.80.5=0.80m=1 hk=3Q2gB2=30.3229.80.52=0.61m h1=2hk3h2+h22=20.6130.80+0.802=1.10m取出水堰后自由跌落距离为0.10m，则集水槽高h：h=1.10+0.20m=1.30m 取1.4m取断面尺寸为：0.5 x 1.4m出水堰的计算：n=Lb L=L1+L2 h=0.7q25 q0=QL取三角堰单宽为0.1m，水槽距池壁8mL1=D-16=40-16=243.14=75.36mL2=D-16-0.52=40-16-13.14=72.22mL=L1+L2=75.36+72.22=147.58mn=Lb=147.580.1=1475.81476个q=Qn=1145.9360010001476Ls=0.22Ls=2.210-4m3sh=0