王康萍水污染课设.doc

水污染控制工程课程设计前言 水是所有生物生存不可缺少的重要因素，也是人类发展的物质基础，是不可替代的宝贵资源。就目前形势而言，我国水资源不容乐观。中国是世界13个缺水国家之一，全国600多个城市中目前大约一半的城市缺水，水污染的恶化更使水短缺雪上加霜：我国90%的城市水域污染严重，南方城市总缺水量的60%-70%是由于水污染造成的；对我国大中城市的地下水调查显示，绝大部分城市地下水受到污染。水资源正在遭受各种污染的侵袭，水污染严重破坏生态环境、影响人类生存，对我国可持续发展战略的实施带来了负面影响。要想实现人类社会的可持续发展，必须要解决水污染问题。本文采用氧化沟工艺对污水进行处理,它既可以有效降低污水的COD、BOD，又可以有效去除N、P；主要从污水处理工艺流程的确定、各构筑物尺寸的设计计算及简单的流程图、平面布置图等方面进行介绍。1. 设计任务和内容1.1污水水量与水质（1）污水水量：平均处理日水量Q=8104m3/d，水量总变化系数Kz=1.3，服务人口约18万，计算水温10。（2）污水进水水质：CODCr250 mg/L ， BOD5 130 mg/L ，SS180 mg/L 。1.2处理要求处理后达到GB18918-2002一级排放标准，CODCr 60 mg/L ，BOD520mg/L ，SS20 mg/L 。处理效率：计算去除率如表 1-1。表 1-1 水质处理效率计算序号基本控制项目进水水质一级标准去除率1CODCr2506076%2BOD51302084.6%3SS1802088.89% （1）通过工艺对比，确定污水、污泥处理工艺流程。（2）对污水主要处理设施进行工艺说明（包括作用、类型、数量等），对其主要尺寸和参数进行计算确定，并绘制工艺结构简图。（3）介绍主要污泥处理工艺的作用、类型、数量等。绘制厂区平面图（包括主要构筑物、附属建筑、主要污水管污泥管空气管的线路走向、绿化等），占地面积形状不限，要求用AutoCAD绘制。1.3 设计任务的概况1.2.1 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8104m3/d，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。1.2.2 污水资料表1-2 污水处理厂设计参数水量（m3/d）BODcr（mg/L）CODcr（mg/L）SS（mg/L）800001302501801.3 城市污水水量的确定已知：Q = 8104m3/d，Kz=1.3最大时流量（最大设计流量）：Qmax=KzQ=8104m3/d1.3=104000 m3/d=4333.33 m3/h=1.204 m3/s=1203.703 L/s。平均日流量（m3/d） 用以表示污水处理厂的公称规模。主要表示处理总水量；计算污水处理厂的年抽升电耗和耗药量；产生并处理的污泥总量设计最大流量(m3/d)污水处理厂进厂水管的设计。当污水处理厂的进水用水泵抽升时，则用组合水泵的工作流量作为设计最大流量，但应与设计流量相吻合。污水处理厂的各处理构筑物以及厂内连接各处理构筑物的灌渠，都应满足设计最大流量的要求。1.4 厂址的选择处理厂厂址选择，应遵循以下原则：（1）污水处理厂应选在城镇水体下游，经污水处理厂处理后出水所排入的河段，应对上下游水源的影响最小；（2）厂址选择要便于后续污泥处理与处置；（3）厂址一般应位于城镇夏季主导风向的下风向，保持一定的卫生防护距离；（4）厂址应有良好的工程地质条件；应尽量少拆迁、少占农田，使污水厂工程易于实施；（5）厂址选择应考虑远期发展的可能性；（6）厂区地形不应受洪涝灾害影响，不应设在雨季易受水淹的低洼处；（7）有方便的交通、运输和水电条件，有利于缩短污水厂建造周期和污水厂的日常管理；如有可能，选择在有适当坡度的位置。2. 污水处理方案的确定2.1污水处理方案2.1.1 最佳的处理方案要体现以下优点： （1）保证处理效果，运行稳定； （2）基建投资省，耗能低，运行费用低； （3）占地面积小，污泥量少，管理方便。2.1.2 污水处理工艺的比较（1）A2/O法脱氮除磷工艺本工艺主要特点：总的水力停留时间少于其他同类工艺；在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虑，SVI值一般均小于100；污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效；运行中勿需投药，运行费用低。缺点：除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高；脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高；进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液对缺氧反映器的干扰。 图2.1 A2/O法工艺流程图（2）氧化沟工艺本工艺主要特点：在流态上介于完全混合和推流之间，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其区分为富氧区、缺氧区，有以进行硝化和反硝化，取得脱氮的效果；可考虑不设置初沉池，原污水经过格栅和沉砂池预处理，已经有效防止污水中无机沉渣沉积，有机性悬浮物在氧化沟内能够达到好氧稳定的程度；可考虑不单独设置二沉池，使氧化沟与二沉池合建，可省去污泥回流装置；BOD负荷低，因此对水温、水质、水量的变动有较强的适应性，污泥产率低，具有较大的脱氮潜力，运行费用较低。污水粗格栅提升泵房细格栅沉砂池氧化沟二沉池接触池排水浓缩池贮泥池脱水图2.2 氧化沟工艺流程图2.2污水处理方案的确定本设计采用氧化沟工艺，,具有以下特点：1、出水水质好，由于存在明显的富氧区和缺氧区，脱氮效率高；2、曝气设施单机功率大，调节性能好，并且曝气设备数量少，既可节省投资，又可使运行管理简化；3、有极强的混合搅拌与耐冲击负荷能力；4、氧化沟沟深加大，使占地面积减少，土建费用降低；5、用电量较大，设备效率一般；6、设备安装较为复杂，维修和更换繁琐。3.工艺流程说明1.工艺流程图图2.3氧化沟法污水处理及污泥处置工艺流程2.工艺流程说明（1）污水进入厂区后经格栅间的格栅截留较大悬浮物和漂浮物，栅渣打包外运。（2）在提升泵的作用下污水流入钟式沉砂池，污水中密度较大的无机颗粒物得到去除。沉砂斗中的沉砂由砂泵吸出，进入砂水分离器进行固液分离。分离后的砂用砂车外运，污水回流入格栅间。（3）从沉砂池流出的水经一段明渠和暗管进入配水井（暗管上设电磁流量计进行水量计量），配水井向氧化沟进行配水，同时回流污泥液经配水井向反应区分配。（4）污水经氧化沟的生物处理，基本上可以达到去除BOD、COD及氨氮的要求，处理出水自流进入二沉池，进行泥水分离，以达到处理要求。（5）二沉池处理后的清水流入接触消毒池进行消毒处理，经消毒后的水可回用或直接排放。4污水处理系统设计4.1格栅设计计算4.1.1粗格栅设计计算 （1） 栅条的间隙数 式中 Qmax最大设计流量，Qmax = 1.204 m3/s 格栅倾角，取b 栅条间隙，m，根据一般经验公式取b25 mmn 栅条间隙数，个h 栅前水深，m，取h1m v 过栅流速，m/s，取v0.8m/s。56.02 取57个(2) 栅槽宽度设栅条宽度S10mm（0.01m）则栅槽宽度BS(n-1)+bn 0.01(57-1)+0.025571.99m实际生产中，多使用两套以上格栅工作，此处设计两套格栅同时工作则单个栅槽宽度 BS(n-1)+bn0.01(2-1)+0.02520.06m (3) 进水渠道渐宽部分的长度设进水渠宽B1=1m，其渐宽部分开角度a1=20。= =1.36m (4) 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度=0.68m (5) 过栅水头损失 式中h1过栅水头损失，m； h0计算水头损失，m； g 重力加速度，9.81m/s2； k 系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般k =3；阻力系数，与栅条断面形状有关，设计选取栅条断面形状为迎水面为半圆形的矩形，1.83。为了避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降h1作为补偿。 0.11 m（6) 栅后槽总高度设栅前渠道超高h2 =1.0m H = h + h1 + h2 = 1+ 0.11 + 1.0 =2.11 m 式中 H栅后槽总高度，m h栅前水深，m（7）、栅前渠道深H1=h+h2=1+1.0=2m（8） 栅槽总长度 =1.36+0.69+0.5+1.0+ =3.07m（9）每日栅渣量计算W在格栅间隙25mm的情况下，设栅渣量为每1000 m3污水产0.05 m3。 W = = = 4.001m3/dW0.2 m3/d，所以宜采用机械清渣。粗格栅示意图格栅采用ZH-800-1400旋转齿板式格栅除污机2台，（1用1备）。栅条有效宽1200mm，栅条间隙25mm，耙行速度为5.97m/min，框总宽度1430mm，电机功率1.5kW。输送机采用YSJ-150，需1台，直径为150mm，Q=1m3/min,电机功率为0.75kW。配用电机为小型三相鼠笼异步式电动机1台，Y系列，型号为Y801-2型，额定功率为0.75kW，效率为73%。4.1.2 细格栅设计计算1、设计说明 功能：去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，防止堵塞排泥管道。数量: 一座, 渠道数两条2、细格栅设计计算（1）栅条的间隙数 式中 Qmax最大设计流量，Qmax = 1.204 m3/s；格栅倾角，取b栅条间隙，m，取b0.01mn 栅条间隙数，个h 栅前水深，m，取h1.2mv 过栅流速，m/s，取v0.9 m/s。则 故最后取104个 （2） 栅槽宽度设栅条宽度S0.01m则栅槽宽度BS(n-1)+bn 0.01(104-1)+0.011042.07m 细格栅设计为两台，一台备用。细格栅示意图（3） 过栅水头损失 式中h1过栅水头损失，m； h0计算水头损失，m； g 重力加速度，9.81m/s2；k 系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般k =3；阻力系数，与栅条断面形状有关，设计选取栅条断面形状为迎水面为半圆形的矩形，1.83。为了避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降h1作为补偿 0.21m（4） 栅后槽总高度设栅前渠道超高h2 =0.8mH = h + h1 + h2 = 1.2+ 0.21+ 0.8 =2.21m 式中 H栅后槽总高度，m h栅前水深，m（5）栅槽总长度 =2.77 m式中 L栅槽总长度 H1栅前渠道深 m (H1 =h+ h2)（6） 每日栅渣量计算 W 在格栅间隙10mm的情况下，设栅渣量为每1000 m3污水产0.10 m3。 W = W 0.2 m3/d，所以宜采用机械清渣。4.2 提升泵房设计污水泵总提升能力按Qmax考虑，及Qmax=1.204m3/d，选两台AS75-4CB潜水排污泵（一备一用），单泵提升能力为145 m3/h。集水池容积按最大一台泵6min出流量计算，则其容积为14.5（m3） 集水池面积：取有效水深H=2m，则面积集水池长度取L=4m，则宽度B=F/L=7.25/4=1.81m，取2.0m集水池平面尺寸：4m2.0m因此保护水深为1.2m，实际水深3.2m泵位及安装：潜水电泵直接置于集水池内，电泵检修采用移动吊架4.3 平流式沉砂池设计目前，应用较多的沉沙迟池型有平流沉砂池、曝气沉砂池和钟式沉砂池。本设计选用平流沉砂池，它具有颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沙较方便等优点。已知参数 Qmax=1.204m3/s 停留时间t取30s。 4.3.1 长度计算设v=0.25m/s则4.3.2 水流断面积4.3.3 池总宽度 设n=4格，每格宽b=1.5m4.3.4 有效水深4.3.5 沉砂斗所需容积设T=2d（1） 每个沉砂斗容积设每一分格有2个沉砂斗 （2） 沉砂斗各部分尺寸 设斗底宽a1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为55，斗高h3=0.35m沉砂斗上口宽： 沉砂斗容积：4.3.6 沉砂室高度 采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗。 沉砂池底部的沉砂通过吸砂泵，送至砂水分力气，脱水后的清洁砂砾外运，分离出来的水回流至泵房吸水井。4.4 初沉池设计计算采用普通辐流式沉淀池，中心进水，周边出水，共4座，沉淀池表面负荷q一般为2.04.5m3/(m2.h)取2m3/(m2.h)。 4.4.1单池表面面积A池子直径D=26.27m 取D=26.5m4.4.2沉淀池的有效水深设污水在沉淀池内的沉淀时间t为1.5h(一般取0.5-2.0h).则沉淀池的有效水深 h2=qt=21.5=3.0m ，而初沉池有效水深一般取2m4m，故设计符合要求。径深比D/h2=26.5/3=8.33在规定范围（6 12) 内。4.4.3沉淀池有效容积VV=Qmaxt =4333.33m3/h1.5h=6499.995m34.4.4污泥斗容积V1h5=（r1-r2）tana=1.73m其中： r1，r2泥斗上下部半径m(r1取2m，r2取1m)a泥斗壁与地面夹角（度），a取60 h5泥斗高度(m) V1 =3.141.73(4+2+1)/3=12.7m34.4.5沉淀池高度H=h1+h2+h3+h4+h5式中 h1超高取0.3mh2有效水深取3.0mh3缓冲层高 ，取0.5mh4沉淀池底坡落差m 由0.05坡度计算为0.375mh5污泥斗高度1.73m代入数值：H=0.3+3.0+0.5+0.375+1.73=5.905m4.4.6沉淀池周边处的高度h1+h2+h3=0.3+3.0+0.5=3.8m沉淀池的出水采用锯齿堰，堰前设挡板，拦截浮渣。沉在底部的沉泥通过刮泥机刮至污泥斗，依靠静水压力排除。4.5 氧化沟拟采用三沟式氧化沟，设两组三沟式氧化沟，一备一用。4.5.1反应池容积V 按照BOD-SS负荷计算： 其中：Q处理水量，8104m3/d Cs进水BOD浓度，130mg/L Ls污泥负荷率，kgBOD/(kgSSd)，根据实验或经验以及所要求的处理效果，本曝气池采用的污泥负荷率（Ns）为：0.3kgBOD5/kgMLSS.d。（一般为0.20.4kgBOD5/kgMLSS.d） CM氧化沟内MLSS浓度，mg/L，一般范围25005000, 取为3600mg/L m3 4.5.2反应池各部分尺寸 氧化沟采用循环水流，池数N=1，有效水深范围为4.04.5m，本设计取为H=4.5m，池宽W=5m，则池长度L为： ，取为L=217m。 圆弧部水面积A1：A1=52=78.5m2 直线段水面积A2：A2=（21725）5 2 =2070m2 有效容积=（78.5+2070）4.5=9668.25m3 9629.6 m2符合要求。 4.5.3曝气量计算活性污泥需氧量一般为1.42.2kg/kgBOD5，氧化沟工艺一般取为1.4kg/kgBOD5。 则每日需氧量SOR=1.4(13020)10-380000=12320kg/d=513.33kg/h4.5.4曝气时间t： 有效容积V=11936.17m3 曝气时间(小时) 图3 氧化沟示意图4.6氧化沟后配水井设计沉砂池后端设置配水井，污水进入配水井向氧化沟配水，同时回流污泥液经配水井向反应区分配。配水井内设分水钢闸门。4.6.1进水管径D1厌氧池至配水井管道计算，设计流量为污水量与回流量之和：Q=Qmax +RQmax，进水管流速控制在1m/s以下，取0.9m/s。（R取0.4）进水管直径 则 校核进水管流速m/s1m/s合符要求。4.6.2矩形宽顶堰进水从配水井底中心进入，经等宽度堰流入2个水斗，在由管道直接接入后续构筑物，每个后续构筑物的最大分配的水量为Qmax/2=1203.703/2=601.85m3/h，配水采用矩形溢流堰流至配水管。4.6.3配水管管径D2：配水管管径D2即配水井至氧化沟管道，每个时段只有1个氧化沟进水，每条管道流量为1.69m3/s，管路流速控制在1m/s以下，取0.9m/s。出水管直径 则 校核出水管流速0.719m/s1m/s合符要求。4.6.4配水漏斗上口口径D：按配水井内径的1.5倍设计： 4.6.5配水井平面尺寸 根据上述计算，选择配水井的平面尺寸为最大直径为5555mm。图4 配水井设计草图4.7 二沉池为了使得沉淀池内水流更稳（如避免横向错流、异重流、出水束流等）、进出水配水更均匀、存排泥更方便，本设计采用幅流式二沉池。型式：中心进水，周边出水辐流式二沉池；4.7.1沉淀池表面面积：A=Q/q 其中：A沉淀池表面积，m2 Q设计流量，选用最大流量为4333.33m3/h q表面水力负荷，m3/(m2h)，取为1.5m3/(m2h) A=2888.8，设计建造两个池子，则每池面积A=2888.8/2=1444.4m24.7.2沉淀池直径D：，整去为D=50m.4.7.3有效水深h2 =qt=1.52.5=3.75m 符合要求，t-沉淀时间取2.5h沉淀时间t：二沉池一般取1.54.0h4.7.4池体总高H：H=h1+h2+h3+h4+h5 其中：h1沉淀池超高，m，取为0.3m h2有效水深，m，3.75m h3缓冲层高度，m，取为0.8m h4沉淀池底坡落差，m,取为0.5m h5污泥斗高度，m，取为0.7m H=0.3+3.75+0.8+0.5+0.7=5.75m4.8接触消毒池因为纳污河段水质标准地面水环境质量标准（GB3838-88）中“IV”标准，故需要消毒后处理出水才能排放。氯价格便宜，消毒可靠且经验成熟，是应用最广泛的消毒剂，所以本设计选用液氯消毒。设计廊道式接触反应池1座，水力停留时间t时间为20min；设计最大流量Qmax=104000m3/d=72.2m3/min接触池容积 V=Qt=72.220=1444m3池形状：长方形迂回廊道式，水流断面宽3.0m，有效水深1.5m接触池长度L=1444/(31.5)=320.9m4.9 污泥浓缩池二沉池产生剩余活性污泥及其他处理构筑物排除污泥由地下管道自流入集流井，剩余污泥泵(采用地下式)将其提升至污泥处理系统。4.9.1剩余污泥量Wx： 其中：Y污泥产率系数，kgMLSS/kgBOD5,在污泥龄取为20d时，Y=0.52 Q污水的平均日流量，m3/d Lr去除的BOD5浓度，130mg/L Kd污泥自身氧化率，d-1，对于城市生活污水，一般为0.050.10d-1，取为0.10d-1 ts污泥龄，d，取为ts=20d 湿泥量 P：污泥含水率，取99.4%4.9.2 浓缩池面积A 相关的设计参数如下： 池体数量N=1；浓缩时间T一般为1224h，有效水深不小于3m，一般以4m左右为宜；浓缩前污泥含水率P1=99.4%，浓缩后含水率P2=97% 浓缩前污泥固体浓度C1=（1P1）103 =（10.994）103 =6kg/m3 浓缩后污泥固体浓度C2=（1P2）103 =（10.97）103 =30kg/m3 浓缩池面积A: 其中：Q污泥量，300.45m3/d C污泥固体浓度，kg/L M污泥固体通量，kg/(m2d)，对于剩余污泥，一般取为1035kg/(m2d)，本次设计取M=30kg/(m2d)A=300.456/30=60.09m24.9.3池体直径D：4.9.4 池体总高H： 其中：h1浓缩池工作不分有效水深， h2浓缩池超高，一般取为0.3m h3缓冲层高度，一般取为0.3m h4刮泥设备所需池底坡度造成的深度 h5泥斗深度，取为0.8m5厂址选择和总体布局5.1污水厂平面布置特点1、从大门为综合楼、食堂等，形成入口的生活活动区，该区位于主导风向的上风向，距离格栅及污泥处理系统较远，并且加强绿化，所以该区为生活区环境较好。2、污泥区和污水区之间由一条主要道路分开。3、设有后门，生产过程中产生的栅楂、泥饼等由后门运走，而不从前门运起，避免影响大门处生活区的环境清洁。4、在两组构筑物之间有一条宽4m的道路，用于工作人员巡视和设备搬运，其间可通过一辆汽车。5、厂区内道路设计考虑工作人员可以顺利地到达任何一处。污水厂厂区主要车行道宽68m，次要车行道宽34m，一般人行道13m，道路两旁应留出绿化带及适当间距。5.2 构筑物的布置5.2.1各处理单元构筑物的平面布置的原则 (1)布置应紧凑，以减少处理厂占地面积和连接管(沟道)的长度，并应考虑工作人员的方便。但构筑物间应有5-10m的间距。 (2)各处理构筑物之间的连接管(沟道)应尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便。 (3)在高程布置上，充分利用地形，少用水泵并力求挖填土方平衡。 (4)使需要开挖的处理构筑物避开劣质地基。 (5)考虑分期施工和扩建的可能性，留有适当的扩建余地。 (6)作方案比较，以便找出较为经济合理的方案。 (7)在平面布置时，如需要可以调整各处理构筑物的个数。多个同种处理构筑物构成一组时，要配水均匀。在平面布置时，常为每组构筑物设置一配水井。 (8)处理厂中有各种管线(包括污水管、清水管、污泥管，有时还有空气管、煤气管、电缆管等)，在平面图上它们的位置要妥善安排，避免相互干扰。管线和阀门的布置还要考虑构筑物的检修，按设计意图设置必要的跨越管道。粗大沟