环境管理_某城市污水处理厂课程设计

武汉理工大学水污染控制工程课程设计目 录绪论31 设计依据21.1设计题目21.2设计依据21.3设计条件21.3.1设计流量21.3.2污水水质22设计计算书32.1格栅的设计32.1.1设计要求32.1.2设计参数32.1.3设计计算42.1.4格栅的选用62.2曝气沉砂池的设计72.2.1设计说明72.2.2设计要求：82.2.3设计参数92.2.4设计计算92.2.5曝气沉砂池吸砂机的选用122.2.6曝气沉砂池砂水分离器的选用132.2.7曝气沉砂池附属鼓风机房142.3厌氧池的设计142.3.1设计参数142.3.2设计计算152.4氧化沟的设计152.4.1已知条件162.4.2设计参数162.4.3设计计算172.5二沉池的设计252.5.1 设计要求252.5.2设计参数262.5.3设计计算272.5.4刮泥设备的选择322.6 污泥浓缩池的设计342.6.1设计要求342.6.2设计参数342.6.3. 设计计算353设计成果汇总表39致 谢40参考文献41附 录4236绪 论城市污水主要包括生活污水和工业污水，由城市排水管网汇集并输送到污水处理厂进行处理。城市污水处理工艺一般根据城市污水的利用或排放去向并考虑水体的自然净化能力，确定污水的处理程度及相应的处理工艺。处理后的污水，无论用于工业、农业或是回灌补充地下水，都必须符合国家颁发的有关水质标准。 现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理工艺。污水一级处理应用物理方法，如筛滤、沉淀等去除污水中不溶解的悬浮固体和漂浮物质。污水二级处理主要是应用生物处理方法，即通过微生物的代谢作用进行物质转化的过程，将污水中的各种复杂的有机物氧化降解为简单的物质。生物处理对污水水质、水温、水中的溶氧量、pH值等有一定的要求。污水三级处理是在一、二级处理的基础上，应用混凝、过滤、离子交换、反渗透等物理、化学方法去除污水中难溶解的有机物、磷、氮等营养性物质。污水中的污染物组成非常复杂，常常需要以上几种方法组合，才能达到处理要求。 污水一级处理为预处理，二级处理为主体，处理后的污水一般能达到排放标准。三级处理为深度处理，出水水质较好，甚至能达到饮用水质标准，但处理费用高，除在一些极度缺水的国家和地区外，应用较少。目前我国许多城市正在筹建和扩建污水二级处理厂，以解决日益严重的水污染问题。 随着经济飞速发展，人民生活水平的提高，对生态环境的要求日益提高，要求越来越多的污水处理后达标排放。在全国乃至世界范围内，正在兴建及待建的污水厂也日益增多。有学者曾根据日处理污水量将污水处理厂分为大、中、小三种规模：日处理量大于10万m3为大型处理厂，1-10m3万为中型污水处理厂，小于1万m3的为小型污水处理厂。近年来，大型污水处理厂建设数量相对减少，而中小型污水厂则越来越多。如何搞好中、小型污水处理厂，特别是小型污水厂，是近几年许多专家和工程技术人员比较关注的问题。1 设计依据1.1设计题目38000m3/d污水处理厂部分构筑物设计计算1.2设计依据（1）提供的设计参数；（2）建设项目环境保护设计规定（87）国环字第002；（3）城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）；（4）城市杂用水水质标准(GB/T 18920-2002)；（5）城市污水回用设计规范（CECS61-94）；（6）污染物综合排放标准（GB/T89781996）；（7）建筑中水设计规范；（GB503362002）；（8）城市污水处理厂工程质量验收规范（GB 50334-2002）。1.3设计条件1.3.1设计流量Q=38000m3/d1.3.2污水水质（1）进水水质BOD5=138mg/L; COD=290mg/L; SS=120mg/L; TkN=39mg/L； NH3-N=29mg/L。 （2）出水水质BOD520mg/L； CODcr60mg/L； SS20mg/L；NH3-N=10mg/L。2设计计算书2.1格栅的设计本设计采用中格栅，格栅的截污主要对水泵起保护作用，格栅建于泵站前。提升泵选用螺旋泵，格栅栅条间隙为25mm。2.1.1设计要求(1) 中格栅间隙一般采用1040mm； (2) 格栅不宜少于两台，如为一台时，应设人工清除格栅备用； (3) 过栅流速一般采用0.40.9m/s； (4) 格栅倾角一般采用4575； (5) 通过格栅的水头损失一般采用0.08m/s0.17m/s； (6) 格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5m，工作台有安全和冲洗设施； (7) 格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m，工作台正面过道宽度：人工清除，不小于1.2m；机械清除，不小于1.5m； (8) 机械格栅的动力装置一般宜设在室内或采取其它保护设备的措施； (9) 设置格栅装置的构筑物必须考虑设有良好的检修、栅渣的日常清除。2.1.2设计参数(1) 栅前水深 h=1.2m； (2) 过栅流速v=0.6m/s； (3) 格栅间隙b=25mm； (4) 格栅安装倾角=75；(5) 设计流量Q= 38000m3/d= 1583.3 m3/h= 0.44 m3/s，Qmax= Kz Q= 1.500.44= 0.66 m3/s2.1.3设计计算格栅计算图见图2-1图2-1 格栅计算图(1)栅条间隙数n：n = Qmaxsinbhv式中：n格栅间隙数； Qmax最大设计流量，m3/s； b栅条间隙，取25mm； h栅前水深，取1.2m； v过栅流速，取0.6m/s； 格栅倾角，设计75。 n = 0.66sin750.0251.20.6 37条(2) 栅槽有效宽度B：设计用直径为10mm圆钢为栅条，即S=0.01m。 B= S(n-1) + bn = 0.01(37-1)+0.02537= 1.285m 1.3m式中：B栅槽宽度，m； S格条宽度，取0.01m。(3) 进水渠道渐宽部分的长度L1：设进水渠宽B1=1.0m，渐宽部分展开角1=20，进水渠道内的流速为 0.45m/sL1 = B-B12tan1 = 1.3-1.0 2tan20 = 0.41m(4) 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 L 2：L2= L1/2=0.41/2=0.21m(5) 通过格栅的水头损失h1：h1 = Sb43sinKv22g =1.790.010.02543sin7530.6229.8 =0.028m式中：圆形形状系数，取1.79； K系数，一般取K=3。(6) 栅后槽总高度H：H=h+h1+h2=1.0+0.068+0.3=1.368m式中：h2格栅前渠道高，一般取h2=0.3m(7) 栅槽总长度L：L= L1+ L 2+0.5m+1.0m+H1tan=0.41+0.21+1.5+1.0+0.028tan75=2.40m式中：H1格栅前槽高H1=h+h1，m(8) 每日栅渣量W：取W1=0.07 m3/103 m3W= QmaxW186400 Kz1000 = 0.660.07.51000 =2.66 m3/d0.2 m3/d宜采用机械清渣2.1.4格栅的选用根据格栅间距、宽度在给水排水设计手册第 9册上查得采用 GH型链条回转格栅除污机，其性能见表2-1。表2-1 GH型链条式回转格栅性能规格表型号格栅宽度（mm）格栅净距（mm）安装角度（）过栅流速（m/s）电动机功率（kW）GH-1400140025750.61.52.2曝气沉砂池的设计2.2.1设计说明沉砂池的作用是从污水中去除砂子、煤渣等比重比较大的无机颗粒，以免这些杂质影响后续构筑物的正常运行。常用的沉砂池有平流式沉砂池、曝气沉砂池、竖流沉砂池和多尔沉砂池等。平流式沉砂池构造简单，处理效果较好，工作稳定，但沉砂中夹杂一些有机物，易于腐化散发臭味，难以处置，并且对有机物包裹的砂粒去除效果不好。曝气沉砂池在曝气的作用下颗粒之间产生摩擦，将包裹在颗粒表面的有机物除掉，产生洁净的沉砂，通常在沉砂中的有机物含量低于5%，同时提高颗粒的去除效率。多尔沉砂池设置了一个洗砂槽，可产生洁净的沉砂。涡流式沉砂池依靠电动机机械转盘和斜坡式叶片，利用离心力将砂粒甩向池壁去除，并将有机物脱除。后3种沉砂池在一定程度上克服了平流式沉砂池的缺点，但构造比平流式沉砂池复杂。和其它形式的沉砂池相比，曝气沉砂池的特点是：一、可通过曝气来实现对水流的调节，而其它沉砂池池内流速是通过结构尺寸确定的，在实际运行中几乎不能进行调解；二、通过曝气可以有助于有机物和砂子的分离。如果沉砂的最终处置是填埋或者再利用(制作建筑材料)，则要求得到较干净的沉砂，此时采用曝气沉砂池较好，而且最好在曝气沉砂池后同时设置沉砂分选设备。通过分选一方面可减少有机物产生的气味，另一方面有助于沉砂的脱水。同时，污水中的油脂类物质在空气的气浮作用下能形成浮渣从而得以被去除，还可起到预曝气的作用。只要旋流速度保持在0.250.35/范围内，即可获得良好的除砂效果。尽管水平流速因进水流量的波动差别很大，但只要上升流速保持不变，其旋流速度可维持在合适的范围之内。曝气沉砂池的这一特点，使得其具有良好的耐冲击性，对于流量波动较大的污水厂较为适用，其对0.2mm颗粒的截流效率为85%。由于此次设计所处理的主要是生活污水水中的有机物含量较高，因此采用曝气沉砂池（见图2-2）较为合适。图2-2 曝气沉砂池结构型式图2.2.2设计要求：(1) 旋流速度应保持0.250.3m/s；(2) 水平流速为0.080.12 m/s；(3) 最大流量时停留时间为13min；(4) 有效水深为23m，宽深比一般采用11.5；(5) 长宽比可达5，当池长比池宽大得多时，应考虑设置横向挡板；(6) 1污水的曝气量为0.2空气；(7) 空气扩散装置设在池的一侧，距池底约0.60.9m，送气管应设置调节气量的阀门；(8) 池子的形状应尽可能不产生偏流或死角，在集砂槽附近可安装纵向挡板；(9) 池子的进口和出口布置，应防止发生短路，进水方向应与池中旋流方一致，出水方向应与进水方向垂直，并考虑设置挡板；(10) 池内应考虑设置消泡装置。2.2.3设计参数(1) 本设计沉砂池采用一座，分两格； (2) 水力停留时间 3min； (3) 水平流速 0.08m /s ； (4) 池底的坡度为0.5； (5) 设计有效水深2m； (6) 沉砂池的超高取 0.3 m。2.2.4设计计算 (1) 池子的有效容积V：V=60Qmaxt =600.663=118.8m3 式中：V沉砂池有效容积，m3； Qmax最大设计流量，m3/s； t最大设计流量时的流动时间，min，设计时取13min。(2) 水流断面面积A：A= Qmaxv =0.66/0.08=8.25 m2式中：A水流断面面积，m2 Qmax 最大设计流量，m3/s； V水流水平流速，m/s。(3) 池总宽度B：B= Ah =8.25/2=4.13m，取5m。式中：h沉砂池的有效水深，m。取h=2m。(4) 每格池长宽度b：b=B/2=4.13/2=2.07mb/h=2.07/2=1.03介于11.5之间（符合规定）(5) 池长L = VA =118.8/8.25=14.36m，取15m。此时，L/B=310m(3) 沉淀部分有效水深为：h2 =qbT=0.83=2.4m4m(4) 污泥区容积V：设计采用周边传动的刮吸泥机排泥，污泥区容积按 2h贮泥时间确定。V= 2T1+RQX24X+Xr = 221+0.8380003000+10000 =2630.77 m3式中：R最大回流比，取0.8。设计 4个二沉池 ，则每个沉淀池污泥区的容积V1：V单池=2630.77/4=657.69m3(5) 污泥区高度h4：(a) 污泥斗高度 设池底的径向坡度为0.05，污泥斗底部直径D2=1.5m,上部直径D1=3.0m，倾角 60，则h4= D1-D22tan60=3-1.52tan60=1.3mV1= h412(3.02+3.01.5+1.52)=5.36 m3(b) 圆锥体高度h4=D-D120.05=31-320.05=0.7mV2= 0.712(312+313+32)=194.7m3(c) 竖直段污泥部分的高度h4=V单池-V1-V2A单池= 657.69-5.36-194.7593.75=0.77m 污泥区高度h4=h4+ h4+h4=1.3+0.7+0.77=2.8m(6) 沉淀池的总高度H：设超高h1=0.3m,缓冲层高度h3=0.5m。H=h1+h2+h3+h4=0.3+2+0.5+2.8=5.6m，取6m。(7) 校核堰负荷: 径深比Dh2+h3 =312.4+0.5=10.68m， 在612内，符合要求。堰负荷Q4D =3.1431=146.39 m3/(dm)=1.69L/(sm)1.7 L/(sm)(8) 辐流式二沉池计算草图如下:图2-7辐流式二沉池图2-8辐流式二沉池设计草图2.5.3.2进水管路计算(1) 设计参数进水管流速V1=0.60.8m/s；中心管流速为V2=0.20.4m/s；中心管出水流速为V3=0.10.2m/s；中心管外的流速为V4=0.05 m/s；中心管开孔高度h=0.5m；中心管开孔宽b=h/2=0.5/2=0.25m。(2) 池内管路的计算及校核单池流量为：Q=14250 m3/d=593.75m3/h=0.165m3/s(a) 进水管：取 D1=550mmV1= 4QD12 =40.1650.552=0.69m/s，在 0.60.8之间,满足要求。(b) 进水竖井：取 D2=900mmV2=4QD22=40.1650.92=0.26m/s，在0.20.4之间，满足要求。(c) 设中心管出水流速V3=0.20m/s ，可算出中心管开孔数：n = QV3bh =0.1650.200.50.25=6.6个，取7个则：D4=D22+4QV4=0.92+40.1650.05=2.24m，取2.2m。(d) 挡板的设计 挡板高度 h： 穿孔挡板的高度为有效水深的1/21/3，h=h2/2=2.4/2=1.2m穿孔面积：挡板上开孔面积为总面积的1020%，取15%，则：F=0.15D4h=0.153.142.21.2=1.24 m2开孔个数：孔径为100mm，则：n=4Fd2=41.240.12=158个(e) 拦浮渣设施及出水堰计算 拦浮渣设施，浮渣用刮板收集，刮渣板装在刮泥机行架的一侧，在出水堰前设置浮渣挡板，以降低后续构筑物的负荷。出水堰的计算单池设计流量：Q单=Q/4=0.66/4=0.165 m3/s(f) 环行集水槽的设计 环行集水槽内流量：q集= Q单/2=0.165/2=0.083 m3/s本设计采用周边集水槽，单侧集水，每侧只有一个总出水口。 集水槽宽度为：b=0.9(kq集)0.4式中：b集水槽宽度 k安全系数，采用1.51.2，本次设计取 k =1.3。b=0.9(1.30.083)0.4 = 0.37 m ，取 b=0.4m集水槽起点水深为：h起=0.75b=0.750.4=0.3m集水槽终点水深为：h终=1.25b=1.250.4=0.5m槽深取0.7m。(g) 出水溢流堰的设计：采用出水三角堰（90） 设计堰上水头（即三角口底部至上游水面的高度）H1=0.5m 每个三角堰的流量q1： q1=1.343H12.47=1.3430.052.47=0.m3/s三角堰个数 n1：n1= Q单q1 =0.1650.=200.9个，取201个。三角堰中心距：L1=Ln1=D-2bn1=31-20.4201=0.47m2.5.4刮泥设备的选择根据设计池体直径31m，在给水排水设计手册第 11册上查得采用ZBG-30型周边传动刮泥机，其性能见表2-6。 表 2-6 ZBG-30型周边传动刮泥机性能参数规格型号池D(m)周边线速（m/min）电机功率（kW）周边轮压（kN）推荐池H （mm）ZBG-30313.22.260300050002.6 污泥浓缩池的设计采用两座幅流式圆形重力连续式污泥浓缩池，用带栅条的刮泥机刮泥，采用静压排泥，剩余污泥泵房将污泥送至浓缩池。2.6.1设计要求（1）连续流重力浓缩池可采用沉淀池形式，一般为竖流式或辐流式；（2）浓缩时间一般采用 1016h进行核算，不宜过长，活性污泥含水率一般为 99%99.6%；（3）污泥固体负荷采用 2030kg/m2d，浓缩后污泥含水率可达 97%左右；（4）浓缩池的有效水深一般采用 4m；（5）浓缩池的上清夜应重新回流到初沉池前进行处理；（6）池子直径与有效水深之比不大于 3，池子直径不宜大于 8m，一般为 47m；（7）浮渣挡板高出水面 0.10.15m，淹没深度为 0.30.4m。2.6.2设计参数（1）进泥浓度：10g/L，污泥初始含水率P1为99%，每座污泥总流量:Qw3027kg/d=302.7 m3/d=12.6 m3/h设计浓缩后含水率P2 =96.0，污泥固体负荷：qs =45kgSS/( m2.d)；（2）浓缩时间采用 15h，贮泥时间：t=4h；（3）浓缩池的有效水深采用5m；（4）浓缩后污泥含水率按98%计。2.6.3. 设计计算（1）浓缩池池体计算：每座浓缩池所需表面积 浓缩池直径: D=4A=467.27=9.3m，取10m。水力负荷： =4D2=4302.7102=3.86m3/(m2d)=0.16 m3/(m2h)有效水深：h1=uT=0.1615=2.4m，取h1=2.5m浓缩池有效容积：V1=Ah1=67.272.5=168.18m3（2）排泥量与存泥容积:浓缩后排出含水率P296.0的污泥，则：Qw= 按4h贮泥时间计泥量，则贮泥区所需容积 V24Qw43.1512.6m3泥斗容积 =式中：h4泥斗的垂直高度，取1.2m； r1泥斗的上口半径，取1.1m； r2泥斗的下口半径，取0.6m。设池底坡度为0.08，池底坡降为： h5=故池底可贮泥容积： =式中： R1浓缩池半径, m； r1泥斗的上口半径，m。因此，总贮泥容积为：Vw=V3+V4=2.8+10.0=12.28m3V2=12.6m3（满足要求）（3）浓缩池总高度： 浓缩池的超高h2取0.30m，缓冲层高度h3取0.30m，则浓缩池的总高度H为： =2.5+0.30+0.30+1.2+0.30=4.6m，取5m。（4）浓缩池排水量：Q=Qw-Qw =12.6-3.15=9.45m3/h（5）浓缩池计算草图：3设计成果汇总表 序号名称类型或型号规格数量设计参数1格栅GH型链条回转格栅除污机LB =2.4m1.4m 1座设计流量：Qd=38000m3/d栅条间隙d=25mm栅前水深h=1.2m过栅流速v=0.6m/s2沉砂池曝气沉砂池LBH=15m5m4m1座设计流量Q0.66m3/s水平流速v= 0.08m/s有效水深H1=2m停留时间T= 3min3厌氧池DH =15m5m1座设计流量Q=0.66m3/s污泥浓度: X=3000mg/L污泥回流液浓度：XR=10000mg/L停留时间T= 1h4氧化沟4廊道式卡罗塞（Carrousel）氧化沟LBH=152m40m5m2座设计流量Q=28500m3/d污泥产率系数Y0.6污泥泥龄C =25d污泥负荷N=0.14 kgBOD5/(kgMLVSSd)混合液悬浮固体浓度（MLSS）X=3000 mg/L