水污染控制工程课程设计[1].doc

水污染控制工程课程设计目 录1 设计总论31.1.设计题目：31.2 设计任务及要求31.2.1 污水资料31.2.2 出水水质要求31.3.气象及水文资料31.3.1气温及水文资料31.4厂区地形 3 1.4.1厂区地形32 工艺流程的选择42.1 设计原则4 2.2 设计范围.42.3 处理方法的选择42.3.1 传统活性污泥法42.3.2 生物接触氧化法52.3.3 SBR工艺52.3.4 方案定夺62.3 工艺流程63 主要设备73.1 各构筑物概况及作用73.1.1 格栅73.1.2 沉砂池7 3.1. 3 初沉池（平流式）73.1.4 曝气池73.1.5 二沉池83.2 处理工艺特点84 各构筑物设计计算94.1 格栅94.1.1 粗格栅设计参数94.1.2 设计计算9 4.1.3 细格栅设计计算104.3 初沉池（平流式）144.3.1 设计参数144.3.2 设计计算144.4 曝气池（推流式）164.4.1 设计参数164.4.2 设计计算164.5 二沉池（竖流式）214.5.1 设计参数214.5.2 设计计算215 污水厂总体布置245.1污水处理厂平面布置246 主要设计内容257 参考文献261 设计总论1.1.设计题目：某城市污水处理厂工艺设计1.2 设计任务及要求：1.2.1 污水资料表1.1 建设单位提供的设计参数水量（m3/d）BOD5（mg/L）CODcr（mg/L）SS（mg/L）85001704002701.2.2出水水质要求城市污水经二级处理后应达到污水综合排放标准（GB8978-1996）一级标准，即：CODcr 60mg/L，BOD5 25mg/L，SS 20mg/L。1.3.气象及水文资料1.3.1气温及水文资料风向：多年主导风向为东南风。水文：降水量多年平均为每年728mm；蒸发量多年平均为每年1200mm；地下水位，地面下67m。 年平均水温：20。14厂区地形1.4.1厂区地形污水厂选址区域海拔标高在1921m左右，平均地面标高为20m。平均地面坡度为0.30.5 ，地势为西北高，东南低。厂区征地面积为东西长224m，南北长276m。2 工艺流程的选择2.1 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).污水处理工艺技术方案，在达到治理要求的前提下应优先选择基建投资和运行费用少，运行管理简便的先进的工艺。(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).所用污水，污泥处理技术和其他技术不仅要求先进，更要求成熟可靠。(6).采用适当的自动化技术监测仪表，提高运行管理水平和运行的稳定性。(7).污水处理场选址应适合当地情况。以最大的可能减少投资是资金发挥最大效益。2.2 设计范围 对污水处理厂内的主要污水处理构筑物的工艺进行设计。包括格栅，沉砂池，初沉池，曝气池，二沉池。2.3 处理方法的选择本项目污水处理的特点为：(1)污水以有机物污染为主，BOD5/COD=0.425，可生化性较好；（2）污水中主要污染物指标BOD5 ，CODcr，SS值比国内一般城市污水高70%左右；针对以上特点，以及出水要求，现有城市污水处理技术特点，以采用生化处理最为经济。可采用传统活性污泥法，生物接触氧化法，SBR工艺等。2.3.1 传统活性污泥法 污水 格栅 污水泵房 出水井 计量槽 沉砂池 初沉池 曝气池 二沉池 消毒池 出水 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。2.3.2 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。2.3.3 SBR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。2.3.4 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，CODcr，去除都能达到出水水质，在技术上都是可行的。由于传统活性污泥法运行方便，投资省，该污水处理要去除BOD5与SS，CODcr，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。2.4 工艺流程3 主要设备3.1 各构筑物概况及作用3.1.1 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。格栅栅条间距采用10mm和80mm的粗细格栅，栅前水深0.4m，每日栅渣量为粗格栅用0.05m3和细格栅用0.08 m3 ，采用机械清渣，栅后槽的总高度粗格栅为0.8m，细格栅为1m。格栅安装倾角为60。3.1.2 沉砂池沉砂池的作用是从废水中分离密度较大的无机颗粒。它一般设在污水处理厂前端，保护水泵和管道免受磨损，缩小污泥处理构筑物容积，提高有机组分的含率，提高污泥作为肥料的价值。沉砂池的工作原理是以重力或离心力分离为基础，即控制进入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。池子沉砂部分长度7.5m,水流断面积为0.472，有效水深为0.39m，池子总宽度为1.2m，设计2格沉砂池。 3.1.3 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141.6m2，池子长度13.4m，池子总高度10.57m，共设6个池子，沉淀区有效水深3.0m，停留时间1.0h，沉淀区的有效容积424.8m3，池子总高3.44m。3.1.4 曝气池曝气池是一个生物反映器，共设两组，总容积为1021.717m3，每个池子长24.32m，宽3.5m，水深3m，单廊道.进水BOD5为170mg/l，出水BOD5为25mg/l，曝气时间1.44h，采用鼓风曝气，平均供气量1261.9m3/h，污泥负荷0.3kgBOD5/(kgMLSS.d)。3.1.5 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2.1 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2.1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5座直径为1m的竖流式二沉池，水深3m，沉淀时间1.2h，池子总高度8.59m。3.2 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城市污水，设计流量为8500，属于中小型污水处理厂。废水主要来源于居民的日常生活用水。包括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、重金属等。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。4 各构筑物设计计算4.1 格栅4.1.1 粗格栅设计参数栅前水深h=0.4m, 过栅流速v =0.8m/s格栅间隙b=0.08m, 格栅倾角=60栅条宽度s=0.01m栅渣量污水4.1.2 设计计算（1） 栅条的间隙数个（2） 栅槽宽度 m（3） 进水渠道渐宽部分的长度 设进水渠宽=0.35m，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k=3h0：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k=3 ：阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时=2.42（6） 栅后槽总高度 取栅前渠道超高 h2=0.3m 栅前槽总高度:=0.4+0.3=0.7m 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（7） 栅槽的总长度（8） 每日栅渣量 宜采用机械清渣 污物的排除采用机械装置：螺旋输送机，选用长度L=8.0m的一台。4.1.3细格栅设计计算栅前水深h=0.4m, 过栅流速v =0.8m/s格栅间隙b=0.01m, 格栅倾角=60栅条宽度s=0.01m栅渣量污水（1） 栅条的间隙数个（2） 栅槽宽度 m（4） 进水渠道渐宽部分的长度 设进水渠宽=0.35m，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k=3h0：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k=3 ：阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时=2.42（6） 栅后槽总高度 取栅前渠道超高 h2=0.3m 栅前槽总高度:=0.4+0.3=0.7m 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（7） 栅槽的总长度（8） 每日栅渣量 宜采用机械清渣污物的排除采用机械装置：螺旋输送机，选用长度L=8.0m的一台。4.2沉砂池（平流式）4.2.1 设计参数 设计流速v=0.25m/s,t=30 每个宽度b=0.6m，n=2 排砂时间的间隔T=2d 城镇污水沉砂量X=0.03L/（污水）4.2.2 设计计算 （1）沉沙部分的长度 (L) L=vt=0.25*30=7.5m (2)水流断面积（A） （3）池总宽度（B） 设n=2格，每格宽b=0.6m，则B=n*b=2*0.6=1.2（m）（4）有效水深（） （5）贮砂斗所需容积（V） （6）每个沉砂斗容积（） 设每一分格有2个沉砂斗，则 （7）沉砂斗各部分尺寸 设贮砂斗底宽，斗壁与水平面的倾角为55度，斗 高，沉砂斗上口宽为a则沉砂斗容积： （8）贮砂室高度（） 假设采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗。则： （9）池总高度（H） 设超高，则 （10）验算最小流速（） 在最小流量时只用一格工作（=1） 4.3 初沉池（平流式）4.3.1 设计参数 设计流量污水表面负荷q=3.0m3/（m2h）设计人口4万4.3.2 设计计算 （1） 池子总面积 （2） 沉淀部分有效水深 停留时间 取t=1.0h （3） 沉淀区有效容积（4） 池长 设水平流速v=3.7/s则（5） 池子总宽度 （6） 池子个数 设每个池子宽b=3m，N= B/b=10.57/3=3.52m=4个（7） 校核长宽比 (介于412之间) 符合要求（8） 污泥区的总容积 取S=0.5L/(p.d) 污泥存留时间 T=4h （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 （14） 计算草图图3.3 初沉池34.4 曝气池（推流式）4.4.1 设计参数 设计流量Q=8500m3/d 设2座4.4.2 设计计算（1） 水处理程度计算 原污水的BOD5值为270mg/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Sa170（130）119mg/L计算去除率，对此按下式计算水中非溶解性BOD5值：BOD5=7.1bXaCe其中取Ce25mg/L，b一般介于0.050.1之间取0.09，Xa活性微生物在水中所占比例，取值0.4代入各值得： BOD5 =7.1*0.09*0.4*25=6.396.4即处理水中溶解性BOD5值为25-6.4=18.6mg/L去除率为 =0.8436=84.36%（2） 曝气池的计算 按BODcr污泥负荷法计算 污泥负荷率的确定拟定采用的BODcr污泥负荷率为0.3kg BOD5/(kgMLSS.d) ,但为稳妥需要加以校正3。校核公式为： 式中 K2-系数 其值在0.0168-0.028之间，取0.0185 Se- 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0.75左右代入各值，得：计算结果证明,取0.3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100-150，取值120计算确定混合液污泥浓度值X：X= 式中 R= 污泥回流比 取50% -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1.2左右代入数值X=3333mg/L3300mg/L 确定曝气池容积 式中 Q- 设计流量8500m3 /d Sa-原污水的BOD5值 mg/L Sa=119mg/L X-曝气池内混合液悬浮固体浓度(MLSS)mg/L X=3300mg/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h=3m,则每组曝气池面积为取池宽b=3.5m,则 b/h=3.5/3=1.17， 介于之间，符合规定池长L=F/b=170.29/3.5=48.65m L/b=48.65/3.5=13.910，符合规定设单廊道式曝气池，单廊道长,介于之间,合理取超高0.5m,则池总高度为H总=3.5+0.5=4.0 m水力停留时间计算草图 图3.4 曝气池（3） 曝气系统的计算（设计过程采用鼓风曝气）有关各项参数：修正系数，(0.8 0.85) 取0.82；-修正系数 （0.9 0.97）取0.95； C混合液溶解氧浓度，取2.0mg/L；压力修正系数，取1.0；EA空气扩散器的氧转移效率，取12%； 平均时需氧量O2=aQSr+bVXv=0.5+0.15=778.8kg/d=32.45kg/ha-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1kgBODcr所需要的氧量，以kg计,查表取a=0.5 b- 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 b=0.15 Sr-经活性污泥微生物代谢活动被降解的有机污染物量，以BOD5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BOD5=799kg/d去除每千克BOD5的需氧量O2=778.8/799=0.975kgO2/kg BOD最大需氧量与平均需氧量之比O2(max)/O2=35.77 / 32.45=1.102 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0.2m处，淹没水深4.0m，计算温度为30，查表得水中溶解氧饱和度Cs(20)=9.17mg/L Cs(30)=7.63mg/L 空气扩散器出口处的绝对压力Pb=P+9.8H =1.013+9.8=1.405Pa 空气离开曝气池面时，氧的百分比Ot=100%=100%=18.96% 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Csb(30)=7.63()=8.74mg/L 计算鼓风曝气池时脱氧清水的需氧量R0=代入数值 R0=45.43kg/h 相应的最大时需氧量为 R0(max)=50.078kg/h 曝气池平均时供氧量Gs=1261.9m3/h曝气池最大时供氧量Gs(max)=1391.06m3/h (6)去除每kgBOD5供气量：（7）每立方米污水的供气量：（8）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=708.33m3/h总需气量1391.06+708.33=2099.39m3/h4.5 二沉池（竖流式）4.5.1 设计参数设计进水量：Q=0.926m3/s 表面负荷：qb范围为1.01.5 m3/ m2.h ，取q=1.0 m3/ m2.h； 水力停留时间：T=1.2h，采用池数n=54.5.2 设计计算（1） 中心管尺寸 设中心管内流速 则采用5个竖流式沉淀池，每池最大设计流量 中心管面积中心管直径喇叭口直径为 d1 =1.35d=1.351=1.35反射板直径为 d2 =1.3 d1=1.31.35=1.755m中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度：设=0.02m/s则（2） 沉淀部分有效断面积 F 设表面负荷则： （3） 沉淀池直径和总面积A=34.29+0.8=35.09采用D=7m （4） 沉淀池有效水深设沉淀时间T=1.2h （5） 校核池径水深D/h2=7/3=2.33m（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沉淀部分所需总容积 设T=2日，s=0.5L/人.d，N=4万V=SNT/1000=0.5*40000*2/1000=40每个池子所需污泥室容积为40/5=8 （7） 池子圆锥部分有效容积设圆锥底部直径0.4m，截锥高度为，截锥侧壁倾角为（8） 沉淀池总高度设池子保护高度h1=0.3,缓冲层高度 =0.3(泥面低),则（9） 计算草图图3.5 二沉池5 污水厂总体布置5.1污水处理厂平面布置 污水处理厂的总体布置时支为达到污水处理厂所规定的处理目标，对污水处理厂内构（建）筑物及工用设施的空间布置。当然，污水处理厂的各处理构筑物必须按