环境工程原理课程设计-小城市生活污水处理设计.doc

Hunan Institute of Technology 环境工程原理课程设计小城市生活污水处理设计 系 部：安全与环境工程学院 学生姓名： 指导教师： 职称 讲师 专 业： 环境工程 班 级： 环境1101班 完成时间： 2013年11月 摘 要生活污水处理是采用物理的、化学的、生物的方法清除生活污水中含有的有机和无机杂质，使水质达到排放标准或重复使用要求的过程。一般先经过物理方法去除固体废物，本次设计中使用格栅，再经生物化学法将污水中的有机物质去除。污水经过格栅后，用水泵提升至曝气沉砂池，进一步去除与有机物粘附在一起的固体物质；污水依次进入初沉池和生物反应池，将水体中的有机物经生物化学作用分解；随后污水进入二沉池，二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使混合液澄清、浓缩和回流活性污泥；最后污水进入消毒池经消毒后排入水体；污泥进入污泥浓缩池和污泥脱水房处理。关键字 格栅；曝气沉砂池；二沉池2011届课程原理设计课题任务书系：安全与环境工程学院 专业：环境工程 指导教师周雯靖学生姓名欧阳素兰课题名称中小城市生活污水课程原理设计内容及任务 1、可行性方案的确定2、格栅的设计及计算3、污水处理流程的确定4、曝气沉砂池的设计及计算5、二次沉定池的设计及计算 拟达到的要求或技术指标出水水质达到城镇污水处理厂污染排放标准一级A类。处理后排入水体。化学需氧量（COD）50mg/L；生化需氧量（BOD5）10mg/L；悬浮物（SS）10mg/L；总氮（以N计）15mg/L；氨氮（以N计）5（8）mg/L, 括号外数值为水温120时的控制指标，括号内的数值为水温120时的控制指标。目 录第一章 设计任务11.1设计课题11.2设计资料11.3设计内容11.4设计成果11.5设计要求1第二章 处理工艺的选择与确定22.1方案确定的原则22.2可行性方案的确定22.2.1 A/O 工艺22.2.2 A2/O工艺22.2.3 氧化沟22.2.4 SBR及其变型工艺22.2.5最终工艺的确定32.3污水处理工艺流程的确定32.4主要构筑物3第三章 主要构筑物及设备的设计及计算43.1格栅43.1.1设计说明43.1.2格栅的水头损失53.1.3格栅的建筑设计53.2泵房63.2.1泵的类型63.2.2泵的确定73.2.3泵房73.3 A2/O工艺73.3.1设计说明73.3.2设计内容83.3.2.1设计的主要技术参数83.3.2.1主要构筑物参数选用与设计83.3.2.2.1曝气沉砂池83.3.2.2.2初沉池93.3.2.2.3 生物反应池93.3.2.2.4二次沉淀池93.3.2.2.5鼓风机房103.3.2.2.6 回流污泥泵房113.3.2.2.7接触消毒池113.3.2.2.8加氯间及液氯储存间113.3.2.2.9 浓缩池123.3.2.2.10污泥脱水机房13参考资料14第一章 设计任务1.1设计课题生活污水处理设计1.2设计资料（1）设计日平均水量30000 m/d（2）总变化系数 K总=1.5（3）设计水质(经24小时逐时取样混合后)污水水温1025（4）处理要求 出水水质达到城镇污水处理厂污染排放标准一级A类。处理后排入水体。基本控制项目化学需氧量（COD）50mg/L 生化需氧量（BOD5）10mg/L悬浮物（SS）10mg/L总氮（以N计）15mg/L氨氮（以N计）5（8）mg/L 括号外数值为水温120时的控制指标，括号内的数值为水温120时的控制指标。总磷（以P计）0.5mg/L1.3设计内容（1）工艺流程选择 （2）构筑物的工艺设计计算（3）水力计算（4）附属构筑物设计1.4设计成果设计说明说一份，图纸。1.5设计要求（1）设计参数选择合理（2）设计说明书要求计算机打印出来，条理清楚，并要求附有设计计算示意图。（3）图纸布局紧凑合理，可操作性强，表达准确、规范。标注即说明全部用宋体书写。第二章 处理工艺的选择与确定2.1方案确定的原则城市污水处理的设计原则1. 贯彻执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范及标准。2. 从城市的实际情况出发，在城市总体规划的指导下，使工程建设与城市的发展相协调，既保护环境，又最大程度地发挥工程效益。3. 根据设计进水水质和出厂水质要求，所选污水处理工艺力求技术先进、成熟、处理效果好、运行稳妥可靠、高效节能、经济合理、确保污水处理效果，减少工程投资及日常运行费用。4. 妥善处理和处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂和污泥，避免造成二次污染。5. 采用现代化技术手段，实现自动化控制和管理，做到技术可靠、经济合理。2.2可行性方案的确定2.2.1 A/O 工艺1A/ O 工艺通过聚磷菌在厌氧和好氧状态的循环实现磷的去除。也有部分A/ O 工艺以缺氧或好氧方式运行, 通过硝化菌和反硝化菌实现脱氮。该工艺不需外加碳源脱氮, 又能充分实现反硝化且易于控制污泥膨胀, 投资和运行费用较低, 在我国污水处理厂中广泛使用。2.2.2 A2/O工艺2A2/O工艺在只有除磷功能的A/O工艺中添加了一个缺氧池, 能同步脱氮除磷, 操作简单、运行费用低, 所产生的剩余污泥量较一般生物处理系统少, 而且污泥沉降性能好, 易脱水。A2/O工艺是我国最常用的同步脱氮除磷工艺, 运行状况均较好。2.2.3 氧化沟3通过特殊的运行方式, 氧化沟创造了一定的溶解氧梯度, 使硝化和反硝化作用在氧化沟中交替发生而完成生物脱氮功能。氧化沟工艺流程简单、运行稳定、运行方式灵活、管理方便、处理费用低。由于采用了较低的BOD 负荷、较长水力停留时间以及独特的流动方式, 与其他工艺相比, 氧化沟有较强的耐冲击负荷能力、出水水质较好, 剩余污泥少且稳定, 构筑物少。2.2.4 SBR及其变型工艺SBR工艺在自动控制程序的操纵下, 交替进行进水、缺氧搅拌、厌氧搅拌、曝气和沉淀滗水, 形成时间序列上的A2/O 系统, 高效、经济, 适用于中小水量, 对氮磷去除有特殊优势。多种类型的SBR 工艺在我国均有应用, 包括ICEAS 工艺、DAT-IAT 工艺、CASS 工艺、和UNITAN K 工艺。除了U NITANK工艺以外, 其余工艺为提高效率均在主反应区前增设了一个预反应区。2.2.5最终工艺的确定 本次污水处理采用A2/O工艺，本次设计的污水处理量较小，A2/O工艺运行成本适宜，技术较为成熟。2.3污水处理工艺流程的确定机械格栅泵房曝气沙沉池初沉池生物反应池二次沉淀池鼓风机房回流污泥泵房接解消毒池加氯间及氯液存储间污泥浓缩池污泥脱水房2.4主要构筑物1、格栅2、初沉池3、二沉池4、污泥浓缩池5、污泥脱水间第三章 主要构筑物及设备的设计及计算3.1格栅3.1.1设计说明设计最大流量Qmax=(300001.5)/(246060)=0.52 m/s格珊设计需要注意的重点有：水泵前格栅栅条间隙，应根据水泵允许通过污物的能力来确定。污水处理系统设计中，设二道格栅，一般在泵房前设一道中格栅，在泵房后设一道细格栅。同时格栅栅条间隙应符合下列要求：（1）人工清除为2540mm。（2）机械清除为1625mm。（3）最大间隙40mm。（4）栅渣量在无当地运行资料时，可采用经验数据，如下表3.1.1:表3.1.1水泵泵型4 水泵型号 栅条间隙（mm） 离心泵 2.5WA 20 4PWA 40 6PWA 70 8PWA 90 轴流泵 202LB-70 60 282LB-7O 90（5）格栅前渠道内的水流速度一般为0.40.9m/s，过栅流速一般为0.61.0m/s，格栅倾角一般为4570，而机械格栅一般为6070，特殊类型可达90。（6）放置格栅的沟度超过7m 宜选用钢丝绳型格栅机；深度在2m 或2m 以下宜采用弧格栅；中等深度宜采用链式除污机。（7）栅条的高度一般按正常高水位决定，当前池内设有可靠的自动装置时，则栅条的高度应比正常高水位高出1.0m 以上，以增加安全度。如无可靠的自控设备，则栅条的高度应考虑非常高水位。（8）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。其工作台两侧过道宽度不应小于0.7m，工作台正面过道宽度不应小于1.21.5m。工作台应有安全和冲洗设施.本次设计采取机械清除，粗格栅间隙选择25mm；采用链式除污机，过栅流速v=0.6m/s,前池深设置为1.2m；安装倾角=60。3.1.2格栅的水头损失通过格栅的水头损失h2的计算：h2=h0k h0=v2sink/2g 公式3.1.2 式中：h0计算水头损失，m；v污水流经格栅的速度，m/s；阻力系数，其值与格栅栅条的断面几何形状有关；=b（s/e）3/4，当为矩形断面时，bb=2.42。格栅的放置倾角；g重力加速度，m/s2；k格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，k=3；h2=2.42(0.01/0.01)3/40.60.933/(29.8)=0.12m3.1.3格栅的建筑设计n=（Qmax）/ (d.hv) 公式3.1.3.1 =（0.520.93）/(0.0251.20.6)=26.8（个）n取27，则框架内的栅条数目为26个式中：Qmax最大设计流量，m/sd栅条间距，mh栅前水深，mv污水流经格栅的速度，m/s格栅的建筑宽度b 由下式决定： b=s（n-1）+dn（m） 公式3.1.3.2式中：b格栅的建筑宽度，m s栅条宽度，m。取0.01 b=0.0126+0.02527=0.935m栅后槽的总高度h 总由下式决定：h总=h+h1+h2式中：h栅前水深，m；h2格栅的水头损失，m；h1格栅前渠道超高，一般h1=0.3m。h总=1.2+0.3+0.12=1.62m格栅的总建筑长度L 由下式决定：L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tg（m） 公式3.1.3.3式中：L1进水渠道渐宽部位的长度，m。L1= (b-b1)/( 2tg)=（0.935-0.5）/（2tg60）=0.126mb1进水渠道宽度m1进水渠道渐宽部位的展开角度，一般1=20L2格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度，一般 L2=0.5L1H1格栅前的渠道深度，取0.3m。L=0.126+0.063+1.0+0.5+0.3/1.73=1.86m每日栅渣量的计算W= (QmaxW186400)/(KZ1000)（m/d） 公式3.1.3.4式中：W1栅渣量，取W1=0.1 m/(1000 m)；K总生活污水流量总变化系数。W=0.520.186400/(1.51000)=3.34 m/d 0.2 m/d宜采用机械清渣方式。3.2泵房3.2.1泵的类型5 1、螺旋式离心泵螺旋式离心泵是秘鲁在二十世纪六十年代设计出来的，这种泵的主要结构是装有螺旋离心式叶轮，开闭式叶轮中有一扭曲螺旋叶片，在锥形轮毂上由吸入口沿轴向延长，叶片的半径逐渐增大，形成螺旋式流道。壳体由吸入盖和蜗壳两部分组成。吸入盖部分的叶轮产生螺旋推进作用，蜗壳部分的叶轮产生离心作用，叶片进口的锐角部分将杂物导向轴心部分，在利用螺旋作用将杂物沿轴向推进，固态物质进入叶轮后受均衡的螺旋力作用沿螺旋叶片旋转形成的抛物面进入泵体，流动中液流无急剧变化，所以这种泵具有非常好的无堵塞性。2、轴流泵工作原理简介轴流泵是叶片式水泵的一种,其工作原理是电机通过主轴带动翼型叶轮旋转而产生向上的升力(即推力)将液体压向导叶,在压向导叶的过程中泵将液体动能转为压力能而使液体沿筒体压出。其比转数ns=3.65 nQ0.5/H0.75(式中ns为比转速)一般为5001200,主要适用于大流量。轴流泵适应于大流量、低扬程的水体提升，需要配备的电机功率大。3.2.2泵的确定因其具有以下几个优点，综合考虑选定螺旋式离心泵。（1）无堵塞性好:从叶片形成的大通道，加上进口导向和螺旋推进作用可以输，送含大颗粒及纤维物质的液体，输送的浓度比其他形式无堵塞泵高。（2）无损性能好:固、液两相流体在受均衡的螺旋力作用向前推进，流动方向无突然变化，因而平衡流动。（3）效率高:试验表明，螺旋式离心泵比同类杂质泵效率高5%以上，且在较大流量范围内保持高效率。（4）功率曲线平坦:功率曲线随流量变化不大，一般无过载问题。（5）具有较陡的扬程曲线:扬程流量曲线近似于一条陡直线，对于扬程变化，流量变化坡度小，可保证运行稳定，这个特点非常适合污水处理场合。 3.2.3泵房(1)设计说明 污水处理系统简单，故污水只考虑一次提升。(2)设计选型 污水经消毒池后进入市政污水管道，消毒水面相对高程为0.00m，则相应污泥浓缩池，二沉池，氧化区、厌氧区、好氧区，的水面相对标高为0.50、1.00、1、6m。(3)设计参数 平均秒流量Q=356.16（l/s）。 最大秒流量Qmax=356.161.46=520（l/s）。 进水管管底标高31.624m，管径D=900mm，充满h/d=0.3，水面标高31.957m，地面标高38.300m。 出水管提升后的水面标高38.800m经100m管长至污水处理构筑物。选择集水池与机器间合建式的圆型泵站，考虑3台水泵（其中1台备用）。每台水泵的容量为Qmax/2=520/2=260（l/s）,集水池容积相当于采用一台泵6min的容量：W=260606/1000=93.6（m）。有效水深采用H=2.0m，则集水池面积为46.8m。3.3 A2/O工艺63.3.1设计说明在我国污水处理技术中A2/O 生物脱氮除磷技术是近十年来发展起来的一种生物处理新工艺。我国自八十年代初开始进行污水A2/O 生物脱氮除磷技术的试验研究工作, 其目的:一是为了防止水体富营养化, 改善水环境污染状况;二是为缺水城市和地区探索污水处理与回用的新流程, 八十年代中期进入中间试验研究阶段, 目前已开始在较大规模的污水处理厂应用, 尤其是近几年来有很大的发展。3.3.2设计内容3.3.2.1设计的主要技术参数7水量：每日处理30000 m表3.3.2.1水质指标表8进水水质(mg/l)出水水质(mg/l)BOD200 20SS250 30TN40 20NH4+-N30 15TP5 23.3.2.1主要构筑物参数选用与设计3.3.2.2.1曝气沉砂池9设计说明 污水经螺旋泵提升后进入平流曝气沉砂池，共两组对称于提升泵房中轴线布置，每组一格。沉砂池池底采用多斗集砂，沉砂由螺旋离心泵自斗底抽送至高架砂水分离器，砂水分离通入压缩空气洗砂，污水回至提升泵前，净砂直接卸入自卸汽车外运。 设计流量为Qmax=1870 m3/h=0.52 m/s，设计水力停留时间t=2.0min，水平流速 =0.085m/s，有效水深H1=2.50m。池体设计计算V=Qmaxt/60=62.4 m共两格，每格有效容积V1=V/2=31.2 m；每格池平面面积为 Ai=V1/H1=32.1/2.5=13；沙沉池水流部分的长度（L）L=t=0.082.060=9.6mL取10.0m；则单格池宽 B1=Ai/L=1.3m；每组池宽B=2B1=2.6m。曝气系统设计计算采用鼓风曝气系统，罗茨鼓风机供风，穿孔管曝气；设计曝气量q=0.2 m/ (m.h)；空气用量Qa=qQmax=0.21872=374.4 m/h=6.2 m/min；供气压力p=10.3Kpa；穿孔管布置：于每格曝气沉砂池池长边两侧分别设置2根穿孔曝气管,每格2根，共4根。曝气管管径DN100mm，送风管管径DN150mm。3.3.2.2.2初沉池采用圆形辐流式沉淀池,中心进水周边出水,表面负荷为2.2m/h,停留时间2h,全厂2个池,每个直径30m,周边水深3.5m,中央水深5.8m。3.3.2.2.3 生物反应池生物反应池按污泥负荷0.15KgBOD5/KgMLSSd进行设计,反应时间8h,其中厌氧段1h,缺氧段2h,好氧段5h,MLSS34g/l,混合液回流比100200%,活性污泥回流比40100%,全厂分两个独立运行的单元,每单元分两个池体,每池设四个廊道,廊道宽9m,长60m,水深5.8m,每池有效容积为12500m,厌氧段和缺氧段内安装侧轴式潜水搅拌器,好氧段内安装HWB -3型微孔板曝气器。3.3.2.2.4二次沉淀池设计说明 对于大规模的城市污水处理厂，一般在设计沉淀池时，选用平流式和辐流式沉淀池。为了使沉淀池内水流更稳（如避免横向错流、异重流对沉淀的影响、出水束流等）、进出水配水更均匀、存排泥更方便，常采用圆形辐流式二沉池10。向心式辐流沉淀池，采用周边进水、周边出水，多年来的实际和理论分析，认为此种形式的辐流沉淀池，容积利用系数比普通沉淀池高17.4%，出水水质也能提高20.0%24.2%（以出水SS和BOD5指标衡量）。该污水厂设计采用周边进水周边出水辐流式沉淀池设计流量Q=30000 m/d=1250 m/h；表面负荷q=1.0 m/（m.d）；水利停留时间T=2.0h；设计污泥回流比R=50%-100%。池体计算I 沉淀池表面面积AA=Q/q=1250/1.0=1250 m2二沉池直径D=40m选取D=40mII 池体有效水深H1,二沉池有效水深为：H1=qT =1.02.0=2.0mIII 存泥区所需容积Vw氧化沟中混合液污泥浓度X=5000mg/L，设计污泥回流比采用R=75%，则回流污泥浓度为Xr=11666.7mg/L。 为保证污泥回流的浓度，污泥在二沉池的存泥时间不宜小于2.0h,即TW=2.0h。 二沉池污泥区所需存在泥泥容积为Vw=2Tw(1+R)QX/(X+Xr)=22(1+0.75) 12505000/(5000+11666.7)=2630 mIV则存泥区高度H2为H2=Vw1/Ai=2630/1250=2.1mV 二沉池总高度H，取二沉池缓冲层高度H3=0.4m，二沉池超高为H4=0.5m， 则二沉池边总高度H为H=H1+H2+H3+H4=5.0m设计设计二沉池池底坡度i=0.01，则池底坡降为H5=D-2.50.01/2m,池中心深度为H=H+H5=5.22m池中心污泥斗深为H6=0.98m,则二沉池总深度H7为H7=H+H6=6.2mVI 校核径深比二沉池直径与水深之比为D/(H1+H3)=40 /2.4=16.67二沉池直径与池边总水深之比为D/(H1+H2+H3)=40/4.5=8.89符合要求。二沉池设计计算见图13.3.2.2.5鼓风机房污水处理厂常用的鼓风机有罗茨鼓风机和离心鼓风机，它们有其各自的适用性。罗茨鼓风机是容积式气体压缩机，其特点是：强制流量，在设计压力范围内，管网阻力变化时其流量变化很小；在流量要求稳定而阻力变化幅度较大的工作场合，可予自动调节，故工作适应性较强。与离心风机相比价格低，而它的噪音大，存在润滑油向气缸渗漏的缺点，同时其风量调节只能采用变频调速和出风管放气，变频调速设备本身的价格比鼓风机价格还要高，出风管放气则造成能量浪费，因此只适用于小型污水处理厂。离心鼓风机是速度型，较容积式风机具有供气连续、运行平衡，效率高、结构简单、噪声低、外型尺寸及重量小、易损件少等优点。离心鼓风机又分为多级低速和单级高速，单级高速以提高转速来达到所需风压，较多级风机流道短，减少了多级间的流道损失，特别是可采用节能效果好的进风导叶片调节风量方式，适宜在大中型污水处理厂中采用。因此本次选用离心鼓风机。效果要比罗茨鼓风机好，综合来说实用性价值高。3.3.2.2.6 回流污泥泵房设计说明11二沉池活性污泥由吸泥管吸入，由池中心落泥管及排泥管排入池外套筒阀井中，然后由管道输送至回流污泥泵站。其他污泥由刮泥板刮入污泥斗中，再由排泥管排入剩余污泥泵站集泥井中。回流污泥泵设计选型 I 扬程 二沉池水面相对地面标高为+0.50m，套筒阀井泥面相对高程为+0.10.2m，回流污泥泵房泥面相对标高为-0.20.3m。 氧化沟水面相对标高为+1.0m，配水井最大水面标高为+1.31.5m。 污泥回流泵所需提升高度为1.8m。 II 选泵 选用LXB-1500螺旋泵4台，每站两台，单台提升能力21002300m/h，提升高度为2.02.5m，电动机转数42r/min，电动机功率N=30KW。 回流污泥泵站一组占地面积为（15.07.7）m2。每单元设一个回流污泥泵房,共1个,混合液自反应池末端引入泵房。泵房提升的最大流量为进水量的200 %, 每个泵房内设2台潜水泵,每台流量为180240l/s,扬程2.54.5m,活性污泥回流按回流比40100 %设计,每个泵房内装1台潜水泵,规格同上。3.3.2.2.7接触消毒池设计说明 因为纳污河段水质标准为地面水环境质量标准（GB 3838-88）中“IV”标准，故需经消毒处理后出水才能排放。 设计流量 Q=30000 m/d=1250m3/h；水力停留时间 T=0.5h；设计投氯量为C=3.05.0mg/L；接触时间为32min；池内设5条廊道,长20m,宽1m,水深2m。3.3.2.2.8加氯间及液氯储存间 加氯量标准为5mg/l污水,采用全真空加氯机一台;设置消毒池（接触式）一座;池体容积V=QT=1250m3;消毒池池长L=20m，每格池宽b=6m，长宽比L/b=3.3;接触消毒池总宽B=nb=3b=18.0m，消毒池有效水深设计为H1=4.0m;实际消毒池容积V1为V1=BLH1=36.04.0=1440 m 公式3.3.2.2.8满足有效停留时间的要求。接触消毒池设计为纵向折流反应池。在第一格，每隔4m设纵向垂直折流板，第二格每隔7m设垂直折流板，第三格不设。3.3.2.2.9 浓缩池设计说明 剩余污泥泵房将污泥送至浓缩池，污泥含水率P1=99.3%；污泥流量Qw=37.7 m/h 设计浓缩后含水率P2=96%；设计固体负荷q=2.0KgSS/( m2h)。浓缩池池体计算 浓缩池所需表面面积A=37.7241000(1-0.993)/48=132m2；浓缩池直径D= ；水力负荷=Q/A=37.7/（6.56.5）=264 m/( mh)；水力停留时间T12.0h 则有效水深H1为H1=0.1712=2m；浓缩池有效容积V=1322=264 m。排泥量与存泥容积浓缩后排出含水率P2=96%的污泥QW=37.7(100-99.3)/(100-96)=6.6 m/h；QW=6.6m3/h，设计污泥层（存泥区）厚度为1.25m，池底坡度为0.02，坡降为0.13m，则贮泥区容积为:VW=H(S12 +S22 +)/3=21.46 m 公式3.3.2.2.9浓缩池总深度H 有效水深H1=2.0m；缓冲层高度H2=1.25m；存泥区高度H3=1.25m；池体超高H4=0.5m；池底坡降H5=0.13m；则浓缩池总深度为5.13m。另外，池中心排泥积泥斗高为H0=1.4m。 进泥中心管 进泥管DN150mm；中心进泥筒500mm；反射板900mm。出水渠 排水量Q=37.7m3/h-6.6m3/h=31.1 m/h，出水渠流量为1/2 31.1 m/h=0.0043m/s；出水渠宽，取b=0.30m；出水渠中流速为0.3m/s，出水渠中深为h=Q/bv=0.