水质工程学课程设计.doc

目 录设计任务书 2设计计算说明书 4第一章 污水处理厂设计 第一节 污水厂选址4 第二节 工艺流程4第二章 处理构筑物工艺设计 第一节 设计参数6 第二节 泵前中格栅设计6 第三节 污水提升泵房设计计8 第四节 泵后细格栅设计计算 9 第五节 沉砂池设计计算10 第六节 辐流式初沉池设计计算12 第七节 反应池设计计算14 第八节 向心辐流式二沉池设计计算16 第九节 剩余污泥泵房17 第十节 浓缩池18 第十一节 贮泥池20 第十二节 脱水机房21第三章 处理厂设计 第一节 污水处理厂的平面布置23 第二节 污水处理厂高程布置23参考文献26 水质工程学课程设计任务书一、设计题目某计城市日处理污水量15万m3污水处理工程设计二、基本资料1、污水水量、水质（1）设计规模设计日平均污水流量Q=150000m3/d；设计最大小时流量Qmax=8125m3/h（2）进水水质CODCr =400mg/L，BOD5 =180mg/L，SS = 300mg/L，NH3-N = 35mg/L2、污水处理要求污水经过二级处理后应符合城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级标准的B 标准，即：CODCr 60mg/L，BOD520mg/L，SS20mg/L，NH3-N8mg/L。3、处理工艺流程污水拟采用活性污泥法工艺处理，具体流程如下：原污水污泥浓缩池污泥脱水机房出水格栅污水泵房沉砂池二沉池泥饼外运曝气池回流污泥4、资料市区全年主导风向为东北风，频率为18%，年平均风速2.55米/秒。污水处理厂场地标高384.5383.5米之间，5、污水排水接纳河流资料：该污水厂的出水直接排入厂区外部的河流，其最高洪水位（50年一遇）为380.0m，常水位为378.0m，枯水位为375.0m。三、设计任务1、对处理构筑物选型做说明；2、对主要处理设施（格栅、沉砂池、初沉池、生化池、污泥浓缩池）进行工艺计算（附必要的计算草图）；3、按扩初标准，画出污水处理厂平面布置图，内容包括表示出处理厂的范围，全部处理构筑物及辅助建筑物、主要管线的布置、主干道及处理构筑物发展的可能性；4、按扩初标准，画出污水处理厂工艺流程高程布置图，表示出原污水、各处理构筑物的高程关系、水位高度以及处理出水的出厂方式；5、编写设计说明书、计算书。四、设计成果1、设计计算说明书一份；2、设计图纸：污水处理厂平面布置图和污水处理厂工艺流程高程布置图各一张。五、参考资料1、给水排水设计手册第一、五、十、十一册2、环境工程设计手册（水污染卷）3、室外排水设计规范 设计计算说明书 第一章 城市污水处理厂设计第一节 污水厂选址 未经处理的城市污水任意排放，不仅会对水体产生严重污染，而且直接影响城市发展发展和生态环境，危及国计民生。所以，在污水排入水体前，必须对城市污水进行处理。而且工业废水排入城市批水管网时，必须符合一定的排放标准。最后流入管网的城市污水统一送至污水处理厂处理后排入水体。 在设计污水处理厂时，厂址对周围环境、基建投资及运行管理都有很大影响。 选择厂址应遵循如下原则： 1.为保证环境卫生的要求，厂址应与规划居住区或公共建筑群保持一定的卫生防护距离，一般不小于300米。2.厂址应设在城市集中供水水源的下游不小于500米的地方。3.厂址应尽可能设在城市和工厂夏季主导风向的下方。4.要充分利用地形，把厂址设在地形有适当坡度的城市下游地区，以满足污水处理构筑物之间水头损失的要求，使污水和污泥有自流的可能，以节约动力。5.厂址如果靠近水体，应考虑汛期不受洪水的威胁。6.厂址应设在地质条件较好、地下水位较低的地区。7.厂址的选择要考虑远期发展的可能性，有扩建的余地。 因为该市区全年主导风向为东北风，所以将厂址选在西南方向。 第二节 工艺流程 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。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。 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，大约可去初SS 45%,BOD 25%，污水进入曝气池中曝气，从一点进水，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。 2.污泥处理工艺流程 污泥是污水处理的副产品，也是必然的产物，如从沉淀池排出的沉淀污泥，从生物处理排出的剩余活性污泥等。这些污泥如果不加以妥善处理，就会造成二次污染。污泥处理的方法是厌氧消化，消化后的污泥含水率仍然很高，不宜长途输送和使用，因此，还需要进行脱水和干化等处理。具体过程为：二沉池的剩余污泥由螺旋泵提升至浓缩池，浓缩后的污泥进入贮泥池，再由泥控室投泥泵提升入消化池，进行中温二级消化。一级消化池的循环污泥进行套管加热，并用搅拌。二级消化池不加热，利用余热进行消化，消化后污泥送至脱水机房脱水，压成泥饼，泥饼运至厂外。本设计采用的工艺流程如下图所示。中格栅进水泵房细格栅沉砂池初沉池砂缺氧池好氧池二沉池排放河道栅渣剩余污泥初沉泥剩余污泥泵房污泥浓缩池贮泥池脱水机房垃圾填埋场第2章 处理构筑物工艺设计 第一节 设计参数1. 平均日流量 =15万2. 最大时流量 最大时流量 第二节 泵前中格栅设计计算中格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。1.格栅的设计要求（1）水泵处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求：1) 人工清除 2540mm2) 机械清除 1625mm3) 最大间隙 40mm（2）过栅流速一般采用0.61.0m/s.（3）格栅倾角一般取600 （4）格栅前渠道内的水流速度一般采用0.40.9m/s.（5）通过格栅的水头损失一般采用0.080.15m。2. 格栅尺寸计算设计参数确定：设计流量Q1=2.257m3/s（设计2组格栅），以最高日最高时流量计算；栅前流速：v1=0.7m/s， 过栅流速：v2=1m/s；渣条宽度：s=0.01m， 格栅间隙：e=0.02m；栅前部分长度：0.5m， 格栅倾角：=60；单位栅渣量：w1=0.07m3栅渣/103m3污水。设计中的各参数均按照规范规定的数值来取的。 (1)确定格栅前水深，根据最优水力断面公式计算得:栅前槽宽= m，则栅前水深m（2）栅条间隙数： （3）栅槽有效宽度：B0=s（n-1）+en=0.01（105-1）+0.02105=3.14m（4）进水渠道渐宽部分长度：进水渠宽：（其中1为进水渠展开角，取1=）（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度m（6）过栅水头损失（h1）设栅条断面为锐边矩形截面，取k=3，则通过格栅的水头损失： 其中： h0：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。（7）栅后槽总高度（H）本设计取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽总高度H1=h+h2=1.06+0.3=1.36mH=h+h1+h2=1.06+0.13+0.3=1.49m（8）栅槽总长度 L=L1+L2+0.5+1.0+（1.06+0.30）/tan=1.4 +0.7+0.5+1.0+(1.06+0.3/tan60=3.385m（9）每日栅渣量在格栅间隙在20mm的情况下，每日栅渣量为： ,所以宜采用机械清渣。第三节 污水提升泵房设计计算 1.设计参数设计流量：Q=2.257m/s，泵房工程结构按远期流量设计2.泵房设计计算采用氧化沟工艺方案，污水处理系统简单，对于新建污水处理厂，工艺管线可以充分优化，故污水只考虑一次提升。污水经提升后进入细格栅，再进入平流沉砂池，然后自流通过A/O池、二沉池及接触池。污水提升前水位380.15m（既泵站吸水池最底水位）,提升后水位387.82m（即细格栅前水面标高）。所以，提升净扬程Z=387.82-380.15=7.67m水泵水头损失取2m 沿程损失0.6m从而需水泵扬程H=Z+h=10.27m再根据设计流量2.257m3/s=8125m3/h，采用4台MF系列污水泵，单台提升流量542m3/s。采用ME系列污水泵（8MF-13B）4台，四用两备。该泵提升流量540560m3/h，扬程11.9m，转速970r/min，功率30kW。占地面积为5278.54m2，即为圆形泵房D10m,高12m,泵房为半地下式，地下埋深7m，水泵为自灌式。计算草图如下： 第四节 泵后细格栅设计计算 1.细格栅设计说明污水由进水泵房提升至细格栅沉砂池，细格栅用于进一步去除污水中较小的颗粒悬浮、漂浮物。细格栅的设计和中格栅相似。2.设计参数确定：已知参数：Qmax=8125m3/h=2.257 m3/s。栅条净间隙为3-10mm，取e=10mm，格栅安装倾角600 过栅流速一般为0.6-1.0m/s ,取V=0.9m/s,栅条断面为矩形，选用平面A型格栅,栅条宽度S=0.01m，其渐宽部分展开角度为200设计流量Q=1983.6m3/s=551L/s栅前流速v1=0.7m/s， 过栅流速v2=0.9m/s；栅条宽度s=0.01m， 格栅间隙e=10mm；栅前部分长度0.5m， 格栅倾角=60；单位栅渣量1=0.10m3栅渣/103m3污水。3. 设计计算 污水由一根污水总管引入厂区，故细格栅设计一组，设计流量为：Q=2.257/s。（1） 确定格栅前水深，根据最优水力断面公式计算得栅前槽宽 =m，则栅前水深m（2）栅条间隙数（3）栅槽有效宽度B=s（n-1）+en=0.01（92-1）+0.0192=1.83m（4）进水渠道渐宽部分长度（其中1为进水渠展开角，取1=）（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度m（6）过栅水头损失（h1） 因栅条边为矩形截面，取k=3，则 其中： h0：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（7）栅后槽总高度（H） 取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽总高度H1=h+h2=1.27+0.3=1.57m 栅后槽总高度H=h+h1+h2=1.27+0.26+0.3=1.83m（8）格栅总长度 L=L1+L2+0.5+1.0+ H1/tan=1.54+0.77+0.5+1+（1.27+0.3）/tan60=4.7m（9）每日栅渣量m3/d0.2m3/d 所以宜采用机械格栅清渣。第五节 沉砂池设计计算采用平流式沉砂池1. 设计参数 :污水流量总变化系数为1.5 每个沉砂斗容积： 设计流量：Q=2.257（，设计2组）则每组Q=1.1285设计流速：v=0.25m/s水力停留时间：t=40s2. 设计计算（1）沉砂池长度：L=vt=0.2540=10m（2）水流断面积：A=Q/v=1.1285/0.25=4.5m2（3）池总宽度：设计n=4格，每格宽取b=1.2m0.6m，池总宽B=4b=4.8m（4）有效水深：h2=A/B=4./4.8=0.94m （介于0.251m之间）（5）贮泥区所需容积: = =3.9式中 X：单位城市污水沉沙量，取30/污水； T：设计T=2d，即考虑排泥间隔天数为2天;设每一个分格有2个沉砂斗，共有8个沉砂斗 则 =3.9/8=0.4875（6）沉砂斗各部分尺寸及容积：设计斗底宽a1=0.6m，斗壁与水平面的倾角为60，斗高hd=0.6m，则沉砂斗上口宽：沉砂斗容积： （略大于0.4875，符合要求）（7）沉砂池高度：采用重力排砂，设计池底坡度为0.06，坡向沉砂斗长度为 则沉泥区高度为h3=hd+0.06L2 =0.6+0.063.7=0.822m 池总高度H ：设超高h1=0.3m，H=h1+h2+h3=0.3+0.94+0.822=2.062m（8）进水渐宽部分长度:（9）出水渐窄部分长度:L3=L1=3.1m（10）校核最小流量时的流速：最小流量即平均日流量Q平均日=150000=1.74/s则vmin=Q平均日/A=1.74/2/4.5=0.190.15m/s，符合要求（11） 计算草图如下： 第六节 辐流式初沉池设计计算辐流式初沉池拟采用中心进水，沿中心管四周花墙出水，污水由池中心向池四周辐射流动，流速由大变小，水中悬浮物流动中在重力作用下沉降至沉淀池底部，然后用刮泥机将污泥推至污泥斗排走，澄清水从池周溢流入出水渠。辐流沉淀池由进水装置、中心管、穿孔花墙、沉淀区、出水装置、污泥斗及排泥装置组成。本设计选择四组辐流式沉淀池，每组设计流量为0.56m3/s，从沉砂池流出来的污水进入集配水井，经过集配水井分配流量后流入辐流沉淀池。1. 沉淀部分水面面积 表面负荷采用1.2-2.0，本设计取=2.0，沉淀池座数n=4。2. 池子直径 D = = （D取36m）3. 沉淀部分有效水深 设沉淀时间t = 2h ,有效水深： h2 =qt =22=4m4. 沉淀部分有效容积 Q = F =m5. 污泥部分所需的容积 由任务书知进水SS浓度C为300，出水SS浓度以进水的50%计，初沉池污泥含水率p0=97%，污泥容重取r=1000kg/m3，取贮泥时间T=4h，污泥部分所需的容积： 6. 污泥斗容积 设污泥斗上部半径r12m，污泥斗下部半径r2=1m，倾角取=60，则 污泥斗高度： h5 = （r2- r1）tg=（2-1）tg60=1.73m 污泥斗容积： V1 = （r12+r2r1+r22）= （22+21 +12）=12.68m3 7. 污泥斗以上圆锥体部分污泥容积 池底坡度采用0.05-0.10，本设计径向坡度i=0.05，则圆锥体的高度为：h4 = （R- r1）i=（18-2）0.05 = 0.8m 圆锥体部分污泥容积：V2 = （R2+Rr1+r12）=污泥总体积：V= V1+ V2 =12.68+305 =317.68 m381.28m3 ，满足要求。8. 沉淀池总高度 设沉淀池超高h1=0.3m，缓冲层高h3 =0.5m，沉淀池总高度： H = h1+h2 +h3+h4 +h50.3+4+0.5+0.8+1.737.33 m 9. 沉淀池池边高度 H= h1+h2 + h3 = 0.3+4+0.5 = 4.8 m10. 径深比 D/ h2 = 36/4 = 9(符合要求)11. 进水管及配水花墙沉淀池分为四组，每组沉淀池采用池中心进水，通过配水花墙和稳流罩向池四周流动。进水管道采用钢管，管径DN=600mm，进水管道顶部设穿孔花墙处的管径为800mm。沉淀池中心管配水采用穿孔花墙配水，穿孔花墙位于沉淀池中心管上部，布置8个穿孔花墙，过孔流速： 式中： 孔洞的宽度（m）； 孔洞的高度（m）； 孔洞个数(个)。v4 穿孔花墙过孔流速（m/s），一般采用0.2-0.4m/s；12. 集水槽堰负荷校核设集水槽双面出水，则集水槽出水堰的堰负荷为：q0 = =m3/(ms) = 2.5L/(mS)2Qw/25.56m3/h。选用1PN污泥泵Q 7.216m3/h, H 14-12m, N 3kW（3）剩余污泥泵房: 占地面积LB=4m3m，集泥井占地面积 第十节 浓缩池1设计要点1. 污泥在最终处置前必须处理，而处理的最终目的是降低污泥中有机物含量并减少其水分，使之在最终处置时对环境的危害减至最小限度，并将其体积减小以便于运输和处置.2.重力式浓缩池用于浓缩二沉池出来的剩余活性污泥的混合污泥.3.浓缩池的上清液应重新回至初沉池前进行处理.4.连续流污泥浓缩池可采用沉淀池形式，一般为竖流式或辐流式.5. 浓缩后的污泥含水率可到96%，当为初次沉淀池污泥及新鲜污泥的活性污泥的混合污泥时，其进泥的含水率，污泥固体负荷及浓缩后的污泥含水率，可按两种污泥的比例效应进行计算.6. 浓缩池的有效水深一般采用4m，当为竖流式污泥浓缩池时，其水深按沉淀部分的上升流速一般不大于0.1mm/s进行核算.浓缩池的容积并应按1016h进行核算，不宜过长.2.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。1.设计参数 进泥浓度：10g/L 污泥含水率P199.0每座污泥总流量:Q2602.52kg/d=520.5m3/d=21.7m3/h 设计浓缩后含水率P2=96.0 污泥固体负荷：qs=45kgSS/(m2.d) 污泥浓缩时间：T=13h 贮泥时间：t=4h2.设计计算（1）浓缩池池体计算：每座浓缩池所需表面积 m2 浓缩池直径 取D=12.2m 水力负荷 有效水深h1=uT=0.2713=3.31m 取h1=3.6m浓缩池有效容积V1=Ah1=115.73.6=416.52m3（2）排泥量与存泥容积:浓缩后排出含水率P296.0的污泥,则Q w= 按3h贮泥时间计泥量，则贮泥区所需容积 V24Q w35.4216.26m3 泥斗容积 = m3 式中：h4泥斗的垂直高度，取1.4m r1泥斗的上口半径，取1.6m r2泥斗的下口半径，取0.8m 设池底坡度为0.08，池底坡降为： h5= 故池底可贮泥容积： = 因此，总贮泥容积为 （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 =3.6+0.3+0.3+1.4+0.36 =5.96m （4）浓缩池排水量：Q=21.7-16.26=5.5m3/h 第十一节 贮泥池 1设计参数 进泥量：经浓缩排出含水率P296%的污泥2Q w=216.2624/3=260m3/d，设贮泥池1座，贮泥时间T0.5d=12h 2设计计算 池容为 V=2QwT=2600.5=130m3 贮泥池尺寸（将贮泥池设计为正方形） LBH=5.25.25.2m 有效容积V=140.6m3 第十二节 脱水机房脱水机房由污泥混合池、脱水机房及泥饼堆放间合建而成。污泥混合池平面尺寸为2m1.5m，有效水深2m。为了避免剩余污泥在混合贮池内沉淀，设有搅拌机一台。脱水间平面尺寸为18.74m12m，安装有制药液装置一套，最大制备能力10kg/hr聚合物粉末，采用PLC作为混凝剂，药液浓度0.5%，投药泵2台(1用1备)，选用计量泵，Q=0.51.5m3/hr，H=20m。另外设螺杆泵两台（一用一备），从混合池抽吸污泥到脱水机。设带式压滤机2台(一用一备，与螺杆泵和投药泵对应)，处理能力为30m3/hr，脱水后污泥通过无轴螺旋输送机，输送至污泥堆放间，运到污水厂附近的垃圾焚烧场进行处理。污泥堆放间与脱水机房合建。带式压滤机：脱水后污泥含水率P4=80%，成泥饼状脱水后泥饼体积： 泥饼运输采用TD75型皮带运输机。第三章 处理厂设计第一节 污水处理厂的平面布置各处理单元构筑物的平面布置：处理构筑物是污水处理厂的主体建筑物，在对它们进行平面布置时，应根据各构筑物的功能和水力要求结合当地地形地质条件，确定它们在厂区内的平面布置应考虑：（1）贯通，连接各处理构筑物之间管道应直通，应避免迂回曲折，造成管理不便。（2）土方量做到基本平衡，避免劣质土壤地段（3）在各处理构筑物之间应保持一定产间距，以满足放工要求，一般间距要求510m，如有特殊要求构筑物其间距按有关规定执行。（4）各处理构筑物之间在平面上应尽量紧凑，在减少占地面积。管线布置（1）应设超越管线，当出现故障时，可直接排入水体。（2）厂区内还应有给水管，生活水管，雨水管，消化气管管线。辅助建筑物：污水处理厂的辅助建筑物有泵房，鼓风机房，办公室，集中控制室，变电所，存储间，其建筑面积按具体情况而定，辅助建筑物之间往返距离应短而方便，安全，变电所应设于耗电量大的构筑物附近，化验室应机器间和污泥干化场，以保证良好的工作条件，化验室应与处理构筑物保持适当距离，并应位于处理构筑物夏季主风向所在的上风中处。详细布置请参考图纸：污水处理厂平面布置图第二节 污水处理厂高程布置本设计处理后的污水排入河流后，河流水面水位接近厂区高程，故以河流水面水位作为起点，逆流向上推算各水面高程：1、水头损失计算计算厂区内污水在处理流程中的水头损失，选最长的流程计算，结果见下表：污水厂水头损失计算表A/O池0.4A/O 池至初沉池564.2511.80.8300.54初沉池0.52初沉池至沉沙池564.2511.80.8200.36沉沙池0.25沉沙池至细格栅1128.51.21.80.8300.54细格栅0.26细格栅至泵房1128.51.220.9300.6泵房22.各处理构筑物的高程确定污水处理厂高程布置的任务是：确定各处理构筑物和泵房等的标高，选定各连接管渠的尺寸并决定其标高。计算决定各部分的水面标高，以使污水能按处理流程在处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理厂的正常运行。污水处理厂设置了终点泵站，水力计算以接受处理后污水水体的最高水位作为起点，沿污水处理流程向上倒推计算，以使处理后的污水在洪水季节也能自流排出。经过计算各污水处理构筑物的设计水面标高见下表。再根据各处理构筑物的水面标高、结构稳定的原理推求各构筑物地面标高及池底标高。具体