5万吨污水处理厂设计.doc

.环境工程综合设计课程设计 题目： 50000m 3/d城市污水处理厂设计 院（系）：化学与环境工程系 专 班 学 姓 业：环境工程 级： 号： 名： 指导教师： 完成时间：2006年01月10日 .课程设计成绩评定表 课程设计评分（按下表要求评定） 设计说明书 质量 （50 分） 图纸质量 （30 分） 任务完成 情况 （10 分） 学习态度 评分项目 合计 （10 分） （100 分） 得分 指导教师评语 指导老师签名： 年 月 日 教研室主任审核意见 教研室主任签名： 年 月 日 课程综合设计任务书 1.1 课程综合设计题目 50000m/d 城市污水处理厂设计 1.2 原始资料 1. 处理流量 Q=50000m/d 2. 水质情况： BOD 5=230mg/L COD cr=400-500mg/L SS=280mg/L pH=6-9 1.3 出水要求 污水处理厂的排放指标为： BOD5：30 mg/L； CODcr：120 mg/； SS：30 mg/L； 1.4 设计内容 1.方案确定 PH：6.09.0 按照原始资料数据进行处理方案的确定，拟订处理工艺流程，选择个处理构筑物，说明 选择理由，进行工艺流程中各处理单元的处理原理说明，论述其优缺点，编写设计方案说明 书。 2.设计计算 进行各处理单元去除效率估算；各构筑物的设计参数应根据同类型污水的实际运行参数 或参考有关手册选用；各构筑物的尺寸计算；设备选型计算，效益分析及投资估算。 3.平面和高程图布置 根据构筑物的尺寸，合理进行平面布置；高程布置应在完成各构筑物计算及平面布置草 图后进行各构筑物的水头损失可直接查相关资料，但各构筑物之间的连接管渠的水头损失则 需计算确定。 4.编写设计说明书、计算书 1.5 设计成果 1.污水处理厂总平面布置图 1 张（含土建、设备、管道、设备清单等） 2. 处理工艺流程图 1 张 3.主要简单构筑物（沉砂池、初陈池、曝气池、二沉池）平面、剖面图 2 张 4.设计说明书、计算书一份 目 录 第一章 污水处理方案确定 .1 1 城市污水概论 .1 1.1 气象与水文资料： .1 1.2 厂区地形： .1 2 工艺流程比选、确定说明 .1 2.1 方案设计原则 .1 2.3 污水处理工艺 .1 2.2 工艺方案分析： .2 第二章 构筑物设计计算 .4 1 格栅 .4 2 平流式沉砂池 .5 3 配水井 .6 4 厌氧池、缺氧池、曝气池 .6 4.1 设计参数 .6 2 4.2 设计计算，采用A /O工艺 .6 5 配水井 .12 6 二沉池 .12 6.1 设计参数 .12 6.2 池体设计计算 .12 6.3 进水系统计算 .12 6.4 出水部分设计 .13 6.5 排泥部分设计 .14 7 污泥泵站 .14 8 污泥浓缩池 .15 9 贮泥池 .16 10 脱水间.16 第三章 平面布置及高程布置的设计 .17 1 平面布置 .17 1.1 总平面布置原则 .17 1.2 总平面布置结果 .17 2 高程布置及计算 .17 2.1 高程布置原则 .17 2.2 高程布置结果 .18 2.3 高程计算 .18 第四章 投资估算、效益分析 .20 1 构建筑物和设备.20 2 成本估算 .21 3 效益分析 .22 3.1 环境效益 .22 3.2 社会效益 .22 3.3.经济效益 .22 第五章 电气自动化说明 .24 1 概述 .24 2 自控仪表设计原则 .24 3 自控系统的组成 .24 3.1 中央管理计算机 .25 3.2 现场控制器 .25 3.3 控制方式 .25 总结 .26 参考文献 .27 课程综合设计 第一章 污水处理方案确定 1 城市污水概论 城市污水是排入城市排水系统的污水的总称。主要由城市生活污水和工业废水组成，在合流制排水 系统中还包括雨水，在半分流制的排水系统中还包括初期雨水。城市污水中的污染物质，按化学性质来 分，可分为无机性污染物质（如无机酸，碱、盐及重金属元素）和有机性污染物质（如腐殖质、脂肪等）； 按物理形态来分，可分为悬浮固体、胶体和溶解物质，不同城市的污水中所含物质总类与形态不同，城 市生活污水和工业废水的比例不同，其污水性质亦不同。 1.1 气象与水文资料： 风向：多年主导风向为东南风； 水文：降水量多年平均为每年 2370mm； 蒸发量多年平均为每年 1800mm； 地下水水位，地面下 67m。 年平均水温：20 1.2 厂区地形： 污水厂选址区域海拔标高在 19-21m 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 工艺流程比选、确定说明 2.1 方案设计原则 1、积极采用新技术、新设备，使技改后设备运行更可靠、更稳定，维修更方便，服务年限更长。 2、做到占地面积少，投资少，运行费用低。 3、自动化程度高，劳动强度低，操作方便。 4、处理过程中不产生二次污染，出水达标排放。 2.3 污水处理工艺 污水处理工艺比较如表 2-1 所列 1 课程综合设计 氧化沟法 （1）处理流 程简单，构筑 物少，基建费 用较省； （2）处理效 果好，有较稳 定 的 脱 氮 除 磷功能； （3）对高浓 度 工 业 废 水 有 很 大 的 稀 释能力； （4）有抗冲 优点 击 负 荷 的 能 力； （5）能处理 不 易 降 解 的 有机物，污泥 生成较少； （6）技术先 进成熟，管理 维 护 比 较 简 单； （7）国内工 程实例多，容 易 获 得 工 程 管理经验 （1）处理构 筑物较多； AB 法 表 2-1 污水处理工艺比较 A/O 法 2 A /O法 SBR 法 （1）曝气池的体积较 小，基建费用相应降 低； （2）污泥不易膨胀， 达到一定的拖氮、除 磷效果； （3）抗冲击负荷的能 力较强 （1）流程简单，只有 一个污泥回流系统和 混合液回流系统，基 建费用低； （2）反硝化池不需要 外加碳源，降低了运 行费用。 （3）A/O 工艺的好氧 池在缺氧池之后，可 以使反硝化残留的有 机污染物得到进一步 去除，提高出水水质。 （4）缺氧池在前，污 水中的有机碳被反硝 化菌利用，可降低其 后 好 氧 池 的 有 机 负 荷。同时缺氧池中进 行的反硝化反应产生 的碱度可以补偿好氧 池中进行硝化反应对 碱度的需求。 （1）基建费用低，具 有较好的拖氮、除磷 功能； （2）具有改善污泥沉 降性能，减少污泥排 放量； （3）具有提高对难降 界生物有机物去除效 果，运转效果稳定； （4）技术先进成熟， 运行稳妥可靠； （5）管理维护简单， 运行费用低； （6）国内工程实例 多，容易获得工程管 理经验 （1）其脱氮除磷的 厌氧、缺氧和好氧 不是由空间划分， 而 是 用 时 间 控 制 的； （2）不需要回流污 泥和回流混液，不 设专门的二沉池， 构筑物少； （3）占地面积少 （1）脱氮效率不高， （1）容积及设备利 用率较低（一般低 于 50%）； （1）处理构筑物较 （2）操作、管理、 多； （2）回流污 一般为 70%80%。若沉 泥 溶 解 氧 较 淀池运行不当，则会 （1）构筑物较多； 缺点 高，对除磷有 在沉淀池内发生反硝 （2）污泥产生量较 （2）需增加内回流系 一定的影响； 化反应，造成污泥上 多； （3）容积及 浮，使处理水水质恶 设 备 利 用 率 化。 不高 统； 维护较复杂； （3）自动化程度 高，对工人素质要 求较高； （4）国内工程实例 少； （5）脱氮、除磷功 能一般； 2.2 工艺方案分析： 2.2.1 工艺方案分析： 本项目污水处理的特点为：污水以有机污染为主，BOD/COD =0.570.48,可生化性较好，重金属 及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标；污水中主要污染物指标 BOD、COD、SS 值为典型 城市污水值。 针对以上特点，以及出水要求，现有城市污水处理技术的特点，以采用生化处理最为经济。由于将 来可能要求出水回用，处理工艺尚应硝化，考虑到NH 3-N出水浓度排放要求较低，不必完全脱氮。根据 2 国内外已运行的中、小型污水处理厂的调查，要达到确定的治理目标，可采用A /O活性污泥法。 2.2.2 工艺流程 2 课程综合设计 垃圾脱水打包外运 砂水分离器 排砂 混合液回流 进水 格 栅 配 水 井 平 流 沉 沙 池 厌 缺 好 氧 氧 氧 池 池 池 空气 污泥回流 二 沉 池 出 水 泵 站 出水 污泥外运 上清液 污泥脱水间 剩 余 污 泥 配水井 贮泥池 污泥浓缩池 厂区污水回流泵房 图 1-1 废水处理工艺流程图 3 课程综合设计 第二章 构筑物设计计算 设计流量： 平均流量：Q =50000t/d50000m /d=2083.3 m /h=0.58 m /s 3 3 3 a 总变化系数：K = z 2 7. Qa 0.11 (Q a平均流量，L/s) 2 7. 580 0 .11 = =1.34 设计流量Qmax： 3 3 3 Qmax= K zQ a=1.3450000 =67000 m /d =2791.7 m /h =0.776 m /s 1 格栅 格栅设在处理构筑物之前，主要功能是去除污水中较大的悬浮物和漂浮物，保证后续处理系统的正 常运行。一般情况下，分粗细两道格栅。 格栅型号：链条式机械格栅 设计参数： 栅条宽度 s10.0mm 过栅流速 u=1.0m/s n = 栅条间隙宽度 d=20.0mm 栅前渠道流速 ub=0.55m/s 栅前水深 h0.8m a=60 qV max sina 0.776 ? sin 60?= dvh 0 .02 ? 0.4 ? 0.8 = 106(个) 格栅建筑宽度 b b = s(n -1) + d n = 0.01? (106 -1) + 0.02 ?106 = 3.17m 进水渠道渐宽部分的长度(l 1)： 设进水渠宽b 12.5m 其渐宽部分展开角度a20 l 1= b - b1 2tga1 = 3 2.- 2.5 2tg20?m = 0 .96m 取 b3.2m 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部份长度(l 2)： l2 = 0 5 1.l = 0.48m 通过格栅的水头损失(h 2)： 格栅条断面为矩形断面, 故 k=3, 则： 4 课程综合设计 h2 = h 0 k = z v2 2g 4 sina k = b ( ) d 4 3 1 2 ? 9.81 s sina k v2 2g = 1.79 ? ( 0 .01 0 .02 ) ?3 ? sin60? 30.092 栅后槽总高度(h 总)： 设栅前渠道超高h 1=0.3m h总 = h + h 1 + h 2 = 0.8 + 0.3 + 0.092 = 1.192m 栅槽总长度(L): L = l 1 + l 21.0 + 0.5 + h 1 / tga = 0.96 + 0.48 +1.0 + .0.5 + (0.8 + 0.3) / tg60?= 3.58m 每日栅渣量 W： 设每日栅渣量为 0.07m /1000m ，取K 1.34 3 3 Z W = 86400 ? q V max ?W1 = .3 50(m 3 / d) 0.2m / d 3 K Z ?1000 采用机械清渣。 2 平流式沉砂池 86400 ? 0.07 ? 0.776 1 .34 ?1000 沉砂池的作用是从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的颗粒，保证后续处理构筑物的正常运行。 选型：平流式沉砂池 设计参数： 设计流量 Q max = 2793.6m / h = 0.776m / s ，设计水力停留时间 t = 50s 水平流速 v = 0.25m / s 长度： l = vt = 0.25? 5012.5m 3 3 水流断面面积： A = Q V max / v = 0 .776 0 .25 = 3 1.m 2 池总宽度： B = A / h = 2 沉砂斗容积：V = 3 QV max 0 .776 / 0.25 1 = 3 1.m 有效水深 h 2 = 1m X T ? 86400 6 K Z 10 = 3m 0 .776 ? 30 ? 2 ? 86400 6 1 .34 ?10 3 T2d，X30m /106m 每个沉砂斗的容积(V 0) 设每一分格有 2 格沉砂斗，则 V 0 = 3 2 ? 2 = 0.75m 3 3 沉砂斗各部分尺寸： 设贮砂斗底宽b 10.5m；斗壁与水平面的倾角 60，贮砂斗高h 31.0m 5 课程综合设计 b 2 = 2h 3 tg60?+ b 1 = 1.65m 7、贮砂斗容积：(V 1) 1 1 2 2 3 V1 = h 3 (S 1 + S 2 + S 1S 2 ) = ?1.0 ? (1.65 + 0.5 +1.65? 0.5)1.27m 8、沉砂室高度：(h 3) 设采用重力排砂，池底坡度 i6，坡向砂斗，则 h3 = h 3 +0.06 2l = h 3 +0.06(L - 2b 2 - b) / 2 = 1.0 + 0.06 ? (12.5 - 2 ?1.65 - 0.2) / 2 = 1.27m 9、池总高度：(H) H = h 1 + h 2 + h 3 = 0.3 +1.0 +1.27 = 2.57m 10、核算最小流速 vmin 3 3 v min = 0 .579 2 ?1.55?1 .01 9m / s 0.15m / s (符合要求) 3 配水井 配水井的功能是将污水平均分配到 2 个污水生化处理系统。设计为矩形钢筋混凝土配水井，池数： 1 座。 主要设备： 可调式出水堰门 2 台，堰长 1500mm，材质为不锈钢。 4 厌氧池、缺氧池、曝气池 4.1 设计参数 3 1、设计最大流量 Q=50000m /d 2、设计进水水质 COD=500mg/L；BOD (S0)=230mg/L；SS=280mg/L；NH -N=30mg/L；TP=4mg/L 3、设计出水水质 COD=120mg/L；BOD (Se)=30mg/L；SS=30mg/L；NH -N=15mg/L；TP=0.1mg/L 3 5 3 5 2 4.2 设计计算，采用A /O工艺 1、 BOD 5污泥负荷N=0.18kgBOD 5/(kgMLSSd) 2、 回流污泥浓度X R=12000mg/L 3、 污泥回流比 R=85% 4、 混合液悬浮固体浓度 X = R 1 + R X R = 0 .85 1+ 0.85 ?12000 = 5514mg / l = 5.5kg / m 3 5、 设反应池总水力停留时间 t = 7.8h 6、 反应池容积 V V = Qt 24 = 50000? 7.8 24 16250m 3 6 课程综合设计 7、 各段水力停留时间和容积 厌氧：缺氧：好氧1：1：3 厌氧池水力停留时间 厌t = 0.2 ? 7.81.56h ，池容V 厌 = 0.2 ?162503250m ； 3 3 缺氧池水力停留时间 缺t = 0.2 ? 7.81.56h ，池容V 缺 = 0.2 ?162503250m ； 3 好氧池水力停留时间 好t = 0.6 ? 7.84.68h ，池容V 好 = 0.6 ?162509750m 8、 厌氧段总磷负荷 = 9、 反应池主要尺寸 Q TP0 XV厌 = 50000 ? 4 5514 ? 3250 .0 011kgTN / kgMLSS d 反应池总容积V = 16250m 3 设反应池 2 组，单组池容V 单 = V / 2 = 16250 / 2 = 8125m 有效水深 h = 4.0m 单组有效面积 S = 单 V单 h 8125 4.0 = 2031.3m 2 3 采用 5 廊道式推流式反应池，廊道宽 b = 7.5m 单组反应池长度 L = S单 B = 2031.3 5? 7.5 = 54.2m 校核： b / h = 7.5 / 4.0 = 1.9 L / b = 54.2 / 7.5 = 7.2 (满足 b / h = 1 2 ) (满足 L / b = 510 ) 取超高为 1.0m，则反应池总高 H4.0 +1.05.0m 10、反应池进、出水系统计算 a） 进水管 单组反应池进水管设计流量 Q = Q / 2 = 1 50000 2 ? 86400 3 = 0.290m / s 管道流速 v = 0.8m / s 管道过水断面面积 A = Q 1 /V = 0.290 / 0.9 = 0.32m 管径 d = 4A p = 4 ? 0.32 .06 4m p 2 取出水管管径 DN700mm Q 校核管道流速 v = = A ( 0 .290 0 7. 2 ) 2p = 0 .290 0 .385 = 0.75m / s b） 回流污泥渠道 单组反应池回流污泥渠道设计流量QR QR = 0.85? Q = 1?50000 2 ? 86400 3 = 0.25m / s 7 课程综合设计 渠道流速 v = 0.7m / s 取回流污泥管管径 DN700mm c） 进水井 反应池进水孔尺寸： 进水孔过流量 Q = (1+ 0.85) ? = (1+ 0.85) ?2 Q 2 孔口流速 v = 0.6m / s Q 孔口过水断面积 A = = v 孔口尺寸取f0.9m ? 0.9m 50000 2 ? 86400 3 .05 36m / s 0 .536 0 6. .08 9m 2 进水竖井平面尺寸 2.5m ? 2.5m d） 出水堰及出水竖井。按矩形堰流量公式： 3 3 Q3 Q = 0.42 2gbH 2 = 1.866bH 2 3 = ( 式中 1 + R + R 内) b = Q 2 3 = 1.158m / s 7 5.m 堰宽， H堰上水头高，m Q3 1 .86b ) 2 = 3 ( 1 .158 H = 3 ( 1 .86 ? 7.5 出水孔过流量 Q 4 = Q 3 = 1.158m / s 孔口流速 v = 0.6m / s Q 孔口过水断面积 A = = v 孔口尺寸取f2.0m ?1.0m 1 .158 0 6. = 1.93m 2 ) 20.19m 3 进水竖井平面尺寸 2.5m ? 2.0m e） 出水管。单组反应池出水管设计流量 Q5 3 = Q 3 = 0.579m / s 管道流速 v = 0.8m / s 管道过水断面积 A = Q5 v = 0 .579 0 8. = 0.72m 2 管径 d = 4A p = 4 ? 0.72 .09 2m 3 .14 取出水管管径 DN900mm 8 课程综合设计 校核管道流速 v = Q5 A = 0 .579 0 9. 2 ) 2p = 0 9.m / s ( 11、曝气系统设计计算 曝气池的功能是利用微生物菌群降解和去除污水中的污染物质，达到预期的水质净化目标。 a） 设计需氧量 AOR。 AOR（去除BOD 需氧量-剩余污泥中BODu氧当量）+（NH -N硝化需氧量-剩余污泥中NH -N 3 3 5 的氧当量）-反硝化脱氮产氧量 碳化需氧量D1 D 1 = Q (S 0 - S) 1- e -0 .23?5 -1 .42P X 50000 ? (0.230 - 0.030) 1- e -0 .23?5 - 1.42 ? 287210628kgO 2 / d 硝化需要量D2 D2 = .64 5 0000 ? (30 -15) ? 0.001- 4.6 ?12.4? 28721812kgO 2 / d 反硝化脱氮产生的氧量 D3 = 2 6.N T = 2.6 ?Q(N 0 - N e ) -12.4% ? P X .62 ? 50000(30 -15)?10 - 0.124 ? 2872 = 1024.07kgO 2 / d 总需要量 AOR = D 1 + D 2 - D 3 = 10628 +1812 -1024.0711415.93kgO 2 / d475.66kgO 2 / h 最大需要量与平均需氧量之比为 1.4，则 AORmax = 1 4.R = 1.4 ?11415.9315982.30kgO 2 / d665.93kgO 2 / h -3 去除 1kgBOD 的需氧量 5 AOR Q (S 0 - S) 11415.93 50000 ? (0.23 - 0.03) = 1.142kgO 2 / kgBOD5 4 6.Q (N 0 - N e ) - 4.6 ?12.4? PX b） 标准需氧量 采用鼓风曝气，微孔曝气器。曝气器敷设于池底，距池底 0.2m，淹没深度 3.8m，氧转移效率 EA20，计算温度 T=25。 SOR = AOR ? C s sm(T ) (20) a (brC = - C L ) ?1.204 (T -20) 11415.93? 9.17 0 .82 ? (0.95? 0.909 ? 9.12 - 2) ?1.024 5 19298.19kgO 2 / d804.09kgO 2 / h 相应最大时标准需氧量 SORmax = 1 4.S OR = 27017.46kgO 2 / d = 1125.73kgO 2 / h 好氧反应池平均时供气量 G s = SOR 0 3.E A ?100 804.09 0 3. 20 3 ?10013401.5m / h 9 课程综合设计 最大时供气量 Gs max 3 = 1 4.G s = 18762.m / h c） 所需空气压力 p p = h 1 + h 2 + h 3 + h 4 + Dh = 0.2 + 3.8 + 0.4 + 0.5 = 4.9m 式中 h1 + h 2 = 0.2m 供凤管到沿程与局部阻力之和 h 33.8m 曝气器淹没水头 h4 = 0 4.m 曝气器阻力 Dh = 0.5m 富裕水头 d） 曝气器数量计算(以单组反应池计算) 按供氧能力计算所需曝气器数量。 h 1 = SORmax 2 ? q c = 1125.73 2 ? 0.14 4020(个) e） 供风管道计算 供风干管道采用环状布置。 1 流量 Q = G S 2 = ?187629381m / h = 2.6m / s 2 3 3 1 s max 流速 v = 10m / s 管径 d = 4QS vp = 4 ? 2.6 10 ? 3.14 = 0 .575m 取干管管径微 DN600mm 单侧供气(向单侧廊道供气)支管 Q ?S单 3 1 Gmax 2 流速 v = 10m / s 4Q 管径 d = S单 = 18762 6 = 3127m / h = 0.869m / s 3 3 = 4 ? 0.869 .03 33m vp 10 ?p 取支管管径为 DN350mm 双侧供气 Q 2Q 1.738m / s 3 S双 流速 v = 10m / s 管径 d = 4Q S双 S单 = 4 ?1.738 .04 71m vp 10 ?p 取支管管径 DN=500mm 12、厌氧池设备选择(以单组反应池计算) 厌氧池设导流墙，将厌氧池分成 3 格。每格内设潜水搅拌 机 1 台，所需功率按 5W / m 池容计算。 3 厌氧池有效容积V 厌55? 7.5? 4.01650m 3 10 课程综合设计 混合全池污水所需功率为 5?16508250W 13、污泥回流设备 污泥回流比 R = 85% 3 3 污泥回流量 Q R = RQ = 0.85? 5000042500m / d = 1770.83m / h 设回流污泥泵房 1 座，内设 3 台潜污泵(2 用 1 备) 1 1 单泵流量 Q Q ?1770.83882.42m 3 / h 2 2 水泵扬程根据竖向流程确定。 14、混合液回流设备 a） 混合液回流泵 混合液回流比 R 内200 3 3 混合液回流量 Q R = R 内Q = 2 ? 50000100000m / d = 4166.67m / h 设混合液回流泵房 2 座，每座泵房内设 3 台潜污泵(2 用 1 备) R R单 单泵流量 Q ?R单 2 1 QR 2 ? 4166.671041.67m / h 4 3 1 b） 混合液回流管。 混合液回流管设计 Q = R 6 内 泵房进水管设计流速采用 v 管道过水断面积 A = Q6 v = 2 ? 0.58m / s 3 2 Q 2 Q = 1 0.m / s 0 .58 1 0