水污染控制工程课程设计.doc

环境科学与工程学院 水污染控制工程课程设计目 录一、 工程设计概述21、 设计依据、原则和范围21）设计依据22）设计原则23）设计范围22、工程设计背景21）城市概述22）自然条件23）规划资料34）设计目的35）设计任务36）设计要求3二、设计内容简介.41、 污水处理厂处理工艺方案选择4三、 设计工程计算41、污水处理程度的确定52、处理工艺的选择53、预处理系统设计51）格栅52）平流式沉砂池74、生物处理系统设计91）SBR活性污泥法工艺92）紫外线消毒155、 污泥处理设计151）污泥浓缩池设计152）污泥脱水间163）污泥泵房176、污水处理厂的平面和高程设计17 1）平面设计17 2）高程设计18四、参考文献18212008-12-26一、工程概述1、设计依据、原则和范围1）设计依据 毕业设计任务书 地面水环境质量标准GB3838-88 城市排水工程规划规范CJJ50-94 室外排水设计规范GBJ14-87 城市污水处理厂污水污泥排放标准CG3025-93 污水综合排放标准GB8979-1996 中华人民共和国环境保护法1989.12.26 中华人民共和国水污染防治法1996.5.15 中华人民共和国水污染防治法实施细则1989.7.12 中华人民共和国河道管理条例 给水排水设计手册第五册 给水排水设计手册第九册 给水排水设计手册第十册 给水排水设计手册第十一册2）设计原则遵循设计依据并在批准的可行性研究报告基础上，同时在城市总体规划的指导下，根据城市总体规划布局，结合地形条件和社会环境要求，统一规划设计污水处理设施，充分发挥建设项目的社会、环境和经济效益。积极稳妥地采用先进的SBR工艺处理技术，节省建设投资和运行成本，力争将污水处理与生态环境的美化结合起来。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。污水处理厂选址应适合当地情况，以最大的可能减少投资，使资金发挥最大效益。3）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、SBR工艺曝气池、污泥浓缩池、污泥贮泥池等。2、 工程设计背景1）城市概述 城市概况江南某城镇位于长江冲击平原，占地约 6.3 km2，呈椭圆形状，最宽处为 2.4 km ，最长处为 2.9 km 。 2） 自然条件自然特征该镇地形由南向北略有坡度，平均坡度为 0.5 ，地面平整，海拔高度为黄海绝对标高3.95 .0 m，地坪平均绝对标高为4.80 m。 属长江冲击粉质砂土区，承载强度711 t/m2，地震裂度6 度，处于地震波及区。全年最高气温40 ，最低-10 。夏季主导风向为东南风。极限冻土深度为17 cm。全年降雨量为1000 mm，当地暴雨公式为i = (5.432+4.383*lgP) / (t+2.583) 0.622，采用的设计暴雨重现期P = 1 年，降雨历时t = t1 + m t2, 其中地面集水时间t1为10 min，延缓系数m = 2。污水处理厂出水排入距厂150 m的某河中，某河的最高水位约为4.60 m，最低水位约为1.80 m，常年平均水位约为3.00 m。 3）规划资料规划资料该城镇将建设各种完备的市政设施，其中排水系统采用完全分流制体系。规划人口：近期30000 人，2020年发展为60000 人，生活污水量标准为日平均200 L/人。工业污水量近期为5000 m3/d，远期达10000 m3/d，工业污水的时变化系数为1.3，污水性质与生活污水类似。生活污水和工业污水混合后的水质预计为：BOD5 = 200 mg/L，SS = 250 mg/L，COD = 400 mg/L，NH4-N = 30 mg/L，总P = 4 mg/L；要求达到的出水水质达到国家污水综合排放二级标准。规划污水处理厂的面积约25600 m2，厂区设计地坪绝对标高采用5.00 m，处理厂四角的坐标为： X 0 ， Y 140 ； X 0 ， Y 0 ； X 175 ， Y 140 ； X 190 ， Y 0 。 污水处理厂的污水进水总管管径为DN800，进水泵房处沟底标高为绝对标高0.315 m，坡度1.0 ，充满度h/D = 0.65。 初沉污泥和二沉池剩余污泥经浓缩脱水后外运填埋处置。4）设计目的本课程设计是水污染控制工程教学中的一个重要实践环节，要求综合运用所学的有关知识，掌握解决实际工程问题的能力，并进一步巩固和提高理论知识。1 复习和消化所学课程内容，初步理论联系实际，培养分析问题和解决问题 的能力。2 了解并掌握污水处理工程设计的基本方法、步骤和技术资料的运用；3 训练和培养污水处理的基本计算方法及绘图的基本技能；4 提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力；5 了解国家环境保护和基本建设等方面的政策措施。5） 设计任务根据已知资料，确定城市污水处理厂的工艺流程，计算各处理构筑物的尺寸，绘制污水处理厂的总平面布置图和高程布置图，并附详细的设计说明书和计算书。6）设计要求1 设计说明书：说明城市概况、设计任务、工程规模、水质水量、工艺流程、设计参数、主要构筑物的尺寸和个数、主要设备和辅助设备的型号和数量、处理构筑物平面布置及高程计算、参考资料；说明书应简明扼要，力求多用草图、表格说明，要求文字通顺、段落分明、字迹工整。2 设计计算书：各构筑物的计算、主要设备（如水泵、鼓风机等）的选取、污水处理厂的高程计算等（各构筑物内部的水头损失查阅课本或手册，构筑物之间的水头损失按管道长度计算）；3设计图纸：污水处理厂总平面布置图和高程布置图各一张。总平面布置图中应表示各构筑物的确切位置、外形尺寸、相互距离；各构筑物之间的连接管道及场区内各种管道的平面位置、管径、长度、坡度；其它辅助建筑物的位置、厂区道路、绿化布置等；污水污泥处理高程中标出各种构筑物的顶、底、水面以及重要构件的设计标高、地面标高等。二、设计内容简介1、 污水处理厂处理工艺方案选择根据所学水污染控制方法及课余资料补充，选择生物处理。在生物处理中，选择国内技术比较成熟的活性污泥法。根据计算污水量设计流量，可知，该城镇污水量不是很大，属中小型，故选择适宜建设中小型污水处理厂的工艺-SBR工艺。SBR工艺的曝气池，再流态上属完全混合，在有机物降解上，是实践上的推流，有机物是随着时间的推移而被降解的。SBR工艺基本操作流程由进水、反应、沉淀、出水和闲置等五个基本过程组成。SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比有一些优点，本设计中，SBR工艺进水方式采用间歇进水方式。该工艺系统组成简单，一般不需设调节池，可省去初沉池，无二沉池和污泥回流系统，基建费、运行费较低，且维护管理方便；该工艺耐冲击负荷能力强，一般不会产生污泥膨胀且运行方式灵活，可同时具有去除BOD和脱氮除磷的功能。三、设计工程计算1、 污水处理程度的确定（1） 设计流量Q总=Q生活+Q工业=qN+qK=6000020010-3+100001.3=25000m3/d=289.35L/s（2） 污水中污染物处理程度的确定按照GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准、国家污水综合排放标准，本设计中，污染物处理程度与要求如下：基本控制项目一级标准A一级标准B二级标准三级标准COD5060100120BOD510203060SS10203050NH4+-N5（8）8（15）25（30）-总N1520-总P0.5135标注：括号内为温度12时的值，括号外为温度12。污水中BOD5的处理程度按照污水排放口处出水水质要求，由国家污水综合排放标准二级标准可知，污水二级处理排放口BOD5浓度要求为30mg/L，则污水处理程度为 EBOD5=200-30200100%=85% 污水中SS的处理程度查国家污水综合排放二级标准可知，污水二级处理排放口SS浓度要求为30mg/L,则可求出SS的处理程度为 ESS=250-30250100%=88% 同理可得： ECOD=400-100400100%=75%ENH4+-N=30-2530100%=16.67%E总P=4-34100%=25%根据计算结果，有如下表 表1 污染物的处理程度基本控制项目BOD5SSCODNH4+-N总P污水进水水质（mg/L）200250400304污水出水水质（mg/L）3030100253处理程度85887516.67252、 污水处理工艺流程选择本设计要求中所在城镇污水水质状况一般，污水处理工程没有要求脱氮除磷的特殊要求，主要去除目标为BOD5和SS，顾本设计采用SBR工艺二级生物处理，曝气池采用微孔曝气器。污水及污泥的处理工艺如图所示。污水提升泵站格栅沉砂池SBR消毒接触池计量设备排水或三级处理 污泥浓缩池污泥贮泥池中心控制室污泥脱水机 外运填埋处理3、 预处理系统设计1) 格栅 格栅设在处理构筑物之前，用于拦截水中较大的悬浮物和漂浮物，保证后续处理设施的正常运行。本设计中，格栅于明渠连接，提升泵的来水首先进入稳压井后，进入格栅渠道。 格栅计算图设明渠数N1=2，明渠内有效水深h=0.5m，水流速度v1=0.6m/s ,则明渠宽度b1为 b1=Q总v1hN1=0.289350.60.52=0.48225 m 格栅的间隙数量n 取栅前水深h=0.5m，过栅流速v=0.8m/s，栅条间隙宽度d=0.02m，格栅倾角=60，格栅数N=2，则栅条间隙数n为 n=Q总sinNdhv=0.2835sin6020.020.50.8=16 格栅的建筑宽度b 设栅条宽度s=0.01m,则栅槽宽度b为 b=s(n-1)+dn=0.01(16-1)+0.0228=0.71 m栅后槽的总高度H 水流通过格栅的水头损失为 h2=v22gsink=k(sd)4/3v22gsin =32.42(0.010.02)4/30.822gsin60=0.0815 m，取h2=0.1m。式中：k-系数，格栅受污堵塞后，水头损失增大倍数，一般取k=3; -形状系数 ，本设计中，栅条采用锐边矩形断面，=2.42；栅槽总高度H为：H=h+h1+h2=0.5+0.3+0.1=0.9m 式中：h1 -栅前渠道超高，m，一般取h1=0.3m。格栅的总建筑长度LL=l1+l2+1.0+0.5+H1tan=b-b12tan1+l12+1.0+0.5+H1tan=0.71-0.482252tan201.5+1.0+0.5+0.8tan60=2.431 m式中：l1-进水渠道渐宽部分长度（m）l1=b-b12tan；l2-格栅槽与出水渠道渐缩部位长度，一般取l2=0.5 l1； H1-栅前渠道高度，0.8m； 1-进水渠道高度开角（），一般取1=20。每日栅渣量WW=Q总W186400KZ1000=0.289350.1864001.31000=1.923 m3/d 式中: W1-栅渣量（m3/10m3）,本设计中取W1=0.1m3栅渣/103m3污水； KZ-生活污水流量总变化系数。 由所得数据，所以采用机械除污设备。2) 平流式沉砂池沉砂池工程设计原则：城市污水厂一般均应设置沉砂池，工业污水是否要设置沉砂池，应根据水质情况而定，城市污水厂沉砂池的只数或分格数应不少于2，并按并联原则考虑。设计流量应按分期建设考虑。a .当污水自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；b .当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算；c.在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。沉砂池去除的沙粒比重为2.65、粒径为0.2mm以上。城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂30m3计算，其含水率约60%，容量约1500kg/m3。除砂宜采用机械方法，并设置贮砂池或晒砂厂。贮砂斗的容积应按2日沉砂量计算，贮沙斗壁的倾角不应小于55。排砂管直径不应小于200mm，使排砂管畅通和易于养护管理。沉砂池的超高不应小于0.3m。池底坡度一般为0.010.02，并可根据除砂设备要求，考虑池底的形状。 沉砂池设计参数： 最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s。最大流量时，停留时间不小于30s，一般采用30s60s。有效水深应不大于1.2m，一般采用0.251.0m，每格宽度不宜小于0.6m。进水部位应采取消能和整流措施，应设置进水闸门控制流量，出水应采取堰跌落出水，保持池内水位不变化。目前，应用较多的沉砂池池型有平流式沉砂池、曝气沉砂池和竖流式沉砂池，几种沉砂池各有特点，应结合实际情况综合考虑选定。本设计选用平流式沉砂池。平流式沉砂池是常用形式，具有构造简单、处理效果较好、易于排出沉砂的优点，污水从池一端流入，呈水平方向流动，从池另一端流出。平流式沉砂池由进水装置、出水装置、沉淀区和排泥装置组成。其上部是水流部分，水在其中以水平方向流动，下部是聚集沉砂的部分，通常其底部设置12个贮砂斗，下接带间阀的排砂管，用以排出沉砂。 长度L设污水最大设计流量时，在沉砂池中的水力停留时间t为30s，速度为0.25m/s，沉砂池的总长L为L=vt=300.25=7.5m 水流断面面积AA=Q设计v=0.289350.25=1.6 m2 沉砂池总宽度b设有效水深h2为0.67m，则沉砂池的总宽度b=Ah2=1.160.67=1.74 m 贮沙斗所需容积VV=Q总XT86400kZ106=0.28935302864001.3106=1.2 m2式中：X-城市污水的沉砂量，一般采用30m3/106污水； T-排砂时间间隔，d，一般按2d内沉砂量考虑； kZ-生活污水流量的总变化系数。 贮沙斗各部分尺寸计算设贮沙斗底宽b1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为60；则贮沙斗的上口宽b2为b2=2h3tan60+b1=21.4tan60+0.5=2.12 m贮沙斗的容积为 V1=13h3S1+S2+S1S2 =131.42.121.4+0.25+2.121.40.25 =1.9 m3 贮砂室的高度h3设采用重力排砂，池底坡度i=6%，坡向砂斗，则 h3=h3+0.06l2=h3+0.06(L-2b2-b）2 =1.4+0.067.5-22.12-0.22=1.56 m 池总高度hh=h1+h2+h3=0.78+0.67+1.56=3.01 m式中：h1-超高，取0.78 m； h3-贮沙斗高度，m。 核算最小流速vmin vmin=Qminn1Amin=0.18m/s0.15m/s，符合要求。式中：Qmin-设计最小流量，m3/s; n1-最小流量时工作的沉砂池数目； Amin-最小流量沉沙池中的水流断面面积，m2。4、 生物处理系统设计1） SBR活性污泥法工艺SBR法工艺概述：SBR法工艺设施是由曝气装置、上清液排出装置以及其他附属设备组成的反应器。SBR对有机物的去除机理为：在反应器内预先培养驯化一定量的活性微生物，当废水进入反应器与活性污泥混合接触并有氧存在时，微生物利用废水中的有机物进行新陈代谢，将有机污染物转化为CO2和水等无机物，同时，微生物细胞增殖，最后将微生物细胞物质与水沉淀分离，废水得到处理。SBR不同于传统活性污泥法，在流态及有机物降解上时空间的推流的特点，该法在流态上属完全混合型，而在有机物降解方面，有机机制是随时间的进展而降解的。该法是由一个或多个SBR反应器-曝气池组成的，曝气池的运行操作是由 ：流入、反应、沉淀、排放、待机等五个工序组成的。SBR工艺主要设备： 鼓风设备:SBR工艺采用鼓风曝气系统提供微生物生长所需空气。 曝气装置：为微孔曝气器，本设计中采用固定式微孔曝气器。 滗水器：本设计采用旋转式滗水器。 水下推进器：水下推进器的作用是搅拌和推流。 自动控制系统：创造满足微生物生存的最佳环境。 选定参数1） 周期参数NTC=24式中:N-周期数（1/d）；TC-周期长（h）。在一个运行周期内有反应时段、沉淀时段、排水时段和进水时段，他们之间要满足以下关系： TCTF+TS+Te， TCTj+TS+Te TF-一个周期的反应时间（h/周期）； TS-一个周期的沉淀时间（h/周期）； Te-一个周期的排水时间（h/周期）； Tj-一个周期的进水时间（h/周期）。vs=650XHSVI式中：vs-污泥沉速，m/h;SVI-污泥体积指数，mL/g，一般取150120；XH-开始沉淀时的污泥浓度，也是设计高水位时的污泥浓度，g/L。实际沉淀时间TS=TS+Te-1/6，总污泥沉降距离Hd=TSvs。一个周期的反应时间不应小于2h，确定反应时间TF=TC-TS-Te。综合各方面情况选定周期参数为周期数N=6（1/d） 周期长TC=4h反应时段TF=2h/周期 沉淀时段TS=1 h/周期 滗水时段Te=1 h/周期 2） 池数为实现连续排水和便于配水，以4池为宜，故选定M=4池3） 设计高水位H日本下水道事业团主编的序批式活性污泥法设计指南规定H=46m是可行的。选定H=5m。4） 安全高度安全高度常用数值范围为Hf=0.60.9m,故选定Hf=0.7m。 设计水量本设计中，由上所计算数据得，Qd=25000 m3/d。 确定泥龄查序批式活性污泥法设计指南表2-2得，水温10，BODT=5000kg/d时，硝化的推荐泥龄为11d。为改善污泥沉降性能，增加厌氧时段按1d泥龄计算，故取cF=12d。 计算污泥产率系数Y=K0.75+0.6X0S0-(1-0.2)0.75cF1.072(T-15)1+0.17cF1.072(T-15)=0.90.75+0.6250200-(1-0.2)0.75121.072(10-15)1+0.17121.072(10-15)=1.03 kgSS/kgBOD式中：K-计算污泥产率的修正系数; X0-进水SS浓度，mg/L; S0-进水BOD浓度，mg/L; cF-SBR反应池反应泥龄，d。 计算污泥量反应污泥量 XF=Qd cFY( S0-Se)/1000 =25000121.03(200-30)/1000 =52530 kg式中：Se-出水BOD浓度，mg/L。总污泥量 XT=XFTcTF=5253042=105060 kg 计算池容V=(Hf+Hf2+62400QhHTSSTSVIN)STSVI1300TS=(0.7+0.72+6240025000245(1+1-16)1050601506)1050601501300(1+1-16)=21860.2 m3式中：TS-实际沉淀时间，h/周期； ST-总污泥量XT,kg。排水深度 H=QdHNV=250005621860.2=0.953 m污泥浓度 XH=XTV=10506021860.2=4.806 g/L XL=HHLXH=HH-HXH =55-0.9534.806=5.938 g/LV=60.67 m3,满足要求。（11） 浓缩池总高度：H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+5.0+0.5+0.5+3.46=9.76 m 式中：超高，取值； 工作高度，取值；缓冲高度，取值； 底坡落差；污泥斗高。 2）污泥脱水间通过带式脱水机的作用使辐流沉淀池排出的剩余污泥脱去较多的水分，从而达到污泥脱水减小体积的目的，达到从污水处理厂出来的污泥含水率为75%左右，实际可能在80%85%之间。本设计中，设置脱水间一座，其污泥处理量为Qs=910.1 m3/d。采用砖混结构，设备选型定为8SO3000SM带式脱水机（Q=1000m3/h,N=22kw）。3）污泥泵房提升辐流沉淀池中的污泥，用臭氧处理后进入污泥脱水间，回流污泥到曝气池厌氧首段,采用地下钢筋混凝土结构，选用泥浆泵，选用CLXQ150-100-266（Q=150m3/h，H=20m，N=11.4kw，n=1450r/min，=72%）。 6、 污水处理厂的平面和高程设计（1） 平面设计厂址选择原则1）为了保护环境卫生的要求，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，这个防护距离根据当地具体情况而定，一般不小于300m。 2）厂址应设在流经城市水源的下游，离城市集中供水水源处不小于 500m。 3）在选择厂址时尽可能少占农田或不占农田，而处理厂的位置又应便于农田灌溉和消纳污泥。 4）厂址应尽可能在城市和工厂夏季主导风向的下风向。 5）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的水头损失，使污水和污泥有自流的可能，以节约动力消耗。 6）厂址如果靠近水体，应考虑汛期不受或水淹没的威胁。 7）厂址应设在地质条件较好、地下水位较低的地区，以利施工，并降低造价。 8）厂址的选择应考虑交通运输及水电供应等条件。 9）厂址的选择应结合城市总体规划，考虑远期发展，留有充分的扩建 余地。 平面布置原则1）按功能分区，配置得当。2）主要指对生产，辅助生产，生产管理，生活区等各部分布置。既有利于生产，又避免非生产人员在生产区通行或逗留，保证安全稳定生产。3）功能明确，布置紧凑。4）首先