114镇污水处理工艺设计 (1).doc

1 设计说明书1.1 设计目的与任务1.1.1 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。1.1.2 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。1.2 设计资料1.2.1 城市概况114#镇位于长江冲击平原，占地约 10 km2，呈椭圆形状，最宽处为 3 km，最长处为 3.5 km 。 1.2.2 自然特征114#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+4.383lgP) / (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。 1.2.3 规划资料114#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17100人，2030年发展为22800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；要求出水水质达到国家污水综合排放二级标准。污水处理厂可用地面积约50000 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 0； X 270 ， Y 0 ； X 0 ， Y 200 ； X 230 ， Y 200 。 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。1.2.4 排放标准处理后出水要求达到国家城市污水综合排放标准（GB8978-1996）二级标准：BOD530mg/L；SS30mg/L；COD=120 mg/L;NH4+-N=25 mg/L(低于12度时30 mg/L)；总P=1 mg/L.1.3 污水处理工艺流程说明1.3.1 污水处理工艺的选择114#镇污水处理厂主要是用于处理城区生活污水和部分工业废水，且对氮磷的去除有一定要求。按城市污水处理和污染防治技术政策要求推荐，对脱磷脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如A2 /O 工艺，A/O工艺，SBR 及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。故该设计应选取二级强化处理。鉴于SBR 工艺具有以下特点：(1) 工艺流程简单、管理方便、造价低。SBR 工艺只有一个反应器，不需要二沉池，不需要污泥回流设备，一般情况下也不需要调节池，因此要比传统活性污泥工艺节省基建投资 30%以上，而且布置紧凑，节省用地。由于科技进步，目前自动控制已相当成熟、配套。这就使得运行管理变得十分方便、灵活，很适合小城市采用。(2) 处理效果好。SBR 工艺反应过程是不连续的，是典型的非稳态过程，但在曝气阶段其底物和微生物浓度变化是连续的(尽管是处于完全混合状态中)，随时间的延续而逐渐降低。反应器内活性污泥处于一种交替的吸附、吸收及生物降解和活化的变化过程之中，因此处理效果好。(3) 有较好的除磷脱氮效果。SBR 工艺可以很容易地交替实现好氧、缺氧、厌氧的环境，并可以通过改变曝气量、反应时间等方面来创造条件提高除磷脱氮效率。(4) 污泥沉降性能好。SBR 工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长，减少了污泥膨胀的可能。同时由于SBR 工艺的沉淀阶段是在静止的状态下进行的，因此沉淀效果更好。(5) SBR 工艺独特的运行工况决定了它能很好的适应进水水量、水质波动。均适用于本设计，故选取SBR工艺作为本设计的水处理工艺。1.3.2 污水处理工艺流程出水进水提升泵房细格栅栅沉砂池池SBR反应池污泥浓缩池泥饼填埋粗格栅栅贮泥池图1-1 污水处理工艺流程图1.4 设计说明1.4.1 格栅格栅是用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物，防止堵塞和减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行。格栅按栅条净间隙可分为粗格栅(50100mm)、中格栅(1040mm)和细格栅(1.510mm)三种3。本污水处理厂选用粗格栅和细格栅，处于提升泵房的前后。粗格栅运行参数：栅前流速 0.5m/s，过栅流速 0.8m/s，栅格倾角60，数量1座，栅条间隙宽度0.02m，格栅间隙数30，水头损失0.07m，每日栅渣量 0.855m3/d。栅条宽度：S = 10 mm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。细格栅运行参数：栅前流速0.5m/s，过栅流速0.8m/s，栅条宽度0.01m，栅前渠道水深 0.4m，格栅倾角60o，栅间隙数72，水头损失0.2m，每日栅渣量1.12m3/d，数量1座。1.4.2 提升泵房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。污水经提升后入曝气沉砂池。然后自流进入各工艺池，提升泵房采用2台（1用1备）型号为YC300LXL-780-11的水泵，其主要性能参数为：流量545-900m3/h，扬程9-12m，转速980r/min，效率78%。配套电机及功率为Y250M-37，叶轮名义直径335mm。图1-2 提升泵房1.4.3 沉砂池沉砂池的设置目的是为了去除污水中的泥沙、煤渣等相对密度较大的无机颗粒，以免影响后续处理构筑物的正常运行。其工作原理是以重力分离或离心力分离为基础，即控制进入沉砂池的污水流速或旋转速度，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。平流式沉砂池具有截留无机颗粒效果较好、构造较简单等优点，故本设计选用平流式沉砂池。污水经立式污水污物泵提升后经细格栅，进入钟式沉砂池，共两组对称与提升泵房中轴线布置，每组分为两格。设计参数为：沉砂池长度9m，池总宽1.2m，有效水深1.06m，贮砂室容积0.1825m3（每个沉砂斗），斗壁与水平面倾角为600，贮砂室高0.68m，斗部上口宽1.23m，底宽0.5m，砂斗容积0.40 m3，池总高2.04m,沉砂量0.37 m3/d.1.4.4 SBR反应池本设计中为进水时间1 h ；曝气时间h ；有效反应时间4 h ；沉淀时间1 h ；滗水时间0.5 h ；除磷厌氧时间0.5 h ，一个周期TN=6 h ，经过预处理的污水由配水井连续不断地进入反应池，反应区内安照“进水、闲置、曝气、沉淀、滗水”程序运行。本设计采用SBR反应池4座，并联运行，运行周期为6h。单座尺寸55m15m5.5m.反应池内最小水深2.9m,滗水高度1.1m，内设微孔曝气头。采用膜片式微孔曝气器，每个服务面积Af=0.5m2，曝气头个数为1000个；滗水高度1.56m，滗水速度为0.694 m/s1.4.5 污泥泵房污泥泵选三台（两用一备），单泵流量Q2Qw/213.07m3/h。选用1PN污泥泵Q 7.216m3/h，H：14-12m，功率为3kW1.4.6 污泥浓缩池污泥浓缩的目的是使污泥初步脱水、缩小污泥体积。为后续处理创造条件。浓缩脱水方法有重力沉降浓缩、上浮浓缩以及其他浓缩方法。这里使用重力浓缩辅流式污泥浓缩池。浓缩后的污泥采用带式压滤机处理污泥，最后产生的干泥运往垃圾焚烧厂处理。设计参数：设计流量：每座1344.4kg/d，采用2座，进泥浓度10g/L，污泥浓缩时间13h，进泥含水率99.0%，出泥含水率96.0%，池底坡度0.08，坡降0.28m，贮泥时间4h，上部直径9.5m，浓缩池总高4.68m，泥斗容积5.86m3。1.4.7 贮泥池设贮泥池1座，贮泥时间12h，选用1PN污泥泵两台，一用一备，单台流量Q7.216m3/h，扬程H1412mH2O，功率3kW。1.5 处理构筑物平面布置及高程计算1.5.1 平面布置处理构筑物是污水处理厂的主体建筑物，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。污水处理厂的辅助建筑物有泵房，鼓风机房，办公室等，其建筑面积按具体情况而定，在污水厂内主干道应尽量成环，方便运输，保证30%以上的绿化。为保证污水处理厂二期扩建工程的实施，在厂区留有一定面积的扩建空间。1.5.2 高程计算 为了降低运行费用和使维护管理，污水在处理构筑物之间的流动以按重力流考虑为宜，厂内高程布置的主要特点是先确定最大构筑物的地面标高，然后根据水头损失，通过水力计算，递推出前后构筑物的各项控制标高。根据SBR反应池的设计水面标高，推求各污水处理构筑物的水面标高，根据和处理构筑物结构稳定性，确定处理构筑物的设计地面标高。2. 设计计算书2.1 污水设计流量生活污水设计流量：，此处总变化系数K总=1.8，则有：近期：（L/s）=6156(m3/d) 远期：(L/s) =8208(m3/d)。工业污水设计流量：时变化系数Kh=1.3，则：近期：50001.3 =7500（m3/d）； 远期：100001.3 =13000（m3/d）。总设计污水量：生活污水设计流量与工业污水设计流量之和，即：近期： 6156+7500=13656（m3/d）；远期： 8208+13000=21208（m3/d）取设计污水量Q = 22000（m3/d） 2.2 粗格栅图2-1 格栅水力计算简图2.2.1 主要设计参数21栅条宽度：S = 10 mm栅条间隙宽度：b = 20 mm过栅流速：v = 0.8 m/s栅前渠道流速：0.5 m/s栅前渠道水深：h = 0.5 m格栅倾角：= 60数量：1座单位栅渣量：W1=0.07m3/103m32.2.2 工艺尺寸（1）格栅尺寸过栅流量：Q= 22000 m3/d = 0.2546 m3/s栅条间隙数： , 取n=30.格栅条总宽度：B= S（n-1）+ bn = 0.01（30-1）+ 0.0230= 0.89 （m）进水渠道宽度B1： 要求B1hv Q，即：B10.50.8 0.2546，取B1= 0.64m。（2）格栅选择：选择GH型回转格栅。实际过流速度： （m3/s）（3）栅渠尺寸:栅渠过水断面S：m2格栅总长度：其中：;l2=0.5l1=0.0721/2=0.036m; H1= h +h1= 0.5+0.3 = 0.8 m(h1为栅前渠道超高，一般取h1=0.3m); 1指进水渐宽部分的展开角，一般取20.(4) 过栅水头损失h2:格栅断面为锐边矩形断面（=2.42）栅后槽总高度：H= h+ h1+ h2 =0.5+0.3+0.07 = 0.87 mh1 栅前渠超高，一般取0.3 m.(5) 栅渣量 对于栅条间距b=20.0mm 的格栅，城市污水中取每单位体积污水拦截污物为W1=0.07m3/103m3，每日栅渣量为 Kz 生活污水流量的总变化系数,取1.8.拦截污物量大于0.3m3/d，宜采用机械清栅。2.3 细格栅2.3.1 主要设计参数栅条宽度：S= 10 mm 栅条间隙宽度：b= 10 mm过栅速率：v= 0.8 m/s栅前渠道流速：0.5 m/s栅前渠道水深：h=0.4 m倾角：= 60数量：1座单位栅渣量：W1=0.07m3/103m32.3.2 工艺尺寸（1） 格栅尺寸栅条间隙数： ， 取n=72.格栅总宽度：B= S（n-1）+ bn = 0.01（72-1）+ 0.0172= 1.43 m.进水渠道宽度B1：要求B1hv Q，即：B10.40.8Q,得:B10.796,取B1= 0.8 m（2）格栅选择：选择GH型回转格栅。实际过流速度： m3/s。（3）栅渠尺寸栅渠过水断面S：m2栅槽总长度： 其中: l2=0.5l1=0.50.17=0.085 H1= h +h2= 0.4+0.3 = 0.7 m(h1为栅前渠道超高，一般取h1=0.3m) 1 进水渐宽部分的展开角，一般取20.(4) 过栅水头损失:格栅断面为锐边矩形断面（=2.42）格栅水头损失：栅后槽总高度：H= h+ h1+ h2 =0.4+0.2+0.3 = 0.9 mh2 为栅前渠超高，一般取0.3 m。（5）栅渣量 对于栅条间距b=10.0mm 的格栅，城市污水中取每单位体积污水拦截污物为W1=0.01m3/103m3，每日栅渣量为 m3/d 污物的排出采用机械装置：300 螺旋输送机，选用长度l=6.0m 的一台。2.4 平流式沉砂池图2-2 平流式沉砂池工艺图2.4.1 主要设计参数污水在池内的流速：v= 0.2 m/s；最大流量时，污水在池内的停留时间t= 45 s；有效水深：0.25-1.0 m，池宽0.6 m；池底坡度：0.022.4.2 平流式沉砂池的设计（1） 沉砂部分长度：L= vt= 0.245 =9 m.（2） 水流断面面积：（3） 池总宽B：设格数n= 2，每格宽0.6 m，则B= 1.2 m（4） 有效水深：（5） 贮砂斗所需容积： X 城市污水的沉砂量，一般采用30m3/106m3（污水）； T 排砂时间间隔，这里T= 2 d；设每一个有两个沉砂斗： （7） 贮砂斗各部分尺寸：设斗的截面为正方形，取贮砂斗高h3= 0.5 m，底宽b1= 0.5 m，斗壁与水平面的倾角为60，则贮砂斗上口宽b2为：贮砂斗的容积V1为： S1、S2 分别为贮砂斗上口和下口的面积。（8） 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（9）池总高H:H= h1+h2+h3 = 0.3+1.06+0.68 =2.04 m(10) 核算最小流速vmin: (11) 沉砂量: 2.5 SBR反应池(1) 硝化所需要的最低好氧污泥龄 S,N : 硝化细菌比生长速率（d-1），t= 15 时，= 0.47 d-1。 fs 安全系数，取fs= 2.0。 T 污水温度，T= 15 。 (2) 系统所需要的反硝化能力（NO3-ND）/BOD5 :TNi 进水总氮浓度，TNi= 30 mg/l。 TNe 出水总氮浓度，TNe= 25 mg/l。 S0 进水BOD5浓度，S0= 200 mg/l。(3) 反硝化所需要的时间比例tan/(tan+ta) 一般认为约有75%的异氧微生物具有反硝化能力，在缺氧阶段微生物的呼吸代谢能力为好氧阶段的80%左右。 tan缺氧阶段所经历的时间，h。 ta 好氧阶段所经历的时间，h。 (4) 各部分处理时间的确定: 进水时间ti= tan=1 h ； 曝气时间ta=3 h ；有效反应时间tR= ti+ ta=1+3= 4 h ；沉淀时间ts=1 h ；滗水时间td=0.5 h ；除磷厌氧时间tp=0.5 h ；一个周期TN=6 h 。(5) 硝化反硝化的有效污泥龄S,R和总污泥龄 S,T : (6)日产污泥量Sp (以干污泥计）: 其中: S0 进水BOD5浓度，S0= 200 mg/l = 0.2 kg/m3； SSi 进水SS浓度，SSi = 0.25 kg/m3； SSe 出水SS浓度，SSe= 0.03 kg/m3； YH异养微生物的增殖速率，YH = 0.5 kgDS/kg BOD5； bH异养微生物的内源呼吸速率，bH = 0.08 d-1； YSS不能水解的SS的分率，YSS = 0.5； fT,H异养微生物的生长温度修正，fT,H = 1.072（t-15）。 Sp,chemical加药产生的污泥量，Sp,chemicall = 0 设池子数n=4 ，则每个池子的污泥总量ST,P kg/池 (以干污泥计) ： kg/池 .(7) 每个池子的贮水容积V0水: V0水 设V0水占池子总体积V0的31.25%，则: V0= V0水/31.25%=4000m3(8) 滗水高度H : 沉淀时间t一般是从曝气结束后10min开始，至滗水结束时止，所以t= ts+td10/60 h。为了保证出水水质，滗水水位与污泥面之间要求有一个最小安全高度Hs，一般为0.6-0.9m，取Hs=0.7m。 污泥浓度MLSS= 3200mg/l。 取污泥沉降指数SVI=120ml/g 污泥沉降速度Vs=650/（MLSS*SVI） 因为H+Hs= Vs*t，则，(9) 确定单个池子表面积A0，尺寸LB，总高H总，最低水位HL: A0= V0水/H=1250/1.56=801.3 m2。 LB=5515m B总=415=60m 池子有效水深，设超高h=0.5m ，则H总(m)= H0+ h=5+0.5=5.5m HL（m)=5.0-H=3.44m (10) 所需空气量R0: 活性污泥代谢需氧量RO2 : V有效 = V0ta/tN = 40003/4 = 3000 m3 =0.4222000(0.2-0.03)+0.113.043000 =5530.8 kgO2/d a 异养需氧率0.42-0.53 kgO2/kgBOD5.d b 自养需氧率0.11-0.188 kgO2/kgMLSS.d 反硝化所需要氧量Ro2,N : d 反硝化需氧率 d=4.6 kgO2/kgNH4-N TNH4-Ni进水氨氮浓度，TNH4-Ni= 0.03 kg/ m3 TNH4-Ne出水氨氮浓度，TNH4-Ne= 0.025 kg/ m3 硝化产生的氧量R :d 硝化产氧率，d=2.6kgO2/kgNO3-N ； TNO3-N= 0.02 kg/ m3 R=d Qmax TNO3-N=2.6220000.02=1144kg O2/ d 标准状况下的所需空气量R0 : 采用微孔曝气，氧转移效率EA= 25%； 氧气质量比MO2= 0.23； 空气密度=1.29 kg/m3 ，则：=70795.4m3/d =0.82 m3/s （11） 风机选型 :风压P=5.0m （12） 曝气装置 :采用膜片式微孔曝气器，每个服务面积Af=0.5m2曝气头个数：个。（13） 滗水器选型 :滗水高度H=1.56m 滗水速度Qd= V0水/td=1250/30=41.66m3/min=0.694 m3/s 2.6 污泥泵房2.6.1 污泥量含水率P=99%.以体积计：。2.6.2 污泥泵房SBR反应池产生的剩余污泥由地下管道自流入集泥井，剩余污泥泵（地下式）将其提升至污泥浓缩池中。处理厂设一座剩余污泥泵房，污水处理系统每日排出污泥干重为6276kg/d,即为按含水率为99计的污泥流量Qw627.6m3/d26.15m3/h.（1）污泥泵选型:选三台（两用一备），单泵流量Q2Qw/213.07m3/h。选用1PN污泥泵Q =7.216m3/h, H=14-12m, 功率为3Kw。（2）剩余污泥泵房: 占地面积LB=5m4m，集泥井占地面积。2.7 污泥浓缩池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。图2-3 污泥浓缩池2.7.1 设计参数 进泥浓度：10g/L 污泥含水率P199.0，每座污泥总流量:Q6276/2 kg/d=3138m3/d=130.75m3/h 设计浓缩后含水率P2=96.0 污泥固体负荷：qs=45 kgSS/(m2.d) 污泥浓缩时间：T=13 h 贮泥时间：t=4h2.7.2 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=9.1m 水力负荷:有效水深: h1=uT=0.18413=2.39m , 取h1=2.4m浓缩池有效容积:V1=Ah1=69.732.4=167.352m3（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4h贮泥时间计泥量，则贮泥区所需容积 V24Q w432.69130.76m3 泥斗容积 = =4.45 m3h4泥斗的垂直高度，取1.4mr1泥斗的上口半径，取1.2m 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: =2.4+0.30+0.30+1.4+0.28=4.68m（4）浓缩池排水量：Q=Qw-Q w=13.8-2.27=11.53m3/h2.8 贮泥池2.8.1 设计参数 进泥量：经浓缩排出含水率P296%的污泥2Q w=278.45=156.9m3/d，设贮泥池1座，贮泥时间T0.5d=12h2.8.2 设计计算 池容为: V=2QwT=156.90.5=78.45m3 贮泥池尺寸（将贮泥池截面设计为正方形）: LBH=5*5*3.2m 有效容积V=80m3 浓缩污泥输送至泵房,剩余污泥经浓缩处理后用泵输送至处理厂的绿地作肥料之用.污泥提升泵: 泥量: Q=156.9m3/d=6.54m3/h 扬程: H=2.3-(-1.5)+4+1=7.8m 选用1PN污泥泵两台，一用一备，单台流量Q7.216m3/h,扬程H1412mH2O,功率N3kW2.9 高程计算2.9.1 相关资料114#镇位于长江冲击平原，占地约 10 km2，呈椭圆形状，最宽处为 3 km，最长处为 3.5 km 。 114#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。 污水处理厂可用地面积约50000 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 0； X 270 ， Y 0 ； X 0 ， Y 200 ； X 230 ， Y 200 。 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。 2.9.2 处理构筑物高程确定根据各处理构筑物的之间的水头损失，推求其它构筑物的设计水面标高，再根据各处理构筑物的水面标高和其尺寸求出各构筑物地面标高及池底标高。由污泥处理构筑物高程表2-1知，集泥井泵房的水面标高为2.99m，它之后的构筑物浓缩池的水面标高为8.8m，则污泥泵所需扬程为8.8-2.99=5.81m,根据污泥流量为626m3/d,选