氧化沟--设计计算部分.doc

第一章总论1.1设计任务和内容水污染控制工程是环境工程专业重要主干专业课程，其中授课80学时，实验16学时，课程设计两周，学分为1。通过课程设计，使学生熟悉和掌握水处理构筑物的工艺流程选择、参数确定以及构筑物设计计算。熟练掌握根据不同的水质确定不同工艺流程的能力，针对不同的水质确定合理的设计参数并能够对设计的工艺进行处理效果的校核，使其满足水质达标排放的需要。本课程设计所处理的水质分为城市污水和工业污水，要求对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行计算，确定污水处理厂的平面布置和高程控制；最终编制设计计算说明书和设计图纸的绘制（污水处理厂平面布置图和污水处理厂高程图）。水处理工程设计一般按照初步设计、扩大初步设计和施工组织与设计三阶段进行。本设计深度为初步设计水平。初步设计的任务包括确定工程规模、建设目的、投资效益、设计原则和标准、单元处理构筑物设计、工程概算等。该设计的任务为：（1）对工艺构筑物的选型进行论述；（2）主要处理构筑物的工艺计算；（3）污水处理厂平面布置与高程控制。1.2 基本资料 1.2.1水量水质资料污水设计流量为5万t/d，污水流量总变化系数取1.2；其进水水质如表1，污水处理后的水质要求达到GB18918-2002中一级标准的B标准，具体数值如表2 表1 污水进水水质表项目BOD5CODSSTNNH3-N单位mg/lmg/lmg/lmg/lmg/l数值1503002003530表2 设计出水水质表项目BOD5CODSSTNNH3-N单位mg/lmg/lmg/lmg/lmg/l数值2060201051.2.2气象、水文资料风向：多年主导风向为东北风；气温：最冷月平均气温为-5； 最冷月平均气温为35；极端气温：最高为42，最低为-12，最大冻土深度为-0.25m。水文：多年平均降雨量为850mm/a；多年平均蒸发量为990mm/a；地下水平均埋深为-7.0-8.1m（以地面标高计）。1.2.3厂区地形污水厂选址区域平均海拔为150-152m之间，平均地面标高为151.5m。地面平均坡度为0.10.2，地势走向为西北高东南低。厂区建设面积足够。第二章 污水处理工艺流程说明本工程以氧化沟法污水厂处理工艺为推荐方案。具体流程如下：第三章处理构筑物设计3.1 中格栅格栅用以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的污染物，是一种对后续处理构筑物或泵站机组具有保护作用的处理设备。设为两座。参数选择：污水流量总变化系数为Kz=1.2Qmax=500001.2/2=30000m3/d=1250m3/h=0.3472m3/s格栅安装倾角=60，一般取6070；格栅间隙 b=25mm；栅前水深 h =0.4m；过栅流速 v=0.9m/s，一般取0.61.0m/s；3.1.1栅条间隙数n的确定 取 n=363.1.2栅槽有效宽度（B） 设计采用20圆钢为栅条，即S=0.02m，S栅条宽度，m。 B=1.6m选用HG-1800回转式机械格栅4台（两用两备），格栅宽度为1700mm，整机功率2.2kW，格栅倾角60。3.1.3过栅水头损失（h1） 式中 g重力加速度，9.8m/s2； k考虑到由于格栅受筛余物堵塞后，格栅阻力增大的系数，一般采用k=3；阻力系数，其值与栅条的端面形状有关，圆形端面=1.79； m3.1.4进水渠道渐宽部分的长度（l1） 设进水渠宽B1=1.2m，其渐宽部分展开角度=20m3.1.5栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（l2） m3.1.6栅后槽总高度（H） 设栅前渠道超高h2=0.3m m3.1.7栅槽总长度（L）m3.1.8栅渣量的计算 每日栅渣量为 （m3/d）拦截污物量大于0.2m3/d，需机械清渣。共要四台机械清渣机，两用两备。3.2 提升泵房为了节省水厂的生产费用，污水经中格栅清渣后，进入提升泵房集水井，水泵将污水提升到一定的高度使后续的处理工艺在重力流下进行。水厂的进水流量为694L/s，采用大流量低扬程式水泵，选用水泵型号为250QW-800-12-45型潜污泵（流量800m3/h，扬程12m，转速980r/min，功率45kw），共6台，4用2备。每台泵的流量 集水井的容积（按每台水泵不少于五分钟的水量确定） 集水井有效水深取H=1.5m，则集水井的面积，取35m2。 集水井采用钢筋混凝土结构，地下式，尺寸为57m。进水渠的底面标高为0.315m，水面标高为0.815m，格栅的水头损失为0.023m，因此格栅后出水渠的水面标高为0.792m。集水井的水面与出水渠的水面平齐，则集水井的底面标高为-0.71m。水泵为自灌式。3.3 曝气沉砂池沉砂池的作用是通过重力沉降的方法去除废水中所挟带的泥砂。这些泥砂必将在废水处理装置内沉积或引起磨损，造成设备运行故障，或者是无机泥砂同化学沉淀物，生物沉淀物共同沉淀，混杂在一起，影响污泥的处理与利用。为了保证系统正常工作，应在废水处理前预先除去泥砂。曝气沉砂池可以通过调节曝气量，控制污水的旋流速度，使除砂效率较稳定；它受流量变化的影响较小；同时对污水起预曝气作用。设计参数： 旋流速度应保持0.250.3m/s；水平流速为0.060.12 m/s，取v1=0.12 m/s；最大流量时水力停留时间为13min，取t=3min；有效水深为23m，取h=2m，宽深比一般为12；超高h1=0.5m。曝气沉砂池设置两组，每组计算如下3.3.1曝气池总有效容积Vm33.3.2水流断面积Am23.3.3曝气池平面面积A1 m23.3.4水流部分长度Lm3.3.5池总宽度Bm曝气沉砂池分两格，则每格池子的宽度bb=0.724m3.3.6每小时所需空气量q设d=0.2m3空气/m3污水3.3.7沉沙斗容积V1含水率为60%，容重为1500kg/m3；排砂管直径不应小于200mm；贮砂斗不宜太深，应与排砂方法要求，总体高程布置相适应。m3式中X为沉砂量，可选1530m3/106m3，取20 m3/106m3； T为砂斗贮砂时间，取2d，宜重力排砂。 每个沉砂斗容积V0，设每格有一个沉砂斗m33.3.8沉砂斗各部分尺寸设斗底宽a1=0.63m，斗壁与水平面的倾角为55，斗高h3=0.5m 沉砂斗上口宽 m满足容积要求。 3.3.9沉砂室高度h33.3.10池总高度3.3.11验算最小流速 在最小流量时，只用一组n=1最小流量时沉砂池中的水流断面面积（m2）大于0.15m/s，符合要求3.3.12砂泵选型型号：50ZMB流量：4.520L/s允许配带最大功率：15Kw3.3.13砂水分离器选型型号：LSF-320处理量:20L/s电机功率：0.37kw3.4 计量设施为了提高污水厂的工作效率和管理水平，并积累技术资料，以总结运转经验，为今后处理厂的设计提供可靠的数据，必须设置计量设施，正确掌握污水量。在本设计中拟采用电磁流量计，它的优点是：1.变送器结构简单可靠，内部无活动部件，维护清洗方便；2.压力损失小，不易堵塞；3.测量精度不受被测污水各项物理参数的影响；4.无机械惯性，反应灵敏，可测量脉动流量；5.安装方便，无严格的前置直管段的要求。设计流量Q设计=0.694m3/s，v=1.38m/s，接入流量计前管段D=800mm，故选择800的电磁流量计。流量计选择MT900F系列的，公称直径为200mm1000mm，由上海光华艾尔美特仪器有限公司生产。查电磁流量计水头损失计算图，得水头损失h=0.01m。3.5 配水井沉砂池后端设置配水井，污水进入配水井向氧化沟配水，同时回流污泥液经配水井向反应区分配。最大水流量为Qmax=500001.2=60000m3/d，设停留时间为t=2min，则配水井总容积为 m3 取V=84m3设置两个配水井，每个配水井容积为42m3，取水深为3.5m，则面积A为m2设置圆形配水井，直径D为m闸门选PGZ型平面钢闸门型号：PGZ100010003.6 氧化沟 采用卡罗塞氧化沟 去除BOD与COD之外，还应具备硝化和一定的脱氮作用，以使出水NH3-N低于排放标准。设计参数：污泥回流比R=0.5。回流污泥浓度为Xr=10000mg/L；SVI=120。曝气区廊道有效水深宽深比为1：1，长宽比为3：1。采用两组氧化沟。3.6.1动力学负荷Ud式中k最大反应速率常数，一般情况下，取值范围为26kgBOD5/(kgMLVSSd)，此处可取2； K半饱和常数，多数情况下为100200mg/L之间，此处可取200； S*好氧区内BOD5对数平均浓度，其中S0为好氧区起端水中有机物浓度，其中S0初沉池进入好氧区有机物浓度（BOD5）；Se好氧区出水中溶解性有机物浓度。S=20-1.42VSS/TSSTSS(1-e-kt)=20-1.420.720(1-e-0.235)=6.41mg/l r实际污泥回流比，为修正系数，。所以，； ； mg/L； mg/L； kgBOD5/(kgMLSSd) 3.6.2好氧区污泥浓度以MLSS计，mg/L；以MLVSS计，MLVSS/MLSS取为0.75，mg/L。3.6.3污泥龄式中a取0.6kg/kg，b取0.08d-1。3.6.4 曝气区有效容积 m33.6.33.6.4计算只考虑去除有机物，而未考虑硝化反应，需要按照硝化速率进行计算，在好氧区以及污泥龄方面应该取两者大值。3.6.5污泥泥龄污泥龄的要求仅去除有机物时，取值较小；但要求具有脱氮效果时，泥龄应根据硝化反应速率进行确定。硝化菌的增长速率n：式中T水温，取水温极值为5；N出水中氨氮浓度；DO溶解氧浓度，取2.0；pH出水按照7.2计算。所以 最小污泥龄： 硝化安全系数取2.3，则设计污泥龄为： 大于只考虑有机物降解的污泥龄，故取污泥龄为22.1d。3.6.6 好氧区有效容积V 式中Y可取0.60mgVSS/mgBOD5；Kd可取0.05d-1；Xa混合液活性污泥浓度。其中，一般在30005000mg/L之间，宜不大于3500mg/L。所以3.6.7好氧区水力停留时间 3.6.8缺氧区容积V2 式中qDN为反硝化反应速率，式中 可取1.08；f可取0.75所以：氧化的氨氮量为：式中TN0进水总氮浓度；N/随剩余污泥排放去除的氮量，占总氮的10%；N/不可生物降解有机氮和随VSS排出的量，取为2mg/L；NH3-Ne出水中的氨氮量。所以需要去除的氮量： 所以：m33.6.9缺氧区水力停留时间3.6.10氧化沟总容积3.6.11 氧化沟总设计水力停留时间，与一般取值在1024h之间相一致。3.6.12氧化沟的尺寸 设氧化沟设计有效水深取H1=4m，H1可取35m。则设氧化沟宽8m弯道处总面积，则单个直道长，取97.5m。3.6.13需氧量计算总需氧量为式中an为总需氧系数，此式中a/有机物净需氧系数，可取0.53kgO2/kgBOD5；b/活性污泥耗氧系数，可取0.11kgO2/kgMLVSSd。所以 kgO2/kgBOD5；剩余污泥排放量，kg/d，式中转化系数，则kg/d；VSS/SS污泥中挥发性固体百分数；N0、Ne进出水氨氮浓度。所以3.6.14耗氧区中的氧转移量 式中f综合修正因子， f的计算公式如下： 式中C曝气池中溶解氧浓度； Csm20，1大气压下氧的饱和度，9.17mg/L； CS(T)标准大气压下、T时清水中的饱和溶解氧浓度； 污水传氧速率与清水传氧速率之比，取值范围0.50.95，； 污水中饱和溶解氧与清水中饱和溶解氧浓度之比，通常为0.90.97，； 气压修正因子（其值为实际气压除以海平面气压），取； T实际水温，取最高水温25。 故，查表得Cs(25)=8.38mg/L则3.6.15表曝机的选型氧化沟采用表面曝气机进行搅拌、推进、充氧，部分曝气机配置变频调速器。相应于每组氧化沟内安装在线溶氧测定仪，溶解氧讯号传至中控微机室，格微机处理后在反馈至变频调速器，实现曝气根据溶解氧自动控制。每座氧化沟设置3台表曝机表曝机型号：Landy7-220型表曝机充氧能力：2.5kgO2/(kw.h)所需电机功率 ，取N=55Kw。叶轮直径为2200mm。3.6.16进水管和出水管进出水管流量，管道流速为1.0m/s，则管道过水断面 管径 ，取700mm，校核管内流速 3.6.17出水堰及出水竖井（按薄壁堰计算）出水堰式中，H取0.2m，则为了便于设备的选型，堰宽b取2.6m，校核堰上水头H出水竖井考虑可调堰安装要求，堰两边各留0.3m的操作距离。出水竖井长 出水竖井宽 B=1.4m（满足安装需要），则出水竖井平面尺寸为，氧化沟出水孔尺寸为3.6.16碱度校核需要补充的碱度为式中T1硝化消耗碱度，；T2反硝化产生碱度，NO3-Ne出水硝态氮浓度；T3去除BOD5产生的碱度，；T4剩余碱度，。所以3.7 二沉池为了使得沉淀池内水流更稳（如避免横向错流、异重流、出水束流等）、进出水配水更均匀、存排泥更方便，常采用幅流式二沉池。型式：周边进水，周边出水辐流式二沉池。3.7.1设计参数表面负荷q=0.81.5m3/m2.h，可取1.2 m3/m2.h；水力停留时间T=1.52.5h，取T=2.5h；设计污泥回流比R=50%；设计两组，n=2每组设计流量3.7.2 沉淀池表面面积A3.7.3二沉池直径D,取D=34m。3.7.4二沉池实际水面面积A3.7.5二沉池实际表面负荷q3.7.6二沉池有效水深H1 且 ，在612之间，故符合要求。3.7.7泥容积式中Tw污泥在二沉池的存泥时间，不宜小于2h，取2h。则3.7.8存泥区高度H2 3.7.9污泥斗尺寸 中心泥斗坡度范围为0.120.16，取为i=0.15泥斗高H3取0.5m，泥斗上口直径取DS=2m，则下口直径为污泥斗体积V：3.7.10池底高度H3式中i二沉池池底坡度，范围为0.050.1，取0.05。则3.7.11沉淀池总高H式中H5缓冲层高度，取0.5m； H6超高，取0.3m。则 3.7.12堰口负荷校核q1采用双堰出水，n=2 L/（sm）1.7 L/（sm）3.7.13固体负荷校核3.7.14进水设计本设计采用周边进水、周边出水，污水沿池周边流入槽均匀布水。流入槽采用环形平底槽，等距离设置布水孔。（1）流入槽设计流量应加上回流污泥量Q，即设流入槽宽B1=0.8m，水深h=0.5m，流入槽流速v=。取导流絮凝区停留时间t=600s，Gm=20s-1，水温为20，则污水的运动粘度=1.0610-6 m2/s。则配水孔平均流速vn=0.71m/s因设有短管，收缩系数=1，配水孔水流收缩断面的流速v1=0.71s孔径用50mm，每座池流入槽内的孔数n=，取n=312个孔口出流水头损失=0.039m（2）导流絮凝区导流絮凝区的平均流速=用下式进行核算Gm值Gm=Gm值在1030之间，合格。3.7.15出水设计（1）集水槽采用一条环形双侧溢流集水槽。设槽宽B2=0.8m，槽中流速v=0.8m/s，集水槽为平底，集水槽终点水深为槽内起点水深h2=，其中hk=，得H2=（2）三角堰考虑平顶堰在施工技术上要求很高，且很难校正，因此出水采用90直角三角堰。堰前设挡板，拦截浮渣。设堰高h3=0.15m，则单个堰齿宽b=2h8=20.15=0.30m双侧溢流集水槽外堰距池边2.0m，内堰距池边2.8m。则双侧溢流集水槽外堰上堰齿数n1=个双侧溢流集水槽内堰上堰齿数n2=个则堰池总数n= n1+ n2 =330+314=644个单个堰齿流量q0=堰上水头损失H4=（3）集水槽高度 H=H2+H3+H4+H5式中H5为堰后自由跌落0.1m。所以H=0.74+0.15+0.047+0.1=1.037m3.7.16刮吸泥机选型型号： ZBG3-4功率： 0.55kw3.8回流污泥泵房二沉池活性污泥由吸泥管吸出，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。回流污泥泵房、剩余污泥泵房和浓缩污泥提升泵房合设计一座。3.8.1设计回流污泥量3.8.2回流污泥泵的选取型号：WQB600-20-55流量：600m3/h扬程：20m电机功率：55KW数量：3台 两用一备3.8.3泵房面积考虑将回流污泥泵房、剩余污泥泵房和浓缩污泥泵房合建，故泵房尺寸为20m30m。3.9接触消毒池因为纳污河段水质标准地面水环境质量标准（GB3838-88）中“IV”标准，故需要消毒后处理出水才能排放。3.9.1设计参数水力停留时间可取T=0.5h；设计投氯量C=3.05.0mg/L，取C=5.0mg/L；接触池容积应按最大小时污水量设计；有效水深H取3m；设计两组，每组流量为Q=1041.67m3/h3.9.2池体容积3.9.3池体面积3.9.4池体长宽设宽B=6.5m，则长。，在35之间。3.9.5加氯量的确定3.9.6加氯机选择型号：落地柜式加氯机FX4043C最大投加量：10kg/h3.9.7搅拌机的选择混合搅拌机功率N0：式中QT混合池容，m3；水力粘度，20时=1.0610-4kg.s/m2；G搅拌速度梯度，对于机械混合G=500S-1。所以功率混合搅拌机型号：ZJ-370功率：2.2kW3.10 剩余污泥泵房二沉池产生剩余活性污泥及其他处理构筑物排除污泥由地下管道自流入集流井，剩余污泥泵(采用地下式)将其提升至污泥处理系统。3.10.1剩余污泥量W，式中a产率系数，可取0.5； QA平均流量，； b活性污泥微生物自身氧化率，可取0.05； V生化反应区有效容积； f可取0.75； Xa好氧区混合液污泥浓度； SS0进水悬浮物浓度； SSe出水悬浮物浓度。所以 3.10.2污泥流量 3.10.3泵的选型型号：WQX15-15-2.2扬程：15m流量：15m3/h电机功率：2.2KW数量：2台 一用一备3.11污泥浓缩池剩余污泥泵房将污泥送至重力浓缩池，浓缩池采用竖流式；中心进水，周边出水，底部排泥。采用两座污泥浓缩池，形式见下图：3.11.1 设计参