污水处理厂设计课程设计

目录一设计原始资料二设计步骤㈠污水处理程度的确定1设计流量2污水BOD的处理程度确定㈡处理工艺流程的选择㈢各处理单元的设计1进水管道的计算2粗格栅3污水提升泵房4泵后细格栅5沉砂池6曝气池7二沉池集配水井8二次沉淀池9污泥提升泵房11贮泥池三处理厂规划1平面布置2高程布置一、设计原始资料设计水量Q=11万m3/d污水水质：COD650mg/L，BOD5380mg/L，SS200mg/L，NH3-N38mg/L。出水COD≤100mg/L,BOD5≤30mg/L,SS≤30mg/L，NH3-N≤25mg/L二、设计步骤㈠.污水处理程度的确定1.设计流量该城市每天污水的平均流量Q=110000m3/d=1273.148L/s平均由《排水工程》（下册P59）查得，污水总变化系数KZ=1.382所以Q设计=Qmax=1273.148×1.382=1759.491L/s2.污水BOD的处理程度确定原污水的BOD5值为220mg/L，本设计不采用初沉池，则进水曝气池污水的BOD5值Sa＝220mg/L处理水中非溶解性BOD5的值，即BOD5=7.1bXaCe=7.1×0.09×0.4×30=7.67mg/L式中b——微生物自身氧化率，一般介于0.05～0.10之间，此处取0.09；Xa——活性微生物在处理水中所占比例，取0.4；Ce——处理水中悬浮固体浓度，取30mg/L。处理水中溶解性BOD5值为（出水BOD5值30mg/L）Se=30-7.67=22.33mg/L则BOD的去除率η=×100%=89.8%㈡处理工艺流程的选择由于污水的水质较好，污水处理工程没有脱氮除磷的特殊要求，主要的去除目标是BOD5，本设计采用活性污泥法二级生物处理，曝气池采用传统的推流式曝气池。污水及污泥处理的工艺流程如下图：原水粗原水粗格栅厌氧池氧化沟提升泵房细格栅沉砂池二沉池消毒池贮泥池脱水机房污泥浓缩池污泥回流污泥回流外排泥饼外运上清液泥饼外运上清液㈢.各处理单元的设计1.进水管道的计算根据设计流量Q设计=1759.491L/s，选择管径D=1000mm，坡度i=0.0020计量设备由《排水工程》（上册P172）查得，进水管充满度h/D=0.60，流速v=1.35m/s计算得，设计水深h=0.6m2.粗格栅粗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。设计规定：（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25～40mm2)机械清除16～25mm3)最大间隙40mm（2）在大型污水处理厂或泵站前原大型格栅(每日栅渣量大于0.2m3),一般应采用机械清渣。（3）格栅倾角一般用450～750。机械格栅倾角一般为600～700，（4）通过格栅的水头损失一般采用0.08～0.15m。（5）过栅流速一般采用0.6～1.0m/s。设计计算：(1)设粗格栅前水深h=0.8m,过栅流速v=0.9m/s,栅条间隙宽度b=0.02m栅条倾角α=60°，粗格栅数N=2，则栅条间隙数n为n=设栅条宽度为S=0.01m，则栅槽宽度B为B=S(n−1)+bn=0.01×(75−1)+0.02×22=1.18m(2)水流通过格栅的水头损失为式中Σh——水流通过格栅的水头损失(m)；k——系数，格栅受污堵塞后，水头损失增大倍数，一般k=3；β——形状系数，本设计中，栅条采用锐边矩形断面，β=2.42；将各参数数值代入上式，计算得，Σh=1.039m，取Σh=1.04m(3)格栅总高度H为H=h+h2+Σh式中h2——栅前渠道超高，m粗格栅在栅前，由计算得h2=-(标高+h)=-(-3.5+0.8)=2.7m；则栅槽总高度为H=0.8+2.7+1.04=4.54m。(4)栅槽总长度L为L=l1+l2+1.0+0.5+H1/tgα式中l1——进水管渠道渐宽部分长度(m);l1=(B*2+0.3–D)/2tgα1，其中0.3m为两格栅之间相连的混凝土宽度；l2——栅槽与出水渠道渐缩长度(m)；l2=l1/2；H1——栅前槽高(m),这里等于管底标高，H1=3.5m；α1——进水渠展开角，一般用20°。将各参数代入，计算得L=4.90m。（图见《排水工程》下P57）计算结果：栅槽总长度：4.90m栅槽宽度：0.65m（两组1.30m）栅槽总高度：4.54m水头损失：1.04m3.污水提升泵房提升泵房用以提高污水的水位，保证污水能在整个污水处理流程过程中流过，从而达到污水的净化。设计计算：选择5台水泵（4台使用，1台备用）污水提升泵房的集水池容积：V=m2设集水池的有效水深为0.8m，则集水池的面积为：S=m2选择集水池的长为15m，宽为11m。计算结果：提升泵房集水池长：15m提升泵房集水池宽：11m有效水深：0.8m4.泵后细格栅设计计算：(1)设栅前水深h＝1.5m过栅流速v＝0.9m/s栅条间隙宽度ｂ＝0.006m格栅倾角α＝75°格栅数Ｎ＝2则格栅间隙数n=个设栅条宽度S＝0.01m则栅槽宽度B=S(n−1)+bn=0.01×(107−1)+0.006×107=1.712m(2)水流通过格栅的水头损失=0.572m(3)取栅前渠道超高h2＝0.3m，则栅槽总高度H＝h+h2+Σh＝1.5+0.3+0.572＝1.65m(4)栅槽总长度L为1211L=l+l+1.0+0.5+H/tanα-5-式中l1——进水管渠道渐宽部分长度(m)；111l=(B×2−B)/2tanα，其中B1为进水渠的宽度，这里取1.0m；算得l1=0.626m；l2——栅槽与出水渠道渐缩长度(m)；l2=l1/2；H1——栅前槽高(m),H1＝h+h2＝1.8m；α1——进水渠展开角，一般用20°。将各参数代入，计算得L=2.92m。计算结果：栅槽总长度：2.92m栅槽宽度：1.712m（两组取1.23m）栅槽总高度：1.65m水头损失：0.572m5.沉砂池沉砂池的作用是从污水中将比重较大的颗粒去除，其工作原理是以重力分离为基础，故应将沉砂池的进水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带起立。设计规定：1.城市污水厂一般均应设置沉砂池，座数或分格数应不少于2座(格)，并按并联运行原则考虑。2.设计流量应按分期建设考虑：(1)当污水自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；(2)当污水为用提升泵送入时，则应按每期工作水泵的最大组合流量计算；(3)合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。3.沉砂池去除的砂粒杂质是以比重为2.65，粒径为0.2以上的颗粒为主。4.城市污水的沉砂量可按每106m3污水沉砂量为30m3计算，其含水率为60%，容量为1500kg/m3。5.贮砂斗槔容积应按2日沉砂量计算，贮砂斗池壁与水平面的倾角不应小于55°排砂管直径应不小于0.3m。6.沉砂池的超高不宜不于0.3m。7.除砂一般宜采用机械方法。当采用重力排砂时，沉砂池和晒砂厂应尽量靠近，以缩短排砂管的长度。说明：采用曝气沉砂池，具有处理效果好,可去除部分有机物的优点，分两格。设计计算：(1)设污水在沉砂池中停留时间t=2min，则沉砂池总有效容积V为：V=60Qt=60×1.75949×2=211.14m3(2)设污水在池中水平流速v＝0.08m/s,则水流断面积A为：A=Q/v=1.75949/0.08=21.99m2设计，取22m2(3)设有效水深h为3.5m，则沉砂池总宽度B为：B＝A/h＝6.3m(4)设沉砂池2座，每座池宽b＝B/2＝3.2mb：h＝3.2：3.5＝1：1，符合要求(5)沉砂池的池长L＝V/A＝211.14/22＝9.60m取10m(6)所需曝气量q=3600DQ=461m3/h设计（D单位曝气量，0.2m3/m3）采用穿孔管曝气，孔口直径为3mm。沉砂池底部的沉砂通过吸砂泵，送至砂水分离器，脱水后的清洁砂粒外运，分离出来的水回流至泵房。设计结果：沉砂池长：10.0m沉砂池宽：6.3m（每座宽2.0m）有效水深：3.5m每小时所需曝气量：461m3/h6.曝气池①污水处理程度的计算及曝气池的运行方式a.污水处理程度的计算由二(二)2可得，BOD的去除率η＝89.8％b.曝气池的运行方式本设计考虑曝气池运行方式的灵活性和多样性，即以传统活性污泥法系统作为基础，又可按阶段曝气系统和吸附－再生－曝气系统运行。这些运行方式的实现，是通过进水渠道的布设和闸板的控制来实现的。②曝气池的计算和各部位尺寸的确定a.BOD－污泥负荷率的确定拟定采用的BOD－污泥负荷率为0.3kg/(kgMLSS·d)。但为稳妥，需加以校核，校核公式如下其中，K2取0.02，Se=22.33mg/L，η=0.898，f＝0.75，将各值代入上式Ns=0.373kgBOD5/(kgMLSS*d),取0.3kgBOD5/(kgMLSS*d)b.确定混合液污泥浓度（X）根据已经确定的Ns值，查图得出相应的SVI值为110取r＝1.2，R＝50％，则c.确定曝气池容积d.确定曝气池各部分尺寸曝气池共设2组，每组容积V＝22187/2＝11094m3。设池中水深h＝5.0m，则每组曝气池面积F为F＝11094/5.0＝2218.8㎡取池宽B＝7.0m，B/h＝7.0/5.0＝1.4，介于1～2之间，符合规定，则池长L为L＝F/B＝2218.8/7.0=316.97mL/B＝316.97/7＝45.28＞10,符合规定设每组曝气池共5个廊道，每廊道长L1L1＝L/5＝316.97/5＝45.28m，取为46m曝气池超高取0.5m，池子总高H为H＝5.0+0.5＝5.5m尺寸计算结果：曝气池总长：316.97m（每个廊道长46m）宽：7.0m高：5.5m在曝气池面对沉砂池和二沉池的一侧，各设横向配水渠道，并在池中部设纵向中间配水渠道与横向配水渠道相连接。在两侧横向配水渠道上设进水口，每组曝气池共有5个进水口，简图如下：在面对沉砂池的一侧，在每组曝气池的一端，廊道I进水口设回流污泥井，回流污泥有污泥泵站送入井内，通过提升泵回流至曝气池内。按照传统活性污泥法系统运行，污水和回流污泥同步从廊道I的前侧进水口进入；按阶段曝气系统运行，回流污泥从廊道I的前侧进入，二污水分别的从两侧配水渠道的5个进水口均量地进入；按吸附－再生－曝气系统运行，回流污泥以廊道I的前侧进入，以廊道I作为污泥再生池，污水则从廊道II的后侧进水口进入，在这种情况下，再生池容积为全部曝气池的20％，也可设计为40％。③曝气系统的设计与计算本系统采用鼓风曝气系统a．平均时需氧量Ｏ2＝a′QSr+b′VXv＝0.5×110000×(220-30)/1000+0.15×22187×3636×0.75/1000＝10121kg/d＝421.71kg/h式中Ｏ2——混合液需氧量（kgO2/d）；a′——活性污泥微生物每代谢1kgBOD所需氧气（g），取0.5；Q——污水平均流量（m3/d）；Sr——被降解的有机污染物量（mg/L）；b′——每1kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧气（kg），取0.15；V——曝气池容积（m3）；Xv——挥发总悬浮固体浓度(g/L)。b.最大时需氧量的计算Ｏ2max＝0.5×152020×(220-30)/1000+0.15×22187×3636×0.75/1000＝979.92kg/h;c.每日去除的BOD值BOD＝110000×（220-30）/1000＝20900kg/d;d.去除1kgBOD需氧量ΔＯ2＝10121/20900＝0.484kgＯ2/kgBODe.最大时需氧量与平均时需氧量之比Ｏ2max/Ｏ2=979.91/721.73=2.3④供气量的计算采用WM－180型网状膜微孔空气扩散器，每个扩散器服务面积0.49m2，敷设于距池底0.2m处，淹设深度4.0m，计算温度定为30℃。查表得20℃和30℃，水中饱和溶解氧值为：Cs（20）＝9.17mg/L；Cs(30)=7.63mg/La.空气扩散器出口处的绝对压力（Pb）：Pb＝1.013×105+9800H＝1.013×105+9800×4.0＝1.405×105Pa空气离开曝气池池面时，氧的百分比为（EA=12%）Ｏt＝21×（1-EA）/{79+21×（1-EA）}＝18.96％EA——空气扩散装置氧的转移效率，取12％b.曝气池混合液中平均氧饱和度（按照最不利的温度条件考虑）参考《排水工程下P147》，Csb（30）＝Cs{Pb/（2.026×105）+Ｏt/42}＝7.63×（1.405/2.026+18.96/42）＝8.74mg/式中Cs－鼓风曝气池内混合液溶解氧饱和度平均值mg/LCs－在大气压力条件下，氧饱和度，mg/L换算为在20度条件下，脱氧清水的充氧量取值α=0.82，β=0.95，C=2.0，ρ=1.0，代入各值，得相应的最大时需氧量为c.曝气池平均时供气量为曝气池最大时供氧量为去除1kgBOD5的供气量11502×24/7600＝36.32m3空气/kgBOD1m3污水的供气量11502×24/40000＝6.90m3空气/m3污水d.本系统的空气总用量除采用鼓风机曝气外，本系统还采用空气在回流污泥井提升污泥，空气量按回流污泥量的8倍考虑，污泥回流比R值50%，这样，提升回流污泥所需空气量为11502×24/7600＝36.32m3空气/kgBOD⑤空气管路系统计算按照图示曝气池平面图，布置空气管道，在相邻的两个廊道的隔墙上设一根干管，共5根干管。在每根干管上设7对曝气竖管，共14条配气管。曝气池共设70条配气竖管，每根竖管的供气量为13853/70=197.9m3/h曝气池平面面积为39×50＝1950m2每个空气扩散器的服务面积按0.49m2计，则所需空气扩散器的总数为1950/0.49＝3980个每个竖管上安装的空气扩散器的数目为3980/70＝56.9个（为安全计，本设计采用60个），每个空气扩散器的配气量为13853/(70×60)＝3.3m3/h7.二沉池集配水井曝气池的出水通过管道送往二沉池集配水井，输水管道内的流量按最大时流量加上回流的污泥量进行设计，回流比为50%，则输水管的管径为1050mm，管内最大流速为1.06m/s。集配水井为内中外套筒式结构，直径分别为3m，6m,9m。由曝气池过来的输水管道直接进入中层套筒，进行流量分配，通过四根管径为600mm的管道送往4个二沉池，管道内最大水流速度为0.88m/s。二沉池从周边出水，通过500mm的管道到达集配水井的外层套筒内，管道内最大水流速为0.77m/s。污泥由二沉池中心通过管径为300mm的管道到达集配水井内层套筒内，管道内最大水流速为1.1m/s。8.二次沉淀池设计规定：(1)进水管中的流速不应超过0.1~0.3m/s（澄清区的流速0.0004m/s）(2)表面水力负荷一般取1.0~1.5m3/(m2·h),对于出水SS要求严格的处理工程，表面负荷小一些，最小可取0.5m3/(m2·h)左右(3)出流水渠的宽为0.25~0.6m，流速为0.3~0.5m/s设计计算：(1)采用普通辐流式沉淀池，中心进水，周边出水，共4座。沉淀池表面负荷q取1.2m3/(m2·h),则单池表面积A为(2)池子直径D为取D＝41m(3)设污水在沉淀池内的沉淀时间为2.0h，则沉淀池有效水深h2为H=qt=1.22=2.4m2(4)按4h计算二沉池污泥部分所需体积式中XR为回流污泥浓度XR＝106r/SVI＝106×1.2/110＝10909mg/L(5)污泥所需容积较大，无法设计污泥斗容纳污泥。所以，在设计中采用机械刮泥机连续排泥，而不设污泥斗存泥，只按构造要求在池底设0.05坡度机一个放空用的泥斗，设泥斗高度为0.5m沉淀池总高度H为H=h1+h2+h3+h4+h5式中h1，h2，h3，h4，h5分别为保护高度（取0.3m）、有效水深、缓冲层高（取0.5m），沉淀池底坡落差、污泥斗高度（取0.5m）因此，H=0.3+3.4+0.5+(25/2-2)*0.05+0.5径深比校核：D/h2＝25/2.4＝10.4，符合6-12的要求(6)沉淀池的出水采用锯齿堰，堰前设挡板，拦截浮渣。出水采用双侧集水，出水槽宽度0.5m，水深0.4m，则槽内水流速度大于0.4m/s,满足要求。计算结果：每个二沉池直径：41m二沉池高度：4.23m9.污泥提升泵房设计计算：污泥泵房的污泥分为回流污泥和剩余污泥，与回流污泥相比剩余污泥的量是很少的可以忽略不计。选择4台泵（3台使用，1台备用）污水提升泵房的集水池容积：所以选择集水池的长为5m，宽为3m。计算结果：提升泵房集水池长：5m提升泵房集水池宽：3m有效水深：2.5m10.污泥浓缩池设计规定：(1)进泥含水率：当为初次污泥时，其含水率一般为95%～97%;当为剩余活性污泥时，其含水率一般为99.2%～99.6%。(2)污泥固体负荷：负荷当为初次污泥时，污泥固体负荷宜采用80～120kg/(m2.d)当为剩余污泥时，污泥固体负荷宜采用30～60kg/(m2.d)。(3)浓缩时间不宜小于10h，但也不要超过18h。(4)有效水深一般宜为4m,最低不小于3m。计算过程：采用竖流式污泥浓缩池，浓缩来自二沉池的剩余污泥，浓缩前污泥含水率为99.2%，浓缩后的污泥含水率97%,浓缩部分上升流速上升流v=0.1mm/s,浓缩时间t=10h，池数n＝2（1用1备）。(1)二沉池中每天排出的剩余污泥量ΔX为rVΔX=YQS−KVX式中Y—产率系数，取为0.5；K--活性污泥微生物自身氧化