城市污水处理厂工艺设计以及计算-学位论文.doc

城市污水处理厂工艺设计以及计算前 言课程设计是在我们完成水污染控制工程课程课堂教学任务后进行的实践性教学环节。其目的是使我们加深对课堂所讲授的内容的理解，以巩固和深化d对水污染控制工程所学的理论知识理解，实现由理论与实践结合到技术技能的提高，在设计、计算、绘图方面得到锻炼。在我国经济高速发展的今天，污水处理事业取得了较大的发展，已有一批城市兴建了污水处理厂，一大批工业企业建设了工业废水处理厂（站），更多的城市和工业企业在规划、筹划和设计污水处理厂。水污染防治、保护水环境，造福子孙后代的思想已深入人心。近几十年来，污水处理技术无论在理论研究方面还是在应用发面，都取得了一定的进步，新工艺、新技术大量涌现，氧化沟系统和高效低耗的污水处理技术，如各种类型的稳定塘、土体处理系统、湿地系统都取得了长足的进步和应用。这些新工艺、新技术已成为水污染防治领域的热门研究课题。在国家科委、建设部、国家环境保护局的组织和领导下，广泛、深入地开展了这些课题的科学研究工作，取得了一批令人瞩目的研究成果。本次设计的题目是污水处理厂设计。要熟悉国家建设工程的基本设计程序以及与环境工程专业相关的步骤的主要内容和要求，学习给水排水工程设计手册和相关设计规范等工具书的应用；提高对工程设计重要性的认识，克服轻视工程设计的倾向，工程设计能力是工科本科毕业生综合素质能力的体现，在用人单位对应聘者工程设计能力的要求是较高。这次设计的主要内容有： 针对城市污水处理厂，要求对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，确定其型式和主要尺寸，确定污水厂的平面布置和高程布置。最后完成设计计算说明书和设计图。设计深度一般为初步设计的深度。由于时间有限，设计中可能出现不足之处，请老师批评指正。目 录第一部分 设计说明书1第一章 总论1第一节 设计任务和内容1第二节 基本资料1第二章 污水处理工艺流程说明2第三章 处理构筑物设计2第一节 格栅2第二节 沉砂池3第三节 初次沉淀池3第四节 曝气池4第五节 二次沉淀池4第四章 污水处理厂总体布置5第一节 设计要点5第二节 污水厂高程布置5第二部分 设计计算书5第五章 设计计算5第一节 格栅51.1 设计说明61.2 设计流量61.3 设计参数61.4 设计计算6第二节 污水提升泵站8第三节 沉砂池83.1设计参数83.2设计计算8第四节 平流式初沉池10第五节 A/O生物脱氮反应池135.1 设计水量135.2 设计水质135.3好氧区容积V1（动力学计算方法）145.4缺氧区容积V2（动力学计算方法）155.5曝气池总容积165.6剩余污泥量 生物污泥产量165.7反应池主要尺寸17第六节 二沉池186.1设计参数186.2设计计算18第七节 混凝沉淀池197.1折板式反应池197.2平流式沉淀池207.3快滤池20第八节 接触消毒池与加氯间218.1设计参数218.2设计计算21第九节 污泥处理系统219.1浓缩池219.2 消化池22第六章 污水厂总体布置24第一节 污水厂平面布置24第二节 污水厂高程布置24第七章 课程设计的主要参考资料24第一部分 设计说明书第一章 总论第一节 设计任务和内容 1.1 设计任务针对一座二级处理的城市污水处理厂，要求对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，确定活水厂的平面布置和高程布置。最后完成设计计算说明书和设计图。设计深度一般为初步设计的深度。 1.2 设计要求 在设计过程中，要发挥独立思考独立工作的能力； 本课程设计的重点训练，是污水处理主要构筑物的设计计算和总体布置。 课程设计不要求对设计方案作比较，处理构筑物选型说明，按其技术特征加以说明。 设计计算说明书，应内容完整（包括计算草图），简明扼要，文句通顺，字迹端正。设计图纸应按标准绘制，内容完整，主次分明。第二节 基本资料1.市区全年主导风向为 东风 。2.水量为 65000 m3/d；生活污水和工业污水混合后的水质预计为： BOD5 = 200 mg/L，SS = 220 mg/L，COD = 450 mg/L，NH4-N 35 mg/L，最低水温12，最高水温26要求达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中的一级A标准。污水厂设计进出水水质对照表单位：mg/LCODBOD5SSNH3N进水45020022035出水50101053、 厂区总面积控制在（280 X 380 ）m2以内，污水进入格栅间水面相对原地面标高为一27m，二沉地出水井出水水面相对原地面标高为一030m。第二章 污水处理工艺流程说明污水处理厂的工艺流程是指在达到所要求处理程度的前提下，污水处理各单元的有机组合；构筑物的选型则是指处理构筑物的选择。两者是相互联系，互为影响的。城市生活污水一般以BOD物质为主要去除对象，因此，处理流程的核心是二级生物处理法活性污泥法为主。按处理程度分，污水处理可分为一级、二级和三级。由于一级处理的内容是去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，经过一级处理后的污水，BOD只去除30%左右，仍不能排放；二级处理的主要任务是大量去除污水中呈胶体和溶解性的有机污染物质（BOD），去除率可达90%以上，去除后的BOD含量可降低到20-30 mg/l.但是仍达不到本课程设计任务的要求，BOD10mg/L,所以要进行三级处理深度处理。生活污水和工业废水中的污染物质是多种多样的，不能预期只用一种方法就能把所有的污染物质去除干净，一种污水往往需要通过由几种方法组成的处理系统，才能达到处理要求的程度。具体的流程为：污水进入水厂，经过格栅至集水间，由水泵提升到平流沉砂池经，经初沉池沉淀后，大约可去初SS 45%,BOD 20%.污水进入A/O循环脱氮系统，经过脱氮处理后，总氮去除率在70%以上， 在二次沉淀池中，活性污泥沉淀后，回流至污泥浓缩间。二沉池出水经絮凝沉淀过滤深度处理后、加氯消毒，排入水体。第三章 处理构筑物设计第一节 格栅格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，如纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、塑料制品等，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常进行。被截留的物质称为栅渣。设计中格栅的选择主要是决定栅条断面、栅条间隙、栅渣清除方式等。格栅断面一般多采用矩形断面。按照格栅除渣方式分为人工除渣格栅和机械除渣格栅，目前，污水处理厂大多都采用机械格栅。 设计要点a、栅条间隙：人工清除为2540mm，机械清除为1625mm；b、格栅上部必须设置工作台，其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m，工作台上应有安全冲洗设施；c、机械格栅不宜少于2台。d、污水过栅流速宜采用0.61.5m/s，本次设计取0.6/s；格栅前渠道水流速0.40.9m/s，本次设计取0.9m/s。e、格栅倾角一般采用4575；本次设计取75。f、格栅水头损失0.027m。第二节 沉砂池沉砂池主要去除污水中粒径大于0.2mm的砂粒，目的是为了避免砂粒对后续处理工艺和设备带来的不利影响。砂粒进入初沉池内会使污泥刮板过度磨损，缩短更换周期；砂粒进入泥斗后，将会干扰正常排泥或堵塞排泥管路；进入泥泵后将使污泥泵过度磨损，使其降低使用寿命；砂进入带式压滤脱水机将大大降低污泥成饼率，并使滤布过度磨损。常用的沉砂池有平流式、竖流式、曝气式和涡流式四种形式。平流式沉砂池具有结构简单，处理效果较好的优点；竖式沉砂池处理效果一般较差；曝气沉砂池的最大优点是能够在一定程度上使砂粒在曝气的作用下互相磨擦，可以去除砂粒上附着的有机污染物，同时，由于曝气的气浮作用，污水中的油脂类物质会升到水面形成浮渣而被除去；涡流式沉砂池利用水力涡流，使沉砂和有机物分开，以达到除砂目的。本设计中选用平流沉砂池，它具有颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沙较方便等优点。 设计要点 型式：平流式。 水力停留时间宜选50s。 沉砂量可选0.050.1Lm3，贮砂时间为2d，宜重力排砂。 贮砂斗不宜太深，应与排砂方法要求、总体高程布置相适应。第三节 初次沉淀池 处理的对象是悬浮物质，同时可去除部分，可改善生物处理构筑物的运行条件并降低其负荷。设计中采用辐流式初沉池，中心进水，周边出水。优点：机械排泥，运行可靠，管理简单，排泥设备定型化。 设计要点 型式：平流式。 除原污水外，还有浓缩池、消化池及脱水机房上清液进入。 表面负荷可选 2.0m3（m2h），沉淀时间 1.5h，SS去除率 5060。 排泥方法：机械刮泥。 沉淀地贮泥时间应与排泥方式适应，静压排泥时贮泥时间为2d。 对进出水整流措施作说明。第四节 曝气池活性污泥的反应器是活性污泥系统核心设备，活性污泥系统的净化效果在很大程度上取决于曝气池的功能是否能正常发挥。设计采用推流式曝气池，鼓风曝气。推流式曝气池设有廊道可提高气泡与混合液的接触时间，处理效果高，构造简单，管理方便。 设计要点 型式：传统活性污泥法采用推流式鼓风曝气。 曝气地进水配水点除起端外，沿流长方向距池起点 1/234池长以内可增加 23个配水点。 曝气池污泥负荷宜选 03kg BOD5（kgMLSSd），再按计算法校核。 污泥回流比 R= 30 80，在计算污泥回流设施及二沉地贮泥量时，R取大值。 SVI值选 120150ml/g，污泥浓度可计算确定，但不宜大于3500 mgL。 曝气地深度应结合总体高程、选用的曝气扩散器及鼓风机、地质条件确定。多点进水时可稍长些，一般控制L58B。 曝气地应布置并计算空气管，并确定所需供风的风量和风压。第五节 二次沉淀池 沉淀或去除活性污泥或腐殖污泥。它是生物处理系统的重要组成部分。设计中采用辐流式二沉池。周边进水，中心出水。优点：机械排泥，运行可靠，管理简单，排泥设备定型化。 设计要点 型式：中心进水，周边出水，辐流式二沉池。 二沉地面积按表面负荷法计算。选用表面负荷时，注意活性污泥在二沉池中沉淀的特点，q应小于初沉地。 计算中心进水管，应考虑回流污泥，且R取大值。中心进水管水流速度可选0205ms，配水窗水流流速可选0.50.5ms。 贮泥所需容积按排水工程（下）相关公式计算。 说明进出水配水设施。第四章 污水处理厂总体布置 第一节 设计要点 平面布置原则参考第五章第四节内容，课程设计时重点考虑厂区功能区划、处理构筑物布置、构筑物之间及构筑物与管渠之间的关系。 厂区平面布置时，除处理工艺管道之外，还应有空气管，自来水管与超越管，管道之间及其与构筑物，道路之间应有适当间距。 污水厂厂区主要车行道宽68m，次要车行道34m，一般人行道13m，道路两旁应留出绿化带及适当间距。 污泥处理按污泥来源及性质确定，本课程设计选用浓缩一机械脱水工艺处理，但不做设计。污泥处理部分场地面积预留，可相当于污水处理部分占地面积的2030。 污水厂厂区适当规划设计机房（水泵、风机、剩余污泥、回流污泥、变配电用房）。办公（行政、技术、中控用房）、机修及仓库等辅助建筑。 厂区总面积控制在（280 X 380 ）m2以内，比例1：1000。图面参考给水排水制图标准 GBJ 106-87，重点表达构（建）筑物外形及其连接管渠。第二节 污水厂高程布置 符合高程布置原则。 构筑物水头损失参考附表。 水头损失计算及高程布置参见排水工程（下）。 污水进人格栅间水面相对原地面标高为一27m，二沉地出水井出水水面相对原地面标高为一030m。 污水泵、污泥泵应分别计算静扬程、水头损失（局部水头损失估算）和自由水头确定标程。 高程布置图横向和纵向比例一般不相等，横向比例可选1：1000左右，纵向1：500左右。第二部分 设计计算书第五章 设计计算第一节 格栅进水中格栅是污水处理厂第一道预处理设施，可去除大尺寸的漂浮物或悬浮物，以保护进水泵的正常运转，并尽量去掉那些不利于后续处理过程的杂物。拟用回转式固液分离机。回转式固液分离机运转效果好，该设备由动力装置，机架，清洗机构及电控箱组成，动力装置采用悬挂式涡轮减速机，结构紧凑，调整维修方便，适用于生活污水预处理。1.1 设计说明 栅条的断面主要根据过栅流速确定，过栅流速一般为0.61.0m/s，槽内流速0.5m/s左右。如果流速过大，不仅过栅水头损失增加，还可能将已截留在栅上的栅渣冲过格栅，如果流速过小，栅槽内将发生沉淀。此外，在选择格栅断面尺寸时，应注意设计过流能力只为格栅生产厂商提供的最大过流能力的80%，以留有余地。格栅栅条间隙拟定为25.00mm。1.2 设计流量a.日平均流量Qd=65000m3/d2708m3/h=0.75m3/s=750L/s Kz取1.2b. 最大日流量Qmax=KzQd=1.22708m3/h=3249.6m3/h=0.9m3/s1.3 设计参数栅条净间隙为b=25.0mm 栅前流速1=0.9m/s过栅流速0.6m/s 栅前部分长度：0.5m格栅倾角=75 单位栅渣量：1=0.05m3栅渣/103m3污水1.4 设计计算（1） 确定栅前水深根据最优水力断面公式计算得： 所以栅前槽宽约1.3m。栅前水深h0.64m（2） 格栅计算说明： Qmax最大设计流量，m3/s； 格栅倾角，度（）；h栅前水深，m； 污水的过栅流速，m/s。栅条间隙数（n）为 =栅槽有效宽度（）设计采用10圆钢为栅条，即S=0.01m。=2.65(m)选用GH1400型链条式回转格栅除污机，水槽宽度1.4米，栅槽深度5.2米，通过格栅的水头损失h2h0计算水头损失； g重力加速度；K格栅受污物堵塞使水头损失增大的倍数，一般取3；阻力系数，其数值与格栅栅条的断面几何形状有关，对于圆形断面， 所以：栅后槽总高度HH=h+h1+h2=0.64+0.3+0.027=0.967(m) （h1栅前渠超高，一般取0.3m）栅槽总长度L 0.3+0.640.94L1进水渠长，m； L2栅槽与出水渠连接处渐窄部分长度，m；B1进水渠宽，； 1进水渐宽部分的展开角，一般取20。栅槽的深度为5.2米，长度为4.6米，宽度B为2.8米，B1为1.3米（3）栅渣量计算 对于栅条间距b=25.0mm的中格栅，对于城市污水，每单位体积污水烂截污物为W1=0.05m3/103m3，每日栅渣量为=2.7m3/d拦截污物量大于0.3m3/d，宜采用机械清渣。第二节 污水提升泵站 污水提升泵站为后续的工艺提供水流动力，满足污水排放所需高程需要和水头损失的要求，设计流量为 2708m3/h，提升高度5.5m，设置五台泵300QW720-6-22型潜污泵，四用一备。第三节 沉砂池 采用平流式沉砂池3.1设计参数设计流量：Q=750L/s 设计流速：v=0.25m/s水力停留时间：t=50s3.2设计计算（1）沉砂池长度：L=vt=0.2550=12.5m（2）水流断面积：A=Q/v=0.75/0.25=3m2（3）池总宽度：设计n=2格，每格宽取b=2m0.6m，池总宽B=2b=4m（4）有效水深：h2=A/B=3/4=0.75m （介于0.251m之间）（5）贮泥区所需容积：设计T=2d，即考虑排泥间隔天数为2天，则每个沉砂斗容积每个沉沙泥斗容积：设每一分格有四个泥斗 V0=（每格沉砂池设四个沉砂斗，两格共有八个沉砂斗）其中X1：城市污水沉砂量3m3/105m3， K：污水流量总变化系数1.2（6）沉砂斗各部分尺寸及容积：设计斗底宽a1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为60，斗高hd=0.6m，则沉砂斗上口宽：沉砂斗容积： （略大于V1=0.405m3，符合要求）（7）沉砂池高度：采用重力排砂，设计池底坡度为0.06，坡向沉砂斗长度为 则沉泥区高度为h3=hd+0.06L2 =0.6+0.064.95=0.9m 池总高度H ：设超高h1=0.3m，H=h1+h2+h3=0.3+0.75+0.9=1.95m（8）进水渐宽部分长度:（9）出水渐窄部分长度:L3=L1=1.1m（10）校核最小流量时的流速：最小流量即平均日流量vmin=Q平均日/A=0.75/3=0.250.15m/s，符合要求第四节 平流式初沉池设计中选择两组平流沉淀池，N=2组，每组平流沉淀池设计流量为0.75=0.375m3/s，从沉砂池流出来的污水进入配水井，经过配水井分配流量后流入平流沉淀池。（1）沉淀池表面积式中 A沉淀池表面积（） Q设计流量（m3/s） q表面负荷m3/（m2h）,一般采用1.53.0 m3/（m2h）设计中取q=2 m3/（m2h）=675（2）沉淀部分有效水深 qt式中 h2沉淀部分有效水深（m） t沉淀时间（h）,一般采用1.52.0h 设计中取 t=1.5h21.5=3m（3）沉淀部分有效容积=2025 m3（4）沉淀池长度式中 L沉淀池长度（m） v设计流量时的水平流速(mm/s),小于等于7mm/s) 设计中取v=5mm/s（5）沉淀池宽度式中L沉淀池宽度（m）（6）沉淀池格数式中 n1沉淀池格数（个） b沉淀池分格的每格宽度（m） 设计中取 b=6.3m个（取4个）（7）校核长宽比及长深比 长宽比L/b=27/6.3=4.34(符合要求，避免池内水流产生短流现象)。长深比L/h2=27/3=98(符合长深比812之间的要求)（8）污泥部分所需的容积：V1 式中： c1进水悬浮物浓度（t/m3），0.00022c2出水悬浮物浓度（t/m3），0.00011r污泥密度，t/m3其值约为1T取4d污泥含水率%（9）污泥斗容积： 污泥斗设在沉淀池的进水端，采用重力排泥，排泥管伸入污泥斗底部，为防止污泥斗底部积泥，污泥斗底部尺寸一般小于0.5m，污泥斗倾角大于60o式中 V1污泥斗容积（m3） 沉淀池污泥斗上口边长（m） 1沉淀池污泥斗下口边长（m），一般采用0.40.5m 污泥斗高度（m） 设计中取=6.3m，=5.0m，1=0.5m=72.15 m3污泥斗以上梯形部分污泥容积： 污泥斗和梯形部分污泥容量：（10）沉淀池总高度式中 H沉淀池总高度（m） h1沉淀池超高（m）,一般采用0.30.5m h3缓冲层高度（m）,一般采用0.3mh4污泥部分高度(m),一般采用污泥斗高度与池底坡度i=1%的高度之和 设计中取 h4=5.21第五节 A/O生物脱氮反应池 A/O系统又称前置硝化系统或循环脱氮系统。一般采用硝化混合液回流，将BOD去除与反硝化脱氮在同一池中完成。A/O生物脱氮系统具有以下特征：反硝化池在前，硝化池在后；反硝化反应以原废水中的有机物为碳源；硝化池内的含有大量硝酸盐的硝化液回流到反硝化池，进行反硝化脱氮反应；在反硝化反应过程中，产生的碱度可补偿硝化反应碱度的一半左右，对含氮浓度不高的废水可不必另行投加碱；硝化池在后，使反硝化残留的有机污染物得以进一步去除，无需建后曝气池。5.1 设计水量平均日污水量Q=65000m3/d，总变化系数K=1.25.2 设计水质进水水质：BOD5=, , f=0.7 碱度PH=7.2最低水温12，最高水温26出水水质： 5.3好氧区容积V1（动力学计算方法） 式中 V-好氧区有效容积，m3; Q-设计流量，m3/L; S0-进水BOD5浓度，mg/L; S-出水所含溶解性BOD5浓度，mg/L Y-污泥产率系数，kgVSS/kgBOD5,取Y=0.6; Kd-内源代谢系数，取Kd=0.05; c-固体停留时间，d; Xv-混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）,mg/L,Xv=fX; F-混合液中VSS与SS之比，取f=0.7; X-混合液悬浮固体浓度（MLVSS),mg/L,X取3200mg/L. Xv=fX=0.73200=2240(mg/L)（1）出水溶解性BOD为使出水BOD降到30mg/L,出水溶解性BOD浓度S应为： =30-1.420.720（1-e-0.235） =16.41(mg/L)（2）设计污泥龄首先确定消化速率N （取设计pH=7.2)，计算公式 式中 N-NH3-N的浓度，mg/L; Ko2-氧的半速常数，mg/L; O2-反应池中溶解氧浓度，mg/L。N=0.47e0.098(12-15)8/7+10(0.0512-1.158)2/1.3+2 =0.350.9620.606=0.204(d-1)硝化反应所需的最小污泥龄mc选用安全系数K=2;设计污泥龄=24.90=9.8(d)（3）好氧区容积V1, m3好氧区水力停留时间5.4缺氧区容积V2（动力学计算方法） （1）需还原的硝酸盐氮量微生物同化作用去除的总氮Nw:被氧化的NH-N=进水总氮量-出水氨氮量-用于合成的总氮量 =35-7-7.2=20.8（mg/L）所需脱硝量=进水总氮量-出水总氮量-用于合成的总氮量 =35-12-7.2=15.8（mg/L）需还原的硝酸盐氮量（2）反硝化速率qdn,T 式中 qdn,T-20 时的反硝化速率常数，取0.12kg -温度系数，取1.08。（3）缺氧池容积 缺氧区水力停留时间5.5曝气池总容积系统设计污泥龄=好氧池泥龄+缺氧池泥龄 确定混合液污泥浓度SVI值为140ml/g，r=1.2，R=0.6， 5.6剩余污泥量 生物污泥产量对存在的惰性物质和沉淀池的固体流失量可采用下式计算： 式中 X1-进水悬浮固体中惰性部分（进水TSS-进水VSS）的含量， -非生物污泥量， =65000（0.18-0.126-0.02）=2210剩余污泥量去除每产生的干污泥量5.7反应池主要尺寸（1）好氧反应池（按推流式反应池设计）总容积，设反应池两组。单组池容有效水深h=4.0m,单组有效面积采用六廊道式，廊道宽,反应池长度取56m校核：超高取1.0米，则反映池总高H=4.0+1.0=5.0(m)（2）缺氧反应池尺寸总容积设缺氧池2组，单组池容有效水深h=4.5m,单组有效面积长度与好氧池宽度相同，为L=37.2m,池宽=第六节 二沉池该沉淀池采用中心进水，周边出水的幅流式沉淀池，采用刮泥机。设置四个二沉池，设计流量为6.1设计参数 设计进水量：Q=16250m3/d （每组） 表面负荷：qb范围为1.01.5 m3/ m2.h ，取q=1.0 m3/ m2.h 水力停留时间（沉淀时间）：T=3h 堰负荷：取值范围为1.52.9L/s.m，取2.0 L/(s.m)6.2设计计算（1）沉淀池面积:按表面负荷算：（2）沉淀池直径： 取直径30米 有效水深为 h2=qbT=1.03=3mD/1.5=10m，则h3=10m。 消化池总高度H=h1+h2+h3+h4=15.5m消化池各部分容积： 集气罩容积：;上盖容积： 下锥容积：v4=V2=118.7m; 锥体容积 消化池有效容积：V0=V2+V3+V4=2004.5m1810m,合格。二级消化池尺寸与一级消化池一样。第六章 污水厂总体布置 第一节 污水厂平面布置 第二节 污水厂高程布置第七章 课程设计的主要参考资料排水工程（下），中国建筑工业出版社，1996年6月（第3、4、7、8、 9章）排水工程（上），中国建筑工业出版社，1996年6月给水排水设计手册中国建筑工业出版社，1986年12月（第5、11 册）室外排水设计规范GBJ 1487 污水处理厂设计与运行，化学工业出版社，2001.8水污染治理新工艺与设计，海洋出版社，1999.3水处理新技术及工程设计，化学工业出版社，2001.5给水排水工程快速设计手册（2，排水工程），中国建筑工业出版社， 1996.2三废处理工程技术手册（废水卷），化学工业出版社，2000.4 教材241