水质净化工艺课程设计.doc

《水质净化工艺设计》大作业

学 院 土木与交通工程学院
专 业 给水排水工程
年级班别 xx级x班
学 号
学生姓名
成 绩 100
时 间 2015.12.08

目录
任务书 1
第一章 给水深度处理—臭氧活性炭工艺 3
1.1 臭氧设计计算 3
1.1.1 设计要点： 3
1.1.2 池体尺寸设计计算： 3
1.1.3 臭氧化气布气系统设计计算 3
1.1.4 所需臭氧发生器工作压力H的计算 4
1.1.5 臭氧尾气处理 5
1.2 活性碳滤池的设计计算 5
1.2.1 平面尺寸计算 5
1.2.2 进水系统设计计算 5
1.2.3 反冲洗系统设计计算 6
1.2.4 过滤系统设计计算 7
1.2.5 排水系统设计计算 7
1.2.6 滤池总高度 8
第二章 污水处理之生化处理 —— A-A-O工艺 8
2.1 A-A-O工艺设计 8
2.1.1 设计参数 8
2.1.2 平面尺寸计算 9
2.1.3 进出水系统 10
2.1.4 其他管道设计 11
2.1.5 剩余污泥量剩余污泥量 11
2.1.6 曝气系统设计计算 11
2.1.7 空气管路系统的计算 13

《水质净化工艺设计》大作业任务书

在完成《水质净化工艺设计》课程学习后，要求学生掌握给水处理和污水处理的新工艺设计计算，对于构筑物的设计达到或接近施工图设计。为此，要求学生独立完成以下设计内容：
1.完成给水处理之深度处理臭氧-活性炭的工艺设计计算和构筑物施工图设计。
2.完成污水处理之生化处理的新工艺设计计算和构筑物的施工图设计。
要求编写计算书和绘制A3的设计图纸。设计图纸按施工图的深度完成。以A4大小装订。
给水处理厂及污水处理厂的设计资料分别如下：
给水处理厂：
1.水厂净产水量为 20.5 万m3/d。
2.水源为河水，原水水质如下所示：
编号
项目
单位
分析结果
备注
1
耗氧量（CODMn法）
O2mg/l
8

2
水温
℃
最高30，最低5

3
色度

＜15度

4
嗅和味

无异常臭和味

5
浑浊度
NTU
最大300，最小20，月平均最大130

6
pH

7.0

7
总硬度
mg/L(以CaCO3计)
125

8
碳酸盐硬度
mg/L(以CaCO3计)
95

9
非碳酸盐硬度
mg/L(以CaCO3计)
30

10
总固体
mg/L
200

11
细菌总数
个/mL
＞1100

12
大肠菌群
个/L
800

其它化学和毒理指标

符合生活饮用水标准

3.河水洪水位标高73.20米，枯水位标高65.70米，常年平均水位标高68.20米。
4.气象资料：年平均气温22℃，最冷月平均温度4℃，最热月平均温度34℃，最高温度39℃，最低温度1℃。常年风向东南。
5.地质资料：净水厂地区高程以下0～3米为粘质砂土，3～6米为砂石堆积层，再下层为红砂岩。地基允许承载力为2.5～4公斤/厘米。
6.厂区地形平坦，平均高程为70.00米。

污水处理厂设计资料：
1.污水处理厂处理规模为 20.5 万m3/d。
2.城市污水的水质如下表所示： （除pH外，其余项目单位为mg/ L）
项目
BOD5
CODCr
SS
TN
NH4+-N
TP（以P计）
pH

150
300
200
35
25
3.5
6~9
3.污水处理厂出厂水水质应执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。确定的污水处理厂出水水质如下：BOD5≤10mg/L ，COD≤50mg/L，SS≤10mg/L，NH3-N≤5mg/L，PO43--P≤0.50mg/L。
4. 污水处理厂厂区地形拟为平坦地形，标高为75.00米。
5. 全年平均气温21.8℃，最冷平均月气温9.7℃，最热月平均气温32.6℃，最高温度38.7℃，最低温度0.0℃。
6. 夏季主风向：东南风。

第一章 给水深度处理—臭氧活性炭工艺

水处理流程示意图：

1.1 臭氧设计计算
1.1.1 设计要点：
气水接触时间一般采用水力停留时间大于5~10min。
接触反应池的有效水深，一般取4~5.5m。
1.1.2 池体尺寸设计计算：
（1）池体体积
---池体体积（）
---水力停留时间（min），此处取t=10min。
---水流量()
（2）池体有效面积
---扩散器以上水深，5~7m,此处取。
（3）池宽B取12m,则池长
采用三个接触反应室，第一室接触反应时间=6min，第二室接触反应时间为=2min，第三室接触反应时间为=2min。
其中： 第一室池长
第二室池长
第三室池长
1.13 臭氧化气布气系统设计计算
（4）每小时投配总臭氧量
---水中所需臭氧投加量，第一格为0.6,第二格为0.4，第三格为0.2。
第一室：
第二室：
第三室：

（5）水中所需投加的臭氧化气流量
第一室：
第二室：
第三室：
Y---发生器所产臭氧化气浓度（），一般在10~20范围内，此处取15。
（6）水中所需投加的发生器工作状态下（t=20°C,P=0.08MPa）的臭氧化气流量
第一室：
第二室：
第三室：
（7）微孔扩散元件数
第一室： 取510个
第二室： 取340个
第三室： 取170个
---每只扩散元件的总表面积，微孔扩散板（d为扩散板直径，产品提供为0.2m）
---气体扩散速度（m/h）,依微孔材料及其微孔孔径和扩散气泡直径而定，此处使用WTD3型微孔钛板。则微孔孔径为R=30 ，系数a=0.19，b=0.066，气泡直径取 2mm，则
气体扩散速度
1.1.4 所需臭氧发生器工作压力H的计算
（1）塔内水柱高为 =5m
布水元件水头损失查资料, =0.2kPa=0.02m
（2）臭氧化气输送管道水头损失

臭氧化气采用DN25管道输送，总长95m，输送管道的沿程及局部水头损失按 =0.45m 考虑。

1.1.5 臭氧尾气处理
采用型号 BHF3-DOCAT 240的臭氧尾气破坏器，利用热分解原理将臭氧分解。

1.2 活性碳滤池的设计计算
此处生物活性碳滤池采用V型滤池池型
1.2.1 平面尺寸计算
（1）每组滤池所需面积

Q---滤池设计流量（）
n---滤池分组数（组），设计中取n=2。
v---设计滤速（m/h），一般采用8~20m/h。设计中取12m/h。
（2）单格滤池面积
N---每组滤池分格数（格），设计中取N=4。
一般规定V型滤池的长宽比为2：1~4:1,滤池长度一般不宜小于11m；滤池中央气水、分配槽将滤池宽度分成两半，每一半的宽度不宜超过4m。设计中采用其长宽比为2.5：1，即取L=14.83m， B=6m。则：
（3）单格滤池的实际面积
B---单格池宽（m）
L---单格池长（m）
（4）正常过滤时实际滤速
---一组滤池的设计流量（）
一格冲洗时其他3滤格的滤速
1.2.2 进水系统设计计算
（1）进水总渠净宽
H1---进水总渠内水深,设计取1m.
---进水总渠内流速(m/s),一般采用0.6~1.0m/s,设计取0.8m/s.
（2）手动闸孔断面面积
---滤池表面扫洗强度(一般为1.7~2.0(,设计取1.8(
---进孔流速,m/s,一般为0.4~1.0m/s设计取0.8m/s.
（3）手动阀阀口处水头损失
（4）气动隔膜阀断面面积
考虑单格冲洗时,则
（5）气动隔膜阀阀口处水头损失
（6）进水堰堰上水头

m---薄壁堰流量系数,一般采用0.42~0.50.此处取0.45
b---堰宽(m),设计取4m.
（7）V型进水槽槽内水深
Q2---进入V型滤水槽的流量()
设计中每格滤池设两个V型进水槽，
---V型进水槽内流速,一般采用0.6~1.0,设计取0.8.
---V型槽夹角, =50°~55°,设计取52°.
（8）V型槽扫洗小孔
表面扫洗流量
--表面扫洗水强度，此处采用2.0
小孔总面积
---孔口流量系数,取值0.62.
小孔直径
---小孔数目(个),取每个V型槽上扫洗小孔数目45个,则=90个.
验算小孔流速
1.2.3 反冲洗系统设计计算
（1）气水分配渠(按反冲洗水流量计算)
反冲洗水流量
---反冲洗强度,一般采用4~6,此处取5
气水分配渠内水深
---气水分配渠中水的流速,一般采用0.8~1.5m/s,设计取0.8m/s.
B2---气水分配渠宽度,设计取0.5m.
（2）配水方孔面积和间距
配水方孔总面积：
---配水方孔流速，一般采用0.5m/s.
方孔个数： 取90个
---单个方孔的面积，设计取=0.10*0.10m2
在气水分配渠两侧分别布置45个配水方孔，孔口间距0.4m.
（3）布气圆孔的间距和面积
布气圆孔的数目及间距和配水方孔相同，采用直径为60mm的圆孔，其单孔面积为0.0028mm2,所有圆孔面积的和为90*0.0028=0.252m2.
（4）空气反冲洗时所需空气流量
---空气冲洗强度，一般取13~17，设计采用15。
空气通过圆孔的流速为1.332/0.252=5.286m/s。
（5）底部配水系统
底部配水系统采用QS型长柄滤头，材质为ABS工程塑料，数量为55只/m2,滤头安装在混凝土滤板上，滤板搁置在梁上。滤头长28.5cm；滤帽上有缝隙36条；滤柄上部有2mm气孔，下部有长65mm、宽1mm条缝。
滤板、滤梁均为钢筋混凝土预制件。滤板制成正方形。滤梁的宽度为10cm，高度和长度根据实际情况决定。设计中滤板下清水区的高度取H3=0.88m。
1.2.4 过滤系统设计计算
滤料选用活性碳滤料，粒径0.5~3mm，不均匀系数K60=1.5~2,固定床滤池碳层厚度一般为1.0-2.5m,设计中取滤层厚度H4=2m。
滤层上面水深一般采用1.5~2m，设计中取滤层上水深H5=1.5m。
承托层采用分层级配，共五层，其粒径级配排列由下至上为8-16mm,厚为50mm; 4-8mm, 厚为50mm; 2-4mm, 厚为50mm; 4-8mm, 厚为50mm; 8-16mm, 厚为50mm。
1.2.5 排水系统设计计算
排水渠终点水深
---排水渠流速，一般采用1.5m/s，设计取1.8m/s。
设计中取排水渠和气水分配渠等宽。
排水渠起点水深
排水渠临界水深
排水渠起点水深：
---排水渠底坡，=8.2%
---排水渠长度，设计取排水渠长度同滤池长度，即14.83m。
按照要求，排水槽堰顶应高出滤料0.5，则中间渠总高为滤板下清水区的高度+滤板厚+承托层厚+滤料层厚+0.5，即0.88+0.10+0.252.00+0.5=3.73m。
1.2.6 滤池总高度

---滤板下清水区的高度；
---活性碳滤层厚度；
---滤层上水深；
---滤板厚度,设计中取0.12m；
---承托层厚度，设计中取0.25m；
---超高，设计中取0.3m。

第二章 污水处理之生化处理 —— A-A-O工艺
2.1 A-A-O工艺设计
根据规范GB50014-2006《室外排水设计规范》，本次工艺设计可以采用厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷，首先根据要求进行判断：BOD5/TN=150/35=4.28＞4，BOD5/TP=150/3.5=42.8＞17，符合要求。由于本次设计中进水水质含磷量并不高，故综合考虑下，不采用改良型A-A-O工艺（加强对磷的处理）。

2.1.1 设计参数
（1） 水力停留时间
根据规范，水力停留时间宜为7~14h，本设计取t=8h。
（2） 曝气池内活性污泥浓度
一般取取2000~4000mg/L，本设计曝气池内活性污泥浓度取Xv=3000mg/L。
（3） 回流污泥浓度
Xr=106/SVI×r=106/100×1.2=12000mg/L
Xr—回流污泥浓度（mg/L）；
SVI—污泥指数，一般采用100；
r—系数，一般采用r=1.2。
（4） 污泥回流比
Xv=[R/(1+R)]×Xr,即3000=[ R/(1+R)]×9000，解得R=0.50
R—污泥回流比；
Xr’—回流污泥浓度（mg/L），Xr’=fXr=0.75×12000=9000
（5） TN去除率
e=[（S1-S2）/S1]×100%
e—TN去除率（%）；
S1—进水TN浓度；
S2—出水TN浓度，其中S2取15mg/L
则e=（35-15）/35*100%=57.1%。
（6） 内回流倍数
R内=e/(1-e)=0.571/（1-0.571）=1.33，
设计中取R内为140%

2.1.2 平面尺寸计算
（1） 总有效容积
V=Qt=205000×8/24=68333m³
V—总有效容积（m3）；
Q—进水流量（m3/d），按平均流量计；
t—水力停留时间（d）。
厌氧、缺氧、好氧各段内水力停留时间的比值为1:1:3，则每段的水力停留时间分别为：
厌氧池内水力停留时间t1=1.6h；
缺氧池内水力停留时间t2=1.6h;
好氧池内水力停留时间t3=4.8h。
（2） 平面尺寸
曝气池总面积
A=V/h=68333/7.5=9111.07 m2,
式中，A—曝气池总面积（m2）；
h—曝气池有效水深（m）。设计中取h=7.5m。
每组曝气池面积（曝气池座数N=2）
A1=A/N=9111.07/2=4555.53m2，
式中，A1—每座曝气池表面积（m2
N—曝气池个数，设计中取N=2。
每组曝气池共设5廊道，第1廊道为厌氧段，第2廊道为缺氧段，后3个廊道为好氧段，每廊道宽取10m，则每廊道长：
L=A1/bn=4555.53/(5×10)=91.11m，
式中，L—曝气池每廊道长（m）；
b—每廊道宽度（m）；设计中取b=10m
n—廊道数。设计中取n=5。

2.1.3 进出水系统
（1） 曝气池进水设计
反应池进水设计流量Q1=QKz=205000×1.45/3600/24=3.44m³/s，其中Kz取1.45
回流污泥渠道设计流量QR=RQ=0.5×2.37=1.185m³/s
污水最大流量Qs=Q1=3.44m³/s
初沉池的来水通过DN1200mm的管道送入厌氧—缺氧—好氧曝气池首端的进水渠道，管道内的水流速度为1.52m/s。在进水渠道内，水流分别流向两侧，从厌氧段进入，进水渠道宽度为2m，渠道内水深为1.0m，则渠道内的最大水流速度为：
V1=Qs/(Nb1h1)=3.44/(2×2×1)=0.86 m/s
式中，V1—渠道内最大水流速度（m/s）；
b1—进水渠道宽度（m）；设计中取b1=2.0m
h1—进水渠道有效水深（m），设计中取h1=1.0m。
反应池采用潜孔进水，孔口面积
F=Qs/Nv2=3.44/(2*1)=1.72 m2,
式中，F——每座反应池所需孔口面积（m2）；
v2——孔口流速（m/s），一般采用0.2~1.5m/s。设计中v2取1.0m/s。
设每个孔口尺寸为0.6*0.6m，
则孔口数：n=F/f=1.72/(0.6*0.6)≈5个。
式中，n—每座曝气池所需孔口数（个）；
f—每个孔口的面积（m2）。
（2） 曝气池的出水设计
厌氧—缺氧—好氧池的出水采用矩形薄壁堰，跌落出水，堰上水头：

式中，H——堰上水头（m）；
Q——每座反应池出水量（m3/s），Q=Qs+QR=3.44+1.185=4.625m³/s；
m——流量系数，一般采用0.4~0.5；本设计取m=0.4；
b——堰宽（m），与反应池宽度相等。本设计中取b=10.0m。
厌氧—缺氧—好氧池的最大出水流量为4.625 m3/s，出水管采用DN2000，送往二沉池，管道内的流速为1.46m/s。

2.1.4 其他管道设计
（1） 污泥回流管
在本设计中，污泥回流比为0.5，从二沉池回流过来的污泥通过两根DN500的回流管道分别进入首端两侧的厌氧段，管内污泥流速为0.9m/s。
（2） 硝化液回流管
硝化液回流比为200%，从二沉池出水回至缺氧段首端，硝化液回流管道管径为DN1000mm，管内流速为1.1m/s。
2.1.5 剩余污泥量剩余污泥量
（1） W=aQ平Sr-bVXv+LrQ平×50%
式中，W—剩余污泥量（kg/d）；
a—污泥产率系数，一般采用0.5~0.7；本设计取a=0.6
b—污泥自身氧化系数（d-1）,一般采用0.05~0.1；本设计取b=0.05
Q平—平均日污水流量（m3/d）；
Lr—反应池去除的SS浓度（kg/ m3），Lr=200-10=190mg/L=0.19 kg/ m3;
Sr—反应池去除BOD5浓度（kg/ m3），Sr=150-10=140mg/L=0.14 kg/ m3。
则有：W=0.6×205000×0.14-0.05×68333×3+0.19×205000×50%
=17220-10250+19475=26445kg/ d
2.1.6 曝气系统设计计算
1平均时需氧量
=1204KgO2/h
其中，——活性污泥微生物每代谢1kgBOD所需要的氧量，本设计取0.5；
——每kg活性污泥自身氧化所需要的氧量，以kg计算，本设计取0.15；
——曝气池的容积，本设计的曝气池容积为。
2最大时需氧量
=1379KgO2/h
3供气量的计算
采用网状膜型中微孔空气扩散器，敷设于距池底0.2米处，淹没水深H=7.5米，计算温度为30℃。查《排水工程》下册附录1，得水中溶解氧饱和度为：
，
1) 空气扩散器出口处的绝对压力

2) 空气里开曝气池面时，氧的百分比
——空气扩散器的氧转移效率，取值20%
3) 曝气池混合液中平均氧饱和度（按最不利的温度条件考虑）
按以下公式计算：

最不利温度，条件按30℃考虑：

4) 换算为在20℃条件下，脱氧清水的充氧量
按以下公式算：
取值，其中，代入数据得：

相应的最大时需氧量为：
每日去除的BOD5：BODr=205000×（112.5-10）/1000=21012kg/d
5) 曝气池平均时供气量
即：
6) 曝气池最大时供气量
7) 去除每kgBOD5的供气量
8) 每m³污水的供气量污水。

2.1.7 空气管路系统的计算
(1)每组AAO池设4根干管，其中中间两干管均设10对配气竖管，两侧干管上均设10根配气竖管，全曝气池一共设有160根配气竖管
则每根配气竖管的供气量
曝气池平面面积，
其中每个空气扩散器的服务面积按0.81m2计算
则需要空气扩散器的总数
考虑到安全因素，本设计选用8440个空气扩散器，
则每根竖管上空气扩散器的数目,取43个。
每个空气扩散器的配气量为，
(2)空压机的选型
本设计将空气扩散器安装于距曝气池池底0.2m处，因此空压机的所需压力：
；根据上述计算可知，
空压机的供气量
根据上述对空压机的要求，本设计决定LG80空压机16台，风压为60kp，风量为80m3/min，正常使用时12台使用，4台备用。目 录
第一章 总论 1
第一节 项目背景 1
第二节 项目概况 2
第二章 项目建设必要性 5
第三章 市场分析与建设规模 7
第一节 汽车市场需求分析 7
第二节 市场预测 12
第三节 项目产品市场分析 13
第四节 建设规模 16
第四章 场址选择 17
第一节 场址所在位置现状 17
第二节 场址建设条件 17
第五章 技术方案、设备方案、工程方案 22
第一节 技术方案 22
第二节 设备方案 28
第三节 工程方案 33
第六章 原材料、燃料供应 38
第七章 总图布置与公用辅助工程 39
第一节 总图布置 39
第二节 公用辅助工程 43
第八章 环境影响评价 52
第一节 环境保护设计依据 52
第二节 项目建设和生产对环境的影响 52
第三节 环境保护措施 54
第四节 环境影响评价 56
第九章 劳动安全卫生与消防 57
第一节 劳动安全卫生 57
第二节 消防 64
第十章 节能与节能措施 67
第一节 项目概况 67
第二节 项目综合能耗 69
第三节 节约及合理利用能源的主要措施 71
第十一章 项目实施进度与人力资源配置 76
第一节 建设工期 76
第一节 项目实施进度 76
第二节 生产组织与人员培训 79
第十二章 投资估算与资金筹措 82
第一节 建设投资估算 82
第二节 总投资估算 86
第三节 资金筹措 86
第十四章 财务效益分析 88
第一节 财务评价基础数据与参数选取 88
第二节 销售收入及销售税金估算 89
第三节 成本费用估算 89
第四节 财务评价 91
第五节 不确定性分析 93
第十三章 风险分析 95
第十四章 结论与建议 97
第一节 研究结论 97
第二节 建议 97

15