水污染课程设计.docx
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水污染课程设计
湖北理工学院
《水污染控制工程》课程设计
班级：
学号：
姓名：
完成日期：
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污泥浓缩池.......................................................................................................................22
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第一章设计任务书
设计题目
20000m3∕d城市污水处理厂工程初步设计
设计目的
本设计是在学生经过环境工程专业课程学习后，在初步掌握污水和废水处理理论，处理工艺、处理方法和构筑物设计计算的基础上进行，是对学生的基本理论、基本知识、基本技能的一次综合性训练。
通过毕业设计使学生掌握以下知识：
1了解城市污水的来源、特点。
2掌握城市污水处理工程设计的方法和步骤；
3学习利用各种资料确定设计方案的方法；
4熟悉构筑物工艺设计计算方法；
5熟悉城市污水处理厂总体布置方法和原则；
6加强工程制图能力。
设计任务
1．确定城市污水处理程度，选择污水处理流程。
2．选择城市污水和污泥处理构筑物。
3．进行城市污水和污泥处理构筑物工艺设计计算，确定主要尺寸。
4．进行城市污水处理厂总体布置。
5．整理计算书，编制说明书。
基本设计资料
某新镇地处鄂东南长江中游南岸，位于东经114°31′33″～115°15′42″，北纬29°51′16″～30°19′45″，东临长江，全镇东西宽70km、南北长53km，镇域总土地面积３000多km2。
污染因子
COD
BOD5
SS
TN
NH3-N
TP
ＰＨ
浓度mg/L
260
220
180
32
25
6-9
设计要求
GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准
气象指标
新镇处于亚热带向温带过渡的气候带，属大陆季风性湿润气候。
春夏盛行东南风，秋冬季节多偏北风。
水文及地质条件
污水厂出水排入新镇湖内湖，位于新镇西南方向。
地震烈度：
根据《地震烈度区划图》本区基本地震烈度为6度。
该地地形平坦，厂址周围方圆2公里内无公共建筑群和生活居住区。
该地点位于新镇城区的正南方，距新镇城区大约８00km～1０00km左右。
设计成果
1设计说明书
设计污水处理工艺，各构筑物布置必须合理，注意厂区布置考虑近远期结合，要考虑技术上的可行性及经济合理性，运行维护管理方便，运转灵活，在满足处理要求的前提下，节约基建投资和运行管理费。
2设计计算书
3设计图纸
污水处理厂平面布置图＼主要处理构筑物图
第二章设计计划书
1水质分析
城市生活污水来源
生活污水是人们日常生活过程中排出的污水。
城市生活污水是从住户，公共设施（饭店，宾馆，影剧院，体育馆，机关，学校，商店等）和工厂的厨房，卫生间，浴室及洗衣房等生活设施中排出的水。
城市生活污水水质特点
城市生活污水有机含量高，主要成分为糖类，蛋白质，脂肪等有机物，氮，磷，硫等无机盐类及泥沙等物质，还含有各种微生物及病原体。
生活污水中的主要污染物有动植物油，悬浮物，碳水化合物，蛋白质，表面活性剂，氮和磷的化合物，微生物和无机盐等。
生活污水中的有机污染物一般都是比较容易生物降解，而且污水的BOD/COD的值达到至。
污水中含有氮磷等营养物质，因此典型的生活污水的可生化性比较好。
所处理城市生活污水水质特点
污水主要来自居民及办公场所的生活用水，超市商店用水等。
其中混有果皮，塑料制品等大小不同的污染物，还含有相当量的泥沙等无机颗粒。
2水源的重要性
水是地球生物赖以存在的物质基础，水资源是维系地球生态环境可持续发展的首要条件，因此，保护水资源是人类最伟大、最神圣的天职。
光从黄河中的用水列表中就看出来中国水资源的匮乏和水资源的利用之多无论是在工业还是农业都可一清楚的认识到，在日常生活中烧饭，洗碗用水时的间断（开门接客人，接电话，改变电视机频道时），未关水龙头;停水期间，忘记关水龙头;洗手、洗脸、刷牙时，让水一直流着;睡觉之前、出门之前，不检查水龙头;设备漏水，不及时修好。
都需要很庞大的用水量。
这些数据都是我们无法想象的。
人体重量的50～60%由水组成，儿童体内的水分更高达80%。
可以说，没有水就没有生命。
但地球上的淡水资源只占地球水资源总量的3%，在这3%。
淡水中，可供直接饮用的只有%。
地球是水之行星。
地球表面约70%为水覆盖。
地球上全部生物体主要由水组成，如：
一棵树含有约60%水;多数蘑菇含有约80至90%水;而多数动物含有约50至65%水。
因此，如没有水，没有生命能存在。
2.污水厂的设计规模
污水厂的处理量20000m3/d。
处理程度的计算
污水经过污水处理厂处理后，其水质应达到我国污水综合排放一级标准及城镇污水污染物排放标准中的一级标准，SS20mg/L,COD60mg/L,BOD20mg/L,TN15mg/L。
工艺方案的选择原则
（1）采用先进，稳妥的处理工艺，经济合理，安全可靠。
（2）合理布局，投资低，占地少。
（3）降低能耗和处理成本。
（4）综合利用，无二次污染。
（5）综合国情，提高自动化管理水平。
可行性方案的确定
要处理的污水是城市污水，经过预处理和生物处理后排放，避免了排放污水对自然水体的污染。
污水处理流程要达到降低污水有机质和含氮磷量，通过SBR工艺与CASS工艺和氧化沟比较，选用SBR法比较，选择SBR主体处理构筑物，即序批式活性污泥法。
SBR处理工艺通过限制性曝气可以达到很好的脱氮除磷效果。
处理流程味粗格栅间→细格栅间→沉砂池→初沉池→SBR池→消毒池。
通过对主体处理构建物的设计计算，使出水质良好，经过处理后的水质达到国家一级标准。
SBR法的方案特点:
（1）理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧,好氧处于交替状态，净化效果好。
（2）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短，效率高，出水水质好。
（3）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释，缓冲作用，有效抵抗水量和有机物的冲击。
（4）工艺过程中的各工序可根据水质，水量进行调整，运行灵活。
（5）处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。
（6）反应池内存在DO,BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。
（7）SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。
（8）脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧，缺氧，厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。
（9）工艺流程简单，造价低。
主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池，污泥回流系统，调节池，初沉池也可以省略，布置紧凑，占地面积省。
从上面的对比中我们可以得到如下结论：
从工艺技术角度考虑，普通曝气池和SBRS法出水指标均能满足设计要求。
但是，SBR法结构简单，造价低，又适合中小型污水处理厂，这跟实际相符，所以选SBR法。
主要构筑物的选择
1.格栅
格栅用以去除废水较大的悬浮物，漂浮物，纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的负荷，防止阻塞排泥管道。
2.泵房
考虑到水力条件，工程造价和布局的合理性，采用长方形泵房。
为充分利用时间。
选择集水池与机械间合建的半地下式泵房，这种泵房布置紧凑，占地少，机构省，操作方便。
水泵及吸水管的充水采用自灌式，其优点是启动及时可靠，不需引水的辅助设备，操作简便。
3.沉淀池
沉淀池的形式有平流式，竖流式和霸气沉淀池。
其作用是从污水中去除沙子，以免这些杂质影响后续处理构筑物的正常运行。
工作原理是重力沉降。
设计中采用的是平流式沉淀池，它的截留效果好，工作稳定，构造简单。
4.SBR池
本设计采用SBR法，该法对BOD的处理效果可达到90%以上。
SBR工艺的曝气池，在流态上属于完全混合型，在有机物降解上，确实时间的推流，有机物是随着时间的推移而被降解的。
曝气系统采用鼓风曝气，选择其中的网状微穿孔。
5.接触池
城市污水经二级处理后，水质改善，但仍有存在病原菌的可能，因此在排放前进行消毒处理。
液氯是国内外应用最广泛的投加消毒剂，氯气投加量一般控制在1-5mg/L，接触时间为30分钟。
6.浓缩池
污泥浓缩的对象是颗粒间的孔隙水，浓缩的目的是在于缩小污泥的体积，便于后续污泥处理。
浓缩池的形式有重力浓缩池，气浮浓缩池，辐流浓缩池，竖流浓缩池和离心浓缩池。
重力浓缩池是污水处理工艺中常用的一种污泥浓缩方法，按照运行方式分为间歇式和连续式，前者适用于大中型污水处理厂，后者适用于小型污水处理厂和工业企业的污水处理厂。
浮选浓缩适用于疏水性污泥或者悬浊液很难沉降且易于混合的场所。
设计采用竖流浓缩池，形式为间歇式的，其特点是结构简单，操作方便，动力消耗少，运行费用低，贮存污泥能力强，采用水密性钢筋混泥土建造，设有进泥管和排上清液管。
7.污泥脱水
污泥机械脱水与自然干化相比较，其优点是脱水效率较高，效果好，不受气候影响，占地面积小。
常用设备有真空过滤脱水机，加压过滤脱水机及带式压滤机。
本设计采用带式压滤机，其特点是滤带可回旋，脱水率高，噪声小，省能源，附属设备少，操作管理维修方便，另外设置事故干化厂，为防止突然事故。
第三章主要构筑物与设备的设计与计算
泵前中格栅设计计算
1.经上网查阅资料可知格栅的设计要求：
（1）根据GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准。
处理后排入水体，具体水质指标如下：
COD=50mg/LBOD5=10mg/L
SS=10mg/LTN=15mg/L
TP=1mg/LNH3-N=5mg/L
（1）总变化系数K=
最大设计流量：
QMAX=（24X60X60）=s
（2）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25～40mm
2.机械清除16～25mm
3.最大间隙40mm
（3）过栅流速一般采用～s.
（4）格栅倾角一般用450～750。
机械格栅倾角一般为600～700.
（5）格栅前渠道内的水流速度一般采用～s.
（6）栅渣量与地区的特点、格栅间隙的大小、污水量以及下水道系统的类型等因素有关。
在无当地运行资料时，可采用：
①格栅间隙16～25mm适用于～栅渣/103m3污水；
②格栅间隙30～50mm适用于～栅渣/103m3污水.
（7）通过格栅的水头损失一般采用～，本次设计采用.
2.格栅尺寸计算
设计参数确定：
设计流量Q1=s（设计2组格栅），以最高日计算。
（1）确定格栅前水深，根据最优水力断面公式Q1=B2v1/2计算得:
式中v1-栅前流速，取值v1=s，
栅前槽宽根据公式B=√2Q1/v1，解得B1=，则栅前水深h=B1/2=
（2）栅条间隙数:
n=Q1√sina/（ehv2）=（取n=33）
式中：
e-格栅间隙，取值e=，
v2-过栅流速，取值v2=s；
（3）栅槽有效宽度：
B0=s（n-1）+en=×（33-1）+×33=
式中：
s-渣条宽度，取值s=，
2组格栅总长度：
B1=2B0=
（4）进水渠道渐宽部分长度：
进水渠宽：
B2=QMAX/v1h=
L1=（B1-B2）/（2tana）=
（其中α为进水渠展开角，取α1=
）
（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
L2=L1/2=
（6）过栅水头损失h1
设栅条断面为锐边矩形截面，取k=3，则通过格栅的水头损失：
h1=kεv22/（2g）sina=
式中：
k-系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3；
e-阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β=。
a-格栅倾角,取值α=60°；
（7）栅后槽总高度（H）
本设计取栅前渠道超高h2=，则栅前槽总高度H1=h+h2=+=
H=h+h1+h2=++=
（8）栅槽总长度
L=L1+L2+++（+）/tanα
=+++++/tan60°
=
（9）每日栅渣量（格栅间隙在20mm下）
在格栅间隙在20mm的情况下，每日栅渣量为：
W=86400QMAXW1/（1000K）
参考水污染控制工程，W1-栅渣量，取W1=103m3污水。
代入数据得W=d>d，宜采用机械清灰，所以宜采用机械清渣。
污水提升泵房设计计算
1.泵房设计计算
本设计采用传统活性污泥法工艺系统，污水处理系统简单，只考虑一次提升。
污水经提升后入平流沉砂池，然后自流通过初沉池、曝气池、二沉池及，最后由出水管道排入涪江。
设计流量：
Q=20000m3/h=300L/s
①．泵房进水角度不大于45度。
②．相邻两机组突出部分得间距，以及机组突出部分与墙壁的间距，应保证水泵轴或电动机转子再检修时能够拆卸，并不得小于。
如电动机容量大于55KW时，则不得小于，作为主要通道宽度不得小于。
③.水泵为自灌式。
设计水量为20000m3/d，选用两台潜水排污泵，一用一备，则流量W=Q/n，其中n代表一天24h，计算得知W=833m3/h，扬程计算得,所以我选用泵型号300QW1100-10-55，参数性能如下:
300QW110-10-55
型号
排出口径
（mm）
流量
m3/d
扬程
（m）
转速
r/min
功率
（Kw）
300QW1100-10-55
300
1100
10
1450
55
泵后细格栅设计计算
1.设计参数确定：
已知参数：
Q’=20000m3/d，K=，Qmax=s。
栅条净间隙为3-10mm，取e=10mm，格栅安装倾角600过栅流速一般为,取V=s,栅条断面为矩形，选用平面A型格栅,栅条宽度S=，其渐宽部分展开角度为200
设计流量Q=s=300L/s
2.设计计算
污水由两根污水总管引入厂区，故细格栅设计两组，每组的设计流量为：
Q=150L/s=m3/s。
确定格栅前水深，根据最优水力断面公式计Q1=B12v1/2算得栅前槽宽B1=√2Q1/v1，解得B1=，则栅前水深h=B1/2=
式中：
v1-栅前流速，取值v1=s，
（1）栅条间隙数:
n=Q1√sina/（ehv2）=取n=51）
式中：
e-格栅间隙，取值e=，
v2-过栅流速，取值v2=s；
（2）栅槽有效宽度：
B0=s（n-1）+en=×（51-1）+×51=
式中：
s-渣条宽度，取值s=，
（3）进水渠道渐宽部分长度L1：
L1=（B0-B1）/（2tana）=
（其中α为进水渠展开角，取α1=
）
（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
L2=L1/2=
（5）过栅水头损失h1
设栅条断面为锐边矩形截面，取k=3，则通过格栅的水头损失：
h1=kεv22/（2g）sina=
式中：
k-系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3；
e-阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β=。
a-格栅倾角,取值α=60°；
（6）栅后槽总高度（H）
本设计取栅前渠道超高h2=，则栅前槽总高度H1=h+h2=+=
H=h+h1+h2=++=
（7）栅槽总长度
L=L1+L2+++（+）/tanα
=+++++/tan60°
=
（8）每日栅渣量W：
W=86400QMAXW1/（1000K）
参考水污染控制工程，W1-栅渣量，取W1=103m3污水。
代入数据得W=d>d，宜采用机械清灰，所以宜采用机械清渣。
沉砂池的设计与计算
（1）池子长度L
L=vt
V-最大水平流速，v=s
T-最大设计流量时的流行时间，取t=60s
L=vt
=×60
=15m
（2）水面面积
A=QMAX/v=
（3）池子总宽度B
B=nb
n-池子分格数，设置n=2
B-池子单格宽度，b=
代入B，得B=
（4）有效水深h2
①h2=A/B==
②沉砂池计算
（1）沉砂量v
V=QMAX×T×86400/（K×106）
T-沉砂周期，X-城市污水沉砂量，取X=30m3/106m污水。
代入数值得v=
（2）每个砂斗所需容积V1
V1=V/n=4=
（3）沉砂斗各部分尺寸
1.沉砂斗上口宽:
b2=2h4/tan60＋b1
b1-斗底宽，取，h4-斗高，取，斗壁与水平面倾角成60度
代入计算得b2=
（4）沉砂斗容积V2
V2=1/3h4（b12＋b22＋√b1b2）
=1/3××（＋＋√×）
=
（5）沉砂室h5
h5=h4＋×（L－2b3－b4）/2
式中b3-每个沉砂斗，取值为1m，b4-两斗间平台高度，取b4=，将数值代入式子中得h5=
（6）池体总高度H
H=h6＋h5＋h2
式中h6-超高，不低于，所以我取
将数值代入H=h6＋h5＋h2中得,所以H=
氧化池的设计与计算
⑴氧化池填料容积:
W=Q（L1－L2）/M
式中W-----填料的总有效容积
Q-----日平均污水量
L1-----进水BOD浓度
L2-----出水BOD浓度
M-----BOD容积负荷率，这里取2kgCOD/
代入数值，解得W=2000m3
⑵氧化池总面积A=W/H
H-----填料层高度，取3m
代入数值，解得A=667㎡
设一座氧化池，分8格，每格接触氧化池面积f=A/8
代入数值，解得84㎡
⑶整体尺寸
8格单池以隔板分格成4×2排布，隔板厚b1=300mm，布间间隙i=2000mm,单格池长i1=4000mm,宽b2=3800mm
池长I=i+5i1+12b1=2000+5×4000+12×300=25600mm
池宽b=i+2i1+4b1=2000+2×4000+4×300=11200mm
整体池面积S=25600×2=
⑷氧化池总高度
=3+++（3-1）×+=（取6m）
式中H0-----接触氧化池的总高度
H------填料层高度，取3m
h1------池体超高，取
h2----填料上部水深，取
h3-----填料层间隙高度取
h4------配水区高度，取
生物接触氧化池选用Φ25mm的塑料蜂窝煤型填料。
⑸需氧量
按每去除1kgBOD消耗1kg氧气计算，生物接触氧化池的需氧量Q1为
Q1=20000×（220-10）/1000=4200
生物接触氧化池采用微孔曝气器曝气，其充氧效率取15%，则接触氧化池每天所需的空气量GS为d
⑹污泥产生量:
按每去除1kgBOD5产生污泥计算
W1=20000×（220－10）/=600Kg/d
SBR反应曝气池的设计与计算
（1）曝气池运行周期
反应器个数n1=4个，周期时间T1=6h，周期数n2=4，每周期处理水量Vw=QMAX×T1/（24n1）,代入数值，得Vw=1875㎡，每周期分为进水，曝气，沉淀，排水四个阶段。
其中进水时间tc=24/（n1n2）=
根据滗水器设备性能，排水时间td=
MLSS取3500mg/L，污泥界面沉降速度:
u=×104×=s
曝气滗水高度h1=,安全水深ε=，沉淀时间ts=（h1＋ε）/u=
曝气时间:
ta=T1－tc－td－ts=
反应时间:
e=ta/T=
（2）曝气池体积V
二沉池出水BOD5由溶解性BOD5和悬浮性BOD5组成，其中只有溶解性BOD5与工艺计算有关，出水性BOD5可用下式估算:
se=sz－
式中se-出水性BOD5
sz-二沉池出水BOD5，取值20mg/L
Kd-活性污泥自身氧化系数，典型值为
f-二沉池出水SS中VSS所占比例，取f值为
Ce-二沉池出水SS，取Ce=20mg/L
将数值代入se=sz－中，得se=L,由于进水TN较高，为满足硝化要求，曝气段污泥龄θc=25d-1污泥产率系数Y=，活性污泥自身氧化系数Kd值为，则曝气体积V=YQθc（So－se）/[exf（1＋Kdθc）]
=×30000×25×（220－）/[×3500×（1＋×25）]
=24831m3
（3）复核滗水高度h1,SBr曝气池共设4座，有效水深H=5m，
h1=HQ/（n2V）=,复核结果与设定相同。
（4）复核污泥负荷
Ns=QSo/exV
=30000×220/×35000×24831
=KgMLSS
（5）剩余污泥产量（剩余污泥由生物污泥和非生物污泥组成）
剩余污泥Xv计算公式
Xv=YQ×（So－se）/1000－KdVf×X/1000
式中:
f为二沉池出水SS中VSS所占比例，一般取值根据室外排水设计规范，不同水温应进行修正，所以Kd取值，将值代入式中计算得，Xv=d
生物与非生物污泥公式计算Xs=Q（1－fbf）×（Co－Ce）/1000
式中Co-设计进水SS，取180mg/L
fb-进水VSS中可生化部分比例，设值为
将值代入式中，计算出Xv=2280Kg/d
则剩余污泥总量△X=Xv＋Xs=d
（6）复核水出BOD5
Lch=24So/（24＋K2xftan2）
=24×220/（24＋×3500×××4）
=L<10mg/L
复核结果表明出水BOD5可以达到设计要求
（7）符合出水NH3-N
Um（10）=Um（15）（T－15）×DO/（DO＋Ko）[－PH]
式中T取25，代入数值，得Um=L<25mg/L
（8）曝气池布置
SBR反应池共设4座，每座长50m,宽25m，高5m,超高.
二沉池的设计与计算
为了使沉淀池内水流更稳、进出水配水更均匀、存排泥更方便，常采用圆形辐流式二沉池。
该沉淀池采用周边进水，中心出水的幅流式沉淀池，采用吸泥机排泥。
1.设计参数的选取
表面负荷：
qb范围为—m3/，取q=m3/，出水堰负荷设计规范规定取值范围为—，取L/；沉淀池个数n=4；沉淀时间T=2h
2.沉淀池尺寸设计
（1）每组池子表面积为：
F=Q/nqb=㎡
（2）池子直径：
D=√4F/π=（取20m）
（3）池子实际表面积：
F=πD2/4=314㎡
实际的表面负荷：
q=Q/nF=4×26000/（24×4×20π×20）=（㎡.h）
（4）单池设计流量
Q0=Q/4=6500m3/d=h
（5）校核堰口负荷
q1=Q0/（2×π×D）=（）<（）
校核固体负荷
q1=（1＋R）Q0Nw×24/F=（小于150kg/（，符合要求
（6）沉淀部分有效水深
混合液在分离区泥水分离，该区存在絮凝和沉淀两个过程，分离区的沉淀过程会受进水的紊流影响，沉淀时间采用，本设计取t=。
h2=qt=×=
（7）污泥区高度
本设计设
=，则
h4=（1＋R）Q0Xt/[（X＋Cu）]=
（8）沉淀池周边（有效）水深：
h5=h3＋h4＋=＋＋=
（9）沉淀池高度:
本设计设计池底坡度为,污泥斗直径取2m,则池中心与池边落差h3为
h6=×（D－d）/2=
超高h1取m，污泥斗高度h4为，则有：
pp
H=h1＋h5＋h6＋h4=＋＋＋1=
（10）集配水井设计计算
1.配水井中心管直径
D1=√4Q/πv2=，本设计取
式中v——中心管内污水流速（m/s），本设计取s。
2.配水井直径
D2=√[4Q/π
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