环境工程设计.docx

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环境工程设计

第一章工程设计的前期工作

第一节废水产生的工艺过程和水质水量的调查及评价

第二节实验室的试验和研究

第三节初步设计文件编制

第四节概（预）算书的编制

第五节废水处理站的总体布置

第一节：

废水产生的工艺过程和水质水量的调查及评价

一、调查研究

二、废水水质水量的确定

三、水质水量的评价

一、调查研究——厂内调查

工厂概况、工厂平面布置情况、工厂管道布置情况、地质资料、环境状况

调查研究——厂外调查

调查对象应以同行业同类型或相似类型为主，有针对性地了解同类型厂的生产工艺、单位产品耗水量、废水流量及治理工艺、效率、管理的难易、投资大小、处理成本等，进行综合评价后，进行小试、中试，确立最佳处理工艺路线。

二、废水水质和水量的确定

废水水质、水量是设计的主要依据，是影响废水治理工程技术经济效果的重要因素。

内容：

废水排放点的位置及其标高、废水排放日流量的变化、废水排放时相应于其时流量的水质情况。

（一）废水水量的测定

容器法、流速计法、浮子法、插板法、浓度法、计量槽法

1.容器法

在水流的出口处或水流有适当落差的地方，用容器测流量Q（m3/min）

Q=60*v/t

式中v—容器容积，t—冲水时间（s）

比较准确，但仅限于小水量的测定，而且仅适用于在排水点处能设置充水容器的情况下。

2流速计法

Q=A*v

Q—废水流量（m3/s）

A—明槽横断面积（m2）

V—流速（m/s）

适用于大水量的明槽，也适用于较小流量的测定；要求槽内最小水深为5cm，最低流速0.05m/s。

3.浮子法

原则：

直段的水流平均流速等于表面最大流速的0.75倍

方法：

将浮子置于渠水面中轴线处，测得表面最大流速Vmax;

Q=0.75Vmax*A

（A—平均过水断面积）

方法简便，适用于水深小、水流路径直的渠道中。

例题（浮子法）

某印染厂染整车间废水排放通过明沟进入废水处理站，明沟截面尺寸为400*700（mm2），槽中水深为10cm，用浮子法测得明沟中最大流速为0.6m/s，求染整车间的排水量。

Q=0.75Vmax*A=0.75*0.6*0.4*0.1=0.018m3/s=1555.2m3/d

通过浮子法测定，可知染整车间排放废水量为1555.2t/d

4.插板法

在水流途中，利用一定形状的插板，拦阻水流，使水流溢过插板，测定插板上的水位，计算流量。

直角三角形插板法、闸下出流插板法、四边形插板法、梯形插板法

插板法——直角三角形

Q=k/H3/2（m3/s）

K—流量系数，当H=0.021~0.200m时，取1.4

H—直角顶以上水头（m）

适用于流量小于100l/s的废水

插板法——闸下出流

Q=µA

式中µ—流量系数，一般采用0.6-0.7，近似值为0.62；

A—闸板下孔口面积（m2）;

g—重力加速度；

H—闸板前后的水位差

插板法——四边形

Q=kBH3/2（m3/s）

K—流量系数，一般取1.85；

B—堰口宽度（m）

H—堰上水头（m）

插板法——梯形

Q=1.86BH3/2（m3/s）

B—梯形堰底宽；H—梯形堰底上的水深

5.浓度法

适用于水流急，混合状态良好的情况

采用示踪剂，假定在流量为Q的废水流中示踪剂的浓度为C0，单位时间投入废水中的示踪剂浓度为C1，流量为q，混合后的浓度为C2。

（二）废水水质的测定

物理性指标:

温度\色度\残渣\电导率\浊度等;

有毒重金属:

汞\镉\铅\铬等;

非金属无机物:

酸度\碱度\pH值\氰化物＼氟化物＼硫化物＼氨氮＼溶解氧等；

有机化合物：

化学需氧量＼生化需氧量＼总有机碳＼油类＼酚类等

三．水质水量的评价

原因：

工业废水的污染物组成复杂，往往一种废水存在着几种有害物质或有毒物质；

目的：

抓住治理重点和正确反映各种污染物质对环境的危害；

评价污染物质的指标：

污染负荷、超标倍数、等标负荷等

１．污染负荷

污染负荷是指排污的强度，表示每日排放污染物的绝对量

Ｗｉ＝ＣｉＱ（ｋｇ／ｄ或ｔ／ｄ）　　　

Ｗｉ－某种污染物质的污染负荷；Ｃｉ—废水中某种污染物质的浓度；Ｑ—废水日流量。

２．超标倍数

超标倍数是指废水中含污染物质的浓度与污水综合排放标准之比

Ｎ＝Ｃｉ／Ｃ

式中Ｎ—超标倍数；

　　Ｃｉ－废水中含污染物的浓度；

Ｃ－排放标准。

３．等标负荷

等标负荷是指排放污染物质的绝对量与排放标准的比值

Ｐ＝ＣｉＱ／Ｃ＝Ｗｉ／Ｃ

全厂等标负荷Ｐｎ为各污染物等标负荷之和

等标负荷比：

Ｋ＝Ｐ／Ｐｎ（为了明确工厂各种污染物的危害程度）

例题：

某化工厂有两股废水，其中一股废水水量为３００ｍ３／ｄ，其水质指标如下：

酚５０ｍｇ／ｌ、氰２０ｍｇ／ｌ、　ＢＯＤ５１５０ｍｇ／ｌ、ＣＯＤｃｒ３５０ｍｇ／ｌ，另一股废水为无机废水，水量为５０００ｍ３／ｄ，主要污染物质为锌，　　　其含量为６０ｍｇ／ｌ，试评价该厂污染源情况。

（水质水量标准见下页）

评价结论：

在不考虑评价权数情况下，尽管锌离子浓度超标倍数为３０，比酚及氰超标倍数低，但由于含锌废水水量大，在全厂污染物中，锌污染占８４．１％，因此在废水治理中，首先应去除锌，其次是酚与氰。

第二节实验室的试验和研究

基本任务：

测定水质水量，提出处理方法，验证选定方法的可行性，确定基本的工艺条件。

初步设计的资料是建立在实验室研究的基础上的，因此，实验室研究的深入与否直接关系到设计的精度与质量。

第三节工艺路线的选择

在实际操作中，需要处理的污染物千差万别，处理的方式和方法也是有差异的。

选择工艺路线是决定设计质量的关键，必须认真对待。

如果某一种污染物仅有一种处理方法，也就无须选择；若有几种不同的处理方法，就应该逐个进行分析研究，通过各方面的比较，从中筛选出一种最佳的处理方法，作为下一步处理工艺流程设计的依据。

一、工艺路线的选择原则

在选择处理的工艺路线时，应注意考虑如下基本原则。

1、合法性

环境保护设计必须遵循国家有关环境保护法律、法规。

2、先进性

先进性主要是指技术上的先进性和经济上的合理可行。

应该选择处理能耗小、效率高、管理方便和处理后得到的产物能直接利用的处理工艺路线。

为适应排放标准越来越高的趋势，还要考虑处理的工艺路线要有一定前瞻性。

3、可靠性

可靠性是指所选择的处理工艺路线是否成熟可靠。

工程设计中可能采用的技术有：

成熟技术、成熟技术基础上延伸的技术、不成熟技术和新技术。

应避免采用不成熟技术；慎重对待尚在试验阶段的新处理技术、新处理工艺和新处理设备，必须坚持一切经过试验的原则。

在实际中，要处理的污染物种类很多，有的是新的从来没有处理过的污染物，这就需要慎重考虑处理的工艺路线，一种是进行类比选择，另一种是进行试验确定。

4、安全性

对具有毒性的污染物，在选择对这些污染物的处理工艺路线时要特别注意，要防止污染物作为毒物散发，要有较合理的补救措施。

同时还要考虑劳动保护和消防的要求。

5、结合实际情况

我们国家正在处于一个初级的发展阶段，经济能力、制造能力、自动化水平、环境保护意识和管理水平等各个方面都有一定缺陷，因此在选择处理工艺路线时，就要考虑企业的承受能力、管理水平和操作水平等各个具体问题，也就是说具体问题要具体分析。

6、简洁和简单性

选择处理工艺路线时，要选择简洁和简单的处理工艺路线，往往简洁和简单的处理工艺路线是比较可靠的工艺路线。

同时要考虑系统中某一个设备出问题时，不至于对整个系统有较大的影响。

上述六项原则必须在选择处理工艺路线时全面衡量，综合考虑。

所选择的污染物处理工艺路线，应保证其对污染物处理效果好、能耗低、费用小、运行管理以及维修方便，符合国情、切实可行。

二、工艺路线选择的基本步骤

选择处理工艺路线时一般要经过四个阶段。

1、收集资料，调查研究

根据要处理的污染物种类、数量和规模，有计划、有目的地收集国内外同类污染物处理的有关资料，包括处理技术路线的特点、工艺参数、运行费用、消耗材料、处理效果以及各种技术路线的发展情况与动向等经济和技术资料。

收集和掌握国内外污染处理的经济和技术资料，仅仅靠设计人员自己是不够的，还要得到信息技术部门的帮助，甚至还可以向咨询部门提出咨询。

具体收集的内容主要有以下几方面：

①要处理的污染物的种类、数量、规模物理性质、化学性质和其他特性；

②国内外处理该污染物的工艺路线；

③试验研究报告；

④处理技术先进与否、自动化的高低以及污染物的测试方法；

⑤所需要的设备的制造、运输和安装情况；

⑥处理项目建设的投资、运行费用、占地面积；

⑦水、汽、电和燃料的用量及供应，主要基建材料的用量及供应；

⑧厂址、水文、地质、气象等资料；

⑨车间的位置、环境和周围的情况。

2、设备、设施及仪器的落实

对各种处理方法中所涉及到的设备、设施及仪器，分清国内已有的定型产品、需要进口的及国内需要重新设计的三种类型，并对设计和设计制造单位的技术能力加以了解。

3、全面比较

①要处理污染物的各种处理工艺路线在国内外应用的状况及发展趋势；

②处理效果的状况；

③处理数量和规模的状况；

④处理时材料和能源消耗的状况；

⑤工程项目的总投资和处理运行费用状况。

4、处理工艺路线最终的确定

综合各种处理方法的优点，减少缺陷，最终确定出最佳的处理工艺路线，使该处理工艺路线无论在技术上，还是在经济上都可行。

三、工艺流程的设计要求

1．污染物处理后必须达到排放标准

在设计前设计者要得到当地政府及环保部门所规定和采用的标准作为设计的依据，它也是处理工程项目完成后最终验收的标准。

在排放标准中，要注意到改建项目和新建项目的排放标准有所不同。

另外还要注意排放标准中不仅有相对排放浓度（单位体积中的污染物的质量），还有绝对排放浓度。

绝对排放浓度是指单位时间内排放污染物的质量（单位kg／h或t／d），它是控制污染物排放非常重要的指标之一，往往设计中仅注意了相对排放浓度，而忽略了绝对排放浓度。

2．要尽量采用成熟的、先进的、效率高的处理技术

某些污染物已经有较成熟的处理工艺：

3．防止处理污染物过程中产生二次污染或污染转移

污染物处理如果在设计流程时考虑不周全，就可能产生二次污染或造成污染物的转移。

要避免和抑制污染物的无组织排放，如设计专用的设备回收，采样、溢流、事故、检修排出的污染物的处理等。

4．要充分利用和回收能量

设计流程时要注意到实际场地的高差，特别是废水处理工艺流程的布置要充分考虑和利用地势的高差，减少能量的消耗，同时还要充分利用和回收处理过程中产生的能量。

5．处理量较大时选择连续的处理工艺

对于连续生产产生的污染，要处理的量较大时采用连续的处理工艺较为适宜

6．处理量较小时选择间歇处理工艺

生产规模较小，产生的污染不是连续的，且要处理的量小,时可采用间歇的处理工艺。

7．尽可能回收有用的物质

在生产中排放的污染物有些是有回收价值的，在处理时要充分考虑这些污染物的回收利用，尽量做到能直接利用收集的污染物，同时要还要考虑以废治废。

8．考虑处理能力的配套性和一致性且要有一定操作的弹性

设计的处理能力一般要略大于实际所需要的处理量，使处理能力有一定的富余量，以使处理系统能适应实际的变化。

选择设备的处理能力不能过大或过小，与实际要基本一致；对易损和易坏的部件采用双套切换，保证系统能正常运行；一般的配件要选择基本一样的，如选择法兰的螺丝尽量使整个系统的一致。

9．确定公用工程的配套措施

在处理工艺流程中必须使用的工艺用水（包括吸收水、冷却水、溶剂用水和洗涤用水）、蒸汽、压缩空气、氮气、氧气以及冷冻设备、真空设备都是工艺中要考虑的配套设施，此外还要考虑设备的用电量等。

其他的用电、上下水、空调、采暖通风都应与相关专业密切配合。

10．确定运行条件和控制方案

一个完善的处理工艺的设计除了工艺流程以外，还应把建成后运行的操作条件确定下来，这也是设计的内容。

这些条件包括整个系统中各单元设备运行时的温度、压力、电压、电流等等，并要提出控制方案（与仪表自动化控制专业密切配合）以保证处理系统能按照设计正常运行。

11．操作检修方便，运行可靠

以目前的管理水平，设计中要考虑操作的简单性和检修的方便性，人体操作的最佳位置等，如阀门的位置和仪表的位置。

处理系统要运转持久并且可靠。

12．制订切实可靠的安全措施，并且考虑特殊情况的发生

在工艺设计中要考虑到处理系统的启动和停止，长期运行和检修过程中可能存在的各种不安全因素，根据污染物的性质采用合理的防范措施，避免意外的发生。

如必须用电除尘器或布袋除尘器处理爆炸性粉尘时，就要在系统中加入防爆阀门。

13．节能

设计中要考虑节能的问题，尽量选择低能耗的处理工艺和设备。

14．节水

某些处理工艺中要用水进行处理，设计中要使水尽量少用且考虑经过处理后重复循环使用，以达到节水的目的。

15．保温、防腐设计

处理工艺中保温和防腐也是很重要的一个方面。

根据污染物的特性和选用设备的特性确定设备、构筑物和管道是否要保温和防腐，以及需要时的措施。

16．在满足治理要求前提下简化流程，节约资金

设计的工艺流程能达到排放标准和要求时，尽量简化流程样不仅管理方便，而且又能节约资金。

17．经济上最省

一个处理工程项目无论是新建还是改建，从经济学的角度上考察，建设方是否能承受，是看项目总投资和项目建成后运转费用的大小。

从化学的角度上来说，世界上没有废物，任何污染物都能处理，只不过在经济上是否能承受。

因此，处理工程项目与经济是不可分离的。

第四节　初步设计文件编制　

设计任务和设计依据、工程规模及废水水质的调查、方案设计、劳动定员及辅助建筑、工程概算及成本分析、存在的问题与建议

第五节概（预）算书的编制

直接费：

与施工有关的费用；

间接费：

组织施工和经营管理有关的费用；

其他费用：

综合附加费、临时设施费、法定利润、预备费等

概算书编制依据

（1）经批准的计划任务书；

（2）地质勘测资料；（3）设计文件；（4）水、电供应情况；（5）原材料分布情况；（6）交通、运输情况；（7）地区工资标准及地区已批准的材料预算价格；（8）国家或省市颁发的概算定额或概算指标以及地区编制的概算单位股价表；（9）施工管理费定额；（10）土地征购费；（11）施工组织设计；（12）机电设备价目表。

第六节废水处理站的总体布置

一、废水处理站址选择

二、废水处理站的平面布置

三、高程布置及纵断面图

四、废水处理站的布水、配水与计量

五、废水处理系统的水力计算

一、废水处理站址选择

应与选定的污水处理工艺相适应；

尽量做到少占农田和不占良田；

厂址必须位于集中给水水源下游，并应设在城镇、生活区的下游和夏季主风向的下风向；

便于处理剩余污泥，与受纳水体靠近；

防止雨季水淹及洪水威胁

充分利用地形

考虑远期发展的可能性

二、平面布置

包括：

处理构筑物的布置、各种管道布置、附属建筑物的布置等

处理构筑物的布置应尽量紧凑，以节约用地，但必须同时考虑铺设管渠的可能性，运转管理的方便，施工时地基的相互影响以及远期发展的可能性。

必须铺设事故排放管道，以便处理构筑物发生故障时排走废水。

污泥消化构筑物应距初次沉淀池较近，并设在地势较高的地方，使消化后的污泥能以重力流方式排至晒泥场

废水和污泥流程应尽量缩短，避免迂回曲折，并尽量考虑重力流

附属建筑物的位置应视方便、安全等原则确定。

废水站的道路应合理布置以方便运输，站内应加强绿化以改善卫生条件

三、高程布置

目的：

使废水能在构筑物之间通畅流动

原则：

废水和污泥最好能藉重力自流

水头损失：

管渠的沿程水头损失、局部水头损失、废水流经配水、量水设备及处理构筑物的水头损失、贮备水头等

进行水力计算时，应选择一条距离最长、损失最大的流程，并按最大流量进行设计计算

表处理构筑物的水头损失（见下页）

四、布水、配水与计量

废水在处理构筑物之间的连接，多采用砖砌或钢筋混凝土制的矩形明渠，有时也用钢筋混凝土管或铸铁管

明渠：

流速小于1.0~1.5m/s，大于0.4~0.6m/s

较小的渠道中，流速可减至0.2~0.3m/s

暗管：

流速应尽可能大于1m/s

配水设备：

保证废水在同类型构筑物中均匀分配

计量设备：

提高废水站的运转管理水平并积累运转资料，总结运转经验。

正确掌握各处理构筑物所处理的废水量

第二章预处理构筑物的设计

格栅、调节池

格栅是由一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成，倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物质及杂质。

RAG自动机械格栅

HF型回转式固液分离机安装示

格栅的种类

根据栅条间距：

粗、细；按污水的类型选定，城市污水：

16~25mm。

（1）栅条间距为16~25mm时，栅渣量0.10~0.05m3/103m3污水；

（2）栅条间距40mm左右时，栅渣量0.03~0.01m3/103m3污水

栅渣的含水率约80%，密度约960kg/m3

按照清渣方法：

人工、机械；

人工格栅：

栅渣量较少时，安装角度45~60o

机械格栅：

倾角：

60~70o，有时90o

格栅的设计与计算

1.格栅的间隙数量n

qVmax——最大设计流量，m3/s;

d——栅条间距，m;

h——栅前水深，m;

v——污水流经格栅的速度，m/s

栅条的数目为n-1

2.格栅的建筑宽度b

b=s（n-1）+d.n（m）

式中b——格栅的建筑宽度，m;

s——栅条宽度，m

3.栅后槽的总高度

h总=h+h1+h2

式中h—栅前水深，m;

h2--格栅的水头损失；

h1--格栅前渠道超高，一般取0.3m

4.格栅的总建筑长度L

L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tga（m）；L1=（b-b1）/2tga1

式中L1—进水渠道渐宽部位的长度，m;b1--进水渠道宽度，m；

a1--进水渠道渐宽部位的展开角度，一般a1-=20o；

L2--格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度，一般L2=0.5L1；

H1--格栅前的渠道深度，m.

5.每日栅渣量W：

W=qvmax.W1*86400/kz*1000

式中W1–栅渣量，m3/103m3污水；

Kz—生活污水流量总变化系数。

注意：

格栅安装倾角取45o~75o，一般取60o；

废水通过栅条间隙的流速一般不应小于0.6~1.0m/s；（防止堵塞）；

格栅前的水流的速度一般为0.4~0.9m/s；

设计栅前渠道扩大段，为了防止栅前管道渠内水面出现阻流回水现象

例题：

已知最大废水量Qmax=200l/s，格栅栅条断面采用矩形，格栅前水深h=0.4m，通过格栅流速v=1.0m/s，栅条间距d=20mm，格栅放置与水平成60度角，栅条宽度s=10mm，栅槽前后进出水渠道宽b1=0.5m，展开角a1=20，试设计格栅与栅槽。

解：

1.格栅的间隙数量n

n=0.2*（sin60o）1/2/（0.02*0.4*1）=22（个）

2.格栅的建筑宽度b

b=s（n-1）+d.n=0.01*（22-1）+0.02*22=0.65（m）

3.进水渠道渐宽部位的长度

L1=（b-b1）/2tga1=（0.65-0.5）/2tg20=0.21（m）

4.格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度

L2=0.5L1=0.5*0.21=0.105（m）

5.通过格栅水头损失计算

h2=ξv2sina*k/2g

=β（s/b）4/3v2sina*k/2g=2.42（0.01/0.02）4/3*1.02*sin60*3/2*9.8

=0.127（m）

6.栅后槽的总高度h总

h总=h+h1+h2=0.4+0.3+0.127=0.827（m）（取超高0.3m）

7.格栅的总建筑长度L

L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tga

=0.21+0.105+1+0.5+（0.4+0.3）/tg60=2.22（m）

8.每日栅渣量W

W=qvmax.W1*86400/kz*1000

=0.2*0.07*86400/1.45*1000

=0.834（m3/d）>0.2（m3/d），

宜选用机械格栅，两台，一用一备

作业：

已知最大废水量Qmax=500l/s，格栅栅条断面采用矩形，格栅前水深h=0.5m，通过格栅流速v=0.9m/s，栅条间距d=25mm，格栅放置与水平成60度角，栅条宽度s=10mm，栅槽前后进出水渠道宽b1=0.5m，展开角a1=20，试设计格栅与栅槽。

调节池的设计

一、调节池的构造

形状：

圆形、方形

地上的、地下的

砖石结构、混凝土结构、钢筋混凝土结构

组成：

进水口、配水槽、隔板、水池、泥斗、出水口等

类型：

均量池、均质池

1.均量池

线内调节：

进水一般采用重力流，出水用泵提升。

线外调节：

调节池设在旁路，当废水量过高时，多余的废水用泵打入调节池，当流量低于设计流量时，再从调节池回流至集水井，并送去后续处理

2.均质池

（1）利用外加动力（如叶轮搅拌、空气搅拌、水泵循环）：

效果好、运行费用高。

（2）利用差流方式，使不同时间和不同浓度的废水进行自身水力混合：

设备结构较复杂。

二、调节池容积的设计

调节池容积计算主要考虑是什么？

？

1.废水浓度、水量变化规律

2.要求调节的程度

图解法

测定水质水量、流量变化曲线、水质变化曲线，日流量累计曲线；

作出调节池进水累计曲线；

连接0、24小时时的累计曲线作直线，即为调节池均匀出水的累计曲线；

确定调节池进、出水线的最大正偏差和最大负偏差；

调节池最小容积=最大负偏差+最大正偏差

调节池中任何时候存水量=最大负偏差减去此时调节池中进、出水之间的偏差；

其它计算有效容积方法

累积流量

（m3）

qi–––在t时段内废水的平均流量，m3/s；

ti–––时段，h。

估算法

按设计的停留时间t乘以平均流量。

流量或浓度变化大的，t一般取8小时，停留时间是一个经验数据，要注意积累。

多路废水汇流的，t一般取8小时。

调节池的搅拌

布水结构为穿孔管，简单易行，搅拌效果一般，动力消耗大。

空气搅拌

布气结构为穿孔管，流量为2~3m3/[h·m（管长）]或5~6m3/[m2（池面积）]。

搅拌效果好，兼有预曝气的作用，运行费用高。

机械搅拌

搅拌效果好，运行费用高，易受腐蚀。

设计参数是因结构而异，可向设备商索取，也可参考《化工工艺设计手册》。

迷宫式

设置事故池

调节池功能设置

1.迷宫式挡墙的设置，池面利用；

2.与反应池的复合

沉砂池的设计

平流式沉砂池

曝气沉砂池

一、沉砂池的设计应遵循的设计原则

1.沉砂池的分格数应不小于2，并联运行；

2.当污水自流进入沉砂池时，应按最大流量设计；当污水为提升进入时，应按工作水泵的最大组合流量设计；在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算；

3.贮砂斗的容积按2日沉砂量计算，贮砂斗壁的倾角不应小于55o。

排砂管直径不应小于200mm.

4.沉砂池的超高不宜小于0.3m;

5.除砂一般采用机械方法，并设置贮砂池或晒砂场。

二、平流式沉砂池

1.平流式沉砂池的设计参数

（1）污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s；

（2）最大流量时，污水在池内的停留时间