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《水质生物净化工程》设计说明书

《水质生物净化工程》课程设计说明书

第一部分前言

一、设计目的

该课程设计,是结合课程讲授内容,设计一个城市污水处理厂,使我们得到一次综

合运用所学知识独立完成某一城市污水处理厂工艺设计的初步训练,从而达到巩固课堂所学的理论知识,培养和提高解决生产实际问题的能力。

通过课程设计,使我们在以下几个方面得到训练:

1、工程设计的基本方法、步骤、技术资料的运用;

2、基本计算方法及绘图能力;

3、综合运用本课程及其他有关课程的理论知识,解决工程实际问题;

4、熟悉、贯彻国家在环境保护和基本建设等方面的各项政策法规、标准、规范等。

二、设计任务与内容

1、设计任务

完成某城镇污水处理厂工艺设计。

平面布置、高程布置达到初步设计要求;单体构

筑物设计计算达到初步设计深度;书写详细的设计说明书和计算书。

2、设计内容

污水处理厂工艺按城市污水厂典型流程设计

(1)确定污水处理规模,选择污水处理厂的位置;

(2)确定污水处理设计进出水水质及处理程度、处理流程;

(3)一级处理构筑物(格栅、沉砂池、初沉池)型式的选择及设计计算;

(4)二级处理构筑物(曝气池、二沉池等)型式的选择及设计计算;

(5)污泥处理构筑物(浓缩池、消化池、脱水设备)型式的选择及设计计算;

(6)污水处理厂平面布置及高程布置,高程计算,绘制污水处理厂总平面布置图,

污水、污泥处理高程图。

三、设计资料

1、城市现状及发展规划

某城市现有人口150000人,是一个以电机制造、钢铁、纺织为主的新兴工业城市,

位于中南地区,属丘陵地带,河流由南向北穿过城市,有一铁路跨河而过,全城分东、西两区,主要工业集中在东区,西区为商业区、生活区。

根据该城市建设部门提供的设计资料,该城市以后在重工业、轻工业多方面都会得到大力发展,东西区人口都会大大增加,成为一个综合性的中型城市。

现在东区各工业企业生产、生活污水由各单位自行处理后排放河流,西区尚没有完

整的污水处理系统,计划在三至五年内完成西区污水截流工程和污水处理厂建设。

本设计区域只考虑西区。

西区近期设计总人口100000人,西区远期设计总人口150000人,人均污水量标准280升/人.日

生活污水中悬浮物浓度350毫克/升,BODu为40克/人.日,区域内工业企业的生产

和生活污水量为201X米3/日,BOD5为400毫克/升,悬浮物浓度为200毫克/升。

污水处理厂自然地面标高为44.5~42.5米。

2、自然资料

气温:

历年最高温度41℃,最低-8℃,平均19℃;

雨量:

年最高降雨量1880毫米,最低1123.4毫米,平均1427毫米;

风向:

常年主风向为南风,频率37%;夏季主风向为西南风,频率15%。

最大风力:

8级,年平均2.7~3.4级;

最大风速:

24米/秒,平均3.1米/秒。

水文及水文地质资料:

区域内河流最高水位:

39.00米

最低水位:

28.08米

平均水位:

31.00

河宽:

50~800米不等

年平均流量为250m3/秒;最大洪峰时平均流量1290m3/秒;最枯水日平均流量25m3/秒,流速0.8米/秒。

污水岸边排放,混合条件很差。

年平均水温19.4℃,夏季平均水温26℃。

年平均总硬度1.609毫克当量/升,年平均pH=7.0。

年平均溶解氧8.3毫克/升,夏季溶解氧为5.2毫克/升(昼夜平均)。

地下水位:

地面以下10米。

地质:

砂质粘土,第四纪沉积性亚粘土,耐性强度1.2~3.5公斤/厘米2。

地震等级:

6级以下。

电力供应情况:

良好。

第二部分污水处理程度的确定

一、设计期限和建设分期

按近期设计人口和城市规模进行设计,远期留有余地,计划在三至五年内完成西区污水截流工程和污水处理厂建设。

二、污水处理厂位置选择

制定城市污水处理系统方案,污水处理厂厂址选择是重要的环节,它与城市总体规划、城市排水系统走向、布置、处理后污水出路等都密切相关。

结合本污水处理厂特点,考虑管道系统、泵站、污水处理厂各处理单元构筑物,并进行技术、经济比较和最优化分析,通过论证决定:

1、厂址位于城镇生活区集中给水水源的下游320m处和夏季主风向的下风向,与受纳水体靠近。

2、充分利用地形,选择有自然坡度的地区,便于高程布置,以减少土方工程量,并设在地质条件较好的地方,便于施工。

3、尽量少占用或不占用良田,有适当的闲置土地面积,并根据城市发展规划,考虑远期发展可能性,有扩建的余地。

三、污水处理程度

1、设计流量计算

根据城市现状及其发展规划,设计人口数为100000人,设计污水量标准为:

280L/(人?

d)。

生活污水中SS为350mg/L,BODu为40g/L,区域内工业企业生产和生活

污水量为201Xm3/d,BOD5为400mg/L,SS为200mg/L。

因此,计算可得生活污水量为:

Q1?

280?

100000?

28000000L/d=28000m3/d=324.07L/s

工业污水量为:

2?

201Xm3/d?

23.15L/s

所以,平均日流量为:

Qd?

Q1?

Q2=30000m3/d=347.2L/s

根据设计资料,工业废水的日变化系数Kd2?

1.0,时变化系数Kh2?

1.4。

据此可得总变化系数:

生活污水

KZ1?

2.7/Q10.11

工业废水KZ2?

Kd2Kh2?

1.0?

1.4?

1.4。

最大时流量为:

Qhmax?

KZ1Q1?

KZ2Q2=1.43×28000+1.4×201X=42840m3/d=1785m3/h=495.83L/s

2、去除率计算

由设计资料得,对于进水水质有:

SS=324.07?

350?

23.15?

200?

340mg/L324.07?

23.15

BOD5?

0.67BODu

BOD5?

40?

1000?

0.69?

98.57mg/L280

98.57?

324.07?

23.15?

400?

118.67mg/L462.96?

23.15BOD5?

根据城市二级污水处理厂要求,处理出水达到国家污水综合排放一级标准,即要求:

SS?

20mg/L,BOD5?

20mg/L。

综合技术、经济、环境等方面的因素,取处理后出水的污染物浓度SS?

20mg/L,BOD5?

20mg/L。

从而SS的去除率为:

?

1?

340?

20?

94.1%340

BOD5的去除率为:

?

2?

118.67?

20?

83.1%118.67

3、工业污水设计当量人口计算

对于生活污水,其SS和BOD5的设计值分别为SS?

35~50g/(人?

d),BOD5=20~35g/(人d);计算时,取SS为aS1?

46g/(人?

d),BOD5为aS2?

32g/(人?

d)。

因此,工业区的SS值折合成人口当量数为:

C12200?

201X?

?

8696人,aS146

C22400?

201X?

?

25000人。

aS232工业区的BOD5值折合成人口当量数为:

所以,以SS值为标准得到总设计人口数为:

100000+8696=108696人

四、污水处理工艺流程

1、污水处理程度

考虑到受纳水体的自净能力,按照城市二级污水处理厂处理要求达到一级标准,污水经过处理后,各污染物浓度分别为SS?

20mg/L,BOD5?

20mg/L。

之后排放水体,达到保护环境的目的。

2、工程造价与运行费用

工程造价和运行费用也是工艺流程选定的重要因素,在处理水水质、水量达到标准的前提下,以原污水水质、水量及其他自然状况为已知条件,以处理水应达到的水质指标为制约条件,以处理系统的总造价和运行费用为目标函数,建立三者之间的相互关系,求解最优值。

这样,减少占地面积,降低工程造价和运行费用。

从而对污水处理厂的经济效益和社会效益产生重要影响。

3、当地的其他各项条件

考虑当地地形、气候、风向风力、地下水位等因素,确定污水处理系统,选择水质达标的处理工艺。

此外,当地的原材料、电力供应等,也是选定处理工艺的考虑因素之一。

综上所述,污水处理工艺的选定,是一项比较复杂的系统工程,需综合考虑各项因

素,在多方案时进行技术经济比较,并深入调查研究,必要时进行试验研究工作,最后确定技术上可行、经济上合理的污水处理工艺流程。

针对本项目污水处理特点:

①污水以有机污染物为主,可生化性较好,重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标;②污水中主要污染物指标BOD5、COD、

SS值为典型城市污水值。

根据污水水质水量和污水处理程度,且对脱氮除磷要求不高,故采用城市污水处理典型工艺流程。

传统活性污泥工艺由完整的二级处理系统和污泥处理系统组成:

一级处理系统由格栅、沉砂池和初沉池组成,作用是去除污水中的固体污染物质。

污水的BOD5值通过一级处理能够去除30%。

二级处理系统是城市污水处理系统的核心,作用是去除城市污水中呈胶体和溶解状态有机污染物。

通过二级处理,污水的SS值达到20mg/L,BOD5值也降至20mg/L,达到排放标准。

污泥是污水处理过程中的副产物,也是必然产物。

从初沉池排除沉淀污泥,从二沉池排出剩余污泥,通过浓缩,一起进入贮泥室,再进行机械脱水处理。

其中,污泥应加以妥善处置,避免造成二次污染。

城市污水处理典型流程如下图所示:

五、处理构筑物的选择

1、格栅

格栅的作用是去除废水中较大的悬浮物、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。

按形状可分为平面格栅和曲面格栅两种。

按栅条间隙又可分为粗格栅,中格栅,洗格栅。

新设计的污水厂一般采用粗、中两道格栅,甚至粗、中、细三道。

按清渣方式可分为人工清渣和机械清渣。

人工清渣适用于小型污水厂。

机械清渣适用于栅渣大于0.2m3/d的大中型污水厂。

根据栅渣大小和污水厂规模,本设计采用两组中格栅和机械清渣。

2、沉砂池

沉砂池的作用是保护机械部件和管道免受磨损,同时便于污泥的处理和利用。

其形式有平流沉砂池、曝气沉砂池、多尔沉砂池、钟式沉砂池。

本污水处理工艺采用钟式沉砂池。

3、沉淀池

沉淀池的作用主要是去除依附于污水中可沉淀的固体悬浮物,按在污水处理流程中的位置,分为初次沉淀池和二次沉淀池。

初次沉淀池是对污水中以无机物为主体、比重较大的固体悬浮物进行沉淀分离。

二次沉淀池是对污水中以微生物为主体、比重较小、因水流作用易发生上浮的固体悬浮物进行分离。

沉淀池按水流方向分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池三种。

在本污水处理厂设计中,初沉池选用平流式沉淀池,二沉池选用周进周出的辐流式沉淀池。

4、曝气池

曝气池有传统活性污泥法、吸附-再生活性污泥法、完全混合活性污泥法、延时曝气活性污泥法等10多种形式,在本设计中采用传统活性污泥法(又称普通活性污泥法),该法对BOD5的处理效果可达90%以上。

在运行方式上,可按阶段曝气系统和再生-曝气

系统运行。

本工艺采用鼓风曝气,并选择其中的网状微孔空气扩散器。

5、浓缩池

浓缩池的作用是降低污泥含水率,减小污泥体积,从而减小消化池容积、减小加温污泥所需热量、减少混凝剂投加量及机械脱水设备的数量。

其形式有重力浓缩池、气浮浓缩池和离心浓缩池等。

重力浓缩池是污水处理工艺中常用的一种污泥浓缩方法,按运行方式分为连续式和间歇式,前者适用于大中型污水厂,后者适用于小型污水厂和工业企业的污水处理厂。

从适用对象和经济上考虑,本设计采用连续式重力浓缩池。

6、消化池

消化池的作用是使污泥中的有机物得到分解,防止污泥发臭变质,且其产生的沼气可作为能源,用于发电等。

本设计采用二级中温消化、圆柱形消化池,其优点是减少耗热量、减少搅拌所需能耗、降低熟污泥含水率。

其中,一级消化池为污泥加热与搅拌,产气量约占全部产气量的80%,设有集气设备,将排出的污泥送入第二级消化池;二级消化池不加热和搅拌,消化温度保持在33~36℃,池子设集气设备并撇除上清液,产气量占总产气量的20%。

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等。

本设计采用带式压滤机,其特点是:

滤带可以回旋,脱水效率高;噪音小;省能源;附属设备少,操作管理维修方便,但需正确选用有机高分子混凝剂。

第三部分污水处理构筑物的设计计算

一、格栅

根据资料,并列设置两组中格栅,其格栅计算草图如图2所示所示。

其计算过程为:

1、设栅前水深h?

0.4m,过栅流速取v?

0.9m/s,栅条间隙取e=20mm=0.02mm,格栅安装倾角?

?

60?

,则栅条间隙数n为:

n?

Qhmax?

0.496?

sin60?

?

?

322ehv2?

0.02?

0.4?

0.9

取间隙数为n=32。

2、取栅条宽度s?

10mm?

0.01m,

则栅槽宽度B为:

B?

s(n?

1)?

en=0.01×(32-1)+0.02×32

=0.95取1m。

3、进水渠宽取B1?

0.5m,渐宽部分展开角

?

1?

20?

,则进水渠道渐宽部分为:

l1?

(B?

B1)/2tan20?

=(1-0.5)/2×tan20?

=0.7m

4、栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度l2为:

l2?

l10.70.35m=22

5、栅条设置为矩形断面,此时?

?

2.42,取系数k?

3,求得过栅水头损失h1为:

?

s?

h1?

kh0?

k?

sin?

?

k?

?

?

2g?

e?

?

24/3?

22gsin?

4/3?

0.01?

0.92

=3×2.42×?

?

sin60?

=0.103m0.022?

9.81

取栅前超高h2?

0.3m,则栅前槽高H1为:

H1?

h?

h2?

0.4?

0.3?

0.7m,栅槽总高度H为:

H?

h?

h1?

h2?

0.4?

0.103?

0.3?

0.8

6、栅槽总长度L为:

L?

l1?

l2?

1.0?

0.5?

0.7H1=0.7+0.35+1.0+0.5+=2.46mtan60?

tan60?

337、取W1?

0.08m3/10m污水,K总?

1.43,则每组格栅每日的栅渣量为:

W2?

Qhmax?

W1?

864000.496?

0.08?

86400?

1.20m3/d=2?

1.43?

10002?

K总?

1000

∵W2?

1.20m3/d>0.2m3/d

∴为改善劳动与卫生条件,采用机械清渣方式。

8、最小流量下的校核当Qmin?

0.5?

Qd=0.5×0.347=0.174m3/d时,若仍采用2组格栅,则通过的流速为:

?

?

Qmin0.174?

?

0.51m/sB1?

h0.7?

0.4

因?

?

0.51m/s满足渠道流速0.4~0.9m/s要求,故最小流量时采用2组格栅仍满足要求。

二、沉砂池

本污水处理厂采用钟式沉砂池,

其计算草图如图3所示,型号及尺

寸选择如下所示:

因Qhmax?

496L/s,沉砂池采用

2座,则每座的流量Q?

248L/s,

接近于310L/s,故选用型号为300

的2座钟式沉砂池。

根据计算草图,

查表得出各部分对应的尺寸如下所

示:

A=3.05m,B=1.0m,C=0.610m,

D=1.20m,E=0.30m,F=1.55m,

G=0.45m,H=0.30m,J=0.45m,

K=0.80m,L=1.35m。

三、初次沉淀池

初次沉淀池采用平流式沉淀池,其设计计算草图如图4所示,设计计算过程如下所示:

1、取表面水力负荷q?

2.0m3/?

m2?

h?

,则沉淀区总表面积为:

A?

Qhmax?

36000.496?

3600?

?

892.8m2?

893m2q2.0

2、取沉淀时间为1.8h,则沉淀区高度为:

h2?

q?

t?

2.0?

1.8?

3.6m

3、沉淀区有效容积为:

V?

A?

h2?

893?

3.6?

3214.8m3

4、取最大设计流量时的水平流速

v?

4.8mm/s?

0.0048m/s,则沉淀区长度为:

L?

vt?

0.0048?

1.8?

3600?

31.1m,

取31m。

长度介于30~50m之间,符合要求。

5、沉淀区宽度为:

B?

A893?

28.8m=L31

6、取沉淀池座数n?

4,则每座池宽度为:

b?

B28.8?

?

7.2,取7m。

n4

介于5~10m之间,符合要求。

7、校核长宽比和长深比:

长宽比为:

L31?

?

4.4>4,符合要求。

b7

长深比为:

L31?

?

8.6?

8,即介于8~12之间,符合要求。

h23.6

8、取每人每日产生的污泥量S?

0.5L/(人?

d),以SS为标准得到总的设计人口数为N?

108696人,两次排泥时间间隔t?

2d,因此每次产生的污泥量为:

W?

SNt0.5?

108696?

2?

?

108.7m310001000

108.7?

27.2m3。

4每座沉淀池的污泥量:

W1?

9、采用圆形污泥斗,其上口边长为6m,下口边长为0.4m,倾角?

取60?

,则:

污泥斗上口面积为:

f1?

6?

6?

36m2

污泥斗下口面积为:

f2?

0.4?

0.4?

0.16m2污泥斗高度h'

4'?

7?

0.4?

tan60?

?

5.71m2

因此,每座平流式沉淀池的污泥斗容积为:

1V1?

?

h'

4'?

f1?

f2?

3?

1f1?

f2?

?

5.71?

49?

0.16?

49?

0.16=98.9m3>54.4m33?

?

?

故可贮存2d的污泥量,满足要求。

10、取沉淀池超高h1?

0.3m,采用机械刮泥,其缓冲层高度h3?

0.6m(含刮泥板),

?

?

0m。

取池底纵坡i?

0,则h4''因此,污泥区高度为:

h4?

h'

4?

h4=0+5.71=5.71m

从而,沉淀池总高度为:

H?

h1?

h2?

h3?

h4=0.3+3.6+0.6+5.71=10.21m

11、出水堰长度为l?

8?

6?

48m,其负荷为:

q?

Qhmax496?

?

2.58?

L/(s?

m)?

<2.9?

L/(s?

m)?

,满足要求。

4l4?

48

四、曝气池

1、BOD5处理程度计算

原污水的BOD5值S0?

118.67mg/L,经初沉池处理后BOD5降低20%,进入曝气池的污

水,其BOD5值Sa?

S0?

1?

20%?

?

118.67?

?

1?

20%?

?

94.9mg/L,污水经过处理后,BOD5值

Se?

20mg/L,从而可得:

Sr?

Sa?

Se?

94.9?

20?

74.9mg/L。

所以BOD5值的去除率为:

?

?

94.9-20?

100%?

78.9%94.9

2、BOD-污泥负荷的确定

拟定采用的BOD-污泥负荷率为Ns?

0.35kgBOD5/?

kgMLVSS?

d?

,但为稳妥计算,须加以校核,校核公式为:

Ns?

K2Sef

?

取K2?

0.0185,Se?

20mg/L,f?

MLVSS/MLSS?

0.75,?

?

78.9%,则Ns为:

Ns?

K2Sef

?

=0.0185?

20?

0.75=Ns?

0.35kgBOD5/?

kgMLVSS?

d?

78.9%

计算结果刚好与所拟定的Ns?

0.35kgBOD5/?

kgMLVSS?

d?

相同,故取值是适宜的。

3、混合液污泥浓度的确定

根据已确定的Ns值,查图得到相应的SVI为100~120,取SVI?

120。

取r?

1.2,回流污泥比R?

50%,则混合液污泥浓度为:

R1060.5106X?

?

?

r?

?

?

1.2?

3333mg/L1?

RSVI1?

0.5120

3。

?

Nw?

3.3kg/m

4、曝气池容积的确定

根据公式,可求得曝气池的容积为:

V?

1.4?

30000?

94.9Qdmax?

3416m3,取V?

3600m3。

?

Sa=0.35?

3333NsX

5、曝气池各部位尺寸的确定

(1)设2组曝气池,每组容积为:

V1?

V/2?

3600/2?

1800m3

(2)池深取H?

4m,则每组曝气池面积为:

A?

V11800?

?

450m244

(3)池宽取B?

4.5m,此时B4.5?

?

1.125,介于1~2之间,符合要求。

H4

则池长为:

L?

A450?

?

100m。

B4.5

此时长宽比为:

L100?

?

22.2>10,符合要求。

B4.5

(4)设五廊道式曝气

池,其平面图如图5所示,

则廊道长为:

L1?

L100?

?

20m。

55

(5)取池超高为0.5m,

则池总高度为:

H1?

4?

0.5?

4.5m

在曝气池面对初次沉淀池和二次沉淀池的一侧,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。

在面对初沉池的一侧,在每组曝气池的一端,廊道Ⅰ进水口处设回流污泥井,井内设污泥空气提升器,回流污泥由污泥泵站送入井内,由此通过空气提升器回流曝气池。

6、本污水厂设计采用鼓风曝气系统。

曝气系统的计算与设计如下所示:

(1)查表得:

a?

?

0.5,b?

?

0.15。

又XV?

X?

f?

3333?

0.75?

2500mg/L

根据O2?

a?

QSr?

b?

VXv,可得平均时需氧量为:

O2?

a?

QSr?

b?

VXv=0.5×30000×10?

3+0.15×3600×2500×

10?

3=2473.5kg/d=103.1kg/h

最大时需氧量为:

=a'SrQdmax?

b'VX?

=0.5×1.4×30000×74.9×10?

3+0.15×3600×2500O2(max)

×10?

3=2923kg/d=121.8kg/h

则最大时需氧量与平均时需氧量之比为:

O2?

max?

O2?

121.8?

1.18103.1

(2)每日去除的BOD5值为:

BODr?

Q?

Sr?

30000?

74.9?

10-3?

2247kg/d

(3)去除每kgBOD的需氧量为:

?

O2?

O2O22473?

?

?

1.1kgO2kg/kgBODQSrBODr2247

7、供气量的计算:

采用将更网状模型中微孔空气扩散器,辐射与距池底0.2m处,淹没水深4.0m,计算温度为30?

C。

查表得,水中饱和溶解氧为:

Cs(20)?

9.17mg/L,Cs(30)?

7.63mg/L。

3

(1)根据Pb)为:

b?

P?

9.8?

10H可计算出空气扩散出口处的绝对压力(P

3535Pb?

P?

9.8?

10H?

1.013?

10?

9.8?

10?

4.0?

1.405?

10Pa

(2)取空气扩散装置的氧转移效率为EA?

11%,则空气离开曝气地面时,氧的百分比为:

Ot?

21(1?

EA)21(1?

0.11)?

100%?

?

100%?

19.13%79?

21(1?

EA)79?

21(1?

0.11)

(3)30?

C条件下,曝气池混合液中平均氧饱和度为:

Csb(30)PbOt1.405?

10519.13?

Cs(30)(?

)?

7.63?

(?

)?

8.77mg/L552.026?

10422.026?

1042

第11页共26页

(4)取污水水质修正系数?

?

0.85,?

?

0.95,压力修正系数?

?

1.0,物质浓度C?

2.0,则换算成20?

C条件下的脱氧清水平均充氧量为:

R0?

R?

Cs(20)

?

[?

?

?

?

Csb(T)?

C]?

1.024

?

(T?

20)103.1?

9.17?

139.2kg/h0.85?

0.95?

1.0?

8.77?

2.0?

1.02430?

20相应的最大时需氧量为:

R0max?

?

?

?

?

Csb?

T?

?

C?

1.024T?

20R?

max?

?

Cs?

20?

?

121.8?

9.17

30?

20?

164.5kg/h0.85?

0.95?

1.0?

8.77?

2.0?

1.024

(5)曝气池平均供气量为:

Gs?

R0139.2?

100?

?

100?

3867m3/h0.3EA0.3?

11

曝气池最大时供气量为:

Gsmax?

R0max164.5

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