水污染控制工程课程设计.docx
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水污染控制工程课程设计
1设计总论3
1.1.设计题目：
3
1.2设计任务及要求3
1.2.1污水资料3
1.2.2出水水质要求3
1.3.气象及水文资料3
1.3.1气温及水文资料3
1.4．厂区地形………………………………………………………………………………3
……………………………………………………………………………3
2工艺流程的选择4
2.1设计原则4
2.2设计范围………………………………………………………………………………..4
2.3处理方法的选择…………………………………………………………………………4
2.3.1传统活性污泥法4
2.3.2生物接触氧化法5
2.3.3SBR工艺5
2.3.4方案定夺6
2.3工艺流程6
3主要设备7
3.1各构筑物概况及作用7
3.1.1格栅7
3.1.2沉砂池7
3.1.3初沉池（平流式）…………………………………………………………………7
3.1.4曝气池7
3.1.5二沉池8
3.2处理工艺特点8
4各构筑物设计计算9
4.1格栅9
4.1.1粗格栅设计参数9
4.1.2设计计算9
4.1.3细格栅设计计算……………………………………………………………………10
4.3初沉池（平流式）14
4.3.1设计参数14
4.3.2设计计算14
4.4曝气池（推流式）16
4.4.1设计参数16
4.4.2设计计算16
4.5二沉池（竖流式）21
4.5.1设计参数21
4.5.2设计计算21
5污水厂总体布置24
5.1污水处理厂平面布置24
6主要设计内容25
7参考文献26
1设计总论
1.1.设计题目：
某城市污水处理厂工艺设计
1.2设计任务及要求：
1.2.1污水资料
表1.1建设单位提供的设计参数
水量（m3/d）
BOD5（mg/L）
CODcr（mg/L）
SS（mg/L）
8500
170
400
270
1.2.2出水水质要求
城市污水经二级处理后应达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准，即：
CODcr≤60mg/L，BOD5≤25mg/L，SS≤20mg/L。
1.3.气象及水文资料
1.3.1气温及水文资料
风向：
多年主导风向为东南风。
水文：
降水量多年平均为每年728mm；蒸发量多年平均为每年1200mm；地下水位，地面下6~7m。
年平均水温：
20℃。
1．4厂区地形
1.4.1厂区地形
污水厂选址区域海拔标高在19~21m左右，平均地面标高为20m。
平均地面坡度为0.3
‰～0.5‰，地势为西北高，东南低。
厂区征地面积为东西长224m，南北长276m。
2工艺流程的选择
2.1设计原则
（1）.本设计方案严格执行国家有关环境保护的各项规定,废水处理后必须确保各项出水水质指标均达到城市废水排放要求。
（2）.针对本工程的具体情况和特点,采用成熟可靠的处理工艺和设备,尽量采用新技术、新材料,实用性与先进性兼顾,以实用可靠为主。
（3）.污水处理工艺技术方案，在达到治理要求的前提下应优先选择基建投资和运行费用少，运行管理简便的先进的工艺。
（4）.管理、运行、维修方便,尽量考虑操作自动化,减少劳动强度。
（5）.所用污水，污泥处理技术和其他技术不仅要求先进，更要求成熟可靠。
（6）.采用适当的自动化技术监测仪表，提高运行管理水平和运行的稳定性。
（7）.污水处理场选址应适合当地情况。
以最大的可能减少投资是资金发挥最大效益。
2.2设计范围
对污水处理厂内的主要污水处理构筑物的工艺进行设计。
包括格栅，沉砂池，初沉池，曝气池，二沉池。
2.3处理方法的选择
本项目污水处理的特点为：
（1）污水以有机物污染为主，BOD5/COD=0.425，可生化性较好；
（2）污水中主要污染物指标BOD5，CODcr，SS值比国内一般城市污水高70%左右；
针对以上特点，以及出水要求，现有城市污水处理技术特点，以采用生化处理最为经济。
可采用传统活性污泥法，生物接触氧化法，SBR工艺等。
2.3.1传统活性污泥法
污水→格栅→污水泵房→出水井→计量槽→沉砂池→初沉池→曝气池→二沉池→消毒池→出水
根据本项目的原水水质和处理要求，必须采用生化处理方能达到排放所要求的处理程度，在大规模的城市污水处理厂中应用最为广泛的生化法处理是传统活性污泥法工艺以及由此派生出来、种类繁多的变形工艺。
传统活性污泥法处理污水基本原理是：
首先利用生活污水中的好氧微生物进行培养，形成适于降解污染介质，并具有相当规模微生物群落，即活性污泥；再通过这些好氧微生物群落（活性污泥）来代谢有机污染介质，达到处理和净化污水的目的[4]。
但传统的活性污泥法耐冲击负荷低，泥量大，占地面积大，土建投资高等缺点，已逐渐被新的生化处理工艺所代替。
2.3.2生物接触氧化法
污水→集水池→泵站→曝气沉砂池→接触氧化池→二沉池→排放
生物接触氧化法是在池内设置填料，池底曝气，充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。
填料上长满生物膜，污水与生物膜相接触，在生物膜微生物的作用下，污水得到净化。
因此，生物接触氧化法是一种介于活性污泥法和生物膜法之间的处理工艺，又称为“淹没式生物滤池”。
生物接触氧化池法的中心处理构筑物是接触氧化池，接触氧化池是由池体、填料、布水装置和曝气系统等几部分组成，生物膜受到上升气流的冲击、搅动，加速脱落、更新，使其经常保持较好的活性，可避免堵塞。
生物接触氧化法对废水的水质、水量的变化有较强的适应性，和活性污泥法相比，管理较方便，生态系稳定，剩余污泥量少。
2.3.3SBR工艺
污水→集水池→泵站→曝气沉砂池→SBR池→排放
常规活性污泥系统由曝气池、沉淀池、回流污泥系统和供养设备四部分组成。
进入70年代以来，随着科技的发展、微机与自控技术设备的进步与普及，人们对常规活性污泥法工艺进行改革，推出序批式活性污泥法、即SBR工艺。
SBR工艺采用可变容器间歇式反应器，省去了回流污泥系统及沉淀设备，曝气与沉淀在同一容器中完成，利用微生物在不同絮体负荷条件下的生长速率和生物脱氮除磷机理，将生物反应器与可变容积反应器相结合而成的循环活性污泥系统。
这是SBR工艺的一种革新形式。
SBR工艺是在同一生物反应池中完成进水、曝气、沉淀、撇水、闲置四个间段，其所经历时间周期，根据进水水质水量预先设定或及时调整。
实践证明，这种工艺过程，其处理效果可达到常规活性污泥法处理标准。
SBR工艺具有工艺简单，运行可靠，管理方便，造价低廉等优点，电脑自控要求高，对设备、阀门、仪表及控制系统的可靠性要求高。
2.3.4方案定夺
综观以上几点可知每个方案都能达到处理水质的要求，BOD5，SS，CODcr，去除都能达到出水水质，在技术上都是可行的。
由于传统活性污泥法运行方便，投资省，该污水处理要去除BOD5与SS，CODcr，所以采用传统活性污泥法[2]。
再考虑到厌氧池+氧化沟处理工艺占地较大，投资较多，生活杂用水等,水质及其稳定性要求高,因此根据小区生活污水水质、水量以及小区功能和环境要求,长期安全可靠地运行，我们选择合理、可靠的传统活性污泥法处理工艺。
2.4工艺流程
3主要设备
3.1各构筑物概况及作用
3.1.1格栅
格栅是用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的设备。
格栅栅条间距采用10mm和80mm的粗细格栅，栅前水深0.4m，每日栅渣量为粗格栅用0.05m3和细格栅用0.08m3，采用机械清渣，栅后槽的总高度粗格栅为0.8m，细格栅为1m。
格栅安装倾角为60°。
3.1.2沉砂池
沉砂池的作用是从废水中分离密度较大的无机颗粒。
它一般设在污水处理厂前端，保护水泵和管道免受磨损，缩小污泥处理构筑物容积，提高有机组分的含率，提高污泥作为肥料的价值。
沉砂池的工作原理是以重力或离心力分离为基础，即控制进入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。
池子沉砂部分长度7.5m,水流断面积为0.472
，有效水深为0.39m，池子总宽度为1.2m，设计2格沉砂池。
3.1.3初沉池（平流式）
初次沉淀池的作用是对污水中的以无机物为主体的比重的固体悬浮物进行沉淀分离，可去除30%左右的BOD5和55%的SS。
池子总面积141.6m2，池子长度13.4m，池子总高度10.57m，共设6个池子，沉淀区有效水深3.0m，停留时间1.0h，沉淀区的有效容积424.8m3，池子总高3.44m。
3.1.4曝气池
曝气池是一个生物反映器，共设两组，总容积为1021.717m3，每个池子长24.32m，宽3.5m，水深3m，单廊道.进水BOD5为170mg/l，出水BOD5为25mg/l，曝气时间1.44h，采用鼓风曝气，平均供气量1261.9m3/h，污泥负荷0.3kgBOD5/（kgMLSS.d）。
3.1.5二沉池
二次沉淀池是对污水中的以微生物为主体的，比重小的，因水流作用易发生上浮的生物固体悬浮物进行沉淀的部分[3]。
表2.1各沉淀池优缺点及适用条件
类型
优点
缺点
适用条件
平流式
处理水量可大可少，有效沉淀区大，沉淀效果好，对水量水质变化适应性强，造价低，平面布置紧凑
占地面积大，排泥因难（人工排泥），工作繁杂，机械刮泥易锈，配水不均
地下水位高，施工困难地区，适用流动性差比重大的污泥，不能用静水压力排泥，污水量不限
辐流式
处理水量较为经济，排泥设备己定型系列化，运行稳定，管理方便结构受力条件好
排泥设备复杂，需具有较高的运行管理水平，施工严格
适用处理水量大，地下水位较高的地区及工程地质条件差的地区
竖流式
排泥方便，管理也比较简单，占地面积比较小
池子深度大，施工难，对冲击负荷及温度变化的适应能力差，造价较高，池径比不宜太大
适用于处理水量不大的小型污水处理厂
经上面的表2.1可以看出，平流式与辐流式，竖流式沉淀池都是可选的。
平流式沉淀池对水质冲击变化效果好，但占在面积大，排泥因难，要人工排泥，所以不是太好。
辐流式沉淀池排泥设备复杂，需具有较高的运行管理水平，施工严格，竖流式沉淀池排泥方便，管理简单，占地面积小。
共设5座直径为1m的竖流式二沉池，水深3m，沉淀时间1.2h，池子总高度8.59m。
3.2处理工艺特点
活性污泥法是处理城市生活污水最广泛使用的方法，它能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解的有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其它一些物质[9]。
它既适用于大流量的污水处理，也适用于小流量的污水处理。
运行方式灵活，日常运行费用较低，但管理要求较高。
活性污泥法本质上与天然水体的自净过程相似，二者都为好氧生物过程，只是它的净化强度大，因而活性污泥法是天然水体自净作用的人工化和强化。
该污水处理系统所处理的是城市污水，设计流量为8500
，属于中小型污水处理厂。
废水主要来源于居民的日常生活用水。
包括排放的卫生间粪便冲洗水、淋浴水、厨房废水以及日常清洗废水。
污水中多为用机污染物，无机物污染物、重金属等。
活性污泥法由曝气池，沉淀池，污泥回流系统和剩余污泥排除系统所组成，各级处理效果与总处理效果比较好，出水水质达标。
4各构筑物设计计算
4.1格栅
4.1.1粗格栅设计参数
栅前水深h=0.4m,过栅流速v=0.8m/s
格栅间隙b=0.08m,格栅倾角α=60°
栅条宽度s=0.01m
栅渣量
污水
4.1.2设计计算
（1）栅条的间隙数
个
（2）栅槽宽度
m
（3）进水渠道渐宽部分的长度
设进水渠宽
=0.35m，其渐宽部分展开角度
，
（4）栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度
（5）通过格栅的水头损失
设栅条断面为锐边矩形断面,取k=3
h0：
计算水头损失
k：
系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3
β：
阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β=2.42
（6）栅后槽总高度
取栅前渠道超高h2=0.3m
栅前槽总高度:
=0.4+0.3=0.7m
栅后槽总高度:
为避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降
作为补偿
（7）栅槽的总长度
（8）每日栅渣量
宜采用机械清渣
污物的排除采用机械装置：
螺旋输送机，选用长度L=8.0m的一台。
4.1.3细格栅设计计算
栅前水深h=0.4m,过栅流速v=0.8m/s
格栅间隙b=0.01m,格栅倾角α=60°
栅条宽度s=0.01m
栅渣量
污水
（1）栅条的间隙数
个
（2）栅槽宽度
m
（4）进水渠道渐宽部分的长度
设进水渠宽
=0.35m，其渐宽部分展开角度
，
（4）栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度
（5）通过格栅的水头损失
设栅条断面为锐边矩形断面,取k=3
h0：
计算水头损失
k：
系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3
β：
阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β=2.42
（6）栅后槽总高度
取栅前渠道超高h2=0.3m
栅前槽总高度:
=0.4+0.3=0.7m
栅后槽总高度:
为避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降
作为补偿
（7）栅槽的总长度
（8）每日栅渣量
宜采用机械清
渣污物的排除采用机械装置：
螺旋输送机，选用长度L=8.0m的一台。
4.2沉砂池（平流式）
4.2.1设计参数
设计流速v=0.25m/s,t=30每个宽度b=0.6m，n=2排砂时间的间隔T=2d城镇污水沉砂量X=0.03L/
（污水）
4.2.2设计计算
（1）沉沙部分的长度（L）L=vt=0.25*30=7.5m
（2）水流断面积（A）
（3）池总宽度（B）设n=2格，每格宽b=0.6m，则
B=n*b=2*0.6=1.2（m）
（4）有效水深（
）
（5）贮砂斗所需容积（V）
（6）每个沉砂斗容积（
）设每一分格有2个沉砂斗，则
（7）沉砂斗各部分尺寸设贮砂斗底宽
，斗壁与水平面的倾角为55度，斗高
，沉砂斗上口宽为a则
沉砂斗容积：
（8）贮砂室高度（
）假设采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗。
则：
（9）池总高度（H）设超高
，则
（10）验算最小流速（
）在最小流量时只用一格工作（
=1）
4.3初沉池（平流式）
4.3.1设计参数
设计流量
污水表面负荷q′=3.0m3/（m2×h）
设计人口4万
4.3.2设计计算
（1）池子总面积
（2）沉淀部分有效水深
停留时间取t=1.0h
（3）沉淀区有效容积
（4）池长
设水平流速v=3.7㎜/s
则
（5）池子总宽度
（6）池子个数
设每个池子宽b=3m，
N=B/b=10.57/3=3.52m=4个
（7）校核长宽比
（介于4～12之间）符合要求
（8）污泥区的总容积
取S=0.5L/（p.d）污泥存留时间T=4h
（9）每个池污泥所需要容积
（10）污泥斗容积
（11）污泥斗以上梯形部分污泥容积
,
（12）污泥斗和梯形部分污泥容积
（符合要求）
（13）池子总高度
设缓冲层高度
，超高
（14）计算草图
图3.3初沉池[3]
4.4曝气池（推流式）
4.4.1设计参数
设计流量Q=8500m3/d
设2座
4.4.2设计计算
（1）水处理程度计算
原污水的BOD5值为270mg/L,经初次沉淀池处理BOD5按降低30%考虑，则进入曝气池的污水，其BOD5值为
Sa＝170×（1－30％）＝119mg/L
计算去除率，对此按下式计算水中非溶解性BOD5值：
BOD5=7.1bXaCe
其中取Ce——25mg/L，b一般介于0.05—0.1之间取0.09，
Xa活性微生物在水中所占比例，取值0.4
代入各值得：
BOD5=7.1*0.09*0.4*25=6.39
6.4
即处理水中溶解性BOD5值为
25-6.4=18.6mg/L
去除率为
=
=0.8436=84.36%
（2）曝气池的计算
按BODcr—污泥负荷法计算
①—污泥负荷率的确定
拟定采用的BODcr—污泥负荷率为0.3kgBOD5/（kgMLSS.d）,但为稳妥需要加以校正[3]。
校核公式为：
式中K2---系数其值在0.0168-0.028之间，取0.0185
Se---经活性污泥处理系统处理后，处理水中残留的有机污染物BOD量
对生活污水
值为0.75左右
代入各值，得：
计算结果证明,
取0.3是适宜的.
②确定混合液污泥浓度
根据已确定的NS值，查表得相应的SVI值为100-150，取值120
计算确定混合液污泥浓度值X：
X=
式中R=
污泥回流比取50%
---是考虑污泥在二次沉淀池中停留时间，池深，污泥厚度等因素的有关系数，一般取值1.2左右
代入数值X=
=3333mg/L
3300mg/L
③确定曝气池容积
式中Q----设计流量8500m3/d
Sa---原污水的BOD5值mg/LSa=119mg/L
X---曝气池内混合液悬浮固体浓度（MLSS）mg/LX=3300mg/L
④确定曝气池各部位尺寸
设2组曝气池,每组容积为
取池深为h=3m,则每组曝气池面积为
取池宽b=3.5m,则b/h=3.5/3=1.17，介于
～
之间，符合规定
池长
L=F/b=170.29/3.5=48.65m
L/b=48.65/3.5=13.9﹥10，符合规定
设单廊道式曝气池，单廊道长,介于
～
之间,合理
取超高0.5m,则池总高度为
H总=3.5+0.5=4.0m
⑤水力停留时间
⑥计算草图
图3.4曝气池
（3）曝气系统的计算（设计过程采用鼓风曝气）
有关各项参数：
—修正系数，
（0.80.85）取0.82；
--修正系数
（0.90.97）取0.95；C—混合液溶解氧浓度，取2.0mg/L；ρ—压力修正系数，取1.0；EA—空气扩散器的氧转移效率，取12%；
平均时需氧量
O2=a‘QSr+b’VXv
=0.5
+0.15
=778.8kg/d=32.45kg/h
a’----活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率，即活性污泥微生物每代谢1kgBODcr所需要的氧量，以kg计,查表取a‘=0.5
b’---活性污泥微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧率，即每kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，以kg计，查表取b‘=0.15
Sr----经活性污泥微生物代谢活动被降解的有机污染物量，以BOD5值
Xv---单位曝气池容积内的挥发性悬浮固体（MLVSS）量kg/m3
②最大时需氧量
每日去除的BOD5值
BOD5=
=799kg/d
去除每千克BOD5的需氧量
O2=778.8/799=0.975kgO2/kgBOD
最大需氧量与平均需氧量之比
O2（max）/O2=35.77/32.45=1.102
③计算曝气池内平均溶解氧饱和度
采用网状模型中微孔空气扩散器，敷设于距池底0.2m处，淹没水深4.0m，计算温度为30℃，查表得水中溶解氧饱和度
Cs（20）=9.17mg/LCs（30）=7.63mg/L
空气扩散器出口处的绝对压力
Pb=P+9.8
H=1.013
+9.8
=1.405
Pa
空气离开曝气池面时，氧的百分比
Ot=
100%=
100%=18.96%
式中Cs---在大气压力条件下氧的饱和度mg/L,最不利温度条件按30℃考虑，代入各值得
Csb（30）=7.63（
）=8.74mg/L
④计算鼓风曝气池
时脱氧清水的需氧量
R0=
代入数值
R0=
=45.43kg/h
相应的最大时需氧量为
R0（max）=
=50.078kg/h
⑤曝气池平均时供氧量
Gs=
=
=1261.9m3/h
曝气池最大时供氧量
Gs（max）=
=1391.06m3/h
（6）去除每kgBOD5供气量：
（7）每立方米污水的供气量：
（8）本系统的空气总用量
除采用鼓风曝气外，本系统还采用空气在回流污泥井提升污泥，空气量按回流污泥量的3~5倍计算，取4倍，污泥回流比R取值50%，这样，提升回流污泥所需空气量为
=708.33m3/h
总需气量1391.06+708.33=2099.39m3/h
4.5二沉池（竖流式）
4.5.1设计参数
设计进水量：
Q=0.926m3/s
表面负荷：
qb范围为1.0—1.5m3/m2.h，取q=1.0m3/m2.h；
水力停留时间：
T=1.2h，采用池数n=5
4.5.2设计计算
（1）中心管尺寸
设中心管内流速
则采用5个竖流式沉淀池，每池最大设计流量
中心管面积
中心管直径
喇叭口直径为
d1=1.35d=1.35×1=1.35
反射板直径为
d2=1.3d1=1.3×1.35=1.755m
中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度：
设
=0.02m/s则
（2）沉淀部分有效断面积F设表面负荷
则：
（3）沉淀池直径和总面积
A=
=34.29+0.8=35.09
采用D=7m
（4）沉淀池有效水深
设沉淀时间T=1.2h
（5）校核池径水深
D/h2=7/3=2.3<3m
（符合要求）
（6）校核集水槽每米出水堰的过水负荷
符合要求，可不另设辐射式集水槽
沉淀部分所需总容积设T=2日，s=0.5L/人.d，N=4万
V=SNT/1000=0.5*40000*2/1000=40
每个池子所需污泥室容积为40/5=8
（7）池子圆锥部分有效容积
设圆锥底部直径0.4m，截锥高度为
，截锥侧壁倾角为
（8）沉淀池总高度
设池子保护高度h1=0.3,缓冲层高度
=0.3（泥面低）,则
（9）计算草图
图3.5二沉池
5污水厂总体布置
5.1污水处理厂平面布置
污水处理厂的总体布置时支为达到污水处理厂所规定的处理目标，对污水处理厂内构（建）筑物及工用设施的空间布置。
当然，污水处理厂的各处理构筑物必须按照污水处理厂的处理水量，水质及处理后的出水要求等通过计算并结合实际情况比较后确定。
在选着过程中，需要从技术可靠性，维护管理是否方便，经济上是否合理作比较。
在进行平面布局时候，必须考虑如下几个方面。
布置基本原则：
（！
）减少水头损失，节约能量损耗，降低运行成本
（2）按功能分区，配置得当
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