排水工程课程设计.docx
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排水工程课程设计
第一章设计说明书
一、设计题目
某市（县）污水处理厂设计（课程设计）
二、设计目的
1.综合运用所学的基础理论和专业知识，根据国家的方针政策，解决工程实际问题，达到总结，巩固，扩大，深化所学的知识；
2.培养分析问题和解决问题的能力，提高学生独立工作的能力；
3.同时使学生更多地阅读参考资料，使用规范，设计手册，标准设计图纸，产品目录，进一步培养学生的计算和绘图，编写说明说的技能。
三、设计内容
本次设计内容按初步设计要求，对各处理构筑物要求进行比较详细的工艺计算，绘制必要的图纸，提出所需要的设备，设计内容包括污水处理和污泥处理两部分。
四、设计任务
1.设计水量38000m3/d
2.污水水质资料
BOD5180毫克/升
SS200毫克/升
PH6.5—7.2
3.处理后要求达标的水质标准：
BOD520毫克/升
COD60毫克/升
SS20毫克/升
4.设计要求:
据该市环保部门要求，城市污水需进经二级处理，处理后除水达到国家一级排放标准。
5.其它指标均符合排入城市污水管道要求。
五、设计指导思想及设计原则
1.生活污水是指可直接被输送到城市污水处理设施中进行二级处理后排入水体的污水。
目前，城市污水处理工程以二级生物处理为主，一般仅能去除生物可降解的有机物，而不能去处难以生物降解的有机物及氮磷等营养物质，处理后的水排入水体仍会造成轻度污染。
2.工业废水是工业企业在生产过程中排放的废水，这类废水具有成分复杂，水质变化较大，水量少而不稳定，处理难度高等特点，而工业废水的处理投资和平时运行的费用均比生活污水处理的费用高。
3.城市污水处理工程规划是在城市总体规划的指导下进行的城市污水处理系统的专项规划设计。
规划设计应具备完整的基础资料，应从系统工程的角度，结合当地情况，因地制宜的确定城市排水体制;城市污水处理工程的系统布置，应从工程经济的角度来进行规划，并综合考虑工程技术，社会经济，环境保护等多方面因素。
4.进行城市污水处理工程的设计，应从水污染综合防治的总体上考虑。
首先，应对污水处理工程的工艺制定切实可行的方案，并在制定方案的同时进行一定的科学研究，是处理方案不断完善。
六、处理方案概述及确定
（一）概述
1.城市污水处理工艺流程是指在达到所要求的处理程度的
前提下，污水各操作单元的有机组合，确定各处理构筑物的形式，已达到预期的处理效果。
2.城市污水处理工艺流程有完整的二级处理系统和污泥处理系统组成。
3.各处理部分的作用
（1）一级处理是去除污水中的固体污染物质，从大块垃圾到颗粒粒径为数毫米的悬浮物。
污水的BOD5指通过一级处理能够去除20%---30%。
（2）二级处理系统是城市污水处理工程的核心，去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物。
通过二级处理，污水的BOD5只可降至20-30㎎/L，一般可达到排放水体的要求。
（3）污泥是污水处理过程的副产品，也是必然产物。
从初次沉淀池排出的污染污泥，从生物处理系统派出的生物污泥等。
这些污泥应加以妥善处置否则会造成二次污染。
（二）方案选择
1.污水选择传统活性污泥法工艺流程如下：
原污水—→提升泵站—→格栅—→沉砂池—→初次沉淀池—→曝气池—→二次沉淀池—→接触池—→出水
2.污泥处理选择工艺流程如下：
生污泥-→污泥提升泵房-→浓缩池-→一级消化池-→二级消化池-→机械脱水-→外运
3.处理工艺流程如上页图所示。
七、污水处理各构筑物设计说明
1.格栅是为了去除污水中的漂浮物，采用平面格栅。
2.沉砂池是去除污水中比重较大的沉砂，以保证后续处理构筑物正常运行，采用平流式沉砂池，污水在沉砂池内沿水平方向流，共设3座。
3.初次沉淀池采用平流式沉淀池，共设6座。
4.曝气池，采用传统活性污泥法鼓风曝气池，共设2座。
该工艺处理效果好，出水水质好。
5.二沉池，采用辐流式沉淀池，周边进水，周边出水，共设2座。
八、污泥处理各构筑物设计说明
1.浓缩池，采用重力浓缩池，共设4座。
2.消化池
（1）一级消化池进行加温、搅拌，二级消化池不加温、不搅拌，均用固定盖式。
（2）一级消化池2座，二级消化池1座。
3.污泥脱水设备
污泥脱水是污泥处置的最后一道工序，采用污泥滚压脱水。
特点是把压力加在滤布上，用滤布的压力和张力使污泥脱水，而不需要真空式加压设备，动力消耗少，可以连续生产，易于实现自动化。
4.污泥最终处置
处理后的污泥以去除了其中含有的细菌和寄生虫卵，并可以作为肥料用于农业。
九、平面布置
平面布置图包括：
各处理单元构筑物；连通各处理构筑物之间的管、渠及其他管线；辅助性建筑物；道路以及绿地等。
具体布置时应考虑以下方面：
1．各处理单元构筑物的平面布置
处理构筑物是污水处理厂的主体建筑物，在作平面布置时，应根据各构筑物的功能要求和水力要求，结合地形和地质条件，确定它们在厂区平面的位置。
对此，应考虑：
（1）贯通、连接各处理构筑物之间的管、渠便捷、直通，避免迂回曲折土方量做到基本平衡，并避开劣质土壤地段。
（2）在处理构筑物之间，应保持一定的间距，以保证敷设连接管、渠的要求，一般的间距可取值5～10m，某些有特殊要求的构筑物，如污泥消化池，消化贮气罐等，其间距应按有关规定确定；
（3）各处理构筑物在平面布置上，应考虑适当紧凑。
2．管、渠的平面布置
在各处处理构筑物之间，设有贯通、连接的管、渠。
此外，还应设有能够使各处理构筑物独立运行的管、渠，当某一处理构筑物因故停止工作时，使其后续处理构筑物，仍能够保持正常的运行。
应设超越全部处理构筑物，直接排放水体的超越管。
3．辅助构筑物的平面布置
辅助建筑是污水处理厂不可缺少的组成部分。
其建筑面积大小应按具体情况与条件而定。
辅助建筑物的位置应根据方便、安全等原则确定。
如鼓风机房应设于曝气池附近，以节省管道与动力；变电所宜设于耗电量大的构筑物附近等。
化验室应远离机器间和污泥干化场，以保证良好的工作的条件。
办公室、化验室等均应与处理构筑物保持适当距离，并应位于处理构筑物的夏季主风向的上风向处。
操作工人的值班室应尽量布置在使工人能够便于观察。
在污水处理厂内应设合理的修筑道路，方便运输，广为植树绿化美化厂区，改善卫生条件。
按规定，污水处理厂厂区的绿化面积不得少于30%。
在工艺设计计算时，就应考虑它和平面布置的关系，而在进行平面布置时，也根据情况调整构筑物的数目，修改工艺设备。
十、高程布置
1.污水处理厂污水处理流程高程布置的主要的任务是：
确定各处理构筑物和泵房的标高，确定处理构筑物之间连接管渠的尺寸及其标高，通过计算确定各部位的水面标高，从而能够使污水沿处理流程在处理构筑物之间通畅流动，保证污水厂的正常运行。
2.为了降低运行费用和便于维护管理，污水在处理构筑物之间的流动，以按重力流考虑为宜。
为此，必须精确的计算污水在处理构筑物之间的水头损失，水头损失包括：
（1）污水流经各处理构筑物的水头损失。
（2）污水流经连接前后两处理构筑物管渠（包括配水设备）的水头损失。
包括沿程与局部水头损失。
（3）污水流经量设备的水头损失。
3.在对污水处理厂污水处理流程的高程布置，应考虑下列事项：
（1）选择一条距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算。
并应适当留有余地，以保证在任何情况下，处理系统都能够运行正常。
（2）计算水头损失时，一般应以近期最大流量作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时备用水头。
（3）设置终点泵站的污水处理厂，水力计算常以接纳处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒推计算，以使处理后污水在洪水季节也能自流排出，而水泵需要的扬程则较小，运行费用也较低。
但同时应考虑到构筑物的挖土程度不宜过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难。
还应考虑到因维修等原因需将池水放空而在高程上提出的要求。
（4）在作高程布置时还应注意污水流程与污泥流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。
在决定污泥干化场、污泥浓缩池（湿污泥池）、消化池等构筑物的高程时，应注意它们的污泥水能自动排入污水入流干管或其他构筑物的可能。
十一、泵房设计
1.污水泵房用于提升污水厂的污水，以保证污水能在后续处理构筑物内畅通的流动。
2.根据处理厂需要的水面标高以及管渠的进水标高，确定需要设置泵站提升的高度，根据污水的特征，PH值中性，水温不高因此选用污水杂质泵。
3.根据地面标高，采用自灌式半地下泵房。
泵房的尺寸根据泵的型号及设计规范确定。
参考文献
1．室外排水设计规范GBJ14-87
附：
1997年局部修改条文中国建筑工业出版社
2．城镇污水厂附属建筑和附属设备设计标准CJJ31-99中国建筑工业出版社
3．污水综合排放标准：
GB8978-1996中国建筑工业出版社
4.给水排水设计手册：
第1册、第5册、第9册、第10册、第11册中国建筑工业出版社
5．排水工程（第四版）下册，张自杰主编中国建筑工业出版社
6．水处理工程顾夏声等编着清华大学出版社
第二章设计计算书
一、已知条件
1．设计水量
=10000+学号×1000m3/d
=10000+28×1000m3/d
=38000m3/d=
L/s
=439.81L/s
查课本P59总变化系数K=1.39
Qmax=1.39×439.81L/s
=0.611m3/s
2.污水水质资料
BOD5=180mg/L悬浮物=200mg/L
3.其他资料见设计任务书
二、污水处理设计
（一）隔栅设计
1.隔栅栅条采用矩形断面形式，设栅前水深h=0.5m，栅条间隙宽度采用e=20mm，隔栅安装倾角α=60o，过栅流速取v=0.9m/s。
2.隔栅间隙数
n=
个，取64。
3.隔栅宽度
取栅条宽度s=0.01m
B=s（n-1）+en=0.01×（64-1）+0.02×64=1.19m
4.进水渠渐宽部分的长度
梁宽B1=1.25m，渐宽部分展开角α1=20o，此时进水渠内的流速为0.78m/s
l1=
5.栅槽和出水渠道连接处的渐宽部分长度
l2=
6.通过隔栅的水头损失
ξ=β
h0=ξ
取K=3，h1=h0K=0.034×3=0.102m
7.栅后槽总高度
取栅前渠道超高h2=0.3m，栅前槽高H1=h+h2=0.7m
H=h+h1+h2=0.4+0.102+0.3=0.802m
8.栅槽总长度
L=l1+l2+0.5+1.0+
9.每日隔渣量
W1=0.07m3/1000m3
则W=
>0.2m3
故采用机械清渣
10.格栅计算图如下：
格栅计算图
（二）沉砂池的设计计算
本设计采用平流式沉砂池，具体构筑物简单，处理效果好，设计数据如下：
Vmax=0.3m/s，Vmin=0.15m/s，最大流速时停留时间不小于30s，一般采用30～60s，有效水深不应大于1.2m，一般采用0.25～1m，每格宽度不宜少于0.6m，进水头部应采用消能的整流措施。
按无砂粒沉降资料进行计算：
1.长度
设V=0.25m/st=30s
L=vt=0.25×30=7.5m
2.过水断面积
A=
3.池总宽度
设n=3格，每条宽b=1.0m
B=nb=3×1.0=3.0m
4.有效水深
h2=A/B=2.444/3.0=0.81m
5.沉砂室所需容积
设t=2d，X1=3m3/105m3
V=
6.每个沉砂斗容积
设每一个有两个沉砂斗，则V‘=2.28/（2×3）=0.38m3
7.沉砂斗各部分尺寸
斗底宽a1=0.6m，斗壁与水平面的夹角为55o，斗高
=0.45m
（1）沉砂斗上口宽
（2）沉砂斗容积
V0=
8.沉砂室高度
采用重力排砂，设池底坡度为0.02
h3=h3’+0.02×3=0.45+0.02×3=0.51m
9.沉砂池总速度
设超高h1=0.3m
H=h1+h2+h3=0.3+0.81+0.51=1.62m
10.验算最小流速，在Qmin时只用一格工作（n=1）
Qmin=2%
m3/h=0.211m3/s
Vmin=
0.26m/s>0.15m/s
符合要求
11.平流式沉砂池工艺图
（三）初沉池的设计计算
采用平流式沉淀池作初沉池，由于无污水悬浮物沉降资料，故采用如下计算方法：
1.池的总表面积
设表面负荷q=1.8m3/m2.h
2.沉淀部分有效水深
t=2hh1=qt=2×1.8=3.6m
3.沉淀部分有效容积
V’=Qmaxt×3600=0.611×3600×1.8=4399.2m3
4.池长
设水平流速v=4.5mm/s
L=vt×3.6=4.5×2×3.6=32.4m
5.池的总宽度
B=A/L=1222/32.4=37.72m
6.池的个数
设每格池宽b=6.3m
n=B/b=37.72/6.3=6个
7.校核长宽比、长深比
l/b=32.4/6.3=5.1>4符合要求
l/h=32.4/3.6=9>8符合要求
8.污泥部分所需总容积
t=2dγ=1000Kg/m3P0=95%C0=200mg/LC1=50%×C0=100mg/L
m3
9.每格池污泥部分所需容积
V’’=W/n=211.2/6=35.2m3
10.污泥斗容积
f1=5.2×5.2f2=0.5×0.5=600
h=（（5.2-0.2）/2）×tan600=3.98
v1=
=（3.98/3）×
11.池总高度
设超高h1=0.5m,缓冲层高度h3.=0.5m
H=h1+h2+h3+h4=0.3+3.6+0.5+3.98=8.38m
沉淀池污泥斗
12.沉淀池总长度
L=0.5+0.3+32.4=33.6m
13.出水堰长度复核
每池出水堰长度为：
12+12+12=36m，出水堰负荷为：
0.644×1000/6=101.8L/s，101.8/36=2.83L/（s.m）<2.9
14.水流进水口形式确定
采用入流式入流装置，开孔总面积是池断面积的10%，进口处设挡板，高于池内水面0.15m，挡板淹没于水面0.5m以下，挡板距进水口0.5m。
（四）鼓风曝气池的设计
本设计所处理的城市污水BOD5值为180mg/L，经初沉池后按降低25%考虑，则进入曝气池的污水其BOD5值为：
Sa=180×（1-25%）=180×75%=135mg/L
1.污泥处理程度的计算
处理水中非溶解性BOD5值为：
BOD5=7.1b·Xa·Ce
式中：
Ce—处理水中悬浮物固体浓度取值25mg/L
b---微生物自身氧化率，一般介于0.05～0.1之间取值0.09
Xa—活性微生物在处理中所占比例取值0.4
则：
BOD5=7.1×0.09×0.4×25=6.4mg/L
处理水中溶解性BOD5值为25-6.4=18.6g/L
去处率为：
η=（135-18.6）/135=0.86
2.BOD-污泥负荷率的确定
拟采用的BOD-污泥负荷率为0.3kgBOD5/（kgMLSSd）
校核公式Ns=K2Sef/η，K2取0.0185，Se=18.6mg/L，η=0.86，f=0.75，则：
Ns=（0.0185×18.6×0.75）/0.86=0.30kgBOD5/（kgMLSSd）
计算结果正确，Ns去0.3是适宜的。
3.确定混合液污泥浓缩度X
以确Ns值，查课本图4-7得相应得SVI值为100～120，取120
则γ=1.2，R=50%，代入各值得：
4.确定曝气池容积
由V=QSa/（Ns·X），其中Sa=135mg
则V=38000×135/（0.30×3300）=5182m3
5.确定曝气池个部分尺寸
设两组曝气池，每组的容积为：
5182/2=2591m3
池深取4.2m，每组的面积为：
F=2591/4.2=616.9m2，池宽4.5mR/H=4.5/4.2=1.07介于1～2之间符合要求；池长F/B=616.9/4.5=137.1m，L/B=137.1/4.5=30.5m〉10符合要规定。
设五廊式曝气池，廊道长l1=L/5=137.1/5=27.4m，取超高0.5m则池总高度为4.2+0.5=4.7m。
在曝气池对初沉池和二沉池的一侧，各设配水渠道，以纵向中间渠道相连接，在两侧的配水渠进水口，每组曝气池设5个进水口，可按阶段曝气方式运行。
在面对初沉池的一侧，再每组曝气池一端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，由此通过提升器回流曝气池。
6.运行方式
为使曝气池在运行中具有灵活性，在运行方式需作多方面考虑，即可集中从池首端进水，也可配水槽多点分散进水，也可在配水槽某点进水，按生物吸附法进行。
7.停留时间
tm=v/
=5182×24/38000=3.27h
实际停留时间
t3=
8.污泥产量
曝气池每日净增长污泥量
式中：
α取0.7为污泥增殖系数
b取0.07为污泥自身氧化率
Xv取3g/L为混合液悬浮物（MLSS）浓度
f=0.75
Xv=fNw=0.75×3=2.25g/L
Sr=200（1-0.5）/1000=0.1
则：
污泥龄θc=1/（α·fm-b）=1/（0.7×0.25-0.07）=9.5d
9.曝气系统得设计计算（本设计采用鼓风曝气系统）
（1）平均需氧量
O2=a’QSa+b’VXv
查《排水工程》下册表4-19得a’=0.5，b’=0.15
则：
O2=0.5×38000×（（135-20）/1000）+0.15×5182×（2500/1000=）4128.25kg/d=172kg/h
（2）最大时需氧量（K=1.39）
则O2（max）
=（0.5×38000×1.39）×（115/1000）+0.15×5182×（2500/1000）=4980.4/24=207.5kg/h
（3）每日去除的BOD5的需氧量
BODr=38000（135-20）/1000=4370kg/d
（4）去除每kgBOD5的需氧量
ΔQ2=4128.25/4370=0.94kgO2/kgBOD5
（5）最大需氧量和平均需氧量之比：
Q2（max）/Q2=207.5/172=1.21
10.供气量：
采用网状膜型中微孔空气扩散器，敷设于池底0.2m处，淹没池深4m，计算深度30oC查附表1得水中溶解氧饱和度：
Cs（20）=9.17mg/LCs（30）=7.63mg/L
（1）空气扩散器出口处的绝对压力（Pa）为
Pb=1.013×105×9.8×103×H
=1.013×105×9.8×103×4
=1.405×105Pa
（2）空气离开曝气曝气池时，氧的百分比：
Ea—空气扩散器的氧转移率，取12%
（3）曝气池中平均氧饱和度：
Csb（30）=Cs
，则：
Csb（30）=7.63
（4）换算为20oC时脱氧清水的冲氧量：
R0=
α=0.82β=0.95C=2.0ρ=1.0则：
R0=
相应得最大需氧量为：
R（max）=
（5）曝气池平均时供气量为：
Gs=R0/（0.3Ea）×100
=（248.2/（0.3×12））×100=6894.4m3/h
（6）曝气池最大时供气量为：
Gs（max）=（299.4/0.3×12））×100=8316.7m3/h
（7）去除每kgBOD5的供气量
（6894.4/4370）×24=37.86空气/kgBOD5
（8）每1m3污水的供气量为：
（2208/4370）×24=4.35m3空气/kg污水
（9）初采用鼓风曝气，本系统采用空气在回流污泥中提升污泥，空气按回流量的8倍考虑，污泥回流比为60%提升污泥所需空气量为：
8×0.6×38000/24=7600m3/h
总需氧量：
Gst=8316.7+7600=4597m3/h
11.空气管计算：
（空气管路计算图如下）
按如图所示布置管道，在相邻的两廊的隔墙上设一根干管，共5根，每根上设5对配气竖管共10条，曝气池共设50条配气竖管，每根竖管供氧量为：
8316.7/50=166.3m3/h
曝气池平面面积:
27.4×45=1233m3
每个空气扩散器的服务面积0.50㎡
则所需空气扩散器的总数：
1233/0.55=2466个，本设计采用2500个空气扩散器，每个竖管安装的空气扩散器的数目为：
2500/50=50个，每个扩散器的配水管：
8316.7/2500=3.33m3/h
由上页图，选择一条从鼓风机房开始的最远最长的管路作为计算管路，在空气量变化处设计算节点统一编号后列表急性空气管道计算。
空气干管和支管以及配水竖管的管径，根据通过的空气量和相应得流速按附录2加以确定，计算结果列入计算表中第6项。
空气管路的局部阻力损失，据配件类型按式l0=55.5KD1.2折算成当量长度损失，并计算此管段的计算长度l+l0（m）列入表中
空气管路的沿程阻力损失，据空气管路的管径，空气量计算温度和曝气池水深，查附表3求得，结果列于表中第10项，第9项与第10项相乘，得压力损失h1+h2。
将表中11项个值累加，得空气管道系统得总压力损失：
=167.94×9.8a=1.646kPa，
网状膜空气扩散器的压力损失为5.88kPa
则：
总压力损失：
5.88+1.646=7.526kPa
为安全考虑，取9.8kPa
空气管路计算表
管段编号
管长l（m）
空气流量
空气流速（m/s）
管径（mm）
配件
管段当量长l0（m）
管段计算长l+l0
压力损失9.8pa/m
m3/h
m3/min
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
17-16
0.50
3.33
0.06
/
32
弯头一个
0.62
1.12
0.18
0.20
16-15
0.50
6.66
0.11
/
32
三通一个
1.18
1.68
0.32
0.54
15-14
0.50
9.99
0.22
/
32
三通一个
1.18
1.68
0.65
1.09
14-13
0.50
13.32
0.22
/
32
三通一个
1.18
1.68
0.90
1.51
13-12
0.25
16.65
0.28
/
32
三通异径管各一个
1.27
1.52
0.75
1.14
12-11
0.90
33.30
0.56
4.4
50
三通异径管各一个
2.18
3.08
0.50
1.54
11-10
0.90
66.60
1.11
3.7
80
四通异径管各一个
3.83
4.73
0.35
1.66
10-9
6.75
166.5
2.78
5.0
100
弯头阀门三通各一
11.3
18.05
0.39
7.04
9-8
5.50
333
5.55
12.4
100
四通异径管各一个
6.41
11.91
1.2
14.29
8-7
5.50
666
11.1
10.1
150
四通异径管各一个
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