《水污染控制工程》课程设计指导书22d oc.docx
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《水污染控制工程》课程设计指导书22doc
《水污染控制工程》课程设计指导书
（供环境工程专业使用）
编写人：
张雁秋王立章
中国矿业大学
环境与测绘学院环境工程系
2004.12
一.课程设计的内容和深度
《水污染控制工程》是环境工程专业重要主干专业课程，其中授课80学时，实验16学时，课程设计两周，学分为1。
通过课程设计，使学生熟悉和掌握水处理构筑物的工艺流程选择、参数确定以及构筑物设计计算。
熟练掌握根据不同的水质确定不同工艺流程的能力，针对不同的水质确定合理的设计参数并能够对设计的工艺进行处理效果的校核，使其满足水质达标排放的需要。
本课程设计所处理的水质分为城市污水和工业污水，要求对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行计算，确定污水处理厂的平面布置和高程控制；最终编制设计计算说明书和设计图纸的绘制（污水处理厂平面布置图和污水处理厂高程图）。
水处理工程设计一般按照初步设计、扩大初步设计和施工组织与设计三阶段进行。
本设计深度为初步设计水平。
初步设计的任务包括确定工程规模、建设目的、投资效益、设计原则和标准、单元处理构筑物设计、工程概算等。
二.污水处理工程课程设计任务书
1.设计题目
（1）某市15万t/d污水处理厂工艺设计
（2）某市10万t/d市政污水处理厂工艺设计
（3）某市8万t/d污水处理厂工艺设计
（4）某市5万t/d污水处理厂工艺设计
2.基本资料
（1）水量水质资料
污水设计流量为8万t/d和15万t/d，污水流量总变化系数取1.2；其进水水质如表1，污水处理后的水质要求达到GB18918-2002中一级标准的B标准，具体数值如表2
表1污水进水水质表
项目
BOD5
COD
SS
TN
NH3-N
单位
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
数值
150
300
200
35
30
表2设计出水水质表
项目
BOD5
COD
SS
TN
NH3-N
单位
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
数值
20
60
20
10
5
（2）处理工艺流程
本工程以氧化沟法污水厂处理工艺为推荐方案。
具体流程如下：
（3）气象、水文资料
风向：
多年主导风向为东北风；
气温：
最冷月平均气温为-5℃；
最冷月平均气温为35℃；
极端气温：
最高为42℃，最低为-12℃，最大冻土深度为-0.25m。
水文：
多年平均降雨量为850mm/a；
多年平均蒸发量为990mm/a；
地下水平均埋深为-7.0~-8.1m（以地面标高计）。
（4）厂区地形
污水厂选址区域平均海拔为150-152m之间，平均地面标高为151.5m。
地面平均坡度为0.1~0.2‰，地势走向为西北高东南低。
厂区建设面积足够。
3.设计内容
（1）对工艺构筑物的选型进行论述；
（2）主要处理构筑物的工艺计算；
（3）污水处理厂平面布置与高程控制。
4.设计成果
（1）设计计算说明书一份；
（2）必需的单元处理构筑物设计计算草图；
（3）污水处理厂平面布置图和高程控制图各一张；
要求：
设计计算说明书采用A4纸张打印，两张图纸均为2号，采用AutoCAD绘制。
三.污水处理工程课程设计指导书
1.总体要求
（1）设计过程中，发挥独立思考解决问题的能力，坚决杜绝设计雷同现象；
（2）课程设计不进行方案比选，只对处理构筑物选型进行说明；
（3）设计计算说明书应该内容完整，简明扼要，格式统一；设计图纸应按照规范要求进行绘制，内容完整，表达清楚，主次分明。
2.设计要点
（1）处理构筑物设计一般规定
该市采用合流制排水系统，污水流量总变化系数为1.2；
处理构筑物流量：
氧化沟工艺之前，各种构筑物均按最大日最大时流量设计；氧化沟工艺之后（包括氧化沟工艺）构筑物按平均日平均时流量计算；
处理设备设计流量：
各种设备选型计算按最大日最大时流量计算；
管渠设计流量：
按最大日最大时流量设计；
各构筑物不应小于2组（个或格），且考虑同时使用进行设计。
（2）格栅
型式：
平面型，倾斜安装机械格栅。
城市排水系统为暗管系统，且有中途泵站，仅在泵前格栅间设计中格栅；进厂管道管底标高为-4.0m（相对污水处理厂平整后地面标高）。
过栅流速一般采用0.6~1.0m/s，格栅安装倾角一般采用60~70º。
栅前水深应与市政管网接入污水处理厂管道规格（DN1500mm）相适应。
过栅水头损失与过栅流速相关，可采用下式进行计算
，式中h1—过栅水头损失（m）；k—格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般取3；h0—计算水头损失（m）；
—阻力系数，值与栅条断面形状有关，可参见《简明排水设计手册》396页表7-1选择；v—过栅流速；
—格栅安装倾角。
栅槽宽度
，式中S—栅条宽度；n—栅条间隙数；b—栅条间隙，一般小于25mm；h—栅前水深（m）；Qmax—最大设计流量（m3/s）。
每日栅渣量
（m3/d）；W1—栅渣量（m3/103m3污水），格栅间隙为16-25mm时为0.1~0.05，格栅间隙为30-50mm时为0.03~0.01；K2—生活污水总变化系数。
选用的实际型号的格栅尺寸B，H参见设备说明书。
（3）提升泵房
设计说明：
污水经过一次提升进入沉砂池，然后通过自流进入后续水处理构筑物。
提升泵流量与扬程的确定：
提升泵按照最大日最大时流量进行选型，扬程为静扬程与提升泵吸、压水管路水头损失和各构筑物连接管路水头损失之和。
根据提升的最大日最大时水量确定水泵型号，选择合理的水泵型号组合，每种型号均应有备用水泵（如一用一备，二用一备，三用一备或四用二备等）并且确定提升泵房的主体尺寸；确定泵房尺寸时应考虑配电间、维修间与操作间的大小，可为地上式、半地下式或地下式，在本设计中可采用半地下式。
（4）沉砂池、砂泵与砂水分离器
型式：
平流式。
2格，按照并联运行设计。
最大流速为0.30m/s，最小流速为0.15m/s。
水力停留时间宜选50秒。
有效水深不大于1.2m，一般采用0.25~1m；每格宽度不小于0.6m。
沉砂量可选15~30m3/106m3，含水率为60%，容重为1500kg/m3；砂斗贮砂时间为2天，宜重力排砂；斗壁与水平面的夹角不应小于55º；排砂管直径不应小于200mm；贮砂斗不宜太深，应与排砂方法要求，总体高程布置相适应。
池底坡度一般为0.01~0.02，当设置除砂设备时，可根据设备要求考虑池底形状。
沉砂池的超高不应小于0.3m。
计算公式如下：
池长：
；v—设计最大流速（m/s）；t—设计水力停留时间（s）。
水流断面积：
；Qmax—最大设计流量（m3/s）。
池宽：
；h2—设计有效水深（m）。
沉砂室所需容积：
；X—污水沉砂量（m3）；T—贮砂时间（d）。
池高：
；h1—超高（m）；h3—贮砂室高度（m）。
验算最小流速：
；Qmin—最小流量（m3/s）；n1—最小流量时工作沉砂池数量；
—最小流量时沉砂池中的水流断面面积（m2）。
砂泵与砂水分离器根据设备手册进行设备选型，根据其流量确定台数。
（5）计量设施
可根据设备手册选用合适的电磁流量计。
在高程布置时，应该考虑电磁流量计的局部阻力水头损失。
（6）配水井
沉砂池后端设置配水井，污水进入配水井向氧化沟配水，同时回流污泥液经配水井向反应区分配。
配水井内设分水钢闸门，设备选型见设备手册。
（7）氧化沟
拟采用卡罗塞氧化沟去除BOD与COD之外，还应具备硝化和一定的脱氮作用，以使出水NH3-N低于排放标准。
污泥回流比R=0.5。
回流污泥浓度为Xr=10000mg/L；SVI=120。
曝气区廊道有效水深宽深比为1：
1，长宽比为3：
1。
修正系数计算：
；则
。
好氧区起端水中有机物浓度为：
；S0—初沉池进入好氧区有机物浓度（BOD5）；Se—好氧区出水有机物浓度。
好氧区内BOD5对数平均浓度：
。
动力学负荷的计算：
；k—最大反应速率常数，一般情况下，取值范围为2~6kgBOD5/（kgMLVSSd），此处可取2；K—半饱和常数，多数情况下为100~200mg/L之间，此处可取200。
计算好氧区活性污泥浓度：
以MLSS计，
；
MLVSS/MLSS取为0.75，以MLVSS计为
。
曝气区有效容积为：
。
污泥龄的计算：
；此处a取0.6kg/kg，b取0.08d-1。
上述计算只考虑去除有机物，而未考虑硝化反应，需要按照硝化速率进行计算，在好氧区以及污泥龄方面应该取两者大值。
污泥龄的要求仅去除有机物时，取值较小；但要求具有脱氮效果时，泥龄应根据硝化反应速率进行确定。
首先计算硝化菌的增长速率：
；T—水温，取水温极值为5℃；N—出水中氨氮浓度；DO—溶解氧浓度，取2.0；pH—出水按照7.2计算。
最小污泥龄
，硝化安全系数取为1.7；则设计污泥龄为
。
好氧区有效容积为：
；Y—可取0.60mgVSS/mgBOD5；Kd—可取0.05d-1；Xa—混合液活性污泥浓度，计算方法见下。
好氧区混合液浓度按照下式计算：
，一般在3000~5000mg/L之间，宜不大于3500mg/L。
缺氧区容积计算：
；20℃反硝化速率按照下式进行计算：
；F/M=QS0/（max（V/,V//）Xaf）。
反应温度按照5℃计算，为
（kgNO3-N/（kgMLSS.d））；
可取1.09；f可取0.75。
氧化的氨氮量为：
；TN0—进水总氮浓度；N//—随剩余污泥排放去除的氮量，占总氮的10%；N///—不可生物降解有机氮和随VSS排出的量，取为2mg/L；NH3-Ne—出水中的氨氮量。
需要去除的氮量：
（kg/d）。
氧化沟总容积为
。
氧化沟采用垂直轴曝气机进行搅拌、推进、充氧，部分曝气机配置变频调速器。
相应于每组氧化沟内安装在线溶氧测定仪，溶解氧讯号传至中控微机室，格微机处理后在反馈至变频调速器，实现曝气根据溶解氧自动控制。
氧化沟设计有效水深可取为H1=3~5m，则每组氧化沟平面面积为Ai=Vi/H1。
出水：
每组氧化沟设出水槽一座，其中安装出水堰门来调节氧化沟内水位和排水量。
根据设备手册选择堰门型号规格。
需氧量计算：
剩余污泥量计算公式：
转化系数：
；剩余污泥量为
需氧量计算:
：
总需氧系数
；a/—有机物净需氧系数，可取0.53kgO2/kgBOD5；b/—活性污泥耗氧系数，可取0.11kgO2/kgMLVSSd；在缺氧反应过程中，反硝化需要降解部分有机物；在需氧量的计算中需要扣除此部分，计算公式如下：
；
—剩余污泥排放量，kg/d；VSS/SS—污泥中挥发性固体百分数。
则总需氧量为
；N0、Ne—进出水氨氮浓度。
表示耗氧区中的氧转移量，与好氧反应需氧量
的关系可通过综合修正因子f表示：
；f的计算见下式：
；C—曝气池中溶解氧浓度；CS（T）—标准大气压下、T℃时清水中的饱和溶解氧浓度；
—污水传氧速率与清水传氧速率之比，取值范围0.5~0.95；
—污水中饱和溶解氧与清水中饱和溶解氧浓度之比，通常为0.9~0.97。
—气压修正因子（其值为实际气压除以海平面气压）；T—实际水温。
Csmt可按下式计算：
；式中，Pb为曝气池水体内曝气扩散器安装高度的绝对压力，P0为曝气池水面绝对压力，O0为空气中氧浓度（0.21），Ot为气泡离开水面时的氧的浓度，计算方法如下:
；式中，
为曝气扩散器的氧转移效率，一般为0.05-0.1，视扩散口大小而定。
在设备手册中选择相应的曝气机；根据其充氧能力确定数量。
碱度校核：
硝化消耗碱度T1=N/*7.14mg/L；反硝化产生碱度T2=（N/-NO3-Ne）*3.57；去除BOD5产生的碱度T3=（S0-Se）*0.1；剩余碱度T4=100mg/L。
NO3-Ne—出水硝态氮浓度。
需要补充碱度为T=T1+T4-T2-T3-原水碱度。
（8）二沉池
对于大规模的城市污水处理厂，一般在设计沉淀池时选用平流式和幅流式沉淀池。
为了使得沉淀池内水流更稳（如避免横向错流、异重流、出水束流等）、进出水配水更均匀、存排泥更方便，常采用幅流式二沉池。
型式：
中心进水，周边出水辐流式二沉池；
表面负荷q=0.8~1.5m3/m2.h，可取1。
水力停留时间T=1.5~2.5h
设计污泥回流比R=50%
沉淀池表面面积A：
A=Q/q；Q—设计污水最大时流量。
二沉池直径D：
；n—二沉池座数；D≥16m。
池体有效水深H1，有效水深和直径相关，可参阅《简明排水设计手册》第475页表8-9选择。
也可通过计算确定：
有效水深H1=qT。
一般H1≤4m，D/H1=6~12。
为保证污泥回流的浓度，污泥在二沉池的存泥时间不宜小于2.0h，即Tw=2.0h。
二沉池污泥区所需存在的泥容积Vw为
。
污泥区高度H2的确定：
每座二沉池存泥区容积Vw1＝VW/n；则存泥区的高度H2＝Vw1/Ai。
若设计污泥斗容积过大，可采用刮泥机连续排泥方式，只设计泥斗，泥斗高度可设置为0.5m高度。
二沉池缓冲层高度H3可取0.5m，超高H4可取0.3m。
设计二沉池池底i=0.05~0.10，中心泥斗坡度0.12~0.16；则池底高度H5=i×（D-Ds）/2；Ds—泥斗直径。
则二沉池总高度H=H1+H2+H3+H4+H5。
一般采用机械刮泥，刮泥机选型见设备手册。
在进水口周围设置整流板，整流板的开孔面积为过水断面积的6~20%。
出水堰采用锯齿形，堰口出流负荷不宜大于1.7L/（ms）；出水堰前设置浮渣挡板和刮渣板。
（9）回流污泥泵房
二沉池活性污泥由吸泥管吸出，由池中心落泥管及排泥管排入池外套筒阀井中，然后由管道输送至回流污泥泵站。
其他污泥由刮泥板刮入污泥斗中，再由排泥管排入剩余污泥泵站集泥井中。
设计回流污泥量QR=RQ；
回流污泥泵选型根据流量与需要提升的扬程进行选择。
根据污泥泵尺寸确定污泥泵房尺寸。
（10）接触消毒池与加氯时间
因为纳污河段水质标准《地面水环境质量标准》（GB3838-88）中“IV”标准，故需要消毒后处理出水才能排放。
水力停留时间可取T=0.5h；设计投氯量C=3.0~5.0mg/L。
池体容积V=QT。
有效水深可取3m；计算长度和宽度，使得长宽比L/B在3~5之间。
加氯量计算：
设计最大投量为Pmax＝5.0mg/L，每日投氯量为W=QPmax。
参见设备手册进行加氯机的选型。
搅拌机的选型。
混合搅拌机动率N0：
；QT—混合池容，m3；μ－水力粘度，20℃时μ=1.06×10-4kg.s/m2；G－搅拌速度梯度，对于机械混合G=500S-1。
（11）剩余污泥泵房
二沉池产生剩余活性污泥及其他处理构筑物排除污泥由地下管道自流入集流井，剩余污泥泵（采用地下式）将其提升至污泥处理系统。
剩余污泥流量的计算：
；
；a—产率系数，可取0.5；QA—平均流量；b—活性污泥微生物自身氧化率，可取0.1；V—生化反应区有效容积；f—可取0.75；Xa—好氧区混合液污泥浓度；SS0—进水悬浮物浓度；SSe—出水悬浮物浓度。
污泥流量：
。
污泥泵扬程需要充分考虑静扬程与管道水头损失。
根据流量与扬程进行污泥泵的选型；确定泵房占地面积与平面尺寸。
（12）污泥浓缩池
剩余污泥泵房将污泥送至重力浓缩池，浓缩池采用竖流式；中心进水，周边出水，底部排泥；形式见下图：
污泥含水率P1=99.6%；设计浓缩后含水率P2=97%。
浓缩池沉淀部分上升流速v一般不大于0.1mm/s，可取0.1mm/s；浓缩时间T取为10~16h。
池数根据实际情况确定，至少存在一个备用。
固体负荷q=60~90kgss/（m2.d）。
浓缩池所需表面面积A：
A=QXr/q；则直径为
。
浓缩池有效水深h2为：
。
中心进水管上升流速v/可取为0.1m/s，则中心进水管管径为：
。
喇叭口直径为d1=1.35d；喇叭口高度为h/=1.35d1。
浓缩池底部设置污泥斗，直径可采用D/4，污泥斗夹角可设置为50º；则斗高为：
。
浓缩后污水流量为：
。
浓缩后污泥量为：
。
浓缩池总深度：
；h1—超高，取0.3m；h2—有效水深；h3—中心管与反射板之间距离，取0.5m；h4—缓冲层高度，取0.3m；h5—泥斗高度。
出水堰采用锯齿形，堰口出流负荷不宜大于1.7L/（m·s）；出水堰前设置浮渣挡板和刮渣板。
为使得污泥进入底部泥斗，设置污泥浓缩机，设备选型可根据设备手册进行。
（13）贮泥池
采用矩形贮泥池，贮存来自初沉池和浓缩池的污泥量。
来自初沉池的污泥量为（按照初沉池悬浮物去除50%核算）：
；p0=97%。
每天污泥量为
；贮泥池贮泥时间T=1.0d；则有效容积为
。
贮泥池的长宽要求以及有效深度可根据规范进行取值。
贮泥池设置超声波液位计。
距池底0.5m处安装潜水搅拌机以防止污泥沉积；根据设备手册进行搅拌设备选型。
（14）浓缩污泥提升泵房
污泥泵提升流量已知为Q，扬程可根据相应的高程控制进行计算；在设备手册中进行污泥泵的选型。
污泥泵可单独设置泵房或者放置于剩余污泥泵房中。
（15）污泥脱水间
进泥量Q，含水率P=97%；计算泥饼重量GW，含水率为P=75％；对于污泥脱水机进行设备选型。
确定脱水间平面尺寸。
（16）污泥棚
每天堆放泥饼量GW，计算堆泥棚占地面积。
进行污泥螺旋输送机设备选型。
（17）平面布置
平面布置原则参考有关内容，课程设计时重点考虑厂区功能区划、处理构筑物布置、构筑物之间及构筑物与管渠之间的关系。
厂区平面布置时，除处理工艺管道之外，还有空气管、自来水管与超越管，管道之间与其构筑物、道路之间应有适当间距。
污水厂厂区主要车行道宽6~8m，次要车行道宽3~4m，一般人行道1~3m，道路两旁应留出绿化带及适当间距。
污泥处理按污泥来源及性质确定，本课程设计选用浓缩-机械脱水工艺处理，但不做设计。
污泥处理部分场地面积预留，可相当于污水处理部分占地面积的20%~30%。
污水厂厂区适当规划设计机房（水泵、风机、剩余污泥、回流污泥、变配电用房）、办公（行政、技术、中控用房）、机修及仓库等辅助建筑。
（18）高程布置
高程布置原则见有关内容；
构筑物水头损失参考表1。
表1处理构筑物的水头损失
构筑物名称
水头损失/cm
构筑物名称
水头损失/cm
格栅
10—25
生物滤池（工作高度为2m时）
沉砂池
10—25
[1]装有旋转式布水器
270-280
沉淀池
平流式
20-40
[2]装有固定喷洒布水器
450-475
竖流式
40-50
混合池或接触池
10-30
辐流式
50-60
污泥干化厂
200-350
双层沉淀池
10-20
配水井
10-20
曝气池
污水潜流入池
25-50
混合池（槽）
40-60
污水跌水入池
50-150
反应池
40-50
污水泵、污泥泵应分别计算静扬程、水头损失（局部水头损失估算）和自由水头确定扬程。
高程布置图横向和纵向比例一般不相等，横行比例可选1：
1000，纵向1：
500。
3、对设计文件内容和质量的要求
设计计算说明书和设计图纸，是反映设计成果的技术文件，课程设计应满足初步设计深度对设计文件的要求。
（1）设计计算说明书
要求：
应说明污水厂污水处理的工艺过程，说明选择构筑物型式的理由；
应说明构筑物设计参数，并列出数值；
应计算污水处理构筑物或设施的主要工艺尺寸，应列出所采用全部计算公式和采用计算数据。
应附相应计算草图。
应说明采用的污水泵、剩余污泥和回流污泥泵的型式和主要参数；
应说明主要构筑物的排泥方法；
应结合污水厂总体布置原则与污水处理实际过程需要，说明污水厂平面布置和高程布置的合理性，并附平面和高程布置草图；
设计计算说明书应有封页和目录；
说明书针对计算和说明，应内容完整、条理清楚、简明扼要、文句通顺。
设计计算说明书内容：
有关内容如下所列
第一章总论
第一节设计任务和内容
第二节基本资料
第二章污水处理工艺流程说明
第三章处理构筑物设计
第一节格栅间和提升泵房
第二节沉砂池与配水井
第三节氧化沟工艺
第四节二沉池
第五节接触消毒池
第六节污泥处置
第四章主要设备说明
第五章污水厂总体布置
第一节主要构（建）筑物与附属建筑物
第二节污水厂平面布置
第三节污水厂高程布置
第六章概预算
第一节构（建）筑物
第二节设备
第三节水处理成本
（2）设计图纸
污水厂总平面图应按初步设计要求去完成，图上应绘出主要处理构筑物、处理建筑物、辅助构（建）筑物、附属建筑物、道路、绿化地带及厂区界限等，并用坐标表示其外形尺寸和相互距离，应有坐标轴线或坐标网格。
总平面图上绘出各种连接管渠，管道以单线条表示，并标明管径。
图中应附构（建）筑物一览表，说明各构（建）筑物的名称数量及主要外形尺寸。
图中应附图例及必要的文字说明。
图中应附比例、风玫瑰图。
污水高程图上应绘出主要处理构筑物和设施的构造简图，应绘出各建筑物之间的连接管渠。
图上应标出各处理构筑物的顶、底及水面标高，应标出主要管渠、设备机组和地面标高。
图上应附处理构筑物、设备名称。
图上应附图例、比例。
图中文字一律用仿宋体书写。
图例的表示方法应符合一般规定和制图标准。
图纸应标明图标栏及图名。
图纸应清洁美观，主次分明、线条粗细有别。
图辐宜采用2号图纸，必要时可选用1号图。
四、水污染控制工程课程设计步骤和参考资料
1.课程设计的一般步骤
[1]明确设计任务和基础资料，复习有关污水处理的知识和设计计算方法。
[2]分析污水处理工艺流程和污水处理构筑物的选型。
[3]确定各处理构筑物的数量。
[4]初步计算各处理构筑物的占地面积，并由此规划污水处理厂的平面布置和高程布置，以便考虑构筑物的形状、安设位置、相互关系及某些主要尺寸。
[5]进行各构筑物的设计计算。
[6]确定辅助构（建）筑物的、附属建筑物数量及面积。
[7]进行污水厂的平面布置和高程布置。
[8]设计图纸绘制。
[9]设计计算说明书校核整理。
2.课程设计的主要参考资料
[1]张自杰编著，排水工程（第四版）下册。
[2]王小文编著，水污染控制工程。
[3]北京市市政设计研究院主编，简明排水设计手册。
[4]李金根主编，给水排水工程快速设计手册。
[5]《给水排水设计手册》（一~十一册）。
五、有关制图的基本知识
1.图纸辐面与标题
图纸辐面需符合表2。
表2工程制图图纸幅面尺寸
基本幅面代号
0
1
2
3
4
5
b×1
841×1189
594×841
420×594
297×420
210×297
148×210
c
10
5
a
25
标题栏应放置在图纸右下角，宽180mm,高40~50mm，应包括设计单位名称区、签字区、工程名称区、图名和图号区。
表3图纸标题栏内容
×××××污水处理厂平面图
设计单位
比例尺
设计人
图号
审核人
日期
指导教师
资料来源
2.比例
（1）方式
a.数字比例尺，工程图纸上常用；
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