课程设计10万吨日污水处理厂设计.docx
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课程设计10万吨日污水处理厂设计
《水污染控制工程》
课程设计
题目：
长春市10万吨/日污水处理厂设计
学院：
化学与环境工程学院
班级：
环境11-1
第1章绪论1
1.1设计目的与意义1
1.2设计任务1
1.3设计资料2
1.3.1城市资料及气候自然特征2
1.3.2设计条件及要求2
第2章工艺方案的确定4
2.1工艺方案的选择4
2.1.1工艺方案选择的主要因素4
2.1.2各污染物去除率计算4
2.2水质分析与工艺选定5
2.2.1水质分析5
2.2.2工艺选择5
第3章污水处理构筑物的设计计算7
3.1格栅设计计算7
3.1.1粗格栅设计计算7
3.1.2细格栅设计计算10
3.2平流沉砂池的设计计算12
3.3集配水井的设计计算15
3.4辐流初沉池的设计计算16
3.5A/O池的设计计算22
3.5.1污水生物处理的设计条件22
3.5.2设计参数22
3.5.3平面尺寸计算23
3.5.4A/O曝气池出水设计25
3.5.5A/O曝气池其他管道设计26
3.5.6曝气池剩余污泥量26
3.5.7总需氧量的计算26
3.5.8供气量27
3.6辐流式二沉池设计计算29
3.7消毒设施的计算34
3.8计量设备选用及计算37
第4章污泥处理系统构筑物设计42
4.1污泥量计算42
4.1.1初沉池污泥量计算42
4.1.2曝气池排出的剩余污泥量计算42
4.2污泥浓缩池的计算44
4.2.1污泥泵房44
4.2.2设计参数及浓缩池的选择44
4.2.3污泥浓缩池44
4.2.4辐流式污泥浓缩池计算44
4.3贮泥池计算48
4.3.1贮泥池作用48
4.3.2贮泥池平面计算48
4.4消化池设计计算49
4.4.1容积计算49
4.4.2平面尺寸计算51
4.4.3消化后污泥量计算52
4.5污泥脱水53
第5章污水处理厂的布置54
5.1污水处理厂的平面布置54
5.2污水处理厂的高程布置55
5.3污水处理厂高程计算56
参考文献58
第1章绪论
1.1设计目的与意义
课程设计是水污染控制工程”课程教学的一个重要的实践性教学环节，其目的是使学生了解废水处理工程设计的一般程序和基本步骤，在设计中学习、巩固和提高工程设计理论与解决实际问题的能力；熟悉城市污水原始资料（废水的水质、水量资料和处理要求）确定处理方案、选择工艺流程的基本原则；深化对本课程中基本概念、基本原理和基本设计计算方法的理解和掌握；掌握各种处理工艺和方法在处理流程中的作用、相互联系和关系以及适用条件、处理效果的分析比较；了解设计计算说明书基本内容和编制方法，初步训练学生查阅技术文献、资料、手册、进行工程基本计算、工艺设计和制图能力。
通过本课程设计的训练，使学生具备独立进行城市污水处理厂的工艺优选和技术设计基本能力，初步具备编制工程设计文件，加强学生对水污染控制工程的综合理解和实际应用能力。
1.2设计任务
以长春市污水处理为对象，结合当地的自然气象条件，设计10万
吨/天污水处理工艺，主要任务如下：
1.根据设计原始资料提出合理的处理方案及处理工艺流程，包括各处理构筑物型式的选择、污泥的处理及处置方法、处理后废水的出路；
2.进行各处理构筑物的工艺设计计算，确定其基本工艺尺寸及主要构造（用单线条画草图并注明主要工艺尺寸）；
3.进行污水处理厂的总体平面布置（包括各处理构筑物、辅助建筑物平面位置的确定，主要废水和污泥管道的布置），并绘制平面布置图
（1#图纸，比例尺1:
200〜1:
500）（手工或CAD图一张）；
4.进行各处理构筑物的高程计算并绘制废水处理厂（站）的流程图
（1#图纸，比例尺纵向1:
50〜1:
100；横向1:
500〜1:
1000）（手工或CAD图一张）；
5.编制工艺设计计算说明书。
1.3设计资料
1.3.1城市资料及气候自然特征
长春地处北半球中纬度北温带，欧亚大陆东岸的中国东北平原腹地松辽平原，居北纬43°05^45°15'东经124°14127°05'是东北地区天然地理中心，东北亚几何中心，东北亚十字经济走廊核心。
长春市地处中国东北平原腹地，市区海拔在250--350米之间，地势平坦开阔。
属北温带大陆性季风气候区，在全国干湿气候分区中，地处湿润区向亚干旱区的过渡地带。
气温自东向西递增，降水自东向西递减。
春季干燥多风，夏季湿热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷漫长，具有四季分明，雨热同季，干湿适中的气候特征，为人类开发和利用大自然提供了良好的气候环境。
年平均温度下辖48C,最高温度395C,冬季平均温度-15C（夏季东南风，冬季为西北风，年平均降水量主要集中在夏季，平均为522~615mm,冰冻线2.5m，。
按照建设东北亚区域中心城市的战略定位，长春人口承载要达到1400万。
1.3.2设计条件及要求
该城镇将建设各种完备的市政设施，其中排水系统采用完全分流制体系。
生活污水和工业污水混合后的水质水量预计为：
（1）设计水量：
近期：
10万吨/日
远期；10万吨/日
（2）设计水质：
进水如下图表1-1
表1-1进水各物质的的浓度
项目
COD
BOD
SS
NH3-N
TP
TN
PH
浓度
（mg/L）
400
250
220
60
3.2
90
7~8
（3）该厂污水排入水体要求达到国家城镇污水污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级B级标准处理程度，一级B要求如下表
1-2；
表1-2一级B级污水排放标准
项目
COD
BOD
SS
NH3-N
TP
TN
PH
浓度
（mg/L）
60
20
20
8
1
20
7~8
第2章工艺方案的确定
2.1工艺方案的选择
2.1.1工艺方案选择的主要因素
城市污水处理的目的是使之达标排放或污水回用于农田灌溉、城市景观和工业生产等，以保护环境不受污染，节约水资源。
污水处理工艺流程的选择主要因素有：
1.污水的水质和水量。
水质是工艺选择的重要影响因素，而水量对
构筑物的选择有很大影响。
水质包括浓度、可生化性、BOD:
N:
P、
BOD:
TN、BOD:
COD、BOD:
TP、SS、重金属、油类、抗生素以及有毒有害成分、水温等。
水量包括总量及其排放规律。
2.出水水质指标或污水处理程度。
出水指标应该满足国家规定的城镇污水排放标。
3.工程造价和维护费用。
4.运行管理和自动化要求。
5.污泥处理工艺
6.气象气候条件、用地与厂址、排放水体环境容量与洪水位、城市排水体制等。
7.考虑分期处理与排放利用情况
2.1.2各污染物去除率计算
去除率=C1「6100%（2-1）
C1
式中：
C1—进水物质浓度（mg/L）；
C2—出水物质浓度（mg/L）；
COD去除率=400一60100%=85.00%;
400
250—20
BOD去除率=100%=92.00%；
250
220—20
SS去除率=100%=90.91%;
220
NH3-N去除率=型8100%=86.67%；
60
32—1
TP去除氯=100%=68.75%;
3.2
90_20
TN去除率=100%=77.78%;
90
2.2水质分析与工艺选定
2.2.1水质分析
根据城镇污水排放标准一级B要求计算的出各种物质去除率要求分别达到COD85.00%、BOD92.00%、SS90.91%、NH3-N86.67%、TP68.75%、TN77.78%以上；而BOD:
TN:
TP=250：
90：
3.2=100:
36：
1.28,氮和磷明显高于微生物所需要的BOD:
TN:
TP=100：
5：
1的比例要求，所以能进行脱氮除磷处理。
污水生物脱氮的可行性指标主要有BOD:
COD、BOD:
TN和BOD:
TP。
BOD:
COD大于0.3则可生化，BOD:
COD值越大，说明污水可生物处理性越好。
而本设计的BOD:
COD=0.625大于0.3可生化好，适合生物处理。
而BOD:
TN是评价能否生物脱氮的主要指标，由于饭硝化细菌实在分解有机物过程中进行
反硝化脱氮的，在不投加外来碳源的条件下，污水必须有足够有机物，才能保证反硝化的顺利进行，当城市污水BOD:
TN接近于4的时候，即可认为污水有足够的碳源供反硝化细菌利用，本设计中BOD:
TN=2.78，需要加入少量碳源才能满足生物处理要求，BOD:
TP是评价
工艺能否采用生物除磷的主要指标，较高的BOD负荷可以取得较好的
除磷效果。
进行生物除磷的底限是BOD:
TP=17,而本设计的BOD:
TP=78.125远高于17,所以生物除磷效果显著还不需要外加碳源。
由于磷为3.2；去除氮时消耗磷，BOD:
TN:
TP=100:
5:
1=250:
12.5:
2.5,3.2-2.5=0.7小于1,所以不需要单独除磷，所以该处理适合运用生物脱氮处理工艺。
根据以上所述以及综合考虑选择只脱氮工艺A/O工艺，由于该城市排水系统为合流制污水，所以需要设置初沉池，综上所述在碳源不够的情况下，可以投加生活污水、米泔水、淀粉等以补充碳源，
2.2.2工艺选择
为了得到较好的出水效果，根据实际情况分析选择主要的工艺构筑物有粗格栅、泵房、细格栅、沉砂池、初沉池、A/O生物曝气池、二沉
池、接触消毒池、计量堰、污泥泵房、浓缩池、贮泥池、消化池等。
其
图2-1长春市10万吨/天污水处理流程图
第3章污水处理构筑物的设计计算
3.1格栅设计计算
3.1.1粗格栅设计计算
日平均流量Q=100000m3/d，换算得流量Q二=1.157m3/s
3600汉24
表3-1流量变化系
平均日流量
L/S
4
6
10
15
25
40
70
120
200
40
0
750
160
0
Kw
2.3
2.2
2.1
2.0
1.9
1.8
0
1.7
1.6
1.5
1
1.4
1.3
1.2
由表表3-1取城市生活污水流量变化系数Kw=1.20,则最大流量
Qmax=1.21.16=1.392m3/s，单组平均流量为Q=0.579m3/s，取组数N=2,则每组最大流量Qmax=1.392=0.696m3/s。
2
1.
栅条间隙数
式中：
n—栅条间隙数（个）；
Qmax—设计最大流量（m3/s）
h—栅前水深（m）；
v—过栅流速（m/s）;
b—粗格栅栅条间隙（m）；
0—格栅倾角（。
）
设粗格栅h=0.6m,v=0.900m/s,b=0.06m,：
=60°
图3-1格栅计算图
5.通过格栅的水头损失
2
（3-5）
h1=B（s/b）3—sin：
k
2g
式中：
hi—水头损失（m）；
：
—格栅条阻力系数；
k—格栅受污物堵塞时水头损失增大系数，一般取k=3;设计取栅条断面为锐边矩形断面，B=2.42,k=3
4/3092
hi=2.42（0.02/0.06）sin60°3=0.060m
2781
6.栅后槽总高度
H=h+hi+h2（3-6）
式中：
H—栅后槽总高度h—栅前水深（m）;hi—水头损失（m）；h2—栅前渠道超高（m）;
设计取h2=0.4m,h=0.6;
H=0.6+0.060+0.4=1.071m取H=1.1m
7.栅后槽总长度
H1
L=I1+12+0.5+1.0+—（3-7）
tg60
L=0.536+1.702+0.5+1.0+°^04=3.688m取L=3.70mtg60s
8.单组格栅每日栅渣量
（3-8）
Qmax86400vv=
"1000
式中：
W—每日栅渣量
W1—每10m3污水的栅渣量W1取0.05〜0.1m3/103m3设计取W1=0.05m3/103m3污水，Kw=1.20
W=
0.6960.0586400
1.201000
采用机械清渣，中格栅与之相同
9.进水与出水管道
城市污水通过DN=1200mm的管道进入粗格栅水渠，设计中去进水渠道宽和进水宽相同B1=0.8m，进水和出水水深h=0.6m，然后经泵的提升流入细格栅槽，根据流量选择合适的泵即可。
3.1.2细格栅设计计算
1•栅条间隙数
Qmax.sin:
-
n=
Nbhv
式中：
n—栅条间隙数（个）；
Qmax—设计最大流量（m3/s）h—栅前水深（m）；v—过栅流速（m/s）;
b—粗格栅栅条间隙（m）；
a—格栅倾角（。
）
设细格栅h=0.6m,v=0.800m/s，b=0.01m,：
=60
0.696•sin60
n==136
0.010.60.8
2.格栅槽宽度
B=S（n-1）+bn
式中：
B—格栅槽宽度（m）;
S—栅条宽度（m）；
设计取S=0.02m
B=0.01（136-1）+0.01136=2.710m
3.进水渠道渐宽部分长度
B-B1
11=
2tg:
式中：
11—进水渠道渐宽部分长度（m）；
B1—进水渠宽（m）;
■'1—渐宽部分展开角，一般采用10〜30；
（3-9）
（3-10）
（3-11）
若B1=0.8m,：
1=20
4.栅槽与出水道连接处的渐窄部分长度：
（3-12）
12=0.511
式中：
l2—出水渠道渐窄部分长度（m）；
12=0.52.610=1.305m
5.通过格栅的水头损失
2
hi=B（s/b）3—sin：
k（3-13）
2g
式中：
hi—水头损失（m）；
：
—格栅条阻力系数；
k—格栅受污物堵塞时水头损失增大系数，一般取k=3;设计取栅条断面为锐边矩形断面，B=2.42,k=3
2
hi=2.42（0.02/0.01）4/3-08sin60°3=0.232m
2^9.81
6.栅后槽总高度
H=h+h1+h2（3-14）
式中：
H—栅后槽总高度
h—栅前水深（m）;h1—水头损失（m）；h2—栅前渠道超高（m）;
设计取h2=0.4m
H=0.6+0.232+0.4=1.232m,取H=1.3m
7.栅后槽总长度
H1
L=丨1+12+0.5+1.0+1（3-15）
tg60
L=1.305+2.610+0.5+1.0+°604=5.995m取L=6.00m
tg60°
8.单组格栅每日栅渣量
（3-16）
W=QmaxW186400
Kw勺000
式中：
W—每日栅渣量
W1—每103m3污水的栅渣量W1取0.05〜0.1m3/103m3设计取W1=0.05m3/103m3污水，Kw=1.20
0.6960.058640033.,
W==2.506m/d>0.2m/d,米用机械清渣,
1.20汉1000
9.进水与出水管道
与粗格栅采用相同的进水渠道。
3.2平流沉砂池的设计计算
污水经配水井后进入平流沉砂池，分为两组，单组最大设计流量
Q=0.696m3/s,平均流量为Q=0.580m3/s
1.沉砂池长度
L=vt（3-17）
式中：
L—池子长度（m）
v—平流沉砂池流速，一般取0.15〜0.3m/s；
t—停留时间，一般取30〜60s；
设计取v=0.25m/s，t=40s
L=0.25M00=10m
2.水流断面面积
A=Qmax（3-18）
v
式中：
A—水流断面面积（m2）;
Qmax—设计最大流量（m3/s）;
2
A=0.696/0.25=2.784m2
3.沉砂池宽度
B=A/h2（3-19）
式中：
B—沉砂池宽度（m）
h2—沉砂池有效水深，一般采用0.25〜1.0m；设计取h2=1m，每组沉砂池设两格；
4.
沉淀室所需总容积
X—城市污水沉砂量，一般采用30m3/106m3污水;
T—清除沉砂的时间间隔，一般取1〜2d；
3
设计中取T=2d;Qmax=1.392m/s
V=1.392306286400=7.216m3
5.单个沉砂斗容积
V。
」
n
式中：
n—沉砂斗个数总；
式中：
h3—沉砂斗高度（m）;
fl—沉砂池上口面积（m2）;
f2—沉砂池下口面积（m2）;一般为0.4%.4~0.60L6m2;
2
设计中取沉砂池上口面积f1=B=1.3921.392,沉砂池下口面积
f2=0.50.5
7.沉砂室的高度
设每个分格有两个沉砂斗，则总共有
式中：
Vmin一最小流速（m/S）；
厲一沉砂池格数（个）；
最小流量Qmin—般采用0.75Q;最小流速vmin一般采用v>0.15
m/s；沉砂池格数n1最小流量时取1;最小流量时过水断面面积Amjn取
0.5Ao
vmin
0.751.15=0.620m/s>0.15m/s,符合要求
10.52.784
10.进水渠道
格栅的出水通过DN1200mm的管道送入沉砂池前的配水渠，由配水渠道向两侧配水进入沉砂池，进水渠道的水流流速
式中：
V1—进水渠道的水流流速（m/s）;
B1—进水渠道宽度（m）;
H1—进水渠道水深（m）;
设计取B1=1.0m,H1=0.8m
1.00.8
0.696门c”zV1==0.870m/s
11.出水管道
出水采用沉砂池末端薄壁出水堰跌落出水，保证沉砂池内水位标高恒定，出水堰堰上水头
式中：
Hi—出水堰堰上水头（m）;
Q1—沉砂池内设计流量（m3/s）;
m—流量系数，一般取0.4〜0.5;
b2—堰宽等于沉砂池宽度（m）;
设计取m=0.4,b>=1.392m,Qi=0.696
出水堰后自由跌落0.15m,出水流入出水槽，出水槽宽度B2=1.20m出水槽水深h2=0.8m，水流流速与进水渠中流速相同V1=0.870m/s用出水管道在出水槽中部与出水槽连接，出水管道采用钢管，管径DN2=1000mm,管内水流速为V2,
（3-29）
QV2
D2
4
式中：
V2—管内水流速为m/s；
Q—设计流量（m3/s）
d—出水管道管径
12.排砂装置
采用重力排砂，沉砂斗底部管道管径DN=200mm
3.3集配水井的设计计算
沉砂池进水端设进水配水井，污水在配水井内平均分配，然后流进每组沉砂池，后面辐流初沉池以及二沉池的集配水井采用相同的尺寸。
1.配水井内中心管直径
（3-30）
式中：
D2—配水井内中心管直径（m）;
v2—配水井中心管上升流速，一般V2>0.6m/s
设计中取v2=0.8m/s
2.
配水井直径D3=4QD22（3-31）
Y叱
式中：
D3—配水井直径（m）;
V3—配水井内污水流速，一般取V3=0.2〜0.4m/s；设计中取V3=0.3m/s
mx13922
D3=1.52=2.856m取D3=2.90
V兀汇0.3
3.集水井直径D1=4QD32（3-32）
Vv,
式中：
D3—集水井直径（m）;
v1—集水井内污水流速（m/s）,—般采用0.2~0.4m/s；
设计中取V1=0.25m/s
14x1.3922
D1=2.902=3.938m
V3.14925
4.进水管和出水管管径
取进水管和出水管的管径都为DN=1000mm；
4Q2^1392
流速校核v=上笃=2=0.887>0.6m/s符合要求。
2兀D23.14"2
5.总出水管
取出水总管管径D=1500mm,v=0.788m/s；集配水井内设有超越阀
门，以便超越
3.4辐流初沉池的设计计算
选择两组辐流沉淀池，即N=2，每组辐流初沉池平均流量为
Q=0.580m/s;每组最大流量Qmax=1-392^=0.696m/s1.沉淀池部分有效面积
（3-33）
Q3600F=—
、
q
式中：
F—沉淀池部分有效面积（m3）；
_32
q'—表面负荷，一般采用1.5〜3.0m/（mh）;
Q—设计流量（m3/s）;
设计取Q=0.696m3/s,q'设计中取q'=2.0m3/（m2h）
（3-34）
式中：
D—池子直径（m）;
D=
41252.8
=39.94m取40m
JI
3.沉淀部分有效水深
h2=q't
（3-35）
.式中：
h2—沉淀部分有效水深（m）；
t—沉淀时间，一般采用1.0〜2.0h;
设计中取t=2h
h2=22=4m
校核：
D/h2=10在6~12范围内，满足要求
4.沉淀部分有效容积
V"二Q"汉3600
V=0.69623600=5011.2n?
5.污泥部分所需容积
V=Q（G—C2）汉86400汉T"00
=K2（100-F0）n106
（3-36）
（3-37）
式中：
V—污泥部分所需容积（m3）；
Q—设计污水流（m3/s）;
C1—进水悬浮物浓度（mg/L）;
C2—出水悬浮物浓度（mg/L）；
K2—水量总变化系数；
—污泥容重，约为1；
Po—污泥含水率（％），初沉池一般在95%~97%;
n—沉淀池组数；
T—清除污泥时间间隔，人工排泥一般取1〜2,机械刮泥机排泥为0.05~0.2d;
n—初沉池去除SS的效率，一般取40%~55%;
设计取Q=1.392m3/s,3=220mg/L,C2=C1（1-n）=50%,P0=97%,C2=110mg/L
、，1.392（220-110）864000.15100“3
V=6=27.562m
1.2x1x（100—97）x2"0
6.污泥斗容积
輕22
V1=h5（a+a1a+ai）（3-38）
3
式中：
V1—污泥斗容积（m3）;
h5—污泥斗高度（m）;
a—沉淀池污泥斗上口半径（m）；
a1—沉淀池污泥斗下口半径，一般采用0.4〜0.5m；〉一污泥斗倾角。
设计中取a=2m,a1=0.5m,=60,污泥斗高度h5=（a-ai）tan60=（2-0.5）Xan60=1.299m
V1=§1.299（22+20.5+0.52）=2.273m3
7.沉淀池底部圆锥部分体积
：
'：
.22
（3-39）
V2=§h4（R2+r1R+r12）
式中：
R—沉淀池半径（m）
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