城市污水處理廠工藝設計以及計算.doc

城市污水處理廠工藝設計以及計算前 言課程設計是在我們完成水污染控制工程課程課堂教學任務后進行的實踐性教學環(huán)節(jié)。其目的是使我們加深對課堂所講授的內容的理解，以鞏固和深化d對水污染控制工程所學的理論知識理解，實現由理論與實踐結合到技術技能的提高，在設計、計算、繪圖方面得到鍛煉。在我國經濟高速發(fā)展的今天，污水處理事業(yè)取得了較大的發(fā)展，已有一批城市興建了污水處理廠，一大批工業(yè)企業(yè)建設了工業(yè)廢水處理廠（站），更多的城市和工業(yè)企業(yè)在規(guī)劃、籌劃和設計污水處理廠。水污染防治、保護水環(huán)境，造福子孫后代的思想已深入人心。近幾十年來，污水處理技術無論在理論研究方面還是在應用發(fā)面，都取得了一定的進步，新工藝、新技術大量涌現，氧化溝系統(tǒng)和高效低耗的污水處理技術，如各種類型的穩(wěn)定塘、土體處理系統(tǒng)、濕地系統(tǒng)都取得了長足的進步和應用。這些新工藝、新技術已成為水污染防治領域的熱門研究課題。在國家科委、建設部、國家環(huán)境保護局的組織和領導下，廣泛、深入地開展了這些課題的科學研究工作，取得了一批令人矚目的研究成果。本次設計的題目是污水處理廠設計。要熟悉國家建設工程的基本設計程序以及與環(huán)境工程專業(yè)相關的步驟的主要內容和要求，學習給水排水工程設計手冊和相關設計規(guī)范等工具書的應用；提高對工程設計重要性的認識，克服輕視工程設計的傾向，工程設計能力是工科本科畢業(yè)生綜合素質能力的體現，在用人單位對應聘者工程設計能力的要求是較高。這次設計的主要內容有： 針對城市污水處理廠，要求對主要污水處理構筑物的工藝尺寸進行設計計算，確定其型式和主要尺寸，確定污水廠的平面布置和高程布置。最后完成設計計算說明書和設計圖。設計深度一般為初步設計的深度。由于時間有限，設計中可能出現不足之處，請老師批評指正。目 錄第一部分 設計說明書1第一章 總論1第一節(jié) 設計任務和內容1第二節(jié) 基本資料1第二章 污水處理工藝流程說明2第三章 處理構筑物設計2第一節(jié) 格柵2第二節(jié) 沉砂池3第三節(jié) 初次沉淀池3第四節(jié) 曝氣池4第五節(jié) 二次沉淀池4第四章 污水處理廠總體布置5第一節(jié) 設計要點5第二節(jié) 污水廠高程布置5第二部分 設計計算書5第五章 設計計算5第一節(jié) 格柵51.1 設計說明61.2 設計流量61.3 設計參數61.4 設計計算6第二節(jié) 污水提升泵站8第三節(jié) 沉砂池83.1設計參數83.2設計計算8第四節(jié) 平流式初沉池10第五節(jié) A/O生物脫氮反應池135.1 設計水量135.2 設計水質135.3好氧區(qū)容積V1（動力學計算方法）145.4缺氧區(qū)容積V2（動力學計算方法）155.5曝氣池總容積165.6剩余污泥量 生物污泥產量165.7反應池主要尺寸17第六節(jié) 二沉池186.1設計參數186.2設計計算18第七節(jié) 混凝沉淀池197.1折板式反應池197.2平流式沉淀池207.3快濾池20第八節(jié) 接觸消毒池與加氯間218.1設計參數218.2設計計算21第九節(jié) 污泥處理系統(tǒng)219.1濃縮池219.2 消化池22第六章 污水廠總體布置24第一節(jié) 污水廠平面布置24第二節(jié) 污水廠高程布置24第七章 課程設計的主要參考資料24第一部分 設計說明書第一章 總論第一節(jié) 設計任務和內容 1.1 設計任務針對一座二級處理的城市污水處理廠，要求對主要污水處理構筑物的工藝尺寸進行設計計算，確定活水廠的平面布置和高程布置。最后完成設計計算說明書和設計圖。設計深度一般為初步設計的深度。 1.2 設計要求 在設計過程中，要發(fā)揮獨立思考獨立工作的能力； 本課程設計的重點訓練，是污水處理主要構筑物的設計計算和總體布置。 課程設計不要求對設計方案作比較，處理構筑物選型說明，按其技術特征加以說明。 設計計算說明書，應內容完整（包括計算草圖），簡明扼要，文句通順，字跡端正。設計圖紙應按標準繪制，內容完整，主次分明。第二節(jié) 基本資料1.市區(qū)全年主導風向為 東風 。2.水量為 65000 m3/d；生活污水和工業(yè)污水混合后的水質預計為： BOD5 = 200 mg/L，SS = 220 mg/L，COD = 450 mg/L，NH4-N 35 mg/L，最低水溫12，最高水溫26要求達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）中的一級A標準。污水廠設計進出水水質對照表單位：mg/LCODBOD5SSNH3N進水45020022035出水50101053、 廠區(qū)總面積控制在（280 X 380 ）m2以內，污水進入格柵間水面相對原地面標高為一27m，二沉地出水井出水水面相對原地面標高為一030m。第二章 污水處理工藝流程說明污水處理廠的工藝流程是指在達到所要求處理程度的前提下，污水處理各單元的有機組合；構筑物的選型則是指處理構筑物的選擇。兩者是相互聯系，互為影響的。城市生活污水一般以BOD物質為主要去除對象，因此，處理流程的核心是二級生物處理法活性污泥法為主。按處理程度分，污水處理可分為一級、二級和三級。由于一級處理的內容是去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質，經過一級處理后的污水，BOD只去除30%左右，仍不能排放；二級處理的主要任務是大量去除污水中呈膠體和溶解性的有機污染物質（BOD），去除率可達90%以上，去除后的BOD含量可降低到20-30 mg/l.但是仍達不到本課程設計任務的要求，BOD10mg/L,所以要進行三級處理深度處理。生活污水和工業(yè)廢水中的污染物質是多種多樣的，不能預期只用一種方法就能把所有的污染物質去除干凈，一種污水往往需要通過由幾種方法組成的處理系統(tǒng)，才能達到處理要求的程度。具體的流程為：污水進入水廠，經過格柵至集水間，由水泵提升到平流沉砂池經，經初沉池沉淀后，大約可去初SS 45%,BOD 20%.污水進入A/O循環(huán)脫氮系統(tǒng)，經過脫氮處理后，總氮去除率在70%以上， 在二次沉淀池中，活性污泥沉淀后，回流至污泥濃縮間。二沉池出水經絮凝沉淀過濾深度處理后、加氯消毒，排入水體。第三章 處理構筑物設計第一節(jié) 格柵格柵是由一組平行的金屬柵條或篩網制成，安裝在污水渠道、泵房集水井的進口處或污水處理廠的端部，用以截留較大的懸浮物或漂浮物，如纖維、碎皮、毛發(fā)、果皮、蔬菜、塑料制品等，以便減輕后續(xù)處理構筑物的處理負荷，并使之正常進行。被截留的物質稱為柵渣。設計中格柵的選擇主要是決定柵條斷面、柵條間隙、柵渣清除方式等。格柵斷面一般多采用矩形斷面。按照格柵除渣方式分為人工除渣格柵和機械除渣格柵，目前，污水處理廠大多都采用機械格柵。 設計要點a、柵條間隙：人工清除為2540mm，機械清除為1625mm；b、格柵上部必須設置工作臺，其高度應高出格柵前最高設計水位0.5m，工作臺上應有安全沖洗設施；c、機械格柵不宜少于2臺。d、污水過柵流速宜采用0.61.5m/s，本次設計取0.6/s；格柵前渠道水流速0.40.9m/s，本次設計取0.9m/s。e、格柵傾角一般采用4575；本次設計取75。f、格柵水頭損失0.027m。第二節(jié) 沉砂池沉砂池主要去除污水中粒徑大于0.2mm的砂粒，目的是為了避免砂粒對后續(xù)處理工藝和設備帶來的不利影響。砂粒進入初沉池內會使污泥刮板過度磨損，縮短更換周期；砂粒進入泥斗后，將會干擾正常排泥或堵塞排泥管路；進入泥泵后將使污泥泵過度磨損，使其降低使用壽命；砂進入帶式壓濾脫水機將大大降低污泥成餅率，并使濾布過度磨損。常用的沉砂池有平流式、豎流式、曝氣式和渦流式四種形式。平流式沉砂池具有結構簡單，處理效果較好的優(yōu)點；豎式沉砂池處理效果一般較差；曝氣沉砂池的最大優(yōu)點是能夠在一定程度上使砂粒在曝氣的作用下互相磨擦，可以去除砂粒上附著的有機污染物，同時，由于曝氣的氣浮作用，污水中的油脂類物質會升到水面形成浮渣而被除去；渦流式沉砂池利用水力渦流，使沉砂和有機物分開，以達到除砂目的。本設計中選用平流沉砂池，它具有顆粒效果較好、工作穩(wěn)定、構造簡單、排沙較方便等優(yōu)點。 設計要點 型式：平流式。 水力停留時間宜選50s。 沉砂量可選0.050.1Lm3，貯砂時間為2d，宜重力排砂。 貯砂斗不宜太深，應與排砂方法要求、總體高程布置相適應。第三節(jié) 初次沉淀池 處理的對象是懸浮物質，同時可去除部分，可改善生物處理構筑物的運行條件并降低其負荷。設計中采用輻流式初沉池，中心進水，周邊出水。優(yōu)點：機械排泥，運行可靠，管理簡單，排泥設備定型化。 設計要點 型式：平流式。 除原污水外，還有濃縮池、消化池及脫水機房上清液進入。 表面負荷可選 2.0m3（m2h），沉淀時間 1.5h，SS去除率 5060。 排泥方法：機械刮泥。 沉淀地貯泥時間應與排泥方式適應，靜壓排泥時貯泥時間為2d。 對進出水整流措施作說明。第四節(jié) 曝氣池活性污泥的反應器是活性污泥系統(tǒng)核心設備，活性污泥系統(tǒng)的凈化效果在很大程度上取決于曝氣池的功能是否能正常發(fā)揮。設計采用推流式曝氣池，鼓風曝氣。推流式曝氣池設有廊道可提高氣泡與混合液的接觸時間，處理效果高，構造簡單，管理方便。 設計要點 型式：傳統(tǒng)活性污泥法采用推流式鼓風曝氣。 曝氣地進水配水點除起端外，沿流長方向距池起點 1/234池長以內可增加 23個配水點。 曝氣池污泥負荷宜選 03kg BOD5（kgMLSSd），再按計算法校核。 污泥回流比 R= 30 80，在計算污泥回流設施及二沉地貯泥量時，R取大值。 SVI值選 120150ml/g，污泥濃度可計算確定，但不宜大于3500 mgL。 曝氣地深度應結合總體高程、選用的曝氣擴散器及鼓風機、地質條件確定。多點進水時可稍長些，一般控制L58B。 曝氣地應布置并計算空氣管，并確定所需供風的風量和風壓。第五節(jié) 二次沉淀池 沉淀或去除活性污泥或腐殖污泥。它是生物處理系統(tǒng)的重要組成部分。設計中采用輻流式二沉池。周邊進水，中心出水。優(yōu)點：機械排泥，運行可靠，管理簡單，排泥設備定型化。 設計要點 型式：中心進水，周邊出水，輻流式二沉池。 二沉地面積按表面負荷法計算。選用表面負荷時，注意活性污泥在二沉池中沉淀的特點，q應小于初沉地。 計算中心進水管，應考慮回流污泥，且R取大值。中心進水管水流速度可選0205ms，配水窗水流流速可選0.50.5ms。 貯泥所需容積按排水工程（下）相關公式計算。 說明進出水配水設施。第四章 污水處理廠總體布置 第一節(jié) 設計要點 平面布置原則參考第五章第四節(jié)內容，課程設計時重點考慮廠區(qū)功能區(qū)劃、處理構筑物布置、構筑物之間及構筑物與管渠之間的關系。 廠區(qū)平面布置時，除處理工藝管道之外，還應有空氣管，自來水管與超越管，管道之間及其與構筑物，道路之間應有適當間距。 污水廠廠區(qū)主要車行道寬68m，次要車行道34m，一般人行道13m，道路兩旁應留出綠化帶及適當間距。 污泥處理按污泥來源及性質確定，本課程設計選用濃縮一機械脫水工藝處理，但不做設計。污泥處理部分場地面積預留，可相當于污水處理部分占地面積的2030。 污水廠廠區(qū)適當規(guī)劃設計機房（水泵、風機、剩余污泥、回流污泥、變配電用房）。辦公（行政、技術、中控用房）、機修及倉庫等輔助建筑。 廠區(qū)總面積控制在（280 X 380 ）m2以內，比例1：1000。圖面參考給水排水制圖標準 GBJ 106-87，重點表達構（建）筑物外形及其連接管渠。第二節(jié) 污水廠高程布置 符合高程布置原則。 構筑物水頭損失參考附表。 水頭損失計算及高程布置參見排水工程（下）。 污水進人格柵間水面相對原地面標高為一27m，二沉地出水井出水水面相對原地面標高為一030m。 污水泵、污泥泵應分別計算靜揚程、水頭損失（局部水頭損失估算）和自由水頭確定標程。 高程布置圖橫向和縱向比例一般不相等，橫向比例可選1：1000左右，縱向1：500左右。第二部分 設計計算書第五章 設計計算第一節(jié) 格柵進水中格柵是污水處理廠第一道預處理設施，可去除大尺寸的漂浮物或懸浮物，以保護進水泵的正常運轉，并盡量去掉那些不利于后續(xù)處理過程的雜物。擬用回轉式固液分離機?；剞D式固液分離機運轉效果好，該設備由動力裝置，機架，清洗機構及電控箱組成，動力裝置采用懸掛式渦輪減速機，結構緊湊，調整維修方便，適用于生活污水預處理。1.1 設計說明 柵條的斷面主要根據過柵流速確定，過柵流速一般為0.61.0m/s，槽內流速0.5m/s左右。如果流速過大，不僅過柵水頭損失增加，還可能將已截留在柵上的柵渣沖過格柵，如果流速過小，柵槽內將發(fā)生沉淀。此外，在選擇格柵斷面尺寸時，應注意設計過流能力只為格柵生產廠商提供的最大過流能力的80%，以留有余地。格柵柵條間隙擬定為25.00mm。1.2 設計流量a.日平均流量Qd=65000m3/d2708m3/h=0.75m3/s=750L/s Kz取1.2b. 最大日流量Qmax=KzQd=1.22708m3/h=3249.6m3/h=0.9m3/s1.3 設計參數柵條凈間隙為b=25.0mm 柵前流速1=0.9m/s過柵流速0.6m/s 柵前部分長度：0.5m格柵傾角=75 單位柵渣量：1=0.05m3柵渣/103m3污水1.4 設計計算（1） 確定柵前水深根據最優(yōu)水力斷面公式計算得： 所以柵前槽寬約1.3m。柵前水深h0.64m（2） 格柵計算說明： Qmax最大設計流量，m3/s； 格柵傾角，度（）；h柵前水深，m； 污水的過柵流速，m/s。柵條間隙數（n）為 =柵槽有效寬度（）設計采用10圓鋼為柵條，即S=0.01m。=2.65(m)選用GH1400型鏈條式回轉格柵除污機，水槽寬度1.4米，柵槽深度5.2米，通過格柵的水頭損失h2h0計算水頭損失； g重力加速度；K格柵受污物堵塞使水頭損失增大的倍數，一般取3；阻力系數，其數值與格柵柵條的斷面幾何形狀有關，對于圓形斷面， 所以：柵后槽總高度HH=h+h1+h2=0.64+0.3+0.027=0.967(m) （h1柵前渠超高，一般取0.3m）柵槽總長度L 0.3+0.640.94L1進水渠長，m； L2柵槽與出水渠連接處漸窄部分長度，m；B1進水渠寬，； 1進水漸寬部分的展開角，一般取20。柵槽的深度為5.2米，長度為4.6米，寬度B為2.8米，B1為1.3米（3）柵渣量計算 對于柵條間距b=25.0mm的中格柵，對于城市污水，每單位體積污水爛截污物為W1=0.05m3/103m3，每日柵渣量為=2.7m3/d攔截污物量大于0.3m3/d，宜采用機械清渣。第二節(jié) 污水提升泵站 污水提升泵站為后續(xù)的工藝提供水流動力，滿足污水排放所需高程需要和水頭損失的要求，設計流量為 2708m3/h，提升高度5.5m，設置五臺泵300QW720-6-22型潛污泵，四用一備。第三節(jié) 沉砂池 采用平流式沉砂池3.1設計參數設計流量：Q=750L/s 設計流速：v=0.25m/s水力停留時間：t=50s3.2設計計算（1）沉砂池長度：L=vt=0.2550=12.5m（2）水流斷面積：A=Q/v=0.75/0.25=3m2（3）池總寬度：設計n=2格，每格寬取b=2m0.6m，池總寬B=2b=4m（4）有效水深：h2=A/B=3/4=0.75m （介于0.251m之間）（5）貯泥區(qū)所需容積：設計T=2d，即考慮排泥間隔天數為2天，則每個沉砂斗容積每個沉沙泥斗容積：設每一分格有四個泥斗 V0=（每格沉砂池設四個沉砂斗，兩格共有八個沉砂斗）其中X1：城市污水沉砂量3m3/105m3， K：污水流量總變化系數1.2（6）沉砂斗各部分尺寸及容積：設計斗底寬a1=0.5m，斗壁與水平面的傾角為60，斗高hd=0.6m，則沉砂斗上口寬：沉砂斗容積： （略大于V1=0.405m3，符合要求）（7）沉砂池高度：采用重力排砂，設計池底坡度為0.06，坡向沉砂斗長度為 則沉泥區(qū)高度為h3=hd+0.06L2 =0.6+0.064.95=0.9m 池總高度H ：設超高h1=0.3m，H=h1+h2+h3=0.3+0.75+0.9=1.95m（8）進水漸寬部分長度:（9）出水漸窄部分長度:L3=L1=1.1m（10）校核最小流量時的流速：最小流量即平均日流量vmin=Q平均日/A=0.75/3=0.250.15m/s，符合要求第四節(jié) 平流式初沉池設計中選擇兩組平流沉淀池，N=2組，每組平流沉淀池設計流量為0.75=0.375m3/s，從沉砂池流出來的污水進入配水井，經過配水井分配流量后流入平流沉淀池。（1）沉淀池表面積式中 A沉淀池表面積（） Q設計流量（m3/s） q表面負荷m3/（m2h）,一般采用1.53.0 m3/（m2h）設計中取q=2 m3/（m2h）=675（2）沉淀部分有效水深 qt式中 h2沉淀部分有效水深（m） t沉淀時間（h）,一般采用1.52.0h 設計中取 t=1.5h21.5=3m（3）沉淀部分有效容積=2025 m3（4）沉淀池長度式中 L沉淀池長度（m） v設計流量時的水平流速(mm/s),小于等于7mm/s) 設計中取v=5mm/s（5）沉淀池寬度式中L沉淀池寬度（m）（6）沉淀池格數式中 n1沉淀池格數（個） b沉淀池分格的每格寬度（m） 設計中取 b=6.3m個（取4個）（7）校核長寬比及長深比 長寬比L/b=27/6.3=4.34(符合要求，避免池內水流產生短流現象)。長深比L/h2=27/3=98(符合長深比812之間的要求)（8）污泥部分所需的容積：V1 式中： c1進水懸浮物濃度（t/m3），0.00022c2出水懸浮物濃度（t/m3），0.00011r污泥密度，t/m3其值約為1T取4d污泥含水率%（9）污泥斗容積： 污泥斗設在沉淀池的進水端，采用重力排泥，排泥管伸入污泥斗底部，為防止污泥斗底部積泥，污泥斗底部尺寸一般小于0.5m，污泥斗傾角大于60o式中 V1污泥斗容積（m3） 沉淀池污泥斗上口邊長（m） 1沉淀池污泥斗下口邊長（m），一般采用0.40.5m 污泥斗高度（m） 設計中取=6.3m，=5.0m，1=0.5m=72.15 m3污泥斗以上梯形部分污泥容積： 污泥斗和梯形部分污泥容量：（10）沉淀池總高度式中 H沉淀池總高度（m） h1沉淀池超高（m）,一般采用0.30.5m h3緩沖層高度（m）,一般采用0.3mh4污泥部分高度(m),一般采用污泥斗高度與池底坡度i=1%的高度之和 設計中取 h4=5.21第五節(jié) A/O生物脫氮反應池 A/O系統(tǒng)又稱前置硝化系統(tǒng)或循環(huán)脫氮系統(tǒng)。一般采用硝化混合液回流，將BOD去除與反硝化脫氮在同一池中完成。A/O生物脫氮系統(tǒng)具有以下特征：反硝化池在前，硝化池在后；反硝化反應以原廢水中的有機物為碳源；硝化池內的含有大量硝酸鹽的硝化液回流到反硝化池，進行反硝化脫氮反應；在反硝化反應過程中，產生的堿度可補償硝化反應堿度的一半左右，對含氮濃度不高的廢水可不必另行投加堿；硝化池在后，使反硝化殘留的有機污染物得以進一步去除，無需建后曝氣池。5.1 設計水量平均日污水量Q=65000m3/d，總變化系數K=1.25.2 設計水質進水水質：BOD5=, , f=0.7 堿度PH=7.2最低水溫12，最高水溫26出水水質： 5.3好氧區(qū)容積V1（動力學計算方法） 式中 V-好氧區(qū)有效容積，m3; Q-設計流量，m3/L; S0-進水BOD5濃度，mg/L; S-出水所含溶解性BOD5濃度，mg/L Y-污泥產率系數，kgVSS/kgBOD5,取Y=0.6; Kd-內源代謝系數，取Kd=0.05; c-固體停留時間，d; Xv-混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（MLVSS）,mg/L,Xv=fX; F-混合液中VSS與SS之比，取f=0.7; X-混合液懸浮固體濃度（MLVSS),mg/L,X取3200mg/L. Xv=fX=0.73200=2240(mg/L)（1）出水溶解性BOD為使出水BOD降到30mg/L,出水溶解性BOD濃度S應為： =30-1.420.720（1-e-0.235） =16.41(mg/L)（2）設計污泥齡首先確定消化速率N （取設計pH=7.2)，計算公式 式中 N-NH3-N的濃度，mg/L; Ko2-氧的半速常數，mg/L; O2-反應池中溶解氧濃度，mg/L。N=0.47e0.098(12-15)8/7+10(0.0512-1.158)2/1.3+2 =0.350.9620.606=0.204(d-1)硝化反應所需的最小污泥齡mc選用安全系數K=2;設計污泥齡=24.90=9.8(d)（3）好氧區(qū)容積V1, m3好氧區(qū)水力停留時間5.4缺氧區(qū)容積V2（動力學計算方法） （1）需還原的硝酸鹽氮量微生物同化作用去除的總氮Nw:被氧化的NH-N=進水總氮量-出水氨氮量-用于合成的總氮量 =35-7-7.2=20.8（mg/L）所需脫硝量=進水總氮量-出水總氮量-用于合成的總氮量 =35-12-7.2=15.8（mg/L）需還原的硝酸鹽氮量（2）反硝化速率qdn,T 式中 qdn,T-20 時的反硝化速率常數，取0.12kg -溫度系數，取1.08。（3）缺氧池容積 缺氧區(qū)水力停留時間5.5曝氣池總容積系統(tǒng)設計污泥齡=好氧池泥齡+缺氧池泥齡 確定混合液污泥濃度SVI值為140ml/g，r=1.2，R=0.6， 5.6剩余污泥量 生物污泥產量對存在的惰性物質和沉淀池的固