三級水處理廠工藝流程設(shè)計-平流式沉淀池

1、 總論本次課程設(shè)計主要任務(wù)是對某城市50000m3/d污水處理廠三級處理工藝及部分構(gòu)筑物進行設(shè)計。本設(shè)計所處理的原水，屬于市政污水經(jīng)過二級生物處理后的出水（中水），水的濁度、CODcr、SS等，均符合國家污水排放標準。但是作為景觀用水和部分工業(yè)補充用水，其濁度和衛(wèi)生指標偏高，需要進行進一步的深度處理，本次課程設(shè)計的目的就是以活性污泥法處理后的出水作為原水，采用混凝沉淀工藝進一步處理，達到景觀和部分工業(yè)用水的要求。本次課程設(shè)計的目的在于加深理解所學(xué)專業(yè)知識，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)專業(yè)知識，進一步培養(yǎng)其獨立分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力，在設(shè)計、計算、繪圖方面得到鍛煉。三級處理

2、又稱高級處理、深度處理。其目的是進一步去除二級處理未能脫除的污染物質(zhì)，包括殘留的微細顆粒物、溶解性有機物、無機鹽類（如氮、磷、重金屬等）、色素、細菌、病毒等。三級處理根據(jù)出水的不同回用要求而采用不同的方法，如混凝沉淀法、砂濾法、生物除磷脫氮法、活性炭吸附、離子交換和電滲析、反滲透等。三級處理后出水水質(zhì)進一步提高可除去大部分氮和磷。三級處理出水具有更高的回用價值，如回用作電廠鍋爐補給水的原水、循環(huán)冷卻水等，且不受限制的農(nóng)業(yè)回用和安全排入水體進入給水管網(wǎng)等。三級處理投資和運行費用明顯較高，即使在發(fā)達國家應(yīng)用也不是很多，是一種對處理水質(zhì)要求高和成本高的處理工藝。第一節(jié) 設(shè)計任務(wù)和內(nèi)容一、設(shè)計任務(wù)1、

3、本次課程設(shè)計為初步工藝設(shè)計及部分構(gòu)筑物設(shè)計計算，設(shè)計要求如下：(1)工藝設(shè)計：給出污水混凝沉淀處理工藝流程圖，并說明理由；給出設(shè)計高程圖，要求為一次提升，自然流動。(2)給出所要求單個構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計，并設(shè)計計算，給出設(shè)計圖。包括平面圖、AA、BB、高程圖以及工藝流程圖。2、處理工藝流程來自于二級生物處理的污水，經(jīng)格柵截留大顆粒有機物和漂浮物后，通過劑量槽后，經(jīng)過泵提升后進入三級污水處理廠，經(jīng)三級污水處理后符合要求的出水進入城市工業(yè)用水管道。二、設(shè)計內(nèi)容1、工藝設(shè)計：給出污水三級處理的流程圖，并說明理由。2、高程設(shè)計：繪制出污水三級處理廠高程圖，要求為一次提升，自然流動。3、按計算比例繪制平流式

4、沉淀池的工藝構(gòu)造圖。第二節(jié) 基本資料一、污水處理水量與水質(zhì)進入水處理廠的城市中水的水量與水質(zhì)為：設(shè)計流量：日處理廢水50000m3中水水質(zhì)：PH值 7.0水溫4.525 CODCr 50 mg/LBOD5 20 mg/LSS 250 mg/LTN 5 mg/LTP 0.05 mg/L二、處理要求中水經(jīng)深度處理后應(yīng)符合以下要求：PH值 7.0CODcr 20 mg/L BOD5 15 mg/LSS 10 mg/L TN 5 mg/LTP 0.05 mg/L三、氣象及水文資料：風(fēng)向：冬季主導(dǎo)風(fēng)向為西北風(fēng)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)。風(fēng)速：平均風(fēng)速 2m/s, 最大風(fēng)速 20m/s。氣溫： 年平均溫度為6

5、 最冷月平均為13.5 (1月) 最熱月平均為22 （7月）水文：年平均降水量：417.5mm 年平均蒸發(fā)量：1824.2mm 地下水初見水位： 68m地形地貌：廠區(qū)地勢由西向東呈下降趨勢。第二章 混凝沉淀工藝流程設(shè)計第一節(jié) 工藝流程設(shè)計及說明廠的設(shè)計水量為5萬立方米每天，廠自用水為5%。原水為經(jīng)過二級生物處理的污水，首先進入泵房進行提升，提升揚程為7.4米，然后經(jīng)過細格柵進一步去除大顆粒有機物，在整個過程中形成自然水流。在提升后進入混合反應(yīng)池，通過配水井的閘門控制各絮凝池的水量。水流在混合反應(yīng)池內(nèi)形成大的礬花后進入平流式沉淀池，沉淀池出水通過配水井后進入快濾池，過濾后進入消毒接觸室進行消毒，

6、最后進入用水管網(wǎng)。其中沉淀池及快濾池產(chǎn)生的污泥進入污泥濃縮池，然后經(jīng)消化脫水形成泥餅，運出廠外。該廠的工藝流程圖如下：圖2.1.1 工藝流程圖主要設(shè)備：1、集水井：匯集原水以利于后續(xù)工藝流程的進行。3、水泵：泵房進口處設(shè)閘門一座，手電兩用操作。采用螺旋提升泵，將水位一次提升為7.4米，使后面流程中形成自然水流。4、計量槽：計量進入后續(xù)流程的水量，以利于調(diào)整后續(xù)流程的加藥量。5、混合反應(yīng)池：進水在此與藥劑反應(yīng)生成大的礬花。6、平流式沉淀池：通過已知數(shù)據(jù)進行計算（具體計算見第三章），通過靜水壓力排泥。6、快濾池：通過計算可知（見第四章主要設(shè)備說明）采用5個單層濾料的濾池，濾料為石英砂。用于去除殘存

7、的膠體及部分溶解性雜質(zhì)。7、消毒接觸室：用于出水消毒。8、污泥濃縮池：污泥濃縮處理主要作用是降低污泥中的含水率，減少污泥體積。9、污泥消化池：采用污泥厭氧消化的方法對污泥進行處理，厭氧消化池一般由集氣罩、池蓋、池體與下錐體等四部分組成，并附有攪拌和加溫設(shè)備。10、脫水間 ：沉淀池及快濾池的污泥通過排泥管進入濃縮池，再進入消化池，最后由污泥泵打入污泥脫水間，由脫水間中的離心脫水機將污泥中的部分含水脫去，泥餅運往廠外。第二節(jié) 流程圖及高程圖一、該廠的流程圖（見附圖）二、該廠的高程圖（見附圖）污水處理工程的污水處理流程高程布置的主要任務(wù)是確定各處理構(gòu)筑物和泵房的標高，確定處理構(gòu)筑物之間連接管渠的尺寸

8、及其標高。確定各部位的水面標高，從而使污水能夠在處理構(gòu)筑物之間通暢地流動，保證污水處理流程的正常運行。本次課程設(shè)計只確定構(gòu)筑物的水頭損失，而不計管渠的水頭損失。1、布置原則：a.一級泵房提升水位應(yīng)一次提升到足夠高度，以使后面流程為自然流動。水泵安裝高度不宜過低，以減少調(diào)節(jié)池流出水的水頭的損失。b.流程各個設(shè)備之間的水頭損失高度差不宜過大，以減少不必要的水頭損失。c.泵的提升高度為各設(shè)備水頭損失、管路損失和各過程損失的安全余量之和。2、高程圖的特點簡要的反應(yīng)了整個水廠的各建筑物的高低比例，可以讓人一目了然的了解水的流動過程及能頭的損失的來源，高程圖與平面圖結(jié)合，就可全面反映整個水廠的大小及比例，

9、工程施工上容易進行。要想一次提升自然流動，則計算時是用總水頭減去經(jīng)過下一個池的損失水頭，所得差值為下一能頭，依次計算到最后即可。高程圖部分介紹如下： 1、泵房：水泵將原水水位一次提升到7.4m，形成自然水流，以供后面流程中的水頭損失。2、混合反應(yīng)池：混合反應(yīng)池由混合池和反應(yīng)池組成，反應(yīng)時間為25min，池內(nèi)水位為+5.24m。3、平流沉淀池：沉淀池采用的是五個平流式沉淀池，有效水深為3.0m，底部坡度0.01，污泥斗高度3.46m，具體計算見第三章。4、快濾池：快濾池流速10m/h，停留時間40min。具體計算見第三章。5、污泥脫水間：污泥脫水間高3.96m，通過離心脫水機對污泥進行脫水處理。

10、第三章 平流式沉淀池的計算第一節(jié) 概述用于沉淀的構(gòu)筑物稱為沉淀池，沉淀池按池內(nèi)水流方向的不同，可分為平流式沉淀池，輻流式沉淀池、豎流式沉淀池和斜板斜管沉淀池。本次課程設(shè)計采用的平流式沉淀池。圖3.1.1 平流式沉淀池平流式沉淀池具有以下優(yōu)點：1、 可就地取材，造價低。2、 操作管理方便，施工較簡單。3、 適應(yīng)性強，潛力大，處理效果穩(wěn)定。4、 帶有機械排泥設(shè)備時，排泥效果好。平流式沉淀池是使用最早的一種沉淀設(shè)備，由于它結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，對水質(zhì)適應(yīng)性強，故目前仍在采用。通過對平流式沉淀池的研究，可以幫助理解各種沉淀設(shè)備的原理、水力學(xué)條件及工藝參數(shù)。平流式沉淀池一般是一個矩形結(jié)構(gòu)的池子，常稱為矩形

11、沉淀池。整個池子可分為進水區(qū)、沉淀區(qū)、出水區(qū)和排泥區(qū)。1、進水區(qū)通過混凝處理后的水先進入沉淀池的進水區(qū)，進水區(qū)內(nèi)設(shè)有配水渠和穿孔墻，配水渠墻上配水孔的作用是使進水均勻分布在整個池子的寬度上，穿孔墻的作用是讓水均勻分布在整個池子的斷面上。2、沉淀區(qū)沉淀區(qū)是沉淀池的核心，其作用是完成固體顆粒與水的分離。3、出水區(qū)出水區(qū)的作用是均勻收集經(jīng)沉淀區(qū)沉降后的出水，使其進入出水渠后流出池外。為保證在整個沉淀池寬度上均勻集水和不讓水流將已沉到池底的懸浮固體帶出池外，必須合理設(shè)計出水渠的進水結(jié)構(gòu)。4、污泥區(qū)和排泥措施污泥區(qū)的作用是收集從沉淀區(qū)沉下來的懸浮固體顆粒，在此我們采用的是靜水壓力排泥。靜水壓力法是利用池

12、內(nèi)的靜水位，將污泥排出池外。第二節(jié) 平流式沉淀池的計算已知條件：水廠的設(shè)計水量Q = 50000m/d；水廠自用水按5%考慮，平均流速4.5/s；沉淀時間1.5h，其余數(shù)據(jù)可根據(jù)情況自行而定。設(shè)計參數(shù)及計算過程：(1) 設(shè)計流量：Q=50000（1+5）=52500/d=2187.5/h(2) 池體尺寸：池子總面積A，設(shè)表面負荷q=2.0/（*h）沉淀部分有效水深，沉淀時間取 t=1.5h=qt=21.5=3.0m沉淀部分有效容積=A=1093.83.0=3281.4池長，水平流速取4.5/s(4.0(符合要求)長深比：=8.1（符合要求范圍812）(3) 污泥部分(采用靜水壓力排泥)污泥部分

13、所需容積注：T兩次清泥時間間隔（1d）P96,K=1.2,=1.0t/262.5每個池子污泥部分所需容積為：26.25污泥斗容積：污泥斗上口采用45004500污泥斗下口寬采用500500污泥斗斜壁面與水面夾角為上口面積4.54.5=20.25，下口面積0.50.5=0.25排泥管直徑：污泥斗高度：tg=3.46m污泥斗容積： 泥斗以上梯形部分容積（設(shè)池底坡度為0.01）:梯形部分高度：污泥斗以上梯形部分容積： 污泥都和梯形部分污泥容積26.25(4) 池子總高度緩沖層高（0.30.5），超高（取7.4m）(5) 進水穿孔墻：墻長4.5m,墻高3.5m，超高0.5m 孔洞處流速（0.20.3）

14、單池穿孔墻空洞總面積孔洞的個數(shù)N，采用圓形孔徑為0.125m,則孔面積為（）（個）孔眼實際流速孔眼布置a.孔眼布置4排，每排孔眼數(shù)為（個），水平方向孔眼凈距取375（即1.5塊磚長），則每排6個孔眼時其所占寬度為b.剩余寬度c.垂直方向孔眼凈距取252（即4塊磚厚），最上一排的淹沒水深取120（120150），則孔眼的分布高度為：(6) 出水渠：采用薄壁堰出水，堰應(yīng)保證水平出水渠截面寬度采用1.0，則渠內(nèi)水深：為了保證堰頂自由落水，出水堰的高度采取0.2，則出水渠水深為0.5。(7) 出水三角堰：使用鋸齒形三角堰堰上水頭取每個三角堰的流量：單池三角堰的個數(shù)：（個），取14個堰口下端與出水槽之距

15、為:5070三角堰中距：(8) 沉淀池水力條件復(fù)核水力半徑：佛羅德數(shù)：雷諾數(shù)：第三節(jié) 平流式沉淀池結(jié)構(gòu)圖根據(jù)以上計算繪制折返式平流沉淀池及其剖面圖（見附圖） 第三章 主要設(shè)備說明來自于二級生物處理的污水，經(jīng)格柵間截留大顆粒有機物和漂浮物后，進入池，經(jīng)過一次污水提升泵進入三級污水處理廠，經(jīng)污水處理廠處理后符合要求的出水進入城市工業(yè)用水管道。三級處理的具體工藝流程由進出水水質(zhì)資料進行設(shè)計。1、泵房泵房進口處設(shè)閘門一座，手電兩用操作。設(shè)置兩臺泵，一備矣用。一次性提升水位到7.4米。2、格柵格柵是一種對后續(xù)處理構(gòu)筑物或水泵機組具有保護作用的粗濾設(shè)備。按柵條凈間距，可分為粗格柵、中格柵、細格柵三種。設(shè)計

16、采用細格柵，具體計算如下：(1) 柵條間隙數(shù) n，設(shè)柵前水深h=0.8m， 過柵流速1.0 m/s，柵條間隙寬度b=0.01m格柵傾角=60，=2187.5 m/sn=70.971個(2) 柵槽寬度B 設(shè)柵條寬度S=0.01mB=s(n-1)+bn=0.01(71-1)+0.0171=1.41m(3) 進水渠道漸寬部分的長度 設(shè)進水渠寬=1.2m角度=20（進水渠道內(nèi)的流速為0.8 ms） (4)柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度（）(5)通過格柵的水頭損失（）設(shè)柵條斷面銳邊矩形斷面k=3 (6) 柵后槽的高度（H）設(shè)柵前渠道超高H=h+h+=0.8+0.32+0.3=1.42m(7) 柵槽總

17、長度L , (8)每日柵渣量（W） 格柵間隙為10，柵渣量按1000污水產(chǎn)渣0.1（機械清扎）柵渣量 m/d3、混合反應(yīng)池混合反應(yīng)池由混合池和反應(yīng)池兩部分，藥劑和水在這里進行充分的混合，形成大的礬花，水質(zhì)得到大的改善。(1) 混凝劑的選用根據(jù)所要求的出水水質(zhì)和掌握的氣象水文信息選用混凝劑。本地年平均氣溫為6，其中1月份最冷為-13.5，而7月份最熱為22。水的pH值在處理前后保持不變。綜上所述，采用硫酸鋁做混凝劑，以活化硅膠做助凝劑。硫酸鋁屬于鋁鹽混凝劑，在pH=48之間的不同范圍可以起到不同的作用。當pH=47時，主要去除水中的有機物；當pH=5.77.8時，主要去除水中的懸浮物；當pH=6

18、.47.8時，可處理濁度高、色度低的污水。本次課程設(shè)計的原水pH值為7,剛好處在處理懸浮物要求的范圍內(nèi)。但鋁鹽混凝劑在溫度低于10時效果不好，需配合助凝劑使用。各種通過硅酸鈉溶液制備的聚合硅膠中間產(chǎn)物成為活化硅膠，也稱為活化硅或聚硅膠?；罨枘z為陰離子型無機高分子物質(zhì)，在溶液中帶負電荷，是最早使用的助凝劑?？刹捎霉枘z聚合法處理污水，用硫酸中和經(jīng)稀釋的硅酸鈉溶液，熟化反應(yīng)一段時間后，加在硫酸鋁處理的原水中，可以顯著提高水的混凝效果。(2) 反應(yīng)池藥劑和水混合后進入反應(yīng)池，反應(yīng)池的主要作用是促進顆粒的碰撞，形成礬花，隨著礬花顆粒的逐漸增大，它所受的水力剪切作用力也逐漸增大。為避免礬花破碎，反應(yīng)器內(nèi)

19、的水流速度和速度梯度G值應(yīng)逐漸減小。工業(yè)上常用的反應(yīng)池有水力反應(yīng)池（如渦流式、隔板式、旋流式）和機械攪拌反應(yīng)池。反應(yīng)池的具體計算如下：設(shè)計使用5個反應(yīng)池 反應(yīng)時間：T=25min 池數(shù)n=5總?cè)芊e：每池凈平面面積：，已知：池寬與沉淀池等寬池子長度 4、沉淀池、見第三章平流式沉淀池的計算。5、快濾池 快濾池是污水深度處理中最普遍應(yīng)用的一種技術(shù)?？鞛V池一般建成矩形的鋼筋混凝土池子。個數(shù)比較少時，可以采用單行排列，一般情況下以采用雙排對稱布置?？鞛V池本身包括集水渠、洗砂排水槽、濾料層、承托層(也稱墊層) 及配水系統(tǒng)五個部分。快濾池的管廊內(nèi)主要是渾水進水，清水出水、初濾水、沖洗來水、沖洗排水(或稱廢水

20、渠)等五種管道以及與其相應(yīng)的控制閘門。在快濾池的運行過程中，主要是過濾沖洗兩個過程的重復(fù)循環(huán)。設(shè)計采用5個快濾池，停留時間為40min，流速為10m/h，濾池工作時間為24h。具體計算如下： 設(shè)計用n=5個濾池 （普通快濾池）濾速：12m/h 取 10m/h/d沖洗時間，停留時間 40min，濾池工作時間取24h濾池實際工作時間濾池總面積：每個濾池面積，所以長寬比取1.5：1（1.25：11.5：1）設(shè)濾池寬為b，可得：，濾池總高：濾料層高度無煙煤層450 砂層 300 濾層厚度為 0.70.8m 承托層高度 濾料上水漿 超高 濾板高度 6、清水池 該清水池的停留時間為1小時，同時進行消毒有效

21、水深為4.0米，該池的表面積為109.4平方米，長寬分別為9m和12m,水流速為4m/h，計算方法與調(diào)節(jié)池相同。8、集泥井及污泥脫水間 污泥脫水泵房采用高干度離心脫水機，脫水后污泥含水量為65%。污泥脫水機房一座，分兩層。下層布置進泥管及加藥裝置，上層機房內(nèi)主要設(shè)備是高干度離心式脫水機，共設(shè)三臺（兩用一備）。污泥貯存采用專用貯罐兩套，每個貯存罐內(nèi)底部設(shè)有污泥推篩裝置及出泥螺旋。罐中污泥卸入下接的槽車。運輸至污泥填埋場填埋。離心脫水機可連續(xù)自動化運行，設(shè)備效率高，占地小，管理方便，機房環(huán)境清潔，是近幾年推廣應(yīng)用較快的污泥脫水機。主要缺點是噪聲大，離心機高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)葉片等部件要求耐磨性強，以延長

22、使用壽命。離心機制造材質(zhì)和加工精度要求嚴格，以保障長期自動連續(xù)穩(wěn)定運行。設(shè)備投資較大。第五章 附屬設(shè)備說明 此水廠的建設(shè)從水廠規(guī)模進行預(yù)算和考慮，需要員工約80人，其中包括設(shè)計與施工人員，機械操作人員，服務(wù)人員（如巡警、清潔工、司機、餐廳人員等），管理人員和設(shè)備維修人員。一、門衛(wèi)：接待外來人員，外來人員不得隨意進入水廠工作區(qū)，來客必須登記，對水廠有一定的保護作用。另外，也起到連接外部環(huán)境信息與水廠內(nèi)部信息的溝通作用，同時也維護水廠設(shè)備，防止被人偷竊，保護水廠職工安全，使水廠正常、穩(wěn)定和安全的運行。二 、辦公樓 辦公樓為水廠人員辦公的場所，同時還為員工在上班時的各方面工作、娛樂等項目提供場所。三

23、 、食堂和宿舍解決員工生活問題，為員工提供吃飯與住宿場所，是水廠的必須建筑。四、停車場工及來訪客人提供停車場地。五、維修間 存放各種修理工具以及檢修設(shè)備。六、倉庫倉庫存儲絮凝劑，絮凝劑選用局和氯化鋁。且距離絮凝池不宜過遠，便于運送。七、污泥處理車間由于污泥的量非常少所以污泥的處理時間間隔也相應(yīng)增長，選用每10天運一次，污泥量非常少所以還可以省去污泥濃縮池，直接由收集污泥井代替。污泥處理車間布置在水廠一角，與生活區(qū)遠離，有專門的通道供車輛進出，運輸不經(jīng)過水廠其他區(qū)，以免污染環(huán)境。八、配水井 均勻分配水量，作用是將水流分為需要的幾股，通過控制閥門來調(diào)節(jié)水流 。九、草坪 綠化環(huán)境，美化水廠。十、總機

24、控室 對各個設(shè)備進行監(jiān)控，保證水廠正常運行。十一、消毒間 對清水池出水進行消毒，消毒藥品選用氯氣。致謝詞：經(jīng)過兩周的課程設(shè)計，基本完成了設(shè)計任務(wù)。首先感謝精心安排這次設(shè)計以及認真輔導(dǎo)的老師，是你們的辛苦勞動換來了我們這次既有學(xué)習(xí)價值又有實際工作價值的課程實際。在這次設(shè)計中我們不僅學(xué)到了知識，還提高了對理論與實際之間差別的認識。本次課程設(shè)計是對三級處理中工藝流程幾構(gòu)筑物的初步設(shè)計，通過本次設(shè)計使我們所學(xué)只專業(yè)知識得到了充分的運用。在設(shè)計過程中，由于初次進行設(shè)計，對有些設(shè)計、計算要求不是很清楚，遇到了許多困難，但是在這次設(shè)計中學(xué)到了許多于實際相關(guān)的城市污水再生回用工程包括污水收集系統(tǒng)、污水凈化處理技術(shù)及其系統(tǒng)、出水輸配系統(tǒng)、回用水應(yīng)用技術(shù)和監(jiān)測系統(tǒng)。其中污水凈化再生技術(shù)及其系統(tǒng)是關(guān)鍵，污水凈化處理的流程要簡單可靠，投資和運行費用要為該城市經(jīng)濟實力所能承受，處理后出水的水質(zhì)要滿足回用的要求。 本次