水污染与防治技术课程设计污水处理厂设计

1、水污染与防治技术课程设计污水处理厂 专 业：环境工程 学 号：110408114 姓 名：陆天宇 指导老师：周培国 日 期：2014年1月江苏省某城镇污水处理厂设计说明书一、概述1、 目的 本设计是水污染控制工程（下册）教学的基本环节之一，要求学生综合运用所掌握的污水处理的基本知识，完成某城镇污水处理厂的初步设计，培养学生独立从事污水处理厂设计和绘图的技能。2、 任务（1）污水处理工艺流程的制定，方案的技术经济分析、比较，主要工艺参数的确定。（2）各个处理构筑物的选型和计算，包括格栅、沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池的设计和计算。（3）污水处理厂的平面布置图，包括处理物和辅助建筑物的布置。（4）

2、编制设计计算说明。2、 设计内容和要求1、 设计计算说明书详细说明污水处理厂的设计计算过程，有关计算只是和参数选择原则性论述，工艺流程确定依据，构筑物设计的计算数据等。要求设计参数选择合理，计算过程正确，图表清晰，语句通顺。2、 设计图纸要求提供污水处理厂的平面图一份，设计计算结果能够在图上清楚的反应出来。3、 法规依据（1） 中华人民共和国环境保护法（2） 中华人民共和国污水综合排放标准（GB8978-1996）（3） 给水排水制图标准（GB/T50106-2001）（4） 建筑给水排水设计规范（GBJ15-88）（5） 地下工程防水技术规范（GBJ16-87）（6） 给水排水工程结构设计规

3、范（GBJ69-84）（7） 给水排水设计手册4、 设计原则（1） 严格执行国家有关环境保护的各项法规。（2） 采用先进，成熟，合理，可靠，节能的工艺，确保处理量及水质排放达到标准。（3） 流程布局合理，整体性强，外观装饰美观大方，环境绿化优美。（4） 在设计过程中尽量减少污泥量和废气排放量，防止二次污染。（5） 力求各污水处理设施布置紧凑，工艺流程顺畅，尽可能减少污水提升次数，外形与周围环境相协调，尽可能节省用地面积。（6） 在满足污水处理达标的前提下，选用技术先进的节能设备，降低污水处理的成本。（7） 在上述前提下，做到投资少，运行费用低的效果。五、设计资料1、背景 江苏省某城镇拟建一座污

4、水处理厂，接纳处理该镇大部分的生活污水，设计平均水量10000m³/d，生活用水总变化系数KZ为1.3，拟采用传统活性污泥法系统处理。设计水质如下： 水质指标CODcr (mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)设计进水水质250100100204设计出水水质602020150.5主要工艺包括格栅、沉砂池、初沉池、曝气池和二沉池。2、工艺流程：排放 消毒 格栅二沉池曝气池初沉池沉砂池 原污水 本工艺有以下优点：（1）有机物在曝气池内的降解经历了第一阶段的吸附和第二阶段的代谢的完整过程；（2）对污水的处理效果好，BOD的去除率达到90%以上；（3）

5、适用于净化程度高和稳定程度要求较高的污水。六、污水处理构筑物的计算1、设计基础数据的确定（1）设计流量的确定： 由任务书所给的数据显示，该城镇生活污水设计平均水量是10000m³/d，生活用水总变化系数为1.3，各处理构筑物按最高日最高时流量进行设计，即可满足要求。最大流量的确定： Q=10000m³/d=115.7L/s Qmax=KZ Q=150.5L/s最小流量的确定： Qmin=2%Q=2.3L/s（2） 污水处理程度的确定项目CODcrBOD5SSTNTP去除率§76%80%80%25%87.5%2、 格栅的设计计算格栅由一组平行的金属栅条或筛网组成，安

6、装在污水管道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，如纤维、碎皮、毛发、木屑、果皮、蔬菜。塑料制品等，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。 （1）格栅宽度和栅条间隙数 栅槽宽度 B=S(n+1)+en式中 B栅槽宽度，m； S格条宽度，m； e栅条净间隙，粗格栅e=50100mm，中格栅e=1040mm，细格栅e=310mm； n格栅间隙数； Qmax最大设计流量，m³/s；格栅倾角，°； h栅前水深，m； v过栅流速，m/s，最大设计流量为0.81.0m/s。平均设计流量时为0.3m/s；经验系数。本次设计取格栅倾角为60度，栅

7、前水深h为0.4米，过栅流速v取0.9m/s，栅条宽度S取0.01m，栅条间隙e取20mm。故格栅间隙数n=20，栅槽宽度B=0.6m。（2） 过栅的水头损失*式中 h1过栅水头损失，m； h0计算水头损失，m； g重力加速度，9.81/s； k系数，格栅收污染物堵塞后，岁头损失增大的倍数，一般取3；阻力系数，与栅条断面断面形状有关，当为矩形断面时，等于2.42。代入数据有，=0.103m。（3） 进水渠道渐宽部分长度本次设计B1取0.65m，取20度，得l1=0.21m。（4） 栅槽与出水渠道连接外的渐窄部分长度 得 l2=0.11m（5） 栅后槽总高度设栅前渠道超高 h2=0.3m则栅前槽

8、高 H1+h+h2=0.7m则总高度 H1=h+h1+h2=0.8m（6） 栅槽总长度（7） 每日栅渣量其中 W每日栅渣量，m³/d； W1栅渣量（m³/103m³污水），取0.10.01，粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值； K总生活污水流量总变化系数本次设计中，取W1=0.05m³/103m³，K总为1.3。 得到 W=0.5m³/d0.2m³/d。应采用机械除渣。（8） 选型 选用自清洗回转式机械格栅GSHZ800有效栅宽640mm,有效栅隙20mm,电动功率0.7kw,导流槽长2.37m.特点:自动化程度高分离

9、效率高,动力消耗小,无噪音,耐腐蚀性好,能够在无人看管的情况下连续工作.设置了安全保护装置,在设备发生故障时能够产生声音和光报警,设备结构简单合理,自身有自动清洗功能。3、沉砂池的设计计算沉砂池的作用是去除比重较大的无机颗粒（如泥沙、煤渣等，它们的相对密度约为2.65）。沉砂池一般设于泵站、倒虹管前以便减轻无机颗粒对水泵管道的磨损；也可以设于初次沉淀池前，以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。常见的沉砂池有平流沉砂池、曝气沉砂池、多尔沉砂池和钟式沉砂池等。本次设计采用平流沉砂池，它具有截留无机颗粒效果好、工作稳定、构造简单、排沉砂较方便的特点。（1）沉砂池水流部分长度 L=vt式中

10、L水流部分长度，m； v最大流速，m/s; t最大设计流量时的停留时间，s。本次设计最大流速取0.3m/s，停留时间取30s，因此水流部分长度为9m。（2） 水流断面积 式中 A水流断面积，； Qmax最大设计流量，m³/s。本次设计最大设计流量为0.15m³/s，因此A=0.5.（3） 池总宽度 式中 B池总宽度，m； h2设计有效水深，m。本次设计设计有效水深取0.25m，因此B为2m，分为两格，每格宽1m。（4） 沉砂斗容积 式中 V沉砂斗容积，m³； T清除沉砂的时间间隔，d； x1城市污水沉砂量，3m³/105m³；K总流量总变化系数

11、。 本次设计取x1为3m³/105m³，t1取2d，故V等于0.6m³，每个分格有两个沉砂斗，因此每个沉砂斗的容积为0.15m³。（5） 沉砂斗的深度 设沉砂斗底部长和宽均为b=0.5m，上口宽d=1.2m，斗壁倾角60度=0.6m设池底坡度i=0.08，坡向砂斗，取s=0.2m=0.856m（6） 沉砂池高度 H=h1+h2+h3式中 H总高度，m； h1超高，0.3m； h3贮砂斗高度，m。 本次设计h3为0.856m，故总高度H=0.3+0.25+0.656=1.406m。 4、初次沉淀池的设计计算 沉淀池按工艺布置的不同，分为初次沉淀池和二次沉淀

12、池。初沉池的处理对象是悬浮物质（SS），同时可去除部分BOD（主要是悬浮性BOD）。初次沉淀池中沉淀的物质被称为初次沉淀污泥。本次设计采用斜板沉淀池。斜板沉淀池具有去除率高，停留时间短，占地面积小等优点，故常用于已有的污水处理厂挖潜或扩大处理能力时采用；当受到污水处理厂占地面积的限制时，作为初次沉淀池用。（1）沉淀池水表面积 式中 A水表面积，； n池数，个； q0表面负荷； Qmax最大设计流量，m³/h； 0.91斜板面积利用系数。本次设计中，取n为2，q0为3.0m³/（*h），Qmax为540m³/h，故A=98，每个初沉池的面积A=49。（2） 沉淀池平

13、面尺寸 或式中 D圆形池直径，m； a矩形池边长，m。 本次设计取矩形，故a=7m。（3） 池内停留时间 式中 t池内停留时间，min； h2斜板区上部的清水层高度，m； h3斜板的自身垂直高度，m。本次设计取清水层高度h2为1.0m，斜板自身垂直高度h3取1.0m，因此t=40min。（4） 斜板下缓冲层高度 为了布水均匀并不会扰动下沉的污泥，h4一般采用1.0m。（5） 沉淀池的总高度 H=h1+h2+h3+h4+h5式中 H总高度，m； h5污泥斗高度，m。本次设计中污泥斗高度为6.1m，超高h1为0.3m，因此H是9.4m。5、 曝气池的设计计算曝气池是活性污泥反应器，是活性污泥系统的

14、核心设备，活性污泥系统的净化效果很大程度上取决于曝气池的功能是否能够正常发挥。（1） 污水处理程度的计算和曝气池的运行方式原污水的BOD值（S0）为100mg/L，经过初次沉淀池处理，BOD5按降低25%考虑，则进入曝气池的污水BOD5（Sa）为75mg/L。计算去除率，处理水中非溶解性的BOD5值 BOD5=7.1bXaCe式中 Ce处理水中悬浮固体浓度，取20mg/L； b微生物自身氧化率，取0.09； Xa活性微生物在处理水中所占比例，取2.4。因此，BOD5=7.1×0.09×0.4×20=5.1mg/L处理水中溶解性BOD5的值为 205.1=14.9m

15、g/L去除率 =0.8曝气池的运行方式本次设计中考虑曝气池的运行方式的灵活性和多样化，即以传统活性污泥法系统作为基础，又可按阶段曝气系统和再生曝气系统运行。（2） 曝气池的计算和各部位尺寸的确定BOD污泥负荷率的确定式中 Kz取0.0185，Se=14.9mg/L ，=0.8，=0.75因此 Ns=0.26kgBOD5/(kgMLSS*d)确定混合液污泥浓度（X） 根据已经确定的Ns，查相应的SVI值为100120，本次取120，对此，r=1.2，R=50%，得：=3300mg/L确定曝气池的容积： V=874m³确定曝气池各部位的尺寸设2组曝气池，每组的容积： V1=0.5V=43

16、7m³ 池深取2米，则每组曝气池的面积： S=218.5 池宽取2.5m，=1.25，介于12之间，符合规定。 池长： 符合规定。设有五廊道式曝气池，廊道长: 取超高为0.5m，则池总高度为： H总=2+0.5=2.5m曝气系统的计算和设计本设计采用鼓风曝气系统平均时需氧量： O2=aQSr+bVXv查表得，a为0.5，b为0.15 因此， =26kg/h最大时需氧量：根据原始数据 KZ=1.3 =29.8kg/h每日去除的BOD5： BODr=kg/h去除每kgBOD的需氧量：O2=1.04kgO2/kgBOD最大时需氧量与平均时需氧量之比：供气量采用网状膜型微孔空气扩散器，敷设于

17、距池底0.2m处，淹没水深1.8m，计算温度定为30。查附录得，水中溶解氧饱和度： Cs(20=9.17mg/L Cs(30)=7.63mg/L空气扩散器出口处的绝对压力Pb： Pb=1.103×105×9.8×1.8×103=118940Pa空气离开曝气池面时，氧气的百分比：×100% 式中 EA空气扩散器的氧气转移效率，本次设计取12%； 因此 Ot=18.43%曝气池混合液中平均氧饱和度（按最不利的温度条件考虑）：当温度为30时 Csb（30）=7.83kg/L按算为在20条件下，脱氧清水的充氧量：取值=0.82，=0.95，C=2.0，

18、p=1.0代入得 R0=42kg/h相应的最大时需氧量为： R0（max）=48kg/h曝气池平均时供气量： Gs=×100 =1167m³/h曝气池最大时供气量：m³/h去除每kgBOD5的供气量：=46.60m³空气/kgBOD每m³污水的供气量：m³空气/m³污水本系统的空气总用量：除采用鼓风曝气外，本系统还采用空气在回流污泥中提升污泥，空气量按回流污泥量的8倍考虑，污泥回流比R取值60%，这样，提升回流污泥所需空气量为： m³/h总需气量 1333+20000=3333m³/h空气管系统计算在相邻

19、两个廊道的隔墙上设一根干管，共五根干管，在每根干管上设有5对配气竖管，共10条配气竖管。全曝气池共设有50条配气竖管，每根竖管的供气量为：m³/h曝气池平面面积： 18×25=450每个空气扩散器的服务面积按0.49算，则所需空气扩散器总数为：个为安全计，本设计采用1000个空气扩散器，每个竖管上安设的空气扩散管的数目为：个每个空气扩散器的配气量：m³/h选型：盘式膜片微孔曝气池 BSDQ192 服务面积0.5/个，空气流量1.5m³/h空压机的选定空气扩散装置安装在距曝气池池底0.2m处，因此，空压机所需压力为： P=（2.0-0.2+1.0）

20、5;9.8=27.44kPa空压机供气量：最大时： 1333+2000=3333m³/h=55.55m³/min最小时： 1167+2000=3167m³/h=52.78m³/min根据所需压力及空气量，决定采用LG604空压机5台，该型空压机风压25kPa，风量15m³/min，电机功率13kW，正常条件下，3台工作2台备用。6、 二次沉淀池的设计计算二次沉淀池设置在生物处理构筑物（活性污泥法或生物膜法）的后面，用于沉淀去除活性污泥或腐殖污泥（指生物膜法脱落的生物膜），它是生物处理系统的重要组成部分，它的作用是泥水分离，使混合液澄清，浓缩和回

21、流活性污泥。本设计采用平流式沉淀池，它的优点是沉淀效果好，对冲击负荷的适应能力较强，施工方便并且多个池子易于结合，节省用地。沉淀池的去除率：=×100%=80%，应去除的最小颗粒的沉速为0.4mm/s，即表面负荷q=1.44m³/（·h），沉淀时间t=65min。为使设计有余地，对表面负荷和沉淀时间分别除1.5和乘以1.75的系数：设计表面负荷q0=0.96m³/（·h），由于q0=u0，因此u0=0.96m/h=0.27mm/s,设计沉淀时间t0=1.75t=1.9h,设计污水量Qmax=541.7m³/h。（1） 沉淀区尺寸总有效

22、测定面积=564.3，采用两座沉淀池，每座沉淀池面积A=282，每个沉淀池的处理量Q1=270.85m³/h；沉淀池有效水深=；每个沉淀池宽b取8m，池长则为35m；长宽比=4.44,合格。（2） 污泥区尺寸每日产生的污泥量： 式中 C0，C1分别是进水和沉淀池出水的悬浮物浓度，kg/m³； p 污泥含水率，%，本次设计取97%； r污泥容重，kg/m³，因为污泥的主要成分是有机物，含水率在95%以上可取1000kg/m³； t两次排泥的时间间隔。 代入数据得，W=69.4m³。 每座沉淀池的污泥量W1=0.5W=34.65m³污泥斗

23、的容积 式中 f1污泥斗上口面积，； f2污泥斗下口面积，； h4污泥斗的高度，m。本次设计取f1=6×6=36，f2=0.4×0.4=0.16，污泥斗为方斗，=60°，因此=4.85m。设每座沉淀池有两个污泥斗，每个污泥斗的容积为m³34.65m³，满足要求。（3） 污泥区总高度，采用机械刮泥，缓冲高度h3=0.6m（含刮泥板）： H=h1+h2+h3+h4=0.3+1.82+0.6+4.85=7.6m（4） 沉淀区总长度 L=0.5+0.3+35=35.8 式中 0.5流入口到挡板的距离； 0.3流出口到挡板的距离。7、水力计算序号构筑物间

24、管渠Q(L/s)D(mm)h/diV(m/s)L(m)1曝气池至二沉池150.545011.00.9432.52初沉池至曝气池22555011.31.09123沉砂池至初沉池150.545012.60.946.54提升泵到沉砂池150.545013.00.946.55格栅至提升泵150.545011.20.945水头损失沿程损失/m局部损失/m构筑物总损失/m0.0150.608二沉池1.2230.0240.621曝气池2.1450.01980.203初沉池0.6230.01860.067沉砂池0.3360.0072提升泵站0.26查询局部阻力系数局部阻力件90°弯分流三通合流三通1

25、.51.53 出水管埋深1m，地面标高0m 高程二沉池水位 -1m曝气池水位 0.223m初沉池水位 2.368m沉砂池水位 2.991m格栅地面标高 -1m8、 污水提升泵房污水提升前水位-0.6m，提升后水位2.991m，泵损失0.596m，扬程H=4.187m，设计流量Qmax=541.66m³/h。选型：离心泵IH型，三台，扬程H=5m，Q=275m³/h，正常工作时一备一用。9、污泥回流泵房采用QJB-W污泥回流泵，部分回流至曝气器，剩余污泥输送至污泥浓缩池。正常工作时一台使用一台备用。7、 构筑物一览表序号名称规格L×B×H（m）数量（个）设

26、计参数1格栅2.24×0.6×0.81Qmax=13000m³/de=20mmh=0.4m v=0.9m/s=60° s=0.01m2沉砂池9×1×1.52最大流速v=0.3m/s停留时间t=30s3初沉池7×7×9.42表面负荷3.0m³/（*h）停留时间t=40min4曝气池87.4×2.5×2.52进水BOD为75mg/L出水BOD为14.9mg/LNs=0.26kgBOD/（kgMLSS·d）5二沉池35.8×8×7.62设计表面负荷q0=0.96

27、m³/（·h）设计沉淀时间t=1.9h8、 设备一览表序号名称型号参数1自清洗回转式机械格栅GSHZ800有效栅宽640mm，有效栅隙20mm，电机功率0.75KW，导流槽长2.37m2盘式膜片微孔曝气器BSDQ192服务面积0.5/个空气流量1.5m³/h3空压机LG15风压35kPa风量15m³/min电机功率13KW4离心泵IH型化工扬程5mQ=275m³/h5污泥回流泵QJBW九、技术经济指标序号名称规格单价总价1格栅2.24×0.6×0.8800元/m³860元2沉砂池9×1×1.5800元/m³23040元3初沉池7×7×9.4800元/m³130万元4曝气池87.4×2.5×2.5800元/m³90万元5二沉池35.8×8×7.6800元/m³348万元6自清洗回转式机械格栅2台13800元/台27600元7盘式膜片微孔曝气器1000个18元/个18000元8空压机5台2000