水污染控制工程课程设计[1]

1、 水污染控制工程课程设计 设计题目1：某市卫星城（A区）污水处理厂设计 目 录第一章 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 设计流量的确定 第二节 格栅设计计算第三节 沉砂池设计计算第四节 辐流式初沉池设计计算第五节 传统活性污泥法鼓风曝气池设计计算第六节 向心辐流式二沉池设计计算第四章 污泥量计算第五章 污水处理厂的平面布置第六章 污水厂的高程布置第一章 总论根据城市总体规划，计划将该卫星城将在近期内建成以轻工、科研和文教事业为主的小城镇，其中：工业以五个工厂为主体，人口为22万人。结合当地的气象资料、污水排水接纳河流资料、工程地

2、质资料和城市的污水水量、水质，设置一个合适的污水处理厂处理污水。第一节 、设计任务和内容：根据规划和所给的其它原始资料，设计污水处理厂，具体内容包括： 1选择污水厂的厂址； 2确定污水处理厂的工艺流程，选择处理构筑物并通过计算确定其尺寸（附必要的草图）； 3污水厂的工艺平面布置图，内容包括：标出水厂的范围、全部处理构筑物及辅助建筑物、主要管线的布置、主干道及处理构筑物发展的可能性（1图）； 4污水厂工艺流程高程布置，表示原水、各处理构筑物的高程关系、水位高度以及污水厂排放口的标高（1图）； 5按施工图标准画出曝气池的平面、立面和剖面图（1图）； 6按扩大初步设计的要求，画出二沉池的工艺设计图，

3、包括平面图、纵剖面及横剖面图（1图）；7编写设计说明书、计算书。第二节、 基本资料： 1 气象资料风向全年主导风向为北风，夏季主导风向为南风年平均风速3.3m/s降雨量年平均9001200mm，其中2/3集中在夏季，7月15日至8月10日为暴雨集中期温度年平均11oC，极端温度：最高37.3oC，最低 -20oC土壤冰冻深度0.70.83m地基承载力各层均在120Kpa以上地下水位地面下2.0m2 污水排水接纳河流资料：    据19601998年连续观测，河道的最高洪水位标高为214.00m，常水位标为211.00m，枯水位标高为209.00m。 经当地环保部门

4、商定：城市二级污水处理厂排水（BOD530mg/l，SS30mg/l）满足河水水质要求。3 工程地质资料：地质钻探结果表明，沿河地质结构（由上而下）由表土层、亚粘土层、细砂中砂层、卵石层以及基岩层构成。其中表土层2m以下，亚粘土层3.56.5m。基岩层最浅7m以下，最深12m以下，地基计算强度建议采用2.1kg/cm2，地下水质对各类水泥均无侵蚀作用，地震基本烈度为7度。4 污水水量、水质根据城市总体规划，该卫星城将在近期内建成以轻工、科研和文教事业为主的小城镇，其中：工业以五个工厂为主体，人口（A）为22万人。环保规划及水量、水质如下：1) 排水系统：雨水与污水采用分流制，生活污水与工业废水

5、为合流制，污水处理厂只考虑处理生活污水与工业废水，输入污水厂的污水干管直径为900mm，管底埋深为地面以下5.3m，充满度为0.5；类别流量(m3/d)COD(mg/l)BOD5(mg/l)SS(mg/l)pH生活污水2700040030020067工业废水甲厂480060035040067乙厂130010005007006.87.5丙厂1200496185中性丁厂3700657281131中性戊厂500047819199中性注：（1）表中数值为日平均值；（2）工业废水的时变化系数为1.3，生活污水总变化系数为1.4；（3）污水平均水温为25oC（夏季）和15oC左右（冬季）；（4）工业废水的

6、水质不影响生物处理。2) A区地面由北向南坡度为1%，污水处理厂拟用场地选在A区南段，此处由西北向东南方向的坡度为0.5%，进入污水厂的A区排水管端点的地面标高为220.00m第二章 污水处理工艺流程说明 格栅格栅第二章 处理构筑物设计第一节 设计流量的确定1. 平均日流量平均日流量为2. 最大日流量污水日变化系数取 ，而 ，则有： 最大日流量 3. 最大日最大时流量（设计最大流量） 时变化系数取 ，而，则有：最大日最大时流量第二节 格栅设计计算中格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运

7、行的装置。1.格栅的设计要求（1）水泵处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求：1) 人工清除 2540mm2) 机械清除 1625mm3) 最大间隙 40mm（2）过栅流速一般采用0.61.0m/s.（3）格栅倾角一般用450750。机械格栅倾角一般为600700.（4）格栅前渠道内的水流速度一般采用0.40.9m/s.（5）栅渣量与地区的特点、格栅间隙的大小、污水量以及下水道系统的类型等因素有关。在无当地运行资料时，可采用： 1）格栅间隙1625mm适用于0.100.05m3 栅渣/103m3污水；2）格栅间隙3050mm适用于0.030.01m3 栅渣/103m3污水.（6）通过格栅的水头

8、损失一般采用0.080.15m。2. 格栅尺寸计算设计参数确定：设计流量Q1=0.70m3/s（设计2组格栅），以最高日最高时流量计算；栅前流速：v1=0.7m/s， 过栅流速：v2=0.9m/s；渣条宽度：s=0.01m， 格栅间隙：b=0.02m；栅前部分长度：0.5m， 格栅倾角：=60°；单位栅渣量：w1=0.05m3栅渣/103m3污水。设计中的各参数均按照规范规定的数值来取的。（1）确定格栅前水深，根据最优水力断面公式计算得:栅前槽宽= =1.41m，则栅前水深（2）栅条间隙数： (取n=48)（3）栅槽有效宽度：B0=s（n-1）+bn=0.01×（48-1）

9、+0.02×48=1.43m 考虑0.4m隔墙：B=2B0+0.4=3026m（4）进水渠道渐宽部分长度：（其中1为进水渠展开角，取1=）（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（6）过栅水头损失（h1）设栅条断面为锐边矩形截面，取k=3，则通过格栅的水头损失： 其中： h0：水头损失； k：系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3； ：阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时=2.42。（7）栅后槽总高度（H）本设计取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽总高度H1=h+h2=0.71+0.3=1.01mH=h+h1+h2=0.71+0.103+0.3=1.11m（8）

10、栅槽总长度 L=L1+L2+0.5+1.0+ H1/tan=2.54+1.27+0.5+1.0+1.01/tan60°=7.06m（9）每日栅渣量在格栅间隙在20mm的情况下，每日栅渣量为： 所以宜采用机械清渣。第三节 沉砂池设计计算1. 沉砂池的选型：沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度2.65t/m3的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。沉砂池有平流式、竖流式、曝气式和旋流式四种形式。由于旋流式沉砂池有占地小，能耗低，土建费用低的优点；竖流式沉砂池污水由中心管进入池后自下而上流动，无机物颗粒借重力沉于池底，处理效果一般较差；区旗沉砂池则是在池的一侧通入空气，使

11、污水沿池旋转前进，从而产生与主流方向垂直的横向恒速环流。砂粒之间产生摩擦作用，可使沙粒上悬浮性有机物得以有效分离，且不使细小悬浮物沉淀，便于沉砂和有机物的分别处理和处置。平流式沉砂池具有构造简单、处理效果好的优点。本设计采用平流式沉砂池。2 设计资料1）沉砂池表面负荷200m3/(m2h),水力停留时间40s；2）进水渠道直段长度为渠道宽度的7倍，并不小于4.5 米，以创造平稳的进水条件；3）进水渠道流速，在最大流量的40%-80%的情况下为0.6-0.9m/s，在最小流量时大于0.15m/s；但最大流量时不大于1.2m/s；4）出水渠道与进水渠道的夹角大于270 度，以最大限度的延长水流在沉

12、砂池中的停留时间，达到有效除砂的目的。两种渠道均设在沉砂池的上部以防止扰动砂子。5）出水渠道宽度为进水渠道的两倍。出水渠道的直线段要相当于出水渠道的宽度。6）沉砂池前应设格栅。沉砂池下游设堰板，以便保持沉砂池内需要的水位。计算草图如下图所示：2.1 设计参数确定设计流量：=700L/s（设计2组池子，每组Q=450L/s=0.45m3/s） 设计流速：v=0.25m/s 水力停留时间：t=40s2.2 池体设计计算（1）沉砂池长度：L=vt=0.25×40=10m（2）水流断面面积：（3）沉砂池总宽度：每组宽取B=2m>0.6m（4）有效水深：h2=A/B=1.8/2=0.9m

13、 （介于0.251m之间）（5）贮泥区所需容积：设计T=2d，即考虑排泥间隔天数为2天，则每个沉砂斗容积（每组沉砂池设两个沉砂斗，两组共有4个沉砂斗）其中城市污水沉砂量：X=30m3/105m3.（6）沉砂斗各部分尺寸及容积： 设计斗底宽a1=0.50m，斗壁与水平面的倾角为60°，斗高hd=1.0m，则沉砂斗上口宽：沉砂斗容积： = 1.27m3 （7）沉砂池高度：采用重力排砂，设计池底坡度为0.06，坡向沉砂斗长度： 则沉泥区高度为h3=hd+0.06L2 =1.0+0.06×3.35=1.20m 池总高度H ：设超高h1=0.3m，H=h1+h2+h3=0.3+0.6

14、+1.20=2.1m（8）进水渐宽部分长度:（9）出水渐窄部分长度:L3=L1=1.0m（10）校核最小流量时的流速：最小流量一般采用即为0.5Qmax，则，符合要求.(11) 进水渠道格栅的出水通过DN1200mm的管道送入沉砂池的进水渠道，然后向两侧配水进入进水渠道,污水在渠道内的流速为: 式中： B1进水渠道宽度（m），本设计取1.5m； H1进水渠道水深（m），本设计取0.5m。(12) 出水管道出水采用薄壁出水堰跌落出水，出水堰可保证沉砂池内水位标高恒定，堰上水头为：式中： m流量系数，一般采用0.4-0.5；本设计取0.4；（13） 排砂管道本设计采用沉砂池底部管道排砂，排砂管道管

15、径DN=200mm。第四节 辐流式初沉池设计计算辐流式初沉池拟采用中心进水，沿中心管四周花墙出水，污水由池中心向池四周辐射流动，流速由大变小，水中悬浮物流动中在重力作用下沉降至沉淀池底部，然后用刮泥机将污泥推至污泥斗排走，澄清水从池周溢流入出水渠。辐流沉淀池由进水装置、中心管、穿孔花墙、沉淀区、出水装置、污泥斗及排泥装置组成。本设计选择两组辐流式沉淀池，每组设计流量为0.3m3/s，从沉砂池流出来的污水进入集配水井，经过集配水井分配流量后流入辐流沉淀池。计算草图下图：1. 沉淀部分水面面积 表面负荷一般采用1.5-3.0，本设计取=2.0，沉淀池座数n=2。2. 池子直径 D = = （D取2

16、9m）3. 沉淀部分有效水深 设沉淀时间t = 2h ,有效水深： h2 =qt =2×2=4m4. 沉淀部分有效容积 Q = t =5. 污泥部分所需的容积 进水悬浮物浓度C0为0.474kg/m3，出水悬浮物浓度C1以进水的50%计，初沉池污泥含水率p0=97%，污泥容重取r=1000kg/m3，取贮泥时间T=4h，污泥部分所需的容积： V= =则每个沉淀池污泥所需的容积为39.7m3 6. 污泥斗容积 设污泥斗上部半径r12m，污泥斗下部半径r2=1m，倾角取=60°，则 污泥斗高度： h5 = （r2- r1）tg=（2-1）×tg60°=1.7

17、3m 污泥斗容积： V1 = （r12+r2r1+r22）= ×（22+2×1 +12）=12.68m3 7. 污泥斗以上圆锥体部分污泥容积 池底坡度采用0.05-0.10，本设计径向坡度i=0.05，则圆锥体的高度为：h4 = （R- r1）i=（13-2）×0.05 = 0.55m 圆锥体部分污泥容积：V2 = （R2+Rr1+r12）=污泥总体积：V= V1+ V2 =12.68+114.56 =127.24 m316.2m3 ，满足要求。8. 沉淀池总高度 设沉淀池超高h1=0.3m，缓冲层高h3 =0.5m，沉淀池总高度： H = h1+h2 +h3+h

18、4 +h50.3+4+0.5+0.55+1.737.08 m 9. 沉淀池池边高度 H= h1+h2 + h3 = 0.3+4+0.5 = 4.8 m10. 径深比 D/ h2 = 29/4 = 7.2 (符合要求)11. 进水集配水井 辐流沉淀池分为二组，在沉淀池进水端设集配水井，污水在集配水井中部的配水井平均分配，然后流进每组沉淀池。 配水井中心管径： 式中： v2 配水井内中心管上升流速（m/s），一般采用v20.6m/s；取0.7m/s配水井直径： 式中：v3 配水井内污水流速（m/s）,一般采用v3=0.2-0.4m/s；取0.3m/s.12. 进水管及配水花墙沉淀池分为四组，每组沉

19、淀池采用池中心进水，通过配水花墙和稳流罩向池四周流动。进水管道采用钢管，管径DN=600mm，进水管道顶部设穿孔花墙处的管径为800mm。沉淀池中心管配水采用穿孔花墙配水，穿孔花墙位于沉淀池中心管上部，布置6个穿孔花墙，过孔流速： 式中： 孔洞的宽度（m）； 孔洞的高度（m）； 孔洞个数(个)。v4 穿孔花墙过孔流速（m/s），一般采用0.2-0.4m/s；13. 集水槽堰负荷校核设集水槽双面出水，则集水槽出水堰的堰负荷为：q0 = = m3/(m·s) = 1.9L/(m·S)< 2.9 L/(m·S) 符合要求14出水渠道 出水槽设在沉淀池四周，双侧收集

20、三角堰出水，距离沉淀池内壁0.4m，出水槽宽0.5m，深0.6m，有效水深0.5m，水平速度0.8m/s，出水槽将三角堰出水汇集送入出水管道，出水管道采用钢管，管径DN600mm14. 排泥管沉淀池采用重力排泥，排泥管管径DN200，排泥管伸入污泥斗底部，排泥静压头采用1.0m，连续将污泥排出池外贮泥池内。第五节 传统活性污泥法鼓风曝气池设计计算1. 处理工艺说明传统活性污泥法，又称普通活性污泥法，污水从池子首段进入池内，二沉池回流的污泥也同步进入，废水在池内呈推流形式流至池子末端，流出池外进入二次沉淀池，进行泥水分离。污水在推流过程中，有机物在微生物的作用下得到降解，浓度逐渐降低。传统活性污

21、泥法对污水处理效率高，BOD去除率可待90%u以上，是较早开始使用并沿用至今的一种运行方式。本工艺设计曝气池采用廊道式，二沉池为辐流式，采用螺旋泵回流污泥。2. 处理程度计算 初沉池对BOD5的去除率按30%计算，初始BOD5浓度为294 mg/L进入曝气池的BOD5浓度（S0）为： S0 = 294×（1-30%）= 205（mg/L） 处理水中非溶解性BOD5 浓度： BOD5 = 7.1Kd Xe Ce = 7.1×0.08×0.4×20 = 4.54 mg/L式中： Kd 微生物自身氧化率，一般在0.05-0.1之间，取0.08；Xe 活性微生物

22、在处理水悬浮物中所占比例，取0.4；Ce 处理水中悬浮物固体浓度，取20mg/L。 处理水中溶解性BOD5 浓度： BOD5 = 20-4.54 = 15.46mg/L 去除率：=90.6%3. 设计参数（1）BOD5污泥负荷率式中 有机物最大比降解速度与饱和常数的比值，一般采用0.01680.0281之间；本设计取0.02; MLVSS/MLSS值，一般采用0.7-0.8，本设计取0.77； 处理后出水中BOD5浓度（mg/L），本设计应为15.46mg/L(2) 曝气池内混合液污泥浓度 根据NS值，查排水工程下册图4-7得：SVI=120，取R50%，r1.2。4.平面尺寸计算(1) 曝气

23、池容积的确定 按规定，曝气池个数N不少于2个，本设计中取N=4,则每组曝气池有效容积为 (2) 曝气池尺寸的确定 本设计曝气池深取4.2米，每组曝气池的面积为： 本设计池宽取B=8米，B/H=8/4.21.9，介于12之间，符合要求。 池长: L/B =108/813.6 >10 （符合设计要求）本设计设五廊道式曝气池，廊道长度为： L1 = L/5=108/5 = 21.6m本设计取超高为0.5 m，则曝气池总高为： H = 4.20.5 = 4.7m 第六节 向心辐流式二沉池设计计算为了使沉淀池内水流更稳、进出水配水更均匀、存排泥更方便，常采用圆形辐流式二沉池。该沉淀池采用周边进水，中心出水的幅流式沉淀池，采用吸泥机排泥。计算草图如下图1.设计参数的选取 表面负荷：qb范围为1.01.5 m3/ m