水质净化工艺课程设计本科论文

《水质净化工艺设计》大作业学院土木与交通工程学院专业给水排水工程年级班别xx级x班学号学生姓名成绩100时间2015.12.08目录任务书 1TOC\h\z\t"节标题,2,条标题,3,章标题,1"第一章 给水深度处理—臭氧活性炭工艺 《水质净化工艺设计》大作业任务书在完成《水质净化工艺设计》课程学习后，要求学生掌握给水处理和污水处理的新工艺设计计算，对于构筑物的设计达到或接近施工图设计。为此，要求学生独立完成以下设计内容：1.完成给水处理之深度处理臭氧-活性炭的工艺设计计算和构筑物施工图设计。2.完成污水处理之生化处理的新工艺设计计算和构筑物的施工图设计。要求编写计算书和绘制A3的设计图纸。设计图纸按施工图的深度完成。以A4大小装订。给水处理厂及污水处理厂的设计资料分别如下：给水处理厂：1.水厂净产水量为20.5万m3/d。2.水源为河水，原水水质如下所示：编号项目单位分析结果备注1耗氧量（CODMn法）O2mg/l82水温℃最高30，最低53色度＜15度4嗅和味无异常臭和味5浑浊度NTU6pH7.07总硬度mg/L(以CaCO3计)1258碳酸盐硬度mg/L(以CaCO3计)959非碳酸盐硬度mg/L(以CaCO3计)3010总固体mg/L20011细菌总数个/mL＞110012大肠菌群个/L800其它化学和毒理指标符合生活饮用水标准3.河水洪水位标高73.20米，枯水位标高65.70米，常年平均水位标高68.20米。4.气象资料：年平均气温22℃，最冷月平均温度4℃，最热月平均温度34℃，最高温度39℃，最低温度1℃。常年风向东南。5.地质资料：净水厂地区高程以下0～3米为粘质砂土，3～6米为砂石堆积层，再下层为红砂岩。地基允许承载力为2.5～4公斤/厘米。6.厂区地形平坦，平均高程为70.00米。污水处理厂设计资料：1.污水处理厂处理规模为20.5万m3/d。2.城市污水的水质如下表所示：（除pH外，其余项目单位为mg/L）项目BOD5CODCrSSTNNH4+-NTP（以P计）pH15030020035253.56~93.污水处理厂出厂水水质应执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。确定的污水处理厂出水水质如下：BOD5≤10mg/L，COD≤50mg/L，SS≤10mg/L，NH3-N≤5mg/L，PO43--P≤0.50mg/L。4.污水处理厂厂区地形拟为平坦地形，标高为75.00米。5.全年平均气温21.8℃，最冷平均月气温9.7℃，最热月平均气温32.6℃，最高温度38.7℃，最低温度0.0℃。6.夏季主风向：东南风。给水深度处理—臭氧活性炭工艺水处理流程示意图： 臭氧设计计算设计要点：气水接触时间一般采用水力停留时间大于5~10min。接触反应池的有效水深，一般取4~5.5m。池体尺寸设计计算：（1）池体体积池体体积（）水力停留时间（min），此处取t=10min。水流量()（2）池体有效面积扩散器以上水深，5~7m,此处取。（3）池宽B取12m,则池长采用三个接触反应室，第一室接触反应时间=6min，第二室接触反应时间为=2min，第三室接触反应时间为=2min。其中：第一室池长第二室池长第三室池长臭氧化气布气系统设计计算（4）每小时投配总臭氧量水中所需臭氧投加量，第一格为0.6,第二格为0.4，第三格为0.2。第一室：第二室：第三室：（5）水中所需投加的臭氧化气流量第一室：第二室：第三室：Y发生器所产臭氧化气浓度（），一般在10~20范围内，此处取15。（6）水中所需投加的发生器工作状态下（t=20°C,P=0.08MPa）的臭氧化气流量第一室：第二室：第三室：（7）微孔扩散元件数第一室：取510个第二室：取340个第三室：取170个每只扩散元件的总表面积，微孔扩散板（d为扩散板直径，产品提供为0.2m）气体扩散速度（m/h）,依微孔材料及其微孔孔径和扩散气泡直径而定，此处使用WTD3型微孔钛板。则微孔孔径为R=30，系数a=0.19，b=0.066，气泡直径取2mm，则气体扩散速度所需臭氧发生器工作压力H的计算（1）塔内水柱高为=5m布水元件水头损失查资料,=0.2kPa=0.02m（2）臭氧化气输送管道水头损失臭氧化气采用DN25管道输送，总长95m，输送管道的沿程及局部水头损失按=0.45m考虑。臭氧尾气处理采用型号BHF3-DOCAT240的臭氧尾气破坏器，利用热分解原理将臭氧分解。活性碳滤池的设计计算此处生物活性碳滤池采用V型滤池池型平面尺寸计算（1）每组滤池所需面积Q滤池设计流量（）n滤池分组数（组），设计中取n=2。v设计滤速（m/h），一般采用8~20m/h。设计中取12m/h。（2）单格滤池面积N每组滤池分格数（格），设计中取N=4。一般规定V型滤池的长宽比为2：1~4:1,滤池长度一般不宜小于11m；滤池中央气水、分配槽将滤池宽度分成两半，每一半的宽度不宜超过4m。设计中采用其长宽比为2.5：1，即取L=14.83m，B=6m。则：（3）单格滤池的实际面积B单格池宽（m）L单格池长（m）（4）正常过滤时实际滤速一组滤池的设计流量（）一格冲洗时其他3滤格的滤速进水系统设计计算（1）进水总渠净宽H1进水总渠内水深,设计取1m.进水总渠内流速(m/s),一般采用0.6~1.0m/s,设计取0.8m/s.（2）手动闸孔断面面积滤池表面扫洗强度(,一般为1.7~2.0(,设计取1.8(进孔流速,m/s,一般为0.4~1.0m/s设计取0.8m/s.（3）手动阀阀口处水头损失（4）气动隔膜阀断面面积考虑单格冲洗时,则（5）气动隔膜阀阀口处水头损失（6）进水堰堰上水头m薄壁堰流量系数,一般采用0.42~0.50.此处取0.45b堰宽(m),设计取4m.（7）V型进水槽槽内水深Q2进入V型滤水槽的流量()设计中每格滤池设两个V型进水槽，V型进水槽内流速,一般采用0.6~1.0,设计取0.8.V型槽夹角,=50°~55°,设计取52°.（8）V型槽扫洗小孔表面扫洗流量--表面扫洗水强度，此处采用2.0小孔总面积孔口流量系数,取值0.62.小孔直径小孔数目(个),取每个V型槽上扫洗小孔数目45个,则=90个.验算小孔流速反冲洗系统设计计算（1）气水分配渠(按反冲洗水流量计算)反冲洗水流量反冲洗强度,一般采用4~6,此处取5气水分配渠内水深气水分配渠中水的流速,一般采用0.8~1.5m/s,设计取0.8m/s.B2气水分配渠宽度,设计取0.5m.（2）配水方孔面积和间距配水方孔总面积：配水方孔流速，一般采用0.5m/s.方孔个数：取90个单个方孔的面积，设计取=0.10*0.10m2在气水分配渠两侧分别布置45个配水方孔，孔口间距0.4m.（3）布气圆孔的间距和面积布气圆孔的数目及间距和配水方孔相同，采用直径为60mm的圆孔，其单孔面积为0.0028mm2,所有圆孔面积的和为90*0.0028=0.252m2.（4）空气反冲洗时所需空气流量空气冲洗强度，一般取13~17，设计采用15。空气通过圆孔的流速为1.332/0.252=5.286m/s。（5）底部配水系统底部配水系统采用QS型长柄滤头，材质为ABS工程塑料，数量为55只/m2,滤头安装在混凝土滤板上，滤板搁置在梁上。滤头长28.5cm；滤帽上有缝隙36条；滤柄上部有2mm气孔，下部有长65mm、宽1mm条缝。滤板、滤梁均为钢筋混凝土预制件。滤板制成正方形。滤梁的宽度为10cm，高度和长度根据实际情况决定。设计中滤板下清水区的高度取H3=0.88m。过滤系统设计计算滤料选用活性碳滤料，粒径0.5~3mm，不均匀系数K60=1.5~2,固定床滤池碳层厚度一般为1.0-2.5m,设计中取滤层厚度H4=2m。滤层上面水深一般采用1.5~2m，设计中取滤层上水深H5=1.5m。承托层采用分层级配，共五层，其粒径级配排列由下至上为8-16mm,厚为50mm;4-8mm,厚为50mm;2-4mm,厚为50mm;4-8mm,厚为50mm;8-16mm,厚为50mm。排水系统设计计算排水渠终点水深排水渠流速，一般采用1.5m/s，设计取1.8m/s。设计中取排水渠和气水分配渠等宽。排水渠起点水深排水渠临界水深排水渠起点水深：排水渠底坡，=8.2%排水渠长度，设计取排水渠长度同滤池长度，即14.83m。按照要求，排水槽堰顶应高出滤料0.5，则中间渠总高为滤板下清水区的高度+滤板厚+承托层厚+滤料层厚+0.5，即0.88+0.10+0.25+2.00+0.5=3.73m。滤池总高度滤板下清水区的高度；活性碳滤层厚度；滤层上水深；滤板厚度,设计中取0.12m；承托层厚度，设计中取0.25m；超高，设计中取0.3m。污水处理之生化处理——A-A-O工艺A-A-O工艺设计根据规范GB50014-2006《室外排水设计规范》，本次工艺设计可以采用厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷，首先根据要求进行判断：BOD5/TN=150/35=4.28＞4，BOD5/TP=150/3.5=42.8＞17，符合要求。由于本次设计中进水水质含磷量并不高，故综合考虑下，不采用改良型A-A-O工艺（加强对磷的处理）。设计参数水力停留时间根据规范，水力停留时间宜为7~14h，本设计取t=8h。曝气池内活性污泥浓度一般取取2000~4000mg/L，本设计曝气池内活性污泥浓度取Xv=3000mg/L。回流污泥浓度Xr=106/SVI×r=106/100×1.2=12000mg/LXr—回流污泥浓度（mg/L）；SVI—污泥指数，一般采用100；r—系数，一般采用r=1.2。污泥回流比Xv=[R/(1+R)]×Xr,即3000=[R/(1+R)]×9000，解得R=0.50R—污泥回流比；Xr’—回流污泥浓度（mg/L），Xr’=fXr=0.75×12000=9000TN去除率e=[（S1-S2）/S1]×100%e—TN去除率（%）；S1—进水TN浓度；S2—出水TN浓度，其中S2取15mg/L则e=（35-15）/35*100%=57.1%。内回流倍数R内=e/(1-e)=0.571/（1-0.571）=1.33，设计中取R内为140%平面尺寸计算总有效容积V=Qt=205000×8/24=68333m³V—总有效容积（m3）；Q—进水流量（m3/d），按平均流量计；t—水力停留时间（d）。厌氧、缺氧、好氧各段内水力停留时间的比值为1:1:3，则每段的水力停留时间分别为：厌氧池内水力停留时间t1=1.6h；缺氧池内水力停留时间t2=1.6h;好氧池内水力停留时间t3=4.8h。平面尺寸曝气池总面积A=V/h=68333/7.5=9111.07m2,式中，A—曝气池总面积（m2）；h—曝气池有效水深（m）。设计中取h=7.5m。每组曝气池面积（曝气池座数N=2）A1=A/N=9111.07/2=4555.53m2，式中，A1—每座曝气池表面积（m2）；N—曝气池个数，设计中取N=2。每组曝气池共设5廊道，第1廊道为厌氧段，第2廊道为缺氧段，后3个廊道为好氧段，每廊道宽取10m，则每廊道长：L=A1/bn=4555.53/(5×10)=91.11m，式中，L—曝气池每廊道长（m）；b—每廊道宽度（m）；设计中取b=10mn—廊道数。设计中取n=5。进出水系统曝气池进水设计反应池进水设计流量Q1=QKz=205000×1.45/3600/24=3.44m³/s，其中Kz取1.45回流污泥渠道设计流量QR=RQ=0.5×2.37=1.185m³/s污水最大流量Qs=Q1=3.44m³/s初沉池的来水通过DN1200mm的管道送入厌氧—缺氧—好氧曝气池首端的进水渠道，管道内的水流速度为1.52m/s。在进水渠道内，水流分别流向两侧，从厌氧段进入，进水渠道宽度为2m，渠道内水深为1.0m，则渠道内的最大水流速度为：V1=Qs/(Nb1h1)=3.44/(2×2×1)=0.86m/s式中，V1—渠道内最大水流速度（m/s）；b1—进水渠道宽度（m）；设计中取b1=2.0mh1—进水渠道有效水深（m），设计中取h1=1.0m。反应池采用潜孔进水，孔口面积F=Qs/Nv2=3.44/(2*1)=1.72m2,式中，F——每座反应池所需孔口面积（m2）；v2——孔口流速（m/s），一般采用0.2~1.5m/s。设计中v2取1.0m/s。设每个孔口尺寸为0.6*0.6m，则孔口数：n=F/f=1.72/(0.6*0.6)≈5个。式中，n—每座曝气池所需孔口数（个）；f—每个孔口的面积（m2）。曝气池的出水设计厌氧—缺氧—好氧池的出水采用矩形薄壁堰，跌落出水，堰上水头：式中，H——堰上水头（m）；Q——每座反应池出水量（m3/s），Q=Qs+QR=3.44+1.185=4.625m³/s；m——流量系数，一般采用0.4~0.5；本设计取m=0.4；b——堰宽（m），与反应池宽度相等。本设计中取b=10.0m。厌氧—缺氧—好氧池的最大出水流量为4.625m3/s，出水管采用DN2000，送往二沉池，管道内的流速为1.46m/s。其他管道设计污泥回流管在本设计中，污泥回流比为0.5，从二沉池回流过来的污泥通过两根DN500的回流管道分别进入首端两侧的厌氧段，管内污泥流速为0.9m/s。硝化液回流管硝化液回流比为200%，从二沉池出水回至缺氧段首端，硝化液回流管道管径为DN1000mm，管内流速为1.1m/s。剩余污泥量剩余污泥量W=aQ平Sr-bVXv+LrQ平×50%式中，W—剩余污泥量（kg/d）；a—污泥产率系数，一般采用0.5~0.7；本设计取a=0.6b—污泥自身氧化系数（d-1）,一般采用0.05~0.1；本设计取b=0.05Q平—平均日污水流量（m3/d）；Lr—反应池去除的SS浓度（kg/m3），Lr=200-10=190mg/L=0.19kg/m3;Sr—反应池去除BOD5浓度（kg/m3），Sr=150-10=140mg/L=0.14kg/m3。则有：W=0.6×205000×0.14-0.05×68333×3+0.19×205000×50%=17220-10250+19475=26445kg/d曝气系统设计计算1平均时需氧量=1204KgO2/h其中，——活性污泥微生物每代谢1kgBOD所需要的氧量，本设计取0.5；——每kg活性