水质工程学2课程设计

水质工程学课程设计设计目的根据设计任务书中所给予的原始资料，对某些小镇的污水处理厂进行设计。通过设计学会运用原始资料，确定污水处理方案的一般原则，熟悉有关构筑物的计算方法和了解设计步骤及规律，使学到的基本知识，理论知识和基本技能能得到一次综合性的训练。设计内容根据所提供的原始资料，确定污水所需要的处理程度，并选择处理方法。根据污水处理程度结合污水厂的地形条件，选择污水、污泥的处理流程和处理构筑物。对所选择的处理构筑物进行工艺设计计算，确定形式和主要尺寸。绘制污水厂的总体布置（包括平面布置和高程图）。编写说明书。设计原始资料某小镇污水厂附近地形图一张，该城镇人口数为5万人。污水流量：日平均流量Q=7500m3/d。日变化系数和时变化系数分别为Kd=1.2,Kh=1.33。污水水质：平均水温为：23℃。处理前BOD5=250mg/L,SS=330mg/L。污水经过二级处理后DO=2mg/L，处理后的污水排入附近河流。水文及地质资料污水厂附近最高洪水位260m，该河95%保证率的枯水量为1.5m3/s，河流流速为0.8m/s，夏季河水平均温度17℃，河水中溶解氧为2mg/L，河水中原有BOD5为3mg/L，悬浮物含量为59mg/L.污水厂址地下水位距地表15m左右，土壤为砂质粘土，抗压强度在1.5公斤/cm2以上。土壤年平均温度12℃，最低温度2℃。气象条件夏季主导风向为西南风，气压为730.2mm汞柱，年平均气温为15.1℃，冬季最低月平均温度为8其他资料厂区附近无大片农田。拟由省建筑公司施工，各种建筑材料均能供应。电力供应充足。设计步骤及方法根据给定的原始资料，确定污水厂的规模和污水设计水量、水质。由处理污水量可知，该污水厂属于小型污水处理厂。Qmax=Q×Kh×Kd=7500×1.33×1.2/24=498.75m3/h=①：地表水环境质量标准：DO≥5mg/L（本课程设计中不考虑有毒物质），为满足DO≥5mg/L要求，可根据氧垂曲线进行计算求出L处理后。②：城镇污水处理厂污染物排放标准，见下表：城镇污水处理厂污染物排放标准mg/L基本控制项目一级标准（A/B）二级标准（A/B）三级标准（A/B）化学需氧量（COD）50/6060/60100/120生化需氧量（BOD）10/2020/2030/30悬浮物（SS）10/2020/2030/30本设计要求为一级B标。确定污水处理程度：①：生化需氧量（BOD）的处理程度η=（250-20）/250×100%=92%②：悬浮物（SS）的处理程度η=（330-20）/330×100%=93.9%污水、污泥的处理方法及处理工艺：本课程设计采用如下工艺流程：污水→格栅→沉砂池→初沉池→曝气沉淀池→排水↓↓↓浓缩↓↓↓→脱水→污泥外运各处理单元构筑物计算、并绘出计算草图。①：格栅栅条采用矩形断面10×50mm，过栅水头损失直接取10cm，栅条间距取e=20mm，过栅流速取v=1.0m/s，格栅倾角α=60°，污水量Qmax=138.54L/s，设格栅进水宽度B1=0.4m，则进水水深h=0.35m。栅条间隙数：n=Qmax×√sinα/ehv=18.41≈19个栅槽宽度：栅条宽度S=10mmB=S×（n-1）+e×n=0.56进水槽渐宽部分展开角α1=20°故：l1=(B-B1)/2tanα1=0.25m栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：l2=l1/2=0.12m过栅水头损失h1=0.1m栅后槽总高度：取栅前渠道超高h2=0.3m，栅前槽高H1=h+h2=0.65m，H=h+h1+h2=0.75m栅槽总长度：L=l1+l2+0.5+1.0+H/tan60°=0.25+0.12+1.5+0.54=2.41m每日排渣量：W=Qmax×W1×86400/(Kh×Kd×1000)=0.525m采用机械排清渣②：沉砂池1）：沉砂池水流部分长度取最大流速v=0.25m/s，最大流速的停留时间t=40s，则水流部分长：L=v×t=0.25×40=10m2):水流断面积A=Qmax/v=0.139/0.25=0.556m23）：池总宽度B=A/h2=0.556/0.4=1.39m沉砂池设2个，宽度为0.695m4）：沉砂斗容积V=Q×X1×t’/100000=0.45m5）：每个沉砂斗所需容积V0=V/n=0.45/4=0.1125m6）：砂斗实际容积的计算设斗底宽a1=0.3m、倾角α=60°，斗高h3’=a=2h3’/tan60+a1=单斗实际容积：V0’=0.36＞V07）：沉砂池高h3=h3，+il=0.6+0.05×3.83=0.79m8）：沉砂池总高度h=h1+h2+h3=0.3+0.4+0.79=1.49m9）验算Qmin=Q平均/2=0.0695m3Vmin=Qmin/(n·W)=0.0695/(1×0.4×1.17)=0.15m最小流速Vmin≥0.15m/s,符合要求。③：沉淀池沉淀区尺寸设计沉淀区有效水深h2=qt=1.5×2=3m沉淀区有效容积V1=Qmax×t=(7500×1.2×1.33/24)×2=997.5沉淀区长度：L=3.6vt=3.6×4.5×2=32.4m沉淀区总宽度：B=A/L=10.26m沉淀池分格数：n=B/b=10.26/1.71=6校核长宽比、长深比L/b=32.4/1.71=18.9>4;L/h2=32.4/3=10.8>8,符合要求。污泥区计算污泥量W=97.26每座沉淀池的污泥量W1=97.26/6=16.21m3每座沉淀池两个污泥斗污泥斗容积：V1=8.228.22×2=16.44＞16.21故每座沉淀池的污泥斗可储存2d的污泥量，满足要求。沉淀池总高度H=h1+h2+h3+h4=0.3+3+0.6+5.0=8.9m沉淀池总长度L=0.5+0.3+32.4=40.4m（5）出水堰长度复核设一道倒流墙每池出水堰长度为：1.71+12×2×2=49.71出水负荷为：7500×1.2×1.33×1000/(86400×6×49.71)=0.46合格。④：曝气池污水处理程度的计算及曝气池的运行方式污水处理程度的计算原污水的BOD（S0）值为250mg/L，经初沉池处理，BOD5按降低25%考虑，则进入曝气池的污水，其BOD5（Sa）值为：Sa=250×（1-25%）=187.5mg/L，计算去除率，首先计算处理水中非溶解性BOD5值，即：BOD5=7.1bXaCe=7.1×0.08×0.4×20=4.54mg/L处理水中非溶解性BOD5值为：20-4.54=15.46mg/L去除率η=（150-15.46）/150×100%=89.69%曝气池的运行方式在本设计中考虑曝气池运行方式的灵活性和多样性，以传统活性污泥系统为基础。曝气池的计算与各部位尺寸的确定（曝气池按BOD污泥负荷法计算）BOD污泥负荷率的确定拟定采用的BOD污泥负荷率为0.3kgBOD5/(kgMLSS·d)。但为稳妥计，需加以校核，校核公式为：Ns=k2Sef/η=0.0232×15.46×0.75/89.69%=0.30BOD5/(kgMLSS·d)计算结果证明所取值是合适的。确定混合液污泥浓度（X）根据已确定的Ns值，查得相应的SVI值为100-120，取值120则X=R·r·1000000/(1+R)·SVI=1.2×50%×1000000/(1.2+50%)×120=3333mg/L3)确定曝气池容积V=QSa/XNs=7500×150/(3333×0.3)=1125.1m4)确定曝气池各部位尺寸设两组曝气池，每组容积为1125.1/2=562.55m池深取3.5m，则每组曝气池的面积为F=562.55/3.5=160.73m2设五廊道式曝气池，廊道长L1=L/5=8.66m取超高0.3m,则池总高度为：3.5+0.3=3.8m曝气系统的计算与设计本设计采用鼓风曝气系统平均时需氧量的计算O2=a’QSr+b’VXv=1050.0kg/d=43.75kg/h2)最大时需氧量的计算K=1.2×1.33O2（max）=1424.4kg/d=59.35kg/h3)每日去除的BOD5值BOD5=7500×（187.5-20）/1000=1256.25kg/d4)去除每kgBOD的需氧量△O2=1050.0/1256.25=0.836kgO2/kgBOD5)最大时需氧量与平均时需氧量之比O2（max）/O2=1.36供气量的计算采用网状膜型中微孔扩散器，敷设于池底0.2m处，淹没水深3.3m，计算温度定为30℃空气扩散器出口处的绝对压力PbPb=1.013×100000+9.8×3.3×1000=133640Pa空气离开曝气池面时，氧的百分比Ot=21(1-EA)/(79+21(1-EA))×100%=18.43%（EA=12%）曝气池混合液中平均氧饱和度Csb(T)=Cs(Pb/202600+Ot/42)=8.36mg/L4)换算为20℃R0==79.66kg/h相对的最大时需氧量为：R0（max）=127.14kg/h5)曝气池平均时供气量Gs=100R0/0.3EA=2212.8m6)曝气池最大时供气量Gs=3531.6m7）去除每kgBOD5的供气量2212.8×24/1256.25=42.3m38)每m3污水的供气量2212.8×24/7500=7.1m3空气/m3⑤：浓缩池（1）污泥产量的计算剩余生物污泥量△Xv=YQ(S0–Se)+KdVXv=0.5×7500×（250-20）/1000+0.06×1125.1×2500/1000=1031.265kg/d剩余非生物污泥△Xs=Q(1-fb·f)(C0–Ce)=7500×（1-0.7×0.75）×（330-20）/1000=1104.375kg剩余污泥总量△X=△Xv+△Xs=2135.64kg/d取剩余污泥含水率97%即固体浓度C0=30kg/m3，则剩余污泥含泥率为3%所以剩余污泥量Q=△X/3=71.188m3/d(2)浓缩池面积A=QC0/Cu=71.88×30/30=71.188m(3)浓缩池直径两个池子，每个面积为35.6m3(4)浓缩池高浓缩池工作部分有效水深h2=QT/24A=1.25m超高h1=0.3m，缓冲高h3=0.2m，浓缩池采用重力排泥，池斗壁与水平面角度a=55°，污泥斗下底直径0.6m，则污泥斗高度h4=（6.7-0.6）/2·tan55°=3.57m则浓缩池总高度h=5.32m计算草图如下：⑥：带式压滤机脱水污泥经浓缩后含水率降低取90%，由公式：得出：污泥量=2135.64×（1-97%）/（1-90%）=640.692kg/d压滤机每天工作8小时，则脱水处理量为640.692/8=80kg/h采用三台带式压滤机，两用一备。五、污水厂的平面布置污水厂平面布置原则如下：1）处理构筑物的布置应紧凑，节约用地；2）处理构筑物应尽可能的按流程顺序布置，以避免管线迂回，同时应充分利用地形，减少土方量；3）经常有人工作的建筑物如办公，化验等用房应布置在夏季主导风向的上风一方；4）在布置总图时，应考虑安装充分的绿化地带；5）总图布置应考虑近远期结合；6）构筑物之间的距离应考虑敷设管道的位置，运转管理的需要和施工的要求，一般采用5—10m；7）处理构筑物应尽可能布置成单独的组合，以策安全，并方便管理；8）污水厂内管线很多，应综合考虑，避免发生矛盾，污水管和污泥管应尽可能考虑重力自流；9）污水厂内应设超越管线；具体布置见总平面图污水厂厂址的选择：对具体厂址的选择，须进行深入调查研究和详尽的技术经济比较。其一般原则如下：1）厂址与规划居住区或公共建筑群的卫生防护距离应根据当地具体情况，与有关部门协商确定，一般不少于300m。2）厂址应在城镇集中供水水源下游，至少500m。3）厂址应尽可能少占农田或不占良田，且便于农田灌溉和消纳污泥。4）厂址应尽可能设在城镇和工厂夏季主导风向的下方。5）厂址应设在地形有适当坡度的城镇下游地区，使污水有自流的可能，以节约动力消耗。6）厂址应考虑汛期不受洪水威胁。7）厂址的选择应考虑交通运输、水电供应地质、水文地质等条件。8）厂址的选择应结合城镇总体规划、考虑远景发展、留有充分扩建的余地。综上，本设计将污水厂设在镇区以外的东北方向、靠近河流处，在小镇地形图中的具体位置为（Y：500X：900地面高程为271.0）周围六、污水厂的高程布置1）要保证污水在各构筑之间能顺利自流；2）污水厂的出水管高程，须保证不受洪水