水质工程学课程设计1

科学技术学院课程设计任务书〔工科及局部理科专业使用〕题目：某城市9000m3/d生活污水SBR处理工艺设计学科部：理工学科部专业：给水排水工程班级：给水排水2009学号：7013009009学生姓名：王鑫起讫日期：1.26～201212.07指导教师：王晓玭某城市9000m3/d生活污水SBR处理工艺设计1概述1.1设计工程某城市污水处理厂污水处理工艺初步设计1.2进水水质及出水要求水质工程进水水质(mg/l)出水水质(mg/l)BODCODSS100~130200~25070~150≤20≤60≤202工艺流程原水粗格栅提升泵房细格栅沉砂池SBR法排水污泥处置脱水机房污泥浓缩池3设计计算3.1原始设计参数原水量Q=9000m3/d=375m3/h=m3/s流量总变化系数为Kz=设计流量Qmax=KzQ×m3/s=0.177m3/s3.2格栅格栅一般斜置在进水泵站之前，主要对水泵起保护作用，截去生活水中较大的悬浮物，它本身的水流阻力并不大，水头损失只有几厘米，阻力主要产生于筛余物堵塞栅条，一般当格栅的水头损失到达10~15厘米时就该清洗。格栅按形状可分为平面格栅和曲面格栅两种，按格栅栅条间隙可分为粗格栅〔50~100mm〕，中格栅〔10~40mm〕，细格栅〔3~10mm〕三种。格栅结构示意图3/d,为改善劳动与卫生条件，选用机械清渣，由于设计流量小，悬浮物相对较少，采用一组中格栅，既可到达保护泵房的作用，又经济可行，设置一套带有人工清渣格栅的旁通事故槽，便于排除故障。栅渣量与地区特点，格栅的间隙大小，污水流量以及下水道系统的类型等因素有关，在无当地资料时，可采用：3m3污水3m3污水栅渣的含水率一般为80%，容重约为960kg/m3。栅条的断面形状有圆形、锐边矩形、迎水面为半圆形的矩形、迎水面背水面均为半圆的矩形几种。而其中迎水面为半圆形的矩形的栅条具有强度高，阻力损失小的优点[5]。〔1〕变化系数 Kz平均日流量： =9000m3/d=375m3/h=()〔2〕最大日流量： ×0.104m3/s=0.177m3/s〔3〕设过栅流速： =0.8m/s(取0.6~1.0m/s)〔4〕通过格栅的水头损失： h10m)〔5〕栅前水深： h(取0.3~0.5m)〔6〕格栅安装倾角： α=60̊(取~)〔7〕机械清渣设备：采用链条式格栅除污机〔1〕中格栅〔2个〕格栅间隙数 n==7个 Qmax——最大废水设计流量m3/s——格栅安装倾角~取60̊ h——栅前水深m b——栅条间隙宽度取30mm——过栅流速m/s验算平均水量流速=0.80m/s符合(0.65~1.0)〔2〕栅渠尺寸B2=s(n-1)+nb(77=0.33(m)圆整取B2s——B2——格栅宽度m进水渠宽 B1===0.2(m)栅前扩大段L1===0.14(m)——渐宽局部的展开角，一般采用栅后收缩段 L2L1=0.07(m)栅条总长度L=L1+0.5++1.0+L2=0.14+0.5+=2(m)——〔3〕水通过格栅的水头损失设栅条断面为锐边矩形断面=2.42，k=3=5(m)〔4〕栅渣量〔总〕W==5(m3/d)<0.2m3/dW1取0.03,宜采用人工清渣。3.3污水提升泵房根据污水流量，泵房设计为L×B=15×9m。提升泵选型：采用LXB型螺旋泵型号：LXB-1100螺旋外径D：1100mm转速：48r/min流量Q：875m3/h提升高度：5m功率：15Kw泵后细格栅〔2个〕公式计算同上〔1〕格栅间隙数n===32(个)其中b取5mmh反带验算得~1.0m/s)〔2〕栅渠尺寸B2=s(n-1)+nb32=0.5(m)栅条宽度s进水渠宽B1===0.20(m)栅前扩大段L1===0.18(m)取栅后收缩段L2=0.5L1栅条总长度L=L1+0.5++1.0+L2=0.18+0.5+=2m〔3〕水通过格栅的水头损失设栅条断面为圆形断面==0.5(m)〔4〕每日栅渣量W：在b=5mm情况下，设栅渣量为3/103m3污水W===0.2(m3/d)<=0.2m3/d采用人工清渣。钟氏沉砂池沉砂池按池内水流方向不同可分为：平流式、竖流式、旋流式；按有池型可分为4种：平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气式沉砂池、钟氏沉砂池。普通平流沉砂池的主要缺点是沉砂中含有15%的有机物，使沉砂的后续处理难度增加。竖流式沉砂池是污水自下而上由中心管进入池内，无机物颗粒藉重力沉于池底，处理效果一般较差。曝气沉砂池〔见可以克服这一缺点，但本设计的流量小，不满足曝气沉砂池的最小有小水深。近年来日益广泛使用的旋流式沉砂池是利用机械力控制流态与流速，加速沙粒的沉淀，有机物那么被留在污水中，具有良好的沉沙效果，占地省等优点。表3-5-1旋流式沉沙池II型号尺寸〔mm〕钟氏式沉沙池II为涡流式的沉沙池，其尺寸由进水量决定。各部件尺寸见图与表.3.6SBR反响池设计方法有两种：负荷设计法和动力设计法[8]，本工艺采用负荷设计法。根据工艺流程论证，SBR法具有比其他好氧处理法效果好，占地面积小，投资省的特点，因而选用SBR法。SBR是序批式间歇活性污泥法的简称。该工艺由按一定时间顺序间歇操作运行的反响器组成。其运行操作在空间上是按序排列、间歇的。污水连续按顺序进入每个池，SBR反响器的运行操作在时间上也是按次序排列的。SBR工艺的一个完整的操作过程，也就是每个间歇反响器在处理废水时的操作过程，包括进水期、反响期、沉淀期、排水排泥期、闲置期五个阶段，如图3-3。这种操作周期是周而复始进行的，以到达不断进行污水处理的目的。对于单个的SBR反响器来说,在时间上的有效控制和变换，即到达多种功能的要求，非常灵活。进水期反响期沉淀期排水期闲置期SBR工艺操作过程SBR工艺特点是：(1)工程简单，造价低；(2)时间上有理想推流式反响器的特性；(3)运行方式灵活，脱N除P效果好；(4)良好的污泥沉降性能；(5)对进水水质水量波动适应性好；(6)易于维护管理。SBR工艺的操作过程如下：①进水期进水期是反响池接纳污水的过程。由于充水开始是上个周期的闲置期，所以此时反响器中剩有高浓度的活性污泥混合液，这也就相当于活性污泥法中污泥回流作用。SBR工艺间歇进水，即在每个运行周期之初在一个较短时间内将污水投入反响器，待污水到达一定位置停止进水后进行下一步操作。因此，充水期的SBR池相当于一个变容反响器。混合液基质浓度随水量增加而加大。充水过程中逐步完成吸附、氧化作用。SBR充水过程，不仅水位提高，而且进行着重要的生化反响。充水期间可进行曝气、搅拌或静止。曝气方式包括非限制曝气〔边曝气边充水〕、限制曝气〔充完水曝气〕半限制曝气〔充水后期曝气〕。②反响期在反响阶段，活性污泥微生物周期性地处于高浓度、低浓度的基质环境中，反响器相应地形成厌氧—缺氧—好氧的交替过程。虽然SBR反响器内的混合液呈完全混合状态，但在时间序列上是一个理想的推流式反响器装置。SBR反响器的浓度阶梯是按时间序列变化的。能提高处理效率，抗冲击负荷，防止污泥膨胀。③沉淀期相当于传统活性污泥法中的二次沉淀池，停止曝气搅拌后，污泥絮体靠重力沉降和上清液别离。本身作为沉淀池，防止了泥水混合液流经管道，也防止了使刚刚形成絮体的活性污泥破碎。此外，SBR活性污泥是在静止时沉降而不是在一定流速下沉降的，所以受干扰小，沉降时间短，效率高。④排水期活性污泥大局部为下周期回流使用，过剩污泥进行排放，一般这局部污泥仅占总污泥的30%左右，污水排出，进入下道工序。⑤闲置期作用是通过搅拌、曝气或静止使其中微生物恢复其活性，并起反硝化作用而进行脱水。3.6.2SBR反响池容积计算处理要求:(1)主要参数工程进水水质(mg/l)出水水质(mg/l)BOD5CODcrSS100~130200~25070~150≤20≤60≤20BOD-污泥负荷 BOD5/CODcr=设SBR运行每一周期时间为8h，进水1.0h，反响(曝气)〔4.0~5.0h〕取4h，沉淀2.0h，排水〔0.5h~1.0h〕取1h。周期数n:n=24/8=3LS=QS——污水进水量〔m3/d〕CS——进水的平均BOD5〔mg/L〕CA——曝气池内MLSS浓度〔mg/L〕V——曝气池容积〔m3〕e——曝气时间比e=n×TA/24n——周期数〔周期/d〕TA——一个周期的曝气时间〔h〕SBR处理污泥负荷设计为LS=0.4kgBOD/(kgMLSSd)根据运行周期时间安排和自动控制特点，SBR反响池设置2个。〔2〕1〕反响池容积V===6000m32)进水变动讨论由进水时间和进水量得变动理论，求得一个循环周期的最大流量变动比，超过一周期污水进水量△Q与V的比照△Q/V=(r-1)/m=(1.5-1)/4=如其他反响池尚未接纳容量，考虑流量之变动，各反响池的修正容量为 V’=V(1+△Q/V)=6000×〔1+0.125〕=6375m3反响池水深5m，那么必要的水面积为 6375÷5=1350m3此外，在沉淀排出工艺中可能接受污水进水量V的10%，那么反响池的必要平安容量为△V=△Q-△Q’=〔0.125-0.1〕×6375=160m3 V’=V+△V=6375+160=6535m3反响池水深5m，那么必要的水面积为6535÷5=1300㎡;SBR反响池为满足运行灵活及设备安装需要，设计为长方形，一端为进水区，另一端为出水区SBR反响池单池平面〔净〕尺寸为40×20m2〔长比宽在1/1~2/1〕水深为5.0m池深5.5m单池容积为V=40×20×5=4000(m3)2个池总容积ΣV=2V=2×4000=8000m3排水结束时水位h2=H×基准水位h3=H×顶峰水位h4=5m溢流水位h5=h4污泥界面h1=h2需氧量计算〔1)需氧量。需氧量为有机物BOD氧化需氧量O1、微生物自身氧化需氧量O2、好氧池一定的溶解氧O3量之和。即Oa=O1+O2+O3有机物氧化需氧量O1O1=aQ〔S0-Se〕=0.45×9000×〔0.13-0.02〕=445kg/d式中a—去除每1kgBOD的需氧量，kgO2/kgBOD，；,-进水BOD与出水BOD，kg/m3；Q—进水量，m3/d。微生物自身氧化需氧量O2O2=bXV=0.12×4×6000=2880kg/d其中b—微生物自身氧化系数，X—MLSS浓度，kg/m3V—好氧池有效容积，m3.维持好氧池一定溶解氧的需氧量O3O3=d〔Q+Qr+QC〕×10-3=1.5×9000×10-3=13.5kg/d式中d—好氧池末端溶解氧浓度，Qr—回流污泥浓度，m3/dQc—回流混合液量，m3/d反响池总需氧量Qa=770+2880+13.5=kg/d曝气时间为4h，每小时的需氧量kg/d〔2〕供气量计算设计采用塑料SX-1型空气扩散器，敷设SBR反响池池底，淹没深度H。SX-1型空气扩散器的氧转移效率为EA=8%。查表知20℃，30℃时溶解氧饱和度分为，气扩散器出口处的绝对压力Pb为：空气离开反响池时，氧的百分比为：反响池中溶解氧平均饱和度为：〔按最不利温度条件计算〕水温20℃时曝气池中溶解氧平均饱和度为：20℃时脱氧清水充氧量为：式中：α——污水中杂质影响修正系数，取0.8(0.78~0.99)β——污水含盐量影响修正系数，取0.9(0.9~0.97)Cj——混合液溶解氧浓度，取c最小为2ρ——气压修正系数反响池中溶解氧在最大流量时不低于,即取Cj，计算得：3.4鼓风能力取氧利用率EA为8%，根据供养能力，求得曝气空气量为：/m3〕每池每周期需氧量：布气系统计算反响池平面面积为10×9m×5m，鼓风机房出来的空气供气干管，在相邻两SBR池的隔墙上设两根供气支管，为2个SBR池供气。在每根支管上设20条配气竖管，为SBR池配气。每条配气管安装SX-I盆型曝气头25个，每池共500个扩散器，全池共1000个扩散器。每个扩散器的效劳面积为800m2/1000个=0.8m2/个。空气支管供气量为：那么每个曝气器的曝气量设空气干管流速v1=15m/s，支管流速v2=10m/s,小支管流速v3=5m/s，那么空气干管直径，选用钢管设支管数量n=10，那么空气支管直径，选用钢管安装曝气器的小支管数量为n=500，那么小支管直径：，选用钢管3.6风机供气压力估算曝气器的淹没深度，空气压力可按此式估算鼓风机的供气压力可采用70kPa，选择4台风机曝气，那么风机能力为：3.7清液排出装置污水进水量，池数，周期，排出时间，那么每池的排出负荷：设一套排出装置，其负荷为：排出装置的排出能力在最大流量比〔r=1.5〕时能够排出，所以排出能力为：3.8降解BOD生成污泥量及污泥管的计算式子中—活性污泥微生物对有机污染物的氧化分解过程的需氧量，即活性污泥微生物每代谢1kgBOD所需要的氧量，以kg计。设计取值范围为，实际取；—进水BOD浓度，取130mg/L—出水BOD浓度，取20mg/LQ—污水流量，m3/d〔2〕内源呼吸分解泥量(5-13)式子中b—活性污泥微生物通过内源代谢的自身氧化分解过程的需氧量，即每1㎏活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，以㎏计。设计取值范围为0—0.16，实际取0.15；—挥发性悬浮固体，〔MLVSS〕V—SBR池容积，〔3〕不可生物降解和惰性悬浮物量(5-14)式子中—进水悬浮固体浓度〔SS〕,取150㎎/L—出水悬浮固体浓度〔SS〕,取20㎎/L(4)剩余污泥量(5-15)(5)湿污泥量〔剩余污泥含水率=99.5%〕(5-16)〔6〕污泥排放假设污泥密度=1g/,对于SBR系统〔3池2周期〕，每池每周期排放的污泥量为：(5-17)3.9管径计算〔1〕排泥管的管径查资料得污泥的流速为0.5m∕s，排泥时间为〔〕h〔5-18〕由于排泥管径120mm小于200mm，那么排泥管用200mm。〔2〕进水管管径的计算查资料得进水的流速一般为0.6m∕s—1.5m∕s。取进水流速为1.0m∕s进水时间为，进水量为50m3，那么进水流量为m3∕sD进水管=取进水管管径为180mm〔3〕出水管管径的计算出水的排出时间为1.5h，排出的水量为50m3那么出水流量为m3∕s，出水的流速为1.0m∕sD出水管=取出水管管径为110mm3.10滗水器的选择现在的SBR工艺一般都采用滗水器〔见图3-7〕排水。滗水器排水过程中能随水位的下降而下降，使排出的上清液始终是上层清液。为防止水面浮渣进入滗水器被排走，滗水器排水口一般都淹没在水下一定深度[11]。图3-7旋转式滗水器示意图根据排水水量可分为50、100、200、300(m3∕h)等。根据本次设计的排水流量，选用100m3∕h的滗水器。3.6鼓风机房鼓风机房要给曝气沉砂池和SBR池供气，选用TS系列罗茨鼓风机。选用TSD-150型鼓风机三台，工作两台，备用一台。设备参数：3/min配套电机型号Y200L-4功率30kW转速1220r/min机组最大重量730kg设计鼓风机房占地LB=2010=200m2。3.7接触消毒池3.7.1设计说明城市污水经过一级或二级处理后，水质改善，细菌含量也大幅度减少，但其绝对值仍很可观，并有存在病源菌的可能。因此，污水排入水体前应进行消毒，特别是医院、生物制品以及屠宰场等有致病菌污染的污水，更应严格消毒。目前，用消毒剂消毒能产生有害物质，影响人们的身体健康已广为人知，氯化是当今消毒采用的普遍方法。氯与水中有机物作用，同时有氧化和取代作用，前者促使去除有机物或称降解有机物，而后者那么是氯与有机物结合，氯取代后形成的卤化物是有致突变或致癌活性的。所以，目前污水消毒一是要控制恰当的投剂量，二是采用其他消毒剂代替液氯或游离氯，以减少有害物的生成。消毒设备应按连续工作设置。消毒设备的工作时间、消毒剂代替液氯或游离氯，以减少有害物的生成。消毒设备应按连续工作设置，消毒设备的工作时间、消毒剂投加量，可根据所排放水体的卫生要求及季节条件掌握。一般在水源的上游、旅游日、夏季应严格连续消毒，其他情况时可视排出水质及环境要求，经有关单位同意，采用间断消毒或酌减消毒剂投量。目前常用的污水消毒剂是液氯，其次是漂白粉、臭氧、次氯酸钠、氯片、氯氨、二氧化氯和紫外线等。其中液氯效果可靠、投配设备简单、投量准确、价格廉价。其他消毒剂如漂白粉投量不准确，溶解调制不便。臭氧投资大，本钱高，设备管理复杂。其他几种消毒剂也有很明显的缺点，所以目前液氯仍然是消毒剂首选。3.7.2设计参数〔1〕水力停留时间T~3.7.3设计计算池体容积VV=QT=375×0.5=m3设消毒池池长L=12m，有3格，每格池宽b=3.0m，长宽比L/b=4。接触消毒池总宽B=nb=3×3.0=9.0m接触消毒池有效水深设计为H1=4m实际消毒池容积V`为V`=BLH1=15×9×4=540m3满足要求有效停留时间的要求。b加氯量计算设计最大投氯量为5.0mg/L；每日投氯量为W=250kg/d=10.4kg/h。选用贮氯量500kg的液氯钢瓶，每日加氯量为0.5瓶，共贮用10瓶。每日加氯机两台，一用一备；单台投氯量为10~20kg/h。配置注水泵两台，一用一备，要求注水量Q3~6m3/h，扬程不小于20mH2O。C混合装置在接触消毒池第一格和第二格起端设置混合搅拌机两台。混合搅拌机功率No为No=μQTG2/100式中QT——混合池容，m3；μ——水力黏度，20℃时μ×10-42；G——搅拌速度梯度，对于机械混合G500s-1。×10-4××30×500×500/(3×5×实际选用JBK—800框式调速搅拌机，搅拌器直径∮800mm，高度H2000mm，电动机功率4.0KW。3.8污泥处理系统污泥水分去除的意义和方法污水处理厂的污泥是由液体和固体两局部组成的悬浮液。污泥处理最重要的步骤就是别离污泥中的水分以减少污泥体积，否那么其他污泥处理步骤必须承当过量不必要的污泥体积负荷。污泥中的水分和污泥固体颗粒是紧密结合在一起的，一般按照污泥水的存在形式可分为外部水和内部水，其中外部水包括孔隙水、附着水、毛细水、吸附水。污泥颗粒间的孔隙水占污泥水分的绝大局部〔一般约为70%~80%〕，其与污泥颗粒之间的结合力相对较小，一般通过浓缩在重力的作用下即可别离。附着水〔污泥颗粒外表上的水膜〕和毛细水〔约10%~22%〕与污泥颗粒之间的结合力强，那么需要借助外力，比方采用机械脱水装置进行别离。吸附水〔5%~8%，含内部水〕那么由于非常牢固的吸附在污泥颗粒外表上，通常只能采用枯燥或者燃烧的方法来去除。内部水必须事先破坏细胞，将内部水变成外部水后，才能被别离。3.8污泥浓缩池[14]。根据需要选用间歇式重力浓缩池。图3-10带中心管间歇式浓缩池1—污泥入流槽；2—中心筒；3—出流堰；4—上清液排出管；5—闸门；6—吸泥管；7—排泥管〔1〕设计说明运行周期22h，其中进泥2.0h，浓缩15.0h，排水和排泥3.0h，闲置2.0h。浓缩前污泥量为80，含水率。〔2〕设计计算eq\o\ac(○,1)容积计算浓缩15.0h后，污泥含水率为96.5%，那么浓缩后污泥体积为V=V'(C0/C)=80×(1-99%%)=23那么污泥浓缩池所需要的容积应不小于80+23=103。eq\o\ac(○,2)工艺构造尺寸设计污泥浓缩池2个，单池容积不应小于52，。设计平面尺寸为，那么净面积为21，柱体局部污泥容积为105。浓缩池下部为锥斗，上口尺寸4×4，下口尺寸为，锥斗高为，那么污泥斗容积为120。污泥浓缩池总容积为105+120>52满足要求。〔3〕排水和排泥①排水浓缩后池内上清液利用重力排放，由站区溢流管道排入调节池。浓缩池设4根排水管于池壁，管径DN100mm。于浓缩池最高水位处置一根，向下每隔1.0m、0.6m、0.4m处设置一根排水管，下面三根安装蝶阀。②排泥浓缩后污泥泵抽送污泥贮柜。污泥泵抽升流量。浓缩池最低泥位。〔4〕设备选择选用CP(T)-55.5-100型沉水式污泥泵1台，购置2台，使用1台，备用1台，该泵工作流量，转速，电动机功率，质量。污泥脱水机房〔1〕污泥产量经过浓缩处理后，产生含水量为96.5%的干污泥。〔2〕污泥脱水机根据所需处理污泥量，选用DYQ300型带式压滤机1台，购置2台，使用1台，备用1台。该脱水机参数：处理量22~4.0，主机功率1.5kW，外型尺寸，设备质量。〔3〕干污泥饼体积V设泥饼的含水率为75%(3-65)3.11.2.4污泥棚堆放浓缩后的污泥,设计污泥厚度为4m,覆盖面积：L×B=12×5=60m2(3-66)即占地面积取60m2。4.附属构筑物规划序号名称个数占地面积〔m〕123456789门卫亭停车场食堂锅炉房浴池综合办公楼仓库职工娱乐中心变电所1111111115050101550356050表4-1附属构筑物列表5污水厂平面布置5.1平面布置一般原那么该污水处理厂为新建工程，总平面布置包括：污水与污泥处理工艺构筑物及设施的总平面布置，各种管线、管道以及渠道的平面布置，各种辅助建筑物与设施的平面布置。总平面布置适应遵守以下几点原那么：(1)污水及污泥处理构筑物是处理站的主体，应布局合理，其投资少及运行方便。应尽量应用厂区地形，使废水及污泥在各处理构筑物之间靠重力自流，同类构筑物之间配水均匀，切换简单，管理方便，不同构筑物之间距离适宜，衔接紧凑，一般在5~10m，污泥干化机脱水设备应在下风向，干化污泥能从旁门运走。(2)合理布置生产附属设备，泵房尽量集中，靠近处理构筑物，鼓风机房要靠近曝气池，和办公室保持必要的距离，以防止噪音干扰，变电所靠近最大的用户，有必要的堆煤场地，机修间应位于各主要设备附近。此外应合理布置车库，化验室等。(3)办公构筑物应与处理构筑物保持一定的距离，位于上风向。(4)废水及污泥采用明渠输送，以便检修