水质工程学课程设计

水质工程学课程设计一、课程设计目的水质工程学课程设计旨在培养学生综合运用水质工程学的基本理论和方法，解决实际水质处理问题的能力。通过课程设计，使学生深入了解水质处理工艺流程的选择、设计参数的确定、设备选型与计算等方面的知识，提高学生的工程设计能力、创新思维能力以及团队协作能力，为今后从事相关专业工作打下坚实的基础。

二、设计题目[具体城市名称]污水处理厂工艺设计

三、设计原始资料1.设计规模：[具体数值]m³/d2.进水水质BOD₅：[X]mg/LCOD：[X]mg/LSS：[X]mg/LNH₃N：[X]mg/LTP：[X]mg/L3.出水水质要求BOD₅：[X]mg/LCOD：[X]mg/LSS：[X]mg/LNH₃N：[X]mg/LTP：[X]mg/L

四、设计内容1.污水处理工艺选择根据进水水质、出水水质要求以及当地的实际情况，综合考虑各种污水处理工艺的优缺点，选择合适的处理工艺。对所选工艺进行详细的阐述，包括工艺流程、工作原理、适用范围等。2.各处理单元设计计算格栅：计算格栅的尺寸、栅条间距、过栅流速等参数。沉砂池：确定沉砂池的类型（平流式、曝气式等），计算沉砂池的尺寸、停留时间、沉砂量等。初次沉淀池：计算初次沉淀池的表面积、有效水深、停留时间、污泥回流比等参数。生物处理单元：根据所选生物处理工艺，计算曝气池（或其他生物处理设施）的容积、曝气系统的设计参数、污泥回流系统的设计参数等。二次沉淀池：计算二次沉淀池的表面积、有效水深、停留时间、污泥回流比等参数。深度处理单元（如有）：如果需要进行深度处理，如过滤、消毒等，计算相应处理单元的设计参数。3.污泥处理与处置设计污泥处理工艺流程，计算污泥产量、污泥回流比、污泥处理设备的选型与计算等。对污泥的最终处置方式进行说明，如填埋、焚烧、堆肥等。4.污水处理厂平面布置根据各处理单元的尺寸和工艺流程，进行污水处理厂的平面布置。合理安排各处理单元的位置，考虑厂区的交通、绿化、管道敷设等因素，绘制污水处理厂平面布置图。5.高程布置进行污水处理厂的高程布置，确定各处理单元的水位标高、水头损失等参数。保证污水能够顺利地通过各处理单元，同时尽量减少能耗。绘制污水处理厂高程布置图。

五、污水处理工艺选择1.工艺选择依据考虑到进水水质中有机物浓度较高，氨氮和总磷也有一定的去除要求，结合当地的实际情况和经济条件，选择具有良好有机物去除效果、脱氮除磷功能的活性污泥法作为主体处理工艺。活性污泥法是一种应用广泛、处理效果稳定的污水处理工艺，能够有效地去除污水中的有机物、氮和磷等污染物。2.工艺流程预处理：包括格栅、沉砂池，去除污水中的大颗粒杂质和砂粒。一级处理：初次沉淀池，去除污水中的悬浮物和部分有机物。二级处理：曝气池和二次沉淀池，通过活性污泥的作用，进一步去除污水中的有机物、氨氮等污染物。深度处理：根据出水水质要求，可增加过滤、消毒等深度处理单元，确保出水达标排放。污泥处理：对产生的污泥进行处理，包括污泥浓缩、脱水等，最终实现污泥的无害化处置。3.工艺流程说明污水首先进入格栅，去除大颗粒杂质，然后进入沉砂池，去除砂粒。经过预处理后的污水进入初次沉淀池，沉淀去除部分悬浮物和有机物。初次沉淀池出水进入曝气池，在曝气的作用下，活性污泥与污水充分混合，微生物分解污水中的有机物，同时进行硝化和反硝化反应，去除氨氮。曝气池出水进入二次沉淀池，沉淀分离活性污泥，污泥部分回流至曝气池前端，剩余污泥进入污泥处理系统。二次沉淀池出水经过深度处理（如过滤、消毒）后达标排放。

六、各处理单元设计计算1.格栅设计流量：$Q=[具体设计规模数值]m³/d=[Q/d]m³/h$过栅流速：$v=[X]m/s$栅条间距：$b=[X]mm$格栅尺寸计算：格栅宽度：$B=\frac{Q}{3600vH}$（$H$为格栅前水深，取$H=[X]m$）格栅长度：$L=1.2B$格栅高度：$h=H+[X]m$（$[X]$为超高，取$0.3m$）2.沉砂池类型选择：采用平流式沉砂池设计流量：$Q=[具体设计规模数值]m³/d$停留时间：$t=[X]min$沉砂池尺寸计算：沉砂池表面积：$A=\frac{Q}{60v}$（$v$为水平流速，取$v=[X]m/min$）沉砂池长度：$L=vt$沉砂池宽度：$B=\frac{A}{L}$沉砂池有效水深：$h=[X]m$沉砂量计算：每日沉砂量：$X=Q\times[X]kg/m³$（$[X]$为沉砂量，取$0.03kg/m³$）3.初次沉淀池设计流量：$Q=[具体设计规模数值]m³/d$停留时间：$t=[X]h$表面负荷：$q=[X]m³/(m²·h)$初次沉淀池尺寸计算：表面积：$A=\frac{Q}{q}$有效水深：$h=qt$沉淀池长度：$L=vt$（$v$为沉淀区水平流速，取$v=[X]mm/s$）沉淀池宽度：$B=\frac{A}{L}$污泥回流比：$R=[X]\%$污泥回流系统设计：污泥回流流量：$Q_R=RQ$污泥回流泵选型：根据污泥回流流量和扬程要求，选择合适的污泥回流泵。4.生物处理单元（曝气池）设计流量：$Q=[具体设计规模数值]m³/d$进水BOD₅浓度：$S_0=[X]mg/L$出水BOD₅浓度：$S_e=[X]mg/L$污泥浓度：$X=[X]mg/L$污泥龄：$\theta_c=[X]d$曝气池容积计算：根据污泥龄公式：$\theta_c=\frac{VX}{Q(S_0S_e)}$，可得曝气池容积$V=\frac{Q(S_0S_e)\theta_c}{X}$曝气系统设计：需氧量计算：采用动力学公式计算曝气池的需氧量，如$O_2=aQ(S_0S_e)+bVX$（$a$、$b$为系数，根据实际情况取值）曝气头选型与布置：根据曝气池的尺寸和需氧量，选择合适的曝气头，并进行合理布置。污泥回流系统设计：污泥回流比：$R=\frac{X}{X_r}1$（$X_r$为回流污泥浓度，取$X_r=[X]mg/L$）污泥回流流量：$Q_R=RQ$污泥回流泵选型：根据污泥回流流量和扬程要求，选择合适的污泥回流泵。5.二次沉淀池设计流量：$Q=[具体设计规模数值]m³/d$表面负荷：$q=[X]m³/(m²·h)$停留时间：$t=[X]h$二次沉淀池尺寸计算：表面积：$A=\frac{Q}{q}$有效水深：$h=qt$沉淀池长度：$L=vt$（$v$为沉淀区水平流速，取$v=[X]mm/s$）沉淀池宽度：$B=\frac{A}{L}$污泥回流比：$R=[X]\%$污泥回流系统设计：污泥回流流量：$Q_R=RQ$污泥回流泵选型：根据污泥回流流量和扬程要求，选择合适的污泥回流泵。6.深度处理单元（过滤）设计流量：$Q=[具体设计规模数值]m³/d$过滤速度：$v=[X]m/h$滤池面积计算：$A=\frac{Q}{v}$滤池尺寸设计：根据滤池面积和滤池形式（如普通快滤池、V型滤池等），设计滤池的尺寸。反冲洗系统设计：确定反冲洗强度、反冲洗时间等参数，设计反冲洗系统。7.消毒设计流量：$Q=[具体设计规模数值]m³/d$消毒方式选择：采用紫外线消毒紫外线消毒设备选型：根据设计流量和紫外线剂量要求，选择合适的紫外线消毒设备。

七、污泥处理与处置1.污泥产量计算初次沉淀池污泥产量：$Q_{s1}=Q(S_0S_e)\frac{\eta_1}{1000}$（$\eta_1$为初次沉淀池的污泥去除率，取$\eta_1=[X]\%$）二次沉淀池污泥产量：$Q_{s2}=Q(S_0S_e)\frac{\eta_2}{1000}$（$\eta_2$为二次沉淀池的污泥去除率，取$\eta_2=[X]\%$）总污泥产量：$Q_s=Q_{s1}+Q_{s2}$2.污泥处理工艺流程污泥浓缩：采用重力浓缩池，将污泥浓度提高。污泥脱水：采用带式压滤机或板框压滤机，将污泥进一步脱水。污泥处置：脱水后的污泥可进行填埋、焚烧、堆肥等处置。3.污泥处理设备选型与计算重力浓缩池设计：计算重力浓缩池的尺寸、停留时间等参数，选择合适的刮泥机。带式压滤机选型：根据污泥产量和脱水要求，选择合适型号的带式压滤机。板框压滤机选型：根据污泥产量和脱水要求，选择合适型号的板框压滤机。

八、污水处理厂平面布置1.平面布置原则满足工艺流程要求，使污水能够顺畅地通过各处理单元。合理布局各处理单元，减少占地面积。考虑厂区的交通、绿化、管道敷设等因素，便于运行管理和维护。2.平面布置图绘制根据各处理单元的尺寸和工艺流程，绘制污水处理厂平面布置图。在图中标明各处理单元的位置、尺寸、管道走向等信息。同时，合理安排厂区的道路、绿化区域等。

九、高程布置1.高程布置原则保证污水能够自流通过各处理单元，减少能耗。合理确定各处理单元的水位标高，避免出现积水现象。考虑厂区的地形条件，尽量减少土方工程。2.高程布置图绘制根据各处理单元的水位标高和水头损失，绘制污水处理厂高程布置图。在图中标明各处理单元的水位标高、管道标高、水头损失等信息。同时，标注出厂区的地面标高和地形起伏情况。

十、结论通过本次水质工程学课程设计，完成了[具体城市名称]污水处理厂的工艺设计。选择了活性污泥法作为主体处理工艺，并对各处理单元进行了详细的设计计算。同时，进行了污泥处理与处置设计