1、0水质工程课程设计以集宁区为设计原型系 部： 环境工程系 学生姓名： 郭晓斌 专业班级： 水质科学与技术二班 学 号： 14000455 指导教师： 鲁玥 2017 年 6 月 25 日1目 录1.目的 22.任务 23.设计内容和范围 .24.工程概况 34.1 城市现状与发展规划： .34.2 自然资料 .44.3 设计期限及建设分期 .55.设计计算概要 .55.1 污水处理厂位置的选择 .55.2 污水处理程度及处理流程的决定 .65.2.1 设计流量 .65.2.2 污水处理程度 .75.2.3 处理流程选择 .75.3 构筑物型式的选择 .125.3.1 格栅 .125.3.2 沉
2、砂池 .125.3.3 沉淀池 .135.4 生物处理单元 .135.4.1 污泥浓缩池 .135.4.2 污泥消化池 .145.4.3 脱水设备 .145.5 构筑物的设计计算 .145.5.1 格栅 .145.5.2 沉砂池 .165.5.3 初沉池 .185.5.4 曝气池 .205.5.5 二沉池 .255.5.7 贮泥池 .295.5.8 消化池 .295.5.9 真空过滤脱水机 .336污水厂平面与高程布置 356.1 总平面布置 356.2 污水厂管、渠道布置： 366.3 高程布置 366.3.1 污水高程计算如下： .396.3.2 污泥高程计算 .416.4 污水处理厂的配
3、水与计量 426.5 辅助建筑物 4326.6 厂区道路及绿化 437.设计依据 .448. 污水出路及污泥处置措施 .449. 污水处理效果的估计与分析 .453水质工程课程设计计算说明书1.目的 综合运用所学知识独立完成某一城市污水处理厂工艺设计，从而巩固课堂所学的理论知识，培养和提高学生解决生产实际问题的能力。学习工程设计的基本方法、步骤、技术资料的运用；训练基本计算方法、及绘图能力；综合运用理论知识解决实际工程问题；熟悉贯彻国家环境保护及基本建设的政策法规、标准，规范等。2.任务完成某城镇污水处理厂工艺设计。平面高程设计达到初步设计要求；单体构筑物设计计算达到初步设计水平；完成详细的设
4、计计算说明书。3.设计内容和范围a. 污水处理厂位置的选择；b. 污水处理程度及污水处理流程的决定；c. 单体构筑物型式的选择及其尺寸的设计；4d. 污水处理厂平面及高程布置；e. 绘制污水处理厂总平面布置图，单体构筑物工艺计算草图，污水处理厂污水、污泥处理高程布置图。4.集宁区资料4.1 城市现状与发展规划 ：某城市现有人口400000人，是一个以机电制造、钢铁、纺织为主的新型工业城市，位于西北地区，属高原地带，河流由北向南穿过城市，有一铁路跨河而过，全城分新旧两区，主要集中在旧区，旧区（西区）为商业区、生活区。根据该城市建设部门提供的材料该市以后会在重工业和轻工业方面得到大力发展，东西区人
5、口都会大大增加，成为一个综合性中型城市。现在东区各工业企业生产、生活污水由各单位自行处理后排放河流。西区尚未建设完整的污水处理系统，计划在三至五年内完成西区污水截流工程和污水处理厂建设。本设计仅考虑西区。设计人口15万人，设计污水量标准: 15.17万m 2/d。生活污水中SS为350mg/L，BOD 5为40g/人天，区域内工业企业的生产和生活污水量为2000m 3/天，BOD 5为400mg/悬浮物浓度200mg/L。污水处理厂自然地面标高为1320m1327m。54.2 自然资料气温：历年最高温度33.5C，最低-32.4C，平均3.5C。雨量：年平均降雨量373.2毫米，平均蒸发量17
6、87.7毫米。年平均日照量：3130.8小时。日最大积雪深度：30厘米。最大冻深度：1.91米。风向：常年主导风向是西南风，盛行风向为西北风，年平均风速3.2米/秒。地下水为：地面以下15m。地质：以栗钙土为主要土壤类型。电力供应情况：良好。污水岸边排放，混合条件很差。郊区有小型水库1座，库容2.8万立方米；塘坝2座，容量1万立方米；堤防总长度5公里，排灌机械保有台数77台，机电井77眼，其中深井47眼。 4.3 设计期限及建设分期污水厂投资巨大，宜按近期规模设计，近远期结合，保留远期用地。考虑到远期征地需求，需要建设审批部门的支持。65.设计计算概要5.1 污水处理厂位置的选择制定城市污水处
7、理系统方案，污水处理厂厂址的选择是重要的环节，它与城市的总体规划，城市排水系统走向布置处理后污水的出路密切相关。当污水处理厂的厂址有多种方案可供选择时，应从管道系统泵站污水处理厂各处理单元考虑，进行综合的技术经济比较与最优化分析，并通过有关专家的反复论证后在行确定。污水处理厂厂址的选择应遵循如下原则：1. 与污水处理工艺相适应。2. 尽量少占用农田。3.厂址必须位于集中给水水源的下游，并在城镇生活区下游300米以外，夏季主风向的下风向。4.处理后的污水回用时要与用户靠近，排放时应与受纳水体靠近。5.厂址不宜设在雨季易受水淹的低洼地带。尽量设在地质较好的地方，便于施工。6.充分利用地形，应选择有
8、自然坡度的地区，便于高程布置。7.根据城市远期规划，考虑远期发展可能性，有扩建余地。依据上述原则，选择污水处理厂。污水处理厂自然地面标高13201327米，自然坡向水体。常年主力风向为西北风，夏季主7风向为西南风，频率15。污水岸边排放，混合条件很差。地下水为：地面以下15m；地质为栗钙土为主要土壤类型，耐性强度1.23.5公斤/厘米 2；电力供应情况良好。5.2 污水处理程度及处理流程的决定5.2.1 设计流量根据城市现状及发展规划，设计人口15万人，设计污水量标准: 150L/人天（10 万人） ，200L/人天（ 50000人） 。生活污水中SS为350mg/L，BOD u为40g/人天
9、，区域内工业企业的生产和生活污水量为2000m 3/天，BOD 5为400mg/悬浮物浓度200mg/L。污水处理厂设计流量按近期设计如下： 25000 m 3/d 2000 m 3/d 27000 m 3/ddQ128 K K =1.3*（25000+2000）maxQdd1Qd2=34500m3/d K +K =1.44*25000+1.4*2000=38800 maxhz1h2m3/d5.2.2 污水处理程度要求处理出水达到国家污水综合排放标准一级标准。进水水质：SS 350*20*239mg/L7BOD =5(.69415402)7018.4mg/L出水水质：SS20mg/LBOD 2
10、0mg/L 5处理程度 SS： 01%94.cBOD ：508.0cSS当量： 32/15.3g/A （ 人 日 ）BOD 当量：540.6927人 日工业区SS当量人口数： 0685.3 人工业区BOD当量人口数： 4/.2 93人95.2.3 处理流程选择污水处理厂的工艺流程系指在保证处理水达到所要求的处理程度的前提下，所采用的污水处理技术各单元的有机组合。在选定处理工艺流程的同时，还需要考虑确定各处理技术单元构筑物的型式，两者互为制约，互为影响。污水处理工艺流程选定的同时，主要以下列各项因素作为依据。1.污水的处理程度这是朽水处理工艺流程选定的主要依据，而污水的处理程度又主要取决于处理水
11、的出路、去向。排放水体，这是对处理水最常采用的途径，也是处理水的“自然归宿” 。当处理水排放水体时，污水处理程度可考虑用以下几种方法进行确定。(1)按水体的水质标准确定，即根据当地环境保护部门对该受纳水体规定的水质标推进行确定。(2)按城市污水处理J所能达到的处理程度确定，一般多以二级处理技术所能达到的处理程度作为依据。本污水处理厂出水水质BOD 20mg/L，SS20mg/L。5(3)考虑受纳水体的稀释自净能力，这样可能在定程度上降低对处理水水质的要求，降低处理程度，但对此应采取慎审态度，取得当地环境保护部门的同意。10处理水回用，在前章已有较深入的阐述；城市污水的处理水有多种回用途径，可用
12、于农出灌溉、浇灌菜田；可作为城市的杂用水，用于冲洗公厕、喷洒绿地、公园；冲洗街道和城市景观水域的补给水等。无论回用的途径如何，在进行深度处理之前，城市污水必须经过完整的二级处理。2工程造价与运行费用工程造价和运行费用也是工艺流程选定的重要因素，当然，处理水应当达到的水质标准是前提条件。这样，以原污水的水质、水量及其他自然状况为已知条件，以处理水应达到的水质指标为制约条件，而以处理系统最低的总造价和运行费用为目标函数，建立三者之间的相互关系。减少占地面积也是降低建设费用的重要措施，从长远考虑，它对污水处理厂的经济效益和社会效益有着重要的影响。3当地的各项条件当地的地形、气候等自然条件也对污水处理
13、工艺流程的选定具有一定的影响。例如，如当地拥有农业开发利用价值不大的旧河道、洼地、沼泽地等，就可以考虑采用稳定塘、土地处理等污水的自然生物处理系统，在寒冷地区应当采用在采取适当的技术措施后，在低温季节也能够正常运行，并保证取得达标水质的工艺，而且处理构筑物都建在露天，以减少建设与运行费用。11当地的原材料与电力供应等具体问题，也是选定处理工艺应当考虑的因素。4原污水的水量苟污水流入工况除水质外，原污水的水量也是选定处理工艺需要考虑的因素，水质、水量变化较大的原污水，应考虑设调节池或事故贮水池，或选用承受冲击负荷能力较强的处理工艺，如完全混合型曝气池等某些处理工艺，如塔式滤池和坚流式沉淀池只适用
14、于水量不大的小型污水处理厂。工程施工的难易程度和运行管理需要的技术条件也是选定处理工艺流程需要各虑的因素、地厂水位高，地质条件较差的地方，不宜选用深度大、施工难度高的处理构筑物。总之污水处型工艺流程的选定是项比较复杂的系统工程，必须对上述各项因素加以综合考虑，进行多种力案的经济技术比较，必要时应当进行深入的调查研究和试验研究工作。这样才有可能选定技术可行、先进，经济合理的污水处理工艺流程。根据污水水质水量和污水处理程度，考虑到脱氮除磷要求不高，采用典型工艺流程。该工艺由完整的二级处理系统和污泥处理系统组成。一级处理由格栅，沉砂池和初沉池组成，作用是去除污水中的固体污染物质。污水的BOD值通过一
15、级处理能够去除20-30。12二级处理系统是城市污水处理系统的核心，作用是去除城市污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物。通过二级处理，污水的BOD值可降至20-30mg/L，可达到排放标准。污泥是污水处理过程的副产物，也是必然产物。从初沉池排除沉淀污泥，从二沉池排出剩余污泥。这些污泥应加以妥善处置，否则会造成二次污染。处理流程如下页图： 污 水 处 理 流 程生污泥 剩 余 污 泥 回 流污 泥 污 泥 脱 水 间消 化 池浓 缩 池 二 沉 池初 沉 池 曝 气 池沉 砂 池格 栅原 污 水5.3 构筑物型式的选择5.3.1 格栅按形状可分为平面格栅和曲面格栅两种。按栅条间隙又可分为粗格栅，中
16、格栅，洗格栅。新设计的污水厂一般采用粗，中两道格栅，甚至粗中细三道。按清渣方式可分为人工清渣和机械清渣。人工清渣适用于小型污水厂。机械清渣适用于栅渣大于0.2 m 3/d的大中型污水厂。13根据栅渣大小和污水厂规模，本设计采用平面中格栅和机械清渣。5.3.2 沉砂池采用控制流速的方法，使无机砂粒沉淀，而有机污泥不沉淀。沉砂池类型有：平流沉砂池，曝气沉砂池，多尔沉砂池，钟式沉砂池。沉砂池可设在泵前防止叶轮磨损，设在倒虹管前可防止堵塞，设在沉淀池前便于污泥的输送和处理。本设计采用平流沉砂池，设于初沉池前。5.3.3 沉淀池初沉池控制流速，沉淀可沉的有机物及无机物，减轻后续生物处理的负荷。二沉池是生
17、物处理系统的重要组成部分，置于生物处理单元后，用于沉淀活性污泥和腐殖污泥。常用的沉淀池有：平流沉淀池，竖流沉淀池，辐流沉淀池等。辐流沉淀池又有普通辐流和向心辐流两种。根据污水处理工程实际，本设计初沉池采用平流沉淀池，二沉池采用周进周出向心辐流式沉淀池。5.4 生物处理单元根据污水水质情况和污水处理程度，采用阶段曝气池作为生14物处理单元，考虑到实际运行中水质水量变化，曝气池设计可按多种运行方式运行。根据水厂设计要求，本设计采用传统式曝气池。5.4.1 污泥浓缩池采用竖流式污泥浓缩池，以降低污泥含水率，减小污泥体积，便于后续污泥消化。5.4.2 污泥消化池采用中温厌氧二级污泥消化工艺，以去除初沉
18、池污泥和二沉池剩余污泥的有机物，同时回收利用沼气用于污水厂能源补给。5.4.3 脱水设备采用真空过滤机作为污泥脱水设备，脱水干化后的污泥外运。污泥浓缩池的上清液和真空压滤机滤液回流至流程前面处理。155.5 构筑物的设计计算5.5.1 格栅采用两组中格栅。设栅前水深h=0.4m，过栅流速v=0.9m/s，栅条间隙e=20mm，格栅安装倾角60度。 = /2=0.225 m3/s。hmaxqhaxQ格栅条数： ，取29根。maxsin60.25sin6029.84.qev栅槽宽度：s=0.01m， B=s(n-1)+en= 9.02.)1(进水渠道渐宽部分长度：B =0.65m，1120(V渠
19、=0.77m/s，在不淤流速0.4m/三与不冲流速0.9m/s之间） 栅 槽 与 出 水 渠 连 接 处 的 渐 宽 部 分 长 度 ： 17.02/,34.02111 ltgBlo 通 过 格 栅 的 水 头 损 失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： 0.103 ogvkh 60sin81.92)0.1(42.3sin23/401其中： /()eh0：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。 栅 后 槽 总 高 度 ： 8.0,3.0212hHh 栅 槽 总 长 度 ： 41.6.52
20、1otglL 每 日 栅 渣 量 ：16dmKWqmWZh /2.0/81.1064,10/6. 33ax31 格 栅 计 算 图5.5.2 沉砂池水自然进入，不用提升，采用最大设计流量计算。 长度：设V=0.25m/s，t=40s。L=V*t=0.25*40=10m。2hmax 363hmax6z 301q0.5A.9VB1hA/B0.1.2mT2dX/0qX840V.KV.81/2.45a.6m 水 流 断 面 面 积 ： 池 总 宽 度 ： 设 则 有 效 水 深 ： 小 于 沉 砂 池 所 需 容 积 ： 设 ， 城 市 污 水 沉 砂 量 污 水 ， 则 每 个 沉 砂 斗 容 积
21、： 设 每 池 设 两 个 沉 砂 斗 ， 沉 砂 斗 各 部 分 尺 寸 ： 设 斗 底 宽 ， 斗 壁 与 水 平 面 的 倾 33322301 h0.5mhah.5tg5Va0.476 角 为 度 ， 斗 高 沉 砂 斗 上 口 宽 ： ， 取 沉 砂 斗 容 积 ：17沉砂斗高度：采用重力排砂，设池底坡度为0.06坡向砂斗。2432al3.mh0.6l.7mL，1H91. 池 总 高 度 ： 设 超 高 ，沉砂池计算图：5.5.3 初沉池采用两组平流沉淀池，按最大时流量设计 。总表面积：设表面负荷q=2 m 3/（m 2*h） ，A= =405。q360*hmax沉淀部分有效水深： （
22、沉淀时间1.8h）2hqt.6183hmaxVqt3601458mv4.5/sL.vt29.6BA/L14b3.3030/8.4/8.m6 沉 淀 部 分 有 效 容 积 ： 池 长 ： 设 水 平 流 速 ， 取 池 子 总 宽 度 ： 池 子 格 数 ： 格 ， 校 核 长 宽 比 ， 长 深 比 ： 长 宽 ， 长 深 。 符 合 要 求沉淀污泥所需污泥斗容积 33012341234SNT0.61582W1.m.L/PdNS 2dV./82.5Hhhh0.m30.5m,2%其 中 ： 污 泥 （ ） ； 为 当 量 人 口 数 ； 重 力 排 泥 ， 排 泥 时 间 间 隔 取每 格 设
23、 两 斗 ， 每 斗 容 积沉 淀 池 总 高 度 ： 超 高： 沉 淀 区 高 度： 缓 冲 区 高 度 ， 无 刮 泥 机 取： 污 泥 区 高 度 池 底 坡 度 ，沉 淀 池 总 长 度 为 L=+.（ 流 出 口 至 挡 板 距 离4 31121 3212h(0.34).tg6(.40)/2.8mWff,(.).6(30.86.02.84bb5o5） +5（ 流 入 口 至 挡 板 距 离 ） 污 泥 斗 容 积 ： （ ） t 其 中 污 泥 斗 高 度 为 h梯 形 部 分 容 积 ： （ L）33.0m19.65.m8.4. 0.251/(49.)2.8.9L/(sm)， 符
24、合 要 求 沉 淀 池 总 长 度 ：每 池 出 水 堰 长 度 ： ， 出 水 堰 负 荷 ：初沉池计算图：19平 流 沉 淀 池 平 流 沉 淀 池泥 斗5.5.4 曝气池分两组，按最大日流量计算。 33dmaxdaxqQ/2450/m0.196/sd原污水的S 0（BOD 5）为181.4mg/L，经初沉池处理，BOD 5按降低30%考虑，则进入曝气池的污水，其S a（BOD 5）值为：127.0mg/L。处理水中非溶解性BOD 5=7.1bXaCe=5.68mg/L。（C e=20mg/L，自身氧化系数b=0.1，X a=活性污泥微生物在处理水中20所占比例取0.4）处理水中溶解性BO
25、D 5为 Se=20-5.68=14.32mg/L，f=14.32/20=0.72。=（127.0-14.32）/127.0=88.7%运行方式：在本设计中应考虑曝气池运行方式的灵活性与多样性。即：以传统活性污泥法作为基础，又可按阶段曝气法和再生曝气系统等运行方式调试运行。曝气池的计算与各部位尺寸的确定：按BOD-污泥负荷率计算。BOD-污泥负荷率为0.2Kg BOD5/（KgMLSS*d） 。为稳妥计，校核如下：=0.0185*14.32*0.72/0.887=0.21。fSKNe2s确定混合液淤泥浓度X：ss 63asN0.21SVISVI104130X-350mg/LXmg/LRrR%7
26、/1SIQS3450/27V51N.， 查 与 关 系 曲 线 得 ， 取范 围 在 之 间 ， 按 经 验 取 。按 最 不 利 情 况 校 核 ： 时 ， 基 本 吻 合 。 （ ）确 定 曝 气 池 容 积 ：21214mF3651/49.75m5B/H5/4.2-F182.6,8./.10L53670.54.5m 确 定 曝 气 池 各 部 分 尺 寸 ：池 深 取 ， 则 每 组 面 积池 宽 取 ， 介 于 之 间池 长 ： 而 长 宽 比设 五 廊 道 式 曝 气 池 ， 廊 道 长 取超 高 ， 则 池 高在 曝 气 池 面 对 初 沉 池 和 二 沉 池 的 一 侧 ， 各
27、设 横 向 配 水 渠 道 ， 并 在 池 中 部 设 纵 向中 间 配 水 渠 道 与 横 向 配 水 渠 道 相 连 ， 设 五 个 进 水 口 .2rv2maxhaxrvOaQSbVX0.53412709Kg/d16.hab.5OQSVX0.538(1270)/.15360.72/101Kg/ 曝 气 系 统 的 计 算 ：采 用 鼓 风 曝 气 。（ ） +13650.72/10（ ， ）最 大 时 需 氧 量 ：5r2 22maxs20BDO4/369.5Kg/d9/.8O/BD10. 3.8m20C9.17g/L（ ）每 日 去 除 的 值 ： （ ）去 除 每 需 氧 量 ：最
28、大 时 需 氧 量 与 平 均 时 需 氧 量 之 比 ： 供 气 量 计 算 ：采 用 网 状 微 孔 空 气 扩 散 器 ， 敷 设 于 距 池 底 处 ， 淹 没 水 深 ， 计 算 温 度 度 。查 得 水 中 溶 解 氧 饱 和 度 ：空 气 扩 散 器 出 口 35bP80HP1.0Pa处 的 绝 对 压 力 （ ）22535bAt A5btsb30s5P1.039.810.810Pa2EO%.43,E2%791 30PO1.8C7.638.56mg/L2.6104220（ ）空 气 离 开 曝 气 池 面 时 ， 氧 的 百 分 比 ：（ ）（ ）曝 气 池 混 合 液 中 平
29、均 氧 饱 和 度 （ 按 最 不 利 的 温 度 条 件 度 ） ：（ ） （ +8/）s200 t-20sbT3020max0sARC1.4697.82(.95.8.)16Kg/h05C2.01.R19.4Kg/hG50.3E （ ）（ ） （ ）换 算 为 下 脱 氧 清 水 充 氧 量 ：其 中 ： ， ， 曝 气 池 出 口 处 溶 解 氧 浓 度 ，相 应 的 最 大 时 需 氧 量 ：曝 气 池 平 均 时 供 气 量 ： 3.m/smax33 3354278/hKgBOD0.691.2.8/KgBODm./35/427.81.m/h最 大 时 供 气 量 ：去 除 每 的 供
30、气 量 ： 空 气每 污 水 供 气 量 ： 空 气 污 水本 系 统 空 气 总 用 量 ： 80645+2332:51050427.8/5.6m/hhHO9.8KPa0.P4-0.21*9.84KPa 空 气 管 系 统 计 算布 置 空 气 管 道 ， 在 相 邻 两 个 廊 道 隔 墙 上 设 一 根 干 管 ， 共 五 根 干 管 。在 每 根 干 管 上 设 对 配 气 竖 管 ， 共 条 配 气 竖 管 。 全 曝 气 池 共 设 条 配 气 竖 管 。每 根 竖 管 供 气 量 为 ：根 据 经 验 取 通 气 管 风 压 损 失 。 空 压 机 选 定 ：空 气 扩 散 装
31、置 安 装 在 距 曝 气 池 底 处 ， 因 此 空 压 机 所 需 压 力 为 ：（ ）空 压 机 供 气 量 ： 最 33527.8m/h9.46/in 007大 时 ： ，平 均 时 ： ， 出 水进 水曝 气 池5.5.5 二沉池采用周进周出向心辐流沉淀池，用最大时流量设计。24s/45m.0d/38Q33dmax 淀部分水面面积：设沉淀池数量为 n=2 个，表面负荷32q1./h（ ）F=Q/n =38800/（21.024）=808 2 池子直径： 4FD32.1m取实际水面面积：F= /80=Q/nF=1.01q ）（ h*/23单池设计流量 Q0=808 3m/ 核堰口负荷：
32、 符合要求（D/2=9m取 11m。下椎体高度 h4=1m。则消化池高度 H=h1+h2+h3+h4=2+3+11+1=17m。消化池各部分容积计算： 2 311232233223424 33034.dhV3.4/6.28m.(D)951h/7d/V95.V89m615P集 气 罩 容 积 ：弓 形 部 分 容 积 ：圆 柱 部 分 容 积 ： （ ） （ ）下 锥 体 部 分 容 积 ：则 消 化 池 的 有 效 容 积 为 ： 二 级 消 化 池 总 容 积 ： 62%1采 用 座 二 级 消 化 池 ， 尺 寸 和 一 级 消 化 池 相 同 。消化池各部分面积计算：集 气 罩 表 面 积 ：池盖表面积： 221222 21211 1m.58F39.44Dh.3F5.7m4d3则 池 盖 总 面 积 共 为 ：）（池 顶 表 面 积 为 ：
