南方某城市日污水处理厂工艺设计 课程设计

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1、排水课程设计学院：环境与化学工程学院学号：11024114姓名：邢福华目录1.总论31.1设计任务和内容31.2 基本质料32 污水处理工艺流程说明42.1 处理工艺42.2构筑物选型43 处理构筑物设计53.1设计流量的计算53.2格栅的设计53.2.1设计要求53.2.2设计参数63.2.3设计计算63.3提升泵房83.3.1 流量确定83.3.2 集水池容积83.3.3 泵站扬程计算83.3.4 设备选用83.4平流式沉砂池83.4.1设计参数93.4.2计算93.5幅流式初沉池103.5.1 设计计算113.6传统推流型曝气池133.6.1设计参数133.7幅流式二沉池193.7.1

2、设计计算203.8接触池计算223.8.1设计要求223.8.2设计计算223.9污泥处理构筑物设计223.9.1污泥浓缩池223.9.2浓缩池设计计算233.9.3厌氧消化池计算254污水厂的布置274.1污水厂平面布置274.2污水厂高程布置27 1.总论1.1设计任务和内容1.1.1设计题目南方某城市日污水处理厂工艺设计。1.1.2 设计内容 针对一座二级处理的城市污水处理厂，要求对主要污水处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，确定污水厂的平面布置和高程布置。最后完成设计计算说明书和设计图(污水处理厂平面布置图、单体构筑物图和污水处理厂高程图)。 污水拟采用传统活性污泥法工艺处理1.2 基本

3、质料(1)污水水量与水质污水处理水量：变化系数：Kz=1.2(2)污水厂地势基本平坦，地面标高约为19.8m（采用黄海系标高）。进水管管径为1.8m，进水管管底标高为14.8m。(3)污水的主要来源：绝大多数为居民生活污水，少量为工业废水与其他污水。(4)接纳水体：X江(5)气象信息：该区域属亚热带湿润气候，气候温暖，雨量充沛。年均气温为17.1c，全年日照时数为1853.1小时，历年无霜期258天。年平均风速为1.5m/s，全年静风约占25%，年主导风向为主导风为NE(东北)风，出现频率为20%。a风向：项目所在地全年主导风为N-NNE-NE(北-北北东-北东)风，出现频率分别为16.39%

4、、12.24%、14.70%，最小频率的风向出现在WNW(西北西)，其出现频率为0.66%，全年静风出现频率为24.92%。b风速：项目所在地年平均风速为1.5m/s。9月平均风速最大，为2.0m/s，4月平均风速最小，为1.26m/s。水量： 15104m3/d 污水水质： CODcr 300mgL，BOD5 150mgL，SS200mgL，氨氮20mgL。 (6)气象与水文资料 风向：多年主导风向为北东风； 气温：最冷月平均为-3.5； 最热月平均为32.5； 极端气温，最高为41.9，最低为-17.6，最大冻土深度为0.18m； 水文：降水量多年平均为每年728mm； 蒸发量多年平均为每

5、年1210mm； 地下水水位，地面下56m。(7)处理要求污水处理厂设计出水水质达到国家污水经二级处理后应符合以下具体要求： CODcr60mgL，BOD520mgL，SS20mgL，氨氮8mgL。(8)厂区地形 污水厂选址区域海拔标高在19.75-19.85m之间，平均地面标高为19.80m。平均地面坡度为0.300.5，地势为西北高，东南低。2 污水处理工艺流程说明2.1 处理工艺工艺流程1：污水格栅沉砂池初沉池曝气池二沉池重力浓缩池河流工艺流程2：污水格栅沉砂池氧化沟二沉池重力浓缩池河流根据进水水量： 15104m3/d ；污水水质：CODcr 300mgL，BOD5 150mgL，SS

6、 200mgL，氨氮20mgL；污水经二级处理后应符合以下具体要求：CODcr60mgL，BOD520mgL，SS20mgL，氨氮8mgL。为了管理方便和降低成本，选工艺流程1。2.2构筑物选型（1） 平流沉砂池优点：构造简单，除砂效果好，及除砂设备国产化率高。缺点：表面附着15%有机物的沉砂容易发生腐败，增加后续处理难度，需进行洗砂处理。（2） 传统的推流曝气池优点：真正有回流的推流系统污水处理效果较好。缺点：耐冲负荷较差。（3） 辐流式沉淀池优点：排砂方便、管理简单、占地面积小、耐冲击力强等。缺点：污泥颗粒大。（4）重力浓缩池 优点：贮泥能力强、动力消耗小。 缺点：占地面积大。 3 处理构

7、筑物设计3.1设计流量的计算污水平均流量： 查资料可得，生活污水量总变化系数，由公式可得：3.2格栅的设计3.2.1设计要求(1) 中格栅间隙一般采用1040mm； (2) 格栅不宜少于两台，如为一台时，应设人工清除格栅备用； (3) 过栅流速一般采用0.40.9m/s； (4) 格栅倾角一般采用4575； (5) 通过格栅的水头损失一般采用0.08m/s0.17m/s； (6) 格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5m，工作台有安全和冲洗设施； (7) 格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m，工作台正面过道宽度：人工清除，不小于1.2m；机械清除，不小于1.5m； (8)

8、机械格栅的动力装置一般宜设在室内或采取其它保护设备的措施； (9) 设置格栅装置的构筑物必须考虑设有良好的检修、栅渣的日常清除。3.2.2设计参数(1) 栅前水深 h=0.7m； (2) 过栅流速v=1.0m/s； (3) 格栅间隙b=25mm； (4) 格栅安装倾角=60；(5) 设计流量Q= 150000m3/d= 6250m3/h= 1.736 m3/s，Qmax= Kz Q= 1.201.736= 2.08 m3/s3.2.3设计计算（1）栅条间隙数n设栅前水深h=0.7m，过栅流速v=1.0m/s，栅条间隙b=25mm，格栅倾角=60。，取112条设计两组格栅，则每组格栅的间隙数为5

9、6条。（2）栅槽宽度B设栅条宽度S=0.01m，=0.01(56-1)+0.02556=1.95m（3）进水渠道渐宽部分的长度设进水渠道宽度=1.5m，其渐宽部分展开角度=20（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（5）过栅水头损失 式中：阻力系数，锐边矩形取2.42k系数，一般采用3（6）栅后槽总高度H取栅前渠道超高，一般取0.3m ，h2=0.3m。栅前槽总高度:=0.7+0.3=1.0m栅后槽总高度:=0.7 +0.095+0.3=1.095m（7）格栅总长度L（8）每日栅渣量W式中：单位栅渣量，取0.07m3栅渣/污水宜采用机械清渣。3.3提升泵房3.3.1 流量确定Qmax1500

10、001.2（243600）2.08 m3/s；考虑采用四台潜污泵（三用一备）则每台流量： 。3.3.2 集水池容积考虑一台泵不小于，则；取有效水深，则集水池面积；设计长宽为14m5m。3.3.3 泵站扬程计算HST20.79117.0053.786m；泵站内水头损失0.24m，自由水头为1.0m，则泵站扬程为HHST0.241.03.7860.241.05.026m。3.3.4 设备选用据扬程选用500QW2600-15-160型,其参数为:流量Q2600m3/h；扬程H15m。3.4平流式沉砂池 平流式沉砂池具有构造简单、处理效果好的优点，故本设计采用平流式沉砂池，并设置2组。3.4.1设计

11、参数设计流量：Q=Qmax=2.08 m3/s设计流速：v=0.25m/s水力停留时间：t=50s（取30-60s）3.4.2计算（1）长度：设v=0.25m/s，t=50s，L=vt=0.2550=12.5m（2）水流断面面积A：A= Qmax/v=2.08/0.25= 8.32m2 （3）池总宽度B：设计n=2格 每格宽取b=5m，则B=nb=25=10m（4）有效水深h2：h2=A/B=8.32/10=0.832m（满足0.251m之间）（5）沉砂室所需容积： 设计T=2d，即考虑排泥间隔天数为2天，则沉砂斗容积 式中：X城市污水沉砂量30m3/106m3， K总污水流量总变化系数1.2

12、（6）每个沉砂斗的容积V0:设每一分格有两个沉砂斗， （7）沉砂斗各部分尺寸及容积： 设斗底宽a1=0.8m，斗壁与水平面的倾角为60（取55-60），斗高=1.2m，则沉砂斗上口宽a：沉砂斗容积：（结果大于V0=2.25m3，符合要求）。（8）沉砂室高度H： 坡向沉砂斗长度为： 采用重力排砂，设计池底坡度为0.06，沉泥室高度为： 池总高度H ：设超高h1=0.3m，H=h1+h2+h3=0.3+0.832+1.44=2.57m（9）校核最小的流速：在最小流量时，只用一格工作（n1=1）：，符合要求。3.5幅流式初沉池该沉淀池采用中心进水，周边出水的幅流式沉淀池，采用机械刮泥。设置4座。（1

13、）沉淀池个数或分格数不应少于两个，并宜按并联系列设计；（2）沉淀池的直径一般不小于16；（3）池子直径与有效水深比值不小于612；. （4）池子超高至少应采用0.3m；（5）为了使布水均匀，进水管四周设穿孔挡板，穿孔率为10%20%。出水堰应用锯齿三角堰，堰前设挡板，拦截浮渣； （6）池底坡度一般采用0.05； （7）用机械刮泥机时，生活污水沉淀池的缓冲层上缘高出刮板0.3m，工业废水沉淀池的缓冲层高度可参照选用，或根据产泥情况适当改变其高度； （8）当采用机械排泥时，刮泥机由绗架及传动装置组成。当池径小于 20m时用中心传动，当池径大于 20m时用周边传动，转速为 1.01.5m/min（周

14、边线速），将污泥推入污泥斗，然后用静水压力或污泥泵排除；作为二沉池时，沉淀的活性污泥含水率高达99%以上，不可能被刮板刮除，可选用静水压力排泥； （9）进水管有压力时应设置配水井，进水管应由井壁接入不宜由井底接入，且应将进水管的进口弯头朝向井底。3.5.1 设计计算（1）沉淀池表面积A:设计进水量：Q=150000/24=6250m3/h 按表面负荷算： q表面负荷：取q=1.2m3/ m2.h (1.01.5 m3/ m2.h )（2）池子直径：直径D： ，取41m。（3）沉淀部分有效水深:取水力停留时间t=1.5h,h2=qt=1.21.5=1.8m（4）污泥斗容积:取回流比R为80%污泥

15、回流浓度：污泥斗容积：每个沉淀池污泥区的容积V=13846.2/4=3461.55m3。（5）二沉池高度:设污泥斗底部半径1.0m,上部半径2.5m，倾角为60度，则圆锥体高度为圆锥体高度：竖直段污泥部分高度：综合得污泥区高度：（6）总高度:设超高为0.3m，缓冲层高度为0.5m，则3.6传统推流型曝气池采用传统活性污泥法。3.6.1设计参数设计流量，设四座。3.6.2污水处理程度1）原污水的BOD5（S0）为150，经过一级处理后，BOD5降低25%考虑，则进入曝气池的污水，其BOD5（Sa）：Sa=150（1-25%）=112.5mg/L。2）计算去处率，首先计算处理水中非溶解性BOD5值

16、，即：式中：Ce处理水中悬浮固体（SS）浓度， b微生物自身氧化率，取0.07； Xa在处理水的悬浮固体中，有活性的微生物所占的比例。取Xa0.4。代入各值得：处理水中溶解性BOD5值Se为：204.016.0mg/L则去除率：3.6.3曝气池及曝气系统的计算1）曝气池BOD-污泥负荷法计算取BOD-污泥负荷率为0.3kgBOD5/（kgMLSSd），为了设计稳妥，需加以校核，公式为：式中：动力学参数，取值范围0.01680.0281，取0.02。 f带入各值，得计算结果表明，Ns值取0.3满足要求。2）确定混合液污泥浓度（X）根据已确定的Ns值，查资料得SVI在120150ml/R之间，取1

17、30。式中:X曝气池混合液污泥浓度，mg/L R污泥回流比，取值范围30%80%，取50% SVI污泥容积指数，取130 r考虑污泥在二沉池中停留时间、池深、污泥厚度等因素的有关系数，取1.2故： 3）曝气池有效容积V曝气池设两座，每座有效容积=18281/4=4570.25m34）曝气池布置本设计采用4组曝汽池，每座有效容积=18281/4=4570.25m3，取池深为h4.5米，那么每组的曝汽池的面积为：，池宽取B7米，那么宽深比，符合12之间的要求。 池长： ，符合要求采用5廊道式，廊道长：池的总高度：取超高0.5m，那么池的总高度为：4.50.55.0m 在曝气池面对初次沉淀池和二次沉

18、淀池的一侧，各设横向配水渠道，并在池中设纵向中间配水渠道与横向配水渠道相连接。在两侧横向配水渠道上设进水口，每组曝气池共有5个进水口（见下图）。3.6.4曝气系统的计算本设计采用鼓风曝气系统。1）平均时需氧量：式中：混合液需氧量，kg/d活性污泥微生物每代谢1kgBOD所需要的氧量，以kg计，范围0.420.53，取0.5经活性污泥微生物代谢活动背讲解的有机污染物量，每kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧量，范围0.190.11，取=0.16V曝气池容积单位曝气池容积内的挥发性悬浮固体（MLVSS）量，带入各值，得2）最大时需氧量：根据K=1.2，带入各值得3）每天去除的BOD5值：4）去除每公

19、斤BOD的需氧量：5）最大时需氧量与平均时需氧量之比：3.6.5供气量的计算曝汽池中采用网状膜型中微孔空气扩撒器，敷设于距池底0.5米处，淹没水深8.5米，计算温度设定为30。查资料可得，水中溶解氧的饱和度：Cs（20） = 9.17 mg/L； Cs（30） = 7.63 mg/L1）空气扩散器出口处的绝对压力：式中：Pb空气扩散装置出口处的绝对压力，Pa； H空气扩散装置的安装深度，8.5米；所以，代入数值可得。2）空气离开曝气池面时，氧的百分比： 空气扩散装置的氧转移效率，取值12代入可得：3）曝气池混合液中平均氧饱和度：最不利温度按30考虑，代入各值可得： 4）换算为条件下，脱氧清水的

20、充氧量：取值代入各值可得：= 相应最大时需氧量为：5）曝气池平均时供氧量：代入各值，得6）曝气池最大时供氧量：7）去除每千克BOD5的供气量：8）每污水供气量：9）本系统的空气总用量： 除采用鼓风曝气外，本系统采用空气在回流污泥井提升污泥。空气量按回流污泥的8倍考虑，污泥回流比R取值50%，提升回流污泥所需空气量为：总需氧量：19083+25000=44083 m3/h3.6.6空气系统计算在相邻两个廊道的隔墙上设一根干管，四组曝气池共10根干管。在每根干管上设5对配气竖管，共10条配气竖管。四组曝气池共设100条配气竖管。每根竖管的供气量：曝气池平面面积：每个空气扩散器的服务面积按0.49m

21、2计，则所需空气扩散器的总数为：为安全计，本设计采用8300个空气扩散器，每个竖管上安设的空气扩散器的数目为：每个空气扩散器的配气量为：将表中11项各值累加，得空气管道系统的总压力损失为：网状膜空气扩散器的压力损失为5.88KPa，则总压力损失为：5.88+1.276=7.156kPa为安全起见，设计取值9.8kPa。3.6.7空压机的选定空气扩散装置安装在距曝气池池底0.5m处，因此空压机所需压力为空压机供气量：最大时：19083+25000=44083 m3/h=734.72 m3/min平均时：13861+25000=38861 m3/h=647.68 m3/min根据所需压力及空气量，

22、决定采用LG80型空压机10台。该型空压机风压50kPa，风量80m3/min。正常条件下，6台工作，4台备用，高负荷时8台工作，2台备用。3.7幅流式二沉池该沉淀池采用中心进水，周边出水的幅流式沉淀池，采用机械刮泥。设置4座。（1）沉淀池个数或分格数不应少于两个，并宜按并联系列设计；（2）沉淀池的直径一般不小于16；（3）池子直径与有效水深比值不小于612；. （4）池子超高至少应采用0.3m；（5）为了使布水均匀，进水管四周设穿孔挡板，穿孔率为10%20%。出水堰应用锯齿三角堰，堰前设挡板，拦截浮渣； （6）池底坡度一般采用0.05； （7）用机械刮泥机时，生活污水沉淀池的缓冲层上缘高出刮

23、板0.3m，工业废水沉淀池的缓冲层高度可参照选用，或根据产泥情况适当改变其高度； （8）当采用机械排泥时，刮泥机由绗架及传动装置组成。当池径小于 20m时用中心传动，当池径大于 20m时用周边传动，转速为 1.01.5m/min（周边线速），将污泥推入污泥斗，然后用静水压力或污泥泵排除；作为二沉池时，沉淀的活性污泥含水率高达99%以上，不可能被刮板刮除，可选用静水压力排泥； （9）进水管有压力时应设置配水井，进水管应由井壁接入不宜由井底接入，且应将进水管的进口弯头朝向井底。3.7.1 设计计算（1）沉淀池表面积A:设计进水量：Q=150000/24=6250m3/h 按表面负荷算： q表面负荷

24、：取q=1.2m3/ m2.h (1.01.5 m3/ m2.h )（2）池子直径：直径D： ，取41m。（3）沉淀部分有效水深:取水力停留时间t=1.5h,h2=qt=1.21.5=1.8m（4）污泥斗容积:取回流比R为80%污泥回流浓度：污泥斗容积：每个沉淀池污泥区的容积V=13846.2/4=3461.55m3。（5）二沉池高度:设污泥斗底部半径1.0m,上部半径2.5m，倾角为60度，则圆锥体高度为圆锥体高度：竖直段污泥部分高度：综合得污泥区高度：（6）总高度:设超高为0.3m，缓冲层高度为0.5m，则3.8接触池计算采用两座幅流式圆形重力连续式污泥浓缩池，用带栅条的刮泥机刮泥。3.8

25、.1设计要求（1）连续流重力浓缩池可采用沉淀池形式，一般为竖流式或辐流式；（2）浓缩时间一般采用 1016h进行核算，不宜过长，活性污泥含水率一般为 99%99.6%；（3）污泥固体负荷采用 2030kg/m2d，浓缩后污泥含水率可达 97%左右；（4）浓缩池的有效水深一般采用 4m；（5）浓缩池的上清夜应重新回流到初沉池前进行处理；（6）浮渣挡板高出水面 0.10.15m，淹没深度为 0.30.4m。3.8.2设计计算（1）接触池容积：，取4座每座783（2）格数：取接触池水深h=2.0m，单格宽b=3.0m根据最佳比例，池长,水流长度每座接触池的分格数=214/54=4，故分四格。复核池容

26、：，大于783m33.9污泥处理构筑物设计选用浓缩厌氧消化机械脱水工艺处理。面积按污水处理面积的20%-30%计算，预留工地。3.9.1污泥浓缩池采用幅流式污泥浓缩池，用带栅条的刮泥机刮泥，采用静压排泥。3.9.2浓缩池设计计算1）污泥量的计算初沉池污泥量:二沉池污泥量：式中：X每日增长的污泥量，kg/d； Y产率系数，取0.5； Sa经过预先处理，污水含有的有机物（BOD）量，112.5mg/L；Se经过活性系统处理，污水含有的有机物（BOD）量，20mg/L； Q设计污水量，150000m3/d； Kd衰减系数，取0.09； V曝汽池的容积，18281m3； XvMLVSS，Xv3kg/m

27、3；代入各值可得： 则每日从二沉池中排除的剩余污泥量：所以，总剩余污泥量W15.63+12.3627.99m3/h=671.76m3/d2） 浓缩池池体计算本设计中采用两座幅流式圆形重力连续式污泥浓缩池，用带栅条的刮泥机刮泥，采用静压排泥，污泥泵房将污泥送至浓缩池。设计参数：进泥浓度：9.0g/L进泥含水率P199.4，出泥含水率P2=97.0固体负荷：qs30kg/(m2.d)；污泥浓缩时间：T=16h 贮泥时间：t=4h每座浓缩池所需表面积：每个池的面积A1201.53/2100.77m2浓缩池直径：，取12m浓缩池有效水深： h1=，取3.6m浓缩池有效体积：确定污泥斗尺寸每个泥斗浓缩后

28、的污泥体积：每个贮泥区所需容积： 泥斗容积： 式中：h4泥斗的垂直高度，取1.2m r1泥斗的上口半径，取2.0m r2泥斗的下口半径，取1.0m设池底坡度为0.05，池底坡降为：故池底可贮泥容积： 因此，总贮泥容积为：（满足要求）。浓缩池的超高h2取0.30m，缓冲层高度h3取0.50m，则浓缩池的总高度H为： =3.6+0.30+0.50+1.2+0.275=5.875m浓缩池排水量：3.9.3厌氧消化池计算该污泥为混合污泥，取含水率为97%，挥发性固体（VSS）含量70%，采用中温消化，去除VSS为50%。（1）消化池有效容积取污泥龄为20d，则， 取13435.（2）池体设计采用中温两

29、级消化圆柱体型，容积比一级：二级=2:1，则一级消化池用2座，每座4478，二级消化池一座，容积4478。消化池直径取D=20m，集气罩直径=3m，高=2m，池底锥体直径=2m，锥角采用15。下锥形高度上锥形高度消化池柱体高度设=15m体积验算：集气罩容积上盖容积下盖容积柱体容积故消化池有效容积V=14.13+279.81+280+4710=5283.94大于4478。4污水厂的布置 4.1污水厂平面布置 在污水厂的总体设计中，对具体的水厂地址的选择，仍需进行深入的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，与有关环保部门

30、协商确定，一般不小于300m。（2） 厂址应在城镇集中供水水源的下游，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） 厂址应设在城镇和工厂夏季主导风的下方。（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的威胁。（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，留有充分的扩建余地。 4.2污水厂高程布置水厂生产管线沿程水头损失计算表3-4管（渠）径mm管（渠）长m流量m3/s流速m/s1000i沿程水损m格栅至沉砂池160

31、0341.7360.810.4070.014沉砂池至初沉池15001191.7360.930.5620.067初沉池至曝气池1400781.7361.060.7960.062曝气池至二沉池14002021.7361.060.7960.161二沉池至接触池1300701.7361.231.1560.081水厂生产构筑物水头损失估算表3-5水厂生产构筑物水厂生产构筑物头损失m格栅0.20沉砂池0.24辐流式沉淀池0.55曝气池0.50水厂生产构筑物间总水头损失计算表3-6沿程水损m局部水损m总水头损失m格栅至沉砂池0.0140.01660.031沉砂池至初沉池0.0670.00340.071初沉池至曝气池0.0620.00310.065曝气池至二沉池0.1610.00810.169二沉池至接触池0.0810.00410.085参考资料: 1. 张自杰主编 排水工程 (第四版) 北京 中国建筑工业出版社 1999 2. 严煦世主编 给水排水工程快速设计手册 第 1,4册 北京 中国建筑工业出版社 1995 3. 给水排水设计手册 第 1、5、11册 北京 中国建筑工业出版社 2000