水污染控制工程课程设计

某公司污水处理厂设计水污染控制工程课程设计说明书姓名：刘 伟班级：环境工程081学号：1115080110指导教师：王艳完成日期：2011/12/11目 录第一篇 绪 论绪 论. 3第二篇 设计说明书工程概况. . 4设计题目. 4设计基本资料. 4进出水水量水质. 4工艺的选择. 4工艺流程的比较. 4工艺流程的选择.6污水处理构筑物设计. . 6格栅.6提升泵房.7沉砂池.7厌氧池和曝气池.8二沉池. 8污泥泵房.9贮泥池及污泥泵房.9第三篇 设计计算书进出水水量水质计算. 10污水处理构筑物设计计算. 10格栅. 10提升泵房. 11沉砂池.11生化反应池. 12二沉池. 13回流污泥泵房.14污水处理构筑物设计计算. 10第一部分费用. 10第二部分费用. 10第三部分费用.10工程总投资合计.10污水处理成本计算.10绪 论随着经济飞速发展，人民生活水平的提高，对生态环境的要求日益提高，要求越来越多的污水处理后达标排放。在全国乃至世界范围内，正在兴建及待建的污水厂也日益增多。有学者曾根据日处理污水量将污水处理厂分为大、中、小三种规模：日处理量大于10 万m3为大型处理厂，1-10m3 万为中型污水处理厂，小于1 万m3 的为小型污水处理厂。近年来，大型污水处理厂建设数量相对减少，而中小型污水厂则越来越多。如何搞好中、小型污水处理厂，特别是小型污水厂，是近几年许多专家和工程技术人员比较关注的问题。城市污水的生物处理技术是以污水中含有的污染物作为营养源，利用微生物的代谢作用使污染物降解，它是城市污水处理的主要手段，是水资源可持续发展的重要保证。城市二级污水处理厂常用的方法有：传统活性污泥法、AB 法、氧化沟法、SBR 法等等。本课程设计是环境工程专业的主要实践环节之一。其主要任务是针对水污染控制工程中基本原理和方法如何在实际中的应用。通过本环节的实践，使学生掌握水处理工程设计的理念和方法；使学生能从整体的角度和系统的观点出发，了解环境工程水处理设计的过程和特点，增强其设计能力，掌握水处理设计的基本原则、方法和步骤；并通过对某一典型流程的设计计算、绘图，使学生初步具备水处理工程的设计能力，增强学生的工程观念，加深对课本知识的理解和掌握。通过本课程学习达到以下目的：1. 掌握环境工程水处理设计的基本原则、方法和步骤；2. 了解和掌握水处理工程设计的设计规范及常用资料；3. 掌握典型水处理工艺流程的设计计算过程；4. 掌握水处理构筑物及管渠系统的设计；5. 了解和掌握水处理机械设备的选型和配备。设计说明书一、工程概况1.设计题目某集团公司主要生产热浸镀锌管，根据需要决定新增年产4*104t镀锌管和年产6*104t涂敷钢管生产线个一条，并按照三同时原则建立配套污水处理站。废水主要来源于酸洗工序，设计处理能力为500 m3/d，水质为：pH为3.5-4.5，Zn2+为3-8 mg/L，铁离子浓度为15 mg/L 。要求处理水达到 污水综合排放标准一级标准(SS20 mg/L BOD5 20 mg/L COD60 mg/L)。2.设计基本资料1、该城镇在北边和南边各有一块长200m，宽100m 的坡地可供选择作为污水处理厂厂址，长度方向坡度约为6，宽度方向标高基本相同，地面平坦，最低地面标高为3.5 m，地下水位标高0.5 m，地基承载力15 吨/m2；2、城市污水和工业污水收集管网另行设计，根据地形走势，污水收集管网总出口可以设在北边厂址，也可以设在南边厂址。污水收集管网总出口标高：1.5 m ；3、气象资料：年平均气温15 ，年降水量800 mm，夏季计算气温30 ，冬季计算气温5 ；夏季主导风向为东南风，冬季主导风向为西北风；4、受纳水体水面标高0.0m，选定排水口与北边厂址距离800m，与南边厂址距离500m；5、设计范围：污水收集管网总出口开始，受纳水体的选定排水口为止；污泥脱水到含水率小于80%外运另行处置。二、进出水水量水质设计流量Qmax=20000m3/d单位:mg/LBOD5SSNH3-NpH进水175318.523.13.5-4.5出水20201515去水率88.6%93.7%35%-三、工艺的选择1、工艺流程的比较A、 SBR 法工艺流程：污水 一级处理 曝气池 处理水工作原理：1）流入工序：废水注入，注满后进行反应，方式有单纯注水，曝气，缓速搅拌三种，2）曝气反应工序：当污水注满后即开始曝气操作，这是最重要的工序，根据污水处理的目的，除P 脱N 应进行相应的处理工作。3）沉淀工艺：使混合液泥水分离，相当于二沉池，4）排放工序：排除曝气沉淀后产生的上清液，作为处理水排放，一直到最低水位，在反应器残留一部分活性污泥作为种泥。5）待机工序：工处理水排放后，反应器处于停滞状态等待一个周期。特点：大多数情况下，无设置调节池的必要。SVI 值较低，易于沉淀，一般情况下不会产生污泥膨胀。通过对运行方式的调节，进行除磷脱氮反应。自动化程度较高。得当时，处理效果优于连续式。单方投资较少。占地规模大，处理水量较小。B、 A/A/O 法优点：该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间，总产占地面积少于其它的工艺。在厌氧的好氧交替运行条件下，丝状菌得不到大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI值一般均小于100。污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。运行中勿需投药，两个A 段只用轻缓搅拌，以不啬溶解氧浓度，运行费低。缺点：除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD 值高时更是如此。脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q 为限，不宜太高，否则增加运行费用。对沉淀池要保持一定的浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现C 、厌氧池氧化沟工作流程：污水中格栅提升泵房细格栅沉砂池厌氧池氧化沟二沉池接触池处理水排放工作原理：氧化沟一般呈环形沟渠状，污水在沟渠内作环形流动，利用独特的水力流动特点，在沟渠转弯处设曝气装置，在曝气池上方为厌氧池，下方则为好氧段，从而产生富氧区和缺氧区，可以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮的效应，同时氧化沟法污泥龄较长，可以存活世代时间较长的微生物进行特别的反应，如除磷脱氮。工作特点：在液态上，介于完全混合与推流之间，有利于活性污泥的适于生物凝聚作用。对水量水温的变化有较强的适应性，处理水量较大。污泥龄较长，一般长达1530 天，到以存活时间较长的微生物，如果运行得当，可进行除磷脱氮反应。污泥产量低，且多已达到稳定。自动化程度较高，使于管理。占地面积较大，运行费用低。脱氮效果还可以进一步提高，因为脱氮效果的好坏很大一部分决定于内循环，要提高脱氮效果势必要增加内循环量，而氧化沟的内循环量从政论上说可以不受限制，因而具有更大的脱氮能力。氧化沟法自问世以来，应用普遍，技术资料丰富。D、 A/O缺氧池在前，污水中的有机碳被反硝化菌所利用，可减轻其后好氧池的有机负荷，反硝化反应产生的减度可以补偿好氧池中进行硝化反应对碱度的需求。好氧在缺氧池之后，可以使反硝化残留的有机污染物得到进一步去除，提高出水水质。BOD5的去除率较高可达9095%以上，但脱氮除磷效果稍差，脱氮效率7080%，除磷只有2030%。尽管如此，由于A/O 工艺比较简单，也有其突出的特点，目前仍是比较普遍采用的工艺。该工艺还可以将缺氧池与好氧池合建，中间隔以档板，降低工程造价，所以这种形式有利于对现有推流式曝气池的改造综上所述，任何一种方法，都能达到脱氮的效果，且出水水质良好，A/O 法投资省，运行管理各个方面都优于其他处理方法。本设计采用A/O 法为本设计的工艺方案。2、工艺流程的选择进水格栅沉砂池平流沉淀池厌氧池曝气池辐流沉淀池出水此工艺能去除水中的BOD5 、NH3-N。故采用A/O 法为本设计的工艺方案四、污水处理构筑物设计1.格栅格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。设计参数：（1）水泵处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求：1) 人工清除 2540mm2) 机械清除 1625mm3) 最大间隙 40mm（2）在大型污水处理厂或泵站前原大型格栅(每日栅渣量大于0.2m3),一般应采用机械清渣。（3）格栅倾角一般用450750。机械格栅倾角一般为600700，（4）通过格栅的水头损失一般采用0.080.20m。（5）过栅流速一般采用0.61.0m/s。运行参数：栅前水深 0.6m 过栅流速 0.9m/s栅条宽度 0.01m 栅条间距 0.018m格栅倾角 =60 格栅间隙数 33水头损失 0.115m 每日栅渣量 1.3m3/d清渣设备：FH型旋转式格栅除污机，1台，N=1.5KW。另有人工清渣设备备用。构筑物大小:2.32 m（长）1 m（宽）0.82 m（高）2、提升泵房提升泵房用以提高污水的水位，保证污水能在整个污水处理流程过程中流过，从而达到污水的净化。1泵房进水角度不大于45 度。2相邻两机组突出部分得间距，以及机组突出部分与墙壁的间距，应保证水泵轴或电动机转子再检修时能够拆卸，并不得小于0.8。如电动机容量大于55KW 时，则不得小于1.0m，作为主要通道宽度不得小于1.2m。3. 采用螺旋泵作为污水提升装置，决定共配备6 台螺旋泵，四用二备4. 构筑物大小：6.26m*2.71m3、沉砂池（2 个）沉砂池的作用是从污水中将比重较大的颗粒去除，其工作原理是以重力分离为基础，故应将沉砂池的进水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带起立。沉砂池设计中，必需按照下列原则：1. 工厂污水一般均应设置沉砂池，座数或分格数应不少于2 座(格)，并按并联运行原则考虑。2 .设计流量应按分期建设考虑：(1) 当污水自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；(2) 当污水为用提升泵送入时，则应按每期工作水泵的最大组合流量计算；(3) 合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。3 .沉砂池去除的砂粒杂质是以比重为2.65，粒径为0.2 以上的颗粒为主。4 .工厂污水的沉砂量可按每106m3 污水沉砂量为30m3 计算，其含水率为60%，容量为1500kg/m3。5.贮砂斗槔容积应按2 日沉砂量计算，贮砂斗池壁与水平面的倾角不应小于55排砂管直径应不小于0.3m。6.沉砂池的超高不宜小于0.3m 。7 .除砂一般宜采用机械方法。当采用重力排砂时，沉砂池和晒砂厂应尽量靠近，以缩短排砂管的长度。说明：采用平流式沉砂池，具有处理效果好，结构简单的优点，分两格。运行参数：沉砂池长度 7.5m 池总宽 1.2m有效水深 0.77m 贮泥区容积 0.20m3（每个沉砂斗）沉砂斗底宽 0.5m 斗壁与水平面倾角为 550斗高为 0.35m 斗部上口宽 1.0m沙水分离装置：LSF型螺旋砂水分离器(2套)，N=0.37kw构筑物大小: 7.5(长)1.2(宽)1.58(高)m4、厌氧池和曝气池（各2 个）二级处理的主体构筑物，是活性污泥的反应器，具有良好的脱氮功能，经过A/O 生化反应池后，水质得到很大的改善。运行参数：共建造2组厌氧池和2组曝气池厌氧池： 12m*12m*8m曝气池： 37m*9m*5m曝气系统：采用表面机械曝气泵（E）型叶轮表面曝气机。5、二沉池（2 个）设计参数：设计进水量：Q=20000/2=10000m3/d=411.5m3 /h,表面负荷： qb范围为1.01.5 m3/ m2.h ，取q=1.5 m3/ m2.h固体负荷： qs =162 kg/ m2.d水力停留时间（沉淀时间）：T=2h堰负荷： 1.94L/(s.m)运行参数：沉淀池直径 D=19m 有效水深 h3m池总高度 H=5.78m 贮泥斗容积 Vw178.09m36、污泥泵房1 设计流量Q=210 4 m 3 /d=0.23m3/s=833.3m 3 /h2. 回流污泥提升泵型号：LRB 型污泥泵台数：2 台（一用一备） 流量：860.5 m3/h扬程：22m 功率：15KW 回流污泥管管径800mm3 剩余污泥提升泵型号：50QW18-15 型潜水排污泵台数：2 台（一用一备） 流量：7.11m3/h扬程：25m 功率：15KW 剩余污泥管管径300mm4.污泥泵房尺寸：L*B*H=8m*4m*8m 半地下式钢筋混凝土结构。5.起重机选用DX 型电动单梁起重机，起重量3 吨，跨度9m。7、贮泥池及污泥泵房贮泥池尺寸（将贮泥池设计为正方形）LBH=555.6m 有效容积 V=140m3浓缩污泥输送至泵房污泥提升泵选用1PN 污泥泵两台，一用一备，单台流量Q7.216m3/h,扬程H1412mH2O,功率N3kW设计计算书一、进出水水量水质计算工业污水: Q1=3000m3/d SS=180mg/L BOD5=225mg/L pH=6.97.5生活污水:查表得：生活污水量 Q2=90125L/(人*d) 取125 L/(人*d)Q2=80000 人*125 L/(人*d)=10000m3/dSS=3555g/(人*d) 取45 g/(人*d) BOD5=2035 g/(人*d) 取25 g/(人*d)NH4-N 取30mg/L总水量:Q=Q1+Q2=3000m3/d+10000m3/d=13000m3/d考虑到城市的发展，污水的流量会逐渐增大，故变化系数Kz 取1.5设计流量Qmax=Kz* Q=1.5*13000m3/d=19500m3/d20000 m3/d总水质:BOD5=225mg/L*3000m3/d+25 g/(人*d)*80000 人/ 13000m3/d=175mg/LSS=180mg/L*3000m3/d+45 g/(人*d)*80000 人/ 13000m3/d=318.5mg/LNH4-N=30 g/(人*d)*80000 人/ 13000m3/d=23.1mg/L二、污水处理构筑物设计计算：一、格栅设计参数：设计流量Q=20000m3/d=0.23m3/s选用平面矩形格栅1、格栅的间隙数量n取过栅流速 0.9m/s, 格栅倾角 =60栅条间距 b=18 mm 栅前水深 0.6mn=Q max=0.23*=32.82、格栅的建筑宽度B设计采用圆钢为栅条，即s = 0.01mB=S(n-1)+bn=0.01 (33-1)+0.01 33=0.914m3、过栅水头损失栅条断面形状为迎水、背水面半圆形的矩形h1=(s/b)0.75v2sink/2g=1.67(0.01/0.018)0.750.92sin603/2/9.8=0.115m式中: k-格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般取34、栅后槽的总高度h 总 =h+h 1 +h 2 式中: h2-栅前渠道超高，取0.3米h总=h1+h2+h3=0.6+0.115+0.3=1.015m5、格栅的总建筑长度L =L 1 +L 2 +1. =0.28+0.14+0.5+1.0+(0.6+0.3)/tan60=2.32m式中: L1进水渐宽部位长度，mb1进水渠渠宽，取0.8米；a1进水渠渐宽部分展开角，20L2出水渠道渐窄部位长度，L2= 0.5L16、每日栅渣量的计算工程格栅间隙为18mm，取W1=0.01m3/103m3W=(qvmax*W1*86400）/(Kz*1000)=0.23*0.1*86400/1.5/1000=1.3m3/d式中：KZ生活污水流量总变化系数，取1.5因为每日栅渣量0.23，宜采用机械清渣7、清渣设备：FH型旋转式格栅除污机，1台，N=1.5KW。8、构筑物大小:2.32 m（长）1 m（宽）0.82 m（高）二、提升泵房设计流量Qmax=0.23m3/s，考虑到经济实用性，拟采用螺旋泵作为污水提升装置为了避免设备24小时运转，决定共配备4台螺旋泵，二用二备，在平时4台水泵替换使用，可有效延长设备使用寿命，同时，在某台水泵出现故障时，可启用备用水泵，实现污水处理厂的不间断持续运转每台泵的设计水量为： Q0.23/4207 m3/集水池容积采用相当于一台泵的15min流量，即： V=207*15/60=51.75m3三、沉砂池设计参数：设计流量Q=20000m3/d=0.23m3/s具体计算设计2个沉砂池平行处理QmaxQ= 2 =0.115m3/s1、 沉沙池长度取v=0.25m/s，t=30s， L=vt=0.2530=7.5m2、水流断面A=Qmax/v =0.23/0.25=0.92m23、池总宽度B 设n=2，b=0.6m，B=nb=20.8=1.2m4、有效水深h2=BA =0.92/1.2=0.77m5、沉砂室所需容积V=( Qmax X T 86400)/( k z 106)=0.23*30/1000000*2*86400/1.5=0.79m3式中： X-城市污水的沉沙量，一般采用30m/106m3（污水）T-排水时间间隔，dKZ-生活污水流量的总变化系数6、每个沉砂斗容积：设每一分格有两个沉砂斗V0=0.79/2/2=0.20m37、沉砂斗各部分尺寸：设斗底宽a1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为55，斗高h3 =0.35m沉砂斗上口宽：a =（2h3）/（tan550）+a1=1.0m沉砂斗容积:v0=h3(2a2+2aa1+2a12)/6=0.35*2(1*1+1*0.5+0.5*0.5)/6=0.2m3沉砂室高度：采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗h3 =h3 06l2 =0.51m池总高度：设超高h1=0.3mH=h1+h2+h3=0.3+0.77+0.51=1.58m8、沙水分离装置：LSF型螺旋砂水分离器(2套)，N=0.37kw9、构筑物大小: 7.5(长)1.2(宽)1.58(高)m四、生化反应池取NS为0.12BOD5/(kgMLSS*d) X为4000g/m3 a为0.6kgVSS/kg BOD5 b为0.05d-1Xr=12kg/m3生化反应池容积比V1/V2=3 V1 好氧段容积V2厌氧段容积生化反应池总容积V=V1+V2=QL0/NSX=20000*122.5*0.12*4000=4537m3水力停留时间t=V/Q=4537/20000=5.44h剩余污泥量W=aQ平Lr-bVXv+SrQ*50%=0.6*13000*102.5-0.05*4537*3375+150.5*13000*50%=1012.13kg/d剩余活性污泥量XW=aQ平Lr-bVXv=0.6*13000*102.5-0.05*4537*3375=33.9kg/d回流污泥量：r -R =（X）/（X r -X）=4/(12-4)=50%最大需氧量O2=aQLr+bNr-bNb-cXw2000kg/d生化反应池尺寸厌氧池： 12m*12m*8m曝气池： 37m*9m*5m五、二沉池该沉淀池采用中心进水，周边出水的幅流式沉淀池，采用刮泥机。1、设计参数某城市污水处理厂设计14拟设计2个二沉池Q=20000/2=10000m3/d=411.5m3/h,表面负荷：qb范围为1.01.5 m3/ m2.h ，取q=1.5 m3/ m2.h水力停留时间（沉淀时间）：T=2 h2、池表面积:A=Q/q=277.8m23、池体直径：D = 4 A/ =18.8m 取19m4、沉淀部分有效水深: 1 h =qt=3m5、贮泥斗容积：设每个沉淀池有一个斗排泥贮泥时间采用Tw=2h，二沉池污泥区所需存泥容积：V w=（2T w ( 1 +R ) QX）/( X +X)r1=2m r2=1m =60h5=(r1-r2)tan60=1.73m v1=h4(r12+r22+r1*r2)/3=8.24m3h4=(R1-r1)*0.05=0.375m v2=h4(r12+R12+r1*R1)/3=169.85m3v 总=2*2(v1+v2)=178.09m3vw6、二沉池总高度：取二沉池缓冲层高度h3=0.5m，超高为h4=0.3m则池总高度为h=h1+h2+h3+h4+h5=3+1.73+0.6+0.5+0.3=6.03m7、校核堰负荷：Q/d=10000/3.14/19=167.6m3/(d*m)=1.94L/(s*m)固体负荷：Ls=q*24*(1+R)*MLSS/A=162kg/（m2*d）以上各项均符合要求8、进口部分设v=0.4m/s 下降速度v1=25mm/s进口立管dl=(q*(1+R)/3600*0.785v)0.5=0.76m中心布水筒直径Dw=(q*(1+R)/2826v1+dl2)0.5=3.1m布水筒高Hw=0.5H+o.3=2.5m9、出口部分出口槽设于池周边出水槽直径de=18.2m 计算长度l=0.2*18.2=28.57m单位长度进水量q0=q/3600/2l=2.1*10-3m3/（s*m）出水槽宽b=0.4m槽内最大水深h1=1.73(q02*l2/g/b2)1/3=0.13m槽高H=0.13+0.1=0.23m六、回流污泥泵房1 设计流量Q=2104m3/d=0.23m3/s=833.3m3/h回流污泥提升泵型号：LRB 型污泥泵台数：2 台（一用一备） 流量：860.5 m3/h扬程：22m 功率：15KW 回流污泥管管径800mm2 剩余污泥提升泵型号：50QW18-15 型潜水排污泵台数：2 台（一用一备） 流量：7.11m3/h扬程：25m 功率：15KW 剩余污泥管管径300mm3 污泥泵房尺寸：L*B*H=8m*4m*8m 半地下式钢筋混凝土结构。4 起重机选用DX 型电动单梁起重机，起重量3 吨，跨度9m。三、工程成本计算（1）第一部分费用、第一部分费用包括建筑工程费；设备、器材、工具等购置费；安装工程费。可查有关排水工程投资估算、概算指标确定。设计日处理水量：20000m3/d。各单项构筑物土建及其设备造价见表。各单项构筑物工程造价计算 单位：万元人民币）序号 工程或费用名称 建筑工程费 安装工程费 设备购置费 其它 合计1 总平面 124 28 15 1672 格栅 3 1 2 63 沉砂池 20 10 3 334 厌氧池 25 15 10 505 氧化沟 100 50 50 2006 二沉池 200 50 60 3107 污泥泵房 30 16 30 768 贮泥池 20 1 1 229 污泥脱水机房 35 12 15 6210 综合楼 110 5 50 16511 其他 300 10 30 340工程造价总计1426 万元人民币。（2）第二部分费用第二部分费用包括建设单位管理费、征地拆迁费、工程监理费、供电费、设计费、招投标管理费等。根据有关资料统计，按第一部分费用的50%计：713 万元人民币。（3）第三部分费用第三部分费用包括工程预备费、价格因素预备费、建设期贷款利息、铺底流动资金。工程预备费按第一部分费用的10%计，则为：142 万元价格因素预备费按第一部分费用的5%计，则为71 万元；贷款期利息，贷款、辅底流动资金按20%计算，则为285 万元。则合计：498 万元人民币。（4）工程总投资合计项目总投资=第一部分费用+第二部分费用+第三部分费用=2637 万元人民币四、污水处理成本计算污水处理厂成本通常包括工资福利费、电费、折旧费、检修维修费、行政管理费以及污泥综合利用收入等项费用。（1）动力费10000 元/天（3）工资福利费3000 元/天（4）折旧提成费500 元/天（5）日程修理维护费1500 元/天（6）管理费、销售费和其他费用1000 元/天（7）综合起来共1.6 万元/天综上所述污水处理成本为0.8 元/吨.参考文献水污染控制工程高廷耀顾国维周琪主编 高等教育出版社2007 年水污染控制工程实践教程彭党聪主编 化学工业出版社2004 年污水处理工程设计 化学工业出版社2003 年给水排水工程专业课程设计张志刚主编 化学工业出版社2004 年给排水管道设计与施工邢丽贞主编 化学工业出版社2004 年13