水污染控制工程课程设计某城市污水处理厂设计.docx
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水污染控制工程课程设计某城市污水处理厂设计
第一部分设计说明书2
一.概况2
二.设计原则、依据、设计要求2
2.1设计原则:
2
2.2设计依据:
2
2.3设计要求:
2
三.原始资料2
四.污水处理工艺流程的确定3
4.1工艺的确定3
4.2二沉池的比较和选择4
五.污水处理构筑物的选型及设计要点:
5
5.1格栅5
5.2沉砂池5
5.3初次沉淀池5
5.4曝气池6
5.5二次沉淀池6
六.污水处理厂平面布置及处理流程高程布置:
6
6.1各处理单元构筑物的平面布置:
6
6.2污水处理厂的高程布置:
7
第二部分设计计算书7
一.设计流量的计算7
二.污水处理构筑物的工艺计算7
2.1泵前粗格栅7
2.2污水提升泵站9
2.3沉沙池10
2.4初沉池11
2.5曝气池13
2.6二沉池23
2.7消毒设备的计算:
24
2.8污泥浓缩池25
2.9厌氧消化池29
2.10污泥干化(脱水)设备31
三、污水处理厂平面设计及处理高程计算32
3.1污水处理厂的平面布置32
3.2污水处理厂的高程布置32
第一部分设计说明书
一.概况
设计的的污水处理厂的处理规模为11.5万m3/d。
本设计是针对我国中部某城市,该城市的全年平均气温21.8℃,最冷平均月气温9.7℃,最热月平均气温32.6℃,最高温度38.7℃,最低温度0.0℃。
夏季主风向为:
东南风。
二.设计原则、依据、设计要求
2.1设计原则:
1)处理效果稳定,出水水质好;
2)工艺先进,工艺流程尽可能简单,构筑物尽可能少,运行管理方便;
3)污泥量少,污泥性质稳定;
4)基建投资少,占地面积少。
2.2设计依据:
《给水排水设计手册》第1、5、9、11册;
《给排水工程快速设计手册》第2册;
《排水工程》。
2.3设计要求:
城市污水要求处理后水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-1998)、一级排放标准,即SS
20mg/l;BOD5
20mg/l;CODcr
60mg/l。
污泥处理后外运填埋。
三.原始资料
1.南方某城市污水处理厂处理规模为11.5万m3/d。
2.城市污水的水质如下表所示:
(除pH外,其余项目单位为mg/L)
项目
BOD5
CODCr
SS
TN
NH4+-N
TP(以P计)
pH
原水水质
150
300
200
35
25
3.5
6~9
3.城市污水从南面进入污水处理厂,污水处理后排入北面的水体,要求处理后的水质达到《城镇污水处理厂污水排放标准》(GB18918-2002)中的一级标准的B标准,即SS≤20mg/L,BOD5≤20mg/L,CODCr≤60mg/L。
污泥处理后外运填埋。
4.污水处理厂厂区地形拟为平坦地形,标高为75.00米。
厂区的污水进水渠水面标高为72.50米。
(进水渠的宽及水深根据流量自行设计确定)。
5.受纳水体洪水位标高为73.20米,枯水位标高为65.70米。
常年平均水位标高为68.20米。
6.全年平均气温21.8℃,最冷平均月气温9.7℃,最热月平均气温32.6℃,最高温度38.7℃,最低温度0.0℃。
7.夏季主风向:
东南风。
四.污水处理工艺流程的确定
4.1工艺的确定
按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐,20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺,10-20万t/d污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺,小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。
对脱磷脱氮有要求的城市,应采用二级强化处理,如A2/O工艺,A/O工艺,SBR及其改良工艺,氧化沟工艺,以及水解好氧工艺,生物滤池工艺等。
由于该污水处理只需去除BOD5与SS,不考虑脱氮与除磷方面,所以选择两个比较好的方案:
方案一:
传统活性污泥法,其流程为:
污水→中格栅→提升泵房→细格栅→沉砂池→初沉池→曝气池→二沉池→接触池→处理水排放
方案二:
厌氧池+氧化沟,其流程为:
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
工艺流程方案的比较和选择
传统活性污泥法
氧化沟
优点:
1.有机物经历了第一阶段的吸附和第二阶段的代谢的完整过程,活性污泥也历了一个从池道端的对数增长,经减速增长到池末端的内源呼吸的完全生长周期
2.在池首端和前段混合液中的溶解氧浓度较低
3.效果好,BOD除率达90%以上
缺点:
1.曝气池首端有机污染物负荷高,耗氧速度也高
2.暴气池溶积大,基建费用高.
3.供氧与需氧不平衡
4.对进水水质,水量变化的适应性较低,动行效果易受水质,水量变化的影响
优点:
1.可考虑不设初沉池,有机性悬浮物在氧化化沟内能太到好氧稳定的程度
2.可考虑不单敲边鼓二次沉淀池,可少去污泥回流装置.
3.BOD负荷低
缺点:
1.占地面积较大
两个方案都能达到处理水质的要求,BOD5,SS去除都能达到出水水质,工艺都是比较简单的,在技术上都是可行的.
最终选择厌氧池+氧化沟处理工艺是因为:
氧化沟是活性污泥系统的新工艺,与传统活性污法比较,期暴气系具有以下各项效益:
1.对水温水质,水量的变动有较强的适应性2.污污龄一般可达15-30d,为传统活性污泥系统的3-6倍.可以存活,繁殖世代时间长,增殖速度慢的微生物,如硝化菌,在氧化沟内可能产生硝化反应.如运行得当能够具有反硝化脱氮的效应.3.污泥产率低,且已达到稳定的程度,不需要再进行肖化处理.这一点可以少了硝化池,在运行费用方面又可以省下一部份.
在与技术上经济上的造价以及运行费用的综合比较,厌氧池+氧化沟处理工艺是最终的选择.
4.2二沉池的比较和选择
类型
优点
缺点
适用条件
平流式
处理水量可大可少,有效沉淀区大,沉淀效果好,对水量水质变化适应性强,造价低,平面布置紧凑
占地面积大,排泥因难(人工排泥),工作繁杂,机械刮泥易锈,配水不均
地下水位高,施工困难地区,适用流动性差比重大的污泥,不能用静水压力排泥,污水量不限
辐流式
处理水量较为经济,排泥设备己定型系列化,运行稳定,管理方便结构受力条件好
排泥设备复杂,需具有较高的运行管理水平,施工严格
适用处理水量大,地下水位较高的地区及工程地质条件差的地区
经上面的图表,可以看出,平流式与辐流式沉淀池都是可选的.平流式沉淀池对水质冲击变化效果好,但占在面积大,排泥因难,要人工排泥,所以不是太好.虽然辐流式沉淀池排泥设备复杂,需具有较高的运行管理水平,施工严格,但是这些问题对于这个发展型的城市来说,这点问题并不是太大,管理水平可以请技术高的人才来管理,设施工.并且看到了它的优点处理水量较为经济,排泥设备己定型系列化,运行稳定,管理方便结构受力条件好.所以选择辐流式沉淀池作为二沉池是好的选择.
五.污水处理构筑物的选型及设计要点:
5.1格栅
用以截留较大的悬浮物或漂浮物,以便减轻后续处理构筑物的处理负荷,并使之正常运行。
要根据流量选择清渣方式,人工清渣格栅适用于小型污水厂,机械清渣格栅适用于栅渣量大于0.2m3/d。
提升泵站前用中格栅,提升泵站后用细格栅。
设计参数:
a、栅条间隙:
人工清除为25~40mm,机械清除为16~25mm;
b、格栅栅渣量:
格栅间隙为16~25mm时是0.10~0.05m3栅渣/10m3污水,格栅间隙为3050mm时是0.03~0.01m3栅渣/10m3污水;栅渣含水率一般为80%,容重约为960kg/m3
c、格栅上部必须设置工作台,其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m,工作台上应安全冲洗设施;
d、机械格栅不宜少于2台。
e、污水过栅流速宜采用0.6~1.0m/s,格栅前渠道水流速0.4~0.9m/s;
f、格栅倾角一般采用45°~75°;
g、格栅水头损失0.08~0.15m。
5.2沉砂池
用于去除比重较大的无机颗粒。
本设计采用钟式沉砂池,它利用机械力控制水流流态与流速,加速砂粒的沉淀并使有机物随水流带走。
具有沉砂效果好、工作稳定、清洗、排沉砂较方便等优点。
设计参数:
a、水力表面负荷为200m3/m2.h,停留时间约为20~30s;
b、进水渠道直段长度应为宽度的7倍,并且不小于4.5米;
c、进水渠道流速,在最大流量的40%~80%情况下为0.6~0.9m/s,在最小流量时大于0.15m/s,但最大流量时不大于1.2m/s;
d、出水渠道与进水渠道的夹角大于270。
,两种渠道均设在沉砂池的上部;
e、出水渠宽度为进水渠道的2倍,出水渠道直线段长度要相当于出水渠的宽度;
5.3初次沉淀池
去除悬浮物质,同时可去除部分BOD5,可改善生物处理构筑物的运行条件并降低其BOD5负荷。
本设计选用中心进水周边出水辐流式沉淀池。
它的优点是进水中间进水管进水,然后经过水流向四边扩散,布水均匀;多位机械排泥,运行较好,管理方便,而且排泥设施已趋于稳定型。
设计参数:
a、沉淀时间为1~1.5h;
b、表面水力负荷为1.5~3.0m2/m3*h;校核负荷q1’<4.34(m3/m2.h);
c、每人每日污泥量为14~27g/(p•d)或0.36~0.83L/(p•d);
d、池径不宜小于16m,池底坡度一般采用0.05~0.10;
e、污泥含水率为95~97%;
f、池子直径与有效水深之比为6~12,缓冲层高度,非机械排泥时宜为为0.5m;机械排泥时,缓冲层上缘宜高出刮泥板0.3m。
5.4曝气池
本设计选用传统活性污泥曝气池,采用鼓风曝气系统。
所谓推流,就是污水从池的一端流入,在后继水流的推动下,沿池长度流动,并从池的另一端流出。
设计参数:
a、进水方式不限,出水多用溢流偃,水位较固定;
b、曝气池池长与池宽之比(L/B),一般大于5~10;
c、有效水深最小为3m,最大为9m;超高一般为0.5m,当采用表曝机时,机械平宜高出水面1m左右。
d、曝气池廊道的宽:
深,多介于1.0~1.5之间;廊道长宜为50~70m;
e、曝气池一般结构上分为若干单元,每个单元包括一座或几座曝气池,每座曝气池常由1个或2~5个廊道组成;当廊道数为单数时,污水的进、出口分别位于曝气池的两端;而当廊道数为双数时,则位于廊道的同一侧;
f、在池底应考虑排空措施,按纵向留2/1000左右的坡度,并设直径为80~100mm的放空管。
g、曝气池的进水与进泥口均设于水下,采用淹没出流方式。
5.5二次沉淀池
设计参数:
a、沉淀时间为1.5~2.5h;
b、表面水力负荷为1.0~1.5m2/m3*h;
c、污泥量为10~21g/(p•d);
d、污泥含水率为99.2~99.6%;
e、池径不宜小于16m,池底坡度一般采用0.05~0.10;
f、池子直径与有效水深之比为6~12,缓冲层高度为0.5m。
g、最大允许的水平流速要比初次沉淀池的小一半;
h、中心管中的下降流速不应超过0.03m/s;
I、其静水头可降至0.9m,污泥底坡与水平夹角不应小于50度。
六.污水处理厂平面布置及处理流程高程布置:
6.1各处理单元构筑物的平面布置:
a、贯通、连接各隔离构筑物之间的管、渠便捷、直通,避免迂回曲折;
b、土方量作到基本平衡,并避开劣质土壤地段;
c、在处理构筑物之间,应保持一定的间距,以保证敷设连接管、渠的要求,一般的间距可取值5~10m,某些有特殊要求的构筑物,如污泥消化池、消化气贮罐等,其间距应按有关规定确定;
d、各处理构筑物在平面布置上,应考虑适当紧凑。
6.2污水处理厂的高程布置:
a、选择一条距离最厂、水头损失最大的流程进行水力计算。
并应适当留有余地,以保证任何情况下,处理系统能够运行正常。
b、计算水头损失时,一般应以近期最大流量(或泵的最大出水量)作为构筑物和管渠的设计流量;计算涉及远期流量的管渠和设备时,应以远期最大流量为设计流量,并酌加扩建时的备用水头。
c、还应注意污水流程与污泥流程的配合,尽量减少需抽升的污泥量。
第二部分设计计算书
一.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:
二.污水处理构筑物的工艺计算
2.1泵前粗格栅
泵前粗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。
设置两座格栅,拟用回转式固液分离机。
2.1.1设计参数
①设计流量:
A.平均日流量:
Qd=1.33m3/s
B.最大日流量:
Kd=1.2
②栅前流速v1=0.7/s,过栅流速v2=0.9m/s
③栅条宽度s=0.01m,格栅间隙e=40mm
④栅前部分长度0.5m,格栅倾角α=60°
⑤单位栅渣量ω1=0.05m3栅渣/
污水
①确定格栅前水深:
栅前水深h取为1.0m;
②栅条间隙数n
设计两组格栅,则每组格栅的间隙数为21条。
③栅槽有效宽度
=0.01(21-1)+0.04×21=1.04m
4进水渠道渐宽部分长度
其中α1为进水渠展开角为,进水渠宽B1=0.8m。
⑤栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
⑥过栅水头损失(h1)
因栅条边为矩形截面,取k=3,则
其中:
h0:
计算水头损失
k:
系数,格栅受污物堵塞后,水头损失增加倍数,取k=3
ε:
阻力系数,与栅条断面形状有关,当为矩形断面时β=2.42,
⑦栅后槽总高度(H)
取栅前渠道超高h2=0.3m
栅前槽总高度:
=1.0+0.3=1.3m
栅后槽总高度:
=1.0+0.04+0.3=1.34m
8格栅总长度L
⑨每日栅渣量W
宜采用机械清渣(取=1.2)。
9计算草图如下:
2.2污水提升泵站
2.2.1设计说明
污水处理工艺采用传统曝气活性污泥处理,污水处理系统简单,对于新建污水处理厂,工艺管线可以充分优化,故污水只考虑一次提升。
污水经提升后入平流沉砂池,然后自流通过初沉池、曝气池、二沉池及接触池,最后由出水管道排入河道。
设计流量Qmax=1.60m3/h。
2.2.2设计计算
污水提升前水位-5.9m(既泵站吸水池最底水位),提升后水位2.69m(即细格栅前水面标高)。
所以,提升净扬程Z=2.69-(-5.9)=8.59m
水泵水头损失取2m
从而需水泵扬程H=Z+h=10.59m
采用MN系列污水泵(30MN-33B)该泵提升流量4800m3/h,扬程10.6m,转速415r/min,功率153.96Kw,效率90%。
占地面积为π52=78.54m2,即为圆形泵房D=10m,高12m,泵房为半地下式,地下埋深7m,水泵为自灌式。
泵房草图
2.3沉沙池
沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm,密度2.65t/m3的砂粒,以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。
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。
设计流量:
Q=Qmax=1.60m3/s
设计流速:
v=0.30m/s
水力停留时间:
t=40s
①沉砂池长度L:
L=vt=0.3×40=12m
②水流断面积A:
A=Q/v=1.60/0.3=5.33m2
③池总宽度B:
设计n=2格每格宽取b=5m,则
B=nb=2×5=10m
④有效水深h2:
h2=A/B=5.33/10=0.53m(介于0.25~1m之间)
⑤贮泥区所需容积:
设计T=2d,即考虑排泥间隔天数为2天,则沉砂斗容积
式中:
X1——城市污水沉砂量3m3/105m3,
K总——污水流量总变化系数1.2
每格沉砂池设两个沉砂斗,则每格沉砂斗的体积:
⑥沉砂斗各部分尺寸及容积:
设计斗底宽a1=1.1m,斗壁与水平面的倾角为60°,斗高hd=1.0m,则沉砂斗上口宽a:
沉砂斗容积:
(大于V=2.9m3,符合要求)。
⑦沉砂池高度H:
采用重力排砂,设计池底坡度为0.06,坡向沉砂斗长度为:
沉泥区高度为:
h3=hd+0.06L2=1.0+0.06×3.65=1.22m
池总高度H:
设超高h1=0.3m,
H=h1+h2+h3=0.3+0.9+1.22=2.42m
⑧校核最小流量时的流速:
,符合要求。
⑨计算草图如下:
2.4初沉池
本设计选用中心进水,周边出水的幅流式沉淀池,采用机械刮泥。
2.4.1设计参数
设计流量Qmax=4788m3/h
设4座初沉池。
2.4.2设计计算
1)池子总表面积A:
污水表面负荷q=2.5m3/(m2×h)n=4座
2)有效水深h2:
取水力停留时间t=1.5h
h2=qt=2.5×1.5=3.75m
3)每池一次的排泥量W:
每次总排污泥量W1:
式中:
W1——每座沉淀池每天污泥量,m3/d;
C0——进水的悬浮物浓度,
;
C1——沉淀出水的悬浮物浓度,
;
p0——污泥含水率,取97%;
γ——污泥容重,取1000Kg/m3;
t——两次排泥的时间间隔,初沉池按2d考虑。
所以,每次的总排污泥量:
设置4组初沉池,则每个初沉池的排泥量为:
W=W1/4=612.2/4=153.0m3
4)污泥斗容积的计算:
取
,
,池底倾斜度i=0.05,=60°,半径R=D/2=36/2=18m,根据计算草图计算,
污泥斗高度:
污泥斗容积:
坡底落差:
池底可贮存污泥的体积:
可以贮存污泥的体积,
所以有足够的体积贮存污泥。
5)沉淀池总高度:
式中,h1——超高,取0.3m;
h2——沉淀区高度,m;
h3——缓冲区高度,取0.3m;
h4——污泥区高度,m;
h5——污泥斗高度,m。
所以,
沉淀池周边处的高度:
径深比较校核:
,符合径深比6~12的要求。
6)计算草图:
2.5曝气池
采用传统曝气法曝气池为廊道式
2.5.1设计参数
设计流量Qmax=13.8万m3/d,设4座。
2.5.2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,即:
式中:
Ce——处理水中悬浮固体浓度,
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Xa=0.4。
代入各值得:
处理水中溶解性BOD5值为:
20-4.0=16.0mg/L
则去除率η:
2.5.3曝气池及曝气系统的计算与设计
1)曝汽池BOD-污泥负荷法计算
取BOD-污泥负荷率为0.3kgBOD5/(kgMLSS•d),为了设计稳妥,需要加以校核,校核公式:
式中:
;
;
;
。
代入各值可得
计算结果表明,Ns值取0.3是合适的。
2)确定混合液污泥浓度(X)
根据已经确定的Ns值,查资料得相应得SVI值在100~120之间,取值为115。
式中:
——曝汽池混合液污泥浓度,mg/L;
——污泥回流比,取0.5;
——污泥容积指数,取115;
——是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。
所以,
3)曝汽池容积的确定
根据公式
式中
——BOD-污泥负荷率;
——污水设计流量,为19.5万m3/d;
——曝汽池混合液污泥浓度,3400mg/L;
——原污水的BOD5值,mg/L;
——曝汽池的容积,m3。
所以,
4)确定曝气池各部分尺寸的确定
本设计采用4组曝汽池,每组的容积为
取池深为h=5.0米,那么每组的曝汽池的面积为:
取池宽B=7米,那么宽深比
,符合1~2之间的要求。
①池长:
②长深比:
③设曝汽池为五道廊道式,廊道长:
。
④池的总高度
取超高0.5米,那么池的总高度为
5+0.5=5.5米
在曝气池面对初次沉淀池和二次沉淀池的一侧,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)。
在面对初沉池的一侧(前侧),在每组曝气池的一端,廊道I进水口处设回流污泥井,井内设污泥空气提升器,回流污泥由污泥泵站送入井内,由此通过空气提升器回流曝气池。
2.5.4曝气系统的计算与设计
本设计采用鼓风曝气系统。
1)平均时需氧量的计算:
式中:
O2——混合液需氧量,kgO2/d;
——活性污泥微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧量,取=0.5;
Q——污水流量,Q=m3/d;
Sr——经活性污泥微生物代谢活动被降解的有机污染物量,
Sr=(112.5-20)×10-3kg/m3=0.0925kg/m3;
——活性污泥微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧量,取=0.15;
V——曝汽池容积,V=12651.2m3;
Xv——单位曝汽池容积内的挥发性悬浮固体(MLVSS)量,
Xv=(0.75×3400)×10-3=2.550kg/m3;
所以代入各值可得
2)最大时需氧量的计算
根据原始数据K=1.4,代入各值可得:
3)每天去除的BOD5值:
4)去除每公斤BOD的需氧量:
5)最大时需氧量与平均时需氧量之比:
2.5.5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0.2米处,淹没水深4.8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)=9.17mg/L;Cs(30)=7.63mg/L
1)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,4.8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,对网状膜型中微孔取值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:
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:
32844+19166.7=52011m3/h
2.5.6空气管系统计算:
在相邻两个廊道的隔墙上设一根干管,共10根计算。
在每根干管上设10对配气竖管,共20条配气竖管。
全曝气池共设200条配气竖管。
每根竖管供气量:
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