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水污染控制工程
课程设计
题目A2/O工艺处理污水
班级环境111
学号201138905127
学生姓名余佳力
指导老师翟志才
完成日期2014.7.9
1设计依据
1.1项目概况
江南某城镇位于长江下游冲积平原,地面平整,海拔高度为黄海绝对标高3.90-5.00m,地面平均绝对标高为4.80米。
该城镇排水系统采用完全分流制体系。
规划人口:
近期60000人,2020年为100,000人,生活污水量约为日平均150L/人,生活污水流量变化系数为1.4;工业废水量近期为5000m3/d,远期达10000m3/d,工业废水流量变化系数为1.3。
生活污水和工业废水混合后的水质预计为:
COD=450mg/L,BOD5=200mg/L,SS=250mg/L,NH3-N=30mg/L,TP=4mg/L;处理出水水质要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级B标准。
污水处理厂出水排入距厂150米的隋塘河中,隋塘河的最高水位约为4.60米,最低水位约为1.80米,常年平均水位约为3.00米。
厂区设计地坪绝对标高采用5.00m。
污水处理厂的污水进水总管管径为DN800,进水泵房处沟底绝对标高0.315m,充满度h/D=0.65。
污水处理厂初沉污泥和二沉池剩余污泥,经浓缩脱水后外运焚烧处置。
根据已知资料,进行城镇污水处理厂处理工艺初步设计。
要求选择确定污水处理流程,确定处理构筑物的结构,计算各构筑物的尺寸,并进行定型设备先型,用AutoCAD画出处理工艺流程图、处理厂总平面布置图和高程图,并画出1-2个主要构筑物图。
1.2相关标准、规范
1.《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002);
2.《水污染控制工程》(上、下),高廷耀等编,高等教育出版社,2007年第三版;
3.《室外排水设计规范》(GB50014-2006);
4.《给水排水设计手册》(第二版)(第1、5、8、9、10、11册),建筑工业出版社,2000。
5.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002);
6.《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001);
7.《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002);
8.《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069-2002);
9.《供配电系统设计规范》(GB50052-95);
10.《低压配电设计规范》(GB50054-95);
2处理工艺方案的确定
2.1常用城市污水生物处理工艺技术
(1)活性污泥法
(2)AB法
(3)SBR工艺
(4)生物滤池法
(5)氧化沟法
(6)生物接触氧化法/曝气生物滤池法
(7)A2/O工艺
2.2污水处理工艺流程的确定
本项目设计处理水量的确定:
最大设计流量Qmax=35000m3/d,1460m3/h,0.406m3/s
2.2.1设计进水水质
根据项目来源和设计任务,本污水处理工程设计进水水质见表1。
表2-1设计进水水质一览表
指标
pH
CODCr
BOD5
SS
色度
总磷
氨氮
单位
无量纲
mg/L
mg/L
mg/L
倍
mg/L
mg/L
进水水质
6~9
450
200
250
-
4.0
30
2.2.2设计处理出水水质
本项目废水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级B标准,具体水质指标如表2所示。
表2-2设计出水排放水质标准
指标
pH
CODCr
BOD5
SS
色度
总磷
氨氮
单位
无量纲
mg/L
mg/L
mg/L
倍
mg/L
mg/L
标准值
6~9
≤60
≤20
≤20
≤30
≤1.0
≤8(15)
既参数要求见下表2-3
表2-3
水质参数
进水水质
出水水质
CODC(mg/L)
450
≤60
BOD5(mg/L)
200
≤20
SS(mg/L)
250
≤20
总磷(mg/L)
4.0
≤1.0
氨氮(mg/L)
30
≤8
2.2.3处理工艺流程
根据本项目中污水水质特点和处理出水要求,污水处理厂拟采用的工艺流程如下(见图1)。
流程说明:
城市污水从进水井通过提升泵提升至格栅间,通过格栅去除大块固体悬浮物,然后进入曝气沉砂池去除污水中密度较大的无机颗粒污染物(如泥砂,渣土等),经初沉池进一步去除污水中悬浮物后流入生化厌氧池,再进入缺氧、好氧区,在不同微生物的协调作用下,在降解有机物的同时进行强化脱氮除磷。
经过生物降解处理后的污水流至二沉池,进行泥水分离,二沉池的出水达到GB18918-2002中的一级B标准,即可排放至附近河流。
二沉池的污泥除部分回流外,其余经浓缩脱水后外运处置。
污水处理各过程处理效率分析预测见表4。
表2-4设计污水处理效率预测表(单位:
mg/L)
项 目
设计水量
CODCr
(mg/L)
去除率
NH3-N
(mg/L)
去除率
原水
35000m3/d
450
-
30
初沉出水
35000m3/d
315
30%
27
10%
A2/O生化出水
35000m3/d
50
共85%
(20%+65%)
5.4
80%
二沉池排放出水
35000m3/d
≦60
总90%
≦8
总88%
流程说明:
城市污水从进水井通过提升泵提升至格栅间,通过格栅去除大块固体悬浮物,然后进入曝气沉砂池去除污水中密度较大的无机颗粒污染物(如泥砂,渣土等),经初沉池进一步去除污水中悬浮物后流入生化厌氧池,再进入缺氧、好氧区,在不同微生物的协调作用下,在降解有机物的同时进行强化脱氮除磷。
经过生物降解处理后的污水流至二沉池,进行泥水分离,二沉池的出水达到GB18918-2002中的一级B标准,即可排放至附近河流。
二沉池的污泥除部分回流外,其余经浓缩脱水后外运处置。
污水处理各过程处理效率分析预测见表3。
表2-3设计污水处理效率预测表(单位:
mg/L)
项 目
设计水量
CODCr
(mg/L)
去除率
NH3-N
(mg/L)
去除率
原水
35000m3/d
450
-
30
初沉出水
35000m3/d
315
30%
27
10%
A2/O生化出水
35000m3/d
50
共85%
(20%+65%)
5.4
80%
二沉池排放出水
35000m3/d
≦60
总90%
≦8
总88%
3设计计算书
3.1泵站
按最大时流量Qmax选泵,工5台(4用1备),每台水泵的设计流量Q=Qmax/4=1460/4=365m³/h,查《给水排水设计手册》第Ⅱ册,选用400QW1800–32型立式水泵,参数如下列表格所示:
型号
流量
m³/h
扬程
m
轴功率
KW
转速
r/min
400QW1800–32
1800
32
250
740
3.2格栅的设计与计算
1.设计参数:
栅前流速v1=0.7m/s,过栅流速v2=0.9m/s
栅条宽度s=0.01m,格栅间隙e=20mm
栅前部分长度0.5m,格栅倾角α=60°
单位栅渣量ω1=0.07m3栅渣/103m3污水
2.设计计算
(1)确定格栅前水深,根据最优水力断面公式
计算得:
栅前槽宽
=
=1.08m,则栅前水深h=B1/2=1.08/2=0.540m
(2)栅条间隙数
0.406
/(0.02×0.540×0.9)=38.8(取n=39)
(3)栅槽有效宽度B=s(n-1)+en=0.01×﹙39-1﹚+0.02×39=1.16m
(4)进水渠道渐宽部分长度
=(1.16-1.08)/2tan20°=0.11m
(其中α1为进水渠展开角)
(5)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
=0.06m
(6)过栅水头损失(h2)
因栅条边为矩形截面,取k=3,则
其中ε=β(s/e)4/3
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h1=0.3m,则栅前槽总高度H1=h+h1=0.745+0.3=1.045m栅后槽总高度H=h+h1+h2=0.745+0.103+0.3=1.148m
(8)格栅总长度L=L1+L2+0.5+1.0+1.045/tanα
=0.11+0.06+0.5+1.0+1.045/tan60°
=2.27m
(9)每日栅渣量
设每日栅渣量为0.07m3/1000m3,取KZ=1.34
采用机械清渣。
(10)计算草图如下:
3.2(平流)沉砂池的设计与计算或钟式旋流沉砂池的设计选型
3.2.1采用平流式沉砂池
设计参数
设计流量Qmax=0.406m³/s;设计流速
,设计水力停留时间
1、长度:
2、水流断面面积:
A=Qmax/v=0.406/0.25=1.7m²
3、池总宽度:
B=A/h2=1.7/1=1.7m,有效水深h2=1m
4、沉砂斗容积:
1.6m3
其中T=2d,X=30m3/106m3
5、每个沉砂斗的容积(V0)
设每一分格有2格沉砂斗,则
V0=1.6/(2*2)=0.4m²
6、沉砂斗各部分尺寸:
设贮砂斗底宽b1=0.5m;斗壁与水平面的倾角60°,贮砂斗高h’3=1.0m
7、贮砂斗容积:
(V1)
8、沉砂室高度:
(h3)
设采用重力排砂,池底坡度i=6%,坡向砂斗,则
9、池总高度:
(H)
10、核算最小流速
(符合要求)
3.3初沉池(选用平流式沉淀池)
1、沉淀区的表面积A;表明负荷取
A=1460/2=830m²
2、沉淀部分有效水深h2
取t=1.5h
3、沉淀部分有效容积V
V=
=0.406×1.5×3600=2190m³
4、沉淀池长度L=vt*3.6=21.6m
5、沉淀池总宽度B=
=830/21.6=38.4m
6、沉淀池的数量:
取b=5m,
n=B/b=38.4/5=7.68,取n=8
7、校核长宽比L/b=21.6/5=4.3274>4(符合要求)
8、污泥部分所需总容积V
已知进水SS浓度
=250mg/L
初沉池效率设计70%,则出水SS浓度
C=
*(1-0.6)=250*0.3=75mg/L
设污泥含水率97%,两次排泥时间间隔T=2d,污泥容重
V=Qmax(Co-C)*86400*T*100/(Kz*3*1000000)=305.4m³
9、每格池污泥所需容积V’
V’=305.4/8=38.2m³
10、污泥斗容积V1,
11、污泥斗以上梯形部分污泥容积V2
12、
污泥斗和梯形部分容积
13、沉淀池总高度H
取H=8m
3.4曝气池的设计与计算
3.4.1污水处理程度的计算
原污水的BOD5=200mg/L,经初沉池处理,BOD5按降低25%考虑,则进入曝气池的污水,其BOD5值Sa为:
Sa=200×(1-25%)=150mg/L
3.4.2曝气池的计算与各部分尺寸的确定
曝气池按BOD-污泥负荷法计算
(1)BOD-污泥负荷率的确定
拟采用BOD-污泥负荷率为0.3Kg/(KgMLSS.d),但为了稳妥,需加以校核:
Kz取0.0188,Se=18.542mg/L,
f=MLVSS/MLSS=0.75,η=0.9,代入各值,得:
Ns=Kz.Se.f/η=0.29≈0.3KgBOD5/(KgMLSS.d)
计算结果确认,则Ns取0.3.
(2)确定混合液污泥浓度(X)
根据已经确定的Ns值,查《排水工程》图4-7得相应的SVI值为100-120,则取SVI为120,取r=1.2,R=50%,得:
X=Rr.1000000/(1+R)SVI=3333.3≈3300mg/L
(3)确定曝气池容积V
V=Q.Sa/Ns.X
Sa=150mg/L,代入各值得:
V=35000×150/(0.3×3300)=5303m³
(4)确定曝气池各部分尺寸
设置2组曝气池,每组容积为5303/2=2651.5m³;
池深取4.2m,则每组曝气池的面积为:
F=2651.5/4.2=631.3m²
池宽B取4.5m,B/H=4.5/4.2=1.07,介于1-2之间,符合规定。
池长:
F/B=631.3/4.5=140.2m
L/B=140.2/4.5=31.18>10,符合规定。
3.4.3曝气系统的计算与设计
设计采用鼓风曝气系统。
(1)平均时需氧量的计算
O2=a’QSr+b’VXv
查《排水工程》表4-19得:
a’=0.5,b’=0.15
代入各值:
O2=0.5×35000[﹙150-24.908﹚/1000]
+0.15×5303×2500/1000
=4177.735Kg/d
=174Kg/h.
(2)最大时需氧量的计算
根据原始数据K=Kz/Kd=1.4/1.1=1.3
代入各值得:
O2(max)=0.5×35000[(150-24.8)/1000]×1.3
+5303×0.15×2500/1000
=201.4Kg/h.
(3)每日去除的BOD5的值
BOD5=35000×(150-24.908)/1000=4378.22Kg/d
(4)去除每KgBOD的需氧量
ΔO2=3093.9/3302=0.937≈0.94KgO2/KgBOD
需要氧气4115.5Kg/d
3.5二沉池的设计与计算
为了使沉淀池内水流更稳、进出水配水更均匀、存排泥更方便,常采用圆形辐流式二沉池。
二沉池为中心进水,周边出水,幅流式沉淀池,共2座。
二沉池面积按表面负荷法计算,水力停留时间t=2.5h,表面负荷为1.5m3/(m2•h-1)。
1)池体设计计算
1.二沉池表面面积
A=Qmax/(N*q)=487.2m2
二沉池直径D=24.9m,取25m
2.池体有效水深
3.混合液浓度
,回流污泥浓度为
为保证污泥回流浓度,二沉池的存泥时间不宜小于2h,
二沉池污泥区所需存泥容积Vw
采用机械刮吸泥机连续排泥,设泥斗的高度H2为0.5m。
4.二沉池缓冲区高度H3=0.5m,超高为H4=0.3m,沉淀池坡度落差H5=0.63m
二沉池边总高度
m
5.校核径深比
二沉池直径与水深比为D/H=24.9/4.93=5.05,符合要求
3.6A2/O工艺
设计参数
1、设计最大流量Q=35000m3/d
2、设计进水水质COD=450mg/L;BOD5(S0)=200mg/L;SS=250mg/L;NH3-N=30mg/L;TP=4mg/L
3、设计出水水质COD=60mg/L;BOD5(Se)=20mg/L;SS=20mg/L;NH3-N=8mg/L;TP=1mg/L
4、设计计算,采用A2/O生物除磷工艺
BOD5污泥负荷N=0.13kgBOD5/(kgMLSS·d)
回流污泥浓度XR=6600mg/L
污泥回流比R=100%
(1)混合液悬浮固体浓度
(2)反应池容积V
V=QSo/(NX)=35000*200/(0.13*3300)=16317.01m3
(3)反应池总水力停留时间
T=V/Q=16317.01/35000=11.19h(取12h)
(4)各段水力停留时间和容积
厌氧:
缺氧:
好氧=1:
1:
3
厌氧池水力停留时间t=12/5=2.4h,池容v=0.2*16317.01=3263.402m3;
缺氧池水力停留时间t=2.4h,池容v=3263.402m3;
好氧池水力停留时间t=7.2h,池容v=9790.206m3;
(5)反应池主要尺寸
反应池总容积V=16317.01m3
设反应池2组,V单=8158.505m3
有效水深
单组有效面积8158.505/5.0=1631.701m2
采用5廊道式推流式反应池,廊道宽b=8.0m
单组反应池长度L=1631.701/(5*8.0)=40.8m
校核:
b/h=8/5=1.6(满足
)
L/b=40.8/8.0=5.1(满足
)
取超高为1.0m,则反应池总高
3.7污泥浓缩池
初沉池污泥含水率大约95%
设计参数
1、浓缩池尺寸
浓缩后污泥流量Qw′=
3.8、贮泥池
1、污泥量
2、贮泥池容积
设计贮泥池周期4h,则贮泥池容积
3、贮泥池尺寸
4、搅拌设备
为防止污泥在贮泥池终沉淀,贮泥池内设置搅拌设备。
设置液下搅拌机1台,功率10kw。
3.9主要建构筑物及设备一览表
表3-1构筑物计算结果一览表
序号
类型
尺寸
选型及备注
1.
1
提升泵房
10m×5m
1.采用5台(4用1备),每台水泵的设计流量Q=1725m3/h
2.选用400QW1800–32型排水泵,处理流量1800m3/h,扬程32m,出水口径400mm,功率为186.71KW。
2
细格栅
栅前水深h=0.54m
栅槽宽度B=1.16m
栅后总高H=1.045m
栅槽总长L=2.27m
1.每日栅渣量W=3.5m3/d。
2.共3组格栅,一组备用。
3.选用三台GH–2500型链条回转式多耙格栅除污机,功率为1.5~2.2KW。
3.
平流式沉砂池
长度L=12.5m
池总宽度B=1.7m
池总高度H=2.6m
沉砂斗容积V=1.6m3
4.
初沉池
沉淀区的表面积A=830m²
沉淀池长度L=21.6m
总宽度B=38.4m
污泥斗容积V1=33.2m³
总高度H=8m
5.
曝气沉砂池
总宽B=4.5m
每格宽b=3.2m
池长L=140.2m
曝气量q=1382.4m3/h
1.采用曝气沉砂池,不增加沉砂的后续处理难度,兼富氧。
2.分为两格。
3.选用PXS–6000型行车式泵吸砂机,功率5.15KW。
4.采用YBM-2型号的膜式扩散器。
5.钢筋砼结构,矩形池。
6.
厌氧池
厌氧池有效容积V厌3263.402m3;
1.设导流墙,将厌氧池分成3格,每格内设SM–7.5潜水搅拌机1台,功率5KW。
2.钢筋砼结构,矩形池。
7.
缺氧池
缺氧池有效容积V缺3263.402m3
1.设导流墙,将缺氧池分成3格,每格内设SM–7.5潜水搅拌机1台,功率5KW。
2.钢筋砼结构,矩形池。
8.
好氧池
好氧池有效容积V缺9790.206m3
1.好氧池分为3个沟段。
2.选用YBP1400-A8型转盘曝气机,充氧能力56kg/h,功率22KW。
3.钢筋砼结构,矩形池。
9.
混合液回流泵房
6m×7m
1.混合液回流泵房2座,内设5台600QW3500–7型潜污泵(4用1备),功率110KW。
2.砖混结构。
10.
二沉池
每池直径D=24.9m
有效水深h2=3.75m
沉淀池总高H=4.93m
1.采用中心进水周边出水的辐流式沉淀池。
2.池数为4座。
3.选用CG–40BⅡ型支墩式双周边传动刮泥机,功率1.1KW。
4.钢筋砼结构
11.
回流污泥泵房
8m×6m
1.设回流污泥泵房2座,内设4台600QW3500–12系列潜污泵(2用2备),功率128.41KW。
2.砖混结构。
12.
污泥浓缩池
浓缩池直径D=23.3m
有效水深h2=3.75m
浓缩池深度H=4.53m
1.采用连续式重力浓缩池。
2.选用NG22–35C型浓缩池刮泥机,功率0.55~0.75KW。
3.池数2座。
4.钢筋砼结构。
13.
污泥贮泥池
直径D=4.9m
高H=4m
1.池数2座。
2.钢筋砼结构。
3.液下搅拌机1台,功率10kw
14.
脱水车间
20m×15m
1.选用DYL–2000型带式压滤机,功率1.5KW。
2.砖混结构。
4污水处理厂平面布置
4.1布置原则
为了使平面更经济合理,污水厂平面布置应遵循下列原则:
⑴按功能分区,配置得当
主要是指对生产、辅助生产、生产福利等各部分布置,要做到分区明确、配置得当而又不过分独立分散。
既有利于生产,又避免非生产人员在生产区通行或逗留,确保安全生产。
在有条件时(尤其建新厂时),最好把生产区和生活区分开,但两者之间不必设置围墙。
⑵功能明确,布置紧凑
首先应保证生产的需要,结合地形、地质、土方、结构和施工等因素全面考虑。
布置时力求减少占地面积,减少连接管(渠)的长度,便于操作管理。
⑶顺流排列,流程简捷
指处理构(建)筑物尽量按流程方向布置,避免与进(出)水方向相反安排;各构筑物之间的连接管(渠)应以最短路线布置,尽量避免不必要的转弯和用水泵提升,严禁将管线埋在构(建)筑物下面。
目的在于减少能量(水头)损失、节省管材、便于施工和检修。
⑷充分利用地形,平衡方土,降低工程费用
某些构筑物放在较高处,便于减少土方,便于空放、排泥,又减少了工程量,而另外一些构筑物放在较低处,使水按流程按重力顺畅输送。
⑸必要时应预留适当余地,考虑扩建和施工可能(尤其是对大中型污水处理厂)。
⑹构(建)筑物布置应注意风向和朝向
将排放异味、有害气体的构(建)筑物布置在居住与办公场所的下风向;为保证良好的自然通风条件,建筑物布置应考虑主导风向。
4.2平面布置
生活办公综合楼及其它主要辅助建筑物位于厂区偏西一侧,水处理构筑物靠厂区南部自西向东依次排开,污泥处理系统位于厂区东部,为改善生活区环境在厂东北角另设大门,以便泥饼和沉砂外运。
4.3附属构筑物的布置
表4附属构筑物一览表
序号
名称
尺寸
材料
单位
数量
1
机修间
20×8
砖混
座
1
2
综合楼
40×25
砖混
座
1
3
食堂
7×8
砖混
座
1
4
宿舍
30×25
砖混
座
1
5
仓库
车库
25×20
砖混
座
1
6
传达室
4×5
砖混
座
2
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