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污水处理厂课程设计DOC
广州大学市政技术学院
课程设计任务
课程设计名称:
某城市污水处理厂设计
环境工程系
环境工程12环管1班
张锦超曾娟兰冯坚旭
指导教师
2014
年6月15日
某城市污水处理厂设计
1.绪论
1.1设计基础资料及任务
1.2设计根据
1.3设计资料的分析
2.污水处理厂的设计水量水质计算
3.污水处理的工艺选择
4.污水处理厂各构筑物的设计4.1格栅
--4.1.1粗格栅
--4.1.2泵后细格栅
4.2污水泵站
4.2.1选泵
4.3沉砂池设计计算
4.4氧化沟设计
4.5二沉池设计
4.6接触消毒池与加氯间4.7污水厂的高程布置
1.绪论
1.1设计基础资料及任务
(一)城镇概况
A城镇北临B江,地处东南沿海,北回归线横贯市区中部,该市
在经济发展的同时,城市基础设施的建设未能与经济协同发展,城市污水处理率仅为8.7%,大量的污水未经处理直接排入河流,使该城市的生态环境受到严重的破坏。
为了把该城市建设成为经济繁荣、环境优美的现代化城市,筹建该市的污水处理厂已迫在眉睫。
A城镇计划建设污水处理厂一座,并已获上级计委批准。
目前,污水处理厂规划服务人口为便万人,远期规划发展到
25万人,其出水进入B江,B江属地面水m类水体,要求排入的污
水水质执行《污水综合排放标准》(GB18918-2002)中的一级标准中的
B类标准,主要水质指标为:
COCK60mg/L,BOD<20mg/L,SS<
20mg/L,TNv20mg/L,NhkNK15mg/L,TPK1.0mg/L。
(二)工程设计规模:
1、污水量:
根据该市总体规划和排水现状,污水量如下:
1)生活污水量:
该市地处亚热带,由于气候和生活习惯,该市在国内一向属于排水量较高的地区。
据统计和预测,该市近期水量230L/人?
d;远期水量260L/人?
d。
2)工业污水量:
市内工业企业的生活污水和生产污水总量18万m3/d。
3)污水总量:
市政公共设施及未预见污水量以10%计,总污水量为生活污水量、工业污水量及市政公共设施与未预见水量的总和。
SS为200mg/l。
SS为270mg/l。
平均温度为20C。
2、污水水质:
BOD5为290mg/l;
BOD5为480mg/l;
28C,冬季10C,
进水水质:
生活污水
工业废水
混合污水温度:
夏季
3、工程设计规模:
该市排水系统为完全分流制,污水处理厂设计规模主要按远期需要考虑,以便预留空地以备城市发展所需。
(三)厂区附近地势资料
1、污水厂选址区域平均海拔在110m左右,厂区征地面积为东西长1000m南北长2500m平均地面坡度为0.3%-0.5%0,地势东南低,
西北高。
2、
进厂污水管道水面标高为103;
3、
厂区附近地下水位标高92;
4、
厂区附近土层构造。
表土
砂质粘土
细砂
中砂
粗砂
粗砂、砾石
粘土
1m
1.5m
1m
2m
0.8m
1m
5m
(四)气象资料
该市地处亚热带,面临东海,海洋性气候特征明显,冬季暖和有阵寒,夏季高温无酷暑,历年最高温度38C,最低温度5C,年平均温度24C,冬季平均温度12C。
常年主导风向为南风。
(五)水文资料最高水位109;最低水位103;常水位106.3;
污水厂具体地形另见附图:
b江
I江
城市管网
1、根据所给的原始资料,计算进厂的污水设计流量;
2、根据水体的情况、地形和上述计算结果,确定污水处理方法、流
程及有关处理构筑物;
3、对各构筑物进行工艺设计计算,确定其型式、数目与尺寸;
4、对污水处理流程中生物处理构筑物进行工艺设计(曝气池或其它
主体处理构筑物,如SBR反应池等);
5、进行各处理构筑物的总体布置和高程设计;
6、设计说明书的编制。
1.2设计根据
《污水综合排放标准》(GB18918-2002
《污水处理厂工艺设计手册》
《环境保护设备选用手册一一水处理设备》
《污水处理构筑物设计与计算》
《污水处理厂设计与运行》
1.3设计资料的分析
1)依污水水质来看,水质状况属于正常水平,不算太高浓度。
2)由于常年主导风向偏南风,所以厂区的前区设置在东南方,以减
少污水处理厂臭气对厂前区的影响。
3)就气温而言,常年温度处在24C,对曝气池的设计不会很大的困
难。
2.污水处理厂的设计水量和水质的计算
2.1污水处理厂设计水量的计算
据统计,污水处理厂近期服务人口为19万人,远期规划发展到25万人。
该
市近期生活污水量为230L/人-d;远期生活污水量260L/人-d。
工业污水量为1.8万m/d。
市政公共设施及为预见水量以10灿。
1)平均日生活污水量计算公式为
Qo=qN
(2-1)
=0.23m3/人190000人
=43700m3/d=505.79L/s
式中Q0――平均日生活污水量,L/s;
居住区生活污水量标准,L/人-d;
设计人口数,人。
2)生活污水总变化系数:
由于该城市缺乏k1及k2的数据,所以采用以下通用参考数据表:
平均日流量(l/s)5154070
100200500>1000
kz
2.32.01.81.7
1.61.51.41.3
由表可得:
该污水处理厂的kz值为
1.4
其中:
k1
日变化系数
3)
k3
k2
时变化系数
总变化系数
(2-2)
生活污水设计流量:
(2-3)
4)
工业污水量:
Q1=QoKz=505.79x1.4=708.11L/s=61180m3/d
Q2=18000m3/d=208.33L/s
5)
最大设计流量:
因市政公共设施及未预见污水量以10%故最大设计流量为
Qmax=Q1+Q2+Q3
=61180m3/d+18000m3/d+0.1Qmax
=87978m3/d
为安全考虑设计水量采用88000m3/d
2.2城市污水水质计算
表2-1进出水水质
项目
进水水质mg/L
出水水质mg/L
生活污水
工业污水
BOD
290
480
<20
SS
200
270
<20
用加权平均法计算出城市污水的水质,其中生活污水设计流量为
708.11
L/s,工业污水量为208.33L/s,则
进水的BOD浓度为
(2-4)
CSa1Q^Sa2Q2290x708.11+480x208.33“c八
S0===333mg/L
Q^Q2708.11+208.33
式中Sai——生活污水进水有机污染物(BOD的浓度,mg/L;
Sa2――工业污水进水有机污染物(BOD的浓度,mg/L;
Qi
生活污水设计流量,L/S;
Qi
工业污水设计流量,
L/S。
进水的SS浓度为
Ca1Q1+Ca2Q2200咒708.11+270咒208.33
Css=22=—_=370mg/L
Qi+Q2
708.11+208.33
(2-5)
式中Ca1——生活污水进水固体悬浮物(SS)的浓度,mg/L;
Ca2――工业污水进水固体悬浮物(SS)的浓度,mg/L。
2.3计算污染物去除效率
BOD去除效率为:
□bod
S0333
(2-6)
式中Se——出水BOD浓度,mg/L。
“BOD
(2-7)
=Css-CssX100%=370~20X100%=94%Css'370
式中Css'——出水SS浓度,mg/L。
3.污水处理的工艺选择
3.1污水处理方案
常用的方法有AB法,A2/O法,氧化沟工艺,SBR等。
3.1.1氧化沟工艺
氧化沟也称氧化渠或循环曝气池,是于20世纪50年代由荷兰的巴斯韦尔(Pasvee)所开发的一种污水生物处理技术,属活性污泥法的一种变法。
它把连续式反应池作为生化反应器,混合液在其中连续循环流动。
氧化沟使用一种带方向控制的曝气和搅动装置,向反应器中的混合液传递水平速度,从而使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内循环流动。
由于氧化沟运行成本低,构造简单,易于维护管理,出水水质好,运行稳定,并可以进行脱氮除磷,因此日益受到人们的重视,并逐步得到推广。
工艺流程
氧化沟工艺可不建初沉池和污泥消化池,有时还可以将曝气池与二沉池合建而省去污泥回流系统,常用的处理城市污水的氧化沟工艺流程
如图所示:
排放
原
水
粗渣外运
淸泥.
¥
污泥
I
■
外运…-
带式压滤机
消化池
污泥浓縮
氧化沟特点:
1)工艺流程简单,运行管理方便,氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消
化池,有此类氧化沟还可以和二沉池合建,省去污泥回流系统。
2)运行稳定,处理效果好,氧化沟的BOD平均处理水平可达95%左
右。
3)能承受水量水质的冲击负荷,对浓度较高的工业废水有较强的适应
能力,这主要是由于氧化沟水力停留时间长,泥龄长,一般为20~30d,污泥在沟内达到除磷脱氮的目的,脱氮效率一般>80%,但要达到较
高的除磷效果,则需要采取另外措施。
基建投资省,运行费用低和传统活性污泥工艺相比,在去除BOD,去除BOD和NH3-N及去除BOD和脱氮情况下更省,同时统计表明在规模较小的情况下,氧化沟的基建投资比传统活性污泥法更省。
3.1.2间歇式活性污泥处理系统(简称SBR工艺)
本工艺又称序批式活性污泥处理系统。
间歇式活性污泥处理系统的工艺流程:
本工艺系统最主要特征是采用集有机污染物降解与混合液沉淀于一体的反应器一间歇曝气池。
SBR是传统活性污泥法的一种变形,它的净化机理与传统活性污泥法基本相同,但SBR的各个运行
期在时间上的有序性,使它具有不同于连续流活性污泥法(Fs)和其他生物处理的一些特性。
SBR工艺的特点:
1)处理效果稳定,对水量、水质变化适应性强,耐冲击负荷。
2)SBR在运行操作过程中,可以通过时间上的有效控制和变化来满
足多功能的要求,具有极强的灵活性。
SBR可以调节曝气时间来满足
出水要求,因此运行可靠,效果稳定。
另外,SBR独特的时间推流性
与空间完全混合性,使得可以对其运行有效的交换,
以达到适应多种
功能的要求,极其灵活。
3)理想的推流过程使生化反应推力大、效率高。
4)污泥活性高,浓度高且具有良好的污泥沉降性能。
5)由于有机物浓度存在较大浓度梯度,有利于菌胶团的形成,所以可有效地抑制丝状菌的生长,防止污泥膨胀。
SBR在沉淀时没有进出水流的干扰,可以避免短流和异重流的出现,是一种理想的静态沉淀,固液分离效果好,易获得澄清的出水。
剩余污泥含水率低,浓缩污泥含固率可达到2.5%~3%,为后续污泥的处置提供了良好的条件。
6)脱氮除磷效果好
7)SBR工艺的时间序列性和运行条件上的较大灵活性为其脱氮除磷
提供了得天独厚的条件。
8)工艺简单,工程造价及运行费用低,是小规模污水治理的有效方
法。
9)目前,我国乡镇企业发展很快,排放污水总量不大,且间断排放,
加之技术管理水平较低,经费少,若采用常规的连续式活性污泥系统进行治理,难度很大,若采用间歇法,则具有均化水质,勿需污泥回
流,不需二沉池,建设与运行费用都较低等优点,SBR是一种高效、
经济、管理简便,适用于中小水量污水。
3.1.3AB法(A+A2/0)
AB法是吸附生物降解法(Absorption.Bio-Degradation)的简称,是原
联邦德国亚琛工业大学宾克(Bohnke)教授于70年代中期开发的一种新工艺。
AB法的工艺流程与机理
AB法的工艺流程的主要特点是不设初沉池。
由AB二段活性污泥系
统串联运行,并有各自独立的污泥回流系统。
污水由城市排水管网经格栅和沉砂池直接进入A段,该段充分利用原污水中的微生物,
并不断繁殖,形成一个开放性的生物动力学系统,A段污泥负荷率高达2~6kgBOD5/(kg•d),水力停留时间短(一般为30min),污泥龄短
(0.3~0.5d)。
A段中污泥的絮凝吸附作用为主,生物降解为辅,对
污水中BOD5的去除率的去除率可达40%~70%,然后再通过B段处理,B段可为常规的活性污泥法,由此构成的工艺为常规AB法BOD5
的去除率为90%,而总磷的去除率为50%~70%。
总氮的去除率为
30%~40%,其除磷效果比常规一般活性污泥法好,但不能达到防止
水体富营养化的排放标准,所以可把B段设计成生物脱氮除磷工艺。
如果要求以脱氮为重点,B段采用A1/O,此时AB工艺为A+A1/O工艺;如果要求除磷为重点,则B段采用A2/O工艺,此时AB工艺
为A+A2/O工艺。
如氮和磷均需高效去除则B段为A2/O工艺,此时
AB工艺为A+A2/O工艺。
AB法工艺特点:
1)不设初沉池,A段由曝气吸附和中沉池组成,为AB工艺为第一处
理系统。
2)B段由曝气池和二沉池组成。
A段和B段由独自的污泥回流系统,
因此二段有各自独立的生物群体,所以处理效果稳定。
3)AB工艺对B0D5、COD、SSN、P的去除率一般高于常规活性
污泥阿法。
4)A段负荷高达2~6kgBOD5/(kgMLSS-d),它具有很强的抗冲击负
荷的能力,并具有对PH、有毒有害物质影响的缓冲能力,水力停留时间和污泥龄短,污泥中全部是繁殖很快的细菌。
5)A段活性污泥法吸附能力强,能吸附污水中某些重金属难降解有机
物以及氮、磷等植物性营养物质,这些物质通过剩余污泥的排放得到去除,故A段具有去除一部分上述物质的功能。
6)由于A段的高效絮凝作用,使整个工艺中通过絮凝吸附由污泥排
放途径去除的BOD5量大大提高,从而使AB工艺比常规活性污泥法可省去基建投资20%,节省运行能耗15%左右。
7)AB法很适用于分布建设,使之缓冲投资上的困难,又能取得较好
的处理效果,然后建B段。
8)AB工艺不仅适用于新厂建设,还适用于旧厂改造和扩建。
3.2处理工艺确定
该城市属于小型城市,
设计人口为19万,日产污水量不是很大,属
于中小型污水处理厂,
中小型污水处理厂往往具有以下特点
1)负担的排水面积小,
污水量较小,一天内水量水质变化不大,频率
较高。
2)一般要求自动化程度高,以减少工作人员配置,降低经营成本。
3)考虑到城市为以后的发展需要脱氮除磷等效果。
综上所述,结合所列各项工艺特点,选择氧化沟处理工艺(卡鲁塞尔
氧化沟)
4.污水处理厂各构筑物的设计
4.1格栅
本污水处理厂设置粗、细两道格栅。
格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截,以免其对后续单元的机泵或工艺管线造成损害。
按栅条的种类可分为直棒式栅条格栅、弧形格栅、辐射式格栅、转筒式格栅和活动栅条式格处理栅。
由于直棒式格栅运行可靠,布局简洁,易于安装维护,本工艺选用直棒式格栅。
格栅与水泵房的设置方式。
粗隔«
•泵房
►
细隔栅
4.1.1粗格栅
拟建两台,采用机械清污。
1.栅条间隙数(n)
(5-1)
n_QmaxJsina_10竺如型,44个
bhv0.06咒0.4^0.9
式中a――格栅倾角,一般机械清污时》70°,人工清污时W60°,此取70°;
格栅间隙数,机械清渣时为16〜100mm取60mm即0.06m;栅前水深,取0.4m;
过栅流速,泵前格栅采用0.8〜1.0m/s,此取0.9m/s。
验算平均水量流速为0.88m/s,符合0.8〜1.0m/s。
2.栅槽宽度(B)
栅槽宽度为:
式中S――栅条宽度,栅条断面形状为边长20mm的正方形,故栅条宽度为0.02m。
3.通过格栅的水头损失(hi)
1)由于选用格条断面为正方形,
则阻力系数为:
十-1)
2
〔0.06+0.02八,
11止1
I0.64X26丿
(5-3)
2)通过格栅的水头损失为:
式中g
h1=k©2gsig=3咒1咒注yn70「0.12m
V2
0.92
(5-4)
重力加速度,m/s2;
系数,格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数,一般采用
3。
式中h2――栅前渠道超高,一般采用
0.5m。
核算:
hi=0.12m,符合要求。
4.栅后槽总高度(H)
(5-5)
H=h卄1+h2=0.4+0.12+0.5=1.02m
5.栅槽总长度(L)
1)进水渠道渐宽部分的长度为:
B-B1
2t^1
2-0.8
2xtg20
(5-6)
式中B1――进水渠宽,一般为0.6〜0.9m,此取0.8m;
%――进水渠道渐宽部分的展开角度,一般可采用20°。
2)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度为:
L2=
L=d=0.8m
2
(5-7)
3)栅前渠道深为:
4)栅槽总长度为:
H1
L=L1+L2+1.0+0.5+1
tgct1
=1.6+0.8+1.0+0.5十-0乙止5.8mtg20。
(5-9)
6.每日栅渣量(W)
W_86400QmaxW1
(5-10)
-1000KZ
86400x1.02x0.013
1000咒1.4
==0.63m/d式中W1――栅渣量,粗格栅,一般为W=0.03〜0.01,此取W=0.01m7103m污水;
生活污水总变化系数。
核算:
W=0.63m3/d>0.2m3/d,符合要求。
4.1.2泵后细格栅
1.
栅条间隙数(n)
bhv
n=沁葩J02"怎耳192个
0.01天0.5咒0.9
式中
a——格栅倾角,此取45°;
格栅间隙数,取10mm即卩0.01m;栅前水深,取0.5m;过栅流速,,取0.9m/s。
验算平均水量流速为0.9m/s,符合0.8〜1.0m/s。
2.栅槽宽度(B)
B=S(n-1)+bn=0.01天(107—1)+0.01107=2m
0.01m。
式中S――栅条宽度,栅条断面形状为锐边矩形,故栅条宽度为
3.通过格栅的水头损失(hi)
1)由于选用格条断面为正方形,则阻力系数为:
一層异亠,01
10・01
4
—1丫=2.42
2)通过格栅的水头损失为:
卞v2
m=k©——sina=3x2.42x
2g
0.92
2282"45「0.加
4.栅后槽总高度
(H)
H=h+山+h^=0.5+0.2+0.3=1.0m
5.栅槽总长度(
L)
1)进水渠道渐宽部分的长度为:
Li=
B—B12-0.8
1.6m
2tg%2xtg20°
2)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度为:
L2=—=
L11.^0.8m
2
3)栅前渠道深为:
比=h+h2=0.5+0.3=0.8m
4)栅槽总长度为:
H
L-Lj+L2+1.0+0.5+1
tg%
08
「6mtg20。
=1.6+0.8+1.0+0.5+
6.每日栅渣量(W)
W_86400QmaxW1
-1000KZ86400x1.02x0.10…3^
1000x1.4
==6.29m/d
式中W1——栅渣量,细格栅,一般为W=0.10〜0.05,取W=0.10m3/10m污水。
4.2污水泵站
按进水管设计流量Q=1010L/s,取1000L/S。
设5台水泵(1台备用),每
台水泵的容量为:
1000/4=250L/s。
集水池选用方形,与机器间分建。
集水池容积,采用相当于1台泵5min的
容量:
W-25^竺乞75m3
1000
有效水深采用3m则集水池面积为:
A二75=25m2
3
集水池尺寸:
宽度采用5m长度为25/5=5m2。
4.2.1选泵
1)泵扬程的估算
城区排水干管进厂处管底设计标高为103m细格栅水面标高为113.65m,泵
的净扬程:
H=113.65-103=10.65m
将安装高度、水头损失综合考虑,设计泵的扬程取13m
b.流量:
88000m/d=3667m3/h,
c.选泵
选用300WQ950-15-90型潜水泵4台,1台备用,其性能如下:
表4-3QW型潜水泵性能
型号
流量
(m3/h)
扬程
(m)
功率
(kw)
转速
(r/m)
效率
(%)
泵重
(kg)
出口直径
(mm
300WQ950-15-90
950
15
90
980
83.2
1150
300
4.3沉砂池设计计算
1设计参数
平沉砂池的设计参数,按照去除砂粒粒径大于0.2mm比重为2.65确定。
(1)设计流量。
当污水自流入池时,按最大设计流量计算;当污水用泵抽升入池时,按
工作水泵的最大组合流量计算。
(2)水平流速。
应基本保证无机颗粒沉淀去除,而有机物不能下沉。
最大流速为0.3m/s,
最小流速为0.15m/s。
(3)停留时间。
最大设计流量时,污水在池停留时间一般不少于
30s,一般为30-60S。
(4)有效水深。
设计有效水深不大于1.2m,一般采用0.25-1.0m,每格池宽不宜小于
0.6m。
(5)沉砂量。
生活污水按
0.01-0.02L(人d)计;城市污水按1.5-3.0m/(105m污水)
计,沉砂含水率约为
60%,贮砂斗的容积容重1.5t/m,,贮砂斗的容积按2d的沉
砂量计,斗壁倾角为
55°-60°。
(6)沉砂池超高不宜小于
0.3m。
设计参数确定:
Qmax=1018L/S,设计2组池子,每组分为2格,
每组设计流量Q=509L/s=0.509(m/s)设计流速:
v=0.25m/s有效水深:
0.8m水力停留时间:
t=40s
2、池体设计计算
图4平流式沉砂池计算草图
沉砂池水流部分长度:
L=vt
式中V--最大流速,m/s;t--最大设计流量的停留时间,
L=0.3X40=12(m)
水流断面面积:
A=Q/v=0.509/0.3=1.70(mb
池总宽度:
设计n=4格,每格宽取b=2m>0.6m每组池总宽B=2b=4.0(m。
有效水深:
h2=A/B=1.70/4=0.425(m)(介于0.25-1m之间)沉砂斗容积:
V=QaX1TX86400/KzX105
V=NTx>
式中X1—城市污水沉砂量,一般取3罰(105m污水);
X2—生活污水沉砂量,L/(人d);
T—清除沉砂的时间间隔,d;设计T=2
Kz—流量总变化系数;
—沉砂池服务人口数。
V1=(1.019/8)X3X2X86400/(1.45X105)=0.46(m
(每个沉砂池设两个沉砂斗,四格共有八个沉砂斗)
(6)沉砂斗各部分尺寸及容积:
hd=1.0m,
设计斗底宽a1=0.50m,斗壁与水平面的倾
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