水质工程学污水处理课程设计.docx
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水质工程学污水处理课程设计
课程设计
题目:
某城市日处理量3万m
污水处理工程设计
教学院:
环境科学与工程学院
专业:
给水排水工程
学号:
201140
学生姓名:
指导教师:
2014年11月12日
目录1
第1章概论2
1.1设计任务和工程概况2
1.2原始资料2
第2章污水处理与污泥处理工艺设计方案3
2.1污水处理工艺流程3
2.2污泥处理工艺流程3
2.3设计的基本流程图3
第3章污水处理构筑物设计4
3.1格栅设计4
3.2污水提升泵房设计6
3.3沉砂池设计6
3.4初次沉淀池设计8
3.5曝气池及曝气系统设计10
3.6二次沉淀池设计14
3.7消毒池设计16
第4章污泥处理构筑物设计19
4.1污泥量的计算19
4.2污泥回流泵房设计19
4.3污泥重力浓缩池设计19
4.4污泥池设计21
4.5污泥脱水机房设计23
第5章污水处理厂总体布置24
5.1污水处理厂平面布置24
5.2污水处理厂高程布置24
5.3污水处理构筑物设计一览表25
总结26
参考文献26
附图
第1章概况
1.1设计任务和工程概况
1.1.1设计题目
某城市日处理量3万mi污水处理工程设计
1.1.2课程设计内容(含技术指标)
1.污水水量、水质
(1)设计规模
设计日平均污水流量Q=30000m3/d
(2)进水水质
CODcr=400mg/L,BOD5=180mg/L,SS=100mg/L,NH3-N=15mg/L,pH=7.0〜8.5
2.污水处理要求
污水经二级处理后应符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)—
级B标准出水:
CODcr<60mg/L,BOD5^20mg/L,SS^20mg/L,NH3-NW8mg/L。
1.2基本资料
1.2.1气象资料:
该市地处内陆中纬度地带,气候适宜,四季分明,日照充足,属暖温带半湿润季风气候。
年平均降水量556.9mm,平均日照2400h,无霜期200天,冰冻深度为40~60cm。
年平均气温:
129C
最高气温:
42.7C
最地气温:
-26.5C
最热月份为7月,平均气温26.5C;最高月平均气温31.7C;最冷月为1月,平均气温-2.9C,最低月平均气温为-8.2C。
风向频率呈典型的又主型特征,夏季主导风向为东南风(频率为12%),冬季主导
风向为西北风(频率为10%)
1.2.2污水排水接纳河流资料:
该污水厂的出水直接排入厂区外部的河流(符合地表水环境质量标准
(GB3838-2002川类功能水域),其最高洪水位(50年一遇)为50.0m,常水位为48.0m,枯水位为45.0m。
1.2.3厂址及场地现状:
该污水处理厂选址于城郊,位于大河北岸河堤内一块长方形地带,场地地势平坦,由西北坡向东南,场地标高54.5〜53.5米之间,位于城市中心区排水管渠末端,交通便利。
第2章污水处理与污泥处理工艺设计方案
2.1污水处理工艺流程
污水处理厂的工艺流程是指在达到所要求的处理程度的前提下,污水处理每个单元
的有机结合,构筑物的选型则是指处理构筑物形式的选择,两者是互有联系,互为影响的。
城市生活污水一般以B0物质为其主要去除对象,因此,处理流程的核心是二级生物处理法——活性污泥法。
具体的流程为:
污水进入处理厂,经过格栅至集水间,由水泵提升到平流沉砂池,再到初次沉淀池,经初次沉淀池沉淀后,大约可去初SS50%,BOD25%然后污水进入曝气池中曝气,采用传统活性污泥法。
再经二次沉淀池泥水分离,到消毒池灭菌后排放。
2.2污泥处理工艺流程
污泥是污水处理的副产品,也是必然的产物,如从沉淀池排出的沉淀污泥,从曝气池排出的剩余活性污泥等。
这些污泥如果不加以妥善处理,就会造成二次污染。
污泥经浓缩处理后的含水率仍然很高,不宜长途输送和使用,因此,还需要进行脱水和干化等处理。
具体过程为:
二沉池的剩余污泥由螺旋泵提升至浓缩池,浓缩后的污泥进入污泥池,再送至脱水机房脱水,压成泥饼,泥饼运至厂外。
2.3设计的基本流程图
污水拟采用活性污泥工艺处理,流程图如下:
砂外运
栅渣外运
第3章污水处理构筑物设计
3.1格栅设计
3.1.1泵前中格栅设计计算
根据设计要求,采用平面型机械格栅,由于城市排水系统为暗管,中途有泵站,所以在泵前只设一道中格栅。
1.格栅设计参数的要求
(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25〜40mm
2)机械清除16〜25mm
3)最大间隙40mm
(2)过栅流速一般采用0.6〜1.0m/s.
(3)格栅倾角取600
(4)格栅前渠道内的水流速度一般采用0.4〜0.9m/s.
(5)通过格栅的水头损失一般采用0.08〜0.15m。
2.格栅尺寸计算
设计参数确定:
过栅流速:
V2=0.9m/s;
格栅间隙:
e=0.02m;
格栅倾角:
a=60°;
设计流量Q=493/s栅前流速:
V1=0.7m/s,渣条宽度:
s=0.01m,
栅前部分长度:
0.5m,单位栅渣量:
w=0.05m3栅渣/103吊污水格栅设计草图如图3-1所示:
进水
图3-1中格栅计算草图
计中的各参数均按照规范规定的数值来取的。
2
(1)确定格栅前水深,根据最优水力断面公式Q.=邑巴计算得:
2
栅前槽宽Bi二2Ql=,20.343=1.07m则栅前水深h二旦二107=o.535m
YviP0.622
⑵栅条间隙数:
“Ta驻•理®
ehy0.02^0.53^0.8
(3)栅槽有效宽度:
B0=S(n-1)+en=0.01x(37-1)+0.02x37=1.1m
(4)进水渠道渐宽部分长度:
B-B'
2tan
2.6-1.07
2tan20
二2.10m
(其中a1为进水渠展开角,取a1=20)
(5)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
L,2.10
22
=1.05m
(6)过栅水头损失(hj
k=3,则通过格栅的水头损失:
设栅条断面为锐边矩形截面,取
v2001-082
h1O24…胡3亦sin60—°.0814m
其中:
「一(s/e)4/3
h°:
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;
「阻力系数,与栅条断面形状有关,当为矩形断面时B=2.42。
(7)栅后槽总高度(H)
本设计取栅前渠道超高h2=0.3m,则栅前槽总高度H=h+h=0.56+0.103+0.3=0.87m
H=h+h+h2=0.56+0.103+0.3=0.87m
(8)栅槽总长度
L=Li+L2+0.5+1.0+
tan:
:
=2.38m
=0.25+0.13+0.5+1.0+0.86/tan60
(9)每日栅渣量
在格栅间隙在20mm勺情况下,每日栅渣量为:
渣。
3.1.3污水提升泵房
水泵选择
将安装咼度,水头损失综合考虑,设计泵的扬程取13m
水泵的设计流量为30000
根据设计手册资料可选用3台型号为300QW900-18-3理潜污泵(2用1备)
表3-1
扬程/m
流量
/(m3/h)
转速
/(r/min)
功率/kw
出口直径
/mm
效率/%
18.0
900
980
83.2
250
83.2
3.2沉砂池设计计算
3.2.1沉砂池的选型:
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。
沉砂池有平流式、竖流式、曝气式和旋流式四种形式。
平流式沉砂池具有构造简单、处理效果好的优点。
本设计采用平流式沉砂池。
3.2.2设计资料及参数的选定
1)沉砂池水力停留时间30s;
2)每格宽度不小于0.6m。
3)设计流量Qa>=493L/s(设计1组平流式沉砂池)
3.2.3池体的设计计算
(1)平流沉砂池长度:
L=v・t式中:
l—沉砂池长度(m;
v—设计流量时的流速(m/s),—般采用0.15〜0.30m/s;
t—设计停留时间,一般采用30〜60s
本次设计的设计流速:
v=0.25m/s,水力停留时间:
t=50s
L=vt=0.25X30=7.5m
(2)水流断面面积:
=1.37m2
A耳倍
(3)
V0.25
沉砂池总宽度:
B=2b=2.4m如图3-2所示
设计n=2格,每格宽取b=1.2m>0.6m,每组池总宽
(4)有效水深:
h2=A/B=1.972/2.4=0.82m(小于1.2m)
(5)贮泥区所需容积:
设计T=2d,即考虑排泥间隔天数为2天,则每个沉砂斗容积
864000.3430.031032
148
12
V0.3m3
2x2
(每格沉砂池设两个沉砂斗,两格共有四个沉砂斗)
(6)沉砂斗各部分尺寸及容积:
设计斗底宽ai=0.50m,斗壁与水平面的倾角为60°,斗高hd=0.5m,则沉砂斗上口宽:
2hd20.8
a-a0.4=1.32m
tan60°tan60°
沉砂斗容积:
V=±(a2+aq十詁)=空(1.322+1.32汉0.4+0.42)=0.65m3>0.3m3
33
符合要求
(7)沉砂池高度:
采用重力排砂,设计池底坡度为0.02,坡向沉砂斗。
沉砂室由沉砂斗与沉砂室坡
向陈啥都的过渡部分两部分组成,沉砂池的长度为
L2为沉砂室的长度,则
L-2a-0.212.5-21.32-0.2…
L24.83m
22
则沉泥区高度为
X=00.02E=0.80.024.83=0.90m
池总高度H:
设超高h1=0.3m,
H=h+h2+ha=0.3+0.82+0.66=1.78m
(10)校核最小流量时的流速:
vmin0.750.3430.24m/s_0.15m/s,符合要求.
n1Amin20.4(0.460.90)
如图3-2所示
3.3初沉池设计计算
本次设计中采用平流式沉淀池
(1)沉淀池表面积A的计算
式中A—沉淀池表面积(m2);
Q—设计流量(m/h);
q—表面负荷[m3/(m2•h)],一般采用1.5〜3.0m3/(m2•h)
Q取最大设计流量,即Q=2OOO0n3/d=0.343m3/s;取q=2.0m3/(m2h)
617.4
24.3
25.4m
(6)每个池子宽度则n=35\5=7,
b取5m,池子个数n
池子数取7
(7)校核长宽比
L/B=25/5=5>4(符合长宽比要求)
(8)校核长深比
L/B=25/3=8.3(符合长深比8〜12要求)
(9)污泥部分所需容积V
由任务书知进水悬浮物浓度C为0.18kg/m3,本设计采用按去除水中悬浮物计算V
污泥部分所需的容积:
Q(C。
-G)T
Y1-)
°3433600⑴8“09)4=14.82m3
1000(1-97%)
(10)每个池子所需容积:
(11)污泥斗容积:
污泥斗容积V=1/3(6.25+0.16+1)X1.82=4.27m3>2.96m3
(12)池子总高H,
H=h1+h2+hb+h4
式中h—沉淀池总高度(m;
h1—沉淀池超高,一般采用0.3〜0.5m.此处取值0.3m;
h3—缓冲层的高度,一般采用0.3m,此处取值0.5m;
h污泥部分高度,一般采用污泥斗高度与池底坡度i=1%的高度之和,
h4=4.17m;
H=0.3+3+0.5+4.17=7.97m
(13)进出水方式,由于设计流量较小,仅设置单独一组平流式初沉池,故本设计没有采用配水井的方式,
(14)排泥
采用重力排泥,排泥管径DN300mm排泥时间4min,排泥管流速0.82m/s,排泥管伸入污泥斗底部,排泥管上端高出水面0.3m,便于清通和排气。
(15)刮泥装置
沉淀池采用行车式刮泥机,刮泥机设于池顶,刮板伸入池底,刮泥机行车时将污泥推入污泥斗内。
3.4曝气池池设计计算
1.污水处理程度的计算
原污染水中的BOD5值So为180mg/L,经初沉淀池处理后,BOD5按降低25%考虑,
则进入曝气池的污水的BOD5值Sa为
Sa=180X(1-25%)mg/L=135mg/L
处理水中BOD5值达到GB18918--2002《城镇污水厂污染物排放标准》一级B排放
标准,即BODs值为20mg/L
计算水中非溶解性BOD5值,即
BOD5=7.1bXaCe=7.10.050.420mg/L=2.84mg/L
处理水中溶解性bod5值为
(20-2.84)mg/L=17.16mg/L,取值17.2mg/L。
去除率
n250一忆2"931
250
2.曝气池的计算和各部位尺寸的确定
曝气池容积按B0D7亏泥负荷法计算、
(1)BOD-污泥负荷确定拟采用BOD:
亏泥负荷为0.3kg(BOD5)/(kg(MLSS)d
先校核BOD--亏泥负荷。
口hK2SJ0022x172^075r】
即Ns经0.30kg(BOD)/kg(MLS§d1
n0.931
计算结果确证,Ns值取0.3是适宜的
(1)确定混合液污泥浓度X
Rxrx1060.5江1.2><106
Xmg/L二333333300mg/L<3500mg/L
(1R)SVI(10.5)120
其中r=1.2;R=50%SVI=120
(2)确定曝气池容积
20000187.5=3787.88m3取3800m3
0.33300
(3)确定曝气池各部位尺寸设两组曝气池,每组容积为2000池深取4m则每组曝气池的面积F为
F=2000/4=500
池宽B取4.5m,B:
H=5:
4=1.25介于1-2,符合规定。
池长L:
L=F/B=500/4.5=111.1
设五廊道曝气池,廊道长L1为
I95
L,二―二92=19m(取值20m)55
L:
B95:
5=1910,符合规定取超高0.5m,则池总高度为
H=4+0.5=4.5m
3.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
Q2二aQSrbVXv查表得a:
=0.5;b、0.15代入各值得
d=3100kg/d=129.2kg/h
。
2打0-20000“0.1875-0.02)+0.15过3800过鬻
取值135kg/d
(2)最大时需氧量的计算
1875—202500
Q2(max)=0.5200001.48()0.1538003904kg/d=163kg/h
10001000
(3)每日去除的BOD5值
1000
BO,20000(更.5—20),350kg/d
(4)去除每千克(BODs)的需氧量
BOD5=3225/3450=0.94
(5)最大时需氧量与平时需氧量之比
孑二龄依=165/135=1.2
4.供氧量的计算
此次设计中采用W-180型网状膜空气扩散装置,氧转移效率Ea=13%。
敷设在距
池底0.20m处,淹没水深为4m计算温度定为30C。
相关设计参数:
:
=0.82;:
=0.95;亠1.0;C=2.0mg/L
。
屮。
)=9.17mg/L;Cs(30)=7.63mg/L
(1)空气扩散器出口处绝对压力R
Pb-1.0131059.8103H-1.0131059.81034.0
=1.405105Pa
21汉(1—Ea)21汉(1—0.13)
Ota100%100%
7921(1一Ea)7921(1—0.13)
=18.78%
(4)
相应的最大时需氧量:
24
总需气量
(60324000)nf/h=10032m3/h
5.空气管系统计算在相邻两个廊道的隔墙上设一根干管,共5根干管。
在每根干管上设4对配气竖管,
共8条配气竖管。
全曝气池共设40条配气竖管。
每根竖管的供气量为
1116032=150.8m3/h
40
曝气池平面面积为
3
1120552=1000m
每个空气扩散器的服务面积按0.50m2计算,则所需空气扩散器的总数为
1111000=2000个
0.5
采用2000个,则每个竖管上安设的空气扩散器的数目为11遊=50个
40
每个空气扩散器的配气量为11唾=3.02m3/h
2000
3-3,图3-4所示)
将已布置的空气管路及布设的空气扩散器绘制成空气管路计算(图
图3-3空气管路计算图
(1)(单位:
m
图3-4空气管路计算图
(2)(单位:
m
选择一条从鼓风机房开始的最远路线作为计算管路,在空气流量变化处设计计算几点,
统一编号后列表进行空气管道计算,结果列于表3-2所示:
由表3-2中计算结果,得空气管道系统的总压力损失为
111》(h+4)=192.62x9.8Pa=1887.68pa=1.888kpa
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+1.63)kpa=7.51kpa,为安全起见,设计取值为9.8kpa
6.鼓风机的设计选型
空气扩散装置安装在距曝气池池底0.2m处,曝气池有效水深为4m空气管路内的水头损失按照1.0m计算,因此鼓风机所需的压力为
P=(4-0.2+1.5)x9.8kpa=51.94kpa鼓风机供气量:
333
最大时(6500+6000)m/h=12500m/h=208.33m/min
平均时(5333+6000)m/h=11333m/h=188.88m3/min
根据所需压力以及空气量,决定采用LG60型鼓风机5台。
该鼓风机风压为68.6kpa,风量为60nVmin。
高负荷时,4台工作,一台备用。
3.5二沉池的设计计算
二次沉淀池的作用是泥水分离,使生物处理构筑物出水澄清。
一般平流式,辐流式,竖流式沉淀池等都可以作为二次沉淀池使用。
此次设计采用两个(N=2)中心进水,周边出水的辐流式沉淀池作为二次沉淀池,其特点为沉淀池个数较少,比较经济,便于管理,机械排泥已定型,排泥较方便。
3.5.1设计参数
设计进水量:
Q=15000n/d(设置两组沉淀池)
表面负荷:
qb范围为1.0—1.5m3/m2.h,取q=1.0m3/m2.h
固体负荷:
qs=140kg/m2.d
水力停留时间(沉淀时间):
T=2.5h
堰负荷:
取值范围为1.5—2.9L/s.m,取2.0L/(s.m)
3.5.2设计计算
(1)沉淀池面积:
有效水深为h2=qbT=1.22.5=3m<4m
111
£^26=8.67(介于6〜12)h23
(3)贮泥量容积:
为了防止磷在池中发生厌氧释放,故贮泥时间采用Tw=2h,二沉池污泥区所需存
泥容积:
V21;(1R)QX
w=(XXr)N
式中,v—污泥部分所需的容积(m);
q0—污水平均流量(m);
Tw—贮留时间(h),取2h;
R—污泥回流比,一般为30%-80%根据设计要求,采用最大值80%
X—曝气池污泥浓度(mg/L);X=3300mg/L
Xr—二沉池污泥浓度(mg/L),X=R心+R)Xr,Xr=7425mg/L;
则污泥区高度为
11h5=Vw9231.8m
A513.9
(4)二沉池总高度:
污泥斗的高度为h4,设池底度为i=0.05,则池底坡度降为
11h4口二2^20.05=0.6m
22
则池中心总深度为
11H=h1+h2+ha+h4+h5=0.3+3+0.3+0.6+1.8=6m
h1超高(m)取h1=0.3m;
h2有效水深(m)
h3缓冲层高(m)取ha=0.3m
h4――污泥斗高度(m)
h5污泥区高度(m)
⑸中心进水管的设计
Q1=Q+RQ
式中q---进水管设计流量(m/s);
Q---单池设计流量(m3/s),Q=0.1715(mVs);
R---污泥回流比(取最大值80%;
Q0---单池平均流量(m/s),Q=0.1155(mVs)。
Q1=0.1715+80%X0.1155=0.264(m/s)
进水管的管径取D=900mm流速为:
11v=®-0・2642二0.415m/s满足中心管进水流速为0.2〜0.5m/s的要求。
A3.14P9
(6)进水配水竖井的计算
进水竖井直径采用D=1m进水竖井采用多窗口配水,配水窗水流速取0.5〜0.8m/s
配水窗口的尺寸为0.3mX0.5m,共设3个沿竖井均匀分布。
孔距L11|=土03卫3
(7)出水堰
出水采用三角堰的出水方式
(8)排泥
(9)沉淀池采用周边传动刮吸泥机,周边传动刮吸泥机的线速度为1-2m/min,刮吸泥
机底部设有刮泥板和吸泥管,利用静水压力将污泥吸入污泥槽,沿进水竖井中的排泥管将污泥排出池外。
排泥管的管径取500mm回流污泥量为0.231-2X80%=92.4L/s(10)辐流式二沉池计算草图如下:
图5辐流式沉淀池计算草图
出水
图6辐流式沉淀池
3.6平流式接触消毒池与加氯间
本设计采用单个3廊道平流式接触反应池,设计计算如下:
1消毒接触池的容积
V=Qt
式中:
Q---设计流量(mVs)
t---消毒接触时间(h),—般采用30min;
V=0.493/2X30X60=443.7m3
2.消毒接触池的表面积
11F丄=617.4=308.7m2h22
式中:
f---消毒接触池的表面积(m)
h2---消毒池有效水深(m),本设计取h2=2m
3.消毒接触池的池长
L/
式中:
L/---消毒接触池廊道总长(m)
B---消毒接触池单个廊道宽度(m),本设计取B=5m
消毒接触池采用3廊道,消毒接触池的廊道长
L=L617.4=20.58m,取值为21m
33
校核长宽比:
L=61.74-12.3510满足要求
B5
4.池高
式中:
hi---超咼(m),—般米用0.3m
h2——有效水深(m)
5.进水部分及混合
消毒接触池的进水管径采用D=800mm进水流速v=0.7m/s,氯的投加采用管道混
合的方式,加氯管
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