环境工程原理课程设计报告.docx
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环境工程原理课程设计报告
环境工程原理课程设计报告
《环境工程原理》课程设计 题目厦门理工学院小型污水处理厂的设计 系别环境工程 班级08级2班小组第二小组(11-20) 组员杨凌杰、张宗星、陈振兴、陈惠萍、薛文龙 吴凡、郭玮欣、杨丽君、庄德强、刘巧 指导教师叶茜老师 完成日期2010年12月27日 1 目录 一、设计任务 1.设计目的2.设计任务及要求3.设计题目4.设计背景 5.工程规模和处理水质要求 二、处理程度的计算 1.溶解性BOD5的去除率2.CODcr的去除率3.SS的去除率4.总氮的去除率5.磷酸盐的去除率 三、处理工艺选择 1、处理工艺比较2、工艺流程图设计 四、主要工艺设计参数 1、粗格栅2、提升泵房 2 3、细格栅4、旋流式沉砂池5、初沉池6、生化处理池7、曝气系统8、二沉池9、紫外消毒池10、污泥泵房11、浮渣泵房12、鼓风机房13、储泥池14、污泥脱水间15、除磷加药间16、辅助建筑物 五、污水处理厂平面布置六、水力及高程布置七、参考资料 八、主要建筑物及设备汇总表九、工艺流程和处理厂平面布置图、高程图。
3 前言 水是一切生物生存必不可少的物质之一,没有水的世界是无法想象的。
虽然我国水资源总量非常丰富,年径流总量×1012m3,居世界第六位,但是于人口众多,人均占有仅2262m3,约为世界平均的1/4,属世界缺水国家之一。
我国幅员辽阔,各地气候迥异,经济发展水平差异也很大。
随着我国经济的快速发展和人们生活水平的不断提高,政府、企业、居民的环保意识不断增强,对生活质量和环境质量的要求越来越高,水污染治理也越来越受到人们的关注。
目前,各城市都面临着不同的水环境污染。
因此,根据城市规模,建立一套与自己经济发展相适应的控制水污染、保护水环境的方针、政策、标准和法规,同时建设与经济发展水平相适应的污水处理厂,就成为防止因水资源短缺而制约城市社会经济发展的必要手段,利用有限资源的必须部分。
在人们日常生活中,盥洗、淋浴、生活洗涤等都离不开水,用后便成为污水。
在工业企业中,几乎没有一种工业水是人们日常生活中不可或缺的宝贵资源,水的供给与排放处理水亦是合理不用到水。
水经生产过程使用后,绝大部分变成废水,生产废水携带着大量污染物质,这些物质多数是有害和有毒的,但也是有用的,必须妥善处理或加以回收利用。
城市的雨水和冰雪融水也需要及时排除,否则将积水为害,妨碍交通,甚至危及人们的生产和日常生活。
在人们生产和生活中产生的这些污水中,如不加控制任意排入水体或土壤,使水体受到污染,将破坏原有的自然环境,以至引起环境问题,甚至造成公害。
为保护环境,避免发生上述问题,现代城市就需要建立一套完整的工程设施来收集、输送、处理和利用污水;此工程设施就称之为排水工程。
它的基本任务是保护环境免受污染,以促进工农业生产的发展和保障人民的健康与正常生活。
其主要内容包括:
(1)收集各种污水并及时的将之输送至适当地点;
(2)妥善处理后排放或再利用。
水污染控制技术在我国社会主义建设中有着十分重要的作用。
从环境保护方面讲,水污染控制技术有保护和改善环境、消除污水危害的作用,是保障人民健康和造福子孙后代的大事;从卫生上讲,水污染控制技术的兴起对保障人民健康具有深远的意义;对预防和控制各种疾病、癌症或是“公害病”有着重要的作用;从经济上讲,城市污水资源化,可重复利用于城市或工业,这是节约用水和解决淡水资源短缺的重要途径,它将产生巨大的经济效益。
总之,在实现四个现代化过程中,水污染控制技术对环境保护、促进工农业生产和保障人民健康有现实意义和深远影响,并使经济建设、城乡建设与环境建设同步规划,同步实施,同步发展。
这样才能实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。
于所学有限,设计中仍存在很多不足之处,望老师批评指正。
4 厦门理工学院小型污水处理厂的设计 一、设计任务 1、设计目的 掌握环境工程设计的基本程序和方法,并在查阅技术资料、筛选公式和计算 方法,用简洁文字、图表表示设计结果及环境工程制图等能力方面,得到一次全面的实践锻炼。
2、设计任务及具体要求
(1)设计任务 a.以“厦门理工学院小型污水处理厂的设计”为题,选择正确处理工艺、流程及所需物理计算公式; b.对各工艺、设备进行详细设计计算,并绘制基本的工艺、设备图纸;c.根据工艺选择、设计计算完成设计报告,且最后包含平面图及高程图等。
(2)具体要求:
a.完成主要处理构筑物的设计计算和布置; b.工艺选择、设备选型、技术参数、性能、详细说明; c.提交的成品:
设计说明书、工艺基本工程图、工艺流程和处理厂平面布置 图、高程图 3、设计题目 厦门理工学院小型污水处理厂的设计,处理规模为11000t/d。
4、设计背景
(1)气象与水文资料 风向:
多年主导风向为东南风。
水文:
降水量多年平均为每年2370mm;蒸发量多年平均为每年1800mm;地 下水水位,地面下6-7m。
年平均水温:
20℃
(2)厂区地形 污水厂选址区域海拔标高在19-21m左右,平均地面标高为20m,平均地面坡度为‰-‰,地势为西北高,东南低。
5、工程规模和处理水质要求
(1)工程规模 处理规模为11000t/d。
5
(2)设计水质 a.进水水质 COD=300mg/L、BOD5=225mg/L、SS=250mg/LNH3-N=35mg/L、TP=3mg/L、Ph=6-9b.出水水质 COD=60mg/L、BOD5=20mg/L、SS=20mg/LNH3-N=15mg/L、TP=/L、Ph=6-9c.排放标准:
GB8978-1996一级标准d.接受水体:
河流 二、处理程度的计算 1、溶解性BOD5的去除率 活泩污泥处理系统处理水中的BOD5值是残存的溶解性BOD5和非溶解性BOD5二者组成,而后者主要是以生物污泥的残屑为主体。
活性污泥的净化功能,是去除溶解性BOD5。
因此从活性污泥的净化功能来考虑,应将非溶解性的BOD5从处理水的总BOD5值中减去。
处理水中非溶解性BOD5值可用下列公式求得:
(此公式仅适用于氧化沟) BOD5f?
?
(1?
e?
?
5)?
?
20?
?
(1?
e?
?
5)?
/L 可得,处理水中溶解性BOD5为:
20-=/L 溶解性BOD5的去除率为:
?
?
225?
?
100%?
% 2、CODcr的去除率 ?
?
300?
60300?
100%?
80% 3、SS的去除率 ?
?
250?
20250?
100%?
88% 4、总氮的去除率 出水标准中的总氮为15mg/L,处理水中的总氮设计值取15mg/L,总氮的去除率为:
?
?
35?
1535?
100%?
% 6 5、磷酸盐的去除率 进水中磷酸盐的浓度为/L计。
如磷酸盐以最大可能成Na3PO4计,则磷的含量为3×=/L。
可得,磷的去除率为:
?
?
?
?
100%?
% 三、处理工艺选择 1、处理工艺比较
(1)设计原则 a.选择处理工艺,严格执行环境保护各项规定,确保处理后达到国家有关排放标准; b.采用较新技术,运行可靠,操作简便,因地制宜;c.成本合理,尽可能降低工程投资和运行费用;d.合理布局,占地面积尽可能小,便于管理。
(2)考虑因素 污水处理程度、工程造价和运行费用、污水处理量(3)处理原理简介 当地条件城市污水处理厂的方案,既要考虑有效去除BOD5,又要适当去除氮、磷,故可采用SBR或氧化沟法,或A2/O法。
A方案——SBR法 SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式,非稳定生化反应替代稳态生化反应,静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。
特点:
a.大多数情况下,无设置调节池的必要; 值较低,易于沉淀,一般情况下不会产生污泥膨胀;c.通过运行的调节,进行除磷脱氮反应;d.自动化程度较高,单方投资少;e.得当时,处理效果优于连续式;f.占地规模大,处理水量较小。
7 B方案——氧化沟法 氧化沟是活性污泥法的一种变型,其曝气池呈封闭的沟渠型,所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法,它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠,污水渗入其中得到净化,氧化沟最早是以序批方式处理污水的技术。
特点:
a.在液态上,介于完全混合与推流之间,有利于活性污泥生物凝聚作用; b.对水量水温的变化有较强的适应性,处理水量较大;c.污泥产量低,且多已达到稳定;d.自动化程度高,便于管理;e.占地面积较大,运行费用低。
C方案——A2/O法 污水经过过滤沉淀后除去部分大颗粒物,并可调节污水PH;然后进入厌氧池,兼性厌氧菌将污水中的易降解有机物转化成VFAs。
回流污泥带入的聚磷菌将体内的聚磷分解,此为释磷,所释放的能量一部分可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存,另一部分供聚磷菌主动吸收VFAs,并在体内储存PHB。
进入缺氧区,反硝化细菌就利用混合液回流带入的硝酸盐及进水中的有机物进行反硝化脱氮。
接着进入好氧区,聚磷菌除了吸收利用污水中残留的易降解BOD外,主要分解体内储存的PHB产生能量供自身生长繁殖,并主动吸收环境中的溶解磷,此为吸磷,以聚磷的形式在体内储存。
回流好氧池和二沉池的污泥以补充微生物,提供适宜的磷源。
最后,混合液进入沉淀池,进行泥水分离,上清液作为处理水排放,沉淀污泥的一部风回流厌氧池,另一部分作为剩余污泥排放。
特点:
a.该工艺为最简单的同步脱氧除磷工艺,总的水力停留时间,总厂占地面 积少于其他的工艺, b.在厌氧、好氧交替运行条件下,丝状菌得不到大量增殖,无污泥膨胀的担忧,SVI值一般均小于100. c.污泥中含磷浓度高,具有很高的肥效。
d.运行费用低。
8 方案不足分析:
A方案 a.自动化控制要求高,投资不适合该地区; b.排水时间短,需要专门的排水设备,且对滗水器的要求很高,投资不适合本计划; c.后处理设备要求大:
如消毒设备很大,接触池容积也很大,排水设施如排水管道也很大,不适合该厂区; d.滗水深度一般为1-2m,对于低处理量的本方案不是合适。
B方案 a.氧化沟曝气设备的多样性,常用的有转刷、转盘和微孔曝气等不适合该厂;b.投资成本过高。
综上所述,任何一种方法,都能达到除磷脱氮的效果,且出水水质良好,但相对而言,SBR法一次性投资较少,占地面积较大,且后期运行费用高于氧化沟,厌氧池——氧化沟虽一次性投资较大,但占地面积也不少,且构筑物多而复杂。
而A2/O法投资省,根据进水水质和处理要求、处理规模及其他因素的分析后,选择A2O工艺为主的活性污泥法工艺最合适。
可得:
COD/TN=300/35=>8 TP/BOD5=3/225= 2、工艺流程图设计 9 四、主要工艺设计参数 1、粗格栅
(1)作用 拦截污水中较大悬浮物,确保水泵正常运行,设计规模按11000m3/d。
(2)设计参数 最大过栅流量Q=11000*/24=688m3/h 最大过栅流速vmax=/s,栅条间隙b=20mm,栅前水深h=。
设格栅间隙为20mm时,栅渣量W1为每1000m3污水产m3,则:
W=Qm*W1/Kz=11000*/1000=/d (3)主要工程内容, a.主要构筑物 粗格栅间平面尺寸*、地下深度b.主要设备器材 钢丝绳机械格栅一台,栅宽,栅条间隙20mm、配用功率 2、提升泵房
(1)作用 将污水提升进入处理构筑物。
设计规模按11000m3/d。
(2)设计参数 取污水总变化系数Kz=,最大合流提升流量Q=688m3/h。
设计扬程H=10m。
、(3)主要工程内容 a.主要构筑物 泵房平面尺寸*,地下深度,地上高。
b.主要设备器材 潜水排污泵2台 规格:
Q?
333m3/h,H?
10m,N?
15kW,泵房内设电动葫芦1台,型号 MD1?
18D,以便潜污泵的安装和维修 3、细格栅
(1)作用 截除污水中较小漂浮物。
设计规模按11000m3/d。
10
(2)设计参数 最大过栅流量Q=11000*/24=688m3/h 最大过栅流速Vmax=/s,栅条间隙b=6mm,栅前水深h=(3)主要工程内容 a.主要构筑物 细格栅区平面尺寸*,池深b.主要设备器材 采用回旋式机械格栅一道,每道宽,耙污速度6m/min配用电机功率 细格栅计算图 栅条工作平台进水 图3细格栅计算草图αα 4、旋流式沉砂池
(1)作用 去除污水中粒径>=的砂粒,使无机砂粒与有机物分离开来,便于后续生化处理。
(2)设计参数 设计水量为Q=688m3/h,沉砂池的直径,水深。
旋流沉砂池的进水渠水深,进水渠宽,出水渠水深,出水渠的渠宽。
水力表面负荷:
q=Q/A=688/(***)=m3/(m2?
h)水力停留时间为31s,污水的沉砂量,可按每立方米污水计算。
排砂量=688*24*/1000=/d含水率60%,密度1500kg/m3(3)主要工程内容 11 a.主要构筑物 旋流沉砂池二座,每座直径、平面尺寸m*m*mb.主要设备器材 一台可调速的浆叶分离机,最大处理量668m3/h,功率为;吸砂泵2台,吸砂泵功率为,排砂量约/d,含水率为60%;螺旋式砂水分离器1台,按处理25L/s,选功率,型号LSSF-260;DN700闸门及手动启闭机1套。
5、初沉池 平流式、辐流式、竖流式沉淀池比较 池形 平流式 优点 ①沉淀效果好②对冲击负荷和温度变化的适应能力强③施工简易,造价较低 竖流式 ①排泥方便,管理简单②占地面积小 缺点 ①配水不易均匀②采用多斗排泥是每个泥斗需单独设排泥管排泥,操作量大①池子深度大②对冲击和温度变化的适应能力较差③造价较高④池径不宜过大,否则布水不均 辐流式 ①多为机械排泥,运行效果好,管理较简单②排泥设备以趋定型③结构受力条件好 机械排泥设备复杂,对施工质量要求高 ①用于地下水位较高地区②用于大、中型污水处理厂 适用条件①适用于地下水位高及地质较差地区②适用于大、中、小型污水处理厂 适用于中、小型污水处理厂 采用辐流式,中间进水周边出水的方式,设计流量按水泵的最大组合流量688m3/h。
取表面负荷q=3m3/(m2?
h),n=4个,则:
(1)沉淀部分水面面积F=Q/nq=688/4*3=
(2)池直径计算D?
4F?
4?
?
?
(3)沉淀部分有效水深。
设沉淀时间1h,则沉淀部分有效水深h2=qt=3*1=3m。
12 (4)沉淀部分有效容积V’?
Qtn?
688?
14?
172m3。
设SS的去除率约为40%,污泥含水率为96%,排泥时间T=4h,则:
污泥部分所需的容积V?
(5)污泥斗容积。
设污泥斗上部半径r1=2m,污泥斗下布半径r2=1m,a=60°,则:
污泥斗高度h5=(r1-r2)tana=污泥斗容积V1?
?
h53(r1?
r1r2?
r2)?
22688?
4?
?
250?
103?
3?
100(100?
96)?
10?
4?
?
?
(2?
2?
1)?
(6)圆锥体部分污泥容积。
设池底径向坡度,则:
圆锥体部分高度h4?
(D2?
r1)?
?
圆锥体部分污泥容积为:
V2?
?
h34(R?
Rr1?
r1)?
?
?
[()?
?
2?
4)?
3(7)污泥总容积=V1+V2=+=(8)沉淀池总高度。
设池的超高h1=,采用机械排泥,缓冲层高度:
h3=,则:
沉淀池总高度H=h1+h2+h3+h4+h5=(9)沉淀池池边高度H’=h1+h2+h3=(10)排泥机械。
根据池径和池边高度,选择刮泥机的主要参数如下:
池径20m,池深,周边速度/min,电机功率。
6、生化处理池
(1)作用 利用厌氧区、缺氧区和好氧区的不同功能,进行生物脱N除P,同时去除污水中的BOD5和COD。
(2)设计参数 设计流量Q=11000m3/d,分设两座,单池设计流量为5500m3/d污泥负荷/(kgMLSS*d),污泥浓度MLSS=/m3 13 初沉池去除BOD5=15%,生物反应池进水BOD5为S0=250*(1-15%)=/La.生物反应池总容积及总停留时间的计算 生物反应池总容积V=11000*/1000**=7425m3总停留时间T=V/Q=/688=b.厌氧区计算 厌氧停留时间Ta= 厌氧区容积Va=TaQ/24=*11000/24=c.缺氧区计算 缺氧区停留时间Tn= 缺氧区容积Va=TnQ/24=*11000/24=1375m3d.好氧区计算 好氧区容积V0=V-Va-Vn==停留时间To=Vo/Q=/(11000/24)=/O池的尺寸确定 一个A2/O池的厌氧、缺氧分别为4格和6格,每格*, 好氧分4廊道,每个廊道宽度为。
池中的平均水深为。
/O搅拌机 厌氧和缺氧的每格中各设置1台潜污搅拌机主要技术参数如下:
功率,转速720r/min, 叶轮直径368,推力数448N。
7、曝气系统
(1)设计参数 设计流量为11000m3/d a.排出生物反应池系统的微生物量计算 K?
20dT?
Kd20?
?
TT 式中,K1dT为T时的衰减系数,d?
; K?
1d20为20℃时的衰减系数,d; T为设计温度,℃; ?
T为温度系数,采用~。
代入数据计算得K15?
20dT?
?
?
?
1。
14 b.污水需氧量计算。
实际需氧量:
O2?
(S0?
Se)?
c?
XVSS?
b[(Nk?
Nke)?
?
XVSS]?
[(Nt?
Nke?
Noe)?
?
XVSS 式中,O2为污水处理量,kgO2/d; Q为生物反应池的进水流量,m3/d; S0、Se分别为生物反应池进出水BOD5?
XVSSNk,mg/L; 为生物反应池排出系统的微生物量,kg/d;; 为生物反应池进水TKN,mg/L;; Nke为生物反应池出水TKN,mg/L;;Nt为生物反应池进水TN,mg/L;; Noe为生物反应池出水硝态氮浓度,mg/L; 为排出生物反应池系统的微生物中含氮量,kg/d; ?
XVSSa为碳的氧当量,当含碳物质以BOD5计时,取;b为常数,氧化1kg氨氮所需氧量,kgO2/kgN,取;c为常数,细菌细胞的氧当量,取。
计算得:
?
XVSS?
YQ(S0?
Se)1000?
fKdtXaV?
?
11000?
(250?
85%?
20)1000?
?
?
?
7425?
/d O2?
?
?
11000?
(250?
85%?
20)?
?
?
?
[?
11000?
(35?
15)?
?
]?
?
?
(?
?
)?
/d去除1㎏BOD5所需的氧量 = ?
?
11000?
(250?
?
20)?
?
?
(250?
85%?
20)1000?
/BOD5>, 符合要求。
去除1㎏氨氮所需的氧量= 15 ?
[?
11000?
(35?
15)?
?
]11000?
(35?
15)1000?
/氨氮>,符合要求。
c.曝气池逸出气体中含氧计算 Ot?
21(1?
EA)79?
21(1?
EA)?
100% 式中,EA为氧利用率%,取18%代入数据计算得Q?
)t?
21?
(179?
21?
(1?
)?
% d.曝气装置在水面下,则扩散器出口处的绝对压力pb为 pb?
?
105?
103?
?
?
e.清水平均溶解氧Csm(mg/L)计算。
Csm?
Csw(Qt10pb42?
式中Csw为清水表面处饱和溶解氧,mg/L。
取水温15℃,取Csw=/L,则 C10?
?
?
(?
)?
/L 主要工程内容 主要构筑物:
生物处理池两座,单座平面净尺寸?
池子总高度 16
(2) 8、二沉池
(1)作用 进行混合液固液分离,确保污水厂出水SS和BOD5达到所需的排放标准,是生化处理不可缺少的组成部分。
(2)设计参数 采用辐流式,中心进水周边出水的方式,流量按668?
4?
2672m3/h计算。
a.沉淀部分水面面积计算 设表面负荷q?
/(m2?
h),n=8个,则 F?
?
8?
b.池子直径D?
4F4?
?
?
?
,取D?
24m 2c.实际水面面积F?
?
D24?
d.实际表面负荷q’?
QnF?
267234?
?
/(m2?
h) e.沉淀部分有效水深。
设t?
4h,则沉淀部分有效水深h2?
qt?
?
4?
f.污泥区高度计算 h\?
(1?
R)Q0Xat’(X a?
Cu)F式中,h\为污泥区高度,m; C(1?
R)Xau为底物浓度,kg/m3,即回流污泥浓度,Cu?
R;t’为污泥在二沉池中的浓缩时间,h。
又C(1?
R)Xau?
R?
1?
?
?
/L 设污泥在二沉池中的浓缩时间t’?
,那么 h\?
(1?
R)Q0Xat’(1?
)?
550?
?
(Xa?
Cu)F?
?
(?
7)?
?
g.池边深度h’2?
h2?
h\2?
?
?
?
?
,取h2?
7mh.沉淀池高度 设池边坡度为,污泥斗直径为d?
2m,则:
17 池中心与池边落差h3?
?
d2?
?
24?
22?
超高h1?
,污泥斗高度h4?
,则:
H?
h1?
h2?
h3?
h4?
?
7?
?
?
(3)主要工内容 a.主要构筑物 辐流式沉淀池,池径D?
24m,池深6m,超高。
b.主要设备器材 传动刮泥机,周边线速度/min,驱动功率?
2。
9、紫外消毒池 消毒方法分为两类:
物理方法和化学方法。
物理方法主要有加热、冷冻、 辐照、紫外线和微波消毒等方法。
化学方法是利用各种化学药剂进行消毒,常用的化学消毒剂有氯及其化合物、各种卤素、臭氧、重金属离子等。
本设计采用紫外消毒法。
(1)作用 对处理水进行消毒、杀菌,设计规模11000m3/d。
(2)设计参数 采用渠道式紫外消毒池,最大处理量688m3/h.(3)主要工程内容 a.主要构筑物 渠道式紫外消毒池1座,尺寸?
?
。
b.主要设备器材 配置260W紫外灯管20支及附属器材,机械清洗系统1套,,电动葫芦1台,。
10、污泥泵房
(1)作用 回流活性污泥至生物处理池,提升剩余污泥至浓缩脱水车间前的储泥池,规模11000m3/d。
(2)设计参数 最大污泥回流比为100%,设计水量Qmax?
11000m3/d?
458m3/h,剩余污泥总量1t/d,污泥含水率为99%,污泥体积流量140m3/d. 18 (3)主要工程内容 a.主要构筑物 建污泥泵房一座,平面尺寸?
?
。
b.主要设备器材 回流污水泵2台,剩余污泥泵1台、 回流污水泵:
Q?
208m3/h,H?
N?
;剩余污泥泵Q?
15m3/h,H?
N?
。
11、浮渣泵房
(1)作用 提升二沉池上的浮渣至污泥脱水间前的储泥池。
设计规模11000m3/d。
(2)主要工程参数 a.主要构筑物 建
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