水污染控制工程课程设计实施方案Microsoft.docx

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水污染控制工程课程设计实施方案

一、本课程地位、作用和任务

通过课程设计，使学生掌握水处理工艺选择、工艺计算的方法，掌握平面布置图、高程图及主要构筑物的绘制方法，掌握设计说明书的写作规范。

该课程设计是水污染控制工程这门课的实践环节，通过训练使学生加深对有关理论的理解并培养其具有一定的设计能力。

本设计的主要任务是：

1树立正确的设计思想，理论联系实际，具有一定的创新精神；

2了解水污染控制工程的基本理论、基本知识；

3具有运用标准、规范，查阅技术资料的能力、计算能力、绘图能力和设计说明书的撰写能力；水污染控制工程课程设计是水污染控制工程这门课的实践环节，在学习过程中综合运用先学知识和技能，结合各种实践教学环节，进行水处理工程技术人员所需的基本训练，为学生进一步学习有关专业课程和日后从事水处理工程设计打下基础，因此在环境工程专业的教学计划中占有重要的作用。

二、本课程对先修课的要求

先修课程：

水污染控制工程

三、教学内容和教学要求

通过本次设计，使学生能独立完成城市市区污水处理厂的设计方案的制定、单体构筑物的设计、平面布置图和高程图的绘制，完成设计说明书的编制。

主要内容包括：

1根据原始资料，计算进出厂的设计流量和水质污染浓度；

2根据水质情况、地形和上述计算结果，确定污水处理方法和污水、污泥处理的流量以及有关的处理构筑物；

3对各构筑物进行工艺计算，确定其形式、数目和尺寸；

4进行各处理构筑物的总体布置和污水和污泥处理流程的高程设计；

5完成平面布置图和高程图的绘制；

6设计说明书的编制。

课程设计为期5天，时间安排如下：

课程设计的讲授〓1天

课程设计的计算部分〓2.5天

课程设计的绘制部分〓0.5天

课程设计的说明书编制〓1天

课程的重点在于培养学生依据具体水质情况，确定适宜的工艺流程，具有理论联系实际的能力。

难点在于曝气池的设计和计算。

具体安排：

第一周星期一上午：

讲授本课程设计的任务和具体要求

星期一下午：

同学们查阅资料选择工艺流程

星期二上午：

讨论所选工艺流程确定方案

星期二下午至星期四上午：

处理单元的尺寸计算

星期四下午：

流程图、平面图布置绘制

星期五：

设计说明书编制

四、大纲编制说明

本课程的教学面向环境科学专业本科层次，因此教学内容强调基础知识、基本概念、基础理论，注重实用性方法和技术的介绍。

使学生能够构起可适应终身教育及社会发展变化需要的知识、能力结构；正确处理理论和实践的关系。

五、教材和参考书

教材：

《水污染控制工程》（下册），高廷耀主编，中国建筑工业出版社

参考书：

《给水排水设计手册》，中国建筑工业出版社

附件：

2008环境科学班42位同学，3个人一组，共分14组。

设计任务如下：

一、石家庄市某城镇拟新建一座二级污水处理厂，要求学生们根据所学专业知识提出一套切实可行的污水处理工艺方案，并对主要处理构筑物的工艺尺寸进行设计计算，最后整理完成设计计算说明书1份，污水处理厂工艺流程图及总平面布置图各1张。

设计深度应符合初步设计深度要求。

1、设计题目

石家庄市某城镇150000万m3/d污水处理厂工程设计

2、基础资料

（1）污水进水水量和水质

污水处理量：

150000万m3/d，污水流量总变化系数取1.4。

污水水质：

COD650mg/L，BOD5350mg/L，SS120mg/L，NH3-N35mg/L。

（2）出水水质要求

污水经二级处理后符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）标准中二级标准要求，即：

COD≤100mg/L，BOD5≤30mg/L，SS≤30mg/L，NH3-N≤25mg/L。

（3）污水处理工艺方案：

自定（不需要进行多方案比较）

3、设计内容

（1）编制污水处理设计方案；

（2）主要处理设施的设计计算书；

（3）绘制污水处理厂总平面布置图和工艺流程图。

4、设计成果

（1）设计计算说明书1份（A4）

（2）设计图纸（A3）a、污水处理工艺流程图1张；b、污水处理厂总平面布置图1张。

二、某市经济开发小区污水处理厂工程设计

某市拟于近期建成一个以轻工、科研、文教事业为主的经济开发小区，其中，以五家工厂为主体，人口约22.5万，占地面积约1370公顷，环境规划及污水厂设计要求如下：

1、排水系统：

雨水和污水分流制，生活污水和工业废水合流制。

污水处理厂只考虑处理生活污水和工业废水。

输入污水厂污水干管直径为900毫米，管底埋深为地面以下5.3米，充满度0.5。

2、生活污水和工业废水的水量和水质如下：

表1

类别

Q

M3/d

CODmg/l

BOD5

Mg/l

SSmg/l

PH值

油

mg/l

生活污水

27000

200

150

100

中性

工业废水

甲厂

4800

600

350

400

6—9

乙厂

1300

1000

500

700

6.8-7.5

丙厂

1200

496

185

中性

36

丁厂

3700

657

281

131

中性

戊厂

5000

478

191

99

中性

注：

（1）表中值为日平均值

（2）工业废水时变化系数为1.3，生活污水总变化系数为1.4

（3）污水平均水温：

夏季25度，冬季10度

（4）工业废水水质不影响生化处理。

3、距污水处理厂下游25公里处有集中给水水源，在此段河道内无其他污水排放口。

4、污水处理厂拟用场地由西北向东南方向的坡度为5.7%，进入污水厂污水管端点的地面标高为217.00米。

1、气象资料

表2

风向

全年主导风向为北风，夏季主导风向为南风

年平均风速

3.3m/s

降雨量

年平均900—1200毫米，其中1/3集中在夏季，7月15日至8月10日为暴雨集中期

温度

年平均11摄氏度，极端温度最高37.3度，最底—20度

土壤冰冻深度

0.7—0.83米

6、水文资料：

据历史记载，河道的水位及流量如下表（95%保证率）。

河水中原有的BOD5和溶解氧（夏季）分别为2和6.5mg/l,水体好氧常数K1和复氧常数K2分别为0.1和0.2d-1（20度）左右。

7、工程地质资料：

暂不予以考虑

表3

最高洪水位

214.50米

最大流量

173米3/秒

常水位

211.70米

年平均流量

10.4米3/秒

枯水位

209.30米

最低流量

5.5米3/秒（流速0.25m/s）

河水平均水温

20度

地下水水位距地面

5.0—6.5米

三：

孤岛新镇污水处理厂工程设计

孤岛新镇位于山东省黄河入海口的原黄泛区内。

东径118050＇~118053＇，北纬37064＇~37057＇，向北15公里为渤海湾。

向东10公里临莱州，向南20公里为现黄河入海口，距东营市（胜利油田指挥部）约60公里，该镇地处黄河下游三角洲河道改流摆动地区内。

该镇附近区域为胜利油田所属的孤岛油田和两桩油田。

地下蕴藏着丰富的石油资源。

为了开发这些油田并考虑黄河下游三角洲的长远发展。

胜利油田指挥部决定兴建孤岛新镇，使之成为孤岛油田和两桩油田的生活居住中心和生产指挥和科研中心，成为一个新型的社会主义现代化的综合石油城。

根据该镇总体规划，该镇具有完备的社会基础和工程基础设施。

有完备的城市交通、给水排水、供电、供暖、电信等设施，并考虑今后的发展和扩建的需要。

目前已开发的孤岛油田有人口23000人，（两桩油田尚未开发）。

该镇到2000年发展人口规模为60000人，规划用地525公顷，规划八个居住社区。

由环形干道和南北向和东西向干道将八个社区联系起来，该镇东西最宽处约2.4公里，南北最长处约2.8公里，基地由南向北略有坡度，平均坡度i=0.5%，地面平整，海拔高度为2.3~3.5米。

该镇东面有卫东河，水流由南向北，和神仙沟在镇东北角汇合流向渤海湾。

卫东河是70年代开挖的排水沟，目前排泄上游流来的污水，水质污浊，晴天水量不大，今后将在卫东河上游开挖支沟，把上游雨水避开新镇直接引向渤海湾，以保障新镇地区的环境卫生。

基地的南、西、北环有神仙沟，神仙沟是46年前的黄河故道，现河面宽约10~20米不等，由于上游堵断，该沟只起排泄和蓄水作用，水流由西南流向东北，卫东河和神仙沟河底标高为—1.50米，河床水体标高控制在1.00~0.50米之间，兼顾排水、景观和绿化灌溉三者需要，河床水位由甲方在神仙沟入海口所设的流域防洪泵站加以控制。

孤岛新镇的排水体制采用分流制，由雨水沟道系统、污水沟道系统和污水处理厂所组成。

工程规划期限为2000年，雨水沟道和污水沟道在新镇道路修建前先行设计埋设，污水处理厂按一次设计二期施工。

孤岛污水处理厂的位置设在神仙沟和卫东河下游交汇处，位于该镇东北角，处理厂四角地盘坐标为：

X—63281；X—63125；X—63295；X—63125。

Y—103934Y—103934Y—103811Y—103811

战地面积为20049米2，厂内地形标高为2.10~2.40米，设计地面标高采用2.30米（相对标高±0.00米）。

污水处理厂污水进水总管管径D=800，充满度为0.6，其管底标高（终点泵房处）为—4.410米（相对标高）。

该镇生活污水和工业废水处理后，出水要求符合国家排放标准。

经处理后的水排至神仙沟，排水管道长度为80米，初沉池和二沉池的剩余污泥经过浓缩后，可供处理厂南面的苗圃用。

1、水质水量资料

根据孤岛新镇总体规划，该镇规划人口为60000人，生活污水最大日排放标准按200升/人*日计，合计最大日生活污水量为12000米3/日，工业污水量为13000米3/日。

污水处理厂最大日平均时水量为1041.7米3/时。

考虑水量小时变化系数为1.3，故最大设计流量为1350米3/时。

该镇生活污水和工业废水混合后的水质情况确定为：

CODcr=200毫克/升

BOD5=400毫克/升

SS=250毫克/升

经处理后，水质应达到下列要求：

CODcr=20毫克/升

BOD5=70毫克/升

SS=25毫克/升

2、工程地质和水文地质资料

孤岛新镇属黄河冲积粉质沙土岩区，自1958年前后暴土出水，海拔高度为2.3~3.5米，地下水位常年为地面以下1.59~5.05米，承压力7~11吨/平方米。

地震基本烈度为6度，处于地震波及区。

1969年7月18日渤海湾地震7.4级，震中离孤岛新镇40公里，位于中强活动带上。

3、气象资料

全年极端最高气温40℃；

全年极端最地气温—13℃；

一日最大降雨量150毫米；

全年降雨量600毫米；

全年晴天110天；

全年降雪10天；

最大积雪深度200毫米；

极值冻土深度570毫米；

雷击年遇10次；

冰雹一年一次，最大直径30毫米，最大积雹100毫米。

4、地形资料

孤岛污水处理厂地形图。

四：

合肥市王小郢污水处理厂工程设计

王小郢污水处理厂是合肥市污水处理的主要工程，位于合肥市大城区东南，合肥工业大学的东南。

主要服务范围是合肥市中市区、东市区、西南郊的生活污水和东市区、西南郊的部分经初步处理但尚未达标的工业废水。

服务人口约30万。

1、地形资料

污水处理厂位于淝河西六公里处，占地约45万平方米，地势西高东低。

最高标高19m，最低为12m。

污水总进水管底标高为12m，进水管处地面标高为16m。

附近河流最高水位为9m。

污水厂长（南北向）750m，宽（东西向）600m。

2、水量和水质资料

应处理水量：

Q平均=150000m3/d

Q最大=195000m3/d

城市混合污水平均水质：

CODCr=350mg/l

BOD5=200mg/l

SS=200mg/l

TP=4mg/l

TN=36mg/l

NH4-N=25mg/l

该厂处理后的污水排进南淝河，最终流进巢湖。

因巢湖现在污染较为严重，为实现国务院的碧水蓝天计划，确保巢湖水2000达标任务，王小郢污水处理厂的排水必需达到以下指标：

CODCr≤80mg/l

BOD5≤25mg/l

SS≤30mg/l

TP≤1mg/l

TN≤4mg/l

NH4-N≤3mg/l

3、气象及地基资料

年平均气温15.7℃，夏季平均气温28.3℃，冬季平均2.1℃；

年平均降雨量1010mm，日最大降雨量160mm；

地下水位10m；

最大冻土2.5cm；

土壤承载力2.3kgf/cm2；

河流常水位8m，最高河水位9m，最低河水位7m。

五、工艺设计（讲授内容）

本章是课程设计的核心，应尽可能编写详细些，文字力求简洁，原理分析透彻。

本章内容包括：

设计说明书、设计计算书和图纸设计。

〈一〉设计说明书

1.工程概况及设计依据（参看第一章）

2.厂址选择

污水处理厂厂址的选择应结合城市的总体规划、地形、管网布置、环境保护的要求等因素综合考虑，必须进行现场踏勘，进行多方案的技术经济比较。

一般应考虑以下几个问题：

（1）地形地质条件是否有利于处理构筑物的平面和高程的布置及施工，地质条件指地基好，地下水位底，岩石较少；

（2）不受洪水威胁，否则应考虑防洪措施；

（3）少占农田，尽可能不占农田；

（4）考虑周围环境卫生条件。

废水处理厂应布置在城镇集中给水水源的下游，距城镇或生活区300米以上，并便于处理后废水的排放。

如不得已，处理厂下游有给水水源，则处理厂排放的废水和河水混合后到达给水取水点上游1公里处的河道内应符合地面水水质卫生标准。

废水处理厂尽可能设在夏季主风向的下方；

（5）管网基建费用最省；

（6）要有发展的可能性，留有扩建余地。

3.工艺流程的选择确定

水处理工艺流程的选择应根据原水水质和处理后排放水要求达到的水质之间的差距、处理规模、水处理试验资料、处理厂地区有关的具体条件等因素综合分析，进行合理的工艺组合。

要说清楚工艺原理和选择思路。

（1）污水处理厂的工艺流程

城镇污水处理厂的任务主要是降低城镇污水的生化需氧量和悬浮固体。

在考虑城镇污水厂的流程时，首先要根据具体情况确定污水要求的处理程度，然后以典型流程为参考，确定本厂流程。

再确定流程时，有时需作方案比较。

按照处理效率，污水厂可以分为三级：

初级处理厂，中级处理厂和高级处理厂。

初级处理一般指用沉淀法或各滤法等去除可沉固体和较粗大的悬浮固体，以降低污水的悬浮物和生化需氧量。

中级处理以往是指混凝沉淀法，但很少采用；现在生物处理法也可按中级处理（或称不完全生物处理）设计和运行。

高级处理一般指生物处理，高级污水处理厂通常由初级处理和生物处理的设施组成，这时，常称生物处理为二级处理；随着环境保护要求的提高，在有些情况下，废水的排放标准很高，二级处理已不能满足要求，因此，又提出了三级处理（或深度处理）的概念。

三级处理的含义和采用的具体方法目前还没有统一的说法。

有人认为是传统的生化法（即活性污泥法和生物膜法）再加活性炭吸附、离子交换、微滤、超滤等方法；也有人认为是采用两级生化法或一级高新生化技术（如氧化沟工艺）法。

（2）废水处理和利用的基本方法

分类

处理和利用的方法

处理对象

作用

物

理

法

化

学

法

生

物

法

调节

重力沉淀

分离隔油

法气浮

离心水力旋流器

分离

法离心机

格栅

筛网

过砂滤

滤布滤

法微滤

超滤、反渗

透

热蒸发

处理结晶

磁分离

加混凝

药中和

法氧化还原

化学沉淀

传蒸馏

吹脱

质萃取

吸附

法离子交换

电渗析

天然生农田灌溉

物处理养鱼塘

人工生生物膜法

物处理活性污泥

均衡水质水量

可沉物质

颗粒较大的油珠

乳状油和比重近于1的悬浮物

比重大的悬浮物，如铁皮、

砂等杂质

乳状物、纤维、纸浆、晶体等

粗大悬浮物

较小的悬浮物

细小悬浮物、乳状油

细小悬浮物、沉渣脱水

极细小悬浮物

某些分子、离子

高浓度酸、碱废液

可结晶物质，硫酸亚铁、黄血盐

弱磁性极细颗粒

胶体、乳状油

酸、碱

溶解性有害物质如CN、Cr、

Hg、Cd、S等

溶解性挥发物质，如单质酚

溶解性气体，如H2SCO2等

溶解性物质，如酚

溶解性物质，如酚、汞

可离解物质，盐类物质等

可离解物质，盐类物质等

胶体状和溶解性有机物质

胶体状和溶解性有机物质

胶体状和溶解性有机物质

胶体状和溶解性有机物质

预处理

预处理

预处理

中间处理

预处理

中间处理

预处理

预处理

中间或最终处理

中间或最终处理

最终处理

最终处理

最终处理

最终处理

最终处理

中间处理

中间或最终处理

最终处理

中间处理

中间处理

中间处理

最终处理

最终处理

最终处理

最终处理

最终处理

最终处理

最终处理

注：

表中“作用”一项是不严格的分类，仅作一般参考

4.构筑物选型说明

说明构筑物的类型、数量、规格尺寸、材料结构，若有配套设备，还应指明设备的种类、规格、型号、数量及运行方式。

5.工程预算概况

指明工程的总造价，基建费、设备费、材料费、设计费、运行调试费、人员管理费；并指出污水厂废水处理综合成本（元/吨废水）。

6.平面布置和高程布置简述。

（1）平面布置

污水处理厂的建筑可分为两大类：

生产性的处理构筑物和建筑物如泵站、鼓风机房、药剂间等；辅助性建筑物如化验室、修理间、仓库、办公室、值班室等。

在各构筑物和建筑物的个数和尺寸确定以后，根据工艺流程和它们的功能要求，结合本厂的地形和地质条件，进行平面布置。

在平面布置时，应达到以下要求：

（a）布置应紧凑，以减少处理厂占地面积和连接管（沟道）的长度，并考虑人工操作的方便；

（b）各处理构筑物之间的连接沟管应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便；

（c）在高程布置上，要充分利用地形，力求挖填土方量平衡；

（d）使处理构筑物避开劣质地基；

（e）考虑扩建的可能性，留有适当的发展余地；

（f）要考虑环境卫生及安全的需要。

（2）高程布置

在处理厂内，各构筑物之间，水流一般是依靠重力流动的，前面构筑物中的水位应高于后面构筑物中的水位，两构筑物之间的水面高差即为流程中的水头损失（包括沿程损失和局部损失）；根据需要，有时要在流程中加污水提升泵站。

处理厂的高程布置就是确定各构筑物的高程（相对地面标高），使水能够顺利流过各处理构筑物。

处理厂的高程布置需通过水力计算。

一般污水流过水处理构筑物时的水头损失可参看下表：

构筑物名称

水头损失（米）

构筑物名称

水头损失（米）

格栅

0.1~0.25

压力滤池

5~6

反应池

0.4~0.5

曝气池

0.3~0.5

沉淀池

0.2~0.5

生物滤池

H+1.5

澄清池

0.7~0.8

接触滤池

2.5~3

沉砂池

0.1~0.25

消毒接触池

0.1~0.3

普通快滤池

2.0~2.5

污泥干化场

2~3.5

无阀滤池虹吸滤池

1.5~2.0

注：

表中H为采用水力旋转布水器时的工作高度

连接管道（沟渠）的沿程损失和计量、管件等的局部损失可按照水力学原理计算。

前后构筑物高程逆差可作为污水提升泵的扬程，再由污水流量去选择泵的型号。

（二）设计计算书

计算书主要包括以下几方面：

1.污水流量及水质计算

根据所给原水水质、水量情况，计算污水厂要处理的污水中污染物的平均浓度、最高浓度，污水平均流量、最大流量。

2.处理程度的计算和确定

根据国家或地方废水排放标准、污水厂周围环境状况和水体水质要求、排入水体的自净能力计算确定污水厂允许排放的废水最高污染物浓度。

要充分考虑水体的自净能力，以减轻污水厂的负荷节约投资，但也不能过分依赖于此，必须兼顾未来对废水排放标准要求更高的可能性和污水厂接纳的废水水质更差的可能性。

综合以上因素，方可确定污水厂应该采取的处理程度。

也可考虑分步设计，即根据现状去设计但留有发展的足够空间。

3.构筑物的计算

参考课本中各构筑物的设计计算方法，选取合适的设计工艺参数，计算确定各构筑物的数量和结构尺寸。

4.连接管（沟）道的水力计算和各构筑物的地面相对高程计算

5.附属配套设备的选型计算

三、工程概算

在实际设计工作中，本章内容一般应由预概算的专业人员编制。

在课程设计中，这部分内容只能按照一些参考定额估算。

污水厂工程概算内容如下：

1.工程费用

（1）主要工艺构筑物的土建、管道和机电设备安装工程费；

（2）辅助生产项目费（机修间、仓库、化验室等）；

（3）服务性工程费（办公室、警卫室、车库等）；

（4）生活福利工程（住宅、宿舍、托儿所、浴室、食堂等）；

（5）公用工程（围墙、道路、给排水管道等）；

（6）厂外工程（厂外的接电、通讯设施等）。

2.其他费用

（1）建设项目准备费（土地征用；青苗、果树和树木损毁的补偿；房屋、土井、坟墓、电线杆等的拆迁；场地平整费等）；

（2）建设单位的管理费；

（3）生产工人进厂及培训费；

（4）生产工具、其他器具的购置费；

（5）办公及生活用具的购置费；

（6）交通运输工具的购置费；

（7）勘察设计费；（8）科研实验费；

（9）基本建设试车费；

（10）施工机构调遣费；

（11）大型临时设施费；

（12）其他费（施工完毕后的场地清理费、赶工费、绿化费、不可预见费）。

3.人员编制及运行成本

（1）人员编制

可参考有关污水处理厂设计定员标准、现有污水处理厂的人员定额及类似污水处理厂的人员编制。

下表是某5万吨废水/日的污水处理厂人员编制的参考资料：

项目

人数

项目

人数

泵房、风机房

8（2人3班制）

警卫

4

曝气池

4（1人3班制）

勤杂、绿化

2

沉淀池、滤池

4（1人3班制）

污泥脱水

4

加药间

4（1人3班制）

厂长、书记

2

修理间

2

技术员

3

仓库、保管

2

行政人员

3

司机

3

财务、总务

3

炊事员

3

化验员

4

总计

55

（2）运行成本

年运行费用E=Eˊ+K×P

式中：

Eˊ为直接运行费，Eˊ=E1+E2+E3+E4+E5+E6

E1=职工人数×6000元/人*年

E2为年运行电费

E3为年药剂费用

E4为年检修养护费；E4=K×（1~2%）

E5为卫生防护费；E5=K×1%

E6为其他费；E6=（E1+E2+E3+E4+K×P）×10%

K=设计总概算（或预算）的费用×（1.1~1.4）

P为年折旧率；对城市污水处理厂，P=3.3~3.6%

水处理成本=E÷年处理水量（元/吨水）

四、主要材料、设备、构筑物一览表

1.材料表

内容包括：

钢（各种型号钢筋、钢材），以吨计；水泥，以吨计；木材，以立方米计。

2.管材

内容包括：

各种口径的铸铁管、钢管、非金属管、混凝土