水污染控制工程课程设计.docx

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水污染控制工程课程设计

第一章总论

本课程设计所处理的水质为城市小区污水，伴随着经济发展、人口增加、城镇化进程的步伐加快，大量城市生活污水的排放严重污染了水体环境，为此，我们需要加大建设城市污水处理工程的力度。

现拟建一处理规模为1500m3/d的某小区污水处理厂，排入Ⅲ类水体中，所以设计出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级B标准。

本设计采用氧化沟工艺，经比选，此工艺具有投资省、高缓冲能力、处理效果好、流程简单、运行管理方便等优点，适用于中小型污水处理厂使用。

本设计包含污水处理工艺流程的确定，工艺流程中各单体的计算，施工图纸的绘制等。

本污水处理厂的建设将有效改善受纳水体水质，促进环境与经济的的可持续发展。

第一节设计任务和内容

1、设计任务

某小区的生活污水量为1500m3/d，变化系数为1.97，CODCr480mg/l，BOD5240mg/l，SS370mg/l，处理后出水排入Ⅲ类水体中。

通过上述参数设计一污水处理厂。

未提供的参数按照设计规范自行选取。

2、设计内容

1、对工艺构筑物的选型进行论述；

2、主要处理构筑物的工艺计算；

3、污水处理厂平面布置、高程控制及主反应池。

第二节基本资料

1、水量水质资料

污水设计流量为1500m3/d,污水流量总变化系数取1.97；其进水水质如表1，污水处理后的水质要求达到GB18918－2002中一级标准的B标准，具体数值如表2。

表1污水进水水质表

项目

单位

mg/l

mg/l

mg/l

数值

240

480

370

表2设计出水水质表

项目

单位

mg/l

mg/l

mg/l

数值

20

60

20

2、城市污水水量的确定

处理规模：

1500m3/d

总变化系数：

式中Kz—总变化系数

Q—平均日平均时污水流量（L/s）

已知：

Q=1500m3/d=17.36L/s

最大时流量（最大设计流量）

m3/d=34.20L/s

=0.0342m3/s=129.12m3/h

平均日流量（m3/d）用以表示污水处理厂的公称规模。

主要表示处理总水量；计算污水处理厂的年抽升电耗和耗药量；产生并处理的污泥总量

设计最大流量（m3/d）污水处理厂进厂水管的设计。

当污水处理厂的进水用水泵抽升时，则用组合水泵的工作流量作为设计最大流量，但应与设计流量相吻合。

污水处理厂的各处理构筑物以及厂内连接各处理构筑物的灌渠，都应满足设计最大流量的要求

降雨时的设计流量（m3/d）包括旱天流量和截流流量N倍的初期雨水流量，用来校核初沉池以前的处理构筑物和设备

当污水处理厂分期建设时，以相应的各期流量为设计流量

通常情况下，污水处理厂的使用规模指平均日流量，设计规模指最大流量。

对分流制系统要考虑雨水渗入，一般可达25~30%。

第二章污水处理工艺流程说明

一、工艺流程说明

1、工艺流程图

2、工艺流程说明

（1）污水进入厂区后经格栅间的格栅截留较大悬浮物和漂浮物，栅渣打包外运。

（2）在提升泵的作用下污水流入钟式沉砂池，污水中密度较大的无机颗粒物得到去除。

沉砂斗中的沉砂由砂泵吸出，进入砂水分离器进行固液分离。

分离后的砂用砂车外运，污水回流入格栅间。

（3）从沉砂池流出的水经一段明渠和暗管进入配水井（暗管上设电磁流量计进行水量计量），配水井向氧化沟进行配水，同时回流污泥液经配水井向反应区分配。

（4）污水经氧化沟的生物处理，基本上可以达到去除BOD、COD及氨氮的要求，处理出水自流进入二沉池，进行泥水分离，以达到处理要求。

（5）二沉池处理后的清水流入接触消毒池进行消毒处理，经消毒后的水可回用或直接排放。

（6）回流污泥在回流污泥泵作用下进入配水井；剩余污泥由地下管道自流入集泥池（剩余污泥泵房），在剩余污泥泵作用下进入污泥浓缩池。

经浓缩后的污泥由浓缩污泥提升泵打入贮泥池，再送入污泥脱水机进行脱水处理，使之稳定。

泥饼外运，浓缩池的上清液和污泥脱水装置所脱下来的水送至格栅前进行再处理。

二、工艺特点

本工艺采用氧化沟，去除BOD与COD之外，还具备消化和一定的脱氮作用，以使出水

低于排放标准。

氧化沟性能特点：

1、出水水质好，由于存在明显的富氧区和缺氧区，脱氮效率高；

2、曝气设施单机功率大，调节性能好，并且曝气设备数量少，既可节省投资，又可使运行管理简化；

3、有极强的混合搅拌与耐冲击负荷能力；

4、氧化沟沟深加大，使占地面积减少，土建费用降低；

5、用电量较大，设备效率一般；

6、设备安装较为复杂，维修和更换繁琐。

第三章处理构筑物设计

第一节格栅间和提升泵房

一、粗格栅设计计算

1、粗格栅设计计算

（1）、栅条的间隙数

式中Qmax　最大设计流量，Qmax=0.0342m3/s

格栅倾角，取

＝

b栅条间隙，m，根据一般经验公式取b＝25mm

n栅条间隙数，个

h栅前水深，m，取h＝0.4m

v过栅流速，m/s，取v＝0.8m/s。

则　　

＝3.97　取4个

（2）、栅槽宽度

设栅条宽度　　S＝10㎜（0.01m）

则栅槽宽度　　B＝S（n-1）+bn

＝0.01×（4-1）+0.025×4＝0.13m

实际生产中，多使用两套以上格栅工作，此处设计两套格栅同时工作

则单个栅槽宽度　B＝S（n-1）+bn

＝0.01×（2-1）+0.025×2＝0.06m

（3）、进水渠道渐宽部分的长度

设进水渠宽B1=0.04m，其渐宽部分开角度a1=20º。

=

=0.028m

（4）、栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度

=

=0.014m

（5）、过栅水头损失

式中　h1—过栅水头损失，m；

h0—计算水头损失，m；

　　g—重力加速度，9.81m/s2；

k—系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般k=3；

—阻力系数，与栅条断面形状有关，

，设计选取栅条断面形状为迎水面为半圆形的矩形，

＝1.83。

为了避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降h1作为补偿见图4。

＝0.11m

（6）、栅后槽总高度

设栅前渠道超高h2=1.0m

H=h+h1+h2

=0.4+0.11+1.0=1.51m

式中H—栅后槽总高度，m

h—栅前水深，m

（7）、栅前渠道深

H1=h+h2

=0.4+1.0=1.4m

（8）、栅槽总长度

=2.35m

（9）、每日栅渣量计算W

在格栅间隙25mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.05m3。

W=

=

=0.075　m3/d

W<0.2m3/d，所以宜采用人工清渣

图1.粗格栅示意图

2、格栅选型

查《给水排水工程快速设计手册2排水工程》选用LHG－2.0型回转式格栅除污机，相关参数如

型号

井宽

栅条间距

整机功率

安装倾角

LHG－2.0

2m

20mm

1.1kw

二、提升泵房设计

1、设计说明

污水经过一次提升进入沉砂池，然后通过自流进入后续水处理构筑物。

2、设计计算选型

污水泵总提升能力按Qmax考虑，及Qmax=129.12m3/h，选两台AS75-4CB潜水排污泵（一备一用），单泵提升能力为145m3/h。

集水池容积按最大一台泵6min出流量计算，则其容积为

14.5（m3）

集水池面积：

取有效水深

，则面积

集水池长度取L=4m，则宽度B=F/L=7.25/4=1.81m,取2.0m

集水池平面尺寸：

4m×2.0m

保护水深为1.2m，实际水深3.2m

泵位及安装：

潜水电泵直接置于集水池内，电泵检修采用移动吊架

根据流量，选用AS75-4CB潜水排污泵，具体参数见表3.1。

表3.1AS75-4CB潜水排污泵参数

型号

排出口径/mm

流量/（m3/h）

扬程/m

转速/（r/min）

电机功率/KW

额定电压/V

AS75-4CB

150

145

10

1450

7.5

380

数量：

2台，1备1用

三、细格栅设计计算

1、设计说明

功能：

去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，防止堵塞排泥管道。

数量:

一座,渠道数两条

2、细格栅设计计算

（1）、栅条的间隙数

式中Qmax　最大设计流量，Qmax=0.0342m3/s

格栅倾角，取

＝

b栅条间隙，m，取b＝0.01m

n栅条间隙数，个

h栅前水深，m，取h＝0.5m

v过栅流速，m/s，取v＝0.9m/s。

则　　

＝7.1个取8个

（2）、栅槽宽度

设栅条宽度　　S＝0.01m

则栅槽宽度　　B＝S（n-1）+bn

＝0.01×（8-1）+0.01×8＝0.15m

细格栅设计为两台，一台备用。

细格栅设计计算示意图如图所示：

细格栅示意图

（3）、过栅水头损失

式中　h1—过栅水头损失，m；

H0—计算水头损失，m；

　　g—重力加速度，9.81m/s2；

k—系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般k=3；

—阻力系数，与栅条断面形状有关，

，设计选取栅条断面形状为迎水面为半圆形的矩形，

＝1.83。

。

为了避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降h1作为补偿

＝0.21m　

（4）、栅后槽总高度

设栅前渠道超高h2=0.8m

H=h+h1+h2

=0.5+0.21+0.8=1.51m

式中H—栅后槽总高度，m

h—栅前水深，m

（5）、栅槽总长度

=2.3m

式中L—栅槽总长度

H1—栅前渠道深m（H1=h+h2）

（6）、每日栅渣量计算W

在格栅间隙10mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.10m3。

W=

=

=0.15　m3/d

W<0.2m3/d，所以宜采用人工清渣

第二节沉砂池设计

一、设计说明

钟式沉砂池有基建、运行费用低和处理效果好，占地少的优点，所以本设计采用钟式沉砂池除砂。

沉砂池设计计算一般规定

1、沉砂池按去除相对密度2.65、粒径0.2mm以上的砂粒设计。

2、当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算，在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。

3、沉砂池个数或分格数不应少于2，并宜按并联系列设计。

当污水量较小时，可考虑一格工作，一格备用。

4、城市污水的沉砂量可按106m3污水沉砂30m3计算，其中含水率为60%，容重为1500kg/m3，合流制污水的沉砂量应根据实际情况确定。

5、砂斗容积应按不大于2d的沉砂量计算，砂斗斗壁与水平面的倾角不应小于55°。

6、沉砂池除砂宜采用机械方法，并经砂水分离后贮存或外运。

采用人工排砂时，排砂管直径不应小于200mm。

7、沉砂池的超高不宜小于0.3m。

二、设计参数

1、最大流速为0.1m/s，最小流速为0.02m/s；

2、最大流量时，停留时间不小于20s，一般采用30～60s；

3、进水管最大流速为0.3m/s；

4、有效水深宜为1.0～2.0m，池径与池深比宜为2.0～2.5。

5、设计水力表面负荷宜为150～200m3／（m2·h）。

三、设计计算

在本工程中，由于水量较小，设计一组钟式沉砂池，其设计流量为17.36L/s，查《水污染控制工程.下册》表10-3选用钟式沉砂池的规格如表3.2。

钟式沉砂池的各部分尺寸图如图3.3所示。

表3.2钟式沉砂池的选型规格

型号

øA

/mm

øB

/mm

øE

/mm

F

/mm

G

/mm

L

/mm

H

/mm

C

/mm

D

/mm

J

/mm

功率/kw

50

1830

1000

300

1400

300

1100

300

305

610

200

0.37

数量：

一座

图3.3钟式沉砂池的各部分尺寸图

表3.3排砂泵和空压机主要技术参数表

型号

流量

砂泵容量

空压机

L/s

L/s

容量：

2.42m3/min

压力：

6kg/cm2

功率：

5.5kw

XL25

150

9.5

数量：

两套

表3.6LSF型砂水分离器主要技术参数

型号

处理量/（L/s）

电机功率/kw

进水口直径/mm

出水口直径/mm

LSF-260

12～20

0.25

DN150

DN200

数量：

一套

四、电磁流量计选型

电磁流量计选用VWB型电磁流量计。

其规格￠700mm～￠1600mm,输出1～5V，4～20mA,适用于管道安装，能用于腐蚀介质。

第三节氧化沟

一、设计说明

拟采用三沟式氧化沟，设两组三沟式氧化沟，一备一用。

二、氧化沟设计计算

1、反应池容积V

按照BOD-SS负荷计算：

其中：

Q——处理水量，m3/d

Cs——进水BOD浓度，mg/L

Ls——BOD-SS负荷率，kgBOD/（kgSS·d），取为0.06kgBOD/（kgSS·d）

CM——氧化沟内MLSS浓度，mg/L，一般范围2500~5000,取为3600mg/L

2、反应池各部分尺寸

氧化沟采用循环水流，池数N=1，有效水深范围为4.0~4.5m，本设计取为H=4.5m，池宽W=5m，则池长度L为：

，取为L=75m.

圆弧部水面积A1：

A1=π×52=78.5m2

直线段水面积A2：

A2=（75－2×5）×5×2=650m2

有效容积=（78.5+650）×4.5=3278.25m3>3250m3

故本设计符合要求

3、曝气量计算

活性污泥需氧量一般为1.4~2.2kg/kgBOD5，氧化沟工艺一般取为1.4kg/kgBOD5。

则每日需氧量SOR=1.4×（240－20）×10-3×1500=462kg/d=19.25kg/h

4、曝气时间t：

有效容积V’=3278.25m3

曝气时间（小时）

图3氧化沟示意图

三、氧化沟后配水井设计

1、设计说明

沉砂池后端设置配水井，污水进入配水井向氧化沟配水，同时回流污泥液经配水井向反应区分配。

配水井内设分水钢闸门。

2、设计计算

（1）进水管径D1

厌氧池至配水井管道计算，设计流量为污水量与回流量之和：

Q=Qmax+40%×Qmax，进水管流速控制在1m/s以下，取0.9m/s。

进水管直径　

则

（m）取300mm

校核进水管流速

m/s<1m/s合符要求。

（2）、矩形宽顶堰

进水从配水井底中心进入，经等宽度堰流入2个水斗，在由管道直接接入后续构筑物，每个后续构筑物的最大分配的水量为61.56m3/h，配水采用矩形溢流堰流至配水管。

（3）、配水管管径D2：

配水管管径D2即配水井至氧化沟管道，每个时段只有1个氧化沟进水，每条管道流量为0.048m3/s，管路流速控制在1m/s以下，取0.9m/s。

出水管直径　

则

（m）取300mm

校核出水管流速

m/s<1m/s合符要求。

（4）、配水漏斗上口口径D：

按配水井内径的1.5倍设计：

配水井尺寸的大小：

长2m，宽2m,高1.5m。

图4配水井设计草图

第四节二沉池

一、二沉池设计说明

为了使得沉淀池内水流更稳（如避免横向错流、异重流、出水束流等）、进出水配水更均匀、存排泥更方便，本设计采用幅流式二沉池。

型式：

中心进水，周边出水辐流式二沉池；

表面负荷q=0.8~1.5m3/m2.h，可取1；水力停留时间T=1.5~2.5h

二、二沉池设计计算

1、沉淀池表面面积A：

A=Q/q

其中：

A——沉淀池表面积，m2

Q——设计流量，选用最大时流量，2955/24=129.125m3/h

q——表面水力负荷，m3/（m2·h），取为1.0m3/（m2·h）

A'=130，设计建造两个池子，则每池面积A=130/2=75m2

2、沉淀池直径D：

，整去为D=10m.

3、有效水深h2:

一般情况下圆形池体直径与有效水深的比例关系为D:

h2=6~12,即h2的范围在1.075~2.15m，取有效水深h2=2.15m

4、沉淀时间t：

t=h2/q=2.15，可见1.5<2.15<4.0，故沉淀时间负荷设计要求。

5、池体总高H：

H=h1+h2+h3+h4+h5

其中：

h1——沉淀池超高，m，取为0.3m

h2——有效水深，m

h3——缓冲层高度，m，取为0.8m

h4——沉淀池底坡落差，m,取为0.5m

h5——污泥斗高度，m，取为0.5m

第五节接触消毒池

一、接触消毒池设计说明

因为纳污河段水质标准《地面水环境质量标准》（GB3838-88）中“IV”标准，故需要消毒后处理出水才能排放。

氯价格便宜，消毒可靠且经验成熟，是应用最广泛的消毒剂，所以本设计选用液氯消毒。

二、接触消毒池设计计算

设计廊道式接触反应池1座，水力停留时间t时间为20min

设计流量Q=2955m3/d=2.152m3/min

1、接触池容积V=Qt=2.152×20=43.04m3

2、池形状

形式：

长方形迂回廊道式，水流断面宽2.0m，有效水深1.0m

接触池长度

第六节污泥浓缩池

一、设计说明

二沉池产生剩余活性污泥及其他处理构筑物排除污泥由地下管道自流入集流井，剩余污泥泵（采用地下式）将其提升至污泥处理系统。

二、设计计算

1、剩余污泥量Wx：

其中：

Y——净污泥产率系数，kgMLSS/kgBOD5,在污泥龄取为20d时，Y=0.52

Q——污水的平均日流量，m3/d

Lr——去除的BOD5浓度，mg/L

Kd——污泥自身氧化率，d-1，对于城市生活污水，一般为0.05~0.10d-1，取为0.10d-1

Ts——污泥龄，d，取为ts=20d

湿泥量Qs:

2、浓缩池面积A

相关的设计参数如下：

池体数量N=1

浓缩时间T一般为12~24h，有效水深不小于3m，一般以4m左右为宜

浓缩前污泥含水率P1=99.4%，浓缩后含水率P2=97%

浓缩前污泥固体浓度C1=（1－P1）×103=（1－0.994）×103=6kg/m3

浓缩前污泥固体浓度C2=（1－P2）×103=（1－0.97）×103=30kg/m3

浓缩池面积A:

其中：

Q——污泥量，m3/d

C——污泥固体浓度，kg/L

M——污泥固体通量，kg/（m2·d），对于剩余污泥，一般取为10~35kg/（m2·d），本次设计取M=27kg/（m2·d）

3、池体直径D：

4、池体总高H：

其中:

h1——浓缩池工作不分有效水深，

h2——浓缩池超高，一般取为0.3m

h3——缓冲层高度，一般取为0.3m

h4——刮泥设备所需池底坡度造成的深度

h5——泥斗深度，取为0.8m

第四章厂址选择和总体布局

第一节污水厂平面布置

一、污水处理厂平面布置的特点

在该污水构筑物设计中，将污水处理构筑物和污泥处理构筑物都按一字型排列，布置紧凑，流线清楚。

1、从大门为综合楼、食堂等，形成入口的生活活动区，该区位于主导风向的上风向，距离格栅及污泥处理系统较远，并且加强绿化，所以该区为生活区环境较好。

2、污泥区和污水区之间由一条主要道路分开。

3、设有后门，生产过程中产生的栅楂、泥饼等由后门运走，而不从前门运起，避免影响大门处生活区的环境清洁。

4、在两组构筑物之间有一条宽4m的道路，用于工作人员巡视和设备搬运，其间可通过一辆汽车。

5、厂区内道路设计考虑工作人员可以顺利地到达任何一处。

污水厂厂区主要车行道宽6～8m，次要车行道宽3～4m，一般人行道1～3m，道路两旁应留出绿化带及适当间距。

二、构筑物的布置

1、各处理单元构筑物的平面布置。

处理构筑物是污水处理厂的主体建筑，在作平面布置时，根据各构筑物的功能要求，结合地形和地质条件确定它们在厂区内平面的位置，作如下考虑：

（ⅰ）贯通连接各处理构筑物之间的管、渠，应便捷、直通，避免迂回曲折；（ⅱ）基本在处理构筑物之间应保持一定的间距，以保证敷设连接管、渠的要求，一般的间距可取值5～8；（ⅲ）各处理构筑物在平面布置上，应考虑尽量紧凑；（ⅳ）污泥处理系统在下风向、生活区在上风向。

2、附属构筑物的平面布置。

辅助构筑物的位置应根据方便、安全等原则确定。

变电间设在泵房附近；化验室设在综合楼内，远离污泥堆场，以保证良好的工作环境；办公室、会议室与处理构筑物保持适当的距离，并位于主导风向的上风向。

3、厂区内道路规划。

在厂区内设置环状道路，方便运输，踟边种植树木美化厂区。

设有使工作人员方便的巡视各处理构筑物的道路。

主干道8m；次干道4m；人行道2m。

4、管线布置。

除了在各处理构筑物之间设有贯通连接的管、渠，还应设置能够使各个处理构筑物独立运行的超越管道，当某一处理构筑物因故障停止要作时，其后的构筑物仍然保持正常的运行。

同时还应设置事故排放管，它可超越全部处理构筑物，直接排放水体。

此外在厂区内还设有：

给水管、输配电线管、雨水管、厂区内污水管等。

5、厂区占地面积及绿化率。

绿化区厂区面积的30%以上。

6、污泥处理部分场地面积预留，可相当于污水处理部分占地面积的20%~30%。

第二节污水厂高程布置

一、说明

为了降低运行费用和便于维护管理，污水在处理构筑物之间的流动，以按重力流考虑为宜（污泥流动不在此列）。

厂区内高程布置的主要特点是先确定末端构筑物的标高，然后根据水头损失通过水力计算递推前面构筑物的各项控制标高。

污水处理工程的高程布置一般应遵循以下原则：

1、认真计算管道沿程损失、局部损失，各处理构筑物、计量设备及联络管渠的水头损失；考虑最大时流量、雨天流量和事故时流量的增加，并留有一定的余地；还应考虑当某座构筑物停止运行时，与其并联运行的其余构筑物及有关的连接管渠能通过全部流量。

2、考虑远期发展，水量增加的预留水头。

3、避免处理构筑物之间跌水等浪费水头的现象，充分利用地形高差，实现自流。

4、在认真计算并留有余量的前提下，力求缩小全程水头损失及提升泵站的扬程，以降低运行费用。

5、需要排放的处理水，在常年大多数时间里能够自流排放水位时，可进行短时间的提升排放。

6、应尽可能使污水处理工程的出水管渠管渠高程不受水体洪水顶托，并能自流。

二、高程计算

为了使污水和污泥能在各处理构筑物之间通畅流动，以保证污水处理厂正常运行，必须进行高程布置，以确保各处理构筑物、泵房以及各连接管渠的高程；同时计算确定个部分水面标高。

水力计算常以接受处理后污水水体