某城镇污水处理厂设计.docx
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某城镇污水处理厂设计
某城镇污水处理厂设计
一.目录
二.设计任务与步骤
1.确定污水处理的工艺流程以及有关的处理构筑物;
2.对各处理构筑物进行工艺计算,确定其形式、数目与尺寸(附必要的草图);
3.进行各处理构筑物的总体布置和污水与污泥处理流程的高程设计。
三.设计资料
雨水与污水采用分流制,生活污水与工业废水为合流制,污水处理厂只考虑处理生活污水与工业废水,原水主要为生活污水。
输入污水厂的污水干管直径为1400mm,管底埋深为地面以下6.0m,充满度为0.75。
设计规模为10×104m3/d,生活污水流量总变化系数为1.25。
污水平均水温为20℃(夏季)和13℃左右(冬季),工业废水的水质不影响生物处理。
该城市污水处理厂排水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B标准,可满足受纳水体水质要求。
表1设计进、出水水质单位:
mg/L(pH除外)
项目
BOD5
COD
SS
pH
TN
NH3-N
TP
进水
190
380
260
6~9
45
34
4.2
出水
≤20
≤60
≤20
6~9
≤20
≤8
≤1
该城镇地面由北向南坡度为0.8%,污水处理厂拟用场地选在某城镇南部,此处由西北向东南方向的坡度为0.4%。
四.水文地质及气象资料
表2水文地质及气象资料
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700~800mm,其中2/3集中在夏季
温度
年平均14.7℃,极端温度:
最高32℃,最低-2.5℃
土壤冰冻深度
0.24~0.33m
地基承载力
各层均在100kPa以上
地下水位
6.5~8.2m(地面下)
地震烈度
小于7级
五.其他设计资料
1.地质钻探结果表明,处理厂厂址土壤性质良好,地下水质对各类水泥均无侵蚀作用。
2.进入污水厂的排水管端点的地面标高为25.00mm。
3.据1960~2000年连续观测,河道的最高洪水水位标高为19.00m,常水位标高为16.00m,枯水位标高为14.00m。
设计流量和水质污染程度
总设计流量Q=10×104m3/d×1.25=1.25×10m3/d
进水BOD190进水COD380
进水SS260进水PH6-9
进水TN45进水NH3-N34
设计流量
总设计流量:
Q=m3/d=1.447m3/s
六.工艺流程选A2/O法
本工艺又称厌氧—缺氧—好氧法,其宗旨是开发一项能够同步脱氮除磷的污水处理工艺。
其特点是:
1、本工艺在系统上可是称为最简单的同步脱氮除磷工艺,总的水力停留时间少于其它工艺。
2、在厌氧、好氧交替运行条件下,丝状菌不能大量增殖,无污泥膨胀,SVI值一般均小于100。
3、污泥中含磷浓度高,具有很高的肥效。
4、运行中勿需投药从城市污水的设计水量分析,要设计的污水处理厂为中型污水处理厂,从城市污水的水质特征分析,该城市污水中有机物及悬浮物等的浓度较高,而且还含有氮、磷等无机污染物,因此要求选择的污水处理工艺要有较强的去除有机物、无机物和悬浮物的能力,而且具有效率高,去除率高等特点,所以选择了A2/O法脱氮除磷工艺。
七.各构筑物工艺计算
1.中格栅
格栅是由一组平行的金属栅条制成,斜置在污水经过的渠道上或水泵前集水井处,用以截流污水中的大块悬浮杂质,以免给后续处理单元的水泵或构筑物造成损害。
中格栅的净间隙为10~40mm。
设计中选择两组格栅,n=2组,每组格栅的设计流量为0.7235m3/s。
(1)栅前水深:
h=0.75×1400=1050mm
格栅安装角:
α=60°栅条间隙:
e=30mm
过栅流速:
v=1.0m/s
栅条间隙数:
n=
=23
(2)栅条宽度:
S=0.01m
栅槽宽度:
B=S(n-1)+en=0.01×(23-1)+0.03×23=0.83m
(3)渐宽部分展开角:
α1=20°进水渠宽:
B1=0.65m
进水渠道渐宽部分长度:
l1=(B-B1)/2tanα=(0.91-0.65)/2tan20°=0.25m
(4)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度:
l2=l1/2=0.36/2=0.125m
(5)系数:
k=3阻力系数:
β=2.42
(6)过栅水头损失:
h1=h0k=β(S/e)4/3×v2/(2g)×sinα×k
=2.42(0.01/0.03)4/3×[1.02/(2×9.8)]sin60°×3=0.074m
(7)栅前渠道超高:
h2=0.3m
栅槽总高度:
H=h+h1+h2=0.468+0.074+0.3=1.424m
(8)栅槽总长度:
L=l1+l2+1.0+0.5+(h+h2)/tan=0.25+0.125+1.0+0.5+(1.05+0.3)/tan60°=2.655m
(9)栅渣量:
W1=0.07m3/103m3污水
每日栅渣量:
W=Qmax·W1·86400/(K总×1000)=1.447×0.07×86400/(1.4×1000)=7.00m3/d>0.2m3/d
采用机械清渣及皮带输送机或无轴输送机输送栅渣,采用机械打包机将栅渣打包汽车运走。
2.提升泵房
提升泵房用以提高污水的水位,保证污水能在整个污水处理流程过程中流过,从而达到污水的净化。
(1)水泵选择
设计中选择4台潜污泵(3用1备),则单台提升泵流量为:
Q1=
=
=1736.4m3/h
选择300QW800-12A型潜污泵
(2)集水池
①有效容积
污水泵房的集水池容积一般采用不小于最大一台水泵5min的出水量,本设计集水池容积采用相当于一台泵6min的容量。
W=
=10.42m3
②有效水深及面积
有效水深指栅后水位与最低水位之高差,本设计取H=2m,则集水池面积A为:
A=
=
=5.21m2
③集水池直径:
D=(4A/3.14)1/2=(4×2.44/3.14)1/2=2.58m
④保护水深为1.0m,则实际水深为3m。
3.细格栅
格栅是由一组平行的金属栅条制成,斜置在污水经过的渠道上或水泵前集水井处,用以截流污水中的大块悬浮杂质,以免给后续处理单元的水泵或构筑物造成损害。
细格栅的净间隙为3~10mm。
本设计取8mm
1、工艺尺寸及水力计算
设计中选择两组格栅,n=2组,每组格栅的设计流量为0.7235m3/s。
(1)栅前水深:
h=0.5m格栅安装角:
α=60°
栅条间隙:
e=10mm过栅流速:
v=1.0m/s
栅条间隙数:
n=
=135
(2)栅条宽度:
S=0.01m
栅槽宽度:
B=S(n-1)+en=0.01×(135-1)+0.01×135=2.69m
(3)渐宽部分展开角:
α1=20°进水渠宽:
B1=0.65m
进水渠道渐宽部分长度:
l1=(B-B1)/2tanα=(1.25-0.65)/2tan20°=2.80m
(4)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度:
l2=l1/2=2.80/2=1.40m
(5)系数:
k=3阻力系数:
β=2.42
(6)过栅水头损失:
h1=h0k=β(S/e)4/3×v2/(2g)×sinα×k=2.42(0.01/0.01)4/3×[1.02/(2×9.8)]sin60°×3=0.32m
(7)栅前渠道超高:
h2=0.3m
栅槽总高度:
H=h+h1+h2=0.5+0.32+0.3=1.12m
(8)栅槽总长度:
L=l1+l2+1.0+0.5+(h+h2)/tan=2.80+1.40+1.0+0.5+(0.5+0.3)/tan60°=6.16m
(9)栅渣量:
W1=0.1m3/103m3污水
每日栅渣量:
W=Qmax·W1·86400/(K总×1000)=1.447×0.1×86400/(1.4×1000)=10m3/d>0.2m3/d
采用机械清渣及皮带输送机或无轴输送机输送栅渣,采用机械打包机将栅渣打
4.曝气沉砂池
沉砂池是借助于污水中的大颗粒与水的比重不同,使大颗粒的砂粒、石子、煤渣等无机颗粒沉降,减少大颗粒物质在输水管内沉积和消化池内沉积。
工艺计算
设计中选择两组曝气沉砂池,n=2组,每组曝气沉砂池的设计流量为0.7235m3/s。
(1)停留时间:
t=3min
总有效容积:
V=60Qt=60×0.7235×3=130.23m3
(2)水平前进流速:
v=0.06m/s
池断面积:
A=
=
=14.47m2
(3)有效水深:
H=3m
池总宽度:
B=
=
=4.82mB:
H=4.82:
3=1.608,合乎(1,2)的要求
(4)池长:
L=
=
=9mL:
B=9:
4.82=1.87,合乎要求。
(5)1m3污水所需空气量:
d=0.2m3/m3污水
每小时所需空气量:
q=3600Qd=3600×1.447×0.2=520.92m3/h
(6)清除沉砂的间隔时间:
T=2d
城市污水沉砂量:
X=30m3/106m3污水
沉砂室所需容积:
V=
=
=2.58m3
(7)每个沉砂斗容积:
V0=
=
=1.29m3
(8)沉砂斗高度:
h3′=1.4m
沉砂斗底宽度:
a1=0.5m
沉砂斗壁与水平面的倾向:
α=60°
沉砂斗上口宽度:
a=
=
=2.12m
(9)沉砂斗有效容积:
Vo′=
=
=2.71m3>1.29m3
(10)排砂装置
采用吸砂泵排砂,吸砂泵设置在沉砂斗内,借助空气提升将沉砂排出沉砂池,吸砂泵管径DN=200mm。
曝气沉砂池剖面草图
5.集配水井
设计中选择倒虹管式配水井,它适合2座或4座为一组的圆形处理构筑物的配水,具有对称性好,配水效果好等特点。
污水在配水井内平均分配,然后流入每座沉淀池。
工艺计算
设计中选择1座集配水井,n=1,每座配水井的设计流量为1.447m3/s。
(1)设配水井中心管内污水流速:
v2=0.7m/s
配水井内中心管直径:
D2=
=1.62m
(2)设配水井内污水流速:
v3=0.3m/s
配水井直径:
D3=
=2.96m
集配水井草图:
6.向心辐流沉淀池
辐流沉淀池是利用污水从沉淀池四周进入,流入中心再向池四周辐射流动,流速由大变小,水中的悬浮物在重力作用下下沉至沉淀池底部,然后用刮泥机将污泥推至污泥斗排走,或用吸泥机将污泥吸出排走。
工艺计算
设计中选择两组辐流沉淀池,n=2组,每组辐流沉淀池的设计流量为0.7235m3/s。
(1)沉淀池的表面负荷:
q′=2m3/(m2·h)
沉淀部分有效面积:
F=3600Q/q=0.7235×3600/2=1302.3m2
(2)沉淀池直径:
D=
=
=40.73m
(3)沉淀时间:
t=3.0h
沉淀池有效水深:
h2=qt=3×2=6m
(4)污泥斗容积
辐流沉淀池采用周边传动刮泥机,池底需做成2%的坡度,刮泥机连续传动将污泥推入污泥斗,设计中选择矩形污泥斗,污泥斗上口尺寸2m×2m,底部尺寸0.5m×0.5m,倾角为60°,有效高度h5=1.35m。
污泥斗的容积:
V1=
h5(a2+aa1+a12)=
1.35
(22+2
0.5+0.52)=2.36m3
污泥池底部圆锥体高度:
h4=0.32m
沉淀池底部中心圆半径:
r=1m
沉淀池底部圆锥体体积:
V2=
×3.14×h4(R2+Rr+r2)=
3.14
0.32
(11.52+11.5
1+12)
=48.5m3
沉淀斗总容积:
V3=V1+V2=2.36+48.5=50.86m3>21.2m3
(6)沉淀池超高:
h1=0.3m沉淀池缓冲高度:
h3=0.3m
沉淀池总高度:
H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+6+0.3+
×23×0.05+1.35=8.525m
(7)出水堰
辐流沉淀池出水经过双侧出水堰跌落进入集水槽,然后汇入出水管道排入集水槽井。
出水堰采用双侧90°三角形出水堰,三角堰顶宽0.16m,深0.08m,间距0.05m,外侧三角堰距沉淀池内壁0.4m,三角堰直径为32.0m,共有496个三角堰。
内侧三角堰距挡渣板0.4m,三角堰直径为32.0m,共有478个三角堰,两侧三角堰宽度0.6m,三角堰堰后自由跌落0.1~0.15m,三角堰有效水深为:
H1=(0.7Q1)2/5=0.036m
三角堰堰后自由跌落0.15m,则堰水头损失为0.186m。
(8)堰上负荷:
q1=Q/(2
D1)=0.
/(2
3.14
23)
=2.35L/(s·m)<2.9L/(s·m)
(9)出水挡渣板
三角堰前设有出水浮渣挡渣板,利用刮泥机绗架上的浮渣刮板收集。
挡渣板高出水面0.15m,伸入水下0.5m,在挡渣板旁设一个浮渣收集装置,采用管径DN300mm的排渣管排出池外。
(10)出水渠道
出水槽设在沉淀池四周,双侧收集三角堰出水,距离沉淀池内壁0.4m,出水槽宽0.6m,深0.7m,有效水深0.50m,水平流速0.83m/s。
出水槽将三角堰出水汇集送入出水管道,出水管道采用钢管,管径DN1200mm,管内流速v0=0.6m/s,水力坡度i=1.5‰。
(11)刮泥装置
沉淀池采用周边传动刮泥机,周边传动刮泥机的线速度为2~3m/min,刮泥机底部设有刮泥机,将污泥推入污泥斗,刮泥机上部设有刮泥板,将浮渣刮进排渣装置。
(12)排泥管
沉淀池采用重力排泥,排泥管管径DN300mm,排泥管伸入污泥斗底部,排泥静压头采用1.2m,连续将污泥排出池外贮泥池内。
辐流沉淀池剖面草图
图6初沉池剖面示意图
7.厌氧—缺氧—好氧生物脱氮除磷工艺计算
厌氧—缺氧—好氧生物脱氮除磷工艺,即A-A-O工艺,有时也称A2/O工艺,是通过厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合,达到去除有机物、脱氮和除磷的目的。
设计参数
(1)水力停留时间:
t=8h
(2)曝气池内活性污泥浓度:
Xv=3000mg/L
(3)回流污泥浓度:
Xr=106/100×1.2=12000mg/L
(4)污泥回流浓度:
Xr′=fXr=0.75×12000=9000mg/L
污泥回流比Xv=[R/(1+R)]·Xr′
3000=[R/(1+R)]×9000
解得:
污泥回流比R=0.5
(5)进水TN浓度:
S1=45mg/L出水TN浓度:
S2=20mg/L
TN去除率:
e=[(S1-S2)/S1]×100%=[(45-20)/45]×100%=55.6%
(6)内回流倍数:
R内=e/(1-e)=0.556/(1-0.556)=1.25
设计中取R内=125%
平面尺寸计算
设计中平均流量为m3/d=1.157m3/s,选择n=2组,每组设计流量为0.7235m3/s,。
(1)总有效容积:
V=Qt=×8/24=33333m3
厌氧、缺氧、好氧各段内水力停留时间的比值为1:
1:
3,则每段的水力停留时间分别为:
厌氧池内水力停留时间:
t1=2h
缺氧池内水力停留时间:
t2=2h
好氧池内水力停留时间:
t3=6h
(2)平面尺寸
①曝气池有效水深:
h=4.2m
曝气池总面积:
A=V/h=/4.2=7936.43m2
②每组曝气池面积:
A1=A/N=3412.6/2=3968.2m2
每组曝气池共设5廊道,第1廊道为厌氧段,第2廊道为缺氧段,后2个廊道为好氧段,每廊道宽b取7.0m,则每廊道长:
L=A1/bn=3968.2/(7
7)=80.9mL:
b=11.6>10,合乎要求。
草图如下:
图7厌氧—缺氧—好氧池平面布置草图
(3)进出水系统
①曝气池的进水设计
初沉池的来水通过DN900mm的管道送入厌氧—缺氧—好氧曝气池首端的进水渠道,管道内的水流速度为1.1m/s。
在进水渠道内,水流分别流向两侧,从厌氧段进入,进水渠道宽度为1.2m,渠道内水深为1.0m,则渠道内的最大水流速度:
v1=
=1.157/(1.2*2*1)=0.482m/s
反应池采用潜孔进水,孔口流速为0.4m/s,孔口面积:
F=Qs/NV2=1.447/(2
0.4)=1.446m2,
设每个孔口尺寸为0.5m×0.5m,则孔口数:
N=F/f=1.44/(0.5
0.5)=5.785
②曝气池的出水设计
厌氧—缺氧—好氧池的出水采用矩形薄壁堰,跌落出水,每座反应池最大出水量为1.447+1.157×125%=2.89m3/s,流量系数为0.4,堰宽为5.0m,则堰上水头:
H=(Q/mb
)2/3=(2.89/0.4
7
)2/3=0.23m
厌氧—缺氧—好氧池的出水管径采用DN800mm,送往二次沉淀池,管道内的流速为1.0m/s。
(4)其他管道设计
①污泥回流管
设计中污泥回流比为50%,从二沉池回流过来的污泥量通过两根DN500mm的回流管分别进入首端两侧的厌氧段,管内污泥流速为0.9m/s。
②硝化液回流管
硝化液回流比为200%,从二沉池出水回至缺氧段首端,硝化液回流管道管径为DN1000mm,管内流速为0.9m/s。
(5)剩余污泥量
污泥产率系数:
a=0.6污泥自身氧化系数:
b=0.05d-1
反应池去除BOD5的浓度:
Sr=190-20=170mg/L=0.17kg/d
反应池去除SS的浓度:
Lr=260-20=240mg/L=0.24kg/d
剩余污泥量:
W=aQ平Sn-bVXv+Lr
×50%
=0.6××(190-20)10-3-0.05×33333×3+(260-20)×10-3××50%
=17200.05kg/d
8.二沉池
工艺计算
设计中选择两组辐流沉淀池,n=2组,每组辐流沉淀池的设计流量为0.7235m3/s,从曝气池流出的混合液进入辐流二沉池。
(1)表面负荷:
q′=1.4m3/(m2·h)
沉淀池表面积:
F=3600Q/q’=3600×0.7235/1.4=1860.43m2
(2)沉淀池直径:
D=
=
=48.68m
(3)沉淀时间:
t=3h
沉淀池有效水深:
h2=q′t=1.4
3=4.2m
(4)径深比:
D/h2=33.3/4.2=7.9,合乎(6~12)的要求。
(5)污泥容积指数:
SVI=100系数:
r=1.2
二沉池排泥浓度:
Xr=(106/SVI)r=(106/100)×1.2=12000mg/L
污泥回流比:
R=50%
曝气池中污泥浓度:
X=[R/(1+R)]Xr=[0.5/(1+0.5)]×12000=4000mg/L
污泥平均流量:
Q0=1.157m3/s
污泥部分所需容积:
V1=
=
=3123.9m3
(6)根据污泥部分容积过大及二沉池污泥的特点,采用机械刮吸泥机连续排泥,池底坡度为i=0.04。
沉淀池底部圆锥体高度:
h4=r×i=16.7×0.04=0.668m
沉淀池底部圆锥体容积:
V2=(3.14/4)h4r2=(3.14/4)×0.668×16.72=146.24m3
沉淀池污泥区高度:
h5=(V1-V2)/F=(3123.9-146.24)/871.7=3.42m
沉淀池超高:
h1=0.3m沉淀池缓冲层高度:
h3=0.3m
沉淀池总高度:
H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+4.2+0.3+0.668+3.42=8.9m
(7)排泥装置
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2~3m/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,并排出池外。
排泥管管径为DN500mm。
二沉池剖面示意图如下:
图8二沉池剖面示意图
9.消毒设施计算
污水经过以上构筑物处理后,虽然水质得到了改善,细菌数量也大幅减少,但是细菌的绝对值仍然十分可观,并有存在病原菌的可能。
因此,污水在排放水体前,应进行消毒处理。
我们这里利用紫外线消毒。
10.剩余污泥量计算
曝气池进水BOD5浓度:
Sa=190mg/L曝气池出水BOD5浓度:
Se=20mg/L
污泥产率系数:
Y=0.6挥发性污泥浓度XLVSS:
Xv=2500mg/L
污泥自身氧化率:
Kd=0.1
曝气池内每日增加的污泥量:
△X=Y(Sa-Se)Q-KdVXv
=0.6×(190-20)×/1000-0.1×33333×2500/1000=1866.75kg/d
曝气池每日排出的剩余污泥量:
Q2=△X/fXr=1866.75/(0.75×12000/1000)=207.4m3/d
=0.0024m3/s
11.污泥浓缩池
污泥浓缩的对象是颗粒间的孔隙水,弄浓缩的目的是在于缩小污泥的体积,便于后续污泥处理。
设计中采用辐流浓缩池,n=1,每座浓缩池的剩余污泥量为0.0024m3/s=8.64m3/h。
(1)固体通量:
G=1.0kg/(m2·h)
流入浓缩池的剩余污泥浓度:
C=10kg/m3
沉淀部分有效面积:
F=QC/G=8.64×10/1.0=86.4m2
(2)沉淀池直径:
D=
=
=10.49m
(3)浓缩池浓缩时间:
T=16h
浓缩池容积:
V=QT=0.0024×3600×16=138.24m3
(4)沉淀池有效水深:
h2=
=
=1.6m
(5)浓缩后剩余污泥量:
Q1=Q
=0.0024×
=0.0008m3/s
(6)池底坡度:
i=0.008
池底高度:
h4=(D/2)i=(10.49/2)×0.008=0.042m
(7)污泥斗倾角:
α=55°
污泥斗上口半径:
a=1.25m污泥斗底部半径:
b=0.25m
污泥斗高度:
h5=tanα(a-b)=tan55°×(1.25-0.25)=1.43m
污泥斗容积:
V1=
×3.14h5(a2+ab+b2)=
×3.14×1.43×(1.252+1.25×0.25+0.252)=2.9m3
污泥斗中污泥停留时间:
T=
=
=1.01h
(8)浓缩池超高:
h1=0.3m浓缩池缓冲层高度:
h3=0.3m
浓缩池总高度:
H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+1.6+0.3+0.042+1.43=3.672m
草图如下所示:
图9辐流浓缩池草图
(9)刮泥装置
浓缩池采用中心驱动刮泥机,刮泥机底部设有刮泥板,将污泥推入污泥斗。
(10)排泥管
剩余污泥量为0.0008m3/s,泥量很小,采用污泥管道最小管径DN100mm。
12.贮泥池
贮泥池用来贮存来自初沉池和浓缩池的污泥.由于污泥量不大,设计中采用2座竖流贮泥池。
(1)贮泥池设计进泥量
由前面结果可知Q1=501.26m3/d,每日排泥6次,排泥间隔4h,每次排泥量为0.046m3/s,持续时间30min;Q2=64.8×2=129.6m3/d
Q=Q1+Q2=501.26+129.6=630.86m3/d
(2)贮泥时间:
t=8h
贮泥池计算容积:
V=
=
=105.14m3
贮泥池边长:
a=5.0m贮泥斗底边长:
b=1.0m
贮泥斗倾角:
α=60°贮泥池有效深度:
h2=3.0m
贮泥斗高度:
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