河南工程学院及周边村庄合并生活污水处理站工艺设计.doc

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1、资源与环境学院 水污染控制工程课程设计设计题目：河南工程学院及周边村庄合并生活污水处理站工艺设计院 名： 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 目 录一、 工程概述1设计要求、原则和范围1设计原则1设计范围1工程设计背景1城市概述1自然条件1设计目的2设计任务2二、设计工程计算3污水处理工艺流程3设计流量3格栅的设计3平流式沉砂池设计计算7辐流式初沉池设计计算10传统活性污泥法鼓风曝气池设计计算12向心辐流式二沉池设计计算16计量槽设计计算19污泥量计算20污泥泵房设计计算20污泥重力浓缩池设计计算21贮泥池设计计算23污泥厌氧消化池设计计算24机械脱水间设计计算26污水处理厂的平面布置

2、26污水厂的高程布置27控制点高程的确定27各处理构筑物及连接管渠的水头损失计算27污水系统高程计算29污泥系统高程计算30三、参考文献31四、小结31一、 工程概述1、设计要求、原则和范围1）设计要求掌握工程设计的设计步骤、方案选择方法；了解废水处理工程设计的特点和原则；熟悉使用国家相关的法律法规、标准规范、设计手册的方法；掌握主要处理构筑物和设备的设计方法；掌握平面布置图、高程图及主要构筑物的绘制方法。 掌握有关工程设计说文件的编写方法2）设计原则遵循设计依据并在可行性的基础上，同时在城市总体规划的指导下，根据城市总体规划布局，结合地形条件和社会环境要求，统一规划设计污水处理设施，充分发挥

3、建设项目的社会、环境和经济效益。3）设计范围对污水处理厂内的主要污水处理构筑物的工艺进行设计，包括格栅、沉砂池、曝气池、污泥浓缩池、污泥贮泥池等。2、 工程设计背景 1）城市概述 现状境内有107国道和郑新公路两条过境道路通过，公路交通发达，素有“郑州南大门”之称。距郑州市区11公里，距郑州新郑国际机场18公里，从而又是多种交通运输方式选择的便利之地。在经济发展的同时基础设施的建设未能与经济协调发展谐调发展，污水处理率仅仅为3.4%。大量的污水未经处理直接排入河流，既破坏了当地的自然环境，又制约了当地经济的发展。为了把该地区建设成为经济繁荣、环境优美的现代化市区，筹建该地区的污水处理站已经迫在

4、眉睫了。 2） 自然条件龙湖位于东经11242-11413 ，北纬3416-3458，属北温带大陆性季风气候，冷暖适中、四季分明，春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季晴朗日照长，冬季寒冷少雨。郑州市冬季最长，夏季次之，春季较短。统计资料表明龙湖的平原和丘陵地区春季开始的时间大致在3月27日，终止于5月20日，历时55天；夏季开始于5月21日，终止于9月7日，历时110天；秋季开始于9月8日，终止于11月9日，历时63天；11月10日至次年的3月26日为冬季，长达137天。年平均气温在1414.3之间。龙湖年平均降雨量640.9毫米，无霜期220 天，全年日照时间约2400小时。3）规划资料范围：河

5、南工程学及周围村庄，人口：近期30000 人，10年后预期发展为40000 人，所以为了长期发展需要，该污水处理厂的设计应至少满足40000人的负荷 。4）设计目的本课程是水污染控制工程课程的实践环节，通过课程设计加深学生对有关废水处理理论的理解，使学生掌握文献和设计资料使用方法，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，掌握有关工程设计文件的编写方法，培养学生具备一定的工程制图和设计能力。5） 设计任务根据已知资料，确定城市污水处理厂的工艺流程，计算各处理构筑物的尺寸，绘制污水处理厂的总平面布置图和高程布置图，并附详细的设计说明书和计算书。水质CODc

6、r可按800 mg/l，BOD5可按500 mg/l，SS按100 mg/l。处理要求 污水级二级处理后应符合以下具体要求： CODcr70mg/L，BOD520mg/L，SS30mg/L。二、设计工程计算（一）污水处理工艺流程设计处理工艺如图所示: （二） 设计流量定每人每天污水排放量为180L。所以平均流量为：Q=180L/人天40000人=7200000L/d=7200m/d=0.083m/s计算可知=1.37总流量为Qmax=1.377200=9864m/d=0.114m/s龙湖镇雨水量计算采用的公式为q=3073（1+0.892lgP）/（t+15.1）0.824其中：q 暴雨强度（

7、升/秒公顷）；P 重现期，取1年；t 降雨历时，15分钟。（三）格栅的设计 格栅设在处理构筑物之前，用于拦截水中较大的悬浮物和漂浮物，保证后续处理设施的正常运行。本设计中，格栅于明渠连接，提升泵的来水首先进入稳压井后，进入格栅渠道。格栅尺寸计算格栅的设计要求 （1）水泵处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求： a、人工清除 2540mm b、机械清除 1625mm c、最大间隙 40mm （2）过栅流速一般采用0.61.0m/s. （3）格栅倾角一般取600 （4）格栅前渠道内的水流速度一般采用0.40.9m/s. （5）通过格栅的水头损失一般采用0.080.15m。设计参数确定：以最高日最高

8、Q1 =Qmax =0.114m/s时流量计算；栅前流速：v1=0.7m/s， 过栅流速：v2=0.9m/s；渣条宽度：s=0.01m， 格栅间隙：e=0.02m；栅前部分长度：0.5m， 格栅倾角：=60；单位栅渣量：w1=0.05m3栅渣/103m3污水。设计中的各参数均按照规范规定的数值来取的。（1） 确定格栅前水深 根据最优水力断面公式 计算得: 栅前槽宽 = =0.57m， 则栅前水深 （2） 栅条间隙数： （其中：b=e=0.02m） 则栅条数目为：n-1=13（3） 栅槽有效宽度： B0=s（n-1）+en=0.01（14-1）+0.0214=0.41m 考虑0.4m隔墙：B=2

9、B0+0.4=1.22m（4） 进水渠道渐宽部分长度： 进水渠宽： （其中1为进水渠展开角，取1=）（5） 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度: （6） 过栅水头损失（h1）: 设栅条断面为锐边矩形截面，取k=3，则通过格栅的水头损失： 其中： h0：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=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 H1=h+h2=0.29+0.3=0.59m 则栅后槽总高度 H=h+h1+h2=0.29+0.103+0.3=0.693m（8） 栅槽总长度

10、: L=L1+L2+0.5+1.0+（0.79+0.30）/tan =0.92 +0.46+0.5+1.0+(0.79+0.3/tan60=3.5m（9） 每日栅渣量:在格栅间隙在20mm的情况下，每日栅渣量为： 由所得数据，所以采用机械除污设备。（四）平流式沉砂池设计计算1、沉砂池工程设计原则：污水厂一般均应设置沉砂池，城市污水厂沉砂池的只数或分格数应不少于2，并按并联原则考虑。设计流量应按分期建设考虑。a .当污水自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；b .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；c.在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算。沉砂池去除的砂粒比重为2.

11、65，粒径为0.2mm以上。城市污水的沉沙量可按每污水沉砂30计算，其含水率约60%，容量约1500kg/。除砂宜采用机械方法，并设置贮砂池或晒砂厂。贮砂斗的容积应按2日沉砂量计算，贮沙斗壁的倾角不应小于55。排砂管直径不应小于200mm，使排砂管畅通和易于养护管理。沉砂池的超高不应小于0.3m。池底坡度一般为0.010.02，并可根据除砂设备要求，考虑池底的形状。 目前，应用较多的沉砂池池型有平流式沉砂池、曝气沉砂池和竖流式沉砂池，几种沉砂池各有特点，应结合实际情况综合考虑选定。本设计选用平流式沉砂池。平流式沉砂池是常用形式，具有构造简单、处理效果较好、易于排出沉砂的优点，污水从池一端流入，

12、呈水平方向流动，从池另一端流出。平流式沉砂池由进水装置、出水装置、沉淀区和排泥装置组成。其上部是水流部分，水在其中以水平方向流动，下部是聚集沉砂的部分，通常其底部设置12个贮砂斗，下接带间阀的排砂管，用以排出沉砂。2、沉砂池设计计算 沉砂池设计参数： 最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s。最大流量时，停留时间不小于30s，一般采用30s60s。有效水深应不大于1.2m，一般采用0.251.0m，每格宽度不宜小于0.6m。进水部位应采取消能和整流措施，应设置进水闸门控制流量，出水应采取堰跌落出水，保持池内水位不变化。 长度L设污水最大设计流量时，在沉砂池中的水力停留时间t为40s，速

13、度为0.25m/s，沉砂池的总长L为L=vt=400.25=10m 水流断面面积A 沉砂池总宽度b设有效水深为0.58m，则沉砂池的总宽度 贮沙斗所需容积V式中：-城市污水的沉砂量，一般采用30/污水； T-排砂时间间隔，d一般按2d内沉砂量考虑； -生活污水流量的总变化系数。 贮沙斗各部分尺寸计算设贮沙斗底宽b1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为60；斗高h3=1.4m，则贮沙斗的上口宽b2为 贮沙斗的容积为 = = 贮砂室的高度设采用重力排砂，池底坡度i=6%，坡向砂斗，则 = =1.4+0.06 池总高度hh=0.3+0.58+1.56=2.44 m式中：-超高，取0.3 m； -贮沙斗高

14、度，m。 核算最小流速 最小流量一般采用即为0.75Qmax，则 符合要求。（五）辐流式初沉池设计计算辐流式初沉池拟采用中心进水，沿中心管四周花墙出水，污水由池中心向池四周辐射流动，流速由大变小，水中悬浮物流动中在重力作用下沉降至沉淀池底部，然后用刮泥机将污泥推至污泥斗排走，澄清水从池周溢流入出水渠。辐流沉淀池由沉淀区、出水装置、污泥斗及排泥装置等设备组成。本设计选择两组辐流式沉淀池，每组设计流量为0.28m3/s，从沉砂池流出来的污水进入集配水井，经过集配水井分配流量后流入辐流沉淀池。1. 沉淀部分水面面积 表面负荷采用1.2-2.0，本设计取=2.0，沉淀池座数n=2。2. 池子直径 （D

15、取11m）3. 沉淀部分有效水深 设沉淀时间t = 2h ,有效水深： h2 =qt =22=4m4. 沉淀部分有效容积 5. 污泥部分所需的容积 进水悬浮物浓度C0为0.10kg/m3，出水悬浮物浓度C1以进水的30%计，初沉池污泥含水率p0=97%，污泥容重取r=1000kg/m3，取贮泥时间T=4h，污泥部分所需的容积： 则每个沉淀池污泥所需的容积为2.4m3 6. 污泥斗容积 设污泥斗上部半径r12m，污泥斗下部半径r2=1m，倾角取=60，则 污泥斗高度： h5 = （r2- r1）tan=（2-1）tan60=1.73m 污泥斗容积： V1 = （r12+r2r1+r22）= （2

16、2+21 +12）=12.68m3 7. 污泥斗以上圆锥体部分污泥容积 池底坡度采用0.05-0.10，本设计径向坡度i=0.05，则圆锥体的高度为：h4 = （R- r1）i=（13-2）0.05 = 0.55m 圆锥体部分污泥容积：V2 = （R2+Rr1+r12）=污泥总体积：V= V1+ V2 =12.68+114.56 =127.24 m3满足要求。8. 沉淀池总高度 设沉淀池超高h1=0.3m，缓冲层高h3 =0.5m，沉淀池总高度： H = h1+h2 +h3+h4 +h50.3+1.7+0.5+0.55+1.734.78 m 9. 沉淀池池边高度 H= h1+h2 + h3 =

17、 0.3+1.7+0.5 = 2.5 m10. 径深比 D/ h2 = 11/1.7 = 6.47 (符合要求)11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0.5m，深0.6m，有效水深0.5m，水平速度0.8m/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DN600mm12. 排泥管沉淀池采用重力排泥，排泥管管径DN200，排泥管伸入污泥斗底部，排泥静压头采用1.0m，连续将污泥排出池外贮泥池内。（六）传统活性污泥法鼓风曝气池设计计算1. 处理工艺说明传统活性污泥法，又称普通活性污泥法，污水从池子首段进入池内，二沉池回流的污泥也同

18、步进入，废水在池内呈推流形式流至池子末端，流出池外进入二次沉淀池，进行泥水分离。污水在推流过程中，有机物在微生物的作用下得到降解，浓度逐渐降低。传统活性污泥法对污水处理效率高，BOD去除率可待90%u以上，是较早开始使用并沿用至今的一种运行方式。本工艺设计曝气池采用廊道式，二沉池为辐流式，采用螺旋泵回流污泥。2. 处理程度计算 初沉池对BOD5的去除率按25%计算，进入曝气池的BOD5浓度（S0）为： S0 = 500 （1-25%）= 375（mg/L） 处理水中非溶解性BOD5 浓度： BOD5 = 7.1Kd Xe Ce = 7.10.080.430 = 6.82 mg/L式中： Kd

19、微生物自身氧化率，一般在0.05-0.1之间，取0.08；Xe 活性微生物在处理水悬浮物中所占比例，取0.4；Ce 处理水中悬浮物固体浓度，取30mg/L。 处理水中溶解性BOD5 浓度： Se= 30-6.82 = 23.18mg/L 去除率： 3. 设计参数（1）BOD5污泥负荷率 式中 有机物最大比降解速度与饱和常数的比值，一般采用0.0168 0.0281之间；本设计取0.02; MLVSS/MLSS值，一般采用0.7-0.8，本设计取0.75； 处理后出水中BOD5浓度（mg/L），本设计应为23.18mg/L。(2) 曝气池内混合液污泥浓度 根据NS值，查排水工程下册图4-7得：S

20、VI=120，取R50%，r1.2。 4.平面尺寸计算(1) 曝气池容积的确定 按规定，曝气池个数N不少于2个，本设计中取N=2,则每组曝气池有效容积为 V1=V/2=2189.40/2=1094.70m(2) 曝气池尺寸的确定 本设计曝气池深取3.0米，每组曝气池的面积为： 本设计池宽取B=6米，B/H=6/3.02.0，介于12之间，符合要求。 池长: L/B =60.8/610.14 10 符合要求。本设计设五廊道式曝气池，廊道长度为： L1 = L/5=60.8/5 = 12.2m本设计取超高为0.5 m，则曝气池总高为： H = 3.00.5 = 3.5m （3） 确定曝气池构造形式

21、 本设计设四组5廊道曝气池，在曝气池进水端和出水端设横向配水渠道，在两池中间设配水渠道与横向配水渠相连，污水与二沉池回流污泥从第一廊道进入曝气池。曝气池平面图如图所示：5. 需氧量计算本工程设计中采用鼓风曝气系统。（1）平均时需氧量计算 =2350.95（kg/d）=97.96（kg/h）式中：每代谢1kgBOD所需氧量（kg），本设计取0.5； 1kg活性污泥(MLVSS)每天自身氧化所需氧量（kg），取0.15.(2) 最大时需氧量： =2919.82（kg/d）=121.66（kg/h） 最大时需氧量与平均时需氧量的比值为： (3) 每日去除的BOD5 值 （4）去除1 kg BOD5

22、需养量 6. 供气量计算本设计中采用YHW-型微孔曝气器，氧转移效率（EA）为20%。敷设在距池底0.20m处，淹没水深为3m，计算温度定为30。 相关设计参数的选用：温度为20时，=0.85，=0.95，=1.0，CL=2.0mg/L，CS（20）=9.17 mg/L。温度为30时，CS（30） =7.63 mg/L。（1）空气扩散器出口处绝对压力： Pb =1.0131059.8103H=1.0131059.81033= 1.307105 （ Pa）（2）空气离开曝气池水面时氧的百分比：Qt = 100% = 100% = 17.54%（3） 气池混合液平均氧饱和度：CSb = CS()=

23、 7.63()= 7.71 mg/L换算成20条件下脱氧清水的充氧量：（R 为平均时需氧量）（4） 相应的最大时需氧量： （5） 曝气池平均时供气量： （6） 曝气池最大时供气量： （7）去除1kg BOD5 的供气量： （8）1m3污水的供气量： 7. 紫外线消毒本设计采用紫外线消毒，其工作原理：应用波长为225275m，峰值在254m的紫外线光谱，此波段具有很高的能量。可破坏微生物的核酸结构，具有强烈的杀菌作用，从而达到消毒的目的。杀菌范围：大肠杆菌、痢疾病菌、结核菌，军团菌、流行感冒病毒、芽孢，真菌，肝炎病毒及氯气以至臭氧无法或不能有效杀灭的寄生虫类都能有效杀灭，使水质得以净化。经紫外水

24、消毒系统处理过的海水、淡水或者其他水体，其各式病毒、细菌率可达到来99.99%以上。（七） 向心辐流式二沉池设计计算为了使沉淀池内水流更稳、进出水配水更均匀、存排泥更方便，常采用圆形辐流式二沉池。该沉淀池采用周边进水，中心出水的幅流式沉淀池，采用吸泥机排泥。1.设计参数的选取 表面负荷：qb范围为0.61.0 m3/ m2.h ，取q=1.0 m3/ m2.h，出水堰负荷设计规范规定取值范围为1.52.9L/s.m，取2.0 L/(s.m)；沉淀池个数n=4；沉淀时间T=2h2.沉淀池尺寸设计（1）每组池子表面积为： （2）池子直径 （取20 m）（3） 池子实际表面积 实际的表面负荷 (4)

25、 单池设计流量 （5） 校核堰口负荷 73.16m3 符合设计要求.2. 二级消化池设计计算(1) 二级消化池容积 式中： Q污泥量（m3/d）； P投配率（%），本设计取8%； n消化池个数，本设计设置1座。由于二级消化池单池容积与一级消化池相同，因此二级消化池各部份尺寸同一级消化池。（十四） 机械脱水间设计计算1. 污泥机械脱水设计说明： 污水处理厂污泥二级消化后从二级消化池排出污泥的含水率约95%左右，体积很大。因此为了便于综合利用和最终处置，需对污泥做脱水处理，使其含水率降至60%-80%，从而大大缩小污泥的体积。（1） 污泥脱水机械的类型，应按污泥的脱水性质和脱水要求，经技术经济比较

26、后选用。 （2） 污泥进入脱水机前的含水率一般不应大于98。（3） 经消化后的污泥，可根据污水性质和经济效益，考虑在脱水前淘洗。 （4） 机械脱水间的布置，应按规范有关规定执行，并应考虑泥饼运输设施和通道。 （5 ）脱水后的污泥应设置污泥堆场或污泥料仓贮存，污泥堆场或污泥料仓的容量应根据污泥出路和运输条件等确定。 (6) 污泥机械脱水间应设置通风设施。每小时换气次数不应小于6次。2.脱水机选择本设计采用滚压脱水方式使污泥脱水 ，脱水设备选用我国研制的DY-3000型带式压滤机，其主要技术指标为：干污泥产量600kg/L，泥饼含水率可以达到75%78%，单台过滤机的产率为24.629.4kg /

27、 ( m2 h),选用3台，2用1备。工作周期定为12小时。机械脱水间平面尺寸设计为 LB= 40m12m .（十五） 污水处理厂的平面布置总平面布置原则该污水处理厂主要处理构筑物有：机械除渣格栅井、污水提升泵房、平流沉砂池、辐流初次沉淀池、鼓风曝气池与二次沉淀池、污泥回流泵房、浓缩池、消化池、计量设施等及若干辅助建筑物。总图平面布置时应遵从以下几条原则。 处理构筑物与设施的布置应顺应流程、集中紧凑，以便于节约用地和运行管理。 工艺构筑物（或设施）与不同功能的辅助建筑物应按功能的差异，分别相对独立布置，并协调好与环境条件的关系（如地形走势、污水出口方向、风向、周围的重要或敏感建筑物等）。 构（

28、建）之间的间距应满足交通、管道（渠）敷设、施工和运行管理等方面的要求。 管道（线）与渠道的平面布置，应与其高程布置相协调，应顺应污水处理厂各种介质输送的要求，尽量避免多次提升和迂回曲折，便于节能降耗和运行维护。 协调好辅建筑物，道路，绿化与处理构（建）筑物的关系，做到方便生产运行，保证安全畅道，美化厂区环境。具体布置见附图（十六） 污水厂的高程布置污水处理厂高程布置的任务是：确定各处理构筑物和泵房等的标高，选定各连接管渠的尺寸并决定其标高。计算决定各部分的水面标高，以使污水能按处理流程在处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理厂的正常运行。（十七）控制点高程的确定1.进厂管有一根，流量为0.11

29、4m3/s，选用800mm的钢筋混凝土圆管，进厂端设计管内底标高为321.00m。2.考虑将出厂水水通过重力自流排入附近的涪江。河流20年一遇的洪水位为322.5m。因而可以确定出厂管的管内底标高，出厂管选用1200mm的钢筋混凝土圆管一根，出厂水排放点河流3km，总水头损失为3.38m，出厂水排放点的水位标高应不低于322.5m+4.38m=326.88m，拟取326.9m。（十八）各处理构筑物及连接管渠的水头损失计算 污水处理厂的水流常依靠重力流动，以减少运行费用。为此，必须精确计算其水头损失（初步设计或扩初设计时，精度要求可较低）。水头损失包括： （1）水流流过各处理构筑物的水头损失，包

30、括从进池到出池的所有水头损失在内；在作初步设计时可按下表估算。 (2)水流流过连接前后两构筑物的管道(包括配水设备)的水头损失，包括沿程与局部水头损失。 (3)水流流过量水设备的水头损失。表1 构筑物水头损失表 名称设计流量（L/s)管段设计参数水头损失管径(mm)I()V(m/s)管长（m）沿程局部合计出水口至计量堰114 10001.00 0.830003.00 0.1763.18 计量堰至二沉池2788001.50 0.8400.06 0.2670.33 二沉池至集配水井2788001.80 0.9200.04 0.1680.20 配水井至曝气池2788002.70 1.2750.20 0.3060.51 曝气池至初沉池2788001.80 0.9250.05 0.0770.12 初沉池至配水井278 8001.80 0.9450.08 0.1680.25 配水井至沉砂池2788001.60 0.8750.12 0.3080.43 表2 污水管渠水力计算表（十九） 污水系统高程计算污水处理厂设置了终点泵站，水力计算以接受处理后污水水体的最高水位作为起点，沿污水处理流程向上倒推计算，以使处理后的污水在洪水季节也能自流排出。名称水面上游标高（m）水面下游标高（m）构筑物水面