環(huán)境管理_某城市污水處理廠課程設計

武漢理工大學水污染控制工程課程設計目 錄緒論31 設計依據(jù)21.1設計題目21.2設計依據(jù)21.3設計條件21.3.1設計流量21.3.2污水水質22設計計算書32.1格柵的設計32.1.1設計要求32.1.2設計參數(shù)32.1.3設計計算42.1.4格柵的選用62.2曝氣沉砂池的設計72.2.1設計說明72.2.2設計要求：82.2.3設計參數(shù)92.2.4設計計算92.2.5曝氣沉砂池吸砂機的選用122.2.6曝氣沉砂池砂水分離器的選用132.2.7曝氣沉砂池附屬鼓風機房142.3厭氧池的設計142.3.1設計參數(shù)142.3.2設計計算152.4氧化溝的設計152.4.1已知條件162.4.2設計參數(shù)162.4.3設計計算172.5二沉池的設計252.5.1 設計要求252.5.2設計參數(shù)262.5.3設計計算272.5.4刮泥設備的選擇322.6 污泥濃縮池的設計342.6.1設計要求342.6.2設計參數(shù)342.6.3. 設計計算353設計成果匯總表39致 謝40參考文獻41附 錄4236緒 論城市污水主要包括生活污水和工業(yè)污水，由城市排水管網(wǎng)匯集并輸送到污水處理廠進行處理。城市污水處理工藝一般根據(jù)城市污水的利用或排放去向并考慮水體的自然凈化能力，確定污水的處理程度及相應的處理工藝。處理后的污水，無論用于工業(yè)、農業(yè)或是回灌補充地下水，都必須符合國家頒發(fā)的有關水質標準。 現(xiàn)代污水處理技術，按處理程度劃分，可分為一級、二級和三級處理工藝。污水一級處理應用物理方法，如篩濾、沉淀等去除污水中不溶解的懸浮固體和漂浮物質。污水二級處理主要是應用生物處理方法，即通過微生物的代謝作用進行物質轉化的過程，將污水中的各種復雜的有機物氧化降解為簡單的物質。生物處理對污水水質、水溫、水中的溶氧量、pH值等有一定的要求。污水三級處理是在一、二級處理的基礎上，應用混凝、過濾、離子交換、反滲透等物理、化學方法去除污水中難溶解的有機物、磷、氮等營養(yǎng)性物質。污水中的污染物組成非常復雜，常常需要以上幾種方法組合，才能達到處理要求。 污水一級處理為預處理，二級處理為主體，處理后的污水一般能達到排放標準。三級處理為深度處理，出水水質較好，甚至能達到飲用水質標準，但處理費用高，除在一些極度缺水的國家和地區(qū)外，應用較少。目前我國許多城市正在籌建和擴建污水二級處理廠，以解決日益嚴重的水污染問題。 隨著經(jīng)濟飛速發(fā)展，人民生活水平的提高，對生態(tài)環(huán)境的要求日益提高，要求越來越多的污水處理后達標排放。在全國乃至世界范圍內，正在興建及待建的污水廠也日益增多。有學者曾根據(jù)日處理污水量將污水處理廠分為大、中、小三種規(guī)模：日處理量大于10萬m3為大型處理廠，1-10m3萬為中型污水處理廠，小于1萬m3的為小型污水處理廠。近年來，大型污水處理廠建設數(shù)量相對減少，而中小型污水廠則越來越多。如何搞好中、小型污水處理廠，特別是小型污水廠，是近幾年許多專家和工程技術人員比較關注的問題。1 設計依據(jù)1.1設計題目38000m3/d污水處理廠部分構筑物設計計算1.2設計依據(jù)（1）提供的設計參數(shù)；（2）建設項目環(huán)境保護設計規(guī)定（87）國環(huán)字第002；（3）城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準（GB 18918-2002）；（4）城市雜用水水質標準(GB/T 18920-2002)；（5）城市污水回用設計規(guī)范（CECS61-94）；（6）污染物綜合排放標準（GB/T89781996）；（7）建筑中水設計規(guī)范；（GB503362002）；（8）城市污水處理廠工程質量驗收規(guī)范（GB 50334-2002）。1.3設計條件1.3.1設計流量Q=38000m3/d1.3.2污水水質（1）進水水質BOD5=138mg/L; COD=290mg/L; SS=120mg/L; TkN=39mg/L； NH3-N=29mg/L。 （2）出水水質BOD520mg/L； CODcr60mg/L； SS20mg/L；NH3-N=10mg/L。2設計計算書2.1格柵的設計本設計采用中格柵，格柵的截污主要對水泵起保護作用，格柵建于泵站前。提升泵選用螺旋泵，格柵柵條間隙為25mm。2.1.1設計要求(1) 中格柵間隙一般采用1040mm； (2) 格柵不宜少于兩臺，如為一臺時，應設人工清除格柵備用； (3) 過柵流速一般采用0.40.9m/s； (4) 格柵傾角一般采用4575； (5) 通過格柵的水頭損失一般采用0.08m/s0.17m/s； (6) 格柵間必須設置工作臺，臺面應高出柵前最高設計水位0.5m，工作臺有安全和沖洗設施； (7) 格柵間工作臺兩側過道寬度不應小于0.7m，工作臺正面過道寬度：人工清除，不小于1.2m；機械清除，不小于1.5m； (8) 機械格柵的動力裝置一般宜設在室內或采取其它保護設備的措施； (9) 設置格柵裝置的構筑物必須考慮設有良好的檢修、柵渣的日常清除。2.1.2設計參數(shù)(1) 柵前水深 h=1.2m； (2) 過柵流速v=0.6m/s； (3) 格柵間隙b=25mm； (4) 格柵安裝傾角=75；(5) 設計流量Q= 38000m3/d= 1583.3 m3/h= 0.44 m3/s，Qmax= Kz Q= 1.500.44= 0.66 m3/s2.1.3設計計算格柵計算圖見圖2-1圖2-1 格柵計算圖(1)柵條間隙數(shù)n：n = Qmaxsinbhv式中：n格柵間隙數(shù)； Qmax最大設計流量，m3/s； b柵條間隙，取25mm； h柵前水深，取1.2m； v過柵流速，取0.6m/s； 格柵傾角，設計75。 n = 0.66sin750.0251.20.6 37條(2) 柵槽有效寬度B：設計用直徑為10mm圓鋼為柵條，即S=0.01m。 B= S(n-1) + bn = 0.01(37-1)+0.02537= 1.285m 1.3m式中：B柵槽寬度，m； S格條寬度，取0.01m。(3) 進水渠道漸寬部分的長度L1：設進水渠寬B1=1.0m，漸寬部分展開角1=20，進水渠道內的流速為 0.45m/sL1 = B-B12tan1 = 1.3-1.0 2tan20 = 0.41m(4) 柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度 L 2：L2= L1/2=0.41/2=0.21m(5) 通過格柵的水頭損失h1：h1 = Sb43sinKv22g =1.790.010.02543sin7530.6229.8 =0.028m式中：圓形形狀系數(shù)，取1.79； K系數(shù)，一般取K=3。(6) 柵后槽總高度H：H=h+h1+h2=1.0+0.068+0.3=1.368m式中：h2格柵前渠道高，一般取h2=0.3m(7) 柵槽總長度L：L= L1+ L 2+0.5m+1.0m+H1tan=0.41+0.21+1.5+1.0+0.028tan75=2.40m式中：H1格柵前槽高H1=h+h1，m(8) 每日柵渣量W：取W1=0.07 m3/103 m3W= QmaxW186400 Kz1000 = 0.660.07.51000 =2.66 m3/d0.2 m3/d宜采用機械清渣2.1.4格柵的選用根據(jù)格柵間距、寬度在給水排水設計手冊第 9冊上查得采用 GH型鏈條回轉格柵除污機，其性能見表2-1。表2-1 GH型鏈條式回轉格柵性能規(guī)格表型號格柵寬度（mm）格柵凈距（mm）安裝角度（）過柵流速（m/s）電動機功率（kW）GH-1400140025750.61.52.2曝氣沉砂池的設計2.2.1設計說明沉砂池的作用是從污水中去除砂子、煤渣等比重比較大的無機顆粒，以免這些雜質影響后續(xù)構筑物的正常運行。常用的沉砂池有平流式沉砂池、曝氣沉砂池、豎流沉砂池和多爾沉砂池等。平流式沉砂池構造簡單，處理效果較好，工作穩(wěn)定，但沉砂中夾雜一些有機物，易于腐化散發(fā)臭味，難以處置，并且對有機物包裹的砂粒去除效果不好。曝氣沉砂池在曝氣的作用下顆粒之間產(chǎn)生摩擦，將包裹在顆粒表面的有機物除掉，產(chǎn)生潔凈的沉砂，通常在沉砂中的有機物含量低于5%，同時提高顆粒的去除效率。多爾沉砂池設置了一個洗砂槽，可產(chǎn)生潔凈的沉砂。渦流式沉砂池依靠電動機機械轉盤和斜坡式葉片，利用離心力將砂粒甩向池壁去除，并將有機物脫除。后3種沉砂池在一定程度上克服了平流式沉砂池的缺點，但構造比平流式沉砂池復雜。和其它形式的沉砂池相比，曝氣沉砂池的特點是：一、可通過曝氣來實現(xiàn)對水流的調節(jié)，而其它沉砂池池內流速是通過結構尺寸確定的，在實際運行中幾乎不能進行調解；二、通過曝氣可以有助于有機物和砂子的分離。如果沉砂的最終處置是填埋或者再利用(制作建筑材料)，則要求得到較干凈的沉砂，此時采用曝氣沉砂池較好，而且最好在曝氣沉砂池后同時設置沉砂分選設備。通過分選一方面可減少有機物產(chǎn)生的氣味，另一方面有助于沉砂的脫水。同時，污水中的油脂類物質在空氣的氣浮作用下能形成浮渣從而得以被去除，還可起到預曝氣的作用。只要旋流速度保持在0.250.35/范圍內，即可獲得良好的除砂效果。盡管水平流速因進水流量的波動差別很大，但只要上升流速保持不變，其旋流速度可維持在合適的范圍之內。曝氣沉砂池的這一特點，使得其具有良好的耐沖擊性，對于流量波動較大的污水廠較為適用，其對0.2mm顆粒的截流效率為85%。由于此次設計所處理的主要是生活污水水中的有機物含量較高，因此采用曝氣沉砂池（見圖2-2）較為合適。圖2-2 曝氣沉砂池結構型式圖2.2.2設計要求：(1) 旋流速度應保持0.250.3m/s；(2) 水平流速為0.080.12 m/s；(3) 最大流量時停留時間為13min；(4) 有效水深為23m，寬深比一般采用11.5；(5) 長寬比可達5，當池長比池寬大得多時，應考慮設置橫向擋板；(6) 1污水的曝氣量為0.2空氣；(7) 空氣擴散裝置設在池的一側，距池底約0.60.9m，送氣管應設置調節(jié)氣量的閥門；(8) 池子的形狀應盡可能不產(chǎn)生偏流或死角，在集砂槽附近可安裝縱向擋板；(9) 池子的進口和出口布置，應防止發(fā)生短路，進水方向應與池中旋流方一致，出水方向應與進水方向垂直，并考慮設置擋板；(10) 池內應考慮設置消泡裝置。2.2.3設計參數(shù)(1) 本設計沉砂池采用一座，分兩格； (2) 水力停留時間 3min； (3) 水平流速 0.08m /s ； (4) 池底的坡度為0.5； (5) 設計有效水深2m； (6) 沉砂池的超高取 0.3 m。2.2.4設計計算 (1) 池子的有效容積V：V=60Qmaxt =600.663=118.8m3 式中：V沉砂池有效容積，m3； Qmax最大設計流量，m3/s； t最大設計流量時的流動時間，min，設計時取13min。(2) 水流斷面面積A：A= Qmaxv =0.66/0.08=8.25 m2式中：A水流斷面面積，m2 Qmax 最大設計流量，m3/s； V水流水平流速，m/s。(3) 池總寬度B：B= Ah =8.25/2=4.13m，取5m。式中：h沉砂池的有效水深，m。取h=2m。(4) 每格池長寬度b：b=B/2=4.13/2=2.07mb/h=2.07/2=1.03介于11.5之間（符合規(guī)定）(5) 池長L = VA =118.8/8.25=14.36m，取15m。此時，L/B=310m(3) 沉淀部分有效水深為：h2 =qbT=0.83=2.4m4m(4) 污泥區(qū)容積V：設計采用周邊傳動的刮吸泥機排泥，污泥區(qū)容積按 2h貯泥時間確定。V= 2T1+RQX24X+Xr = 221+0.8380003000+10000 =2630.77 m3式中：R最大回流比，取0.8。設計 4個二沉池 ，則每個沉淀池污泥區(qū)的容積V1：V單池=2630.77/4=657.69m3(5) 污泥區(qū)高度h4：(a) 污泥斗高度 設池底的徑向坡度為0.05，污泥斗底部直徑D2=1.5m,上部直徑D1=3.0m，傾角 60，則h4= D1-D22tan60=3-1.52tan60=1.3mV1= h412(3.02+3.01.5+1.52)=5.36 m3(b) 圓錐體高度h4=D-D120.05=31-320.05=0.7mV2= 0.712(312+313+32)=194.7m3(c) 豎直段污泥部分的高度h4=V單池-V1-V2A單池= 657.69-5.36-194.7593.75=0.77m 污泥區(qū)高度h4=h4+ h4+h4=1.3+0.7+0.77=2.8m(6) 沉淀池的總高度H：設超高h1=0.3m,緩沖層高度h3=0.5m。H=h1+h2+h3+h4=0.3+2+0.5+2.8=5.6m，取6m。(7) 校核堰負荷: 徑深比Dh2+h3 =312.4+0.5=10.68m， 在612內，符合要求。堰負荷Q4D =3.1431=146.39 m3/(dm)=1.69L/(sm)1.7 L/(sm)(8) 輻流式二沉池計算草圖如下:圖2-7輻流式二沉池圖2-8輻流式二沉池設計草圖2.5.3.2進水管路計算(1) 設計參數(shù)進水管流速V1=0.60.8m/s；中心管流速為V2=0.20.4m/s；中心管出水流速為V3=0.10.2m/s；中心管外的流速為V4=0.05 m/s；中心管開孔高度h=0.5m；中心管開孔寬b=h/2=0.5/2=0.25m。(2) 池內管路的計算及校核單池流量為：Q=14250 m3/d=593.75m3/h=0.165m3/s(a) 進水管：取 D1=550mmV1= 4QD12 =40.1650.552=0.69m/s，在 0.60.8之間,滿足要求。(b) 進水豎井：取 D2=900mmV2=4QD22=40.1650.92=0.26m/s，在0.20.4之間，滿足要求。(c) 設中心管出水流速V3=0.20m/s ，可算出中心管開孔數(shù)：n = QV3bh =0.1650.200.50.25=6.6個，取7個則：D4=D22+4QV4=0.92+40.1650.05=2.24m，取2.2m。(d) 擋板的設計 擋板高度 h： 穿孔擋板的高度為有效水深的1/21/3，h=h2/2=2.4/2=1.2m穿孔面積：擋板上開孔面積為總面積的1020%，取15%，則：F=0.15D4h=0.153.142.21.2=1.24 m2開孔個數(shù)：孔徑為100mm，則：n=4Fd2=41.240.12=158個(e) 攔浮渣設施及出水堰計算 攔浮渣設施，浮渣用刮板收集，刮渣板裝在刮泥機行架的一側，在出水堰前設置浮渣擋板，以降低后續(xù)構筑物的負荷。出水堰的計算單池設計流量：Q單=Q/4=0.66/4=0.165 m3/s(f) 環(huán)行集水槽的設計 環(huán)行集水槽內流量：q集= Q單/2=0.165/2=0.083 m3/s本設計采用周邊集水槽，單側集水，每側只有一個總出水口。 集水槽寬度為：b=0.9(kq集)0.4式中：b集水槽寬度 k安全系數(shù)，采用1.51.2，本次設計取 k =1.3。b=0.9(1.30.083)0.4 = 0.37 m ，取 b=0.4m集水槽起點水深為：h起=0.75b=0.750.4=0.3m集水槽終點水深為：h終=1.25b=1.250.4=0.5m槽深取0.7m。(g) 出水溢流堰的設計：采用出水三角堰（90） 設計堰上水頭（即三角口底部至上游水面的高度）H1=0.5m 每個三角堰的流量q1： q1=1.343H12.47=1.3430.052.47=0.m3/s三角堰個數(shù) n1：n1= Q單q1 =0.1650.=200.9個，取201個。三角堰中心距：L1=Ln1=D-2bn1=31-20.4201=0.47m2.5.4刮泥設備的選擇根據(jù)設計池體直徑31m，在給水排水設計手冊第 11冊上查得采用ZBG-30型周邊傳動刮泥機，其性能見表2-6。 表 2-6 ZBG-30型周邊傳動刮泥機性能參數(shù)規(guī)格型號池D(m)周邊線速（m/min）電機功率（kW）周邊輪壓（kN）推薦池H （mm）ZBG-30313.22.260300050002.6 污泥濃縮池的設計采用兩座幅流式圓形重力連續(xù)式污泥濃縮池，用帶柵條的刮泥機刮泥，采用靜壓排泥，剩余污泥泵房將污泥送至濃縮池。2.6.1設計要求（1）連續(xù)流重力濃縮池可采用沉淀池形式，一般為豎流式或輻流式；（2）濃縮時間一般采用 1016h進行核算，不宜過長，活性污泥含水率一般為 99%99.6%；（3）污泥固體負荷采用 2030kg/m2d，濃縮后污泥含水率可達 97%左右；（4）濃縮池的有效水深一般采用 4m；（5）濃縮池的上清夜應重新回流到初沉池前進行處理；（6）池子直徑與有效水深之比不大于 3，池子直徑不宜大于 8m，一般為 47m；（7）浮渣擋板高出水面 0.10.15m，淹沒深度為 0.30.4m。2.6.2設計參數(shù)（1）進泥濃度：10g/L，污泥初始含水率P1為99%，每座污泥總流量:Qw3027kg/d=302.7 m3/d=12.6 m3/h設計濃縮后含水率P2 =96.0，污泥固體負荷：qs =45kgSS/( m2.d)；（2）濃縮時間采用 15h，貯泥時間：t=4h；（3）濃縮池的有效水深采用5m；（4）濃縮后污泥含水率按98%計。2.6.3. 設計計算（1）濃縮池池體計算：每座濃縮池所需表面積 濃縮池直徑: D=4A=467.27=9.3m，取10m。水力負荷： =4D2=4302.7102=3.86m3/(m2d)=0.16 m3/(m2h)有效水深：h1=uT=0.1615=2.4m，取h1=2.5m濃縮池有效容積：V1=Ah1=67.272.5=168.18m3（2）排泥量與存泥容積:濃縮后排出含水率P296.0的污泥，則：Qw= 按4h貯泥時間計泥量，則貯泥區(qū)所需容積 V24Qw43.1512.6m3泥斗容積 =式中：h4泥斗的垂直高度，取1.2m； r1泥斗的上口半徑，取1.1m； r2泥斗的下口半徑，取0.6m。設池底坡度為0.08，池底坡降為： h5=故池底可貯泥容積： =式中： R1濃縮池半徑, m； r1泥斗的上口半徑，m。因此，總貯泥容積為：Vw=V3+V4=2.8+10.0=12.28m3V2=12.6m3（滿足要求）（3）濃縮池總高度： 濃縮池的超高h2取0.30m，緩沖層高度h3取0.30m，則濃縮池的總高度H為： =2.5+0.30+0.30+1.2+0.30=4.6m，取5m。（4）濃縮池排水量：Q=Qw-Qw =12.6-3.15=9.45m3/h（5）濃縮池計算草圖：3設計成果匯總表 序號名稱類型或型號規(guī)格數(shù)量設計參數(shù)1格柵GH型鏈條回轉格柵除污機LB =2.4m1.4m 1座設計流量：Qd=38000m3/d柵條間隙d=25mm柵前水深h=1.2m過柵流速v=0.6m/s2沉砂池曝氣沉砂池LBH=15m5m4m1座設計流量Q0.66m3/s水平流速v= 0.08m/s有效水深H1=2m停留時間T= 3min3厭氧池DH =15m5m1座設計流量Q=0.66m3/s污泥濃度: X=3000mg/L污泥回流液濃度：XR=10000mg/L停留時間T= 1h4氧化溝4廊道式卡羅塞（Carrousel）氧化溝LBH=152m40m5m2座設計流量Q=28500m3/d污泥產(chǎn)率系數(shù)Y0.6污泥泥齡C =25d污泥負荷N=0.14 kgBOD5/(kgMLVSSd)混合液懸浮固體濃度（MLSS）X=3000 mg/L