水污染控制工程課程設(shè)計

1、綜合實驗活性污泥法的二級污水丿課程設(shè)計應(yīng)用化學與環(huán)境工程系專業(yè)（班級）：環(huán)境科學2013級（環(huán)境污染控制）作者（學號）：孫承強（51305032035）指導教師：賀冉冉完成日期：2016 年6月20日蚌埠學院教務(wù)處制目錄1.2.引 言 設(shè)計概論 設(shè)計資料 設(shè)計水質(zhì)水量 設(shè)計工藝選擇 工藝流程圖 2.12.22.32.43.4.參設(shè)計工藝的計算 3.1 格柵 3.1.1 中格柵 3.1.2 細格柵 3.2 沉砂池: 3.3 氧化溝 3.3.1 設(shè)計條件 3.4 二沉池 3.4.1 設(shè)計參數(shù) 3.5 污泥濃縮池 3.5.1 設(shè)計參數(shù) 3.5.2 設(shè)計計算 3.6 機房脫水 污水處理廠的平面布置 考

2、 文 獻 . 1 . 1 . 1 . 1 . 1 . 3 . 3 . 3 . 3 . 6 . 8 111217171919202121 221. 引i=r9進入 21 世紀以來，城市建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展，既給人類帶來了日益豐 富的物質(zhì)文化生活， 同時也給周圍的環(huán)境和資源帶來了巨大壓力。 水資源和水環(huán) 境作為與人類社會發(fā)展最為密切的資源、 環(huán)境條件之一， 也面臨總量短缺和水體 污染嚴重等難題， 在許多國家和地區(qū)， 水資源匱乏、 水污染正成為制約其經(jīng)濟和 社會發(fā)展的瓶頸。本文初步設(shè)計探究了簡單污水處理廠的設(shè)計方案以及各環(huán)節(jié)的設(shè)計計算， 較 系統(tǒng)深入地認識接觸了專業(yè)所學， 設(shè)計過程中收獲甚多， 為

3、日后的學習與工作積 累了寶貴的經(jīng)驗。2. 設(shè)計概論2.1 設(shè)計資料該城市污水處理廠設(shè)計規(guī)模：平均處理日水量 Q 40000m3/d，水量總變化 系數(shù) Kz= 1 .3，服務(wù)人口約25萬，計算水溫20C。2.2設(shè)計水質(zhì)水量設(shè)計進水水質(zhì)：BOD5 300mg /L， SS 200mg/L。設(shè)計出水水質(zhì)： BOD5 20mg / L， SS 20mg/L。2.3設(shè)計工藝選擇當前流行的污水處理工藝有：AB法、SBR法 氧化溝法、普通曝氣法、A/A/O法、A/O 法等，這幾種工藝都是從活性污泥法派生出來的，且各有其特點。(1) AB 法(Adsorption Biooxidation)該法由德國 Boh

4、uke 教授首先開發(fā)。該工藝對曝氣池按高、低負荷分二級供氧，A級負荷高，曝氣時間短，產(chǎn)生污泥量大，污泥負荷 2.5kgBOD/(kgMLSSd) 以上，池容積負荷6kgBOD/(m3- d)以上；B級負荷低，污泥齡較長。A級與B級 間設(shè)中間沉淀池。二級池子F/M(污染物量與微生物量之比)不同，形成不同的微 生物群體。AB法盡管有節(jié)能的優(yōu)點，但不適合低濃度水質(zhì)，A級和B級亦可分期 建設(shè)。(2) SBR法(Sequencing Batch Reactor)SBR法早在20世紀初已開發(fā)，由于人工管理繁瑣未予推廣。此法集進水、 曝氣、沉淀、出水在一座池子中完成， 常由四個或三個池子構(gòu)成一組， 輪流運轉(zhuǎn)

5、， 一池一池地間歇運行， 故稱序批式活性污泥法。 現(xiàn)在又開發(fā)出一些連續(xù)進水連續(xù) 出水的改良性SBR工藝，女口 ICEAS法、CASS法、IDEA法等。這種一體化工藝的 特點是工藝簡單，由于只有一個反應(yīng)池，不需二沉池、回流污泥及設(shè)備，一般情 況下不設(shè)調(diào)節(jié)池， 多數(shù)情況下可省去初沉池， 故節(jié)省占地和投資， 耐沖擊負荷且 運行方式靈活， 可以從時間上安排曝氣、 缺氧和厭氧的不同狀態(tài)， 實現(xiàn)除磷脫氮 的目的。但因每個池子都需要設(shè)曝氣和輸配水系統(tǒng)， 采用潷水器及控制系統(tǒng)， 間 歇排水水頭損失大， 池容的利用率不理想， 因此， 一般來說并不太適用于大規(guī)模 的城市污水處理廠。( 3)氧化溝( oxidati

6、on ditch )氧化溝又稱循環(huán)曝氣池， 是活性污泥處理工藝的一種變形工藝， 一般不需設(shè) 初沉池。其結(jié)構(gòu)形式揉用封閉的環(huán)形溝渠形式， 通常采用延時曝氣， 污水及活性 污泥混合液在氧化溝曝氣池的推動下作水平流動； 氧化溝的水力停留時間和污泥 齡較長，一般在1030 d。污泥負荷在0.05 kg BOD0(kgMLSSd)0.10 kgBOD5 /(kgMLSS- d)之間。與其他生物處理工藝相比，氧化溝具有以下主要的技術(shù)、經(jīng)濟特點： 其一，氧化溝的流態(tài)在整體上是完全混合的， 而局部又具有推流特性， 使得 在污水中能形成良好的混合液生物絮凝體， 提高二沉池的污泥沉降速度及澄清效 果；另外，其獨特

7、的水流特性對除磷脫氮也是極其重要的。其二，氧化溝構(gòu)造形式的多樣性賦予了它靈活機動的運行性能， 可按照任意 一種活性污泥法的運行方式運行。其三，處理效果穩(wěn)定，出水水質(zhì)好，并可實現(xiàn)脫氮。其四，工藝流程簡單， 構(gòu)筑物少，節(jié)省基建費用， 減少占地面積，便于管理。其五，污泥產(chǎn)量少，污泥性質(zhì)穩(wěn)定。其六，能承受水量、水質(zhì)沖擊負荷，對高濃度工業(yè)廢水有很大的稀釋能力。 本文采用的二級生物處理技術(shù)為氧化溝法。2.4工藝流程圖污泥回流進水H格柵IH沉砂池出水污泥外運. 、t,二沉池 :氧化溝3.設(shè)計工藝的計算3.1格柵格柵是污水處理廠的第一道預(yù)處理設(shè)施， 其作用是截留污水中較粗大漂浮物 和懸浮物。該污水處理廠采用兩

8、道格柵：一中一細。3.1.1中格柵柵條間隙數(shù)n個式中Qmax最大設(shè)計流量，m3/s ;格柵傾角，取60 ;b 柵條間隔，m，取b0.02m ；n柵條間隔數(shù)，個；h柵前水深，m，取h0.5m ；v -過柵流量，m/s，取 v0.9m/s則：0.46Jsi n60n0.020.5 0.9柵槽寬度B,mB S n 1bn設(shè)柵條寬度S0.01m，則：B S n 1bn 0.0145 1通過格柵的水頭損失h2，mh2hok，bhv0.02 451.34 mhoov245個式中h2 設(shè)計水頭損失,h0 計算水頭損失,g重力加速度,sin 2gm/s2 ；k系數(shù)，格柵受污物堵塞時水頭損失增大倍數(shù),S 43b

9、般采用阻力損失，與格柵斷面形狀有關(guān)，可按手冊提供的計算公式和相關(guān)系數(shù)計算；設(shè)柵條斷面為銳角矩形斷面,2.42。h2hokS 絲 v2 kSin kb 2g2.420.01 %0.02竺 sin60 32 9.80.10m柵后槽總高度H , mh h1 h2式中 H柵后槽總高度， mh柵前水深，mhi格柵前渠道超高，一般取hi=0.3mh2過柵水頭損失，mH h h1h20.5 0.3 0.10.9m進水渠道漸寬部分的長度Li ,LiB Bi2tan 1BiQmaxvh1.02m0.9 0.5設(shè)進水渠道漸寬部位展開角1 20LiBi2tan 10.36柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度0.442

10、L2, mL20.22m柵槽總長度L , mLiL21.00.5旦 tan式中，Hi為柵前去渠道深,Hih10.5 0.1 0.6m m 。L 0.440.221.0 0.50.5 0.12.50mtan60每日柵渣量W , m3/dW QmaxW 86400W11000Kz式中，Wl柵渣量，取0.55m3f'l03m3K2污水流量總變化系數(shù).0.46 0.55 86400“ O彳 3* cc 3 打1000 1.3W 16.81m . d 0.2 m /d故采用機械清渣。3.1.2細格柵500I O(M)A,柵條間隙數(shù)n,個|£1 門 abhv式中 Qmax則:-格柵傾角，

11、取50 ；b 柵條間隔，m，取b0.01m ；n 柵條間隔數(shù),個；h柵前水深，m，取h0.5m ；v過柵流量，m/s，取 v0.9m/s0.46Jsin 50最大設(shè)計流量,Om3/s ；0.01 0.5 0.978.374 個 柵槽寬度B，m進水渠道漸寬部分的長度Li , m設(shè)柵條寬度S 0.01mm，則:B S n 1 bn 0.017410.01 741.47m11 通過格柵的水頭損失h1, mhihok,式中 h1設(shè)計水頭損失,ho2V Sin 2gS 43ho計算水頭損失,g重力加速度,m/s2 ；k系數(shù)，格柵受污物堵塞時水頭損失增大倍數(shù)，一般采用阻力損失，與格柵斷面形狀有關(guān)，可按手冊

12、提供的計算公式和相關(guān)系數(shù)計算；設(shè)柵條斷面形狀為迎水、背水面均為半圓的矩形,1.67。hiho k2V . sin k 2g1.670.010.01出 Sin 5032 9.80.15m柵后槽總高度H , mh h1 h2式中H柵后槽總高度,h柵前水深，mh1 格柵前渠道超高,般取hi=0.3mh2過柵水頭損失,故:hlh20.5 0.3 0.150.95mLiB B12tan 1BiQmaxvh1.02m0.9 0.5設(shè)進水渠道漸寬部位展開角120，則:LiB12 tan 11.47 1.020.35m2 0.36柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度0.352L2,mL20.18m柵槽總長度L，

13、mLiL21.00.5H1tan式中，Hi為柵前去渠道深,H1hi，L 0.350.181.00.5 05tan50吐 2.58m每日柵渣量W，m3/dQmax W 864001000Kz式中，W,為柵渣量，取0.1m3/103m3，故唱曾-mVd。.劇。故采用機械清渣。3.2沉砂池:沉砂池的設(shè)置目的是去除污水中污泥、 煤渣等相對密度較大的無機顆粒，以 免影響后續(xù)處理構(gòu)筑物的正常運行。其工作原理是以重力分離或離心力分離為基 礎(chǔ)，即控制進入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相對密度大的無機顆粒下沉, 而有機懸浮顆粒則隨水流帶走。h攔桿nt55' J AW 200V2()0an嘟nEQAl20

14、G15 沉砂部分的長度L , m式中v最大設(shè)計流量時的流速,vtm/s, 取 v 0.25m/s ；t最大設(shè)計流量時的流行時間,s，取 t 50s。則:vt 0.25 50 12.5m 水流斷面面積A, m2A Qmaxv式中：Qmax為最大設(shè)計流速,m3/s。A1.840.25池總寬度B , mB nb設(shè)有n 2格，則每格寬則：0.6m。B 20.6 1.2m 有效水深h2，mh21.53m1.2VQmaxXT 86400Kz106式中 X城市污水沉砂量，m3/106m3污水，取X 30m3/106m3污水;T 清除沉砂的時間間隔，d，取T 2d ；K z 污水流量總變化系數(shù)，取Kz 1.3

15、。V O.46 30 2 嚴400 1.83m31.3 106每個沉砂斗容積V，m3設(shè)每一分格有2個沉砂斗，共有4個沉砂斗。150.38m34則:Vo沉砂斗尺寸沉砂斗上口寬b2，m斗壁與水平面的傾角552h3tan 60ai式中h3 斗高,取h30.35m ；b1 斗底寬,m，取 b10.5m。斗壁與水平面的傾角55。2h3tan 60 d4 0.40.9mtan 60沉砂斗容積V0，m3V0 1h3 S1 S2 Js S20.18 m33沉砂室高度h3， m采用重力排砂，設(shè)池底坡度為0.02，坡向砂斗。沉砂室由兩部分組成:部分為沉砂斗，另一部分為沉砂池坡向沉砂斗的過渡部分，沉砂室的寬度為2

16、L2 a 0.2厶0L 2a b'L2212.5 2 0.9 0.35h3沉砂池總高度H ,取超高m 0.3m 。5.18mh3 0.06 L20.350.06 5.180.66mHh1 h2h3 0.3 1.530.662.49m驗算最小流速Vmin，m/s在最小流量時,只用一格工作n1 1。QminV minn1min式中Qmin最小流量， m /s ；則:nimin最小流量時工作的沉砂池數(shù)目，個;最小流量時沉砂池中的水流斷面面積,Vmin晉 0.15 ms1.533.3氧化溝目前應(yīng)用較為廣泛的氧化溝類型包括：帕斯韋爾(塞爾(Carrousel )氧化溝、奧爾伯(Orbal )氧化

17、溝、化溝)、DE型氧化溝和一體化氧化溝。在此主要介紹卡魯塞爾(Carrousel )氧化溝。卡魯塞爾(Carrousel)氧化溝是1967年由荷蘭的P asveer)氧化溝、卡魯T型氧化溝(三溝式氧DHV公司開發(fā)研制。由圖可見，魯塞爾(Carrousel )氧化溝為一個多溝串聯(lián)系統(tǒng)，進水與活性污泥混合 后沿箭頭方向在溝內(nèi)不停地循環(huán)流動；采用表面機械曝氣器，每溝渠的一端各安裝1個，靠近曝氣器下游的區(qū)段為好氧區(qū)， 處于曝氣器上游和外環(huán)的區(qū)域為缺氧 區(qū)，混合液交替進行好氧和缺氧，這不僅提供了良好的生物脫氧條件， 而且有利 于生物絮凝，使活性污泥易于沉淀。此類氧化溝由于采用了表面曝氣器，其水深可采用4

18、4.5m，溝內(nèi)水流速度為0.30.4m/s。如果有機負荷較低時，可停止某些曝氣器的運行，在保證水流 攪拌混合循環(huán)流動的前提下，減少能量消耗。4葉輪2葉輪1出水口進水及污泥回流處 1葉輪3331設(shè)計條件(1) 設(shè)計最大水量Qmax 0.46m7s，計算水溫20 °C；(2) 氧化溝進水水質(zhì)：BOD5 =300mg/L , SS=200mg/L;(3)出水水質(zhì):2.3.2設(shè)計計算BOD5 =20 mg/L , SS =20 mg/L。(1 )計算曝氣池容積曝氣池內(nèi)的有機負荷._ _ .1.1918Ns0.01295Le式中:Le 曝氣池出水的 BOD 5, mg/LNs 0.01295L

19、e1.1918 0.46kg BODskgMLSS d)曝氣池內(nèi)的污泥容積指數(shù)SVI. 0.983SVI 353NS353 0.460.983165.91mL/g 二沉池底流生物固體濃度(回流污泥濃度 Xr)19Xr但1.2SVI1061.2165.917232mg/L污泥回流比R及污泥回流量Qrxr xQrRQ式中:R污泥回流比X 混合液污泥濃度,mg/L ,取 X 2000 mg / LXr為回流污泥濃度,mg/L則:xr x20007232-20000.38QrRQ0.38 0.460.17m3/s 曝氣池容積計算QSam3NsX式中:V 曝氣池容積,Sa進水BOD5濃度,mg/LQ 污

20、水設(shè)計流量， m3/dNs 曝氣池內(nèi)的有機負荷， mg / LX 混合液污泥濃度 MLSS, kg / m3則:NsX40000 3000.46 72323607 m3設(shè)兩組曝氣池，每組容積為1804 m3池深取H=5m則每組曝氣池的面積F為：18042F 360.8m5B取池寬B=5.3m,貝U H5.351.06,介于12之間，符合規(guī)定。21池長L B,則:L匸B68.085.336空 68.08m5.312.85>10,符合規(guī)定。設(shè)五廊道式曝氣池，廊道長L1Li13.62m取超高0.5m，則池總高度為0.55.5m 水力停留時間式中:T 停留時間,V 曝氣池體積,m3Q 流量，m3

21、/h則:360.81666.670.22h27 曝氣時間TbTbVQ Qr式中:Tb曝氣時間,V 曝氣池容積,m3Q 污水流量,m3/hQr污泥回流流量,m3/h則:TbQ Qr360.81666.67 6120.16h 污泥產(chǎn)量wvWv aQ（ L0-Le）-bXvV式中:Wv 活性污泥產(chǎn)量（MLVSS S, kg / dxv 曝氣池混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度（ MLVSSx. MLVSS f 0.75x MLSSa 產(chǎn)率系數(shù)，取 a 0.5kgMLVSS/kgBOD5b 活性污泥自身氧化系數(shù)，取b 0.075d-1則：Wv aQ( Lo - Le)- bXvV330.5 40000 (300

22、 20) 100.075 2000 0.75 360.8 105559kg/d 每日排泥量Qw假定在污泥回流管線上排泥，則 QwXrf WvQw琴Xrf55597232 0.75 10 31025kg/d需氧量計算O2 aQSr bVXv式中：O2混合液每日需氧量，kgOd ；a 氧化每公斤BOD需氧公斤數(shù)，kgOkgBOD，取0.5 ；b'污泥自身氧化需氧量，kgOkgMLVSS d，取0.15；Sr 去除 BOD濃度，kg/m3Xv 揮發(fā)性懸浮固體濃度 MLVSS， kg/m3。O20.5 40000 280 10 3 0.11 360.8 1500 10 35656kg/d?氧化

23、溝的尺寸：氧化溝采用6廊道式卡魯塞爾氧化溝,18766586.4 m，其中好氧段長度為4 88092.34 8252.9m 。取池深 4m寬8m,則氧化溝總長：10673.7333.6m，缺氧段長度為4 8彎道處長度為5才擰0 40125.7m則單個直道長為586.4 125.776.8m （取 77m）故氧化溝總池長為77 8 16101m，總池寬為8 6 48m。3.4二沉池對于大規(guī)模的城市污水處理廠,一般在設(shè)計沉淀池時，選用平流式和輻流式沉淀池。為了使沉淀池內(nèi)水流更穩(wěn)（如避免橫向錯流、異重流對沉淀的影響、出 水束流等）、進出水配水更均勻、存排泥更方便，常采用圓形輻流式二沉池。該污水廠設(shè)計

24、采用中心進水周邊出水輻流式沉淀池。3.4.1設(shè)計參數(shù)擬設(shè)三個二沉池，n 3 ；表面負荷：q1.5 m3/m2 h ；水力停留時間: 固體負荷：asT 2h ；150kg/m2 d ；rm排泥匹出水進水圖6輻流式沉淀池Fd342設(shè)計計算沉淀部分水面面積Qmax遁也 370.37m23 1.5(2)池子直徑£27021.72mV 3.14(3)沉淀部分有效水深h2qt 1.5 2.23.3m式中t沉淀時間，取沉淀池總高度t 2.2h。SNTlOOOnT 兩次清除污泥間隔時間，采用機械刮泥，取T 4h。每天污泥量V0.4 250000 4133.3m31000 3式中S 每人每天產(chǎn)生污泥量

25、，L/（人 d）,取S 0.4L/1 d ；N 設(shè)計人口， N 250000人;污泥斗容積Vl式中h5污泥斗高度，m ；1 污泥斗上部半徑，取r1 3m ;292 污泥斗下部半徑，取h5r1 2 tan3 2 tan60 1.73m3.14 1.733污泥斗以上圓錐體部分污泥容積 V2 設(shè)池徑向坡度為0.05，貝U圓錐體的高度Vi32 3 2 2234.4m3h4 0.05 R r10.05 39/2 30.83mh4223.14 0.832c2 CCC 3R Rn 1 19.5 19.5 3 3 389m33污泥總?cè)莘e 34.4 389423.4m35.4m3 (可見池內(nèi)有足夠的容積)V2沉

26、淀池總高度H設(shè)h10.3m， h30.6m ；Hh-ih2h3h4 h50.3 3.3 0.6 0.83 1.73 6.76m 7m(5)沉淀池周邊高度h1 h2h3 0.3 3.3 0.64.2m(6)徑深比校核(7)39/3.311.8，集水槽堰負荷校核在612范圍內(nèi)，滿足要求。設(shè)集水槽雙面出水，則集水槽出水堰的堰負荷為Qmaxq0 2n D54167 360010 3 mV m2 s2.05 l/2.9 l/ m2 s(符合要求)(8)采用機械刮泥選用周邊傳動式刮泥機。3.5污泥濃縮池3.5.1設(shè)計參數(shù)(1) 進泥含水率當為初次污泥時，其含水率一般為95% 98% ；當為剩余活性污泥時，

27、其含 水率一般為99.2%99.6% ；當為混合活性污泥時，其含水率一般為 98% 99.5% 。(2)污泥固體負荷當為初次污泥時，泥固體負荷宜采用 80120kg/m2 d ；當為剩余活性污 泥時，污泥固體負荷宜采用3060km d ；當為混合活性污泥時，污泥固體 負荷宜采用2580km2 d。(3) 濃縮后污泥含水率由二沉池進入污泥濃縮池的污泥含水率，當采用99.2%99.6%時，濃縮后污泥含水率宜為97% 98%。(4) 污泥停留時間濃縮時間不宜小于12小時，但也不要大于24小時，以防止污泥厭氧腐化。(5) 有效池深一般為4m最低不小于3m3.5.2設(shè)計計算Kd0.06d-1 ,污泥泥齡c 25d，去除的BOD濃度(1) 二沉池污泥量污泥自身氧化率Lr 0.135kg/m3則:QLr 40000 0.1351 kd c10.06 252400kg/d2(2) 濕污泥體積Qs:設(shè)污泥含水率P 99.4%，則:Qs 100% p /100%2400100% - 99.4% /100%4000 m /d(3) 濃縮池直徑當進泥含水率取99.4%時，污泥固體濃度C 6g/L，濃縮池污泥固體通量M 25kg/ m3/d，貝U:QsC 900 6A肓盲960m2采用兩個污泥濃縮池,每個池面積為+9602 480m2則濃縮池直徑為