水質(zhì)凈化工藝課程設(shè)計本科論文

《水質(zhì)凈化工藝設(shè)計》大作業(yè)學院土木與交通工程學院專業(yè)給水排水工程年級班別xx級x班學號學生姓名成績100時間2015.12.08目錄任務(wù)書 1TOC\h\z\t"節(jié)標題,2,條標題,3,章標題,1"第一章 給水深度處理—臭氧活性炭工藝 《水質(zhì)凈化工藝設(shè)計》大作業(yè)任務(wù)書在完成《水質(zhì)凈化工藝設(shè)計》課程學習后，要求學生掌握給水處理和污水處理的新工藝設(shè)計計算，對于構(gòu)筑物的設(shè)計達到或接近施工圖設(shè)計。為此，要求學生獨立完成以下設(shè)計內(nèi)容：1.完成給水處理之深度處理臭氧-活性炭的工藝設(shè)計計算和構(gòu)筑物施工圖設(shè)計。2.完成污水處理之生化處理的新工藝設(shè)計計算和構(gòu)筑物的施工圖設(shè)計。要求編寫計算書和繪制A3的設(shè)計圖紙。設(shè)計圖紙按施工圖的深度完成。以A4大小裝訂。給水處理廠及污水處理廠的設(shè)計資料分別如下：給水處理廠：1.水廠凈產(chǎn)水量為20.5萬m3/d。2.水源為河水，原水水質(zhì)如下所示：編號項目單位分析結(jié)果備注1耗氧量（CODMn法）O2mg/l82水溫℃最高30，最低53色度＜15度4嗅和味無異常臭和味5渾濁度NTU6pH7.07總硬度mg/L(以CaCO3計)1258碳酸鹽硬度mg/L(以CaCO3計)959非碳酸鹽硬度mg/L(以CaCO3計)3010總固體mg/L20011細菌總數(shù)個/mL＞110012大腸菌群個/L800其它化學和毒理指標符合生活飲用水標準3.河水洪水位標高73.20米，枯水位標高65.70米，常年平均水位標高68.20米。4.氣象資料：年平均氣溫22℃，最冷月平均溫度4℃，最熱月平均溫度34℃，最高溫度39℃，最低溫度1℃。常年風向東南。5.地質(zhì)資料：凈水廠地區(qū)高程以下0～3米為粘質(zhì)砂土，3～6米為砂石堆積層，再下層為紅砂巖。地基允許承載力為2.5～4公斤/厘米。6.廠區(qū)地形平坦，平均高程為70.00米。污水處理廠設(shè)計資料：1.污水處理廠處理規(guī)模為20.5萬m3/d。2.城市污水的水質(zhì)如下表所示：（除pH外，其余項目單位為mg/L）項目BOD5CODCrSSTNNH4+-NTP（以P計）pH15030020035253.56~93.污水處理廠出廠水水質(zhì)應(yīng)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準。確定的污水處理廠出水水質(zhì)如下：BOD5≤10mg/L，COD≤50mg/L，SS≤10mg/L，NH3-N≤5mg/L，PO43--P≤0.50mg/L。4.污水處理廠廠區(qū)地形擬為平坦地形，標高為75.00米。5.全年平均氣溫21.8℃，最冷平均月氣溫9.7℃，最熱月平均氣溫32.6℃，最高溫度38.7℃，最低溫度0.0℃。6.夏季主風向：東南風。給水深度處理—臭氧活性炭工藝水處理流程示意圖： 臭氧設(shè)計計算設(shè)計要點：氣水接觸時間一般采用水力停留時間大于5~10min。接觸反應(yīng)池的有效水深，一般取4~5.5m。池體尺寸設(shè)計計算：（1）池體體積池體體積（）水力停留時間（min），此處取t=10min。水流量()（2）池體有效面積擴散器以上水深，5~7m,此處取。（3）池寬B取12m,則池長采用三個接觸反應(yīng)室，第一室接觸反應(yīng)時間=6min，第二室接觸反應(yīng)時間為=2min，第三室接觸反應(yīng)時間為=2min。其中：第一室池長第二室池長第三室池長臭氧化氣布氣系統(tǒng)設(shè)計計算（4）每小時投配總臭氧量水中所需臭氧投加量，第一格為0.6,第二格為0.4，第三格為0.2。第一室：第二室：第三室：（5）水中所需投加的臭氧化氣流量第一室：第二室：第三室：Y發(fā)生器所產(chǎn)臭氧化氣濃度（），一般在10~20范圍內(nèi)，此處取15。（6）水中所需投加的發(fā)生器工作狀態(tài)下（t=20°C,P=0.08MPa）的臭氧化氣流量第一室：第二室：第三室：（7）微孔擴散元件數(shù)第一室：取510個第二室：取340個第三室：取170個每只擴散元件的總表面積，微孔擴散板（d為擴散板直徑，產(chǎn)品提供為0.2m）氣體擴散速度（m/h）,依微孔材料及其微孔孔徑和擴散氣泡直徑而定，此處使用WTD3型微孔鈦板。則微孔孔徑為R=30，系數(shù)a=0.19，b=0.066，氣泡直徑取2mm，則氣體擴散速度所需臭氧發(fā)生器工作壓力H的計算（1）塔內(nèi)水柱高為=5m布水元件水頭損失查資料,=0.2kPa=0.02m（2）臭氧化氣輸送管道水頭損失臭氧化氣采用DN25管道輸送，總長95m，輸送管道的沿程及局部水頭損失按=0.45m考慮。臭氧尾氣處理采用型號BHF3-DOCAT240的臭氧尾氣破壞器，利用熱分解原理將臭氧分解?；钚蕴紴V池的設(shè)計計算此處生物活性碳濾池采用V型濾池池型平面尺寸計算（1）每組濾池所需面積Q濾池設(shè)計流量（）n濾池分組數(shù)（組），設(shè)計中取n=2。v設(shè)計濾速（m/h），一般采用8~20m/h。設(shè)計中取12m/h。（2）單格濾池面積N每組濾池分格數(shù)（格），設(shè)計中取N=4。一般規(guī)定V型濾池的長寬比為2：1~4:1,濾池長度一般不宜小于11m；濾池中央氣水、分配槽將濾池寬度分成兩半，每一半的寬度不宜超過4m。設(shè)計中采用其長寬比為2.5：1，即取L=14.83m，B=6m。則：（3）單格濾池的實際面積B單格池寬（m）L單格池長（m）（4）正常過濾時實際濾速一組濾池的設(shè)計流量（）一格沖洗時其他3濾格的濾速進水系統(tǒng)設(shè)計計算（1）進水總渠凈寬H1進水總渠內(nèi)水深,設(shè)計取1m.進水總渠內(nèi)流速(m/s),一般采用0.6~1.0m/s,設(shè)計取0.8m/s.（2）手動閘孔斷面面積濾池表面掃洗強度(,一般為1.7~2.0(,設(shè)計取1.8(進孔流速,m/s,一般為0.4~1.0m/s設(shè)計取0.8m/s.（3）手動閥閥口處水頭損失（4）氣動隔膜閥斷面面積考慮單格沖洗時,則（5）氣動隔膜閥閥口處水頭損失（6）進水堰堰上水頭m薄壁堰流量系數(shù),一般采用0.42~0.50.此處取0.45b堰寬(m),設(shè)計取4m.（7）V型進水槽槽內(nèi)水深Q2進入V型濾水槽的流量()設(shè)計中每格濾池設(shè)兩個V型進水槽，V型進水槽內(nèi)流速,一般采用0.6~1.0,設(shè)計取0.8.V型槽夾角,=50°~55°,設(shè)計取52°.（8）V型槽掃洗小孔表面掃洗流量--表面掃洗水強度，此處采用2.0小孔總面積孔口流量系數(shù),取值0.62.小孔直徑小孔數(shù)目(個),取每個V型槽上掃洗小孔數(shù)目45個,則=90個.驗算小孔流速反沖洗系統(tǒng)設(shè)計計算（1）氣水分配渠(按反沖洗水流量計算)反沖洗水流量反沖洗強度,一般采用4~6,此處取5氣水分配渠內(nèi)水深氣水分配渠中水的流速,一般采用0.8~1.5m/s,設(shè)計取0.8m/s.B2氣水分配渠寬度,設(shè)計取0.5m.（2）配水方孔面積和間距配水方孔總面積：配水方孔流速，一般采用0.5m/s.方孔個數(shù)：取90個單個方孔的面積，設(shè)計取=0.10*0.10m2在氣水分配渠兩側(cè)分別布置45個配水方孔，孔口間距0.4m.（3）布氣圓孔的間距和面積布氣圓孔的數(shù)目及間距和配水方孔相同，采用直徑為60mm的圓孔，其單孔面積為0.0028mm2,所有圓孔面積的和為90*0.0028=0.252m2.（4）空氣反沖洗時所需空氣流量空氣沖洗強度，一般取13~17，設(shè)計采用15?？諝馔ㄟ^圓孔的流速為1.332/0.252=5.286m/s。（5）底部配水系統(tǒng)底部配水系統(tǒng)采用QS型長柄濾頭，材質(zhì)為ABS工程塑料，數(shù)量為55只/m2,濾頭安裝在混凝土濾板上，濾板擱置在梁上。濾頭長28.5cm；濾帽上有縫隙36條；濾柄上部有2mm氣孔，下部有長65mm、寬1mm條縫。濾板、濾梁均為鋼筋混凝土預(yù)制件。濾板制成正方形。濾梁的寬度為10cm，高度和長度根據(jù)實際情況決定。設(shè)計中濾板下清水區(qū)的高度取H3=0.88m。過濾系統(tǒng)設(shè)計計算濾料選用活性碳濾料，粒徑0.5~3mm，不均勻系數(shù)K60=1.5~2,固定床濾池碳層厚度一般為1.0-2.5m,設(shè)計中取濾層厚度H4=2m。濾層上面水深一般采用1.5~2m，設(shè)計中取濾層上水深H5=1.5m。承托層采用分層級配，共五層，其粒徑級配排列由下至上為8-16mm,厚為50mm;4-8mm,厚為50mm;2-4mm,厚為50mm;4-8mm,厚為50mm;8-16mm,厚為50mm。排水系統(tǒng)設(shè)計計算排水渠終點水深排水渠流速，一般采用1.5m/s，設(shè)計取1.8m/s。設(shè)計中取排水渠和氣水分配渠等寬。排水渠起點水深排水渠臨界水深排水渠起點水深：排水渠底坡，=8.2%排水渠長度，設(shè)計取排水渠長度同濾池長度，即14.83m。按照要求，排水槽堰頂應(yīng)高出濾料0.5，則中間渠總高為濾板下清水區(qū)的高度+濾板厚+承托層厚+濾料層厚+0.5，即0.88+0.10+0.25+2.00+0.5=3.73m。濾池總高度濾板下清水區(qū)的高度；活性碳濾層厚度；濾層上水深；濾板厚度,設(shè)計中取0.12m；承托層厚度，設(shè)計中取0.25m；超高，設(shè)計中取0.3m。污水處理之生化處理——A-A-O工藝A-A-O工藝設(shè)計根據(jù)規(guī)范GB50014-2006《室外排水設(shè)計規(guī)范》，本次工藝設(shè)計可以采用厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷，首先根據(jù)要求進行判斷：BOD5/TN=150/35=4.28＞4，BOD5/TP=150/3.5=42.8＞17，符合要求。由于本次設(shè)計中進水水質(zhì)含磷量并不高，故綜合考慮下，不采用改良型A-A-O工藝（加強對磷的處理）。設(shè)計參數(shù)水力停留時間根據(jù)規(guī)范，水力停留時間宜為7~14h，本設(shè)計取t=8h。曝氣池內(nèi)活性污泥濃度一般取取2000~4000mg/L，本設(shè)計曝氣池內(nèi)活性污泥濃度取Xv=3000mg/L?；亓魑勰酀舛萖r=106/SVI×r=106/100×1.2=12000mg/LXr—回流污泥濃度（mg/L）；SVI—污泥指數(shù)，一般采用100；r—系數(shù)，一般采用r=1.2。污泥回流比Xv=[R/(1+R)]×Xr,即3000=[R/(1+R)]×9000，解得R=0.50R—污泥回流比；Xr’—回流污泥濃度（mg/L），Xr’=fXr=0.75×12000=9000TN去除率e=[（S1-S2）/S1]×100%e—TN去除率（%）；S1—進水TN濃度；S2—出水TN濃度，其中S2取15mg/L則e=（35-15）/35*100%=57.1%。內(nèi)回流倍數(shù)R內(nèi)=e/(1-e)=0.571/（1-0.571）=1.33，設(shè)計中取R內(nèi)為140%平面尺寸計算總有效容積V=Qt=205000×8/24=68333m3V—總有效容積（m3）；Q—進水流量（m3/d），按平均流量計；t—水力停留時間（d）。厭氧、缺氧、好氧各段內(nèi)水力停留時間的比值為1:1:3，則每段的水力停留時間分別為：厭氧池內(nèi)水力停留時間t1=1.6h；缺氧池內(nèi)水力停留時間t2=1.6h;好氧池內(nèi)水力停留時間t3=4.8h。平面尺寸曝氣池總面積A=V/h=68333/7.5=9111.07m2,式中，A—曝氣池總面積（m2）；h—曝氣池有效水深（m）。設(shè)計中取h=7.5m。每組曝氣池面積（曝氣池座數(shù)N=2）A1=A/N=9111.07/2=4555.53m2，式中，A1—每座曝氣池表面積（m2）；N—曝氣池個數(shù)，設(shè)計中取N=2。每組曝氣池共設(shè)5廊道，第1廊道為厭氧段，第2廊道為缺氧段，后3個廊道為好氧段，每廊道寬取10m，則每廊道長：L=A1/bn=4555.53/(5×10)=91.11m，式中，L—曝氣池每廊道長（m）；b—每廊道寬度（m）；設(shè)計中取b=10mn—廊道數(shù)。設(shè)計中取n=5。進出水系統(tǒng)曝氣池進水設(shè)計反應(yīng)池進水設(shè)計流量Q1=QKz=205000×1.45/3600/24=3.44m3/s，其中Kz取1.45回流污泥渠道設(shè)計流量QR=RQ=0.5×2.37=1.185m3/s污水最大流量Qs=Q1=3.44m3/s初沉池的來水通過DN1200mm的管道送入?yún)捬酢毖酢醚跗貧獬厥锥说倪M水渠道，管道內(nèi)的水流速度為1.52m/s。在進水渠道內(nèi)，水流分別流向兩側(cè)，從厭氧段進入，進水渠道寬度為2m，渠道內(nèi)水深為1.0m，則渠道內(nèi)的最大水流速度為：V1=Qs/(Nb1h1)=3.44/(2×2×1)=0.86m/s式中，V1—渠道內(nèi)最大水流速度（m/s）；b1—進水渠道寬度（m）；設(shè)計中取b1=2.0mh1—進水渠道有效水深（m），設(shè)計中取h1=1.0m。反應(yīng)池采用潛孔進水，孔口面積F=Qs/Nv2=3.44/(2*1)=1.72m2,式中，F(xiàn)——每座反應(yīng)池所需孔口面積（m2）；v2——孔口流速（m/s），一般采用0.2~1.5m/s。設(shè)計中v2取1.0m/s。設(shè)每個孔口尺寸為0.6*0.6m，則孔口數(shù)：n=F/f=1.72/(0.6*0.6)≈5個。式中，n—每座曝氣池所需孔口數(shù)（個）；f—每個孔口的面積（m2）。曝氣池的出水設(shè)計厭氧—缺氧—好氧池的出水采用矩形薄壁堰，跌落出水，堰上水頭：式中，H——堰上水頭（m）；Q——每座反應(yīng)池出水量（m3/s），Q=Qs+QR=3.44+1.185=4.625m3/s；m——流量系數(shù)，一般采用0.4~0.5；本設(shè)計取m=0.4；b——堰寬（m），與反應(yīng)池寬度相等。本設(shè)計中取b=10.0m。厭氧—缺氧—好氧池的最大出水流量為4.625m3/s，出水管采用DN2000，送往二沉池，管道內(nèi)的流速為1.46m/s。其他管道設(shè)計污泥回流管在本設(shè)計中，污泥回流比為0.5，從二沉池回流過來的污泥通過兩根DN500的回流管道分別進入首端兩側(cè)的厭氧段，管內(nèi)污泥流速為0.9m/s。硝化液回流管硝化液回流比為200%，從二沉池出水回至缺氧段首端，硝化液回流管道管徑為DN1000mm，管內(nèi)流速為1.1m/s。剩余污泥量剩余污泥量W=aQ平Sr-bVXv+LrQ平×50%式中，W—剩余污泥量（kg/d）；a—污泥產(chǎn)率系數(shù)，一般采用0.5~0.7；本設(shè)計取a=0.6b—污泥自身氧化系數(shù)（d-1）,一般采用0.05~0.1；本設(shè)計取b=0.05Q平—平均日污水流量（m3/d）；Lr—反應(yīng)池去除的SS濃度（kg/m3），Lr=200-10=190mg/L=0.19kg/m3;Sr—反應(yīng)池去除BOD5濃度（kg/m3），Sr=150-10=140mg/L=0.14kg/m3。則有：W=0.6×205000×0.14-0.05×68333×3+0.19×205000×50%=17220-10250+19475=26445kg/d曝氣系統(tǒng)設(shè)計計算1平均時需氧量=1204KgO2/h其中，——活性污泥微生物每代謝1kgBOD所需要的氧量，本設(shè)計取0.5；——每kg活性