氧化沟工艺设计计算.docx
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氧化沟工艺设计计算
1概述
设计任务和依据
设计题目
20万mVd生活污水氧化沟处理工艺设计。
设计任务
本设计方案是对某地生活污水的处理工艺,处理能力为200000riVd,内容包
括处理工艺的确定、各构筑物的设计计算、设备选型、平面布置、高程计算。
完
成总平面布置图、主要构筑物的平面图和剖面图。
设计依据
(1)
《中华人民共和国环境保护法》
(2014)
(2)
《污水综合排放标准》(GB8978-2002)
(3)
《生活杂用水水质标准》(一
89)
(4)
《给水排水设计手册1-10》
(5)
《水污染防治法》
设计要求
(1)通过调查研究并收集相关资料经过技术与经济分析,做到技术可行、经济合理。
必须考虑安全运行的条件,确保污水厂处理后达到排放要求。
同时注意污水处理厂内的环境卫生,尽量美观。
设计原则还包括:
基础数据可靠;厂址选择合理;工艺先进实用;避免二次污染;运行管理方便。
选择合理的设计方案。
(2)完成一套完整的设计计算说明书。
说明书应包括:
污水处理工程设计的主要原始资料;污水水量的计算、污泥处理程度计算;污水泵站设计;污水污泥处理单元构筑物的详细设计计算;设计方案对比论证;厂区总平面布置说明等。
设计说明书要求内容完整,计算正确文理通顺。
(3)毕业设计图纸应准确的表达设计意图,图面力求布置合理、正确清晰,符合工程制图要求。
设计参数
某地生活污水200000riVd,其总变化系数为,排水采用分流制。
表1-1设计要求
BOD
260
30
COD
400
100
SS
380
30
TN
50
25
TP
8
3
2设计计算
格栅
设计说明
格栅由一组平行的金属栅条或筛网组成,在污水处理系统(包括水泵)前,均须设置格栅,安装在污水管道、泵房、集水井的进口处或处理厂的端部,用以拦截较大的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物,以便减轻后续处理构筑物的处理负荷。
截留污物的清除方法有两种,即人工清除和机械清除。
大型污水处理厂截污量大,为减轻劳动强度,一般应用机械清除截留物。
格栅按形状可分为平面格栅和曲面格栅两种,按格栅栅条间隙可分为粗格栅
(50~100mm,中格栅(10~40mm,细格栅(3~10mm三种。
栅条的断面形状有圆形、锐边矩形、迎水面为半圆形的矩形、迎水面背水面均为半圆的矩形几种。
而其中具有强度高,阻力损失小的优点⑹0
本设计采用两道中格栅、两道细格栅,迎水面为半圆形的矩形的栅条,选用机械清渣。
设计原则(图)
图图3中各栅格栅草图示意图
设计参数
(1)原水水量:
Q=s;
(2)取流量总变化系数为:
Kz=;
(3)设计流量:
Qa=KzQ=x;
(4)设过栅流速:
v=s;
(5)格栅安装倾角:
60
中格栅(2道)设计计算
(1)进水渠道宽度计算
根据最优水利断面公式:
代入v0.8m.s得:
则栅前水深:
(2)格栅间隙数
式中:
Qax最大废水设计流量m3/s;
a——格栅安装倾角60°~75°取60o;
h――栅前水深m;
b――栅条间隙宽度,取20mm
过栅流速m/s。
20.0210.8
则n3.23sin6086个。
验算平均水量流速=s,符合~。
(3)栅槽宽度
式中:
S――栅条宽度,取;
B——栅槽宽度,m
代入得:
B0.0159310.02933.0m
(4)进水渠道渐宽部分的长度计算
式中i――渐宽部分的展开角,一般采用20o
代入得:
32
l11.37m
2tan20
(5)进水渠道渐窄部分的长度计算
(6)
通过格栅的水头损失
(7)
栅后槽总高度
式中:
h2——超高,取。
(8)栅槽总长度
(9)每日栅渣量
式中:
W取0.05m3103m3。
车运走。
细格栅(2道)设计计算
(1)进水渠道宽度计算
根据最优水利断面公式:
代入v1.0m/s得:
B(竺J21.611.79m
\v\1.0
则栅前水深:
h邑0.90m
2
(2)格栅间隙数
式中:
Qa最大废水设计流量,m/s;
a――格栅安装倾角60°~75°,取60°;
h――栅前水深m
b――栅条间隙宽度,取20mm
过栅流速,1m/s。
则门彳23®6084个
20.020.91.0
(3)栅槽宽度
式中:
S――栅条宽度,取
B――栅槽宽度,m
(4)进水渠道渐宽部分的长度计算
式中:
一一渐宽部分的展开角,一般采用20°。
则:
112.511.790.99m
2tan20
(5)进水渠道渐窄部分的长度计算
(6)通过格栅的水头损失
式中:
h1――水头损失,m;
――格栅条的阻力系数,查表得知2.42;
k――格栅污物堵塞时的水头损失增大系数,一般取k3
(7)栅后槽总高度式中:
h2——超高,取。
(8)栅槽总长度
(9)每日栅渣量
QmaxW864003.230.04864003、
W3.99md>
Kz100010001.42
式中:
w取0.04m3103m3。
应采用机械除渣或无轴传送栅渣,采用机械栅渣打包机降栅渣打包,汽车运走。
选用NC-400型机械格栅两台。
设备宽度400mm有效栅宽250mm有效栅隙30mm运动速度3m/min,水流速度w1m/s,安装角度60°,电机功率,支座长度960mm格栅槽深度500mm格栅地面高度360mm生产厂:
上海南方环保设备有限公司、上海惠罗环境工程有限公司。
污水泵房
设计说明
污水总泵站接纳来自城市排水管网来的所有污水,其任务是将这些污水抽送
到污水处理厂,以利于处理厂各构筑物的设置。
因采用城市污水与雨水分流制,故本设计仅对城市污水排水系统的泵站进行设计[9]o
排水泵站的基本组成包括:
机器间、集水池和辅助间。
泵站形式的选择取决于水力条件和工程造价,其它考虑因素还有:
泵站规模
大小、泵站的性质、水文地质条件、地形地物、挖渠及施工方案、管理水平、环境性质要求、选用水泵的形式及能否就地取材等。
污水泵站的主要形式:
(1)合建式矩形泵站,装设立式泵,自灌式工作台,水泵数为4台或更多时,采用矩形,机器间、机组管道和附属设备布置方便,启动简单,占地面积大;
(2)合建式圆形泵站,装设立式泵,自灌式工作台,水泵数不超过4台,圆
形结构水力条件好,便于沉井施工法,可降低工程造价,水泵启动方便。
(3)自灌式泵房,采用自灌式水泵,叶轮(泵轴)低于集水池最低水位,在最高、中间和最低水位都能直接启动,其优点为启动及时可靠,不需引水辅助设备,操作简单。
(4)非自灌式泵房,泵轴高于集水池最高水位,不能直接启动,由于污水泵水管不得设低阀,故需设引水设备。
但管理人员必须能熟练的掌握水泵的启动程序。
由以上可知,本设计因水量较大,并考虑到造价、自动化控制等因素,以及施工的方便与否,采用自灌式半地下式矩形泵房。
污水泵房一般规定
(1)应根据远近期污水量,确定污水泵站的规模,泵站设计流量一般与进水管之设计流量相同;
(2)应明确泵站是一次建成还是分期建设,是永久性还是半永久性,以决定其标准和设施;
(3)根据污水经泵站抽升后,出口入河道、灌渠还是进处理厂处理来选择合适的泵站位置;
(4)污水泵站的集水池与机器间在同一构筑物内时,集水池和机器间须用防水隔墙隔开,允许渗漏,做法按结构设计规范要求;分建式,集水井和机器间要保持安全的施工距离,其中集水池多为圆形,机器间多为方形;
(5)泵站构筑物不允许地下水渗入,应设有高出地下水位米的防水措施;
(6)选泵机组泵站泵的总抽生能力,应按进水管的最大时污水量计,并应满足最大充满度时的流量要求;
(7)尽量选择类型相同(最多不超过两种型号)和口径的水泵,以便维修,但还须满足低流量时的需求;
(8)由于生活污水,对水泵有腐蚀作用,故污水泵站尽量采用污水泵,在大的污水泵站中,无大型污水泵时才选用清水泵[10]。
水泵设计计算
(1)流量的确定:
Q3.23m3s。
本设计拟定选用8台潜污泵(6用2备),则每台泵的设计流量为:
Q0.55m3.s。
(2)水泵的选用
根据水泵在《给水排水设计手册》第11册上查得采用QW型潜水排污泵。
表3-1350QW1100-10-45型潜水排污泵的规格性能表型号
出口直径
(mm)
流量
(m3/h)
扬程(m)
转速(r/min)
功率(kw)
效率(%)
350
1100
10
980
45
生产厂家:
石家
庄水泵厂
沉砂池
沉砂池的对比选择
沉砂池是借助污水中的颗粒与水的比重不同,使大颗粒的沙粒、石子、煤渣等无机颗粒沉降,以去除相对密度较大的无机颗粒。
按水流方向的不同可分为平流式、竖流式、曝气沉砂池和旋流沉砂池四类。
(1)平流沉砂池
优点:
沉淀效果好,耐冲击负荷,适应温度变化。
工作稳定,构造简单,易于施工,便于管理。
缺点:
占地大,配水不均匀,易出现短流和偏流,排泥间距较多,池中约夹杂有15流右的有机物使沉砂池的后续处理增加难度。
(2)竖流沉砂池
优点:
占地少,排泥方便,运行管理易行。
缺点:
池深大,施工困难,造价较高,对耐冲击负荷和温度的适应性较差,池径受到限制,过大的池径会使布水不均匀。
(3)旋流沉砂池(钟式沉砂池)
优点:
占地面积小,可以通过调节转速,使得沉砂效果最好,同时由于采用离心力沉砂,不会破坏水中的溶解氧水平(厌氧环境)。
缺点:
气提或泵提排砂,增加设备,水厂的电气容量,维护较复杂。
(4)曝气沉砂池
优点:
克服了平流沉砂池的缺点,使砂粒与外裹的有机物较好的分离,通过调节布气量可控制污水的旋流速度,使除砂效率较稳定,受流量变化影响小,同时起预曝气作用,其沉砂量大,且其上含有机物少。
缺点:
由于需要曝气,所以池内应考虑设消泡装置,其他型易产生偏流或死角,并且由于多了曝气装置而使费用增加。
基于以上四种沉砂池的比较,本工程设计确定采用曝气沉砂池
设计说明
普通平流沉砂池的主要缺点是沉砂中含有15%勺有机物,使沉砂的后续处理难度增加。
采用曝气沉砂池(见图3-2)可以克服这一缺点[11]。
图3-2曝气沉砂池示意图
设计参数
(1)水平流速为s;
(2)最大流量时停留时间为1~3min;
(3)有效水深应为~,宽深比一般采用1~;
(4)处理每立方米污水的曝气量宜为0.1~0.2m3空气;
(5)进水方向应与池中旋流方向一致,出水方向应与进水方向垂直;
(6)污水的沉砂量,可按每立方米污水计算,合流制污水的沉砂量应根据
实际情况确定;
(7)砂斗容积不应大于2d的沉砂量,采用重力排砂时,砂斗斗壁与水平面
的倾角不应小于55;
(8)池子的形状应尽可能不产生偏流或死角,在集砂槽附近可安装纵向挡
板;
(9)池底坡度一般取为0.1~0.5;
(10)沉砂池除砂宜采用机械方法,并经砂水分离后贮存或外运。
设计计算
(1)池子总有效容积V
设t=2min,则
(2)水流断面积A
设V1=S(水平流速)。
(3)池总宽度B
设h2=(设计有效水深),b=A=
h2
沉砂池分为四格(n=4),则每格宽度b,b=B/4=
h2.5
(4)池长L
(5)每小时所需空气量q
式中:
d1m3污水所需空气量,m3(空气)污水
设计中:
d=0.2m3(空气).m3污水
则q3600Qmaxd2325.6m3h。
(6)沉砂室所需容积V,设T=2d(清除沉砂的间隔时间)
式中:
X——城市污水沉砂量[m3/106m3(污水)],设计中取30;
Kz――生活污水流量总变化系数
则:
v迅鬻严=m3(7)沉砂斗各部分尺寸
设斗底宽a1=,斗壁与水平面的倾角为60,沉砂斗高度h21m
则沉砂斗的上口宽度为:
沉砂斗的有效容积:
(8)池子总高
设池底坡度为0.4,坡向沉砂斗,池子超高0.3m
则池底斜坡部分的高度:
H=hh-i+h2+h3=++1+=
(9)进水渠道
格栅的出水通过DN1300mr的管道送入沉砂池的进水渠道,然后进入沉砂池,进水渠道的水流流速:
式中:
V1――进水渠道水流流速,ms;
B1——进水渠道宽度,取m;
H1——进水渠道水深,取m。
水流经过进水渠道再分别由进水口进入沉砂池,进水口尺寸
900mm900mm,流速校核:
(10)进水口水头损失
进水口采用方形闸板,SFZ型明杆或镶钢铸铁方形闸门SFZ-900,沉砂斗采用旋启式底阀,公称直径200mm
(11)出水堰计算
出水采用沉砂池末端薄壁出水堰跌落出水,出水堰可保证沉砂池内水位标高
恒定,堰上水头为:
式中:
m流量系数,一般取0.4~0.5,设计中取m0.4;
b2堰宽,m
贝U:
2
,0.814空c"
H20.27m
0.43.23.29.81
出水堰后自由跌落高度0.12m,出水流入出水槽,出水槽宽度B21.0m,
出水槽水深h20.6m,水流流速V20.84ms。
采用出水管道在出水槽中部与出
水槽连接,出水槽用钢混管,管径DN1300mm,管内流速51.34ms,水利
坡度i2.39%。
,水流经出水槽流入配水井。
(12)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。
配水井设计计算
配水井中心管直径
式中:
d——配水井中心直径,m
v2中心管内污水流速,一般采用V20.6ms。
设计中取v20.8ms,
D.4Q「J2;2如,取整为2500mm
配水井直径:
式中V3――配水井内污水流速,一般采用V30.2~0.4ms
设计中取v30.35ms
三槽式氧化沟
处理要求
表3-2污水进出水水质要求
项目
进水水质(mg/L)
出水水质(mg/L)
BOD
260
30
COD
400
100
SS
380
30
TN
50
25
TP
8
3
设计计算
(1)
污泥龄
式中:
细胞降解过程中有23%的残余物为不可生物降解物质;
污泥稳定化污泥龄;
Kd――微生物自身氧化率,取;
VSS可生物降解系数;
Xv
MLSS^有机部分,mg「L,Xv0.3~0.7X。
代入得:
c
0.77“a
26d
0.050.6
(2)验证出水BOD5
出水中BOD5包括水中溶解性的BOD5和出水SS中BOD5。
出水中溶解性BOD5:
式中:
k'――最大比底物利用速率与饱和常数的比值,0.02~0.1,易降解
城市污水常取。
出水SS中BOD5:
则Se'300.60.59mgL
验证SeSe2.18911.18mgLS标
(3)计算氧化有机物和硝化氨氮所需容积
(4)氧化有机物和硝化氨氮所需停留时间
(5)脱氨量的计算
假设总氮中非氨态氮没有硝酸盐的存在形式,而是大分子中的化合态氮,其
在生物氧化过程中需要经过氨态氮这一形态,所以,需要氧化的氨氮浓度为:
式中:
TNo——进水中总氮的浓度,mgl;
Ne——出水中氨氮的浓度,mg.「L。
代入得N氧化50-2525mgL
脱氮的量,需要扣除生物合成的氮量,假设生物中的含氮量为C%,贝嚅要
的脱氮量为:
式中:
Px产泥量中有机部分,kg.d。
(6)脱氮需要的体积
式中:
Ndn,T——温度T时反硝化速率;
――温度修正系数,;
Ndn,20――温度20E时反硝化速率,取。
2000000.423
代入:
V2915.6m
20000.051.09
(7)脱氮需要的停留时间
(8)氧化沟总体积和停留时间
(9)排泥量及排泥系统
1产泥量计算
所有生物反应池中的泥包括两部分,一部分是无机的,一部分是有机的,无机的部分是悬浮物,有机的是微生物代谢的产泥量。
无机部分的污泥量:
式中:
TSS'——进入反应池中无机悬浮物的浓度;
TSS出水生物反应池悬浮物的浓度,用出水指标。
代入:
排泥量:
设污泥含水率P99.3%
2排泥系统
剩余污泥在重力作用下通过污泥管路排入集泥井。
(10)需氧量计算
考虑脱氮工艺的需氧量Oakgd为有机物氧化需氧量Oi、微生物自身氧化需氧量。
2、保持好氧池一定溶解氧所需氧、硝化需氧量。
4之和减去反硝化产氧量O5。
即OaO2O3。
4。
5
每小时的需氧量OaOaTA
式中:
TA――曝气时间
则Oa44113.32241838.06kg.h
考虑安全系数,则Oa1.4344113.32121046.95kgd
去除每kgBOD5的需氧量:
标准状态下需氧量为:
式中:
——污水中杂质影响修正系数,取;
――污水含盐量影响修正系数,取;
C――混合液溶解氧浓度,取C=最小为2;
—气压修正系数=上=1;
只示
Cs20――20C时氧的饱和度,取Cs209.17mgL;
Cs25——25r时氧的饱和度,取Cs258.38mgL。
(11)氧化沟尺寸
设氧化沟五座,工艺反应的有效系数fa0.75,单座氧化沟有效容积三组沟道采用相同的容积,则每组沟道容积:
取每组沟道单沟宽度B=22m有效水深h=,超高为,中间分隔墙厚度b=。
每组沟道面积:
弯道部分面积:
直线段部分面积:
直线段长度:
曝气设备选择
此项目选择转刷曝气机。
(1)单座氧化沟需氧量:
采用直径D=1000m啲转刷曝气机,充氧能力25kgO^m2h,单台转刷曝气机有效长度为6m
(2)每组氧化沟需曝气机有效长度
所需曝气转刷台数n经V19台。
6
通过计算,选用Mammoth-1000型转刷曝气机,具体规格如下:
表3-4转刷曝气机规格和性能
型号
直径
(m)
有效长度
(m)
电动机功率
(kw)
叶片浸深
(mm)
充氧能力
2
(kgO2/mh)
M-100
0
1
6
30
25-30
25
消毒设施
设计说明
污水经过以上构筑物处理后,虽然水质得到了改善,细菌数量也大幅度的减少,但是细菌的绝对值还十分可观,并有存在病原菌的可能。
因此,污水在排入水体前,应进行消毒处理。
目前,用消毒剂消毒能产生有害物质,影响人们的身体健康已广为人知,氯化是当今消毒采用的普遍方法。
消毒设备应按连续工作设置,消毒设备的工作时
间、消毒剂投加量,可根据所排放水体的卫生要求及季节条件掌握。
一般在水源
的上游、旅游日、夏季应严格连续消毒,其他情况时可视排出水质及环境要求,经有关单位同意,采用间断消毒或酌减消毒剂投量[12]0
消毒剂的对比选择
(1)液氯
优点:
价格便宜,效果可靠,投配设备简单。
缺点:
对生物有毒害作用,并且可产生致癌物质。
适用于大、中型规模的污水处理厂。
(2)漂白粉
优点:
投加设备简单,价格便宜。
缺点:
除与液氯相同的缺点外,尚有投配量不准确,溶解剂调制不便,劳动量大。
适用于消毒要求不高或间断投加的小型污水处理厂。
(3)臭氧
优点:
消毒效率高,并能有效地降解污水中残留的有机物、色、味等,污水
中pH,温度对消毒效果影响小,不产生难处理的或生物积累性残余物。
缺点:
投资大,成本高,设备管理复杂。
适用于出水水质较好,排入水体卫生条件要求高的污水处理厂。
此项目选择加氯消毒。
消毒剂的投加
(1)加氯量计算
二级处理出水采用液氯消毒,液氯的投加量为8.0mgL。
则加氯量为:
G0.0018.020000066.67kgh
24
(2)加氯设备
液氯由真空转自加氯机加入,加氯机设计三台,采用二用一备。
设计中采用
ZJ-1型转子加氯机。
接触消毒池的选择
本设计采用传统的隔板反应池,设计数量为1座。
接触消毒池的设计参数
(1)水力停留时间t=30min;
(2)隔板间距;;
(3)池体有效水深;
(4)池底坡度2%^3%
(5)超高;
(6)排泥管管径>150mm
接触消毒池的设计计算
接触池容积:
表面积:
隔板数采用4个,则廊道总宽为:
接触池长度:
实际消毒池容积为:
污泥处理系统
污泥泵房的设计计算
污泥泵的选型
由剩余污泥量为16631.3kgd0.1924kgs
据污泥量选用4台PN型污泥泵,3用1备,其型号、规格见下表:
表3-5PN型污泥泵
型号
流量Q
(m3.h)
扬程H
(m
转速n
(rmin)
泵轴功率
(kw)
配用电动功率
(kw)
效率
(%)
泵重
(kg)
4PN
100
41
1470
55
46
1000
污泥浓缩池的选择及设计计算
(1)污泥浓缩池的选择
污泥浓缩池主要是降低污泥中的空隙水,来达到使污泥减容的目的。
浓缩池
可分为重力浓缩池和浮选浓缩池。
重力浓缩池按其运行方式可分为间歇式和连续式。
1浮选浓缩池:
适用于浓缩活性污泥以及生物滤池等较轻的污泥,并且运行费用较高,贮泥能力小。
2
重力浓缩池:
用于浓缩初沉池污泥和二沉池的剩余污泥,只用于活性污泥
综上所述,本设计采用间歇式重力浓缩池。
采用矩形泵房,泵房长12m宽
5m高5n。
(2)污泥浓缩池的设计计算
设计参数:
Q200000m3d
污泥固体通量:
G30kgm2d
1浓缩池面积
式中:
Q——污泥量,m3.d;
C。
一一污泥固体浓度,kgm3;
G污泥固体通量,kgm2d;
16631.342
则A2217.51m
30
2浓缩池直径
设计采用n=4个圆形辐流池
单池面积:
浓缩池直径:
3浓缩池深度H
浓缩池工作部分的有效水深:
超高00.3m,缓冲层高度h30.3m,浓缩池设机械刮泥,池底坡度i=1/20,
污泥斗下底直径D=,上底直径Cb=0
池底坡度造成的深度:
污泥斗高度:
浓缩池深度:
H=h+h2+h3+h4+h5=++++=
污泥脱水机
(1)污泥脱水方法及压滤机的选择
污泥脱水的方法有自然干化、机械脱水及污泥烧干、焚烧等方法。
污泥经泥泵到达压滤机,加药时药剂在溶解池内搅拌加入清水溶解,经加药泵打入压滤机与污泥反应脱水,泥饼经皮带输送外运。
本设计采用污泥机械脱水法。
本工艺采用带式压滤机,其优点有:
1运行可连续运转,生产效率高,噪音小;
2耗电少,仅为真空过滤机的十分之一;
3低速运转时,维护管理简单,运行稳定可靠;
4运行费用低,附件设备较少[14]0
(2)带式压滤机的设计计算
1从池中排出的污泥体积
2每日所产污泥量(设污泥脱水后含水率为70%)
3每小时处理污泥(按带式压滤机每天工作16小时计算)
4压滤机型号
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