城市给水厂污水处理厂工程设计.docx
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城市给水厂污水处理厂工程设计
目录
第一章课程设计目的和要求
某城市给水厂、污水处理厂工程设计
要求:
以2人一小组,24人一大组,后面附有选题名单。
第二章基本资料
1、污水水量、水质
2、污水处理要求污水经过二级处理后应符合一下具体要求
3、处理工艺流程
4、气象资料/
5、污水排水接纳河流资料
第三章总体设计
水处理工艺的选择
第四章处理构筑物设计
1、中格栅设计计算
2、细格栅设计计算
3、提升泵房设计
4、沉砂池
5、A段工艺计算
6、中沉池
7、B段工艺计算
8、二沉池
9、鼓风机房
10、接触消毒池
11、污泥浓缩池设计计算
12、贮泥池设计计算
13、污泥提升泵的选择
14、脱水
第五章总体平面布置及高程计算
第一章设计任务内容及要求
1、设计题目
某污水处理厂处理工艺设计。
2、设计任务与内容
1.确定城市污水处理方案,并对各主要单体构筑物进行工艺设计计算。
2.绘制该污水处理厂的平面布置图。
3.绘制该污水处理厂图
3、基本要求
了要求学生在教师指导下按时独立完成所规定的设计内容外,还必须满足以下几项基本要求:
1.通过阅读中外文献,调查研究与收集有关资料,拟定工程设计方案与工艺流程,在经过综合技术分析,选择合理的设计方案。
2.课程设计说明书应包括工程设计的主要原始资料、方案比较以及各单体构筑物选型的分析说明、工艺设计计算与有关简图等。
要求内容系统完整、计算正确、论述简洁明了、文理通顺、书写工整、装订整齐。
说明书一般应在2万字左右。
3.设计图纸应能较准确地表达设计意图,图面力求布局合理正确清晰,复合制图标准,专业规范及有关规定,用工程字注文。
第二章基本资料
设计原始资料如下:
1、污水水量、水质:
(1)设计规模:
设计日平均污水流量Q=∑学号/2*8000m3/d;
=(4+26)÷2*8000=120000m
/d
设计最大小时流量Qmax=KZ*设计日平均污水流量Q
Qmax=1.22*1.39=1.69m
/s
(2)进水水质:
CODCr=600mg/L,BOD5=300mg/L,SS=300mg/L,NH3-N=35mg/L;TP=15mg/L;TN=60mg/L;
2、污水处理要求污水经过二级处理后应符合一下具体要求:
CODCr≤100mg/L,BOD5≤20mg/L,SS≤20mg/L,NH3-N≤15mg/L。
3、处理工艺流程
污水拟采用AB工艺处理。
4、气象资料
该市地处内陆中纬度地带,属暖温带大陆性季风气候。
年平均气温9~13.2℃,最热月平均气温21.2~26.5℃,最冷月−5.0~−0.9℃。
极端最高气温42℃,极端最低气温−24.9℃。
年日照时数2045小时。
多年平均降雨量577毫米,集中于7、8、9月,占总量的50~60%,受季风环流影响,冬季多北风和西北风,夏季多南风或东南风,市区全年主导风向为东北风,频率为18%,年平均风速2.55米/秒。
5、污水排水接纳河流资料:
该污水厂的出水直接排入厂区外部的河流,其最高洪水位(50年一遇)为380.0m,常水位为378.0m,枯水位为375.0m。
5、污水排水接纳河流资料:
该镇以平原为主,污水处理厂拟用场地较为平整,交通便利。
厂址面积为350hm2。
厂区地面标高384.5~383.5米,原污水将通过管网输送到污水厂,来水管管底标高为4米(于地面下4米)。
第三章总体设计
一、水处理工艺的选择
1、方案选择
众所周知,水资源是十分重要的自然资源,人类的生命活动和生产活动无一不需要水,水成为了人类社会可持续发展的限制因素.而城市污水是水量稳定,供给可靠的水资源,故城市污水的再生利用,使其资源化是一项重要的而且切实可行的措施.
但是污水中含有大量的有毒有害物质,我们在利用之前必须把它处理好.这就关系到了一个处理方案选择的问题。
怎样才能做到用一个切合实际,而效果又比较好的方法来处理呢?
本设计初选择了传统活性污泥法和AB法.
AB法原理
AB法污水处理工艺,系吸附-生物降解(Adsorption-Biodegration)工艺的简称.是德国亚深工业大学宾克教授于70年代中开创的。
污水自排水系统进入,经过吸附池中微生物的吸附,再到中间沉淀池,在到曝气池及二沉池,最大的优点就是该工艺分成2段,任何一段都有独立工作的能力。
2、工艺流程
3、工艺特点
⑴全系统公分预处理段,A段,B段等3段.在预处理段只设格栅,沉砂池等简易处理设备,不设初沉池.
⑵A段由吸附池和中间沉淀池组成,B段则由曝气池及二沉池所组成
⑶A段和B段各自拥有独立的污泥回流系统,两段完全分开,每段能够培育出各自独特的,适于本段水质的微生物种群.
4、方案比较
由于该城市属于中小型城市,并且在城市资料中提到该城市在经济发展的同时,城市的基础设施建设不能与经济发展相协调,可见,该城市在环境投入经费上一般,而且,该城市在处理污水的时候没有要求到脱氮除磷;另外AB法要培育活性污泥的时间比较长,主要用于高浓度污水的处理,而该城市的污水浓度低,所以从各方面来说,活性污泥法更适合于该城市.
第四章处理构筑物设计
一、中格栅设计计算
中格栅设计说明
中格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成,安装在污水渠道、泵房集水井的进水口处或污水处理厂的端部,用以截留较大的悬浮物或漂浮物,以便减轻后续处理构筑物的处理负荷。
有关规定
(1)泵前格栅栅条间空隙宽度不大于20mm,污水处理系统前可不设格栅。
(2)污水过栅流速宜采用0.6~1.0m/s,格栅倾角宜采用45o~75o.
(3)污水上部必须设工作台,其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m,工作台上应有安全和冲洗设施.
(4)格栅工作台两侧过道宽度不应小于0.7m。
工作台正面过道宽度,采用机械清渣时不应小于1.5m。
(5)格栅应设通风设施。
(6)中格栅间隙10-50mm。
(7)栅前渠道内的水流速度一般采用0.4~0.9m/s。
设计参数
设计流量:
Q`max=1.69m3/s
栅前流速v1=0.9m/s,过栅流速v2=1.0m/s
栅条宽度s=0.01m,栅前部分长度0.5m
格栅倾角α=60°,单位栅渣量ω1=0.05m3栅渣/103m3污水
初定格栅间隙b=20mm
(1)确定格栅前水深,根据最优水力断面公式
栅前流速v1=0.9m/s
栅前槽宽
m则栅前水深
.
(2)、栅条的间隙数
式中Qmax 最大设计
流量,Qmax=1.69m3/s
格栅倾角,取
=
b栅条间隙,m,根据一般经验公式取b=20mm
n栅条间隙数,个
h栅前水深,m,取h=0.97m
v过栅流速,m/s,取v=0.9m/s。
则
n=
取70个
(3)、栅槽宽度
设栅条宽度S=0.01m
栅槽宽度一般比格栅宽0.2-0.3m,取0.2m
B=S(n-1)+bn+0.2=0.01(70-1)+0.02×70+0.2=2.29m
两栅间隔墙宽取0.6m。
则栅槽总宽度B=2.29+0.6=2.89m
(4)进水渠道渐宽部分的长度渐宽部分展开角度1=20°
=
m
(5)栅曹与出水渠道连接处的渐窄部分的长度
=
m
(6)通过格栅的水头损失:
设栅条断面为锐边矩形断面,取K=3β=2.42
式中h1------设计水头损失,m;
h0-------计算水头损失,m;
g-------重力加速度,m/s
k-------系数,格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数,一般采用3;
ζ------阻力系数,与栅条断面形状有关,设栅条断面为锐边矩形断面,β=2.42
2.42
0.103m
(7)栅后槽总高度:
设栅前渠道超高h2=0.3m,栅前槽高H1=h+h2=1.073
H=h+h1+h2=0.97+0.103+0.3=1.373m
(8)栅槽总长度
L=
1.31+0.65+1.0+0.5+1.073/tg60=4.08m
(9)每日栅渣量W.m3/dK=1.20W1=0.05
>0.2
故采用机械清渣.
二、细格栅的设计计算
(1)、格栅设两组,按两组同时工作设计,一格停用,一格工作校核,栅条的间隙数
式中Qmax 最大设计
流量,Qmax=1.69m3/s
格栅倾角,取
=
b栅条间隙,m,根据一般经验公式取b=10mm
n栅条间隙数,个
h栅前水深,m,取h=0.97m
v过栅流速,m/s,取v=0.9m/s。
则
n=
(2)、栅槽宽度
设栅条宽度S=0.01m
栅槽宽度一般比格栅宽0.2-0.3m,取0.2m
B=S(n-1)+bn+0.2=0.01(90-1)+0.01×90+0.2=1.99m
两栅间隔墙宽取0.6m。
则栅槽总宽度B=1.99*2+0.6=4.58m
(3)进水渠道渐宽部分的长度渐宽部分展开角度1=20°
=
(4)栅曹与出水渠道连接处的渐窄部分的长度
=
m
(5)通过格栅的水头损失:
设栅条断面为锐边矩形断面,取K=3β=2.42
式中h1------设计水头损失,m;
h0-------计算水头损失,m;
g-------重力加速度,m/s
k-------系数,格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数,一般采用3;
ζ------阻力系数,与栅条断面形状有关,设栅条断面为锐边矩形断面,β=2.42
2.42
0.26m
(6)栅后槽总高度:
设栅前渠道超高h2=0.3m,栅前槽高H1=h+h2=1.23
H=h+h1+h2=0.97+0.26+0.3=1.53m
(7)栅槽总长度
L=
3.6+1.8+1.0+0.5+1.23/tg60=7.61m
(8)每日栅渣量W.m3/dK=1.20W1=0.1
>0.2
故采用机械清渣.
三、提升泵房设计
1、设计说明
污水经过一次提升进入沉砂池,然后通过自流进入后续水处理构筑物。
提升泵房设计说明
本设计采用传统活性污泥法工艺系统,污水处理系统简单,只考虑一次提升。
污水经提升后进入曝气沉砂池,然后自流通过初沉池、曝气池、二沉池及接触池,最后由出水管道排入河流。
有关规定
(1)泵房进水角度不大于45度
(2)相邻两机组突出部分的间距,以及机组突出部分与墙壁额间距,应保证水泵轴或电动机转子再检修时能够拆卸,并不得小于0.8。
如电动机容量大于55KW时,则不得小于1.0m,作为主要通道宽度不得小于1.2m
(3)泵站采用矩形平面钢筋混凝土结构半地下式,尺寸为15m×12m,高12m,地下埋深7m。
(4)水泵为自灌式
2、设计计算选型
设计参数
设计流量:
Q=169L/s
扬程:
384.5-380+2+2+0.5=9泵的扬程为10m左右
泵房设计计算
泵的型号:
根据后面的高程计算,所需要的泵的最小扬程为10米左右,而最大设计流量为6084m3/h,选泵结果为:
4个,20SA-28泵,泵重1610kg、电机JR127-6、功率165、重量1600kg、轴功率86、电动机功率110、效率89、汽蚀余量66.
型号
流量
(m3/h)
扬程
(m)
转速
(r/min)
20SA-28
2160
13
960
污水泵房占地:
L×B=25×18=450m2
四、沉砂池
沉砂池的功能是去除比重较大的无机颗粒,以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。
平流沉砂池的主要缺点是沉沙中约夹杂有15%的有机物,使沉沙的后续处理增加难度。
故常需配洗砂机,把排砂经清洗后,有机物含量低于10%,称为清洁砂,再外运。
曝气沉砂池可克服这一缺点。
故采用曝气沉砂池。
有关规定
(1)旋流速度控制在0.25~0.30m/s
(2)最大时流量的停留时间为1~3min、水平流速为0.1m/s
(3)有效水深为2~3m,深宽比为1.0~1.5,长宽比可达5
(4)曝气装置,可采用压缩空气竖管连接穿孔管(穿孔孔径为2.5~6.0mm)或压缩空气竖管连接空气扩散板,每m3污水所需曝气量为0.1~0.2m3或每m2池表面积3~5m3/h
设计参数
设计流量:
Q=1.69m3/s
水平流速:
v1=0.1m/s,水力停留时间:
t=2min
设计有效水深h2=2m,每立方米污水所需空气量d=0.15m3/d
设计计算
池子总有效容积
V=60Qmaxt=60×1.69×2=202.8m3
(1)水流断面积:
设v1=0.1m/s
(3)沉砂池为一格,池总宽度
B=A/h2=16.9/2=8.45m
(4)池长
L=vt=0.1×2×60=12m
(5)每小时所需空气量
q=dQmax3600=0.15×1.69×3600=912.6m3/h
(6)贮泥区所需容积:
设计T=2d,即考虑排泥间隔天数为2天,
(7)每个沉砂斗容积为(设每1分格有一个沉沙池)
(8)沉砂斗各部分尺寸及容积为:
设计斗底宽a1=1.0m,斗壁与水平的倾角为60°,斗高h‘3=0.8m,
则沉砂斗上口宽:
(取2m)
沉砂斗容积:
(9)沉砂池高度:
采用重力排砂,设计池底坡度为0.1,坡向沉砂斗,则则沉泥区高度为
h3=
池总高度H:
设超高h1=0.3m,
H=h1+h2+h3=0.3+3+1.8=5.1m
现需要2格,故一格备用。
五、A段工艺计算
在处理过程中,A段通常在缺氧环境中运行,A段对于水质、水量、pH值和有毒物质等的冲击负荷有巨大的缓冲作用,能为其后的B段创造一个良好的进水条件。
有关规定
设计参数确定
原污水BOD为300mg/L,经初次沉淀池处理BOD5按降低25%考虑,其BOD5为:
Sa=300*(1-25%)=225mg/L
BOD5=7.1b*aCe=7.1*0.09*0.4*25=6.4mg/L
去除率η=225-13.6/225=0.94
BOD----污泥负荷率Ns=0.2
SVI=100
1.污水处理程度计算及曝气池的运行方式
曝气池的运行方式,在本设计中应考虑曝气池运行方式的灵活性与多样性。
即:
以传统活性污泥法作为基础,又可按阶段曝气法和再生曝气系统等运行方式调试运行。
2.曝气池的计算与各部位尺寸的确定
根据已确定的Ns值查书图4-7得相应的SVI值为100-120取值120,此时r=1.2R=50%
X=R*r*10
/(1+R)SVI=0.5*1.2*10
/(1+0.5)*120=3300mg/L
结果证明NS值取0.2是适宜的。
(2)确定曝气池容积:
(3)污泥龄:
设a=0.6
θ=1/aNs=1/0.6*0.2=8.33d
(4)回流污泥量
(5)确定曝气池各部位尺寸
设4组曝气池,每组容积:
池深取5米,则每组曝气池的面积:
F=
池宽为8米,B/H=1.5介于1—2间,符合规定。
池长:
;
﹥10,符合规定。
设五廊道式曝气池,廊道长:
(6)需氧量
Q=aQS+bVX=0.5*120000*(225-20)/1000+0.15*40909.09*(2475/1000)
=27487.50m3/d=1145.31m3/h,设a’=0.6
(7)曝气时间计算
TA=V/Q=40909.09/120000=0.34h
取超高为1.0米,则池总高度为:
5+1=6m。
(8)出水设计
A段曝气池的出水采用矩形薄壁堰,跌落出水,堰上水头
m------为0.5
B------为8m
H=(Q/Mb√2g)∧(2/3)=0.21m
六、中沉池
选型:
本设计选择是平流式沉淀池,平流式沉淀池沉淀效果好,对冲击负荷和温度变化的适应能力强,施工简易,造价低。
池的设计流量:
设计参数
设计进水量:
Q=5000m3/h
表面负荷:
q范围为1.0—1.5m3/m2.h,取q=1.5m3/m2.h
水力停留时间(沉淀时间):
T=2h
设计计算
(1)、沉淀部分有效水深
(2)、沉淀区有效容积
(3)、池长
V------为最大设计流量时的水平流速,一般取不大于5mm/s,取5mm/s.
(4)、池子宽
(5)池子个数池子的长宽比一般为3-5
设每个池子宽9m
取8个。
(6)每日产生污泥量
设A级可处理40%SS,污泥含水率为98.5%
(7)、污泥斗容积
设f1=6×6=36m2,f2=0.4×0.4=0.16m2,污泥斗为方斗,α=60°,
h4=2.8×1.73=4.8m
(8)池子总高
设h1=0.3m,缓冲区高度h3=0.6m
计算草图
七、B段工艺计算
B段接收A段的处理水,水质、水量比较稳定,冲击负荷已不在影响B段,B段的净化功能得以充分发挥。
B段属传统活性污泥法,溶解氧一般为2~3mg/L,水力去除率:
Sa=300*(1-25%)=225mg/L
BOD5=7.1b*aCe=7.1*0.09*0.4*25=6.4mg/L
去除率η=225-13.6/225=0.94
BOD----污泥负荷率Ns=0.2
SVI=120
1.污水处理程度计算及曝气池的运行方式
曝气池的运行方式,在本设计中应考虑曝气池运行方式的灵活性与多样性。
即:
以传统活性污泥法作为基础,又可按阶段曝气法和再生曝气系统等运行方式调试运行。
2.曝气池的计算与各部位尺寸的确定
根据已确定的Ns值查书图4-7得相应的SVI值为100-120取值120,此时r=1.3R=55%
X=R*r*10
/(1+R)SVI=0.5*1.3*10
/(1+0.5)*120=3500mg/L
1、污水处理程度计算及曝气池的运行方式
曝气池的运行方式
在本设计中应考虑曝气池运行方式的灵活性与多样性。
即:
以传统活性污泥法作为基础,又可按阶段曝气法和再生曝气系统等运行方式调试运行。
2、曝气池的计算与各部位尺寸的确定
(1)确定曝气池容积:
(2)污泥龄:
设a=0.4
(3)回流污泥量
(4)确定曝气池各部位尺寸
设5组曝气池,每组容积:
池深取5米,则每组曝气池的面积:
F=
池宽为8米,B/H=1.5介于1—2间,符合规定。
池长:
;
﹥10,符合规定。
停留时间为2~4h。
设计参数确定
污泥负荷:
NSA=0.2kgBOD5/(kgMLSS·d)
污泥回流比:
RA=100%
混合污泥浓度:
XB=3500mg/L
设5廊道式曝气池,廊道长:
(5)需氧量
Q=aQS+bQN=1.23*1.69*3600*0.06+4.57*1.69*3600*0.03=1283.12
设a’=1.23,b’=4.57
(6)曝气时间计算
TA=V/Q=38571.43/120000=0.32h
取超高为1米,则池总高度为:
5+1=6m。
(7)出水设计
A段曝气池的出水采用矩形薄壁堰,跌落出水,堰上水头
m------为0.5
B------为8m
H=(Q/Mb√2g)∧(2/3)=0.22m
八、二沉池
选型:
本设计选择是平流式沉淀池,平流式沉淀池沉淀效果好,对冲击负荷和温度变化的适应能力强,施工简易,造价低。
设二沉池的座数n=2,则每个池的设计流量:
,
设计参数
设计进水量:
Q=5000m3/h
表面负荷:
q范围为1.0—1.5m3/m2.h,取q=1.5m3/m2.h
水力停留时间(沉淀时间):
T=2.5h,流速v=3.6
设计计算
(1)、沉淀部分有效水深
(2)、沉淀区有效容积
(3)、池长
V取4.5mm/st取2.5s
L=3.6*vt=3.6*4.5*2=32.4m
(4)、池子宽
(5)池子个数
池子的长与宽比为3-5;
设每个池子宽8m
,取13个
(6)每日产生污泥量
设B级可处理60%SS,污泥含水率为99.3%
(7)、污泥斗容积
设f1=6×6=36m2,f2=0.4×0.4=0.16m2,污泥斗为方斗,α=60°,
h4=2.8×1.73=4.8m
(8)池子总高
设h1=0.3m,缓冲区高度h3=0.6m
九、鼓风机房
鼓风机房要给曝气沉砂池和A、B段的曝气池供气,选用TS系列罗茨鼓风机。
选用TSD-150型鼓风机4台,工作3台,备用一台。
设备参数:
流量20.40m3/min
升压44.1kPa
配套电机型号Y200L-4
功率30kW
转速1220r/min
机组最大重量730kg
设计鼓风机房占地L
B=25
15=375m2。
十、接触消毒池
设计说明
城市污水经过一级或二级处理后,水质改善,细菌含量也大幅度减少,但其绝对值仍很可观,并有存在病源菌的可能。
因此,污水排入水体前应进行消毒,特别是医院、生物制品以及屠宰场等有致病菌污染的污水,更应严格消毒。
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。
氯与水中有机物作用,同时有氧化和取代作用,前者促使去除有机物或称降解有机物,而后者则是氯与有机物结合,氯取代后形成的卤化物是有致突变或致癌活性的。
所以,目前污水消毒一是要控制恰当的投剂量,二是采用其他消毒剂代替液氯或游离氯,以减少有害物的生成。
消毒设备应按连续工作设置。
消毒设备的工作时间、消毒剂代替液氯或游离氯,以减少有害物的生成。
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。
目前常用的污水消毒剂是液氯,其次是漂白粉、臭氧、次氯酸钠、氯片、氯氨、二氧化氯和紫外线等。
其中液氯效果可靠、投配设备简单、投量准确、价格便宜。
其他消毒剂如漂白粉投量不准确,溶解调制不便。
臭氧投资大,成本高,设备管理复杂。
其他几种消毒剂也有很明显的缺点,所以目前液氯仍然是消毒剂首选。
设计参数
(1)水力停留时间T=0.5h
(2)设计投氯量一般为3.0~5.0mg/l本工艺取最大投氯量为
设计计算
(1)设计消毒池一座,池体容积
V=QT=5000×0.5=2500m3
设消毒池池长L=35m,有4格,每格池宽b=7.0m,长宽比L/b=5.0。
设有效水深H1=5m,接触消毒池总宽B=nb=4*5=20.0m,实际消毒池容积V`=BLH1=20×35×5=3500。
满足有效停留时间的要求。
(2)加氯量的计算
最大投氯量为
则每日投加氯量为:
W=ρmax=5.0×5000×10-3=25(kg/d)
选用贮氯量为100kg的液氯钢瓶,每日加氯量2瓶,共贮用15瓶,选用加氯机四台。
(3)混合装置
在消毒池第一格和第二格起端设置混合搅拌机两台。
选用JBK-2200框式调速搅拌机,搅拌直径2200mm,高2000mm,电动机功率4.0kW。
接触消毒池设计为纵向折流反应池。
在第一格每隔7
设纵向垂直扩流板,第二格每隔11.67
设垂直折流板,第三
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