水污染控制工程课程设计.pdf

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1、综合实验综合实验活性污泥法的二级污水厂活性污泥法的二级污水厂课程设计课程设计系系别别 ：应用化学与环境工程系专专业业（班班级级）： 环境科学2013级 （环境污染控制）作作者者（学学号号）：指指 导导 教教师师：孙承强（51305032035）贺冉冉完完 成成 日日期期： 2016 年 6 月 20 日蚌埠学院教务处制蚌埠学院教务处制目录1.引言 .12.设计概论 .12.1设计资料 .12.2设计水质水量 .12.3设计工艺选择 .12.4工艺流程图.33.设计工艺的计算.33.1格栅 .33.1.1中格栅.33.1.2细格栅.63.2沉砂池:.83.3 氧化沟. 113.3.1设计条件 .

2、123.4二沉池.173.4.1设计参数 .173.5污泥浓缩池.193.5.1设计参数 .193.5.2设计计算 .203.6机房脱水 .214.污水处理厂的平面布置.21参考文献.221.引言进入 21 世纪以来，城市建设和农业生产迅速发展，既给人类带来了日益丰富的物质文化生活，同时也给周围的环境和资源带来了巨大压力。水资源和水环境作为与人类社会发展最为密切的资源、环境条件之一，也面临总量短缺和水体污染严重等难题，在许多国家和地区，水资源匮乏、水污染正成为制约其经济和社会发展的瓶颈。本文初步设计探究了简单污水处理厂的设计方案以及各环节的设计计算， 较系统深入地认识接触了专业所学，设计过程中

3、收获甚多，为日后的学习与工作积累了宝贵的经验。2.设计概论2.1 设计资料该城市污水处理厂设计规模：平均处理日水量Q 40000m3/d，水量总变化系数 Kz=1.3，服务人口约 25 万，计算水温 20。2.2 设计水质水量设计进水水质：BOD5 300mg / L，SS 200mg/ L。设计出水水质：BOD5 20mg / L，SS 20mg/ L。2.3 设计工艺选择当前流行的污水处理工艺有：AB 法、SBR 法、氧化沟法、普通曝气法、A/A/O法、A/O 法等，这几种工艺都是从活性污泥法派生出来的，且各有其特点。（1） AB 法(AdsorptionBiooxidation)1该法由

4、德国 Bohuke 教授首先开发。该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供氧，A 级负荷高，曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷2.5kgBOD/(kgMLSSd)以上，池容积负荷 6kgBOD/(m3d)以上；B 级负荷低，污泥龄较长。A 级与 B 级间设中间沉淀池。二级池子F/M(污染物量与微生物量之比)不同，形成不同的微生物群体。AB 法尽管有节能的优点，但不适合低浓度水质，A 级和 B 级亦可分期建设。（2）SBR 法(Sequencing Batch Reactor)SBR 法早在 20 世纪初已开发，由于人工管理繁琐未予推广。此法集进水、曝气、 沉淀、 出水在一座池子中完成， 常由四个或三

5、个池子构成一组， 轮流运转，一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。 现在又开发出一些连续进水连续出水的改良性 SBR 工艺，如 ICEAS 法、CASS 法、IDEA 法等。这种一体化工艺的特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池，故节省占地和投资，耐冲击负荷且运行方式灵活，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的。但因每个池子都需要设曝气和输配水系统，采用滗水器及控制系统，间歇排水水头损失大，池容的利用率不理想，因此，一般来说并不太适用于大规模的城市污水处理厂。（3）氧化沟（oxidation di

6、tch）氧化沟又称循环曝气池， 是活性污泥处理工艺的一种变形工艺，一般不需设初沉池。其结构形式揉用封闭的环形沟渠形式，通常采用延时曝气，污水及活性污泥混合液在氧化沟曝气池的推动下作水平流动； 氧化沟的水力停留时间和污泥龄较长， 一般在 1030 d。 污泥负荷在 0 05 kg BOD5(kgMLSS d)0 10 kgBOD5(kgMLSSd)之间。与其他生物处理工艺相比，氧化沟具有以下主要的技术、经济特点：其一，氧化沟的流态在整体上是完全混合的，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体， 提高二沉池的污泥沉降速度及澄清效果；另外，其独特的水流特性对除磷脱氮也是极其重要

7、的。其二， 氧化沟构造形式的多样性赋予了它灵活机动的运行性能，可按照任意一种活性污泥法的运行方式运行。其三，处理效果稳定，出水水质好，并可实现脱氮。其四，工艺流程简单，构筑物少，节省基建费用，减少占地面积，便于管理。2其五，污泥产量少，污泥性质稳定。其六，能承受水量、水质冲击负荷，对高浓度工业废水有很大的稀释能力。本文采用的二级生物处理技术为氧化沟法。2.4 工艺流程图污泥回流进水格栅沉砂池氧化沟二沉池出水污泥外运机房脱水污泥浓缩池3.设计工艺的计算3.1 格栅格栅是污水处理厂的第一道预处理设施， 其作用是截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物。该污水处理厂采用两道格栅：一中一细。3.1.1 中格栅3

8、栅条间隙数n个n Qmaxsinbhv3式中Qmax最大设计流量，ms；格栅倾角，取 60；b栅条间隔，m，取b 0.02m；n栅条间隔数，个；h栅前水深，m，取h 0.5m；v过栅流量，m s，取v 0.9m s。则：n 0.46sin60 45个0.020.50.9栅槽宽度B，mB Sn1bn设栅条宽度S 0.01m，则：B Sn1bn 0.014510.0245 1.34m通过格栅的水头损失h2，mh2 h0k，v2 S 3h0sin，2gb式中h2设计水头损失，m；h0计算水头损失，m；2g重力加速度，m s；4k系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；阻力损失，与格栅断面

9、形状有关，可按手册提供的计算公式和相关系数计算；设栅条断面为锐角矩形断面， 2.42。 S h2 h0k b43v2sink2g42 0.0130.9 2.42sin60329.80.024 0.10m栅后槽总高度H，mH hh1 h2式中H栅后槽总高度，mh栅前水深，mh1格栅前渠道超高，一般取h1=0.3mh2过栅水头损失，mH hh1h2 0.50.30.1 0.9m进水渠道渐宽部分的长度L1，mL1B B12tan1B1Qmax0.461.02mvh0.90.5设进水渠道渐宽部位展开角1 20，则：L1B B11.341.02 0.44m2tan120.36栅槽与出水渠道连接处的渐窄部

10、分长度L2，mL0.44L21 0.22m22栅槽总长度L，mL L1 L21.0 0.5H1tan式中，H1为栅前去渠道深，H1 hh1 0.50.1 0.6m，m。L 0.440.221.00.50.50.1 2.50mtan60每日栅渣量W，m3d5W QmaxW1864001000Kz式中，W1栅渣量，取0.55m3103m3K2污水流量总变化系数0.460.5586400W 16.81m3d 0.2m3d10001.3故采用机械清渣。3.1.2 细格栅栅条间隙数n，个n Qmaxsinbhv3式中Qmax最大设计流量，ms；格栅倾角，取 50；b栅条间隔，m，取b 0.01m；n栅条

11、间隔数，个；h栅前水深，m，取h 0.5m；v过栅流量，m s，取v 0.9m s。则：n 0.46sin50 78.3 74个0.010.50.9栅槽宽度B，m6设栅条宽度S 0.01mm，则：B Sn1bn 0.017410.0174 1.47m通过格栅的水头损失h1，mh1 h0k，v2 S 3h0sin，2gb式中h1设计水头损失，m；h0计算水头损失，m；2g重力加速度，m s；4k系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；阻力损失，与格栅断面形状有关，可按手册提供的计算公式和相关系数计算；设栅条断面形状为迎水、背水面均为半圆的矩形，1.67。 S h1 h0k b43v2

12、sink2g20.0130.91.67sin5030.0129.84 0.15m栅后槽总高度H，mH hh1 h2式中H栅后槽总高度，mh栅前水深，mh1格栅前渠道超高，一般取h1=0.3mh2过栅水头损失，m故：H hh1h2 0.50.30.15 0.95m7进水渠道渐宽部分的长度L1，mL1B B12tan1B1Qmax0.461.02mvh0.90.5设进水渠道渐宽部位展开角1 20，则：L1B B11.471.02 0.35m2tan120.36栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2，mL0.35L21 0.18m22栅槽总长度L，mL L1 L21.0 0.5式中，H1为栅前去渠道

13、深，H1 h h1，m。H1tanL 0.350.181.00.5每日栅渣量W，m3dW 30.50.15 2.58mtan50QmaxW1864001000Kz33式中，W1为栅渣量，取0.1m 10 m，故W 0.460.186400 3.06m3d 0.2m3d10001.3故采用机械清渣。3.2 沉砂池:沉砂池的设置目的是去除污水中污泥、 煤渣等相对密度较大的无机颗粒，以免影响后续处理构筑物的正常运行。 其工作原理是以重力分离或离心力分离为基础，即控制进入沉砂池的污水流速或旋流速度，使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。8沉砂部分的长度L，mL vt式中v最大设计流量

14、时的流速，m s，取v 0.25m s；t最大设计流量时的流行时间，s，取t 50s。则：L vt 0.2550 12.5m水流断面面积A,m2A 3式中：Qmax为最大设计流速，m s。QmaxvA 0.461.840.25池总宽度B,mB nb设有n 2格，则每格宽b 0.6m。则：B 20.6 1.2m有效水深h2，mh2A1.841.53mB1.2沉砂斗容积V，m39V QmaxXT 864006Kz10363363式中X城市污水沉砂量，m10 m污水，取X 30m 10 m污水；T清除沉砂的时间间隔，d，取T 2d；Kz污水流量总变化系数，取Kz1.3。V 0.46302864003

15、1.83m61.310每个沉砂斗容积V0，m3设每一分格有 2 个沉砂斗，共有 4 个沉砂斗。1.5 0.38m3则：V04沉砂斗尺寸沉砂斗上口宽b2，m斗壁与水平面的倾角552h3a a1tan60式中h3斗高，m，取h30.35m；b1斗底宽，m，取b1 0.5m。斗壁与水平面的倾角55。2h320.35b b10.4 0.9mtan60tan60沉砂斗容积V0，m31V0h3S1 S2S1S2 0.18m33沉砂室高度h3，m采用重力排砂，设池底坡度为 0.02，坡向砂斗。沉砂室由两部分组成：一部分为沉砂斗，另一部分为沉砂池坡向沉砂斗的过渡部分，沉砂室的宽度为2L2 a 0.2。L2ab

16、12.520.90.35L2221 0 5.18mh3 h30.06L2 0.350.065.18 0.66m沉砂池总高度H，m取超高h1 0.3m。H h1h2 h3 0.31.530.66 2.49m验算最小流速vmin，m s在最小流量时，只用一格工作n11。vmin3式中Qmin最小流量，m s；Qminn1minn1最小流量时工作的沉砂池数目，个；2min最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m。则：vmin0.23 0.15m s1.533.3 氧化沟目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟 、奥尔伯（Orbal）氧化沟、

17、T 型氧化沟（三沟式氧化沟）、DE 型氧化沟和一体化氧化沟。在此主要介绍卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟。卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟是 1967 年由荷兰的 DHV 公司开发研制。由图可见，鲁塞尔（Carrousel）氧化沟为一个多沟串联系统，进水与活性污泥混合后沿箭头方向在沟内不停地循环流动；采用表面机械曝气器，每沟渠的一端各安装 1 个， 靠近曝气器下游的区段为好氧区， 处于曝气器上游和外环的区域为缺氧区，混合液交替进行好氧和缺氧，这不仅提供了良好的生物脱氧条件，而且有利于生物絮凝，使活性污泥易于沉淀。此类氧化沟由于采用了表面曝气器，其水深可采用44.5m，沟内水流速度为 0

18、.30.4m/s。如果有机负荷较低时，可停止某些曝气器的运行，在保证水流搅拌混合循环流动的前提下，减少能量消耗。1 13.3.1 设计条件（1）设计最大水量Qmax0.46m3s，计算水温 20；（2）氧化沟进水水质： BOD5 =300mg/L ，SS=200mg/L ；（3）出水水质： BOD5 =20 mg/L ，SS =20 mg/L 。2.3.2 设计计算（1）计算曝气池容积曝气池内的有机负荷Ns 0.01295Le式中：Le曝气池出水的 BOD5，mg/L故Ns 0.01295Le1.19181.1918 0.46kg BOD5/(kgMLSSd)曝气池内的污泥容积指数 SVISV

19、I 353NS0.9833530.460.983165.91mL/g二沉池底流生物固体浓度（回流污泥浓度Xr）1 2106Xr1.2SVI1061.2165.91 7232mg/ L污泥回流比 R 及污泥回流量QrR xxrxQr RQ式中：R污泥回流比X混合液污泥浓度，mg/L，取X 2000 mg / LXr为回流污泥浓度,mg/L则：R xxrx20007232-2000 0.38Qr RQ 0.380.46 0.17m3/s曝气池容积计算V QSam3NsX式中：V曝气池容积，mSa进水BOD5浓度，mg/ L31 3Q污水设计流量，m /dNs曝气池内的有机负荷，mg/ LX混合液污

20、泥浓度MLSS,kg/m33则：V QSaNsX400003000.467232 3607 m3设两组曝气池，每组容积为 1804m池深取 H=5m，则每组曝气池的面积 F 为：1804F 360.8m25B5.3取池宽 B=5.3m，则1.06，介于1 2之间，符合规定。H5F池长L ,则：BF360.8L 68.08mB5.3L68.0812.8510，符合规定。B5.3设五廊道式曝气池，廊道长L1L1L13.62m53取超高 0.5m，则池总高度为50.55.5m水力停留时间T VQ式中：T停留时间，hV曝气池体积，mQ流量，m /h331 4则：T VQ360.81666.67 0.2

21、2h曝气时间TbTbVQQr式中：Tb曝气时间，hV曝气池容积，mQ污水流量，m /hQr污泥回流流量，m /h333则：TbVQQr360.81666.67612 0.16h污泥产量WvWv aQ（L0-Le） -bxvV式中：Wv活性污泥产量（MLVSS）S,kg/dxv曝气池混合液挥发性悬浮固体浓度（MLVSS）xvMLVSS f 0.75xMLSSa产率系数，取a 0.5kgMLVSS /kgBOD5b活性污泥自身氧化系数，取b 0.075d1 5-1则：Wv aQ（L0-Le） -bxvV 0.540000(30020)1030.07520000.75360.8103 5559kg/

22、d每日排泥量Qw假定在污泥回流管线上排泥，则Qwxrf WvQwWvxrf555972320.751031025kg/d需氧量计算O2 aQSrbVXV式中 ：O2混合液每日需氧量，kgO2d；a氧化每公斤 BOD 需氧公斤数，kgO2kgBOD，取0.5；b污泥自身氧化需氧量，kgO2kgMLV SS d，取0.15；3Sr去除 BOD 浓度，kg m；XV挥发性悬浮固体浓度MLVSS，kg m3。则O2 0.5400002801030.11360.815001035656kg/d氧化沟的尺寸：氧化沟采用 6 廊道式卡鲁塞尔氧化沟，取池深 4m，宽 8m，则氧化沟总长:1876610673.

23、7 586.4m， 其 中 好 氧 段 长 度 为 333.6m，缺 氧 段 长 度 为48488092.3 252.9m。48840 40125.7m弯道处长度为5221 6则单个直道长为586.4125.7 76.8m（取77m）6故氧化沟总池长为77816 101m，总池宽为86 48m。3.4 二沉池对于大规模的城市污水处理厂， 一般在设计沉淀池时，选用平流式和辐流式沉淀池。为了使沉淀池内水流更稳（如避免横向错流、异重流对沉淀的影响、出水束流等）、进出水配水更均匀、存排泥更方便，常采用圆形辐流式二沉池。该污水厂设计采用中心进水周边出水辐流式沉淀池。3.4.1 设计参数（1）拟设三个二沉

24、池，n 3；（2）表面负荷：q1.5 m3m2h；（3）水力停留时间：T 2h；（4）固体负荷：as150kg m2d；出水进水图6 辐流式沉淀池排泥1 73.4.2 设计计算（1）沉淀部分水面面积F Qmaxnq1666.67231.5 370.37m（2）池子直径D 4F4370.373.14 21.72m（3）沉淀部分有效水深h2 qt 1.52.2 3.3m式中t沉淀时间，取t 2.2h。（4）沉淀池总高度每天污泥量VV SNT0.41000n250000410003133.3m3式中S每人每天产生污泥量，L/(人d)，取S 0.4L1d；N设计人口，N 250000人；T两次清除污泥

25、间隔时间，采用机械刮泥，取T 4h。污泥斗容积V1Vh513r21r1r2r22式中1 8h5污泥斗高度，m；r1污泥斗上部半径，取r1 3m；r2污泥斗下部半径，取r2 2m；h5r1r2tan 32tan60 1.73m故V13.141.7323 3222 34.4m33污泥斗以上圆锥体部分污泥容积V2设池径向坡度为0.05，则圆锥体的高度h4 0.05R1r1 0.0539 23 0.83m故V2h43R21 R1r1r123.140.8319.5219.5332 389m33污泥总容积 34.4389 423.4m3 5.4m3（可见池内有足够的容积）沉淀池总高度H设h1 0.3m，h

26、3 0.6m；H h1 h2 h3 h4 h5 0.33.3 0.6 0.831.73 6.76m 7m（5）沉淀池周边高度HH h1 h2 h3 0.3 3.3 0.6 4.2m（6）径深比校核D h2 39 3.311.8，在6 12范围内，满足要求。（7）集水槽堰负荷校核设集水槽双面出水，则集水槽出水堰的堰负荷为q0Qmax5416.7 3600 2.05103m3m2s2nD233.1439 2.05 L m2s 2.9 L m2s（符合要求）（8）采用机械刮泥选用周边传动式刮泥机。3.5 污泥浓缩池3.5.1 设计参数1 9（1）进泥含水率当为初次污泥时，其含水率一般为95% 98%

27、；当为剩余活性污泥时，其含水 率 一 般 为99.2% 99.6%； 当 为 混 合 活 性 污 泥 时 ， 其 含 水 率 一 般 为98% 99.5%。（2）污泥固体负荷280 120kgm d；当为剩余活性污当为初次污泥时，泥固体负荷宜采用230 60kgm d；当为混合活性污泥时，污泥固体泥时，污泥固体负荷宜采用225 80kgm d。负荷宜采用（3）浓缩后污泥含水率由二沉池进入污泥浓缩池的污泥含水率，当采用99.2% 99.6%时，浓缩后污泥含水率宜为97% 98%。（4）污泥停留时间浓缩时间不宜小于 12 小时，但也不要大于 24 小时，以防止污泥厌氧腐化。（5）有效池深一般为 4

28、m，最低不小于 3m。3.5.2 设计计算（1）二沉池污泥量x：污泥自身氧化率Kd 0.06d-1,污泥泥龄c 25d，去除的 BOD 浓度Lr 0.135kg m3。则：x QLr400000.135 2400kg d1kdc10.0625（2）湿污泥体积Qs：设污泥含水率p 99.4%，则：Qsx2400 4000m3d100% p100%100%-99.4%100%（3）浓缩池直径当进泥含水率取 99.4%时，污泥固体浓度C 6g L，浓缩池污泥固体通量M 25kgm3d，则：A QsC9006 960m2M252 0采用两个污泥浓缩池,每个池面积为则浓缩池直径为D 4480A960 4

29、80m222 24.7m。（4）浓缩池工作部分高度h1取污泥浓缩时间T 16h,则:TQs164000h1 2.8m24A24960（5）浓缩池总高度H:h 0.3m设超高h2 0.3m，缓冲层高3，则：H h1 h2 h3 2.8 0.3 0.3 3.4m（6）浓缩后污泥体积V2：设浓缩后污泥含水率p2 97%，则：V2Qs1 p400010.994800m3d1 p210.973.6 机房脱水脱水机房由污泥混合池、脱水机房及泥饼堆放间合建而成。设带式压滤机 2台(一用一备)，脱水后污泥通过无轴螺旋输送机，输送至污泥堆放间，运到污水厂附近的垃圾焚烧场进行处理。脱水后污泥含水率 P=80%，成

30、泥饼状，在经干化外运。3.污水处理厂的平面布置该污水处理厂为新建工程，总平面布置包括：污水与污泥处理、工艺构筑物及设施的总平面布置，各种管线、管道及渠道的平面布置，各种辅助建筑物与设施的平面布置，总图平面布置时应遵从以下几条原则。1.处理构筑物与设施的布置应顺应流程，集中紧凑以便节约用地和运行管理。2.工艺构筑物不用改设施与不同功能的辅助建筑物应按功能的差异分别相对独立布置并协调好与环境条件的关系（如地形走势，污水出口方向、风向）。3.构建之间的间距应满足交通，管道（渠）敷设，施工和运行管理等方面的2 1要求。4.管道（线）与渠道的平面布置应与其高程布置相协调，应顺应污水处理厂各种介质输送的要求， 尽量避免多次提升和迂回曲折， 便于节能降耗和运行维护。5.协调好辅建筑物、道路、绿化与处理构建筑物的关系，做到方便生产运行保证安全畅通美化厂区环境。参考文献1高延耀,顾国维,周琪.水污染控制工程 3 版.下册.北京：高等教育出版社，2007.7.2刘红.水处理工程设计.北京：中国环境科学出版社，2003.9.3高俊发，王社平.污水处理厂工艺设计手册.北京：化学工业出版社，2003.8.4谢冰，徐亚同.废水生物处理原理与方法.北京：中国轻工业出版社，2007.4.5邹雪， 白玉星， 高建岭， 王晓纯.污水处理与应用.北京： 中国电力出版社， 2009.2 2