《水质生物净化工程》设计说明书.doc
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1、水质生物净化工程课程设计说明书第一部分 前言一、设计目的该课程设计,是结合课程讲授内容,设计一个城市污水处理厂,使我们得到一次综合运用所学知识独立完成某一城市污水处理厂工艺设计的初步训练,从而达到巩固课堂所学的理论知识,培养和提高解决生产实际问题的能力。通过课程设计,使我们在以下几个方面得到训练:1、工程设计的基本方法、步骤、技术资料的运用;2、基本计算方法及绘图能力;3、综合运用本课程及其他有关课程的理论知识,解决工程实际问题;4、熟悉、贯彻国家在环境保护和基本建设等方面的各项政策法规、标准、规范等。二、设计任务与内容1、设计任务完成某城镇污水处理厂工艺设计。平面布置、高程布置达到初步设计要
2、求;单体构筑物设计计算达到初步设计深度;书写详细的设计说明书和计算书。2、设计内容污水处理厂工艺按城市污水厂典型流程设计(1)确定污水处理规模,选择污水处理厂的位置;(2)确定污水处理设计进出水水质及处理程度、处理流程;(3)一级处理构筑物(格栅、沉砂池、初沉池)型式的选择及设计计算;(4)二级处理构筑物(曝气池、二沉池等)型式的选择及设计计算;(5)污泥处理构筑物(浓缩池、消化池、脱水设备)型式的选择及设计计算;(6)污水处理厂平面布置及高程布置,高程计算,绘制污水处理厂总平面布置图,污水、污泥处理高程图。三、设计资料1、城市现状及发展规划某城市现有人口人,是一个以电机制造、钢铁、纺织为主的
3、新兴工业城市,位于中南地区,属丘陵地带,河流由南向北穿过城市,有一铁路跨河而过,全城分东、西两区,主要工业集中在东区,西区为商业区、生活区。根据该城市建设部门提供的设计资料,该城市以后在重工业、轻工业多方面都会得到大力发展,东西区人口都会大大增加,成为一个综合性的中型城市。现在东区各工业企业生产、生活污水由各单位自行处理后排放河流,西区尚没有完整的污水处理系统,计划在三至五年内完成西区污水截流工程和污水处理厂建设。本设计区域只考虑西区。西区近期设计总人口人,西区远期设计总人口人, 人均污水量标准280升/人.日 生活污水中悬浮物浓度350毫克/升,BODu为40克/人.日,区域内工业企业的生产
4、和生活污水量为2000米3/日,BOD5为400毫克/升,悬浮物浓度为200毫克/升。污水处理厂自然地面标高为44.542.5米。2、自然资料气温:历年最高温度41,最低8,平均19;雨量:年最高降雨量1880毫米,最低1123.4毫米,平均1427毫米;风向:常年主风向为南风,频率37%;夏季主风向为西南风,频率15%。最大风力:8级,年平均2.73.4级;最大风速:24米/秒,平均3.1米/秒。水文及水文地质资料:区域内河流最高水位:39.00米最低水位:28.08米平均水位:31.00河宽:50800米不等年平均流量为250/秒;最大洪峰时平均流量1290/秒;最枯水日平均流量25/秒,
5、流速0.8米/秒。污水岸边排放,混合条件很差。年平均水温19.4,夏季平均水温26。年平均总硬度1.609毫克当量/升,年平均pH=7.0。年平均溶解氧8.3毫克/升,夏季溶解氧为5.2毫克/升(昼夜平均)。地下水位:地面以下10米。地质:砂质粘土,第四纪沉积性亚粘土,耐性强度1.23.5公斤/厘米2。地震等级:6级以下。电力供应情况:良好。第二部分 污水处理程度的确定一、设计期限和建设分期按近期设计人口和城市规模进行设计,远期留有余地,计划在三至五年内完成西区污水截流工程和污水处理厂建设。二、污水处理厂位置选择制定城市污水处理系统方案,污水处理厂厂址选择是重要的环节,它与城市总体规划、城市排
6、水系统走向、布置、处理后污水出路等都密切相关。结合本污水处理厂特点,考虑管道系统、泵站、污水处理厂各处理单元构筑物,并进行技术、经济比较和最优化分析,通过论证决定:1、厂址位于城镇生活区集中给水水源的下游320m处和夏季主风向的下风向,与受纳水体靠近。2、充分利用地形,选择有自然坡度的地区,便于高程布置,以减少土方工程量,并设在地质条件较好的地方,便于施工。3、尽量少占用或不占用良田,有适当的闲置土地面积,并根据城市发展规划,考虑远期发展可能性,有扩建的余地。三、污水处理程度1、设计流量计算根据城市现状及其发展规划,设计人口数为人,设计污水量标准为:280。生活污水中SS为350,BODu为4
7、0g/L,区域内工业企业生产和生活污水量为2000,BOD5为400,SS为200。因此,计算可得生活污水量为:L/d=28000/d=324.07L/s工业污水量为:所以,平均日流量为: =30000/d=347.2L/s 根据设计资料,工业废水的日变化系数,时变化系数。据此可得总变化系数:生活污水 2.7/工业废水。最大时流量为:=1.4328000+1.42000=42840/d=1785=495.83L/s2、去除率计算由设计资料得,对于进水水质有:SS=根据城市二级污水处理厂要求,处理出水达到国家污水综合排放一级标准,即要求:,。综合技术、经济、环境等方面的因素,取处理后出水的污染物
8、浓度,。从而SS的去除率为:BOD5的去除率为:3、工业污水设计当量人口计算对于生活污水,其SS和BOD5的设计值分别为,;计算时,取SS为,为。因此,工业区的SS值折合成人口当量数为:,工业区的BOD5值折合成人口当量数为:。 所以,以SS值为标准得到总设计人口数为:+8696=人四、污水处理工艺流程1、污水处理程度考虑到受纳水体的自净能力,按照城市二级污水处理厂处理要求达到一级标准,污水经过处理后,各污染物浓度分别为,。之后排放水体,达到保护环境的目的。2、工程造价与运行费用工程造价和运行费用也是工艺流程选定的重要因素,在处理水水质、水量达到标准的前提下,以原污水水质、水量及其他自然状况为
9、已知条件,以处理水应达到的水质指标为制约条件,以处理系统的总造价和运行费用为目标函数,建立三者之间的相互关系,求解最优值。这样,减少占地面积,降低工程造价和运行费用。从而对污水处理厂的经济效益和社会效益产生重要影响。3、当地的其他各项条件考虑当地地形、气候、风向风力、地下水位等因素,确定污水处理系统,选择水质达标的处理工艺。此外,当地的原材料、电力供应等,也是选定处理工艺的考虑因素之一。综上所述,污水处理工艺的选定,是一项比较复杂的系统工程,需综合考虑各项因素,在多方案时进行技术经济比较,并深入调查研究,必要时进行试验研究工作,最后确定技术上可行、经济上合理的污水处理工艺流程。针对本项目污水处
10、理特点:污水以有机污染物为主,可生化性较好,重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标;污水中主要污染物指标BOD5、COD、SS值为典型城市污水值。根据污水水质水量和污水处理程度,且对脱氮除磷要求不高,故采用城市污水处理典型工艺流程。传统活性污泥工艺由完整的二级处理系统和污泥处理系统组成:一级处理系统由格栅、沉砂池和初沉池组成,作用是去除污水中的固体污染物质。污水的BOD5值通过一级处理能够去除30。二级处理系统是城市污水处理系统的核心,作用是去除城市污水中呈胶体和溶解状态有机污染物。通过二级处理,污水的SS值达到20,BOD5值也降至20,达到排放标准。污泥是污水处理过程中的副产物
11、,也是必然产物。从初沉池排除沉淀污泥,从二沉池排出剩余污泥,通过浓缩,一起进入贮泥室,再进行机械脱水处理。其中,污泥应加以妥善处置,避免造成二次污染。城市污水处理典型流程如下图所示:五、处理构筑物的选择 1、格栅格栅的作用是去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质,以保证后续处理单元和水泵的正常运行,减轻后续处理单元的负荷,防止阻塞排泥管道。按形状可分为平面格栅和曲面格栅两种。按栅条间隙又可分为粗格栅,中格栅,洗格栅。新设计的污水厂一般采用粗、中两道格栅,甚至粗、中、细三道。按清渣方式可分为人工清渣和机械清渣。人工清渣适用于小型污水厂。机械清渣适用于栅渣大于0.2的大中型污水厂。
12、根据栅渣大小和污水厂规模,本设计采用两组中格栅和机械清渣。2、沉砂池沉砂池的作用是保护机械部件和管道免受磨损,同时便于污泥的处理和利用。其形式有平流沉砂池、曝气沉砂池、多尔沉砂池、钟式沉砂池。本污水处理工艺采用钟式沉砂池。3、沉淀池沉淀池的作用主要是去除依附于污水中可沉淀的固体悬浮物,按在污水处理流程中的位置,分为初次沉淀池和二次沉淀池。初次沉淀池是对污水中以无机物为主体、比重较大的固体悬浮物进行沉淀分离。二次沉淀池是对污水中以微生物为主体、比重较小、因水流作用易发生上浮的固体悬浮物进行分离。沉淀池按水流方向分为平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池三种。在本污水处理厂设计中,初沉池选用平流
13、式沉淀池,二沉池选用周进周出的辐流式沉淀池。 4、曝气池曝气池有传统活性污泥法、吸附-再生活性污泥法、完全混合活性污泥法、延时曝气活性污泥法等10多种形式,在本设计中采用传统活性污泥法(又称普通活性污泥法),该法对BOD5的处理效果可达90%以上。在运行方式上,可按阶段曝气系统和再生-曝气系统运行。本工艺采用鼓风曝气,并选择其中的网状微孔空气扩散器。5、浓缩池浓缩池的作用是降低污泥含水率,减小污泥体积,从而减小消化池容积、减小加温污泥所需热量、减少混凝剂投加量及机械脱水设备的数量。其形式有重力浓缩池、气浮浓缩池和离心浓缩池等。重力浓缩池是污水处理工艺中常用的一种污泥浓缩方法,按运行方式分为连续
14、式和间歇式,前者适用于大中型污水厂,后者适用于小型污水厂和工业企业的污水处理厂。从适用对象和经济上考虑,本设计采用连续式重力浓缩池。6、消化池消化池的作用是使污泥中的有机物得到分解,防止污泥发臭变质,且其产生的沼气可作为能源,用于发电等。本设计采用二级中温消化、圆柱形消化池,其优点是减少耗热量、减少搅拌所需能耗、降低熟污泥含水率。其中,一级消化池为污泥加热与搅拌,产气量约占全部产气量的80%,设有集气设备,将排出的污泥送入第二级消化池;二级消化池不加热和搅拌,消化温度保持在3336,池子设集气设备并撇除上清液,产气量占总产气量的%。7、污泥脱水污泥机械脱水与自然干化相比较,其优点是脱水效率较高
15、,效果好,不受气候影响,占地面积小。常用设备有真空过滤脱水机、加压过滤脱水机及带式压滤机等。本设计采用带式压滤机,其特点是:滤带可以回旋,脱水效率高;噪音小;省能源;附属设备少,操作管理维修方便,但需正确选用有机高分子混凝剂。第三部分 污水处理构筑物的设计计算一、格栅根据资料,并列设置两组中格栅,其格栅计算草图如图2所示所示。其计算过程为:1、设栅前水深,过栅流速取,栅条间隙取e=20mm=0.02mm,格栅安装倾角,则栅条间隙数n为:取间隙数为n=32。2、取栅条宽度,则栅槽宽度B为:=0.01(32-1)+0.0232 =0.95 取1m。3、 进水渠宽取,渐宽部分展开角 ,则进水渠道渐宽
16、部分为:=(1-0.5)/2tan=0.7m4、栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度为:=5、栅条设置为矩形断面,此时,取系数,求得过栅水头损失为: =32.42=0.103m取栅前超高,则栅前槽高为:,栅槽总高度为:6、栅槽总长度为:=0.7+0.35+1.0+0.5+=2.46m7、取,则每组格栅每日的栅渣量为:=0.2为改善劳动与卫生条件,采用机械清渣方式。8、最小流量下的校核当=0.50.347=0.174时,若仍采用2组格栅,则通过的流速为:因满足渠道流速要求,故最小流量时采用2组格栅仍满足要求。二、沉砂池本污水处理厂采用钟式沉砂池,其计算草图如图3所示,型号及尺寸选择如下所示:因,沉
17、砂池采用2座,则每座的流量,接近于,故选用型号为300的2座钟式沉砂池。根据计算草图,查表得出各部分对应的尺寸如下所示:A=3.05m,B=1.0m,C=0.610m,D=1.20m,E=0.30m,F=1.55m,G=0.45m,H=0.30m,J=0.45m,K=0.80m,L=1.35m。三、初次沉淀池初次沉淀池采用平流式沉淀池,其设计计算草图如图4所示,设计计算过程如下所示:1、取表面水力负荷,则沉淀区总表面积为:2、取沉淀时间为,则沉淀区高度为:3、沉淀区有效容积为:4、取最大设计流量时的水平流速,则沉淀区长度为:,取31m。长度介于30之间,符合要求。5、沉淀区宽度为:=m6、取沉
18、淀池座数,则每座池宽度为:,取7m。介于5之间,符合要求。7、校核长宽比和长深比:长宽比为:4,符合要求。 长深比为:,即介于812之间,符合要求。8、取每人每日产生的污泥量,以SS为标准得到总的设计人口数为人,两次排泥时间间隔,因此每次产生的污泥量为:每座沉淀池的污泥量:。9、采用圆形污泥斗,其上口边长为6m,下口边长为0.4m,倾角取,则:污泥斗上口面积为:污泥斗下口面积为:污泥斗高度因此,每座平流式沉淀池的污泥斗容积为:=98.954.4故可贮存2的污泥量,满足要求。10、取沉淀池超高,采用机械刮泥,其缓冲层高度(含刮泥板),取池底纵坡,则。因此,污泥区高度为:=0+5.71=5.71m
19、从而,沉淀池总高度为:=0.3+3.6+0.6+5.71=10.21m11、出水堰长度为,其负荷为:10,符合要求。(4)设五廊道式曝气池,其平面图如图5所示,则廊道长为:。(5)取池超高为0.5m,则池总高度为:在曝气池面对初次沉淀池和二次沉淀池的一侧,各设横向配水渠道,并在池中部设纵向中间配水渠道与横向配水渠道相连接。在两侧横向配水渠道上设进水口,每组曝气池共有5个进水口。在面对初沉池的一侧,在每组曝气池的一端,廊道进水口处设回流污泥井,井内设污泥空气提升器,回流污泥由污泥泵站送入井内,由此通过空气提升器回流曝气池。6、本污水厂设计采用鼓风曝气系统。曝气系统的计算与设计如下所示:(1)查表
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