水污染控制工程课程设计 新编

第一章设计说明书1. 设计题目

某城市日处理量7万m3污水处理工程设计

2.设计任务

1、确定污水处理厂的工艺流程，对处理构筑物选型做说明；

2、对主要处理设施（格栅、沉砂池、曝气池、沉淀池、污泥浓缩池）进行工艺计算（附必要的计算草图）；

3、按初步设计标准，画出污水处理厂平面布置图，内容包括表示出处理厂的范围，全部处理构筑物及辅助建筑物、主要管线的布置、主干道；

4、按初步设计标准，画出污水处理厂工艺流程高程布置图，表示出原污水、各处理构筑物的高程关系、水位高度以及处理出水的出厂方式；

5、编写设计计算说明书。

3.设计内容

1.设计规模：设计日平均污水流量Q=70000m3/d

2.进水水质：COD

Cr =250mg/L，BOD

5

=150mg/L，SS =200mg/L，NH

3

-N = 25mg/L，

pH=7.0～8.5

3.污水处理要求：污水经二级处理后应符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》

（GB18918-2002）一级B标准出水：COD

Cr ≤ 60mg/L，BOD

5

≤20mg/L，SS≤20mg/L，

NH

3

-N≤8mg/L

4.基本资料

4.1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。

4.2 污水排放接纳河流资料

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50.0m，常水位为48.0m，枯水位为45.0m。

4.3 厂址及场地现状

该污水处理厂选址于城郊，位于大河北岸河堤内一块长方形地带，场地地势平坦，由西北坡向东南，场地标高54.5～53.5米之间，位于城市中心区排水管渠末端，交通便利。

5.设计原则

考虑城市经济发展及当地现有条件，确定方案时考虑以下原则：

(1)要符合适用的要求。首先确保污水厂处理后达到排放标准。考虑现实的技术和经济条件，以及当地的具体情况(如施工条件)，在可能的基础上，选择的处理工艺流程、构(建)筑物型式、主要设备、设计标准和数据等，应最大限度地满足污水厂功能的实现，使处理后污水符合水质要求。

(2)污水厂设计采用的各项设计参数必须可靠。

(3)污水处理厂设计必须符合经济的要求。设计完成后，总体布置、单体设计及药剂选用等要尽可能采取合理措施降低工程造价和运行管理费用。

(4)污水处理厂设计应当力求技术合理。在经济合理的原则下，必须根据需要，尽可能采用先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。

(5)污水厂设计必须注意近远期的结合，不宜分期建设的部分，如配水井、泵房及加药间等，其土建部分应一次建成；在无远期规划的情况下，设计时应为以后的发展留有挖潜和扩建的条件。

(6)污水厂设计必须考虑安全运行的条件，如适当设置分流设施、超越管线等。

6.设计成果

1、设计说明书、计算书一份（A4纸手写）；

2、设计图纸（以下图纸各一张，A1或A2幅面，手画或打印均可）：污水处理厂平面布置图一张；高程布置图一张；流程图一张；单体构筑物（如曝气池及二沉池）工艺图一到两张。

第二章设计计算书

1确定工艺流程

1.1 污水处理工艺流程

污水处理厂的工艺流程是指在达到所要求的处理程度的前提下，污水处理每个单元的有机结合，构筑物的选型则是指处理构筑物形式的选择，两者是互有联系，互为影响的。

城市生活污水一般以BOD物质为其主要去除对象，因此，处理流程的核心是二级生物处理法——活性污泥法。

具体的流程为：污水进入处理厂，经过格栅至集水间，由水泵提升到平流沉砂池，再到初次沉淀池，经初次沉淀池沉淀后，大约可去初SS 50%,BOD 25%，然后污水进入曝气池中曝气，采用传统活性污泥法。再经二次沉淀池泥水分离，到消毒池灭菌后排放。

1.2 污泥处理工艺流程

污泥是污水处理的副产品，也是必然的产物，如从沉淀池排出的沉淀污泥，从曝气池排出的剩余活性污泥等。这些污泥如果不加以妥善处理，就会造成二次污染。污泥经浓缩处理后的含水率仍然很高，不宜长途输送和使用，因此，还需要进行脱水和干化等处理。

具体过程为：二沉池的剩余污泥由螺旋泵提升至浓缩池，浓缩后的污泥进入污泥池，再送至脱水机房脱水，压成泥饼，泥饼运至厂外。

1.3 设计的基本流程图

原污水格栅

2 污水处理构筑物设计

第一节 设计流量的确定

1. 平均日流量

Q d =7万m 3/d

2. 最大日流量

计算 K z =

11

.0Qd

7

.2 5

.8107

.211

.0==

z k 最大日流量 ：

h m s s L Q K Q d z /5.3762/m 045.1/14.104519.81029.133max ===?=?=

第二节 泵前粗格栅设计计算

粗格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。

1.格栅的设计要求

（1）水泵处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求：

1)人工清除 25～40mm

2)机械清除 16～25mm

3)最大间隙 40mm

（2）过栅流速一般采用0.6～1.0m/s.

（3）格栅倾角一般取600

（4）格栅前渠道内的水流速度一般采用0.4～0.9m/s.

（5）通过格栅的水头损失一般采用0.08～0.15m。

2. 格栅尺寸计算

设计参数确定：

设计流量Q

1

=1.045m3/s（设计2组格栅），以最高日最高时流量计算；

栅前流速：v

1=0.6m/s，过栅流速：v

2

=0.8m/s；

渣条宽度：s=0.05m，格栅间隙：e=0.02m；

栅前部分长度：0.5m，格栅倾角：α=60°；

单位栅渣量：w

1

=0.07m3栅渣/103m3污水。

设计中的各参数均按照规范规定的数值来取的。 （1）确定格栅前水深，根据最优水力断面公式21

2

11v B Q =计算得:

栅前槽宽1B =

87.16

.0045

.12=?m ，则栅前水深93.0287.12h 1==

=B m （2）栅条间隙数： 658

.093.002.060sin 045.1sin n 21=???==ο

ehv Q α

（3）栅槽有效宽度：B 0=s （n-1）+en=0.01×（65-1）+0.02×65=1.94m 考虑0.4m 隔墙：B=2B 0+0.4=4.28m （4）进水渠道渐宽部分长度：

进水渠宽：87.193

.06.0045.1B'1max =?==

h v Q m （其中α1为进水渠展开角，取α1=?20）

（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度

66.12

31.32L 12===

L m （6）过栅水头损失（h 1）

设栅条断面为锐边矩形截面，取k=3，则通过格栅的水头损失：

0814.060sin 81

.928.0)02.001.0(42.23sin 202

34

201=???===αεg v k kh h m

其中： 4/3

(/)

s e ε

β=

h 0：水头损失；

k ：系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3；

ε：阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β=2.42。 （7）栅后槽总高度（H ）

本设计取栅前渠道超高h 2=0.3m ，则栅前槽总高度H 1=h+h 2=0.93+0.3=1.23m

H=h+h 1+h 2=0.93+0.0814+0.3=1.311m

（8）栅槽总长度

L=L 1+L 2+0.5+1.0+（0.79+0.30）/tan α

=3.31 +1.66+0.5+1.0+(0.73+0.3/tan60°=7.06m

（9）每日栅渣量

在格栅间隙在20mm 的情况下，每日栅渣量为：

d m K w W z /2.02.41000

29.186400

06.0045.1100086400Q 31max >=???=???=,所以宜采用机械清

渣。

第二节 污水提升泵房 1水泵选择

设计水量70000m3/d，选择用4台潜污泵(3用1备)

第三节沉砂池设计计算

1. 沉砂池的选型：

沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度2.65t/m3的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。沉砂池有平流式、竖流式、曝气式和旋流式四种形式。平流式沉砂池具有构造简单、处理效果好的优点。本设计采用平流式沉砂池。

2 设计资料

1）沉砂池水力停留时间30-60s；

2）有效水深不大于1.2m；

3）水流速，0.15-0.3m/s；

4）每格宽度不小于0.6m。

计算草图如下页图4所示：

2.1 设计参数确定

设计流量：

Q=1045.14L/s（设计1组池子）

max

设计流速：v=0.25m/s

水力停留时间：t=50s

2.2 池体设计计算

（1）沉砂池长度：L=vt=0.25×50=12.5m

（2）水流断面面积：

（3）沉砂池总宽度：

设计n=2格，每格宽取b=2m>0.6m，每组池总宽B=2b=4.0m

（4）有效水深：

=A/B=2.56/4=0.64m （小于1.2m）

h

2

（5）贮泥区所需容积：设计T=2d，即考虑排泥间隔天数为2天，城市污水沉砂量310

5

3

X 则每个沉砂斗容积

m

/

3m

（每格沉砂池设两个沉砂斗，两格共有四个沉砂斗）

（6）沉砂斗各部分尺寸及容积：

设计斗底宽a 1=0.50m ，斗壁与水平面的倾角为60°，斗高h d =1.0m ，则沉砂斗上口宽： 沉砂斗容积： 符合要求 （7）沉砂池高度：

采用重力排砂，设计池底坡度为0.02，坡向沉砂斗。沉砂室由沉砂斗与沉砂室坡向陈啥都的过渡部分两部分组成，沉砂池的长度为

2.0)(22++=a l L 0.2为两个沉砂斗之间的隔壁厚。2L 为沉砂室的长度，则 则沉泥区高度为

池总高度H ：设超高h 1=0.3m ，

H=h 1+h 2+h 3=0.3+0.64+1.09=2.03m

（10）校核最小流量时的流速： 最小流量一般采用即为0.75Q a ，则

s m s m A n Q v /15.0/28.0)

09.164.0(5.02045

.175.0min 1min min ≥=+???==

，符合要求. （11） 排砂管道

本设计采用沉砂池底部管道排砂，排砂管道管径DN=200mm 。

第四节 初沉池设计计算

本次设计中采用平流式沉淀池。原水经投药、混合与絮凝后，水中悬浮物质逐步形成粗大的絮凝体，通过沉淀池分离可以完成澄清过程。

（1）池子总面积A 按q

Q

A =

计算 Q 取最大设计流量，即Q=70000d m /3=1.045s m /3；取)/(0.223h m m q ?= （2）有效水深2h ，取h t 5.1=。 则 m t q h 35.122=?=?= （3）沉淀部分有效容积/V

（4）池长L,最大设计流量时水平流速取s mm s mm v /5/5.4<=。

则 m L 3.2436005.1105.43=???=- （5）池子总宽度B

（6）每个池子宽度b 取5m ，池子个数n 。

则 105

6

.47==

n 个 （7）校核长宽比

486.45

3.24>==B L （符合要求） （8）校核长深比

81.83

3.242>==h L （符合要求） （9）污泥部分所需容积V

由任务书知进水悬浮物浓度C 0为0.120kg/m 3，出水悬浮物浓度C 1以进水的50%计，初沉池污泥含水率p 0=97%，污泥容重取r=1000kg/m 3，取贮泥时间T=4h ，污泥部分所需的容积： （10）每个池子所需容积

（11）污泥斗容积：污泥斗底采用500mm ×300mm ，上口采用4000mm ×3000mm ，污泥斗斜壁与水平面的夹角为60°。 污泥斗容积

（12）污泥斗以上梯形部分污泥容积 设池底坡度为0.01

m l 8.103.05.0101=++= ；m l 3.02=；m h 1.001.0)3.03.010('4=?-+= 则 322.241.02

3

.08.10m V =??+=

（13）污泥斗和梯形部分污泥容积 （14）池子总高H ，缓冲层高度m h 50.03= 则 m H 57.677.25.00.33.0=+++=

（15）沉淀池总长L

第五节 曝气池池设计计算 1.设计参数

（1）设计最大流量h m Q /910003.1700003max =?= （2）进水水质

COD Cr =250mg/L ，BOD 5 =150mg/L ，SS =200mg/L ，NH 3-N = 25mg/L 出水水质

COD Cr ≤ 60mg/L ，BOD 5≤20mg/L ，SS≤20mg/L ，NH 3-N≤8mg/L （3）BOD 5污泥负荷W F =0.3kgBOD 5/(kgMLSS ·d) （4）污泥回流比R=50%

（5）SVI 值选120～150ml ／R ，污泥浓度可计算确定，但不宜大于3500mg ／L 。 2. 曝气池的设计 1）5BOD 的处理效率

初沉池对5BOD 的去除率按照25%计算，则进入曝气池的5BOD 浓度1S 为： 处理水中非溶解性5BOD 浓度：

式中：微生物吱声氧化率d K ，一般在0.05-0.1之间，取0.08；活性微生物在处理水悬浮物中所占比例0X ，取0.4；处理水中固体悬浮物浓度0C ，取20mg/L; 处理水中溶解性5BOD 浓度

5BOD 的去除率为%3.86%1005

.11246

.155.112121=?-=-=

S S S η 2) 5BOD 污泥负荷率

有机物最大降解速度与拌合常数的比值z K ，一般采用0.0168-0.0281之间，本设计取0.02；MLVSS/MLSS 值f ，一般采用0.7-0.8，本设计采用0.77；处理后除水中5BOD 浓度)/(2L mg S ,本设计为15.26L mg / 3)曝气池内混合液污泥浓度x

根据e N 值，查排水工程下册图4-7得：120=SVI ,取R=50%,r=1.2 4）曝气池容积V

按照规定，曝气池个数N 不少于2个，本设计中取N=4，则每组曝气池有效容积为：

3127434

10969

m N V V ===

5）曝气池的尺寸

本设计曝气池深取4.2米，每组曝气池的面积为： 本设计池宽取m B 8=，

9.12

.48

==h B ，介于1-2之间，负荷要求。 池长：m B A L 55.818

38.6521===

19.108

55.81=B L ＞10，符合设计要求。 本设计设五廊道式曝气池，廊道程度为：m L L 31.165

55

.8151===

本设计超高为0.5m ，则曝气池总高度为：m H 7.45.02.4=+=

6）确定曝气池构造形式

本设计设四组五廊道曝气池，在曝气池进水端和出水端设横向排水渠道，在两池中间设配水渠道与横向渠道相连，污水与二沉池回流污泥从第一廊道进入曝气池，曝气池平面图4.5所示

图4.5 曝气池平面图

7）需氧量的计算

本设计采用鼓风 A ． 平均需要量计算

a -每代谢1kgBOD 所需氧量（kg ），本设计取0.5；

b -1kg 活性污泥（MLVSS ）每天自身氧化所需氧量（kg ），本设计取0.15.所以

h

kg d kg bVX aQS O v r z /9.361/7.86843.31096915.0)02.0113.0(700005.0==??+-??=+=B.最大时需氧量

h kg d kg bVX aQS O v r z /5.402/2.96613.31096915.0)02.0113.0(910005.0==??+-??=+=最大时需

要量与平均需氧量的比值为： C ． 每日去除的5BOD 值 D.去陈1kg 5BOD 需氧量 1） 供氧量计算

本设计采用采用YHW-H 型微孔曝气器，氧转移效率（?E ）WEI 20%,敷设在距池底0.20m 处，淹没水深为4m ，计算温度定位30摄氏度。 相关设计参数的选用如下：

温度为20C 0时，L mg C L mg C S L /17.9,/0.2,0.1,95.0,82.0)80(=====ρβα 温宿为30C 0时，L mg C S /63.7)80(= A ． 空气扩散器出口处绝对压力： B.空气离开曝气池水面时氧的百分比： C.气池混合液平均氧饱和度：

换算成20C 0条件下脱氧清水的充氧量： （R 为平均时需要量） D ． 相应的最大时需氧量 E.曝气池平均时供氧量： F.曝气池最大时供氧量 G ．去除1kg 5BOD 的供氧量： H.31m 污水的供氧量

第六节 二沉池

二次沉淀池的作用是泥水分离，使生物处理构筑物出水澄清。一般平流式，辐流式，竖流式沉淀池等都可以作为二次沉淀池使用。此次设计采用中心进水，周边出水的辐流式沉淀池作为二次沉淀池，其特点为沉淀池个数较少，比较经济，便于管理，机械排泥已定型，排泥较方便，适用于地下水位较高的地区和大中型污水处理厂。 1．设计参数

设计进水量：Q=70000 m 3/d

表面负荷：q b 范围为1.0—1.5 m 3/ m 2.h ，取q=1.0 m 3/ m 2.h 固体负荷：q s =140 kg/ m 2.d

水力停留时间（沉淀时间）：T=2.5 h

堰负荷：取值范围为1.5—2.9L/s.m ，取2.0 L/(s.m) 2．设计计算 （1）沉淀池面积:

按表面负荷算：291724

170000=?==

b q Q A m 2

（2）沉淀池直径：6114

.32917

44=?=

=

π

A

D M,取30m 有效水深为 h=q b T=1.0?2.5=2.5m<4m

125

.2611==h D （介于6～12）