环境工程设计-奥贝尔氧化沟26页.doc

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前言在我国经济高速发展的今天，污水处理事业取得了较大的发展，已有一批城市兴建了污水处理厂，一大批工业企业建设了工业废水处理厂（站），更多的城市和工业企业在规划、筹划和设计污水处理厂。水污染防治、保护水环境，造福子孙后代的思想已深入人心。近几十年来，污水处理技术无论在理论研究方面还是在应用发面，都取得了一定的进步，新工艺、新技术大量涌现，氧化沟系统和高效低耗的污水处理技术，如各种类型的稳定塘、土体处理系统、湿地系统都取得了长足的进步和应用。这些新工艺、新技术已成为水污染防治领域的热门研究课题。在国家科委、建设部、国家环境保护局的组织和领导下，广泛、深入地开展了这些课题的科学研究工作，取得了一批令人瞩目的研究成果。不应回避，我国面临水资源短缺的严重事实，北方一些城市人民生活水平的提高和工农业生产的发展已受到水资源不足的制约。城市污水和工业废水回用，以城市污水作为第二水源的趋势，不久将成为必然。这就是我国污水事业面临的现实。作为给水排水工程专业的学生，就更应该深刻地了解这种形势，掌握并发展污水处理的新工艺、新技术，成为跨世纪的工程技术人才，将我国的污水处理事业提升到一个新的高度。本次设计的题目是污水处理厂设计。目的是让学生了解排水工程的设计内容与方法，其中包括了城市排水管网的规划与设计和污水处理厂的建设以及工艺流程的选用，收获甚多，为日后的学习与工作积累了宝贵的经验。设计成果包括设计说明书与工艺平面图、高程图。在此，还要对老师的悉心指导表示感谢。目录一．设计题目3二．设计目的及任务3三．设计原始资料4四．城市污水处理厂设计4 4.1污水厂选址4 4.2工艺流程4五.处理构筑物工艺设计5 5.1设计流量的确定5 5.2格栅设计计算6 5.3.污水提升泵房设计计算8 5.4．平流式沉砂池设计计算8 5.5．平流式初沉池设计计算11 5.6．奥贝尔氧化沟设计计算13 5.7.普通辐流式二沉池设计计算17 5.8．消毒19六．污泥处理工艺设计20 6.1污泥浓缩池设计计算20 6.2污泥消化系统设计计算21 6.3贮泥池设计计算22 6.4脱水机选择23七．污水处理厂的平面布置23八．污水厂的高程布置24 8.1污水厂的高程布置24 8.1.1控制点高程的确定24 8.1.2各处理构筑物及连接管渠的水头损失计算24 8.2污水系统高程计算25 8.3污泥系统高程计算25九．小结26十．参考文献26一．设计题目水污染控制工程课程设计二．设计目的及任务1.目的：本设计是水污染控制工程教学中一个重要的环节，要求综合运用所学的有关知识，在设计中掌握解决实际工程问题的能力，并进一步巩固和提高理论知识。2.任务：根据已知资料，进行城市污水处理厂的扩初设计。要求确定污水处理流程，计算各处理构筑物的尺寸，布置污水处理厂总平面图和高程图。三．设计原始资料（1）气温资料：年平均15.6摄氏度，夏季平均20摄氏度，冬季平均-10摄氏度。（2）常年主导风向：主导风向偏北风；（3）污水处理厂地下土壤为亚粘土，平均地下水位在地表以下20m（4）水量40000总变化系数1.2。（5）进水水质：BOD5=150，SS=220，COD=180，NH+-N=25，要求出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。四．城市污水处理厂设计4.1污水厂选址未经处理的城市污水任意排放，不仅会对水体产生严重污染，而且直接影响城市发展发展和生态环境，危及国计民生。所以，在污水排入水体前，必须对城市污水进行处理。在设计污水处理厂时，选择厂址是一个重要环节。厂址对周围环境、基建投资及运行管理都有很大影响。选择厂址应遵循如下原则：⑴.为保证环境卫生的要求，厂址应与规划居住区或公共建筑群保持一定的卫生防护距离，一般不小于300米。⑵.厂址应设在城市集中供水水源的下游不小于500米的地方。⑶.厂址应尽可能设在城市和工厂夏季主导风向的下方。⑷.要充分利用地形，把厂址设在地形有适当坡度的城市下游地区，以满足污水处理构筑物之间水头损失的要求，使污水和污泥有自流的可能，以节约动力。⑸.厂址如果靠近水体，应考虑汛期不受洪水的威胁。⑹.厂址应设在地质条件较好、地下水位较低的地区。⑺.厂址的选择要考虑远期发展的可能性，有扩建的余地。4.2工艺流程⑴污水处理工艺流程处理厂的工艺流程是指在到达所要求的处理程度的前提下，污水处理个单元的有机结合，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。按处理程度分，污水处理可分为一级、二级和三级。一级处理的内容是去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，经过一级处理后，污水中的BOD只去除30%左右，仍不能排放，还必须进行二级处理。二级处理的主要任务是大量去除污水中呈胶体和溶解性的有机污染物质（BOD），去除率可达97%以上，要达到城市污水排放一级A标准，必须进行三级处理。具体的流程为：污水进入水厂，经过格栅，由水泵提升到沉砂池，经初沉池沉淀后，污水进入氧化沟进行生物处理。在二次沉淀池中，活性污泥沉淀后，回流至污泥泵房。二沉池出水经加氯处理后，排入水体。⑵.污泥处理工艺流程具体过程为：二沉池的剩余污泥由螺旋泵提升至浓缩池，浓缩后的污泥进入贮泥池，再由泥控室投泥泵提升入消化池，进行中温消化。消化池的循环污泥进行套管加热，并用搅拌。消化后污泥送至脱水机房脱水，压成泥饼，泥饼运至厂外，可用做农业肥料。具体的工艺流程如下图：五.处理构筑物工艺设计5.1设计流量的确定1.1平均日流量：40000m3/d 1.2最大日最大时流量（设计最大流量）变化系数取，而，则有：最大日最大时流量5.2格栅设计计算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。5.2.1设计参数确定：设计流量Q1=0.56m3/s（设计1组格栅），以最高日最高时流量计算；栅前渠道流速：v1=0.6m/s，过栅流速：v2=0.9m/s；栅条宽度：s=0.01m，格栅间隙：b=0.08m；栅前水深：h=0.8m，格栅倾角：α=60°；单位栅渣量：w1=0.08m3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。5.2.2格栅尺寸计算格栅尺寸栅条间隙数：有效栅宽：实际过栅流速为：过栅水头损失（一般为0.3-0.4m）h0：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；：阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β=2.42。（3）栅后槽总高度（H）设计取栅前渠道超高h1=0.3m则栅槽总长度A.进水渠宽：（其中α1为进水渠展开角，取α1=）B.栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度栅槽总长度（5）每日栅渣量在格栅间隙在8mm的情况下，每日栅渣量为：所以宜采用机械清渣。5.3.污水提升泵房设计计算5.3.1提升泵房设计说明本设计采用活性污泥法工艺系统，污水处理系统简单，只考虑一次提升。污水经提升后入沉砂池，然后自流通过初沉池、氧化沟、二沉池，最后由出水管道排入水体。设计流量：Q=0.56m3/s 1）泵房进水角度不大于45度。2）相邻两机组突出部分得间距，以及机组突出部分与墙壁的间距，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15 m×12m，高12m，地下埋深7m。4）水泵为自灌式。5.3.2泵房设计计算各构筑物的水面标高和池底埋深计算见高程计算。污水提升前水位43（既泵站吸水池最底水位）,提升后水位53.96m（即沉砂池前水面标高）。所以，提升净扬程Z=53.96-43=10.96m水泵水头损失取2m，安全水头取2 m从而需水泵扬程H=15m再根据设计流量0.5m3/s，属于大流量低扬程的情形，考虑选用选用2台350QW1200-18-90型潜污泵（流量1200m3/h，扬程18m，转速990r/min，功率90kw），四用一备，流量：泵房采用圆形平面钢筋混凝土结构,尺寸为15 m×12m,泵房为半地下式,地下埋深7m，水泵为自灌式。5.4．平流式沉砂池设计计算5.4.1.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。由于旋流式沉砂池有占地小，能耗低，土建费用低的优点；竖流式沉砂池污水由中心管进入池后自下而上流动，无机物颗粒借重力沉于池底，处理效果一般较差；旋流沉砂池则是在池的一侧通入空气，使污水沿池旋转前进，从而产生与主流方向垂直的横向恒速环流。砂粒之间产生摩擦作用，可使沙粒上悬浮性有机物得以有效分离，且不使细小悬浮物沉淀，便于沉砂和有机物的分别处理和处置。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。5.4.2设计计算5.4.2.1设计资料5.4.2.1设计参数确定设计流量：=48000m3/h=0.56m3/s（设计组池子，每组分为3格）设计水深h2=1.0m设计流速：v=0.3m/s水力停留时间：t=30s设计沉砂量X=3m3/105m3污水5.4.2.3池体设计计算（1）沉砂池长度：（2）水流断面面积：（3）沉砂池总宽度：设计n=3格，每格宽（4）有效水深：（5）沉砂斗容积：设计T=2d，即考虑排泥间隔天数为2天，则沉砂斗容积（每格沉砂池设1个沉砂斗，三格共有三个沉砂斗）其中城市污水沉砂量：X=3m3/105m3.（6）沉砂斗各部分尺寸及容积：设计斗底宽b1=0.50m，斗壁与水平面的倾角为60°，斗高h3′=1.0m，则沉砂斗上口宽：沉砂斗容积：=1.27m3（大于V0=0.56m3，符合要求）（7）沉砂池高度：采用重力排砂，设计池底坡度为0.06，坡向沉砂斗长度：则沉泥区高度为池总高度H：设超高h1=0.3m，（8）校核最小流量时的流速：最小流量一般采用即为0.2Qmax，则，符合要求.5.5．平流式初沉池设计计算本设计选择一组平流流式沉淀池，每组设计流量为0.56m3/s，从沉砂池流出来的污水进入集配水井，经过集配水井分配流量后流入辐流沉淀池。沉淀时间t=1.5h计算草图如图5.5.1设计计算（1）沉淀区表面积表面负荷一般采用1.5-3.0，本设计取=2.5，沉淀池座数n=1。（2）沉淀部分有效水深设沉淀时间t=1.5h,有效水深：h2=qt=2.5×1.5=3.75m（3）沉淀部分有效容积（4）沉淀池长度（5）沉淀池总宽度(取B=33m)（6）沉淀池的数量，取每个池子宽度为b=4.8m（取n=7）校核长宽比，则>4,满足要求（7）污泥区的容积设进水悬浮物浓度C0为220mg/m3，出水悬浮物浓度C1以进水的55%计，初沉池污泥含水率p0=95%，污泥容重取r=1000kg/m3，取贮泥时间T=2h，污泥部分所需的容积：V==则每个沉淀池污泥所需的容积为33.2m3（8）沉淀池总高度设贮泥斗上口宽4.5m，下口宽0.5m，倾角取α=60°，坡度取0.01，则设沉淀池超高h1=0.3m，缓冲层高h3=0.5m，沉淀池总高度：（9）污泥斗容积（10）污泥斗以上圆锥体部分污泥容积其中污泥总体积：V=V1+V2=26+14.3=40.3 m3＞33.2m3，满足要求。（11）排泥量设进水悬浮物浓度C0为220mg/m3，出水悬浮物浓度C1以进水的55%计，初沉池污泥含水率p0=95%，污泥容重取r=1000kg/m3，取贮泥时间T=2h，污泥体积：干污泥量污泥体积5.6．奥贝尔氧化沟设计计算5.6.1设计参数污泥负荷率水力停留时间污泥泥龄:ts=30d，Y=0.48污泥回流比污泥浓度X(mg/L):2000-6000，取前期处理SS去除率按45%计算，BOD5的去除率按30%计算，则进入氧化沟的水质：，，出水水质达到GB18918-2002一级A标准）,，设计计算简图5.6.2平面尺寸计算(1)氧化沟总容积的计算A．碳氧化、氮硝化区容积V1的计算B．反硝化区容积V2的计算①脱氮量W计算（kgN/d）②反硝化区污泥量G（kg）③反硝化区容积V2（m3）则氧化沟总容积水力停留时间，满足要求(2)剩余污泥量的计算Wx（kg/d）湿泥量(3)需氧量O2（kg/d）的计算换算成20℃条件下标准状况下的需氧量：（）一般情况下氧化沟的溶解氧浓度为外沟：中沟：内沟=0.2:1:2则充氧量的比例一般为外沟：中沟：内沟=65:25:10.则则总需氧量为：(4)氧化沟尺寸的计算设计奥贝尔氧化沟2座，则单座氧化沟的容积氧化沟弯道部分的体积占氧化沟总体积的80%，则氧化沟直道部分的体积占氧化沟总体积的20%，则设计氧化沟的有效水深，超高取0.5m，外沟、中沟和内沟之间的隔墙厚为0.25m.则①氧化沟的直线长度L,取外、中、内沟宽分别为7.5m、7.5m和9m.则②中心岛半径r，，则求得（1）进出水管及调节堰的计算①①出水管计算进出水管流量，进出水管控制流速。进出水管直径校核出水管流速，满足要求。②出水堰计算出水堰按薄壁堰计算，则，取堰上水头高，则考虑调节堰的安装要求（每边留0.3m），则出水竖井长度出水竖井宽度B取1.2m,则出水竖井平面尺寸为，出水井出水孔尺寸。正常运行时，堰顶高出孔口底边0.1m,调节堰上下调节范围为0.3m，出水竖井位于中心岛，曝气转碟上游。（2）曝气设备的选择选择曝气转碟直径D=1400mm，单碟充氧能力为1.3kgO2/（hds）,每米轴安装碟片数不大于5片。选择每米轴安装碟片数为4片A.外沟道所需碟片数n，所需转碟组数，每组转碟安装的碟片数，校核每米轴安装碟片数，，满足要求则外沟道安装曝气转碟6组，每组转碟上游32个碟片。校核充氧能力B.中沟道所需碟片数n，所需转碟组数，每组转碟安装的碟片数，校核每米轴安装碟片数，，满足要求则中沟道安装曝气转碟3组，每组转碟上游27个碟片。校核充氧能力C.内沟道所需碟片数n，所需转碟组数，，为了与中沟匹配，取3组。每组转碟安装的碟片数，校核每米轴安装碟片数，，满足要求则内沟道安装曝气转碟3组，每组转碟上游15个碟片。校核充氧能力则共设A型(短轴)曝气转碟6组，轴长9m，B型曝气转碟3组，轴长15m。则外沟道碟片数中沟道碟片数内沟道碟片数5.7.普通辐流式二沉池设计计算为了使沉淀池内水流更稳、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。该沉淀池采用中心进水，周边出水的幅流式沉淀池，采用吸泥机排泥。计算草图如图5.7.1设计参数表面负荷：q=0.9 m3/m2.h沉淀池个数n=2；沉淀时间T=2h污泥回流比取R=50污泥浓度X(mg/L):2000-6000，取5.7.2沉淀池设计计算⑴沉淀部分水面面积⑵池子直径D==（D取38m）⑶校核固体负荷GL＜150，满足要求⑷沉淀部分有效水深设沉淀时间t=2.5h,有效水深：⑸污泥区的容积V⑹污泥区高度①污泥斗高度：池底径向坡度为0.05，底部直径D2=1.6m，上部直径D1=3.2m，倾角为60°则污泥斗体积②圆锥体高度圆锥体体积③竖直段污泥部分的高度则污泥区的高度⑺沉淀池的总高度设沉淀池超高h1=0.3m，缓冲层高h3=0.5m，沉淀池中心高度：⑻沉淀池中心高度⑼进水集配水井配水井中心管径：a下管管径，取下部管内流速b上管管径，取上部管内流速c出流面积，取出管流速则设置10个出水孔，孔口尺寸100mm×80mm（10）排泥量二沉池的排泥量为剩余污泥量和回流污泥量之和，活性污泥系统每天排出的剩余污泥量Y=130.3m3，回流污泥量为，因此沉淀池每天沉淀的污泥量为20130.3m3，则单座氧化沟的沉淀污泥量为10065.2m3.5.8．消毒消毒方法分两类，物理和化学方法。物理方法主要有加热，冷冻，辐照，紫外线和微波消毒法等。化学方法主要是利用各种药剂进行消毒，常用的化学消毒剂有氯及其化合物，各种卤素，臭氧，重金属。本次设计采用氯消毒。5.8.1设计计算⑴接触池：设计廊道式接触反应池一座，水里停留时间t为30min，廊道水流速度为0.2m/s。①接触池容积：②接触池表面积：接触池水深大约为2.75m③道宽：校正后实际流速为0.20m/s④接触池宽：（采用9个隔板，则有10个廊道）⑤触池长度：取37m.⑵加氯间：①加氯量，按每立方米污水投加5g计，则每天加药量②加氯设备选用一台ZJ-2型转子加氯机，加氯量，10kg/h。六．污泥处理工艺设计6.1污泥浓缩池设计计算采用带有竖向栅条污泥浓缩机的辐流式重力浓缩池，用带有栅条的刮泥机刮泥，采用静压排泥。计算草图如图所示：6.1.1设计参数氧化沟的剩余污泥量：=130.3m3/d，污泥含水P率取为99.5%，浓缩后污泥含水率97%污泥浓度C为6g/L，污泥固体通量M采用30kg/(m2·d)污泥浓缩时间18T，初沉池剩余污泥含水率95%，不用进行浓缩处理。6.2.2设计计算⑴浓缩池尺寸式中：C——流入浓缩池的剩余污泥浓度，本设计取6g/L Q——二沉池流入剩余污泥流量（m3/h），G——固体通量，一般采用30（2）浓缩池的直径，（3）总高度的计算工作高度取h2=0.3m,h3=0.3m则（4）浓缩后剩余污泥量（5）排泥管采用污泥管道最小管径DN150mm，间歇将污泥排出贮泥池。浓缩设备采用周边驱动单臂旋转式刮泥机，并配置栅条以利于污泥的浓缩。6.2污泥消化系统设计计算消化池计算草图如图（1）污泥量的确定初沉池污泥量为79.2m3/d，剩余污泥量为21.7 m3/d，则总污泥量为100.9 m3/d。（2）消化池容积式中：Q——污泥量（m3/d）P——投配率（%），中温消化时一级消化池采用5%-8%,本设计取5%。n——消化池个数，本设计设置2座。(3)各部分尺寸确定：消化池直径D采用20m，集气罩直径d1=2m,高h1=1m，池底锥底直径d2=2m,上锥体高，消化池柱体高度h3取6m，下锥体高消化池总高度为：H=h1+h2+h3+h4=1+1.5+6+1.5=10m柱体容积下锥体容积上盖容积：消化池有效容积>2018m3，符合设计要求.6.3贮泥池设计计算浓缩后的剩余污泥和初沉池污泥进入贮泥池，然后经投污泥泵进入消化池处理系统。本设计采用1座贮泥池。（1）污泥量的计算初沉池污泥量为79.2m3/d，浓缩后的二沉池污泥为21.7m3/d。每日产生污泥量：消化后含水为92%，则（2）贮泥池容积：周期为1d，则（3）尺寸取池深H=2m,则，则，则取D=6.0m。（4）搅拌设搅拌机一台，功率为10Kw。6.4脱水机选择（1）压滤机过滤流量为57.6m3，,选择DY-3000型带式压滤机1台。（2）加药量设计流量为57.6m3，选用絮凝剂PAM，投加量以干重的0.4%计，则七．污水处理厂的平面布置7.1总平面布置原则①处理构筑物与设施的布置应顺应流程、集中紧凑，以便于节约用地和运行管理。②工艺构筑物（或设施）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、周围的重要或敏感建筑物等）。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，保证安全畅道，美化厂区环境。7.2具体布置见附图八．污水厂的高程布置8.1污水厂的高程布置污水处理厂高程布置的任务是：确定各处理构筑物和泵房等的标高，选定各连接管渠的尺寸并决定其标高。计算决定各部分的水面标高，以使污水能按处理流程在处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理厂的正常运行。8.1.1控制点高程的确定1.进厂管流量为0.56m3/S，选用800mm的钢筋混凝土圆管.8.1.2各处理构筑物及连接管渠的水头损失计算污水处理厂的水流常依靠重力流动，以减少运行费用。为此，必须精确计算其水头损失（初步设计或扩初设计时，精度要求可较低）。水头损失包括：（1）水流流过各处理构筑物的水头损失，包括从进池到出池的所有水头损失在内；在作初步设计时可按下表估算。(2)水流流过连接前后两构筑物的管道(包括配水设备)的水头损失，包括沿程与局部水头损失。(3)水流流过量水设备的水头损失。构筑物水头损失表名称。