环境工程课程设计

污水 设计

本溪北台课程设计设计内容

一、总论

1. 设计任务和内容

本溪北台管道公司，是生产球墨铸管的专业工厂，其生产的管道规格从Ф100mm~1000mm。目前，公司年生产能力为40万吨，产品不仅供应国内企业单位使用，还出口到其他国家和地区。随着市场对球墨铸管的需求不断增加，公司每年的产量也将逐渐扩大。在球墨铸管的生产工序中，需要在管道内壁衬水泥砂浆，一是为了防腐，二是为了提高耐磨性，最终目的是为了提高铸管的使用寿命。在整个生产过程中，有两个工段生产废水：一是离心内衬过程，有部分水泥砂浆外溅，形成剩余的水泥砂浆进入生产排水系统；其次，对内衬成型的管道，为了保证其内壁的光滑，减少管道输送阻力，需要进行内研磨。为了消除内研磨过程中产生的粉尘及对研磨工具的保护，需喷水降尘、降湿，此部分废水浓度高、粒度细。根据公司提供的材料，整个生产车间日排放工业废水3000m³，故本次废水治理项目按3000m³/d进行设计。

注：考虑本厂中有职工300人，由于职工方面宿舍、食堂、洗澡堂排放的污水也要进行处理，值得注意的是生活污水和工厂废水不是一起处理，而是采取将生活污水单独处理的方式进行处理。

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2. 基础资料

废水水质

根据公司提供的测试数据，废水中主要含有：SS=5000㎎/L，COD=150㎎/L，pH=12~13。

处理要求

根据实验室小型实验报告，该废水经过自然沉淀和混凝沉淀可达到辽宁省综合排放标准：

SS<100㎎/L，COD<50㎎/L，pH=6~9。

处理工艺流程

废水→平流沉淀池（沉砂堆放）→深水井（泵前加H2SO4）→混合搅拌槽（加混凝剂、管道混合）→涡流反应器→斜管沉淀池（污泥堆放）→出水（回用）

气象与水文资料

风向：多年主导风向为北风东北风；

冬季室外平均风速：2.6m/s；

夏季室外平均风速：2.4m/s;

风载荷：0.4kN/m2；

雪载荷：0.45kN/m2。

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气温：最冷月平均为-20.5℃；冬季室外采暖计算温度为-19℃； 最热月平均为28.7℃；夏季室外通风计算温度为28℃； 冬季室外通风计算温度：-12℃；

极端气温：最高为33.5℃；最低为-35.6℃；

冬季室外通风计算温度：-12℃。

水文：降水量多年平均为每年825mm；

蒸发量多年平均为每年938mm；

地下水水位，地面下5~6m；

最大冻土深度：1.2m；

地震设计：7度。

厂区地形

废水处理车间位于生产车间北侧，海拔标高76m，为平地建厂。

3. 工艺流程和设备选择

工艺流程比较及选择

在此次设计初期我们供选用两种工艺流程：

第一种工艺流程：废水→平流沉淀池（沉砂堆放）→深水井（泵前加H2SO4）→混合搅拌槽（加混凝剂、管道混合）→涡流反应器→

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斜管沉淀池（污泥堆放）→出水（回用）

第二种工艺流程：污水→分流闸井→格栅间→污水泵房→出水井→计量槽→沉砂池→初沉池→曝气池→二沉池→消毒池→出水 注：本次课程设计不涉及填埋场堆放设计。

工艺比较：

由以上的第一种工艺流程基本上可知：此种工艺流程适宜处理有机物含量不是很高，但SS含量很高的场合，由加混凝剂可知，此种废水当中含有部分胶体；

由以上第二种工艺流程基本上可知此流程是属于采用活性污泥法工艺出污水的流程设计步骤，活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流（此步骤省略）和剩余污泥处理系统组成，活性污泥法属于生化处理技术，是通过微生物的新陈代谢作用，将废水中的有机物的一部分转化为微生物的细胞物质，另一部风转化为比较稳定的化学物质（无机物和简单有机物）的方法。在绝大多数的情况下，生物处理的主要作用对象（即充当微生物营养基质的化学物质）为可生化的有机物；仅在个别的情况下，生物处理的主要对象可以是无机物（如好养条件下进行的硝化处理对象是氮，厌氧条件进行的反硝化处理对象是硝酸盐）。

又由一设计任务及设计内容可知：SS=5000㎎/L，COD=150㎎/L，pH=12~13。此设计中，废水中主要含有无机污染物，其中大部分为粗分散系，其余部分为胶体。故在进行以上两种工艺流程的比较后，我们选择第一种工艺流程，正满足处理此种废水的处理要求。

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4. 设备选择及功能介绍：

格栅选择：

格栅是用一组平行的刚性栅条制成的框架，可以用它来拦截水中的大块漂浮物。格栅通常倾斜设在其他处理建筑物之前或集水池进水口处的渠道中，以防漂浮物阻塞构筑物的孔道、闸门和管道或损坏水渠等机械设备。因此，要在处理初期采用格栅处理设备以起着净化水质和保护设备的双重作用。

平流沉淀池：

平流沉淀池主要除去大的粗的颗粒物，其可分为入流去、沉降区、出流区、污水区和缓冲区五个功能区。入流区和出流区的作用是进行配水和集水，使水流均匀分布在各个过流断面上，为提高溶剂利用系数和固体颗粒的沉降提供尽可能稳定的水利条件。沉降区是可沉颗粒与水分离区域。污泥区是泥渣贮存、浓缩和排放的区域。缓冲层分隔沉降区和污泥区的水层，防止泥渣受水流泥渣冲刷而重新浮起。 深水井：

深水井主要在此工艺流程中起到过渡作用，可以调节水量。 搅拌槽：

搅拌槽主要起到配液的作用，在搅拌槽中加入混凝剂，使药剂得到充分混合，使其与胶体同时完成混合的构筑物。

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涡流反应器：

涡流反应器主要是用来完成胶体与混凝剂絮凝的反应仪器。废水在槽中的净化是由混凝剂和原水中的微粒的混凝、料浆中的悬浮泥渣对为絮粒的接触絮凝以及泥渣的沉降分离的过程来完成的。 斜板沉淀池：

斜板沉淀池是根据浅层沉降理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管，以提高沉淀效率的一种新型沉淀池。它具有沉淀效率高、停留时间段、占地面积少等优点，在废水处理、微细物浆体的浓缩、含油废水的隔油等方面取得了广泛的应用、斜板（管）沉淀池由斜板（管）沉淀区、进水区、出水区、缓冲区和污泥区组成。

按斜板或斜板间水流与污泥的相对运动方向来区分，斜管沉淀池分为同向流和异向流两种。在污水处理中广泛适用的是升流式异向斜板沉淀池。

5. 工艺流程论证说明

平流沉淀池的选择论证：

平流沉淀池主要除去大的粗的颗粒物，其可分为入流区、沉降区、出流区、污水区和缓冲区5个功能区。入流区和出流区的作用是进行配水和集水，是水流均匀分布在各个过流断面上，为提高溶剂利用系数和固体颗粒的沉降提供尽可能稳定的水利条件。沉降区是可沉颗粒与水分离区域。污泥区是泥渣贮存、浓缩和排放的区域。缓冲区分隔

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沉降区和污泥区的水层，防止泥渣受水流泥渣冲刷而重新浮起。 综上论述可知：选择平流沉淀池处理粗的大的颗粒物相对来说较好。 斜管沉淀池的选择论证：

斜板沉淀池是根据浅层沉降理论，在沉淀池的沉淀区加斜板或斜管，以提高沉淀效率的一种新型沉淀池。它具有沉淀效率高、停留时间短、占地面积少等优点，在废水处理、微细物料浆的浓缩、含油废水的隔油等方面取得了广泛的应用。斜板（管）沉淀池由斜板（管）沉淀区、进水区、出水区、缓冲区和污泥区组成。

按斜板或斜板间水流与污泥的相对运动方向来区分，斜管沉淀池分为同向流和异向流两种。在污水处理中广泛适用的是升流式异向斜板沉淀池。

综上所述可知：采用斜管沉淀池处理细的颗粒物比较好，且适用。 采用H2SO4调节pH值的原因：

在本次设计中所主要处理的废水对象是生产球墨铸管的过程中产生的废水，通过对废水的测定可知废水pH值在12~13，所以需要用酸来中和才不至于影响以后的处理，而在该废水中令水呈碱性的物质主要是无机物，所以在处理过程中也采用无机的酸性物质来中和，目前在投酸处理碱性废水时常用的酸性中和药剂主要有硫酸、盐酸及压缩二氧化碳，从这三种试剂的比较上看硫酸的中和效果好，沉淀效果佳，而且费用较少，相对来说是最优的选择。

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6. 采用FeH2SO4作为混凝剂的原因：

在混凝处理中，主要是通过压缩双电层和电性中和机理起作用的絮凝剂，通过吸附桥联机理起作用的絮凝剂。目前最常用的混凝剂有无机金属盐类和有极高分子聚合物两大类。本次设计中我们采用无机金属类的铁系。铁的聚合盐是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，与普通的铁、铝盐相比有投加剂量小、絮体生成快、对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少等一系列优点，所以选择采用FeH2SO4作为混凝剂。

二、生产车间设计

一、相关数据：

生产车间日排放量：Q=1000m3/d

废水水质：

根据公司提供的测试数据，废水中主要含有：

SS＝5000mg/L ， COD＝150mg/L ，pH＝12～13

处理要求

根据实验室小型试验报告，该废水经过自然沉淀和混凝沉淀即可达到辽宁省综合排放标准：

SS<100mg/L ， COD<50mg/L ， pH＝6~9

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二、处理工艺流程

根据试验结果和现场观测，废水中主要含有无机污染物，其中大部分为粗分散系，其余部分为胶体。所以，本次课程设计直接确定采用如下工艺流程：

废水i格栅i平流沉淀池（沉砂堆放）i深水井（泵前加H2SO4）混合搅拌槽（加混凝剂、管道混合）i涡流反应器i斜管沉淀池（污泥堆放）i出水（回用）

注：本次课程设计不涉及填埋堆放场设计。

三、计算过程

1、生产车间排水管（明渠）设计

设计参数：L＝200m ，i＝5％。

设计计算：

流量Q=1000m3/d,取总变化系数为1.2，

则实际流量最大值：1200m3/d

明渠采用矩形断面，混凝土材料，粗糙系数n=0.014

流速应满足：0.4m/s<v<3m/s

取流速v=0.6m/s

明渠计算公式：Q=wv

则断面积：

A=Q/v=1200/24/3600/0.6=0.023m2

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取b=500mm，h1=A/b=0.023/0.5=0.046m

2、格栅或筛网设计

由于悬浮物较少，不设格栅，采用筛网，人工清渣。

3、平流沉淀池

⑴设计参数：

参见试验报告,在有效水深为3m的沉降柱，对水泥砂浆工业废水做静水沉降试验，获得的自由沉降试验结果见表3－2。

表3—2 自由沉降试验结果表

————————————————————————————— 沉降时间t（min） 0 15 30 45 60 90 180 沉降速度u(m/min) 0.2 0.1 0.07 0.05 0.02 0.01 P＝C/CO 1 0.85 0.74 0.58 0.42 0.3 0.25

绘制沉降速度分布曲线:

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设计计算内容

确定沉降末速u0＝0.02m/min，

P0=30% ET=[(1-p0)+ udp]=1-0.30+0.0062/0.05=70.5% u0

水力负荷q0＝u0＝1.2m3/m2.h 取沉降时间t＝1.5h

面积A＝Q/ q0＝1200/24/60/0.02=41.6m2

有效水深H2＝q0t＝0.02×90=1.8m

有效容积V＝41.6×1.8=74.88m3

设水平流速为1mm/s

池长L2=vt=2×0.001×90×60=10.8m

池宽B＝41.6/10.8=3.85m 二池池宽b=1.93m

校核长宽比：10.8/1.93=5.6>4

平流沉淀池：10.8×2*1.93×1.8

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污泥斗容积计算：

C0=5000mg/L P=60% C=5000×（1-0.705）=1475mg/L ss=5000mg/L则 =1005kg/m3 T=1d 安全系数0.8 Vw=QT(C0-C)100 /0.8=13.2

(100-P)1000

漏斗设计：

本沉淀池很小，可以不设刮泥设备，而在沿池的长度方向设计多个泥斗，每个泥斗各自单独排泥，既不相互干扰，也有利于保证污泥浓度。

设共用六个污泥漏斗：

则每一个V=2.2 m3

取污泥高度为0.5m 上边长为3.16m 泥斗 壁倾斜角 =60°

则污泥漏斗体积为：

1/2×(3.16+3.16-2×0.5cot60°) ×1.93×0.5=2.77 m3>2.2 m3符合要求。

取保护高度h1=0.3m 缓冲层高度h3=0.5m 池子总高度H=h1+h2+h3+h4=0.3+1.8+0.5+0.5=3.1m

平流沉淀池：10.8×2*1.93×1.8

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平流沉淀池示意图

4、深水井设计

设深水池停留时间为1h

设井深H=10m

则V=Qt=1200/24=50m3 取r=1.5m D=3m r=V/ h=1.26m

5浓硫酸溶解槽

根据试验报告，采用浓H2SO4调节pH值，泵前加入。

深水井（H、V）设计；把浓硫酸配制成60％浓度再加入，根据试验要求，1m3废水加入浓硫酸2Kg。所以，应设计一个浓硫酸溶解槽。 每天配置一次

每天需要浓硫酸：M98%=1200×2=2400kg/d

每天需要60%的硫酸：M60%=2400×98/60=3920kg/d

每天需要水：M水=3920-2400=1520 kg/d

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已知浓硫酸和水的密度分别为1840kg/m3和1000 kg/m3

V98%硫酸=m/ =2400/1840=1.3 m3

V水= m/ =1520/1000=1.52 m3

需要槽的体积V=+=1.3+1.52=2.82 m3

取硫酸溶解槽体积为3m3

设计长为3m 宽为2m 高为0.5m

溶解槽尺寸3*2*0.5=3m3>2.82m3

6、混凝剂溶解槽设计

根据试验报告，采用硫酸亚铁作为混凝剂，1m3废水加入硫酸亚铁25g。所以，应设计两个混凝剂溶解槽，配药浓度10％。每日配药一次。

需要硫酸亚铁25×1200=30kg/d V=m=30/152/0.1=1.97 m3/d MC

忽略硫酸亚铁的体积，所以需要水的体积为：1.97m3/d

分两个溶解槽则每个溶解槽的蓄水量为0.99m3/d

取每个溶解槽的体积1.2m3

溶解槽的长为2m 宽为1m 高为0.6cm

混凝剂溶解槽:2*1*0.6=1.2m3>0.99m3

涡流反应器直接选取标准设备F＝2m（设计计算略）。

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7、斜管沉淀池

SS去除率：进入斜管沉淀池废水浓度C=1475mg/L

要求出水SS<100mg/L,设出水浓度为80mg/L

沉淀池效率为（1475-80）/1475=94.6%

（1） 斜板（管）之间间距一般不小于50mm，斜板（管）长一般在1.0-1.2m左右；

（2） 斜板的上层应有0.5-1.0m的水深，底部缓冲层高度为1.0m。斜板（管）下为废水分布区，一般高度不小于0.5m，布水区下部为污泥区；

（3） 池出水一般采用多排孔管集水，孔眼应在水面以下2cm处，防止漂浮物被带走；

（4） 废水在斜管内流速视不同废水而定，如处理生活污水，流速为0.5-0.7mm/s。

（5）斜板（管）与水平面呈60°角，斜板净距（或斜管孔径）一般为80～100mm。

参数设计：

取池内上升流速为4m/h

沉淀面积F=Qmax/q0=1200/24/4=12.5m2

池子平面设计 a=.5=3.5 取a=4m

斜管长区L=1m，倾角60°，则高h3=Lsin60°=0.87m,斜管上部水深

取h2=1m

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池内停留时间t=(h2+h3)/ q0=(1+0.87)/4=28.05min

取T=1d

污泥斗容积

C0=1475mg/L

P=60% C=80mg/L =1005kg/m3 安全系数0.8 T=1d Vw=QT(C0-C)100 /0.8=5.2m3

(100-P)1000

污泥斗设计：

取上底边为4m，倾角60°

取高h5=0.5m

则容积V=1/2×（4+4-2×0.5cot60°）×0.5×4=7.4m3>5.2m3符合要求

取保护高度h1=0.5m,缓冲层高度h4=0.5m

总高度h总=h1+h2+h3+h4+h5=0.5+1.0+0.87+0.5+0.5=3.37m

斜管沉淀池示意图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bz0m.html