环境工程原理课程设计

Hunan Institute of Technology

环境工程原理课程设计

小城市生活污水处理设计

系 部：安全与环境工程学院

学生姓名： 欧阳素兰

指导教师： 周雯婧 职称 讲师

专 业： 环境工程

班 级： 环境1101班

完成时间： 2013年11月

摘 要

生活污水处理是采用物理的、化学的、生物的方法清除生活污水中含有的有机和无机杂质，使水质达到排放标准或重复使用要求的过程。一般先经过物理方法去除固体废物，本次设计中使用格栅，再经生物化学法将污水中的有机物质去除。污水经过格栅后，用水泵提升至曝气沉砂池，进一步去除与有机物粘附在一起的固体物质；污水依次进入初沉池和生物反应池，将水体中的有机物经生物化学作用分解；随后污水进入二沉池，二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使混合液澄清、浓缩和回流活性污泥；最后污水进入消毒池经消毒后排入水体；污泥进入污泥浓缩池和污泥脱水房处理。

关键字 格栅；曝气沉砂池；二沉池

2011届课程原理设计课题任务书

系：安全与环境工程学院 专业：环境工程 指导教师 课题名称 1、可行性方案的确定 内容及任务 2、格栅的设计及计算 3、污水处理流程的确定 4、曝气沉砂池的设计及计算 5、二次沉定池的设计及计算 周雯靖 学生姓名 中小城市生活污水课程原理设计 欧阳素兰 出水水质达到《城镇污水处理厂污染排放标准》一级A类。处理后排入水体。化拟达到的要求或技术指标 学需氧量（COD）50mg/L；生化需氧量（BOD5）10mg/L；悬浮物（SS）10mg/L；总氮（以N计）15mg/L；氨氮（以N计）5（8）mg/L, 括号外数值为水温＞120℃时的控制指标，括号内的数值为水温≤120℃时的控制指标。

目 录

第一章 设计任务 .........................................................1

1.1设计课题 ..........................................................1 1.2设计资料 ..........................................................1 1.3设计内容 ..........................................................1 1.4设计成果 ..........................................................1 1.5设计要求 ..........................................................1 第二章 处理工艺的选择与确定 .............................................2

2.1方案确定的原则 ....................................................2 2.2可行性方案的确定 ..................................................2

2.2.1 A/O 工艺 ....................................................2 2.2.2 A2/O工艺 ....................................................2 2.2.3 氧化沟 ......................................................2 2.2.4 SBR及其变型工艺 ............................................2 2.2.5最终工艺的确定 ..............................................3 2.3污水处理工艺流程的确定 ............................................3 2.4主要构筑物 ........................................................3 第三章 主要构筑物及设备的设计及计算 .....................................4

3.1格栅 ..............................................................4

3.1.1设计说明 ....................................................4 3.1.2格栅的水头损失 ..............................................5 3.1.3格栅的建筑设计 ..............................................5 3.2泵房 ..............................................................6

3.2.1泵的类型 ....................................................6 3.2.2泵的确定 ....................................................7 3.2.3泵房 ........................................................7 3.3 A2/O工艺 .........................................................7

3.3.1设计说明 ....................................................7 3.3.2设计内容 ....................................................8

3.3.2.1设计的主要技术参数 .....................................8 3.3.2.1主要构筑物参数选用与设计 ...............................8

3.3.2.2.1曝气沉砂池 .......................................8 3.3.2.2.2初沉池 ...........................................9 3.3.2.2.3 生物反应池 .......................................9 3.3.2.2.4二次沉淀池 .......................................9 3.3.2.2.5鼓风机房 ........................................10 3.3.2.2.6 回流污泥泵房 ....................................11 3.3.2.2.7接触消毒池 ......................................11 3.3.2.2.8加氯间及液氯储存间 ..............................11 3.3.2.2.9 浓缩池 ..........................................12 3.3.2.2.10污泥脱水机房 ...................................13

参考资料 ................................................................14

第一章 设计任务

1.1设计课题 生活污水处理设计 1.2设计资料

（1）设计日平均水量30000 m/d （2）总变化系数 K总=1.5

（3）设计水质(经24小时逐时取样混合后)污水水温10~25℃

（4）处理要求 出水水质达到《城镇污水处理厂污染排放标准》一级A类。处理后排入水体。

基本控制项目

化学需氧量（COD）50mg/L 生化需氧量（BOD5）10mg/L 悬浮物（SS）10mg/L 总氮（以N计）15mg/L

氨氮（以N计）5（8）mg/L 括号外数值为水温＞120℃时的控制指标，括号内的数值为水温≤120℃时的控制指标。

总磷（以P计）0.5mg/L 1.3设计内容

（1）工艺流程选择 （2）构筑物的工艺设计计算 （3）水力计算 （4）附属构筑物设计 1.4设计成果

设计说明说一份，图纸。 1.5设计要求

（1）设计参数选择合理

（2）设计说明书要求计算机打印出来，条理清楚，并要求附有设计计算示意图。 （3）图纸布局紧凑合理，可操作性强，表达准确、规范。标注即说明全部用宋体书写。

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3第二章 处理工艺的选择与确定

2.1方案确定的原则

城市污水处理的设计原则

1. 贯彻执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范及标准。 2. 从城市的实际情况出发，在城市总体规划的指导下，使工程建设与城市的发展相协调，既保护环境，又最大程度地发挥工程效益。

3. 根据设计进水水质和出厂水质要求，所选污水处理工艺力求技术先进、成熟、处理效果好、运行稳妥可靠、高效节能、经济合理、确保污水处理效果，减少工程投资及日常运行费用。

4. 妥善处理和处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂和污泥，避免造成二次污染。 5. 采用现代化技术手段，实现自动化控制和管理，做到技术可靠、经济合理。

2.2可行性方案的确定 2.2.1 A/O 工艺[1]

A/ O 工艺通过聚磷菌在厌氧和好氧状态的循环实现磷的去除。也有部分A/ O 工艺以缺氧或好氧方式运行, 通过硝化菌和反硝化菌实现脱氮。该工艺不需外加碳源脱氮, 又能充分实现反硝化且易于控制污泥膨胀, 投资和运行费用较低, 在我国污水处理厂中广泛使用。 2.2.2 A2/O工艺[2]

A2/O工艺在只有除磷功能的A/O工艺中添加了一个缺氧池, 能同步脱氮除磷, 操作简单、运行费用低, 所产生的剩余污泥量较一般生物处理系统少, 而且污泥沉降性能好, 易脱水。A2/O工艺是我国最常用的同步脱氮除磷工艺, 运行状况均较好。 2.2.3 氧化沟[3]

通过特殊的运行方式, 氧化沟创造了一定的溶解氧梯度, 使硝化和反硝化作用在氧化沟中交替发生而完成生物脱氮功能。氧化沟工艺流程简单、运行稳定、运行方式灵活、管理方便、处理费用低。由于采用了较低的BOD 负荷、较长水力停留时间以及独特的流动方式, 与其他工艺相比, 氧化沟有较强的耐冲击负荷能力、出水水质较好, 剩余污泥少且稳定, 构筑物少。 2.2.4 SBR及其变型工艺

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SBR工艺在自动控制程序的操纵下, 交替进行进水、缺氧搅拌、厌氧搅拌、曝气和沉淀滗水, 形成时间序列上的A2/O 系统, 高效、经济, 适用于中小水量, 对氮磷去除有特殊优势。多种类型的SBR 工艺在我国均有应用, 包括ICEAS 工艺、DAT-IAT 工艺、CASS 工艺、和UNITAN K 工艺。除了U NITANK工艺以外, 其余工艺为提高效率均在主反应区前增设了一个预反应区。 2.2.5最终工艺的确定

本次污水处理采用A/O工艺，本次设计的污水处理量较小，A/O工艺运行成本适宜，

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2

技术较为成熟。

2.3污水处理工艺流程的确定

机械格栅→泵房→曝气沙沉池→初沉池→生物反应池→二次沉淀池→鼓风机房→回流污泥泵房→接解消毒池→加氯间及氯液存储间→污泥浓缩池→污泥脱水房

2.4主要构筑物 1、格栅 2、初沉池 3、二沉池 4、污泥浓缩池 5、污泥脱水间

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第三章 主要构筑物及设备的设计及计算

3.1格栅 3.1.1设计说明

设计最大流量Qmax=(30000×1.5)/(24×60×60)=0.52 m/s

格珊设计需要注意的重点有：①水泵前格栅栅条间隙，应根据水泵允许通过污物的能力来确定。②污水处理系统设计中，设二道格栅，一般在泵房前设一道中格栅，在泵房后设一道细格栅。同时格栅栅条间隙应符合下列要求： （1）人工清除为25～40mm。 （2）机械清除为16～25mm。 （3）最大间隙40mm。

（4）栅渣量在无当地运行资料时，可采用经验数据，如下表3.1.1:

表3.1.1水泵泵型 [4]

3 水泵型号 离心泵 2.5WA 4PWA 6PWA 8PWA 轴流泵 202LB-70 282LB-7O 栅条间隙（mm） ≤20 ≤40 ≤70 ≤90 ≤60 ≤90 （5）格栅前渠道内的水流速度一般为0.4～0.9m/s，过栅流速一般为0.6～1.0m/s，格栅倾角一般为45～70°，而机械格栅一般为60～70°，特殊类型可达90°。 （6）放置格栅的沟度超过7m 宜选用钢丝绳型格栅机；深度在2m 或2m 以下宜采用弧格栅；中等深度宜采用链式除污机。

（7）栅条的高度一般按正常高水位决定，当前池内设有可靠的自动装置时，则栅条的高度应比正常高水位高出1.0m 以上，以增加安全度。如无可靠的自控设备，则栅条的高度应考虑非常高水位。

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（8）格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5m。其工作台两侧过道宽度不应小于0.7m，工作台正面过道宽度不应小于1.2～1.5m。工作台应有安全和冲洗设施.

本次设计采取机械清除，粗格栅间隙选择25mm；采用链式除污机，过栅流速v=0.6m/s,前池深设置为1.2m；安装倾角α=60°。

3.1.2格栅的水头损失

通过格栅的水头损失h2的计算：

h2=h0·k h0=ξv2·sinα·k/2g 公式3.1.2

式中：h0———计算水头损失，m；

v———污水流经格栅的速度，m/s；

ξ———阻力系数，其值与格栅栅条的断面几何形状有关；ξ=?（s/e）3/4，当为矩形断面时，?=2.42。

α———格栅的放置倾角； g———重力加速度，m/s2；

k———格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，k=3；

h2=[2.42(0.01/0.01)3/4×0.6×0.93×3]/(2×9.8)=0.12m

3.1.3格栅的建筑设计

n=（Qmax·sin?）/ (d.h·v) 公式3.1.3.1 =（0.52×0.93）/(0.025×1.2×0.6)=26.8（个）

n取27，则框架内的栅条数目为26个 式中：Qmax———最大设计流量，m/s

d———栅条间距，m h———栅前水深，m

v———污水流经格栅的速度，m/s 格栅的建筑宽度b 由下式决定：

b=s（n-1）+d·n（m） 公式3.1.3.2

式中：b———格栅的建筑宽度，m s———栅条宽度，m。取0.01 b=0.01×26+0.025×27=0.935m 栅后槽的总高度h 总由下式决定：

h总=h+h1+h2

式中：h———栅前水深，m；

h2———格栅的水头损失，m；

h1———格栅前渠道超高，一般h1=0.3m。

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3

h总=1.2+0.3+0.12=1.62m

格栅的总建筑长度L 由下式决定：

L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tgα（m） 公式3.1.3.3

式中：L1———进水渠道渐宽部位的长度，m。

L1= (b-b1)/( 2tgα)=（0.935-0.5）/（2×tg60°）=0.126m

b1———进水渠道宽度m

α1———进水渠道渐宽部位的展开角度，一般α1=20°

L2———格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度，一般 L2=0.5L1 H1———格栅前的渠道深度，取0.3m。

L=0.126+0.063+1.0+0.5+0.3/1.73=1.86m

每日栅渣量的计算

W= (Qmax·W1×86400)/(KZ×1000)（m/d） 公式3.1.3.4

式中：W1———栅渣量，取W1=0.1 m/(1000 m)；

K总———生活污水流量总变化系数。

W=0.52×0.1×86400/(1.5×1000)=3.34 m/d > 0.2 m/d

宜采用机械清渣方式。 3.2泵房 3.2.1泵的类型[5] 1、螺旋式离心泵

螺旋式离心泵是秘鲁在二十世纪六十年代设计出来的，这种泵的主要结构是装有螺旋离心式叶轮，开闭式叶轮中有一扭曲螺旋叶片，在锥形轮毂上由吸入口沿轴向延长，叶片的半径逐渐增大，形成螺旋式流道。壳体由吸入盖和蜗壳两部分组成。吸入盖部分的叶轮产生螺旋推进作用，蜗壳部分的叶轮产生离心作用，叶片进口的锐角部分将杂物导向轴心部分，在利用螺旋作用将杂物沿轴向推进，固态物质进入叶轮后受均衡的螺旋力作用沿螺旋叶片旋转形成的抛物面进入泵体，流动中液流无急剧变化，所以这种泵具有非常好的无堵塞性。 2、轴流泵

工作原理简介轴流泵是叶片式水泵的一种,其工作原理是电机通过主轴带动翼型叶轮旋转而产生向上的升力(即推力)将液体压向导叶,在压向导叶的过程中泵将液体动能转为压力能而使液体沿筒体压出。其比转数ns=3.65 nQ0.5/H0.75(式中ns为比转速)一般为500～1200,主要适用于大流量。轴流泵适应于大流量、低扬程的水体提升，需要配备的电机功率大。

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333333.2.2泵的确定

因其具有以下几个优点，综合考虑选定螺旋式离心泵。

（1）无堵塞性好:从叶片形成的大通道，加上进口导向和螺旋推进作用可以输，送含大颗粒及纤维物质的液体，输送的浓度比其他形式无堵塞泵高。

（2）无损性能好:固、液两相流体在受均衡的螺旋力作用向前推进，流动方向无突然变化，因而平衡流动。

（3）效率高:试验表明，螺旋式离心泵比同类杂质泵效率高5%以上，且在较大流量范围内保持高效率。

（4）功率曲线平坦:功率曲线随流量变化不大，一般无过载问题。

（5）具有较陡的扬程曲线:扬程—流量曲线近似于一条陡直线，对于扬程变化，流量变化坡度小，可保证运行稳定，这个特点非常适合污水处理场合。 3.2.3泵房

(1)设计说明 污水处理系统简单，故污水只考虑一次提升。

(2)设计选型 污水经消毒池后进入市政污水管道，消毒水面相对高程为±0.00m，则相应污泥浓缩池，二沉池，氧化区、厌氧区、好氧区，的水面相对标高为0.50、1.00、1、6m。 (3)设计参数

? 平均秒流量Q=356.16（l/s）。

? 最大秒流量Qmax=356.16×1.46=520（l/s）。

? 进水管管底标高31.624m，管径D=900mm，充满h/d=0.3，水面标高31.957m，地面标高38.300m。

④ 出水管提升后的水面标高38.800m经100m管长至污水处理构筑物。选择集水池与机器间合建式的圆型泵站，考虑3台水泵（其中1台备用）。每台水泵的容量为Qmax/2=520/2=260（l/s）,集水池容积相当于采用一台泵6min的容量：W=260×60×6/1000=93.6（m）。有效水深采用H=2.0m，则集水池面积为46.8m。

3.3 A2/O工艺[6] 3.3.1设计说明

在我国污水处理技术中A2/O 生物脱氮除磷技术是近十年来发展起来的一种生物处理新工艺。我国自八十年代初开始进行污水A2/O 生物脱氮除磷技术的试验研究工作, 其目的:一是为了防止水体富营养化, 改善水环境污染状况;二是为缺水城市和地区探索污水处理与回用的新流程, 八十年代中期进入中间试验研究阶段, 目前已开始在较大规模的污水处理厂应用, 尤其是近几年来有很大的发展。

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323.3.2设计内容

3.3.2.1设计的主要技术参数[7] 水量：每日处理30000 m

表3.3.2.1水质指标表 [8]

3 进水水质(mg/l) 出水水质(mg/l) BOD SS TN NH4+-N TP 200 250 40 30 5 < 20 < 30 < 20 < 15 < 2

3.3.2.1主要构筑物参数选用与设计 3.3.2.2.1曝气沉砂池[9]

①设计说明 污水经螺旋泵提升后进入平流曝气沉砂池，共两组对称于提升泵房中轴线布置，每组一格。沉砂池池底采用多斗集砂，沉砂由螺旋离心泵自斗底抽送至高架砂水分离器，砂水分离通入压缩空气洗砂，污水回至提升泵前，净砂直接卸入自卸汽车外运。

设计流量为Qmax=1870 m3/h=0.52 m/s，设计水力停留时间t=2.0min，水平流速υ =0.085m/s，有效水深H1=2.50m。

②池体设计计算

V=Qmax×t/60=62.4 m

共两格，每格有效容积V1=V/2=31.2 m； 每格池平面面积为 Ai=V1/H1=32.1/2.5=13㎡； 沙沉池水流部分的长度（L）

L=υ×t=0.08×2.0×60=9.6m

L取10.0m；

则单格池宽 B1=Ai/L=1.3m； 每组池宽B=2B1=2.6m。

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333③曝气系统设计计算

采用鼓风曝气系统，罗茨鼓风机供风，穿孔管曝气； 设计曝气量q=0.2 m/ (m.h)；

空气用量Qa=qQmax=0.2×1872=374.4 m/h=6.2 m/min； 供气压力p=10.3Kpa；

穿孔管布置：于每格曝气沉砂池池长边两侧分别设置2根穿孔曝气管,每格2根，共4根。曝气管管径DN100mm，送风管管径DN150mm。 3.3.2.2.2初沉池

采用圆形辐流式沉淀池,中心进水周边出水,表面负荷为2.2m/㎡h,停留时间2h,全厂2个池,每个直径30m,周边水深3.5m,中央水深5.8m。 3.3.2.2.3 生物反应池

生物反应池按污泥负荷0.15KgBOD5/Kg·MLSS·d进行设计,反应时间8h,其中厌氧段1h,缺氧段2h,好氧段5h,MLSS3～4g/l,混合液回流比100～200%,活性污泥回流比40～100%,全厂分两个独立运行的单元,每单元分两个池体,每池设四个廊道,廊道宽9m,长60m,水深5.8m,每池有效容积为12500m,厌氧段和缺氧段内安装侧轴式潜水搅拌器,好氧段内安装HWB -3型微孔板曝气器。 3.3.2.2.4二次沉淀池

①设计说明

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[10]。

向心式辐流沉淀池，采用周边进水、周边出水，多年来的实际和理论分析，认为此种形式的辐流沉淀池，容积利用系数比普通沉淀池高17.4%，出水水质也能提高20.0%～24.2%（以出水SS和BOD5指标衡量）。

该污水厂设计采用周边进水周边出水辐流式沉淀池 设计流量Q=30000 m/d=1250 m/h； 表面负荷q=1.0 m/（m.d）； 水利停留时间T=2.0h； 设计污泥回流比R=50%-100%。 ②池体计算 I 沉淀池表面面积A

A=Q/q=1250/1.0=1250 m2

二沉池直径D=(1250?4)/?=40m

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3333333333选取D=40m

II 池体有效水深H1,二沉池有效水深为：

H1=qT =1.0×2.0=2.0m

III 存泥区所需容积Vw

氧化沟中混合液污泥浓度X=5000mg/L，设计污泥回流比采用R=75%，则回流污泥浓度为Xr=11666.7mg/L。 为保证污泥回流的浓度，污泥在二沉池的存泥时间不宜小于2.0h,即TW=2.0h。 二沉池污泥区所需存在泥泥容积为

Vw=[2Tw(1+R)QX]/(X+Xr)=[2×2(1+0.75) ×1250×5000]/(5000+11666.7)=2630 m IV则存泥区高度H2为

H2=Vw1/Ai=2630/1250=2.1m

V 二沉池总高度H，取二沉池缓冲层高度H3=0.4m，二沉池超高为H4=0.5m， 则二沉池边总高度H为

H=H1+H2+H3+H4=5.0m

设计设计二沉池池底坡度i=0.01，则池底坡降为H5=D-2.5×0.01/2m,池中心深度为∑H=H+H5=5.22m

池中心污泥斗深为H6=0.98m,则二沉池总深度H7为

H7=H+H6=6.2m

VI 校核径深比二沉池直径与水深之比为

D/(H1+H3)=40 /2.4=16.67

二沉池直径与池边总水深之比为

D/(H1+H2+H3)=40/4.5=8.89

符合要求。二沉池设计计算见图1

3.3.2.2.5鼓风机房

污水处理厂常用的鼓风机有罗茨鼓风机和离心鼓风机，它们有其各自的适用性。 ①罗茨鼓风机

是容积式气体压缩机，其特点是：强制流量，在设计压力范围内，管网阻力变化时其流量变化很小；在流量要求稳定而阻力变化幅度较大的工作场合，可予自动调节，故工作适应性较强。与离心风机相比价格低，而它的噪音大，存在润滑油向气缸渗漏的缺点，同时其风量调节只能采用变频调速和出风管放气，变频调速设备本身的价格比鼓风机价格还要高，出风管放气则造成能量浪费，因此只适用于小型污水处理厂。 ②离心鼓风机

是速度型，较容积式风机具有供气连续、运行平衡，效率高、结构简单、噪声低、外型尺寸及重量小、易损件少等优点。离心鼓风机又分为多级低速和单级高速，单级

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