水污染控制工程课程设计 2015

课程设计

题目某城市15×104m3/d污水处理厂

设计——格栅设计

学院资源与环境学院

专业环境工程（卓越工程师）

姓名李娟

学号20132124061

指导教师国伟林许伟颖

二O一六年七月十五日

学院资源与环境学院专业环境工程（卓越工程师）姓名李娟学号20132124061

题目某城市15×104m3/d污水处理厂设计——格栅设计

一、课程设计的内容

（1）污水处理厂的工艺流程比选，并对工艺构筑物选型做说明；

（2）主要处理设施格栅的工艺计算；

（3）确定污水处理厂平面和高程布置；

（4）绘制主要构筑物图纸。

二、课程设计应完成的工作

（1）确定合理的污水处理厂的工艺流程，并对所选择工艺构筑物选型做适当说明；

（2）确定污水处理厂格栅的尺寸，完成设计计算说明书；

（3）绘制污水处理厂格栅设计图纸。

学院资源与环境学院专业环境工程（卓越工程师）姓名李娟学号20132124061

题目某城市15×104m3/d污水处理厂设计——格栅设计

指导小组或指导教师评语：

评定成绩

2016年7月15日指导教师

目录

1 总论 (2)

1.1 设计任务和内容 (2)

1.2 基本资料 (2)

1.2.1 处理污水量及水质 (2)

1.2.2 处理要求 (2)

1.2.3 气象及水文资料 (2)

1.2.4 厂区地形 (2)

2 污水处理工艺流程确定 (3)

2.1确定处理工艺流程的原则 (3)

2.2污水处理工艺的流程 (3)

2.2.1活性污泥 (3)

2.2.2活性污泥法的基本概念与流程 (3)

3 处理构筑物设计 (5)

3.1格栅和泵房 (5)

3.1.1中格栅设计参数及规定 (5)

3.1.2细格栅设计参数及规定 (7)

3.1.3细格栅设计计算 (7)

3.2曝气沉砂池 (9)

3.3初沉池 (10)

3.4曝气池 (10)

3.5二沉池 (12)

3.5.1二沉池主要尺寸计算 (12)

3.5.2贮泥容积的计算 (14)

3.5.3 进出水设计 (14)

4 污水厂总图布置 (16)

4.1 污水厂水平布置 (16)

4.2 污水厂高程布置 (16)

4.2.1高程布置原则 (16)

总结 (19)

参考文献 (20)

1 总论

1.1 设计任务和内容

（1）确定污水处理厂的工艺流程，并对工艺构筑物选型做说明；

（2）主要处理设施（格栅、沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池等）的工艺计算；（3）确定污水处理厂平面和高程布置；

（4）每组完成各处理构筑物及平面布置图、高程图一套，每人至少绘制一张。1.2基本资料

1.2.1处理污水量及水质

表1处理污水量及水质要求

1.2.2 处理要求

污水经二级处理后应符合以下具体要求[1]：

COD Cr≦70 mg/L BOD5≦20 mg/L SS≦30 mg/L

1.2.3 气象及水文资料

风向：多年主导风向为北北东风；

气温：最冷月平均为5 ℃；最热月平均为32.5 ℃；极端气温，最高为41.9 ℃，最低为-1℃，最大冻土深度为0.05 m；

水文：降水量多年平均为每年728 mm；蒸发量多年平均为每年1210 mm；

地下水水位，地面下5-6 m。

1.2.4厂区地形

污水厂选址在64-66 m之间，平均地面标高为64.5 m。平均地面坡度为0.3%-0.5%地势为西北高，东南低。厂区征地面积为东西长380 m，南北长280 m。

2 污水处理工艺流程确定

2.1确定处理工艺流程的原则

城市污水处理的目的是使之达标排放或污水回用用于使环境不受污染，处理后出水回用于农田灌溉，城市景观或工业生产等，以节约水资源。

《城市污水处理及污染防治技术政策》对污水处理工艺的选择给出以下几项关于城镇污水处理工艺选择的准则[2]：

（1）城市污水处理工艺应根据处理规模、水质特征、受纳水体的环境功能及当地的实

情况和要求，经全面技术经济比较后优先确定；

（2）工艺选择的主要技术经济指标包括：处理单位水量投资，削减单位污染物投资，处理单位水量电耗和成本，削减单位污染物电耗和成本，占地面积，运行性能，可靠性，管理维护难易程度，总体环境效益;

（3）应切合实际地确定污水进水水质，优先工艺设计参数必须对污水的现状、水质特征、污染物构成进行详细调查或测定，做出合理的分析预测；

（4）在水质组成复杂或特殊时，进行污水处理工艺的动态试验，必要时应开展中试研究；

（5）积极地采用高效经济的新工艺，在国内首次应用的新工艺必须经过中试和生产性试验，提供可靠性设计参数，然后进行运用。

2.2污水处理工艺的流程

本厂污水拟采用传统活性污泥法工艺处理。

2.2.1活性污泥

活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。

向生活污水注入空气进行曝气，每天保留沉淀物，更换新鲜污水。这样，在持续一段时间后，在污水中即形成一种呈黄褐色的絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它易于沉淀于水分离，并使污水得到净化、澄清。这种絮凝体就是称为“活性污泥”[3]的生物污泥。

2.2.2活性污泥法的基本概念与流程

图1所示为活性污泥法处理系统的基本流程[4]。

图1活性污泥法处理系统的基本流程

系统是以活性污泥反应器—曝气池作为核心处理设备，此外还有二次沉淀池、污泥回流系统和曝气与空气扩散系统所组成。

再投入正式运行前，在曝气池内必须进行以污水作为培养基的活性污泥培养与驯化工作。

经初次沉淀池或水解酸化装置处理后的污水从一端进入曝气池，与此同时，从二次沉淀池连续回流的活性污泥，作为接种污泥，也与此同步进入曝气池。此外，从空压机站送来的压缩空气，通过干管和支管的管道系统和铺设在曝气池底部的空气扩散装置，以细小的气泡的形式进入污水中，其作用除向污水充氧外，还使曝气池内的污水、活性污泥处于剧烈的搅动的状态。活性污泥与污水相互混合、充分接触，使活性污泥反应得以正常进行。

这样，由污水、活性污泥和空气相互混合形成的液体，称为混合液[5]。

活性污泥反应进行的结果，污水中的有机及污染物得到降解、去除，污水得以净化，由于微生物的繁衍增殖，活性污泥本身也得到增长。

经过活性污泥净化作用[6]后的混合液由曝气池的另一端流出进入二次沉淀池，在这里进行固液分离，活性污泥通过沉淀与污水分离，澄清后的污水作为处理水排出系统。经过沉淀浓缩的污泥从沉淀池底部排出，其中一部分作为接种污泥回流曝气池，多余的一部分则作为剩余污泥排出系统。剩余污泥与在曝气池内增长的污泥，在数量上应保持平衡，使曝气池内得污泥浓度相对地保持在一个较为恒定的范围内。

活性污泥法处理系统，实质上是自然界水体自净的人工模拟，不是简单的模拟，而是经过人工强化的模拟。

3 处理构筑物设计

3.1格栅和泵房

3.1.1中格栅设计参数及规定

（1）中格栅间隙数中n 6319.003.070sin 8.1sin max ≈???=?=

hv b Q n 中中 式中

max Q ——最大设计流量，m3·s -1；

α——格栅倾角，70°；

v ——过栅流速，m/s ，取11-?=s m v ；

h ——栅前水深，取m h 9.0=；

中b ——栅条间隙，m

（2）栅槽宽度)(m B

栅槽宽度一般比格栅宽0.2～0.3 m ，本设计取0.25 m

m )(8.225.06303.0)163(01.025.0)1(=+?+-?=++-=中中bn n S B

（3）过水渠道渐宽部分的长度)(1m l

)(92.120tan 24.18.2tan 2111m B B l ≈?

-=-=α取1.9m 式中

1B ——过水渠道宽，m ，取1.4m ；

1α——渐宽部分展开角，°，取20°

（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度)(2m l

)(95.02

9.1212m l l === （5）过栅水头损失)(2m h

)(08.002m kh h ≈=

)(026.0sin 22

0m g v h ≈=αξ

56.0)(34≈=b

S βξ 式中

1h ——设计水头损失，m ；

0h ——计算水头损失，m ；

g ——重力加速度，m/s 2；

k ——系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般为3；

ξ——阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时形状系数β=2.42，将值代入β与ξ关系式即可得到阻力系数ξ的值。

（6）栅后槽总高度)(m H

m h h h H 28.108.03.09.021=++=++= 取m 3.1

栅槽前总高度)(1m H

)(2.13.09.011m h h H =+=+=

式中

1h ——栅前渠道超高，m ，取0.3 m

（7）栅槽总长度)(m L

m )(1.4)

70tan(4.115.07.04.1tan 15.0121≈?++++=++++=αH l l L （8）每日栅渣量)/(3d m W

)/(2.0)/(7.32

.1100002.08.186400100086400331max d m d m K W Q W Z ＞≈÷??== 说以需要采用机械清渣

式中

1W ——栅渣量，)(10/333污水m m ，

当格栅间隙为30～50 mm 时，1W =0.01～0.03，取1W =0.02)(10/333污水m m

3.1.2细格栅设计参数及规定

（1）每日最大流量，Q max =15?104m 3/d=1.8 m3·s -1。

（2）细格栅设置在污水提升泵之后，栅条间隙为1.51～20 mm 。

（3）为防止栅条间隙堵塞，过栅流速，一般采用0.6～1.0m·s -1。

（4）格栅间须设置工作台并高出栅前最高设计水位0.3 m ，并且应设有安全设施和冲洗设施；格栅间也要设置吊运设备以便进行格栅的检修和栅渣的日常清除。

（5）每日栅渣量＞0.2 m3时，适宜采用机械清渣。

（6）格栅的动力装置应设在室内或者要有其他的保护措施。

（7）栅条宽度取S=0.01 m 。

3.1.3细格栅设计计算-

（1）细格栅间隙数细n 12519.0005.0370sin 8.1sin max ≈????=?=

hv nb Q n 细细 式中

max Q ——最大设计流量，m/s ；

α——格栅倾角，°，70°；

v ——过栅流速，1-?s m ，取11-?=s m v ；

h ——栅前水深，m ；

细b ——栅条间隙，m ，取0.005 m 。

（2）栅槽宽度)(m B

栅槽宽度一般比格栅宽0.2～0.3 m ，本设计取0.2 m

m )(065.22.0125005.0)1125(01.02.0)1(=+?+-?=++-=细细bn n S B 取2.0 m

（3）过水渠道渐宽部分的长度)(1m l

)(82.020tan 24.10.2tan 2111m B B l ≈?

-=-=α 式中

1B ——过水渠道宽，m ，取1.4 m ；

1α——渐宽部分展开角，°，取20°。

（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度)(2m l

)(41.02

82.0212m l l ===取0.41 m （5）过栅水头损失)(1m h

)(9.03.0302m kh h =?==

)(3.070sin 8.9211.6sin 22

0m g v h ≈??=

=αξ 1.6)005

.001.0(42.2)(3434=?==b S βξ 式中

1h ——设计水头损失，m ；

0h ——计算水头损失，m ；

g ——重力加速度，2/s m ；

k ——系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般为3；

ξ——阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时形状系数β=2.42，将值代入β与ξ关系式即可得到阻力系数ξ的值。

（6）栅后槽总高度)(m H

)(1.29.03.09.021m h h h H =++=++=

栅槽前总高度)(1m H

)(2.13.09.011m h h H =+=+=

式中

2h ——栅前渠道超高，m ，取0.5 m 。

（7）栅槽总长度)(m L

m )(8.2)

70tan(4.115.028.055.0tan 15.0121≈?++++=++++=αH l l L （8）每日栅渣量)/(3d m W

)/(2.0)/(7.32

.1100002.08.186400100086400331max d m d m K W Q W Z ＞≈÷??== 所以应采用机械清渣。

式中

1W ——栅渣量，)(10/333污水m m ，

当格栅间隙为30～50mm 时，1W =0.01～0.03，取1W =0.02)(10/333污水m m 。

3.2曝气沉砂池

(1)总有效容积V

34

max 5.312min 3/3600

24101560*Q *60m s m t V =????== 式中：V ——曝气沉砂池总有效体积，m 3

Qmax ——最大设计流量，m 3/s

t ——最大设计流量时停留时间，min

(2)池断面面积A

24

max 36.17/1.0/3600241015m s

m s m v Q A =??== 式中：A ——池断面面积，m

v ——最大设计流量时的水平流速，m/s

(3)池总宽度B 取有效水深H 为3.0 m

m m

m H A B 79.50.336.172

=== 式中：B ——池总宽度，m

H ——有效水深，m

沉沙池分为两格（即n=2)，则每格宽度b

m m B b 895.22

79.52=== (4)池长L

m m

m A V L 00.1836.175.31223

=== 平面尺寸：m m L B 00.1879.5?=?

3.3初沉池

（1）沉淀区的表面积A

由表取q=2.0， m 3/（ m 2 . h ）

2max 0..28260

.236005700.1A m q Q =?==

（2）沉淀区有效水深 设污水在沉淀池内的沉淀时间t 为2 h.

则沉淀池的有效水深 h 2=t=2?2=4.0 m

（3）沉淀区有效容积V=A·h 2=2826.0×4.0=11304 m 3

（4）沉淀区长度L=v·t×3.6=5×2×3.6=36 m, L/ h 2=36/4=9>8,满足要求

（5）沉淀区总宽度B=A/L=2826.0/36=78.5 m

（6）沉淀池的数量，分为12格，则每格b=78.5/12=6.5417 m

取两格为一座沉淀池，

L/b=36/6.5417=5.50374>4, L/h=36/4=9>8

（7）沉淀池的总高度

1234H=h +h +h +h =12344'''(0.3 3.960.5 6.060.255)11.08h h h h h m m ++++=++++=

3.4曝气池

1、曝气池体积

设计4组曝气池，每组曝气池的体积为：

318750.244687.6V m =÷=

每组曝气池的深度为5米，则每组曝气池的面积为：

24687.65937.5S m =÷=

2、曝气池宽度

设计宽度为7米

1.4B H =，介于1~2之间，满足设计规范要求。 3、曝气池长度

937.51347

S L m B === 4、曝气池平面形式

本次设计其为三廊道式，则每个廊道的长度为：'134345L m =÷≈， 满足设计规范要求。

示例如图：

图2曝气池结构图

5、设计曝气池超高0.5 m ，所以曝气池总体高度为： '0 5.5L L L m =+=

曝气池容积V ： ()S

Q La Lt V XN -= 式中：Q ——设计流量取12.5×104 m 3/d 。 ()4312.5101702018750.23333.30.3

V m ??-==? 6、水力停留时间

（1）理想停留时间m t ：

m V t Q

=18750.21250000.15 3.6d h =÷== （2）实际停留时间s t ： ()1s V t R Q =+ ()18750.20.10 2.410.5125000

d h ===+? 7、曝气池高程设计

水力学公式计算：

2/3

H

??

=

式中：

H——堰上水头；

m——流量系数，m =0.32；

b——堰宽；

g——重力加速度；

Q——设计流量。

考虑到水流变化影响，曝气池进水口、回流污泥入口、出水口应该按最大流量设计。对于进水口：

3

1.45/

Q m s

=

H

2/3

1.59m

==

对于污泥回流管：

3

1.16/

Q m s

=

H

2/3

1.39m

==

对于出水管：

3

1.45/

Q m s

=

H

2/3

1.61m

==

3.5二沉池

计选用n=3座辐流式沉淀池。

3.5.1二沉池主要尺寸计算：

Q max=15×104m3/d=6250 m3/h

Q 平=6250÷1.2=5208 m 3/h

（1）单池的流量为：

Q i =Q max /n=5208/3=1736 m 3/h

（2）单个二沉池的表面积：

Ai=Qi/q=1736m 3/h/1.0=1736 m 2

式中：

A ——池表面积，m 2；

Qi ——单池设计流量，m 3/h;

q ——表面负荷，本设计1.0 m 3/m 2 h 。

（3）二沉池的直径：

0.4714

.317364i

A =?==πD ，本设计取47m （4）沉淀部分水面面积:

F=Q max /nq=6250/3×1.0=2083 m 2

（5）沉淀池有效水深 取沉淀时间为T=2.5 h R=80 %

h 2'=q×T=1.0×2.5=2.5 m;

（6）污泥区高度：

h 2"=2T(1+R)X×Q 0/6×24(X+X r )A i =2×2×1.8×3.2×15×104/6×24×12.2×1736=1.13 m X--曝气池中活性污泥浓度，取3.2 g/L;

X r --回流污泥浓度，取9.0 g/L

（7）缓冲层高度：h 3=0.3 m:

则二沉池的池边水深为：h 2=h 2'+h2"+h3=2.5+1.13+0.3=3.93 m 径深比校核：D/h 2=48/3.93=12.2(合格）

（8）二沉池池底高度的计算及刮泥设备的选择：

池底坡度选择为：i=0.05; 污泥斗下口直径选为:D 2=2 m ，上口直径为: D 1=4m;

低坡落差：h 4=[(D-D 1)/2]×0.05=[(48-4)/2]×0.05=1.10 m

所以：刮泥设备选择ZBG-40型双周边传动刮泥机 ； 污泥斗高度为：h 5=[(D 1-D 2)/2]×tan60=[(4-2)/2]×1.73=1.73 m;

二沉池的总水深计算：超高取h 1=0.3m ；

则H=h 1+h 2+h 4+h 5=0.3+3.93+1.10+1.73=7.06 m;

3.5.2贮泥容积的计算：

r 1=D 1/2=4/2=2m r 2=D 2/2=2/2=1m R=D/2=48/2=24 m

（1）污泥斗的容积：

V 1=πh 5/3×(r 12+r 1r 2+r 22)=3.14×1.73/3×(22+2×1+11)=12.7 m 3

（2）污泥斗以上圆锥部分的体积：

V 2=πh 4/3×(R 2+R×r 1+r 12)=3.14×1.10/3×(242+24×2+22)=723.0 m 3;

（3）沉淀池可储存的污泥体积为：

V=V 1+V 2=12.7m 3+723m 3=735.7 m 3;

3.5.3进出水设计：

二沉池的进水采用配水井，分别往3座沉淀池均匀进水；

（1） 配水井中心管径：

134v Q D i π==4

.014.348.04??=1.24m; 式中： v 1—中心管内污水流速，m/s ，0.2≤v 1≤0.5, 取0.4m/s ； Q i —集配水井的设计流量，m 3/s, Qi=1736÷3600=0.48m 3/s;

(2) 配水井的直径 ()??? ??+=23244D v Q D i π=()

??????+??224.16.014.348.04=1.60m; 式中

v 2—配水井内污水流速，m/s,0.5≤v 2≤0.8, 取v 2=0.6m/s ； Q i —集配水井的设计流量，m 3/s;

(3) 集水井的直径:

()?

?

?

?

?

+

=24

3

5

4

D

v

Q

D i

π

=()?

?

?

?

?

+

?

?

2

60

.1

3.0

14

.3

48

.0

4

=2.14m 本设计取2.2m;

式中：

v3—集水井内污水流速，m/s,0.2≤v3≤0.4，取0.3m/s；

（4）溢流堰：

配水井中心管的污水通过薄壁堰溢流到配水井，薄壁堰的过流量公式为：

式中：

q i—集配水井的设计流量，m3/s;

m—薄壁堰的流量系数，取 0.45；

b—堰宽，m,b=πD3=π×1.24=3.89 m;

H —堰上水深，m ;

将上式变换得,薄壁堰堰上水头为:

H=()322

/g

mb

Q i=()328.92

89

.3

45

.0/

45

.0?

?

?=0.15 m;

4 污水厂总图布置

4.1 污水厂水平布置

污水处理厂平面设计的任务是对各单元处理构筑物与辅助设施等的相对位置进行平面布置，包括处理构筑物与辅助构筑物（如泵站、配水井等），各种管线，辅助建筑物（如鼓风机房、办公楼、变电站等），以及道路，绿化等。

污水处理厂平面布置的合理与否直接影响用地面积、日常的运行管理与维修条件，以及周围地区的环境卫生等。进行平面布置时，应综合考虑工艺流程与高程布置中的相关问题，在处理工艺流程不变的前提下，可根据具体情况做适当调整，如修正单元处理构筑物的数目或池型。污水处理厂的平面布置应遵循如下基本原则[7]：（1）处理构筑物与生活、管理设施宜分别集中布置，其位置和朝向力求合理，生活、管理设施应与处理构筑物保持一定距离。功能分区明确，配置得当，一般可按照厂前区、污水处理区和污泥处理区设置。

（2）处理构筑物宜按流程顺序布置，应充分利用原有地形，尽量做到土方量平衡。构筑物之间的管线应短捷，避免迂回曲折，做到水流通畅。

（3）处理构筑物之间的距离应满足管线（闸阀）敷设施工的要求，并应使操作运行和检修方便。对于特殊构筑物（如消化池、贮气池）与其他构筑物之间的距离，应符合国家《建筑设计防火规范》以及地方现行防火规范的规定。

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