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作业)(污水处理厂工艺设计及计算


污水处理厂工艺设计及计算
一、 工程概况
随着人口的增加,G 市因原污水厂处理能力不足,因此拟新建一座市政污水厂,设 计日处理量为 8 万吨。 污水来源为市区城市污水 (包括生活污水和部分工业废水) , 水质为典型城市污水水质, 处理后水质要求满足 GB28918-2002 标准, 纳污河段水质 标准为《地面水环境质量标准》中的Ⅳ标准。该说地面较平坦,厂区面积

足够。

二、 设计资料
1、 水量水质资料 污水设计流量为 8 万 t/d,污水流量总变化系数取 1.2;起进水水质如下表 污水进水水质表 BOD5 COD SS TN NH3-N 项目 Mg/l Mg/l Mg/l Mg/l Mg/l 单位 150 300 200 35 30 数值
污水处理后的水质要求达到 GB18918-2002 中一级标准的 B 标准,具体数值入下表

BOD5 项目 Mg/l 单位 20 数值 2、 气象水文资料

污水出水水质表 COD SS Mg/l Mg/l 60 20

TN Mg/l 10

NH3-N Mg/l 5

风向:多年主导风向为东北风; 气温:最冷月平均气温为-5℃ 最高月平均气温为 35℃ 极端气温:最高为 42℃ ,最低为-12℃,最大冻土深度为-0.25m 水文:多年平均降雨量为 850mm/a 多年平均蒸发量为 990mm/a 地下水平均埋深为-0.7~-0.8m

3、 厂区地形
污水厂选址区域平均海拔为 150~152m 之间,平均地面标高为 151.5m。地面 平均坡度为 0.1~0.2%,地势走向为西北高东南低。厂区建筑面积足够。

三、 设计依据
1、《水处理工程》 (张奎,中国建设工业出版社) 2、《水处理工程师手册》 (唐受印 戴友芝等,化学工业出版社) 3、室外排水工程设计规范 4、给水排水设计手册,第六册 5、《污水处理厂工业设计手册》 (高俊发 王社平,化学工业出版社)

四、设计要点
1、城市排水系统为暗管系统,且有中途泵站,仅在泵前格栅间设计中格栅,进厂管 道管底标高为-4.0m(相对污水处理厂平整后地面标高); 2、该市采用合流制排水系统,污水流量总变化系数为 Kz=1.2;

3、曝气池工艺之前,各种构筑物均按最大日最大时流量设计,曝气池工艺之后(包 括曝气池工艺)构筑物按平均日平均时流量计算,各种设备选型计算按最大日最大 时流量计算,灌渠设计流量按最大日最大时流量设计; 4、曝气池采用推流式,穿孔管鼓风机曝气; 5、每个构筑物不应小于两组,且考虑同时使用进行设计。

五、处理工艺的选择
1、常用的几种城市污水处理工艺 (1)、传统活性污泥工艺 活性污泥工艺是污水处理的主要工艺,传统活性污泥工艺采用中等污泥负荷,曝气池为连续推 流式。若只要求去除有机污染物时,传统活性污泥工艺仍是一种可行的选择。对传统活性污 泥工艺进行的各种改进,产生了很多种不同的活性污泥工艺。一些工艺较传统工艺处理功能 增强,一些工艺运行更加稳定,而另外一些工艺的费用大大降低或运行更加方便。这些改进可 以分为:池形的改进、运行方式的改进、曝气方式的改进、生物学方面的改进以及投加填料 等几个方面。 (2)、氧化沟 氧化沟是活性污泥法的一种变型,其曝气池呈封闭的沟渠型,故它在水力流态上不同于传统的 活性污泥法。它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠,污水渗入其中得到净化,最早的氧化沟渠 是加以护坡处理的土沟渠,是间歇进水间歇曝气的。从这一点上来说,氧化沟最早是以序批方 式处理污水的技术。氧化沟污水处理的整个过程如进水、曝气、沉淀、污泥稳定和出水等全 部集中在氧化沟内完成,最早的氧化沟不需另设初沉池、二沉池和污泥回流设备。随着处理 规模和范围逐渐扩大,通常采用延时曝气。连续进出水,所产生的微生物污泥在污水曝气净化 的同时得到稳定,不需设置初沉池和污泥消化池,处理设施大大简化
(3)、A/O 工艺 A/O 工艺也叫厌氧好氧工艺,A(Anacrobic)是厌氧段,用于脱氮除磷;O(Oxic)是好氧段,用于除 水中的有机物。 2、选择城市污水处理工艺时应着重考虑五个方面 (1).投资省。目前大部分污水处理项目都是国有资金投资的,我国是一个发展中国家,经济 发展所需资金缺口庞大,控制投资对国民经济可持续发展大有益处。 (2) .运行成本低。 运行成本是污水处理厂能否正常运行的重要因素,是选择处理工艺的主要 指标之一。 (3).占地少。土地资源是城市发展规划的重要因素。 (4).脱氮除磷效果好。随着我国大面积水体环境的富营养化,污水的脱氮除磷已经成为迫 切需要解决的问题。我国实施的国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)也明确规定了适 用于所有排污单位,非常严格地规定了磷酸盐排放标准和氨氮排放标准,这就意味着选择污 水处理工艺首先要考虑脱氮除磷的问题。 (5) .现代先进技术与环保工程的有机结合。 现代先进技术,尤其是计算机技术和自控系统设 备的出现和完善,为环保工程的发展提供了有力的支持。目前,国外发达国家的污水处理厂大 都采用先进的计算机管理和自控系统,保证了污水处理厂的正常运行和稳定合格地出水,而 我国在这方面还比较落后。计算机控制和管理也必将是我国城市污水处理厂发展的方向。 3、选择 A/O 工艺

A/O 工艺的优点与缺点 (1)流程简单,不需外加碳源和后曝气池,以原污水为碳源,建设和运行成本较低。 (2)反硝化在前、硝化在后,设内循环,以原污水中的有机物作为碳源,效果好,反硝化反应充分。 (3)曝气池在后,使反硝化残留物得以进一步去除,提高了处理水水质。 (4)A 段搅拌,只使污泥悬浮,而避免 DO 的增加。O 段的前段采用强曝气,后段减少气量,使内 循环液的 DO 含量降低,以保证 A 段的缺氧状态。 A/O 工艺的缺点 (1)由于没有独立的污泥回流系统而不能培养出具有独特功能的污泥,难降解物质的降解率较 低。 (2)若要提高脱氮效率,必须加大内循环比,因而加大运行费用。从外、内循环液来自曝气池, 含有一定的 DO,使 A 段难以保持理想的缺氧状态,影响反硝化效果,脱氮率很难达到 90%。 (3)影响因素:水力停留时间(硝化>6h,反硝化<2h)、 循环比 MLSS(>3000mg/L)、 污泥龄(>30d)、 N/MLSS 负荷率(<0.03)、进水总氮浓度(<30mg/L)。 根据本工程特征,综合权衡各方,选取 A/O 工艺,工艺流程图如下:

污水

格栅间

提升泵房

沉砂池

初沉池

A/O曝气池 回流污泥

二沉池

消毒池

出水

砂水分离器

沙泵

剩余污泥

污泥外运

污泥脱水机

贮泥池

浓缩池

集泥池

六、设计计算 1、 格栅
1.1 设计说明
栅条的断面主要根据过栅流速确定, 过栅流速一般为 0.6~1.0m/s, 槽内流速 0.5m/s 左右。 如果流速过大, 不仅过栅水头损失增加, 还可能将已截留在栅上的栅渣冲过格栅, 如果流速过小,栅槽内将发生沉淀。格栅栅条间隙拟定为 30.00mm。

1.2

设计流量:

a.日平均流量

Qd=80000t/d≈3333m3/h=0.926m3/s=926L/s Kz 取 1.4 b. 最大日、最大时流量 Qmax=Kz·Qd=1.2×3333m3/h=4000m3/h=1.111m3/s

1.3

设计参数:
栅前流速 ν1=1.0m/s 栅前部分长度:0.5m 单位栅渣量:ω1=0.05m3 栅渣/103m3 污水

栅条净间隙为 b=30.00mm 过栅流速 0.6m/s 格栅倾角δ =60°

1.4

设计计算:

1.4.1 格栅计算 说明: Qmax—最大设计流量,m3/s; α —格栅倾角,度(°); h—栅前水深,m; ν —污水的过栅流速,m/s。 栅条间隙数(n)为

n?

Qmax sin ? 1.111? sin 60? = ? 57.43 58条) (取 bhv 0.03? 1.0 ? 0.6

栅槽有效宽度( B ) 设计采用 ? 圆钢为栅条,即 S=0.01m。 10

B ? S (n ? 1) ? bn ? 0.01? (58 ? 1) ? 0.03? 58 =2.31(m)
通过格栅的水头损失 h2 h2 ? K ? h0
h0 ? ?

?2
2g

sin ?

h0—计算水头损失; g—重力加速度; K—格栅受污物堵塞使水头损失增大的倍数,一般取 3; ξ —阻力系数,其数值与格栅栅条的断面几何形状有关,对于圆形断面,
? s ?3 ? ? 1.79 ? ? ? ?b?
4

0.6 ? 0.01 ? 3 h 2 ? 3 ? 1.79 ? ? ? sin 60? ? 0.020(m) ? ? 2 ? 9.81 ? 0.03 ?
2

4

所以:栅后槽总高度 H H=h+h1+h2=1.0+0.5+0.020=1.520(m) 栅槽总长度 L

(h1—栅前渠超高,一般取 0.5m)

L1 ? L2 ?

B ? B1 2.31 ? 0.66 ? ? 2.267 m 2 ? tan ? 1 2 ? tan 20?

L1 ? 1.133 m 2 H 1 ? h ? h1 ? 1.0 ? 0.5 ? 1.50

L ? L1 ? L 2 ? 1.0 ? 0.5 ?
L1—进水渠长,m; B1—进水渠宽,;

H1 1.50 ? 1.717 ? 0.859 ? 1.0 ? 0.5 ? ? 5.766 m tan ? tan 60 ?
L2—栅槽与出水渠连接处渐窄部分长度,m; α 1—进水渐宽部分的展开角,一般取 20°。

图一

格栅简图

1.4.3 栅渣量计算 对于栅条间距 b=30.0mm 的中格栅,对于城市污水,每单位体积污水烂截污物为 W1=0.05m3/103m3,每日栅渣量为

W?

QmaxW1 ? 86400 1.111? 0.05? 86400 ? =4.0m3/d K z ? 1000 1.2 ? 1000

拦截污物量大于 0.3m3/d,宜采用机械清渣。

2、沉砂池
采用平流式沉砂池 1. 设计参数 设计流量:Q=1.111m3/s(设 2 组,分为 2 格) 设计流速:v=0.30m/s 水力停留时间:t=50s 2. 设计计算 (1)沉砂池长度: L=vt=0.30×50=1.5m (2)水流断面积: (两个每个两格,按照并联运行设计)

A=Q/v=1.111/0.30=3.703m2 (3)池总宽度: 设计 n=2 格,每格宽取 b=1.2m>0.6m,池总宽 B=2b=2.4m (4)有效水深: h2=A/B=3.703/2.4=1.543m (介于 0.25~1m 之间)

(5)贮泥区所需容积:设计 T=2d,即考虑排泥间隔天数为 2 天,则每个沉 砂斗容积

V ?

Q1T ? 86400 1.111? 86400? 2 ? 3 x ? ? 0.6m 3 5 5 4 K10 8 ? 1.2 ? 10

(设两个沉砂池,每个 2 个格共有 8 个沉砂斗) 其中 X1:城市污水沉砂量 3m3/105m3, K:污水流量总变化系数 1.2 (6)沉砂斗各部分尺寸及容积: 设计斗底宽 a1=1.0m,斗壁与水平面的倾角为 60°,斗高 hd=0.5m, 则沉砂斗上口宽:

a?
沉砂斗容积:

2hd 2 ? 0.5 ? a1 ? ? 1.0 ? 1.58m tan60? tan60?

V?

hd 0.5 2 (2a 2 ? 2aa1 ? 2a1 ) ? (2 ? 1.582 ? 2 ? 1.58 ? 1.0 ? 2 ? 12 ) ? 0.84m 3 6 6

(略大于 V1=0.6m3,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,坡向沉砂斗长度为
L2 ? L ? 2a 7.5 ? 2 ? 1.58 ? ? 2.17 m 2 2

则沉泥区高度为 h3=hd+0.06L2 =0.5+0.06×2.17=0.63m 池总高度 H :设超高 h1=0.3m, H=h1+h2+h3=0.3+1.543+0.63=2.473m (8)校核最小流量时的流速: 最小流量即平均日流量

Q 平均日=Q/K=0.926/1.2=0.772m3/s 则 vmin=Q 平均日/A=0.772/3.703=0.21>0.15m/s,符合要求 (9)计算草图如下:

进水

出水

图4 平流式沉砂池计算草图

3、初沉池
3.1 采用中心进水辐流式沉淀池:

图四
3.2 设计参数:

初沉池简图

沉淀池个数 n=2; 水力表面负荷 q’=1m3/(m2h); 出水堰负荷 1.7L/s· m(146.88m /m· d); 沉淀时间 T=2h; h 3为缓冲层高度,取 .5m;h 5为挂泥板高度,取 .5m。 污泥斗下半 0 0 径 r2=1m,上半径 r1=2m;剩余污泥含水率 P1=99.2% 3.2.1 设计计算: 3.2.1.1 池表面积

3

A?

Q 4000 ? ? 2000m 2 q' 2
A 2000 ? ? 1000 m 2 n 2

3.2.1.2 单池面积

A单池 ?

3.2.1.3 池直径

D?

4 A单池

?

?

4 ? 1000

?

? 35.7m(取36m)

3.2.1.4 沉淀部分有效水深(h2) 混合液在分离区泥水分离,该区存在絮凝和沉淀两个过程,分离区的沉淀过程会 受进水的紊流影响,取

h2 = qt = 2 × 2 = 4

3.2.1.5 沉淀池部分有效容积

V?

?D 2
4

? h2 ?

3.14 ? 362 ? 4 ? 4069 44m 3 . 4

3.2.1.6 沉淀池坡底落差 (取池底坡度 i=0.05)

?D ? ? 36 ? h4 ? i ? ? ? r1 ? ? 0.05? ? ? 2 ? ? 0.55m ?2 ? ? 2 ?
3.2.1.7 沉淀池周边(有效)水深

H 0 ? h2 ? h3 ? h4 ? 4 ? 0.5 ? 0.5 ? 5.0m ? 4.0m (
3.2.1.8 污泥斗容积

D 36 ? ? 9.0 ? 6, 满足规定) H0 4

污泥斗高度h 6 ? (r1 ? r2 ) ? tg? ? (2 ? 1) ? tg600 ? 1.73m
3.2.1.9 沉淀池总高度 H=0.55+5+1.73=7.3m

4、A/O
1.有效容积(V) 设:日平均时流量为 Q=80000m3/d=926L/s BOD 污泥负荷 Ns=0.15KgBOD5/(kgMLSS· d)

污泥指数:SVI=80 回流污泥浓度:Xr=106/SVI×r(r=1)=12500mg/L 污泥回流比为:R=50%
1 曝气池内混合污泥浓度:MLSS =R/(1+R)×Xr= 1 ? 0.5 ×12500=4166.67

mg/L 则:

V?

QS a Ns X

?

80000 ? (150 ? 20 ) ? 1 6 6 3 9 . 取1 6 6 4 0 ) 3 (99 m 0.15 ? 4166 .67

2.缺氧池与好氧池的体积 设:缺氧池与好氧池的体积比为 1:3,分两组 则:缺氧池的体积为 2080m3 好氧池的体积为 6240m3 设:有效水深为 6m 则:缺氧池面积 346.67m2 好氧池面积 1040m2 缺氧池的宽为 10m,每格深为 5m,长为 35m 好氧池的宽为 20m,每格深为 10m,长为 52m 好氧池长宽比为 52/10=6.2,在 5-10 之间,符合要求 宽深比为 10/5=2.0 在 1-2 之间,符合要求 3.污水停留时间 t?
V =16639.98×24/80000=4.99h Q

A 段停留时间是 1.25h,O 段停留时间是 3.74h,符合要求。 4.剩余污泥量 W=aQ 平 Sa-bVXr+0.5Q 平 Sr (1)降解 BOD5 生成的污泥量 W1=aQ 平 Sa=0.6×80000(0.15-0.02)=6240kg/d (2)内源呼吸分解泥量

Xr=0.75×12500=9375mg/L,(fx=0.75) W2=bVXr=0.05×16640×9.375=7800kg/d (3)不可生物降解和悬浮物的量 W3=0.5Q 平 Sr=0.5×80000×(0.15-0.02)=5200kg/d (4)剩余污泥量为 W=W1-W2+W3=6420-7800+5200=3820kg/d 湿污泥的体积 污泥含水率为 P=99.2% QS ? 5.污泥龄为 θc ?
VXr 16639 .99 ? 9.375 ? =40.94>10d(符合要求) Xw 3820

W 3820 ? =600m3/d 1000(1 ? P) 1000(1 ? 0.992)

6.计算需氧量 查得:每去除 1kgBOD5 需氧 1.0-1.3kg,取 1.2kg,去除 1kgN 需氧 4.6kg 则:碳氧化硝化需氧量 1.2×80000×(0.15-0.02)+4.6×(0.03-0.005)×80000=21680kg 反硝化 1gN 需 2.9 克 BOD5 由于利用污水 BOD 作为碳源反硝化会消耗掉一部分的 BOD,这一部分 需氧为 2.9×(0.03-0.005)×80000=5800kg 则:实际需氧量为 21680-5800=15880kg/d=661.67 取 670kg/h K=1.4 最大时需氧量为:15880×1.4=22232kg/d=926.33 取 930kg/h 曝气方式采用机械曝气

5、二沉池 该沉淀池采用中心进水,周边出水的幅流式沉淀池,采用刮泥机。 1.设计参数 设计进水量:Q=10000 m3/d (八组) 表面负荷:qb 范围为 1.0—1.5 m3/ m2.h ,取 q=1.0 m3/ m2.h 固体负荷:qs =140 kg/ m2.d

水力停留时间(沉淀时间):T=2.0 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: A ?
Q 10000 ? ? 417 m2 qb 1 ? 24

(2)沉淀池直径: D ? 有效水深为

4A

?

?

4 ? 417 ? 23m ? 16m 3.14

h1=qbT=1.0 ? 2.0=2.0m<4m
D 23 ? ? 11.5 (介于 6~12) h1 2.0

(3)贮泥斗容积: 为了防止磷在池中发生厌氧释放,故贮泥时间采用 Tw=2h,二沉池污泥 区所需存泥容积:
2T (1 ? R)QX Vw ? w ? X ? Xr 2 ? 2 ? (1 ? 0.5) ? 10000 ? 4166 67 . 24 ? 625m 3 4166 67 ? 12500 .

则污泥区高度为

h2 ?
(4)二沉池总高度:

Vw 6 2 5 ? ? 1.5m A 417

取二沉池缓冲层高度 h3=0.4m,超高为 h4=0.3m 则池边总高度为 h=h1+h2+h3+h4=2.0+1.5+0.4+0.3=4.2m 设池底度为 i=0.05,则池底坡度降为
h5 ? b?d 23 ? 2 i? ? 0.05 ? 0.53m 2 2

则池中心总深度为 H=h+h5=4.2+0.53=4.73m (5)校核堰负荷:

径深比
D 23 ? ? 8.28 h1 ? h3 2.4 D 23 ? ? 5.22 h1 ? h2 ? h3 4.6

堰负荷
Q 10000 ? ? 138 m3 /(d .m) ? 1.6 L /( s.m) ? 2 L /( s.m) ?D 3.14 ? 23

以上各项均符合要求 (6)辐流式二沉池计算草图如下:

出水

进水 图6 辐流式沉淀池

排泥

出水

进水

图7

辐流式沉淀池计算草图

6、接触消毒池与加氯间 采用隔板式接触反应池 1.设计参数 设计流量:Q′=80000m3/d=926 L/s(设一座) 水力停留时间:T=0.5h=30min 设计投氯量为:ρ=4.0mg/L 平均水深:h=2.0m 隔板间隔:b=3.5m 2.设计计算 (1)接触池容积: V=Q′T=80000×0.5÷24=1667 m3

?表面积 A ?

V 1667 ? ? 834 m2 h 2

隔板数采用 8 个, 则廊道总宽为 B=(8+1) ? 3.5=31.5m 取 32m 接触池长度 L= L ? 长宽比
A 834 ? ? 26.47 m 取 27m B 31.5

L 27 ? ? 7 .7 b 3 .5
3

实际消毒池容积为 V′=BLh=12 ? 27 ? 8=2592m 池深取 2+0.3=2.3m (0.3m 为超高)

经校核均满足有效停留时间的要求 (2)加氯量计算: 设计最大加氯量为 ρmax=4.0mg/L,每日投氯量为 ω=ρmaxQ=4 ? 80000 ? 10-3=320kg/d=13.33kg/h 选用贮氯量为 120kg 的液氯钢瓶,每日加氯量为 8/3 瓶,共贮用 40 瓶, 每日加氯机八台,单台投氯量为 1.5~2.0kg/h。 配置注水泵两台,一用一备,要求注水量 Q=1—3m3/h,扬程不小于 10mH2O (3)混合装置: 在接触消毒池第一格和第二格起端设置混合搅拌机 2 台(立式),混合 搅拌机功率 N0

N0 ?

?QTG 2
3 ? 5 ? 102

?

1.06 ? 10?4 ? 0.926? 60 ? 5002 ? 1.0kW 3 ? 5 ? 102

实际选用 JWH 型机械混合搅拌机,浆板深度为 1.5m,浆叶直径为 0.31m,浆 叶宽度 0.9m,功率 1.0Kw 解除消毒池设计为纵向板流反应池。 在第一格每隔 3.8m 设纵向垂直折流板, 在第二格每隔 6.33m 设垂直折流板,第三格不设


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