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1、水质工程学课程设计一、 设计目的根据设计任务书中所给予的原始资料，对某些 小镇的污水处理厂进行设计。通过设计学会运用原始资料，确定污水处理方案的一般原则，熟悉有关构筑物的计算方法和了解设计步骤及规律，使学到的基本知识，理论知识和基本技能能得到一次综合性的训练。二、 设计内容1、 根据所提供的原始资料，确定污水所需要的处理程度，并选择处理方法。2、 根据污水处理程度结合污水厂的地形条件，选择污水、污泥的处理流程和处理构筑物。3、 对所选择的处理构筑物进行工艺设计计算，确定 形式和主要尺寸。4、 绘制污水厂的总体布置（包括平面布置和高程图）。5、 编写说明书。三、 设计原始资料1、 某小镇污水厂附
2、近地形图一张，该城镇人口数为 5 万人。2、 污水流量：日平均流量 Q=7500m3/d。日变化系数和时变化系数分别为Kd= 1.2,Kh= 1.33。 污水水质：平均水温为：23。处理前BOD5= 250mg/L, SS =330mg/L。污水经过二级处理后DO=2mg/L，处理后的污水排入附近河流。3、 水文及地质资料（1）污水厂附近最高洪水位260m，该河95%保证率的枯水量为1.5m3/s，河流流速为0.8m/s，夏季河水平均温度17，河水 中溶解氧为2 mg/L，河水中原有BOD5为3mg/L，悬浮物含量为59 mg/L.（2）4、 气象条件污水厂址地下水位距地表15m左右，土壤为砂
3、质粘土，抗压强度在1.5公斤/cm2以上。土壤年平均温度12，最低温度2。夏季主导风向为西南风，气压为730.2mm汞柱，年平均气温为15.1，冬季最低月平均温度为8。5、 其他资料厂区附近无大片农田。拟由省建筑公司施工，各种建筑材料均能供应。电力供应充足。四、 设计步骤及方法1、 根据给定的原始资料，确定污水厂的规模和污水设计水量、水质。由处理污水量可知，该污水厂属于小型污水处理厂。Qmax =QKhKd =75001.331.2/24=498.75 m3/h=138.54L/s：地表水环境质量标准：DO5mg/L（本课程设计中不考虑有毒物质），为满足DO5mg/L 要求，可根据氧垂曲线进行
4、计算求出 L 处理后。：城镇污水处理厂污染物排放标准，见下表：城镇污水处理厂污染物排放标准mg/L基本控制项目化学需氧量（COD）生化需氧量（BOD）悬浮物（SS）本设计要求为一级 B 标。一级标准（A/B）50/60 10/20 10/20二级标准（A/B）60/60 20/20 20/20三级标准（A/B）100/120 30/30 30/302、 确定污水处理程度：生化需氧量（BOD）的处理程度=（250-20）/250100%=92%：悬浮物（SS）的处理程度=（330-20）/330100%=93.9%3、 污水、污泥的处理方法及处理工艺：本课程设计采用如下工艺流程：污水格栅沉砂池初
5、沉池曝气沉淀池排水浓缩 脱水污泥外运4、 各处理单元构筑物计算、并绘出计算草图。：格栅栅条采用矩形断面 1050mm，过栅水头损失直接取 10cm，栅条间距取 e=20mm，过栅流速取 v=1.0m/s，格栅倾角=60，污水量 Qmax=138.54L/s，设格栅进水宽度 B1 =0.4m，则进水水深 h=0.35m。栅条间隙数：n=Qmaxsin/ehv=18.4119 个栅槽宽度：栅条宽度 S=10mmB=S（n-1）+en=0.56进水槽渐宽部分展开角 1=20故：l1=(B- B1)/2tan1=0.25m栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：l2 = l1/2=0.12m过栅水头损失
6、h1=0.1m栅后槽总高度：取栅前渠道超高 h2=0.3m，栅前槽高 H1=h+ h2=0.65m，H= h+ h1 +h2=0.75m栅槽总长度：L= l1+ l2+0.5+1.0+H/tan60=0.25+0.12+1.5+0.54=2.41m每日排渣量：W=QmaxW186400/( KhKd1000)=0.525 m3/d采用机械排清渣：沉砂池1）：沉砂池水流部分长度取最大流速 v=0.25m/s，最大流速的停留时间 t=40s，则水流部分长：L=vt=0.2540=10m2):水流断面积A=Qmax/v=0.139/0.25=0.556m23）：池总宽度B=A/h2=0.556/0.
7、4=1.39m沉砂池设 2 个，宽度为 0.695m4）：沉砂斗容积V=QX1t/100000=0.45 m35）：每个沉砂斗所需容积V0=V/n=0.45/4=0.1125 m36）：砂斗实际容积的计算设斗底宽 a1=0.3m、倾角 =60，斗高 h3=0.6m，则斗上口宽：Qmin = Qa=2 h3/tan60+a1=1.17m单斗实际容积：V0=0.36V0满足条件7）：沉砂池高h =h ，+il=0.6+0.053.83=0.79m338）：沉砂池总高度h=h1+h2+h3=0.3+0.4+0.79=1.49m9）验算/2=0.0695 m3/s平均Vmin= Qmin /(nW)=
8、0.0695/(10.41.17)=0.15m/s最小流速 Vmin0.15m/s,符合要求。：沉淀池（1） 沉淀区尺寸设计沉淀区有效水深 h2=qt=1.52=3m沉淀区有效容积 V1=Qmaxt=(75001.2 1.33/24)2=997.5 m3沉淀区长度：L=3.6vt=3.64.52=32.4m沉淀区总宽度：B=A/L=10.26m沉淀池分格数：n=B/b=10.26/1.71=6校核长宽比、长深比L/b=32.4/1.71=18.94;L/h2=32.4/3=10.88,符合要求。（2） 污泥区计算污泥量W=97.26 m3每座沉淀池的污泥量 W1=97.26/6=16.21m3
9、每座沉淀池两个污泥斗污泥斗容积：V1=8.22 m38.222=16.4416.21m3故每座沉淀池的污泥斗可储存 2d 的污泥量，满足要求。（3） 沉淀池总高度H=h1+h2+h3+h4=0.3+3+0.6+5.0=8.9m（4） 沉淀池总长度L=0.5+0.3+32.4=40.4m（5） 出水堰长度复核设一道倒流墙每池出水堰长度为：1.71+1222=49.71m出水负荷为：75001.21.331000/(86400649.71)=0.46 合格。：曝气池（1）污水处理程度的计算及曝气池的运行方式1） 污水处理程度的计算原污水的 BOD（S0）值为 250mg/L，经初沉池处理，BOD5
10、 按降低 25%考虑，则进入曝气池的污水，其 BOD5（Sa）值为：Sa=250（1-25%）=187.5mg/L，计算去除率，首先计算处理水中非溶解性BOD5 值，即：BOD5=7.1bXaCe=7.10.080.420=4.54mg/L处理水中非溶解性 BOD5 值为：20-4.54=15.46 mg/L去除率 =（150-15.46）/150100%=89.69%2） 曝气池的运行方式在本设计中考虑曝气池运行方式的灵活性和多样性，以传统活性污泥系统为基础。（2）（3）曝气池的计算与各部位尺寸的确定（曝气池按BOD 污泥负荷法计算）1） BOD 污泥负荷率的确定拟定采用的 BOD 污泥负荷
11、率为 0.3kg BOD5/(kgMLSSd)。但为稳妥计，需加以校核，校核公式为：Ns=k2Sef/=0.023215.460.75/89.69%=0.30 BOD5/(kgMLSSd)计算结果证明所取值是合适的。2） 确定混合液污泥浓度（X）根据已确定的 Ns 值，查得相应的 SVI 值为 100-120，取值 120则 X=Rr1000000/(1+R)SVI=1.250%1000000/(1.2+50%)120=3333mg/L3)确定曝气池容积V=QSa/XNs=7500150/(33330.3)=1125.1 m34)确定曝气池各部位尺寸设两组曝气池，每组容积为 1125.1/2=
12、562.55 m3池深取 3.5m，则每组曝气池的面积为 F=562.55/3.5=160.73 m2，池长 L=F/B=160.73/3.8=43.3m设五廊道式曝气池，廊道长 L1=L/5=8.66m取超高 0.3m,则池总高度为：3.5+0.3=3.8m曝气系统的计算与设计本设计采用鼓风曝气系统1） 平均时需氧量的计算O2=aQSr+bVXv=1050.0kg/d=43.75kg/h2)最大时需氧量的计算K=1.21.33 O2（max） =1424.4kg/d=59.35kg/h3)每日去除的 BOD5 值BOD5 =7500（187.5-20）/1000=1256.25kg/d4)去
13、除每 kgBOD 的需氧量O2=1050.0/1256.25=0.836kg O2 /kgBOD5)最大时需氧量与平均时需氧量之比O2（max）/ O2=1.36（4） 供气量的计算采用网状膜型中微孔扩散器，敷设于池底 0.2m 处，淹没水深 3.3m，计算温度定为 30，此时溶解氧饱和度为 7.63mg/L1)空气扩散器出口处的绝对压力 PbPb=1.013100000+9.83.31000=133640Pa2)空气离开曝气池面时，氧的百分比Ot=21(1- EA)/(79+21(1- EA)100%=18.43%（EA=12%）3） 曝气池混合液中平均氧饱和度Csb(T) =Cs (Pb/
14、202600+ Ot /42)=8.36mg/L4)换算为 20条件下，脱氧清水的充氧量，即R0 =79.66kg/h相对的最大时需氧量为：R0（max） =127.14kg/h5)曝气池平均时供气量Gs= 100R0/0.3 EA=2212.8 m3/h6)曝气池最大时供气量Gs=3531.6 m3/h7）去除每 kg BOD5 的供气量2212.824/1256.25=42.3 m3 空气/kgBOD8)每 m3 污水的供气量2212.824/7500=7.1 m3 空气/ m3 污水：浓缩池（1）污泥产量的计算剩余生物污泥量Xv= YQ(S0Se)+KdVXv=0.57500（250-2
15、0）/1000+0.061125.12500/1000=1031.265kg/d剩余非生物污泥Xs=Q(1- fbf)( C0Ce)=7500（1-0.70.75）（330-20）/1000=1104.375 kg/d剩余污泥总量X=Xv+Xs=2135.64kg/d取剩余污泥含水率 97%即固体浓度 C0=30kg/ m3，则剩余污泥含泥率为 3%所以剩余污泥量 Q=X/3=71.188 m3/d(2)浓缩池面积A=Q C0/Cu=71.8830/30=71.188 m3(3)浓缩池直径两个池子，每个面积为 35.6 m3 ，故 D=6.7m(4)浓缩池高浓缩池工作部分有效水深 h2=QT/
16、24A=1.25m（浓缩时间 T 取 30h）超高 h1=0.3m，缓冲高 h3=0.2m，浓缩池采用重力排泥，池斗壁与水平面角度 a=55，污泥斗下底直径 0.6m，则污泥斗高度 h4=（6.7-0.6）/2tan55=3.57m则浓缩池总高度 h=5.32m计算草图如下：带式压滤机脱水污泥经浓缩后含水率降低取 90%，由公式：得出：污泥量=2135.64（1-97%）/（1-90%）=640.692kg/d压滤机每天工作 8 小时，则脱水处理量为 640.692/8=80kg/h采用三台带式压滤机，两用一备。五、污水厂的平面布置污水厂平面布置原则如下：1）处理构筑物的布置应紧凑，节约用地；
17、2）处理构筑物应尽可能的按流程顺序布置，以避免管线迂回，同时应充分利用地形，减少土方量；3）经常有人工作的建筑物如办公，化验等用房应布置在夏季主导风向的上风一方；4）在布置总图时，应考虑安装充分的绿化地带；5）总图布置应考虑近远期结合；6）构筑物之间的距离应考虑敷设管道的位置，运转管理的需要和施工的要求，一般采用 510m ；7）处理构筑物应尽可能布置成单独的组合，以策安全，并方便管理；8）污水厂内管线很多，应综合考虑，避免发生矛盾，污水管和污泥管应尽可能考虑重力自流；9）污水厂内应设超越管线；具体布置见总平面图污水厂厂址的选择：对具体厂址的选择，须进行深入调查研究和详尽的技术经济比较。其一般
18、原则如下：1）厂址与规划居住区或公共建筑群的卫生防护距离应根据当地具体情况，与有关部门协商确定，一般不少于 300m。2）厂址应在城镇集中供水水源下游，至少500m。3）厂址应尽可能少占农田或不占良田，且便于农田灌溉和消纳污泥。4）厂址应尽可能设在城镇和工厂夏季主导风向的下方。5）厂址应设在地形有适当坡度的城镇下游地区，使污水有自流的可能，以节约动力消耗。6）厂址应考虑汛期不受洪水威胁。7）厂址的选择应考虑交通运输、水电供应地质、水文地质等条件。8）厂址的选择应结合城镇总体规划、考虑远景发展、留有充分扩建的余地。综上，本设计将污水厂设在镇区以外的东北方向、靠近河流处，在小镇地形图中的具体位置为
19、（Y：500X：900 地面高程为 271.0）周围六、污水厂的高程布置1）要保证污水在各构筑之间能顺利自流；2）污水厂的出水管高程，须保证不受洪水顶托；3）各处理构筑物的水头损失（包括进水渠的水头损失），可按下表估算本设计各构筑物水头损失取值如下：构筑物格栅平流沉淀池浓缩池水头损失（cm）15 30 30构筑物沉砂池曝气池水头损失(cm)2040污水厂附近最高洪水位 260m，取污水出水管的高程为 260.5m。取排水管跌水高度取 9.5m，采用两根排水管，V=69.27m/s，取排水管管径为 DN300mm 的铸铁圆管，查水力计算表的 i=0.00503，排水长度为 20m,则沿程损失取为
20、 0.1m故曝气池最低水位高程为：260.5+9.5+0.1=270.1m曝气池最高水位高程为：270.1+3.5=273.6m平流沉淀池出水位高程为：270.1+1=271.1m273.6 取 273.6m（1m 为地面高程变化）平流沉淀池进水位高程为：273.6+3.6=277.2m沉砂池出水水位高程为：273.6+4=277.6m277.2m 取 277.6m（4m 为地面高程变化）沉砂池进水水位高程为：277.6+0.4=278m格栅后水位高程为：277.6+1+0.35=278.95m格栅前水位高程为：278.95+0.1=279.05m七、污水厂的附属构筑物根据小型水厂运行经验，各构筑物尺寸取值如下：附属构筑物门卫室车库职工宿舍仓库浴室尺寸 L B(m m)5 310 815 10 20 1010 10附属构筑物办公楼机修室食堂锅炉房尺寸 L B(m m)20 1010 1015 1010 10