化工原理泵A2O法处理城市污水的初步工艺设计.doc

1、 水污染控制工程课程设计目录引言11、设计内容和任务21.1、设计题目21.2、设计目的21.3、设计要求21.4、设计内容22.1、设计任务32.1.1、污水资料32.1.2、出水水质要求32、污水处理工艺流程说明42.1、工艺流程图42.2、 A/O法同步脱氮除磷工艺特点43、工艺流程设计计算53.1、设计流量：53.2、设备设计计算：53.2.1、中格栅53.2.2、细格栅73.2.3、提升泵房93.2.4、调节池103.2.5、平流式沉淀池113.2.6 、工艺153.2.7二沉池244、心得体会295、参考文献30引言本次课程设计采用的是A2/O法处理城市污水，A2/O可在一个处理系

2、统中同时具有厌氧区、缺氧区、好氧区，能够同时做到脱氮、除磷和有机物的降解。该工艺流程简洁，污泥在厌氧、缺氧、好氧环境中交替运行。丝状菌不能大量繁殖，污泥沉降性能好。该处理系统出水中磷浓度基本可达1mg/L以下，氨氮也可达到8mg/L以下。本课程设计是综合应用水污染控制工程和有关先修课程所学基础知识，以水处理构筑物和相关设备为主，进行水处理工艺设计的实践环节。通过这一环节，我们可以初步掌握水处理工艺设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、筛选公式和计算方法，用简洁文字、图表表示设计结果及制图等能力方面得到一次全面的实践锻炼。1、设计内容和任务1.1、设计题目A/O法处理城市污水的初步工艺设计1.

3、2、设计目的 巩固及深化对基本理论与基本概念的理解； 培养学生分析问题与解决问题的能力； 培养具有运用理论知识和已有图纸完成污水处理工程设计的初步能力。1.3、设计要求 工艺选择要求技术先进，在处理出水达到排放要求的基础上，鼓励采用新技术； 充分考虑污水处理与中水回用相结合； 除磷脱氮是工艺选择中关键之一，方案设计中必须全面考虑； 工程造价是工程经济比较的基础，控制工程总造价是小城镇生活污水处理技术之一； 工程运行管理方便，处理成本低。1.4、设计内容 根据原始资料，计算设计流量和水质污染浓度； 根据水质情况、地形和上述计算结果，确定污水处理方法和污水、污泥处理的流量以及有关的处理构筑物； 对

4、各构筑物进行工艺计算，确定其形式、数目和尺寸； 进行各处理构筑物的总体布置和污水与污泥处理流程的高程设计； 完成图纸的绘制（工艺流程图和主要构筑物图）； 设计说明书的编制2.1、设计任务2.1.1、污水资料表1.1水量（m3/d）BOD (mgL-1)COD (mgL-1)SS(mgL-1)TN (mgL-1)TP(mgL-1)2.510525037022035122.1.2、出水水质要求表1.2BOD (mgL-1)COD (mgL-1)SS(mgL-1)NH3-N (mgL-1)TP(mgL-1)206020812、污水处理工艺流程说明2.1、工艺流程图原污水中格栅细格栅污水提升泵调节池

5、平流沉淀池 A/A/O生物反应池 二沉池出水2.2、 A/O法同步脱氮除磷工艺特点 本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺； 在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虑，SVI值一般均小于100； 污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效； 运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，以不增加溶解氧为度，运行费用低。缺点： 除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P/BOD值高时更是如此； 脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高； 进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌

6、氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液对缺氧反映器的干扰。3、工艺流程设计计算3.1、设计流量： 平均流量：Qa=250000m3/d=10416.67m3/h=2.89 m3/s3.2、设备设计计算：3.2.1、中格栅格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。 图3.3.1中格栅计算草图设计规定： (1)水泵处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求： 1) 人工清除 2540mm 2) 机械清除 1625mm 3) 最大间隙 40mm (2)在大型污

7、水处理厂或泵站前原大型格栅(每日栅渣量大于),一般应采用机械清渣。 (3)格栅倾角一般用 。机械格栅倾角一般为 。(4)通过格栅的水头损失一般采用 0.080.15m。 (5)过栅流速一般采用 0.61.0m/s。设计计算：(1)设格栅前水深 h = 1.0m，过栅流速 v =0.9 m/s，栅条间隙宽度 b=0.04 m ，栅条倾角=60，格栅数 N=1，则栅条间隙数 n 为 设栅条宽度为 S = 0.01 m，则栅槽宽度 B 为 B=S(n-1)+bn=0.01(75-1)+0.0475=3.74m (2)水流通过格栅的水头损失为 式中 h 水流通过格栅的水头损失 ( m )； k 系数，

8、格栅受污堵塞后，水头损失增大倍数，一般 k = 3； 形状系数，本设计中，栅条采用迎水面为半圆的矩形，= 1.83； 将各参数数值代入上式，计算得，h = 0.0309m，取h = 0.05m (3)格栅总高度 H 为 H = h + +h 式中 栅前渠道超高，取0.3m 则栅槽总高度为 H = 1.0+0.3+0.05 =1.35m。 (4)栅槽总长度 L 为 式中 进水管渠道渐宽部分长度( m )；，为进水渠宽，计算得2.98m， 为进水渠展开角，一般用 20；=1.04m 栅槽与出水渠道渐缩长度( m )，=0.52m； 栅前槽高 ( m )，= +=1.0+0.3=1.3m； 将各参数

9、代入，计算得 L = 3.81 m。 (5)每日栅渣量W：设每日栅渣量为0.03m3/1000m3， 采用机械清渣。3.2.2、细格栅图3.3.3细格栅计算草图(1)设格栅前水深 h = 1.0m，过栅流速 v =0.9 m/s，栅条间隙宽度 b=0.009 m ，栅条倾角=60，格栅数 N=2，则栅条间隙数 n 为 设栅条宽度为 S = 0.005 m，则栅槽宽度 B 为 B=S(n-1)+bn=0.005(166-1)+0.009166=2.32m (2)水流通过格栅的水头损失为 式中 h 水流通过格栅的水头损失 ( m )； k 系数，格栅受污堵塞后，水头损失增大倍数，一般 k = 3；

10、 形状系数，本设计中，栅条采用迎水面为半圆的矩形，= 1.83； 将各参数数值代入上式，计算得，h = 0.09m，取h = 0.1m (3)格栅总高度 H 为 H = h + +h 式中 栅前渠道超高，取0.3m 则栅槽总高度为 H = 1.0+0.3 +0.1 =1.4m。 (4)栅槽总长度 L 为 式中 进水管渠道渐宽部分长度( m )；，为进水渠宽，计算得2.11m， 为进水渠展开角，一般用 20；=0.58m 栅槽与出水渠道渐缩长度( m )，=0.29m； 栅前槽高 ( m )，= +=1.0+0.3=1.3m； 将各参数代入，计算得 L = 3.12 m。 (5)每日栅渣量W：设

11、每日栅渣量为0.07m3/1000m3，采用机械清渣。3.2.3、提升泵房（一）泵的选择(1)泵站形式：(自灌式)考虑到场地地形、地势及水量采用半地下式方形泵站。(2)选泵原则：根据流量、扬程选择污水泵。（二）设计参数选定设计流量：Q=，泵房工程结构按远期流量设计,考虑选取8台潜水排污泵(6用2备)，则每台流量为：。（三）泵房设计计算采用A2/O工艺方案，污水处理系统简单，对于新建污水处理厂，工艺管线可以充分优化，故污水只考虑一次提升。污水经提升后入曝气沉砂池，然后自流通过A2/O池、接触池，最后由出水管道排出。各构筑物的水面标高和池底埋深见高程计算。污水提升前水位H1(既泵站吸水池最底水位)

12、,提升后水位H2(即出水井水面标高)。所以，提升净扬程Z=H2-H1水泵水头损失取H0从而需水泵扬程H=Z+H0再根据设计流量Q= =10416.67/h，采用QW系列潜水污水泵8台(6用2备)。该泵提升流量1800/h，扬程12m，转速980r/min，功率84kW,效率=70%。（四）集水池一、容积按一台泵最大流量时6min的出流量设计，则集水池的有效容积二、面积取有效水深，则面积将其设计为矩形同时为减少滞流和涡流可将集水池的四角设置成内圆角。并应设置相应的冲洗或清泥设施。三、泵位及安装潜水电泵直接置于集水池内，电泵检修采用移动吊架占地面积为816.6=132.8，高15.54m,泵房为半

13、地下式，地下埋深9.34m。 3.2.4、调节池 本次设计按连续进水进行设计调节池的调节容积按日处理量的30%50%计算，即相当于812倍的平均时水量(一)调节池平面尺寸设计由于水量大设计六个调节池，调节容积取日处理量的30%，即相当于8倍的平均时水量则每个调节池容积V=2500006248=13888.88()有效水深h=4 m则池子的面积F=Vh=13888.884=3472.2 () 调节池为圆形设计则调节池圆形直径D=66.7667(m)设超高h=0.5 m则池子总高度H=4+0.5=4.5 (m)（二）调节池提升泵选择在调节池的积水坑中安装2台自动搅匀潜污泵，一用一备，水泵的基本参数

14、为： 200h；杨程H=20m：配电机功率N=20KW初沉池密度大于水的悬浮物在重力的作用下出现下沉，从而实现泥水分离，使得污水得到净化。3.2.5、平流式沉淀池一、设计规定：设计流量应按分期建设考虑；沉淀池的个数或分格不应少于2个，比宜按并联系列设计；池的超高至少用0.3m；一般沉淀时间不小于1.0小时，有效水深多采用24m；沉淀池的缓冲层高度，一般用0.30.5m;污泥斗斜壁于水平面的倾角，方斗不宜小于，圆斗不宜小于初沉池的污泥区容积，一般按不小于2日的污泥量计算，采用机械排泥时，可按4小时的污泥量计算。说明：平流式沉淀池有沉淀效果好；对冲击负荷和水温变化的适应能力强；施工简易，造价较低的

15、优点。本设计采用平流式沉淀池。二、设计计算：（1）沉淀池总面积设表面负荷：，沉淀时间：t=2h则沉淀池的总面积： 取5210（2）沉淀池有效水深：（3）沉淀部分有效容积： 取20834（4）沉淀池长度取水平流速，沉淀池的总长度：（5）沉淀池的总宽度： 取145m（6）沉淀池个数设每个池宽度为沉淀池的个数： 取22个（7）校核：长宽比：；长深比：；经校核，设计符合要求。进水口处设置挡流板，距流入槽0.5m，出水口也设置挡流板，距出水口0.3m。平流式沉淀池的进水渠整流措施：出水口堰口和潜孔示意图如下：平流式沉淀池出口集水槽形式：（8）污泥容积取清除污泥的时间间隔为。进入池时的悬浮固体浓度为。设沉

16、淀池对悬浮固体的去除率为，则出水中的悬浮固体浓度为：取污泥含水率为，则污泥容积为：每个池的污泥部分所需的容积：（9）污泥斗的容积污泥斗的上口宽度为，下口宽度，选用圆斗斗壁和水平面的倾角为。则污泥斗的高度为：污泥斗上口的面积，下口的面积污泥斗的实际容积：（10）梯形部分容积取污泥斗上梯形的坡度，坡向污泥斗，梯形的高度：梯形部分的污泥容积：,梯形上下底边长，m（11）校核：污泥斗容积 (符合要求)设缓冲层的高度。（12）沉淀池的总高度：本设计取（13）计算结果：沉淀池长度：36m 沉淀池宽度：7m沉淀池高度：9.6m有效水深：4m3.2.6 、工艺一、设计流量Q=250 000m3/d（不考虑变化

17、系数）二、设计进水水质COD=370mg/L；BOD5(S0)=250mg/L；SS=220mg/L；TN=35mg/L；TP=12mg/L三、设计出水水质COD=60mg/L；BOD5(Se)=20mg/L；SS=20mg/L；NH3-N=8mg/L；TP=1mg/L四、设计计算(1)BOD5污泥负荷N=0.18kgBOD5/(kgMLSSd)(2)回流污泥浓度Xr=10000mg/L(3)污泥回流比R=0.5； 混合液回流比R1=2(4)混合液悬浮固体浓度(5)反应池容积V(6)反应池总水力停留时间(7)各段水力停留时间和容积厌氧：缺氧：好氧1：1：3厌氧池水力停留时间，池容缺氧池水力停留

18、时间，池容好氧池水力停留时间，池容 (8)反应池主要尺寸反应池总容积设反应池3座，每座设计2组并联。单组池容有效水深单组有效面积采用5廊道式推流式反应池，廊道宽单组反应池长度校核： (满足) (满足)取超高为1.0m，则反应计池总高(9)反应池进、出水系统计算进水管单组反应池进水管设计流量管道流速管道过水断面面积管径取进水管管径DN1100mm校核管道流速回流污泥渠道单组反应池回流污泥渠道设计流量QR渠道流速管道过水断面面积管径取回流污泥管管径DN600mm进水井反应池进水孔尺寸：进水孔过流量孔口流速孔口过水断面积孔口尺寸取进水竖井平面尺寸出水堰及出水竖井。按矩形堰流量公式：式中堰宽，H堰上水

19、头高，m出水竖井平面尺寸出水管单组反应池出水管设计流量管道流速管道过水断面积管径取出水管管径DN1500mm校核管道流速(11)曝气系统设计计算设计需氧量AOR。AOR（去除BOD5需氧量-剩余污泥中BOD5氧当量）+（NH3-N硝化需氧量-剩余污泥中NH3-N的氧当量）-反硝化脱氮产氧量每日产生的生物污泥量生物合成需氮量为折合每单位体积进水用于生物合成的氮量为：反硝化量所需去除氮量碳化需氧量D1硝化需要量D2反硝化脱氮产生的氧量总需要量去除1kgBOD5的需氧量标准需氧量采用鼓风曝气，微孔曝气器。选取HGB型橡胶膜微孔曝气器工作条件充氧能力服务面积f（m2）水 深H（m）风 量（m3/h）充

20、氧能力qc（kg/h）氧利用率（%）理论动力效率Ekg/（kwh）0.54.320.14822.97.3830.19820.156.2曝气器敷设于池底，距池底0.2m，淹没深度4.3m，氧转移效率EA20，计算温度T=25。好氧反应池平均时供气量所需空气压力p式中根据供气量和压力选用四台RF-350罗茨鼓风机（10) 曝气器数量计算(以单组反应池计算)按供氧能力计算所需曝气器数量。取工作风量为：（个）核算：曝气器实际风量：62579.33616396.36/h 曝气机实际服务面积：（11) 供风管道设计供风干管道采用环状布置。流量流速管径取干管管径DN700mm单侧供气(向单侧廊道供气)支管流

21、速管径取支管管径为DN400mm双侧供气流速管径取支管管径DN=600mm(12)厌氧池及缺氧池设备选择(以单组反应池计算)，厌氧池和缺氧池设导流墙，将厌氧池和缺氧池分成4格。每格内设潜水搅拌机1台，所需功率按池容计算。厌氧池有效容积缺氧池有效容积混合全池污水所需功率为选取8台TR221.57-4/12型潜水推流器。型号叶轮直径（mm）电动机功率（kW）转速（r/min）外形尺寸（mm）重量（kg）TR221.57-4/1218004.538130018001800300(13)污泥回流设备污泥回流比污泥回流量设回流污泥泵房1座，内设9台潜污泵(6用3备)单泵流量选取选取400QW-1250-

22、5-30型潜污泵扬程/m流量/(m3/h)转速/(r/min)轴功率/kw出口直径/mm效率/%512509803040078.9(14)混合液回流设备混合液回流泵混合液回流比混合液回流量设混合液回流泵房2座，每座泵房内设9台潜污泵(6用3备)单泵流量水泵扬程根据竖向流程确定。取扬程H=2m选取550QW-3500-7-110型潜污泵扬程/m流量/(m3/h)转速/(r/min)轴功率/kw出口直径/mm效率/%7350074511055077.5混合液回流管。混合液回流管设计泵房进水管设计流速采用管道过水断面积管径取泵房进水管管径DN1500mm校核管道流速（15) 泵房压力出水总管设计流量

23、设计流速采用3.2.7二沉池（一）池子主要尺寸计算沉淀池的表面积F 沉淀池直径D 本设计直径取47.1m，则半径为23.55m。沉淀池有效水深h2 : 径深比在612内，合乎要求污泥部分计算污泥部分所需容积Xr=10000mg/L式中，V1为污泥部分所需容积，m3；Q0为污水平均流量，m3/s，由原始资料可知Q0= 2.89m3/s；R为污泥回流比，取0.5；X为曝气池中污泥浓度，mg/L；Xr为二沉池排泥浓度，mg/L。SVI为污泥容积指数，一般为70150，取100；r为系数，一般常用1.2。沉淀池总高度 H=h1+h2+h3+h4+h5式中，H为沉淀池总高度，m；h1为沉淀池超高，m，一

24、般采用0.30.5；h2为沉淀池有效水深；h3为沉淀池缓冲层高度，m，一般采用0.3m；h4为沉淀池底部圆锥体高度，m；h5为沉淀池污泥区高度，m。本设计取沉淀池超高h1=0.3m，沉淀池缓冲层高度h3=0.3m。根据二沉池污泥的特点，采用机械刮吸泥机连续排泥，按构造要求在池底设一深度为0.5的污泥斗。池底坡度取0.05，r1取1.0。式中V1为污泥部分所需容积，m3；V2为沉淀池底部圆锥体容积，m3；F为沉淀池表面积，m2H=0.3+0.3+1.86+1.1275+4.5=8.08m H取8.1m（二）进水管计算单池设计流量Q:Q=2.89/4=0.72m3/s进水管设计流量Q1:Q1=Q+

25、RQ0=0.72+=1.09m3/s进水管管径D1:D1=800mm=0.8m流速v=（三）进水竖井计算进水井采用D2=2.0m，采用多孔配水，配水口尺寸，共设6个沿井壁均匀分布：流速V:，符合要求孔距L:（四）稳流筒计算筒中流速：v3=0.02m/s稳流筒过流面积：稳流筒直径D3：（五）出水槽计算每侧流量Q=2.89/2=1.45m3/s每水槽中流速：v=0.6m/s设集水槽宽B=0.8m槽内终点水深h2：h2=起点水深h1：h1= 设出水堰后自由跌落0.1m集水槽高度：0.1+3.04=3.14m 设计中取3.2m断面尺寸：出水堰设计采用出水三角堰，开口90，设堰个数为n，总流量为Q=0.

26、72m3/s，每个堰的流量为，水槽距池壁0.5m。集水堰外侧堰长L1: 集水堰内侧堰长L2: 集水堰总长度L: 设单个堰宽b:b=0.1m三角堰数量n：(个)单堰流量q：利用三角堰的计算公式：，得堰上水头h：h=0.26m出水堰负荷q0：根据规定二沉池出水堰上负荷在之间，故计算结果符合要求。出水管 出水管直径D=600mm 出水速度（六）排泥装置计算回流污泥量QR=5208.33Xr=10000mg/L=10kg/m3QS=19000/10/1.2/0.75/24=87.96Q总=Qs+QR=5293.30Q单=Q总/4=1324.07集泥槽沿整个池径为两边集泥，故其设计流量为：q=Q单/2=

27、622.04槽宽b=0.9q0.4=0.5m槽深h=b+0.3=0.8m取排泥管直径D=400mm=0.4m污泥流速v=4、心得体会水污染控制工程是环境工程专业的主干课程，它几乎涵盖了水污染处理的所有的基本处理原理，是每个学习环境工程专业的学生必须学习的一门主干课程。通过这次的水污染控制工程课程设计，我了解了一个污水处理厂基本的污水处理流程。我们在课后通过到图书馆查资料，上网查污水处理的相关信息。自己在电脑上将一个一个的文字敲入键盘。拿着计算器要算各种数据。在设计的过程中，我们遇到了很多问题，包括word里面的很多编辑技巧，excel里面的基本常用的函数调用，我们设计的方案只是一种，由于每个人

28、查找的文献不同，计算过程中采用的方法不同，加之每人的思维方式也存在着不同，所以即使对于同一个任务，也会有不同的解决答案。所以我们可以对自己的设计方案加以评估，在某个方面加以改进。我国是一个缺水大国，如何解决水资源短缺的问题已受到全世界人民共同关注的话题，作为一名学习环保的学生，我认为我有必要努力解决水资源短缺的责任，如何节约用水，将水循环起来使用，为更多的人创造更多的水资源，是我们每个环保工作者应该解决的问题。5、参考文献1 高延耀，顾国维，周琪主编.水污染控制工程第三版.北京：高等教育出版社，2007.72 黄维菊，魏星主编.污水处理工程设计第一版.北京：国防工业出版社，2008.103 孙体昌，娄金生主编.水污染控制工程第一版.北京：机械工业出版社，2009.64 张自杰主编.环境工程手册水污染防治卷.北京：高等教育出版社，1996 .30