《水污染控制工程课程设计》教学大纲.docx
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《水污染控制工程课程设计》教学大纲
《水污染控制工程课程设计》教学大纲
周数：
1学分：
1学期：
6
一、课程性质
实践教学环节。
二、任务目的
本课程是《水污染控制工程》课程的实践环节，通过课程设计加深学生对有关废水处理理论的理解，使学生掌握文献和设计资料使用方法，掌握水处理工艺选择、工艺计算的方法，掌握平面布置图、高程图及主要构筑物的绘制方法，掌握有关工程设计文件的编写方法，培养学生具备一定的工程制图和设计能力。
三、教学内容
3.1设计要求
1、根据提供的原始设计资料和设计要求，查阅相关文献资料，确定废水处理工艺流程；
2、对各构筑物和设备进行工艺计算；
3、对废水处理站的定型设备进行设计和选型；
4、编制设计说明书。
5、绘制废水处理站的平面布置图、高程图；
6、绘制主要构筑物和设备工艺图。
3.2提交成果
1、设计说明书1份；
2、平面布置图1张；
3、废水处理站高程图1张；
4、废水处理构筑物和设备图2-3张。
3.3教学内容
3.3.1工艺设计
本节是课程设计的核心，应尽可能编写详细些，文字力求简洁，原理分析透彻。
本节内容包括：
设计说明书、设计计算书和图纸设计。
〈一〉设计说明书
1.工程概况及设计依据（参看附件）
2.厂址选择
污水处理厂厂址的选择应结合城市的总体规划、地形、管网布置、环境保护的要求等因素综合考虑，必须进行现场踏勘，进行多方案的技术经济比较。
一般应考虑以下几个问题：
（1）地形地质条件是否有利于处理构筑物的平面与高程的布置及施工，地质条件指地基好，地下水位底，岩石较少；
（2）不受洪水威胁，否则应考虑防洪措施；
（3）少占农田，尽可能不占农田；
（4）考虑周围环境卫生条件。
废水处理厂应布置在城镇集中给水水源的下游，距城镇或生活区300米以上，并便于处理后废水的排放。
如不得已，处理厂下游有给水水源，则处理厂排放的废水与河水混合后到达给水取水点上游1公里处的河道内应符合地面水水质卫生标准。
废水处理厂尽可能设在夏季主风向的下方；
（5）管网基建费用最省；
（6）要有发展的可能性，留有扩建余地。
3.工艺流程的选择确定
水处理工艺流程的选择应根据原水水质与处理后排放水要求达到的水质之间的差距、处理规模、水处理试验资料、处理厂地区有关的具体条件等因素综合分析，进行合理的工艺组合。
要说清楚工艺原理和选择思路。
（1）污水处理厂的工艺流程
城镇污水处理厂的任务主要是降低城镇污水的生化需氧量和悬浮固体。
在考虑城镇污水厂的流程时，首先要根据具体情况确定污水要求的处理程度，然后以典型流程为参考，确定本厂流程。
再确定流程时，有时需作方案比较。
按照处理效率，污水厂可以分为三级：
初级处理厂，中级处理厂和高级处理厂。
初级处理一般指用沉淀法或各滤法等去除可沉固体和较粗大的悬浮固体，以降低污水的悬浮物和生化需氧量。
中级处理以往是指混凝沉淀法，但很少采用；现在生物处理法也可按中级处理（或称不完全生物处理）设计和运行。
高级处理一般指生物处理，高级污水处理厂通常由初级处理和生物处理的设施组成，这时，常称生物处理为二级处理；随着环境保护要求的提高，在有些情况下，废水的排放标准很高，二级处理已不能满足要求，因此，又提出了三级处理（或深度处理）的概念。
三级处理的含义和采用的具体方法目前还没有统一的说法。
有人认为是传统的生化法（即活性污泥法和生物膜法）再加活性炭吸附、离子交换、微滤、超滤等方法；也有人认为是采用两级生化法或一级高新生化技术（如氧化沟工艺）法。
（2）废水处理与利用的基本方法
分类
处理与利用的方法
处理对象
作用
物
理
法
化
学
法
生
物
法
调节
重力沉淀
分离隔油
法气浮
离心水力旋流器
分离
法离心机
格栅
筛网
过砂滤
滤布滤
法微滤
超滤、反渗
透
热蒸发
处理结晶
磁分离
加混凝
药中和
法氧化还原
化学沉淀
传蒸馏
吹脱
质萃取
吸附
法离子交换
电渗析
天然生农田灌溉
物处理养鱼塘
人工生生物膜法
物处理活性污泥
均衡水质水量
可沉物质
颗粒较大的油珠
乳状油和比重近于1的悬浮物
比重大的悬浮物，如铁皮、
砂等杂质
乳状物、纤维、纸浆、晶体等
粗大悬浮物
较小的悬浮物
细小悬浮物、乳状油
细小悬浮物、沉渣脱水
极细小悬浮物
某些分子、离子
高浓度酸、碱废液
可结晶物质，硫酸亚铁、黄血盐
弱磁性极细颗粒
胶体、乳状油
酸、碱
溶解性有害物质如CN、Cr、
Hg、Cd、S等
溶解性挥发物质，如单质酚
溶解性气体，如H2SCO2等
溶解性物质，如酚
溶解性物质，如酚、汞
可离解物质，盐类物质等
可离解物质，盐类物质等
胶体状和溶解性有机物质
胶体状和溶解性有机物质
胶体状和溶解性有机物质
胶体状和溶解性有机物质
预处理
预处理
预处理
中间处理
预处理
中间处理
预处理
预处理
中间或最终处理
中间或最终处理
最终处理
最终处理
最终处理
最终处理
最终处理
中间处理
中间或最终处理
最终处理
中间处理
中间处理
中间处理
最终处理
最终处理
最终处理
最终处理
最终处理
最终处理
最终处理
注：
表中“作用”一项是不严格的分类，仅作一般参考
4.构筑物选型说明
说明构筑物的类型、数量、规格尺寸、材料结构，若有配套设备，还应指明设备的种类、规格、型号、数量及运行方式。
5.工程预算概况
指明工程的总造价，基建费、设备费、材料费、设计费、运行调试费、人员管理费；并指出污水厂废水处理综合成本（元/吨废水）。
6.平面布置与高程布置简述。
（1）平面布置
污水处理厂的建筑可分为两大类：
生产性的处理构筑物和建筑物如泵站、鼓风机房、药剂间等；辅助性建筑物如化验室、修理间、仓库、办公室、值班室等。
在各构筑物和建筑物的个数和尺寸确定以后，根据工艺流程和它们的功能要求，结合本厂的地形和地质条件，进行平面布置。
在平面布置时，应达到以下要求：
（a）布置应紧凑，以减少处理厂占地面积和连接管（沟道）的长度，并考虑人工操作的方便；
（b）各处理构筑物之间的连接沟管应简单、短捷，尽量避免立体交叉，并考虑施工、检修方便；
（c）在高程布置上，要充分利用地形，力求挖填土方量平衡；
（d）使处理构筑物避开劣质地基；
（e）考虑扩建的可能性，留有适当的发展余地；
（f）要考虑环境卫生及安全的需要。
（2）高程布置
在处理厂内，各构筑物之间，水流一般是依靠重力流动的，前面构筑物中的水位应高于后面构筑物中的水位，两构筑物之间的水面高差即为流程中的水头损失（包括沿程损失和局部损失）；根据需要，有时要在流程中加污水提升泵站。
处理厂的高程布置就是确定各构筑物的高程（相对地面标高），使水能够顺利流过各处理构筑物。
处理厂的高程布置需通过水力计算。
一般污水流过水处理构筑物时的水头损失可参看下表：
构筑物名称
水头损失（米）
构筑物名称
水头损失（米）
格栅
0.1~0.25
压力滤池
5~6
反应池
0.4~0.5
曝气池
0.3~0.5
沉淀池
0.2~0.5
生物滤池
H+1.5
澄清池
0.7~0.8
接触滤池
2.5~3
沉砂池
0.1~0.25
消毒接触池
0.1~0.3
普通快滤池
2.0~2.5
污泥干化场
2~3.5
无阀滤池虹吸滤池
1.5~2.0
注：
表中H为采用水力旋转布水器时的工作高度
连接管道（沟渠）的沿程损失和计量、管件等的局部损失可按照水力学原理计算。
前后构筑物高程逆差可作为污水提升泵的扬程，再由污水流量去选择泵的型号。
（二）设计计算书
计算书主要包括以下几方面：
1.污水流量及水质计算
根据所给原水水质、水量情况，计算污水厂要处理的污水中污染物的平均浓度、最高浓度，污水平均流量、最大流量。
2.处理程度的计算与确定
根据国家或地方废水排放标准、污水厂周围环境状况和水体水质要求、排入水体的自净能力计算确定污水厂允许排放的废水最高污染物浓度。
要充分考虑水体的自净能力，以减轻污水厂的负荷节约投资，但也不能过分依赖于此，必须兼顾未来对废水排放标准要求更高的可能性和污水厂接纳的废水水质更差的可能性。
综合以上因素，方可确定污水厂应该采取的处理程度。
也可考虑分步设计，即根据现状去设计但留有发展的足够空间。
3.构筑物的计算
参考课本中各构筑物的设计计算方法，选取合适的设计工艺参数，计算确定各构筑物的数量和结构尺寸。
4.连接管（沟）道的水力计算和各构筑物的地面相对高程计算
5.附属配套设备的选型计算
3.3.2工程概算
在实际设计工作中，本章内容一般应由预概算的专业人员编制。
在课程设计中，这部分内容只能按照一些参考定额估算。
污水厂工程概算内容如下：
1.工程费用
（1）主要工艺构筑物的土建、管道和机电设备安装工程费；
（2）辅助生产项目费（机修间、仓库、化验室等）；
（3）服务性工程费（办公室、警卫室、车库等）；
（4）生活福利工程（住宅、宿舍、托儿所、浴室、食堂等）；
（5）公用工程（围墙、道路、给排水管道等）；
（6）厂外工程（厂外的接电、通讯设施等）。
2.其他费用
（1）建设项目准备费（土地征用；青苗、果树和树木损毁的补偿；房屋、土井、坟墓、电线杆等的拆迁；场地平整费等）；
（2）建设单位的管理费；
（3）生产工人进厂及培训费；
（4）生产工具、其他器具的购置费；
（5）办公及生活用具的购置费；
（6）交通运输工具的购置费；
（7）勘察设计费；（8）科研实验费；
（9）基本建设试车费；
（10）施工机构调遣费；
（11）大型临时设施费；
（12）其他费（施工完毕后的场地清理费、赶工费、绿化费、不可预见费）。
3.人员编制及运行成本
（1）人员编制
可参考有关污水处理厂设计定员标准、现有污水处理厂的人员定额及类似污水处理厂的人员编制。
下表是某5万吨废水/日的污水处理厂人员编制的参考资料：
项目
人数
项目
人数
泵房、风机房
8（2人3班制）
警卫
4
曝气池
4（1人3班制）
勤杂、绿化
2
沉淀池、滤池
4（1人3班制）
污泥脱水
4
加药间
4（1人3班制）
厂长、书记
2
修理间
2
技术员
3
仓库、保管
2
行政人员
3
司机
3
财务、总务
3
炊事员
3
化验员
4
总计
55
（2）运行成本
年运行费用E=Eˊ+K×P
式中：
Eˊ为直接运行费，Eˊ=E1+E2+E3+E4+E5+E6
E1=职工人数×6000元/人*年
E2为年运行电费
E3为年药剂费用
E4为年检修养护费；E4=K×（1~2%）
E5为卫生防护费；E5=K×1%
E6为其他费；E6=（E1+E2+E3+E4+K×P）×10%
K=设计总概算（或预算）的费用×（1.1~1.4）
P为年折旧率；对城市污水处理厂，P=3.3~3.6%
水处理成本=E÷年处理水量（元/吨水）
3.3.3主要材料、设备、构筑物一览表
1.材料表
内容包括：
钢（各种型号钢筋、钢材），以吨计；水泥，以吨计；木材，以立方米计。
2.管材
内容包括：
各种口径的铸铁管、钢管、非金属管、混凝土管，以米计；各种管道配件总重量，以吨计；各种闸门（手动、气动或电动）；消防龙头；流量计。
3.泵类和电动机
内容包括：
污水泵、污泥泵、真空泵、计量泵和各种型号的配套电动机或其他方面的电动机。
4.机械设备
内容包括：
鼓风机、压缩机或表曝机；污泥脱水设备（如带式压滤机等）；机修设备、起重设备（如吊车等）；交通车辆；搅拌机、刮泥机或吸泥机、格栅等。
5.电器设备
内容包括：
变压器和配电设备。
6.主要化验设备和分析仪器。
7.其他
内容包括：
消毒设施等。
8.主要构筑物
内容包括：
初沉池、曝气池、二沉池、调节池、污泥浓缩池等。
9.表格形式如下：
设备名称
规格尺寸
结构
数量
备注
四、教学要求（含上机及实验要求）
1掌握工程设计的设计步骤、方案选择方法；
2了解废水处理工程设计的特点和原则；
3熟悉使用国家相关的法律法规、标准规范、设计手册的方法；
4掌握主要处理构筑物和设备的设计计算方法；
5掌握平面布置图、高程图及主要构筑物工艺图的绘制方法；
6掌握有关工程设计说明文件的编写方法。
五、选题原则
1、课程设计的题目一般需来源于实际工程项目；
2、设计任务应涵盖废水处理主要单元技术，完成设计需综合运用所学的水污染控制技术有关知识，以达到在设计中掌握解决实际工程问题的能力，并进一步巩固和提高理论知识；
3、所选设计任务不宜过多，确保在规定时间内能够高质量地完成。
六、时间安排
《水污染控制工程课程设计》计划时间为1周，具体时间安排如下：
1、设计动员，发放设计任务书（0.25天）；
2、课程讲授（0.25天）；
3、查阅资料、拟定设计程序和进度计划（0.5天）；
4、方案设计、工艺设计计算、编制设计说明书（3天）；
5、设计图纸绘制（3天）。
七、成绩评定
考核内容：
设计说明书和图纸质量；完成题目的难度；独立完成设计情况；答辩情况。
考核方式：
采取审定与答辩相结合的方式进行评价。
成绩评定：
按五级制（优、良、中、及成绩评定格、不及格）评定成绩。
八、选用教材
《水污染控制工程》（第三版），下册，高廷耀主编，高等教育出版社
九、参考资料
《水污染控制工程》，王宝贞主编，高等教育出版社；
《废水处理工程》，唐受印主编，化学工业出版社；
《给水排水工程快速设计手册》，严煦世主编，中国建筑工业出版社；
《环境工程设计》，郝瑞霞编著河北科技大学出版社
《三废处理工程技术手册》（废水卷），北京环境保护科学研究院主编，化学工业出版；
《城市污水处理技术及工程实例》，李海主编，化学工业出版社。
一十、附件
资料一：
某市经济开发小区污水处理厂工程设计
某市拟于近期建成一个以轻工、科研、文教事业为主的经济开发小区，其中，以五家工厂为主体，人口约22.5万，占地面积约1370公顷，环境规划及污水厂设计要求如下：
1、排水系统：
雨水和污水分流制，生活污水与工业废水合流制。
污水处理厂只考虑处理生活污水与工业废水。
输入污水厂污水干管直径为900毫米，管底埋深为地面以下5.3米，充满度0.5。
2、生活污水与工业废水的水量和水质如下：
表1
类别
Q
m3/d
COD
mg/L
BOD5
mg/L
SS
mg/L
pH值
油
mg/L
生活污水
27000
200
150
100
中性
工业废水
甲厂
4800
600
350
400
6—9
乙厂
1300
1000
500
700
6.8-7.5
丙厂
1200
496
185
中性
36
丁厂
3700
657
281
131
中性
戊厂
5000
478
191
99
中性
注：
（1）表中值为日平均值
（2）工业废水时变化系数为1.3，生活污水总变化系数为1.4
（3）污水平均水温：
夏季25度，冬季10度
（4）工业废水水质不影响生化处理。
3、距污水处理厂下游25公里处有集中给水水源，在此段河道内无其他污水排放口。
4、污水处理厂拟用场地由西北向东南方向的坡度为5.7%，进入污水厂污水管端点的地面标高为217.00米。
5、气象资料
表2
风向
全年主导风向为北风，夏季主导风向为南风
年平均风速
3.3m/s
降雨量
年平均900—1200毫米，其中1/3集中在夏季，7月15日至8月10日为暴雨集中期
温度
年平均11摄氏度，极端温度最高37.3度，最底—20度
土壤冰冻深度
0.7—0.83米
6、水文资料：
据历史记载，河道的水位及流量如下表（95%保证率）。
河水中原有的BOD5与溶解氧（夏季）分别为2与6.5mg/l,水体好氧常数K1与复氧常数K2分别为0.1与0.2d-1（20度）左右。
7、工程地质资料：
暂不予以考虑
表3
最高洪水位
214.50米
最大流量
173米3/秒
常水位
211.70米
年平均流量
10.4米3/秒
枯水位
209.30米
最低流量
5.5米3/秒
（流速0.25m/s）
河水平均水温
20度
地下水水位距地面
5.0—6.5米
资料二：
孤岛新镇污水处理厂工程设计
孤岛新镇位于山东省黄河入海口的原黄泛区内。
东径＇~＇，北纬37064＇~37057＇，向北15公里为渤海湾。
向东10公里临莱州，向南20公里为现黄河入海口，距东营市（胜利油田指挥部）约60公里，该镇地处黄河下游三角洲河道改流摆动地区内。
该镇附近区域为胜利油田所属的孤岛油田和两桩油田。
地下蕴藏着丰富的石油资源。
为了开发这些油田并考虑黄河下游三角洲的长远发展。
胜利油田指挥部决定兴建孤岛新镇，使之成为孤岛油田和两桩油田的生活居住中心和生产指挥与科研中心，成为一个新型的社会主义现代化的综合石油城。
根据该镇总体规划，该镇具有完备的社会基础和工程基础设施。
有完备的城市交通、给水排水、供电、供暖、电信等设施，并考虑今后的发展与扩建的需要。
目前已开发的孤岛油田有人口23000人，（两桩油田尚未开发）。
该镇到2000年发展人口规模为60000人，规划用地525公顷，规划八个居住社区。
由环形干道和南北向与东西向干道将八个社区联系起来，该镇东西最宽处约2.4公里，南北最长处约2.8公里，基地由南向北略有坡度，平均坡度i=0.5%，地面平整，海拔高度为2.3~3.5米。
该镇东面有卫东河，水流由南向北，与神仙沟在镇东北角汇合流向渤海湾。
卫东河是70年代开挖的排水沟，目前排泄上游流来的污水，水质污浊，晴天水量不大，今后将在卫东河上游开挖支沟，把上游雨水避开新镇直接引向渤海湾，以保障新镇地区的环境卫生。
基地的南、西、北环有神仙沟，神仙沟是46年前的黄河故道，现河面宽约10~20米不等，由于上游堵断，该沟只起排泄和蓄水作用，水流由西南流向东北，卫东河和神仙沟河底标高为—1.50米，河床水体标高控制在1.00~0.50米之间，兼顾排水、景观和绿化灌溉三者需要，河床水位由甲方在神仙沟入海口所设的流域防洪泵站加以控制。
孤岛新镇的排水体制采用分流制，由雨水沟道系统、污水沟道系统和污水处理厂所组成。
工程规划期限为2000年，雨水沟道和污水沟道在新镇道路修建前先行设计埋设，污水处理厂按一次设计二期施工。
孤岛污水处理厂的位置设在神仙沟与卫东河下游交汇处，位于该镇东北角，处理厂四角地盘坐标为：
X—63281；X—63125；X—63295；X—63125。
Y—Y—Y—Y—
占地面积为20049米2，厂内地形标高为2.10~2.40米，设计地面标高采用2.30米（相对标高±0.00米）。
污水处理厂污水进水总管管径D=800，充满度为0.6，其管底标高（终点泵房处）为—4.410米（相对标高）。
该镇生活污水和工业废水处理后，出水要求符合国家排放标准。
经处理后的水排至神仙沟，排水管道长度为80米，初沉池与二沉池的剩余污泥经过浓缩后，可供处理厂南面的苗圃用。
1、水质水量资料
根据孤岛新镇总体规划，该镇规划人口为60000人，生活污水最大日排放标准按200升/人*日计，合计最大日生活污水量为12000米3/日，工业污水量为13000米3/日。
污水处理厂最大日平均时水量为1041.7米3/时。
考虑水量小时变化系数为1.3，故最大设计流量为1350米3/时。
该镇生活污水与工业废水混合后的水质情况确定为：
CODcr=200毫克/升
BOD5=400毫克/升
SS=250毫克/升
经处理后，水质应达到下列要求：
CODcr=20毫克/升
BOD5=70毫克/升
SS=25毫克/升
2、工程地质与水文地质资料
孤岛新镇属黄河冲积粉质沙土岩区，自1958年前后暴土出水，海拔高度为2.3~3.5米，地下水位常年为地面以下1.59~5.05米，承压力7~11吨/平方米。
地震基本烈度为6度，处于地震波及区。
1969年7月18日渤海湾地震7.4级，震中离孤岛新镇40公里，位于中强活动带上。
3、气象资料
全年极端最高气温40℃；
全年极端最地气温—13℃；
一日最大降雨量150毫米；
全年降雨量600毫米；
全年晴天110天；
全年降雪10天；
最大积雪深度200毫米；
极值冻土深度570毫米；
雷击年遇10次；
冰雹一年一次，最大直径30毫米，最大积雹100毫米。
4、地形资料
孤岛污水处理厂地形图（见附图）。
资料三：
合肥市王小郢污水处理厂工程设计
王小郢污水处理厂是合肥市污水处理的主要工程，位于合肥市大城区东南，合肥工业大学的东南。
主要服务范围是合肥市中市区、东市区、西南郊的生活污水和东市区、西南郊的部分经初步处理但尚未达标的工业废水。
服务人口约30万。
1、地形资料
污水处理厂位于淝河西六公里处，占地约45万平方米，地势西高东低。
最高标高19m，最低为12m。
污水总进水管底标高为12m，进水管处地面标高为16m。
附近河流最高水位为9m。
污水厂长（南北向）750m，宽（东西向）600m。
2、水量和水质资料
应处理水量：
Q平均=m3/d
Q最大=m3/d
城市混合污水平均水质：
CODCr=350mg/l
BOD5=200mg/l
SS=200mg/l
TP=4mg/l
TN=36mg/l
NH4-N=25mg/l
该厂处理后的污水排进南淝河，最终流进巢湖。
因巢湖现在污染较为严重，为实现国务院的碧水蓝天计划，确保巢湖水2000达标任务，王小郢污水处理厂的排水必需达到以下指标：
CODCr≤80mg/l
BOD5≤25mg/l
SS≤30mg/l
TP≤1mg/l
TN≤4mg/l
NH4-N≤3mg/l
3、气象及地基资料
年平均气温15.7℃，夏季平均气温28.3℃，冬季平均2.1℃；
年平均降雨量1010mm，日最大降雨量160mm；
地下水位10m；
最大冻土2.5cm；
土壤承载力2.3kgf/cm2；
河流常水位8m，最高河水位9m，最低河水位7m。
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