水污染控制工程课程设计(SBR工艺).doc

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水污染控制工程课程设计

50000m3/dSBR工艺城市污水处理厂设计

院系：

生物与化学工程系

班级：

11级环境工程

姓名：

学号：

11875201100

2014年5月

22

污水厂设计任务说明

设计题目：

某城市污水处理工程规模为：

处理水量Q=5.0104m3/d,污水处理厂设计进水水质为BOD5=120mg/L，CODcr=240mg/L，SS=220mg/L，NH3-N=25mg/L，TP=2.0-3.0mg/L；出水水质执行《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准，即CODcr≤60mg/L，BOD5≤20mg/L，NH3-N≤15mg/L，SS≤20mg/L，磷酸盐（以P计）≤0.5mg/L。

要求相应的污水处理程度为：

ECODcr≥75%，EBOD5≥83.3%，ESS≥90.9%，ENH3-N≥40%，EP≥75%-83.3%。

1、设计处理水量：

日处理量：

50000

秒处理量：

0.579

根据《室外排水设计规范》，查表并用内插法得：

所以设计最大流量:

2、确定其原水水质参数如下：

BOD5=120mg/LCODcr=240mg/LSS=220mg/L

NH3-N=25mg/LTP=2.0-3.0mg/L

3、设计出水水质

符合城市污水排放一级A标准：

BOD5≤20mg/LCODcr≤60mg/LSS≤20mg/L

NH3-N≤15mg/L

磷酸盐（以P计）≤0.5mg/L

4、污水处理程度的确定

根据设计任务书，该厂处理规模定为：

50000

进、出水水质:

项目

COD（mg/L）

BOD5（mg/L）

SS（mg/L）

NH3-N（mg/L）

TP（mg/L）

进水

240

120

220

25

2.0-3.0

出水

60

20

20

15

0.5

去除率

75%

83.3%

90.9%

40%

75%-83.3%

5.SBR工艺流程图

泥饼外运

污泥

浓缩

脱水

排入河流

栅渣压榨外运

进水闸井

粗格栅井

提升泵房

计量井

细格栅渠

旋流沉沙池

配水井

SBR池

沙水分离器

鼓风机房

贮泥池

剩余污泥

除磷池

滤液

加药

沙水分离液

上清液

沙外运

事故排放

进水

污水系统的设计计算

一、进水闸井的设计

1．污水厂进水管 

进水管设计参数：

（1）取进水管径为D=1000mm，流速v=1.00 m/s，设计坡度 I=0.005； 

（2）最大日污水量Qmax=0.799m3/s； 

（3）进水管管材为钢筋混凝土管； 

（4）进水管按非满流设计，充满度h/D=0.75，，n=0.014。

（5）管内底标高为-5.0m，

2.进水管设计计算：

（1）充满度h/D=0.75，则有效水深h=1000×0.75=750mm； 

（2）已知管内底标高为-5m，则水面标高为：

-5.0+0.75=-4.25m；

（3）管顶标高为：

-5.0 +1.0=-4.0m； 

（4）进水管水面距地面距离 0.0—4.25=4.25m。

2．进水闸井参数设计 

进水闸井的作用是汇集各种来水以改变进水方向，保证进水稳定性。

进水闸 井前设跨越管，跨越管的作用是当污水厂发生故障或维修时，可使污水直接排入 水体，跨越管的管径比进水管略大，取为1200mm。

 其设计要求如下：

设在进水闸、格栅、集水池前； 形式为圆形、矩形或梯形；尺寸可根据来水管渠的断面和数量确定，但直径不得小于1.0m 或 1.2m； 井底高程不得高于最低来水管管底，水面不得淹没来水官管顶。

考虑施工方便以及水力条件，进水闸井尺寸取2×4m，井深7m，井内水深 0.75m，闸井井底标高为0.0m，进水闸井水面标高为-5.0m，超越管位于进水管顶1m 处，即超越管管底标高为-3.0m。

二、中格栅井及提升泵房

中格栅井：

7.0×4.0×7.0（H）m3

分2组

1．设计参数

处理水量Q=50000m3/d

秒流量Q1=0.579m3/s

最大设计流量Q=KZ*Q1=1.38*0.579=0.799m3/s

分两组格栅，每组格栅最大设计流量Qmax=0.3995m3/s

栅前流速v1=0.7m/s，过栅流速v2=0.9m/s

栅条宽度取s=0.01m，格栅间隙e=20mm

格栅倾角α=75°,栅前水深h=0.55m

2.计算草图如下

3．设计计算

（1）确定格栅前水深，根据最优水力断面公式计算得:

栅前槽宽，则栅前水深

（2）栅条间隙数

式中：

—中格栅间隙数

—最大设计流量,m3/s

e—栅条间隙,mm

—栅前水深，m

—过栅流速，m/s

—格栅倾角

（3）栅槽有效宽度,栅槽宽度一般比格栅宽0.2-0.3m，取0.2

B=s（n-1）+en+0.2=0.01×（40-1）+0.020×40+0.2=1.39m

式中：

—栅槽宽度，；

—格条宽度，取

（4）进水渠道渐宽部分长度

（其中进水渠渐宽部分展开角α1=）

（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度

（6）过栅水头损失（h1）

因栅条边为矩形截面，取k=3，则

其中ε=β（s/e）4/3

h0：

计算水头损失

k：

系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3

ε：

阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β=2.42

（7）栅后槽总高度（H）

取栅前渠道超高h2=0.3m，栅前槽总高度H1=h+h2=0.55+0.3=0.85m

栅后槽总高度H=h+h1+h2=0.55+0.115+0.3=0.965m

（8）格栅总长度L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tanα

=0.398+0.199+1.0+0.5+0.85/tan75°

=2.32m

式中：

—栅槽总长度，m；

—中格栅的栅前进水渠道渐宽部分长度，m；

—中格栅与提升泵房连接处渐窄部分长度，m。

H1—栅前槽总高度

（7）每日栅渣量

式中：

—每日栅渣量，

—栅渣量，污水，当栅条间隙为16~25mm，污水；当栅条间隙为30~50mm，污水。

取

>，故采用机械清渣。

4.格栅除污机的选择：

根据计算，可选用CH型正靶回转式格栅除污机，主要技术参数：

表HG-1500型回转式格栅除污机技术参数

栅条间隙（mm）

池深

栅宽

（mm）

安装角度（º）

排栅门高度（mm）

10-50

中等深度

800-2000

60-90

800

三、污水提升泵房

1泵房工程结构按远期，流量设计当流量小于2m3/s时，常选用下圆上方

形泵房[1]。

本设计，故选用下圆上方形泵房。

采用SBR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。

2

（1）污水进入污水厂的标高为-5m，过格栅的损失为0.115m，设计流量Q=799L/s，则集水池正常水位=-5+0.115=-4.855m

（2）出水口距离泵房50m，出水口水面4m

（3）集水池底标高-7.185m

（4）泵房标高0m

3

（1）按进水管设计流量Q=799L/S，设5台泵（1备用），则每台水泵的容量为799/4=199.75（取200）

集水池容积，采用1台泵相当于6min的容量:

W=200*60*6/1000=72m3

有效水深采用2.0，则集水池的面积：

F=72/2=36m2.池底坡度为i=0.2倾向集水坑；

（2）选泵前扬程的估算

集水池正常水位与出水口水位差为：

4-（-4.885）=8.885m

（3）出水管水头损失：

按每台有单独的出管口计：

Q=200L/S,选用管径为DN400的铸铁管。

查表知（设计手册01）v=1.19m/s1000i=5.04

出水管水头损失

沿程损失（50+6）*0.00504=0.28224m

局部损失按沿程损失的30%为0.3*0.28224=0.0847m

吸水管水头损失

沿程损失4.885*0.00504=0.0246

局部损失按沿程损失的30%为0.3*0.0246=0.0074

（4）总扬程H=0.0074+0.0246+0.28224+0.0847+8.885=9.284m

4选泵

假设选用泵的扬程为12m，查手册，可采用250WL600—15型立式排污泵

表250WL600-15型立式排污泵技术参数

排出口径

（mm）

流量

（m3/h）

扬程

（m）

转速

（r/min）

功率

（kW）

效率

（%）

重量

（kg）

进水口径

（mm）

250

750

12

735

32

77

1200

300

5总扬程核算

吸水管：

无底阀滤水网DN=400，=3;90°铸铁弯头4个,DN400，=0.6;偏心渐缩管DN400dn300，=0.18

h1=0.00504*4.885+（3+4*0.6+0.18）*（1.19）^2/（2*9.81）=0.427

出水管；偏心渐宽管dn300DN400,=0.13

90°弯头DN400（4个）,=0.48

90°弯头DN400（4个）,=0.3

活门，=1.7（开启70°）

h2=（50+6）*0.00504+（0.13+0.48*4+1.7+0.3*4）*（1.19）^2/（2*9.81）

=0.6395

H=h1+h2+h3+H1+H2=0.427+0.6395+0.5+8.885=10.45m<12m

符合所选泵，故可选择250WL600—15型立式排污泵。

二、计量井

电磁流量计：

Q=0~3000m3/h，Φ=800mm,2台

三、细格栅渠及旋流沉砂池

细格栅渠：

1．设计参数：

设计流量Qmax=0.799m3/s

栅前流速v1=0.7m/s，过栅流速v2=0.8m/s

栅条宽度s=0.01m，格栅间隙e=10mm

格栅倾角α=75°

2．计算草图如下

3．细格栅的设计计算

（1）确定格栅前水深，根据最优水力断面公式计算得:

栅前槽宽，则栅前水深

（2）栅条间隙数：

式中：

—细格栅间隙数

—最大设计流量，（按一组计）

—栅条间隙，取10mm，即0.01m；

—栅前水深，取0.55m

—过栅流速，取0.8m/s；

—格栅倾角，取；

取90根

（3）栅槽宽度B。

栅槽宽度一般比格栅宽0.2-0.3m，取0.2

+0.2

式中：

—栅槽宽度，；

—格条宽度，取。

（4）细格栅的栅前进水渠道渐宽部分长度L1

根据最优水力断面公式则进水渠宽

则进水渠宽

设进水渠宽，渐宽部分展开角，

（5）细格栅与出水渠道连接处渐窄部分长度L2

（6）细格栅的过栅水头损失

式中：

—细格栅水头损失，m；

—系数，当栅条断面为矩形时候为2.42；

—系数，一般取k=3。

（7）栅后槽总高度

设栅前渠道超高=0.3m，有：

为避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降作为补偿。

（8）栅槽总长度

式中：

—栅槽总长度，m；

（9）每日栅渣量

式中：

式中：

—每日栅渣量，

—栅渣量，污水，当栅条间隙为16~25mm，污水；当栅条间隙为30~50mm，污水。

取

>，故采用机械清渣。

4.格栅除污机的选择

根据计算，可选用云南电力修造厂江苏一环集团公司生产的ZSB-4000型转刷网箅式格栅除污机，主要技术参数：

表3-2XHG-2600型旋转式格栅除污机技术参数

每米深过水流量

（m3/h）

网毛刷转速

（r/min）

安装角度

电动机功率

（kw）

格栅间距

（mm）

0.89

17.9

70-80º

2.2-5.5

10

旋流沉砂池：

1.计算草图如下：

2.设计参数：

（1）.旋流沉砂池I为一种涡流式沉砂池，其最高时设计流量时，停留时间不应小于30s，设计水力表面负荷宜不大于200，有效水深宜为1.0-2.0m，池径与池深比宜为2.0-2.5

（2）进水渠道流速，在最大流量的40%—80%情况下为0.6—0.9m/s；

（3）.沉砂池的超高取0.3m。

（4）选定两座旋流沉砂池,则

=1437.5=399.5L/S。

（5）.规格选择查给排水设计手册第05期表5-10，选择直径3.65m的旋流式沉砂池I，各部分尺寸如下表：

表旋流式沉砂池I的部分尺寸（m）

型号

流量（）

A

B

C

D

E

F

G

H

J

K

L

550

530

3.65

1.5

0.750

1.50

0.40

1.70

0.60

0.51

0.58

0.80

1.45

（6）参数校核

a:

表面负荷q=4QD/（3.14*A2）=4*1437.5/（3.14*3.652）=137.45[m3/（h·m2）]

b:

停留时间

沉砂区体积V=3.14*A2J/4+3.14G*（A2+AB+B2）/12

=3.14*3.652*0.58/4+3.14*0.60*（3.652+3.65*1.5+1.52）/12

=9.37m3

停留时间HRT=3600*V/QD=3600*9.37/1437.5=23.5s<30s

c:

参数调整。

停留时间不足，沉砂池水深J调整为1.0m,则

V’=3.14*3.652*1/4+3.14*0.60*（3.652+3.65*1.5+1.52）/12

=13.76m3

HRT=3600*V/QD=3600*13.73/1437.5=34.46s>30s

d:

进水渠流速V=QD/（3600*C*H）=1437.5/（3600*0.75*0.51）=1m/s

出水渠流速V=QD/（3600*D*H）=1437.5/（3600*1.5*0.51）=0.52m/s

3.排砂方法：

本设计采用空气提升器排砂，该提升装置由设备厂家与桨叶分离机成套供应

4.排砂量计算城镇污水的沉砂量按污水计算，其含水率为60%，

容重约为，则总沉砂量为

沉砂池的沉砂经排砂泵装置排除的同时，往往是砂水混合体，为进一步分离砂和水，需配套砂水分离器。

清除沉砂的时间间隔为2d，根据排砂量，选用LSSF-260无轴螺旋砂水分离器。

四配水井

1：

草图

2：

设计要求

（1）水利配水设施基本原理是保持各个配水方向的水头损失相等

（2）配水渠道中的水流速度不应大于1m/s,以利于配水均匀和减少水头损

失

3：

设计计算

（1）进水管径D1配水井进水管的设计流量Qmax=2875m3/h,当进水管径

D1=1100mm,查水利计算表，知V=0.837m/s，满足设计要求

（2）矩形宽顶堰进水从配水井底中央进入。

经等宽度堰流入6个水斗再由管道接入6座构筑物，每个构筑物的分配水量为q=2875/6=479.17m3/h=133.19L/s。

配水采用矩形宽顶溢流堰至配水管

（3）堰上水头H。

因为出水溢流堰的流量在一般情况下大于100L/s时采用矩形堰，小于100时采用三角堰，本设计采用矩形堰（堰高h取0.5m）。

矩形堰流量

式中 q—矩形堰流量，m3/s

H—堰上水头，m

b—堰宽，m，取1.0m

m0—流量系数，通常采用0.327—0.332，取0.33

则m

（4）堰顶厚度。

根据有关资料，当2.5

取B=0.6m,这时B/H=2.956，故该堰属于矩形宽顶堰。

（5）配水管径D2设配水水管管径D2=450mm，查水利计算表，知V=0.837m/s

（6）配水漏斗上口口径D按配水井内的1.5倍设计，D=1.5D1=1.5*1100=1650mm

五生物脱氮除磷氧化池

1.确定其原水水质参数如下：

BOD5=120mg/LCODcr=240mg/LSS=220mg/L

NH3-N=25mg/LTP=2.0-3.0mg/L

2.设计出水水质

符合城市污水排放一级A标准：

BOD5≤20mg/LCODcr≤60mg/LSS≤20mg/L

NH3-N≤15mg/L

磷酸盐（以P计）≤0.5mg/L

3设计计算

（1）运行周期反应器个数n1=6个，周期时间为t=6h，周期数n2=5，每周期处理水量Q=1388.89m3。

每周期分为进水、曝气、沉淀、排水、闲置5个阶段。

进水时间为tF=t/n

式中：

tF—每池每周期进水所需时间，h;

t—一个周期运行的时间，h；

n—每个序列反应池个数；

则tF=6/6=1h

MLSS取4000mg/L,污泥界面沉速为

u=4.6*104*X-1.26=4.6*104*4000-1.26=1.33m

曝气池滗水高度h1=1.4m,安全水深取0.5m，则

沉淀时间ts=（1.4+0.5）/1.33=1.4h

反应时间tR=t-ts-tF-td-tb=6-1.4-1-1-0.5=2.1h

式中：

td—排水时间宜为1.0—1.5h，这里取1.0h；

tb—闲置时间，此时间应根据现场具体情况而定，这里为了计算方便，取0.5h

反应时间比e=tR/t=2.1/6=0.35h

（2）曝气池体积

经过处理后排出的水的BOD5由溶解性BOD5和悬浮性BOD5组成，其中只有溶解性BOD5与工艺计算有关。

出水溶解性BOD5可用下式估算：

Se=Sz-7.1KdfCe

式中：

Se——出水溶解性BOD5，mg/L；

Sz——出水总BOD5，mg/L，取Sz=20mg/L；

Kd——活性污泥自身氧化系数，d-1,典型值为0.06d-1；

f——出水中MLVSS与MLSS的比值，对于生活污水f值为0.75；

Ce——出水SS，mg/L，取Ce=20mg/L；

则Se=20-7.1*0.06*0.75*20=13.6mg/L

因为活性污泥理想的营养平衡式为BOD:

N:

P=100：

5：

1所以即使进水中BOD5=120mg/L全部被去除也只需6mg/L的N。

故进水TN较高。

为满足硝化要求，曝气段污泥泥龄取25d，污泥产率系数Y取0.6，活性污泥自身氧化系数Kd取0.06d-1。

曝气池体积0.6*50000*25*（120-13.6）/[0.35*4000*0.75*（1+0.06*25）]=30400m3

（3）复核滗水高度h1SBR池共设6座，有效水深H=5m，则滗水高度h1

h1=HQ/（n2V）=5*50000/（6*30400）=1.371.4m

与假设值相同

（4）复核污泥负荷LS=QS/eXV=50000*120/（0.35*4000*30400）=0.14（kgBOD5/kgMLSS）

（5）剩余污泥产量剩余污泥由生物污泥和非生物污泥组成。

剩余生物污泥计算公式为:

Kd与水温有关，水温20°C时Kd（20）=0.06d-1，根据《室外排水设计规范》（GB50014—2006）的有关规定，不同水温时应进行修正。

这里假设水温为20°C。

则剩余生物污泥量为：

0.6*50000*106.4/1000-0.35*0.06*30400*0.75*4=1276.8

剩余非生物污泥量

式中：

C0——设计进水SS，mg/L，取220mg/L;

fb——进水中可生化部分比例，设fb=0.7；

剩余污泥总量1267.8+4750=6026.8kg/d

（6）复核出水BOD5

mg/L

式中：

K2——动力学参数，取值范围0.0168—0.0281，这里取0.0168;

复核结果表明，出水水质可以满足要求。

（7）复核NH3-N微生物合成去除的氨氮NW可用下式计算。

0.0031mg/L

这里微生物合成使出水氨氮仍高于设计出水标准。

故要考虑硝化作用，出水氨氮计算采用动力学公式。

e0.098*（T-15）

式中；—标准水温（15°C）时硝化细菌最大比增长速度，d-1，=0.5d-1；

T—设计条件下污水温度，°C，这里取20°C；

DO—曝气池内平均溶解氧，mg/L，DO=2.0mg/L;

KO—溶解氧半速度常数，mg/L，KO=1.3mg/L；

pH—污水pH值，取7.2；

将有关参数代入得

e0.098*（20-15）=0.495d-1；

硝化细菌增长半速度常数KN也与温度有关，计算公式为:

KN=KN（15）*e0.118*（T-15）=0.5*e0.118*（20-15）=0.9mg/L

式中：

KN（15）—标准水温（15°C）时硝化细菌半速度常数，mg/L，KN（15）=0.5mg/L；

硝化细菌增长速度为

0.08d-1

式中：

bN—硝化细菌自身氧化系数，d-1，受水温影响，修正计算为：

bN（T）=bN（20）*1.04T-20,bN（20）=0.04d-1；

出水氨氮为

0.173mg/L

复核结果表明，出水水质可以满足要求。

（8）设计需氧量计算设计需氧量包括氧化有机物需氧量、污泥自身需氧量、氨氮硝化需氧量和出水带走的氧量。

有机物氧化需氧系数=0.5，污泥需氧系数=0.12。

氧化有机物和污泥需氧量AOR1为

=6490.4kg/d

进水氨氮N0=25mg/L,出水氨氮Ne=0.173mg/L，硝化氨氮需氧量AOR2为

=4775.4kg/d

反硝化产生的氧量AOR3

=2642kg/d

总需氧量为AOR=4775.4+6490.4-2642=8623.8kg/d=359.325kg/h

（9）标准需氧量

工程假设在0海拔地区，大气压力为1.013*105pa，则=1

微孔曝气头安装在距池底0.3m处，淹没深度H=4.7m，其绝对压力为

pb=p+9.8*105H=1.013*105+0.098*105*4.7=1.47105pa

微孔曝气头氧转移效率EA为20%，气泡离开水面时含氧量为

污水水温为20°C，清水氧饱和度CS（20）=9.17mg/L，