环境工程任务书.docx

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环境工程任务书

水

处

理

课

程

设

计

任

务

书

1．目的

课程设计是环境工程专业本科学生培养计划中的一个重要的实践性教学环节，学生在学完相关课程后必须进行课程设计。

通过课程设计，培养学生综合运用水处理工程基本理论和专业知识的能力，培养学生进行水处理工艺系统的选择和单元构筑物设计计算的工程实践技能，培养学生独立分析问题和解决工程实际问题的初步能力。

通过本课程设计训练学生初步具备阅读中英文文献能力、理论分析与设计计算能力，应用计算机能力和工程制图及编写说明书的能力。

以及熟悉贯彻国家环境保护及基本建设的政策法规、标准，规范等。

2.任务

1.完成某城镇污水处理厂工艺设计；

2.平面高程设计达到初步设计要求；

3.单体构筑物设计计算达到初步设计水平；

（4）完成详细的设计计算说明书。

3.设计内容和范围

1.污水处理厂位置的选择；

2污水处理程度及污水处理流程的决定；

3各单体构筑物型式的选择及其尺寸的设计计算；

4.污水处理厂平面布置及高程布置；

5.绘制污水处理厂总平面布置图，单体构筑物工艺计算草污水处

理厂污水、污泥处理高程布置图图

4.工程概况（包括原始数据，技术参数，设计要求等）。

1.主要内容：

完成城镇污水处理厂工艺设计方案。

2.基础资料及设计参数：

1.设计人口：

设计人口为：

（班次-75）×10000人+学号×2000人，排水量标准180L/人·天。

2.污水性质：

COD=400mg/L，BOD5/COD=0.5，SS=180mg/L,夏季水温25℃，冬季水温15℃，常年平均水温20℃。

3.纳污河流：

位于城市中部自西向东，流量保证率95%，流量Q平=8m3/s,平均水深H平=2m，平均流速v平=0.2m/s，平均水温T=15℃，溶解氧DO=8mg/L，BOD5=2.8mg/L,

SS=1.0mg/L，河流允许增加悬浮物浓度1.5mg/L，20年一遇洪水水位标高412.5m，常水位标高410.3m城市排污口下游20km处有取水水源点。

4.根据城市总体规划，污水厂拟建于该城市下游河流岸边，地势平坦，拟建处的地面标高416.30m。

5.该城市污水主干管终点（污水厂进水口）的管底标高411.00m,D=800m,i=0.002,v=1.15m/s,h/D=0.56.

6.气象条件主导风向东北。

平均气温13.5℃，冬季最低气温-10℃，最大冰冻深度0.65m，夏季最高气温38℃，年均降雨量1010mm,蒸发量1524mm。

7.处理要求：

出水水质COD≦80mg,BOD5≦20mg/L,SS≦20mg/L,对污泥进行稳定化处理，脱水后泥饼外运填埋或作农肥。

处理后的污水纳入河流。

8.设计规模：

设计应考虑、说明建设各构筑物及建筑物有哪些，并阐明理由。

5.设计计算概要

5.1设计规模（流量）

根据城市现状及远景规划，

该城市设计人口为：

92-75）×10000+36×2000=人

该城市人均排水量标准为180L/人·天

故设计规模流量：

Q平=设计人口×人均排水量=×0.18=43560m³/d

生物处理构筑物设计流量：

取流量变化系数为1.4则

Q生=ka×Q平=1.4×43560=60984m³/d

物理处理构筑物设计流量：

取流量变化系数为1.82

Q物=kh×Q平=43560×1.82=79280m³/d

5.2污水处理程度

进水水质：

COD=400mg/L,BOD=200mg/L,SS=180mg/L

出水水质：

COD≦80ng/L,BOD≤20mg/L,SS≦20mg/L.

COD去除率：

=

=80%

BOD去除率：

=

=90%

SS去除率：

=

=89%

5.3污水处理厂流程的比较与选择

污水处理厂的工艺流程是指在保证处理水达到所要求的处理程度的前提下，所采用的污水处理技术各单元的有机组合。

在选定处理工艺流程的同时，还需要考虑确定各处理技术单元构筑物的型式，两者互为制约，互为影响。

污水处理工艺流程的选定，主要以下列各项因素作为依据：

1.污水的处理程度

这是污水处理工艺流程选定的主要依据，而污水的处理程度又主要取决于处理水的出路、去向。

排放水体，这是对处理水最常采用的途径，也是处理水的“自然归宿”。

当处理水排放水体时，污水处理程度可考虑用以下几种方法进行确定：

1.按水体的水质标准确定，即根据当地环境保护部门对该受纳水体规定的水质标推进行确定；

2.按城市污水处理厂所能达到的处理程度确定，一般多以二级处理技术所能达到的处理程度作为依据。

本污水处理厂出水水质BOD

＝20mg/L，SS＝20mg/L，考虑受纳水体的稀释自净能力，这样可能在—定程度上降低对处理水水质的要求，降低处理程度，但对此应采取慎审态度，取得当

地环境保护部门的同意；

2．工程造价与运行费用

工程造价和运行费用也是工艺流程选定的重要因素。

当然，处理水应当达到的水质标准是前提条件。

这样，以原污水的水质、水量及其他自然状况为已知条件，以处理水应达到的水质指标为制约条件，而以处理系统最低的总造价和运行费用为目标函数，建立三者之间的相互关系。

减少占地面积也是降低建设费用的重要措施，从长远考虑，它对污水处理厂的经济效益和社会效益有着重要的影响。

3．当地的各项条件

当地的地形、气候等自然条件也对污水处理工艺流程的选定具有一定的影响。

例如，如当地拥有农业开发利用价值不大的旧河道、洼地、沼泽地等，就可以考虑采用稳定塘、土地处理等污水的自然生物处理系统；在寒冷地区应当采用在采取适当的技术措施后，在低温季节也能够正常运行，并保证取得达标水质的工艺，而且处理构筑物都建在露天，以减少建设与运行费用。

当地的原材料与电力供应等具体问题，也是选定处理工艺应当考虑的因素。

4．原污水的水量与污水流入工况

除水质外，原污水的水量也是选定处理工艺需要考虑的因素，水质、水量变化较大的原污水应考虑设调节池或事故贮水池，或选用承受冲击负荷能力较强的处理工艺，如完全混合型曝气池等．某些处理工艺，如塔式滤池和坚流式沉淀池只适用于水量不大的小型污水处理厂。

工程施工的难易程度和运行管理需要的技术条件也是选定处理工艺流程需要各虑的因素、地下水位高，地质条件较差的地方，不宜选用深度大、施工难度高的处理构筑物。

总之．污水处型工艺流程的选定是一项比较复杂的系统工程，必须对上述各项因素加以综合考虑，进行多种方案的

经济技术比较，必要时应当进行深入的调查研究和试验研究工作。

这样才有可能选定技术可行、先进，经济合理的污水处理工艺流程。

综上，考虑到本设计中BOD5/COD=0.5,可生化性能良好，且有机负荷相对一般，因此采用好氧生物处理法。

5.4污水处理工艺的比较与选择

好氧生物处理法在工艺上又可以分为两种：

活性污泥法，生物膜法。

考虑到本污水处理厂日处理能力不足50000m³，属于小型污水处理厂。

以及成本，处理效果等制约因素。

初步的备择工艺有：

AB法，CASS法，好氧生物滤池法。

5.4.1AB法

该工艺将曝气池分为高低负荷两段，各有独立的沉淀和污泥回流系统。

高负荷段A段停留时间约20－40分钟，以生物絮凝吸附作用为主，同时发生不完全氧化反应，生物主要为短世代的细菌群落，去除BOD达50%以上。

B段与常规活性污泥相似，负荷较低，泥龄较长。

AB法工艺的主要特征

1.A段在很高的负荷下运行，其负荷率通常为普通活性污泥法的50~100倍，污水停留时间只有30~40min，污泥龄仅为0.3~0.5d。

污泥负荷较高，真核生物无法生存，只有某些世代短的原核细菌才能适应生存并得以生长繁殖，A段对水质、水量、PH值和有毒物质的冲击负荷有极好的缓冲作用。

A段产生的污泥量较大，约占整个处理系统污泥产量的80%左右，且剩余污泥中的有机物含量高。

2.B段可在很低的负荷下运行，负荷范围一般为<0.15kgBOD/（kgMLSS.d）水力停留时间为2~5h，污泥龄较长，且一般为15~20d。

在B段曝气池中生长的微生物除菌胶团微生物外，有相当数量的高级真核微生物，这些微生物世代期比较长，并适宜在有机物含量比较低的情况下生存和繁殖。

3.A段与B段各自拥有独立的污泥回流系统，相互隔离，保证了各自独立的生物反应过程和不同的微生物生态反应系统，人为地设定了A和B的明确分工。

AB法的基本流程图

AB法工艺的优点

具有优良的污染物去除效果，较强的抗冲击负荷能力，良好的脱氮除磷效果和投资及运转费用较低等。

1.对有机底物去除效率高。

2.系统运行稳定。

主要表现在：

出水水质波动小，有极强的耐冲击负荷能力，有良好的污泥沉降性能。

3.有较好的脱氮除磷效果。

4.节能。

运行费用低，耗电量低，可回收沼气能源。

经试验证明，AB法工艺较传统的一段法工艺节省运行费用20%~25%.

AB工艺的缺点

1.A段在运行中如果控制不好，很容易产生臭气，影响附近的环境卫生，这主要是由于A段在超高有机负荷下工作，使A段曝气池运行于厌氧工况下，导致产生硫化氢、大粪素等恶臭气体。

2.当对除磷脱氮要求很高时，A段不宜按AB法的原来去处有机物的分配比去除BOD55%~60%，因为这样B段曝气池的进水含碳有机物含量的碳/氮比偏低，不能有效的脱氮。

3.污泥产率高，A段产生的污泥量较大，约占整个处理系统污泥产量的80%左右，且剩余污泥中的有机物含量高，这给污泥的最终稳定化处置带来了较大压力。

因为污水处理厂位于纳污河流下游，而当地主导风向为东北风，如果处理不当，易造成污水处理中产生的臭气影响城市内的环境卫生。

其次AB法适合有机负荷较大的污水，本城市污水COD=400mg/L，属于一般负荷，AB法不能高效运转，造成设备资源的浪费。

最后AB法产生的污泥量较大，对之后的污泥处理带来困难。

因此不选。

5.4.2好氧生物滤池

1.曝气生物滤池简介

曝气生物滤池简称BAF，是80年代末在欧美发展起来的一种新型生物膜法污水处理工艺，于90年代初得到较大发展，最大规模达几十万吨每天，并发展为可以脱氮除磷。

该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX（有害物质）的作用。

曝气生物滤池集生物氧化和截留悬浮固体一体，节省了后续沉淀池（二沉池），具有容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好：

运行能耗低，运行费用少的特点

工艺特点

1.一次性投资比传统方法低1/4；②占用面积为常规工艺的1/10～1/5，运行费低1/5；③进水要求悬浮物50～60mg/L，最好与一级强化处理相结合，如采用水解酸化池；④填料多为页岩陶粒，直径5mm，层高1.5～2m；⑤水往下、气往上的逆向流可不设二沉池。

[1]

曝气生物滤池与普通活性污泥法相比，具有有机负荷高、占地面积小（是普通活性污泥法的1/3）、投资少（节约30%）、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等优点，但它对进水SS要求较严（一般要求SS≤100mg/L，最好SS≤60mg/L），因此对进水需要进行预处理。

同时，它的反冲洗水量、水头损失都较大。

另外，曝气生物滤池作为集生物氧化和截留悬浮固体于一体的新工艺，节省了后续沉淀池（二沉池），具有容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好：

运行能耗低，运行费用少的特点。

综上所述，曝气生物滤池的主要优点及缺点如下：

1、优点 

1.从投资费用上看，曝气生物滤池不需设二沉池，水力负荷、容积负荷远高于传统污水处理工艺，停留时间短，厂区布置紧凑，可以节省占地面积和建设费用， 

2.从工艺效果上看，由于生物量大，以及滤料截留和生物膜的生物絮凝作用，抗冲击负荷能力较强，耐低温，不发生污泥膨胀，出水水质高。

3.从运行上看，曝气生物滤池易挂膜，启动快。

根据运行经验，在水温10～15℃时，2～3周可完成挂膜过程。

4.曝气生物滤池中氧的传输效率高，曝气量小，供氧动力消耗低，处理单位污水电耗低。

此外，自动化程度高，运行管理方便。

2、缺点 

（1）曝气生物滤池对进水的SS要求较高，需要采对S有较高处理效果的预处理工艺。

而且，进水的浓度不能太高，否则容易引起滤料结团、堵塞。

（2）曝气生物滤池水头损失较大，加上大部分都建于地面以上，进水提升水头较大。

（3）曝气生物滤池的反冲洗是决定滤池运行的关键因素之一，滤料冲洗不充分，可能出现结团现象，导致工艺运行时失效。

操作中，反冲洗出水回流入初沉池，对初沉池有较大的冲击负荷。

此外，设计或运行管理不当回造成滤料随水流失等问题。

4.产泥量略大于活性污泥法，污泥稳定性稍差。

因为曝气生物滤池对SS要求较高，而本地污水SS=180mg/L相对较高，因此需要对污水进行预处理，增加了投资，其次生物滤池产生的污泥量较大，对后续的污泥处理造成了压力。

最后曝气生物滤池适宜的温度为10~15℃，本案例条件下冬季最低气温-10℃。

需要进行加温，增大了能耗。

因此不选用。

5.4.2CASS法

CASS工艺是将序批式活性污泥法（SBR）的反应池沿长度方向分为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区。

在主反应区后部安装了可升降的滗水装置，实现了连续进水间歇排水的周期循环运行，集曝气沉淀、排水于一体。

CASS工艺是一个厌氧/缺氧/好氧交替运行的过程，具有一定脱氮除磷效果，废水以推流方式运行，而各反应区则以完全混合的形式运行以实现同步硝化一反硝化和生物除磷

CASS工艺的特征

（1）连续进水，间断排水

传统SBR工艺为间断进水，间断排水，而实际污水排放大都是连续或半连续的，CASS工艺可连续进水，克服了SBR工艺的不足，比较适合实际排水的特点，拓宽了SBR工艺的应用领域。

虽然CASS工艺设计时均考虑为连续进水，但在实际运行中即使有间断进水，也不影响处理系统的运行。

（2）运行上的时序性

CASS反应池通常按曝气、沉淀、排水和闲置四个阶段根据时间依次进行。

（3）运行过程的非稳态性

每个工作周期内排水开始时CANS池内液位最高，排水结束时，液位最低，液位的变化幅度取决于排水比，而排水比与处理废水的浓度、排放标准及生物降解的难易度等有关。

反应池内混合液体积和基质浓度均是变化的，基质降解是非稳态的。

（4）溶解氧周期性变化，浓度梯度高

CASS在反应阶段是曝气的，微生物处于好氧状态，在沉淀和排水阶段不曝气，微生物处于缺氧甚至厌氧状态。

因此。

反应池中溶解氧是周期性变化的，氧浓度梯度大、较多效率高，这对于提高脱氮除磷效率、防止污泥膨胀及节约能耗都是有利的。

实践证实对同样的曝气设备而言。

CASS工艺与传统活性污泥法相比有较高的氧利用率。

CASS工艺的基本流程图：

 SBR工艺是一种理想的间歇式活性污泥处理工艺，它具有工艺流程简单、处理效果稳定、占地面积小、耐冲击负荷强及具有脱氮除磷能力等优点。

因为本设计污水流量相对较小为43560m³。

因此综合考虑选择该工艺。

5.2污水处理构筑物的选择与设计计算

5.2.1集水池

采用两组集水池系统每个集水池长50m，宽9m，深2m。

5.2.2格栅

采用四组中格栅。

设栅前水深h=0.4m，过栅流速v=0.9m/s，栅条间隙e=20mm，格栅安装倾角60度,通过每组格栅的流量为：

qmax=1/2Qmax=1/4×79280=39640m³/d=0.229m³/s

1.栅条条数：

n=

=29.6

取n=30根。

2.栅槽宽度：

S=0.01m格栅总宽度：

B=S（n-1）+b×n=0.01×29+0.02×30=0.89m≈0.9m

3.进水渠道渐宽部分的长度l1：

设B

=0.65m，

；

校核流速：

V流=

=

=0.72m/s

在不淤流速0.4m/s与不冲流速0.9m/s之间,符合要求。

4.栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分的长度：

l2:

l2=0.5×l1=0.17m

5.通过格栅的水头损失h1

设栅条断面为锐边矩形截面，取污物堵塞增大损失系数k=3，则通过格栅的水头损失：

其中：

h0——计算水头损失,m；

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。

6、栅后槽总高度H:

7、栅槽总长度L:

其中H=h+h2

8、每日栅渣量W:

当b=0.02m，取W1=0.07m3/103m3污水

因此适合机械除渣。

5.2.3泵房的选择

选择集水池与机械间合建的半地下矩形自灌式泵房，这种泵房布置紧凑，占地少，机构省，操作方便。

5.2.3泵的选择及集水池的计算

1.平均秒流量

=504L/s

2.最大秒流量

=504×1.21=610L/S

3.考虑2台水泵，每台水泵的容量为

=305L/s

4.反应池容积，采用相当于一台泵6分钟的容量

W=

=220m³

集水池面积F=

=

=110㎡

5.2.4扬程估算

1.集水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差

=418.30-（411.00+2.0×0.75-0.03-2）=6.52m

其中：

—反应池有效水深，

，取

；

——出水管提升后的水面高程，

，取

；

——进水管管底高程，

，取

；

——进水管管径

，由设计任务书

；

——进水管充满度，由设计任务书

；

——经过粗格栅的水头损失，

，取h

=0.03。

由于资料有限,出水管的水头损失只能估算，设总出水管管中心埋深0.9米，局部损失为沿线损失的30%，则泵房外管线水头损失为0.558m。

泵房内的管线水头损失假设为1.5米，考虑自由水头为1米，则水头总扬程：

Hz=1.5+0.558+6.52+1=9.58m。

选用250S14型污水水泵三台，每台

，扬程

。

反应池有效水深

，吸水管淹没深度

，喇叭口口径

，取泵房地下部分高3.3m，地上部分2.3m，共5.6m。

5.2.5CASS反应池的计算

设计流量：

Q=43560m³/d日流量变化系数：

K=1.82

最大流量Qmax=60984m³/d日流量变化系数：

K=1.4

设计水温：

T=10~38℃

进水水质：

COD=400mg/L,BOD=200mg/L,SS=180mg/L

出水水质：

COD≦80ng/L,BOD≤20mg/L,SS≦20mg/L.

污泥负荷：

Ns=K2×Se×f/η=0.24d

其中：

K2=0.0168,K2-为有机基质降解速率常数，L/（mg·d），0.0168-0.0281

Se=20mg/LSe-为混合液中残留的有机基质浓度，mg/L

f=0.6f-为混合液中挥发性悬浮物固体浓度与总悬浮物固体浓度的比值

2.曝气时间

TA=24S0/（NS×M×x）

S0=200mg/LS0-进水BOD浓度；

X=2500X-混合液污泥浓度，2.5kg/m3-4.0kg/m3

1/m=0.31/m-排水比，≤1/3

TA=2.4

3.沉淀时间

Ts=[H×（1/m）+ε]/Vmax=1.9

H=4mH-反应器有效水深

Ε=0.5ε-活性污泥界面上最小水深

4.一周期所需要的时间

T＞Ta+Ts+Td=5.8h（取Td=1.5）

反应池所需要的总容积

V=Qmax×T×n/Lv×Ta=3630m³

n=3n-反应池个数

Lv=0.5Lv-BOD容积负荷

5.单个反应器面积

S=V/H=907.5m³

其中生物选择区，兼性区和主反应区的面积分别为：

39.5㎡79.0㎡789㎡

6.墙体底部连通口尺寸

A=V/（Td×u）×k=0.023㎡

U=39u-孔口流速

7.单个反应池每天排出的以挥发性固体计的干污泥量

△Xv=YobsQ（S0-Se）=1306Kg/d

8.反应池需氧量

O2=Q（S0-Se）/0.68-1.42△V=3911m³/d

9.反应池充氧量

Os=O2×Cs/α[β×ρ×Cs]×1.024×F=289Kg/h

10.单个反应池供气量

Gs=Os/0.28Ea=5727m³/h

滗水器则可以从市场选购。

具体尺寸应当满足污水处理厂的需要。

5.2.6消毒池的设计

若对处理出水水质要求较高，可考虑设置消毒池。

采用平流式接触消毒池，建设两座3廊道式接触池。

1.加氯量确定

采用液氯消毒，加氯量采用经验数据，加氯量为8mg/L,则

2.接触池计算

污水接触消毒池采用2组。

⑴接触池容积：

其中：

——池子的组数，设2组；

——接触时间，采用t=30min；

取实际池容积为600m3。

⑵池体表面积F：

设有效水深h=3m，则有：

⑶池长池宽：

设池宽4m

池长：

校核：

，符合要求

⑷高度：

设超高为0.3m,则总高度为：

H=0.3+3.0=3.3m

5.3.1浓缩池的设计计算：

采用一座幅流式圆形重力连续式污泥浓缩池，用带栅条的刮泥机刮泥，采用静压排泥，剩余污泥泵房将污泥送至浓缩池。

1.设计参数

进泥浓度：

10g/L

污泥含水率P1＝99.2％

污泥干重：

△Xv=YobsQ（S0-Se）=1306Kg/d

其中：

S0——进水BOD5浓度

Se----出水BOD5浓度

湿污泥量：

每座泥量（干重）：

W0=0.5W=1306kg/d

设计浓缩后含水率P2=96.0％

污泥固体负荷：

qs=45kgSS/（m2.d）

污泥浓缩时间：

T=13h

贮泥时间：

t=4h

2.设计计算

（1）浓缩池池体计算：

浓缩池所需表面积：

浓缩池直径:

取D=6.0m

有效水深:

h1=ut=0.222

13=2.89m,取h1=2.9m

浓缩池有效容积:

V1=A

h1=26.8

2.9=77.7m3

（2）排泥量与存泥容积:

浓缩后排出含水率P2＝96.0％的污泥,则:

V1=

按4h贮泥时间计泥量，则贮泥区所需容积:

V2＝v1/4＇＝32.65/4＝5.44m3

泥斗容积:

式中：

h4——泥斗的垂直高度，取1.2m

r1——泥斗的上口半径，取1.1m

r2——泥斗的下口半径，取0.6m

设池底坡度为0.08，池底坡降为：

故池底可贮泥容积：

因此，总贮泥容积为

（满足要求）

（3）浓缩池总高度：

浓缩池的超高h2取0.30m，缓冲层高度h3取0.30m，则浓缩池的总高度H为

=2.9+0.30+0.30+1.2+0.16=4.86m

5.3.2贮泥池

采用矩形贮泥池，贮存来自浓缩池的污泥：

Q为浓缩池的污泥：

Q=163.25m3

设污泥停留时间为8h

则所需要的体积为：

v=Q/3=54.4m3

取水深为3m

则池体的表面积v=18.06m2

取池的长宽分别为3m和6m

5.3.3真空过滤脱水机

采用真空转鼓过滤机。

污泥量Q＝163.25m3/d。

真空过滤脱水所需附属设备：

1.真空泵：

抽气量为每

过滤面积0.5～1.0m3/min,真空度200～500

mmHg，最大600mmHg。

选择真空泵，所需电机按每1m3/min抽气量1.2kw

计算