膜生物反应器原理处理化工、纺织废水污水处理毕业设计计算书 20页

'膜生物反应器原理处理化工、纺织废水污水处理毕业设计计算书XX工业大学2016届本科毕业设计说明书XX工业大学毕业设计说明书作者：XXXX学号：XXXXXXXXX学院：土木工程学院系(专业)：给水排水工程题目：膜生物反应器原理及某城市污水厂工程设计指导者：XX讲师(姓名)(专业技术职务)评阅者：(姓名)(专业技术职务)2016年12月4日XX工业大学2016届本科毕业设计说明书毕业设计（论文）中文摘要XX工业大学2016届本科毕业设计说明书毕业设计（论文）外文摘要XX工业大学2016届本科毕业设计说明书XX工业大学2016届本科毕业设计说明书目录 1引言.................................................................11．1概述...........................................................11．2本课题的目的及研究意义.........................................21．3本课题的国内外研究现状.........................................21.3.1国内研究现状..............................................21.3.2国外研究现状..............................................31．4设计原始资料...................................................31.4.1建设污水处理设施的必要性..................................31.4.2废水来源与水质特点........................................41.4.3设计资料..................................................42工艺方案的选择.......................................................52．1总论...........................................................52．2设计原则.......................................................52．3工艺流程的确定.................................................63污水处理构筑物的设计计算.............................................73．1中格栅（20mm）.................................................73.1.1设计说明..................................................73.1.2设计计算..................................................83.1.3设备选型..................................................93．2污水提升泵房..................................................103.2.1设置作用.................................................103.2.2提升泵房设计原则.........................................10 3.2.3泵站扬程估算.............................................113.2.4泵的选型.................................................113.2.5集水池面积计算...........................................123.2.6吸水管路与压水管路计算...................................123.2.7泵机组布置原则...........................................133．3细格栅（8mm）.................................................133.3.1设计说明.................................................133.3.2设计计算.................................................133.3.3设备选型.................................................153．4沉砂池........................................................153.4.1设计说明.................................................15XX工业大学2016届本科毕业设计说明书3.4.2设计计算.................................................163.4.3设备选型.................................................183．5初沉池（辐流沉淀池）..........................................193.5.1设计说明.................................................193.5.2初沉池主体设计计算.......................................193．6膜生物反应池..................................................243.6.1厌氧池...................................................243.6.2好氧池...................................................253.6.3膜池.....................................................323.7接触池.........................................................35 3.7.1消毒方法的选择...........................................353.7.2消毒接触池的主体设计.....................................353.7.3加氯间设计计算...........................................373.8计量堰.........................................................383.8.1尺寸设计.................................................383.8.2水头损失计算.............................................384污泥处理构筑物的设计计算............................................404.1污泥浓缩池.....................................................404.1.1池体设计.................................................414.1.2储泥池设计计算...........................................444.2污泥脱水间.....................................................444.2.1脱水机房计算.............................................444.3污泥泵房.......................................................455污水厂平面及高程的布置..............................................465.1污水厂平面布置.................................................465.1.1污水处理厂设施组成.......................................465.1.2污水处理厂平面布置一般原则...............................465.1.3平面布置.................................................485.2污水厂高程布置.................................................495.2.1布置原则.................................................495.2.2污水高程布置.............................................505.2.3污泥高程布置.............................................51 5.3其他附属设施的设计.............................................545.3.1门的设计.................................................545.3.2窗的设计.................................................545.3.3走廊.....................................................555.3.4通风设计.................................................55结论.................................................................56XX工业大学2016届本科毕业设计说明书参考文献............................................................57致谢.................................................................58XX工业大学2016届本科毕业设计说明书1引言1．1概述水是人类的生命之源。它孕育和滋养了地球上的一切生物，并从各个方面为人类服务。水的用途大致有以下几个方面：生活用水、工业用水、农业用水、渔业用水、交通运输用水等。一般情况下，与人类生产和生活密切相关的前三种用水不能大规模取用海洋咸水，而只能取用淡水。但是，水环境中的淡水资源却很少，仅占总量的2.53％，而目前能供人类直接取用的淡水资源仅占0.22％，加之自然水源的季节变化和地区差异，以及自然水体遭到的普遍污染，致使可能直接取用的优质水量日益短缺，难以满足人们生活和工农业生产日益增长的需求，因此保护和珍惜水资源，是整个社会的共同职责。就我国而言，淡水资源人均不超过2545立方米，不到世界人均值的1/4 ，因此我们更应该保护和珍惜水资源。水是人类生活、工农业生产和社会经济发展的重要资源，科学用水和排水是人类社会发展史上最重要的社会活动和生产活动内容之一。水在人们的生产生活中占有非常重要的地位。在人类发展史上，无论是过去，现在，亦或是将来，水资源的开发和利用都倍受关注。在当今世界，城市的建设正在高速发展，随着城市规模的不断扩大和人口的增加，人们日益追求一个整洁、卫生、舒适的环境，水环境污染也成了一个重要问题。随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，人们对水质水量的要求也不断提高，要求排放水体的污水一定要经过处理。“环境保护”已被我国定为一项基本国策，这是维持社会经济可持续发展的必要组成部分。我国是个缺水大国，水资源并不丰富，我国水资源有以下几个特点：一是全国降水在空间和时间的分布上极不平衡，南方水多，X方水少，差别悬殊，历史上水旱灾害极为频繁；二是X方有的地区人均占有水资源相当于世界上最干旱的国家，水量丰富的南方却常常发生季节性干旱，使依赖水灌溉的主要农作物水稻及一些经济作物用水困难；三是污水排放量大，处理率低；四是缺乏科学的用水定额和管理，生产耗水量XX工业大学2016届本科毕业设计说明书大，水的浪费相当普遍。1．2本课题的目的及研究意义 通过城市污水处理厂工艺的选择、设计，培养学生利用所学到的污水处理理论，系统的掌握污水处理方案比较、优化，各主要构筑物结构设计与参数计算，主要设备造型包括格栅、提升泵、鼓风机、曝气器、污泥脱水机、砂水分离器、刮泥机、水下搅拌器、淹没式循环泵、加药设备、消毒设备等，以及平面布置和高程计算。本次设计是学生学习研究与实践成果的全面总结，是培养学生综合素质和工程实践能力的重要方法。着重培养学生综合分析和解决问题的能力，组织管理和社交能力，独立工作能力，培养学生严谨的科学作风和认真的工作态度，树立事业心和责任感,对于提高学生全面素质具有重要意义。1．3本课题的国内外研究现状1.3.1国内研究现状我国为水资源比较短缺的国家，随着经济的发展，城市化进程的加快，城市缺水问题日趋严重，而城市污水的大量排放，更加重了这一趋势。污水处理是防治水环境污染的重要技术措施之一，污水处理工艺水平的高低将直接影响一个地区的水环境质量。我国污水处理面临着水污染严重,污水治理起步晚、基础差、要求高的形势。近些年,城市污水处理的建设有了很大发展,截至2005年6月底，全国661个设市城市建有污水处理厂708座,处理能力为4912万m3/d，是2000年的两倍多；全年城市污水处理量162.8亿m3，比2000年增加了43%，城市污水处理率达45.7%。但绝大多数城市的污水处理能力满足不了实际需要，全国还有297个城市没有建成污水处理厂，其中地级以上城市63个，包括人口50万以上的大城市8个；于重点流域、区域“十五”规划范围内的城市54个。全国5万多个城镇，370多万个村庄，9亿多人口居住地尚无污水处理设施。目前我国城市污水处理工艺普遍采用的是传统活性污泥法、氧化沟、 SBR等，这些成熟而有效的处理工艺，在世界各地被广泛应用。在目前城市污水处理，只有社会效益，没有经济效益的情况下，如此庞大的投资和运行费用，对经济不够发达的我国而言无疑是一个沉重负担。因此，本文以我国城市污水处理情况为基础，从排污系统建设、污水处理要求和效果等方面，对国内外城市污水处理工艺作了归纳，为提高我国的城市污水治理水平，最终促进经济与环境的协调发展提供技术参考。XX工业大学2016届本科毕业设计说明书1.3.2国外研究现状近二十年来,一些发达国家为了解决日益严重的水质污染问题，不惜巨额投资兴建了大量不同规模的城市污水处理厂。据资料介绍，美国现在平均每1万人就拥有1座污水处理厂，英国和德国每7000～8000人拥有1座污水处理厂。而且国外污水处理厂建设和发展的主要特点为污水处理厂趋向于大型化。国内外对城市污水是集中处理还是分散处理的问题已经形成共识，即污水的集中处理（大型化）应是城市污水处理厂建设的长期规划目标。结合不同的城市布局、发展规划、地理水文等具体情况，对城市污水处理厂的建设进行合理规划、集中处理，不仅能保证建设资金的有效使用率、降低处理能耗，而且有利于区域或流域水污染的协调管理及水体自净容量的充分利用。 国内外对城市污水是集中处理还是分散处理的问题已经形成共识，即污水的集中处理（大型化）应是城市污水处理厂建设的长期规划目标。结合不同的城市布局、发展规划、地理水文等具体情况，对城市污水处理厂的建设进行合理规划、集中处理，不仅能保证建设资金的有效使用率、降低处理能耗，而且有利于区域或流域水污染的协调管理及水体自净容量的充分利用。当前流行的污水处理工艺有：AB法、SBR间歇式活性污泥法、氧化沟法、普通曝气法、A/A/O生物脱氮除磷法、A/O生物脱氮活性污泥法、膜生物反应器法等，这几种工艺都是从活性污泥法派生出来的，且各有其特点。1．4设计原始资料1.4.1建设污水处理设施的必要性某城市位于山东省境内，濒临渤海莱州湾，属于半岛城市群中心位置，是山东省重要的区域中心城市和沿海开放城市，是连接沿海与内陆的枢纽城市。该市有一条X流沿城流过，并有铁路、公路与外省各地相通，交通便利，具有良好的发展前景。随着城市的发展，大量工厂、企业迅速兴起，大部分沿该X流的干流、支流两岸分布。城市内的化工、造纸、纺织及印染等企业均在X流的下游段设置废水集中流量排放点。由于本市基础设施不完善，大量的城市污水和工业废水未经处理直接排水受纳水体，对水环境造成了严重的污染，制约了工业生产的发展和人民生活水平的提高。为解决这一问题，该市政府拟投资在该市市郊建一污水处理厂，采用较先进的污水处理方法，改善水环境污染。XX工业大学2016届本科毕业设计说明书1.4.2废水来源与水质特点 废水主要是来自居民生活污水和市区内工业区的化工、造纸、纺织及印染等企业工业废水，该工业废水在排入市政管网之前已经过适当处理，并且达到国家规定的工业企业废水排入市政管网的标准。该生活污水和工业废水经市政排水管网收集之固定排放口。本次设计任务即为收集后的废水进行处理。设计流量：本次设计废水水量为10万m3/d进水水质特点：CODcr为500mg/L，SS为350mg/L，BOD5为100mg/L，TN为30mg/L，NH4+-N为25mg/L，TP=2.0mg/L，pH为6-9，色度为200。设计出水水质:根据山东省节能减排要求，新建污水处理厂的排水执行一级标准的B标准。并结合国家有关规范和标准及山东省的节能减排要求，确定本污水处理厂出水水质如下：CODcr≤60mg/L，TN≤20mg/L，SS≤20mg/L，BOD5≤20mg/L，NH4+-N≤8（15）mg/L，TP(以P计)≤1.0mg/L，粪大肠菌群数＜104个/L。1.4.3设计资料1）气象条件：该区域属于半湿润季风区，为暖温带季风大陆性气候，四季分明。春季温暖而干燥，风大雨少；夏季温热多雨；秋季天高气爽；冬季寒冷少雨雪。年平均气温13.7℃，极端最高气温40.7℃，极端最低气温-17.2℃。年平均相对湿度64%，年平均日照时数2508.7小时，年平均降雨量536.5mm，最大积雪深度为20cm。全年以南（S）风出现频率最高为14.91%，其次为东南和南南东（SE、SSE）风，出现频率分别为12.50%、10.48%，其余各方位出现频率较小，其中以西南西（WSW ）风出现频率最小为1.57%。春、秋、冬季以南（N）风出现频率为最高，夏季以东南（SE）风为主，年平均风速3.5m/s。2）地质状况：良好，满足工程地质要求。3）纳污X流：位于城市的东部自X向南流，常水位标高为178.2m，20年一遇洪水水位标高为182.5m。4）厂区进水总干管管径为DN1500，进水管管底绝对标高为179m，地面标高为186m。XX工业大学2016届本科毕业设计说明书2工艺方案的选择2．1总论随着城市的发展，大量工厂、企业迅速兴起，大部分沿该X流的干流、支流两岸分布。城市内的化工、造纸、纺织及印染等企业均在X流的下游段设置废水集中流量排放点。由于本市基础设施不完善，大量的城市污水和工业废水未经处理直接排水受纳水体，对水环境造成了严重的污染，制约了工业生产的发展和人民生活水平的提高。为解决这一问题，该市政府拟投资在该市市郊建一污水处理厂，采用较先进的污水处理方法，改善水环境污染。 膜生物反应器集生物反应器的生物降解和膜的高效分离于一体，是膜技术和污水生物处理技术有机结合产生的新型高效污水生物处理工艺。其工作原理是利用反应器的好氧微生物降解污水中的有机污染物。同时，利用反应器内的硝化细菌转化污水中的氨氮，以去除污水中产生的异味（污水中的异味主要由氨氮产生）。最后，通过中空纤维膜进行高效的固液分离出水。膜生物反应器工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能，与传统的生物处理方法相比，具有生化效率高、抗负荷冲击能力强、出水水质稳定、占地面积小、排泥周期长、易实现自动控制等优点，是目前最有前途的污水回用处理技术之一。污水经气浮、过滤工艺处理后，可直接由过滤泵送至MBR反应器处理，出水进入储水池消毒即可回用或排放。城市污水处理厂的工艺选取通常要先考虑污水厂的规模。根据我国的具体情况，大体上可分为大型、中型和小型污水处理厂。规模大于10万m3/d的为大型污水处理厂，中型污水处理厂的规模为1～10万m3/d，规模小于1万m3/d的是小型污水处理厂。2．2设计原则考虑城市经济发展及当地现有条件，确定方案时考虑以下原则：(1)要符合适用的要求。首先确保污水厂处理后达到排放标准。考虑现实的技术和经济条件，以及当地的具体情况(如施工条件)，在可能的基础上，选择的处理工艺流程、构(建)筑物型式、主要设备、设计标准和数据等，应最大限度地满足污水厂功能的实现，使处理后污水符合水质要求。(2)污水厂设计采用的各项设计参数必须可靠。(3)污水处理厂设计必须符合经济的要求。设计完成后，总体布置、单体设计及药XX工业大学2016届本科毕业设计说明书剂选用等要尽可能采取合理措施降低工程造价和运行管理费用。(4)污水处理厂设计应当力求技术合理。在经济合理的原则下，必须根据需要，尽可能采用先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。 (5)污水厂设计必须注意近远期的结合，不宜分期建设的部分，如配水井、泵房及加药间等，其土建部分应一次建成；在无远期规划的情况下，设计时应为以后的发展留有挖潜和扩建的条件。(6)污水厂设计必须考虑安全运行的条件，如适当设置分流设施、超越管线等。2．3工艺流程的确定根据污水的特点：（1）污水以有机污染物为主，BOD/COD=0.2，可生化性较好，重金属及其他难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标；（2）污水中主要污染物指标BOD、COD、SS都值都比较低，属普通城市污水；（3）进水中NH4+-N、TN、TP含量高于污水综合排放标准一级标准，需添加脱氮除磷工艺；（4）本课题污水处理量不是很大，在达到污水处理要求的前提下，应着重考虑工程占地面积和污水处理费用的节省。按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，大于20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺，10-20万t/d污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱磷脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如A2/O工艺，A/O工艺，SBR及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。 由上可见，对这样的城市污水，其各项控制指标的属于普通城市污水的范围之内，且需脱氮除磷，要求采用较先进的污水处理方法，改善水环境污染，故该设计采用的处理方法为膜生物反应器法。膜生物反应器法可根据对污水的处理程度的不同要求，灵活调节其运行方式，处理出水效果好。根据以上对污水的分析和任务书中的相关数据要求，决定在此次设计中以膜生物反应器法为主要处理工艺设计污水厂水处理流程，而达到任务书要求。对该工艺流程进行说明：原水先经过20mm的中格栅后，由进水提升泵提升到平流沉砂池。其出水经8mm的细格栅过滤后进入膜生物反应器生物反应池。生物反应池采用UCT工艺，有机物、氮、磷等污染物在生物池中被去除。同时在系统中设有化学除磷设施，辅助生物除磷，循环泵将生物池内的混合液提升至膜池进行固液分离。膜过滤出水经消毒后直接排放。MBR处理系统的设计参数:生物反应池共3个,依次为厌氧XX工业大学2016届本科毕业设计说明书池、好氧池和膜池。工艺流程图如下：污水处理流程图污泥处理流程图图2-1工艺流程图3污水处理构筑物的设计计算3．1中格栅（20mm）3.1.1设计说明 格栅是有一组平行的金属栅条或筛网制成，安装以拦截较大的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物及杂质，起到净化水质，保护进水泵正常运转的作用，并尽量处理那些不利于后续处理的杂物。格栅一般斜置在进水泵站之前，主要对水泵起保护作用，截去污水中较大的悬浮物，它本身的水流阻力并不大，水头损失只有几厘米，阻力主要产生于筛余物堵塞栅条，一般当格栅的水头损失达到10-15厘米时就该清洗。格栅按形状可分为平面格栅和曲面格栅两种，按格栅栅条间隙可分为粗格栅（50-100mm），中格栅（10-40mm），细格栅（3-10mm）三种。根据清洗方法，格栅和筛网都可设计成人工清渣和机械清渣两类，当污染物量大时，一般应采用机械清渣，以减少人工劳动量。栅条的断面形状有圆形、锐边矩形、迎水XX工业大学2016届本科毕业设计说明书面为半圆形的矩形、迎水面背水面均为半圆的矩形几种。而其中迎水面为半圆形的矩形的栅条具有强度高，阻力损失小的优点。经初步核算每日栅渣量大于0.2m3/d，所以采用机械除渣。我国过栅流速一般采用0.6-1.0m/s，此次设计采用0.9m/s。格栅前渠道内水流速度一般取0.4-0.9m/s，本设计取0.7m/s。格栅倾角一般采用45°-75°，机械清除国内一般采用60°-70°，本设计采用60°。3.1.2设计计算(1)设计参数：变化系数Kz：Kz=2.7/Q0.11=1.24设计污水量Qd＝100000m３/d＝4166.7m３/h=1.16m３/s。最大日流量：Qmax=Kz×Qd=1.24×4166.7=5166.7m３/h=1.43m３/s 采用中格栅，栅条宽度s＝0.01m，栅条间隙b=20mm，格栅安装倾角α=60°，栅条断面为矩形，过栅流速v=0.9m/s(2)设计计算：2vB'1计算得:①确定格栅前水深，根据最优水力断面公式Qmax?2栅前槽宽:B'?2Qmax?v12?1.43?1.8m0.9则栅前水深:h?B'2?1.8?0.9m2②格栅栅条间隙数n(个)n=Qmax?bhv=1.43?60?0.02?0.8?0.9=92.5取n=93(个)③栅槽宽度B(m)B=s(n－1)＋bn=0.01×(93－1)＋0.02×93=2.78(m)④进水渠道渐宽部分长度L1(m)XX工业大学2016届本科毕业设计说明书取进水渠道宽B1=0.65m，渐宽部分展开角α1=20°，此时进水渠道内流速v=L1=B?B12tan20?QmaxB1?h=1.43=2.44(m/s)0.65?0.9=2.78?0.65=2.93(m)2tan20?⑤栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2(m) L2=L12.93==1.47(m)22⑥通过格栅的水头损失h1(m)圆形栅条阻力系数ε=β(s/ｂ)4/3=2.42×(0.01/0.02)4/3=0.96v20.92sin60?=3×0.96×h1=k?×sin60°=0.11(m)2g2?9.8k-系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3β-阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β=2.42⑦栅前槽高H1(m),栅后槽高H(m)取超高h2=0.3mH1=h＋h2=0.9＋0.3=1.2(m)H=h＋h1+h2＝0.9＋0.11+0.3=1.31(m)⑧槽总长度L(m)L=L1＋L2＋1.0＋0.5＋⑨每日栅渣量W(m3)取W1=0.08m3栅渣／103m3废水;Kz=1.24W=QmaxW1?864001.43?0.08?86400==8.0(m3)>0.2(m3)1000KZ1000?1.24H1tan?=2.93+1.47+1.0+0.5+1.1=6.54(m)tan60?每日栅渣量＞0.2m3,所以采用机械除渣。3.1.3设备选型XX工业大学2016届本科毕业设计说明书图3-1中格栅设计草图3．2污水提升泵房 3.2.1设置作用将污水提升以让其在后续的处理过程重力流流过。3.2.2提升泵房设计原则采用膜生物反应器工艺方案，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，后面的膜组件的自吸泵会保证水能靠重力流入排放水体，而不会发生倒吸。污水经提升后入细格栅，然后自流通过沉砂池、初沉池、膜生物反应器及接触池，最后由出水管道排入X流。泵房要求：1）．泵房进水角度不大于45度。2）．相邻两机组突出部分的间距，以及机组突出部分与墙壁的间距，应保证水泵轴或电动机转子再检修时能够拆卸，并不得小于0.8m。如电动机容量大于55KW时，则不得小于1.0m，作为主要通道宽度不得小于1.2m。3）.泵站采用钢筋混凝土结构半地下式矩形泵房。4）.水泵为自灌式。XX工业大学2016届本科毕业设计说明书3.2.3泵站扬程估算设计数据：表3-2主体构筑物水头损失构筑物中格栅好氧池水头损失10--2525--50构筑物沉砂池厌氧池水头损失10--2525--50A）站外构筑物水头损失=好氧池水损+ 厌氧池水损+平流沉淀池水损+沉砂池水损+细格栅水损=0.50+0.50+0.40+0.25+0.35=2.0mB）集水井有效水深为2m，由前面的计算知中格栅过栅水头损失h1=0.11m，进水管的管底水位标高为179m，则栅后集水池最高水位为h=179-0.11-2=176.89m，则集水池的最低水位为h0=176.89-2=174.89mm。由站外水头损失，取细格栅水位标高为182.5m+2.0m=184.5m，则：集水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差为：184.5-174.89=9.61mC）泵站内的管线损失假设为2.0m，考虑自由水头为1.0m，加安全水头2m则水泵所需总扬程为Hmax=2+9.61+1+2=14.61m（取H=15m）3.2.4泵的选型污水泵站选泵应考虑下列因素：⑴水泵机组工作泵的总抽升能力，应按进水管的最大污水流量设计，并应满足最大充满度的流量要求。⑵尽量选用类型相同（最多不超过两种型号）和口径相同的水泵，以便于检修，但应满足低流量时的要求。⑶由于生活污水对水泵有腐蚀作用，故污水泵站应尽量选用污水泵，污水泵一般可使用4000小时检修一次。因此根据设计流量Qmax=5166.7m3/h，考虑选用4台500QW2400-22-220型潜污泵（流量2400m3/h，扬程22m，转速740r/min，功率220kw），三用一备。其性能参数见下表：表3-3500QW2400-22-220型潜污泵性能参数 流量扬程'