水处理工程课程设计报告 38页

徐州工业职业技术学院水处理工程课程设计报告题目江苏万邦金桥制药股份有限公司胰岛素污水处理设施初步设计时间2010/2011学年2学期17-18周班级给排水092班姓名周冉序号41指导教师袁秋生2011年06月28日\n目录一.设计说明（40分）2（一）原水（1分）2（二）设计目标（1分）2（三）处理工艺及原理（8分）31.方案流程图（1分）32.带控制点工艺流程图（3分）53.工艺过程及工作原理（2分）64.在线检测、控制策略（2分）6（四）设备和构筑物的设计与计算（20分）61．平流式沉淀池1的计算62.调节池的计算83.中和池95.厌氧接触池的计算126.平流式沉淀池3的计算147.UASB的设计计算168.曝气池1（推流式活性污泥曝气池）的计算219.沉淀池4(竖流沉淀池)的计算2410．曝气池2（推流式接触氧化池）的计算2611．沉淀池5（斜管沉淀池的）计算2912.污泥浓缩池（间歇式沉降浓缩池）的计算31（五）高程布置图（5分）33\n（六）标准设备、仪表技术要求（5分）36二．设计图纸（20分）37三.总结（5分）37参考文献38\n一.设计说明（40分）（一）原水（1分）原污水含猪胰腺碎渣、猪油、酒精、丙酮、柠檬酸、乙酸锌、食盐、H2SO4、H3PO4、氨水等，腥臭浑浊，呈灰白色，BOD5=15000mg/L、COD=30000mg/L、SS=700mg/L、PH=3-6、NH3-N=350mg/L、TP=500mg/L、动植物油=150mg/L，NaCl=7.5g/L，可生化性强，处理出水通过城市管网进入污水处理厂。（二）设计目标（1分）该厂处理水量100m3/d，使出水水质符合《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表4三级标准。即出水PH=6-9，SS≤400mg/L，BOD5≤300mg/L，COD≤500mg/L，动植物油≤100mg/L，硫化物≤1.0mg/L。（三）处理工艺及原理（8分）1.方案流程图（1分）\n石灰乳+PAC+PAM真空泵浮渣浮渣浮渣沼气沼气空气空气原污水→沉淀池1→调节池→中和池→沉淀池2→厌氧接触池→脱气器→沉淀池3→分水器→UASB→曝气池1→沉淀池4→曝气池2→沉淀池5→出水污泥回流回流污泥污泥污泥污泥污泥污泥污泥污泥浓缩池→混合器→离心脱水机→泥饼混凝剂\n2.带控制点工艺流程图（3分）\n3.工艺过程及工作原理（2分）原污水首先流入平流式沉淀池1，去除部分的大颗粒悬浮物及浮渣，经初沉后流入调节池，调节池主要调节水量的大小同时去除一些浮渣，后流入中和池调节污水的PH值，中和后的污水流入平流式沉淀池2，去除残存的浮渣和悬浮物。经预处理的污水流入厌氧接触池，在厌氧接触池内经搅拌使污水与污泥充分混合，通过厌氧菌的厌氧消化作用去除污水中的一些大分子有机物,经厌氧处理后的污水流入脱气器用真空泵抽出厌氧菌分解有机物产生的沼气，后流入平流式沉淀池3进行第三次沉淀，沉淀完的上清液通过分水器由底部均匀进入UASB的污泥反应区，有机物主要在这里被分解，污水穿过污泥层进入UASB上层的分离区，分离区主要把厌氧分解出的沼气、污泥固体和液体分开，固体经沉淀后由回流缝回流到下层反应区，气体分流后进入器室。处理后的水由分离区进入推流式活性污泥曝气池1，在曝气池内通过好养菌进一步分解有机物，经曝气后的水进入竖流式沉淀池4，将污泥沉淀下去，上清液水进入推流式接触氧化池继续由好氧微生物分解残余有机物，最终经斜管沉淀池沉淀后出水。在处理过程中的一部分污泥回流到工艺中，另一部分则被送入间歇式沉降污泥浓缩池，被处理成泥饼运出。4.在线检测、控制策略（2分）全厂运行采用集中监视、分散控制的集散系统。总控制室设有操作站、监视器、打印机、彩色硬拷贝和彩色模拟盘。分控制室内设现场控制器PLC，按编制的程序控制运行，并将采集的大量信息输至总控制室进行处理。厂内还设有电脑监视系统，对厂区主要部位及进水泵房、鼓风机房、离心脱水机房等主要设备的运行情况，通过电脑进行监视。（四）设备和构筑物的设计与计算（20分）1．平流式沉淀池1的计算（1）沉淀区有效水深\n(1-1)式中——表面负荷，初次沉淀池采用1.5~3.0m3/(m2.h)——停留时间，一般取；在本次设计中表面负荷=2.0m3/(m2.h)，停留时间；则：(2).沉淀区有效容积(1-2)式中______最大设计流量，/已知处理水量，停留时间；则：(3)沉淀区长度（1—3）式中-----最大设计时的平均流速，污水处理中，一般不大于。且；取；则：(4).沉淀区总宽B；（1—4）式中—沉淀区总面积，；则：(5).校核长宽比＞4.0（符合要求）（6）沉淀池总高度计算\n(1—5)式中-----沉淀池总高度，m;-----超高，采用0.3~0.5m；-----沉淀区高度，0.3m;-----污泥部分高度m，一般采用污泥斗高度与池底坡度的高度之和。且-----梯形的高度,m;-----泥斗高度，m。则:示意图：2.调节池的计算调节池，采用钢筋混凝土池，以防沉淀物在调节池中沉淀下来，通常情况下，用于工业废水的调节池，可按6-8h的废水量计算，若水质水量变化大时，可取10-12小时的流量，甚至采用24小时流量计算。（1）池容\n（2—1）式中---------；---------则：（2）调节池面积式中________。代入得取调节池。示意图：3.中和池中和池是中和酸性或碱性废水的水处理构筑物，按水的流向分平流式和竖流式（又分升流式和降流式），滤料粒径一般为30-50mm，不得混有粉料杂质，当废水中含有可能堵塞滤料的物质时，应进行预处理，过滤速度一般不大于5m/h\n，接触时间不小于10min，滤床厚度一般为1-1.5m，本设计采用升流失中和滤池。4.平流式沉淀池2的计算（1）.沉淀区有效水深(4-1)式中——表面负荷，初次沉淀池采用1.5~3.0m3/(m2.h)——停留时间，一般取；在本次设计中表面负荷=2.0m3/(m2.h)，停留时间；则：(2).沉淀区有效容积(4-2)式中______最大设计流量，/已知处理水量，停留时间；则：(3)沉淀区长度（4—3）\n式中-----最大设计时的平均流速，污水处理中，一般不大于。且；取；则：(4).沉淀区总宽B；（4—4）式中—沉淀区总面积，；则：(5).校核长宽比＞4.0（符合要求）（6）.沉淀池总高度计算(4—5)式中-----沉淀池总高度，m;-----超高，采用0.3~0.5m；-----沉淀区高度，0.3m;-----污泥部分高度m，一般采用污泥斗高度与池底坡度的高度之和。且-----梯形的高度,m;-----泥斗高度，m。则:示意图：\n5.厌氧接触池的计算（1）.水力停留时间该设计中，污水的可生化性强，有机物浓度超高，故水力停留时间取；（2）曝气池内活性污泥浓度曝气池内活性污泥浓度，一般采用，设计中取。（3）.回流污泥浓度式中则：（4）.污泥回流比\n式中解得:（5）.平面尺寸计算回流比：,回流污泥浓度：根据公式得根据式中则：厌氧池容积；水深取，则：厌氧池面积；厌氧池直径：示意图：\n6.平流式沉淀池3的计算（1）.沉淀区有效水深(4-1)式中——表面负荷，二次沉淀池采用1.0~2.0m3/(m2.h)——停留时间，一般取；在本次设计中表面负荷=2.0m3/(m2.h)，停留时间；则：(2).沉淀区有效容积(4-2)式中______最大设计流量，/\n已知处理水量，停留时间；则：(3)沉淀区长度（4—3）式中-----最大设计时的平均流速，污水处理中，一般不大于。且；取；则：(4).沉淀区总宽B；（4—4）式中—沉淀区总面积，；则：(5).校核长宽比＞4.0（符合要求）（6）.沉淀池总高度计算(4—5)式中-----沉淀池总高度，m;-----超高，采用0.3~0.5m；-----沉淀区高度，0.3m;-----污泥部分高度m，一般采用污泥斗高度与池底坡度的高度之和。且-----梯形的高度,m;-----泥斗高度，m。\n则:示意图：7.UASB的设计计算设计水量(1)反应器的体积式中。设计中取，；则(2)反应器的高度\n选择适当的反应器高度的原则是运行上和经济上综合考虑，从运行方面考虑反应器高度的选择要考虑如下因素：①高流速增加污水系统扰动，因此增加污泥与进水有机物之间的接触；②土方工程随池深增加而增加，但占地面积则相反高程选择应该使污水（或出水）可不用或减少用提升；③考虑当地气候和地形条件，一般将反应器建在半地下减少建筑和保温费用；④最经济的反应器高度一般是4—6m之间，并且大多数情况下这也是最优的运行范围等。本设计中取反应器高度(3)反应器的面积和反应的长、宽在反应器高度已知的情况下，反应器截面积的关系如下：式中则：根据长宽比为2:1，则将UASB设计成长方形池子，布水均匀，处理效果好。实际表面水力负荷为满足要求（4）三相分离器设三相分离器设计计算草图见下图4-1\n图4-1UASB三相分离器设计①设计说明三相分离器要具有气、液、固三相分离的功能。三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。②沉淀区的设计三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同，主要是考虑沉淀区的面积和水深，面积根据废水量和表面负荷率决定。由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应产生少量气体，这对固液分离不利，故设计时应满足以下要求：1）沉淀区水力表面负荷<1.0m/h2）沉淀器斜壁角度设为50°,使污泥不致积聚，尽快落入反应区内。3）进入沉淀区前，沉淀槽底逢隙的流速≦2m/h4）总沉淀水深应大于1.5m5）水力停留时间介于1.5～2h如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ＝50°(1)回流缝设计取,,如图4-1所示：\n式中：b1-------下三角集气罩底水平宽度，m;θ-------下三角集气罩斜面的水平夹角；h3-------下三角集气罩的垂直高度，m;则下三角形回流缝面积为：下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速()可用下式计算：式中：Q1------反应器中废水流量，m3/h；S1------下三角形集气罩回流逢面积，m2；,符合设计要求设上三角形集气罩下端与下三角斜面之间水平距离的回流缝的宽度CD=0.5m则上三角形回流缝面积为：上下三角形集气罩之间回流逢中流速()可用下式计算：式中：Q1-------反应器中废水流量，m3/h；S2-------上三角形集气罩回流逢之间面积，m2；V1；V2＜2.0m/s，符合设计要求。确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸，由图可知：\n(2)气液分离设计由上图可知：设AB=0.4m则校核气液分离。假定气泡上升流速和水流流速不变则：沿AB方向水流速度：取d=0.01cm(气泡)，T=20℃ρ1=1.03g/cm3,ρg=1.2×10-3g/cm3V=0.0101cm2/s,ρ=0.95μ=Vρ1=0.0101×1.03=0.0104g/cm·s一般废水的μ>净水的μ,故取μ=0.02g/cm·s由斯托克斯公式可得气体上升速度为：=则：,因为>,故满足设计要求。可以脱除直径等于或大于0.01cm的气泡。(3)三相分离器与UASB高度设计三相分离区总高度h=h2+h3+h4–h5\nh2为集气罩以上的覆盖水深，取0.5m。；则：UASB总高H=8.7m，沉淀区高2.6m，污泥区高1.5m，悬浮区高1.1m，超高0.5m。8.曝气池1（推流式活性污泥曝气池）的计算设计算进水COD=9000mg/L，出水COD=1800mg/L；则：（1）COD负荷率的确定K2取0.0185=1800mg/L=取0.75（2）确定混合液污泥浓度X查表确定SVI为90~100之间，取值95，取r=1.2，R=50%。（3）确定曝气池容积（4）确定曝气池各部位尺寸设一组曝气池，则容积为池深取1.5m,则曝气池的的面积为\n池宽取2m，。池长：设两廊道式曝气池，廊道长:取超高1.0m,则池子的总高度为:（5）曝气系统的设计与计算本设计采用鼓风曝气系统。查表得a'=0.6；b'=0.2最大需氧量的计算：取K=1.35每日去除COD值：最大需氧量与平均需氧量之比：(6)供气量计算采用网状模型中微孔空气扩散器，敷设于距池底0.2m处，淹没水深1.3m,计算温度为。查附录2，得：水中溶解氧饱和度：①空气扩散器出口处的绝对压力按下式计算，即：\n代入各值，得②空气离开曝气池面时，氧的百分比按下式计算，即：式中：代入值，得③曝气池混合液中平均氧饱和度（按最不利温度条件考虑）按下式计算，即：最不利温度条件，按考虑，代入各值，得:④换算在条件下，脱氧清水的充氧量，按下式计算，即:代入各值，得：相应的最大时需氧量为：\n⑤曝气池平均供气量，按下式计算，即：代入各值，得⑥曝气池最大时供气量⑦去除每千克COD的供气量：⑧每立方米污水供气量9.沉淀池4(竖流沉淀池)的计算(1)中心管面积设中心管内流速为，且该设计的流量为；式中。则：中心管管径为：\n（2）沉淀池有效高度，即中心管高度：(3)中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度：式中反射板直径（4）沉淀池总面积及沉淀池直径每座沉淀池的沉淀区面积所以，池子的总面积为沉淀池直径为：（5）污泥斗及污泥斗高度取，截头直径0.4m,则（6）沉淀池的总高度式中：Q——每池最大设计流量，m3/s；v0——中心管内流速，有反射板，取0.001m/s；v1——中心管喇叭口与反射板之间缝隙的流速，取0.001m/s；d1——喇叭口直径（1.35d0），m；v——池内水流速度，m/s，t——沉淀时间，取1.5h；h1——池超高，取0.3m；h4——缓冲层高度，m，一般为0.3m；h5——污泥室截圆锥部分高度m；\nR——截圆锥上部半径，取4m；r——截圆锥下部半径，取0.5m如图示：竖流式沉淀池10．曝气池2（推流式接触氧化池）的计算（1）基础参数设计水量为废水从UASB反应器出来后，与第二股废水混合，混合情况如下表5所示：生物接触氧化法处理水质情况进水水质去除率出水水质COD（540）90%200\n(2)设计参数①生物接触氧化池的个数或分格数应不小于2个，并按同时工作设计。②容积负荷范围M：1000~1500gBOD/(m3·d)。③污水在氧化池内的有效接触时间一般为1.5~3.0h。④填料层总高度一般为3m，当采用蜂窝型填料时，一般应分为装填，每层高为1m，蜂窝孔径不小于25mm。⑤进水BOD浓度应控制在150~300mg/L。⑥接触氧化池中溶解氧含量一般应维持在2.5~3.5mg/L，气水比为(15~20)：1。⑦接触氧化池每格的面积一般不大于25m2，以保证布水布气均匀。(3)一般规定：①生物接触氧化池每个(格)平面形状宜采用矩形，沿水流方向池长不宜大于10m。其长宽比宜采用1:2~1:1。有效面积不宜大于100m2。②生物接触氧化池由下至上应包括构造层、填料层、稳水层和超高。其中，构造层高宜采用0.6~1.2m，填料层高宜采用2.5~3.5m，稳水层高宜采用0.4~0.5m，超高不宜小于0.5m。③生物接触氧化池进水端宜设导流槽，其宽度不宜小于0.8m。导流槽与生物接触氧化池应采用导流墙分隔。导流墙下缘至填料底面的距离宜为0.3~0.5m，至池底的距离宜不小于0.4m。④生物接触氧化池应在填料下方满平面均匀曝气。⑤当采用穿孔管曝气时，每根穿孔管的水平长度不宜大于5m；水平误差每根不宜大于土2mm，全池不宜大于土3mm，且应有调节气量和方便维修的设施。⑥生物接触氧化池应设集水槽均匀出水。集水槽过堰负荷宜为2.0~3.0L/(s·m)。\n⑦生物接触氧化池底部应有放空设施。⑧当生物接触氧化池水面可能产生大量泡沫时，应有消除泡沫措施。⑨生物接触氧化池应有检测溶解氧的设施。（3）设计计算(1)接触氧化池有效容积取容积负荷(2)接触氧化池面积取接触氧化填料层总高度H=3m，则接触氧化池总面积：(3)池子总高度设计中取(4)选用半软性材料，则填料总体积：(5)所需空气量：采用多孔管鼓风微孔曝气供氧，取气水比，则所需总空气量：\n则选用HWB—2型微孔曝气器，如表6所示。表6HWB—2型微孔曝气器参数型号HWB—2曝气板材料陶瓷板氧利用率/%20～25孔径/μm150曝气量1～3动力效率/(kgO2/kWh)4～6孔隙率/%40～50服务面积0.3～0.5阻力/Pa1500～350011．沉淀池5（斜管沉淀池的）计算斜板沉淀池设计成圆形池，可以节省占地。（1）沉淀池水表面积：式中\n则：（2）沉淀池平面尺寸式中则：（3）池内停留时间式中设计中取，则：（4）斜板下缓冲层高为了布水均匀并不会扰动下沉的污泥，一般采用1.0m(5)沉淀池的总高度式中则：斜板沉淀池示意图：\n12.污泥浓缩池（间歇式沉降浓缩池）的计算本设计采用间歇式沉降浓缩池，运行时，应先排除浓缩池中的上清液，腾出池容，再投入待浓缩的污泥，为此应在浓缩池深度方向的不同高度上设上清液排除管。（1）设计参数固体负荷（固体通量）M一般为10～35kg/m3d，取M=30kg/m3d=1.25kg/m3d；浓缩时间取T=24h；设计污泥量Q=70m3/d；浓缩后污泥含水率为96%；（2）设计计算①．浓缩后污泥体积：式中V0——污泥含水率变为P0时污泥体积②．池子边长根据要求，浓缩池的设计横断面面积应满足：\n式中：Q------入流污泥量，m3/d；M------固体通量，kg/m3·d；C------入流固体浓度kg/m3。固体通量应通过试验确定，如无实验数据，可参考下表；污泥种类污泥固体通量[kg/(m2.h)]浓缩污泥浓度(g/L)生活污水污泥1~250~70初沉污泥4~680~100改良曝气活性污泥3~5.170~85活性污泥0.5~1.020~30腐殖污泥1.6~2.070~90初沉污泥与活性污泥混合1.2~2.050~80初沉污泥与改良曝气活性污泥4.0~5.180~120初沉污泥与腐殖污泥混合2.0~2.470~90入流固体浓度（C）的计算如下：=×1000×(1-98%)=490kg/d=×1000×(1-99%)=446.8kg/d那么，=+=936.8kg/d=936.8/70=13.38kg/m3浓缩后污泥浓度为：=936.8/35=26.77kg/m3浓缩池的横断面积为：A=Qc/M=70×13.38/30=31.22m2设计一座正方形浓缩池，则边长B=5.7m，则实际面积A=5.7×5.7=32.5m2③．池子高度取停留时间HRT=20h，有效高度=QT/24A=70×20/24×31.22=1.5m，超高=0.5m，缓冲区高=0.5m。则池壁高：④．污泥斗\n污泥斗下锥体边长取0.5m，污泥斗倾角取50°则污泥斗的高度为：污泥斗的容积为：⑤．总高度⑥.设计计算草图如图4-5:图4-5污泥浓缩池设计计算草图（五）高程布置图（5分）高程布置原则如下：1、选择一条距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算。并应适当留有余地，以保证在任何情况下，处理系统都能够运行正常。\n2、计算水头损失时，一般应以近期最大流量作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头。3、设置终点泵站的污水处理厂，水力计算常以接纳处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒退计算，以使处理后污水在洪水季节也能自流排出，而水泵需要的扬程则较小，运行费用也较低。但同时应考虑到构筑物的挖土深度不宜过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难。还应考虑到因维修等原因需将池水放空而在高程上提出的要求。4、在作高程布置时还应注意污水流程与污逆流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。在决定污泥干化场，污泥浓缩池，消化池等构筑物的高程时，应注意它们的污泥水能自动排入污水入流干管或其它构筑物的可能。\n在本设计中取最后一个构筑物的标高为水平标高为0.00m,则其高程图标高如下:（六）标准设备、仪表技术要求（5分）\n序号名称规格型号材料数量备注1平流沉淀池4×2.81×0.52钢混32调节池4×3钢混13斜管沉淀池20×15×5钢混14竖流沉淀池钢混15泵50QW130-30-22150QW140-18-1566球型手阀PVC107针型手阀T18止回阀T39罗茨风机210管道PVC30二．设计图纸（20分）详见附件，包括：1.带控制点工艺流程图；2.高程布置图；3.非标设备及构筑物图。三.总结（5分）本次实训的主要工艺流程是UASB法，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降，可以达到良好的处理效果。在前面预处理阶段，主要去除一些浮渣和大的有机颗粒物。处理中段因该厂污水的有机物浓度超高，可生化性强故在工艺中用了厌氧接触池和UASB两个工艺来降低污水中有机物的浓度，起到了良好的效果。然而，\n该工艺中没有设置气浮池，因为气浮池的沉降快，去除率高，一定程度上可以后面的生化污泥，可以在工艺中设置气浮池。通过两周的课程设计，加深了我对污水处理流程的理解，在对每个污水处理设备计算的过程中让我意识到一些方面的不足，知道应该在哪些地方加强学习，在这期间感谢老师的指导和同学的帮助，所以才能顺利的结束课程设计。参考文献高俊发.王社平主编.《污水处理厂工艺设计手册》.北京：化学工业出版社，2003谭万春主编.《UASB工艺及工程实例》.北京：化学工业出版社，2009南国英.张志刚编.《给排水工程专业工艺设计》.北京：化学工业出版社，2004吕宏德主编.《水处理工程技术》.北京：中国建筑工业出版社，2005中国工程北设计院主编.《给水排水设计手册》.第11册.常用设备.北京:中国建筑工业出版社中国工程南设计院主编.《给排水设计手册》.第1册.常用资料.第一版.中国建筑工业出版社（以上合计65分，再加资料汇编5分，总计70分。）