排水设计

1水质工程学（II）课程设计一、设计目的根据设计任务书中所给的原始资料，对某小镇的污水处理厂进行设计。通过设计学会运用原始资料，确定污水处理方案的一般原则，熟悉有关构筑物的计算方法和了解设计步骤及规律，是学到的基本知识，基本理论和基本技能得到一次综合性的训练。二、设计内容1）根据所提供的原始资料，确定污水所需要的处理程度，并选择处理方法。2）根据污水处理程度结合污水厂的地形条件，选择污水、污泥的处理流程和处理构筑物。3）对所选择的处理构筑物进行工艺设计计算，确定形式和主要尺寸。4）绘制污水厂的总体布置（包括平面布置和高程图）。5）编写说明书。三、设计原始资料1）某小镇污水厂附近地形图一张，该城镇人口数为5万人。2）污水流量：日平均流量Q=7500m3/d。日变化系数和时变化系数分别为Kd=1.2,Kh=1.33。污水水质：平均水温为23℃。处理前BOD5=250mg/L,SS=330mg/L。污水经过二级处理后DO=2mg/L，处理后污水排入附近河流。3）水位地质资料（1）污水厂附近最高洪水位260m，该河流95%保证率的枯水量为1.5m3/s，河水流速为0.8m/s，夏季河水平均温度17℃，河水中溶解氧为7mg/L,河水中原有BOD5为2mg/L，悬浮物含量为49mg/L。（2）污水厂地址下水位距地表15m左右，土壤为砂质粘土，抗压强度在1.5公斤/cm2以上。土壤平均温度为12℃，土壤最低温度为2℃。4）气象条件：夏季主导风向为西南风，气压为730.2mm汞柱，年平均气温为15.1℃，冬季最低月平均温度为8℃。5）其他资料厂区附近无大片农田。拟由省建筑公司施工，各种建筑材料均能供应。电力供应充足。四、污水厂厂址的选择在城镇总体规划中，污水厂的位置已有确定。但是在污水厂总体设计时，对具体厂址的选择，仍须进行深入调查研究和详尽的技术经济比较。其一般原则如下：1）厂址与规划居住区或公共建筑群的卫生防护距离应根据当地具体情况，与有关部门协商确定，一般不少于300m。2）厂址应在城镇集中供水水源下游，至少500m。3）厂址应尽可能少占农田或不占良田，且便于农田灌溉和消纳污泥。4）厂址应尽可能设在城镇和工厂夏季主导风向的下方。5）厂址应设在地形有适当坡度的城镇下游地区，使污水有自流的可能，以节约动力消耗。26）厂址应考虑汛期不受洪水威胁。7）厂址的选择应考虑交通运输、水电供应地质、水文地质等条件。8）厂址的选择应结合城镇总体规划、考虑远景发展、留有充分扩建的余地。综上，本设计将污水厂设在镇区以外的东北方向、靠近河流处，在小镇地形图中的具体位置为（Y：500X：900地面高程为271.4）周围。五、设计步骤及方法1）根据给定的原始资料，确定污水厂的规模和污水设计水量、水质：此污水厂为小型污水厂，污水设计水量为污水的最大日最大时的流量，即为：Qmax=Kd×Kh×Q24=1.2×1.33×750024=498.75m3/h≈0.139m3/s由城镇污水处理厂污染物排放标准，见下表：城镇污水处理厂污染物排放标准mg/L按照国家有关规定，排放标准应该达到一级B标，即处理后水质：COD≤60mg/L，BOD5≤20mg/L,SS≤20mg/L。2)确定污水处理程度：a)求SS的处理程度：η=L处理前−L处理后L处理前×100%=300−20300=93.3%b)求BOD5的处理程度：出水中非溶解性BOD5值为：BOD5=7.1bXaCe式中：Ce——出水中悬浮固体（SS）浓度，mg/L，取20mg/L；b——微生物自身氧化率，一般介于0.05-0.1之间，取0.08Xa——活性微生物在出水中所占的比例，取0.4.代入各值，得：BOD5=7.1×0.08×0.4×20=4.5mg/L因此，出水中溶解性BOD5的值为20-4.5=15.5mg/L则，BOD5去除率为：η=250−15.5250=93.8%所以该污水厂的污水处理程度为93.8%。3）污水、污泥的处理方法及处理工艺：污水处理工艺系统设计与建设的基本出发点是实现排水系统的社会功能，设计的基本思想是保障水的健康循环，排放水量与水质对排放水体没有不良影响。污水污泥主要来自于粪便污水、厨房废水，它截流了传统的农家肥料。在城市水冲厕所普及之前，城市居民粪便是农田的重要肥料，这符合农田肥分——作物——人类食物——排泄物——农田肥料的物质循环规律。基于水循环和物质循环的基本思想，污水处理工艺的选择应考虑如下原则：（1）节省能源、节省资源。（2）节省占地。基本控制项目一级标准（A/B）二级标准（A/B）三级标准（A/B）化学需氧量（COD）50/6060/60100/120生化需氧量（BOD5）10/2020/2030/30悬浮物（SS）10/2020/2030/303（3）结合当地地方条件充分考虑处理水的有效利用。（4）根据排放水体、污水回用对象的要求正确确立污水处理程度，并且要充分考虑将来水处理程度的提高。（5）在满足处理程度与出水水质条件下，选择工艺成熟、有运行经验的先进技术。（6）特别注意，任何工艺技术、流程都有一定的适用条件，所以要认真研究当地气象、地面与地下水资源、地质、给排水现状与发展规划，根据现状与预测污水产量来选择水处理工艺流程布置。本污水厂在一小城镇上，小城镇污水主要是生活污水和以农产品为原料的工艺废水的混合体，与大城市相比较小，且在量和质上都不够均匀和稳定。同时该污水厂的出水要达到国家一级B标，污水处理程度为93.8%，故需要污水的二级处理。污水的二级处理有两种工艺：活性污泥法和生物膜法。对于生物膜法，它存在一些不足，如：（1）需要较多的填料和支撑结构，在不少情况下基建投资超过了活性污泥法；（2）出水常常携带较大的脱落的生物膜片，大量非活性细小悬浮物分散在水中使处理水的澄清度降低；（3）活性生物量较难控制，在运行方面灵活性差。所以本污水厂不宜采用生物膜法，应该采用活性污泥法。小城镇的污水多以生活污水为主，排水水量较小，白天和夜晚水量相差比较大，不宜采用连续流工艺。根据小城镇水质水量的特点，SBR工艺是小城镇污水厂理想的工艺，也是目前国际公认的高效、简洁的污水处理工艺，更是世界各国小城镇污水厂优先选择的工艺。本水厂采用SBR变形工艺：CASS工艺。它具有以下优势：（1）反应器前端设生物选择器，并将主反应区的污泥回流至生物选择器；（2）可变容积的运行提高了系统对水量水质变化的适应性和操作的灵活性；（3）工艺流程简单，布置紧凑，运行灵活，处理效果好；（4）在沉淀阶段不进水，静止效果好；（5）基建费用低，占地面积少，本工艺不需要设初沉池和二沉池；（6）整个工艺自动化操作，维护费用低；（7）系统中无需庞大的刮泥桥、大量搅拌设备以及庞大的污泥回流泵，故系统机械设备投资低，并且无需搅拌耗能，节省大量能耗，故工艺运行费用也低。所以该污水厂的工艺为：污水→格栅→沉砂池→巴氏计量槽→CASS池→排水↓↓泥砂外运浓缩池→脱水机房→污泥外运六、各处理单元构筑物的计算1）格栅计算：污水设计水量为：Qmax=Kd×Kh×Q24=1.2×1.33×750024=498.75m3/h≈0.139m3/sa)栅槽宽度：设栅前水深h=0.4m，过栅流速v=0.8m/s，栅条间隙e=10mm,格栅安装倾角α=60°。栅条的间隙数：n=Qmaxsinαehv=0.139×sin60°0.01×0.4×0.8=37.6取n=40栅槽宽度：（取栅条宽度S=0.01m）B=Sn−1+en=0.01×40−1+0.01×40=0.79m≈0.8m式中：B—栅槽宽度，m；S—栅条宽度，m；4e—栅条净间隙，粗格栅e=50-100mm,中格栅e=10-40mm，细格栅e=3-10mm；n—栅条间隙数；Qmax—最大设计流量，m3/s；α—栅条倾角，度；h—栅前水深，m；v—过栅流速，m/s，最大设计流量时为0.8-1.0m/s，平均设计流量时为0.3m/s；sinα—经验系数。b)栅槽总长度：取进水渠宽度B1=0.58m,则进水渠的水流速度为：v1=QmaxB1h=0.1390.58×0.4=0.6m/s取渐宽部分展开角α1=20°，则进水渠道渐宽部分长度为：l1=B−B12tanα1=0.8−0.582×tan20°=0.3m栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：l2=l12=0.32=0.15m取栅前渠道超高h2=0.3m,则栅前槽高为：H1=h+h1=0.7m则栅槽总长度为：L=l1+l2+1.0+0.5+H1tanα=0.3+0.15+1.0+0.5+0.7tan60°=2.35m式中:L—栅槽总长度，m；H1—栅前槽糕，m；l1—进水渠道渐宽部分长度，m；l2—栅槽与出水渠道连接的渐缩长度，m；B1—进水渠道宽度，m；α1—进水渠展开角，一般用20°。c)过栅水头损失：栅条为矩形断面，取β=2.42。阻力系数为：ε=βSe4/3=2.42×0.010.014/3=2.42计算水头损失为：h0=εv22gsinα=2.42×0.822×9.81×sin60°=0.068m取k=3,则过栅水头损失为：h1=kh0=3×0.068=0.20m式中：h1—过栅水头损失，m；h0—计算水头损失，m;g—重力加速度，9.81m/s2k—系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般k=3；ε—阻力系数，与栅条断面形状有关，ε=βSe4/3，当为矩形断面时，β=2.42。为避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降h1作为补偿。d)栅槽总高度：H=h+h1+h2=0.4+0.2+0.3=0.9m式中：H—栅槽总高度，m；5h—栅前水深，m；h2—栅前渠道超高，m，一般取0.3m。e)每日栅渣量：总变化系数为：K总=Kd×Kh=1.2×1.33=1.596取W1=0.09则每日栅渣量为：W=QmaxW1×86400K总×1000=0.139×0.09×864001.596×1000=0.677m3/d0.2m3/d所以采用机械清渣。式中：W—每日栅渣量，m3/d；W1—栅渣量（m3/103m3污水）,去0.1-0.01，粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值；K总—生活污水流量总变化系数。格栅计算图如下：由规范得：机械格栅不宜少于2台，当为1台时，应设人工格栅备用。所以按上面格栅尺寸再设一人工格栅备用。62）沉砂池计算(平流式沉砂池)：a)长度计算：取v=0.2m/s,t=35s，则长度为：L=vt=0.2×35=7.0m式中：L——水流部分长度，m；v——最大设计流量时的流速，m/s，最大流速为0.3m/s,最小流速为0.15m/s；t——最大设计流量时的流行时间，s，最大流量时的停留时间不小于30s,一般取30-60s。b)水流断面积：A=Qmaxv=0.1390.2=0.695m2式中：A——水流断面积，m2；Qmzx——最大设计流量，m3/s。c)池总宽度：设n=2格，每格宽b=0.6m，则池总宽度为：B=nb=2×0.6=1.2m式中：B——池总宽度，m；n——分格数，沉砂池个数或分格数不应少于2个；b——分格宽度，m，每格宽度不应少于0.6m。d)有效水深：h2=AB=0.6951.2=0.58m式中：h2——设计有效水深，m，设计有效水深不宜大于1.2m，一般用0.25-1m。e)沉砂室所需容积：取T=2d,则沉砂室所需容积为：V=QmaxXT×86400K总×1O5=0.139×3×2×864001.596×105=0.45m3式中：V——沉砂室所需的容积，m3；X——城市污水沉砂量，一般采用3m3/105m3；T——清楚沉砂的间隔时间，d,应不大于2天；Qmax——设计流量，m3/s；K总——生活污水量变化系数，K总=Kd×Kh=1.2×1.33=1.596。f)每个沉砂斗的容积：设每一分格有两个沉砂斗，共设4个沉砂斗，则：V0=V4=0.454=0.1125m3式中：VO——每个沉砂斗的最小容积，m3。g)沉砂斗各部分尺寸：设斗底宽度a1=0.4m，斗壁与水平面的倾斜角为55°，斗高h3′=0.3m。沉