水处理厂工艺流程设计―平流式沉淀池

-1-第一章总论本次课程设计主要任务是对某城市50000m3/d污水处理厂三级处理工艺及部分构筑物进行设计。本设计所处理的原水，属于市政污水经过二级生物处理后的出水（中水），水的浊度、CODcr、SS等，均符合国家污水排放标准。但是作为景观用水和部分工业补充用水，其浊度和卫生指标偏高，需要进行进一步的深度处理，本次课程设计的目的就是以活性污泥法处理后的出水作为原水，采用混凝—沉淀工艺进一步处理，达到景观和部分工业用水的要求。本次课程设计的目的在于加深理解所学专业知识，培养学生运用所学专业知识，进一步培养其独立分析问题和解决问题的能力，培养学生综合运用所学知识的能力，在设计、计算、绘图方面得到锻炼。三级处理又称高级处理、深度处理。其目的是进一步去除二级处理未能脱除的污染物质，包括残留的微细颗粒物、溶解性有机物、无机盐类（如氮、磷、重金属等）、色素、细菌、病毒等。三级处理根据出水的不同回用要求而采用不同的方法，如混凝沉淀法、砂滤法、生物除磷脱氮法、活性炭吸附、离子交换和电渗析、反渗透等。三级处理后出水水质进一步提高可除去大部分氮和磷。三级处理出水具有更高的回用价值，如回用作电厂锅炉补给水的原水、循环冷却水等，且不受限制的农业回用和安全排入水体进入给水管网等。三级处理投资和运行费用明显较高，即使在发达国家应用也不是很多，是一种对处理水质要求高和成本高的处理工艺。第一节设计任务和内容一、设计任务1、本次课程设计为初步工艺设计及部分构筑物设计计算，设计要求如下：(1)工艺设计：给出污水混凝—沉淀处理工艺流程图，并说明理由；给出设计高程图，要求为一次提升，自然流动。(2)给出所要求单个构筑物结构设计，并设计计算，给出设计图。包括平面图、A－A、B－B、高程图以及工艺流程图。2、处理工艺流程-2-来自于二级生物处理的污水，经格栅截留大颗粒有机物和漂浮物后，通过剂量槽后，经过泵提升后进入三级污水处理厂，经三级污水处理后符合要求的出水进入城市工业用水管道。二、设计内容1、工艺设计：给出污水三级处理的流程图，并说明理由。2、高程设计：绘制出污水三级处理厂高程图，要求为一次提升，自然流动。3、按计算比例绘制平流式沉淀池的工艺构造图。第二节基本资料一、污水处理水量与水质进入水处理厂的城市中水的水量与水质为：设计流量：日处理废水50000m3中水水质：PH值～7.0水温4.5～25℃CODCr≤50mg/LBOD5≤20mg/LSS≤250mg/LTN≤5mg/LTP≤0.05mg/L二、处理要求中水经深度处理后应符合以下要求：PH值～7.0CODcr≤20mg/LBOD5≤15mg/LSS≤10mg/LTN≤5mg/LTP≤0.05mg/L三、气象及水文资料：风向：冬季主导风向为西北风，夏季主导风向为东南风。风速：平均风速2m/s,最大风速20m/s。-3-气温：年平均温度为6℃最冷月平均为－13.5℃(1月)最热月平均为22℃（7月）水文：年平均降水量：417.5mm年平均蒸发量：1824.2mm地下水初见水位：6～8m地形地貌：厂区地势由西向东呈下降趋势。-4-第二章混凝—沉淀工艺流程设计第一节工艺流程设计及说明厂的设计水量为5万立方米每天，厂自用水为5%。原水为经过二级生物处理的污水，首先进入泵房进行提升，提升扬程为7.4米，然后经过细格栅进一步去除大颗粒有机物，在整个过程中形成自然水流。在提升后进入混合反应池，通过配水井的闸门控制各絮凝池的水量。水流在混合反应池内形成大的矾花后进入平流式沉淀池，沉淀池出水通过配水井后进入快滤池，过滤后进入消毒接触室进行消毒，最后进入用水管网。其中沉淀池及快滤池产生的污泥进入污泥浓缩池，然后经消化脱水形成泥饼，运出厂外。该厂的工艺流程图如下：回流污泥剩余污泥脱水机污消泥化池污浓泥缩池消毒间加药间回用消接毒触室快滤池平沉流淀式池反应池混合池计量槽细格栅泵房集水井原水主要设备：1、集水井：汇集原水以利于后续工艺流程的进行。3、水泵：泵房进口处设闸门一座，手电两用操作。采用螺旋提升泵，将水位一次提升为7.4米，使后面流程中形成自然水流。4、计量槽：计量进入后续流程的水量，以利于调整后续流程的加药量。图2.1.1工艺流程图-5-5、混合反应池：进水在此与药剂反应生成大的矾花。6、平流式沉淀池：通过已知数据进行计算（具体计算见第三章），通过静水压力排泥。6、快滤池：通过计算可知（见第四章主要设备说明）采用5个单层滤料的滤池，滤料为石英砂。用于去除残存的胶体及部分溶解性杂质。7、消毒接触室：用于出水消毒。8、污泥浓缩池：污泥浓缩处理主要作用是降低污泥中的含水率，减少污泥体积。9、污泥消化池：采用污泥厌氧消化的方法对污泥进行处理，厌氧消化池一般由集气罩、池盖、池体与下锥体等四部分组成，并附有搅拌和加温设备。10、脱水间：沉淀池及快滤池的污泥通过排泥管进入浓缩池，再进入消化池，最后由污泥泵打入污泥脱水间，由脱水间中的离心脱水机将污泥中的部分含水脱去，泥饼运往厂外。第二节流程图及高程图一、该厂的流程图（见附图）二、该厂的高程图（见附图）污水处理工程的污水处理流程高程布置的主要任务是确定各处理构筑物和泵房的标高，确定处理构筑物之间连接管渠的尺寸及其标高。确定各部位的水面标高，从而使污水能够在处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理流程的正常运行。本次课程设计只确定构筑物的水头损失，而不计管渠的水头损失。1、布置原则：a.一级泵房提升水位应一次提升到足够高度，以使后面流程为自然流动。水泵安装高度不宜过低，以减少调节池流出水的水头的损失。b.流程各个设备之间的水头损失高度差不宜过大，以减少不必要的水头损失。c.泵的提升高度为各设备水头损失、管路损失和各过程损失的安全余量之和。2、高程图的特点简要的反应了整个水厂的各建筑物的高低比例，可以让人一目了然的了解水的流动过程及能头的损失的来源，高程图与平面图结合，就可全面反映整个水厂的大小及比例，工程施工上容易进行。要想一次提升自然流动，则计算时是用总水头减去经过下一个池的损失水头，所得差值为下一能头，依次计算到最后即可。-6-高程图部分介绍如下：1、泵房：水泵将原水水位一次提升到7.4m，形成自然水流，以供后面流程中的水头损失。2、混合反应池：混合反应池由混合池和反应池组成，反应时间为25min，池内水位为+5.24m。3、平流沉淀池：沉淀池采用的是五个平流式沉淀池，有效水深为3.0m，底部坡度0.01，污泥斗高度3.46m，具体计算见第三章。4、快滤池：快滤池流速10m/h，停留时间40min。具体计算见第三章。5、污泥脱水间：污泥脱水间高3.96m，通过离心脱水机对污泥进行脱水处理。-7-第三章平流式沉淀池的计算第一节概述用于沉淀的构筑物称为沉淀池，沉淀池按池内水流方向的不同，可分为平流式沉淀池，辐流式沉淀池、竖流式沉淀池和斜板斜管沉淀池。本次课程设计采用的平流式沉淀池。坡度0.01平流式沉淀池具有以下优点：1、可就地取材，造价低。2、操作管理方便，施工较简单。3、适应性强，潜力大，处理效果稳定。4、带有机械排泥设备时，排泥效果好。平流式沉淀池是使用最早的一种沉淀设备，由于它结构简单、运行可靠，对水质适应性强，故目前仍在采用。通过对平流式沉淀池的研究，可以帮助理解各种沉淀设备的原理、水力学条件及工艺参数。平流式沉淀池一般是一个矩形结构的池子，常称为矩形沉淀池。整个池子可分为进水区、沉淀区、出水区和排泥区。1、进水区通过混凝处理后的水先进入沉淀池的进水区，进水区内设有配水渠和穿孔墙，配水图3.1.1平流式沉淀池-8-渠墙上配水孔的作用是使进水均匀分布在整个池子的宽度上，穿孔墙的作用是让水均匀分布在整个池子的断面上。2、沉淀区沉淀区是沉淀池的核心，其作用是完成固体颗粒与水的分离。3、出水区出水区的作用是均匀收集经沉淀区沉降后的出水，使其进入出水渠后流出池外。为保证在整个沉淀池宽度上均匀集水和不让水流将已沉到池底的悬浮固体带出池外，必须合理设计出水渠的进水结构。4、污泥区和排泥措施污泥区的作用是收集从沉淀区沉下来的悬浮固体颗粒，在此我们采用的是静水压力排泥。静水压力法是利用池内的静水位，将污泥排出池外。第二节平流式沉淀池的计算已知条件：水厂的设计水量Q=50000m3/d；水厂自用水按5%考虑，平均流速4.5㎜/s；沉淀时间1.5h，其余数据可根据情况自行而定。设计参数及计算过程：(1)设计流量：Q=50000×（1+5％）=525003m/d=2187.53m/h(2)池体尺寸：①池子总面积A，设表面负荷q=2.03m/（㎡*h）8.109325.2187qQA㎡②沉淀部分有效水深2h，沉淀时间取t=1.5h2h=qt=2×1.5=3.0m③沉淀部分有效容积'V'V=A2h=1093.8×3.0=3281.43m④池长1L，水平流速取4.5㎜/s(5㎜/s)1L=6.3vt=4.5×1.5×3.6=24.3m-9-⑤池子总宽度3.248.1093LAB45m⑥池子个数n，设每个池子宽4.5m5.445LBn=10（个）⑦校核长宽比和长深比长宽比：5.43.24bL=5.44.0(符合要求)长深比：33.242hL=8.1（符合要求范围8～12）(3)污泥部分(采用静水压力排泥)①污泥部分所需容积)100(10086400)(0221PKTCCQV注：T—两次清泥时间间隔（1d）P0—96％,K2=1.2,=1.0t/3m3600)96100(0.12.11008640010)10250(5.21876V262.53m每个池子污泥部分所需容积为：105.262''V26.25②污泥斗容积：污泥斗上口采用4500㎜×4500㎜污泥斗下口宽采用500㎜×500㎜污泥斗斜壁面与水面夹角为60上口面积1f4.5×4.5=20.25㎡，下口面积2f0.5×0.5=0.25㎡排泥管直径：mtBLHd25.036005.10.33.24457.07.05.05.00污泥斗高度：22.05.4''4htg60=3.46m污泥斗容积：32121''4124.26)25.025.2025.025.20(46.331)(31mffffhV③泥斗以上梯形部分容积（设池底坡度为0.01）:-10-梯形部分高度：mh099.001.02.)5.43.24('4污泥斗以上梯形部分容积：3'42124.65.4099.025.43.242mbhllV④污泥都和梯形部分污泥容积32164.324.624.26mVV26.253m(4)池子总高度缓冲层高mh3.03（0.3～0.5），超高mh5.01mhhhhhH359.7)46.3099.0(3.035.0)(''4'4321（取7.4m）(5)进水穿孔墙：墙长4.5m,墙高3.5m，超高0.5m①孔洞处流速smV/20.00（0.2～0.3）单池穿孔墙空洞总面积2030.02.03600105.21873600mvQ②孔洞的个数N，采用圆形孔径为0.125m,则孔面积为（2125.041）24125.014.34130.0125.04122N（个）③孔眼实际流速smNAQV/21.03600125.0414.2105.21871021'④孔眼布置a.孔眼布置4排，每排孔眼数为6424（个），水平方向孔眼净距取375㎜（即1.5块砖长），则每排6个孔眼时其所占宽度为mm300037561256b.剩余宽度mmB15003000c.垂直方向孔眼净距取252㎜（即4块砖厚），最上一排的淹没水深取120㎜（120～150），则孔眼的分布高度为：mm162825241254120(6)出水渠：采用薄壁堰出水，堰应保证水平出水渠截面宽度采用1.0m，则渠内水深：mgbQh32.01036000.181.95.218773.