水处理工程课程设计报告(完整版)
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水处理工程课程设计报告
目录
第一章设计任务及资料 (4)
1.1设计任务 (4)
1.2设计目的及意义 (4)
1.2.1设计目的 (4)
1.2.2设计意义 (4)
1.3设计要求 (4)
1.3.1污水处理厂设计原则 (4)
1.3.2污水处理工程运行过程中应遵循的原则 (5)
1.4设计资料 (5)
1.4.1项目概况 (5)
1.4.2水质情况 (5)
1.4.3环境条件状况 (6)
1.4.4排水系统 (6)
1.5设计依据 (6)
第二章设计方案论证 (6)
2.1厂址选择 (6)
2.2污水厂处理流程的选择 (7)
2.2.1确定处理流程的原则 (7)
2.2.2污水处理流程的选择 (7)
2.2.3污水处理流程方案的介绍与比较 (7)
2.3设计污水水量 (7)
2.4污水处理程度计算 (8)
2.4.1污水的COD处理程度计算 (8)
2.4.2污水的BOD5处理程度计算 (8)
2.4.3污水的SS处理程度计算 (8)
2.4.4污水的氨氮处理程度计算 (8)
第三章污水的一级处理构筑物设计计算 (8)
3.1格栅 (8)
3.1.1格栅的设计 (8)
3.1.2设计参数 (9)
3.1.3中格栅设计计算 (9)
3.1.4细格栅设计计算 (10)
3.2提升泵站 (11)
3.2.1泵站设计的原则 (11)
3.2.2泵房形式及工艺布置 (11)
3.2.3泵房设计计算 (11)
3.3沉砂池 (13)
3.3.1曝气沉砂池 (13)
3.3.2设计参数 (13)
3.3.3曝气沉砂池的设计计算 (13)
3.3.4曝气沉砂池曝气计算 (15)
第四章污水的二级处理设计计算 (15)
4.1厌氧池+DE型氧化沟工艺计算 (16)
4.1.1设计参数 (16)
4.1.2厌氧池计算 (17)
4.1.3 DE型氧化沟计算 (17)
4.1.4设计参数的校核 (18)
4.1.5进出水系统计算 (18)
4.1.6剩余污泥量计算 (19)
4.1.7需氧量计算 (19)
4.1.8供气量计算 (19)
4.2辐流式沉淀池 (20)
4.2.1设计原则设计参数 (20)
4.2.2设计计算 (21)
4.3消毒设施计算 (23)
4.3.1消毒剂的选择 (23)
4.3.2消毒剂的投加 (24)
4.3.3平流式消毒接触池 (24)
4.4计量设备 (25)
4.4.1计量设备的选择 (25)
4.4.2设计参数 (25)
4.4.3巴氏计量槽 (25)
第五章污泥处理设计计算 (27)
5.1污泥处理的目的与处理方法 (27)
5.1.1污泥处理的目的 (27)
5.1.2污泥处理的原则 (27)
5.1.3 污泥处理方法的选择 (27)
5.2污泥泵房设计 (27)
5.2.1 集泥池计算 (27)
5.2.2回流污泥泵的选择 (28)
5.2.3剩余污泥泵的选择 (28)
5.3污泥浓缩池 (28)
5.3.1设计参数及原则 (28)
5.3.2竖流浓缩池 (28)
5.4贮泥池 (30)
5.4.1贮泥池的作用 (30)
5.4.2贮泥池的计算 (30)
5.5污泥脱水 (31)
5.5.1设计参数及原则 (31)
5.5.2污泥设计计算 (31)
5.5.3附属设施计算 (32)
第六章污水处理厂的布置 (33)
6.1污水处理厂平面布置 (33)
6.1.1平面布置原则 (33)
6.1.2平面布置 (34)
6.2污水处理厂高程布置 (34)
6.2.1主要任务 (34)
6.2.2高程布置原则 (35)
6.2.3污水处理厂构筑物高程布置计算 (35)
6.2.4污泥处理构筑物高程布置 (36)
第七章供电仪表与供热系统设计 (37)
7.1变配电系统 (37)
7.2监测仪表的设计 (37)
7.2.1设计原则 (37)
7.2.2监测内容 (38)
7.2.3供热系统的设计 (38)
第八章劳动定员 (38)
8.1定员原则 (38)
8.2污水厂人数定员 (38)
参考文献 (39)
附录 (39)
第一章设计任务及资料
1.1设计任务
此次课程设计题目为“某市卫星城(A区)污水处理厂设计”,即根据规划和所给的其他原始资料,设计污水处理厂,具体内容包括:
1. 选择污水厂的厂址;
2. 确定污水处理厂的工艺流程,选择处理构筑物并通过计算确定其尺寸(附必要草图);
3. 污水厂的工艺平面布置图,内容包括:标出水厂的范围、全部处理构筑物及辅助建筑物、主要管线的布置、主干道及处理构筑物发展的可能性(1#图);
4. 污水厂工艺流程高程布置,表示远水、各处理构筑物的高程关系、水位高度以及污水厂排放口的标高(1#图);
5. 按施工图标准画出曝气池的平面、剖面图(1#图);
6. 按扩大初步设计的要求,画出二沉池的工艺设计图,包括平面图、纵剖面以及横剖面图(1#图);
7. 编写设计说明书、计算书。
1.2设计目的及意义
1.2.1设计目的
课程设计目的主要包括:
1. 学习城市污水处理厂工艺设计的一般步骤和方法;
2. 学会使用工具书和参考资料,培养独立进行工艺设计的能力;
3. 学会使用计算机绘图,掌握CAD绘制工程设计图纸的技能;
4. 通过课程设计,进一步系统地掌握所学的专业知识。
1.2.2设计意义
课程设计是《水处理工程》课程教学中的一个重要的实践环节,通过课程设计,学生可以综合运用所学的相关知识,在设计中提高解决实际问题的能力,并进一步巩固对所学知识的理解。
目前根据已有资料,我们可进行城市污水处理厂的初步设计,如初步确定污水处理工艺流程,计算各单体处理构筑物的尺寸,布置污水处理厂总平面图和高程图等,从而培养我们独立分析问题和解决工程实际问题的能力。
1.3设计要求
1.3.1污水处理厂设计原则
1. 贯彻国家关于环境保护的基本国策,执行国家的相关法规、政策、规范和标准。
2. 统筹考虑整个城市或地区污水处理厂的具体情况,因地制宜,优化和完善污水处理厂的设计方案。
3. 工程设计中注重污水处理厂实际运行的灵活性和抗冲击性,提高污水处理厂的适应能力。
4. 污水处理厂设计中应尽量减少污水处理厂本身对环境的负面影响,如气味、噪音、固体废弃物等,并妥善处理和处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂和污泥,避免造成二次污染。
5. 在污水处理厂高程设计及平面布置中,考虑近期、远期的结合,避免重复工程和废弃工程,平面布置上按功能分区,保证厂区内环境质量。
6. 根据污水处理厂进出水水质要求,选择先进有效的处理工艺,并结合污水处理厂的设计特点,提高自动化管理水平,使管理方便、运行稳定。
7. 污水处理厂内设置必要的监控仪表,采用先进的监控设备,使原水、污泥处理过程能在受控条件下进行,先进的监控仪表须运行稳定、维修方便。
8. 污水处理厂处理专用设备,须选用质量好、效率高的设备,并在国内外都有成功应用实例的产品,保证设备运行的可靠性。
9. 污水处理厂的远期工程的建设将不影响近期的正常运行。
10. 以人为本,充分考虑便于污水处理厂运行管理的工程措施。
1.3.2污水处理工程运行过程中应遵循的原则
在保证污水处理效果的同时,正确处理城市、工业、农业等各方面的用水关系,合理安排水资源的综合利用,节约用地,节约劳动力,考虑污水处理厂的发展前景,尽量采用处理效果好的先进工艺,同时合理设计、合理布局,做到技术可行,经济合理。
1.4设计资料
1.4.1项目概况
图1 某市卫星城(A区)地形图
根据城市总体规划,某市卫星城(A区)将在近期内建成以轻工、科研和文教事业为主的小城镇,其中:工业以五个工厂为主体,
人口为22万人。
地形图如图1所示。
1.4.2水质情况
污水处理厂需处理污水的进水情况如表1-1:
表1-1 A区需处理工业废水与生活污水的水量、水质情况
注:
1. 表中数值为日平均值;
2. 工业废水的时变化系数为1.3,生活污水总变化系数为1.4;
3. 污水平均温度为25ºC(夏季),15ºC(冬季);
4. 工业废水的水质不影响生物处理。
5. A区地面由北向南坡度为1%,污水处理厂拟用场地选在A区南段。
此处由西北向东南方向坡度为0.5%,进入污水厂的A区排水管端点的地面标高为220.00 m。
污水厂的处理水量按最高日最高时流量,污水厂的日处理量为:该厂按远期5.0万吨/天建设完成。
经当地环保部门商定,拟建设污水处理厂出水水质应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级B标准,处理后污水排入水体。
据1960-2008年连续观测,拟接纳污水排水河流河道的最高洪水位标高为214.00 m,常水位标高位211 m,枯水位标高为209 m。
有:
COD ≤60 mg/L;
BOD5≤20 mg/L;
SS ≤20 mg/L;
水温>12℃时,NH4+-N≤8mg/L,水温≤12℃时,NH4+-N≤15 mg/L;
pH在6-9范围内。
1.4.3环境条件状况
1. 气象条件
A区气象条件如表1-2所示:
表1-2 A区基本气象资料
风向全年主导风向为北风,夏季主导风向为南风
年平均风速 3.3 m/s
年平均900-1200 mm,其中2/3集中在夏季,7月
降雨量
15日至8月10日为暴雨集中期
温度年平均11ºC,极端温度:最高37.3ºC,最低-20ºC
土壤冰冻深度0.7~0.83 m
地基承载力各层均在120 Kpa以上
地下水位地面下2.0 m
2. 工程地质条件
地质钻探结果表明,A区沿河地质结构(由上而下)有表土层、亚粘土层、细砂中砂层、卵石层以及基岩层构成。
其中表土层2 m 以下,亚粘土层3.5~6.5 m。
基岩层最浅7 m以下,最深12 m以下,地基计算强度建议采用2.1 kg/cm2,地下水质对各类水泥均无侵蚀作用,地震基本烈度为7度。
1.4.4排水系统
A区雨水与污水采用分流制,生活污水与工业废水为合流制,污水处理厂只考虑处理生活污水和工业废水,输入污水厂的污水干
管直径为900 mm,管底埋深为地面以下5.3 m,充满度为0.5。
1.5设计依据
设计依据主要包括:
(1)地面水环境质量标准(GB 3838-2002);
(2)《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)
(3)室外排水设计规范(GB 50014-2006);
(4)给水排水设计手册(第1、5、6、7、9、11册),中国建筑工业出版社;
(5)全国通用给水排水标准图集。
第二章设计方案论证
2.1厂址选择
从管道系统、泵站、污水处理厂各处理单元考虑,进行综合的技术、经济比较与最优化分析,遵循与工艺相适应、少占农田和不占良田、厂址位于集中给水水源下游,并设在主风向的下风向,靠近处理水的受纳水体、设在地质条件较好的地方以防止洪涝灾害、选择有适当坡度的地区并考虑远期发展的可能性,有扩建的余地等因素后,考虑将将厂址设为A区南段(图中黄色标记处)。
此处由
西北向东南方向坡度为0.5%,进入污水厂的A区排水管端点的地面标高为220.00 m。
2.2污水厂处理流程的选择
2.2.1确定处理流程的原则
污水处理厂的工艺选择应根据原水水质、出水要求、污水厂规模,污泥处置方法及当地温度、工程地质、征地费用、电价等因素作慎重考虑。
具体工艺的选择应遵循如下一些原则和要求:
(1)技术合理。
技术先进而成熟,对水质变化适应性强;出水达标且稳定性高,满足受纳水体对排水水质要求,污泥易于处理。
选择的处理工艺应确保出水水质满足国家和地方现行的有关规定,符合环境影响评价报告的要求。
(2)经济节能。
基建投资和运行费用低,占地少。
(3)易于管理。
工艺流程须简捷流畅,以降低工程造价及运行费用,操作管理方便,设备可靠。
要求管理简单、运行稳定、维修方便。
(4)重视环境。
总平面布置力求流程顺畅,合理紧凑,减少占地,土方平衡并考虑防洪、预留远期处理用地。
厂区平面布置与周围环境相协调,注意厂内噪声控制和臭气的治理,绿化、道路与分期建设结合好。
(4)采用以生物方法为主体的处理工艺,在生物处理构筑物中,去除大部分的污染物。
(5)除磷、脱氮效果好,运行稳定。
2.2.2污水处理流程的选择
2.2.3污水处理流程方案的介绍与比较
本方案选定的工艺流程主要包括三个部分:
1. 一级处理(物理法)。
一级处理包括粗格栅,提升泵房,细格栅,曝气沉砂池四个部分,利用物理截留沉降进行处理。
当生活污水和工业废水合流进入污水处理厂后,利用粗格栅对污水中较大的悬浮物和漂浮物进行截流,防止较大物体堵塞构筑物的孔道、闸门和管道或损坏水泵等机械设备,使后续的泵房和管道能正常稳定运行,并对所拦截的栅渣进行打包外运。
污水经泵房提升后经细格
栅进行固液分离,进行初步筛分。
随后污水到达曝气沉砂池,在曝气沉砂池中能有效去除砂粒上附着的有机污染物,有利于取得较为纯净的砂粒。
并且在旋流的离心力作用下,将密度较大的砂粒甩向外部随之沉入集砂槽,而密度较小的有机物随水流向前流动被带入初沉池。
经过曝气沉砂池,污水可被有效脱臭,并起到预曝气作用。
普通沉砂池截留的沉砂中夹杂有15%的有机物,使沉砂的后续处理难度增加,采用曝气沉砂池,可在一定程度上克服此缺点。
2. 二级处理(生物法)。
二级处理包括厌氧池+DE型氧化沟,二沉池,接触池,计量池四个部分,利用改良的活性污泥法对污水进行处理,完成有机物的净化过程,以降低污水COD,BOD5。
通过二沉池使在曝气池中混合废水进一步澄清、浓缩和回流活性污泥。
最后通过接触池加氯对废水进行消毒,通过巴氏计量槽计量后排入水体。
3. 污泥处理。
本设计采用对污泥进行浓缩和脱水后进行外运的方法对过程中产生的污泥进行处理。
2.3设计污水水量
(1)平均日流量
Qa=25000+3000+3000+1000+1000+4800=37800m3/d
(2)最大日流量
Kd =Kz
Kh
=1.4÷1.3=1.08
Qd=Kd×Qa=1.08×37800=40824 m3/d (3)最高日最高时流量(设计污水厂处理水量)
Qh=Kh×Qd
24
=1.3×
40824
24
=2211.3 m3/h
2.4污水处理程度计算
2.4.1污水的COD处理程度计算
进水水质
COD=(25000×400+3000×600+3000×1200+1000×800+1000×700+4800×450)/37800=504.2mg/L 出水水质
COD ≤ 60 mg/L
处理程度:C0 −C
C0
×100%=88.1%
2.4.2污水的BOD5处理程度计算
进水水质
BOD5=(25000×200+3000×300+3000×500+1000×250+1000×350+4800×180)/37800=234.5mg/L 出水水质
BOD5 ≤ 20 mg/L
×100%=91.5%
处理程度:C0 −C
C0
2.4.3污水的SS处理程度计算
进水水质
SS=(25000×200+3000×400+3000×200+1000×100+1000×100+4800×100)/37800=197.9mg/L 出水水质
SS ≤ 20 mg/L
×100%=89.9%
处理程度:C0 −C
C0
2.4.4污水的氨氮处理程度计算
进水水质
NH4+−N=(25000×60+3000×50+3000×140+1000×0+1000×280+4800×0)/37800=62.2mg/L 出水水质
水温>12℃时,NH4+-N≤8mg/L,水温≤12℃时,NH4+-N≤15 mg/L
×100%=87.1%
处理程度:水温>12℃时C0 −C
C0
×100%=75.9%
水温≤12℃时C0 −C
C0
第三章污水的一级处理构筑物设计计算
3.1格栅
格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成,安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部,用以截留较大的悬浮物或漂浮物,如纤维、碎皮、毛发、木屑、果皮、蔬菜、塑料制品等,以便减轻后续处理构筑物的处理负荷,并使之正常运行。
被截留的物质称为栅渣。
栅渣的含水率约为70%~80%,容重约为750 mg/m3。
3.1.1格栅的设计
城市的排水系统采用分流制排水系统,城市污水主干管由东北方向流入污水处理厂厂区,主干管进水水量为Q=2211.3 m3/h=0.61425 m3/s,污水进入污水处理厂处的管径为900 mm,管道水面标高为-4.85 m。
本设计中采用矩形断面并设计两道格栅(中格栅一道和细格栅一道),采用机械清渣。
其中,中格栅设在污水泵站前,细格栅设在污水泵站后。
中细两道格栅都设置两组即N=2组,每组的设计流量为0.308 m3/s。
3.1.2设计参数
1. 格栅栅条间隙宽度,应符合下列要求:
a. 粗格栅:机械清除时宜为16~25 mm;人工清除时宜为25~40 mm。
特殊情况下,最大间隙可为100 mm。
b. 细格栅:宜为1.5~10 mm。
c. 水泵前,应根据水泵要求确定。
2. 污水过栅流速宜采用0.6~1.0 m/s。
除转鼓式格栅除污机外,机械清除格栅的安装角度宜为60°~90°。
人工清除格栅的安装角度宜为30°~60°。
3. 当格栅间隙为16~25 mm时,栅渣量取0.10~0.05 m3/103m3污水;当格栅间隙为30~50 mm时,栅渣量取0.03~0.01 m3/103m3污水。
4. 格栅除污机,底部前端距井壁尺寸,钢丝绳牵引除污机或移动悬吊葫芦抓斗式除污机应大于1.5m;链动刮板除污机或回转式固液分离机应大于1.0m。
5. 格栅上部必须设置工作平台,其高度应高出格栅前最高设计水位0.5m,工作平台上应有安全和冲洗设施。
6. 格栅工作平台两侧边道宽度宜采用0.7~1.0m。
工作平台正面过道宽度,采用机械清除时不应小于1.5m,采用人工清除时不应小于1.2m。
7. 粗格栅栅渣宜采用带式输送机输送;细格栅栅渣宜采用螺旋输送机输送。
8. 格栅除污机、输送机和压榨脱水机的进出料口宜采用密封形式,根据周围环境情况,可设置除臭处理装置。
9. 格栅间应设置通风设施和有毒有害气体的检测与报警装置。
10. 沉砂池的超高不应小于0.3m。
3.1.3中格栅设计计算
1. 进水渠道宽度计算
根据最优水力断面公式Q=B1hv=B1B1
2v=B12
2
v计算
设计中取污水过栅流速v=0.8 m/s
则B1=√2Q
v =√2×0.308
0.8
m=0.88m
则栅前水深:h=B1
2
=0.44m 2. 格栅的间隙数
n=Q√sinαNbhv
式中:n——格栅栅条间隙数,个;
Q——设计流量,m3/s;
α——格栅倾角,°;
N——设计的格栅组数,组;
b——格栅栅条间隙宽度,m。
设计中取α=60°,b=0.02m
则n=0.308√sin60°
0.02×0.44×0.8
=41个
3. 格栅栅槽宽度
B=S(n−1)+bn 式中B——格栅栅槽宽度,m;
S——每根格栅条宽度,m。
设计中取S=0.015m
则B=0.015×(41−1)+0.02×41=1.42m
4. 进水渠道渐宽部分的长度计算
L1=B−B1 2tanα1
式中L1——进水渠道渐宽部分长度,m;
α1——渐宽处角度,°。
设计中取α1=20°
L1=1.42−0.88
2tan20°
=0.74m
5. 进水渠道渐窄部分的长度计算
L2=L1
2
=
0.74
2
=0.37m
6. 通过格栅的水头损失
h 1=kβ(S b )43v 2
2g
sin α
式中h 1——水头损失,m ;
β——格栅条的阻力系数,与栅条断面形状有关,当为矩形断面时形状系数β=2.42; k ——格栅受污物堵塞时的水头损失增大系数,一般取k=0.3。
则h 1=3×2.42×(0.0150.02)4
3×0.822g
×sin 60°=0.14m
7. 栅后槽总高度 设栅前渠道超高h 2=0.3m
则栅前槽总高度H 1=h+h 2=0.44+0.3=0.74m 栅后槽总高度H=h+h 1+h 2=0.44+0.14+0.3=0.88m 8. 格栅总长度
L=L 1+L 2+0.5+1.0+H 1/tanα=0.74+0.37+0.5+1.0+0.74÷tan60°=3.04m 中格栅示意图如图3-1。
图3-1 中格栅示意草图9. 每日栅渣量
W=Q max W1×86400
Z
=
Q̅W1
式中W——每日栅渣量,m3/d;
W1——每日每1000m3污水的栅渣量,m3/103m3污水。
设计中取W1=0.05 m3/103m3污水
W=5×104×0.05
1000
=2.5m3/d>0.2m3/d
故应采用机械除渣及皮带输送机或无轴输送机输送栅渣,采用机械栅渣打包机将栅渣打包,汽车运走。
10. 进水与出水渠道
城市污水通过DN900mm的管道送入进水渠道,然后,就由提升泵将污水提升至细格栅。
3.1.4细格栅设计计算
设计中取格栅栅条间隙宽度b=0.006m,格栅栅前水深h=0.9m,污水过栅流速v=1.0m/s,每根格栅条宽度s=0.01m,进水渠道宽度B1=0.8m,栅前渠道超高h2=0.3m,每日每1000m3污水的栅渣量W1=0.04m3/103m3。
则格栅的间隙数:
n=Q√sinα
Nbhv
=
0.308√sin60°
0.006×0.9×1.0
=53个
格栅栅槽宽度:
B=S(n−1)+bn=0.01×(53−1)+0.006×53=0.84m 进水渠道渐宽部分的长度:
L1=B−B1
1
=
0.84−0.8
=0.06m
进水渠道渐窄部分的长度计算:
L2=L1
2
=
0.06
2
=0.03m
通过格栅的水头损失:
h1=kβ(S
b
)
4
3
v2
2g
sinα=3×2.42×(
0.01
0.006
)
4
3×
1.02
2g
×sin60°=0.63m
栅后槽总高度:H=h+h1+h2=0.9+0.63+0.3=1.83m
栅槽总长度:L=L1+L2+0.5+1.0+H1/tanα=0.06+0.03+0.5+1.0+1.2÷tan60°=2.28m 每日栅渣量:
W=Q max W1×86400
K Z×1000
=
Q̅W1
1000
=
5×104×0.05
1000
=2.5m3/d>0.2m3/d
应采用机械除渣及皮带输送机或无轴输送机输送栅渣,采用机械栅渣打包机将栅渣打包,汽车运走。
细格栅示意图如图3-2。
图3-2 细格栅示意草图
3.2提升泵站
污水总泵站接纳来自整个城市排水管网来的所有污水,其任务是将这些污水抽送到污水处理厂,以利于处理厂各构筑物的设置。
因采用城市污水与雨水分流制,故本设计仅对城市污水排水系统的泵站进行设计。
排水泵站的基本组成包括:机器间、集水池、格栅和辅助间。
3.2.1泵站设计的原则
1. 污水泵站集水池的容积,不应小于最大一台水泵5min的出水量;如水泵机组为自动控制时,每小时开动水泵不得超过6次。
2. 集水池池底应设集水坑,倾向坑的坡度不宜小于10%。
3. 水泵吸水管设计流速宜为0.7~1.5 m/s。
出水管流速宜为0.8~2.5 m/s。
其他规定见GB50014—2006《室外排水规范》。
3.2.2泵房形式及工艺布置
本设计采用地下湿式矩形合建式泵房,设计流量选用最高日最高时流量Q=2211.3m3/h=54000m3/d。
1. 泵房形式
为运行方便,采用自灌式泵房。
自灌式水泵多用于常年运转的污水泵站,它的优点是:启动及时可靠,管理方便。
该泵站流量小于2 m3/s,且鉴于其设计和施工均有一定经验可供利用,故选用矩形泵房。
由于自灌式启动,故采用集水池与机器间合建,前后设置。
大开槽施工。
2. 工艺布置
本设计采用来水为一根污水干管,无滞留、涡流等不利现象,故不设进水井,来水管直接经进水闸门、格栅流入集水池,经机器间的泵提升污水进入出水井,然后依靠重力自流输送至各处理构筑物。
3.2.3泵房设计计算
1. 设计参数
设计流量为Q=2211.3m3/h=54000m3/d=614.25 L/s,出水管提升至细格栅,出水管长度为5m,泵站设在处理厂内。
2. 泵房的设计计算
(1)集水池的设计计算
设计中选用5台污水泵(4用1备),则每台污水泵的设计流量为:
Q1=Q
4=614.25
4
=153.6 L/s,按一台泵最大流量时5min的出水量设计,则集水池的容积为:V=Q1t=153.6×5×60=46080L=
46.08m3
取集水池的有效水深为h=2.0m
集水池的面积为:F=V
h =46.08
2
=23.04m2
集水池保护水深0.71m,实际水深为2.0+0.71=2.71m。
(2)水泵总扬程估算
1)集水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差
经过格栅的水头损失为0.77m,进水管渠内水面标高(以地面为基准)为-4.85m,则格栅后的水面标高为:-4.85-0.77=-5.62m,设集水池的有效水深为2m,则集水池的最低工作水位为-5.62-2=-7.62m,所需提升的最高水位为-4.4m,集水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差为:-4.4-(-7.62)=3.22m
2)出水管管线水头损失
每一台泵单用一根出水管,其流量为Q1=153.6 L/s,选用的管径为DN450mm的铸铁管,查《给水排水设计手册》第一册常用资料得流速0.97m/s(介于0.8~2.5m/s之间),1000i=2.94。
出水管出水进入一进水渠,然后再均匀流入细格栅。
设局部损失为沿程损失的30%,则总水头损失为:
h=5×2.94
×1.3=0.019m
1000
泵站内的管线水头损失假设为1.5m,考虑自由水头为1.0,则水泵总扬程为:
H=1.5+0.019+3.22+1.0=5.739m
(3)选泵
本设计单泵流量为Q1=153.6 L/s,扬程5.739m。
查《给水排水设计手册》第11册常用设备,选用250TLW-400ⅡA型的立式污水泵。
该泵的规格性能见表3-1。
表3-1 250TLW-400ⅡA型的立式污水泵的规格性能
3.泵站总扬程的校核
水泵的平面布置形式可直接影响机器间的面积大小,同时,也关系到养护管理的方便与否。
机组间距以不妨碍操作和维修的需要为原则。
机组的布置应保持运行安全、装卸、维修和管理方便,管道总长度最短,接头配件最少,水头损失最小,并应考虑泵站有扩建的余地。
(1)吸水管路的水头损失
每根吸水管的流量为Q1=153.6 L/s,选用的管径为DN450mm,流速为v=0.97m/s,坡度为1000i=2.94。
吸水管路的直管部分的长度为1.0m,设有喇叭口(ζ=0.01),DN450mm的90°弯头1个(ζ=0.67),DN450mm的闸阀1个(ζ=0.06),DN450×DN350渐缩管1个(ζ=0.20)。
①喇叭口
喇叭口一般取吸水管的1.3~1.5倍,设计中取1.3
则喇叭口直径为:
D=1.3×450=585mm,取600mm
L=0.8D=0.8×600=480mm<530mm
②闸阀
DN600mm,L=600mm。
③渐缩管
选用DN450×DN350
L=2(D-d)+150=2×(450-350)+150=350mm
其中v ,
v =4502
3502
,
得v,=1.61m/s。
④直管部分为1.0m,管道总长为:L=1.0+0.64+0.6+0.65=2.89m
i=2.94‰
则沿程损失为:
h1,=Li=2.89×0.00294=0.0085m
局部损失为:h1,,=ξ1v12
2g =(0.1+0.06+0.67)×0.972
2×9.81
+0.2× 1.612
2×9.81
=0.067m
吸水管路水头损失为:
h1=h1,+h1,,=0.0085+0.067=0.0755m
(2)出水管路水头损失
出水管直管部分长为5m,设有渐扩管1个(ζ=0.20),闸阀1个(ζ=0.06),单向止回阀(ζ=1.7,L=800mm)。
沿程水头损失:h2,=Li=(5+0.65+0.6+0.8)×0.00294=0.021m
局部水头损失:h2,,=ξ2v22
2g =0.06× 1.612
2×9.81
+(1.7+0.2)×0.972
2×9.81
=0.0991m
总出水水头损失:h2=h2,+h2,,=0.121m
(3)水泵总扬程
水泵总扬程用下式计算:
H≥h1+h2+h3+h4
式中h1——吸水管水头损失,m;
h2——出水管水头损失,m;
h3——集水池最低工作水位与所提升最高水位之差,m;
h4——自由水头,一般取h4=1.0m。
H=0.0755+0.121+3.22+1.0=4.417m
故选用5台250TLW-400ⅡA型的立式污水泵是合适的。
3.3沉砂池
沉砂池是借助污水中的颗粒与水的比重不同,使大颗粒的砂粒、石子、煤渣等无机颗粒沉降,以去除相对密度较大的无机颗粒。
常用的沉砂池有平流沉砂池、曝气沉砂池、竖流式沉砂池、涡流式沉砂池和多尔沉砂池。
这几种沉砂池各有其优点,但是在实际工程中一般多采用曝气沉砂池。
本设计中采用曝气沉砂池,其优点是:通过调节曝气量可控制污水旋转流速,使之作旋流运动,产生离心力,去除泥砂,排除的泥砂较为清洁,处理起来比较方便;且它受流量变化影响小,除砂率稳定。
同时,对污水也起到预曝气作用。
3.3.1曝气沉砂池
本设计中选择两组曝气沉砂池,N=2组。
每组沉砂池的设计流量为0.308 m3/s。
3.3.2设计参数
1. 水平流速宜为0.1m/s。
2. 最高时流量的停留时间应大于2min。
3. 有效水深宜为2.0~3.0m,宽深比宜为1~1.5。
4. 处理每立方米污水的曝气量宜为0.1~0.2m3空气。
5. 进水方向应与池中旋流方向一致,出水方向应与进水方向垂直,并宜设置挡板。
6. 污水的沉砂量,可按每立方米污水0.03L计算;合流制污水的沉砂量应根据实际情况确定。
7. 砂斗容积不应大于2d的沉砂量,采用重力排砂时,砂斗斗壁与水平面的倾角不应小于55°。
8. 池底坡度一般取为0.1~0.5。
9. 沉砂池除砂宜采用机械方法,并经砂水分离后贮存或外运。
采用人工排砂时,排砂管直径不应小于200mm。
排砂管应考虑防堵塞措施。
3.3.3曝气沉砂池的设计计算
1. 沉砂池有效容积
V=60Qt
式中V——沉砂池有效容积,m3;
t——停留时间,min。
本设计中取t=3min
V=60×0.308×3=55.44m3
2. 水流断面面积
A=Q v1
式中A——水流断面面积,m2;
V1——水平流速,m/s。
设计中取V1=0.1m/s
A=Q
v1=0.308
0.1
=3.08m2
3. 池总宽度
B=A h
式中B——沉砂池宽度,m;
h——沉砂池有效水深,m。
设计中取h=2m
B=A
h
=
3.08
2
=1.54m
B h =1.54
2
=0.77,接近1.0~1.5。
4. 池长
L=V
A
=60vt=60×0.1×3=18m
5. 每小时所需的空气量
q=3600Qd
式中q——每小时所需的空气量,m3/h;
d——1m3的污水所需要的空气量,m3/m3污水。
设计中d=0.2m3/m3污水
Q=3600×0.308×0.2=221.76m3/h
6. 沉砂室所需容积
V=86400Q̅XT
106
式中X——城市污水沉砂量(m3/106污水),设计中取X=30 m3/106污水;
T——清除沉砂的间隔时间,设计中取T=2d。
V=5×104×30×2
106
=3m3
从而可计算得每个沉砂斗的容积为:V0=V
N =3
2
=1.5m3
7. 沉砂斗几何尺寸计算
设计中取沉砂斗底宽为a1=0.5m,沉砂斗壁与水平面的倾角为α=60°,沉砂斗高度h2=1.3m,
则沉砂斗的上口宽度为:a=2h2
tan60°+a1=2×1.2
tan60°
+0.5=2.0m
沉砂斗的有效容积:V=h2
3(a2+aa1+a12)=1.3
3
(2.02+2.0×0.5+0.52)=2.275m2>1.5m2
8. 池子总高
设池底坡度为0.4,破向沉砂斗,池子超高h1=0.3m,
则池底斜坡部分的高度:h3=0.4×b−B
2=0.4×2.0−1.54
2
=0.23m
池子总高:H=h+h1+h2+h3=2+0.3+1.3+0.23=3.83m 9. 验算流速
当有一格池子出故障,仅有一格池子工作时:。