水污染控制工程管道設計圖

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設計任務書（一）
河北某市污水處理廠工程設計
一．工程概況
某污水處理廠服務約50萬人，匯水面積為40km2，設計規模一期為160000m3/d，遠期為320000m3/d，利用國外貸款建設。城市排放的污水中，生活污水佔35%，工業污水佔65%，通過管道排放到市郊，再經37km的明渠排入周圍河流。

二．設計水質水量及排放質量
1.設計處理水質水量
設計處理能力160000m3/d（最大可處理208000m3/d）。
由於受城市排水體系和實際進水量變化的影響，幾年來其污水處理量基本保持在130000m3/d左右。進水水質中生活污水水質比較穩定，而工業廢水水質波動較大，污水廠實際進、出水質見下表。
項 目 BOD5（mg/L） COD(mg/L) SS(mg/L) pH值 有毒物質 重金屬
進水 100-200 150-350 80-200 7-9 - 微量
出水 ≤30 ≤120 ≤30 6-9 - 微量

設計進水水質為（未考慮有毒物質及重金屬）
BOD5 200mg/L COD 400mg/L SS 250mg/L pH值 7-9
2.排放標准
出水水質達到國家二級排放標准，設計出水水質為
BOD5 ≤20mg/L COD ≤120mg/L SS ≤25mg/L pH值 6-9

三、處理工藝方案的選擇及流程
1．處理工藝確定原則
為了同時達到污水處理廠高效穩定運行和基建投資省、運行費用低的目的，依據下列原則進行了污水處理工藝方案選擇：
①技術成熟，處理效果穩定，保證出水水質達到排放標准；
②投資低，運行費用省，低投入高效益；
③選定工藝的技術設備先進、可靠，國產化程度高，性能好。
2．處理工藝的確定
採用普通活性污泥法。
污水進廠後經自動粗格柵進入集水池，在集水池內設潛水泵，污水提升後經細格柵進入曝氣沉沙池去除沙粒，再經初沉池去除大部分懸浮固體，初沉出水經廠內高架渠道進入曝氣池。曝氣池採用循環推流反應形式，其出水經平流式二沉池分離後排入周圍河流。
初沉污泥與二沉剩餘污泥首先進入前濃縮池，經濃縮後進入蛋形消化池中溫消化，使污泥穩定。消化後的污泥經後濃縮池進一步濃縮，減少體積，用帶式壓濾機進行脫水，泥餅外運處置。
3．處理工藝簡介
活性污泥法是一種好氧處理過程。污水在曝氣池中通氣充氧，使各種活性污泥微生物大量生長繁殖，能形成菌膠團的細菌形成絮狀體，原生動物附著其上，絲狀細菌與真菌也交織穿插期間，形成一顆顆懸浮於混合液中的絮體顆粒，每一顆粒就是一個微生物群體。這樣的活性污泥顆粒與進入曝氣池的污水相接觸，即發生對污水中污染物的吸附、分解、吸收等作用，經過一段時間的通氣後，污水中的有機物質大部分被同化為微生物有機體，然後進入沉澱池。絮狀化的活性污泥顆粒能很好地沉降至池底部，上清液即為處理過的水，可排出系統外。沉澱的污泥一部分補充、迴流到曝氣池，與未處理污水混合重復上述作用；另一部分污泥則作為剩餘污泥排出。

三．設計工藝要求
工藝採用普通活性污泥法（或多點進水）。
污水進廠前設有總閘門一道，在總閘門前另有直接排放的溢流管道。
污水進廠後經自動粗格柵進入集水池，
在集水池內設潛水泵，
污水提升後經細格柵進入旋流沉沙池去除沙粒，
再經初沉池去除大部分懸浮固體，
初沉出水經廠內高架渠道進入曝氣池。曝氣池採用循環推流反應形式，
其出水經平流式二沉池分離後排入周圍河流。
初沉污泥與二沉剩餘污泥首先進入前濃縮池，
經濃縮後進入蛋形消化池中溫消化，使污泥穩定。
消化後的污泥經後濃縮池進一步濃縮，減少體積，用帶式壓濾機進行脫水，泥餅外運處置。

四、工程設計
1．總平面設計
（1）平面布置原則
總平面布置包括：污水與污泥處理、工藝構築物及設施的總平面布置，各種管線、管道及渠道的平面布置，各種輔助建築物與設施的平面布置，總圖平面布置時應遵從以下幾條原則。
1.處理構築物與設施的布置應順應流程，集中緊湊以便節約用地和運行管理。
2.工藝構築物不用改設施與不同功能的輔助建築物應按功能的差異分別相對獨立布置並協調好與環境條件的關系（如地形走勢，污水出口方向、風向）。
3.構建之間的間距應滿足交通，管道（渠）敷設，施工和運行管理等方面的要求。
4.管道（線）與渠道的平面布置應與其高程布置相協調，應順應污水處理廠各種介質輸送的要求，盡量避免多次提升和迂迴曲折，便於節能降耗和運行維護。
5.協調好輔建築物、道路、綠化與處理構建築物的關系，做到方便生產運行保證安全暢通美化廠區環境。
（2）平面布置特點
1.布置緊湊，流線清楚。
2.生活活動區，污水區、污泥區，界線分明從大門進去為綜合樓，形成入口的生活區，該區位於主導風向的上風向，距離格柵、污泥區很遠，加強綠化，環境較好。
3.污泥區位於下風向且在廠區的最下角，消化池距離構建築物較遠，不影響其它設施。
4.生產輔助區距需檢修用電等較多的構築較近，方便了工作人員。
5.廠區內道路設計考慮工作人員可以順利到達任何地點。
6.設有後門，生產過程中產生的柵渣，沉砂、泥餅等由後門運走，而不走前門，避免了影響大門處生活區的環境清潔。

廢水處理的工藝流程，是由若干不同功能的單元處理構築物（設備）和輸配水管渠所組成。隨著廢水處理技術的發展，一方面同一功能處理設施的類型在不斷增多，另一方面，同一設施的處理功能有的也在擴展。在污水處理廠的工藝流程及構築物類型確定後，廢水處理的工藝計算任務主要是確定構築物（設備）及管渠的幾何尺寸和數量，以及輔屬裝置、材料及葯品等的規格及用量。從而為處理廠的布置等提供依據。

①青島市李村河污水處理廠設計規模17×104m3/d，格柵底距地面8.0m。粗格柵間採用半地下形式，內設機械粗格柵3台，柵條間隙25mm，格柵寬度1.36m，經格柵截留的柵渣由皮帶運輸機收集、螺旋輸送機提升後進入地面的柵渣箱，而且在格柵近水面設置寬度1.0 m的檢修平台。4台通風機設在半地下式房間內，取風口設在渠道和房間內，通風機風量8000 m3/h。流經粗格柵的污水由提升泵房提升後進入細格柵間，細格柵間設計3台階梯式機械格柵，柵條間隙6 mm，格柵寬度1.28 m，細小的柵渣經螺旋壓實機脫水後外運。 ②呼和浩特市辛辛板污水處理廠設計規模10×104m3/d，格柵底距地面5.4m。粗格柵間採用地面式，設置機械格柵2台，柵條間隙25mm，格柵寬度2.0m，高度8.4m，設計時在屋頂設2.5m×1.5m的天窗，使格柵間高度由11.5m降低至6.2m。排風機的取風口設在過水渠道內維修人員經常出現的地方，共設2台排風機，通風量8 250m3/h。

工藝流程：
三、主要構築物
 
 
序號  
名稱  
規格（m）  
數量(座)  
設計參數
   
主要設備
1 格柵 L×B=3.16×1.65 2 計流量Q=165600m3/d
柵條間隙b=15mm過柵流速v=1.0m/s 機械除渣機兩套
2 提升泵房 L×B×H=10×8×5 1 計流量Q=165600m3/d
單泵流量Q=2400m3/h 潛污泵4台手動起閉機
3 沉砂池 L×B=18×3.22 2 計流量Q=165600m3/d
水平流速v=0.3m/s有效水深h=1.0m 砂水分離器
4 初沉池 L×B=×27×6 2 計流量Q=165600m3/d
q=2.0m3/(m2·h)停留時間t=1.5h 刮泥機 貯渣斗
5  
曝氣池 L×BH=71.5×7.55 2 計流量Q=120000m3/d BOD=200,去處效率90% 鼓風機 微孔曝氣器
6 二沉池 D×H=46.1×6.15 2 計流量Q=120000m3/d
q=1.5m3/(m2·h)
停留時間t=2.5h 刮泥機 出水堰板
             
 

（1）粗格柵（兩組，一用一備）
功能：去除污水中的較大漂浮雜物以保證污水提升泵的正常運行，採用機械格柵，正常情況下兩條渠道同時運行，事故時一條運行。
主要參數：設計最大流量Qmax =208000 m3/d =2.4 m3/s
柵條間隙寬度b=25.0mm
柵前水深h=1.0m
過柵流速v=0.8m/s
格柵傾角α=60°
柵條寬度S=0.01m（柵條斷面為銳邊矩形）
柵條間隙數：
n==112
柵槽寬度：
B=S（n-1）+bn=3.91m

進水渠道漸寬部分的長度：
設進水渠寬B1=2.3m，漸寬部分展開角α1=20°
L1=(B–B1)/2tgα1=2.21m
漸窄部分長：L2= L1/2=1.10m
過柵水頭損失:
h1=4/3 ()k=0.061m
柵後總高度：設柵前渠道保護高度h2 =0.3m
H=h+ h1+ h2=1.36m≈1.4m
柵槽總長度：
L= L1+ L2+0.5+1.0+H1/tgα=5.56m
每日柵渣量：
在格柵間隙為25mm的情況下，設柵渣量為0.03m3/103m3污水，Kz設為1.2。
W=86400Qmaxw1/1000Kz=5.2 m3/d>0.2m3/d
因此需要採用機械清渣。

（2）集水池和提升泵房
使用矩形合建自灌乾式泵房，集水池與機器間由隔牆分開，只有吸水管和葉輪淹沒在水中，機器間可經常保持乾燥，以利於對水泵的檢修和保養，又可避免污水對軸承、管件、儀表的腐蝕。
設計流量Qmax =208000 m3/d =2.4 m3/s
採用流量為0.6 m3/s的潛水泵，4用一備。
集水池分成2格，總有效容積為一台水泵8分鍾的出水量：
V=qt=288 m3
設集水池有效水深為2.0m
集水池面積F=144m2，寬度採用10m,長度為14.4米，取15米
水泵所需揚程：H=3.3+0.1+0.2+0.6+0.2+0.6+0.5+0.4+1.5=7.4m

（3）細格柵
功能：去除污水中較為細小的漂浮雜物，以保證後續處理流程的正常運行。
建兩組，設計流量為Q=Qmax/3= 0.8m3/s
柵條間隙e=6mm
柵前水深h=0.8m
過柵流速v=1.0m/s
格柵傾角α=60°

同粗格柵計算得：
柵條間隙數n=155
柵槽寬度B=2.47m
進水渠道漸寬部分的長度L1=1.33m
漸窄部分長L2=0.66m
水頭損失h1=0.633m
柵後總高度H=1.73m
柵槽總長L=4.12m
每日柵渣量W=5.2 m3/d>0.2m3/d
所以需要機械清渣
 
（4）旋流沉砂池
功能：污水從沉砂池的切向進入，具有一定的流速，砂粒產生離心力，密度較大的砂粒沿池壁及沉砂池獨特的結構沉降到池底集砂斗。沖洗系統將避免集砂斗中沉砂板結，而且將附著在砂粒上的有機物顆粒與砂粒分離，使有機物顆粒從集砂斗中返還到污水中。槳葉的旋轉使水流呈復雜的渦旋狀態，生成輕微的上升流速，從而帶動有機物顆粒隨水流流入下一道工序進行處理。通過改變槳葉的轉速與集砂斗的間隙使沉砂池的沉砂效果、有機物顆粒的分離效果達到最佳。集砂斗內的沉砂通過先進的空氣提升系統(或砂漿泵)提升到無軸螺旋砂水分離器，實現砂粒與污水的徹底分離。
旋流沉砂池系統在運行中，進出口水流速度較高，處理量較大，除砂效果好，佔地面積小，設備結構簡單，節約能源，運行可靠，整個系統PLC控制，實現中控、連續自動運行，操作及維護方便，適合大、中、小型污水處理廠使用，對於國內的污水處理中平流式沉砂池是一種很好的替代產品

主要參數：設計流量Qmax =20.8萬m3/d =2.4 m3/s
設計停留時間 t=60s
進水管流速 v1 =0.3m/s
池內水流上升速度 v2 =0.06m/s
沉砂池錐底部分高度 h4 = 1.5m
超高 h1 = 0.5m
中心管底至沉沙面得距離 h3 = 0.3m
宜分作三池進水沉沙n=3。
① 進水管直徑：
d= ==1.84m
② 沉砂池直徑：
D===4.52m
水流部分高度：
h2= v2t = 0.0660 = 3.6m
沉沙部分所需容積：
V==10.37 m3
⑤ 圓截錐部分實際容積:
V1=
⑥ 池總高度：
H = h1+h2+h3+h4 = 0.5+3.6+0.3+1.5 = 5.9m

(5)初沉池（輻流式）
輻流沉澱池的池型呈圓形，採用中心進水周邊出水形式。水流在池中呈水平方向向四周輻流，泥斗設在池中央，池底向中心傾斜，污泥通常用刮泥（或吸泥）機械排除。輻流沉澱池採用機械排泥，運行較好，設備較簡單，排泥設備已有定型產品的優點。
主要參數：設計流量Qmax =20.8萬m3/d =2.4 m3/s
表面負荷q=2.0m3/(m2h)
池數n=3
沉澱時間t=2h
沉澱部分水面積：
F=Qmax/nq=1440m2
池子直徑：
D==42.8m
沉澱部分有效水深：
h2=qt=4m
沉澱部分有效容積：
V==6480m3
污泥部分所需容積:
V=SNT/1000n=20.83m3
污泥斗容積:
設污泥鬥上部分半徑r1=2m,污泥斗下部半徑r2=1m, 傾角=,
h5=(r1-r2)tg=1.73m
污泥斗容積 :V1=h5(r12+r1r2+r22)=12.7m3
⑦ 污泥斗以上圓錐體部分污泥容積:
設池底徑向坡度0.05,則圓錐體高度
h4=(R-1)0.05=0.97m
圓錐體部分污泥容積:
V2=h4(R2+Rr1+r12)=504.8m3
⑧ 污泥斗總容積:
V=V1+V2=517.5m3>20.83m3
⑨ 沉澱池總高度:
設h1=0.3m， h3=0.5m
H=h1+h2+h3+h4+h5=7.5m

沉澱池池邊高度:
H′=h1+h2+h3=4.8m
⑩ 徑深比：
=10.7 符合要求

（6）曝氣池
曝氣池採用氧化溝池形，分2組，每組布置成4個廊道，每個廊道長82～88 m，寬9.5 m，水深7 m，每組容積22 284 m3，總容積44 568m3。平均水力停留時間5.1h。在曝氣池中，污水被強制形成循環流，其流態具有推流型和完全混合型的雙重特點。因此，不但具有較強的抗沖擊能力，而且也不易發生短流。  曝氣充氧系統採用鼓風射流曝氣器，射流器共638個，分成8組，在每個廊道的池底內布設 1組。每組由1台水泵提供工作介質，其中6台工作介質採用迴流污泥，2台使用曝氣池內混合液。該曝氣系統屬中微孔曝氣，鼓風機送入空氣在射流器內與活性污泥充分混合後擴散至池面，因而具有較高的氧利用率，在標准工況下，曝氣系統的動力效率可達2.2 kg O2/(kW•h)。射流器的工作介質推動池內水流循環，並使全池污泥保持懸浮狀態。
主要參數：設計流量Qmax =20.8104 m3/d =2.4 m3/s
進水水質：BOD5 200mg/L COD 400mg/L SS 250mg/L
出水水質：BOD5 ≤20mg/L COD ≤120mg/L SS ≤25mg/L
污泥迴流比：R=0.5
① 處理效率：
E=La-Lt/La*100%=90%
② 曝氣池容積：
設混合液懸浮物濃度為3g/L，系數f=0.7,則Nw=0.73=2.1kg/m3,取污泥負荷Fw=0.4
曝氣池容積V=QLr/NwFw=44568m3
③ 名義停留時間：
Tm=V/Q=0.214d=5.1h
Ts=V/(1+R)Q=3.4h
④ 污泥產量：
設污泥增殖系數a=0.6,污泥自身氧化率b=0.08
Y=aFw-bVNw=14977kg/d
⑤ 泥齡：
Tw=1/(aFw-b)=6.25d
⑥ 曝氣池需氧量：
設氧化每千克BOD需氧a1=0.5kg，污泥自身氧化需氧率b1=0.16kg/kgMLSS*d
O=a1QLr+b1VNw=33695kg/d

（7）二沉池
採用平流式沉澱池，沉澱效果好，施工簡易，造價較低。
主要參數：設計水量：Qmax =20.8104 m3/d =2.4 m3/s
表面負荷：q=1.5（m3/m2h）
水力停留時間：t=2h
污泥濃度：x=3500mg/L
污泥迴流液濃度：x1=10000mg/L
池數n=4
① 沉澱部分有效面積：
A=Qmax/nq=1445m2
② 沉澱部分有效水深：
h2=qt=3m
③ 沉澱部分有效容積：
V==4333m3
④ 池長：
設水平流速0.004m/s
L=vt*3.6=28.8米
⑤ 池寬：
B=A/L=50.2m
⑥ 污泥部分所需總容積：
設T=2日，每人每日污泥量取S=0.5升/人*日
V=SNT/1000=500m3
⑦ 污泥斗容積：
設污泥鬥上部分半徑r1=2m,污泥斗下部半徑r2=1m, 傾角=,
hs=(r1-r2)tg=1.73m
污泥斗容積 :V1= hs(r12+r1r2+r22)=43.5m3
⑧ 污泥斗以上圓錐體部分污泥容積:
設池底徑向坡度0.05,則圓錐體高度
h4=(R-1)0.05=0.97m
圓錐體部分污泥容積:
V2=h4(R2+Rr1+r12)=527.6m3
⑨ 污泥斗總容積:
V=V1+V2=571.1 m3>500 m3
⑩ 沉澱池總高度：
設緩沖層高度h3=0.5米
H=h1+h2+h3+h4+h5=6.5m
沉澱池邊高度
H』=h1+h2+h3=3.8m

(8)污泥濃縮池
採用連續流重力濃縮池，池型為圓形，豎流式。
主要參數：
產泥總量14977kg/d
含水率ρ=99.2% ，濃度=40Kg/m3
縮後：污泥濃度40g/L，含水率ρ=96%
濃縮池有效水深h=4m
濃縮時間10h
① 污泥混合後的濃度：
C=（127368.5+224140）/14977=13.2Kg/m3
② 濃縮池面積:
設固體通量為 M = 55Kg/m2d
A==847m2
③ 濃縮池直徑:
D==19.5m
④ 濃縮池工作部分高度:
h1==3.7m
⑤ 濃縮池總高度:
設濃縮池超高h2=0.3m，緩沖高度h3=0.3m，濃縮池高度
H=h1+h2+h3=3.7+0.3+0.3=4.3 m

(9)消化池
污泥消化池採用定容式蛋型，共3座，每座尺寸為：最大直徑24 m，總高度42.93 m，液體高度40.93 m，每座容積10400 m3。消化池採用中溫消化，由2台沼氣鍋爐和3套熱交換器及3台污泥循環泵組成的污泥加熱系統。設計沼氣最大產氣量為13000 m3/d。
蛋型消化池與其他消化池相比，有以下特點：①池底不易積砂或積泥，因而不會使有效池容縮小；②易攪拌混合，池內無死區，可使有效池容增至最大；對於同樣的混合效果，混合攪拌的能耗低於其他池型；③上部不易集結浮渣；④對於同樣的容積，其表面積較其他池型小，因而熱損失小；⑤結構穩定，不易產生裂縫；⑥池型呈流線型，較美觀。

（10）污泥濃縮壓濾機房
功能：對剩餘污泥進行濃縮壓濾脫水，使污泥含水率降低到盡可能低的程度，以減少污泥體積並便於裝卸作業。使用帶式壓濾機。
帶式壓濾機是依據化學絮凝接觸過濾和機械擠壓原理而製成的高效固液分離設備，因其具有工藝流程簡單、自動化程度高、運行連續、控制操作簡便和工作過程可調節等一系列優點，正得到越來越廣泛的應用。經絮凝的污泥首先進入重力脫水區，大部分游離水在重力作用下通過濾帶被濾除；隨著濾帶的運行，污泥進入由兩條濾帶組成的楔形區，兩條濾帶對污泥實施緩慢加壓，污泥逐漸增稠，流動性降低，過渡到壓榨區；在壓榨區，污泥受到遞增的擠壓力和兩條濾帶上下位置交替變化所產生的剪切力的作用，大部分殘存於污泥中的游離水和間隙水被濾除，污泥成為含水率較低的片狀濾餅；上下濾帶經卸料輥分離，憑借濾帶曲率的變化並利用刮刀將濾餅刮落，實現物料的固液分離，而上、下濾帶經沖洗後重新使用，進行下一周期的濃縮壓濾。
構築物1座，平面尺寸66m×40m。日排泥乾重18600kg/d，剩餘污泥混合液流量2360m3/d，進泥含水率92％，出泥含水率78％。主要設備選用帶寬2.0m為帶式濃縮壓濾機8套，單台處理能力濃縮段25 m3/h、壓濾段9 m3/h，設計工作時間10 h。

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1.總平面設計（管網定線，街區編號，街區面積）；
2.干、支管線的平面設計（管線定位，設計管段）；
3.確定設計標准（設計人口，排水定額）；
4.計算設計流量（總變化系數，管段流量，集中流量，轉輸流量）；
5.管道水力計算（選定控制點，依次逐段計算）；
6.繪制管道系統平面圖和縱剖面圖。

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