环境工程课程设计某印染厂工业废水处理站设计.docx

环境工程课程设计书

设计题目： 湖北某印染厂工业废水处理站设计

姓 名：
学 院：
专 业：
学 号：
指导老师：
设计日期：

环境工程课程设计任务书
课题名称：湖北省某印染厂工业废水处理站设计
一、 设计训练内容
本课程设计主要培养学生的理论与实践相结合的能力。
1. 确定工业废水处理站的处理工艺流程及处理构筑物（或设备）的类型和数量。
2. 对工艺流程中的主要构筑单元的设计与计算，如：格栅、沉砂池、沉淀池、生化反应池、曝气池、SBR反应池、消毒池、污泥浓缩池等。
3. 工业废水处理站平面布置、高程布置设计。
4. 管道水力阻力的计算，水泵、风机等主要设备选型。
5. 工业废水处理工程初步经济核算（分析），如人工、药品、设备运行费用等。
6. 采用CAD制图，制作图纸包括：
（1）工业废水站平面布置图；（3＃图纸1张）
（2）工业废水站的高程布置图；（3＃图纸各1张）
二、设计（论文）任务和要求
（一）设计任务
1. 根据国内外先进技术水平，分析本工程实际状况。内容包括：该类工业废水处理工艺技术的国内外水平、现状与发展状况；提出本次设计工艺流程确定并说明选择理由；
2. 根据给定的原始资料设计湖北省某印染厂工业废水处理站；
（1） 工业废水处理站的工艺流程选择；
（2） 工业废水处理站主要构筑物的计算；
（3） 管道水力损失计算；
（4） 配套设备的选型；
（5） 工业废水处理站的平面布置设计；
（6） 工业废水处理站的高程布置设计；
（7） 工业废水处理站运行费用分析。
3. CAD绘图：处理站的平面布置图、高程图；
（二）设计要求
1. 设计选定工艺流程合理，构筑物尺寸计算准确，构筑物选型及主要参数计算准确；
2. 配套设备选型合理；
3. 工业废水处理的经济分析合理；
4. 图纸规范，绘制精确，布局合理；（全部要求计算机绘图）
（1） 工业废水处理站平面布置合理，有运输道路和辅助建筑物，泥水处理分区明显；
（2） 工业废水处理站高程布置合理、水力计算准确；
三、毕业设计（论文）主要参数
原始资料:设计一座处理水量1500、2000、3500、4500、5000m3/d印染厂废水处理站。
1．废水水质特点：
（1）污染物浓度高，变化大；
（2）COD平均2500-3000mg/L，最高可达5000mg/L；
（3）碱性高，pH=12-13，最高可达6g/L；
（4）可生化性差，废水中含有大量水溶性难降解的活性染料、PVA等；
（5）NH3-N浓度变化大，印花工序生产时，NH3-N浓度达几十毫克每升，而不生产时则较少；
2．进水水量水质
（1）水量：设计处理水量1500、2000、3500、4500、5000m3/d
（2）水质：COD＝2500～3000mg/L；BOD5＝750～850mg/L，峰值浓度可达5000mg/L；pH＝12～13；SS＝400～500mg/L；色度550；水温50℃；硫化物含量较高。
3.处理后，出水水质达到以下标准：
项目
pH值
COD（mg/L）
BOD5（mg/L）
SS（mg/L）
色度（倍）
出水水质
6-9
≤100
≤25
≤70
50
4.生产区废水自流入污水处理站，废水管道水面标高按－0.5m考虑，处理后的废水通过埋地管道排出。
5.该地区夏季主导风向为东南风。
6.拟建废水处理站用地为一块方形地，地形平坦，满足处理工艺要求。
四、设计内容
㈠ 工业废水处理站的工艺流程选择；
1.1工艺流程选择
1.1.1 影响流程选择的因素
污水处理工艺流程的选择，一般要考虑以下因素：
1.1.2 废水处理程度
这是废水处理工艺流程选择的主要依据，而废水处理程度又取决于废水的水质特征、处理后水的去向。废水的水质特征，表现为废水中所含污染物的种类、形态及浓度，它直接影响废水处理的程度及工艺流程。各种受纳水体对处理水的排放要求各不相同，由各种水质的标准规定，它决定了废水处理厂对废水的处理程度。
1.1.3 建设及运行费用
考虑建设与运行费用时，应以处理水达到水质标准为前提。在此前提下，工程建设及运行费用低的工艺流程应得到重视。此外，减少占地面积也是降低建设费用的重要措施。
1.1.4 工程施工难易程度
工程施工的难易程度也是选择工艺流程的影响因素之一。如地下水位高，地质条件差的地方，就不宜选用深度大、施工难度高的构筑物。
1.1.5 当地的自然条件和社会条件
当地的地形、气候等自然条件对废水处理流程的选择具有一定的影响。如当地气候很冷，则应采用在采取适当的技术措施后，在低温季节也能正常运行，并保证取得达标水质的工艺。
1.1.6 废水水量
除水质外，废水的水量也是影响因素之一。对于水量、水质变化大的废水，应选择耐冲击负荷强的工艺，或考虑设立池等缓冲设施以减少不利影响。
综上所述，废水处理流程的选择应综合考虑各项影响因素，进行多种方案的技术经济对比才能得出合理的结论。城市生活污水的水质特征较有规律，处理要求也较统一，主要是降低废水的生化需氧量和悬浮固体，已形成了较完整的典型处理流程。而工业废水则种类繁多，不可能提出规范的处理流程，因此只能进行个别分析，最好通过试验确定处理流程。
在具体确定某工厂废水的处理流程前，首先要调查以下各点。
（1）.所含污染物的种类及来源；
（2）.循环利用及减少废水量的可能性；
（3）.回收利用废水中有毒有害物质的可能性；
（4）.废水排入城市下水道系统的可能性。
1.2 印染废水处理设计
1.2.1 生物接触氧化——混凝沉淀工艺

图1-1 生物接触氧化-混凝沉淀工艺
这是一个生物-化学二段处理工艺。生物接触氧化是一种兼有活性污泥和生物膜法特点的生物处理法，生物活性好，F/M 值大，处理负荷高，处理时间短，不需污泥回流并可间歇进行，但是难降物有机物去除率低和脱色效果欠佳，同时填料可能堵塞，且该工艺产生的污泥量大，污泥含水量高又难于脱色，故在污泥脱色时需投加一定的消石灰和三氯化铁。
1.2.2 表曝——混凝沉淀处理工艺

表曝是一种完全混合曝气活性污泥法，它有合建式和分建式两种。合建式是将曝气区与沉淀区合建在一个池内，对污泥回流缝的设计和施工要求严格，如果回流缝过大或曝气强度过大时，则大量气泡会窜入沉淀区，干扰污泥沉淀和回流，造成运行不稳定，如果回流缝过小，则会造成堵塞，影响污泥回流。而分建式增加了回流污泥的动力费。无论是那一种曝气池，当含有大量的印染废水进入表曝池后，则会产生大量的泡沫，严重影响池内充氧和运行管理，致使池内充氧，影响处理。
1.2.3 水解酸化+A/O+混凝沉淀工艺
1.3 选择工艺流程

水解酸化+A/O+混凝沉淀工艺
根据上述几种工艺优缺点的比较，和自己所设计处理水量的大小，选择第三种工艺。
1.3.1 水解酸化法作用机理
一般把厌氧发酵过程分为四个阶段，即①水解阶段；②酸化阶段；③酸衰退阶段④甲烷化阶段，而中解反应地把反应过程控制在前面的水解与酸化二个阶段。水解阶段，可使固体有机物质降解为溶解性物质，大分子有机物质降解为小分子物质，在产酸阶段，碳水化合物等有机物降解为有机酸，主要是乙酸，丁酸和丙酸等。水解和酸化反应进行得相对较快，一般难于将它们分开，此阶段的主要微生物水解--产酸细菌。在水解酸化反应过程中首先大量微生物将进水中呈颗粒与胶体状有机物迅速截留和吸附，这是一个快速的物理过程，只需几秒钟到几十秒就进行完全；补截留下来的有机物吸附在水解污泥表面，被缓慢分解；它在系统中的停留时间取决于污泥停留时间，与水力停留时间无关；在水解产酸菌的作用下将不溶性有机物水解成为可溶解性物质，同时在产酸菌的协同作用下将大分子，难于生物降解的物质转变为易于降解的小分子物质，并重新释放到溶液中，在较高的水力负荷下随水流出系统；由于水解和产酸菌世代期较短，因此这一过程也是迅速的。污水经过水解反应后可以提高其生化性能，降低污水的PH 值，减少污泥产量，为后续好氧生物处理创造有利条件。
A/O 法 水解酸化后的进入A/O 池采用的缺氧一好氧处理工艺，它是在传统的活性污滤法好氧池前段设置了缺氧池，使微生物缺氧，好氧状态下交替操作进行微生物筛选，经筛选的微生物不但可有效地去除废水中的有机物，而且抑制了丝状菌的繁殖，可避免污泥膨胀现象。该技术还具有耐冲击负荷，能提高系统操作弹性，污泥现降性能好宜操作等优点。
1.3.2 A/O 法的特点
A/O 法是缺氧(Anobrnic)工艺截厌/好氧(Obrnic)工艺的简称，通常是在常规的好氧活性污泥处理系统前，增加一段缺氧生物处理过程或厌氧生物处理过程。在好氧段好氧微物氧化分解污水中的BOD5,如果前边配的是缺氧段，有机物和氨氮在好氧段化为硝化氮并回流到缺氧段，其中的反硝化细菌抻用氧化态氮和污水中的有机碳进行反硝化反应，使化合氮变为分子态氮国，获得同时去碳和脱氮的效果。如果前边配的是厌氧段，在好氮段吸收磷后的活性污泥部分以剩余污泥形式排出系统，部分回流到厌氧段将磷释放出来。因此，缺氧/好氧(A/O 法又被称为生物脱氮系统，而厌氧/好氧(A/O)法又称为生物除磷系统。因为硝酸菌是一种自养菌，为抑制生长速率高的异养菌，使硝化段内硝酸菌占优势，要高法保证硝化段内有机物浓度不能过高，一般要控
制BODS 小于20mg/L。
硝化过程中消耗的氧可以在反硝化过程中补回收利用，并氧化一部分BOD5。利用厌氧和氧化两组相的交替操作达到筛选微生物的目的，厌氧池的停留时间短，而大部分有机物均已在厌氧池内被氧化分解。运行时，系统所产生的污泥沉降性能良好，同时由筛选作用抑制丝壮菌的繁殖，避免了污泥膨胀的现象。
1.4 我选择的流程
1. 4. 1 生物处理单元选择水解酸化池+完全混合曝气池
该印染厂的废水中COD含量偏高，B/C低于0.3，可生化性差，需要在好氧池前设置厌氧池降解或使COD转化为BOD以提高废水的可生化性，减少反应时间和处理过程的能耗，提高后续单元的去除效率，选择水解酸化池后就不需要密闭的沉淀池，不需要水、气、固三相分离器，降低了造价，便于维护，且其体积小，与一般初沉池相当，可节省基建费用。
选择完全混合曝气池是因为该工艺对冲击负荷具有较强的适应能力，适应于处理工业废水，特别是像本设计任务中的这种浓度较高的工业废水，有可能通过F/M值的调整将整个曝气池的工况控制在最佳条件，以更好发挥活性污泥的净化功能。
选择使用水解酸化池+完全混合曝气池是因为该处理工艺仅产生很少的难于降解的剩余活性污泥，可在常温下使固体迅速水解，实现污水、泥水一次处理，不需要经常加热的一种消化池，且在现实中应用较成熟，可借鉴已有经验，其中使用的设备可供选择种类多, 利于设备的选型和维修及整个工艺流程的管理。

㈡ 工业废水处理站主要构筑物的计算；
湖北省某印染厂工业废水处理水水质
项目
COD/(mg/L)
SS(mg/L)
色度
pH
原水
2500
500
550
12
格栅出水
2500
500
550
12
中和池出水
2250
500
500
7
混凝反应沉淀池
1238
70
200

水解酸化池
930

90

完全混合曝气池
90

45

去除率/%
96.40%

91.80%

一、格栅设计

设计参数：Q=3500m³/d=0.041 m³/s，栅条宽度s＝10.0mm，栅条间隙宽度d=20.0m，栅前水深h＝0.5m ，过栅流速v=0.2m/s ，栅条前后进出水渠道宽b1=0.5m ，展开角 α=60°。
1.格栅的间隙数量n:

n=0.2*(sin60o)1/2/(0.02*0.4*0.3)=19（个）
2.格栅建筑宽度b:
b= s(n-1)+d.n=0.01*（19-1）+19*0.02=0.56（m）取b＝0.6m
3.进水渠道渐宽部位的长度
L1 =(b-b1)/2tga1=(0.6-0.5)/2tg20=0.14(m)
4.格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度
L2=0.5 L1=0.5*0.14=0.07(m)
5.通过格栅水头损失计算(k阻力系数取3)
h2=ξ v2sina*k/2g
=β (s/b)4/3 v2sina*k/2g=2.42(0.01/0.02) 4/3 *0.2*0.2*sin60*3/2*9.8=0.005(m)
6.栅后槽的总高度h总
h总= h + h1 + h2=0.5+ 0.3 + 0.005=0.805（m）(取超高0.3m)
7.格栅的总建筑长度L
L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tga
=0.14+0.07+1.0+0.5+(0.5+0.3)/tg60= 2.17(m)
二、调节池
设计参数： Q=3500m³/d=146m³/h，水力停留时间8h， 有效水深h取4.0m
1、 有效容积
V=Q*T=146*8=1167m³
2、调节池尺寸
调节池面积A=V/h=292㎡
池宽B取30m，则L=A/B=36.5m
取保护高度h0=0.6m
池总高H=h+h0=4.0+0.6=4.6m

三、中和池
设计参数:设计停留时间T=10min，废水PH=12，需处理至PH=7，以98%的浓硫酸作为中和剂，浓度c=18.4mol/L，设计将中和池与调节池相连则其宽b=10m
1、 有效容积V=146*10/60=24.3 m³
2、每10min所需投加硫酸量q
q=24.3*1000*0.01/（18.4*2）=6.6L
3、中和池尺寸
有效水深取1.5m
调节池水深h=1.5m
面积A=V/h=31.3/1.5=20.7㎡
调节池长L=A/b=20.7/10=2.1m
4、机械搅拌功率
当T=10min，所需搅拌功率为0.023kw/ m³
所需功率N=0.023*V=0.023*24.3=0.56 kw

四、混凝反应池（竖流式折板反应池）
设计参数：Q=146 m³/h，反应时间T=6min，各格流速v1=0.2m/s, v2=0.1m/s, v3=0.05m/s,反应池个数n=2
1、反应池有效容积V=QT/60=146*6/60=14.6m³
每池有效容积V0=1/2V=7.3m³
F1=Q/3600nv1=146/3600*2*0.2=0.10㎡
F2=0.20㎡ F3=0.40㎡
2、 反应池平面尺寸
第一格， B*L1=0.5*0.2=0.10㎡
第二格， B*L2=0.5*0.4=0.20㎡
第二格， B*L3=0.5*0.8=0.40㎡
3、反应池总面积
F=2（F1+F2+F3）=2*(0.10+0.20+0.40)=1.4㎡
4、 反应池平均水深
H1= V0/F=7.3/1.4=5.2m
5、 总高H=h（超高）+H1=0.3+5.2=5.5m
6、 水头损失h=0.25+0.10+0.02=0.37m

五、平流式沉淀池

设计参数：Q=146 m³/h，沉淀时间T=2.5h，表面负荷q=0.7 m³/(㎡/d), 污泥含水率为99.2%
1、取n=3
A=Q/q=146/0.7=210㎡
A1=210/3=70m
2、沉淀区有效水深 h2=qt=0.7*2.5=1.75m
3、池宽B取4m，则池长l=A1/B=17.5/4﹥4 合格
4、每日污泥量W

每一个沉淀池的W1=W/3=56 m³
5、储泥斗容积
上口宽为B=4m，下口宽取b=0.4m，倾斜角a=60°
斗高h=（B-b）/2 tan60=3.2m

每8h排一次泥，每日排泥3次
6、沉淀池结构尺寸
超高h1=0.3，有效水深h2=1.75m，缓冲层高度h3=0.5m，污泥斗高h4=3.2m
总高H= h1+h2 +h3+h4=0.3+1.75+0.5+3.2=5.75m
总长L=l+0.5+0.3=17.5+0.5+0.3=18.3m

六、水解酸化池
设计参数：COD约为1238mg/L，容积负荷Nv=2.2kgCOD/（m³/d）
1、 池容 V=SQ/Nv=1238*3500/1000*2.2=1970 m³ 取2000 m³
分两大格，设计每格尺寸L*B*H=30*6*6 ，有效水深5.5m，为防短路每大格分为三小格，L0*B0*H0=10m*6m*6m
2、 复核水力停留时间T=V/Q=2540*24/4500=13.7h
3、 填料容积V’=2/3V=1340 m³
膜法水解酸化池底部仍可能积泥，可按每立方米池容10w功率配备搅拌机，共分六小格，选用六台搅拌机
单台功率N=10*6*5.5/1000=3.3Kw
配水孔总面积A=Q/v=3500/(24*2*3600*0.22)=0.092㎡
每大池宽6m，取n=30孔，（孔间距20cm），则单孔直径d=0.062m取60mm

七、曝气池
设计参数：进水BOD Lo=930mg/L,出水BOD Le=90mg/L ，MLSS4000mg/L，污泥回流比R=0.2
1、BOD去除率g=（930-90）/930=90%
2、曝气池容积V=QLo/xFs=Q(Lo -Le)/xFsg=1634 m³
3、曝气时间 T=V/(Q+Qr)=2092.5*24/4500(1+0.2)=9.3h
4、取有效水深h1=3m，超高0.3m
则池深H=3.3m
5、池表面积A=V/h1=1634/3=545㎡
设三个曝气池 则单池面积A1=A/3=182㎡
取单池宽 B=4m
则L=A1/B=45.5m , L/B﹥10, B/n在1-2之间 合格
6、每日污泥产量
Wv=aQ((Lo -Le)-bxV=0.5*3500*(930-90)*0.001-0.075*4000*1000*0.75*1634=1102.35kg
回流污泥浓度 Xr=X(Q+Qr)/Qr=4000*1.2/0.2=24000mg/L
每日排泥量 Qw=Wv/(Xr*f)=1102.35/(24000*0.001*0.75)=61.23 m³/d
8、污泥龄t=Xv/Wv=6d
9、需氧量
O2= a’Q((Lo -Le)+b’xV=0.5*3500*(930-90)*0.001+0.11*4000*0.75*0.001*1634=2009.22kg/d

八、二沉池（辐流式沉淀池）

设计参数：表面负荷q=0.8 m³/(㎡/d)，沉淀时间T=2h，设计沉淀池两座n=2
1、 沉淀池表面积A=Q/nq=146/(2*0.8)=91.25 m³
2、沉淀池结构尺寸
池直径D= 4A/3.14 =11m
有效水深h2=qT=0.8*2=1.6m
超高h1=0.3m 缓冲层高h3=0.3m 坡高h4=0.3m
3、污泥斗尺寸
上口D=5.4m 下口d=3.2m 斗高h5=1m

每个沉淀池每日需除泥61.23/2=31 m³
所以每日需排泥三次 每8h排泥一次
4、 池总高H= h1+h2+h3+ h4+h5=0.3+1.6+0.3+0.3+1=3.5m

湖北省某印染厂工业废水处理站主要构筑物

名称
规格尺寸（长*宽*深）/m
停留时间
主要参数
备注
格栅池
3.3*1.2*0.8

1
调节池
36.5*8*4.6
8h

1
中和池
2*8*1.8
10min

1
混凝反应池
1.4*0.5*5.5
6min

2
平流式沉淀池
17.5*4*5.7
2.5h
q=0.7m³/（㎡.h）
3
水解酸化池
30*6*6
13.7h
Nv=2.2kgCOD/(m³.d)
2
完全混合曝气池
45.5*4*3.3
9.4h
Fs=0.5kgBOD5/kgMLSS.d
3
二沉池
φ11*4.2
2h
q=0.8m³/（㎡.h）
2
污泥浓缩池
φ7.6*5.2
1d

1

㈢ 水头损失分三部分计算
（注：提升泵设在中和池处）
1、 各处理单元水头损失
编号
构筑物名称
水头损失（m）
个数
合计(m)
⑴
格柵
取0.10
1
0.1
⑵
调节池
取0.20
1
0.2
⑶
中和池
取0.10
1
0.1
⑷
混凝反应池
0.37
2
0.37
⑸
平流式沉淀池
取0.20
3
0.6
⑹
水解酸化池
取0.30
2
0.6
⑺
完全混合曝气池
取0.15
3
0.45
⑻
二沉池
取0.45
2
0.9
单元水头总损失 h1=0.1+0.37+0.6+0.6+0.45+0.9=2.42m
2、 沿程管线水头损失

(每m管线的水头损失取0.03m)
编号
管线段名称
管线长度（m）
段数
合计(m)
⑴
格栅-调节池
6
1
6
⑵
中和池-混凝池
37.2
1
37.2
⑶
平流沉淀池-水解酸化池
14.6
1
14.6
⑷
水解酸化池-完全混合曝气池
33.4
1
33.4
⑸
完全混合曝气池-二沉池
13.8
2
27.6
沿程水头总损失h2=(37.2+14.6+33.4+13.8*2)*0.03=3.38m
3、管道弯道及阀门处局部水头损失
弯道处局部阻力系数ζ1=0.3，弯道数n1=6；
阀门处局部阻力系数ζ2=0.12，阀门数取n2=6；
污水在管道中的流速取1m/s；
弯道和阀门处局部水头总损失

综上：
提升泵后的水头总损失h=h1+h2+h3=2.42+3.38+0.13=5.93m
㈣ 配套设备的选型
名称
型号规格
功率/kW
台数
备注
格栅机
FH700
1.1
2
去除粗大纤维及块状物
提升泵
150WL292-13.3 无堵塞污水泵
36.8
1
从中和池提升废水
污泥泵

10
2
提升污泥
鼓风机
罗茨鼓风机FT40
30
2
调节池预曝气，曝气池曝气
填料
弹性，1340m³

悬挂为神武
板框压滤机
XKG200/1250
8
1
污泥脱水
pH自动监测仪

自动监测废水中的pH
潜水搅拌机
型号:QJB7.5/6-640/3-303/C/S
3.3
6
促进微生物与污染物充分接触
工程总装机容量为250kw,实际使用容量为180kw。
㈤ 工业废水处理站的平面布置设计
见图（01）
㈥ 工业废水处理站的高程布置设计
见图（02）
㈦ 工业废水处理站运行费用分析
运行费主要为电费、药剂费、人工费、设备折旧。
（1） 电费 电价以0.6元/(kW.h)计，180kW,3500m³/d，电费=0.6*180*24/3500=0.74元/m³。
（2） 药剂费 药剂费分为三部分：硫酸投加费、混凝剂投加费和氧化脱色剂投加费，药剂费为0.40元/m³。
（3） 人工费 0.20元/m³。
（4） 设备折旧 0.20元/m³。
（5） 污泥运费 0.02元/m³。
（6） 总运行费用 0.74+0.40+0.20+0.20+0.02=1.56元/m³

环境工程专业《课程设计》评审表
评价内容
具体要求
调查论证
能独立查阅文献和调研；能提出并论证课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力
方案设计与理论计算
能正确设计方案，独立进行相应计算
分析与解决问题的能力
能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论
工作量、工作态度
按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实
质量
综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写规范，图表完整、整洁、正确
制图能力
能规范的进行图形绘制

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