1、水質凈化工藝設計大作業姓 名 葉嘉爵 學 號 成 績 時 間 2014.12.12 水質凈化工程設計大作業任務書在完成水質凈化工程設計課程學習后，要求學生掌握給水處理和污水處理的新工藝設計計算，對于構筑物的設計達到或接近施工圖設計。為此，要求學生獨立完成以下設計內容：1.完成給水處理之深度處理臭氧-活性炭的工藝設計計算和構筑物施工圖設計。2.完成污水處理之生化處理的新工藝設計計算和構筑物的施工圖設計。要求編寫計算書和繪制A3的設計圖紙。設計圖紙按施工圖的深度完成。以A4大小裝訂。給水處理廠及污水處理廠的設計資料分別如下：給水處理廠：1.水廠凈產水量為 24.5 萬m3/d。 2.水源為河水，原

2、水水質如下所示：編號項目單位分析結果備注1耗氧量（CODMn法）O2mg/l82水溫最高30，最低53色度15度4嗅和味無異常臭和味5渾濁度NTU最大300，最小20，月平均最大1306pH7.07總硬度mg/L(以CaCO3計)1258碳酸鹽硬度mg/L(以CaCO3計)959非碳酸鹽硬度mg/L(以CaCO3計)3010總固體mg/L20011細菌總數個/mL110012大腸菌群個/L800其它化學和毒理指標符合生活飲用水標準3.河水洪水位標高73.20米，枯水位標高65.70米，常年平均水位標高68.20米。4.氣象資料：年平均氣溫22，最冷月平均溫度4，最熱月平均溫度34，最高溫度39

3、，最低溫度1。常年風向東南。5.地質資料：凈水廠地區高程以下03米為粘質砂土，36米為砂石堆積層，再下層為紅砂巖。地基允許承載力為2.54公斤/厘米。6.廠區地形平坦，平均高程為70.00米。污水處理廠設計資料：1.污水處理廠處理規模為 24.5 萬m3/d。2.城市污水的水質如下表所示： （除pH外，其余項目單位為mg/ L）項目BOD5CODCrSSTNNH4+-NTP（以P計）pH 15030020035253.5693.污水處理廠出廠水水質應執行城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB18918-2002）一級A標準。確定的污水處理廠出水水質如下：BOD510mg/L ，COD50mg/L，

4、SS10mg/L，NH3-N5mg/L，PO43-P0.50mg/L。4. 污水處理廠廠區地形擬為平坦地形，標高為75.00米。5. 全年平均氣溫21.8，最冷平均月氣溫9.7，最熱月平均氣溫32.6，最高溫度38.7，最低溫度0.0。7. 夏季主風向：東南風。 第一部分 給水處理廠 臭氧活性炭工藝設計說明書1、 概述1.水廠凈產水量為 24.5 萬m3/d。 2.水源為河水，原水水質如下所示：編號項目單位分析結果備注1耗氧量（CODMn法）O2mg/l82水溫最高30，最低53色度15度4嗅和味無異常臭和味5渾濁度NTU最大300，最小20，月平均最大1306pH7.07總硬度mg/L(以C

5、aCO3計)1258碳酸鹽硬度mg/L(以CaCO3計)959非碳酸鹽硬度mg/L(以CaCO3計)3010總固體mg/L20011細菌總數個/mL110012大腸菌群個/L800其它化學和毒理指標符合生活飲用水標準3.河水洪水位標高73.20米，枯水位標高65.70米，常年平均水位標高68.20米。4.氣象資料：年平均氣溫22，最冷月平均溫度4，最熱月平均溫度34，最高溫度39，最低溫度1。常年風向東南。5.地質資料：凈水廠地區高程以下03米為粘質砂土，36米為砂石堆積層，再下層為紅砂巖。地基允許承載力為2.54公斤/厘米。6.廠區地形平坦，平均高程為70.00米。二、凈水工藝流程的確定根據

6、地面水環境質量標準（GB383802），原水水質符合地面水類水質標準，除濁度，色度和菌落總數偏高外，其余參數均符合生活飲用水衛生標準（GB574906）的規定。水廠水以地表水作為水源，工藝流程如圖1所示。3、 臭氧活性炭工藝構筑物及設備形式選擇臭氧活性炭工藝的流程為原水經臭氧預氧化后經過常規處理，然后濾池出水由提升泵房提升至臭氧接觸池，在接觸池內和臭氧接觸反應后進入活性炭濾池，經活性炭濾池處理后進入清水池，然后由二泵房供給管網。因此除常規處理外，需增加臭氧化工藝和活性炭吸附兩大系統。新建構筑物應包括預臭氧接觸池、砂濾水提升泵房、后臭氧接觸池、活性炭濾池、臭氧制備車間、反沖洗泵房、變配電間及炭庫

7、等。1、 臭氧化工藝系統 臭氧化法工藝系統由氣源系統、臭氧發生系統、臭氧-水接觸系統、尾氣處理系統組成。1.1氣源系統 臭氧發生裝置的氣源可采用空氣或氧氣。氧氣的供應方式可以在現場利用空氣制?。╒-GOX），或采購高濃度液態氧（LOX）現場儲存、經蒸發向發生器提供氧氣。本設計以空氣為主要氣源現場制氧，并設置液氧為備用氣源。 主要設備：空氣壓縮機、儲氣罐、氣體過濾設備、氣體除濕干燥設備以及消聲設備。1.2臭氧發生系統 臭氧發生裝置應包括臭氧發生器、供電及控制設備、冷卻設備以及臭氧和氧氣泄露探測及報警設備。臭氧發生裝置必須設置在室內，盡可能設置在離臭氧接觸池較近的位置，其產量應滿足最大臭氧加注量的

8、要求，并應考慮備用能力。在設有臭氧發生器的建筑內，用電設備必須采用防爆型。 主要設備：臭氧發生器、供電設備（調壓器、升壓變壓器、控制設備等）及發生器冷卻設備（水泵、熱交換器等）。1.3臭氧接觸池臭氧接觸池的個數或能夠單獨排空的分格數不宜少于2個；臭氧接觸池的接觸時間，應根據不同的工藝目的和待處理水的水質情況，通過試驗或參照相似條件下的運行經驗確定；臭氧接觸池必須全封閉，池頂應設置尾氣排放管和自動氣壓釋放閥，池內水面與池內頂宜保持0.50.7m的距離；臭氧接觸池宜采用豎向流，可在池內設置一定數量的豎向導流隔板；接觸池出水宜采用薄壁堰跌水出流。預臭氧接觸池宜符合下列要求：（1） 接觸時間為25mi

9、n；（2） 臭氧氣體宜通過水射器抽吸后注入設于進水管上的靜態混合器，注入點宜設1個；（3） 抽吸臭氧水射器的動力水不宜采用原水，接觸池設計水深宜采用46m，導流隔板凈間距不小于0.8m；（4） 接觸池出水末端應設置余臭氧監測儀。主臭氧接觸池宜符合下列要求：（1） 接觸池由2-3段接觸室串聯而成，由豎向隔板分開；（2） 每段接觸室由布氣區和后續反應區組成，并由豎向導流隔板分開；（3） 總接觸時間應根據工藝目的確定，宜控制在615min之間，其中第一段接觸室的接觸時間宜為2min；（4） 臭氧氣體宜通過設在布氣區底部的微孔曝氣盤直接向水中擴散，氣體注入點數與接觸室設置的段數一致；（5） 曝氣盤的布

10、置應能保證布氣均勻，其中第一段布氣區的布氣量占總布氣量的50%左右。接觸池設計水深宜采用5.56m，布氣區的深度與總長度之比宜大于4，導流隔板宜凈距不小于0.8m。接觸池出水末端應設置余臭氧監測儀；（6） 接觸池可采用鋼筋混凝土結構，內涂耐臭氧腐蝕的防腐層。擴散設備國內常采用微孔鈦板、陶瓷濾棒、剛玉微孔擴散板等。1.4尾氣處理系統 尾氣中殘余臭氧的量隨臭氧同水的接觸方法和處理水中維持的臭氧濃度有關，一般約占臭氧總投量的1%15%。臭氧尾氣消除裝置應包括尾氣輸送管、尾氣中臭氧濃度檢測儀、尾氣除濕器、抽氣風機、剩余臭氧消除器，以及排放氣體臭氧濃度監測儀及報警設備等。臭氧尾氣消除宜采用電加熱分解消除

11、、催化劑接觸催化分解消除或活性炭吸附分解消除等方式，以氧氣為氣源的臭氧處理設施中的尾氣不應采用活性炭消除方式。本設計采用活性炭吸附法消除尾氣。主要設備：臭氧尾氣除濕器、剩余臭氧消除器等。2、 活性炭吸附系統活性炭吸附池可分為重力式和壓力式?；钚蕴课匠剡x擇的一般規則是：當處理規模小于320m3/h時，采用普通壓力濾池；當處理規模320m3/h時，一般采用重力式，如普通快濾池、虹吸濾池、雙閥濾池等；當處理規模2400m3/h時，炭吸附池形式與過濾池形式配套為宜。目前，國內已建成水廠活性炭池型多采用普通快濾池，近年計劃新建的活性炭池型有V形濾池，此外，已在國外得到廣泛應用的翻板濾池也被引進國內，這

12、三種濾池的特點比較如下表所示：池形優點缺點普通濾池1、 采用雙層濾料，濾料含污能力強；2、 可采用較高濾速；3、 有成熟的運轉經驗，運行穩定可靠；4、 反沖洗操作方便，設備比較簡單。1、 反沖洗易造成濾料損失；2、 反沖洗強度大，沖洗水量大；3、 沖洗效果不如氣水反沖洗。V型濾池1、 采用V型槽進水，布水均勻；2、 運行自動化程度高，管理方便；3、 采用均質濾料，濾料含污能力高；4、 反沖洗時，濾料微膨脹，可減少濾池深度。1、 土建費用、運行電耗較高；2、 占地面積大，施工要求高；3、 反沖洗水量較大（約占產水量的2.6%）；4、 濾料易損失；5、 水頭損失較大，約2.0米。翻板濾池1、 濾料

13、可任意組合且含污能力高；2、 反沖洗效果好，耗水量少（約占產水量的1.6%）；3、 土建結構簡單、投資省、施工方便；4、 反沖洗時不會出現濾料流失現象；5、 運行自動化程度高，便于管理；6、 過濾周期長，過濾效果好。1、 初期設備投資比其他濾池高；2、 單池面積不宜過大；3、 水頭損失較大，約2.0米。通過比較，顯然V型濾池和翻板濾池較普通濾池更優越。V型濾池開發較早，工藝比較成熟，實際運行過程中，效果均較好。其主要缺點是反沖洗耗水量大，構筑物結構比翻板濾池復雜，有跑料現象。同時了解到：V型濾池跑炭的主要環節并不是在反沖洗階段，而是發生在進水階段。由于進水流經V型槽造成的水流擾動使炭層表面部分

14、旋起，進入漂浮狀態，在排水槽上部的漂浮炭靠自重最終沉入排水槽后，最終在濾池排水時造成炭的流失。翻板濾池作為一種較新的池型，表現出了構筑物簡單，反沖洗水量小等優點。其主要缺點表現為翻板閥采購、安裝、操作均十分嚴格，由于濾池面積大，單側進出水，排水路線長，使反沖洗時間加大；為保證出水水質，初濾水排放時間較長。經技術經濟比較后，本設計中活性炭濾池選用翻板濾池?；钚蕴课匠氐闹饕O計參數如下：（1） 炭吸附池個數及單池面積應根據處理規模和運行管理條件經比較后確定，吸附池不宜少于4個；（2） 處理水與炭床的空床接觸時間宜采用1015min，空床流速620m/h，炭層最終水頭損失應根據活性炭的粒徑、碳層厚

15、度和空床流速確定；（3） 炭層上水深一般取1.52m，保護高度取0.20.3m；（4）沖洗周期宜采用36d。常溫下，經常性沖洗時，沖洗強度宜采用1113L/(m2·s)，歷時812min，膨脹率為15%20%。定期大流量沖洗時，沖洗強度宜采用1518/(m2·s)，歷時812min，膨脹率為25%35%。為提高沖洗效果，可采用氣水聯合沖洗或增加表面沖洗方式。沖洗水宜采用濾池出水或炭吸附池出水；（5）炭吸附池宜采用中、小阻力配水（氣）系統。宜在活性炭層底部設100mm厚承托層，并加設300500mm厚、0.61.0mm細石英砂層，以便截留碳層脫落的生物膜。（6）炭再生周期應根

16、據出水水質是否超過預定目標確定，并應考慮活性炭剩余吸附能力是否能適應水質突變的情況。炭吸附池中失效炭的運出和新炭的補充宜采用水力輸送，整池出炭、進炭總時間宜小于24h。設計計算書一、已知條件某給水廠采用臭氧-生物活性炭聯合進行飲用水深度處理，主要去除水中的有機物。原水OC平均含量C0=8mg/L，pH=7.0，水溫530，供水規模為24.5萬m3/d，考慮5%水廠自用水量，則水廠設計水量為Q=245000×（1+5%）m3/d=257250m3/d=10719m3/h。預臭氧接觸池設計參數：臭氧投加量為0.51.5mg/L，取=1.5mg/L=0.0015kg/m3；接觸時間取=4m

17、in；設計水深為=6m；投加方式為水射器一點投加。主臭氧接觸池設計參數：臭氧投加量為1.52.5mg/L，取=2.5mg/L=0.0025kg/m3；接觸時間取=10min；設計水深為=6m；投加方式為微氣泡擴散投加，三點投加?；钚蕴繛V池設計參數：接觸時間為=12min；濾速為=10m/h；炭層厚度=2m。二、設計計算1、臭氧投加1.1所需臭氧量D（kgO3/h）式中：D臭氧需要量，kgO3/h； 臭氧投量，kg/m3； Q處理水量，m3/h； 1.06安全系數。其中，Q=10719m3/h；kg/m3 則：所需臭氧量為：=1.06×0.004×10719=45.45kgO

18、3/h1.2設備選型選用三臺型號為CF-G-2的空氣源大型臭氧發生器，其中兩臺臭氧產量為15kg/h（體積為），兩臺為10kg/h（體積為），兩用一備。1.3接觸池1.3.1預臭氧接觸池預臭氧接觸池的容積按下式計算： 式中，V 預臭氧接觸池的容積，m3； Q 處理水量，m3/h； 接觸時間，min，取。則，預臭氧接觸池的容積為： =714.6m3，取整數715m3 。為保證維修時工廠均能繼續正常工作，因此建設兩座臭氧接觸池，每座分2格，每座池容積為715÷2=358，每格池容積為358÷2=179；有效水深為6.0m；臭氧接觸池為全封閉鋼筋砼結構，則每座池的土建尺寸為10m

19、×6m×6m每格尺寸為5m×6m×6m1.3.2主臭氧接觸池主臭氧接觸池的容積按下式計算： 式中，V 預臭氧接觸池的容積，m3； Q 處理水量，m3/h； 接觸時間，min，取。則，預臭氧接觸池的容積為： =1786.5m3，取整數1786m3 。為保證維修時工廠均能繼續正常工作，因此建設兩座臭氧接觸池，每座分3格，每座池容積為1786÷2=893，每格池容積為893÷2=446；有效水深為6.0m；臭氧接觸池為全封閉鋼筋砼結構，則每座池的土建尺寸為12m×6.2m×6m每格尺寸為4m×6.2m×

20、;6m1.4臭氧投加裝置預臭氧采用水射器一點投加；主臭氧采用微氣泡擴散3點投加。1.4.1射流用水泵選型預臭氧用單組射流用水泵：Q=100m3/h，H=30m，共三組（兩用一備），配套電機功率15KW，安裝在格柵間與預臭氧接觸池之間。1.4.2微孔擴散板個數n臭氧化氣流量為Q氣=1000D/Y=1000×45.45/20=2272.5m3/h其中，D 臭氧需氧量； Y 臭氧化氣濃度Y為2035 g/m3，取Y=20g/m3折算成發生器工作狀態下的臭氧化氣流量Q氣=0.614 Q氣=0.614×2272.51395 m3/h根據產品樣本提供的資料，所選微孔擴散板的直徑d=0.

21、2m，則每個擴散板的面積為：f=d2/4=3.14×0.22/4=0.0314m2使用微孔鈦板，微孔孔徑為R=40m，系數a=0.19，b=0.066，氣泡直徑取d氣=2mm，則氣體擴散速度：=（d氣-aR1/3）/b=（2-0.19×401/3）/0.066=20.46m/h微孔擴散板的個數n= Q氣/（f）=1395/（20.46×0.0314）2172個1.5尾氣處理本設計采用活性炭法，活性炭用量可按下式計算： G炭= Q氣C尾×10-3×24t炭/a炭=1395×2×10-3×24×30/5402

22、 kg式中：G炭活性炭用量，kg； Q氣進入臭氧發生器的干燥空氣量，m3/h； C尾尾氣臭氧濃度， g/m3，可取C尾=0.1Y=0.1×20 g/m3=2 g/m3； a炭活性炭吸附容量，gO3/g，取5g/g； t炭活性炭吸附工作周期，d，取30d左右?；钚蕴课街行莘e，按下式計算： V炭= G炭/炭=402/450=0.89 m3式中：V炭活性炭吸附柱的有效容積，m3； G炭活性炭用量，kg； 炭活性炭的容量，kg/m3，可取450 kg/m3?；钚蕴课街母叨纫话闳?.2m，直徑200500mm，活性炭吸附柱應有100%備用，以便輪流工作或再生。2、活性炭濾池活性炭濾池

23、具體設計參數：濾池設四組n=4，每組分三格N=3。接觸時間為=1015min；濾速為=10m/h；炭層厚度=2m。采用兩段式氣水反沖洗，第一步氣沖沖洗強度q氣1=12L/(m2·s)， 氣沖時間T氣=5min；第二步水沖強度q水2=8L/(m2·s)，單獨水沖時間T水=8min。沖洗時間共計T=13min=0.22h。沖洗周期T=5d。2.1活性炭濾池平面尺寸每組濾池所需面積為 F=268m2單格濾池面積為f=90m2則單格濾池平面尺寸為：L×B=18m×5m 每組濾池平面尺寸為：L×B=18m×15m則濾池過濾時實際濾速為：2.3接

24、觸時間 TL=Hn/ vL=2/10=0.2h=12min式中：TL活性炭濾池的接觸時間，h； Hn活性炭濾層厚度，m,取Hn=2.5m； vL活性炭濾池的濾速m/h，取vL=10m/h。2.4活性炭充填體積V V=4FHn=4×268×2=2144m32.5每池填充活性炭的質量G G= V=2144×0.5=1072 t式中：G每池填充活性炭的質量，t； V活性炭充填體積，m3； 活性炭充填密度t/m3，取=0.5t/m3。2.6活性炭濾池的高度HL HL= Hn+H0層+H1+H2=2+0.4+1.70+0.30=4.4m式中：HL活性炭濾池的總高度，m； H

25、n活性炭濾層厚度，2m； H0層承托層厚度為100mm，石英砂厚度為300mm,則H0層=100+300=400mm=0.4m； H1活性炭層以上的水深，m取H1=1.70m； H2活性炭濾池的超高，m，取H2=0.30m。進水系統跌落差 0.2 m,進水總渠板頂超高 0.5 m,濾池主體部分總凈高 5.1m。2.7反沖洗配水系統濾池采用氣水反沖洗，其中氣沖強度12 L/(m2·s),水沖強度 8 L/(m2·s）。反沖洗進水和進氣采用氣動蝶閥, 排水采用氣動翻板閥。單格濾池寬度5 m,每格濾池配備一套 2×2 400×150 型翻板閥，每套含兩組翻板，

26、每組翻板開孔尺寸 L×H=2 400 mm×150 mm，共用一組連桿和氣動啟閉裝置,氣動裝置設于排水槽上方。采用大阻力配水系統，其配水干管采用方形斷面暗渠結構。（1）配水干渠干渠始端流速1.01.5 m/s，采用=1.5m/s；干渠始端流量：=fq=18×15×8=2160L/s=2.16/s干渠斷面積：A=/=2.16/1.5=1.44；干渠斷面尺寸采用1.2×1.2=1.44 m2；干渠壁厚采用=0.1m，干渠頂面應開設孔眼。（2）配水支管支管中心距離s為0.20.3m，取s=0.25m；支管總數n2=2L/s=2×18/0.2

27、5=144（根）；支管流量Q支=Q干/n2=2.16/144=0.015 m3/s；支管直徑采用d支=150mm；流速v支=4Q支/3.14d支2=4×0.015/（3.14×0.152）=0.85m/s支管長度l1 核算l1/d支=6.65/0.15=4460。（3）支管孔眼孔眼總面積與濾池面積f的比值為0.200.25%，采用=0.20%，則=f=0.0020×18×15=0.54m2；孔眼直徑為912mm，孔徑取d0=12mm=0.012m；單孔面積=d02/4=3.14×0.0122/41.13×10-4m2孔眼總數n3=/=

28、0.54/（1.13×10-4）4779個；每一支管孔眼數（分兩排交錯排列）為：n4= n3/n2=4779/144=33.234個；孔眼中心距s0=2l1/n4=2×6.65/340.40m；孔眼平均流速v0=q/(10)=8/(10×0.20)=4m/s。2.8反沖洗水箱（1）容量VV=1.5×（qft0×60）/1000=1.5×8×18×15×8×60/10001555.2m3式中：V反沖洗水箱容量，m3； q反沖洗強度，L/(s·m2)，取q=8 L/(s·m2)；

29、 f單組活性炭濾池面積，m2； t0濾池的有效沖洗歷時為812min，min，取t0=8 min。采用兩個圓形水箱，則每個水箱的容量為:V=V/2=1555.2/2=777.6m3水箱內水深，取h箱=4m,則圓形水箱直徑為（2）設置高度1）水箱與濾池間沖洗管道的水頭損失h1管道流量Q沖=q沖=2.16 m3/s；管徑采用D沖=1200mm，查水力計算表得：v沖=2.794m/s，1000i=6.590, v沖2/2g=0.40管長l沖=70m；沖洗管道上的主要配件及其局部阻力系數為：水箱出口1個，1=0.50；90度彎頭2個，2=2×0.60=1.20；DN1200閘閥3個，3=3&

30、#215;0.06=0.18；文氏流量計1個，4=1.00；等徑轉彎流三通3個，5=3×1.5=4.5。則，h1=il沖+v2/(2g)=6.590×70/1000+7.38×0.403.41m2）配水系統水頭損失h2h2=8v干2/（2g）+10v支2/（2g）=8×1.52/19.6+10×0.852/19.61.29m3）承托層水頭損失h3 h3=0.022H0層q=0.022×0.4×80.07m4）濾料層水頭損失h4h4=（2/1-1）（1-m0）Hn=（2.65/1-1）（1-0.41）×21.95m式

31、中：h4濾料層水頭損失，m； 2濾料的密度，t/m3，石英砂為2.65 t/m3； 1水的密度，t/m3； m0濾料層膨脹前的孔隙率（石英砂為0.41）； Hn活性炭濾層厚度，m。5）備用水頭h5。取h5=1.5m。則，水箱底至沖洗排水箱的高差為= h1+ h2+ h3+ h4+ h5=3.41+1.29+0.07+1.95+1.5=8.22m第二部分 污水處理廠 A-A-O工藝設計說明一、有關設計參數：1、水力停留時間A-A-O工藝的水力停留時間t一般采用6-8h，設計中取t=8h2、曝氣池內活性污泥濃度曝氣池內活性污泥濃度一般采用2000-4000mg/L，設計中取=3000mg/L。3、

32、回流污泥濃度： 式中：-回流污泥濃度（mg/L) SVI-污泥指數，一般取100 r-系數，一般取1.24、污泥回流比：式中：R-污泥回流比 -回流污泥濃度（mg/L)，則有： 解得：R=0.55、TN去除率： 式中 ：e-TN去除率（%） -進水TN濃度（mg/L） -出水TN濃度（mg/L） 設計中取=15mg/L則 6、內回流倍數： 式中 ：-內回流倍數則有:，設計中取為130二、平面尺寸計算1、總有效容積： V=Qt式中： V-總有效容積（）Q-進水總量（），按平均流量計； t-水力停留時間（d）設計時采用雙排設計，故則 厭氧、缺氧、好氧各段內水力停留時間的比值為1:1:3，則每段的水力停留時間分別為：厭氧池內水力停留時間 缺氧池內水力停留時間 好氧池內水力停留時間2、平面尺寸曝氣池總面積： 式中：A-曝氣池總面積() h-曝氣池有效水深（m)設計中取h=5m則 超高取0.5m，則曝氣池總高為5.5m 每組曝氣池面積： 式中 -每座曝氣池