水污染课程设计--- 城市污水最大处理量为0.6m3s的平流式沉砂池设计.doc

课 程 设 计 说 明 书

学生姓名：         学 号：               

学    院：                                        

专    业：             环境工程                               

题    目：  城市污水最大处理量为0.6m3/s的平流式沉砂池设计                                

指导教师：       职称:       

年  月  日

课程设计任务书

    学年第      学期

学        院：         

专        业：                

学  生  姓  名：     学 号：      

课程设计题目：  城市污水最大处理量为0.6m3/s的平流式沉设计  

起  迄  日  期：    

课程设计地点：环境工程系                

指  导  教  师：                   

系   主   任：                     

下达任务书日期:年   月  日

课 程 设 计 任 务 书

1.1 水处理和水工业

目前，水资源短缺和水环境污染造成的水危机已经成为我国社会经济发展的重要制约因素，为此，必须采用保护和利用相协调的水资源开采利用模式，通过对污水的净化和水体保护，使水资源不再受到破坏并能实现良性的再生循环。没有水的可持续利用和保护，社会经济的可持续发展就不可能实现。

水工业是从事水的可持续利用和保护，并以满足社会经济可持续发展所需求的水量、水质为生产目标的特殊工业。它是随着水这种特殊产品的商品化和产业化生产而逐渐形成和完善的新兴工业。围绕水的开采、净化、供给、保护和再生等环节而产生的各种企业和部门构成了水工业的主体，水工业涉及众多学科领域，是科技、工程、装备及综合管理技术的集成，具有很强的综合性。

水处理是给水处理和废水处理的简称，它是水工业科学技术的一个重要组成部分。50年代以前，给水处理和废水处理涵义的划分是很清楚的。从天然水源取水，为供生活或工业的使用(特别是生活使用)而进行的处理，称为给水处理；为了安全排放的目的，对于使用过而废弃的水所进行的处理，称为废水处理。但自从水的污染日益严重，水源逐渐紧张以来，给水处理与废水处理的界限也就逐渐模糊起来。现在，废水也可以作为水源，经处理后以供工业用水甚至生活用水。为了废水的再生或再用所进行的处理，就其水质来说是废水处理，就其处理的目的来说则属给水处理。在这种新形势下，笼统地使用水处理或水质控制这样的术语，可能更为方便和贴切。

1.2 水处理内容

水处理的主要内容可概括为以下三种：（1）去除水中影响使用的杂质以及对污泥的处置，这是水处理的最主要内容；（2）为了满足用水的要求，在水中加入其他物质以改变水的性质，如食用水中加氟以防止龋齿病，循环冷却水中加缓蚀剂及阻垢剂以控制腐蚀及结垢等；（3）改变水的物理性质的处理，如水的冷却和加热等。

1.3 城市污水的来源及分类

    城市污水主要来源于城市居民生活中产生的污水、各工业企业在生产制造过程中产生的废水及城市降雨和部分受污染的地表水这三个方面。

    根据城市污水的来源不同，城市污水可以分成三大类，及生活污水、工业废水、部分地表径流[1]。

1.4 城市污水物理处理技术

物理处理技术是指在不改变污染物质化学性质的条件下利用过滤、重力分离、离心分离等方法取去除污水中的污染物质。物理处理技术使用的设备和构筑物主要包括栅格、沉砂池、沉淀池、气浮装置、离心机等。

2 沉砂池及其作用

2.1 什么是沉砂池

污水在迁移、流动和汇集过程中不可避免会混入泥砂。污水中的砂如果不预先沉降分离去除，则会影响后续处理设备的运行。最主要的是磨损机泵、堵塞管网，干扰甚至破坏生化处理工艺过程。沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm，密度大于2.65吨/立方米的砂粒，以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。其工作原理是以重力分离为基础，故应将沉砂池的进水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带起立[2]。

2.2 沉砂池的作用

  沉砂池的作用是去除水中密度比较大的无机颗粒，如泥沙、煤渣等，一般设在泵站、倒虹管、沉淀池前，来减轻水泵和管道的摩擦，防止后续处理构筑物管道的堵塞，缩小污泥处理构筑物的容积，提高污泥有机组分的含量，提高污泥作为肥料的价值[3]。

  沉砂池是城市污水处理厂重要的处理设备。沉砂池可分平流式沉砂池、曝气式沉砂池、竖流式沉砂、旋流式沉砂池等。

⑴ 平流式：平面为长方形，采用机械刮砂。因构造简单，除砂效果较好，加之除砂设备国产化率高，已成为我国建成城市污水厂沉砂池的主要池型；

⑵ 竖流式：平面为圆形或方形，水由设在池中心的进水管自上而下进入池内，管下设伞形挡板使废水在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升水流方向与沉砂方向相反。由于除砂效果差，运行管理不便，因而在国内外城市污水厂极少采用；

⑶ 曝气式：曝气沉砂池与平流式沉砂池一样也是平面呈长方形，只是在平流沉砂池的侧墙上设置一排空气扩散器，使污水产生横向流动，形成螺旋形的旋转状态。曝气沉砂池可以克服“平流沉砂池中沉砂夹杂15%有机物，使沉砂后续处理难度增加”的缺点。除砂效率高，有机物与砂分离效果好。大有取代平流式沉砂池之势；

⑷ 旋流式：也称涡流沉砂池，一般设计为圆形，池中心设有1台可调速的旋转浆板，进水渠道在圆池的切向位置，出水渠道对应圆池中心，中心旋转浆板下设有砂斗。它可以通过合理地调节旋转浆板的转速，可以有效地去除其它形式沉砂池难于去除的细砂（0.1mm以下的砂粒）。 其具有占地小、除砂效率高等特点，并且在国外得到广泛应用，但是这种池型及其除砂设备均为国外专利，其关键设备为国外产品，因此，涡流式沉砂池在国内的普及为时尚早。几种沉砂池的特点具体如下表：

几种沉砂池的特点[4]

平流沉砂池是最常用的一种沉砂池，其构造简单，处理效果好，易于排出沉砂。平流式沉砂池从构造上看类似一个加深加宽的明渠，污水在沉砂池内水平方向流动，在池的两端，设有闸板以控制水流。沉砂池下部聚集沉砂，池底设1～2个贮砂斗。

平流式沉砂池实际上是一个较入流渠道和出流渠道为宽和深的渠道。当废水流过沉砂池时，由于过水断面增大，水流速度下降，废水中挟带的无机颗粒将在重力作用下而下沉，而相对密度较小的有机物则仍处于悬浮状态，并随水流走。从而达到从水中分离无机颗粒的目的。

在平流式沉砂池内，流速既不宜过高，也不宜过低。但是，沉砂池一旦建成后，由于废水流量时有变化，因此，流速也可能变动。为使沉砂池运行正常，流速不随流量变化而有太大的变化，一般在设计时，沉砂池的座数或分格数不得少于2个，按并联设计。运行时有可能采用不同的池（格）数，使流速不随流量有太大地变化。此外，也可采用改变沉砂池的断面形状，或设置特殊的出口堰，使沉砂池的流速不随流量而变化。但由于这些办法或施工不方便，或水头损失过大，很少采用。

平流沉砂池最主要的设备有吸砂桥、曝气风机。曝气风机用于向沉砂池提供曝气，去除砂粒表面的粘性物质，利于砂粒沉淀。吸砂桥是利用虹吸的原理将沉在砂池底部的砂粒吸出处理。

4 影响平流式沉砂池效率的因素

⑴初沉池

初沉池是城市污水厂的一种预处理构筑物，通常设置在沉砂池之后。其作用是降低城市污水中的悬浮固体浓度和一部分有机物。按照城市污水二级处理工艺要求，有需要设置和不需要设置初沉池两种情况。

通常，采取普通活性污泥法二级生物处理的城市污水厂必须设置初沉池。因为较长停留时间(1.0h～2.0h)的初沉池弥补了按现行规范设计的平流式沉砂池内水平流速过快、停留时间过短的不足，大量来不及在平流式沉砂池沉淀的小粒径杂质在初沉池得到有效的沉淀，从而保证曝气池、二沉池等处理构筑物的正常运行。这也是为什么设置在平流式沉砂池之后的初沉池排泥中有机物所占比例较大的原因。

⑵ 除砂设备

平流式沉砂池国产机械除砂设备一般有链条式刮砂机和行车式砂泵除砂机。行车式砂泵除砂机采用砂泵吸砂，辅助砂水分离器的有效分离，使得该设备对细小砂粒的去除具有独特的优势。而链条式刮砂机的刮板刮砂动作与池内水流相反，由于刮板刮砂时的搅动与水流的裹携作用，沉淀在沉砂池末端的细小砂粒在被刮至砂斗前极易泛起，并被水流带入后续处理构筑物。换而言之，同一池型的沉砂池，采用链条式刮砂机除砂效率远不如采用行车式砂泵除砂机除砂效率高。

⑶ 排水

合流制排水系统接纳的城市污水不同于分流制排水系统。前者由于暴雨对屋面、街道的冲刷，使得进入城市污水厂平流式沉砂池的合流制污水夹带大量来自建筑工地、燃烧小煤炉的泥沙煤屑等杂质。如果设计的平流式沉砂池内水平流速过快、停留时间不足，则许多杂质来不及沉淀，过快的水流将杂质带入后续处理构筑物，从而影响后续处理构筑物的运行，甚至危及整个污水厂的正常运行。与此相反，分流制排水系统接纳的城市污水，水量稳定，所含杂质量少[5]。

5 平流式沉砂池的相关计算

5.1 平流式沉砂池的设计要求及参数

    平流式沉砂池的设计参数按去除密度2.65㎏／m3、粒径大于0.2mm的砂粒确定。主要参数有：

    ⑴ 沉砂池的座数或分格数不得少于2个，且按并联系列设计。废水量小时，单格工作，另格备用；废水量大时，两格同时工作。

  ⑵ 设计流量的确定：当废水以自流方式流入沉砂池，应按最大设计流量计算。当废水用泵进入池内时，按工作水泵的最大可能组合流量计算。当用于合流制处理系统时，应按降雨时的设计流量计算。

  ⑶ 最大设计流量时，废水在池内的最大流速为0.3m／s,最小流速为0.15 m／s。这样的流速范围可基本保证颗粒沉降去除，而有机物不能沉降。

  ⑷ 最大设计流量时，废水在池内停留时间不少于30s，一般为30～60s。

  ⑸ 设计有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25～1.0m，每格池宽不宜小于0.6m，超高部分不宜小于0.3m。

  ⑹ 沉砂量的确定：生活污水的沉砂量按0.01～0.02L／人·d。

  ⑺ 池底坡度一般为0.01～0.02，并根据除砂设备要求，考虑池底的形状。5.2 平流式沉砂池的计算公式

    ⑴ 沉砂池水流部分的长度L（沉砂池两闸板间的长度即为水流部分长度）：

式中:—最大设计流量时的流速，m／s；

t—最大设计流量时的停留时间，s。

⑵ 沉砂池水流断面面积：

式中：—最大设计流量，m3／s。

⑶ 池总宽度:

式中：h2—设计有效水深，m。

⑷ 沉砂斗所需容积：

式中:T—清除沉砂的时间间隔，d；

     X—城市废水的沉沙量，一般取30m3沉砂／106m3废水；

     Q—日设计流量，m3／d。

⑸ 沉砂斗各部分尺寸：设沉砂斗底宽b1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为600，则储砂斗上口宽:

式中：—储砂斗高度，m。

储砂斗容积： 

式中：S1—储砂斗上口的面积，m2；

      S2—储砂斗下口的面积，m2。

⑹ 储砂室的高度h3：设采用重力排沙，池底坡度i=0.02，采用坡向砂斗，则：

⑺ 池总高度：

式中：h1—超高，取0.3m。

 ⑻ 核算最小流速vmin：看废水流经沉砂池的最小流速是否在规定的范围内。

式中：qvmin—设计最小流量，m3／s；

n1—最小流量时工作的沉砂池数目；

Amin—最小流量时沉砂池中的水流断面面积，m2。

vmin≥0.15m／s，则设计符合要求。

5.3 平流式沉淀池各部分尺寸计算

⑴ 沉淀池长度：取水平流速v=0.3m／s，最大停留时间t=30s，则

⑵ 沉砂池水流断面面积：

⑶ 有效水深h2；设计采用两个分格，每格宽度b3=1m,总宽度b=2×1=2m,

所以合格。

⑷ 沉砂斗所需容积：设清除沉砂的时间间隔为T=2d，取每日沉砂量X=30m3／106m3，日设计流量Q=40000m3／d，所以沉砂斗的容积

沉砂池每一分格设2 个沉砂斗，则共有4个沉砂斗，每格沉砂斗容积

⑸ 沉砂斗各部分尺寸计算：斗底尺寸b1=0.5m,则储砂斗上口宽

解得：h3′=0.69m,b2=1.4m

⑹ 储砂室的高度h3: 设采用重力排沙，b′=200mm,池底坡度i=0.02，采用坡向砂斗，则

⑺ 池总高度h：设保护高度h1=0.3m,则

⑻核算最小流速vmin：

设计符合要求。

6 设计总结及体会

课程设计这一名词在我刚刚进入大学时就有所耳闻，当时觉得能够完成它的人真是了不起。现在，身为大三的我，也迎来了自己第一次课程设计。在没有拿到题目前，很担心自己不会设计，觉得会很难。

拿到任务书后，觉得课程设计并不像想象中那么难，只要查阅相关的书籍，找到相关的公式，将老师给的数据代入即可。然而事实告诉我，这个过程并不是想象中那么简单。

首先，并不是你想要什么资料，图书馆就会准备好，课程设计是建立在翻阅大量图书的基础上；其次，是要有明确的目标，明确自己需要哪方面的资料，否则只会事倍功半，浪费时间，也扰乱了自己的信心和耐心；再次，是要有足够的耐心，严谨的态度，否则你会发现你一直奔跑与图书馆和宿舍之间，当你真正开始写设计说明书时，你会发现落下了不该丢的信息；最后，由于此次课程设计是打印稿，你会发现有的技能你是必须要掌握的，如：熟练的使用Word,Auto CAD,

还要有一定的排版能力。

通过这次课程设计的锻炼，使自己在面对繁杂的设计时，不再迷茫，不再不知道自己应该怎么做，不再为了追求完美而将自己陷入混乱中；通过锻炼，使自己熟悉了不经常使用的Word和CAD，也发现了它们有好多自己不知道的功能。相信以后的课程设计会更得心应手。

参考文献:

   [1] 陶俊杰，于军亭，陈振选.城市污水处理技术及工程实例[M].京华化学工业出版社，2005:2

   [2] http://baike.baidu.com/view/1357910.htm

   [3] 晋日亚，胡双启.水污染控制技术与工程[M].北京：兵器工业出版社，2006:39

   [4] 纪轩.废水处理技术问答[M].北京：中国石化出版社，2005:50～51

   [5] http://tech.lanbailan.com/view.php?id=1933