A2O工艺设计计算

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《水污染控制工程课程设计》

2007级环境工程1班湛子樑 3107008096

设计总说明 .............................................................. 1 设计任务书 .............................................................. 2

一．设计任务 ..................................................................................................................... 2 二．任务目的 ..................................................................................................................... 2 三．任务要求 ..................................................................................................................... 2 四. 设计基础资料 ............................................................................................................. 2

（一）水质 ................................................................................................................. 2 （二）水量 ................................................................................................................. 3 （三）设计需要使用的有关法规、标准、设计规范和资料 ................................. 3

第一章 A2/O工艺介绍 .................................................... 4

1.基本原理 ......................................................................................................................... 4 2.工艺特点 ......................................................................................................................... 5 3.注意事项 ......................................................................................................................... 5 第二章 A2/O工艺生化池设计 .............................................. 6

1.设计最大流量 ................................................................................................................. 6 2.进出水水质要求 ............................................................................................................. 6 3.设计参数计算 ................................................................................................................. 6 4. A2/O工艺曝气池计算…………………………………………………………….....7 5.反应池进、出水系统计算 ............................................................................................. 8 6.反应池回流系统计算 ................................................................................................... 10 7.厌氧缺氧池设备选择 ................................................................................................... 11 第三章 A2/O工艺需氧量设计 ............................................. 13

1.需氧量计算 ................................................................................................................... 13 2.供气量 ........................................................................................................................... 13 3.所需空气压力 ............................................................................................................... 14 4.风机类型 ....................................................................................................................... 15 5.曝气器数量计算 ........................................................................................................... 15 6.空气管路计算 ............................................................................................................... 16

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第四章 A2/O工艺生化池单元设备一览 ...................................... 17 第五章参考文献 ........................................................ 18 第六章致谢 ............................................................ 19 附1 水污染课程设计感想 ................................................ 20 附2 A2/O工艺生化池图纸 ................................................ 22

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设计总说明

随着经济快速发展和城市化程度越来越高，中心城区和小城镇建设步伐不断加快，城市生活污水对城区及附近河流的污染也越来越严重。为了改善人民的生活环境，各地政府大力投入资金，力图改变现今水体的水质。

本设计为污水处理厂生化池单元，要求运用A2/O工艺进行设计，对生化池的工艺尺寸进行设计计算，最后完成设计计算说明书和设计图。污水处理水量为10000t/d。污水水质：CODCr250mg/L，BOD5100mg/L，NH3-N30mg/L，SS120mg/L，磷酸盐（以P计）5mg/L。出水水质达到广东省地方标准《水污染物排放限值（DB44/26-2001）》最高允许排放浓度一级标准，污水经二级处理后应符合以下具体要求：CODCr≤40mg/L，BOD5≤20mg/L，NH3-N≤10mg/L，SS≤20mg/L，磷酸盐（以P计）≤0.5mg/L。其对应的去除率为CODCr≥84%，BOD5≥80%，NH3-N≥67%，SS≥87%，磷酸盐（以P计）≥90%。

A2/O是流程最简单，应用最广泛的脱氮除磷工艺。A2/O脱氮除磷工艺中，污水首先进入厌氧池，兼性厌氧发酵菌将污水中有机物氮化。回流污泥带入的聚磷菌将体内贮存的聚磷分解释放出磷。缺氧区中反硝化菌就利用混合液回流带入的硝酸盐以及进水中的有机物进行反硝化脱氮。好氧区中聚磷菌生动吸收环境中的溶解磷，以聚磷的形式在体内贮积。污水经厌氧、缺氧区有机物分别被聚磷菌和反硝化菌利用后浓度已经很低，有利于自养的硝化菌的生长繁殖。

关键词：城镇生活污水，A2/O工艺，脱氮除磷

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设计任务书

一．设计任务

为某城市生活污水处理厂完成A2/O工艺的设计，处理水量为10000m3/d

二．任务目的

（1）温习和巩固所学知识、原理；（2）掌握A2/O生化池单元的设计计算；

（3）对所设计得A2/O生化池单元进行CAD制图。

三．任务要求

（1）独立思考，独立完成；

（2）完成主要处理构筑物的设计布置；

（3）工艺选择、设备选型、技术参数、性能、详细说明；

（4）提交的成品：设计说明书、工艺流程图、高程图、厂区平面布置图。

四．设计基础资料

（一）水质

进水水质（mg/L）出水水质（mg/L）处理程度（%） CODCr 250 40 84% BOD5 100 20 80% NH3-N 30 10 67% SS 150 20 87% 磷酸盐（以P计） 5 0.5 90% 排放标准：（GB8978-1996）一级标准本项目污水处理的特点为：

? 污水以有机污染为主，BOD/COD =0.4，可生化性较好，重金属及其他难以生物降

解的有毒有害污染物一般不超标； ? 出水要考虑脱氮除磷的要求；

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（二）水量

总设计规模为Q =1,0000m3/d

（三）设计需要使用的有关法规、标准、设计规范和资料需要参考的设计指南、规范和设计手册: 1. 《水污染控制工程》

2. 《污水处理厂工艺设计手册》

3. 《给水排水设计手册》第五册，城镇排水 4. 《给水排水设计手册》第十一册，常用设备

5. 广东省地方标准水污染物排放限值（DB44/26-2001）6. 《总图制图标准》（ GB/T50103-2001） 7. 《建筑制图标准》（GB/T50104-2001） 8. 《给水排水制图标准》（GB/T50106-2001）

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第一章 A2/O工艺介绍

1. 基本原理

厌氧—缺氧—好氧（Anaerobic-Anoxic-Oxic，简称A/A/O或A2/O）工艺由厌氧池、缺氧池、好氧池串联而成，是A1/O与A2/O流程的组合。是20世纪70年代由美国专家在厌氧—好氧除磷工艺的基础上开发出来的，可用于二级污水处理或三级污水处理，以及中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。该工艺在厌氧—好氧除磷工艺中加入缺氧池，将好氧池流出的一部分混合液流至缺氧池的前端，以达到反硝化脱氮的目的。

在首段厌氧池主要是进行磷的释放，使污水中的磷的浓度升高，溶解性的有机物被细胞吸收而使污水中的BOD浓度下降；另外部分的NH3-N因细胞的合成而去除，使污水中的NH3-N浓度下降。

在缺氧池中，反硝化细菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入的大量NO3-N浓度显著下降，但随着硝化过程使NO3-N浓度增加，而磷随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速度下降。

在好氧池中，有机物被微生物生化降解，而继续下降，有机氮被氨化继而被硝化，使NH3-－N浓度显著下降，但随着硝化过程使NO3-－N浓度增加，P随着聚磷菌的过量摄取，也比较快的速度下降。

图1 厌氧—缺氧—好氧（A2/O）生物脱氮除磷工艺流程图

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2. 工艺特点

? 厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类的微生物菌群的有机

配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能；

? 工艺简单，水力停留时间较短，总的水力停留时间也少于同类其他工艺； ? 丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀； ? 污泥中磷含量高，一般为2.5%以上；

? 脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除磷效果则受回流污泥中挟带溶

解氧DO和硝酸态氧的影响。

3. 注意事项

该法需要注意的问题是，进入沉淀池的混合液通常需要保持一定的溶解氧浓度，以防止沉淀池中反硝化和污泥厌氧释磷，但这会导致回流污泥和回流混合液中存在一定的溶解氧，回流污泥中存在的硝酸盐对厌氧释磷过程也存在一定影响，同时，系统所排放的剩余污泥中，仅有一部分污泥是经历了完整的厌氧和好氧的过程，影响了污泥的充分吸磷。系统污泥泥龄因为兼顾硝化菌的生长而不可能太短，导致除磷效果难于进一步提高。

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第二章 A2/O工艺生化池设计

1. 设计最大流量

Q max=1,5000m3/d=625 m3/h=0.174 m3/s

2. 进出水水质要求

表1 进出水水质指标及处理程度

进水水质（mg/L）出水水质（mg/L）处理程度（%）

CODCr 250 40 84% BOD5 100 20 80% NH3-N 30 10 67% SS 150 20 87% 磷酸盐（以P计） 5 0.5 90% 3. 设计参数计算

①. BOD5污泥负荷

N=0.13kgBOD5/(kgMLSS·d)

②. 回流污泥浓度

XR=9 000mg/L

③. 污泥回流比

R=50%

④. 混合液悬浮固体浓度（污泥浓度）

X?R0.5XR??9000?3000mg/L 1?R1?0.5⑤. 设MLVSS/MLSS=0.75 ⑥. 挥发性活性污泥浓度

XV?0.75X?0.75?3000?2250mg/L

⑦. NH3-N去除率

e?S1?S230?10?100%??100%?66.7% S130⑧. 内回流倍数

R内?e0.667??2.0，即200% 1?e1?0.6676

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4. A2/O曝气池计算 ①. 总有效容积

Q平S010000?100V??＝2564m3

NX0.13?3000②. 反应水力总停留时间

t?V2564??0.26d?6.15h Q10000③. 各段水力停留时间和容积

厌氧：缺氧：好氧＝1：1：4

11厌氧池停留时间t厌??6.15＝1.025h，池容V厌??2564＝427.3m3；

6611缺氧池停留时间t缺??6.15＝1.025h，池容V缺??2564＝427.3m3；

6644好氧池停留时间t好??6.15＝4.1h，池容V好??2564＝1709.3m3。

66④. 反应池有效深度

H=3m

取超高为1.0m，则反应池总高H＝3.0?1.0＝4.0m ⑤. 反应池有效面积

S?V2564??855m2 H3⑥. 生化池廊道设置

设厌氧池1廊道，缺氧池1廊道，好氧池4廊道，共6条廊道。廊道宽4.5m。则每条廊道长度为

L?S855??31.7m，取32m bn4.5?6⑦. 尺寸校核

L32b4.5??7.1，??1.5 b4.5D3查《污水生物处理新技术》，长比宽在5~10间，宽比高在1~2间可见长、宽、深皆符合要求

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5. 反应池进、出水系统计算

① 进水管

进水通过DN500的管道送入厌氧—缺氧—好氧池首端的进水渠道。反应池进水管设计流量Q150001?86400?0.17m3/s 管道流速v'?0.9m/s

管道过水断面面积A?Q1/v?0.17/0.90?0.19m2 管径d?4A?0.19??4?＝0.49m

取进水管管径DN500mm 校核管道流速v?Q1A?0.17(0.5?0.87m/s，附合 2)2?

② 进水井

污水进入进水井后，水流从厌氧段进入设进水井宽为1m，水深0.8m 井内最大水流速度

v?Q10bh?.171?0.8?0.21m/s 反应池进水孔尺寸：取孔口流速v?0.4m/s 孔口过水断面积

A?Q1?0.17＝0.425m2v0.4 孔口尺寸取0.3×0.3m，则孔口数

n?Af?0.4250.3?0.3＝5

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③ 出水堰。按矩形堰流量公式：

Q3?(1?R?R内)Q?(1?0.5?2)?0.17?0.595m3/s

堰上水头

H?3(Q3595mb2g)2?3(0.0.45?4.5?2g)2＝0.16m

式中 b?4.5m——堰宽，

m=0.45——流量系数，

H——堰上水头高，m

④ 出水井

Q3?(1?R?R内)Q?(1?0.5?2)?0.17?0.595m3/s

设流速v?0.8m/s，则过水断面积

A?Q3v?0.5950.8＝0.74m2 出水井平面尺寸取为：1.0 m×1.0m

⑤ 出水管。反应池出水管设计流量

Q4?Q3?0.595m3/s 设管道流速v?0.8m/s 管道过水断面积

A?Q5v?0.5950.8?0.74m2 管径

d?4A?0.74??4?＝0.97m

取出水管管径DN1000mm 校核管道流速

v?Q50.A?595?0.76m/s(1，附合 22)?9

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⑥ 剩余污泥量

降解BOD所产生的污泥量

W1?YQ平Sr?0.6?10000?(100?20)?10?3?480kg/d

内源呼吸分解泥量

W2?KdVXv?0.06?2564?2250?10?3?346.14kg/d

不可生物降解及惰性悬浮物（NVSS）

W3?LrQ平?50%?(150?20)?10?3?10000?50%?650kg/d

剩余污泥量

W?W1?W2?W3?480?346.14?650?783.86kg/d

6. 反应池回流系统计算

① .污泥回流

污泥回流比为50%，从二沉池回流过来的污泥通过1根DN200mm的回流管道分别进入首端的厌氧段。反应池回流污泥渠道设计流量

Q2?R?Q?0.5?15000?0.09m3/s?324m3/h 86400

② .混合液回流

混合液回流比R内＝200％混合液回流量

QR?R内Q?2?15000＝30000m3/d?1250m3/h?0.35m3/s 混合液由2条回流管回流到厌氧池单管流量

Q单?11QR＝?0.35m3/s＝0.175m3/s?630m3/h 22泵房进水管设计流速采用v?0.9m/s

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管道过水断面积

A?Q单v?0.175?0.194m2 0.9管径

d?4A??4?0.194＝0.50m

?取泵房进水管管径DN500mm

7. 厌氧缺氧池设备选择

①. 厌氧池、缺氧池搅拌设备

查《实用环境工程手册》，选取JBG-3型立式环流搅拌机4台，该机的性能参数及外形参数分别列于下表2中：

表2 JBG-3型立式环流搅拌机性能参数

单机服务范围配用电动机最大插入水深重量 3/(kW/P) 最大面积/m 最大宽度/m 最大深度/m /m /kg 3/8 200 14 2~6m可调 1~4.5m可调 410

②. 污泥回流泵

反应池回流污泥渠道设计流量

Q2?R?Q?0.5?15000?0.09m3/s?324m3/h 86400

回流泵房内设2台潜污泵(1用1备)，水泵扬程根据竖向流程确定。选泵：查《实用环境工程手册》，选取200QW400-10型潜水排污泵，该泵

的性能参数表3中：

表3 200QW400-10型潜水排污泵性能参数

功率/kW 流量/ 扬程转速/ 效率重量 3-1(m·h) /m (r·min) 轴功率配用功率 /% /kg 400 10 1470 13.09 18.5 81.2 660

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③. 混合液回流泵混合液回流量

QR?R内Q?2?15000＝30000m3/d?1250m3/h?0.35m3/s 混合液由2条回流管回流到厌氧池单管流量

Q单?11QR＝?0.35m3/s＝0.175m3/s?630m3/h 22

在好氧池与缺氧池之间设3台潜污泵(2用1备)

选泵：查《实用环境工程手册》，选取250WL675-10.1型潜水排污泵，该

泵的性能参数表4中：

表4 250WL675-10.1型潜水排污泵性能参数

功率/kW 流量/ 扬程转速/ 效率 NPSHr 重量 (m3·h) /m (r·min-1) 轴功率配用功率 /% /m /kg 675 10.1 735 24.2 30 77 3.4 1200

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第三章 A2/O工艺需氧量设计

1. 需氧量计算

①. 平均时需氧量设a’=0.5，b’=0.15

O2?a'Q平Sr?b'VXV?0.5?10000?80/1000?0.15?2564?2250/1000?1265.35kgO2/d?52.7kgO2/h

②. 最大时需氧量

O2max?a'QmaxSr?b'VXV?0.5?15000?80/1000?0.15?2564?2250/1000?1465.35kgO2/d?61.1kgO2/h

③. 最大时需氧量与平均时需氧量之比

O2max1465.35???1.16 O21265.35

2. 供气量

采用HWB-2型微孔空气曝气器，每个扩散器的服务面积为0.35m2，敷设于池底0.2m处，淹没深度为H=2.8m，计算温度定为30?C。

查表得20?C和30?C时，水中饱和溶解氧值为：

CS(20)?9.17mg/L；CS(30)?7.63mg/L

①. 空气扩散器出口处的绝对压力

Pb?1.013?105?9800H?1.013?105?9800?3.8?1.385?105Pa 设空气扩散器的氧转移效率EA=12%，空气离开曝气池池面时，氧的百分比

Ot?21(1?EA)21?(1?0.12)?100%??100%?19%

79?21(1?EA)79?21?(1?0.12)

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②. 曝气池混合液中平均氧饱和度

Csb(30)?1.385?10519?PbOt???CS(30)????7.63?????8.6mg/L 55???2.066?1042??2.066?1042?换算为在20?C条件下，脱氧清水的充氧量设计中取??0.82，??0.95，??1.0，C?2.0 平均时需氧量为

RRCS(20)0???????Csb(T)?C??1.024T?20

?52.7?9.170.82??0.95?1?8.6?2??1.02430?20?75.3kg/h最大时需氧量为

RRmaxCS(20)0max???????Csb(T)?C??1.024T?20

?61.6?9.170.82??0.95?1?8.6?2??1.02430?20?88.1kg/h③. 曝气池供气量曝气池平均时供气量为

G0S?R0.28E?75.30.12?2241.1m3/h

A0.28?曝气池最大时供气量为

GmaxSmax?R00.28E?88.1?0.12?2622.0m3/h

A0.283. 所需空气压力

p?(h1?h2?h3?h4??h)?9.81?(0.2?3.8?0.4?0.5)?9.81?48kPa式中 h1?h2?0.2m——供风管到沿程与局部阻力之和 h3＝3.8m——曝气器淹没水头

h4?0.4m——曝气器阻力

?h?0.5m——富裕水头

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4. 风机选型

选离心风机3台，2用1备，则每台风机流量Gf为：

Gf?GSmax2622??1311m3/h 22曝气器出口压力取为5.0mH2O，根据供气量和出口压力，选TSE-200型罗茨鼓风机，风机有关性能参数列于表5中：

表5 TSE-200型罗茨鼓风机性能参数

电动机转速升压流量机组最大重量主机重量 /r·min-1 /kPa /m3·h-1 型号功率/kW /kg /kg 800 53.9 1314 Y225L-4 37 1120 1320

5. 曝气器数量计算

①. 曝气器个数

m?S570??1620个 l0.352式中 m -------曝气器数量，个；

.3?3?570m2 S -------好氧池平面面积，1709l -------每个曝气头的服务面积，取l=0.352m2

②. 空气管路设置

设置主管道1条；在相邻的两个廊道上设置1条干管，共2条；每根干管上设置15组曝气管，共15?12?180组；每组曝气管上设置9个微孔曝气器，共

15?12?9?1620个。

③. 每个曝气器的配气量

q?GSmax2622??1.6m3/(h?个) m1620

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④. 微孔曝气器选型

表6 HWB-2型微孔曝气器规格及性能参数

直径D/mm 200 氧利用率/% 20-25

厚度/mm 20 微孔平均直径/um 150 孔隙率/% 40-50 阻力/Pa 1471-3432 曝气量/m3（h*个） 1.6 材料曝气板陶瓷托盘 ABS 服务面积/m2*个-1 0.352 充氧动力效率/kg*（kW*h）-1 4-6 6. 空气管路计算

①

供气主管道主管道流量

QS?Gsmax?2622.0m3/h?0.73m3/s

设流速v?10m/s

管径

d? ②

4QS4?0.73??0.3m v?10??供气次管道（双侧供气，共2条）单管道流量

12622.0QS单＝?Gsmax??1311m3/h?0.364m3/s

22设流速v?10m/s 管径

d?取支管管径为DN200mm

4QS单v??4?0.24＝0.18m 10??16

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第四章 A2/O工艺生化池单元设备一览

表7 主要设备一览表

编号 1 名称性能参数数量 4 单位台用电量（kW) 装机 12 实用 12 备注 JBG-3型立式环流搅拌器 N=3kw Q=400m3/h；H=10m；N=18.5kW 2 200QW400-10型潜污泵 2 台 37 18.5 使用率50% 使用率67% 3 Q=675m3/h250QW675-10.1型潜污泵；H=10.1m；N=30kW Q=1314m3/h, H=53.9KPa, N=37kW 3 台 90 60 4 TSE-200型罗茨鼓风机 3 台 111 74 使用率67% 5 HWB-2型微孔曝气器 D=200mm， 1620 氧利用率20-25% 个合计 250 164.5

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第五章参考文献

[1] 高俊发，王杜平. 污水处理厂工艺设计手册[M]. 北京：化学工业出版社，

2003.8

[2] 史惠祥. 实用环境工程手册[M]. 北京：化学工业出版社，2002.10 [3] 高延耀，顾国维，周琪. 水污染控制工程（第二版）[M]. 北京：高等教

育出版社，2007.7

[4] 严煦世，刘遂庆. 排水工程[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.8 [5] 韩洪军，杜茂安. 水处理工程设计计算. 北京：中国建筑工业出版社，2005 [6] 张统. 污水处理工艺及工程方案设计. 北京：中国建筑工业出版社，2000 [7] 张中和. 给水排水设计手册（5）城镇排水. 北京：中国建筑工业出版社，

2002

[8] 马庆骥等. 给水排水设计手册（11）常用设备. 北京：中国建筑工业出版

社，2002

[9] 中华人民共和国建设部. 室外排水设计规范.GB50014-2006. [10] 广州市市政工程设计研究院. 佛冈污水厂二期可行性研究报告. [11] 广州市市政工程设计研究院. 佛冈污水厂二期初步设计.

《水污染控制工程课程设计》

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第六章致谢

本课程设计在计算和编写的过程中，得到汤兵老师、陈文松老师、广州市政工程设计研究院广嘉公司吴美珍经理和部分同学的热心帮助。汤兵老师严谨的治学作风及对学生的严格要求，使我严肃对待本次课程设计，每个数值的选取都必须有根有据。陈文松老师，认真负责地为我在设计过程中碰到的疑点问题进行指导，使我突破了设计过程中的多个瓶颈，同时更加深刻地掌握相关知识。吴美珍经理，以实际工程设计中不允许出任何差错的原则来严格要求我，并在设计过程中传授了很多她对参数选取的经验，具有很强的启发作用。

在此向汤兵老师、陈文松老师、吴美珍经理以及所有帮助过我的老师、同学表示衷心的感谢。

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附1：水污染课程设计感想

《水污染控制工程课程设计》的设置目的在于给予学生在学习完《水污染控制工程》的知识之后进行工程设计训练，从一侧面检查学生对课程的相关知识的掌握程度。下面我将以关键词的形式，分享一下我的课程设计中的感悟。

关键词：用时长

为了完成一份高质量，同时也是自己满意的课程设计，我从生产实习的第二周（13周）开始进行设计，一直至今（16周）结束，期间间断地进行设计。之所以用时一个月，原因有三：

一是经验不足，所有数据的选取以及设计流程没有清晰的概念。设计的过程中也出现数据选取不妥当，重头计算的事情发生。

二是设计期间每当产生一系列的问题都需要花大量时间查阅资料，并且需要再上课时候请老师指导。

三是一开始对课程设计理解错误，花了一周的时间将所有构筑物全部大致计算了一次，实际上要求只需要设计生化池单元。

关键词：参考书

课程设计需要我们找一系列的参考书，工具书，参考书的作用在于指导我们进行每一步的设计内容，工具书的作用在于为我们提供污水常用设备的选型。鉴于我们对该课程的设计毫无经验，若没有参考书和工具书的指引，那么这个设计将会无从下手。

关键词：重复验算

设计的计算繁多，而且不是随随便便设一组数，计算一次就能符合要求，而是需要反复计算，从而增长了我的耐性和细心。

关键词：严谨

设计需严谨，不能马虎应对，更不能抄袭。在计算过程中，我的确参考过别人的工程计算书，但仅仅停留在“参考”层面上，自己的设计追求“原创性”。同时，我追求数据的准确无误，因此我对数据进行了数次的重复核算。

严谨的另外一方面体现在说明书的编写上，我仿照师兄指导的方法进行说明书编写，并在排版上下了功夫，希望自己看得舒服的同时老师也审核得舒服。

《水污染控制工程课程设计》

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关键词：累，但满足

课程设计是个劳累的过程，对知识综合运用能力要求很高，对经验的需要也相当大，作为初次涉猎水污染工程设计的我，在设计的过程中有如“翻山越岭”。在充分感受到知识体系以及相关经验的不足的同时，也更加激励我“带着问题去探索”的冲动。在多次进入“绝望”状态的时候，但我始终坚信新东方的校训“追求卓越，挑战极限，在绝望中寻找希望，人生终将辉煌”，在设计完成的一瞬间，看到完整的一份设计，顿时感到成功所带来的满足！

总体上，我能认真负责并高质量地对待本次课程设计，对我的成果表示满意。

谢谢老师的审阅！

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附2：A2/O工艺生化池图纸

/O1. 生化池平面图

2. 生化池平面布置图

3. 剖面图

工艺生化池图纸