武汉理工大学水污染控制工程课程设计Word文件下载.docx
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100%=94.2%
②CODcr去除率:
E=(290-60)/290×
100%=79.3%
③SS去除率:
E=(120-30)/120×
100%=75%
④氨氮去除率:
E=(29-10)/29×
100%=65.5%
2城市污水处理方案的确定
2.1确定污水处理方案的原则
(a)城市污水处理应采用先进的技术设备,要求经济合理,安全可靠,出水水质好;
保证良好的出水水质,效益高;
(b)污水厂的处理构筑物要求布局合理,建设投资少,占地少;
自动化程度高,便于科学管理,力求达到节能和污水资源化,进行回用水设计;
(c)为确保处理效果,采用成熟可靠的工艺流程和处理构筑物;
提高自动化程度,为科学管理创造条件;
(d)污水处理采用生物处理,污泥脱水采用机械脱水并设事故干化厂;
污水采用季节性消毒;
(e)提高管理水平,保证运转中最佳经济效果;
充分利用沼气资源,把沼气作为燃料;
(f)查阅相关的资料确定其方案。
(a)保证处理效果,运行稳定;
(b)基建投资省,耗能低,运行费用低;
(c)占地面积小,泥量少,管理方便。
2.2污水处理方案的确定
根据测量的水量、水质和环境容量降低的结论确定污水及污泥处理应达到的标准,本节对其处理工艺流程进行方案筛选,并通过论证选择合理的污水及污泥处理工艺流程。
我国城市污水处理在建国四十多年来取得是很大的成就,污水处理技术随着水污染控制与环境治理的实践,在吸取国外技术经验的同时,结合我国国情的特点,逐步改进提高,初步形成了一些适用的技术路线,主要如下:
(a)对传统活性污泥法进行改造或予以取代后的人工生物净化技术路线;
(b)以自然生物净化为主并附以人工的生物净化技术路线;
(c)以深水扩散排放为主,处理为辅的技术路线;
(d)以回用为目标的污水深度处理技术路线,结合该污水处理工程的具体情况分析进行选择。
首先,c和d这两种技术路线对于自然环境条件因素要求较高,从而不可取,所以应选a和b两种路线。
尤其是以b这种路线应予以推广,因为随着环境状况的日趋严峻,用水问题越发突出,从而对于水的合理使用必将是大家特别重视的课题,所以,结合本工程的具体情况,在已排除了前述三个技术路线后,我们认为采用传统活性污泥法或对传统活性污泥法进行改造的人工生物净化的技术路线是比较合适的、可行的。
主要有以下特点:
(a)能可靠的运行并保证水质净化的要求;
(b)不需要占用大面积的土地;
(c)处理后污水即可用于灌溉、非灌溉季节排放,又不会造成污染;
(d)为以后在经济条件可以的情况下,进行三级深度处理从而回用打下基础。
2.3污水处理工艺流程方案介绍
现阶段城市污水处理应用的多是生物处理系统,应用较多的工艺有A2/O、氧化沟,及传统活性污泥法,现对这三个工艺进行比较,选出最合适的工艺。
其工艺流程见图2-1。
活性污泥法处理城市污水的典型工艺,其特点是好氧微生物在曝气池中以活性污泥的形态出现,并通过鼓风机曝气供给微生物所必需的足够氧量,促使微生物生存和繁殖以分解污水中的有机物。
混合液经沉淀分离后,其活性污泥大量被回流到曝气池中。
生物氧化作用主要在这一级曝气程序中完成。
该法一般BOD5污泥负荷率为0.2~0.4kgBOD5/kgMLSS·
d,曝气池停留时间约为4~6h,水气比1:
8。
(1)主要特点:
利用曝气池中的好氧微生物,依靠鼓风机曝气供给的氧来分解污水中的有机物。
混合液进行沉淀分离,活性污泥回流到曝气池中去,原污水从池首端进入池内,回流污泥也同步注入,废水在池内呈推流形式流动至池的末端,流出池外至二沉池。
(2)优点:
(a)处理污水效果好,BOD5的去除率可达90%;
(b)有丰富的技术资料和成熟的管理经验;
(c)适宜处理大量污水,运行可靠,水质稳定。
(3)缺点:
(a)运行费用高,由于在曝气池的末端造成的浪费,故提高了运行成本;
(b)基建费用高,占地面积大;
(c)对外界条件的适应性差;
(d)由于沉淀时间短和沉淀后碳源不足等情况,对于N、P去除率非常低,TN去除率仅有20%的效果,NH3-N用于细胞合成只能除12—18%,P的去除率也很低。
2.3.2A2/O工艺
其工艺流程见图2-2
图2-2A2/O工艺流程图
(1)主要特点:
(a)本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱N除P工艺,总的水力停留时间少于其他同类工艺;
(b)在厌氧(缺氧)、好氧交替运行条件下,丝状菌不能大量增殖,无污泥膨胀之虑,SVI值一般均小于100;
(c)污泥中含P浓度高,一般为2.5%以上,具有很高的肥效;
(d)运行中无需投药,两个A段只用轻缓搅拌,以不增加溶解氧为度,运行费用低;
(e)厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合,能同时具有去除有机物、脱N除P的功能;
(f)脱N效果受混合液回流比大小的影响,除P效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氮的影响,因而脱N除P效率不可能很高。
⑵存在的问题:
(a)除P效果难于再行提高,污泥增长有一定的限度,不易提高,特别是当P/BOD值高时更是如此;
(b)脱N效果也难于进一步提高,内循环量一般以2Q为限,不宜太高;
(c)进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的DO,减少停留时间,防止生产厌氧状态和污泥释放P的现象出现,但DO浓度也不宜过高,以防循环混合液对缺氧反应器的干扰。
其工艺流程见图2-3:
废水
沉砂池
格栅
二沉池
氧化沟
出水
回流污泥
图2-3氧化沟工艺流程图
(1)特点:
氧化沟又名氧化渠或循环曝气池,是1950年由荷兰公共工程研究所研究成功的。
其本特征是曝气池呈封闭的沟渠形。
污水和活性污泥的混合液在其中不停地循环流动,其水力停留时间一般较长,为15~16h,泥龄长达15~30d,属于延时曝气法。
氧化沟处理系统的构造形式较多,有圆形或马蹄形的,有平行多渠道形式以侧渠作为二沉池的,有将二沉池建在渠上或单独分建的等等,其供氧和水流动力都是靠提升曝气设备,这种设备分为早期使用的水平中心轴旋转叶轮和后来出现的卡鲁塞尔氧化沟所用的垂直或带叶片的曝气器,由于氧化沟水深较浅(一般3米左右),而流程较长,可以按照曝气器前作缺氧与曝气器后作富氧段的方式设计运行,提供兼氧菌与好氧菌交替作用的条件,在缺氧段脱硝,在好氧段除碳源需氧量及达到脱N的目的。
(2)主要技术参数
BOD5:
NS=2.0~4.0kgBOD5/m·
d;
N=0.05~0.15kgBOD5/kgMLSS·
水力停留时间:
t=10~30h;
泥龄:
ts=10~30d;
MLSS:
X=2500~6000mg/l;
出水BOD5:
10~15mg/l;
出水SS:
se=10~20mg/l;
出水NH3-N:
Ne=1~3mg/l;
沟内水流速度:
V=0.3~0.5m/s;
环流周期:
T=15~30min;
沟内水深:
H=2.5~4.5m;
宽深比:
B:
H=2:
1。
(3)优点
(a)氧化沟内循环流量很大,进入沟内的原污水立即被大量的循环水所混合和稀释,因此具有很强的承受冲击负荷的能力,对不易降解的有机物也有较好的处理效果。
(b)处理效果稳定可靠,不仅可满足BOD5、SS的排放标准,还可以达到脱N除P的效果。
(c)由于氧化沟的水力停留时间和泥龄都很长,悬浮物、有机物在沟内可获得较彻底的降解。
(d)活性污泥产量少且趋于稳定,一般可不设初沉池和污泥消化池,有的甚至取消二沉池和污泥回流系统,简化了处理流程,减少了处理构筑物,使其基建费用和运行费用都低于一般活性污泥法。
(e)承受水质、水量、水温能力强,出水水质好。
(4)缺点
氧化沟运行管理费用高;
氧化沟沟体占地面积大。
综上所述:
在本次设计中采用氧化沟工艺。
2.4工艺流程的确定
本设计的工艺流程图见图2-4
2.5主要构筑物的选择
进水闸井与第一道格栅共建在一起。
格栅由一组平行的金属栅条或筛网组成,安装在污水管道、泵房、集水井的进口处或处理厂的端部,用以截留较大的悬浮物或漂浮物,以便减轻后续处理构筑物的处理负荷。
截留污物的清除方法有两种,即人工清除和机械清除。
大型污水处理厂截污量大,为减轻劳动强度,一般应用机械清除截留物。
城市污水处理厂的运行费用大部分来自于电能,其中40%的电能为水泵消耗,所以,确定合理的水泵及泵站具污水处理厂的关键所在。
泵站形式的选择取决于水力条件和工程造价,其它考虑因素还有:
泵站规模大小、泵站的性质、水文地质条件、地形地物、挖渠及施工方案、管理水平、环境性质要求、选用水泵的形式及能否就地取材等。
目前污水泵站主要有以下几种形式[7]:
①合建式矩形泵站,装设立式泵,自灌式工作台,水泵数为4台或更多时,采用矩形,机器间、机组管道和附属设备布置方便,启动简单,占地面积大;
②合建式圆形泵站,装设立式泵,自灌式工作台,水泵数不超过4台,圆形结构水力条件好,便于沉井施工法,可降低工程造价,水泵启动方便。
③对于自灌式泵房,采用自灌式水泵,叶轮(泵轴)低于集水池最低水位,在最高、中间和最低水位都能直接启动,其优点为启动及时可靠,不需引水辅助设备,操作简单。
④非自灌式泵房,泵轴高于集水池最高水位,不能直接启动,由于污水泵水管不得设低阀,故需设引水设备。
但管理人员必须能熟练的掌握水泵的启动程序。
⑤潜水泵站,潜水泵的电机防水密封,可以长期侵入污水中,不存在受潮问题,潜水泵电机机组整体安装,结构紧凑,运行稳定,便于就位和更换,所以潜水泵站无需上部厂房,也简化了地下结构,降低了工程造价。
但是潜水泵在水下运行,所以要有可靠的产品质量、自动化控制和保护功能作技术依托,潜水泵价格较高。
本设计因水量较小,并考虑到占地、造价、自动化控制等因素,以及施工的方便与否,采用潜污式矩形泵房。
沉砂池的功能是去除比重较大的无机颗粒。
沉砂池一般设于泵站倒虹吸管前,以便减轻无机颗粒对水泵、管道的磨损;
也可设于初沉池前,以减轻沉淀池负荷及改善污泥处理构筑物的处理条件。
沉砂池的形式,按水流方向的不同可分为平流式、竖流式、曝气沉砂池三类。
(1)平流沉砂池
优点:
沉淀效果好,耐冲击负荷,适应温度变化。
工作稳定,构造简单,易于施工,便于管理。
缺点:
占地大,配水不均匀,易出现短流和偏流,排泥间距较多,池中约夹杂有15%左右的有机物使沉砂池的后续处理增加难度。
(2)竖流沉砂池
占地少,排泥方便,运行管理易行。
池深大,施工困难,造价较高,对耐冲击负荷和温度的适应性较差,池径受限制,过大的池径会使布水不均匀。
(3)曝气沉砂池
克服了平流沉砂池的缺点,使砂粒与外裹的有机物较好的分离,通过调节布气量可控制污水的旋流速度,使除砂效率较稳定,受流量变化影响小,同时起预曝气作用,其沉砂量大,且其上含有机物少。
由于需要曝气,所以池内应考虑设消泡装置,其他型易产生偏流或死角,并且由于多了曝气装置而使费用增加。
基于以上三种沉砂池的比较,曝气沉砂池除砂效果较好,适合本工艺设计的进水SS较高,要求去除率高的特点;
加之曝气沉砂池有很强的除油能力,将有利于以后的氧化沟的表面曝气和运行稳定,本工程设计确定采用曝气沉砂池。
氧化沟技术发展加快,类型多样,氧化沟技术发展较快,类型多样,根据其构造和特征,主要分为帕斯维尔氧化沟(Pasveer);
卡鲁塞尔氧化沟(Carrousel);
交替工作式氧化沟;
奥贝尔氧化沟(Orbal);
一体化氧化沟(合建式氧化沟)。
各种氧化沟的类型及技术特点如下[9]:
(1)帕斯维尔氧化沟
(a)性能特点:
出水水质好,脱氮效果较明显;
构筑物简单,运行管理方便;
结构形式多样,可根据地形选择合适的构筑物形状;
单座构筑物处理能力有限,流量较大时,分组太多占地面积大,增加了管理的难度。
(b)结构形式:
单环路,有同心圆型,折流型和U型等形式,多为钢筋混凝土结构。
(c)曝气设备:
转刷式转盘,水深较深时,配置潜水推进器。
(d)适用条件:
出水水质要求高的小型污水处理厂。
(2)卡鲁塞尔氧化沟
出水水质好,由于存在明显的富氧区和缺氧区,脱氮效率高;
曝气设施单机功率大,调节性能好,并且曝气设备数量少,既可以节省投资,又可以使运行管理简化;
有极强的混合搅拌和耐冲击负荷能力;
氧化沟沟深加大,使占地面积减少,土建费用降低;
用电量较大,设备效率一般;
设备安装较为复杂,维修和更换繁琐。
多沟串联。
立式低速表曝机,每组沟渠只在一端安设一个表面曝气机。
大中型污水处理厂,特别是用地紧张的大型污水处理厂。
(3)交替工作式氧化沟
出水水质好;
可以不单独设置二沉池,处理流程短,节省占地;
不需单独设置反硝化区,通过运行过程中设置停曝期,进行反硝化,具有较高的氮去除率;
设备闲置率高;
自动化程度要求高,增加了运行管理难度。
单沟(A型)双沟(B型)和三沟(T型),沟之间相互连通。
水平轴曝气转盘。
出水要求高的大中型污水处理厂。
(4)奥贝尔氧化沟
出水水质好,脱氮率高,同时硝化反硝化;
可以在未来负荷增加的情况下加以扩展;
易于适应多种进水情况和出水要求的变化;
容易维护;
节能,比其他任何氧化沟系统在运行时需要的动力都小;
受结构形式的限制,总图布置困难。
三个或多个沟道,相互连通。
水平轴曝气转盘(转碟),可以进行多个组合。
(5)一体化氧化沟
工艺流程短,构筑物和设备少;
不设置单独的二沉池,氧化沟系统占地面积较小;
沟内设置沉淀区,污泥自动回流,节省基建投资和运行费用;
造价低,建造快,设备事故率低,运行管理工作量少;
固液分离比一般二沉池高;
运行和启动存在一定问题;
技术尚处于研究开发阶段。
单沟环形沟道,分为内置式固液分离和外置式分离式
水平轴曝气转盘
中小型污水处理厂
综上所述,各种氧化沟各有优缺点,结合本设计用地较为紧张,以及基建费用、运行成本、运行管理、处理要求等方面考虑,设计采用卡鲁塞尔氧化沟。
由于本设计主要构筑物采用氧化沟,可不设初沉池。
二沉池设在生物处理构筑物的后面,用于沉淀去除活性污泥。
沉淀池主要有以下几种形式:
(1)平流沉淀池
平流沉淀池的优点包括:
(a)沉淀效果好;
(b)耐冲击负荷和温度的变化适应性强;
(c)施工容易,造价低。
它的主要缺点为:
(a)池子配水不均匀;
(b)采用多斗排泥时,每个泥斗需要单设排泥管各自排泥,操作量大。
适用条件:
适用于大、中、小型污水处理厂;
适用于地下水位较高和地质条件较差的地区。
(2)辐流式沉淀池
辐流式沉淀池的优点包括:
(a)多为机械排泥,运行较好,管理较简单;
(b)排泥设备已趋定型。
(a)池内水速不稳定,沉淀效果较差;
(b)机械排泥设备复杂,对施工质量要求高。
适用条件:
适用于大、中型污水处理厂;
适用于地下水位较高的地区。
(3)竖流式沉淀池
竖流式沉淀池的优点包括:
(a)排泥方便,管理简单;
(b)占地面积较小。
(a)池子深度大,施工困难;
(b)对冲击负荷和温度变化的适应性能力较差;
(c)造价较高;
(d)池径不宜过大,否则布水不均匀。
适用于处理水量不大的小型污水处理厂。
(4)斜板(管)沉淀池
斜板(管)沉淀池的优点包括:
(a)沉淀效率高,停留时间短;
(b)占地面积小。
(a)用于二沉池时,当固体负荷较大时其处理效果不太稳定,耐冲击负荷的能力较差;
(b)运行管理成本高。
综上所述,四种沉淀池的优缺点比较,并结合本设计的具体情况:
设计水量较大,不宜采用竖流式沉淀池;
由于斜板(管)式沉淀池运行成本较高,也不做采用;
由于平流沉淀池管理运行较为繁琐,运行成本高,也不做采用;
对于辐流式沉淀池现在的技术也已经成熟,且刮泥机械的技术也已经基本完善,可以保证良好的出水效果,并且运行管理简单。
本工程二沉池采用中心进水、周边出水的辐流式沉淀池。
接触池:
采用折板往复式池子。
消毒剂的选择:
(1)液氯:
适用于大、中型规模的污水处理厂;
(a)优点:
价格便宜,效果可靠,投配设备简单;
(b)缺点:
对生物有毒害作用,并且可能产生致癌物质。
(2)漂白粉:
适用于消毒要求不高或间断投加的小型污水处理厂;
投加设备简单,价格便宜;
除用液氯缺点外,尚有投配量不准确,溶解剂调制不便,劳动强度大。
(3)臭氧
消毒效率高,能有效的降解水中残留有机物、色味等,污水温度、PH值对消毒效果影响小,不产生难处理或生物积累性残余物;
投资大,成本高,设备管理复杂。
综上三种消毒剂的比较,本工程设计采用最常用且技术成熟的液氯作消毒剂,为减少其危害,在设计中采用余氯自动监测系统,严格控制出水氯含量。
污泥浓缩池主要是降低污泥中的间隙水,来达到使污泥减容的目的。
经浓缩后的污泥近似糊状,仍保持流动性。
污泥浓缩的方法有沉降法、气浮法、离心法。
浓缩池可分为气浮浓缩池、重力浓缩池和离心浓缩池。
重力浓缩池按其运行方式分为间歇式或连续式。
(a)气浮浓缩池:
依靠微小气泡与污泥颗粒产生粘附作用,使污泥颗粒的密度小于水而上浮,并得到浓缩。
适用于浓缩活性污泥以及生物滤池等较轻的污泥,并且运行费用较高,贮泥能力小;
(b)连续式重力浓缩池:
用于浓缩初沉池污泥和二沉池的剩余污泥,只用于活性污泥的情况不多;
(c)间歇式重力浓缩池:
主要靠阀门控制污泥的进出和上清液的排出,无刮泥系统,管理简单,运行费用低,动力消耗小;
(d)离心浓缩池:
利用污泥中的固、液相的密度不同,在高速旋转的离心机中受到不同的离心力二是两者分离,达到浓缩目的。
离心分离一般要加入助凝剂,且耗电量大,在达到相同的浓缩效果时,其电耗约为气浮法的10倍。
综上所述,由于本工艺设计水量较少,结合氧化沟工艺污泥稳定,且污泥量较少,本设计采用间歇式重力浓缩池。
3城市污水处理系统的设计计算
3.1污水处理工艺设计计算污水处理工艺具体设计计算
进水情况:
Q=54000m3/d,平均流量:
Q=54000/24/3600m3/s=0.625m3/s
3.2格栅的设计
本设计采用粗细两种格栅,两道粗格栅、两道细格栅,粗格栅建于泵站前,细格栅建于泵站后,曝气沉砂池前。
(1)设计原则
(a)中格栅间隙一般采用10~40mm;
(b)格栅不宜少于两台,如为一台时,应设人工清除格栅备用;
(c)过栅流速一般采用0.4~0.9m/s;
(d)格栅倾角一般采用45º
~75º
;
(e)通过格栅的水头损失一般采用0.08m/s~0.17m/s;
(f)格栅间必须设置工作台,台面应高出栅前最高设计水位0.5m,工作台有安全和冲洗设施;
(g)格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m,工作台正面过道宽度:
人工清除,
不小于1.2m;
机械清除,不小于1.5m;
(h)机械格栅的动力装置一般宜设在室内或采取其它保护设备的措施;
(i)设置格栅装置的构筑物必须考虑设有良好的检修、栅渣的日常清除。
(2)设计参数
(a)设计流量Q=0.625m3/s;
(b)过栅流速v1=0.9m/s;
(c)格栅间隙b=60mm;
(d)格栅安装倾角θ=60º
。
(3)格栅的设计计算
(a)确定格栅前水深,根据最优水力断面公式
计算得栅前槽宽B1=1.20m,则栅前水深h=B1/2=0.60m
(b)栅条间隙数:
根据以上公式,我们算出n=18
(c)栅槽有效宽度:
栅槽宽度一般比格栅宽0.2~0.3m,在此取0.2m。
栅条宽度S=0.01m
B=S(n-1)+bn+0.2=1.45m
(d)进水渠道渐宽部分的长度:
设进水渠宽b1=0.6m,渐宽部分展开角α1=20º
,进水渠道内的流速为0.45m/s。
(e)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2:
L2=0.5L1=0.18m
(f)通过格栅的水头损失:
设栅条断面为锐边矩形断面,取k=3,
其中:
h0:
计算水头损失,m
k:
系数,格栅受污物堵塞后,水头损失增加倍数
:
阻力系数,与栅条断面形状有关,
=β(s/b)4/3当为矩形断面时β=2.42
(g)栅后槽总高度H,m
设栅前渠道超高h2=0.3m
H=h+h1+h2=0.60+0.024+0.3=0.924m
(h)栅槽总长度L=L1+L2+0.5+1.0+H1/tanα
=0.36+0.18+0.5+1.0+0.9/tan60°
=2.56m
(i)每日栅渣量W1=0.01m3/(103m3污水)
W=864000×
.625×
0.01/1000/1.3=0.412m3/d>0.2m3/d
宜采用机械清渣。
根据格栅间距、宽度在《给水排水设计手册》第9册上查得采用GH型链条式回转格栅除污机,其性能见表1。
表1GH型链条式回转格栅性能规格表
(1)设计参数
(a)栅前水深h=0.8m;
(b)设计流量Q1=0.625m3/s;
©
过栅流速v1=0.8m/s;
(d)格栅间隙b=10mm;
(e)格栅安装倾角α=60º
(2)设计计算
(a)确定格栅前水深,根据最优水力断面公式
计算得栅前槽宽B1=1.25m,则栅前水深h=B1/2=0.63m
(b)栅条间隙数:
计算得n=116
设计安装3台格栅,每组格栅间隙数n=42条。
(c)栅槽宽度:
栅槽宽度一般比格栅宽0.2~0.3m,在此取0.2m,设栅条宽S=0.01m。
B2=S(n-1)+bn+0.2=0.01×
(42-1)+0.01×
42+0.2=1.03m
所以总槽宽为B=1.03×
3+0.15×
2=3.39m(考虑中间隔墙厚0.15m)
(d)进水渠道渐宽部分的长度:
L1=(3.39-1.25)/2/0.364=2.94m
L2=L1/2=1.47m
(f)通过格栅的水头
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