氧化沟处理工艺设计.docx
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氧化沟处理工艺设计
分类号编号
烟台大学
毕业论文(设计)
某城市污水处理工艺的设计
Wastewatertreatmentplantprocessdesignofacity
申请学位:
工学学士
院系:
环境与材料工程学院
专业:
环境工程
姓名:
学号:
指导老师:
、
某城市污水处理工艺的设计
姓名:
导师:
、
毕业设计(论文)任务书
院(系):
环境与材料工业学院
姓名
学号
毕业届别
2010
专业
环境工程
毕业论文(设计)题目
某城市污水处理工艺的设计
指导教师
吴广芬
学历
硕士
职称
副教授
所学专业
环境工程
主要内容和基本要求:
1查阅相关文献,并写出文献综述
2进行相关污水处理厂的实习并搜集有关资料,写出开题报告
3进行污水处理方案比较并确定处理方案
4进行设备工艺计算及平面草图、进行高程计算
5进行平面布置、高程布置及局部工序的布置(绘图)
6拟定论文提纲,撰写毕业设计说明书。
主要参考资料:
①高廷耀等.《水污染控制工程》(第二版).北京高等教育出版社,1999
②姜乃昌.《水泵与水泵站》.北京.中国建筑工业出版社,2001
③北京市政设计院主编.《给水排水设计手册》第3、5、10、11册.北京.中国建筑工业出版社,1986
④杨岳平等.《废水处理工程及实例分析》.北京.化学工业出版社,2002
⑤张自杰主编.《排水工程》上下册.北中国建工出版社.1999
⑥王海山等.《给水与排水常用数据手册》.长春:
吉林科学技术出版社,1994
⑦化学工业出版社组编写.《水处理工程典型设计实例》.化工出版社..2002.1
⑧唐受印.戴友芝.《水处理工程师手册.化工出版社.2003.1.1
⑨室外排水设计规范;化工、机械、建筑设计规范
⑩上网或到图书馆查阅相关资料
进度安排:
第一周~第四周布置毕业设计任务,了解任务的要求,进行文献检索,完成开题报告
第五周文献检索及必要的实习
第六周~第七周进行水处理厂的初步设计草案即方案确定和设备选型
第八周周~第十二周设计计算。
第十三周`图纸绘制
第十四周~第十五周图纸修正及设计说明书的编写
第十五周毕业答辩指导教师签字:
2010年01月20日
院(系)意见:
、
教学院长(主任)签字:
年月日
附注:
摘要:
本次毕业设计的题目为某城市污水处理工艺的设计。
主要任务是工艺流程选择及构筑物设计和计算。
本次毕业设计是以相关的资料为依据,设计一座城市污水处理厂.其日处理量近期为10万立方米。
由于城市污水的主要成分为有机物,所以本次设计采用了氧化沟工艺.氧化沟,又称循环曝气池,类似活性污泥的延时曝气法,近年来我国中小城市污水处理厂采用这一工艺较多。
氧化沟不设初沉池,处理设施大大简化。
氧化沟具有传统活性污泥法的特点,有机物去除率高,也具有脱氮功能。
氧化沟这种高效、简单的特点,适合大、中、小型污水处理。
该污水厂的污水处理流程为:
从泵房到沉砂池,进入氧化沟,二沉池,最后出水;污泥的流程为:
从二沉池排出的剩余污泥首先进入浓缩池,进行污泥浓缩,然后进入消化池,经过消化的污泥再送至带式压滤机,进一步脱水后,运至垃圾填埋场。
出水执行国家污水综合排放标准(GB8978-1996)一级标准。
关键词:
格栅;泵房;氧化沟工艺;二沉池;消化池
ABSTRACT:
ThetopicofthisdesignisthedesignofsewagetreatmentplantinoneCityThemaintaskistheselectionsofprocessflowandthedesignsandcalculationconstructionsusedinprocessflow.
Thisgraduationprojectistaketherelatedmaterialasthebasis,designsacitysewagetreatmentplant.Itsdayprocessloadinthenearfuturewillbe100,000cubicmeters.Becausethecitysewageprincipalconstituentisanorganicmatter,thereforethisdesignhasusedtheoxidationditchcraft.Oxidationditch,alsocalledthecirculationaerationtank,thesimilaractivesludgetimedelayaerationlaw,OurcountrySmallandmedium-sizedtownandcitySewagetreatmentplantusedthiscrafttobemanyinrecentyears.
SludgeProcess:
twofromthesettlingtankdischargeofthefirsttoreachtheremainingsludgethickeningtank,sludgethickening,andthenenterDigester,Afterdigestionofsludgesenttothebeltfilterpresses,andfurtherdehydration,transportedtothelandfill.
Implementationofthenationalsewageeffluentdischargestandards(GB8978-1996)1standard.
Keywords:
Grid;PumpingStation;Thecraftofoxidationditch;Secondarysedimentationtank;digestiontank
目录
1总论1
项目提出的背景及意义1
1.1.1项目提出的背景1
1.1.2提出的意义1
1.2城市环境条件1
1.2.1地理条件1
1.2.2气象水文2
1.2.3厂址概况2
1.4排水现状和污染情况2
1.4.1排水现状2
1.4.2城市污水的来源及危害2
1.4.3水处理的发展和现状3
2污水处理厂工艺设计4
2.1污水厂的设计规模4
2.1.1处理水量的设计规模4
2.1.2设计流量4
2.2污水处理程度的确定4
2.2.1进出水水质4
2.2.2处理程度的计算5
2.3污水处理工艺方案设计6
2.3.1城市污水处理厂工艺流程方案的选择6
3污水处理构筑物设计计算及设备选型13
3.1粗格栅13
3.2泵站15
3.3细格栅16
3.4沉砂池18
3.4.1设计数据18
3.4.2具体计算18
3.4.3草图20
3.5氧化沟20
3.5.1氧化沟相关计算20
3.6二沉池的设计和计算22
3.6.1池表面积22
3.6.2沉淀部分有效水深22
4污泥处理系统23
4.1污泥量计算23
4.2污泥浓缩池23
4.2.1设计参数23
4.2.2设计计算24
4.3消化池25
4.4脱水间26
5污水处理厂总体布置27
5.1污水厂厂址选择27
5.1.1污水处理厂平面布置原则27
5.1.2处理单元构筑物的平面布置27
5.1.3管、渠的平面布置28
5.3污水厂的高程布置29
5.3.1污水厂高程布置原则29
5.3.2污水厂高程布置注意事项29
5.3.2污水部分水头损失30
5.3.3污泥部分水头损失31
5.4高程的计算31
6工程概算34
6.1土建费用造价34
6.2主要设备清单34
6.3直接投资费用35
7小结36
致谢36
参考文献38
附设计图纸(平面布置图、高程图、氧化沟的平面、剖面图)39
1总论
1.1项目提出的背景及意义
1.1.1项目提出的背景
改革开放30年来,经济发展蓬勃向上,各方面的变化日新月异,国家对基础设施建设投入加大了许多。
随着城市工业生产的发展,城市人口的递增,城市规模的扩大,工业废水和生活污水排出量日益增多,大量未经处理的污水直接排入周围河流,致使城市周围环境污染十分严重,不但直接污染了市区的地下饮用水,而且对河流下游地区的农业生产和人民生活造成了危害,人类和生物赖以生存的生态环境受到了日益严重的威胁。
同时,水生态系统体现了人与水的和谐共存与协调发展,是城市生态系统的主要组成部分和关键因素,与一个城市的可持续发展密切相关。
因而,城市污水治理已成为当前迫切需要解决的问题之一。
1.1.2项目提出的意义
理论是用于实践的,将自己在课堂上所学的知识,尤其是专业知识用于本次毕业设计之中,以提高自己的工程设计能力,为自己走上工作岗位进行工程设计打下坚固的实践基础。
通过毕业设计,能够熟悉并掌握排水工程的设计内容、设计原理、方法和步骤,能根据原始设计资料正确地独立地选定设计方案,掌握污水厂设计的基本流程及各构筑物的设计方法,熟悉设计计算书和设计说明书的编写内容和编制方法,并绘制工程图纸。
该区是一个新区,风景优美可以说山清水秀,但近年来由于工业的快速发展和城区人口的不断增加,未经处理的大量工业废水和生活废水直接排入城区河道和海洋,造成近海区域的海水和河道污染,不但给生产和生活带来不利的影响,而且影响了海水浴场及海滨旅游景观,同时也给水产养殖业带来严重的威胁。
为了控制水体污染,保护水资源和生态环境,保障人民的健康,保证国民经济的快速、持久的发展,规划在该城区拟建一座污水处理厂,将生活污水和工业废水进行处理。
1.2城市环境条件
1.2.1地理条件
该城区地处低山丘陵,中部较平坦,属海相冲平原,北部海岸线曲折多变,海拔178米。
1.2.2气象水文
气象:
受海洋影响较大,一年四季分明,冬季无严寒,夏季无酷暑。
年平均气温12.5。
C,极端最高气温为36.5。
C,极端最低气温-13.8。
C,月平均气温以8月分最高,一月份最低。
由于受季风影响,降雨多集中在6~9月份,年均降雨量359.6mm,平均蒸发量为1016.3mm,年平均相对湿度72.7%。
该地区全年主导风向为偏北风,出现频率占33%,其次偏西风,频率21%,静风频率占15%。
年平均风速4.2m/s,最大风速25m/s。
水文:
海岸工程设计水位
设计高水位:
3.00m
设计低水位:
1.05m
平均海水面:
2.00m
地下水位标高在2~3.5米
1.2.3厂址概况
地质主要岩性为远古代黑云母花岗岩和混合花岗岩,及中生代燕山期斑状花岗闪长岩及花岗岩。
地震基本烈度为7度。
厂区占地面积6-8公顷,工程地质良好,适宜于工程建设,厂区地形平坦。
1.3排水现状和污染情况
1.3.1排水现状
水是人类宝贵的资源,在人类的生产生活中,水是不可缺少的,在我国,总水资源约有2.7亿立方米,虽居世界第六位,但人均只占世界的四分之一,而且缺水城市很多。
在水资源如此贫乏的我国,每年排入水体中的废水量达300亿立方米。
其中85%的废水没经过处理就直接排放,有限的水资源受到严重污染,要想从根本上挽回环境污染造成的损失,让环境效益和经济效益相协调,就必须对排入环境中的污染物浓度进行有效控制,把污染物控制在环境自净能力所及的范围内。
1.3.2城市污水的来源及危害
造成地面水和地下水污染的主要来源属工业污染,在工业生产中要消耗大量的新鲜水,排出大量污水。
生活污水中含有有机物、病原菌、虫卵等,排入水体后渗入地下造成污染。
微生物在分解有机物中消耗了水体中的氧,会影响鱼类生活,当溶解氧耗尽时,在厌氧状态下,使细菌分解有机物产生硫化氢,水体黑臭,鱼虾绝迹,污水中的氮磷等营养物质排入水体,特别是湖泊、水库将引起水体的富营养化。
藻类的过度生长将造成溶解氧的急剧变化,水体在一定时间内处于严重缺氧状态,导致鱼类大量死亡。
为此,作为二十一世纪的环保工作者,应尽量采取有效的措施控制废水排放量,循环利用,综合处理,区域防治和加强管理等综合措施,保证用水和废水的循环利用能够顺利进行。
1.3.3水处理的发展和现状
人类污水处理经历了一个逐步发展的过程,1913年,英国建立了世界上第一座活性污泥法实验工厂。
1919年,英国开始有了机械表曝气机。
几十年来,污水生物处理技术有了很大发展,在生物膜法方面,出现了塔式滤池,生物转盘,生物接触氧化等。
在活性污泥法方面,出现的阶段曝气,生物吸附,延时曝气,氧化沟,纯氧曝气等。
我国是世界上较早采用活性污泥法的国家之一,早在1912年,上海建成了东区、西区污水处理厂,都采用了活性污泥法处理废水。
新中国成立后,在第一个五年计划期间,我国建成了几座污水处理厂。
进入八十年代后,污水处理的重要性逐步为人们所理解,我国污水处理事业得到了快速发展,全国已运行的和正在建设的污水处理厂有几十座。
但是,和发达国家相比,我国污水处理事业还处于极其落后的状态,发达国家的污水处理量基本上达到了80%,其中,像瑞典等发达国家已达100%。
根据我国人口状况,我国应由3.4万个污水处理厂,但目前仅有二、三百座,从目前来看,我国须大力发展国内污水处理事业。
2污水处理厂工艺设计
2.1污水厂的设计规模
2.1.1处理水量的设计规模
表1污水厂的处理水量规模表
Tab1Sewagewatertreatmentplantsizetable
期限
单位
污水总量
近期
m3/d
100000
L/s
655
据此,该市污水厂的处理水量规模为:
近期10万m3/d。
2.1.2设计流量
目前污水处理厂设计流量:
Qmax=1.2037m3/SQ平均=0.926m3/S
远期规划污水处理厂设计流量:
Qmax=1.5046m3/SQ平均=1.157m3/S
污水量总变化系数K=1.30
最大日最大时流量如下表:
表2最大日最大时流量表:
Tab2Themaximumflowmeterwhenthemaximumdaily
项目
近期(L/s)
近期平均日平均时
655
近期最大日平均时
851
近期最大日最大时
675
远期最大日平均时
659
远期最大日最大时
890
2.2污水处理程度的确定
2.2.1进出水水质
根据原始资料,污水处理厂实测污水水质及设计进水水质见下表,出水水质要求符合GB8978-96《综合污水排放标准》,根据出水水质要求,污水处理厂既要求有效地除去BOD5,又要求对污水中的氮、磷进行适当处理,防止富营养化。
表3实测污水水质及设计进水水质表
Tab3Measuredthewaterqualityofeffluentqualityanddesignwatertable
水质指标
设计进水水质(mg/L)
出水水质标准
(mg/L)
275
BOD5≤20
550
CODcr≤60
SS
225
SS≤20
45
NH3-N≤15
PH
6-9
6.5-8.5
TP
10
TP≤1
2.2.2处理程度的计算
2.2.2.1溶解性BOD5去除率
活性污泥处理水中的BOD5值是由残存的溶解性BOD5和非溶解性BOD5二者组成,而后者主要以生物污泥的残屑为主体。
活性污泥的净化功能是去除溶解性BOD5。
因此从活性污泥的净化功能考虑,应将非溶解性BOD5从处理水的总BOD5值中减去。
处理水中非溶解性BOD5值可用下列公式求得:
BOD5=7.1bX
C
式中:
C
—处理水中悬浮固体浓度,取值为25mg/L;
B—微生物自身氧化率,一般介于0.05~0.1之间,取值0.09;
X
—活性微生物在处理水中所占比例,取值0.4。
代入各值,得:
BOD5=7.1×0.09×0.4×25=6.39≈6.4mg/L
处理水中溶解性BOD5为20-6.4=13.6mg/L,
溶解性BOD5的去除率为
2.2.2.2CODcr的去除效率
CODcr的去除效率为
=89%
2.2.2.3SS的去除效率
SS的去除效率
=91%
2.2.2.4SS的去除效率
总氮的去除率
=77.8%
2.3污水处理工艺方案设计
2.3.1城市污水处理厂工艺流程方案的选择
2.3.1.1水处理工艺
城市污水中含有机污染物质较多,需要采用生物化学的方法使污染物的总量降低,达到国家及有关部门的排放要求。
在城市污水处理领域主要采用好氧法。
污水的好氧生物处理技术,又分为活性污泥法和生物膜法两种。
活性污泥法在全世界的应用已有80多年的历史,随着在实际中的广泛应用和技术上的不断革新改造,活性污泥法已成为城市污水处理的主要技术,也是当今污水处理领域使用最为广泛的处理技术。
根据近年来国内外的实践和该地区的具体情况,确定该地区污水处理厂采用活性污泥法。
活性污泥法在应用实践中不断得到改进,国内一-些污水处理厂采用的氧化沟工艺、AB工艺、A/A/O工艺、SBR工艺(序批式处理工艺)等
(1)AB工艺
优点
a.不设初沉池,由吸附池和中间沉淀池组成A段。
A段是AB工艺的主体,对整个工艺起关键作用。
在连续工作的A段曝气池中,由外界不断地接种具有很强繁殖能力和抗环境变化能力的短世代原核微生物,在食物充足的条件下,新陈代谢很快,能较迅速地克服出现的失活和不可逆转的损害作用,大大提高处理工艺的稳定性。
b.A段和B段各自拥有自己独立的回流系统,这样两段分开,有各自独特的微生物群体,处理效果稳定。
A段的微生物特性使吸附池的活性污泥表现为:
有较强的絮凝、吸附和降解有机物的能力。
COD有较高的降解度,使之降解为易生化处理的BOD物质。
适应性强,耐进水水量、水质、pH等的变化,有抗冲击负荷的能力。
A段不仅能去除一部份有机物质,而且能起调节和缓冲作用。
A段采用高污泥负荷,利用活性污泥的吸附絮凝能力,将污水中的有机物吸附于活性污泥上,进而降解。
产生的大量生物污泥在中间沉淀池内沉下,大部分有机物质以剩余污泥方式排除系统外。
在A段中,借吸附、絮凝、分解和沉淀等作用,可去除大约40%的有机物。
c.B段由曝气池和二次沉淀池组成。
经过A段后,污水的冲击负荷(水质、水量等)已不再影响B段,污水往水质、水量方面是比较稳定的,B段的净化功能得以充分发挥
图1AB法工艺流程图
Fig1ABLawFlowChart
(2)SBR法(SequencingBatchReactor)
SBR法早在20世纪初已开发,由于人工管理繁琐未予推广。
此法集进水、曝气、沉淀、出水在一座池子中完成,常由四个或三个池子构成一组,轮流运转,一池一池地间歇运行,故称序批式活性污泥法。
现在又开发出一些连续进水连续出水的改良性SBR工艺,如ICEAS法、CASS法、IDEA法等。
这种一体化工艺的特点是工艺简单,由于只有一个反应池,不需二沉池、回流污泥及设备,一般情况下不设调节池,多数情况下可省去初沉池,故节省占地和投资,耐冲击负荷且运行方式灵活,可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态,实现除磷脱氮的目的。
SBR法中曝气池兼具沉淀的作用,厌氧、好氧也在同一池进行。
其运行操作由流入、反应、沉淀、排放、待机五个工序组成。
通过调节每个工序的时间,可达到除磷脱氮的效果。
该工艺具有很多优点:
工艺系统组成简单,不设二沉池,无污泥回流设备;耐冲击负荷,一般不用设置调节池;反映推动力大,易于得到优于连续流系统的出水水质;运行操作灵活,通过适当调节各单元的状态可达到脱氮除磷的效果;污泥沉淀性能好,SVI值较低,能有效的防治丝状菌膨胀;各项运行指标和各操作阶段可通过计算机加以控制,便于自控运行,易于维护管理。
但因每个池子都需要设曝气和输配水系统,采用滗水器及控制系统,间歇排水水头损失大,池容的利用率不理想,因此,一般来说并不太适用于大规模的城市污水处理厂。
(3)A/A/O法(Anaerobic—Anoxic—Oxic)
由于对城市污水处理的出水有去除氮和磷的要求,故国内10年前开发此厌氧—缺氧—好氧组成的工艺。
利用生物处理法脱氮除磷,可获得优质出水,是一种深度二级处理工艺。
A/A/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成:
一是除磷,污水中的磷在厌氧状态下(DO<0.3mg/L),释放出聚磷菌,在好氧状况下又将其更多吸收,以剩余污泥的形式排出系统。
二是脱氮,缺氧段要控制DO<0.7mg/L,由于兼氧脱氮菌的作用,利用水中BOD作为氢供给体(有机碳源),将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸入大气,达到脱氮的目的。
为有效脱氮除磷,对一般的城市污水,COD/TKN为3.5~7.0(完全脱氮COD/TKN>12.5),BOD/TKN为1.5~3.5,COD/TP为30~60,BOD/TP为16~40(一般应>20)。
若降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化,以去除磷、BOD5和COD为主,则可用A/O工艺。
有的城市污水处理的出水不排入湖泊,利用大水体深水排放或灌溉农田,可将脱氮除磷放在下一步改扩建时考虑,以节省近期投资。
图3A2/O工艺流程图
Fig3A2/Oprocessflowchart
(4)氧化沟处理工艺
优点:
1)氧化沟具有独特的水力流动特点,有利于活性污泥的生物凝聚作用,而且可以将其工作区分为富氧区、缺氧区,用以进行消化和反消化作用,取得脱氮的效果。
2)不使用初沉池,有机性悬浮物在氧化沟内能够达到好氧稳定的程度。
3)BOD负荷低,类同于活性污泥法的延时曝起系统。
该氧化沟具有对水温、水质、水量的变动有较强的适应性;污泥泥龄一般在18-20d左右,为传统活性污泥系统的3—6倍,可以存活,繁殖世代时间长、增殖速度慢的微生物硝化菌,在氧化沟中能产生硝化反应,如运行得当,氧化沟能够具有较高的脱氮效果;污泥产泥率低,且多已达到稳定的程度,不需再进行消化处理。
4)脱氮效果还能进一步提高,因为脱氮效果的好坏很大一部分决定于内循环量,而氧化沟的内循环量从理论上说可以是不受限制的,从而氧化沟具有较大的脱氮潜力。
5)氧化沟只有曝气器和池中的推进器维持沟内的正常运行,电耗较小,运行费用低。
图4氧化沟工艺流程图
Fig4OxidationDitchFlowChart
2.3.1.2方案的确定
该设计在水质处理中要求达到如下表的处理效果。
即要求处理工艺能有效地去除BOD5、COD、SS等,又能达到脱氮除磷的效果。
现有两种可供选择的工艺流程:
普通A/A/O法处理工艺和氧化沟处理工艺。
技术方面
方案一(A/A/O法处理工艺)
优点:
1)该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺,总的水力停留时间、总的占地面积少于其它同类工艺。
2)在厌氧池(缺氧)好氧交替运行条件下,丝状
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