水泥厂污水处理.docx
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水泥厂污水处理
摘要
我国是一个水资源相对贫乏的国家,节约用水、保护水资源已成为国民的共识。
水泥工业生产用水量大而对水质要求不高,主要用于旋转窑冷却、地面冲洗、冲洗磨机等,其生产废水一般未经处理直接排入地面水体,严重时造成河道淤塞,影响了人们正常的生活生产用水。
水泥工业生产废水主要含不同粒径的细小颗粒,而水泥生产对用水水质要求不高,因此,对水泥生产废水进行处理并回用,不但具有环境社会效益而且经济效益也十分显著。
本次设计的题目为天元水泥厂3万m3/d生产废水工艺设计。
主要任务是完成该污水处理厂的初步设计和单项构筑物施工图设计,以及相关排水管网的布置。
根据设计要求,该污水处理工程进水中氮含量均偏高,在去除BOD5和SS的同时,还需要进行脱氮处理,故选用最佳的设计工艺—A2/O工艺来是出水达到相关回用水质要求。
该污水厂的污水处理流程为:
从调节池进入泵房再到初沉池,进入反应池,然后进入辐流式二次沉淀池,再进入接触消毒池,最后进入回用水池;污泥的流程为:
从反应池排出的剩余污泥由污泥泵送入浓缩池,再进入脱水机房脱水,预设计最后对污泥进行综合利用。
关键词:
水泥厂废水处理;
工艺;脱氮除磷;污水回用;污泥利用
Abstract
Chinaisacountrywitharelativelypoorwaterresources,waterconservationandprotectionofwaterresourceshasbecometheconsensusofpeople.Cementindustryproductionwaterconsumptionislarge,thewaterqualityrequirementisnothigh,mainlyusedforrotarykilncooling,groundirrigation,washingmillandsoon,itsproductionwastewateruntreatedgeneraldirectlydischargedintogroundwater,riversiltingcausedseriouswhen,productionwateraffectspeople'snormallife.Cementindustryproductionwastewatermainlycontainingdifferentparticlesizesoftinyparticles,andcementproductionrequirementsonwaterqualityisnothigh,therefore,forcementproductionwastewatertreatmentandreuse,notonlyhaveenvironmentalsocialbenefitsandeconomicbenefitsareremarkable.
Thetopicofthisdesignfortianyuancementplant30000m3/dproductionwastewatertreatmentprocessdesign.Maintaskistocompletethepreliminarydesignofsewagetreatmentplantandsinglestructureconstructiondrawingdesign,andrelateddrainagepipenetworklayout.
Accordingtodesignrequirements,thenitrogencontentinthewastewatertreatmentengineeringwaterareonthehighside,atthesametimeofremovalofBOD5andSS,nitrogentreatmentisneeded,therefore,choosethebestdesignprocess-A2/Oprocessisoutofthewatertomeettherequirementsofrelatedtothereusewaterquality.
Thesewageplantofwastewatertreatmentprocessfor:
fromregulatingpoolintothepumproomtothepond,atthebeginningofenteringthereactionpool,andthenentertheradialflowsecondarysedimentationtank,intocontactdisinfectionpoolagain,finallyintorecyclingpool;Sludgeprocessfor:
fromreactionpoolbythesludgepumpdischargeofsurplussludgeintotheconcentratedtank,dehydration,dehydrationroomintothepreliminarydesignofthecomprehensiveutilizationofsludge.
Keywords:
cementplantwastewatertreatment;Process;Nitrogenandphosphorus;Wastewaterrecycling;Sludgeutilization.
引言
长期以来,水泥工业三废的处理均以去除废气中的有害气体和颗粒物质为目的,但是作为用水量大的工业部门,长期以来国内对于该行业的污水处理的重视程度不够,对于污水处理机会用的设计要求不高。
随着国家环保政策日趋严格,环保部门对水泥工厂废水排放要求也越来越高,很多地区的环境影响评价都要求污水“零排放”,对此《水泥工厂设计规范》(GB50295-2008)中也作出了相应的规定。
因此。
水泥工业的废水处理设施建设势在必行。
同时由于水泥工业废水以生产废水为主,废水中主要含有不同粒径的细小颗粒。
此外水泥工业的废水还包括有全厂职工及其家属的日常生污、废水,因此在处理时需多方面综合考虑。
普通的活性污泥法对氮、磷等无机营养物去除效果很差.一般来说,氮的去除率只有20%~30%,磷的去除率只有10%~20%.由于水泥工业生活污、废水以及化验室中含有各种化学药剂的废水的排除,普通的活性污泥法的处理效果更显不足。
所以,要求采用更加合理的工艺在效的去除水泥工业的污、废水中的BOD和SS的同时还要完成废水的脱氮处理。
八十年代以来,生物脱氮除磷工艺已成为现代污水处理的重大课题,特别是以厌氧-缺氧-好氧(Anaerobic-Anoxic-aerobic,简称A2/O工艺)系统的生物脱氮除磷工艺,因其特有的技术经济优势和环境效益,越来越受到人们的高度重视。
本设计中即采用厌氧-缺氧-好氧(Anaerobic-Anoxic-aerobic,即A2/O工艺)对天元水泥厂生产废水进行处理,日处理能力30000方。
出水达到1996年颁布的《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准。
1.设计任务及设计资料
1.1设计任务及设计资料
1.1.1设计任务:
完成该污水处理厂工艺的选择和流程设计,并对流程进行详细的工艺计算,水力计算,对工程进行概算,绘制总平面图、流程高程图,主要单体构筑物工艺图。
工艺要求对污水去除SS的同时进行生物脱氮除磷。
1.1.2设计资料
(1)所在城市城市自然条件:
平顶山市地处北温带和亚热带的过渡地带,为大陆性季风气候,春暖、夏热、秋凉、冬寒,四季分明,雨量充沛,光照充足。
经调查和咨询,该城市的气象资料见表1.1
表1.1污水处理厂所处城市气象资料
年平均气温
14.9℃
月平均最高气温
27.6℃
月平均最低气温
1.2℃
最高气温
42.6℃
最低气温
18.8℃
年平均降雨量
745.8㎜
冰冻线深
500㎜
主风向
西北风
温度在-10℃度以下
8-10天
相对湿度
70%
(2)地质资料
污水处理厂处的地下土壤为:
亚黏土,平均地下水位在地表以下:
20m。
(3)设计规模
污水厂的处理水量按最高日最高时流量,污水厂的日处理量为3万方。
主要处理水泥厂生产废水以及一些生活污、废水。
(4)进出水水质
该水泥厂废水水经处理以后未达到会用的目的,水质应符合国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级标准,由于进水不但含有BOD5,SS,还含有大量的N,P。
所以不仅要求去除BOD5和SS还应是水中的的N,P达到排放标准。
经查询:
进水PH为6-9,总氮为30mg/L左右。
具体各参数见表1.2
表1.2污水厂设计进出水水质对照表(mg/L)
单位
CODcr
BOD5
SS
NH3-N
TP
进水
320
80
2100
20
4
出水
50
20
20
8
0.1
该厂区内废水经处理水质达到回用水标准后,主要回用于厂区生产和生产循环冷却水以及设备喷水部分补充。
才外还可用于对水质要求不高的绿化、道路浇洒等,争取做到污水“零排放”的目的。
2、设计说明书
2.1去除率的计算
2.1.1溶解性BOD5的去除率
活泩污泥处理系统处理水中的BOD5值是由残存的溶解性BOD5和非溶解性BOD5二者组成,而后者主要是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来考虑,应将非溶解性的BOD5从处理水的总BOD5值中减去。
取原污水BOD5值(S0)为80mg/L,经初次沉淀池及缺氧池、厌氧段处理,按降低25%考虑,则进入曝气池的污水,其BOD5值(S)为:
S
=80(1-25%)=60mg/L
计算去除率,对此,首先按式BOD5=5
(1.42bX
C
)=7.1X
C
计算处理水中的非溶解性BOD5值,上式中
C
——处理水中悬浮固体浓度,取用综合排放一级标准20mg/L;
b-----微生物自身氧化率,一般介于0.05-0.1之间,取0.07;
X
---活性微生物在处理水中所占比例,取值0.4
得BOD5=7.1
0.07
0.4
20=3.976mg/L。
处理水中溶解性BOD5值为:
20-3.976=16.024mg/L,则BOD5去除率为:
2.1.2CODr的去除率:
取入水CODc为320mg/L,去除率为:
2.1.3.SS的去除率:
取入水SS为2100mg/L,其去除率为:
2.1.4.总氮的去除率:
出水标准中的总氮为15mg/L,处理水中的总氮设计值取15mg/L,入水总氮取30mg/L,总氮的去除率为:
2.1.5.磷酸盐的去除率
进水中磷酸盐的浓度为4mg/L计。
如磷酸盐以最大可能成Na3PO4计,则磷的含量为4×0.189=0.756mg/L.注意:
Na3PO4中P的含量在可能存在的磷酸盐(溶解性)中是含量最大的,这样计算出来的进水水质中的磷含量偏大,对整个设计来说是偏安全的。
磷的去除率为
2.2污水厂的设计
2.2.1厂址的选择
厂址选择是污水处理厂设计的重要环节。
污水厂的长治与总体规划、城市排水走向、布置、处理后污水的出路密切相关,必须在城镇总体规划和排水工程专业规划的指导下进行,通过技术经济综合比较,反复论证后确定。
污水处理厂厂址选择,应遵循以下原则:
(1)应与选定的工艺相适应;
(2)尽量少占农田;
(3)应位于水源下游和夏季主导风向下风向;
(4)应考虑便于运输;
(5)充分利用地形;
该水泥厂在总体规划、专业规划及水泥厂建设中,已按自然地形,用地规划预留了污水处理厂位置。
2.2.2工艺流程的选择确定
处理工艺流程是指对各单元处理技术(构筑物)的优化组合。
处理工艺流程的确定主要取决于要求的处理程度、工程规模、污水性质、建设地点的自然地理条件(如气候、地形),厂区面积,工程投资和运行费用等因素。
确定其方案的原则有:
(a)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;
(f)查阅相关的资料确定其方案。
最佳的处理方案要体现以下优点:
(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。
该污水处理厂日处理能力约3万吨,属于中小规模的污水处理厂。
按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐,20万t/d规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺,10-20万t/d污水厂可以采用常规活性污泥法、氧化沟、SBR、AB法等工艺,小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。
对脱磷脱氮有要求的处理,应采用二级强化处理,如A2/O工艺,A/O工艺,SBR及其改良工艺,氧化沟工艺,以及水解好氧工艺,生物滤池工艺等。
由于该设计对脱氮除磷有要求故选取二级强化处理。
可供选取的工艺:
A/O工艺,A2/O工艺,SBR及其改良工艺,氧化沟工艺。
相关工艺比较见表2.1
表2.1相关工艺比较
工艺名称
氧化沟工艺
AO工艺
A2O工艺
SBR工艺
优
点
1.处理流程简单,构筑物少,基建费用省
2.处理效果好,有稳定的除P脱N功能
3.对高浓度的工业废水有很大稀释作用
4.有较强的抗冲击负5.能处理不容易降解的有机物
6.污泥生成量少,污泥不需要消化处理,不需要污泥回流系统
7.技术先进成熟,管理维护简单
8.国内工程实例多,容易获得工程设计和管理经验
9.对于中小型无水厂投资省,成本底
10.无须设初沉池,二沉池
1.污泥沉降性能好
2.经厌氧消化后达到稳定3.用于大型水厂费用较低4.沼气可回收利用
1.具有较好的除P脱N功能
2.具有改善污泥沉降性能的作用的能力,减少的污泥排放量
3.具有提高对难降解生物有机物去除效果,运行效果稳定
4.技术先进成熟,运行稳妥可靠
5.管理维护简单,运行费用低
6沼气可回收利用7.国内工程实例多,容易获得工程设计和管理经验
1.流程十分简单
2.合建式,占地省,处理成本底
3.处理效果好,有稳定的除P脱N功能
4.不需要污泥回流系统和回流液;不设专门的二沉池
5.除磷脱氮的厌氧,缺氧和好氧不是由空间划分的,而是由时间控制的
缺
点
1.周期运行,对自动化控制能力要求高
2.污泥稳定性没有厌氧消化稳定
3.容积及设备利用率低
4.脱氮效果进一步提高需要在氧化沟前设厌氧池
1.用于小型水厂费用偏高2.沼气利用经济效益差
3,污泥回流量大,能耗高
1.处理构筑物较多2.泥回流量大,能耗高
3.用于小型水厂费用偏高
4.沼气利用经济效益差
1.间歇运行,对自动化控制能力要求高
2.污泥稳定性没有厌氧消化稳定
3.容积及设备利用率低
4.变水位运行,电耗增大
5除磷脱氮效果一般
综上所述,可得比较适合本污水厂的工艺是
工艺。
因为这种工艺具有较好的除P脱N功能;善污泥沉降性能的作用的能力,减少的污泥排放量;具有提高对难降解生物有机物去除效果,运行效果稳定;技术先进成熟,运行稳妥可靠;管理维护简单,运行费用低;沼气可回收利用;且工程实例多,容易获得工程设计和管理经验技术先进成熟,运行稳妥可靠。
工艺分为三大部分,分别为厌氧、缺氧、好氧区。
原污水从进水口首先进入厌氧区,同步进入的还有从沉淀池排出的含磷回流污泥,本反应器的主要功能是释放磷,同时部分有机物进行氨化。
污水经过第一厌氧反应器进入缺氧反应器,本反应器的首要功能是脱氮,硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的,循环的混合液量较大,一般为2Q(Q——原污水流量)。
混合液从缺氧反应器进入好氧反应器——曝气器,这一反应器单元是多功能的,去触
,硝化和吸收磷等项反应都在本反应器内进行。
这三项反应都是重要的,混合液中含有
,污泥中含有过剩的磷,而污水中的
则得到去除。
最后,经过对比选择,该水厂流程包括完整的二级处理系统和污泥处理系统。
污水经由一级处理的调节池、隔栅、混凝池和初沉池进入二级处理的厌氧池缺氧池和曝气池,然后在二次沉淀池中进行泥水分离,二沉池出水后进入深度处理的接触消毒阶段,然后处理达标后输送到回用水池。
此外,二沉池中一部分污泥作为回流污泥进入二级处理部分,剩余污泥与初沉池污泥进入污泥浓缩池,经浓缩之后的污泥进入脱水机房脱水,最后脱水的污泥被运至厂区内福星建材厂综合利用,作为制砖的原料。
具体流程如下:
污水
2.3污水处理构筑物设计选择
2.3.1调节池
1.调节池的作用
从工业企业和居民排出的废水,其水量和水质都是随时间而变化的,工业废水的变化幅度一般比城市污水大。
为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行,需对废水的水量和水质进行调节。
调节水量和水质的构筑物称为调节池。
2.设计要点
(1)水量调节池实际是一座变水位的贮水池,进水一般为重力流,出水用泵提升。
池中最高水位不高于进水管的设计高度,最低水位为死水位。
(2)调节池的形状宜为方形或圆形,以利于完全形成混合状态。
长形水池宜设多个进口和出口。
(3)调节池中应设冲洗装置、溢流装置、排除漂浮物和泡沫装置,以及洒水消泡装置。
(4)为使在线调节池运行良好,可参考设置混合和曝气装置。
混合所需功率为0.004~0.008kW/m3池容。
所需曝气量约为0.01~0.015m3空气/(min•m2池表面积)。
(5)调节池出口宜设测流装置,以监控所调节的流量。
3.设计结论
废水的设计停留时间为T=4h;
设计有效水深为h0=5m;
平面尺寸为L=25m,B=20m;
设计结构为钢筋混凝土结构,设计两座,设计超高为0.5m,最终设计池体高度为7m,池底标高为-5.5m,具体平面布局见水厂的平面布置图。
2.3.2中格栅和污水提升泵房(二者合建)
中格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物,以减轻后续处理构筑物的负荷,用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物,并保证后续处理设施能正常运行的装置。
提升泵房用以提高污水的水位,保证污水能在整个污水处理流程过程中流过,从而达到污水的净化。
格栅与水泵房合建在一起。
(1)水泵处理系统前格栅栅条间隙,应符合下列要求:
人工清除25~40mm
机械清除16~25mm
最大间隙40mm
(2)在大型污水处理厂或泵站前原大型格栅(每日栅渣量大于0.2m3),一般应采用机械清渣。
(3)格栅倾角一般用450~750。
机械格栅倾角一般为600~700。
(4)通过格栅的水头损失一般采用0.08~0.15m。
(5)过栅流速一般采用0.6~1.0m/s。
运行参数:
设计流量Qmax=KZ=42600m3/d
栅前流速v1=0.7m/s过栅流速v2=0.9m/s
栅条宽度s=0.01m格栅间隙e=20mm
栅前部分长度0.5m格栅倾角α=60°
计算的过栅水头损失:
0.103m;
设计中的各参数均按照规范规定的数值来取的。
最终设计结果为:
栅槽有效宽度为B=1.51m;栅后槽总高度为H=1.01m;格栅总长度为L=2.72m;每日栅渣量为1.5m3/d,选用机械清渣。
草图如下:
提升泵房说明:
1.泵房进水角度不大于45度。
2.相邻两机组突出部分得间距,以及机组突出部分与墙壁的间距,应保证水泵轴或电动机转子再检修时能够拆卸,并不得小于0.8。
如电动机容量大于55KW时,则不得小于1.0m,作为主要通道宽度不得小于1.2m。
3.泵站为半地下式,污水泵房设计占地面积240m2(2012)高10m,地下埋深2.45米。
4.水泵为自灌式,规格为300QW800-15-55(3用1备)
2.3.3混凝池
混凝处理是向水中加入混凝剂,通过混凝剂的水解或缩聚反应而形成的高聚物的强烈吸附与架桥作用,是胶粒被吸附粘结或者通过混凝剂的水解产物来压缩交替颗粒的扩散层,达到胶粒脱稳而互聚结的目的。
混凝澄清法在水处理中的应用是非常广泛的,它既可以降低原水的浊度、色度等水质的感观指标,又可以去除多种有毒有害污染物。
琦常用的混凝剂主要有铁盐混凝剂(硫酸亚铁FeSO4•7H2O、三氯化铁FeCl3•6H2O)、铝盐混凝剂(硫酸铝Al2(SO4)3•18H2O、明矾Al(SO4)•K2SO4•18H2O、碱式氯化铝PAC)、合成高分子混凝剂(聚丙烯酰胺PAM)等。
其设计要点主要为:
混凝池可以为方形或圆形,方形应用较多。
混凝池池深与池宽比(1:
3)~(1:
4)。
混合时间控制在10s~60s。
G值一般采用500~1000s-1.
混凝池可以采用单格或多格串联。
机械搅拌机一般采用立式安装,搅拌机轴中心适当偏离混凝池中心,可减少共同旋流,桨板式搅拌器的直径D0=(1/3~2/3)D(D为混凝池直径);搅拌器宽度B=(0.1~0.25)D。
搅拌器离池底0.5~0.75D。
当H:
D1.2~1.3时,搅拌器设一层;当H:
D1.3时,搅拌器可以设两层或多层,每层间距(1.0~1.5)D。
为避免产生共同旋流,混凝池中可以设置4块竖直挡板,每块宽度b采用(1/10~1/12)D。
其上、下缘离水面和池底均为(1/4)D。
其设计参数为:
设计流量Q=42600m3/d;
设计水力停留时间为60s;
计算水温为250C
运行参数:
混凝池直径D=2m;有效水深h0=3.1m;
池子总高度为H=4m;搅拌器直径D=1.2m,宽度B=0.3m;
池底高程为地上0.568m。
混凝池具体的高程和平面布置可参考相关布置图。
2.3.4初沉池
初沉池可除去废水中的可沉物和漂浮物。
废水经初沉后,约可去除可沉物、油脂和漂浮物的50%、BOD的20%,按去除单位质量BOD或固体物计算,初沉池是经济上最为节省的净化步骤,对于生活污水和悬浮物较高的工业污水均易采用初沉池预处理。
初沉池的主要作用如下。
(1)去除可沉物和漂浮物,减轻后续处理设施的负荷。
(2)使细小的固体絮凝成较大的颗粒,强化了固液分离效果。
(3)对胶体物质具有一定的吸附去除作用。
(4)一定程度上,初沉池可起到调节池的作用,对水质起到一定程度的均质效果。
减缓水质变化对后续生化系统的冲击。
(5)有些废水处理工艺系统将部分二沉池污泥回流至初沉池,发挥二沉池污泥的生物絮凝作用,可吸附更多的溶解性和胶体态有机物,提高初沉池的去除效率。
另外,还可在初沉池前投加含铁混凝剂,强化除磷效果。
含铁的初沉池污泥进入污泥消化系统后,还可提高产甲烷细菌
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