污水处理工程设计说明——毕业论文.doc
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1、青岛科技大学本科毕业设计1引 言城市污水主要包括生活污水和工业污水,由城市排水管网汇集并输送到污水处理厂进行处理。城市污水处理工艺一般根据城市污水的利用或排放去向并考虑水体的自然净化能力,确定污水的处理程度及相应的处理工艺。处理后的污水,无论用于工业、农业或是回灌补充地下水,都必须符合国家颁布的有关水质标准1。现代污水处理技术,按处理程度划分,可分为一级、二级和三级处理工艺。污水一级处理应用物理方法,如筛滤、沉淀等去除污水中不溶解的悬浮固体和漂浮物质。污水二级处理主要是应用生物处理方法,即通过微生物的代谢作用进行物质转化的过程,将污水中的各种复杂的有机物氧化降解为简单的物质。生物处理对污水水质
2、、水温、水中的溶氧量、pH值等有一定的要求。污水三级处理是在一、二级处理的基础上,应用混凝、过滤、离子交换、反渗透等物理、化学方法去除污水中难溶解的有机物、磷、氮等营养性物质。污水中的污染物组成非常复杂,常常需要以上几种方法组合,才能达到处理要求2。污水一级处理为预处理,二级处理为主体,处理后的污水一般能达到排放标准。三级处理为深度处理,出水水质较好,甚至能达到饮用水质标准,但处理费用高,除在一些极度缺水的国家和地区外,应用较少3。目前我国许多城市正在筹建和扩建污水二级处理厂,以解决日益严重的水污染问题。为减少对周围环境的污染,改善金州市周围的水体水质,提高城市人民的生活质量,因此需要进行污水
3、管网和污水处理厂的建设。以下部分是根据金州市的资料进行的污水处理厂的设计。2设计说明书2.1概述2.1.1设计任务完成金州市污水处理系统的设计。工程设计范围包括:污水处理厂工程。2.1.2设计依据青岛科技大学毕业设计任务书。2.1.3采用的主要规范和标准(1)给水排水设计手册(第1册)常用资料(2)给水排水设计手册(第5册)城镇排水(3)室外排水设计规范(GB50014-2006)(4)给水排水制图标准(GB/T50160-2001)(5)城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)(6)给水排水设计手册(第11册)城镇排水2.1.4污水处理厂设计要求(1)设计应达到污水处理排放标
4、准;(2)选择的工艺流程、建筑物布置、设备等能满足生产需要;(3)设计中采用的数据、公式和标准必须正确可靠;(4)设计中在满足生产需要的基础上,在经济合理的原则下,尽可能地采用先进技术;(5)在设计时要尽可能降低工程造价,使工程取得最大的经济效益和社会环境效益;(6)设计应注意近远期相结合,一般采用分期建设;(7)设计时应适当考虑厂区的美观和绿化4。2.1.5设计规模(1)污水处理厂的处理水量按最高日最高时流量设计。(2)污水处理厂的日处理量:近期(2015年)为1.6万吨/天,远期(2020年)为2.14万吨/天。2.1.6设计参数进出水水质表见表2-1表2-1 进出水水质Table 2-1
5、 Water quality of influent and effluent污染物进水水质(mg/L)出水水质(mg/L)COD40060BOD520020SS12020NH3-N308TP41pH6969进水经处理后,水质符合城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中的一级B标准,不仅要求COD、BOD5达标,还要求NH3-N和TP在处理后达到排放标准。2.1.7城市概况该地区的总体规划,近期(2015年)总人口为6万人,远期(2020年)总人口为8万人。目前该区的建筑主要以三、四层为主,近期变化不大,室内有给排水设备及淋浴设备。远期新城区规划为五、六层楼房,室内有卫生及淋
6、浴设备,但仍无集中热水供应。该地区以居住区为主,有零星的工厂企业,零星工业废水的平均流量约为整个新城区居住区平均污水流量的20%左右。2.1.8自然条件2.1.8.1地理位置金州市位于湖北省,在长江中游的北岸。2.1.8.2气象资料(1)气温年平均:16.8;历年最高:40.3;历年最低:-12.2;(2)降雨量年平均:1252.2毫米; 历年最大:2098.7毫米;历年最小:527.3毫米;日最大:257.3毫米;(3)相对湿度历年平均:79.0%; 历年最高:87.2%; 历年最低:65.3%;(4)最大积雪深度:23毫米(5)最大冻土深度:80毫米(6)年平均蒸发量:1489.3毫米(7
7、)主要风向 冬季:西北风 夏季:东南风(8)风速 历年平均:2.5米/秒最大:3.8米/秒2.1.8.3工程地质与地震资料该市沿长江一带为冲积层,系砂质土壤,土基承载力一般为10-12吨/m2,该市地震烈度为5度。2.1.8.4水文资料(1)水位(吴淞高程)(a)长江历年平均: 20.36米;历年最高(1%): 27.51米;历年最低(97%):14.55米;(b)西湖起排水位17.50米。2.1.8.5 水文地质资料该市地下水位平均在地面以下2.00m左右。2.1.8.6 水质资料(西湖)CODcr 3.53mg/LBOD52.27mg/L非离子氨 0.187mg/L总磷0.119mg/L2
8、.1.9排水规划(1)排水体制:规划采用雨、污分流体制。(2)污水经过管网进入污水处理厂,经处理水质达标后排入收纳水体。2.2污水处理工艺的比较分析2.2.1 A/A/O工艺2.2.1.1工艺概述该工艺在厌氧-好氧除磷工艺中加一缺氧池,并将好氧池流出的部分混合液回流至缺氧池前端,具有同步脱氮除磷功能5。2.2.1.2工艺优点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(DO0.3mg/L),释放出磷酸盐,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DO12.5),B
9、OD/TKN为1.53.5,COD/TP为3060,BOD/TP为1640(一般应20) 6。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7。2.2.1.3工艺缺点(1)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夹带DO和硝酸态氧的影响。(2)除磷效果难于再行提高,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。(3)脱氮效果也难于进一步提高,内循环量一般以2Q为限,不宜太高。(4)运行管理要求较高,投资较
10、大,节能差。工艺流程图见图2-1。 混合液回流出水进水二沉池好氧池缺氧池厌氧池 污泥回流 剩余污泥图 2-1 A/A/O法工艺流程图Figure 2-1 Plot of A/A/O technology flow2.2.2 AB工艺2.2.2.1工艺概述该法由德国Bohuke教授首先开发。该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供氧,A级负荷高,曝气时间短,产生污泥量大,污泥负荷2.5kgBOD/(kgMLSSd)以上,池容积负荷6kgBOD/(m3d)以上;B级负荷低,污泥龄较长。A级与B级间设中间沉淀池。二级池子F/M(污染物量与微生物量之比)不同,形成不同的微生物群体8。AB法尽管有节能的优点,
11、但不适合低浓度水质,A级和B级亦可分期建设9。2.2.2.2工艺特点(1)便于分期建设,可根据排放要求先建A段再建B段。不设初沉池。(2)可大幅度地去除污水中难降解物质,用于处理复杂的工业废水可作为预处理的一中方法,经AB法处理后,再纳入城市污水处理厂。(3)处理效率高,出水水质好,BOD去除率可高达90%98%,还可进行深度处理脱氮和除磷。对处理复杂的变化较大的污水水质,具有较大的适应能力。(4)总反应时间短,构筑物体积小,占地少约可节省投资15%20%、节能20%25%。(5)存在污泥量大、构筑物及设备较多,运行管理复杂,脱氮除磷效果不理想的缺点10。工艺流程图见图2-2。鼓风机房B段沉淀
12、池B段曝气池A段沉淀池A段曝气池进水 出水B段回流污泥泵房A段回流污泥泵房图 2-2 AB法工艺流程图Figure 2-2 Plot of AB technology flow2.2.3 SBR工艺2.2.3.1工艺概述SBR法又称序批式间歇活性污泥法。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
13、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。BOD去除率在90%以上,抗水量变化能力强但抗浓度变化能力差。发生污泥膨胀少但处理困难。不需要设污泥回流设备,污泥量较多,受水温变化影响小。自动化程度高,日常管理容易,但有浮渣问题。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11。2.2.3.2工艺优点经典SBR法主要优点:(a)沉淀性能好,有机物去除效率高;(b)提高
14、难降解废水的处理效率;(c)抑制丝状菌膨胀;(d)可以除磷脱氮;(e)不需要新增反应器,不需二沉池和污泥回流,工艺简单。经典SBR的改良方法应用也较多。大部分新型SBR仍然拥有经典SBR的主要特点,并且还形成了一些独特的优点。2.2.3.3工艺缺点SBR类工艺对自动化控制要求很高,并需要大量的电控阀门和机械撇水器,稍有故障将不能运行,而且关键设备需引进。由于一池多用,相关设备在一段时间内要闲置,曝气头的数量和鼓风机功率要增大。另外撇水水位深度通常有1.2-2m,出水的水位必须按最低撇水水位进行,水力能耗增加。对于中小规模、可以引进关键设备、具备一定管理水平的城市污水处理厂工艺流程图见图2-3。
15、出水SBR反应池沉砂池进水格栅图 2-3 SBR工艺流程图Figure 2-3 Plot of SBR technology flow2.2.4氧化沟工艺2.2.4.1工艺概述氧化沟一般不设初沉池,负荷低,耐冲击,污泥少。建设费用及电耗视采用的沟型而变,如在转碟和转刷曝气形式中,再引进微孔曝气,加大水深,能有效地提高氧的利用率(提高20%)和动力效率12达2.53.0 kgO2/(kWh)。2.2.4.2工艺优点(1)工艺成熟,流程简单,运行稳定。(2)处理效果好,出水水质好。(3)缓冲稀释能力强,耐高流量、高浓度的冲击负荷,对难降解有机物去除率高,出水水质稳定。(4)供氧量调节灵活。(5)剩
16、余污泥量小。(6)脱氮能力较强。2.2.4.3工艺缺点(1)生物除磷相对较弱。(2)能耗大。(3)相对占地面积较大,沟内混合液自留流程长。(4)由于紊流导致的流速不均有可能引起污泥沉淀,影响运行效果。工艺流程图见图2-4。出水沉淀池Carrousel氧化沟进水回流污泥泵房图 2-4氧化沟工艺流程图Figure 2-4 Plot of oxidation ditch flow2.3污水处理工艺的选择2.3.1中小城镇污水处理厂的优选工艺在活性污泥法中,根据室外排水设计规范(GB50014-2006)推荐对于设计流量小于10104m3/d的城市污水处理厂可以采用氧化沟法、SBR、A/A/O法进行设
17、计。A/O工艺、A/A/O工艺、各种氧化沟工艺、SBR工艺这些从活性污泥法派生出来的工艺都可以实现除碳、除氮、除磷三种流程的组合,都是比较实用的除磷脱氮工艺。但是由于氧化沟对于脱氮除磷效果不是很好,而且占地比较大,所以采用A/A/O和SBR工艺进行比较。方案一:A/A/O工艺关于方案一的说明:第一阶段为预处理部分,即粗格栅+细格栅+沉砂池+初沉池,中格栅去除城市污水中较大的漂浮物,细格栅去除城市污水中较细小的漂浮物,后续工艺以及设备的正常运行提供保证。水经过泵房提升后进入沉砂池,去除砂粒,经吸砂机将沉砂池中的砂吸走至砂水分离器,砂水分离器工作,截留下砂,而水则自重力流向前方泵房的格栅井。从沉砂
18、池出来的水流向初沉池,去除SS以及部分有机物。水从初沉池出来以后进入生物反应池,该生物反应池分为三个区,厌氧池缺氧池好氧池。磷的去除依靠厌氧池中聚磷菌一类微生物的充分释磷以及在好氧池的过量吸磷来去除水体中的磷。氮的去除主要依靠曝气池中硝化菌的将氮转化为硝态以及亚硝态氮,然后通过内回流将曝气池中的混合液回流至前方的反硝化区依靠反硝化菌将亚硝态氮转化为氮气从而去除氮。有机碳主要依靠曝气池中的微生物降解。该池的脱氮除磷效果较好。后处理阶段,主要通过二沉池澄清出水,加氯混合池的作用是消毒以达到出水中对于微生物数量限制。污泥处理主要通过污泥连续重力浓缩和机械脱水来完成,从脱水机房出来的污泥主要是外运填埋
19、。对于脱氮除磷工艺的污泥来讲,运用重力浓缩会带来一个问题:污泥中磷的释放,上清液富含磷。由此该工艺将浓缩池中的上清液同脱水机房的滤液一起集中在反应沉淀池中,通过投加钙盐形成沉淀去除磷。形成的沉淀单独外运填埋或另作他用。从沉淀池出来的上清液再回流至前方泵站内的格栅井。方案二:SBR工艺关于方案二的说明:第一阶段为预处理部分,即中格栅+细格栅+沉砂池,中格栅去除城市污水中较大的漂浮物,细格栅去除城市污水中较细小的漂浮物,后续工艺以及设备的正常运行提供保证。水经过泵房提升后进入曝气沉砂池,去除砂粒,经吸砂机将沉砂池中的砂吸走至砂水分离器,砂水分离器工作,截留下砂,而水则自重力流向前方泵房的格栅井。从
20、沉砂池出来的水直接进入SBR反应池,SBR反应池最大的特点是在SBR反应池的前端存在一个生物选择区,通常在厌氧或兼氧条件下运行。生物选择器是根据活性污泥反应动力学原理而设置的。通过主反应区污泥的回流并与进水混合,不仅充分利用了活性污泥的快速吸附作用而加速对溶解性底物的去除并对难降解有机物起到良好的水解作用,同时可使污泥中的磷在厌氧条件下得到有效的释放,而且在完全混合反应区之前设置选择器,还有利于改善污泥的沉降性能,防止污泥膨胀问题的发生。此外,选择器中还可发生比较显著的反硝化作用(回流污泥混合液中通常含2mg/L左右的硝态氮) ,其所去除的氮可占总去除率的20%左右。选择器可定容运行,亦可变容
21、运行,多池系统中的进水配水池也可用作选择器。而主反应区的曝气阶段则是去除有机物、进行磷的释放、硝化作用。沉淀和闲置阶段整个池可以保持缺氧或是厌氧状态,有释磷和反硝化作用。SBR池运行经过进水曝气阶段、曝气阶段、沉淀阶段、滗水阶段、进水闲置阶段。出水进入加氯混合池,加氯混合池的作用是消毒以达到出水中对于微生物数量限制。2.4污泥的处理与处置2.4.1污泥处理的目的及处理方法污水处理厂的污泥包含固体和液体两部分。污泥中水分的存在形式有三种:游离水、毛细水、内部水。游离水存在于污泥颗粒间隙,约占污泥水分的70%左右,这部分水一般借助外力可以与泥粒分离。毛细水存在于污泥颗粒间的毛细管中,约占污泥水分的
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