某污水处理厂可行性研究报告.docx
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某污水处理厂可行性研究报告
某污水处理厂可行性研究报告
《水污染控制工程》课程设计
荆州市污水处理厂设计
华中科技大学(HUST)
2009年6月12日
摘要
随着城市的发展,城市人口的激增,城镇规模的扩大,生活污水和工业废水排出量日益增多,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。
这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。
因而城市污水治理已成当前迫切需要解决的问题之一,而建造污水处理厂可以解决这个问题。
此外,水资源是经济可持续发展的基本保证,污水的任意排放或处理不彻底的排放,都会给水资源环境带来严重的污染问题。
基于上述原因,本设计在充分调研该市水文地质、受纳水体水质资料、人口分布和气象条件的情况下,对包括排水管网和污水处理厂的整套排水设施进行设计。
其中,对进水水质、出水水质进行分析,污水处理厂一级、以及以CASS法为主体的二级处理工艺流程的选择给予说明,对具体污水及污泥构筑物结构进行了详细计算。
关键词污水处理厂进水水质出水水质 CASS法污泥处理
Abstract
Withthedevelopmentofcities,theviolentincreaseofthepopulationandtheexpansionofthecityscale,theamountofdischargeofcitysewageandindustrialwastewaterisincreasingfasterandfaster.Anoverwhelminglylargeamountofthewastewaterisdischargedintothewaterswithoutdisposal,whichmakestheurbanenvironmentdeterioratesseriously.Asaresult,thegroundwaterofthecityisinevitablycontaminatedandtheagricultureandpeople’slifeinthedownstreamareasareaffected,too.Theecologicalenvironmentisbeingthreatened,whichmakesoneoftheprioritiestodisposeofthewastewaterandsewage.Andtheestablishmentofthewastewatertreatmentplantcantackletheseriousissue.Beside,Waterresourcesensurethesustainingdevelopmentofeconomy.Sewagedischargedatrandomorhalftreatedcanexposeseriouspollutiontothewaterresources.
Thedesignbasedonthehydrological,geologicalandreceivingwatermaterials.Itincludesthedistributionofwasterwaterdischargesystemanddesignofwastewatertreatmentplant.Specifically,itreasonsthechoiceofprimaryandsecondarytreatmentprocess—CASSprocess,thecalculationofconstructingprocess.Meanwhile,evaluateandcalculatethetotalcostoftheproject.
Keywordsurbanwastewatertreatmentplant,receivingwater,inflowquality,outflowquality,CASSprocess,sludgetreatment
1.城市概况
荆州市位于湖北省中南部,地处江汉平原北部,长江中游荆江河段北岸,东与武汉、孝感市和咸宁市相连,西与宜昌市接壤,南与湖南省交界,国土总面积1。
4万多平方公里,下辖沙市、荆州和江陵三个区和公安、监利两个县。
代管石首、松滋、洪湖三个县级市。
荆州市是长江中游主要的港口,是鄂中南地区饿中心城市,工业结构以纺织、机械、化工、电子、冶金、建材为主,1994年末全市城区总人口53.7万人,工业产值58.59亿元。
规划2010年城区将达到80万人,工业总产值607.4亿元。
荆州市属国家级历史文化名城,春秋战国时期是楚国的政治,经济军事和文化中心。
从秦汉至明清,历为州、郡、道、路、俯之治所。
荆州市旅游资源比较丰富,主要有江陵历史文化名城,松滋水风景区、洪湖风景区和石首天鹅湖洲白鳍豚和麋鹿国家自然保护区,遍及市域的新、旧石器时代古文化遗址“楚”文化和古“三国”文化遗址。
1.1城市排水现状规划
1.1.1排水工程现状
荆州市由于行政区划的原因,形成了荆州城区、沙市城区相对独立的排水系统,荆州城区为合流制排水系统,现状城区污水由内环路污水截流排入护城河,然后由荆州泵站抽升排入长湖。
沙市城区旧城区为合流制排水系统,范围为荆襄河以东、红星路以西、江津路以南地区,其他地区为分流制。
荆州城区排水量约为29.77万m3/d,其中工业废水15.3万m3/d;生活污水11.04万m3/d其它污水量3.43万m3/d,目前仅仅沙市城区东区建有一座污水处理厂。
规模为1.0万m3/d,整个城区污水处理率仅为8.3%,其余污水排入长江或内河系。
长江干流荆州市段主要有七个排污口,分别为活力集团、造纸厂、热电厂、印染废水处理厂、红光路污水处理厂、沙隆达公司、石油化工厂等排污口。
其污水排放量及污染物列于下表。
长江荆州市排污口一览表
排污口
污水排放量 (万m3/a)
污染物排放指标t/a
CODcr
BOD5
Ar-OH
Oil
活力28集团
45.57
67
34
造纸厂
593.07
7769
715.13
2.188
热电厂
720.5
72.05
0.195
石油化工厂
106.08
2506
1.62
60.97
沙隆达
710
5629.13
885.4
10.52
印染废水处理厂
362
1025
240
红光路污水处理厂
5475
16425
8760
14.57
75.17
市区内现有污水截流干管155km,其中污水管道55km。
合流制管道100km,管径d500——d1500。
市区现有污水提升泵站5座。
原红光路污水处理厂已征地46.5亩,建有一座排江泵房,一座化验综合楼,抽排能力为15万m3/d,汛期将污水抽排入江。
1.1.2排水工程规划
根据荆州市排水工程规划,荆州市排水系统分为荆州城区、沙市城区两个排水系统。
沙市城区污水系统由红光路污水系统、纺织工业污水系统和化工工业污水系统组成。
规划远期沿荆沙大道布置截流干管,将三部分污水收集入红光污水处理厂,近期红光路污水处理厂只负责处理红光路污水系统污水。
红光路污水系统中武德区污水将有50%转输至草市污水处理厂,不进入本污水处理系统。
1.2自然条件
1.2.1地形地貌、地质
荆州市城区呈带状分布,地势南高北低,地貌主要特征为平原,中山路一带地面高程为36.00至38.00m(黄海高程,下同),其他地区地面高程一般为31.50——28.50m。
沿江向北平均坡度为万分之七,城市东西向地面高程基本没有变化。
市区由第四世纪冲积,洪积层组成,地貌为河漫滩一次阶地,无不良的物理地质现象。
地基土壤自上而下分别为素填土、粘土、淤质亚粘土、轻亚粘土细粉砂,局部地段有淤泥,地基强度90—120kpa。
一般顶板高程22.0—27.0m,饱含上层滞水。
埋藏于粘土层及粉细砂层的上层滞水,受降雨及地表水补给初见地下水位在地面下0.80m至1.5m,高程28.00—29.00m。
白粘土及粉细砂卵石层潜水,受长江水补给,埋深一般为6.0—12.00m。
地震烈度为6级。
1.2.2水文资料
荆州城区南有长江,北有长湖,是荆州市区两大过境水系。
城区境内有鼓湖渠、西干渠、荆襄河、荆沙河等四条主要河渠,均无天然源头。
其中长江是荆州市城区人民生活和工业生产的主要水源和纳污水体。
长江荆江中段傍荆州市中心城区而过,上游来水有西入境,于沙市盐卡折向东南,形成曲径半径7.1km的弯道。
根据每年的水文统计资料,各年平均水位34.02m。
荆州市城区水系水文资料见下表
河湖基本情况
名称
最高水位(m)
常水位(m)
枯水位(m)
年平均流量(m3/s)
年最大流量(m3/s)
年最小流量(m3/s)
设计流量(m3/s
长江
43.01
35.25
31.45
4021
51100
2900
长湖
31.52
28.49
26.61
西干渠
28.20
27.30
26.42
15.0
鼓湖渠
28.20
27.30
26.42
25.0
荆沙河
29.50
28.50
荆襄河
28.50
27.50
两沙运河
33.42
29.12
600
1.2.3气象资料
该市地处北亚热带内陆湿润季风气候夏热冬冷,四季分明,日照充足,气候湿润,雨量丰沛。
Ø气温
全年平均气温16.8oC;
极端最高气温39.2oC;
极端最低气温-14.9oC;
最热月(七、八月)平均气温28oC;
最冷月平均气温3.6oC;
Ø降水
年均降水量为1158.5mm;
最大年降水量为1858.5mm;
小时最大降水量为73.0mm。
Ø年均无霜期256.7d。
Ø年平均雾月38.2d。
Ø年最大积雪厚度200mm。
Ø年均气压力101.2kpa。
Ø年平均相对湿度80%。
Ø年均日照时数1865.0h。
Ø风况
年主导风向为东北风,平均风速2.3m/s,出现频率为17%;夏季主导风向为南风,出现频率为20%。
冬季主导风向为北风,出现频率为20%;年静风频率22%;夏季静风频率为19%,冬季静风频率为23%;
2.污水处理厂设计条件
2.1设计规模
城市污水包括生活污水、工业污水和其它污水。
其它污水指宾馆、餐饮、娱乐、商业、学校、医院及大型公共建筑等排出的污水。
根据《湖北省荆州市红光路污水处理厂可行性研究报告》,采用人均综合污水排放标准定额计算法对污水总量进行了预测。
考虑工程近、远期结合的情况,近期红光路污水处理厂只负责红光路污水系统污水。
设计污水处理量为:
15000万吨/日
2.2设计污水水质
2.2.1设计进水水质
本工程可行性研究报告从以下四个方面对污水厂设计进水水质进行了详细论证:
(1)根据荆州市环境监测站对红光路污水处理厂进水水质的实测资料;
(2)参照《室外排水设计规范》规定的生活污水污染物排放标准;(3)参照国内同类型城市污水处理厂实际进水水质;(4)考虑到远期的发展。
根据本工程可行性研究报告的专家评估意见,确定本工程平均进水水质为:
BOD5=150mg/LCOD=300mg/LSS=220mg/LTN=35mg/LTP=3mg/L
2.2.2设计出水水质
根据荆州市水环境功能区划,长江荆州段水体应达到《地表水环境质量标准》(GHZBI-1999)中的三类水质标准,则污水处理厂出水应达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准。
因此,污水处理厂设计出水水质确定为:
COD≤60mg/l
BOD5≤20mg/l
SS≤20mg/l
NH3-N≤15mg/l
TP≤0.5mg/l
需要说明的是《污水综合排放标准》中要求磷酸盐磷小于0.5mg/l,大量的城市污水生物除磷的运行结果表明,生物除磷很难保证磷酸盐磷的达标率,即将发布的新的城市污水处理厂设计规范中也已对此问题重新作了规定,将磷酸盐指标放宽到1.0mg/l。
如果本厂要求执行0.5mg/l的标准,则必需在系统内增加化学除磷的措施,从而引起工程费用的增加。
在可行性研究报告评审时,与会专家也对此问题进行了讨论。
综合考虑各方面的因素,建议本厂出水水质对磷酸盐指标定为1.0mg/l。
相应于此污水中主要污染物质的处理程度为:
E(COD)≥85%
E(BOD5)≥89%
E(SS)≥90%
E(TKN)≥57%
E(TP)≥80%
2.3厂址选择
根据以下原则进行污水厂厂址选择:
1.位于城市夏季主导风向的下游,以减轻不良气味对城市的影响。
2.处理后出水应便于排放。
3.交通运输便利。
4.各项公用设施应方便、经济。
5.所处地理位置的标高应便于收水,并防止内涝和外洪。
6.与城市总体规划相协调。
根据可行性研究报告的结论,确定污水厂厂址选择在红光路以东、江津东路以南,位于化工区内,紧邻玉桥开发区。
厂址最早是在1981年由中南设计院编制《沙市市排水工程初步设计》确定的,随后1989年和1995年编制城市总体规划时也把该址作为城市污水处理厂厂址,城市污水截流系统也是以此为基础逐步形成的,现在该厂址已征地46.5亩。
建有一座排江泵房,一座化验综合楼。
该厂地势平坦,周围基本为农田,地面高程一般在29.0m左右,拆迁工作量小,是比较理想的城市污水处理场厂址。
选此地优点有:
1.位于城外、城市排水系统下游,易于收集污水、扩展方便;
2.位于城市主导风向的下风向且距离居民区较远,对城区环境的影响较小。
3.靠近公路,交通便利。
4.便于与规划排水管网连接,可减少管网建设费用。
5.可预留二期规划区污水处理厂用地,集中建设,便于管理。
2.4受纳水体与排水出路
根据本工程可行性研究报告及专家评估意见,确定污水处理厂尾水最终受纳水体为长江。
在长江为常水位时,处理后尾水自流排入江津路以北西干渠。
通过西干渠最后排入长江;在长江为洪水位时,通过现有红光路污水处理厂的排江泵房,将污水厂尾水直接抽排入长江。
2.5污泥出路
污水厂排出的污泥,经脱水后可直接运往城市垃圾卫生填埋场统一处理,经有关部门检验确认安全无害后也可用于农肥或供园林部门用于非娱乐场所的绿化和沙岩林地的土质改良。
3.
污水处理厂设计
3.1粗格栅与进水泵房
格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截,以免其对后续处理单元的机泵和工艺管线造成损坏。
它是由一组平行的金属栅条或筛网制成,被安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部,用以截留较大悬浮物,以便减轻后续处理构筑物的处理负荷,并使之正常运行。
3.1.1粗格栅的设计
分为2组,既可以一起使用,也可以一用一备。
(1)栅条的间隙数
由公式n=
式中Qmax---最大设计流量m3/s
---格栅倾角(℃)
h---栅前水深m
v----过栅流速m/s
栅条净间隙为20mm,格栅安装倾角600,栅前水深h取0.4m,过栅流速为0.6m/s
带入数据n=
=23.6个,取24个
(2)栅槽宽度
B=S(n-1)+bn
式中B---栅槽宽m
S---栅条宽度m
b-----栅条间隙m
n---栅条间隙数个
栅条宽度S=0.01m
B=S(n-1)+bn=0.01(24-1)+0.02
24=0.71m
(3)通过格栅的水头损失h1
由公式h1=h0k
式中h0---计算水头损失,h0=
---阻力系数,其值与栅条断面形状有关,当为矩形时
,故
=1.65
k---系数,一般采用3
故h0=1.65
=0.0262m
h1=0.027
3=0.08
(0.08—0.15)符合要求。
设计中取0.10m。
(4)栅槽总高度
H=h+h1+h2
式中h2---栅前渠道超高,根据地形,这里取0.3m
故H=0.4+0.10+0.3=0.8m
(5)栅槽总长度
L=l1+l2+1
式中l1---进水渠道渐宽部分的长度m
B1---进水渠宽
l2---栅槽与出水渠道连接处渐窄部分长度m
H1---栅前渠道深m,H1=h+h2
故L=
+
+0.5+1.0+
=0.29+0.14+0.5+1.0+0.46=2.39m
(6)每日栅渣量
W=
式中W1---栅渣量(m3/103m3污水),格栅间隙为20mm时W1=0.05-0.10取0.05
Kz---生活污水流量变化系数3.27
代入数值W=
=0.32m3/d
W>0.2m3/d,所以,采用机械清渣。
根据格栅设计参数,本设计选用钢丝绳牵引式格栅除污机。
电动机功率1.1kW,提升速度1.9m/min,钢丝绳采用不锈钢丝,直径Φ7.7mm,控制方式采用手动和定时控制,污物由人工小车运送。
3.1.2提升泵房
(1)集水池设计:
设计流量:
取为625m3/h。
分为两座。
集水间的容积W采用相当于一台泵5min的容量:
W=625×5/60/2=26m3
有效水深采用2.0m则集水池的面积为F=26/2.0=13m2。
集水间的尺寸3×5×2m3。
(2)水泵设计
水泵的型号选择:
污水提升泵房选用五台潜污泵,四用一备,其设计参数为:
流量Q1=
=
=511m3/h
扬程H=h1-h2=11.8-1.0=10.8m
水泵的型号为350QW1500-15-90,其流量为1437.5m3/h,扬程15m2.细格栅与沉沙池
3.2细格栅与沉砂池
在污水处理中,沉砂池的主要作用是利用物理原理去除污水中比重较大的无机颗粒,主要包括无机性的砂粒、砾石和较重的有机物质,其比重约为2.65。
一般设于初次沉淀池之前,以减轻沉淀池的负荷及改善污泥处理构筑物的条件。
目前,应用较多的沉砂池有平流沉砂池、竖流式沉砂池、辐流式沉砂池、曝气沉砂池、涡流沉砂池以及斜板式沉砂池。
本设计中采用曝气(aeration)沉砂池。
其优点是:
通过调节曝气量可控制污水旋转流速,使之作旋流运动,产生离心力,去除泥砂,排除的泥砂较为清洁,处理起来比较方便;且它受流量变化影响小,除砂率稳定。
同时,对污水也起到预曝气作用。
3.2.1细格栅设计
使用2套细格栅
(1)栅条的间隙数
由公式n=
式中Qmax---最大设计流量,取0.122m3/s
---格栅倾角(℃)
h---栅前水深m
v----过栅流速m/s
栅条净间隙为6mm,格栅安装倾角350,栅前水深h取0.4m过栅流速为0.6m/s
带入数据n=
=63.9个,取64个
(2)格栅周长与直径
B=S(n-1)+bn
式中B---栅槽宽m
S---栅条宽度m
b-----栅条间隙m
n---栅条间隙数个
栅条宽度S=0.01m
B=S(n-1)+bn=0.01(64-1)+0.006
64=1.014m
(3)通过格栅的水头损失h1
由公式h1=h0k
式中:
h0---计算水头损失,h0=
---阻力系数,其值与栅条断面形状有关,当为矩形时
,故
=3.53
k---系数,一般采用3
故h0=3.53
=0.0449m
h1=0.0449
3=0.134m,取h1=0.2m
(4)栅槽总高度
H=h+h1+h2
式中h2---栅前渠道超高,这里取0.3m
故H=0.4+0.3+0.2=0.9m
(5)栅槽总长度
L=
+
+0.5+1.0+
=0.29+0.15+0.5+1.0+1.29=3.23m
(6)每日栅渣量
W=
式中W1---栅渣量(m3/103m3污水),W1=0.01-0.10取0.08
Kz---生活污水流量变化系数3.27
代入数值W=
=0.51m3/d
W〉0.2m3/d,所以宜采用机械清渣,栅渣经无轴螺旋输送机输送至储渣斗,由市政垃圾车定期外运。
3.2.2旋流沉砂池
设计流量为Q=625m3/h=174L/s,分为2座,每座流量Q=87L/S
如下图所示:
旋流沉砂池尺寸详图
旋流沉砂池尺寸表
型号
流量
L/S
A
B
C
D
E
F
G
H
J
K
L
100
110
2.13
1.0
0.380
0.760
0.30
1.40
0.30
0.30
0.30
0.80
1.10
3.3CASS池
3.3.1CASS概述
CASS工艺是Goronszy教授在ICEAS的基础上开发出来的,是SBR工艺的一种新的型式。
通常CASS一般分为三个反应区:
一区为生物选择器,二区为缺氧区,三区为好氧区。
生物选择区是设置在CASS前端的小容积区,通常在厌氧或兼氧条件下运行。
生物选择器最基本功能是防止产生污泥膨胀。
同时还具有促进磷的进一步释放和加强化反硝化的作用。
在这个区内难降解大分子物质易发生水解作用,对提高有机物的却除率是有一定的促进作用。
主反应区则是去除有机底物的主场所。
运行过程中,通常将主反应区的曝气强度加以控制,以使反应区内主体溶液中处于氧状态,主要完成降解有机物过程。
在池的末端设有潜水泵,污泥通过此潜水泵不断地从主曝气区抽送至生物选择器中。
CASS生物选择器和缺氧区的设置和污泥回流的措施,保证了活性污泥不断地在选择器中经历一个高絮体负荷(SO/XO)阶段,从而有利于系统中絮凝性细菌的生长,进一步有效地抑制丝状菌的生长和繁殖。
CASS工艺沉淀阶段不进水,保证了污泥沉降无水力干扰,在静止环境中进行,可以进一步保证系统有良好的分离作用。
CASS工艺运行方式:
CASS反应池内分为选择区和反应区,CASS反应池的运行操作由进水、反应、沉淀、滗水和待机五个阶段组成:
进水期:
污水连续流入反应池内前部的选择区,与从反应池后部的凡庸区不断循环至此的污泥混合,使污泥吸收易溶性基质,并促使絮凝性微生物产生。
污水在选择区厌氧状态下停留1小时后,从选择区与反应区隔墙下部的入口以低速流入反应区。
连续进水可简化对进水的控制,这样的分池系统也避免了水力短路。
反应期:
污水进入反应区池中发生生化反应,在此阶段可以只混合不曝气,或既混合有曝气,使污水处于反复的好氧一缺氧状态,反应期的长短一般由进水水质及所要求的处理程度而定。
沉降期:
在此阶段反应器内混合液进行固液分离,因该阶段在完全静止情况下
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