城市污水处理厂设计书.doc
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城市污水处理厂设计书.doc
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80000m3/d城市污水处理厂氧化沟法课程设计
第一章设计任务书
水污染控制工程课程设计任务书
一、设计题目
80000m3/d城市污水处理厂设计(氧化沟法)
二、原始资料
1.设计流量Q=80000
2.水质情况:
BOD5=500mg/LCODcr=800mg/LSS=300mg/L氨氮=30mg/L
磷酸盐(以P计)=8mg/LpH=6~9
3.其他:
该地全年主导方向为东南风,地势平坦,地质情况良好,满足工程地质要求,地震烈度为6级,其他水文气象条件可暂不考虑,设计中地面标高为150.00m,进水管底标高144.50m,管径1000mm,出水排放水位149.00m。
三、出水要求
符合城市污水排放一级标准:
BOD5≤20mg/LCOD≤60mg/LSS≤20mg/L氨氮≤15mg/L磷酸盐(以P计)≤0.5mg/L
四、设计内容
1.方案确定
按照原始资料数据进行处理方案的确定,拟定处理工艺流程,选择各处理构筑物,说明选择理由,进行工艺流程中各处理单元的处理原理说明,论述其优缺点,编写设计方案说明书。
2.设计计算
进行各处理单元的去除效率估算;各构筑物的设计参数应根据同类型污水的实际运行参数或参考有关手册选用;各构筑物的尺寸计算;设备选型计算、效益分析及投资估算。
3.平面和高程布置
根据构筑物的尺寸,合理进行平面布置;高程布置应在完成各构筑物计算及平面布置草图后进行,各处理构筑物的水头损失可直接查相关资料,但各构筑物之间的连接管渠的水头损失则需计算确定。
4.编写设计说明书、计算书
五、设计成果
1.污水处理厂总平面布置图1张(含土建、设备、管道、设备清单等)
2.高程布置图1张
3.主要单体构筑物(沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池等)平面、剖面图1张
4.设计说明书、计算书一份
六、时间分配表(第18~19周)
序号
教学内容
时间
备注
1
下达设计任务书
1天(18周周一)
2
设计计算
5天(18周周一~18周周五)
3
绘制CAD设计图纸
5天(18周周六~19周周三)
4
编写设计说明书,装订成册
4天(19周周四~19周周日)
5
总计时间
14天
七、成绩考核办法
根据设计说明书、设计图纸的质量及平常考核情况由指导教师按优、良、中、及格、不及格评定成绩。
指导教师:
曾经、刘春华、赵文玉、彭青林
长沙理工大学化学与生物工程学院环境工程教研室
2009年5月
第二章设计说明书
一、设计题目
某城市污水处理厂氧化沟法工艺设计
二、设计原则、依据及执行规范
设计原则
1.采用技术先进可靠、占地省、出水水质稳定,效果好,技术经济合理的工艺;
2.选择造价低、节省电力、效率高的耐用设备;
3.因地制宜、合理布局、方便管理、统一规划。
主要设计依据及执行规范
《污水综合排放标准》(GB8978-2002)
《城市污水处理厂污泥排放标准》(CJ3025-93)
《室外排水设计规范》(2006年版)(GBJ50014-2006)
《室外给水设计规范》(2006年版)(GBJ50013-2006)
《城市污水处理工程项目建设标准》(2001年修订版)
三、设计内容和任务
1.工艺流程选择、方案确定;
2.各污水构筑物设计计算;
3.氧化沟系统设计;
4.污泥系统设计计算;
5.绘制系统高程布置图、平面布置图各一张,主要单体构筑物(沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池等)平面、剖面图1张;
6.编写设计说明书及计算书。
四、设计水质及处理后排放水质
1、设计处理水量:
日处理量:
80000
时处理量:
3333.3
因为总变化系数:
所以设计最大流量:
2、确定其原水水质参数如下:
COD:
800mg/L;BOD:
500mg/L;SS:
300mg/L;氨氮=30mg/L;磷酸盐(以P计)=8mg/L;PH:
6~9
3、设计出水水质
符合城市污水排放一级标准:
BOD5≤20mg/L;COD≤60mg/L;SS≤20mg/L;氨氮≤15mg/L;磷酸盐(以P计)≤0.5mg/L
4、污水处理程度的确定
根据设计任务书,该厂处理规模定为:
80000
进、出水水质:
项目
COD(mg/L)
BOD5(mg/L)
SS(mg/L)
NH-N(mg/L)
TP(mg/L)
进水
800
500
300
30
8
出水
60
20
20
15
0.5
处理程度计算:
溶解性BOD去除率:
活性污泥处理系统处理水中的BOD5值是由残存的溶解性BOD5(Se)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从水的总BOD5值中减去。
处理水中非溶解性值可用下列公式求得,此公式仅适用于氧化沟(本任务已定为氧化沟)。
·=0.7×Ce×1.42(1-×5)=0.7×20×1.42(1-×5)=13.6mg/L
所以:
处理水中溶解性BOD5为20-13.6=6.4mg/L
所以:
溶解性BOD5的去除率为:
η=×100%=98.72%
CODCr的去除率:
η=×100%=96%
SS的去除率:
η=×100%=93.33%
氨氮的去除率:
η=×100%=50%
总磷的去除率:
η=×100%=93.75%
而根据设计任务书要求,要采用氧化沟法来进行处理。
五、污水、污泥处理工艺确定、选择
该废水的BOD5/COD为0.625大于0.5,说明该废水可生物降解性较好,就规模而言,本项目属于中小型的城市废水处理。
根据本工程水质的浓度和处理程度要求(B/C比值较大有0.625),所选的污水处理工艺能有效去除有机物就行;但其进水指标较高(BOD有500mg/L,COD有800mg/L,见下表)
1、工艺的确定原则
为了同时达到污水处理厂高效稳定运行和基建投资省、运行费用低的目的,依据下列原则进行了污水处理工艺方案选择。
(1)技术成熟,处理效果稳定,保证出水水质达到排放标准;
(2)投资低,运行费用省,以尽可能少的投入取得尽可能高的效益;
(3)选定工艺的技术设备先进、可靠,国产化程度高,一致性好;
(4)技术经济估算可行。
2、工艺类型、方案
在这里,我先介绍一下当前国内中小型城市污水处理厂的主要工艺方案、类型:
SBR、氧化沟(重点介绍)、AB、/O法。
SBR法
SBR法是序列间歇式活性污泥法(SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess)的简称,是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术,又称序批式活性污泥法。
与传统污水处理工艺不同,SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式,非稳定生化反应替代稳态生化反应,静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。
它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作,SBR技术的核心是SBR反应池,该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池,无污泥回流系统。
SBR工艺的主要特征
与传统活性污泥工艺相比,SBR工艺主要具有以下主要特征:
①无需设置二沉池,其曝气池兼具二沉池的功能;
②无需设置污泥回流设备;
③在处理某些工业废水时,一般无需设置调节池,曝气池可以兼作调节池,耐冲击负荷;
④由于SBR的运行过程中,会使得其中的活性污泥交替处在好氧、缺氧状态,且反应器从时间上来看呈典型的推流式,因此其活性污泥的SVI值较低,易于沉淀,一般不会产生污泥膨胀现象;
⑤易于维护管理,如运行管理得当,处理出水水质将优于连续式,反应推动力大;
⑥通过对运行方式的适当调节,在单一的曝气池内可完成脱氮和除磷的效果;
⑦工艺系统组成简单,易于实现自动化控制
而就近期的技术条件和其特点,SBR系统更适合以下情况:
1)中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水,尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。
2)需要较高出水水质的地方,如风景游览区、湖泊和港湾等,不但要去除有机物,还要求出水中除磷脱氮,防止河湖富营养化。
3)水资源紧缺的地方。
SBR系统可在生物处理后进行物化处理,不需要增加设施,便于水的回收利用。
4)用地紧张的地方。
5)对已建连续流污水处理厂的改造等。
6)非常适合处理小水量,间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。
其流程如下:
污水→缺氧搅拌→好氧分解→厌氧发酵,反硝化,脱氮→释放磷→曝气,硝化反应,磷吸收→静置沉淀→处理水排放
氧化沟法
氧化沟(oxidationditch)也称氧化渠,又称连续循环曝气池(Continuousloopreactor),是封闭环流式反应池(closedloopreacter,CLR)的延时曝气法的一种特殊形式,是活性污泥法的一种变形;是20世纪50年代荷兰的帕斯韦尔首先设计的。
氧化沟工艺在城市生活污水及工业废水处理领域已经得到广泛应用,并成为当前占主导地位的活性污泥污水处理技术。
尤其在我国,污水处理厂的建设以中小型规模为主,各类氧化沟工艺得到普遍应用,其中奥贝尔氧化沟应用较广,DE及T型多沟交替式在中高浓度污水处理厂应用较多,而卡鲁塞尔氧化沟以外贷项目为主。
另外,据国内外统计资料显示,与其他污水生物处理方法相比,氧化沟具有处理流程简单,操作管理方便;出水水质好,工艺可靠性强;基建投资省,运行费用低等特点。
氧化沟的工艺流程:
污水→缺氧搅拌→好氧分解→厌氧发酵,反硝化,脱氮→释放磷→曝气,硝化反应,磷吸收→静置沉淀→处理水排放
氧化沟及氧化沟系统图
原废水
沉砂池
格栅
二沉池
氧化沟
出水
回流污泥
以氧化沟为主的废水处理一般流程
氧化沟的特征:
①池体狭长,(可达数十米甚至上百米);池深度较浅,一般在2米左右;
②曝气装置多采用表面机械曝气器,竖轴、横轴曝气器都可以;
③进、出水装置简单;
④氧化沟呈完全混合¾推流式;沟内的混合液呈推流式快速流动(0.4~0.5m/s),由于流速高,原废水很快就与沟内混合液相混合,因此氧化沟又是完全混合的;
⑤BOD负荷低,类似于活性污泥法的延时曝气法,处理出水水质良好;
⑥对水温、水质和水量的变动有较强的适应性;
⑦污泥产率低,剩余污泥产量少;
⑧污泥龄长,可达15~30d,为传统活性污泥法的3~6倍;
⑨世代时间很长的细菌如硝化细菌能在反应器内得以生存,从而使氧化沟具有脱氮的功能。
以下为几种常见氧化沟的类型结构示意图:
多沟交替式氧化沟
交替工作氧化沟由丹麦Kruger公司所开发的,有二沟和三沟式两种形式;其主要特点是其中的每一条沟均交替用做曝气池和沉淀池,而无需二沉池和污泥回流装置;但其中的曝气转刷的利用率较低,D型二沟只有40%,三沟式则提高到了58%;其中的三沟式氧化沟,特点如下:
①两侧的A、C二沟交替地作为曝气池和沉淀池,而B沟则一直充作曝气池;②原废水交替地从A沟和C沟进入,而出水则相应地从C沟及A沟流出;③曝气器的利用率较高(58%);④交替运行的方式,为脱氮创造了条件,有良好的BOD去除效果和脱氮效果,如果前面配加厌氧池的话,同时能够除磷。
卡鲁塞尔氧化沟
Carrousel式氧化沟又称平行多渠形氧化沟;是60年代末荷兰DHV公司开创的。
采用竖轴低速表面曝气器;水深可达4~4.5m,沟内流速达0.3~0.4m/s;混合液在沟内每5~20min循环一次;沟内混合液总量是入流废水量的30~50倍;BOD5去除率可达95%以上,脱氮率可达90%,除磷效率可达50%;应用广泛,最大规模为650000m3/d。
一体化氧化沟
一体化氧化沟是一种采用曝气与沉淀合建的形式,是美国于80年代初至今一直开发研究的一种新型污水处理系统,即将船形二沉池设置于氧化沟内。
一体化氧化沟设计的关键在于沉淀船的设计,其形式应该能够充分利用水力学原理及沟内的水流作用,保证船内压力大于船外压力,积泥斗的水流方向应自上而下,这样才能使进入沉淀船中的活性污泥沉淀后从船底集泥斗顺利流回沟内被带走。
当氧化沟内的活性污泥浓度大于1000mg/L时,COD浓度在236.67—4037.62mg/L的进水,不经污水处理系统的调节池,而直接进入氧化沟,进水的BOD负荷在0.12—0.30kg/MLSS.日,处理水质均达到了设计标准。
这说明一体化氧化沟在一定范围内有较强的抗负荷冲击能力;一体化氧化沟的沉淀池建在沟内,不用另建沉淀池,而且污泥回流及时,可大大缩小沉淀池容积,节省1/3左右的占地;污泥回流依靠自身重力及沟内水力条件,不须另建污泥回流系统,可大大节省投资。
奥贝尔氧化沟
Orbal氧化沟又称同心圆型氧化沟,其主要特点如下:
①圆形或椭圆形的沟渠,能更好地利用水流惯性,可节省能耗;
②多沟串联可减少水流短路现象;
③最外层第一沟的容积为总容积的60~70%,其中的DO接近于零,为反硝化和磷的释放创造了条件;
④第二、三沟的容积分别为总容积的20~30%和10%,而DO则分别为1和2mg/l;
⑤这种沟渠间的DO浓度差,有利于提高充氧效率。
奥贝尔氧化沟一般适用于20万立方米/日以下规模的城市污水处理厂,尢其推荐应用于中小规模的城市污水处理厂。
由于奥贝尔氧化沟属于多反应器系统,在一定程度上有利于难降解有机物的去除,且抗冲击负荷能力强,因此,当城市污水中工业废水比例较高时,奥贝尔氧化沟较其他类型氧化沟有更好的适应性。
总的来说,氧化沟工艺已经成为一种成熟的活性污泥污水处理工艺在全国范围内得到广泛应用,在目前的国内是相当“流行”的。
AB(吸附-生物降解)法工艺
AB法工艺即吸附——生物降解(Adsorption--Biodegradation)工艺,是由德国亚琛大学Bohnke教授于20世纪70年代中期开创的。
AB法的工艺流程
AB法的主要特点:
从工艺流程来看,AB法的主要特点为:
①在AB法中不设初沉池,由吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级处理系统;②B段则由普通的曝气池和二沉池组成;③因此在AB法中的A、B两段各自拥有独立的污泥回流系统,从微生物的角度来看,AB两段是完全分开的,各自拥有各自独特的微生物群体,有利于分别高效发挥各自的功能,且有利于整个系统的功能稳定。
AB法中A段的特征:
由于在AB法中未设初沉池,这样就可以使原废水中的微生物全部进入吸附池,使A段成为一个开放性的生物反应器;这在AB法开创之初,研究者认为,城市废水是通过长距离的废水收集管道系统经长时间后才汇集到污水处理厂的,在这样的一个过程中,一定会有适应很强的细菌在废水收集系统中成长起来,这些细菌具有很强的适应性;因此,A段的负荷可以很高,有利于增殖速度快、适应能力强的微生物生长;A段对废水中的BOD对去除率约为40~70%,并可使出水的可生化性有所提高,有利于废水在B段中的继续降解;由于负荷较高,所以在A段中的剩余污泥的产率较高,污泥具有很强的吸附能力;在A段中,微生物对废水中有机物的去除,主要是依靠污泥絮体的吸附作用,其中生物降解作用只占1/3左右。
AB法中B段的特征
AB法中的B段实际上就是一个普通的活性污泥系统,但其来水为经过A段处理后出水,因
此其水质和水量均较稳定,有利于活性污泥功能的充分发挥;一般来说,其所承担的负荷约为全流程总负荷的30~60%;根据工艺设计的不同,在B段中的污泥龄一般较长,因此有利于硝化反应。
AB法的主要设计参数:
当处理城市废水时,AB法的主要工艺参数如下:
A段:
①污泥负荷率:
2.0~6.0kgBOD/kgMLSS.d;②水力停留时间(HRT):
30~60min;③污泥龄(qc):
0.3~0.5d;④溶解氧(DO):
0.2~0.7mg/l。
B段:
①污泥负荷率:
0.15~0.3kgBOD/kgMLSS.d;②水力停留时间(HRT):
2.0~4.0h;③污泥龄(qc):
15~20d;④溶解氧(DO):
1.0~2.0mg/l
法
它是厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺的简称。
该工艺处理效率一般能达到:
BOD5和SS为90%~95%,总氮为70%以上,磷为90%左右,一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂。
但A2/O工艺的基建费和运行费均高于普通活性污泥法,运行管理要求高,所以对目前我国国情来说,当处理后的污水排入封闭性水体或缓流水体引起富营养化,从而影响给水水源时,才采用该工艺。
该工艺的主要特点:
(1)污染物去除效率高,运行稳定。
能较好的耐受冲击负荷;
(2)污泥沉降性能好;
(3)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、脱氮除磷的功能;
(4)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,因而脱氮除磷效率不可能很高;
(5)在同时脱氧除磷去除有机物的工艺中,该工艺流程最为简单,总的水力停留时间也少于同类其他工艺;
(6)在厌氧—缺氧—好氧交替运行下,丝状菌不会大量繁殖,SVI一般小于100,不会发生污泥膨胀;
(7)污泥中磷含量高,一般为2.5%以上。
普通A2O法处理工艺流程:
混合液回流
接触消毒池
沉砂池
污水提升泵房
二沉池
好氧池
缺氧池
厌氧池
细格栅
中格栅
污泥回流
剩余污泥
泥饼外运
脱水机房
贮泥池
浓缩池
普通A2O法处理工艺流程
3、氧化沟工艺流程选定
根据该地区污水水质特征(见下污水水指标表),经过对上面的方法的技术比较、参照以及任务书的要求(可参考西安市北石桥污水净化中心的DE型氧化沟工艺处理效果),决定二级处理采用厌氧池+DE型化氧化沟(同时达到脱氮除磷效果)。
该工艺流程简要说明、原理:
DE型氧化沟是一种半交替工作式氧化沟,兼具连续工作式和交替工作式的特点。
该氧化沟系统要设单独的二沉池;能实现曝气和沉淀的完全分离,它可以根据需要可处于不痛的工作状态,使其运行更为灵活;该工艺不同于D型氧化沟,有自己独立的二沉池和污泥回流
系统,在沟内交替进行硝化和反硝化;而在沟前加上厌氧池,就可以同时脱氮、除磷。
另外,由于污泥在氧化沟里趋于稳定,从而无需再设消化池,剩余污泥在浓缩后可直接机械脱水,提高了设备和构筑物的利用率。
工艺流程如下:
污水粗格栅提升泵房细格栅平流式沉砂池配水井 厌氧池
加氯
回流污泥
氧化沟二沉池接触池出水
(DE)污泥泵房浓缩池脱水机房泥饼外运
DE型性氧化沟运行方式:
可分阶段运行如下图所示,运行一周历时240分钟。
前15分钟为沟1进水,但不曝气,这是该沟处于反硝化状态,相邻的沟2处于曝气硝化状态,这是第一阶段;接下来的105分钟沟1不进水不出水,进行曝气,沟2进水出水,同时也曝气,二沟都处于硝化状态,这是第二阶段;第三阶段运行15分钟,与第一阶段为镜像关系;第四阶段为105分钟,与第二阶段为镜像关系。
这种基于时间控制的活性污泥法工艺,能够有效发挥生物降解有机物、脱氮、除磷的功
效。
DE型氧化沟生物脱氮除磷过程:
利用DE型氧化沟进行生物脱氮和除磷是通过氧化沟本身特殊的运行方式,创造一定条件使硝化和反硝化作用在氧化沟中交替发生而完成的。
氧化沟之前设置生物选择池(厌氧池),其作用一是抑制丝状菌的增长,防止污泥膨胀,改善污泥的沉淀性能;二是细菌在厌氧段,把磷从化合状态下释放出来,污水中BOD5浓度下降,而磷含量上升,随后在好氧段内细菌吸收在厌氧段释放出的磷和原污水中的磷,形成富含磷污泥,利用排除剩余污泥达到去除水中的磷。
该池中配有搅拌器,以防止污泥沉积。
污水经过厌氧-缺氧-好氧段达到脱氮、除磷的目的。
DE型氧化沟生物脱氮除磷就是按照此原理进行设计和运行的。
如图:
总程可分为四个阶段每循环一个全过程大约需4-8h:
阶段A:
原污水与整个运行终沉池回流污泥均流入选择池,池中搅拌器使之充分混合,防止污泥沉淀,混合液经配水井流入沟Ⅰ。
沟Ⅰ在前一段已进行了充分曝气和硝化作用,细菌已吸收大量的磷。
在阶段A,沟Ⅰ中转刷低速运行,维持缺氧条件;沟Ⅰ中磷的浓度上升,并在缺氧条件下,进行反硝化过程,而沟Ⅱ转刷高速运行,进行充氧和硝化过程,细菌吸收污水中的磷,沟Ⅱ中磷的浓度下降,沟Ⅱ出水调节堰降低,处理后的水由沟Ⅱ流入终沉池。
阶段B:
原污水与终沉池回流污泥混合、配水后还是进入沟Ⅰ,不过此时沟Ⅰ、沟Ⅱ转刷均高速运行充氧、曝气、进行硝化过程,进水中的磷和阶段A沟中释放的磷进入好氧条件的沟Ⅱ中,沟Ⅱ中混合液磷含量降低。
B段运行时间取决于该段末了时沟中剩余氧量。
水由沟Ⅱ流入终沉池。
阶段C:
阶段C与阶段A相类似,沟Ⅰ和沟Ⅱ的工艺条件互换,功能刚好相反。
此时反硝化作用在沟Ⅱ进行,而硝化作用则在沟Ⅰ进行。
阶段D:
阶段D与阶段B相类似,阶段B和D是短暂运行充氧,使吸收磷的微生物和硝化菌有更多的工作时间。
但沟Ⅰ和沟Ⅱ进出水情况相反。
而从上述运行过程来看,沟Ⅰ和沟Ⅱ交替出水,当沟中转刷低速运行时进行反硝化作用和磷的释放,高速运行时进行硝化作用和磷的吸收。
通过适当的调节处理过程的不同阶段,则可以得到低浓度的磷和低浓度硝酸盐、氨氮的出水。
技术经济粗略分析:
该组合工艺具有普通AO法工艺的优点外,还具有氧化沟的一些独特优点:
(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,用以进行硝化和反硝化作用,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气系统。
使氧化沟具有:
对水温、水质、水量的变动有较强的适应性;污泥龄(生物固体平均停留时间)一般在18~20天左右,为传统活性污泥系统的3~6倍
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