城镇污水处理工艺设计上

本科毕业设计第1页共21页1绪论1.1课题研究背景城镇污水是指排入城镇污水系统的污水的统称。在合流制排水系统中，还包括生产废水和截留的雨水。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。城镇污水是中国水环境的主要污染源。根据国家环境保护局2001年《中国环境现状公报》，城市污水的污染负荷已占中国环境污染负荷的60%以上，因此，城市生活污水处理是中国目前和未来若干年水环境领域的主要任务之一。解决城市污水对水环境污染的重要途径之一就是修建城市污水处理厂。随着我国社会和经济的高速发展，环境问题日益突出，尤其是城市水环境的恶化，加剧了水资源的短缺，影响着人民群众的身心健康，已经成为城市可持续发展的严重制约因素。根据统计，小城镇污水年排放量为270亿吨，日排放量达到7400万吨，基本上没有经过处理。到2010年，小城镇污水年排放量将增加到420亿吨，日排放量达到1.15亿吨。根据《国民经济和社会发展“十五”计划和2010年远景目标纲要》的要求，到2005年，小城镇污水处理率要达到40％，2010年小城镇污水处理率要达到60％，任务是十分艰巨的，工程投资和运行费用十分庞大[1]。近年来，国家和地方政府非常重视污水处理事业，正以前所未有的速度推进城市污水处理工程的建设，有数百座污水处理厂正在工程设计和建设中，到2010年，我国要新建城市污水处理厂1000余座，污水厂的投资将达1800亿元[2]。在这一进程中，城市污水处理工艺的选择，将是工程界面临的首要问题。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、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[3]。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。本科毕业设计第2页共21页1.2城镇生活污水生物可降解性分析城镇生活污水中的有机成分主要以人类粪便、生活废水等含有机物以及氮、磷为主的有机废水。城镇生活污水的主要水质指标见表1.1，此类废水中，BOD5与COD的比值高达0.5以上，可见，城镇生活污水具有较高的生物可降解性。表1.1北方城市污水的典型特征项目典型值项目典型值pH值6.5~8NH3-N/(mg/L)20~30BOD/(mg/L)180~200TP/(mg/L)4~5COD/(mg/L)300~350P-PO43-(无机磷)/(mg/L)3~4SS/(mg/L)200~250P-org(有机磷)/(mg/L)1~2TN/(mg/L)25~401.3设计目的伴随着我国城乡经济的快速发展，不可避免的带来了各种各样的环境问题，环境污染，生态破坏。在“三废”污染问题中，水污染问题成为重中之重。水是生命之源，而我国又是一个严重缺水的国家，水资源分布不平衡，南多北少，东多西少，人均水资源占有量不到世界的平均水平。面对我国水资源紧缺的现状，面对我国各大河流、湖泊均不同程度的受到了污染的现状，我国推行了一系列旨在节约用水，保护现有水资源的政策。大规模建设污水处理厂，从源头治理，无疑是保护河流、湖泊不被污染的最好的办法[4]。同时，经过污水处理厂处理的污水，其中BOD5、COD等主要污染物指标都得到了大幅下降，排水符合国家规定，不会对生态环境造成污染，经过进一步处理的污水，还可作为中水，可用于灌溉、浇花等市政用水，也可用于洗车、冲厕所，可有效的缓解我国水资源紧缺的现状，也保护了环境。本科毕业设计第3页共21页2设计题目本设计为城镇污水处理厂工艺设计。2.1设计规模设计规模Q指的是污水处理厂接纳的日平均污水流量(单位为3md)；最大流量指的是污水处理厂最大小时流量(单位为3md)。污水处理厂的设计规模一般根据当地城市规划部门确定的近期设计人口(适当考虑或不考虑远期)、人均日排水量、工业规模(转化为当量人口)确定。在以当前城市(或排水区域)状态为设计依据时还可以通过现场实测确定[5]。2.1.1设计水量37000DQmd2.1.2设计水质表2.1设计水质项目进水水质(mg/L)COD750BOD5400SS1202.1.3处理要求执行国家GB8978—1996《污水综合排放标准》二级排放标准：COD=120mg/L；BOD5=30mg/L；SS=30mg/L；氨氮(以N计)：25mg/L；总磷(以P计)：3mg/L。2.1.4进出水水质要求本科毕业设计第4页共21页表2.2水质处理效率计算序号基本污染物二级标准进水水质去除率1COD12075084.0%2BOD53040092.5%3SS3012075.0%4NH3-N255050％2.2设计内容及要求(1)设计内容：工艺流程确定；构筑物工艺设计计算；水力计算；附属构筑物设计。(2)设计要求：方案选择合理；参数选取和计算部分尽量准确、详细；图纸清晰、明了，处理系统布置紧凑，合理；处理系统运行应有较大的灵活性和调节余地，以适应水质、水量变化。2.3设计原则(1)本设计方案严格执行《纺织染整工业水污染物排放标准》的有关规定和要求，废水处理后必须确保各项出水水质指标均达到该标准的要求。(2)针对本工程的具体情况和特点，采用成熟可靠的处理工艺和设备，尽量采用新技术、新材料、实用性和先进性兼顾，以实用可靠为主。(3)处理系统运行应有较大的灵活性和调节余地，以适应水质、水量变化。(4)管理、运行、维修方便，尽量考虑操作自动化，减少劳动强度。(5)在不影响处理效果前提下，充分利用原有的构筑物和设施，节省工程费用，减少占地面积和运行费。(6)降低噪声，改善废水处理站及周围环境。(7)本处理工艺流程要求耐冲击负荷，有可靠的运行稳定性。本科毕业设计第5页共21页3工艺流程的确定城镇生活污水具有很高的可生化性，普遍采用生物处理方法，根据废水水量、水质情况以及相关的排放标准，可以确定污水处理厂的工艺流程[6]。对于城镇生活污水，废水中含有大量的可降解有机物以及氮磷等物质，在废水的工艺选择上可采用物理与生物两种方法结合来进行处理，生物处理过程中主要以氧化沟完成。3.1氧化沟的选择3.1.1氧化沟的类型目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯韦尔(Pasveer)氧化沟、卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟、奥贝尔(Orbal)氧化沟、T型氧化沟(三沟式氧化沟)、DE型氧化沟和一体化氧化沟。这些氧化沟由于在结构和运行上存在差异，因此各具特点。在污水脱氮除磷的工艺设计中必须具备厌氧、缺氧、好氧3个基本条件，但是在实施过程中由于所需的处理构筑物多、污泥回流量大，从而造成投资大、能耗多、运行管理复杂。而卡鲁塞尔氧化沟将厌氧、缺氧、好氧过程集中在一个池内完成，各部分用隔墙分开自成体系，但彼此又有联系。该工艺充分利用污水在氧化沟内循环流动的特性，把好氧区和缺氧区有机结合起来，实现无动力回流，节省了去除硝酸盐氮所需混合液回流的能量消耗[7]。Orbal氧化沟由于具有良好的出磷脱氮能力、抗冲击负荷能力和运行管理方便等优点，已经得到了广泛的应用。所以这里我们也将选择奥贝尔氧化沟作为生物处理工艺。3.1.2各种氧化沟的比较Orbal氧化沟，即“0、1、2”工艺，由内到外分别形成厌氧、缺氧、和好氧三个区域，采用转碟曝气。Orbal氧化沟还具有脱氮除磷效果，对于城镇生活污水中含有较高的氮、磷等物质，因此，采取Orbal氧化沟技术进行废水处理可以达到预期的效果。Orbal氧化沟还具有流程简单，运行费用低等特点[8]。三沟式氧化沟属于交替运行式氧化沟，由丹麦Kruger公司创建。由三条同容积的沟槽串联组成，两侧的池子交替作为曝气池和沉淀池，中间的池子一直作为曝气池。原污水交替地进入两侧的池子，处理出水则相应地从作为沉淀池的池中流出，这样提高了曝气转刷的利用率(达59%左右)，另外也有利于生物脱氮。Carrousel氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置，向混合液传递水平速度，本科毕业设计第6页共21页从而使被搅动的混合液在氧化沟渠道内循环流动。因此氧化沟具有特殊的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明显溶解氧浓度梯度。氧化沟断面为矩形或梯形，平面形状多为椭圆形，沟内水深一般为2.5～4.5m，宽深比为2:1，亦有水深达7m的，沟中水流平均速度为0.3m/s[9]。3.1.3Orbal氧化沟的选择Orbal氧化沟是多沟串联系统。在不同沟槽中的溶解氧浓度差别很大，以三沟式为例，第一沟中溶解氧几乎为零；第二沟中溶解氧达0.5～1.5mg/L；第三沟中溶解氧则可达1.5～3.0mg/L。在第一沟中同时进行着生物的碳化、硝化和反硝化作用。一般约为50%～90%的总耗氧是提供给第一沟的，但是由于其中的耗氧速率十分高，其溶解氧浓度几乎为零。该沟不但用于脱除CODCr，对进一步脱氮也较好。Orbal氧化沟内水深根据曝气设备及实际运行要求而定，采用曝气转刷时，水深宜取2.5m以内；采用曝气转盘时，水深宜取4.5m以内；采用表面曝气时，水深宜取5m以内[10]。Orbal氧化沟简图见图3.1。图3.1Orbal氧化沟简图3.2工艺流程的确定城镇生活污水处理厂工艺流程图如图3.2。本科毕业设计第7页共21页图3.2污水处理工艺流程示意图城镇生活污水先经粗格栅去除粗大杂物后进入提升泵房，用潜污泵将废水提升高度，进入细格栅，使一些更细小的杂物得以除去，随后污水进入曝气沉砂池，在曝气沉砂池中，可将废水中携带的沙砾与少量附着在沙砾表面的有机物去除，进一步达到净化水质的作用。经过曝气沉砂池的废水中含有大量的沙砾，使其通过初沉池得以去除。初沉池流出的水随着水力作用进入Orbal氧化沟开始进行污水的二级处理，污水在氧化沟中停留较长的时间，使污水达到排放标准。从氧化沟中流出的污水含有大量的微生物污泥，接着进入二沉池进行沉淀，经过沉淀后的出水已达到国家二级污水出水水质要求，可以排放。从二沉池排放的污泥中，有大部分的污泥回流进入氧化沟中继续参与废水的进化过程，剩余的污泥则进入污泥房进行干化处理，外运出厂[11]。粗格栅提升泵房细格栅初沉池Orbal氧化沟二沉池污泥处理进水污泥回流出水曝气沉砂池污泥外运本科毕业设计第8页共21页4构筑物设计及计算4.1粗格栅泵前设置粗格栅的作用是保护水泵，而明渠格栅的作用则是保证后续处理系统的正常工作。目前普遍做法是将泵前格栅均做成明渠。采用机械清渣时，由于机械连续工作，格栅余渣较少，阻力损失几乎不变，因此，格栅前后通常不舍渐变段[12]。设计说明：栅条的断面主要根据过栅流速确定，过栅流速一般为0.6～1.0m/s，槽内流速0.5m/s左右。如果流速过大，不仅过栅水头损失增加，还可能将已截留在栅上的栅渣冲过格栅，如果流速过小，栅槽内将发生沉淀。此外，在选择格栅断面尺寸时，应注意设计过流能力只为格栅生产厂商提供的最大过流能力的80%，以留有余地。计算草图4.1图4.1格栅计算示意图4.1.1主要设计参数设计流量(最大流量)：日平均污水量Q为7000m3/d；总变化系数zk为1.7，则设计流量(最大流量)33max1.70.0810.138zQkQmsms栅条宽度S：10mm；栅条间隙宽度b：20mm；过栅流速：0.6m/s；2hh0601H1hhHB1B1B本科毕业设计第9页共21页栅前渠道流速：0.4m/s；栅前渠道水深：0.4m；格栅倾角：60º；栅渣量：格栅间隙为20mm，栅渣量W1按1000m3污水产渣0.7m3(机械清渣)。4.1.2工艺尺寸(1)格栅尺寸栅条间隙数n：maxsinQnehv(式4.1)带入数据得：0.138sin6026.80.020.40.6n，取n为27。式中:maxQ为最大设计流量，m