城市生活垃圾填埋场渗滤液处理工艺设计 环境工程毕业论文.doc
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城市生活垃圾填埋场渗滤液处理工艺设计 环境工程毕业论文.doc
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城市生活垃圾填埋场渗滤液处理工艺设计
摘要:
本设计对200m3/d的垃圾填埋场渗滤液的处理工艺进行设计。
渗滤液废水水质复杂,属于典型的高浓度难降解有机污染废水,其水质特点表现为有机物含量高、CODCr、BOD5高、pH低等特点。
设计采用“吹脱→与ABR→SBR→活性炭吸附深度处理”工艺对垃圾填埋场渗滤液进行处理。
废水水质CODCr:
7500mg/L、SS:
800mg/L、BOD5:
3500mg/L、NH3-N:
900mg/L。
渗滤液经本工艺处理后,CODCr、BOD5、NH3-N及SS的去除率分别为99.5%、99.2%、98.5%及98.9%,满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)一级排放标准。
关键词:
渗滤液;吹脱;ABR;SBR;活性炭吸附
DesignofMunicipalSolidWasteLandfillLeachateTreatmentProcess
Abstract:
Designof200m3/dofmunicipalsolidwastelandfillleachatetreatmentprocesswasproposed.Leachatewithcomplexsubstanceswastypicalanddifficultlydegradedeffluentthatcontainsconcentrationoforganicpollutants.Ithasthefeaturesofhighorganiccontent,CODCr,BOD5,andlowpHvalues.Municipalsolidwastelandfillleachatewastreatedbytheprocessof“airstripping→ABR→SBR→activecarbonadsorption”withthewastewaterqualityof7500mg/LCOD,800mg/LSS,3500mg/LBOD5,900mg/LNH3-N.Aftertheleachatewastreatedbytheprocess,theremovalrateofCOD,BOD5,NH3-NandSSwasabout99.5%,99.2%,98.5%and98.9%,andthequalityofwatermettheFirstGradeStandardofStandardforPollutionControlontheLandfillSiteofMunicipalSolidWaste(GB16889-2008).
Keyword:
leachate,airstripping,ABR,SBR,activecarbonadsorption
目录
第一章、垃圾填埋场渗滤液概况 1
1.1城市生活垃圾的现状及趋势 1
1.2渗滤液的来源、水质及水量特点分析 1
第二章设计概述 4
2.1设计的题目 4
2.2设计原则 4
2.3设计依据 4
2.3.1、法律法规依据 4
2.3.2、技术标准及技术规范依据 4
2.3.3、设计范围 5
2.4设计工艺比选 5
2.5设计工艺流程图 6
第三章主要构筑物设计计算 7
3.1集水池的设计 7
3.1.1设计说明 7
3.1.2设计参数 7
3.1.3设计计算 7
3.2调节池的设计计算 7
3.2.1调节池的作用 7
3.2.2设计参数 7
3.2.3设计计算 7
3.3吹脱塔的设计计算 8
3.3.1设计说明 8
3.3.2设计参数 9
3.3.3设计计算 9
3.4ABR池的设计计算 10
3.4.1设计说明 10
3.4.2设计参数 11
3.5SBR池的设计计算 12
3.5.1设计说明 12
3.5.2设计参数 12
3.5.3设计计算 13
3.6混凝沉淀池的设计计算 18
3.6.1设计说明 18
3.6.2设计参数 19
3.6.3设计计算 19
3.7污泥浓缩池设计计算:
28
3.7.1设计说明:
28
3.7.2设计参数 29
3.7.3设计计算 29
3.8吸附塔的设计计算 32
3.8.1设计说明 32
3.8.2设计参数 33
3.8.3设计计算 33
3.9消毒池的设计计算 34
3.9.1设计说明 34
3.9.2设计参数 34
3.9.3设计计算 34
第四章管道及布置设计计算 36
4.1污水管道计算 36
4.1.1设计原理 36
4.1.2各构筑物水头损失计算 36
4.1.3污水管道水头损失的计算 38
第五章工程概算及处理成本 41
5.1工程投资估算 41
5.2劳动定员、运行管理 42
结论 44
致谢 45
参考文献 46
第一章垃圾填埋场渗滤液概况
1.1城市生活垃圾的现状及趋势
随着城市建设的发展、居民生活水平的有所提高,城市生活垃圾产生量与日俱增。
这些垃圾不仅污染环境、破坏了城市景观,同时传播着疾病,威胁人类的生命安全,以成为社会公害之一。
因此,城市生活垃圾问题是我国和世界各大城市面临的重大环境问题。
1、我国城市生活垃圾现状分析
我国的城市垃圾产量迅速增加的同时,垃圾构成及其理化问题也相应地发生了很大变化。
现在我国城市生活垃圾构成拥有以下变化趋势:
a有机物增加;b可燃物增多;c可回收利用物增多;d可利用价值增大。
2、城市生活垃圾管理与处置现状
我国城市垃圾清运处置主要由各市环卫部门主管。
垃圾清运处置过程的管理、监督、运行基本由一家完成。
许多城市环境卫生实行市、区、街道三级管理体制。
垃圾清运处置费用靠政府全额财政拨款,生产效率低而技术含量少,仍属于劳动密集型行业。
长期以来,我国城市垃圾处置主要以寻找合适地点加以消纳为目的。
目前,我国城市垃圾处置的最主要方式是填埋,约占全部处置总量的70%以上;其次是高温堆肥,约占20%以上;焚烧量甚微。
3、城市生活垃圾污染现状。
(1)垃圾露天堆放大量氨、硫化物等有害气体释放,严重污染了大气。
(2)严重污染水体。
垃圾不但含有病原微生物,在堆放腐败过程中还会产生大量的酸性和碱性有机污染物,并会将垃圾中的重金属溶解出来,形成有机物质,重金属和病原微生物三为一体的污染源,雨水淋入产生的渗滤液必然会造成地表水和地下水的严重污染。
生物性污染。
垃圾中有许多致病微生物,同时垃圾往往是蚊、蝇、蟑螂和老鼠的孳生地,这些必然危害着广大市民的身体健康。
(4)垃圾爆炸事故不断发生。
随着城市中有机物含量的提高和由露天分散堆放变为集中堆存,只采用简单覆盖易造成产生甲烷气体的厌氧环境,易燃易爆。
1.2渗滤液的来源、水质及水量特点分析
1、渗滤液的来源:
(1)直接降水。
降水包括降雨和降雪,它是渗滤液产生的主要来源。
(2)地表径流。
地表径流是指来自场地表面上坡方向的径流水,对渗滤液的产生量也有较大的影响。
取决于填埋场地周围的地势、覆土材料的种类及渗透性能、场地的植被情况及排水设施的完善程度等。
(3)地表灌溉。
与地面的种植情况和土壤类型有关。
(4)地下水。
如果填埋场地的底部在地下水位以下,地下水就可能渗入填埋场内,渗滤液的数量和性质与地下水同垃圾的接触情况、接触时间及流动方向有关。
(5)废物中水分。
随固体废物进入填埋场中的水分,包括固体废物本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附(当贮水池密封不好时)量。
(6)覆盖材料中的水分。
随覆盖层材料进入填埋场中的水量与覆盖层物质的类型、来源以及季节。
覆盖层物质的最大含水量可以用田间持水量来定义,即克服重力作用之后能在介质孔隙中保持的水量。
典型田间持水量:
对于砂而言为6%~12%,对于粘土质的土壤为23%~31%。
(7)有机物分解生成水。
垃圾中的有机组分在填埋场内经厌氧分解会产生水分,其产生量与垃圾的组成、pH值、温度和菌种等因素有关。
2、渗滤液水质特点:
垃圾渗滤液是指从垃圾填埋场中渗出的黑棕红色水溶液,当垃圾含水47%时,每吨垃圾可产生0.0722t渗滤液。
填埋场渗滤液的来源有直接降水、地表径流、地表灌溉、地下水、废物中的水分、覆盖材料中的水分、有机物分解生成的水,当填埋场处于初期阶段是,渗滤液的pH值较低,而COD、BOD5、TOC、SS、硬度、挥发性脂肪酸和金属的含量很高;当填埋场处于后期时,渗滤液的pH值升高,而COD、BOD5、硬度、挥发性脂肪酸和金属的含量明显下降。
但随着堆放年限的增加,垃圾渗滤液中氨氮浓度会逐渐升高。
(1)污染物种类繁多:
渗滤液的污染成分包括有机物、无机离子和营养物质。
其中主要是氨、氮和各种溶解态的阳离子、重金属、酚类、丹类、可溶性脂肪酸及其它有机污染物。
(2)污染物浓度高,变化范围大:
在垃圾渗滤液的产生过程中,由于垃圾中原有的、以及垃圾降解后产生的污染物经过溶解、洗淋等作用进入垃圾渗滤液中,以致垃圾渗滤液污染物浓度特别高,而且成分复杂。
垃圾渗滤液的这一特性是其它污水无法比拟的,造成了处理和处理工艺选择的难度大。
(3)水质变化大:
垃圾成分对渗滤液的水质影响大。
不同的地区,生活垃圾的组成可能相差很大。
相应的渗滤液水质也会有很大差异。
垃圾渗滤液水质因水量变化而变化,同时随着填埋年限的增加,垃圾渗滤液污染物的组成及浓度也发生相应的变化。
(4)营养元素比例失衡:
对于生化处理,污水中适宜的营养元素比例是BOD5:
N:
P=100:
5:
1,而一般的垃圾渗滤液中的BOD5/P大都大于300,与微生物所需的磷元素比例相差较大。
3、渗滤液水量特点:
(1)水量变化大:
垃圾填埋场产生的渗滤液量的大小受降雨量、蒸发量、地表径流量、地下水入渗量、垃圾自身特性及填埋结构等多种因素的影响。
其中,最主要的是降水量。
由于垃圾填埋场是一个敞开的作业系统,因此渗滤液的产量受气候、季节的影响非常大。
(2)水量难以预测:
渗滤液的产生量受到多种因素的影响,要准确预测渗滤液的产生量受到多种因素的影响,要准确预测渗滤液的产生量是非常困难的。
第二章设计概述
2.1设计的题目
该设计的渗滤液处理量为200t/d,设渗滤液的密度约为1000kg/m3,即渗滤液处理量为200m3/d,此为平均流量,设工作时间为24小时制。
该设计进水水质如表2.1所示。
表2-1渗滤液进水水质单位:
(mg/L)
项目
COD
BOD5
NH3-N
SS
含量
7500
3500
900
800
2.2设计原则
(1)针对废水水质特点采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺和设备,最大可能地发挥投资效益,采用高效稳定的水处理设施和构筑物,尽可能地降低工程造价;
(2)工艺设计与设备选型能够在生产过程中具有较大的灵活性和调节余地,能适应水质水量的变化,确保出水水质稳定,能达标排放;
(3)处理设施设备适用,考虑操作自动化,减少劳动强度,便于操作、维修
(4)建筑构筑物布置合理顺畅,减低噪声,消除异味,改善周围环境;
(5)严格执行国家环境保护有关规定,按规定的排放标准,使处理后的废水达到各项水质指标且优于排放标准。
2.3设计依据
2.3.1、法律法规依据
(1)《中华人民共和国环境保护法》
(2)《中华人民共和国水污染防治法》
(3)《中华人民共和国污染防治法实施细则》
(4)《防治水污染技术政策》
2.3.2、技术标准及技术规范依据
(1)《城市排水工程规划规范》(GB50318-2000)
(2)《室外排水设计规范》(GBJ14-1987)
(3)《建筑给水排水设计规范》(GBJ15-1987)
(4)《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)
(5)《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)
2.3.3、设计范围
本设计的设计范围为渗滤液流入污水处理厂界区至全处理流程出水达标排放为止,设计内容包括水处理工艺、处理构筑物的设计、污泥处理系统设计等。
2.3.4、执行排放标准
根据2008年7月1日正式实施的中华人民共和国《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)的水污染物排放浓度限值及去除率如下表2-3
表2-3渗滤液处理程度单位:
(mg/L)
项目
COD
BOD5
NH3-N
SS
进水水质
7500
3500
900
800
出水水质
42
29.4
14
8.9
去除率
99.5%
99.2%
98.5%
98.9%
2.4设计工艺比选
由于本设计的进水水质浓度高,要求污染物去除率较高(COD去除率:
99.5%,BOD5去除率:
99.2%,NH3-N去除率:
98.5%,SS去除率:
98.9%),厌氧生物处理工艺中,ABR处理渗滤液应用较广,极适用于处理高浓度废水且工艺较成熟,污泥流失损失较小,而且不需设混合搅拌装置,不存在污泥堵塞问题。
启动时间短,运行稳定,与SBR工艺的结合运用十分成熟,且处理效率较高,适合此次渗滤的厌氧处理。
好氧生物处理中SBR工艺是现在较为成熟的,且本次设计的设计水量也满足SBR的处理要求,同时SBR对有机物和氨氮都具有很高的去除率,而且SBR处理有以下有点:
(1)理想的推流过程使生化反应推动力增大,效率提高,池内厌氧、好氧处于交替状态,净化效果好。
(2)运行效果稳定,污水在理想的静止状态下沉淀,需要时间短、效率高,出水水质好。
(3)耐冲击负荷,池内有滞留的处理水,对污水有稀释、缓冲作用,有效抵抗水量和有机污物的冲击。
(4)工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整,运行灵活。
(5)处理设备少,构造简单,便于操作和维护管理。
(6)反应池内存在DO、BOD5浓度梯度,有效控制活性污泥膨胀。
(7)SBR法系统本身也适合于组合式构造方法,利于废水处理厂的扩建和改造。
(8)适用于脱氮除磷,适当控制运行方式,实现好氧、缺氧、厌氧状态交替,具有良好的脱氮除磷效果。
(9)工艺流程简单、造价低。
主体设备只有一个序批式间歇反应器,无二沉池、污泥回流系统,布置紧凑,占地面积省。
所以本次设计我们就采用ABR—SBR处理工艺。
2.5设计工艺流程图
采用吹脱法与ABR+SBR法相结合的深度处理工艺流程,具体的渗滤液处理工艺流程简图如图2.5所示。
渗滤液处理工艺流程:
集水池
调节池
吹脱塔
调节池
沉淀池
吸收塔
SBR池
混合池
絮凝池
污泥浓缩池
活性炭吸附塔
加药间
进水
消毒池
出水
ABR池
沼气回收系统
图2.5
第三章主要构筑物设计计算
3.1集水池的设计
3.1.1设计说明
集水池作用:
垃圾填埋场的渗滤液在进行处理之前需要收集到集水池中再进行处理。
垃圾填埋场的渗滤液的产量由于受到各种因素的影响,越分布极不均衡。
3.1.2设计参数
累计渗滤液Q=20000m3
处理能力W=100m3/d
停留时间t为5个月,即150天
安全系数n=1.2
3.1.3设计计算
有效水深采用10m,则集水池面积为F=600m2,其尺寸为20m×30m
3.2调节池的设计计算
3.2.1调节池的作用
本次设计设置两个调节池,一个用于吹脱塔前,用石灰调节pH值至11,增加游离氨的量,使吹脱效果增加,去除更多的氨氮。
另一个用于吹脱塔后,用酸将pH值降低至8左右,达到后续生物处理所适宜的范围。
两个调节池使用同一种尺寸。
同时对渗滤液水质、水量、酸碱度和温度进行调节,使其平衡。
一般所用的碱性药剂有Ca(OH)2、CaO或NaOH,虽然NaOH做药剂效果更好一点,但考虑到成本问题本设计用CaO作试剂。
3.2.2设计参数
平均流量:
=12.5m3/h
停留时间:
t=6h
3.2.3设计计算
(1)调节池容积:
V=·t
式中:
V——调节池容积,m3;
——最大时平均流量,;
t——停留时间,
计算得:
调节池容积V=12.5×6=75m3
(2)调节池尺寸:
调节池的有效水深一般为1.5m~2.5m,设该调节池的有效水深为2.5m,
调节池出水为水泵提升。
采用矩形池,调节池表面积为:
式中:
A——调节池表面积,m2;
V——调节池体积,m3;
H——调节池水深,m。
计算得:
调节池表面积m2
取池长L=6m,则池宽B=5m。
考虑调节池的超高为0.3m,则调节池的尺寸为:
6m×5m×2.8m=84m3,在池底设集水坑,水池底以i=0.01的坡度滑向集水
3.3吹脱塔的设计计算
3.3.1设计说明
吹脱塔是利用吹脱去除水中的氨氮,在塔体中,使气液相互接触,使水中溶解的游离氨分子穿过气液界面向气体转移,从而达到脱氮的目的。
NH3溶解在水中的反应方程式为:
NH3+H2ONH4++OH-
从反应式中可以看出,要想使得更多的氨被吹脱出来,必须使游离氨的量增加,则必须将进入吹脱塔的废水pH值调到碱性,使废水中OH-量增加,反应向左移动,废水中游离氨增多,使氨更容易被吹脱。
所以在废水进入吹脱塔之前,用石灰将pH值调至11,使废水中游离氨的量增加,通过向塔中吹入空气,使游离氨从废水中吹脱出来。
吹脱塔内装填料,水从塔顶送入,往下喷淋,空气由塔底送入,为了防止产生水垢,所以本次设计中采用逆流氨吹脱塔,采用规格为25×25×2.5mm的陶瓷拉西环填料乱堆方式进行填充。
吹脱塔示意图如图3.3.1所示。
图3.3.1吹脱塔示意图
表3-3吹脱塔进出水水质单位:
(mg/L)
项目
COD
BOD5
NH3-N
SS
进水水质
7500
3500
900
800
去除率
30%
40%
80%
30%
出水水质
5250
2100
180
560
3.3.2设计参数
设计流量=200m3/d=12.5m3/h=3.472×10-3m3/s
设计淋水密度q=100m3/(m2·d)
气液比为2500m3/m3废水
3.3.3设计计算
(1)吹脱塔截面积
A=
式中:
A——吹脱塔截面积,m2;
——设计流量,m3/d;
q——设计淋水密度,m3/(m2·d)。
计算得:
吹脱塔截面积A==2m2
吹脱塔直径D==1.95m取2m
(2)空气量
设定气液比为2500m3/m3水,则所需气量为:
200×2500=7.5×105m3/d=8.68m3/s
(3)空气流速v=8.68/3=2.89m/s
(4)填料高度
采用填料高度为5.0m,考虑塔高对去除率影响的安全系数为1.4,则填料总高度为5×1.4=7.0m.
3.4ABR池的设计计算
3.4.1设计说明
ABR池采用常温硝化。
废水在反应器内沿折流板作下向流动。
下向流室水平截面仅为上向流室水平截面的四分之一,所以,下向流室水流速大,不会堵塞。
而上向流室过水截面积大,流速慢,不仅能使废水与厌氧污泥充分混合,接触反应,又可截留住厌氧活性污泥,避免其流失,保持反应器内厌氧活性污泥高浓度。
在下向流室隔墙下端设置了一个45°转角,起到对上向流室均匀布水的作用,共设计了5块挡板。
ABR池示意图如图3.4.1所示。
图3.4.1ABR池示意图
表3-4ABR进出水水质单位:
(mg/L)
项目
COD
BOD5
NH3-N
SS
进水水质
5250
2100
180
560
去除率
80%
75%
5%
60%
出水水质
1050
525
175
224
3.4.2设计参数
有效水深设为Hh=2.5m,超高H2=0.3m
停留时间HRT=64.32/12.5=6h。
e——产气率,取e=0.25m3气/kgCOD;
E——COD去除率,去E=80%。
3.4.3设计计算
1.上向流室截面积A1
式中:
A1——上向流室截面积,m2;
Qmax——设计流量,m3/d;
V1——上向流室水流上升速度,一般为1~3m/h,取V1=2.6m/h。
计算得:
上向流式截面积m2
取上向流室宽度B1=1.5m,则其长度L1=3.2m。
反应上向流室和下向流室的水平宽度比为4:
1,即下向流室宽度B2=0.4m,长度与上向流室相同为L2=3.2m。
2.下向流室流速V2
式中:
V2——下向流室流速,m/h;
Qmax——设计流量,m3/d;
B2——下向流室宽度,m;
L2——下向流室长度,m。
计算得:
下向流室流速V2=m/h
有效水深设为Hh=2.5m,超高H2=0.3m,
顶部厚度0.2m,则总水深H=3.0m,ABR池尺寸为:
6.7m×3.2m×3.0m=64.32m3,停留时间HRT=64.32/12.5=6h。
COD容积负荷为9.08kgCOD/(m3/d),符合要求。
在三个上向流室的顶部中央各设一个沼气出口,尺寸为100mm,并设计有200mm长的直管段。
为防止气体外泄,把出水槽方向设计为向下。
3.产气量G
式中:
G——产生的沼气量,m3/h;
e——产气率,取e=0.25m3气/kgCOD;
Qmax——设计流量,m3/d;
S0——进水平均COD,mg/L;
E——COD去除率,去E=80%。
计算得:
产气量G=0.25×12.5×5250×10-3×0.80=13.125m3/h
每天产生的沼气量为315m3/d。
3.5SBR池的设计计算
3.5.1设计说明
SBR工艺的核心是SBR反应池,SBR法的工艺设备是由曝气装置、上清液排出装置(滗水器),以及其他附属设备组成的反应器。
SBR法按进水方式分为间歇进水方式和连续进水方式;按有机物负荷分为高负荷运行方式、低负荷运行方式及其他运行方式。
本设计采用间歇进水,高负荷运行方式,由流入、反应、
沉淀、排放、闲置五个工序组成。
表3-5SBR进出水水质单位:
(mg/L)
项目
COD
BOD5
NH3-N
SS
进水水质
1050
525
175
224
去除率
84%
80%
84%
75%
出水
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