某城镇居民生活污水处理厂工艺设计毕业论文.docx
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某城镇居民生活污水处理厂工艺设计毕业论文
某城镇居民生活污水处理厂工艺设计毕业论文
1总论
1.1项目提出的背景及意义
1.1.1背景
某城区地处半岛东部,该城区约有五市区和60个自然村,全城人口约56.8万人,总体规划为100万人。
该区交通发达,投资环境十分优越,经济建设和城市建设日新月异,发展很快,区工业企业相对集中,目前各类企事业单位1000多个,其中有污水排放的工业企业600多个。
有大型宾馆、饭店、旅游接待和培训中心200多个,床位6000多个。
该区是一个新区,风景优美可以说山清水秀,但近年来由于工业的快速发展和城区人口的不断增加,未经处理的大量工业废水和生活废水直接排入城区河道和海洋,造成近海区域的海水和河道污染,不但给生产和生活带来不利的影响,而且影响了海水浴场及海滨旅游景观,同时也给水产养殖业带来严重的威胁。
为了控制水体污染,保护水资源和生态环境,保障人民的健康,保证国民经济的快速、持久的发展,规划在该城区分别拟建一座工业污水处理厂和生活污水处理厂,将生活污水和工业废水分别进行集中处理。
1.1.2意义
水资源是人类赖以生存和发展的宝贵资源,尤其随着经济的高速发展和生活水平的不断提高,人类对水的需求量越来越大。
而我国又是一个干旱缺水严重的国家,人均淡水资源仅为世界平均水平的1/4、在世界上名列110位,是全球人均水资源最贫乏的国家之一。
同时,大量未经处理的生活污水和工业废水直接排入自然水体,日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能,进一步加剧了水资源短缺的矛盾,而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和健康。
为了控制水体污染,保护水资源和生态环境,缓解水资源紧缺,保障人民的健康,保证国民经济的快速、持久的发展,建设城镇污水处理厂是极其有必要的,将生活污水和工业废水集中收集,送入城镇污水厂进行处理达到排放标准之后排入自然水体,以达到保护环境,保障人们健康生活的目的。
1.2城市环境条件
1.2.1地理条件
该城区地处低山丘陵,中部较平坦,属海相冲平原,北部海岸线曲折多变,海拔178米。
1.2.2气象水文条件
1.2.2.1气象条件
受海洋影响较大,一年四季分明,冬季无严寒,夏季无酷暑。
年平均气温12.5℃,极端最高气温为36.5℃,极端最低气温-13.8℃,月平均气温以8月分最高,一月份最低。
由于受季风影响,降雨多集中在6~9月份,年均降雨量359.6mm,平均蒸发量为1016.3mm,年平均相对湿度72.7%。
该地区全年主导风向为偏北风,出现频率占33%,其次偏西风,频率21%,静风频率占15%。
年平均风速4.2m/s,最大风速25m/s。
1.2.2.2水文条件
水文条件如表1-1所示。
表1-1海岸工程设计水位
Table1-1ThedesignlevelofCoastalengineering
设计高水位
设计低水位
平均海水面
3.00
1.05
2.00
1.2.3厂址概况
地质主要岩性为远古代黑云母花岗岩和混合花岗岩,及中生代燕山期斑状花岗闪长岩及花岗岩。
地震基本烈度为7度。
厂区占地面积6-8公顷,工程地质良好,适宜于工程建设,厂区地形平坦。
1.3排水现状和污染情况
1.3.1排水现状
该城镇排水主要为生活污水、工业废水、以及雨水,生活污水和工业废水通过管渠系统收集直接排入城区河道和海洋,雨水一部分渗透到地下,另一部分通过地面径流汇集到雨水管渠系统直接排入到自然水体。
目前生活污总量为10万m3/d,预计城区人口及工业规模达到预期规划时,污水总量将达到15万m3/d。
1.3.2污染情况
由于工业的快速发展和城区人口的不断增加,未经处理的大量生活污水和工业废水直接排入城区河道和海洋,造成近海区域的海水和河道污染,不但给生产和生活带来不利的影响,而且影响了海水浴场及海滨旅游景观,同时也给水产养殖业带来严重的威胁。
1.4工程规模、水质条件
1.4.1工程规模
目前生活污水总设计水量为10万m3/d,预计城区人口及工业规模达到预期规划时,污水总设计量将为15万m3/d,污水量总变化系数K=1.30。
目前污水处理厂设计流量可按:
Qmax=1.50m3/SQ平均=1.16m3/S。
远期规划污水处理厂设计流量可按:
Qmax=2.25m3/SQ平均=1.73m3/S。
1.4.2水量分析
目前生活污水总设计水量为10万m3/d,预计城区人口及工业规模达到预期规划时,污水总设计量将为15万m3/d。
污水量总变化系数K=1.30
目前污水处理厂设计流量可按:
Qmax=1.50m3/SQ平均=1.16m3/S
远期规划污水处理厂设计流量可按:
Qmax=2.25m3/SQ平均=1.73m3/S
1.4.3水质分析
该镇生活污水量、工业污水量比例相当,污水水质经水量加权平均,CODcr为600mg/L,相应BOD5约为350mg/L。
生活污水水质属一般浓度,虽然按规划原则上该镇以污染较小的工业为主,但实际中工业废水水质、水量难以确定。
综合考虑该镇的特点,参比相关市的污水水质,确定污水处理厂进水水质如表1-2所示。
表1-2进水水质单位:
mg/L
Table1-2Influentwaterqualityunits:
mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+_N
SS
TP
PH
含量
600~700
350~400
50
~250
25
6~9
1.4.4排放标准
污水排放执行《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级污水排放标准。
该标准的具体数据如下表1-3所示:
表1-3出水水质标准单位:
mg/L
Table1-3Effluentwaterqualityunits:
mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+_N
SS
TP
含量
60
20
15
20
1
1.5工艺流程
本次设计所选择的工艺是A+A2/O工艺,具体工艺流程如图1-1所示。
进水
砂
回流混合液90%
10%
回流污泥
剩余污泥
出
水
图1-1A+A2/O工艺流程图
Fig.1-1FlowchartofA+A2/Oprocess
2污水处理工艺方案选择论证
2.1水量水质分析
(1)本项目近期设计流量为130000m3/d,故处理水量较大。
(2)该城镇污水处理厂进水为生活污水,且进水BOD5/CODcr=400/700=0.57>0.3,说明污水可生化性较好,适于生化处理[2]。
(3)进水中氮、磷含量较高,为达到排放标准,故要求处理工艺具有较强的脱氮除磷功能。
通过以上分析可知,本项目处理水量较大,且污水可生化性较好,又考虑对污水脱氮
除磷功能的要求,故综合经济、技术以及出水要求考虑,其主体工程宜采用具备脱氮除磷功能的活性污泥法。
2.2污水处理工艺方案比较
目前比较流行的具备同时脱氮除磷功能的活性污泥工艺有A2/O及其改良工艺,A2/O改良工艺主要有倒置A2/O工艺、UCT工艺、A+A2/O工艺。
下面对这几种工艺进行分析比较,以选出最佳的污水处理工艺方案。
2.2.1A2/O工艺
2.2.1.1工艺介绍
A2/O工艺或称AAO工艺,是英文anaerobic-anoxic-oxic第一个字母的简称,在一个处理系统中同时具有厌氧区、缺氧区、好氧区,能够同时做到脱氮、除磷和有机物的降解,其工艺流程如1-2图所示。
混合液回流
进水出水
回流污泥剩余污泥
图2--1A2/O工艺流程图
Fig.2-1FlowchartofA2/Oprocess
2.2.1.2工艺性能特点
(1)优点:
能同时脱氮除磷;反硝化过程为硝化提供碱度;反硝化过程同时去除有机物;污泥沉降性能好。
(2)缺点:
回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区,对除磷效果有影响;脱氮受回流比影响;聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有机物。
2.2.2倒置A2/O工艺
2.2.2.1工艺介绍
倒置A2/O工艺是一种改良型的A2/O工艺,它是将传统A2/O工艺中的缺氧池前置到好氧池之前。
由于缺氧池前置,回流污泥首先进入缺氧池,反硝化菌利用进水中的易生物降解有机物对回流污泥中的硝酸盐进行反硝化,使得进入厌氧池的混合液硝酸盐含量很低,从而消除了回流污泥中硝酸盐对厌氧释磷的影响[5]。
其工艺流程如图1-3所示:
混合液回流
进水出水
回流污泥剩余污泥
图2-2倒置A2/O工艺流程图
Fig.2-2FlowchartofReverseA2/Oprocess
2.2.2.2工艺性能特点
(1)优点:
能同时脱氮除磷;厌氧区释磷无硝酸盐干扰;无混合液回流时,流程简洁,节能;反硝化过程同时去除有机物;好氧吸磷充分;污泥沉降性能好。
(2)缺点:
厌氧释磷得不到优质易降解有机物;无混合液回流时总氮去除效果不高。
2.2.3UCT工艺
2.2.3.1工艺介绍
UCT工艺是南非开普敦大学开发类似于A2/O工艺的一种脱氮除磷工艺。
UCT工艺与A2/O工艺不同之处在于沉淀池污泥回流到缺氧池而不是回流到厌氧池,这样可以防止由于硝酸盐氮进入厌氧池,破坏厌氧池的厌氧状态而影响系统的除磷率。
增加了从缺氧池到厌氧池的混合液回流,由缺氧池向厌氧池回流的混合液中含有较多的溶解性BOD,而硝酸盐很少,为厌氧段所进行的有机物水解反应提供了最优的条件[10]。
其工艺流程如图1-4所示:
缺氧回流
进水出水
好氧回流
回流污泥剩余污泥
图2-3UCT工艺流程图
Fig.2-3FlowchartofUCTprocess
2.2.3.2工艺性能特点
(1)优点:
减少了进入厌氧区的硝酸盐量提高了除磷效率;对有机物浓度偏低的污水,除磷效率有所改善;脱氮效果好。
(2)缺点:
操作较为复杂;需要增加附加回流系统。
2.2.4A+A2/O工艺
2.2.4.1工艺介绍
A+A2/O工艺最早是由中国市政工程华北设计研究院在污水处理厂的设计中提出的,在传统A2/O工艺的厌氧池之前增设了回流污泥预反硝化区,达到提高生物除磷效果的目的。
传统的A2/O工艺当回流污泥进入厌氧池时,由于携带硝态氮进入厌氧池,将优先夺取污水中易生物降解的有机物,使聚磷菌失去竞争优势,影响了生物除磷效果。
A+A2/O工艺的改进原理是将来自二沉池的回流污泥和部分进水首先进入预反硝化区(另一部分进水直接进入厌氧池),微生物利用进水中的有机物做碳源进行反硝化,去除回流污泥带入的硝酸盐,消除了硝态氮对厌氧除磷的不利影响,提高了系统的生物除磷能力。
其工艺流程如图1-5所示。
90%回流混合液
进水10%
回流污泥
出水
剩余污泥
图2-4A+A2/O工艺流程图
Fig.2-4FlowchartofA+A2/Oprocess
2.2.4.2工艺性能特点
(1)优点:
预缺氧池有较强的脱氮作用,能提高系统脱氮效率;去除回流污泥带入的硝酸盐,消除了硝态氮对厌氧除磷的不利影响,提高了系统的生物除磷能力;将进水进行分流,能同时满足缺氧反硝化和厌氧释磷对有机物的需求。
(2)缺点:
操作较为复杂。
2.3工艺流程的确定
2.3.1工艺方案初选
通过对A2/O工艺、倒置A2/O工艺、UCT工艺、A+A2/O工艺的分析比较,初步选用A+A2/O工艺。
2.3.1.1技术可行性分析
(1)本项目进出水水质要求如表2-1中所示。
表2-1进出水水质单位:
mg/L
Table2-1InfluentandEffluentwaterqualityunits:
mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+_N
SS
TP
进水/(mg/L)
600~700
350~400
50
~250
25
出水/(mg/L)
60
20
15
20
1
去除率%
91.43
95
70
92
96
(2)蓉[7]对某污水处理厂A+A2/O工艺脱氮除磷的运行及性能比较分析研究表明:
A+A2/O工艺对CODcr的去除率为92.23%,对BOD5的去除率为97.83%,对NH4+_N的去除率为96.54%,对SS的去除率为96.11%,对TP的去除率为94.62%。
由以上分析可知:
A+A2/O工艺对本项目污水中TP的去除率不能达到排放标准,故需对污水进行三级处理,即对经过二级生物处理后的污水进行化学除磷。
2.3.2工艺方案确定
通过以上分析论证,最终确定本项目的主体工程采用A+A2/O工艺,并且在后续操作中增加化学除磷工艺,以使得污水处理厂出水水质达到排放标准。
2.3.2.1污水处理工艺流程
本次设计所选择的工艺是A+A2/O工艺,具体工艺流程如图2-5所示。
进水
砂
回流混合液90%
10%
回流污泥
剩余污泥
出
水
图2-5A+A2/O工艺流程图
Fig.2-5FlowchartofA+A2/Oprocess
2.3.2.2污水处理工艺流程特点
本次设计中的污水处理工艺流程涉及到污水处理的三个级别,分别为物理处理阶段、生物处理阶段和物化强化处理阶段。
本次设计中,生物处理部分采用改良A2/O工艺,在A2/O生物池的前端增加预缺氧反硝化池,对回流污泥进行预先反硝化,从而消除硝酸盐对厌氧释磷的影响。
为达到出水水质要求,在生物反应池后增加三级处理,对污水进行化学强化除磷,使出水中的总磷浓度低于1mg/L。
对于污泥处理部分,首先对污泥进行重力浓缩减少污泥体积,然后对污泥进行机械脱水降低污泥含水率,最后外运。
3污水处理工艺设计计算
3.1一级处理部分
3.1.1粗格栅
3.1.1.1设计说明
格栅由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属筛网、框架及相关装置组成,倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口或污水处理厂的前端,用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物,如:
纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、木片、布条、塑料制品等,防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口,减少后续处理产生的浮渣,保证污水处理设施的正常运行[1]。
3.1.1.2粗格栅的计算
(1)栅条的间隙数n
式中n------格栅的间隙数,(个);
Qmax------最大设计流量,(m3/s);
α------格栅倾角,(°);
b------格栅间隙,(m);
h------栅前水深,(m);
v------过栅流速(m/s)。
粗格栅设两组,按两组同时工作设计,则每组格栅的最大设计流量
取栅前水深h=0.75m;过栅流速v=1.0m/;栅条间隙宽度b=0.04m;格栅倾角α=60°
则栅条的间隙数n=35个
(2)栅槽宽度B
式中B------栅槽宽度,(m);
S------栅条宽度,(m);
b------格栅间隙,(m)。
取栅条宽度S=0.01m;栅槽宽度一般比格栅宽0.2~0.3m,取0.2m。
则栅槽宽度B=1.94m
(3)进水渠道渐宽部分长度L1
式中L1------进水渠道渐宽部分长度,(m);
B1------进水渠宽,(m);
α1------渐宽部分展开角度,(°)。
取进水渠宽B1=1.8m;渐宽部分展开角度α1=20°。
则进水渠道渐宽部分长度L1=0.2m
(4)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2
则L2=0.1m
(5)通过格栅的水头损失h1
式中h1------设计水头损失,(m);
h0------计算水头损失,(m);
g-------重力加速度,m/s2;
k-------系数,格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数,一般取3;
ξ------阻力系数,(m)。
β------形状系数。
取k=3;形状系数β=2.42。
则通过格栅的水头损失h1=0.05m
(6)栅后槽总高度H
式中h2-------栅前渠道超高,(m);
取h2=0.3m。
则栅后槽总高度H=1.1m
(7)栅槽总长度L
式中L------栅槽总长度,(m);
H1------H1=h+h2,(m);
α-------格栅倾角,(°)。
则栅槽总长度L=2.41m
(8)每日栅渣量W
式中W------每日栅渣量,(m3/d);
W1------栅渣量,(m3/103m3污水);
KZ------污水总变化系数,KZ=1.3。
取W1=0.06m3/103m3污水。
则每日栅渣量W=8.97m3/d>0.2m3/d
采用机械清渣。
3.1.2污水提升泵房
3.1.2.1设计说明
污水提升泵房的作用是将上流来的污水提升至后续处理单元所要求的高度,使后续处理单元实现重力流。
污水提升泵房一般由集水池和机器间组成。
本次设计中,泵房采用半地下式矩形结构。
3.1.2.2设计计算
(1)水泵的选择
水泵提升的流量按最大时流量考虑,Qmax=2.25m3/s=8100m3/h
选择400QW2000-18.4-160型潜水排污泵[3],单泵性能参数为:
流量为2000m3/h,扬程为18.4m,转速为980r/min。
故所需污水泵的台数为n=8100/2000=4.05台,取n=6台(5用1备)。
(2)集水池计算
集水池的容积,不应小于最大一台水泵5min的出水量[8],故集水池的容积为
设集水池水深h=2m,则集水池面积
则设集水池尺寸为L×B×H=12m×7m×2m
3.1.3细格栅
(1)栅条的间隙数n
式中n------格栅的间隙数,(个);
Qmax-----最大设计流量,(m3/s);
α------格栅倾角,(°);
b------格栅间隙,(m);
h------栅前水深,(m);
v------过栅流速(m/s)。
细格栅设两组,按两组同时工作设计,则每组格栅的最大设计流量
取栅前水深h=0.8m;过栅流速v=1.0m/;栅条间隙宽度b=0.01m;格栅倾角
α=60°。
则栅条的间隙数n=130个
(2)栅槽宽度B
式中B------栅槽宽度,(m);
S------栅条宽度,(m);
b------格栅间隙,(m)。
取栅条宽度S=0.01m;栅槽宽度一般比格栅宽0.2~0.3m,取0.2m。
则栅槽宽度B=2.8m
(3)进水渠道渐宽部分长度L1
式中L1------进水渠道渐宽部分长度,(m);
B1------进水渠宽,(m);
α1------渐宽部分展开角度,(°)。
取进水渠宽B1=1.8m;渐宽部分展开角度α1=20°。
则进水渠道渐宽部分长度L1=1.37m
(4)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2
则L2=0.69m
(5)通过格栅的水头损失h1
式中h1------设计水头损失,(m);
h0------计算水头损失,(m);
g-------重力加速度,m/s2;
k-------系数,格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数,一般取3;
ξ------阻力系数,(m)。
β------形状系数。
取k=3;形状系数β=2.42。
则通过格栅的水头损失h1=0.32m
(6)栅后槽总高度H
式中h2-------栅前渠道超高,(m);
取h2=0.3m。
则栅后槽总高度H=1.42m
(7)栅槽总长度L
式中L------栅槽总长度,(m);
H1------H1=h+h2,(m);
α------格栅倾角,(°)。
则栅槽总长度L=4.2m
(8)每日栅渣量W
式中W------每日栅渣量,(m3/d);
W1------栅渣量,(m3/103m3污水);
KZ------污水总变化系数,KZ=1.3。
取W1=0.06m3/103m3污水。
则每日栅渣量W=8.97m3/d>0.2m3/d
采用机械清渣。
3.1.4旋流沉砂池
3.1.4.1设计说明
旋流沉砂池是利用机械力控制水流流态与流速、加速砂粒的沉淀并使有机物随水流带走的沉砂装置。
旋流沉砂池有多种类型,某些形式还属于专利产品。
沉砂池由流入口,流出口,沉沙区,砂斗、涡轮驱动装置及排砂系统等组成。
污水由流入口切线方向流入沉沙区,旋转的涡轮叶片使砂粒呈螺旋形流动,促进有机物和砂粒的分离,由于所受离心力的不同,相对密度较大的砂粒被甩向池壁,在重力作用下沉入砂斗,有机物随出水旋流带出池外。
通过调整转速,可达到最佳沉砂效果。
砂斗沉砂可采用空气提升、排砂泵排砂等方式排除,再经过砂水分离达到清洁排砂标准[1]。
3.1.4.2旋流沉砂池的选型计算
(1)设计流量QD
式中QD------设计流量,(m3/h);
Qmax------最大设计流量,(m3/d);
KZ------污水总变化系数,KZ=1.3;
n-------旋流沉砂池座数,(座)。
旋流沉砂池设两座,n=2;Qmax=150000m3/d。
则旋流沉砂池设计流量QD=4062m3/h
(2)旋流沉砂池规格选择
根据《城市污水厂处理设施设计计算》,选择设计水量为4750m3/h的旋流沉砂池。
(3)旋流沉砂池尺寸图,如图3-1所示。
图3-1旋流沉砂池尺寸图
Fig.3-1ThesizeofRotationalflowgritchamber
(4)旋流沉砂池尺寸表,如表3-1所示。
表3-1旋流沉砂池尺寸表
Table3-1ThesizeofRotationalflowgritchamber
旋流沉砂池尺寸
设计水量/(m3/h)
4750
沉沙区底坡降G/m
1.00
沉沙区直径A/m
5.48
进水渠水深H/m
0.95
贮砂区直径B/m
1.52
沉沙区水深J/m
1.45
进水渠宽度C/m
1.22
超高K/m
0.40
出水渠宽度D/m
2.44
沉沙区深度L/m
1.85
锥斗底径E/m
0.55
驱动机构W/W
1.5
贮砂区深度F/m
2.13
桨板转速/(N/min)
13
3.2二级处理部分
3.2.1A+A2/O生化池
3.2.1.1设计说明
本次设计生化池部分所采用的工艺为A+A2/O工艺(即预缺氧-厌氧-缺氧-好氧活性污泥法),此工艺为改良A2/O工艺,是在A2/O工艺的厌氧池之前增加了一个缺氧池,对回流污泥进行进行预先反硝化,从而达到提高生物脱氮除磷效果的目的。
传统的A2/O工艺当回流污泥进入厌氧池时,由于携带的硝态氮进入厌氧池,将优先夺取污水中易生物降解的有机物,使聚磷菌
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