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环境工程类论文 落步嘴污水处理厂改扩建工程设计

2018-12-13 15:01:18来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘 要

  现在水体污染越来越严重,加强水污染防治是污染治理的重中之重,为了改善水体情况,所以建设污水处理厂,通过一级物理法和二级生物法对污水进行处理后达标排放,以减轻受纳水体的自净负担,达到净化水体、保护环境的目的。

  本设计将原有的污水处理厂进行改扩建,扩建采用改良A2/C卡鲁塞尔氧化沟工艺设计,将理论结合到实际。污水处理流程为:从粗格栅到泵房到细格栅,进入涡流沉砂池,再进入A2/C卡鲁塞尔氧化沟,最后进入二次沉淀池,经紫外线消毒槽消毒后尾水外排;污泥处理流程为:部分污泥从二沉池流回氧化沟内,其余污泥从二沉池排入污泥泵房,然后进入脱水机房,经脱水处理后泥饼外运。其运行成本:若计折旧费,1.11元/t污水;若不计折旧费,0.67元/t污水。

  关键词:改良A2/C卡鲁塞尔氧化沟 污泥处理 城镇污水处理厂

  1 绪 论

  1.1设计任务及依据

  1.1.1设计任务

  1.污水处理工艺设计,含部分单体构筑物的工程计算。

  2.污水处理厂平面图、高程图及其工艺流程图。

  2.1.2 设计依据

  本污水处理厂设计主要依照以下批文:

  设计参考书目:

  1、《排水工程》上、下册 中国建筑工业出版社

  2、《污水处理厂工艺设计手册》 化学工业出版社

  3、《给排水经济指标》 化学工业出版社

  4、《间歇性活性污泥法――污水处理技术及工程实例》 化学工业出版社

  5、《城市污水厂――处理设施设计计算》 化学工业出版社

  6、《污水处理新工艺与设计计算实例》 科学出版社

  7、给水排水工程图纸 网易给排水网

  8、《污水处理构筑物设计与计算-(修订版)》 哈尔滨工业大学

  9、《水处理工程典型设计实例》(第二版) 化学工业出版社

  10、《城市污水处理技术及工程实例》(第二版)化学工业出版社

  11、《污水处理厂设计与运行》 化学工业出版社

  2.2 设计原则

  (1)执行国家关于环境保护的政策,符合国家地方的有关法规、规范和标准;

  (2)采用先进可靠的处理工艺,确保经过处理后的污水能达到排放标准;

  (3)采用成熟 、高效、优质的设备,并设计较好的自控水平,以方便运行管理;

  (4)全面规划、合理布局、整体协调,使污水处理工程与周围环境协调一致;

  (5)妥善处理污水净化过程中产生的污泥固体物,以免造成二次污染;

  (6)综合考虑环境、经济和社会效益,在保证出水达标的前提下,尽量减少工程投资和运行费用。

  2.3城镇概况及自然条件

  2.3.1武汉市概况

  2.3.2自然条件

  2.3.2.1气候特点

  2.3.2.3自然条件

  2.4进出水水质

  2.4.1进水水质

  本设计进水水质为:

  表2-2 落步嘴污水处理厂设计进水水质

  项目CODCrBOD5SSNH3-NTNTPPH设计平均进水水质(mg/L)300150250354546~9

  2.4.2出水水质

  按《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)要求,污水处理厂处理后水质应达到一级A类标准,即:

  表2-3 落步嘴污水处理厂设计出水水质

  项目CODCrBOD5SSNH3-NTNTPPH设计进水水质(mg/L)≦50≦10≦10≦5≦15≦0.56~9

  落步嘴水处理厂污水处理标准如表2-4。

  表2-4 设计进出水水质及处理程度

  项目进水出水去除率(%)BOD5(mg/L)1501093.3CODCr(mg/L)3005083.3SS(mg/L)2501096TN(mg/L)451544.4NH3-N(mg/L)35585.7TP(mg/L)40.587.5

  3 污水处理厂工艺选择

  污水处理厂工艺的选择直接关系到处理后出水的水质指标能否稳定可靠的达到处理要求、运行管理是否方便、建设费用和运行费用是否节省,以及占地和能耗指标是否优化,因此污水处理工艺方案的选择是污水处理厂成功与否的关键。

  根据本污水处理厂工程的处理目标及已确定的污水进、出水水质指标,污水处理工艺主要以去除有机物、除磷和脱氮为主。

  为此,本章根据污水量、污水水质和环境容量,在充分考虑用地现状、经济条件和管理水平的前提下,对这几部分内容进行分析论证,

  3.1污水处理工艺方案

  3.1.1原污水的生化处理可行性

  落步嘴污水处理厂进水水质参数见表3-1.

  表3-1 平沙镇污水处理厂进水水质参数表

  污染物名称CODCrBOD5SSNH3-NTNTP平均值30015025035454

  本工程进水中营养物比值见表3-2。

  表3-2 落步嘴水处理厂进水营养物比值

  项目比值BOD5/ CODCr0.5BOD5/TN3.3BOD5/TP37.5

  (1)BOD5/CODCr比值

  本工程BOD5=150mg/L, CODCr=300mg/L,BOD5/CODCr=0.5,其可生化性属于接近较好类型的城市污水,因此本工程适宜于采用生物处理工艺进行处理。

  (2)BOD5/TN(即C/N)比值

  本工程C/N=3.3,基本可满足生物脱氮要求。

  (3)BOD5/TP比值

  本工程BOT/TP=37.5,可以采用生物除磷工艺。

  综上所述,落步嘴污水处理厂进水水质不仅适宜采用二级生化处理工艺,而且还适宜采用生物脱氮除磷工艺。

  3.1.2工艺分析

  3.1.3脱氮除磷工艺

  1)按空间进行分割的连续工艺

  按空间分割的连续流工艺是指各种功能在不同的空间(不同的池子或分割)内完成。成熟的工艺有:A/O(厌氧/好氧)法、A/A/O法、UCT(包括MUCT)法、AB法和氧化沟等。

  a.A/O(厌氧/好氧)法

  A/O(Anaerobic/Oxic)工艺(有硝化)即厌氧/好氧工艺是厌氧区和好氧区组成的最简单的强化生物除磷工艺。

  一般认为A/O工艺有硝化时存在以下缺点:

  ◆为了避免回流活性污泥中所含硝酸盐氮破坏厌氧系统影响除磷效果,污泥回流量需要控制,因此其脱氮效率有限。也就是说该工艺的主要功能在于除磷。

  ◆因为要进行硝化反应,系统的泥龄比无硝化A/O工艺的要长,从而使除磷效率有所降低。

  b、A2/O法[5]

  在系统上,该工艺是最简单的除磷脱氮工艺,在厌氧、缺氧、好氧交替运行的条件下,可抑制丝状菌的繁殖,克服污泥膨胀,使得SVI值一般小于100,有利于污泥分离,在厌氧和缺氧段内只设搅拌机。由于厌氧、缺氧、好氧三个分区严格分开,有利于不同微生物菌群的繁殖增长,脱氮除磷效果好。

  但是A2/O工艺存在一些缺陷:

  ◆回流活性污泥(外回流)直接回流进入厌氧池,其中夹带的大量硝酸盐氮回流至厌氧池,破坏了厌氧池的厌氧状态,从而影响系统除磷效果。

  ◆内回流增加了系统的能耗及运行成本

  f、氧化沟工艺[10]

  氧化沟是由活性污泥法演变发展成的一种新型污水处理工艺,它在水力流态上不同于传统活性污泥法,是一种首尾相接的循环流,污泥与污水的混合液保持V≥0.3m/s的水平推使污水的污泥的传质作用不断进行,效率很高,通过采取延时曝气,也使污水净化的同时,污泥得到稳定。目前国内外较为流行的氧化沟有:卡鲁塞尔氧化沟、奥伯尔氧化沟、双沟式氧化沟、三沟式氧化沟及A2/O氧化沟。以下将介绍卡鲁塞尔氧化沟、奥伯尔氧化沟及A2/O氧化沟。

  氧化沟是活性污泥法的一种改进型,具有除磷脱氮功能,废水和活性污泥的混合液在氧化沟中不断循环流动,因此氧化沟又名“连续循环曝气法”。过去由于其曝气装置动力小,使池深及充氧能力收到限制,导致占地面积大,土建费用高,其推广运用受到影响。近十年来由于曝气装置的改进,运用范围逐渐扩大。

  ① CARROUSEL(卡鲁塞尔)氧化沟

  该工艺在曝气渠道端部装有低速表面曝气机,在曝气渠内用隔板分格,构成连续渠道。表曝机把水流推向曝气区,水流连续经过几个曝气区后经堰口排出。为了保证沟中流速,曝气渠的几何尺寸和表曝机的设计是至关重要的,DHV公司往往要通过水力模型才能确定工程设计,卡鲁塞尔2000型把厌氧/缺氧/好氧与氧化沟循环式曝气渠巧妙地结合起来,改变了原调节性差,除磷脱氮效果低的缺点,但水力设计更为复杂。

  ③A2/O氧化沟

  A2/O氧化沟是A2/O法与CARROUSEL(卡鲁塞尔)氧化沟有机结合的产物,它集合了二者的优点,在传统的氧化沟前端增设了循环沟式厌氧区和缺氧区,因此具有生物除磷脱氮功能。

  厌氧、缺氧及好氧沟三个功能严格分开,界限分明,可根据进水条件出水要求,人为地创造和控制三段的运行条件,只要碳源充足(BOD/TKN≥4)便可根据需要达到比较高脱氮率。

  A2/O法氧化沟采用深水微孔曝气和水下推流相结合的鼓风曝气系统,由表曝改进为微孔曝气,提高了供养能力和氧利用率,较一般氧化沟综合耗能降低30%。

  氧化沟因采用鼓风曝气,水深可加深到6.0m,使氧化沟的面积相应缩小,与传统A2/O法相当。

  利用氧化沟的渠道流速,可实现硝化液的高回流比,达到较高程度的脱氮效率,同时回流量可以根据需要任意调节,且无需使用高比例的内回流污泥泵,节能效果显著。。

  g、AB法

  由于本污水处理厂设计进水BOD5为130mg/L,水质浓度偏低,因此采用AB法不合适。

  2)按时间分割的间歇式工艺——序批式活性污泥法

  SBR工艺的特点如下:

  a、生物反应、沉淀均在一个构筑物内完成,节省占地,造价低。

  b、承受水量、水质冲击负荷能力较强。

  c、污泥沉降性能好,不容易发生污泥膨胀。

  d、对有机物和氮的去除效果较好。。

  3.1.4可用于本设计的污水处理工艺

  改良型卡鲁塞尔氧化沟法对生物除磷效率有所强化,同时兼顾了脱氮除磷,具有流程简单、运行管理方便的优点,因此本设计将采用改良型卡鲁塞尔化沟法作为设计方案。

  3.2出水消毒技术方案

  污水处理厂出水必须进行消毒处理。

  (1)消毒方法概述

  常用的消毒方法有氯消毒、ClO2、紫外线、臭氧消毒等。

  a、加氯法

  加氯法主要是投加液氯或氯化合物。液氯是迄今为止最常用的方法,其特点是液氯成本低、工艺成熟、效果稳定可靠。由于加氯法一般要求不少于30min的接触时间,接触池容积较大 11]。

  c、紫外线消毒法

  紫外线消毒的主要有点事灭菌效率高,作用时间段,危险性小,无二次污染等。并且消毒时间短,一 不需建造较大的接触池,建消毒渠即可,占地面积和土建费用大大减小。缺点是设备投资高,灯管寿命短, 运行费用高,管理维修麻烦,康悬浮固体干扰的能力差,对水中SS浓度有严格要求。

  (2)本工程出水消毒方案

  本工程选择液氯消毒法和紫外线消毒法作为污水处理厂出水消毒备选方案进行综合比较,见表3-6.

  表3-6 污水处理厂出水消毒方案比较表

  项目液氯消毒法紫外线消毒法主要构建筑物接触消毒池、加氯间紫外线消毒槽主要设备真空加氯机紫外线消毒模块占地面积大小对环境影响较小无运行管理自动运行,管理简单维护工作量小总土建费用高低设备投资一般稍高电费低高维护费很低高总运行费高低

  可以看出,紫外线消毒法具有对环境影响小,构筑物少的优点,且总的运行费用比液氯消毒法要低,出水浊度较低,对紫外线消毒干扰小。综合考虑,本设计中落步嘴污水处理厂出水消毒推荐采用紫外线消毒法。

  3.4污泥处理工艺方案

  必须对污染进行处理。

  污泥处理要求如下:

  ·减少有机物,使污泥稳定化;

  ·减少污泥体积,降低污泥后续处置费用;

  ·减少污泥中有毒物质;

  ·利用污泥中可用物质,化害为利;

  ·因选用生物脱氮除磷工艺,故尽量避免磷的二次污染。

  通常,城市污水处理厂完善的污泥处理工艺为:

  图3-4 污泥处理工艺

  3.5生产构筑物选型

  本设计主要的生产构筑物有:粗格栅及进水泵房、细格栅间及沉砂池、A2/O氧化沟生物处理池、二沉池、出水消毒渠等。

  1)、粗格栅及进水泵房

  污水进厂后,须由污水泵提升至沉砂池,污水泵选型过去常采用干式污泥泵。近年来潜污泵技术发展很快,型谱加宽,选择余地加大,应用日益增多。国内近年来不少污水处理厂都采用潜污泵,建成后运行情况良好。潜污泵和普通干式污水泵相比有以下优点:

  1.潜污泵不需要单独设水泵间,直接安装在集水池内,污水进水泵房大多较深,省去水泵间可节省泵房土建费用20%~40%。

  2.目前潜污泵的效率已比较高,有些甚至高于干式污水泵,因此运行费用也较省。

  3.潜污泵大多采用自动藕合安装系统,安装起吊方便。

  本设计将采用潜水泵房

  2)细格栅及沉砂池

  沉砂池主要用于除污水中粒径大于0.2mm,密度2.65t/m³的砂粒,以保护管道、阀门等设施免受磨损和阻塞。

  曝气沉砂池的优点是:停留时间较长,特别适合含砂量大的污水,它的除砂效果好,分出的砂较干净,能撇除污水中的渣和油脂。由于本工程考虑到污水厂进水检测动植物油和石油类较高,因此设计推荐采用曝气沉砂池,以满足后续处理工艺要求。

  3)二沉池

  二沉池主要完成混合固液分离,使SS、BOD5及P04-P等达到所要求的排放标准。最常用的沉砂池形式竖流式、平流式和辐流式。一般大、中型污水处理厂宜采用辐流式沉淀池。

  辐流式沉淀池,运用经验成熟,但表面负荷不宜过高,通常为0.8~1.0m³/㎡·h,因此,池容积较大,造价较高。

  因此,本工程二沉池采用周边进水、周边出水的圆形辐流式沉淀池。

  3.6工艺流程方案

  3.6.1工艺流程方案的确定

  根据前几节的论证:进水泵房采用潜水泵房,沉砂池采用曝气沉砂池,污水处理工艺,采用改良卡鲁塞尔氧化沟工艺进行设计;消毒采用紫外线消毒工艺;污泥处理推荐采用机械浓缩脱水一体化机械,污泥处理采用外运填埋方式处置;除臭采用活性氧化除臭工艺。完整工艺方案流程如图所示。

  图3-5 完整工艺方案流程图

  3.6.2方案设计

  3.7选择工艺的设备选型

  (1)粗格栅

  本次粗格栅设计,选择两种形式:钢丝绳格栅除污机和回转式固液分离机(均为定型设备)。动力装置采用悬挂是涡轮减速机,结构紧凑,调整维修方便,但不适用格栅间深度较深场合。本工程格栅间地下部分深度不到10米,设计推荐采用国产回转式格栅除污机。

  (2)潜水泵的选择

  推荐方案采用的是湿式提升泵房,内部安装潜污泵。因国内与进口的潜水泵性能上存在一定差距,作为污水处理厂的进水构筑物,提升泵房的正常运行对全厂运转有着至关重要的作用,因此本设计将采用性能可靠的进口污水潜水泵。

  (3)细格栅

  由于本工程不设初沉池,因此需要选择一些固液分离效率高的细格栅。污水厂常用的细格栅有循环齿爬式格栅和转鼓式格栅等。

  其中,循环齿爬式格栅的优点在于工作效率高;传动结构和动力机械均设置在水面上,便于维修;价格便宜等。

  (4)曝气系统方案比较

  本工程设计采用鼓风曝气方式,最主要是基于以下一些因素:

  1.成熟可靠,具有长期的实际运行经验,操作管理简便易行。

  2.鼓风曝气氧利用率高,设备运行效率高,经常运行费用低。

  3.设备台数少,鼓风机可通过进出口导叶片和变频电机方便调节风量、风压,便于运行管理和检修维护。

  (5)曝气器的选型

  一般情况下曝气的能耗要占整个处理系统能耗的50~70%.本设计选用高效节能的专用微孔盘式曝气器。

  (6)浓缩、脱水设备选型

  从处理效果、工程投资、运行维护、工程实例等各方面综合比较,目前工程上最常使用的机型是带式压滤机和离心脱水机。

  带式浓缩脱水一体机具有噪声小,电耗低,操作简单,投资省的优点。离心机具有操作环境较好,冲洗水量省等优势,但设备价格较高和装机容量较大,且噪声较大,所以本设计将采用带式浓缩脱水一体机作为污泥脱水设备。

  4 污水处理厂工艺设计

  4.1生产构筑物工艺设计

  本设计将工程近期规模设计为2.5万m3/d,近期主要生产构筑物包括:粗格栅与进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、改良A2/C氧化沟、二沉池、鼓风机房、脱水车间、紫外线消毒渠等。

  4.1.1粗格栅及进水泵房

  4.1.1.1粗格栅

  a.功能:拦截污水中较大的悬浮物,确保水泵正常运行。

  b.设计参数

  设计流量: Qmax=0.376m3/s

  过栅流速:Vmax=0.80m/s

  栅条间隙:b=30mm

  栅前水深:h=0.6m

  格栅安装倾角α=60°

  1.栅条的间隙数n[4]

  (4-1)

  式中:QMAX—最大设计流量m3/s;

  α—格栅安装倾角,(°);

  b—栅条间隙,m;

  h—栅前水深,m;;

  v—过栅流速,m/s;

  =24.3个 取25个

  栅条的数目为:n-1=24

  2.栅槽的宽度[4]

  设栅条宽度S=0.02m

  (4-2)

  式中:S—栅条宽度,m;

  b—栅条间隙,m。

  B=1.23m

  3. 通过格栅的水头损失[4]

  栅前渐宽段的长度

  (4-3)

  式中 B——栅槽宽度,m

  B1——进水渠宽,m,设B1=0.6m

  1——进水渠展开角度,一般采用20o

  =0.87m

  栅后渐宽段的长度

  (4-4)

  设栅条断面为正方形断面,取k=3 ε=0.64(收缩系数)

  ) (ε为阻力系数,其值与栅条断面形状有关)

  h0 =£v2sin α /(2g)=0.07m (4-5)

  h1= h0k=0.073=0.21m (4-6)

  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/s2,9.81m/s2;

  k—系数,格栅受污物堵塞时水头损失增大系数,一般为k=3;

  ξ—阻力系数,其值与栅条断面形状有关,

  4.栅后槽总高度

  设栅前渠道超高h2=0.3m,

  栅前槽高H1=h+h2=0.6+0.3=0.9m

  H=h+h1+h2=0.6+0.21+0.3=1.11m

  5.栅槽总长度、宽度[4]

  L=L1+L2+1.0+0.5 (4-7)

  式中:H1—栅前渠道深,m

  L=0.87+0.43+1.0+0.5+0.9/(tg60°)=3.32m

  6.每日栅渣量 取栅渣量W1=0.1m3/d103m

  W=QW186400/(K21000) (4-8)

  式中:W1 —栅渣量标准,m3/103m3污水,取0.05 m3/103m3污水

  KZ —生活污水流量总变化系数,1.3。

  W=0.3760.0586400/(1.31000)

  =1.25m3/d>0.2m3/d ∴应采用机械清渣

  c.主要工程内容

  d.运行方式

  根据格栅前后水位差或按时间周期自动控制清渣,也可机旁手动控制清渣

  4.1.1.2进水泵房

  a.功能:将污水提升入处理构筑物。

  b.设计参数

  c.主要工程内容

  泵房平面尺寸:14.5×14.5m,深为9.23m。

  d.运行方式

  水泵的开、停根据集水井内水位计自动控制。

  水泵运行方式:泵房集水池内装有超声波水位检测器,水泵投入使用的台数根据集水池水位自动控制。当集水池水位降低到保护水位时,所有水泵均停止运行,工作水泵与备用水泵按预先设定的积累运行时间自动轮值。

  4.1.2细格栅及曝气沉砂池

  细格栅、曝气沉砂池合建。共设一座,分为能独立运行的两格,设计规模为2.5万m3/d。

  4.1.2.1细格栅

  a.功能:拦截污水中较大的悬浮物,确保水泵正常运行。

  b.设计参数

  设计流量: Qmax=0.376m3/s

  过栅流速:Vmax=0.70m/s

  栅条间隙:b=6mm

  栅前水深:h=1.3m

  格栅安装倾角α=60°

  1.栅条的间隙数n[4]

  (4-1)

  式中:QMAX—最大设计流量m3/s;

  α—格栅安装倾角,(°);

  b—栅条间隙,m;

  h—栅前水深,m;;

  v—过栅流速,m/s;

  =63.1个 取64个

  栅条的数目为:n-1=63

  2.栅槽的宽度[4]

  设栅条宽度S=0.01m

  (4-2)

  式中:S—栅条宽度,m;

  b—栅条间隙,m。

  B=1.01m

  3. 通过格栅的水头损失[4]

  栅前渐宽段的长度

  (4-3)

  式中 B——栅槽宽度,m

  B1——进水渠宽,m,设B1=0.8m

  1——进水渠展开角度,一般采用20o

  =1.15m

  栅后渐宽段的长度

  (4-4)

  设栅条断面为正方形断面,取k=3 ε=0.64(收缩系数)

  (ε为阻力系数,其值与栅条断面形状有关)

  h0 =£v2sin α /(2g)=0.22m (4-5)

  h1= h0k=0.223=0.66m (4-6)

  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/s2,9.81m/s2;

  k—系数,格栅受污物堵塞时水头损失增大系数,一般为k=3;

  ξ—阻力系数,其值与栅条断面形状有关,

  4.栅后槽总高度

  设栅前渠道超高h2=0.3m,

  栅前槽高H1=h+h2=1.3+0.3=1.6m

  H=h+h1+h2=1.3+0.66+0.3=2.26m

  5.栅槽总长度、宽度[4]

  L=L1+L2+1.0+0.5 (4-7)

  式中:H1—栅前渠道深,m

  L=1.15+0.58+1.0+0.5+1.6/(tg60°)=4.15m

  6.每日栅渣量

  W=QW186400/(K21000) (4-8)

  式中:W1 —栅渣量标准,m3/103m3污水,取0.1 m3/103m3污水;

  KZ —生活污水流量总变化系数,1.3。

  W=0.3760.186400/(1.31000)

  =2.5m3/d>0.2m3/d ∴应采用机械清渣

  c.主要工程内容

  采用回转式细格栅共2道,每道格栅宽2.4m,配用电机功率2.2kw。尺寸:6.2×4.0m。

  细格栅截留栅渣由螺旋输送压榨机输送,两套细格栅可共用一套螺旋输送压榨机,功率为1.5kw。

  每台细格栅前后均设闸门,以使某一格栅万一停工检修时,关闭闸门以截断水流。

  细格栅栅渣量按100m3/106m3污水、含水率85%、容重0.96设计,则近期每天栅渣量为5.50m3栅渣(合干固量0.432t/d).

  经螺旋压榨机脱水后,栅渣量按含水率70%、容重0.90计,则经脱水后栅渣量为1.60m3/d。栅渣由螺旋输送机输送至压榨机脱水后打包外运。

  d.运行方式

  根据格栅前后水位差或按时间周期自动控制清渣,也可机旁手动控制清渣。

  4.1.2.2涡流沉砂池

  (1)设计流量

  沉砂按最高流量时设计,Q=1041.67m3/h,沉砂池设2座,一用一备。

  (2)规格选择

  查表[5]可得,选择直径为3.50m的的涡流沉砂池

  表2-2 涡流沉砂池相关尺寸

  设计水量/(m3/h)1080沉砂区底坡降G/m0.45沉砂区直径A/m3.05进水渠水深H/m0.45贮砂区直径B/m1.52沉砂区水深J/m1.00进水渠宽度C/m0.61超高K/m0.35出水渠宽度D/m1.22沉砂区深度L/m1.35锥斗底径E/m0.64驱动机构/W0.75贮砂区深度F/m1.68浆板转速/(N/min)14(3)参数校核

  ①表面负荷

  要求沉砂池的水力表面负荷不大于200m3/(h▪m2),计算结果符合设计标准。

  ②停留时间

  沉砂区体积V

  停留时间HRT

  要求流量最大时水力停留时间不小于30s,计算结果符合设计标准。

  ③进水渠流速V1

  ④出水渠流速V2

  4.1.3改良A2/C卡鲁塞尔氧化沟

  a. 功能

  去除污水中BOD5、COD等污染物,同时进行生物脱氮除磷。

  b.设计参数:

  设计流量:2.5万m3/d,共二座,单座规模1.25万m3/d

  1.好氧区容积:

  (4-23)

  式中: -好氧区有效容积,;

  Q-设计流量,;

  —进水浓度,mg/L;

  Se-出水浓度,mg/L;

  Yt-污泥产率系数,,取0.8;

  -内源代谢系数,,取0.01;

  -固体停留时间,d;

  -混合液悬浮固体浓度(MVSS),mg/L,取2500mg/L

  F-安全系数,取1.5~3.0;

  μ-硝化菌升值速率,d-1;

  Na-生物反应池中氨氮质量浓度, mg/L;

  KN-硝化作用中氮的半速率常数, mg/L,一般取1.0;

  T-设计水温,℃,取25℃;

  好氧区水力停留时间(8~12h符合要求)

  2.缺氧区容积V2 缺氧区容积采用反硝化动力学计算。

  式中:V2-缺氧区有效容积,m3;

  Nk-生物反应池进水总凯氏氮浓度,㎎/L;

  Nte-生物反应池出水总氮浓度,㎎/L;

  ΔXv-排除生物反应池系统的微生物量,kgMLVSS/d;

  Kde-脱氮速率,kgNO3--N/(kgMLVSS·d);

  ①脱氮速率Kde(T)

  式中:Kde(20)-20℃时的脱氮速率,kgNO3--N/(kgMLSS·d),取Kde(20)=0.05kgNO3--N/(kgMLSS·d);

  θ-温度系数,取1.08;

  T-设计水温,℃,取25℃;

  ②排出生物反应池系统的微生物量ΔXv

  式中:Yt-污泥总产率系数,,取0.8;

  y-MLSS中MLVSS所占比例,取y=0.7;

  —进水浓度,mg/L;

  Se-出水浓度,mg/L;

  (8~12h符合要求)

  3厌氧区容积V3 根据规范,厌氧区水力停留时间1~2h,设计取t3=1.5h,则

  4氧化沟总容积V及停留时间t

  V=V1+V2+V3=11200+3190+2032=16422m3

  t=

  5校核污泥负荷

  6剩余污泥量

  去除1kgBOD5产生干泥量为

  7需氧量计算

  ①污水需氧量AOR计算

  式中:Nk-生物反应池进水总凯氏氮浓度,㎎/L;

  Nte-生物反应池出水总氮浓度,㎎/L;

  ΔXv-排除生物反应池系统的微生物量,kgMLVSS/d;

  —进水浓度,mg/L;

  Se-出水浓度,mg/L;

  a-碳的氧当量,当含碳物质以BOD5计时,取a=1.47;

  b-常数,氧化没千克氨氮所需氧量,去b=4.57;

  c-常数,细菌细胞的氧当量,取c=1.42;

  0.12ΔXV-排出生物反应池系统的微生物中含氮量,kg/d

  最大需氧量与平均需氧量之比为1.58,则

  去除1kgBOD5需氧量=

  ②标准状态下需氧量SOR

  式中:——20℃时氧的饱和度,取=9.17mg/L;

  ——25℃时氧的饱和度,取=8.38mg/L;

  ——溶解氧浓度;

  α——修正系数,取0.85;

  β——修正系数,取0.95;

  T——进水最高温度,℃;

  -压力修正系数,

  本工程所在地区厂址海拔23m处,对应大气压1.00×105Pa,故此=0.99;

  相应最大标准需氧量:

  8氧化沟尺寸

  设氧化沟2组则单组氧化沟有效容积

  V单=V/2=16422/2=8211m3

  取氧化沟有效水深h=4m,超高为1.0m,则单组氧化沟面积

  A单=V单/h=8211÷4=2052.75m

  氧化沟高度H=4+1=5m

  ①好氧区尺寸

  单组氧化沟好氧区容积 V1单=V1/2=11200÷2=5600m3

  好氧区面积A1单=V1单/h=5600÷4=1400m2

  好氧区采用2沟道,单沟道宽带b取8m,中间分隔墙厚度为0.25m 弯道部分面积A1弯

  直线段部分面积 A1直=A1单-A1弯=1400-200.96=1190.04m2

  直线段部分长度 L1直=A1直/2b=1190.04/(2×8)=74.94m

  ②缺氧区尺寸

  单组氧化沟缺氧区容积 V2单=V2/2=3190÷2=1595m3

  缺氧区面积A2单=V2单/h=1595÷4=398.75m2

  缺氧区宽度B2与好氧区沟道同宽,则

  缺氧区长度 L2直=A2直/16.25=398.75/16.25=24.54m

  ③厌氧区尺寸

  单组氧化沟厌氧区容积 V3单=V3/2=2032÷2=1026m3

  厌氧区面积A3单=V3单/h=1026÷4=254m2

  厌氧区长度L3与好氧区沟道同宽,则

  厌氧区宽度 B3直=A3直/16.25=254/16.25=15.63m

  9进水管、回流污泥管及进水井

  进水与回流污泥一起进入进水井,经混合后经进水潜孔进入厌氧池。

  ①进水管

  单组氧化沟进水管设计流量

  管道流速v=0.8m/s,则管径,取进水管DN600mm。

  校核管道流速

  ②回流污泥管

  污泥回流比R=100%,则

  单组氧化沟单组氧化沟回流污泥管设计流量单=

  管道流速v=0.8m/s,则管径

  取回流污泥管径DN500mm

  ③进水井

  进水潜孔设于厌氧池首端。

  进水孔过流量

  空口流速v=0.6m/s。则孔口过水断面积

  孔口尺寸取b×h=1.5m×0.8m

  校核流速

  进水井平面尺寸1.6m×1.6m

  10出水堰及出水竖井、出水管

  氧化沟出水出设置出水竖井,竖井内安装电动可调节堰。初步估算,因此按薄壁堰来计算。

  ;H取0.2m,则

  为了便于设备的选型,堰宽b取4.1m。

  校核堰上水头

  选用电动可调节堰门,通径4.1m×0.5m。

  考虑可调节堰的安装要求,堰两边各留0.3m的操作距离。

  出水竖井长

  出水竖井宽度取B=1.6m(满足安装要求),则出水竖井平面要求尺寸为,氧化沟出水孔尺寸为

  单组氧化沟出水管设计流量

  管道流速v=0.8m/s,则管径取出水管DN1100mm。

  校核管道流速

  11内回流计算

  为让反硝化脱氮效果达到最佳,在好氧区和缺氧区间设置内回流渠,并设置内回流门,对混合液内回流流量进行控制。

  混合内回流比R内=100%~400%,则

  内回流流量Q内=R内Q单

  内回流控制门通径0.6mm×0.6m

  12曝气设备选择

  单组氧化沟需氧量为

  没组氧化沟设一台卡鲁塞尔氧化沟专用曝气机,充氧能力为2.5,则所需电机功率,取N=150KW。表面曝气机叶轮直径D=3000mm。

  d.运行方式

  厌氧池和缺氧池水下推进器连续运转,使污泥处于悬浮状态。

  混合液内回流用潜水式水平轴流泵连续运转。

  4.1.4二沉池

  4.1.4.1配水井与污泥泵房

  配水井与污泥泵房合建,近期共设一座。

  b.设计参数

  最大污泥回流比:100%,Qmax=1250m³/h

  c.主要工程内容

  d.运行方式

  回流污泥根据A2/O池污泥浓度控制回流量,剩余污泥泵与污泥浓缩、脱水机协调运行。

  4.1.4.2二沉池

  a.功能

  进行混合液固液分离,确保污水厂出水SS和BOD5达到所要求的排放标准,是生化处理不可缺少的一个组成部分。

  b.设计参数

  池体

  ① 沉淀部分水面面积A

  (4-34)

  式中:Qmax—设计最大流量,m3/h;

  q—表面水力负荷,m3/(m2·h),取1.2m3/(m2·h);

  n—池数,个,取1个。

  ② 池子直径D

  =40.53m, 取池子直径D=41m。

  ③沉淀部分有效水深h2

  (4-35)

  式中:t—沉淀时间为1.5~2.5h,取t=3h。

  =1.2×3=3.6m

  ④污泥区容积V

  氧化沟中混合液污泥浓度X=2500mg/L,设计污泥回流比R=70%。

  则:回流污泥浓度为Xr=(1+1/R)X=2.4×2500=6000mg/l

  取存泥时间T=2.0h,Q=25000 m3/d

  =2083m3 (4-36)

  每座二沉池存泥区容积V总:V单==2083m3

  ⑤⑥ 污泥斗容积V1

  (4-37)

  (4-38)

  式中:—污泥斗高度,m;

  r1—泥斗上部半径,m,取4.0m;

  r2—泥斗下部半径,m,取2.0m。

  3.46m

  =101.52m3

  ⑦ 泥斗以上圆锥部分容积V2

  (4-39)

  式中:—圆锥体高度,m;

  R—池子半径,m,R=D/2=36/2=20.5.m

  i—池底坡度,取i =0.05

  =0.825m

  =431.86m3

  ⑧ 竖直段污泥部分高度

  =1.20m

  ⑨ 沉淀池总高度H

  (4-40)

  式中:h1—保护高度,取0.3m

  h2—有效水深, m

  h3—缓冲高度,m,非机械排泥时宜为0.5m,机械排泥时缓冲层上边缘宜高出刮泥板0.3m

  h4 —污泥区高度,m,

  =3.46+0.825+1.2=5.485m

  H=0.3+3.6+0.5+5.485=9.885m

  ⑩ 沉淀池池边高度H’

  m

  c.主要工程内容

  采用2座周边进水、周边出水辐流式沉淀池。每座池内径41m,周边水深4.0m,超高0.5m,总高度9.9m。

  d.运行方式

  4.1.3紫外线消毒槽

  a.功能:

  采用隔板式接触反应池,流量

  水力停留时间T=30min,设计投氯量为

  平均水深h=3.0m,隔板间隔b=5m

  接触池容积:

  隔板数为3,则廊道总宽B=

  接触池长度L=

  实际消毒池容积

  池深取(0.3m为超高)

  校核:

  (符合1:(1~2))

  (符合(5~10):1)

  经校核满足有效停留时间的要求。

  c.主要工程内容

  土建按中期6万m³/d规模建设,共设二条渠道,近期一格安装紫外线消毒模块,一格为超越渠。平面尺寸:2.02×10.0m,深1.50m。渠内共设有紫外灯管56根,紫外模块7块。紫外模块平行等距的安装在明渠内,水流方向与紫外灯安装方向平行。

  d.运行方式

  通过紫外光强度监测仪自动调节紫外光强度,以适应不同的水质及流量。同时,通过自动水位控制器维持水位的恒定,确保有效的紫外剂量。

  4.1.4鼓风机房

  a.功能

  鼓风机房输送空气至氧化沟好氧区,提供微生物降解有机物所需的氧。

  b.设计参数

  工艺要求最大时供气量为Q=135m³/min,设计按最大时供气量配置鼓风机。

  c.主要设备

  通过经济技术比较,选用进口单级离心风机,3台,2用1备。主要设备如下:

  单台风量:Qmax=70m³/min

  风压:△P=0.70bar

  配套电机功率:N=110kw

  土建尺寸

  鼓风机房按6万m³/d规模设计预留3台机位(含配电间)尺寸为B×L=50.4×11.5m。

  d.运行方式

  4.1.5设备选型

  选用活性氧除臭系统一套。由过滤器、AOE设备、离心风机和附属设备组成。

  技术参数:

  处理风量:8000m³/h

  设备尺寸:4000×1100×1450(h)mm

  设备重量:1.2t

  总功率:4.0kw

  5 结构设计

  5.1工程概况

  珠海市金湾区落步嘴污水处理厂位于珠海市落步嘴北河机场西路1号桥西北,规划总用地面积50000m2,污水处理厂中期设计规模为6万m3/d,本次设计为近期3万m3/d。

  5.2设计标准

  1.结构安全等级:二级

  2.设计使用年限:50年

  3.抗震设防类别

  细格栅及曝气沉砂池、改良卡鲁塞尔氧化沟、二沉池及配水排泥井、紫外线消毒池、鼓风机房及变配电间为乙类。综合楼、脱水车间、辅助用房、大门及传达室等附属建筑物为丙类。

  5.3设计荷载

  5.3.1永久作用

  1.构筑物内的水压力按设计水位的静水压力计算。

  对污水处理构筑物,水重度标准值为10~10.8KN/m3.

  2.作用在考草施工地下构筑物侧壁上的压力按主动土压力与地下水静水压力之和计算。

  5.3.2可变作用

  1.地下水静水压力及抗浮设计水位

  本设计场地地下水主要考大气降水及周边含水层补给,水位随季节性降雨量之差异而变化,地下水丰富。结合以往类似地区的工程经验,拟建场地构筑物地下水水位按设计地面以下0.5m取值,即黄海高程3.5m设计。

  2.注水或水处理构筑物的温、湿度变化作用的标准值

  对于地下式或设有保温设施的构筑物,不计算温度、湿度变化作用;对于暴露在大气中的构筑物壁板,其避免温差取Δt=10oC。

  5.4主要构筑物结构形式

  1.粗格栅间、进水泵房

  粗格栅间/提升泵房平面尺寸为14.50X14.50m,下部高度H=9.3m,壁厚h=600~900mm,埋深9.0m,采用沉井工艺施工。

  2.细格栅、曝气沉砂池

  细格栅、曝气沉砂池为钢筋半地下式结构,平面尺寸为30.80X8.40m,池深4.10m,埋深0.90m。沉砂池壁厚300mm,与细格栅之间设一道变形缝,用橡胶止水带来止水。

  3.改良卡鲁塞尔氧化沟

  氧化沟由两组独立的池体组成,每组池体内空平面尺寸为68.0X25.20m,池深6.8m,埋深4.2m。单组池体沿长方向设二道变形缝,橡胶止水带止水;短方向池体中不设一道膨胀加强带,带宽2.0m,池壁采用悬臂式挡水墙结构型式,壁厚500~700mm变截面形式。

  4.配水排泥井

  圆形钢筋半地下式结构,D=12.77m,池高7.60m,埋深6.1m,壁厚400mm。

  5.二沉池

  圆形钢筋半地下式结构,D=32m,共2座,池高4.50m,埋深3.45m,壁厚450m。

  6.紫外线消毒渠

  地下式现浇钢筋结构,池体平面尺寸为14.20X3.60m,池体深度2.0m,壁厚h=300mm。

  7.脱水车间、加药间

  建筑面积450m2,单层框架结构,现浇钢筋平屋面。

  8.鼓风机房及配电间

  单层框架结构,平面尺寸为56.70mX10.30m,H=7.0m。

  6 高程计算

  表5-2 污水流经各处理构筑物水头损失表

  构筑物名称水头损失/m构筑物名称水头损失/m格栅0.2沉砂池1.0集水井0.2改良氧化沟0.4水力筛1.2沉淀池0.3(2) 连接管渠水头损失计算

  管渠水头损失主要有沿程水头损失和局部水头损失,其计算式为以下两公式:

  (5-1)

  式中: hf ——管渠沿程水头损失,m;

  hm——管渠局部水头损失,m;

  l ——管渠长度,m;

  d——管渠直径,m;

  v——管渠内水流速度,m·s-1;

  ξ——局部阻力系数,可参考给水排水设计手册取值。

  根据公式,计算污水管渠的沿程水头损失和局部水头损失,及其之和,计算结果如下表:

  表5-3 污水管渠水头损失计算表

  D/mmv/m·s-1L/mξ沿程hi局部hf合计出水—沉淀池2001.20200.720.0370.0530.090沉淀池—卡鲁塞尔氧化沟2001.20151.060.0250.0610.086卡鲁塞尔氧化沟—沉砂池2501.00151.620.0150.0590.074沉砂池—格栅1501.50150.850.0390.0510.090格栅—进水渠3000.95200.540.0870.0240.111(3) 污水构筑物高程确定

  设土地标高为0.00,出水是直接排入地下污水管道,所以取下水道的水面标高为-1.0m。为便于管理和维修,使生物接触氧化池置于地面之上。IC的高度很高,其标高要考虑到污水泵的扬程问题。水力筛于地面之上放置,其水面标高也要考虑集水井内污水泵的扬程问题。

  底部标高=构筑物的水面标高-构筑物有效水深[14]

  但沉淀池的底部标高=沉淀池的水面标高-沉淀池有效水深-污泥斗高度[14]

  经计算,各处理构筑物的水面标高及底部标高结果见表5-4。

  表5-4 各处理构筑物的水面标高及池底标高

  构筑物名称水面标高(m)底部标高(m)构筑物名称水面标高(m)底部标高(m)进水渠-0.539-0.809沉砂池0.581-4.419格栅前-0.75-1.05改良氧化沟15.200.40格栅后-0.80-0.10沉淀池4.26-1.44集水井-0.80-2.80沉淀池0.40-7.00水力筛0.850.00出水渠-1.039-1.249 污泥构筑物高程

  (1) 连接管渠水头损失计算

  污泥管渠水头损失主要有沿程水头损失和局部水头损失,污泥在沿程输送中流速大于1.5 m·s-1,处于紊流状态,其计算式为以下两公式[14]:

  (5-2)

  式中: hf ——污泥管渠沿程水头损失,m;

  hm——污泥管渠局部水头损失,m;

  CH ——海森-威廉系数,其值与污泥浓度有关;

  根据公式,计算污泥管渠的沿程水头损失和局部水头损失,及其之和,计算结果如下表:

  表5-5 污泥管渠水头损失计算表

  D/mmv/m·s-1L/mCH沿程hi局部hf合计出水—沉淀池702.015810.0480.0520.10沉淀池—卡鲁塞尔氧化沟402.015810.0620.0520.114卡鲁塞尔氧化沟—沉砂池402.018710.0710.0520.123沉砂池—格栅1001.8520610.0870.0490.136格栅—进水渠1001.8515610.0900.0490.139(2) 污泥构筑物高程确定

  底部标高=构筑物的水面标高-构筑物有效水深[14]

  但浓缩池的底部标高=浓缩池的水面标高-浓缩池有效水深-污泥斗高度[14],且浓缩池的污泥是经集泥井的污泥泵提升后进入的,因此其标高还要考虑污泥泵的扬程问题。

  经计算,各处理构筑物的水面标高及底部标高结果见表5-6。

  表5-6 污泥构筑物的水面标高及池底标高

  构筑物名称水面标高(m)底部标高(m)构筑物名称水面标高(m)底部标高(m)集泥井-0.178-3.178污泥脱水间—0.00污泥浓缩池1.10-2.907 经济分析

  根据《城市污水处理工艺设备及招标投标管理》[19],本设计工程总投资约5000万(含建筑投资和设备投资)。

  1) 电费

  表7-3电量

  名称总装机容量/KW运行费用/KW运行时间/h耗电量/KW格栅10.59.024216污泥回流设备256192244608潜污泵210210245040污泥循环泵13.213.224316.8带压式滤机222224528活塞式压缩机30.930.924741.6紫外线消毒槽402012480照明353512420小计617.6512.112350.4

  电费按0.9元/(KW)计算,则电费为:

  12350.40.9=11115.36元/d

  2) 人工费 污水厂定员30人,其中1名厂长,4名管理者,2名化验员,4名控制室人员,其余为劳动人员。人均工资收入按1200元/月计算,则每天支出费为:

  3) 药剂费 脱水机房中使用的混凝剂(PAM)总用量取每天最大用量4t,根据市场价按2000元/t计算,则药剂费用合计为8000元/d。

  4) 折旧费

  5) 设备维修费 按折旧费的10%计算,则维修费为:

  1186010%=1186元/d

  6) 运行费

  若计折旧费,运行费=电费+人工费+药剂费+折旧费+维修费=33361.36元/d

  吨水处理成本为33361/30000=1.11元/t污水

  若不计折旧费,运行费=电费+人工费+药剂费=20315.36元/d

  吨水处理成本为20315.36/30000=0.67元/t污水

  7) 可行性分析

  若计折旧费,吨水处理成本为1.11元/t污水,珠海市污水处理费为税后1.65元/t污水,按平均处理量3万m3/日,则

  日净收入为16200元。

  ∴本设计可行。

  结 论

  本次设计采用改良型A2/C卡鲁塞尔氧化沟法处理日均流量为2.5万m3的城市污水,按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)要求,污水处理厂处理后水质的一级A类标准,计算得出了各构筑物的尺寸,具体如下表:

  表11-1 改良型A2/O方案主要构筑物一览表

  序号名称主要尺寸(m)结构形式单位数量备注1粗格栅及进水泵房14.5×14.5×9.23钢筋砼座12细格栅及沉砂池30.8×8.4×4.0钢筋砼座13改良A2/C氧化沟60.0×73.0×6.8钢筋砼座1分两组4配水井及污泥泵房Φ12.77×7.6钢筋砼座15二沉池Φ32×4.5钢筋砼座26紫外线消毒池10.6×3.6×4.4钢筋砼座17脱水机房450m2框架幢18鼓风机房580 m2框架幢1

  本设计中污水处理厂出水水质可以达标排放,不造成空气污染,污泥泥饼外运,无固体废物堆积,运营期日均净利润约为16200元,年均净利润约600万人民币。故本设计可行。

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