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最新环境工程类论文 乌鲁木齐市新市区污水处理厂的工艺设计

2018-12-19 11:27:44来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘要

  本设计是在乌鲁木齐市新市区拟建一座生活污水处理厂,在国家越来越重视环保的大趋势下,各大、中、小城市都开始大力新建污水处理厂,城市化水平也逐步增加,污水处理厂也就成为了城市不可或缺的成分之一。因此在该地原有的基础上将多增加一座生活污水处理厂,近期设计规模为5×104m3/d,远期设计规模为10×104m3/d。根据该市区的全方面的状况了解与分析,对工艺也进行比较最终本设计采用氧化沟工艺,来更好的处理乌鲁木齐市新市区片区的污水状况,改善水质的要求。整片设计内容均按照国家的规范标准严格遵守。

  关键词:环境工程;污水处理;氧化沟工艺;脱氮除磷;

  1综述

  城市污水为城市下水道系统收集到的各种污水,由生活污水、工业废水和城市降水径流三个部分而组成一种混合污水。因此,污染物质的形态也多种多样,例如污水中的氮磷含量就直接影响着整个生态环境。水体的富营养化便是氮磷超标最直接的表现。

  本设计是对新疆乌鲁木齐市新市区生活污水处理厂工艺设计的拟建。在现如今的社会,现代化城市的经济发展迅速,城市污水处理的设施成了每一个城市不可或缺的重要组成部分。在我国,城市地区各异,发展水平也不相同,因此人均污水的排放量也均不相同,一般我国大城市的人均污水排放量为150L/(d·人)。由于污水处理设施的设计和实际运行时必须能够承受最大的冲击负荷,因此本次设计所需建造的污水处理厂相对生活污水来讲,在人均污水量的基础上还要考虑最大日的最大时变化系数[2]。

  为长期考虑,本设计污水处理工程近期规模50000m³/d,远期总规模到100000m³/d,采用氧化沟的处理工艺流程:污水经过粗格栅到提升泵房在经过细格栅到沉砂池,进入氧化沟、二沉池、达不到一级A标准则进入高效沉淀池,最后进入消毒池然后将水排出。污泥的流程:剩余污泥由二沉池中排出先到浓缩池,在调节之后的污泥送至污泥脱水机,最后将脱水之后的泥压饼成块运出。

  城市概述及自然条件

  城市概述

  乌鲁木齐市新市区地处于乌鲁木齐市的西北方向,东西长14千米,南北宽9千米。辖区范围西邻头屯河区、南接沙依巴克区、东与米东区接壤、北至五家渠市。新市区下辖1镇4乡、13个街道,是通往北疆的交通枢纽和沟通中、西亚的重要国际通道。

  本设计所拟建的污水处理厂服务范围为主要为新市区的城北新区"三纵四横"区域建设用地范围,南起乌奎高速北联络线、北至纬一路、东起城北新区高新区(新市区)与米东区排水规划分区边界、西至乌五公路。

  自然条件

  新市区属于中温带大陆干旱气候区,温差大,寒暑变化剧烈,降水量少,冬季时间长,春秋多大风。地形南窄北宽,地势南高北低。

  城市供水及排水工程现状

  乌鲁木齐市新市区现有主要污水处理厂两座,为河东威立雅水务有限公司和河西水务有限公司。河东威立雅水务有限公司设计处理能力为日处理污水40万立方米。2009年10月正式投入运行以来,日平均处理污水量为25.76万立方米。该项目采用先进的污水处理设备,主体工艺采用活性污泥法处理工艺。河西水务有限公司设计处理能力为日处理量10万立方米,2011年5月正式投入运行以来,污水污水处理设备运转良好,日平均污水处理量为4.73万立方米。厂区主体工艺采用氧化沟处理工艺,经处理后的污水水质排放标准为一级B排放标准。

  1.3排水工程规划原则

  1)城市排水工程规范应贯彻“全面规划、合理布局、综合利用、保护环境、造福人民”的方针。

  2)城市排水工程设施用地应按规划期规模控制,节约用地,保护耕地。

  3)积极稳妥地引进和采用先进技术、先进设备、新材料,提高运转可靠性,尽可能减轻劳动强度,减少日常维护检修工作量。

  4)尽可能减少污水在收集、输送、处理、排放过程中对环境造成地不良影响,防止二次污染。

  1.4设计指导思想及意义

  由于人们的生活物资水平的提高和社会大力发展,生态环境的污染破坏也尤为严重。习近平主席近日也强调:我们要像对待生命一样对待生态环境。也随着乌鲁木齐市不断地发展,人口也日益增加。其造成的生态环境污染严重的影响了人们的身心健康和生活活动。使得水资源也严重匮乏,污染严重。为了解决这一严峻的水资源匮乏问题,国务院也要求,所有的城市都必须大力建设污水处理厂。为了达到这个目标,改善水环境被污染的状况,保护我国紧缺的水资源,因此,我们将在乌鲁木齐市新市区原有的基础上多增加一座生活污水处理厂。

  在新市区里,河西水务处于新市区较为中心地段,可以解决周围片区的污水量,而河东威立雅水务处于新市区以东地段,可以就近处理东边的水量,而南窄北宽的北边尚缺乏一座污水处理厂,且地势南高北低,水往低处流,在北边建立污水处理厂可以更好地节约了成本。因此在新市区以北的城北新区处建立污水处理厂不仅可以减缓原本的污水处理厂的压力,还能够更好地均分处理整个新市区的污水量,以便更好地处理新市区的污水状况,改善水资源需求。

  2设计说明书

  2.1设计内容及设计要求

  2.1.1设计内容

  1)设计题目

  乌鲁木齐市新市区污水处理厂的工艺设计

  2)设计基础数据

  原始数据:

  近期规模:Q=50000m³/d

  远期规模:Q=100000m³/d

  污水的来源:生活污水。

  2.1.2设计要求

  1)进、出水水质要求:

  本设计借鉴市内类似已建污水处理厂的主要进水指标进行参考。污水处理厂设计出水水质标准要求达到《城市污水处理厂污染物排放标准》(GB8978-1996)中一级A排放标准。即污水处理厂设计进出水指标见表2-1-1。

  表2-1-1进水水质和出水水质单位:mg/L

  项目SSCODBOD5NH4+-NTP进水水质150230170305出水水质≤10≤50≤10≤5≤0.5本设计污水的特点是以有机污染物为主,由上述数据可得BOD/COD=0.73,而BOD/COD大于4.5较易生化处理,小于0.3较难处理,所以本设计的BOD与COD的比值可知其污水生化性能较好。故采用生化处理较为经济。

  2)处理程度的要求

  由进出水水质的各项指标可算出污水的处理程度,计算如下:

  COD的去除率:

  式中:E1———COD的处理程度,%;

  C———进水的COD浓度,mg/L;

  Cg———处理后污水排放的COD浓度,mg/L。

  则:

  BOD5的去除率:

  式中:E2———BOD5的处理程度,%;

  L———进水的BOD5浓度,mg/L;

  Le———处理后污水排放的BOD5浓度,mg/L。

  则:

  SS的去除率:

  式中:E3———SS的处理程度,%;

  C———进水的SS浓度,mg/L;

  Cθ———处理后污水排放的SS浓度,mg/L。

  则:

  氨氮的去除率:

  式中:E4———SS的处理程度,%;

  C———进水的SS浓度,mg/L;

  Cβ———处理后污水排放的SS浓度,mg/L。

  则:

  2.2设计工艺方案的确定

  2.2.1国内外研究现状和发展趋势

  城市水处理设施是关乎国家经济发展和水资源保护的关键因素,在美国英国荷兰和日本等发达国家已经普遍实现了城市污水的集中二级处理[3]。国外对生活污水和工业污水都有相当多的研究,在国外比较重视生活污水中N、P的回收,他们有一套生活污水分离装置用于将污水分离为尿液、粪便和剩余污水[4]。

  国内研究起步较晚,以城市污水处理厂为研究对象侧重研究生活污水,污水处理厂的核心部分便是其所采用的工艺技术,与进水水质、出水要求、处理量、投资大小等因素密切相关。从1998年至2006年,我国城市的污水厂由266座增加到937座。污水日处理能力有1136万吨增加到6360万吨[6]。目前的由于城市污水的主要污染物是有机物,因此国内外大多采用生物处理技术处理城市污水,又可分为活性污泥法和生物膜法两大类。其中,由于生物膜法的处理效率不高,卫生条件较差,我国只有少数几座生物膜法城市污水处理厂;而活性污泥法污水处理厂占绝大多数,其中使用最广泛的主要有四种类型:①传统活性污泥工艺和其改进型A2/O、A/O工艺;②氧化沟工艺;③AB工艺;④SBR工艺。

  表2-2-1国内外城市污水主要采用的处理工艺对比

  项目活性污泥法生物膜法A2/O或A/O氧化沟AB法SBR法曝气生物滤池生物转盘工艺

  技术成熟成熟、可靠先进先进先进先进开发史20世纪70年代南非、美国开发1954年荷兰开发1976年法国开发20世纪70年代美国开发20世纪80年代在欧美发展,1981年法国投产1954年德国首先开发国外

  应用近年来在发达国家迅速推广采用德国的Passavant公司的深型氧化沟法国、奥地利等国家应用较多在欧、美、日、澳大利亚等国推广应用20世纪80年代末美国、加拿大等国家首先引进近30年在美国。加拿大发展的BRC内置膜生物转盘国内

  应用2002年投建的山东东阿污水处理厂;2007年改建的桂林第四污水厂昆明第一污水厂;长沙市第二污水净化中心20世纪90年代初在外国贷款项目中应用在上海、昆明、大连等地应用2003年建成的广东省江门市新会区污水处理厂淮阴市北京新村污水厂有机物有效去除有效去除有效去除有效去除有效去除有效去除氮较高去除较高去除略高于传统法较高去除有效去除有效去除磷较高去除较高去除略高于传统法较高去除有效去除有效去除适用性除要求去除有机质外,对脱氮

  和除磷的场所有较高要求城市生活污水和工业废水、用

  地不紧张的场合、中小型污水

  厂原水有机质含量高和城市生活污水、工业废水或水质目标可分解达到的场所城市生活污水和工业废水,有脱氮除磷要求、用地紧张的场合用地面积严重不足或受到限制中小型污水厂基建

  费用略高于传统法低于传统法与传统法接近低于传统法投资成本法设备简单运行

  费用略高于传统法低于传统法但耗电高略高于传统法低于传统法药剂费用高方便维护,转盘价格高运行

  管理工序较多,对工艺系统的控制有较高的要求工艺简单,构筑物少、不需要污泥消化池,处理效果稳定,出水水质好,维护方便工序多,操作管理较传统法复杂占地和运行维护少,对自控有强烈的依赖性,需要较高的技术和管理水平占地少,处理迅速,氮药剂费用高,反冲洗难控制机械设备简单易于操作,无需污泥回流,节省能耗,但转盘处理不当会导致出水变差社会与环境效益比传统法处理水质更好出水水质好,污泥、恶臭少改善环境,处理后水可会用出水水质好节约用地,出水水质好节省耗能通过对上述表2-2-1[7]比较,从处理效果上讲,处理效率较高的是活性污泥法,生物膜法则相对较低,而在活性污泥法中,SBR法、氧化沟法、AB法等处理效率更高。污水的有机物浓度高时,AB法、A/O法等工艺比较有利。当有机物浓度低时,氧化沟、SBR法等延时曝气工艺具有明显的优势。但传统活性污泥法的适应范围很广,有机物浓度高、低都能很好适应,当其他工艺的优点不明显时,传统污泥法往往是最好工艺。当对出水有脱氮除磷的特殊要求时,可根据要求的不同,利用A/O法、A2/O法等法实现脱氮或除磷或同时脱氮除磷。从投资方面来看,活性污泥法比其它方法要多一些,生物膜法较少,但生物膜法管理上有较严格的要求。从占地面积来讲,传统活性污泥法占地面积较大。目前从世界各国的污水处理看,大型污水厂多用传统活性污泥法,小型污水厂中氧化沟则占很大比例。

  2.2.2工艺方案的对比

  根据要求,本设计拟建的污水处理厂既要考虑有效去除BOD5又要适当去除N,故有三种可供选择的工艺:a:间歇式活性污泥法(SBR工艺);b:氧化沟工艺;c:好氧—缺氧(A/O)脱氮工艺。以下是对三种工艺的对比:

  表2-2-2生物处理方法技术经济比较

  方

  案技术

  指标经济指标运行情况备

  注BOD5去

  除率%基建

  费能

  耗占

  地运行

  稳定管理

  情况适应负荷波动A/O85~95>100>100>100一般一般一般需脱氮除磷的污水处理厂氧化沟90~95<100>100>100稳定简便适应适用于中小型污水厂,需要脱氮除磷地区SBR法90~99<100100<100稳定简便适应适用于中、小型污水处理厂通过上述对三种工艺经过比较,氧化沟除了具有A/O的效果外,还具有如下特点:a:氧化沟法方案在达到与传统活性污泥法同样的去除BOD5效果时,还能有更充分的硝化和一定的反硝化效果;b:氧化沟法相对A/O法具有更强的适应符合波动能力[8]。c:BOD负荷低,使氧化沟具有对水温,水质,水量的变动有较强的适应性,污泥产率低,勿需进行硝化处理。d:电耗较小,运行费用低。所以本课题选择氧化沟处理工艺。

  2.2.3工艺流程

  本设计所采用的氧化沟工艺如下:

  氧化沟

  沉砂池

  细格栅

  提升泵房

  中格栅

  进水

  污泥回流

  脱泥车间

  二沉池

  泥饼外运剩余污泥

  高效沉淀池

  接触消毒池

  排放

  3主要污水处理系统设计计算

  3.1设计流量

  已知,本设计所拟建的污水处理厂的近期处理规模为50000m3/d

  即:平均流量为:Q1=50000m3/d=2083.3m3/h=0.58m3/s=580L/s

  总变化系数:Kz=2.7/Q10.11=2.7/5800.11=1.34其中:Q1为平均流量L/s

  所以:设计流量为:Qmax=Kz×Q1=1.34×50000=67000m3/d

  =2491.67m3/h=0.76m3/s=760L/s

  3.2格栅的计算

  格栅是一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或者金属筛网、框架及相关装置组成。用来阻挡污水中的较大漂浮物和悬浮物。在污水处理的程度中,防止堵塞和缠绕水泵机组、处理构筑物配水设施等,减少后续处理产生的浮渣,保证污水处理设施的正常运行。

  格栅的设计计算主要包括格栅形式选择、尺寸的计算、水力计算、栅渣量计算等[9],本设计中,采用中格栅和细格栅,中格栅设在污水提升泵房之前,细格栅在其之后。

  3.2.1格栅设计原则

  1)格栅按清渣的方式可分为人工清渣和机械清渣,处理流量小或需要截留的污染物量较少时,可采用人工清渣,当为了改善劳动和卫生条件,每天的栅渣量大于0.2m³时,都应采用机械清渣的方法。

  2)污水处理系统前格栅栅条净间隙,应符合下列要求[10]:

  A:人工清除:25~100mm;

  B:机械清除:16~100mm;

  C:最大间隙:100mm。

  3)过栅流速一般采用0.6~1.0m/s,最大流量是可高达1.2~1.4m/s。

  4)格栅前渠道内的水流流速一般采用0.4~0.9m/s。

  5)格栅倾角一般采用45°~75°。

  3.2.2中格栅

  栅条的断面只要根据过栅流速来决定,如果流速过大,不仅水头损失增加,还会将截留在格栅上的残留栅渣冲入下一构筑物,如果流速过小,栅槽内则会发生沉淀[11]。本设计将采用两座中格栅,一用一备。可见图A2。

  设计参数:

  设计流量:Qmax=760L/s=0.76m³/s,以近期最高日最高时流量计。

  栅前水深h:取1.0m过栅流速v:取0.9m/s

  栅条宽度S:取10mm=0.01m栅条间隙b:20mm=0.02m

  栅前部分长度:0.5m格栅倾角:α=60°

  设计计算:

  格栅间系数n:

  式中:Qmax——最大设计流量,m/s;

  b——栅条间隙,m;

  h——栅前水深,m;

  v——过栅流速,m/s;

  α——格栅倾角;

  ——经验修正系数。

  格栅间系数n确定后,则格栅框架内的栅条的数目为n-1。

  即:取40个

  格栅槽总宽度B:

  B=S(n-1)+b×n

  式中:B——格栅槽总宽度,m;

  S——栅条宽度,m;

  b——栅条间隙,m;

  n——格栅间隙数。

  即:B=S(n-1)+b×n=0.01×(40-1)+0.02×40=1.19m

  过栅水头损失h2:

  式中:h2——过栅水头损失,m;

  h0——计算水头损失,m;

  ——阻力系数,其值与栅条的断面几何形状有关;

  g——重力加速度,9.81m/s2;

  k——系数,格栅受污物堵塞后的水头损失增大倍数,一般采取3

  确定栅条断面的形状为圆形,所以β取1.79。所以:

  即:

  过栅水头损失一般为0.08~0.15m,所以本设计符合。为避免格格栅前涌水,故将栅后槽底下降h2作为补偿[12]。

  栅后槽的总高度:

  式中:H——栅后槽总高度,m;

  h——栅前水深,m;

  h1——格栅前渠道的超高,一般取h1=0.3m;

  h2——过栅水头损失。

  即:

  格栅槽的总长度:

  式中:L1——进水渠道渐宽部位的长度,m,其中,B1为进水渠道宽度,m,α1为进水渠道渐宽部位的展开角度;

  L2——格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度,一般取L2=0.5L1;

  H1——格栅前槽高,m(H1=h+h1=1.0+0.3=1.3m)。

  设:进水渠道宽度为0.65m,其渐宽部位的展开角度为20°,所以:

  ,L2=0.5L1=0.5×0.74=0.37

  每日栅渣量:

  式中:W——每日栅渣量,m³/d;

  W1——单位体积污水栅渣量,m³/(103m³污水),一般取0.1~0.01,细格栅取最大值,粗格栅取最小值;

  K——污水流量变化系数。

  即:

  因为:2.45m³/d>0.2m³/d所以:宜采用机械清渣。

  3.2.3细格栅

  细格栅是一种可连续清除流体中杂物的固液分离设备,是城市污水处理、自来水厂、电厂进水口、纺织、食品加工、造纸、皮革等行业生产工艺中不可缺少的专用设备,是目前国内普遍采用的固液筛分设备[13]。本设计采用两座细格栅,一用一备。可见图A3。

  设计参数:

  设计流量:Qmax=760L/s=0.76m³/s,以近期最高日最高时流量计

  栅前水深h:取1.0m过栅流速v:取0.9m/s

  栅条宽度S:取10mm=0.01m栅条间隙b:10mm=0.01m

  栅前部分长度:0.5m格栅倾角:α=60°

  1)格栅间系数n:

  式中:Qmax——最大设计流量,m/s;

  b——栅条间隙,m;

  h——栅前水深,m;

  v——过栅流速,m/s;

  α——格栅倾角;

  ——经验修正系数。

  格栅间系数n确定后,则格栅框架内的栅条的数目为n-1。

  即:取79个

  格栅槽总宽度B:

  B=S(n-1)+b×n

  式中:B——格栅槽总宽度,m;

  S——栅条宽度,m;

  b——栅条间隙,m;

  n——格栅间隙数。

  即:B=S(n-1)+b×n=0.01×(79-1)+0.01×79=1.57m

  3)过栅水头损失h2:

  式中:h2——过栅水头损失,m;

  h0——计算水头损失,m;

  ——阻力系数,其值与栅条的断面几何形状有关;

  g——重力加速度,9.81m/s2;

  k——系数,格栅受污物堵塞后的水头损失增大倍数,一般采取3

  确定栅条断面的形状为圆形,所以β取1.79。所以:

  即:

  4)栅后槽的总高度:

  式中:H——栅后槽总高度,m;

  h——栅前水深,m;

  h1——格栅前渠道的超高,一般取h1=0.3m;

  h2——过栅水头损失。

  即:

  格栅槽的总长度:

  式中:L1——进水渠道渐宽部位的长度,m,其中,B1为进水渠道宽度,m,α1为进水渠道渐宽部位的展开角度;

  L2——格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度,一般取L2=0.5L1;

  H1——格栅前槽高,m(H1=h+h1=1.0+0.3=1.3m)。

  设:进水渠道宽度为0.65m,其渐宽部位的展开角度为20°,所以:,L2=0.5L1=0.5×1.26=0.63

  6)每日栅渣量:

  式中:W——每日栅渣量,m³/d;

  W1——单位体积污水栅渣量,m³/(103m³污水),一般取0.1~0.01,细格栅取最大值,粗格栅取最小值;

  K——污水流量变化系数。

  即:

  3.3提升泵房

  提升泵房用以提高污水的水位,保证污水能在整个污水处理流程过程中流过,从而达到污水的净化。污水提升泵的主要作用就是将污水从一个水池抽送到另一个水池,或从一个污水处理环节输送到另一个处理环节,实现污水的传输作用[14]。

  3.3.1集水池容积V

  泵站集水池一般都选用最大一台5~6分钟的流量来计算。

  则集水池容积V:V=1041.67×5÷60=86.8m³取:V=90m³

  3.3.2面积F

  取有效水深H为2.5m。

  则面积F:

  3.3.3泵的选择

  对于一般的生活污水的抽升多采用PW型污水泵,对于有腐蚀性的废水,应选择适宜的耐腐蚀泵或者耐酸泵,抽升泥渣多的废水和污泥时,可选择泥沙泵或污沙泵。

  本设计中,设计流量为50000m³/d,每台泵的流量是1041.67m³/h。根据《污水处理厂工艺设计手册》中第351页中的潜水排污泵主要参数表,可以选出适合该泵房的QW系列潜污泵,所选泵型号及参数如下:

  型号:300QW1100-28排出口径:300mm

  流量:1100m³/h扬程:18m

  转速:980r/min功率:132Kw

  泵重:1900kg

  3.4沉砂池

  已知QMax=0.76m³/,普通平流沉砂池的主要缺点是沉砂中含有15%的有机物,使沉砂的后续处理难度增加。而采用曝气沉砂池就可以克服这一缺点。本设计便将采用曝气沉砂池,设计个数为2个。则每个沉砂池的流量为0.38m³/s。可见图A3。

  沉砂池设计计算[15]如下:

  设计参数:

  ①旋流速度应保持在0.25~0.3m/s;

  ②水平流速为0.06~0.3m/s;

  ③最大流量时停留时间为1~3min;

  ④有效水深为2~3m,宽深比一般采用1~2;

  ⑤长宽比可达5,当池子长比池宽大的多时,应考虑设置横向挡板;

  ⑥1m³污水的曝气量为0.2m³的空气。

  池子总有效容积V

  设时间t为2min,则:

  水流断面面积A

  设水平流速u1为0.1m/s,则:

  池总宽度B

  设有效水深h2为2m,则:

  每格池子宽度b

  设n为2格,则:

  池长L

  每小时所需空气量q

  设d为0.2㎡/m³,则:

  沉砂池所需容积V`

  式中:X——城市污水沉砂量()

  本设计中取X为

  T——清除沉砂的间隔时间,本设计中采用T为2d。

  即:

  从可以计算出每个沉砂斗的容积:

  沉砂斗各部分尺寸计算:

  取a1=0.5m,α=60°,斗高h3=1.3m。则:

  上口的宽度a:

  沉砂斗有效容积V:

  2.275㎡>2.25㎡,符合。

  池子总高H

  设池底坡度为0.4,池子超高h1为0.3m

  则:池底斜坡部分高度:

  池子总高:

  验算流速:

  当有一格池子出故障,仅有一格池子工作时:

  0.4m/s>0.10m/s,流速符合。

  3.5 carrousel氧化沟

  已知:Q=50000m³/s,及进出水水质状况如下表3-5-1:

  表3-5-1进水水质和出水水质单位:mg/L

  项目SSCODBOD5NH4+-NTP进水水质150230170305出水水质≤10≤50≤10≤5≤0.5设计参数:

  针对carrousel氧化沟的设计,一般的设计泥龄取4-48d,通常的泥龄取10-30d,本设计取20d。曝气池溶解浓度为2mg/L,水温为15℃。可见图A4。

  活性污泥浓度MLSS一般为2000~6000mg/L,本设计取4000mg/L。一般情况下,MLVSS/MLSS的比值是比较固定的,在0.75左右。针对本设计,取值MLVSS/MLSS=0.7。

  本设计采用四组氧化沟,两组为近期项目使用,单个氧化沟的日处理量为25000m³/d,另外两组留有备用空地,为后期扩建项目做准备。产率系数y=0.4

  微生物自身衰减系数kd=0.1d-1,反应速率常数取k=0.1L(mg/d),挥发固体浓度X取值为4000mg/(L·VSS),二沉池底挥发固体浓度Xr=12370mg/(L·VSS)。

  氧化沟所需容积V(Wv=0)

  式中:y——产率系数,取值为0.4;

  Lo——BOD5的进水浓度,mg/L;

  Le——BOD5的出水浓度,mg/L;

  X——挥发固体浓度,mg/(L·VSS);

  kd——微生物自身衰减系数,d-1。

  即:

  曝气时间Tb

  回流比R

  式中:X——挥发固体浓度,mg/(L·VSS);

  Xr——二沉池底部挥发固体浓度,mg/(L·VSS)。

  即:

  需氧量G

  微生物去除的全部底物都作为能源被氧化,而Wv=0,故系统中每天需氧量G为:

  折合最终的生化需氧量为LT:

  复合污泥负荷N

  氧化沟的长度L

  已知氧化沟的容积为4000m³,取水深H为2.0m,沟宽40m。

  则长度L为:

  转刷

  ①选择直径为700mm的转刷,浸深为240mm,转速为80r/min时,充氧能力为5.6kgO2/(h·m)。

  ②已知每小时的需氧量为238.1kg

  则:转刷总长度为238.1÷5.6=4m

  ③每个转刷长度与沟同宽,

  则:转刷间距:500÷11=45m

  ④转刷总功率:

  43×1.6=68.8Kw

  单个转刷的功率为:4×1.6=6.4Kw

  3.6二沉池

  二沉池采用中心进水,周边出水的幅流式沉淀池,采用割泥机排泥,以远期规模设计,共设计两组,每组两个,另一组留有空地以备后期扩建。可见图A6。

  设计参数:

  每组设计流量为50000÷2=25000m³/d=1041.67m³/h

  设计表面负荷为:q·=2.0m³/㎡·h

  保护高度:h1=0.3m

  沉淀部分水面面积F1

  池子直径D

  取D为19m

  实际水面面积F

  实际表面负荷q

  单池设计流量Q0

  有效水深h2

  沉淀时间为1.5-2.5h,本设计取2h。

  则有效水深h2:

  沉淀部分所需容积V

  式中:S——每人每天产生污泥量,本设计取0.5L/p·d;

  N——设计人口数,本设计取100000人;

  T——为两次排污间隔,由于采用割泥机机械刮泥,故污储存时间取4小时。

  即:

  污泥斗容积V1(运用几何公式计算)

  设:

  则:

  所以:

  污泥斗三圆锥体部分污泥容积及污泥总容积

  设:池底径向坡度为0.05,R取10m

  则:h4=(R-r)×0.05=(10-2)×0.05=0.4m

  故:

  污泥总容积:

  沉淀池总高度H

  本设计取缓冲高h3为0.5m,保护高度为0.3m

  则:

  沉淀池周边处的高度及径深比:

  周边高度为:

  径深比:D/h2=19/3.68=5.2合格

  3.7高效沉淀池

  3.7.1斜板沉淀池设计参数[16]

  ①由于斜板沉淀池在絮凝池之后,经过加药处理,故负荷较高,取q=3.0mm/s。②斜板有效系数η取0.8,η=0.6~0.8

  ③斜板水平倾角θ=60°

  ④斜板斜长L=1.2m

  ⑤斜板净板距P=0.05m P一般取50~150mm

  ⑥颗粒沉降速度μ=0.4mm/s=0.0004m/s

  3.7.2斜板沉淀池设计计算

  本设计采用两个斜板式的高效沉淀池,总设计流量为67000m3/d,则单个沉淀池的设计流量为33500m3/d=0.39m3/s。可见图A5。

  沉淀池的面积A

  式中:Q——进水设计流量,m³/s;

  q——容积负荷,m/s;3.0mm/s=0.003m/s。

  则:

  斜板面积Ar

  式中:——颗粒沉降速度,本设计取0.0004m/s;

  ——斜板有效系数,本设计取0.8。

  则:

  需要斜板实际总面积

  沉淀池长度L

  设斜板间隔数N为140个,则斜板部分长度为:

  斜板部分位于沉淀池中间,斜板底部左边距池边距离L2为0.1m,斜板底部右边距池边距离L3为0.8m,则池长L:

  池宽B

  校核

  符合

  泥斗的计算

  本设计对高效沉淀池拟建两个污泥斗,污泥斗倾斜角度为67°,污泥斗下底面长a为0.4m,上地面长b为4.1m。则排泥槽的高度h5:

  污泥斗总容积V1:

  沉淀池的总高度H

  式中:h1——保护高度m;一般采用0.3~0.5,本设计取0.3m;

  h2——清水区高度m;一般采用0.5~1.0,本设计取1.0m;

  h3——斜管区高度m;

  h4——配水区高度m;一般采用0.5~1.0,本设计取1.0m;

  h5——排泥槽的高度m。

  即:

  3.8接触消毒池

  设计参数:

  QMax=0.76m³/s水力停留时间t取30min

  平均水深h取2.0m隔板间隔b取4.5m

  隔板数n取4块

  接触池容积V

  表面积A

  廊道总宽为B

  B=4.5×(4+1)=22.5m取23m

  接触池的长度L

  长和宽之比为:L/b=30/4.5=6.7

  实际消毒容积V·

  V`=B×L×h=23×30×2=1380m³

  池深

  设超高为0.3m则池深:2+0.3=2.3m

  加氯量W

  以每立方米水投加5g计,则:

  W=50000×5×10-3=250kg

  选用2台ZJ-1型转子加氯机,一备一用。单台加氯量为12kg/h。

  3.9污泥量计算

  3.9.1污泥量计算

  1)二沉池的污泥量

  式中:△X——二次沉淀每日排泥量,kg/d;

  Q平——平均日处理量,m³/d;

  Lr——去除的BOD的浓度,kg/m³;

  kd——衰减系数,一般取0.05-0.1;

  Qc——污泥龄,d,本设计采取20d。

  即:

  2)湿污泥体积QS:

  式中:P——污泥含水率,%,本设计取99.5%。

  即:

  3.9.2设计参数

  污泥的性质不同,回收和处置的方法也不同,但污泥都含有水分,存在去水处理的任务,另外,有机污染物存在稳定化的处理任务。

  1)去水处理

  去水处理即降低污泥含水率,使之便于贮存、运输和最终处置。

  a:浓缩将污泥含水率下降至95%~98%的处理过程,叫做浓缩。

  b:脱水将污泥含水率进一步下降至65%~85%的处理过程,叫做脱水。

  c:干化将污泥含水率进一步下降至40%~45%以下的处理过程,叫做干化。

  2)稳定处理

  稳定处理是防止有机污泥腐败的措施。

  a:化学稳定投加石灰和氯等化学物质灭微生物,暂时使污泥不发生腐败。

  b:生物稳定通过微生物的作用,将有机物分解成无机物和稳定的有机物。

  3)污泥固体负荷

  当为初次污泥时,污泥固体负荷宜采用80~120kg/(m2·d);当为剩余活性污泥时,污泥固体负荷宜采用30~60kg/(m2·d);当为混合活性污泥时,污泥固体负荷宜采用25~80kg/(m2·d)。

  4)污泥停留时间

  浓缩时间不宜小于12小时,但也不要大于24小时,以防止污泥厌氧腐化。

  5)有效池深

  有效池深一般为4m,最低不小于3m。

  3.9.3浓缩池的计算

  1)浓缩池直径D

  式中:Q——污泥量,m3/d;

  C——污泥固体浓度,g/L(含水率为99.5%,所以C为6g/L);

  M——浓缩池污泥固体通量kg/(m3/d)本设计取27kg/(m3/d)。

  则:

  本设计采用2个污泥浓缩池。则,单个浓缩池的面积为:125÷2=62.5m2

  则:

  2)浓缩池工作部分高度h1

  取污泥浓度时间T为16h,则:

  3)浓缩池总高度H

  设超高h2为0.3m,缓冲高h3为0.3m,则:

  4)浓缩后的污泥体积:

  4污水处理厂的总体布置

  4.1厂址的选择原则

  在城镇总体规划中,污水厂的位置范围已有规定,但是,在污水厂的总体设计时,对具体位置的选择,仍然需要进行深入的调查研究和详尽的技术经济比较,其一般原则如下[17]:

  厂址与规划居住区或公共建筑群的卫生防护距离应根据当地具体情况,与有关环保部门协商确定,一般不小于300m。

  厂址应在城镇集中供水水源的下游,至少500m。

  厂址应尽可能少占农田或不占农田,且便于农田的灌溉和消纳污泥。

  厂址应尽可能设在城镇和工厂夏季主导风向的下方。

  厂址应设在地形有适当坡度的城镇下游地区,使污水有自流的可能,以节约动力消耗。

  厂址应考虑交通运输、水电供应地质、水文地质等条件。

  厂址的选择应考虑不受洪水的威胁。

  厂址的选择应结合城镇总体规划,考虑远景发展,留有充分的扩建余地。

  4.2污水处理厂的平面布置

  在拟建污水处理厂的设计中,我们需要将各个构筑物的布局清楚展现出来,并且各个构筑物是整个污水处理厂主要的建筑。在对污水处理厂进行平面布置时,应结合地形地貌、各个构筑物的功能条件和水力要求等,秉承着节约用地、方便管理,考虑发展预留用地的原则来确定厂区内的平面位置。因此,在对污水处理厂进行平面布置时应该秉承以下原则:

  按照功能区来划分,配置合理得当。

  功能区明确,布置紧凑。

  对各个构筑物顺畅排列、流程简捷。

  能够充分利用地形、平衡土方、从而降低工程费用。

  以备长远打算,对后期矿建留有余地。

  各个构筑物的建设安排应当注意风向和朝向。

  一般来说,对于污水处理厂的拟建,我们应充分对现有状况进行考虑,从大门进入办公楼、宿舍楼、化验楼等形成的生活活动区,污水处理区应与其分开,使得生活区更加清洁。污泥区也应位于下风向处,厂区也应尽可能设有后门,这样生产生活中产生的栅渣、污泥等可以更方面运出,避免影响生活区内环境清洁状况。

  对于附属构筑物的布置也应该要考虑到方便、安全等的原则。对于生活区域的食堂、办公楼、宿舍等要远离污泥的处理系统,需要位于夏季主导风向的上风向处,这样以便更好的保证工作生活环境。环境的绿化也是一个污水处理厂必不可少的一部分,厂区内可以设置环形的道路以便于运输,对路旁的花草、树木的种植来美化厂区。污水处理厂总平面图见图A1。

  4.3污水处理厂的高程布置

  当在进行水力的计算时,需要选择一条最长距离、造成损失最大的方案流程,并需要按照最大的设计流量来进行计算。

  4.1.1管渠的水力计算

  1)出水口到消毒池间:

  2)消毒池到二沉池间:

  3)二沉池到浓缩池间:

  4)浓缩池到氧化沟间:

  5)氧化沟到沉砂池间:

  沿程损失:

  局部损失:

  6)沉砂池到细格栅间:

  7)细格栅到污水提升泵房间:

  综上所述得出下表为污水管道的水力计算表4-1-1:

  表4-1-1污水管道水力计算表

  构筑物名称管渠设计参数水头损失(m)D(mm)I(‰)V(m/s)L(m)沿程(h)局部(hj)合计出水口至消毒池8000.1070.23560.00060.00440.0050消毒池至二沉池8000.1070.23560.00060.00440.0050二沉池至浓缩池7000.2040.308300.00610.00760.0137浓缩池至氧化沟7000.2040.308320.00650.02010.0266氧化沟至沉砂池8000.1070.2356.50.00070.01930.0263沉砂池至细格栅8000.1070.23550.00050.00440.0049细格栅至污水提升泵池8000.1070.2354.250.00050.00440.0049

  5工程技术经济分析

  5.1主要构筑物的土建费用工程造价表

  表5-1-1主要构筑物的土建费用工程造价表

  构筑物名称尺寸()池空容积()单价(元/m3)数量总投资(元)中格栅3.36×1.19×1.395.5661026783.2细格栅4.14×1.57×1.499.68610211809.6曝气沉砂池12×1.9×3.7986.41226422456601氧化沟50×40×2.0400055024400000二沉池Φ19,深6.612288.358022654428接触池30×20×2.313682921399456浓缩池Φ8.9,深3.6223.84402196944高效沉淀池9×14.4×5.3686.88220023022272总计11148293.85.2污水处理成本计算

  污水处理厂一般在计算污水处理成本会包含员工工资福利费用、动力费用、药剂费用、电费、生产用水水费开支、污泥外运费用、维护维修费、管理费用等,以下便是对上述费用的一个计算[18]。

  员工工资福利费用

  工资福利:4000元/月;本厂拟定人数30人,所以工资福利为:

  式中:A——职工每人每年平均工资福利;

  N——劳动定员。

  即:

  动力费用

  如下图5-1-2:

  图5-1-2主要电器消耗电力设备表

  设备名称单机功率

  (Kw)数量(个)工作时间(h)总功率(Kw/h)中格栅1.82243.6潜污泵132224264细格栅2.22244.4表面曝气机12810241280割泥机2.02244单螺杆泵7.522415污泥输送机2.02244其他1500共计3075综上述表可知拟建的污水处理厂一小时总计所有耗电量:3075×24=73800Kw/d。

  所以,每天综合电价(元/天):

  每年的电费总和(万元/年):

  药剂费用

  式中:a1——聚丙烯酰胺,本设计取2.0mg/L;

  b1——本设计取值为900元/吨;

  a2——加氯量,本设计取9mg/L;

  b2——本设计取值为800元/吨。

  直接投资的计算

  由图5可知,主要构筑物土建费用造价为1114.83万元,由于商家资料不全且涉及到估计数值,即可根据经验和同水量的污水处理厂进行基本设备的比较,本设计拟建的污水处理厂考虑未计算的构筑物取1000万元。

  因此,本设计拟建的污水处理厂总计一次性基本的投资为:

  1114.83+1000=2114.38万元

  其中,考虑到一些不可预见的费用和调试费用等的状况存在,本设计将乘以系数1.2,便得到直接投资为:2114.38×1.2=2537.8万元。

  生产用水水费开支

  本设计拟建的污水处理厂每天生产用水按照45m3来计算,那么水费的开支(万元)为:

  污泥外运费用

  本设计拟建的污水处理厂每天外运污泥约5t,运价为0.4元/(t·km),将运到20km之外,则污泥外运费用(万元/年):

  维护维修费用

  本设计拟建的污水处理厂维护维修费的费率按照直接投资的3.1%来计算,则每年的维护维修费(万元/年):

  管理费用

  本设计拟建的污水处理厂所需的管理费用是将员工的工资福利费、每年的电费、生产用水水费开支、污泥外运费用、维修维护费用相加之和的8%即为管理费用(万元/年):

  运行成本的校核

  本设计合计每年的运行费用Mt为1252.323万元,则每立方米污水的治理成本为:

  目前,我国的污水处理厂的平均处理的成本大约为0.4~0.7元/m3左右,因而可知本设计所拟建的污水处理厂在经济上是可行的。

  6环境保护及安全防护

  6.1环境的保护

  城市污水处理厂在运作之中,不可避免的会对大气环境造成一定的影响,因此在对这些影响进防护措施时必须要科学合理。将这些不利于环境保护的因素降至最低,进而使得城市中的污水处理厂发挥其最大的作用,进一步完成对环境最大化的保护[19]。

  6.1.1水对环境所造成影响的防护措施

  1)对于控制出水水质的排放,污水处理厂都应该制定相应的切实可行的措施来执行。

  2)对于污水处理厂内部的各种措施设备的检查维修与维护及各班的运营工作,都应该严格加强管理,并制定相应的规章制度,从而来确保设备及整个工艺每天都能够完成正常的工作。

  3)对于整个工艺系统的参数需要进行优化,确保出水的水质能够稳定达标。

  4)制定停电、停水等异常方面的应急预案,避免引起水质恶化从而影响环境。

  5)针对污水处理厂内部生产运行过程中产生的废水、员工宿舍每日产生的胜过废水需要统一处理,建设厂区生产、生活污水直接排放等造成的环境影响。

  6)对于进水口及出水口都应该设置安装有自动计量的装置,和自动比例来采样的装置。

  7)相关的职能部分应加强监管力度,从而确保污水处理厂的出水水质情况能够达标排放。

  6.1.2恶臭对环境所造成影响的防护措施

  1)格栅附近的栅渣应做到及时清理、运走。栅渣压榨机所排出的压榨液也应有专门的通道排入污水渠道中。

  2)绿化带对于一个污水处理厂是必不可少的一部份,对厂区进行绿化从而减少臭气随意飘散对附近生活区环境造成影响。

  3)污泥脱水机附近的垃圾需要进行彻底清除,降低恶臭的产生,从而保护环境。

  4)对大气监测的点位的设置也是对臭气监测的重要环节,监测点位的设计需要满足国家相关规定要求。

  5)对于在能够产生臭气的构筑物在岗的员工需要进行防毒面具,保证人身安全,并且需要做好通风准备,降低臭气带来的危害。

  6.1.3噪声对环境所造成影响的防护措施

  1)对于设备的检修、维修及保养做出一定的安排,减少不必要的震动噪声。

  2)对于声响较大的泵房需要采取双层隔音窗,门需要采取隔音门,尽可能采用吸声装置及材料。

  3)对于厂内生产工人的声环境安全进行防护措施的培训,长期处于高噪声污染区的员工都应采取防护用具,降低噪音带来的危害。

  4)对于厂区的绿化,也是能够起到一定的降低噪音的效果。

  5)在保证一切生产运行的情况下,综合所有因素,可将大噪声的设备换至小噪声的设施。

  6.1.4固体废弃物对环境所造成影响的防护措施

  1)在对格栅的栅渣进行压榨时,尽可能的使其含水率更低,从而对于清运时带来方便。

  2)对于沉砂池的排砂过程应随时排出,不能够停留时间太长,否则会发生恶臭,从而对环境造成影响。

  3)分类对于垃圾的处理,对能够回收利用的垃圾进行分类,不能够回收你用的及时清理。

  4)达到国家安全填埋相关规定的污泥需要按照规定来进行污泥填埋,不得擅自处理,不得污染环境。

  5)垃圾外运的途中需要做好一定的防范,不得走一路垃圾、污水流至满地。也坚决做到不超载。不超高。

  6.2安全防护

  6.2.1职业安全生产防护

  现代工业化的生产过程是人—机器—环境系统。有了安全生产才能够来保护可靠地生产系统,人,作为生产的主体,是具有一定的创造力的,掌控着机器和环境。所以,对于员工们来说安全生产教育司不可缺少的。是对全体所有的员工进行的安全思想、安全知识的认知、安全技能的掌握度的一种学习。

  安全教育的作用在于[20]:

  有利于对职工安全意识的提高,树立安全第一的思想;

  有利于职工安全知识水平和实际操作技能的提高;

  有利于动员职工参与安全管理;

  对新企业、新领导、新员工都具有特殊的意义。

  6.2.2劳动保护

  1)根据《中华人民共和国劳动法》的需求,操作人员的安全卫生设施必须符合国家的规定标准。

  2)在污水运行过程中,必须对在岗人员进行安全的教育,制定一定的安全规章制度及管理措施,操作工人员必须持证在岗。

  3)对于密封空间,通风条件差的场所必须采取通风措施。

  4)各个构筑物都应才有必要的护栏措施,并严格按照国家标准制定。

  5)厂区内各个构筑物旁必须配有救生衣、救生圈、安全帽等防护用具。

  6)对于易燃、易爆及有毒物质等,都应做有相应的专用仓库储存室等,并由专人保管及归置。

  6.2.3消防

  厂区内应设置由消防系统,主要的建筑物内每层都应设有消防通道,仪表控制室也都应设有自动喷水灭火装置。厂区内也应该设有污泥消化池,因为有可能产生易燃易爆的甲烷气体,所以更应该注意防火防爆。

  本设计拟建的污水处理厂主要采用了以下的措施:

  厂区内部均设置由消防栓,消防直径为100米,能够确保厂区的卸货需要;

  各个构筑物内均安置由一定数量的灭火器。

  为达到监控实施的目的厂区内安装有防爆电机,防爆灯等措施。

  7总结

  本次设计拟建的生活污水处理厂,所采用的是Carrousel氧化沟的工艺设计,也为能够保证污水处理厂的正常运行及排放,所有设备都需严格按照国家的相关标准,设计的出水水质标准执行国家一级A标准。

  通过这次的设计,对我来说受益匪浅,学到了许多在课堂中没能沟彻底领悟的知识道理,设计中也涉及到了而许多CAD知识技术,也让我更加掌握了CAD绘图本领,在整个设计的过程中,常常会遇到些不明白的知识,特此,我需要感谢李保华老师、黄蕾老师等专业课老师在上专业课时对我的帮助和肯定,以至于毕业设计能够顺利进行,还更要由衷的感谢我的指导教师齐书蕾老师对我设计的耐心、细致的指导,并指出我的不足之处,也正是因为有了齐书蕾老师的宝贵意见,才使得设计得以完善,特此表示深深的敬意。

  对于污水处理厂以前接触的很少,但是通过这次的设计,也让我对今后的工作岗位、工作性质有了进一步的了解,也熟悉了污水处理厂的设计内容、原理、方法及步骤。对于各个构筑物和污水处理厂的基本流程也更近一步的掌握其一。

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