毕业设计（论文）-焦化厂污水处理站工艺设计.doc

焦化厂污水处理站工艺设计 1 焦化厂污水处理站工艺设计 摘要：本设计为 25000m3/d 焦化厂污水处理站设计。该厂污水的主要来源是焦化废水，焦化废水 的主要污染物质有：COD 、BOD、氰化物、氨氮、悬浮物、苯酚及苯系化合物等，焦化废水的特 点是成分多，组分复杂、浓度高、毒性大、难降解，所以本设计采用具有良好去除有机物、氨氮 等的氧化沟法。该污水处理站的处理工艺流程为：污水粗格栅进水泵房细格栅曝气沉砂 池奥贝尔氧化沟二沉池消毒池出水。焦化废水中各污染物经此工艺流程处理后均达到了 污水综合排放标准 （一级，GB8978-1996）标准。 关键词：焦化废水；氧化沟；工艺设计 Abstract：This design is 25000m3 / d coking plant wastewater treatment plant design. The plant is the major source of sewage wastewater, coke plant wastewater are the main pollutants: COD, BOD, cyanide, ammonia, suspended solids, phenol and benzene compounds, coking wastewater is characterized by multi- component, component complex, the concentration high, toxic, biodegradable, so the design uses a good removal of organic matter, ammonia and other oxidation ditch. Treatment of the sewage treatment station process: sewage water coarse grid Water pumping station Fine grid Aerated Grit Chamber Orbal oxidation ditch Secondary settling tank Disinfection tank disinfected pool water. The pollutants in coke plant wastewater treatment by this process has reached the Integrated Wastewater Discharge Standard (a, GB8978-1996) standard. Keywords：Coking wastewater; Oxidation ditch; Process Design 焦化厂污水处理站工艺设计 2 目录 1 绪论.5 1.1 选题背景.5 1.2 处理焦化废水目的及意义.5 1.3 焦化废水的处理方法.6 1.3.1 物化法.6 1.3.2 生化法7 2 设计说明10 2.1 设计资料.10 2.1.1 工艺参数.10 2.1.2 具体工作内容.10 2.2 污水处理工艺流程的设计.10 2.2.1 工艺设计原则10 2.2.2 工艺流程的设计.11 2.3 氧化沟工艺简介.11 2.3.1 氧化沟基本特点.11 2.3.2 Orbal 氧化沟12 2.3.3 Orbal 氧化沟工艺原理13 2.4 污水排放.14 3 设计计算15 3.1 格栅的设计及计算.15 3.1.1 格删的作用.15 3.1.2 格栅的计算公式.15 3.1.3 格栅的计算示意图.16 3.1.4 污染物在栅格中的去除.17 3.1.5 粗格栅的计算.17 3.1.6 细格栅的设计计算.18 3.2 沉砂池的设计及计算.18 3.2.1 沉砂池的作用.18 焦化厂污水处理站工艺设计 3 3.2.2 沉砂池的设计.18 3.2.3 曝气沉砂池的设计计算公式.19 3.2.4 曝气沉砂池的设计计算.20 3.3 氧化沟设计计算.20 3.3.1 氧化沟作用.20 3.3.2 设计参数.21 3.3.3 主体构筑物计算.21 3.3.4 脱氮计算.22 3.3.5 碱度平衡.22 3.3.6 氧化沟总体积.23 3.3.7 需氧量计算.24 3.3.8 氧化沟的容积计算.26 3.3.9 曝气设备计算.27 3.3.10 进出水管及调节堰计算28 3.4 沉淀池的设计及计算.30 3.4.1 沉淀池的作用.30 3.4.2 沉淀池的设计.30 3.4.3 向心辐流式沉淀池的计算公式.30 3.4.4 沉淀池的设计参数的计算.32 3.4.5 排泥设计计算.33 3.5 消毒设施.34 3.5.1 消毒设施的设计.34 3.5.2 消毒池的作用.34 3.5.3 设计资料.35 3.5.4 二氧化氯的消毒氧化作用.35 3.5.5 二氧化氯的投加.35 3.5.6 二氧化氯的投加量.35 3.5.7 消毒池的设计.35 3.6 污泥处理系统的设计与计算.35 3.6.1 二沉池污泥回流系统的设计与计算.36 3.6.2 浓缩池的设计计算公式.36 焦化厂污水处理站工艺设计 4 3.6.3 浓缩池设计计算.37 3.6.4 贮泥池.38 4 污水总泵站的设计39 4.1 概述.39 4.1.1 污水泵房的设计规定.39 4.1.2 设计数据.39 4.1.3 泵房形式.39 4.1.4 工艺布置.39 4.2 污水泵站设计计算.39 4.2.1 水泵选择.40 4.2.2 泵站基础设计.40 4.3 集水井设计计算.40 4.4 机器间设计计算.41 4.5 集水池.41 5 总结43 参考文献.44 致谢.45 焦化厂污水处理站工艺设计 5 1 绪论 1.1 选题背景 焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水。 焦化废水主要包括煤气的初冷阶段煤气冷凝水、煤气终冷水、煤气洗涤水和煤气发生 站的煤气洗涤水、精苯分离水、气柜废水、焦炉水封水及其它场合产生的污水1。焦 化废水主要污染物质有：COD 、BOD、氰化物、氨氮、悬浮物、苯酚及苯系化合物 等，焦化废水其中各组分基本含量及排放标准见表 1.1 所示。 表 1.1 焦化废水各组分基本含量及排放标准 污 染 物BODCOD挥发酚氰化物氨氮悬浮物 含量 mg/L1200300090020050250 级标准201000.50.51570 由表 1.1 可见，焦化废水成分多，组分复杂、浓度高、毒性大、难降解。废水中 含有数十种无机和有机化合物，其中无机化合物主要是大量铵盐、硫、硫化物、氰化 物等；有机化合物除酚外，还有联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物2。污染物色 度高，属较难生化降解的高浓度有机工业废水。焦化废水中 COD，NH3-N 和挥发酚 等污染物浓度高，这些污染物会对人类、水产及农作物都有极大危害。 1.2 处理焦化废水目的及意义 当前，全球都面临着水资源短缺、水质恶化的严峻形势，水污染问题成为当今世 界面临的重要环境问题之一。我国人均水资源占有量仅为 0.24 万 m3，只有世界上人 均占有量的 1/4，属世界十二个贫水国家之一3，所以加强对新污染源的控制，改善老 污染源处理条件，才能从根本上改变我国水质恶化的现状。 焦化废水的处理一直是国内外污水处理领域的一大难题，几十年来尚未出现突破 性的研究成果。废水中污染物组成复杂，含有挥发酚、多环芳烃和氧硫氮等杂环化合 物，属较难生化降解的高浓度有机工业废水。目前，焦化废水一般要经过预处理、二 级处理和深度处理后才可能达标排放。焦化废水的预处理技术有4：厌氧酸化法、气 浮法、混凝沉淀法等；二级处理方法很多，有生物化学法、物理法、化学法、以及物 理-化学法等；焦化废水深度处理技术有化学氧化法、折点氯化法、絮凝沉淀辅以加氯 法、吸附过滤辅以离子交换法等。但目前最常用的方法是焦化废水经隔油池、二级气 焦化厂污水处理站工艺设计 6 浮池除油后进行多段曝气生物处理，再经氧化塘或吸附法深度处理后外排。 1.3 焦化废水的处理方法 目前，焦化废水的处理方法主要有物化法、生化法、物化-生化法等，以下将对几 种方法进行比对分析。 1.3.1 物化法 1）吸附法 吸附法处理废水，就是利用多孔性吸附剂吸附废水中的一种或几种溶质，使废水 得到净化。常用吸附剂有活性炭、磺化煤、矿渣、硅藻土等5。该法操作简单，工艺 流程短，适合处理排放量较小的废水。其缺点是吸附剂的吸附效果不太好，用量大， 更换劳动强度大，处理后产生大量废渣。 2）化学沉淀法 化学沉淀法是将要去除的离子变为难溶的、难解离的化合物的过程。化学沉淀法 的处理对象主要是重金属离子、两性元素、碱土金属及某些非金属元素。该方法加入 沉淀剂的同时，容易引入新的污染成分，并且对于大部分有物污染物无能为力，通常 作为辅助处理方法。 3）混凝沉淀法 混凝法是向废水中加入混凝剂并使之水解产生水合配离子及氢氧化物胶体，中和 废水中某些物质表面所带的电荷，使这些带电物质发生凝集。混凝法的关键在于混凝 剂，目前国内焦化厂家一般采用聚合硫酸铁(PFS)，助凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)6。近 年来，新型复合混凝剂在焦化废水的处理中的应用得到广泛的研究，例如开发的聚硅 酸盐即是一类新型无机高分子复合絮凝剂，是在聚硅酸(即活化硅酸)及传统的铝盐、 铁盐等絮凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与金属盐的复合产物7。混凝法是目前应用 较多的方法，成本低，效果明显，但是尚不能彻底处理焦化废水。 4）Fenton 试剂法 Fenton 试剂是由 H2O2和 Fe2+混合得到的一种强氧化剂，由于 H2O2与 Fe2+作用能 产生氧化能力很强的OH 自由基8,9，其组合能氧化焦化废水中多种有机物10，在处 理难生物降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水时，具有反应迅速、温度和压力等 反应条件缓和且无二次污染等优点11。 5）蒸氨法 焦化废水中氨氮主要来源于熄焦水和剩余氨水，蒸氨法就是通过蒸汽加热焦化废 焦化厂污水处理站工艺设计 7 水，使废水中氨氮挥发后收集，可大大降低水中氨的浓度。该法能够回收部分氨气， 其不足之处是蒸汽用量大，能耗高，蒸氨后剩余氨水仍高达 300mg/L，不能满足排放 标准，后工序往往采用生化处理。 6）焚烧法 焚烧法处理焦化废水是采用高温焚烧方式使焦化废水变成 CO2和水蒸气，及少许 无机物灰分。该法有助于对焦化废水有多数难降解的物质进行彻底消除，COD 去除率 高达 99.5%。缺点是焚烧过程需要喷洒燃油，设备投资及运行成本高，随着油价上涨， 国家不提倡采用焚烧法治理焦化废水。 7）膜分离法 膜分离法是利用特殊的半渗透膜分离水中离子和分子的技术，主要包括反渗透 (RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)、微滤(MF)等12。液膜法除酚技术在我国发展较快，是一 项快速、高效、节能的新型分离技术。膜分离法处理焦化废水主要问题是由于焦化废 水粘度高，而导致清液通量小，不适合大批量处理，膜组件更换频繁，处理成本较高。 8）萃取法 萃取法是采用液膜分离技术使废水中酚类物质或者有机物质，由废水体系转移至 液膜中，从而达到浓缩废水中污染成分的目的5。该法思路新颖，除酚效果良好，但 目前还没有相关工业化方面的报道。 9）催化湿式氧化法 催化湿式氧化技术是在高温、高压状况下，在催化作用下，使用空气将废水中的 氨氮和有机污染物氧化最终转化成无害物质 N2 和 CO2 排放13。该技术始于 20 世 纪 70 年代特别适用于农药、染料、橡胶、合成纤维及难于生物降解的高浓度废水。 10）粉煤灰处理焦化废水 粉煤灰的主要成分是 SiO2，Al2SO3，NaA1Si04等，将粉煤灰作为吸附剂深度处理 焦化废水，脱色效果好，COD、挥发酚去除率高，可对焦化废水进行深度处理14。 11）催化铁内电解方法 该方法主要对焦化废水中存在的难降解物质、生化反应抑制物质以及染料和化工 废水中存在的显色物质，利用单质铁催化还原，从而使其转化为无色、可生化降解的 物质，在此过程中产生的新生态铁离子混凝去除部分污染物15。该方法还可以去除水 中的重金属、磷酸根，有效地解决了废水处理中的许多难题。该方法反应速率快，作 用有机污染物质范围广，适用 pH 范围宽，运行成本极低，运行管理方便，COD 的去 焦化厂污水处理站工艺设计 8 除率较高。 1.3.2 生化法 1）普通活性污泥法 活性污泥法即将焦化废水与活性污泥混合一起进入曝气池，成为悬浮混合液，沿 曝气池注入空气曝气，使污水与活性污泥充分接触，并供给混合液足够的溶解氧。这 时污水中的有机物被活性污泥中的好氧微生物分解，然后混合液进入二次沉淀池，活 性污泥与水澄清分离，部分活性污泥再回流到曝气池中，继续进行净化过程，澄清水 则溢流排放。由于在整个过程中活性污泥在不断增长，部分剩余污泥从系统中排出， 以维持系统的稳定。 2）序批式活性污泥法(SBR) SBR 工艺是集生物降解和脱氮除磷集于一体的新技术，它结构形式简单，运行方 式灵活多变，是一种间歇运行的废水处理工艺，SBR 反应池生化反应能力强，处理效 果好，用它来处理焦化废水 NH3-N 的去除率为 60%。缺点是传统 SBR 法对焦化废水 降解效率不够高。目前，SBR 技术从生活污水到工业废水等各领域都得到了广泛应用。 3）膜生物反应器(MBR) MBR 是将膜技术应用于废水处理系统，提高了泥水分离效率，并且由于曝气池 中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现，提高了生化反应速 率。同时通过降低 F/M 减少剩余污泥产生量，从而基本解决了传统活性污泥法存在的 系统在运行过程中产生大量的剩余污泥，易出现污泥膨胀，出水固体，出水水质不理 想等突出的问题16。与传统的生化水处理技术相比，MBR 具有以下主要特点：固液 分离率高、出水水质好、处理效率高、占地空间小、运行管理简单、应用范围广。现 在膜生物反应器的处理对象也由原来的城市生活污水，逐渐扩大到各种工业废水，发 展前景广阔。 4）生物铁法 生物铁法是在曝气池中投加铁盐，以提高曝气池活性污泥浓度为主，充分发挥生 物氧化和生物絮凝作用的强化生物处理方法17。由于铁离子不仅是微生物生长必需的 微量元素，而且对生物的黏液分泌也有刺激作用。铁盐在水中生成氢氧化物与活性污 泥形成絮凝物共同作用，使吸附和絮凝作用更有效地进行，从而有利于有机物富集在 菌胶团的周围，加速生物降解作用。该法大大提高了污泥浓度，由传统活性污泥法 2- 焦化厂污水处理站工艺设计 9 4g/L 提高到 9-10g/L，降解酚、氰化物的能力也大大加强。当氰化物的浓度高达 40mg/L 条件下，仍可取得良好的处理效果。对 COD 的降解效果也较传统方法好。 5）炭-生物法 目前，国内一些焦化厂生化处理装置由于超负荷运行或其他原因，处理后的水质 不能达标，炭-生物法是在传统的生物法的基础上再加一段活性炭生物吸附、过滤处理。 该工艺简便、操作方便、设备少、投资低18。由于活性炭不必频繁再生，故可减少处 理费用对于已有生物处理装置处理后水质不符合排放标准的处理厂，采用炭-生物法进 一步处理以提高废水净化程度也是一项有效的方法。 6）A-O 与 A-A-O 工艺 目前国内主要采用 A-O (缺氧-好氧)与 A-A-O (厌氧-缺氧-好氧)工艺及其变型脱 氮工艺进行焦化废水的脱氮处理，脱氮效果较好。实验表明：A-O 工艺在 NH3-N 去除 和反硝化方面均优于 A-O 工艺，特别是反硝化率方面 A-A-O 工艺是 A-O 工艺的两倍。 7）三相气提升循环流化床处理焦化废水 实验研究证明用三相气提升循环流化床反应器(AZLR)处理焦化废水，比活性污泥 法处理效果好19。该方法对于酚、氰等污染物有良好的耐受力，去除效果好，可有效 降低曝气能耗。 焦化厂污水处理站工艺设计 10 2 设计说明 2.1 设计资料 2.1.1 工艺参数 1）工程规模：焦化洗涤废水流量为 25000m3/d。 2）水源资料： 表 2.1 焦化废水各组分基本含量 污 染 物BODCOD挥发酚氰化物氨氮悬浮物 含量 mg/L1200300090020050250 3）出水要求： 出水水质要求达到污水综合排放标准 （一级，GB8978-1996）的污水处理工艺 设计。即： 表 2.2 焦化废水各组分排放标准 污 染 物BODCOD挥发酚氰化物氨氮悬浮物 级标准 mg/L 201000.50.51570 2.1.2 具体工作内容 (1) 合理选择污水处理工艺流程。 (2) 完成主要污水处理构筑物设计计算。 (3) 绘制污水处理系统工艺流程图。 (4) 绘制污水处理系统主要构筑物设计图。 (5) 绘制污水处理系统平面布置图。 (6) 绘制污水处理系统高程布置图。 (7) 整理设计说明书一份，内容包括主要处理构筑物等的设计计算。 2.2 污水处理工艺流程的设计 焦化厂污水处理站工艺设计 11 2.2.1 工艺设计原则 确定处理工艺的依据有以下几点：(1) 污水处理程度。(2) 处理规模和污水水质质 量变化规律。(3) 新工艺及类似污水工程资料。(4) 污泥处理的工艺。 污水处理的程度：确定污水处理程度主要需要考虑收纳水的功能，水环境质量要 求，污染状况和自静能力，处理后的污水是否回用等因素。 处理规模和污水水质和水量变化规律：污水处理规模也是影响工艺选择的重要因 素。某些处理工艺，如完全混合曝气池，塔式生物滤池和竖流沉淀池只适用水量不大 的小型污水处理厂，因此处理方案也要处理规模调整。 新工艺及类似污水工程资料：采用先进技术，应做到技术上先进可靠，经济上高 效节能。对于采用新工艺，新技术的设计，应对其设计参数和技术经济指标作精心选 择。 污泥处理工艺：污泥处理工艺作为污水处理系统方案的一部分，决定于污泥的性 质与污泥的出路（农用，填埋，排海等）。污水处理构筑物排出的剩余污泥性质的不 同，对选用污泥处理工艺有较大的影响20。 2.2.2 工艺流程的设计 由于本设计为焦化洗涤废水处理设计，考虑的焦化废水本身的特点及流量。考虑 本设计的实际情况，要达到国家一级排放标准，本设计采用具有良好去除有机物、氨 氮等的氧化沟法。 工艺流程为： 出 水 消 毒 池 污泥 外运 进水 剩 余 污 泥 污 泥 回 流 沉沙外 运 鼓风机 房 脱水机 房 污泥浓缩 池 污泥回流 泵房 二 沉 池 奥 贝 尔 氧 化 沟 曝 气 沉 沙 池 细 格 栅 进 水 泵 房 粗 格 栅 图 2.1 焦化废水工艺设计流程图 焦化厂污水处理站工艺设计 12 2.3 氧化沟工艺简介 2.3.1 氧化沟基本特点 氧化沟工艺是活性污泥法的一种变形工艺，属于延时曝气的活性污法。1954年荷 兰第一座氧化沟污水处理厂投入使用，随着工业技术和水处理工艺的不断发展以及污 水排放标准的不断提高，氧化沟工艺和构型已经得到很大发展。氧化沟工艺一般都采 用封闭的环状沟，污水和活性污泥在沟内进行几十圈甚至更多的循环后排出系统。这 种池型构造和运行方式，使氧化沟在流态上兼具推流式和完全混合式的双重特点；采 用低负荷(污泥负荷为0.050.15kgBOD/kgMLSSd)在考虑硝化的情况下，污泥负荷一 般小于0.10kgBOD/kgMLSSd)和高污泥龄(SRT：1530d，在要求完全硝化的情况下， 一般污泥龄大于20d)，污泥在氧化沟内充分好氧稳定，不需要厌氧消化；通常氧化沟 均采用表曝设备，如转刷、转碟和表曝机等，曝气设备同时满足充氧、混合、推动混 合液循环运动以及防止活性污泥沉淀等多方面要求。防止活性污泥沉积的混合液的平 均流速要求不小于0.3m/s。供氧量的控制通常通过改变曝气设备的运行台数、转动速 度和调节浸水深度来实现。由于具有基建和运行费用较低，操作技术相对简单和处理 效果稳定等优点，氧化沟污水处理技术已经广泛应用在我国城市污水和工业废水处理 厂的建设中21。 2.3.2 Orbal氧化沟 Orbal 氧化沟是一种多级氧化沟，其特点是：曝气设备是有水平轴的竖直转碟， 碟片经过水力学设计达到最佳的充氧和推流作用；由同心圆形的多沟槽构成(多为三 沟道)，各沟道均表现为单个反应器的特征，这使得 Orbal 氧化沟的推流特征更加突出。 在各个沟道之间存在明显溶解氧梯度，对于有机物的去除、高效脱氮、防止污泥膨胀 和节约能耗等，都是非常有意义的。对于三沟道的 Orbal 氧化沟，外沟、中沟和内沟 的溶解氧一般控制在 00.5mg/L、0.51.5mg/L 以及 1.52.5mg/L，体积比为 50：33：17；供气量之比为 65：25：10。转碟后设导流板以防止污泥沉淀，有效水深 可达 4.5m。外沟内供气量通常占总气量的 65左右，但是由于外沟容积大，同时发 生了高度的生化反应，溶解氧一般在 0.5mg/L 以下，这种亏氧条件下的供氧方式使氧 利用率和充氧效率更高。Orbal 氧化沟进水进人外沟，同回流污泥进行混合，使回流 污泥中的硝态氮能利用原水中的有机碳源，在外沟整体较低的溶解氧浓度下进行反硝 化，这种脱氮方式能同时节省用于硝化和碳化的曝气量，同时可以不必考虑反硝化外 加碳源。中沟作为摆动沟道，使系统更为稳定，内沟保持较高的溶解氧，以保证碳化 焦化厂污水处理站工艺设计 13 和硝化完全。 氧化沟 回流污泥 出水 剩余污泥 二沉池 中心岛 进水 转碟 图2.2 Orbal氧化沟 2.3.3 Orbal氧化沟工艺原理 由于溶解氧在氧化沟的分布呈 0l2，第一沟内溶解氧浓度/mg L/mg L/mg L 始终接近于零，所以 0rbal 氧化沟的脱氮和硝化始终保持最佳状态。 1）Orbal 氧化沟的脱氮除磷 所谓第一沟溶解氧为“0”。它是指第一沟中远离转碟的沟道之混合液的溶解氧 始终处于接近 0的状态，并非指整个沟道处于缺氧状态，在靠近转碟的沟段正/mg L 是富氧区。 在缺氧条件下，脱氮细菌生长繁殖有利。这些细菌以有机碳作为碳源和能源。并 以硝酸盐作为能量代谢过程中的电子接受体。由于 Orbal 氧化沟的第一沟 BOD(碳源) 很丰富，而脱氮细菌正是以有机碳作为碳源和能源，因此不需另投加有机碳源来满足 生物脱氮过程的需要。在靠近转碟的沟段即处于富氧区的沟段，氨氮被硝化细菌氧化 为硝酸盐氮(NO，-N)，由于混合液在第一沟中闭路循环数十次乃至数百次，所以 Orbal 氧化沟的第一沟中同样进行了数十次乃至数百次的硝化一脱氮反应第二沟是第 一沟的继续，它起着缓冲第一沟的处理效果，经第一沟、第二沟的生物氧化后，绝大 部分的有机物和氨氮得到去除。第三沟一般来说是为了排放，起补充氧的作用。另外 也可通过内循环方式将混合液从第三沟打回第一沟，从而将在第二沟及第三沟形成的 硝酸盐氮转到第一沟进行反硝化。应用这些操作方式，脱氮效率可达 90以上。 2）同时硝化反硝化机理 第一沟中存在好氧和缺氧区域，致使硝化、反硝化反应在同一沟内发生，这种 焦化厂污水处理站工艺设计 14 “同时硝化反硝化”机理包括两层含义。 宏观环境：整个第一沟内存在缺氧与曝气区域。根据各 Orbal 氧化沟污水处理厂 的测试结果，在曝气转碟上游 11711 至下游 31711 的沟长范围内一般 DO0.5，/mg L 部分区域甚至可达 23，可将此看作曝气区域，其他区域则为缺氧区域。/mg L/mg L 这为同时硝化、反硝化反应提供了必要的环境。 微环境：微小的微生物个体所处的环境可称为微环境，它直接决定微生物个体的 活动状态。在活性污泥菌胶团内部存在多种多样的微环境类型，而每一种微环境往往 适合于某一类微生物的活动。受各种因素(物质传递、菌胶团的结构特征)的影响，微 环境所处的状态是可变的。而宏观环境的变化往往导致微环境的急剧变化，从而影响 微生物群体的活动状态并在某种程度上表现出“表里不一”的现象。例如，某一好氧 性微环境，当耗氧速率高于氧传递速率时可变成厌氧或缺氧性微环境。对于菌胶团尤 其是大颗粒菌胶团来说，微环境的变化可能非常明显。因而曝气状态下也可出现某种 程度的反硝化，即“同时硝化反硝化”现象。 在已有的污水处理厂中，对 Orbal 系统所做的测试能明显地观察到第一沟内存在 缺氧与好氧区域，而且有初沉池的设计也不易于形成大颗粒菌胶团，故认为在所测试 的 Orbal 氧化沟系统中，第一种类型的“同时硝化、反硝化”占主导地位22。 2.4 污水排放 本污水厂出水标准为国家一级B标准，主要用于厂区内的绿地浇灌，还可农田灌 溉及小区冲厕，洗车用水、生活观光用水等。 焦化厂污水处理站工艺设计 15 3 设计计算 3.1 格栅的设计及计算 从污水流量等因素考虑，只设粗细两道格栅。 3.1.1 格栅的作用 格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道、泵房集水进的进口 处或者污水处理的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，如：纤维、碎皮、毛皮、 木屑、果皮、蔬菜、塑料制品等，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并保证其 正常运行。 3.1.2 格栅的计算公式 栅槽宽度的计算公式为： (3.1) ennSB) 1( ehv Q n sin max 式中：B栅槽宽度,m； S栅条宽度，m； e栅条净间隙，mm； n格栅间隙数； Qmax最大设计流量，m3/s； 格栅倾角，度； h栅前水深，m； v过栅流速，m3/s，一般取 0.61.0； 经验系数。sin 格栅的水头损失计算公式： (3.2) 10 hkh 焦化厂污水处理站工艺设计 16 2 00 sin 2 v h h g 式中：h1过栅水头损失，m； h0计算水头损失,m； g重力加速度,9.81m/s2； k系数，格栅堵塞后，水头损失增大倍数，一般为 3； 阻力系数，与选择的栅条断面有关。 栅槽总高度计算公式： H=h+h1+h2 (3.3) 式中：H栅槽总高度，m； h栅前水深，m； h2栅前渠道超高，m,一般取 0.3m。 栅槽总长度计算公式： (3.4) 1 12 L1.00.5 H ll tg 1 1 1 2 BB l tg 1 2 2 l l 12 Hhh 式中：L栅槽总长度，m； H1 栅前槽高，m； 进水渠道渐宽部分长度，m； 1 l B1进水渠道宽度,m； 进水渠展开角，一般为 200； 1 栅槽与进水渠连接渠的渐缩长度，m。 2 l 焦化厂污水处理站工艺设计 17 每日栅渣量计算公式： (3.5) 1000 86400 1max 总 K WQ W 式中：W每日栅渣量，m3/d； W1栅渣量（m3 /10m3污水） ，0.10.01，粗格栅用小值，细格栅用大值， 中格栅用中值； 污水流量总变化系数。 总 K 3.1.3 格栅的计算示意图 1 进 水 工作平台栅条 图 3.1 格栅水力计算示意图 3.1.4 污染物在栅格中的去除 粗栅主要去除焦化废水中的悬浮物，去除见表 3.1。 表 3.1 悬浮物在栅格中的去除 污 染 物进水含量 mg/L出水含量 mg/L 去除率 焦化厂污水处理站工艺设计 18 悬浮物2507072% 3.1.5 粗格栅的计算 粗栅条宽度定为 10.00mm，粗栅条间隙定为 20.00mm。 设计流量为 25000 m3/d,设计一台。 最大设计流量为 0.28935 m3/s。 过栅流速取 0.6m/s。 进水渠宽 0.4m,栅前水深为 1.4m。安装角度 =600。 根据计算公式计算，得出粗格栅各设计参数： 格栅间隙数：n=18.7 取 n=19； 格栅宽度：B=560mm； 过栅水头损失：选用常规的矩形断面栅条， =2.42。 h1=0.046m,取 0.05m； 栅槽总高度：H=1.75m，其中超高取 0.3m； 栅槽总长度:L=2.71m,其中 1=200； 每日栅渣量为：W=1.392 m3/d，取 1.45。 总 K 3.1.6 细格栅的设计计算 设计流量为 25000m3/d, 最大设计流量为 0.28935 m3/s。 细栅条宽度定为 8.00mm,细栅条间隙定为 10.00mm。 栅前水深设计为 1.4m，过栅流速取 0.6m/s，安装角度为 600。 根据计算公式计算，得出细格栅各设计参数： 格栅间隙数：n=37.4 取 n=38； 格栅宽度：B=676mm； 过栅水头损失：选用常规的矩形断面栅条， =2.42。 h1=0.086m； 栅槽总高度：H=1.786m，其中超高取 0.3m。 栅槽总长度：L=2.95m,其中 1=200。 每日栅渣量为：W=1.086 m3/d，取 1.45。 总 K 3.2 沉砂池的设计及计算 焦化厂污水处理站工艺设计 19 3.2.1 沉砂池的作用 沉砂池的作用是从污水中分离出密度较大的无机颗粒，如：砂子、煤渣等。沉 砂池一般设在处理工艺的前段，以保护机件和管道，保证后续作业的正常运行。 3.2.2 沉砂池的设计 本工艺采用曝气沉砂池 沉砂池，曝气沉砂池的示意图如图 3.2。 i=0.1-0.5 空气管 挡板 曝气器 沉砂池 图 3.2 曝气沉砂池 3.2.3 曝气沉砂池的设计计算公式 曝气沉砂池设计参数： (1) 最大旋流速度为 0.250.30m s，水平前进流速为 0.060.12m s。/ (2) 最大设计流量时的停留时间为 12min。 (3) 有效水深 23m，宽深比 1.01.5，长宽比 5。 (4) 曝气装置用穿孔管，孔径 2.56.0mm，曝气量 0.10.2m3m3污水或 35m3/ (m2h) / 如果将停留时间延长至 2030min，可使曝气沉砂池兼作预曝气池。 池子总有效容积 V： (3.6) max 60VQt 式中：Qmax最大设计流量，m3s；/ t最大流量时的停留时间， min。 水流断面积 A： v A max Q (3.7) 焦化厂污水处理站工艺设计 20 式中：v最大设计流量时的水平流速。 池总宽度 B： (3.8) 2 h A B 式中：设计有效水深。 2 h 池长 L： (3.9) V L A 每小时所需空气量 q： (3.10) max 3600dQq 式中：d每立方米污水所需空气量。一般为 0.10.2m3m3。/ 3.2.4 曝气沉砂池的设计计算 最大设计流量的计算： 本厂工程的设计水量为 25000m3/d。 池设计最大水量 Qmax=0.28935m3/s。 总有效容积的计算： 设计停留时间为 t=3.0min， V=60Qmaxt =53m3。 池断面面积： 最大设计流量时的设计水平前进流速 v=0.05m/s， =5.79m2。 v A max Q 池宽和有效水深： 设计有效水深为：H=2.5m， 池宽：B=A/H=2.3m。取 2.5m。 池长： L=V/A=9.15m,取 9.5m。长宽比：L/b=9.5/2.5 小于 5，符合要求。 所需曝气量为： 焦化厂污水处理站工艺设计 21 =104.17m3/h max 3600dQq 其中 d 取 0.1m3/m3。 3.33.3 氧化沟设计计算氧化沟设计计算 3.3.1 氧化沟作用 氧化沟的作用是去除焦化废水中的、氨氮及有机物。去除如表 3.2。BODCOD 表 3.2 氧化沟中焦化废水各组分去除 污 染 物BODCOD氨氮 进水含量 mg/L1200300050 出水含量 mg/L2010015 去除率66.7%66.7%70% 3.3.2 设计参数 (1)污泥产率系数 Y=0.5 (2)混合液悬浮固体浓度 MLSS=4000mg/L (3)混合液挥发性悬浮固体浓度 MLVSS=3000mg/L F=0.75 (4)污泥龄 30 c d (5)内源代谢系数0.055 d K (6)20 度是脱水率0.035 dn qkg 3.3.3 主体构筑物计算 1）负荷计算 负荷计算： 5 BOD 原水 COD300/mg L 预处理去除率 COD66.7% 污水可生化性 /0.4B C 2）除 BOD 计算 氧化沟出水20/ e Smg L 3 0.7512090/ 4 VSSTSSmg L 焦化厂污水处理站工艺设计 22 氧化沟好氧区容积，包括去除和消化反应所需体积 5 BOD 3 1, V m (3.11) 3 1 ()0.5 25000 (12020) 30 4717 (1)3000 (1 0.055 30) oe vdc YQ SS Vm XK 剩余污泥量 3 ,/X kg m 112 ()0.5 25000 (12020)25000 (3020) () 11000 (1 0.055 30)1000 721.7/ oe dc YQ SS VQ XX K kg d (3.12) 式中：污泥中惰性物质（kg/L）为进水悬浮固体浓度（TSS）与挥发性悬浮 1 X 固体浓度（VSS）之差 mg/L。 1 120 120 0.7530/XTSSVSSmg L 随处理完水流出的污泥量 mg/L。 2 X 2 20/Xmg L 去除 1kg产生的干污泥量： 5 BOD 5 721.7 1000 0.29/ ()25000 (12020) s oe X kgDkgBOD Q SS 3.3.4 脱氮计算 (1) 氧化沟中剩余污泥中所含氮率为 12.4% 每日产生的污泥量为： (3.13) ()0.5 25000 (12020) 471.7/ 11000 (1 0.055 30) oe vss dc YQ SS Xkg d K 用于生物合成的氮为： , / o N kg d (3.14) 0 12.4%0.124 471.758.5/ vss NXkg d 折合每单位体积进水用于生物合成氮量： 0 0 58.5 1000 2.34/ 8000025000 N Nmg L (2) 反硝化脱量， 3 NON , / r N mg L 焦化厂污水处理站工艺设计 23 (3.15) 0 502.342027.66/ rNe NTKNNmg L 所需除氮量： (3.16) 3 25000 27.66 691.5/ 10001000 r NON QN Skg