某大学造纸综合废水处理工程毕业设计.doc

第 1 页 共 48 页 第 1 章 前言 水是生命之源 是人类赖以生存和发展的物质基础 是不可替代的宝贵资源 我国却是一个水资源十分短缺的国家 人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分 之一 严重制约着我国社会主义经济的发展 随着工业化步伐的不断加快 废水污染物的产生量也明显的增加 其中造纸行 业是用水排水量相当大的行业 所排出的废水污染负荷高 是急待解决污染源之一 为使环境污染和生态破坏加剧趋势得到基本控制 就要对工业废水污染进行综合防 治 污水处理主要对象为有机物 COD 氨氮和磷酸盐 控制富营养化为目的的 氮磷脱除已成为各国重要的奋斗目标 在此情况下 发展可持续污水处理工艺变得 势在必行 所谓可持续污水处理工艺就是朝着最小 COD 氧化 最低的 CO2释放 最少的剩余污泥产量以及实现磷回收和处理重金属回收等方向努力 这需要较综合 的方式来解决污水处理问题 即污水处理不应仅仅满足单一的水质改善 同时也需 要一并考虑污水及所含污染物的资源化和能源化问题 且所采用的技术必须以低能 耗 低成本付出 避免出现污染物的转移现象为前提 1 1 造纸废水的来源和特点 制浆造纸工业的整个生产过程 包括从备料到成纸 化学品回收 纸张的加工 等都需要大量的水 用于输送 洗涤 分散物料及冷却设备等 虽然生产过程中也 有回收 处理 再用 但仍有大量的废水排入水体 造成了水环境严重污染 在制浆造纸工业废水中对环境有危害的主要污染物有 需氧物质 合成有机物 有机卤化物 悬浮物和植物营养物等 需氧物质 在备料 蒸煮与漂白过程中 溶出的原料组分 如半纤维 甲醇 甲酸及糖类 这些物质易被微生物降解 如果它们随废水排入水体 将消耗水中的 溶解氧 在耗氧速度大于水体的复氧速度时 会造成水中缺氧 进而使水体腐败 合成有机物 制浆造纸工业废水中合成有机物主要是清洁剂 杀虫剂 油脂及 第 2 页 共 48 页 工业化学物质等 它们的共同点是具有潜在的毒性 有机卤化物 可吸附有机卤化物 AOX 其毒性很强 悬浮物 SS 主要成分是纤维和纤维细料 它们随废水排入水体后 一部分 沉到水底形成淤泥 影响水生生物的生存 还有可能发生厌氧分解 使水体腐败 一部分漂在水面上 影响氧气向水中的传递 此外 SS 还会影响光向水中的传递 植物营养物 废水中的氮 磷及微量的金属离子会引起水体的富营养化 一般 制浆造纸工业废水中氮与磷的含量与不同的制浆方法有很大的关系 1 2 造纸废水的污染现状 据 1998 年统计 中国造纸工业总排水量为 23 9 亿 m3 a 仅次于化学工业及钢铁 工业的年排水量 居第三位 化学耗氧物质排放量为 321 4 万 t a 占全国工业排放 量的 1 3 1 可见 造纸工业水污染治理已经成为造纸行业乃至全社会关注的热点 也是造纸企业生存与发展的关键 造纸工业污染在美国被列为六大公害之一 其排 水量占全国排水量的 1 15 在日本 被列为五大公害之一 在瑞典和芬兰 造纸工 业排水中的有机污染物排放量占全部工业排水中有机污染物的 80 2 可见 在全 世界范围内 解决造纸废水的污染问题也是迫在眉睫 1 3 造纸废水处理方法介绍 造纸废水由于污染物浓度高 成分复杂 可生化性差 流量和负荷波动较大而成 为难处理的工业废水之一 其处理方法介绍如下 1 物理法 这类方法基于物理作用的原理 以去除不溶解的固体悬浮物为主 同时也有去除部分 导致产生生化耗氧量的物质 降低和消除废水色度的作用 处理过程中并没有改变污 染物质的化学性质 通常采用的处理方法包括依靠压力差作用的过滤法 依靠重力沉 降作用的沉淀法 依靠浮选作用的气浮法等 2 化学法 这类方法是利用化学药品的作用 以调节废液pH 值 降低和消除色度为主 同时也有 去除部分生化耗氧量和固体悬浮物的作用 包括氧化法 还原法 中和法以及上面 述及的絮凝沉淀法等 3 物理化学法 第 3 页 共 48 页 这类方法基于物理作用和化学反应相结合的原理 包括活性碳吸附法 离子交换 法 电渗析法等 物理化学方法的处理费用较高 属于深度处理的方法 用在对于排 放标准要求较高的情况 亦即在通常的一级和二级处理之后 进一步去除微量的污染 物质 4 生物法 利用微生物的新陈代谢功能可以有效地处理废液 废水中溶解的或者呈胶体状态 的有机污染物质 在微生物的作用下逐步降解 最终转化成为无害的低分子物质 使废 水得到净化 根据微生物在新陈代谢时需要或者不需要氧气 可以分为好氧法和厌氧 法两大类 属于好氧生物处理法的有活性污泥法 生物膜法等 好氧生物处理法是 使用最多的方法 1 4 造纸废水处理新技术发展动态 1 4 1 膜分离技术 将膜技术应用于制浆造纸废水 通常用于浓缩低浓度的废水 利用膜分离技术回 收造纸黑夜中的碱 可以把黑夜的浓度从 10 浓缩到 30 其费用只有蒸发浓缩的 40 大大降低了能耗和运行费用 芬兰造纸研究所利用超滤膜处理造纸黑夜 将 TDS 为 15 的黑夜浓缩到木质素含量 80 90 的浓缩液 3 洗浆和漂白废水浓度低 水量大 采用一般的方法不易处理 而采用超滤 反渗透系统 可以使 90 以上废水 回用 同时以浓缩液的形式回收废水中的溶解物 进一步利用有效或在回收炉中烧 掉 4 总之 大量的工程研究表明 利用膜技术处理造纸废水是有效的 可行的 是一种很好的发展趋势 1 4 2 电凝聚技术 使用铁或铝作为电极 利用电解过程中产生的铁 铝氢氧化物凝聚废水中有机物 并利用电解过程产生的极细微的气泡将凝聚物浮选上来 贾金平等采用电化学和酸 析 凝聚组合工艺处理造纸黑夜 结果表明 电极法处理黑夜 COD 和色度的去除 率分别为 64 25 和 94 采用 酸化 电解 Fetion 试剂氧化 综合处理造纸废水黑 夜 COD 色度的去除率分别为 94 2 和 99 6 出水近乎清澈透明 5 1 4 3 HCR 工艺 日 韩等国近几年来发展的 HCR 工艺 利用高效射流曝气技术 产生超细气泡来 第 4 页 共 48 页 加快氧从气态传质到液态 通过加快氧转移到液体中的速率和缩短转移路程在强化 氧的转移 通过细菌附聚物的分解产生的薄膜来扩大废水和细菌薄片间的接触面积 该工艺具有高效的氧转移率和传质速率 氧气产生超出传统的活化过程的 3 4 倍 7 采用 HCR 工艺处理造纸废水 可以取得较好的处理效果 1 4 4 真菌技术 木质素是一类结构复杂的天然有机化合物 不易被细菌降解 国际上研究最多并 表现出高效降解能力的是担子菌纲的白腐菌 其中黄孢原毛平革菌是研究得最深入的 一个典型种 8 广州华南理工大学筛选出一株白腐菌L u 11 用它处理蔗渣浆CEH 漂白废水 可明显降低废水色度 COD与BOD 9 造纸废水中纤维素含量也很高 如何联合利用降解木质素与纤维素的菌 处理造纸废水 并使之变废为宝 将是一 个有意义的研究方向 1 5 关于造纸废水治理的建议 1 以结构调整为主线 优化原料配置 做好治污源头文章 2 优化创新污染治理工艺 建设高效深度处理系统 实施废水资源化利用工程 提高污染治理综合效益 3 以林纸一体化工程为依托 逐步淘汰麦草浆 促进企业的可持续发展 中国造纸与世界造纸真正的差距在于原料上的差距 而麦草浆黑液治理又是造 纸环保难以克服的顽症 如何缩小与世界造纸原料上的差距 寻求一种质量好 污 染小 易治理的原料 打破中国纸业面临的原料瓶颈 三倍体毛白杨的出现给中国 纸业带来了希望 4 以清洁生产为突破 发展循环经济 改变传统环保模式 多年的治污历程使我们深刻认识到 环保不是企业的包袱 而是一种资源 是 一项产业 环保也可以产生效益 污染治理不单单是末端废水治理 更重要的是实 施清洁生产 在生产的全过程 多层次 宽领域来治理污染 要摒弃传统的环保思 想 树立 大环保 的理念 大力推进循环经济 优化环保资源配置 整合环保产 业经营 把节水 治污 水资源保护有机统一协调起来 努力发挥每一方废水 每 一吨废弃物的最大价值 变废为宝 变旧为新 实现废水废物资源化综合循环利用 实现污染治理的综合效益 达成生产经营与生态环境的和谐一致 相得益彰 因此 在治污过程中 我们遵循循环经济理论 以持续推行 清洁生产审计 为中心 以 第 5 页 共 48 页 实施 5S 现场管理和细化过程控制为重点 取得了末端治理和过程控制的同步协调发 展 第 2 章 设计说明书 2 1 设计背景 2 1 1 课题内容 该纸业有限公司以棉杆和稻草为原料 生产黄板纸和高强瓦楞原纸 在生产过 程中产生综合废水 15000m3 天 综合废水水质 CODcr1780mg L BOD5800mg L SS1800mg L 出水水质 CODcr450mg L BOD590 mg L SS 150 mg L 本着技术可靠 方案可行 经济合理的原则 完成该废水处理工程的设计 2 1 2 课题意义 为了响应国家走循环经济道路的号召 惯彻 国务院关于落实科学发展观加强 环境保护的决定 政策 维护市政府与国家环保局签订的 市 十一五 水污染物 总量削减目标责任书 2006 2010 的严肃性 纸业有限公司对其生产污水和污染 物进行进一步的治理 解决制浆造纸过程中的污染问题 本次设计的目的是实现某纸业有限公司污水达标排放 改善工厂周边的水环境 通过此次设计巩固所学的专业理论知识 掌握污水处理工艺及设备设计技术 熟练 设计过程和规范要求 为将来实际工程的应用打下基础 2 1 3 设计原则 严格遵循国家相关法规 规范和标准 确保各项处理水质指标达到相应的国家 排放标准 废水处理装置布置紧凑 流畅 尽量减少占地面积 坚持实用和美观相 结合的总布原则 选择工艺简单 采用目前国内成熟 实用的处理工艺 尽量通过 优化设计降低工程投资及运转费用 努力实现技术先进与企业财力相适应 第 6 页 共 48 页 2 2 污水处理方案的比较与选择 造纸废水处理必须采用二级处理 高效脱氮除磷 目前国内外造纸废水处理厂 大多采用活性污泥法 这种方法能有效去除城市污水中的主要污染物 而且比较经 济 常用的方法有 A2 O 法 氧化沟工艺 SBR 等 2 2 1 污水处理方案简介与比较 2 2 1 1 氧化沟工艺 氧化沟也称氧化渠或循环曝气池 是 20 世纪 50 年代由荷兰的巴斯韦尔 Pasveer 开发的一种污水生物处理技术 属活性污泥法的一种变法 10 它把连续 式反应池作为生化反应器 混合液在其中连续循环流动 氧化沟使用一种带方向控 制的曝气和搅动装置 向反应器中的混合液传递水平速度 从而使被搅动的混合液 在氧化沟闭合渠道内循环流动 由于氧化沟运行成本低 构造简单 易于维护管理 出水水质好 运行稳定 并可以进行脱氮除磷 因此日益受到人们的重视 并逐步 得到推广 特别适用于南方延时曝气运行 1 工艺流程 氧化沟工艺可不建初沉池和污泥消化池 有时还可以将曝气池与二沉池合建而省去 污泥回流系统 常用的处理城市污水的氧化沟工艺流程如图所示 格栅 沉砂池氧化沟二沉池 回流污泥 出水 污泥 剩余污泥 图 2 1 氧化沟工艺流程简图 2 氧化沟优点 a 工艺流程简单 运行管理方便 氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消化池 有 此类氧化沟还可以和二沉池合建 省去污泥回流系统 b 运行稳定 处理效果好 氧化沟的 BOD 平均处理水平可达 95 左右 进水 第 7 页 共 48 页 c 能承受水量水质的冲击负荷 对浓度较高的工业废水有较强的适应能力 这 主要是由于氧化沟水力停留时间长 泥龄长 一般为 20 30d 污泥在沟内 达到除磷脱氮的目的 脱氮效率一般 80 但要达到较高的除磷效果 则 需要采取另外措施 12 d 基建投资省 运行费用低和传统活性污泥工艺相比 在去除 BOD 去除 BOD和 NH3 N 及去除 BOD 和脱氮情况下更省 同时统计表明在规模较小的 情况下 氧化沟的基建投资比传统活性污泥法更省 3 氧化沟缺点 占地面积大 2 2 1 2 SBR 工艺 SBR 工艺又称序批式活性污泥处理系统 该工艺系统最主要特征是采用集有机 污染物降解与混合液沉淀于一体的反应器 间歇曝气池 SBR 技术具有以下优点 工艺流程简单 运转灵活 基建费用较低 处理效果良好 出水可靠 较好的除磷脱氮效果 污泥性能良好 SBR 工艺的局限性 反应器容积利用率低 水头损失大 不连续的出水 峰值需氧量高 设备利用率低 对管理人员技术素质要求高 不适合大型污水厂 因为大型污水厂进水量大 需设计多个 SBR 反应池 运 行费用高 2 2 1 3 A2 O 工艺 A2 O 工艺是 70 年代在厌氧 缺氧工艺上开发出来的同步脱氮除磷工艺 其生 物反应池由 ANAEROBIC 厌氧 ANOXIC 缺氧 和 OXIC 好氧 三段组成 12 该工艺是一种推流式的前置反硝化型 BNR 工艺 总的停留时间小于其它同 类工艺 如巴登甫除磷脱氮工艺 13 在厌氧 缺氧 好氧交替运行的条件下 丝 第 8 页 共 48 页 状菌不能大量繁殖 无污泥膨胀之虞 SVI 值一般小于 100 利于处理后污水与污 泥的分离 运行中在厌氧和缪氧段只需轻缓搅拌 运行费用低 厌氧 缺氧和好氧 三段功能明确 界限分明 有利于不同生物菌群的繁殖生长 因此脱氮除磷效果好 但对溶解氧浓度的控制很难 厌氧状态易释放磷 内循环量不高 14 A A O 细格栅至沉砂池 即普通的一级处理 没有一级沉淀池 因为考虑到后 面脱氮除磷技术的要求 碳源会出现不足 让后面的 BOD COD 值更高一些 后面 脱氮除磷时 C N 比和 C P 比有要求 所以不设初沉池 厌氧池进行除磷时 里 面的聚磷菌在厌氧状态下释磷为好氧聚磷吸磷做准备 缺氧池即反硝化 出 N 气 的过程 好氧池进行 BOD 的去除 硝化氨态氮转化为硝酸盐氮或有机氮转化为氨 态氮 聚磷菌在这里大量的好氧吸磷 然后二沉池进行泥水分离 混合液回流到 好氧池之后含有大量的硝酸盐氮 硝酸盐氮含量比较大时 聚磷菌跟硝化菌是竞争 关系 如果回流至厌氧池是导致浓度较高 反硝化菌生长得比较好会竞争这种碳源 使聚磷菌生长就不太好了 它们之间的竞争导致聚磷菌 厌氧释磷的效果不好 聚 磷菌得不到很好的生长 会使除磷的效果比较差 因此 并不是完全到二沉池在回 流 混合液的污水 10 流到厌氧池 既保证了脱氮又保证了除磷的 26 把缺氧池 放在前面 把厌氧池放在后面对厌氧池的聚磷菌生长就没有影响了 倒置的 A A O 混合液直接回流到缺氧池就可以了 A2 O 法处理工艺优点 1 该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺 总的水利停留时间 总的占地面积少于 其它同类工艺 2 在厌氧 缺氧 好氧交替运行条件下 丝状菌的不到大量增殖 无污泥膨胀 SVI 值一半均小于 100 3 污泥中含磷浓度高 具有很高肥效 4 运行中勿需投药 两个 A 段只用轻缓搅拌 以不增加溶解氧浓度 运行费用 低 A2 O 法处理工艺缺点 1 除磷效果难于再进行提高 污泥增长有一定的限度 不以提高 特别是当 P BOD 值高是更是如此 第 9 页 共 48 页 2 脱氮效果也难于进一步提高 内循环量一般以 2Q 为限 不宜太高 否则增加 运行费用 3 对沉淀池要保持一定浓度的溶解氧 减少停留时间 防止产生厌氧状态和污泥 释放磷的现象出现 但溶解氧也不宜过高 以防止循环混合液对缺氧反应器的干扰 2 2 2 污水处理方案的确定 通过几个工艺流程的技术经济比较可知 同时根据出水水质的要求 采用 A2 O 与 SBR 的组合工艺 MSBR 法 MSBR Modified Sequencing Batch Reactor 是改良式序列间歇反应器 是 C Q Yang 等人根据 SBR 技术特点 结合传统活性污泥法技术 研究开发的一种更为理 想的污水处理系统 11 MSBR 既不需要初沉池和二沉池 又能在反应器全充满并在恒 定液位下连续进水运行 采用单池多格方式 结合了传统活性污泥法和 SBR 技术的 优点 不但无需间断流量 还省去了多池工艺所需要的更多的连接管 泵和阀门 通 过中试研究及生产性应用 证明 MSBR 法是一种经济有效 运行可靠 易于实现计算 机控制的污水处理工艺 14 与其它工艺相比较 MSBR 污水处理设施能更有效的去除 氮 磷 相对于其他工艺去除率更高 污泥沉降性能较好对水质水量的变化适应性 强 27 废水的年处理量较高 他克服了经典 SBR 和 A2 O 的局限性 并很好的发挥 了 A2 O 与 SBR 的优势 1 MSBR 的基本组成 反应器由三个主要部分组成 曝气格和两个交替序批处理 格 主曝气格在整个运行周期过程中保持连续曝气 而每半个周期过程中 两个序批处 理格交替分别作为 SBR 和澄清池 2 MSBR 的操作步骤 在每半个运行周期中 主曝气格连续曝气 序批处理格中的一 个作为澄清池 相当于普通活性污泥法的二沉池作用 另一个序批处理格则进行以下 一系列操作步骤 步骤 1 原水与循环液混合 进行缺氧搅拌 在这半个周期的开始 原水进入序 批处理格 与被控制回到主曝气格的回流液混合 在缺氧和丰富的硝化态氮条件下 序 批处理格内的兼性反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体 以原水及内源呼吸 所释放的有机碳作为碳源 进行无氧呼吸代谢 由于初期序批处理格内 MLSS 浓度高 硝化态氮浓度较高 因此碳源成为反硝化速率的限制条件 随着原水的加入 有机碳的 第 10 页 共 48 页 浓度增加 提高了反硝化的速率 来自曝气格和序批格原有的硝态氮经反硝化得以去 除 另外 该阶段运行也是序批处理格中较高浓度的污泥向曝气格回流的过程 以提高 曝气格中的污泥浓度 步骤 2 部分原水和循环液混合 进行缺氧搅拌 随着步骤 1 中原水的不断进入 序 批处理格内有机物和氨氮的浓度逐渐增加 为阻止在序批处理格内有机物和氨氮的 过分增加 原水分别流入序批处理格和主曝气格 使序批处理格内维持一个适当的有 机碳水平 以利于反硝化的进行 混合液通过循环 继续使序批处理格原来积聚的 MLSS 向主曝气格内流动 步骤 3 序批格停止进原水 循环液继续缺氧搅拌 此后中断进入序批处理格的 原水 原水在剩下的操作中 直接进入主曝气格 这使得主曝气格降解大量有机碳 并 减弱微生物的好氧内源呼吸 序批处理格利用循环液中残留的有机物作为电子供体 以硝化态氮作电子受体 继续进行缺氧反硝化 由于有机碳源的减少 缺氧内源呼吸的 速率将提高 来自主曝气格的混合液具有较低的有机物和 MLSS 浓度 经循环 把序 批处理格内的残余有机物和活性污泥推入主曝气格 在此进行曝气反应降解有机物 并 维持物质平衡 步骤 4 曝气 并继续循环 进行曝气 降低最初进水所残余的有机碳 有机氮 和氨氮 以及来自主曝气格未被降解的有机物和内源呼吸释放的氨氮 并吹脱在前面缺 氧阶段产生的截留在混合液中的氮气 连续的循环增加了主曝气格内的微生物量 同 时进一步降低序批处理格中的悬浮固体 降低了 MLSS 浓度 有利于其在下半个周期中 作为澄清池时 减少污泥量以提高沉淀池的效率 2 2 3 工艺流程的确定 第 11 页 共 48 页 提 升 泵 房 细 格 栅 沉 砂 池 计 量 槽 MSBR 池 污 泥 泵 房 污 泥 浓 缩 池 进水 出水 污泥外运 贮 泥 池 调 节 池 图 2 2 MSBR 池工艺简图 2 3 主要处理构筑物设计 2 3 1 格栅与提升泵房 2 3 1 1 格栅 格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成 安装在污水渠道 泵房集水井的进口 处或污水处理厂的端部 用以截留较大的悬浮物或漂浮物 如纤维 碎皮 毛发 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 并使之正常进行 被截留的物质成为栅渣 关于格栅的选择主要是决定栅条断面 栅条间隙 栅渣清 除方式等 栅条断面有圆形 矩形 正方形 半圆形等 圆形水力条件好 但刚度 差 故一般多采用矩形断面 格栅分为平面格栅和曲面格栅两种形式 按栅条间隙 可将其分为粗格栅 50 100mm 中格栅 16 40mm 细格栅 3 10mm 三种 栅渣清除方式 按清渣方式 可分为人工清渣和机械清渣两种 一般按格栅渣量而 定 当每日栅渣量大于 0 2m3 应采用机械格栅除渣机 小型污水处理厂可采用人工 清渣 但目前 一些小型污水处理厂为了改善劳动条件和有利于自动控制 也采用 机械格栅清渣 15 主要设计参数如下 1 格栅宽度 总宽不小于进水渠道的 2 倍 空隙总有效面积应大于进水渠有效断 面积的 1 2 倍 2 过栅流速 一般采用 0 6 1 0 栅前管内污水流速 0 4 0 9m s 3 栅条间隙 机械清渣 b 16 25mm 人工清渣 b 30 50mm 第 12 页 共 48 页 4 格栅倾角 人工清渣时不应大于 70 机械清渣时宜为 45 75 格栅上端应设 平台 格栅下端应低于进水管底部 0 5m 距池壁 0 5 0 7m 格栅工作平台 人工清除时平台应高出栅前设计 最高水位 0 5m 机械时等于或稍 高于格栅中的地面标高 平台宽在污水泵站不小于1 5m 两侧过道宽度采用 0 6 1 0m 机械清除时应安置除渣机 减速箱 皮带输送机等辅助设施的位置 格 栅平台临水侧应设栏杆 平台上应装置给水阀门 并设具有活动盖板的检修机 平 台靠墙应设挂安全带的挂钩 平台上方应设置起重量为 0 5 1 0t 的工字梁和电动葫 芦 16 5 通过格栅的水头损失 一般采用 0 08 0 15m 6 每日栅渣量 格栅间隙 b 16 25mm 和 b 30 50mm 时分别为 1 0 05m3栅渣 103m3污水和 0 03 0 01m3栅渣 103m3污水 根据以上的设置原则 本工艺采用矩形断面中格栅一道和细格栅一道 采用机 械清渣 将中格栅和提升泵房两者合建在一起 细格栅设在提升泵房之后 2 3 1 2 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 设计参数如下 1 泵房进水角度不大于 45 度 2 相邻两机组突出部分得间距 以及机组突出部分与墙壁的间距 应保证水泵轴 或电动机转子再检修时能够拆卸 并不得小于 0 8 如电动机容量大于 55KW 时 则不得小于 1 0m 作为主要通道宽度不得小于 1 2m 2 3 2 沉砂池 沉砂池主要用于去除污水中粒径大于 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 其工作原理是以重力分离为基础 故应将沉砂池 的进水流速控制在只能使比重大的无机颗粒下沉 而有机悬浮颗粒则随水流带起立 沉砂池设计中 必需按照下列原则 1 城市污水厂一般均应设置沉砂池 座数或分格数应不少于 2 座 格 并按并联 运行原则考虑 2 设计流量应按分期建设考虑 第 13 页 共 48 页 a 当污水自流进入时 应按每期的最大设计流量计算 b 当污水为用提升泵送入时 则应按每期工作水泵的最大组合流量计算 c 合流制处理系统中 应按降雨时的设计流量计算 3 沉砂池去除的砂粒杂质是以比重为 2 65 粒径为 0 2 以上的颗粒为主 4 城市污水的沉砂量可按每 106m3污水沉砂量为 30m3计算 其含水率为 60 容量为 1500kg m3 5 贮砂斗槔容积应按 2 日沉砂量计算 贮砂斗池壁与水平面的倾角不应小于 55 排砂管直径应不小于 0 3m 6 沉砂池的超高不宜不于 0 3m 7 除砂一般宜采用机械方法 当采用重力排砂时 沉砂池和晒砂厂应尽量靠近 以缩短排砂管的长度 沉砂池有平流式 竖流式 曝气式和旋流式四种形式 由于曝气沉砂池有占地 小 能耗低 土建费用低的优点 故本设计采用曝气沉砂池 曝气沉砂池是在平流 沉砂池的侧墙上设置一排空气扩散器 使污水产生横向流动 形成螺旋形的旋转状 态 其构造特点在于进水装置 出水装置 沉淀区 曝气系统和排泥装置组成 曝 气沉砂池的水流部分是一个长形渠道 在池壁一侧的整个长度距池底 0 6 0 9m 高度 处设有空气扩散装置 并设有集砂槽 池底设有 i 01 0 5 的坡度 以保证砂砾能够 滑入 曝气沉砂池可以克服平流沉砂池中沉砂夹杂 15 有机物 使沉砂后续处理难 度增加的缺点 2 3 3 计量槽 为了提高污水厂的工作效率和运转管理水平 并积累技术资料以总结技术经验 为以后的处理厂提供可靠的依据必须设置计量设施准确掌握污水量 污泥量 以及 动力耗量 本设计采用巴氏计量槽 其优点是水头损失小 不易发生沉淀 精确度 可达到 95 以上 缺点是施工技术要求高 设计参数如下 1 计量槽应设在渠道的直线上 直线段长度不宜小于渠道宽度的 8 10 倍 在 计量槽的上游 直线段不小于渠宽的 2 3 倍 下游不小于 4 5 倍 当下游有跌水 而无回水影响时 可适当缩短 2 计量槽中心线应与中心重合 上下游渠道的坡度应保持均匀 但坡度可以不同 第 14 页 共 48 页 3 计量槽喉宽一般采用上游渠宽 1 3 1 2 4 当喉宽 W 0 25m 时 为自由流 大于此数时为潜没流 64 0 H H 12 当喉宽 W 0 3 0 25m 时 为自由流 大于此数时为潜没流 7 0H H 12 5 当计量槽为自由流时 只需计上游水位 而当其为潜没流时 则需要同时记录 下游水位 涉及计量槽时 应可能做到自由流 6 设计计量槽时 除计算通过最大流量时的条件外尚需计算通过最小流量时的条 件 2 3 4 MSBR 池 MSBR 池是 A2 O 反应池与 SBR 的组合工艺 分别参考 A2 O 反应与池 SBR 池的 设计参数要求设计 MSBR 池 2 4 污水厂平面和高程布置 2 4 1 平面布置 处理构筑物是污水处理厂的主体建筑物 在对它们进行平面布置时 应根据各 构筑物的功能和水力要求结合当地地形地质条件 确定它们在厂区内的平面布置 污水处理工程的平面布置一般遵守如下原则 1 处理构筑物的布置应紧凑 节约用地并便于管理 2 处理构筑物应尽可能地按流程顺序布置 以避免管线迂回 同时应充分利用 地形 以减少土方量 3 经常有人工作的建筑物如办公 化验等用房应布置在夏季主风向的上风一方 在北方地区 并应考虑朝阳 4 在布置总图时 应考虑安排充分的绿化地带 为污水处理厂的工作人员提供 一个优美舒适的环境 5 总图布置应考虑远近结合 有条件时 可按远景规划水量布置 将处理构筑 物分为若干系列 分期建设 6 构筑物之间的距离应考虑敷设管渠的布置 运转管理的需要和施工的要求 一般采用5 到10 米 7 污泥处理构筑物应尽可能布置成单独的组合 以策安全 并方便管理 8 变电站的位置应设在耗电量大的构筑物附近 高压线应 避免厂内架空敷设 第 15 页 共 48 页 9 污水厂内管线种类很多 应综合考虑布置 以免发生矛盾 污水和污泥管道 应尽可能考虑重力自流 10 如有条件 污水厂内的压力管线和电缆可合并敷设在一条管廊或管沟内 以 利于维护和检修 11 污水厂内应设超越管 以便在发生事故时 使污水能超越一部分或全部构筑 物 进入下一级构筑物或事故溢流 污水处理厂的辅助建筑物有泵房 鼓风机房 办公室 集中控制室 水质分析 化验室 变电所 存储间 其建筑面积按具体情况而定 辅助建筑物之间往返距离 应短而方便 安全 变电所应设于耗电量大的构筑物附近 化验室应机器间和污泥 干化场 以保证良好的工作条件 化验室应与处理构筑物保持适当距离 并应位于 处理构筑物夏季主风向所在的上风中处 在污水厂内主干道应尽量成环 方便运输 主干宽 6 9m 次干道宽 3 4m 人 行道宽 1 5m 2 0m 曲率半径 9m 有 30 以上的绿化 2 4 2 高程布置 污水处理工程的污水处理流程高程布置的主要任务是确定各处理构筑物和泵房 的标高 确定处理构筑物之间连接管渠的尺寸及其标高 通过计算确定各部位的水 面标高 从而使污水能够在处理构筑物之间顺畅的流动 保证污水处理工程的正常 运行 为了降低运行费用和使维护管理 污水在处理构筑物之间的流动以按重力流 考虑为宜 厂内高程布置的主要特点是先确定最大构筑物的地面标高 然后根据水 头损失 通过水力计算 递推出前后构筑物的各项控制标高 根据 MSBR 的设计水面标高 推求各污水处理构筑物的水面标高 根据和处理 构筑物结构稳定性 确定处理构筑物的设计地面标高 污水处理工程的高程布置一般遵守如下原则 1 认真计算管道沿程损失 局部损失 各处理构筑物 计量设备及联络管渠的 水头损失 考虑最大时流量 事故流量的增加 并留有一定的余地 还应当考虑到 当某座构筑物停止运行时 与其相邻的其余构筑物及其连接管渠能通过全部流量 2 避免处理构筑物之间跌水等浪费水头的现象 充分利用地形高差 实现自流 3 在认真计算并留有余量的前提下 力求缩小全程水头损失及提升泵站的扬程 以降低运行费用 第 16 页 共 48 页 4 需要排放的处理水 在常年大多数时间能够自流排入水体 注意排放水位不 一定选取水体多年最高水位 因为其出现时间短 易造成常年水头浪费 而 应选取经常出现的高水位作为排放水位 当水体水位高于设计排水位时 可进行短 时间的提升排放 5 应尽可能使污水处理工程的出水渠不受水体洪水的顶托 并能自流 处理装置及构筑物的水头损失 6 尽可能利用地形坡度 使污水按处理流程在构筑物之间能自流 尽量减少提 升次数和水泵所需扬程 7 协调好站区平面布置与各单体埋深 以免工程投资增大 施工困难和污水多 次提升 8 注意污水流程和污泥流程的配合 尽量减少提升高度 9 协调好单体构造设计与各构筑物埋深 便于正常排放 又利检修排空 2 5 效益分析 造纸废水处理厂效益包括经济效益 社会效益和环境效益 2 5 1 环境效益 造纸废水中有机污染物严重超标 各项指标均超出了 地面水环境标准 中 类水体的水质标准 造纸废水处理对改善造纸厂和其所在城市的环境有重要的作用 环境治理的好坏直接影响着一个工厂的良性发展 造纸废水中大部分都是可生化 的有机废水 经处理后的污水可达到国家以及排放标准 这样大大降低了水污染 提高了环境质量 2 5 2 社会效益 工程的实施对该厂周边地区的水质有明显的改善 同时也对城市的社会生产产 生很大的影响 水质的改善将促进该市的旅游业的发展 有利于该市在经济全方位 的发展 在国内及国际的声誉将会进一步提高 同时也会给下游地区带来巨大的经 济效益 保障当地及下游地区人民的身体健康 保障当地的与其他地区的经济的和 谐可持续发展 2 5 3 经济效益 污水处理厂作为一项环境治理项目 其本身并不产生直接的经济效益 该污水 第 17 页 共 48 页 厂建成后将提高该造纸厂以及周边地区的环境质量 减轻污水排放所造成的污染危 害 保护该市的环境水质 保护市民的健康 而产生的间接经济效益目前尚无法定 量 定性的讲 其产生的间接经济效益是巨大的 同时该工程的实施有利于当地的 旅游业发展 在提高水质的同时有利于当地人民的健康 2 4 电气自动化说明 2 4 1 自动化技术简介 目前自动化技术在污水处理厂中已经得到广泛的应用 发挥出显著的技术经济 效益 实践证明对污水处理过程的实时监测和控制 能够保证出水水质 解放劳动 力 提高生产效率 降低能耗 因此 选用即经济又实用的自动控制系统对整个污 水处理厂安全 合理 科学的运行起着重要的作用 根据本工程的实际情况和工艺要求 采用国内外先进 技术成熟的由中央控制 室微机和现场各级 PLC 控制单元组成的两个层次的 DCS 系统 本系统集计算机技 术 控制技术 通讯技术于一体 通过通讯网络将中央级监控总站和若干个现场控 制分站链接起来 构成集中管理 分散控制的微机监控管理系统 简称集散控制系 统 17 DCS 系统克服了集中控制系统危险度集中 可靠性差 系统不易扩散 控制 电缆用量大等缺陷 实现了信息 管理和调度的真正集中 现场设备的控制相对集 中 避免了操作过于扩散的缺点 18 当中控室微机故障时 各现场分站仍能独立和 稳定的工作 从根本上提高了系统的可靠性 同时采用以 PLC 为主构成的 DCS 系 统具有较高的性能价格比 17 2 4 2 自控仪表设计原则 1 控制技术先进成熟 性能可靠 兼容性强 2 控制设计要确保管理方便 节约能源 出水稳定 3 自动化水平高 性能价格比优 4 采用分层分级的分布控制方式 2 4 3 自控系统的组成 整个集散型系统由中央管理计算机和现场程序控制器两个层次组成 中央控制 室的计算机可以实现对污水处理厂的实时监控 读取相关的实时和历史数据 打印 报表等 闭路监控系统则又从另一个途径实现了值班人员对场内重要设备的宏观监 第 18 页 共 48 页 视 这样 不仅节省了人力资源 提高了工作效率 而且提高了全厂的自动化生产 管理程度 在厂内污水处理的重要环节设有全天候带云台摄像闭路监控系统 格栅 MSBR 池 污泥脱水机房各设一套摄像装置 现场图像传输至中央控制室 中央控 制室设多画面处理器 值班人员可以监视到关键设备的运行情况 1 中央管理计算机 在厂内中央控制室设置两套中央管理计算机 两套计算机可分担不同的任务 故障时互为备用 计算机陪有 UPS 电源 彩色显示器 彩色打印机 黑白打印机 标准功能键盘及其他附件 它主要完成对污水处理厂各工段的集中操作 监视功能 通过简单的操作 可进行系统功能组态 监控报警 控制参数在线修改和设置 以 及记录 打印等 彩色显示器可直观的显示全厂各工艺流程段的实时工况 各工艺 参数趋势画面 使操作人员及时掌握全厂运行情况 2 现场控制器 根据工艺流程 本污水处理厂共设置 3 套现场可编程序控制器 各现场可编程 序控制器均选用抗干扰能力强 运行稳定 可靠 在污水处理行业有成功经验和很 好业绩的产品 同时可编程序控制器均采用模块化结构 这样系统硬件配置可根据 用户需要相当灵活的自由组合 且维修方便 为保证各现场可编程序控制器的可靠 性 各现场可编程序控制器均采用封闭式 黑匣子 结构 不设显示器 键盘和打 印机 各现场控制器分布在各工艺段 与中控室中央控制计算机通过有线网络形式进 行数据传输 3 控制方式 全厂工艺设备的控制采用现场手动控制 PLC 可编程序控制器程序 自动控 制 远程计算机遥控三种方式 2 5 污水厂运行管理 2 5 1 污水厂运行管理 1 定期进行培训考核 提高污水厂操作人员的污水处理知识和技能 2 定期对处理系统进行巡视和做好处理构筑物的清洁保养工作 3 切实做好控制 观察 记录分析试验工作 对于检验数据设立技术档案并妥善 第 19 页 共 48 页 保管 4 对污水处理厂的运行采用自动监测 自动记录 自动化设备与人工操作相结合 并设中控室实行集中管理 5 加强厂区环境保护和绿化工作 确保工作人员有一个良好的工作环境 2 5 2 污水厂运行中注意事项 1 督促环保部门加强对污水排放企业的监督 使其排放水达到污水排放标准 以 确保污水厂正常运行 2 有关部门应加强污水排放费的征收 同时专款专用 确保污水厂的运行管理费 用 2 5 3 劳动定员 按劳动定员试行规范规定 日处理量 5 10 万吨的城市二级污水处理厂职工定 员不小于 50 人 日处理量在 5 万吨以下的职工人数位 20 30 人 不包括管理人员 和干部 占全厂人数的 70 本设计污水厂污水量为 15000 吨 采用职工人数为 20 人 管理人员及干部 5 人站 25 工人 17 人 其它 3 人 第 20 页 共 48 页 第三章 设计计算书 3 1 污水提升泵房设计计算 污水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 设计流量 Q 0 26m3 s 泵房工程结构按远期流量设计 采用 MSBR 工艺方案 污水处理系统简单 对于新建污水处理厂 工艺管线可以充分 优化 故污水只考虑一次提升 污水经提升后进入细格栅 曝气沉砂池 3 1 1 中格栅 集水池前设中格栅 用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物 以减轻后续处理构 筑物的负荷 去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物 保证后续 处理设施正常运行 3 1 1 1 中格栅设计参数 设计流量 Q 625m3 h 总变化系数取 KZ 1 5 第 21 页 共 48 页 栅前流速取 v1 0 7m s 过栅流速取 v2 0 9m s 栅条宽度取 s 0 01m 格栅间隙取 e 0 02m 栅前部分长度取 0 5m 格栅倾角取 60 单位栅渣量 1 0 05m3栅渣 污水 33 10 m 构筑物材质 钢筋混凝土渠道 中格栅座数 n 2 座 一台备用 3 1 1 2 中格栅设计计算 1 最大设计污水量 maxQ 625m3 h 1 5 937 5m3 h 0 26m3 s Z KQQ max 一座格栅最大设计水量 max1 QQ 2 格栅前水深 h 根据最优水力断面公式得 2 1 2 1 1 vB Q 栅前槽宽m v Q B86 0 7 0 26 0 22 1 1 1 栅前水深m B h4 0 2 94 0 2 1 3 栅条间隙数 取 n 32 3 31 9 04 002 0 60sin26 0 sin 2 1 ehv Q n 4 栅槽有效宽度 B s n 1 en 0 01 32 1 0 02 32 0 95m 5 进水渠道渐宽部分长度 其中 1为进水渠展开角 m BB L12 0 20tan2 86 0 95 0 tan2 1 1 1 6 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 m L L06 0 2 12 0 2 1 2 7 过栅水头损失 h1 第 22 页 共 48 页 因栅条边为矩形截面 取 k 3 则 m g v kkhh103 0 60sin 81 9 2 9 0 02 0 01 0 42 2 3sin 2 2 3 4 2 01 其中 s e 4 3 h0 计算水头损失 k 系数 格栅受污物堵塞后 水头损失增加倍数 取 k 3 阻力系数 与栅条断面形状有关 当为锐边矩形断面时 2 42 19 8 栅后槽总高度 H 取栅前渠道超高 h2 0 3m 栅前槽总高度 H1 h h2 0 4m 0 3m 0 7m 栅后槽总高度 H h h1 h2 0 4m 0 103m 0 3m 0 803m 9 格栅总长度 L L L1 L2 0 5 1 0 H1 tan 0 12 0 06 0 5 1 0 0 73 tan60 m 2 10m 10 每日栅渣量 单位栅渣量 1 0 05m3栅渣 污水 33 10 m Q 1 15000 0 05 1000 m3 d 7 5 m3 d 0 2m3 d 所以宜采用机械格栅清渣 11 中格栅计算草图 1 进 水 工作平台栅条 图 3 1 中格栅草图 3 1 1 3 中格栅选型 选用 GH 800 型缝条回转式多耙平面格栅 2 台 电动机功率 0 75kw 格栅本体 为不锈钢材 清污机耙由计算机根据时间自动控制 同时设机旁急停及启动按钮 第 23 页 共 48 页 高水位时格栅清污机连续工作 与清污机配套的皮带运输机也连续工作 3 1 2 集水池 进水管管底高程为 69 2 m 管径 DN700 充满度 H DN 0 70 进水管提升后水 面高程为 70 10 m 经 320 m 管长至处理构筑物 地质条件为砂泥土 地下水无侵 蚀性 土壤冰冻深度为 0 7 m 供电电源为两个回路双电源 因无法设事故排放口 电源电压为 10kV 1 选择水池与机器间合建式的圆形泵房 用4台泵 1 台备用 每台水泵的流 量为Q 260 3 86 7L s 2 集水池容积采用相当于1 台泵10min 的容量 W 86 7 10 60 1000 52 02 3 m 3 有效水深采用2 0m 4 集水池面积为F 52 02 2 0 26 01 2 m 5 集水池尺寸 宽度采用4 m 长度26 01 4 6 50m 3 1 3 水泵 采用自灌式 3 1 3 1 水泵总扬程计算 经过格栅的水头损失为 0 1 m 集水池有效水深 2 m 正常时按 1 m 计 集水池正常工作水位与所需提升经常高水位之间的高差为 41 8 24 8 0 7 0 70 0 1 1 0 17 65m 总出水管 Q 260 L s 选用管径为 500 mm 的铸铁管 查表得 v 1 59 m s 1000i 6 00 当一台水泵运转时 Q 86 7 L s v 0 8 m s 0 7m s 设总出水管管中心埋深0 9 m 局部损失为沿程损失的30 泵站外管线水头损失为 320 1 0 3 6 00 1000 2 50m 泵站内管线水头损失假设为 1 5 m 考虑安全水头 0 5m 则估算水泵总扬程为 H 1 5 2 50 17 65 0 5 22 15 m 选用 6PW 型污水泵 每台 Q 86 7 L s H 22 2 m 第 24 页 共 48 页 表表3 13 1 6PWL6PWL型污水泵的主要性能参数表型污水泵的主要性能参数表 型号流量Q L s 扬程H m 转速n r min 功率 kw 允许吸上真空 高度 m 效率N 6PWL69 5 12530 18145034 475 460 61 3 1 3 2 扬程的校核 泵站的平面布置完成了以后 对水泵总扬程进行校核计算 1 吸水管路的水头损失 每根吸水管的流量 Q0 86 7 L s 每根吸水管的管径为350mm 流速v 1 04m s 1000i 4 62 沿程损失 h1 L I 1 2 4 62 1000 0 0055m 直管部分长度 L 1 2m 进口 0 1 DN350 闸阀一个 0 1 DN350 200 的浓缩管1 个 0 25 局部损失 m gg h453 0 2 7 5 25 0 2 04 1 1 05 01 0 22 2 吸水管路的总损失为 h h1 h2 0 0055 m 0 453 m 0 459m 2 出水管的水头损失 每根出水管Q 86 7L s 选用300 mm的管径 v 1 22 m s 1000i 9 88 管路总长度为12m 渐扩管1 个 0 06 闸阀一个 0 08 90 度弯头4 个 0 087 沿程损失 h1 L I 12 3 64 1000 0 044m 局部损失 m gg h164 0 2 7 5 25 0 2 22 1 1 05 01 0 22 2 出水管路的总损失为 h h1 h2 即 h 0 168m 3 水泵所需总扬程 水泵所需总扬程为 H 0 459 0 168 17 65 18 28 故选用6PWL型水泵合适 第 25 页 共 48 页 3 2 调节池设计计算 调节池的作用是均质和均量 3 2 1 调节池设计参数 1 流量 937 5m3 h maxQ 2 时间 T 1 0h 3 比为 3 1 4 池宽 B 8m 3 2 2 调节池设计计算 1 调节池有效容积 V QT 937 5 1 937 5 3 m 2 调节池尺寸 该池设为矩形 有效水深采用4 0m 调节池面积为 F V 4 0m 234 4 2 m 池宽取B 12m 池长L F B 234 4 12m 20m 2 m 保护高 h1 0 5m 池总高 H 0 5 4 0 4 5m 3 曝气系统计算 空气用量为q 2 23 hmm 总供气量为 hmqAQ 48020122 3 总 查得干管管径为DN100 每个曝气头的服务面积按0 49计算 2 m 所需曝气头个数