城市生活垃圾填埋场渗滤液处理厂设计.doc

水处理工程课程设计 设计题目：城市生活垃圾填埋场渗滤液处理厂设计水 处 理 工 程课 程 设 计 说 明 书设计题目：城市生活垃圾填埋场渗滤液处理厂设计班 级 1220801 学 生 唐军明 学 号 201220080122 指导教师 王学刚 水资源与环境工程学院环境工程专业 2015 年 6 月 14 日目 录1 设计任务及设计资料. .11.1 课程设计任务. .11.2 课程设计原始资料. .11.3 课程设计成果. .22 工艺流程的介绍及方案的比较确定. .22.1 渗滤液处理工艺流程比较. .22.2 工艺流程方案确定. .73 污水和污泥处理构筑物设计计算. .73.1 泵前中格栅的设计计算.73.2 调节池的设计计算. .103.3 混凝沉淀池的设计计算. .123.4 USAB的设计计算.203.5 改良SBR的设计计算.263.6 臭氧氧化设备的设计计算. .30 3.7 活性炭吸附装置的设计计算. .32 3.8 贮泥池的设计计算.33 3.9 污泥浓缩池的设计计算. .34 3.10 污泥消化池的设计计算. .36 3.11 污泥脱水设备的设计计算. .374 构(建)筑物和设备一览表. .375 总平面布置. .405.1总平面布置原则. .405.2 平面布置结果. .406 高程布置.406.1高程布置任务.406.2 高程布置原则. .406.3 高程计算的计算思路. .416.4 高程计算. .416.5 各处理构筑物的高程确定. .426.6 高程布置结果. .437 人员编制与管理.43 参考文献. .43附件1. 设计任务及设计资料1.1 课程设计任务 根据规划和所给的其它原始资料，设计污水处理厂，具体内容包括： （1）确定污水处理厂的工艺流程，选择处理构筑物并通过计算确定其尺寸（附必要的草图）； （2）污水厂的工艺平面布置图，内容包括：标出水厂的范围、全部处理构筑物及辅助建筑物、主要管线的布置、主干道及处理构筑物发展的可能性； （3）污水厂工艺流程高程布置，表示原水、各处理构筑物的高程关系、水位高度以及污水厂排放口的标高； （4）按施工图标准画出主要生物处理构筑物（一个即可）的平面、立面和剖面图； （5）按扩大初步设计的要求，画出沉淀池的工艺设计图，包括平面图、纵剖面及横剖面图； （6）编写设计说明书、计算书。1.2 课程设计原始资料1.2.1 基本资料(1) 基本情况 城市生活垃圾卫生填埋场的渗滤液来自进场垃圾的含水和降雨。渗滤液的水质特点随不同地区垃圾组成的不同而变化；随季节不同，降水量的大小而变化；随填埋场投入使年限不同而变化(渗滤液的BOD5/COD由0.6降为0.1左右；COD值由20000mg/L降为1000mg/L左右；由1000mg/L上升至20002500mg/L左右等)。(2) 气象水文资料： 风向：春季：南风（东南） 夏季：南风（东南、西南） 秋季：南风、北风 冬季：西北风 气温：年平均气温：7-8 最高气温：34 最低气温：10 冻土深度：60cm 地下水位：4-5m 地震裂度：6级 地基承载力：各层均在120kPa以上 (3) 拟建污水处理厂的场地为4060平方米的平坦地，位于填埋场人员办公室南方。渗滤液自流到污水厂边的集水池（V=20,池底较污水厂地平面低6.00m）。处理后出水管的管底标高比污水厂低5米。(4) 废水水量500，水温20，重金属离子不超标，且。1.2.2 编制依据（1) 城市排水工程规划规范（GB50318-2000）（2) 室外排水设计规范（GBJ14-1987）（3) 建筑给水排水设计规范（GBJ15-1987）（4) 地表水环境质量标准（GB3838-2002）1.2.3 编制范围 本设计的设计范围为渗滤液流入污水处理厂界区至全处理流程出水达标排放为止，设计内容包括水处理工艺、处理构筑物的设计、污泥处理系统设计等。1.2.4 编制原则（1）针对废水水质特点采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺和设备，最大可能地发挥投资效益，采用高效稳定的水处理设施和构筑物，尽可能地降低工程造价； （2）工艺设计与设备选型能够在生产过程中具有较大的灵活性和调节余地，能适应水质水量的变化，确保出水水质稳定，能达标排放；（3）处理设施设备适用，考虑操作自动化，减少劳动强度，便于操作、维修；（4）建筑构筑物布置合理顺畅，减低噪声，消除异味，改善周围环境； （5）严格执行国家环境保护有关规定，按规定的排放标准，使处理后的废水达到各项水质指标且优于排放标准。1.3 课程设计成果表1-1 设计进出水水质重要水质参数设计进水水质设计出水水质处理率COD（mg/L）700097.86%BOD5（mg/L）200097%SS（mg/L）616798.86%（mg/L）200098.75%PH6.26-9色度(倍)200095%2 工艺流程的介绍及方案的比较确定2.1 渗滤液处理工艺流程比较2.1.1 渗滤液处理技术概述由于设计进水水质浓度高，要求污染物去除率较高，任何单机处理都难以达到出水排放标准。因此为了有效去除污染物，本次渗滤液处理设计包括一级预处理、二级生物处理和深度处理。一级预处理主要作用是去除污水中的漂浮物及悬浮状的污染物、调整pH值和减轻污水的腐化程度及后处理工艺负荷。在一般情况下，物理法和化学法均可作为高浓度废水处理的预处理。预处理一般包扩固液分离、气浮、吹脱、吸附、沉淀、混凝等。其中固液分离能有效去除悬浮物，吹脱法对于氨氮去除率较高。 二级生物处理主要作用是去除污水中呈胶体和溶解态的有机污染物，使出水的有机物含量达到排到标准的要求。生化处理包括活性污泥法和生物膜法等。其中ABR、SBR、氧化沟等处理有机物和氨氮效果较好。深度处理主要作用是进一步去除常规二级处理不能完全去除的污水中的杂质，实现污水的回收和再利用。深度处理包括膜分离、混凝沉淀、离子交换和活性炭吸附等。其中混凝沉淀和活性炭吸附工艺较成熟，且处理效果较好。2.1.2 工艺方案路线 渗沥液处理工艺按流程可分为预处理、生物处理、深度处理和后处理（污泥处理和浓缩液处理）。 预处理包括生物法、物理法、化学法等，处理目的主要是去除氨氮和无机杂质，或改善渗沥液的可生化性。 生物处理包括厌氧法、好氧法等，处理对象主要是渗沥液中的有机污染物和氨氮等。深度处理包括纳滤、反渗透、吸附过滤、高级化学氧化等，处理对象主要是渗沥液中的悬浮物、溶解物和胶体等。 深度处理应以膜处理工艺为主，具体工艺应根据处理要求选择。 后处理包括污泥的浓缩、脱水、干燥、焚烧以及浓缩液蒸发、焚烧等，处理对象是渗沥液处理过程产生的剩余污泥以及纳滤和反渗透产生的浓缩液。 各处理工艺中工艺单元的选择应综合考虑进水水质、水量、处理效率、排放标准、技术可靠性及经济合理性等因素后确定。2.1.3 工艺方案比较 1.生物处理工艺比较垃圾渗滤液处理采用的最常用处理方法是生化处理和物化处理。垃圾渗滤液的组成成分是随时间而发生变化的，对于填埋时间少于5年的垃圾渗滤液，其中的有机物浓度高，低分子脂肪酸多，BOD5/COD值在0.50.6，采用生化处理方法是有效的；而随着垃圾填埋年数的增加，有机物浓度降低，但腐殖质类物质增加，BOD5/COD值下降，可生化性降低，生化处理难以达到较好的效果。在实际中，因填埋时间存在先后的差别，使得“新鲜”和“老”的垃圾渗滤液并存。因此，为了满足渗滤液处理效果在垃圾填埋场的使用期间和封场后一直能够满足环境的要求，有必要采用生化和物化组合的处理工艺。提高可生化性工艺：通常采用的技术方法主要有高级氧化技术、水解酸化技术和厌氧发酵技术等，主要目的是去除水中难生物降解的有机物和无机化合物，提高处理工艺的抗冲击负荷能力。生物处理工艺：是污水二级处理的主流工艺，其污染物去除能力取决于污水处理工艺性能、污染物的成分及营养性污染物的比例等因素。通常采用氧化沟、A2/O和SBR等工艺进行处理。图1-1 主体处理工艺备选方案高级氧化水解酸化出 水进 水提高可生化性单元生物处理单元UASB氧化沟接触氧化A2/O工艺SBR工艺 2.提高可生化性单元（1）高级氧化法高级氧化处理工艺中重要的一点就是生成氢氧自由基， 氢氧自由基的强氧化作用可使处理过的污水中残留的难降解有机化合物被氧化分解为无机物。常用方法有臭氧氧化法、电解氧化法以及Fenton试剂氧化法等。高级氧化法具有以下特点：1) 产生大量羟基自由基(HO)，氧化能力仅次于氟；2) HO直接与废水中的污染物反应将其降解为CO2、水和无害物，不产生二次污染；3) 能直接达到完全去除有机物，降低TOC和COD的目的；4) 其本身是物理化学过程，反应速度快，易于控制；5) 可单独处理，也可与其他处理相结合，如作为生化处理的预处理，可降低处理成本。（2）厌氧生物处理上流式厌氧污泥床(UASB)和水解酸化都属于厌氧生物处理。厌氧生物处理的特点：1) 应用范围广，不需供氧，能耗低，运行费用低且产生甲烷可回收；2) 少量有机物用于合成，故微生物增殖慢，污泥量少；3) 但反应时间较长，所需处理构筑物容积较大。UASB的最大特点是其反应器底部污泥层的浓度高、活性高，使反应器有机负荷得到提高，水力停留时间短，故构筑物容积小。（3） 水解酸化是利用厌氧反应中的水解和产酸菌作用将反应控制在水解酸化第二阶段，而不进入甲烷发酵第三阶段。由于第一、第二阶段反应速度快，故与完全厌氧相比，水力停留时间短，处理构筑物体积减小，处理效率提高。 3. 生物处理单元（1）氧化沟氧化沟工艺是五十年代由荷兰工程师发明的，因其池型呈封闭循环流沟渠而得名，其沟内循环水量往往是进水量的几十倍甚至上百倍，所以氧化沟兼有推流型和完全混合型曝气池的特点，具有较强的抗冲击负荷的能力。一般情况下，氧化沟工艺不设初沉池，工艺简单，便于操作。（2）A2/O工艺A2/O工艺是在20世纪80年代初开创的工艺，其主要特点是将反硝化反应器放置在系统之首，故又称为前置反硝化生物脱氮除磷系统，这是目前应用比较广泛的一种污水脱氮处理工艺。（3）接触氧化工艺生物接触氧化法又称淹没式生物滤池，是在生物滤池基础上，通过接触曝气方式演变成的一种污水生物处理技术。运行时填料全部浸没在污水中，利用机械装置向水体充氧，系统中的微生物绝大部分形成生物膜附着在固体填料上，少量以颗粒污泥的形式悬浮于水中。因此，接触氧化工艺既具有生物滤池的特点又具有活性污泥法的特点。（4）SBR工艺 SBR工艺是较早开展于污水处理实验研究技术方法之一，直到近10多年来，由于自动控制、机械制造等技术的突破，SBR工艺才真正意义上应用于生产实践。目前，应用较多的SBR工艺和设备包括CASS、ICEAS、CAST、MSBR、DAT-IAT等。SBR工艺是将脱氮除磷的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成，不需要回流污泥，从而节省了能耗。表1-2 各种生物处理工艺性能特点工艺名称优点缺点氧化沟BOD负荷低，处理效果好，出水水质稳定；可不设初沉池，可不单设二沉池；耐受水力冲击负荷；污泥产率低且稳定；采用机械曝气，氧利用率高，设备的维护方便。占地大，能耗大，运行费用高；污泥易于膨胀；转刷充氧搅拌易产生大量泡沫；流速不均，致使污泥沉积，减少有效池容。A2/O工艺工艺简单，占地少；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。回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区，对除磷效果有影响；脱氮受内回流比影响；聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有机物。接触氧化工艺微生物浓度高，生物膜适应性强；生态系统稳定，产泥量低，不发生污泥膨胀，无需污泥回流；氧利用率高；耐受水力冲击负荷，处理效果好；水力停留时间短，容积小，占地少；填料易堵塞；布水、曝气不均，局部易产生死角；生物膜脱落，水质受影响；生物膜多寡不易控制；填料费用高；SBR工艺工艺简单，占地小，费用低；沉淀效果好，不易发生污泥膨胀；可同时脱氮除磷，效果显著；耐受水力冲击负荷；反应推动力大，效率高；操作灵活性好，便于自动控制。同时脱氮除磷时操作复杂；滗水设施的可靠性对出水水质影响大；设计过程复杂；维护要求高，运行对自动控制依赖性强；池体容积较大。综上所述，采用上流式厌氧污泥床（UASB）的提高废水可生化性处理方法和序列间歇式活性污泥法(SBR)的生物处理工艺进行渗滤液的处理。 4.深度处理工艺比较 （1）超滤超滤是一种以筛分为分离原理，以压力为推动力的膜分离过程，过滤精度在0.005-0.01m范围内， 可有效去除水中的微粒、胶体、细菌、热源及高分子有机物质。可广泛应用于物质的分离、浓缩、提纯。超滤过程无相转化，常温下操作，对热敏性物质的分离尤为适宜，并具有良好的耐温、耐酸碱和耐氧化性能，能在60 以下，pH为2-11的条件下长期连续使用。系统回收率高，所得产品品质优良，可实现物料的高效分离、纯化及高倍数浓缩。处理过程无相变，对物料中组成成分无任何不良影响，且分离、纯化、浓缩过程中始终处于常温状态，特别适用于热敏性物质的处理，完全避免了高温对生物活性物质破坏这一弊端，有效保留原物料体系中的生物活性物质及营养成分。系统能耗低，生产周期短，与传统工艺设备相比，设备运行费用低，能有效降低生产成本，提高企业经济效益。 系统工艺设计先进，集成化程度高，结构紧凑，占地面积少，操作与维护简便，工人劳动强度低。 （2）活性炭吸附法与离子交换活性炭是一种多孔性物质，而且易于自动控制，对水量、水质、水温变化适应性强，因此活性炭吸附法是一种具有广阔应用前景的污水深度处理技术。活性炭对分子量在5003 000的有机物有十分明显的去除效果，去除率一般为70%86.7%，可经济有效地去除嗅、色度、重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等。而垃圾渗滤液当中重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等比较多，采用此方法可以比较全面的去处这些污染物质。 （3）高级氧化法工业生产中排放的高浓度有机污染物和有毒有害污染物，种类多、危害大，有些污染物难以生物降解且对生化反应有抑制和毒害作用。而高级氧化法在反应中产生活性极强的自由基，使难降解有机污染物转变成易降解小分子物质，甚至直接生成CO2和H2O，达到无害化目的。表1-3 深度处理工艺方案比较工艺超滤活性炭吸附法与离子交换高级氧化法处理原理生物膜法吸附、离子交换高级氧化和生化同步出水水质水质较好水质较好可经济有效地去除嗅、色度、重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等。COD、SS难保证达标难点问题浓缩液难处理；需要加压浓缩液较多；且含盐量较高，残留物中的盐分富集对运行影响较大渗沥液中大量难以生物降解物质COD难去除；臭氧加药量需根据水质动态变化，臭氧设备安全性要求较高，对运行人员要求较高净水回收率由于超滤对盐分截留较小，净水回收率较高且比较稳定DTRO对盐分的截留，回收率相对方案一有所降低，而且下降较快回收率高投资情况较高较低较低工艺运行比较耗能较低，有较多的工程及运行经验，运行管理简单耗能较高，运行管理简单工程及运行经验不足，运行管理较复杂设备维护设备维护简单，故障率较小需要定期更换老化的活性炭设备维护较复杂 综上所述，考虑各个方面的因素，采用活性炭吸附与离子交换法作为深度处理的方法。2.2 工艺流程方案确定图2-1 垃圾渗滤液处理工艺流程图消毒池出水3 污水和污泥处理构筑物设计计算3.1 泵前中格栅的设计计算3.1.1 作用 去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物， 并保续处理设施能正常运行。是由一组或多组平行的栅条与框架组成倾斜安装进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截水中粗大悬浮物及杂质，故格栅的拦污主要是对水泵起保护作用。3.1.2 设计参数设计流量栅前流速v1=0.7m/s过栅流速v2=0.9m/s栅条宽度s=0.01m格栅间隙e=10mm栅前部分长度0.5m格栅倾角=60单位栅渣量1=0.1m3栅渣/103m3污水格栅间隙为时，栅渣量污水格栅间隙为时，栅渣量污水3.1.3 设计计算(1)确定格栅前水深：根据最优水力断面公式，取其中进水渠道内的流速则栅前水深(2)栅条间隙数：(3)栅槽有效宽度：B=s（n-1）+en=0.01（19-1）+0.0119=0.37m取400(4)进水渠道渐宽部分长度： 其中： 为进水渠展开角； 。(5)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：(6)过栅水头损失（h1）： 因栅条边为矩形截面，取k=3，则： 其中： -阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时=2.42； 计算水头损失； 系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3。表3-1 格栅的阻力系数的计算公式栅条断面形状计算公式数值锐边矩形=2.42迎水面为半圆形的矩形=1.83圆形=1.79迎水、被水面均为半圆形的矩形=1.67正方形= =0.64表中：栅条的形状系数；收缩系数；s栅条宽度；d栅条间(7)栅后槽总高度（H）： 取栅前渠道超高h2=0.3m 则栅前槽总高度H1=h+h2=0.07+0.3=0.37m 则栅后槽总高度H=h+h1+h2=0.07+0.26+0.3=0.63m(8)格栅总长度：L=L1+L2+0.5+1.0+0.37/tan=0.41+0.205+0.5+1.0+0.37/tan60=2.33m 取2400。(9)每日栅渣量： 所以宜采用人工清渣。(10)计算草图如下：图3-1 细格栅计算草图3.1.4 设备以及参数 根据设计计算的结果和设备的规格性能参数表（附后），选择GH-800的链条回转式多耙平面格栅除污机2台，其主要的性能和安装要求见下表。 格栅宽度：400mm 格栅净距：10mm 安装角度：6080 过栅流速：1m/a 电动机功率：0.75kw表3-2 链条回转式多耙平面格栅除污机的规格和性能型号格栅宽度(mm)格栅净距(mm)安装角()过栅流速(m/s)电动机功率（Kw）GH-80080016,20,25.40,8060-80V=40m3 式中：R沉淀池半径，m； r 圆截锥体下底半径，m； 圆截锥体高度，m； V1圆截锥部分容积，m3； V单池所需污泥室容积，m3。10) 沉淀池总高度H：=0.5+1.3+0.54+0.3+8.2=10.84m 式中：H沉淀池总高度，m； 超高，取0.5m； 沉淀部分有效水深，m； 中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度，m； 缓冲层高度，取0.3m； 下部圆截锥体高，m。图3-6 竖流式沉淀池水力计算简图进水槽；中心管；反射板；集水槽；排泥管3.4 UASB的设计计算3.4.1 设计说明厌氧生物处理作为利用厌氧性微生物的代谢特性，在毋需提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体。厌氧生物处理过程能耗低；有机容积负荷高，一般为510kgCOD/(m3d)，最高的可达30-50kgCOD/(m3d)；剩余污泥量少；厌氧菌对营养需求低、耐毒性强、可降解的有机物分子量高；耐冲击负荷能力强；产出的沼气是一种清洁能源。上流式厌氧污泥床（UASB）反应器主体部分从功能上分为反应区和分离区，反应区又包括厌氧污泥床和悬浮污泥层，含有大量沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥。废水尽可能均匀地从反应器底部进入，向上通过厌氧污泥床，与颗粒污泥充分接触，发生厌氧反应，在厌氧状态下产生沼气（主要是和）。废水的向上流动和产生的大量沼气的上升对反应器内的颗粒污泥起到了良好的自然搅拌作用，引进污泥的内部循环，使一部分污泥向上运动，在污泥床上方形成相对稀薄的污泥悬浮层。在含有颗粒污泥的废水进入分离区后，附着在颗粒污泥上的气泡和自由气泡撞击到分离区中三相分离器气体反射板的底部，与污泥和废水发生分离，被收集在反应器顶部三相分离器的集气室内；释放气泡后的颗粒污泥由于重力作用沉淀到污泥层的表面，返回反应区；液体则经出水堰流出反应器。到填埋中后期产生的渗滤液需适当投加碳源以补充营养物质。图3-7 UASB反应器结构示意图3.4.2 设计原则（1）三相分离器的设计原则1) 间隙和出水面的截面积比影响到进入沉淀区和保持在污泥相中的絮体的沉淀速度；2) 分离器相对于出水液面的位置确定反应区（下部）和沉淀区（上部）的比例，在多数UASB反应器中内部沉淀区是总体积的1520；3) 三相分离器的倾角要使固体滑回到反应器的反应区，实际工程中一般为4560之间，这个角度也确定了三相分离器的高度，从而确定了所需的材料；4) 分离器下气液界面的面积确定了沼气的释放速率，适当的释放率大约是13，速率低有形成浮渣层的趋势，非常高导致形成气沫层面，两者都导致堵塞释放管。（2）布水系统