制糖工业废水处理工艺设计

本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 1 页 共 49 页 1 1 引言引言 中国的淡水资源总量占全球水资源的 6 仅次于巴西 俄罗斯和加拿大 居世界 第四位 但人均只有 2200 立方米 仅为世界平均水平的 1 4 在世界上名列 121 位 是全球 13 个人均水资源最贫乏的国家之一 是一个干旱缺水严重的国家 到 20 世纪 末 全国 600 多座城市中 已有 400 多个城市存在供水不足问题 其中比较严重的缺 水城市达 110 个 全国城市缺水总量为 60 亿立方米 据监测 目前全国多数城市地下 水受到一定程度的点状和面状污染 且有逐年加重的趋势 日趋严重的水污染不仅降 低了水体的使用功能 进一步加剧了水资源短缺的矛盾 对中国正在实施的可持续发 展战略带来了严重影响 而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康 所以 对于水的可持续利用成为国民发展的必要手段 其中对于污水的处理迫在 眉睫 更是被提到重要的日程上来 对于关系到国计民生的食品行业 制糖产业一直 占据着不可或缺的重要位置 但是 前门产糖 后门排污 却给环境带来了很大压力 从工业角度看 如果按年榨甘蔗 3000 万吨计算 全国制糖及其深加工过程中将产生约 100 万吨废糖蜜 约 330 万吨蔗渣 约 310 万立方米酒精废液 这样巨大的数字表明 如果对这些废物的处理不及时 排放到地表水体中 将会对我国的水资源产生很大的 影响 对制糖废水进行处理后让其达标排放 可以大大减少向水体排放的污水量 减 轻环境负担 实现环境效益与经济效益的统一 1 制糖工业废水 2 是以甜菜或甘蔗为原料制糖过程中排出的废水 主要来自斜槽废水 榨糖废水 蒸馏废水 地面冲洗水等制糖生产过程和制糖副产品综合利用过程 我国 甘蔗糖厂大多利用制糖生产的副产品糖蜜生产酒精 酒精生产过程中产生的废弃物废 醪液为一种色度高 深褐色 PH 低 4 5 左右 污染物浓度高的酸性有机废水 废 水中一般含有有机物和糖分 COD BOD 很高 是糖厂对水环境的主要污染源 3 2 2 设计依据及原则设计依据及原则 2 12 1 设计依据设计依据 2 1 1 工艺设计主要法律 法规 1 中华人民共和国水法 2002 年 08 月 2 中华人民共和国环境保护法 1989 年 12 月 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 2 页 共 49 页 3 中华人民共和国水污染防治法 1996 年 05 月 4 中华人民共和国大气污染防治法 2000 年 09 月 5 中华人民共和国环境噪声污染防治法 1996 年 10 月 6 国务院 31 号令 关于环境保护若干问题的规定 1996 7 中华人民共和国固体废物污染环境防治法 1995 年 10 月 2 1 2 工艺设计主要规范 标准 1 给水排水设计手册 2 其它国家相关规范 标准 3 污水综合排放标准 GB8978 1996 4 鼓风曝气系统设计规程 CECS97 97 5 室外排水设计规范 GBJ14 87 1997 年版 2 22 2 设计原则设计原则 1 在污水处理工艺的采用上力求技术成熟 简单实用 保证运行与维护管理的 方便性 2 认真贯彻国家有关环境保护的各项方针政策 严格执行国家及地方环保法律 法规 确保经处理后的外排污水水质达到国家有关标准要求 3 污水处理工艺及设备选择应以排放标准为依据 选择工艺设备要求先进可靠 效率高 能耗低 操作维修简单方便 自动化程度高 能够降低废水运行成本 4 设计中尽量选用低噪声的动力设备 适当采取消声 减震措施 防止产生噪 声污染 5 在高程布置上应尽量采用立体布局 充分利用地下空间 平面布置上要紧凑 以节省用地 4 3 3 工艺设计工艺设计 3 13 1 设计范围及规模设计范围及规模 本设计只包括废水处理站的处理工艺 设备选型 及管网的设计 根据国内同行 业污水来源和特征 本设计规模按日最大处理水量 Q 6000m3 d 设计 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 3 页 共 49 页 3 23 2污水处理站进 出水水质污水处理站进 出水水质 3 2 1 进水水质 污水中主要污染物及指标见表 3 1 表 3 1 主要污染物及指标 排放量 m3 d COD mg L BOD5 mg L SS mg L PH 6000300015004006 7 3 2 2 出水水质 根据国家相关法律法规及行业特征 污水处理站出水水质执行 城镇污水处理厂 污染物排放标准 GB18918 2002 的一级 B 标准要求 具体指标见表 3 2 表 3 2 出水水质标准 排放量 m3 d COD mg L BOD5 mg L SS mg L pH 6000 60 20 206 9 3 33 3工艺方案的确定工艺方案的确定 3 3 1 方案比选 制糖废水中大量的污染物是溶解性的有机物 糖类 酒精等 这些物质具有良好 的生物可降解性 处理方法主要是生物氧化法 有以下几种常用方法处理制糖废水 5 3 3 1 1 好氧处理工艺 制糖废水处理主要采用好氧处理工艺 主要由普通活性污泥法 生物滤池法 接 触氧化法和 SBR 法 传统的活性污泥法由于产泥量大 脱氮除磷能力差 操作技术要 求严 目前已被其他工艺代替 近年来 氧化沟和 SBR 工艺得到了很大程度的发展和 应用 6 1 氧化沟法 1 Carrousel 氧化沟 Carrousel 氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置 向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 因此氧化沟具有特殊的水力学流态 既有完全混合式反应器的特点 又有推流式反应器的特点 沟内存在明显的溶解氧浓 度梯度 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 4 页 共 49 页 普通 Carrousel 氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统 表面曝 气机使混合液中溶解氧 DO 的浓度增加到大约 2 3mg L 在这种充分掺氧的条件下 微生物得到足够的溶解氧来去除 BOD 同时 氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐 此时 混合液处于有氧状态 在曝气机下游 水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态 水流维持在最小流速 保证活性污泥处于悬浮状态 平均流速 0 3m s 微生物的氧化 过程硝耗了水中溶解氧 直到 DO 值降为零 混合液呈缺氧状态 经过缺氧区的反硝 化作用 混合液进入有氧区 完成一次循环 该系统中 BOD 降解是一个连续过程 硝化作用和反硝化作用发生在同一池中 由于结构的限制 这种氧化沟虽然可以有效 的去处 BOD 但除磷脱氮的能力有限 2 奥贝尔 Orbal 氧化沟 奥贝尔 Orbal 氧化沟一般由三个同心椭圆形沟道组成 污水由外沟道进入 与 回流污泥混合后 由外沟道进入中间沟道再进入内沟道 在各沟道循环达数百到数十 次 最后经中心岛的可调堰门流出 至二次沉淀池 在各沟道横跨安装有不同数量水 平转碟曝气机 进行供氧兼有较强的推流搅伴作用 外沟道体积占整个氧化沟体积的 50 55 溶解氧控制趋于 0 0mg L 高效地完成主要氧化作用 中间沟道容积一般为 25 30 溶解氧控制在 1 0mg L 左右 作为 摆动沟道 可发挥外沟道或内沟道的强 化作用 内沟道的容积约为总容积的 15 20 需要较高的溶解氧值 2 0mg L 左右 以保证有机物和氨氮有较高的去除率 奥贝尔 Orbal 氧化沟特点 a 奥贝尔氧化沟具有较好的脱氮功能 b 奥贝尔氧化沟具有推流式和完全混合式两种流态的优点 c 外沟道的供氧量通常为总供氧量的 50 左右 但 80 以上的 BOD 可以在外沟 道中去除 d 奥贝尔氧化沟采用的曝气转碟 其表面密布凸起的三解形齿结 使其在与水体 接触时将污水打碎成细密水花 具有较高的充氧能力和动力效率 2 SBR 工艺 SBR 工艺具有以下优点 运行方式灵活 脱氮除磷效果好 工艺简单 自动化程 度高 节省费用 反应推动力大 能有效防止丝状菌的膨胀 CASS 工艺 循环式活性污泥法 是对 SBR 方法的改进 食品行业的废水一般无大 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 5 页 共 49 页 的毒性 可生化性较好 所以采用 CASS 工艺比较适合 与传统活性污泥法相比 CASS 法的优点是 a 工艺流程短 占地面积少 有机物去除率高 出水水质好 b 污泥产量低 污泥性质稳定 具有脱氮除磷功能 无异味 c 出水水质好 可回用于污水处理厂内的如绿化 浇地 等有关杂用用途 d 建设费用低 运转费用省 处理成本低 省去了初次沉淀池 二次沉淀池及污 泥回流设备 建设费用可节省 10 25 e 设备安装简便 施工周期短 具有较好的耐水 防腐能力 设备使用寿命长 对原水的水质水量的变化有较强的适应能力 处理效果稳定 f 管理简单 运行可靠 污水处理厂设备种类和数量较少 控制系统比较简单 工艺本身决定了不发生污泥膨胀 所以 系统管理简单 运行可靠 g 处理工艺在国内外处于先进水平 设备自动化程度高 可用微机进行操作和控 制 整个工艺运转操作较为简单 维修方便 处理厂内环境好 3 3 1 2 水解 好氧处理工艺 水解 好氧工艺开发的目的是针对传统的活性污泥工艺具有投资大 能耗高和运转 费用高等缺点 试图采用厌氧处理工艺替代传统的好氧活性污泥工艺 水解 酸化 好氧处理工艺中的水解 酸化 段和厌氧消化的目标不同 因此是两种不同的处理方 法 水解 酸化 好氧处理系统中的水解 酸化 段的目的 对于城市污水是将原 水中的非溶解态有机物截留并逐步转变为溶解态有机物 对于工业废水处理 主要是 将其中难生物降解物质转变为易生物降解物质 提高废水的可生化性 以利于后续的 好氧生物处理 水解工艺的开发过程是从低浓度城市污水开始的 与高浓度废水的厌 氧消化中的水解 酸化过程是不同的 在连续厌氧过程中水解 酸化的目的是为混合 厌氧消化过程中的甲烷化阶段提供基质 水解酸化可以使制糖工业废水中的大分子难降解有机物转变成为小分子易降解的 有机物 出水的可生化性能得到改善 这使得好氧处理单元的停留时间小于传统的工 艺 与此同时 悬浮物质被水解为可溶性物质 使污泥得到处理 水解反应工艺式一 种预处理工艺 其后面可以采用各种好氧工艺 如活性污泥法 接触氧化法 氧化沟 和 SBR 等 制糖废水经水解酸化后进行接触氧化处理 具有显著的节能效果 COD BOD 值增大 废水的可生化性增加 可充分发挥后续好氧生物处理的作用 提高 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 6 页 共 49 页 生物处理制糖工业废水的效率 因此 比完全好氧处理经济一些 采用水解池较之全过程的厌氧池 消化池 具有以下的优点 a 可生物降解性一般较好 从而减少反应的时间和处理的能耗 b 工艺仅产生很少的难厌氧降解的生物活性污泥 故实现污水 污泥一次性处理 不需要经常加热的中温消化池 c 不需要密闭的池 不需要搅拌器 不需要水 气 固三相分离器 降低了造价 和便于维护 d 出水无厌氧发酵的不良气味 改善处理厂的环境 3 3 1 3 厌氧 好氧联合处理技术 厌氧处理技术是一种有效去除有机污染物并使其碳化的技术 它将有机化合物转 变为甲烷和二氧化碳 对处理中高浓度的废水 厌氧比好氧处理不仅运转费用低 而 且可回收沼气 厌氧生物处理过程能耗低 约为好氧处理工艺的 10 15 有机 容积负荷高 所需反应器体积更小 产泥量少 约为好氧处理的 10 15 对营养 物需求低 既可应用于小规模 也可应用大规模 在全社会提倡循环经济 关注工业 废弃物实施资源化再生利用的今天 厌氧生物处理显然是能够使污水资源化的优选工 艺 近年来 污水厌氧处理工艺发展十分迅速 各种新工艺 新方法不断出现 包括 有厌氧接触法 升流式厌氧污泥床 档板式厌氧法 厌氧生物滤池 厌氧膨胀床和流 化床 以及第三代厌氧工艺 EGSB 和 IC 厌氧反应器 发展十分迅速 厌氧法的缺点式 不能去除氮 磷 出水往往不达标 由于制糖工业废水的特殊性质 因此常常需对厌 氧处理后的废水进一步用好氧的方法进行处理 使出水达标 升流式厌氧污泥床 UASB Up flow Anaerobic Sludge Bed 注 以下简称 UASB 工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点 作为能够将污水中的污染物转 化成再生清洁能源 沼气的一项技术 对于不同含固量污水的适应性也强 且其结 构 运行操作维护管理相对简单 造价也相对较低 技术已经成熟 正日益受到污水 处理业界的重视 得到广泛的欢迎和应用 UASB 工艺近年来在国内外发展很快 应 用面很宽 在各个行业都有应用 生产性规模不等 UASB 反应器与其他反应器相比 有以下优点 a 不填载体 构造简单节省造价 b 污泥浓度和有机负荷高 停留时间短 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 7 页 共 49 页 c 沉降性能良好 不设沉淀池 无需污泥回流 d 污泥床不填载体 节省造价及避免因填料发生堵赛问题 e 由于消化产气作用 污泥上浮造成一定的搅拌 因而不设搅拌设备 f UASB 内设三相分离器 通常不设沉淀池 被沉淀区分离出来的污泥重新回到污 泥床反应区内 通常可以不设污泥回流设备 g 由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量 因此降低了好氧处理阶段的 曝气能耗和剩余污泥产量 从而使整个废水处理过程的费用大幅度减少 实践证明 它是污水实现资源化的一种技术成熟可行的污水处理工艺 既解决了 环境污染问题 又能取得较好的经济效益 这样具有双重效益的技术具有广阔的应用 前景 3 3 1 4 不同处理系统的技术经济分析 综上所述 通过对不同处理技术的优缺点 经济特点进行比较 列出表 3 3 表 3 3 不同处理方法的技术 经济特点比较 处理方法主要技术优缺点 经济特点 生物接触氧化法 采用两级接触氧化工艺 可防止高糖含量废水引起污泥膨 胀现象 但需要填料过大 不便于运输和装填 且污泥排放量 大 氧化沟 工艺简单 运行管理方便 出水水质好 但污泥浓度高 污水停留时间长 基建投资大 曝气效率低 对环境温度要求 高 好 氧 工 艺 SBR 法 占地面积小 机械设备少 运行费用低 操作简单 自动 化程度高 但还需曝气能耗 污泥产量大 水解 好氧技术 节能效果显著 且 BOD COD 值增大 废水的可生化性能 增加 可缩短总水力停留时间 提高处理效率 剩余污泥量少 厌氧 好氧 工艺 UASB 好氧技 术 技术上先进可行 投资小 运行成本低 效果好 可回收 能源 产出颗粒污泥产品 由一定收益 操作要求严 从表中可以看出厌氧 好氧联合处理在制糖工业废水处理方面有较大优势 CASS 池与 UASB 正好有缺互补 故对于本设计中所涉及到的制糖废水来说 厌氧 好氧处 理技术无疑是最佳的选择 因此 本设计采用 UASB CASS 的组合处理工艺 确保污 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 8 页 共 49 页 水能够达标排放 7 3 3 2 工艺流程 3 3 2 1 污水处理工艺流程见图 3 1 3 3 2 2 流程介绍 厂区生产过程中产生的污废水首先经过格栅除去较大的漂浮物 然后进入集水池 经过提升泵的提升 废水进入初沉池将比重较大的悬浮颗粒去掉 这里主要去除 SS 经调节池进入 UASB 反应器进行厌氧反应 接着通过中间水池的调节 废水进入 CASS 反应池进行好氧反应 主要去除 COD 等污染物 处理后达标的污水通过滗水器 排除 CASS 池 反应产生的剩余活性污泥 初沉池污泥以及 UASB 反应器中产生的污 泥经过污泥浓缩池浓缩后 通过污泥泵打入污泥脱水间进行脱水 由于污泥中的有害 物质少 干污泥可以再利用 8 污水处理工艺流程图详图见附图 水初 1 图 3 1 污水处理工艺流程 4 4 工艺设计说明工艺设计说明 4 14 1 构筑物设计说明构筑物设计说明 4 1 1 格栅 格栅用以去除废水中较大的悬浮物 漂浮物 纤维物质和固体颗粒物质 以保证 后续处理单元和水泵的正常运行 减轻后续处理单元的处理负荷 防止阻塞排泥管道 本设计设中格栅一个 废水 集水池 初沉池 泥饼外运 提升泵 上清液 风机 水封 沼气罐 调节池 中间水池 格栅 排放 污泥浓缩池 滤液回流 CASS 池 UASB 池 污泥脱水间贮泥池 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 9 页 共 49 页 初步拟定格栅间尺寸 L B H 2 2m 0 54m 0 75m 采用机械清渣 选型为GH 800型链式旋转格栅除污泥机 9 4 1 2 集水池与提升泵房 集水池是汇集准备输送到其他构筑物去的一种小型贮水设备 设置集水池作为水 量调节之用 贮存盈余 补充短缺 使生物处理设施在一日内能得到均和的进水量 保证正常运行 设一座集水池 采用钢筋砼结构 集水池与泵房合建 集水池在泵房 下面 采用全地下式 10 集水池尺寸 L B H 5 25m 4m 3 3m 提升泵房作为水泵的构筑物 面积比集水池要大 在地面建起 提升泵房尺寸 L B H 9m 8m 5m 污水泵 选择 125WQ130 15 11 型污水泵 5 台 四用一备 见表 4 1 表 4 1 125WQ130 15 11 型污水泵性能 项目参数项目参数 流量130m3 h口径125mm 扬程15m效率62 转速1460r min功率11KW 4 1 3 初沉池 沉淀池的处理对象主要是悬浮物质 SS 设计其去除率约为 75 左右 同时可去 除部分 BOD5 约占总 BOD5的 20 30 主要为悬浮性 BOD5 可改善生物处理构 筑物的运行条件并降低 BOD5负荷 由于本工程的处理量较小 所以采用平流式沉淀 池 设计采用 4 座池子 初沉池的尺寸为 L B H 21 6m 5m 3m 4 1 4 调节池 工业废水的水量和水质随时间的变化幅度较大 为了保证后续处理构筑物或设备 的正常运行 用调节池进行均衡调节 缓冲瞬时排放的高浓度废水 同时使生产废水 进行内部中和反应 从而降低运行成本 保证后继反应系统的稳定运行 水力停留时间 HRT 5 h 调节池的有效水深 h 5 5 m 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 10 页 共 49 页 水面超高取 0 5m 调节池的尺寸为 L B H 15m 15m 6m 4 1 5 UASB 升流式厌氧污泥床 反应池 UASB 反应器是进行废水处理的主要构筑物之一 对高浓度的废水进行厌氧发酵 去除大部分的有机污染物 废水经沉淀去除废水中的悬浮物后 进入 UASB 上流式厌 氧污泥床 进行厌氧处理 通过在 UASB 池中培养厌氧菌 分解水中的有机物 其 COD 去除率可达 80 以上 厌氧处理采用高效的升流式厌氧污泥床 具有容积负荷高 污泥产量小 效果稳定 能耗低等特点 一方面降低了后续好氧生化处理的负荷 减 少了运行费用 另一方面回收沼气 可作为能源回用于锅炉燃烧 降低了煤耗 11 本设计方案的 UASB 采用中温操作设计 数量 2 座 设计处理能力 6000m3 d 每座池体尺寸 L B H 16m 10m 7 5m 设计参数 设计容积负荷为 0 6 3 dmkgCODNv 沼气储存设备选用 500m3钢板水槽内导轨湿式贮气柜 1 个 4 1 6 中间水池 取水力停留时间 HRT 5 h 中间水池的有效水深 h 5 5 m 水面超高取 0 5m 中间水池的尺寸为 L B H 15m 15m 6m 4 1 7 CASS 反应池 废水经 UASB 厌氧处理后还不能达到国家排放标准 尚需进行深度处理 由于废 水中的 COD 浓度还比较高 必须通过好氧生物降解废水中的有机物 为保证好氧处理 效果 采用 CASS 处理工艺 CASS 工艺 循环式活性污泥法 是对 SBR 方法的改进 该工艺简单 占地面积小 投资较低 有机物去除率高 出水水质好 具有脱氮除磷 的功能 运行可靠 不易发生污泥膨胀 运行费用省 12 设计采用 CASS 池四座 工作过程分为曝气 沉淀 滗水 闲置四个过程 有关设计参数如下 污水进水量 6000m3 d 水温为 20 左右 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 11 页 共 49 页 进水 COD 480 mg L BOD5 169 mg L COD 70 mg L 污泥负荷 Ls 0 1kgBOD kgMLSS d 反应池池数 N 2 座 反应池水深 H 5 m 活性污泥界面以上最小水深 0 5 m MLSS 浓度 CA 3500 mg L 水深 5m 保护高 0 5m 曝气时间 3h 每天运行周期 4 次 每周期运行时间 6h 初步拟定 CASS 反应池 外形 尺寸 40m 10m 6m 曝气系统拟采用膜片式微孔曝气器 鼓风机选用两台 DG 超小型离心鼓风机 滗水器选型为 XBS 300 型旋转式滗水器 4 1 8 污泥处理说明 1 污泥浓缩主要用于降低污泥中的空隙水 因为空隙水占污泥水分的 70 是 降低要经稳定 脱水处置过程或者投放的污泥的体积 污泥含固率的提高 将大幅度 减小污泥体积 降低污泥后续处理费用 故污泥浓缩是污泥减容的主要方法 污泥浓 缩的方法有重力浓缩 气浮法浓缩和离心法浓缩三种 因为重力浓缩由于装置简单 所需动力小等优点被广泛采用 所以本设计采用的 是重力浓缩的方法 污泥浓缩池数量 2 座 设计参数 L B 7 5m 7 5m 2 机械脱水 机械脱水的方法是转筒离心机 板框压滤机 带式压滤机和真空过滤机 本设计 采用的是带式压滤机 其具有处理量大 基建费用少 占地少 工作环境卫生 自动 化程度高等优点 带式压滤脱水机受污泥负荷波动的影响小 还具有出泥含水率较低 且工作稳定启耗少 管理控制相对简单 对运转人员的素质要求不高等特点 同时 由于带式压滤脱水机进入国内较早 已有相当数量的厂家可以生产这种设备 在污水 处理工程建设决策时 可以选用带式压滤机以降低工程投资 国内新建的污水处理厂 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 12 页 共 49 页 大多采用带式压滤脱水机 压滤机型号 DYD 1000 型带式压榨过滤机 4 1 9 鼓风机房 鼓风机房内设鼓风机 3 台 2 用 1 备 鼓风机房的尺寸设计为 L B H 14m 10m 5 5m 4 24 2 污水处理站总体布置污水处理站总体布置 4 2 1 污水厂平面布置 污水处理厂平面布置直接影响污水厂占地面积大小 运行是否安全可靠 管理与 检修是否方便及厂区环境卫生状况等多项问题 布置的原则 13 1 平面布置必须按室外排水设计规范所规定的各项条款进行设计 2 如有远期规划 应按远期规划作出分期建设的安排 3 总体布置因根据厂内各建筑物的功能和流程要求 结合厂址地形 气候与地质 条件等因素 并考虑便于施工 操作与运行管理 力求挖填土方平衡 并考虑扩建的 可能性 留有适当的扩建余地 通过技术经济比较来确定 4 各个构筑物的布置应紧凑 节省占地 缩短连接管线 同时还应考虑到敷设管 线 闸阀等附属设备 构筑物地基的相互影响以及施工 操作运行与检修方便 构筑 物之间必须留有 5 10m 的间距 污水处理构筑物应尽可能的集中布置并单独组合 以 利于安全并便于管理 本设计的平面布置见附图 水初 2 4 2 2 污水厂高程布置 污水厂的高程布置的主要任务是确定各处理构筑物和泵房标高 确定处理构筑物 之间连接管渠的尺寸和标高 通过计算确定各部位的水面标高 布置原则 1 为了使污水与污泥在各构筑物间按重力流动或至少减少提升次数 以减少提升 设备与运行费用 必须精确计算各个构筑物之间的水头损失 避免不必要的水头损失 此外 还应该考虑污水厂扩建时预留的贮备水头 2 进行水力计算时 应选择距离最长 损失后最大的流程 并按最大的设计流量 计算 当有两个以上并联运行构筑物时 应考虑某一构筑物故障时其余构筑物须负担 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 13 页 共 49 页 全部流量的情况 必须留有充分的余地 防止水头不够发生涌水 并应考虑土方平衡 避免出现分配不均现象 3 还应注意污水流程与污泥流程的配合 尽量减少需提升的污泥量 污泥脱水间 浓缩池等高程确定 应注意其污水能自流入其它构筑物的可能性 考虑污泥处置设施 排出的污水能自流流入泵站集水池和其他污水处理构筑物 5 补充说明 经计算得出的有关尺寸在绘图时可能会有些改变 以图纸标注尺寸 为主 本设计的高程布置结果见附图 水初 3 5 5 设计计算设计计算 5 15 1 格栅格栅 5 1 1 参数选取 1 格栅过栅流速一般采用 0 6 1 0m s 2 格栅前渠道内的水流速度 一般采用 0 4 0 9m s 3 格栅倾角 一般采用 45 60 人工清渣的格栅倾角小时较省力 但占地多 4 通过格栅的水头损失 一般采用 0 08 0 15m 5 格栅间工作台两侧过道宽度不应小于 0 7m 6 机械清渣不小于 0 2m 本次设计选取中格栅 栅条间隙 e 20 mm 栅前水深 h 0 3 m 过栅流速 v 0 8 m s 安装倾角 a 60 14 设计流量 Q 6000 m3 d 250 m3 h 0 0694 m3 s 5 1 2 设计计算 1 栅条间隙数 n 取 n 14 条 sin0 0694sin60 13 45 0 02 0 3 0 8 Q n ehv 验算 符合要求 sin0 0694sin60 0 58 0 02 0 4 14 Q vm s ehn 2 栅槽有效宽度 B 设计采用圆钢为栅条 即 S 0 02 m 20 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 14 页 共 49 页 m 10 0214 10 02 140 54BS nen 3 进水渠道渐宽部分长度 设进水渠道内的流速为 0 7m s 进水渠道宽取 B1 0 3 m 渐宽部分展开角 0 1 20 1 1 0 1 0 540 3 0 33 2220 BB Lm tgtg 4 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 1 2 0 165 2 L Lm 5 过栅水头损失 3k 1 79 0 8 vm s 4422 33 1 0 020 8 sin3 1 79 sin600 15 m 20 022 9 8 o sv hk eg 6 栅槽总高度 H 取栅前渠道超高 h2 0 3 m 栅前槽高 H1 h h2 0 6 m H h h1 h2 0 3 0 15 0 3 0 75 m 7 栅槽总长度 L 1 12 00 0 6 0 5 1 00 330 1650 5 1 02 34 6060 H LLLm tgtg 8 栅渣量 取 W1 0 07 KZ 1 2 则 33 1 86400 0 069486400 0 0694 0 07 0 35 0 2 10001000 1 2 Z W Wmdmd K 具体设计见图 5 1 15 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 15 页 共 49 页 图 5 1 格栅设计草图 用机械清渣 根据栅槽宽度 B 选型为 GH 800 型链式旋转格栅除污泥机 见表 5 1 表 5 1 GH 800 型链式旋转格栅除污泥机 项目参数项目参数 格栅宽度800mm有效栅宽500 设备总宽1090mm电动机功率 kw0 75 2 2 有效间隙20mm安装角度60 80 5 25 2 集水池与提升泵房集水池与提升泵房 5 2 1 集水池的计算 5 2 1 1 参数选择 设计水量Q 6000 m3 d 250 m3 h 0 0694 m3 s 69 4 L s 选择集水池泵房合 建式 考虑选用三台水泵 两用一备 则每台水泵的容量为34 7L s 5 2 1 2 集水池容积 采用相当于一台水泵运行 30min 的容量 3 34 7 60 30 63 1000 Wm 有效水深采用 H 3 m 超高取 0 3m 则集水池面积 F 63 3 21 m2 集水池的尺寸 宽取 4m 长为 21 4 5 25 m 5 2 2 泵房设计 5 2 2 1 设计参数 设计水量 Q 6000 m3 d 250 m3 h 0 0694 m3 s 69 4 L s 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 16 页 共 49 页 一台泵的流量为 34 7L s 5 2 2 2 设计计算 1 总扬程的确定 经过格栅的水头损失为 0 15m 估计所需最高水位 3m 集水池最低工作水位于所需提升最高工作水位之间的高差为 H 31 0 54 5 m 2 出水管水头损失 总出水管 Q 69 4 L s 选用管径 DN250 查表得 v 1 41 m s 1000i 9 91 一根出 水管 Q 34 7 L s 选用管径 DN200 v 1 1 m s 1000i 8 6 设管总长为 40m 局部损失占沿程的 30 则总损失为 H 9 91 401 0 30 5 1000 m 3 水泵扬程 泵站内管线水头损失假设为 1 5m 考虑自由水头为 1 0m 则水泵总扬程为 H 4 5 0 5 1 5 1 0 7 5 m 取 8m 4 选泵 选择 125WQ130 15 11 型污水泵五台 四用一备 其性能见表 5 2 表 5 2 125WQ130 15 11 型污水泵性能 项目参数项目参数 流量130m3 h口径125mm 扬程15m效率62 转速1460r min功率11KW 5 35 3 初沉池初沉池 5 3 1 进出水水质 进出水水质要求见表 5 3 表 5 3 进出水水质 项目CODBODSS 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 17 页 共 49 页 进水水质 mg L 30001500400 去除率 202575 出水水质 mg L 24001125100 5 3 2 设计计算 5 3 2 1 池子总面积 表面负荷取 2 max 36000 0694 3600 125 2 Q Am q 0 2 23 hmmq 5 3 2 2 沉淀部分有效水深 取 t 1 5h 2 2 1 5 3hqtm 5 3 2 3 沉淀部分有效容积 3 max 36000 0694 1 5 3600375VQtm 5 3 2 4 池长 流速 v 取 4mm s 3 64 1 5 3 621 6Lvtm 5 3 2 5 池子总宽度 375 21 617 36BA Lm 5 3 2 6 池子个数 宽度取 b 5m 45 36 17 bBn 5 3 2 7 校核长宽比 符合要求 432 4 5 6 21 b L 5 3 2 8 污泥部分所需总容积 V 已知进水 SS 浓度 400 mg l 初沉池效率设计 75 则出水 SS 浓度 0 c 0 1 0 75 400 1 0 75 100 ccmg l 设污泥含水率 98 两次排泥时间间隔 T 2d 污泥容重 3 1 rtm 3 max0 66 0 864001000 0694 400 100 86400 2 100 100 100 101 2 10098 10 Z QccT Vm K 5 3 2 9 每格池污泥所需容积 V 3 100 25 4 Vm 5 3 2 10 污泥斗容积 V1 3 1 4 50 5 1 733 89 22 bb htgm 223 1411 13 89 255 0 50 25 33 2 33 Vhbbbbm 5 3 2 11 污泥斗以上梯形部分污泥容积 V2 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 18 页 共 49 页 1 21 60 50 322 4Lm 2 5Lm 4 21 6 0 35 0 010 163hm 3 12 24 22 45 0 163 5 11 2 22 ll Vh bm 5 3 2 12 污泥斗和梯形部分容积 33 12 33 2 11 244 425VVmm 5 3 2 13 沉淀池总高度 H 取 8m 12344 0 330 50 1633 897 853Hhhhhhm 5 45 4 调节池调节池 5 4 1 参数选取 已知 Q 6000 m3 d 250 m3 h 取水力停留时间 HRT 5 h 调节池的有效水深 h 5 5 m 水面超高取 0 5m 5 4 2 设计计算 5 4 2 1 调节池有效容积 V QT 250 5 1250m3 5 4 2 2 调节池水面面积 2 1250 225 5 5 V Am H 5 4 2 3 调节池的长度 取调节池宽 15m 长 15m 池的实际尺寸为 长 宽 高 15m 15m 6m 1350m3 5 4 2 4 调节池的提升泵 设计流量 Q 35L s 静扬程为 68 5 59 5 9 0m 总出水管 Q 70L s 选用管径 DN250 查表得 v 1 43m s 1000i 9 91 设管总长为 50m 局部损失占沿程的 30 则总损失为 9 91 501 0 30 64 1000 m 管线水头损失假设为 1 5m 考虑自由水头为 1 0m 则水泵总扬程为 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 19 页 共 49 页 H 9 0 0 64 1 5 1 0 12 14m 取 13m 选择 150QW 180 15 15 型污水泵三台 两用一备 其性能见表 5 4 表 5 4 150QW180 15 15 型污水泵性能 项目参数项目参数 流量50L s电动机功率15KW 扬程15m电动机电压380V 转速1460r min出口直径150mm 轴功率4 96KW泵重量280kg 效率65 5 55 5 UASBUASB 反应池反应池 5 5 1 参数选取 经过对同类工业废水用 UASB 反应器处理运行结果的调查 已知常温条件下 20 25 条件下 UASB 反应器沼气表现产率为 0 5m3 kgCOD 去除 污泥的表现 产率为 0 1kgMLSS kgCOD 去除 厌氧污泥可实现颗粒化 其设计最大流量 Q 6000m3 d 250m3 h 其中在沉淀池 COD 与 BOD 的去除率以 20 25 计 具体数 值见表 5 5 表 5 5 进出水水质要求 项目CODBODSS 进水水质 mg L 24001125100 去除率 808530 出水水质 mg L 48016970 5 5 2 设计计算 5 5 2 1 UASB 反应器结构尺寸设计计算 1 UASB 反应器的有效容积 包括沉淀区和反应区 设计容积负荷为 0 6 3 dmkgCODNv 进出水 COD 浓度 E 0 8 2400 0 LmgC 3 0 6000 2 4 0 8 1920 6 0 v QC E Vm N 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 20 页 共 49 页 式中 Q 设计最大处理流量 3 md C0 进出水 COD 浓度 3 kg COD m E 去除率 NV 容积负荷 2 UASB 反应器的形状和尺寸 工程设计反应器 2 座 横截面积为矩形 1 反应器有效高为则 6 0hm 池子横截面积 320 0 6 1920 2 m h V S 有效 单池横截面积 160 2 320 2 m n S Si 2 池子从布水均匀性和经济性考虑 矩形长宽比在 2 1 以下较合适 设池长 则宽 设计中取 16Lm 160 10 16 i S Bm L 11Bm 单池截面积 1761116 2 mBLSi 设计反应器总高 其中超高 7 5Hm 0 5m 单池总容积 1232 5 05 7 176 3 mHSV ii 单池有效反应容积 10566176 3 mhSV ii 有效 单个反应器实际尺寸 mmmHBL5 71016 反应器总池面积 3522176 2 mnSS i 反应器总容积 246421232 3 mnVV i 总有效反应容积符合有机负荷要求 33 1056 22112 1920 i VVnmm 有效有效 UASB 反应器体积有效系数 在 70 90 之间符合要求 7 85100 2464 2112 5 5 2 2 UASB 反应器构造的确定 UASB 反应器采用矩形 三相分离器由上下两层重叠的三角形集气罩组成 构成 6 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 21 页 共 49 页 个分离单元 采用穿孔管进水配水 采用明渠出水 本工程设计中 UASB 反应器的构造断面如图 5 2 所示 出水槽 配水管 图 5 2 UASB 反应器构造断面示意图 5 5 2 3 三相分离器设计 三相分离器沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积 则沉淀区的表面负荷率为 满足要求 3232 6000 0 24 1 0 2 0 24 1056 Nmmhmmh 根据图 3 5 设上下三角形集气罩斜面水平夹角为 55 取保护高度 h1 0 5 m 下三角形高 h3 1 2 m 上三角形顶水深 h2 0 5 m 单元三相分离器宽 b 2 67 m b3 0 35 m 则有 3 1 0 h1 2 0 84 m 551 428 b tg 211 22 6720 99 mbbbb 下三角形集气罩回流之间缝隙上升流速 v1的计算为 则 v1为 2 12 0 99 10 659 4 mAb Bn 1 250 0 7 6 59 4 Vm h 上三角形集气罩回流缝的水流上升流速 v2的计算为 则 2 23 20 35 10 2 642 mAbBn 2 250 0 99 6 42 Vm h a2为控制断面 可以满足 v1 v2 2 0m h 的条件 具有较好的固液分离要求 因为上三角下端 C 至下三角形斜面和垂直距离 CE b3sin55 0 35 0 819 0 29 m BC CE sin35 0 29 0 5736 0 51 m BD BC sin55 0 62 m 取 AB 0 4 m 上三角形集气罩的位置即可确定 其高 h4为 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 22 页 共 49 页 2 4 0 99 cos55tan550 4 0 5736tan551 03 m 22 b hAB 已知上三角形集气罩顶的水深为 0 5m 则上下三角形集气罩在反应器内的位置已经 确定 如下图 5 3 所示 图 5 3 单元三项分离器计算草图 三相分离区总高度 5432 hhhhh 式中 集气罩以上的覆盖水深 取 0 5m 2 h 3 1 2 1 46 sin55sin55 h AFm 1 460 620 40 44 DFAFBDABm 5 sin550 44 sin550 36 hDFm 则 0 5 1 21 030 362 37 hm UASB 总高度 H 7 5 m 沉淀区高 2 37m 污泥床高 2 6m 悬浮区高 2 53m 超高 0 5m 根据已确定的三相分离器构造 还应该校核一下气液分离的条件是否符合要求 沿 AB 方向水流的速度 va可用下式计算 125 1 80 m h 2 20 29 10 2 2 6 a Q v CEBn 单 设气泡的直径 dg 0 01 cm 在常温 20 下 取 1 1 03 g cm3 g 1 2 10 3 g cm3 v 0 0101 cm2 s 按净水取值 0 95 0 0101 1 03 0 0104 g cm s 由于废水的 一般比净水的 大 可取废水 的 为 0 02g cm s 则 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 23 页 共 49 页 2 23 1g g0 95 981 1 03 1 2 100 019 58 1818 0 02 b vdm h 根据前面的结果有 则可满足 的 BC0 51 1 275 0 4AB 9 58 5 32 1 80 b a v v b a v v BC AB 要求 可以脱除直径等于或大于 0 01cm 的气泡 5 5 2 4 进水分配系统的考虑 1 采用穿孔管配水 进水管总管径取 200mm 流速约为 0 95m s 每个反应器 设 10 根 d150mm 的穿孔管 每两根管之间的中心矩为 1 5m 配水孔径采用 15mm 孔距为 1 5m 每个孔的服务面积为 1 5 1 5 2 25m2 孔径向下 穿孔管中心距反应器为 0 25m 每个反应器共有 60 个出水孔 采用连续进水 每个孔的流速为 16 max 2 0 012 60 6 60 1 1 0 015 2 Q Q vm s AA 孔 则进水部分水头损失为 查表得 1 06 2 2 v h g 2 1 1 1 060 065 2 hm g 2 布水孔孔径 共设置布水孔 60 个 出水流速 u 选为 2 2m s 则孔径为 44 250 2 0 018 36003600 60 3 14 2 2 Q dm n u 3 验证 常温下 容积负荷 Nv 为 6 0kgCOD m3 d 产气率为 0 3m3 kgCOD 需满 足空塔水流速度 uk 1 0m h 空塔沼气上升流速 ug 1 0m h 空塔水流速度 符合要求 250 0 71 1 0 352 k Q um hm h S 空塔气流速度 符合要求 6000 24 2 4 0 8 0 3 0 41 1 0 352 o g QC r um hm h S 5 5 2 5 出水系统的设计考虑 1 出水槽设计 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 24 页 共 49 页 对于每个反应池 有 6 个单元三相分离器 出水槽共有 6 条 槽宽 0 3m 单个反应器流量 3 250 0 0694 36003600 i i Q qms 设出水槽口附近水流速度为 0 2m s 则 槽口附近水深 60 0694 6 0 193 0 3 0 2 i q m ua 取槽口附近水深为 0 25m 出水槽坡度为 0 01 出水槽尺寸 11m 0 3m 0 25m 出水槽数量为 6 座 2 溢流堰设计 出水槽溢流堰共有 12 条 6 2 每条长 11m 设计 900三角堰 堰高 50mm 堰口水面宽 b 60mm 每个 UASB 反应器处理水量 69 4L s 查知溢流负荷为 1 2L m s 设计溢流负荷 f 1 8L m s 则堰上水面总长为 69 4 38 1 8 i q Lm f 三角堰数量 个 每条溢流堰三角堰数量 633 12 53 个 3 38 633 60 10 l n b 一条溢流堰上共有 53 个 100mm 的堰口 53 个 110mm 的间隙 堰上水头校核 每个堰出流率 3 55 69 4 10 11 0 10 633 i q qms n 按 900三角堰计算公式 2 5 1 43qh 堰上水头 0 4 0 4 5 11 0 10 0 0226 1 431 43 q hm 出水渠设计计算 反应器沿长边设一条矩形出水渠 6 条出水槽的出水流至此出水渠 设出水渠宽 0 8m 坡度 0 001 出水渠渠口附近水流速度为 0 3m s 渠口附近水深 0 0694 0 289 0 8 0 3 i q m uxa 以出水槽槽口为基准计算 出水渠渠深 0 25 0 289 0 54m 出水渠长取 15m 出水渠尺寸为 15m 0 8m 0 54m 向渠口坡度 0 001 UASB 排水管设计计算 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 25 页 共 49 页 选用 DN300 钢管排水 充满度为 0 6 管内水流速度为 3 2 4 69 4 10 1 64 0 6 0 3 vm s 5 5 3 6 沼气收集系统设计计算 1 沼气产量计算 沼气主要产生于厌氧阶段 设计产气率取 3 0 3 mkgCOD 总产气量 34568 04 260003 0 3 0 dmEQCG 则单个 UASB