河北省J市排水工程设计VIP

某大学本科毕业设计说明书 1 引引 言言 某大学本科毕业设计说明书 2 水资源是经济可持续发展的基本保证 污水的任意排放或处理不彻底的排放 都会给水资源环境带来严重的污染问题 河北省人口众多 属水资源短缺的地区之一 随着工业生产的发展和人民生活 水平的提高 水资源短缺问题尤为突出 由于该市排水系统很不完善 大量的城市 污水 工业废水无法及时处理 使水体受到严重的污染 当地自然环境正受到严重 的威胁 并且已经影响到经济的发展和人民的正常生活 建设排水工程已成为迫在 眉睫的大事 基于上述原因 本设计在充分调研该市水文地质 受纳水体水质资料 人口分 布和气象条件的情况下 对包括排水管网和污水处理厂的整套排水设施进行设计 其中 对进水水质 出水水质进行分析 污水处理厂一级 以及以 CASS 法为主体的 二级处理工艺流程的选择给予说明 对具体污水及污泥构筑物结构进行了详细计算 本文将技术经济分析评价贯穿于设计的全过程 力求使工程项目达到经济最优化 第一章第一章 概述概述 1 1 设计题目 设计题目 河北省 J 市排水工程设计 某大学本科毕业设计说明书 3 1 2 设计原始资料 设计原始资料 1 地形与城市规划资料 1 城市污水处理厂附近地形平面图一张 比例 1 10000 2 城市居住人口总数为 48 万 分为东区和西区 各区的居住人口密度及水质见 下表 分区人口 万 污水量 标准 L 人 d SS g 人 d BOD5 g 人 d COD g 人 d 氨氮 g 人 d 磷酸盐 g 人 d pH水温 东区26 71054530423 30 57 120 西区21 31304530423 30 57 420 3 市区内大型工厂有糖业公司 纺织厂和玉米加工厂 各工厂的排水量及水质间 下表 厂名日 排水量 m3 d 最大时 排水量 m3 h SS mg L BOD5 mg L COD mg L 氨氮 mg L 磷酸 盐 mg L pH水 温 糖业31001805205106003476 537 纺织18001056004305503749 042 玉米13107371072089042157 020 4 屋面各类路面比例 各种屋面混凝土与沥青路面碎石路面非砌石路面绿地 2035151515 2 气象资料 名称指标名称指标 月平均气温9 最冷月平均气温 8 年最高气温36 冰冻期36 天 年最低气温 22 冰冻时间12 月末 2 月初 年降雨量720 mm 年年蒸发量310 mm 年 常年主导风向西北风年平均风速2 9m s 某大学本科毕业设计说明书 4 3 地质资料 土壤性质 0 0 7m 处 土壤性质 0 7 6 7m 处 土壤性质 6 7 9 5m 处 冰冻深 度 m 地下水位 m 承载力 kpa 腐植性耕土 厚 0 5 0 7m 粉质黏土 厚 5 6 5 9m 粗砂 厚 6 7 9 1m 1 85 6 5 7 298 第二章第二章 排水系统设计排水系统设计 2 1 排水系统体制的确定排水系统体制的确定 合理选择排水系统体制是城市和工业企业排水系统规划和设计的重要问题 它 不仅从根本上影响排水系统的设计 施工 维护管理 而且对城市和工业企业的规 划和环境保护影响深远 同时 也影响排水系统工程的总投资和初期投资费用以及 维护管理费用 根据城市及工业企业的规划 环境保护要求 污水利用 水质水量的变化 地 区气候及水文资料 工矿企业的水质状况及设计地区的自然状况 本设计采用分流 某大学本科毕业设计说明书 5 制排水系统 即将完整的城市污水送入污水处理厂进行处理 雨水则就近排入受纳 水体 其优点如下 1 环境保护方面 全部城市污水都送到污水处理厂进行处理 有效的保护了水体免受污染 而且 比较灵活 较容易适应社会发展需要 一般又能符合城市卫生的要求 是城市排水 系统体制的发展方向 2 从工程造价方面 由于分流制是排水系统增加了一套管线 但相对合流制管径变化小 且合流制 污水处理厂比分流制造价高 总造价相差不多 从初期投资看 分流制可分期建设 节省初期投资 又可缩短工期 发挥工程效益快 比较适合我国国情 3 从维护管理方面 虽然分流制排水系统的管线较多 但管径变化小 可以保持管内的流速均匀 不致发生沉淀 同时 流入污水厂的水质水量变化小 污水厂的运行易于控制 此 外 该地区无大型工厂 地势有一定坡度 故对空气污染小 靠自重排入水体 2 2 污水处理厂厂址的选择污水处理厂厂址的选择 1 污水厂布置在该市的东南角 见污水处理总平面图 其依据是 该地区常年 主导风向为北风和西北风 夏季主导风向为北风 厂址选在城市的东南角 可以减 小污水厂所产生臭气对城市环境的影响 2 污水厂建在河流的下游 这样可以避免对城市取用水水质的影响 3 污水厂布置在地势较低处 有利于污水管道的重力流动 故设在河流下游的 岸边 4 污水厂的位置靠近主要服务区 减少了管道的敷设长度 节省管材 某大学本科毕业设计说明书 6 第三章 污水管道设计 3 1 污水管道的定线污水管道的定线 管道定线一般按主干管 干管 支管顺序依次进行 定线应遵循的主要原则是 应尽可能地在管线较短和埋深较小的情况下 让最大区域的污水能够自流排出 为 实现这一原则 定线时通常考虑的因素是 1 地形和竖向规划 2 排水体制和线路数目 3 污水厂和出水口位置 4 水文地质条件 5 道路宽度 6 地下管线及构筑物位置 7 工业企业和产生大量污水的建筑物分布情况 某大学本科毕业设计说明书 7 本设计由于等高线较稀疏 地势较缓 定线时充分利用地形趋势来顺坡排水 由于地形倾向河道 采用主干管与等高线平行 干管与等高线垂直 3 2 污水管道设计控制参数污水管道设计控制参数 本设计选用圆形混凝土管 污水是按管道坡度从高到低流动 并且均假设为均 匀流 1 最大设计充满度 在设计流量下 污水在管道中的水深 h 和管道直径 D 的比值 表 3 1 设计充满度 管径 D 或暗渠高 H mm 最大充满度 h D 或 h H 200 3000 55 350 4500 65 500 9000 70 10000 75 2 设计流速 和设计流量 设计充满度相对应的水流平均速度即设计流速 设计污水流速增 大时 可能产生冲刷现象 甚至损坏管道 流速缓慢时 污水中所含杂质可能下沉 导致淤积 故根据观测数据与国内外经验 污水最小设计流速定为 0 6m s 通常金属管道 的最大设计流速为 10m s 非金属管道最大设计流速为 5m s 3 最小管径 在污水管道上游部分 流量很小 若管径过小极易堵塞 故在设计中常规定一 个允许最小管径 在街坊和厂区内 最小管径为 200mm 街道最小管径为 300mm 4 最小设计坡度 相对于管内流速为最小设计流速时的管道坡度 当给定设计充满度条件下 管 径越大 相应的最小设计流速时的最小设计坡度也就越小 具体规定是 管径 200mm 的最小设计坡度是 0 004 管径 300mm 的最小设计坡度是 0 003 5 埋设深度 为了降低造价 缩短施工期 管道埋深越小越好 但覆土厚度应有一个最小的 某大学本科毕业设计说明书 8 极限值 否则就不能满足技术上的要求 它一般应满足下述三因素 1 必须防止污水冰冻和土壤冻胀而损坏管道 但由于污水有温度且保持一定的流 量不断流动 因此没有必要把整个污水管线埋在冰冻线之下 故 室外排水设 计规范 规定 管底可埋设在冰冻线以上 0 15m 有保温措施或水温较高的管道 管底在冰冻线以上距离可加大 2 必须防止管壁因地面荷载而受到破坏 综合考虑多方面因素并结合各地埋管经验 车行道下污水管最小覆土厚度不宜 小于 0 7m 3 必须满足街坊连接管衔接要求 污水出户管的最小埋深一般采用 0 5 0 6m 所以 街坊污水管道起点最小埋 深也应有 0 6 0 7m 故街道污水管网起端的最小埋深 H 按下式计算 hZZILhH 21 式中 街坊起点最小埋深 m h 街道污水管起点检查井地面标高 m 1 z 街坊起点检查井处地面标高 m 2 z 街坊污水管和连接支管坡度 I 街坊污水管和连接支管总长度 m L 连接支管和街道污水管的管底标高差 m h 从以上三个因素出发 可以得到三个不同的管底埋深 从这三个数值中选最大 的设计深度 管道的起点埋深计算直接列入干管水力计算表中 H L h 街道管 连接支管 街区内污水 管 出户管 图 3 3 街坊管道示意图 某大学本科毕业设计说明书 9 在施工过程中 若埋深过大 不仅增加工程投资 而且增大施工难度 因此 在设计中需拟定最大埋深 一般干燥土壤 7 8m 在多水 流砂 石灰岩中 5m 3 3 在管道水力计算中还应注意以下问题在管道水力计算中还应注意以下问题 1 选择合适的控制点 以控制整个系统埋深 在设计中控制点很明显是污水管段 的起点埋深 起点埋深偏大 就会导致下游管道埋深增加 增加工程造价 起 点埋深偏小 那么街区汇集的污水就不能很顺利的排入污水管道 达不到设计 的目的 2 注意管道坡度与地面坡度之间的关系 在地面坡度较大的地区 管道坡度应与 地面坡度基本一致 在地面坡度较小的地区 管道坡度应该保证污水的及时排 出 3 设计流速应逐渐增加 仅当地面坡度大接到坡度小的管道上时 下游管道的流 速已大于 1 2m s 时才可减小 4 在适当的地方设跌水井 5 在旁侧管道接入干管时考虑埋深和流速问题 由于污水管道主要靠重力流排出 因此旁侧管道内的水面标高应该高于干管的水面标高 3 4 污水管道水力计算污水管道水力计算 3 4 1 城市污水设计总流量城市污水设计总流量 1 居民生活污水设计流量 1 Q dZ QkQ 1 97 644 360024 10130 3 2110 7 26105 360024 44 sL Nq Qd 总变化系数 33 1 97 644 7 2 11 0 Z k 则居民生活污水设计流量为 某大学本科毕业设计说明书 10 46 83897 6443 1 1 sLQ 2 工业企业废水设计流量 44 993600 1000 73105180 2 sLQ 3 城市污水设计总流量 90 93744 9946 838 21 sLQQQ 3 3 4 4 2 2 街坊面积街坊面积 2 hm 街坊编号12345678911 面积27 524 020 945 538 033 2526 045 540 024 75 街坊编号12131415161718192021 面积15 07 37 582 4566 545 09 08 58 756 街坊编号22232425262728293031 面积67 357 3511 211 28 535 210 532 810 26 街坊编号3233343536373940 面积11 824 57 511 413 54 47 8410 5 由上表得 2 22 793hmA 3 3 4 4 3 3 比流量 比流量 2 813 0 22 793 97 644 hmsL A Q q d 3 4 4 污水管道的设计流量计算 污水管道设计流量计算见附录 1 3 3 4 4 5 5 污水干管水力计算污水干管水力计算 水力计算表见附录 2 某大学本科毕业设计说明书 11 3 3 4 4 6 6 污水主干管水力计算污水主干管水力计算 水力计算表见附录 3 3 3 4 4 7 7 污水管道的连接方式 污水管道的连接方式 1 管道在检查井内连接 一般为管顶平接 2 不同管径也可采用水面平接 3 在任何情况下 进水管底不得低于出水管底 在本设计中主要采用水面平接 地面坡度加大的地方采用管顶平接 3 3 4 4 8 8 污水干管的敷设方式 污水干管的敷设方式 1 管材 由于该地区地质条件良好 采用钢筋混凝土圆管 2 接口 主干管 干管采用钢丝水泥砂浆抹带借口 支管采用水泥砂浆抹带接口 该地质情况良好 可以采用刚性接口 3 基础 由于接口采用刚性接口 所以基础采用混凝土带形基础 管座型式分为 90 135 180 其中当覆土厚度在 0 7 2 5m 时采用 90 管座基础 当 覆土厚度在 2 6 4m 时采用 135 管座基础 当覆土厚度在 4 1 6 采用 180 管 座基础 4 基坑回填 该地区土质为亚沙土 砂卵石组成 拌入一些石灰即可成为三合土 第四章第四章 雨水管道的雨水管道的设计设计 雨水管道要求充分利用地形 就近排入水体 雨水管渠应尽量利用自然地形坡 度 以最短的距离靠重力排入附近的水体中 某大学本科毕业设计说明书 12 4 1 设计注意事项设计注意事项 4 4 1 1 1 1 设计要点设计要点 1 设计充满度 一般按照满流进行设计 2 设计流速 由于雨水夹带泥砂 所以暗管流速大于 0 75m s 为防止冲刷 金属管道流速小 于 10m s 非金属管道流速小于 5m s 3 最小管径和最小坡度 雨水管道最小管径 300mm 最小坡度 3 00 雨水连接管最小管径 200mm 最小 坡度 0 01 4 管道连接 管道在检查井连接 一般采用管顶平接 4 4 1 1 2 2 暴雨强度公式暴雨强度公式 J 市的暴雨强度公式 741 0 876 172 10 1801 t q 21 mttt v L t 60 2 式中 设计暴雨强度公式 L s ha q 设计重现期 a 本设计中取 1 年 P 降雨历时 min t 地面集水时间 min 本设计中取 10min 1 t 管内雨水流行时间 min 2 t 各管段的长度 m L 各管段的水流速度 m s v 折减系数 对于暗管取 2m 某大学本科毕业设计说明书 13 4 4 1 1 3 3 管渠流量的确定管渠流量的确定 城市雨水管渠属于小汇水面积上的排水构筑物 雨水设计流量计算公式如下 qFQ 1 径流系数 是径流量与降雨量的比值 其值小于 1 其因为地面覆盖情况 地面坡度 地貌 建筑物密度的分布 路面铺砌等情况不同而异 当汇水面积的地面由不同覆 盖面组成时 平均径流系数由加权平均得到 F F ii 式中 各类地面面积 m2 i F 汇水总面积 m2 F 相应各类地面的径流系数 见下表 i 各种屋面混凝土与沥青路面碎石路面非砌石路面绿地 2035151515 根据给定资料 可算出平均径流系数 1 0 2 0 90 35 0 60 15 0 450 15 0 30 15 0 150 62 2 雨水管渠汇水面积F 汇水面积是指雨水管渠汇集雨水的面积 在小汇水面积上 降雨不均匀的影响 较小 可以认为降雨强度是均匀的 3 暴雨强度 Q 暴雨强度公式见 4 1 2 4 2 雨水管渠的设计计算雨水管渠的设计计算 雨水管渠的设计计算结果见附录 4 3 雨水干管的敷设方式 雨水干管的敷设方式 管材 由于该地区地质条件良好 采用钢筋混凝土圆管 接口 主干管 干管采用钢丝水泥砂浆抹带借口 支管采用水泥砂浆抹带接口 某大学本科毕业设计说明书 14 该地质情况良好 可以采用刚性接口 基础 由于接口采用刚性接口 所以基础采用混凝土带形基础 管座型式分为 90 135 180 其中当覆土厚度在 0 7 2 5m 时采用 90 管座基础 当覆 土厚度在 2 6 4m 时采用 135 管座基础 当覆土厚度在 4 1 6 采用 180 管 座基础 基坑回填 该地区土质为亚沙土 砂卵石组成 在回填时拌入一些石灰即可成 为稳固性很好的三合土 第五章第五章 污水处理厂工艺设计污水处理厂工艺设计 5 1 常用生活污水处理工艺常用生活污水处理工艺 5 1 15 1 1 A OA O 工艺工艺 A O 法生物脱氮废水处理技术是 90 年代初期先后开发出来的废水处理技术 它 能有效的将化工废水中的 COD 组分和氨氮污染物氧化降解掉 使废水中的各项污染 某大学本科毕业设计说明书 15 物指标达标排放 但近十年来 这种性能良好的废水处理技术并没有得到很好地应 用 A O 法生物脱氮废水处理技术只在吉化公司和九江大化肥厂等为数很少的大企 业中使用 A O 法生物去除氨氮原理 污水中的氨氮 在充氧的条件下 O 段 被硝化菌硝化为硝态氮 大量硝态氮 回流至 A 段 在缺氧条件下 通过兼性厌氧反硝化菌作用 以污水中有机物作为电 子供体 硝态氮作为电子受体 使硝态氮被还原为无污染的氮气 逸入大气从而达 到最终脱氮的目的 硝化反应 NH4 2O2 NO3 2H H2O 反硝化反应 6NO3 5CH3OH 有机物 5CO2 7H2O 6OH 3N2 A O 法生物去除磷原理 微生物在厌氧段水解磷酸获得能量吸收污水中的有机物质 在好氧阶段分解有机 物质获得能量 过量吸收污水中的磷 5 1 25 1 2 A BA B 工艺工艺 A B 法污水处理工艺是一种新型两段生物处理工艺 是吸附生物降解法的简称 该工艺将高负荷法和两段活性污泥法充分结合起来 不设初沉池 A B 两段严格分 开 形成各自的特征菌群 这样既充分利用了上述两种工艺的优点 同时也克服了 两者的缺点 所以 A B 法工艺具有较传统活性污泥法高的 BOD COD SS 磷和氨氮 的去除率 但 A B 法工艺不具备深度脱氮除磷的条件 对氮 磷的去除量有限 出 水中含有大量的营养物质 容易引起水体的富营养化 原理 A B 法工艺对污染物的去除主要是通过 A 段的吸附絮凝作用 A 段直接与污水排 水管网相接 污水中悬浮物与细菌混杂在一起成为结构较稳定的共存体 也为 A 段 提供了大量的接种微生物 A 段中的短世代周期的微生物在高负荷条件下处于对数 增殖期 同时也产生大量的粘性物质 使其与污水中的悬浮物 颗粒以及游离的细 菌等产生吸附絮凝 形成较密实的絮凝体 然后通过沉淀去除 通过生物氧化去除 的比例较小 B 段对有机物的去除机制与普通活性污泥法相似 AB 法工艺的特点 1 不设初沉池 污水经排水系统直接进入 A 段曝气池 使整个排水系统起到一个 某大学本科毕业设计说明书 16 生物选择器的作用 为 A 段生物反应池提供了与原污水相适应的微生物种群 2 A 段吸附曝气池在高负荷 短泥龄条件下运行 微生物处于对数增殖期 繁殖较 快 活性高 B 段曝气池以中低负荷运行 整体有利于避免污泥膨胀现象的发生 3 A 段和 B 段串联运行 各自设沉淀池 单独回流 将 A 段和 B 段污泥严格分开 形成各自的特征生物菌群 4 A 段主要是利用以物理化学作用为主导的吸附作用去除污水中的污染物质 因此 对负荷 pH 值 温度及毒物有一定的适应能力 5 1 35 1 3 SBRSBR 工艺工艺 SBR是间歇式活性污泥法 sequencingbatch reactor 的简称 早在 1914 年 英国 Alden 与 Lockett 等人发明的活性污泥法即间歇运行处理污 水 但由于曝气器和自控设备的问题 运行管理极不方便 后来改为连续流活性污 泥法工艺 80 年代前后 由于自动化 计算机等高新技术的迅速发展以及在污水处 理领域的普及与应用 电动阀 气动阀 溶解氧传感器 水位传感器等 此项技 术获得重大进展 使得间歇活性污泥法的运行管理也逐渐实现了自动化 1979 年 美国 R L Irvine 等人根据试验结果首先提出 SBR 工艺 是间歇进水 间歇排水 同 年 Goronsay 在以往工艺基础上提出了间歇式循环延时曝气系统 1984 年又研究出 利用不同负荷条件下微生物的生长速率和污水生物除磷脱氮工艺 DAT IAT 是 SBR 工艺中 继 ICEAS CASS IDEA 法之后完善发展的又一种新方法 澳大利亚以 SBR 工艺所著称 近十几年来 建成 SBR 工艺污水处理厂 600 余座 其中在中型和大型污水处理厂的应用也日益增多 并且开始兴建日处理量 21 万吨大 型 SBR 工艺污水处理厂 由于处理工艺流程简单 处理效果好的独特优点 逐渐引 起世界污水处理界的广泛关注 我国自九十年代中期开始 国家建设部署市政设计研究院和上海 北京 天津 等市政设计研究院 开始了对 SBR 工艺技术的研究和应用 但大部分处于试验研究 和小型污水处理厂的应用阶段 目前 只有几座城市污水处理厂采用 SBR 法工艺处 理城市混合污水 其处理效果较好 如 昆明市日处理污水量 15 万吨的第三污水处 理厂 其工艺为 SBR 法 ICEAS 技术 自投产以来 运行正常 出水水质稳定 达到 了设计标准 某大学本科毕业设计说明书 17 天津经济技术开发区污水处理厂所采用的 DAT IAT 工艺是一种 SBR 法的变形工 艺和中国目前最大的 SBR 法城市污水处理厂 该工艺方案的确定是根据天津市政工 程设计研究院和开发区 以及国内有关污水处理专家共同完成的 经过对国内外污 水厂的考察并充分论证 认为 SBR 法 DAT IAT 工艺能够克服天津开发区工业废水比 重大 水质水量变化幅度大的水质特征 其处理后的水质能够满足国家的排放标准 传统 SBR 工艺 SBR 为间断进水 间断排水 而污水排放大都是连续或半连续 所以 实际使 用时 SBR 通常设计为两个或多个池子并联运行 SBR 反应池通常按进水 曝气 沉 淀 排水和闲置五个阶段根据时间依次进行 每个工作周期内排水结束时 SBR 池 内液位最低 而进水停止时液位最高 液位的变化幅度取决于处理废水的浓度 排 放标准及生物降解的难易程度 反应池内基质浓度变化也是从高到底 至反应结束 时 严格意义上指沉淀结束时 上清液中的基质浓度最低 所以 SBR 运行过程中 混合液体积和基质浓度均是变化的 基质降解是非稳态的 SBR 在反应阶段是曝气 的 微生物通常处于好氧状态 在沉淀阶段和排水阶段不曝气 微生物处于缺氧状 态 而进水阶段根据具体处理要求及原水指标可曝气或不曝气 因此 反应池中溶 解氧是周期性变化的 优点 1 工艺简单 占地面积小 投资较低 2 曝气阶段生化反应推动力大 3 不易发生 污泥膨胀 4 运行灵活 抗冲击能力强 可实现不同的处理目标 5 应用于间歇排水 且水量较小的场合更显简单和节省投资优势 6 运行稳定性好 7 较高的基质去除率 8 剩余污泥量小 性质稳定 降低了污泥处理费用 应注意的问题 1 水量平衡 SBR 反应池的进水和出水均为间断的 而处理的污水无论是间断还 是连续进入污水处理厂 两者之间都存在水量的匹配问题 影响 SBR 反应池的设计 参数 也会影响调节池的取舍及调节池容积的大小 2 控制方式的选择 一般情况下 SBR 采用自动控制方式兼具手动操作功能 后 者便于手动调试和自控系统故障时使用 前者便于日常工作使用 但当处理小水量 高浓度工业废水时 由于反应周期长 往往一天只排一次水 采用手动操作工作量 不大 只设计手动操作比较经济可靠 某大学本科毕业设计说明书 18 3 曝气方式的选择 间断曝气的运行方式 容易使水渗入曝气头内部 进入供气 支管中 再次曝气时增大了管道阻力 也会造成污泥堵塞微孔 所以 在选择曝气 头时要尽量采用不堵塞的曝气形式 如穿孔管 水下曝气机 伞式曝气器 螺旋曝 气器等 当采用微孔曝气时应采用强度高的橡胶曝气盘或管 当停止曝气时 微孔 闭合 曝气时开启 不易造成微孔堵塞 4 排水方式的选择 SBR 沉淀结束需及时将上清液排出 排水时应尽可能均匀排 出 不干扰沉淀在池底的污泥层 同时 还应防止水面的漂浮物随水流排出 目前 常见的排水方式有固定式的 如沿水池不同深度设置出水管 从上到下依次开启 优点是排水设备简单 投资少 缺点是开启阀门多 排水管中会积存部分污泥 造 成初期出水水质差 浮动式排水装置和旋转式排水装置虽然价格高 但排水均匀 排水量可调节 对底部污泥干扰小 又能防止水面漂浮物随出水排出 因此 这两 种排水装置目前应用较多 尤其旋转式排水装置 又称滗水器 以操作灵活 运行 稳定性高等优点受到设计人员和用户的青睐 5 需要注意的其它问题 1 浮渣和沉渣的排除方法 2 排水比的确定 3 雨 季对池内水位的影响及控制 4 排泥时机及泥龄控制 5 反应池的长宽比 6 SBR 间断进水 间断排水与前处理及后续处理构筑物的高程及水量匹配问题 7 SBR 处理工业废水时 曝气时间最好通过试验确定 对一些难度较大的工业废水 SBR 最好与厌氧或物化工艺结合使用 此时 一定要注意相互间的匹配问题 ICEAS 工艺 ICEAS 工艺的基本单元是两个矩形池为一组的反应器 每个池子分为预反应区 和主反应区两部分 预反应区一般处于缺氧状态 主反应区是曝气反应的主体 ICEAS 的优点是采用连续进水系统 减少了运行操作的复杂性 故适用于较大 规模的污水处理 但其在工艺改进的同时也丧失了原来的优点 仅仅保留了 SBR 反 应器的结构特征 CAST 工艺 CAST 工艺集曝气与沉淀于同一池内 取消了常规活性污泥法的一沉池和二沉池 其工作过程分为曝气 沉淀和排水三个阶段 运行中可根据进水水质和排放标准控 制运行参数 如有机负荷 工作周期 水力停留时间等 该方法在美国的明尼苏达 州草原市污水处理厂 俄亥俄州托莱多废水处理厂 密执安州地区废水处理厂 纽 约长岛赛尔顿废水处理厂 新墨西哥州造纸厂废水处理站得到应用 并获得了良好 的处理效果 为将该工艺引进 消化 探讨适合我国国情的新型污水处理新工艺 某大学本科毕业设计说明书 19 总装备部工程设计研究总院环保中心于 1994 年在实验室进行了模拟试验研究 为以 后的工程设计提供了宝贵的设计参数 CAST 工艺的主要技术特征 1 间断进水 间断排水 污水排放大都是连续或半连续的 CAST 工艺比较适合这 样的排水特点 CAST 工艺设计时可采用一个或两个以上池子并联运行 2 运行上的时序性 CAST 反应池通常按曝气 沉淀 排水和闲置四个阶段根据时 间依次进行 3 运行过程的非稳态性 每个工作周期内排水开始时 CAST 池内液位最高 排水结 束时 液位最低 液位的变化幅度取决于排水比 而排水比与处理废水的浓度 排放标准及生物降解的难易程度等有关 反应池内混合液体积和基质浓度均是 变化的 基质降解是非稳态的 4 溶解氧周期性变化 CAST 在反应阶段是曝气的 在沉淀阶段和排水阶段不曝气 因此 反应池中溶解氧是周期性变化的 CAST 工艺的优点 1 工艺简单 占地面积小 投资较低 CAST 的核心构筑物为反应池 没有二沉池 一般情况下不设调节池及初沉池 因此 污水处理设施布置紧凑 占地省和投 资低 2 曝气阶段生化反应推动力大 这有利于减少曝气池容积 降低工程投资 3 沉淀效果好 CAST 工艺在沉淀阶段几乎整个反应池均起沉淀作用池 沉淀阶段 的表面负荷比沉淀池小得多 没有进水的干扰 沉淀效果较好 实践证明 当 冬季温度较低 污泥沉降性能差时 或在处理一些特种工业废水污泥凝聚性能 差时 均不会影响 CAST 工艺的正常运行 实验和工程中曾遇到 SV30高达 96 的 情况 只要将沉淀阶段的时间稍作延长 系统运行不受影响 CAST 反应池中存 在较大的基质浓度梯度 而且处于缺氧 好氧交替变化之中 这样的环境条件 不利于丝状微生物的优势生长 可有效防止污泥丝状菌膨胀 4 运行灵活 抗冲击能力强 CAST 工艺是按时间顺序运行的 各阶段的长短均可 根据进水 出水水质及污水量的变化灵活调整 可以在满足排放标准的条件下 达到经济运行的目的 CAST 工艺集曝气 沉淀等功能于一体 池容相对较大 抗水质 水量冲击能力较大 当进行脱氮除磷时 可通过间断曝气控制反应池 的溶解水平 提高脱氮除磷的效果 某大学本科毕业设计说明书 20 5 CAST 工艺可应用于大型 中型及小型污水处理工程 比 SBR 工艺适用范围更广 泛 6 运行稳定性好 7 基质去除率较高 8 剩余污泥量小 性质稳定 CAST 设计中应注意的问题 1 水量平衡 工业废水和生活污水的排放通常是不均匀的 如何充分发挥 CAST 反 应池的作用 与选择的设计流量关系很大 如果设计流量不合适 进水高峰时 水位会超过上限 进水量小时反应池不能充分利用 当水量波动较大时 应考 虑设置调节池 2 控制方式的选择 一般情况下 CAST 工艺采用自动控制和手动操作两种方式 后者便于手动调试和自控系统故障时使用 前者日常工作使用 3 曝气方式的选择 间断曝气容易造成污泥堵塞微孔 所以 在选择曝气头时要 尽量采用不堵塞的曝气形式 这一点与 SBR 工艺相同 4 排水方式的选择 CAST 工艺的排水要求与 SBR 相同 目前 常用的设备为旋转 式滗水器 其优点是排水均匀 排水量可调节 对底部污泥干扰小 又能防止 水面漂浮物随水排出 需要注意的其它问题 1 浮渣和沉渣的排除方法 2 排水比的确定 3 雨季 对池内水位的影响及控制 4 排泥时机及泥龄控制 5 反应池的长宽比 6 间断 排水与后续处理构筑物的高程及水量匹配问题 DAT IAT 工艺 DAT IAT 工艺主体构筑物是由两个串联的反应池组成 即需氧池 Demand Aeration Tank 和间歇曝气池 Intermittent Aeration Tank 一般情况下 DAT 池连 续进水连续曝气 其出水进入 IAT 池 在 IAT 地完成曝气 沉淀 滗水和排除剩余 活性污泥 基本操作运行程序如下 1 进水 污水连续进入 DAT 池经连续曝气后 通过 DAT 池与 IAT 池之间导流设施 进入 IAT 池 DAT 不直接排放处理水 因此不像连续进连续出水的活性污泥法容 易受负荷变化的影响 2 反应 反应工艺分两部分进行 首先发生在 DAT 池 该池在连续进水的同时 连续曝气 去除有机物的机理和操作与连续流活性污泥法相同 反应工序的第 某大学本科毕业设计说明书 21 二部分发生在 IAT 池 经 DAT 池初步生物处理的污水连续进入 IAT 按工艺设置 进行一定时间的曝气以达到好氧的目的 沉淀 沉淀工序仅发生在 IAT 池 当 IAT 池停止曝气以后 活性污泥絮体开始 重力沉淀和泥水分离 IAT 池的沉淀工序相当于连续流活性污泥法中的二次沉淀 池功能 3 排水 排水工序只发生在 IAT 池 池池水位达到最高水位 并经过沉淀工艺以 后 上清液由设置在 IAT 地末端的滗水器缓慢排出地外 当池水位达到处理周 期开始时的最低水位时 停止滗水 4 闲置 在 IAT 地沉淀后到下个周期开始期间可视污水的性质设置一闲置期 在该时段内可根据需要进行搅拌或曝气 在厌氧条件下搅拌比好氧条件下的曝 气要省能量 同时对保持污泥的活性也是有利的 在以脱磷为目的的装置中 剩余污泥的排放一般是在闲置工序之初和沉淀工序的最后进行 工艺特点 1 运行稳定 处理效率高 出水质量好 2 处理构筑物少 处理流程简化 3 建设费用少 自动化程度高 操作运行简单 调度灵活 4 节省占地面积 5 可达到脱磷脱氮的目的 UNITANK 工艺 UNITANK 的通用形式是采用三个池子的标准系统 这三个池子通过共壁上的 开孔实现水力连接 无需用泵输送 每个池中都装有曝气系统 可以是表曝也可以是鼓风曝气 同时外面的两个池 子都装有溢流堰用于排水 既可以用作反应区也可以用作沉淀池 每个池子都可以 进水 剩余污泥也是从边缘两个作沉淀池的池子排出 与传统活性污泥法一样 UNITANK 系统是连续运行的 但是其单个池子是按一定周期运行的 UNITANK 系统可在恒定水位下连续运行 此时从整个系统来看它已经不属于 SBR 了 与交替运转的三沟式氧化沟非常相似 更接近于传统的活性污泥法 这是该工 艺最为显著的一个特点 UNITANK 也可在恒水位下交替运行 出水采用固定堰而不 是滗水器 在任一时刻总有一个池子作为沉淀池 这个沉淀池相当于平流式沉淀池 所以在设计上需要满足平流沉淀池的功能 某大学本科毕业设计说明书 22 这是 UNITANK 的第二个特点 标准的 UNITANK 系统是由三个正方形池所组成 弥补了单个反应器完全混合的不足 这是其第三个特点 5 1 45 1 4 氧化沟工艺氧化沟工艺 氧化沟 oxidation ditch 又名连续循环曝气池 Continuous loop reactor 是 活性污泥法的一种变形 氧化沟污水处理工艺是在 20 世纪 50 年代由荷兰卫生工程 研究所研制成功的 自从 1954 年在荷兰的首次投入使用以来 由于其出水水质好 运行稳定 管理方便等技术特点 已经在国内外广泛的应用于生活污水和工业污水 的治理 6 目前应用较为广泛的氧化沟类型包括 帕斯韦尔 Pasveer 氧化沟 卡鲁塞尔 奥尔伯 Orbal 氧化沟 T 型氧化沟 三沟式氧化沟 DE 型氧化沟和一体化氧 化沟 这些氧化沟由于在结构和运行上存在差异 因此各具特点 Carrousel 氧化沟 Carrousel 氧化沟是 1967 年由荷兰的 DHV 公司开发研制 在原 Carrousel 氧化沟 的基础上 DHV 公司和其在美国的专利特许公司 EIMCO 又发明了 Carrousel 2000 系统 图 实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能 至今世界上已有 850 多座 Carrousel 氧 化沟和 Carrousel 2000 系统正在运行 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 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 微生物的氧化过程消耗了水中溶解氧 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 某大学本科毕业设计说明书 23 奥贝尔 Orbal 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拌作用 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 特点 1 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 2 奥贝尔氧化沟具有较好的脱氮功能 3 奥贝尔氧化沟具有推流式和完全混合式两种流态的优点 4 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 一体化氧化沟 一体化氧化沟是一种采用曝气与沉淀合建的形式 是美国于 80 年代初至今一直 开发研究的一种新型污水处理系统 即将船形二沉池设置于氧化沟内 一体化氧化 沟设计的关键在于沉淀船的设计 其形式应该能够充分利用水力学原理及沟内的水 流作用 保证船内压力大于船外压力 积泥斗的水流方向应自上而下 这样才能使 进入沉淀船中的活性污泥沉淀后从船底集泥斗顺利流回沟内被带走 优点 1 一体化氧化沟保留了氧化沟抗冲击能力强的特点 2 由于一体化氧化沟的沉淀池建在沟内 不用另建沉淀池 而且污泥回流及时 可大大缩小沉淀池容积 节省 1 3 左右的占地 3 污泥回流依靠自身重力及沟内水力条件 不须另建污泥回流系统 可大大节省 投资 4 由于配套设施减少 同时减少运行操作人员 运行管理更为方便 缺点 1 一体化氧化沟沉淀船的沉淀效果不理想 某大学本科毕业设计说明书 24 2 一体化氧化沟进水口位置不合理 3 沉淀船增加了一体化氧化沟的水力阻力 设备能耗大 4 一体化氧化沟系统控制难度大 三沟式氧化沟 三沟式氧化沟是氧化沟的一种典型构造型式 目前采用的三沟式氧化沟工艺 是丹麦在间歇式运行的氧化沟基础上开创的 它实际上仍是一种连续流活性污泥法 只是将曝气 沉淀工序集于一体 并具有按时间顺序交替轮换运行的特点 其运转 周期可根据处理水质的不同进行调整 从而使其运行操作更趋于灵活方便 这种工 艺流程简单 无需另设一次 二次沉淀池和污泥回流装置 使氧化沟工艺的基建投 资和运行费用大为降低 并在一定程度上解决了以往氧化沟占地面积大的缺点 我 国邯郸市东污水处理厂采用的就是这种工艺 5 1 55 1 5 生物膜生物膜 生物膜法是一种通过附着在某种物体上的生物膜来处理废水的好氧生物处理法 生物膜法的主要优点是对水质 水量变化的适应性较强 生物膜法从本质来说和土 地处理的过程类似 是污水灌溉和土地处理的人工化和高效化 生物膜法的主要处 理设施有生物转盘 生物滤池 生物接触氧化池和生物流化床等 5 2 污水处理厂设计规模污水处理厂设计规模 污水处理厂规模以处理水量的平均日平均时流量计 计算如下 居民生活污水平均流量 1 644 97 QL s 工业废水污水平均流量 333 2 3100 101800 101310 10 71 88 24 3600 QL s 12 644 9771 88716 85 QQQL s 总 据此 该污水处理厂的处理规模定为 750 s 污水处理厂的设计流量为 项目计算值设计值 最高日最高时 L s 937 821000 某大学本科毕业设计说明书 25 平均日平均时 L s 716 85750 5 3 污水处理程度的确定污水处理程度的确定 5 3 15 3 1 进水水质进水水质 1 进水 SS i LmgSS 24 407 10 131018003100 10 130 3 211057 26 7101310600180052031004510 3 214510 7 26 34 44 进水 BOD 4 48 30 103100 510 1800 430 1310 720 285 75 6193 5 BODmg L 2 进水 COD 48 423100 600 18 5 5 13 1 8 9 390 34 6193 5 CODmg L 3 进水总氮 48 3 50 34 31 0 37 180 42 13 1 30 8 6193 5 TNmg L 4 进水磷酸盐 48 0 50 31 70 18 40 131 15 4 7 6193 5 TPmg L 根据原始资料 污水处理厂既要求有效去除 BOD 又要求对污水中的氮磷进行 适当处理 防止河流富营养化 5 3 25 3 2 处理程度计算处理程度计算 各种污染物处理程度如下 项目SS mg L BOD mg L COD mg L TN mg L P mg L 进水407 24285 75390 3430 84 7 出水303010091 去除率92 6 89 5 74 3 70 8 78 7 某大学本科毕业设计说明书 26 5 4 确定方案确定方案 5 4 15 4 1 方案方案提出提出 一般对于小型污水处理工艺 常用的方法 对于活性污泥法有低负荷的氧化沟 法 延时曝气法 SBR 法 CAST 法 对于生物膜法有生物曝气滤池法 接触氧化 法 及生物转盘 根据以上分析 以及进水污染程度和国家污染物排放标准 初步选定以下三种 方案 方案一 5 4 25 4 2 方案比较方案比较 项目传统 SBRCASS曝气生物滤池 土建工程无须二沉池 池深 一般在 5 m 左右 较传统活性污泥法 省 无须调节池 同传统 SBR 法 但增 加了生物选择器 主反应池土建量最小 但须增加调节池 以 及反冲洗设备 且初 沉池不能省略 某大学本科毕业设计说明书 27 可不设初沉池 机电设备 及仪表 设备闲置率高 仪 表较传统活性污泥 法多 基本同传统 SBR 法 增加了污泥回流泵 设备量比前两者大 增加了反冲洗设备 曝气设备水下曝气机及鼓风 机均可 采用水下 曝气机可不设鼓风 机房 也可避免曝 气管堵塞 同传统 SBR只能使用鼓风机 须 建鼓风机房 噪音较 大 且曝气管容易堵 塞 曝气量较大较大比活性污泥法低 35 左右 污泥回流无须回流须回流 20 左右无须回流 药剂量较低较低基本上不用较两者高 主要用于 预处理 电耗较传统活性污泥法 低 较传统活性污泥法低 最小 总运行成 本 较传统活性污泥法 低 较传统活性污泥法低 比前两者低 出水水质均能达到国家规定的排放标准 产泥量产泥量较少 污泥 稳定性较好 产泥量较少 污泥稳 定性最好 因为比传 统 SBR 多一个前置生 物选择器 产泥量最多 且稳定 性较差 有无污泥 膨胀 容易产生 没有 污泥沉降性最 好 没有 冲击负荷 的影响 池容决定的承受冲 击负荷的能力 较 强 同传统 SBR 法 可承受日常的冲击负 荷 温度变化 影响 受地温影响较大 同传统 SBR 法 低温效果运行稳定 某大学本科毕业设计说明书 28 噪音可采用水下曝气降 低噪音 同传统 SBR 法 只能采用鼓风曝气 鼓风机房噪音较大 除臭三者均能采用加盖 的方法来防止臭味 外泄 流量变化 的影响 受每个处理单元的 可接纳容积限制有 一定的影响 但可 通过调整周期运行 时间来克服 同传统 SBR 法 受过流速度限制有一 定的影响 曝气生物滤池的缺点 1 曝气生物处理过的水能达到国家排放标准 造价也最低 但其噪音较大 2 曝气生物滤池产泥量太大 并且稳定性不好 3 曝气生物滤池曝气管极易堵塞且维修困难 4 曝气生物滤池为保证出水效果 须增加调节池 和反冲洗设备 增加了管理难 度 传统 SBR 法及 CASS 法虽然造价比曝气生物滤池要高 但能很好的克服曝气生物 滤池的上述缺点 并且出水水质也较好 运行管理也较简单 鉴于以上的各种情况 对于小型城市污水厂 传统 SBR 法及 CASS 法为首先考虑的工艺方案 这两种工艺都 具有以下优点 1 都属完全混合型 具有较高的耐冲击负荷的能力 2 一般不设初沉池 工艺简化 节省占地 3 一般采用低负荷延时曝气方式运行 处理效果好 污泥好氧稳定 同时可减少 污泥产量 如果污泥出路可靠 也可适当提高负荷 4 除臭方面可采用加盖的方法来臭味外泄 可将臭气收集起来集中处理 5 SBR 池池深也不受限制 必要时可适当加深 6 可采用水下曝气机来取代鼓风机对反应池供气 可有效防止曝气管堵塞 降低 维修和管理难度 某大学本科毕业设计说明书 29 5 4 35 4 3 工艺比较结果工艺比较结果 CASS 工艺是近年来在传统 SBR 工艺上发起来的一种新型工艺 它是利用不同微 生物在不同负荷条件下生长速率差异和污水生物除磷脱氮机理 将生物选择器与传 统 SBR 反应器相结合的产物 这种工艺综合了推流式活性污泥法的初始反应条件 具有基质浓度梯度和较高的絮体负荷 和完全活性污泥法的优点