废水处理工程设计步骤与方法

1、第一节废水处理工程设计步骤与方法概括地讲，废水处理工程设计步骤可以分为如下三步：设计前期工作。初步设计(扩大初步设计)。施工图设计。现将这三个步骤的主要内容介绍如下。一、设计前期工作(一)调查研究调查研究包括厂内调查和厂外调查。1.厂内调查(1)工厂概况 工厂概况包括工厂生产规模、产品品种、规格、各类产品的产量、主要生 产工艺、用水情况、全厂职工人数、生活污水是否流入废水处理站等。在估计产量时，要估 计今后5年内发展的可能性，有无转产或改变品种等情况，对现有废水处理或回收设备能 力和状况应有确切的资料。(2)工厂平面布置情况 全厂总平面图或地形图，比例1 ： 500 ,附风玫瑰图。(3)工厂管

2、道布置情况 全厂地下管道或明沟平面布置图，并提供管径、坡度、标高等。若原始资料不足，可进行实测，然后确定进入废水处理站管道或明沟的最低极限标高。(4)地质资料 废水站附近建筑物情况和地质情况，主导风向，建站后对周围居民的影响， 评价地质承载能力的地质资料， 必要时在初步设计批准后进行地质钻探。在工程施工过程中，应考虑施工单位起重、运输、材料堆放的可能。建站后污泥应有运输车道及消防车道。在施工前征得城建、消防部门同意。(5)环境状况 废水处理站附近城市下水道及河流状况(流量、断面、河床渗透能力)， 以及下游居民用水点的关系等，可分别到城建、环保、卫生防疫、水利、航道等部门走访了 解。废水处理站应

3、尽量设置在工业企业及居民区水体的下游及该地区主导风向的下风向，并远离居民点。2.厂外调查 厂外调查情况复杂，调查对象应以同行业同类型或相似类型为主，有针对性 地了解同类型厂的生产工艺、单位产品耗水量、废水流量及治理工艺、效益、管理的难易、 投资大小、处理成本。进行综合评价后，进行小试、中试，确立最佳处理工艺路线。避 免对本厂水质、水量心中无数，草草选择某个方案，甚至盲目地照搬、照套，以致工程建成 后，发挥不了应有效益，这种情况，在我国屡有发生，应予注意。(二)废水水质和水量的确定水质水量调查是设计工业污水处理厂(站)时，获得较准确的设计参数的重要方法，设计水质水量参数的准确与否， 直接关系到处

4、理流程选择及各构筑物的大小，从而也直接与该处理系统的造价有关，所以是很重要的。1 .调查方法调查方法可以分为实测和校测两步。(1)实测 一般说来，一个工厂企业排出的污水最后总汇集到一个或几个总排放口排到水体中，可以在总排放口设监测取样点，对该工厂或企业排出的污水取水样分析水质，并测定污水量。测定可以选在该厂生产正常情况下进行，可以连续测定三天。每 10min取一个水 样，并测定一次流量，这样可以获得昼夜水质水量的变化曲线，从而可以获得水质水量分析的各种数据。如水质水量的最大值、最小值、平均值；连续几小时的最大值或最小值，考虑 到季节的变化，有条件时，最好选在用水量最大的季节测定。(2)校测 在

5、总排放口实测的同时，对该工厂或企业各种用水部门的用水量和水质同时分 别进行测定，测定水量和各种污染物浓度，然后进行物料衡算， 对总排放口测得的数据进行校核。其方法与步骤如下：分项测定各用水排水部分的水质水量。计算平均流量根据调查结果可以绘出各设备排水量随时间的变化曲线。根据曲线可以计 算各设备的最大流量和平均流量。最大时流量可以直接从曲线上读出，平均流量按下式计算：式中1为各设备平均流量：Qu弱、%为不同时间的流量测定值;n1为测定次数。各种系统的平均流量可按下式计算：式中3为系统的平均流量(mVb) i不城、盛为各设备的平均流量(ma/h) ?n2为设备数量。这里所谓“系统”可以是工厂的车间

6、，也可以是n个车间组成的分排水系统，或几个工厂组成的分支排水系统。污水中各种污染物浓度的计算各种污染物浓度可用下式计算：式中L为污水中含有的某种污染物（如 COD、BOD、SS等）的浓度（mg/L）;L1、L2、Ln为各排水点污水中含有某污染物的浓度（ mg/L）;n为排水点的数量；。1、。2、M各排水点污水流量（m3/h）。各排水点污水中某种污染物的浓度系指多次分析的平均浓度，其浓度可以用下式计算:式中I为各排水点污水中含有某污染物的平均浓度（mg/L）;I1、I2、In ,为各排水点污水中含有某污染物的各次分析值（ mg/L）;n'为取样分析次数。2 .设计水质水量 设计水质水量的

7、确定可以有两种情况，一种是有上述调查资料时，可以 用调查得来的最大时流量和平均水质浓度数据作为设计参数，另一种是如果没有调查数据则可参考类似厂的数据。（三）废水处理后的设计排放标准确定不同地区由于受纳水体的功能、作用、位置等因素的不同，要求排入的废水达到一定的标准， 从而使污染物总量低于其环境的最大容量。例如，排入饮用水水源的废水就比排入灌溉水体的要求高。因此，要根据实际情况决定废水的排放标准。废水的设计排放标准对废水处理工程设计是一个非常重要的因素，排放要求高的废水处理工艺可能就复杂，工程量就大，反之亦然。我国制订了污水综合排放标准（GB8978-1996 ）。一般情况下可按照此排放标准进行

8、设计。现将污水综合排放标准（GB8978-1996）的内容摘录如下：1 .第一类污染物 第一类污染物是指能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不 良影响者，含有此类有害污染物质的污水，不分行业和污水排放方式，也不分受纳水体的功能类别，一律在车间或车间处理设施排出口取样，其最高允许排放浓度必须符合表10-1的规定。表1U I第一斐污染物量 高允寤择放性度”g，L)污染物最高允许排放浓度1总汞口 105不椁检出3总离0.14总珞1J5六花楮0.56总异必57总铅1J08总康1J09萧并花0,0OT310总镒OJ00511向银0.512忌。放射性叫/ L13总B放射性lOBq/ L2 .第二类

9、污染物 第二类污染物是指其长远影响小于第一类的污染物质，在排污单位排出 口取样，其最高允许排放浓度必须符合表10-2和表10-3的规定。GB8978-1996还针对一些行业的具体情况规定了一些最高允许排放定额和最高允许排水量或最低允许水循环利用率，在此不一一列举了。10-2第二类污染物最高允许排放浓度（L997年12月31日之前建设的单位）单位；底，L序号控制项目适用范围一级标淮二级标准三级标准1pH一切排污单位6-969692色度（稀释倍数）染料工业50120其他排污单位50803悬浮物（SS）采旷、选矿、选煤工业100300除金选矿100500边远地区砂金选矿100800城镇二磔污水处理厂

10、2030其他排污单位702004004五月生化需氧 fi（BOD5）甘蔗制糖、主麻脱胶、湿法纤维 板工业30100600甜菜制糖，酒精、味精、皮革、化纤浆粕工业30150600城镇二级污水处理厂2030其他排污单位3060300甜菜制糖、焦化、合成脂肪酸、 湿法纤维极、染料、洗毛、有机 磷法药工业10020010005化学需氧量 （COD）味精、酒精、医药原料药、生物 化工、三麻脱胶、皮革、化纤浆 箱工业1003001000石油化工工业（包括石油炼制100150城浦二级污水处理厂3120其他排污单位1001505006石油类一切排污单位1010307动植物油一碉污单位20201008挥发酸一切

11、排污单位0.50.52.09总氯化合拢电影洗片鼠化合锄655,05.0其他排污单位0.50.51.010丽化物一皿污单位1.01.02.011氨宣医药原料药、染料、石油化工工 业1550其他排污单位152512氟化物黄磷工业102020低氟地区（水体含氟兽0.5侬）102030其他排污单位101020续表序号控制项目适用范围一级标准二极标准三级标准13磷酸盐（以P计）一切排污单位0.51.014甲醛一切排污单位1.02.05.015苯胺类一切排污单位1.02.05.016硝基苯类一切排污单位2.03.05.017阴离子表向活合成洗涤剂工业5.01520其他排污单位5.0102018总铜一切排污

12、单位0.51.02.019总锌一切排污单位2.05.05.020总镒合成脂肪酸工业2.05.05.0其他排污单位2.02.05.021彩色显影剂电影洗片2.03.05.022显影剂及氧化物总量电影洗片3.06.06.023兀素磷一切排污单位0.10.30.323有机磷农药（以P计）一切排污单位不得检出0.50.525粪大肠菌群数医院、兽医院及医 疗机构含病原体污水500 个/L1000 个/L5000 个 /L传染病、结核病医院 污水100 个/L500 个/L1000 个 /L26总余氯（采用氯化消 的医院）医院、兽医院及医 疗机构含有病原体污 水<0.5 >3（接触时 间）R1

13、h）>2（接触时 间）A1h）* 10-3第二类污染物最奇允许播放谑度3期年1月1日后建设的单位）单位2 mg/L寿号控制项目适用葩困一皴标准二黑标准三筑标推1pH一切排污单位心。6弱2色度（稀释倍赞）一切排污单位5030二3悬浮物（S3）采矿" 选选螺工业加300一脉金选矿704)0-边远地区聘金龙矿70即口-崛二级污水处理厂2030,其他排污单位70150400序号控制项目适用范围一级标准二级标睢三级标准4五日生化需 氢量（BOD，甘茂制俄、主麻脱胶、湿法纤维板、染料、洗毛工业2060600甜菜制糖、酒精、味精、皮堇、 化纤浆轴工业20100600城二级污水处理厂2030,

14、苴他排污单位2030一5化学需氧量（COD）甜菜制糖、合成脂肪酸、湿法 纤维板、染料、洗毛、有机磷 农药工业1002001000昧将、漕精、医药原料的、生 物化工、受麻脱胶、皮革、化 纤浆粕工业1003001000石港化工工业（包括石油炼制D60120一城植二皴污水处理厂60120其他排污单位1001505006石油类一切排污单位510207动植物油一切排污单位1015100g挥发的一切排污单位0.50.52.09总甑化合物一切排污单位0.50.51.010硫化物一切排污单位：1.01.01.011氨氮医药原料药、染料、石油化工业1550其他排污单位：1525一12氟化物黄磷工业101520依

15、福地区（水体含氟量<0.5mg/L）102030其他排污单位10102013璘酸盐（以P计）一切排污单位0.51.0,14甲醛一切排污单位1.02.05.015苯胺类一切排污单位1.02.05.016硝基苯类一切徘污单位2.03.05.017阴离子表面 活性剂（LAS）1切排污单位5.0102018总铜一切排污单位0.51.02.019总锌一切排污单位2.05.05.020总镜合成脂肪酸工业2D5.05.0耳他排污单位2.02.05.021彩色显影剂电影洗片1.02.05.0序号控制项目适用范围一级标准二级标7隹三级标准24有机磷农药（以P计）一切排污单位不得桧出0.50.525乐果一切

16、排污单位不得检出1.02.026对破瞬一切排污单位不程检出1.02.027甲基对碇磷一切排污单位不得检出1.02.028马拉硫瞬一切排污单位不得检出5.01029五氯酚及五氯酚讷（以五氯酚计）一切狒污单位5.08.01C30可吸附有机卤化物 （AOXXC1 计）一切排污单位1.05.08.031三氯甲烷一切排污单位030.61.032四氯化破一切排污单位0.030.060.533三氯乙烯一切排污单位030.61.034四氯乙烯一切排污单位0.10.20.535笨一切排污单位0.10.20J36甲苯1切排污单位0.10.20.537乙苯一切排污单位040.61.038邻-二甲蒸一切排污单位0.4

17、0.61.039对-二甲苯一切排污单位0.40.61.040间-二甲不一切排污单位0.40.61.041氯聚1切排污单位0.20.41.042邻二氯米一切排污单位0.40.61.043剂二蒸米一切排污单位0.40.61.044对硝基氯苯一切排污单位0.51.05.0452,4二硝基忌苯一切排污单位1.05.046苯酚一切排污单位0.30.41047间-甲酚一切排污单位0.10.20.54S24二氮酚一切排污单位0.60.21.0492,4,6-三氯酚一切排污单位0.60.81.050邻苯二甲酸二丁能一切排污单位0 20.42.051郤苯二甲酸二辛能一切排污单位0.30.62.052丙烯精一切排

18、污单位2.05.05.0里表序号控制项目适用范围一级桥淮二级标惟三皴标唯53总硒一切排污单位0.10.2UJ招粪大肠菌群数医院、善医及医疗机构合病原体污水为0个小1叩口个工5000 个 JL传染病、菊棱病医院污水LQO 俏L500个人1000 "t/L55总余氯（采用 氯化消毒的医 陵污水医院，兽笈雌疗机构含病原体污水<0 5盥下网接触 时间, lh）>2（接触 时间,Jhj传染病、结梗病医院污水一口.5 小（& 触时间>1.5k）>5C接触 时间白闺36总有机族（TO。）合成脂肪SB工业2040-受麻脱胶工业205口一其岫排污单位上30-注：其他排污

19、单位：指除在该控制项目中所列行业以外的一切排污单位。（四）实验室规模试验初步工艺设计的科学依据是实验室规模的试验，藉此获取处理工艺设计参数， 从而选定处理方案，因此，实验室研究的深入与否直接关系到设计的精度与质量。实验室规模试验包括水质、水量的测定、设计参数的获取和废水处理方案的优选。废水处理方法从作用原理上分为物理法、化学法、物理化学法和生物处理法。要根据废水处理的实际情况选择适合的处理方法，制定经济、合理的处理方案。由于废水成分复杂， 处理一种废水往往需要多种方法组合，形成一个处理流程， 才能达到处理要求。在流程组合时， 往往采用先易后难， 先粗后细的原则。废水中易于去除的污染物质 先进行

20、处理，同一种污染物，先用简易方法降低浓度，然后再进一步精细处理。例如焦化厂 含酚、含氧废水处理工艺流程如图10-1所示。从图10-1可以看到，高浓度含酚废水先经萃取法进行回收，但因经回收后的废水尚含有相 当量的酚，所以要彻底消除有害物质，应与低浓度含酚废水一起进入调节池进行均质处理， 然后控制一定浓度进入曝气池，用活性污泥中微生物来代谢酚。另外还可以见到一种工业废水往往含有几种有毒有害废水，在焦化废水中尚含有氧化物，生物膜中的微生物能把低浓度的鼠离子降解了，因此对于含氧含酚废水处理系统可以采用塔式生物滤池串联活性污泥的二 段生物处理法。对于某种废水来说，采用怎样的治理工艺或有哪几种方法联合使用

21、，应根据废水的水质、水量，排入水体的影响、回收经济价值、排放标准，处理方法的特点及技术经济效果等多方面因素，通过调查、分析、比较及实验室试验研究结果才能决定，调查研究及实验室的小试是确定废水处理工艺流程的重要途径。卜面举例说明通过实验室小试获得废水处理工艺参数的过程。卸0含除含酬第K处理r艺潦沉淀I他：龙除焦油及其他悬浮物口就设备；回收醐口沉砂i也：用米芸除砂子等无权,羯浮极肺前也：埼匀赤麻水意塔式生物函也：以斛LL的生物朦代谢有聿嗨瞟工池：以舌垢亩勺诙mi呼七曲酢.沉懑也：滤K分离，将淀的活生就胆流至曝气也二姐崎f清糊隧有一股石化废水，其水质为COD 5200mg /L, BOD53160m

22、g /L,乳化油90mg /L,挥发酚760mg /L, pH值7.58.5 ,硫化物46mg /L。根据废水的性质，以及国内外一 般的处理方法，拟采用先厌氧后好氧（即A/O）的处理方法，现在进行实验室试验，确定其处理工艺的可行性和工艺参数。1 .试验的工艺流程和主要实验装置试验工艺流程如图10-2所示。废水由配水箱用泵提升到高位水箱，然后重力流入UASB反应器进行厌氧消化，出水进入曝气池进行好氧生物处理，曝气池出水经过沉淀后排出，组成A/O生物处理系统。UASB反应器由直径200mm 的塑料管和有机玻璃管制作，反应区容积为 65.5L ,沉淀区 容积为23L ,用热水循环间接加热，控制反应区

23、温度为 35 C± 2C。曝气沉淀池采用完全 混合式曝气池，塑料板制作，其中曝气区容积为4L,沉淀区容积为3L。2 .试验的启动和运行厌氧生物处理的接种污泥取自某污水处理厂中温厌氧消化池排出液。采用连续进水方式驯化污泥。 驯化过程中逐渐加大废水的比例， 最后完全进入废水。 好氧生 物处理的接种污泥取自某污水处理厂曝气池混合液，好氧接种污泥中有累枝虫、 钟虫、轮虫等微型生物，加入厌氧出水进行培养驯化，并逐渐提高厌氧出水的比例，12d后镜检发现，驯化污泥中的微生物已逐渐活跃， 活性提高很快，表明活性污泥已基本驯化成熟。 这样整个 系统可以进入试验阶段。3 .试验结果（1 ）厌氧系统容积负

24、荷（Fr ）与COD、油去除率的关系见图 10-3。当容积负荷小于3kgCOD /m3-d时，油和COD的去除率在90 %以上，当容积负荷大于 5.5kgCOD / m3 d时, COD、油的去除率降至 80 %以下。(2)厌氧系统水力停留时间(HRT )与COD、油去除率的关系见图 10-4。当水力停留时 间在15h20h , COD、油的去除率小于 75%,当HRT大于24h ,其去除率都在 80 % 以上。(3)厌氧系统在水力停留时间24h ,容积负荷5.20kgCOD / m3 d ,污泥浓度60g/L时，达到稳定运行状态，其平均处理效果见表10-4。对几种有机物的去除率见表10-5。

25、从表10-5可见厌氧微生物对难生物降解的有机物有很高的分解和降解性能。同时试验测得平均去除每公斤 COD产生沼气0.41m3 ,其中甲烷含量为表1。- 4UASB反度零笥定运行平均数至迸水容想负荷水力停油(it期L)硫曲如啰心pH值量触。留时恂进出去除进出进出去除进出去除进出(Vh)遍中出水水率以1水水率出水水率炽)水水率的水水2735.2D2405200385.083J0316OJO4'4.095。90 .08.091.146.02095 66568表10-5 UASB座座署对几种有机物的癖除聿甲基策明C7 H师L)二甲基法酎C3H10O(mg/L)乙基恭酣甲基乙基葭龄C9H三甲型C

26、?H12O(mg/L)CZH进出去除进出去除进出去除进出去除进出SB水水率水水¥(%)水水酗水水率水水率3 00.0199.72.60159A.20.S701000.310J010 4201.0485.7(4) UASB反应器出水进入完全混合式曝气池进行好氧生物处理，曝气池实验数据见表10-6 。10-fi姻氢生物处置试会结果处理水8D(叫油(mgL)DOSVl曝气时 间回迸水出水仍)迸水出水去除率 00进水出水去除窣1 ' 1* Hl。4r n-s c ,rrt ro crk rOftj 广- - - : - - - : - - -K 1 S1 IIBB；|串1-i 14

27、1 MB 1 i . fa 1c 4.： I .E i ：i1 1-4.结论采用A/O工艺处理高浓度石化废水总的结果为：废水在整个系统停留28h后，出水 COD64.5mg /L, BOD28mg /L,乳化油 0.3mg /L,挥发酚 0.3mg /L,硫化物0.7mg /L。根据实验结果，推荐以下运行参数：厌氧系统：污泥浓度 40g/L80g/L,停留时间大于24h ,反应器消化温度为 35 c 土 2 ,反应器有机容积负荷不大于 5kgCOD / m3 d。好 氧系统：曝气池污泥浓度1.5g /L3.0g/L ,溶解氧0.6mg /L1.0mg /L,污泥回流比50 %100 %,水力停

28、留时间 4h6h ,污泥负荷为 0.4kgCOD/m3 d0.6kgCOD / m3 d。通过实验室小试，不仅可以直接得到工艺参数，而且也可用反应动力学模型来获得废水处理 的工艺参数。例如1上述的石化废水厌氧一一好氧处理工艺中UASB反应器废水的停留时间 （HRT）与出水COD的关系的见表10-7。表17 UASB应应器度水师给附 间与出水COD的美系时间伊RIX用LI16IS21324出水 COIXS 以 mg/L）1S7216M15优LOW靛5对表107中的数据进行回归处理，当11 VHRT <24时，得到厌氧降解动力学方程式为:5= 0.01811-0.0054845 lg（HKT

29、）2180- Se其相关系数r = 0.990这时采用动力学方程可以得到废水不同停留时间的出水COD 。当厌氧出水的 COD要小于1000mg /L的时候，其UASB反应器中废水的停留时间为:=0.01811- 0.00548451（HRT）2180-1000HRT = 23.28 （h）所以，只要废水在UASB反应器中停留时间大于 23.28h，出水COD就可小于1000mg/L例如2某工业废水水量为 100t/h,BOD5为870mg /L,要求处理后出水 BOD5为25mg/L,拟采用活性污泥法处理，MLVSS为300mg /L,求曝气池的有效容积。在实验室中用四个连续流反应器作平行试验

30、, -8 （每一数据为6次测定值的平均）。每一个反应器的容积为 7L。实验数据见表10表10 &进水流量与出水8口外的关系序号迸水四口5出水匕吗 （mg/L）流量（口力MWSSXU 丽183010040.0C310028705014.9028003STO308.7530004割。203J5O2900采用一级反应动力学模型来处理实验数据:式中So为进水中物质的浓度（mg/L）;Se为出水中物质的浓度（mg/L）;Sn为不能降解物质的浓度（mg/L）;Xo 为 MLVSS 的浓度（mg/L）;t为废水在反应器中停留时间（d）;K为去除速度常数（d-）。列表计算如下：表29 封与悭第美系反应

31、器序号t=V / Q(d)X*S9(mg / L)10.175L43610020,4?00.6235030000,3503042.00Cai45因此，经线性回归得到该废水处理的动力学方程为：（So -Se） / （ Xe t =0.015908（Se9.86 ）当出水 BOD5=25mg /L, MLVSS =3000mg /L 时,t= (So Se) / Xo K - Se Sn)=1.169 (d) = 28.07 (h)因此曝气池的有效 容积为V=Q t = 100 X 28.07 =2807 (m3 )(五)编写可行性研究报告一般废水处理可行性研究报告的内容如下：1 .概述编制依据、

32、原则和范围，污水水量、水质和接管要求。2 .工程方案 工程方案内容包括如下：管道系统，处理厂位置及用地，污水处理工艺选择， 生物处理方案、方案比较和推荐方案。人员编制、辅助建筑及水耗、药耗、电耗及排放口方 案。3 .工程投资估算及资金筹措工程投资估算原则，工程投资估算表及资金筹措。4 .工程近远期结合问题5 .工程效益分析6 .工程进度安排7 .存在问题及建议二、初步设计一般说来，初步设计应在设计任务书 (可行性研究报告) 批准后才能进行，但有时批文还未 下达设计已经开始。初步设计的主要内容介绍如下，一般由五个方面组成。1 .设计说明书(1 )工程概况设计依据是设计任务书(可行性研究报告)的批准文件和甲方的委托书。其他有关文件还包括与有关部