铅锌矿选矿厂废水处理工艺设计

某铅锌矿选矿厂废水处理工艺设计摘要矿山生产中会伴随选矿废水的产生，其中铅锌矿选矿废水含有固体悬浮物、重金属离子和浮选药剂、捕收剂等，具有高碱度、高硬度的特点。本次设计将针对800m³/d的铅锌选矿废水进行工艺设计，以混凝沉淀工艺为核心并结合生物接触氧化池系统来处理的选矿废水，使出水各项指标都符合铅、锌工业污染物排放标准（GB25466-2010）。关键词铅锌矿；选矿废水；废水处理；混凝沉淀1引言水是生命之源，水体环境质量的好坏，直接关系到经济社会的可持续发展，关系到人民群众的身体健康和社会稳定REF_Ref161868361\r\h[1]。据估计，我国矿山废水排放量巨大，占工业废水排放量的1/10REF_Ref161868416\r\h[2]，若不经处理直接排放，会对矿区周边的河流、地下水、土壤、农田等生态环境造成严重影响，威胁人类的身体健康。REF_Ref161868438\r\h[3]本次设计针对选矿废水的特点进行工艺设计，使净化处理后的污水达到国家排放标准，既降低了矿产资源开采的污水处理成本，也极大提高了选矿厂区对周边环境的改善。2设计任务书2.1设计目的污水处理是我们资源环境科学专业课程学习里必不可少的一环，它很有可能成为我们毕业后从事的工作方向之一，其重要性不言而喻。本次设计加强了我对环保相关政策、法规的了解，将我大学四年来学到的知识学以致用到工程实例设计上。在设计过程中提高我的资料收集、文献综述、CAD制图、计算机应用等的能力。同时，设计建成的污水处理系统可以起到减排治污的作用，有助于改善选矿厂周边环境，保护自然生态系统和人民的身体健康。2.2设计原则及依据2.2.1设计原则（1）合法合规。厂区设计应认真贯彻我国环境保护基本国策，严格遵守法律要求，处理后的污水要达标才能排放。（2）减少二次污染。环境工程设计的目的是保护环境，变废为宝，因而设计过程中要对污水处理过程中产生的各种固体废物进行恰当处理，以防止其产生二次污染REF_Ref161868463\r\h[4]。（3）污水处理工艺合理可靠。在设计过程中要采用符合我国国情的实用、运行稳定、处理成本适合选矿厂的污水处理工艺，尽可能的保证环境、经济效益双收。（4）合理利用周边资源。设计过程中要充分考虑土地资源、水资源、能源的综合利用，做到全面规划、合理布局。（5）安全第一。设计过程中应采用优质可靠的污水污泥处置设备，保证工程品质，尽可能减少事故的发生。2.2.2设计依据（1）《铅、锌工业污染物排放标准》（GB25466-2010）（2）《给排水设计手册》（第二版）（3）《给水排水工程结构设计规范》（GB50069-2002）（4）《泵站设计规范》（GB50265-97）（5）《鼓风曝气系统设计规程》（CECS9797）（6）《冶金工业污水处理技术及工程实例》3设计资料3.1选矿厂总体概况该选矿厂主要的矿产为铅锌矿。其选矿过程产生的废水含有铅，锌金属离子。难以通过一般的生化降解来处理REF_Ref161868478\r\h[5]，因此本次工程主要采用混凝沉淀等工艺设计对污水排放量最大为800m³/d的选矿废水进行处理。3.2处理工艺系统选择处理系统选择应当遵循以下几条原则：（1）充分利用好“水往低处流”的客观规律，在选择时，应选择坡度合适的地形，尽量减少水泵的使用，节约能源。（2）厂区一般会有栅渣、污泥等需要外运的情况，因而，选择厂址时，应考虑交通问题，不宜选在太偏远的地方。（3）选址时一方面宜选在有河流、水体的周边，以方便厂区排水；另一方面也要避免厂区受到防洪的威胁REF_Ref161868489\r\h[6]。3.3废水资料铅锌选矿废水设计日处理量为：800m³。水中的CODCr、pH、SS、Pb、Zn浓度值均超过相关排放标准《铅、锌工业污染物排放标准》（GB25466-2010）。具体数据汇总见表1。表SEQ表格\*ARABIC1平均进水水质及排放标准项目CODCrpHSSPbZn进水浓度4009.52501815排放标准≤606~9≤50≤0.5≤1.54工艺选择4.1废水处理常用工艺对于选矿废水的处理，我国传统做法是自然降解，混凝沉淀，氧化分解，中和，吸附等等REF_Ref161868550\r\h[7]，考虑到铅锌矿选矿废水含有固体悬浮物、重金属离子和浮选药剂、捕收剂等，具有高碱度、高硬度的特点，以及选矿废水中还含有有机物的影响，本次工艺设计采用物理化学法去除重金属，采用生物法处理有机污染物的思路，具体工艺比选如下：4.1.1自然净化法自然净化法在尾矿库中运用居多，选矿废水进入尾矿库后，固体悬浮物经重力自然沉降,残余的浮选药剂因其自身性质不稳定而自然分解，金属离子与环境中的阴离子相结合变为沉淀，并结合自然曝气氧化、光降解、生物净化等作用，使得选矿废水中的悬浮物、残余药剂、金属离子等降低,甚至基本去除REF_Ref161868562\r\h[8]。自然净化法具有工艺简单、运行维护简单、对处理水体不产生二次污染等特点，但受气温、日照等自然因素干扰大，且存在净化不彻底、耗时长等缺点REF_Ref161868569\r\h[9]，因此自然净化法多与其它处理方法联合使用,以提高选矿废水的处理效果4.1.2离子(泡沫)浮选法离子浮选是一种从低质量浓度溶液环境下对重金属离子进行有效分离或高效去除回收的工艺技术REF_Ref161868577\r\h[10]。离子浮选法是向废水中加入与重金属离子符号相反的捕收剂(界面活性剂)，将可溶性复合物或不溶性沉淀物附着在气泡中，以泡沫或残渣回收的方法，对沉淀物进行去除REF_Ref161868584\r\h[11]，该法对Hg2+、Cd2+、Cu2+、Cr+、Co2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+、Sr2+等均有效REF_Ref161868592\r\h[12]。4.1.3吸附法吸附法关键是指通过固态吸附剂物理学吸附和机械吸附特性清除污水中各种各样污染物全过程REF_Ref161868603\r\h[13]。在水处理中多用于深度处理的吸附剂有活性炭、硅藻土、吸附树脂、MSCREF_Ref161868612\r\h[14]、粉煤灰及其改性产物等。此外，生物吸附法也越来越受到人们的关注，生物吸附剂一般采用天然高分子生物质及其衍生物，在对重金属含量较低的环境中时，仍能获得较好的处理效果，同时还不会对环境造成污染REF_Ref161868621\r\h[15]。吸附法对选矿废水中的金属离子及有机浮选药剂均有较好的去除效果.而且多数吸附剂可再生使用和不会对处理水体产生二次污染,但吸附剂普遍吸附量小,导致吸附剂用量大,而吸附剂再生相对困难目成本较高REF_Ref161868628\r\h[16]。4.1.4混凝沉淀法混凝沉淀法及在混凝剂的作用下，以压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉析物网捕等一系列物理化学过程为反应的基础REF_Ref161868642\r\h[17]REF_Ref161868650\r\h[18]，使选矿废水中的某些溶解态和胶体态的污染物转变为凝聚状态的絮体而沉降分离。混凝沉淀的效果与混凝剂的选用密切相关，常用的混凝剂有硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁、聚合硫酸铝(PAS)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铝(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)等REF_Ref161868662\r\h[19]。该工艺使废水在混凝池中与混凝剂在搅拌器的作用下充分混合，再出水到沉淀池中，使废水中溶解态和胶体态的污染物变成凝聚态的絮体REF_Ref161868677\r\h[20]REF_Ref161868684\r\h[21]，通过重力作用沉淀分离，实现对选矿废水中金属离子的去除。实验数据表面：pH值为9.5，PFS投加量为200mg/L，PAM投加量为1mg/L，投加顺序为快速搅拌时投加PFS，慢速搅拌时投加PAM时REF_Ref161868695\r\h[22]，铅和锌离子的在废水中的去除率可以高达九成以上。4.1.5SBR法SBR是一种编码序列间歇性活性污泥法，是一种按间歇性曝气方法运转的活性污泥法污水处理工艺，又被称为序批活性污泥法。其主要特点是反应池集均化、初沉、生物溶解、二沉等服务于一池；通过操作上的间歇，有序控制，实现这一系列的过程，一般无需设置污泥回流系统REF_Ref162519121\r\h[23]。SBR法集合多种反应于同一反应池中，因此占地面积小，工艺流程简单，造价成本低。但是该工艺对于设备自动化控制要求比较高，同时也对后处理设备要求大。4.1.6A/O法A/O工艺是由缺氧池加好氧池一同组成的生物处理工艺。在厌氧段厌氧细菌将木薯淀粉、化学纤维、蛋白质等飘浮污染物质和可溶性有机物水解反应为有机物，将生物大分子有机物分解成小分子水有机物，不溶性有机物转化成可溶性有机物，后续再通过好氧池好氧处理，使得出水的CODCr下降。该工艺对废水中的有机物，氨氮等均有较高的去除效果，容积负荷高，流程简单，操作难度低，但需要设置独立的污泥回流系统，对污泥的要求比较高。同时，由于回流液中含有一定的DO，厌氧段的缺氧状态也难以保持在最理想状态。4.1.7MBR法MBR又称膜生物反应器，利用分离膜拦截活性污泥法和大分子有机物，完成固液分离设备，其出水效果远高于一般传统的沉淀池，因此MBR工艺还可以省去二沉池的建造，减少占地面积，同时反应器的容积负荷高，控制灵活稳定REF_Ref162519440\r\h[24]。但是反应器所需的膜造价较高，MBR工艺运行的能耗也较高，因此该工艺整体成本较高。4.1.8生物接触氧化法生物接触氧化法是在生物滤池的前提下，根据触碰曝气改善演变而来的一种生物膜处理技术REF_Ref162519868\r\h[25]。其工艺技术净化处理原理是依靠填料表面的微生物菌群吸附水中的污染物，氧化空气，达到去除污染物的目的地。生物接触氧化法以填料作为微生物载体，比表面积大，因此工艺的土地成本较低，该工艺设备简单，操作容易，运行成本也较低，无需单独设置污泥回流。4.2工艺确定根据以上工艺的具体处理过程，对四种物理化学处理工艺和四种生物法处理工艺的处理效果、出水水质控制、运行稳定性等方面进行比较，比较结果见表2、表3。表2四种物理化学法处理工艺比较内容自然净化法离子(泡沫)浮选法吸附法混凝沉淀法Pb处理效果一般好一般好Zn处理效果一般好一般好出水水质控制一般好一般好自控要求一般较高一般一般工程实例较少较少一般较多运行稳定性一般一般较好较好设备利用率低较高高高构筑物占地较大较小较小一般基建投资较小较高高一般运行费用低低一般一般工程适用性较广较广一般广表3四种生物法处理工艺比较内容SBRA/OMBR生物接触氧化CODcr较好一般好好出水水质控制一般一般好好自控要求高一般较高一般工程实例较少较多较少一般运行稳定性较好一般较好较好设备利用率低较高高高构筑物占地较大较小较小较小续表3内容SBRA/OMBR生物接触氧化基建投资较小一般高一般运行费用较低较低较高低工程适用性广广较广广综合以上表2，表3对各种污水处理工艺，从工艺运行的稳定性、使用的占地面积、经济性的可行性、运行管理的方便性等方面进行比较，最终选择工艺成熟、操作方法简单、成本较低的混凝沉淀工艺以去除废水中的重金属污染物，又考虑到水中的CODCr偏高，故再设生物接触氧化池对出水做进一步净化REF_Ref161868714\r\h[26]，确保出水水质达到项目要求。4.3工艺流程本设计具体工艺流程如下，设计流程图见图1。图1工艺流程图本设计的各构筑物对废水中的CODCr、SS、Pb、Zn、pH等污染物都有一定的去除效果，设计主要针对CODCr、Pb、Zn几种污染物进行设计，废水中的Pb、Zn在混凝沉淀池中，通过混凝剂作用下发生絮凝沉淀反应得以去除，后续出水通过中和池调节pH后，通入水解酸化池进一步提高水体的可生化性，再通过生物接触氧化池使废水中的CODCr去除效果达标排放。废水中的SS也通过混凝沉淀池，水解酸化池等过程去除达标排放。本设计各构筑物去除率结果见表3。表3各构筑物去除率构筑物指标CODCr(mg/L)SS(mg/L)pHPb(mg/L)Zn(mg/L)格栅进水4002509.51815出水400237.59.51815去除率——5%——————调节池进水400237.59.51815出水4002259.51815去除率——5.3%——————混凝池进水4002259.51815出水4002259.51815去除率——————————沉淀池进水4002259.51815出水28067.59.50.1620.75去除率30%70%——99.1%95%中和池进水28067.59.50.1620.75出水28067.570.1620.75去除率——————————水解酸化池进水28067.570.1620.75出水16820.2570.1620.75去除率40%70%——————生物接触氧化池进水16820.2570.1620.75出水33.612.1570.1620.75去除率80%40%——————二沉池进水33.612.1570.1620.75出水33.610.9470.1620.75去除率——10%——————消毒池进水33.610.9470.1620.75出水33.610.9470.1620.75去除率——————————总体效果进水4002509.51815出水33.610.9470.1620.75去除率91.6%95.6%——99.1%95%5设计计算5.1格栅设计5.1.1格栅设计说明格栅可以用以拦截较粗大的悬浮物或漂浮杂质，以便减轻后续处理设施的处理负荷，以免堵塞后续进水管道以及各种泵，对后续污水处理设备起到保护作用。5.1.2格栅设计计算过栅流速：v=0.6m/s；栅前水深：h=0.4m；格栅间隙：b=0.005m；格栅倾角：最大设计流量：Qmax（1）格栅间隙数nn=（2）栅槽宽度BB=s设栅槽宽度格栅宽0.2—0.3m，则取栅槽实际宽度B=0.4m，栅条8条。（3）进水渠道渐宽部分的长度ll式中，B1——进水渠宽，m，设B1=0.2m；α1——渐宽部分展开角度，度，设α1（4）格栅与出水渠道连接处的渐宽部分长度ll（5）过栅水头损失hh=3×2.42式中，△h0——计算水头损失，mk——水头损失增加的倍数；锐边矩形断面，一般取3；β——形状系数，锐边矩形时β=2.42；（6）栅前槽总高度H1H式中，h——栅前水深，m；h2——格栅之前的渠道超高，取0.3m（7）栅后槽总高度HH=h+（8）栅槽总长度LL==（9）每日栅渣量WW=式中，W1——栅渣量，取0.1-0.01m3/d，取W1因每日栅渣量很小，宜采用人工清渣方式，细格栅的设计尺寸为L×B×H＝2.3m×0.4m×1.0m。设计草图见图2。图2格栅设计草图5.2调节池设计5.2.1调节池设计说明为了确保后续处理单元的稳定运行和高效处理效果，在格栅之后设置调节池。该池主要用于进水的水质和水量的调节REF_Ref161868736\r\h[27]，结合800m³/d的进水量，根据相关资料及经验，选用圆形机械搅拌调节池。5.2.2调节池设计计算（1）调节池水力停留时间取12小时。调节池的容积V为V=Qt=式中，V−−（2）有效水深hh=式中，r——调节池半径，取5.64m；（3）池子高度HH=h+式中，h1根据实际情况调节池尺寸为D=11.28m，H=4.3m，有效水深H=4.0m，水力停留时间12h图3调节池草图5.3混凝池设计5.3.1混凝池设计说明混凝处理是向等待处理的水中加入助凝剂，利用水解产物减少胶体颗粒的扩散层，使颗粒完成相互结合的目的，实现后续的基础沉降去除。所以混凝池在整个处理环节中占重要作用。混凝剂与废水在此充分混合，混凝剂的投加方式为将混凝剂水溶后，通过重力投加，再通过机械搅拌，使混凝剂与废水充分混合，此处采用水平轴式机械反应池。5.3.2混凝池设计计算设计流量Q=800m³/d；反应时间T=20min；（1）反应池有效容积W：W=（2）水平轴式反应池长度L：L≥a∙Z∙H=1.0×3.0×2.0=6.0式中，a——系数，一般采用1.0~1.5；Z——搅拌轴排数（3~4排）；H——平均水深（m）取2m；（3）水平轴式反应池宽度B：B=（4）搅拌器转数n0：水平轴式桨叶直径比水深小0.3m，则桨叶直径D=2.0-0.3=1.7因此叶轮桨板中心点旋转直径为D0得搅拌器转数n0：n（5）搅拌器旋转角速度ω：ω=0.1n_0=0.1×11.2=1.12（6）每个叶轮旋转时克服水的阻力所消耗的功率N0：N式中，l——桨板长度，取0.8m；则bl=0.2则系数k：k=式中，ρ——水的密度1000kg/m³；r2——叶轮半径，1.7÷2=0.85m；r1——叶轮半径与浆板宽度之差，0.85-（4×0.1）=0.45m；则：

N（7）转动每个叶轮所需电动机功率N：N=同理可以得到其余两个池子中的搅拌器旋转角速度和相关功率：第二个池子v选用0.3m/s；则：nω每个叶轮旋转时克服水的阻力所消耗的功率N第三个池子v选用0.2m/s；则：nω每个叶轮旋转时克服水的阻力所消耗的功率N2混凝池草图见图4。图4混凝池草图5.4沉淀池设计5.4.1沉淀池设计说明沉淀池是一种用于对水中悬浮物进行沉淀和分离的设备，考虑到成本造价，处理效果，以及水量大小等综合因素，我们选用平流式沉淀池。平流沉淀池具备沉积效果明显、抗冲击负荷和气温变化、施工方便、成本费用低等特点REF_Ref161868757\r\h[28]，通过沉淀池将含有Pb2+、Zn2+的颗粒物沉淀分离，实现选矿废水中Pb2+、Zn2+的去除。5.4.2沉淀池设计计算设计处理流量为800m³/d；沉淀时间t=1.0h；表面水力负荷q取1.5m³/(m2·h)；池内水平流速v=3.0mm/s；（1）沉淀池的总表面积A：A=式中，安全系数取1.3；（2）沉淀池有效水深h1：h（3）沉淀区有效容积V1（不包含漏斗部分）：V（4）沉淀池长度L：L=3.6v∙t=3.6×3.0×1.0=10.8取12m（5）沉淀池宽度B：B=（6）检核池子尺寸比例①表面水力负荷：q=QMax/A=(800×1.3)/(24×28.9)=1.5②沉淀时间：t=h1/q=1.5/1.5=1h③长宽比：L/B=12/2.4=5，符合长宽比≥4，4~5为宜的设计要求；④长深比：L/h1=12/1.5=8（7）每日沉淀池中污泥的干物质质量W：进水悬浮物SS=225mg/L；出水悬浮物设计SS=67.5mg/L；去除率η=则：W投加PFS=200mg/L，PAM=1mg/L，则投加PFS（有效物质含量21%）产生的污泥量：W同理投加的PAM产生污泥量为1.1kg/d。总污泥量W=126+51.4+1.1=178.5kg/d（8）每日产生的污泥体积V（污泥含水率为98.5%）：V=（9）污泥斗尺寸及其容量V2：采用矩形泥斗，泥斗倾角采用60°，i=1%，L2=4.0m泥斗斗底尺寸为800×800mm，上口为2400×4000mm；①泥斗高度h2：h②泥斗容积V1：V=（10）污泥斗以上梯形部分污泥容积V2：其中：L1=12.0+0.5+0.3=12.8m；L2=4m；则：V（11）池底实有存泥容积V3：V因为13.51＞11.9，因此可以采用该设计。（12）沉淀池的总高度H：取池子保护高度h4=0.3m采用行车式刮泥机，所以缓冲层高度：h5=0.5m（含刮板）则：H=式中：h1——有效水深，m；h2——污泥斗高度，m；h3——超高，m；h4——缓冲层高度，m；（13）进口处设置挡板，挡板高出水面0.15m，挡板淹没水深0.75m，距离进口0.5m处。（14）出口处设置挡板，挡板高出水面0.15m，挡板淹没水深0.35m，距离进口0.3m处。沉淀池草图见图5。图5沉淀池草图5.5中和池设计5.5.1中和池设计说明中和池是中和酸碱性或碱性污水的水处理构造，通过向废水中投加碱性或酸性药剂，再通过机械搅拌使其混合均匀，进行中和反应，调节pHREF_Ref161868773\r\h[29]。5.5.2中和池设计计算（1）中和池水力停留时间取0.5小时。中和池的容积V为V=Qt=式中，V−−（2）有效水深hh=式中，r——中和池半径，取1.63m；（3）池子高度HH=h+式中，h1根据实际情况调节池尺寸为D=3.26m，H=2.3m，有效水深H=2.0m，水力停留时间0.5h5.6水解酸化池设计5.6.1水解酸化池设计说明水解酸化池的主要有两个基本的作用：一是可以提高污水的可生化性REF_Ref161868783\r\h[30]，将大分子有机物转化为小分子；二是可以去除污水中的CODCr，将部分有机物降解合成自身细胞REF_Ref161868820\r\h[31]。同时调节我们的pH值，考虑到污水流量小，污水中的CODCr浓度不高等特点，我们选用升流式水解酸化反应器。5.6.2水解酸化池设计计算（1）水解池的容积V：V=式中，KZ——总变化系数，1.5；Q——设计流量，m3/h;HRT——水力停留时间，h取6h;（2）池的表面积A及其尺寸：设水解池有效水深5.0m，有一个格子组成；则：A=设池长L为8m，则池宽B=A（3）配水方式：选用主管渗水，管经为DN100，池底分操纵水，支管为DN50，支管上匀称布局孔为排水口，支管距池底150mm，匀称设置在池底。（4）出水堰的设计：出水采用UPVC三角形堰，设三角形堰板角度为90°，堰上水深为0.022m；则：单池流量qq=1.4池个数nn=则共设4条出水堰，每条长6m，每条堰设齿39个，单池宽150mm，靠池壁一侧堰板宽75mm，核算三角出水堰长L=150×39+75×2=6000mm，总池数n=39×4=156个，满足设计要求。超高h取0.5m；集水槽宽取0.2m。（5）排泥系统：采用静压排泥装置，产泥系数r=0.15kg干泥/（kgCODcr）；设计流量Q=800m³/d；进水CODcr浓度S0=280mg/L；CODcr去除率40%；则水解酸化池总产泥量为：∆X=rQSr=rQ污泥含水率取99%，则ρ=1000kg/m³,则排泥量Qp为：Q水解酸化池草图见图6。图6水解酸化池草图5.7生物接触氧化池设计5.7.1生物接触氧化池设计说明这是一种好氧生物膜污水处理方法，该系统由浸没污水中的填料、填料表面的生物膜、曝气系统和池体构成REF_Ref161868803\r\h[32]。在有氧运动环境下，废水与固定在填料表面的生物膜全面接触，根据降解清除选矿废水中剩下的有机物和营养盐等，使CODcr、SS浓度下降，污水得到净化。5.7.2生物接触氧化池设计计算设计处理水量为800m3/d的生物接触氧化池一座。设计参数：进水CODcr浓度La=168mg/L，出水CODcr浓度Le=33.6mg/L，对CODcr的去除率80%；M取2kgCODcr/(m3·d)，设计计算如下：（1）生物接触氧化池填料容积W：W=（2）生物接触氧化池总面积A：A=式中，H——填料层高度，m，取3m；（3）生物接触氧化池单格池尺寸：设生物接触氧化池分为2格，采用并排设计，则单格接触氧化池面积f：f=每格池的尺寸L×B=6×3=18m2；（4）污水与填料接触时间t：t=（5）生物接触氧化池总高度H0：H式中，H0——接触氧化池的总高度，mH——填料层高度，m，取3.0m；h1——池体超高，m，取0.5mh2——填料上部的稳定水层深，m，取0.5mh3——填料层间隙高度，m，取0.2mm——填料层数，取为1层；h4——配水区高度，m，取0.5m生物接触氧化池选用Φ25mm的塑料蜂窝煤型填料；（6）需气量按每去除1kgCOD消耗1kg氧气计算，生物接触氧化池的需氧量Q1为：Q生物接触氧化池采用微孔曝气器曝气，其充氧效率EA取15%，则接触氧池每天所需的空气量GS为：G式中，GS——需气量，m³空气/d；EA——氧转移效率，％；21％——氧在空气中所占百分比；1.43——氧的容重，kg/m3;曝气装置选用HWB—1型微孔曝气器，其主要性能参数如下表4：表4曝气器具体参数型号规格面积比(%)有效水深(m)通气量(m³/h）动力效率EA(%)HWB—1Φ2006.254.54.017~26由每格生物接触氧化池的供气量及HWB—1型可变微孔曝气器的通气量，计算每格所需曝气器的数量N为：N=则生物接触氧化池所需要的曝气器为13×2=26个；（7）空气管道设计①干管：取干管流速vg为20m/s，则干管直径dg：d取dg=50mm，则支管流速vg为14.3m/s；②支管：每格生物接触氧化池采用一根曝气支管向池中引入空气，取支管流速vj为10m/s，则支管直径dj：d取dj=20mm，则支管流速vj为6.9m/s；（8）污泥产量产泥系数r=0.15kg干泥/（kgCODcr）；设计流量Q=800m³/d；进水CODcr浓度S0=168mg/L；CODcr去除率80%；则水解酸化池总产泥量∆X：∆X=rQSr=rQ污泥含水率取99%，水的密度ρ=1000kg/m³，则排泥量Qp：Q生物接触氧化池草图见图7。图7生物接触氧化池草图5.8二沉池设计5.8.1二沉池设计说明通过生物处理的污水，再通过二沉池的沉降作用，使得泥水分离，混合液澄清。5.8.2二沉设计计算设计处理流量为800m³/d；沉淀时间t=1.5h；表面水力负荷q取1.0m³/(m2·h)；池内水平流速v=2.0mm/s；（1）沉淀池的总表面积A：A=（2）沉淀池有效水深h1：h（3）沉淀区有效容积V1（不包含漏斗部分）：V（4）沉淀池长度L：L=3.6v∙t=3.6×2.0×1.5=10.8取12（5）沉淀池宽度B：B=（6）检核池子尺寸比例①表面水力负荷：q=Q/A=800/(32.4×24）=1.03，符合1.0~2.0的设计要求；②沉淀时间：t=h1/q=1.5/1.03=1.5h③长宽比：L/B=12/2.7=4.4，符合长宽比≥4，4~5为宜的设计要求；④长深比：L/h1=12/1.5=8（7）每日沉淀池中污泥的干物质质量W：进水悬浮物SS=12.15mg/L；出水悬浮物设计SS=10.94mg/L；去除率η=则：W=（8）每日二沉池产生的污泥体积V（污泥含水率为99%）：V生物接触氧化池的泥水混合液也通入二沉池实现固液分离，因此实际污泥体积V：V=1.613+0.097=1.71（9）污泥斗尺寸及其容量V2：采用矩形泥斗，泥斗倾角采用60°，i=1%，L2=1.5m泥斗斗底尺寸为500×500mm，上口为1500×1500mm；①泥斗高度h2：h②泥斗容积V2：V=（10）污泥斗以上梯形部分污泥容积V3：其中：L1=12.0+0.5+0.3=12.8m；L2=1.5m；则：V（11）池底实有存泥容积V4：V因为3.12＞1.71，因此可以采用该设计；（12）沉淀池的总高度H：取池子保护高度h4=0.3m采用行车式刮泥机，所以缓冲层高度：h5=0.5m（含刮板）则：H=式中：h1——有效水深，m；h2——污泥斗高度，m；h4——超高，m；h5——缓冲层高度，m；（13）进口处设置挡板，挡板高出水面0.15m，挡板淹没水深0.75m，距离进口0.5m处。（14）出口处设置挡板，挡板高出水面0.15m，挡板淹没水深0.35m，距离进口0.3m处。5.9消毒池设计5.9.1消毒池设计说明消毒池是污水处理设备中的一个重要环节，主要用于消除污水中潜在的病原体和有害微生物，以确保排放到环境中的水质安全。消毒池的原理是根据消毒剂对病原体的杀灭作用和化学变化。主要的消毒剂包含氟化物、活性氧、紫外光等。5.9.2消毒池工艺设计计算设水力停留时间T=0.5h=30min；投氯量为ρ=6.0mg/l；平均水深为h=2.0m；隔板间隔1.5m；（1）接触池容积V：V=QT=（2）接触池表面积A：A=（3）设隔板数采用两个，每个廊道宽1m，则廊道总宽B=(2+1)×1=3m；则，接触池长度L=A/B=8.3/3=2.8取3m；实际消毒池容积池深取2+0.3=2.3m，（0.3m为超高）；校核：T=Q/V=32.4min≥30min，满足设计要求；（4）加氯间的计算加氯间功能：提供消毒剂，保证药品安全储存。设计最大加氯量ρmax=6.0mg/l，则每日投氯量ω：ω=加氯间构筑物尺寸取L1加氯设备类型：瑞高（REGAL）系列加氯机型号：REGAL-210数量：1台选用贮氯量为25kg的液氯钢瓶，每日加氯量为1/5瓶，加氯机投氯量设置在0.2kg/h，配置注水泵两台，一用一备，要求注水量Q=1~3m³/h，扬程不小于10mH20。（5）混合装置在消毒池第一格与第二格的起点处各设置1台混合搅拌机，共2台，选用JBJ1-400型折浆搅拌机，浆板深度为1.5m，浆叶直径为0.4m，桨叶宽度为0.1m，功率0.37kw。（6）巴氏计量槽本设计采用巴氏计量槽设在总出口处，其特点是：a.精确度可达95%—98%；b.水头损失小，底部冲刷力大，不易沉积杂污；c.操作简单；d.施工技术要求高，尺寸不准确测量精度将会受到影响；根据出水量Q=9.26L/s设计，查阅《给水排水设计手册》，选择计量槽的测量范围为0.18~13.2L/s的巴氏计量槽；具体尺寸参数如表5：表5巴氏计量槽尺寸参数规格长度（mm）喉道段b51L114N43收缩段B1214L1406La276扩散段B2135L2254K22墙高D254根据出水量Q=9.26L/s，选用DN100的出水管。消毒池草图见图8。图8消毒池草图5.10污泥浓缩池设计5.10.1污泥浓缩池设计说明污水处理中产生的污泥含水量非常高，因而污泥容积也较大，难以处理、运用运输污泥。污泥浓缩是由增稠剂污泥来降低污泥含水量，降低污泥容积，进而降低后续工作成本费。5.10.2污泥浓缩池设计计算污泥浓缩池采用圆形间歇式重力浓缩池，由于本次设计的污泥量不大，所以采用间歇式重力浓缩池，又因为沉淀池产生的污泥含有重金属，按危废污泥进行处理，所以沉淀池产生的污泥与后续产生的污泥因该分开处理，设置两个污泥浓缩池。设浓缩池运行周期为24.0h，其中进泥时间:1.0~1.5h，浓缩时间:20.0h，排水和排泥时间:2.0h，闲置时间0.5~1.0h。已知条件:污泥浓缩前危废污泥量Q=11.9m3/d，含水率p1=98.5%，浓缩后污泥含水率p2=95.5%；（1）危废污泥浓缩池容积V：V=因此，污泥浓缩池所需容积应不小于11.9+3.97=15.87m3；（2）危废污泥浓缩池净面积A：A=设浓缩池直径D为3.0m；（3）设计浓缩池上部柱体高度h为3.5m，其中泥深h1为3.0m，则柱体部分污泥的容积V1：V（4）危废污泥浓缩池污泥斗容积V2：设计该污泥为方形泥斗，上口尺寸（1800mm×1800mm），下口尺寸为（500mm×500mm），泥斗斜面倾角为55°；则，污泥斗高度h2：h污泥斗容积V2：V（5）危废污泥浓缩池总容积V：V=污泥浓缩池的总容量22.55m³＞15.4m³，满足设计要求。（6）危废污泥浓缩池总高度H：H=（7）排水和排泥①排水浓缩后池内上清液利用重力排放，由站区溢流管道排入调节池。浓缩池设四根排水管于池壁，管径DN150mm。于浓缩池最高水位处置一根，向下每隔1.0m、0.6m、0.4m处设置一根排水管，下面三根安装蝶阀。②排泥浓缩后的污泥先通过污泥泵抽送入污泥柜，之后就进入污泥脱水间。污泥泵抽升量为:50m3/d，选用2PN污泥泵一台。危废污泥浓缩池草图见图9。图9危废污泥浓缩池草图同理计算可得普通污泥浓缩后体积为0.68m³，浓缩池取直径D=1.5m，浓缩池上部柱体高度h为3.5m，其中泥深h1为3.0m，泥斗上部分取1060mm×1060mm，下部分取500mm×500mm，泥斗斜面倾角为55°泥斗高0.4m，浓缩池总高3.9m。5.11污泥脱水间设计5.11.1污泥脱水间设计说明污泥经浓缩后的浓缩污泥尚有约95%～97%的含水量，体积仍很大。为了能开发利用和最终解决，还要对污泥开展脱干解决，以去除污泥颗粒物中间和颗粒物的水分。5.11.2污泥脱水间设计计算含重金属的污泥进泥量Qw=3.97m³/d，含水率P1=95.5%；（1）设脱水后泥饼含水率P2=55%，则脱水后污泥量Q：Q=（2）脱水后污泥重量M：M=（3）过滤面积A：由于污泥量小，设计每天处理二次污泥，则单次处理量为200L，压滤机一平方的容积是15L，则需要的压滤机面积A：A=同理计算普通污泥脱水后的污泥量Q’=0.087m³/d，脱水后普通污泥质量M’=106.14kg/d，设计每天处理一次污泥，单次处理量为87L，则需要的压滤机面积为7m2。（4）设备选型选用XMY630-30UB型板框压滤机2台，一台处理含重金属的危废污泥，一台处理普通污泥（2用1备），考虑到机器和操作需要的空间地方，污泥脱水间尺寸为6000mm×4000mm×2500mm，压滤机具体参数如下。表6板框压滤机具体参数型号滤板尺寸（mm）电机功率（kW）外型尺寸L×B×H（mm）过滤面积（m2）XMY630-30UB630×630×501.52050×850×11507~306平面布置6.1平面布置原则（1）厂区内道路应设计适当的距离，建有人行道和车行道。道路两旁应种植植物，绿化率在30%以上。（2）合理布置各构筑物，力求做到构筑物紧凑但间距合理（一般为5~10m），以便节省空间。（3）设置一条道路将污泥区和污水区分开。（4）污水厂内错综复杂的管渠应合理布置，优化管道系统布置，避免管道迂回。（5）应保证足够的绿化面积并预留部分扩建用地。（6）平面图须标明风向攻瑰图（右上方）以及坐标，标明构筑物尺寸，位置，并附有比例尺。比例尺一般为1:500～1:1000，常使用1:500。6.2主要构筑物清单表7主要构筑物参数序号构筑物名称尺寸（L×B×H）数量1细格栅2.3m×0.4m×1.0m12调节池D=11.28m;H=4.3m13混凝池6m×1m×2.3m14沉淀池12m×2.4m×5.07m15中和池D=3.26m;H=2.3m16水解酸化池8m×8m×5.5m17生物接触氧化池6m×6.2m×4.5m18二沉池12m×2.7m×3.17m19消毒池3m×3m×2.3m110危废污泥浓缩池D=3m;H=4.43m111污泥浓缩池D=1.5m;H=3.9m112污泥脱水间6m×4m×2.5m16.3平面布置图根据以上的平面布置原则及构筑物清单，并综合所选厂区的地形，合理布局，本设计的平面布置图见附录。7高程布置7.1高程布置原则高程布置主要是确定各处的标高，包括各构筑物（池底、池顶、水面）、连接管道的、各部位的水位标高，从而保证污水在处理过程中能顺畅流通。高程布置应遵循以下原则：（1）各构筑物的高程布置应充分利用好近地面的高程优势、利用重力流，尽量减少泵的提升，减轻人力、物力的消耗，节省工程建设成本。（2）应该保证污水厂的出水能够自行排入水环境。（3）计算水力损失时，考虑可能发生的变化，保证水量高峰期仍然能够自流，即以最大的流量，最长距离计算。7.2构筑物水头损失高程布置的水头损失计算可按表8的经验值估算。表8各构筑物水头损失估算值名称格栅调节池提升泵混凝池水头损失/m0.1~0.250.1~0.251.2~1.40.1~0.2名称沉淀池中和池水解酸化池生物接触氧化池水头损失0.1~0.250.1~0.250.1~0.250.1~0.25名称二沉池消毒池污泥浓缩池水头损失0.1~0.20.1~0.20.15~0.257.3管道水力计算7.3.1污水管道水力计算相连两构筑物的管道水力损失由沿程损失和局部损失两部分组成。厂区进、出水管上的计量仪器的水头损失可按0.2m计算，局部损失按沿程损失的50%计算。（1）沿程损失h式中，i——单位管长的水力损失，查《给水排水设计手册》；L——管长，m。（2）局部损失h式中，ξ——局部阻力系数，查《给水排水设计手册》；v——管内流速，m/s（0.7~1.5）；g——重力加速度，m2以出水口-消毒池部分的管道水力计算为例：设污水厂出水口处的水头损失为0.1m，出水口处的进水高程为0.3m，出水高程为0.2m，则出水口-消毒池处的沿程损失为：h式中，当Q=9.26L/s，D=200mm出水口-消毒池处的局部损失可按沿程损失的50%计算，则局部损失为：h综上，出水口-消毒池的出水高程=出水口处的进水高程+管道的水力损失=0.3+0.017.3.2污泥管道水力计算污泥管道的水力损失计算包括沿程损失和局部损失两部分。（1）沿程损失h式中，L为管长；D为输泥管径；v为管中流速；CH为系数（跟污泥浓度有关）。（2）局部损失h剩余污泥含水率P1=99%（即固体浓度C=8kg/m3）时，查相关手册知，CH为91以沉淀池-污泥浓缩池部分的污泥管道水力计算为例：沿程损失：h局部损失：采用四个90°弯头，两个闸门，查手册知，当管径为200mm时，弯头的局部阻力系数ξ1=0.75，闸门的局部阻力系数ξ2h水头损失：h=污泥管网其他部分的管道水力计算过程同上，最终将计算结果汇总成表9所示。表9污泥管道部分水力计算表管道及构筑物名称Q（L/s）D（mm）L(m)v（m/s）I（%）沿程损失(m)局部损失(m)水头损失(m)沉淀池-危废污泥浓缩池17.58200600.81.70.420.10.52采用四个90°弯头（ξ1=0.75），两个闸门（ξ2=水解酸化池-污泥浓缩池2.26150600.65.20.350.040.39采用两个90°弯头（ξ1=0.48），两个闸门（ξ二沉池-污泥浓缩池2.94150600.65.20.350.040.39采用两个90°弯头（ξ1=0.48），两个闸门（ξ危废污泥浓缩池-脱水车间3.92150100.15.20.0070.00030.0073采用1个90°弯头（ξ1=0.48），一个闸门（ξ2污泥浓缩池-脱水车间0.95150100.15.20.0070.00030.0073采用1个90°弯头（ξ1=0.48），一个闸门（ξ27.4构筑物高程确定为方便计算，取地面作为相对标高±0.00，则经计算后各构筑物的标高见表10。表10构筑物高程确定构筑物名称总高（m）水面标高（m）超高（m）顶部标高（m）底部标高（m）细格栅及提升泵房2.70.12.0+2.4-0.3调节池4.33.30.5+3.8-0.5混凝池2.33.00.5+3.5+1.2沉淀池5.12.80.5+3.3-1.8中和池2.32.50.3+2.8+0.5水解酸化池5.52.30.5+2.8-2.7生物接触氧化池4.52.00.5+2.5-2.0二沉池3.21.50.5+2.0-1.2消毒池2.31.30.3+1.6-0.7危废污泥浓缩池4.51.00.3+1.3-3.2污泥浓缩池3.91.00.3+1.3-2.6污泥脱水间2.50.81.7+2.507.5高程布置图高程布置图见附录。8工程经济可行性分析8.1工程投资成本（1）污水处理系统的消毒、输送等设备的购置费用N1=66.5万元。污水处理系统各项目设备购置费见表11。表11污水处理系统各项目设备购置费设备型号数量单价/(万元)总价/(万元)格栅除污机GSHZ-300-1010.20.2潜污泵50QW40-15-420.40.8潜水搅拌机QJB0.85/8-260/3-740C20.51水平搅拌机塑料与钢材414加药机PAMJY-50021.63.2潜污泵40QW15-15-1.520.30.6刮泥机LJ-FJSG-32510酸碱中和加药机JY-0.72A-121.22.4曝气器HWB-1400.0050.2鼓风机ZSR-5020.51填料Pp材质--0.7潜污泵25QW8-22-1.130.10.3加氯机REGAL-21020.51桨式搅拌器JBJ1-40030.41.2污泥浓缩设备-122板框压滤机XMY630-30UB32.26.6机器仪表液位计、压力表、流量计等--5.3管道及附件排污管、阀门等--12电路及附件电线、开关等--7.5电气自控系统带PLC自控16.56.5总计---66.5（2）设备的运输、安装及调试、管理等费用（一般常按设备购置费的5%进行取值），即N2：N（3）隔声降噪设施（包括泵房等的隔声墙和玻璃棉吸声填充材料）N3：1.2万元。（4）土建工程费用N4该地的钢筋混凝土约为720元/m³，挖土50元/m³，主要构筑物土建费用见表12。表12各构筑物土建费用结构构筑物名称尺寸（L×B×H）土建费用（万元）钢筋混凝土结构格栅池2.3m×0.4m×1m0.2调节池D=11.3m;H=4.3m6.1混凝池6m×1m×2.3m0.8沉淀池12m×2.4m×5.1m3.4中和池D=3.3m;H=2.3m0.8钢筋混凝土结构水解酸化池8m×8m×5.5m5.1生物接触氧化池6m×6.2m×4.5m4二沉池12m×2.7m×3.2m2.8消毒池3m×3m×2.3m0.8钢筋混凝土结构提升泵房4m×3m×4.6m1.3危废污泥浓缩池D=3m;H=4.5m1.1污泥浓缩池D=1.5m;H=3.9m0.4污泥脱水间4m×3m×2.5m0.8鼓风机房3m×3m×2.5m0.7综合楼5m×3m×5m4机修间20m×8m×4m8.2挖土部分--2.8总计--43.3（6）本建设项目所需其他不可预知费用（按前五项之和的5%进行取值），即N6：（污水处理系统的总投资成本N为：N=8.2污水处理系统的运行成本（1）电费E1：表13用电费用核算序号设备型号数量功率/kW1格栅除污机GSHZ-300-1010.752潜污泵50QW40-15-4143潜水搅拌机QJB0.85/8-260/3-740C10.854水平搅拌机-10.855加药机PAMJY-50021.86潜污泵40QW15-15-1.511.57刮泥机LJ-FJSG-321.258酸碱中和加药机JY-0.72A-111.359鼓风机ZSR-5010.7510潜污泵25QW8-22-1.121.111加氯机REGAL-21010.312桨式搅拌器JBJ1-40020.3713板框压滤机XMY630-30UB21.514其他--17.615合计--40污水处理系统平均运行功率为40kW。污水处理设备属于一般工商业用电，电价为0.7元⁄kW·h，该污水处理系统每天工作10h，,则每日电费支出E1为：E1（2）管理费E2：厂区内可聘用2位工作人员进行管理，费用为4000元/月，每月按30天计算，则每日人工管理费用支出E2为：E（3）维修费E3：废水处理系统折旧年限按15年计算，维修费按系统投资的1%考虑，则每日维修费支出（设备保修期三年除外）E4E（4）员工福利E4：每位员工按0.3万元/年计算，则每日员工福利费支出E5为：E（5）药剂费用E5:包括pH调节剂费用、混凝剂费用、消毒剂费用。具体费用如下表14表14药剂费用核算药剂名称加药量（kg/d）单价（元/吨）药剂费用（元/天）PFS1601200192PAM0.81300010.498%浓硫酸1.342800.38液氯4.83501.68合计E5--204.46（6）污泥处置费用E6：含铅锌重金属污泥应按照危险废物进行处理，按3000元/吨计算：E6=由上述计算可得，污水处理系统的每日运行成本E为：E=E1污水处理生产成本为：E通过经济核算可知，本次铅锌选矿废水处理的生产成本仅为2.45元/m3，不会出现亏损现象，在经济上具有合理可行性。并且在污水处理系统建成后，还可对环境、经济、社会效益等方面起到保护和促进作用，在可持续发展发展道路上具有十分重要的意义。9结论本次设计以800m3/d的铅锌矿选矿废水为主体进行水处理设计，通过多种污水处理工艺的分析比选，并结合选矿废水的水质特点，选择混凝沉淀方法对废水中的金属离子进行处理。通过该组合工艺处理后，污水中CODCr、SS、Ph及其他有害物质得到有效去除，出水水质能达到相关标准达标排放。与此同时，本文还通过对项目的建设和运营成本进行了经济核算，验证了