北方某年产48万吨合成氨厂污水处理工艺的设计

目录东北电力大学学士学位论文北方某年产48万吨合成氨厂污水处理工艺的设计目录第1章绪论1.1课题研究背景和目的氨在我国经济中占有着至关重要的地位，是重要的无机化工产品之一。现如今，世界上所使用的氮肥中，除液氨可直接用于做肥料外，其余农业上所用的氮肥皆是以氨为原料的，例如硝酸铵，磷酸氢铵，尿素等。在我国所产的合成氨中约有80%的氨用于生产化学肥料,20%则作为其它化工产品的原料，合成氨产业给我国国民经济带来了较大收益，但是它所产生的废水也会给环境带来较大的危害。合成氨废水中含大量超标污染因子,特别是氨氮，COD等很难处理。若废水不经处理直接排入环境中，会给人们的生产、生活带来严重影响。基于可持续发展观念,在高浓度氨氮废水处理方面,不仅要追求高效脱氮的环境治理目标,还要追求节能省耗、避免二次污染、充分回收有价值的氨资源等更高层次的环境经济效益目标,才是治理高浓度氨氮废水的比较理想的技术发展方向[1]。1.2国内外研究现状和发展趋势氨氮废水、特别是高浓度氨氮废水在近几十年来取得了显著的发展进步。离子交换法、生化法、折点氯化法、氨吹脱(空气吹脱与蒸汽汽提)法、和磷酸铵镁沉淀(MAP)法等是目前国内外氨氮废水处理技术中比较常见的方法，虽然这些处理工艺各有优点,但也各自都有它的局限性。现如今国内多采用氨吹脱法和生化法,虽然这两种方法在国内技术成熟，但其能耗大，还浪费了氨氮资源。国外则多采用生化法和磷酸铵镁沉淀法。特别是磷酸铵镁沉淀法是当下处理氨氮废水的发展方向，不仅处理效果好，还能回收氨氮资源。1.2.1磷酸铵镁沉淀法（MAP法）磷酸铵镁沉淀法简称MAP法，又叫做鸟粪石脱氮技术，其原理是在高浓度废水中投加镁盐和磷酸盐，和废水中的氨氮反应成磷酸铵镁沉淀以达到去除氨氮的效果。在国内外已广泛应用于在高浓度氨氮废水的处理，并取得了良好的脱氮效果，可以实现氨氮的再利用，解决了氮的回收和氨的二次污染问题[2]，为后续的生化处理创造了条件。但MAP法也存在一些问题：运行成本高、回收鸟粪石纯度低、对鸟粪石在农业上实用的研究少。在今后的实际应用中，若能改进以下方面，则MAP法将有更加明显的技术优势。(1)寻找高效的固液分离的方法，因为此法产生的磷酸铵镁沉淀是粒径较小的絮状体，难以与水分离所以在一定程度下限制该法在氨氮废水处理中的运用。(2)寻找最佳反应条件，确定最佳反应PH确定废水中镁盐和磷酸盐的最佳投加比例，以实现最大氨氮去除率。(3)找寻价廉高效的沉淀药剂，提高鸟粪石回收氨氮的效率，同时降低处理成本。(4)废水中其他杂质对脱氮过程的影响机理研究。(5)MAP法与其他废水处理方法联合使用机理的研究，以实现处理成本的降低；(6)鸟粪石结晶装置的研究。(7)广泛开拓MAP的用途，使回收的MAP不仅能补偿药剂费用还能产生一定的经济效益，鸟粪石沉淀法脱氮除磷技术将得到大规模的推广使用，可能是未来高浓度氨氮废水处理的发展方向和优先选择[3]。1.2.2生化法目前，处理氨氮废水的生化法中有氧化沟法，A/O工艺，，SBR工艺，CASS工艺等。其原理使利用好氧菌的硝化性能和厌氧菌的反硝化性能，将废水中的NH4+转化成NO3-N,进而转化成氮气排入大气中。氧化沟法氧化沟法我国应用较多的一种污水处理工艺，具有传统活性污泥法的优点。其主要特点是流程简单，可不设初沉池，操作管理简便，运转方式灵活，可根据进出污水的水质选用脱氮除磷氧化沟（A2/O）或除氮氧化沟（A/O）[4]。但此工艺也有较多的缺点，比如：（1）进水中N、C、P容易诱发污泥膨胀；（2）若预处理设置不当，可能造成恶性循环式的系统缺氧状态。A/O工艺A/O工艺是一种前置反硝化生物脱氮流程,属于单级活性污泥脱氮工艺。在A池,回流硝化液中的硝态氮和亚硝态氮利用原水中和外加的碳源进行反硝化反应;在O池,原水中的氨氮进行硝化反应,同时残余的有机物得到充分降解[5]。SBR工艺SBR工艺，全称是序批式活性污泥法，是集“注水—反应—排水”为一体的在流态上完全混合的反应器。在池中含有丰富的核糖核酸物质，可供反应器内的微生物生长的需求。此工艺会通过间歇式曝气的方式，合理运用活性污泥对污水进行处理，且处理效果极为理想，目前已在国内各城市污水处理厂中得到了广泛应用[6]。但参与反应的硝化细菌的生长周期较长，造成了脱氮反应慢的现状。其次，工艺自动化要求高，不易控制。CASS工艺CASS工艺是循环活性污泥工艺的简称，是由SBR工艺的演变而来，在池体中共含生物选择区、兼性区和主反应区，CASS工艺实现了对污水处理从好氧到缺氧再到厌氧的交替运行，从而达到了对生活污水进行脱氮除磷的作用[7]。但此工艺也存在一些弊端：（1）对水质水量有一定的要求，此项工艺不能适应高峰期的水量变化，运行不稳定；（2）易发生曝气微孔堵塞现象。1.2.3离子交换法离子交换法是通过选用对NH4+具有较强选择吸附性的材料来降低废水中氨氮浓度的方法，并且这个吸附过程是可逆的。常用的吸附剂有活性炭，沸石等。一般用硅酸铝盐矿物沸石作为交换颗粒，因其内部具有较大空隙，对氨氮有非常强力的吸附能力，在其内部结构中发生交换，以达到降低氨氮浓度的作用。此过程是快速吸附，缓慢平衡的，吸附NH4+饱和的沸石其交换和吸附能力随之消失，需要对其再生，常用的再生方法有化学法，焚烧法，生物法等[8]。这种处理方法成本低，操作简便且工艺简单，可用于中底浓度的氨氮废水处理，但因此方法需要反复的更换树脂，且再生液中的氨氮也仍需处理，所以没有得到大规模的运用。1.2.4折点氯化法折点氯化法是将氯气或者次氯酸钠通入氨氮废水中将废水中的氨氮转化为氮气排入大气的化学脱氮工艺。当通入的氯气在水中达到某一点时水中游离氯含量最低,而此时氨的浓度降为零;当氯气通入量超过该点时,水中的游离氯就会增多,同时NH4+-N或胺就被氧化分解成N2,把该点称为折点[9]。该法对氨氮的去除效果极好，并且十分稳定，不易受温度影响，还可使废水达到消毒的目的；但其投资较大，且只适合于处理低浓度氨氮废水，通常与其他处理氨氮方法联用。1.3污泥处理由废水处理工艺系统，如初沉池，二沉池等沉淀分离产生的污泥，其中可能还含有大量的有害物质，若不经处理地随意的填埋堆放，将会给环境带来更大的危害。当前，普遍存在污泥随意丢弃、倾倒的现象,由此引发的二次污染问题已不容忽视[10]。我国是发展中国家，在发展的同时，我国也非常注重环境保护。现如今，我国的污水处理技术已经非常成熟，但在污泥处理方面还有待学习引进与发展。污泥中含有大量的微生物以及胶体物质，特别是含水率的降低问题。经试验测试,污泥中的含水率降到50%以下,才能进行焚烧;含水率降至60%以下,才能填埋。目前,我国污泥处理流程以浓缩、消化、脱水为主[11]。1.4本课题主要研究内容本课题的目的是设计一个合成氨的污水处理厂，包括一级二级和深度处理，以达到国家一级排放标准。使毕业生应用所学知识，学会选择工艺路线的思想方法，达到熟练进行工艺参数的计算、熟练使用CAD和选择设备的目的。需要完成以下几项主要任务：1.寻找处理效果好、经济适用的工艺路线。2.计算需要的构筑物、管线、设备等。3.用计算机通过CAD软件绘制标准的平面图、工艺流程（高程）图、一些主要构筑物图及管线分布图。第2章处理工艺的选择处理工艺的选择2.1原始数据经过搜集资料，此合成氨厂大约产生污水12000吨/天，污水水质如下表1：表2-1污水水质（单位mg/l)项目pH值化学需氧量氨氮SS进水8.0-9.5340510180而根据GB13458-2001，合成氨工业水污染物排放标准，对其出水水质污染物最高允许排放限值如下表2：表2-2污水排放标准（单位mg/l)项目氨氮化学需氧量氰化物SS石油类挥发酚硫化物pH值出水401000.26050.10.506-92.2本课题主要实验方案由上可知，与传统生化法、离子交换法、折点氯化法相比，MAP法的工艺简单，操作方便，反应速度快，且受温度和杂质等因素的干扰小，这种方法还能适应各种浓度氨氮废水的变化，尤其是处理高浓度氨氮废水。MAP法对脱除氨氮的效果极好，一般可达90%以上，还能实现氨氮废水的资源化。那些陈旧的工艺都是将废水中的氨氮转化成无害的氮气排入大气，虽然治理了氨氮污染，但也浪费了氨氮资源。作为一种新型的处理氨氮废水的工艺，与传统工艺不同的是，MAP法是利用Mg2+和PO43-与废水中的NH4+发生反应，使其生成磷酸铵镁沉淀。磷酸铵镁可作为高效的复合肥，因此该法还有较高的经济价值。根据水质，进水中不仅具有高浓度氨氮，还具有较高COD,因此采用MAP-A/O工艺对该厂的高浓度氨氮进行了资源化处理。工艺流程图如下:沉淀处理车间MAP反应池调节池初沉池进水格栅沉淀处理车间MAP反应池调节池初沉池进水格栅剩余污泥剩余污泥出水出水二沉池好氧池缺氧池二沉池好氧池缺氧池污泥回流污泥回流压滤液压滤液污泥浓缩池集泥池泥饼污泥脱水机污泥浓缩池集泥池泥饼污泥脱水机表2-3：工艺预计处理效果名称项目氨氮(mg/L)COD(mg/L)SS(mg/L)格栅+调节池进水510340180出水510289144去除率15%20%初沉池进水510289144出水510274.528.8去除率5%80%MAP反应池进水510274.528.8出水5124727.36去除率90%10%5%缺氧池进水5124727.36出水35.7172.921.9去除率30%30%20%好氧池进水35.7172.921.9出水8.9369.215.3去除率75%60%30%二沉池进水8.9369.215.3出水8.9365.73.9去除率5%75%第3章设计计算书第3章设计计算书3.1格栅3.1.1格栅概述格栅是由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属筛网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进水口或污水处理构筑物的前端，用来截留污水中较粗的大的漂浮物和悬浮物，防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器管道阀门、进出水口，减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行。格栅按形状不同可分为平面格栅和曲面格栅；按栅条间隙不同分为粗、中、细格栅；按清渣方式可分为人工清除格栅、机械清除格栅和水力清除格栅。1.2格栅计算1.栅条的间隙宽度（3-1）式中n—格栅的栅条间隙数（个）；Q设—污水设计流量（m3/d）；12000m3/d=0.14m3/hα—格栅倾斜角度（゜）；b—格栅栅条间隙宽度（m）；h—格栅的栅前水深（m）；v—过栅的流速（m/s）。设计中，设h=0.4m；v=0.9m/s；b=0.02；α=60O个2.栅槽宽度本设计中取栅条宽度S=0.01m(3-2)式中B—格栅栅槽宽度（m）；S—每根格栅栅条的宽度（m）。3.进水渠道的渐宽部分的长度（3-3）设进水渠道宽度为B1=0.4m，其渐宽部分的展开角度为α1=20O（设计进水渠道水流速度为0.7m/s）。4.栅槽与出水渠道的连接处的渐窄部分的长度（3-4）5.污水流经格栅时的水头损失（3-5）式中h1—格栅水头损失（m）；β—格栅条的阻力系数；设计取β=2.42k—格栅SS或污染物堵塞时，其水头损失的增大系数。取k=3设栅条的断面，为矩形的断面。则通过格栅的水头损失为:6.栅后槽总高度(3-6)式中H—格栅后明渠的总高度（m）；h2—格栅后明渠的超高（m）,一般采用0.3-0.5m。本设计中取h2=0.3mm7.格栅栅槽的总长度（3-7）式中L—格栅栅槽总长度（m）；H1—格栅明渠的总深度（m）。本设计中H1=h+h2=0.4+0.3=0.7m8.每日格栅产生栅渣量（3-8）式中W—每日栅渣量（m3/d）；W1—每日每1000m3的污水的栅渣量。KZ—总变化系数，取KZ=1.5本设计采用细格栅，栅条间隙为10mm，这种情况下，取W1=0.05m3因此可采用机械清渣的方式进行清渣，利用皮带输送机输送栅渣，最后利用汽车将其运走。图1：格栅设计草图3.2初沉池3.2.1初沉池概述初沉池是一级污水处理系统的主要构筑物，或作为生物处理中预处理的构筑物。对于一般的城镇污水，初沉池的去除对象是悬浮固体，可以去除40%～55%SS,同时可去除20%～30%BOD5，可降低后续生物处理构筑物的有机负荷。本设计采用平流式初沉池，其优点是：对冲击负荷和温度变化的适应能力强，施工简单，造价低，沉淀效果好。3.2.2初沉池设计参数池长不应大于60m，一般在30～50m之间，长宽比不小于4，长深比介于8～12之间。选用机械排泥，池宽由排泥设备而定。排泥机械行进速度选0.6m/min。机械排泥时，缓冲层取0.3m。本次设计池底采用两个集泥斗，分别设有排泥管及闸阀。按照表面负荷计算，颗粒沉降速度0.4mm/s，以水平流速校核，最大为0.7mm/s。池子进水采用穿孔花墙，出水采用溢流集水槽整流，堰选取锯齿三角堰。进出水口设挡板，不得小于0.25m。在出水堰前设置收集及排除浮渣的设施。污泥斗采取平面为方形口。3.2.2初沉池设计计算设颗粒的沉降速度为0.4mm/s（1.44m/h），即表面负荷q0=1.44m3/m2·h，沉淀时间t0=6min。为使设计留有余地将表面负荷缩小1.5倍，沉淀时间放大1.75倍。即：h（3-9）（3-10）Qmax=12000m3/d=500m3/h沉淀区表面积（3-11）式中A—沉淀区表面积，m2q—表面水力负荷，m3/m2·h采用两格沉淀池，每个池表面积为A1=260.42m2，处理量Q1=250m3/h。沉淀池有效水深（3-12）式中h2—设计有效水深，mt—设计沉淀时间，h沉淀池长度取池宽6m，则池长（3-13）取43.5m。长宽比=43.5/6=7.25＞4，符合要求。污泥区容积（3-14）式中Vw—污泥区容积,m3。C0，C1—进出水悬浮物浓度，mg/L。由上计算得C0=144mg/L,C1=28.8mg/L。—污泥容重，一般取1000kg/m3P—污泥含水率，取97%。则每个沉淀池的污泥量为23.04m3。污泥斗的容积（3-15）式中h4—污泥区高度，m。f1—污泥斗上口面积，m2。f2—污泥斗下口面积，m2。上口长度6m，下口长度0.4m，所以h4=2.8m。则：即每个污泥斗可存1天的污泥，设两个污泥斗，则可容纳2天污泥量。池的总高度（3-16）式中h1—沉淀池超高，一般取0.3m。h2—沉淀区有效水深，m。h3—缓冲区高度，取0.6m。则H=0.3+1.68+0.6+2.8=5.38m沉淀池总长度流入口至挡板距离取0.5m，流出口至挡板取0.3m。则L=0.5+0.3+43.5=44.3m图2：初沉池设计草图3.3调节池3.3.1调节池概述无论是工业废水还是生活污水，水质和水量在24h内都有波动变化。这种变化对废水处理设备，尤其是生物处理设备正常发挥其净化功能是不利的，甚至造成破坏。因此，应在废水处理系统之前设置调节池，用以进行水量和水质的均化，调节pH，以保证废水处理的正常运行。3.3.2调节池计算1.调节池水力停留时间，一般4～12h，连续进水取4h，间断进水取12h。本设计中采用连续进水故取4h。2.调节池容积（3-17）式中Qmax—最大设计水量，m3/h。KZ—总变化系数，取KZ=1.5。T—水力停留时间。=3000m33.调节池面积取有效水深2m则：（3-18）取取调节池保护水深取0.5m，则实际水深H=2+0.5=2.5m。超高0.5m池底坡度取0.01。总高为3m。3.4MAP反应池3.4.1反应原理在池中投加镁盐和磷酸盐使NH4+生成难溶性复盐MgNH4PO4·6H2O沉淀除去，沉淀可作为肥料回收利用，以降低水处理成本。要达到最佳的处理效果，反应的PH值应当控制8～9.5，反应时间1h左右，选择Mgcl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O作为沉淀剂，投加摩尔比nMg2+:nPO43+:nNH4+=1.25:1:1反应比较完全。3.4.2设计计算1.反应池容积(3-19)式中Qmax—最大设计流量，m3/h。KZ—总变化系数，取KZ=1.5。T—水力停留时间，h。设计中取2h。则反应池面积取有效水深2m，则m2则取长宽共设6座反应池，3用3停，轮流进水反应。取保护水深0.5m，超高0.5m，则池高H=2+0.5+0.5=3m每座反应池上配有一台搅拌机，LFJ-1700型，功率10kw。加药量计算按照废水中氨氮去除率以90%计，去除1m3废水中NH4+需要PO43-和Mg2+各13.1mol，以最佳摩尔配比来计算，需Mg2+16.375mol，能够产生沉淀13.1mol。即需要Mgcl2·6H2O16.375mol和Na2HPO4·12H2O13.1mol。(3-20)则沉淀质量磷酸铵镁密度，沉淀体积则一日产生沉淀M=2.79m3沉淀污泥斗设为可存两天左右污泥池底坡度取0.015，则倾斜部分高0.075m反应池总高图3：MAP反应池设计草图3.5A/O工艺3.5.1工艺概述A/O工艺法也叫厌氧好氧工艺法，A(Anaerobic)是厌氧段，用与脱氮除磷；O(Oxic)是好氧段，用于除水中的有机物。它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能，是将厌氧水解技术用为活性污泥的前处理，所以A/O法是改进的活性污泥法。3.5.2设计计算水力停留时间取HRT=8h，t缺氧=2h，t好氧=6h，污泥浓度3000mg/L,污泥回流比100%。反应池容积（3-21）式中V—反应池容积，m3。Q—设计水量，m3/h。t—水力停留时间，h。反应池面积取有效水深h=2m，超高0.5m。则设为4廊道，第一廊道为缺氧段，后三廊道为好氧段，共设2组A/O反应池。取廊道宽b=7m，则廊道长：（3-22）进出水系统计算进水管道取DN600,流速取0.6m/s，进水渠宽1.2m，设置渠内水水深1.0m渠道内最大流速为（3-23）本设计中采用潜孔进水，潜孔面积(3-24)式中v2—孔口流动速度，一般取0.2～1.5m/s，设计者取0.2m/s。设每个孔口尺寸为，则孔数出水采用矩形薄壁堰，堰上水头为（3-25）式中H—堰上水头m—流量系数，一般取0.4～0.5，本设计取0.4b—堰上宽度7m，与反应池相同。4.剩余污泥量(3-26)式中W—剩余的污泥量（kg/d）；a—污泥产率的系数，一般情况下采用0.5-0.7，本设计取0.5：b—污泥自身的氧化系数，一般情况下采用0.05-0.1，本设计取0.05：Lr—反应池去除SS的浓度（kg/m3）；Sr—反应池去除BOD浓度（kg/m3），以去除COD代替。降解COD量内源呼吸分解泥量不可降解的生物和惰性悬浮物产泥量，设计中该部分占总悬浮物50%W=527.4Kg/d需氧量计算（3-27）（3-28）（3-29）式中Yobs—表观污泥产率;Y—活性污泥产率系数，取0.6kgMLVSS/kgBOD5;Kd—内源代谢系数，取0.08d-1；S0—进水平均BOD5值，mg/l；Se—出水平均BOD5值，mg/l；NK—进水总凯氏氮浓度，g/m3；Nke—出水总凯氏氮浓度，g/m3；Qc—污泥龄，15d。供气系统选用Wm-180型网状微孔空气扩散器，其服务面积为0.49m3，最大供气量为2700m3/h，将其敷设在距离底部0.5m高度。本设计采取每座曝气池设置10根曝气竖管，则共需120根配气管。则每根配气225m3/h。个数2000/0.49=4082个，所需4082/120=34个，即每根曝气竖管上安装34个空气扩散器。见下图：图4：A/O反应池草图3.6二沉池3.6.1二沉池概述二次沉淀池位于生物处理单元之后，其作用是使混合液澄清、污泥浓缩并且将分离的污泥回流到生物反应池。它的工作效果将直接影响系统出水水质和回流污泥浓度。本次设计中采用周边进水周边出水辐流式二沉池，是让污水由沉淀池的中心管道进入，流向中心管的顶端，，沿着中心管的四周的花墙流出。污水由辐流沉淀池的中心向四周流动，流动速度由大变小，污水中的杂质、悬浮物等在重力作用下沉淀到沉淀池的底部，最后用刮泥机使污泥推到污泥斗后排出，或者用吸泥机把污泥吸出，排走。3.6.2设计计算1.沉淀部分的有效面积A=（3-30）式中F—沉淀部分的有效面积（m2）；Q—设计流量（m3/s）；q´—表面负荷[m3/(m2·h)]，一般情况采用1.5-3.0m3/(m2·h)。本设计中令沉淀池的表面负荷为q´=1.5m3/(m2·h)A==336m2设计一座沉淀池。2.沉淀池直径D=(3-31)式中D—沉淀池的直径（m）。D==20.68m，取22m。实际水面面积（3-32）实际负荷故负荷要求。4.沉淀池部分的有效水深h1=q×t(3-33)式中h1—沉淀池的有效深度（m）；t—沉淀时间（h）,一般情况下采用1-3h，设计中取2hh1=q×t=1.5×2=3m5.污泥部分所需要的容积（1）按污泥浓度计算（3-34）式中X—污泥浓度，取4000mg/l；R—污泥回流比，取80%；Xr—回流污泥浓度。采用间歇式排泥，设计中取排泥间隔2h。(3-35)本设计采用周边传动的刮泥机，其刮泥的线速度为2-3m/min。最终，由静压力排出沉淀池。（2）污泥斗的容积的计算本设计中，辐流沉淀池的池底设计成池底坡度为0.05，刮泥机在连续刮泥后，将所收集的污泥排入到污泥斗中，本设计选择圆台形的污泥斗，设计污泥斗的上口半径为2m，池的底部的半径尺寸为1m。倾斜角为60O。污泥斗容积V5=（3-36）式中V1—污泥斗的容积（m3）；h5—污泥斗的高度（m）；a—污泥斗的上口的边长（m）；a1—污泥斗的底部的边长（m）；mV5=沉淀池底部的圆锥体的体积V2=（3-37）式中V2—沉淀池的底部的圆锥体的体积（m3）；h4—沉淀池的底部的圆锥体积的高度（m）；R—沉淀池的半径（m）；r—沉淀池的底V的中心圆的半径（m）。圆锥体高度的计算h4=(R-r1)×i（3-38）式中R—沉淀池的半径（m）；r1—沉淀池的进水井的半径（m），取1.0m；i—沉淀池底的坡度，取0.05。h4=(R-r1)×i=(11-2.0)×0.05=0.45m因此，圆锥部分容积为V4==69.24m3则污泥区还需容积V3=V1-V4-V5=553.8-12.7-69.24=471.86m3高度为6.沉淀池的总高度的计算H=h+h1+h2+h3+h4+h5式中H—沉淀池的总高度（m）；h—沉淀池的超高（m），取0.3m；h1—沉淀池的有效深度（m）；h2—沉淀池的缓冲层的高度，取0.3m；h3—储泥区高度，mh4—沉淀池的底部的圆锥体积的高度（m）；h5—污泥斗的高度（m）。H=0.3+3.0+0.3+1.24+0.45+1.73=7.02m7.沉淀池的进水设计（1）本设计采取中心进水，水流通过配水花墙，以及稳流罩向沉淀池的四周流动进水管采用钢管，直径DN=600mm，在进水管道的顶部设置穿孔花墙进行配水。当回流比为80%时，二沉池进水管设计流量为（3-39）则流速进水竖井计算进水竖井直径D=2000mm，采用多孔配水，配水口尺寸为，共设8个沿井壁均匀分布，流速孔距设壁厚为0.15m则D外=2+0.15×2=2.3m稳流罩计算稳流筒过流面积(3-40)式中v—稳流筒流速，一般取0.03～0.02m/s，设计中取0.03m/s。稳流筒直径出水部分设计集水槽计算考虑集水槽为矩形断面，取底部宽b=0.6m，集水槽外缘距离池边0.5m，集水槽壁厚宽度0.6+0.15×2=0.9m设计中采用(3-41)式中α—安全系数，取1.5。集水槽内水流速度为符合要求。采用双侧集水环形集水槽计算，槽内终点水深为（3-42）槽内起点水深为（3-43）式中hk—槽内临界水深；（3-44）式中α—系数，一般取1.0。槽内水深0.6m，取超高0.3m，总高0.9m。水力计算湿周水力半径水流坡度则沿程损失为h1=0.048×63.114=0.03m局部按沿程30%计，则集水槽内水头损失为h=（1+0.3）h1=0.039m出水堰计算采用的是90O的三角形的出水堰，设计三角堰宽为0.16m，深度为0.08m，则长个三角堰水流量三角堰有效水深堰上负荷q1=(3-45)式中q1—堰上的负荷[L/(s·m)]，一般情况下，小于2.9[L/(s·m)]；D1—三角堰的出水渠道的平均直径（m）。q1==1.25[L/(s·m)]因此数据合理。图5：二沉池设计草图3.6.3配水井计算进水管管径D1取进水流速为v1=0.8m/s，则，取500mm；出水管径D2,取两根，设计流量Q1=Q/2=0.07m3/s，出水流速0.6m/s，，取400mm；进水井直径D3，上升流速取0.3m/s，，取800mm；堰上水头，进水周长L=D3=2.512m；出水井隔墙厚度取0.2m，出水堰宽度，出水堰按薄壁厚计算，流量系数m0=0.42，堰上水头，取0.2m；堰高取1.0m。出水井直径，为方便检修，出水井宽度0.8m，则出水井直径配水井高度进水井水深H3=H1+H2=1.7m出水井水深H4=H2-0.1=1.4m超高取0.3m池总高H=H3+H4+0.3=3.4m3.7污泥处理部分设计计算3.7.1概述来自前端各构筑物处理产生的污泥由集泥池收集，再经过污泥浓缩池降低含水率，大幅减少污泥体积。目的是做到减量化，稳定化和无害化，以及污泥的资源化综合利用。本次设计采用矩形气浮浓缩池，适用于相对密度接近于1的活性污泥，污泥浓缩前的含水率为99%，浓缩后含水率95%。3.7.2集泥池计算来自前端构筑物的污泥大约有610m3/d，设泥面深2m，超高0.5m，则集泥池面积，设计时应当有预留，所以取长×宽=20m×16m=320m2。3.7.3污泥浓缩池计算采用的是矩形气浮浓缩池，污泥量Q=610m3/d＜100m3/h。本次设计选取空气溶解度Cs=18.7mL/L,空气容重Pt=1.164g/L，溶气效率f=0.5，固体负荷率M=45kg/m2·d。理论释放空气量(3-46)式中：A—大气压时的释放的空气量；Pt—空气容重，g/L；CS—空气溶解度，mL/L；f—溶气效率；P—绝对大气压，取5kg/cm2；R—压力水回流量。气浮的污泥干重（3-47）式中：S—污泥干重；Q—污泥量；Sa—污泥浓度，取5kg/m3。气固比可写为（3-48）压力水回流量(3-49)取气固比为0.03，则R=2802m3/d=116.8m3/h，相当于460%。则总流量为610+2802.43=3412.43m3/d=142.2m3/h。则所需空气量A=1.164×18.7×（0.5×5-1）×2802.43/1000=91.5kg/d。当空气为0℃，一个大气压时，空气容重为1.252kg/m3，则（3-50）计算所得空气量是理论值，在乘以2是实际值，则：气浮浓缩池表面积计算污泥干重为S=Q×Sa=610×5=3050kg/d，，设长宽比为4，则取L×B=17×4=68m2。气浮池高度（3-51）式中—有效水深，m；d1—分离区高度，m；d2—浓缩区高度，m；d3—死水区高度，一般取0.1m。水面速度取v=5mm/s=18m/h，则过水断面;，取2m；；；；取超高h4=0.3m，刮泥板高度h5=0.3m；所以浓缩池总高；校核表面水力负荷（3-52）校核停留时间（3-53）故符合要求。溶气罐容积按停留时间3分钟计算，则（3-54）取溶气罐直径D=1.5m，溶气罐高度（3-55）溶气罐的直径和高度为1：2.2，符合设计要求。图6：污泥浓缩池设计草图3.7.4污泥脱水设备计算污泥脱水设备选用带式压滤机，特点是把压力施加在滤布上，依靠滤布的压力是污泥脱水，污泥浓缩前污泥含水率99%，经污泥浓缩池处理后的污泥含水率95%，由带式压滤机脱水后，泥饼含水率80%。剩余污泥量计算Q=（3-56）式中Q0—脱水前污泥量（m3/d）。Q==122m3/d=118.45t/d=4.93t/h密度为1.03t/m3带式压滤机计算选用QTB-2000型带式压滤机，其滤带宽度2m，处理污泥量18～30m3/h，外观尺寸3400×2650×3300，功率20kw，每天工作时间8h。滤饼产量（3-57）式中w2—滤饼产量，t/h；m—滤饼厚度，一般取0.006～0.01m，取0.008m；v—滤带移动速度，一般取3～6m/min，取3m/min；—湿泥饼密度，一般取1.03t/m3.k—单位换算系数，0.85（2）污泥处理量（3-58）式中w1—处理污泥量，t/h；P3—泥饼含水率，%。压滤机数量，取2台3.8计量设备污水厂中的常用的计量设备有，巴氏计量槽、电磁流量计、超声波流量计等。各设备优缺点比较见表。1.流量计算公式Q=（3-59）式中H1—上游水深（m），取H1=0.6。Q—设计流量（m3/s）Q==0.42m3/s表3-1计量设备比较名称优点缺点适用范围巴氏计量槽水头的损失比较小，不容易沉淀，操作简便技术要求高，数据不能自动记录大型、中型、小型污水厂薄壁堰设备稳定，便于操作污泥比较容易沉淀，水头损失大小型污水厂电磁流量计不容易堵塞，水头损失小，精确度高.价格贵，维修难大型、中型污水厂超声波的流量计水头的损失小，不容易堵塞，精确度高，数据自动记录价格贵，维修难大型、中型污水厂涡流流量计精度高，数据自动记录维修难中型、小型污水厂L1=0.5b+1.2(3-60)式中L1—进水渠道渐缩部分长度（m）；b—喉管宽度（m）。设计喉管的宽度为0.4m。L1=0.5×0.4+1.2m=1.4m设计中，L2为喉管的长度，取0.6m；L3为出水渠道的渐扩管的长度，取0.9m。B1=1.2b+0.48(3-61)式中B1—进水最大宽度（m）。B1=1.2×0.4+0.48=0.96m设出水渠道最大宽度为B2B2=b+0.3(3-62)B2=0.4+0.3=0.7m3.9附属设备选择A/O生物处理反应池中所需曝气量为2700m3/h，选用JGR200型罗茨风机，口径200mm，流量46.05m3/min，排出压力9.8kPa，功率200kw，设计两台，一用一备。污泥提升泵选择AS16-2CB,流量29m3/h，功率1.5kw，并在二沉池中设污泥回流泵，选用QJB-W7.5型污泥回流泵，功率1.5kw。第4章高程布置第4章高程布置4.1高程布置的原则尽量采用重力流，减少提升，以降低电耗，方便运行。一般污水经过一次提升就能靠重力通过整个处理系统，中间一般不再加压提升。水力计算时，一般以最大日流量作为设计流量。出水管渠高程，应使最后一个处理构筑物的出水能自流或经提升后排出。高程布置的水头损失包括：水流流过各处理构筑物的水头损失、构筑物间的连接管渠中的沿程损失与局部损失，以及水流经过计量设备的水头损失。4.2水力损失计算高程计算采用相对高程，设地面高程为0m，厂区高程设计的最低点为出水口巴氏计量槽，出水标高-1.0m，考虑厂区构筑物及管路水头损失，逆推计算至提升泵房出水口，并结合进水提升高度进行水泵选型。具体计算如下：巴氏计量槽至二沉池出水口沿程损失：L=15m，i=0.8%,则。局部损失：二沉池至地面窨井跌水1.0m。二沉池出水口至配水井沿程损失：二沉池出水槽水损。二沉池中心至出水三角堰取1.0m。二沉池中心至配水井。局部损失：出水槽按30%沿程计，则为0.01m。二沉池中心配水取0.1m。三角堰跌水取0.2m。配水井跌水取0.3m。配水井至好氧池沿程损失：局部损失：好氧池至地面窨井跌水0.5m，水损及出口取0.1m。好氧池至缺氧池沿程损失取0.1m缺氧池至MAP反应池流速取1m/s，管径600mm沿程损失：。局部损失：0.2m。MAP反应池至调节池流速取1m/s，管径600mm。沿程损失：。局部损失：0m。调节池至初沉池流速取1m/s，管径600mm。沿程损失：弯头一个。局部损失：0.4m。初沉池至格栅流速0.9m/s，管径600mm。沿程损失：。过栅损失：0.097m。局部损失：0.2m。格栅至提升泵沿程损失取0.02m。局部损失取0.07m，提升泵出口跌水0.3m。二沉池至污泥池设计流速1m/s，管径800mm。沿程损失：。局部损失：进出水口各一个弯头。表4-1：水力损失计算汇总表（单位：m）名称沿程损失局部损失总损失末点水面高程巴氏计量槽至配水井0.121.01.12-0.12二沉池出口至配水井1.080.611.692.07配水井至好氧池0.0320.600.6323.202好氧池至缺氧池0.1000.103.302缺氧池至MAP反应池0.0420.200.2423.544MAP反应池至调节池0.04200.0423.586调节池至初沉池0.1230.400.5234.109初沉池至格栅0.1320.20.3324.441格栅至提升泵0.020.370.394.8314.3构筑物高程计算二沉池水面标高2.07m。池顶标高2.07+0.3=2.37m。池底表高2.37-7.02=-4.65m。故采用半地下式结构。配水井水面标高2.07+0.3+0.5=2.87m。池顶标高2.87+0.5=3.37m。池底标高3.37-3.4=-0.03m。故采用半地下式结构。A/O池水面标高：好氧区3.202m,缺氧池3.302m。池顶标高3.202+0.5=3.702m。池底标高3.702-2.5=1.202m。采用地上式结构。MAP反应池水面标高3.544m。池顶标高3.544+0.5=3.944m。池底标高3.944-5.075=-1.131m。故采用半地下式。调节池水面标高3.586m。池顶标高3.586+0.5=4.086m。池底标高4.086-3=1.086m。故采用地上式结构。初沉池水面标高4.441m。池顶标高4.441+0.3=4.741m。池底标高4.741-5.38=-0.639m。提升泵出口标高4.731m。进水口标高-2.0m。泵房水面标高-2.0-0.3=-2.3m。池底标高-2.3-3=-5.3m。池顶标高0.3m。集泥池泥面标高2.07-0.032-0.1=1.938m。池顶标高1.938+0.5=2.438m。池底标高2.438-2.5=-0.062m。由集泥池重力跌落到污泥浓缩池，跌落高度0.3m则污泥浓缩池泥面高度1.938-0.3=1.638m。池顶标高1.638+0.6=2.238m。池底标高2.238-3.9=-1.662m。故提升水泵抬升高度为5.3+4.731=10.031m。选择200WQ250-11-15型潜水泵，其流量250m3/h，扬程11m，配用电功率15kw，共选择2台，同时运行。表4-2：各构筑物高程一览表（单位：m）名称水面高程池顶高程池底高程二沉池2.072.37-4.65配水井2.853.37-0.03A/O池好氧段3.2023.7021.202缺氧段3.3023.7021.202MAP反应池3.5443.944-4.506调节池3.5864.0861.086初沉池4.4414.741-0.639集泥池1.9382.438-0.062污泥浓缩池1.6382.238-1.662第5章平面布置第5章平面布置5.1平面布置的原则设计布置按照《室外排水设计规范》相应条款进行设计，与城市总体规划相衔接，并与周边环境相协调。按照功能分区，污泥处理构筑物，污水处理构筑物以及生产，生活区集中，合理布置，便于生产管理，保障生产安全。污水处理系统应当布置在生活、生产区的年主导风向的下风向。根据生产需要，构筑物布置应尽量紧凑、顺畅，避免迂回，便于操作管理，管线不能埋在构筑物的下面，以便检修施工处理场内绿化面积一般不小于总面积的30%。力求经济合理利用土地，减少占地面积，尽量减少厂区挖方和填方量。以节省投资。5.2平面布置本次设计是北方某年产48万吨合成氨厂污水处理工艺的设计，厂区按照不同的功能分区将整个厂区分为生产区、辅助生产区、生活区、污水处理区、污泥处理区。年主导风向为东北风，厂区大门设在东面，生活区设在东北方，处于主导风向的上风向，综合楼在东面，厂房在东南方，污水处理系统设在厂区和生活区的西面。污水处理进水来自于厂房的合成氨废水，依次经过格栅，初沉池，调节池，MAP反应池，A/O池，二沉池，巴氏计量槽，出水向西排向城市污水管线。污泥处理系统处于污水处理系统的南面。污水处理系统附属设备有鼓风机房，机修车间，储药房，设在A/O生物处理池附近，以便曝气，加药。总厂区占地21450m2，道路宽6m。总绿化面积约6000m2，约占总面积的30%。表5-1：附属构筑物一览表附属构筑物名称平面尺寸/m2结构类型数量/座污泥处理车间10×10砖石混凝土1鼓风机房20×10砖石混凝土1机修房10×6砖石混凝土1储药房5×10砖石混凝土1厂房25×20砖石混凝土1综合楼30×15砖石混凝土1宿舍15×10砖石混凝土1食堂25×10砖石混凝土1第6章经济技术分析第6章经济技术分析6.1直接费用1.土建费（1）污水处理构筑物采用的是钢筋混凝土结构，墙体厚度取400mm，池底厚度取300mm。则各构筑物所需钢筋混凝土体积如下：a.污水提升泵房（含进水格栅）(10.8×3.8×6.3-10×3×5.6)+(0.4×3.7×3×2+3×0.4×3)=103.032m3b.平流式初沉池2×(44.3×0.4×2.58×2+6×0.4×2.58×2)+{[×3.1×(46.24+0.8+)-36]×2}=283.21m3c.调节池50.8×0.4×3×2+30×0.4×3×2+50.8×30.8×0.3=663.31m3d.MAP反应池（25.8×0.4×3×2+30.8×0.4×3×2+25×0.4×3×2+23×0.3×3+2.3×0.4×2×3+0.3×2×2×2）×2=741.12m3e.A/O反应池（36.5×0.4×3×2+28×0.4×3×2+34×0.4×3×3）×2=554.4m3f.配水井（3.14×0.82×1.7-3.14×0.42×1.7）+（3.14×1.82×1.4-3.14×1.42×1.4）=8.2m3g.二沉池3.14×11.42×3.3-3.14×112×3.3+7.15+0.3×112×2=172.6m3h.集泥池20.8×0.4×3×2+16×0.4×3×2+20×16×0.3=184.32m3污泥浓缩池17.8×0.4×3.3×2+4×0.4×3.3×2+17×4×0.3=77.95m3故污水处理系统构筑物所需要的钢筋混凝土总量为V1=103.03+283.21+663.31+741.12+554.4+8.2+172.6+184.32+77.95=2788.14m3（2）挖方量a.污水提升泵房10×3×5.3=159m3b.平流初沉池×0.639×（36+0.16+）=8.21m3c.MAP反应池1.131×2×2×6=27.14m3d.配水井3.14×0.42×0.03=0.015m3f.二沉池12.7+69.24+3.14×112×0.63=321.3m3g.集泥池0.062×20×16=19.84m3h.污泥浓缩池1.162×17×4=79.016m3故总挖方量为V2=159+8.21+27.14+0.015+321.3+19.84+79.016=614.521m3由上可知，建设挖方量较少，可用于厂区其他附属构筑物的填方，不需外运。附属构筑物面积综合楼（三层）30×15×3=1350m2宿舍（四层）15×10×4=600m2食堂（二层）25×10×2=500m2厂房（四层）25×20×4=2000m2储药房5×10=50m2机修房10×6=60m2鼓风机房20×10=200m2污泥处理车间10×10=100m2故附属构筑物总面积为S=1350+600+500+2000+50+60+200+100=4860m2厂区道路面积约占5000m2，采用混凝土铺路，厚度0.3m，则道路共需混凝土1500m3；厂区绿化面积6000m2，照明系统设置路灯，共设20组，沿厂区道路均匀分布。根据《全国统一市政工程预算定额》，地面建筑附属构筑物按每平方米1300元计，道路混凝土按每立方米400元计，钢筋混凝土按每立方米1200元计，地面绿化按每立方80元计。则各项建设费用如下：构筑物混凝土费用：2788.14×1200=334.608万元挖方费用：614.521×100=31.4521万元厂区道路混凝土费用：1500×400=60万元绿化费用：6000×80=48万元地面构筑物费用：4860×1300=631.8万元污水及污泥管线投资50万元；道路照明系统，采用太阳能路灯，单价1200元，共计2.4万元；厂区总购地21450m2，每平方米按500元计，共需21450×500=1072.5万元；故土建总费用：334.608+61.4521+60+48+631.8+50+2.4+1072.5+1072.5=2260.76万元。2.设备费用各项构筑物附属机械设备名称，数量，单价及其合计见下表表6-1：机械设备名称数量费用名称型号数量单价/万元总价/万元污水潜水泵200WQ250-11-152台612污泥提升泵AS16-2CB1台33污泥回流泵QJB-W751台33带式压滤机QTB-2002台3876罗茨风机JGR2002台1020搅拌机LFJ-17006台318行车式刮泥机2台816周边式刮泥机1台2020机修车间配套设备2套2550污水处理系统分析测试项目，使用仪器及其价格如下表表6-2：分析测试项目，使用仪器及其价格表测试项目分析方法仪器数量/套价格/万元CODcr重铬酸钾法酸式滴定管及回流装置51.5氨氮纳式试剂分光光度法紫外分光光度计16.7PH玻璃电极法精密PH计31Do电化学探头法便携式溶氧仪13SS,MLSS,MLVSS重量发电子天平，烘箱24SV,SVI沉淀法量筒工作人员办公设备6套，每套2万元，共计12万元。各构筑物附属水量，水位，水质在线监测仪器，预计投资50万元，具体如下：格栅前后超声波液位差计，2套；A/O生物反应池Do在线监测仪8套，缺氧池、好氧池每池各一套；A/O生物反应池MLSS在线监测仪8套，缺氧池、好氧池每池各一套；A/O生物反应池PH在线监仪8套，缺氧池、好氧池每池各一套；MAP反应池PH在线监测仪6套，每池一套；MAP加药计量电磁流量计12套，每池2套，分别用于计量Mgcl2·6H2O和Na2HPO4·12H2O。此外，厂区需配备电力设施一套（含输变电路），备用应急电源一条，预计100万元。由上可知，设备累计投资396.2万元。所以，a.直接费用2260.76+396.2=2656.96万元b.间接费用间接费用=直接费用×30%=797.09万元c.第二部分费用