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第七章水处理工程设计实例
实例一印染废水处理工程设计实例
一、根底资料
1,废水水量;10000m3/d
2,废水水质:
表9-1印染废水水质
PH
BOD5
CODcr
TSS
SS
色度
N
P
酚
Cu
Cr
Pb
硫化物

300
700
1200
100
300







二、设计原那么和工艺流程确实定
印染废水格栅调节池集水井泵房曝气池二沉池氧化池泵房气浮出水
上清液污泥浓缩池凝聚池脱水机泥饼
滤液
图9-1印染废水处理工艺流程
三、全过程设计计算
1调节池
设计流量为Q=10000m3/d=,设调节时间为3h,那么所需调节池有效容积为V=3×=,取调节池有效水深为5m,那么池外表积A==250m2,×,那么设计需要250/×=,实际采用2格。
集水井
设计流量Q=10000m3/d,,那么设计流量Qmax=12000m3/d=500m3/h=。设污水泵房选三用一备泵,=(l/s)。集水井有效容积按照一台泵流量的5min水量进行计算,那么V=×60×5/1000=。
取集水井有效水深为2m,那么其外表积A==,取集水井宽度为B=,那么其长度L=7/=,、,那么实际深度为H=++=。
污水泵
选用三用一备,=。泵所需自由水头H1=2m,从集水井底到曝气池高H2=+=8m,管路水头损失H3=,未计水头损失H4=,那么泵需要的总扬程高度为H=2+8+2+1=13m。
曝气池
采用分建式矩形回流管曝气池。设计流量Q=10000m3/d=,进水BOD5=300mg/l,曝气时间为T=5h,,污泥浓度MLSS=4g/l。采用6座曝气池,那么每座曝气池的处理流量为10000/6=/h。
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曝气区设计:有效容积为V1=×5=,底部锥体容积V2按照曝气区容积的2%计算为2%×=,那么总有效容积为V=V1+V2===。
取曝气池有效水深H1=,那么每池外表积为F1=V/H1==。采用正方形池型,尺寸为9m×9m=81m2。实际曝气时间为T=9×9×=。
,那么池总高度为H=+=。
×9×9=。
污泥回流设计:污泥回流倍数R=MLSS/RSS-MLSS,其中混合液活性污泥浓度MLSS=4g/l,回流污泥浓度RSS=6g/l(%)。那么R=4/6-4=2,回流比为200%。
导流窗:导流水量Q1=(1+2)×Q=3×=。设窗口区水流速度为v1=100mm/s=360m/h,那么窗口总过水面积为F4=Q1/v1==。设每池采用两个回流窗口,那么每个回流窗口的面积为F5==。设窗口深度b1=,那么窗口水深H4=F5/b1==,。
导流区设计:设导流区混合液水流下降速度v2=36m/h,那么导流区过流面积F2=Q1/v2==,设导流区的宽度与曝气池相同,那么导流区长度L=F2/b==,。那么导流区尺寸为:×9m×。
5曝气设备的选择与设计
每池每天去除BOD5的总量为(BOD5进-BOD5出)×Q1×24=(-)××24=450kgBOD5/d。需氧量计算公式为:R=a'(BOD5进-BOD5出)+b'MLSS。对于印染废水a'=,b'=。那么R=×450+××4=355kgO2/d=。,那么R'=×=。根据R'=Ro×(Csw-Cl)×(T-20)×α/Cso,式中水温T=30℃,Cl=,Cso=,α=,Csw=Cso×β×P/760=××745/760=。那么Ro=。曝气叶轮直径与其供氧能力的关系式为:Ro=,式中v为叶轮搅拌速度,,,那么计算结果叶轮直径D=,。叶轮功率N叶==,选择PE150型高强度外表曝气机,,叶片数为6,当v=,。配备电机功率为30kw。
6二沉池设计
,,在MLSS为4g/=。那么沉淀池容积为=×=,沉淀池的外表积为F==,设二沉池的宽度与曝气池相同,=。×=。,,污泥斗采用一只,上部尺寸为9m、下部尺寸为2m,,,那么污泥斗容积=[(9×9)+(2×2)]×=。二沉池总高度为H=+++=。×(1+2)=,污水中浓度为4g/l,×4=,%,=,=。
7剩余污泥计算
按照一般理论计算数值偏大,按照经验公式计算:剩余污泥量为=进水BOD5总量×
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(~),那么剩余污泥量为=10000×300×=1800kg/d,采用2000kg/d。%,那么每天排放的剩余污泥量为2000/6=,=。
营养物质计算
投加比例按照BOD5:N:P=100:5:1计算。废水中BOD5为300mg/l,按照去除100%计算,那么N需要量为10000×300×5/100×24==150kg/d。相应地P的需要量为30kg/d。印染废水中含有的N、P,根据有关资料为:N=,P=。那么废水中含:N=18kg/d=;P==。生活污水中含有的N、P
按照工厂4200人计算,男女比例为1:1,排水量标准为每人每天50l,那么生活污水总量为4200×=210m3/d=,考虑平安系数取9m3/h=216m3/d。根据一般资料,~,取25mg/l;~,取15mg/l。那么生活污水N、P总含量为:N=;P=。需要添加的N、P量:N=150-18-=126kg/l;P=30--=。参加N物质为硫酸铵,分子量为132,N为28,那么硫酸铵需要量为126×132/28=594kg/d;参加P物质为磷酸三钠,分子量为164,P=31,×164/31=。
氧化脱色系统设计
污水流量Q=10000m3/d=。加***量按照60mg/l计算,那么每天加***量为600kg/d。加***级为ZJ-L型转子加***机。
污泥浓缩池设计
采用间断静止浓缩池,设计浓缩时间为10h,=,浓缩后污泥含水率为98%。×10=。采用二只浓缩池,交替使用,,,有效深度为4m,×××4/4=。×(100-)/(100-98)==100m3/d。
脱水设备设计
选用板框压滤机二台,,那么按照每天24h运转计算每台板框压滤机所需的过滤面积为2000kg/×24×2=,采用15m2。污泥预处理时投加混凝剂进行调理,根据经验数据投加三***化铁(有效含量为45%)是,投加量按照3~5kg/T污泥计算。实际取用4kg/T污泥;~,;投加液体聚合铝,有效含量为8~10%,~,。那么:投加的三***化铁量为=×4==400kg/d;投加的聚合铝量为=×==55kg/d;投加的液体聚合铝量为=×==280kg/d。脱水后的污泥量:,脱水前的含水了为98%,脱水后的含水率取84%,×(100-98)/(100-84)==。假设储存7天,那么所需污泥堆场面积为90m2。
药剂及储存设计
①营养物质储存:N采用硫酸铵,每天用量为594kg,,按照储存15天计算,那么每次需要储存594×15=,,=,设堆高1m,那么所需的堆场面积为5m2,实际需要8m2的用地。P采用磷酸三钠(12个结晶水),,储存15天,
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×15=,,=,,=,实际需要5m2的用地。
②凝聚剂储存:采用液体的PAC,每天用量为280kg,储存30天,那么每次需要储存280×30=,,=7m3。需要10m3的储存池。
③液***:每天加***量为600kg,储存15天,共计储存9t,采用1t的液***钢瓶11只,那么所需仓库面积为12m2。
气浮池设计
废水理流量为1000t/d,分成3组,=。采用全加压工艺、溶气时间为3~4min,。×=。,。。溶气所需空气量按照处理水量的3%计算,×3%=。实际溶气量:水温为25℃,,空气在水中的溶解度为60ml/l,。那么实际溶气量为(60-)×=,设溶气效率为60%(一般为50~65%),=。选用Z-。溶气水泵的选用:,(溶气压力为35m、管道损失3m、)。选用6sh-9A水泵六台,三用三备。~180m3/h;~35m,功率为28kw。
气浮池池体的设计:外表负荷率设为4m3/,停留时间为40min。×40/60=。气浮池外表积为A==。=,采用3m。,。,那么池长为L==。
穿孔集水管:取每根集水管出水流量为25m3/h,=6根集水管。选用释放器:,=,采用34只,分两排布置,那么每排为17只。
药剂储存及高位药剂箱:投加PAC,浓度为8-10%,投加量为300mg/l,那么每天使用量为10000×=3000kg/d=125kg/h,按照储存20天计算,那么每次储存60t。,那么所需储存池容积为60/=50m3。高位塑料药剂箱容积按照一班考虑。那么每班需要的PAC为125×8=1000kg,所需容积为1t/=,采用1m××。碱药剂:30%的NaOH,投加量为100mg/l,每天用量为1t,储存20天,那么每次储存量为20t。,那么储存池容积为20/=15m3。高位碱药剂箱,按照一班考虑。×8=。=。
13电耗、原料消耗计算
①电耗:装机367kw,使用268kw。
②原料消耗:磷酸三钠47t/年;硫酸铵214t/年;液体PAC101t/年;液***216t/年。
废水处理本钱分析:
③药剂消消耗用:(1)液***:单价为540元/t,那么每天324元;(2)液体PAC:单价为400元/t,那么每天为100元;(3)磷酸三钠,单价900元/t,那么每天119元;硫酸铵单价185元/t,那么每天110元。
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电费:设照明用电功率为80kw/班,那么总用电量为268×24+80×2=,,那么每天电费2641元。
工资:10人,600元/月。那么每天200元。
总计费用为:324+100+119+110+2641+200=3494元/天。。
四、设计小结
通过设置调节池对印染废水的水质和水量有很好的均衡作用,保证了后续处理设施的高效运行;(2)合建式曝气池具有结构紧凑、耐冲击负荷能力较强及处理效果较好等优点;(3)加***化学氧化可以确保废水达标排放(特别是废水的色度);(4)污泥经过浓缩、脱水等处理大大较少了污泥的处置量,可有效地防治二次污染。
实例二***纶废水处理工程设计
一、根底资料
某大型油田化工总厂因丙烯***工程的扩建和3万吨***纶工程的新建将产生350m3/h含***污水。污水水量和水质情况:
表9-2***纶废水水质
序号
项目
丙烯***
装置
***纶装置
聚合
溶剂回收
纺丝
1
流量(m3/h)
125
70
55
100
2
pH值

4-5
6-12
6-8
3
BOD5(mg/l)
480
1033
180
11
4
CODcr(mg/l)
1500
3030
240
55
5
总碳(TOC)(mg/l)
683
180
70
6
总悬浮物(TSS)(mg/l)
120
343
36
11
7
总氮(TN)(mg/l)
0
250
120
20
8
氨氮(NH3-N)(mg/l)
150
0
0
0
9
硫***酸钠(NaSCN)(mg/l)
40
360
40
10
丙烯***(ACN)(mg/l)
356
0
0
11
低聚物(bSPN)(mg/l)
200
36
20
12
***化物(Cyanide)(mg/l)
5
3


13
硫化物(SulpHate)(mg/l)
1365
90
118
14
***化物(Chloride)(mg/l)
899
30
14
15
温度(℃)
常温
35-40
35-40
35-40
二、设计原那么和工艺流程确定
1污水处理工艺确实定
处理要求
表9-3***纶废水主要污染物去除效果分析
污染物种类
进水*〔mg/L〕
出水〔mg/L〕
去除量〔mg/L〕
去除率〔%〕
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1
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CODcr
1323
100
1223

BOD5
449
50
399

NH3-N**
138
25
113

***化物




硫化物
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所以在处理工艺的选择上有较高的要求。
(2)工艺选择及其依据
根据含***污水的水质特性及其具有较高的浓度冲击和毒性冲击的特点。通过对其他同类型污水处理工程的类比分析,对该污水处理工程的工艺简述如下。丙烯***、***纶生产污水是属难处理的化工污水之一,由于某些成分对微生物有抑制和毒害作用,降解缓慢,所以要使CODcr、NH3-N、***化物等多项指标到达排放要求采用单一的处理方法往往不能奏效,需采用生物、化学、生物物理等综合处理方法;否那么,如采用一种方法会造成基建或运行费过大的问题。如采用单一化学氧化的方法,会造成运行费用过高,采用单一生物法会造成基建费过高。对于难处理的石油化工污水可以采用多种方法相结合的工艺流程,对不同的处理阶段和不同的污染物采用相应的处理方法进行有效的处理,到达高效、经济、合理。由于污水的组成复杂,本工程采用化学法进行预处理,采用生物法进行主体处理,采用生物物理法进行后续处理,最终到达采用较低投资和运行本钱,实现处理出水达标的目的。预处理系统:为了排除高浓度及毒性的冲击,在预处理系统中必须设置事故池。在含***污水中主要防治***根浓度的冲击问题,一般情况下未经含***污水驯化后的微生物对***根的承受能力为1~2mg/L,经含***污水驯化后的微生物对***根的承受能力为3~5mg/L。当污水中的***根含量大于5mg/L时,微生物将产生中毒,在生化反响池中活性污泥会产生离散、上浮现象,微生物失去活性,出水水质恶化。由于丙烯***、***纶生产污水中***根浓度一般小于5mg/L,当生产系统出现故障或某工程的操作失误会造成生产污水中***根含量大于5mg/L时,处理系统将这一现象视为事故状态。预处理中将事故状态的高浓度含***污水排入事故池,采用小流量逐步排出的方法,再进入处理系统。其二,通过化学混凝气浮去除局部悬浮固体及胶状物质〔一局部低聚合物〕;混凝气浮对去除污水中悬浮物和胶状物是一种最有效的方法之一。在凝聚剂和助凝剂的作用下不仅能去除悬浮物和胶状物,同时还能去除一局部大分子结构的溶解性有机物。去除污水中的大分子结构的溶解性有机物采用混凝的化学法已被公认,然后通过生物水解酸化作用把剩余的大局部大分子有机物转化为小分子物质,即可提高BOD/COD比值,约为20%,COD的去除率可到达30~40%,使主体处理系统发挥更大的能力。主体处理系统:主体处理系统处理效果的好坏直接影响到能否达标的关键。选择具有同时去除C和N的生化工艺是比拟经济而有效的方法。3、后续处理系统:根据处理后出水水质要求到达COD≤100mg/L,NH3-N≤25mg/L等排放标准,在预处理、主体处理系统后,还必须参加后续处理系统来保证出水水质达标。在化工污水的处理过程中,一般通过预处理和主体处理系统后污水中的易生物降解物质均被去除,而存下一局部为难生物降解物质,如局部残留的大分子有机物(如低聚合物等)和微生物代谢物质,而这局部物质浓度低〔接近排放标准值〕,这些物质主要以COD值出现在水中,在普通的生化反响池内难以降解;在后续处理系统中必须选择具有对难降解物质能有效去除的工艺,才能保证处理后出水达标排放,同时还需为水资源的回用打好根底。
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工艺流程图
丙烯***污水1#集水池1#中和池1#事故池混凝气浮池3#集水池
***纶污水2#集水池2#中和池2#事故池
水解酸化池SBR反响池生物活性炭滤塔陶粒压滤器出水
图9-2***纶废水处理工艺流程
(4)工艺说明
预处理系统:丙烯***装置生产污水进入1#集水池,当污水中***化物浓度>5mg/L时,通过事故泵把污水打入1#事故池,反之污水进入1#中和池。根据类似污水处理工程的经验,污水经中和后可直接进行生化处理,但考虑到为生化处理减轻压力,污水经中和后进入混凝气浮池。***纶装置污水进入2#集水池,当污水中***化物浓度>5mg/L时,通过事故泵把污水打入2#事故池,反之污水进入2#中和池。由于***纶装置生产污水中含有较难处理的有机物如低聚物〔bSPN〕,根据类似污水进行的混凝沉淀小试经验,当投加适量的凝聚剂和高分子助凝剂可使污水中COD削减20~30%。丙烯***、***纶生产污水经混凝气浮后COD可从1323mg/L降至1058mg/L,去除率为20%。根据混凝气浮的原理通过投加适量的凝聚剂和助凝剂可使污水的悬浮物和一局部大分子结构的有机物去除,如局部的低聚合物。凝聚剂采用碱式***化铝,投加量为50mg/L,碱式***化铝不仅有较宽的PH适应范围并能与污水中硫化物进行反响。助凝剂采用聚丙烯酰***,投加量为1mg/L。污水经混凝气浮后进入3#集水池。丙烯***和***纶生产污水经中和、混凝气浮后进入3#集水池再用提升泵打入调节罐,污水经调节后水质和水量将得到稳定,污水再进入水解酸化池。水解酸化反响是微生物在厌氧条件下对有机物产生生化反响的前二个阶段,一般微生物在厌氧条件下对有机物产生四个阶段反响,其中水解与酸化阶段可称为水解酸化反响。水解酸化反响必须在厌氧条件下有机物被水解细菌和酸化细菌分解的一种生化反响。厌氧和兼性厌氧微生物的胞外酶对有机物进行水解,可使大分子有机物得到分解,生成可以被微生物利用的小分子的有机物。酸化反响是厌氧和兼性厌氧微生物对可利用的有机物使其转化为有机酸、醇、醛以及CO2、H2等简单物质。水解酸化反响一般可去除30~40%的COD,同时还能提高BOD/COD的比值,更有利于好氧生化处理。水解酸化反响池出水COD为741mg/L,去除率为30%,NH3-N的浓度将会升高,由于水解酸化反响使大局部有机物得到分解,其中含N有机物在分解时N在氨化菌的作用下产生NH3-N,从污水中的TN含量分析除少量用于生物机体合成,大局部的TN还存在于污水中,其浓度为138mg/L。关于BOD的去除量,由于水解酸化反响中BOD值有一定量的提高,用进出水中的BOD作为去除可能不真实。在此采用BOD/COD的比值估算水解酸化出水的BOD值,原污水BOD/,酸化出水BOD/COD提高20%,出水BOD为302mg/L。在酸化反响中由于污水可能缺磷,需要投加5mg/L的磷,以供生物生长的需要。
主体处理系统:丙烯***、***纶生产污水经预处理后,在主体处理系统内主要解决的污染指标为CODcr、NH3-N。采用什么样的生化处理工艺是对COD、NH3-N能否达标的关键,一般具有生物脱氮功能的工艺有:活性污泥法:(A/O工艺、氧化沟工艺、SBR工艺等);生物膜法(接触氧化A/O工艺、塔滤、生物转盘等)。其中,SBR工艺是一种将反响、沉淀、回流各工序放在同一个反响池内进行,提供一种以时间顺序为工作中心的污水处理工艺技术,主要用于污水水质水量变化较大的处理系统。
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图9-3SBR工作模型示意
根据SBR工艺运行模式,其操作由进水、曝气反响、沉淀、排出和闲置5个根本过程,从进水至闲置间的工作时间为一个周期。在一个周期内的5个过程都在一个反响池内按程序完成,整个处理系统可以通过二个或二个以上的反响池进行组合交替完成。由于SBR工艺流程短,反响过程在一个池内按时间程序完成,所以在时间程序中进水阶段可以降低曝气强度使池内产生缺氧状态,而曝气阶段的时间可根据实际反响时间而定。通过时间顺序可以对缺氧、好氧的比例进行调整,使处理系统更适应水质的变化和到达期望的出水标准;通过时间程序可控制沉淀出水水质,根据活性污泥的实际沉淀时间使出水SS浓度更低。
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图9-4SBR工艺运行周期
采用SBR工艺更适应本工程实施并具有如下优点:〔1〕SBR工艺由于具备可调性、管理灵巧性更适应水质的变化,同时SBR工艺具有较强的脱氮能力和耐冲击能力,使出水水质更为稳定。〔2〕SBR工艺流程简单,构筑物少,更适合改造工程的实施,可减少工程投资和运行管理费用。〔3〕由于SBR工艺不仅具有缺氧、好氧功能,更重要的是具有严格的推流型反响过程更适应对难分解有机物的降解。在SBR反响池内需投加硝化反响中必须的碱度和反硝化反响中易被生物分解的甲醇。
后续处理系统:为了出水水质能更有保证到达排放标准,后续处理系统的设置是必不可少的。后续处理系统采用臭氧生物活性炭工艺和压力陶粒过滤装置,臭氧生物活性炭工作原理为:污水中难分解的有机物通过活性炭的吸附作用,进入活性炭的内孔,再通过臭氧分解与活性炭内孔的好氧和兼性微生物进行长时间的分解,并使活性炭内孔恢复吸附能力。生物活性炭具有吸附、分解、再生、吸附的循环过程,活性炭不需要更换,可长期使用直至活性炭破碎流失。压力陶粒过滤装置与普通的砂滤器不同,陶粒为多孔材料,具有较大的吸附力,材料强度近次于石英砂,但质量轻于石英砂;采用陶粒作为过滤材料具有滤速高、不易堵塞、反冲洗强度低和节能等优点。压力陶粒过滤装置主要去除臭氧生物活性炭反响装置流出的SS。
三、全工艺过程设计与计算
1丙烯***污水
①1#集水池设计
1#集水池用于收集丙烯***生产污水。设计最高时污水流量为125m3/h,设计水力停留时间HRT=4h,那么其有效容积为125×4=500m3。设2只池子,那么每只为250m3。设计尺寸为:L=20m,B=,H有效=,。总尺寸为:20(长)×5(宽)×
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3(深)m×2。搅拌推进装置:2台,功率:。
②1#中和池设计
1#中和池调节丙烯***污水的PH。设计流量为125m3/h,设计HRT=1h,设计有效容积为125m3。设计尺寸为:20××,。搅拌推进装置:1台,功率:。
③1#事故池设计
1#事故池当丙烯***生产污水中CN->5mg/L时,污水进入事故池,随后采用小流量逐步排出的方法,进入1#集水池。设计HRT=4h,那么有效容积为500m3,有效尺寸:Æ8×,,。搅拌推进装置:1台,功率:。
2***纶污水
①1#集水池设计
2#集水池收集***纶生产污水。设计流量为225m3/h,设计HRT=4h,那么有效容积为900m3。共设4个池子。每池尺寸为:20××,。搅拌推进装置:2台,功率:。
②2#中和池设计
2#中和池调节***纶污水的pH。设计停留时间HRT=1h,设2个池子,每池设计尺寸:20××,。搅拌推进装置:1台,功率:,
③2#事故池设计
2#事故池当***纶生产污水中CN->5mg/L时,污水进入事故池,随后采用小流量逐步排出的方法,进入2#集水池。设计2个池子,每池尺寸为:Æ8×,超高为1m,,。搅拌推进装置:1台,功率:。
3混合污水
混合污水:设计流量为350m3/h,进水水质为:COD=1323g/l,BOD5=449mg/l,TSS=135mg/l,CN-=,NH3-N=138mg/l。
①混凝气浮池设计
设2个混凝气浮池,每池处理量为175m3/h,采用全加压式工艺,