城市污水处理项目方案设计.doc
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1、35000m3/d城市污水处理项目设计方案2011年12月目 录第一章总论31.1、项目概况3第二章设计基础42.1、设计依据及资料42.2、设计范围42.3、设计原则42.4、工程建设规模52.5、污水处理厂设计进出水水质5第三章工艺设计73.1、水质分析73.2、污染物的去除对处理流程的影响73.3、污水生化处理工艺的选择93.4、A2/O工艺特点及优势113.5、污水消毒方案123.6、污水处理厂工艺流程133.7、工艺流程说明14第四章工艺单元设计154.1、工艺构成154.2、单元功能描述154.3、单体构筑物设计16第五章建筑设计255.1、概述255.2、设计依据255.3、建筑
2、设计说明25第六章电气设计266.1、设计依据266.2、供电原则266.3、设备控制266.4、防雷、防静电及接地26第七章机械设计287.1、设备选型原则287.2、设备选型28第八章 主要构筑物设备及材料表298.1、主要构筑物表(甲方自理)298.2、工艺主要设备及材料表29第九章 经济分析329.1、动力费用329.2、药剂费339.3、吨水运行费用33第一章总论1.1、项目概况AKSU市城市生活污水处理项目,处理水量为35000m3/d。本项目拟对此城市生活污水进行处理,要求处理后达标排放。本公司提供以下方案供参考。第二章设计基础2.1、设计依据及资料 1)中华人民共和国环境保护法
3、(1989.12.26);2)中华人民共和国水污染防治法(1996.5.15);3)中华人民共和国水污染防治法实施细则(HJ/T338-2007);4)城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)5)室外排水设计规范(GB50014-2006);6)室外给水设计规范(GB50013-2006)。7)建设方提供的基础资料。2.2、设计范围污水处理项目范围,由粗格栅渠至接触消毒池出水之间的工艺、设备及电气控制。污水处理工程以外的管网收集、土建、消防、保暖、暖通、厂区绿化、给排水、道路、围墙、脱水污泥外运处理、出水外排、化验、总电源引线等由业主负责实施。2.3、设计原则1. 贯彻执行国家
4、关于环境保护的政策,符合国家的有关法规、规范及标准。2. 从实际情况出发,在城市总体规划的指导下,根据城市总体规划布局,结合地形条件和环境要求,充分利用现有排水设施,近远期相结合,合理确定工程的分期和规模,统一规划设计污水处理设施,使有限资金充分发挥作用,充分发挥建设项目的社会效益和环境效益。3. 根据设计进水水质和出厂水质要求,所选污水处理工艺力求技术先进成熟、处理效果好、运行稳妥可靠、高效节能、经济合理,确保污水处理效果,减少工程投资及日常运行费用。4. 妥善处理和处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂和污泥,避免造成二次污染。5. 为确保工程的可靠性及有效性,提高自动化水平,降低运行费用,减
5、少日常维护检修工作量,改善工人操作条件。6. 采用现代化技术手段,实现自动化控制和管理,做到技术可靠、经济合理。厂区总平面布置力求在便于施工、便于安装和便于维修的前提下,使各构筑物尽量集中,节约用地,扩大绿化面积,并留有发展余地。使厂区环境与周围环境协调一致。积极创造一个良好的生产和生活环境,把污水处理厂设计成为现代化的园林式工厂。2.4、工程建设规模根据建设方提供的资料,本工程的设计处理水量为35000m3/d。考虑1.5的变化系数。则本工程处理水量为52500 m3/d。2.5、污水处理厂设计进出水水质2.5.1设计进水水质由于业主方未提供具体进水水质,故本项目的处理前原污水水质参照常规生
6、活污水水质,详见下表:污水处理前设计水质主要指标一览表污染因子设计进水水质(平均值)BOD5(mg/L)200CODcr(mg/L)400SS(mg/L)220氨氮(mg/L)30TP(mg/L) 5TN(mg/L) 40pH692.5.2、设计出水水质出水主要水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级B标准,主要出水指标如下:项目出水水质BOD5(mg/L)20CODcr(mg/L)60SS(mg/L)20氨氮(mg/L)8(15)TP(mg/L)1TN(mg/L)20粪大肠菌群(个/L) 104PH6-9第三章工艺设计3.1、水质分析生活污水:主要包括淋浴废水、冲
7、洗厕所污水及餐饮洗涤废水,主要污染物是有机物和氮、磷等营养物质,其水质特征是水质稳定但浑浊、色深且具有恶臭,呈微碱性,一般不含有毒物质,含有大量的细菌、病毒和寄生虫卵。在生活污水中,所含固体物质约占总质量的0.1%0.2%,其中溶解性固体(主要是各种无机盐和可溶性的有机物质)约占3/52/3,悬浮固体(其中有机成分占4/5)占1/32/5,此外,生活污水中还含有氮、磷等物质。3.2、污染物的去除对处理流程的影响在采用二级生物处理工艺的污水处理厂中,不同的污染物是以不同的方式去除的。污染物的去除决定了污水处理工艺的流程。3.2.1 SS的去除污水中SS的去除主要靠沉淀作用。污水中的无机颗粒和大尺
8、度的有机颗粒靠自然沉淀作用就可以去除,小尺度的有机颗粒靠微生物的降解作用去除,而小尺度的无机颗粒(包括尺度大概在胶体和亚胶体范围内的无机颗粒)则要靠脱落的生物膜絮体同时沉淀被去除。污水处理厂出水中悬浮物浓度不单涉及到出水SS指标,还因为组成出水悬浮物的主要是脱落的生物膜絮体,其本身的有机成分就很高,因此对出水的BOD5、COD等指标也有很大影响,所以控制污水处理厂出水的SS 指标是最基本的,也是很重要的。为了降低出水中的悬浮物浓度,需要在工程中采用适当的措施,例如选用适当的容积负荷以保持脱落的生物膜的凝聚及沉降性能,采用较小的二次沉淀池的表面负荷,采用较低的出水堰负荷,充分利用脱落的生物膜悬浮
9、层的吸附网络作用等。在污水处理方案选用合理,工艺参数取值合理,单体设计优化的前提下,完全能够使出水指标达到排放要求。3.2.2 BOD5的去除污水中BOD5 的去除是靠活性污泥的吸附作用、微生物分解作用以及微生物的代谢作用,然后对污泥与水进行分离完成的。活性污泥中微生物在有氧的条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞,将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量,其最终产物是CO2和H2O等稳定物质。这也就是污水中BOD5的降解过程。在这种合成代谢和分解代谢过程中,溶解性有机物(例如低分子有机酸等易降解有机物)直接进入细胞内部被利用。而非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面,然后
10、被酶水解后进入细胞内部被利用。由此可见,微生物的耗氧代谢作用对污水中的溶解性有机物和非溶解性有机物起作用,并且代谢产物是无害的稳定物质,因此可以使处理污水中的参与BOD5浓度很低。根据国外有关设计手册资料和我们的设计经验,采用生物膜法时,在容积负荷0.8 kgBOD5/kg MISS.d时(采用活性污泥法时,其值一般为0.05-0.15BOD5/kg MISS.d),就很容易做到出水BOD5保持在20mg/L以下。3.2.3 CODcr的去除污水中CODcr去除的原理与BOD5基本相同。CODcr 的去除率取决于原污水的可生化性,它与城市污水的组成有关。对于那些主要以生活污水及其成分与生活污水
11、相似的工业废水组成的城市污水中BOD5/CODcr 比值往往接近0.5 甚至大于0.5,其污水的可生化性较好,出水中CODcr 值可以控制在较低的水平。3.2.4 氮的去除氮是蛋白质不可缺少的组成部分,因此广泛存在于城市污水中,在原污水中,氮以NH3-N及有机氮的形式存在,这两种形式的氮和在一起成为凯式氮,用TKN表示。而原污水中的NO2-N和NO3-N量很少。氮也是构成微生物的元素之一,一部分进入细胞体内的氮将随剩余污泥一起从水中去除,这部分氮量占所去除的BOD5的5%。在有机物被氧化的同时,污水中的有机氮也被氧化成氨氮,并且在溶解氧充足、停留时间足够长的情况下被进一步氧化成硝酸盐。因为氮在
12、水体中是藻类生长所需的营养物质,容易引起水体的富营养化,因此氮是污水处理厂出水的控制指标之一。脱氮菌在缺氧的情况下可以利用硝酸盐NO3-N中的氧作为电子受体,氧化有机物,将硝酸盐中的氮还原成氮气N2,从而完成污水的脱氮过程。生物脱氮工艺是目前广泛采用的污水处理工艺。由此可见,要达到生物脱氮的目的,完成硝化是先决条件。因此硝化菌属于自养菌,其比生长率s明显小于异养菌的比生长率h,生物脱氮系统维持硝化的必要条件sh即系统必须维持在较低的容积负荷条件下运行,使得系统的泥龄大于维持硝化所需的最小泥龄。根据大量的试验数据和运行实例,涉及容积负荷在0.22.0kgBOD5/(m3d),时,就可以达到硝化及
13、反硝化的目的。3.2.5 除磷将磷从污水中除去,可以采用化学法,也可以采用生物法。化学除磷是向污水中投加三价盐(一般是铝盐或铁盐,二价铁应保证在曝气池内被氧化成三价铁),使之与污水中的磷酸盐形成难溶化合物,经过沉淀从水中去除。采用化学除磷的优点是工艺简单,除加药设备外不需要增加其他设备。生物除磷是污水中的聚磷菌在厌氧条件下,受到压抑而释放出体内的磷酸盐,产生能量用以吸收快速降解有机物,并转化为PHB(聚烃丁酸)储存起来。当这些聚磷菌进入好氧条件下时就降解体内储存的PHB产生能量,用于细胞的合成和吸磷,形成高磷浓度污泥,随剩余污泥一起排出系统,从而达到除磷的目的。生物除磷的优点在于不增加剩余污泥
14、量,处理成本较低。缺点是为了避免剩余污泥中磷的再次释放,对污泥处理工艺的选择有一定的限制。据此,本工程除磷采用生物除磷方法,这样除磷效果较好,不需要投加药剂,节省运行费用。3.3、污水生化处理工艺的选择目前常用的污水好氧生物处理工艺有传统活性污泥法、生物膜法等。传统活性污泥法以A2/O曝气法较为常用,氧化沟工艺有A2/O氧化沟、T型氧化沟等多种形式,生物膜法可分为生物接触氧化、生物转盘、生物滤池等工艺。3.3.1传统活性污泥法A2/O曝气法属于传统活性污泥法中较为常见的一种工艺,它是70年代在厌氧-缺氧工艺上开发出来的同步脱氮除磷工艺,因此具有生物除磷和脱氮的能力。A2/O曝气法的优点是可以充
15、分利用硝化液中的硝态氮来氧化BOD5,回收了部分硝化反应的需氧量,反硝化反应所产生的碱度可以部分补偿硝化反应消耗的碱度,因此对含氮浓度不高的城市污水可以不另外加碱来调节PH。本工艺在系统上是最简单的脱氮除磷工艺,总的水力停留时间小于其它同类工艺(如巴登甫脱氮除磷工艺);在厌氧(缺氧)、好氧交替运行的条件下,丝状菌不能大量繁殖,无污泥膨胀,SVI 值小于100,利于处理后污水与污泥分离;运行中在厌氧和缺氧段内只需轻搅,运行费用低。A2/O曝气法的主要缺点是在于该工艺的本身。脱氮需要保持较低的污泥负荷,以便充分进行硝化,达到较高的去除率,而生物除磷需要维持较高的污泥负荷,得到较大的剩余污泥量,以便
16、达到较好的除磷效果,因此在设计中还需要采取必要的措施和进一步优化,使两者有机结合在一起。同时混合液必须回流,增大系统的电耗,必须设置污泥回流泵房,流程较为复杂;需要设置单独得二次沉淀池,总占地面积较大。3.3.2氧化沟工艺氧化沟工艺有A2/O氧化沟、T型氧化沟等多种形式,氧化沟在城市污水处理中应用比较普遍,以下T型氧化沟为例进行比较。T型氧化沟又称为三沟式氧化沟,融缺氧、好氧及沉淀池于一体(其中的两条边沟交替进行反应及沉淀)。流程简洁,具有生物脱氮功能,采用连续进水、连续出水的方式运行。自1990年邯郸污水处理厂的T型氧化沟投产并被建设部、国家环保总局列为示范厂后,国内采用这种工艺流程的污水厂
17、较多。T型氧化沟的优点在于一体化,能较好的利用土地面积,特别是采取加大沟体深度的措施后,节约用地的效果更为明显;不需混合液回流及活性污泥回流,流程简单、利于管理;采用序批式控制,不同的循环时间设定值可以得到不同的处理效果,根据实际进水水质进行优化,适应性较强;序批式控制,易于实现处理过程的自动控制。其缺点是设备台数多,增加了设备的维护工作量;设备利用率低,装机容量大;因为不设专门的沉淀池,排除的剩余污泥浓度低,不利于污泥处理;无专门的厌氧区域,因此生物除磷效果差;因为无回流设施,因此造成连续曝气的中沟的MLSS较边沟低(中沟MLSS浓度的设计值只为边沟的77,实际运行中还更低),使得整个系统的
18、利用效率低。3.3.3序批式(SBR)法序批式(sequencing batch reactor)法是相对常用的过流式而言的。过流式是一种空间顺序的处理方式,污水在流经不同功能的构筑物过程中逐步净化,最终达到排放标准。SBR法是一种时间顺序的处理方式,进水、曝气、沉淀、出水等处理过程同一周期不多时段,在同一个池子中完成,但进水水连续的。设计上常需若干座池子组成一组,轮换运转。目前国内已有多处采用SBR工艺,SBR法适用于水量、水质排放不均匀的工业废水处理,可节省投资。此外,国内使用的工艺还有CASS、UNITANK、MSBR等一些改良型的SBR处理工艺。3.3.4生物膜法生物膜法是与活性污泥法
19、并列的另一种生物处理工艺,其原理是利用污水与填料上的生物膜接触,在生物膜中细菌的分解作用下,污水得到净化。常用的生物膜法有生物接触氧化、生物转盘、生物滤池等工艺。生物转盘法是由一系列平行的旋转圆盘、旋转横轴、机械动力及减速装置、氧化槽等部分组成。在氧化槽内充满了待处理的污水。约一半的盘片浸没在污水水面以下。当污水在槽内缓缓流动时,盘片在转动轴的带动下缓慢转动。盘片上长了一层生物膜(厚约14mm),当盘片浸没在污水中时,污水中的有机物被盘片上的生物膜吸附;当盘片离开污水时,盘片表面形成一层薄薄的水膜。水膜从空气中吸氧,同时在生物酶的催化下,吸附的有机物在生物膜上被氧化分解,这样生物圆盘每转动一圈
20、,即进行一次吸附吸氧氧化分解过程,转盘不断转动,如此反复循环,使有机物不断分解氧化。生物转盘法具有使用范围广、无污泥膨胀、不需要曝气装置等特点,但需要设置二沉池,除磷效果较差。3.3.5结论根据本项目的特点,综合考虑比较上述几个工艺的特点和该工程的实际情况,我们推荐采用脱氮除磷效果较好的A2/O工艺。3.4、A2/O工艺特点及优势A2/O脱氮除磷工艺(即厌氧-缺氧-好氧活性污泥法,亦称A-A-O工艺),它是在A/O除磷工艺基础上增设了一个缺氧池,并将好氧池流出的部分混合液回流至缺氧池,具有同步脱氮除磷功能。A2/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成:一是除磷,污水中的磷在厌氧状态下(DO0.3
21、mg/L),释放出聚磷菌,在好氧状况下又将其更多吸收,以剩余污泥的形式排出系统。 二是脱氮,缺氧段要控制DO0.7 mg/L,由于兼氧脱氮菌的作用,利用水中BOD作为氢供给体(有机碳源),将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸入大气,达到脱氮的目的。A2/O工艺适用于对氮、磷排放指标均有要求的城市污水处理,其特点如下: 工艺流程简单,总水力停留时间少于其他同类工艺,节省基建投资。 该工艺在厌氧、缺氧、好氧环境下交替运行,有利于抑制丝状菌的膨胀,改善污泥沉降性能。 该工艺不需要外加碳源,厌氧、缺氧池只进行缓速搅拌,节省运行费用。 便于在常规活性污泥工艺基础上改造成A2/O。沉淀池要防
22、止产生厌氧、缺氧状态,以避免聚磷菌释磷而降低出水水质和反硝化产生N2而干扰沉淀。但溶解氧含量也不易过高,以防止循环混合液对缺氧池的影响。3.5、污水消毒方案根据室外排水设计规范(GB50014-2006)推荐,污水处理领域宜采用二氧化氯、紫外线与液氯消毒。3.5.1二氧化氯与紫外线消毒的对比采用紫外线消毒时,对水中的SS浓度要求很苛刻,较高的SS浓度能极大的削弱紫外线的穿透能力,大大降低其消毒效果;而且无法随时调节紫外线的强度来满足水量、水质的波动;另外紫外线对人眼有害,会引起结膜炎、角膜炎和彩虹炎等,使用时需带防护眼镜。而二氧化氯消毒设备操作简便,运行稳定。操作人员只需定期加药,巡回检查即可
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