水处理工程设计实例doc.docx
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水处理工程设计实例doc
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、基础资料
1，废水水量；10000m3/d
2，废水水质：
表1印染废水水质
PH
BOD5
CODcr
TSS
SS
色度
N
P
酚
Cu
Cr
Pb
硫化物
11.5
300
700
1200
100
300
1.8
0.13
3.0
1.2
2.2
0.8
0.04
二、设计原则和工艺流程的确定
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＝416.7m3/h，设调节时间为3h,则所需调节池有效容积为V＝3×416.7m3=1250.1m3，取调节池有效水深为5m,则池表面积A＝1250.1/5=250m2，设计时采用每格尺寸为11.2m×11.2m，则设计需要250/11.2×11.2＝1.99格，实际采用2格。
2集水井
设计流量Q＝10000m3/d，总变化系数为1.2，则设计流量Qmax＝12000m3/d=500m3/h=138.9l/s。
设污水泵房选三用一备泵，则每台泵的流量为138.9/3=46.3（l/s）。
集水井有效容积按照一台泵流量的5min水量进行计算，则V＝46.3×60×5/1000=13.89m3。
取集水井有效水深为2m,则其表面积A＝13.89/2=6.94m，取集水井宽度为B=1.5m，则其长度L=7/1.5=4.7m,取超高为1.0m、浮渣高0.5m，则实际深度为H=2.0+1.0+0.5=3.5m。
3污水泵
选用三用一备，则每台工作泵的设计流量为166.68m3/h=46.3l/s。
泵所需自由水头H1＝2m，从集水井底到曝气池高H2＝3.5+4.5=8m，管路水头损失H3=2.0m,未计水头损失H4=1.0m，则泵需要的总扬程高度为H＝2+8+2+1=13m。
4曝气池
采用分建式矩形回流管曝气池。
设计流量Q＝10000m3/d=416.7m3/h,进水BOD5＝300mg/l，曝气时间为T＝5h,污泥负荷率Ls取0.3kgBOD5/kgMLss.d，污泥浓度MLSS=4g/l。
采用6座曝气池，则每座曝气池的处理流量为10000/6=1666.7m3/d/69.5m3/h。
曝气区设计：
有效容积为V1＝69.5×5=347.25m3，底部锥体容积V2按照曝气区容积的2％计算为2%×347.25=6.95m3，则总有效容积为V=V1+V2=347.25=6.95=354.2m3。
取曝气池有效水深H1＝4.5m，则每池表面积为F1=V/H1=354.2/4.5=78.17m2。
采用正方形池型，尺寸为9m×9m＝81m2。
实际曝气时间为T=9×9×4.5/69.45=5.25h。
去曝气池超高H2为1.2m，则池总高度为H＝4.5+1.2m=5.7m。
实际每个曝气池总容积为5.7×9×9=461.7m3。
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（含水率为99.4%）。
则R＝4/6-4=2，回流比为200％。
导流窗：
导流水量Q1＝（1+2）×Q＝3×69.45=208.35m3/h。
设窗口区水流速度为v1=100mm/s=360m/h，则窗口总过水面积为F4=Q1/v1=208.35/360=0.58m。
设每池采用两个回流窗口，则每个回流窗口的面积为F5＝0.58/2=0.29m。
设窗口深度b1=0.7m,则窗口水深H4=F5/b1=0.29/0.7=0.414m，采用0.42m。
导流区设计：
设导流区混合液水流下降速度v2=36m/h，则导流区过流面积F2=Q1/v2=208.35/36=5.79m，设导流区的宽度与曝气池相同，则导流区长度L=F2/b=5.79/9=0.64m，采用0.65m。
则导流区尺寸为：
0.65m×9m×1.7m。
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＝（0.3-0.03）×69.45×24=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'=0.6,b'=0.06。
则R＝0.6×450＋0.06×354.2×4＝355kgO2/d=14.8kgO2/h。
实际考虑安全系数为1.5，则R'=1.5×14.8=22.2kg/h。
根据R'=Ro×（Csw－Cl）×1.024（T-20）×α/Cso，式中水温T＝30℃，Cl=1.0mg/l，Cso＝7.6mg/l，α＝0.5，Csw＝Cso×β×P/760＝7.6×0.85×745/760=6.33mg/l。
则Ro=51.9kgO2/h。
曝气叶轮直径与其供氧能力的关系式为：
Ro=0.379V2.8D1.88.kd，式中v为叶轮搅拌速度，取4.5m/s，kd取1.11，则计算结果叶轮直径D＝1.38m，实际取1.5m。
叶轮功率N叶＝0.0804vm3D2.05＝16.85kw，选择PE150型高强度表面曝气机，直径为1.5m，叶片数为6，当v=4.5m/s时其供氧能力为52kgO2/h，稍对于51.91kgO2/h。
配备电机功率为30kw。
6二沉池设计
每池处理水量为69.45m3/h，设沉淀时间为1.5h，在MLSS为4g/l时二沉池内水流上升流速采用0.28mm/s=1.01m/h。
则沉淀池容积为＝69.45×1.5=104.2m3，沉淀池的表面积为F＝69.45/1.01=68.76m2，设二沉池的宽度与曝气池相同，则其长度为68.76/9=7.65m。
有效水深为104.175/9×7.65=1.51m。
二沉池超高取0.3m，缓冲层高度为0.5m，污泥斗采用一只，上部尺寸为9m、下部尺寸为2m，则其高度为3.5m，实际取4.95m，则污泥斗容积＝[（9×9）＋（2×2）]×4.95/2＝199.24m3。
二沉池总高度为H＝0.3+1.52+0.5+4.95=7.2m。
混合液及回流污泥的总流量为69.45×3/h，污水中浓度为4g/l，则每h沉淀的污泥量为208.34×4＝833.5kg，若含水率为99.5%，则污泥的体积为833.5/5=166.7m3,则污泥储存时间为199.24/166.7=1.2h。
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×（0.55～0.65），则剩余污泥量为＝10000×300×0.65＝1800kg/d，采用2000kg/d。
设其含水率为99.4%，则每天排放的剩余污泥量为2000/6＝333.3m3/d，＝13.89m3/h。
（1）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，则N需要量为10000×300×5/100×24＝6.25kg/h＝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＝1.8mg/l，P＝0.17mg/l。
则废水中含：
N＝18kg/d=0.75kg/h;P=1.7kg/d=0.07kg/h。
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,则生活污水总量为4200×0.05＝210m3/d=8.75m3/h，考虑安全系数取9m3/h=216m3/d。
根据一般资料，生活污水中的N含量为17.2～30.1mg/l，取25mg/l；P含量为8.5～18.2mg/l，取15mg/l。
则生活污水N、P总含量为：
N＝5.4kg/d;P＝3.24kg/d。
需要添加的N、P量：
N＝150－18－5.4=126kg/l；P＝30－1.7－3.24＝25.06kg/d。
加入N物质为硫酸铵，分子量为132，N为28，则硫酸铵需要量为126×132/28＝594kg/d；加入P物质为磷酸三钠，分子量为164，P＝31，则需要量为25.06×164/31＝132.58kg/d。
8氧化脱色系统设计
污水流量Q＝10000m3/d=416.7m3/h。
加氯量按照60mg/l计算，则每天加氯量为600kg/d。
加氯级为ZJ－L型转子加氯机。
9污泥浓缩池设计
采用间断静止浓缩池，设计浓缩时间为10h，每天排放的剩余污泥量为333.3m3/d＝13.89m3/h，浓缩后污泥含水率为98％。
则浓缩池所需总容积为13.89×10＝138.9m3。
采用二只浓缩池，交替使用，则每池容积为69.45m3，采用的尺寸为直径为4.8m，有效深度为4m，则实际容积为3.14×4.8×4.8×4/4＝72.3m3。
浓缩后的污泥量为13.89×（100－99.4）/（100－98）＝4.17m3/h＝100m3/d。
10脱水设备设计
选用板框压滤机二台，根据经验数据酶h每m2滤布可出干污泥3.15kg，则按照每天24h运转计算每台板框压滤机所需的过滤面积为2000kg/3.15×24×2=13.25m2，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氯化铁（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；投加固体聚合铝时投加量为0.5～0.6kg/T污泥，取用0.55kg/T污泥；投加液体聚合铝，有效含量为8～10％，投加量为2.5～3.0kg/T污泥，取用2.8kg/T污泥。
则：
投加的三氯化铁量为＝4.167×4＝16.67kg/h＝400kg/d；投加的聚合铝量为＝4.167×0.55＝2.29kg/h＝55kg/d；投加的液体聚合铝量为＝4.167×2.8＝11.67kg/h＝280kg/d。
脱水后的污泥量：
浓缩后的污泥量为4.167m3/h，脱水前的含水了为98％，脱水后的含水率取84％，则脱水后的污泥量为4.167×（100－98）/（100－84）＝0.521m3/h=12.25m3/d。
若储存7天，则所需污泥堆场面积为90m2。
11药剂及储存设计
营养物质储存：
N采用硫酸铵，每天用量为594kg，即213.84t/年，按照储存15天计算，则每次需要储存594×15＝8.9t，硫酸铵的比重为1.77，则每次需要储存的体积为8.9/1.77＝5.03m3，设堆高1m，则所需的堆场面积为5m2，实际需要8m2的用地。
P采用磷酸三钠（12个结晶水），每天用量为132.58kg，储存15天，则每次储存量为132.58×15＝1.99t，其比重为1.62，则每次需要堆放的体积为1.99/1.66＝1.228m3，设堆高为0.5m，则所有堆场面积为1.228/0.5＝2.46m3，实际需要5m2的用地。
凝聚剂储存：
采用液体的PAC，每天用量为280kg，储存30天，则每次需要储存280×30＝8.4t，PAC液体比重为1.20，则所需体积为8.4/1.2＝7m3。
需要10m3的储存池。
液氯：
每天加氯量为600kg，储存15天，共计储存9t，采用1t的液氯钢瓶11只，则所需仓库面积为12m2。
12气浮池设计
废水理流量为1000t/d，分成3组，每组处理废水量为416.7/3=138.9m3/h。
采用全加压工艺、溶气时间为3～4min，取3.5min。
则溶气罐容积为138.9×3.5/60=8.1m3。
设高度为4.5m，则直径为1.5m。
则实际溶气时间为3.43这。
溶气所需空气量按照处理水量的3％计算，则所需气量为138.9×3％=4.167m3/h。
实际溶气量：
水温为25℃，溶气压力为3.5kg/cm2，空气在水中的溶解度为60ml/l，而当压力为0时的空气溶解度为17.4ml/l。
则实际溶气量为（60－17.4）×138.9＝5.917m3/h，设溶气效率为60％（一般为50～65％），则需要的空气量为5.917/0.6=0.165m3/min。
选用Z－0.184/7型空压机三台。
溶气水泵的选用：
流量为138.9m3/h，扬程为41.3m（溶气压力为35m、管道损失3m、气浮池高度3.3m）。
选用6sh－9A水泵六台，三用三备。
流量为111.6～180m3/h；扬程为43.8～35m，功率为28kw。
气浮池池体的设计：
表面负荷率设为4m3/m2.h，停留时间为40min。
则气浮池容积为138.9×40/60=92.6m3。
气浮池表面积为A＝138.9/4＝34.7m2。
有效水深为92.6/34.7＝2.67m，采用3m。
设超高0.3m，则总高3.3m。
取气浮池宽度为4.5m，则池长为L＝34.7/4.5=7.7m。
穿孔集水管：
取每根集水管出水流量为25m3/h，则需要138.9/25＝6根集水管。
选用释放器：
每只释放器流量为4.2m3/h，则需要138.9/4.2＝33.1只，采用34只，分两排布置，则每排为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，则每天使用量为10000×0.3＝3000kg/d＝125kg/h，按照储存20天计算，则每次储存60t。
PAC的比重为1.2，则所需储存池容积为60/1.2＝50m3。
高位塑料药剂箱容积按照一班考虑。
则每班需要的PAC为125×8＝1000kg，所需容积为1t/1.2=0.833m3，采用1m×1.2m×0.7m的塑料箱一只。
碱药剂：
30％的NaOH，投加量为100mg/l，每天用量为1t，储存20天，则每次储存量为20t。
液碱比重为1.33，则储存池容积为20/1.33＝15m3。
高位碱药剂箱，按照一班考虑。
需要量为41.7×8＝333.6kg。
则需要高位药剂象容积为333.6/1.33＝0.26m3。
13电耗、原料消耗计算
电耗:
装机367kw，使用268kw。
原料消耗：
磷酸三钠47t/年；硫酸铵214t/年；液体PAC101t/年；液氯216t/年。
废水处理成本分析：
药剂消耗费用：
（1）液氯：
单价为540元/t，则每天324元；
（2）液体PAC：
单价为400元/t，则每天为100元；（3）磷酸三钠，单价900元/t，则每天119元；硫酸铵单价185元/t，则每天110元。
电费：
设照明用电功率为80kw/班，则总用电量为268×24＋80×2＝6603kw.h，按照每度电0.4元计算，则每天电费2641元。
工资：
10人，600元/月。
则每天200元。
总计费用为：
324＋100＋119＋110＋2641＋200＝3494元/天。
每处理1t废水0.35元。
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）加氯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。
实例二腈纶废水处理工程设计
一、基础资料
某大型油田化工总厂因丙烯腈工程的扩建和3万吨腈纶工程的新建将产生350m3/h含氰污水。
污水水量和水质情况：
表2腈纶废水水质
序号
项目
丙烯腈
装置
腈纶装置
聚合
溶剂回收
纺丝
1
流量（m3/h）
125
70
55
100
2
pH值
6.81
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
硫氰酸钠（NaSCN）（mg/l）
40
360
40
10
丙烯腈（ACN）（mg/l）
356
0
0
11
低聚物（SPN）（mg/l）
200
36
20
12
氰化物（Cyanide）（mg/l）
5
3
0.6
0.1
13
硫化物（SulpHate）（mg/l）
1365
90
118
14
氯化物（Chloride）（mg/l）
899
30
14
15
温度（℃）
常温
35-40
35-40
35-40
二、设计原则和工艺流程确定
1污水处理工艺的确定
（1）处理要求
表3腈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（％）
CODcr
1323
100
1223
92.4
BOD5
449
50
399
88.9
NH3－N**
138
25
113
81.9
氰化物
2.6
0.5
2.1
80.8
硫化物
76
1.0
75
98.7
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
根据含氰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。
丙烯腈、腈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、氰化物等多项指标达到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；否则，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，达到高效、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，最终达到采用较低投资和运行成本，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。
在含氰污水中主要防治氰根浓度的冲击问题，一般情况下未经含氰污水驯化后的微生物对氰根的承受能力为1～2mg/L，经含氰污水驯化后的微生物对氰根的承受能力为3～5mg/L。
当污水中的氰根含量大于5mg/L时，微生物将产生中毒，在生化反应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。
由于丙烯腈、腈纶生产污水中氰根浓度一般小于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氰根含量大于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氰污水排入事故池，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部分悬浮固体及胶状物质（一部分低聚合物）；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，同时还能去除一部分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部分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的去除率可达到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的生化工艺是比较经济而有效的方法。
3、后续处理系统：
根据处理后出水水质要求达到COD≤100mg/L，NH3－N≤25mg/L等排放标准，在预处理、主体处理系统后，还必须加入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，而存下一部分为难生物降解物质，如部分残留的大分子有机物（如低聚合物等）和微生物代谢物质，而这部分物质浓度低（接近排放标准值），这些物质主要以COD值出现在水中，在普通的生化反应池内难以降解；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基础。
（2）工艺流程图
丙烯腈污水1＃集水池1＃中和池1＃事故池混凝气浮池3＃集水池
腈纶污水2＃集水池2＃中和池2＃事故池
水解酸化池SBR反应池生物活性炭滤塔陶粒压滤器出水
图2腈纶废水处理工艺流程
（4）工艺说明
预处理系统：
丙烯腈装置生产污水进入1＃集水池，当污水中氰化物浓度>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。
腈纶装置污水进入2＃集水池，当污水中氰化物浓度>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。
由于腈纶装置生产污水中含有较难处理的有机物如低聚物（SPN），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％。
丙烯腈、腈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部分大分子结构的有机物去除，如部分的低聚合物。
凝聚剂采用碱式氯化铝，投加量为50mg/L，碱式氯化铝不仅有较宽的PH适应范围并能与污水中硫化物进行反应。
助凝剂采用聚丙烯酰胺，投加量为1mg/L。
污水经混凝气浮后进入3＃集水池。
丙烯腈和腈纶生产污水经中和、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。
水解酸化反应是微生物在厌氧条件下对有机物产生生化反应的前二个阶段，一般微生物在厌氧条件下对有机物产生四个阶段反应，其中水解与酸化阶段可称为水解酸化反应。
水解酸化反应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应。
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。
酸化反应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。
水解酸化反应一般可去除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。
水解酸化反应池出水COD为741mg/L，去除率为30％，NH3－N的浓度将会升高，由于水解酸化反应使大部分有机物得到分解，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，大部分的TN还存在于污水中，其浓度为138mg/L。
关于BOD的去除量，由于水解酸化反应中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/COD的比值为0.34，酸化出水BOD/COD提高20％为0.41，出水BOD为30
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