生活废水处理工艺设计本科毕设论文.docx

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生活废水处理工艺设计本科毕设论文

西南大学研究生课程考试

答卷纸

考试科目环境工程设计

院、所、中心资源环境学院

专业或专业领域环境工程

研究方向水污染化学

级别

学年

学期

姓名

学号

类别全日制硕士

（①全日制博士②全日制硕士③教育硕士④高师硕士

⑤工程硕士⑥农推硕士⑦兽医硕士⑧进修）

生活废水处理工艺设计1

文献综述1

1概况1

2生活污水常用的处理工艺2

3工艺比较优选4

正文6

1处理工艺的确定6

1.1设计参数6

1.2废水处理工艺设计7

2构筑物设计计算7

2.2调节池9

2.3CASS反应池10

2.4消毒池13

2.5污泥浓缩池13

2.6脱水车间15

3平面布置及高程布置的设计15

3.1平面布置15

3.2高程布置15

4投资估算与效益分析15

5总结16

参考文献17

附图19

生活废水处理工艺设计

摘要：

本论文首先介绍了生活废水的特点和常见的处理方法，以及在这些处理方法的基础上产生出来的一些组合处理工艺。

然后本论文根据废水的水质、水量进行相关处理工艺的设计计算。

这个过程中包括参数的选取、各个处理构筑物的设计计算、废水处理站的平面和高程布置和最后的投资估算以及效益分析。

关键词：

生活废水工艺设计

TheDesignofDomesticWastewaterTreatmentProcess

Abstract：

Firstly，thispaperintroducesthecharacteristicsofdomesticwastewater，itscommontreatments，andsomecombinationtreatmentmethodsbasedonthesemethods．Then，accordingtothequalityandquantityofwastewater，thepaperdoessomedesignandcalculation．Thisprocessincludestheselectionofparameters，alldealingwiththedesignofstructures，thewastewatertreatmentstationandtheelevationoftheplanelayout，thefinalestimateoftheinvestmentandbenefitanalysis．

Keywords：

Domesticwastewatermethoddesign

文献综述

1概况

生活污水常具有如下特征：

水质浑浊色深，具有恶臭，呈微碱性，但一般不含有毒物质。

固体物质含量很低，仅占总重量的0.1%～0.2%，有机杂质约占60%，有机成分占全部悬浮物总量的四分之三以上。

无机成分主要以泥沙、溶解盐、沉淀盐居多。

此外，生活污水还含大量细菌、寄生、虫等微生物。

污水处理需要较大的投资和运营费用,在目前我国还不富裕的条件下，怎样用最少的费用达到治理水污染的目的是各级政府和广大专业人员十分关心的问题。

在污水处理厂的建设中关键的措施是优选工艺,这关系到处理效果能否达到预期目标，关系到基建费用和运行费用是否最省，关系到污水处理厂建设的成败。

小型污水处理厂具有如下特点:

承担的排水面积小，污水量也较小，但水量、水质的日变化较大；一般在城镇小区或厂内修建,其占地往往受到限制,故处理单元应布置紧凑；一般自动化程度要求较高以降低运行成本；可能会受实际条件限制（如有时靠近居民区或地面起伏不平等），故平面布置应因地制宜、化弊为利；一般不设污泥消化，宜采用低负荷的延时曝气工艺：

在减少剩余污泥产量的同时使污泥实现好氧稳定。

2生活污水常用的处理工艺

城市污水的主要污染物是有机物,因此目前国内外大多采用生物法。

也有采用化学法的,比如四川遂宁市的污水就采用化学强化一级处理,但这种工艺的去除率不高,出水达不到国家规定的标准,只适用于某些特定的对出水水质要求不高的地方。

在生物法中,有活性污泥法和生物滤池两大类,生物滤池的处理效率不高,卫生条件较差,我国只有少数几座生物滤池城市污水处理厂,而活性污泥法占绝大多数。

活性污泥法有很多种型式,使用最广泛的主要有三类:

①传统活性污泥法和它的改进型A/O、A2/O工艺,②氧化沟,③SBR工艺。

2.1传统活性污泥法

传统活性污泥系统多采用矩形廓道式曝气池，污水和回流污泥从池首进入，混合液以活塞流的流态逐渐向池尾流动，从池末端出水堰流出，进入二沉池，在二沉池中完成泥水分离后处理水排放，沉淀污泥回流到曝气池，进入下一个循环。

它是应用最早的工艺,它去除有机物的效率很高,在处理过程中产生的污泥采用厌氧消化方式进行稳定处理,对消除污水和污泥的污染很有效,而且能耗和运行费用都比较低,因而得到广泛应用。

传统活性污泥法存在的主要问题有：

（1）曝气池首端污泥负荷高，耗氧速度快，为避免出现缺氧状况，BOD设计负荷不宜采用过高，造成曝气池容积大，占地面积多，基建费用高

（2）耗氧速度沿池长逐渐降低，供氧速度恒定，造成池首供氧不足，池尾供氧过剩的状态，运行费用较高。

（3）对水质和水量变化的适应性差，抗冲击负荷能力不强。

2.2A/O和A2/O法

近20年来,水体富营养化的危害越来越严重,去除氮、磷列入了污水处理的目标,于是出现了活性污泥法的改进型A/O法和A2/O法。

A/O法有两种,一种是用于除磷的厌氧—好氧工艺,一种是用于脱氮的缺氧—好氧工艺;A2/O法则是既脱氮又除磷的工艺。

A2/O法的特点有：

（1）A2/O法在去除有机碳污染物的同时，还能去除污水中的氮磷，与传统活性污泥法二级处理后再进行深度处理相比，不仅投资少、运行费用低，而且没有大量的化学污泥，具有良好的环境效益。

（2）A2/O法厌氧、缺氧、好氧交替进行，有利于抑制丝状菌的膨胀，改善污泥沉降性能。

（3）A2/O法工艺流程简单，总水力停留时间少于其他同样功能的工艺，节省基建投资。

（4）A2/O法缺点是受泥龄、回流污泥中溶解氧和硝酸盐氮的限制，不可能同时取得脱氮和除磷都好的双重效果。

2.3氧化沟

是活性污泥法的一种变型,在水力流态上不同于传统活性污泥法,是一种首尾相接的循环流,通常采用延时曝气,在污水净化的同时污泥得到稳定。

它不设初沉池和污泥消化池,处理设施大大简化。

氧化沟具有传统活性污泥法的优点,去除有机物的效率很高,也具有脱氮的功能。

如果在沟前增设厌氧池,还可同时除磷。

氧化沟这种高效、简单的特点,使它在中小型城市污水处理厂中得到广泛应用。

2.4SBR是序批式活性污泥法

SBR工艺是间歇式活性污泥系统，又称序批式活性污泥系统。

SBR工艺的曝气池，在流态上属完全混合，在有机物降解上，却是时间上的推流，有机物是随着时间的推移而被降解的，其基本操作流程由进水、反应、沉淀、出水和闲置等五个基本过程组成，从污水到闲置结束构成一个周期，在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌的反应器内依次进行的。

它的基本特征是在一个反应池中完成污水的生化反应、沉淀、排水、排泥,不仅省去了初沉池和污泥消化池,还省去了二沉池和回流污泥泵房,处理设施比氧化沟还要简单,而且处理效果好,有的SBR工艺还具有很强的脱氮除磷功能。

SBR工艺对自控要求高,过去自控设备不过关,这种工艺无法推广,近年来自控技术和仪表应用于污水处理已经过关,我国昆明第三、第四污水厂采用SBR工艺已成功运行数年,因而SBR工艺得到大力推广,成为业内人士十分关注的一种工艺。

3工艺比较优选

3.1活性污泥法的优选

常规活性污泥法、A/O和A2/O法的主要缺点是处理单元多,操作管理复杂,特别是污泥厌氧消化要求高水平的管理,消化过程产生的沼气是可燃易爆气体,更要求安全操作,这些都增加了管理的难度。

根据我国目前的现实情况,污水处理处于起步阶段,法规和制度都不够健全,对污泥的稳定化要求没有明确的规定,同时由于排水管网系统不够善,大多数城市污水的有机成分不高,加之污泥厌氧消化的管理和沼气的利用还缺乏成熟的经验,这些因素都降低了包含污泥厌氧消化工序的常规活性污泥法、A/O和A2/O法的经济性。

因此,对于规模为（10～20）×104m3/d的城市污水处理厂,有时可能采用SBR和氧化沟工艺更为经济,在这种情况下,有必要对各种工艺进行详细的技术经济比较,以确定最佳工艺。

本研究生活污水排放量为1000m3/d，因此采用可考虑采用SBR或氧化沟工艺。

3.2氧化沟和SBR的优选

中、小型城市污水处理厂的优选工艺是氧化沟和SBR,它们的共同特点是:

①　去除有机物效率很高,有的还能脱氮、除磷或既脱氮又除磷,而且处理设施十分简单,管理非常方便,是目前国际上公认的高效、简化的污水处理工艺,也是世界各国中小型城市污水处理厂的优选工艺。

②　在10×104m3/d规模以下,氧化沟和SBR法的基建费用明显低于常规活性污泥法、A/O和A2/O法;对于规模为（5～10）×104m3/d的污水厂,氧化沟与SBR法的基建费用通常要低10%～15%。

规模越小,两者差距越大,这对缺少资金建污水厂的中小城市很有吸引力。

因此,对于中小型污水厂采用氧化沟与SBR法在经济上是有利的。

③　氧化沟与SBR工艺通常都不设初沉池和污泥消化池,整个处理单元比常规活性污泥法少50%以上,操作管理大大简化,这对于技术力量相对较弱、管理水平相对较低的中小型污水处理厂很合适。

④　氧化沟和SBR工艺的设备基本上实现了国产化,在质量上能满足工艺要求,价格比国外设备便宜好几倍,而且也省去了申请外汇进口设备的种种麻烦。

⑤　氧化沟和SBR工艺的抗冲击负荷能力比常规活性污泥法好得多,这对于水质、水量变化剧烈的中小型污水厂很有利。

3.3氧化沟和SBR工艺的比较

氧化沟和SBR工艺有很多共同特点,也有各自的特点和适用性,在选定方案时需要仔细分析。

①　从基建投资看,SBR工艺是合建式,一般情况下征地费和土建费较氧化沟低。

BOD浓度低时反应容积与沉淀容积的比值低,对SBR有利。

②　从运营费用看,SBR工艺通常用鼓风曝气,氧化沟工艺通常用机械曝气。

一般说来,在供氧量相同的情况下,鼓风曝气比机械曝气省电;第二方面,SBR工艺是合建式,不用污泥回流（有的少量回流）,氧化沟工艺是分建式要大量回流,电耗较大;第三方面,SBR工艺是变水位运行,增大了进水提升泵站的扬程。

综合考虑,通常SBR工艺的电耗要比氧化沟工艺大些,运营费要高低些。

④　SBR工艺是静态沉淀,氧化沟工艺是动态沉淀,因而SBR的沉淀效率更高,出水水质更好。

综合考虑上述各种因素,在小型污水处理厂设计中SBR法比氧化沟工艺更广泛地被采用。

3.4SBR工艺筛选

SBR工艺主要有以下几种类型:

①　传统式SBR工艺,它的所有操作都是间歇的、周期性的,四川巴中污水厂就是这种工艺。

它的脱氮除磷效果不够稳定,如要求脱氮除磷,需做一些改进。

②　ICEAS工艺,即间歇式循环延时曝气活性污泥法,它用隔墙将反应池分为两部分,前面是预反应区,后面是主反应区,采用连续进水,间歇曝气、沉淀、排水、排泥,已用在昆明第三、第四污水厂。

它可以脱氮除磷,但效果不够理想。

③　DAT—IAT工艺,即连续曝气和间歇曝气相结合的工艺,反应池中部用隔墙分为两部分,前边的DAT连续曝气,后边的IAT间歇曝气、沉淀、排水、排泥,已用于天津开发区污水处理厂。

它的脱氮除磷功能一般,需增加设施才能提高脱氮除磷效率。

④　UNITANK工艺,是三个矩形池并联,按照类似三沟式氧化沟的周期运行模式工作,但把转刷曝气改为鼓风曝气,可加大池深,把出水可调堰改为固定堰,简化了排水,上海石洞口污水处理厂就是采用这种工艺,它的功能和三沟式氧化沟类似。

⑤　CASS工艺,即循环式活性污泥法,它的反应池用隔墙分为选择区和主反应区,进水、曝气、沉淀、排水、排泥都是间歇周期性运行。

它的脱氮除磷效果好,防止污泥膨胀的性能好,目前深圳、天津和云南的一些污水处理厂都采用此种工艺。

　CASS工艺是SBR法的变种,有一定的生物除磷效果,而且在进水污染物浓度较低时可有效地防止污泥膨胀,与传统SBR工艺相比则因无需内回流而使处理流程更为简化。

UNITANK及近来兴起的MSBR工艺,虽目前应用还不多,但不久很可能成为小型污水处理厂的热门工艺。

3.5处理工艺的确定—CASS工艺

CASS是设有一个生物反应选择器的可变容积的间隙式生物反应器。

它由生物选择器、缺氧区、主反应区（好养区）三部分组成，内设曝气器、滗水器、水下搅拌器等。

CASS（CyclicActivatedSludgeSystem）工艺是近年来国际公认的处理生活污水及工业废水的先进工艺。

其基本结构是：

在序批式活性污泥法（SBR）的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统；同时可连续进水，间断排水。

传统SBR工艺为间断进水，间断排水，而实际污水排放大都是连续或半连续的，CASS工艺可连续进水，克服了SBR工艺的不足，比较适合实际排水的特点，拓宽了SBR工艺的应用领域。

虽然CASS工艺设计时均考虑为连续进水，但在实际运行中即使有间断进水，也不影响处理系统的运行。

工艺流程简单，占地面积小，投资较低。

CASS的核心构筑物为反应池，没有二沉池及污泥回流设备，一般情况下不设调节池及初沉池。

因此，污水处理设施布置紧凑、占地省、投资低。

正文

1处理工艺的确定

1.1设计参数

1.1.1生活废水水质水量

生活废水水质如下：

BOD5=200mg/L，COD=400mg/L，SS=250mg/L，NH3-N=20mg/L，污水量Q=1000m3/d。

1.1.2处理要求

污水排放应达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）二级标准：

BOD5≤30mg/L，CODcr≤120mg/L，SS≤30mg/L，NH3-N≤20mg/L。

1.2废水处理工艺设计

图1为污水处理工艺流程图。

污水经格栅井、调节池预处理，用潜污泵提升到CASS反应池，有机物在生物作用下降解去除。

CASS反应池出水消毒后排放，剩余污泥脱水处理后堆肥处置，用于绿化。

图1污水处理工艺流程图

2构筑物设计计算

目前格栅的种类繁多，发展较快，从格栅的型式来分，可分为链式机械格栅除污机、一体三索式格栅除污机、回旋式格栅除污机和阶梯式格栅除污机等等。

格栅是由一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成。

倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗大的悬浮物及杂质（见附图1,2）。

2.1.1格栅设计原则

格栅所能截留污染物的数量，随所选用的栅条间距和水的性质有很大的区别。

一般以不堵塞水泵和水处理厂站的处理设备为原则[8]。

水泵处理系统前格栅栅条间隙（人工清除：

25－40mm；机械清除：

16－25mm；最大间隙：

40mm。

在大型污水处理厂或泵站前原大型格栅（每日栅渣量大于0.2m3/d），一般应采用机械清渣。

格栅倾角一般用45°－75°，机械格栅倾角一般为60°－70°。

通过格栅的水头损失一般采用0.08－0.15m。

2.1.2格栅设计参数

过栅流速一般采用0.6－1.0m/s。

2.1.2设计参数

由进水量而得，设计参数如下：

平均日流量：

Qd=0.0157m3/s

最大设计流量：

Qmax=Kz·Qd=2×0.0157=0.0232m3/s

栅前流速：

vb=0.4~0.9m/s,取vb＝0.4m/s

过栅流速：

v=0.6~1.0m/s,取v＝0.6m/s

采用人工清渣，栅条间距：

10~25mm，取d＝20.0mm

栅渣截留量：

0.10~0.05m3/10rn3污水，取0.05m3/10rn3

倾角一般为：

60°-70°，取α＝60°

栅前水深：

h=0.4m

栅条宽度：

S=0.01m

进水渠宽：

B1=0.1m

进水渠渐宽部位的展开角度：

α1＝20°

2.1.3设计计算

格栅的间隙数：

则栅条数目为n-1=4个

格栅建筑宽度：

进水渠道渐宽部分长度（l1），此时进水渠道流速为0.75m/s

渠道与出水渠道连接处的渐窄部分长度（l2）：

过栅水头损失（h1）：

因栅条为矩形截面，取k=3，并将已知数据带入式得：

取栅前渠道超高h2为0.15m，则栅前槽总高为：

则栅后槽总高度为：

栅槽总长度：

每日栅渣量（W）：

取栅渣量为0.05m3/103m3

<0.2

由于每日栅渣量较小，对栅渣采用人工清渣的方式去除。

2.2调节池

生活废水排放的间歇性,使排出废水的水质和水量变化很大。

而废水处理构筑物是按一定的规模和水质设计,为保证处理构筑物能正常运行,在废水进入构筑物之前,必须预先进行调节。

将不同时间排出的废水,贮存在同一调节池内,并通过机械或空气的搅拌达到出水均匀的目的。

此外,调节池还具有预沉淀、预曝气、降温和贮存临时事故排水的功能。

（图3）

本设计采用圆形钢筋混凝土调节池，池深为5m，直径为16m。

调节池为地下式，便于废水直接进人其中，不会在生产车间内形成壅水现象。

2.2.1设计参数

流量Q=41.7≈42

/h；调节周期T=2.0h；

2.2.2设计计算

（1）调节池有效容积：

V=QT=42×2=84

（2）调节池尺寸：

该池设为矩形，其有效水深采用3.0m，调节池面积为：

F=V/4=21

池宽B取3m，则池长L为：

L=F/B=21/3=7m

保护高h1=0.5m，池总高H=0.5+3.0=3.5m。

（3）曝气系统计算

空气用量为q=2

，则总供气量为

，查得干管管径为DN100。

每个曝气头的服务面积按0.49

计算，则所需曝气头的个数为：

42/0.49=86个，设2廊道，则每廊道的曝气头的个数为86/2=43个；每廊道各设一根空气支管，其管径为DN80；每根支管上设3根空气分配管，其管内径为DN32。

安装100QW65-15-5.5污水提升泵2台，一用一备。

2.3CASS反应池

设置CASS反应池2座，见附图4。

具体设计如下：

2.3.1CASS反应器主要设计参数

正常运行水位：

5m；

混合液SS=250mg/L；

生物选择区容积占CASS反应池总容积15%；

2.3.1瀑气池部分主要设计参数

BOD-污泥负荷Ns=0.03~0.1kgBOD5/（kgMLSS.d），本设计取1kgBOD5/（kgMLSS.d）；

MLSS浓度X=2400（mg/L）；

周期数是4

污泥产量是0.75kgMLSS/kgSS

安全高度

=0.4m

进水的平均BOD5浓度L0=200mg/L

曝气池水深H=5m

水温T=20℃

2.3.3设计计算

①反应池运行时间周期各工序时间计算

曝气时间：

沉降时间：

当污泥浓度小于3000mg/L时，污泥界面沉降速度为

本设计中水温为20℃，则活性污泥界面的初期沉降速度为：

因此，必要的沉淀时间为：

当沉淀时间在0.7~1.4h之间变化，排出时间取2h左右。

因此，设计运行周期4h，其中曝气2h，沉淀1h，滗水0.5h，闲置0.5h；运行期间连续进水、间歇排水，排出比为1∶4

②反应池容积计算

每个反应池容积：

根据进水时间为4h和进水流量模式，一个周期的最大进水量变化r=1.5。

超过一周期污水进水量

与V的比值为：

如果其他反应池尚未接纳容量，考虑流量的变动，各反应池的修正容量为：

反应池水深H=5m，则必要的水面积为：

625÷5=125m2

此外，在沉淀排出工艺中可能接受污水进水量为V的13%，则反应池的必要安全容量为:

反应池水深5m,则必要的水面积为：

560÷5=112m2

反应池的设计运行水位:

排水结束时水位为：

基准水位为：

高峰水位：

警报，溢流水位为：

污泥界面为：

③需氧量计算

需氧量：

需氧量以1kgBOD5需要1kgO2计算，则

每池每周期所需的氧量：

若以曝气时间2h计，每小时所需的氧量为：

曝气装置：

采用水下机械曝气：

取混合液水温为20℃，混合液DO位1.5mg/L,吃水深5m。

根据需氧量，污水温度以及大气压力进行计算，供养能力为：

每个反应池设置1台曝气装置。

采用鼓风曝气：

氧利用率EA以18%计，则供气量为：

两池合用一台鼓风机，交替使用。

此外，另设备用鼓风机一台。

每台鼓风机的风量为：

④排水装置

污水进水量Qs=1000m3/d，池数N=2，周期数n=2，每一池的排出负荷为：

每池设1台排出装置。

排出装置的排水能力在最大流量比（r=1.5）时，能够排出，所以排出能力为：

2.4消毒池

设计接触停留时间30min，配套CPF-1000C型二氧化氯发生器1台。

2.5污泥浓缩池

2.5.1设计参数

剩余活性污泥量：

；含水率：

p1=99.4%；污泥浓度：

c1=6g/L；

浓缩后含水率：

p2=97%；污泥浓度：

c2=30g/L；

2.5.2设计计算

（1）浓缩池直径：

采用带有竖向栅条污泥浓缩机的辐流式重力浓缩池，浓缩污泥的固体通量M取

。

浓缩池面积：

式中：

Q—污泥量（m3/d）；

C—污泥固体浓度（g/L）；

M—浓缩池固体通量

采用两个污泥浓缩池，则浓缩池直径：

，取5.4m。

则浓缩池实际设计面积

（2）浓缩池工作部分高度h1：

取污泥浓缩时间T=12h，

（3）超高h2：

h2取0.3m。

（4）缓冲层高h3：

h3取0.3m。

（5）浓缩池总高度H：

（6）浓缩后污泥体积：

间歇式污泥浓缩池是一种圆形水池，底部有污泥斗。

间歇式污泥浓缩池在工作时，先将污泥充满浓缩池，经静置沉降，浓缩压密后，池内形成上清液区，沉降区和污泥区。

然后，从侧面分层排出上清液，浓缩后的污泥从底部泥斗排出。

间歇污泥浓缩池用来污泥量较小的系统，浓缩池一般不小于两个，一个用于工作，另一个进入污泥，两池交替使用。

配套各设备包括XMYJ40/800-UB型板框压滤机1台，污泥调理设备1套。

见附图5。

2.6脱水车间

设置一座脱水车间，池体为长方形；设计进泥量为Qw=20m3/d，贮泥时间为T=12h；

3平面布置及高程布置的设计

3.1平面布置

污水厂平面布置应根据各单体建、构筑物的功能要求和流程的水力要求,尽量使连接各构筑物之间管路流畅简捷、分区合理。

一般泥区处于下风向,行政办公区处于上风向。

污水厂高程布置应利用地形地貌,以减少能量损失、避免多级提升,同时还应考虑厂区土方量尽可能平衡,使土建造价经济合理。

协调好辅建筑物，道路，绿化与处理构（建）筑物的关系，做到方便生产运行，保证安全畅道，美化厂区环境。

总平面布置图见附图6（总平面布置图）。

3.2高程布置

假设该厂所在区域地势平坦，地面标高为10m，由于水解酸化池、生物接触氧化池占地面接大，如果埋深设计过大，一方面不利于施工，也不利于土方平衡，故应尽量减少埋深。

从降低土建工程投资考虑，出