城市污水處理及污水處理廠

第七章城市污水處理及污水處理廠

第一節(jié)城市污水的分類及性質(zhì)；1、基本概念水在社會循環(huán)中，由于種種原因而喪失了使用價值而外排，這種廢棄外排的水稱為廢水?！皬U水”是指廢棄外排的水，強(qiáng)調(diào)廢棄的一面?！拔鬯笔潜晃廴疚镂廴玖说乃?，強(qiáng)調(diào)其臟的一面。實際上有相當(dāng)數(shù)量的廢水是不臟的，如冷卻水。因而用“廢水”一詞統(tǒng)稱所有排水比較合適。據(jù)廢水的來源:生活廢水(domestic)工業(yè)廢水(industrial)據(jù)污染物的化學(xué)類別:有機(jī)廢水(organic)無機(jī)廢水(inorganic)按廢水產(chǎn)生的工藝:焦化廢水(coking)冶金廢水(metallurgical)制藥廢水(pharmaceutical)食品廢水(food)印染廢水(printinganddyeing)廢水污染是指廢水對水體、大氣、土壤或生物的污染，這里廢水是污染的原因。水污染是指水體受到廢水、廢氣、固體廢棄物中污染物的污染，這里水體是受害者。但造成水體污染的主要原因是廢水。2、廢水中的污染物分類及危害簡介(1)固體污染物固體污染物是指廢水中在100°C時不能蒸發(fā)的所有物質(zhì)，稱為總固體：溶解性固體(dissolvedsolid，DS);懸浮性固體(suspensionsolid，SS)實際區(qū)分二者是用特制的微孔濾膜(孔徑0.45^m)來過濾，能透過的為溶解性固體，被膜截留的為懸浮性固體。懸浮固體：可沉降固體(settleable)：能在2小時內(nèi)靠重力沉降的固體難沉降固體9成?1肥2切?)兩小時內(nèi)不能沉降的稱為難沉降固體廢水中固體污染物的多少用單位體積的水中所含質(zhì)量表示，即質(zhì)量濃度，單位一般為mg/L。使用中需要指明是哪一種固體。廢水中懸浮物含量的多少也可用濁度(turbidity)表示在水質(zhì)分析中規(guī)定，1L水中含有1mgSiO2所構(gòu)成的濁度為一個標(biāo)準(zhǔn)濁度單位，簡稱1度懸浮物的危害主要是造成溝渠、管道和抽水設(shè)備的阻塞、淤積和磨損；造成水生生物的呼吸困難；造成給水水源渾濁；干擾廢水處理設(shè)施和回收設(shè)備的工作；有些懸浮物還有一定的毒性。幾乎所有的廢水中都含有數(shù)量不等的懸浮物，因此除去懸浮物是廢水處理的一項基本任務(wù)。(2)需氧污染物需氧污染物主要是指廢水中所含的能被微生物降解的有機(jī)物，有些是有毒的，但這類有機(jī)物大部分本身是無毒的。這類污染物的特點(diǎn)是數(shù)量大、成分復(fù)雜，所以很難分別表示其含量。產(chǎn)生污染的主要原因是在其分解過程中消耗水中的溶解氧。需氧污染物用間接指標(biāo)來衡量，常用的^OD、COD、TOC和TOD等。(1)生物化學(xué)需(耗)氧量(biochemicaloxygendemand簡稱BOD)表示在一定條件下(20。0,單位體積廢水中所含的有機(jī)物被微生物完全分解所消耗的分子氧的數(shù)量。單位為mg(氧)/L(廢水)。有BOD5和BOD20之分，BOD5最常用。特點(diǎn)：準(zhǔn)確反映污染的程度，但測定所需時間長，不利于指導(dǎo)實際生產(chǎn)和自動控制。(2)化學(xué)耗氧量(chemicaloxygendemand簡稱COD)用化學(xué)氧化劑氧化分解廢水中的有機(jī)物，用所消耗的氧化劑中的氧來表示有機(jī)物的多少，單位仍為mg/L。常用的氧化劑有K2Cr2O7和KMnO4，分別用CODCr和CODMn表示。特點(diǎn)：測定速度快，但與實際污染的程度有差距。(3)總需氧量(totaloxygendemand，TOD)和總有機(jī)碳(totalorganiccarbon，TOC)在900℃下，以鉑為催化劑，使水樣汽化燃燒，然后測定氣體載體中氧的減少量，作為有機(jī)物完全氧化所需的氧量，稱為總需氧量；在同樣條件下測定氣體中二氧化碳的增量，從而確定出水樣中碳元素的含量，稱為總有機(jī)碳特點(diǎn)：測定速度快，但設(shè)備復(fù)雜且與BOD、COD之間無固定關(guān)系。bod5、bod20、TOD、TOC有各自的特點(diǎn)和用途，在實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)各自的特點(diǎn)和不同的情況選用！第二節(jié)城市污水處理基本理論；廢水或天然水體微生物的存在不是唯一的。生長動力學(xué)描述的是不同微生物在相互競爭中其質(zhì)量或濃度隨時間的變化。不同菌種對同一基質(zhì)競爭的能力取決于菌種對基質(zhì)的代謝能力。由于細(xì)菌的體積較小，單位質(zhì)量的表面積較大，可迅速的將基質(zhì)去除。當(dāng)溶解性有機(jī)物缺乏時，細(xì)菌繁殖將減少，而撲食者則增加。在密閉系統(tǒng)中，最初添加混合微生物和基質(zhì)后，細(xì)菌種群數(shù)量達(dá)到最大值后，因基質(zhì)缺乏，微生物進(jìn)入內(nèi)源呼吸狀態(tài)后而逐漸死亡。隨后被其它種類的細(xì)菌分解。這個過程不斷循環(huán)進(jìn)行。莫諾德方程假設(shè)食物利用速率與菌體產(chǎn)生速率均受限于供給所需食物的酶反應(yīng)速率，得到：AS■二mK+Ss式中，■為細(xì)菌比生長速率，t-1；X為菌體濃度(mg/L)。W細(xì)菌最大比生長速率常數(shù)；S為限制性基質(zhì)濃度，mg/L；Ks為半飽和常數(shù)，mg/L。當(dāng)日0.5叩時，Ks二S。對大多數(shù)混合培養(yǎng)的微生物，莫諾德Monod方程(1942年)均可適應(yīng)。該方程中微生物以質(zhì)量表示而不是以生物數(shù)量表示。對數(shù)生長期微生物質(zhì)量增加的速率可表示為：Monod方程僅考慮微生物的生長，沒考慮自然死亡，假設(shè)系統(tǒng)中所有基質(zhì)均轉(zhuǎn)化為菌體：

設(shè)計廢水處理過程的主要公式設(shè)計廢水處理過程的主要公式dS_1dXdtf~YdtT式中kd為內(nèi)源衰減速率常數(shù)，5。式中，Y為食物轉(zhuǎn)化菌體的比例，或合成系數(shù)，mg菌體/mg基質(zhì)。第三節(jié)城市污水處理常見工藝流程；1、污水處理基本方法按原理來分為：⑴物理法：方法有：過濾、沉淀、上浮、氣浮。主要去除懸浮固體、膠體。⑵化學(xué)法：方法有：中和、混凝、電解、氧化還原。主要去除重金屬、膠體，調(diào)節(jié)PH值。⑶物理化學(xué)法：方法有：吸附、離子交換萃取、吹脫和膜分離。屬深度處理，一般用于低濃度有毒物質(zhì)去除和重金屬的回收。⑷生物法：好氧法和厭氧法。一般用于去除可生化性高的廢水中的有機(jī)物。2、污水處理流程⑴一級處理：預(yù)處理，主要去除水中懸浮物或調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量以滿足后續(xù)處理對水質(zhì)的要求。⑵二級處理：主要去除水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機(jī)污染物質(zhì)。⑶三級處理：進(jìn)一步處理難降解的物質(zhì)。深度處理則以污水回收、再用為目的。⑷污泥處理：污水處理過程中產(chǎn)生。主要方法是減量、穩(wěn)定、綜合利用、最終處置。第四節(jié)污水處理廠的平面及高程布置。第五節(jié)城市污水處理廠設(shè)計實例【例】奧貝爾氧化溝設(shè)計計算1設(shè)計參數(shù)設(shè)計進(jìn)水量Q=20000m3/d表2奧貝爾氧化溝運(yùn)行參數(shù)進(jìn)水水質(zhì)：出水水質(zhì)：進(jìn)水CODCr二300mg/LCOD「二Cr60mg/LBOD5=S0=136mg/LBOD5=Sz=20mg/LTN二60mg/LTN=20mg/LNH4+-N=26mg/LNH4+-N=1mg/L堿度SAlk=ALK280mg/LpH=7.2SS=168mg/LSS=C=e20mg/L表3奧貝爾氧化溝設(shè)計運(yùn)行過程中特殊參數(shù)設(shè)計運(yùn)行過程中特殊參數(shù)f=MLVSS/MLSS0.7混合液濃度X=4000mgMLSS/L采用最小污泥齡30d曝氣池出水溶解氧濃度2mg/L衰減系數(shù)Kd=0.05d-1活性污泥產(chǎn)率系數(shù)Y0.5mgMLSS/mgBOD5夏季平均溫度T125℃20℃時反硝化常數(shù)口dn,-200.07kgNO3--N/kgMLVSS冬季平均溫度T27.1℃反硝化溫度校正系數(shù)1.09剩余堿度100mg/L硝化反應(yīng)安全系數(shù)K=2.5

所需堿度7.14mg堿度/mgNH4-N硝化所需氧二4.6mgO2/mgNH4-N產(chǎn)出堿度3.57mg堿度/mgN反硝化可得到氧二2.6mgO2/mgNO3+-N反硝化時溶解氧濃度0.2mg/L若生物污泥中約含12.4%的氮用于細(xì)胞合成2奧貝爾氧化溝各溝容積計算1、水力停留時間奧貝爾氧化溝工藝的水力停留時間t一般采用4——7h,設(shè)計中取t=6h2、好氧區(qū)容積計算.V1YV1YQ(0)X(1+K^)d5362.8m3取5400m33、缺氧區(qū)容積計算(1)氧化溝生物污泥產(chǎn)量YQ(649.6kg/d(2)用于細(xì)胞合成的TKN=80.5kg/d即TKN中有TKNX1000/300=2.88kg/d故需氧化的[NH4-N]=22.12mg/需還原的[NO3+-N]=11.12mg/L(3)反硝化速率qn=q”x1.09t-20(1—DO)=Ddn,200.018kg/(kg.d)(4)缺氧區(qū)容積V2vNT472m3V==缺氧池水力停留時間t2=0.01d=0.26h4、氧化溝總池容積V=V1+V2=5872m3設(shè)計取V=6000m3設(shè)計有效水深h=4m總水力停留時間t二V/Q進(jìn)水=0.26d氧化溝分兩組，每組池容=3000m3設(shè)奧貝爾氧化溝三溝容積分配外：中：內(nèi)=56：26：18則外溝容積V外=1680m3中溝容積V中=780m3內(nèi)溝容積V內(nèi)=540m3奧貝爾氧化溝實際總?cè)軻實=2X(V外+V中+V內(nèi))=6000m3實際水力停留時間t=V實/Q進(jìn)=0.26d經(jīng)驗算符合設(shè)計要求圖2奧貝爾氧化溝設(shè)計平面圖5、各溝實際容積計算取各溝直線部分長為5m外溝寬3.5m中溝寬3.0m內(nèi)溝寬3.0m則外溝實際容積為1678.6m3中溝實際容積為948.96m3內(nèi)溝實際容積為496.8m3則建設(shè)完成后，單個氧化溝實際池容為V外+V中+V內(nèi)=6248.72>6000因此以上設(shè)計符合要求3其他管道設(shè)計1、污泥回流管在本設(shè)計中，污泥回流比為50%，從二沉池回流過來的污泥通過兩根DN400mm的回流管道分別進(jìn)入首端的缺氧池和厭氧池，管內(nèi)流速為0.85m/s。2、硝化液回流管硝化液回流比為200%，從好氧池出水至缺氧段首端，硝化液回流管道管徑為DN1000mm，管內(nèi)流速為0.9m/s。4剩余污泥量W=aQS—bVX+LQ義50%平rvr平式中w一剩余污泥量（kg/d）a—污泥產(chǎn)率系數(shù)，一般采用0.5—0.7b一污泥自身氧化系數(shù)（d-1）,一般采用0.05—0.1Q一平均日污水流量（m3/d）平L—反應(yīng)池去除的SS濃度（kg/m3）,L=420-20=400mg/L=0.4kg/m3rrS—反應(yīng)池去除的BOD5濃度(kg/m3),S=180-20=160mg/L=0.16kg/m3r5r設(shè)計中取a=0.6,b=0.08W=0.6x20000x0.16—0.08x6666.67x3+0.4x20000x50%二1920-1600.0008+4000=4319.9992心4320kg/d【例】曝氣系統(tǒng)為了維持曝氣池內(nèi)的污泥具有較高的活性,需要向曝氣池內(nèi)曝氣充氧。目前,常用的曝氣設(shè)備分為鼓風(fēng)曝氣和機(jī)械曝氣兩大類。下面以傳統(tǒng)活性污泥法為例,對轉(zhuǎn)刷曝氣系統(tǒng)的設(shè)計過程。1需氧量的計算1、實際需氧計算(1)碳化需氧量Q一污水的平均流量(m3/d)；So一進(jìn)水BOD濃度Se一出水BOD濃度Wv一氧化溝生物污泥產(chǎn)量D=Q(S—Se)-142Wv=3854.04kg/d10.68°(2)硝化需氧量D2=4.5XQ(N0-Ne):3150kg/d(3)反硝化產(chǎn)氧量D3=2.6XQXNT=809.77kg/d(4)硝化剩余污泥，NH-N需氧量4D4=0.56XWVXf=254.64kg/d(5)總氧量D=D1+D2-D3-D4=5939.63kg/d2、標(biāo)準(zhǔn)需氧量計算查表得20℃和30℃時,水中的飽和溶解氧值為：CS(20)=9.17mg/L；CS(30)=7.63mg/L；設(shè)a=0.85；P=0.95R=DCS(20)=9547.52kg/d=397.81kg/h0a[PCS(T)-C]x0(T-20)4(30)—30℃時，鼓風(fēng)曝氣池內(nèi)混合液溶解氧飽和度的平均值(mg/L)；(一30℃時，在大氣壓力條件下，氧的飽和度(mg/L)a、P一修正系數(shù)

2供氣量轉(zhuǎn)刷曝氣器的選型：活性污泥法曝氣的主要作用為充氧、攪拌和混合。充氧的目的是為活性污泥微生物提供所需的溶解氧，以保證微生物代謝過程的需氧量。本次設(shè)計采用機(jī)械曝氣常采用轉(zhuǎn)碟曝氣器和轉(zhuǎn)刷曝氣器作為充氧擴(kuò)散裝置。1.BQ4000轉(zhuǎn)刷曝氣機(jī)主要技術(shù)參數(shù)有效長度:4000mm充氧能力：7.25公斤氧/時-米轉(zhuǎn)刷浸沒深度:280mm轉(zhuǎn)刷轉(zhuǎn)速：78r/min主機(jī)功率：15kW轉(zhuǎn)刷外徑：850mm轉(zhuǎn)刷偏轉(zhuǎn)角Q=qL/24EI=0.00693,即為0.39.,在雙列調(diào)心軸承允許偏轉(zhuǎn)角2。一3。范圍內(nèi)。.帶葉片的轉(zhuǎn)刷軸目前國內(nèi)4米轉(zhuǎn)刷大都采用外徑@700mm,轉(zhuǎn)刷轉(zhuǎn)速為72r/min,轉(zhuǎn)刷曝氣特性.三角皮帶的計算選電機(jī)，轉(zhuǎn)速為ni=1460r/min,功率為I15kw,減速器速比為16,三角皮帶的計算:(1)確定計算功率PcaPca=ka*p=1.2x15:18kW(Ka為工況系數(shù))D，=i*D1二1.17x224=262mm兀D兀D1n1兀x224x1460__==17.1260x100060x1000<25m/s帶的速度合適，離心力不會過大。中心距ao0.7(Di+D2)<ao<2(Dl+Dz)初步確定中心距ao=600Lca=2a0+兀(D1+D2)+(D2D1)225a0兀(262—224)2=2x600+x(224+262)+()=196424x600取L=2059公稱長度L1=2000mm實際中心距：

a0=a0=a0+U=600+2059一1964=647.52（2）確定帶的根數(shù)Z:取a0=650Pca(PoKaK1+AP)?K注：P0：單根三角膠帶的許用功率，凡:包角影響系數(shù)，K1:長度影響系數(shù)，K一物質(zhì)系數(shù)）取K1=0.88,Ka=0.99,K=1,△P0=0.0001△TXn1=0.6424KW（^T為單根膠帶能傳遞扭矩的修正值可查表）Z=2.447,取3根c1.6a