水污染控制工程设计.doc

水污染控制工程课程设计学生姓名： 学 号： 专业班级： 环境工程指导教师： 二0一五年 6月 18 日课程设计任务为某一酞菁蓝精制染料生产废水的处理，废水主要由酞菁蓝精制过程中过滤产生的母液和滤饼冲洗水，同时还有部分车间地面冲洗水，废水水量为800m3/d，水质如表1（色度可根据资料查阅情况自行确定）；表一 混合废水水质COD(mg/l）BOD(mg/l）NH3-N(mg/l）CU2+(mg/l）PH85815392529.81要求处理后的废水达到国家污水排放标准一级课程设计要求：1、 根据所给水质特征，查阅文献，确定处理方案；2、 按项目建议书的要求，完成课程课程设计文本；3、 选择一个主体设备进行计算，确定主要尺寸；4、 按规范完成该主体设备图及工艺流程图。目 录一、设计说明书11、概述12、设计依据、原则和范围12.1设计依据12.2设计原则13、工程设计背景23.1设计目的23.2设计任务23.3设计要求24、设计内容24.1设计题目24.2设计标准35、酞菁蓝废水及处理方法分析35.1 BOD5的去除35.2 COD的去除35.3氨氮的去除35.4金属离子的去除35.5色度的去除45.6污泥的处置46.处理工艺的选择46.1预处理46.2二级处理56.3深度处理57.工艺流程图的确定68.平面布置79.高程布置7二、设计计算81、格栅与筛网81.1设计参数的确定81.2设计计算83、铜和氨氮的去除94、水解酸化池94.1池体尺寸计算94.2水解酸化的出水水质95、生物接触氧化池106、混凝池的设计127、二沉池的设计计算128、污泥的浓缩采用重力浓缩。139、高程布置计算13三、设计小结14四、参考文献141一、设计说明书1、概述 随着生产技术的更新换代带来印染废水的增加及其水质的变化，印染废水排放量大，污染浓度高，使印染废水COD达到2 0003 000 mgL，而且BODCOD由原来的0405下降到02以下，处理难度增加。原有生物处理系统COD去除率由70降至30左右，甚至更低。印染废水常用的处理方法有物理化学法、化学法和生物法。以上方法虽然有效，但耗资大、运行费用高，并受适用条件限制。目前，国内外以生物处理，尤其是好氧生物处理为主，且以接触氧化和表面加速曝气法占绝大多数。好氧生物处理印染废水，BOD去除效果明显，一般可达80左右，但COD和色度去除率不高。 由于印染废水含有大量不易生物降解或生物降解速度慢的有机物、染料及有毒物质，所以要在生物处理前进行预处理。本工艺通过物理法、化学法和生物法进行结合对印染厂排放的酞菁蓝废水进行综合处理，使其达到出水水质污水综合排放标准（GB89781996）的一级排放标准。2、设计依据、原则和范围 2.1设计依据污水综合排放标准GB8979-1996室外排水设计规范GB50014-2006建筑给水排水设计规范GB20015-2003给水排水制图标准GB/T50106-2001总图制图标准GB/T50103-2001 中华人民共和国环境保护法1989.12.26 中华人民共和国水污染防治法1996.5.15 中华人民共和国水污染防治法实施细则1989.7.12 2.2设计原则1 符合国家、地方的法律、法规以及业主的要求。采用先进成熟的污水处理工艺，保证经处理达到污水排放一级标准。2 符合城镇总体规划的原则和要求，并与城市道路、给水、防洪、环保、电力、近期建设等工程规划相协调。3 选择技术先进、运行稳定、投资和处理成本合理的工艺，积极慎重的采用实践证明行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备，使污水处理工艺先进，运行可靠，处理后水质稳定的达标。4 整体布局合理完美，建筑简洁实用，提供较舒适的工作环境。5 避免二次污染避免或减少对环境的负面影响，如气味、噪声、固体废物污染等；妥善处置污水处理过程中产生的污泥等，避免对环境造成二次污染。6 运行管理方便以人为本，充分考虑便于处理厂运行管理的措施。7 远近期结合考虑远期的条件，合理设计总规模。8 满足安全要求2.3设计范围对污水处理厂内的主要污水处理构筑物的工艺进行设计，包括初沉池、生物接触氧化池、二沉池、污泥浓缩池、污泥贮泥池等。3、工程设计背景 3.1设计目的 本课程设计是水污染控制工程教学中的一个重要实践环节，要求综合运用所学的有关知识，掌握解决实际工程问题的能力，并进一步巩固和提高理论知识。1 复习和消化所学课程内容，初步理论联系实际，培养分析问题和解决问题的能力；2 了解并掌握污水处理工程设计的基本方法、步骤和技术资料的运用；3 训练和培养污水处理的基本计算方法及绘图的基本技能；4 提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力；5 了解国家环境保护和基本建设等方面的政策措施。6 巩固及深化对基本理论与基本概念的理解； 7 培养具有运用理论知识和已有图纸完成污水处理工程设计的初步。 3.2设计任务根据已知资料，确定城市污水处理厂的工艺流程，计算各处理构筑物的尺寸，绘制污水处理厂的总平面布置图和高程布置图，并附详细的设计说明书和计算书。 3.3设计要求1 根据所给水质特征，查阅文献，确定处理方案； 2 按项目建议书的要求，完成课程课程设计文本；3 选择一个主体设备进行计算，确定主要尺寸；4 按规范完成该主体设备图及工艺流程图。 4、设计内容 4.1设计题目 为某一酞菁蓝精制染料生产废水的处理，废水主要由酞菁蓝精制过程中过滤产生的母液和滤饼冲洗水，同时还有部分车间地面冲洗水，废水水量为800m3/d，水质如表1（色度可根据资料查阅情况自行确定）；表一 混合废水水质COD(mg/l）BOD(mg/l）NH3-N(mg/l）CU2+(mg/l）PH色度85815392529.811000要求处理后的废水达到国家污水排放标准一级 4.2设计标准 根据污水排放标准可知经处理后的排放标准表二 相关水质表COD(mg/l）BOD(mg/l）NH3-N(mg/l）CU2+(mg/l）PH色度进水水质85815392529.81600出水水质10030150.5排放标准10030150.56-950去除率%88.380.498.498.35、酞菁蓝废水及处理方法分析 5.1 BOD5的去除 污水中BOD5的去除主要是靠微生物的吸附作用和代谢作用，然后对污泥与水进行分离来完成的。活性污泥中的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。在这种合成代谢与分解代谢的过程中，溶解性有机物(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，然后被酶水解后进入细胞内部被利用。由此可见，微生物的好氧代谢作用对污水中的溶解性有机物和非溶解性有机物都起作用，而且代谢产物是无害的稳定物质，因此，可以使处理后污水中的残余BOD5浓度很低。根据国外有关设计资料，在污泥负荷为0.3kgBOD5/kgMLSSd以下时，就很容易使得出水BOD5保持在20mg/L以下。 5.2 COD的去除 污水中COD的去除原理与BOD5的基本相同，但COD去除率取决于原污水的可生化性，它与污水的组成有关。本工程中BOD5：COD=0.178左右，污水可生化性较差，需要进行可生化性提高工序，可采用水解酸化。 5.3氨氮的去除 在污水的生物脱氮处理过程中，氮的转化主要包括氨化、硝化和反硝化作用，首先在在氨化微生物的作用下，有机氮化合物可以在好养或厌氧条件下分解，转化为氨态氮；然后好氧条件下，通过好氧硝化菌的作用，将污水中的氨氮氧化为亚硝酸盐或硝酸盐，其次在缺氧条件下，利用反硝化菌(脱氮菌)将亚硝酸盐和硝酸盐还原为氮气而从污水中逸出。 其中硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐的过程，包括两个基本反应步骤：由亚硝酸菌参与的将氨氮转化为亚硝酸盐的反应；由硝酸菌参与的将亚硝酸盐转化为硝酸盐的反应。 在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用，将硝化过程中产生的硝酸盐或亚硝酸盐还原成N2的过程，称为反硝化。 5.4金属离子的去除 目前对于废水中的金属离子如（汞、钙、铅、铜、锌、铬等）的去除是采用化学沉淀的方法，化学沉淀法是向废水中投加某种化学物质，使与废水中的一些离子发生反应，生成难溶的物质去除。 在本工程中主要是对铜离子的去除，因而可以向其中加入铁将其置换出来。 5.5色度的去除 污水中色度的去除主要是靠吸附和氧化。在生物处理过程中由于活性污泥絮体的吸附能有效的降低色度，在物化处理过程中由于氧化剂的氧化和混凝剂与污水在絮凝过程中产生大量的絮凝体，加之絮凝体与絮凝体之间的吸附，则能大大降低色度。 5.6污泥的处置 污泥处理是污水处理的重要组成部分。其目的主要是减少污泥量并使其稳定，便于污泥的运输和最终处置。1) 卫生填埋这种处置方法简单、易行、成本低，污泥又不需要高度脱水，适应性强。但是污泥填埋也存在一些问题，尤指填埋渗滤液和气体的形成。渗滤液和气体若不好好处理将会污染土壤和水体。2) 土地利用污泥土地直接利用因投资少、能耗低、运行费用低、有机部分可转化成土壤改良剂成分等优点，被认为是最有发展潜力的一种处置方式，科学合理的土地利用，可减少污泥带来的负面效应。减少了污泥对人类生活的潜在威胁，既处置了污泥又恢复了生态环境。3) 焚烧 将干化后的污泥进行焚烧处置，焚烧是污泥最终处置的最有效和彻底的办法。它能使有机物全部碳化，杀死病原体，可最大限度地减少污泥体积。6.处理工艺的选择 6.1预处理 1. 设置格栅由于废水中含由及较大的悬浮物并且水量较小，因而可以用筛网过滤。2. 中和由于废水中的PH值很低，对于生物处理，其PH要求处于中性部分，若果不对其进行处理，会影响生物的活性，PH过低会直接导致微生物的死亡。所以要设置中合池，一使废水的PH满足后续处理工艺的要求。3. 洗涤剂的去除染料废水中含有大量的洗涤剂，生物处理通常对洗涤剂无效，而洗涤剂的存在对氧的转移，微生物对有机物的吸收都有严重的影响。同时洗涤剂的存在对混凝剂有分散作用，因而会增加混凝剂的用量。此外，洗涤剂引起的大量泡沫不仅增加运转管理上的困难，而且还影响环境卫生。为此，要将洗涤剂去除，可以采用泡沫分离法来分离。4. 氨氮的去除磷酸铵镁沉淀法，磷酸铵镁沉淀法，又称化学沉淀法、MAP法。MAP法脱除废水中氨氮的基本原理就是通过向废水中投加镁盐和磷酸盐，使Mg2+、PO43-(或HPO42-)与废水中的NH4+发生化学反应，生成复盐(MgNH4PO46H2O)沉淀，从而将NH4+脱除。该方法的特点是可以处理各种浓度的氨氮废水，在高效脱氮的同时能充分回收氨，所得到的沉淀物MgNH4PO4可作为复合肥料，因此该法具有较高的经济价值。 6.2二级处理生物处理主要是好养生物法和厌氧生物法，在本工程中，要处理的酞菁蓝废水流量为800m3/d，属于中小型水量的废水。污水中的氮主要以有机氮或氨氮(NH3一N)形式存在。有机氮可通过细菌分解和水解转化成氨氮。生物脱氮的基本原理是先通过硝化作用将氨氮氧化成硝酸氮(NO2一N)，再通过反硝化作用将硝酸氮还原成氮气从水中逸出。硝化作用包括两个步骤，第一步是通过亚硝酸氮的作用将氨氮氧化为亚硝酸氮，第二步是通过硝酸菌的作用将亚硝酸氮进一步。氧化为硝酸氮。 A/O工艺中原污水先进入缺氧池,再进入好氧池,二沉池部分出水和沉淀后的污泥同时回流到缺氧池,使缺氧池既能从原污水中得到充足的有机碳源,又能从回流液中得到大量的硝酸氮,从而进行反硝化作用。而生物接触氧化法是一种介于活性污泥法和生物滤池二者之间的污水生物处理技术，具有以下优点：处理效率高；工艺使用范围广泛；没有污泥膨胀和污泥回流，管理简便；耐冲击，适应性较强；挂膜简单，启动快；节能效果明显；污泥产量少，由于该废水中可生化性较差，因而在生物接触氧化池前需要增设水解酸化池，提高废水的可生化性。 6.3深度处理 色度的去除，由于前面的处理并不能将色度降到规定的排放标准，因而还需对色度进一步处理，目前采用的方法主要有氧化法和化学混凝法。通过比较采用混凝沉淀法比较好，由表确定使用聚合氯化铝为混凝剂，比较经济。147.工艺流程图的确定工艺流程图说明含铜的酞菁蓝废水经过筛网过滤，去除较大的悬浮物后，进入初沉池与铁离子反应去除铜离子和加入磷酸氨镁去除氨氮。随后进入PH调整池，调节PH值。而后进入调节池。在进入水解酸化池，在水解酸化池中停留6-12h，既能去除水中的污染物又能减轻后续处理物的负荷，提高污水的可生化性。废水进水解酸化后进入缓冲池在到生物接触氧化池，有机物与微生物接触后被去除，出水进入混凝池对色度的去除，最后到消毒池，消完毒后排放水体。对于剩余污泥进入污泥浓缩池浓缩处理，在对其处置。8.平面布置（1）处理构筑物的布置应紧凑，节约用地并便于管理。（2）处理构筑物应尽可能地按流程顺序布置，以避免管线迂回，同时应充分利用地形，以减少土方量（3）经常有人工作的建筑物如办公，化验等用房应布置在夏季主风向的上风一方，在北方地区，应考虑朝阳。（4）在布置总图时，用考虑安排充分的绿化地带，为污水处理厂的工作人员提供一个优美舒适的环境。（5)总布置图应考虑远近期结合，有条件是，课按远景规划水量布置，将处理构筑物分若干系列，分期建设。（6）构筑物之间的距离应考虑敷设管道的布置，运转管理的需要和施工的要求，一般采用5到10米。（7）污泥处理构筑物应尽可能布置成单独的组合，以策安全，并方便管理。（8）变电站的位置应设在耗电量大的构筑物附近，高压线应避免内架空敷设。（9）污水厂内管线种类很多，应综合考虑布置，以免发生矛盾，污水和污泥管道应尽可能考虑重力流。（10）如有条件，污水厂内的压力管线和电缆可合并敷设在一条管廊内，以便维修。（11）污水厂内应设超越管，以便发生故障，使污水能超越一部分或全部构筑物，进入下一级构筑物或事故溢流。9.高程布置（1）选择一天距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算。并应适当留有余地，以保证在任何情况下，处理系统能够运行正常。（2）计算水头损失时，一般以近期最大流量作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头。（3）设置终点泵站的污水处理厂，水力计算常以接纳处理后污水水体的最高点作为起点，逆流水处理流程上倒退计算，以使处理后污水在洪水季节也能只留排出，水泵所需扬程较小，运行费用也较低。同时应考虑到构筑物的挖土深度不易过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难。还应考虑因维修等原因需将池水放空而高程上提出的要求。（4）在做高程布置时还应注意污水流程与污泥流程上的配合，尽量减少需抽升的污泥量。在决定其干化时，应注意它们的污泥水能自动排入流干管或其它建筑物的可能。二、设计计算1、格栅与筛网 1.1设计参数的确定有进水量而得：流量Q=800m3/d=0.0093m3/s栅条宽度S=10.0mm 栅条净间隙宽度b=6.0mm 栅前水深h=0.4m过栅流速v=0.7m/s 栅前渠道流速vb=0.6m/s a=60o 1.2设计计算格栅间隙数n 格栅槽总宽度B 筛网面积A 2、PH调节池的计算2.1设置PH的最终值为8采用氢氧化钠溶液；（饱和时氢氧化钠的浓度为4.5mol/L）3、铜和氨氮的去除3.1对铜的去除可以通过与铁粉的反应，还可以回收铜。由反应向其中加入足够的铁粉，进行充分的反应。3.2用磷酸铵镁沉淀法去除氨氮的去除率在89%以上在本工艺中去85%所以可得处理后氨氮的浓度为氨氮=925*（10.85）=138.75mg/L4、水解酸化池水解酸化工艺是将厌氧发酵阶段过程在水解与产酸阶段。设置水解酸化池主要是用于截留污水中大部分的固体悬浮物，胶体物质等，将其中的固体有机物降解为可溶性有机物，将大分子有机物转化为小分子有机物。 4.1池体尺寸计算 有效容积V的计算，采用水力停留时间为10h V=Qt=33.33*5=166.65 有效水深h h=vt=1.0*5=5m (v为池内水的上升速度，取1m/s) 池表面积F F=V/h=166.65/5=33.33m2 池宽B为6m，池长L=F/B=34/6=5.7 取6m 4.2水解酸化的出水水质 水解酸化池的脱色率为40%70%，本工艺取60%水解酸化池在水力停留时间为10h时的污染物的去除率如表COD去除率%BOD去除率%氨氮色度去除率%251050CODc r =858*(10.25）=643.5 mg/LBOD =153*（10.1）=137.7 mg/L色度=1000*（10.6）=400 mg/L所以从水解酸化池中出来的水质为如表COD (mg/L)BOD5(mg/L)氨氮色度643.5137.73005、生物接触氧化池 5.1生物接触氧化池的有效容积V5.2生物接触氧化池的总面积A和池数Nh0 填料高度，一般取3.0m，所以：由于所给流量小，所以只需要两座生物接触氧化池，N=2所以每座池子的面积为接触氧化池的面积采用2*3.5=7 m25.3池深（h）所以5.4有效停留时间t5.5填料与安装选用蜂窝型玻璃钢填料，所需填料容积5.6进水设施采用布水廊道布水，廊道设在氧化池一侧，宽度B取0.8m，廊道内水流速度为5.7空气管道布置采用多孔管鼓风曝气供氧，所需空气量本工艺采用微孔式曝气法，根据管内气体速度在1015m/s内，所以，可求得其气管截面积A为所以本工艺可采用28mm的支气管,管数n为10，流速为12m/s支气管流量支气管上的孔数为因此每根管上有25个孔，孔直径为6mm流速为10m/s5.8生物接触氧化池的出水水质去除率COD去除率 %BOD5去除率 %氨氮去除率 %色度去除率 %7088.170/所以生物接触氧化池的出水水质为氨氮=138.75（10.7）=41.625mg/L氨氮mg/L色度193.0516.386341.625300在可以根据最后的出水水质进行串联一个生物接触氧化池去除率取80%氨氮mg/L色度57.91513.1090412.4875300接触氧化池基本构造6、混凝池的设计混凝池对色度的去除率可达84.3%所以经处理后的色度为300*（10.843）=47.1倍7、二沉池的设计计算在本工程中由于水量较小，节约用地，因