城市污水处理及污水处理厂

第七章城市污水处理及污水处理厂

第一节城市污水的分类及性质；1、基本概念水在社会循环中，由于种种原因而丧失了使用价值而外排，这种废弃外排的水称为废水。“废水”是指废弃外排的水，强调废弃的一面。“污水”是被污染物污染了的水，强调其脏的一面。实际上有相当数量的废水是不脏的，如冷却水。因而用“废水”一词统称所有排水比较合适。据废水的来源:生活废水(domestic)工业废水(industrial)据污染物的化学类别:有机废水(organic)无机废水(inorganic)按废水产生的工艺:焦化废水(coking)冶金废水(metallurgical)制药废水(pharmaceutical)食品废水(food)印染废水(printinganddyeing)废水污染是指废水对水体、大气、土壤或生物的污染，这里废水是污染的原因。水污染是指水体受到废水、废气、固体废弃物中污染物的污染，这里水体是受害者。但造成水体污染的主要原因是废水。2、废水中的污染物分类及危害简介(1)固体污染物固体污染物是指废水中在100°C时不能蒸发的所有物质，称为总固体：溶解性固体(dissolvedsolid，DS);悬浮性固体(suspensionsolid，SS)实际区分二者是用特制的微孔滤膜(孔径0.45^m)来过滤，能透过的为溶解性固体，被膜截留的为悬浮性固体。悬浮固体：可沉降固体(settleable)：能在2小时内靠重力沉降的固体难沉降固体9成?1肥2切?)两小时内不能沉降的称为难沉降固体废水中固体污染物的多少用单位体积的水中所含质量表示，即质量浓度，单位一般为mg/L。使用中需要指明是哪一种固体。废水中悬浮物含量的多少也可用浊度(turbidity)表示在水质分析中规定，1L水中含有1mgSiO2所构成的浊度为一个标准浊度单位，简称1度悬浮物的危害主要是造成沟渠、管道和抽水设备的阻塞、淤积和磨损；造成水生生物的呼吸困难；造成给水水源浑浊；干扰废水处理设施和回收设备的工作；有些悬浮物还有一定的毒性。几乎所有的废水中都含有数量不等的悬浮物，因此除去悬浮物是废水处理的一项基本任务。(2)需氧污染物需氧污染物主要是指废水中所含的能被微生物降解的有机物，有些是有毒的，但这类有机物大部分本身是无毒的。这类污染物的特点是数量大、成分复杂，所以很难分别表示其含量。产生污染的主要原因是在其分解过程中消耗水中的溶解氧。需氧污染物用间接指标来衡量，常用的^OD、COD、TOC和TOD等。(1)生物化学需(耗)氧量(biochemicaloxygendemand简称BOD)表示在一定条件下(20。0,单位体积废水中所含的有机物被微生物完全分解所消耗的分子氧的数量。单位为mg(氧)/L(废水)。有BOD5和BOD20之分，BOD5最常用。特点：准确反映污染的程度，但测定所需时间长，不利于指导实际生产和自动控制。(2)化学耗氧量(chemicaloxygendemand简称COD)用化学氧化剂氧化分解废水中的有机物，用所消耗的氧化剂中的氧来表示有机物的多少，单位仍为mg/L。常用的氧化剂有K2Cr2O7和KMnO4，分别用CODCr和CODMn表示。特点：测定速度快，但与实际污染的程度有差距。(3)总需氧量(totaloxygendemand，TOD)和总有机碳(totalorganiccarbon，TOC)在900℃下，以铂为催化剂，使水样汽化燃烧，然后测定气体载体中氧的减少量，作为有机物完全氧化所需的氧量，称为总需氧量；在同样条件下测定气体中二氧化碳的增量，从而确定出水样中碳元素的含量，称为总有机碳特点：测定速度快，但设备复杂且与BOD、COD之间无固定关系。bod5、bod20、TOD、TOC有各自的特点和用途，在实际应用中应根据各自的特点和不同的情况选用！第二节城市污水处理基本理论；废水或天然水体微生物的存在不是唯一的。生长动力学描述的是不同微生物在相互竞争中其质量或浓度随时间的变化。不同菌种对同一基质竞争的能力取决于菌种对基质的代谢能力。由于细菌的体积较小，单位质量的表面积较大，可迅速的将基质去除。当溶解性有机物缺乏时，细菌繁殖将减少，而扑食者则增加。在密闭系统中，最初添加混合微生物和基质后，细菌种群数量达到最大值后，因基质缺乏，微生物进入内源呼吸状态后而逐渐死亡。随后被其它种类的细菌分解。这个过程不断循环进行。莫诺德方程假设食物利用速率与菌体产生速率均受限于供给所需食物的酶反应速率，得到：AS■二mK+Ss式中，■为细菌比生长速率，t-1；X为菌体浓度(mg/L)。W细菌最大比生长速率常数；S为限制性基质浓度，mg/L；Ks为半饱和常数，mg/L。当日0.5叩时，Ks二S。对大多数混合培养的微生物，莫诺德Monod方程(1942年)均可适应。该方程中微生物以质量表示而不是以生物数量表示。对数生长期微生物质量增加的速率可表示为：Monod方程仅考虑微生物的生长，没考虑自然死亡，假设系统中所有基质均转化为菌体：

设计废水处理过程的主要公式设计废水处理过程的主要公式dS_1dXdtf~YdtT式中kd为内源衰减速率常数，5。式中，Y为食物转化菌体的比例，或合成系数，mg菌体/mg基质。第三节城市污水处理常见工艺流程；1、污水处理基本方法按原理来分为：⑴物理法：方法有：过滤、沉淀、上浮、气浮。主要去除悬浮固体、胶体。⑵化学法：方法有：中和、混凝、电解、氧化还原。主要去除重金属、胶体，调节PH值。⑶物理化学法：方法有：吸附、离子交换萃取、吹脱和膜分离。属深度处理，一般用于低浓度有毒物质去除和重金属的回收。⑷生物法：好氧法和厌氧法。一般用于去除可生化性高的废水中的有机物。2、污水处理流程⑴一级处理：预处理，主要去除水中悬浮物或调节水质、水量以满足后续处理对水质的要求。⑵二级处理：主要去除水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质。⑶三级处理：进一步处理难降解的物质。深度处理则以污水回收、再用为目的。⑷污泥处理：污水处理过程中产生。主要方法是减量、稳定、综合利用、最终处置。第四节污水处理厂的平面及高程布置。第五节城市污水处理厂设计实例【例】奥贝尔氧化沟设计计算1设计参数设计进水量Q=20000m3/d表2奥贝尔氧化沟运行参数进水水质：出水水质：进水CODCr二300mg/LCOD「二Cr60mg/LBOD5=S0=136mg/LBOD5=Sz=20mg/LTN二60mg/LTN=20mg/LNH4+-N=26mg/LNH4+-N=1mg/L碱度SAlk=ALK280mg/LpH=7.2SS=168mg/LSS=C=e20mg/L表3奥贝尔氧化沟设计运行过程中特殊参数设计运行过程中特殊参数f=MLVSS/MLSS0.7混合液浓度X=4000mgMLSS/L采用最小污泥龄30d曝气池出水溶解氧浓度2mg/L衰减系数Kd=0.05d-1活性污泥产率系数Y0.5mgMLSS/mgBOD5夏季平均温度T125℃20℃时反硝化常数口dn,-200.07kgNO3--N/kgMLVSS冬季平均温度T27.1℃反硝化温度校正系数1.09剩余碱度100mg/L硝化反应安全系数K=2.5

所需碱度7.14mg碱度/mgNH4-N硝化所需氧二4.6mgO2/mgNH4-N产出碱度3.57mg碱度/mgN反硝化可得到氧二2.6mgO2/mgNO3+-N反硝化时溶解氧浓度0.2mg/L若生物污泥中约含12.4%的氮用于细胞合成2奥贝尔氧化沟各沟容积计算1、水力停留时间奥贝尔氧化沟工艺的水力停留时间t一般采用4——7h,设计中取t=6h2、好氧区容积计算.V1YV1YQ(0)X(1+K^)d5362.8m3取5400m33、缺氧区容积计算(1)氧化沟生物污泥产量YQ(649.6kg/d(2)用于细胞合成的TKN=80.5kg/d即TKN中有TKNX1000/300=2.88kg/d故需氧化的[NH4-N]=22.12mg/需还原的[NO3+-N]=11.12mg/L(3)反硝化速率qn=q”x1.09t-20(1—DO)=Ddn,200.018kg/(kg.d)(4)缺氧区容积V2vNT472m3V==缺氧池水力停留时间t2=0.01d=0.26h4、氧化沟总池容积V=V1+V2=5872m3设计取V=6000m3设计有效水深h=4m总水力停留时间t二V/Q进水=0.26d氧化沟分两组，每组池容=3000m3设奥贝尔氧化沟三沟容积分配外：中：内=56：26：18则外沟容积V外=1680m3中沟容积V中=780m3内沟容积V内=540m3奥贝尔氧化沟实际总容V实=2X(V外+V中+V内)=6000m3实际水力停留时间t=V实/Q进=0.26d经验算符合设计要求图2奥贝尔氧化沟设计平面图5、各沟实际容积计算取各沟直线部分长为5m外沟宽3.5m中沟宽3.0m内沟宽3.0m则外沟实际容积为1678.6m3中沟实际容积为948.96m3内沟实际容积为496.8m3则建设完成后，单个氧化沟实际池容为V外+V中+V内=6248.72>6000因此以上设计符合要求3其他管道设计1、污泥回流管在本设计中，污泥回流比为50%，从二沉池回流过来的污泥通过两根DN400mm的回流管道分别进入首端的缺氧池和厌氧池，管内流速为0.85m/s。2、硝化液回流管硝化液回流比为200%，从好氧池出水至缺氧段首端，硝化液回流管道管径为DN1000mm，管内流速为0.9m/s。4剩余污泥量W=aQS—bVX+LQ义50%平rvr平式中w一剩余污泥量（kg/d）a—污泥产率系数，一般采用0.5—0.7b一污泥自身氧化系数（d-1）,一般采用0.05—0.1Q一平均日污水流量（m3/d）平L—反应池去除的SS浓度（kg/m3）,L=420-20=400mg/L=0.4kg/m3rrS—反应池去除的BOD5浓度(kg/m3),S=180-20=160mg/L=0.16kg/m3r5r设计中取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】曝气系统为了维持曝气池内的污泥具有较高的活性,需要向曝气池内曝气充氧。目前,常用的曝气设备分为鼓风曝气和机械曝气两大类。下面以传统活性污泥法为例,对转刷曝气系统的设计过程。1需氧量的计算1、实际需氧计算(1)碳化需氧量Q一污水的平均流量(m3/d)；So一进水BOD浓度Se一出水BOD浓度Wv一氧化沟生物污泥产量D=Q(S—Se)-142Wv=3854.04kg/d10.68°(2)硝化需氧量D2=4.5XQ(N0-Ne):3150kg/d(3)反硝化产氧量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)总氧量D=D1+D2-D3-D4=5939.63kg/d2、标准需氧量计算查表得20℃和30℃时,水中的饱和溶解氧值为：CS(20)=9.17mg/L；CS(30)=7.63mg/L；设a=0.85；P=0.95R=DCS(20)=9547.52kg/d=397.81kg/h0a[PCS(T)-C]x0(T-20)4(30)—30℃时，鼓风曝气池内混合液溶解氧饱和度的平均值(mg/L)；(一30℃时，在大气压力条件下，氧的饱和度(mg/L)a、P一修正系数

2供气量转刷曝气器的选型：活性污泥法曝气的主要作用为充氧、搅拌和混合。充氧的目的是为活性污泥微生物提供所需的溶解氧，以保证微生物代谢过程的需氧量。本次设计采用机械曝气常采用转碟曝气器和转刷曝气器作为充氧扩散装置。1.BQ4000转刷曝气机主要技术参数有效长度:4000mm充氧能力：7.25公斤氧/时-米转刷浸没深度:280mm转刷转速：78r/min主机功率：15kW转刷外径：850mm转刷偏转角Q=qL/24EI=0.00693,即为0.39.,在双列调心轴承允许偏转角2。一3。范围内。.带叶片的转刷轴目前国内4米转刷大都采用外径@700mm,转刷转速为72r/min,转刷曝气特性.三角皮带的计算选电机，转速为ni=1460r/min,功率为I15kw,减速器速比为16,三角皮带的计算:(1)确定计算功率PcaPca=ka*p=1.2x15:18kW(Ka为工况系数)D，=i*D1二1.17x224=262mm兀D兀D1n1兀x224x1460__==17.1260x100060x1000<25m/s带的速度合适，离心力不会过大。中心距ao0.7(Di+D2)<ao<2(Dl+Dz)初步确定中心距ao=600Lca=2a0+兀(D1+D2)+(D2D1)225a0兀(262—224)2=2x600+x(224+262)+()=196424x600取L=2059公称长度L1=2000mm实际中心距：

a0=a0=a0+U=600+2059一1964=647.52（2）确定带的根数Z:取a0=650Pca(PoKaK1+AP)•K注：P0：单根三角胶带的许用功率，凡:包角影响系数，K1:长度影响系数，K一物质系数）取K1=0.88,Ka=0.99,K=1,△P0=0.0001△TXn1=0.6424KW（^T为单根胶带能传递扭矩的修正值可查表）Z=2.447,取3根c1.6a