【2000m3的某味精厂味精废水处理工艺设计14000字（论文）】

2000m3的某味精厂味精废水处理工艺设计摘要本课题是关于设计处理2000m3/d的某味精厂味精废水。根据需要处理的废水水质与水量情况，结合自身因素、处理污水运营成本等方面，再考虑各种治理方案的可靠性与适用性，最终选择以“预曝气―HCR反应器—初沉一接触氧化―二沉”作为该工艺主要的处理方案。经过设计工艺处理后，出水水质为COD=183.6mg/L，BOD=84mg/L，NH3-N=61mg/L，SS=31.5mg/L；达到《味精工业污染物排放标准》（GB19431-2004）的出水标准。本次废水治理工程的总体工程投资额为650.79万元；年运营成本为1.65元 /吨；而处理收益总计为2.80元 /吨。关键词：HCR反应器，排放标准，接触氧化，运营成本目录摘要 [21]。

4工程设计4.1构、建筑物设计及设备选型4.1.1预曝调节池预曝气调节池设置两个，一用一备，目的是在检修清泥时可以交替使用。根据《给排水设计手册》调节池的水力停留时间取T=8h。1.设计流量为： Q=2000×1.25=2500m3=104.2日变化系数取1.25。2.则预曝气调节池有效容积为： V=QT （4-2）=104.2×8=833.6（3.预曝气调节池的尺寸：取调节池内有效水深H为2.9m，预曝气调节池出水为水泵提升。根据计算的调节容积，考虑到进水管的标高，确定预曝气调节池采用方形池，池长L与池宽B相等，则预曝气调节池表面积： A=VH L=B==16.9（m）取17m4.本次预曝气调节池采用空气搅拌的方式达到均质、防止水中悬浮物的沉积和预曝气的效果；在池底设穿孔管，穿孔管与鼓风机空气管相连，用压缩空气进行搅拌；池底压力为： P水底=ρ5.根据《穿孔管曝气空气搅拌设计计算书》取槽表面空气搅拌负荷为b=0.05（m3/m2·min）；则所需空气量为： Q空=L×B×b=19×19×0.05=18.05（m6.结合《给排水设计手册第十一册常用设备》选用R系列标准型罗茨鼓风机中型号为RD-125；口径125（mm）；转速2000（r/min）的鼓风机。相关规格如表4.1所示。7.出口用IH型单级单吸化工离心泵来输送至初沉池，根据《给排水设计手册第十一册常用设备》采用两台IH80-65-125型，单台参数如表4.2所示。表4.1R系列标准型罗茨型号口径（mm）转速（r/min）进口流量（m3/min）轴功率（KW）电动机功率（KW）RD-125125A200019.613.418.5表4.2IH型单级单吸化工离心泵性能型号IH80-65-125流量（m3/h）50扬程H(m）20转速n（r/min）2900效率η（%）69轴功率（KW)3.95电动机功率（KW）5.58.构筑物计算简图如图4.1所示，详细图解见附件A2.3。图4.1预曝气调节池设计简图4.1.2初沉池设计两座竖流式初沉池，排泥方式采用重力式排泥。以下为初沉池相关设计计算。1.池体尺寸及相关配件（1）中心管①面积 （4-7）式中：qmax-每池最大设计流量，m3/s

v0-中心管内流速，m/s 取值0.015m/s②单池最大设计流量（n=2，n为设计池数） qmax= f=0.015/0.015=1.0（m2③直径d0 d0=④缝隙高度h3（m） h3=式中：取v1-中心管口与反射板之间缝隙的流速，m/s，这里取值为0.02m/s；d1-喇叭口直径，m d1=1.35=1.35×1.13=1.53 h3=（2）沉淀池设计①有效断面积F F=qmax表面负荷q’=1.5m3/（m2·h），则上升流速v为 v=q' F=0.015/0.0004=37.5（m2②直径 D=4F+f ③有效水深h2 h2=vt×3600式中：t-沉淀时间，h，取t=2.5h h2=0.0004×1.5×3600=3.6（m）校核池径水深比D/h2=7.0/3.6=1.94<3，符合要求。（3）校核集水槽每来出水堰的水力负荷"q0（L/s） q0==可见符合规范规定小于2.9L/（s·m）的要求，可不另设辐射式集水槽。（4）泥斗有效容积V1（m3）取底部直径d'为0.4m，泥斗高度为h5，泥斗倾角a=55°，则 h5==（ V2=（5）初沉池总高度H（m）H=式中：池子保护高度取h1=0.3m，缓冲层h4=0（因泥层很低）2.污泥部分相关计算：（1）初沉污泥量V泥（m3/d） V泥=100代入数据可得V式中：C0-原污水中悬浮物浓度，mg/L 初沉池取600mg/L；二沉池取350mg/L；终沉池取105mg/L η-初次沉淀池沉淀效率，% 初沉池取55%；二沉池与终沉池一般取70% Q-设计污水量，m3/d 这里取2500m3/d P-污泥含水率，%，一般取95%~97% 初沉污泥取95%；二沉和终沉污泥取99.4%； ρ-初沉污泥容重，kg/m3以1000kg/m3计 1000kg/m3计该部分污泥经污泥运输车运输全部进入污泥浓缩池。3.构筑物计算简图如图4.2所示，详细图解见附件A2.4图4.2初沉池设计简图4.1.3中间池根据《三废处理工程技术手册·废水卷》相关内容设中间池水力停留时间为8h。设计水位为5.5m1.中间池尺寸计算V式中：Q-设计进水流量T-水力停留时间2.设计水深H=5.5m，超高为h=0.5m，池体采用方形池，则长（L）和宽（B）相等，则：L=B==833.6/5.53.构筑物计算简图如图4.3所示，详细图解见附件A2.5图4.3中间池设计简图4.1.4HCR反应器1.反应器总体积结构尺寸确定：根据文献资料可知，在这里选定的高径比H/D为6：1，简径比Dr/D为0.43。导流筒直径DE=3m。2.水质情况：进水的COD浓度为9000mg/l左右，在实际运行过程中，废水的可生化性要好（3.1节已做论证）。3.运行参数的选取污泥浓度MLSS：6000mg/L COD容积负荷：80kg[COD]（m3/d） COD污泥负荷：6kg[COD]/（kg[MLSS]·d） COD：9000mg/L 泥龄：6.5d HRT：2.2h4.相关设计计算：（1）原水流量根据流量Q1所得计算反应区体积V Q1=式中：Q1-进水流量，m3/h ； LV-容积负荷，kg[COD]（m3/d）； S0-进水COD，mg/L代入数据得V=2250（m3）（2）空气流量①需氧量 R=Q（S0-S=20×6×0.9-1.42×6/6.5×24=76kgO②空气流量 Qa=6R/η 式中：η-氧气传质效率，这里取值2000（4）反应区部分①曝气区体积 V=QS式中：V-曝气区体积，m3 ； Q-平均进水流量，m3/d ； S0-进水COD浓度，kg/m3 ； Se-出水COD浓度，kg/m3 （5）沉淀区面积与容积，表面水力负荷q=0.3m3/（m2·h）①沉淀区面积A1 A1=②沉淀区容积V，HRT采用2.2h，V=Qt=20×2.2=44m③沉淀区高度h1： h1=（6）污泥回流缝尺寸确定根据相关技术标准，将回流缝的宽度定为25mm。5.构筑物计算简图如图4.4所示，详细图解见附件A2.6图4.4HCR反应器设计简图4.1.5脱气池根据《给水排水工程设计手册》相关设计要求，设脱气池水力停留时间30min，采用空气搅拌，表面空气搅拌负荷为为0.5m3/（m2·min），本次设计一座脱气池。1.脱气池的尺寸计算V=式中：Q-设计进水流量T-水力停留时间设计水深h=1.8m，池体采用方形池，则长（L）和宽（B）相等，则：L=B==52.2/1.82.则所需空气量为，设表面空气搅拌负荷为b=0.5（m3/m2·min）Q鼓风机的选择根据《给排水设计手册第十一册常用设备》相关内容，本次鼓风机选择R系列标准型罗茨，其性能见下表4.4所示。表4.4R系列标准型罗茨型号口径（mm）转速（r/min）进口流量（m3/min）轴功率（KW）电动机功率（KW）RD-5050A14501.101.42.24.1.6二沉池采用竖流式沉淀池，钢筋混凝土结构，根据《城市污水厂处理设施设计计算（第三版）》中相关内容对其进行相关设计计算。设计流量Q=104.2m3/h；水力表面负荷q'=1.0~1.5m3/（m2·h）；沉淀池个数n=2；沉淀时间T=3h，设计计算二沉池主要尺寸。1.池体尺寸及相关配件（1）中心管部分①面积 ②单池最大设计流量（n=2） qmax f=0.015/0.015=1.0（m③直径d0 d0④缝隙高度h3（m） h其中d1 d1=1.35×1.13=1.53 h3（2）沉淀池设计①有效断面积F F=q其中上升流速v v=q F=0.015/0.0004=37.5（m②直径 D=4 ③有效水深h2 h2式中：t-沉淀时间，h，取t=2.5h h2其中D/h2=7.0/3.6=1.94<3，故设计思路正确。（3）集水槽水力负荷q0（L/s） q0=结果小于2.9L/（s·m），则可以不设辐射式集水槽。（4）泥斗高度为h5，泥斗倾角a=55°，d'=0.4m则 h5=（ V2（5）初沉池总高度H（m）取池子h1=0.3m，h4=0，则H=2.污泥部分相关计算：（1）二沉污泥量V泥（m3/d） V泥=式中：C0取600mg/L；η取55%；Q取2500m3/d；P取95%；ρ以1000kg/m3计。代入相关数据得V3.构筑物计算简图如图4.5所示，详细图解见附件A2.7图4.5二沉池设计简图4.1.7生物接触氧化池生物接触氧化法的工艺流程通常可以分为一段法、二段法和多段法，根据本工程特性这里采用一段法进行设计计算。已知Q=2500m3/d，根据3.2.2工艺方案论证知，进水BOD5为La=525mg/L，出水BOD5为Lt=105mg/L，取容积负荷M=2000g/（m3·d），接触时间t=5h。1.接触氧化池容积： V=Q2.取接触氧化填料层总高度H=4m，则其总面积： F=V3.每格接触氧化池面积： f=F4.取接触氧化池尺寸为4m×4m。校核接触时间： t=nfH=5.取h1=0.5m，h2=0.5m，h3=0.3m，h4=1.0m，填料层数m=3层，则接触氧化池总高度：H6.污水在池内的实际停留时间：t7.选用ɸ25mm的玻璃钢蜂窝填料，则填料总体积： V8.采用多孔管鼓风曝气供氧，取气水比D0=15m3/m3，则所需总空气量： D=D9.每格需气量： D10.构筑物计算简图如图4.6所示，详细图解见附件A2.8图4.6生物接触氧化池设计简图4.1.8终沉池1.终沉池池体部分计算与二沉池完全相同，故相关尺寸设计计算完全可以依照二沉池进行设计计算。2.污泥部分相关计算：（1）终沉污泥量V泥（m3/d）V代入相关数据得V3.构筑物计算简图如图4.7所示，详细图解见附件A2.11图4.5终沉池设计简图4.1.9污泥浓缩池根据本处理系统特性，设置两个重力浓缩池，一个用于浓缩其中一个用于初沉池污泥处理，另外一个处理二沉池污泥。（相关参数可参考重力浓缩池固体通量经验值选取。）初沉池后的污泥浓缩池计算：（1）浓缩池面积A，浓缩污泥为初沉污泥，根据4.1.2中污泥部分相关计算以及表4-1所示，取污泥含水率为95%（即污泥浓度为50kg/m3），固体通量为90[kg/（m3·d）]，浓缩污泥含水率为90%（即污泥浓度为100kg/m3），初沉污泥量为165（m A==165×5090=91.7（式中：Q-污泥量，m3/d C0-污泥固体浓度，kg/m3 G-污泥固体通量，kg/（m2·d）（2）直径DD=（3）有效水深h2h（4）池底坡度造成的深度（其中h1=0.2m，h3=0.2m，D1=1.0m，D2=2.4m，i=1/20）h（5）泥斗高h（6）池深H=二沉池后的污泥浓缩池计算：（1）根据4.1.6中污泥部分相关计算以及表4-1所示，取污泥含水率为99.4%（即污泥浓度为6kg/m3），固体通量为30[kg/（m3·d）]，浓缩污泥含水率为97%（即污泥浓度为30kg/m3），二、终沉污泥量为102.1（mA==102.1×630=24.1（（2）浓缩池直径：D=（3）工作部分有效水深h2为h取T=15h。（4）池底坡度造成的深度（其中h1=0.2m，h3=0.2m，D1=0.8m，D2=1.6m，i=1/20）h（5）污泥斗高h（6）池深H=构筑物计算简图如图4.8所示，详细图解见附件A2.9图4.8污泥浓缩池设计简图4.1.10污泥配套设备该污泥配套由带式脱水机和换热设备组合而成，相关设计如下：1.带式脱水机：结合《给排水设计手册第十一册常用设备》中3.5.3中带式压滤机设备，根据前面相关计算可知该系统污泥量为初沉污泥量为165（m3/d），二、终沉污泥量为102.1+18.4=120.5（（1）过滤产率L L=2pωmμγT式中：m-过滤机的浸液比，m=t/T ； ω-滤过单位体积的滤液在过滤介质上截留的干固体质量，g/mL，； C0-污泥干固体含量，% ； Cg-泥饼干固体含量；代入数据得m=L=2pωm=25.4[kg/（m（2）过滤面积（m2）A=（3）污泥量为（日产污泥量285.5mQ=285.5/16=18（m3（4）附属设备的选择选用2台WHR型真空泵；GZ25型螺杆空压机2台；QW型反冲洗泵2台。2.换热器采用管壳式换热器。4.2总图布置将构筑物按工艺流程逆时针布置，预曝气调节池与初沉池紧挨布置在厂区左上角。中间池、HCR反应器、综合泵房和脱气池依据地形从右往左布置，各个构筑物间至少保证4m宽道路间隔。二沉池与配电室放置于厂区左侧，终沉池与生物接触氧化池设立在HCR反应器下方，以4m宽道路间隔。污泥处理部分位于厂区下风向处（右侧），很方便收集污泥，且防止恶臭气体影响园区，周边是建设预留地，以便于日后改进工程。具体平面布置图见附件A2.1所示。4.3高程布置4.3.1高程计算与原则高程计算由污水管道的结构设计与其它相对应的管道构筑物水头的阻力损失和通过管道阻力三部分组成；管道的设计主要包括管径、流速的确定和管材选择三个组成部分，为了更好的方便施工和维修人员，本次的设计选用钢管。本厂处理的城市污水流量变化大，我们把管道内的设计流速控制在1.2m/s至1.5m/s的范围。在管道的流速和所用管材设置完后，我们可以根据每一个管段的水头流量，查询一份水力计算表来确定每一个管段的水头管径，水力坡度，然后用数学方法计算得出各个管段沿着一条过程中的水头损失。当整个局部沿线过程水头损失尚未确定时，我们就首先采用了一种沿线工程水头损失估计计算方法，相对于该工程管段的整个局部沿线过程工段水头损失值占该整个管段的局部沿线工程局部水头损失的比率约为50%。高程图如附件A2.2所示。水力及高程计算表如表4.64.3.2各构筑物水头损失各构筑物水头损失如下表4.6所示：表4.6各构筑物水头损失构筑物水头损失（m）构筑物水头损失（m）预曝气调节池0.12二沉池0.084初沉池0.02生物接触氧化池0.06中间池0.036污泥浓缩池（初沉池）0.188HCR反应器0.012污泥浓缩池（二沉池、终沉池）0.39脱气池0.014污泥脱水间0.24构筑物连接管的沿程损失计算公式如下： hi=式中：hi——沿程损失，m；i——坡降，°；L——连接管长度；构筑物的局部阻力损失计算公式为： h1=式中：h1——局部阻力损失，m；hi——沿程损失，m；1.进水管到预曝气调节池，Q=104.2m3/h，管长为5m，经查水力计算表后确定，v=1.23m/s，DN=175mm，1000i=15.9。将数据代入相关公式中可得：（1）沿程阻力损失：（2）局部阻力损失：h2.预曝气调节池到初沉池，Q=52.1m3/h，管长为6m，经查水力计算表后确定，v=1.18m/s，DN=125mm，1000i=22.5。将数据代入相关公式中可得：（1）沿程阻力损失：（2）局部阻力损失：h3.初沉池到中间池，Q=104.2m3/h，管长为15m，经查水力计算表后确定，v=1.23m/s，DN=175mm，1000i=15.9。将数据代入相关公式中可得：（1）沿程阻力损失：（2）局部阻力损失：h4.中间池到HCR反应器，Q=52.1m3/h，管长为5m，经查水力计算表后确定，v=1.18m/s，DN=125mm，1000i=22.5。将数据代入相关公式中可得：（1）沿程阻力损失：（2）局部阻力损失：h5.HCR反应器到脱气池，Q=104.2m3/h，管长为4m，经查水力计算表后确定，v=1.23m/s，DN=175mm，1000i=15.9。将数据代入相关公式中可得：（1）沿程阻力损失：（2）局部阻力损失：h6.脱气池到二沉池，Q=52.1m3/h，管长为25m，经查水力计算表后确定，v=1.18m/s，DN=125mm，1000i=22.5。将数据代入相关公式中可得：（1）沿程阻力损失：（2）局部阻力损失：h7.二沉池到生物接触氧化池，Q=104.2m3/h，管长为25m，经查水力计算表后确定，v=1.23m/s，DN=175mm，1000i=15.9。将数据代入相关公式中可得：（1）沿程阻力损失：（2）局部阻力损失：h8.生物接触氧化池池到终沉池，Q=52.1m3/h，管长为5m，经查水力计算表后确定，v=1.18m/s，DN=125mm，1000i=22.5。将数据代入相关公式中可得：（1）沿程阻力损失：（2）局部阻力损失：h4.3.3污泥管道水头损失沿程损失公式： （4-41）式中：CH-污泥浓度系数 ； D-污泥管道半径mm ； V-管内流速，m/s ； L-管道长度，m ；1.初沉池池→污泥浓缩池L=25m，D=200mm，V=0.6m/s，CH=95，代入数据得：h=6.82×(2.二沉池，终沉池→污泥浓缩池池L=50m，D=200mm，V=0.6m/s，CH=95，代入数据得h=6.82(3.污泥浓缩池→污泥脱水间L=20m，D=200mm，v=0.6m/s，CH=62，代入数据得h=6.82×(

5工程投资估算及可行性论证5.1成本核算5.1.1成本核算依据（1）根据相应构筑物及设备的尺寸与选型询问相关工程公司。（2）查阅相关工程设计规范。（3）参考市场普遍价格。（4）收益部分参考相关期刊文献。5.1.2总体工程部分1.主要构筑物根据查阅相关资料以及询问环保设备公司后做出以下运行成本分析，首先HCR反应系统COD容积负荷是普通好氧生物反应器的6倍以上，该差别也使得其反应器的体积相较于它们减少大约5/6，而作为塔式结构的主反应器，不仅可以在地面以上建设也可以在地面以下建设。因此，拥有这种特点的反应器的实际占地面积仅与我国传统的好氧微生物反应器相比，占地面积为其1/6左右，综上所述，采用了HCR反应系统的味精厂的废水处理项目可以大大节约其占地面积1000平方米，折合经济可节约开支4.5万元。并且，相比于采用其他工艺至少需要五个以上的处理步骤才能完全满足出水要求，该工艺只需要经过预处理反应、HCR和生物氧化三个处理步骤就可以满足。因此，该工艺不仅在设计上节省了大量的工程建设投资，而且整个项目的占地面积的减少，也大大降低了项目建设投资的成本。整个土建工程（含土建、设备和安装）的投资400.68万元（详细情况见表5.1所示）。2.主要设备费用根据查阅相关设计资料以及询问环保工程设备公司得出主要设备费用投资为111.6万元（详细数据如表5.2所示）。3.其他费用总体工程部分其他费用主要包括：安装、管理、设计、调试、运行和税费。总计138.51万元，相关费用计算如下（主要参考《给水排水构筑物工程施工及验收规范》（GB50141-2008））：（1）安装费 安装费=土建工程总投资×8% （5-42）表5.1土建工程投资估算序号构筑物规格（L×B数量结构总计（万元）1预曝气调节池2.9×19×192钢硂结构46.92初沉池φ2钢硂结构49.23中间池6×14×141钢硂结构58.84HCR反应器V=2250m31钢硂结构112.55脱气池1.8×6.14×6.141钢硂结构3.46二沉池φ2钢硂结构58.07生物接触氧化池6.6×4×41钢硂结构5.288终沉池φ2钢硂结构46.89污泥浓缩池V=92V=242钢硂结构5.810脱水间8×4×41钢硂结构6.411综合泵房5×4×41钢硂结构412办公楼4×10×31砖混结构3.6（2）管理费 管理费=土建工程总投资×5% （5-43）（3）设计费 设计费=土建工程总投资+主要设备投资（4）调试费 调试费=土建工程总投资+主要设备投资=（5）运行费 运行费=土建工程总投资×5% （5-46）（6）税费 税费=土建工程总投资+主要设备投资+安装费+管理费+设计费+调试费+运行费×3.64% 4.综上所述总体工程总投资为：650.79万元。表5.2主要设备投资表序号名称相关参数数量单价（万元）合计（万元）1RD-125罗茨鼓风机18.5kw20.61.22RD-50罗茨鼓风机2.2kw10.20.23IH80-65-125离心泵5.5kw20.10.24KZ25~32型自吸泵5.5kw20.20.45GT20-2.6型转鼓真空过滤机2.2kw322666TFBG-200GF真空泵1.2kw20.517Syl-68反冲洗泵50L/S20.61.28空压机4kw20.40.89管壳式换热器1101010电缆线511管件阀门412电控系统201380QW65-25-7.5型无堵塞潜水泵7.5kw,扬程25m20.20.414QW40-8-15无阻塞排污泵8120.11.215合计111.65.1.3运行成本部分1.电耗量：按0.8元/（kW·h）的电费标准来计算，处理每立方米废水所花费的电费为：1800×0.8÷2000=0.722.人工费：按雇佣4名专业技术人员负责管理维护废水处理工程，月工资5000元计算，则每立方米废水的人工成本为：5000×4÷30÷2000=0.333.构筑物折旧费：根据《中华人民共和国所得税法》（2018版）有关内容，得构筑物以及设备残值率为5%，构筑物以及设备的折旧年限分别为20年和5年，则根据平均年限法可知；土建投资为400.68万元，年构筑物折旧费为：年折旧额=400.68×19.03万元÷365÷2000=0.264.设备折旧费：设备投资为111.6万元，根据根据《中华人民共和国所得税法》（2018版）有关内容，每吨立方米的设备折旧费为：年折旧额=111.6×21.2万元÷365÷2000=0.295.设备维护费：每年按设备投资的3%计，每立方米废水设备维护费为：111.6万元×3%÷365÷2000=0.0466.运行费用合计：年运营成本为120.45万元，折合每立方米废水的运营费用为1.65元/m3。5.1.4收益分析1.节约烧碱费该工艺通常不需要调节废水酸碱度，其可以直接进入反应系统中，则经计算减少烧碱使用量每天可达150~200kg，根据市场行情总计节约500元，则节约成本为：500÷2000=0.252.减少固体废物处理费若采用其他工艺都需不同程度地投加石灰来去除一部分SO42-，使之降低至相关处理工艺要求水平，经计算若采取其他工艺平均每天产生的干固体为：5000-1250若处理这些干固体每天要多花费150元左右，则节约成本为：150÷2000=0.0753.回收蛋白收入根据前文的内容可知可回收利用味精废水污泥中的蛋白住，理论上每处理1t味精废水，将回收蛋白约3kg，合计目前市场行情利润约1.5元。则该项收益为：1.5×2000÷2000=1.54.减少排污费假设按实际排污收费100元/tCOD计算，则每日可减少排污成本为：19.6×100÷2000=0.985.收益合计综上所述，本废水处理系统总计收益2.80元/m3。5.2可行性论证5.2.1经济可行性论证对味精厂自身而言：根据成本核算的结果可知，污水处理工程运行成本为1.65元/m3；收益合计2.80元/m3。则每年处理污水利润为：1.15元/m3。而总体工程总投资为650.79万元。则8年后该味精废水处理工程进入收益阶段，因此本工程对于味精厂本身经济方面是可行的。为了社会经济的利益，本项目的实施将为当地居民提供一定的劳动力和就业机会，有助于降低和缓解社会失业率风险，增加地方财政收入的很大比重，这不