某制药厂中药生产废水处理 32页

某制药厂中药生产废水处理设计1.概述1.1工程基本情况简介该制药厂是一中小企业，中药生产废水的最大排放量为500m3/d，拟定设计处理水量为500m3/d，处理系统按每天24h连续运行设计，即设计处理水量为20.83m3/h。确定本污水处理工程的设计进水水质如下表：表1-1污水水质情况项目CODBOD5SSNH3-N进水6000280035020除pH值外其它单位为:mg/L设计处理后要求出水水质达到《中药类制药工业水污染物排放标准》（GB21906–2008）的一级排放标准，出水水质各个参数情况见表二：表1-2污水排放标准项目CODBOD5SSNH3-N出水70185010除pH值外其它单位为：mg/L1.2设计依据（1）《中药类制药工业水污染物排放标准》（GB21906–2008）（2）《给排水设计规范》（3）《实用环境工程设计手册》（4）《环境工程设计手册》（5）相关的环境保护法规和技术政策1.3设计范围本工程设计范围包括该制药厂中药生产废水处理区内的废水处理工艺、土建工程、管道工程、设备购置等。设计包括：（1）废水处理工艺流程设计；32n（2）废水处理站平面布置图设计；（3）废水处理站高程图设计；（4）废水处理站管线图设计；（5）部分构筑物的设计；（6）投资估算；（7）工程经济和环境效益分析。1.4设计原则工艺方案的选择对于废水处理设施的建设、确保处理设施的处理效果和降低运行费用发挥着最为重要的作用，因此需要结合设计规模、废水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择技术可行、经济合理的处理工艺技术，经全面技术经济分析后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式。在废水处理设施的总体工艺方案确定中，遵循以下原则：（1）所选工艺必须技术先进、成熟，对水质变化适应能力强，运行稳定，能保证出水水质达到工厂使用标准及国家废水排放标准的要求。（2）所选工艺应减少基建投资和运行费用，节省占地面积和降低能耗。（3）所选工艺应易于操作、运行灵活且便于管理。根据进水水质、水量，应能对工艺运行参数和操作进行适当调整。（4）所选工艺应易于实现自动控制，提高操作管理水平。（5）所选工艺应最大程度减少对周围环境的不良影响（气味、噪声、气雾等）。2.处理工艺设计[2]2.1工艺流程确定根据处理的废水水量、水质及处理要求，结合工程经验，确定废水处理工艺，工艺流程如图：32n图2.1制药厂中药生产废水处理工艺流程2.2工艺流程设计说明中药生产废水通过格栅进入污水处理段调节池，通过酸化，提高了污水的可生化性。经泵定量提升到UASB反应器，调节酸化池出来的的污水进入USAB池，UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。UASB池出水进入氧化沟，32n氧化沟作为一种完全混合且不需要初沉池的延时曝气活性污泥法工艺，是一种出水水质好、运行可靠、基建投资费用和运行费用低的污水处理方法[3]。氧化沟不仅满足BOD5和SS的去除，而且氧化沟中还能进行充分的硝化和一定的反硝化作用，有效的去除废水中的氮和磷[7]。氧化沟处理排出的废水进入二沉池进行沉淀，沉淀后的水进入消毒氧化池，通过过添加二氧化氯颗粒药片，杀菌消毒，最后排放。同时，UASB反应器、氧化沟、二沉池中的剩余污泥通过污泥泵进入浓缩池，加入絮凝剂后，经板框压缩机脱水后运走[3]。2.3各单元预期处理效果物料衡算（拟定废水量500m3/d）①废水经过格栅、调节池。调节池的主要作用是调节水质水量，水量没有发生很大的变化，仍然为500m3/d。②废水经过UASB反应器，由于厌氧部分产生污泥量与废水量比起来非常小，可以忽略不计，进入氧化沟的废水水量基本不变，依旧为500m3/d。③氧化沟系统中的水量衡算应包括整个反应器里的进出水量，反应池中的污泥产量以及污泥回流，但是污泥回流是一个内循环系统，对于整个氧化沟系统，变化不大。④污泥处理系统中携带有水，但这部分水在脱水后又被送回调节池，因此水量损失也不大。所以，整个过程水量基本恒定不变。各主要构筑物对BOD5、COD、NH3-N、SS的预期处理效果见表2.1。32n处理单元项目BOD5(mg/L)COD(mg/L)NH3—N(mg/L)SS(mg/L)格栅进水2800600020350去除率1%7%035%调节酸化池进水2772558020227.5去除率2%2%05%UASB池进水27175468.420216.1去除率85%90%18%20%氧化沟进水407.55546.816.4172.88去除率96%85%70%25%二沉池进水16.382.024.92129.66去除率11%18%6%60%消毒氧化池进水14.567.23.4751.8去除率10%15%3%10%预计效果13.1573.3646总去除率99.9%99.3%77.5%97%排放标准18701050表2.1各主要构筑物预期去除效果3.工艺单元设计3.1格栅(地埋式)3.1.1设计说明[4]中药生产废水主要来自生产车间，在洗泡蒸煮药材、冲洗、制剂等过程中产生。废水包括生产过程中的原药洗涤水，原药药汁残液、过滤、蒸馏、萃取等单元操作中产生的污水、生产设备洗涤和地板冲洗水[8]。格栅主要用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物，防止堵塞和缠绕水泵机组、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口，减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行[4]。3.1.2设计计算3.1.2.1设计参数[4]栅前流速v1=0.3m/s过栅流速V=0.2m/s32n栅条间隙宽度b=0.01m格栅倾角α=60°格栅数为N=1个栅条宽度S=0.02m3.1.2.2设计计算[2]设计流量Q=500m3/d=0.006m3/s根据最优水力断面公式计算得:栅前槽宽，则栅前水深取栅前水深h=0.1m，过栅流速V=0.2m/s，栅条间隙宽度b=0.01m，格栅倾角α=60º，格栅数N=1个，则栅条间隙数n为：栅槽有效宽度B2=s（n-1）+bn=0.02×（35-1）+0.01×35=1.03m进水渠道渐宽部分长度（其中α1为进水渠展开角）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度过栅水头损失（h1）因栅条边为矩形截面，取k=3，则式中：ε=β（s/e）4/3h0：计算水头损失k：系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3ε：阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β=2.42栅后槽总高度（H）32n取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽总高度H1=h+h2=0.1+0.3=0.4m栅后槽总高度H=h+h1+h2=0.10+0.1+0.3=0.5m格栅总长度L=L1+L2+0.5+1.0+0.4/tanα=1.14+0.57+0.5+1.0+0.4/tan60°=3.41m每日栅渣量ω=Q平均日ω1==0.02m3/d＜0.2m3/d所以宜采用人工清渣格栅3.2调节池(地埋式)3.2.1设计说明[2]中药材废水污染主要变现为高浓度有机废水的污染，对于中药制药工业，由于药物生产过程中不同药物品种和生产工艺不同，所产生的废水水质及水量有很大的差别，而且由于产品更换周期短，随着产品的更换，废水水质、水量经常波动，极不稳定。中药废水的另一个特点是有机污染物浓度高，悬浮物，尤其是木质素等比重较轻、难于沉淀的有机物含量高，色度较高，废水的可生化性较好，多为间歇排放，污水成分复杂，水质水量变化较大。综上中药废水特点，需设调节池。调节池的作用是集水缓冲、均匀调节兼水解酸化、中和水质。通过酸化，提高了污水的可生化性。3.2.2设计计算[4]3.2.2.1设计参数水力停留时间t取2.5h该厂最大排水量Qmax取500m3/d,即为20.83m3/h有效水深取H=2.5m3.2.2.2计算调节池有效容积为：V容积=Qmaxt=20.83×2.5=52.1m3H=2.5m，超高0.5m，则池面积：A=V/H=52.5÷2.5=21m232n取池长L=5.3m,则池宽B=4.0m即调节池的实际尺寸为：L·B·H=5.3m×4.0m×（2.5+0.5）m附属设施:选用二台潜水排污泵（一用一备），型号为WQ27-15-2.2，参数如下表：泵流量m3/h扬程m转速r/min电机功率kW效率﹪排出口径mmWQ27-15-2.2271529002.2702403.3UASB反应器(半地埋式)3.3.1设计说明[3]UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。3.3.2设计计算3.3.2.1设计参数[9]产容积负荷Nv为6kgCOD/(m3·d)UASB反应器水力停留时间HRT=12h，有效水深h2=5m3.3.2.2计算[2]两相厌氧反应器的有效容积：32nV=QmaxS0/Nv=500×5468÷6000=455m3采用2座UASB反应器，则每个反应器的容积为：V1=455÷2=227m3UASB反应器的有效高度取为5m，则反应器面积为：A1=V1/h=227÷5≈45.4m2反应区的平面形状采用矩形，设池长为池宽的2倍，设池长L为池宽B的2倍，则可知B＝4.6m，L＝10m。实际池面积：S实＝4.6×10＝46m2一般应用时反应器装液量为70%～90%，本工程中设计反应器高H＝5.0m，其中超高0.5m，反应器的总容积V＝BLH＝4.6×10×（5.0+0.5）＝253m3，反应器总容积为506m3，则体积有效系数为454/506＝89.7%，符合有机负荷要求。故最终的UASB反应器实际尺寸为：L·B·H=10m×4.6m×5.5mtHRTV有效/Q=227/21.011hVrQ/A1=21.0/45.40.46m3/(m2·h)对于颗粒污泥，水力负荷Vr＝0.1～0.9m3/(m2·h)，符合要求。（1）布水点的设置由于设计容积负荷＞4.0kgCOD/(m3·d)，因此每个点的布水面积取3m2为好，每池布水点数：nS/S0=40/3=13，取n＝15个则每个进水口负荷a=A1/n=45.4/15=3.03m2①内圈3个孔口设计服务面积：S1=3×3.03=9.09m2折合为服务圆的直径为：设布水管内流速u1＝0.5m/s，u2＝0.6m/s，u3＝0.7m/s，u4＝0.8m/s，u5＝1.0m/s，u6＝3.0m/s（管出口），则直径d为:d1＝==61mm32nd2＝==40mmd3＝==26mmd4＝==17mmd5＝==11mmd6＝==5mm布水管设置在离UASB反应器底部200mm处。（2）验证空塔水流速度：ukQ/S＝21/40＝0.52m/h＜1.0m/h，符合要求。空塔气流速度：ug式中：Q—设计处理量，m3/hCo—进水COD浓度，kg/m3η—COD去除率，取80%S—横截面积，m2r—沼气产率，取0.35m3/kgCODug(21×6000×10-3×80%×0.52)/40＝0.85m/h＜1.0m/h，符合要求。整个两相厌氧工艺，在设计中利用水力自流作用，是废水进出反应器时，无需外加外力作用。32n3.4三相分离器的设计[13]I三相分离器构造形式多种多样，但是必定有3个主要功能和3个组成部分：气液分离、固液分离和污泥回流3个功能以及气封、沉淀区和回流缝3个组成部分。3.4.1沉淀区设计根据一般设计要求，水流在沉淀室内的表面负荷率q′＜0.7m3/（m2·h），沉淀室底部进水口表面负荷一般小于2.0m3/（m2·h）,本工程设计中，与短边平行，沿长边每池布置5个集气罩，构成5个分离单元，则每池设置5个三相分离器三相分离器长度B＝4.5m，每个单元宽度b＝L/5＝10/5＝2m沉淀区的沉淀面积即为反应器水平面积，即45.4m2沉淀区的表面负荷率：Q/S＝21/45.4＝0.46m3/（m2·h）＜1.0～2.0m3/（m2·h）3.4.2回流缝的设计设上下三角形集气罩斜面水平夹角为α＝55°，取h3＝0.9mb1＝h3/tgα＝0.9/tg55°＝0.63mb2＝b－2b1＝2－2×0.63＝0.74(m)式中：b1—下三角形集气罩底宽度，mh3—下三角形集气罩垂直高度，mb2—相邻两个下三角形集气罩之间水平距离，mb—单元三相分离器宽度，m下三角集气罩之间污泥回流缝混合液上升流速a1＝nb2L＝5×0.74×4.6＝17.0m2v1＝Q/a1＝21/17.0＝1.2m/h式中：v1—下三角形集气罩之间污泥回流缝中混合液的上升流速，m/ha1—下三角形集气罩回流缝总面积，m2L—反应器宽度，即三相分离器的长度B，mn—反应器的三相分离器的单元数为使回流缝水流稳定，固液分离效果良好，污泥能顺利回流，一般v1＜2m/h。32n上三角集气罩下端与下三角斜面之间水平距离的回流缝中水流的流速设b3＝CD＝0.3ma2＝2nb3L＝2×5×0.3×4.6＝13.5m2v2＝Q/a2＝21/26.4＝1.6m/h式中：v2—上三角集气罩下端与下三角集气罩斜面之间水平距离的回流缝中水流的流速，m/ha2—上三角集气罩回流缝的总面积，m2b3—上三角集气罩回流缝的宽度，m假定a2为控制断面Amin，一般其面积不低于反应器面积的20%，v2就是vmax。同时要满足：v1＜v2（vmax）＜2.0m/h。3.4.3气液分离设计CE＝CDsin55°＝0.3×sin55°＝0.25mCB＝CE/sin35°＝0.25/sin35°＝0.44m设AB＝0.5mH4＝（ABcos55°＋b2/2）×tg55°＝0.94m校核气液分离，假定气泡上升流速和水流速度不变，根据平行四边形法则，要使气泡分离不进入沉淀区的必要条件是：vb/va＞AD/AB或BC/AB。沿AB方向水流速度：va＝Q/CE×B×2×N＝1.8m/h式中：B—三相分离器长度N—每池三相分离器数量气泡上升速度：vb＝βg/18μ×（ρ1－ρ2）×d2,μ＝νρ1式中：d-气泡直径，cmρ1-液体密度，g/cm3ρ2-沼气密度，g/cm3β-碰撞系数，取0.95μ-废水的动力黏滞系数，g/（cm·s）v-液体的运动粘滞系数，cm2/s设气泡直径d＝0.01cm，在35℃下，ρ1＝1.03g/cm3，ρ2＝1.15×10-3g/cm3，v＝0.0101cm2/s，β＝0.95，μ＝0.0101×1.03＝0.32n0104g/（cm·s），由于废水动力粘滞系数值比净水的大，取0.02g/（cm·s）。vb＝（0.95×9.81）/（18×0.02）＝9.58m/hBC/AB＝0.44/0.5＝0.88vb/va＝9.58/1.8＝5.32所以：vb/va＞BC/AB，可脱去d≥0.01cm的气泡3.4.4三相分离器与UASB高度设计三相分离区总高度h＝h2＋h3＋h4－h5h2为集气罩以上的覆盖水深，取0.5mAF＝h3/sin55°＝1.46mDF＝AF－AD＝1.46－0.5－0.52＝0.44mh5＝DFsin55°＝0.44×sin55°＝0.36mh＝h2＋h3＋h4－h5＝0.5＋0.9＋0.88－0.36＝1.92mUASB总高H=5.5m，其中超高0.5m，沉淀区高1.0m，污泥床高2.0m，悬浮区高2.0m。3.4.5产泥量的计算UASB反应器中污泥总量计算一般UASB污泥床主要由沉降性能良好的厌氧污泥组成，平均浓度为15VSS/L，则UASB反应器中污泥总量为：G＝VCSS＝500×15＝5600kg/d＝5.6t/d产泥量计算厌氧生物处理污泥产量取r＝0.08kgVSS/kgCOD，流量Q=21m3/h，进水COD浓度C0＝5468mg/L＝5.5kg/m3，COD去除率E=80%UASB反应器总产泥：△X＝RQC0E＝0.08×500×5.5×0.8＝176kgVSS/d据VSS/SS＝0.8，△X＝176/0.8＝220kgSS/d.污泥含水率为98%，当含水率＞95%时，取ρs＝1000kg/m3，则污泥含产量：WS＝220/1000×（1－98%）＝11m3/d污泥泥龄：θc＝G/△X＝5600/220＝25.5d3.4.6出水系统的设计计算出水系统的作用是把沉淀区液面的澄清水均匀的收集并排出。出水是否均匀对处理效果有很大的影响，且其形式与三相分离器及沉淀设计有关。出水槽设计32n对于每个反应池，由5个单元三相分离器，出水槽共有5条，槽宽0.2m。单个反应器流量：qi＝Q/3600＝21/3600＝0.006m3/s设出口槽附近水流速度为0.2m/s，则槽口附近水深为qi/5/ua＝0.006/5/0.2×0.2＝0.03m取槽口附近槽深为0.20m，出水槽坡度为0.01，出水槽尺寸为10m×0.2m×0.2m，出水槽数量为5座溢流堰设计出水槽溢流堰共有10条，每条长9.6m；设计90°三角堰，堰高50mm堰口宽100mm，则堰口水面宽50mm每个UASB反应器处理水量6.0L/s，查知溢流负荷为1～2L/（m·s），设计溢流负荷f＝1.0L/（m·s），则堰上水面总长为：L＝qi/f＝6.0m三角堰数量：n＝L/bˊ＝6.0/50×10-3＝120g个，取120个每条溢流堰三角堰数量：120/10＝12个一条溢流堰上共有12个100mm的堰口，12个700mm的间隙堰上水头校核每个堰出流率：q＝qi/n＝5.0×10-5m3/s按90°三角堰计算公式q＝1.43h2.5，则堰上水头：h＝（q/1.43）0.4＝0.016m3.4.7出水渠设计计算反应器沿长边设一条矩形出水渠，6条出水槽的出水流至此出水渠。设出水渠宽0.4m，坡度0.001，出水渠渠口附近水流速度为0.2m/s渠口附近水深＝qi/u×a＝0.15m以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深：0.2＋0.15＝0.35m离出水渠渠口最远的出水槽到渠口的距离为13.85m，出水渠长为13.85＋0.1＝13.95m出水渠尺寸：13.95m×0.4m×0.35m，向渠口坡度为0.0013.4.8UASB排水管设计计算Q＝6.0L/s，选用D＝150mm钢管排水，充满度（设计值）为0.6管内水流速度：v＝4×0.006/π×0.152×0.6＝0.57m/s3.4.9UASB的其它设计考虑32n3.4.9.1取样管设计在池壁高度方向上设置若干个取样管，用以采取反应器内的污泥样，以随时掌握污泥在高度方向上的浓度分布情况。在距反应器底1.1～1.2m位置，沿池壁高度上设置取样管4根，沿反应器高度方向上各管相距0.8m，水平方向上各管相距2.0m。取样管选用DN100钢管，取样口设于距地面1.1m处，配球阀取样。3.4.9.2检修人孔为便于检修，在UASB反应器距地坪1.0m处设Φ600mm人孔一个。通风为防止部分容重过大的沼气在反应器内聚集，影响检修和发生危险，检修时可向UASB反应器中通入压缩空气，因此在UASB一侧预埋压缩空气管（由鼓风机房引来）。3.4.9.3防腐措施厌氧反应器腐蚀比较严重的地方是反应器上部，此处无论是钢材或水泥都会被损坏，因此，UASB反应器重点进行顶部的防腐处理。在水平面以下，溶解的CO2会发生腐蚀，水泥中的CaO会因为碳酸的存在而溶解。沉降斜面也会腐蚀，为了延长反应器的使用寿命，反应器的防腐措施是必不可少的。本次设计中，反应器上部2m以上池壁用玻璃钢防腐，三相分离器所有裸露的碳钢部位用玻璃钢防腐。3.4.9.4给排水在UASB反应器布置区设置一根D32供水管补水、冲洗及排空时使用。3.4.9.5通行在反应器上设置钢架、钢板行走平台，并连接上台楼梯。3.5氧化沟(半地埋式)3.5.1设计说明[2]32n中药生产废水的特点是有机污染物浓度高，且制药类工业行业排放标准要求废水处理效率高。氧化沟作为一种完全混合且不需要初沉池的延时曝气活性污泥法工艺，是一种出水水质好、运行可靠、基建投资费用和运行费用低的污水处理方法。氧化沟一般呈环形沟渠状，污水在沟渠内作环形流动，利用独特的水力流动特点，在沟渠转弯处设曝气装置，在曝气池上方为厌氧池，下方为好养段，从而产生富氧区和缺氧区，可以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮的效应，同时氧化沟法污泥泥龄长，可以存活世代时间较长的微生物进行特别的反应，如除磷脱氮。3.5.2设计参数[10]本设计采用卡罗塞(Carrousel)氧化沟，去除BOD5与COD之外，还具备硝化和一定的脱氮除磷作用，使出水NH3-N低于排放标准。氧化沟设计为一座，按最大日平均流量设计，则氧化沟设计流量为：Q′=Qmax=500m3/d=6.0L/s总污泥龄：20d氧化沟中挥发性固体浓度X=4000mg/(L·VSS)二沉池底挥发性固体浓度Xr=11000mg/(L·VSS)产率系数y=0.45微生物自身衰减系数Kd=0.1d-1反应速率常数K=0.1L/(mg/d)3.5.2.1设计计算[11]本设计日处理水量设计为500m3，共设计一组氧化沟，氧化沟日处理水量为500m3，进水BOD5浓度为407.5mg/L，出水BOD5浓度要求小于18mg/L，（1）氧化沟所需容积V（WV＝0）V＝yQ（L0－Le）/xkd式中：V—氧化沟所需容积，m3y—产率系数，微生物降解1kgBOD所合成的MLVSS（kg）数Q—污水设计流量（一般按日平均流量计算），m3/dL0—进水BOD浓度，mg/LLe—BOD排放限值，mg/Lx—曝气池内混合液悬浮固体浓度（MLSS），mg/Lkd—微生物自身衰减系数，d-1V=0.45×500×(407.5-16.3)/(4000×0.1)=220.1m3（2）剩余污泥量Wx（kg/d）Wx=yQLr/(1+bt)32n式中：Q-设计污水流量，m3/dLr-去除的BOD5浓度，mg/L，Lr=Lo-Lets-污泥龄，dy-污泥产率系数，kg/MLSS/kgBOD5b-污泥自身氧化率，d-1,一般取0.1Wx=0.45×500×(407.5-16.3)×10-3/（1+0.45×20）=8.8kg/d如由池底排除，二沉池排泥浓度为10g/L，则氧化沟产泥量为：（3）曝气时间tt=V/Q=220.1÷500=0.44d=10.6h（4）污泥回流比RR＝X/（Xr-X）＝4000/（11000-4000）＝0.6式中：R—污泥回流比X—曝气池内混合液悬浮固体浓度（MLSS），mg/LXr—二沉池底挥发固体浓度，mg/L（5）需氧量G①降解BOD5的需氧量：Q(Lo-Lr)/0.68②硝化需氧量：4.57(No-Ne)Q③排放剩余污泥所减少的BOD5量，因此部分BOD5不耗氧，在需氧量计算中应予以扣除：-1.42·Wx·(VSS/SS)④排放剩余污泥所减少的NH3-N,此部分NH3-N不耗氧，也应予以扣除：-0.56·Wx·(VSS/SS)，所以，总的需氧量G为：G=Q[(Lo-Lr)/0.68+4.57(No-Ne)]-1.42·Wx·(VSS/SS)-0.56·Wx·(VSS/SS)=500×[(407.55.3-16.3)/0.68+4.57×(16.4-4.92]×10-3-1.42×43.2×0.8-0.56×43.2×0.8=181.01kg/d=7.54kg/h式中：Q-设计污水流量，m3/dLO、Lr-分别为进水、出水的BOD5浓度，mg/L32nWx-剩余污泥排放量，kg/dVSS/SS-污泥中挥发性固体百分数，此值为0.8No、Ne-分别为进、出水氨氮浓度，mg/L取T=30℃，查表得α=0.8,β=0.9,氧的饱和度=7.63mg/L，=9.17mg/L采用表面机械曝气时，20℃时脱氧清水的充氧量为：查手册，选用NSR200罗茨风机，电机功率N=55kW,风量40.17m3/h，风压49kpa。（6）污泥负荷率Ns(kgBOD5/kgMLSS·d)Ns=Q(Lo-Lr)/VX=500×(2323.3-12.9)÷(174.6×4000)=0.22kgBOD5/kgMLSS·d（7）氧化沟的尺寸氧化沟采用2廊道式卡鲁塞尔氧化沟，取池深2.5m，宽4m，则氧化沟长度:。弯道处长度:故氧化沟总池长=12+6=18m，总池宽=4m（未计池壁厚）即氧化沟实际尺寸为：：L·B·H=18m×4m×(2.5+0.5)m3.6二沉池(半地埋式)3.6.1设计说明[1]32n二次沉淀池是整个活性污泥法系统中重要的组成部分。整个系统的处理效能与二沉池的设计和运行密切相关，在功能上要同时满足澄清（固液分离）和污泥浓缩（提高回流污泥的含固率）两方面的要求，它的工作效果将直接影响系统的出水水质和回流污泥浓度。3.6.2设计计算[4]3.6.2.1设计参数表面负荷q=1.5m3/(m2·h)池数n=1污泥回流比R=0.6沉淀时间t取2.0h中心管流速v0取0.03m/s污水由中心管喇叭口与反射板之间的缝隙流出速度u1取0.02m/s3.6.2.2计算采用一座沉淀池，则池子的处理量为：Q=Qmax=500m3/d=0.0058m3/s中心管面积：A1=Qmax/v0=0.0058÷0.03=0.20m2中心管直径：d0=(4A1/π)0.5=(4×0.20÷3.14)0.5=0.51m喇叭口直径为：d1=1.35d0=1.35×0.51=0.69m反射板直径为：d2=1.3d1=1.3×0.69=0.90m中心管喇叭口至反射板之间的间隙高度：h3=Q/u1πd1=0.0058÷(0.02×3.14×0.69)=0.14m沉淀池的有效水深，即中心管高度：h2=qt=1.5×2=3.0m3h2=3×3.0=9.0m＞7.0m(符合要求)沉淀部分有效断面面积：v=q/3600=1.5/3600=0.00042A=Q/v=0.0058÷0.00042=13.8m2则沉淀池直径为：D=[4(A+A1)/π]0.5=[4×(13.8+0.2)÷3.14]0.5=4.22m32n检验：D/h2=4.22÷3.0=1.41＜3（符合要求）采用D=5.0m中心管喇叭口至反射板之间的间隙高度：h3=Q/u1πd1=0.0058÷(0.02×3.14×0.69)=0.14m校核集水槽出水堰负荷,则集水槽每米出水堰负荷为：Q/πD=0.0058÷3.14÷5=0.40L/s＜2.9L/s污泥斗尺寸：取截头圆锥下部直径2r为0.4m，污泥斗倾角为55°，则污泥斗高度h5为：h5=(2.5-0.2)tan55°=3.29m污泥斗容积为：V1=πh5（R2＋Rr＋r2）/3=3.14×3.29×(2.52+2.5×0.2+0.22)÷3=23.38m3沉淀池的总高度：H=h1+h2+h3+h4+h5超高h1取0.3m，缓冲层高度h4取0.3m，则：H=0.3+3.0+0.14+0.3+3.29=7.03m3.7污泥回流设备的设计[2]活性污泥从二沉池回流至氧化沟时需设置污泥回流设备。在污泥回流系统中，常用的污泥提升设备主要是污泥泵、空气提升泵和螺旋泵。在本设计中采用污泥泵。取回流比r=0.6Qr=Qmaxr=500×0.6=300m3/dcxr=(1+r)cx/r=[(1+0.6)×3000]÷0.6=8000mg/L附属设施选用二台立式排污泵（一用一备），型号为50WL15-20-2.2，参数如下表：泵流量m3/h扬程m转速r/min电机功率kW效率﹪排出口径mmWL15-20-2.2152029002.25124032n3.8消毒池(半地埋式)3.8.1设计说明水经过以上构筑物处理后，虽然水质得到了改善，细菌数量也大幅减少，但是细菌的绝对值依然十分客观，并有存在病原菌的可能，因此，污水在排放水体前，应进行消毒处理设计中采用平流式消毒接触池，消毒接触池设2组，每组3廊道。3.8.2设计参数水力停留时间t取0.5h有效水深取h1=2.5m3.8.2.1计算[1]消毒池容积为：V1=Qt=500×0.5=250m3消毒池的宽为3m式中：V1-消毒池容积，m3Q-处理的水量，m3/ht-水力停留时间，h消毒池表面积:F=V/h=250/2.5=100m2消毒池的长度L=100/3=33.3m取34m校核长宽比：L/B=11.3>10，合乎要求。消毒池高度：H=h1+h2=2.5+0.5=3.0m进水部分：每个消毒接触池的进水管管径D=100mm，v=1.0m/s消毒池的实际尺寸：L×B×H=34m×3m×3m32n3.9污泥浓缩池(半地埋式)3.9.1设计说明[2]污泥浓缩的主要目的是去除游离水，以减小污泥体积。本设计采用的是重力浓缩法。重力浓缩法是利用污泥自身的重力将污泥间隙的液体挤出，从而使污泥的含水率降低的方法。它主要用于浓缩初沉污泥及初沉污泥与剩余活性污泥或初沉污泥与腐殖污泥的混合液。其处理构筑物为污泥浓缩池，本设计采用间歇式竖流式污泥浓缩池。浓缩来自二沉池的剩余污泥，浓缩前污泥含水率为99.2%，来自于氧化沟的污泥，浓缩前含水率为98.7%，来自于混合沉淀池污泥，浓缩前含水率为98%。重力浓缩法贮存污泥的能力高，操作要求不高，运行费用低，尤其是耗电少。但它会使有机污泥产生不良气味。气味的问题可以在浓缩前加石灰来解决。在浓缩池内加适量石灰不影响后续处理。另外，也可将浓缩池加盖使密闭的池内形成负压，并将抽出的污染气体进行处理。3.9.2设计计算[10]设计一座间歇式竖流式重力浓缩池。3.9.2.1确定基本设计参数[2]中心管流速u0取0.1m/s污水在浓缩区的上升流速u取0.1mm/s污泥浓缩时间T取10h污泥固体浓度C取10kg/m3浓缩池污泥固体负荷M取80kg/（m2·d）水从中心管与反射板之间流出的速度u1取0.1m/s3.9.2.2计算[11]UASB产生污泥量：△X＝RQC0E＝0.08×500×6.0×0.8＝192kgVSS/d据VSS/SS＝0.8，△X＝192/0.8＝240kgSS/d.二沉池产生污泥量：32n△X=YQSr-KVXv=[0.5×500×(6000-70)-0.1×138.0×4000×0.8]÷1000=143.8kg/d式中：Y——产率系数，取0.5K——活性污泥微生物自身氧化率，取0.1V——二沉池容积m3污泥设计流量：Q=V＋Wx+△X＋△X’=470.7m3/d污泥流量QS为：式中：X——剩余污泥浓度，g/L浓缩池有效水深h2为：h2=vt=0.0001×10×3600=3.6m设进水中心管流速v1为0.1m/s，则中心管面积f为：中心管直径d为：喇叭口直径d1=1.35d=1.35×0.06=0.126m喇叭口高度h’=1.35d1=1.35×0.15=0.17m浓缩后分离出来的污水流量q为：浓缩池有效面积F为：浓缩池的直径D为：32n（取D=3.0m）浓缩后的剩余污泥量Q’为：设污泥斗夹角α=50°,斗底直径为0.6m，则斗高h5为池子总高H为：H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+3.6+0.5+0.3+1.43=6.2m式中：h1——超高，取0.3mh2——有效水深h3——中心管与反射板之间高度，取0.5mh4——缓冲层高度，取0.3mh5——浓缩池斗高，计算得1.43m污泥浓缩池工艺尺寸:D·H=3.0m×6.2m结构：半地下钢筋混凝土结构，上设盖板，留检修孔一个超高：0.5m主要设备：污泥螺杆泵；型号：G25-1；数量：2台（一用一备）；功率：1.5kw。3.10板框压滤机[2]浓缩后的污泥脱水设备采用板框压滤机。该设备改造简单、推动力大，适用于各种性质的污泥，且形成的滤饼含水率低。板框压滤机的面积：A=1000（1-p）Q/L式中：A——压滤机的过滤面积m232nP——污泥含水率，%Q——污泥量，m3/hL——压滤机产率，kg/（m2·h-1）取压滤机产率L=3kg/（m2·h-1），则：A=1000×（1－0.99）×2.45÷3=8.2m2主要设备：板框压滤机1台，参数见下表：型号滤饼厚度（mm）过滤压力（MPa）过滤面积(m2)BMS/520-30U301-0.5153.11污泥的最终处置[1]污泥经浓缩、稳定及脱水后，在一定程度上得到了稳定，但污泥作为污水处理过程中的副产物，还需考虑其最终去向，即最终处置。污泥处置的最佳选择是污泥的综合利用。污泥中含有许多有用物质，可通过以下途径加以利用：建筑材料：污泥焚烧灰掺加粘土和硅砂制砖；或在剩余活性污泥中加进木屑、玻璃纤维压制板材；以无机物为主要成分的沉渣，可用来铺路和填坑。农肥：如果污泥中重金属离子含量在容许范围以内，可直接用作农肥。此外，污泥中的蛋白质可作饲料或从中提取维生素B12、维生素A和维生素B等化学药物。污泥处置：由于某些因素无法采用污泥利用或产品回收的方法，就必须考虑污泥的处置方法。填埋：污泥单独填埋或与城市垃圾一起填埋是一种可以考虑的方法。但在填埋前应经过稳定化处理。选择填埋场地时应注意该处的地质、水文条件和土壤条件，不至使地下水受到污染，且应与土地利用规划相结合。焚烧：污泥焚烧不仅可以使有机固体量和污泥体积大幅减小，而且还可达到灭菌目的。海洋投弃：某些国家采用海洋投弃法，但目前其对环境的影响促使人们对此种方法越来越持否定态度。32n4.工作间设计（地上砖混结构）本次设计工作间分为休息室、控制室、压滤机室和水泵房。各部分的尺寸为休息室4m×4m×4m，控制室4m×4m×4m，压滤机房7m×4m×4m，水泵房4m×4m×4m。总尺寸为19m×4m×4m。5.处理站平面布置[1]设计原则：总体上整齐美观，功能分区明显，交通畅达。平面布置原则：1、总平面设计充分结合地形、地貌、地址等条件，以减少土方量，利于排水，紧凑布置，尽量节约用地。2、平面设计必须满足生产要求，根据主要生产装置及相互辅助装置之间的相互联系进行布局，以使水质输送距离最短。3、总平面设计应符合防火、消防、卫生等各项规范要求。4、总平面设计应表现出功能明确，水流通畅。5、设置必要的超越管、沟，以便在发生事故或检修时污水能超越一部分或全部构筑物。6、道路、供电、给水、消防按相关标准规范执行。详见附图。6.高程布置高程确定主要考虑保证自流构筑物的水头，并尽可能减少动力提升和土建时土方量。详见附图。7.投资估算7.1土建部分投资[12]表7－1土建项目投资估算表名称数量（个）工艺尺寸数量单位结构单价（万元）总价（万元）格栅池13.5×1.2×1.04.2m3砖混0.0480.2032n调节池15.3×4.0×3.063.6m3钢混0.053.018厌氧池17.0×4.0×3.556m3钢混0.052.80沉淀池14.0×4.0×3.548.5m3钢混0.052.43UASB池19.0×4.5×5.5222.75m3钢混0.0511.14氧化沟118.0×4.0×3.0324m3钢混0.0516.2二沉池1Ф5.0×7.03138.0m3钢混0.056.9配药池23×2×2.530m3钢混0.051.5贮药池25×4×2.5100m3钢混0.055.0混凝沉淀池1Ф5.0×5.73112.45m3钢混0.055.62污泥浓缩池1Ф3.0×6.343.8m3钢混0.052.23压滤机房17.0×4.0×4.0112m3砖混0.0485.38控制室14.0×4.0×4.064m3砖混0.0483.01休息间14.0×4.0×4.064m3砖混0.0483.01水泵房14.0×4.0×4.064m3砖混0.0483.01合计63.38表7-2设备项目投资估算表名称型号功率(KW)数量材质单价（万元）总价（万元）格栅1球磨铸钢0.230.23潜水排污泵50WQ27-15-2.22.24台球磨铸钢0.62.4污泥泵80WL50-10-33.08台球磨铸钢0.231.84立式排污泵50WL15-27-2.22.24台球磨铸钢0.210.84加药装置Ф800×1200mm3.33EPDM0.72.1污泥螺杆泵G25-11.52台0.581.16罗茨风机NSR200552套组合件1.923.84板框压滤机15平方1台球磨铸钢2.42.4UASB三相分离器1套3.53.5UASB布水系统1套2.42.4配电及控制系统1套2.02.0合计23.177.2设备投资部分32n总投资：86.56万元8.经济效益分析[10]1、处理规模5003/d2、工程总投资86.56万元3、运行成本（1）电费工程装机容量为164.5kW,实际运行功率87.2kW，日实耗电量为2092.8kW·h，电价按1.0元/kW·h，则电费为：（2092.8×1.0）/500=4.19元/m3（2）药剂费PAC一天的费用为10000÷106×1700=17.0元/天PAM一天的费用为(750+1000)÷106×30000=52.5元/天则药剂费为：(17+52.5)÷500=0.139元/m3（3）人工费人员配备：污水处理站操作人员定编6人，2人负责日常维护，2人负责操作，2人为管理人员。工资按每月1500元/人计，则人工费P3=9000÷30÷500=0.6元/m3（4）维修费按设备投资的2%，年运行300天计，则P4=（865600×0.02）÷300÷500=0.11元/m3（5）运行总费用P=P1+P2+P3+P4=4.19+0.139+0.6+0.11=5.03元/m3，则运行总费用为5.03元/m39.环境效益分析通过该工艺的运行预计可减少向环境排放COD的量为：（6000－50）×3.6×365=7.81×106kgCOD/a可减少向环境排放NH3-N的量为：（20-0.36）×3.6×365=2.58×104kgNH3-N/a32n可减少向环境排放TP的量为：（15-0.35）×3.6×365=1.93×104kgTP/a可减少向环境排放SS的量为：（350-10.5）×3.6×365=4.46×105kgSS/a10.结论①本工艺采用两相厌氧-氧化沟-混凝沉淀池处理中药生产废水，出水水质稳定，达到《中药类制药工业水污染物排放标准》一级排放标准。②废水经过两相厌氧反应器，在厌氧微生物作用下，将有机污染物降解成小分子有机物，CO2和甲烷等。其中对COD、BOD5的去除率高于85%以上。③氧化沟处理中药生产废水，不仅能降低COD、BOD5的浓度，而且具有脱氮除磷的作用。④本工艺设施操作简单方便、运行可靠、对中药生产废水的处理效果明显，值得推广。⑤对中药生产废水厂现有的物化+生化治理设施，利用本改进工艺能很容易地实现技术改造，同时可以降低成本，节约资源。32n致谢：衷心地感谢***老师对此设计的精心指导。在毕业设计初期，*老师多次不厌其烦为我指导，修改设计；设计初步完成时，她要求反复修改，不放过任何一个小问题，使设计趋于完善，严谨科学的治学态度让人敬佩。最后感谢环境工程教研室帮我解答疑问的老师们；感谢在此期间帮助过我的老师、同学们；更要感谢母校的各位老师们四年来对我的培养！32n参考文献：[1]高廷耀，顾国维，周琪.水污染控制工程[M].北京:高等教育出版社，2007：277-283.[2]张自杰，林荣忱，金儒霖.排水工程(下)(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社，1999：448-452.[3]胡晓林，李东伟，刘红兵.中药生产废水生化处理工程设计[J].环境工程，2008,26(2)：79-80.[4]高廷耀，顾国维.水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，1999:25-26,287-289,371-377,395-397.[5]刘家鹏，赵列军.生化-物化组合工艺处理中药废水的工程论证和工程设计[J].污染防治技术，2008,21(1):109-111.[6]施悦，任南琪，高郁等.生产规模中药废水两相厌氧生物处理工艺研究[J].环境科学，2005,26(4):106-110.[7]陈杰瑢，周琪，蒋文举.环境工程设计手册[M].北京：高等教育出版社，2007：97-99.[8]祝坚.中药废水污染特点和处理研究进展[J].能源环境保护，2007,21(5):15-17.[9]马放，马溪平.厌氧微生物学与污水处理[M].北京：化学工业出版社，2005：111-118.[10]谢水波，余健.现在给水排水工程设计[M].长沙：湖南大学出版社，2000:181-188.[11]韩洪军.污水处理构筑物设计与计算[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002:260-265.[12]任南琪，李建政，刘士锐等.中药生产废水处理技术的研究[J].哈尔滨建筑大学学报，2000，33(4):36-38.[13]王凯军，左剑恶，甘海南等.UASB工艺的理论与工程实践[M].北京：中国环境科学出版社，2000:200-207.32n附录：平面布置图高程图管线图UASB氧化沟混凝沉淀池32