焦化废水处理工艺设计毕业设计说明书 55页

本科毕业设计说明书焦化废水处理工艺设计毕业设计说明书目录1绪论31.1选题背景31.2研究目的及意义31.3焦化废水的来源31.4焦化废水的危害31.5焦化废水的处理现状31.5.1生物处理法31.5.2化学处理法31.5.3物理化学法31.6几种处理方法的比较31.6.1序批式活性污泥法(SBR)31.6.2A/O法31.6.3A²/0法32设计说明32.1设计资料32.1.1工艺参数32.1.2工艺设计原则32.1.3工艺流程32.2氧化沟工艺简介32.2.1氧化沟技术32.2.2氧化沟基本特点32.2.3Orbal氧化沟32.2.4Orbal氧化沟工艺原理33设计计算33.1格栅的设计及计算33.1.1格删的作用3第页共III页n本科毕业设计说明书3.1.2格栅的计算公式33.1.3格栅的计算示意图33.1.4污染物在栅格中的去除33.1.5粗格栅的计算33.1.6细格栅的设计计算33.3隔油池的计算33.3.1设计方案的选择33.3.2平流隔油池设计中常用的数据和措施33.3.3计算方法及过程：按油滴的上浮速度计算33.2沉砂池的设计及计算33.2.1沉砂池的作用33.2.2沉砂池的设计33.2.3曝气沉砂池的设计计算公式33.2.4曝气沉砂池的设计计算33.3氧化沟设计计算33.3.1氧化沟作用33.3.2设计参数33.3.3主体构筑物计算33.3.4脱氮计算33.3.5碱度平衡33.3.6氧化沟总体积33.3.7需氧量计算33.3.8氧化沟的容积计算33.3.9曝气设备计算33.3.10进出水管及调节堰计算33.4沉淀池的设计及计算33.4.1沉淀池的作用33.4.2沉淀池的设计33.4.3向心辐流式沉淀池的计算公式3第页共III页n本科毕业设计说明书3.4.4沉淀池的设计参数的计算33.4.5排泥设计计算33.5污泥处理系统的设计与计算33.5.1二沉池污泥回流系统的设计与计算33.5.2浓缩池的设计计算公式33.5.3浓缩池设计计算33.5.4贮泥池34结语3参考文献3第页共III页n本科毕业设计说明书1绪论焦化一般指有机物质碳化变焦的过程。在煤的干馏中指高温干馏。在石油加工中，焦化是渣油焦炭化的简称，是指重质油(如重油，减压渣油，裂化渣油甚至土沥青等)在500℃左右的高温条件下进行深度的裂解和缩合反应，产生气体、汽油、柴油、蜡油和石油焦的过程。焦化行业是用水和环境污染最为严重的行业之一，针对焦化生产环境污染和资源浪费严重的情况，国家自2005年1月1日起实施《焦化行业准入条件》，对焦化行业的生产、节能、环境保护提出了严格的要求，新建和改扩建焦化企业要达到炼焦行业清洁生产标准（HJ/T126－2003）中生产工艺与装备二级标准要求；吨焦耗新水≤3.5t；水循环应用率≥85%，氰废水处理后厂内回用；外排废水应达到《钢铁工业污染物排放标准》（GB13456-1992）二级标准和《污水综合排放标准》(GB8978-1996)二级标准或其所在地区规定的要求；熄焦水实现闭路循环使用，不得外排；废水生化处理工艺与装备及洗选煤设备要先进可靠，与主体生产设备同步竣工投产，连续运行。在设备发生故障或检修时要有足够的废水事故处理备用储槽，做到不达标废水不外排。焦化废水经处理后做到内部循环使用[1]。1.1选题背景焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水。焦化废水主要包括煤气的初冷阶段煤气冷凝水、煤气终冷水、煤气洗涤水和煤气发生站的煤气洗涤水、精苯分离水、气柜废水、焦炉水封水及其它场合产生的污水。焦化废水主要污染物质有：COD、BOD、氰化物、氨氮、悬浮物、苯酚及苯系化合物等。焦化废水成分多，组分复杂、浓度高、毒性大、难降解。废水中含有数十种无机和有机化合物，其中无机化合物主要是大量铵盐、硫、硫化物、氰化物等；有机化合物除酚外，还有联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物。污染物色度高，属较难生化降解的高浓度有机工业废水。焦化废水中COD，NH3-N和挥发酚等污染物浓度高，这些污染物会对人类、水产及农作物都有极大危害。第页共50页n本科毕业设计说明书1.2研究目的及意义当前，全球都面临着水资源短缺、水质恶化的严峻形势，水污染问题成为当今世界面临的重要环境问题之一。我国人均水资源占有量仅为0.24万m3，只有世界上人均占有量的1/4，属世界十二个贫水国家之一，所以加强对新污染源的控制，改善老污染源处理条件，才能从根本上改变我国水质恶化的现状。焦化废水是在原煤高温干馏、煤气净化和化工产品精制过程中产生的废水。其成分复杂、浓度高、毒性大。水质也随原煤组成和炼焦工艺而变。主要来源于剩余氨水、粗苯分离水、终冷富余水、焦油分离水四部分。其中不仅含有大量的酚类、油、联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物，氰化物、氨盐、硫氰化物和硫化物等无机化合物，还含有氟离子和氨氮等有毒有害物质，污染物色高，属难生化降解的高浓度有机工业废水[2]。焦化废水是在煤制焦、煤气净化及焦化产品回收等过程中产生的[3]，其成分复杂、有机物含量高且难降解，大多以芳香族及杂环化合物的形式存在[4]，致使COD、氨氮、酚和氰的浓度较高，是一种可生化性差、处理难度大的工业废水。随着人们对环境认识的不断深入，国家对环保的要求也日趋严格。在《污水综合排放标准》（GB8979-96）中规定，对新建厂，要求外排污水中的氨氮质量浓度小于15mg/L.对排放重点保持水域的具有致癌性的Bop一类污染物，要求装置出口小于30mg/L。由于焦化污水中大量存在氨氮及一些致癌性芳烃，其超标排放对于环境造成了相当严重的污染。因此，开发经济有效的焦化污水净化技术是当务之急。1.3焦化废水的来源(1)煤高温裂解和荒煤气冷却产生的剩余氨水废液，这是焦化废水的主要来源，其水质复杂，组分种类繁多，且污染物浓度较高。有炼焦配合煤水分及炼焦生成的化合水，以及焦炉上升管，集气管喷射的蒸汽和冷凝工段清扫管道的蒸汽所组成。一般情况下，剩余氨水占炼焦配合煤量的10～14％（配合煤水分8～10%，化合水2～4％），剩余氨水是小型焦化厂含酚废水的主要来源。(2)煤气净化过程中煤气终冷器和粗苯分离槽排水，及各种储槽定期排出和由于事故排出的酚水。此种来源废水所含污染物浓度相对较低。第页共50页n本科毕业设计说明书(3)煤焦油的分馏、苯的精制及其它工艺过程的排水。其中主要是在进行煤气最终冷却时煤气中的一定数量的酚、氰化物、硫化物、萘及吡啶盐基进入冷却水中。为保证煤气终冷温度和减轻脱苯蒸馏设备的腐蚀，终冷循环水必须部分更换，而排出的一定酚、氰污水[5]。1.4焦化废水的危害焦化废水中的氨氮是一种不稳定的物质，在微生物作用下发生硝化反应，生成NO3-、NO2-。NO2-是一种致癌物质，并可引起胎儿畸形；NO3-会破坏血液结合氧的能力。大量的氨氮排入水体会造成水体富营养化，其中一些藻类蛋白质毒素可富集在水生生物体内，并通过食物链使人中毒[6]。酚类化合物属于原型质毒物，对一切生物都有毒害作用，可以使细胞失去活力，使蛋白质凝固，引起组织损伤、坏死，直至全身中毒；多环芳烃不但难以生物降解，通常还是致癌物质，因此焦化废水的大量排放，不但对环境造成严重污染，同时也直接威胁到人类健康。1.5焦化废水的处理现状目前焦化废水一般按常规方法先进行预处理，然后进行生物脱酚二次处理。但是，焦化废水经上述处理后，外排废水中氰化物、COD及氨氮等指标仍然很难达标。针对这种状况，近年来国内外学者开展了大量的研究工作，找到了许多比较有效的焦化废水治理技术。这些方法大致分为生物法、化学法、物化法和循环利用等4类。1.5.1生物处理法生物处理法是利用微生物氧化分解废水中有机物的方法，常作为焦化废水处理系统中的二级处理。目前，活性污泥法是一种应用最广泛的焦化废水好氧生物处理技术。这种方法是让生物絮凝体及活性污泥与废水中的有机物充分接触；溶解性的有机物被细胞所吸收和吸附，并最终氧化为最终产物（主要是CO2第页共50页n本科毕业设计说明书）。非溶解性有机物先被转化为溶解性有机物，然后被代谢和利用[7]。基本流程如图1.1所示。图1.1工艺流程图曝气池二次沉淀池但是采用该技术，出水中的CODCr、BOD5、NH3-N等污染物指标均难于达标，特别是对NH3-N污染物，几乎没有降解作用。近年来，人们从微生物、反应器及工艺流程几方面着手，研究开发了生物强化技术：生物流化床，固定化生物处理技术及生物脱氮技术等。这些技术的发展使得大多数有机物质实现了生物降解处理，出水水质得到了很大改善，使得生物处理技术成为一项很有发展前景的废水处理技术。我国不少焦化厂采用A/O（缺氧/好氧）法生物脱氮工艺来处理焦化废水，运行结果表明该工艺运行稳定可靠，废水处理效果良好，但是处理设施规模大，投资费用高。上海宝钢焦化厂将原有的A/O生物脱氮工艺改为A/O2工艺，污水处理效果优于A/O工艺[8]，运行成本有所降低，效果明显。总的来看，生物法具有废水处理量大、处理范围广、运行费用相对较低等优点，改进后的新技术使焦化废水处理达到了工程应用要求，从而使得该技术在国内外广泛采用。但是生物降解法的稀释水用量大，处理设施规模大，停留时间长，投资费用较高，对废水的水质条件要求严格，废水的pH值、温度、营养、有毒物质浓度、进水有机物浓度、溶解氧量等多种因素都会影响到细菌的生长和出水水质，这也就对操作管理提出了较高要求。第页共50页n本科毕业设计说明书1.5.2化学处理法1.5.2.1催化湿式氧化技术　　催化湿式氧化技术是在高温、高压条件下，在催化剂作用下，用空气中的氧将溶于水或在水中悬浮的有机物氧化，最终转化为无害物质N2和CO2排放。该技术的研究始于20世纪70年代，是在Zimmerman的湿式氧化技术的基础上发展起来的。在我国，鞍山焦耐院与中科院大连物化所合作，曾经成功地研制出双组分的高活性催化剂，对高浓度的含氨氮和有机物的焦化废水具有极佳的处理效果[9]。　　湿式催化氧化法具有适用范围广、氧化速度快、处理效率高、二次污染低、可回收能量和有用物料等优点。但是，由于其催化剂价格昂贵，处理成本高，且在高温高压条件下运行，对工艺设备要求严格，投资费用高，国内很少将该法用于废水处理。1.5.2.2焚烧法　　焚烧法治理废水始于20世纪50年代。该法是将废水呈雾状喷入高温燃烧炉中，使水雾完全汽化，让废水中的有机物在炉内氧化，分解成为完全燃烧产物CO2和H2O及少许无机物灰分。　　焦化废水中含有大量NH3－N物质，NH3在燃烧中有NO生成，NO的生成会不会造成二次污染是采用焚烧法处理焦化废水的一个敏感问题。杨元林[10]等通过研究发现，NH3在非催化氧化条件下主要生成物是N2，不会产生高浓度NO造成二次污染。从而说明，焚烧处理工艺对于处理焦化厂高浓度废水是一种切实可行的处理方法。然而，尽管焚烧法处理效率高，不造成二次污染，但是其昂贵的处理费用（约为167美元／t[11]）使得多数企业望而却步，在我国应用较少。1.5.2.3臭氧氧化法　　臭氧是一种强氧化剂，能与废水中大多数有机物，微生物迅速反应，可除去废水中的酚、氰等污染物，并降低其COD、BOD值，同时还可起到脱色、除臭、杀菌的作用。第页共50页n本科毕业设计说明书　　臭氧的强氧化性可将废水中的污染物快速、有效地除去，而且臭氧在水中很快分解为氧，不会造成二次污染，操作管理简单方便。但是，这种方法也存在投资高、电耗大、处理成本高的缺点。同时若操作不当，臭氧会对周围生物造成危害。因此，目前臭氧氧化法还主要应用于废水的深度处理。在美国已开始应用臭氧氧化法处理焦化废水[12]。1.5.2.4光催化氧化法　　光催化氧化法是由光能引起电子和空隙之间的反应，产生具有较强反应活性的电子（空穴对），这些电子（空穴对）迁移到颗粒表面,便可以参与和加速氧化还原反应的进行。光催化氧化法对水中酚类物质及其他有机物都有较高的去除率[13]。高华等[14]在焦化废水中加入催化剂粉末，在紫外光照射下鼓入空气，能将焦化废水中的所有有机毒物和颜色有效去除。在最佳光催化条件下，控制废水流量为3600mL/h，就可以使出水COD值由472mg/L降至100mg/L以下，且检测不出多环芳烃。　　目前，这种方法还仅停留在理论研究阶段。这种水处理方法能有效地去除废水中的污染物且能耗低，有着很大的发展潜力。但是有时也会产生一些有害的光化学产物，造成二次污染。由于光催化降解是基于体系对光能的吸收，因此，要求体系具有良好的透光性。所以，该方法适用于低浊度、透光性好的体系，可用于焦化废水的深度处理。1.5.2.5电化学氧化技术电化学水处理技术的基本原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性活性物质使污染物发生氧化还原转变。目前的研究表明，电化学氧化法氧化能力强、工艺简单、不产生二次污染，是一种前景比较广阔的废水处理技术。Chang等[15]用PbO2/Ti作为电极降解焦化废水。结果表明：电解2h后，COD值从2143mg/L降到226mg/L，同时760mg/L的NH3-N也被去除。研究还发现，电极材料、氯化物浓度、电流密度、pH值对COD的去除率和电化学反应过程中的电流效率都有显著影响。梁镇海等[16]采用Ti/SnO2+Sb2O3+MnO2/PbO2处理焦化废水，使酚的去除率达到95.8％，其电催化性能比Pb电极优良，比Pb电极可节省电能33％。第页共50页n本科毕业设计说明书1.5.2.6化学混凝和絮凝　　化学混凝和絮凝是用来处理废水中自然沉淀法难以沉淀去除的细小悬浮物及胶体微粒，以降低废水的浊度和色度，但对可溶性有机物无效，常用于焦化废水的深度处理。该法处理费用低，既可以间歇使用也可以连续使用。　　混凝法的关键在于混凝剂。目前一般采用聚合硫酸铁作混凝剂，对CODCr的去除效果较好，但对色度、F-的去除效果较差。浙江大学环境研究所卢建航等[17]针对上海宝钢集团的焦化废水，开发了一种专用混凝剂。实验结果发现：混凝剂最佳有效投加量为300mg/L，最佳混凝pH范围为6.0~6.5；混凝剂对焦化废水中的CODCr、F-、色度及总CN都有很高的去除率，去除效果受水质波动的影响较小，混凝pH对各指标的去除效果有较大的影响。　　絮凝剂在废水中与有机胶质微粒进行迅速的混凝、吸附与附聚，可以使焦化废水深度处理取得更好的效果[18]。马应歌等[19]在相同条件下用3种常用的聚硅酸盐类絮凝剂(PASS，PZSS，PFSC)和高铁酸钠(Na2FeO4)处理焦化废水，实验结果表明，高铁酸钠具有优异的脱色功能，优良的COD去除、浊度脱除性能，形成的絮凝体颗粒小、数量少、沉降速度快、且不形成二次污染。1.5.3物理化学法1.5.3.1吸附法　　吸附法就是采用吸附剂除去污染物的方法。活性炭具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，是最常用的一种吸附剂。活性炭吸附法适用于废水的深度处理。但是，由于活性炭再生系统操作难度大，装置运行费用高，在焦化废水处理中未得到推广使用。上海宝钢曾于1981年从日本引进了焦化酚氰废水三级处理工艺，但在二期工程中没有再建第三级活性炭吸附装置，以上所述就是原因之一。　　山西焦化集团有限公司利用锅炉粉煤灰处理来自生化的焦化废水。生化出口废水经过粉煤灰吸附处理后，污染物的平均去除率为54.7％。处理后的出水，除氨氮外，其它污染物指标均达到国家一级焦化新厂标准，和A/O法相近，但投资费用仅为A/O法的一半[20]第页共50页n本科毕业设计说明书。该方法系统投资费、运行费都比较低，以废治废，具有良好的经济效益和和环境效益。但是，同时存在处理后的出水氨氮未能达标和废渣难处理的缺点。刘俊峰等[21]采用高温炉渣过滤，再用南开牌H-103大孔树脂吸附处理含酚520mg/L、COD3200mg/L的焦化废水，处理出水酚含量≤0.5mg/L，COD≤80mg/L，达到国家排放标准。黄念东等[22]研究了细粒焦渣对焦化废水的净化作用。他们对颗粒大小、pH、溶液滤速等各种因素对吸附能力的影响因素作了考察，结果显示，含酚30mg/L的液体，在流速为4.5mL/min，pH为2～2.5，温度25℃的条件下，酚的去除率为98％。1.5.3.2利用烟道气处理焦化废水　　由冶金工业部建筑研究总院和北京国纬达环保公司合作研制开发的“烟道气处理焦化剩余氨水或全部焦化废水的方法”已获得国家专利。该技术将焦化剩余氨水去除焦油和SS后，输入烟道废气中进行充分的物理化学反应，烟道气的热量使剩余氨水中的水分全部汽化，氨气与烟道气中的SO2反应生成硫铵[23]。　　这项专利技术已在江苏淮钢集团焦化剩余氨水处理工程中获得成功应用。监测结果表明，焦化剩余氨水全部被处理，实现了废水的零排放，又确保了烟道气达标排放，排入大气中的氨、酚类、氰化物等主要污染物占剩余氨水中污染物总量的1.0％～4.7％[24]。　　该方法以废治废，投资省，占地少，运行费用低，处理效果好，环境效益十分显著，是一项十分值得推广的方法。但是此法要求焦化的氨量必须与烟道气所需氨量保持平衡，这就在一定程度上限制了方法的应用范围。1.6几种处理方法的比较1.6.1序批式活性污泥法(SBR)SBR是序批式活性污泥法的简称，它是从加入及排放反应器发展而来的，SBR的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体。所谓序列包括两层含义：一是不同SBR池的运转是按顺序进行，由于污水大都是连续或半连续排放，SBR为2第页共50页n本科毕业设计说明书个池或多个池交替运行，因此，从总体上污水连续按顺序依次进入每个反应器，它们相互协调作为一个有机的整体完成污水净化功能。但对每一个SBR池是间歇进水的；二是每个SBR的运行操作分阶段、按时间次序进行。SBR系统中正使用的流程和操作单元与传统活性污泥法相似。所不同的是，所有后续阶段使用到一个单一的槽。除了能最大限度的减少空间使用的要求，这种配置还有其他的优势[25]。工艺特点：从目前的污水好氧生物处理的研究、应用及发展趋势来看，SBR称得上简易、快速、低耗的污水处理工艺。与连续式活性污泥法比较，SBR法具有以下特点：SBR装置结构简单，运转灵活，操作管理方便；投资省，运行费用低；采用SBR法处理小城镇污水，要比用普通活性污泥法节省基建投资30%；可抑制丝状菌生长繁殖，不易发生污泥膨胀，污泥指数SVI较低，有利于活性污泥的沉淀和浓缩；SBR处于好氧/厌氧的交替运行过程中，能够在去除碳物质的同时实现脱氮除磷；SBR处理工艺系统布置紧凑、节省占地；运行稳定性好，能承受较大的水质水量冲击；各项运行控制参数都能通过计算机加以控制，易于实现系统优化运行。1.6.2A/O法A/O工艺，即缺氧—好氧污水处理工艺，该工艺具有适应能力强，耐冲击负荷，高容积负荷，不产生污泥膨胀，排泥量少，脱氮效果较好等特点，特别适合于中小型污水处理站选用。A/0工艺由缺氧池和好氧池串联而成，在去除有机物的同时可以取得良好的脱氮效果。该工艺的显著特点是将脱氮池设置在除碳过程的前部，即：先将污水引入缺氧池，回流污泥中的反硝化菌利用原污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中的大量硝态氮(NO—x-N)还原成N：，从而达到脱氮的目的；污水接着进入好氧池，大部分有机物在此得到消化降解，好氧池后设置二沉池，部分沉淀污泥回流至缺氧池，以提供充足的微生物，同时将好氧池内混合液回流至缺氧池，以保证缺氧池有足够的硝酸盐。A/O工艺具有适应能力强、耐冲击负荷、处理效果稳定可靠等优点，已经在生活污水处理领域得到推广、应用。实践证明。A/O工艺在去除生活污水中有机物的同时能将污水中的氮去除，使出水水质满足排放要求。A/O工艺的推广、应用，对防治水污染具有重要的意义。第页共50页n本科毕业设计说明书1.6.3A²/0法A2/O是Anaerobic－Anoxic－Oxic的英文缩写，它是厌氧－缺氧－好氧生物脱氮除磷工艺的简称，A2/O工艺是在一个处理系统中同时具有厌氧区、缺氧区、好氧区，能够同时做到脱氮、除磷和有机物的降解，其基本工艺流程如图1.2所示：图1.3A2/O工艺流程图厌氧反应器缺氧反应器好氧反应器由图1.2可知，污水首先进入厌氧区，兼性厌氧发酵细菌将污水中可生物降解的有机物转化为VFA（挥发性脂肪酸类）这类低分子发酵中间产物。而聚磷菌可将其体内存储的聚磷酸盐分解，所释放的能量可供好氧的聚磷菌在厌氧环境下维持生存，另一部分能量还可供聚磷菌主动吸收环境中的VFA类分子有机物，并以PHB（聚β羟丁酸）的形式在其体内储存起来。随后污水进入缺氧区，反硝化菌就利用好氧区回流混合液带来的硝酸盐，以及污水中可生物降解有机物作碳源进行反硝化，达到同时降低BOD5与脱氮的目的。接着污水进入曝气的好氧区，聚磷菌在吸收、利用污水中残剩的可生物降解有机物的同时，主要是通过分解体内储存的PHB第页共50页n本科毕业设计说明书释放能量来维持其生长繁殖。同时过量的摄取周围环境中溶解磷，并以聚磷的形式在体内储积起来，使出水中溶解磷浓度达到最低。而有机物经厌氧区、缺氧区分别被聚磷菌和反硝化细菌利用后，到达好氧区时浓度已相当低，这有利于自养型硝化菌的生长繁殖，并通过消化作用将氨氮转化为硝酸盐。非除磷的好养性异养菌虽然也能存在，但他在厌氧区中受到严重的压抑，在好氧区又得不到充足的营养，因此在与其他生理类群的微生物竞争中处于相对劣势。排放的剩余污泥中，由于含有大量能超量储积聚磷的聚磷菌，污泥含磷量可以达到6%（干重）以上。从以上分析可以看出A²/O工艺具有同步脱氮除磷的功能。第页共50页n本科毕业设计说明书2设计说明2.1设计资料2.1.1工艺参数(1)工程规模：焦化废水流量为25000m3/d。(2)水源资料如表2.1：表2.1　焦化废水各组分基本含量污染物BOD5COD挥发酚氰化物氨氮悬浮物含量mg/L12030090020050250(3)出水要求：出水水质要求达到《污水综合排放标准》（一级，GB8978-1996）的污水处理工艺设计。如表2.2:表2.2　污水综合排放标准污染物BODCOD挥发酚氰化物氨氮悬浮物Ⅰ级标准mg/L201000.50.515702.1.2工艺设计原则确定处理工艺的依据有以下几点：(1)污水处理程度。(2)处理规模和污水水质质量变化规律。(3)新工艺及类似污水工程资料。(4)污泥处理的工艺。污水处理的程度：确定污水处理程度主要需要考虑收纳水的功能，水环境质量要求，污染状况和自静能力，处理后的污水是否回用等因素。污泥处理工艺：污泥处理工艺作为污水处理系统方案的一部分，决定于污泥的性质与污泥的出路（农用，填埋，排海等）。污水处理构筑物排出的剩余污泥性质的不同，对选用污泥处理工艺有较大的影响。第页共50页n本科毕业设计说明书2.1.3工艺流程如图2.1：粗格栅进水泵房细格栅隔油池曝气沉砂池奥贝尔氧化沟二沉池消毒池鼓风机房污泥回流泵房污泥浓缩池脱水机房图2.1焦化废水工艺设计流程图2.2氧化沟工艺简介2.2.1氧化沟技术氧化沟（oxidationditch）又名连续循环曝气池（Continuousloopreactor），是活性污泥法的一种变形。氧化沟污水处理工艺是在20世纪50年代由荷兰卫生工程研究所研制成功的。自从1954年在荷兰首次投入使用以来。由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点，已经在国内外广泛的应用于生活污水和工业污水的治理。至今，氧化沟技术己经历了半个多世纪的发展，在构造形式、曝气方式、运行方式等方面不断创新，出现了种类繁多、各具特色的氧化沟。从运行方式角度考虑，氧化沟技术发展主要有两方面：一方面是按时间顺序安排为主对污水进行处理；另一方面是按空间顺序安排为主对污水进行处理。属于前者的有交替和半交替工作式氧化沟；属于后者的有连续工作分建式和合建式氧化沟，氧化沟工艺分类。目前应用较为广泛的氧化沟类型包括：帕斯韦尔（Pasveer）氧化沟、卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟、奥尔伯（Orbal）氧化沟、T型氧化沟（三沟式氧化沟）、DE型氧化沟和一体化氧化沟。第页共50页n本科毕业设计说明书2.2.2氧化沟基本特点氧化沟工艺是活性污泥法的一种变形工艺，属于延时曝气的活性污法。1954年荷兰第一座氧化沟污水处理厂投入使用，随着工业技术和水处理工艺的不断发展以及污水排放标准的不断提高，氧化沟工艺和构型已经得到很大发展。氧化沟工艺一般都采用封闭的环状沟，污水和活性污泥在沟内进行几十圈甚至更多的循环后排出系统。这种池型构造和运行方式，使氧化沟在流态上兼具推流式和完全混合式的双重特点；采用低负荷(污泥负荷为0.05～0.15kgBOD/kgMLSS·d)在考虑硝化的情况下，污泥负荷一般小于0.10kgBOD/kgMLSS·d)和高污泥龄(SRT：15～30d，在要求完全硝化的情况下，一般污泥龄大于20d)，污泥在氧化沟内充分好氧稳定，不需要厌氧消化；通常氧化沟均采用表曝设备，如转刷、转碟和表曝机等，曝气设备同时满足充氧、混合、推动混合液循环运动以及防止活性污泥沉淀等多方面要求。防止活性污泥沉积的混合液的平均流速要求不小于0.3m/s。供氧量的控制通常通过改变曝气设备的运行台数、转动速度和调节浸水深度来实现。由于具有基建和运行费用较低，操作技术相对简单和处理效果稳定等优点，氧化沟污水处理技术已经广泛应用在我国城市污水和工业废水处理厂的建设中。a.性能特点：出水水质好，脱氮率高，同时硝化反硝化；可以在未来负荷增加的情况下加以扩展，易于适应多种进水情况和出水要求的变化；容易维护；节能，比其他任何氧化沟系统在运行时需要的动力都小；受结构形式的限制，总图布置困难。b.结构形式：三个或多个沟道，相互连通。c.曝气设备：水平轴曝气转盘（转碟），可以进行多个组合。d.适用条件：出水要求高的大中型污水处理厂。2.2.3Orbal氧化沟Orbal氧化沟是一种多级氧化沟，其特点是：曝气设备是有水平轴的竖直转碟，碟片经过水力学设计达到最佳的充氧和推流作用；由同心圆形的多沟槽构成(多为三沟道)，各沟道均表现为单个反应器的特征，这使得Orbal氧化沟的推流特征更加突出。在各个沟道之间存在明显溶解氧梯度，对于有机物的去除、高效脱氮、防第页共50页n本科毕业设计说明书止污泥膨胀和节约能耗等，都是非常有意义的。对于三沟道的Orbal氧化沟，外沟、中沟和内沟的溶解氧一般控制在0～0.5mg/L、0.5～1.5mg/L以及1.5～2.5mg/L，体积比为50：33：17；供气量之比为65：25：10。转碟后设导流板以防止污泥沉淀，有效水深可达4.5m。外沟内供气量通常占总气量的65％左右，但是由于外沟容积大，同时发生了高度的生化反应，溶解氧一般在0.5mg/L以下，这种亏氧条件下的供氧方式使氧利用率和充氧效率更高。Orbal氧化沟进水进人外沟，同回流污泥进行混合，使回流污泥中的硝态氮能利用原水中的有机碳源，在外沟整体较低的溶解氧浓度下进行反硝化，这种脱氮方式能同时节省用于硝化和碳化的曝气量，同时可以不必考虑反硝化外加碳源。中沟作为摆动沟道，使系统更为稳定，内沟保持较高的溶解氧，以保证碳化和硝化完全。工作流程如图2.2：图2.2Orbal氧化沟2.2.4Orbal氧化沟工艺原理由于溶解氧在氧化沟的分布呈0～l～2，第一沟内溶解氧浓度始终接近于零，所以0rbal氧化沟的脱氮和硝化始终保持最佳状态。(1)Orbal氧化沟的脱氮除磷所谓第一沟溶解氧为“0”。它是指第一沟中远离转碟的沟道之混合液的溶解氧始终处于接近0的状态，并非指整个沟道处于缺氧状态，在靠近转碟的沟段正是富氧区。在缺氧条件下，脱氮细菌生长繁殖有利。这些细菌以有机碳作为碳源和能源。并以硝酸盐作为能量代谢过程中的电子接受体。由于Orbal氧化沟的第一沟第页共50页n本科毕业设计说明书BOD(碳源)很丰富，而脱氮细菌正是以有机碳作为碳源和能源，因此不需另投加有机碳源来满足生物脱氮过程的需要。在靠近转碟的沟段即处于富氧区的沟段，氨氮被硝化细菌氧化为硝酸盐氮(NO，-N)，由于混合液在第一沟中闭路循环数十次乃至数百次，所以Orbal氧化沟的第一沟中同样进行了数十次乃至数百次的硝化一脱氮反应第二沟是第一沟的继续，它起着缓冲第一沟的处理效果，经第一沟、第二沟的生物氧化后，绝大部分的有机物和氨氮得到去除。第三沟一般来说是为了排放，起补充氧的作用。另外也可通过内循环方式将混合液从第三沟打回第一沟，从而将在第二沟及第三沟形成的硝酸盐氮转到第一沟进行反硝化。应用这些操作方式，脱氮效率可达90％以上。(2)同时硝化/反硝化机理第一沟中存在好氧和缺氧区域，致使硝化、反硝化反应在同一沟内发生，这种“同时硝化/反硝化”机理包括两层含义。宏观环境：整个第一沟内存在缺氧与曝气区域。根据各Orbal氧化沟污水处理厂的测试结果，在曝气转碟上游至下游的沟长范围内一般DO>0.5，部分区域甚至可达2～3，可将此看作曝气区域，其他区域则为缺氧区域。这为同时硝化、反硝化反应提供了必要的环境。微环境：微小的微生物个体所处的环境可称为微环境，它直接决定微生物个体的活动状态。在活性污泥菌胶团内部存在多种多样的微环境类型，而每一种微环境往往适合于某一类微生物的活动。受各种因素(物质传递、菌胶团的结构特征)的影响，微环境所处的状态是可变的。而宏观环境的变化往往导致微环境的急剧变化，从而影响微生物群体的活动状态并在某种程度上表现出“表里不一”的现象。例如，某一好氧性微环境，当耗氧速率高于氧传递速率时可变成厌氧或缺氧性微环境。对于菌胶团尤其是大颗粒菌胶团来说，微环境的变化可能非常明显。因而曝气状态下也可出现某种程度的反硝化，即“同时硝化/反硝化”现象。在已有的污水处理厂中，对Orbal系统所做的测试能明显地观察到第一沟内存在缺氧与好氧区域，而且有初沉池的设计也不易于形成大颗粒菌胶团，故认为在所测试的Orbal氧化沟系统中，第一种类型的“同时硝化/反硝化”占主导地位。第页共50页n本科毕业设计说明书3设计计算3.1格栅的设计及计算从污水流量等因素考虑，只设粗细两道格栅。3.1.1格删的作用格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道、泵房集水进的进口处或者污水处理的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，如：纤维、碎皮、毛皮、木屑、果皮、蔬菜、塑料制品等，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并保证其正常运行。3.1.2格栅的计算公式栅槽宽度的计算公式为：(3-1)式中B—栅槽宽度,m；S—栅条宽度，m；e—栅条净间隙，mm；n—格栅间隙数；Qmax—最大设计流量，m3/s；α—格栅倾角，度；h—栅前水深，m；v—过栅流速，m3/s，一般取0.6～1.0；—经验系数。格栅的水头损失计算公式：(3-2)(3-3)第页共50页n本科毕业设计说明书式中h1—过栅水头损失，m；h0—计算水头损失,m；g—重力加速度,9.81m/s2；k—系数，格栅堵塞后，水头损失增大倍数，一般为3；ε—阻力系数，与选择的栅条断面有关。栅槽总高度计算公式：H=h+h1+h2式中H—栅槽总高度，m；h—栅前水深，m；h2—栅前渠道超高，m,一般取0.3m。栅槽总长度计算公式：(3-4)式中L—栅槽总长度，m；H1—栅前槽高，m；—进水渠道渐宽部分长度，m；B1—进水渠道宽度,m；—进水渠展开角，一般为20°—栅槽与进水渠连接渠的渐缩长度，m。每日栅渣量计算公式：第页共50页n本科毕业设计说明书(3-5)式中W—每日栅渣量，m3/d；W1—栅渣量（m3/10m3污水），0.1～0.01，粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值；—污水流量总变化系数。3.1.3格栅的计算示意图如图3.1所示：图3.1格栅水力计算示意图3.1.4污染物在栅格中的去除粗栅主要去除焦化废水中的悬浮物，去除效果见表3.1。第页共50页n本科毕业设计说明书表3.1悬浮物在栅格中的去除率污染物进水含量mg/L出水含量mg/L去除率悬浮物2507072%3.1.5粗格栅的计算粗栅条宽度定为10.00mm，粗栅条间隙定为20.00mm。设计流量为25000m3/d,设计一台。最大设计流量为0.28935m3/s。过栅流速取0.6m/s。进水渠宽0.4m,栅前水深为1.4m。安装角度α=60°根据计算公式计算，得出粗格栅各设计参数：格栅间隙数：n=18.7取n=19；格栅宽度：B=560mm；过栅水头损失：选用常规的矩形断面栅条，β=2.42。h1=0.046m,取0.05m；栅槽总高度：H=1.75m，其中超高取0.3m；栅槽总长度:L=2.71m,其中α1=20°每日栅渣量为：W=1.392m3/d，取1.45。3.1.6细格栅的设计计算设计流量为25000m3/d,最大设计流量为0.28935m3/s。细栅条宽度定为8.00mm,细栅条间隙定为10.00mm。栅前水深设计为1.4m，过栅流速取0.6m/s，安装角度为60°根据计算公式计算，得出细格栅各设计参数：格栅间隙数：n=37.4取n=38；格栅宽度：B=676mm；过栅水头损失：选用常规的矩形断面栅条，β=2.42；h1=0.086m；栅槽总高度：H=1.786m，其中超高取0.3m；栅槽总长度：L=2.95m,其中α1=20°第页共50页n本科毕业设计说明书每日栅渣量为：W=1.086m3/d，取1.45。3.3隔油池的计算3.3.1设计方案的选择目前，在我国的废水处理工艺中，一般应用平流式隔油池和斜板斜管式隔油池，其中以平流式隔油池为主，因为这种隔油池构造简单，运行管理方便，维护容易，除有效果稳定，重力隔油池对去除降脂和非乳化油有相同的效果，废水处理的标准设备是平流式隔油池。它是根据美国石油协会的API制定的定定性标准而设计的。本设计方案处理含油废水采用平流是隔油池。3.3.2平流隔油池设计中常用的数据和措施（1）停留时间T，一般采用1.5-2h；（2）水平流速v，一般采用2-5mm/s；（3）隔油池每格宽度B采用2m，2.5m，3m，4.5m，6m。当采用人工清除浮油时，每格宽≤3m。国内各大炼厂一般采用4.5m，且已有定型设计。（4）隔油池超高h1，一般不小于0.4m，工作水深为h2为1.5-2.0m。人工排泥时，池深应包括污泥层厚度。（5）隔油池尺寸比例：单格长宽比(L/B)≧4,深宽比(h2/B)≧0.4。（6）刮板间距不小于4m，高度150-200mm，移动速度0.01m/s.（7）在隔油池的出口处及进水间浮油聚集，对大型隔油池可设集油管收集和排除。集油管管径为200-300mm，纵缝开度为60°，管轴线在水平面下0-50mm，小型池装有集油环。（8）采用机械刮泥时，集泥坑深度一般采用0.5m，底宽不小于0.4m，侧面倾角为45°-60°。（9）池底坡度i，当人工排泥时池底坡度为0.01-0.02，坡向集泥坑；机械刮泥时，采用平底，即i=0。（10）隔油池水面以上的油层厚度不大于0.25m。第页共50页n本科毕业设计说明书（11）隔油池的除油效率一般在60%以上，出水含油量为100-200mg/L。若后续浮选法，出水含油量小于50mg/L。（12）为了安全，防火、防寒、防风沙，隔油池可设活动盖板。（13）在寒冷地区，集油管内应设有直径为25mm的加热管，隔油池内也可设蒸汽加热管。已知条件：废水流量为Q=25000m3/d，入水含油浓度为15mg/L，拟用平流式隔油池。3.3.3计算方法及过程：按油滴的上浮速度计算：(1)污水中油珠的设计上浮速度：斯托克斯公式：（3-6）式中：u—静水中相应于直径为d的油珠的上浮速度(一般不大于3m/h)，cm/s；β—水中悬浮杂质碰撞引起的阻力系数，当悬浮物浓度为c时，一般可取β=0.95；d—油滴粒径(可以上浮的油滴的最小粒径)，cm；g—重力加速度，g=981cm/s2；μ—水的绝对粘度，Pa•s；φ—实际油珠非球形的形状修正系数，一般可取φ=1.0；ρy，ρ0—水和油珠的密度，g/cm3；假设要去除的油滴最小粒径为d0=100μm，假设温度为25℃，查出25℃是水的密度以及水的绝对粘度，得：ρy=0.998g/cm3，μ=0.0098g/cm3•s。又知25℃时油的密度为0.920g/cm3；所以可以根据上式计算油珠的上浮速度为：（3-7）(2)隔油池的表面面积：①池内水流的水平流速ν：第页共50页n本科毕业设计说明书一般可以去池内水平流速ν≤15u，而且不宜大于0.9m/min(15mm/s)，在本次设计中取：ν=2.57mm/s；②隔油池表面修正系数α按照一般公式求出的隔油池表面面积一般往往偏小，这是因为实际的隔油池容积利用率不是100%，而且又要受水流紊动的影响，因此要乘如一个大于1的系数α。予以矫正。Α值与系数有关，可由表1查得。今=6.425，由表3.2取，表3.2表面积修正系数α与速度比ν/u的关系ν/u20151063α1.741.641.441.371.28所以：=1.48所以，根据隔油池表面面积公式：式中：A—隔油池表面面积，m2；Q—设计中的含油废水流量，m3/h。求得，隔油池的表面面积为：（3-8）(3)隔油池水流横断面面积根据公式：A0=，（3-9）式中：A0—隔油池水流横断面面积，m2。求得隔油池水流横断面面积为：(4)隔油池有效水深本次设计采用机械清除浮油，设隔油池每格宽为B=3.5m，格数为n=2个，则根据公式：h2=A0/nB，第页共50页n本科毕业设计说明书式中h2—隔油池有效水深，m；n—隔油池分格数，个；B—隔油池每格宽，m。求得隔油池有效水深为：（3-10）(5)隔油池有效池长根据公式L=（3-11）式中：L—隔油池的有效池长，m；—上浮速度修正系数，一般取0.9；已知h2=1.7m，则求得隔油池的有效池长为：L=12.1m由另一种方法也可求得有效池长，则求得隔油池的有效池长为：L=21.6m平流式隔油池尺寸要求h2:B=0.3～0.4，L:B>4;今已知h2=1.7m，B=3.5m，则：h2:B=1.7:3.5=0.48(符合要求)但是由上面两种方法求得的有效池长分别为12.1m和21.6m，其中按照长宽比计，所以应取有效池长L=21.6m。(6)隔油池总高度本设计中隔油池设有机械刮油，除渣机，所以池底坡度为i=0，而且池底无积泥。根据公式H=h1+h2式中：H—隔油池总高度，m；h1—隔油池超高，(一般不小于0.4m)，m。第页共50页n本科毕业设计说明书今取隔油池超高h1=0.5m，所以，求得隔油池的总高度为：H=h1+h2=0.5m+1.7m=2.2m(7)出水含油浓度取平流式隔油池的一般除油效率为E=60%，所以根据公式：式中：C—出水含油浓度，mg/L；C0—入水含油浓度，mg/L；E—隔油池除油效率，%，一般平流式取60%。求得出水含油浓度为：C=C0E=15mg/L60%=9mg/L（3-12）(8)采用链带式刮油刮泥机3.2沉砂池的设计及计算3.2.1沉砂池的作用沉砂池的作用是从污水中分离出密度较大的无机颗粒，如：砂子、煤渣等。沉砂池一般设在处理工艺的前段，以保护机件和管道，保证后续作业的正常运行。3.2.2沉砂池的设计本工艺采用曝气沉砂池沉砂池，曝气沉砂池的示意图如图3.2。第页共50页n本科毕业设计说明书图3.2曝气沉砂池3.2.3曝气沉砂池的设计计算公式曝气沉砂池设计参数：(1)最大旋流速度为0.25～0.30ms，水平前进流速为0.06～0.12ms。(2)最大设计流量时的停留时间为1～2min。(3)有效水深2～3m，宽深比1.0～1.5，长宽比5。(4)曝气装置用穿孔管，孔径2.5～6.0mm，曝气量0.1～0.2m3m3污水或3～5m3(m2·h)如果将停留时间延长至20～30min，可使曝气沉砂池兼作预曝气池。池子总有效容积V：(3-13)式中：Qmax—最大设计流量，m3s；t—最大流量时的停留时间，min。水流断面积A：(3-14)式中：v—最大设计流量时的水平流速。池总宽度B：(3-15)第页共50页n本科毕业设计说明书式中：—设计有效水深。池长L：(3-16)每小时所需空气量q：(3-17)式中：d—每立方米污水所需空气量。一般为0.1～0.2m3m3。3.2.4曝气沉砂池的设计计算最大设计流量的计算：本厂工程的设计水量为25000m3/d。池设计最大水量Qmax=0.28935m3/s。总有效容积的计算：设计停留时间为t=3.0min，V=60Qmaxt=53m3。池断面面积：最大设计流量时的设计水平前进流速v=0.05m/s，=5.79m2。（3-18）池宽和有效水深：设计有效水深为：H=2.5m，池宽：B=A/H=2.3m。取2.5m。池长：L=V/A=9.15m,取9.5m。长宽比：L/b=9.5/2.5小于5，符合要求。所需曝气量为：=104.17m3/h其中d取0.1m3/m3。第页共50页n本科毕业设计说明书3.3氧化沟设计计算3.3.1氧化沟作用氧化沟的作用是去除焦化废水中的、、氨氮及有机物,去除率如表3.3。表3.3氧化沟中焦化废水各组分去除率污染物BODCOD氨氮进水含量mg/L12030050出水含量mg/L2010015去除率%66.766.7703.3.2设计参数(1)污泥产率系数Y=0.5(2)混合液悬浮固体浓度MLSS=4000mg/L(3)混合液挥发性悬浮固体浓度MLVSS=3000mg/L；F=0.75(4)污泥龄(5)内源代谢系数(6)20度是脱水率3.3.3主体构筑物计算(1)负荷计算负荷计算：原水预处理去除率污水可生化性(2)除BOD计算氧化沟出水:氧化沟好氧区容积，包括去除和消化反应所需体积第页共50页n本科毕业设计说明书(3-19)剩余污泥量(3-20)式中：—污泥中惰性物质（kg/L）为进水悬浮固体浓度（TSS）与挥发性悬浮固体浓度（VSS）之差mg/L。—随处理完水流出的污泥量mg/L。去除1kg产生的干污泥量：（3-21）3.3.4脱氮计算(1)氧化沟中剩余污泥中所含氮率为12.4%每日产生的污泥量为：(3-22)用于生物合成的氮为：(3-23)折合每单位体积进水用于生物合成氮量：(2)反硝化脱量，(3-24)第页共50页n本科毕业设计说明书所需除氮量：(3-25)(3)所需氮化的量：3.3.5碱度平衡剩余碱度（或出水总碱度）=进水碱度（以）+0.1去除的量+3.75反硝化的量—7.14氧化沟氧化总氮的量(3-26)式中：3.57—反硝化产生碱0.1—去除产生碱度7.14—氧化消耗的碱度剩余碱度（或出水总碱度）一般氧化沟系统中应保证剩余碱度3.3.6氧化沟总体积设反硝化时溶解氧浓度为DO=0.3mg/L(一般为0.5mg/L以下），采用15度时，反硝化速率：则：(3-27)根据MLSS浓度和计算所得的反硝化速率，计算反硝化所需的氧化沟体积：(3-28)所以，氧化沟总体积为：第页共50页n本科毕业设计说明书氧化沟设计水力停留时间为：HRT(3-29)校核污泥负荷：(3-30)符合要求，氧化沟污泥负荷一般为0.05～0.15。3.3.7需氧量计算(1)设计需氧量AORAOR=去除需氧量—剩余污泥需氧量+去除需氧量—剩余污泥中需氧量—脱氮产氧量(3-31)a)去除需氧量：。(3-32)b)剩余污泥需氧量,用于合成那部分。(3-33)c)去除需氧量每硝化需要消耗4.6（3-34）d)剩余污泥中需氧量第页共50页n本科毕业设计说明书(3-35)式中：0.124—泥中含氮率。e)脱氮产生量，每还原1产生2.86(3-36)总需氧量：AOR=—+——=5277.75—669.8+5175—269.1—1977.7=6236.15kg/d校核去除每kg的需氧量：(3-37)符合要求，氧化沟规定此值应介于1.6～2.5之间。(2)表态下需氧量SORkg/d(3-38)式中；；；。氧化沟采用三通道，计算溶解氧浓度C按：外沟：中沟：内沟=0.2:1:2冲氧量按外沟：中沟：内沟=65：25：10则各沟供氧量为：外沟道：=0.65AOR=4053.5kg/d第页共50页n本科毕业设计说明书中沟道：=0.25AOR=1559.04kg/d内沟道：=0.10AOR=623.62kg/d各沟道标准需氧量为：外沟道：=5096.9kg/d=212.4kg/h(3-39)中沟道：(3-40)内沟道：总标准需氧量：SOR=++=6241.3=326.7校核每千克标准需氧量：(3-41)符合要求。氧化沟每千克标准需氧量一般为1.6～2.5。考虑到厌氧缺氧的要求，还要校核混合的最小的净输入功率，（确保氧化沟内平均水流速度）。混合的最小功率为：式中：—绝对粘滞性系数，20度时等于1.0087；—单位体积需要的净输入功率，。第页共50页n本科毕业设计说明书=11.613.3.8氧化沟的容积计算本设计采用1座Orbal氧化沟，沟深4.0m氧化沟弯道占70%，直道占30%。(3-42)(3-43)(3-44)(3-45)直道长度L、M：设外沟，中沟。内沟宽度分别为9m,8m,8m。(3-46)设中心半径2m，沟道之间隔墙厚0.25m，最外层墙厚0.5m。外沟道面积：中沟道面积：内沟道面积：三沟道面积比为：外沟：中沟：内沟=50:29.81:17.1基本符合Orbal氧化沟各沟道容积比：50：33：17第页共50页n本科毕业设计说明书3.3.9曝气设备计算曝气设备选用砖碟曝气式氧化沟曝气机；砖碟直径d=1320mm；单碟充氧能力；每米转轴碟片数不少于5片，采用ZDQ—9.0型曝气砖碟；有效水深460mm；(1)外沟道：标准需氧量：(3-47)所需碟片：(3-48)每米周安装3片砖碟，最外侧碟片距池内壁0.25m；所需砖碟组数为：；每组砖碟装碟片数：；校核每组安装砖碟数：；故外沟道共安装7组砖碟，每组24片，共168片；校核单碟充氧能力：。(2)中沟道：标准需氧量：所需碟片：(3-49)每米周安装3片砖碟，最外侧碟片距池内壁0.25m；所需砖碟组数为：；每组砖碟装碟片数：；第页共50页n本科毕业设计说明书校核每组安装砖碟数：；故外沟道共安装3组砖碟，每组24片，共72片；校核单碟充氧能力：。(3)内沟道：标准需氧量：所需碟片：(3-50)每米周安装3片砖碟，最外侧碟片距池内壁0.25m；所需砖碟组数为：；为了使内沟道与中沟道匹配便于安装，也有利于水的流动，取4组曝气跌转：每组砖碟装碟片数：；校核每组安装砖碟数：；故外沟道共安装4组砖碟，每组8片，共32片；校核单碟充氧能力：。3.3.10进出水管及调节堰计算(1)进出水管：污泥回流比为60%，进出管水流为：进出管控制流速进出水管直径：(3-51)第页共50页n本科毕业设计说明书取管径为0.8m。校核进出水管流速：满足要求；进出水口水头损失为：(3-52)(2)出水堰计算：为了能够调节曝气砖碟淹没深度，氧化沟出水处设置出水竖井，竖井内安装电动可调节堰，初步估计为，因此按照薄壁堰来计算：取堰上水头高H=0.2m则堰：考虑可调节堰的安装要求，（每边窗1.3m），则出水竖井长度：出水竖井宽度B取1.0m（考虑安装高度），则出水竖井平面尺寸为：出水井出水孔尺寸为：，正常运行时，堰顶高出孔口底边1.0m，调节堰上下调节范围为0.3m。出水竖井位于中心岛，曝气砖碟上游。氧化沟进水速率0.6m/s，所以,氧化沟内单位污水功率为。符合要求。3.4沉淀池的设计及计算3.4.1沉淀池的作用第页共50页n本科毕业设计说明书主要是用于分离悬浮物，当进水浓度较低时，考虑到本厂采用的工艺要求，可以通过超越管线，直接将曝气沉砂池的出水引入反应池中。3.4.2沉淀池的设计本工艺采用的是向心辐流式沉淀池。示意图如图3.3。图3.3周边进水周边出水的辐流式沉淀池3.4.3向心辐流式沉淀池的计算公式沉淀池表面积和池径计算公式：(3-53)式中：A—沉淀池表面积，m2；D—沉淀池直径，m；n—沉淀池个数；q0—表面水力负荷，m3/(m2·h)。沉淀池有效水深计算公式：(3-54)第页共50页n本科毕业设计说明书式中：h2—有效水深，m；t—沉淀时间，h；池径与水深比为6～12。沉淀池总高度H：H=h1+h2+h3+h4+h5式中：H—总高度，m；h1—保护高，取0.3m；h2—有效水深，m；h3—缓冲高度，m，非机械排泥时为0.5m；机械排泥时，缓冲层上缘宜高出刮泥板0.3m；h4—沉淀池底坡落差，m；h5—污泥斗高度，m。污泥斗容积V1：(3-55)式中：r1—泥斗上半部半径；r2—泥斗下半部半径。池底圆锥部分的污泥容积V2：(3-56)流入槽部分计算：(3-57)（3-58）式中：—配水孔平均流速，0.3-0.8m/s；t—导流絮凝区平均停留时间，s，池周有效水深为2-4m时，取t=360-720s；—污水的运动粘度，与水温有关；—导流絮凝区平均速度梯度，一般可以取10-30s-1；第页共50页n本科毕业设计说明书—配水孔水流缩断面的流速m/s，，为收缩系数，因设有短管，=1；—导流絮凝区平均向下流速，m/s；式中：Qmax—沉淀池的最大设计流量，m3/s；—导流絮凝区环形面积，m2。3.4.4沉淀池的设计参数的计算本厂工程的设计水量为25000m3/d，设计一个沉淀池。池设计最大水量Qmax=0.289/s。最大流量Qmax的确定：由于选用的是辐流式沉淀池，其负荷水量一般较大，回流污泥比为R=2，所以：Qmax=（1+R）×0.289×3600=3121.2m3/h(1)沉淀池表面积和池径的计算：q0取3.0m3/(m2·h)；n=1座；=36.41m；取D=37m，即R=18.5m。(2)有效水深的计算：沉淀时间t取1.0h；h2=q0t=3m。(3)沉淀池总高度的计算：本系列每日产生的污泥量：S取0.5，采用机械刮泥方式W=0.5×400000/1000×2×24=4.61m3；池底泥斗采用上半部分面积2×2=4.0m2,下半部分面积1×1=1m2；h5=（r1-r2）tgα=1.73m；第页共50页n本科毕业设计说明书则污泥斗容积为：=12.7m3；池半径R=33/2=16.5m，池底坡度取0.05；h4=（R-r1）×0.05=0.725m；池底圆锥部分的容积为：=234.79m3；V1+V2=247.49m3＞20.0m，足够。沉淀池总高度为：H=h1+h2+h3+h4+h5=6.055m；(4)沉淀池周边处高度为：h1+h2+h3=3.6m；(5)沉淀池径深比校核：D/h2=37/3=12.3合格；(6)进水槽的设计：设计流入槽宽B=0.6m,水深0.5m；流入槽内流速为：v=0.289/0.6×0.5=0.963m/s；取导流絮凝区停留时间为600s，Gm=20s-1,水温取20℃，μ=1.06×10-6m2/s；vn=0.7132m/s；孔径用φ50mm，则流入槽内孔数为：；孔距π(D+B)/n=0.171m；第页共50页n本科毕业设计说明书(7)导流絮凝区的设计：导流絮凝区平均流速：v2=0.0042m/s；核算Gm=19.91s-1；在10-30之间，合格。3.4.5排泥设计计算(1)污泥量：(3-59)(2)吸泥管设计污泥流量：0.36/s；采用10根吸泥管，每管流量：0.036/s；采用管径DN400，管内污泥流速：0.2875m/s。(3)污泥水头损失：局部损失：0.004m，沿程损失：0.13m；中心排泥管流量：0.36/s；中心排泥管流速：2.865m/s；局部损失：0.46m，沿程损失：0.00794m。(4)吸泥管布置：泥管起点泥深：0.4m，终点泥深：0.6m,高：0.1m；主输泥管内损失0.15m，泥管跌至泥面损失：0.1m；吸泥管路上总水头损失：0.86m；(5)排泥设备：采用CGX-30C型刮吸泥机，适用于池径30m左右，池深3～5米，的周边集水周边进水二次沉淀池，电机功率1.5kw。吸泥管径DN400，10根，集泥槽设i=0.05的坡度相中心集泥坑。二沉池中心管流速：1.02m/s，符合要求（1～1.5m/s）。第页共50页n本科毕业设计说明书3.5污泥处理系统的设计与计算3.5.1二沉池污泥回流系统的设计与计算(1)污泥回流量的确定：取最大值R=200%Q=25000m3/d=1042m3/h(2)污泥提升设备的设计：本工艺设计选用污泥泵污泥提升设备，当污泥回流量为R=2Q时，最大扬程为沉淀池底与反应池进水面的高差，取10m。本系列选用2台轴流泵，一用一备。全厂单独建设一个回流污泥泵房，面积为。3.5.2浓缩池的设计计算公式污泥浓缩采用气浮浓缩池，其作用是为后续的污泥脱水步骤减容。浓缩池内总重量的计算：(3-60)式中：—清液的密度，取1000kg/m3；—污泥的平均密度，kg/m3；—污泥中固体物质密度，kg/m3；—污泥体积，m3；(m3)(3-61)污泥平均密度计算方法：式中：—压缩点时的污泥密度，kg/m3；第页共50页n本科毕业设计说明书—排泥浓度时的污泥密度，kg/m3。污泥层厚度为：(3-62)或者3.5.3浓缩池设计计算(1)设计资料：泥含水率：99.2%，水温20度，，即浓缩池进泥浓度。污水厂剩余污泥：污泥流量：(3-63)池排泥量：（日排泥4h）浓缩池将含水率从99.2%降至96%，所以，(3-64)浓缩后清夜流量为：采用有回流加压溶气式气浮浓缩(2)确定容气比：(3)确定回流比：(3-65)(4)气浮池表面积：(3-66)式中：q—水力负荷取1.5。(5)校核固体负荷：第页共50页n本科毕业设计说明书，符合要求，此值一般为2.08～4.17。(6)气浮池池形尺寸：长9米，宽4米。实际表面积36。(7)有效水深：，取T=90min。(8)气浮池总高：H，m设超高0.3m，刮泥机高0.3mH=h+0.3+0.3=1.88m(9)溶气罐容积V，回流水量为：溶气罐容积：溶气罐直径：高度一般为1：（2～4），得直径1m，高度为3m；实际容积：(10)进出水，泥管设计：污泥在管中流速为1.0m/s，则：，取管径0.1m回流水流量：设回流水在管中流速为1.0m/s，则：，取管径为200mm；排出清夜流量0.0149，设管内流速1.0m/s，所以：，取管径150mm。3.5.4贮泥池污泥贮池所需容积53.7-6.01=47.69，贮泥池采用圆型池体。第页共50页n本科毕业设计说明书本设计采用2座贮泥池，一用一备。设计直径D=10m,有效水深h=1m。贮泥池实际容积V=78.5>47.69。4结语毕业设计工作已接近尾声，整个设计过程不仅让我对四年来所学的知识得以重新回顾一番，更重要的是让我在书本知识以外又学到了很多，特别是实践方面的知识。理解到理论与现实之间的差距。经过本次毕业设计使我体会到了如下几点：(1)第页共50页n本科毕业设计说明书通过本次设计，我了解了焦化废水的产生过程、废水中所含污染物的种类、组成、对环境的危害及国内外废水处理技术的发展，学到了多种焦化废水的处理方法，并能够选用合适的方法对焦化废水的处理进行工艺设计。(2)经过对多种废水处理方法的比较，本设计选用奥贝尔氧化沟进行处理，通过对主要构筑物进行设计、计算，并绘制相应的工艺计算图和设备平面布置图，从而完成了整个设计任务。(3)由于焦化废水中含有大量的、多种的有机物、无机物等。由于个人能力有限，所以本设计有很多漏洞与不足。希望在以后的学习、工作中能得到更好的改善。努力不断的提高自己的知识。参考文献[1]张瑜，江白茹.钢铁工业焦化废水治理技术研究[J].工业安全与环保，2002，28(7)：5-7.[2]李玉林，胡瑞生，白雅琴．煤化工基础[M]．北京:化学工业出版社,2006，15-20.[3]恭滨良.中国兼容与再生耗材产业现状及趋势分析[J].上海计算机,2006(1):31-36.第页共50页n本科毕业设计说明书[4]夏畅斌,刘小平,黄念东等.悬浮共聚法制备墨粉的热学特性研究[J].湖南科技大学学报,2004,19(3):71-77.[5]叶少丹．焦化废水生化处理研究进展[J]．天津化工，2005，15(2)：9-12．[6]胡钰贤,郭亚兵.焦化废水及其处理技术.机械工程与自动化12004,5:97-1001[7]毛悌和．化工废水处理技术．北京：化学工业出版社，2000.169[8]魏国瑞，李国良．宝钢焦化废水处理新工艺探索[J]．燃料与化工，2001，(1)：34~36.[9]尹成龙，单忠健．焦化废水处理存在的问题及其解决对策[J]．工业给排水，2000，26（6）：35~37.[10]杨元林，周云巍．高浓度焦化废水处理工艺探讨[J]．机械管理开发，2001，64（4）：41~42.[11]AranaJ，TelloRendonE．Highconcentratedphenolicwastewatertreatmentbythephoto-Fentanreation,mechanismstudybyFTIR-ATR．Chemosphere,2001,44(5)：1017~1023.[12]徐新华．工业废水中专项污染物处理手册[M]．北京：化学工业出版社，2000.185.[13]孙德智．环境工程中的高级氧化技术[J]．北京：化学工业出版社，2002.277.[14]高华，刘坤．紫外光催化氧化处理焦化废水中有机毒物的研究[J]．青岛医学院学报，1996，32（3）：203~206.[15]ChiangLC，ChangJE．Electrochemicaloxidationprocessforthetreatmentofcoke-plantwastewater．JEnvir.Sci.Health，1995，30(4)：753~771.[16]梁镇海，许文林．焦化含酚废水在Ti/PbO2电极上的氧化处理[J]．稀有金属材料与工程，1996，25(3)：37~40.[17]卢建杭，王红斌．焦化废水专用混凝剂对污染物的去除效果与规律[J]．环境科学，2001，21(7)：65~68.[18]刘翠华，何选明.絮凝剂在焦化废水再净化中的应用[J].武汉冶金科技大学学报，1999，22(1):42~45.[19]马英歌，张清友．不同絮凝剂处理焦化废水的研究[J]．环境污染与防治，2002，24(1)：16~18.第页共50页n本科毕业设计说明书[20]张昌鸣．焦化废水净化及回用技术研究[J]．环境工程，1999，17(1)：16~19[21]刘俊峰，易平贵．过滤－树脂吸附法处理焦化废水的研究[J]．煤化工，2002，100(3)：59~62.[22]黄念东，夏畅斌．细粒焦渣对废水中酚的吸附研究．湘潭矿业学院学报，2000，(52)：63~66.[23]冶金工业部建筑研究总院和北京国纬达环保公司.烟道气处理焦化剩余氨水或全部焦化废水的方法[J]．中国:6，1998-04-08.[24]程志久，殷广瑾．烟道气处理焦化剩余氨水的研究[J]．环境科学学报，2000，20(5)：639～641.[25]C.A.Papadimitriou，X.Dabou.Cokewastewatertreatmentbytwoactivatedsludgesystems[J].GlobalNEST,2006,8(1),16～22.致谢本次毕业设计是在精心指导下完成的，老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受感动和启迪。从老师身上，我不仅学到了扎实、实用的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向郭老师致以最衷心的感谢和深深的敬意。第页共50页n本科毕业设计说明书大学几年的生活转眼就要结束了，这几年是我人生中最重要的学习时间。在大学的校园里，我不仅学到了丰富的专业知识，也学到了终身受用的学习知识和积极的生活态度，通过对课程的学习和与相关专业老师的沟通，使我深感机会难得，获益非浅。母校严谨的学风和老师的广博丰富的知识令我敬佩。各位老师的悉心授课使我对环境工程专业有了更多、更丰富的认识，为今后的学习和工作打下了坚实的基础。在我的设计撰写过程中，老师提出了很多意见和建议，我在这里向他们表示深深的感谢！在多年的学习生活中，还得到了母校许多学院领导、系领导和老师的热情关心和帮助。在日常学习和生活中，他们都给予了我很大帮助。最后，向所有关心和帮助过我的领导、老师、同学和朋友表示由衷的谢意！衷心地感谢在百忙之中评阅我的设计和参加答辩的各位老师！第页共50页n本科毕业设计说明书焦化废水处理工艺设计摘要焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水，焦化废水成分多、组分复杂、浓度高、毒性大、难降解。其中主要是铵盐、硫、硫化物、氰化物以及酚，联苯、吡啶、吲哚和喹啉等有机污染物。焦化废水中的氨氮发生硝化反应生成的NO2-是一种致癌物质，并可引起胎儿畸形；NO3-会破坏血液结合氧的能力，大量的氨氮排入水体会造成水体富营养化。酚类化合物对一切生物都有毒害作用直接威胁到人类健康。奥贝尔氧化沟出水水质好，脱氮率高，同时硝化反硝化；可以在未来负荷增加的情况下加以扩展，易于适应多种进水情况和出水要求的变化；容易维护；节能，比其他任何氧化沟系统在运行时需要的动力都小。本设计废水流量：25000m3/d，BOD5=120mg/LCOD=300mg/L挥发酚：900mg/L氰化物：200mg/L氨氮：50mg/L悬浮物：250mg/L入水含油浓度：15mg/L经过比较，选用奥贝尔氧化沟工艺来处理废水，处理后BOD≤20mg/LCOD≤100mg/L挥发酚≤0.5mg/L氨氮≤15mg/L悬浮物≤70mg/L，达到国家污水排放标准。关键词：焦化废水奥贝尔氧化沟第II页共II页n本科毕业设计说明书ThedesignofcokingwastewatertreatmentprocessAbstract:Cokingwastewaterisorganicwaster,whichfromcokeofcoal,gaspurificationandcokingproductrecoveryprocessproducedhighconcentration.Cokingwastewaterhasmorecomposition,complexcomponents,athighconcentrations,hightoxicity,non-biodegradable.Whichistheammoniumsalt,sulfur,sulfide,cyanideandphenol,biphenyl,pyridine,indoleandquinolineandotherorganicpollutants.TheNO2-,whichproduceoftheammonianitrogeninthecokeplantwastewaternitrificationreaction,isacarcinogen,anditcancausefetalmalformations.NO3-wouldunderminetheabilityofbloodtobindoxygen,andlargeamountsofammoniaintothewaterbodiescausingeutrophication.Phenoliccompoundshavetoxiceffectsonalllivingbeingsadirectthreattohumanhealth.Aftercomparison,thedesignselectedOrbaloxidationditchprocesstotreatwastewater.TheOrbaloxidationditchwaterquality,denitrificationrate,simultaneousnitrificationanddenitrification;Inthecaseoffutureloadincreasecanbeextendedeasilyadaptabletoavarietyofinfluentandeffluentrequirementschange;Easytomaintain;Energy-saving,powerthananyotheroxidationditchsystemwhenitisrun.Designsizeofthedesign:25000m3/d;BOD5=120mg/LCOD=300mg/LVolatilephenols：900mg/L;Cyanide：200mg/L；Ammonia：50mg/L；Suspendedsolids：250mg/LIntothewateroilconcentration：15mg/LTreatedshouldbeachieved：BOD≤20mg/LCOD≤100mg/LVolatilephenols≤0.5mg/LAmmonia≤15mg/LSS≤70mg/LKeyword：Cokingwastewater；Orbaloxidationditch；AeratedGritChamber第II页共II页