环境工程-屠宰废水处理设计初稿 23页

水污染控制工程课程设计题目屠宰废水处理厂的初步设计院系化学与环境工程学院专业环境工程姓名朱国成年级A1291指导教师张蔚萍老师二零一五年六月n摘要本次课程设计的题目为假发制品废水处理厂初步设计，主要任务是完成该污水处理厂的平面布置、高程布置和各处理构筑物的初步设计。初步设计要完成设计说明书一份，污水处理厂平面布置图1张、污水处理构筑物高程布置图1张。该污水处理厂工程规模为200立方米/日，进水水质为：CODCr=1270mg/L，BOD5=800mg/L，SS=1500mg/L，NH3-N=100mg/L,油脂=80mg/L。该处理厂处理流程：污水通过筛网到污水提升泵房，然后到隔油沉砂池，进入SBR池，污水再经消毒池排入自然水体；污水处理厂处理后的出水水质执行国家《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457-92）一级标准，具体水质：CODCr=80mg/L，BOD5=30mg/L，SS=60mg/L，NH3-N=15mg/L,油脂=15mg/L。关键词：屠宰废水；SBR-21-n目录摘要11设计任务书41.1工程设计资料41.2设计任务51.3基本要求51.4毕业设计图纸内容及张数52设计说明书52.1污水处理方案的确定62.2废水处理方案的确定62.3工艺流程的确定73.设计计算书83.1筛网83.2隔油沉砂池83.2.1长度L93.2.2水流断面积A93.2.3池总宽度B93.2.4贮砂斗所需容积V....................................................................93.2.5贮砂斗各部分尺寸计算...............................................................103.2.6贮砂斗的高度h2............................................................................................103.2.7池总高度H................................................................................103.2.8总沉砂量...........................................................................................113.3SBR反应器113.3.1污泥量计算113.3.2SBR反应池的容积V123.3.3SBR反应池构造设计尺寸............................................................133.3.4需氧量及曝气系统......................................................................13-21-n3.4消毒池154平面布置及高程布置...............................................................................................164.1平面布置原则及说明....................................................................................164.2高程布置.....................................................................................................164.2.1高程布置原则及说明.............................................................................164.2.2沿程阻力损失计算及标高确定...............................................................175运行中的问题和对策........................................................................................20参考文献21-21-n1设计任务书1.1工程设计资料（1）工程概况现拟建一小型屠宰厂，日宰猪200头、牛20头，其屠宰废水一般在短时间内集中排放，且通常在凌晨。屠宰废水含有大量的血污、油脂、毛、内脏杂物、未消化的食料和粪便等污染物。外观呈现令人不愉快的血红色，并伴有使人厌恶的腥臭味。此外，废水中还含有大肠杆菌、粪便链球菌以及沙门氏菌等与人体健康相关的细菌，但一般不含有毒物质。如果不经处理直接排放，将对周围水体产生严重的不利影响。为保持周围水体水质，维持生态平衡，保护周边居民的身体健康，必须建设污水处理厂对该废水进行处理。根据相关要求，废水经处理后应达到国家《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457-92）一级标准。（2）工程设计规模1）设计水量总水量：Q总=200m3/d2）进水水质进水水质参考同类案例，具体进水水质如表1所示。表1进水水质水质指标SS油脂进水水质(mg/L)12708001500100803）处理目标-21-n根据相关要求，废水经处理后应达到国家《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457-92）一级标准。具体出水水质如表2所示。表2出水水质水质指标SS油脂出水水质（mg/L）80306015151.2设计任务（1）根据以上资料，确定最佳处理工艺，对该污水处理工程进行初步设计。（2）设计范围为污水处理工艺系统。（3）完成废水处理的工艺和构筑物设计，编写设计说明书和计算书（包括高程计算和构筑物设计计算）。（4）完成设图纸2张（平面布置图和高程布置图）。1.3.基本要求（1）设计者必须独立思考，独立完成全部设计。（2）按时按质完成设计任务要求。（3）设计方案严格执行有关环境保护的规定，污水处理后必须保证出水指标均达到当地环保部门核准的污水排放标准。（4）采用经济合理的处理工艺，保证处理效果，并节省投资和运行管理费用。（5）设计新颖美观、布局合理。1.4毕业设计图纸内容及张数（1）污水处理厂平面布置图，1张（3号图纸）；（2）污水处理构筑物高程布置图，1张（3号图纸）。2设计说明书-21-n2.1污水处理方案的确定肉类加工废水属易于生物降解的高悬浮物有机废水，废水水质、水量变化范围较大。目前对该类废水的治理，均采用以生物法为主的处理工艺，包括好氧、厌氧、兼氧等处理系统。国内肉类加工废水运行效果的统计资料表明，各种生物处理装置均能有效地去除CODCr、BOD5、SS等污染物，均可达到GB13457-92的要求。目前国内对肉类加工废水的处理，常用的处理工艺如下。活性污泥法是当前污水处理领域应用最广泛的技术之一。普通活性污泥法处理屠宰废水很难达到处理要求，普遍存在以下困难：屠宰场的水量变化大，难以满足连续流曝气池对水流稳定性的要求；易发生污泥膨胀；剩余污泥量大、处置费用高；难以满足脱氮要求。针对普通活性污泥法存在的问题，一些新的处理工艺开发并成功应用于屠宰废水的处理。序批式活性污泥系统（SBR）SBR(SequencingBatchReactor)工艺适应当前好氧生化处理工艺的发展趋势，简易、高效、低耗，广泛地应用于屠宰废水的处理中。其主要优点有:1)流程简单，无二沉池和污泥回流设备；2)比普通活性污泥法可节省基建投资30％、运行费用10～20％；3)不易发生污泥膨胀，具有较强的脱氮除磷能力；剩余污泥性质稳定，便于浓缩和脱水；4)耐冲击负荷能力强。SBR间歇运行的特点很适合处理流量变化大的屠宰场废水，已在很多国家广泛应用于小型污水领域。此工艺处理屠宰废水COD，BOD的去除率分别达80％，90％以上，氨氮去除率达80％，90％。J．Keller等人在研究SBR处理屠宰废水脱氮的过程中发现，通过控制溶解氧浓度可使约50-21-n％的氮通过同步硝化反硝化去除，而控制这种脱氮过程对减少处理费用，提高出水水质有重要意义。CASS工艺是SBR的改进工艺，它在反应器前部增加了一个生物选择器，实现了连续进水，剩余污泥性质稳定，泥量只有传统活性污泥法的60％左右。2.2废水处理方案的确定屠宰废水中的BOD，COD值较高，非常有利于进行生物处理。且生物处理较之物化处理，化学处理工艺成熟，处理效率高。同时，运行费用、水处理成本低。经过对各种工艺的比较，本设计选用SBR反应器，因为该工艺技术成熟，处理效率高，占地省，投资省，运行灵活，污泥的性能良好，出水水质可达标。更重要是SBR法有除氮的功能，完全可以满足氮的去除。SBR工艺处理屠宰废水，具有工艺简单、处理流程短、操作方便、投资省和运行费用低等优点，适合于小型肉类加工厂屠宰废水处理。本工艺对废水的水量及有机负荷的冲击有较好的缓冲能力，按设计的处理程序运行，无污泥膨胀现象发生，系统工作稳定可靠。因此，本设计处理方案采用SBR工艺，既满足出水要求，又尽可能的节约了投资，节省了运行费用。2.3工艺流程的确定主工艺为SBR工艺，格栅处理后的废水中动植物油和有机悬浮物含量还较高，采用隔油沉砂池能很好地去除废水中的动植物油和初步去除污水中大颗粒悬浮有机污染物。在实际运行过程中，废水中含有大量浮渣，该单元发挥重要作用，去除大部分浮渣，浮渣经过排渣管排到污泥干化池干化，沉淀物依靠重力排至污泥浓缩池。SBR反应池主要用于降解有机物，是整个处理工艺的核心，通过调整运行方式，可以降解部分难降解有机物，是处理屠宰肉类加工废水常用工艺，SBR法在一个反应池内完成进水、生物降解、硝化与反硝化脱氮、重力沉淀分离(二次沉淀)等过程。其基本工序分五步完成，即进水、反应、沉淀、排水和闲置5-21-n个工序。每个池子设置曝气系统、滗水系统和剩余污泥排出系统。按工程实际设计2座SBR反应池交替运行，每座反应池的运行周期为12h，其中进水期为2h，边进水边曝气，使污泥再生恢复其活性；反应期为4～7h(包括进水期)；停止曝气进入厌氧状态0.5h；厌氧状态结束后微曝0.5h；静止沉淀期2.0h；排水期1.5h，闲置期0.5h。根据水质情况反应时间可灵活调整，减少曝气时间，降低运行成本。。筛网隔油沉砂池SBR污泥浓缩池消毒池计量池进水出sj水污泥消化池污泥干化池外运具体工艺流程图见图2-1图2-1工艺流程图流程说明：屠宰废水首先经过筛网，由于水中含有大量的猪毛，内脏碎块等大块杂物，如不及时清除会造成后续单元的堵塞和淤积。废水经过筛网，在通过污水提升泵到隔油沉砂池，主要去除废水中的油和沙粒，出水将进入主体设备SBR反应池，进水、反应、沉淀、排水依次在同一池里进行，在好氧的环境里污水得到极大处理，废水再到消毒池，投加消毒剂，约停留30min，就可以排放。3主要构筑物的设计计算3.1筛网3.2隔油沉砂池-21-n设计参数的选取:污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s。最大流量时，污水在池内的停留时间不少于30s，一般为30s—60s。有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25—1.0，池宽不小于0.6m。池底坡度一般为0.01—0.02，当设置除砂设备时，可根据除砂设备的要求，考虑池底形状。3.2.1长度L式中,v—最大设计流量时的速度，m/s;t─最大设计流量时的停留时间，s。3.2.2水流断面积A0式中,Qmax─最大设计流量;3.2.3池总宽度B式中,h2—设计有效水深，m;3.2.4贮砂斗所需容积V-21-n式中,X—污水的沉砂量，一般采用;T—排砂时间的间隔，d;k—肉类污水流量总变化系数。3.2.5贮砂斗各部分尺寸计算设贮砂斗底宽b1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为60o，则贮砂斗的上口宽b2为：贮砂斗的容积V1：式中,—贮砂斗容积，—贮砂斗高度，m;—分别为贮砂斗上口和下口的面积，。3.2.6贮砂斗的高度假设采用重力排砂，池底坡度i=6%，坡向砂斗，则3.2.7池总高度H采用超高h1=0.5，设采用机械刮泥，池底坡i=0，且池底不存泥，则：-21-n式中，H—池总高度，m；—超高，m;—设计有效水深，m；—贮砂斗高度，m;所以隔油沉砂池的尺寸为3.2.8总沉砂量沉沙量式中：x—沉砂量，3.3SBR反应器根据运行周期时间安排和自动控制特点，SBR反应池设置2个，每个SBR池每天运行2个周期，以下计算均按单个SBR池单个周期计算。每个SBR池进水时间为2h，曝气时间为6h，沉淀时间为2h，排水时间为2h，共12h。如下图3-1所示：进水2h（2h）曝气（6h）沉淀(2h)排出(2h)3.3.1污泥量计算SBR反应池所需污泥量MLSS（混合液悬浮固体，即活性污泥总量）取3000mg/L,BOD负荷Ns取0.4kg(BOD5)/kg(MLSS)d-21-n对于城市污水来说，SVI(污泥体积指数)值一般为50～150mL/g；若SVI值过低，则表明污泥粒径小、密实、无机成分含量高；若SVI值过高，则表明污泥沉降性能不好，将要发生或已经发生污泥膨胀。而SBR工艺能有效控制活性污泥膨胀，所以设计沉淀后的污泥SVI取100mL/g。则，在20%-30%之间，符合要求。3.3.2SBR反应池的容积(V)SBR反应池容积V=VSI+VF+Vb其中:VSI-------------代谢反应所需污泥容积VF-------------反应池换水容积Vb-------------保护容积VF为SBR反应池进水容积，即VF＝m³SBR反应池污泥容积:VSI=式中：Ns=0.4kg(BOD5)/kg(MLSS)dMLSS=3000mg/L每天单池进水量：Q=m³/dSr=So-Se=800-80=720mg/L（进水BOD为So=800mg/L，已知此步骤的BOD去除率约为90%，所以算出来的出水BOD为Se=80mg/L）假设保护容积-21-nSBR反应池容积V=VSI+VF+VB=143+19.8+50=212.8m³实际取220m33.3.3SBR反应池构造设计尺寸反应池的形式为完全混合型，反应池十分紧凑，占地很少。形状以矩形为准，池宽与池长之比大约为1：1～1：2，水深4～6米。反应池水深过深，基于以下理由是不经济的：①如果反应池的水深大，排出水的深度相应增大，则固液分离所需的沉淀时间就会增加。②专用的上清液排出装置受到结构上的限制，上清液排出水的深度不能过深。反应池水深过浅，基于以下理由是不希望的：①在排水期间，由于受到活性污泥界面以上的最小水深限制，上清液排出的深度不能过深。②与其他相同BOD—SS负荷的处理方式相比，其优点是占地面积较少。每池容积为V=220定水面深度为5m，超高取0.5m，则池的面积为m³池宽与池长之比大约为1:1-1:2则池长L=9m，池宽B=5m两个池的总容积为V总=220×2＝440m³则每个SBR反应池尺寸为（9×5×5.5）m33.3.4需氧量及曝气系统(1)需氧量计算设计参数设计流量（日平均水量Q）：220；进水浓度：800-21-n出水浓度为80污泥浓度:2.7污泥负荷：0.4系数=0.55=0.16容积:m³1）日平均需氧量：按最大流量计算时的容积为:m³2）最大时需氧量：最大时需氧量与日平均需氧量之比为：3）充氧量：式中：——氧转移折算系数，取0.82；——氧溶解折算系数，取0.95，-21-nT—常年平均温度为12.2℃4）日平均供气量5）最大时供气量（2）曝气器单个曝气器的曝气量为3，则曝气器的数量为：由于SBR池设了两个，所以每个池的曝气器数量：78/2=39（个）3.4消毒池设计说明：由于生物处理之后带有部分的细菌，故设一消毒池进行灭菌。处理废水要经过消毒处理才能排放。增设可投氯的清水池作消毒池，保证出水水质合格。加氯量的计算设计最大投氯量为ρmax＝3.0mg/L，则每日投氯量为：W＝ρmaxQ＝3.0×200×2.38/1000＝1.43kg/d设清水池停留时间为2h即V=QT=(200/24)×2=16取超高为h=0.3m所以尺寸为2.52m×2.52m×2.82m选用贮氯量为50kg的液氯钢瓶，每日加氯机一台，投氯量为1-2kg/d。配置注水泵两台，一用一备，注水量Q=8-10m3/h，扬程不小于40mH2O-21-n4平面布置及高程布置污水处理厂的平面布置包括：生产性的处理构筑物和泵房、鼓风机房、药剂间、化验室等辅助性建筑物以及各种管线等的布置。在厂区内还有道路系统、室外照明系统和美化的绿地设施。根据处理厂的规模大小，一般采用比例尺的地形图绘制总平面图。4.1平面布置原则及说明(1)处理构筑物应尽量按顺序布置，避免管线迂回，充分利用地形，降低能耗，减少土方量。(2)处理构筑物的布置紧凑，缩短连接管渠，节省占地，便于管理。考虑到在构筑物之间辅设管渠、阀门等附属设备，施工和运行管理的要求，构筑物之间一定的间距。(3)经常有人工作、活动的建筑物，如办公室、化验室、中心控制室等，布置在夏季主导风向的上风向。(4)污泥构筑物尽量集中布置，以利于安全和管理。污泥区不设在夏季主导风向的上风向，并远离办公楼的生活区。(5)处理构筑物合理设置超越管线，以便在事故或检修时污水能超越后续构筑物排入事故池或直接排入水体[6]。4.2高程布置4.2.1高程布置原则(1)充分利用地形地势，使污水能尽量自流通过污水处理构筑物，最后排出厂外。(2)协调好高程布置平面布置的关系，做到既减少占地，又有利于污水、污泥输送。-21-n(3)做好污水高程布置与污泥高程布置的配合，尽量同时减少两者的提升次数和高度。(4)协调好污水处理厂总体高程布置与单体竖向设计，既便于正常排放，又有利于检修排空。4.2.2沿程阻力损失计算及标高确定根据流量Q，确定管径D，确定流速v。管路水力损失计算：直管水头损失Hr=L管件局部水头损失Hf=∑x·2/2g管道总阻力损失h=Hr＋Hf局部损失：管道进口局部损失系数x1=0.5；管道出口局部损失系数x2=1.0；具体计算结果见下表。由于在进行阻力损失计算时没有考虑实际管网布置，因此在实际的高程布置时，所取的高差都将略大于表中的计算结果。在此设计中，局部水头损失设计为沿程水头损失的30%。污水厂水头损失计算表-21-n名称设计流量L/s管径mmI‰流速Vm/s管长（m）IL（m）Σξ（m）Σh（m）出厂管18.6115010.70.92500.53500.535计量池18.61消毒池至计量池18.61消毒池18.610.1SBR池至消毒池18.6115010.70.92100.1070.0360.143SBR（2座）9.312.0隔油沉砂池18.6115010.70.92250.2680.090.358-21-n至SBR池隔油沉砂池18.610.4提升泵房22.042.0Σ＝8.339筛网22.04ΣΣ＝-21-n5运行中的问题和对策该工艺在实际运行是主要是SBR反应器有可能发生异常情况,现将比较常见的问题作说明，如表7-1．表5-1SBR活性污泥系统的异常问题及解决对策问题原因解决办法污泥不增长或减少现象污泥所需养料不足或严重不平衡；污泥絮凝性差随出水流失；已过度曝气污泥自身氧化污泥直接在曝气池中静止沉淀或投加少量絮凝剂等措施提高沉淀效率；投入足够的的营养量（C、N、P）；根据污泥量曝气池溶解氧浓度合理控制曝气量溶解氧过高或过低DO过高，可能是污泥中毒或培训初期污泥浓度和污泥负荷过低；DO过低可能是排泥量少，曝气池污泥浓度过高调整进水水质、排泥量、曝气量等污泥解体污泥中毒，失去净化活性和絮凝活性；过度曝气，引起污泥内源呼吸丧失活性克服生产事故性排污冲击或局部进行预处理；调整曝气量-21-n参考文献[1]张自杰.排水工程.北京：中国建筑工业出版社，2000[2]李圭白张杰.水质工程学.北京：中国建筑工业出版社，2006[3]中国市政工程西南设计研究院主编：给水排水设计手册第1册.北京：中国建筑工业出版社，2001[4]北京市市政工程设计研究院主编：给水排水设计手册第5册.北京：中国建筑工业出版社，2001[5]中国市政工程西北设计研究院主编：给水排水设计手册第10册.北京：中国建筑工业出版社，2001[6]中国市政工程华北设计研究院主编：给水排水设计手册第11册.北京：中国建筑工业出版社，2001[7]张智.给水排水工程毕业设计（论文）指南.北京：水利水电出版社，2000[8]韩洪军.水处理工程设计计算.北京：中国建筑工业出版社，2006[9]尹士君，李亚.水处理构筑物设计计算.北京：化学工业出版社，2007[10]邰生霞，乔庆云.给水排水工程设计实践教程，机械工业出版社，2007[11]杨岳平,徐新华.废水处理工程及实例分析.北京:化学工业出版社,2003:200—203.[12]赵丽珍,缪应祺.SBR技术的研究及进展.江苏理工大学学报,2001:58—61.[13]《室外排水设计规范》GB50014－2006[14]《给水排水制图标准》GB/T50106-2001.中华人民共和国建设部，2002-21-n[15]《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918－2002[16]《地面水环境质量标准》GB3838－2002[17]《中华人民共和国环境保护法》[18]GB50335－2002《污水再生利用工程设计规范》[19]GJ31-89《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》[20]GB14554-93《恶臭污染物排放标准》[21]DBJ08-23-91《污水泵站设计规范》[22]GB8978-96《污水综合排放标准》[23]GB3838－2002《地面水环境质量标准》-21-