處理焦化廢水 煤化學(xué) 環(huán)境工程 畢業(yè)設(shè)計(jì)VIP

1、1緒論 1.1選題背景焦化廢水是煤制焦炭、煤氣凈化及焦化產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水。焦化廢水主要包括煤氣的初冷階段煤氣冷凝水、煤氣終冷水、煤氣洗滌水和煤氣發(fā)生站的煤氣洗滌水、精苯分離水、氣柜廢水、焦?fàn)t水封水及其它場(chǎng)合產(chǎn)生的污水1。焦化廢水主要污染物質(zhì)有：COD 、BOD、氰化物、氨氮、懸浮物、苯酚及苯系化合物等，焦化廢水其中各組分基本含量及排放標(biāo)準(zhǔn)見表1.1所示。表1.1焦化廢水各組分基本含量及排放標(biāo)準(zhǔn)污 染 物BODCOD揮發(fā)酚氰化物氨氮懸浮物含量mg/L12030090020050250級(jí)標(biāo)準(zhǔn)201000.50.51570由表1.1可見，焦化廢水成分多，組分復(fù)雜、濃度高、毒性大、難

2、降解。廢水中含有數(shù)十種無機(jī)和有機(jī)化合物，其中無機(jī)化合物主要是大量銨鹽、硫、硫化物、氰化物等；有機(jī)化合物除酚外，還有聯(lián)苯、吡啶、吲哚和喹啉等有機(jī)污染物2。污染物色度高，屬較難生化降解的高濃度有機(jī)工業(yè)廢水。焦化廢水中COD，NH3-N和揮發(fā)酚等污染物濃度高，這些污染物會(huì)對(duì)人類、水產(chǎn)及農(nóng)作物都有極大危害。1.2處理焦化廢水目的及意義當(dāng)前，全球都面臨著水資源短缺、水質(zhì)惡化的嚴(yán)峻形勢(shì)，水污染問題成為當(dāng)今世界面臨的重要環(huán)境問題之一。我國(guó)人均水資源占有量?jī)H為0.24萬m3，只有世界上人均占有量的1/4，屬世界十二個(gè)貧水國(guó)家之一3，所以加強(qiáng)對(duì)新污染源的控制，改善老污染源處理?xiàng)l件，才能從根本上改變我國(guó)水質(zhì)惡化的

3、現(xiàn)狀。焦化廢水的處理一直是國(guó)內(nèi)外污水處理領(lǐng)域的一大難題，幾十年來尚未出現(xiàn)突破性的研究成果。廢水中污染物組成復(fù)雜，含有揮發(fā)酚、多環(huán)芳烴和氧硫氮等雜環(huán)化合物，屬較難生化降解的高濃度有機(jī)工業(yè)廢水。目前，焦化廢水一般要經(jīng)過預(yù)處理、二級(jí)處理和深度處理后才可能達(dá)標(biāo)排放。焦化廢水的預(yù)處理技術(shù)有4：厭氧酸化法、氣浮法、混凝沉淀法等；二級(jí)處理方法很多，有生物化學(xué)法、物理法、化學(xué)法、以及物理-化學(xué)法等；焦化廢水深度處理技術(shù)有化學(xué)氧化法、折點(diǎn)氯化法、絮凝沉淀輔以加氯法、吸附過濾輔以離子交換法等。但目前最常用的方法是焦化廢水經(jīng)隔油池、二級(jí)氣浮池除油后進(jìn)行多段曝氣生物處理，再經(jīng)氧化塘或吸附法深度處理后外排。1.3焦化廢

4、水的處理方法目前，焦化廢水的處理方法主要有物化法、生化法、物化-生化法等，以下將對(duì)幾種方法進(jìn)行比對(duì)分析。1.3.1物化法(1)吸附法吸附法處理廢水，就是利用多孔性吸附劑吸附廢水中的一種或幾種溶質(zhì)，使廢水得到凈化。常用吸附劑有活性炭、磺化煤、礦渣、硅藻土等5。該法操作簡(jiǎn)單，工藝流程短，適合處理排放量較小的廢水。其缺點(diǎn)是吸附劑的吸附效果不太好，用量大，更換勞動(dòng)強(qiáng)度大，處理后產(chǎn)生大量廢渣。(2)化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法是將要去除的離子變?yōu)殡y溶的、難解離的化合物的過程?；瘜W(xué)沉淀法的處理對(duì)象主要是重金屬離子、兩性元素、堿土金屬及某些非金屬元素。該方法加入沉淀劑的同時(shí)，容易引入新的污染成分，并且對(duì)于大部分有物

5、污染物無能為力，通常作為輔助處理方法。(3)混凝沉淀法混凝法是向廢水中加入混凝劑并使之水解產(chǎn)生水合配離子及氫氧化物膠體，中和廢水中某些物質(zhì)表面所帶的電荷，使這些帶電物質(zhì)發(fā)生凝集?；炷ǖ年P(guān)鍵在于混凝劑，目前國(guó)內(nèi)焦化廠家一般采用聚合硫酸鐵(PFS)，助凝劑為聚丙烯酰胺(PAM)6。近年來，新型復(fù)合混凝劑在焦化廢水的處理中的應(yīng)用得到廣泛的研究，例如開發(fā)的聚硅酸鹽即是一類新型無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑，是在聚硅酸(即活化硅酸)及傳統(tǒng)的鋁鹽、鐵鹽等絮凝劑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的聚硅酸與金屬鹽的復(fù)合產(chǎn)物7。混凝法是目前應(yīng)用較多的方法，成本低，效果明顯，但是尚不能徹底處理焦化廢水。(4)Fenton試劑法Fenton

6、試劑是由H2O2和Fe2+混合得到的一種強(qiáng)氧化劑，由于H2O2與 Fe2+作用能產(chǎn)生氧化能力很強(qiáng)的·OH自由基8,9，其組合能氧化焦化廢水中多種有機(jī)物10，在處理難生物降解或一般化學(xué)氧化難以奏效的有機(jī)廢水時(shí)，具有反應(yīng)迅速、溫度和壓力等反應(yīng)條件緩和且無二次污染等優(yōu)點(diǎn)11。(5)蒸氨法焦化廢水中氨氮主要來源于熄焦水和剩余氨水，蒸氨法就是通過蒸汽加熱焦化廢水，使廢水中氨氮揮發(fā)后收集，可大大降低水中氨的濃度。該法能夠回收部分氨氣，其不足之處是蒸汽用量大，能耗高，蒸氨后剩余氨水仍高達(dá)300mg/L，不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，后工序往往采用生化處理。(6)焚燒法焚燒法處理焦化廢水是采用高溫焚燒方式使焦化

7、廢水變成CO2和水蒸氣，及少許無機(jī)物灰分。該法有助于對(duì)焦化廢水有多數(shù)難降解的物質(zhì)進(jìn)行徹底消除，COD去除率高達(dá)99.5%。缺點(diǎn)是焚燒過程需要噴灑燃油，設(shè)備投資及運(yùn)行成本高，隨著油價(jià)上漲，國(guó)家不提倡采用焚燒法治理焦化廢水。(7)膜分離法膜分離法是利用特殊的半滲透膜分離水中離子和分子的技術(shù)，主要包括反滲透(RO)、納濾(NF)、超濾(UF)、微濾(MF)等12。液膜法除酚技術(shù)在我國(guó)發(fā)展較快，是一項(xiàng)快速、高效、節(jié)能的新型分離技術(shù)。膜分離法處理焦化廢水主要問題是由于焦化廢水粘度高，而導(dǎo)致清液通量小，不適合大批量處理，膜組件更換頻繁，處理成本較高。(8)萃取法萃取法是采用液膜分離技術(shù)使廢水中酚類物質(zhì)或者

8、有機(jī)物質(zhì)，由廢水體系轉(zhuǎn)移至液膜中，從而達(dá)到濃縮廢水中污染成分的目的5。該法思路新穎，除酚效果良好，但目前還沒有相關(guān)工業(yè)化方面的報(bào)道。(9)催化濕式氧化法催化濕式氧化技術(shù)是在高溫、高壓狀況下，在催化作用下，使用空氣將廢水中的氨氮和有機(jī)污染物氧化最終轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì) N2 和 CO2 排放13。該技術(shù)始于 20世紀(jì)70年代特別適用于農(nóng)藥、染料、橡膠、合成纖維及難于生物降解的高濃度廢水。(10)粉煤灰處理焦化廢水粉煤灰的主要成分是SiO2，Al2SO3，NaA1Si04等，將粉煤灰作為吸附劑深度處理焦化廢水，脫色效果好，COD、揮發(fā)酚去除率高，可對(duì)焦化廢水進(jìn)行深度處理14。(11)催化鐵內(nèi)電解方法該方

9、法主要對(duì)焦化廢水中存在的難降解物質(zhì)、生化反應(yīng)抑制物質(zhì)以及染料和化工廢水中存在的顯色物質(zhì)，利用單質(zhì)鐵催化還原，從而使其轉(zhuǎn)化為無色、可生化降解的物質(zhì)，在此過程中產(chǎn)生的新生態(tài)鐵離子混凝去除部分污染物15。該方法還可以去除水中的重金屬、磷酸根，有效地解決了廢水處理中的許多難題。該方法反應(yīng)速率快，作用有機(jī)污染物質(zhì)范圍廣，適用 pH范圍寬，運(yùn)行成本極低，運(yùn)行管理方便，COD的去除率較高。1.3.2生化法(1)普通活性污泥法活性污泥法即將焦化廢水與活性污泥混合一起進(jìn)入曝氣池，成為懸浮混合液，沿曝氣池注入空氣曝氣，使污水與活性污泥充分接觸，并供給混合液足夠的溶解氧。這時(shí)污水中的有機(jī)物被活性污泥中的好氧微生物分

10、解，然后混合液進(jìn)入二次沉淀池，活性污泥與水澄清分離，部分活性污泥再回流到曝氣池中，繼續(xù)進(jìn)行凈化過程，澄清水則溢流排放。由于在整個(gè)過程中活性污泥在不斷增長(zhǎng)，部分剩余污泥從系統(tǒng)中排出，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。(2)序批式活性污泥法(SBR)SBR工藝是集生物降解和脫氮除磷集于一體的新技術(shù)，它結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，運(yùn)行方式靈活多變，是一種間歇運(yùn)行的廢水處理工藝，SBR反應(yīng)池生化反應(yīng)能力強(qiáng)，處理效果好，用它來處理焦化廢水NH3-N的去除率為60%。缺點(diǎn)是傳統(tǒng) SBR法對(duì)焦化廢水降解效率不夠高。目前，SBR技術(shù)從生活污水到工業(yè)廢水等各領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。 (3)膜生物反應(yīng)器(MBR)MBR是將膜技術(shù)應(yīng)用于廢水處理系

11、統(tǒng)，提高了泥水分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌(特別是優(yōu)勢(shì)菌群)的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率。同時(shí)通過降低F/M減少剩余污泥產(chǎn)生量，從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的系統(tǒng)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生大量的剩余污泥，易出現(xiàn)污泥膨脹，出水固體，出水水質(zhì)不理想等突出的問題16。與傳統(tǒng)的生化水處理技術(shù)相比，MBR具有以下主要特點(diǎn)：固液分離率高、出水水質(zhì)好、處理效率高、占地空間小、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣?，F(xiàn)在膜生物反應(yīng)器的處理對(duì)象也由原來的城市生活污水，逐漸擴(kuò)大到各種工業(yè)廢水，發(fā)展前景廣闊。(4)生物鐵法生物鐵法是在曝氣池中投加鐵鹽，以提高曝氣池活性污泥濃度為主，充分發(fā)揮生物氧化和生物絮凝

12、作用的強(qiáng)化生物處理方法17。由于鐵離子不僅是微生物生長(zhǎng)必需的微量元素，而且對(duì)生物的黏液分泌也有刺激作用。鐵鹽在水中生成氫氧化物與活性污泥形成絮凝物共同作用，使吸附和絮凝作用更有效地進(jìn)行，從而有利于有機(jī)物富集在菌膠團(tuán)的周圍，加速生物降解作用。該法大大提高了污泥濃度，由傳統(tǒng)活性污泥法2-4g/L提高到9-10g/L，降解酚、氰化物的能力也大大加強(qiáng)。當(dāng)氰化物的濃度高達(dá)40mg/L條件下，仍可取得良好的處理效果。對(duì)COD的降解效果也較傳統(tǒng)方法好。(5)炭-生物法目前，國(guó)內(nèi)一些焦化廠生化處理裝置由于超負(fù)荷運(yùn)行或其他原因，處理后的水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)，炭-生物法是在傳統(tǒng)的生物法的基礎(chǔ)上再加一段活性炭生物吸附、過濾

13、處理。該工藝簡(jiǎn)便、操作方便、設(shè)備少、投資低18。由于活性炭不必頻繁再生，故可減少處理費(fèi)用對(duì)于已有生物處理裝置處理后水質(zhì)不符合排放標(biāo)準(zhǔn)的處理廠，采用炭-生物法進(jìn)一步處理以提高廢水凈化程度也是一項(xiàng)有效的方法。(6)A-O 與 A-A-O 工藝目前國(guó)內(nèi)主要采用 A-O (缺氧-好氧)與 A-A-O (厭氧-缺氧-好氧)工藝及其變型脫氮工藝進(jìn)行焦化廢水的脫氮處理，脫氮效果較好。實(shí)驗(yàn)表明：A-O工藝在NH3-N去除和反硝化方面均優(yōu)于A-O工藝，特別是反硝化率方面 A-A-O工藝是A-O工藝的兩倍。(7)三相氣提升循環(huán)流化床處理焦化廢水實(shí)驗(yàn)研究證明用三相氣提升循環(huán)流化床反應(yīng)器(AZLR)處理焦化廢水，比活

14、性污泥法處理效果好19。該方法對(duì)于酚、氰等污染物有良好的耐受力，去除效果好，可有效降低曝氣能耗。2設(shè)計(jì)說明 2.1 設(shè)計(jì)資料2.1.1 工藝參數(shù)(1) 工程規(guī)模：焦化洗滌廢水流量為25000m3/d。(2) 水源資料：表2.1焦化廢水各組分基本含量污 染 物BODCOD揮發(fā)酚氰化物氨氮懸浮物含量mg/L12030090020050250(3) 出水要求：出水水質(zhì)要求達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（一級(jí)，GB8978-1996）的污水處理工藝設(shè)計(jì)。即:表2.2焦化廢水各組分排放標(biāo)準(zhǔn)污 染 物BODCOD揮發(fā)酚氰化物氨氮懸浮物級(jí)標(biāo)準(zhǔn)mg/L201000.50.515702.1.2 具體工作內(nèi)容(1) 合理選

15、擇污水處理工藝流程。(2) 完成主要污水處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)計(jì)算。(3) 繪制污水處理系統(tǒng)工藝流程圖。(4) 繪制污水處理系統(tǒng)主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)圖。(5) 整理設(shè)計(jì)說明書一份，內(nèi)容包括主要處理構(gòu)筑物等的設(shè)計(jì)計(jì)算。2.2污水處理工藝流程的設(shè)計(jì)2.2.1 工藝設(shè)計(jì)原則確定處理工藝的依據(jù)有以下幾點(diǎn)：(1) 污水處理程度。(2) 處理規(guī)模和污水水質(zhì)質(zhì)量變化規(guī)律。(3) 新工藝及類似污水工程資料。(4) 污泥處理的工藝。污水處理的程度：確定污水處理程度主要需要考慮收納水的功能，水環(huán)境質(zhì)量要求，污染狀況和自靜能力，處理后的污水是否回用等因素。處理規(guī)模和污水水質(zhì)和水量變化規(guī)律：污水處理規(guī)模也是影響工藝選擇的重要因素。

16、某些處理工藝，如完全混合曝氣池，塔式生物濾池和豎流沉淀池只適用水量不大的小型污水處理廠，因此處理方案也要處理規(guī)模調(diào)整。新工藝及類似污水工程資料：采用先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)做到技術(shù)上先進(jìn)可靠，經(jīng)濟(jì)上高效節(jié)能。對(duì)于采用新工藝，新技術(shù)的設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)其設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作精心選擇。污泥處理工藝：污泥處理工藝作為污水處理系統(tǒng)方案的一部分，決定于污泥的性質(zhì)與污泥的出路（農(nóng)用，填埋，排海等）。污水處理構(gòu)筑物排出的剩余污泥性質(zhì)的不同，對(duì)選用污泥處理工藝有較大的影響20。2.2.2 工藝流程的設(shè)計(jì) 由于本設(shè)計(jì)為焦化洗滌廢水處理設(shè)計(jì)，考慮的焦化廢水本身的特點(diǎn)及流量?？紤]本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，要達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)采用

17、具有良好去除有機(jī)物、氨氮等的氧化溝法。工藝流程為： 圖2.1 焦化廢水工藝設(shè)計(jì)流程圖2.3 氧化溝工藝簡(jiǎn)介2.3.1 氧化溝基本特點(diǎn)氧化溝工藝是活性污泥法的一種變形工藝，屬于延時(shí)曝氣的活性污法。1954年荷蘭第一座氧化溝污水處理廠投入使用，隨著工業(yè)技術(shù)和水處理工藝的不斷發(fā)展以及污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，氧化溝工藝和構(gòu)型已經(jīng)得到很大發(fā)展。氧化溝工藝一般都采用封閉的環(huán)狀溝，污水和活性污泥在溝內(nèi)進(jìn)行幾十圈甚至更多的循環(huán)后排出系統(tǒng)。這種池型構(gòu)造和運(yùn)行方式，使氧化溝在流態(tài)上兼具推流式和完全混合式的雙重特點(diǎn)；采用低負(fù)荷(污泥負(fù)荷為0.050.15kgBOD/kgMLSS·d)在考慮硝化的情況下，污

18、泥負(fù)荷一般小于0.10kgBOD/kgMLSS·d)和高污泥齡(SRT：1530d，在要求完全硝化的情況下，一般污泥齡大于20d)，污泥在氧化溝內(nèi)充分好氧穩(wěn)定，不需要厭氧消化；通常氧化溝均采用表曝設(shè)備，如轉(zhuǎn)刷、轉(zhuǎn)碟和表曝機(jī)等，曝氣設(shè)備同時(shí)滿足充氧、混合、推動(dòng)混合液循環(huán)運(yùn)動(dòng)以及防止活性污泥沉淀等多方面要求。防止活性污泥沉積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過改變曝氣設(shè)備的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)速度和調(diào)節(jié)浸水深度來實(shí)現(xiàn)。由于具有基建和運(yùn)行費(fèi)用較低，操作技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單和處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，氧化溝污水處理技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在我國(guó)城市污水和工業(yè)廢水處理廠的建設(shè)中21。2.3.2

19、Orbal氧化溝Orbal氧化溝是一種多級(jí)氧化溝，其特點(diǎn)是：曝氣設(shè)備是有水平軸的豎直轉(zhuǎn)碟，碟片經(jīng)過水力學(xué)設(shè)計(jì)達(dá)到最佳的充氧和推流作用；由同心圓形的多溝槽構(gòu)成(多為三溝道)，各溝道均表現(xiàn)為單個(gè)反應(yīng)器的特征，這使得Orbal氧化溝的推流特征更加突出。在各個(gè)溝道之間存在明顯溶解氧梯度，對(duì)于有機(jī)物的去除、高效脫氮、防止污泥膨脹和節(jié)約能耗等，都是非常有意義的。對(duì)于三溝道的Orbal氧化溝，外溝、中溝和內(nèi)溝的溶解氧一般控制在00.5mg/L、0.51.5mg/L以及1.52.5mg/L，體積比為50：33：17；供氣量之比為65：25：10。轉(zhuǎn)碟后設(shè)導(dǎo)流板以防止污泥沉淀，有效水深可達(dá)4.5m。外溝內(nèi)供氣量

20、通常占總氣量的65左右，但是由于外溝容積大，同時(shí)發(fā)生了高度的生化反應(yīng)，溶解氧一般在0.5mg/L以下，這種虧氧條件下的供氧方式使氧利用率和充氧效率更高。Orbal氧化溝進(jìn)水進(jìn)人外溝，同回流污泥進(jìn)行混合，使回流污泥中的硝態(tài)氮能利用原水中的有機(jī)碳源，在外溝整體較低的溶解氧濃度下進(jìn)行反硝化，這種脫氮方式能同時(shí)節(jié)省用于硝化和碳化的曝氣量，同時(shí)可以不必考慮反硝化外加碳源。中溝作為擺動(dòng)溝道，使系統(tǒng)更為穩(wěn)定，內(nèi)溝保持較高的溶解氧，以保證碳化和硝化完全。 圖2.2 Orbal氧化溝2.3.3 Orbal氧化溝工藝原理由于溶解氧在氧化溝的分布呈0l2，第一溝內(nèi)溶解氧濃度始終接近于零，所以0rbal氧化溝的脫氮和

21、硝化始終保持最佳狀態(tài)。(1) Orbal氧化溝的脫氮除磷所謂第一溝溶解氧為“0”。它是指第一溝中遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)碟的溝道之混合液的溶解氧始終處于接近0的狀態(tài)，并非指整個(gè)溝道處于缺氧狀態(tài)，在靠近轉(zhuǎn)碟的溝段正是富氧區(qū)。在缺氧條件下，脫氮細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖有利。這些細(xì)菌以有機(jī)碳作為碳源和能源。并以硝酸鹽作為能量代謝過程中的電子接受體。由于Orbal氧化溝的第一溝BOD(碳源)很豐富，而脫氮細(xì)菌正是以有機(jī)碳作為碳源和能源，因此不需另投加有機(jī)碳源來滿足生物脫氮過程的需要。在靠近轉(zhuǎn)碟的溝段即處于富氧區(qū)的溝段，氨氮被硝化細(xì)菌氧化為硝酸鹽氮(NO，-N)，由于混合液在第一溝中閉路循環(huán)數(shù)十次乃至數(shù)百次，所以O(shè)rbal氧化溝的第

22、一溝中同樣進(jìn)行了數(shù)十次乃至數(shù)百次的硝化一脫氮反應(yīng)第二溝是第一溝的繼續(xù)，它起著緩沖第一溝的處理效果，經(jīng)第一溝、第二溝的生物氧化后，絕大部分的有機(jī)物和氨氮得到去除。第三溝一般來說是為了排放，起補(bǔ)充氧的作用。另外也可通過內(nèi)循環(huán)方式將混合液從第三溝打回第一溝，從而將在第二溝及第三溝形成的硝酸鹽氮轉(zhuǎn)到第一溝進(jìn)行反硝化。應(yīng)用這些操作方式，脫氮效率可達(dá)90以上。(2) 同時(shí)硝化反硝化機(jī)理第一溝中存在好氧和缺氧區(qū)域，致使硝化、反硝化反應(yīng)在同一溝內(nèi)發(fā)生，這種“同時(shí)硝化反硝化”機(jī)理包括兩層含義。宏觀環(huán)境：整個(gè)第一溝內(nèi)存在缺氧與曝氣區(qū)域。根據(jù)各Orbal氧化溝污水處理廠的測(cè)試結(jié)果，在曝氣轉(zhuǎn)碟上游11711至下游31

23、711的溝長(zhǎng)范圍內(nèi)一般DO>0.5，部分區(qū)域甚至可達(dá)23，可將此看作曝氣區(qū)域，其他區(qū)域則為缺氧區(qū)域。這為同時(shí)硝化、反硝化反應(yīng)提供了必要的環(huán)境。微環(huán)境：微小的微生物個(gè)體所處的環(huán)境可稱為微環(huán)境，它直接決定微生物個(gè)體的活動(dòng)狀態(tài)。在活性污泥菌膠團(tuán)內(nèi)部存在多種多樣的微環(huán)境類型，而每一種微環(huán)境往往適合于某一類微生物的活動(dòng)。受各種因素(物質(zhì)傳遞、菌膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征)的影響，微環(huán)境所處的狀態(tài)是可變的。而宏觀環(huán)境的變化往往導(dǎo)致微環(huán)境的急劇變化，從而影響微生物群體的活動(dòng)狀態(tài)并在某種程度上表現(xiàn)出“表里不一”的現(xiàn)象。例如，某一好氧性微環(huán)境，當(dāng)耗氧速率高于氧傳遞速率時(shí)可變成厭氧或缺氧性微環(huán)境。對(duì)于菌膠團(tuán)尤其是大顆粒

24、菌膠團(tuán)來說，微環(huán)境的變化可能非常明顯。因而曝氣狀態(tài)下也可出現(xiàn)某種程度的反硝化，即“同時(shí)硝化反硝化”現(xiàn)象。在已有的污水處理廠中，對(duì)Orbal系統(tǒng)所做的測(cè)試能明顯地觀察到第一溝內(nèi)存在缺氧與好氧區(qū)域，而且有初沉池的設(shè)計(jì)也不易于形成大顆粒菌膠團(tuán)，故認(rèn)為在所測(cè)試的Orbal氧化溝系統(tǒng)中，第一種類型的“同時(shí)硝化、反硝化”占主導(dǎo)地位22。2.4 污水排放本污水廠出水標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，主要用于廠區(qū)內(nèi)的綠地澆灌，還可農(nóng)田灌溉及小區(qū)沖廁，洗車用水、生活觀光用水等。3 設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 格柵的設(shè)計(jì)及計(jì)算從污水流量等因素考慮，只設(shè)粗細(xì)兩道格柵。3.1.1 格刪的作用格柵由一組平行的金屬柵條或篩網(wǎng)制成，安裝在污水渠道

25、、泵房集水進(jìn)的進(jìn)口處或者污水處理的端部，用以截留較大的懸浮物或漂浮物，如：纖維、碎皮、毛皮、木屑、果皮、蔬菜、塑料制品等，以便減輕后續(xù)處理構(gòu)筑物的處理負(fù)荷，并保證其正常運(yùn)行。3.1.2 格柵的計(jì)算公式柵槽寬度的計(jì)算公式為： (3.1) 式中 B柵槽寬度,m； S柵條寬度，m； e柵條凈間隙，mm； n格柵間隙數(shù)； Qmax最大設(shè)計(jì)流量，m3/s； 格柵傾角，度； h柵前水深，m； v過柵流速，m3/s，一般取0.61.0； 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。格柵的水頭損失計(jì)算公式： (3.2) 式中 h1過柵水頭損失，m； h0計(jì)算水頭損失,m； g重力加速度,9.81m/s2； k系數(shù)，格柵堵塞后，水頭損失增大倍數(shù)

26、，一般為3； 阻力系數(shù)，與選擇的柵條斷面有關(guān)。柵槽總高度計(jì)算公式：H=h+h1+h2 (3.3)式中 H柵槽總高度，m；h柵前水深，m； h2柵前渠道超高，m,一般取0.3m。柵槽總長(zhǎng)度計(jì)算公式： (3.4)式中 L柵槽總長(zhǎng)度，m； H1 柵前槽高，m； 進(jìn)水渠道漸寬部分長(zhǎng)度，m； B1進(jìn)水渠道寬度,m； 進(jìn)水渠展開角，一般為200； 柵槽與進(jìn)水渠連接渠的漸縮長(zhǎng)度，m。每日柵渣量計(jì)算公式： (3.5)式中 W每日柵渣量，m3/d； W1柵渣量（m3 /10m3污水），0.10.01，粗格柵用小值，細(xì)格柵用大值，中格柵用中值； 污水流量總變化系數(shù)。3.1.3 格柵的計(jì)算示意圖 圖3.1 格柵水力

27、計(jì)算示意圖3.1.4 污染物在柵格中的去除粗柵主要去除焦化廢水中的懸浮物，去除見表3.1。 表3.1 懸浮物在柵格中的去除污 染 物進(jìn)水含量mg/L出水含量mg/L 去除率懸浮物2507072%3.1.5 粗格柵的計(jì)算 粗柵條寬度定為10.00mm，粗柵條間隙定為20.00mm。設(shè)計(jì)流量為25000 m3/d,設(shè)計(jì)一臺(tái)。最大設(shè)計(jì)流量為0.28935 m3/s。 過柵流速取0.6m/s。進(jìn)水渠寬0.4m,柵前水深為1.4m。安裝角度=600。根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算，得出粗格柵各設(shè)計(jì)參數(shù)：格柵間隙數(shù)：n=18.7取n=19；格柵寬度：B=560mm；過柵水頭損失：選用常規(guī)的矩形斷面柵條，=2.42。 h

28、1=0.046m,取0.05m；柵槽總高度：H=1.75m，其中超高取0.3m；柵槽總長(zhǎng)度:L=2.71m,其中1=200；每日柵渣量為：W=1.392 m3/d，取1.45。3.1.6 細(xì)格柵的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)流量為25000m3/d,最大設(shè)計(jì)流量為0.28935 m3/s。細(xì)柵條寬度定為8.00mm,細(xì)柵條間隙定為10.00mm。柵前水深設(shè)計(jì)為1.4m，過柵流速取0.6m/s，安裝角度為600。根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算，得出細(xì)格柵各設(shè)計(jì)參數(shù)：格柵間隙數(shù)：n=37.4取n=38；格柵寬度：B=676mm；過柵水頭損失：選用常規(guī)的矩形斷面柵條，=2.42。 h1=0.086m；柵槽總高度：H=1.786m

29、，其中超高取0.3m。柵槽總長(zhǎng)度：L=2.95m,其中1=200。每日柵渣量為：W=1.086 m3/d，取1.45。3.2 沉砂池的設(shè)計(jì)及計(jì)算3.2.1 沉砂池的作用沉砂池的作用是從污水中分離出密度較大的無機(jī)顆粒，如：砂子、煤渣等。沉砂池一般設(shè)在處理工藝的前段，以保護(hù)機(jī)件和管道，保證后續(xù)作業(yè)的正常運(yùn)行。3.2.2 沉砂池的設(shè)計(jì)本工藝采用曝氣沉砂池沉砂池，曝氣沉砂池的示意圖如圖3.2。 圖3.2 曝氣沉砂池3.2.3 曝氣沉砂池的設(shè)計(jì)計(jì)算公式曝氣沉砂池設(shè)計(jì)參數(shù)：(1) 最大旋流速度為0.250.30ms，水平前進(jìn)流速為0.060.12ms。(2) 最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的停留時(shí)間為12min。 (3)

30、 有效水深23m，寬深比1.01.5，長(zhǎng)寬比5。 (4) 曝氣裝置用穿孔管，孔徑2.56.0mm，曝氣量0.10.2m3m3污水或35m3 (m2·h) 如果將停留時(shí)間延長(zhǎng)至2030min，可使曝氣沉砂池兼作預(yù)曝氣池。池子總有效容積V： (3.6)式中 Qmax最大設(shè)計(jì)流量，m3s； t最大流量時(shí)的停留時(shí)間，min。水流斷面積A： (3.7)式中 v最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的水平流速。池總寬度B： (3.8)式中 設(shè)計(jì)有效水深。池長(zhǎng)L： (3.9)每小時(shí)所需空氣量q： (3.10)式中 d每立方米污水所需空氣量。一般為0.10.2m3m3。3.2.4 曝氣沉砂池的設(shè)計(jì)計(jì)算最大設(shè)計(jì)流量的計(jì)算：本

31、廠工程的設(shè)計(jì)水量為25000m3/d。池設(shè)計(jì)最大水量Qmax=0.28935m3/s?？傆行莘e的計(jì)算： 設(shè)計(jì)停留時(shí)間為 t=3.0min，V=60Qmaxt =53m3。池?cái)嗝婷娣e：最大設(shè)計(jì)流量時(shí)的設(shè)計(jì)水平前進(jìn)流速 v=0.05m/s，=5.79m2。池寬和有效水深：設(shè)計(jì)有效水深為：H=2.5m，池寬：B=A/H=2.3m。取2.5m。(見附圖2)池長(zhǎng)：L=V/A=9.15m,取9.5m。（見附圖2）長(zhǎng)寬比：L/b=9.5/2.5小于5，符合要求。所需曝氣量為：=104.17m3/h其中d取0.1m3/m3。3.3 氧化溝設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 氧化溝作用氧化溝的作用是去除焦化廢水中的、氨氮及有

32、機(jī)物。去除如表3.2。 表3.2 氧化溝中焦化廢水各組分去除污 染 物BODCOD氨氮進(jìn)水含量mg/L12030050出水含量mg/L2010015去除率66.7%66.7%70%3.3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)(1) 污泥產(chǎn)率系數(shù) Y=0.5 (2) 混合液懸浮固體濃度 MLSS=4000mg/L (3) 混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度 MLVSS=3000mg/L F=0.75 (4) 污泥齡 (5) 內(nèi)源代謝系數(shù) (6) 20度是脫水率3.3.3 主體構(gòu)筑物計(jì)算(1) 負(fù)荷計(jì)算 負(fù)荷計(jì)算： 原水 預(yù)處理去除率 污水可生化性 (2) 除BOD計(jì)算氧化溝出水 氧化溝好氧區(qū)容積，包括去除和消化反應(yīng)所需體積 (3

33、.11) 剩余污泥量 (3.12)式中 污泥中惰性物質(zhì)（kg/L）為進(jìn)水懸浮固體濃度（TSS）與揮發(fā)性懸浮固體濃度（VSS）之差mg/L。 隨處理完水流出的污泥量mg/L。 去除1kg產(chǎn)生的干污泥量：3.3.4 脫氮計(jì)算(1) 氧化溝中剩余污泥中所含氮率為12.4%每日產(chǎn)生的污泥量為： (3.13)用于生物合成的氮為： (3.14)折合每單位體積進(jìn)水用于生物合成氮量： (2) 反硝化脫量， (3.15) 所需除氮量： (3.16)(3) 所需氮化的量： (3.17)3.3.5 堿度平衡剩余堿度（或出水總堿度）=進(jìn)水堿度（以）+0.1去除的量+3.75反硝化的量7.14氧化溝氧化總氮的量 (3.

34、18)式中 3.57反硝化產(chǎn)生堿 0.1去除產(chǎn)生堿度 7.14 氧化消耗的堿度 剩余堿度（或出水總堿度） 一般氧化溝系統(tǒng)中應(yīng)保證剩余堿度3.3.6 氧化溝總體積 設(shè)反硝化時(shí)溶解氧濃度為DO=0.3mg/L (一般為0.5mg/L以下），采用15度時(shí)，反硝化速率：則： (3.19)根據(jù)MLSS濃度和計(jì)算所得的反硝化速率，計(jì)算反硝化所需的氧化溝體積： (3.20)所以，氧化溝總體積為： (3.21)氧化溝設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為：HRT (3.22) 校核污泥負(fù)荷： (3.23)符合要求，氧化溝污泥負(fù)荷一般為0.050.15。3.3.7 需氧量計(jì)算(1) 設(shè)計(jì)需氧量AOR AOR=去除需氧量剩余污泥需氧

35、量+去除需氧量剩余污泥中需氧量脫氮產(chǎn)氧量 (3.24) a) 去除需氧量：。 (3.25)b) 剩余污泥需氧量,用于合成那部分。 (3.26)c) 去除需氧量 每硝化需要消耗4.6 (3.27)d) 剩余污泥中需氧量 (3.28)式中 0.124泥中含氮率。e) 脫氮產(chǎn)生量，每還原1產(chǎn)生2.86 (3.29)總需氧量 ：AOR=+ =5277.75669.8+5175269.11977.7 =6236.15kg/d (3.30) 校核去除每kg的需氧量： (3.31)符合要求，氧化溝規(guī)定此值應(yīng)介于1.62.5之間。(2) 表態(tài)下需氧量SOR kg/d (3.32)式中 ； ； ； 。 氧化溝采

36、用三通道，計(jì)算溶解氧濃度C 按 外溝：中溝：內(nèi)溝=0.2:1:2 沖氧量按外溝：中溝：內(nèi)溝=65：25：10 則各溝供氧量為： 外溝道：= 0.65AOR=4053.5kg/d 中溝道：=0.25AOR=1559.04kg/d 內(nèi)溝道：=0.10AOR=623.62kg/d各溝道標(biāo)準(zhǔn)需氧量為： 外溝道： =5096.9kg/d=212.4kg/h (3.33) 中溝道： (3.34)內(nèi)溝道： (3.35) 總標(biāo)準(zhǔn)需氧量： SOR=+ =6241.3 =326.7 (3.36) 校核每千克標(biāo)準(zhǔn)需氧量： (3.37)符合要求。氧化溝每千克標(biāo)準(zhǔn)需氧量一般為1.62.5。考慮到厭氧缺氧的要求，還要校核

37、混合的最小的凈輸入功率，（確保氧化溝內(nèi)平均水流速度）。 混合的最小功率為： (3.38) 式中 絕對(duì)粘滯性系數(shù)，20度時(shí)等于1.0087； 單位體積需要的凈輸入功率，。 =11.613.3.8 氧化溝的容積計(jì)算本設(shè)計(jì)采用1座Orbal 氧化溝，溝深4.0m (見附圖3) 氧化溝彎道占70%，直道占30%。 (3.39) (3.40) (3.41) (3.42)直道長(zhǎng)度L、M： 設(shè)外溝，中溝。內(nèi)溝寬度分別為9m,8m,8m。(見附圖3) (見附圖3) (3.43) 設(shè)中心半徑2m，溝道之間隔墻厚0.25m，最外層墻厚0.5m。（見附圖3） 外溝道面積： (3.44) 中溝道面積： (3.45)

38、內(nèi)溝道面積： (3.46) 三溝道面積比為： 外溝：中溝：內(nèi)溝=50:29.81:17.1 基本符合Orbal 氧化溝各溝道容積比：50：33：173.3.9 曝氣設(shè)備計(jì)算曝氣設(shè)備選用磚碟曝氣式氧化溝曝氣機(jī)； 磚碟直徑d=1320mm； 單碟充氧能力； 每米轉(zhuǎn)軸碟片數(shù)不少于5片，采用ZDQ9.0型曝氣磚碟； 有效水深460mm；(1) 外溝道： 標(biāo)準(zhǔn)需氧量： (3.47) 所需碟片： (3.48) 每米周安裝3片磚碟，最外側(cè)碟片距池內(nèi)壁0.25m； 所需磚碟組數(shù)為：；每組磚碟裝碟片數(shù)：；校核每組安裝磚碟數(shù)：；故外溝道共安裝7組磚碟，每組24片，共168片；校核單碟充氧能力：。(2) 中溝道：標(biāo)

39、準(zhǔn)需氧量：所需碟片： (3.49) 每米周安裝3片磚碟，最外側(cè)碟片距池內(nèi)壁0.25m；所需磚碟組數(shù)為：；每組磚碟裝碟片數(shù)：；校核每組安裝磚碟數(shù)：；故外溝道共安裝3組磚碟，每組24片，共72片；校核單碟充氧能力：。 (3) 內(nèi)溝道：標(biāo)準(zhǔn)需氧量：所需碟片： (3.50)每米周安裝3片磚碟，最外側(cè)碟片距池內(nèi)壁0.25m；所需磚碟組數(shù)為：；為了使內(nèi)溝道與中溝道匹配便于安裝，也有利于水的流動(dòng)， 取4組曝氣跌轉(zhuǎn)： 每組磚碟裝碟片數(shù)：；校核每組安裝磚碟數(shù)：； 故外溝道共安裝4組磚碟，每組8片，共32片；校核單碟充氧能力：。3.3.10 進(jìn)出水管及調(diào)節(jié)堰計(jì)算(1) 進(jìn)出水管： 污泥回流比為60%，進(jìn)出管水流為

40、： (3.51)進(jìn)出管控制流速進(jìn)出水管直徑： (3.52)取管徑為0.8m。校核進(jìn)出水管流速： (3.53) 滿足要求；進(jìn)出水口水頭損失為： (3.54)(2) 出水堰計(jì)算：為了能夠調(diào)節(jié)曝氣磚碟淹沒深度，氧化溝出水處設(shè)置出水豎井，豎井內(nèi)安裝電動(dòng)可調(diào)節(jié)堰，初步估計(jì)為，因此按照薄壁堰來計(jì)算： 取堰上水頭高H=0.2m 則堰： (3.55)考慮可調(diào)節(jié)堰的安裝要求，（每邊窗1.3m），則出水豎井長(zhǎng)度： (3.56)出水豎井寬度B取1.0m（考慮安裝高度），則出水豎井平面尺寸為：出水井出水孔尺寸為：，正常運(yùn)行時(shí)，堰頂高出孔口底邊1.0m，調(diào)節(jié)堰上下調(diào)節(jié)范圍為0.3m。出水豎井位于中心島，曝氣磚碟上游。氧

41、化溝進(jìn)水速率0.6m/s，所以,氧化溝內(nèi)單位污水功率為。符合要求。3.4 沉淀池的設(shè)計(jì)及計(jì)算3.4.1 沉淀池的作用主要是用于分離懸浮物，當(dāng)進(jìn)水濃度較低時(shí)，考慮到本廠采用的工藝要求，可以通過超越管線，直接將曝氣沉砂池的出水引入反應(yīng)池中。3.4.2 沉淀池的設(shè)計(jì)本工藝采用的是向心輻流式沉淀池。示意圖如圖3.3。 圖3.3 周邊進(jìn)水周邊出水的輻流式沉淀池3.4.3 向心輻流式沉淀池的計(jì)算公式沉淀池表面積和池徑計(jì)算公式： (3.57) (3.58)式中 A沉淀池表面積，m2； D沉淀池直徑，m； n沉淀池個(gè)數(shù)； q0表面水力負(fù)荷，m3/(m2·h)。沉淀池有效水深計(jì)算公式：h2=q0t (

42、3.59)式中 h2有效水深，m； t沉淀時(shí)間，h；池徑與水深比為612。沉淀池總高度H： H=h1+h2+h3+h4+h5 (3.60) 式中 H總高度，m； h1保護(hù)高，取0.3m； h2有效水深，m；h3緩沖高度，m，非機(jī)械排泥時(shí)為0.5m；機(jī)械排泥時(shí)，緩沖層上緣宜高出刮泥板0.3m； h4沉淀池底坡落差，m； h5污泥斗高度，m。污泥斗容積V1： (3.61)式中 r1泥斗上半部半徑； r2泥斗下半部半徑。池底圓錐部分的污泥容積V2： (3.62)流入槽部分計(jì)算： (3.63) (3.64)式中 配水孔平均流速，0.3-0.8m/s；t導(dǎo)流絮凝區(qū)平均停留時(shí)間，s，池周有效水深為2-4m

43、時(shí)，取t=360-720s； 污水的運(yùn)動(dòng)粘度，與水溫有關(guān)； 導(dǎo)流絮凝區(qū)平均速度梯度，一般可以取10-30s-1；配水孔水流縮斷面的流速m/s，為收縮系數(shù)，因設(shè)有短管，=1； 導(dǎo)流絮凝區(qū)平均向下流速，m/s； (3.65)式中 Qmax沉淀池的最大設(shè)計(jì)流量，m3/s； 導(dǎo)流絮凝區(qū)環(huán)形面積，m2。3.4.4 沉淀池的設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算本廠工程的設(shè)計(jì)水量為25000m3/d，設(shè)計(jì)一個(gè)沉淀池。池設(shè)計(jì)最大水量Qmax=0.289/s。最大流量Qmax的確定：由于選用的是輻流式沉淀池，其負(fù)荷水量一般較大，回流污泥比為R=2，所以：Qmax=（1+R）×0.289×3600=3121.2m3/h (1) 沉淀池表面積和池徑的計(jì)算：q0取3.0m3/(m2·h)；n=1座；=1040.4 m2； =36.41m；取D=37m，即R=18.5m。 (見附圖4) (2) 有效水深的計(jì)算：沉淀時(shí)間t取1.0h；h2=q0t=3m。 (3) 沉淀池總高度的計(jì)算：本系列每日產(chǎn)生的污泥量：S取0.5，