第十七章 废水处理厂设计

第十七章 废水处理厂设计

第十七章废水处理厂设计第一节设计程序作为废水处理工程的基本设施，在进行废水处理厂的工程设计时，应遵循一定的设计程序。废水处理厂的设计一般可分为三个阶段：①设计前期工作；②扩初设计：③施工图设计。如工程规模大，技术复杂，应在初步设计之后增加技术设计阶段。一、设计前期工作设计前期工作非常重要，它要求设计人员收集设计所需的所有原始数据、资料，并通过对这些数据、资料的分析、归纳，得出切合实际的结论。其工作内容主要包括预可行性研究和可行性研究两项。我国规定投资在3000万元以上的工程项目，应进行预可行性研究，提交可行性研究报告并经过专家评审后，作为建设单位向上级送审的《项目建议书》的技术附件。经审批同意后，才能进行下一步的可行性研究。可行性研究是对本建设项目进行全面的技术经济论证，为项目的建设提供科学依据，保证建设项目在技术上先进、可行；在经济上合理、有利；并具有良好的社会与环境效益。可行性研究报告是国家控制投资决策、批准设计任务书的重要依据，它主要包括以下内容：（1）项目概况废水的水量、水质、产生工艺、处理要求等。（2）工程方案处理工艺选择与多方案比较，选址与用地，人员编制等。（3）投资、资金来源及工程经济效益分析。（4）工程量估算及工程进度安排。（5）存在问题及建议。（6）附图及附件。二、扩初设计扩初设计是在可行性研究报告或初步设计得到审批后，进行的具体工程方案设计过程。包括以下几个部分。1．设计说明书编制扩初设计说明书是设计工作的重要环节，其内容视设计对象而定。一般包括如下内容。n（1）设计任务书（或设计委托书）批准的文件；与本项目有关的协议与批件。（2）该地区（或企业）的总体规划、分期建设规划、地形、地貌、地质、水文、气象、道路等自然条件资料。（3）废水资料、水量、水质，包括平均值、高峰值、现状值、预测值等。（4）说明选定方案的工艺流程、处理效果、投资费用、占地面积、动力及原材料消耗、操作管理等情况，论证方案的合理性、先进性、优越性和安全性。（5）对系统作物料衡算、热量衡算、动力及原材料消耗计算，主要设备及构筑物工艺尺寸计算，主要工艺管渠的水力计算，高程布置计算等，阐述主要设备及构筑物的设计技术数据、技术要求和设计说明。（6）厂（站）位置的选择及工艺布置的说明，从规划、工艺布置、施工、操作、安全等方面论述。（7）设计中采用的新技术及技术措施说明。（8）说明对建筑、电气、照明、自动化仪表、安全施工等方面的要求和配合。（9）提出运转和使用方面的注意事项、操作要点及规程。（10）劳动定员及辅助建筑物。2．工程量经计算列出工程所需要的混凝土量、挖土方量、回填土方量等。3．材料与设备量列出工程所需要的设备及钢材、水泥、木材的规格和数量。4．工程概算书根据当地建材、设备的供应情况及价格，工程概预算编制定额，及有关租地、征地、拆迁补偿、青苗补偿等的规定和办法编制本项目的工程概算书。5．扩初图纸扩初图纸主要包括处理厂总平面布置图、工艺流程图、高程布置图、管道沟渠布置图、主要设备及构筑物平、立、剖面图等。三、施工图设计施工图是在扩初设计被批准后，以扩初图纸和说明书为依据所绘制的建筑施工和设备加工的正式详图。包括各构筑物、管渠、设备在平面及高程上的准确位置及尺寸、各部分的细部详图、工程材料、施工要求等。第二节流程选择一、流程选择影响因素处理工艺流程选择，一般需考虑以下因素。（一）废水处理程度这是废水处理工艺流程选择的主要依据，而废水处理程度又主要取决于废水的水质特征、处理后水的去向。废水的水质特征，表现为废水中所含污染物的种类、形态及浓度，它直接影响废水处理程度及工艺流程。各种受纳水体对处理后水的排放要求各不相同，由各种水质标准规定，它也决定了废水处理厂对废水的处理程度。（二）建设及运行费用考虑建设与运行费用时，应以处理水达到水质标准为前提条件。在此前提下，工程建设及运行费用低的工艺流程应得到重视。此外，减少占地面积也是降低建设费用的重要措施。（三）工程施工难易程度n工程施工的难易程度也是选择工艺流程的影响因素之一。如地下水位高，地质条件差的地方，就不适宜选用深度大、施工难度高的处理构筑物。（四）当地的自然和社会条件当地的地形、气候等自然条件也对废水处理流程的选择具有一定影响。如当地气候寒冷，则应采用在采取适当的技术措施后，在低温季节也能够正常运行，并保证取得达标水质的工艺。当地的社会条件如原材料、水资源与电力供应等也是流程选择应当考虑的因素。（五）废水的水量除水质外，废水的水量也是影响因素之一。对于水量、水质变化大的废水，应选用耐冲击负荷能力强的工艺，或考虑设立调节池等缓冲设备以尽量减少不利影响。总之，废水处理流程的选样应综合考虑各项影响因素，进行多种方案的技术经济比较才能得出结论。城市生活污水特征较规律，处理要求也较统一，主要是降低污水的生化需氧量和悬浮固体，已形成了较完整的典型处理流程。而工业废水则种类繁多，不可能提出规范的处理流程．因此，只能进行个别分析，最好通过试验确定工艺流程。在具体确定工厂的废水处理流程前，首先要调查下列各点：①所含污染物种类及源强。②循环给水及压缩废水量的可能性。③回收利用废水中有毒物质的方式方法。④废水排入城市下水道的可能性。二、工业废水与城市污水共同处理工业废水与城市污水共同处理是经济有效地解决工业废水与城市污水污染问题的一种途径。其方针应该是：首先由各工厂分别处理各自的特殊水质，再排入下水道，然后送往城市污水处理厂与城市污水共同处理。在排入下水道以前，应处理达到一定的排放标准，使废水水质尽量与城市污水水质基本一致，这样即不会损坏下水道，又不会影响微生物的活动。共同处理首先能节省建设费用和运行费用。因废水处理厂规模越大，其单位处理能力的基建费用和运行费用就越低。其次，工业废水的水量、水质波动得到了城市污水的缓和，有害物质的影响也由于城市污水的稀释得到减弱，因此，只要管理得当，共同处理大多都能得到较好的处理效果。第三节废水处理厂平面及高程布置一、平面布置废水处理厂的建筑组成包括生产性处理构筑物、辅助建筑物和连接各建筑物的管渠。对其进行平面规划布置时，应考虑的原则有如下几条。n①布置应尽量紧凑，以减少处理厂占地面积和连接管线的长度。②生产性处理构筑物作为处理厂的主体建筑物，在作平面布置时，必须考虑各构筑物的功能要求和水力要求，结合地形和地质条件，合理布局，以减少投资并使运行方便。③对于辅助建筑物，应根据安全、方便等原则布置、如泵房、鼓风机房应尽量靠近处理构筑物，变电所应尽量靠近最大用电户，以节省动力与管道；办公室、分析化验室等均应与处理构筑物保持一定距离，并处于它们的上风向，以保证良好的工作条件；贮气罐、贮油罐等易燃易爆建筑的布置应符合防爆、防火规程；废水处理厂内的道路应方便运输等等。④废水管渠的布置应尽量短，避免曲折和交叉．此外，还必须设置事故排水渠和超越管，以便发生事故或进行检修时，废水能超越该处理构筑物。⑤厂区内给水管、空气管、蒸汽管以及输配电线路的布置，应避免相互干扰，即要便于施工和维护管理，又要占地紧凑。当很难铺设在地上时，也可敷设在地下或架空敷设。⑥耍考虑扩建的可能，留有适当的扩建余地，并考虑施工方便。应当指出，在工艺设计计算时，就应考虑到平面布置，相应的，平面布置时，如发现不妥，也可根据情况重新调整工艺设计。总之，废水处理厂的平面设计，除应满足工艺设计上的要求外，还必须符合施工、运行上的要求。对于大、中型处理厂，还应作多方案比较，以便找出最佳方案。n为更好地理解平面布置原则，图17-1列出了某市污水处理厂总平面布置图。二、高程布置高程布置的目的是为了合理处理各构筑物在高程上的相互关系。具体地说，就是通过水头损失的计算，确定各处理构筑物的标高，以及连接构筑物间的管渠尺寸和标高，从而使废水能够按处理流程在处理构筑物间顺利流动。高程布置最主要的两条原则：一是尽量利用地形特点使构筑物接近地面高程布置，以减少施工量，节约基建费用；二是使废水和污泥尽量利用重力自流，以节约运行动力费用。为达到重力自流的目的，必须精确计算废水流动中的水头损失。水头损失包括：（1）流经处理构筑物的水头损失，它包括进出水管渠的水头损失，在作初步设计时，可参照表17-1所列数据；（1）流经管渠的水头损失，包括沿程和局部水头损失；（3）流经量水设备的水头损失，按所选类型计算。高程布置时应考虑的因素如下。①初步确定各构筑物的相对高差，只要选定某一构筑物的绝对高程，其他构筑物的绝对高程亦确定。②进行水力计算时，要选择一条距离最长、水头损失最大的流程，按远期最大流量计算。同时还应留有余地，以保证系统出故障或处于不良工况下，仍能正常运行。③当废水及污泥不能同时保证重力自流时，出污泥量少，可考虑用泵提升污泥。④高程布置应保证出水能排入接纳水体。废水处理厂一般以废水水体的最高水位作为起点，送废水处理流程向上倒推计算，以使处理后废水在洪水季节也能自流排出，如设立泵站，则可使泵站所需扬程较小。⑤结合实际情况来考虑高程布置。如地下水位高时，则应适当提高构筑物的设置高度，以减少水下施工的工程量，降低工程造价。图17-2描述了某市污水处理厂流程高程布置。第四节城市污水处理厂实例n我国近十几年来，在许多城市相继建设了不少污水处理厂，准备建设的则更多。这些新建的城市污水处理厂一般都规模较大，处理能力在50kt/d以上。另外它们所采用的处理工艺小再局限于传统的活性污泥法，而比较广泛地使用新技术、新工艺。象邯郸的日处理规模55kt市东污水处理厂，采用工艺为三沟式氧化沟；青岛正在修建的规模80kt/d的污水处理厂采用的是AB法活性污泥处理系统。邯郸市东污水处理厂是我国首次采用三沟式氧化为技术处理城市污水的一个范例。1989年动工，1991年3月投入运行。该厂占地面积50000m2，平面布置图如图17-3所示。该厂工艺流程并不复杂（如图17-4所示）。由三部分组成：第一部分是由格栅及曝气沉砂池组成的物理处理系统，以除去大的悬浮物；第二部分是以三沟式氧化为为处理构筑物的生物处理，三沟式氧化沟中间的一个充当曝气池，连续曝气，而两侧的氧化为则交替作为曝气池和二沉池，这一交替过程是通过改变曝气转刷的转速来实现的；第三部分为污泥处理系统。污泥由泵抽送到浓缩池，然后经均质池送往带式压滤机，脱水后外运。该工艺流程有一特点，它无需单独另设初沉池、二沉池、污泥回流装置和污泥消化池。该厂三沟式氧化沟目前有两组，远期准备再增加一组。每组平面尺寸98m×73m，水深3.5m，每座氧化沟各有1个进水点，共安装有直径1m、长9m的曝气转刷28台，其中12台是可变速的，低速运行时不起充氧功能，只是维持污泥的悬浮状态并推动混合液前进。为控制出水和转刷的淹没深度，在两侧沟的另一端共设有5m长的可调式溢流堰32座。该厂的维护管理手段较先进，各处理构筑物的运行状况均能在中心控制室的模拟盘上显示出来。并能通过预先设定的硝化和反硝化运行程序和溶解氧浓度，自动控制转刷的运行，取得脱氮的效果。该厂的各项处理指标均达到设计要求（见表17-2）。n表17-2邯郸市东污水处理厂进水及处理水水质类别BODmg/LCODmg/LSSmg/LNH3-Nmg/LFNmg/LTPmg/L原污水范围平均90～130105.8178～225194.870～15095.514.5～22.317.438.5～50.443.86.9～13.38.3处理水范围水平2.5～17.16.819.5～35.826.65.5～11.87.70.65～4.12.58.9～17.911.71.8～5.33.1设计值原污水处理水13415－－1001022.02～3－6～12－－