奶牛养殖场废水处理工程设计

奶牛养殖场废水处理工程设计

目录一．总论1工程概况32设计任务和内容43基本资料5二．工艺流程的选择与确定1初沉池62厌氧生物处理63好氧生物处理7氧化沟法7接触氧化法8生物滤池法9序批式活性污泥法94工艺流程11三．主要设备及处理构筑物设计计算1设计流量确定122格栅渠123集水池144水力筛155混凝沉淀池15混合阶段15絮凝阶段15沉淀阶段176调节池20n7水解酸化池20反应池容积217.2配水系统21出水系统21填料系统228厌氧反应器UASB23反应机理23工作原理23设计计算239配水池3110好氧反应器SBR32设计参数32设定条件32设计计算3311高效浅层气浮池3712污泥处理系统38污泥产量38处理方式38集泥井容积38集泥井排泥泵39污泥浓缩3913接触消毒池4014主要构筑物及设备一览表41n15平面与高程布置42参考文献小结附件一．总论1工程概况近年来，我国工厂化生产的大型奶牛厂发展迅速，而且规模不断扩大，生产规模从几千头发展到几十万头。但与此同时，由于规模化奶牛场往往建在大中城市近郊和城乡结合部，由于环境法规不健全，认识不足，特别是资金短缺，绝大多数养殖场在建场初期未考虑到畜禽养殖废水如何处理。畜禽排放的大量粪尿与养殖场的大量废水，大多未经妥善回收利用与处理、处置即直接排放，对环境造成严重的污染，产生极其不良的影响。不少养殖场粪便随地堆积，污水任意排放，严重污染了周围环境，也直接影响着养殖场本身的卫生防疫，降低了畜产品的质量。畜禽养殖业已经成为或正在成为与工业废水和生活污水相当甚至更大的污染源。本方案设计题目为某奶牛养殖场废水处理工程设计。2设计任务和内容（1）废水来源n某奶牛养殖场排放的废水主要为牛尿液和牛圈冲洗水。其中：以每头奶牛排牛尿d计，冲洗水以每头奶牛d计，废水产生量总计为400m3/d。（2）废水处理站设计规模考虑到废水产生的波动性，为便于处理设施的运行管理，废水处理站的设计规模确定为400m3/d。（3）设计进水水质根据监测结果及同类企业所排废水的水质特征，设计进水水质为：COD3000-4000mg/L、BOD51800-2200mg/L、SS500-600mg/L、氨氮90-130mg/L、pH=7。（4）设计出水水质处理后出水水质满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）标准要求。3基本资料废水中含有大量的固体悬浮物，有机物、氨氮含量高，恶臭严重，这些废水如果不处理将使养殖厂臭气熏天、蚊蝇成群，地下水的硝酸盐严重超标，少数地区传染病与寄生虫病流行。而且，污水的不合格外排，对周围的水系造成很大的污染。目前国内对于畜禽养殖业废水的处理方法主要有厌氧法，活性污泥法，生物接触氧化法等。一般均为几个方法的组合，这些方法又受地区气候的影响，厂区废水处理场地的影响等。根据本工程项目的具体情况，本工程设计采用厌氧法和序批式活性污泥法相结合的方法来处理本工程污水。进水水质和排放标准要求:表1进水水质和排放标准项目PH值SS/(mg/L)CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)氨氮进水水质500~6003000~40001800~220090~130排放标准6～920040015080n二．工艺流程与选择1初沉池初沉池主要对废水中以无机物为主密度大的固体悬浮物进行沉淀分离，当污水进入初次沉淀池后流速迅速减小至m/s以下，从而极大地减小了水流夹带悬浮物的能力，使悬浮物在重力作用下沉淀下来成为污泥，而相对密度小于1的细小漂浮物则浮至水面形成浮渣而除去。沉淀池按水流方向来区分为平流式，竖流式及辐流式等三种。三种类型池子的优缺点及适用条件见表2：表2各类沉淀池的优缺点及适用条件优点缺点适用条件平流式对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，有效沉淀区大，沉淀效果好；施工简单，造价低采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，操作工作量大，采用机械排泥时，机件设备与驱动件均浸与水中，易锈蚀适用地下水位较高及地质较差的地区；适用大、中、小型污水处理厂竖流式排泥方便，管理简单；占地面积小对冲击负荷和温度变化的适应能力较差；造价高；池径不宜太大适用水质不好的小型污水处理厂辐流式采用机械排泥，运行较好，管理亦较简单；池水水流速度不稳定；机械排泥设备复杂，对施工质量要求较高适用大、中型污水处理厂因为本设计所处理的水量较小，属于小型污水处理站，且主要是对废水中的粪便和BOD5、COD进行处理，所以选用平流式沉淀池n。它具有沉淀效果好，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，施工简单，造价低，多个池子易于组合为一体，节省占地面积等优点。2厌氧生物处理厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（COD>2000mg/L,BOD5>1000mg/L）。它是在无氧条件下，靠厌氧细菌的作用分解有机物。在这一过程中，参与生物降解的有机基质有50％～90％转化为沼气（甲烷），而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料。厌氧生物处理包括多种方法，有化粪池、厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器、两段厌氧处理法、厌氧膨胀床、厌氧流化床、厌氧生物转盘和两相厌氧法等。废水的厌氧处理方法主要有传统消化法、厌氧生物滤池法、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器。几种厌氧处理方法的特点及优缺点见表3：表3各类厌氧处理法的特点及优缺点反应法特点优点缺点传统消化法在一个消化池内进行酸化，甲烷化和固液分离设备简单反应时间长，池容积大。污泥易随水流带走。厌氧生物滤池微生物固着生长在滤料表面。适用于悬浮物量低的废水。设备简单。能承受较高负荷。底部易发生堵塞。填料费用较贵。厌氧接触法负荷高时污泥会流失。设备较多，操作上要求较高。n用沉淀池分离污泥并进行回流。消化池中进行适当搅拌，池内完全混合,能适应高有机物浓度和高悬浮物的废水。能承受较高负荷。有一定的抗冲击负荷能力，运行较稳定。上流式厌氧污泥床反应器消化和固液分离在一个池内。微生物量特高。负荷率高，容积小，能耗低，不需搅拌。如设计不善，污泥会大量流失。池的构造复杂。两段厌氧处理法酸化和甲烷化在两个反应器进行。能承受较高负荷，耐冲击。运行稳定。设备较多，运行操作较复杂。综合上所述并结合本设计污水的特点，考虑采用较为成熟的升流式厌氧污泥床(UASB)作为厌氧段的反应器。3好氧生物处理传统活性污泥法、氧化沟法、接触氧化法、生物滤池法、序列间歇式活性污泥法（SBR），这四种是在禽畜养殖场废水处理中应用比较多的好氧反应器。氧化沟法氧化沟是在传统活性污泥法的基础上发展起来的连续循环完全混合工艺，是用延时曝气法处理废水的一种环形渠道，平面多为椭圆形，总长可达几十米，甚至几百米以上。在沟渠内安装与渠宽等长的机械式表面曝气装置，常用的有转刷和叶轮等。曝气装置一方面对沟渠中的污水进行充氧，一方面推动污水作旋转流动。氧化沟多用于处理中、小流量的生活污水和工业废水，可以间歇运转，也可以连续运转。氧化沟的平面示意图见图1。n图1氧化沟平面图氧化沟工艺具有以下特点：(1)氧化沟的沟渠长度较大，污水在氧化沟内停留的时间长，污水的混合效果好。可以不没初沉池，有机悬浮物在氧化沟内能达到好氧稳定的程度；(2)对水温、水质、水量的变动有较强的适应性；(3)氧化沟的曝气装置具有两个功能:供氧并推动水流以一定的流速循环流动。污泥的BOD负荷低，同延时曝气法，对水质和水量的变动有较强的适应性；(4)污泥龄一般可达15到30天，为传统活性污泥系统的3到6倍。可以存活、繁殖世代时间长、增殖速度慢的微生物，如硝化菌；(5)如采用一体式氧化沟，可不单独设二次沉淀池，使氧化沟与二沉池合建。中间的沟渠连续作为曝气池，两侧的沟渠交替作为曝气池和二次沉淀池，污泥自动回流，节省了二沉池与污泥回流系统的费用。氧化沟工艺的缺点：占地面积较大；在寒冷的气候条件下，因为表面爆气器会造成表面冷却或者结冰，降低污水的温度，而污水的温度降低，对生化反应尤其是硝化反应的影响较大，对氧化沟不利。接触氧化法n生物接触氧化处理技术之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化；生物接触氧化技术的另一项技术实质是采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供其所需要的氧，并起到搅拌与混合作用。因此，生物接触氧化是一种结和活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术。生物接触氧化法在工艺发面的特点：由于曝气，在池内形成液、固、气三相共存体系，有利于氧的转移，溶解氧充沛，适于微生物存活增殖；在生物膜上能够形成稳定的生态系统与食物链，无污泥膨胀之虑；填料表面全为生物膜所布满，形成了生物膜的主体结构，污水在其中通过起到类似“过滤”的作用，能够有效地提高净化效果。生物接触氧化法在运行方面的特点：对冲击负荷有较强的适应能力，在间歇运行条件下，仍然能够保持良好的处理效果，对排水不均匀的企业，更具有实际意义；操作简单、运行方便、易于维护管理，无需污泥回流，不产生污泥膨胀现象，也不产生滤池蝇；污泥生成量少，污泥颗粒较大，易于沉淀。生物接触氧化法的主要缺点是：如设计或运行不当，填料可能堵塞，此外，布水、曝气不易均匀，可能在局部部位出现死角。生物滤池法n生物滤池是集生物降解、固液分离于一体的污水处理设备。被处理的原污水，从池上部进入池体，并通过由填料组成的滤层，在填料表面形成由微生物栖息形成的生物膜。在污水滤过滤层的同时，由池下部通过空气管向滤层进行曝气，空气由填料的间隙上升，与下流的污水相接触，空气中的氧转移到污水中，向生物膜上的微生物提供充足的溶解氧和丰富的有机物。在微生物的新陈代谢下，有机污染物被降解，污水得到处理。原污水中的悬浮物及由于生物膜脱落形成的生物污泥，被填料所截留，滤层具有二次沉淀池的功能。生物滤池法工艺具有以下特点：(1)气液在滤料间隙充分接触，由于气、液、固三相接触，氧转移率高，动力消耗低；(2)本设备自身具有截留原污水中悬浮物与脱落的生物污泥的功能，因此，无需设沉淀池，占地小；(3)以3-5mm的小颗粒作为滤料，比表面积大，微生物附着力强；(4)池内能够保持大量的生物量，再由于截留作用，污水处理效果良好；(5)无需污泥回流，也无污泥膨胀之虑，如反冲洗全部自动化，则维护管理业非常方便。序批式活性污泥法序批式活性污泥处理系统（简称SBR）属于间歇式处理系统，是通过其主要反应器-曝气池的运行操作而实现的。曝气池的运行操作，是由流入、反应、沉淀、排放、待机（闲置）五个工序所组成。这五个工序都在曝气池这一个反应器内运行、实施。运行操作的五个工序示意图见图2。流入反应沉淀排放待机图2间歇式活性污泥法曝气池运行操作5个工序示意图序批式活性污泥法具有如下特点：n(1)在大多数情况下（包括工业废水处理），无需设置调节池；(2)SVI值较低，污泥易于沉淀，一般情况下，不产生污泥膨胀现象；(3)通过对运行方式的调节，在单一的曝气池内能够进行脱氮和除磷反应；(4)应用电动阀、液位计、自动计时器及可编程序控制器等自控仪表，可能使本工艺过程实现全部自动化，而由中心控制室控制；(5)运行管理得当，处理水水质优于连续式；(6)加深池深时，与同样的BOD-SS负荷的其它方式相比较，占地面积较小；(7)耐冲击负荷，处理有毒或高浓度有机废水的能力强。近年来序列间歇式活性污泥法（SBR）处理养殖场废水越来越受到关注，该工艺相对比于其他工艺简单、剩余污泥处置麻烦少、节约投资投资省、占地少、运行费用低、耐有机负荷和毒物负荷冲击，运行方式灵活，由于是静止沉淀，因此出水效果好、厌（缺）氧和好氧过程交替发生、泥龄短、活性高，有很好的脱氮除磷效果。且有通过氧化还原电位实时控制SBR反应进程的报道，进一步提高了对氮磷的去除效果、节约了能源和投资。因此选用序列间歇式活性污泥法（SBR）作为好氧段的反应器。4工艺流程工艺流程图如下：n图2污水处理工艺流程图本工程污水通过污水管网经格栅后用泵提升至集水池，再自流进入水力筛网，经初沉池沉淀后的水自流进入调节池，再用污水泵送至酸化水解池提高生化性能，70%的水量送入UASB反应器进行厌氧反应，经厌氧处理后的出水自流进入配水池，与水解酸化池未经厌氧反应的30%水量均匀混合后，出水自流进入SBR反应池进行生化反应，经SBR反应池的出水自流进入浅层气浮池，最终流入现有的养殖塘。格栅机、筛网的污泥直接运至化肥厂。UASB反应器、SBR反应器、初沉池的污泥排至污泥浓缩池，通过浓缩处理后进入带式脱水机进行脱水，滤饼外运，滤液回流至集水池进入再处理。UASB反应器产生的沼气通过沼气收集系统集中后送至锅炉房进行燃烧。三．主要设备及处理构筑物设计计算1.设计流量确定：平均流量：Qa=400m3/d=h=s总变化系数：式中：Qa－平均流量，L/s；则：设计最大流量Qmax：Qmax=Kz×Qa=×400=912m3/d=38m3/h=s2格栅渠由于本工程废水主要为牛尿液和牛圈冲洗水n两个方面组成，废水中含有大量的固体悬浮物和大颗粒杂质，因此为防止废水中大量的固体悬浮物，杂质堵塞，损坏后续处理设施，污水在进入集水池池前，设置两格栅井（一用一备）。(1)栅条选矩形钢，栅条宽度S=，栅条间隙e=。安装倾角α=75°。最大设计污水量Qmax=720m3/d=s，设栅前水深h=，过栅流速v=s。(2)栅条间隙数n：栅条间隙n取为6。(3)栅槽宽度B：B=S(n-1)+dn=×(6-1)+×6=栅槽宽度一般比格栅宽，栅槽实取宽度B=，栅条6根。(4)进水渠道渐宽部分长度L1：式中：B1—进水渠道宽度，本设计取;α1—进水渠道渐宽部位的展开角，一般α1=20°。则：(5)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2：(6)过栅水头损失h1：式中：h0—计算水头损失nk—格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，栅条为矩形截面时取k=3ε—阻力系数ε=β（S/e）4/3，与栅条断面有关，为锐边矩形时取β=则：h1=3***sin75º/2*=(1)栅前槽总高度H1：取栅前渠道超高h2=，则栅前槽总高度H1=h+h2=+=(2)栅后槽总高度H：H=h+h1+h2=++=，取为。(3)格栅总长度：L=L1+L2+++H1/tanα=(4)每日栅渣量：=³/d本设计取单位体积污水栅渣量W1为1000m3因为W小于，采用人工清渣。计算草图见图2：图2格栅计算图n3集水池集水池用于污水过格栅后均衡水质水量，同时通过污水泵提升进入后续处理设备。根据本次设计污水量，设置水力停留时间HRT=20min，有效容积=，规格3m×2m×，钢砼结构，地下式，计算过程如下：(1)有效容积V：式中：Q—设计处理水量，m3/ht—停留时间，，取。=912*24=则：(2)池子面积F：2=式中：h—有效水深h，m。则：(3)池子总高H：式中：h1—池子超高，m，取=。则：4水力筛水力筛是污水处理或工业废水处理中用于过滤悬浮物、漂浮物、沉淀物等固态或胶体物质的一种小型的无动力分离设备。采用楔形条缝焊接不锈钢筛板制成弧形筛面或平面过滤筛面，待处理的水通过溢流堰均匀分布到倾斜的筛面上，固态物质被截留，过滤后的水从筛板缝隙中流出，同时在水力作用下，固态物质被推到筛板下端排出，从而达到分离的目的。水力筛能有效地降低水中悬浮物(SS)n，减轻后续工序的处理负荷。根据污水量16,7m3/h和筛板缝隙1mm，本项目选用RHG-0518水力筛，共安装两台（一用一备）表3设备安装规格表型号筛板规格（宽度×长度）BB1进出口法兰重量（Kg）DN1DN2RHG-0518500×1800500640801005005混凝沉淀池混合阶段向原水中投加混凝剂后，应在短时间内将药剂充分、均匀地扩散于水体中，这一过程称为混合。混合是取得良好絮凝效果的重要前提。影响混合效果的因素有很多，如药剂的品种、浓度，原水的温度，水中颗粒的性质、大小等，采用的混合方式是最主要的影响因素。混合设备的基本要求是药剂与水的混合快速均匀。混合的方式主要有管式混合、水力混合、水泵混合以及机械混合等。采用何种混合方式应根据净水工艺布置、水质、水量、药剂品种等因素综合确定。由于本次设计的污水量较小，选用GJH-100型管式静态混合器，玻璃钢材质，管径为DN100，加药管管径为DN32。絮凝阶段n絮凝过程就是在外力作用下具有絮凝性能的微絮粒相互接触碰撞，从而形成更大的稳定的絮粒，以适应沉降分离的要求。为了达到完善的絮凝效果，在絮凝过程中要给水流适当的能量，增加颗粒碰撞的机会，并且不使已经形成的絮粒破坏。絮凝过程需要足够的反应时间。在水处理构筑物中絮凝池是完成絮凝过程的设备，它接在混合池后面，是混凝过程的最终设备。通常与沉淀池合建。絮凝池的形式近年来有很多，大致可以按照能量的输入方式不同分为水力絮凝和机械搅拌絮凝两类。水力絮凝是利用水流自身的能量，通过流动过程中的阻力给液体输入能量。其水力式搅拌强度随水量的减小而变弱。目前，水力絮凝的形式主要有隔板絮凝、折板絮凝、网格絮凝和穿孔旋流絮凝。相应的构筑物为隔板絮凝池、折板絮凝池、网格絮凝池、旋流絮凝池。机械絮凝是通过电机或其他动力带动叶片进行搅动，使水流产生一定的速度梯度。絮凝过程不消耗水流自身的能量，其机械搅拌强度可以随水量的变化进行相应的调节。由于本设计污水处理量较小，使用水力絮凝装置体积过小、设备安装不便，因此使用机械絮凝装置，设计计算如下：(1)反应池有效容积V：式中：Q—设计处理水量，m3/h；t—反应时间,通常20～30min。(2)反应池串联格数及尺寸：反应池采用3格串联,每格有效尺寸为：B=，L=，H=V=3B·L·H=3×××=反应池超高取。池子总高度为。取JBJ1-900型桨式搅拌机，搅拌机外形见图3，详细参数见表3。图3JBJ1-900型桨式搅拌机示意图n表3JBJ1-900型桨式搅拌机详细参数单位：mm参数LDD1D2D3n×dJBJ1-90015009001001752104×⏀19(1)叶轮中心点旋转半径R=450mm(2)每台搅拌机桨板中心点旋转线速度取：第一格：v1=s第二格：v2=s第三格：v3=s每台搅拌机每分钟的转速为：第一格：第二格：第三格：隔墙过水孔面积按下一档桨板外缘线速度计算，则搅拌机外缘线速度分别为：第二格：第三格：每条生产线设计流量为Q=400m3/d=s第一、第二格絮凝池间隔墙过水孔面积为Q/v2’==n第二、第三格絮凝池间隔墙过水孔面积为Q/v3’==沉淀阶段初沉池主要对废水中以无机物为主密度大的固体悬浮物进行沉淀分离。初次沉淀池有平流式、竖流式、辅流式及斜板(管)四种。选用平流式沉淀池，它具有沉淀效果好，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，施工简单，造价低等优点。设置水力停留时间HRT=h，有效容积=200m3，规格××，钢砼结构，半地下式。配水系统渠宽b=，水深h=，渠深设计为，渠长6m。则渠中水流流速约为：＞s出水系统(1)出水堰的形式及尺寸：式中：—堰长m；—出水堰负荷，，取；—设计流量，m3/s；则：，取堰长L=5m。共四格出水堰，每堰进水流量为m3/s，每格堰长为1m，出水收集器采用UPVC自制90º三角堰出水。直接查第二版《给排水设计手册》第一册常用资料P583页，当设计水量为=h时，过堰水深为70mm，堰宽设为140mm，堰口间隔60mm，共80个三角堰。(2)堰上水头：n式中：—堰上水头m；—每个三角堰出流量，m3/s；则：m(1)集水水槽宽B：式中：—集水水槽宽，m；—设计流量，m3/s；为确保集水槽设计流量在安全范围内，设置安全流量则B=，因此水槽宽取60mm。(2)集水槽深度h：集水槽的临界水深：式中：—集水水槽宽，m；—安全设计流量，m3/s；则：m集水槽的起端水深：式中：h0—起端水深m；则：h0=；取；h0=50mm设出水槽自由跌落高度：。则集水槽总深度h=++=。n排泥系统(1)污泥总量式中：V—初次沉淀污泥量，m3/d；Q—污水流量，m3/d；η—去除率，%；（初次沉淀池η以60%计）C0—进水悬浮物浓度，mg/L；（进水悬浮物浓度C0为1800mg/L）P—污泥含水率取97%，%；ρ—沉淀污泥密度，以1000kg/m3计。则：V=³/d，排泥间隔为一天两次，设置1个污泥斗，则污泥斗的容积应大。(2)污泥斗的容积式中：s1—污泥斗上口面积，m2；s2—污泥斗下口面积，m2。则：V=m3因此污泥斗上口为，下口为，高度为。斗内污泥可用静水压或水射泵排除。(3)沉淀池的总高度h=式中：－沉淀池超高，m，取h1=；－沉淀区的有效高度，m；n－缓冲层高度，m，采用机械刮泥，取h3＝；－污泥区高度，m。`6调节池所有进入废水处理系统的废水,其水质和水量随时都可能发生变化,这对废水处理构筑物的正常运转非常不利,水质和水量的波动越大,处理效果就越不稳定,甚至会使废水处理构筑物遭受严重破坏。为减少水质和水量变动对废水处理工艺过程的影响,在进水处应设置调节池,以均和水质和均衡水量。使后续处理构筑物在运行期间能得到均衡的水量和均和的水质,达到理想的处理效果。根据本次设计污水量，设置水力停留时间HRT=h，有效容积=200m3，规格16m××，钢砼结构，半地下式，计算过程如下：(1)有效容积V：式中：t—停留时间，，取。则：V=*8=m3(2)池子面积F：式中：h—有效水深，m。则F=3=²：(3)池子总高H：式中：h1—池子超高，m，取h1=。则：n7水解酸化池水解酸化池是水解和酸化两个过程在一个池内完成的构筑物。在水解阶段，固体物质降解为溶解性的物质，大分子物质降解为小分子物质；在酸化阶段，碳水化合物降解为脂肪酸，主要产物是醋酸、丁酸和丙酸。另外，有机酸和溶解的含氮化合物分解成氨、胺、碳酸盐和少量的CO2、N2和H2。主要目的是将原废水中的非溶解性有机物转变为溶解性有机物，特别是工业废水．主要将其中难生物降解有机物转变为易生物降解的有机物，提高废水的可生化性，以利于后继的好氧生物处理。反应池容积式中：—总变化系数，取；Q—设计流量，m3/h，Q=h；HRT—水力停留时间，，取HRT=4则V=m3设置单池宽为4m，有效水深为3m，超高取为，水解酸化池池长为10m配水系统采用总管进水，管径为DN80，池底分支式配水，支管为DN50，支管上均匀排布小孔为出水口，支管距离池底100mm，均匀布置在池底。出水系统(1)出水堰的形式及尺寸：式中：—堰长m；—出水堰负荷，，取；n—设计流量，m3/s；L=3m出水收集器采用UPVC自制90º三角堰出水。直接查第二版《给排水设计手册》第一册常用资料P683页，当设计水量为Q=h时，过堰水深为120mm，堰宽设为240mm，共20个三角堰。(1)堰上水头：式中：—堰上水头m；—每个三角堰出流量，m3/s；则：h1=m。(2)集水水槽宽B：式中：—集水水槽宽，m；—设计流量，m3/s；为确保集水槽设计流量在安全的范围内，设置安全流量则Q=，因此水槽宽取120mm。(3)集水槽深度h:集水槽的临界水深：式中：—集水水槽宽，m；—安全设计流量，m3/s；n则：。集水槽的起端水深：式中：h0——起端水深m；则：h0=；取h0=110mm；设出水槽自由跌落高度：。则集水槽总深度h=填料系统采用软性填料，具有处理废水浓度高、空隙可变、不易堵塞、重量轻、比表面积大、组装简便等优点。填料支架用焊接钢管，外加防腐漆。设计填料层高。填料在水解酸化池中布置较少，加大填料间距，防止堵塞。填料束间的距离为80mm，单元直径Φ150mm每个水解酸化池的长×宽＝10m×，所以水解酸化池中的填料束为4000×10000÷(230×230)＝756（束）。8厌氧反应器UASB反应机理厌氧反应主要是利用厌氧微生物以粪料中的糖和氨基酸为养料生长繁殖。进行沼气发酵。粪料含水量较低(60％～70％)的以乳酸发酵为主，粪料含水量高(>80％)的则以沼气发酵为主。其优点是无需通气和翻堆，能耗省，费用低，厌氧生物处理可大量除去可溶性有机物，去除率可达70％～85％，而且可杀死传染性病菌，有利于防疫。利用厌氧发酵技术，能够减少臭味和降解有机污染物，同时回收储存在有机物中的能量作为能源。工作原理n废水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程。在厌氧状态下产生的沼气（主要是甲烷和二氧化碳）引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的污泥撞击三相反应器气体发射器的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后图4UASB工作原理图污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没有附着的气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。置于极其使单元缝隙之下的挡板的作用为气体发射器和防止沼气气泡进入沉淀区，否则将引起沉淀区的絮动，会阻碍颗粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。设计计算设计参数（1）设计温度T=25℃（2）容积负荷污泥为颗粒状（3）污泥产率MLSS/kgCOD,产气率m3/kgCOD（4）设计水量Q=400m3/d=h=s。水质指标表4水质指标表水质指标COD（mg/L）BOD（mg/L）进水水质3000~40001800~2200n设计去除率70%%设计出水水质1200400反应池容积采用容积负荷法：V=QS0/NV式中：V—反应池的有效容积(m3)S0—进水有机物浓度(kgCOD/L)则：V=480m3实际体积取为500m3,停留时间为3d，因此采用一座2m5m5m为一单元，总体积为10m10m5m的两池矩形UASB反应器。配水系统(1)设计原则①进水必须要反应器底部均匀分布，确保各单位面积进水量基本相等，防止短路和表面负荷不均；②应满足污泥床水力搅拌需要，要同时考虑水力搅拌和产生沼气搅拌；③易于观察进水管的堵塞现象，如果发生堵塞易于清除。④布水管道尾端最好兼作放空和排泥管，以利于清除堵塞(2)管道与布水器两池共用一根DN80的进水干管，采用一管一孔方式配水，干管分为四根DN50支管，每根管上有五个配水器，配水器的入口管径为DN25，每一个配水器上有10个孔，共200个孔，每个孔孔径为DN18。三相分离器(1)设计原则nUASB最重要的设计环节是反应器内的三相分离器设计，它直接影响气、液、固三相在反应器内的分离效果和反应器的处理效果。对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起十分重要的作用，根据已有的研究和工程经验，三相分离器应满足以下几点要求：①沉淀区的表面水力负荷20%(符合要求)下三角回流缝混合液上升的速度：m/h上三角回流缝混合液上升的速度：BC*V1/V2=*=，，取延AB方向的水流速度：nVa=Ur*AB/BC=当气泡的直径小于等于，则气泡周围水流呈层流状态，，这时的气泡上升速度以斯托克斯公式计算为准，气泡上升速度：取气泡直径，废水密度，甲烷密度，重力加速度，动力粘滞系数，碰撞系数，把上面的单位统一化成的形式，可计算出。由上面可知，>，符合设计要求。再根据几何关系，上三角集气罩的高度，则上三角集气罩底部到下三角集气罩底部距离：整个三相分离器高度,整个UASB反应器高度：出水系统(1)设计原则出水系统的设计在UASB反应器设计中也占有重要地位。因为出水是否均匀也将影响沉淀效果和出水水质。为了保持出水均匀、沉淀区的出水系统通常采用出水渠(槽)。一般每个单元三相分离器沉淀区设一条出水渠，而出水渠每隔一定距离设三角出水堰。常用的布置形式有两种，如图6所示。出水渠宽度常采用20cm，水深及渠高由计算确定。n图6出水系统布置形式图6(b)出水渠的特点是出水渠与集气罩成一整体。有助于装配化和整体安装，简化施工过程。一般出水渠前设挡板，可防止漂浮物随出水带走，可提高出水水质。当所处理废水中含悬浮固体较高，设置挡板是很必要的。如果沉淀区水面的漂浮物很少，有时也可不设挡板。(1)设计计算每个UASB反应器（共4个）沿中心线设一条出水堰，汇聚至周边出水渠，渠内侧设溢流堰，出水渠保持水平，出水由一个出水口排出。单个反应器出水堰流量m3/h=s。①出水渠：根据均匀流计算公式：、、式中：q—渠中水流量，m3/s；i—水力坡度，定为i=；K—流量模段，m3/s；C—谢才系数；W—过水断面面积，m2；R—水力半径，m；n—粗糙度系数，钢取n=。则：m3/sn假定渠宽b=,则：W=X=2h+R=W/X=(2h+式中：h—渠中水深，m；X—渠湿周，m。则：解方程得：h=，取为。可见渠宽b=，水深h=，渠深设计为，渠长10m。则渠中水流流速约为＞s符合明渠均匀流要求。①出水堰：每个UASB反应器处理水量m3/s，溢流负荷为1～2L/(m·s)。设计溢流负荷取=L/(m·s)，则堰上水面总长为：堰上水面总长取25m，堰口宽B=80mm，每个堰口间隔120mm，堰上水头h1=20mm，则三角堰数量为：个每个堰出流率为：q=m3/s按90°三角堰计算公式：n<堰上水头为：<20mm设计合理出水堰宽：式中：—出水堰宽，m；—设计流量，m3/s；为确保集水槽设计流量在安全范围内，安全流量B=因此水槽宽取200mm。出水堰的临界水深：式中：—出水堰宽，m；—安全设计流量，m3/s；则：m。出水堰的起端水深：式中：——起端水深m；则：m；取；设出水槽自由跌落高度：。则出水堰总深度m取水在管中的流速为，n式中：—出水管直径，mm；—过堰流速，m/s；则：m，取DN80管。排泥系统根据厌氧生物处理污泥产量取r=kgCOD。流量Q=³/h，进水COD浓度为4000mg/L，COD去除率为70％。UASB反应器总产泥量：根据VSS/SS为，泥含水率为98％，则污泥产量：Ws=m3/d产气系统根据产气率：r=m³/kgCOD 则产气量：Gi=Q•S0•Er =³/h根据三相分离器的特点,每个集气罩分别引一根出气管,管径为DN100。加碱系统在厌氧生物处理中，产甲烷菌最佳节pH值是~，由于厌氧过程的复杂性，很难准确测定和控制反应器内真实的pH值，这就要和靠碱度来维持和缓冲，一般碱度要2000~5000mgCaCO3/L时，就会导致其pH值下降，所以，反应器内碱度须保持在1000mgCaCO3/L以上，因为为保证厌氧反应器内pH值在适当的范围内，必须向反应器中直接加入致碱或致酸物质。间接调节pH值。主要致碱药品有：NaCO3、NaHCO3、NaOH以及Ga(OH)2。n在UASB反应器中安装pH指示仪，并在加碱管路上设有计量装置，将计量装置和pH指示仪用信号线连接起来，根据UASB反应器中pH值的大小来调整加碱量，当UASB反应器中pH值过低时，打开加碱管路上的开关，往UASB反应器中加碱，使pH值下降；反之，当UASB反应器中pH值过高时，关闭加碱管路上的开关，停止加碱，使pH值上升。其他设计(1)取样管设计为掌握UASB运行情况，在每个UASB上设置取样管。在距反应器底～位置，污泥床内分别设置取样4根，各管相距左右，取样管选用DN50钢管，取样口设于距地坪处，配球阀取样。(2)检修人孔：为便于检修，UASB反应器距地坪处设Ф800mm人孔一个。通风：为防止部分容重过大的沼气在UASB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反应器一侧预埋压缩空气管（由鼓风机房引来）。9配水池由于SBR反应池由两个反应池间歇运作，并且需要与一部分来自水解酸化池的原水混合，因此设置配水池使后续的SBR处理正常运行。根据本次设计污水量，设置水力停留时间HRT=h，有效容积=100m3，规格10m××，钢砼结构，半地下式，计算过程如下：(1)有效容积V：（8-61）n式中：—停留时间，，取。则：(1)池子面积F：（8-62）式中：—有效水深，m。则：F=²(2)池子总高H：（8-63）式中：h1—池子超高，m，取h1=。则：10好氧反应器SBR设计参数(1)设计温度T=20℃(2)日最大设计水量Qmax==400m3/d=25m3/h=m3/s。(3)进水生化需氧量BOD5浓度Cs=400mg/L(4)在低负荷运行时，每流入1KgSS约为污泥量。设定条件(1)反应池数2池(2)反应池水深H=5m(3)活性污泥界面上的最小水深(4)排出比m=1/4(5)MLSS浓度CA=4000mg/l(6)BOD-SS负荷L=Kg·SS·dn表5水质指标表水质指标COD（mg/L）BOD（mg/L）进水水质1200400设计去除率%%设计出水水质10020设计计算曝气时间沉淀时间初期沉降速度：Vmax=×104×CA－则：Vmax=×104×4000－=h必要的沉淀时间为：式中:m—排出比δ—活性污泥界面上的最小水深（m）Vmax—活性污泥界面的初期沉降速度（m/h）则：排出时间排出时间2h与沉淀时间合计为。周期时间T≥TA＋TS＋TD=＋=则周期次数为：n取n=2，每一周期为12h。进水时间TF=T/N=12/2=6h按上述结果，1个周期见图7：进水（2h）曝气（6h）排出（2h）沉淀（1h）·····图7SBR池周期运行图反应池容积各反应池的容量为：式中:V—各反应池的容量（m3）1/m—排出比n—周期数（周期/d）N—每1系列的反应池数量q—每1系列的污水进水量（设计最大日污水量）（m3/d）则：V=900m³需氧量以KgO2/KgBOD计算，则：OD=1000×400×10－3×=800KgO2/d，此处相当于一个周期所需氧量OD，周期数n=2，反应池数以2池计，则单池需氧量为：，以曝气时间为TA=6h为周期的需氧量OD为：。n曝气系统(1)曝气装置的性能在序批式活性污泥法中，由于在同一反应池内进行活性污泥的曝气和沉淀，因此，曝气装置必须是不堵网孔的装置。另外，需氧量关系到去除BOD量、存在于反应池内的生物量、硝化量和脱氮量，因此，当确定曝气装置的供氧能力时，不仅要考虑有机碳化合物的去除和活性污泥自身氧化的需氧量，而且在发生硝化时，还要考虑硝化反应时的需氧量和随脱氮反应减少的需氧量。对于池内的搅拌能力，在序批式活性污泥法中，由于设有厌氧段，有时要进行生物脱氮和脱磷，所以最好具有不曝气仅进行搅拌的性能。(2)曝气装置的型式曝气装置用于完全混合池时，可采用水下机械搅拌式、气液混合喷射式、螺杆式等。用于循环水渠时，可采用卧轴式、立轴式、螺杆式、轴流泵式、螺旋桨式、气液混合射流式等型式。(3)曝气装置的供氧能力（SOR）根据需氧量进行污水温度和大气压的换算：式中：SOR—T1℃时的必需供氧能力（Kg/h）CSW—清水T1℃的氧饱和浓度（mg/l）CS—清水T2℃的氧饱和浓度（mg/l）T1—以曝气装置的性能为基点的清水温度（℃）T2—混合液的水温（℃）（7、8月份的平均温度）CA—混合液的DO（mg/l）α—Kla的修正系数n高负荷法低负荷法β—氧饱和温度的修正系数高负荷法低负荷法P—处理厂的大气压（mmHg绝对大气压）此处，混合液水温20℃，混合液的DO浓度l，池水深5m。SOR=(KgO2/h)一个反应池内装置2台曝气装置，1台的供氧能力（Or）应为：(1)鼓风机房布置鼓风机房平面尺寸（12×8）m2，鼓风机房净高。鼓风机机组间距不小于。鼓风机不专设风道，新鲜空气直接从建筑窗上部的进风百叶窗进入，由鼓风机进风过滤器除尘。鼓风机在出风支管上装设压力表及安全阀，鼓风机由值班室和中控室均可控制。出水系统标准水位为，最低水位为，因此需要排出污水体积为200m3，周期数n=2，排出时间TD=2h，每池的负荷量（QD）为每池设1台排出装置，每台的排出负荷（Q′）为.n上清液的排水装置选择两台滗水器，型号为XBS-50，滗水器在标准活性污泥法的二次沉淀池中是没有的，而为本法所特有，由于必须进行机械的和电气的操作，故可能会发生故障等事故，使上清液的排出不能进行。因此，在发生事故时，就要靠事故用的排水装置迅速地排出上清液。作为事故用的排水装置，可采用固定在水下的排水口。另外，考虑到进水量超过接纳能力的情况，可设置溢流设备。为了不使反应池水面上的浮渣随处理水一起流出，故在排水装置上必须采取防止浮渣流出的措施。排泥系统设计日平均污水量（每池）150m3/d污水进水SS浓度500mg/lBOD-SS负荷KgSS·d设定浓缩污泥浓度%(1)设计污泥干固体量：污泥干固体量（Kg/d）=流量（m3）×SS（mg/l）×产率/1000式中：污泥干固体的产率大致为则：污泥干固体量（Kg/d）=300m3/d×1000mg/l×÷1000=225kgSS/d根据：泥含水率为98％，则：序批式活性污泥法中，由于不设初沉池，污泥产量全部作为剩余污泥。剩余污泥的产量随着BOD-SS负荷而改变。用于污泥处理设施设计上的设计污水量，虽使用了日最大污水量，但由于在小规模设施中，污泥产量的变化能在水处理系统内部或污泥贮存设备中收纳，大多还能通过脱水和运行时间相应调整因此在小规模设施污泥处理设施设计中，原则上采用设计日平均污水量。(2)污泥浓缩槽贮泥区的干固体负荷n设排泥的频度为2次/d，按图8所示，要获得%浓度的浓缩污泥，排泥高度约为50cm，此时的干固体负荷，按图9为25Kg/m2·d。图8浓缩污泥排出高度和污泥浓度的关系图9浓缩污泥排出高度和固体负荷的关系(1)反应池的浓缩槽形状污泥浓缩槽贮泥区的断面积为：112Kg/d÷25Kg/m2·d≈m2现假设深度为1m，则宽度为m2÷1m=污泥流入部分断面积，假设为污泥浓缩槽贮泥区断面积1/3，则为m2。污泥流入部分开口面积，假设为污泥浓缩槽贮泥区25%，则为m2。11高效浅层气浮池高效浅层气浮系统是一个先进的快速气浮系统，改传统气浮的静态进水、动态出水为动态进水、静态出水，即把含有附有微气泡悬浮颗粒的混合污水进入气浮池内的时候，使出流装置移动，混合废水的水平流速相对出流装置为零，从而抑制了槽内的紊流，因而能进行平稳的气浮分离(即所谓的“零速度原理”n)，浮选体上升速度达到或接近理论升速，极大地提高了处理效率，使废水在浅层气浮槽中的停留时间由传统的30～60min减至3min，并且集凝聚、撇渣、排水、排泥为一体，是一种高效的废水处理装置。根据处理的水量h，回流比30%，采用扬州腾飞环境工程设备有限公司的CQF-3200高效浅层气浮池，详细参数表见表6。表6高效浅层气浮池详细参数表型号池径(mm)处理量(m/h)主机总功率(KW)工作负载 (t)配溶气系统功率(KW)反应器参数加药搅拌功率(2台)(KW)尺寸φD×H(m)搅拌功率(KW)工作重量(T)CQF35Φ3200357φ×式中：V—气浮池污泥量，m3/d；Q—污水流量，m3/d；η—去除率，%；（气浮池η以80%计）C0—进水悬浮物浓度，mg/L；（进水悬浮物浓度C0为350mg/L） P—污泥含水率取98%，%；ρ—沉淀污泥密度，以1000kg/m3计。  则：V=³/d，排泥间隔为一天一次，污泥斗的容积应大于。12污泥处理系统污泥产量根据前面计算知，有以下构筑物排泥：表7污泥产量总表产泥构筑物产泥量污泥含水率P平流沉淀池d%nUASBd%SBRd%气浮池m3/d%则污水处理系统每日总排泥量为，取为40m3/d。处理方式污水处理系统各构筑物所产生污泥每日排泥一次，用泵集中到污泥集泥井，然后再由污泥井打至污泥浓缩池，经浓缩后再由污泥泵送至脱水机房脱水，形成的泥饼外运堆肥。污泥浓缩池为间歇运行，运行周期为。其中各构筑物排泥，污泥泵抽送污泥时间。污泥浓缩时间浓缩排水与排泥时间，闲置时间。集泥井容积考虑各构筑物间歇排泥，每日总排泥量为40m3，需在内抽送完毕，集泥井容积确定为污泥泵提升流量的10min的体积，即。集泥井有效泥深为，则平面面积应为集泥井平面尺寸为×，地下式，池顶加盖，由潜污泵抽送污泥。集泥井排泥泵集泥井中安装潜污泵两台，一用一备。选用NL80A-12潜污泵，配双泵双导轨自藕底座100GAK。该泵技术性能为Q=100m3/h，扬程13m，电动机功率N=，效率为65%，泵重390kg。安装所占平面尺寸1690mm×650mm，集泥井顶盖最小开口尺寸1500mm×700mm。集泥井最低泥位，浓缩池最高泥位，则排泥泵抽升的所需净扬程。排泥富余水头，污泥泵吸水管和出水管压力损失为,则污泥泵所需扬程为Hh=++=m。污泥浓缩n设计说明污泥浓缩池采用间歇式重力浓缩池，运行周期为，其中进泥，浓缩，排水和排泥。浓缩前污泥量为40m3，含水率P=98%。容积计算浓缩后，污泥含水率为%，则浓缩后污泥体积为则污泥浓缩池所需容积应不小于40+16=56m3工艺构造尺寸设计污泥浓缩池1个。池平面设计为圆形，直径为4m，则净面积为m2。设计浓缩池上部柱体高度为，其中泥深2m，柱体部分污泥容积为×2=m3。浓缩池中心下部为锥斗，坡度，上口半径为，下口半径为，锥斗高为，则污泥斗容积为V==m3浓缩池池顶标高为m，池内底标高为。排水和排泥排水：浓缩后池内上清液利用重力排放，由站区溢流管道排入调节池。浓缩池设四根排水管于池壁，管径DN100mm。于浓缩池最高水位处置一根，向下每隔、、处设置一根排水管，下面三根安置蝶阀。13接触消毒池因为出水排向河流故需经消毒处理后出水才能排放。设计流量Q=300m3n/d=h；水力停留时间T=；设计投氯量为C=—L。(1)尺寸计算：设置消毒池一座，池内设折流板，采用1组3廊道推流式消毒接触反应池，池体容积V=QT=×=10m3，消毒池池长L=，池宽B=，池深H=，其中超高。实际消毒池容积V为：V=××=30m3(2)加氯量计算设计最大加氯量为ρmax=L,则每日加氯量为W=ρmaxQ=×300×10-3=d=h。(3)进出水采用过水孔，设进水流速为m/s，过水孔面积：S=设充满度，则：过水孔尺寸每单格有过水孔个，孔中心距为，孔直径，则过水孔尺寸：100mm。采用非淹没式矩形薄壁堰出流，取堰宽等于接触池廊道宽度，非淹没式矩形薄壁堰流量公式为：代入，计算得：考虑堰后跌水m，则出水总水头损失为：则进出水总水头损失为：n14主要构筑物及设备一览表序号名称尺寸/m3停留时间数量1人工格栅××2座2集水池3××20min1座3水力筛××2台4混凝反应池××20min3座5沉淀池××8h1座6调节池××8h1座7水解酸化池×4×4h1座8UASB10××53d1座9配水池××54h1座10SBR××单周期12h2座11浅层气浮池Φ4×3min1台12消毒池××1座13鼓风机房××1间14集泥井2××10min1台15污泥浓缩池Φ4×319h1台序号构筑物名称型号规格数量1集水池污水泵ⅠQW80-40-15-42台2水力筛水力筛网RHG-05182台3混凝反应池一体化加药装置GTF-10002台4管式静态混合器GJH-1001台5折桨搅拌机JBJ1-9003台6沉淀池链板式刮泥机HGJ-41台n1调节池潜水搅拌机1台2水解酸化池污水泵ⅡGW80-40-15-42台3填料4填料支架1套5潜水搅拌机QJB1台6配水池潜水搅拌机QJB1台7SBR池微孔膜片曝气器960个8滗水器XBS-502台9水下搅拌机2台10鼓风机YH-125S3台11污水泵ⅢGW80-40-15-42台12浅层气浮池浅层气浮池RQF-451台13污泥处理系统污泥泵、脱水机、投药装置，污泥进料泵，滤带清洗装置1套15构筑物高程布置根据各处理构筑物的之间的水头损失，推求其它构筑物的设计水面标高。经过计算各污水处理构筑物的设计水面标高见下表表8。再根据各处理构筑物的水面标高、结构稳定的原理推求各构筑物地面标高及池底标高。具体结果见污水、污泥处理流程图。表8各污水处理构筑物的设计水面标高及池底标高序号构筑物名称水面标高(m)池底标高(m)池顶标高1格栅（栅前）±格栅（栅后）±2集水池±n3水力筛+++4混凝反应池++5沉淀池++6调节池++7水解酸化池++8UASB++9配水池++10SBR±+11浅层气浮池+++12消毒池±+参考文献（1）《水污染控制工程》（下），高等教育出版社（第三版）；（2）《排水工程》（下），中国建筑工业出版社（第四版）；（3）《污水处理厂工艺设计手册》化学工业出版社；（4）《给水排水设计手册》中国建筑工业出版社（第1、5、11、12册）；（5）《环境工程设计》化学工业出版社；（6）《三废处理工程技术手册》化学工业出版社；（7）《给水排水工程快速设计手册》中国建筑工业出版社；（8）《水污染治理新工艺与设计》海洋出版社；（9）《废水处理理论与设计》中国建筑工业出版社；（10）《水处理工程师手册》化学工业出版社；小结两周的水污染控制工程课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中和同学们相互探讨，相互学习。n课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础． 在此对给予我帮助的老师和同学致以真诚感谢！附件1废水处理站总平面图1张(见附图A)2废水处理工艺流程图1张(见附图B)