处理含重金属的污水的工艺流程设计.docx
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处理含重金属的污水的工艺流程设计
1设计任务与基本资料
1.1设计任务
本设计任务为重金属厂生产废水的处理,设计处理量2000m³/d。
根据厂方提供的实验数据,进水水质数据和《污水综合排放标准》gb8978-1996的标准值对比,要求重金属废水排放达到如下表1-1,表1-2,表1-3要求:
表1-1
项目
Pb
Cu
CODcr
SS
PH
进水
80mg/l
30mg/l
400mg/l
100mg/l
10~12
表1-2
项目
Pb
Cu
CODcr
SS
PH
出水
≤1mg/l
≤1mg/l
≤150mg/l
≤150mg/l
6~9
表1-3
项目
Pb
Cu
CODcr
SS
PH
处理效率
98.75%
98.75%
62.5%
——
——
2工艺流程说明
2.1设计意义和原则
2.1.1设计原则
(1)严格执行环境保护的各项规定,确保经处理后污水的排放水质达到环保局有关规定。
(2)采用先进、可靠、简单的工艺使先进性和可靠性有机结合。
(3)采用目前国内成熟的先进技术,尽量降低工程投资和运行费用。
(4)平面布置和工程设计时,布局力求合理通畅,尽量节省占地。
(5)废水处理站运行和维护管理操作应尽量简单方便。
2.1.2设计目的
通过对生活污水处理工艺的设计,巩固学习成果,加深对污水处理课程内容的学习与理解,掌握污水处理设计的方法,培养和提高计算、设计和绘图的能力。
在教师的指导下,基本能独立完成生活污水的处理工艺设计,锻炼和提高分析和解决工程的能力。
2.1.3设计的各构筑物的作用
该设计的所选用的池主要有桨板式机械絮凝池、竖流式沉淀池、生物接触氧化池、二沉池。
(1)桨板式机械絮凝池:
絮凝效果好,水头损失小,可适应水质、水量的变化。
大小量均适用,并适用于水量变化较大的水厂。
(2)竖流式沉淀池:
排泥方便,管理简单,占地面积小。
适用于处理水量不大的小型污水处理厂。
(3)生物接触氧化池:
体积负荷高,处理时间短;生物活性高,生物多样化,传质效果好;生物浓度高,污泥产量低,无需回流;出水稳定,动力消耗相对较低;挂膜比较方便,时间较短;无污泥膨胀问题。
(4)二沉池:
其作用主要是使污泥分离,使水澄清和进行污泥浓缩。
其工作效果能够直接影响活性污泥系统的出水水质和回流污泥浓度
2.2工艺流程图
(
图2.2重金属废水处理工艺流程图
2.3工艺流程的说明
重金属废水经格栅预处理后进入金属废水调节池,废水在此稳定水量、均匀水质后,通过泵房将废水定量提升至浆板式机械絮凝池。
在第一个絮凝反应池投加适量混凝剂,同时进行充分搅拌,流经沉淀池随沉淀物进入污泥浓缩池沉淀后以去除Cu,废水在第二个絮凝反应池投加适量废酸调节PH值,控制到9~9.5,达到最佳沉淀也避免反溶解,进行反应产生沉淀后,沉淀物进入污泥浓缩池,这样达到去除金属Pb的效果。
然后废水自流进入生物接触氧化池后在二沉池进行固液澄清分离,上清液达到要求排放,下沉污泥经管道同样进入污泥浓缩池。
污泥经浓缩池处理后经过压滤机,滤液流回到金属废水调节池进行处理,污泥则外运。
3.设计计算
3.1格栅的设计
3.1.1设计过程
设计参数:
栅条宽度S=10mm,栅条间隙宽度(粗)b=16mm,栅前水深h=0.4m,
过栅流速u=0.8m/s,安装倾斜角α=70º
(1)格栅的间隙数量n
Qmax=0.023×1.3=0.03m³/s
n=Qmax
(Sinα)/buh=0.03
(Sin70º)/0.016×0.4×0.8=6
栅条框架内栅条数目为n-1=5条
(2)格栅槽总宽度B
B=S(n-1)+bn=0.01(6-1)+0.016×6=0.146m
(3)过栅水头损失h2
栅条形状选迎水面为半圆形的矩形,β=1.83
=β(s/b)4/3=1.83(0.01/0.016)4/3=0.978m
=0.978×0.8^2×Sin70º/2×9.81=0.03m
h2=kh0=3×0.03=0.09m
(4)栅后槽的总高度H
H=h+h1+h2=0.4+0.3+0.09=0.79m
(5)格栅的总长L
取B1水渠宽度为0.03m.进水渠道渐宽展开角度α1=20º
L1=(B-B1)/2tgα1=(0.146-0.03)/2tg20º=0.159m
L2=0.5L1=0.5×0.159=0.08m,H1=h+h1=0.4+0.3+0.7m
L=L1+L2+0.5+1.0+HI/tgα1=0.159+0.08+0.5+1+0.7/tg20º=3.66m
(6)每日栅渣量W
W1取0.05.K取1.5
W=QmaxW1×86400/K1000
=0.03×0.05×86400/1.5×1000=0.0864m³/d
所以格栅的规格长宽高为L×B×H=3.66m×0.146m×0.79m
3.1.2栅格的处理效果
栅格的处理效果如表3-1
表3-1格栅的进水水质、出水水质及处理效率
项目
Pb
Cu
CODcr
SS
PH
进水
80mg/l
30mg/l
400mg/l
100mg/l
10~12
出水
80mg/l
30mg/l
360mg/l
95mg/l
10~12
处理效率
—
—
10%
5%
—
3.2泵房
选用2台型号为100-100单级立式管道泵,一备一用。
流量为100m³/h扬程为12.5m,其参数见表3-2。
表3-2泵房参数
泵型号
流量
扬程
(m)
效率
(%)
转速
(r/min)
电机功率
(kw)
汽蚀佘量
(m)
(m3/h)
(l/s)
100-100
100
27.8
12.5
76
2900
5.5
4.5
3.3调节池的设计
设计参数:
水力停留时间T=4h,设计流量Q=2000m³/d=83.3m³/h
则Qmax=Q×1.3=83.3×1.3=108.29m³/h
(1)调节池的有效容积
V=QmaxT=108.29×4=433.16m³
(2)调节池水面面积
采用方形调节池,池长L=池宽B,设池长有效水深h=4m,超高为0.5m,池子的总高度H=4.5m
则池面积:
A=V/h=433.16/4=108.29m²
(3)调节池的尺寸
池长取L=10m,池宽取B=10m,则池子的尺寸为
L×B×H=10m×10m×4.5m
(4)搅拌设备的选择
搅拌功率一般按1m³污水4~8W选配搅拌设备,该调节池取5W,则调节池配潜水搅拌机的总功率为433.16m³×5=2165.8W。
则取一台2.2KW的潜水搅拌机安装在调节池进水端。
(5)提升泵选择
在调节池的集水坑中安装2台自动搅匀潜污泵,一用一备,水泵的基本参数为:
水泵的流量Q=70m³/h;配电机功率5KW。
3.4絮凝池的设计
3.4.1设计过程
设计参数:
①絮凝时间为15—20min。
机械絮凝池的深度一般为3~4m。
絮凝池一般不少于2组。
池内一般设3—4档搅拌机,每档可用隔墙或穿孔墙分隔,以免短流。
②搅拌机桨板中心处线速度从第一档的0.5~0.6m/s,逐渐减小到末档的0.1~0.2m/s,不得大于0.3m/s。
③每台搅拌器上桨板总面积宜为絮凝池水流截面积的10%-20%,不宜超过25%,以免池水随桨板同步旋转,减弱絮凝效果。
④桨板长度不大于叶轮直径75%,宽度为10~30cm。
桨板宽度与长度之比b/L=1/10-1/15,桨板宽度一般采用0.1-0.3m。
⑤垂直轴式搅拌器的上桨板顶端应设于反应池水面下0.3m处,下桨板底端设于距池底0.3~0.5m处,桨板外缘与池侧壁间距不大于0.25m。
⑥所有搅拌轴及叶轮等机械设备应采取防腐措施。
轴承与轴架宜设于池外,以免进入泥沙,致使轴承严重磨损和轴杆折断。
1)反应池容积V
V=
=36.1m3
Qmax——设计处理水量最大流量,m3/h;
t——反应时间,通常15~20min,t=20min。
2)反应池串联格数及尺寸
反应池采用两排,3格串联,设置6台搅拌机。
每格有效尺寸为:
B=3.0m,L=3.0m,H=4.0m
V=6B·L·H=6×3.0×3.0×4.0=216m3
反应池超高取0.3m。
池子总高度为4.3m。
3)叶轮直径及桨板尺寸
叶轮外缘距池子内壁距离取0.25m,
叶轮直径为:
D=3.0-0.25×2=2.5m
桨板叶片宽度采用0.15m,桨板长度采用1.5m,每根轴上桨板数8块,内外侧各4块。
旋转桨板面积与絮凝池过水断面面积之比为:
池子周围设置4块固定挡板。
固定挡板的宽为0.2m,高为1.8m,四块挡板的面积与絮凝池过水断面面积之比为:
桨板总面积为水流截面积的10%~20%,符合要求。
4)叶轮中心点旋转半径为:
R=
5)每台搅拌机桨板中心点旋转线速度取
第一格:
v1=0.5m/s第二格:
v2=0.35m/s第三格:
v3=0.2m/s
每台搅拌机每分钟的转速为:
第一格:
n1=
第二格:
n1=
第三格:
n1=
隔墙过水孔面积。
隔墙过水孔面积按照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:
V2´=1.25W2=1.25*0.389=0.486m/s
第三格:
V3´=1.25W3=1.25*0.222=0.278m/s
每条生产线设计流量为Q=2000m3/d=0.023m3/s
第一、第二格絮凝池间隔墙过水孔面积为
=0.047m2
第二、第三格絮凝池间隔墙过水孔面积为
=0.083m2
6)搅拌机功率计算
设桨板相对水流的线速度为桨板旋转线速度的0.75倍,则相对于水流的叶轮转速为:
w´1=
w´2=
w´3=
取阻力系数CD=1.1,
第一格絮凝池搅拌机所耗功率为:
P1=135.34W
第二格絮凝池搅拌机所耗功率为:
P2=
第三格絮凝池搅拌机所耗功率为:
P3=
三台搅拌机合用一台电动机时,电动机所耗的功率总和为:
电动机总机械效率取
1=0.75,传动效率取
2=0.70,电动机功率为:
p=
7)絮凝池速度梯度G值核算(按水温15℃计,
=1.14×10-3Pa
s)
第一格:
G1=
第二格:
G2=
第三格:
G3=
平均速度梯度:
G=
,在104~105范围内。
经过验算,速度梯度与平均速度梯度均较适合。
3.4.2絮凝池的处理效果
桨板式机械絮凝池的处理效果见表3-3、表3-4
表3-3混凝沉淀池Ⅰ的进水水质、出水水质及处理效率
项目
Pb
Cu
CODcr
SS
PH
进水
80mg/l
30mg/l
360mg/l
95mg/l
10~12
出水
80mg/l
1.2mg/l
252mg/l
28.5mg/l
10~12
处理效率
0
96%
30%
70%
—
表3-4混凝沉淀池Ⅱ的进水水质、出水水质及处理效率
项目
Pb
Cu
CODcr
SS
PH
进水
80mg/l
1.2mg/l
252mg/l
28.5mg/l
10~12
出水
3.2mg/l
0.048mg/l
176.4mg/l
8.55mg/l
8.5~9.5
处理效率
96%
96%
30%
70%
—
3.5竖流沉淀池设计
3.5.1设计参数设定
设计2座竖流式沉淀池,中心进水,周边出水。
取中心管流速为v0=0.03m/s,表面负荷1.0m3/m2·h,沉淀时间为2.0h,泥斗锥角50°,池底边长0.5m,超高为h1=0.4m,缓冲层高h4=0.3。
3.5.2设计计算:
1)中心管计算
最大设计流量Qmax=0.03m3/s,
中心管有效面积f1=
=0.03/0.03=1m2
直径d。
=
=1.13m
取缝隙流出的速度为v1=0.021m/s,
喇叭口直径d1=1.35d=1.35×1.13=1.5m
反射板直径d2=1.3d1=1.3×1.5=1.98m
2)中心管喇叭口到反射板之间高度
h3=
=
=0.303(m)
3)沉淀区有效水深
取废水在沉淀池中流速v=2m/h,沉淀时间t=1.5h;
则沉淀区有效水深h2=vt=1.5×2.0=3.0m
4)沉淀区总面积
沉淀区有效断面积f2=
=
=54m2
沉淀区总面积A=f1+f2=1+54=55m2
5)尺寸计算
沉淀池直径D=
=
=8.37m,取D=8.4m;
池径不宜过大,一般采用4~7m,不大于10m,故D=8.4m适合
池直径与沉淀区高度比值D/h2=8.4/3=2.5<3(适合)
6)污泥斗计算
泥斗深h5=
tg50°=4.7(m);
泥斗容积为V=
×4.7×(0.52+8.42+0.5×8.4)=117.5(m3)
7)沉淀池总高度
H=h1+h2+h3+h4+h5=0.4+3+0.303+0.3+4.7=8.703(m)
从而得出竖流沉淀池的尺寸为直径D为8.4m,总高为8.703m
3.6生物接触氧化池
3.6.1设计过程
设计参数
进水COD浓度La=176.4mg/L
出水COD浓度Le=58.2mg/L
取一级生物接触氧化池的COD容积负荷M为1kgCOD/(m3·d)
1)生物接触氧化池填料容积
V=Q(La-Le)/M=2000*1.3*(0.1764-0.0582)/1=307.32,m3
式中V——填料的总有效容积,m3;
Q——日平均污水量,m3;
La——进水COD浓度,mg/L;
Le——出水COD浓度,mg/L;
M——COD容积负荷率,gCOD/(m3·d)。
2)生物接触氧化池总面积
A=V/H=307.32/3=102.44m2
式中A——接触氧化池总面积,m2;
H——填料层高度,m,取3m。
3)设一座接触氧化池,分3格,每格接触氧化池面积
f=A/3=34.15m2
每格池的尺寸长:
8.26m宽:
4.13m
4)污水与填料接触时间
t=V/Q=307.32/2600*24=2.8h
式中t——污水在填料层内的接触时间,h。
5)接触氧化池总高度
H0=H+h1+h2+(m-1)h3+h4
=3.0+0.5+0.5+(1-1)×0.2+0.5=4.5m
式中H0——接触氧化池的总高度,m;
H——填料层高度,m,取3.0m;
h1——池体超高,m,取0.5m;
h2——填料上部的稳定水层深,m,取0.5m;
h3——填料层间隙高度,m,取0.2m;
m——填料层数,取为1层;
h4——配水区高度,m,取0.5m。
生物接触氧化池选用组合纤维填料,其主要技术参数如下表3-5:
表3-5生物接触氧化池技术参数
型号
塑料环片直径
(mm)
填料直径
(mm)
单片间距离
(mm)
理论比表面积
(m2/m3)
ZV-150-80
75
150
80
2000
6)需气量
D=D0*Q=15*2600=39000m3
D0——1m3污水需气量,一般取15~20
7)污泥产量
按每去除1kgCOD产生0.15kg污泥计算,则生物接触氧化池的污泥产量W1为:
W=(0.1764-0.0582)*2600*0.15=46.10kg/d
3.6.2生物接触氧化池的处理效率
生物接触氧化池的处理效率见表3-6
表3-6生物接触氧化池的进水水质、出水水质及处理效率
项目
Pb
Cu
CODcr
SS
PH
进水
3.2mg/l
0.048mg/l
176.4mg/l
8.55mg/l
6~7
出水
0.96mg/l
0.014mg/l
58.2mg/l
4.275mg/l
7~8
处理效率
70%
70%
67%
50%
—
3.7二沉池的设计
1)二沉池的表面积
n—设计的初沉池座数,此处取n=1,
q0—水力表面负荷,一般取0.6—1.5。
此处取q0=1.3m3/(m2/h)
2)直径
,此处取10.3m。
3)沉淀池有效水深
t—沉淀时间,范围1.5~2.5h。
此处取t=2.3h。
有效水深应采用2.0—4.0m,符合要求。
4)沉淀区有效容积
5)沉淀池坡底落差
i—坡向污泥斗的底板坡度,取i=0.05
6)污泥斗以上圆锥体部分的污泥容积V1
7)污泥斗高度
r1、r2分别为污泥斗上、下部分的半径,取r1=1m,r2=0.5m
α—沉淀池底面与污泥斗壁的夹角,角度应大于55
,此处取α=60
。
8)污泥斗容积
9)污泥总体积
=
+
=7.08
+1.594
=8.67
10)沉淀池总高度H
h1—沉淀池超高,取h1=0.3m;h2—有效水深3m;
h3—缓冲层高度,当直径大于20m时,采用机械排泥,取h3=0.3m
h4—沉淀池底坡落差;h5—污泥斗高度。
11)沉淀池池边高度
所以该二沉池的尺寸为直径10.3m,总高4.68m.
3.8污泥浓缩池的设计
1)日产污泥量
浓缩池污泥量为混凝沉淀池Ⅰ、Ⅱ和二沉池的污泥量之和,由初沉污泥量公式V1=100C0ηQmax/1000×(100-P)ρ计算得,其中C0为进水中悬浮物质量的浓度,η为沉淀池中的悬浮物的去除率,P为污泥的含水率,%;ρ为污泥的密度,以1000kg/m³计。
竖流式沉淀池Ⅰ污泥量为:
V1=100C0ηQmax/1000×(100-P)ρ=100×95×70×2600/1000×(100-97)×1000=576.3m³/d
竖流式沉淀池Ⅱ污泥量为:
V2=100C0ηQmax/1000×(100-P)ρ=100×28.5×70×2600/1000×(100-97)×1000=172.9m³/d
二沉池的污泥量为:
V3=100C0ηQmax/1000×(100-P)ρ=100×8.55×50×2600/1000×(100-99)×1000=111.5m³/d
所以日产污泥量V=V1+V2+V3=576.3+172.9+111.5=860.35m³/d
2)废水处理过程中日产污泥固体总量(污泥干重)
V’=3%V1+3%V2+2%V3=3%×576.3+3%×172.9+2%×111.5=26.7m³/d
3)混合污泥的总含水率P1
P1=100%×V’/V=26.7/860.35×100%=96.9%
4)浓缩池的面积A
A=VC0/M,其中进泥浓度取C0=10g/L;浓缩池固体通量M为0.5~10kg/(m2•h),本设计取2.7kg/(m2•h),即64.8kg/(m2•d)。
即A=VC0/M=860.35×10/64.8=91.9m²
5)浓缩直径
D=
=10.8m
6)浓缩池高度
浓缩池工作部分有效水深高度h2
则h2=Vt/24A=860.35×14/24×91.9=5.4m
池底坡度造成的深度h3
设泥斗的上口直径D1为2m;池底坡度为0.05
则h3=(D-D1)/2×0.05=(10.8-2)/2×0.05=0.22m
泥斗高h4
设D1为2m;下口D2直径为1.2m;
则h4=(D1/2-D2/2)tg60°=(1-1.2/2)tg60°=0.69m.
取缓冲高度h5=0.3m;超高h1=0.3m
所以浓缩池的总高H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+5.4+0.22+0.69+0.3=6.9m
7)浓缩后污泥的体积V’’
浓缩后混合污泥含水率为96%,则
V’’=V(1-P1)/(1-P2)=860.35(1-96.9%)/(1-96%)=666.7m³/d
所以该浓缩池的尺寸为直径10.8m,总高为6.9m
3.9污泥压滤机
选择2米重型压渣机,其参数如下表3-7:
表3-7重型压渣机参数
主机功率
11kw
总装机容量
21kw
主机外型尺寸
5500*2900*2700 (mm)
主机重量
13500kg
滤带有效宽度
2000mm
耗气量
0.1~0.25m3/h
滤带冲洗水压力
0.3-0.5mpa
处理量
20~35m3/h
滤带张紧及纠偏气压
0.3-0.8mpa
耗水量
12m3/h
带速
2-10m/min
3.10经过流程处理后的出水水质
经过一轮的工艺处理废水后,其水质情况见表3-8
表3-8经工艺流程处理后最后出水水质情况
项目
Pb
Cu
CODcr
SS
PH
进水
3.2mg/l
1.2mg/l
252mg/l
28.5mg/l
6~7
出水
0.96mg/l
0.36mg/l
83.16mg/l
14.25mg/l
7~8
处理效率
70%
70%
67%
50%
—
4.运行费用的核算
4.1主要构筑物
整个工艺流程的主要构筑物见表4-1
表4-1工艺流程的主要构筑物
序号
名称
规格尺寸
单位
数量
1
格栅
L×B×H=3.66×0.15×0.79m³
座
1
2
调节池
L×B×H=10×10×5m³
座
1
3
泵房
H×R=5×3
座
1
4
桨板式机械絮凝池
L×B×H=3×3×4.3m³
格
12
5
竖流式沉淀池
D×H=84×8.703m³
座
4
6
生物接触氧化池
L×B×H=8.26×4.13×4.5m³
格
6
7
二沉池
D×H=10.3×4.683m³
座
1
8
污泥浓缩池
D×H=10.8×6.9m³
座
1
9
压滤机
H×R=2×3
座
1
4.2建设运行的估算
工程投资估算见表4-2
表4-2土建投资估算表
序号
名称
尺寸
数量
结构
价格/万元
1
调节池
10m×10m×5m
1
钢混
4.5
2
泵房
5×3
1
钢混
3
3
桨板式机械絮凝池
3×3×4.3
12
钢混
30
4
竖流式沉淀池
84×8.703
4
钢混
7
5
生物接触氧化池
8.26×4.13×4.5
6
钢混
12
6
二沉池
10.3×4.683
1
钢混
3
7
污泥浓缩池
10.8×6.9
1
钢混
6
8
压滤机
2×3
1
钢混
2.5
小计(Ⅰ)
68
每日电耗见表表4-3
表4-3运行每日电耗
设备名称
工作台数
单台功率(KW)
每日工作时间(h)
日电耗(度)
电价(元/度)
日电费(元)
竖流式沉淀池
4
3
16
192
0.7
13