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设计任务和基本资料
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和理解，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
废水
格栅
二沉池
浆板式机械絮凝池
金属废水调节池
泵房
出水
（废酸）加药
竖流式沉淀池
（废酸）加药
竖流式沉淀池
接触氧化池
浆板式机械絮凝池
污泥浓缩池池
压滤机
滤
液
外运污泥
图2-1重金属废水处理流程图
（
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。
桨板宽度和长度之比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，桨板外缘和池侧壁间距不大于0．25m。
⑥所有搅拌轴及叶轮等机械设备应采取防腐措施。
轴承和轴架宜设于池外，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。
旋转桨板面积和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，四块挡板的面积和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，速度梯度和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
池直径和沉淀区高度比值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）污水和填料接触时间
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—沉淀池底面和污泥斗壁的夹角，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
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