电厂废水处理课程设计说明书郭德宇.docx
《电厂废水处理课程设计说明书郭德宇.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电厂废水处理课程设计说明书郭德宇.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电厂废水处理课程设计说明书郭德宇
得分
南京工程学院
课程设计说明书
设计题目：
电厂水处理岛优化设计
课程名称:
电厂废水处理课程设计
院（系、部）:
环境工程系
专业:
电力环保
班级:
电力环保111
姓名:
郭德宇
学号:
216110318
起止日期:
2014-6-23~2014-6-27
指导老师:
胡志新
电厂废水处理课程设计说明书摘要
摘要：
火电厂的水处理系统及构筑物通常按照处理单元分开独立布置，设有各自独立的厂房、控制室和运行维护人员。
水处理岛的概念是将火力发电厂中各系统进行优化并有机地整合到一个水处理岛，组成一个涵盖整个火电厂的水处理区域。
这个区域可以达到分级、分质供水，综合回收废水，以达到节能和减排综合效应之目的。
关键词：
水处理岛；中水处理；节水技术；城市污水
1引言
1.1设计预期
电力是中国经济发展的命脉,已和煤炭、石油等基础能源并列,且为最不可缺少的能源。
近年来,全国在燃煤电站的设计中,正在进行以经济效益为的中心设计革命。
中国华电集团公司设计了几个示范电厂,在系统优化基础上,重点进行了布置方案论证,对主厂房外的水处理系统,首次推出了与传统分散布置模式不同的新模式，以岛的形式集中布置，组成一个涵盖整个火电厂的水处理区域，以便分级、分质供水，综合回收废水。
火电厂水处理岛的设计可使工艺流程更为合理，占地面积和建设成本减少，而且可集中控制。
我国西北地区某火电厂采用了水处理岛布置形式应用结果表明，整个水处理系统布置简洁、合理，自动化水平明显提高，降低工程造价1000余万元。
本文以某2×330MW机组为例,分析了将水处理系统各个单元有机地整合到一个水处理岛设计方案的优化，并进行利用城市中水为电厂提供水源的尝试。
当前，城市中水处理主要是利用城市污水二级生化处理的出水，投加石灰乳、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺（PAM）等混凝剂和助凝剂进行混凝、澄清、过滤处理，可以降低水的硬度和碱度，同时和各种有机物在沉淀过程中大量吸附原水中的悬浮物和胶体等，使出水水质达到排放要求。
但因出水水质很难达到火电厂水源要求，而火力发电厂水处理通常由原水预处理、除盐水处理、凝结水精处理、工业废水处理、含煤废水处理、生活污水处理几部分组成,对这样经过二级生化处理的中水并没有具有针对性的处理方案，本设计以此为出发点，尝试为城市中水作为火力发电厂水源提供科学化、合理化、经济化的优化方案[1]。
1.2课程设计目的
本课程设计设置的目的在于加强学生的工程概念，培养学生的工程技术能力。
对于工程基本建设，第一步的工作就是设计。
电厂水处理岛优化系统设计是一门结合实际工程，根据工程设计条件，设计工业给水处理工艺系统的专业实践。
通过电厂废水处理课程的相关学习，使学生比较牢固地掌握电厂水处理工艺设计的原则和系统总体优化的方法，了解工程设计的设计思想和各种技术规程规定，增强分析问题和解决问题的能力。
本课程设计属于电厂废水处理岛系统优化设计，具体为电厂锅炉给水系统工艺设计的范围，让学生学习和接受训练对设计的原始资料的收集和校核方法、水处理系统优化工艺计算、附属系统选择、工程图纸绘制等内容。
经过这些技术环节的训练，学生应较好地掌握水处理岛综合优化设计。
经过了本课程设计的学习，应促进学生所学理论与实际的结合，并掌握一定数量的工程技术数据，锻炼如下能力：
1、培养学生资料收集及加工整理能力；
2、培养学生创新意识和独立工作能力；
3、培养学生综合运用所学的基本理论、基本知识和基本技能、分析解决实际问题的能力；
4、培养学生的工作意识，增强学生的工程实践能力；
5、培养学生设计运算能力及专业设计手册的使用能力；
6、培养学生计算机操作及应用能力；
7、培养学生方案分析论证能力；
8、通过设计，学生应熟悉并掌握与电厂废水处理有关的方针政策、标准规范；
9、培养学生工程制图及设计计算说明书的编写能力。
2电厂用水及水源情况
该期工程2
330MW机组，夏季纯凝工况中水补充水量为350m3/h，冬季供热工况中水补充水量435m3/h，电厂工业用水（包括循水系统补充水,化学补水等）均采用中水，中水处理量按照580m3/h设计。
根据该项目水质监测承担单位提供的水质检验报告，所监测的项目中NH3-N，SS含量均超过《污水综合排放标准》的二级标GB标准，NH3-N最高超标19.4倍，平均值超标7.3倍，SS最高超标9.0倍，平均值超标4.1。
由于污水处理厂出水水质严重超标，尤其氨氮指标较高，SS指标也大大超标，出水水质指标波动较大，不能满足电厂工业水系统直接回用的要求，必须进行进一步深度处理以及水处理系统优化才能使用。
而城市污水处理厂出水回用作为电厂用水，已成为缺水地区新建电厂项目的必然选择。
同时，电厂必须建设中水深度处理设施对其进行深度处理后才能使用。
表2-1污水综合排放标准---GB8978-1996（规定的水质标准）单位：
mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+-N
SS
TN0
TP0
含量
60
20
15
20
15
1
该工程机组设计进水水质如下表所示：
表2-2污水进水水质单位：
mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+-N
SS
TN0
TP0
含量
280
160
177.5
126
177.5
未超标
该设计的污水处理量为600m3/h。
3污水处理方案及选择论证
3.1污水主要处理方法
电厂中水处理根据所提供的数据必须要考虑有效去除SS、NH3-N，可以采用的方法有：
石灰澄清加生物滤池工艺、SBR法、氧化沟、A2/O法以及MBR法[2]。
3.1.1曝气生物滤池+石灰澄清处理
A工艺流程：
二级处理后的城市污水→调节水池→原水提升泵→曝气生物滤池→中间水池→中间提升水泵→石灰处理澄清池→澄清和过滤水沟→变孔隙滤池→滤池出水沟→清水池→循环水补水泵→循环冷却水系统
B工作原理：
主要适用于城市污水处理厂出水达到国家二级排放标准的情况，这种处理方式对城市污水处理厂出水有较严格要求，如出水水质波动大，深度处理后水质可能达不到回用标准，影响后续工业用水水质和化学水处理设备的运行。
3.1.2SBR工艺
A工艺流程：
污水→一级处理→曝气池→处理水
B工作原理：
1、流入工序：
废水注入，注满后进行反应，方式有单纯注水、曝气、缓速搅拌三种；
2、曝气反应工序：
当污水注满后即开始曝气操作，这是最重要的工序，根据污水处理的目的，脱氮除磷应进行相应的处理工作。
3、沉淀工艺：
使混合液泥水分离，相当于二沉池；
4、排放工序：
排除曝气沉淀后产生的上清液，作为处理水排放，一直到最低水位，在反应器残留一部分活性污泥作为泥种。
5、待机工序：
等处理水排放后，反应器处于停滞状态等候一个周期。
优点：
1、可同时脱氮除磷；
2、静置沉淀可获得低SS出水；
3、耐受水利冲击负荷；
4、操作灵活性好。
缺点：
1、同时脱氮除磷时操作复杂；
2、滗水设施的可靠性对出水水质影响大；
3、设计过程复杂；
4、维护要求高，运行对自动控制的依赖性强；
5、池体容积较大。
3.1.3氧化沟
A工艺流程：
污水→氧化沟→二沉池→处理水排放
B工作原理：
氧化沟一般呈环形沟渠状，污水在沟渠内做环形流动，利用独特的水力流动特点，在沟渠转弯处设曝气装置，硝化和反硝化作用，取得脱氮的效应，同时氧化沟法污泥龄较长，可以存活时代在曝气池上方为厌氧段，下方则为好氧段，从而产生富氧区和缺氧区，可以进行时间较长的微生物进行特别的反应，如脱氮除磷。
C工作特点：
1、在液态上，介于完全混合与推流之间，有利于活性污泥的适于生物凝聚作用。
对水量水温的变化有较强的适应性，处理水量较大。
2、污泥龄较长，一般长达15-30天，到以存活时间较长的微生物，如果运行得当，可以进行脱氮除磷反应。
3、污泥产量低，且多已达到稳定。
4、自动化程度较高，便于管理。
5、占地面积较大，运行费用低。
6、脱氮效果还可以进一步提高，因为脱氮效果的好坏很大一部分决定于内循环，要提高脱氮效果势必要增加内循环量，而氧化沟的内循环量从理论上说可以不受限制，因而具有更大的脱氮能力。
7、氧化沟法自问世以来，应用普遍，技术资料丰富。
3.1.4A2/O处理工艺
A2/O处理工艺是厌氧－缺氧－好氧生物脱氮除磷工艺的简称，A2/O工艺是在厌氧－好氧除磷工艺的基础上开发出来的，该工艺同时具有脱氮除磷的功能。
A工艺流程：
进水→厌氧→缺氧→好氧→二沉池→处理水
B工作原理：
污水进入厌氧反应区，同时进入的还有从二沉池回流的活性污泥，聚磷菌在厌氧环境条件下稀释，同时转化易降解COD、VFA为PHB，部分含氮有机物进行氨化。
污水经过第一个厌氧反应器以后进入缺氧反应器，本反应器的首要功能是进行脱氮。
硝态氮通过混合液内循环由好氧反应器传输过来，通常内回流量为2~4倍原污水流量，部分有机物在反硝化菌的作用下利用硝酸盐作为电子受体而得到降解去除。
混合液从缺氧反应区进入好氧反应区，混合液中的COD浓度已基本接近排放标准，在好氧反应区除进一步降解有机物外，主要进行氨氮的硝化和磷的吸收，混合液中硝态氮回流至缺氧反应区，污泥中过量吸收的磷通过剩余污泥排除。
优点：
1、能够同时脱氮除磷；
2、反硝化过程为硝化提供碱度；
3、反硝化过程同时去除有机物；
4、污泥沉降性能好。
缺点：
1、回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区，对除磷效果有影响；
2、脱氮受内回流比影响；
3、聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有机物。
3.1.5MBR膜生物反应器
膜生物反应器（MembraneBio-Reactor,MBR）为膜分离技术与生物处理技术有机结合之新型态废水处理系统。
以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量，主要利用沉浸于好氧生物池内之膜分离设备截留槽内的活性污泥与大分子有机物。
A工艺流程：
进水→生物反应器→膜组件→消毒→处理水
优点：
1、可以实现反应器水力停留时间HRT和SRT的充分分离；
2、占地面积小；
3、剩余污泥产量极低，理论上可以实现零污泥排放；
4、系统硝化良好，难降解有机物得到了进一步充分的降解。
缺点：
1、基础造价较高；
2、膜组件易受污染；
3、膜使用寿命有限；
4、运行费用高。
3.2各种方法的技术对比
类型
石灰澄清加生物滤池
氧化沟
SBR工艺
A2/O工艺
MBR工艺
污泥负荷（kgBOD/kgMLSS•d）
0.03～0.10
0.03~0.10
0.20~0.3
＜0.18
0.05～0.15
污泥龄（天）
20～30
20～30
16.5
＞10
污泥回流比（%）
50～200
50～200
30
50～100
占地面积
小
小
较小
小
小
稳定性
一般
一般
一般
好
好
表3-1技术对比表
本项目污水处理的特点为：
一、污水中主要污染物指标SS值为典型城市污水值。
此外考虑到NH4+-N出水浓度排放要求比较高，因此需要采用能够同时脱氮且效果较好的工艺；
二、重金属及其他的难以生物降解的有毒有害污染物一般不超标；
三、本课题污水处理量一般，在达到污水处理要求的前提下，也应着重考虑工程占地面积。
针对以上特点，以及出水要求，以采用生化处理最为经济。
根据相关资料的查阅，要达到确定的治理目标，可采用“前置A2/O活性污泥法+MBR膜生物处理法”。
4污水处理工艺流程设计及原理说明
4.1工艺流程图
根据以上所述，主要优化采用“前置A2/O活性污泥法+MBR膜生物处理法”的污水处理工艺，该工艺的工艺流程图如下图所示[3]：
图4-1工艺流程图
4.2工艺原理及工程说明
4.2.1曝气沉砂池
曝气沉砂池是一长形渠道，沿渠壁一侧的整个长度方向，距池底60~90cm处安设曝气装置，在其下部设集砂斗，池底有i=0.1~0.5的坡度，以保证砂粒滑入。
由于曝气作用，废水中有机颗粒经常处于悬浮状态，砂粒互相摩擦并承受曝气的剪切力，砂粒上附着的有机污染物能够去除，有利于取得较为纯净的砂粒。
在旋流的离心力作用下，这些密度较大的砂粒被甩向外部沉入集砂槽，而密度较小的有机物随水流向前流动被带到下一处理单元。
另外，在水中曝气可脱臭，改善水质，有利于后续处理，还可起到预曝气作用[4]。
4.2.2生物池
生物池是A2/O工艺的核心部分，由三个池组成，根据污水的流动方向，可将生物池细分为厌氧池、缺氧池和好氧池。
厌氧反应器：
原污水与从沉淀池排出的含磷回流污泥同步进入，本反应器主要功能是释放磷，同时部分有机物进行氨化；
缺氧反应器：
首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的，循环的混合液量较大，一般为2Q（Q为原污水流量）；
好氧反应器：
曝气池，这一反应单元是多功能的，去除BOD、硝化和吸收磷等均在此处进行。
流量为2Q的混合液从这里回流到缺氧反应器。
4.2.3膜池
膜池装有膜生物反应器，它利用膜分离装置将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质有效截留，替代二沉池，使生化反应池中的活性污泥浓度（生物量）大大提高。
5主要构筑物的工艺设计与计算
5.1设计流量的计算
设计平均流量：
最大设计流量选取流量系数Kz=1.2，则：
最大设计流量：
5.2膜细格栅
事先对污水进行充分的机械性预过滤处理是保证膜生物反应装置正常运转的基本条件。
特别是毛发和纤维物质会导致“成辫”现象，并造成组件内泥浆累积，降低过滤能力，使装置的维护清理工作量大大增加[5]。
在去除粗大栅渣物质时，一般采用格栅或筛网过滤装置。
但只是采用普通的格栅（栅距从6mm至12mm）去除粗大物质是不能满足膜处理装置要求的。
而应采用筛缝≤3mm的细格栅才能满足要求。
在选择筛缝间距时，必须根据污水中纤维物质的含量和膜组件结构对这些干扰物质的敏感状态而确定。
有时甚至要求采用筛缝≤1mm的精细过滤装置。
为了保护膜组件，进一步降低污水中的SS，设6台转鼓式膜细格栅，鼓栅直径2.4m，栅隙宽b=1mm，安装角度α=35°，栅前水深h=1.55m，过栅流速v=0.75m/s。
5.3污水泵房
泵房采用干式半地下式矩形合建式泵房，具有布置紧凑、占地少、结构较省的特点，便于开槽施工，适用于自灌式泵站。
集水池和机器由隔水墙分开，而且只有吸水管和叶轮淹没在水中，这样可保持机器间干燥，有利于水泵的保养和检修，也可以避免污水对轴承、管道、仪表的腐蚀。
在自动化程度较高的泵站，较重要的地区的雨水泵站、以及开启频繁的污水泵站中，尽量采用自灌式泵站。
它的优点是启动及时可靠，不需要引水的辅助设备，操作简便，缺点是泵房较深，增加工程造价。
而且由于噪音较大，妨害工作人员判断水泵是否正常工作。
采用自灌式泵站时水泵叶轮（或轴承）低于集水池的最低水位，在最高、中间和最低水位三种情况下都能直接启动，启动可靠。
操作方便。
但增加了泵站的深度，增加地下工程造价。
水泵的选择原则：
1、污水泵站一般按最大日最大时流量设计，通过调整水泵工作台数兼顾其他流量时段的情况。
2、水泵扬程由污水提升高度和吸水管、压头管水头损失确定。
3、为了适应不同流量时的情况，考虑采用四台水泵，其中一台备用。
4、根据水质、水量和提升高度确定水泵的型号，同一泵站应选用类型相同、口径相同的水泵，以便利于管理和维修。
5.3.1水泵的选择
根据污水高程计算的结果，泵站到细格栅之间的高程差为8m，设泵站内的总损失为2m，吸压水路管路的总损失为2m，则可确定水泵的扬程H为：
H=Hst+∑h=8+2+2=12m
水泵提升的流量按最大时流量考虑，Q=600m3/h,按此流量和扬程来选择水泵[6]。
表5-1水泵规格表
型号
规格
流量
扬程
性质
功率
（KW）
转速
（r/min）
电压
（V）
250-600-10
250
600
10
30
980
380
250-600-12
250
600
12
37
1450
〃
250-600-15
250
600
15
45
1450
〃
250-600-20
250
600
20
55
1450
〃
250-600-25
250
600
25
75
1450
〃
选择250-600-12型潜水排污泵，共两台，1用1备，单泵性能参数为：
流量为600m3/h，口径250mm,扬程为12m，转速为980r/min，功率45kw。
泵房形式及其布置：
采用半地下式矩形结构，占地少，结构较省的特点。
水泵为单排并列式布置。
5.4集水间
设计集水池的有效水深为5m,根据设计规范，集水池的容积应大于污水泵5min的出水量,即V＞0.2m3/s×5×60=60m3,可将其设计为矩形，其尺寸为3×4m，池高为6m，则池容为72m3。
同时为减少滞流和涡流可将集水池的四角设置成内圆角。
并应设置相应的冲洗或清泥设施。
5.5曝气沉砂池
曝气沉砂池是一长形渠道，沿渠壁一侧的整个长度方向，距池底60~90cm处安设曝气装置，在其下部设集砂斗，池底有i=0.1~0.5的坡度，以保证砂粒滑入。
由于曝气作用，废水中有机颗粒经常处于悬浮状态，砂粒互相摩擦并承受曝气的剪切力，砂粒上附着的有机污染物能够去除，有利于取得较为纯净的砂粒。
在旋流的离心力作用下，这些密度较大的砂粒被甩向外部沉入集砂槽，而密度较小的有机物随水流向前流动被带到下一处理单元。
另外，在水中曝气可脱臭，改善水质，有利于后续处理，还可起到预曝气作用[7]。
5.5.1工艺设计
设计流量（按最大设计流量算）：
Qmax=0.2m³/s；水平流速：
0.08m/s；最大流量时停留时间：
2min。
1、沉砂池的尺寸
（1）池子总有效容积：
V=0.2×2×60=24m3
（2）水流断面积：
A=Qmax/v=0.2÷0.08=2.5m2
（3）池总宽度：
取有效水深为h2=1.6m；
则池总宽度：
B=A/h2=2.5÷1.6=1.56=1.6m
（4）池长：
L=V/A=24÷2.5=9.6m
平面尺寸：
B×L=1.6m×9.6m
沉砂池横向分为2格，即
l=L/2=9.6÷2=4.8m
（5）每小时所需空气量：
取d（每立方米污水所需空气量，m³）为0.2m³/m³污水，则有：
（6）沉砂斗所需容积：
设清除沉砂间隔时间T=2d，X为城市污水沉砂量，一般取X=30m³/106m³污水；
（7）沉砂斗各部分尺寸如下：
设斗底宽a1=0.6m；斗壁倾角55°；斗高h3`=0.8m；即有：
砂斗上口宽：
沉砂斗容积：
沉砂室高度：
采用重力排砂，设池底坡度为0.06，坡向砂斗，沉砂室由两部分组成：
一部分为沉砂斗，另一部分为沉砂池坡向沉砂斗的过渡部分，沉砂室的宽度为：
由此可知，沉砂室高度为：
沉砂池总高度：
设超高h1=0.3m；
验算最小流速：
符合要求。
6A2/O反应池
6.1工艺设计参数
1、设计最大流量：
2、设计进水水质见表6-1：
将生活污水引入A2/O反应池后，BOD5=160mg/L，为保证NO3-N完全还原为N2有足够的碳源有机物（BOD5/TKN）需额外增加碳源使BOD5达到710mg/L。
表6-1污水进水水质单位：
mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+-N
SS
TNo
含量
280
710
177.5
126
177.5
3、设计出水水质见表6-2：
表6-2污水出水水水质单位：
mg/L
项目
CODcr
BOD5
NH4+-N
SS
TNo
含量
60
20
15
20
20
4、BOD5污泥负荷：
5、回流污泥浓度：
6、污泥回流比：
7、混合液悬浮固体浓度：
8、混合液回流比：
R内
TN去除率:
1
6.2A2/O设计计算
6.2.1厌氧池
1．设计参数
最大流量200L/s，设置1座，每座设计流量580L/s
水力停留时间T=2.0h
2．设计计算
（1）厌氧池容积
V=Q×T=0.2×2×3600=1440m3
（2）厌氧池的尺寸
水深取h=2m，则厌氧池面积
A=
=
=720m3
池宽取20m，则池长
L=A/B=720/20=36m。
厌氧池直径D：
D=
=30.3≈31m
设双廊道式厌氧池，水面超高为0.3m
故池总高
H=h+0.3=2.3m
6.2.2缺氧池
1.设计参数
设计流量：
最大日平均时流量Q=200L/S
2.设计计算
（1）缺氧池容积：
V=Q×T=0.2×1×3600=720m3
（2）缺氧池尺寸：
水深取为h=2m
则缺氧池面积：
V=
=720/2=320m2
池宽取20m，则池长L=A/B=360/20=18m
考虑0.3m的超高，故池总高为
H=h+0.3=2+0.3=2.3m
6.2.3曝气池
1.采用传统推流式曝气池[8]
（1）污水处理程度的计算
取原污水BOD5值（S0）为710mg/L，经初次沉淀池及缺氧池、厌氧段处理，按降低25％考虑，则进入曝气池的污水，其BOD5值（Sα）为：
Sα＝720（1-25％）＝532.5mg/L
计算去除率，对此，出水溶解性BOD5可用下式估算：
Se=Sz-7.1KdfCe
式中：
Se—出水溶解性BOD5；
Sz—二沉池出水总BOD5，Sz=20mg/L
Kd—活性污泥自身氧化系数，典型值为0.06；
f—二沉池出水SS中VSS所占比例，f=0.75
Ce—二沉池出水SS，Ce=20mg/L
故有：
Se=20-7.1×0.06×0.75×20mg/L=13.61mg/L
（2）确定污泥负荷Ns曝气池进水BOD5浓度Sα=532.5mg/L，曝气池的BOD5去除率：
污泥负荷Ns计算公式：
Ns=
K2为动力学参数，取0.0200,Se=13.61mg/L,
=0.974,f=
代入各值
（3）确定混合液污泥浓度（X）
根据已确定的Ns值，查图SVI与污泥负荷率NS的关系图得相应的SVI值为150-200，取值160
根据式X=
X—曝气池混合液污泥浓度
R—污泥回流比
取r=1.2，R=100％，代入得：
‘
X=
＝
mg/L
取3800mg/L。
根据活性污泥的凝聚性能，混合液污泥浓度（X）不可能高于回流污泥浓度（Xr）。
mg/L
X（4）曝气池容积为：
用污泥负荷法计算，设计进水流量Q=16704m³/d，曝气池混合液污泥浓度X=3800mgMLSS/L。
Q—曝气池设计流量（m3/s）
X—曝气池混合液污泥浓度（mgMLSS/L）
曝气池设两座，每座曝气池有效容积为5075m³。
（5）确定曝气池各部位尺寸
名义水力停留时间
Tm=
=
=17h
实际水力停留时间
Ts=
=
=
升级会员 