污水处理厂污水深度处理工程设计学士学位论文.docx
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污水处理厂污水深度处理工程设计学士学位论文
学士学位论文
长春北郊污水处理厂污水深度处理工程设计
摘要
淡水资源在全球范围内是非常宝贵和稀缺的资源，合理利用、节约用水、减少污染、污水处理、开发新技术等是必行措施。
城市污水是水污染大户，故对城市污水进行处理并回用是保护环境与缓解用水危机的有效途径之一。
此次毕业设计是对长春市北郊污水厂深度处理工艺进行设计计算。
经综合考虑后，本设计主体处理构筑物采用机械搅拌混合池、网格絮凝池和斜板沉淀池，经过处理后使污水达到国家的一级排放标准。
二级处理后的污水经机械搅拌混合池充分混合后，进入网格絮凝池反应，形成大量絮凝体，而后进入斜板沉淀池，降低污水中的BOD，COD，SS，处理后的污水进入接触池消毒，达到排放标准。
本设计内容主要包括：
城市污水处理方法的综述、工艺流程图的确定、主要构筑物尺寸设计与计算、主要设备选型、污水高程计算等方面。
同时附有工艺流程图、平面布置图、絮凝池、斜板沉淀池等主要构筑物的平面图及剖面图。
本设计的完成将有利于长春市污水的达标排放，从而缓解长春市的用水危机，减少对环境的危害。
关键词：
深度处理；混合；网格絮凝池；斜板沉淀池
EngineeringdesignofadvancedwastewatertreatmentforChangchunNorthernsuburbsewagetreatmentplant
Abstract
Freshwaterresourcesintheglobalscopeisverypreciousandscarceresources,reasonableuse,savewater,reducepollution,sewagetreatment,thedevelopmentofnewtechnology,iswilldomeasures.Urbansewagewaterpollutionislarge,sotheurbansewagetreatmentandreuseistoprotecttheenvironmentandeasewatercrisisoneoftheeffectiveways.
ThegraduationprojectisaboutthenorthernsuburbofChangchunCitywastewatertreatmentplantadvancedtreatmentprocessdesignandcalculation.Afterconsideration,mechanicalmixingpool,gridflocculationpoolandinclinedplatesedimentationtanksareadoptedinthisdesign,theeffluentismadetoattainTheFirstDischargeStandardOfTheNation.Aftersecondarytreatmenteffluentmixedbymechanicalmixingpool,intothegridflocculationtankreactandproducelargeamountsoffloc,thenintotheinclinedplatesedimentationtanks,atthesametimeBOD,COD,SSarereduced.Atlast,itcomesintothecontactpooltoantisepsis,makingtheeffluentbeuptothestandardofthedischarge.
Thisdesigncontentmainlyincludes:
theurbansewagetreatmentmethodswerereviewed,processflowdiagram,themainstructurestodeterminethesize,themaindesignandcalculationofequipmenttypeselection,sewageelevationcalculation,etc.Atthesametimeaprocessflowdiagram,thefloorplan,flocculationpool,theinclinedplate,theplanofthemainstructurestrapsandsection.ThedesignofthecompletewillbenefitofChangchuncitysewagestandardsandrelievetheChangchuncitycrisisofwater,reducetheharmtotheenvironment.
Keywords：
advancedtreatment;mixed;flocculation;precipitation
摘要
Abstract
第1章绪论
1.1设计任务与要求
1.1.1污水深度处理设计规模
该污水厂位于长春市北郊，深度处理构筑物建设规模为Q=100000m3/d。
1.1.2进水与出水水质
出水水质确定的依据和标准为：
中国标准《地面水环境质量标准》（GB3838-2002）；中国标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）。
深度处理前进水水质：
COD≤60mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤20mg/LTKN≤20mg/L，NH3-N≤8（15）mg/L，TP≤1mg/L。
处理后出水水质要求：
COD≤60mg/L，BOD5≤10mg/L，SS≤5mg/L，NH3-N≤8mg/L，TP≤1mg/L，浊度≤5NTU。
其他指标如氯化物、总碱度、总硬度、溶解性总固体等由于进水中含量较低，能够满足循环冷却用水和城市杂用水的要求。
污染物去除率要求为：
EBOD5≥50%，ESS≥75%。
另，COD、NH3-N、TP在二级处理时已经达到排放与回用标准。
1.1.3设计要求
（1）方案选择与论证，包括多个方案的技术经济比较、设计要素选取时的考虑依据。
（2）设计计算书1份。
计算书中应有包含以下内容：
目录、中英文摘要、池体设计计算过程及设备选型的依据、工程量统计、设计心得、参考文献等内容。
（3）图纸：
包括所有必要的反应沉淀池单体图及必要的大样图、图纸目录等。
1.1.4设计的内容与目的
（1）内容：
①长春市北郊污水厂10万吨污水深度处理工艺的选择与确定。
②各构筑物（混合池、絮凝池、沉淀池）尺寸的计算说明。
③构筑物平面图、剖面图等的绘制。
深度处理工艺一般包括混合、絮凝、沉淀、过滤，但过滤不包括在本次设计范围之内。
（2）目的：
①进一步巩固加深所学的基础理论、基本技能和专业知识，并使之系统化、综合化。
②加强计算、CAD绘图、数据处理、编辑设计文件、使用规范化手册等最基本的工作实践能力。
③着重培养独立工作、独立思考并运用已学的知识解决实际工程技术问题的能力以及独立获取新知识的能力。
1.2城市概况
1.2.1当地自然条件
长春市作为吉林省省会，是全省政治、经济、文化中心，是以汽车等机械制造和轻工业为主的工业城市，属全国十五个副省级城市之一。
长春市现辖六区、一县，三市（县级）。
行政区划分为朝阳、南关、宽城、二道河子、绿园、双阳六区和农安县，九台、榆树、德惠三个县级市。
全市总面积18800平方公里，人口731万。
城区内有工业企业约1600余个，大体可分为三个工业区：
以经济开发区为主的东部工业区；以生产客车、机车为主的铁西工业区；以汽车制造、高新开发区为主的西南工业区。
长春市位于吉林省中部，伊通河畔。
地形从西南向东北倾斜，海拔在245.00~195.00之间。
伊通河从南向北流经市区东部，是二道河子、市中心、南湖及八里堡等排水区排泄雨、污水的受纳水体。
伊通河径流短，其流量受新立城水库泄流控制，年平均流量为3.2m3/s，最大流量为256m3/s，最小流量为0.035m3/s。
新开河为伊通河一个支流，从市区西南向东北流过，汇水面积小，冬季干枯，是汽车厂区和西南区排泄雨、污水的水体。
西安桥外的串库河是伊通河的另一个支流，河床很短，是铁西区、宋家洼子区雨、污水的排放水体。
另外，市区有风景秀丽的南湖，面积96万m2，蓄水量300万m3，是南湖排水区调节雨水的天然水体。
长春市属北寒带半湿润大陆性季风气候，春季干燥多风，夏季湿热多雨，秋季多晴暖天气，降温快，冬季漫长，干燥而寒冷。
年平均气温4.8℃，极端最高气温39.5℃，极端最低气温－39.8℃。
冬季多辐射逆温天气，逆温天数占总天数的86%，年平均降雨量622mm，其中61%集中在6、7、8三个月，其中7月份最大。
从11月15日至次年4月15日为采暖期。
长春市常年主导风向是西南风，年平均风速4~5m/s。
区域内发育地层较为简单，主要为中生代白垩纪的碎屑岩及第四纪地层，基岩为泥质或钙质胶结的泥岩、砂岩及互层，厚度约100~300m，第四纪地层为一套黄土状亚粘土，厚度约10~30m，透水性很差，上覆0.5m黑色耕土。
地下水层厚10~40m，水位埋深3~5m，水化学类型属CIHCO3-Ca和HCO3-Ca-Na型，矿化度＜0.5g/l。
河西为台地，表层有0.5~1.0m耕植土，中层6~10m厚为亚粘土，最大厚15m，地下水位2~4m。
河东为阶地，自上而下分别为杂填土、粉质粘土、淤泥粉质粘土、砂土和泥岩，地下水位为1.0m左右。
冻土深度1.61~1.85m。
地震烈度为VII度。
1.2.2交通设施
长春大房身机场位于市区西部11公里处，这里有到北京、大连、广州、南京、上海、深圳等大中城市的航班，此外，还有到中国香港、韩国首尔、俄罗斯符拉迪沃斯托克等地的多条国际（地区）航线。
长春站位于市区北部、人民大街（原斯大林大街）的最北端，是东北地区第三大客运站。
京哈、长白、长图铁路呈大十字型在这里相交，通达国内数十个大中城市，有始发北京、上海、西安等地的列车。
通过长春的高速公路有三条：
沈哈高速（沈阳——长春——德惠）、长吉高速（长春——吉林）、长营高速（长春——营城子）。
此外，还有102国道（北京——哈尔滨）和302国道（乌兰浩特——图们）贯穿而过。
1.2.3建设项目所在地理位置
长春市北郊污水处理厂二期工程位于现有北郊污水处理厂内中部及东北部。
1.3国内外污水深度处理工艺简介
污水深度处理，也称高级处理或三级处理。
它是将二级处理出水再进一步进行物理、化学和生物处理，以便有效去除污水中各种不同性质的杂质，从而满足用户对水质的使用要求。
深度处理常见的方法有以下几种[1,2,3]。
1.3.1活性炭吸附法
活性炭是一种多孔性物质，而且易于自动控制，对水量、水质、水温变化适应性强，因此活性炭吸附法是一种具有广阔应用前景的污水深度处理技术。
活性炭对分子量在500~3000的有机物有十分明显的去除效果，去除率一般为70%~86.7%，可经济有效地去除嗅、色度、重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等。
常用的活性炭主要有粉末活性炭（PAC）、颗粒活性炭（GAC）和生物活性碳（BAC）三大类。
近年来，国外对PAC的研究较多，已经深入到对各种具体污染物的吸附能力的研究。
淄博市引黄供水有限公司根据水污染的程度，在水处理系统中，投加粉末活性炭去除水中的COD，过滤后水的色度能降底1~2度；臭味降低到0度。
GAC在国外水处理中应用较多，处理效果也较稳定，美国环保署（USEPA）饮用水标准的64项有机物指标中，有51项将GAC列为最有效技术。
GAC处理工艺的缺点是基建和运行费用较高，且容易产生亚硝酸盐等致癌物，突发性污染适应性差。
如何进一步降低基建投资和运行费用，降低活性炭再生成本将成为今后的研究重点。
BAC可以发挥生化和物化处理的协同作用，从而延长活性炭的工作周期，大大提高处理效率，改善出水水质。
不足之处在于活性炭微孔极易被阻塞、进水水质的pH适用范围窄、抗冲击负荷差等。
目前，欧洲应用BAC技术的水厂已发展到70个以上，应用最广泛的是对水进行深度处理。
抚顺石化分公司石油三厂采用BAC技术，既节省了新鲜水的补充量，减少污水排放量，减轻水体污染，降低生产成本，还体现了经济效益和社会效益的统一。
今后的研究重点是降低投资成本和增加各种预处理措施与BAC联用，提高处理效果。
1.3.2膜分离法
膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型的流体分离单元操作技术。
它的最大特点是分离过程中不伴随有相的变化，仅靠一定的压力作为驱动力就能获得很高的分离效果，是一种非常节省能源的分离技术。
微滤可以除去细菌、病毒和寄生生物等，还可以降低水中的磷酸盐含量。
天津开发区污水处理厂采用微滤膜对SBR二级出水进行深度处理,满足了景观、冲洗路面和冲厕等市政杂用和生活杂用的需求。
超滤用于去除大分子，对二级出水的COD和BOD去除率大于50%。
北京市高碑店污水处理厂采用超滤法对二级出水进行深度处理，产水水质达到生活杂用水标准，回用污水用于洗车，每年可节约用水4700m3。
反渗透用于降低矿化度和去除总溶解固体，对二级出水的脱盐率达到90%以上，COD和BOD的去除率在85%左右，细菌去除率90%以上。
缅甸某电厂采用反渗透膜和电除盐联用技术，用于锅炉补给水。
经反渗透处理的水，能去除绝大部分的无机盐、有机物和微生物。
纳滤介于反渗透和超滤之间，其操作压力通常为0.5~1.0MPa，纳滤膜的一个显著特点是具有离子选择性，它对二价离子的去除率高达95%以上，一价离子的去除率较低，为40%~80%。
潘巧明等人采用膜生物反应器－纳滤膜集成技术处理糖蜜制酒精废水取得了较好结果，出水COD小于100mg/L，废水回用率大于80%。
我国的膜技术在深度处理领域的应用与世界先进水平尚有较大差距。
今后的研究重点是开发、制造高强度、长寿命、抗污染、高通量的膜材料，着重解决膜污染、浓差极化及清洗等关键问题。
1.3.3湿式催化氧化法
湿式催化氧化法（CWAO）是在传统的湿式氧化处理工艺中加入适宜的催化剂使氧化反应能在更温和的条件下和更短的时间内完成，也因此可减轻设备腐蚀、降低运行费用。
目前，建于昆明市的一套连续流动型CWAO工业实验装置，已经体现出了较好的经济性。
湿式催化氧化法的催化剂一般分为金属盐、氧化物和复合氧化物3类。
目前，考虑经济性，应用最多的催化剂是过渡金属氧化物如Cu、Fe、Ni、Co、Mn等及其盐类。
采用固体催化剂还可避免催化剂的流失、二次污染的产生及资金的浪费。
1.3.4超临界水氧化法
超临界水氧化法把温度和压力升高到水的临界点以上，该状态的水就称为超临界水。
在此状态下水的密度、介电常数、粘度、扩散系数、电导率和溶剂化学性能都不同于普通水。
较高的反应温度（400~600℃）和压力也使反应速率加快，可以在几秒钟内对有机物达到很高的破坏效率。
美国德克萨斯州哈灵顿首次大规模应用超临界水氧化法处理污泥，日处理量达9.8t。
系统运行证明其COD的去除率达到99.9%以上，污泥中的有机成分全部转化为CO2、H2O以及其他无害物质，且运行成本较低。
1.3.5光化学催化氧化法
目前研究较多的光化学催化氧化法主要分为Fenton试剂法、类Fenton试剂法和以TiO2为主体的氧化法。
Fenton试剂法由Fenton在20世纪发现，如今作为废水处理领域中有意义的研究方法重新被重视起来。
Fenton试剂依靠H2O2和Fe2+盐生成·OH，对于废水处理来说，这种反应物是一个非常有吸引力的氧化体系，因为铁是很丰富且无毒的元素，而且H2O2也很容易操作，对环境也是安全的。
Fenton试剂能够破坏废水中诸如苯酚和除草剂等有毒化合物。
目前国内对于Fenton试剂用于印染废水处理方面的研究很多，结果证明Fenton试剂对于印染废水的脱色效果非常好。
另外，国内外的研究还证明，用Fenton试剂可有效地处理含油、醇、苯系物、硝基苯及酚等物质的废水。
类Fenton试剂法具有设备简单、反应条件温和、操作方便等优点，在处理有毒有害难生物降解有机废水中极具应用潜力。
该法实际应用的主要问题是处理费用高，只适用于低浓度、少量废水的处理。
将其作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法，再与其他处理方法（如生物法、混凝法等）联用，则可以更好地降低废水处理成本、提高处理效率，并拓宽该技术的应用范围。
光催化法是利用光照某些具有能带结构的半导体光催化剂如TiO2、ZnO、CdS、WO3等诱发强氧化自由基·OH，使许多难以实现的化学反应能在常规条件下进行。
锐钛矿中形成的TiO2具有稳定性高、性能优良和成本低等特征。
在全世界范围内开展的最新研究是获得改良的（掺入其他成分）TiO2，改良后的TiO2具有更宽的吸收谱线和更高的量子产生率[4,5]。
1.3.6电化学氧化法
电化学氧化又称电化学燃烧，是环境电化学的一个分支。
其基本原理是在电极表面的电催化作用下或在由电场作用而产生的自由基作用下使有机物氧化。
除可将有机物彻底氧化为CO2和H2O外，电化学氧化还可作为生物处理的预处理工艺，将非生物相容性的物质经电化学转化后变为生物相容性物质。
这种方法具有能量利用率高，低温下也可进行；设备相对较为简单，操作费用低，易于自动控制；无二次污染等特点。
1.3.7臭氧法
臭氧具有极强的氧化性，对许多有机物或官能团发生反应，有效地改善水质。
臭氧能氧化分解水中各种杂质所造成的色、嗅，其脱色效果比活性炭好；还能降低出水浊度，起到良好的絮凝作用，提高过滤滤速或者延长过滤周期。
目前，由于国内的臭氧发生技术和工艺比较落后，所以运行费用过高，推广有难度。
污水的深度处理在城市和工业污水回用处理中扮演着非常重要的角色。
在传统的生物方法之后，深度处理用于去除额外的污染物、特殊金属以及其他有害成分。
现在已有的深度处理方法包括颗粒介质过滤、吸附、膜技术、高级氧化和消毒等。
该技术是一种正在发展的、重要的，并且能够得到高质量再生水源的污水回用技术。
不断的深入研究将会带来更为有效的污水回用技术的改进，并在未来的污水回用中更为广泛的使用。
1.3.8辐射法
辐射法是利用高能射线（γ、χ射线）和电子束等对化合物的破坏作用所开发的污水辐射净化法。
一般认为辐射技术处理有机废水的反应机理是由于水在高能辐射的作用下产生·OH、H2O2、·HO2等高活性粒子，再由这些高活性粒子诱发反应，使有害物质降解。
辐射法对有机物的处理效率高、操作简便。
该技术存在的主要难题是用于产生高能粒子的装置昂贵、技术要求高，而且该法的能耗大、能量利用率较低；此外为避免辐射对人体的危害，还需要特殊的保护措施。
因此该法要投入运行，还需进行大量的研究探索工作。
1.3.9超声辐射降解法
超声辐射降解法主要源于液体在超声波辐射下产生空化气泡，它能吸收声能并在极短时间内崩溃释放能量，在其周围极小的空间范围内产生1900～5200K的高温和超过50MPa的高压。
进入空化气泡的水分子可发生分解反应产生高氧化活性的·OH，诱发有机物降解；此外，在空化气泡表层的水分子则可以形成超临界水，有利于化学反应速度的提高。
超声波对含卤化物的脱卤、氧化效果显著，氯代苯酚、氯苯、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等含氯有机物最终的降解产物为HCl、H2O、CO、CO2等。
超声降解对硝基化合物的脱硝基也很有效。
添加O3、H2O2、Fenton试剂等氧化剂将进一步增强超声降解效果。
超声与其他氧化法的组合是目前的研究热点，如US/O3、US/H2O2、US/Fenton、US/光化学法。
目前，超声辐射降解水体污染物的研究仍处于试验探索阶段[4,5]。
第2章工程概况
2.1工程简介
2.1.1总体设计
本设计说明书（长春市北郊污水处理厂深度处理工程设计）是依据长春市北郊污水处理厂二期工程初步设计编制的，该初步设计被称为基本设计。
2.1.2工程设计描述
长春市北郊污水处理厂二期工程包括建设规模为13×104m3/d的二级生物处理建构筑物、建设规模为10x104m3/d的深度处理建构筑物以及建设与深度处理配套的回用水输配水管线三部分。
污水二级处理采用改良型的A/A/O工艺；污水深度处理工艺方案为污水在混合池中混合后，经小孔眼网格反应池和斜板沉淀池进入V型滤池，再在清水池中加氯消毒；污泥处理采用直接浓缩脱水后外运卫生填埋。
全厂建、构筑物主要有生物池配水井、改良A/A/O生物池、鼓风机房、二沉池、接触池、加氯加药间、提升泵房、净水间、清水池、送水泵房、变配电站等[6,7]。
2.2污水、污泥处理工艺描述
目前常用的脱氮除磷二级生化处理工艺有氧化沟法、A/A/O法、SBR法、CAST法等。
氧化沟法占地较大、供氧设备动力效率较低，水处理所耗电量稍大，本工程不推荐采用；SBR法和CAST法虽然占地节省，但自动化要求程度很高，目前国内大规模的污水厂实例并不多，也不推荐采用。
本工程推荐采用生物除磷脱氮的A/A/O工艺。
这种工艺的特点是利用原污水中可生化降解物质作碳源，在去除污水中BOD物质的同时也去除其的氮和磷[6]。
2.2.1污水二级处理工艺流程描述
传统A/A/O工艺，适合于污水碳源较为充足的情况，通常是
，但是长春北郊污水厂
，碳源不甚充足，在此种特殊的水质条件下，在利用生物方法脱氮的同时，达到很好的除磷效果是比较困难的。
这是因为原水碳源不足导致了A/A/O工艺缺氧段反硝化进行不充分，出水中NO3--N浓度较高，大量的NO3--N随回流污泥进入厌氧段并在那里进行反硝化，迅速消耗快速COD，抑制了厌氧段磷的有效释放，因而在好氧段磷的吸收作用也就不能很好的完成，导致了除磷效果不佳。
针对上述情况，本设计考虑了采用改良型的A/A/O工艺。
这种工艺的特点是，在碳源不十分充足、反硝化程度不高的情况下仍可获得较好的除磷效果，其运行方式见图2-1。
图2-1改良A/A/O除磷脱氮工艺图
这种工艺在国内很多污水处理厂中都有应用，其工艺流程框图见图2-2。
混合液回流
80-90%进水
液氯
至污泥处理工段
至深度处理工段
加药除磷
污泥回流
排入伊
通河
接触池
二沉
池
好氧
池
缺氧
池
厌氧池
调
节
池
一级处
理出水
图2-2污水二级处理工艺流程框图
2.2.2污泥处理工艺描述
长春北郊污水处理厂所产生的污泥将全部送到垃圾填埋厂进行卫生填埋，本污水厂的污水二级生物处理采用泥龄24天改良A/A/O工艺，污泥基本得到稳定，而且北郊污水处理厂目前的用地也比较紧张，为节省工程投资、降低运行费用，本工程污泥处理采用直接浓缩脱水后外运填埋。
其工艺流程如图2-3所示。
图2-3污泥处理工艺流程框图
2.2.3污水三级处理工艺描述
根据长春北郊污水处理厂深度处理的进水水质指标和出水水质目标，采用常规的深度处理工艺，即混凝沉淀过滤工艺就能满足要求。
至厂区污
水系统
反冲洗水
液氯
混凝剂
机械混合池
至用户
送水泵房
清
水
池
V型滤池
小间距斜板沉淀池
小孔眼网格絮凝池
中途提升泵房
二级处
理出水
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