污水再生回用处理项目工程施工设计方案.docx

1、污水再生回用处理项目工程施工设计方案污水再生回用处理项目工程施工设计方案一、方案基础设计依据和设计原则1、设计依据业主提供的原水水质、水量和要求等基础资料；低压配电的继电保护和自动装置设计规范（GB50054-92）；电力装置的继电保护和自动装置设计规范（GB50062-92）；室外排水设计规范（GB50013-2006）；生活污水排放标准（GB5749-2006）；给水排水工程结构设计规范（GBJ69-84）；给水排水设计手册（111册）；地表水环境质量标准（GB3838-2002）；土壤环境质量标准（GB15618-1995）。2、设计原则与要求设计严格执行国家及地方的有关用水法规及经济技

2、术政策,符合建设方提出的相关要求。选用先进的处理工艺,构筑物的型式及主要设备必须最大限度地满足实用的要求,以确保净水站功能的实现。设计所选用的原始数据必须准确可靠,并保证必要的安全系数。设计中在保证工程质量的前提下,尽可能采用合理的措施,降低工程造价和设备运行费用。设计中根据实际情况在合理、经济、积极、慎重的原则下,力求采用先进的工艺、设备、材料等,以提高工程的质量。根据运行维护要求,力求使水处理系统易于维护管理,自动化水平要符合实际情况。处理站设计力求工艺简捷,设备管道布局合理、美观,力求环境整洁、优美、卫生。布置紧凑合理占地少上马快、建设周期短、管理集中、操作简便、运行费低、运行安全可靠。

3、编制范围：对被处理水提升后进入净水处理站的管道混合器至纤维滤池出水后1米内的生产性构筑物进行工艺、土建、电气、仪表、自控、及总图等各专业进行方案编制。厂外供电、排水等由甲方根据现场实际情况另行委托有关单位设计。设计水量的确定：根据建设方的用水要求,同时考虑远期生产的扩建,研究确定本项目设计处理后水量规模为2万吨/日,考虑1.1的变化系数,则水量按22000m3/d,则流量为Q=22000m3/d=918m3/h。设计进水水质：被处理水主要为生化二级处理出水,按原有生活污水及部分工业废水处理后设计要求达到一级B标排放标准,其主要的出水水质指标如下： BOD5：20mg/L; CODcr：60mg

4、/L; SS：20mg/L; TP：1mg/L; TN：20mg/L; NH3-N：8mg/L、括号内为冬天的出水数据。设计出水要求再生水用作冷却用水的水质控制标准GB/T19923-2005序号控制项目冷却用水洗涤用水锅炉补给水工艺与产品用水直流冷却水敞开式循环冷却水系统补充水1pH值6.59.06.58.56.59.06.58.56.58.52悬浮物（SS）（mg/L） 30303浊度（NTU）5554色度（度）30303030305生化需氧量（BOD5）（mg/L）30103010106化学需氧量（COD Cr）（mg/L）6060607铁（mg/L）0.30.30.30.38锰（mg/

5、L）0.10.10.10.19氯离子（mg/L）25025025025025010二氧化硅（SiO2）5050303011总硬度（以CaCO3计/mg/L）45045045045045012总碱度（以CaCO3计 mg/L）35035035035035013硫酸盐（mg/L）60025025025025014氨氮（以N计 mg/L）10101015总磷（以P计 mg/L）11116溶解性总固体（mg/L）1000100010001000100017石油类（mg/L）11118阴离子表面活性剂（mg/L）0.50.50.519余氯（mg/L）0.050.050.050.050.0520粪大肠菌群

6、（个/L）20002000200020002000注：当敞开式循环冷却水系统换热器为铜质时，循环冷却系统中循环水的氨氮指标应小于1 mg/L。循环冷却水的水质标准表项目单位要求和使用条件允许值悬浮物Mg/L根据生产工艺要求确定20换热设备为板式,翅片管式,螺旋板式10PH值根据药剂配方确定7-9.2甲基橙碱度Mg/L根据药剂配方及工况条件确定500钙离子Mg/L根据药剂配方及工况条件确定30-200亚铁离子Mg/L0.5氯离子Mg/L碳钢换热设备1000不锈钢换热设备300硫酸根离子Mg/L对系统中混凝土材质的要求按现行的GB50021 94的规定执行硫酸根离子与氯离子之和1500硅酸Mg/L

7、175镁离子与二氧化硅的乘积15000游离氯Mg/L在回水总管处0.5-1.0石油类Mg/L5炼油企业10注：甲基橙碱度以碳酸钙计；硅酸以二氧化硅计；镁离子以碳酸钙计。综合上述两个国家水质标准,参照第一个水质标准,因为污水经过处理后再生用于循环冷却水,因此更合理些,更符合实际情况。说明：若循环水中含铜材质的,则要求出水中的NH3-N的指标小于1mg/L,冷却循环水除上述指标之外,其主要的控制指标为水中悬浮物SS、浊度（NTU）、BOD，因SS含量高长期运行,悬浮物会沉积或附着在冷却循环水管的管壁上,影响换热效果,同时因BOD高会长生物膜、藻类等,这也会影响换热效果,同时由于微生物的作用,容易因

8、生物腐蚀而穿透管壁。铜材的换热管要求水中的NH3-N的指标小于1mg/L,主要是因为NH3-N与铜会形成铜氨络合物（通常所讲的铜锈）,从而对铜材产生腐蚀作用。因现在污水处理厂还在筹建阶段,污水处理厂的出水水质无从验证,在此方案中按循环冷却设备不含铜材设计。若按有铜材设计,则出水要保证NH3-N小于1mg/L,若物理、化学方法处理,通过前面的纤维滤池过滤后,则必须的通过折点加氯,然后再通过粒状活性碳过滤池过滤,通过活性碳的吸附而去除部分NH3-N以及氯离子,因为氯气的用量投加量很难控制,尽管通过理论上可以计算,但理论上的计算与实际的水质变化不相符,另外循环水中的氯离子含量高则容易对钢材特别是不锈

9、钢钢材腐蚀很大。因建设方冷循环水系统含铜材较多。因而在此方案中还是要考虑活性碳滤池方案设计。二、工艺设计工艺可行性分析悬浮物（SS）的去除：水中悬浮物质是颗粒直径约在10-4mm以上的颗粒,肉眼可见,这些微粒是由泥砂、黏土、原生动物、藻类、细菌、病毒以及高分子有机等组成,常常悬浮在水流之中,产生水的浑浊现象。这些微粒很不稳定,可以通过气浮、沉淀和过滤而除去。水在静置的时候,重的微粒（主要是砂子和黏土一类的无机物质）会沉下来。轻的微粒（主要是细小的活性污泥）会浮于水面上,用过滤等分离的方法可以去除。悬浮物是造成浑浊度、色度和气味的主要来源。污水经过污水（主要是活性污泥法）处理工艺处理,经过二沉池

10、沉淀分离后，出水主要是一些轻的、碎的活性污泥颗粒,这些颗粒经过絮凝反应、鞋管沉淀加过滤后出水完全可以达到出水要求。BOD5的去除：BOD5的去除分为物化处理和生化处理两种方法,但物化处理法与生物细菌为主体的生物处理法相比,其费用远远大于生物处理法。有机物分为可溶性与不可溶性的有机物,一般可溶形有机物是由小分子量组成的,不可溶性有机物一般是由大分子量组成的,而可溶性与不可溶性的大分子有机物在絮凝剂与水中带负电荷的悬浮物发生静电中和反应以及桥架的作用下,部分会粘附在悬浮颗粒上,这样在过滤的作用时,在去除悬浮物的同时也去除了部分可溶性与不可溶性的有机物。在污水处理工艺设计中,一般溶解性BOD5在设计

11、出水中一般为6.4mg/L左右,而在实际出水中往往高于这个值,主要的原因是出水中夹带一些轻的、碎的活性污泥颗粒而造成的。在此方案中,采用混凝沉淀加过滤的强化处理工艺,能有效地去除大部分的悬浮物,同时大大降低出水浊度,同时纤维滤池过滤工艺,重要是利用纤维滤料的强大的比表面积和吸附功能,使水中悬浮物去除率大大提高,同时也相应降低了BOD5在出水中含量,根据前面的水质分析可知,BOD5的去除率为70%,通过强化处理工艺是完全能达到的。NH3-N的去除：氨氮(NH3-N)以离子态铵(NH4+)和非离子态氨(NH3)两种形式存在于水中。两者组成比取决于水的pH值和水温。运用常规水处理工艺,难于达到除氨氮

12、的效果。较有效地去除氨氮有曝气法、折点加氯法和生物氧化法。由前面水质分析可知,此工程NH3-N的去除率为37.5%,根据根据城市污水回用设计规范给出的深度处理单元技术的处理效率和目标水质所列的数据可知,通过过滤工艺,总氮的去除率一般为5-15%左右,至于其去除的原理还有待于研究。对于NH3-N的去除还可以采用折点加氯的方式以及活性碳吸附进行去除。TP的去除：根据室外排水设计规范（2006年1月1日起,出水中磷的含量为0.5mg/L）中关于化学除磷应用范围的规定,一般城市污水经过生物除磷后,较难达到0.5mg/L,故可以采用化学除磷的方法,以满足出水中磷的出水要求。以生物反应池为界,在生物反应池

13、前投加化学药剂为前置投加,在生物反应池后投加为后置投加,在此工程中除磷为后置投加。后置投加点为生物处理之后,形成的沉淀物通过过滤后达到去除的目的。这一方法的出水水质特别好。一般化学除磷主要投加的药剂为铝盐和铁盐,主要反应生成难溶的磷酸铝和磷酸铁,其投加量与被处理水中总磷量成正比。生成的磷酸盐沉淀物通过过滤达到去除的目的。针对设计出水的水质要求及去除率,以下针对每个需要处理的水质指标进行工艺方案分析与选择,最后确定整个水处理工艺。根据在GB/T50335-2002再生水利用工程设计规范中给出的深度处理单元技术的处理效率和目标水质所列的数据见下表：（下表格得出的数据,其中过滤为砂滤料过滤得出的数据

14、）二级出水进行混凝沉淀、过滤的处理效率与目标水质。序号项目处理效率（%）目标水质（mg/L）混凝沉淀过滤综合1浑浊度50-6030-5070-803-52SS40-6040-6070-805-83BOD530-5025-5060-705-104CODcr25-3515-2535-4540-705总氮量5-155-1510-20-6总磷量40-6030-4060-800.3-0.57铁含量40-6030-4060-8003其它单元过程的去除率（%）序号项目活性碳吸附氨吹脱离子交换折点加氯反渗透臭氧氧化1BOD540-6025-505020-302CODcr40-6020-3025-5050503

15、SS60-7050504NH3-N30-405050505总磷80-90506色度70-8050707浊度70-8050根据甲方提供的水质情况,被处理水为生活污水及少量工业废水,生活污水及少量工业废水经过处理后,主要是对水中的悬浮物SS、BOD、TN、NH3-N、TP进行处理和去除。在此方案设计中考虑造价和技术成熟的原因,采用管道混合网格反应斜管沉淀纤维滤池活性碳滤池的工艺对被处理水进行处理。工艺比选混合混合是原水与混凝剂或助凝剂进行充分混合的工艺过程,是进行絮凝和沉淀的重要前提,混合是混凝剂的水解产物迅速混合到水体的每一个细部,并使水中胶体颗粒脱稳的过程。混合的方式有很多种,常见的有管式混合

16、、混凝池混合和机械混合、空气搅拌混合等。管式混合：管式混合是利用进水管的水流,通过管道或管道零件产生局部阻力,使水流发生湍流,从而使水体和药剂混合。管式混合的特点是设备简单,不占地,投资较小。混凝池混合：混凝池混合的形式有很多种,其中隔板混合池采用较多。隔板混合池是利用水体的曲折行进所产生的湍流进行混合的。混凝池混合的优点是混合效果较好,某些池型能调节水头高低、适应流量变化,缺点是占地面积较大,投资大,某些进水方式要带进大量气体。机械混合：依靠外部机械供给能量,使水流产生紊流,它的优点是水头损失小,适应各种流量变化,能使药剂迅速而均匀的扩散至水体中,同时使胶体颗粒脱稳,具有节约投药量等特点；缺

17、点是增加相应的机械设备,需消耗电能,同时也相应增加了机械设备的维修及保养工作,管理维修比较复杂。空气搅拌混合：与机械混合相似,就是向水中通入空气,使水与空气进行混合而产生气泡,从而使药剂迅速均匀地扩散至水体中,同时也使矾花不断变大。优点是节约投药量,容易适量流量的变化,缺点是增加空压机等设备及运行费用提高。综上所述,本系统采用高效管式混合器。由于本工艺中采用了网格反应区,药剂经过高效混合器,根据流体力学的原理,水流形成湍流,与药剂能充分的混合,不需要再有促进反应的装置。由于管道混合器设备简单,无需操作管理,并且混合效果理想,已经满足系统的要求,因此设置高效管道混合器在净水器进水口前,加强药剂与

18、水的混合,让其在后续的反应区中能更好的发挥絮凝的作用。絮凝：絮凝过程就是使具有絮凝性能的微絮粒相互碰撞,从而形成较大的絮粒，以适应沉淀分离的要求,为了达到完善的絮凝效果,必须具备两个主要条件：一是具有充分絮凝能力的颗粒；二是保证颗粒获得适当的碰撞接触而又不致破坏的水力条件。根据水质、水量及沉淀池形式等因素确定絮凝的方式,其形式如下：旋流絮凝、折板絮凝、机械絮凝、隔板絮凝等多种形式。旋流絮凝：优点为池体容积小,水头损失较小；其缺点为池体较深,在地下水位较高处施工较困难,絮凝效果较差,它适用于中小型工程。折板絮凝：它是利用在池中加设一些折流单元以达到絮凝所要求的紊流状态,使能量损失得到充分利用,能

19、耗与药耗有所降低,停留时间缩短。折板絮凝池的缺点为造价较高,只适用于水量变化不大的工程。机械絮凝池：优点为反应效果好,水头损失小,絮凝时间约为1215分钟。由于增加了机械设备,搅拌浆的转速调整可适应不同的水量和水质,但对机械设备质量要求较高,机械设备维护量大,管理比较复杂,机械设备投资高,运行费用大。网格絮凝池：网格絮凝池是应用紊流理论的絮凝池。絮凝池分成许多面积相等的方格,水流上下交错流动,直至出口,在全池约三分之二的分格内，垂直水流方向放置网格或栅条,在水流通过时,形成了良好的絮凝效果。翼片隔板絮凝池：与网格相似,翼片隔板絮凝主要原理是利用边界层脱离理论和颗粒碰撞的惯性效应,在絮凝池中顺水

20、流方向布置隔板,垂直水流方向设置翼片,使水流产生高频漩涡,为药剂和水中颗粒的充分接触提供了微水动力学条件,并产生密实的矾花,对原水水量和水质的变化适应性较强,絮凝效果稳定。但需要采用不锈钢材质的设备,造价比较高。综合以上所述,本系统采用改进型网格絮凝方式。由于原水为河水,水质情况良好,相对稳定。在此方案中选用网格絮凝的方式,这是由于网格絮凝的造价适中,管理简单，维护量很少,并且絮凝效果优越。沉淀：沉淀工艺是指在重力作用下悬浮固体从水中沉降分离的过程,它担负着去除8099以上悬浮固体的作用,是主要的水处理工艺之一。沉淀常用的形式有很多：平流沉淀池、斜管（板）沉淀池、竖流沉淀池、辐流式沉淀池、快速

21、斜管沉淀池等。平流沉淀池：平流沉淀池的优点为构造简单、操作管理方便、施工较简单、它的缺点为占地面积大、排泥困难、投资高、沉淀效果差。斜管(板)沉淀池：它占地面积小、沉淀效率高,但需要耗用较多的斜管材料，老化后需定期更换,增加运行费用对原水水质变化的适应性较差,排泥机械的布置较困难。 竖流沉淀池：排泥方便、管理简单、占地面积小。但池子深度大、施工困难、对冲击负荷和温度变化的适用能力较差,池径不宜过大,造价较高等。 辐流式沉淀池：多为机械排泥、运行较好、管理较简单。但机械排泥设备复杂，对施工质量要求高。斜管沉淀池：斜管沉淀池是在传统的平流式沉淀池及斜管沉淀池的基础上改进而成的,效率高占地面积小较操

22、作简单。但是排泥一般采用重力排泥,采用斜管费用较高。综上所述斜管沉淀池这种型式的效率最好,占地面积小,适合于水处理量大且水质不稳定的工程。考虑到设备的运行稳定以及投资费用、运行费用、日后的机械检修维护等因素,确定沉淀池采用斜管沉淀的形式。在多年的水处理领域经验看来,斜管沉淀池的符合水质变化不大的水处理工程需要,并且维护量少,操作使用简便,因此经过了研究改进,加大了沉淀池的抗冲击负荷、沉淀面积,能成功的去除原水中大部分的悬浮颗粒物。另外考虑到排泥自动化,减少操作失误,沉淀区设置了自动排泥阀,定期自动排泥至污泥系统,以确保沉淀区的正常运作。滤池比选砂滤池：过滤是用了传统的石英砂滤料作为滤床进行过滤

23、,这种滤层称为均质滤层,滤料则称为均质滤料,其特点是在整个滤层内,滤料的级配都是一样的。因此沿滤层厚度的每一点,滤料颗粒间所形成的空隙大小的分布也是一样的。在沿均质滤层厚度的每一点具有容纳同样多的悬浮固体的能力。但是当滤池进行反冲洗后,由于石英砂的刚度大,不可压缩和水力分级的作用,原来的均质滤料层就变成了分级滤料的滤层,即在沿滤层的厚度方向上,滤料是按从小到大的顺序排列的。由于均质滤层的分级（也叫级配）作用在过滤时产生以下问题：使滤料层在厚度方向上空隙大小是从滤层的顶部到底部是从小到大排列的，形成一个金字塔的构造,如图。在孔隙最小的顶部滤层要容纳的悬浮固体数量最大，而孔隙最大的底部滤层却是容纳

24、的悬浮固体量最小。滤池由于滤层顶部迅速地被悬浮固体堵塞,水头损失迅速上升,在过滤的水头损失达到允许值的时候,整个滤层的截留悬浮固体能力未能发挥出来。由于上述原因导致均质砂滤存在以下问题：过滤速度低; 占地面积大; 过滤周期相对较短; 反冲洗时照样进水，反冲洗自耗水量大; 出水水质随着时间的延长而逐渐变差; 滤层的纳污量小; 由于砂滤在反冲洗时受其膨胀率的影响,其反冲洗强度不能太大,所以反冲洗不彻底,这样必然影响过滤周期及出水质; 反冲洗强度太大容易跑滤料,所以经常需要更换滤料; 过滤时的阻力大;过滤过程不易控制,表面砂层容易积泥。缺点：滤速小、纳污能力低、易串层、需有全套的冲洗设备。短束纤维滤

25、池：纤维滤料是一种将纤维滤料吸附性能与截污性能好的特征与颗粒滤料反冲洗效果好的特征相结合,形成一种全新的过滤材料。颗粒过滤材料的重要特征是可以方便在滤池内完成清洗,但是采用纤维材料作为过滤材料的一个出发点是其比其他实体颗粒材料具有大得多的比表面积和空隙率,其孔隙度高达8590%对比之下,粒径1mm石英砂滤层孔隙率为45%,由此推断由纤维材料构成的滤床具有比常规过滤材料大得多的纳污量。纳污量为单位体积滤床每周期截留的悬浮颗粒物的质量,纳污量的提高对滤池效率的提高具有决定性的意义。这也是在保证滤后水质合乎要求及合适过滤周期的前提之下,应用“彗星”式纤维滤料的滤池可以比常规砂滤料滤池滤速高23倍的高

26、滤速运行。该过滤材料的特点是其一端为松散的纤维丝束,其形状见下图： 过滤时密度较大的固定核起到了对纤维丝束的压密作用,同时又由于固定核的尺寸较小,对过滤断面空隙率分布的均匀性影响不大,从而提高了滤床的截污能力。气水同时反冲洗时,由于彗星式纤维滤料处于自由状态,在反冲洗时,由于固定核和纤维丝束的密度差,处于降落伞的状态,固定核在下,纤维丝束在上,固定核纤维丝束随反冲洗水流散开并摆,产生较强的甩曳力,过滤材料之间的相互碰撞也加剧了纤维在水中所受到的机械作用力,过滤材料的不规则形状使过滤材料在反冲洗水流作用下产生旋转,强化了纤维在水中所受到的机械作用力,上述几种力的共同作用结果使随着在纤维表面的固体

27、杂质颗粒很容易脱落,从而提高了过滤材料的洗净度。过滤时在该滤床的横断面（水平）上空隙率分布均匀,确保了过滤时水流通道大小一致性,其直接效果是截污量均匀,水流短路现象得以避免。同时纤维丝束滤料浸水后的密度和水接近,滤床上部的滤料受水的浮力作用,滤料的孔隙率大大增大,从而在纵断面（垂直）空隙率分布由上至下逐渐减少,空隙率沿滤床纵断面呈上大下小的梯度分布。该结构十分有利于水中固体悬浮物的有效分离,即滤床上部脱附的颗粒很容易在下部窄通道的滤床中被捕获而截留。因为比重较大的固定核对纤维丝束起到压密作用,同时由于固定核尺寸较小,对过滤断面空隙分布的均匀性影响不大,因此可提高滤床的截污能力。正因为短束纤维滤

28、料形成的滤床所具有的上述独特性,因此以短束纤维滤料为技术核心的短束纤维滤池具有以下特点： 过滤精度高：对水中大于5m的悬浮固体颗粒的去除率可达90以上,最高去除率为95,正常出水浊度在1 NTU以下。截污容量大：对于经混凝处理的水,在不同过滤速度下,截污容量在1025 kg/m3的范围内。过滤速度快：在工程应用中的设计过滤速度为1520m/h,比采用过滤速度为712m/h的石英砂滤池,它可以减少水厂的占地面积1/2以上,从而节约建设投资。反洗耗水率低：反冲洗耗水量小于周期滤水量的12。运行费用低：由于滤床结构及滤料自身的特点,絮凝剂投加量是常规技术的1/21/3,且周期产水量的提高使得吨水运行

29、费用也随之减少。使用寿命长：由于滤料层被上下两层板隔离形成一个封闭的腔室,运行过程中不会产生象石英砂常有的“跑料”现象,不必每年添加或更换滤料,滤料本身耐腐蚀性能好,自然使用寿命在十年以上,维护费用低。工艺流程的选定：本次水处理的目的是通过必要的物理化学处理方法去除水中部分悬浮物、有机物等污染物,使之符合中水的水质要求。具体工艺流程如下：被处理水 加药 管道静态混合器 网格反应池 斜管沉淀池 短束纤维滤池反冲洗泵反冲洗风机活性碳滤池反冲洗泵清 水 池 提 升 泵 原水（Q918t/h;1217mH2O）进入本项目界区,原水经静态混合器与加药装置投加的絮凝剂均匀混合后进入网格絮凝池进行絮凝反应。本方案中采用的絮凝剂为碱式氯化铝（PAC）,它净化效率高,耗药量少,出水浊度低,色度小,过滤性能好。絮凝反应后出水经整流区池壁孔洞均匀自流进入斜管沉淀池沉淀经絮凝反应后形成的大颗粒絮团,斜管沉淀池出水经集水槽自流进入短束纤维滤池进行过滤以进一步去除水中的悬浮物,最后进入活性碳滤池,进一步去除有机物与氨氮