垃圾渗滤液处理设计

1 概 论 1概述1.1渗滤液来源、水质及水量特点分析1.1.1渗滤液水质特点垃圾渗滤液是指从垃圾填埋场中渗出的黑棕红色水溶液，当垃圾含水47%时，每吨垃圾可产生0.0722t渗滤液1。填埋场渗滤液的来源有直接降水、地表径流、地表灌溉、地下水、废物中的水分、覆盖材料中的水分、有机物分解生成的水，当填埋场处于初期阶段是，渗滤液的pH值较低，而COD、BOD5、TOC、SS、硬度、挥发性脂肪酸和金属的含量很高；当填埋场处于后期时，渗滤液的pH值升高，而COD、BOD5、硬度、挥发性脂肪酸和金属的含量明显下降。但随着堆放年限的增加，垃圾渗滤液中氨氮浓度会逐渐升高2。1.1.2渗滤液水质特点（1）污染物种类繁多：渗滤液的污染成分包括有机物、无机离子和营养物质。其中主要是氨、氮和各种溶解态的阳离子、重金属、酚类、丹类、可溶性脂肪酸及其它有机污染物。（2）污染物浓度高，变化范围大：在垃圾渗滤液的产生过程中，由于垃圾中原有的、以及垃圾降解后产生的污染物经过溶解、洗淋等作用进入垃圾渗滤液中，以致垃圾渗滤液污染物浓度特别高，而且成分复杂。垃圾渗滤液的这一特性是其它污水无法比拟的，造成了处理和处理工艺选择的难度大。（3）水质变化大：垃圾成分对渗滤液的水质影响大。不同的地区，生活垃圾的组成可能相差很大。相应的渗滤液水质也会有很大差异。垃圾渗滤液水质因水量变化而变化，同时随着填埋年限的增加，垃圾渗滤液污染物的组成及浓度也发生相应的变化。（4） 营养元素比例失衡：对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是BOD5：N：P=100：5：1，而一般的垃圾渗滤液中的BOD5/P大都大于300，与微生物所需的磷元素比例相差较大。1.1.3渗滤液水量特点（1）水量变化大：垃圾填埋场产生的渗滤液量的大小受降雨量、蒸发量、地表径流量、地下水入渗量、垃圾自身特性及填埋结构等多种因素的影响。其中，最主要的是降水量。由于垃圾填埋场是一个敞开的作业系统，因此渗滤液的产量受气候、季节的影响非常大。（2）水量难以预测：渗滤液的产生量受到多种因素的影响，要准确预测渗滤液的产生量受到多种因素的影响，要准确预测渗滤液的产生量是非常困难的。1.1.4该城镇填埋场渗滤液水质及水量该工程设计进水水质如表1.1所示。 表1.1渗滤液进水水质 单位：（mg/L）项目CODBOD5NH3-NSS含量8000400010001000 该设计的渗滤液处理量为200t/d，设渗滤液的密度约为1000kg/m3，即渗滤液处理量为200m3/d，此为平均流量，设工作时间为24小时制，因为降雨量的变化等使得渗滤液可能存在流量不均匀的情况，故取废水排放不均匀系数K=1.5，则设计进水量（最大流量）应为200m3/d1.5=300m3/d，即该城镇的渗滤液设计处理规模为300 m3/d。1.2设计依据1.2.1法律法规依据（1）中华人民共和国环境保护法（2）中华人民共和国水污染防治法（3）中华人民共和国污染防治法实施细则（4）防治水污染技术政策1.2.2技术标准及技术规范依据（1）城市排水工程规划规范（GB50318-2000）（2）室外排水设计规范（GBJ14-1987）（3）建筑给水排水设计规范（GBJ15-1987）（4）纺织染整工业水污染物排放标准（GB4287-92）（5）地表水环境质量标准(GB3838-2002)1.3设计范围本设计的设计范围为渗滤液流入污水处理厂界区至全处理流程出水达标排放为止，设计内容包括水处理工艺、处理构筑物的设计、污泥处理系统设计等。 1.4设计原则（1）针对废水水质特点采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺和设备，最大可能地发挥投资效益，采用高效稳定的水处理设施和构筑物，尽可能地降低工程造价；（2）工艺设计与设备选型能够在生产过程中具有较大的灵活性和调节余地，能适应水质水量的变化，确保出水水质稳定，能达标排放；（3）处理设施设备适用，考虑操作自动化，减少劳动强度，便于操作、维修；（4）建筑构筑物布置合理顺畅，减低噪声，消除异味，改善周围环境；（5）严格执行国家环境保护有关规定，按规定的排放标准，使处理后的废水达到各项水质指标且优于排放标准。 1.5执行排放标准根据2008年7月1日正式实施的中华人民共和国生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）的水污染物排放浓度限值如下表1.2。表1.2 现有和新建生活垃圾填埋场水污染物排放浓度限值控制污染物 pHCOD(mg/L) BOD5 (mg/L)NH3-N(mg/L)SS(mg/L)排放浓度限值 69 10030 25 30四川理工学院毕业设计（论文） 2 渗滤液处理方案及选择论证 2 渗滤液处理方案及选择论证2.1渗滤液主要处理方法生活垃圾填埋场渗滤液是一种高浓度的有机废水，色度深，随着填埋时间和降雨量等的变化其中的化学组成会发生很大变化，而且其含有致病菌群、重金属等组分一旦渗出就会污染地下水，因此填埋场渗滤液的处理是填埋场设计、运行、封场、环境监测和后期管理时应考虑的重要问题之一。针对国家标准要求，选择工艺技术可靠、经济合理的方案显得尤为重要，其重要性甚至要超过某一单项技术的选择。常用的垃圾渗滤液处理方式有以下四种：（1） 将渗滤液输送至城市污水处理厂进行合并处理；（2） 经预处理后输送至城市污水处理厂合并处理；（3） 渗滤液回灌至填埋场的循环喷洒处理；（4） 在填埋场建设污水处理厂进行单独处理3。其中，将垃圾渗滤液与适当规模的城市污水处理厂合并处理是最为简单的处理方式。处理填埋场渗滤液的工艺包括生物法和物理化学法。 2.1.1生物法常用的方法主要有好氧生物处理、厌氧生物处理、好氧和厌氧结合处理及土地处理2。1好氧生物处理 好氧生物处理技术利用微生物在好氧条件下旺盛代谢的作用，以废水中的有机物作为原料进行新城代谢合成生命物质，同时将污染物讲解。好氧生物处理技术有活性污泥法、生物膜法、间歇式活性污泥法、稳定塘法等。(1)活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术，由Arden和Locdett等于1914年开发并得到了广泛的应用，它主要利用悬浮生长的微生物絮体来降解废水中有机物；利用含微生物的絮状污泥去除废水中的溶解性及颗粒态有机物；利用静置沉淀去除工艺流程中的MLSS，产生含悬浮固体物低的出水；部分浓缩污泥由沉淀池重新回流至生物反应池；利用剩余污泥控制污泥停留时间，使其达到所需值。活性污泥法对渗滤液中易降解有机物具有较高的去除率，但是活性污泥法处理垃圾渗滤液的出水效果受温度影响较大，同时对中老期渗滤液的去除效果不理想。（2）生物膜生物膜法又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术；是土壤自净过程的人工化和强化；与活性污泥法一样，生物膜法主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物，同时对废水中的氨氮还具有一定的硝化能力。在生物膜法中，生物膜主要是由细菌(好氧菌、厌氧菌和兼性菌)菌胶团和大量真菌菌丝组成，由于生物膜是生长在载体上，微生物停留时间长，诸如硝化茵等生长世代期较长的微生物也能生长。同时生物膜上还可以生长一些微型动物、藻类以及昆虫等，使得生物膜上生长繁育的生物类型极为丰富，种类繁多，食物链长而复杂。因此生物膜法具有抗水量、水质等负荷冲击，同时也有利于水中需较长停留时间的氨氮等的去除。（3）SBR法SBR也称间歇曝气活性污泥法或序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor)，是一种间歇运行的污水处理方法。与传统的活性污泥法相比，SBR去除污染物的机理相似，只是运行方式不同。SBR工艺采用间歇运行方式，污水间歇进入处理系统并间歇排出。系统内只设一个处理单元，该单元在不同时间发挥不同的作用，污水进入该单元后按顺序进行不同的处理，最后完成总的处理被排出。一般说来，SBR的一个运行周期包括进水期、反应期、沉淀期、排水期、闲置期五个阶段。排泥可在排水器或闲置期进行。SBR方法可通过时间控制，在一个单池内完成进水、厌氧搅拌、充氧曝气、沉淀、排水等过程，具有较强抗冲击负荷能力，同时可根据渗滤液水质复杂多变的特点，灵活地调整工艺参数，并且厌氧与好氧的交替进行，可以达到较好的脱氮除磷效果。（4）稳定塘法稳定塘又名氧化塘，是一种利用天然或人工池塘作为处理设施，在自然或半自然条件下，充分利用塘中微生物的新陈代谢活动来降解有机物，塘系统是一个没有二沉池和相应的污泥回流设施的悬浮生长式生物处理过程。稳定塘处理系统由于无需污泥回流，动力设备少，能耗低，工程简单，投资省等优点，在许多地方得到了广泛应用。但塘系统的不足之处主要是体积较大，有机负荷低，降解速度侵，处理周期长等。2厌氧生物处理 厌氧生物处理工艺是指各种没有氧气和硝态氮参与的废水生物处理系统，主要是利用厌氧微生物将基质中结构复杂的难降解有机物先分解为低级、结构较为简单的有机物，在毋需提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，再由甲烷菌将有机物分解为甲烷、二氧化碳和水等终产物。厌氧生物处理技术包括上流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧间歇性序批式反应器(ASBR)、厌氧折流板反应器(ABR)和厌氧生物滤池等。（1）高效厌氧反应器UASB作为一种高效厌氧反应器，采用悬浮生长微生物模式，独特的气液固三相分离系统与生物反应器集成于一空间，使得反应器内部能够形成大的、密实的、易沉降颗粒污泥，从而在反应器内的悬浮固体可达到2330g/L。UASB生物反应器的大小受工艺负荷、最大升流速度、废水类型和颗粒污泥沉降性能等的影响，一般通过排放剩余污泥来控制絮体污泥和颗粒污泥的相对比例，反应器的HRT一般在0.22d范围内，其容积负荷为225kgCOD/(m3d)。此技术启动期短，耐冲击性好，对于不同含固量污水具有较强的适应能力。(2)厌氧SBR序批式厌氧反应器（ASBR）通过一个反应器实现去除废水中有机物和截留固体颗粒物的双重功效，由于其工艺灵活性较大、可在同一反应器实现多工况运行，无需额外的澄清池、无短流，接近理想化的沉淀条件，使得其非常适合填埋场渗滤液本身量、质变化较大的特点。（3）厌氧折流板反应器ABR被称为第三代厌氧反应器，其不仅生物固体截留能力强，而且水力混合条件好。ABR反应器中使用一系列垂直安装的折流板使被处理的废水在反应器内沿折流板作上下流动，借助于处理过程中反应器内产生的沼气反应器内的微生物固体在折流板所形成的各个隔室内作上下膨胀和沉淀运动，而整个反应器内的水流则以较慢的速度作水平流动。由于污水在折流板的作用下，水流绕折流板流动而使水流在反应器内的流径的总长度增加，再加之折流板的阻挡及污泥的沉降作用，微生物固体被有效地截留在反应器内。 （4）厌氧生物滤池 厌氧生物滤池(anaerobic biological filtration process，AF)是一种内部装微生物载体的厌氧反应器，由于微生物生长在填料上，不随水流失，所以AF有较高的污泥浓度和较长的泥龄。厌氧滤器中一个重要介质就是滤料，滤料可以使微生物附着生长，但主要的作用是截留悬浮生长污泥。AF反应器具有良好的运行稳定性，能适应废水浓度和水力负荷的变化而不致引起长时间的性能破坏，可在低pH值和含毒物条件下稳定运行，而且再启动迅速，其缺点是布水不均匀、填料昂贵且易堵塞。3厌氧与好氧结合处理 与厌氧法相比，好氧处理消耗大量的动力能量，且废水COD浓度越高，好氧法耗能越多；好氧处理时有机物转化成污泥的比例远大于厌氧法，因此污泥处理和处置的费用也高于厌氧法；好氧处理时污泥的生长量大，所以对无机营养元素的要求也高于厌氧法，对于含磷浓度较低的垃圾渗滤液需投加必要的磷。而厌氧工艺处理时间长、占地面积大，单纯厌氧工艺处理效果不佳，鉴于以上原因，对高浓度的渗滤液一般都采用厌氧好氧两者结合处理工艺。我国曾采用的组合工艺有厌氧+气浮+好氧工艺，便于管理，节省能耗，但处理效果不稳定；有UASB+氧化沟+稳定塘工艺，利用有利地形处理渗滤液；有普通活性污泥法+纳滤膜过滤工艺，处理效果好，但投资和运行费用高，占地面积大。4土地处理法土地处理是由常规的污水灌溉发展起来的，对以有机物为主的废水可以起到水肥合一、综合利用的效果。土地处理系统主要是利用土壤的物理、化学与生物化学作用，借助于土壤微生物植物等陆地生态系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能，将污水中污染物去除，使之转化为新的水资源，达到重新回收利用的一种较为新颖的污水处理方法。用于渗滤液处理的土地处理系统主要包括人工湿地和回灌处理(污水灌溉或地下灌溉等)。 （1）人工湿地人工湿地是利用人为手段建立起来的，具有湿地性质的污水处理系统，是人为创造的一个适宜水生植物或湿地植物生长的“环境”。它是浮水或潜水植物及处于水饱和状态的基质层和微生物组成的复合体。它具有较高的植物产率，在水生植物浸水部分的茎、叶和根系上有较大的吸附表面积，并逐渐形成生物膜，从表层到内部存在着DO梯度，相应形成好氧、缺氧和厌氧层，其中还存有大量的活性微生物，这些微生物通过生化作用将水中可溶性的有机物、固体和胶体不溶性有机质(即COD、BOD5、N、P、重金属等污染物)转变成植物所需要的营养物质，并使微生物生长繁殖，从而降解污染物。（2）回灌处理渗滤液回灌处理技术是指采用适当措施，将从填埋场底部收集到的渗滤液，经一定方式预处理或直接利用动力设施重新打到填埋场覆盖层表面或覆盖层下部，利用填埋场覆土层及各年龄段垃圾的物化以及生物降解作用对渗滤液进行处理的一种方法。 渗滤液回灌技术是把填埋场作为一个以各年龄段垃圾为填料的生物滤床。当渗滤液流过覆土层和垃圾层时，发生一系列生物、化学和物理作用，使渗滤液中的有机物、重金属、无机胶体等物质，通过机械拦截吸附络合、菌合和离子交换等作用被截留，并通过覆土层及各年龄段垃圾表面所富集的各种菌胶团和土著细菌等微生物的作用，降解成为稳定和半稳定物质，同时由于蒸发作用，回灌过程也间接达到了渗滤液减量的效果。 2.1.2物理化学法 渗滤液在经过一系列生化处理后的B /C出水比更低，难降解成分，一般有必要采用物化处理技术，作为一种预处理或者后处理的手段，来处理渗滤液。渗滤液的物化处理过程包含了混凝吸附、蒸发、高级氧化、浮选和膜处理技术等。这些技术基本都能提高渗滤液的生物降解性或者直接使出水达到排放标准，彻底实现渗滤液的无害化。1混凝处理技术 混凝处理目的是通过外加混凝剂使水体中不能直接通过重力去除的微小杂质聚结成较大的颗粒，迅速得到沉降，从而使水澄清。一般来说，单纯依靠混凝来去除渗滤液中的COD到一定的排放标准是不大现实的，因为混凝处理一般对于大分子有机物(大于3000Da)具有良好的效应，而渗滤液除了大分子物质外，还有很大一部分物质是由小分子物质组成，新鲜渗滤液中小于1000Da分子量的物质占将近80%。因此，混凝处理一般可用作渗滤液的预处理或者是深度处理。2高级氧化技术高级氧化技术由于具有氧化能力高、二次污染小、外界环境影响因素小、具有一定的非选择性，应用广泛。高级氧化技术包括蒸发处理、化学氧化法、光催化氧化法和电解处理等。 （1）蒸发处理蒸发法主要利用外加能量来蒸发废水中的水分，从而大大缩小废水体积，达到处理目的。目前在染料、医药、农药等工业废水以及放射性废水处理领域中应用较广泛。近年来，在渗滤液处理中也得到了相应的应用。Ehrig认为，通过蒸发作用，渗滤液可以分离成洁净的液相和含有污染物的固相，但是当固相或浓缩液中含有挥发性有机物、含氯有机物或高浓度氨氮时，由于易形成二次污染，而使得蒸发操作较为困难。（2）化学氧化法 化学氧化法是利用强氧化剂将废水中的有机物氧化成小分子的碳氢化合物或完全矿化成CO2和H2O，其中H2O2和O3是最常用的两种氧化剂。（3）光催化氧化法光催化氧化反应是利用光催化半导体TiO2在紫外光照下，使得TiO2产生电子-空穴，在吸附H2O后，形成吸附态的OH，OH基团是一种具有强氧化活性的自由基，它与有机物结合后，能够很快发生氧化-还原反应，达到降解有机物的目的。（4）电解技术电催化氧化反应的基本原理也与光催化氧化反应类似，不同之处就是电解反应能量的来源是电能，并且能量的大小可以通过电流密度的调节来实现。电解过程中，渗滤液中的COD、NH3-N的去除，通常是由于阳极的直接氧化作用和溶液中的间接氧化作用。阳极直接氧化是由于水分子在阳极表面上放电产生被吸附的OH，OH对被吸附在阳极上的有机物的亲电进攻而发生氧化作用；间接氧化时在电解过程中铜鼓电化学反应产生了强氧化剂。3膜分离技术随着经济水平的提高和人们环境意识的增加，膜处理工艺在渗滤液尾水和老龄渗滤液处理中的应用越来越广。反渗透是一种离子/分子水平的物理分离技术，在压力作用下使渗滤液中的水分子通过半透膜，可以有效地除去其中的细菌、悬浮物、有机污染物、重金属离子、氨氯等污染物质，从而确保出水水质完全符合国家一级排放标准4。和其它方法相比，反渗透法具有出水水质稳定、操作简便、占地面积小等优点，因此越来越多地被用来处理生活垃圾渗滤液，日益成为垃圾渗滤液处理的主流技术。2.2渗滤液处理方案的选择2.2.1渗滤液处理方案选择依据渗滤液的浓度高，有机物含量大，氨氮含量高，且根据填埋时间的不同，渗滤液中各组分的含量会有较大变化，且受气候、季节的影响较大。渗滤液中致病菌群、重金属等组分一旦渗出就会污染地下水，因此在工艺流程选择上应采用高效、低耗、先进、合理、成熟的工艺，在运行中具有较大的灵活性，并适应水质、水量的变化，运行费用经济。严格执行国家环保有关规定，确保水处理系统水质稳定，达到中华人民共和国生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）的现有和新建生活垃圾填埋场水污染物排放浓度限值标准，并结合现场情况及地理特点，本着投资省，工程造价运行费用低、施工方便、操作运行管理简单的原则，因地制宜，选择合适的工艺及处理设施。2.2.2渗滤液处理程度论证按进水与出水浓度之差计算，本工程渗滤液处理程度见表2.1。表2.1 渗滤液处理程度项目COD(mg/L)BOD5(mg/L)NH3-N(mg/L)SS(mg/L)进水水质8000400010001000出水水质100302530去除率98.75%99.25%97.5%97%2.2.3渗滤液设计处理规模论证本设计说明书1.1.4节已有计算论述，本处理工程设计处理规模为300 m3/d。2.3渗滤液处理工艺方案选择本次设计中填埋场渗滤液属于填埋场早期渗滤液，有机物浓度高，可生化性好，氨氮浓度很高，具有恶臭，因此在设计过程中要严谨考虑有机物和氨氮的去除，使出水同时达到无害无味。由于设计进水水质浓度高，要求污染物去除率较高（COD去除率：98.75%，BOD5去除率：99.25%，NH3-N去除率：97.5%，SS去除率：97%），任何单机处理都难以达到出水排放标准。因此为了有效去除污染物，本次渗滤液处理设计包括一级预处理、二级生物处理和深度处理。一级预处理主要作用是去除污水中的漂浮物及悬浮状的污染物、调整pH值和减轻污水的腐化程度及后处理工艺负荷5。在一般情况下，物理法和化学法均可作为高浓度废水处理的预处理。预处理一般包扩固液分离、气浮、吹脱、吸附、沉淀、混凝等。其中固液分离能有效去除悬浮物，吹脱法对于氨氮去除率较高。 二级生物处理主要作用是去除污水中呈胶体和溶解态的有机污染物，使出水的有机物含量达到排放标准的要求。生化处理包括活性污泥法和生物膜法等。其中ABR、SBR、氧化沟等处理有机物和氨氮效果较好。深度处理主要作用是进一步去除常规二级处理不能完全去除的污水中的杂质，实现污水的回收和再利用。深度处理包括膜分离、混凝沉淀、离子交换和活性炭吸附等。其中混凝沉淀和活性炭吸附工艺较成熟，且处理效果较好。 2.3.1预处理工艺选择与论证根据进水水质，氨氮和悬浮物浓度都较高。由于进水水量较小，渗滤液中的悬浮物和部分有机物可设置人工格栅对其进行截留，可减小颗粒物对后续处理构筑物和水泵的堵塞。由于渗滤液水质、水量、酸碱度和温度有一定变化，因此设置一均质调节池，是渗滤液水质水量等分布均衡。同时，可在调节池中加碱提高pH值以确保后续处理的顺利进行。 根据渗滤液特性及进水水质可知，本次设计进水氨氮含量很高，因此考虑采用物理法先对渗滤液中氨氮进行处理，所以选择现在国内应用较为普遍的吹脱法。吹脱法是将废水的pH值范围调至11左右后，使废水中的离子态铵转化为分子态氨，将废水通入吹脱设备中，通过气液接触将废水中的游离氨吹脱到大气中，同时对氨气实行吸收，达到资源回收和净化的目的，同时由于向废水中鼓入了一定量的空气，对COD也有一定量的去除，从而减小后续生物处理单元的负荷6。在进行氨氮吹脱后，还应设置一调节池，向其中通入CO2以减低从吹脱塔中出来的渗滤液的pH值，确保后续处理的顺利进行。2.3.2二级生物处理工艺选择与论证 经过一级预处理后，渗滤液中的有机物、氨氮和SS浓度都有所降低，但是远不足以达到出水排放标准。因此要选择成熟高效的二级生物处理工艺对渗滤液进行进一步处理。由于本次处理的渗滤液浓度很高对于BOD5:COD0.5的早期渗滤液，含有大量易于生物降解的脂肪酸，理含有高浓度有机物的早期渗滤液时，提供大量的氧气是非常必要的，当渗滤液有机负荷随时间变化时，系统可通过改变氧气供应来调整。好氧系统更为有效7。但由于本次处理的渗滤液浓度很高，因此必须在好氧处理工艺前首先进行厌氧处理，有效地降低BOD5、COD的含量，达到好氧生物处理的进水标准。因此选择厌氧与好氧工艺结合处理。厌氧生物处理工艺中，ABR处理渗滤液应用较广，极适用于处理高浓度废水且工艺较成熟，污泥流失损失较小，而且不需设混合搅拌装置，不存在污泥堵塞问题。启动时间短，运行稳定，与SBR工艺的结合运用十分成熟，且处理效率较高，适合此次渗滤的厌氧处理。好氧生物处理中SBR工艺是现在较为成熟的，且本次设计的设计水量也满足SBR的处理要求，同时SBR对有机物和氨氮都具有很高的去除率，非常适用于本次设计。SBR的操作程序是在一个反应器中的一个处理周期内依次完成进水、生化反应、泥水沉淀分离、排放上清液和闭置等5个基本过程组成，其运行工序如图2.1所示。SBR法的工艺设备是由曝气装置、上清液排出装置(滗水器)，以及其他附属设备组成的反应器。SBR对有机物的去除机理为：在反应器内预先培养驯化一定量的活性微生物(活性污泥)，当废水进入反应器与活性污泥混合接触并有氧存在时，微生物利用废水中的有机物进行新陈代谢，将有机污染物转化为CO2、H2O等无机物；同时，微生物细胞增殖，最后将微生物细胞物质(活性污泥)与水沉淀分离，废水得到处理。SBR 技术的核心是SBR 反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体，无污泥回流系统。图2.1 SBR运行操作工序示意图SBR具有以下优点： 1. 理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好。 2. 运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好。 3. 耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。 4. 工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。 5. 处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。 6. 反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。 7. SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。 8. 适用于脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。 9. 工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，布置紧凑，占地面积省。 2.3.3深度处理工艺选择与论证 二级处理出水不能满足排放标准，因此对渗滤液进行进一步的深度处理，对其中去除率不达标的污染物质进行净化。因为出水排放要求较高，因此首先采用混凝沉淀法除去其中未能通过重力沉降的微小杂质，同时使废水水质能达到活性炭吸附的处理要求。活性炭吸附是污水深度处理工艺中较成熟较成功的一种方法，由于本次处理对象为渗滤液，其臭味很浓，色度很高，使用活性炭吸附塔可以有效地对其进行去除，使水澄清，同时对难生物降解有机物和放射性物质活性炭的去处效果也极佳，因此，选择该法较为合适。最后，由于污水处理后出水中含有大量的细菌和病毒，而一般的污水处理工艺并不能将其灭绝，为了防止疾病的传播并满足污水深度处理对水质的要求，必须对出水进行消毒处理。因此，在深度处理中增加消毒池，最终达到出水水质的排放要求。 综合以上选择原则及论证，根据设计资料综合考虑，本次填埋场渗滤液处理工艺路线的选择为“格栅调节池吹脱塔调节池ABRSBR混凝沉淀活性炭吸附消毒”。四川理工学院毕业设计（论文） 4 主要构筑物的工艺设计与计算 3渗滤液处理工艺流程设计及原理说明 3.1渗滤液处理工艺流程设计根据前一章的工艺论证，采用吹脱法与SBR法相结合的深度处理工艺流程，具体的渗滤液处理工艺流程简图如图3.1所示。格栅调节池吹脱塔调节池沉淀池吸收塔SBR池混合池絮凝池污泥浓缩池活性炭吸附塔加药间进水消毒池出水ABR池沼气回收系统图3.1 渗滤液处理工艺流程简图3.2工艺原理及过程说明3.2.1格栅渗滤液经厂内排污管道流到渗滤液处理站。由于属于生活垃圾填埋场渗滤液，其中难免混有较粗大杂质，有可能阻塞后续处理程序中的管道或泵进而影响整个水处理工艺，首先设置格栅除去较粗大的悬浮物和颗粒。根据此次处理的渗滤液的水质水量，只需在渗滤液进入调节池前设置一人工细格栅。3.2.2调节池由于渗滤液的pH值在69左右，因此在吹脱塔前设置一均质调节池I，向调节池中加碱提高渗滤液pH值至11左右，以达到后续吹脱工艺的处理要求，同时对渗滤液水质、水量、酸碱度和温度进行调节，使其平衡。碱性药剂一般为Ca(OH)2、CaO或NaOH。若采用向废水中加入NaOH，其处理效果好，但是加纯碱的相对处理成本较高。Ca(OH)2与CaO均含有杂质，处理时产生一定沉渣，但价格便宜，易于购买。二者相比，生石灰（CaO）较为常见，价格也较便宜，从经济的角度考虑，本设计采用CaO作为投加药剂。根据国内很多厂家的处理实例，在加药间里设置一加药设备，向溶解槽中加入CaO和自来水得到Ca(OH)2溶液，用计量泵向调节池中投加。其反应方程式如下：CaO + H2O Ca2+ +2设CaO为M，则根据反应方程式可得：56 : 18=M : 3001000（10-8 -10-11）计算得M=0.009kg/d采用纯度为80%的CaO，则每天所消耗的碱性药剂的实际用量为：X=0.00980%=0.011kg/d即CaO的投加量为0.037g/m3废水。在进行氨氮吹脱后，还应设置一调节池II，向其中通入CO2使从吹脱塔中出来的渗滤液的pH值降至69左右，确保后续生物处理的顺利进行。3.2.3吹脱塔吹脱对于高浓度的氨氮有较好的去除效果，渗滤液的pH值在调节池内被调节至11左右，以使渗滤液中有更多的游离氨，便于吹脱，然后渗滤液被污水提升泵从调节池提升到吹脱塔中。吹脱塔的接触面积较大，有利于氨氮的吸收。同时设置一吸收塔，将吹脱后的氨气吸收。氨气吹脱塔对氨氮的去除效率在在60%95%之间。对COD去除率约为25%50%，BOD去除率约为65%，SS去除率约50%。渗滤液吹脱工艺段进出水水质见表3.1。 表3.1 吹脱塔进出水水质 单位：（mg/L）项目CODBOD5NH3-NSS进水水质8000400010001000去除率25%30%80%30%出水水质600028002007003.2.4 ABR池ABR反应器中使用一系列垂直安装的折流板使被处理的废水在反应器内沿折流板作上下流动，污水在折流板的作用下，水流绕折流板流动而使水流在反应器内的流径的总长度增加，再加之折流板的阻挡及污泥的沉降作用，微生物固体被有效地截留在反应器内，它在各个反应室中的微生物相是逐级递变的，两大类厌氧菌群可以各自生长在最适宜的环境条件下。且递变的规律和底物降解过程协调一致，从而确保相应的微生物相拥有最佳的活性，提高系统的处理效果和运行的稳定性。ABR反应器构造简单、能耗低、抗冲击负荷能力强、处理效率高。ABR池的进出水水质见表3.2。 表3.2 ABR池进出水水质 单位：（mg/L）项目CODBOD5NH3-NSS进水水质60002800200700去除率83%80%5%65%出水水质10205601902453.2.5 SBR池SBR最基本的特点是处理工序是间歇、周期性的，整个运行过程分成进水期、反应期、沉降期、排水期和闲置期，各个运行期在时间上按序排列，称为一个运行周期。进水期是反应器接纳废水的过程，污水进入反应器的选择区与回流污泥混合，混合后的混合液进入主反应区，进水开始曝气反应。进水后期由程序控制开始曝气，即反应期，这是达到有机物去除目的的主要工序。在此期间，微生物一般要经历从生长到死亡的全过程。在完成有机物去除的反应期后，停止曝气和搅拌，活性污泥絮凝体进行重力沉降和固液分离。活性污泥固相形成污泥层，层面不断地向池底下降，胶团凝聚而下沉，清水则留在上面。在排水期，开启滗水器排水，洋水堰槽开始匀变速下降，排除污泥沉降后的上清液，水位恢复到设计水位，回流污泥使用，剩余污泥由排泥泵排出，水池内剩余的污水起到循环和稀释作用。排水之后与下周期开始进水之前的时间为待机期或闲置期。由于实际操作时排水所花的时间总比设计时间短，因此多出来的时间是整个运行周期的机动时间，其目的在于灵活调节各阶段的运行时间。 SBR池的进出水水质见表3.3。 表3.3 SBR池进出水水质 单位：（mg/L）项目CODBOD5NH3-NSS进水水质1020560190245去除率85%83%88%76%出水水质1539524603.2.5混凝沉淀 混凝沉淀工艺包括投药、混合、反应及沉淀分离过程10。通过投加液态聚合氯化铝混凝剂使渗滤液中未被前面的处理去除的有机物和不能直接通过重力去除的微小杂质聚结成较大的颗粒迅速得到沉降，有效地降低渗滤液的浊度和色度，使水澄清。聚合氯化铝适宜pH为59，使用碱化度量为40%60%，对设备腐蚀性小，效率高、药量小、絮体大而重、沉淀快，对处理后水的pH值和碱度下降小，受水温影响小，投加过量对凝效果影响小。适用各类水质，对高浊度废水铝盐更为有效。聚合氯化铝的投加量为20mg/L。混凝沉淀池的进出水水质见表3.4。 表3.4 混凝沉淀池进出水水质 单位：（mg/L）项目CODBOD5NH3-NSS进水水质153952460去除率50%50%15%60%出水水质764820.4243.2.6活性炭吸附渗滤液经过混凝沉淀后由污水提升泵从混凝沉淀池提升到活性炭吸附塔中。活性炭吸附塔可以除去渗滤液的臭味、色度、放射性物质以及渗滤液中难生物降解的有机物，选择粒状炭作为滤料，污水深度处理多用粒状炭，将滤料装于活性炭吸附塔内对渗滤液进行吸附。活性炭吸附塔的进出水水质见表3.5。 表3.5 活性炭吸附塔进出水水质 单位：（mg/L）项目CODBOD5NH3-NSS进水水质764820.424去除率50%45%5%60%出水水质3826.419.49.63.2.7消毒池经过处理后，渗滤液出水水质已经达标，但是渗滤液中含有细菌、病毒和病卵虫等致病微生物，因此采用液氯消毒将其杀灭，防止其对人类及牲畜的健康产生危害和对环境造成污染，使排水达到国家规定的细菌学指标。3.2.8污泥处理 污泥处理的目的是使污泥达到减量化、稳定化、无害化及综合利用。竖流式混凝沉淀池、ABR池和SBR池底部的污泥，通过污泥泵被送入污泥浓缩池，进行浓缩处理。由于污泥量很小，因此浓缩后不使用其他脱水装置，直接将污泥从浓缩池中取出，置于浓缩池四周曝晒，待其晒干后，将污泥外运。 4主要构筑物的工艺设计与计算 4.1格栅设计及计算：4.1.1格栅设计说明：格栅的设计数据如下：1. 按形状，格栅可分为平面格栅和曲面格栅两种；按栅条净间隙，可分为粗格栅（50100mm）、中格栅（1040mm）、细格栅（310mm）三种；按清渣方式，可分为人工清除格栅和机械清除格栅两种11。2当格栅设于污水处理系统之前时，采用机械清除栅渣，栅条间隙为1625mm；采用人工清除栅渣，栅条间隙为2540mm。3过栅流速一般采用0.6m/s1.0m/s。4格栅前渠道内的水流速度一般采用0.4m/s0.9m/s。5格栅倾角一般采用采用4575。 6通过格栅的水头损失一般采用0.08m0.15m。7机械格栅不宜少于2台，如为1台时，应设人工清除格栅备用。8格栅间隙16mm25mm，栅渣量0.10m30.05m3栅渣/103 m3污水；格栅间隙30mm50mm，栅渣量0.030.10m3栅渣/103 m3污水。9在大型污水处理厂或泵站前的大型格栅（每日栅渣量大于0.2 m3），一般采用机械清渣。小型污水处理厂也可采用机械清渣。本工程设一道细格栅，取栅条间隙为6mm，采用人工清渣方式。格栅简图如图4.1所示。图4.1 人工清除污物的格栅示意图4.1.2格栅设计计算：1.设计流量：（1）平均日流量：Q=200 m3/d=2.31510-3 m3/s （2）设计最大流量： 取污水总变化系数Kz=1.5 Qmax= QKz (4.1)=2.31510-31.5 m3/s=3.47210-3 m3/s2.设计参数： 栅条间隙b=6mm；栅前流速1=0.7m/s；过栅流速v=0.7m/s； 栅条宽度s=0.01m；格栅倾角=60； 栅前部分长度0.5m；栅渣量W1=0.1 m3栅渣/103m3污水。3.设计计算：（1）确定格栅前水深，根据最优水力断面公式： （4.2）式中：Qmax设计流量，m3/s； B1栅前槽宽，m； 1栅前流速，m/s。计算得：栅前槽宽栅前水深 （2）栅条间隙数n (4.3) 式中：n栅条间隙数；Qmax设计流量，m3/s； 格栅倾角，=60； 栅条间隙， m； 栅前水深， m； 过栅流速，m/s。计算得： 栅条间隙数， 取n=16（3）栅槽宽度B B=s(n-1) + bn （4.4）式中：B栅槽宽度，m； s栅条宽度，m； n栅条间隙数； b格栅间隙，m。采用栅条规格为1050mm，即s=0.01m计算得：栅槽宽度B=0.01（161）+0.00616=0.246m （4）通过格栅的水头损失h1 h1 = kh0 (4.5) (4.6) (4.7) 式中：h1通过格栅的水头损失，m；h0计算水头损失，m； g重力加速度，9.81m/s2；k系数，格栅受栅渣堵塞时，水头损失增大的倍数，一般取k=3； 阻力系数，其值与栅条的断面形状有关； 格栅倾角，=60； 形状系数，当栅条断面为矩形时，=2.42； s栅条宽度，m； b格栅间隙，m。 计算得：过栅水头损失 =0.31m（5）进水渠道渐宽部分的长度L1 (4.8) 式中：L1进水渠道渐宽部分的长度，m；进水渠道渐宽部分的展开角度，一般取= ；B栅槽宽度，m；B1栅前槽宽，m。 计算得：进水渠道渐宽部分的长度m （6）出水渠道渐窄部分长度L2 （4.9） 式中：L1进水渠道渐宽部分的长度，m； L2出水渠道渐窄部分的长度，m。 计算得： 出水渠道渐窄部分长度m （7）栅后槽总高度H H=h+h1+h2 (4.10) 式中：H栅后槽总高度，m； h栅前水深，m； h1通过格栅的水头损失，m； h2栅前渠道超高，一般取0.3m。 计算得：栅后槽总高度H=0.05+0.31+0.3=0.66m （8）栅槽总长度L L=L1+L2+1.0+0.5+ (4.11) H1=h+ h2 (4.12) 式中：L栅槽总长度，m； L1进水渠道渐宽部分的长度，m； L2出水渠道渐窄部分的长度，m； H1栅前渠中水深，m； h栅前水深，m； h2栅前渠道超高，一般取0.3m； 1.0栅后部分长度，m； 0.5栅前部分长度，m； 格栅倾角，=60.计算得：栅前渠中水深H1=0.05+0.3=0.35m 栅槽总长度 L=0.2+0.1+1.0+0.5+ =2.00m （9）每日栅渣量W （4.13） 式中：W每日栅渣量，m3/d； W1栅渣量，m3栅渣/103m3污水； Kz污水总变化系数，取Kz =1.5。 计算得：每日栅渣量=0.02 m3/d0.2 m3/d 所以选择人工清渣。 4.2调节池设计及计算：4.2.1调节池设计说明：调节池可以调节水量和水质，调节水温及pH。本次调节池设计为钢筋混凝土结构，采用矩形池型。采用停留时间法进行设计计算，本次设计采用停留时间t=6h. 本次设计设置两个调节池，一个用于吹脱塔前，用石灰调节pH值至11，增加游离氨的量，使吹脱效果增加，去除更多的氨氮。另一个用于吹脱塔后，用酸将pH值降低至8左右，达到后续生物处理所适宜的范围。两个调节池使用同一种尺寸。调节池示意图如图4.2所示。i=0.01进水管出水管 图4.2 调节池示意图4.2.2调节池设计计算： 1.调节池容积：（1）每日处理废水总量（即设计最大水量）： Q0=2001.5=300 m3/d（2）最大时平均流量：Qh=300/24=12.5 m3/h（3）停留时间：t=6h（4）调节池容积： V= Qht (4.14)式中：V调节池容积，m3；Qh最大时平均流量，m3/h； t停留时间，h。 计算得：调节池容积V=12.56=75 m32调节池尺寸： 调节池的有效水深一般为1.5m2.5m12，设该调节池的有效水深为2.5m，调节池出水为水泵提升。采用矩形池，调节池表面积为： （4.15）式中：A调节池表面积，m2；V调节池体积，m3； H调节池水深，m。计算得：调节池表面积 m2取池长L=6m，则池宽B=5m。考虑调节池的超高为0.3m，则调节池的尺寸为：6m5m2.8m=84 m3，在池底设集水坑，水池底以i=0.01的坡度滑向集水。4.3吹脱塔设计及计算：4.3.1吹脱塔设计说明：吹脱塔是利用吹脱去除水中的氨氮，在塔体中，使气液相互接触，使水中溶解的游离氨分子穿过气液界面，向气体转移，从而达到脱氮的目的13。NH3溶解在水中的反应方程式为：NH3+H2ONH4+OH-从反应式中可以看出，要想使得更多的氨被吹脱出来，必须使游离氨的量增加，则必须将进入吹脱塔的废水pH值调到碱性，使废水中OH-量增加，反应向左移动，废水中游离氨增多，使氨更容易被吹脱。所以在废水进入吹脱塔之前，用石灰将pH值调至11，使废水中游离氨的量增加，通过向塔中吹入空气，使游离氨从废水中吹脱出来。吹脱塔内装填料，水从塔顶送入，往下喷淋，空气由塔底送入，为了防止产生水垢，所以本次设计中采用逆流氨吹脱塔，采用规格为25252.5mm的陶瓷拉西环填料乱堆方式进行填充。吹脱塔示意图如图4.3所示。图4.3 吹脱塔示意图4.3.2吹脱塔设计计算： 1.设计参数：设计流量Qmax=300 m3/d=12.5 m3/h=3.47210-3 m3/s设计淋水密度q=100 m3/（m2d）气液比为2500m3/m3废水2.设计计算： （1）吹脱塔截面积 A= （4.16）式中：A吹脱塔截面积，m2；Qmax设计流量，m3/d；q设计淋水密度，m3/（m2d）。 计算得：吹脱塔截面积A=3 m2吹脱塔直径D=1.95m（设计中取2 m）（2）空气量设定气液比为2500 m3/m3水，则所需气量为：3002500=7.5105 m3/d=8.68m3/s（3）空气流速v=8.68/3=2.89m/s（4）填料高度采用填料高度为5.0m，考虑塔高对去除率影响的安全系数为1.4，则填料总高度为51.4=7.0 m.4.4 ABR池设计及计算：4.4.1 ABR池设计说明：ABR池采用常温硝化。废水在反应器内沿折流板作下向流动。下向流室水平截面仅为上向流室水平截面的四分之一，所以，下向流室水流速大，不会堵塞。而上向流室过水截面积大，流速慢，不仅能使废水与厌氧污泥充分混合，接触反应，又可截留住厌氧活性污泥，避免其流失，保持反应器内厌氧活性污泥高浓度。在下向流室隔墙下端设置了一个45转角，起到对上向流室均匀布水的作用，共设计了5块挡板。ABR池示意图如图4.4所示。图4.4 ABR池示意图4.4.2 ABR池设计计算1上向流室截面积A1 （4.17）式中：A1上向流室截面积，m2；Qmax设计流量，m3/d；V1上向流室水流上升速度，一般为13m/h，取V1=2.6m/h。计算得：上向流式截