城市生活垃圾填埋场渗滤液处理工艺设计

城市生活垃圾填埋场渗滤液处理工艺设计摘要：本设计对 200m3/d 的垃圾填埋场渗滤液的处理工艺进行设计。渗滤液废水水质复杂，属于典型的高浓度难降解有机污染废水，其水质特点表现为有机物含量高、CODCr、BOD5 高、pH 低等特点。设计采用“吹脱与 ABRSBR活性炭吸附深度处理”工艺对垃圾填埋场渗滤液进行处理。废水水质CODCr：7500mg/L、SS：800mg/L 、BOD 5：3500mg/L、NH 3-N：900mg/L 。渗滤液经本工艺处理后，COD Cr、BOD 5、NH 3-N 及 SS 的去除率分别为99.5%、 99.2%、98.5%及 98.9%，满足生活垃圾填埋场污染控制标准 （GB16889-2008）一级排放标准。关键词：渗滤液；吹脱；ABR；SBR ；活性炭吸附 Design of Municipal Solid Waste Landfill Leachate Treatment ProcessAbstract: Design of 200m3/d of municipal solid waste landfill leachate treatment process was proposed. Leachate with complex substances was typical and difficultly degraded effluent that contains concentration of organic pollutants. It has the features of high organic content, CODCr, BOD5, and low pH values. Municipal solid waste landfill leachate was treated by the process of “air strippingABRSBRactive carbon adsorption” with the wastewater quality of 7500mg/L COD, 800mg/L SS, 3500mg/L BOD5, 900mg/L NH3-N. After the leachate was treated by the process, the removal rate of COD, BOD5, NH3-N and SS was about 99.5%, 99.2%, 98.5% and 98.9%, and the quality of water met the First Grade Standard of Standard for Pollution Control on the Landfill Site of Municipal Solid Waste (GB16889-2008).Key word: leachate, air stripping, ABR，SBR，active carbon adsorption 目录第一章、垃圾填埋场渗滤液概况 .11.1 城市生活垃圾的现状及趋势 .11.2 渗滤液的来源、水质及水量特点分析 .1第二章 设计概述 .42.1 设计的题目 .42.2 设计原则 .42.3 设计依据 .42.3.1、法律法规依据 .42.3.2、技术标准及技术规范依据 .42.3.3、设计范围 .52.4 设计工艺比选 .52.5 设计工艺流程图 .6第三章 主要构筑物设计计算 .73.1 集水池的设计 .73.1.1 设计说明 .73.1.2 设计参数 .73.1.3 设计计算 .73.2 调节池的设计计算 .73.2.1 调节池的作用 .73.2.2 设计参数 .73.2.3 设计计算 .73.3 吹脱塔的设计计算 .83.3.1 设计说明 .83.3.2 设计参数 .93.3.3 设计计算 .9 3.4 ABR 池的设计计算 .103.4.1 设计说明 .103.4.2 设计参数 .113.5 SBR 池的设计计算 .123.5.1 设计说明 .123.5.2 设计参数 .123.5.3 设计计算 .133.6 混凝沉淀池的设计计算 .183.6.1 设计说明 .183.6.2 设计参数 .193.6.3 设计计算 .193.7 污泥浓缩池设计计算： .283.7.1 设计说明： .283.7.2 设计参数 .293.7.3 设计计算 .293.8 吸附塔的设计计算 .323.8.1 设计说明 .323.8.2 设计参数 .333.8.3 设计计算 .333.9 消毒池的设计计算 .343.9.1 设计说明 .343.9.2 设计参数 .343.9.3 设计计算 .34第四章 管道及布置设计计算 .364.1 污水管道计算 .364.1.1 设计原理 .364.1.2 各构筑物水头损失计算 .364.1.3 污水管道水头损失的计算 .38第五章 工程概算及处理成本 .41 5.1 工程投资估算 .415.2 劳动定员、运行管理 .42结论 .44致谢 .45参考文献 .46 1第一章 垃圾填埋场渗滤液概况1.1 城市生活垃圾的现状及趋势随着城市建设的发展、居民生活水平的有所提高，城市生活垃圾产生量与日俱增。这些垃圾不仅污染环境、破坏了城市景观，同时传播着疾病，威胁人类的生命安全，以成为社会公害之一。因此，城市生活垃圾问题是我国和世界各大城市面临的重大环境问题。1、我国城市生活垃圾现状分析 我国的城市垃圾产量迅速增加的同时，垃圾构成及其理化问题也相应地发生了很大变化。现在我国城市生活垃圾构成拥有以下变化趋势：a 有机物增加；b 可燃物增多；c 可回收利用物增多； d 可利用价值增大。 2、城市生活垃圾管理与处置现状我国城市垃圾清运处置主要由各市环卫部门主管。垃圾清运处置过程的管理、监督、运行基本由一家完成。许多城市环境卫生实行市、区、街道三级管理体制。垃圾清运处置费用靠政府全额财政拨款，生产效率低而技术含量少，仍属于劳动密集型行业。长期以来，我国城市垃圾处置主要以寻找合适地点加以消纳为目的。目前，我国城市垃圾处置的最主要方式是填埋，约占全部处置总量的 70以上；其次是高温堆肥，约占 20以上；焚烧量甚微。 3、城市生活垃圾污染现状。（1）垃圾露天堆放大量氨、硫化物等有害气体释放，严重污染了大气。（2）严重污染水体。垃圾不但含有病原微生物，在堆放腐败过程中还会产生大量的酸性和碱性有机污染物，并会将垃圾中的重金属溶解出来，形成有机物质，重金属和病原微生物三为一体的污染源，雨水淋入产生的渗滤液必然会造成地表水和地下水的严重污染。生物性污染。垃圾中有许多致病微生物，同时垃圾往往是蚊、蝇、蟑螂和老鼠的孳生地，这些必然危害着广大市民的身体健康。（4）垃圾爆炸事故不断发生。随着城市中有机物含量的提高和由露天分散堆放变为集中堆存，只采用简单覆盖易造成产生甲烷气体的厌氧环境，易燃易爆。1.2 渗滤液的来源、水质及水量特点分析1、渗滤液的来源： 2（1）直接降水。降水包括降雨和降雪，它是渗滤液产生的主要来源。（2）地表径流。地表径流是指来自场地表面上坡方向的径流水，对渗滤液的产生量也有较大的影响。取决于填埋场地周围的地势、覆土材料的种类及渗透性能、场地的植被情况及排水设施的完善程度等。（3）地表灌溉。与地面的种植情况和土壤类型有关。（4）地下水。如果填埋场地的底部在地下水位以下，地下水就可能渗入填埋场内，渗滤液的数量和性质与地下水同垃圾的接触情况、接触时间及流动方向有关。（5）废物中水分。随固体废物进入填埋场中的水分，包括固体废物本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附（当贮水池密封不好时）量。（6）覆盖材料中的水分。随覆盖层材料进入填埋场中的水量与覆盖层物质的类型、来源以及季节。覆盖层物质的最大含水量可以用田间持水量来定义，即克服重力作用之后能在介质孔隙中保持的水量。典型田间持水量：对于砂而言为 6%12%，对于粘土质的土壤为 23%31%。（7）有机物分解生成水。垃圾中的有机组分在填埋场内经厌氧分解会产生水分，其产生量与垃圾的组成、pH 值、温度和菌种等因素有关。 2、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。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。（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（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。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。 4第二章 设计概述2.1 设计的题目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。该设计进水水质如表 2.1 所示。 表 2-1 渗滤液进水水质 单位：（mg/L）项目 COD BOD5 NH3-N SS含量 7500 3500 900 8002.2 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。2.3 设计依据2.3.1、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2.3.2、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）地表水环境质量标准(GB3838-2002)（5）生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008） 52.3.3、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。 2.3.4、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及去除率 如下表 2-3表 2-3 渗滤液处理程度 单位：（mg/L）项目 COD BOD5 NH3-N SS进水水质 7500 3500 900 800出水水质 42 29.4 14 8.9去除率 99.5% 99.2% 98.5% 98.9%2.4 设计工艺比选由于本设计的进水水质浓度高，要求污染物去除率较高（COD 去除率：99.5%，BOD5 去除率：99.2%，NH3-N 去除率：98.5%，SS 去除率：98.9%），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，而且 SBR 处理有以下有点：（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。 6（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。所以本次设计我们就采用 ABRSBR 处理工艺。2.5 设计工艺流程图采用吹脱法与 ABR+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 2.5 所示。渗滤液处理工艺流程：集水池调节池吹脱塔 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 2.5 7第三章 主要构筑物设计计算3.1 集水池的设计3.1.1 设计说明集水池作用：垃圾填埋场的渗滤液在进行处理之前需要收集到集水池中再进行处理。垃圾填埋场的渗滤液的产量由于受到各种因素的影响,越分布极不均衡。3.1.2 设计参数累计渗滤液 Q=20000m3处理能力 W=100m3/d停留时间 t 为 5 个月，即 150 天安全系数 n=1.23.1.3 设计计算 360)(ntWQV有效水深采用 10m，则集水池面积为 F=600m2 ，其尺寸为 20m30m3.2 调节池的设计计算3.2.1 调节池的作用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。同时对渗滤液水质、水量、酸碱度和温度进行调节，使其平衡。一般所用的碱性药剂有 Ca(OH)2、CaO 或 NaOH，虽然 NaOH 做药剂效果更好一点，但考虑到成本问题本设计用 CaO 作试剂。3.2.2 设计参数平均流量： =12.5 m3/hhQ 停留时间：t=6h3.2.3 设计计算 （1）调节池容积： V= t hQ式中：V调节池容积，m 3；最大时平均流量， ；hQm3 t停留时间， 0 8 计算得：调节池容积 V=12.56=75 m3（2）调节池尺寸： 调节池的有效水深一般为 1.5m2.5m，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： HVA式中：A调节池表面积，m 2；V调节池体积，m 3； H调节池水深，m。计算得：调节池表面积 m20.57A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3.3 吹脱塔的设计计算3.3.1 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。NH3 溶解在水中的反应方程式为：NH3+H2O NH4+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 3.3.1 所示。 9图 3.3.1 吹脱塔示意图 表 3-3 吹脱塔进出水水质 单位：（mg/L）项目 COD BOD5 NH3-N SS进水水质 7500 3500 900 800去除率 30% 40% 80% 30%出水水质 5250 2100 180 5603.3.2 设计参数设计流量 =200 m3/d=12.5 m3/h=3.47210-3 m3/saxQ设计淋水密度 q=100 m3/（m 2d）气液比为 2500m3/m3 废水3.3.3 设计计算（1）吹脱塔截面积 A= qQmax式中：A吹脱塔截面积，m 2； 设计流量，m 3/d；axQq设计淋水密度，m 3/（m 2d） 。计算得：吹脱塔截面积 A= =2m210 10吹脱塔直径 D= =1.95m 取 2 m14.32A（2）空气量设定气液比为 2500 m3/m3 水，则所需气量为：2002500=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.3.4 ABR 池的设计计算3.4.1 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 3.4.1所示。图 3.4.1 ABR 池示意图表 3-4ABR 进出水水质 单位：（mg/L）项目 COD BOD5 NH3-N SS进水水质 5250 2100 180 560去除率 80% 75% 5% 60% 11出水水质 1050 525 175 224 3.4.2 设计参数有效水深设为 Hh=2.5m，超高 H2=0.3m停留时间 HRT=64.32/12.5=6h。e产气率，取 e=0.25m3 气/kgCOD；ECOD 去除率，去 E=80%。3.4.3 设计计算1上向流室截面积A 1 1max124VQA式中：A 1上向流室截面积，m 2；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：上向流式截面积 m28.4620A1取上向流室宽度B 1=1.5m，则其长度L 1=3.2m。反应上向流室和下向流室的水平宽度比为4:1，即下向流室宽度B 2=0.4m，长度与上向流室相同为L 2=3.2m。2下向流室流速V 2 2max2L4BQV式中：V 2下向流室流速，m/h；Qmax设计流量， m3/d； B2下向流室宽度，m； L2下向流室长度，m。计算得：下向流室流速V 2= m/h 7.9234.0有效水深设为H h=2.5m，超高H 2=0.3m，顶部厚度0.2m，则总水深H=3.0m，ABR池尺寸为： 6.7m3.2m3.0m=64.32m3，停留时间HRT=64.32/12.5=6h。COD容积负荷为9.08kgCOD/( m 3/d)，符合要求。 12在三个上向流室的顶部中央各设一个沼气出口，尺寸为 100mm，并设计有200mm长的直管段。为防止气体外泄，把出水槽方向设计为向下。3产气量G ESeQG0max 式中：G产生的沼气量，m 3/h； e产气率，取 e=0.25m3气/kgCOD；Q max 设计流量， m3/d；S0进水平均 COD，mg/L；ECOD 去除率，去 E=80%。计算得：产气量 G=0.2512.5525010-30.80=13.125 m3/h 每天产生的沼气量为 315 m3/d。3.5 SBR 池的设计计算3.5.1 设计说明SBR 工艺的核心是 SBR 反应池，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 法按进水方式分为间歇进水方式和连续进水方式；按有机物负荷分为高负荷运行方式、低负荷运行方式及其他运行方式。本设计采用间歇进水，高负荷运行方式，由流入、反应、沉淀、排放、闲置五个工序组成。表 3-5SBR 进出水水质 单位：（mg/L）项目 COD BOD5 NH3-N SS进水水质 1050 525 175 224去除率 84% 80% 84% 75%出水水质 168 105 28 563.5.2 设计参数设计流量 Qmax=200 m3/d=12.5 m3/h=3.47210-3 m3/s；反应池水深 H=5m；BOD5 污泥负荷 Ls=0.2kgBOD/(kgMLSSd)；污泥浓度 MLSS=3000mg/L；排水比 ； 41 13安全高度 =0.6m；反应池数 N=2；池宽与池长之比为 1：1； 需氧量系数 a=1.0kgO2/kgBOD53.5.3 设计计算 （1）曝气时间 TA mXLS40 式中：T A曝气时间，h； S0进水平均 BOD5，mg/L； LsSBR 污泥负荷，kgBOD/(kgMLSSd )； 排水比；m1 X反应器内混合液平均 MLSS 浓度，mg/L。 计算得：曝气时间 h25.3042.TA（2）沉淀时间 TS maxV)1(Hs 6.214axX0. 式中：Ts沉淀时间，h； H反应器水深，m ； 排水比； 1 安全高度； Vmax活性污泥界面的初始沉降速度，m/h； X反应器内混合液平均 MLSS 浓度，mg/L。 计算得：污泥界面初始沉降速度 Vmax =4.61043000-1.26=1.91m/h 沉淀时间 h97.01.645TS 14（3）排水时间 TD=2h（4）周期数 n一周期所需时间 TCT A+TS+TD=6.56+0.97+2=9.53h周期数 n= 2.59.342 取 n=2，则 TC=12h（5）进水时间 NTcF 式中：T F进水时间， h； TC一个周期所需时间，h； N一个系列反应池数量。 计算得：进水时间 TF= h621（6）反应池容积 V maxQnN 式中：V各反应池容积，m 3； N反应池的个数； n周期数； Qmax日最大废水处理量，m 3/d。 计算得： 反应池容积 m3026V（7）反应池尺寸： 单个反应池面积 A= m253H 因 SBR 池长和池宽比一般在 1:11:2 所以取 SBR 池长 L=10m，则 SBR 池宽 B=6m。（8）进水变动的讨论 排出结束时水位： m3.4125.m1kh2 基准水位： 5H3 15 高峰水位： m5Hh4 警报、溢流水位： 6.05 污泥界面： m83253.21 SBR 反应池水位概念如图 3.5.3 所示。高峰水位基准水位 排水结束水位污泥界面警报、溢流水位h1 进 水 h2 进 水 h333h4h5图 3.5.3 SBR 反应池水位概念（9）鼓风曝气系统 a.需氧量 =aQmax（S 0-Se） O 式中： 需氧量，kgO 2/d；a需氧量系数， kgO2/kgBOD5；Qmax设计流量， m3/d；S0进水 BOD5，kg/ m 3；Se出水 BOD5，kg/ m 3。 计算得：需氧量 =1.0300(525 - 105)10-3=126 kgO2/dO 周期数 n=2，反应池数 N=2，则每个池一个周期的需氧量 = kgO2/dnN15.3126 以曝气时间 TA=7h 为周期的需氧量为 kgO2/d5.47O1Db.供氧量 16设计算水温为 20C，混合液 DO 浓度 CL =1.5mg/L，微孔曝气器的氧转移率 EA=15%，设曝气头距池底 0.2m，则淹没水深为 4.8m。查表得：20C 时溶解氧在水中饱和溶解度：C s(20)=9.17mg/L30C 时溶解氧在水中饱和溶解度：C s(30)=7.63mg/L微孔曝气器出口处的绝对压力 ：bPPb=P0+9.8103HA 式中：P b曝气器出口处的绝对压力 Pb，Pa；P0大气压力， P0=1.013105Pa；HA曝气器装置的安装深度，本设计采用 HA=4.8m。计算得：曝气器出口处的绝对压力 Pb=1.013105+9.81034.8=1.483105Pa空气离开反应池时氧的百分比为 100% ）（ ）（ At E1279O式中：O t空气离开反应池时氧的百分比，%；EA空气扩散器的氧转移效率，对于微孔曝气器，取 15%。计算得：空气离开反应池时氧的百分比 Ot = =18.43%105.2179曝气池中的平均溶解氧饱和度为 406.PCt5bsTsb式中：C sb鼓风曝气池内混合液溶解氧饱和度的平均值，mg/L；Cs在大气压条件下氧的饱和度，mg/L；Pb空气扩散装置出口处的绝对压力，P a；Ot空气离开反应池时氧的百分比。计算得：20C 时鼓风曝气池内混合液溶解氧饱和度的平均值 17Csb(20)= =10.61 mg/L423.1806.24317.9530C 时鼓风曝气池内混合液溶解氧饱和度的平均值Csb(30)= =8.82 mg/L423.1806.231.75温度 20C 时，脱氧清水的充氧量为 203L)30(sb)2(st0 4.1CR式中：R o脱氧清水的充氧量，kgO 2/h；Rt需氧量， kg/L；氧转移折算系数，一般 =0.80.85，取 =0.85； 氧溶解折算系数，一般 =0.90.97，取 =0.95；密度， kg/L，清水密度为 1.0 kg/L；CL废水中实际溶解氧浓度， mg/L；Csb鼓风曝气池内混合液溶解氧饱和度的平均值，mg/L。计算得：充氧量 Ro= =19.32 kg O2/h1024.58.0195.8.063 c.供风量 鼓风空气量： 6012739E8.0RGAS式中：G S鼓风空气量， m3/min；Ro脱氧清水的充氧量，kgO 2/h；EA空气扩散器的氧转移效率，对于微孔曝气器，取 15%。计算得：鼓风空气量 GS= =8.23 m3/min6017395.081d.布气系统单个反应池平面面积为 10m6m，设每个曝气器的服务面积为 2m2。曝气器的个数： 个，取总曝气器个数为 64 个。 021 18每个 SBR 池需要曝气器 32 个。设空气干管流速 u1=15m/s，干管数量 n1=1；支管流速 u2=10m/s， ，支管数量 n2=2；小支管流速 u3=5m/s，小支管数量 n3=6。管道直径： u60G4Ds式中：D管道直径，m；GS鼓风空气量， m3/min；n管道数量；u管道内空气流速，m/s。计算得：空气干管直径 D1= =0.108m，选用 DN125mm 钢管154.36028空气支管直径 D2= =0.093m，选用 DN100mm 钢管.空气小支管直径 D3= =0.076m，选用 DN80mm 钢管514.60238（10）上清液排出装置滗水器每池的排水负荷 DmaxNnTQ式中：Q D每个反应池的排水负荷，m 3/min；Qmax设计流量， m3/d；N反应池数；n周期数； TD排水时间， h。计算得：每池的排水负荷 QD = =0.625 m3/min6012 193.6 混凝沉淀池的设计计算3.6.1 设计说明本次设计的渗滤液 pH 值在 69 左右，根据常用混凝剂的应用特性，选用聚合氯化铝作为混凝剂，混凝剂的投加采用湿投法。聚合氯化铝适宜 pH59，对设备腐蚀性小，效率高，耗药量小、絮体大而重、沉淀快，受水温影响小，投加过量对混凝效果影响小，适合各类水质，对高浊度废水十分有效，因此适合本次设计。本次选择的聚合氯化铝混凝剂为液态。表 3-6 混凝池进出水水质 单位：（mg/L）项目 COD BOD5 NH3-N SS进水水质 168 105 28 56去除率 50% 50% 15% 60%出水水质 84 52.5 23.8 22.4 3.6.2 设计参数混凝剂最大投量，取 =20mg/L溶液质量分数，一般取 10%20%，取 =10%n每日配制次数，一般为 26 次，取 n=2C喷口出流系数，一般为 0.90.95，取 C=0.9 g重力加速度，9.81m/s 23.6.3 设计计算 1.混合设备：混合方式有水泵混合、隔板混合和机械混合等；主要混合设备有水泵叶轮压力水管、静态混合器或混合池等。本次设计处理水量较小，因此采用桨板式机械混合池，设置两个混合池，一用一备。 （1）混合池有效容积 W 2460TQmax式中：W 混合池有效容积， m3；Qmax设计流量， m3/d；T混合时间，最大不得超过 2min，取 T=1min。 20计算得： 混合池有效容积 W= =0.21m36.0241（2）混合池高度 H有效水深 2DH式中：H有效水深，m；W混合池有效容积，m 3；D混合池直径，D=0.6m。 计算得：有效水深 H= =0.74m26.014混合池池壁设 4 块固定挡板，每块宽度 b=1/10D=0.06m，其 上、下边缘离静止液面和池底皆为 0.15m，挡板长 h=0.7420.15=0.44 m。混合池超高取=0.26m，则混合池总高度为： H= H+ =0.74+0.26=1.00m2.絮凝设备：本次设计使用的混凝剂为液态聚合氯化铝。絮凝设备可分为水力和机械两大类。根据本次设计的水量和水质，选择垂直轴式等径叶轮机械絮凝池，絮凝池设置两个。（1）池体尺寸 a.单池有效容积 V n60TQmax式中：V絮凝池有效容积，m 3；Qmax设计流量， m3/h；T絮凝时间，一般为 1015min，取 T=15min；n絮凝池数，n=2。计算得： 单池有效容积 V =1.56 m326015.b.池平面尺寸为配合沉淀池尺寸，絮凝池分为三格，每格尺寸为 0.6m0.6m，即絮凝池的宽度 B=0.6m，则长度 L=30.6=1.8m。絮凝池分格隔墙上过水孔道上、下交错布置，每格设一台搅拌设备，为加强搅拌效果，于池子周壁设四块固定挡板。c.池高 h 21 BLVh式中：h絮凝池高，m；V絮凝池有效体积，m 3；L絮凝池长度，m。絮凝池超高取 0.2m，则絮凝池总高度 H=1.6m。（2）搅拌设备a.叶轮构造参数叶轮直径 D 取池宽的 75%，采用 D=0.45m；叶轮桨板中心点线速度采用： =0.5m/s， =0.35m/s， =0.2m/s；123桨板长度 =0.32m(桨板长度与叶轮直径之比 /D=0.32/0.45=0.7)；l l桨板宽度 b=0.05m；叶轮桨板中心点旋转直径 D0=0.32m。每根轴上桨板数 8 块，内、外侧各 4 块。旋转桨板面积与絮凝池过水断面面积之比为： %= %=15.2%， 符合要求。1Bhl10.6325b.叶轮转速 n 0Dn式中：n叶轮转速，r/min；叶轮桨板中心点线速度，m/s；D0叶轮上桨板中心点旋转直径，m。计算得叶轮转速分别为：n1= = =29.8r/min0632.45n2= = =20.9r/min0D.n3= = =11.9r/min0632.14c.叶轮旋转的角速度 220D2 式中： 叶轮旋转角速度，rad/s； 叶轮桨板中心点线速度，m/s ； D0叶轮上桨板中心点旋转直径， m。 计算得： 第一格叶轮角速度 =3.12rad/s32.051 第二格叶轮角速度 =2.19rad/s2 第三格叶轮角速度 =1.25rad/s .3 d.桨板功率 P0n 由桨板宽长比 b/ =0.05/0.32=0.161，查表得：阻力系数 CD=1.10l外侧桨板旋转的功率 3n412Dn0 0r8C外外l 内侧桨板旋转的功率 P内内 桨板功率 n0n0P式中： 外侧桨板旋转的功率，kW；n0P 内侧桨板旋转的功率，kW； 桨板功率，kW；n0 y每个叶轮上的桨板数目，此处 y=4 个； 桨板长度，m；l k系数； r2 外 叶轮外缘旋转半径，m； r1 外 叶轮外缘旋转半径与桨板宽度之差，m ； r2 内 叶轮内缘旋转半径，m； r1 内 叶轮内缘旋转半径与桨板宽度之差，m ； 叶轮旋转角速度，rad/s。 计算得： 第一格外侧桨板旋转功率 =2.1710-3kW34401 102.175.02.83.0.P 第一格内侧桨板旋转功率 23 =4.2210-4kW34401 102.095.1.832.0.P 第一格桨板功率 =2.1710-3+4.2210-4=2.5910-3 kW01P 第二格外侧桨板旋转功率 =7.5110-4kW34402 109.2175.02.83.P 第二格内侧桨板旋转功率 =1.6710-4kW34402 .01. 第二格桨板功率 =7.5110-4+1.6710- 4=9.1810-4 kW02P 第三格外侧桨板旋转功率 =1.4010-4kW34403 1025.17.05.83.1.P 第三格内侧桨板旋转功率 =3.1010-5kW34403 1025.09.15.832.01.P 第三格桨板功率 =1.4010-4+3.1010-5=1.7110- 4 kW03P e.所需电动机功率 P 设三台搅拌器合用一台电动机，则絮凝池所消耗总功率为： = + + = 2.5910-3+9.1810- 4+1.7110- 4=3.6810-3kW0P1023 电动机功率 210P 式中：P 电动机功率， kW； P0絮凝池消耗总功率， kW； 搅拌设备总机械效率，一般取 =0.7511 传动效率，一般为 0.60.95，取 =0.8。2 2 计算得：电动机功率 P= =6.1310-3kW8.07516.33 （3）核算平均速度梯度 G 值及 GT 值 水温 20C 时，水的动力黏度 Pas3. 每格絮凝池的有效容积 W= = =0.52 m33V61 水流速度梯度 24 WPG 式中：G水流速度梯度，s -1； P电动机功率， W； 水的动力黏度，Pas； W每格絮凝池的有效容积， m3。 计算得： 第一格速度梯度 G1= =69.5 s-152.013.92P30 第二格速度梯度 G2= =41.4 s-1.8340第三格速度梯度 G3= =20.6 s-152.01.7WP340 絮凝池平均速度梯度 G= =47.86.8V30 GT=47.81560=4.30104经核算，G 值均在 2070s-1 范围之内，符合要求；GT 值在 11041105的范围内，符合要求。3.混凝沉淀池：由于反应阶段生成了较大絮体，因此废水从絮凝池出来后送入混凝沉淀池进行沉淀分离。经过一段沉淀时间，处理后的水被澄清后流出，污泥沉在池底，进而达到分离目的。根据处理水的水量水质，选择竖流式沉淀池，沉淀池设置两个。沉淀池为钢筋混凝土结构，池底设计成截头圆锥。竖流式沉淀池结构如图 3.6.3 所示。 25图 3.6.3 竖流式沉淀池（1）中心管计算a.最大秒流量 qmax nQqmaxa 式中：q max最大秒流量， m3/s；Qmax设计流量， m3/d；n沉淀池数，取 n=2。 计算得：最大秒流量 qmax = =1.73610-3 m3/s21047.3 b.中心管有效过水断面积 A1 0maxq 式中：A 1中心管有效过水断面积，m 2； qmax最大秒流量， m3/s； 污水在中心管内的流速，一般取 0.03m/s。0 计算得：中心管有效过水断面积 A1= =0.058 m203.76 26 c.中心管有效直径 d0 10A4 式中：d 0中心管有效直径，m； A1中心管有效过水断面积，m 2。 计算得：中心管有效直径 d0= =0.27m，取 d0=0.3m14.358 喇叭口直径 =0.40m；反射板直径 =0.52 m135.d123.（2）中心管高度 h2（沉淀池的工作高度） 360t2 式中：h 2中心管高度，m； 污水在沉淀区的上升速度，取 =0.0005m/s； t沉淀时间，取 t=1.5h。计算得：中心管高度 h2=0.00051.53600=2.7m （3）中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度 h3 1ax3dq 式中：h 3中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度，m ； qmax最大秒流量， m3/s；污水由中心管与反射板之间缝隙的出流速度，1取 =0.02m/s；1 喇叭口直径，m。1d 计算得： 中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度 h3= =0.07m4.012.763（4）沉淀池工作部分有效断面积 A2 maxq 式中：A 2沉淀池工作部分有效断面积，m 2； qmax最大秒流量， m3/s； 27 污水在沉淀区的上升速度，取 =0.0005m/s。计算得：沉淀池工作部分有效断面积 A2= =3.47 m205.17363（5）沉淀池总面积 A= A1+ A2=0.058+3.47=3.53 m2（6）沉淀池直径 D 4 式中：D沉淀池直径，m；A沉淀池总面积，m 2。 计算得：沉淀池直径 D= =2.12m14.35 （7）校核池径水深比 D/ h2=2.12/2.7=0.793，符合要求。 （8）校核集水槽出水堰负荷 q0 3max1D 式中：q 0集水槽出水堰负荷， ；)L/(sqmax最大秒流量， m3/s；D沉淀池直径，m。 计算得： 集水槽出水堰负荷q0= )2.9L/(s)/(s6.012.4376.13 符合要求，可不另设辐射式水槽。 （9）污泥量 V 0Z21maxPK1864TCq式中：V污泥量，m 3；qmax最大秒流量， m3/s； C1进水悬浮物浓度，kg/m 3； 28C2出水悬浮物浓度，kg/m 3；T两次清除污泥相隔时间，取 T=2d；Kz污水总变化系数，Kz =1.5；污泥密度， =1000kg/m3； P0污泥含水率，取 P0=90%。设混凝沉淀池对悬浮物的去除率为 80%，混凝阶段产生的絮体浓度为 60 mg/L， 混凝后污水的本体的 SS 浓度为 60 mg/L：进水悬浮物浓度 C1=60+60=120mg/L=0.12kg/m3出水悬浮物浓度 C2=0.12(10.8)=0.024 kg/m3 计算得： 污泥量 V= =0.20 m390105. 18642.736.3每池污泥体积 V=0.20/2=0.10 m3（10）池子圆截锥部分实有容积 V1 tan)2dD(h5 251rR3 式中：V 1圆截锥部分容积，m 3； h5污泥室圆截锥部分的高度，m； D沉淀池直径，m； d圆锥底部直径，取 d=0.1m； 截椎侧壁倾角，取 ；5R圆截锥上部半径，R=1.06m； r圆截锥下部半径，r=0.05m。 计算得：污泥室圆截锥部分的高度 h5= =1.44m5tan21.0.圆截锥部分容积 V1= =1.7822.60.134. （11）沉淀池总高度 H=h1+h2+h3+h4+h5 式中：H沉淀池总高度，m； 29 h1超高，取 h1=0.5m； h2中心管高度，m； h3中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度，m ； h4缓冲层高，h 4=0m； h5污泥室圆截锥部分的高度，m。 计算得：沉淀池总高度 H=0.5+2.7+0.07+0+1.44=4.71m3.7 污泥浓缩池设计计算：3.7.1 设计说明： 污泥浓缩的主要目的是减少污泥体积，以便后续的单元操作。污泥浓缩的操作方法有间歇式和连续式两种。通常间歇式主要用于污泥量较小的场合，而连续式则用于污泥较大的场合。污泥浓缩的方法有重力浓缩、气浮浓缩、和离心浓缩，其中重力浓缩应用最广。根据本次设计知整个工艺流程产泥量较小，因此选择一个不带中心管的间歇式重力浓缩池，其结构如图 3.7.2 所示。其浓缩原理是污泥在重力浓缩池中，污泥依次通过自由沉降、絮凝沉降、区域沉降、压缩沉降的过程来脱去部分水分。即是通过自身重力来压密的过程。污泥浓缩池采用钢混结构。 本次设计的污泥来源：（1）SBR 工艺产生的剩余污泥；（2）竖流式混凝沉淀池产生的污泥。由于 ABR 池将产生的污泥送入污泥浓缩池的同时，污泥浓缩池中的污泥又有部分回流至 ABR 池中，因此， ABR 池中污泥进出同步进行时，进入的污泥量可抵消产生的污泥量。 图 3.7.2 间歇式重力浓缩池 303.7.2 设计参数 a，b 计算系数，取 a=0.9，b=0.05； 污泥密度， =1000kg/m3； P1剩余污泥含水率，一般为 99.2%99.6%，取 P1=99.5%； 沉淀池中悬浮物的去除率，取 =80%； P浓缩前含水率，取 P=99%； 泥斗侧壁倾角，取 。5 Pt出泥含水率，取 Pt =97%。3.7.3 设计计算 （1）污泥量的确定及计算 a. SBR 池产生剩余污泥量 V1 bWXSaQrmx f 11PV式中： X每日排放的剩余污泥量，kg/d；Qmax设计流量， m3/d；SrBOD5 降解量，kg/ m 3；W曝气池有效容积，m 3；XvMLVSS 浓度，kg/ m 3；f系数， f=0.8；X反应器内混合液平均 MLSS 浓度，kg/ m 3 ； a，b计算系数，取 a=0.9，b=0.05；V1SBR 池产生剩余污泥量， m3/d； 污泥密度， =1000kg/m3； P1剩余污泥含水率，一般为 99.2%99.6%，取 P1=99.5%。计算得：MLVSS 浓度 Xv =0.8400010-3=3.2 kg/ m3 每日排放的剩余污泥量 X=0.9300(525-108)/1000-0.0530023.2=34.8 kg/d SBR 池产生剩余污泥量 V1= =6.96 m3/d95.0834 31 b. 竖流式混凝沉淀池产生污泥量 V2 2max02P1QC 式中：V 2竖流式混凝沉淀池产生污泥量， m3/d； C0进水悬浮物浓度，mg/L； 沉淀池中悬浮物的去除率，取 =80%； Qmax设计流量， m3/d； P2污泥含水率，取 P2=90%； 污泥密度， =1000kg/m3。 计算得： 竖流式混凝沉淀池产生污泥量 V2= =0.288m3/d109108. c.浓缩前污泥总量 V= V1+ V2=6.96+0.288=7.248 m3/d（2）污泥固体浓度 C C= P 式中：C 污泥固体浓度，kg/m 3； P浓缩前含水率，取 P=99%； 污泥密度， =1000kg/m3。 计算得：污泥固体浓度 C=(1-0.99)1000=10 kg/m3 （3）浓缩池面积 A MVC 式中：A浓缩池面积，m 2；V污泥量，m 3/d；C污泥固体浓度，kg/m 3； M浓缩池污泥固体负荷，取 M=30kg/( m2d)。 计算得： 浓缩池面积 A= =2.42 m201248.7 （4）浓缩池直径 D = =1.8mA.3 （5）浓缩池高度计算 a. 浓缩池工作部分高度 h1 32 A24TVh1 式中：h 1浓缩池工作部分高度，m； T浓缩时间，一般为 1016h，取 T=10h； V污泥量，m 3/d； A浓缩池面积，m 2。 计算得：浓缩池工作部分高度 h1= =1.25m42.870 b.浓缩池有效水深 H1 321 式中：H 1浓缩池有效水深，m； h1浓缩池工作部分高度，m； h2浓缩池超高，取 h2=0.3m； h3浓缩池缓冲层高度，取 h3=0.3m。 计算得：浓缩池有效水深 H1=h1+h2+h3=1.25+0.3+0.3=1.85m c.污泥斗深度 h4 tandDh4 式中：h 4污泥斗深度，m； D浓缩池直径，m； d污泥斗底部直径，取 d=0.1m； 泥斗侧壁倾角，取 。5 计算得：污泥斗深度 h4= =1.21mtan21.08 d.浓缩池总高度 H= H1+ h4=1.85+1.21=3.06m （6）污泥斗容积 2241rR3V 式中： V1污泥斗容积，m 3； h4污泥斗深度，m； R污泥斗上部半径，R=0.9m； r污泥斗下部半径，r=0.05m。 计算得： 污泥斗容积 V1= =1.09 m32205.90.3.4 （7）浓缩后污泥量 V2 33 )P1(V2t 式中：V 2浓缩后污泥量，m 3/d； V污泥量，m 3/d；P浓缩前含水率，取 P=99%； Pt出泥含水率，取 Pt =97%。 计算得：浓缩后污泥体积 V2= =2.42 m3/d)97.01(48. （8）排泥周期 T =0.45d，取排泥周期 T=12h。.09123.8 吸附塔的设计计算3.8.1 设计说明活性炭吸附分为静态和动态两种方式。本次设计活性炭吸附应用于渗滤液深度处理阶段，因此选择动态活性炭吸附法，即在废水连续流动的条件下进行吸附操作，以保证出水达标。根据处理水量、水质及水流方向，吸附设备选择间歇式移动床吸附塔，无反冲设备。活性炭主要有粒状和粉状两种类型。粉状活性炭常与混凝剂联合使用，粒状炭则往往装于容器内，作为滤料使用，污水深度处理多用粒状炭。因此本次设计选用粒状炭，粒状炭吸附剂的再生采用高温加热再生法。 表 3-7 吸附塔进出水水质 单位：（mg/L）项目 COD BOD5 NH3-N SS进水水质 84 52.5 23.8 22.4去除率 50% 44% 41% 60%出水水质 42 29.4 14 8.93.8.2 设计参数1.设计参数： 粒状炭有效粒径 =0.8mm； 空塔线速 10m/h； 接触时间 t=30min； 通水倍数 n=5.0m3/kg； 34 粒状炭炭层密度 =400kg/ m3。3.8.3 设计计算 （1）吸附塔截面积 A maxQ 式中：A吸附塔截面积，m 2； Qmax设计流量， m3/h； 空塔线速， m/h。 计算得：吸附塔截面积 A= =1.25 m2105. （2）吸附塔直径 D= = =1.26m ，选用 D=1.5m4.3 （3）塔内炭层高度 h th 式中：h塔内炭层高度，m； 空塔线速，m/h； t接触时间，h。 计算得： 塔内炭层高度 h=10 =5m603 （4）炭层容积 V=Ah=1.255=6.25 m3 （5）吸附塔所需活性炭质量 G G= V 式中：G吸附塔所需活性炭质量，kg ； 粒状炭炭层密度，kg/ m 3； V炭层容积，m 3。 计算得：吸附塔所需活性炭质量 G=4006.25=2500 kg （6）每日总需炭量 g nQgmax 式中：g每日总需炭量，kg/d； Qmax设计流量， m3/d； n通水倍数，m 3/kg。 35 计算得：每日总需炭量 g= =60 kg/d5303.9 消毒池的设计计算3.9.1 设计说明污水深度处理工艺中经常采用的消毒方法有液氯消毒、氯片消毒、二氧化氯消毒、漂粉精消毒、次氯酸钠消毒和臭氧消毒。根据本次设计的水量及水质