城市垃圾填埋场渗滤液处理工艺设计

彭昊：城市垃圾填埋场渗滤液处理工艺设计目录摘要Abstract前言11概述21.1垃圾渗滤液的来源及特征21.2国内外目前垃圾渗滤液处理现状及未来发展方向31.2.1我国垃圾渗滤液处理经历的阶段31.2.2垃圾渗滤液处理工艺比较51.2.3渗滤液处理中存在的问题81.2.4今后的研究方向82设计说明书102.1总论102.1.1设计任务和内容102.1.2基础资料102.2渗滤液处理工艺流程说明102.3处理构筑物的设计计算112.3.1格栅的设计计算112.3.2调节池的设计计算152.3.3混凝沉淀池的设计计算172.3.4 UASB的设计计算272.3.5改良SBR的设计计算362.3.6臭氧氧化设备的设计计算412.3.7活性炭吸附装置的设计计算432.3.8贮泥池的设计计算442.3.9污泥浓缩池的设计计算452.3.10污泥消化池的设计472.3.11污泥脱水设备的设计482.3.12综合间492.3.13效率评估492.3.14场区市政设施设计502.3.15总结50参考文献51致谢52附录53城市垃圾填埋场渗滤液处理工艺设计摘 要本次毕业设计的内容是对城市垃圾渗滤液的处理进行工艺设计。渗滤液的处理量为400m3/d，主要去除物质有SS、CODcr、BOD5和NH3-N，处理水质执行生活垃圾填埋污染控制标准（GB16889-1996）二级排放标准。主要任务是确定该渗滤液处理的工艺流程和相关构筑物的尺寸计算。通过对渗滤液特征研究，主体生化处理工艺采用UASB+SBR，再经由臭氧氧化对其进行深度处理。SBR工艺是将脱氮除磷的各种反应通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。SBR工艺系统组成简单，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备，耐冲击负荷，污泥沉降性能好。臭氧氧化可将废水中呈溶解状态的有机物和无机物彻底消除，而不会产生污染物被浓缩的化学污泥。所设计的处理工艺流程为：原水经格栅闸阀井进入调节池，稳定后出水开始混凝沉淀，去除COD、BOD、悬浮颗粒及重金属，上清液溢流后经提升泵进入UASB，去除COD同时氨化，之后进入SBR进一步去除有机污染物同时脱氮，再进入臭氧氧化池进行深度处理后通过活性炭吸附工艺，出水可达标排放。污泥流程为：将贮泥池从生物处理构筑物处收集到的剩余污泥输送到污泥浓缩池，经由消化池后，经脱水回收填埋。关键词：混凝沉淀；UASB；SBR；臭氧氧化；活性炭吸附Landfill Leachate Treatment Process DesignAbstractThis graduation project is to design landfill leachate treatment process. Flow rate of this leachate treatment plant is 400m3/d. The purpose is mainly to remove SS, CODcr, BOD5 and NH3-N, and the quality of the effluent is requested to reach the level B standards of national sewage discharge. The main task is to determine the leachate treatment process and to calculate the related structures in the size.Through analysis of the characteristics of leachate, SBR combining with UASB is used as the main biological treatment process , followed by ozonation as the advanced treatment. SBR process can complete the variety reaction of nitrogen and phosphorus removal in the same reactor in chronological sequence. Composition of SBR process system is simple. Its aeration tank can be used as secondary sedimentation tank, and it has not sludge return device. SBR process can resist shock loading, and its sludge settling performance is good. After the waste water dealing with by ozonation, the dissolved organic and inorganics can be removed completely, but chemical sludge in which pollutants are concentrated can not be produced.The influent flowed from screen and regulating pond into coagulation and sedimentation tank to remove COD, BOD, SS and heavy metal. Then the supernatant overflowed into UASB by upgrade pump to remove COD and to ammonification at the same time. Then leachate flowed into the SBR to further remove organic pollutants and ammonia simultaneously. At last, the liquid flowed into the ozonation pond and activated carbon adsorption process for advanced treatment. The excess sludge which collected from the biological treatment structures was transported to the sludge thickening pool, and then the sludge entered into the digestion tank and landfill after dewatering.Key words: Coagulation and Sedimentation; UASB; SBR; Ozonation; Activated carbon adsorption processI前 言随着我国城市化建设步伐的加快，城市人口的急剧增加，城市生活垃圾产生量日益增多，垃圾污染环境现象也日趋严重。目前，我国把城市生活垃圾无害化处理作为一项重要的城市基础设施建设来抓，努力消除生活垃圾的污染，提高社会环境的可持续发展能力。根据我国垃圾处理“无害化、减量化、资源化”的原则，近几年，将会有大批生活垃圾卫生填埋场应运而生，与此同时，垃圾渗滤液的处理和处置程度已被确认为衡量一个填埋场是否为卫生填埋场的重要指标之一。作为一种高浓度有机废水，垃圾渗滤液的处理近几年得到了广大研究人员的密切关注，并进行了大量的试验研究，取得了不少的研究成果，并有一批垃圾渗滤液处理厂已经或正在兴建。垃圾渗滤液作为一种特殊废水，其处理的投资、运行成本远远高于一般城市污水和工业废水，这主要是由于垃圾渗滤液成分复杂、氨氮浓度很高、有机物浓度高，导致处理工序和设备繁多，处理时间较长。垃圾渗滤液由于在垃圾体已经经历了厌氧过程，其生化性相对较差，生物处理的停留时间较长，致使设施、设备的投资较大，同时垃圾渗滤液处理量一般相对较小，导致折旧、维修费较高。垃圾填埋产生的垃圾渗滤液水质极其恶劣，对水体能够产生严重污染，为了防止垃圾渗滤液污染水体，美国、英国等国家对垃圾填埋提出了严格技术要求。认识渗滤液的危害程度、提出对策、采取措施，防止其产生二次污染对保护环境非常重要。我国在1989年颁布了城市生活垃圾卫生填埋技术标准（GJJ 171988），但是对垃圾渗滤液的处理无具体规定；同时因为垃圾渗滤液水质变化范围极大，各种污染物浓度高，因此垃圾渗滤液的处理一直是一个世界性的难题。虽然各国开展研究的时间已较长，但迄今尚无比较切实有效的处理方法。因而我们应更加努力，科学地去解决这一世界性难题，为改善人类生存环境作出应有的贡献。1 概述1.1 垃圾渗滤液的来源及特征1.1.1 垃圾渗滤液的产生随着我国城市垃圾产生量的不断增加，无害化处理越来越重要。垃圾处理的方法有很多，有卫生填埋、堆肥、焚烧、厌氧发酵、热解等。我国垃圾无机成分含量高，可燃物质少，热值低，且垃圾填埋技术成熟、处理费用低、管理和运输方便，这些特点就决定了卫生填埋是我国处理垃圾的主要方式。卫生填埋，它不仅是我国现今垃圾处理的主要方式，还将在今后很长的时间内存在。卫生填埋存在一个很关键的问题，即垃圾渗滤液的收集和处理问题。垃圾在堆放和填埋过程中由于压实、发酵和降水渗流作用，会产生一种高浓度的有机废水，我们称之为垃圾渗滤液。垃圾填埋后，在微生物的作用下，垃圾中的有机物经过好氧反应和厌氧反应产生降解，其降解后生成的无机物以及垃圾中的可溶污染物，大量进入垃圾渗滤液中，这就使渗滤液污染物含量极高。产生垃圾渗滤液的同时，垃圾中的病原微生物也会在雨水的淋溶作用下进入垃圾渗滤液。垃圾降解产生的CO2溶于垃圾渗滤液以后使垃圾渗滤液偏酸性，这种酸性环境使得垃圾中不溶于水的碳酸盐、金属及其金属氧化物等无机物发生溶解，继而使垃圾渗滤液中含有种类繁多且含量超标的重金属类物质。1.1.2 垃圾渗滤液的来源垃圾渗滤液来自直接降水、垃圾中的水分、有机物分解产生的水、地表径流、地表灌溉、地下水以及覆盖材料中的水分，其中前三种为主要来源。1.1.3 垃圾渗滤液的组成垃圾渗滤液的组成十分复杂，此外，经发射光谱定性分析，垃圾渗出液中检测到的金属有：Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg、Na、Mg、Ca、K、Si、B、Sn、Al、Ti、Ag、Bi、Pd、Gd、Ni、Mn、Co、Hf、Sc、V、Rb 26种。 据长期对不同垃圾填埋场渗滤液的监测可知，垃圾渗滤液的来源使得垃圾渗滤液的水质具有与城市污水不同的特点：有机物浓度高，金属含量高，水质变化大，氨氮含量高，营养元素比例失调，且在进行生化处理时会产生大量泡沫。1.1.4 渗滤液的水质特点1色嗅呈淡茶色或暗褐色，有较浓的腐化臭味。2pH值填埋初期pH呈弱酸性（67），随时间推移，pH值可提高到78，呈弱碱性。3渗滤液中的有机物垃圾渗滤液中的有机物可归纳为低分子量的脂肪酸类、腐殖质类高分子的碳水化合物和中等分子量的灰黄酸类物质。对于相对不稳定的填埋过程而言，大约90的可溶性有机物是可挥发性的脂肪酸（易生物降解），其次是灰黄霉酸（难生物降解）；对于相对稳定的填埋场而言，挥发性脂肪酸随垃圾的填埋时间延长而减少，而灰黄霉酸物质的比重则增加。有机物组分的变化，导致渗滤液的可生化性降低，生化处理效果较差。4氨氮“中老年”填埋场渗滤液中氨氮浓度很高，由于目前多采用厌氧填埋技术，因而渗滤液中的氨氮浓度在填埋场进入产甲烷阶段后不断上升，其达到高峰值后延续很长的时间并直至最后封场。此外，渗滤液中氨氮的含量常占总氮的8590。高浓度的氨氮及其随时间变化的特性加重了渗滤液对受纳水体的污染程度。5磷垃圾渗滤液的含磷量通常较低，尤其是溶解性的磷酸盐浓度更低，导致渗滤液生物处理的缺磷严重。6重金属城市生活垃圾填埋场渗滤液中金属离子浓度通常较低，但若将工业垃圾与生活垃圾混合填埋，渗滤液中重金属离子的溶出量将会明显增加。7固体物质垃圾渗滤液中含较高浓度的总溶解性固体，同时含有高浓度的Na+、K+、Cl-、SO42-等无机类溶解性盐。此后，随填埋时间的增加，无机盐类浓度逐渐下降，直至稳定。8微生物渗滤液中重金属元素、氨氮等物质含量过高，使得微生物营养元素比例失调，在一定程度上抑制了微生物的生长繁殖。1.2 国内外目前垃圾渗滤液处理现状及未来发展方向1.2.1 我国垃圾渗滤液处理经历的阶段受到经济发展水平的限制，我国卫生填埋起步较晚，真正意义上的卫生填埋场从20世纪80年代末才开始建设。渗滤液处理厂的建设就更晚，从时间上看，垃圾渗滤液的处理经历了3个阶段。1第一阶段此阶段在20世纪90年代初期，处理工艺主要参照城市污水的处理方法，代表性的工程实例有杭州天子岭和北京阿苏卫等垃圾填埋场的渗滤液处理。a杭州天子岭渗滤液处理厂采用三沉二曝两段式活性污泥法工艺，对DO与MLSS的浓度控制要求不一样，一段利用细菌和低级霉菌占优势的混合种群，二段培养原生动物占优势。渗滤液处理厂从1991年开始投产，在填埋初期，由于渗滤液的有机物、氨氮浓度较低、可生化性较好，因此可以满足排放要求。随着填埋时间的延长，垃圾渗滤液的浓度越来越高、成分越来越复杂、可生化性降低，且变化幅度大、变化规律复杂，使得处理难度加大。b北京阿苏卫渗滤液处理厂采用厌氧+氧化沟的处理工艺。阿苏卫渗滤液处理厂的运行情况与天子岭情况类似。在此阶段，由于渗滤液处理厂主要参照城市污水处理厂进行建设，没有考虑到渗滤液水质特性，因此都存在不能稳定运行的状况，出水也不能稳定达标。2第二阶段此阶段在20世纪90年代中后期，研究人员考虑到渗滤液的水质独特性，如高浓度的氨氮、高浓度的有机物等，采取了脱氨措施，采取的处理工艺一般为氨吹脱+厌氧处理+好氧处理，代表性的工程实例有深圳下坪、香港新界西等垃圾填埋场的渗滤液的处理。a深圳下坪渗滤液处理厂采用氨吹脱+厌氧复合床+SBR的处理工艺。该工程于2002年投入使用，通过为期一年的运行，设备运行良好、出水稳定达标。采用了化工规整填料塔，有效地解决了渗滤液的脱氨问题，出水的氨氮保持在10mg/L左右。b香港新界西渗滤液处理厂采用氨汽提+SBR的处理工艺。采用了汽提吹脱塔，将渗滤液的水温提高到6070，用蒸汽进行汽提，减少了气量，同时不需要对渗滤液进行pH调整；另外，该渗滤液处理厂采用了脱氨尾气的分解装置，利用高温焚烧炉，操作温度在850，用催化燃烧的方法将脱氨尾气的氨气分解成氮气，有效地解决了脱氨尾气二次污染的问题。3第三阶段2000年以后，由于经济的飞速发展，新建的渗滤液处理厂一般远离城区，渗滤液没有条件排入城市污水管网，因此处理要求也相应提高，一般需要处理到二级甚至一级排放标准。此时的渗滤液若仅靠生物处理无法达到处理要求，一般采取生物处理+深度处理的方法。代表性的工程实例有广州新丰、重庆长生桥等。广州新丰渗滤液处理厂采用的是UASB+SBR+反渗透处理工艺。重庆长生桥渗滤液处理厂采用的是反渗透的处理工艺。1.2.2 垃圾渗滤液处理工艺比较垃圾渗滤液处理采用的最常用处理方法是生化处理和物化处理。垃圾渗滤液的组成成分是随时间而发生变化的，对于填埋时间少于5年的垃圾渗滤液，其中的有机物浓度高，低分子脂肪酸多，BOD5/COD值在0.50.6，采用生化处理方法是有效的；而随着垃圾填埋年数的增加，有机物浓度降低，但腐殖质类物质增加，BOD5/COD值下降，可生化性降低，生化处理难以达到较好的效果。在实际中，因填埋时间存在先后的差别，使得“新鲜”和“老”的垃圾渗滤液并存。因此，为了满足渗滤液处理效果在垃圾填埋场的使用期间和封场后一直能够满足环境的要求，有必要采用生化和物化组合的处理工艺。提高可生化性工艺：通常采用的技术方法主要有高级氧化技术、水解酸化技术和厌氧发酵技术等，主要目的是去除水中难生物降解的有机物和无机化合物，提高处理工艺的抗冲击负荷能力。高级氧化水解酸化出 水进 水提高可生化性单元生物处理单元UASB氧化沟接触氧化A2/O工艺SBR工艺生物处理工艺：是污水二级处理的主流工艺，其污染物去除能力取决于污水处理工艺性能、污染物的成分及营养性污染物的比例等因素。通常采用氧化沟、A2/O和SBR等工艺进行处理。图1-1 主体处理工艺的备选方案1.2.2.1 提高可生化性单元1高级氧化法高级氧化处理工艺中重要的一点就是生成氢氧自由基， 氢氧自由基的强氧化作用可使处理过的污水中残留的难降解有机化合物被氧化分解为无机物。常用方法有臭氧氧化法、电解氧化法以及Fenton试剂氧化法等。高级氧化法具有以下特点：1) 产生大量羟基自由基(HO)，氧化能力仅次于氟；2) HO直接与废水中的污染物反应将其降解为CO2、水和无害物，不产生二次污染；3) 能直接达到完全去除有机物，降低TOC和COD的目的；4) 其本身是物理化学过程，反应速度快，易于控制；5) 可单独处理，也可与其他处理相结合，如作为生化处理的预处理，可降低处理成本。2厌氧生物处理上流式厌氧污泥床(UASB)和水解酸化都属于厌氧生物处理。厌氧生物处理的特点：1) 应用范围广，不需供氧，能耗低，运行费用低且产生甲烷可回收；2) 少量有机物用于合成，故微生物增殖慢，污泥量少；3) 但反应时间较长，所需处理构筑物容积较大。UASB的最大特点是其反应器底部污泥层的浓度高、活性高，使反应器有机负荷得到提高，水力停留时间短，故构筑物容积小。水解酸化是利用厌氧反应中的水解和产酸菌作用将反应控制在水解酸化第二阶段，而不进入甲烷发酵第三阶段。由于第一、第二阶段反应速度快，故与完全厌氧相比，水力停留时间短，处理构筑物体积减小，处理效率提高。1.2.2.2 生物处理单元常用生物处理技术方法较多，如氧化沟工艺、A2/O工艺、接触氧化工艺、SBR工艺等。1氧化沟氧化沟工艺是五十年代由荷兰工程师发明的，因其池型呈封闭循环流沟渠而得名，其沟内循环水量往往是进水量的几十倍甚至上百倍，所以氧化沟兼有推流型和完全混合型曝气池的特点，具有较强的抗冲击负荷的能力。一般情况下，氧化沟工艺不设初沉池，工艺简单，便于操作。2A2/O工艺A2/O工艺是在20世纪80年代初开创的工艺，其主要特点是将反硝化反应器放置在系统之首，故又称为前置反硝化生物脱氮除磷系统，这是目前应用比较广泛的一种污水脱氮处理工艺。3接触氧化工艺生物接触氧化法又称淹没式生物滤池，是在生物滤池基础上，通过接触曝气方式演变成的一种污水生物处理技术。运行时填料全部浸没在污水中，利用机械装置向水体充氧，系统中的微生物绝大部分形成生物膜附着在固体填料上，少量以颗粒污泥的形式悬浮于水中。因此，接触氧化工艺既具有生物滤池的特点又具有活性污泥法的特点。4SBR工艺SBR工艺是较早开展于污水处理实验研究技术方法之一，直到近10多年来，由于自动控制、机械制造等技术的突破，SBR工艺才真正意义上应用于生产实践。目前，应用较多的SBR工艺和设备包括CASS、ICEAS、CAST、MSBR、DAT-IAT等。SBR工艺是将脱氮除磷的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成，不需要回流污泥，从而节省了能耗。表1-1 各种生物处理工艺性能特点工艺名称优点缺点氧化沟BOD负荷低，处理效果好，出水水质稳定；可不设初沉池，可不单设二沉池；耐受水力冲击负荷；污泥产率低且稳定；采用机械曝气，氧利用率高，设备的维护方便。占地大，能耗大，运行费用高；污泥易于膨胀；转刷充氧搅拌易产生大量泡沫；流速不均，致使污泥沉积，减少有效池容。A2/O工艺工艺简单，占地少；同时脱氮除磷；反硝化过程为硝化提供碱度；反硝化过程同时去除有机物；污泥沉降性能好。回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区，对除磷效果有影响；脱氮受内回流比影响；聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有机物。工艺名称优点缺点接触氧化工艺微生物浓度高，生物膜适应性强；生态系统稳定，产泥量低，不发生污泥膨胀，无需污泥回流；氧利用率高；耐受水力冲击负荷，处理效果好；水力停留时间短，容积小，占地少；填料易堵塞；布水、曝气不均，局部易产生死角；生物膜脱落，水质受影响；生物膜多寡不易控制；填料费用高；SBR工艺工艺简单，占地小，费用低；沉淀效果好，不易发生污泥膨胀；可同时脱氮除磷，效果显著；耐受水力冲击负荷；反应推动力大，效率高；操作灵活性好，便于自动控制。同时脱氮除磷时操作复杂；滗水设施的可靠性对出水水质影响大；设计过程复杂；维护要求高，运行对自动控制依赖性强；池体容积较大。1.2.3 渗滤液处理中存在的问题1.2.3.1 渗滤液高浓度氨氮的问题高浓度的氨氮是渗滤液的水质特征之一，随着填埋时间的延长，垃圾中的有机氮转化为无机氮，渗滤液的氨氮浓度有升高的趋势。与城市污水相比，垃圾渗滤液的氨氮浓度高出数十至数百倍。一方面，由于高浓度的氨氮对生物处理系统有一定的抑制作用；另一方面，由于高浓度的氨氮造成渗滤液中的C/N比失调，生物脱氮难以进行，导致最终出水难以达标排放。1.2.3.2 渗滤液可生化性差的问题渗滤液可生化性差主要体现在两个方面：一方面，随着填埋场填埋时间的延长，渗滤液的生化性降低，在填埋后期，可生化性很差，BOD5/ CODCr值小于0.1，此时的渗滤液俗称老化渗滤液；另一方面，在填埋初期，虽然渗滤液的可生化性较好，但是光靠生物处理也很难将之处理至二级甚至一级标准以下，一般来讲，渗滤液的 COD中将近有500600 mg/L无法用生物处理的方式处理。1.2.4 今后的研究方向根据渗滤液处理存在的问题，目前我国垃圾渗滤液处理工艺的关键主要集中在以下两个方面：高浓度氨氮处理技术和渗滤液深度处理技术。1.2.4.1 高浓度氨氮处理技术高浓度氨氮处理技术，目前应用较多的主要有氨吹脱和生物脱氨技术。氨吹脱技术大多用空气为吹脱介质，低效率的吹脱设备吹脱的方式。相对而言，精馏塔脱氨是一种比较有前途的解决方案，虽然采用该法需要一定量的蒸汽，但由于水温提高了，可以减少调整pH的酸碱用量，还可以减小气液比，减少风机的电耗。另外，由于蒸馏后，脱氨尾气可以通过冷凝直接转换成液氨，可以回收利用，有效地解决了尾气难以治理的问题。因此，新型高效吹脱装置的开发，脱氨尾气的妥善处理成为了今后研究的方向。除了氨吹脱的方法脱氨以外，生物脱氮也是一种经济、有效的脱氨方式。但传统理论认为：氨氮的去除是通过硝化和反硝化两个相互独立的过程实现的；硝化过程需要大量的氧气，而反硝化过程则需要一定的碳源。渗滤液氨氮浓度很高，C/N值较低，无法通过单一的生物脱氮方式解决渗滤液的脱氨问题。目前对生物脱氮技术又有了很多新的认识，如好氧反硝化、同步硝化反硝化、厌氧氨氧化、短程硝化等，这些技术具有需氧量低、能耗低、负荷高、对碳源碱度需求低等优点。1.2.4.2 渗滤液深度处理技术对于老化渗滤液，由于生物处理基本无效，因此，必须采用以物化为主的深度处理技术处理。1人工湿地系统人工湿地系统对于处理老化渗滤液具有较好的效果，因此也可作为渗滤液深度处理的方法，对于有地方建造湿地的填埋场应予以推广。另外，对于封场后的垃圾填埋场的渗滤液也可采用人工湿地的处理方式。这是由于封场后的填埋场一般需在其表面覆盖粘土和营养土，并种上绿化植物，以防止雨水的侵入和填埋气体的扩散。2膜处理技术西方发达国家关注并大规模开展渗滤液处理是在20世纪50年代，基本上是在无奈和失败中探索，直到80年代随着膜处理技术应用于渗滤液处理，才走出了以反渗透技术为主，高效生物反应器结合反渗透的技术路线。从国外近十几年来渗滤液处理技术发展来看，简单生化法处理渗滤液的技术已被逐渐淘汰，取而代之的是以反渗透为主的膜处理工艺和高效生化处理结合膜法的先进技术。2 设计说明书2.1 总论2.1.1 设计任务和内容2.1.1.1 污水处理设计目的污水处理设计能够培养学生综合运用所学的水处理专业知识及相关知识的能力和工程实践能力，使学生受到基础的工程制图训练，在资料收集及调查研究，工程设计，图纸绘制，设计说明书的撰写等方面的能力得到一定程度的提高。2.1.1.2 污水处理设计基础要求： （1） 在设计过程中，要发挥独立思考工作的能力。（2） 本设计的重点是污水处理构筑物的设计计算和总体布置。（3） 处理构筑物选型按其基础特征加以说明。（4） 设计计算说明书，要求内容完整（包括计算草图），简明扼要，文字通顺，设计图纸按标准绘制，内容完整，主次分明。2.1.1.3 设计任务：（1） 设计说明：包括水质特征、性质，设计流量，进出水水质指标，工艺流程比较与选择，各构筑物运行参数及尺寸设计以及各处理构筑物的平面布置。（2） 计算说明：包括各处理构筑物的设计计算。（3） 图纸：工艺流程图，平面布置图及单体构筑物的工艺构图。2.1.2 基础资料设计水量：Q=400m3d，时变化系数为1.3，进、出水水质指标如下表：表2-1 所处理的垃圾渗滤液进出水水质（单位：mg/L）水质标准CODBODNH-NSSPH进水水质60002000100018005-9排放标准300150252006-9处理水质执行生活垃圾填埋污染控制标准（GB16889-1996）二级排放标准。2.2 渗滤液处理工艺流程说明经分析渗滤液的水质特点，同时从出水水质角度考虑，拟采用以下工艺进行处理：渗滤液细格栅调节池混凝沉淀池沼气利用栅渣、无机砂质及剩余污泥回收填埋污泥消化池加药间污泥浓缩池活性炭吸附UASB沼气利用贮泥池臭氧氧化SBR脱水干燥鼓风机房尾气处理排入水体图2-1 垃圾渗滤液处理工艺流程图由于该水质具有一定的可生化性，所以考虑用UASB+SBR作为主要的生化处理工艺，臭氧氧化工艺作为深度处理。臭氧氧化可将废水中呈溶解状态的有机物和无机物彻底消除，而不会产生污染物被浓缩的化学污泥。采用混凝沉淀工艺作为生化处理的预处理，有效去除有机物胶体及悬浮颗粒，降低后续生化处理段的有机负荷，保证其正常运行。原水经格栅闸阀井进入调节池，稳定后出水开始混凝沉淀，去除COD、悬浮颗粒及重金属，上清液溢流后经提升泵进入UASB，去除部分COD同时氨化，之后进入SBR进一步去除有机污染物同时脱氮，再进入臭氧氧化池进行深度处理后，通过活性炭吸附，出水可达标排放。2.3 处理构筑物的设计计算2.3.1 格栅的设计计算2.3.1.1 格栅的作用和位置格栅安装在污水渠道，泵房等的进口处或污水处理厂的端部。用以截留较大悬浮物或漂浮物，以便减轻后续处理的处理负荷，并使之正常运行。2.3.1.2 格栅的设计参数及要求1（1） 栅条间隙：粗格栅（50100mm），中格栅（1040mm），细格栅（1.510mm）；（2） 格栅的栅前流速一般为0.4m/s 0.9m/s；（3） 格栅过栅流速不宜小于0.6m/s，不宜大于1.0m/s；（4） 栅前渠道宽度和渠道中的水深应与入厂污水管规格相适应；（5） 栅渣量与地区特点，格栅的间隙大小，污水水量等因素有关，在无当运行资料时，可采用：（1）格栅间隙1625mm 0.100.05m3栅渣/103污水；（2）格栅间隙3050mm 0.030.01m3栅渣/103污水；（6） 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；（7） 格栅倾角一般采用4575，人工清渣：4560，机械清渣：6090；（8） 通过格栅的水头损失一般采用0.080.15m；（9） 栅间必须设置工作台，台面应高出栅渣前最高设计水位0.5，工作台上应有安全冲洗设备；（10） 设置格栅装置的构筑物，必须考虑有良好的通风设施；（11） 格栅间内应安装调运设备，以便运行格栅及其他设备的检修和栅渣的日常清除。2.3.1.3 设计计算1 栅条间隙数n： (个) (11)式中：Qmax最大设计流量，m3/s；b栅条间隙，m； h栅前水深，m，取0.5m；污水流经格栅的速度，一般取0.61.0m/s，取= 0.7m/s；格栅安装倾角，( )，取60；经验修正系数。注：1) Qmax= Q设 = 400m3/d = 4.63L/s = 4.6310-3m3/s， 当 5L/s时，污水总变化系数Kz = 2.3；2) 由于渗滤液中并无较粗大的漂浮物，所以选取间隙为10mm的细格栅；3) 格栅间隙数过小，所以放宽至20个。2 栅槽总宽度B：B = S(n-1)+bn = 0.01(20-1)+0.0120 0.4m (12)式中：B栅槽宽度，m；S栅条宽度，m，取0.01m；b栅条净间隙，m，取0.01m；n格栅间隙数，个。3 进水渠道渐宽部分的长度： (13)式中：B栅槽总宽度，m；B1进水渠道宽度，m，取0.2m；进水渠道渐宽部位的展开角度，( )，取20。4 格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度： (14)5 通过格栅的水头损失：1) 计算水头损失： (15)式中：计算水头损失，m； 阻力系数 (16)栅条断面选取锐边矩形，经查表2，形状系数； g重力加速度，m/s2，取9.8m/s2。2) 过栅水头损失： (17)式中：过栅水头损失，m； k系数，一般采用k = 3。6 栅后槽的总高度H：H = h+h1+h2 = 0.5+0.3+0.16 1.0m (18)式中：h栅前水深，m； h1格栅前渠道超高，m，取0.3m； h2过栅水头损失，m。7 格栅总长度L： (19)8 每日栅渣量W： 采用人工清渣 (110)式中：W每日栅渣量，m3/d； W1单位体积污水栅渣量，m3/(103m3污水)，一般取0.10.01，细格栅取大值，粗格栅取小值，取0.1； Kz污水流量总变化系数，Kz=2.3。9 格栅机安装2台，1用1备图2-2 格栅水力计算简图2.3.2 调节池的设计计算2.3.2.1 设计说明调节池的作用是调节进、出水量，保证后续工艺的进行，并从废水中分离密度较大的无机颗粒，去除废水中的悬浮物及砂粒，保护水泵和管道免受磨损，缩小污泥处理构筑物容积，提高污泥有机组分的含率，提高污泥作为肥料的价值。由于垃圾场产生的废水量受降雨量的影响较大,为保证处理系统进水水质相对稳定，必须有较大的调节池来调节水量，常规的污水处理调节池一般调节均化4h的水量，而垃圾渗滤液的调节池常把春、夏季产生的未处理渗滤液保存起来，以弥补秋、冬季渗滤液处理厂正常运行时渗滤液量的不足，所以其停留时间均大于24h3。同时随着渗滤液量的变化，其有机物浓度也有较大的变化，特别是在冬季渗滤液量少，浓度特别高，因此需对原水进行适当调节，以免对处理设施冲击过大。另外，调节池可以起到兼氧反应的作用，因生活垃圾渗滤液进入污水处理厂之前已经过较长时间的厌氧发酵过程，渗滤液直接进行厌氧作用已不显著，通过自然复氧作用，使调节池中的渗滤液处于一个兼氧环境，渗滤液中本身存在的大量兼氧菌生长活跃，这样一方面可去除部分有机物，另外可极大地提高废水的可生化性，使后续生化处理难度降低。2.3.2.2 设计计算1 设置2座调节池，水力停留时间取T = 24h。2 调节池容积： (21)3 设计中采用的调节池容积V一般考虑增加调节池理论容积的1020，取20，则： (22) 单池容积 (23)4 池形设计：1) 两池采用并联式矩形池，设定有效水深h2 = 5m，则单个调节池表面积A： (24)2) 单池平面尺寸取LB = 86 = 48m2；3) 超高取0.3m。5 贮渣斗所需容积V1： (25)式中：Qmax最大设计流量，m3/d； T排渣时间间隔，取2d； X城镇污水的沉渣量，一般采用0.03L/m3(污水)； Kz污水流量总变化系数，Kz=2.3。6 渣斗尺寸计算：图2-3 调节池方形渣斗尺寸计算简图1) 如图所示，设定渣斗底宽b1 = 0.2m，斗壁与水平面的倾角= 60，贮渣斗高度= 0.3m则贮渣斗上口宽 (26)2) 贮渣斗容积V1： (27) 可以容纳调节池产生的沙砾式中：S1，S2分别为贮渣斗下口和上口的面积，m2。3) 贮渣室高度h3： (28)式中，贮渣斗高度，= 0.3m； i池底坡向渣斗的坡度，取6； B单个调节池宽度，m； b2贮渣斗上口宽，m。7 调节池总高度H：H = h1+h2+h3 = 0.3+5+0.46 = 5.76m (29)式中：h1超高，取0.3m； h2有效水深，h2 = 5m。8 补充说明：调节池安装桁车式刮泥机，定时将污泥刮入污泥槽，并有污泥泵将污泥运送到贮泥池。图2-4 设有桁车刮泥机的调节池进水槽；挡流板；刮泥桁车；刮渣板；刮泥板；浮渣槽；出水槽；出水管；泥斗；排泥管2.3.3 混凝沉淀池的设计计算 混凝沉淀既可作为预处理技术，减轻后续处理设施的负荷，又可作为深度处理技术，成为整个处理过程的保障技术，主要用来去除水中小型的悬浮物和胶体。对于垃圾渗滤液，能够去除其中的悬浮物、不溶性COD、脱色以及重金属的去除，对氨氮也有一定去除效果。2.3.3.1 混凝池的设计计算一药剂选择及其投加量混凝剂目前应用最广的是铝盐和铁盐。硫酸铝混凝效果较好，使用方便，对处理后的水质没有任何不良影响。但水温低时，硫酸铝水解困难，形成的絮凝体较松散，效果不及铁盐，同时，pH有效范围窄，投加量大。三氯化铁是褐色结晶体，极易溶解，形成的絮凝体较紧密，易沉淀，但三氯化铁腐蚀性强，易吸水潮解，不易保管，同时，残留在水中的亚铁离子会使处理后的水带色。两者比较之后，从基建费用角度考虑，选取硫酸铝作为混凝剂，PAM作为助凝剂。实验研究表明6，当pH = 6时，硫酸铝投加量在0.8g/L左右，处理效果最好。二机械搅拌反应池设计参数及要点5(1) 池数一般不少于2座，反应时间为2030min；(2) 每座池一般设34挡搅拌器，各搅拌器之间用隔墙分开以防水流短路，垂直搅拌轴设于池中间；(3) 搅拌叶轮上桨板中心处的线速度自第一挡0.50.6m/s逐渐减小至0.20.3m/s；(4) 垂直轴式搅拌器的上桨板顶端应设于池子水面下0.3m处，下桨板底端设于距池底0.30.5m处，桨板外缘与池侧壁间距不大于0.25m；(5) 桨板宽度与长度之比b/l = 1/101/15，一般采用b = 0.10.3m。每台搅拌器上桨板总面积宜为水流截面的1020，不宜超过25，以免池水随桨板同步旋转，减弱絮凝效果。水流截面积是指与桨板转动方向垂直的截面积；(6) 所有搅拌轴及叶轮等机械设备应采取防腐措施，轴承与轴架宜设于池外，以免进入泥沙，致使轴承严重磨损和轴杆折断；(7) 速度梯度G和反应时间t的乘积Gt可间接表示整个反应时间内颗粒碰撞的总次数，可用来控制反应效果。当原水浓度低，平均G值较小或处理要求较高时，可适当延长反应时间，以提高Gt值，改善反应效果。一般平均G值约在2070s-1之间为宜，Gt值应控制在104105之间。三设计计算1 反应池容积V： (31)式中：V反应池总容积，m3； Q设计处理水量，m3/h； t反应时间，取25min。2 反应池串联格数及尺寸：反应池采用3格串联的方形池，设置3台搅拌机，池子的有效水深取h = 2.7m，则单池面积 (32) 池边长a 0.93m反应池超过取h1 = 0.3m，则池总高度H = h+h1 = 3.0m。反应池分隔墙上的过水孔道上下交错布置，见图25。图2-5 垂直轴式机械搅拌反应池进水管；旋转轴；桨板；叶轮；挡板；过水孔道；隔墙3 搅拌设备设计1) 叶轮直径及浆板尺寸：a 搅拌池当量直径D： (33)b 搅拌器叶轮直径d： (34)式中：i比例系数，一般为，这里取。c 为了加强混合效果，在内壁设四块固定挡板，每块挡板宽度b1取（1/101/12）D 0.10.09m，其上、下缘距静止液面和池底皆为D/4 0.26m。d 每根旋转轴上安装4块桨板，桨板长度取= 1m，宽度取b = 0.1m。2) 桨板中心点旋转半径R： (35)式中：d搅拌器叶轮直径，m； b桨板宽度，m。图2-6 搅拌反应池水力计算简图3) 转速：每台搅拌机桨板中心点旋转线速度取：第一格 第二格 第三格 则每台搅拌机转速为：第一格 (36)第二格 (37)第三格 (38)4) 桨板旋转功率计算：a 桨板外缘旋转线速度： (39)式中：r 桨板外缘旋转半径，r = 0.35m； 每台搅拌机转速，rad/min。则计算得到： 第一格 第二格 第三格 b 每台搅拌机上桨板总面积A：A = 4b= 40.11 = 0.4m2 (310)式中：b桨板宽度，b = 0.1m； 桨板长度，= 1m。桨板总面积与反应池过水截面积之比为： （小于25，符合要求） (311)c 桨板宽径比系数Ki（三台搅拌器完全相同）： (312)式中：b桨板宽度，b = 0.1m； r 桨板外缘旋转半径，r = 0.35m。d 搅拌器功率： (313)式中：Ki桨板宽径比系数；A每台搅拌机上桨板总面积，m2；桨板外缘旋转线速度，m/s。则每台搅拌器功率： 第一格 第一格 第一格 4 配用电动机功率Ni： (314)式中：搅拌器功率，W； 电动机总机械效率，取0.75； 电动机传动效率，取0.7。则计算得到： 第一格 第二格 第三格 5 校核速度梯度： (315)式中：G速度梯度，s-1； 搅拌器功率，W； 液体粘度，按水温20计，水的粘度； V反应池总容积，m3。 则计算得到： 第一格 第二格 第三格 反应池总平均速度梯度： (316)速度梯度与反应时间的乘积： (317)经验算，与值均较合适。2.3.3.2 沉淀池的设计计算一沉淀池一般规定11 设计流量应按分期建设考虑a) 当污水为自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；b) 当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算；c) 在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算，沉淀时间不宜小于30min。2 沉淀池的个数或分格数不应少于2个，并宜按并联系列设计。3 当无实测资料时，城市污水沉淀池的设计数据，可参照表22选用。表2-2 城市污水沉淀池设计数据沉淀池类型沉淀时间（h）表面负荷（日平均流量）m/(mh)污泥含水率（）固体负荷kg/(mh)堰口负荷L/(sm)初次沉淀池1.02.51.22.095972.9二次沉淀池活性污泥法后2.05.00.61.099.299.61501.7生物膜法后1.54.01.01.596981501.74 池子的超高至少采用0.3m。5 q=h/t，一般沉淀时间不小于1.0h；有效水深多采用24m。下表列出了有效水深、沉淀时间与表面负荷的关系。表2-3 有效水深、沉淀时间与表面负荷的关系表面负荷m/(mh)沉淀时间(h)h2=2.0mh2=2.5mh2=3.0mh2=3.5mh2=4.0m2.01.51.21.00.61.01.31.72.03.31.31.72.12.54.21.52.02.53.05.01.82.32.93.52.02.73.34.06 沉淀池的缓冲层高度，一般采用0.30.5m。7 污泥斗的斜壁