某化工生产废水和生活污水处理工程设计毕业论 40页

'1概述1.1项目背景第一类污染物，指能在水环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响的有害物质[1]。砷是一种毒性极强的非金属元素，能够引起多种疾病，如：皮肤癌、肺癌、膀胱癌、台湾黑脚病、非癌症性组织损害、胃肠疾病等。砷能够取代营养元素磷的位置而与细胞上的巯基结合，从而使细胞毁损。生物体内磷被砷取代后，ADP与ATP的正常功能遭到破坏，严重时引起生物死亡。砷在自然界中有245种化合物，其中砷元素通过自然活动和人类活动主要以AsO43-、AsO33-这两种阴离子形态进入水体，造成砷污染。砷污染引起的环境事件在包括智利、阿根廷、墨西哥、印度、台湾、越南、孟加拉、中国等在内的很多国家和地区均有发生，尤其是孟加拉国，该国由于过量抽取高砷地下水用于生产生活，将近有2800-7700万居民受到砷污染的严重威胁。因此，设法去除生产过程中属于第一类污染物的砷污染物，意义重大。本项目为某化工生产废水和生活污水处理工程设计，主要的污染物为三价砷、废酸和SS。作为第一类污染物的砷，应优先考虑处理，再逐步处理其他污染物。各项污染物出水浓度均要达到《DB44/26-2001》第二时段一级排放标准。1.2设计处理能力本设计的处理规模为化工生产废水量100吨/天，生活污水量50吨/天。1.3设计进出水水质表1.1设计进水水质来源水量（m3/d）总砷(mg/L)pHSS(mg/L)CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)NH3-N(mg/L)元素磷(mg/L)生产废水10024.11-21200300308—生活污水50——200250150305出水水质根据《DB44/26-2001》二时段一级排放标准列出，如表1.2： 表1.2设计出水水质总砷(mg/L)pHSS(mg/L)CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)NH3-N(mg/L)元素磷(mg/L)0.56-9609020100.11.4设计依据1、中华人民共和国环境保护法；2、广东省地方标准水污染物排放限值DB44/26—2001；3、《室外排水设计规范》（GB50014-2006）1.5设计原则1、严格执行国家及地方的现行有关环保法规及经济技术政策。根据国家有关规定和厂方的具体要求，合理地确定各项指标的设计标准。2、本着技术上先进、安全、可靠，经济上合理可行的原则，尽量使工程工艺耐用、可靠、操作方便。3、尽量采用技术成熟、流程简单、处理效果稳定的废水处理系统。从降电耗、节约药剂使用量方面精心设计，从技术经济上达到最佳效果。4、在总图布置方面，充分利用现有条件，因地制宜，少占用地；同时保证使污水处理设施与周围环境协调一致，不会影响环境美观。5、选用的设备自动化水平比较高，易于工人操作管理，减轻劳动强度。同时也要考虑设备的耐用性，以保证长时间免维修正常使用。6、废水处理工程中的设备选用国内先进节能优质产品，确保工程质量。 2废水处理工艺选择及说明2.1工艺方案分析与选择2.1.1生产废水的处理生产废水的主要污染物是As3+，废酸和SS。考虑到砷是第一类污染物，因此处理工艺方案上的选择应优先考虑含砷废水的处理方法。含砷废水处理方法较多，常见的有石灰法、铁盐法、硫化法、软锰矿法等。其中石灰法及铁盐法使用较普遍[2]。1、石灰法一般用于含砷量较高的酸性废水。投加石灰乳，使与砷酸根或亚砷酸根反应生成难溶的砷酸钙或亚砷酸钙沉淀。3Ca2++2AsO33-→Ca3(AsO3)2↓3Ca2++2AsO43-→Ca3(AsO4)2↓石灰法操作管理简单，成本低廉；但沉渣量大，对三价砷的处理效果差。由于砷酸钙和亚砷酸钙沉淀在水中溶解度较高，易造成二次污染。2、石灰—铁盐法一般用于含砷量较低、接近中性或弱碱性的废水处理。砷含量可降低至0.1mg/L。利用砷酸盐与亚砷酸盐能与铁、铝等金属形成稳定的络合物，并为铁、铝等金属的氢氧化物吸附共沉的特点除砷。2FeCl3+3Ca(OH)2→2Fe(OH)3↓+3CaCl2AsO43-+Fe(OH)3→FeAsO4+3OH-AsO33-+Fe(OH)3→FeAsO3+3OH-当pH>10时，砷酸根及亚砷酸根离子与氢氧根置换，使一部分砷反溶于水中，故终点pH值最好控制在10以下。由于氢氧化铁吸附五价砷的pH值范围要较三价砷大得多，所需的铁砷比也较小，故在凝聚处理前，将亚砷酸盐氧化成砷酸盐，可以改进除砷效果。铁、铝盐除砷效果见表2.1。 表2.1铁、铝盐使用条件及除砷效果药剂最佳pH值最佳铁砷、铝砷比除砷百分率，%FeSO4·7H2O8Fe2+∕As=1.594FeCl3·7H2O9Fe3+∕As=4.090Al2(SO4)3·18H2O7-8Al3+∕As=4.090石灰—铁（铝）盐法除砷效果好，工艺流程简单，设备少，操作方便。但砷渣过滤较困难。1、硫化法在酸性条件下，砷以阳离子形式存在。当加入硫化剂时，生成难溶的As2S3沉淀。硫化法净化效果较好，可使废水中砷含量降至0.05mg/L；但硫化物沉淀需在酸性条件下进行，否则沉淀物难以过滤；上清液中存在过剩的硫离子，在排放前需进一步处理。2、软锰矿法利用软锰矿（天然二氧化锰）使三价砷氧化成五价砷，然后投加石灰乳，生成砷酸锰沉淀。H2SO4+MnO2+H3AsO3→H3AsO4+MnSO4+H2OH2SO4+MnSO4+2Ca(OH)2→2CaSO4↓+Mn(OH)2+2H2O3Mn(OH)2+2H3AsO4→Mn3（AsO4）2↓+6H2O考虑到生产废水是酸性废水，必须用碱中和至中性。石灰—铁盐法用于接近中性或弱碱性的废水处理，而所投加的石灰乳也有中和酸性的作用。因此，用石灰—铁盐法先把废水中和至中性再投加FeSO4·7H2O，就能同时达到除酸和除砷的目的。另外，FeSO4·7H2O也是很好的混凝剂，这样就能同时把SS去除。因此生产废水的处理选用石灰—铁盐法。2.1.2生活污水的处理生活污水将和经化学处理的生产废水混合后再进行处理，各项污染物的浓度为经化学处理后的生产废水的污染物浓度和生活污水污染物浓度的加权平均值。混合后各主要污染物浓度如下： 表2.2混合后各污染物浓度水量（m3）SS(mg/L)CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)NH3-N(mg/L)元素磷(mg/L)1507515670161.7出水水质609020100.1处理效率20%43%72%38%93%其中，SS经两级混凝处理后预计出水浓度约为12mg/L（各级混凝SS去除率均达到90%以上），所以混合调节池中SS的浓度为同理，CODCr经两级混凝处理后预计出水浓度约为108mg/L（各级混凝CODCr去除率均达到40~50%），所以混合调节池中CODCr的浓度为因为，在0.3~0.45[3]范围内，可生化性属于可生化，因此混合后的废水可用生物处理方法进行处理。考虑到氮和磷的去除，应选用具有脱氮除磷效果的生物处理工艺。常用的具有脱氮除磷效果的生物处理工艺如下[4]：1、A2/O工艺在原来A/O工艺的基础上，嵌入一个缺氧池，并将好氧池中的混合液回流到缺氧池中，达到反硝化脱氮的目的，这样厌氧—缺氧—好氧相串联的系统能同时脱氮除磷。该处理系统出水中磷浓度基本可在1mg/L以下，氨氮也可在15mg/L以下。由于污泥交替进入厌氧和好氧池，丝状菌较少，污泥的沉降性能很好。2、改进的Bardenpho工艺改进的Bardenpho工艺由四池串联，即缺氧—好氧—缺氧—好氧。类似二级A/O工艺串联。第二级A/O的缺氧池基本上利用内源碳源进行脱氮，最后的曝气池可以吹脱氨氮，提高污泥的沉降性能。为了提高除磷的稳定性，在Bardenpho工艺流程之前增设一个厌氧池，以提高污泥的磷释放效率。只要脱氮效果好，那么通过污泥进入厌氧池的硝酸盐是很少的，不会影响污泥的放磷效果，从而使整个系统达到较好的脱氮除磷效果。 3、UCT工艺在改进的Bardenpho工艺中，由于二沉池回流污泥中很难避免有一些硝酸盐回流到流程前端的厌氧池，从而影响除磷效果；为此，UCT工艺将二沉池的回流污泥回流到缺氧池，污泥中携带的硝酸盐在缺氧池中反硝化脱氮。同时为弥补厌氧池中污泥的流失，增设缺氧池至厌氧池的污泥回流。这样厌氧池可免受硝酸盐的干扰。4、SBR工艺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。如进水后进行一定时间的缺氧搅拌，好氧菌将利用进水中携带的有机物和溶解氧进行好氧分解，此时水中的溶解氧将迅速降低甚至达到零，这时厌氧发酵菌进行厌氧发酵，反硝化菌进行脱氮；然后停止搅拌一段时间，使污泥处于厌氧状态，聚磷菌放磷；接着进行曝气，硝化菌进行硝化反应，聚磷菌吸磷，经一定反应时间后，停止曝气，进行静止沉淀，当污泥沉淀下来后，撇出上部清水，而后再放入原水，如此周而复始。研究表明，SBR工艺可取得很好的脱氮除磷效果。自动控制系统的完善，为SBR的应用提供了物质基础。SBR是间歇运行的，为了连续进水，至少需设置二套SBR设施，进行切换。SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比有一些优点：（1）工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备；（2）耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业废水处理）无须设置调节池；（3）反应推动力大，易于得到优于连续流系统的出水水质；（4）运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果；（5）污泥沉淀性能好，SVI值较低，能有效地防止丝状菌膨胀；（6）该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。考虑到之前生产废水处理阶段的两级反应所设的反应池已占地较多，因此为了节省用地，并根据各种处理方法的优缺点进行衡量，决定选用SBR工艺。2.2工艺流程及说明根据上述工艺方案分析与选择，最终确定整个水处理工艺流程如下： 生产废水调节池沉淀池一级化学反应池二级化学反应池沉淀池污泥浓缩池处置混合调节池间歇式曝气池污泥处置图2.1工艺流程图1、生产废水调节池由于该生产废水的出水是间歇性的，因此有必要设置一个调节池，用于水量调节，当储存生产废水达到一定量时才集中进入后续设施进行处理。2、一级化学反应池当调节池中达到一定水量后会进入一级化学反应池进行化学处理。在此反应池中，会向其投加石灰乳和FeSO4·7H2O药剂进行曝气反应。曝气的作用是把三价砷氧化成五价砷，这样能达到更好的除砷效果。砷酸盐能与铁金属离子形成稳定的络合物。石灰乳的作用有两：一是调节pH值到8（8为投加FeSO4·7H2O药剂进行除砷的最佳pH值），二是和FeSO4反应生成Fe(OH)2，Fe(OH)2再和砷酸盐与铁金属离子形成的络合物共沉，从而达到除砷的目的。因为一级反应的除砷效率最高为94%，而本设计要求去除效率为98%，所以要进行二级处理，一级化学反应池的设计处理效率为85%。另外，FeSO4·7H2O也是一种很好的化学混凝剂，在此SS也能有很好的去除效果，估计去除率达到90%以上；还有在化学混凝过程中，CODCr的去除率也能达到40～50%。3、一号沉淀池 一级化学反应池中的化学反应产生的沉淀在此进行沉淀，沉淀后的出水再进入二级化学反应池进行二级处理。各种沉淀池的特点及适用条件如下[4]：表2.3各种沉淀池的特点及适用条件池型优点缺点适用条件平流式1、对冲击负荷和温度变化的适应能力较强2、施工简单，造价低采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，操作工作量大，采用机械排泥时，机件设备和驱动件均浸于水中，易锈蚀1.适用地下水位较高及地质较差的地区；2.适用于大、中、小型污水处理厂竖流式1.排泥方便，管理简单2.占地面积较小1.池子深度大，施工困难；2.对冲击负荷及温度变化的适应能力较差；3.造价较高；4.池径不宜太大适用于处理水量不大的小型污水处理厂辐流式1.采用机械排泥，运行较好，管理亦较简单2.排泥设备已有定型产品1.池水水流速度不稳定；2.机械排泥设备复杂，对施工质量要求较高1.适用于地下水位较高的地区；2.适用于大、中型污水处理厂根据各种沉淀池的优缺点和适用条件，最后选择平流式沉淀池，二号沉淀池也同样选用平流式沉淀池。4、二级化学反应池一号沉淀池的出水在此进行二级处理，由于在一级处理中所有的三价砷已被氧化成五价砷，所以在此不需要再进行曝气。还有在一级处理中pH值已调至8，如果在此继续加入石灰乳，不但会偏离反应的最佳pH值，而且当pH ﹥10时，砷酸根离子与氢氧根置换，会使一部分砷反溶于水中，所以在此不需要加入石灰乳。则在此只投加FeSO4·7H2O，设计砷的去除效率为87%。另外，和一级化学反应池一样，在此SS估计去除率也达到90%以上，CODCr的去除率也能达到40～50%。5、二号沉淀池二级化学反应池中的化学反应产生的沉淀在此进行沉淀，沉淀后的出水再进入混合调节池和生活污水混合再进入后续处理。6、混合调节池生活污水将和经化学处理的生产废水在此混合后再进入后续处理阶段，在此进行水量和水质的调节。7、间歇式曝气池混合调节池混合达到一定水量后，进入这里进行生化处理，处理后的水达标排放。8、污泥浓缩池对两沉淀池的沉淀污泥进行浓缩处理。 3构筑物设计计算3.1生产废水调节池1、有效容积m3式中：——日处理水量，m3——调节池有效容积占日处理量的百分数，取25%2、基本尺寸调节池高设为H=2.8m，有效水深设为H1=2.5m，则调节池有效面积为：m2调节池采用距形，取长为4m，宽为2.5m3、提升泵的选用选用80WG型污水泵，工作性能如下：表3.180WG型污水泵工作性能流量(m3/h)扬程(m)转速(r/min)泵轴功率(kW)配电动机(kW)效率(%)允许吸上真空高度(m)叶轮直径(mm)重量(kg)20-5311.6-10.214401.33-2.16347-688196703.2一级化学反应池3.2.1池体设计计算表3.2穿孔旋流反应池设计参数项目设计参数值范围反应停留时间15-25min池格数6，视水量大小增加孔口流速进口第一格0.5-0.7m/s，以后逐格递减至最后一格0.1-0.2m/s有效水深2.5m左右 超高0.3m1、反应池容积设计水流量25m3/h=0.007m3/s，反应停留时间20min，即1200sm3m3式中：——反应池总容积，m3——单格池容积，m3——设计水流量，m3/s——反应时间，s——反应池分格数2、反应池表面积m2m2式中：——反应池有效水深，m，取2.53、单个池尺寸m式中：——单池长宽，m，一4、池总高度m式中：——反应池总高度，m——反应池超高，m5、过水孔尺寸取v1=0.6m/s，v2=0.5m/s，v3=0.4m/s，v4=0.3m/s，v5=0.2m/s，v6=0.1m/smm2取mm mm2取mmmm2取mmmm2取mmmm2取mmmm2取mm式中：——第i个进水孔长度，mm——第i个进水孔宽度，mm——第i个进水孔流速，m/s3.2.2加药设备的选用1、FeSO4·7H2O投加量的确定一级反应池的处理效率为85%，则按照最佳铁砷比和相应的处理效率按比例求Fe2+的消耗量如下：=1.428.7mg/Lkgkg约为15kg，FeSO4·7H2O密度为1.898g/cm3,则一级反应池每天投加FeSO4·7H2O为：L2、FeSO4·7H2O投药设备选用目前国内最常见的有以下几种加药设备[6]： （1）JY型加药设备JY型加药设备包括溶药、投加两种功能，由玻璃钢溶药罐、不锈钢叶片推进式搅拌器、加药计量及相应的附件（如液位计、Y型过滤器、压力计、阀门等）组成。可用于中、小型处理水厂、污水厂投加混凝剂，亦供中、小型冷却塔配套使用。（2）WA型加药设备WA型加药设备配有一个内衬防腐层的药剂溶解槽，并配有一套电动搅拌机，一个PVC材质的药剂中间箱，一套投药装置，配管及钢制平台，梯子等部件组成。（3）JF型自动加矾机JF型自动加矾机由计测仪表、调节或显示单元、电动执行单元、玻璃罩显示器等部分组成。分JF-81及JF-83两种型号，适用于水厂、污水厂的沉淀、澄清池混凝剂投加量的自动控制。其中JF-81型适用于大规模、具有多座沉淀池的处理厂，在主干管上集中加药的系统。JF-83型适用于中小规模处理厂的沉淀、澄清池投加混凝剂的自动控制。经比较，投加FeSO4·7H2O适合使用JY型加药设备，规格及主要技术参数如下：表3.3JY型加药设备型号和技术性能型号投药方式外形尺寸长×宽×高（mm）适用范围电机容量药剂性质溶药量(kg/天)水温(℃)pH值搅拌机计量泵JY-0.3/0.72A-1小机座系列计量泵见注3100×2500×2600水质稳定剂、混凝剂等见表3.4、3.5、3.6≤50≤90.750.6JY-0.6/1.44B-1小机座系列计量泵见注3100×4200×26002×0.752×0.6JY-0.3/0.72A-2喷射器附转子流量计3100×2200×26000.750.6JY-0.6/1.44B-2喷射器附转子流量计3100×3600×26002×0.752×0.6JY-0.3/0.72A-3喷射器3100×2200×26000.750.6JY-0.6/喷射器2×2× 1.44B-33100×3600×26000.750.6表3.4JY型加药设备型号和技术性能续3.2表型号配管直径(mm)接管处水压(Pa)重量(kg)溶解槽给水管A喷射器给水管B排水管C溶解槽给水管A喷射器给水管B设备重量运行重量JY-0.3/0.72A-11×DN25接纳溶解槽、溶液箱排污量≥9.8×1049002600JY-0.6/1.44B-12×DN2515004800JY-0.3/0.72A-21×DN251×DN25≥29.4×1048002500JY-0.6/1.44B-22×DN252×DN2513004600JY-0.3/0.72A-31×DN251×DN258002500JY-0.6/1.44B-32×DN252×DN2513004600注：ZJ型计量泵可配ZJ-63/16-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，ZJ-125/6-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。表3.5药剂溶解量选用表药剂配制浓度（质量比）1%2%3%4%5%15101520252102030405031530456075一天药剂配制次数一天药剂溶解量（kg/d） 表3.6溶液箱药剂储用量选用表药剂配制浓度（质量比）1%2%3%4%5%171421283621428425672321426384108一天药剂配制次数一天药剂储用量（kg/d）表3.7溶液槽药剂溶解量选用表药剂配制浓度（质量比）10%11%12%13%14%15%16%17%18%19%20%JY-0.3/0.72A-1（2，3）型药剂溶解量1303336394245485154576026066727884909610210811412039099108117126135144153162171180一天药剂配制次数一天药剂溶解量（kg/d）注：JY-0.6/1.44B-1（2，3）型药剂溶解量为JY-0.3/0.72A-1（2，3）型药剂溶解量的两倍，如表中JY-0.3/0.72A-1（2，3）溶解量为30kg，则JY-0.6/1.44B-1（2，3）溶解量为60kg，依次类推。根据实际情况考虑，选用型号为JY-0.3/0.72A-1的加药设备作为FeSO4·7H2O的加药设备，并配备ZJ-63/16-Ⅰ计量泵。3、石灰乳投加量的确定石灰乳先由水和生石灰混合制得，由经验数值可得，处理460mg/L，pH=3~5的每升废水消耗生石灰3g[1]，则处理本废水的生石灰投加量可按以下比例算出：，得kg生石灰密度为1g/cm3，则每天投加生石灰16L。生石灰和水按1：4混合得石灰乳，则每天投加石灰乳64L。 4、石灰乳投药设备的选用由于上面提到的其他型号的加药设备（包括WA型加药设备）对药剂的pH值均要求不大于9，JF型自动加矾机又不适用于本设计，还有，如果预先把石灰乳和FeSO4·7H2O混合，两者又会先发生反应生成Fe(OH)2，Fe(OH)2又会进一步被氧化成Fe(OH)3，故需找另一种加药设备作为石灰乳的加药设备。下面介绍一种一体式加药装置[7]：（1）应用范围加药装置的药剂容器由高密度材料制成，具有较强耐腐性；强度高，可支持较重设备（室温下支持60kg）；可装配各种计量泵以及电动搅拌器等，并有标准化支撑托架。主要用于水处理中漂白剂、聚电解质、石灰浆等溶液的制备和投加；各类清洁洗涤剂的投加；各类工业用添加剂的制备和投加。（2）规格型号有60L、120L、250L、1000L或更大。因此，可以选用此加药装置作为石灰乳的加药设备，型号为120L，另外还要装配计量泵。J-W（M）、Z（M）J系列计量泵已基本达到国际同类产品水平，并打入国际市场。该系列泵可无级调节定量输送腐蚀性液体，还可进行相同或不同性能参数机型的组合（有关多联组合机型可直接与厂家联系），按比例同时输送多种介质。按液体腐蚀性质，可选用不同材料满足其使用要求，还可派生电控、气控、双调、高温、高黏度、悬浮液等特殊类型。广泛用于给排水加药、环保、石化、医药和饮食等各行业。该系列泵结构合理、性能可靠、运行平稳、调节方便。根据设计流量25m3/h，100m3/d生产废水投加石灰乳64L，则流量应为：L/h据此选取型号为J1-W16/1.0的柱塞计量泵，性能参数如下：表3.8J1-W16/1.0型柱塞计量泵性能参数流量(L/h)排出压力(MPa)柱塞直径(mm)行程(mm)泵速(r/min)电动机进口直径(mm)出口直径(mm)重量(kg)型号功率(kW) 161.02012.592Ybsb(AO2)63240.1888约203.2.3鼓风机的选用鼓风机有定容式和离心式两种，在水处理工程中被广泛使用的有罗茨鼓风机和D型多级离心鼓风机[6]。1、罗茨鼓风机罗茨鼓风机是容积式气体压缩机中的一种。其特点是在设计压力范围内，管网阻力变化时，流量变化较少。叶轮与机体之间不直接接触，结构简单，维护方便。风机壳体制冷有气冷和水冷两种结构。静压≤49kPa的为气冷结构，静压力﹥49kPa的为水冷结构。2、D型多级离心鼓风机D型多级离心鼓风机与定容式鼓风机相比，具有空气流动性能稳定，噪声低，振动小的特点，可露天放置。根据进口流量：m3/min选用TS型罗茨鼓风机中型号为TSB-50，转速为770r/min，静压为39.2kPa的鼓风机。规格和性能如下：表3.9TSB-50型罗茨鼓风机规格与性能型号口径(min)转速(r/min)静压(kPa)进口流量(m3/min)轴功率(kW)电动机功率（kW）电机极数TSB-5050A77039.20.421.191.563.3一号沉淀池3.3.1池体设计计算1、沉淀池的表面积m2式中：——最大设计流量，m3/s ——表面水力负荷，m3/(m2·h)，初沉池一般取1.5-3m3/(m2·h)，二沉池一般取1-2m3/(m2·h)2、沉淀区有效水深m式中：t——沉淀时间，初沉池一般取1-2h；二沉池一般取1.5-2.5h。沉淀区的有效水深通常取2-3m3、沉淀区的有效容积m34、沉淀池长度m式中：——最大设计流量时的水平流速，mm/s，一般不大于5mm/s5、沉淀池的总宽度m为了保证污水在池内均匀分布，池长与池宽比不小于4，以4~5为宜。，符合要求6、沉淀池的只数n=17、沉淀池的总高度m式中：——沉淀池超高，m，一般取0.3m——沉淀区的有效深度，m——缓冲层高度m，一般取：无机械刮泥设备时为0.5m；有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮板0.3m——泥斗高度，m ——梯形的高度，m8、污泥斗的容积m3式中：S1——污泥斗的上口面积，m2S2——污泥斗的下口面积，m29、污泥斗以上梯形部分污泥容积m3式中：——梯形上下底边长，m3.3.2沉淀污泥量计算1、剩余非生物污泥计算kg/d式中：fb——进水中可生化部分比例，这里取0；C0——设计进水SS，m3/d，取C0=1200mg/L；Ce——设计出水SS，m3/d，取Ce=120mg/L。2、每日产生污泥体积可用下式计算：m3/d式中：QS——污泥体积，m3/d；——剩余污泥，kg/d；——污泥含水率，设剩余污泥含水率按99%。3.3.3沉淀排泥设备选用根据沉淀池的类型和宽度，选用链板式刮泥机。池底坡向排泥坑坡度，池出水端池底设()m3排泥坑一个，排泥坑中接出泥管DN50 一根。剩余污泥在污泥泵压力下排污泥浓缩池。污泥泵选用型号为50QW25-10-1.5的潜水排污泵，性能参数如下：表3.1050QW25-10-1.5潜水排污泵性能参数排出口径(mm)流量(m3/h)扬程(m)转速(r/min)功率(kW)效率(%)重量(kg)50251028401.567.5603.4二级化学反应池3.4.1池体设计计算1、反应池容积设计水流量25m3/h=0.007m3/s，反应停留时间15min，即900sm3m3式中：——反应池总容积，m3——单格池容积，m3——设计水流量，m3/s——反应时间，s——反应池分格数2、反应池表面积m2m2式中：——反应池有效水深，m，取2.53、单个池尺寸ab=A1m式中：——单池长宽，m，一 4、池总高度m式中：——反应池总高度，m——反应池超高，m5、过水孔尺寸去v1=0.6m/s，v2=0.5m/s，v3=0.4m/s，v4=0.3m/s，v5=0.2m/s，v6=0.1m/smm2取mmmm2取mmmm2取mmmm2取mmmm2取mmmm2取mm式中：——第i个进水孔长度，mm——第i个进水孔宽度，mm——第i个进水孔流速，m/s3.4.2加药设备的选用1、FeSO4·7H2O投加量的确定二级反应池的处理效率为：则按照最佳铁砷比和相应的处理效率按比例求Fe2+的消耗量如下： =1.44.34mg/L约为3kg，FeSO4·7H2O密度为1.898g/cm3,则二级反应池每天投加FeSO4·7H2O为：L2、FeSO4·7H2O投药设备选用和一级反应池一样，选用型号为JY-0.3/0.72A-1的加药设备作为FeSO4·7H2O的加药设备，并配备ZJ-63/16-Ⅰ计量泵。3.5二号沉淀池3.5.1池体设计计算1、沉淀池的表面积m2式中：——最大设计流量，m3/s——表面水力负荷，m3/(m2·h)，初沉池一般取1.5-3m3/(m2·h)，二沉池一般取1-2m3/(m2·h)2、沉淀区有效水深m式中：t——沉淀时间，初沉池一般取1-2h；二沉池一般取1.5-2.5h。沉淀区的有效水深通常取2-3m3、沉淀区的有效容积m3 4、沉淀池长度m式中：——最大设计流量时的水平流速，mm/s，一般不大于5mm/s5、沉淀池的总宽度m为了保证污水在池内均匀分布，池长与池宽比不小于4，以4~5为宜。，符合要求6、沉淀池的只数7、沉淀池的总高度m式中：——沉淀池超高，m，一般取0.3m——沉淀区的有效深度，m——缓冲层高度m，一般取：无机械刮泥设备时为0.5m；有机械刮泥设备时，其上缘应高出刮板0.3m——泥斗高度，m——梯形的高度，m8、污泥斗的容积m3式中：S1——污泥斗的上口面积，m2S2——污泥斗的下口面积，m29、污泥斗以上梯形部分污泥容积m3式中：——梯形上下底边长，m 3.5.2沉淀污泥量计算1、剩余非生物污泥计算kg/d式中：fb——进水中可生化部分比例，这里取0；C0——设计进水SS，m3/d，取C0=120mg/L；Ce——设计进水SS，m3/d，取Ce=12mg/L。2、每日产生污泥体积可用下式计算：m3/d式中：QS——污泥体积，m3/d——剩余污泥，kg/d——污泥含水率，设剩余污泥含水率按99%3.5.3沉淀排泥设备选用根据沉淀池的类型和宽度，选用链板式刮泥机。池底坡向排泥坑坡度，池出水端池底设()m3排泥坑一个，排泥坑中接出泥管DN50一根。剩余污泥在污泥泵压力下排入污泥浓缩池。污泥泵同一号沉淀池一样选用型号为50QW25-10-1.5的潜水排污泵。3.6混合调节池1、有效容积m3式中：——日处理水量，m3——调节池有效容积占日处理量的百分数，取25%2、基本尺寸调节池高设为H=2.8m，有效水深设为H1=2.5m，则调节池有效面积为： m2调节池采用距形，取长为5m和宽为3m3、提升泵的选用选用80WG型污水泵，工作性能如下：表3.1080WG型污水泵工作性能流量(m3/h)扬程(m)转速(r/min)泵轴功率(kW)配电动机(kW)效率(%)允许吸上真空高度(m)叶轮直径(mm)重量(kg)20-5311.6-10.214401.33-2.16347-688196703.7间歇式曝气池3.7.1池体设计计算表3.11SBR主要设计参数名称数值单位备注容积负荷（）0.1-1.3，一般取0.5kg/(m3·d)当取0.5时，SVI为90-100mL/gMLSS浓度3000左右mg/L单座反应池池深一般为3.5-4.5m一般超高为0.5m操作周期的时间（T）分配若T为6-8，则进水为2，曝气为4，沉淀为1，排水待机为1h分配也可以为：进水2h（后0.5h即开始边进水，边曝气），曝气3.5h（含进水时的0.5h曝气），沉淀为1h，排水与待机为1h1、周期进水量m3式中：——平均日污水流量，m3/d，150——工作周期，h，取值6 ——反应池池数，取值12、反应池有效容积m3式中：——一日之内的周期数，周期/日，取值4——进入反应池污水BOD平均浓度，kgBOD/m3——BOD容积负荷，kgBOD/(m3·d)，取值0.251.池内最少水量m3式中：——污泥指数，mL/g，取值452.排水口距反应池底高度，得，取23m2，取L=B==4.8m式中：——反应池的有效水深，m，取值3.5m——单座反应池的长与宽，m3.7.2污泥量计算1、BOD5由溶解性BOD5和悬浮性BOD5组成，其中只有溶解性BOD5与工艺计算有关。出水溶解性BOD5可用下式估算：mg/L式中：Se——出水溶解性BOD5；Sz——沉淀出水总BOD5，取Sz=20mg/LKd——活性污泥自身氧化系数，典型值为f——沉淀出水SS中VSS所占比例，取 Ce——沉淀池出水SS，取Ce=20mg/L2、SBR反应池所需污泥量为：[kg(干)]式中：——混合液悬浮固体，mg/L——混合液挥发性悬浮固体，mg/LNS——SBR处理污泥负荷设计参数，取NS=0.25kgBOD5/(kgVSSd)3、污泥体积用下式计算：m3式中VS——污泥体积，m3——活性污泥体积指数，设计沉淀后污泥的SVI=45mL/g4、剩余污泥的计算剩余污泥由生物污泥和非生物污泥组成：（1）剩余生物污泥：kg/d式中——产率系数，mgVSS/mgBOD5，取0.6Kd——与水温有关，水温为20℃时Kd(20)=0.06——污泥浓度，4000mg/L（2）剩余非生物污泥：kg/d式中：fb——进水中可生化部分比例，设fb=0.7C0——设计进水SS，m3/d，取C0=160mg/LCe——设计进水SS，m3/d，取Ce=20mg/L（3）剩余污泥总量： kg/d（4）每日产生污泥体积可用下式计算：m3/d式中：QS——污泥体积，m3/d——剩余污泥，kg/d——污泥含水率，设剩余污泥含水率按99%m3/d（5）每次排泥量：m3/d（每次排泥时间为）3.7.3排泥系统考虑到每天产生的污泥量很少，因此剩余污泥不经过污泥浓缩池而直接进行污泥脱水。池底坡向排泥坑坡度，池出水端池底设()m3排泥坑一个，池排泥坑中接出泥管DN50一根，相对于最低水位为。污泥泵选用型号为50QW25-10-1.5的潜水排污泵。采用BAS6/320-25型板框压滤机进行污泥脱水，经处理的污泥含水率达。3.7.4曝气设备的选用一般来说，SBR工艺采用鼓风曝气的方式进行曝气，但本设计处理的水量很小，用鼓风机进行曝气的话曝气的利用率会很低，因此考虑采用其他适用于水量小的曝气设备。现有的曝气设备分为表面曝气机、转刷曝气机、转碟曝气机、潜水曝气机、复叶推流式曝气增氧泵及扩散曝气器等数类。根据池的尺寸和有效水深，选用单螺旋曝气器，规格与主要技术参数如下：表3.12单螺旋曝气器规格与主要技术参数规格(mm)材质适宜水深(m)每个曝气器服务面积(m2)氧转移效率(%)动力功率(kg/kWh)阻力(Pa) 曝气器形式每个曝气器需气量(m3/min)单螺旋曝气器300×1830(300L=300)共五节玻璃钢3.0-8.03-50.5-1.07.4-102.0-2.4﹤24503.8污泥浓缩池3.8.1设计说明重力浓缩根据运行方式不同分为连续式、间歇式。前者适用于大、中型污水处理厂，后者应用于小型污水处理厂。本工艺是间歇式运行的。间歇式重力浓缩池进泥、排泥是间歇进行的。在池子的不同高度设置上清液排出管。运行时，应先排除清液，然后排除浓缩污泥，排空池容，再投入下一个循环。3.8.2设计参数剩余污泥QS=12m3/d，含水率p0=99%，（即固体浓度C0=1.2kg/m3），浓缩后使污泥固体浓度为Cu=3.6kg/m3（即污泥含水率pu=97%）。3.8.3设计计算1、浓缩池面积浓缩污泥为剩余活性污泥，污泥固体通量选用30kg/(m2d)[1]。浓缩池面积m2式中：Q——污泥量，m3/dC0——污泥固体浓度，kg/m3G——污泥固体通量，kg/(m2d)2、浓缩池直径设计采用1个圆形辐流池。m3、浓缩池深度 m式中：h1——超高，取h1=0.3mh2——有效水深，取h2=2.5mh3——缓冲层高度，取h3=0.3mh4——坡度造成的深度，浓缩池设机械刮泥，池底坡度，污泥斗上底直径m，则坡度造成的深度为：mh5——污泥斗高度，污泥斗下底直径D2=0.1m，污泥斗上底直径D1=0.3m，污泥斗倾角为55°，则污泥斗高度：m4、浓缩池出水口设两个出水口，管径DN=80mm，分别离最高水位0.5m，1.0m。5、污泥处理污泥泵选用型号为50QW25-10-1.5的潜水排污泵。管径DN=50mm。采用BAS6/320-25型板框压滤机进行污泥脱水，经处理的污泥含水率达。随后泥饼外运，HW12危险废物由有资质的危险废物处理中心处置。 4主要构筑物及设备4.1主要构筑物及设备一览表表4.1主要构筑物及设备一览表序号名称规格数量设计参数主要设备1生产废水调节池L×B×H=4m×2.5m×2.8m1座有效容积VS=25m3有效水深H1=2.5m80WG型污水泵2一级化学反应池L×B×H=0.75m×0.75m×2.8m6格设计流量Qmax=25m3/h=0.007m3/s停留时间T=20min单格池容积V1=1.4m有效水深h1=2.5m孔口流速v1=0.6m/s，v2=0.5m/s，v3=0.4m/s，v4=0.3m/s，v5=0.2m/s，v6=0.1m/s过水孔尺寸mmFeSO4•7H2O投药量15kg/d，采用JY-0.3/0.72A-1加药设备，配备ZJ-63/16-Ⅰ计量泵；石灰乳投药量64L/d，采用120L一体式加药装置，配备J1-W16/1.0的柱塞计量泵；转速为770r/min，静压为39.2kPa的TSB-50罗茨鼓风机 mmmmmmmmmm3一号沉淀池L×B×H=7.56m×1.7m×4.1m1只设计流量Qmax=25m3/h=0.007m3/s水平流速v=1.4mm/s有效容积V=37.8m3有效水深h2=3m沉淀时间t=1.5h污泥斗容积V1=0.011m3污泥斗以上梯形部分污泥容积V2=0.1m3链板式刮泥机；50QW25-10-1.5的潜水排污泵4二级化学反应池L×B×H=0.65m×0.65m×2.8m6格设计流量Qmax=25m3/h=0.007m3/s停留时间T=15min单格池容积V1=1.05m有效水深h1=2.5m孔口流速v1=0.6m/s，v2=0.5m/s，v3=0.4m/s，v4=0.3m/s，v5=0.2m/s，v6=0.1m/s过水孔尺寸mmFeSO4•7H2O投药量3kg/d，采用JY-0.3/0.72A-1加药设备，配备ZJ-63/16-Ⅰ计量泵 mmmmmmmmmm5二号沉淀池L×B×H=7.2m×1.75m×3.1m1只设计流量Qmax=25m3/h=0.007m3/s水平流速v=2mm/s有效容积V=25.2m3有效水深h2=2m沉淀时间t=1h泥斗容积V1=0.008m3污泥斗以上梯形部分污泥容积V2=0.083m3链板式刮泥机；50QW25-10-1.5的潜水排污泵6混合调节池L×B×H=5m×3m×2.8m1座有效容积VS=37.5m3有效水深H1=2.5m80WG型污水泵7间歇式曝气池L×B×H=4.8m×4.8m×4m1只容积负荷NV=0.25kg/(m3•d)污泥指数SVI=45mL/gMLSS=3000mg/L工作周期T=6h一日内周期数n=4周期进水量Q0=37.5m3有效容积V=42m350QW25-10-1.5型潜水排污泵；BAS6/320-25型板框压滤机；300型单螺旋曝气器 池内最少水量Vmin=5.67m3有效水深h1=3.5m排水口距反应池底高度h2=1.9m8污泥浓缩池1只面积A=0.48m2直径D=0.8m深度H=3.3m50QW25-10-1.5型潜水排污泵；BAS6/320-25型板框压滤机5废水处理站总体布置5.1总平面布置5.1.1总平面布置原则总平面布置时应遵从以下几条原则：1、污水处理站构筑物的布置应紧凑，节约用地和便于管理。2、构筑物之间的间距应按交通、管道敷设、基础施工和运行管理需要考虑。3、构筑物（或设施）与不同功能的辅助建筑物应按功能的差异，分别相对独立布置，并协调好与环境条件的关系（如地形走势、污水出口方向、风向、周围的重要或敏感建筑物等）。4、管道（线）与渠道尽量沿道路和构筑物平行布置，并应与其高程布置相协调，应顺应污水处理厂各种介质输送的要求，尽量避免多次提升和迂回曲折，便于施工、节能降耗和运行维护。5.1.2总平面布置结果总平面布置参见附图——平面布置图。5.2高程布置5.2.1高程布置原则高程布置的主要任务是计算确定主要控制点的标高，使污水能够沿流程在各处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理的正常运行。高程布置时应遵从以下几条原则： 1、尽可能利用地形坡度，使污水按处理流程在构筑物之间能自流，尽量减少提升次数和水泵所需扬程。2、协调好站区平面布置与各单体埋深，以免工程投资增大、施工困难和污水多次提升。3、注意污水流程和污泥流程的配和，尽量减少提升高度。4、协调好单体构造设计与各构筑物埋深，便于正常排放，又利检修排空。5.2.2高程布置结果高程布置参见附图——高程布置图。6投资估算6.1估算范围废水处理设施的废水处理工程、其他附属建筑工程等。另外包括供电线路、通信线路、临时道路等。6.2估算6.2.1土建费用估算土建费用由工程建设费用、其他基本建设费用、工程预备费用、材料价差预备费和建设期利息组成。运用主要造价构成估算法进行估算，土建费用估算如表所示：表6.1土建费用估算表工程名称估算价值/万元生产废水调节池2一级化学反应池0.7一号沉淀池4二级化学反应池0.6二号沉淀池3混合调节池4间歇式曝气池7污泥浓缩池0.2附属建筑4 预备费4土建总费用29.56.2.2设备费用估算设备费用由整个工程所有需要购置的设备以及供电线路、通信线路等和设备有关的附属设施。设备费用估算如表所示：表6.2设备费用估算表设备名称数量估算价值/元80WG型污水泵29400JY-0.3/0.72A-1加药设备232000ZJ-63/16-Ⅰ计量泵210000一体式加药装置116000J1-W16/1.0型柱塞计量泵13500TSB-50罗茨鼓风机110000300型单螺旋曝气器13700链板式刮泥机22000050QW25-10-1.5型潜水排污泵416000BAS6/320-25型板框压滤机220000合计131406006.2.3运行费用估算1、动力费（1）生产废水调节池污水提升泵每天工作4h用电量4×3＝12kW·h。（2）混合调节池污水提升泵每天工作4h用电量4×3＝12kW·h。 （3）两套JY-0.3/0.72A-1加药设备配ZJ-63/16-Ⅰ计量泵每天工作4h用电量2×4×1.35＝10.8kW·h。（4）一体式加药装置配备J1-W16/1.0型柱塞计量泵每天工作4h用电量4×0.78＝3.12kW·h。（5）TSB-50罗茨鼓风机每天工作4h用电量4×1.5＝6kW·h。（6）300型单螺旋曝气器每天工作12h用电量12×2.0＝24kW·h。（7）4台50QW25-10-1.5型潜水排污泵每天工作0.25h用电量4×1.5×0.25=1.5kW·h。（8）其他用电量与照明共计20kW·h。合计每天用电89.5kW·h，该地区电价为0.8元/（kW·h），所以每天综合电费为89.5×0.8＝71.6元/天，每年综合电费为1.9万元/年。2、药剂费（1）生石灰每天投加量为0.016吨，单价600元/吨，则每天0.016×600=9.6元，每年0.3万元。（2）FeSO4·7H2O每天投加量为0.018吨，单价400元/吨，则每天0.018×400=7.2元，每年0.2万元。总药剂费为0.6万元/年。3、含砷废物处置费危险废物处置费4700元/吨，每天产生含砷废物4.5156kg，每年为1.2吨，则处置费用为0.6万元/年。4、工资福利费该处理站工作人员定为4人，每人每年1.44万元/（人·年），共计费用为：4×1.44＝5.8万元/年。5、维护（修理）费维修费率按3.0％计，则年费用为3.0％×12.66＝0.4万元/年。6、其他费用预计为1万元/年。7、管理费综合费率为10％，则年费用为10％×(1.9+0.6+0.6+5.8+0.4+1)＝1.0万元/年。8、年估计运行成本 合计年运行费用为1.9+0.6+0.6+5.8+0.4+2+1.0=11.3万元/年。9、经济效益分析该厂的处理站每天处理生产废水和生活污水共150m3，每年可处理4万m3的水，运行费为11.3万元/年，处理每立方米废水成本为2.83元。总结本次设计的水处理工程是对化工生产废水和生活污水进行处理，要求出水达到《DB44/26-2001》二时段一级排放标准。设计规模是生产废水100m3/d，生活污水50m3/d，处理的工艺流程为：生产废水考虑到生产废水以三价砷为主，SS及pH值较高，水质的可生化性差，采用石灰—铁盐法除砷效果好，工艺流程简单，设备少，操作方便。两级化学处理对各种污染物的去除率分别为：总砷98%以上、SS99%、COD64-75%。经处理后的生产废水和生活污水混合后，可生化性为可生化，采用SBR工艺，工艺组成简单，出水水质好，脱氮除磷效果佳，污泥沉降性能好，运行操作灵活，便于自控运行，易于维护管理。所以整个工艺能较好地针对水质进行处理，并能降低运行费用。 参考文献[1]DB44/26—2001，广东省地方标准水污染物排放限值[S].[2]《环保工作者实用手册》编写组.环保工作者实用手册[M].北京：冶金工业出版社，1984.[3]曾科，卜秋平，陆少鸣.污水处理厂设计与运行[M].北京：化学工业出版社，2001.[4]高廷耀，顾国维.水污染控制工程下册（第二版）[M].北京：高等教育出版社，1999.[5]张林生.环境工程专业毕业设计指南[M].北京：中国水利水电出版社，2002.[6]史惠祥.实用水处理设备手册[M].北京：化学工业出版社，2000.[7]张大群.污水处理机械设备设计与应用[M].北京：化学工业出版社，2003.[8]杨松林.环境工程CAD技术应用及实例[M].北京：化学工业出版社，2005.[9]李明俊，孙鸿燕.环保机械与设备[M].北京：中国环境科学出版社，2005.[10]王立章.英汉·汉英环境科学与工程词汇[M].北京：化学工业出版社，1998.[11]Yun-NenChen,Li-YuanChai,Yu-DeShu.Studyofarsenic(V)adsorptiononbonecharfromaqueoussolution.[12]Doctor,M.-C.(BRGM,ServicesEPI);Battaglia-Brunet,F.;Garrido,F.;Baranger,P.Arsenicoxidationcapabilitiesofachemoautotrophicbacterialpopulation:Useforthetreatmentofanarseniccontaminatedwastewater,2003. 致谢本次设计是在我的指导教师宋卫锋副教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从题目的选择到最终完成，宋老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。刚开始被分到有关含砷废水处理的课题的时候，由于在学校所学的专业知识有限，我毫无头绪，不知道该怎样进行。宋老师耐心地指导我，首先让我把握好整个设计的大方向，然后在各个细节上也作了悉心的指导。还有，我们在书本上学到的是纯理论知识，通过宋老师的指导，这次我真正做到活学活用，能够更进一步地考虑到实际情况，把理论和实际相结合起来。在整个毕业设计的过程中，宋老师经常抽空对我们组的成员进行指导和答疑，热心而又专业地解答我们在设计上遇到的一切问题。在这四年的大学生涯里，学院里的领导和老师们给予我很多的帮助。是他们，在我感到迷茫时候，为我指引方向；在我觉得无助的时候，鼓励、支持我，让我倍感温暖；在我有所收获的时候，为我感到高兴的同时也提醒我应该往更高的目标奋斗。借此，我仅对帮助过我的老师们和这些同学们表示我衷心的感谢，同时也祝愿他们能够在未来的日子里如鱼得水般如意、顺利、成功！'