城市粪便污水处理设计 5页

第26卷第4期杭州电子科技大学学报Vol.26,No.4

2006年08月Journal
of
Hangzhou
Dianzi
UniversityAug.2006
城市粪便污水处理设计寇明伟,马青兰(杭州电子科技大学机电工程学院,浙江杭州310018)摘要:随着生活水平的提高,城市产生的生活粪便量越来越大,一定量的粪便根据需要有控制地投入市政污水中,可使处理系统的有机负荷稳定维持在一个较佳的范围值内,既有助于污水处理厂各项运行设计指标的实现,又能最大限度地利用设施的能力处理粪便污水,使得粪便污水有了最终的出路。粪便污水经物化、生化处理后达GB8978-1996污水综合排放标准中的三级标准后排入市政污水处理厂进行深度处理。产生的恶臭气体收集后入生物过滤塔除臭后经15m气筒高空排放。关键词:粪便污水;好氧接触氧化;生物除臭中图分类号:X703.1




文献标识码:A



文章编号:1001-9146(2006)04-0068-050
引
言城市粪便污水必须进行无害化处理,据建设部和国家环保总局统计,全国有近600个城市需要解决[1]粪便污水处理的工作。我国幅员辽阔,东西南北的气候差异较大,人们的生活习惯和素质有差异,城市水准也不一,再加上使用的卫生器具形式不同等因素,城市产生的生活粪便水成份性状也有很大的差异,所以对于不同城市的粪便水处理,应根据其粪便水的成份性状和处理要求,选择合理的工艺处理流程和机械设备。1
粪便污水特性及主体工艺分析1.1
粪便污水的特点和技术难点(1)粪便污水因来源于城乡公厕、公寓以及企业等化粪池,粪水中杂物较多,污水充满了卫生用品、纤维丝团、化纤织物、塑料、玻璃、木头等各种碎屑杂物。如果采用格栅机械清除杂物时,容易产生缠绕[2]和透过的问题,需要人工协助清理和高压水冲洗,不能完全采取全封闭设施,臭气污染严重。(2)大部分地区由于新鲜粪便的比例不高,粪水含水量大,如直接采用厌氧消化工艺,会出现处理池体大、恒温能耗高、沼气产量低的问题。(3)由于吸粪车吸取的粪水主要来自化粪池第一格底部,除了杂物多之外,沉积泥沙和悬浮污泥的浓度非常高,要使污水达到三级排放标准,严格的污泥处理设施必不可少。1.2
总工艺路线选择根据设计规范,粪便污水处理的总体工艺路线有两大类:流程(一)预处理-!厌氧消化处理-!上清液后处理;[3]流程(二)预处理-!初级好氧生物处理-!上清液后处理。由于南方地区粪水含水量大,新鲜粪便的比例不高,如果采用厌氧消化工艺,处理池体大、恒温能耗高、沼气产量低,会遇到投资高运行费用大的问题。因此在南方地区流程(二)较为适合。收稿日期:2006-06-26作者简介:寇明伟(1982-),男,四川邛崃人,本科毕业生,环境工程.\n第4期











寇明伟等:城市粪便污水处理设计











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1.3
预处理工艺选择一般预处理工艺包括∀接受沉砂池、格栅、贮存调节池#等单元组合。其中,格栅处理的实际问题很多,格栅机的使用容易产生杂物缠绕和透过,需要人工协助清理和高压水冲洗,不能采取全封闭设施,臭气污染严重,工人劳动强度大等问题,加之投资也比较大。经过技术经济比较,决定放弃传统格栅机除渣工艺,而采用当前国际最先进实用的德国博格切割粉碎技术。采用切割粉碎技术,将粪便杂物全部进行粉碎成悬浮物混入水体,污水中的固体杂物被切割粉碎后,性状与污水中悬浮污泥及颗粒相似,可以在后续的固液分离处理中统一清除,这将使预处理工序全封闭自动化运行,避免传统处理设备栅渣臭气多、工序复杂、劳动强度大、投资大等弊病。1.4
泥水分离工艺选择泥水分离技术在污水处理方面的机械主要有带式压滤机、板框压滤机、卧螺离心机、螺压脱水机和滚压脱水机等。带式压滤机、板框压滤机是目前在污水处理方面应用最广泛用的设备,具有技术成熟、价格低、维修简便、脱水效率高的优点,但由于这两种机器均为开放式操作,有比较多的臭气产生,操作间必须大量抽风换气,且占地也比较大。因此不太适宜粪便脱水。而卧螺离心脱水机、螺压脱水机和滚压脱水机都是可以密闭和连续操作的,均适用在粪便脱水。卧螺离心脱水机中脱水的推动力是离心力,推动的对象是固相,在离心力的作用下,密度较大固体颗粒被甩到转鼓内壁;再利用螺旋和转鼓的相对速度差把固相推向转鼓锥端,推出液面之后再推向排渣口排出;分离液从转鼓大端排出,实现固液分离。离心机可连续操作,全密闭运行工作场所卫生条件好,占地面积小。但是耗电量和噪音偏大。由于离心脱水机价格相对低廉、絮凝剂投量相对较低(可以抵消电费增量)、固体回收率最高,因此设计中优先选用国产的LW360∃1260型卧螺离心脱水机,关键部件采用德国元件和制造技术,声压级小于85dB(A),无故障运行不小于8000小时。具有封闭运行无臭气、占地面积小结构紧凑、分离效果佳且运行稳定、完全自动化操作易于管理、设备品质好维护方便等优点。脱水后的[4]污泥含水率75%左右,可以直接装箱外运。1.5
生物处理工艺选择泥水分离后的污水含有大量的有机物,CODcr、BOD5、TN等的含量特别高,为了使排水各项指标达到污水综合排放标准(GB8978-1996)中的三级标准,宜选用好氧接触氧化生物处理工艺。生物接触氧化法的处理构筑物时浸没曝气式生物滤池,也称生物接触氧化池。生物接触氧化池内设有填料,填料淹没在废水中,填料上长满生物膜,污水与生物膜接触过程中,水中的有机物被微生物吸附、氧化分解并生成新的生物膜。从填料上脱落的生物膜随水流到二次沉淀池后被除去,污水得到净化。生物接触氧化法具有下述其特点是:具有较高的容积负荷;不需要污水回流;不存在污水膨胀问题;[5]运行管理简便;对水质水量变化的适应能力强。1.6
臭气处理工艺选择缺氧调节池、生化曝气池排放的废气含有多种恶臭气体,其中浓度比较高和影响比较大的恶臭气体有氨气(NH3)、硫化氢(H2S)、甲硫醇(CH3SH)、甲基硫(CH3)3S)等,这些组分均属于可生化性有机和无机物质。为了进一步消除恶臭污染、防止本工程运行时对周围大气环境产生影响,系统收集的含恶臭成[6、7]分的气体可以通过恶臭气体处理塔进行除臭。恶臭气体处理塔的工艺有:(1)采用酸、碱或次氯酸钠盐淋洗脱臭的液体吸收;(2)采用活性碳固体吸附;(3)采用生物除臭技术。前2项技术属于物理化学方法,其优点是针对性强、处理效率高,适合各种恶臭(包括化工企业)的处理,但缺点是需不断的投加和排放吸收用的液体或物料,存在药剂成本高、产生二次污染的问题。生物除臭技术是利用可以分解恶臭成分的微生物构建生物滤池,对容易生物降解的恶臭组分进行集中处理,尤其适合应用于城市生活垃圾分检场、垃圾压缩转运站、粪便处理厂、禽畜养殖厂和处理厂等恶臭严重的场所除臭。生物法是利用微生物将臭味气体中的有机污染物降解或转化为无害或低害类物质的过程。与其它物理化学方法相比,用生物法处理废气投资少,运行费用低,污染物不会被转移到其它地方,\n
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杭州电子科技大学学报












2006年[8]不产生二次污染。因此,选用生物过滤塔除臭较有利。2
工艺设计2.1
设计原则各专业设计遵循国家有关标准和规范:(1)工艺和设备设计强调工艺技术的成熟性和可靠性,充分考虑当地粪便污水的特性和生产条件,选择耐冲击负荷强、通用性好和稳定性强的污水处理流程和设备,对粪便污水进行无害化处理,确保污水排放达到三级标准;(2)采用手动、自动化一体化流程控制,尽可能减少工人劳动强度,力求管理简便,处理效果稳定;(3)采用封闭式机械设备和池体设计,将恶臭气体排放减少到最低限度,防止二次污染;(4)投资性价比高,设备设计和选型尽可能简单实用,关键设备采用进口,其他产品采用国产品牌或合资产品,所选设备必须品质优、能耗低、维修率低、保养方便,确保污水处理站能长期稳定运行;(5)设计完善的设备故障维修和检修时的应急系统,确保整套设施在各种情况下稳定运行;(6)高程设计综合考虑提升所需的动力费用和构筑物结构处理的费用,尽可能利用水泵提升的水头,籍重力流经各处理设施。2.2
废水水质、水量及处理程度3粪便污水处理能力为300m/d;设计原水指标如表1所示;设计出水指标达到污水综合排放标准(GB8978-1996)中的三级标准如表2所示。表1
粪便污水设计指标SSCODcrBOD5灼烧减量氯离子含水率(%)pH(mg/l)(mg/l)(mg/l)(mg/l)(mg/l)20000~8000~97~987~915000~200007000~170004000~65003000015000氮磷钾细菌总数寄生虫卵粪大肠菌值/(mg/l)(mg/l)(mg/l)(个/l)(个/l)3500~6000500~10001000~20001078--640~100/~1010~10

表2
外排水质设计指标CODcr(mg/l)BOD5(mg/l)PHSS(mg/l)%500%3006~9%4002.3
处理工艺及效果2.3.1
工艺流程图[9、10]粪便污水处理工艺流程如图1所示。(1)吸粪车与接受沉砂器采用快速接头连接,粪水在抽吸泵的负压下快速排出,中间先经接受沉砂器清除沙石、后经粉碎机可将粪便中的较粗生活垃圾粉碎至5mm以下,进入水解调节池。(2)水解调节池为地下封闭池,安装液下搅拌机混合均质粪液,防止底部污泥淤积和浮渣脱水结块,该池不仅具有水力和水质调节的作用,同时具有对可降解的有机物进行缺氧水解的功能,有利于减轻后续固液分离和好氧生物处理的负荷。(3)水解调节池的混合液用无堵塞泵提升至全封闭运行的卧螺离心脱水机,同时投加一定量混凝剂进行污泥调质和絮凝,被脱水后的湿泥通过垂直管道卸入闭式泥桶,再直接运至旁边的垃圾中转站处置,滤液则进入好氧生物处理池。(4)好氧生物处理池也是地下封闭池,采用接触氧化工艺,池内悬挂弹性立体填料,内设低能耗、耐腐蚀的德国进口硅橡胶膜微孔曝气管进行曝气。在兼氧条件下,微生物降解大分子有机质提高污水的\n第4期











寇明伟等:城市粪便污水处理设计











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图1
工艺流程图可生化性;在好氧条件下,微生物将有机物转化成二氧化碳、水等无机物,大幅度降低溶解性COD。(5)好氧生化出水自流入二沉池进行泥水分离,上清液达到排放标准,排入市政污水管道,污泥则回流至调节池进入固液分离处理系统。(6)本系统采取的事故应急措施为:应急吸粪车下料管阻塞的情况出现,在沉砂器旁设置1座沉砂池和临时储池;在储池后设机械格栅,以备粉碎机或抽吸泵故障或短时间停电时使用;提升泵、脱水机、鼓风机、加药泵、污泥泵等增加备用机。(7)水解调节池、生化曝气池等排放的废气收集后排至生物过滤塔,除臭后尾气从15m高排气筒集中排空。2.3.2
工艺设计指标粪便污水处理指标如表3所示。表3
主要工艺单元设计指标一览表粉碎机/水解调节池污泥脱水机接触氧化/二沉池污染物去除率去除率去除率排放指标进出进出进出(%)(%)(%)CODcr20000~20000~20000~6000~6000~/97%400&95%500(mg/l)30000300003000080008000BOD58000~8000~8000~2000~3500~/70%250&95%300(mg/l)15000150001000030005000SS15000~20000~20000~500~500~/96%300&80%400(mg/l)20000300003000015001500pH7~97~9/7~97~9/7~97~8/6~9有效容400/600/3积mHRT(h)32/48/

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杭州电子科技大学学报












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结
论粪便污水水质复杂,氮磷含量高,通过粪便污水处理厂的处理工艺选择及关键设备选型,分析与讨论可知,一定量的粪便根据需要有控制地投入市政污水中,可使处理系统的有机负荷稳定维持在一个较佳的范围值内,既有助于污水处理厂各项运行设计指标的实现,又能最大限度地利用已建设施的能力处理粪便污水,粪便污水处理厂一级处理与市政污水处理厂深度处理相结合的工艺,是处理粪便污水的一种高效可行的技术。此工艺既节约了成本又避免了由重复建设引起的资源浪费。选用生物过滤塔除臭,防止了在粪便污水处理的过程中产生的高浓度恶臭气体及粪渣污泥处理处置过程中恶臭气体对环境造成的污染,有效地解决了二次污染问题。注:马青兰为指导老师。参考文献[1]
王斌.粪便污水处理技术和机械设备[J].环境卫生工程,2004,12(2):123∋125.[2]
荆治严.恶臭与恶臭污染[J].环境杂志丛刊,1990,11(4):1∋4.[3]
张自杰.废水处理理论与设计[M].北京:中国建筑出版社,2003:670∋679.[4]
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,2005:76∋80.[5]
徐新阳,于锋.污水处理工程设计[M].北京:化学工业出版社,2002:71∋72.[6]
于尔捷.生物脱臭技术发展趋势[J].哈尔滨建筑大学学报,1998,31(1):51∋52.[7]
蒋建国,王伟,吴学龙,等.粪便污泥处理处置过程恶臭气体的产生及控制[J].环境卫生工程,2001,9(1):3∋5.[8]
张兰英.垃圾和粪便快速除臭方法研究[J].长春科技大学学报,1998,28(4):47∋50.[9]
Metcalf&Eddy.WastewaterEngineering:TreatmentandReuse[M].北京:清华大学出版社.2003:355∋362.[10]
张忠祥,钱易.废水生物处理新技术[M].北京:清华大学出版社,2004:309∋311.TheDesignofAnExcrementalManufacturingWastewaterTreatmentProcessKOUMing
wei,MAQing
lan(SchoolofElectromechanicalEngineering,HangzhouDianziUniversity,HangzhouZhejiang310018,China)Abstract:WiththeimprovementoflivingstandardofChina,thequantityofhumans(excrementisalsoontherise.Acertainamountofexcrementcanmaketheorganicburdenofthetreatmentsysteminafitterrangeifputintothemunicipalsewagesystemasrequired,whichishelpfulnotonlyforachievingthevariousdesignindexofthenor
malrunningofthesewagetreatmentfactories,butalsoformakingthemostuseoftheconstructedestablishmentstotreatexcrementalsewage,whichmakesawayoutfortheexcrementalsewage.Thefecalsewage;afterbeingphysi
cally,chemicallyandbiologicallydisposed,conformstothethirdgradeofGB8978-1996,andisinputintothemunicipalsewagetreatmentplantsfordeepertreatment.Mephiticgasesgeneratedaftercollected,aredrainedintothetowerofbiologicalfiltration,thenleavesoutintotheskythrougha15-metre-highexhaustfunnel.Keywords:fecalsewage;aerobiccontactoxidationprocess;theeliminationofmephitisthroughbiology