【文章內(nèi)容簡介】 ............................. 109 致 謝 ............................................. 120 1 第一章 設(shè)計概論 設(shè)計依據(jù)和設(shè)計任務(wù) 原始依據(jù) 1. 設(shè)計題目 包鋼 焦化廠 萬 m3/d污水廠設(shè)計 2. 包頭 市自然情況 34 位置： 北緯 41186。2039。－ 42186。4039。，東經(jīng) 109186。5039。－ 111186。2539。 北依大 青山，烏拉山，南臨黃河 海拔高度：平原海拔 1020 米，高差約 60 米 地勢：自北向南平緩傾斜。 氣候：屬于內(nèi)陸性氣候，特點是冬長而寒冷，夏短而清爽，溫差大，蒸發(fā)量大，日照長，全年風(fēng)大雨少。 氣溫： 年平均氣溫 ℃，最低氣溫－ ℃，最高氣溫 ℃ 降雨：歷年平均降雨量 305mm 風(fēng)速：歷年平均風(fēng)速 風(fēng)向：冬季為西北風(fēng)和北風(fēng)，主導(dǎo)風(fēng)向為是西北風(fēng) 水文地質(zhì)情況：黃河是市內(nèi)最大地表水系處于市南緣。有昆都侖河、四道沙河、三道沙河、二道沙河和東河等季節(jié)性河流，最后匯入河流，流入黃河水體。 工程地質(zhì) 情況：昆都侖河、四道沙河為青昆兩區(qū)排污的主要水體，工程地質(zhì)為堆積地形，經(jīng)由溝積洪扇裙和黃河沖擊沉積而成，表面巖層為粉砂、輕亞粘土或粘土層，下為粗砂，礫卵石和亞粘土層，地質(zhì)條件優(yōu)良，允許地耐力 120 至 250MPA，但故棄河道、低洼沼澤地帶地質(zhì)條件較差。 地震烈度：包頭 市為 8度地震基本烈度區(qū)域，工程設(shè)施按 8 度設(shè)防。 3. 包鋼 焦化廠 m3/d 污水廠設(shè)計的位置 焦化廠 萬 m3/d污水廠位于 包頭 市昆區(qū)鋼鐵公司焦化廠的西北部，有自建道路相通，廠址四周圍發(fā)展余地較小。廠址位于焦化廠的上風(fēng)向，周圍建筑在 200 米以外， 有衛(wèi)生防護距離，對自然環(huán)境與社會環(huán)境影響不大，出路方便，有排污管通沙河槽，可做事故和冬季排水出路，農(nóng)灌季節(jié)，南方的農(nóng)場和廠區(qū)有大片林地可供灌溉，水電供應(yīng)和 2 對外交通都很方便，地質(zhì)條件良好，為風(fēng)化沉積和沖擊地質(zhì)結(jié)構(gòu)，大致為輕亞黏土、亞砂土交錯排列。 設(shè)計意義和目的 人類進入二十一世紀(jì)后，隨著人們的生活水平不斷提高，人們對生存環(huán)境的要求越來越高，但由于現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高，工業(yè)廢水對水環(huán)境及生態(tài)環(huán)境的污染愈來愈嚴(yán)重，并日益受到人們的關(guān)注。國內(nèi)、外對水環(huán)境保護與工業(yè)廢水處理理論與技術(shù)已有較深的研究 與應(yīng)用。工程設(shè)計的方法很多，應(yīng)用多種工業(yè)廢水處理工藝處理方式在我國的利用很廣泛并有實際運行的作用。 焦炭是鋼鐵冶金生產(chǎn)的重要原材料，在煉焦及其副產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生大量的高濃度含氨氮和芳香族類有機污染物的污水，對環(huán)境的 危 害極大。 “焦化廠 萬 m3/d 污水廠設(shè)計”是 包頭 鋼鐵公司建設(shè)的一座先進工業(yè)廢水處理技術(shù)的污水廠。通過 對焦化廢水的工藝設(shè)計，使出水水質(zhì)達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，最大化水資源利用率，達(dá)到保護環(huán)境目的。 設(shè)計規(guī)模 工業(yè)廢水系統(tǒng)服務(wù) 包鋼 焦化廠，工業(yè)廢水主要來自 包鋼 焦化廠生產(chǎn)產(chǎn)生的工業(yè)廢水，進水口標(biāo)高 1020 米；污 水廠設(shè)計規(guī)模為 萬 m3/d，共計 /日 。 處理后的出水要求全部達(dá)到二級處理標(biāo)準(zhǔn)。凈化廠占地面積 ，（成矩形布置），處理后污水可灌溉林地。 設(shè)計水質(zhì) 進水水質(zhì) 焦化廢水的特征是酚氰含量較高，其含酚濃度達(dá) 1200 mg/l，含氰濃度達(dá) 20 mg/l，氨氮濃度為 200 mg/l， CODCr =5000 mg/l，含油量 50 mg/l， SS=500mg/l， BOD=200mg/l, pH=69。 出廠灌溉水質(zhì)要求 進入廢水處理站廢水經(jīng)處理后，主要以林灌為主，對氮、磷去除未提出特殊要求。需達(dá) 到以下主要水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)： BOD≤ 20mg/l,CODCr≤ 150mg/l，酚≤ ，油≤ 10mg/l，CN－≤ ， NH3－ N≤ 25mg/l， SS≤ 30mg/l， pH=69。 3 第二章 處理方案的比較和選定 處理方案的比較 AB工藝 兩段生物法即 AB 法，是吸附生物降解工藝。屬超高負(fù)荷活性污泥法， 由 A 和 B 兩段串聯(lián)的活性污泥法組成， A 段為吸附段，該段曝氣池具有很高的有機負(fù)荷 ，污泥負(fù)荷在 ～ (kgMLSS d)，是常規(guī)活性污泥法的 10～ 20 倍，泥齡控制很短， 約為 左右， 微生物以細(xì)菌為主，生物吸附在較短的時間（ 30min）內(nèi)完成，去除 BOD約 40％～ 60％， B 段以低負(fù)荷運行，水力停留時間 2～ 3h，泥齡為 15～ 20d，污泥負(fù)荷～ kgBOD5/(kgMLSS d)，微生物有原生動物、菌膠團、后生動物、 B 段內(nèi)進一步分解有機物，進行硝化反應(yīng)。對氮、磷的去除率達(dá) 60％～ 70％和 30％～ 40％。 【 1】 AB 法的工藝流程圖如下： 圖 AB法工藝流程圖 AB 段 的工藝性能特點： (1)優(yōu)越性 a) 抗沖擊能力強，可以實現(xiàn)更穩(wěn)定 的處理效果。 b) 基建費用和運轉(zhuǎn)費用大大節(jié)省。據(jù)資料顯示，與傳統(tǒng)的活性污泥法相比，采用AB 工藝的污水處理廠，其基建費用可節(jié)省 15%～ 25%，占地可節(jié)省 15%左右，運行費用節(jié)省 20%～ 25%。 c) 適用于分期建造 ， 還適用于舊廠的改造和擴建 。 (2)局限性 a) A 段負(fù)荷高，去除污染物主要是靠活性污泥的初期吸附作用，污泥齡短，這也就造成了 A 段的剩余污泥量較大，使污泥處理處置的難度增加。 A 段曝氣池 分 A 段沉淀池 B 段 曝氣池 B 段沉淀池 A 段污泥回流 B 段污泥回流 4 b) AB 工藝最大的局限性就是其脫氮除磷效果差，常規(guī) AB工藝的總氮的去除效率約為 30%～ 40%，雖較傳統(tǒng)一段活性污泥法有所提高，但尚不能滿足防止富 營養(yǎng)化的要求。這是由于 AB 工藝中不存在缺氧段以及內(nèi)回流。所以無法進行反硝化，不具備深度脫氮功能。 AB 法中對磷的去除效率也很低，基本是通過微生物的新陳代謝和部分絮凝吸附作用實現(xiàn)的。另一個原因是 B段碳源不足，也影響 B 段的脫氮除磷效果。國外為解決這一問題，大多采用投加甲醇的措施，但其價格太高，國內(nèi)較難推廣。 氧化溝工藝 氧化溝 是延時曝氣活性污泥法的變形，由荷蘭衛(wèi)生工程研究所的 博士首先開發(fā)出的， 20 世紀(jì) 60 年代開始，氧化溝技術(shù) （ oxidation ditch） 在歐美地區(qū)得到迅速發(fā)展，我國 于 20 世紀(jì) 80年代開始用于城市污水處理，而且 氧化溝的數(shù)量也在日益增多，規(guī)模越來越大，運行方式也在不斷地發(fā)展 ，從間歇運行的氧化溝到連續(xù)運行的雙溝、三溝交替式運行方式。 氧化溝出水水質(zhì)好、運行穩(wěn)定、耐沖擊負(fù)荷、管理維護簡單，而且污泥量少， 不設(shè)二沉池， 得到了廣泛的應(yīng)用。 其中 一體式氧化溝集曝氣、沉淀、固液分離于一體，連續(xù)運行，減少了占地面積，保持了氧化溝的優(yōu)點，得到了迅速的推廣和使用。 【 1】 氧化溝是一種呈封閉環(huán)狀渠形的污水處理構(gòu)筑物，污水與活性污泥的混合液在曝氣溝中經(jīng)長時間（一般為 15～ 30h）的循環(huán)流動而得到凈化。氧化溝的 有機 BOD負(fù)荷通常很低，約為 ～ (kgMLSS d)，污泥齡長，一般大于 15d。 氧化溝的構(gòu)造圖 ： 圖 氧化溝構(gòu)造圖 從本質(zhì)上看，氧化溝工藝是傳統(tǒng)活性污泥工藝的一種變形。與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比，氧化溝 工藝 的工作原理及過程具有以下 特點： a) 氧化溝能夠承受水質(zhì)和水量的沖擊負(fù)荷，使用于處理高濃度的有機廢水。 綜合了推流式和混合式曝氣池的優(yōu)點。 流速約0 . 3 /出水進水 5 b) 氧化溝工藝可以將曝氣池和二沉池合建成一體，而且池深較淺，轉(zhuǎn)刷曝氣設(shè)施容易制作。因此流程簡單，施工方便。 c) 低負(fù)荷、高泥齡 。 出水水質(zhì) 一般都較好，污泥在氧化溝內(nèi)也能得到充分的好氧消化處理，不需再進行厭氧消化處理。 d) 曝氣設(shè)備簡化 。 曝氣形式以表曝為主。 e) 氧化溝的主要缺點是占地面積大。 目前常用氧化溝的種類：卡魯塞爾氧化溝 、 奧貝爾氧化溝 、 DE氧化溝 、 一體式氧化溝 、 T 型 氧化溝 。 【 12】 SBR 工藝 間歇式活性污泥法（ SBR）是早期沖排式反應(yīng)器（ Fill－ Draw）的一種改進，比連續(xù)流活性污泥法出現(xiàn)的更早，但因自動化水平低，進、出水閥門頻繁開關(guān)給操作帶來了諸多不便，難以應(yīng)有到生產(chǎn)中，自動化水平的提高及計算機的發(fā)展，為 SBR 的應(yīng)用提供了有利的條件。 1985 年我國第一座 SBR處理設(shè)施在上海市吳淞肉聯(lián)廠投產(chǎn)運行以來， SBR已經(jīng)廣泛應(yīng)有于屠宰、啤酒、化工試劑、制藥等工業(yè)廢水和生活及城市污水的處理。 SBR 將傳統(tǒng)的生物反應(yīng)池和沉淀池合為一體，在同一池內(nèi)分別完成進水、反應(yīng)、沉淀、出水、閑置等過程，不需設(shè)置污泥回流系統(tǒng)，往往設(shè)幾個池進行輪換并自動控制，通過自動切換進水閥門、控制撇水器的工作，實現(xiàn)各個階段的連續(xù)運行。 SBR 反應(yīng)器以每個階段間歇式運行為主要特征，生產(chǎn)應(yīng)用時 SBR 反應(yīng)器至少為 2個，污水連續(xù)按序列進入每一個反應(yīng)器，在運行時相對順序是有序的，也是間歇的。一個 反應(yīng)器經(jīng)過了 5個階段后稱為一個周期，單個 SBR 反應(yīng)器間歇進水間歇排水，多個 SBR 反應(yīng)器并聯(lián)工作時可以做到連續(xù)排水，適用于小水量的情況。 【 1】 SBR 的周期運行過程圖： 閑置期排水排泥期沉淀期反應(yīng)期進水期污泥活化排水排泥靜置不曝氣曝氣曝氣或不曝氣曝氣 圖 SBR一個周期的過程 6 SBR 工藝的性能特點： (1)優(yōu)越性 a) 工藝 系統(tǒng)組成 簡單， 不設(shè)二沉池，曝氣池兼具二沉池的功能，無污泥回流設(shè)備 。 b) 耐沖擊負(fù)荷，在一般情況下無需設(shè)置調(diào)節(jié)池。 c) 反應(yīng)推動力大，易于得到優(yōu)于連續(xù)流系統(tǒng)的出水水質(zhì)。 d) 運行操作靈活，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)各單元操作的狀態(tài)可達(dá)到 脫氮除磷的效果。 e) 污泥沉淀性能好， SVI 值較低，能有效防止絲狀菌膨脹。 f) 各操作階段及各項指標(biāo)可通過計算機加以控制，易于維護管理。 (2)局限性 a) 反應(yīng)器容積利用率低。 b) 水頭損失大。 c) 不連續(xù)的出水，要求后續(xù)構(gòu)筑物容積較大，有足夠的接受能力。而且連續(xù)出水，使得 SBR 工藝串聯(lián)其他連續(xù)處理工藝時較為困難。 d) 當(dāng)幾個 SBR反應(yīng)器并聯(lián)運行時，設(shè)備利用率低。 e) 對管理人員得技術(shù)素質(zhì)要求很高。 f) 峰值需氧量高。 g) 對于小型污水廠而言， SBR 是一種系統(tǒng)簡單，節(jié)省投資，處理效果好的工藝。但它用于大型污水處理廠時，就顯得不是太適合了，因 為大型廠的進水量大，需設(shè)計多個SBR 反應(yīng)池進行并聯(lián)運作，個數(shù)就增多，必定使操作管理變得復(fù)雜，運行費用也會提高。而且，由于 SBR 法是一種設(shè)備利用率低的處理工藝，用于大型污水廠時，基建費用也不會節(jié)省。 A2/O生物脫氮法 A2/O 工藝是一種同時具有脫氮除磷功能的處理工藝。該工藝的優(yōu)點是厭氧、缺氧、好氧三種不同的環(huán)境條件和不同種類微生物菌群的有機配合，能同時具有去除有機物、脫氮除磷的功能。 厭氧段內(nèi)保證磷的釋放，使好氧段內(nèi)的微生物有更強的吸收磷的能力以提高除磷效率；缺氧段內(nèi)由微生物將回流混合液帶入的 NNO??3 ，利用污水中的碳源在缺氧狀態(tài)下進行反硝化以去除氮；好氧段內(nèi)有機物降解和氨氮進行硝化，達(dá)到去除有機物和硝化的目的。 A2/O 法的工藝基本流程如圖： 7 圖 A2/O法的工藝基本流程如圖 A2/O工藝的 性能特點： (1) 優(yōu)越性 a) 工藝流程相對其他脫氮除磷工藝簡單，毋需投藥，兩個 A 段只用輕攪拌即可，運行費用低于化學(xué)法。 b) 有機地組合了厭氧、缺氧、好氧三種不同環(huán)境條件下不同功能的微生物菌群，總的水力停留時間短，達(dá)到了去除有機物、脫氮、除磷 的目的。 c) 厭氧段的存在抑制了絲狀菌的繁殖，無污泥膨脹， SVI100，保證了好氧段的穩(wěn)定運行。 (2) 局限性 a) 除磷效果很難提高。 b) 脫氮效果難于進一步提高，內(nèi)循環(huán)量 2Q，不宜太高。 c) 進入沉淀池的處理水要保持一定的溶解氧。 【 1】 方案確定 焦化廢水的處理方法與工藝流程的選擇需要進行詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟分析，確定最佳方案。首先應(yīng)從改革工藝著手，盡可能減少污水量或降低廢水濃度；其次是考慮綜合利用的可能性，這不僅可變廢為寶，同時又降低了污染，減輕了處理的負(fù)荷。選擇廢水處理法和流程時要因地制宜，同時要防止二次污染，保證廢水處理后 能達(dá)到預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)。 選擇焦化污水處理工藝，不僅要考慮污水中有害物質(zhì)的組成，而且要了解排出污水水質(zhì)、水量的瞬時變化情況，這些對選擇污水處理工藝、設(shè)備和日后的運行管理都很重要。根據(jù)已知資料可見出水水質(zhì)的要求是比較嚴(yán)格的， 參考國內(nèi)成型工藝 A2/O處理 焦化廢水是切實可行的 ，再加之脫酚處理構(gòu)筑物隔油構(gòu)筑物就能達(dá)到最終目的。 在綜合考慮國家現(xiàn)行產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策對污水處理工藝的限制、環(huán)境要求達(dá)到的污染物厭氧池 缺氧池 好氧池 沉淀池 回流污泥 混合液回流 8 去除率、運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性、工程的分期建設(shè)、污泥處置等因素后，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較后決定采用 A2/O 工藝。 通過以上的比較本設(shè)計的工藝 流程如下： 圖 焦化廢水處理流程圖 調(diào)節(jié)池 隔油池 萃取