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生活污水设计参数选择分析 包含污水处理工艺、设备解析

国家污水处理与资源化利用战略联盟2020-08-25 15:32:29

  

  作为污水来源之一的生活污水,它的污水处理结果好坏将直接影响我们生活的水环境生态,本文详细总结了生活污水处理涉及到的各种参数,包括污水处理设备选择、污水处理工艺对比等等,希望能给大家带来帮助。

  1、有关术语

  污水:指在生产与生活活动中排放的水的总称。

  排水量:指在生产过程中直接用于工艺生产的水的排放量。不包括间接冷却水、厂区锅炉、电站排水。

  一切排污单位:指本标准适用范围所包括的一切排污单位。

  其他排污单位:指在某一控制项目中,除所列行业外的一切排污单位。

  BOD生化需氧量。COD化学需氧量。TOC总有机碳。TOD总需氧量。SS悬浮物。

  TS总固。TN总氮。TP总磷。MLSS污泥浓度。SV污泥沉降比。SVI污泥体积指数。

  污泥负荷:单位时间内单位活性污泥所消耗的有机物的量。

  滤料容积负荷:每方滤料每天所承受进水中污染物的能力。

  滤料水力负荷:每方滤料每天通过的污水的体积。

  表面负荷:单位时间单位面积构筑物所能承受处理的污水体积。

  2、集水井设计:

  容积的确定,按大于日处理量之5分钟之容积。根据现场安排尺寸设置水深,根据水深度确定截面积。提升泵选择?选择流量及数量应满足一小时排空集水井。

  3、调节池设计:

  容积的确定,按日处理量之35%-50%确定。底部设一定坡度(大于0.05)坡向积水坑可设微孔曝气,曝气量确定:按5-6m3/(m2.h)设计或气水比4/1确定。容积校验根据,停留时间:V/Q即有效容积/流量,一般在8小时左右。泵的选择考虑流量及扬程。空气搅拌气水比(1-3):1。消毒池V=30min以上量,卤消毒5-8mg/L。中水池V日水量之25%-35%。

  4、接触氧化池:

  容积的确定,一般按照前调节池容积之1/2计,根据现场确定池深及截面积。容积之校验,有效容积之停留时间T=V/Q一般时间按水之BOD浓度计生活污水按大于等于3小时保险系数计算。内设半软性填料,超高按0.3米,具体填料高度可以按照设计之池子高度确定。长宽比控制在2/1~1/1有效面积不宜大于100m2

  校验按照单位体积填料消耗BOD5值来计算(依据填料之布置计算填料体积)进水BOD5值为Amg/l,出水BOD5值取Bmg/l,则BOD5的消减量为:(A-B)*Qkg/d,单位体积填料消耗BOD5值应<1.0kg/d

  校验按照填料的容积负荷:Fr=0.2881×L0.7246应<3㎏/(m3.d),L为生物接触氧化系统出水BOD5值。

  校验按照污水与填料需要的接触时间:t=24Lj/(1000Fr),Lj为生物接触氧化系统进水BOD5值。污水与填料的实际接触时间t停=V有效/Q应该>t

  接触氧化池曝气量的确定:接触氧化池曝气强度宜采用10-20m3/(m2.h),同时参考《建筑中水设计规范》(GB50336-2002)可知,接触氧化池曝气量可按BOD5的去除负荷计算,一般为40~80m3/kgBOD5风机风压高于出水层0.5-1米

  接触氧化高度确认:由下至上包括构造层、填料层、稳水层、超高。一般构造层高度控制在0.6m~1.2m添料层高度控制在2.5m~3.5m稳水层高度控制在0.4m~0.5m超高控制不小于0.5米

  其他:接触氧化池底部应设放空管道,布气系统设于池底

  5、二级接触氧化(参看一级处理)

  6、曝气生物滤池:

  容积确定,深度处理根据滤池表面负荷设计一般选择2~6m3/m2.h(负荷选取低保险系数高)举例:处理量按Q=10000m3/d,BOD容积负荷介于0.2~0.3kg/(m3.d);曝气生物滤池座数不宜少于2座,最高座数以8~12座为宜;曝气生物滤池单池表面面积以不高于50m2为宜;滤料粒径以介于3~20mm之间为宜。滤池总面积:416.3/(2~6)=208~69m2。本工程取144m2即每座平面尺寸:6×6m2,共4座。

  容积校验根据BOD容积负荷校核:10000×(20-10)/(144×3.3×103)=0.21kg/(m3.d),在要求范围内。计算结果:4座平面尺寸为6.0×6.0m滤料高度3.3m的曝气生物滤池。滤料粒径取3~5,4~6mm。前者为滤层,高度为2.5m;后者为接触层,高度为0.8m。滤池高度:配水区高度1.2m,滤板厚0.1m,承托层高度0.4m,滤料高度3.3m,清水区高度1.0m,超高0.5m。滤池总高度6.5m。

  曝气量与鼓风机:曝气生物滤池气水比宜为(1~3):1或根据下面计算在曝气生物滤池这样的生物膜法反应器中,生物膜耗费的溶解氧总量一般为1~3mg/l。为使滤料表面的好氧菌膜维持良好的生物相,通过滤料层后的剩余溶解氧应保持在2~3mg/l,这样要求污水进入滤料层前的溶解氧为4~6mg/l左右。微生物需氧量R包括合成用氧量和内源呼吸用氧量两部分,即R=1.46ΔBOD+0.18P=328kg/d。式中R为微生物膜的需氧量,kg/d;ΔBOD为滤池单位时间内去除的BOD量,kg/d;P为活性生物膜数量。曝气装置氧转移效率一般在5%~15%,本工程设计值选取20%;空气密度ρ为1.293kg空气/m3;空气中氧含有重量OW为0.232kgO2/kg空气;每天所需空气量:GS=328/(0.2×0.232×1.293)=5467m3鼓风机风量Q=GS/(24×60)=3.8m3/min鼓风机风压P=h1+h2+h3+h4+h5=2+1+45+8+1.0=57KPa,本工程鼓风机风压选用59KPa。其中h1为空气管道的沿程损失;h2为空气管道的局部阻力损失;h3为空气扩散装置扩散深度;h4为空气扩散装置的阻力;h5为所在地区大气压。每座曝气生物滤池由一台鼓风机单独供风,四座曝气生物滤池共需四台鼓风机,一台鼓风机作为四台鼓风机的备用风机,即工艺曝气鼓风机共5台。

  反吹系统:曝气生物滤池反冲洗时,先气洗(2倍曝气量,气水比3.7:1)5min,反冲线速度宜为0.4~0.8m3/(m2.min);再气、水联合反洗5min(气洗反冲线速度宜为0.4~0.8m3/(m2.min),水洗反冲洗强度为8~16l/(m2.s)..进水之1.5-2倍);最后水洗5min,反冲洗强度为8~16l/(m2.s),完成后进入正常运行状态。曝气风速主管15米/秒,支管25米/秒

  7、SBR池设计计算公式:

  A、反应池数及排出比(1/m),池数一般大于2个当设计水量小于500m3/d时可以设1座,排出比取1/m=1/2~1/5。

  B、设计负荷Ls及污泥浓度MLSS(X),标准负荷选取0.2~0.4kgBOD5/kgMLSS.d,延时负荷选取0.05~0.1kgBOD5/kgMLSS.d,污泥浓度选取2000~5000mg/l,X的选取与负荷成反比。反应池水深4~6米。

  C、容积及周期的确定,总容积V=QS/LsEX式中Q为最大日处理量(m3/d)。S为进入SBR池的BOD5浓度(mg/l),Ls为设计负荷,E为曝气反应比=(nTA)/24其中n为每日周期数,TA为曝气时间。X为污泥浓度。曝气时间的确定TA=(24S)/(LsXm)式中m为排出比倒数。沉淀及排泥时间分别各取1小时。容积确定V=mQ/n

  D、需氧量的确定,经验数据标准负荷选取0.5~1.5kg氧气/kgBOD,延时负荷取1.5~2.5。曝气量的确定,供氧量一般为需氧量的1.4倍。

  E、产泥量的确定,污泥干固体量(kg/d)=Q*SS*Y/1000式中Q污水流量m3/d,SS进水悬浮物含量mg/l,Y产率,高负荷(0.2~0.4kgBOD5/kgMLSS.d)取Y=1.0;低负荷(0.05~0.1kgBOD5/kgMLSS.d)取Y=0.75.

  8、电解槽的工艺设计:

  根据废水流量及污染物种类和浓度,选定的板水比、极距、电流密度、电解时间等参数确定电解槽尺寸及整流器的容量。

  有效容积根据设计流量及停留时间确定V=Q*T,T电解时间的确定,对于连续电解一般取经验数据停留20~30分钟,对于间歇操作,T为轮换周期,包括注水时间沉淀排空时间和电解时间,一般为2~4小时。

  阳电极面积A可由选定的板水比和已求出的电解槽有效容积推得,也可由选定的电流密度i和电流I推得。

  电流I应根据废水情况和要求的处理程度由试验确定。对六价Cr废水,也可用下式计算:I=KQC/S式中K——每克六价铬还原成3价铬所需的电量一般取4.5Ah/gCr左右,C——废水含六价铬浓度,mg/l,S——电极串联数,在数值上等于串联电极板数减1。

  电压V电解槽的槽电压等于极间电压和导线上的电压降之和,V=SV1+V2式中V1——极间电压,一般3~7.5V。V2导线上的电压降,一般为1~2V。

  选择整流器设备时,电流和电压值应分别比计算值大30%~40%,用以补偿极板的钝化和腐蚀等原因引起的整流器效率降低。

  电解槽长宽比取5~6:1,深宽比取1~1.5:1。电解槽进出水端要设配水和稳流措施,以均匀布水并维持良好流态。内置空气搅拌,空气量为0.1~0.3方/分钟。空气入池前要除油。

  阳极在氧化剂和电流作用下,会形成一层钝化膜,可以通过投加适量的Nacl,整加水流速度或采用机械去膜以及电极定期换向等方法防止钝化。

  9、反渗透设备的部分国家标准:

  该标准进水要求含盐率小于10000mg/l。

  反渗透膜:用特定的高分子材料制成,具有选择性半透性能的薄膜,能在一定压力作用下使水溶液中的水分子和某些组分透过,以达到纯化、浓缩目的。

  反渗透组件:按一定技术要求将反渗透膜元件与外壳等其他部分组装在一起的组合构件。

  脱盐率、原水回收率、渗透水、浓缩水、保安过滤:保安过滤,由过滤精度小于或等于5mm的微滤滤芯构成的过滤器装载反渗透设备前段,保证反渗透设备的进水水质满足设备要求。

  产品型号:RO-J(卷式膜)/B(板式膜)/Z(中空膜)/G(管式膜)——S(小型)/M(中型)/L(大型)——1(一级反渗透)/2(二级反渗透)/3(三级反渗透)

  设备性能指标:设备脱盐率≥95%(用户有特殊要求的除外)

  原水回收率:小型≥30%,中型≥50%,大型≥70%

  操作温度:温度为影响产水量的主要指标,通常复合膜用4℃~45℃;乙酸纤维素膜适用4℃~35℃。

  操作压力:根据工艺要求,操作压力一般不大于3.5MPa.

  10、水解酸化池的设计

  适用于较低COD值,特别适用于难降解有机物的好氧预处理。

  参数选择,水力负荷选择0.5~2.5m3/(m2.h),有机负荷选择1.95~8.8kgCOD/(m2.d)。停留时间一般根据COD确定,每100mg/l的COD选择停留1小时。

  容积确定,容积等于流量与停留时间的乘积。

  11、机械絮凝池设计要点

  1.絮凝时间宜为15-20min;

  2.池内搅拌设3-4档,浆板线速度由第一档的0.5m/s逐步减至末档的0.2m/s;

  3.水平搅拌轴设于池中水深1/2处,叶轮直径应比絮凝池水深小0.3m,叶轮尽端与池子侧壁间距≤0.2m;

  4.垂直搅拌轴设于池中间,其上浆板顶端设于池子水面下0.3m处,下浆板底端设于距池底0.3-0.5m处,浆板外缘与池侧壁间距≤0.25m;

  5.水平轴式絮凝池每只叶轮的浆板数一般为4-6块,浆板长度≤叶轮直径的75%;

  6.每根搅拌轴上浆板总面积宜为水流截面积的10%-20%,不宜>25%,每块浆板的宽度为浆板长的1/10-1/15,一般为10-30cm;

  7.池身一般为3-4m。

  12、混凝后的沉淀池设计数据

  1.面积负荷20-80m3/(d•m2);2.停留时间1-4h;3.池深2-4.5m;4.池内流速2.5-15mm/s;5.进水渠流速0.15-0.6m/s;6.出水堰溢流负荷1-7L/(s•m)。

  13、气浮设计要点

  要求原水浊度≤100度及含有密度小的悬浮物质;(2)气浮池的单格宽度不宜>10m,池长一般<15m为宜;(3)絮凝时间宜取10~15min;(4)接触室的水上升流速一般取10~20mm/s;(5)接触室内水停留时间宜≥60s;(6)进入接触室的流速宜<0.1m/s;(7)分离室的水流向下流速一般取1.5~2.5mm/s。

  14、机械搅拌澄清池

  机械搅拌澄清池设计要点1)宜用于浊度长期低于5000度的原水,短时间内允许达到5000~10000mg/L;2)清水区高度为1.5~2.0m;3)清水区上升流速一般采用0.8~1.1mm/s,当处理低温低浊水时可采用0.7~0.9mm/s;4)水在池中的总停留时间为1.2~1.5h,第一絮凝室和第二絮凝室的停留时间一般控制在20~30min。

  15、斜板沉淀池

  1.斜板垂直净距一般采用80-120mm,斜管直径一般采用50-80mm;

  2.斜板(管)长度为1-1.2m;

  3.倾角一般为60°;

  4.斜板(管)底部缓冲区高度一般为0.5-1m;

  5.斜板(管)上部水深一般为0.7-1m;

  6.池内停留时间:初次沉淀≤30min;二次沉淀≤60min。

  要求原水浊度长期低于1000度;

  斜管沉淀区液面负荷可采用9.0~11.0m3/(h•m2);

  管径为25~35mm,管长为1m;

  水平倾角采用60°;

  斜管上部清水区保护高度不宜小于1.5m。

  同向流斜板沉淀池设计要点

  同向流斜板沉淀池适用于浑浊度长期低于200度的原水;

  斜板沉淀区游人面负荷,应根据原水情况及相似条件水厂的运行经验或试验资料确定,一般可采用30~40m3/(h•m2);

  斜板间距为35mm;斜板长度为2.0~2.5m,排泥区斜板长度不小于0.5m;

  沉淀区斜板倾角为40°,排泥区斜板倾角为60°。

  16、竖流式沉淀池设计数据

  1.池直径或正方形边长与有效水深的比值≤3,池直径一般采用4-7m;

  2.当池直径或正方形边长<7m时,澄清水沿周边流出。个别当直径≥7m时,应设辐射式集水支渠;

  3.中心管内流速≤30mm/s;

  4.中心管下口的喇叭口和反射板要求:

  1)反射板板底距泥面≥0.3mm;

  2)反射板直径及高度为中心管直径的1.35倍;

  3)反射板直径为喇叭口直径的1.3倍;

  4)反射板表面对水平面的倾角为17°;

  5)中心管下端至反射板表面之间的缝隙高为0.25-0.5m,缝隙中心污水流速,在初次沉淀池中≤30mm/s,在二次沉淀池中≤20mm/s;

  5.排泥管下端距池底≤0.2m,管上端超出水面≥0.4m;

  6.浮渣挡板距集水槽0.25-0.5m,高出水面0.1-0.15m,淹没深度0.3-0.4m。

  平流式沉淀池设计数据

  1.长宽比以3-5为宜;

  2.长与有效水深比一般采用8-12;

  3.池底纵坡一般采用0.01-0.02,机械刮泥时不小于0.005;

  4.初次沉淀池最大水平流速为7mm/s,二次沉淀池为5mm/s;

  5.进出口处挡板位置

  1)高出池内水面0.1-0.15m;

  2)进出挡板淹没深度一般为0.5-1.0m;

  3)出口挡板淹没深度一般为0.3-0.4m;

  4)挡板距进水口0.5-1.0m,距出水口0.25-0.5m;

  6.非机械刮泥时,缓冲层高度0.5m,机械刮泥时,缓冲层上缘宜高出刮泥板0.3m;

  7.刮泥机行进速度一般为0.6-0.9m/min;

  8.排泥管直径为<200mm;

  9.入口整流墙的开孔总面积为过水断面的6%-20%;

  10.出水锯齿形三角堰,水面宜位于齿高的1/2处。

  17、沉砂池

  1.一般规定

  1)沉砂池去除对象是密度为2.65/cm3,粒径在0.2mm以上的砂粒;

  2)城市污水沉砂量可按106m3污水沉砂15-30m3计算,其含水率为60%,其密度为1500kg/m3;

  3)砂斗容积应按2天内沉砂量计算,斗壁与水平倾斜角不小于55°;

  4)人工排沙管直径≥200mm;

  5)沉砂池超高不宜<0.3m;

  6)沉砂池个数或分格数不应少于2。

  2.平流式沉砂池设计数据

  1)最大流速0.3m/s,最小流速0.15m/s;

  2)最大流量时停留时间一般为30-60s;

  3)有效水深一般为0.25-1m;

  4)每格宽度不小于0.6m;

  5)池底坡度0.01-0.02。

  3.竖流式沉砂池设计数据

  1)最大流速为0.1m/s,最小流速为0.02m/s;

  2)进水中心管最大流速0.3m/s;

  3)流量最大时停留时间一般为30-60s。

  4.曝气沉砂池设计数据

  1)水平流速为0.1m/s;

  2)旋流速度为0.25-0.3m/s;

  3)流量最大时停留时间为1-3min;

  4)有效水深2-3m;

  5)曝气量为0.1-0.2m3空气/m3污水;

  6)宽深比1-2;

  7)长宽比可达5;

  8)空气扩散装置距池底0.6-0.9m。

  5.涡流式沉砂池设计数据

  1)水力叶面负荷约200m3/(h•m2);

  2)水力停留时间为20-30s;

  3)进水渠道流速

  a.流量最大时的40%-80%时为0.6-0.9m/s;

  b.流量最小时>0.15m/s;

  c.流量最大时≤1.2m/s。

  4)进水渠道直段长度为宽度的7倍且不应<4.5m;

  5)出水渠道宽度为进水渠道的2倍;

  6)出水渠道与进水渠道夹角>270°;

  7)沉砂池规格

  污泥泵比进水泵小,一般80%回流到调节池一般进水的60%左右。

  空气干管和主干管的经济流速可采用10~15m/s;通向扩散装置的空气竖管和支管,其经济流速一般采用4~5m/s;空气管道的压力损失一般控制在1.0m以内,其中,空气管道的总压力损失控制在0.5m以内。由于扩散装置在使用过程中容易堵塞,故设计中一般规定空气通过扩散装置的阻力损失为0.5~0.6m,对竖管或穿孔管可酌情减少。————(《污水处理构筑物设计与计算》P99工大出版社韩洪军主编)

  另:

  空气管道和空气扩散装置的压力损失,一般控制在14.7kPa(1.5m)以内,其中空气管道总损失控制在4.9kPa(0)以内,空气扩散装置的阻力损失为4.9~9.8kPa(0.5~1.0m)。——排水工程第四版P175

  一般的给水管道,d为100~200毫米,经济流速为0.6~1.0米/秒;d为200~400毫米,经济流速为1.0~1.4米/秒;压力钢管约为3~4米/秒,甚至5~6米/秒。仅供参考。

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