1、一、前言（一）设计任务来源学院下达设计任务。（二）原始资料原始资料见设计任务书。（三）设计要求设计要求按扩大初步设计要求完成设计文件。（四）设计指导思想毕业设计的目的是使学生综合运用所学的理论知识，根据“环境保护法”和设计规范以及党和政府颁布的各项政策和法令，依据原始资料，设计一座城市或工业企业的污水处理厂，具体指导思想如下：1.总结、巩固所学知识，通过具体设计，扩大和深化专业知识，提高解决实际工程技术问题的独立工作能力；2.熟悉建造一座现代化污水处理厂的设计程序，掌握各类处理构筑物的工艺计算，培养分析问题的能力；3.广泛阅读各类参考文献及科技资料，正确使用设计规范，熟练应用各种设计手册，标准
2、设计图集以及产品目录等高等工具书，进一步提高计算、绘图的技能和编写好设计说明书，完成工程师的基本训练。（五）设计原则“技术先进、经济合理、安全使用、确保质量” 。二、概述淀粉属多羟基天然高分子化合物，广泛地存在于植物的根、茎和果实中。淀粉是食物的重要成分，是食品、化工、造纸、纺织等工业部门的主要原料。目前，我国淀粉行业有 600 多家企业，其中年产万吨以上的淀粉企业仅 60 多家。该行业 19791992 年的 13 年中，年产量从 28 万 t 增加到 149 万 t，平均年递增率14。1998 年淀粉产量为 300 多万 t。每生产 1 淀粉就要产生 1020 废水，在3m3m2淀粉、酒精
3、、味精、柠檬酸等几个较大的生物化工行业中，淀粉废水的总排放量占首位。淀粉废水中的主要成分为淀粉、蛋白质和糖类，随生产工艺的不同，废水中的浓度在 2 00020 000mg/L 之间。这些淀粉废水若不经处理直接排放，其中所CrOD含的有机物进入水体后会迅速消耗水中的溶解氧，造成水体因缺氧而影响鱼类和其他水生生物的生存，同时还会促使水底的有机物质在厌氧条件下分解而产生臭味，恶化水体，污染环境，损害人体健康。因此废水必须进行处理。淀粉生产的主要原料作物有甘薯类、玉米和小麦。(一)以甘薯类为原料的淀粉生产工艺是根据淀粉不溶于冷水和其密度大于水的性质，采用专用机械设备，将淀粉从水中的悬浮液中分离出来，从
4、而达到生产淀粉的目的。作为原料的马铃薯等都是通过流水输送到生产线的，在流送过程中，马铃薯等同时得到了一定程度的洗净。除此之外，淀粉厂内还设有专门清除马铃薯等表皮所沾染的污物和砂土的洗净工序。这两工段(洗净和流送工段)流出的废水含有大量的砂土、马铃薯碎皮碎片以及由原料溶出的有机物质。因而这种废水悬浮物含量多， 和CrOD值都不高。 5BOD原料马铃薯经洗净后，磨碎形成淀粉乳液。乳液中含有大量的渣滓，需使淀粉乳与渣滓分离，淀粉乳进入精制、浓缩工段。这时，分离废水中含有大量的水溶性物质，如糖、蛋白质、树脂等，此外还含有少量的微细纤维和淀粉。 和 值很高，CrOD5B并且水量较大，因而这一工段是马铃薯
5、原料淀粉厂主要污染废水。 在精制淀粉乳脱水工序产生的废水水质与分离废水相同。淀粉生产过程中，产生大量渣滓，长期积存在贮槽内，会产生一定量酸度较高的废水。另外，还有蛋白分离废水、生产设备洗刷废水、厂区生活废水等。 (二)以玉米为原料的生产工艺其废水主要来源于浸泡、胚芽分离、纤维洗涤和脱水等工序。此工艺主要表现为耗水量大和淀粉提取率低，这就造成了玉米淀粉废水量大，且污染物浓度高。工艺用水量一般为 512 /t 玉米。玉米淀粉废水中的主要成3m分为淀粉、糖类、蛋白质、纤维素等有机物质， 值为 8 00030 000mg/L，CrOD值为 5 00020 000mg/L，SS 值为 3 0005 00
6、0mg/L。BOD(三)以小麦为原料的生产工艺其废水由两部分组成：沉降池里的上清液和离心后产生的黄浆水。前者的有机物含量较低，后者的含量较高。生产中，通常将两部分的3废水混合后称为淀粉废水。小麦淀粉废水的特点主要有：1.淀粉废水中有机质大部分是淀粉，其含量大致为 22.5g/100 m1；2.与淀粉含量相比，还原糖含量低，在 0.10g/100ml 以下；3.淀粉废水中有一定量的氮源，平均 0.044 7 g/100 m1，C：N(碳氮比)约(2025)：1 左右。三、设计的基本要求（一）水量：本项目生活污水主要由本厂 150 名职工的日常生活产生，生活污水排放量估算为 14.256 /d；生
7、产废水排放量为 989.009 /d，废水排放总量估算为3m3m1003.256 /d，设计可按 1000 /d 考虑。3 3（二）水质：进水 3500mg/L， 4900mg/L，SS2000mg/L，pH 值 7.0。5BODCr出水要求 30mg/L， 150mg/L，SS150mg/L，pH 值 6.09.0。5Cr四、设计原则技术先进、经济合理、安全使用、确保质量。五、处理工艺方案的比选（一）基本处理法污水处理的基本方法，就是采用各种技术与手段，将污水中所含的污染物质分离去除，回收利用，或将其转化为无害物质，使水得到净化。现代污水处理技术，按原理可分为物理处理法，化学处理法和生物化学
8、处理法 3类。物理处理法：利用物理作用分离污水中呈悬浮状态的固体污染物质。主要方法有筛滤法，沉淀法，上浮法，气浮法，过滤法和反渗透法。化学处理法：利用化学反应的作用，分离回收污水中处于各种形态的污染物质（包括悬浮的、溶解的、胶体的等） 。主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原、气提、萃取、吸附、离子交换和电渗析等。化学处理法多用于处理生产污水。生物化学处理法：是利用微生物的代谢作用，使污水中呈悬浮、胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害物质。主要方法可分为两大类，即利用好氧微生物作用的好氧法(好氧氧化法)和利用厌氧微生物作用的厌氧法（厌氧还原法） 。前者广泛用于处理4城市污水及有机性生产污水，其中
9、有活性污泥法和生物膜法两种；后者多用于处理高浓度有机废水与废水处理过程中产生的污泥，现在也开始用于处理城市污水和低浓度有机污水。城市污水与生产废水中的污染物是多种多样的，往往需要采用几种方法的组合，才能处理不同性质的污染物与污泥，达到净化的目的与排放标准。（二）选择污水处理工艺需考虑的因素污水处理工艺的工程投资和运行费用是工艺流程选择的重要因素之一。根据处理的水质、水量，选择可行的几种工艺流程进行全面的技术经济比较，确定工艺先进合理、工程投资和运行费用较低的处理工艺。如城市污水 和 SS 浓度较高，水质水5BOD量变化较大的情况下，采用 AB 法活性污泥工艺，不仅比普通活性污泥法处理效果好，同
10、时能除氮脱磷，在一般情况下可节省基建投资约 20%，节省能耗 15%左右。根据当地自然、地形条件及土地与资源情况，因地制宜，综合考虑选择适合当地情况的处理工艺。要尽量少占农田或不占农田，充分利用河滩沼泽地、洼地或旧河道。考虑分期分级处理与排放和利用情况。例如根据当地城市规划，先建一期工程，再建二期工程；根据当地财力情况可先建一级处理，以后再建二级处理。同时根据排放和利用情况，如某市污水处理厂一部分采用一级处理后排海，一部分采用二级处理后回用于农田灌溉，还有一部分采用深度处理后回用于城市杂用水。施工和运行管理：如地下水位较高，地质条件较差的地区，就不宜选用深度大、施工难度高的处理构筑物。也应考虑
11、所确定处理工艺运行简单、操作方便，便于实现自动控制等。操作人员的经验和管理水平：要使工艺能达到预期的处理目标，操作管理人员具有十分重要的作用。同样的处理设备由于操作人员的不同可能产生不同的效果。因此在工艺选择时，应尽量选择符合当地习惯和使用要求的净水工艺。场地的建设条件：不同处理工艺对占地或地基承载力、搞浮力等会有不同的要求，因此在工艺选择时还应结合建设场地可能提供的条件进行综合考虑。有些处理工艺与气候、水温关系密切，在选用时还应充分注意当地的气候条件和水温情况。（三）大方案的比选1.传统活性污泥法5工艺流程见图 1。原水 排放外运图 1特点：传统活性污泥法处理效果较好，BOD 去除率可达 9
12、0%95%，适用于处理净化程度和稳定程度要求较高的废水，对废水的处理程度比较灵活。缺点：a 容积大，占地面积多；b 曝气池末端可能出现供氧速率高于需氧速率的现象，增加动力费用；c 对冲击负荷适应性较弱。2.生物滤池工艺流程见图 2。原水出水污泥外运图 2优点： a 构造简单，操作容易；b 污水在池内停留时间比较短，污水中的有毒物质对生物膜的破坏相对较小；c 当负荷低时，出水水质可以高度硝化，污泥量少，依靠自然通风供氧，运行费用低；缺点：微生物附着在滤料固定的表面生长，不能随环境变化而改变反应器中生物量，所以对污水浓度和流量的变化适应性差，对于季节和环境温度变化也会受一定影响。格栅 泵站 沉砂池
13、 初沉池曝气池 二沉池 消毒浓缩 脱水格栅 沉砂池 初沉池 生物滤池混凝沉淀污泥浓缩 污泥脱水63.氧化沟工艺工艺流程见图 3。原水 排放图 3特点：a 流程简单，构造也很简单；b 氧化沟中污水流态可以按照完全混合推流式考虑，其 BOD 负荷低，处理水质好，对水温、水质和水量的变动有较强的适应性，污泥产率低，排泥量少，污泥龄长；c 氧化沟中悬浮有机物和溶解性有机物可以得到比较彻底的去除。在氧化沟内可能产生硝化反应和反硝化反应，因而具有脱氮功能；d 氧化沟在流程中省略了初次沉淀池和污泥消化池，有时还可以省略二次沉淀池和污泥回流装置。待解决的问题：如何在现有的条件下，因地制宜地推广改进氧化沟工艺，
14、合理地进行设计和运行操作管理。4.SBR 法工艺流程见图 4。原水出水外运 图 4特点：格栅 沉砂池 氧化沟 接触池浓缩脱水外运 加氯间提升泵房格栅 沉砂池 SBR 池接触池集泥池 浓缩池 脱水7a 工艺流程简单不需设二沉池，污泥回流及回流设备，调节池容积小或可以不设调节池，多数情况下可以省去初沉池。b 占地面积小，造价低SBR 工艺处理系统布置紧凑，工艺简洁，因此占地面积小，在处理小水量污水时，较普通活性污泥法基建投资省 30%以上。c 处理效果好反应器中的底物浓度和微生物浓度随反应的时间而变化，而且反应过程是不连续的，因此运行过程是典型的非稳态过程。在运行期间，反应器中活性污泥处于一种交替
15、的吸附，吸收，生物降解和活化过程的不断变化过程。d 污泥沉降性能好污泥易于沉淀，SVI 值较低，一般不会出现污泥膨胀现象。e 良好地适应性在工艺进水期，曝气池起到了调节池的作用可以通过调节进水时间，调整污水量和调节反应时间，也可以通过调节闲置时间，调整活性污泥的吸附和吸收能力，提高污泥活性，从而提高污染物被处理程度。f 易于维护管理 SBR 采用自动控制技术达到工艺的控制要求，把用人工操作难以实现的控制通过计算机、软件、仪器设备的有机结合自动完成，并创造满足微生物生存的最佳环境。5.UASB 升流式厌氧污泥床在构造上的特点是集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑的厌氧反应器。UASB 设计见图
16、 5。8三三三三图 5特点：a 污泥床内生物量多，折合浓度计算可达 2030g/L；b 容积负荷率高，中温发酵条件下，一般可达 10kgCOD/md 左右，甚至高达1540kgCOD/md ,废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小；c 设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置。造价相对较低，便于管理，而且不存在堵塞问题。6.生物接触氧化生物接触氧化处理技术实质之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定流速流经填料，在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。生物接触化处理技术的另
17、一项技术实质是采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供所需的氧气，并起到搅拌与混合作用。9据上所述，生物接触氧化是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术。生物接触氧化处理技术的工艺流程可分为:一段(级)处理流程，二段(级)处理流程，多段(级)处理流程。其中一段(级)处理流程最为常见,其处理流程见图 6。 三 三 三三图 6特点：a 使用多种型式的填料，有利于氧的转移，溶解氧充沛，生物膜上能形成稳定的生态系统与食物链，无污泥膨胀之虑；b 填料表面全为生物膜所布满，形成了呈立体结构的密集的生物网，能够有效提高净化效果；c 生物膜上能保持较高浓度活性生物量，有机负荷率高，处理效率较高，有
18、利于缩小池容，减少占地面积；d 对冲击负荷有较强适应能力，操作简单，运行方便，易于维护管理，勿需污泥回流，污泥生成量少，易于沉淀；e 运行得当还可以脱氮。10缺点: 设计或运行不当，填料可能堵塞。此外，布水、曝气不易均匀，可能在局部出现死角。（四）厌氧处理工艺选择近年来，厌氧处理技术得到很快发展，常用的先进技术有厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床和厌氧过滤器。厌氧接触法属于传统厌氧消化技术的发展。它采用完全混合式消化反应器，适合于处理含悬浮固体很高的废水，预处理要求低，一需要设置池内完全混合搅拌，池外还要设消化液沉淀池。其处理效率比传统厌氧消化技术有提高，但中温消化时容积负荷只有 1.03.0 k
19、gCOD/( d)，其水力停留时间仍然较长，要求的消化池容积大。3m本设计处理对象为较好生化处理的废水。为提高处理效率，节省工程投资和占地，因此不宜采用厌氧接触法。上流式厌氧污泥床（UASB） ，属采用了滞留型厌氧生物处理技术，在底部有污泥床，依据进水与污泥的高效接触提供高的去除率，依靠顶部的三相分离器，进行气、液、固分离，能使污泥维持在污泥床内而很少流失。因而生物污泥停留时间长，处理效率高，适合于处理较易生化降解， 和 SS 浓度均较高的废水(一般要求进水 SS 不大CrOD于 4000mg/L)。常温条件下对于较易生物降解有机废水，容积负荷可达 48kgCOD/(d)。3m厌氧过滤器采用附
20、着型厌氧生物处理技术，在反应器内充填一部填料，使生物污泥附着在填料上生长，不易随出水流失，且填料对于改善水流均匀性有益，并起到定过滤截留作用。但反应器内填料易发生堵塞现象，因此不适合处理有机物浓度过高的废水，且要求进水 SS 浓度应较低，般要求 SS p12/L（9）式中 气泡垂直上升速度pU气泡实际缝隙流速回流缝垂直长度2L小斜板与大斜板重叠长度1根据三相分离器设计结果，得：/=pU6.173019.=（0.6tg53.1）/（5.2-4.6） =2.012/L 1.tg532可见 / ，满足脱气条件要求p12/L（三）布水系统的设计计算1.设计说明 为了保证两个 UASB 反应器运行负荷的
21、均匀，并减少污泥床内出现沟流短路等不利因素，设计良好的配水系统是很必要的，特别是在常温条件下运行或处理低浓度废水时，因有机物浓度低，产气量少，气体搅拌作用较差，此时对配水系统的设计要求高一些。布水形式为两两分中。各台 UASB 反应器进水管上设置调节阀和流量计，以均衡流量。在 UASB 反应器内部采用适应圆池要求的环形布水器。反应器布水点数量设置与处理流量、进水浓度、容积负荷等因素有关，本次设计29拟每 24 设置一个布水点。m2.设计计算 布水器设置 16 个布水点，每点负荷面积为 224m.D16/iS布水器设环管一根，支管 4 根，环管上(即外圈)设 12 个布水点，支管上设 4 个布水
22、点，布水点共 16 个。按均匀布置原则，环管(外圈)环径为 5.6m，支管上（内圈）环径为 2.5m。UASB 反应器布水器中心管流量为 ，中心管流s/0579.h/4167. 33iq速选为 0.8m/s，则中心管管径为 = 。0dm9i布水器支管均分流量为 0.00145 /s，支管管内流速选为 1.2m/s，则管径计算为3=39mm，取 40mm。 1d环管均分流量为 12 /s，环管流速假定为 1.5m/s，则环管40.16579.3m管径计算为 。m602布水孔 16 个，流速选为 1.5m/s，孔径计算为 。 d183布水器水头损失计算尽管布水器为环状，但当运行稳定、不堵塞，且配水
23、均匀条件下，可按枝状管网计算其水头损失。如图 11。 4321图 布 水 器 计 算 图30图中 =0.00145 /s， =0.00109 /s， =0. /s， =0. 。1q3m2q3m3q4qs/m3相应管段的管径、流量、流速及水头损失如下：DN32 q=1.45L/s，=1.16m/s， 300mm；LhDN32 q=1.09L/s，=0.84 m/s， 200mm；DN50 q=1.09L/s，=0.38m/s， 7.0mm；LDN50 q=0.725L/s，=0.26m/s， 6.6mm；hDN50 q=0.363L/s，=0.21m/s， 4.6mm；L合计水头损失为 518.2mm，加上局部损失，总水头损失约为 770mm。3.布水器配水压力计算 布水器配水压力 按下列公式计算：4H= + + 1h23（10）式中 布水器配水时最大淹没水深，m1hUASB 反应器水头损失，m2布水器布水所需自由水头，m3其中=9.5m1hOH2=0.8m2=2.5m32则 =12.8m4HO（四）出水渠设计计算每个 UASB 反应器沿周边设一条环形出水渠，渠内侧设溢流堰，出水渠保持水平，出水由一个出水口排出。
