廢紙和商品紙漿造紙廢水處理工藝設計

廢紙和商品紙漿造紙廢水處理工藝設計Processdesignofwastepaperandcommercialpulpandpapermakingwastewatertreatment-PAGEV-注：頁眉，居中，楷體，五號。閱后刪除此文本框。摘要注：頁眉，居中，楷體，五號。閱后刪除此文本框。造紙行業(yè)的污水是我國工業(yè)廢水的一個巨大的組成部分，實際的污染物含量，處理難度同我們常見的重工業(yè)相比也相差無幾。我國對于造紙行業(yè)的廢水實則相當關注，有嚴格的污水排放指標，在幾代人的努力下，造紙廢水處理工藝也有著巨大的進步，為本次設計提供了很多的選擇方案。我國造紙行業(yè)利用的紙漿成分復雜，包括木漿，纖維紙漿等，還可歸類為商品紙漿和廢紙紙漿，針對于不同的造紙廠，不同的排放標準，處理工藝區(qū)別非常大，因此不能照搬國內(nèi)外先進的造紙廢水處理工藝。本次設計模擬了某造紙廠的廢水處理，主要污染物包含SS，COD，BOD，色度以及pH，根據(jù)進水指標先假設工藝流程，再對該工藝流程進行論證，將進水指標中的5種污染物處理達標，符合GB3544-2008標準。在預處理部分按照不同構筑物的處理能力，進水要求對工藝順序進行了合理的安排。本次設計的核心工藝是SBR技術以及絮凝沉淀工藝的結(jié)合，針對每一項構筑物進行設計計算，并包含高程布置和經(jīng)濟核算。最后經(jīng)過計算檢驗，污水處理廠的經(jīng)濟性和處理能力均處于正常。關鍵詞：造紙廢水；SBR工藝；廢水處理；絮凝沉淀AbstractThesewageinthepaperindustryisahugecomponentofChina'sindustrialwastewater.Theactualpollutantcontentandprocessingdifficultyaresimilartothoseofourcommonheavyindustry.Chinaisveryconcernedaboutthewastewaterinthepaperindustry.Ithasstrictsewagedischargeindicators.Withtheeffortsofseveralgenerations,thepapermakingwastewatertreatmentprocesshasalsomadegreatprogress,providingmanyoptionsforthisdesign.ThepulpcompositionusedinChina'spaperindustryiscomplex,includingwoodpulp,fiberpulp,etc.Itcanalsobeclassifiedintocommercialpulpandwastepaperpulp.Fordifferentpapermills,differentdischargestandardsandtreatmentprocessesareverydifferent,sotheycannotbecopied.Advancedpapermakingwastewatertreatmentprocessathomeandabroad.Thisdesignsimulatesthewastewatertreatmentofapapermill.ThemainpollutantsincludeSS,COD,BOD,colorandpH.Theprocessflowisassumedaccordingtothewaterinflowindex,andthentheprocessflowisdemonstrated.ThefivepollutantsareuptostandardandmeettheGB3544-2008standard.Inthepretreatmentpart,accordingtotheprocessingcapacityofdifferentstructures,thewaterinflowrequirementshaveareasonablearrangementoftheprocesssequence.ThecoreprocessofthisdesignisthecombinationofSBRtechnologyandflocculationandsedimentationprocess,designcalculationforeachstructure,andincludeselevationlayoutandeconomicaccounting.Finally,aftercalculationandverification,theeconomicandprocessingcapacityofthesewagetreatmentplantarenormal.KeyWords：Papermakingwastewater；SBRprocess；Wastewatertreatment；Flocculationprecipitation目錄TOC\o"1-3"\h\z摘要 IAbstract II第一章 緒論 11.1項目概況 11.2編制內(nèi)容 21.3國內(nèi)流行處理技術 21.4本次設計主要處理技術 3第二章 工藝論證 52.1工藝方案比較與確定 52.2工藝流程圖 62.3工藝流程簡述 62.4指標分解 7第三章設計計算 93.1固定篩 93.1.1固定篩說明 93.1.2設備選型 93.1.3固定篩示意圖 103.2中和調(diào)節(jié)池 113.2.1調(diào)節(jié)池說明 113.2.2調(diào)節(jié)池計算 113.2.3中和操作計算 123.3絮凝反應池 123.3.1絮凝反應池說明 123.3.2絮凝反應池尺寸設計計算 123.3.3攪拌設備計算 133.4沉淀池 133.5SBR池 143.5.1SBR池說明 143.5.2SBR池體計算 153.5.2.1周期進水量 153.5.2.2反應池有效容積 153.5.2.3反應池尺寸面積 163.5.2.4反應池最低水位 163.5.1.5污泥高度 163.5.1.6緩沖層高度 163.5.3鼓風曝氣系統(tǒng) 173.5.3.1需氧量計算 173.5.3.2供氣量計算 173.5.3.3布氣系統(tǒng)計算 183.5.3.4空氣管路系統(tǒng)計算 183.5.4排泥系統(tǒng)計算 183.5.5污泥產(chǎn)量計算 193.6污泥濃縮池 193.6.1污泥濃縮池概述 193.6.2設計依據(jù)及規(guī)定 193.6.2.1污泥固體負荷 193.6.2.2進泥含水率 193.6.2.3濃縮后污泥含水率 203.6.2.4濃縮時間 203.6.2.5有效水深 203.6.2.6排泥時間及污泥室容積 203.6.2.7集泥設備 203.6.2.8建材 203.6.3設計參數(shù) 203.6.3.1污泥量 203.6.3.2污泥濃縮池的尺寸 203.6.3.3污泥濃度計算 21第四章總體布置 224.1平面布置 224.1.1平面布置說明 224.1.2主要構筑物一覽表 224.2高程布置 234.2.1水頭損失計算 234.2.2高程布置說明 244.2.3高程布置原則 244.2.4高程計算表 24第五章經(jīng)濟分析 255.1投資分析 255.1.1員工安排 255.1.2土建計算 255.1.3間接費計算 265.1.4第二部分費用計算 265.1.5工程預備費計算 265.1.2總投資 265.2運行分析 265.2.1電費計算 265.2.2工資計算 275.2.3設備損耗和維修付費用 275.2.4加藥費用 275.2.5其他費用 275.2.5單位污水處理成本[20] 27結(jié)論 28參考文獻 29附錄A執(zhí)行標準、設計依據(jù) 31致謝 32-PAGE32-緒論項目概況1.1.1項目名稱廢紙和商品紙漿造紙污水處理工藝設計1.1.2設計意義及必要性在化工生產(chǎn)中，造紙行業(yè)污水量大，難于處理，半纖維素、木質(zhì)素、無機酸鹽、無機填料、油墨等。造紙廢水的排放量大，而且污染嚴重，如不對其進行科學有效的處理，不僅會嚴重污染生物的生存環(huán)境，還會對資源和能源產(chǎn)生巨大的浪費，極不符合我國可持續(xù)的發(fā)展戰(zhàn)略[1]。隨著制漿造紙行業(yè)的發(fā)展，廢水的排放處理也受到了更多人的關注。因此，如何將造紙廢水有效處理，變廢為寶，促進造紙工業(yè)和環(huán)境保護的共同發(fā)展具有非常重要的意義。本設計根據(jù)GB3544-2008制漿造紙業(yè)工業(yè)水污染排放標準進行設計。1.1.3處理規(guī)模1.設計規(guī)模：8000m3/d2.進水指標表1.1進水指標污染物COD（mg/L）pHBOD5（mg/L）色度SS(mg/L)指標8009～112503003003.出水指標(GB3544-2008制漿和造紙聯(lián)合生產(chǎn)企業(yè))：表1.2排放指標污染物COD（mg/L）pHBOD5（mg/L）色度SS(mg/L)指標<906～9<20<50<30編制內(nèi)容1.2.1此次設計主要內(nèi)容包括：1.）研究污水處理工藝設計的可行性。2.）對項目內(nèi)要點，例如污水水質(zhì)等進行論證。3.）確定污水處理廠的工藝流程。4.）計算污水處理廠的投資和建設規(guī)模。5.）對本次設計的相關因素在數(shù)據(jù)上進行工藝，經(jīng)濟等方面的綜合分析論證，并將兩種方案進行比較，以此來證明方案的可行性，提高科學性。6.）場地構筑物設計計算及說明。7.）高程布置圖和裝配圖。8.）總體布置，包括平面布置及高程布置。9.）經(jīng)濟分析，包含投資費用估算及運行費用的估算。1.2.2本次設計原則：1.處理效率。造紙廠用水量大，而且不與生活用水進廠較為緩慢，所以應該保持較高的處理效率[2]。2.處理能力。應嚴格按照GB3544-2008的要求來進行處理，因此對處理工藝要求嚴格。3.經(jīng)濟型。在保護環(huán)境的基礎上，保證經(jīng)濟性。處理工藝盡可能的精簡，使得建廠更快更簡單，工藝在持久運行時的費用更低。4.操作便捷。工藝運行時不應出現(xiàn)頻繁的，難以解決的問題。國內(nèi)流行處理技術目前常用的造紙廢水處理工藝有以下幾種，鑒于本次設計的進水指標以及在考慮經(jīng)濟效益的情況下闡述選取本次設計工藝的原因：1）.人工濕地人工濕地的處理能力更為徹底，在處理廢水的同時還可以促進綠色植物的生長。人工濕地對于廠址的選擇要求較高，在造紙廢水處理廠的周圍難以選擇，因此可能需要較長的運送管路來運輸廢水，經(jīng)濟效益不佳。人工濕地的綠色植物需要定期栽培，定期更換，人工成本較高，不適用于高強度的生產(chǎn)處理。人工濕地系統(tǒng)因為需要綠色植物的作用，所以需要成熟時間，相比于其他工藝建廠即可投入運作的特性，有所不足。并且綠色植物的生長與氣候和季節(jié)息息相關，因此具有很大的不確定性，并且需要設專人對其培育，不符合本次設計的“關注經(jīng)濟效益”原則。2）.電解和膜生物反應器組合工藝該工藝因為其污泥濃度高的特性，處理能力較強，并且利用電解法對廢水經(jīng)行預處理，符合清潔生產(chǎn)的原則。但是電解法適用于可生化性較差的廢水預處理，由本次設計的進水指標進行判斷，廢水的可生化性尚可，因此不需要電解法來進行預處理。而且，無論是電解法還是生物膜技術的成本都比較高，不符合本次設計的原則，。3）.A/O工藝A/O工藝的特性是：不僅僅能夠處理有機污染物，還有一定的脫氮除磷效果，而本次設計的進水指標中沒有氮和磷這兩項指標，因此判斷原廠出水中的氮磷指標不高，所以該工藝浪費了一部分作用。而該工藝的另一個特性是好氧和厭氧的結(jié)合，該特性可提升水的可生化性，而根據(jù)進水指標判斷不需要提升水的可生化性。4）.氧化溝工藝氧化溝工藝名字的來由是因其構筑物呈封閉的環(huán)形溝渠，廢水在處理過程中受到攪拌作用而呈環(huán)形流動[3]。氧化溝工藝的構筑物在建設上的費用成本更高，相比于SBR技術的經(jīng)濟效益不佳，并且氧化溝的處理特性相比于SBR工藝不適合本次設計的進水指標。本次設計主要處理技術絮凝沉淀工藝針對廢水中的色度和SS，本次設計選取了絮凝沉淀工藝來進行處理。在廢水中投入PAC（聚合氯化鋁），水中SS的膠體以及分子與絮凝劑發(fā)生物理吸附作用，形成絮狀體，并且在沉降的過程中互相接觸碰撞，使得尺寸和質(zhì)量不斷累計增大，因此沉降的速度也越來越大。在實際處理過程中，絮凝沉淀分別在兩個位置完成，首先于絮凝反應池中進行攪拌，使得絮凝劑與污水充分混合，水中污染物濃度與絮凝劑的分布均勻后，再進入沉淀池進行沉淀，完成對色度和懸浮物的去除。在本次設計中的絮凝沉淀池的具體操作為：廢水經(jīng)過中和調(diào)節(jié)池后流入絮凝反應池，PAC經(jīng)過加藥間進入該池，通過攪拌設備使污水與PAC充分混合，針對水中的色度和懸浮物進行去除。該池不進行沉淀，待流入沉淀池后再進行沉淀。SBR工藝針對污水中的COD和BOD本次設計選用了SBR工藝。SBR工藝又可稱為序批式活性污泥法，是利用間歇性曝氣來運行的活性污泥污水處理技術。SBR的功能我們從它的定義“按時間順序由進水，曝氣，沉淀，排水和待機5個基本工序組成的活性污泥污水處理技術”可以看出該法集合了初沉，二沉，均質(zhì)均量和生物降解的功能于一體。該工藝的具體流程是：在短時間內(nèi)將廢水流入反應器中，等待反應器內(nèi)廢水充滿后進行曝氣操作，等待水中的COD和BOD通過生物降解能夠達標排放后進行沉淀，其上清液可以排放或循環(huán)利用，沉淀留下的污泥進入泥線操作。通過計算SBR池的池體尺寸，鼓風曝氣系統(tǒng)和排泥系統(tǒng)來確定SBR池在具體建設時的數(shù)據(jù)。SBR工藝具有占地面積小，耐沖擊負荷能力強的特點，在我國工業(yè)和城市的污水處理中應用廣泛，技術偏向成熟。工藝論證2.1工藝方案比較與確定備選的兩種工藝：①水解酸化與生物接觸氧化池工藝復合工藝。②絮凝沉淀配合SBR工藝。水解酸化是一種厭氧工藝，主要目的是將水中的大分子有機物分解為小分子的有機物和二氧化碳甲烷等氣體，甲烷是一種清潔能源，可以作為家用天然氣而循環(huán)利用，而生物接觸氧化池是一種好氧工藝，通過進一步分解水中的有機物來達到標準后排放。方案一的操作針對與COD和BOD等有機物含量較高的廢水，并且適合于可生化性較差的廢水，方案二適合于可生化性較好的廢水、考慮本次設計進水指標的pH值判斷本次進水的可生化性較好，在這一點上傾向于方案二。并且本次廢水的COD和BOD相對來說數(shù)值比較低，有機物含量較高時廢水的COD和BOD值可達到1000左右，雖然方案一同樣可以達到處理目標，但是水解酸化池和生物接觸氧化池的造價較高，不適合于水質(zhì)較好的廢水處理。SBR法的核心構筑物僅有SBR池，并且前期預處理的構筑物建造簡單，處理工藝并不復雜。綜上，在結(jié)合了處理能力和經(jīng)濟性上，SBR工藝由于其造價更低，所以選擇該工藝。本次設計水中的污染物主要包含SS，COD，BOD，色度以及pH這5種。在預處理過程中，重點處理SS，色度和pH的含量。首先固定篩的作用就是處理水中懸浮物即SS，之所以不選用格柵的原因是格柵普遍應用與城市污水處理中的預處理過程，造紙廢水中能夠被格柵所截留的垃圾和大型的懸浮物很少，主要是紙漿中的紙質(zhì)纖維，利用固定篩不僅可以有效去除懸浮物，還可以進行一定的回收利用。隨后進入中和調(diào)節(jié)池，首先調(diào)節(jié)池可以調(diào)整水量，保證后續(xù)操作的穩(wěn)定性，中和調(diào)節(jié)池是調(diào)節(jié)池和中和池的結(jié)合，在這一步設置中和操作的原因有兩個，一是調(diào)節(jié)池相比于其他池造型簡單，利于加入其他設備，二是本次進水的pH值呈堿性，為防止腐蝕后續(xù)設備，保證絮凝沉淀等操作過程，因此設置于此。隨后的絮凝反應池針對于水中色度和懸浮物的去除，進行了充分攪拌。然后再進入沉淀池進行沉淀，沉淀過后廢水的預處理過程結(jié)束。部分污泥進入泥線進行脫水處理。預處理結(jié)束后廢水進入SBR反應池，對于水中的COD和BOD進行處理，剩余的污泥同樣進入泥線，流出的處理后的水經(jīng)過消毒后出水排放或再利用，處理完成。2.2工藝流程圖加藥間提升泵房加藥間提升泵房絮凝反應池中和調(diào)節(jié)池固定篩廢水絮凝反應池中和調(diào)節(jié)池固定篩廢水沉淀池沉淀池鼓風機房鼓風機房污泥濃縮池污泥濃縮池SBR池SBR池污泥脫水消毒出水污泥脫水消毒出水泥餅外運泥餅外運圖2.1工藝流程圖2.3工藝流程簡述由于本此設計針對的是制漿和造紙聯(lián)合企業(yè)，而且制漿途徑包含廢紙制漿，因此需要粗格柵和細格柵。廢水首先經(jīng)過固定篩，去除造紙過程中的大型紙屑，泡沫紙，以及紙制品中附帶的塑料和金屬，為后續(xù)操作提供保障，防止堵塞和磨損設備的情況發(fā)生，由于工業(yè)廢水中不含有城市污水中體積巨大的垃圾，因此不必設置格柵。隨后廢水進入提升泵房，將廢水提升，使其擁有能夠完成一整個周期處理的重力勢能。隨后廢水流入中和調(diào)節(jié)池，在這時加入在加藥間已經(jīng)稀釋完畢的硫酸，對其進行中和，并且中和調(diào)節(jié)池還可對廢水的水量進行調(diào)節(jié)。將中和池置與該步驟的目的有一下3點：①調(diào)節(jié)進水指標中pH的量，達到處理要求。②后續(xù)過程中廢水的pH值基本不會發(fā)生改變，提前調(diào)節(jié)pH值防止腐蝕設備以及構筑物的內(nèi)表面[4]。③在調(diào)節(jié)池中加入的絮凝劑有可能導致廢水的pH值發(fā)生改變，因此放在調(diào)節(jié)池之后。隨后廢水流入絮凝反應池，加入在加藥間準備好的絮凝劑PAC，用于針對廢水中色度的調(diào)節(jié)，加入絮凝劑可以使沉淀過程更快，保證了流程的效率。在經(jīng)過充分攪拌后流入沉淀池進行沉淀。廢水隨后進入沉淀池，這一步可去除廢水進水中的大量懸浮物，為后續(xù)操作提供保證的同時，還可完成進水指標中SS的處理。然后廢水進入SBR池中處理COD和BOD，首先對廢水進行曝氣操作，該過程由鼓風機房提供曝氣所需要的空氣，經(jīng)過曝氣操作后廢水在SBR池中進行生物處理反應，并且完成沉淀，沉淀出的污泥進入污泥濃縮池等后續(xù)進行污泥脫水和泥餅外運操作。SBR池流出的清水可用于造紙過程中的循環(huán)利用，加大經(jīng)濟效益，或者直接排放。2.4指標分解廢水在各個構筑物累計處理的污染物的量見2.3指標分解表，廢水流經(jīng)每個構筑物實際的污染物處理量見表2.4實際操作中各污染物出水含量。表2.3指標分解表構筑物SS去除率色度去除率COD去除率BOD去除率固定篩5%-25%2%00中和調(diào)節(jié)池pH值達標（6-9）絮凝反應池10%-20%90%5%5%沉淀池92%010%10%SBR池0090%-95%90%-95%表2.4實際操作中各污染物出水含量原始進水含量固定篩中和調(diào)節(jié)池絮凝反應池沉淀池SBR池SS100%85%85%70%8%8%色度100%98%98%10%10%10%COD100%100%100%95%85%5%BOD100%100%100%95%85%5%pH10107777第三章設計計算3.1固定篩3.1.1固定篩說明造紙廢水中常見的固體懸浮物不同于城市污水中的泡沫，塑料袋，樹木等垃圾，而是有較多的細固體雜質(zhì)，如棉質(zhì)線，紙質(zhì)纖維等，一般的格柵不能截留，會給后續(xù)處理帶來麻煩，因此必須采用格篩替換格柵進行處理[5]。格篩分為固定篩和回轉(zhuǎn)篩兩種，國內(nèi)有許多廠家已經(jīng)投入使用，但多為國外仿制品，尚未形成系列產(chǎn)品，各個廠家的制作工藝不盡相同，但投入使用后效果尚可。本次設計選用固定篩，也叫水力篩，我國最早于1965年在造紙廠中投入使用，1967年投入城市污水處理廠使用，作為格柵的補充處理設備。篩面為傾斜面，自上而下變有三種傾斜角，篩條略有弧度或呈水平，間距為0.25-1.5mm。篩面上部后方為進水箱，進水由進水箱頂部向外溢流，分布于篩面上。由此流入篩背面下部分的出水箱，經(jīng)過管道排出，被截留下的固體雜質(zhì)沿著正面下滑，進入渣槽，通過螺旋運輸機運走，依據(jù)渣的質(zhì)量判斷是否循環(huán)利用或舍棄。篩條斷面為楔形，篩條可呈鄉(xiāng)下的弧形或為直型，一般采用管整體不銹鋼的設計，或者在其表面覆蓋尼龍網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)，后者需要依據(jù)其進水中雜質(zhì)的類型更改孔隙[6]。在類比城市污水處理中的固定篩的處理能力，我們得到了如下數(shù)據(jù)：水力負荷每米篩寬承受約90m3/h水量，去除水中懸浮物5%-25%，每1000m3出渣在0.2-0.4m3之間，重量比（含固量）在12%-15%之間。固定篩的水頭損失為1.22-2.13m之間。日常操作中為防止油脂堵塞篩縫，必須進行維護保養(yǎng)。具體操作為每日蒸汽沖洗一次，每次時間不少于5分鐘。3.1.2設備選型常見的固定篩尺寸大小根據(jù)處理量的不同來進行選擇，固定篩設備總尺寸見下表：表3.1固定篩設備總尺寸寬度（m）長度（m）高度（m）重量（kg）處理能力（m3/d）0.611.071.521597601.071.221.5225015201.371.522.1429534001.681.522.1436445301.981.522.1445556802.142.92.23819110004.282.92.231638220006.42.92.232450330008.552.92.2332764400010.72.92.23410055000根據(jù)進水指標中的日處理量為8000m3/d的要求，選取的尺寸為表中第六行寬度2.14m，長度2.9m，高度2.23m，重量819kg，處理能力為11000m3的固定篩。3.1.3固定篩示意圖圖3.1固定篩示意圖3.2中和調(diào)節(jié)池3.2.1調(diào)節(jié)池說明調(diào)節(jié)池最主要的目的是調(diào)節(jié)進出水量。過去我國常用的用于污水處理預處理的有均量池，均質(zhì)池和均化池。均量池只能均量不能均質(zhì)，均質(zhì)池顧名思義只能夠均質(zhì)不能均量。均化池較為復雜，既可以均質(zhì)又可以均量，內(nèi)設攪拌裝置，可以完成多鐘均質(zhì)操作，例如pH和濃度的調(diào)節(jié)等。水量較小時，均化池可變?yōu)殚g歇式均化池；常見還有事故池[7]，這兩者在這里不做贅述。本次設計采用的是在調(diào)節(jié)池的基礎上附加中和操作的中和調(diào)節(jié)池。在內(nèi)部設置攪拌裝置，采用鼓風機曝氣，在起到預曝氣作用的同時還可以使懸浮物不致沉淀和出現(xiàn)厭氣的情況。3.2.2調(diào)節(jié)池計算1）有效容積V進水流量:；(3.1)取水的停留時間T為8h；則：(3.2)2）有效面積S取有效水深h=5m；超高h’=0.5m；調(diào)節(jié)池劉流入口下端距報警水位0.3m；則(3.3)池底采用正方形，則:；取24m；高度為5+0.5+0.3=5.8m，所以中和調(diào)節(jié)池的尺寸為24m×24m×5.8m。3.2.3中和操作計算本次設計選用的中和操作為投藥操作，選取硫酸來作為中和劑。投藥量按照ph=10來計算污水中堿的含量，pH=10即水中氫氧根為10-4mol/L=10-1mol/m3；1小時污水流量為333.33m3即堿每小時摩爾數(shù)=10-1×333.33=33.33mol/h；取濃度為98%的濃硫酸，1L濃硫酸含18.4mol硫酸，每小時消耗量為33.33/18.4=1.81L，由于污水本身具有一定的緩沖能力，加入1.81L濃硫酸不應定能夠達到處理標準，所以每小時濃硫酸消耗量取1.9L。濃硫酸使用前需要在加藥間內(nèi)稀釋10倍，計算加入水的量：每小時濃硫酸的質(zhì)量m=ρ×v=1.61×1900=3059g，設加入水的質(zhì)量為x，則：3059×98%=（3059+x）×10%，解得x=26919g=27L。3.3絮凝反應池3.3.1絮凝反應池說明絮凝反應池結(jié)合了絮凝操作和沉淀池的前半部分的攪拌操作。在這一步驟中，廢水首先流入絮凝反應池，最后加入絮凝劑PAC[8]，在加入的過程中直接進行攪拌，在絮凝反應池中不進行沉淀操作，只單純進行攪拌，使絮凝劑與廢水中的懸浮物與有色分子均勻混合，為后續(xù)的沉淀操作打好基礎。3.3.2絮凝反應池尺寸設計計算1）有效容積V混凝時間T一般取15-20分鐘，本次取20分鐘；混凝池平面尺寸取4m×4m；G的值為9.81m/s2；則有效容積:（3.4）絮凝反應池高度H混凝池內(nèi)取兩格，每格尺寸4m×4m；有效水深：，（3.5）式中：V——絮凝反應池有效容積；H’——絮凝反應池有效水深，取超高為0.3m，則總高度H=5.2+0.3=5.5m。3.3.3攪拌設備計算葉輪直徑為池寬的80%，則D=4×80%=3.2m，葉輪漿板中心點線速采用v1=1.5m/s，v2=0.35m/s，漿板長度與葉輪直徑比為：，則漿板長度l=0.8D=2.56m，漿板寬度b為0.15m。每根軸上漿板數(shù)8塊，內(nèi)外側(cè)各4塊，旋轉(zhuǎn)漿板面積與絮凝反應池過水斷面面積比為：；4塊固定擋板寬×高=0.25m×1.8m其面積與絮凝反應池過水斷面積之比為：；漿板總面積占過水斷面積為：15.36%+9%=24.36%＜25%，所以符合要求。3.4沉淀池本次設計選取的是平流式沉淀池。1）有效面積F:（3.6）式中：A——水流垂直分速度影響系數(shù)，取1.5，V——顆粒沉降速度，取1.0mm/s，則:（3.7）寬度:（3.8）式中:v——污水平均流速，取3mm/s，H——沉降帶平均深度，取1.3m，則：（3.9）長度:（3.10）3.5SBR池3.5.1SBR池說明SBR池是本次設計的核心構筑物，由于針對在與處理過程中難以去除的COD和BOD，通過在一個池內(nèi)進行有序的的曝氣，沉淀和排水來進行一系列的生物處理，從而達到對水中有機污染物的去除。該操作處理效果優(yōu)秀，雖沒有別的工藝處理結(jié)果強，但是在針對本次設計的進水指標綽綽有余。目前SBR工藝在國內(nèi)應用廣泛，并且經(jīng)濟性較好，適合我國的造紙廢水處理。3.5.2SBR池體計算3.5.2.1周期進水量運行周期T取6h，則進水時間：（3.11）反應時間：（3.12）式中:S0——進水BOD值，NA——污泥負荷，取0.3，m——排水比，取1/4，X——反應期間混合液的平均污泥濃度，則：（3.13）取2h，周期進水量：（3.14）3.5.2.2反應池有效容積有效容積：（3.15）式中:n——一天內(nèi)的周期數(shù)，C——進水水質(zhì)中BOD的含量，Lv——BOD容積負荷，取0.4kg/m3d，Tc——一周期的處理時間，TA——一個處理周期內(nèi)的反應時間[9]，則：（3.16）污泥濃度MLSS取3000mg/L，SVI的值取100。則反應池內(nèi)最小水量：（3.17）校核周期進水量：（3.18）即500＜2625，所以反應池有效容積V=Q0+Vmin=500+1125=1625m3。3.5.2.3反應池尺寸面積反應池設置兩個，每池的高度為5.5m，超高0.5m，則總高H=5.5+0.5=6.0m?？偯娣e：（3.19）SBR池的長寬比接近于2，則長取37m，寬取19m。3.5.2.4反應池最低水位（3.20）3.5.1.5污泥高度（3.21）3.5.1.6緩沖層高度最低水位-污泥高度=4.6-1.6=3m，即為緩沖層高度。3.5.3鼓風曝氣系統(tǒng)3.5.3.1需氧量計算（3.22）式中:a’——微生物對有機污染物的氧化分解過程的需氧率，取0.5kg，Q——進水流量，S0——進水BOD含量，Sr——出水BOD含量，b’——微生物通過內(nèi)源代謝的自身氧化過程的需氧率，取0.15，Xv——單位曝氣池容積內(nèi)揮發(fā)性懸浮固體（MLSS）量，則（3.23）3.5.3.2供氣量計算本次設計選擇的是SX-1型空氣擴散器，放置于池底，它的淹沒深度H=4.5m，該空氣擴散器的氧利用率查閱相關文獻得EA=8%.查閱表格得知20℃時，Cs（20）=9.17mg/L，30℃時，Cs（30）=7.63mg/L[10]?？諝鈹U散器出口處絕對壓力Pb=1.013×105+9.8×103×H=1.013×105+9.8×103×4.5=1.454×105Pa空氣離開反應池時，氧氣的百分比：（3.24）溶解氧的平均飽和度：（3.25）則，20℃時脫氧清水充氧量：（3.26）式中:α——污水中的雜質(zhì)影響修正系數(shù)，取0.8，β——污水含鹽量影響修正系數(shù)，取0.9，Cj——混合液的溶解氧濃度，取3.0，ρ——氣壓修正系數(shù)，（3.27）（3.28）SBR反應池的供氣量（3.29）3.5.3.3布氣系統(tǒng)計算反應池面積=37m×19m×2=1406m2，每個擴散器的實用面積取3m2，則需要：1406/3=468.67≈470個擴散器，每池235個。3.5.3.4空氣管路系統(tǒng)計算相鄰的兩個SBR池的隔墻上設一根干管，每一根干管上設置8條配氣豎管，共有16條配氣豎管[11]。每根配氣豎管供氣量=402.06/8=20.26m3/min每個空氣擴散器的配氣量=402.06/235=1.71m3/min3.5.4排泥系統(tǒng)計算每池每周期應該排放的剩余污泥量：（3.30）最佳排水深度：（3.31）每池每個運行周期應該排放的剩余污泥容積：（3.32）3.5.5污泥產(chǎn)量計算由進水中懸浮物所產(chǎn)生的污泥量得：（3.33）接觸氧化池產(chǎn)泥量：（3.34）則W=W1+W2=24.2+10=34.2m3/d.3.6污泥濃縮池3.6.1污泥濃縮池概述污泥中水分含量比較大，污泥濃縮操作可以降低其含水量。通過該操作可以減小污泥濃縮池的容積以及處理所需要的投藥量，減小用于存儲的設備尺寸以及運輸成本。常見的濃縮操作有重力濃縮和氣浮濃縮，本次設計選用重力濃縮[12]。污泥由沉淀池和SBR池排除是的含水率均為98%，本次設計采用重力重力間歇濃縮池，排泥時間為7天；污泥固體負荷取80kg/（m2d）；濃縮時間通常在12至24小時之間。3.6.2設計依據(jù)及規(guī)定3.6.2.1污泥固體負荷從沉淀池中流出的污泥，固體負荷在80-120kg/（m3d）之間，從SBR池中流出的污泥固體負荷在30-60kg/（m3d）之間。3.6.2.2進泥含水率沉淀池的污泥含水量通常在95%-97%之間，剩余的活性污泥的含水率稍高，通常在99.2%-99.6%。3.6.2.3濃縮后污泥含水率進入污泥濃縮池的污泥含水率為99.2%-99.6%時，污泥濃縮后的含水率應當處于97%-98%之間。3.6.2.4濃縮時間污泥濃縮時間既不可低于12小時，也不可高于24小時，具體應在10至16小時之間。3.6.2.5有效水深有效水深不能低于3m，通常在造紙廢水處理過程中，污泥濃縮池的水深取4m。3.6.2.6排泥時間及污泥室容積當采用定期排泥時，排泥間隔一般為8小時，排泥室的容積視情況而定。3.6.2.7集泥設備如果沒有刮泥設備時，池底必須有泥斗，泥斗與水平面的傾斜角應小于50度。當有吸泥機時，池底坡度不可小于0.01，通常取0.003[13]。刮泥機的回轉(zhuǎn)速度為1r/h，外緣線速度通常取1至2m/min。在刮泥機上還可以安裝柵條，可以提高效率。另外還有吸泥機，吸泥機的回轉(zhuǎn)速度為1r/h。3.6.2.8建材污泥濃縮池通常采用水密性鋼筋混凝土配合建造，本次設計的污泥濃縮池的污泥投入管，排泥管，排上清液管，排泥管均采用直徑為150mm的鑄鐵管。3.6.3設計參數(shù)3.6.3.1污泥量污泥量即上文中第七章W的值為34.2m3/d。3.6.3.2污泥濃縮池的尺寸污泥濃縮池的面積：污泥固體通量M取27kg（m2d）則：（3.35）污泥濃縮池直徑：（3.36）污泥濃縮池的有效高度：周期T取15h，則：（3.37）超高取0.3m，緩沖層高度取0.3m，則有效高度H1=h1+0.3=2.81+0.3+0.3=3.41m，3.41m＞3m，因此符合設計規(guī)定。泥斗深度h2：取泥斗的上底寬為2.4m，下底寬度為1m，則h2=（2.4-1.0）tg600=1.2m，池底坡度所在深度非常小，因此忽略不計?？偵疃龋篐=H1+H2=3.41+1.2=4.61m3.6.3.3污泥濃度計算污泥的含水率P1本次設計取99.4%，濃縮后的污泥含水率約為97.0%，因此：（3.38）（3.39）第四章總體布置4.1平面布置4.1.1平面布置說明污水廠的平面布置是指在廠區(qū)內(nèi)對所有構筑物，設備，道路，生活設施的總體規(guī)劃，也包含管道線路等。設計應符合以下原則：1.）污水處理構筑物與生活設施大致應分開成兩個區(qū)域，朝向應當合理，按功能確定相應的順序和位置[13]。2.）按照處理流程，充分利用地形（本次設計假定地面平整）。3.）管道線路應當盡量縮短，減輕維修壓力，節(jié)省建設和維修費用。4.）泥線由于有臭味的特性，應當注意與生活區(qū)的距離，防止對周圍人類居住環(huán)境的影響。5.）構筑物以及輔助構筑物之間應當有適宜的通道，減少工人步行時間[14]。6.）設置適當?shù)木G化帶，綠化帶應與污水處理構筑物相結(jié)合并適當分布在廠區(qū)內(nèi)。7.）除污水處理構筑物外，生活設施應當齊全，保證工人工作效率。4.1.2主要構筑物一覽表主要構筑物見表4.1，其他設施見表4.2.表4.1主要構筑物一覽表名稱規(guī)格m3數(shù)量備注固定篩2.1×30×2.21購買設備中和調(diào)節(jié)池24×24×5.81內(nèi)表面抗腐蝕材質(zhì)絮凝反應池8×4×5.51鋼筋混凝土材質(zhì)沉淀池23.7×5.9×31鋼筋混凝土材質(zhì)SBR池37×19×62鋼筋混凝土材質(zhì)污泥濃縮池直徑3.1×4.61鋼筋混凝土材質(zhì)加藥間3×3×2.51磚瓦房提升泵房3×3×2.51磚瓦房鼓風機房3×3×2.51磚瓦房表4.2其他設施一覽表名稱規(guī)格（m）數(shù)量停車場10×81衛(wèi)生間3×32辦公室15×41控制室10×51綠化帶約70m21食堂10×81化驗室5×51機修房5×41總面積=2.1×30+24×24+8×4+23.7×5.9+37×19×2+3.14×3.1×3.1+10×8+3×3+5×4+10×5+10×8+5×5+5×4+3×3×3=2558.00m2考慮廠區(qū)內(nèi)道路的設置和其余設置，取面積3000m2.4.2高程布置4.2.1水頭損失計算總水頭損失=沿程水頭損失+局部水頭損失[15]。1.）平均秒流量Q1=8000/24=333.33m3/h=92.6L/s；2.）最大秒流量Q2=KzQ1=1.5×92.6=138.9L/s取140L/s；3.）總出水管：Q=140L/s，充滿度0.4，選取管徑為300mm的鐵管，其流速v=0.95m/s，1000i=4.5m；4.）固定篩到中和調(diào)節(jié)池：L=5m，沿程損失=5×4.5/1000=0.02m；5.）中和調(diào)節(jié)池到絮凝反應池：L=22m，沿程損失=22×4.5/1000=0.1m，局部損失取0.2m，合計0.3m.6.）絮凝反應池到沉淀池：管長L=10m，則沿程損失=10×4.5/1000=0.45m取0.5m.7.）沉淀池到SBR池：L=8m，沿程損失=8×4.5/1000=0.36m，取0.4m.8.）查閱《給排水設計手冊》得各構筑物水頭損失表如下：表4.3水頭損失計算標構筑物名稱水頭損失m固定篩1.2中和調(diào)節(jié)池0.4絮凝反應池0.5沉淀池0.3SBR池0.6則總水頭損失為0.02+0.1+0.45+0.4+1.2+0.4+0.5+0.3+0.6=3.97m。4.2.2高程布置說明污水處理廠高程布置的任務是確定各個構筑物以及附屬構筑物的標高，選定各連接渠的尺寸并決定其標高，使污水能夠在各構筑物之間通暢地流動，保證處理運行[16]。4.2.3高程布置原則1.）相鄰構筑物的相對高度差即為構筑物內(nèi)水面的高度差，該差值即為水頭損失。2.）為防止廠區(qū)日后生產(chǎn)量加大，應有所預留。3.）充分利用地形所帶來的高差，使水自流。4.）在保證自流以及留有余地的情況下，盡量縮小水頭損失，減少泵站的能量損耗[17]。4.2.4高程計算表表4.4高程計算表構筑物名稱構筑物底高（m）構筑物頂高（m）水面標高消毒池-2.30-0.500SBR池-5.50.50.475沉淀池-21.00.775絮凝反應池-31.51.461中和調(diào)節(jié)池-3.82.01.980固定篩-0.172.52.455第五章經(jīng)濟分析5.1投資分析5.1.1員工安排本廠配備廠長1人，財會1人，人事行政1人，技工2人，操作工2人，化驗1人，電工機修等1人，合計9人。按每人月工資3000元計算，總工資2.7萬元每月，900元每日。5.1.2土建計算1.）采用鋼筋混凝土結(jié)構[18]，墻厚250mm，地面厚度300mm，則：表5.1土建計算表構筑物長（m）寬（m）高（m）座數(shù)混凝土體積（m3）中和調(diào)節(jié)池24245.81303.43絮凝反應池845.5139.5沉淀池23.75.93181.23SBR池3719621107.23污泥濃縮池直徑3.114.6111.93總計1543.32混凝土按每立方400元計算，則：總費用=1543.32×400=61.7萬元，挖方費用=混凝土費用×1.5，則：挖方費為61.7×1.5=92.55萬元。2.）其余建筑為磚混建筑，按每平方米350元計算，則：地面建筑造價=（10×8+3×3+5×4+10×5+70+10×8+5×5+5×4）×350=12.39萬元。3.）設備費用設備費用取近3年采購設備的平均值，見表5.2.表5.2設備費用一覽表設備名稱單價（萬元）數(shù)量總價（萬元）提升泵4312鼓風機0.8129.6擴散器0.0547023.5攪拌機1.546脫水機1002200吸泥機502100高溫蒸汽噴槍224固定篩1002200管道復合件-200機修設備30化驗設備70總計-855.1所以這一部分的費用（直接費）總計為61.7+92.55+12.39+855.1=1021.74萬元。5.1.3間接費計算間接費=直接費×30%[19]=1021.74×0.3=306.5萬元。5.1.4第二部分費用計算第二部分的費用=直接費×10%=1021.74×0.1=102.2萬元。5.1.5工程預備費計算工程預備費=（第一部分+第二部分）×10%=（1021.74+102.2）×0.1=112.4萬元5.1.2總投資綜上計算總投資=1021.74+306.5+102.2+112.4=1542.84萬元。5.2運行分析5.2.1電費計算表5.3電費統(tǒng)計表設備名稱單機功率（kw）數(shù)量總計（kw）提升泵502100鼓風機3.61243.2攪拌機704280脫水機652130吸泥機10220高溫蒸汽噴槍111生活用電-5總計-579.2工業(yè)用電1.2元/kw，夜間0.4元/kw，則年耗電費用為579.2×24×365×0.8=405.9萬元/年。5.2.2工資計算見上文，則年工資為2.7×12=32.4萬元。5.2.3設備損耗和維修付費用按照一年30萬元計算。5.2.4加藥費用（濃硫酸每日消耗量×單價+PAC每日消耗量×單價）×365=（1.9×24×1.5+50×10）×365=20.75萬元。5.2.5其他費用其他費用按每年20萬元計算。5.2.5單位污水處理成本[20]單位污水處理成本=年總費用/（12000×365）=（579.2+32.4+30+20.75+20）×10000/（8000×365）=2.34元/噸。結(jié)論本次設計的核心工藝采用了SBR技術，SBR技術在我國與應用較為廣泛，無論在經(jīng)濟性上，操作性上，處理效果上都比較優(yōu)秀。SBR的設計計算步驟清晰，易于理解，實際投入建設以后建設難度也不高，非常值得推廣。本次設計的另一個核心是在同一個構筑物中安排兩種或多種處理工藝的結(jié)合。例如在中和調(diào)節(jié)池中，我將中和池的部分中和操作與調(diào)節(jié)池相結(jié)合，起到了類似于均化池的調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量的作用。在絮凝反應池中，進行了投加絮凝劑以及沉淀池運行一周期前半部分的攪拌操作，二者結(jié)合，不僅讓絮凝反應的過程更加充分，而且大大降低了沉淀池的設計難度。在設計計算之前，許多看似簡單的部分，到了實施設計時才發(fā)現(xiàn)竟然有許多細節(jié)有所忽略，例如在設計絮凝反應池的時候，攪拌設備的計算較為繁瑣，雖然只是設備中很小的一部分，但是重要的程度是不容忽視的。綜上我得出結(jié)論：①在已經(jīng)發(fā)展較為成熟的技術中，許多工藝是可以互相結(jié)合的，并且結(jié)合以后的效果是令人滿意的。中和調(diào)節(jié)池的結(jié)合不僅使整個廠區(qū)的占地面積變小，而且使處理過程更加科學，預處理工藝流程的巧妙安排會讓后續(xù)設計和實際操作節(jié)約大量精力。②對于一個完整的構筑物，在水處理過程中可以針對其中某一項功能將其拆分，使得以最低廉的價格，最簡便的方法從中獲益。③在設計計算中一定要聯(lián)系實際，雖然廢水處理環(huán)節(jié)中的大部分構筑物都有超高，用以提高安全系數(shù)，但是在查閱文獻的過程中，我還發(fā)現(xiàn)計算出的數(shù)值常常被用進一法獲得近似的數(shù)值，我認為這是在計算的基礎上，一定要再增加一定的安全數(shù)值，使得處理能力有一定的緩沖性，還可應付少量超過設計處理能力的進水量。該項目有以下特點：符合國家清潔生產(chǎn)的戰(zhàn)略。嚴格按照國家的排放指標，所有設計內(nèi)容均有依據(jù)。采用了工藝結(jié)合的思維，使得建廠更容易。所使用的技術在國內(nèi)較成熟，維修更換等一系列操作更便捷。消耗品等原料在工業(yè)上十分常見，便于采購。參考文獻[1]魏秉華．給排水設計手冊[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002:311-318．[2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