《園區(qū)污水處理廠提質(zhì)優(yōu)化方案設計》18000字

-PAGEIV-園區(qū)污水處理廠提質(zhì)優(yōu)化方案設計摘要本設計中以某酒廠為主的園區(qū)生產(chǎn)廢水處理站為例，其原工藝采用了預處理系統(tǒng)（微濾機+調(diào)節(jié)池）+UASB厭氧系統(tǒng)+A/O生化系統(tǒng)+高效脫色及凈化系統(tǒng)對生產(chǎn)污水進行深度處理。但近期由于某些原因，其COD與氨氮嚴重超過原設計，可生化性差，對處理站造成了嚴重的負擔。本園區(qū)污水的氨氮指標過高，超出原有設計限值的20多倍，十分不利于后續(xù)生化處理。為解決氨氮總氮含量超高的問題，增設氨氮吹脫塔。氨氮吹脫塔成本低，效果好，在高氨氮廢水中被廣泛應用。本園區(qū)污水的COD過高，水解酸化處理時間短，負荷重，為保證處理效果，強化水解酸化處理，引入零價鐵技術。在水解酸化池中設置填充有鐵刨花的鐵床，據(jù)研究，零價鐵技術可強化水解酸化工藝，可在短時間內(nèi)處理高負荷的COD。為防止新增預處理對水質(zhì)水量，尤其是pH產(chǎn)生的影響，設計在水解酸化池后，UASB反應器前增設備用調(diào)節(jié)池，當水解酸化出水未達到UASB要求時，由UASB處理后的污水回流至調(diào)節(jié)池進行調(diào)和后再進行后續(xù)處理。經(jīng)改造提升，出水各項指標均可達到排放限值，新增處理成本僅為0.39元/噸。綜上所述，本提質(zhì)增效方案設計可以解決園區(qū)污水處理廠出現(xiàn)的問題，并且充分利用原有工藝，可實現(xiàn)良好的社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益，設計方案具有實施性。關鍵詞：提質(zhì)增效；氨氮吹脫塔；水解酸化；零價鐵；畢業(yè)設計目錄摘要 IAbstract II引言 11緒論。 11.1設計背景概述 21.1.1園區(qū)生產(chǎn)工藝 21.1.2園區(qū)污水水質(zhì)特點分析 21.1.3園區(qū)污水處理工藝 21.1.4園區(qū)污水處理效果 31.2園區(qū)現(xiàn)有工藝概述 31.2.1格柵 31.2.2集水池與調(diào)節(jié)池 41.2.3UASB厭氧系統(tǒng) 41.2.4A/O生化系統(tǒng) 51.2.5預沉池 61.3園區(qū)現(xiàn)有處理構筑物概述 71.3.1格柵 71.3.2集水池和調(diào)節(jié)池 81.3.3UASB厭氧系統(tǒng) 91.3.4A/O生化系統(tǒng) 91.3.5預沉池 101.4改造概述 101.4.1進水水質(zhì)問題 101.4.2改造方案 111.4.3改造規(guī)模 111.5設計內(nèi)容及意義 131.5.1設計內(nèi)容 131.5.2設計意義 132設計概述 142.1設計原則及依據(jù) 142.2設計要求 142.3工藝的選擇 142.3.1高氨氮處理單元的選擇 152.3.2高COD處理單元的選擇 172.3.3零價鐵對高COD處理單元的強化 202.4工藝流程 213氨氮吹脫-水解酸化預處理系統(tǒng)設計計算 233.1氨氮吹脫塔 233.1.1氨氮吹脫塔簡介 233.1.2氨氮吹脫塔設計計算 233.2水解酸化從池 253.2.1水解酸化池簡介 253.2.2氨氮吹脫塔設計計算 263.3備用調(diào)節(jié)池 273.3.1調(diào)節(jié)池（備）簡介 273.3.2調(diào)節(jié)池（備）設計計算 283.4工藝系統(tǒng)構筑物布置 293.4.1平面布置 293.4.2高程布置 304經(jīng)濟費用分析 324.1投資費用 324.2運行費用 32設計總結 34參考文獻 35引言白酒釀造污水屬于輕工業(yè)污水，具有高有機物濃度、高懸浮物、呈酸性等的特點，根據(jù)園區(qū)先前監(jiān)測數(shù)據(jù)，本園區(qū)污水COD濃度在2000-8000mg/L左右，總氮濃度在100-150mg/L左右，符合白酒釀造污水高有機物濃度、高氨氮的主要特征。污水主體處理工藝采用“預處理系統(tǒng)（格柵+集水池+微濾機+調(diào)節(jié)池）+UASB厭氧系統(tǒng)+A/O生化系統(tǒng)+預沉池+高效脫色及凈化系統(tǒng)”處理，生產(chǎn)工藝調(diào)整至今，園區(qū)生產(chǎn)車間出水水質(zhì)濃度出現(xiàn)大幅度提高，導致污水處理廠運行存在異常。經(jīng)過現(xiàn)場水質(zhì)檢測與分析，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)車間生產(chǎn)所排放的廢水中COD濃度高達12000-14000mg/L，進水COD濃度甚至上升至15000mg/L；進水氨氮濃度達到900mg/L，進水總氮濃度甚至達到1500mg/L，遠遠超過廢水處理站原設計的進水水質(zhì)COD濃度≤8000mg/L，氨氮濃度≤50mg/L的要求。導致廢水處理系統(tǒng)受到巨大的沖擊，廢水處理站超負荷運行，污泥增長速度已超出原設計排泥、壓泥速度，導致新增長的污泥無法及時排出系統(tǒng)，整個好氧系統(tǒng)面臨巨大的壓力，出水已出現(xiàn)全指標超標的現(xiàn)象。為解決上述問題，經(jīng)對水質(zhì)的分析，認為COD與氨氮是本次改造的重點，有兩種思路，一是改造已有設施構筑物等，使構筑物的處理限值得到提升；二是增設預處理設施，使污水在進入原有工藝之前經(jīng)預處理達到原有設計的限值。對已有設施構筑物進行改造需要停用污水處理廠，污水不經(jīng)處理直接排放，對環(huán)境造成的污染過大，且對設施改造造成的經(jīng)濟損失太大，不太現(xiàn)實，所以決定增加預處理步驟，著手解決超高COD與氨氮的問題。新增設預處理設備構筑物時可以通過減少處理水量的方法來防止出現(xiàn)污水直排的狀況，又可以合理利用污水園區(qū)空余的空地，所以是最為合理的解決辦法。設計計劃增設氨氮吹脫塔、水解酸化池和備用調(diào)節(jié)池，氨氮吹脫塔可解決高氨氮的問題，避免后續(xù)的生化處理負擔過高；水解酸化池可以解決高COD的問題，同時可以提高污水可生化性，有利于后續(xù)的生化處理階段；增設備用調(diào)節(jié)池可以避免新增設的設施構筑物對水質(zhì)水量的沖擊，可以起到穩(wěn)定處理效果的作用。經(jīng)設計，污水預處理后可以降至原有設計限值以下，從而能夠充分利用已有的設施處理工藝，實現(xiàn)利用效率最大化。注：頁碼，居中，底部，宋體，小五，正文起始頁頁碼為1。閱后刪除此文本框。

1緒論。注：頁碼，居中，底部，宋體，小五，正文起始頁頁碼為1。閱后刪除此文本框。1.1設計背景概述1.1.1園區(qū)生產(chǎn)工藝根據(jù)園區(qū)提供的資料，園區(qū)主要生產(chǎn)醬香型白酒和米酒，其中醬香型白酒廢水占比約90%，米酒廢水占比約10%。據(jù)公開資料，醬香型白酒釀造多采用高粱為原料，利用小麥制作高溫酒曲，經(jīng)過多次的投料、蒸煮、發(fā)酵等復雜工藝而最終制成。1.1.2園區(qū)污水水質(zhì)特點分析白酒釀造污水屬于輕工業(yè)污水，具有高有機物濃度、高懸浮物、呈酸性等的特點，根據(jù)園區(qū)先前監(jiān)測數(shù)據(jù)，本園區(qū)污水COD濃度在2000～8000mg/L左右，總氮濃度在100～150mg/L左右，符合白酒釀造污水高有機物濃度、高氨氮的主要特征。根據(jù)園區(qū)生產(chǎn)工藝，可以得知其生產(chǎn)污水主要包括白酒釀造產(chǎn)生的污水，具體包括鍋底水、窖底水、沖洗設備及沖地水，所排污水中還包括諸如原料殘渣、窖泥、酒糟及其他纖維類固體廢物。鍋底水等屬于高濃度有機廢水，污染組分占比較大的是可被生化降解的有機物，同時由于其低碳的醇、脂肪酸含量相對較大，需要進行良好的接種和馴化才能使污染物為生物所降解。1.1.3園區(qū)污水處理工藝根據(jù)園區(qū)提供的資料，園區(qū)主要生產(chǎn)醬香型白酒和米酒，完全建成后園區(qū)在生產(chǎn)過程中每天將排放約412噸的生產(chǎn)廢水，其中醬香型白酒廢水占比約90%，米酒廢水占比約10%。園區(qū)已建設配套生產(chǎn)廢水處理站，廢水處理站設計處理規(guī)模為500m3/d，廢水主體處理工藝采用“預處理系統(tǒng)（格柵+集水池+微濾機+調(diào)節(jié)池）+UASB厭氧系統(tǒng)+A/O生化系統(tǒng)+預沉池+高效脫色及凈化系統(tǒng)”處理工藝，具體工藝流程見下圖。圖1.1園區(qū)污水處理工藝1.1.4園區(qū)污水處理效果廢水處理站自建成后及投入生產(chǎn)以來，在設計允許的進水水質(zhì)范圍內(nèi)，通過運營單位的精心管理，整個廢水處理系統(tǒng)運行狀況良好，出水水質(zhì)均控制在《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標準》（GB27631-2011）中“表3水污染物特別排放限值”的指標范圍內(nèi)。表1.1廢水處理站設計出水水質(zhì)單位：mg/L（pH值、色度除外）水質(zhì)指標CODBOD5SSNH3-NTNTP色度pH排放限值≤50≤20≤20≤5≤15≤0.5≤206～9在生產(chǎn)工藝改動之前，園區(qū)的排放污水可生化性尚可，在工藝改動之后，由于COD的急劇增高，污水的可生化性變得極差，縱使之前有良好的接種與馴化，園區(qū)原有的污水處理工藝已經(jīng)無法承載如此高的負荷。1.2園區(qū)現(xiàn)有工藝概述1.2.1格柵格柵的主要作用是去除污水中較大的懸浮物或漂浮物，如此方可保證后續(xù)污水處理單元的正常運行。被截留的物質(zhì)稱為柵渣，一般來說，柵渣的容重約為750kg/m3，含水率約為70～80%。格柵按柵條的間隙大小分為粗格柵（50～100mm），中格柵（10～40mm），細格柵（3～10mm）。園區(qū)原污水中僅含有部分大的顆粒物，后續(xù)處理工藝產(chǎn)生的細小顆粒物會在后續(xù)的微濾機工藝進行處理，因此本園區(qū)污水處理站選用的是粗格柵。1.2.2集水池與調(diào)節(jié)池集水池容積要滿足水工布置、安裝格柵、安裝水泵吸水管的要求，而且在及時將來水抽走的基礎上，既要避免水泵啟閉過于頻繁，又要減少池容，以降低運行和施工費用，減輕雜物的沉積和腐化。為調(diào)節(jié)水質(zhì)水量的較大波動，需要設立調(diào)節(jié)池，一般在池內(nèi)設計攪拌系統(tǒng)，出水用泵提升，可同時調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量。該池是作為污水水量調(diào)節(jié)和均質(zhì)的構筑物。由于污水排放具有時段不均勻性、時變化系數(shù)較大的特點，要使生化處理系統(tǒng)較均衡地運行，盡量減少其沖擊負荷的影響，以達到理想的處理效果，則需設調(diào)節(jié)池，對污水水量進行調(diào)節(jié)并均質(zhì)，使調(diào)節(jié)池污水提升泵始終按平均處理水量向生化系統(tǒng)供水。1.2.3UASB厭氧系統(tǒng)1974年，由荷蘭瓦寧根農(nóng)業(yè)大學萊廷加教授領導的研究小組研究開發(fā)了上流式厭氧污泥床(UASB)反應器技術。其最大的特點是反應器內(nèi)的顆粒污泥可以保證高濃度的厭氧污泥始終存在，這標志著厭氧反應器的研究進入了一個新的時代。。UASB反應器有很高的處理能力和處理效率，尤其適用于像本園區(qū)這種高濃度有機廢水的處理。圖1.2UASB構造圖UASB反應器包括以下幾個部分：進水和配水系統(tǒng)、反應器的池底和三相分離器，詳細結構可見上圖，主要分為三部分：(1)污泥層。位于反應器的底部，為一層絮凝和沉淀性能良好的污泥層，污泥濃度40000～80000mg/L，污泥形態(tài)主要表現(xiàn)為顆粒污泥，污泥層約占整個UASB反應器容積的30％，70％～90％的有機物在這里完成降解，產(chǎn)生的CH4和CO2通過上升作用使得整個污泥床層得到良好的混合。(2)污泥懸浮層。由于污泥層反應的氣態(tài)產(chǎn)物的攪動和氣泡黏附污泥作用，在污泥層的上部形成一個污泥懸浮層，其容積約占整個UASB反應器的70％，10％～30％的有機物在這里完成降解，污泥濃度相對較低，通常為15000～30000mg/L，主要由高度絮凝的污泥組成，為非顆粒污泥。(3)三相分離器。三相分離器是UASB反應器的關鍵組成部分，它由集氣收集器和折流擋板組成，功能是氣液分離、固液分離和污泥回流，被分離的消化氣從集氣室導出，被分離的污泥則自動滑落到懸浮污泥層，出水則從澄清區(qū)流出。構造中需要注意的是水流上升不要干擾污泥回流，保持回流通暢，泥水分離效果好?？紤]到厭氧系統(tǒng)還應該包括水封罐，后續(xù)再將沼氣燃燒或回收。UASB工藝的原理：底部進水，進水后向上流經(jīng)由絮狀或是粒狀污泥組成的污泥層，污水與污泥接觸的同時也在發(fā)生著厭氧反應，厭氧反應產(chǎn)生的沼氣（甲烷和二氧化碳）引起污泥床擾動。在污泥床部分產(chǎn)生的氣體中有些附著在污泥顆粒上，而其余的自由氣泡和附著在污泥顆粒上的氣泡上升至反應器的頂部。污泥顆粒上升撞擊到三相分離器脫氣擋板的底部，氣泡釋放，釋放完氣泡的污泥顆粒沉降回到污泥層的表面。自由氣體和從污泥顆粒釋放的氣體被收集在反應器頂部的集氣室內(nèi)。液體中包含的剩余的固體物和生物顆粒又重新進入到沉淀室內(nèi)，剩余固體和生物顆粒從液體中分離并通過反射板落回到污泥層的上面，在重力的作用下泥水發(fā)生分離，澄清出水。[1]UASB反應器具有以下特點：（1）能耗低，產(chǎn)泥量少。（2）構造簡便巧妙。（3）與其他工藝相比，適應性很強。（4）反應器內(nèi)部可培養(yǎng)出厭氧顆粒污泥。1.2.4A/O生化系統(tǒng)A/O是ANOXIC/OXIC的縮寫。其優(yōu)點是除降解有機污染物外，還具有一定的脫氮除磷功能。本質(zhì)是采用厭氧水解技術對活性污泥進行預處理，A/O法是一種改進的活性污泥法。A為缺氧段，主要用于脫氮；O為好氧段，主要用于去除水中的有機物。它除了可去除廢水中的有機環(huán)境污染物外，還可同時去除氮、磷，對于高濃度有機廢水及難降解廢水，在好氧段前設置水解酸化段，可顯著提高廢水可生化性。A/O工藝的原理：A/O工藝是將前缺氧段與后好氧段串聯(lián)的處理方式，A段的溶解氧一般不超過0.2mg/L，O段的溶解氧限值一般在2~4mg/L。存活在缺氧段中的異養(yǎng)菌將污水中的污染物諸如淀粉、纖維等懸浮物和可溶性有機物水解，水解后變?yōu)橛袡C酸，同時將大分子的有機物轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿?，將不可溶的變成可溶的，當這些產(chǎn)物進入好氧池進行處理時，就可提高污水的可生化性及氧在好氧處理中的效率；在缺氧段，異養(yǎng)菌將蛋白質(zhì)、脂肪等污染物進行氨化游離出氨，即，上述污染物長鏈上的氨基等氨化產(chǎn)生氨氣與銨根離子，在氧氣充足的條件下，好氧池中存活的自養(yǎng)菌經(jīng)過硝化作用將氨氮與銨根離子氧化為硝酸根，通過回流返回至缺氧池，在缺氧條件下，存活在缺氧段的異養(yǎng)菌經(jīng)過反硝化作用將硝酸根還原為分子態(tài)氮，也即氮氣，最終完成C、N、O生態(tài)中的物質(zhì)元素循環(huán)，實現(xiàn)污水無害化處理。A/O兩段可分建，也可合建于一個反應器中，但中間用隔板隔開，其中缺氧段水力停留時間為0.5~1h，溶解氧小于0.5mg/L。同時，為加強攪拌混合作用，防止污泥沉積，應設置水下攪拌器或水下推流器，功率一般為10W/m3。而好氧段的結構同普通活性污泥法相同，水力停留時間為2.5~6h，溶解氧為1~2mg/L。A/O生化系統(tǒng)具有以下技術特點：（1）同時去除有機物和氮，流程簡單。（2）不需外加有機碳源，運行費用低。（3）施工時土建少，建造費用低。（4）先好氧再缺氧，提高了剩余污染物處理率，提高了出水水質(zhì)。（5）好氧池的有機物負荷小。1.2.5預沉池預沉池一般是用于混凝沉淀前的沉淀池，顧名思義其意為“預沉淀池”，目的是去除水中大塊懸浮物和BOD。在本園區(qū)中，污水經(jīng)A/O工藝處理后，會帶有污泥等懸浮物，若直接進入高效脫色凈化綜合系統(tǒng)，會對系統(tǒng)產(chǎn)生損傷，所以設置預沉池來對污水進行處理，保障后續(xù)系統(tǒng)的正常運行。沉淀池由進水區(qū)、出水區(qū)、沉淀區(qū)、緩沖區(qū)和貯泥區(qū)五個部分組成：進水區(qū)和出水區(qū)的功能是使水流的進入與流出保持均勻平穩(wěn)，以提高沉淀效率；沉淀區(qū)是進行懸浮固體分離的主要場所；在沉淀區(qū)和貯泥區(qū)之間的緩沖區(qū)的作用是避免水流帶走沉在池底的污泥以及緩解沖擊負荷；貯泥區(qū)是貯藏污泥的地方，它有貯存、濃縮與排放的作用。按照初次沉淀池的形狀和水流特點，通常將初次沉淀池分為平流式、豎流式、輻流式和斜板（管）式四種。四種沉淀池的優(yōu)缺點與適用條件比較見表1.2表1.2不同形式沉淀池的特點和適用條件池型優(yōu)點缺點適用條件平流式①對沖擊負荷和溫度變化的適應能力較強②施工簡單，造價低③沉淀效果好①采用多斗排泥，每個泥斗需單獨設排泥管各自排泥，操作工作量大，采用機械排泥，機件設備和驅(qū)動件均浸于水中，易銹蝕②配水不易均勻①適用于地下水位較高及地質(zhì)較差的地區(qū)

②適用于大、中、小型污水處理廠豎流式①排泥方便，管理簡單②占地面積較?、俪厣疃却?，施工困難②對沖擊負荷和溫度變化的適應能力較差③造價較高

④池徑不宜太大適用于處理水量不大的小型污水處理廠（單池容積小于

1000m3)輻流式①采用機械排泥，運行較好，管理較簡單②排泥設備已有定型產(chǎn)品①占地面積大②機械排泥設備復雜，對施工質(zhì)量要求較高①適用于地下水位較高的地區(qū)②適用于大、中型污水處理廠斜板（管）式①沉淀效率高，停留時間短②占地面積小①斜板（管）易堵塞②造價高③不宜作為二沉池使用①適用于原有沉淀池的挖潛或擴大處理能力②可作為初沉池和絮凝沉淀池較高園區(qū)污水量不大，使用的是斜管式沉淀池。1.3園區(qū)現(xiàn)有處理構筑物概述1.3.1格柵根據(jù)園區(qū)生產(chǎn)工藝狀況和污水水質(zhì)條件，設置格柵來攔截污水中的酒糟和其它雜物，將可大幅度降低污水的懸浮物，避免泵的堵塞。表1.3園區(qū)格柵主要參數(shù)項目參數(shù)備注數(shù)量1外形尺寸1×2.2m柵隙5mm柵條間隙數(shù)27每日柵渣量0.04m3材質(zhì)不銹鋼清理方式人工清理1.3.2集水池和調(diào)節(jié)池集水池表1.4園區(qū)集水池主要參數(shù)項目參數(shù)備注數(shù)量一座外形尺寸5×6×2m水力停留時間2h提升泵CP53.7-50型兩臺，一備一用電機功率P=3.7kW潛水攪拌泵MA1.5/8-400-740電機功率P=1.5kW調(diào)節(jié)池表1.5園區(qū)調(diào)節(jié)池主要參數(shù)項目參數(shù)備注續(xù)接上表數(shù)量一座外形尺寸6.2×6.2×5.5m水力停留時間9h有效容積187.5m3有效水深5m1.3.3UASB厭氧系統(tǒng)UASB表1.6園區(qū)UASB主要參數(shù)參數(shù)備注尺寸10.6×6.5×6.8m處理規(guī)模750m3/d31.25m3/h有效容積V有效300m3溫度常溫20-25℃容積負荷率Nv9kgCOD/(m3·d)水力負荷q0.6m3/(m2·h)有效水深h5m橫截面積S60m2污泥產(chǎn)率0.07kgMLSS/kgCOD產(chǎn)氣率0.3m3/kgCOD水力停留時間HRT9.6h水力負荷率Vr0.52出水流速1.2m/s1.3.4A/O生化系統(tǒng)表1.7園區(qū)A/O反應池主要參數(shù)參數(shù)備注尺寸21.5×4.3×5m處理規(guī)模500m3/d續(xù)接上表好氧區(qū)容積280m3水力停留時間13.5h缺氧區(qū)容積90m3溫度常溫20~25℃污泥齡10.2d一般＞10d回流比60%一般取50%-100%總水力停留時間18h總?cè)莘e370m3水深4m超高1m總高度5m水力停留時間4.5h1.3.5預沉池表1.8園區(qū)預沉池主要參數(shù)參數(shù)備注尺寸6.5×3.75×4.5m處理規(guī)模500m3/d有效容積V有效110m3溫度常溫20-25℃1.4改造概述1.4.1進水水質(zhì)問題生產(chǎn)工藝調(diào)整至今，園區(qū)生產(chǎn)車間出水水質(zhì)濃度出現(xiàn)大幅度提高，導致污水處理廠運行存在異常。經(jīng)過現(xiàn)場水質(zhì)檢測與分析，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)車間生產(chǎn)所排放的廢水中COD濃度高達12000~14000mg/L，進水COD濃度甚至上升至15000mg/L；進水氨氮濃度達到900mg/L，進水總氮濃度甚至達到1500mg/L，遠遠超過廢水處理站原設計的進水水質(zhì)COD濃度≤8000mg/L，氨氮濃度≤50mg/L的要求。導致廢水處理系統(tǒng)受到巨大的沖擊，廢水處理站超負荷運行，污泥增長速度已超出原設計排泥、壓泥速度，導致新增長的污泥無法及時排出系統(tǒng)，整個好氧系統(tǒng)面臨巨大的壓力，出水已出現(xiàn)全指標超標的現(xiàn)象。雖經(jīng)過運行人員積極調(diào)試，小范圍內(nèi)進行技術改造，降低生產(chǎn)負荷并新增部分臨時設備以補充處理能力，但總體而言，因進水水質(zhì)已超出原有設計范圍，整個廢水處理廠的運行仍處于極為危險的狀態(tài)，處理不達標的廢水仍隨時有可能外排，存在造成環(huán)保事故的巨大隱患，影響企業(yè)的正常生產(chǎn)甚至遭受環(huán)保處罰。表1.9設計出水水質(zhì)與實際進水水質(zhì)單位：mg/L水質(zhì)指標CODBOD5SSNH3-NTNTP設計進水水質(zhì)≤8000≤2000≤200≤50≤60≤150實際進水水質(zhì)15000300022010001500150超設計倍數(shù)0.8750.50.11924——1.4.2改造方案經(jīng)分析，園區(qū)污水處理廠存在的主要問題在于超負荷的COD與NH3-N，因此從經(jīng)濟效益與環(huán)保效益綜合考慮決定增添預處理工藝，以解決高COD與NH3-N的問題。（1）氨氮吹脫：氨氮吹脫可以大幅降低污水中氨氮含量，使進水水質(zhì)達到原有設計的氨氮限值以下，使后續(xù)污水處理工藝得以正常運行。（2）水解酸化：水解酸化可以解決高COD的問題，顯著降低COD數(shù)值，增大B/C值，增強污水的可生化性，提高后續(xù)處理工藝的效率。（3）備用調(diào)節(jié)池：在新增預處理工藝后增設備用調(diào)節(jié)池，實時監(jiān)測污水pH和水質(zhì)，若經(jīng)新增預處理工藝處理后不滿足后續(xù)生化處理要求，則啟用調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)污水pH和水質(zhì)，防止后續(xù)生化處理遭受pH和水質(zhì)變化的沖擊。1.4.3改造規(guī)模在基本保持原有工藝不變的前提下通過增設兩個前置處理工藝使原有工藝得到充分利用，實現(xiàn)經(jīng)濟環(huán)保效益。污水處理站近期進水流量如下表1.10所示：表1.10污水處理站近期流量日期進水量（噸）日處理水量（噸）備注流量計1流量計210月1日50未達到保底水量10月2日50未達到保底水量10月3日50未達到保底水量10月4日148125272未達到保底水量10月5日38724035410月6日72432041710月7日93843933310月8日1159567349續(xù)接上表10月9日141768637610月10日164879834310月11日188987531810月12日219797240410月13日2428108230710月14日2657120134810月15日3008137452410月16日3398152654210月17日3609163532010月18日3812173730510月19日40141824289未達到保底水量10月20日42091928299未達到保底水量10月21日4419203331510月22日4638213532110月23日4851223731510月24日5083233933410月25日52812432291未達到保底水量10月26日5512251631510月27日5756262435210月28日6047272439110月29日6311282536510月30日6543292132810月31日67463030312總計：9889通過一段時間的監(jiān)測，確定設計水量為500m3/d，5.787L/s。進水水質(zhì)為：COD15000mg/L,BOD53000mg/L,SS220mg/L,NH3-N1000mg/L，TN1500mg/L,TP150mg/L1.5設計內(nèi)容及意義1.5.1設計內(nèi)容本設計的主要內(nèi)容包括有下面幾項：（1）根據(jù)對水量及進出水水質(zhì)的分析以確定新增需重點處理的污染物。（2）針對新增的處理污染物選取最為合適的工藝。（3）對工藝流程中的新增的各處理構筑物進行設計計算，包括：備用調(diào)節(jié)池、氨氮吹脫塔、水解酸化池。（4）針對工藝中涉及到的構筑物、設備等進行投資費用和運行費用的經(jīng)濟費用核算。（5）根據(jù)計算結果及相關制圖規(guī)范，繪制總平面布置圖、高程圖及構筑物結構圖等。1.5.2設計意義本設計中以某酒廠為主的園區(qū)生產(chǎn)廢水處理站為例，其原工藝采用了預處理系統(tǒng)（格柵+集水池+微濾機+調(diào)節(jié)池）+UASB厭氧系統(tǒng)+A/O生化系統(tǒng)+預沉池+高效脫色及凈化系統(tǒng)對生產(chǎn)污水進行深度處理。但近期由于某些原因，其進水水質(zhì)，尤其是COD與氨氮數(shù)值嚴重超過原有設計指標，可生化性差，對處理站造成了嚴重的負擔。為增加原水的可生化性，對園區(qū)已有污水處理廠進行提質(zhì)增效，本設計在其原有預處理工藝的基礎上新增設水解酸化與氨氮吹脫的工藝，既解決了惡化水質(zhì)可生化性差的問題，又能充分利用原有處理工藝。2設計概述2.1設計原則及依據(jù)在設計過程中主要查閱了以下標準：（1）《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標準》（GB27631-2011）；（2）《環(huán)境工程設計文件編制指南》（HJ2050-2015）；（3）《鋼筋混凝土工程施工及驗收規(guī)范》（GB50204-2015）；（5）《水解酸化反應器污水處理工程技術規(guī)范》（HJ2047—2015）；（4）《給水排水構筑物施工及驗收規(guī)范》（GB50141-2008）；（5）《升流式厭氧污泥床反應器污水處理工程技術規(guī)范》（HJ2013-2012）（5）《城鎮(zhèn)污水處理廠附屬建筑和附屬設備設計標準》（CJJ31—89）。（6）《室外給水設計規(guī)范》（GB50013-2018）；（7）《室外排水設計規(guī)范》（GB50014-2021）（為確保方案可行性，設計時依據(jù)將于2021年10月1日實施的2021年版）2.2設計要求（1）設計水量：日處理水量設為500m3/d，5.787L/s。（2）進水水質(zhì)：根據(jù)園區(qū)已建成的污水處理廠的進水水質(zhì)監(jiān)測資料設定本設計的進水水質(zhì)。具體為：COD15000mg/L,BOD53000mg/L,SS220mg/L,NH3-N1000mg/L,TN1500mg/L,TP150mg/L（3）可生化性：BOD5/COD=3000/15000=0.2，不易生化處理。（4）出水水質(zhì)：《發(fā)酵酒精和白酒工業(yè)水污染物排放標準》（GB27631-2011）中“表3水污染物特別排放限值”，主要指標詳見表2.1。表2.1設計進出水水質(zhì)及去除效率單位mg/LpH化學需氧量(COD)生化需氧量(BOD5)懸浮物(SS)總氮(TN)氨氮(NH3-N)總磷(TP)進水水質(zhì)6~915000300022015001000150出水水質(zhì)6~9≤50≤20≤20≤15≤5≤0.5去除率99.7%99.3%91%99%99.5%99.7%2.3工藝的選擇污水需要經(jīng)過預處理、生化處理及深度處理后才會達標排放，本設計中主要需要考慮的是高氨氮與高COD的前期處理，后續(xù)生化處理及深度處理不是本設計的重點，且已有工藝，不存在工藝選擇，故而不再贅述。2.3.1高氨氮處理單元的選擇對于含有高氨氮的有機廢水，為保證后續(xù)生物系統(tǒng)穩(wěn)定運行并保證較低的出水NH3-N、總氮濃度，在生物處理系統(tǒng)之前應該設置高效經(jīng)濟的去除氨氮的工藝。工程上常見的脫氮方法主要有：氨吹脫法（汽提）、折點加氯法、離子交換法、化學沉淀法等。現(xiàn)就這幾種方法的不同特點進行分析，以選擇最為合適的前置去脫氮的工藝。（1）氨吹脫法氨吹脫法是用于處理中低濃度氨氮廢水的一種常見方法，吹脫法是利用氨氣等揮發(fā)性物質(zhì)的實際濃度與平衡濃度之間存在的差異，將廢水的pH調(diào)至堿性，以空氣或其他氣體作為載氣，通入吹脫塔中，在氣液兩相中充分接觸后，溶解于廢水中的氣體與氨氣由液相穿過氣液相界面進入氣相，從而達到脫除廢水中氨氮的目的[2]。以空氣為載氣時稱為吹脫過程，為了不造成氨氣的排放產(chǎn)生的污染，吹脫過程一般在塔式設備中進行。廢水從塔頂往下進行流動，氣體則從下往上逆方向流動。在氣液兩相之間氨氣分壓差的推動下，水中的氨離子不斷以氨氣的形式向氣相轉(zhuǎn)移，一般在塔頂設置氨氣吸收裝置，就可以去除氨氮。[3]氨吹脫法具有以下優(yōu)點：①易于操作，設備結構簡單，方便管理。②吹脫后的氨氮可進行回收，可以達到資源回收利用的目的。缺點：①吹脫前需要加氨調(diào)節(jié)廢水pH，吹脫后又需要加適量的酸調(diào)節(jié)pH，酸堿消耗量大，增加處理成本。②在加堿吹脫過程中容易出現(xiàn)沉淀，導致堵塔。（2）折點加氯法折點加氯法[4]是處理低濃度氨氮廢水的常用工藝，其原理是向廢水中加入過量的氯氣或投加足夠量的次氯酸鈉。在氯氣或次氯酸鈉的氧化作用下，水中的氨氮轉(zhuǎn)化為無害的氮氣。氯氣通入的量達到某一點時，此時水中游離的氯含量是最低的，而也正是在這時氨離子的濃度降為零，一旦氯氣的投入量超過該點，水中游離氯又會增加。因此，該點被稱為折點[5]，該狀態(tài)下的氯化稱為折點氯化。折點加氯法具有以下優(yōu)點：①反應速率快，脫氮效果好，不受水溫影響。②投資成本小，操作簡便，同時擁有消毒作用。缺點：①氯氣與水中的氨氮副作用會產(chǎn)生氯胺等污染物，造成二次污染。②對水質(zhì)的pH要求苛刻，產(chǎn)生的酸性廢水須經(jīng)處理才能達標排放，成本較高。③投加物，即液氯或次氯酸鈉儲存成本高。④氯元素消耗量大，成本較高。（3）離子交換法離子交換法主要用于處理中低濃度氨氮廢水，其原理是利用離子交換劑上的可交換陽離子與水中的氨離子進行離子交換。同時，交換劑必須對氨離子具有很強的選擇吸附性，除此之外必須還要有總表面積大的特點，才能保證較好的去除率。離子交換系統(tǒng)一般由吸附柱和再生柱組成，交換劑裝填入吸附柱中，廢水通過吸附柱進行離子交換，水中的氨氮被置換下來，出水即達標排放，當離子交換柱穿透，出水濃度不能達到國家排放標準時，進入再生階段，采用再生劑對樹脂進行再生。離子交換法具有以下優(yōu)點：①設備簡單，適應力強，能有效抵御工藝處理產(chǎn)生的水質(zhì)波動。②建造簡單，成本低。缺點：①需要多次再生，且去除效果隨再生次數(shù)的增加而逐漸降低。②多次再生后必須更換離子交換劑。③易受到水中其他陽離子的影響。（4）化學沉淀法化學沉淀法是在含有氨離子的廢水中投加一定比例的鎂離子和磷酸根離子，使他們與氨離子反應生成穩(wěn)定的磷酸銨鎂（MgNH4PO4·6H2O，又稱MAP）化學沉淀[6]，通過過濾沉降等手段分離出MAP沉淀，其化學反應方程式，如式（2.1）所示。Mg2++NH4++PO43?+化學沉淀法具有以下優(yōu)點：①工藝簡單，操作簡便，反應速率快。②沉淀物硫酸銨鎂可用作緩釋肥與阻燃劑。缺點：①影響處理效果因素多，不易控制。②適合高濃度氨氮廢水，對低濃度處理效率不高。③需投加大量藥劑，成本較高，易造成二次污染。表2.2氨氮處理工藝經(jīng)濟技術比較氨吹脫法折點加氯法離子交換法化學沉淀法特點①易于操作，方便管理。②處理產(chǎn)物可回收利用。③酸堿消耗量大，增加處理成本。④易出現(xiàn)沉淀，導致堵塔。①反應速率快，脫氮效果好②投資成本小，操作簡便，同時擁有消毒作用。③會造成二次污染。④氯氣消耗量大，且液氯的安全使用和儲存成本較高。①設備簡單，適應力強。②建造簡單，成本低。③需要頻繁再生,且多次再生后必須更換離子交換劑。④易受到水中其他陽離子的影響。①工藝簡單，操作簡便，反應速率快。②沉淀物可回收利用。③影響處理效果因素多。④適合高濃度氨氮廢水，對低濃度處理效率不高。氨氮去除率60~95%90~100%取決于吸附劑95~100%構筑物數(shù)量與設備較少中等中等中等操作、管理及維護便利操作方便較繁瑣操作方便投資廉價昂貴昂貴適中運行成本廉價昂貴昂貴昂貴對操作人員要求中等較高較高較高由表2.2，可以看出氨吹脫法去除率在60~95%之間，且運維費用低，構筑物簡單，十分適用于本提質(zhì)增效改造中氨氮的前處理。園區(qū)污水廠已有完整的廢水處理工藝，只是因為近期的生產(chǎn)工藝改造使得氨氮濃度超出設計預期，故提質(zhì)增效應在原有工藝的基礎上進行，也就是增設前處理工藝。故而僅需將超高的氨氮降至原設計限值以下即可因此，在綜合考慮下，本設計選擇氨吹脫工藝作為前置預處理的主要工藝之一。2.3.2高COD處理單元的選擇本園區(qū)污水B/C值僅為0.2，屬于難生物降解的污水，為提高后續(xù)處理工藝的效率，并充分利用已有工藝，在生物處理系統(tǒng)之前應該設置工序，從而降低過高的COD、提高可生化性。工程上常見的提高污水可生化性方法主要有：水解酸化法、臭氧氧化法、芬頓法和吸附法等。現(xiàn)就這幾種方法的不同特點進行分析，以選擇最為合適的預處理方法。（1）水解酸化法水解酸化法是生物預處理的主要方法，其原理是利用水解、產(chǎn)酸細菌將廢水中的難溶性有機物降解為溶解性有機物，將大分子雜環(huán)化合物降解成為小分子物質(zhì)，從而提高廢水的可生化性。大分子雜環(huán)化合物首先在水解酶的作用下進行斷鍵，同時發(fā)生加氨作用，然后在酸化作用下脫氨開環(huán)，再形成小分子有機物和醇類等，水解酸化反應中起主要作用的微生物為革蘭氏陰性的兼性厭氧菌[7]。水解酸化法具有以下優(yōu)點：①運行費用低。②處理效果好。缺點：①水力停留時間長，處理較慢。②不適應于極難降解的生化處理的有機廢水。（2）臭氧氧化法臭氧(O3)是自然界最強的氧化劑之一，其強氧化的性質(zhì)是因為它容易釋放出1個O原子。臭氧氧化機理目前尚未形成統(tǒng)一的定論，不過學術界普遍認為是臭氧離解而產(chǎn)生的·OH自由基使有毒和難生物降解的有機物、環(huán)狀和長鏈分子部分斷裂，從而使大分子物質(zhì)變成小分子物質(zhì)，生成易于生化降解的物質(zhì)，利于生化降解。因此，臭氧氧化已從傳統(tǒng)的用于消毒、殺菌，成為進行BOD/COD值較低的廢水生化處理前的理想的預處理手段之一。[8]臭氧氧化法具有以下優(yōu)點：①處理效果好，水力停留時間短。②可生化性極差仍適用。缺點：①運維費用高。②設備復雜。③初期投資高（3）芬頓法芬頓(Fenton)法是利用芬頓試劑提高BOD/COD值的一種預處理方法。芬頓試劑即Fe2++H2O2，是一種強氧化劑，可以將很多有機化合物，如羧酸、醇類、酯類氧化為無機態(tài)，氧化效果十分明顯。芬頓試劑的強氧化能力在于其中含有Fe2+和H2O2，其反應機理為：Fe2++H2Fe3++H2Fe2++·OH→Fe3++·HO2根據(jù)研究[9]，該法對提高B/C值，提高污水可生化性是有效的。芬頓法具有以下優(yōu)點：①處理效果好，水力停留時間短。②適用范圍廣。缺點：①運維費用高。②無法處理大規(guī)模污水。（4）吸附法吸附法是采用硅膠、活性炭等吸附劑，把難降解的有機物吸附于吸附劑上，以此來將廢水中難降解大分子有機物去除，提高污水的BOD/COD比，從而提高工業(yè)廢水可生化性的方法。其中，活性炭等屬于物理吸附，是利用其多孔多縫隙的物理性質(zhì)，將大分子有機物吸附到小孔上；而吸附樹脂屬于化學吸附，是利用分子間相互作用力并和溶液中的有機物形成化學鍵來將廢水中難降解的有機物去除的方法。[10]吸附法具有以下優(yōu)點：①占地面積小。②化學吸附的針對性強。缺點：①吸附劑再生困難。②吸附劑廢棄后容易引起二次污染。表2.3高COD處理工藝經(jīng)濟技術比較水解酸化法臭氧氧化法芬頓法吸附法原水生化性(B/C)≤0.2～0.3≤0.1～0.3≤0.1≤0.2處理規(guī)模大、中、小中、小小小水質(zhì)(CODcr濃度)中、高低、中高中HRT16～24h30～60min50～150min60～120minpH值6.5～7.56.5～92～62～6運行費用低高很高高投資低很高高高由表2.3，可以看出水解酸化法適用性最廣，且運維費用低，構筑物簡單，十分適用于本提質(zhì)增效改造中降低過高的COD、提高可生化性的前處理。工程中也一般運用水解酸化法來對二級處理前B/C≤0.2～0.3的有機廢水進行前處理，同時考慮到本園區(qū)廢水中含有大量的醇類等物質(zhì)。因此，在綜合考慮下，本設計選擇水解酸化工藝作為前置預處理的主要工藝之一。2.3.3零價鐵對高COD處理單元的強化考慮到本設計是在原有基礎上對園區(qū)污水處理工藝進行改造，工程面積與停留時間均有所限制，所以可能需要在較短時間內(nèi)進行水解酸化的處理。而正如表2.3所示，水解酸化法的停留時間在16~24h左右，為縮短所需水力停留時間，提高處理效率，需要對水解酸化過程進行強化。本設計引入零價鐵相關技術用以強化水解酸化過程，現(xiàn)對其進行介紹。水解酸化處理方法是厭氧處理的前期階段，厭氧消化經(jīng)歷水解與發(fā)酵、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷等階段，有學者研究發(fā)現(xiàn)可以根據(jù)產(chǎn)甲烷菌與水解產(chǎn)酸菌生長條件的不同，將厭氧處理控制在含有大量水解細菌、酸化菌的條件下，利用水解菌、酸化菌將水中不溶性有機物水解為溶解性有機物，將難生物降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子物質(zhì)，從而改善廢水的可生化性，為后續(xù)生化處理提供良好的水質(zhì)環(huán)境，這種處理方法被稱作水解酸化。在水解酸化階段，有機物主要被轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸（VFA），同時伴隨著CO2和H2O的生成以及COD的降低。零價鐵已經(jīng)被廣泛報道可以強化厭氧處理的產(chǎn)甲烷階段，根據(jù)近些年的報道，零價鐵還可以加強水解階段。零價鐵強化水解酸化主要機理有兩個：（1）加快底物的水解酸化，縮短水解酸化時間，提高產(chǎn)酸段的酸化率和COD的去除率；（2）優(yōu)化產(chǎn)酸代謝類型，減少乙酸化較困難的丙酸的形成，減少丙酸積累，形成有利的有機酸類型，為后續(xù)產(chǎn)甲烷段提供有利的底物形式。在水解酸化過程中，零價鐵能夠充當電子供體參與厭氧微生物的代謝反應，并在不利的環(huán)境下調(diào)解有機物處理效率。因此，零價鐵能夠有效地提高水解酸化階段揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)量以及COD的去除率，并作為一種有效的厭氧消化預處理手段。水解酸化過程得到強化的另一個原因可以歸結為酶的作用。丙酮酸是厭氧水解酸化過程的重要中間產(chǎn)物[11]，而丙酮酸代謝是由鐵氧還蛋白(POR)催化的。劉軼文的[12]研究表明零價鐵可以大大提高水解酸化中鐵氧還蛋白(POR)的活性，而POR能夠直接影響生物氧化包括水解酸化過程。除此之外，零價鐵還可以降低氧化還原電位，進一步加強POR的活性，從而強化水解酸化過程。有機物水解發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸主要有乙酸、丙酸、丁酸等。丙酸更不容易被乙酸化，丁酸與丙酸相比更容易被乙酸化。減少丙酸積累并轉(zhuǎn)之提高丁酸的產(chǎn)生有利于水解酸化。有研究表明，零價鐵的添加會促使體系保持在一個較低的氧化還原電位，丁酸型發(fā)酵往往發(fā)生在較低的氧化還原電位下，丙酸型發(fā)酵則發(fā)生在較高的氧化還原電位下，可見，零價鐵可以通過降低氧化還原電位來促進特定的揮發(fā)性脂肪酸—丁酸的積累，從而最終強化水解酸化過程。郜白璐[13]、王婧馨[14]等人所做的實驗也可以進一步證明零價鐵可以大大強化水解酸化過程，提高污水B/C值，從而提高污水可生化性。具體到工藝上，計劃在水解酸化池中增設鐵床，并在其中填充鐵刨花，利用上文提到的反應機理加強水解酸化。鐵刨花是指在機械加工過程中產(chǎn)生的薄片，多呈卷裝，類似于鐵屑，除了上文提到的零價鐵加強機理外，一般鐵刨花中也含有少量的碳，可以實際形成鐵碳微電解系統(tǒng)[15]，從而進一步加強水解酸化過程。2.4工藝流程圖2.1工藝流程圖首先，污水經(jīng)過粗格柵去除可沉淀固體、懸浮物質(zhì)及部分有機物質(zhì)，經(jīng)過集水池來匯集、儲存和均衡廢水，經(jīng)過微濾機/調(diào)節(jié)池來去除細小懸浮物質(zhì)、調(diào)節(jié)水量；在氨氮吹脫塔去除部分氨氮，之后經(jīng)水解酸化鐵耦合系統(tǒng)去除部分COD，提高污水可生化性，使污水可以順利進入后續(xù)的生物處理工藝；若pH無法滿足UASB系統(tǒng)的要求，則經(jīng)過備用調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后再通向UASB反應器，再經(jīng)A/O反應池去除大部分的污染物后進入預沉池，在預沉池中去除懸浮物與部分BOD后，進入高效脫色凈化綜合系統(tǒng)進行處理，最終達標排放。本工藝具有以下特點：（1）采用零價鐵加強水解酸化工藝，縮短了污水處理時間。（2）對場地要求少，便于提質(zhì)增效改造。（3）充分利用了原有工藝，實現(xiàn)了良好的社會、經(jīng)濟、環(huán)境效益。（4）運行操作簡單，管理方便。3氨氮吹脫-水解酸化預處理系統(tǒng)設計計算3.1氨氮吹脫塔3.1.1氨氮吹脫塔簡介作為本次設計新增設的兩個主要工藝，氨氮吹脫塔是本設計的重點，其結構見圖3.1.。廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池進入氨氮吹脫塔，在堿性條件下，向塔內(nèi)鼓入空氣，廢水與空氣接觸，將液體中的氨氮吹脫出來，廢水中的氨氮含量降低。圖3.1氨氮吹脫塔結構圖3.1.2氨氮吹脫塔設計計算（1）基本條件①設計水量Q=500m3/d②溫度與pH值根據(jù)林奇的實驗研究[16]，氨氮吹脫的pH在10-11之間，溫度為常溫時有較為理想的效果；另外，根據(jù)岳培恒等人的研究[17]，可以通過改變堿的投加量，來控制吹脫塔的去除率，且操作范圍較為寬泛。吹脫塔作為預處理階段，不宜過度的去除氮，否則會影響后續(xù)的生化處理工藝，導致后續(xù)工藝處理效率低下等問題。根據(jù)園區(qū)污水廠已有工藝的設計，預處理階段的氨氮去除率達到80%以上即可，不宜過高。因此，根據(jù)岳培恒等的實驗研究，決定本設計在泵入吹脫塔前將污水pH值調(diào)至10.5左右，常溫下進行氨氮吹脫，理想狀態(tài)下，去除率可以達到94%，滿足設計要求。③填料吹脫塔中的填料一般裝比表面積較大的格柵填料、波紋填料或散裝填料（如聚丙烯多面空心球）等，用來增加氣—液傳質(zhì)面積，更有利于氨氣成膜狀，氨更容易從廢水中解吸出來，本設計選用Dg50瓷拉西環(huán)填料以亂堆方式進行填充。④吹脫塔形式吹脫塔一般采用圓柱形結構，內(nèi)含填料，設計計劃采用碳鋼材質(zhì)。⑤凈化塔氨吹脫工藝處理尾氣為NH3，若不經(jīng)過處理直接排放會造成大氣的二次污染。但考慮到本設計處理水量較小，產(chǎn)水的氨氣不足1m3/d，故不考慮對氨氣進行專門的處理，直接排放，不設計凈化塔。（2）設計計算①設計進出水水質(zhì)表3.1設計進出水的水質(zhì)指標項目pH氨氮(NH3-N)/mg﹒L-1溫度/℃進水水質(zhì)10.5100020出水水質(zhì)86020②吹脫塔的氣液比氣液比是除pH與溫度之外影響去除效率的一大因素，選擇合適的氣液比對工藝的成敗具有舉足輕重的影響。對確定的廢水量而言，增大氣體量，傳質(zhì)推動力相應增大，有利于氨氮吹脫去除，但若氣量太大又引起液泛現(xiàn)象。因此，對一定廢水量，最小液氣比受液泛氣速控制；但是進水量較小時，會消耗大量的能源，所以一般氨氮吹脫工藝將氣液比控制在3000左右。進水中氨氮含量約為1g/kg（1g/L），即摩爾分率為0.001。選取3000作為氣液比，入吹脫塔的污水流量為20.83m3/h，故確定風量為62520m3/h。選用羅茨鼓風機，兩臺并聯(lián)。③吹脫塔的塔徑先求泛點氣速(3.1)代入數(shù)據(jù)可以求得X=0.268，故(3.2)代入數(shù)據(jù)求得Y=0.37對Dg50瓷拉西環(huán)，有，則m/s(3.3)取泛點率為0.8，空塔氣速為m/s(3.4)取u=2m/s，則塔徑m(3.5)④吹脫塔的塔高填料高度取1.2m，2層，共2.4m，塔頂高1m，設置進料口(500mm)，人孔(500mm)；塔底高1m，進氣管內(nèi)徑100mm?？偹逪=7.0m⑤吹脫塔的外觀尺寸3.2水解酸化池3.2.1水解酸化池簡介作為本次設計新增設的兩個主要工藝，水解酸化池是本設計的另一個重點。在厭氧條件下，高分子有機物會在污泥的作用下分解變?yōu)樾》肿佑袡C物，小分子有機物易分解。水解根據(jù)進行程度的不同分為兩種水解類型，分別是水解酸化與甲烷化。本設計水解酸化池主要的原理是，合理運用前段的水解酸化，即，將高分子的有機物變?yōu)槿菀追纸獾男》肿佑袡C物這一過程，降低目前超高的COD，提高污水的BOD/COD比，提高污水的可生化性。原理層面，雖然水解酸化是一種不徹底的厭氧轉(zhuǎn)化過程，但作為預處理階段已經(jīng)足夠為后續(xù)的UASB與A/O工藝打下良好的基礎。[18]除此之外，為強化水解酸化的效果，本設計添加零價鐵耦合技術，計劃在水解酸化池中增設鐵床，內(nèi)填充鐵刨花。3.2.2水解酸化池設計計算（1）基本條件①設計水量Q=500m3/d②流量變化系數(shù)KZ=1.5③水力停留時間HRT一般低中濃度工業(yè)廢水的水力停留時間為4~6h，難降解的工業(yè)廢水需超過6h，本設計的廢水屬于中濃度工業(yè)廢水，取水力停留時間HRT=6h。（2）設計計算①水解酸化池容積V(3.6)②水解酸化池尺寸設水解酸化池有效水深h=4.5m，超高為1.0m，池體長寬比為2:1。水解酸化池表面積(3.7)水解酸化池寬度(3.8)取整為5m水解酸化池長度(3.9)取整為12m水解酸化池尺寸為12×5×4.5m③水解酸化池上升流速核算(3.10)水解酸化池的上升流速，v符合要求。④配水方式采用總管進水，管徑為DN100，池底分支式配水，支管為DN50，支管上均勻排布小孔為出水口，支管距離池底260mm，均勻布置在池底。⑤出水設計采用出水堰出水。⑥排泥設計采用靜水壓力排泥，沿矩形池體縱向多點排泥，排泥點設置在污泥區(qū)中上部。污泥排放采用定時排泥，每日1-2次。⑦鐵床設計本設計需加入鐵床進行強化，在池體中共加入16個7層鐵床，層高400mm，底座900mm，每個尺寸為1600×800×3300mm，如圖3.2所示圖3.2水解酸化鐵床示意圖3.3備用調(diào)節(jié)池3.3.1調(diào)節(jié)池（備）簡介本次新增設兩個主要工藝后，水質(zhì)水量可能會存在較大波動，為防止影響后續(xù)核心工藝的處理效果，計劃在水解酸化之后增加一備用調(diào)節(jié)池。其主要目的是調(diào)節(jié)經(jīng)水解酸化處理后的污水的pH，水解酸化后pH大約為5.5~6.5，而UASB進水pH最優(yōu)為6.5~7之間，可見水解酸化處理之后直接通向UASB反應器有可能會達不到最佳pH。UASB反應器出水的堿度高于水解酸化處理后，為解決上述隱患，決定設立一備用調(diào)節(jié)池，在監(jiān)測到水解酸化出水pH未能達到UASB反應器所需時啟用。調(diào)節(jié)池原理是將UASB反應器處理后的污水回流至備用調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池與水解酸化出水進行中和，調(diào)節(jié)至適合UASB反應器的pH，如圖3.3所示，圖3.3調(diào)節(jié)池（備）示意圖3.3.2調(diào)節(jié)池（備）設計計算（1）基本條件①設計水量Q=500m3/d②調(diào)節(jié)池有效水深為2.0~5.0m③水力停留時間HRT一般水力停留時間為4~8h，本設計的廢水量較少，取水力停留時間HRT=8h。④調(diào)節(jié)池保護高度0.3~0.5m。（2）設計計算①調(diào)節(jié)池的有效容積調(diào)節(jié)池容積按下式計算(3.11)式中：V—調(diào)節(jié)池有效容積，m3Q—平均進水流量，m3/hT—停留時間，h(3.12)在實際工程設計中，調(diào)節(jié)池容積會在理論基礎上增加10~20%，故本設計取V=200m3②調(diào)節(jié)池尺寸取有效水深h=4m，保護高0.5m，則調(diào)節(jié)池總高度為H=4.5m 則調(diào)節(jié)池面積為(3.13)式中：A—調(diào)節(jié)池面積，m2H—調(diào)節(jié)池有效水深，m采用矩形池，取池長L為9.0m，則池寬B為5.0m調(diào)節(jié)池采用外加動力攪拌，采用穿孔管空氣攪拌。③進水布置水解酸化端進水起端中間設進水堰，堰長為池長3/5，堰寬為0.5m，高2.075m。UASB回流端進水與水解酸化端進水方式相同。④出水布置調(diào)節(jié)池末端連接UASB，用清水泵從吸水坑最低水位處將污水打進UASB。3.4工藝系統(tǒng)構筑物布置3.4.1平面布置（1）平面布置原則[19]各處理構筑物應布置緊湊，保持約5~10m的距離。主要管線盡可能的考慮重力自流，避免迂回曲折，以減少水頭損失。污泥處理構筑物為便于管理，單獨城區(qū)。綜合樓等位于夏季主風向的上方向，盡量與處理構筑物保持一定的距離。在廠區(qū)修筑道路時，要考慮方便運輸，且不分割所在區(qū)域的功能。（2）平面布置圖構筑物的幾何特性見表3.2。表3.2構筑物幾何特性構筑物名稱尺寸(m)結構類型數(shù)量提升泵房L×B=6×3鋼筋混凝土1格柵L×B=1.2×2.2鋼筋混凝土1集水池L×B=6×5鋼筋混凝土1調(diào)節(jié)池L×B=6.2×6.2鋼筋混凝土1UASB池L×B=10.6×6.5鋼筋混凝土1A/O池L×B=21.5×4.3鋼筋混凝土1預沉池L×B=6.5×3.75鋼筋混凝土1續(xù)接上表高效脫色凈化綜合系統(tǒng)L×B=5×2.5一體式設備1氨氮吹脫塔Φ=4碳鋼1水解酸化池L×B=12×5鋼筋混凝土1調(diào)節(jié)池（備）L×B=9×5鋼筋混凝土1污泥脫水間L×B=3×2鋼筋混凝土1污泥泵房L×B=4×2鋼筋混凝土13.4.2高程布置園區(qū)原有污水處理站設計時已經(jīng)預留儲備水頭，故只需設計計算新增構筑物與管線的高程布置即可完成提質(zhì)增效改造。（1）設計計算①水頭損失水頭損失包括各構筑物的水頭損失和構筑物之間連接管道的水頭損失。各構筑物的水頭損失根據(jù)計算結果及估算確定。連接管道的水頭損失包括沿程水頭損失h1和局部水頭損失h2。計算公式如下：(3.14)式中i為單位管長的水頭損失；L為構筑物管長，m；ζ為局部阻力系數(shù)。計算結果如表3.3所示。表3.3氨氮吹脫—水解酸化預處理系統(tǒng)各構筑物及連接管道水頭損失匯總表設計流量/L/s流速v/m/s管徑/mmh1/mh2/mh/m備用調(diào)節(jié)池出水管8.680.61500.80.1240.924備用調(diào)節(jié)池0.8續(xù)接上表備用調(diào)節(jié)池至水解酸化池8.680.61500.60.1240.724水解酸化池0.2水解酸化池至氨氮吹脫塔8.681.210010.1221.122氨氮吹脫塔0.25合計4.02取備用調(diào)節(jié)池的出水端地面標高為相對標高0.000m，備用調(diào)節(jié)池出水端標高為0.500m各構筑的水面標高及池底標高見表3.4。 表3.4新增各處理構筑物的水面標高及池底標高構筑物名稱水面標高/m池底標高/m氨氮吹脫塔5.5000.000水解酸化池0.150-3.232備用調(diào)節(jié)池-1.425-3.500（2）泵的選擇①污水提升泵根據(jù)水量Qmax=500m3/d=20.84m3/h和揚程選擇40ZW20-15型無堵塞自吸式污水泵2臺（1用1備），其具體參數(shù)見表3.5[20]。表3.540ZW20-15型無堵塞自吸式污水泵性能參數(shù)型號流量/m3/h揚程/m轉(zhuǎn)速/r/min電機功率/kW效率/%40Z245②污泥回流泵新增構筑物中僅有水解酸化池與備用調(diào)節(jié)池有污泥產(chǎn)出，且污泥產(chǎn)生量較少，新增工藝并未超出污水處理廠的裕量最大限制，故無需新增污泥回流泵。③剩余污泥提升泵新增構筑物中僅有水解酸化池與備用調(diào)節(jié)池有污泥產(chǎn)出，且污泥產(chǎn)生量較少，新增工藝并未超出污水處理廠的裕量，故無需新增污泥提升泵。4經(jīng)濟費用分析本設計中的經(jīng)濟分析只對投資費用和運行費用進行了粗略的計算，只作為參考。4.1投資費用（1）構筑物建設費用氨氮吹脫塔整體采用碳鋼結構，預計需要費用6.5萬元；土建構筑物主體采用的是鋼筋混凝土結構，墻體厚取300mm（水解酸化池、備用調(diào)節(jié)池），池底厚取300mm。鋼筋混凝土單價按每立方1500元計算，則新增鋼筋混凝土構筑物需要總費用約22.5萬元，新增構筑物共需花費約29萬元。（2）設備費用表4.1設備費用一覽表序號設備名稱型號數(shù)量單價/萬元總價/萬元1進水提升泵40ZW20-152（1用1備）0.512鼓風機羅茨L103B3（2用1備）23693吹脫塔填料Dg50拉西環(huán)31m30.0441.54扁鋼支架50×6-6.525t0.3682.45角鋼支架6.3#δ=613.60t0.3454.76鐵刨花-147t0.25367管道、閥門58堰板、支架等59清水泵IS60-50-120A111合計125.6總投資費用=29+125.6=154.6萬元4.2運行費用（1）電費見下頁表表4.2新增主要設備型號及能耗明細表序號設備名稱型號數(shù)量單機功率/kW總運行時間/h耗電量/續(xù)接上表1進水提升泵40ZW20-152（1用1備）2.22452.82鼓風機羅茨L103B3（2用1備）1102452803清水泵IS60-50-120A132472合計5404.8每度電為0.725元/度，所以需要費用5404.8×0.7