环境工程焦化废水处理工艺设计

'摘要1关键词1Abstract1前言21」焦化废水的来源、特性及物理意义21.1.1焦化废水的來源21.1.2焦化废水的特性31.1.3处理焦化废水的口的及意义31.2焦化废水处理现状及处理方法4121焦化废水处理现状41.2.2焦化废水的处理方法52焦化废水工艺设计92」设计基础资料9污水水量和水质9污水岀水耍求9工艺确定102.4工艺原理及作用112.4.1A?/。工艺原理112.4.2A?/O池的作用112.5工艺流程12142.6工艺设备的作用12构筑物及设备的设计计算 3.1提升泵房143.1.1设计依据143.1.2设计说明143.1.3设计计算143.2调节池153.2.1设计原则153.2.2设计参数15323调节池的选用与计算153.3隔油池173.3.1设计原则173.3.2设计说明173.3.3设计参数173.3.4设计计算183.4A?/0池203.4.1设计参数203.4.2平面尺寸计算21(1)进出水系统23(1)二沉池243.5.1斜板沉淀池尺寸计算243.5.2进水集配井271进出渠道283.5.4排泥装置29(1)混凝沉淀池29设计说明29设计计算30(1)消毒池373.7.1消毒设施的设计37 3.7.2消毒池的作用373.7.3二氧化氯的投加量373.7.4消毒池的设计373.8污泥浓缩池383.8.1概述383.8.2污泥量计算3851—竖流浓缩池的计算393.9污泥消化池434平面布置464」总平而布置原则46464.2总平面布置结果高程布置及计算464647附录:485.1高程布置原则5.2咼程布置结果参考文献：47致谢：48焦化工业废水工艺设计摘要：焦化污水中含有大量的氨氮以及多种有毒的有机化合物，必然会造成环境污染、影响人体健康。本文为中小型焦化厂废水处理工程工艺设计。该工程规模为10000m3/d,采用A2/0工艺。污水处理流程为：废水从泵房到调节池，然后进入隔油池，出水进入A2/0反应池，再进入二次沉淀池，二次沉淀池出水进入混凝沉淀池，再进入消毒池，最后出水。污泥的流程为：从二次沉淀池以及混凝沉淀池排出的剩余污泥进入污泥浓缩池，再进入消化 池，再进入污泥脱水间，经干化处理后外运处置。出水应达到处理后废水达到《污水综合排放标准》GB8978-1996规定的一级标准。关键词：A?/0工艺，焦化废水，脱氮ThedesignofcokingwastewatertreatmentprocessAbstract：Cokingwastewatercontainsalargeamountofammoniaandavarietyoftoxicorganiccompounds,cokingwastewaterisboundtocauseenvironmentalpollutionandaffecthumanhealth・Thisarticleisforthedesignofcokingwastewatertreatmentengineeringprocess.Thescaleoftheprojectis10000m3/danduseA2/OtreatmentsSewagetreatmentprocessisasfollows:Intothefactorysewagefromthepumpingstationtotheregulatingreservoir,andthenflowsintotheHorizontalFlowOilSeparationTank,greasetrapwaterintothetheA2/Oreactioncell,andthenenterthesecondarysedimentationtank,secondarysedimentationtankintothecoagulationandsedimentation,andthenintothedisinfectingtank,andthefinaleffluent.Sludgeprocess:theexcesssludgedischargedfromthesecondarysettlingtank,aswellascoagulationandsedimentationintothesludgethickener,andtheintothedigestioncell,thentothesludgedewatering,thentodisposalafterdryprocessing.ThetreatedsewagewatershouldreachtheI-classcriteriaspecifiedintheIntegratedWastewaterDischargeStandard(GB8978-1996).1前言1.1焦化废水的来源.特性及物理意义1.1.1焦化废水的来源现代炼焦化学工业是烟煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到960-1000°C,得到炼钢所需的焦炭。焦化厂除生产焦炭和煤气外，还回收苯、氨、酚等化工产品。焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的高浓度有机废水 N,o焦化废水主要包括⑵煤气的初冷阶段煤气冷凝水、煤气终冷水、煤气洗涤水和煤气发生站的煤气洗涤水、精苯分离水、气柜废水、焦炉水封水及其它场合产生的污水，如图l.k煤：备煤焦炉焦炭加工焦炭除尘污水除尘污水▼焦油废水分离J煤气初冷▼“剩余氨水煤气脱氮▼焦油加工煤气终冷终冷污水焦汕分离水4*煤气脱苯蒸苯煤气脱硫粗苯加工►粗苯分离水II煤气管道水封水◄-古马隆主产净煤气古马隆污水图1.1焦化生产工艺 1.1.2焦化废水的特性焦化废水主要污染物质冇：COD、BOD、氧化物、氨氮、悬浮物、苯酚及苯系化合物等，如表"。焦化废水成分多，组分复杂、浓度高、毒性大、难降解⑴。废水中含有数十种无机和有机化合物,其中无机化合物主要是大量钱盐、硫、硫化物、锹化物等；冇机化合物除酚外，还冇联苯、毗噪、口引味和哇咻等冇机污染物。污染物色度高，屈较难生化降解的高浓度有机工业废水⑵。焦化废水中COD、NHyN和挥发酚等污染物浓度高，这些污染物会对人类、水产及农作物都冇极人危害。焦化废水屮的氨氮是一种不稳定的物质，在微生物作用下反应生成NO?、N02NO*是一种致癌物质，并引起胎儿畸形，NO*会破坏血液结合氧的能力，若饮用NO3•含量超过10mg/L的水会引起高铁血红蛋白症，其至发生窒息现象。大量的氨氮排入水体会造成水体富营养化。1.1.3处理焦化废水的目的及意义当前，全球都面临着水资源短缺、水质恶化的严峻形势，水污染问题成为当今世界而临的重要环境问题之一。我国人均水资源占冇量仅为0.24万只有世界上人均占有量的1/4,属世界十二个贫水国家Z—,所以加强对新污染源的控制，改善老污染源处理条件，才能从根本上改变我国水质恶化的现状。表1.1焦化厂废水一般组成成分及含量成分CODbod5氨氮PH含量mg/12500-45001200-2000400-10006.5-S.5成分酚油分亂化物色度含量mg/1150-200200-100010-201000-2500焦化废水的处理一直是国内外污水处理领域的一大难题，几十年来尚未出现突破性的研究成果。废水中污染物组成复杂，含有挥发酚、多环芳坯和氧硫氮等杂环化合物，屈较难生化降解的高浓度有机工业废水。目前，焦化废水一般要经过预处理、二级处理和深度处理后才可能达标排放。焦化废水的预处理技术有：厌氧酸化法、气浮法、混凝沉淀法等；二级处理方法很多，冇生物化学法、物理法、化学法、以及物理■化学法等；焦化废水深度处理技术⑶有化学氧化法、折点氯化法、絮凝沉淀辅以加氯法、吸附过滤辅以离子交换法等。但目前最常用的 方法是焦化废水⑷经隔油池、二级气浮池除油后进行多段曝气生物处理，再经氧化城或吸附法深度处理后外排。1.2焦化废水处理现状及处理方法1.2.1焦化废水处理现状焦化废水是国内外工业废水处理领域的难题，目前，国内外对焦化废水中酚、氤等冇毒物质的处理，生物活性污泥法是一个比较普遍有效方法。但对其屮NH3-N、氟化物、COD等去除效果较差，难以满足外排耍求，因此，国内外对焦化废水处理工艺和净化技术改进进行很多研究，不同国家冇自己特点，操作、运行、测试和监控等技术也更多地向节能、经济、高效和实用方向发展。焦化废水的最终排放，视本国国情、地质环境、环保法规以及当地生态状况而定。总体而言，我国焦化废水的治理水平与国外基本相当，但仍存在一定差距。我国焦化废水处理口五十年代起的发展过程，是一个从无到有、逐步提高、逐步完善的过程⑵。五「、六I•年代处于低水平阶段，仅有几个大型焦化厂对酚水进行简易的机械处理。如鞍钢化工总厂、包钢焦化厂等，仅设有平流沉淀池或圆形带刮泥机的沉淀池去除浮油和重油，处理后将部分酚水送去作熄焦补充水。进入七十年代后,运用了国内外的生化技术，在首钢焦化厂兴建了生物脱酚装置，同时一批大、中、小型焦化厂都相继设立了生物脱酚装置，当时的重点是脱酚，处理方式和流程也比较简单。一九七八年改革开放到八十年代乂为一个阶段。当时由于国家对环保工作的重视，使焦化废水处理水平向前推进了一大步。以宝钢一、二期焦化废水处理技术的引进为起点，齐院所加大了研究开发焦化废水的力度，开展了两段生化和投加生长索的试验研究以及混凝后处理和污泥脱水的研究。在吸收宝钢焦化引进技术上的先进经验和开展试验研究的基础上，设计了一大批焦化废水处理装置。如处理水量为700m3/h的鞍钢化工总厂南部生物脱酚装置，获得了国家优秀设计奖，现已运行了十五年，处理效呆一直比较稳定，除COD略高外，酚、氧、油等指标均达标排放。与以前设计不同的是，在设计中采用了压力浮选装置，以去除乳化油；增加了污泥脱水装置，对污泥进行脱水处理，脱水后的泥饼送煤场掺入炼焦煤屮炼焦，减少了二次污染；鼓风机改用离心风机，减轻了噪声。该套装置口运行以来积累了丰富的经验，培养锻炼了一批废 水处理专业人才。在右家庄焦化厂废水处理设计屮，曝气池充氧采用了微孔曝气器，与以前的穿孔管暖气相比，可节能5()%,比普通曝气器节能20-30%o同时又对部分老厂的废水处理推广采用了投加生长索的技术，如唐山市焦化厂、徐钢焦化厂都采用了该项技术，处理效果良好。八十年代末和九十年代初，针对国家对焦化废水排放标准的更严格要求，开展了焦化废水的脱氮和进一步降低COD的试验研究，经过几年的艰苦努力，取得了丰硕的成杲。在试验研究的基础上将宝钢焦化废水处理装置进行了改造，将其改为A/O脱氮工艺，并获得改造装置的开工调试⑸成功，该装置达到了国际焦化行业的领先水平。在总结宝钢焦化废水生物脱氮经验的同吋又建成了三个焦化废水主物脱氮装置，其中安钢焦化厂已达标验收，另两个在调试中。1.2.2焦化废水的处理方法目前焦化废水一般按常规方法先进行预处理，然后进行生物脱酚二次处理。但是，焦化废水经上述处理后，外排废水中氧化物、COD及氨氮等指标仍然很难达标。针对这种状况，近年来国内外学者开展了大量的研究工作，找到了许多比较有效的焦化废水治理技术。这些方法大致分为生物法、化学法、物化法和循环利用等4类。(1)化学处理法催化湿式氧化技术催化湿式氧化技术是在高温、高压条件下，在催化剂作用下，用空气屮的氧将溶于水或在水中悬浮的有机物氧化，最终转化为无害物质N2和CO2排放。焚烧法焚烧法治理废水始于20世纪50年代。该法是将废水呈雾状喷入高温燃烧炉中，使水雾完全汽化，让废水中的有机物在炉内氧化，分解成为完全燃烧产物CO?和出0及少许无机物灰分。焦化废水屮含有大量NHs・N物质，NH3在燃烧中有NO生成，NO的生成会不会造成二次污染是采用焚烧法处理焦化废水的一个皱感问题。研究发现NH3在非催化氧化条件下主要生成物是N2,不会产生高浓度NO造成二次污染。从而说明，焚烧处理工艺对于处理焦化厂高浓度废水是一种切实可行的处理方法。然而，尽管焚烧法处理效率高，不造成二次污染。臭氧氧化法臭氧是一种强氧化剂，能与废水屮大多数冇机物，微生物迅速反应，可除去 废水中的酚、氧等污染物，并降低其COD、BOD值，同时还可起到脱色、除臭、杀菌的作用。等离子体处理技术等离子体处理技术是利用高压毫微秒脉冲放电⑹所产生的高能电子（5〜20eV）、紫外线等多效应综合作用，降解废水屮的冇机物质。等离子体处理技术是一种高效、低能耗、使用范围广、处理量大的新型环保技术，目而还处于研究阶段。有研究表明，经等离子体处理的焦化废水，有机物大分子被破坏成小分子,可生物降解性大大提高，再经活性污泥法处理，出水的酚、氧、COD指标均有大幅下降，具有发展前景。但处理装置费用较高，有待于进一步研究开发廉价的处理装置。光催化氧化法廿前，这种方法还仅停留在理论研究阶段。这种水处理方法能冇效地去除废水屮的污染物且能耗低，有着很大的发展潜力。但是有吋也会产生-•些有害的光化学产物，造成二次污染。由于光催化降解是基于体系对光能的吸收，因此，要求体系具冇很好的透光性。所以，该方法适用于低浓度、透光性好的体系，可用丁•焦化废水的深度处理⑵。电化学处理技术电化学处理技术的基木原理是使污染物在电极上发生直接电化学反应或利用电极表面产生的强氧化性活性物质使污染物发牛氧化还原转变。目前的研究表明，电化学氧化能力强、工艺简单、不产生二次污染，是一种前景比较广阔的废水处理技术。化学混凝和絮凝化学混凝和絮凝是用来处理废水屮自然沉淀法难以沉淀去除的细小悬浮物及胶体微粒，以降低废水的浊度和色度，但对可溶性有机物无效，常用于焦化废水的深度处理。该法处理费用低，既可以间歇使用也可以连续使用。(2)物理化学法(3)吸附法吸附法就是采用吸附剂除去污染物的方法。活性炭具有良好的吸附性能和稳定的化学性质，是最常用的一种吸附剂。活性炭吸附法适用于废水的深度处理。但是，由于活性炭再生系统操作难度大，装置运行费用高，在焦化废水处理中未得到推广使用。(4)利用烟道气处理焦化废水由冶金工业部建筑研究总院和北京国维达环保公司合作研制开发的“烟道气处理焦化剩余剩余氨水或金部焦化废水的方法已获得国家专利。该技术将焦化剩 余氨水去除焦油和SS后，输入烟道废气中进行充分的物理化学反应，烟道气的热量使剩余氨水中的水分全部汽化，氨气与烟道气中的SO2反应生成硫胺。(2)废水循环利用将高浓度的焦化废水脱酚，净化除去固体沉淀和轻质焦油后，送往焦炉熄焦,实现酚水闭路循环。从而减少了排污，降低了运行等费用，但是此时的污染物转移问题也值得考虑。(3)生物法①普通活性污泥法活性污泥法即将焦化废水与活性污泥混合一起进入曝气池，成为悬浮混合液，沿曝气池注入空气曝气，使污水与活性污泥充分接触，并供给混合液足够的溶解氧。这时污水中的有机物被活性污泥中的好氧微生物分解，然后混合液进入二次沉淀池，活性污泥与水澄清分离，部分活性污泥再回流到曝气池中，继续进行净化过程，澄清水则溢流排放。由于在整个过程屮活性污泥在不断增长，部分剩余污泥从系统中排岀，以维持系统的稳定。②序批式活性污泥法(SBR)SBR工艺是集生物降解和脱氮除磷集于一体的新技术，它结构形式简单，运行方式灵活多变，是一种间歇运行的废水处理工艺，SBR反应池生化反应能力强，处理效果好，用它来处理焦化废水NHyN的去除率为60%o缺点是传统SBR法对焦化废水降解效率不够高。目前，SBR技术从生活污水到工业废水等各领域都得到了广泛应用。③膜生物反应器(MBR)MBR是将膜技术应用于废水处理系统，提高了泥水分离效率，并且由于曝气池中活性污泥浓度的增大和污泥中特效菌(特别是优势菌群)的出现，提高了生化反应速率。同时通过降低F/M减少剩余污泥产生量，从而基本解决了传统活性污泥法存在的系统在运行过程中产生大量的剩余污泥，易出现污泥膨胀，出水固体，出水水质不理想等突出的问题。与传统的生化水处理技术相比，MBR具有以下主要特点：固液分离率高、出水水质好、处理效率高、占地空间小、运行管理简单、应用范围广。现在膜生物反应器的处理对彖也由原来的城市生活污水,逐渐扩大到各种工业废水，发展前景广阔。 ①生物铁法生物铁法是在曝气池中投加铁盐，以提高曝气池活性污泥浓度为主，充分发挥生物氧化和生物絮凝作用的强化生物处理方法。由于铁离子不仅是微生物生长必需的微量元素，而且对生物的黏液分泌也有刺激作用。铁盐在水中生成氢氧化物与活性污泥形成絮凝物共同作用，使吸附和絮凝作用更冇效地进行，从而冇利于有机物富集在菌胶团的周围，加速生物降解作用。该法大大提高了污泥浓度，曲传统活性污泥法2-4g/L提高到9-10g/L,降解酚、氧化物的能力也人大加强。当氧化物的浓度高达40mg/L条件下，仍可取得良好的处理效果。对COD的降解效果也较传统方法好。②炭■生物法目前，国内一些焦化厂生化处理装置由于超负荷运行或其他原因，处理后的水质不能达标，炭■生物法是在传统的生物法的基础上再加一段活性炭生物吸附、过滤处理。该工艺简便、操作方便、设备少、投资低。由于活性炭不必频繁再生,故可减少处理费用对于已有牛物处理装置处理后水质不符合排放标准的处理厂，采用炭■生物法进一步处理以捉高废水净化程度也是一项有效的方法。@A-O工艺A/0活性污泥法川是一种改进的活性污泥法工艺流程如图1-2O硝化液回流 进水►出水污泥回流图1-2A/0活性污泥工艺流程A/O工艺是一种有冋流的前置式反硝化生物脱氮工艺［⑼，在缺氧池中进行反硝化，在好氧池中进行含碳有机物的去除、含氮有机物的氨化和氨氮的硝化。在好氧池中，发生硝化反应，氨氮被氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。A/O工艺具有很多优点：原污水的大量有机物为反硝化提供了充分的外加碳源，节省了外加碳源的费用；好氧池在缺氧池Z后，经缺氧池去除一部分有机物后，好氧池负荷降低可以对残留的有机物进一步有效去除及完成氨氮的充分硝化；缺氧池前置可以起到生物选择器的作用，有利于控制污泥膨胀。A/0法虽然较普通的活性污泥法有很大的改进，但是依然不能有效地处理焦化废水，原因是焦化废水中的难降解有机物很难在A/0系统屮得到降解，而焦化废水屮的有毒物质对硝化菌的抑制作用也不能得到消除或减轻。2焦化废水工艺设计2.1设计基础资料2.1.1污水水量和水质①处理水量:10000m3/d②处理水水质见表2.1：表2.1处理水质污染物CODbod5酚氤化物SS氨氮PH含量mg/160003000750231503606-92.1.2污水出水要求(3)处理要求：处理后废水达到《污水综合排放标准》GB8978-1996规定的一级标准即COD小于100mg/L；酚类小于0.5mg/L；氤小于23mg/L；SS小于70mg/L；油小于10mg/L；氨氮小于15mg/L；PH6〜9。2.2工艺设计原则确定处理工艺的依据有以卜•几点：(1)污水处理程度。(2)处理规模和污水水质质量变化规律。(3)新工艺及类似污水工程资料。(4)污泥处理的工艺。 污水处理的程度：确定污水处理程度主要需要考虑收纳水的功能，水环境质量要求，污染状况和口静能力，处理后的污水是否冋用等因素。处理规模和污水水质和水量变化规律：污水处理规模也是影响工艺选择的重要因素。某些处理工艺，如完全混合曝气池，塔式生物滤池和竖流式沉淀池只适用水量不人的小型污水处理厂，因此处理方案也要处理规模调整。新工艺及类似污水工程资料：采用先进技术，应做到技术上先进可靠，经济上高效节能。对于采用新工艺，新技术的设计，应对其设计参数和技术经济指标作精心选择。污泥处理工艺：污泥处理工艺作为污水处理系统方案的一部分，决定于污泥的性质与污泥的出路(农用，填埋，排海等)。污水处理构筑物排出的剩余污泥性质的不同，对选用污泥处理工艺有较大的影响。2.3工艺确定焦化废水中氨氮、冇机物、油类、悬浮物等难降解物质含量较高。为了更好的去除氨氮、难降解有机物，而且经上述比较知物理处理效果较差、化学处理费用较高、循环废水处理会有后续污染问题，本次采用生物处理工艺[7]o生物处理工艺适合于屮小型污水处理厂的脱氮除磷工艺比较多，常用的生物处理焦化工艺有：A0工艺、氧化沟工艺、SBR工艺、生物滤池、生物转盘法、生物流化床等，但是基于考虑可行性、经济性等原则，采用”/0法。A2/0是厌氧一缺氧一好氧生物脱氮除磷工艺的简称，其工艺的特点:(1)厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类的微牛物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮功能;(2)在脱氮去除有机物的工艺中，该工艺流程较为简单，总的水力停留时间也少于同类其它工艺。⑶在厌氧•缺氧•好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100,不会发生污泥膨胀。⑷厌氧•缺氧池只需要轻微搅拌，使之混合，而不以增加溶解氧为限。A?/O工艺将反硝化段设置在系统的前面，因此乂称为前置式反硝化生物脱氮系统。反硝化反应以污水中的有机物为碳源，曝气混合液屮含冇大量硝酸盐，通过内循环回流到缺氧池屮，在缺氧池屮进行反硝化脱氮。A0.4mis10.4x0.52＞进水穿孔花墙：进水采用穿孔墙进水,穿孔花墙的开孔总面积为过水断面积的6%・20%,贝U过孔流速为：V2QB2h2n{式中v2——穿孔花墙的过孔流速(mis),-般采用0.05-0.15/n//H1； B2——孔洞的宽度，m；%.空洞的高度,m；n}——空洞数量，个。设计中取B2=O.lm；/i2=0.2m；®=10,则V20.098410x0.1x0.2x4=0.12加/s3.5.4排泥装置沉淀池采用行车式吸泥机，吸泥机设于池顶，吸管伸入沉底，吸泥机行走时将污泥排除池外。斜板二沉池的平面图如5-1所示。3.6混凝沉淀池361设计说明混凝沉淀分为药剂投加部分、混合搅拌部分、絮凝反应部分、沉淀部分。如图6-1： 1—搅拌池2、4—阀门3—投药箱5—漏斗6-高压水管7—水射器8—原水进水管9—絮凝沉淀池图6-1混凝沉淀池3.6.2设计计算（1）投药量计算①投加PAM聚丙烯酰胺：浓度一般为0.5%—2.0%,选择1%,即1000ml水中加入lmgPAM（有实验确定）。G=10000x365x1三1000三1000=3.65t/a每Fl投加量：Go=1.0kg②投加PFS聚合硫酸铁：一般使用浓度为5%—10%,采用8mg/l（经实验确定）。G=10000x365x8^1000m1000=29.2t/a毎日投加量：G（）=80kg③药剂投加方式：药剂投加方式有湿式法和干式法，本次设计采用干式法，干式法包括重力投加和压力投加，采用压力法中的水射器投加法。（2）混合搅拌池的计算①混合方式I⑹比较见表6.1：表6.1机械混合方式方式优缺点使用条件适用于一级泵房离处理构筑物120m以内的各种规模优点：1、设备简单2、混合充分，效果较好水泵混合3、不另消耗动能缺点：1、吸水管较多时，投药设备要增加,安装、管理鮫麻烦2、配合加药白动控制较怵1难 管式混合3、G值相对较低优点：1、设备简单，维护管理方便2、不占地缺点：1、当流量减小时，可能在管中反应沉淀适用于水量变化不人的场合混合池混合2、一般管道均和效果较差，水头损失较人优点：1、混合效果较好2、某些池型能调节水头高低，适应流量变化适合人屮型规模污水处理厂机械混合缺点：1、占地面积较人2、某些进水方式要带大量气体优点：1、混合效果好2、水头损失较小3、混合效果基本不受水量变化彩响缺点：1、需耗动2、需建混合池3、悸理维护较复杂适用于各种规模水厂经比较，木设计采用机械混合。①搅拌池设计计算1＞搅拌池有效容积：=Qxt式屮t混合时间，一般可采用10-30s；Q——平均流量，m3/do设计中取r=20s,贝ij=0.1157x20=2.315/2＞搅拌池当量直径D,当搅拌池为矩形时，其当量直径为D=^4xLW式屮L——搅拌池长度，m；W搅拌池宽度，m。设搅拌池为正方形，则L=W,池深选择H=1.5m则L=W=1.24m=4xl.24xl.24=2.487/73＞混合搅拌器功率计算：混合需要的功率： N严迟KWq1000式中N?……混合功率，kW；Q混合搅拌池流量，加"Is；t——混合时间，20s；〃——水的粘度，20°C时，为1.OO5X1O3Pa^s；G——500—1000S-1,取1000S-1；则Nq=1.005x10_3x0.1157x20xl0002/1000=2.32kW4＞转速及搅拌功率计算：N=NppMl2g式屮竹……功率准数，s/d=l,z=3,则竹=0.32；p水的密度，1000kg/m3；d——搅拌器直径(0.2-0.5)D,取d=0.3D=0.774m；v搅拌器外边缘线速度,一般在3-15m/5,取v=l0m/s；n转速,n=—==4.12/75；7id3」4x0.774则N=0.32x1000x4.123x0.7745/102x9.81=6.19kW5)电动机功率：NA=KgN/i]式中Kg--电动机工况系数，当每R24h连续运行时，取1.2；耳一机械传动总效率，取70%；则Na=1・2x6」9/0.7=10.6kW絮凝反应池①设计说明水与药剂的混合作用完成后，水中胶体等微小粒子已有初步凝聚现象，产生 了微小絮体，但还未达到门然沉降程度。絮凝池应与沉淀池连接起来建造，这样布置紧凑、可节省造价。不同形式絮凝池比较表6.1：表6.2絮凝池I⑹形式优缺点适用条件往复式隔板絮凝池优点：1、絮凝效果綾好2、构造简单，施工方便缺点：1、絮凝吋间较长2、水头损失较大3、转折处絮凝粒易破碎4、出水流量不易分配均匀1、水量大于3OOOOm3/d的水厂2、水量变动小折板絮凝池优点：1、絮凝时间短2、絮凝效果好缺点：1、构造较复杂水量变化不大的水厂回转式隔板絮凝池优点：1、絮凝时间短2、水头损失小3、构造简单，管理方便1、水量变化不大且水量大于3()()()m3/d的污水处理厂2、适合汨池改建和扩建机械絮凝池优点：1、絮凝效果较好2、水头损失较小3、对适应水质、水量的变化缺点：需机械设备和经常维修大小水量均适川，并适应水量变动较大的水厂木次设计经比较选用机械絮凝池。①设计参数1＞絮凝时间采用10一15min,取15min；2＞叶轮桨板中心线速度，从第一排的0.5m/s,逐渐减少到最后一排0.1m/s；3＞水平式搅拌轴应设于池屮水深1/2处，垂直式搅拌轴设于池屮间，上桨板顶端在水面卜0.3m处，卜•桨板底端距池底0.3—0.5m,桨板外缘离池壁不大于0.25m；4＞每排搅拌叶轮上的桨板总面积为水流截面积的10%—20%,不宜超过25%,每块桨板的宽为桨板长的1/5—1/10,一般采用10—30cm；5＞絮凝池深度应根据处理工艺流程要求确定，一般为3-4mo②设计计算1＞池体尺寸(1)每池容积W,池数2个，絮凝时间T=15min,贝ij ―竺=10000x15=52/60〃60x2x242）池高为3—m,选择3.6m,即有效水深H】二3.6m,超高取h二0.3m,则絮凝池总咼:H=H+h=3.6+0.3=3.9/??3）池平面尺寸,设1个搅拌机，设池长L=4m,则宽B=W/L=52/4=3.6m2＞搅拌设备1）叶轮的构造参数叶轮直径取D=2.0m,桨板长度取L=1.4m,桨板宽度b二0.12m；每个叶轮上的桨板数口尸8块，内外侧各4个，内外两桨板间距S=0.3m,旋转桨板面积与絮凝池过水断面积之比为：—=8x0,12x14=10.37%,介于10%—20%,符合要求。BH3.6x3.6叶轮半径：“外二D/2=lm由叶轮半径与桨板宽度及桨板间净距之差可知:辺内二0.58mrj外二0.88m“外=lm门内二0・46m2）叶轮转数:60vn0=码）式中-・・・・・叶轮桨板中心点的线速度，采用v=0.5m/s；……叶轮上桨板中心点的旋转直径，取1.46m；则"厂船!3）叶轮旋转的角速度w=2v/D（）=2x0.5/l.46=0.69rad/s4）叶轮功率No：每个叶轮旋转时，克服水的阻力所消耗的功率No为N0=yklw3（r24-ri4）/408式中y毎个叶轮上的桨板数目，此处为8个;1桨板长度，此处1.4m；叶轮半径，m；ri叶轮半径与桨板宽度之差，m；W——叶轮旋转的角速度,为0.69rad/s；k——系数，k=|/p/2g;p水的密度，1000kg/m3； 屮一阻力系数，根据桨板宽度与t度之比b/1确定，见表6.3下:表6.3阻力系数与b/1关系b/1<11—22.5—44.5—1010.5—18>18屮1」01」51」91.291.402.00本题b/l=0.12/1.4=0.085<1故屮=1.10,故k=l.10x1000/(2x9.81)=56.1外侧桨板:N外=ykl(r24-ri4)w3/408=4x56.1x1.4(14-0.884)x0.693/408=0.1kW内侧桨板:Nrt=ykl(r2内5内4)w3/408=4x56.1x1.4(0.584-0.464)x0.693/408=0.017kW所需电动机功率N1>絮凝池所需总功率；N()二N外+N^=0.1+0.017=0.117kW2>搅拌器机械总效率1]!=0.8,传动效率112=0.75,则电动机所需效率为N=No/(n1r|2)=0.117/(0.8x0.75)=0」95kW3>絮凝池进出管进口流速0.5—0.7m/s：DNi=(4Q/kv)a0.5=(4x0.0289/(3.14x0.6))a0.5=0.25,取DN)250mm出口流速0」—0.2m/s：DN2=(4Q/7cv)A0.5=(4x0.0289/(3.14x0.15))A0.5=0.5m,取DN2500mm(4)沉淀池①中心管[⑷直径:d=(4q/7rV])A0.5式屮V]进水屮心管最大流速为0.3m/s,取0.3m/s,贝Ud=(4x0.1157/(3.14x0.3))A0.5=0.7m②池子直径：D=(4q(v1+V2)/(7iviv2))a0.5式中V2池内水流上升流速0.05m/s；D=(4x0.1157x(0.3+0.05)/(3.14x0.3x0.05))A0.5=1.85m③水流部分咼度：h2=V2t式中t……一般在20-60s,取20s,则 h2=0.05x20=Im①沉砂部分所需容积：V=QXTx86400/(Kg106)式屮X--污水沉砂量，一般釆用30m3/106m3污水；T---・两次清除沉砂相隔的时间，一般2d；Kg--污水变化系数，取1.2。V=0.1157x30x2x86400/(1.2x106)=0.50m3②沉砂部分高度h4：h4=(R-r)tan55°式中R——沉砂室锥底直径，取0.7m；r圆截锥部分下底半径，取0.25m。h4=(0.7-0.25)tan55°=0.65m③池总高度：H二h]+112+113+114式中hi超高，取0.3m；h3……中心管底至沉砂砂面的距离，一般0.25moH=0.3+1.0+0.25+0.65=2.2m构造如图6-2： 图6-2竖流式沉淀池3.7消毒池3.7.1消毒设施的设计污水经过以上构筑物处理后，虽然水质得到了改善，细菌含量也大幅度的减少，但是细菌的绝对值仍然十分可观，并存在病原菌的可能。因此，污水在排放水体前，应进行消毒处理。曲于焦化废水中含有大量的有机物、酚、氟等，本工艺选用二氧化氯消毒。3.7.2消毒池的作用二氧化氯消毒池除了消毒外，述起到去除酚、飢化物的作用。实验结果I⑸如表7.1。表7.1污染物挥发酚氧化物进水含S.(mg/I)900200出水含量(mg11)0.50.5去除率99.94%99.75%3.7.3二氧化氯的投加量二氧化氯的投加量：式中m——每小时二氧化氯的投加量，g/h;a每升废水的投加量，取1.5mg/1,；Q废水流量，m3/do则m=1.5x1200024=150g/h3・7・4消毒池的设计 (1)按设备要求，渠道深度为0.2m,设渠中水速为03mls,设2个，渠道过水面积：人Q10000x1.2…°A=—==0.23m"2V0.3x24x3600x2(2)渠道宽度:h=A=°"23=1.15mH0.2(3)渠道总长度设为5m。3.8污泥浓缩池3・&]概述浓缩池将对二沉池剩余污泥和混凝沉淀池进一步浓缩，污泥浓缩的对彖是颗粒间的空隙水，浓缩的冃的是在于缩小污泥的体积，便于后续污泥处理。浓缩前污泥含水率为99%,浓缩后污泥含水率为97%,本设计采用竖流浓缩池。3.8.2污泥量计算(1)二沉池剩余污泥量：W=aQf)Sr-bVXv+Ll.Qpx50%式中w——剩余污泥量，kg/d；污泥产率系数(如kg.BODJ,一般采用0.5-0.7[,01；b污泥自身氧化系数(J-1)；一般采用0.05-0.1[10]；Qp-平均日废水流量,m"d；Lr……反应池去除SS浓度，kg/m3；Lr=150-70=70mg//=0.07/m3；Sr——反应池去除BOD浓度，=3000-30=2700mg/1=2.7kg/m3；(2)湿污泥含量：Ww=51000(1-/?)式111y湿污泥量，卅Id；污泥含水率，一般取99%。 -1000(1-99%)~1285,01,77ld(1)混凝沉淀池污泥计算：因为二沉池剩余污泥远大于混凝沉淀池污泥，所以混凝沉淀池的污泥可以忽略［⑸。3.8.3竖流浓缩池的计算进入浓缩池的剩余污泥为=0.01487m3/5,采用4个浓缩池，则单24x3600个池的流量：0=0,0^87=0.0037m3o1＞中心进泥管面积：式中f・一…浓缩池中心进泥管面积，加2.Q一■…中心进泥管设计流量，加3Is；心……中心进泥管流速，加/$；do……屮心进泥管直径，mo设计屮取vo=O.O3m/5,则0.00370.03[4x0.12V3.140.40m设计屮取d()=().4m,每池的进泥管采用DN150mm；管内的流速：=0.21m/s―40_4x0.0037V~~—ttD23」4x0 2＞中心进泥管喇叭II与反射板Z间的缝隙高度0Vxdx7l式屮心——屮心进泥喇叭口与反射板之间的板缝高度，m；儿……污泥从屮心管喇叭与反射板Z间缝隙流出速度（m/s）,一般采用0.02-0.03m/5[,11o喇叭口直径m,—般采用£=1.35d（）。设计中取儿=0.02/77/5,d{=1.35Jo=0.54m,则0.00370.02x3.14x0.54=0.1m3＞浓缩后分离出的污水量:Ox卩一p（）100-p0式中q——浓缩后分离出的污水量，m3/5；Q—进入浓缩池的污泥量，加3/S；P……浓缩前污泥含水率，一般采用99%U1J；1儿一——浓缩后污泥含水率，一般采用97%[11]；99—97则q=0.0037x————=0.0025m3/s100-974＞浓缩池水流部分的面积：V式中F……浓缩池水流面积，血2；v——污水在浓缩池内上升流速（加/$）,—般采用0.00005-0.0001m/5[I1]o设计中取v=0.0001m/5,则厂0.0025x2F==25/n0.00015＞浓缩池直径: 6＞有效水深:式中h2,一…浓缩池有效水深，m；t浓缩时间(h),—般采用10-16h[11]；设计中取z=10h,贝ijh2=0.0001x10x3600=3.6/n7＞浓缩后剩余污泥量2.式中0——单池浓缩后剩余污泥量，”Is；0=0.0037X100~"=106.56m3Id100-978＞浓缩池污泥斗容积：污泥斗设在浓缩池底部，采用重力排泥，则h5=tana(R-r)式屮h5——污泥斗高度，m；a……污泥斗倾角，原型池体污泥斗倾角不小于55。；r污泥斗底部半径，一般采用0.5mx0.5/nlllJ；R——浓缩池半径，m。设计屮取q=55。，r=0.25m,/?=2.95m,贝I」h5=tan55°(2.95-0.25)=3.86加污泥斗容积：V=牛x3.86x(2.952+2.95x0.25+0.252)=3&39/9＞污泥在污泥斗屮停留的吋间: 36000式屮v-…-污泥斗容积,/n3；T--…污泥在污泥斗中停留的时间，ho38.390.0012x3600=8.89/?10＞浓缩池总高度:h=/?]+亿+力3+力4+力5式中h——浓缩池高度，m；/?,超咼，rn；h4——缓冲层高度，mo设计屮取人二0.3m,/?4=0.3m,则/?=0.3+3.6+0.11+0.3+3.86=8.17m11＞溢流堰浓缩池溢出水经过溢流堰进入出水槽，然后汇入出水管排出，出水槽流量9=0.0025//$,设出水槽宽度=0.15/77,水深0.05m,则水流速度：q0.0025心/vlt)=——==0.33m/smbh0.15x0.05溢流堰周长：C=7i(D—2b)式中C--溢流堰周长，m；D——浓缩池直径，m。则C=3.14(5.7-2x0.15)=16.96m溢流堰采用单侧90。三角出水堰，三角堰顶宽0.16m,深0.08m,每格沉淀池有110个三角堰。三角堰流量％：0.0025=0.000023//$三角堰水深: hf=0.7於式屮q.……每个三角堰流量，加As；hr三角堰堰水水深，m。/?/=0.7xO.OOO2304=0.0097m三角堰自由跌落()」m,则出水堰水头损失为0.1097mo12＞溢流管：溢流水流量为0.0025m3Is,设溢流管管道DN150mm。13＞排泥管浓缩后剩余污泥量为0.0012加3心，污泥量较小，采用间歇排泥方式，污泥斗容积38.39m3,污泥管道选用DN150mm,每次排泥时间0.5h,每日排泥2次,间隔时间12h。每Fl排泥量％=80/"=00222//$,则管内流速:=1.26m/54q_4x0.0222拆一3」4x0.15214＞竖流浓缩池计算见图如下:3.9污泥消化池3.6.1消化池的容积：V=2np 式屮V—■…消化池容积，m3；Q污泥量，m3Id；p投配率，一般米用5%-85；消化池个数。设计屮取/7=0.05,由前而的资料可知Q=106.56x4=426.24n?/d,采用4座消化池，则毎座池子的有效容积:v_426.24-4x0.05=2131.2/⑵各部分尺寸的确定1＞消化池直径D：设计中取16g2＞集气罩的直径小一般采用l・2mW设计中取2g3＞池底锥底直径—般采用0.5-2m［，n,设计中取2m；4＞集气罩高度/?|：一般采用设计屮取2m；5＞上锥体高度h2=tanax(D-dx2式屮e上锥体倾角，一般釆用15°-30°:设计中取Q严30。，贝【J16-2/?.=tan30°()=2.55m-26＞消化池主体高度h.=9m；7＞卜椎体的高度：h4=tan(72(P-d2式屮6Z2下锥体倾角，一般采用5°-15°； 设计中取a.=10°,则九=tan30°(—)=1.23加28＞消化池总高度：H=/?|+他+心+力4=2+2.55+9+1.23=14.78/w总高度和圆柱直径的比例：-=^=0.92,符合(0.8・1)的要求。D169＞消化池示意图见图9-1：(3)各部分容积1＞集气罩容积：119.V.=—7id}h,=—x3」4x2~x2=6.2&?r141142＞弓形部分容积：V2=-仏[3(—)2+3(岂)+雋]=268.9Im3~6-223＞圆柱部分容积:V3=-7rD2h3=1808.64m34＞下椎部分容积：V4=-h4X[(-)2+2X生+(冬)2]=93.98m34342222 5＞消化池有效容积:V()=V2+V3+V4=268.91+1808.64+93.98=2171.53m3Vo=2171.53m3>2131.2m3,符合要求。4平面布置4・1总平面布置原则该污水处理厂为新建工程，总平面布置包扌取污水与污泥处理工艺构筑物及设施的总平而布置，各种管线、管道及渠道的平而布置，各种辅助建筑物与设施的平面布置。总图平面布置时应遵从以卜•几条原则。处理构筑物与设施的布置应顺应流程、集中紧凑，以便于节约用地和运行管理。工艺构筑物与不同功能的辅助建筑物应按功能的差界，分别相对独立布置，并I•办调好与环境条件的关系（如地形走势、污水出口方向等）。构（建）Z间的间距应满足交通、管道（渠）敷设、施工和运行管理等方面的耍求。管道（线）与渠道的平面布置，应与其高程布置相协调，应顺应污水处理厂各种介质输送的要求，尽量避免多次提升和迂回曲折，便于节能降耗和运行维护。协调好辅建筑物、道路、绿化与处理构（建）筑物的关系，做到方便生产运行,保证安全畅道，美化厂区环境。4.2总平面布置结果焦化废水经处理后由该排水总干管和泵站排入河流。总平而布置参见附图1（平而布置图）。5高程布置及计算5.1高程布置原则①充分利用地形地势及城市排水系统，使污水经一次提升便能顺利自流通过污水处理构筑物，排出厂外。②协调好高程布置与平面布置的关系，做到既减少占地，乂利于污水、污泥输送，并冇利于减少工程投资和运行成本。 ①做好污水高程布置与污泥高程布置的配合，尽量同时减少两者的提升次数和高度。②协调好污水处理厂总体高程布置与单体竖向设计，既便于正常排放，又有利于检修排空。5.2高程布置结果计算过程见附表2水力计算表。总高程布置参见附图2(高程图)。参考文献：[11杨云龙，白晓平.焦化废水中几种典型难降解有机物的特性研究及处理技术卩].重庆环境科学,2001,23(4):39-41.[2]金兆丰，余志荣.污水处理组合工艺及工程实例[M].北京：化学工业出版社,2003.[3]田颖,王丽华常瑞卿，丁红,王金梅.焦化废水深度处理试验卩]・环境工程,2011,29(3):1-5.[4]沈燿良，王宝贞.废水生物处理新技术-理论少应用[M].北京：中国环境科学出版社.2001,167-227.[5]马雁林.焦化废水生物脱氮处理开工调试[J].给水排水,2000,26(12):51.⑹白晓就超声波技术与污水污泥及难降解废水处理[M].工业水处理,2002.20(12):8-10.[7]麦文宁.生物化工废水处理技术及工程实例(第一版)[M].北京：化学工业出版社、环境科学与工程出版111心,2002.[81赵庆良,李伟光.特种废水处理技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版|±,2004,68-99.19]高廷耀，顾国维，周琪.水污染控制工程(下册)[M].北京：高等教育出版设.LI0J王良军，吴孟周.石油化工废水处理设计手册[MJ.北京：中国石化出版社，2002,129-130.[11]韩红军，杜茂安.水处理工程设计计算[M].北京：中国建筑工业出版社,2011.[12]王郁,林冯凯.水污染控制工程[M].北京：化学工业出版社,2011,263-364.113J单明军，吕艳丽.焦化废水处理技术[M].北京：化学工业出版ft.2009,55-56.L14J崔玉川.废水处理工艺设计计WLMJ.北京：水利工业岀版社，1994.[15]赵庆良，李伟光.特种废水处理技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业人学出版社.2003,72-73.[16]闪红光.环境保护设备选用手册——水处理设备[M].北京：化学工业出版ft,2002. 致谢：本设计的完成是在我们的导师宋娟娟老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解，使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费宋老师很多的宝贵时间和精力（不管是工作还是休息时间），在此向导师表示衷心地感谢！导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使我受益终半！在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！附录：焦化废水处理工艺设计平面布置图、高程图。'