南昌某氧化溝法城市污水處理廠的初步設計
摘要:對幾種城市污水處理工藝方案作了比較,結合南昌市的氣候特點、水質條件等,最終選擇了卡魯塞爾氧化溝工藝。然后對其進行初步設計,并對重要的構筑物進行設計計算。
關鍵詞:卡魯塞爾氧化溝;污水處理;初步設計
0 前言
隨著工業的發展和城市的不斷擴大,許多天然水體受到城市污水、工業廢水的嚴重污染,為了保護人類寶貴的水資源,并使經濟與環境保護協調發展,污水處理就成為一項重要措施。在城市污水處理中,各種工藝也已取得了長足進展。氧化溝處理工藝作為城市污水和工業廢水處理中有較強競爭力的二級生物處理技術已被世界各國廣泛采用。
1 概論
1.1 自然環境概況
南昌市地處北半球亞熱帶內,受東亞季風影響,形成了亞熱帶季風氣候。市內熱量豐富,雨水充沛,光照充足,且作物生長旺季雨熱匹配較好,為農業生產提供了有利氣象條件,素有魚米之鄉的美譽。但是,由于每年季風強弱和進退遲早不同,氣溫變化較大,降水分布不均,高溫干旱,低溫冷害和暴雨洪澇等氣象災害發生較頻繁,給人們生產、生活帶來不利影響。
1.2 污水處理廠建設規模
設計的污水處理廠日處理污水量60000m3/d。污水處理廠占地面積約為260m×280m,綠化帶面積占全廠面積的1/5左右,一次性建設完成。
1.3 污水處理廠進出水水質
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2 污水處理工藝方案比較
2.1 工藝方案分析
具有脫氮除磷效果的各種城市污水處理工藝比較見表2[1]。
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2.2 推薦方案
通過初步比較,最后確定推薦方案是卡魯塞爾氧化溝工藝,原因有以下幾點:
(1)處理流程簡單,構筑物少,基建費用較省;
(2)處理效果好,有較穩定的脫氮除磷功能;
(3)對高濃度工業廢水有很大的稀釋能力;
(4)有抗沖擊負荷的能力;
(5)能處理不易降解的有機物,污泥生成少;
(6)技術先進成熟,管理維護較簡單;
(7)國內工程實例較多,容易獲得工程管理經驗。
卡魯塞爾氧化溝工藝流程簡圖見圖1。
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3 氧化溝的設計計算
3.1 堿度平衡計算
(1)由于設計的出水BOD5為20mg/L,處理水中非溶解性BOD5值可用下列公式求得BOD5f=0.7×Ce×1.42(1-e-0.23×5)=0.7×20×1.42×(1-e-0.23×5)=13.6mg/L
式中:Ce———為出水BOD5濃度(mg/L)。所以處理水中的溶解性BOD5為20-13.6=6.4mg/L。
(2)采用污泥齡20d,則每組氧化溝日產污泥量根據公式可得:
aQLr1+btm=0.6×20000×(200-6.4)1000×(1+0.06×20)=1056.0kg/d
式中:Q為氧化溝設計流量(m3/d);
a為污泥增長系數(kg/kg),一般為0.5～0.7,這里取0.6;
b為污泥自身氧化率(1/d),一般為0.04～0.1,這里取0.06;
Lr為(L0-Le)去除的BOD5濃度(mg/L);
tm為污泥齡(d),10d～30d;這里取20d;
L0為進水BOD5濃度(mg/L);
Le為出水溶解性BOD5濃度(mg/L)。
總日產污泥量為:1056×3=3168.0kg/d,一般情況下,其中有12.4%為氮,近似等于總凱式氮(TKN)中用合成部分為:12.4%×3168=392.8kg/d,TKN中有392.83×1000/60000=6.6mg/L
用于合成;
需用于還原的:NO3-N=21.45-10=11.45mg/L
需用于氧化的:NH3-N=30-6.6-2=21.4mg/L,(NO3-N<10mg/L,NH3-N<2.0mg/L)。
(3)一般去除BOD5所產生的堿度(以CaCO3計)約為1mg堿度/去除1mgBOD5,進水中的堿度為280mg/L,所需堿度一般為7.1mg堿度/mgNH3-N氧化,還原為硝酸鹽;氮所產生的堿度3.0堿度/mgNO3-N還原,每去除1mgBOD5產生0.1mg堿度。剩余堿度=280-7.1×21.4+3.0×11.45+0.1×193.6=181.77mg/L
3.2 硝化區容積計算
硝化所需氧量NOD=4.6mg/mg,NH3-N氧化,可利用氧2.6mg/mgNO3-N還原。脫氮速率:qDN=0.0312kgNO3-N/(kgM2LVSS·d)。
硝化速率:μN=[0.47e0.098(T-15)]×[22+100.05×T-1.158]×[22+1.3]=0.209L/d (T=13.4)。
所以實際污泥齡:t-∞=10.204=4.8d。
采用安全系數為3,所以設計污泥齡=3×4.8=14.4d。
原假定污泥齡為20d,則硝化速率μN=120=0.05L/d。
單位基質利用率:μ=μN+ba=0.05+0.060.6=0.183kg/(kg·d)。式中:μN為硝化速率(1/d);
a為污泥增長系數(kg/kg),一般為0.5～0.7,這里取0.6;b為污泥自身氧化率(1/d),一般為0.04～0.1,這里取0.06。
氧化溝活性污泥濃度(MLSS)一般為2000mg/L～6000mg/L,這里取MLSS=4000mg/L,在一般情況下,MLVSS與MLSS的比值是固定的,在0.75左右,這里取0.75,所MVLSS=0.75×4000=3000mg/L,每組氧化溝所需MLSS總量為:214×200000.183×1000=23388kg,硝化容積:VN=233883000×1000=7796m3,水力停留時間:tN=(779620000)×21=9.4h,3組氧化溝所需MVLSS總量=23388×3=70164kg,3組氧化溝所需硝化容積=7796×3=23388m3。
3.3 反硝化區容積
12°C時,反硝化速率為:qDN=(0.03FM+0.029)θT-20=(0.03×2004×103×1624+0.029)×1.0812-20=0.02kg/(kg·d)
式中:F為有機底物降解量,即BOD5濃度(mg/L);
M為微生物量(mg/L);
F/M為污泥負荷,kg2BOD5·(kgMLSS·d)-1;
θ為脫硝溫度修正系數,取1.08。
還原NO3-N的總量:11.45/1000×60000=687kg,脫氮所需MLSS=6870.017=40411.8kg,脫氮所需池容VDN=40411.82.8=14432.8m3,每個脫氮所需池容為14432.83=4810.9m3,水力停留時間tDN=14432.8/60000×24=5.8h。
3.4 氧化溝總容積
總水力停留時間t=tDN+tN=5.8+9.4=15.2h,與一般取值10h～24h之間一致？偝厝軻=VDN+VN=14432.8+23388=37820.8m3,每組氧化溝的總池容為37820.8/3=12606.9m3。
3.5 氧化溝的尺寸
采用4廊道式卡魯塞爾氧化溝,根據所采用的曝氣設備,池深為2.5m～8m,氧化溝采用表面曝氣機,故取有效水深為4.5m,寬9m。則總溝長為12606.9/4.5×9=311.3m。
其中好氧段長度為23388/3×4.5×9=192.5m,缺氧段長度為14432.8/3×4.5×9=118.8m,彎道處長度為3×π×9+2×9+π×9×2/2=131.0m,則單個直道長為311.28-131.04/4=45m,所以氧化溝總池長為45+9+9=63m,總寬度為4×9=36m。
4 結束語
氧化溝的對溫度是有一定要求的,在我國的北方地區是不適合用氧化溝工藝,氧化溝工藝結合其它的工藝一起處理食品工業廢水效果也是很好的,相信氧化溝工藝在處理廢水方面會有更大的發展。
參考文獻:
[1] 劉天齊.三廢處理工程技術手冊(廢水卷)[M].北京:化學工業出版社,2001.
[2]唐受印,戴友芝.水處理工程師手冊[M].北京:化學工業出版社,2001.
[3]史惠祥.實用水處理設備手冊[M].北京:化學工業出版社,1999.
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