南昌某氧化沟法城市污水处理厂的初步设计
摘要:对几种城市污水处理工艺方案作了比较,结合南昌市的气候特点、水质条件等,最终选择了卡鲁塞尔氧化沟工艺。然后对其进行初步设计,并对重要的构筑物进行设计计算。
关键词:卡鲁塞尔氧化沟;污水处理;初步设计
0 前言
随着工业的发展和城市的不断扩大,许多天然水体受到城市污水、工业废水的严重污染,为了保护人类宝贵的水资源,并使经济与环境保护协调发展,污水处理就成为一项重要措施。在城市污水处理中,各种工艺也已取得了长足进展。氧化沟处理工艺作为城市污水和工业废水处理中有较强竞争力的二级生物处理技术已被世界各国广泛采用。
1 概论
1.1 自然环境概况
南昌市地处北半球亚热带内,受东亚季风影响,形成了亚热带季风气候。市内热量丰富,雨水充沛,光照充足,且作物生长旺季雨热匹配较好,为农业生产提供了有利气象条件,素有鱼米之乡的美誉。但是,由于每年季风强弱和进退迟早不同,气温变化较大,降水分布不均,高温干旱,低温冷害和暴雨洪涝等气象灾害发生较频繁,给人们生产、生活带来不利影响。
1.2 污水处理厂建设规模
设计的污水处理厂日处理污水量60000m3/d。污水处理厂占地面积约为260m×280m,绿化带面积占全厂面积的1/5左右,一次性建设完成。
1.3 污水处理厂进出水水质
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2 污水处理工艺方案比较
2.1 工艺方案分析
具有脱氮除磷效果的各种城市污水处理工艺比较见表2[1]。
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2.2 推荐方案
通过初步比较,最后确定推荐方案是卡鲁塞尔氧化沟工艺,原因有以下几点:
(1)处理流程简单,构筑物少,基建费用较省;
(2)处理效果好,有较稳定的脱氮除磷功能;
(3)对高浓度工业废水有很大的稀释能力;
(4)有抗冲击负荷的能力;
(5)能处理不易降解的有机物,污泥生成少;
(6)技术先进成熟,管理维护较简单;
(7)国内工程实例较多,容易获得工程管理经验。
卡鲁塞尔氧化沟工艺流程简图见图1。
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3 氧化沟的设计计算
3.1 碱度平衡计算
(1)由于设计的出水BOD5为20mg/L,处理水中非溶解性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———为出水BOD5浓度(mg/L)。所以处理水中的溶解性BOD5为20-13.6=6.4mg/L。
(2)采用污泥龄20d,则每组氧化沟日产污泥量根据公式可得:
aQLr1+btm=0.6×20000×(200-6.4)1000×(1+0.06×20)=1056.0kg/d
式中:Q为氧化沟设计流量(m3/d);
a为污泥增长系数(kg/kg),一般为0.5～0.7,这里取0.6;
b为污泥自身氧化率(1/d),一般为0.04～0.1,这里取0.06;
Lr为(L0-Le)去除的BOD5浓度(mg/L);
tm为污泥龄(d),10d～30d;这里取20d;
L0为进水BOD5浓度(mg/L);
Le为出水溶解性BOD5浓度(mg/L)。
总日产污泥量为:1056×3=3168.0kg/d,一般情况下,其中有12.4%为氮,近似等于总凯式氮(TKN)中用合成部分为:12.4%×3168=392.8kg/d,TKN中有392.83×1000/60000=6.6mg/L
用于合成;
需用于还原的: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所产生的碱度(以CaCO3计)约为1mg碱度/去除1mgBOD5,进水中的碱度为280mg/L,所需碱度一般为7.1mg碱度/mgNH3-N氧化,还原为硝酸盐;氮所产生的碱度3.0碱度/mgNO3-N还原,每去除1mgBOD5产生0.1mg碱度。剩余碱度=280-7.1×21.4+3.0×11.45+0.1×193.6=181.77mg/L
3.2 硝化区容积计算
硝化所需氧量NOD=4.6mg/mg,NH3-N氧化,可利用氧2.6mg/mgNO3-N还原。脱氮速率: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)。
所以实际污泥龄:t-∞=10.204=4.8d。
采用安全系数为3,所以设计污泥龄=3×4.8=14.4d。
原假定污泥龄为20d,则硝化速率μN=120=0.05L/d。
单位基质利用率:μ=μN+ba=0.05+0.060.6=0.183kg/(kg·d)。式中:μN为硝化速率(1/d);
a为污泥增长系数(kg/kg),一般为0.5～0.7,这里取0.6;b为污泥自身氧化率(1/d),一般为0.04～0.1,这里取0.06。
氧化沟活性污泥浓度(MLSS)一般为2000mg/L～6000mg/L,这里取MLSS=4000mg/L,在一般情况下,MLVSS与MLSS的比值是固定的,在0.75左右,这里取0.75,所MVLSS=0.75×4000=3000mg/L,每组氧化沟所需MLSS总量为:214×200000.183×1000=23388kg,硝化容积:VN=233883000×1000=7796m3,水力停留时间:tN=(779620000)×21=9.4h,3组氧化沟所需MVLSS总量=23388×3=70164kg,3组氧化沟所需硝化容积=7796×3=23388m3。
3.3 反硝化区容积
12°C时,反硝化速率为:qDN=(0.03FM+0.029)θT-20=(0.03×2004×103×1624+0.029)×1.0812-20=0.02kg/(kg·d)
式中:F为有机底物降解量,即BOD5浓度(mg/L);
M为微生物量(mg/L);
F/M为污泥负荷,kg2BOD5·(kgMLSS·d)-1;
θ为脱硝温度修正系数,取1.08。
还原NO3-N的总量:11.45/1000×60000=687kg,脱氮所需MLSS=6870.017=40411.8kg,脱氮所需池容VDN=40411.82.8=14432.8m3,每个脱氮所需池容为14432.83=4810.9m3,水力停留时间tDN=14432.8/60000×24=5.8h。
3.4 氧化沟总容积
总水力停留时间t=tDN+tN=5.8+9.4=15.2h,与一般取值10h～24h之间一致。总池容V=VDN+VN=14432.8+23388=37820.8m3,每组氧化沟的总池容为37820.8/3=12606.9m3。
3.5 氧化沟的尺寸
采用4廊道式卡鲁塞尔氧化沟,根据所采用的曝气设备,池深为2.5m～8m,氧化沟采用表面曝气机,故取有效水深为4.5m,宽9m。则总沟长为12606.9/4.5×9=311.3m。
其中好氧段长度为23388/3×4.5×9=192.5m,缺氧段长度为14432.8/3×4.5×9=118.8m,弯道处长度为3×π×9+2×9+π×9×2/2=131.0m,则单个直道长为311.28-131.04/4=45m,所以氧化沟总池长为45+9+9=63m,总宽度为4×9=36m。
4 结束语
氧化沟的对温度是有一定要求的,在我国的北方地区是不适合用氧化沟工艺,氧化沟工艺结合其它的工艺一起处理食品工业废水效果也是很好的,相信氧化沟工艺在处理废水方面会有更大的发展。
参考文献:
[1] 刘天齐.三废处理工程技术手册(废水卷)[M].北京:化学工业出版社,2001.
[2]唐受印,戴友芝.水处理工程师手册[M].北京:化学工业出版社,2001.
[3]史惠祥.实用水处理设备手册[M].北京:化学工业出版社,1999.
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