废水处理工程设计步骤与方法

第一节废水处理工程设计步骤与方法概括地讲，废水处理工程设计步骤可以分为如下三步：①设计前期工作。②初步设计（扩大初步设计）。③施工图设计。现将这三个步骤的主要内容介绍如下。一、设计前期工作（一）调查研究调查研究包括厂内调查和厂外调查。1．厂内调查（1）工厂概况工厂概况包括工厂生产规模、产品品种、规格、各类产品的产量、主要生产工艺、用水情况、全厂职工人数、生活污水是否流入废水处理站等。在估计产量时，要估计今后5年内发展的可能性，有无转产或改变品种等情况，对现有废水处理或回收设备能力和状况应有确切的资料。（2）工厂平面布置情况全厂总平面图或地形图，比例1∶500，附风玫瑰图。（3）工厂管道布置情况全厂地下管道或明沟平面布置图，并提供管径、坡度、标高等。若原始资料不足，可进行实测，然后确定进入废水处理站管道或明沟的最低极限标高。（4）地质资料废水站附近建筑物情况和地质情况，主导风向，建站后对周围居民的影响，评价地质承载能力的地质资料，必要时在初步设计批准后进行地质钻探。在工程施工过程中，应考虑施工单位起重、运输、材料堆放的可能。建站后污泥应有运输车道及消防车道。在施工前征得城建、消防部门同意。（5）环境状况废水处理站附近城市下水道及河流状况（流量、断面、河床渗透能力），以及下游居民用水点的关系等，可分别到城建、环保、卫生防疫、水利、航道等部门走访了解。废水处理站应尽量设置在工业企业及居民区水体的下游及该地区主导风向的下风向，并远离居民点。2．厂外调查厂外调查情况复杂，调查对象应以同行业同类型或相似类型为主，有针对性地了解同类型厂的生产工艺、单位产品耗水量、废水流量及治理工艺、效益、管理的难易、投资大小、处理成本……。进行综合评价后，进行小试、中试，确立最佳处理工艺路线。避免对本厂水质、水量心中无数，草草选择某个方案，甚至盲目地照搬、照套，以致工程建成后，发挥不了应有效益，这种情况，在我国屡有发生，应予注意。（二）废水水质和水量的确定水质水量调查是设计工业污水处理厂（站）时，获得较准确的设计参数的重要方法，设计水质水量参数的准确与否，直接关系到处理流程选择及各构筑物的大小，从而也直接与该处理系统的造价有关，所以是很重要的。1．调查方法调查方法可以分为实测和校测两步。（1）实测一般说来，一个工厂企业排出的污水最后总汇集到一个或几个总排放口排到水体中，可以在总排放口设监测取样点，对该工厂或企业排出的污水取水样分析水质，并测定污水量。测定可以选在该厂生产正常情况下进行，可以连续测定三天。每10min取一个水样，并测定一次流量，这样可以获得昼夜水质水量的变化曲线，从而可以获得水质水量分析的各种数据。如水质水量的最大值、最小值、平均值；连续几小时的最大值或最小值，考虑到季节的变化，有条件时，最好选在用水量最大的季节测定。（2）校测在总排放口实测的同时，对该工厂或企业各种用水部门的用水量和水质同时分别进行测定，测定水量和各种污染物浓度，然后进行物料衡算，对总排放口测得的数据进行校核。其方法与步骤如下：①分项测定各用水排水部分的水质水量。②计算平均流量根据调查结果可以绘出各设备排水量随时间的变化曲线。根据曲线可以计算各设备的最大流量和平均流量。最大时流量可以直接从曲线上读出，平均流量按下式计算：n1为测定次数。各种系统的平均流量可按下式计算：n2为设备数量。这里所谓“系统”可以是工厂的车间，也可以是n个车间组成的分排水系统，或几个工厂组成的分支排水系统。③污水中各种污染物浓度的计算各种污染物浓度可用下式计算：式中L为污水中含有的某种污染物（如COD、BOD、SS等）的浓度（mg／L）；L1、L2、…Ln为各排水点污水中含有某污染物的浓度（mg／L）；n为排水点的数量；θ1、θ2、…θn为各排水点污水流量（m3／h）。各排水点污水中某种污染物的浓度系指多次分析的平均浓度，其浓度可以用下式计算：式中Ⅰ为各排水点污水中含有某污染物的平均浓度（mg／L）；I1、I2、…In′，为各排水点污水中含有某污染物的各次分析值（mg／L）；n′为取样分析次数。2．设计水质水量设计水质水量的确定可以有两种情况，一种是有上述调查资料时，可以用调查得来的最大时流量和平均水质浓度数据作为设计参数，另一种是如果没有调查数据则可参考类似厂的数据。（三）废水处理后的设计排放标准确定不同地区由于受纳水体的功能、作用、位置等因素的不同，要求排入的废水达到一定的标准，从而使污染物总量低于其环境的最大容量。例如，排入饮用水水源的废水就比排入灌溉水体的要求高。因此，要根据实际情况决定废水的排放标准。废水的设计排放标准对废水处理工程设计是一个非常重要的因素，排放要求高的废水处理工艺可能就复杂，工程量就大，反之亦然。我国制订了污水综合排放标准（GB8978-1996）。一般情况下可按照此排放标准进行设计。现将污水综合排放标准（GB8978-1996）的内容摘录如下：1．第一类污染物第一类污染物是指能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响者，含有此类有害污染物质的污水，不分行业和污水排放方式，也不分受纳水体的功能类别，一律在车间或车间处理设施排出口取样，其最高允许排放浓度必须符合表10-1的规定。2．第二类污染物第二类污染物是指其长远影响小于第一类的污染物质，在排污单位排出口取样，其最高允许排放浓度必须符合表10-2和表10-3的规定。GB8978-1996还针对一些行业的具体情况规定了一些最高允许排放定额和最高允许排水量或最低允许水循环利用率，在此不一一列举了。续表序号控制项目适用范围一级标准二极标准三级标准13磷酸盐(以P计)一切排污单位0.51.0__14甲醛一切排污单位1.02.05.015苯胺类一切排污单位1.02.05.016硝基苯类一切排污单位2.03.05.017阴离子表面活合成洗涤剂工业5.01520其他排污单位5.0102018总铜一切排污单位0.51.02.019总锌一切排污单位2.05.05.020总锰合成脂肪酸工业2.05.05.0其他排污单位2.02.05.021彩色显影剂电影洗片2.03.05.022显影剂及氧化物总量电影洗片3.06.06.023元素磷一切排污单位0.10.30.323有机磷农药(以P计)一切排污单位不得检出0.50.525粪大肠菌群数医院①、兽医院及医疗机构含病原体污水500个/L1000个/L5000个/L传染病、结核病医院污水100个/L500个/L1000个/L26总余氯（采用氯化消的医院）医院②、兽医院及医疗机构含有病原体污水0.5③3(接触时间)≥1h)2(接触时间)≥1h)注：其他排污单位：指除在该控制项目中所列行业以外的一切排污单位。（四）实验室规模试验初步工艺设计的科学依据是实验室规模的试验，藉此获取处理工艺设计参数，从而选定处理方案，因此，实验室研究的深入与否直接关系到设计的精度与质量。实验室规模试验包括水质、水量的测定、设计参数的获取和废水处理方案的优选。废水处理方法从作用原理上分为物理法、化学法、物理化学法和生物处理法。要根据废水处理的实际情况选择适合的处理方法，制定经济、合理的处理方案。由于废水成分复杂，处理一种废水往往需要多种方法组合，形成一个处理流程，才能达到处理要求。在流程组合时，往往采用先易后难，先粗后细的原则。废水中易于去除的污染物质先进行处理，同一种污染物，先用简易方法降低浓度，然后再进一步精细处理。例如焦化厂含酚、含氰废水处理工艺流程如图10-1所示。从图10-1可以看到，高浓度含酚废水先经萃取法进行回收，但因经回收后的废水尚含有相当量的酚，所以要彻底消除有害物质，应与低浓度含酚废水一起进入调节池进行均质处理，然后控制一定浓度进入曝气池，用活性污泥中微生物来代谢酚。另外还可以见到一种工业废水往往含有几种有毒有害废水，在焦化废水中尚含有氰化物，生物膜中的微生物能把低浓度的氰离子降解了，因此对于含氰含酚废水处理系统可以采用塔式生物滤池串联活性污泥的二段生物处理法。对于某种废水来说，采用怎样的治理工艺或有哪几种方法联合使用，应根据废水的水质、水量，排入水体的影响、回收经济价值、排放标准，处理方法的特点及技术经济效果等多方面因素，通过调查、分析、比较及实验室试验研究结果才能决定，调查研究及实验室的小试是确定废水处理工艺流程的重要途径。下面举例说明通过实验室小试获得废水处理工艺参数的过程。有一股石化废水，其水质为COD5200mg／L，BOD53160mg／L，乳化油90mg／L，挥发酚760mg／L，pH值7.5～8.5，硫化物46mg／L。根据废水的性质，以及国内外一般的处理方法，拟采用先厌氧后好氧（即A／O）的处理方法，现在进行实验室试验，确定其处理工艺的可行性和工艺参数。1．试验的工艺流程和主要实验装置试验工艺流程如图10-2所示。废水由配水箱用泵提升到高位水箱，然后重力流入UASB反应器进行厌氧消化，出水进入曝气池进行好氧生物处理，曝气池出水经过沉淀后排出，组成A／O生物处理系统。UASB反应器由直径200mm的塑料管和有机玻璃管制作，反应区容积为65.5L，沉淀区容积为23L，用热水循环间接加热，控制反应区温度为35℃±2℃。曝气沉淀池采用完全混合式曝气池，塑料板制作，其中曝气区容积为4L，沉淀区容积为3L。2．试验的启动和运行厌氧生物处理的接种污泥取自某污水处理厂中温厌氧消化池排出液。采用连续进水方式驯化污泥。驯化过程中逐渐加大废水的比例，最后完全进入废水。好氧生物处理的接种污泥取自某污水处理厂曝气池混合液，好氧接种污泥中有累枝虫、钟虫、轮虫等微型生物，加入厌氧出水进行培养驯化，并逐渐提高厌氧出水的比例，12d后镜检发现，驯化污泥中的微生物已逐渐活跃，活性提高很快，表明活性污泥已基本驯化成熟。这样整个系统可以进入试验阶段。3．试验结果（1）厌氧系统容积负荷（Fr）与COD、油去除率的关系见图10-3。当容积负荷小于3kgCOD／m3·d时，油和COD的去除率在90％以上，当容积负荷大于5.5kgCOD／m3·d时，COD、油的去除率降至80％以下。（2）厌氧系统水力停留时间（HRT）与COD、油去除率的关系见图10-4。当水力停留时间在15h～20h，COD、油的去除率小于75％，当HRT大于24h，其去除率都在80％以上。（3）厌氧系统在水力停留时间24h，容积负荷5.20kgCOD／m3·d，污泥浓度60g／L时，达到稳定运行状态，其平均处理效果见表10－4。对几种有机物的去除率见表10-5。从表10-5可见厌氧微生物对难生物降解的有机物有很高的分解和降解性能。同时试验测得平均去除每公斤COD产生沼气0.41m3，其中甲烷含量为（4）UASB反应器出水进入完全混合式曝气池进行好氧生物处理，曝气池实验数据见表10-6。4．结论采用A／O工艺处理高浓度石化废水总的结果为：废水在整个系统停留28h后，出水COD64.5mg／L，BOD28mg／L，乳化油0.3mg／L，挥发酚0.3mg／L，硫化物0.7mg／L。根据实验结果，推荐以下运行参数：厌氧系统：污泥浓度40g／L～80g／L，停留时间大于24h，反应器消化温度为35℃±2℃，反应器有机容积负荷不大于5kgCOD／m3·d。好氧系统：曝气池污泥浓度1.5g／L～3.0g／L，溶解氧0.6mg／L～1.0mg／L，污泥回流比50％～100％，水力停留时间4h～6h，污泥负荷为0.4kgCOD/m3·d～0.6kgCOD／m3·d。通过实验室小试，不仅可以直接得到工艺参数，而且也可用反应动力学模型来获得废水处理的工艺参数。例如1上述的石化废水厌氧——好氧处理工艺中UASB反应器废水的停留时间（HRT）与出水COD的关系的见表10-7。对表10－7中的数据进行回归处理，当11＜HRT＜24时，得到厌氧降解动力学方程式为：其相关系数r＝－0.990这时采用动力学方程可以得到废水不同停留时间的出水COD。当厌氧出水的COD要小于1000mg／L的时候，其UASB反应器中废水的停留时间为：HRT＝23.28（h）所以，只要废水