某含油污水处理厂设计水污染控制工程课程设计

某含油污水处理厂设计水污染控制工程课程设计

沈阳化工大学《水污染控制工程》课程设计

题目：含油污水处理课程设计

院系：环境与安全工程学院

专业：环境工程

班级：

学生姓名：

指导教师：

2013 年9 月11 日

目录

目录 (1)

一概述 (2)

1.1设计背景 (2)

1.2 设计资料与依据 (2)

1.2.1设计资料 (2)

1.3 设计内容 (3)

1.3.1设计任务 (3)

1.3.2绘图要求 (3)

二污水处理工艺的选择和可行性分析

2.1选择污水处理工艺的原则 (3)

2.2污水处理方案的确定 (4)

三污水处理系统

3.1 调节池 (5)

3.1.1设计说明 (5)

3.1.2 设计参数 (5)

3.1.3设计计算 (6)

3.2隔油池 (6)

3.2.1设计说明 (6)

3.2.2设计参数 (6)

3.2.3 设计计算 (7)

3.2.4 隔油池排泥设计 (7)

3.2.5 处理效果 (8)

3.3配水井 (8)

3.4气浮池 (8)

3.4.1设计说明 (8)

3.4.2设计参数 (9)

3.4.3设计计算： (10)

3.4.4上浮液渣排除设备 (12)

3.4.5排污装置 (12)

3.5 A/O池设计 (12)

3.5.1设计说明 (12)

3.5.2设计参数及规定（见表3-1） . 13

3.5.3设计计算 (13)

3.6二沉池的设计 (17)

3.6.1设计说明 (17)

参考文献

一概述

1.1设计背景

一般情况下，含油污水的含油量为几十到几千mg/L。根据其存在形式的不同，污水中的油类可分为浮油、分散油、乳化油和溶解油4种：（1）浮油，其粒经一般大于100μm，以连续相的形式漂浮于水面，形成油膜或油层；（2）分散油，以微小的油滴悬浮于水中，不稳定，静置一段时间后通常变成浮化油，油滴的粒经一般介于10~100μm之间；（3）乳化油，当污水中含有某种表面活性剂时或油水混合物经转数为3000r/min左右的离心泵高速旋转后，油滴便成为稳定的乳化液分散于水中；（4）溶解油，以一种化学方式溶解的微粒分散油，油粒直径一般小于0.1μm。由于油品在水中的溶解度很小（约为5~51mg/L），故这部分的比例一般在0.5%以下。[1]

含油污水被排到江河湖海等水体后，油层覆盖水面，阻止空气中的氧向水中的扩散；水体中由于溶解氧减少，藻类进行的光合作用受到限制；影响水生生物的正常生长，使水生动植物有油味或毒性，甚至使水体变臭，破坏水资源的利用价值；如果牲畜饮了含油污水，通常会感染致命的食道病；如果用含油污水灌溉农田，油分及其衍生物将覆盖土壤和植物的表面，堵塞土壤的孔隙，阻止空气透入，使果实有油味，或使土壤不能正常进行新陈代谢和微生物新陈代谢，严重时会造成农作物减产或死亡。另外，由于溢油的漂移和扩散，会荒废海滩和海滨旅游区，造成极大的环境危害和社会危害。但更主要的危害是石油中含有致癌烃，被鱼、贝富集并通过食物链危害人体健康。因此，对石油和石化等行业产生的含油污水进行有效处理是极其必要的。

目前，含油污水处理一般采用的是调解室—隔油—气浮—生化处理。本设计主要工艺流程为调解室—隔油—气浮—A/O法。

1.2 设计资料与依据

1.2.1设计资料

(1)污水来源：炼制原油、油品水洗等。

(2)进水水质：COD=800—1000mg/L，油＝100—150mg/L，NH3-N=30mg/L；重金属：微量；磷：微量

(3)设计水量：20000T/d

1.3 设计内容

1.3.1设计任务

(1)根据污水水质情况，地形等相关资料，确定污水与污泥处理流程；

(2)对污水与污泥处理流程中各处理构筑物进行工艺计算，确定其型式，数目与尺寸，以及主要设备型号和数量等；

(3)构筑物的总体布置和污水，污泥处理流程的高程设计；

(4)编写设计说明书和计算书；

(5)绘制6张图纸，主要包括平面图，高程图，相关构筑物设计图等。

1.3.2绘图要求

按照机械制图规范，手工绘制平面布置图、高程图及CAD绘制4张构筑物设计图纸。

二污水处理工艺的选择和可行性分析

2.1选择污水处理工艺的原则

污水处理工艺技术方案在达到治理要求的前提下应优先选择基建投资和运行费用少，运行管理方便的先进工艺；所用污水和污泥处理技术和其他技术不仅要求先进，更要求成熟可靠；污泥及残渣处理应尽量完善，消除二次污染；尽量减少工程占地。[4]

2.2污水处理方案的确定

含油污水组成复杂、排放量大、污染物种类多、对环境危害大，其中主要污染物有油、硫化物、挥发酚、NH3以及其它有毒物质，COD 含量较高，难降解物质多，而且由于受到酸洗水的影响，污水的PH 变化较大。针对以上特点，一般采用隔油—气浮—生化法处理。由于传统生化处理的局限性，其COD、BOD5、NH3-N等污染物指标均难以达到标准，所以把工艺锁定在以下两种：

1.SBR法（Sequencing Batch Reator)[5]

SBR法又称序批式间歇活性污泥法，其操作流程由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成，所有处理过程都是在一个设有曝气或搅拌装置的反映其内依次进行。特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般不设调节池，可节省占地和投资，耐冲击负荷且运行方式灵活。缺点是抗浓度变化能力差，发生污泥膨胀少但处理困难，存在浮渣问题，水头损失大，池容利用不理想。

2.A/O法

A/O法又称前置式缺氧—好氧生物脱氮工艺，是目前较为广泛采用的一种脱氮工艺。该工艺将反硝化段设在系统的前面，氨氮在好氧段通过硝化反应生成硝酸盐，硝酸盐通过内循环回流到缺氧池中，在缺氧池中以水中的有机物作为碳源进行反硝化脱氮。沉淀池中的污泥一部分回流到缺氧段提供足量微生物，剩余污泥经处理后排放。

经过生产实践证明，A/ O 工艺处理含油污水，技术先进，运行可靠，具有良好脱氮效果，出水水质符合国家标准。

结论：经过比较，SBR工艺反应池的进水、曝气、排水过程变化频繁，对污水厂设备仪表的要求较高，基建费用高；而且不连续出水，使得SBR工艺串联其他连续处理工艺时较为困难，不利于扩大规模。选择隔油—气浮——A/O 工艺比较经济实用，而且参考国内相同水平的污水处理厂，A/O法应用也较为广泛，前景甚好。

(1)技术方面：技术先进，所处理的污水能够满足国家指定的污水排放标准，自动化设备的使用使操作管理十分方便

(2)经济方面：采用新的工艺后，减少了污泥的产量，占地面积较小，基建费用较少，运行费用低。

隔油-气浮A/O工艺流程如下图所示

处理出水

图2-1工艺流程图三污水处理系统

3.1 调节池

3.1.1设计说明

污水在一天24h 内的水量和水质是波动变化的，这样对污水厂的处理设备，特别是生物处理设备后生化反应系统处理功能正常发挥是不利的，甚至可能造成破坏。因此，应在污水处理系统前设置均化调节池，以均和水质、存盈补缺。

[7]

3.1.2 设计参数

水力停留时间（调节周期） T = 1 h

设计流量 Q = 20000m 3/d=833m 3/h=0.231m 3/s

3.1.3设计计算

(1)池容

Qt V = 公式（3-1） Q ——流量，m 3/h ； t ——调节时间，取2h ； 代入得 316662833m Qt V =?==

(2)调节池面积

V A H = 公式（3-2）

H ——调节池水深，一般在3-5m 之间；取5m ；

代入得 3335

1666

===H V A m 2

取调节池长×宽=21m×16m 。 (3)工艺设备 调节池内设搅拌机

3.2隔油池

3.2.1设计说明

隔油池一般分为平流式、斜板式和平流与斜板组合三种，本次设计为工业污水处理，水量相对较小，，选择平流式隔油池，其优点是隔油效果好，耐负荷冲击，施工简单。

3.2.2设计参数

(1)隔油池油珠上浮速度不高于3.0m h ； (2)隔油池水平流速在3—5mm/s 之间； (3)隔油池有效水深一般在1.5—2.0m/s 之间； (4)深宽比为0.3—0.5，超高不小于0.4 ； (5)集油管管径为200--300mm ； (6)池内刮油速度不超过15mm/s 。

3.2.3 设计计算

(1)隔油池表面积

V Q

A =α 公式（3-3）

Q ：最大设计流量，Q =833m 3/h

α：修正系数，与水平流速v 和油珠上浮速度V 的比值有关，取

α=1.44

V : 油珠上浮速度，取V=1..6m/h v ：水平流速，取v=16m/h

A =7506

.1833

44.1=?m 2 (2)过水断面面积

v Q Ac =

=5216

833=2m 公式（3-4） (3)有效水深和池宽

水深h 一般在1.5-2.0m 之间，取h=2m

池宽b 不大于6.0m ，深宽比为0.3—0.5；则取 b=4.5m (4)池长

m h V

v

L 8.28244.110=??=?=α 公式（3-5） 长宽比L/b=6.4>4 符合要求 (5)高度

隔油池高度1h h H +=

h 1：池水面以上到池壁标高，一般不小于0.4m ；取h 1=0.5m 则m m m h h H 5.25.021=+=+=

3.2.4 隔油池排泥设计

(1)隔油池内一般采用机械刮泥，其运行速度为0.3—1.2m/min ，要求池底坡度不小于0.01；

(2)当采用污泥斗排泥时，每个泥斗应设单独的排泥阀的排泥管。泥斗的斜管与水平面倾角：方斗宜60、圆斗宜为55；

(3)污泥沉淀区容易宜按不大于2d 的污泥量计算； (4)池底排泥管干管的直径不小于200mm ； (5)当采用静压排泥时，净水头不应小于1.5m 。

3.2.5 处理效果

隔油池去除率可达70%，出水中含油量约为800×（1-70%）=240

3.3配水井

配水设施能够均衡的发挥各处理构筑物运行能力，保证各构筑物经济有效的运行，常见的有对称式、堰式和非对称式。

对称式配水是构筑物个数为双数的配水方式，其连接管线可以是明渠和暗管。特点是管线完全对称（包括管径和长度），从而使水头损失相等。这种配水方式的构造和运行操作均比较简单。缺点是占地广、管线长，而且构筑物不能过多，否则造价较高。

堰式配水是污水处理厂常用的配水设施。进水从井底中心进入，经等宽度堰流入各个水斗再流向各构筑物。原理是利用等宽度堰上水头损失相等，过水流量就相等的原理来进行配水。其特点是配水均匀，不受构筑物管渠状况的影响，即使长短不同或局部损失不同也能做到配水均匀，可以对称布置也可以不对称布置。优点是配水均匀，缺点是水头损失较大。

非对称配水的特点是在进口处造成一个较大的局部损失入流，让局部损失远大于沿程损失，从而实现均匀配水。

设配水井1座。

3.4气浮池

3.4.1设计说明

气浮法也称浮选法，其原理是设法使水中产生大量的微气泡，以形成水、气、及被去除物质的三相混合体，在界面张力、气泡上升浮力和静水压力差等多种力的共同作用下，促进微细气泡粘附在被去除的微小油滴上后，因粘合体密度小于水而上浮到水面，从而使水中油粒被分离去除。气浮法通常作为对含油污水隔油后的补充处理。即为生化处理之前的预处理，经过气浮处理，可将含油量降到30mg/L以下，再经过生化处理，出水含有可达到10mg/L以下。

设计选用目前最常用的平流式气浮池，废水从池下部进入气浮接触区，保证气泡与废水有一定的接触时间，废水经隔板进入气浮分离区进行分离后，从池底集水管排出。浮在水面在的浮油用刮油设备刮入集油槽后排出。其优点是池身浅、造价低、构造简单、管理方便。

3.4.2设计参数

(1)加压水泵

加压水泵作用是提供一定压力的水量，本设计中采用离心泵 (2)空气供给设备

压力溶气气浮的供气方式可分为泵前插管进气、水泵—射流器供气、水泵—空压机供气三种，本设计中采用水泵—空压机供气

(3)压力溶气罐设计参数： 过流密度2500m 3/(m 2d) 布水区高度1Z 取0.2m; 贮水区高度2Z 取1.0m; 填料层高度3Z 取1.0m;

液位控制高取0.8m(从罐底计)； 气罐承受能力0.6Mpa 以上； 罐内理论停留时间3min; (4)气浮池设计参数：

设计停留时间 30min 表面负荷率 8m 3/(m 2h) 进入接触室的流速 60mm/s 隔板下端的水流上升速度 16mm/s 隔板上端的上升速度 8mm/s 接触室的停留时间 50min

3.4.3设计计算：

(1)溶气罐的容积： R R d

Q t V f =

实 公式（3-6）

d f —溶气罐有效容积系数，取60% 实t — 罐内实际停留时间，取5min

R Q —溶气用水量，取处理水量的10%， min /4.1/3.8333m h m Q R ==

代入得

37.116

.05

4.1m V R =?= 溶气罐直径

d D =

公式(3-7) 代入得

m I Q D R d 24.11666

14.324

3.8344=???==π 溶气罐高度Z 取下式计算: m

Z Z Z Z 2.2321=++=

(2)接触区设计计算

气浮池接触区面积:

3600R

m

Q Q A v +=

公式（3-8）

式中 m v —接触区水深上升平均流速，168

122m v mm s +== R Q —回流水量， 450

8336.0=?=R Q

则

27.29012

.03600450

8333600m v Q Q Ac m R =?+=+=

(3)气浮池分离区面积:

3600R

s s

Q Q A v +=

公式（3-9）

式中 s v —水流下降的平均流速，取2.0mm/s. 则

22.178002

.03600450

8333600m v Q Q As s R =?+=+=

(4)气浮池有效水深：

s s h v t = 公式（3-10）

式中 s t —气浮池分离区水利停留时间，取1.5min 则

2.060 1.5 1.8s s h v t m ==??=

(5)气浮池的有效容积:

()c s V A A h =+ 公式（3-11） 则可求出：

222.3748.1)2.1787.29()(m h As Ac V =?+=?+= 气浮池个数取2座，以并联方式运行。

取池有效长度L 和池宽B 的比L:B=2.0，则可求出：

m L 4.20= m B 2.10=

接触室长度1L 一般与池宽B 相同，则m L 5.121=，其宽度

m L Ac B 9.22.107.291===

气浮池的总高H

1h h H += 式中 h 1 为标高，取0.5m

m m m h h H 3.25.08.11=+=+=

3.4.4上浮液渣排除设备

如果气浮池中大量的上浮液、渣得不到及时的清除，刮渣时对渣层的扰动过于剧烈，因此需要及时将上浮液、渣排除，排渣设备主要是刮渣机，本设计中采用链条牵引式刮渣机，采用逆水流方向刮渣，刮渣板运行速度取60mm/s 。

为了消除撇渣时存在的死区和浮渣倒流现象，在池子两边设置挡渣板。挡渣板表面光滑平直，两块板相互平行，其间距与刮板尺寸相吻合，挡渣板与池墙焊接密封，以防浮渣进入挡板内。

3.4.5排污装置

本设计采用管式排污装置，排污管采用直径为300mm的钢管，排污管顶开缝宽呈的圆心角。

3.5 A/O池设计

3.5.1设计说明

A/O法又称前置式缺氧—好氧生物脱氮工艺，是目前较为广泛采用的一种脱氮工艺。该工艺将反硝化段设在系统的前面，氨氮在好氧段通过硝化反应生成硝酸盐，硝酸盐通过内循环回流到缺氧池中，在缺氧池中以水中的有机物作为碳源进行反硝化脱氮。沉淀池中的污泥一部分回流到缺氧段提供足量微生物，剩余污泥经处理后排放。

该工艺与传统生物脱氮工艺相比的主要优点如下：

(1)流程简单，构筑物少，节省基建费用；

(2)在污水C/N较高(大于4)时，以原污水中的有机物为碳源，不需要外加碳源；

(3)好氧池设在缺氧池之后，使反硝化残留的有机物进一步去除，提高出水水质；

(4)缺氧池在好氧池之前，一方面，由于反硝化消耗一部分有机碳源，减轻好氧池的有机负荷，另一方面有利于控制污泥膨胀；同时，反硝化过程产生的碱度也可以补偿硝化过程之需；

3.5.2设计参数及规定（见表3-1）

表3-1设计参数表

3.5.3设计计算

(1)好氧区容积

01()

(1)

c V

d c Y Q S S V x k θθ-=

+ 公式（3-12）

式中：1V －好氧区有效容积，3m ； Q －设计流量，3/m d ; 0S -进水5BOD 浓度，mg/L ； S －出水5BOD 浓度，mg/L ；

Y －污泥产率系数，5/kgvss kgBOD ，取0.6； d K －内源代谢系数，1d -，取0.01；

c θ－固体停留时间，

d ；

X －混合液悬浮固体浓度（MVSS ），mg/L ，取3000mg/L f —混合液中VSS 和TSS 之比，取f=0.7; 0.730002100V X fX mg ==?=

出水溶解性5BOD 浓度S 应为：

50 1.42(1)kt VSS

S e TSS -=-?

?- 公式（3-13）

式中 t —BOD 实验时间，6d

k —BOD 的分解速度常数，0.23 则可求出:

96.51)1(7.042.150623.0=-??-=?e S mg/L <60mg/L 设计污泥龄

首先确定硝化速率N μ，则计算如下 0.098(15)(0.05 1.158)

[0.47][

]10

T N T N e N μ--=+ 公式（3-14）

式中 N －3NH N -的浓度，mg/L ；

2O k －氧的半速常数，mg/L ； 2O －反应池中溶解氧浓度，mg/L 则可求出：

N μ=1

)

158.105.0()1514(098.0412.010

100100][

47.0[---=+d e T 硝化反应所需的最小泥龄c

m θ

1

c m N

θμ=

公式（3-15）

则可求出：

1

c

m N

θμ=

=

412.01

=2.43d

选用安全系数K=3 设计污泥龄：

c

c m K θθ= 公式（3-16） 则可求出： c

c m K θθ= =3×2.43=7.29 d

代入公式得好氧区容积

315.8619)

29.701.01(1.229

.7)052.02.0(300006.0m V =?+??-??=

好氧区水利停留时间：

1

1V t Q

=

公式（3-17） 则可求出：11V t Q

= =300005.8619=0.287 d (2)缺氧区容积

Xv

q Nt

V dnt 10002=

公式（3-18） 式中 2V －缺氧池有效容积，3m ； T N －需还原的硝酸盐氮量，kg/d ；

,dn T q －反硝化速率，3()kgNO N kgMLVSS d --； 微生物同化作用去除的总氮W N

c

K S So Y Nw αθ+-?

=1)

(124.0 公式（3-19）

则可求出：c K S So Y Nw αθ+-?=1)(124.0 =0.124×29

.701.01)

52200(6.0?+-?=10.9mg/L

被氧化的3NH N -＝进水总氮量-出水氨氮量-用于合成的总氮量 则可求出所需脱硝量为：24.1mg/L

需还原的硝酸盐氮量d kg Nt /72301000

1

1.2430000=?

?= 反硝化速率 20,,20T dn T dn q q θ-= 公式（3-20） 式中：,20dn q －20C 时的反硝化速率常数，取0.123()kgNO N kgMLVSS d --； θ－温度系数，取1.08；

则201420,,2030.12 1.120.076()T dn T dn q q kg NO N kgMLVSS d θ--==?=-? 缺氧池容积2V

3

245302100076.01000

7230m V =??=

缺氧池水利停留时间2t

2

2V t Q =

公式(3-21) 则可求出： h d Q V t 6.315.0300004530

22====

(3)曝气池总容积 V 总

12V V V =+总

则可求出：12V V V =+总 =8620+4530=13150m 3

系统总设计泥龄=好氧池泥龄+缺氧池泥龄=7.29+7.29×1205//8619=8.31d (1)曝气系统设计计算

设计需氧量AOR

需氧量包括碳化需氧量和硝化需氧量，并应扣除剩余活性污泥排放所减少的BOD 5 及3NH N -的氧当量(此部分用于细胞合成，并为消耗)，同时还应考虑反硝化脱氮产生 的氧量。

a.碳化需氧量1D

1()

1.421o X kt

Q S S D P e

--=

-- 公式(3-25)