南昌航空大学
水污染控制工程课程设计
设计名称：江西万年药业废水处理工程设计
学 院： 环境与化学工程学院
专 业： 环 境 工 程
班 级： 学 号： 姓 名：
目 录
一、 概 论………………………………………………………………..………2
二、设计资料………………………………………………………………………2
三、工艺流程选择与确定…………………………………………………………2
1. 基本路线工艺选择……………………………………………..…..…………… 22. 厌氧处理工艺选择...…………………………………..………………………… 2
3.接触氧化工艺选择…………………………………………………….………….3
4.工艺流程…………………………………………………………………………3
四、设计依据及规范标准…..………………………………………………….….3
1.设计规范标准……………………………………………………….……………3
2.设计指导思想……………………………………………………..………………4
五、主要处理工艺的设计计算…….…..……………….…………………………4
1.调节池的设计……….……………………….………………………...………….42.一次污水泵设计…...….……………………………………………………….….5
3.厌氧池.………………………..……………….………………………….………6
4. 生物接触氧化池………………………………………….……………….………7
六、平面和高程布置………………………………………………………………11
1.平面布置………………………………………………………………………….11
2.高程布置………………………………………………………………………….12
七、参考文献…………………………………………………………………….…13
一、 概 述
江西君业生物制药有限公司落户万年县梓埠产业区，占地面积500余亩，总投资6亿元，是一家专业从事甾体激素原料药及其中间体产品的研发、生产和销售的国家高新技术企业，先后承担了国家“863”重大科技攻关项目、国家微生物高技术产业化示范项目等多项国家级科技项目。公司主导产品米非司酮和高效激素中间体醚化物，全球市场占有率达75%以上，是世界十强制药企业德国拜尔制药公司、先灵制药公司的紧密合作伙伴。项目即将开工建设，预计2013年3月可建成投产。
项目废水主要包括生产废水和生活污水，生产废水经预处理后与生活污水一并进入工业园区污水处理站处理，达标后排入乐安河。
二、设计资料
设计处理能力为日处理综合废水1000m3。
废水水质如下：pH值，水温25～60℃，CODCr<8000mg/L，NH3-N<300 mg／L。
按该厂规划要求，废水经地面明沟进入废水处理站，沟断面尺寸约300mm×450mm，沟底标高（相对于地面）-0.40m。
根据环保部门要求，废水处理站运行后外排废水，应达到国家标准《污水综合排放标准》GB8978中的规定， CODCr<500mg/L，NH3-N<50 mg／L ，pH值6.0～9.0。
三、工艺流程选择与确定
1. 基本路线工艺选择
据分析，化学制药废水的水质特点是废水组成复杂,除含有抗生素残留物、抗生素生产中间体、未反应的原料外,还含有少量合成过程中使用的有机溶剂。 COD浓度大,一般在4 000 mg/L以上。对比进水水质和出水水质，污染物的去除率应分别达到：CODCr 93.75%，NH3-N 83.33%。
由于进水水质和处理去除率均很高，应采用厌氧-接触氧化的处理路线，废水首先通过厌氧处理装置，大大降低进水COD和NH3-N的值，使出水达到接触氧化法可以接受的浓度，再进行接触氧化处理后达标排放。
2. 厌氧处理工艺选择
近年来，厌氧处理技术得到很快发展，常用的先进技术有厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床和厌氧过滤器。
厌氧消化具有下列优点：无需搅拌和供氧，动力消耗少；能产生大量含甲烷的沼气，是很好的能源物质，可用于发电和家庭燃气；可高浓度进水，保持高污泥浓度，所以其溶剂有机负荷达到国家标准仍需要进一步处理；初次启动时间长；对温度要求较高；对毒物影响较敏感；遭破坏后，恢复期较长。污水厌氧生物处理工艺按微生物的凝聚形态可分为厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法。厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触消化池、升流式厌氧污泥床（upflow anaerobic sludge blanket ,UASB）、厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB）等；厌氧生物膜法包括厌氧生物滤池、厌氧流化床和厌氧生物转盘。
3. 接触氧化工艺选择
接触氧化法是一种兼有活性污泥法和生物膜法特点的一种新的废水生化处理法。这种方法的主要设备是生物接触氧化滤池。在不透气的曝气池中装有焦炭、砾石、塑料蜂窝等填料，填料被水浸没，用鼓风机在填料底部曝气充氧,这种方式称谓鼓风曝气装置；空气能自下而上，夹带待处理的废水，自由通过滤料部分到达地面，空气逸走后，废水则在滤料间格自上向下返回池底。活性污泥附在填料表面，不随水流动，因生物膜直接受到上升气流的强烈搅动，不断更新，从而提高了净化效果。生物接触氧化法具有处理时间短、体积小、净化效果好、出水水质好而稳定、污泥不需回流也不膨胀、耗电小等优点。
4.工艺流程
该制药厂废水处理工艺流程如图1所示。
图1 制药废水处理工艺流程图
四、设计依据及规范标准
1. 设计规范标准
1) 《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
2) 《鼓风曝气系统设计规范》（CECS97:97）
3) 《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069—2002）
4) 《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》（CECS138：2002）
5) 《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）
6) 《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》（CJJ31-89）
7) 《建筑结构设计规范》（GB50009—2001）
8) 《工业与民用供配电系统设计规范》（GB50052-95）
9) 《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-92）
10) 《工业企业总平面设计规范》（GB50187-93）
2. 设计指导思想
（1）严格执行环境保护的各项规定，确保经处理后污水的排放水质达到国家及当地有关排放标准；
（2）充分考虑污水流量及有害物质含量的不稳定性，选择合理的处理工艺及设计参数，满足实际生产的调整需要，确保污水排放达标。
（3）污水、污泥处理设施要求运行稳定，可靠性好，劳动强度低，运行效率高，运行费用低，易操作，易维护；设备选型、选材要合理，性价比要高。
（4）平面布局及工程设计要结合现场情况做到布局紧凑合理、美观整齐、工艺流程合理通畅。
（5）本着技术先进，运行可靠，操作管理简单的原则选择污水处理工艺，使灵活性、先进性和可靠性有机地结合起来；
（6）主要设备国产化，采用目前国内成熟先进技术装备，尽量降低工程投资和运行费用。
五、主要处理设施的工艺计算
1.调节池的设计
（1）设计说明
根据工业生产废水排放规律，后续处理构筑物对水质水量稳定性的要求，调节池停留时间取7.5h。调节池采用半地下式，便于利用一次提升的水头，并便于污泥重力排入集泥井，并有一定的保温作用，由于调节池内不安装工艺设备或管道，考虑土建结构可靠性高，故障少只设一个调节池。
（2）设计计算
水力停留时间T = 7.5h
设计流量Q = 1000m3/d = 41.7m3/h =0.0116m3/s
有效池容V = QT = 41.7×7.5 = 312.75 m3
有效水深h=3m
调节池规格L×B×H = 13m×13m×3m=507 m3
调节池设污泥斗四个，每斗上口面积7m×7m，下口面积0.7m×0.7m，泥斗倾角45°，泥斗高2.7m。
每个泥斗容积
泥斗容积共V=4Vi=205 m3
调节池每日沉淀污泥重为W=2500×30%×1000=0.75×106（g）=0.75t。
湿污泥体积约为V’=0.75/2.5%=30(m3)(设污泥密度为1t/ m3)。
泥斗可存约五天污泥。
调节池最高水位设置为-0.50m，超高为0.50m，顶标高为±0.00m。最低水位-3.50m，池底标高-6.20m。调节池出水端设吸水段。
调节池设计简图如下
图2调节池设计简图
2.一次污水泵设计
（1）设计说明
一次污水泵从集水井中吸水压至调节池，污水泵设置于地面上，不能自灌，设置引水筒。
（2）集水井
污水泵总提升能力按2Q考虑，即Qmax=83.4 m3/h,选两台泵，则每台流量为41.7 m3/h 。
一用一备，单泵提升能力50.0m3/h，扬程15.0m，电动机功率5.5kW，占地尺寸1000mm×500mm。
集水井容积按最大一台泵5min出流量计算，则其容积为
集水井最高水位-0.5m，最低水位-2.5m，井底-3.0m，平面尺寸4.0m×1.5m，安装两台污水泵于集水井一侧地面上，平均流量时相当于一用一备。
（3）污水泵计算
设计流量Q = 11.6L/s,静扬程为36.00-27.00=9.00m。
总出水管Q=23.2L/s，选用管径DN100，查表得v=0.94m/s,1000i=2.2,设管总长为50m，局部损失占沿程的30%，则总损失为：
管线水头损失假设为1.5m，考虑自由水头为1.0m,则水泵总扬程为：
H=9+0.14+1.5+1.0=11.64m 取12m。
选择WQ50-15-5.5型污水泵两台，一用一备,其性能见表1:
表1 WQ50-15-5.5 型污水泵性能
3.厌氧池
厌氧池主要是用于厌氧消化，对于进水COD浓度高的污水通常会先进行厌氧反应，提高COD的去除率，将高分子难降解的有机物转变为低分子易被降解的有机物，提高BOD/COD的比值。而且在除磷工艺中，需要厌氧和好氧的交替条件。 我国水环境污染源的50％～60％为城市污水，城区内大量污废水不经处理直接排入天然水域，造成水环境严重污染。近年来城市污水厌氧处理取得了很大的发展，几种不同的厌氧处理过程，都取得了较好的效果。
厌氧生物处理法是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌将污水中大分子有机物降解为低分子化合物，进而转化为甲烷、二氧化碳的有机污水处理方法，分为酸性消化和碱性消化两个阶段。在酸性消化阶段。由产酸菌分泌的外酶作用，使大分子有机物变成简单的有机酸和醇类、醛类氨、二氧化碳等；在碱性消化阶段，酸性消化的代谢产物在甲烷细菌作用下进一步分解成甲烷、二氧化碳等构成的生物气体。这种处理方法主要用于对高浓度的有机废水和粪便污水等处理。
(1)设计参数
设计流量：1000m3/d 每小时41.7m3
设计容积负荷为Nv=3.0kgCOD/(m3·d),COD去除率为56%。水力停留时间为12h，则厌氧池有效容积为：V1=1000×0.5=500 m3。
(2)厌氧池的形状及尺寸
据资料，经济的厌氧池高度一般为4～6m，并且大多数情况下这也是系统优化的运行范围。厌氧池的池形有矩形、方形和圆形。圆形厌氧池具有结构稳定的特点，但是建造圆形厌氧池的三相分离器要比矩形和方形的厌氧池复杂得多。因此本次设计先用矩形厌氧池，从布水均匀性和经济考虑，矩形厌氧池长宽比在2：1左右较为合适。
设计厌氧池有效高度为h=5m，则横截面积S=1000/5=200m2。设计厌氧池长约为宽的2倍，则可取L=20m,B=10m；一般应用时厌氧池装液量为70%～90%，本工程中设计反应器总高度为H=6.5m,其中超高0.5m。厌氧池的总容积V=20×10×6=1200m3,有效容积为1000m3,则体积有效系数为76.9%,符合有机负荷要求。
水力停留时间（HRT）和水力负荷率V2
T=(1000/3500)×24=3.5h, V2=(1000÷24)÷200=0.42m3/(m2·h)
对于颗粒污泥，水力负荷V2=0.1～0.9 m3/(m2·h),符合要求。
（3）进水分配系统的设计
本次设计采用一管多点的布水方式，布水点数量与处理废水的流量、进水浓度、容积负荷等因素有关。
为配水均匀，出水孔孔径一般为10～20mm,常采用15mm，孔口向下或与垂线成呈45°方向，为了使穿孔管各孔出水均匀，要求出口流速不小于2m/s。
本厌氧池采用连续进料方式，布水孔孔口向下，有利于避免管口堵塞，而且由于厌氧池底部反射散布作用，有利于布水均匀。
为了增强污泥与废水之间的接触，减少底部进水管的堵塞，建议进水点距厌氧池底200～250mm，本次设计布水管离厌氧池底部200mm。
(4)排泥系统的设计
一般认为，排出剩余污泥的位置在厌氧池的1/2高度处，但大都推荐把排泥设备安装在靠近厌氧池的底部，也有人在三相分离器下0.5m处理设计排泥管，以排除污泥床上面部分的剩余絮状污泥，而不会把颗粒污泥排走，对于厌氧池排泥系统，必须同时考虑在上、中、下不同位置设排泥设备，应根据生产运行中的具体情况考虑实际的排泥要求，来确定排泥位置。
本次设计在三相分离器下0.5m开始设置三个排泥口。
厌氧池每三个月排泥一次，污泥排入集泥池中。
4.生物接触氧化池设计
接触氧化池主要由池体、填料床、曝气装置及进出水装置等构成，具体结构如图3所示。
图3 生物接触氧化池的构造示意图
（1）设计参数
进水COD浓度La =2000mg/L
出水COD浓度Le =500mg/L
取一级生物接触氧化池的COD容积负荷M为1.7kgCOD/(m3·d)
（2）生物接触氧化池填料容积
式中 W——填料的总有效容积，m3；
Q——日平均污水量，m3；
La——进水COD浓度，mg/L；
Le——出水COD浓度，mg/L；
M——COD容积负荷率，gCOD/(m3·d)。
（3）生物接触氧化池总面积
式中 A——接触氧化池总面积，m2；
H——填料层高度，m，取4m。
设一座接触氧化池，分2格，每格接触氧化池面积
每格池的尺寸 L×B=25×5=125 m2
每格接触氧化池在其端部与邻接触氧化池的隔墙上设1m×1m的溢流孔洞。
（4） 污水与填料接触时间
式中 t——污水在填料层内的接触时间，h。
（5）接触氧化池总高度
H0=H+h1+h2+(m-1)h3+h4
=4.0+0.5+0.5+(1-1)×0.2+0.5=5.5m
式中 H0——接触氧化池的总高度，m；
H——填料层高度，m，取4.0m；
h1——池体超高，m，取0.5m；
h2——填料上部的稳定水层深，m，取0.5m；
h3——填料层间隙高度，m，取0.2m；
m——填料层数，取为1层；
h4——配水区高度，m，取0.5m。
生物接触氧化池选用组合纤维填料，其主要技术参数见表2。
表2 组合纤维填料主要技术参数
（6）需气量
按每去除1kgCOD消耗1kg氧气计算，生物接触氧化池的需氧量Q1为：
Q1=1000×(2000-500)/1000 = 1500 kgO2/d
生物接触氧化池采用微孔曝气器曝气，其充氧效率EA取15%，则接触氧化池每天所需的空气量GS为：
式中 GS——需气量，m3空气/d；
EA——氧转移效率，％；
21％——氧在空气中所占百分比；
1.43——氧的容重，kg/m3。
曝气装置选用HWB－1型微孔曝气器，其主要性能参数见表3。
表3 微孔曝气器的主要性能参数
由每格生物接触氧化池的供气量及HWB－1型可变微孔曝气器的通气量，计算每格所需曝气器的数量N为：
取N为87个，则生物接触氧化池所需要曝气器为87×2=174个。
（7）空气管道设计
取干管流速vg为20m/s，则干管直径dg为：
取dg=160mm，则干管流速vg为20m/s。
每格生物接触氧化池采用一根曝气支管向池中引入空气，取支管流速vj为10m/s，则支管直径为dj为：
取dj=20mm，则支管流速vj为8.0m/s。
（8）污泥产量
按每去除1kgCOD产生0.15kg污泥计算，则生物接触氧化池的污泥产量
接触氧化池平面示意图如下：
图4 接触氧化池示意图
（9）生物接触氧化池的优缺点：
优点
（1）容积负荷高，耐冲击负荷能力强；
（2）具有膜法的优点，剩余污泥量少；
（3）具有活性污泥法的优点，辅以机械设备供氧，生物活性高泥龄短；
（4）能分解其它生物处理难分解的物质；
（5）容易管理，消除污泥上浮和膨胀等弊端。
缺点
（1）滤料间水流缓慢，水力冲刷力小；
（2）生物膜只能自行脱落，剩余污泥不易排走，滞留在滤料之间易引起水质恶化，影响处理效果；
（3）滤料更换，构筑物维修困难。
六、平面布置和高程布置
1. 平面布置
污水处理厂的主体是各种处理构筑物。作平面布置时，要根据各构筑物（及其附属辅助建筑物，如泵房、鼓风机房等）的功能要求和流程的水力要求，结合厂址地形、地质条件，确定它们在平面图上的位置。在这一工作中，应使：联系各构筑物的管、渠简单而便捷，避免迁回曲折，运行时工人的巡回路线简短和方便；在作高程布置时土方量能基本平衡；并使构筑物避开劣质土壤。布置应尽量紧凑，缩短管线，以节约用地，但也必须有一定间距，这一间距主要考虑管、渠敷设的要求，施工时地基的相互影响，以及远期发展的可能性。构筑物之间如需布置管道时，其间距一般可取5—8m，某些有特殊要求的构筑物（如消化池、消化气罐等）的间距则按有关规定确定。
厂内管线的布置污水处理厂中有各种管线，最主要的是联系各处理构筑物的污水、污泥管、渠。管、渠的布置应使各处理构筑物或各处理单元能独立运行，当某一处理构筑物或某处理单元因故停止运行时，也不致影响其他构筑物的正常运行，若构筑物分期施工，则管、渠在布置上也应满足分期施工的要求；必须敷设接连人厂污水管和出流尾渠的超越管，在不得已情况下可通过此超越管将污水直接排人水体，但有毒废水不得任意排放。厂内尚有给水管、输电线、空气管、消化气管和蒸气管等。所有管线的安排，既要有一定的施工位置，又要紧凑，并应尽可能平行布置和不穿越空地，以节约用地。这些管线都要易于检查和维修。 污水处理厂内应有完善的雨水管道系统，以免积水而影响处理厂的运行。 辅助建筑物的布置辅助建筑物包括泵房、鼓风机房、办公室、集中控制室、化验室、变电所、机修、仓库、食堂等。它们是污水处理厂设计不可缺少的组成部分。其建筑面积大小应按具体情况与条件而定。有可能时，可设立试验车间，以不断研究与改进污水处理方法。辅助建筑物的位置应根据方便、安全等原则确定。如鼓风机房应设于曝气池附近以节省管道与动力；变电所宜设于耗电量大的构筑物附近等。化验室应远离机器间和污泥干化场，以保证良好的工作条件。办公室、化验室等均应与处理构筑物保持适当距离，并应位于处理构筑物的夏季主风向的上风向处。操作工人的值班室应尽量布置在使工人能够便于观察各处理构筑物运行情况的位置。此外，处理厂内的道路应合理布置以方便运输；并应大力植树绿化以改善卫生条件。
2. 高程布置
污水处理厂高程布置的任务是：确定各处理构筑物和泵房等的标高，选定各连接管渠的尺寸并决定其标高。计算决定各部分的水面标高，以使污水能按处理流程在处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理厂的正常运行。污水处理厂的水流常依靠重力流动，以减少运行费用，为此，必须精确计算其水头损失。
水头损失包括：（1）水流流过各处理构筑物的水头损失；（2）从进池到出池的所有水头损失在内；(3)水流流过量水设备的水头损失。
水力计算时，应选择一条距离最长、水头损失最大的流程进行计算，并应适当留有余地；以使实际运行时能有一定的灵活性。计算水头损失时，一般应以近期最大流量（或泵的最大出水量）作为构筑物和管渠的设计流量，计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头。设置终点泵站的污水处理厂，水力计算常以接受处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒推计算，以使处理后污水在洪水季节也能自流排出，而水泵需要的扬程则较小，运行费用也较低。但同时应考虑到构筑物的挖土深度不宜过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难。还应考虑到因维修等原因需将池水放空而在高程上提出的要求。
在作高程布置时还应注意污水流程与污泥流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。污泥干化场、污泥浓缩池（湿污泥池），消化池等构筑物高程的决定，应注意它们的污泥水能自动排人污水人流干管或其他构筑物的可能性。在绘制总平面图的同时，应绘制污水与污泥的纵断面图或工艺流程图。
七、参考文献资料
① 《水质工程学》，中国建筑工业出版社，2005年
② 《城市污水回用技术手册》，化学工业出版社，2004年
③ 《给水排水设计手册》，中国建筑工业出版社，2004年
④ 《污水处理厂工艺设计手册》，化学工业出版社，2003年
⑤ 《三废处理设计手册》（废水卷），化学工业出版社
⑥ 《室外排水设计规范》GBJ 14-87
⑦ 《给排水制图标准》GB/T50106-2001
⑧ 《高浓度有机废水处理技术》
该厂平面布置特点为：流线清楚，布置紧凑。鼓风机房和回流污泥泵房位于暖气池和二次沉淀池一侧，节约了管道与动力费用，便于操作管理。污泥消化系统构筑物靠近四氯化碳制造厂（即在处理厂西侧），使消化气、蒸气输送管较短。节约了基建投资。办公室。生活住房与处理构筑物、鼓风机房、泵房、消化池等保持一定距离，卫生条件与工作条件均较好。在管线布置上，尽量一管多用，如超越管、处理水出厂管都借道雨水管泄入附近水体，而剩余污泥、污泥水、各构筑物放空管等，又都与厂内污水管合并流人泵房集水井。但因受用地限制（厂东西两恻均为河浜），远期发展余地尚感不足。 图2为乙市污水厂的平面布置图，泵站设于厂外。主要构筑物有：格栅、曝气沉砂池、初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池及回流污泥泵房等一些辅助建筑物。湿污泥池设于厂外便于农民运输之处。 该厂平面布置的特点是：布置整齐、紧凑。两期工程各自成系统，对设计与运行相互干扰较少。办公室等建筑物均位于常年主风向的上风向，且与处理构筑物有一定距离，卫生、工作条件较好。在污水流人初次沉淀池、曝气池与二次沉淀池时，先后经三次计量，为分析构筑物的运行情况创造了条件。利用构筑物本身的管渠设立超越管线，既节省了管道，运行又较灵活。
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