天津开发区西区污水厂设计 毕业论文.doc
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1、 摘 要 随着天津开发区西区投资环境的不断提升,入区的企业与投资项目逐年增多。截至2014年5月,西区累计吸引入区企业60余家。随着入区企业增多,建设西区污水处理厂已经迫在眉睫。该项目的实施,是完善天津市污水系统,解决天津城市污水集中处理的迫切需要,并为区内从事水环境的工作人员在基建投资、工艺比选、后期运营管理上积累了一定的经验,奠定了牢固的基础。本文在确定了污水厂建设规模与水质条件的基础上,首先根据西区污水处理厂进水水质的BOD5/CODcr,BOD5/TN及BOD5/TP值分析,研究、确定污水处理厂是否可以采用生化处理工艺及生物脱氮除磷的方式;其次,在分析近年来国内外应用较多的氧化沟法,A
2、-B法,SBR法,A2O法、生物膜法等工艺适用性的基础上,排除明显对本工程不太适用的处理工艺后,拟定了不同的处理工艺方案,从技术、经济、运行、管理等多方面进行对比和分析,选择出最适合的处理工艺;同时,在考虑深度处理工艺时对砂滤池和纤维转盘两种工艺进行分析与比选,选择出更为经济适用的工艺;最后,根据比选的结果,将二级处理HYBAS工艺,深度处理纤维转盘工艺作为西区污水处理厂建设的主要工艺方案。关键词:水量预测 污水厂 A2/O工艺 HYBAS工艺 深度处理第一章 绪论1.1 我国水资源状况水资源作为不可替代的自然资源,在社会经济发展和人民生活中占有重要地位1。我国的水资源基本都来自于自然降水,水
3、资源在总量方面较为丰富,根据最新的水利部门调查统计表明,我国年均降水总量是61012m3左右,降水量在648mm,远低于全球平均降水量的798mm以及亚洲平均降水量的741mm。其中,流入地表或者成为地下水资源的仅有45%,其余的降雨都因为蒸发作用回归到大气水汽。据统计,我国地表水河流年平均径流为2.71012m3,径流总深度为284mm,地下水资源大约在0.831012m3,地表水与地下水二次统计的0.731012m3,水资源总共大约在2.81241012m3,等同于地表河流总流量。我国湖泊储水总量是0.761012m3,储存的淡水量约占28%,为0.2171012m32。按照“全球公益活动
4、”提出的“可持续发展、人类以及可再生水使用情况”报告中运用的人口平均水资源测评指标:低于1700 m3的就是使用水紧张型国家,低于1000m3的就是使用水资源紧缺型国家,低于500m3的就是严重缺水型国家。我国能够生活生产运用的人平均淡水资源是900m3,也就是用水紧缺型国家。我国的水资源在地里空间上分布也不均衡, 80.4%的水资源都分布于长江流域。上述区域人平均水资源占到3480m3,是水资源十分富足的区域。但是,长江流域往北的很多区域水资源仅仅只有全国总量的14.7%,人平均只有747m3,属于缺水型区域,尤其是黄河、淮河以及海滦河三大区域。上述三个区域耕种面积占全国的39.1%,同时具
5、有全国34.8%的人口数量,经济占据全国生产总值的32.1%,但却仅有全国32.1%的淡水资源。三大区域的人平均水资源也只有500m3,属于水资源紧缺型地区,其中,西北地区淡水资源总量只有1300亿m3,仅占全国淡水总量的4.8%。总而与之,我国的人平均水资源比较缺乏,并且由于地理位置的分布不平衡性,很多的区域淡水资源十分紧张。改革开放以来,国内经济快速发展,城市以及农村也在高速建设,人口数量缓慢增多,各种用水量也在逐渐提高,用水的供求矛盾逐渐显现。除外,因为很多的工业生产废水以及人们生活污水没有处理就直接排入河流中,导致水环境急剧恶化,地表水以及地下水都收到严重的污染,使得可利用的水资源更加
6、缺少,进一步刺激了用水的需求矛盾。1.2 我国水污染近况水污染,指的是排入自然水体的污染物在总量方面高于物质在自然水体里的最低承受量以及自然水体的分解能力,进而致使自然水体的各种物理、化学以及生物等方面的属性产生改变,导致自然水体具有的自然生态以及承受水平遭到严重破坏。我国属于水资源短缺型的国家,同时水污染大大提升了水资源短缺的危机性。上世纪七十年代之后,虽然政府也开展了大量关于水污染治理方面的工作,但并没有从根本上改变水污染的严重趋势,之前已被污染了的自然水体没有得到实质性的改善。按照最新的调查表明,我国环境监管网早在2005年监测到的我国七大水系里的411个河流截面,仅有24符合地面水环境
7、质量标准规定的一、二类水质指标,符合三类指标的只有17,四、五类以及低于五类水质的大约在 32与27。全国七大水系中100个省界截面里,水质达到一三类、四五类以及低于五类的截面比重依次是36、40与24%。在二十八个重点湖泊里,只有两个湖泊水质符合二类指标,仅占总量的7;六个湖泊符合三类指标,占总量的21;三个湖泊符合四类指标,占总量的11;五个湖泊符合五类指标,占总量的18;十二个湖泊符合低于五类指标,占总量的43。在上述湖泊里,滇池、鄱阳湖以及太湖都是水域劣五类水质。根据我国年鉴记录,我国在上世纪八十年代每年废水排放总量在310亿m3左右,到九十年代增加到了416亿m3,其中包括工业废水总
8、量达到227亿m3,居民生活污水大约在189亿m3。直到2005年,全国每年废水排放总量已经突破了524.5亿m3,其中,工业生产废水达到243.1亿m3,居民生活污水达到281.4亿m3。由此可以分析出,年废水排放总量从1980直到1997年总共用了十七年只增加了106亿,却只用了八年(1997至2005年)就突破了108.5亿m3。因此,降低水环境污染的根本途径在于大量建造使用污水处理厂。全球建设污水厂总量最大的国家就是美国,平均每五千人就占有一个污水厂,其中,使用二级生物处理技术的污水厂总共占据78%;在英国,总共有八千个污水厂,平均每七千人就占有一个,几乎全部都是使用二级生物处理技术的
9、污水厂;在日本,总共具有六百多个污水厂,平均二十万人就占有一个,同时98.6%的污水厂都使用二级处理技术或者高级生物处理技术;截至目前,全球污水处理设施最为先进的国家就是瑞典,其城镇雨污水管道普及安装率超过99%,平均每五千人就具有一个污水厂,使用二级生物处理技术的污水厂总共约91%。根据以上国家的实际工程经验表明,建设污水厂对保护水资源具有十分重要的意义。例如美国,七千多条河流经过多年的兴建污水厂,水质有了显著的改善。并且在日本不满足标准的河流区域,从1971直至1980年,也由开始的0.6%降低到了0.05%。1.3 城市污水处理设施的建设与发展在我国,污水处理一直不够重视,发展起步也较晚
10、。1921年在上海北区,建设了我国首个污水厂,之后上海西区与东区污水厂陆续建立。处理能力达40000 m3/d。这是为了处理租界范围内排放的污水从而建立了上述三个污水厂。1949年解放上海的时候,仅有西区的污水厂正常工作,日处理量也只有16000m3。新中国成立之后,因为国内的经济比较落后,建设的污水厂基本上都只有一级处理。比较大的污水处理厂包括:1958年建设的西安污水厂,日处理量达到60000m3;1961年建设的北京高碑店污水厂,日处理量达到166000m3。很多的工业生产废水以及居民生活污水都是没有经过处理,直接排入河流里,因此,国内许多城市周围的地下水以及地表水都遭受到了不同程度的污
11、染。 一直到上世纪七十年代之后,政府才开始关注城市污水的处理问题。很多城市把周边的湖泊、沼泽湿地或者河道改修之后作为稳定塘,可以处理生活污水。按照当时记录数据,1980年在全国范围内,已有三四十个多种方式的稳定塘,日处理总量大约为173万m3。大部分的污水是居民生活污水,部分来自于工业生产废水,其中主要有棉纺、加工以及冶炼等。此阶段已开始与国外污水处理先进国家进行技术交流,并引进了先进的设备和技术,为我国污水处理厂的设计建设积累了丰富的经验,同时为之后建立满足国内实际情况的污水厂打下了良好的基础。二十世纪八十年代,国内城市化的发展十分迅速,政府逐步意识到了城市水污染的问题,增多了对排水设备和污
12、水处理的财务投入。政府为了刺激对水污染的处理实施了多种的法制政策,允许世界经济组织、国外机构以及各类供应商提供的资产贷款,同时由政府负责偿还投资贷款,至此,在全国范围内建设了众多的污水厂。例如,天津市纪庄子污水厂是国内首个大型污水厂,早在1982年开始投资建立,在1984年春季完工进行运行使用,日处理总量可以达到26万m3。结合天津纪庄子污水厂建设的实际经验,全国各个地区的污水厂,快速的投资建设起来,例如北京、上海以及湖南等多个城市都按照自身的实际情况投资建设了多种规模多种处理工艺的污水厂。 “八五”开展期间,城市环境系统管理的逐渐加强以及各个河流区域污染控制强度的提高,城市污水厂的投资实施开
13、启了一个全新的历史时期。在1995年,国内城市污水管道总长度达到110万公里,按照服务总面积计算,城市污水管网使用率超过64.8%。同1990年对比,城市污水管道总长度增加5.4万公里,每年平均加长1万公里;城市污水厂总共达到169个(其中共有二级处理厂116个,年处理总量达到17.49亿m3)。同1990年对比,增多了近九十个污水厂,按照平均每年增加17个污水厂的速度逐步发展。 “九五”开展期间,国务院颁布并且实施了“九五”计划、绿色工程方案等多种政策文件,同时实施了“污染物排放总量管理措施”以及重点处理“三河”水污染问题等法制政策。政府开始针对“三河”、 “三湖”区域以及“环渤海”区域的水
14、环境保护治理,政府在资产投入以及专业技术方面都给予了充分的支持和帮助。在1998年,政府着重提高经济发展,计划使用千亿投入,大力开展城市污水厂建设工程,共计大约有三百多个污水厂建设项目、两百多亿元的补助列入投资计划中并且开始实施。19961999三年之间共有二十多个城市污水厂工程完工并且开始使用,投资共计六十亿元,日处理总量达到371.7万m3。20002005年我国城市污水处理厂从427座发展到792座, 增长了85.48%, 每年平均增加73座污水处理厂,污水集中处理能力从2157.84万m3/d 增长到5725 万m3/d,增长幅度为165.31%3。1.4 城市污水处理工艺技术现状根据
15、我国国情,在不影响经济建设的前提下,提高污水处理率、解决污水处理问题的关键在于污水处理工艺的选择4。活性污泥法是目前国内污水厂常用的处理方式,九成以上的污水厂都是使用这种方式,其他处理方式还有一级处理、氧化塘以及生物膜法等。“七五”至“十五”期间国家投入巨量资金,发布并支持了大批有关环保的科技攻关课题,同时获得了十分喜人的研究成果,其中主要有污水处理新工艺、污泥处理新工艺以及污水二次回收使用新工艺等,很多技术成果已经超越了全球领先水平。期间,有些污水处理工程使用的国外贷款,同时从国外吸收了很多先进工艺、技术手段以及各种设施。很多当时技术领先的处理方式,例如AB法、A2/0 法以及MSBR法等都
16、广泛应用在国内污水厂中。之前的污水处理方式只关注去除分解各类有机物质,但是如今的污水处理方案已经转化成为具备脱氮除磷的综合工艺。世界先进的沉砂池、污泥泵、除砂设备、厌氧搅拌等各种大型设施和技术都引进吸收到了国内污水厂的建设运行中。二十世纪八十年代之前,活性污泥法是国内污水厂常用的污水处理方式,因为这种方式去除分解的主要污染物是BOD与SS,基本对去除氮磷等营养物没有效果。为了能够满足国家对污水厂全新的排放规定,多数污水厂开始调整处理工艺,在运行体系里提高脱氮除磷效果。八十年代早期,国内很多开始建设的污水厂使用了AB法污水处理方式。上述处理方式的优势在于抗冲击水平高、具有良好的缓冲pH值以及各种
17、有毒物质的改变。所以基本都是应用在污水浓度相对比较高,每日水质或者水量改变比较大的污水厂里,特别是那些进水里工业废水较多的污水厂。 截至目前,国内污水厂使用最多的处理方案就是氧化沟。其中,澳贝尔氧化沟的使用最为广泛,上述处理工艺由国内自主设计、设施基本国产化,已具有成功的项目案例。在许多进水浓度较高的中小型污水厂里,使用较多的是DE氧化沟或三沟式氧化沟。此外,有些污水厂使用的是卡罗塞尔氧化沟。 SBR工艺和ICEAS工艺、CAST工艺以及UNITANK工艺类似,在国内污水厂里都有一定的使用。 新世纪以来,国内对水质环境的要求逐渐提升,制定实施的污水综合排放标准以及城镇污水处理厂污染物排放标准也
18、逐渐严格起来,关于脱氮、去磷的技术要求也在逐渐增强,因此,新投资建设的污水厂在前期设计环节务必思考解决氮磷的去除问题。由此,开始广泛使用改良 A/O, A2/O以及UCT等处理方式,同时在许多污水厂里得到广泛应用。例如天津东郊污水厂和北京清河污水厂等。1.5 研究课题的内容及拟解决的关键问题1.5.1 研究课题的内容(1)污水量预测根据不同的年份,把区域中的生活污水和工业污水等依次开展预测,之后合算多项污水预算量从而确定污水总排放量。(2)污水厂规模按照开发区污水排放体系在近期和远期排放总量的预算数据结果,明确XX污水厂在近期和远期的处理水平。(3)污水厂进出水质第一步,按照区域中污水排放实际
19、数据以及东区已投入使用的污水厂水质改变规律明确污水厂的水质;第二步,关于出水水质的确定,严格按照城镇污水处理厂污染物排放标准里一级B标准确定。(4)根据已经明确的污水厂进水出水水质,确定污水厂的处理效果(5)初步确定污水厂的处理工艺根据西区污水厂进水中的BOD5/CODCR,BOD5/TN以及BOD5/TP的深入分析研究,明确污水厂能够使用生化处理方式或者生物脱氮除磷工艺。(6)常规处理工艺方案的比选按照二级处理工艺里,多年以来广泛使用的工艺,例如,氧化沟,A/O法,A-B法以及生物膜法等,排除对本次项目不合适的方案之后,再次针对合适的处理方案展开仔细的对比研究,之后挑选出最合理的污水处理方式
20、;(7)深度处理工艺方案的比选在深度处理中对砂滤池和纤维转盘两种工艺进行比选,选择经济适用的工艺方案;(8)按照比选的处理方式,作为污水厂投资建立的基本工艺方式。1.5.2 课题中拟解决的关键问题课题中拟解决的关键问题是将二级处理中的众多不适用的工艺排除掉,将适用的二级处理工艺方案及深度处理工艺在处理效果、工程投资、运行管理的复杂程度、运行成本等方面进行比选,使用经济合理、技术成熟同时具备一定针对性的处理工艺,在长时间的使用中都可以保障出水水质达标,保障处理能力有效,技术可靠,经济合算。第二章 污水厂建设区域概况2.1 设计原则(21)全面落实政府针对环境治理的相关法律法规,设计方案满足国家相
21、关的规范要求。污水厂处理之后的污水水质必须满足国家有关的标准规范;)在天津西区总体规划的指导下进行设计,服从西区城市总体规划的原则和要求;(3)积极合理地吸收、使用国外领先的污水处理以及污泥消化的新技术方案;(4)尽量使用集成水平高的处理方案,进而方便污水厂之后的二期建设与各种扩展工程;(5)按照建设投资的筹集以及污水总量增高的实际状况,使用近期投资和远期规划相互结合,综合管理、系统规划、分期施行;(6)使用领先、有效的自动化管理方式,提升污水厂的机械化水平,确保污水厂一直处于最佳的工作运行状态,最大程度的减少工人的工作量;(7)工艺方案领先、简便、有效,管理控制工作量小。2.2 自然条件和地
22、区的概况2.2.1 地理位置天津市开发西区位于天津市主城区和塘沽城区之间,距离市中心大约在28公里,东距东区建成区中心18km,介于东经1172311733,北纬393914,南边到津滨高速公路,北边至杨北公路,东边临近唐津高速公路,西边接近茶金公路,总面积约48km2。2.2.2 自然条件(1)气候西区是温带季风气候,季风规律性很强,在冬天受到蒙古西伯利亚高压气流控制,主要都是西北风,在夏天,受到北太平洋副热带气压控制,主要为西南风,春季和秋季是过渡季节,风向变化复杂。四季节气分明,春季辐射大,空气水分低,风较多降雨少;夏季温度高,空气湿度高,降水频繁;秋季温度迅速降低,主要是晴天,冷暖事宜
23、;冬季主要是晴天,雨雪不多,气温低,土地冰冻。年平均气温11.8C。7月份温度最高,年平均最高温度是30.1C,极端温度是39.6C;1月份温度较低,年平均最低温度是-9.2C,极端温度是-20.7C;最冷月与最热月的年较差为30.8C。西区年均降水总量是598.5mm,季节降水量分明,夏季雨水充沛,冬季很少降雪,春季降雨不断增多,秋季降雨逐渐降低。年平均蒸发量是1142.9mm,5月蒸发量最高,184.6mm,12月份蒸发总量最低是28.5mm。年平均干燥度为1.9。区内年日照时数是4439h,最长的时期是在五月份,最低的时期是在腊月。全区年辐射总量是125千卡每平方厘米。(2)地质地貌西区
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