第一章:设计工程概述
1、设计题目：某垃圾填埋场垃圾渗滤液处理工艺设计
2、工程概况：某垃圾填埋场日产废水280吨，要求处理后达标排放，试设计其处理工艺，水质情况如下：（污水进水水质和排放标准单位：mg/L）
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项目 |
COD |
BOD5 |
SS |
氨氮 |
PH |
|
数值 |
23000 |
11000 |
2200 |
1500 |
6～9 |
3、污水的水质及排放标准：设计水量为280t/d，污水水质及排放标准见下表。
（污水进水水质和排放标准单位：mg/L）
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项 目 |
COD |
BOD5 |
SS |
氨氮 |
pH |
|
进水水质 |
23000 |
11000 |
2200 |
1500 |
6～9 |
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排放标准 |
100 |
30 |
30 |
25 |
6～8 |
注：执行(GB16889－2008)《生活垃圾场填埋控制标准》中表2规定排放标准。
4、设计任务
⑴设计一座小型垃圾填埋场垃圾渗滤液处理站；
⑵编制废水处理厂设计说明书；
⑶计算各构筑物和主要建筑物尺寸并编制设计计算书；
⑷绘制废水处理站的平面图、高程图。
第二章:工程设计说明书
1、概述
1.1、垃圾渗滤液水质特点：
1）污染物种类繁多：渗滤液的污染成分包括有机物、无机离子和营养物质。其中主要是氨、氮和各种溶解态的阳离子、重金属、酚类、丹类、可溶性脂肪酸及其它有机污染物。
2）污染物浓度高，变化范围大：在垃圾渗滤液的产生过程中，由于垃圾中原有的、以及垃圾降解后产生的污染物经过溶解、洗淋等作用进入垃圾渗滤液中，以致垃圾渗滤液污染物浓度特别高，而且成分复杂。垃圾渗滤液的这一特性是其它污水无法比拟的，造成了处理和处理工艺选择的难度大。
3）水质变化大：垃圾成分对渗滤液的水质影响大。不同的地区，生活垃圾的组成可能相差很大。相应的渗滤液水质也会有很大差异。垃圾渗滤液水质因水量变化而变化，同时随着填埋年限的增加，垃圾渗滤液污染物的组成及浓度也发生相应的变化。
4）营养元素比例失衡：对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是BOD5：N：P=100：5：1，而一般的垃圾渗滤液中的BOD5/P大都大于300，与微生物所需的磷元素比例相差较大。
1.2、设计依据、设计范围
1.2.1、设计依据
1）法律法规依据
（1）《中华人民共和国环境保护法》
（2）《中华人民共和国水污染防治法》
（3）《中华人民共和国污染防治法实施细则》
（4）《防治水污染技术政策》
2）技术标准及技术规范依据
（1）《城市排水工程规划规范》（GB50318-2000）
（2）《室外排水设计规范》（GBJ14-1987）
（3）《建筑给水排水设计规范》（GBJ15-1987）
（4）《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287-92）
（5）《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)
1.2.2、设计范围：为渗滤液流入污水处理厂界区至全处理流程出水达标排放为止，设计内容包括水处理工艺、处理构筑物的设计、污泥处理系统设计等。
1.3、设计原则及设计特点
1.3.1、设计原则
1）针对废水水质特点采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺和设备，最大可能地发挥投资效益，采用高效稳定的水处理设施和构筑物，尽可能降低工程造价；
2）工艺设计与设备选型能够在生产过程中具有较大的灵活性和调节余地，能适应水质水量的变化，确保出水水质稳定，能达标排放；
3）处理设施设备适用，考虑操作自动化，减少劳动强度，便于操作、维修；
4）建筑构筑物布置合理顺畅，减低噪声，消除异味，改善周围环境；
5）严格执行国家环境保护有关规定，按规定的排放标准，使处理后的废水达到各项水质指标且优于排放标准。
2、工艺流程及说明
2.1、该行业水处理技术概述：由于设计进水水质浓度高，要求污染物去除率较高，任何单机处理都难以达到出水排放标准。因此为了有效去除污染物，本次渗滤液处理设计包括一级预处理、二级生物处理和深度处理。
1）一级预处理主要作用是去除污水中的漂浮物及悬浮状的污染物、调整pH值和减轻污水的腐化程度及后处理工艺负荷。在一般情况下，物理法和化学法均可作为高浓度废水处理的预处理。预处理一般包扩固液分离、气浮、吹脱、吸附、沉淀、混凝等。其中固液分离能有效去除悬浮物，吹脱法对于氨氮去除率较高。
2）二级生物处理主要作用是去除污水中呈胶体和溶解态的有机污染物，使出水
的有机物含量达到排放标准的要求。生化处理包括活性污泥法和生物膜法等。其
中ABR、SBR、氧化沟等处理有机物和氨氮效果较好。
3）深度处理主要作用是进一步去除常规二级处理不能完全去除的污水中的杂质，实现污水的回收和再利用；深度处理包括膜分离、混凝沉淀、离子交换和活性炭吸附等。其中混凝沉淀和活性炭吸附工艺较成熟，且处理效果较好。
2.2、工艺方案路线：渗沥液处理工艺按流程可分为预处理、生物处理、深度处理和后处理（污泥处理和浓缩液处理）
1）预处理包括生物法、物理法、化学法等，处理目的主要是去除氨氮和无机杂质，或改善渗沥液的可生化性。
2）生物处理包括厌氧法、好氧法等，处理对象主要是渗沥液中的有机污染物和氨氮等。
3）深度处理包括纳滤、反渗透、吸附过滤、高级化学氧化等，处理对象主要是渗沥液中的悬浮物、溶解物和胶体等。深度处理应以膜处理工艺为主，具体工艺应根据处理要求选择。
4）后处理包括污泥的浓缩、脱水、干燥、焚烧以及浓缩液蒸发、焚烧等，处理对象是渗沥液处理过程产生的剩余污泥以及纳滤和反渗透产生的浓缩液。
5）各处理工艺中工艺单元的选择应综合考虑进水水质、水量、处理效率、排放标准、技术可靠性及经济合理性等因素后确定。
6）渗沥液处理中，深度处理是难点和重点，也是保证达标及运行管理的关键步骤，关于深度处理方案，做常见三种方案的比较
2.3、工艺方案比较
2.3.1、超滤：超滤是一种以筛分为分离原理，以压力为推动力的膜分离过程，过滤精度在0.005-0.01μm范围内，可有效去除水中的微粒、胶体、细菌、热源及高分子有机物质。可广泛应用于物质的分离、浓缩、提纯；超滤过程无相转化，常温下操作，对热敏性物质的分离尤为适宜，并具有良好的耐温、耐酸碱和耐氧化性能，能在60℃ 以下，pH为2-11的条件下长期连续使用；系统回收率高，所得产品品质优良，可实现物料的高效分离、纯化及高倍数浓缩。处理过程无相变，对物料中组成成分无任何不良影响，且分离、纯化、浓缩过程中始终处于常温状态，特别适用于热敏性物质的处理，完全避免了高温对生物活性物质破坏这一弊端，有效保留原物料体系中的生物活性物质及营养成分。系统能耗低，生产周期短，与传统工艺设备相比，设备运行费用低，能有效降低生产成本，提高企业经济效益。 系统工艺设计先进，集成化程度高，结构紧凑，占地面积少，操作与维护简便，工人劳动强度低。
2.3.2、活性炭吸附法与离子交换：活性炭是一种多孔性物质，而且易于自动控制，对水量、水质、水温变化适应性强，因此活性炭吸附法是一种具有广阔应用前景的污水深度处理技术。活性炭对分子量在500～3 000的有机物有十分明显的去除效果，去除率一般为70%～86.7%，可经济有效地去除嗅、色度、重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等；而垃圾渗滤液当中重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等比较多，采用此方法可以比较全面的去处这些污染物质。
2.3.3、高级氧化法：工业生产中排放的高浓度有机污染物和有毒有害污染物，种类多、危害大，有些污染物难以生物降解且对生化反应有抑制和毒害作用；而高级氧化法在反应中产生活性极强的自由基，使难降解有机污染物转变成易降解小分子物质，甚至直接生成CO2和H2O，达到无害化目的。
表1深度处理工艺方案比较
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工艺 |
超滤 |
活性炭吸附法与离子交换 |
高级氧化法 |
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处理原理 |
生物膜法。 |
吸附、离子交换 |
高级氧化和生化同步 |
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出水水质 |
水质较好。 |
水质较好可经济有效地去除嗅、色度、重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等。 |
COD、SS难保证达标 |
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难点问题 |
浓缩液难处理；需要加压。 |
浓缩液较多；且含盐量较高，残留物中的盐分富集对运行影响较大。 |
渗沥液中大量难以生物降解物质COD难去除；臭氧加药量需根据水质动态变化，臭氧设备安全性要求较高，对运行人员要求较高。 |
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净水回收率 |
由于超滤对盐分截留较小，净水回收率较高且较稳定 |
DTRO对盐分的截留，回收率相对方案一有所降低，而且下降较快 |
回收率高 |
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投资情况 |
较高 |
较低 |
较低 |
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工艺运行比较 |
耗能较低，有较多的工程及运行经验，运行管理简单 |
耗能较高，运行管理简单 |
工程及运行经验不足，运行管理较复杂 |
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设备维护 |
设备维护简单，故障率较小 |
需要定期更换老化的活性炭 |
设备维护较复杂 |
综上所述，考虑各个方面的因素，采用超滤法作为深度处理的少选方法。
3、工艺确定
3.1、工艺处理流程图
3.2、主要构筑物说明
3.2.1、格栅：渗滤液经厂内排污管道流到渗滤液处理站。由于属于生活垃圾填埋场渗滤液，其中难免混有较粗大杂质，有可能阻塞后续处理程序中的管道或泵进而影响整个工艺，首先设置格栅除去较粗大的悬浮物和颗粒，根据此次处理的渗滤液的水质水量，只需在渗滤液进入调节池前设置一人工细格栅。
3.2.2、调节池：由于渗滤液的pH值在6~9左右，因此在吹脱塔前设置一均质调节池I，向调节池中加碱提高渗滤液pH值至11左右，以达到后续吹脱工艺的处理要求，同时对渗滤液水质、水量、酸碱度和温度进行调节，使其平衡。
1）碱性药剂一般为Ca(OH)2、CaO或NaOH。若采用向废水中加入NaOH，其处理效果好，但是加纯碱的相对处理成本较高。
2）Ca(OH)2与CaO均含有杂质，处理时产生一定沉渣，但价格便宜，易于购买。二者相比，生石灰（CaO）较为常见，价格也较便宜，从经济的角度考虑，本设计采用CaO作为投加药剂。
3）根据国内很多厂家的处理实例，在加药间里设置一加药设备，向溶解槽中加入CaO和自来水得到Ca(OH)2溶液，用计量泵向调节池中投加。
3.2.3、初沉池：初沉池可以经济有效的去处污水中的悬浮固体，同时去除一部分呈悬浮状态的有机物，以减轻后续生物处理构筑物的有机负荷。又有一部分混凝沉淀池的作用，所以此处省掉混凝沉淀池；初沉池的处理对象是悬浮物质（SS可去除40%～50%以上），同时可以去除部分BOD5（约占总BOD5的20%～30%，主要是非溶解性BOD），以改善生物处理构筑物的运行条件并降低其BOD负荷。本设计应选择竖流式沉淀池。
3.2.4、吹脱塔：吹脱对于高浓度的氨氮有较好的去除效果，渗滤液的pH值在调节池内被调节至11左右，以使渗滤液中有更多的游离氨，便于吹脱，然后渗滤液被污水提升泵从调节池提升到吹脱塔中；吹脱塔的接触面积较大，有利于氨氮的吸收。同时设置一吸收塔，将吹脱后的氨气吸收；氨气吹脱塔对氨氮的去除效率在在60%～95%之间。对COD去除率约为25%~50%，BOD去除率约为65%，SS去除率约50%
3.2.5、UASB升流式厌氧污泥床反应器：作为高效厌氧反应器，采用悬浮生长微生物模式，独特的气液固三相分离系统与生物反应器集成于一空间，使反应器内部能够形成大的、密实的、易沉降颗粒污泥，从而在反应器内的悬浮固体可达到23~30g/L。UASB生物反应器的大小受工艺负荷、最大升流速度、废水类型和颗粒污泥沉降性能等的影响，一般通过排放剩余污泥来控制絮体污泥和颗粒污泥的相对比例，反应器的HRT一般在0.2~2d范围内，其容积负荷为2~25kgCOD/(m3·d)。此技术启动期短，耐冲击性好，对于不同含固量污水具有较强的适应能力。
3.2.6、MBR膜生物反应器：目前我国污水处理的主流工艺仍然是活性污泥法。但是活性污泥法存在许多的不足之处，如占地面积大，处理的出水水质效果差，不稳定，不利于水资源的利用，能耗高，剩余污泥大，操作复杂等一系列问题。针对与以上的不足，各种新型高效的生物处理技术应运而生，膜生物反应器就在其中。膜生物反应器是膜分离与生物工艺相结合的新型处理技术。其主要原理就是：首先通过活性污泥来去除水中可生物降解的有机污染物，然后采用膜将净化后的水和活性污泥进行固液分离。厌氧与好氧结合处理，与厌氧法相比，好氧处理消耗大量的动力能量，且废水COD浓度越高，好氧法耗能越多；好氧处理时有机物转化成污泥的比例远大于厌氧法，因此污泥处理和处置的费用也高于厌氧法；好氧处理时污泥的生长量大，所以对无机营养元素的要求也高于厌氧法，对于含磷浓度较低的垃圾渗滤液需投加必要的磷。而厌氧工艺处理时间长、占地面积大，单纯厌氧工艺处理效果不佳，鉴于以上原因，对高浓度的渗滤液一般都采用厌氧—好氧两者结合处理工艺。
3.2.7、消毒池：经过处理后，渗滤液出水水质已经达标，但是渗滤液中含有细菌、病毒和病卵虫等致病微生物，因此采用液氯消毒将其杀灭，防止其对人类及牲畜的健康产生危害和对环境造成污染，使排水达到国家规定的细菌学指标。
3.2.8、污泥浓缩池：污水处理厂的污泥是由液体和固体两部分组成的悬浮液。污泥处理最重要的步骤就是分离污泥中的水分以减少污泥体积，否则其他污泥处理步骤必须承担过量不必要的污泥体积负荷。
1）污泥中的水分和污泥固体颗粒是结合在一起的，按照污泥水的存在形式可分为外部水和内部水，其中外部水包括孔隙水、附着水、毛细水、吸附水。
2）污泥颗粒间的孔隙水占污泥水分的绝大部分（一般约为70%～0%），其与污泥颗粒之间的结合力相对较小，一般通过浓缩在重力的作用下即可分离。附着水（污泥颗粒表面上的水膜）和毛细水（约10%～2%）与污泥颗粒之间的结合力强，则需要借助外力，比如采用机械脱水装置进行分离。吸附水（5%～8%，含内部水）则由于非常牢固的吸附在污泥颗粒表面上，通常只能采用干燥或者焚烧的方法来去除。内部水必须事先破坏细胞，将内部水变成外部水后，才能被分离。
（未完，待续）
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