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1、北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计珠海市西坑尾垃圾填埋场C区渗滤液处理设计学 院：专 业：姓 名：指导老师：材料与环境学院环境工程罗柏霖学 号：职 称：160503102186吴灵副教授中国珠海二二年五月诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计广东省珠海市西坑尾垃圾填埋场C区渗滤液处理设施设计是在指导教师吴灵的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名： 日期： 年 月 日西坑尾垃圾填埋场C区渗滤液处理设施设计摘 要珠海市西坑尾垃圾填埋场C区渗滤液处理，采用了氨吹脱 + 升流式（上流式）厌氧污泥床反应
2、器（UASB）+ 膜生物反应器（MBR）的处理工艺。渗滤液在经过调节池处理后产生更多的游离氨，氨氮的浓度越高，氨吹脱的去除效果越好。同时，耐冲击性强、适应能力强的UASB是一种高效的厌氧反应器，目的是将生物反应器与固液气三相分离系统汇集一起。膜生物反应器是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。在我国，目前污水处理的主流工艺依旧是活性污泥法，但是它存在占地面积大且操作繁琐复杂，不但出水水质效果差不稳定，还不利于水资源的利用等一系列问题。然而膜生物反应器也有不足，与厌氧法相比，它会消耗大量的动力和能量。综合以上种种原因，对浓度较高的渗滤液处理我
3、们采用厌氧好氧两者结合的处理工艺。同时，在处理设施设计中，更为重要的一点就是要做到高效率，并且还要低能耗，经过处理后的水质必须达到生活垃圾填埋场污染控制标准(GB 16889-2008)H才可以回用或排放。 关键词：垃圾渗滤液；氨吹脱；升流式/上流式厌氧污泥床（UASB）；膜生物反应器（MBR）Design of Leachate Treatment Facilities in Area C of Xikengwei Landfill SiteAbstractThe treatment of leachate in Zone C of Xikengwei Landfill in Zhuhai
4、City adopts the treatment process of ammonia stripping + upflow (upflow) anaerobic sludge bed reactor (UASB) + membrane bioreactor (MBR). The leachate produces more free ammonia after being processed in the conditioning tank. The higher the concentration of ammonia nitrogen, the better the removal e
5、ffect of ammonia stripping. At the same time, UASB with strong impact resistance and strong adaptability is an efficient anaerobic reactor, the purpose is to bring together the bioreactor and the solid-liquid-gas three-phase separation system.Membrane bioreactors use activated sludge to remove biode
6、gradable organic pollutants in water, and then use membrane to separate the purified water and activated sludge for solid-liquid separation. In China, the current mainstream process of sewage treatment is still the activated sludge method, but it has a large area and cumbersome and complicated opera
7、tions. Not only is the effluent water quality poor and unstable, but also not conducive to the use of water resources and other problems. However, the membrane bioreactor also has shortcomings. Compared with the anaerobic method, it consumes a lot of power and energy. Based on the above reasons, we
8、use a combination of anaerobic and aerobic treatment process for the treatment of higher concentration leachate.At the same time, in the design of treatment facilities, it is more important to achieve high efficiency and low energy consumption. The water quality after treatment must meet the Polluti
9、on Control Standard for Domestic Waste Landfill (GB 16889-2008) . H. Before it can be reused or discharged.Keywords: Landfill leachate; ammonia stripping; upflow / upflow anaerobic sludge bed (UASB); membrane bioreactor (MBR)目录1前言11.1本研究的现状及意义11.2主要来源与特点11.3设计目标和关键问题12工程概况32.1项目基本情况32.2地理环境42.3地质地貌4
10、2.4气候气象52.5社会经济53工艺设计概况73.1设计依据73.2设计原则83.3设计指标84工艺方案的确定104.1渗滤液处理工艺类别104.2渗滤液工艺处理选择104.3渗滤液处理程度114.4渗滤液工艺流程125构筑物的设计与计算135.1格栅135.1.1设计流量135.1.2设计参数135.1.3设计计算135.2调节池165.2.1设计参数165.2.1设计计算165.3初沉池165.3.1设计参数165.3.2设计计算175.4吹脱塔：195.4.1设计参数195.4.2设计计算：195.5UASB反应器205.5.1设计参数205.5.2设计计算205.6MBR膜生物反应器
11、265.6.1设计参数265.6.2设计计算275.7超滤设备285.7.1设计参数285.7.2设计计算285.8污泥浓缩池295.8.1设计计算295.8.2污泥外运325.9消毒池325.9.1设计参数325.9.2设计计算326平面与高程布置336.1平面布置设计336.2高程布置337工程概预算347.1主要构筑物成本347.2工程总费用概算348结论35参考文献36致谢38附录391前言1.1本研究的现状及意义我国是人口大国，也是能源消耗大国。随着信息化程度的不断发展，人民生活水平的日益提高，垃圾产生的速度也让人感到震惊。在目前，垃圾填埋和垃圾焚烧是我国主要的垃圾方式。垃圾填埋是目
12、前最经济的处理方式，而且大多数都是采用比较简易填埋方式处理，但是垃圾渗滤液的水质水量变化大、污染物含量高等问题，并且它的性质容易受自然因素影响发生比较大的变化，所以我国大部分垃圾填埋场的渗滤液，在处理时伴随着许许多多的困难与问题，甚至出水水质都难以达到排放标准。因此，垃圾渗滤液的处理一直是中国乃至全球非常棘手的问题。这种垃圾渗滤液的成分十分复杂，包括污染物浓度、总氮、BOD等等，还有一些重金属污染物。如果不经过妥善的处理，就将既复杂又高浓度的渗滤液排放到环境中，一定会对环境造成很严重的污染。所以我们应该要针对这点，设计合理的方案。1.2主要来源与特点表1.1渗滤液主要来源与特点主要来源特点垃圾
13、生化反应产生的水污染物浓度较高大气降水有机污染物成分十分复杂、量多垃圾自身含水液体中微生物营养元素比例分配不均地下潜水的反渗水质变化较大1.3设计目标和关键问题本次渗滤液处理工艺设计是对大学四年以来专业知识综合运用的一次考察，同时也是在校期间最后一次综合能力的检阅。在设计过程中，除了强化课堂课本上的知识，更加全面地掌握了工艺设计以及绘制CAD 的能力，还锻炼了独立思考和团队合作的能力。 通过本次毕业设计，需解决的关键问题如下： （1）垃圾填埋场中渗滤液的产生量；（2）水质变化容易受地理环境影响，尤其雨季较多，产量和污染物也越多；（3）浓度随垃圾填埋的年限变化逐渐变大；（4）二次污染处理：臭气排
14、放和污泥填埋处理；（5）渗滤液处理工艺方案的选择与确定；（6）相关设备工艺的计算；2工程概况2.1项目基本情况珠海市西坑尾垃圾填埋场C区启用于2017年，位置距离市中心约18km，通过填埋处理珠海市生活垃圾产生量的30%，该区的服务年限约为4年。以2017年为基准，按照珠海实际情况，人均生活垃圾日产生量为1.45公斤，服务人口为176.54万人，每日进场生活垃圾量为738.36吨，因此垃圾填埋量的计算截止至2020年。项目所在地示意图如下图 2.1 所示：图2.1项目所在地示意图2.2地理环境该项目位于珠海市前山镇福溪村，地处福溪中游西坑尾山麓,东距香洲8公里，东南距拱北10公里。本设计项目为
15、垃圾填埋场C区是填埋场的四个填埋区(A、B、C、D)中的其中一个。本设计仅以填埋场的C区为设计对象。2.3地质地貌填埋场所在的西坑尾丘陵是珠江口西岸凤凰山丘岭的西南向余脉。山顶高程自250-300m的高丘陵向230左右的低丘陵递减，延至南溪村广珠公路即接较为平坦的前山河冲积平原,高程1-2米。填埋场周围丘陵由中生代燕山期隆起的花岗岩构成,表土及河谷覆盖着岩石风化的第四纪洪坡积物。低丘陵表土为赤红壤,福溪河谷西坑尾一带为水稻土。2.4气候气象气象参数项目单位数据气温最冷月平均气温15.2（1月）最热月平均气温28.1（7月）极端最低气温2.5极端最高气温38.5年平均气温22.5湿度相对湿度最大
16、月平均湿度/86%（4月）相对湿度最小月平均湿度69%（12月）降水量年平均降水量mm1993.70蒸发量年平均蒸发量mm1355风向冬季风向/东北风和北风广东省珠海市属于亚热带季风性气候。年均气温22.4。夏季常有台风影响，具体气象特征如表2.1所示：表0.1 珠海市的气象特征2.5社会经济珠海作为经济特区，紧邻澳门，在目前近几年，正处于快速发展阶段。根据广东移动珠海分公司统计，珠海常住人口达300万，根据统计局数据显示，珠海家庭存款位居全省前列，甚至超越省会广州，证明了珠海人民的经济实力。企业方面以格力为代表的龙头企业引领发展，由政府指导带动各业中小企业发展，引进高新科技生物技术公司，加大
17、人才引进，成立横琴经济合作特区，并建立世贸形成新一带商业CBD。教育方面有中山大学、暨南大学、北京师范大学、北理理工大学等高等院校培养的优秀学子，不断为城市输入新鲜血液，为珠海不断创造价值，带动经济发展。随着港珠澳大桥的开通，同时深中隧道、红鹤大桥工程的不断完善，无疑是加大了珠海在珠三角地带的经济往来，交通更加便利，社会治安，以及大众素质也越来越高，人民生活水平越来越好。3工艺设计概况3.1设计依据 表3.1 设计依据序号依据1中华人民共和国环境保护法2污水综合排放标准（GB8978-1996）3生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范（HJ564-2010）4生活垃圾填埋污染控制标准（GB168
18、89-2008）5环境工程设计手册（修订版）6给水排水工程结构设计规范（GBJ69-99）7给水排水工程结构设计规范（GBJ69-84）8给水排水构筑物施工及验收规范(GBJ141-90)9给水排水工程快速设计手册第二册 排水工程10给水排水设计手册第一册 常用手册11给水排水设计手册第四册 工业给水处理12给水排水设计手册第五册 城市排水13给水排水设计手册第十册 技术经济14给水排水设计手册第十一册 常用设备3.2设计原则1、渗滤液经处理后必须达到相关法律法规的标准生活垃圾填埋污染控制标准（GB 16889-2008）。2、要使处理工艺的高效性和可靠性有机结合起来。3、设备要稳定、高效，便
19、于管理、维护，并且尽可能的节省运行的成本。 4、构筑物设计要灵活可控，保证出水稳定，并且能够达标回用。 5、厂区布置要合理，符合消防和环保的要求，并且与周边环境相协调。 3.3设计指标西坑尾垃圾填埋场C区汇水面积46000m3，由表2-1数据可得平均日降雨量而计算出填埋期间的日平均渗滤液产生量： （3.1）Q平均=（1993.70/365）0.54600010-3=125.6m3/d渗滤液总变化系数取1.5，则Qmax=125.61.5=188.4m3/d，取200m3/d。则该设计的渗滤液处理量为200t/d表 3.2 原水水质指标 单位：mg/L（除 pH）CODcrBOD5SSNH3-N
20、pH TP含量80004000100087.4-8.2根据要求，本设计的出水水质要求达到生活垃圾填埋场污染控制标准(GB 16889-2008)，渗滤液的出水水质标准如表3.3所示：CODcrBOD5SSNH3-NpH TP含量60203086-91.5 表 3.3 出水水质指标 单位：mg/L（除 pH）4工艺方案的确定4.1渗滤液处理工艺类别表4.1 渗滤液处理工艺类别生物法物理化学法好氧处理厌氧处理活性污泥法、曝气氧化池、好氧稳定塘、生物转盘、滴滤池上向流污泥床、厌氧固定化生物反应器、混合反应器、厌氧稳定塘活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜渗析、湿式氧化法4
21、.2渗滤液工艺处理选择本设计分为三个部分：表4.2 工艺处理设计一级预处理二级生物处理深度处理主要作用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去除污水中呈胶体和溶解态的有机污染物，使出水有机物的含量达到排放标准的要求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内容固液分离、气浮、吹脱、吸附、沉淀、混凝等活性污泥法和生物膜法等膜分离、混凝沉淀、离子交换和活性炭吸附等深度处理可以对难以去除的污染物质进行处理，不同的处理工艺有不同的原理，出水水质的高低也有所不同，针对工程条件选择适合的工艺方案也是设计的关键。表4.3 深度处理工艺
22、方案比较工艺超滤活性炭吸附法与离子交换高级氧化法处理原理生物膜法吸附、离子交换高级氧化和生化同步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净水回收率净水回收率较高较稳定回收率稍低，下降较快回收率高投资情况较高较低较低工艺运行比较耗能较低，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，运行管理较复杂设备维护设备维护简单，故障率低需定期更换老化的活性炭
23、设备维护较复杂综上所述，本设计适宜采用超滤法作为深度处理。4.3渗滤液处理程度表4.4渗滤液处理程度项目COD(mg/L)BOD5(mg/L)NH3-N(mg/L)SS(mg/L)进水水质8000400010001000出水水质6020830去除率99.25%99.5%99.2%97%4.4渗滤液工艺流程工艺流程如图4.1所示：进水细格栅调节池初沉池吹脱塔UASBMBR超滤消毒池出水污泥污泥浓缩池污泥外运脱水机房注：黑色水线、红色泥线图4.1 工艺流程图5构筑物的设计与计算5.1格栅5.1.1设计流量（1）平均日流量：Q=125.6t/d =125.6m3/d =1.45410-3 m3/s
24、（2）设计最大流量：取污水总变化系数Kz=1.5 （6.1）Qmax=125.61.5 m3/d=188.4 m3/d，取Qmax=200m3/d =2.310-3m3/s5.1.2设计参数表5.1 格栅设计参数栅条间隙b0.006m栅条宽度s0.01m栅前部分长度0.5m格栅前水流速度v10.7m/s通过格栅流速v0.8m/s格栅倾角60栅渣量W10.1 m3栅渣/103m3污水5.1.3设计计算（1）根据最大水力断面公式： （6.2）栅前槽宽：栅前水深：h=B1/2=0.04m（2）栅条间隙数n： （6.3），取n=12（3）栅槽宽度B： （6.4）B=0.01（121）+0.00612=
25、0.182m （4）通过格栅的水头损失h1：h1 = kh0 （6.5） （6.6） （6.7）（5）进水渠道渐宽部分的长度L1： （6.8） （6）出水渠道渐窄部分长度L2： （6.9） （7）栅后槽总高度H： （6.10） H=0.04+0.40+0.30=0.74m （8）栅槽总长度L： （6.11）H1=0.04+0.3=0.34m（9）每日栅渣量W： （6.12） 5.2调节池5.2.1设计参数表5.2 调节池设计参数材料形状停留时间t有效水深H超高钢筋混凝土矩形6h2.5m0.3m5.2.1设计计算每日处理渗滤液总量：Q0=125.61.5=188.4m3/d，取Q0=200m3/
26、d平均流量：Qh=200/24=8.34 m3/h调节池容积： （6.13） 调节池表面积为： （6.14） 则设计取池长L=5m，则池宽B=4m。其尺寸为：5m4m2.8m=56m3。5.3初沉池5.3.1设计参数本设计采用竖流式沉淀池，其参数范围如下：表5.3 初沉池设计参数表明水力负荷q中心管流速v0缝隙中污水流速v11.2m3/（m2h）20mm/s25mm/s5.3.2设计计算（1）中心管面积： （6.15）设中心管内流速v0=0.02m/s 中心管面积： 中心管直径： （6.16）则，取d0=0.4m（2）中心管嗽叭口与反射板之间的缝隙高度： （6.17） （3）沉淀部分有效断面积
27、： （6.18）设沉淀池的表面负荷 ，则有沉淀池水平流速v0：则表面积： 沉淀池直径： （6.19）（4）沉淀部分有效水深： （6.20）设t=1.5h,则（符合要求）（5）核查集水槽出水堰负荷： （符合要求）（6）污泥斗高度：（7）污泥斗容积： （6.21） 圆锥体下底直径为0.4m，污泥斗斜壁与水平面的夹角为55，则： （8）沉淀池总高度H： H=h1+h2+h3+h4+h5 （6.22）设池子保护高度h1=0.3m,缓冲高度h4=0.3m，则5.4吹脱塔：5.4.1设计参数5.4 吹脱塔设计参数流量Qmax淋水密度q气液比200m3100m3/（m2d）2500m3/m3废水5.4.2设
28、计计算：（1） 吹脱塔截面积： （6.23）吹脱塔直径：（2）所需空气量：设定气液比为2500 m3/m3水，则所需气量为： 2002500=5105m3/d=5.787m3/s（3）空气流速：v=5.787/3=1.93m/s（4）填料高度：取填料高度为5.0m，安全系数为1.4。所以总高度为：5.5UASB反应器5.5.1设计参数（1） 设计参数： 表5.5 UASB设计参数容积负荷（Nv）污泥产率产气率6.0kgCOD/(m3d)0.1kgMLSS/kgCOD0.5m3/kgCOD（2）设计水质：表5.6 UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)80004
29、0001000去除率（%）909090出水水质(mg/l)800400100（3）设计水量：Qmax=200m3/d =8.34m3/h =2.314810-3m3/s5.5.2设计计算（1）反应器容积计算：UASB有效容积： （6.24）本设计采用3座UASB反应器，则每座反应器的有效容积为:当反应器的数目2时，为节省材料建议采用长方形，本设计取有效水深h=6m 。则底面积：取长L=5m，宽B=3m 实际横截面积为：反应器总高取 H = 6.2m(超高h1=0.2m)则反应池的容积为：反应池的总容积为：水力停留时间为：表面水力负荷为:（2）三相分离器设计：三相分离器主要是将气相固相液相，三相
30、加以分离，它类似于传统工艺中的二沉池，并且它还具有污泥回流的功能，相关设计数据则关系着后期项目的运行。图5.1 三相分离器设计计算草图本设计每池设置1个长度为b=5m，宽度为d=3m的三相分离器。沉淀区的设计参数：表5.7 沉淀池设计参数沉淀区水力表面负荷1.0 m/h沉淀器斜壁角度4560沉淀槽底缝隙的流速2 m/h总沉淀水深1.5m水力停留时间1.52 h沉淀区（集气罩）斜壁倾角=50沉淀区的表面水力负荷为：，故符合要求。（3）回流缝设计： 表5.8 回流缝设计参数单元三相分离器的长b/宽d5m/3m上下三角形集气室斜面水平夹角 50保护水层高度（即超高）h10.3m上三角形顶水深h20.
31、5m下三角形高度h31.5m下三角形集气室底部宽为： （6.25）则下三角形集气室底部宽：则相邻两个下三角形集气室之间的水平距离：则下三角形回流缝的面积为： 下三角集气室之间的污泥回流逢中混合液的上升流速V1： （6.26）设上三角形集气室回流缝的宽度CD =0.8m，则上三角形回流缝面积为：上下三角形集气室之间回流逢中流速(V2)可用下式计算： （6.27） 则V1 V2 2.0m/h，符合设计要求。确定上下三角形集气室的相对位置及尺寸，由图5.1可知：CH=CDsin40=0.8sin400.5m设上集气罩下底宽CF=2.6m，则：DH=CDsin50=0.8sin500.61mDE=2D
32、H+CF=20.61+2.6=3.82m DI=1/2(DE-b2)=1/2(3.82-2.48)=0.67mAI=DItan50=0.67tan50=0.80m故h4=CH+AI=0.5+0.80 =1.3m。取h5=0.7m，由上述尺寸可计算出上集气罩上底宽为：CF-2h5tan40=2.6-20.7tan40=1.43mBC=CD/sin40=0.8/sin40=1.25mAD=DI/cos50=0.67/cos50=1.04mBD=DH/cos50=0.61/cos50=0.95mAB=AD-BD=1.04-0.95=0.09m（4）气液分离设计：取d=0.01cm(气泡)，T=200
33、水的密度1 = 1.03g/cm3,空气的密度g = 1.210-3g/cm3水的运动粘度= 0.0101cm2/s,碰撞系数 = 0.95水的粘度=1 ,则 = 0.01011.03 = 0.0104g/cms，取= 0.02g/cms。气体上升速度为： （6.28）则 取Va = V2 = 0.33m/h ，则： ,（符合要求）（5）出水系统设计：采用锯齿形出水槽（6）排泥系统设计：每日产生的悬浮固体： （6.29）PSS = （8000-800）0.900.120010-3 = 129.6kgSS/d每日产泥量为： （6.30）（7）产气量计算：每日产气量： （6.31）每日产气量Qg为
34、：Qg =（8000-800）0.900.520010-3 = 648m3/d5.6MBR膜生物反应器5.6.1设计参数表5.9 膜生物反应器参数表膜孔直径膜支架有效面积膜通量膜支架尺寸：宽高厚0.4m0.8 m2/张0.8m3/m2.d490mm1000mm6mm膜支架张数计算(按每天24小时运行计算) （6.32）ES型适用于中水回用，取其膜组件n0=200，则N=nn0=625200=3.12组，取4组5.6.2设计计算（1） 有效容积计算：根据BOD5容积负荷计算：取BOD5容积负荷NV为1.0 kg/(m3.d)，WBOD5= QS010-3 = 200400010-3 =800 k
35、g.BOD5/dV= WBOD5/NV = 800/1.0 = 800 m3（2）曝气量计算：a.膜装置洗净所需空气：MBR所需鼓风量： G = Nn0q （6.33）G = 400212 = 9.6 m3 /minb.生物处理所需空气量:需氧量： OD = aLr + bSa = aQ(S0- Se)+bVXf （6.34） OD = 200 0.5 (4000-20)10-30.1264.7120.8 OD = 398 + 74.5 = 472.5kg.O2/d所需空气量： G = OD /（0.277e） （6.35）式中：e溶解效率，一般为0.020.05（本设计取0.03）G = 4
36、72.5/（0.2770.03）= 56859.2 m3/d =40m3/min（3）膜清洗设计：药物选用：盐酸、次氯酸钠、氢氧化钠。清洗泵选用：耐酸、耐碱的射流泵。（4）排泥设计：理论上每日的污泥量(按SS去除率计算)： W=Q(C0-C1)/10002 (1-P0) （6.36） W=200(1000-30)/10002(1-0.98)=9.7 m3/d5.7超滤设备5.7.1设计参数超滤的工作压力一般为0.10.6MPa，超滤通量一般为1100L/（m2 h），本设计取Jv=50L/（m2 h）（实际参数）。5.7.2设计计算（1)流量设计计算：选定每28分钟进行一次清洗，每次步骤需用时
37、2分钟，其中每次顺冲30秒，每次反冲30秒，各两次，所以30分钟为一个运行周期。每天正、反洗次数：M=2460/30=48次每日实际产水时间：则每小时需产出需要的产水量：Qx=Q2460/t=8.94m/h每小时反洗水量：QF=2Qxt2/3600=0.15m/h设计产水量Qs： Qs=Qx+QF （6.37）Qs=9.09m/h，取Qs=10m/h（2)膜设计计算：膜需要总面积S：S=Q/Jv （6.38）S=101000L/h/50L/（m2h）=200m25.8污泥浓缩池5.8.1设计计算(1) 本次设计的污泥来源：初沉池、UASB和MBR产生的剩余污泥。 根据前面计算可得，产生的污泥流量为V=5.04+6.42+9.7=21.16m3/d(2)污泥固体浓度C： （6.39）C=(1-0.96)1000=40kg/m3(3)浓缩池面积A：