某再生纸厂废水处理初步

福州大学至诚学院《水污染控制工程》课程设计
设计题目：某再生纸厂废水处理站初步设计专业：环境工程
目录
第1章：任务书 (1)
1.1：设计范围 (1)
1.2：设计要求 (1)
1.3：设计依据、规范和原则 (2)
1.4：废水水质水量 (3)
第2章：概述 (4)
第3章：工艺比选 (4)
第4章：工艺计算 (5)
4.1粗细格栅设计计算 (6)
4.2调节池设计计算 (9)
4.3气浮池设计计算 (10)
4.4水解酸化池设计计算 (14)
4.5接触氧化池设计计算 (16)
4.6竖流式沉淀池设计计算 (22)
4.7重力浓缩池设计计算 (25)
4.8 污泥脱水设计计算 (26)
4.9溶药池、储药罐设计计算 (27)
第1章任务书
某再生纸厂废水处理站初步设计任务书，由甲方提供的要求和资料如下：
1.1设计范围
对某纸业的造纸废水进行处理，主要是废纸制浆废水和白水，其中主要是白水，一部分白水回用于造纸系统的碎浆、和浆、混合等工段，剩余的白水经废水处理设施处理后排入厂界之外的沙溪河。

1.2设计要求
（1）工艺技术方案比选和工艺流程设计：根据所收集的原始资料和文献资料进行某纸业再生纸废水处理工艺技术方案优选，并在此基础上完成工艺流程设计；
（2）设计参数选择与计算：根据上述方案比选和工艺流程设计，结合相关工程运行调试类比，或工艺条件试验结果，或工程手册资料，完成各单元操作或构筑物工艺参数优化选择并计算，并根据计算结果编制设计计算书；
（3）主体构筑物结构设计：根据各单元操作或构筑物工艺参数选择结果和环境工程制图格式规范要求，完成主体构筑物结构设计和图纸清绘工作；
（4）总平面图设计：根据某纸业再生纸废水处理站选址的地理位置、地形地貌条件和周围构筑物布局特点，合理进行某纸业再生纸废水处理工程各构筑物总平面设计，并完成图纸清绘工作；
（5）高程图设计：根据某纸业再生纸废水处理站地形地貌条件和项目运
行环境条件，合理布置废水处理工程各构筑物高程，并设计完成高程图及图纸清绘工作
1.3设计依据、规范和原则
1.3.1设计依据
（1）《中华人民共和国环境保护法》和《水污染防治法》
（2）国务院(1998)第253号令《建设项目环境保护管理条例》
（3）实地监测得到水量水质和处理系统情况资料
1.3.2设计规范
（1）《制浆造纸工业水污染排放标准》GB3544-2008
（2）《室外排水设计规范》GB50014-2006
（3）《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003
（4）《给水排水制图标准》GB/T 50106-2001
1.3.3设计原则
（1）本设计严格执行有关环境保护的各项规定，废水经处理后必须确保各项出水水质指标均达到制浆造纸工业水污染排放标准。

（2）采用简单、成熟、稳定、经济合理的处理工艺，保证处理效果，节省投资和运行管理费用。

（3）设备选型兼顾通用性和先进性，运行稳定可靠、效率高、管理方便、维修维护工作量少、价格适中。

（4）系统运行灵活、管理方便、维修简单。

（5）工程建设完成后，力争达到社会效益、经济效益、环境效益的最佳统一。

1.4废水水质水量
1.4.1设计水量
根据有关部门提供的资料，结合实际生产情况和厂家要求，某纸业废水处理工程设计水质水量情况具体如表1-1。

1.4.2设计出水水质
本设计1000m3/d的污水经处理后，去除一定量的SS，其中500 m3/d 回用至造纸系统的碎浆、和浆、混合等工段，其余500 m3/d进入生化系统，处理后的出水需达到国家标准《制浆造纸工业水污染排放标准》GB3544-2008现有制浆造纸企业中废纸制浆造纸业水污染物排放限值，设计的处理出水水质水量排放参数如下表1-2所示：
第2章概述
某纸业是一家以废纸作为原料的生产企业，以生产书写纸、防近
视纸、毛边纸、包装纸、高强度瓦楞纸为主，适量生产一些挂面箱板
纸的新项目。

其生产流程为：废纸浸泡-蒸煮-粉碎-漂洗-成纸。

废水
污染源主要是再生纸造纸废水、锅炉除尘废水。

造纸废水主要是废纸
制浆废水和白水，其中主要是白水，一部分白水回用于造纸系统的碎
浆、和浆、混合等工段，剩余的白水经废水处理设施处理后排入厂界
之外的沙溪河。

第3章工艺比选
工艺方案的选择对于污水处理设施的建设、确保处理设施的处理效果和降低运行费用发挥着最为重要的作用，因此需要结合设计规模、污水水质特性及该厂的实际条件和要求，选择技术可行、经济合理的处理工艺。

在选择过程因遵循以下原则：
（1）所选的工艺必须技术先进、成熟，对水质变化适应能力强，运行稳定，能保证出水水质达到工厂使用标准及国家污水排放标准的要求；（2）所选工艺应减少基建投资和运行费，节省占地面积和降低能耗；（3）所选工艺应易于操作、运行灵活且便于管理。

根据进水水质水量，应能对工艺运行参数和操作进行适当调整；
（4）所选工艺应易于实现自动控制，提高操作管理水平；
（5）所选工艺应最大程度减少对周围环境的不良影响（气味、噪声等）。

本设计中采取物化加生化处理的典型工艺流程如下：
生物接触氧化法具有挂膜快、无污泥回流系统、无污泥膨胀危害适用于中小型污水处理，所以本设计中采用此方法。

第4章工艺计算
4.1粗细格栅设计计算
由于造纸废水中悬浮物多，设置格栅能够有效拦截较大的悬浮物，处理能力高，不易堵塞，针对造纸废水的特点在工程实践中一般设置粗细格栅，粗格栅间隙常采用16到40mm，细格栅1.5到10mm
一方面为了使泥沙不至于沉积在沟渠底部，另一方面为了使截留的悬浮物不至于冲过格栅，通常栅前水流速度采用0.4～0.9m/s本设计中取栅前水流速度
v=0.5m/s
1
4.1.1 设计参数
[1]粗栅条间隙b1=19mm；
[2]栅前水深h=0.2m；
[3]栅前渠道内水流速度0.5m/s；
[4]过栅流速v=0.8m/s；
[5]格栅的倾角α=45°，便于人工清除栅渣；
[6]进水渠宽B=0.4m；
[7]栅条宽度 s=0.01m ，采用矩形；
[8]栅前渠道超高h2=0.3m 。

4.1.3粗格栅计算
[1]最大设计流量
设计流量
Q=1000m 3/d=0.0116m 3/h
取废水流量时变化系数Kz=1.4,
s m Q K Q Z /01624.00116.04.13max =⨯=⨯=
[2]栅条的间隙数
0.011 3.640.003
n ====≈个
栅槽宽度
(1)0.01(41)0.015*40.030.060.09B s n bn m =-+=-+=+=
由于计算结果偏小，考虑到清渣及设备堵塞问题，故取B=0.4m ，
由(1)B s n bn =-+，得n ≈14个。

[3]通过格栅的水头损失h 1
格栅受栅渣堵塞时，水头损失增大的倍数取为3，则阻力系数
44
330.012.420.019 1.1s b ζβ==⎛⎫⎛⎫≈ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
通过格栅的水头损失
22
10.8sin 3*1.1**sin 450.0822*9.81
v h k m g ζα==︒≈ [4]粗格栅前总高度H 1
m h h H 5.03.02.021=+=+=
[5]栅后槽总高度H
120.20.30.080.6H h h h m =++=++≈
4.1.4细格栅计算
设计参数
[1]粗栅条间隙 b 11=5mm ；
[2]格栅的倾角 α=45°；
[3]栅条宽度 s=0.005m ，采用矩形。

设计计算
[1]栅条的间隙数n
0.84*0.01617()0.0008
n ===≈个 栅槽宽度
(1)0.01(171)0.005*170.160.0850.245B s n bn m =-+=-+=+=
由于计算结果偏小，考虑到清渣及设备堵塞问题，故取B=0.4m ，
由(1)B s n bn =-+，得n ≈41个。

[2]通过格栅的水头损失h 11
格栅受栅渣堵塞时，水头损失增大的倍数取为3，则阻力系数
42.2005.0005.042.23434
=⎪⎭
⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫
⎝⎛=b s βξ 通过格栅的水头损失
22
110.8sin 3*2.42**sin 450.1722*9.81
v h k m g ζα==︒≈ [3]细格栅后槽总高度H
m h H H 72.017.055.011111=+=+=
取格栅高度为0.8m 。

[4]槽总长度
1110.550.80.50.50.5 1.5 2.854545H H l m tg tg tg tg αα=++++=++=︒︒
[5]每日栅渣量
取栅渣量W1=0.18m 3/103m 3污水。

d m Ks W Q W /12.0100008.28640018.0016.010*******max 31=⨯⨯⨯=⨯⨯=
每日栅渣量W ＜0.2m 3/d 。

4.2调节池设计计算
4.2.1 设计参数
[1]停留时间 废水在调节池内的停留时间取为该废水水质水量一个变化周期的时间，根据造纸厂的污水排放规律，取调节池停留时间为6h ；
[2]超高 超高取1.25m ；
[3]出水方式 出水处设置吸水井，通过水泵抽送。

4.2.2 设计计算
[1]调节池池容的确定：
31000=1.2*HRT*
=1.2*6*=300m 2424
Q V 调节池有效水深为3.75m ，面积为80m 2，池长10m ，池宽8m ，池子总高度为5m 。

尺寸为10×8×5m 3。

[2]调节池出水管管径的确定
出水部分为潜污泵提升，出水流量
d m Q /10003
=，取出水管流速为1m/s ，
mm v Q d 1211864001000
44=⨯⨯⨯==
ππ
出水管设计为有压管，取管径d=125mm ，流速为
s m d Q v /0.943600*24*125.01000442
2=⨯==
ππ
[3]附属设备
选用布鲁克林环保设备有限公司的WQ潜水排污泵，其型号参数如表1-1所示：
表1-1 潜水排污泵型号及参数
4.3 气浮池设计计算
设计参数:
待处理废水量X =1000m³
悬浮固体浓度Sa =1100mg/L
气固比Aa/S=0.03
溶气压力P=4.2atm (324.3KP)
空气在水中饱和溶解度Ca=ρCs=1.206×22.8=27.5mg/L (10°C)
溶气罐内停留时间T1=3min
气浮池内接触时间T2=5min
分离区内停留时间Ts=30min
浮选池上升流速V=0.09m/min
溶气效率f=0.8
1)确定溶气水量Qr
Qr=QSa(A/S)/[Ca(fP/Pθ-1)]=1000×1100×0.03÷[27.5×(4.2×0.8-1)]=508.47m³/d
取回流水量Qr=510m³/d
2) 气浮池设计
①接触区容积Vc
Vc=(Q＋Qr)T2÷(24×60)=（1000＋510）×5÷（24×60）=5.24m³
②分离区容积Vs
Vs=（Q＋Qr）Ts÷（24×60）=(1000＋510)×30÷（24×60）=31.46m³
③气浮池有效水深H
H=V×Ts=0.09×30=2.7m
④分离区面积As和长度L2 （取池宽B=2m）
As=Vs/H=31.46÷2.7=11.65m²
则分离区长度L2=As/B=11.65÷2=6m
⑤接触区面积Ac和长度L1
Ac=Vc/H=5.24÷2.7=2m²
L1=Ac/B=1m
⑥浮选池进水管
Dg=200mm, V=0.9947m/s
⑦浮选池出水管
Dg=150mm
⑧集水管小孔面积S
取小孔流速V1=2m/s
S=(Q＋Qr)÷(24×3600V1)=1510÷24÷3600÷2=0.00875m²
取小孔直径D1=0.015m
则孔数=4×0.00875÷3.14÷（0.015）²=50个
孔2向下，与水平成45°角，分两排交错排列
⑨浮渣槽宽度L3，取L3=0.8m
浮渣槽深度h'=1m，槽底坡度ζ=0.5，坡向排泥管，采用Dg=200mm
3）溶气罐设计（部分回流加压溶气）
①溶气罐容积V1
V1=Qr×T1÷（24×60）=510×3÷24÷60=1.1m³选用C-1/0.7型
②进出水管管径均采用100mm管径,流速1.24m/s
4）容压机
Qg=510÷24×53×1.2=1351.5(L/h)
选用Z-0.036/7型容压机一台
4.4 水解酸化池设计计算
水解酸化主要用于有机物浓度、SS较高的污水处理工艺，是一个比较重要的工艺。

，主要是为了提高后级接入的接触氧化工艺的去除效率。

4.4.1 设计参数
[1]进出水水质
进水水质见表1-2。

[2]容积负荷（Nv）进水容积负荷取Nv=4 kgCOD/m3d。

4.4.2 设计计算
[1]水质水量与要求水质
设计平均流量Q=500m3/d=20.8m3/h；
进水COD=675mg/L；出水COD=480 mg/L；
[2]有效容积V的确定
按进口负荷求有效容积：
V=Q×So/Nv=500×675/(4×1000)=84.37（m3/填料）[3]水解酸化池总面积A
取填料总高度为H=3m，则：
A=V/H=84.37/3=28.12（m2）
[4]水解酸化池分格
设滤池分格数n=2，则每格滤池面积为A0为：
A0=A/n=28.12/2=14.06（m2）
设滤池为正方形，取池尺寸为4×4m2。

[5]水解酸化池总高度H0
取超高h1=0.5m（一般为0.5~0.6m），填料以上水深取h2=0.5m （一般为0.4~0.5m），池底配水高0.5m。

H0=H+h1+h2+h3=3+0.5+0.5+0.5=4.5m
[6]所需填料总体积V´
V´=nA0H=2×4×4×3.0=96(m3)
选用湖南清之源环保科技有限公司QZY组合纤维填料。

具体参数：
支架间距200-250mm；
外型尺寸200mm；
骨架尺寸200mm；
纤维长度180mm。

运行状态：正常运行状态下细菌附着生长，有骨架支撑细菌不易流失，耐冲击负荷。

4.5 接触氧化池设计计算
设计参数
[1]进出水水质
接触氧化池设计平均流量Q=500 m 3/d=20.83m 3/h ，进水水质见表1-3；
[2]容积负荷（Nv ） 进水容积负荷取M=1.4kgCOD/ m 3d 。

[3]接触时间（t ）接触时间取10h 。

[4]气水比（D 0）气水比取18∶1。

设计计算
[1]接触氧化池的有效容积
V ()229.1391000
4.1)90480(500m M Ce Ci Q =⨯-=-=
[2]接触氧化池总面积
滤料层总高度 一般 H=3m ； 则接触氧化池总面积
F=
=H V 243.463
29.139m =
将接触氧化池分为3格，则每格氧化池面积
f=F/3=46.43/3=15.47m 2
取每格氧化池的尺寸为244m ⨯ [3]校核接触时间 接触氧化池有效接触时间
h Q nfH t 91.6500
24
3163=⨯⨯⨯==
[4]池总高度
滤料高度 H = 3 m ； 超高 h 1 = 0.5 m ； 填料上水深 h 2 = 0.5 m ； 配水区高度 h 3 = 0.6 m ； 池总高度
H 0 =H+h 1+h 2+h 3=3+0.5+0.5+0.5=4.5m
[5]´污水在池内的实际停留时间
[6]所需填料总体积V´ V´= nA 0H=33144344m =⨯⨯⨯
2
1022.9500
24)5.05.4(16324)(m Q h H nf t =⨯-⨯⨯=⨯-=
[7]需气量
每立方米污水需气量 D 0 = 18 m 3 /m 3； 每天所需空气量为
d
m Q D D O 39000
50018=⨯=⨯=
三格气量分配为5∶2∶2
则三格气量分别为5000m 3/d ∶2000m 3/d ∶2000 m 3/d 设总管气速为 10/v m s =； 则总管管径为
m v D d 12.0864001010000
44=⨯⨯⨯==
ππ
取空气管直径为100mm 的镀锌管，则气速为
s m d D v /7.141.010000
442
2=⨯==
ππ ①接触氧化池1
取干管流速为12m/s ，管径
m v D d 078.086400
125000441=⨯⨯⨯==
ππ 取干管管径为80mm ，则气速
5.1108
.08640042
1
=⨯⨯=
πD v s m
采用BOE －膜片式微孔曝气器，服务面积为0.45m 2。

共需要曝气器数量
个3645
.01
1≈=
A n 校核气量：曝气器空气流量为3m 3/h 。

一天共产生气量
500025922421<=⨯⨯=n Q
故需要曝气器数量为
7024
3=⨯=
Q
n 个 接触氧化池1用72个曝气器，采用8×9布置。

分为8根支管，支管间距为450mm ，支管空气流速为5m/s ，则管径
m v
D d 043.08
86400514.35000
441
1=⨯⨯⨯⨯==
π
取管径为50mm 的PVC 管，则气速为
s m d D v 69.386400
05.085000
484221=⨯⨯==
ππ 每根支管上布有9个曝气头，间距为0.4m 。

②接触氧化池2、3
取干管流速为12m/s ，管径
m v
D d 018.08
864001214.32000
442
2=⨯⨯⨯⨯==
π
取管径为20mm 的镀锌管，则气速为
52.118
02.08640042
2
=⨯⨯⨯=
πD v s m 采用BOE －膜片式微孔曝气器，服务面积为0.45m 2。

共需要曝气器数量
个3645
.02
2≈=
A n
校核气量：曝气器空气流量为3m 3/h 。

一天共产生气量
250025922432<=⨯⨯=n Q d
m
2
符合供气要求
分为6根支管，支管空气流速为5m/s ，则管径
m v
D d 031.06
86400514.32000
442
2=⨯⨯⨯⨯==
π
取管径为32mm 的PVC 管，则气速为
s m d D v 0.686400
032.062500
464221=⨯⨯⨯⨯==
ππ
每根支管上布有6个曝气头，间距为0.6m 。

设备采用BOE －膜片式微孔曝气器，其主要技术参数： 曝气器尺寸： 260mm ； 服务面积：0.25-0.55平方米/个； 曝气膜片运行平均孔隙：80-100微米； 空气流量：1.5-3平方米/个 ；
氧总转移系数：kla(20c)0.204-0.337min -1 ； 氧利用率：(水深3.2m)18.4-27.7% ； 充氧能力：0.112-0.185KgO/m 3h ； 充氧动力效率：4.46-5.19KgO/kwh ；
曝气阻力：180-280mmH 2O ；
空气管设计流速：干管为10-15m/秒,支管为5m/秒。

[8]剩余污泥量 剩余污泥量：
)
(1)(00S S Q K y
S S y Px c
d s ob -+=
-=θ
=
d kg 45)20320(50020
05.016
.0=-⨯⨯+
4.6竖流式沉淀池设计计算
1]沉淀池各部分尺寸的确定 ①沉淀区的高度h 2
取沉淀时间为1h ；沉淀部分上升流速为0.0007m/s 。

m vt h 52.20007.0360036002=⨯==
②沉淀区的有效断面面积f
2max 57.80007
.0006
.0m v Q f ===
③中心管有效过水断面面积A 1
设中心管水流下降速度为v 0=0.03/s ，则：
20max 12.003
.0006
.0m v Q A ===
④沉淀池总面积A
2177.857.82.0m f A A =+=+=
⑤中心管的直径d
m A d 51.02
.0441
≈⨯=
=
π
π
取中心管直径为0.6m ，中心管面积为
22
2
2826.04
6.04
m d A ==
=ππ
⑥沉淀池的直径D
m f A D 98.2)57.8283.0()(=+=+=
取边长3.0m 。

沉淀池当量直径为
m f A D 36.3)
57.8283.0(4)
(4=+=
+=
π
π
⑦验算径（D ）深（h 2）比
333.152
.236.3≤==h D （符合要求） [2] 喇叭口及反射板尺寸的确定 ①喇叭口直径d 1
m d d 81.06.035.135.101=⨯==
②反射板直径d 2
m d d 0935.181.035.135.112=⨯==
③中心管喇叭口与反射板之间缝隙的高度h 3 设缝隙中的水流速度v 1=0.008m/s ，则：
m d v Q h 295.081
.0008.0006
.011max 3=⨯⨯==
ππ [3]沉淀池的总高度H
沉淀池污泥产量的计算略，取污泥斗的倾角为45o ，边长为0.5m 。

则贮泥斗的高度
m d D h 5.125.025.32215=⎪⎭⎫
⎝
⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 取沉淀池的超高h 1为0.6m 。

缓冲层高h 4=0（泥面低）。

则沉淀池的总高度H 为：
m h h h h h H 915.45.10295.052.26.054321=++++=++++=
[4]沉淀池出水部分的计算
集水系统为收集处理水，沿池周边向内侧设排水槽，槽宽为b=0.4m ，排水槽外侧边长为m 0.4=α。

单池槽周长为
m b a C 8.12)4.020.4(4)'2(4=⨯-⨯=-=
排水槽每米长的负荷为
()()⎪⎭⎫ ⎝⎛•〈⎪⎭⎫ ⎝⎛•==s m L s m L L Q 5.147.08
.126
符合设计要求。

[5]出水方式
采用三角形锯齿堰出水，设堰上水头为130H mm =，则
s m H q /0002182.04.135.211==
个280002182
.0006.01≈==
q Q n 每边7个三角堰口。

4.7重力浓缩池设计计算
为了方便后续污泥的机械脱水处理，减小污泥脱水中污泥的混凝剂的用量以及机械脱水设备的容量，需对污泥进行浓缩处理 ，降低其含水率。

本设计采用间歇式浓缩池，运行时应先排除浓缩池的上清液，腾出池容，在投入待浓缩的污泥，为此浓缩池的深度方向上的不同高度应设上清液排水管。

4.7.1 设计参数
储泥时间设计为24h 。

4.7.2 设计计算
为了方便后续污泥的机械脱水处理，减小污泥脱水中污泥的混凝剂的用量以及机械脱水设备的容量，需对污泥进行浓缩处理 ，降低其含水率。

本设计采用间歇式浓缩池，运行时应先排除浓缩池的上清液，腾出池容，在投入待浓缩的污泥，为此浓缩池的深度方向上的不同高度应设上清液排水管。

[1]污泥日排放量（以体积计）
气浮系统浮渣均回流，生化处理剩余污泥量为△X=45Kg/d ，按污泥平均含水率为99 %，污泥容重γ=1t/m3计算每天应排除的污泥体积为：
3
4.5m 2424
*4.524===
T Q V 污泥
[2]重力浓缩池总有效体积
3
4.5m 2424
*4.524===
T Q V 污泥
取浓缩池高度为1.5m ，超高0.5m 。

则浓缩池的尺寸为2×2×2。

4.8 板框压滤机
污泥量4.5m 3/d ，含水99%。

储泥池每天排泥一次，采用螺杆泵排泥1个小时，取过滤能力为5kg 干污泥/m 2h ，过滤面积：
290545
0.99)-(11000)
1(1000m V Q W A =⨯⨯=-=
选择河北通用压滤1000型机械板框压滤机，具体参数见表4—3
4.9 药量计算
4.9.1 PAC计算
由试验可确定再生纸废水PAC的加药量为0.08%，即是1L再生纸废水加固体PAC8mg。

则，每天需要的PAC量为
1000=
⨯
=
⨯
1000
8
mg
L
M8000
g
将固体PAC配制成浓度为10%的PAC溶液，每天所需要的加药罐容积为0.08m3。

设计一周配一次药，即制备罐可以储存一周的药量，则设计PAC加药罐的尺寸为直径1m，高1.2m。

选取乐山龙游环境工程有限公司的电磁隔膜计量泵，其性能参数
见表2-1：
4.9.2 PAM 计算
由试验可确定再生纸废水PAM 的加药量为0.001‰。

则， PAM 量为
d m M /001.010001.0100033=⨯⨯=-
每天需要固体PAM 的量为5Kg.设计PAM 加药罐的尺寸为直径1.0m ，高2m 。

选取淮安市弘鹏机械设备有限公司的2J-DM 型液压隔膜计量泵，其性能参数见表2-2：
附件2 图纸目录。