石油化工含氰废水处理工艺及塔式生物滤池设备设计课程设计报告 32页

¡《石油加工过程所产生的废水》Wastewaterproducedbyoilprocessingprocess课程设计报告¡专业：环境工程¡班级：121班¡姓名：崔璞彦¡学号：201210704211¡课程名称：环保设备¡指导教师：郜华萍¡时间：2015年11月20日32n课程设计任务书环境科学与工程学院环境工程专业2012级学生姓名：崔璞彦课程设计题目：含油废水含氰废水处理工艺及塔式生物滤池设计课程设计内容：（1）设计题目：某石化工业废水厂处理水量为450m3/h，进水COD835mg/L，出水COD432mg/L。进水BOD5482mg/L，出水BOD5229mg/L。原水含油量平均120mg/L，出水含油量需达到30mg/L，工作温度为常温，设计温度取60℃，压力为-0.07-1.0MPa，设计压力取-0.1/1.3MPa。试设计一塔式生物滤池以去除水中的氰类物质使出水达标排放。（2）设计参数：处理水量为450m3/h，进水COD835mg/L，出水COD432mg/L。进水BOD5482mg/L，出水BOD5229mg/L。原水含油量平均120mg/L，出水含油量需达到30mg/L，工作温度为常温，设计温度取60℃，压力为-0.07-1.0MPa，设计压力取-0.1/1.3MPa。（3）内容：①塔式生物滤池的结构及特点；②设计计算书；③设计说明书；④图纸：设备结构图1张，A2图纸。设计指导教师（签字）：教学基层组织负责人（签字）：年月日32n《石油加工过程所产生的废水》Wastewaterproducedbyoilprocessingprocess------石油加工过程所产生的含氰废水的生物滤池处理技术Oilbearingcyanidewastewaterproducedbyprocessingofbiologicalfilterprocessingtechnology摘要：石油化工废水组成复杂、浓度高、毒性强和难降解。对环境危害大。本文主要介绍石油化工所产生的含氰废水的生物处理技术，以化纤厂生物滤池法为例设计主要设备塔式生物滤池。Abstract:thepetrochemicalwastewatercompositioncomplex,highconcentrationandstrongtoxicity,andrefractory.Greatdamagetotheenvironment.Thispapermainlyintroducesthepetrochemicalindustryofthecontainingcyanidewastewaterbiologicaltreatmenttechnology,biologicalfilterthewaste-watermethod,forexampledesignmaintowerbiologicalfilterequipment.关键词：石油化工、含氰废水、生物处理、塔式生物滤池Keywords:petrochemicalbearingcyanidewastewaterbiologicaltreatmenttowerbiologicalfilter前言:石油化工工业是以石油或天然气为主要原料，通过裂解、精炼、分馏、重整、合成等不同的生产工艺过程、加工方法，生产各种石油产品、有机化工原料、化学纤维及化肥的工业，石油化工工业的工艺过程复杂，产品品种繁多，所用的化工原料也相对较多。所以，石油化工工业废水成分也比较复杂，其生产过程中产生的废水是一种有机物污染浓度高，废水量大，成分复杂，而且水中污染物多为硫类、酚类、氰类、氯化物以及苯、金属盐类等有毒物。32n在石油化工行业的废水治理工作中,含氰废水的处理是一项非常重要的内容。目录第1部分概述51.1石油废水简介51.2石油化工含氰废水51.3国内外含氰废水处理技术发展现状61.4设计目的及任务91.5设计意义9第2部分塔式生物滤池102.1工作原理102.2工艺特征112.3工艺流程112.4塔式生物滤池的设计及运行要点122.5塔式生物滤池的单元流程组合及适用范围142.6塔式生物滤池的主要构造18第3部分工艺设计21第4部分　塔式生物滤池热量衡算26第5部分　总结30参考文献：3032n32n第1部分概述1.1石油废水简介石油废水主要包括石油开采废水、炼油废水和石油化工废水三个方面。油田开采出的原油在脱水处理过程中排出含油废水，这种废水中含有大量的溶解盐类，其具体成分与含油地层地质条件有关。炼油厂排出的废水主要是含油废水、含硫废水和含碱废水。含油废水是炼油厂含量最多的一种废水，主要含石油、一定量的酚、丙酮、芳烃等；含硫废水具有强烈的恶臭，对设备具有腐蚀性；含碱废水主要含氢氧化钠，并夹带大量的油和相当量的酚和硫，PH可达11-14。而石油化工废水成分复杂，除含油外还可能含有某些中间产物，有时还含有氰化物。1.2石油化工含氰废水石油化工行业含氰废水主要来源于丙烯腈装置和化纤厂腈纶散纤维生产过程中的聚合车间、纺丝车间以及回收车间二效蒸发装置的排水、炼油厂催化裂化。炼油厂的催化裂化装置每小时大约排放14t含40mg/L氰化物的废水。由于这股水水量较小，与其它装置排水混合后，CN—浓度很低，不影响生化处理。这股废水采用空气氧化法脱硫后进入炼油污水处理场。化纤厂的含氰废水来自丙烯腈车间和抽丝车间。丙烯腈生产中排放的粗乙腈水溶液(含CN—较高)进炉焚烧,其余废水和冷却水与抽丝车间排水混合后进行生化处理。腈纶厂的含氰废水来自腈纶生产过程中的聚合车间、纺丝车间及回收车间,废水中主要NaSCN和丙烯腈。腈纶污水采用德国林德公司的UNOX技术(纯氧曝气32n生化处理技术)进行处理。1.3国内外含氰废水处理技术发展现状目前,国内外含氰废水处理技术根据采用原理的不同,可以归于以下四大类:物理法、化学法、物理化学法和生化法。其中物理法是指酸化释放—碱液吸收法；化学法主要包括各种化学氧化法(碱性氯化法、过氧化物法、臭氧氧化法、电化学氧化法以及湿式空气氧化法、焚烧法等)以及加压水解法、络合物沉淀法和多硫化物法等;物理化学法包括离子交换法、液膜法、活性炭催化氧化法等；生化法一般只用于低浓度含氰废水（CN—浓度小于几十mg/L)。石油化工含氰废水的处理方法主要有酸化曝气-碱液吸收法、碱性氯化法、加压水解法、生物法和焚烧法。其中主要以加压水解法、碱式氯化法和生物法应用最为广泛。局部浓度高、毒性大并含有较多可燃性杂质的含氰废水，例如丙烯腈装置反应系统的废水，也采用直接焚烧法。表1-1几种处理方法的比较和评价项目焚烧法水解、生物法水解法生物法适用范围含CN-废水含CN-废水含CN-废水含CN-废水关键设备焚烧炉水解塔曝气池浓缩罐水解塔曝气池曝气池生物滤池主要控制参数炉温PH温度压力溶解氧MLSS污泥负荷浓缩化PH温度压力溶解氧MLSS污泥负荷溶解氧CODMLSSCN-浓度去除效果良好尚好难易管理操作难易尚易尚易难易存在问题耗油量大流程长耗油量大受气候影响易受冲击32n投资，万元604089556成本，元/t7.232.2217.71.52评价元/tAN204176.7356.7121.7目前,国内外已开始研究采用固定化纽胞和酶制剂等技术处理高浓度含氰废水。但这些技术在实际运用中推广还需较长时间。当前,生化法(包括活性污泥法、塔式生物滤池、生物转盘、接触氧化池等)只用于低浓度含氰废水的处理。石油化工含氰废水处理技术目前存在的问题主要有：（1）、终排氨氮严重超标；（2）、进水COD超标；（3）、进水毒性物质含量较高。完善和改进化工企业的含氰废水治理工作,应从以下三方面着手:（1）、加强上游装置污染源管理,对高浓度和低浓度的含氰废水应分流处理；（2）、完善装置内含氰废水的一级处理,对己有的治理设施要优化操作条件、提高处理效果,而且可以考虑引进活性炭催化氧化法、管道式反应器碱式水解法等技术经济方面较优越的治理技术；（3）、应进一步提高含氰污水处理厂的处理功能,可以采用生物铁法、生物活性炭法等技术,提高活性污泥的浓度和活性,增强曝气池对CN-、COD的去除能力。表1-2几种处理方法的主要原理及效果方法名称主要原理适用范围及处理效果酸化曝气-碱液吸收法废水经调节、加热后投加硫酸，由发生塔顶部淋下，空气自塔底鼓入。生成氰化氢气体。再用氢氧发生塔底部分离水，再用碱性氯化法处理。进水氰化物500-1500mg/L，出水氰化物为40-60mg/L。32n化钠溶液吸收2NaCN+H2SO4=2HCN+Na2SO4HCN+NaOH=NaCN+H2O生成氰化钠溶液，汇集至碱液池，循环吸收发生塔效果与进水温度、水量、加酸量等因素有关，当氰化物含量900-1700mg/L时，淋水量2.5m3/h,加酸量4.5-5kg/m3碱性氯化法投加氯系氧化剂，使氰化物第一步氧化为氰酸盐，第二部氧化为CO2和水CN-+Cl2=CNCl+Cl-CNCl+2OH-=CNO-+Cl-+H2O2CNO-+4OH-+3Cl2=2CO2+N2+6Cl-+2H2O适用于含氰化物浓度较低的废水处理。PH值控制特别重要，在第一阶段加碱，维持PH>10的条件下加氯氧化，第二阶段加酸，在PH=7.5-8时，继续加氯氧化加压水解法在密闭的容器（水解塔）中加碱、加温、加压，使氰化物水解，生成无毒的有机酸盐和氨HCN+2H2O=HCOOH+NH3NaCN+2H2O=HCOONa+NH3一般控制压力：0.8-2.0MPa温度：160-180℃对废水含氰浓度的适应范围较广。既能处理游离的氰化物，又能处理络合氰化物，而且去除率较高。操作简单，运转稳定。但是对COD的去除率较低，工艺较复杂，成本较高生物法采用塔式生物滤池、生物转盘、表面加速曝气池、接触氧化池等利用微生物降解32n适用于处理含氰含量低的废水，否则进水先要稀释。处理效果比较好，费用低。进水含氰量为200-800mg/L，出水含氰量为20mg/L以下，COD相应降低，串联处理可以达标焚烧法在炉温800℃以上的焚烧炉内直接燃烧适用于浓缩后废水的处理。处理比较彻底。但是能量消耗大，费用昂贵。1.4设计目的及任务1.本设计针对的是石油化工中典型非常规剧毒污染物含氰废水，将以化纤厂生物滤池法为例进行设计主要设备塔式生物滤池。将高浓度的化纤含氰废水中的氰(150～350mg/L)降到10mg/L以下；2.选用塔设备时要减少塔的体积，克服填料容易堵塞的弊病；3.要妥善处理净化含氰废水时产生的有害气体和废渣，避免引起二次污染。1.5设计意义众所周知,极少量的氰化物就会使人、畜在很短的时间内中毒死亡。氰化物亦能刺激皮肤并通过皮肤吸收,对生命构成威胁。据有关资料[1]表明,以自由状态存在的CN-其致死剂量是0.5-3.5mg·kg-1(体重),美国环境保护署(USEPA)公布的对人体无影响的服用剂量是0.06mg·kg-1(体重)。CN-进入人体后便生成HCN,它的作用极为迅速,在含有很低浓度(0.005mg·L-1)HCN空气中,很短时间内就会引起人头痛、不适、心悸等症状；在高浓度(0.1m32ng·L-1)HCN的空气中能使人在很短的时间内死亡；在中等浓度时2-3min内就会出现初期症状,大多数情况下,在1h内死亡。我国在污水综合排放标准(GB8978-2000)中明文规定了氰化物最高允许排放浓度。该标准中,一、二级排放标准最高为0.5mg·L-1,三级排放标准最高为1.0mg·L-1。为此,工业生产中排放出来的含氰废水和废气,都必须经过彻底处理,合格后才允许排放。第2部分塔式生物滤池2.1工作原理塔式生物滤池是一种新型生物膜法废水处理技术。它的工作原理是:废水自上而下喷淋在塔式生物滤池的填料上,使废水在填料的表面形成薄水层,废水与生长在填料表面的好气性生物膜相接触。由于废水和生物膜之间的分子扩散和物质传递,以及好气性微生物的吸附作用,使废水中的有机污染物能从废水薄层向生物膜转移,从而使废水得到净化。微生物吸附了废水中的有机污染物后,以这些有机物作为生长基质,在有机体的新陈代谢作用下进行分解与合成。在废水获得处理的同时,微生物量不断增大,生物膜的厚度也不断增加,生物膜的不断增厚逐渐增大外界氧向生物膜转移的阻力,表层生物膜因深度浅、阻力小,尚能保证氧的供给。而生物膜内层则出现缺氧现象,从而适应厌气菌和兼性菌的生长繁殖。直到内层贮存的有机营养物完全耗尽时,内层细菌大量死亡和溶解,以至不能支撑表面生物膜,该部分生物膜终于在水流的冲刷作用下而脱落下来,填料出现更新表面,又重新形成新的生物膜,生物膜从形成到脱落是一个周期,生物过滤就是这样不断地往复循环。塔式生物滤池处理废水的工作原理是很复杂的,它包括了废水的流动状态、不同浓度水的混合、氧的扩散吸收、有机物的分解及微生物的新陈代谢。在这些过程的综合作用下,废水中的有机物得以净化。32n2.2工艺特征1、加快了有机污染物的传质速度由于塔式生物滤池形如塔状,使内部形成较强的拔风状态,通风良好。废水自上而下喷淋,水力负荷高,塔内水流紊动强烈,从而使废水、空气、生物膜三者的接触非常充分,大大地加快了有机污染物的传质速度。2、处理效率高塔式生物滤池的水力负荷可达80-200m3/m2·d,为高负荷生物滤池的2-10倍,BOD容积负荷一般可达1.0-3.0kgBOD5/m3·d,比高负荷生物滤池的容积负荷高2-3倍。3、耐有机或有毒物的冲击塔式生物滤池内部存在着明显的分层现象。在各层生长繁育着种属不同,但适应流至该层废水性质的生物集群,这种情况有助于微生物的增殖、代谢,有助于有机污染物的降解。这种分层的特点使塔式生物滤池能够承受较大的有机或有毒物的冲击负荷。4、污泥产量少塔式生物滤池在正常的有机负荷下(1.0-3.0kgBOD5/m3·d),污泥产量约为活性污泥法的1/8–1/3左右。加磷系统工业沉淀水（调节温度）含氰废水空气出水压缩空气工业沉淀水1231145678910污泥处理化纤厂含氰（腈纶）废水处理流程1—调节池2—废水泵房3—塔式生物滤池4—溶解槽5—泵6—高位槽7—计量设备8—沉淀池9—喷淋水池10—喷淋泵房11—抽风机2.3工艺流程32n2.4塔式生物滤池的设计及运行要点2.4.1设计要点1、塔式生物滤池处理工业废水时必要的设备与构筑物（1）、当用于处理含有有毒物的工业废水,且入流水质不均匀时,应设置匀质池,以免入流浓度太低时填料体积不能充分利用,同时又能防止浓高过高,超过微生物的分解能力和对有毒物的忍受能力,致使出流有毒物浓度过高,或防止微生物因有毒物浓度太高而被毒死。（2）、必须重视工业废水的预处理,以防止废水中的悬浮物或油脂等堵塞填料。（3）、在塔式生物滤池后设置二次沉淀池,以分离生物膜与水。（4）、如单级塔式生物滤池处理不能达到排放要求时,可考虑回流或与其它生物处理构筑物串联、多级塔串联的方案,以保证达到处理效果。2、控制入流水质，对入流水质,其悬浮物的含量及油的含量不能太高。3、选择适当的填料，选择的填料,要求其比表面积大,孔隙率大,不易堵塞。为了保证塔式生物滤池正常运行,在填料体积计算中不仅要考虑有机污染负荷,还要考虑水力负荷以保证水流对填料表面生物膜的冲刷更新作用。4、挥发物的净化，当塔式生物滤池用于处理工业废水时,如废水中含有易挥发的有毒物质,应当考虑挥发物的净化,以免有毒物挥发造成二次污染。挥发物的净化方法有两种:（1）、在塔顶加一段填料,以新鲜水或处理后的水淋洒吸收挥发的有毒物质。这种方法在采用任何通风的塔式生物滤池中均可应用。（2）、设置一套充有填料的气体净化器,用引风机或反装的鼓风机从塔体抽32n风送入净化器,使有毒气体与水逆流接触。气体净化器的喷水可用新鲜水或处理后的水。根据经验,喷淋流量以控制在处理废水量的1/12-1/5左右。5、选择适宜的入流负荷，入流的负荷包括有机或有毒负荷及水力负荷。当采用塔式生物滤池处理工业废水时,设计有机负荷有较大的灵活性。当出水水质要求较高时,可以选用较低的有机负荷,当出水水质要求较低时,可采用较高的有机负荷,以减少运行费用及基建投资。在选用设计水力负荷时,要考虑到与有机负荷的对应性,根据水力负荷及入流浓度所算出的有机负荷不应大于设计所选用的有机负荷。6、设置观察孔，在设计塔式生物滤池时,要在塔体不同的高度开观察孔,观察孔应当利于启闭,又有防漏水漏风措施。2.4.2运行要点塔式生物滤池处理工业废水,当菌种培养驯化、挂膜成功后即投入正常运转。1、正常运行时,进水水质力求均匀,其悬浮物含量不能太高；进水水量力求均衡,并要求实际运行负荷要与设计负荷相符。2、每小时检查一次进水水质、水量及水温。3、每班上塔检查一次布水器的运行情况,如发现堵塞,应疏通若卡住，应加强润滑。并计数布水器的转速,控制转速小于3转/分。4、利用各层观察孔，经常检查微生物的生长情况检查填料是否有塌陷和堵塞。若塌陷应更换；若堵塞,通常可用下面两种方法解决:（1）、增大水力负荷。例如某炼油厂在进行处理含油废水中型试验时,尽管有机负荷1.0-1.5kgBOD5/m3·d之间,但水力负荷只有34m3/m2·d,运行一段时间后就有堵塞现象。出水溶解氧几乎为零。后来用二次沉淀池出水循环,使水32n力负荷增至152m3/m2·d冲刷4小时后,出水溶解氧提高,运行恢复正常。（2）、当采用增大水力负荷措施无效时,则应停止使用塔式生物滤池,待干床后,用正常设计流量洗去干积累物,2-3天即可恢复正常。5、加强对系统的巡检、对水质、菌液、投放物的化验分析,做好详细的运行记录。6、当塔式生物滤池要求停运时,应关闭上塔进水阀及出水阀,并定时用喷淋水湿润填料表面生物膜,以保持塔内生物膜的潮湿。2.5塔式生物滤池的单元流程组合及适用范围2.5.1单元流程组合在以往的工业废水处理过程中,根据不同的水质及排放要求,采用了不同的处理手段与方法。但由于单一的处理方法不能达到排放的要求,往往需要采用不同方法的串联或并联来完成最终处理。塔式生物滤池与其它处理装置组合并用,可以取长补短,提高净化效果。二级串联的塔式生物滤池系统对于处理后废水的水质要求较高时,可以采用两塔串联运行的设计。这样BOD去除率往往可达90%左右,出水净化深度较高,常能达到硝化阶段。此外,二级塔式生物滤池的运行较灵活,若废水水量增加,可将二个塔并联运行。为了防止一级塔式生物滤池生物膜过厚,也可将串联的二个塔交替地用作第一级塔或第二级塔。塔式生物滤池——生物转盘串联系统采用塔式生物滤池一一生物转盘串联系统对制革废水直接综合处理时,当进32n水水质在以下范围内可获得良好的处理效果：pH值6.7一9.3,BOD5150一950mg/L,CODcr500-1900mg/L，Cr3+为0.6-3.3mg/L。工程实例说明,塔式生物滤池高度为15米,填料高度为13.6米,采用自然通风,水力负荷为10一18m3/m2·d。生物转盘的水力负荷为0.12m3/m2·d。废水经塔式生物滤池——生物转盘串联系统处理后,出水水质可以达到国家排放标准。为保证在水质波动和气温变化的情况下水质依然保证达标排放,可在初沉池前投加混凝剂作为补充处理。另外,采用塔式生物滤池一一生物转盘串联系统处理丙烯腈废水时,在控制进COD和总氰值时,可获得出水总氰浓度0.1mg/L左右,达到国家排放标准。塔式生物滤池一一活性污泥法串联系统这两种工艺方法的串联使用,可以取长补短,处理水质条件较差的废水。活性污泥法对水质、水量要求很高。来水水质、水量的突然变化所产生的负荷冲击以及一时的管理失误都会造成不良的后果。而塔式生物滤池则相反。采用塔式生物滤池一一活性污泥法串联系统对波动的水质、水量的稳定操作和要求较高的出水水质都有好处。茂名石油工业公司在润滑油装置配套的废水处理中,采用塔式生物滤池一一活性污泥法(加速曝气池)系统,取其所长,补其所短把塔式生物滤池作为第一级处理。遇到水质波功时,经塔式生物滤池使波动减缓,然后再进入作为二级处理的加速曝气池。此系统设计能力为356.4*104m3/a。废水首先去除部分悬浮物和浮油后,再进斜板隔油池除油。经二次除油的废水,用泵加压后进入浮选池进一步除油,然后进入塔式生物滤池一一活性污泥法(加速曝气池)处理系统,净化水进监护池后排放。塔式生物滤池规格为内径*高=φ5.5*22.4(m)三座,单塔处理能32n力为100-200m3/h。加速曝气池φ*H=15*4m，8间。经塔式生物滤池一一活性污泥法系统(加速曝气池)串联、两级生化处理含油废水,其一般结果为:石油类进水19.9mg/L,出水0.74mg/L,去除率66.1%；硫化物进水0.21mg/L,出水0.06mg/L,去除率71.4%；挥发酚进水10.2mg/L,出水0.23mg/L,去除率97.7%；COD进水262mg/L,出水100mg/L,去除率61.8%。运行结果表明,随着有机负荷增大,单位容积填料去除BOD5的能力也增大。炼油生产排出的含油废水中污染物量增大时,塔式生物滤池去除废水中污染物的能力也随之增大。这样,用塔式生物滤池一一活性污泥法系统(加速曝气池)串联时,即使废水中的污染物量波动,但经过塔式生物滤池处理后,废水污染物量的波动幅度大大减少,从而保证了加速曝气池的正常运行。又如广州百事可乐汽水厂引进美国塔式生物滤池一一活性污泥法系统对百事可乐汽水生产废水1500m3/d进行处理达标后排放。气浮一一塔式生物滤池串联系统气浮一一塔式生物滤池串联系统适用于处理人造毛皮厂、腈纶针织厂、纯腈纶绒线或以腈纶绒线为主的毛纺厂的染色废水,经处理后的废水无色透明,CODcr、BOD5和色度等项指标均能达到国家标准。2.5.2适用范围1、高浓度有机或有毒废水的预处理对于含氰(腈)废水处理,过去水处理工作者侧重于对游离氰的去除,近年来由于对氰(腈)类的毒性有了进一步的认识,对络合氰的研究也颇为视。目前,对于含氰(腈)废水处理国内外都采用生物法和焚烧法。由于生物法工艺成熟、处理费用低,所以国内外工业废水处理都有采用生物处理的趋向。32n1972年纺织部组织了科研、设计、生产等十多个单位,共30人左右对腈纶废水处理进行了攻关,于1973年完成了塔式生物滤池处理腈纶有毒废水的中试工作。以后推广应用于上海石化总厂腈纶分厂、山东淄博合成纤维厂、上海高桥石化公司化工二厂等。通过实际运转多年,证明效果较好。致所以塔式生物滤池能有效的处理有机或有毒废水,主要是塔式生物滤池内部存在着明显的分层特点,使得能够承受较大的有机或有毒物的冲击负荷。因此,塔式生物滤池用于处理高浓度有机或有毒工业废水二级生物处理的第一级,大幅度地去除有机或有毒污染物,以保证第二级处理经常保持良好的净化效果。2、易发生污泥膨胀的废水处理塔式生物滤池用于处理容易发生污泥膨胀的工业废水可获得满意的结果。在对环氧丙烷和环氧乙烷废水进行活性污泥法处理时,由于废水中的有机物以丙三腈、乙二醇为主,它们既易生化处理,又易引起污泥膨胀和流失。用塔式生物滤池进行处理时,由于是填料上的生物膜对废水进行净化处理,从而不会发生污泥膨胀和流失的间题。3、高温废水处理采用塔式生物滤池处理高温废水,主要是解决某些高温排放的废水(50-60℃)不经冷却塔或其它冷却设备降温,直接进行生化处理的问题。目的在于简化预处理流程,节省基建投资与运行费用。高温废水生化处理的关键问题之一是污泥沉降性能较差,当温度超40℃时污泥几乎不能沉降,COD去除率明显下降,这是因为随着温度升高(由20一40℃)活性污泥发生微细化解体现象,破坏了污泥的凝聚作用。采用塔式生物滤池处理这类废水时,因其结构和冷却塔类似,一方面使水温很快下降,同时,随着塔内不32n同高度生长着适应不同温度的微生物,生化作用在较高的温度下仍能强烈进行,并且不存在污泥性能和污泥回流的问题。含有表面活性物的废水采用塔式生物滤池处理这类废水,由于没有表面曝气或鼓风曝气,不会产生泡沫,因而能获得较好的处理效果。低浓度废水采用塔式生物滤池处理这类废水,尽管有机负荷很低,但填料表面仍能生长着一层生物膜。2.6塔式生物滤池的主要构造2.6.1塔体塔体主要起围挡填料的作用。目前,国内塔式生物滤池多为圆形,一般用砖砌和现场浇筑钢筋混凝土或预制板构件在现场组装,也有用钢板焊接制作的。近年来,由于塔式生物滤池内使用了组装式塑料填料,它们对池壁不产生侧压力,同时,填料的孔隙率大,运行时全部堵塞的可能性较小,因此,笔者建议以采用铺框架结构,周围嵌塑料板或轻质防腐金属皮。这样,整个塔体重量可以大为喊轻,从而节省基建投资费用。对于塔体与塔高的比例,经中国石化总公司试验研究和使用的结果表明,在D:H=l:1.34-l:1.60时,塔式生物滤池运行很好。这主要是使用了孔隙率大、阻力小的轻质塑料填料,塔内空气中氧向生物膜传递的浓度差不需很大的原因。2.6.2填料填料是塔式生物滤池的重要组成部分。对填料的选择应满足就地取材、加工32n容易、价格便宜,单位体积填料面积和孔隙要大而适当,填料具有足够强度,能承受一定压力,且本身质轻,能抵抗废水、空气、微生物的腐蚀,且能耐一定的温度；不含对微生物活动有影响的杂质等基本条件。60年代以后,由于塑料工业的迅速发展,各种大孔隙质轻塑料填料的问世,为增加填料的设置高度和提高填料单位容积处理能力创造了条件。这种填料的典型代表为塑料立体斜交错波纹板填料。1985年北京纺织科学研究所为了克服硬性蜂窝管式塑料填料容易发生生物膜堵塞现象和软性纤维填料的纤维束中心结成球状的现象研究成功了一种由变性聚乙烯塑料制成的一种既有一定刚性又有一种柔性的立体状半软性填料。半软性填料的主要特点是:（1）、具有特殊的结构性能和水力性能。不论在有无流体作用下都能保持一定的形状,并有一定的变形能力。每个填料都是一个独立单元,都是一个小型布水器和小型布气器。当废水流经填料时,可产生明显的湍流流态,传质效率高。（2）、填料上面生物膜容易生长,又容易脱落。在充氧效率和去除有机污染能力上都优于硬性管式塑料填料。（3）、具有耐腐蚀、耐老化,加工、运输、安装都很方便,而且每个填料都能独立存在。实侧资料表明,随着填料上生物膜的增大,比表面积比挂膜时增加30%左右,生物膜生长到一定厚度后,即自行呈细碎状脱落,使填料不易堵塞,填料上挂满生物膜后的重量为填料本身重量的二倍左右,从而简化了支撑结构。（4）、对空气泡有明显的重复切制作用。半软性填料的不足之处是比表面积相对较低,表面较光滑,微生物附着能力相对差一些。半软性填料既有软性纤维填料孔隙可变的优点,又比硬性蜂窝管式塑料填料32n使用寿命更长。半软性填料安装方式灵活,可根据不同的废水水质,采用不同的装填密度。在塔式生物滤池中,可采用栓挂式或框架式安装方式。栓挂式高度以每段1.0-2.0m为宜,框架式可根据塔体形状加工成标准框架块进行组装。在塔式生物滤池中采用半软性填料,只要进水水质适宜,装填密度合理,通风或气水比符合要求,处理效果一般是稳定的,其有机污染物去除率优于目前采用的其它填料。在塔式生物滤池中,由于进水水质及有机物负荷选用合理,填料上生物膜呈黄褐色且较薄,塔底出水分布均匀,有机物去除率较稳定,一般CODcr去除率在45-60%,BOD5去除率在80-90%左右。目前,矿渣、碎石、焦炭等由于比表面积小、重量大、通风效果差而逐渐被各种新型填料所替代。在选择塔式生物滤池的填料时要根据废水水质、水量、设计的有机负荷、水力负荷、气候、地理条件,技术经济分析等条件,反复比较,综合考虑。中国石化总公司长岭炼油化工总厂在用塔式生物滤池处理炼油废水时,选用了板规格1600*800*410(mm),比表面积为150m2/m3,孔隙率为95%的塑料立体斜交错波纹板填料。这种填料消除了生物膜堵塞孔隙的可能性,有利于通风和保持生物膜高度的活性。特别适用于BOD较高的废水处理。由于这种填料具有立体波纹,在水流方向有双重波，因此,在塔高相等的同等条件下,比其它填料的流程长度增加20%左右,使废水与生物膜接触、氧化的时间增长,有利于提高处理效率。这种填料使用效果好。2.6.3布水器均匀布水,才能充分发挥全部填料的作用。布水是否均匀,取决于布水器。塔32n式生物滤池的布水器分移动式(常用旋转式)布水器和固定式喷嘴布水器两种。从国内已建成的塔式生物滤池所采用的布水器看,移动式(旋转式)布水器能使废水均匀分布在填料表面,能稳定处理效果。布水器的选材很重要,在以前的布水器设计中,一般采用硬聚氯乙烯材质,但在运行中发现,硬聚氯乙烯管道容易变形和折断,因此,采用不锈钢做布水器较为适宜。2.6.4通风孔塔式生物滤池的特点是塔高、填料的孔隙率大、阻力较小,但塔内部形成较强的拔风状态,通风良好。一般采用自然通风即可满足要求。通风孔的有效总面积应不小于塔式生物滤池横截面积的7.5-10%。塔底空间高一般为0.4-0.6米。为了防止有害气体挥发,也可采用人工机械通风。当采用机械通风时,宜在塔的上部和下部装设吸气或鼓风的风机。要注意空气在塔式生物滤池平面上的均匀分布,并注意防止冬天寒冷季节池温降低影响处理效果。第3部分工艺设计经过滤后,稀释的含氰污水用泵抽到滤池顶部,通过旋转布水器均匀地分布在滤料(滤料用树枝)上,自上而下,与空气中的氧和滤料上的生物膜充分接触,使污水中的氰化物被氧化:HCN+2H20=HCOOH+NH3（a）HCOOH=H2O+CO2在污水被净化的过程中,污水中H2O的含量是大量过剩的,反应(a)可视为一级反应,根据物质不灭定律,取滤池一小段,对污水中的氰化物进行物料平32n衡,(图1)进去的量减出去的量等于去除的量。LGA0h△hLGA0HS为塔截面积时,即:LGAh+∆h-LGAh=-KSGA∆h(1)整理(1)式得:L∆GA=-KGAS∆h(2)即为：∆GA∆h=-KGAS/L(3)当∆h无限小时,有:dGAdh=-KGASL(4)将(4)式分离积分:GA0GAXdGAGA=-KSL0Hdh(5)(5)式积分结果为:lnGAXGA0=-KSLH(6)令ζ=L/S[即水力负荷,(米3/米2·小时)]32n那(6)式可写成:GAXGA0=e-KHq(7)式中:GA0、GAX——分别为进、出口浓度（克/升或毫克/升）；K——去除常数（小时-1）；H——滤料层高度（米）；q——水力负荷；L——污水流量（米3/小时）；S——滤料截面积（米2）。式(7)是塔式生物滤池的基本模式。从中可以看出:去除量与塔高成正此,与水力负荷成反比。提高滤池高度或减少水力负荷都可以提高处理效果。确定式中的K、H、g值，确定方法如下：第一步,根据已知的进口浓度和出口浓度,(工艺要求)求出Ln(GAX/GA0)值。查出H/q值，用公式（7）算出K值。即：K=-ln(GAXGA0)Hq=-ln(835/432)/-1.364=0.483第二步,求出K值后,查出H值,再运用公式(7)算出q值。即:q=-KHln(GAXGA0)=-(0.483*15)/(ln(835/432))=10.99第三步,求出K、H和q值后,根据已知流量Q(米3/小时),再求滤池道径D。即:D=Qq'0.785*H=45010.990.785*15=1.865q'=LS*H=LV[米3/米3*小时]（V——滤料体积，【米3】）。用ＢＯＤ5作为设计参数，确定ＢＯＤ5的去除率。原水ＢＯＤ5≤480ｍｇ/Ｌ，进塔的混合废水ＢＯＤ5（Ｃ混）≤300ｍｇ/Ｌ，滤池对ＢＯＤ5的去除率取40%，即出塔废水ＢＯＤ5（Ｃｅ）≤180ｍｇ/Ｌ；将混凝处理出水作为滤池的回流水，控制混凝处理出水ＢＯＤ5（Ｃｐ）≤120ｍｇ/Ｌ。运行参数32nａ.回流量。根据进塔、出塔、原水与排水ＢＯＤ5浓度,确定回流量为1000ｍ3/ｄ。ｂ.池容(Ｖ)。根据填料类型选取滤池容积负荷,计算滤池容积。其计算公式与参数选取如下:V=（Q+Qr)SL=(450+52)*120/1.2=200ｍ3(8)式中Ｑ——废水量,ｍ3/ｄ　Ｑｒ——回流量,ｍ3/ｄ　Ｓ——Ｃ混-Ｃｅ,取120ｍｇ/Ｌ　Ｌｖ——容积负荷,采用塑料填料,Ｌｖ取1.2ｋｇＢＯＤ5/(ｍ3·ｄ)根据以上数据计算得到Ｖ=200ｍ3。ｃ.塔滤面积(Ｆ)、塔径(Ｄ)和填料有效高度(Ｈ)。F=V'H（9）D=4Fnπ(10)式中　Ｖ′——单池容积,ｍ3ｎ——滤池个数,设计4座滤池并联,每座滤池的Ｈ∶Ｄ=6∶1经计算,得Ｆ=3.8ｍ2，Ｈ=13.2ｍ，Ｄ=2.2ｍ。ｄ.水力负荷校核。表面水力负荷ｑ=(Ｑ+Ｑ回流)/Ｆ，ｑ一般为80-200ｍ3/(ｍ2·ｄ)，经计算得ｑ=132ｍ3/(ｍ2·ｄ),符合要求。③　配套设施采用规格为φ25mm*400mm的直管蜂窝填料,比表面积为236ｍ2/ｍ3,空隙率为0.94ｍ3/ｍ3分4层布置,每层高为3.3ｍ。采用旋转布水器布水，布水管管径为50mm。32n填料用厚度为0.05ｍ的钢筋混凝土渗板承托。承托层渗板设计为格栅条,间距为25mm；底层渗板采用渗水孔,孔径为15mm，水孔总面积为塔滤面积的20%。滤池底部(下层)净空高度为0.6m。塔式滤池出水收集池设计为圆形,直径为塔径的1.2倍,高度为0.2m。设备一览表名称规格内容塔基四周设有8个（1.44*1m）通风口，进风总面积（11.52m2），是塔截面积的83.1%塔身直径4.2m，高23.52m，塔壁开有5个（0.9*1.4m）的观察孔，兼做装料、采样和检修口。滤料：玻璃钢酚醛树脂蜂窝孔径分别为19mm，25mm。滤料有效高度15m，分五层，每层3m，底部两层，下部滤料孔25mm，上部三层，滤料孔为19mm，每层有格栅支撑。布水器滤池分三层，分设在滤料15m，12m，9m处。材料：不锈钢管，管径为76mm，长1935mm。32n每套四根管子，转速5-7r/min，水力推动。吸收室高2.84米，内有196个气泡帽。水风水层高100mm，溢流高度100mm。用喷淋方式补充新鲜水，喷淋水与废水比例为1:7。上部设有600mm高的聚氯乙烯斜交错水收器。第4部分　塔式生物滤池热量衡算塔式生物滤池散热途径有二。其一是,污水在滤料表面形成水膜，污水与空气接触表面大，通过表面蒸发、接触散热及辐射热交换，污水的热量散发于空气中，空气不断流通把热量带到大气中去，这种散热称为气流散热，由气流散热引起的污水温降称为气流温降。塔式生物滤池另一散热途径是通过池壁把热量传导到大气中去，这种散热称为壁导散热，由壁导散热引起的污水温降称为壁导温降。污水的总温降就是这两种温降之和。设污水进塔流量为G1，热量为Q1，水温为t1。污水在塔中蒸发量为G1。污水出塔流量为G2，热量为Q2，水温为t2。气流散热量为Qq，气流温降为△tq，壁导散热量为Qb，壁导温降为△tb。塔式生物滤池热平衡式为：Q1=Q2+Qq+Qb……(1)Q1为污水进塔时的热量，可写为：32nQ1=rsCsGst1……(2)Q2为污水出塔时的热量，可写为：Q2=rsCsGs-G2t2……(3)Q为气流散热量，这部分热量是由污水蒸发、接触及辐射散发于塔体内的空气中，并由空气不断的流动带到大气中去而散失掉的。气流散热的结果使污水水温降低了△t。同时污流量损失了Gz，可用下式表示：QqrsCsGzt1+Gs-GzΔtq……(4)对于流经塔式生物滤池的空气来说，则是吸收了污水的气流散热量Qq，使空气的含热量由进塔时的i1增加到出塔时的i2，因此Qq又可用下式表示：Qq=rqGqi2-i1……(5)Qb为壁导散热，是经池壁传导到大气中去的热量，使污水温度降低△tb，可写为：Qb=rscsGsΔtb……(6)Qb的大小与塔壁材料、结构形式及塔内外温度有关，其关系式为：Ｑｂ=ＫＦｔ１-ｔｘ．．．．．．（７）根据以上各式加以运算就可以求解出气流温降、壁导温降及污水总温降。气流温降可由(4)、(5)式得。(4)、(5)两式相等为：ｒｓＣｓＧ２ｔ１+Ｇｓ-ＧｚΔｔｑ＝ｒｑＧｑｉ２-ｉ１经运算整理得：Δｔｑ＝ｒｑＧｑｉ２-ｉ１-ｒｓＣｓＧｚｔ１ｒｓＣｓＧｓ-Ｇｚ在满足塔式生物滤池生物氧化所需空气量的情况下，水蒸发量约为水量的万分之几，因此可以略去Ｇ２，32nrｒｓ＝1000公斤/m3，Ｃｓ＝1000千卡/公斤℃及ｒｑ＝1.293公斤/ｍ３，式(8)可简化为：Δｔｑ＝ＧｑＧｓ*1.293ｉ２-ｉ１1000．．．．．．．９ＧｑＧｓ为单位水量的空气量，称为气水比。气水比的大小对污水温度降影响很大。为了尽量避免水温下降，在能满足生物氧化所需空气量的前提下，气水比越小越好。因此，气水比可以根据生物氧化所需的空气量来确定。1立方米的污水所需的空气量为：ＧｑＧｓ＝αａ'２１ｍ３ｍ３式中αａ＇——污水原水ＢＯＤ20，毫克/升。ＢＯＤ20约为ＢＯＤ5的1.46倍，Ｌａ以ＢＯＤ5表示则为：ＧｎＧｓ＝0.07Ｌａｍ３ｍ３．．．．．．（１０）式中Ｌａ一污ＢＯＤ5，毫克/升。I1、I2为空气进塔和出塔时的焓。要确定ｉ值得先确定相应的气温及相对湿度。由于气水比很小，空气在塔内流速不大，空气与水之间的热、湿交换就比较充分，故可假定空气出塔时温度与污水进塔时水温相等，相对温度为100%，i1为塔外大气的焓，大气湿度可按冬季采暖室外计算温度采用，相对湿度可假定为0。根据空气的温度和湿度就可以从常用的ｉ——ｄ图中查出ｉ２和ｉ１。ｒｓＣＳＧｓΔｔｑ＝ＫＦｔ１-ｔｘ经运算整理得：Δｔｂ＝ＦＧｓ*Ｋｔ１-ｔｗ1000．．．．．．．１１式中ＦＧｓ一一比面积，米2/米3/小时。32n池壁传热系数K值可按下式计算：Ｋ＝１1ａ１+1ａ２+∑σｉλｉ．．．．．．．１２池壁常用材料λ值如下表：名称砖砌体钢筋混泥土水泥砂浆抹面钢λ0.71.330.850求解污水流经塔式生物滤池的总温降，可将式(2)、(3)、(4)及(6)代入(1)得：ｒｓＣｓＧｓｔ１＝ｒｓＣｓＧｓ-Ｇｚｔｚ+ｒｓＣｓＧｚｔ１+Ｇｓ-ＧｚΔｔｑ+ｒｓＣｓＧｓΔｔ１经运算整理，并略去Ｇ2得：ｔ１＝ｔ２+Δｔ１+Δｔｂ．．．．．．（１３）或Δｔ＝Δｔｑ+Δｔｂ．．．．．．．１４式中△t＝ｔ１-ｔ２，为污水流经塔式生物滤池的总温降。将式(9)、(11)代入式(14)得：Δｔ＝ＧｎＧｓ*1.293ｉ２-ｉ１1000+ＦＧｓ*Ｋｔ１-ｔｗ1000．．．．．．．１５因此，要有利于塔式生物滤池的保温，可采取下列三方面的措施。首先，要选用最小的气水比；第二，减少比面积ＦＧｓ值可使池壁传导热损失减少。因此，在同样的水量时，塔数少、塔体大比塔数多、塔体小的比面积小，有利保温。设计塔式生物滤池时可不必受径高比的限制，采用较大的塔；第三，要选择K值小的材料作塔式生物滤池池壁。砖砌塔壁比钢筋混凝土保温好。用金属材料做池壁则需要保温。砖砌塔壁须作好防渗水措施，池内壁必须抹面，以提高池壁的抗冰冻性。32n第5部分　总结通过本次设计我基本掌握了塔式生物滤池处理含氰废水的流程以及有关的专业知识，学会了利用这些知识并将其与现场相结合，熟练掌握了CAD的画图技术。感谢各位老师在大学期间对我的悉心教育和指导，感谢在课题设计这段时间里老师和同学们对我的帮助，让我能更快的熟练掌握有关的专业知识，全面的补充自身的不足，为以后的学习打下坚实的基础。参考文献：[1]赵杉林主编《石油石化废水处理技术及工程实例》[M].北京：中国石化出版社,2012.11[2]徐新华，宋爽《工业废水中专项污染物处理手册》[M].北京：化学工业出版社,2000.5[3]刘天齐主编《石油化工环境保护手册》[M].北京：烃加工出版社,1990.9[4]《塔设备设计》,化学工业部设备设计技术中心站编；[5]路秀林，王者相《塔设备》[M].北京：化学工业出版社,2004.1[6]俞晓梅，袁孝竞《塔器》[M].北京：化学工业出版社,2010.4[7]唐传祥.塔式生物滤池在废水处理中的应用[Ｊ].化工给排水设计,1994,(3):3-5.[8]白雯，张春波，钱德洪.各类石油化工废水处理技术[Ｊ].辽宁化工，2009,38（5）：314-317[9]杜龙弟，余政哲，赵连荣，祝庭芳.含氰废水处理的现状与对策[Ｊ].石油化工环境保护，1994,（2）：12-22[10]蒋克彬，张小海.腈纶纱染色废水预处理工程的设计与运行[Ｊ].中国给水排水，2008,24（2）：55-5732n[11]冯榕芳.冷却型塔式生物滤池处理煤造气含氰废水[Ｊ].广州化工，1992,20（3）：29-31[12]刘永淞.生物过滤法性能与设计[Ｊ].37-51[13]李希勤，李小定，王先厚.树枝填料在塔式生物滤池处理含氰含硫污水中的应用[Ｊ].工业水处理，1988,8（6）：35-36[14]刘军，郭茜，瞿永彬.塔式生物滤池处理城市污水的研究[Ｊ].给水排水，2001,27（1）：18-21[15]廖业桂.塔式生物滤池处理含氰污水数学模型[Ｊ].14-16[16]蔡明初.塔式生物滤池处理石油工业废水[Ｊ].化工环保，1985,5（1）：5-12[17]张一杰.塔式生物滤池热力计算及越冬措施[Ｊ].74-82[18]蔡明初，叶强，钟伯钦.塔式生物滤池与加速曝气池串联处理炼油厂含油废水[Ｊ].24-27[19]唐传祥.塔式生物滤池在工业废水处理中的应用[Ｊ].化工给排水设，1994,（3）：3-10[20]腈纶废水处理协作组.用塔式生物滤池处理腈纶废水的试验[Ｊ].三废利用，121-13032