内蒙古呼市高氨氮、高盐、高色度煤化工废水处理厂设计(1) 73页

哈尔滨理工大学学士学位论文内蒙古呼市高氨氮、高盐、高色度煤化工废水处理厂设计摘要煤化工废水具有高氨氮、高盐、高色度、高含酚量等特点，且含有有毒有害物质，为了人类的可持续发展，需要对煤化工废水进行针对性处理。根据该厂规模、自然条件、水质特点，确定处理工艺为物化处理和生化处理相结合。物化处理采用有机溶剂萃取脱酚，脱酚率达90%，脱酚污水将进入蒸氨塔，氨氮吹脱率可达70%，为后续生化处理提供了可靠条件。污水经水质调节池进入生化处理阶段，水解酸化作为预处理大大提高了废水的可生化性，其水力停留时间为8h，池长20m，宽8m，有效水深6.5m。粉末活性炭（PAC）强化SBR池去除了污水中的大部分污染物质，污泥负荷率为0.15kgBOD5/（kgMLSS·d），反应周期为6h，共设两座，池长20m，宽10m，有效水深5.0m。PAC起强化处理酚类物质和去除色度的作用，出水指标为COD60mg/L、BOD20mg/L、SS70mg/L、NH3-N15mg/L、酚类0.5mg/L、色度40。SBR池剩余污泥排入污泥浓缩池，经带式压滤机脱水后，泥饼外运。污水处理厂处理后的出水水质优于国家污水综合排放标准(GB8978-1996)中的一级标准。关键词煤化工废水；SBR工艺；污泥处理II-n哈尔滨理工大学学士学位论文InnerMongoliaHohhotHighAmmonia,HighSalt,High-chromaCoalChemicalIndustryWastewaterTreatmentPlantDesignAbstractCoalchemicalindustrialwastewaterwithhighammonia,highsalt,highcolor,highphenoliccontentandothercharacteristics,andtoxicandhazardoussubstances,tosustainablehumandevelopment,theneedfortargetedcoalchemicalindustrywastewatertreatment.Accordingtoplantsize,naturalconditions,waterqualitycharacteristicsthatdeterminethetreatmentprocessforthephysico-chemicaltreatmentandbiologicaltreatmentcombination.Physico-chemicaltreatmentusingorganicsolvents,phenolremoval,phenolremovalrateof90%phenolremovalofsewagewillenterAmmonia,ammoniastrippingrateofupto70%,forthefollow-uptoprovideareliablebiochemicaltreatmentconditions.Afteradjustingpoolwaterintothesewagebiologicaltreatmentstage,acidificationaspretreatmentgreatlyenhancedthebiodegradabilityofwastewater.Powderedactivatedcarbon(PAC)tostrengthentheSBRtankinadditiontothemajorityofpollutantsinsewage,PACfromthehardeningofphenolicsubstancesandtheroleofcolorremoval,theeffluentindicatorsCOD60mg/L,BOD20mg/L,SS70mg/L,NH3-N15mg/L,phenol0.5mg/L,color40NTU.SBRtanksludgeintothesludgethickener,beltfilterpressdewatering,thesludgecakeSinotrans.AfterthesewagetreatmentplanteffluentqualityisbetterthanthenationalIntegratedWastewaterDischargeStandard(GB8978-1996)inastandard.Keywords:coalchemicalindustrialwastewater;SBRprocess;sludgetreatment不要删除行尾的分节符，此行不会被打印II-n哈尔滨理工大学学士学位论文目录摘要IAbstractII第1章绪论61.1设计背景61.1.1煤化工废水的基本特点61.1.2煤化工废水的处理方法61.1.3煤化工废水处理的难点81.2设计依据81.3设计基础资料、规模、原则91.3.1设计基础资料91.3.2设计规模91.3.3设计原则9第2章污水处理工艺的选择112.1工艺选择原则112.2工艺比较分析112.2.1缺氧-好氧（A/O）法112.2.2氧化沟法122.2.3SBR法132.2.4三种工艺的比较142.3工艺确定152.4本章小结15第3章设计计算173.1原始设计参数173.2格栅的设计计算173.2.1设计说明173.2.2设计参数173.2.3设计计算183.3萃取塔设计计算213.3.1设计说明213.3.2设计参数213.3.3设计计算213.4氨气脱除塔的设计233.4.1设计说明233.4.2设计参数23-V-n哈尔滨理工大学学士学位论文3.4.3设计尺寸233.5污水提升泵房的设计计算243.5.1设计说明243.5.2设计参数253.5.3设计计算253.6调节池的设计计算273.6.1设计说明273.6.2设计参数273.6.3设计计算273.6.4计算草图283.7隔油池的设计计算293.7.1设计说明293.7.2设计参数293.7.3设计计算293.7.4计算草图323.8水解酸化池的设计计算323.8.1设计说明323.8.2设计参数323.8.3设计计算323.9SBR反应池的设计计算343.9.1设计说明343.9.2设计参数363.9.3设计计算363.10消毒接触池设计393.10.1消毒剂的选择393.10.2消毒剂的投加393.10.3消毒接触池的设计计算393.11集泥井设计403.12污泥浓缩池设计403.13污泥贮池设计433.14污泥脱水机房设计433.15本章小结43第4章污水处理厂总体布置454.1污水厂厂址选择454.1.1遵循原则454.2污水厂平面布置454.2.1污水处理厂平面布置原则454.3污水厂的高程布置46-V-n哈尔滨理工大学学士学位论文4.3.1污水的高程布置464.3.2污泥的高程布置474.4本章小结48第5章劳动定员495.1生产组织495.2劳动定员495.3人员培训495.4本章小结49第6章工程技术经济分析506.1土建费用及主要设备材料费用506.1.1土建费用造价506.1.2主要设备清单506.1.3直接投资费用516.2运行费用计算516.2.1成本估算516.2.2运行费用516.3工资福利开支526.4生产用水水费开支526.5运费526.6维护维修费526.7管理费用526.8运行成本核算526.9本章小结52第7章辅助工程设计537.1环境保护537.1.1污水537.1.2污泥537.2厂区绿化537.3建筑防火537.4职业安全防护537.5本章小结54结论55致谢56参考文献57附录A58附录B65千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行-V-n哈尔滨理工大学学士学位论文第1章绪论1.1设计背景煤化工是近几年来在全国发展最快的产业之一，为了使该产业走上可持续发展的道路，2006年国家发改委和国家环保总局下发了《关于加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展的通知》，鼓励采用节水型工艺，大力提废水处理和中水回用。我国贫油、少气、多煤的能源结构决定了现阶段煤仍然是我国的主要能源形式，煤化工业可从煤中提取多种产品，这大大提高了煤的综合利用价值，而相关废水工艺技术的使用是煤化工产业走上循环经济道路必要保障手段，使该产业与生态环境实现共赢。1.1.1煤化工废水的基本特点煤化工企业排放废水以高浓度煤气洗涤废水为主，含有大量酚、氰化物、油、氨氮等有毒、有害物质。废水中COD一般在5000mg/L左右、氨氮在200～500mg/L，废水所含有机污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等，是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水。废水中的易降解有机物主要是酚类化合物和苯类化合物；砒咯、萘、呋喃、眯唑类属于可降解类有机物；难降解的有机物主要有砒啶、咔唑、联苯、三联苯等。1.1.2煤化工废水的处理方法1.1.2.1预处理污水在进行生物处理之前要进行预处理，目前预处理主要是回收高浓度的酚和氨，并隔除焦油，为生物处理创造条件。高浓度酚的回收有两种方法，即蒸汽脱酚和溶剂萃取脱酚。氨的回收采用蒸氨法回收液氨或硫酸铵。焦油及油类物质的去除可采用重力分离法和空气浮上法分离重油或溶解性和乳化油。1.1.2.2生化处理对于预处理后的煤化工废水，一般采用缺氧－好氧生物法处理（A/O工艺或A/A/O工艺），但由于煤化工废水中的多环和杂环类化合物，好氧生物法处理后出水中的COD和氨氮指标难以稳定达标。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文因此，近年来出现一些新的生物处理技术，如生物炭法（PACT）、生物流化床处理法（PAM）等。1.生物炭法(PACT)在生化进水中投加粉末活性炭与回流的含炭污泥一起在曝气池内混合，从污泥浓缩池中排出的剩余污泥进污泥脱水装置。在曝气池内，活性污泥附着于粉末活性炭的表面，由于粉末活性炭巨大的比表面积及其很强的吸附能力，提高了污泥的吸附能力。特别在活性污泥与粉末活性炭界面之间的溶解氧和降解基质浓度有了很大幅度的提高，从而也提高了COD的降解去除率。一般来说在PACT系统内，活性炭吸附处理COD的动态吸附容量在100％一350％(重量百分比)，即一公斤粉末活性炭可吸附去除1.0-3.5kgCOD[1]。而且，PACT法能处理生物难以降解的有毒有害的有机污染物质。对煤化工废水中的高浓度大分子有机物具有良好的处理效果。2.流化床处理法(PAM)PAM法实际上是一种基于特殊结构填料的生物流化床技术，该技术在同—个生物处理单元中将生物膜法与活性污泥法有机结合，污染物通过吸附和扩散作用进入生物膜内，通过在活性污泥池中投加特殊载体填料使微生物附着生长于悬浮填料表面，形成一定厚度的微生物膜层嗍。附着生长的微生物可以达到很高的生物量，因此反应池内生物浓度是悬浮生长活性污泥工艺的2-4倍，可达8-12g/L，降解效率也因此成倍提高。由于微生物为附着生长方式(不同于活性污泥的悬浮生长)，流动床载体表面的微生物具有很长的污泥龄(20d-40d)，非常有利于生长缓慢的硝化菌等自养型微生物的繁殖，填料表面有大量的硝化菌繁殖，因此系统具有很强的硝化去除氨氮能力。3.固定化生物技术固定化生物技术是近年来发展起来的新技术，可选择性地固定优势菌种，有针对性地处理含有难降解有机毒物的废水。经过驯化的优势菌种对喹啉、异喹啉、毗啶的降解能力比普通污泥高2-5倍，而且优势菌种的降解效率较高四，相关实验证明其处理8h对吡啶等物质降解率在90％以上。4.批式活性污泥法(SBR)这是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。与传统污水处理工艺不同旧，SBR-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，该池集均化、初沉、生物降解等功能于一池，无污泥回流系统。该方法使生化反应推动力增大，煤化工废水处理效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好，耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。若出水水质仍不达标，也可以在SBR生化池内投加少量粉末活性炭以提高处理效率。1.1.2.3深度处理煤化工废水经生化处理后，出水的COD、氨氮等浓度虽有极大的下降，但由于难降解有机物的存在使得出水的COD、色度等指标仍未达到排放标准。因此，生化处理后的出水仍需进一步的处理。深度处理的方法主要有混凝沉淀、固定化生物技术、吸附法催化氧化法及反渗透等膜处理技术[2]。1.活性炭过滤活性炭吸附过滤处理法常被用做煤化工污水深度处理，活性炭能有效去除污水中，一般可降低到以下，酚降低到微量，但对氨氮去除效果差2.超滤反渗透工艺超滤的分离机理一般认为是筛分作用，但超滤的分离是分子级的，即它可截留溶液中溶解的大分子溶质，而透过小分子溶质反渗透的分离传质现象常用溶解扩散机理来解释，即透过组分选择性溶解在膜料液侧，然后在膜两侧静压差推动下，扩散透过膜超滤可用于清洗水的回用，反渗透可有效除盐，产水可用于锅炉补给水或小规模饮用水；超滤反渗透可作为生物处理后的深度处理，产水可作为循环水的补充水和锅炉用水3.消毒技术煤化工生产中多数生活污水和工业污水汇集在一起，生活污水中含有大量的大肠杆菌和粪便链球菌等致病菌，未经消毒任意排放这类污水，会引起严重的卫生问题，消毒对于污水的安全排放或回用具有非常重要的作用现在一般采用紫外线二氧化氯和臭氧消毒法方法。1.1.3煤化工废水处理的难点近年来，不断有新的方法和技术用于处理煤化工废水，但各有利弊。单纯的生物氧化法出水中含有一定量的难降解有机物，COD值偏高，不能完全达到排放标准。吸附法虽能较好地除去COD，但存在吸附剂的再生和二次污染的问题。催化氧化法虽能降解难以生物降解的有机物，但实际的工业应用中存在运行费用高等问题。A/A/O工艺运行管理和成本相对较低，该工艺是煤化工废的主要选用工艺[1]。但目前还没有哪一种工艺可以完全处理好煤化工废水，所以利用多种方法联合处理煤化工废水是煤化工废水处理技术的发展方向。1.1设计依据本方案设计主要依据国家现行设计规范、标准。具体如下：1.《给水排水制图标准》（GB/T50106—2001）-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文2.《室外排水设计规范》（GB50014—2006）3.《给水排水设计手册》（第二版）4.《排水工程》（第四版）5.《水污染控制工程》（第二版）6.《污水泵站设计规程》（GB/T50265-97）7.《污水综合排放标准》（GB8978—1996）8.《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》（CJJ31—89）9.《给水排水工程管道结构设计规范》（GB50332－2002）10.《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）1.1设计基础资料、规模、原则1.3.1设计基础资料温度：年平均温度：5.6℃最冷月（一月）平均温度：-15.5℃最热月（七月）平均温度：22.9℃降雨量：年平均降雨量：430mm年最大降雨量：534.6mm风：常年主导风向：西北风夏季主导风向：东南风冬季主导风向：西北风常年地面平均风速：1.67m/s1.3.2设计规模实际进水量：Q=3000t/d进出水水质：见表1-1。表1-1进出水水质项目COD,mg/LBOD,mg/LSS,mg/LNH3,mg/L硫化物,mg/L酚类,mg/L色度,pH进水水质3000600500500510005006～8进水水质602070151.00.5506～91.3.3设计原则1.要符合适用的要求。首先确保污水厂处理后达到排放标准。考虑现实的技术和经济条件，以及当地的具体情况(如施工条件)，在可能的基础上，选择的处理工艺流程、构(建)筑物型式、主要设备、设计标准和数据等，应最大限度地满足污水厂功能的实现，使处理后污水符合水质要求。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文2.污水处理厂采用的各项设计参数必须可靠。设计时必须充分掌握和认真研究各项自然条件，如水质水量资料、同类工程资料。按照工程的处理要求，全面地分析各种因素，选择好各项设计数据，在设计中一定要遵守现行的设计规范，保证必要的安全系数[2]。对新工艺、新技术、新结构和新材料的采用积极慎重的态度。3.污水处理厂（站）设计必须符合经济的要求。污水处理工程方案设计完成后，总体布置、单体设计及药剂选用等尽可能采用合理措施降低工程造价和运行管理费用，4.污水厂设计应当力求技术合理。在经济合理的原则下，必须根据需要，尽可能采用先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。5.污水厂设计必须考虑安全运行的条件，如适当设置放空管、超越管线、沼气的安全储存等。6.污水厂设计必须注意近远期的结合，不宜分期建设的部分，如配水井、泵房及加药间等，其土建部分应一次建成；在无远期规划的情况下，设计时应为以后的发展留有挖潜和扩建的条件[3]。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文第1章污水处理工艺的选择1.1工艺选择原则在工艺选择和设计时应充分考虑该厂废水的特点，采用两级处理，即物化处理与生化处理相结合。该厂废水属于比较难处理的工业废水。根据同类厂家运转经验，采用物化和生化相结合处理工艺。一级物化处理采用格栅、萃取脱酚、蒸氨、调节池，主要去除废水中悬浮物、酚类及氨氮，调节水质、水量。生化处理拟采用水解酸化粉末活性炭（PAC）强化SBR工艺系统[4]。整体配备先进可靠的系统设备，降低系统的维护工作量，以保证系统的长期正常运转。采用适当的自动化控制系统，以保证处理效果和减少劳动力需求。污泥处理也是关键。由于污泥量很大，本方案采用高品质带式压滤机，提高污泥处理自动化程度，同时也避免采用板框牙滤机所带来的人力多、环境差、处理能力低等缺陷。1.2工艺比较分析根据该煤化工废水水质特点，初步确定主选生物处理工艺有：A/O工艺、氧化沟工艺、SBR工艺。下面就这几种工艺加以比较。2.2.1缺氧-好氧（A/O）法脱氮工艺：生物脱氮工艺将反硝化反应器放置在系统之前，所以又称为前置反硝化生物脱氮系统。在反硝化缺氧池中，回流污泥中的反硝化菌利用原污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中的大量硝态氮还原成N2，而达到脱氮的目的，然后再在后续的好氧池中进行有机物的生物氧化、有机氮的氨化和氨氮的硝化等生化反应。工艺流程见图2-1。缺氧—好氧（A/O）法特点[5]：(1)反硝化池在前，硝化池在后，只有一个污泥回流系统，因而使好氧异氧菌，反硝化菌和硝化菌都处于缺氧-好氧交替环境中，这样构成一种混合菌群系统，可使不同菌属在相同的条件下充分发挥等价的优势；(2)反硝化反应可以直接利用原废水中的有机物为碳源，而可省去外加碳源；(3)硝化池内含有大量硝酸盐的硝化液回流到反硝化池，进行反硝化脱氮反应，此工艺中回流比的控制是较为很重要的；-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文(4)在反硝化反应过程中，产生的碱度可补偿硝化反应碱度的一半左右。对含氮浓度不高的废水可不必另行投加碱；(5)硝化池在后，使反硝化残留的有机污染物得以进一步去除，无需建后曝气池。本系统由于流程简单，无需另加碳源，因此，建设费用与运行费用均较低。缺氧—好氧（A/O）法缺点：(1)处理水来自硝化池，在处理水中含有硝酸氮，如沉淀池运行不当，不及时排泥，在池内产生硝化反应，污泥上浮，处理水水质恶化。(2)系统的脱氮率一般在85%以下，若想提高脱氮率，必须加大内循环比，而这样做可能导致运行费用增高，内循环液带入大量溶解氧，使反硝化池内难于保持理想的缺氧状态，影响反硝化过程。图2-1A/O工艺流程图2.2.2氧化沟法氧化沟是一种活性污泥法工艺，但曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥混合液在其中循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称“环形曝气池”，它也属于活性污泥处理工艺的一种变形工艺，一般不需要初沉池，并且通常采用延时曝气。工艺流程见图2-2。氧化沟工艺具有以下特点[5]：（1）污水进入氧化沟，可以得到快速有效地混合，对水量、水质的冲击负荷影响小；（2）由于污泥龄较长，污泥趋于好氧稳定；（3）可以通过改变转盘、转刷、转碟的旋转方向、转速、浸水深度和转盘、转-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文刷、转碟的安装个数等，以调节整体的供氧能力和电耗，使池内溶解氧值控制在最佳工况。但有以下缺点：（1）循环式，运行工况可以调节，管理相对复杂；（2）表曝法供氧，设备管量大；（3）污水停留时间长，泥龄长，电耗相对较高。图2-2氧化沟工艺流程2.2.3SBR法序批式活性污泥法（SBR）是从充排式反应器发展而来的，其工作过程是：一个周期内把污水加入反应器中，并在反应器充满水后开始曝气，污水中的有机物通过生物降解达到排放要求后停止曝气，沉淀一定时间将上清液排出，如此反复循环。SBR法是近年来在国内外被引起广泛应用重视和日趋增多的一种污水生物处理技术。SBR处理工艺包括五个处理程序，分别为：进水、反应、沉淀、出水、待机[5]。在该处理工艺中，处理构筑物少，可省去初沉池，无二沉池和污泥处理系统。与标准活性污泥法相比，基建费用低，主要适用于小型污水处理厂。运行灵活，可同时具有去除BOD和脱氮除磷的功能。SBR法有以下优点。（1）SBR系统以一个反应池取代了传统方法中的调节池、初次沉淀池、曝气池及二次沉淀池，整体结构紧凑简单，系统操作简单且更具有灵活性。投资省，运行费用低，它比传统活性污泥法节省基建投资额30%左右。（2）SBR反应池具有调节池的作用，可最大限度地承受高峰流量、高峰BOD浓度及有毒化学物质对系统的影响。（3）SBR-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文在固液分离时水体接近完全静止状态，不会发生短流现象，同时，在沉淀阶段整个SBR反应池容积都用于固液分离。（4）SBR反应过程基质浓度变化规律与推流式反应器是一致的，扩散系数低。（5）系统通过好氧/厌氧交替运行，能够在去除有机物的同时达到较好的脱氮除磷效果。（6）处理流程短，控制灵活，可根据进水水质和出水水质控制指标处理水量，改变运行周期及工艺处理方法，适应性很强。（7）系统处理构筑物少、布置紧凑、节省占地。SBR的缺点是：对自动控制水平要求较高，人工操作基本上不能实行正常运行，自控系统必须质量好，运行可靠；对操作人员技术水平要求较高；间歇周期运行带来曝气、搅拌、排水、排泥等设备利用律较低，增大了设备投资和装机容量[5]。由于具有以上优点，SBR近年来在国内外得到了较广泛的应用。但也有一些不足之处，如在实际工作中，废水排放规律和SBR间歇进水的要求存在不匹配问题，特别是水量较大时，需多套反应池并联运行，增加了控制系统的复杂性。工艺流程见图2-3。图2-3SBR法工艺流程2.2.4三种工艺的比较针对该厂特点，从技术、经济、使用范围及稳定性方面加以比较，从而确定适应该厂特点的较优方案。见表2-1。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文表2-1生物处理方法的特点和适用条件工艺类型氧化沟SBR法A/O法技术比较①污水在氧化沟内的停留时间长，污水的混合效果好；②污泥的BOD负荷低，对水质的变动有较强的适应性；①处理流程短，控制灵活；②系统处理构筑物少，紧凑，节省占地；①低成本，高效能，能有效去除有机物；②能迅速准确地检测污水处理厂进出水质的变化；经济比较可不单独设二沉池，使氧化沟二沉池合建，节省了二沉池合污泥回流系统投资省，运行费用低，比传统活性污泥法基建费用低30%能耗低，运营费用较低，规模越大优势越明显使用范围中小流量的生活污水和工业废水中小型处理厂居多大中型污水处理厂稳定性一般较稳定较稳定考虑该设计是中小型污水处理厂，SBR工艺比较普遍，占地面积小，稳定，自动化程度高，且出水水质能达到要求，本设计选择SBR工艺。1.1工艺确定废水经格栅拦截较大悬浮物后，进入调节池；在调节池均衡水量和水质，然后用泵将废水从调节池送入混凝沉淀池；对污水投加絮凝剂、助凝剂，去除水中长期保持分散悬浮状态、微小粒径的悬浮物和胶体等；污水在沉淀池进行固液分离：上清夜自流进入水解酸化池，污泥定期用泵打入污泥浓缩池；水解酸化为厌氧环境，设置填料一套，污泥附着于填料之上，利用其中的厌氧菌将难生物降解有机物分解成易生物降解的小分子有机物，提高废水的可生化性，同时也可降低部分COD；水解酸化池出水自流进入SBR反应池，SBR池中投加活性炭（PAC），目的是更有效地去除酚类物质及进一步去除色度，在好氧菌的作用下，将大部分有机物分解为二氧化碳和水，然后达标排放；污泥定期处理外运。1.2本章小结本章主要介绍了三种污水生物处理工艺，缺氧—好氧（A/O）工艺、氧化沟工艺、SBR工艺，并对三种工艺进行了技术、经济比较，确定最终处理方案为SBR工艺。主要内容如下：1．缺氧—好氧（A/O）处理法的优点、缺点，针对煤化工废水所采取的处理工艺流程。2．氧化沟处理法的优点、缺点，针对煤化工废水所采取的处理工艺流程。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文1．SBR处理法的优点、缺点，针对煤化工废水所采取的处理工艺流程。2．通过对三种工艺的技术、经济比较，得知缺氧—好氧（A/O）处理法较稳定，氧化沟处理法稳定性一般，SBR处理法稳定性较好。确定最终处理工艺为SBR工艺。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文第1章设计计算1.1原始设计参数原水水量Q=30001.2格栅的设计计算1.2.1设计说明格栅是由一组平行的金属栅条或者筛网制成，安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或者污水处理厂的端部，用以截流悬浮物或漂浮物，对水泵起到保护作用，并确保后续处理的顺利进行。1.2.2设计参数（1）水泵前格栅栅条间隙，应根据水泵要求确定。（2）污水处理系统前格栅栅条间隙，应符合：人工清除25～40mm；机械清除16～25mm[5]；最大间隙40mm。在污水处理厂亦可设计置粗细两道格栅，粗格栅栅条间隙50～150mm。（3）如水泵前格栅间隙不大于25mm,污水处理系统前可不再设置格栅。（4）栅渣量与地区的特点、格栅的间隙大小、污水流量以及下水道系统的类型等因素有关。在无当地运行资料时，可采用：格栅间隙16～25mm，0.10～0.05m3/103m3(栅渣/污水)；格栅间隙30～50mm，0.03～0.01m3/103m3(栅渣/污水)[6]。栅渣的含水率一般为80%，容重约为960kg/m3。（5）在大型污水处理厂或泵站前的大型格栅（每日栅渣量大于0.2m3），一般应采用机械清渣。（6）机械格栅不宜小于2台，如为一台时，应设人工清除格栅备用。（7）过栅流速一般采用0.6～1.0m/s。（8）格栅前渠道内水流速度一般采用0.4～0.9m/s。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文（9）格栅倾角一般采用45°～75°。（10）通过格栅水头损失一般采用0.08～0.15m。（11）格栅间必需设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5m。工作台上应有安全和冲洗设施。（12）格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m。工作台正面过道宽度：人工清除不应小于1.2m；机械清除不应小于1.5m。（13）机械格栅的动力装置一般宜设在市内，或者采取其他保护设备的措施。（14）设置格栅装置的构筑物，必须考虑设有良好的通风设施。（15）格栅间内应安设吊运设备，以进行格栅及其他设备的检修和栅渣的日常清除。1.1.1设计计算1．格栅的间隙数量[6]（3—1）式中：—设计流量，；—格栅安装倾角，；—栅条间距，；—栅前水深，；—污水流经格栅的速度，0.6-1.0。2．格栅的建筑宽度（3—2）式中：—格栅的建筑宽度，；—栅条宽度，。3．通过格栅的水头损失（3—3）-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文式中：—计算水头损失，；—污水流经格栅的速度，；—阻力系数，其值与格栅栅条的断面几何形状有关；—栅条的形状系数，本设计中格栅栅条的断面为圆形，的数值为1.79；—重力加速度，；—考虑到由于格栅受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数一般采用。1．栅后槽的总高度式中：—栅前水深，；—格栅前渠道超高，一般=0.3。2．格栅的总建筑长度式中：—进水渠道渐宽部位长度，，；—进水渠道宽度，；—进水渠道渐宽部位的展开角度，一般=；—格栅槽与出水渠道连接出的渐窄部位长度、一般=；—格栅前的渠道深度，。3．每日栅渣量-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文式中：—每日栅渣量，；—日设计流量，；—单位栅渣量，污水）。栅条间距为时污水）；时污水）。本设计栅条间距为，污水）。1．计算草图格栅计算草图见3-1。图3-1格栅计算草图2．隔栅的选取根据格栅的计算选取NC-500型格栅[7]，技术参数和安装尺寸见表3-1-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文表3-1格栅的技术参数和安装尺寸技术参数安装尺寸设备宽度,mm有效宽度,mm有效栅隙,mm水流速度,ms-1运动速度,m/min电机功率,kw安装角度,°支座长度,mm格栅槽高度,mm格栅地面高度,mm5003802031.2560179710005501.1萃取塔设计计算1.1.1设计说明煤化工污水经格栅泵入萃取塔除酚，含酚萃取剂进入蒸馏塔，回收的萃取剂可循环使用，萃取后的污水直接进入蒸氨塔，用蒸汽将水中氨、溶解萃取剂吹脱出来。在含酚废水中加入萃取剂，使酚融入萃取剂。含酚溶剂用碱液反洗，酚以钠盐的形式回收，减洗后的溶剂循环使用[8]。萃取剂对混合物中各组分应有选择性的溶解能力，并且易于回收，对于萃取脱酚工艺来说，通常选用重苯溶剂油或N-503煤油[9]，本设计中用重苯萃取含酚废水，处理效果良好。萃取设备的结构应有利于溶剂和污水的混合，使得相表面充分接触、更新。选择设备时要考虑其脱酚效率、对负荷的适应能力、废水和溶剂的特性以及操作和费用的问题。1.1.2设计参数废水流量Q=125m3/h；含酚浓度Cs=1000mg/L；萃余液Cs′=3000mg/L；重苯流量q=100m3/h；废水密度ρs=1t/m3,Cc=900mg/L； 重苯密度ρc=0.9T/m3；液相在分离室停留时间t=20min。1.1.3设计计算1．直径单位传质总面积A＝F＋f    |u|=|u1|+|u2|式中：绝对值—速度永远是正，不管是逆流与顺流；-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文    F—连续相过水断面面积（废水）m2；    f—分散相过水断面面积（萃取剂）m2；    u1—连续相设计流速；Q—连续相设计流量；    u2—分散相设计流速（m/h）；    q—分散相设计流速(m3/h)；    u—液泛流速废水相与分散相流速之和,48m/h。(3—4)当Q≈q，由设（代入上式中）可得：当a＝即为最小塔身直径（此时D最小）设计中取D＝3m。1．塔身高萃取段高度式中：h—筛板间距，200mm；n—筛板块数，20＋6（保险系数）；500—安装布水器的空间高度，mm。2．塔底和塔顶分离室的计算  -73-n哈尔滨理工大学学士学位论文式中：V—萃取流速，5m/h,取1.5m  塔总高          =5.5＋2×1.5          =8.5m1.1氨气脱除塔的设计1.1.1设计说明吹脱法用于脱除水中氨氮，即将气体通入水中，使气液相互充分接触，使水中溶解的游离氨穿过气液界面，向气相转移，从而达到脱除氨氮的目的[10]。吹脱塔常采用逆流操作，塔内装有一定高度的填料，以增加气—液传质面积从而有利于氨气从废水中解吸[11]。常用填料有拉西环、聚丙烯鲍尔环、聚丙烯多面空心球等。废水被提升到填料塔的塔顶，并分布到填料的整个表面，通过填料往下流，与气体逆向流动，塔顶排出的气体可进行回收或进一步处理，废水吹脱后从塔底经水封管排出，塔内气相和水相组成沿塔高连续变化[12]。1.1.2设计参数1．pH值：氨气脱除效果随pH值上升而提高，但提高到10.5以上，去除率提高即将缓慢。2．水温：水温升高，氨气脱除率也随之升高。3．布水负荷：水必须以滴状下落，当填料高6.0m以上时，布水负荷不宜超过180m3/（m2·d），国外取值60m3/（m2·d）。4．气液比：填料高度在6.0m以上时，气液比以2200~2300以下为宜，空气流速的上限为1600m/min[4]。1.1.3设计尺寸污水处理厂选择购买洪湖市金发焦化设备成套有限公司设计的配套蒸氨塔。塔高10m，其中填料高度为6m，塔径4m。氨气脱除塔的外形和内部构造如图3-2所示。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文图3-2氨气脱除塔1.1污水提升泵房的设计计算1.1.1设计说明污水提升泵房污水来自格栅，经提升后通过自流到达后续构筑物。水泵的选择应根据水量、水质和所需扬程等因素确定，一般应符合以下要求[7]；（1）水泵宜选同一型号。当水量变化大时，应考虑水泵大小搭配，但型号不宜过多，或采用可调速电动机；（2）泵房内工作泵不宜少于2台。污水泵房内的备用泵台数应根据地区重要性、泵房特殊性、工作泵型号和台数等因素来确定，但不得少于1台。雨水泵房一般不设备用泵；（3）应采取节约能好措施；（4）水泵吸水管及出水管的流速，应符合以下要求：吸水管流速为0.7～1.5m/s；出水压力管流速为0.8～2.5m/s。（5）当需要在泵房内检修设备时，应留有检修设备的位置，其面积应根据最大设备（或部件）的外形尺寸确定，并在周围设宽度不小于0.7m的通道。（6）泵房高度应遵守以下规定：无吊车起重设备者，室内地面以上有效高度不小于3.0m；有吊车起重设备者，应保证吊起物体底部与所越过的固定物体的顶部有不小于0.5m的净空；有高压配电设备的房屋高度，应根据电气设备外形尺寸确定。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文（7）泵房内应有排除积水的设施。（8）排水泵房宜设计成自灌式，并应符合下列要求：在吸水管上应设有闸阀；宜按集水池的液位变化自动控制运行。（9）非自灌式水泵的泵房内，应设有饮水装置，并宜设备用。1.1.1设计参数设计流量。1.1.2设计计算1．总损失计算：式中：—污水泵吸水管水头损失，m；—污水泵出水管水头损失，m；—各构筑物、连接水管总损失，m；—泵本身水头损失，m。吸水管的水头损失：取吸水管；长度；流量。查水力计算表得：流速；坡度。则沿程损失：吸水管局部阻力系数：喇叭口一个；闸门一个；弯头一个；渐缩管。则局部损失：(3—5）则：出水管的水头损失：-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文取出水管；长度；流量。查水力计算表得：流速；坡度。则沿程损失：出水管局部阻力系数：闸门一个；弯头两个，每个；渐扩管；旋启式止回阀。则局部损失：（3—6）则：各构筑物、连接水管总损失：=提升泵后水位－提升泵前水位=4.32－()=6.45水泵本身损失计算：水泵本身损失按其最大扬程的2%计算，本设计拟选用一个最大扬程不超过10m的泵。则：=10×0.02=0.2总损失：=0.11+0.43+6.45+0.2=7.191．选泵根据总损失以及设计流量，查水泵选型表选择100-200立式排污泵[7]两台，一用一备。泵基础的尺寸为800mm×650mm×240mm。表3-2100-200立式排污泵主要性能参数流量,m3/h扬程H,m转速,rmin-1效率,%电压,V电机功率P,kw220-2507-99807438015-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文1．集水坑计算采用1台泵的5min的容量；有效水深取h1=2.5m，超高h2=0.5m；则集水池面积为取长,宽。2．污水提升泵房尺寸污水提升泵房面积为8×6m2，高为10m，分地上、地下两层。其中污水提升泵房地下一层4.5m，地上一层高为5.5m。1.1调节池的设计计算1.1.1设计说明工业废水的水量和水质随时间的变化幅度较大。为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对废水的水量和水质进行调节[5]。由于废水中悬浮物（SS）浓度较高，此调节池也兼具有沉淀池的作用。该池设计有沉淀池的污泥斗，有足够的水力停留时间保证后续处理构筑物能连续运行。其均质作用主要靠池侧的沿程进水，使同时进入池的废水转变为前后出水，以达到与不同时序的废水相混合的目的。1.1.2设计参数调节池水力停留时间T=6.0h（2.0-8.0h）[3]；调节池设计流量=。1.1.3设计计算1．池子尺寸池有效容积取池总高h1=4.5m，其中超高0.5m，有效水深h=4.0m则池面积池长取L=20m，池宽取B=6.5m。2．理论上每日污泥量-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文式中：C0—进水SS浓度，mg/L；C1—出水SS浓度，mg/L；—污泥含水率。1．污泥斗尺寸取斗底尺寸为400×400，污泥斗倾角取45°，污泥斗的高度池子的总高度池子的总尺寸为每个污泥斗的容积式中：—分别为污泥斗上口和下口的边长，m。设计3个污泥斗，则污泥斗的总容积。故符合设计要求。1.1.1计算草图设计计算草图见图3-2。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文图3-2调节池计算草图1.1隔油池的设计计算1.1.1设计说明隔油池是油水分离的主要设施。隔油池主要是应用重力沉降分离的物理方法，上浮分离出游离状态的油品，但它不能分离污水中的溶解性物质，也不能清除乳化液。在进行油水分离的过程中，油品上浮于水表面的同时，也将悬浮在水中的物质沉降于设施的底部。1.1.2设计参数油珠上浮速度（）；水平流速（7.2-18）1.1.3设计计算1．平流式隔油池表面积（3—7）-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文式中：—紊流和短流系数，由于，查表可得=1.44。1．平流式隔油池的过水断面面积2．平流式隔油池的有效水深和池宽取有效水深，池宽；则，符合。3．平流式隔油池池长取平流式隔油池池长为20m则长宽比，符合要求。4．平流式隔油池池底构造池底设两个污泥斗，污泥斗的坡度为0.01-0.02，取0.02；泥斗倾角不应小于，取60；污泥斗容积的大小按平流式沉淀池的要求计算。5．污泥斗容积污泥斗上口采用3000×3000mm；下口采用400×400mm；污泥斗高度，取2m；污泥斗容积6．污泥斗以上梯形部分污泥容积梯形部分高度-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文污泥斗以上部分容积1．污泥斗和梯形部分污泥容积2．池子总高度式中：—超高，取0.3m；—缓冲层高度，取0.5m。3．理论上每日污泥量式中：—进水SS浓度，mg/L；—出水SS浓度，mg/L；—污泥含水率。故符合设计要求。4．油渣清除选用PGY链条式刮油渣机表3-3PGY链条式刮油渣机的规格及主要技术参数池宽,mm刮板行速,m/min牵引链条功率,kW8000-10000.60DT2001.5-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文1.1.1计算草图隔油池计算草图见图3-3。图3-3隔油池计算草图1.2水解酸化池的设计计算1.2.1设计说明水解酸化池是常见的一级处理工艺，是将厌氧发酵阶段过程控制在水解与产酸阶段。水解酸化过程具有改善污水可生化性的特点，同时可去除废水中的部分有机物，并减少最终排放的剩余污泥量[13-14]。1.2.2设计参数本设计采用停留时间为t=8h,水解酸化池设计流量Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s。1.2.3设计计算1．池体设计有效容积。因水解酸化池上升流速应控制在0.8～1.8m/h较合适，本设计中v上升=0.8m/h，有效高度m，取6.5m。2．反应池各部分尺寸水解酸化池的进水系统采用DN=175mm的钢管进水，反应池截面积：-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文m2采用水解酸化池平面尺寸为取池超高为h1=0.5m池总高为m本设计中，工程中为了增加水解酸化反应器中活性污泥的浓度，提高反应速率，在池中还加设了供微生物栖息的立体弹性填料，填料高度2.5m，满池布置，填料下部区域为活性污泥层，填料底部距池底1.5m，水解池上升流速核算m/h（符合要求0.8～1.8m/h）反应池选用跳跃式。1．出水系统设计水解酸化池的出水收集系统与常规的二沉池的出水类似，本设计采用三角堰汇水槽汇水，再用出水管出水，采用90°三角堰出水，每米堰板设5个堰口，详细如下：a.出水堰负荷堰长L=7m，则出水堰负荷L/(s·m)沿池宽方向布置。b.出水堰出水流量L/s=0.000994m3/sc.堰上水头因为（3—8）则m，取h2=0.06m。d.集水槽宽m（3—9）集水槽起端水深为m设出水渠自由跌落高度h1为0.1m,则集水槽总水深为m，取h=0.4m。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文排水管选用DN=175mm的钢管作为排水管。e.集水槽水深集水槽临界水深为（3—10）1．产泥量计算厌氧生物处理污泥产量取r=0.08KgVSS/KgCOD,流量Q=3000m3/d，进水COD浓度C0=3000mg/l=3Kg/m3,COD去除率E=15～20%。a.水解酸化池总产泥（3—11）据VSS/SS=0.8b．污泥产量污泥含水率为97%，当含水率为＞95%时，取=1000Kg/m3,则污泥产量2．排泥系统设计共设置6个排泥口，池子排泥一次，各池的污泥由污泥泵抽入污泥浓缩池中。排泥管选用钢管DN=200mm。1.1SBR反应池的设计计算1.1.1设计说明1.1.1.1SBR说明设计方法有两种：负荷设计法和动力设计法，本工艺采用负荷设计法。根据工艺流程论证，SBR法具有比其他好氧处理法效果好，占地面积小，投资省的特点，因而选用SBR法。SBR是序批式间歇活性污泥法的简称。该工艺由按一定时间顺序间歇操作运行的反应器组成。其运行操作在空间上是按序排列、间歇的。污水连续按顺序进入每个池，SBR反应器的运行操作在时间上也是按次序排列的。SBR工艺的一个完整的操作过程，也就是每个间歇反应器在处理废水时的操作过程，包括进水期、反应期、沉淀期、排水排泥期、闲置期五个阶段，如图4-3[5]。这种操作周期是周而复始进行的，以达到不断进行污水处理的目的。对于单个的SBR反应器来说,在时间上的有效控制和变换，即达到多种功能的要求，非常灵活。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文图3-4SBR工艺操作过程图1.1.1.1SBR工艺特点(1)工程简单，造价低；(2)时间上有理想推流式反应器的特性；(3)运行方式灵活，脱N除P效果好；(4)良好的污泥沉降性能；(5)对进水水质水量波动适应性好；(6)易于维护管理[15]。1.1.1.2SBR工艺操作过程1．进水期此时反应器中剩有高浓度的活性污泥混合液，这也就相当于活性污泥法中污泥回流作用。SBR工艺间歇进水，即在每个运行周期之初在一个较短时间内将污水投入反应器，待污水到达一定位置停止进水后进行下一步操作。因此，充水期的SBR池相当于一个变容反应器。混合液基质浓度随水量增加而加大。充水过程中逐步完成吸附、氧化作用。SBR充水过程，不仅水位提高，而且进行着重要的生化反应。充水期间可进行曝气、搅拌或静止。曝气方式包括非限制曝气（边曝气边充水）、限制曝气（充完水曝气）半限制曝气（充水后期曝气）。2．反应期在反应阶段，活性污泥微生物周期性地处于高浓度、低浓度的基质环境中，反应器相应地形成厌氧—缺氧—好氧的交替过程。虽然SBR反应器内的混合液呈完全混合状态，但在时间序列上是一个理想的推流式反应器装置。SBR反应器的浓度阶梯是按时间序列变化的。能提高处理效率，抗冲击负荷，防止污泥膨胀。3．沉淀期相当于传统活性污泥法中的二次沉淀池，停止曝气搅拌后，污泥絮体靠重力沉降和上清液分离。本身作为沉淀池，避免了泥水混合液流经管道，也避免了使刚刚形成絮体的活性污泥破碎。此外，SBR-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文活性污泥是在静止时沉降而不是在一定流速下沉降的，所以受干扰小，沉降时间短，效率高。1．排水期活性污泥大部分为下周期回流使用，过剩污泥进行排放，一般这部分污泥仅占总污泥的30%左右[5]，污水排出，进入下道工序。2．闲置期作用是通过搅拌、曝气或静止使其中微生物恢复其活性，并起反硝化作用而进行脱氮。1.1.1设计参数设计处理流量Q=125(m3/h)，经水解酸化后BOD/COD=300/600=0.5属于可生化降解废水。1.污泥负荷率取值为0.15kgBOD5/（kgMLSS·d）。2.污泥浓度和SVI污泥浓度采用3000mgMLSS/L，SVI采用100。3.反应周期数SBR周期采用T=6h，反应器一天周期数n=24/6=4。4.周期内时间分配反应池数N=2。进水时间：1.5h反应时间：3.0h静沉时间：1.0h排水时间：0.5h5.周期进水量1.1.2设计计算1．反应池有效容积（3—12）2．反应池最小水量3．反应池中污泥体积，合格4．校核周期进水量周期进水量应满足下式[3]：，合格-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文1．确定单座反应池的尺寸SBR有效水深取5.0m，超高0.5m，则SBR总高为5.5m，SBR的面积为1000/5=200m2，设SBR的长：宽=2：1，则SBR的池宽为10m，池长为20m。SBR反应池最低水位为：SBR反应池污泥高度为：3.125﹣1.5=1.625m可见，SBR最低水位与污泥污位之间的距离为1.625m,大于0.5m的缓冲层，符合要求。2．污泥产量计算选取a=0.6,b=0.075,则污泥产量为：3．需氧量及曝气系统设计计算a.需氧量计算SBR反应池需氧量O2计算式为取=0.5，=0.15,=18mg/L，m3需氧量为：=1380kgO2/d供氧速率：R=/24=1380/24=57.5kgO2/hb.供气量计算设计采用SSI-250型空气扩散器[7]，曝气口安装在距池底0.3m高处，淹没深度H=4.7m。计算温度取25℃。该曝气器的性能参数为：，kgO2/kWh服务面积1～3m2供氧能力20～25m3/h·个查表知20℃，25℃时溶解氧饱和度分别为：C=9.17mg/L，空气扩散器出口处的绝对压力Pb为：-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文P=空气离开曝气池时，氧的百分比为O曝气池中溶解氧平均饱和度为:取，，C=2，，20℃时脱氧清水的充氧量为：供气量：c．布气系统的计算反应池的平面面积为：10×20×2=400m2每个扩散器的服务面积取2m2，则需400/2=200个，取200个扩散器，每个池子需100个。d．空压机选择如果管道系统的总压力损失取0.5kPa，扩散器的压力损失取5kPa。安全起见，取9.8kPa空压机所需压力，由此条件可选择空压机。1．滗水器现在的SBR工艺一般都采用滗水器排水。滗水器排水过程中能随水位的下降而下降，使排出的上清液始终是上层清液。为防止水面浮渣进入滗水器被排走，滗水器排水口一般都淹没在水下一定深度。目前SBR使用的滗水器主要有旋转式滗水器，套筒式滗水器和虹吸式滗水器三种。本工艺采用旋转式滗水器。旋转式滗水器属于有动力式滗水器，应用广泛。本工艺采用XB-1800型旋转式滗水器[7]。设计滗水量：Q=20m/h，滗水深度：H=2m；滗水时间t取0.5h。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文1.1消毒接触池设计1.1.1消毒剂的选择由原始资料可知,该水厂处理规模较大,设计中采用液氯作为消毒剂.1.1.2消毒剂的投加1.加氯量计算式中：—液氯投量。2．加氯设备液氯由真空转子加氯机加入，设计二台，一用一备。每小时加氯量：设计中采用ZJ—1型转子加氯机[7]。1.1.3消毒接触池的设计计算本设计采用2个3廊道平流式消毒接触池,单池设计如下:1.消毒接触池容积2.消毒接触池表面积式中：—消毒接触池有效水深。3.毒接触池池长消毒接触池采用3廊道，池长：，设计中取5m。较核长宽比：，合乎要求。4．池高5．进水部分各消毒接触池的进水管管径D=1000mm,v=1.32m/s。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文6．混合采用管道混合的方式，为增强混合效果，加氯点后接D=1000mm的静态混合器。7．出水部分(3—13）式中：H—堰上水头；m—流量系数，取0.42；b—堰宽，取5.0m。1.1集泥井设计1.根据前面计算所知，总产泥量为：180m3/dP=99%则每日的总排泥量为V=180m32.集泥井尺寸设计设有效泥深为4m，设计尺寸L×B=9×5=45m2，集泥井为地下式，池顶加盖，有潜污泵抽送污泥，池底相对标高-4.5m，最高泥位-0.5m，最低泥位-4.0m。3.污泥提升泵的选择[7]选择QW型排泥泵功率：15kW型号：200QW400-7口径：200mm质量：200kg流量：10m3/h最大流量：15m3/h扬程：7m效率：82.1%1.2污泥浓缩池设计降低污泥中的含水率，可以采用污泥浓缩的方法来降低污泥中的含水率，减少污泥体积，能够减少池容积和处理所需的投药量，减小用于输送污泥的管道和泵类的尺寸。具有一定规模的污水处理工程中常用的污泥浓缩方法主要有重力浓缩、溶气气浮浓缩和离心浓缩。选用有刮泥机的辅流式重力浓缩池。进入浓缩池的剩余污泥量为-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文0.0021m3/s=7.5m3/h。1．沉淀部分有效面积(3—14）式中：C—流入浓缩池的剩余污泥浓度，采用10kg/m3；G—固体通量，取1.0kg/m2·h。2．浓缩池直径，取10.00m；3．浓缩池的容积式中：T—浓缩时间，取16小时。4．浓缩池的有效水深5．浓缩后剩余污泥量(3—15）6．池底高度7．污泥斗容积式中：—污泥斗高度。污泥斗中污泥停留时间8．浓缩池总高度9．浓缩后分离出的污水量-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文1．溢流堰出水槽流量q=0.0018m3/s,设出水槽宽0.2m,水深0.05m，则水流速为0.10m/s。溢流堰周长溢流堰采用单侧90°三角形出水堰，三角堰顶宽0.16m，深0.08m，每格有三角堰30.10/0.16=188个。每个三角堰流量，设计中取0.006m。(3—16）三角堰后自由跌落0.01m，则出水堰水头损失为0.107m。2．溢流管溢流水量0.0014m3/s，设溢流管管径DN200mm,管内流速v=0.13m/s。3．刮泥装置浓缩池采用中心驱动刮泥机，刮泥机底部设有刮泥板，将污泥推入污泥斗。4．排泥管剩余污泥量0.0007m3/s，泥量很小，采用污泥管道最小管径DN200mm。图3-5辐流式浓缩池示意图-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文1.1污泥贮池设计浓缩后需排出污泥90m3/d，污泥贮柜容积应≥90m3，设污泥贮柜为D=8m，H=8.0m，则贮泥有效容积为V=m3可满足污泥贮存要求。1.2污泥脱水机房设计1．污泥产量经过浓缩处理后，产生含水量为96.5%的干污泥25.2m3/d。2．污泥脱水机选用DYQ300型带式压滤机[7]2台，购买2台，使用1台，备用1台。该脱水机参数：处理量为20.5m3/h，滤带有效宽度3000mm，滤带运行速0.5~4.0m/min，主机功率1.5kW，外型尺寸2.4×1.5×2.0m，设备质量600kg。3．脱水机房尺寸脱水机房设计尺寸：长为8m，宽5m，高3m。4．干污泥饼体积V设泥饼的含水率为75%V=V×(C/C)=25.2×(1−96.5%)/(1−75%)=3.3m31.3本章小结本章针对煤化工废水水质、水量特点，对污水处理厂的各个处理构建筑物进行了设计说明、设计计算，确定了构建筑物的规格。主要内容如下：1．设计中格栅一座，总长2.605m，宽0.37m。2．设计污水提升泵房一座，长8m，宽6m，高10m，地上5.5m，地下4.5m。3．设计萃取脱酚塔一座，得塔径3m，塔总高8.5m，塔身5.5m，塔顶、塔底分离室各1.5m。4．设计氨气脱除塔一座，塔径4m，塔总高10.0m，填料高6.0m。5．设计设计调节沉淀池一座，长20m，宽6.5m，总高8.3m，有效水深4.0m，超高0.5m，泥斗高3.8m。6．设计平流式隔油池两座，单池长20m，宽4m，总高5.1m，有效水深2m，超高0.3m，缓冲层0.5m，梯形部位高0.3m，泥斗高2m。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文1．设计水解酸化池一座，长20m，宽8m，总高7m,其中超高0.5m。2．设计PAC强化SBR池两座，长20m，宽10m，总高5.5m，其中超高0.5m。3．设计消毒接触池一座，总长15m，单格长5m，宽6m，高2.8m。4．设计集泥井一座，长9m，宽5m，高5m，其中地下4.5m。5．设计带有刮泥机的辐流式污泥浓缩池一座，直径10m，总高6.2m，超高0.3m，有效高度4.0m，缓冲层高400m，泥斗高2.0m。6．设计污泥贮池一座，直径8m，高5m。7．设计污泥脱水机房一座，长8m，宽5m，高3m。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文第1章污水处理厂总体布置1.1污水厂厂址选择1.1.1遵循原则1．应与选定的工艺相适应2．尽量少占农田3．应位于水源下游和夏季主导风向下风向4．应考虑便于运输5．充分利用地形1.2污水厂平面布置1.2.1污水处理厂平面布置原则1．处理单元构筑物的平面布置[6]处理构筑物事务水处理厂的主体建筑物，在作平面布置时，应根据各构筑物的功能要求和水力要求，结合地形和地质条件，确定它们在厂区内平面的位置，对此，应考虑：①　贯通、连接各处理构筑物之间的管、渠便捷、直通，避免迂回曲折；②　土方量做到基本平衡，并避开劣质土壤地段；③　在处理构筑物之间，应保持一定的间距，以保证敷设连接管、渠的要求，一般的间距可取值5~10m，某些有特殊要求的构筑物，如污泥消化池、消化气贮罐等，其间距应按有关规定确定；④　各处理构筑物在平面布置上，应考虑适当紧凑。⑤　考虑到安全问题，厂内的高压线尽量减少其长度，所以变配电间设置在厂区边缘与泵房相近。⑥　较深的构筑物由于地下部分较深，其周围附近不宜设其他构筑物，距离最好10米以上。2.管、渠的平面布置①　在各处理构筑物之间，设有贯通、连接的管、渠。此外，还应设有能够使处理构筑物独立运行的管、渠，当某一处理构筑物因故障停止工作时，其后接处理构筑物，仍能够保持正常的运行。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文①　应设超越全部处理构筑物，直接排放水体的超越管。②　在厂区内还设有：给水管、空气管、消化气管、蒸汽管以及输配电线路。这些管线有的敷设在地下，但大部都在地上，对它们的安排，既要便于施工和维护管理，但也要紧凑，少占用地，也可以考虑采用架空的方式敷设。③　在污水处理厂区内，应有完善的排雨水管道系统，必要时应考虑设防洪沟渠。④　辅助建筑物污水处理厂内的辅助建筑物有：泵房、鼓风机房、办公室、综合楼、水质分析化验室、变电所、维修间、仓库、食堂等。他们是污水处理厂不可缺少的组成部分。其建筑面积大小应按具体情况与条件而定。有可能时，可设立试验车间，以不断研究与改进污水处理技术。辅助构筑物的位置应根据方便、安全等原则确定。⑤　在污水处理厂内应合理的修筑道路，方便运输，广为植树绿化美化厂区，改善卫生条件，改变人们对污水处理厂“不卫生”的传统看法。按规定，污水处理厂厂区的绿化面积不得少于30%。3.本设计污水处理厂的平面布置[6]根据污水处理厂平面布置的原则，本设计污水处理厂的平面布置采用分区的方法，共分三区：厂前区、水区、泥区。①　厂前区布置：设计力争创造一个舒适、安全、便利的条件，以利于工作人员的活动。设有综合楼、车库、维修车间、食堂、浴室及传达室等。建筑物前留有适当空地可作绿化用。综合楼前设喷泉一座，以美化环境，喷泉用水为循环水。大门左右靠墙两侧设花坛。②　水区布置：设计采用“一”型布置，其优点是布置紧凑、分布协调、条块分明。同时对辅助构筑物的布置较为有利。③　泥区布置：考虑到空气污染，将泥区布置在夏季主导风向的下风向，同时，远离人员集中地区。脱水机房接近厂区后门，便于污泥外运。1.1污水厂的高程布置1.1.1污水的高程布置污水处理工程的污水处理流程高程布置的主要任务是确定各处理构筑物的泵房的标高，确定各处理构筑物之间联结灌渠的尺寸及其标高；通过计算确定各部位的水面标高，从而使污水能够在各处理构筑物之间顺畅的流动，保证污水处理工程的正常运行。1.构筑物水头损失构筑物水头损失见表4-1。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文表4-1污水构筑物水头损失表构筑物名称水头损失,m构筑物名称水头损失,m格栅0.35SBR池0.5调节池0.2接触池0.3隔油池0.3计量堰0.3水解酸化池0.42．污水处理高程布置计算水头损失时，以污水厂设计流量作为构筑物和管渠的设计流量。水力计算参考以接纳水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒推计算，以使处理后污水在洪水季节能自流排出，而水泵需要的扬程也较小，运行费用也较低[6]。计算结果见表4-2。表4-2构筑物及管渠水面标高序号管渠及构筑物名称水面上游标高,m水面下游标高,m构筑物水面标高,m地面标高,m1出水口至计量堰00.002计量堰-0.25-0.553计量堰至接触池0.30-0.254接触池0.350.100.305接触池至SBR池2.200.356SBR池2.252.207SBR池至水解酸化池2.502.258水解酸化池2.702.302.509水解酸化池至隔油池3.002.7010隔油池3.152.853.0011隔油池至调节池3.253.1512调节池3.403.203.2513格栅-0.68-1.031.1.1污泥的高程布置由于目前有关污泥水力特性的研究还不够，因此污泥管道的计算，目前主要采用权宜的经验公式或实验资料。这些经验公式及计算图表极不完善，并有条件限制，所以本次设计则根据经验数值进行。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文设计污水厂内的污泥输送为重力管道，坡度常用0.01～0.02，最小管径为200mm，中途设置清通口，以便在堵塞时用机械清通或高压水冲洗。局部水头损失按沿程水头损失的30%计算。各构筑物的污泥水头损失取经验值。污泥处理构筑物高程计算见表4-3。表4-3污泥处理构筑物即管渠水面标高计算表序号管渠及构筑物名称泥面上游标高,m泥面下游标高,m构筑物泥面标高,m地面标高,m1SBR池+2.000.002SBR池至集泥井+0.503集泥井+0.750.300.504集泥井至浓缩池+0.50+1.003浓缩池+1.004浓缩池至贮泥池+1.00+0.305贮泥池+0.50+0.20+0.306脱水机房+3.001.1本章小结本章介绍了污水处理厂的平面布置和高程布置原则，包括污水处理系统和污泥处理系统，具体布置情况见污水处理厂工艺平面图和高程布置图。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文第1章劳动定员1.1生产组织污水处理厂隶属于公用事业主管部门，生产受环保部门监督。根据国家《城镇污水处理厂和附属设备设计标准》（CJJ131-89），结合该县具体情况，设立如下机构和人员。生产机构：包括生产科、技术科、动力科、机修科与化验科。管理科室：设办公室、财务科、经营科、人保科等。技术人员配备以下专业：给排水（环境工程）、电气、机械、工业自动化等。生产工人配备以下工种：运转工、机修工、电工、仪表工、泥（木）工、司机等。1.2劳动定员由于本厂自动化程度高，因此，劳动定员大大减少，全厂劳动定员为27人，其中管理人员3人，化验工2人，电工1人，值班室1人，其余6生产工人。污水处理厂必须连续运作，一经投产，除特殊情况外，不能停运，生产人员按“四班三运转配备”。1.3人员培训为了使本厂建成后高运转，专业技术人员和技术工人应在国内和与本厂工艺类似，且运转管理好的城市污水处理厂进行时间培训。1.4本章小结本章主要介绍了污水处理厂的生产组织、人员配备、人员培训情况。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文第1章工程技术经济分析1.1土建费用及主要设备材料费用1.1.1土建费用造价构建筑物土建费用造价见表6-1。表6-1土建费用造价列表名称尺寸,mL×B×H数量造价,万元调节池20×6.5×4.512.20隔油池20×4.0×12.823.50水解酸化池20×8.0×7.012.40SBR池20×10×5.525.20污泥浓缩池5(直径)，8(高）13.30污泥脱水机房8.0×5.0×3.012.10鼓风机房16×10×5.013.50造价总和22.201.1.2主要设备清单主要设备清单见表6-2。表6-2主要设备清单名称规格数量功率,kw格栅NC-500型格栅除污机21.25排污泵100-200立式排污泵215微孔曝气器SSI-250200套鼓风机SSR150-14002备1用30滗水器XB-1800型旋转式滗水器2套0.75排泥泵200QW400-7型215脱水机DYQ300型带式压滤机21.5加氯机ZJ—1型转子加氯机22.1-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文加药泵单螺杆泵LG60-1型21.5空压机Z-0.3/712.2输送机水平螺旋11.11.1.1直接投资费用由于商家的资料不全且涉及到估计数值，根据经验值和同水量的水厂进行比较基本设备费用在40%左右，考虑未计算的构筑物取1000万元。因此，本污水处理厂总计一次性基建投资为：1163.95＋500=1663.95万元此为直接投资。考虑到不可预见费用及调试费用的存在，乘以1.2的系数，从而得出直接投资为：1663.95×1.2=1996.74万元1.2运行费用计算1.2.1成本估算1.电价：基本电价为0.5元/（kWh）2.工资福利：每人每年1.2万元1.2.2运行费用1.2.2.1动力费用主要电器消耗电力设备见表6-3。表6-3主要电器消耗电力设备一览表设备名称单机功率,kW数量,个工作时间,h总功率,kW/h排污泵151用1备24360鼓风机30224720排泥泵15224360脱水机1.522436单螺杆泵1.522436螺旋输送机1.122427其他1000电机总功率2539电表综合电价为：2539×0.5=1269.5元/d即每月电费为：1269.5×30=38085元-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文每年电费为45.6万元。1.1工资福利开支全厂12人，共计费用为：12×1.2=14.4万元/年1.2生产用水水费开支污水厂每天用水50m3，水费为：50×365×1.0=1.83万元1.3运费每天外运含水率75%的湿泥60m3（1m3泥约为1t），运价为0.4元/（t·km），费用为：60×0.4×10×365=8.76万元/年1.4维护维修费维护维修费取率按3.1%计，则每年维护修理费用为1163.95×3.1%=36万元1.5管理费用（45.6+14.4+1.83+8.76+36）×8%=7.97万元/年1.6运行成本核算合计每年运行费用为114.56万元，则每立方米污水的治理成本为1.05元。1.7本章小结本章对内蒙古呼市煤化工废水处理厂做了工程技术经济分析，土建及设备费用总计为1996.74万元，年总运行费用为45.6万元，工资福利开支14.4万元/年，生产用水开支1.83万元/年，运费8.76万元/年，维护维修费用36万元/年，管理费用7.97万元/年。经核算年运行费用为114.56万元，每立方米污水的治理成本为1.05元。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文第1章辅助工程设计1.1环境保护1.1.1污水本污水处理厂的采用氧化沟处理工艺处理后，处理后的出水达到国家污水综合排放标准（GB8979-1996）中的一级标准，故出水可直接排入水体。1.1.2污泥剩余污泥经浓缩机浓缩、消化池消化、脱水机房脱水后，含水率可降为65%以下，可作为农肥使用，也可用于填坑，或者直接送到垃圾站填埋。1.2厂区绿化本污水处理站内的绿化风格与原污水处理厂保持一致。在化验室、维修间、仓库、传达室等经常有人工作和生活的地区，以及在各处理构筑物之间都设有一定宽度的绿化隔离带。1.3建筑防火本设计主要采用了以下措施：1．区中部设消火栓，其消防半径为50米，能保证厂区灭火的需要；2．各构筑物内均安装一定数量的灭火器；3．采用防爆电机、防爆灯等来达到实时监控的目的。1.4职业安全防护为了保证厂内职工的安全和健康，本设计主要采用了以下几项职业安全防护措施[6]：1．因本设计中处理构筑物多为非封闭水池，而且池深较深，故所有池体上的走道板两侧均设置栏杆，隔一定距离挂救生圈。并规定上池规则，如：无保护措施时，不可单人上池进行操作等。2．-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文为了防止污水在处理过程中产生的废气危害工人健康，各构筑物内应保证通风良好，设一定的通风装置，并且应满足《工业企业设计卫生标准》。1．在噪声较大的区域采取隔离噪声的措施。2．在转动装置上配置防护罩，危险设施应按相应的规范处理。3．考虑到污水处理厂在发生突然事故的时候全部停止运转的可能性，需要设置超越管线。主要机械设备考虑备用，厂区供电采用双电源，厂区需设置必要的消防、报警设施。4．厂在运行前应制定并建立严格的安全法规，以确保处理厂正常运行。1.1本章小结本章对内蒙古呼市煤化工废水处理厂做了环境保护、厂区绿化、建筑防火、职业安全防护的相关说明，确保厂区环保安全。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文结论通过对内蒙古呼市煤化工污水水质及城市地理特点分析，确定该污水处理厂采用“水解酸化—活性炭强化SBR”工艺处理高氨氮、高盐、高色度煤化工废水，日处理废水3000m3。通过本次设计可以得到以下结论：1．采用加大物化预处理，去除污水中大部分的有毒有害物质，提高废水的可生化性，得到萃取脱酚塔一座，直径为3m，塔高8.5m，酚类去除率达90%，蒸氨塔为填料塔，塔径4m，塔高10m，氨氮吹脱率为70%。2．采用厌氧水解预处理可以改变煤化工废水中有机物的化学结构和性质，为反硝化提供较易利用的碳源，从而提高系统的脱氮效率。设计得到水解酸化池一座，水力停留时间为8小时，COD去除率可达60%，提高了废水的可生化性。3．粉末活性炭（PAC）强化SBR工艺在吸附一降解一再生一重吸附这种协同作用下提高了不可降解COD或TOC的去除率，特别是能有效地去除煤化工废水的色度和进一步的脱除酚类物质，最终出水水质大大改善。通过设计得SBR池两座，污泥负荷率为0.15kg/（kgMLSS·d），去除率可达90%。4．污泥浓缩后进入脱水机房，设计得连续式重力浓缩池一座，选择两台带式压滤机，一用一备。5．通过整套工艺处理后，出水的COD、BOD5、SS、酚类、、色度分别为55mg/L、18mg/L、65mg/L、0.4mg/L、12mg/L、35，满足《污水综合排放标准》GB8978-1996一级标准值的要求。6．结合煤化工废水特点，城市地理位置及人员配备情况，从技术经济两个方面考虑，该工艺设计是可行的。经核算每吨水的处理成本为1.05元，具有明显的社会经济效应。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文致谢四年的大学本科学习即将结束，毕业设计工作也于2010年3月份开始，为了能够充分的检查在大学里的学习成果，我们所学专业——环境工程要求每个毕业生进行最后的学业总结，给自己一个客观的评价并为四年的学习交一份满意的答卷。首先通过指导教师闫老师对整个设计概况的介绍，使我们对需要设计的工艺流程有一个整体的认识，选择设计题目后，我们严格按照设计任务书安排的进程表进行设计，充分利用各种资源获取相关资料，以此来学到更多的知识。在设计期间闫老师多次为我们修改论文，在这里我仅代表我自己衷心感谢指导教师闫老师，在他的辛勤辅导下，不仅使我们能够按时完成设计任务，而且得到了许多工程实践经验，这些对我们以后的发展会有很大程度的帮助。其次是整个小组的成员，虽然每个人的设计题目都不同，但我们共同解决问题，并且在大家的共同努力、探讨和交流经验中使我们掌握了更多专业知识，通过借鉴他人的见解和想法，使自己选择的废水处理工艺更加完善。本次设计把以前比较单一的专业课程学习进行了系统的、有机的结合，增强了我们实际运用知识的能力。由于自己的专业知识有限，在遇到不懂的问题时，有其他同学们热心的帮助，使得许多问题都得以快速的解决，节省了大量的设计时间，为能够顺利完成设计任务做了强有力的保证。就大家对我的帮助，本人表示深深的感谢，希望在以后的工作中，大家相互团结合作，把自己从事的专业开拓、创新，进一步发展水处理行业。最后，再次感谢指导老师、小组成员以及在整个设计过程中帮助过我的所有的热心的老师和同学，希望大家在以后的工作中更加一帆风顺。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文参考文献1王京.浅析煤化工废水处理.广西轻工业,2009,(132):99～1002石金田.煤化工污水治理技术探讨.煤矿现代化,2009,18:140～1413买文宁.生物化工废水处理技术及工程实例.化学工业出版社,2002年:284～2934吴荣芳,徐安心,吴响中.粉末活性炭—SBR处理制革和印染混合废水.中国给水排水,2007,23(6):29～305张自洁.排水工程.第四版.中国建筑工业出版社,2000:137～139,312～3156韩洪军,杜茂安.水处理工程设计计算.中国建筑工业出版社,2006年:284～286,306～308,350～3577中国市政工程西北设计研究院.给水排水设计手册第11册常用设备.第二版.中国建筑工业出版社,2002:485～6238J.P.Jiang,Y.Z.Chen.Synthesisandcharacterizationofanovelcationicchitosan-basedflocculantwithahighwater-solubilityforpulpmillwastewatertreatment.waterresearch.2009,43:5267～52759王红娟,奚红霞.含酚废水处理技术的现状与开发前景.工业水处理,2002,22(6):6～710Z.J.Yu,Y.Chen,D.C.Feng.ProcessDevelopment,Simulation,andIndustrialImplementationofaNewCoal-GasificationWastewaterTreatmentInstallationforPhenolandAmmoniaRemoval.Ind.Eng.Chem.Res.2010,49(6):2874～288111吴高明.焦化废水物化处理技术研究.华中科技大学博士学位论文,2006:51～5212马平.焦化废水处理技术.重庆大学工程硕士学位论文,2005:8～913毋海燕.焦化废水的氨氮处理.太原理工大学硕士论文,2003年:31～34,65～6914王平.水解酸化—PACT/SBR工艺处理光敏度废水研究与工程实践.重庆大学硕士学位论文,2004:24～2515Y.H.Bai,Q.H.Sun,C.Zhao.Bioaugmentationtreatementforcokingwastewatercontainingpyridineandquinolineinasequencingbatchreactor.AppliedMicrobiologyandBiotechnology.2010,125(6):143～147-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文附录A具有高水溶性的合成与表征新型阳离子壳聚糖絮凝剂用于纸浆厂废水处理王建平，陈永祯，元施杰，沈国平，于翰青中国科技大学，化学系，合肥230026，中国农业和生物工程部门，伊利诺伊大学香槟分校，宾夕法尼亚大街1304W.，厄巴纳，白细胞介素61801，美国摘要在这项工作中，纸浆厂的废水处理使用新型高水溶性共聚物絮凝剂，它是通过嫁接合成（2-甲基丙烯酰氧）三甲基氯化铵（DMC）上发起的过硫酸钾壳聚糖。实验结果表明，利壳聚糖作为絮凝剂的两个主要问题，即低分子量、低水溶性，同时解决了。本絮凝剂的理化性质的特点是傅立叶变换红外光谱，核磁共振光谱，X射线衍射和场发射扫描电显微镜。影响接合率的反应参数，如温度、反应时间，引发剂浓度和单体浓度，进行了优化，使用正交表设计矩阵。由于接合率的增加，絮凝剂的水溶性得到了改进，并且当彻底溶于水时，接合率达到236.4％以上。其对纸浆厂废水处理中的应用表明，它有很好的絮凝能力，其絮凝效果明显优于聚丙烯酰胺。对纸浆厂废水絮凝处理的最佳条件也可得到。关键词：壳聚糖絮凝剂嫁接优化纸浆厂废水水溶性1．引言在中国有超过1万家造纸工厂，超过63％的工厂使用稻草浆作为原料。据估计，生产每吨纸，大约有10~15立方米废水产生。大量的盐基（如碱木质素和有机酸钠盐）增加了废水处理难度。一般来说，纸浆厂处理废水的方法有两种。一种方法是浓缩，然后用作燃料，以回收能源和盐基。另一种方法是首先在70-80℃-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文酸化以沉淀木质素，其次是絮凝和生物处理。但是，这两种方法将增加大量额外能源而且，昂贵。另一方面，大量木质素在现有的废水中不能被有效地回收，从而增加了生物处理的负荷。因此，方便、经济有效的方法，例如絮凝，对于纸浆废水的预处理到生物处理是必不可少的。在这一事例中，基于对纸浆废水预处理的高度期盼，一种有效环保友好的絮凝剂可能被利用。天然的或被改造后的聚合物作为絮凝剂，对于废水处理的利用最近引起人们的兴趣。壳聚糖，在地球上是仅逊于纤维素的第二大丰富有机资源，由于它无毒，生物可降解而且环保，已经被广泛的作为一种絮凝剂用于废水治理和污泥浓缩，当壳聚糖作为一种絮凝剂被使用时，它的分子量和水溶性是两个最关注的因素。它的高分子量有利于提高胶体的聚合，因此促进了胶体与水的分离，由于内部分子氢的结合，通过H+和NH2-的反应，壳聚糖仅仅能溶解于酸性溶液中。然而，在pH低于5时，酸性条件可能促进壳聚糖的降解，降低了它的絮凝效率。另一方面，到目前为止，所有的壳聚糖变体仅仅能改擅两个因素之一，分子量或是水溶性，但二者不可同时改变。在我们以前的研究中，壳聚糖絮凝剂通过伽马射线辐射而被接合。然而，这样一个改变仅仅导致分子量的改变，而没有改变水溶性。对于壳聚糖来说，嫁接已被证明是一种有效的修改技术。因为壳聚糖骨干中有丰富的氨基酸和羟基基团，这可能在温和条件下使其与乙烯单体反应（拉扎里迪斯等人，2007）。大量的工作进行了执行用以连接壳聚糖的共聚单体和乙烯基（詹金斯和哈得孙，2002；内拉，卡里略等，2005年；拉扎里迪斯等，2007年；周等人，2007）。由于多糖骨干的存在，接枝共聚物可生物降解到一定程度程度，还可以稳定地抵制拆切由于灵活的合成聚合物附着到刚性或半刚性的多聚糖骨干上（莱斯，1997）。此外，灵活的接枝链会增加絮凝剂与废水中颗粒粘合的可能性，从而提高絮凝能力（辛格，1995）。因为在纸浆厂废水胶体为负电荷，阳离子絮凝剂适合电性中和，从而能良好的絮凝废水。但是，合成阳离子聚合物，例如PDMC[聚（2-甲基丙烯酰氧）三甲基氯化铵]昂贵，有亲水性，这使得它们难以运输和储存，从而妨碍了它们的功效。此外，他们的分子量对于絮凝剂来说不是很高。因此，合成一个没有阳离子单体缺点的合成絮凝剂对于纸浆厂废水的预处理是非常可取的。考虑到上述所有因素，一种阳离子单体，（2-甲基丙烯酰氧）三甲基氯化铵（DMC），被选定为接枝单体，连接到发起过硫酸钾形成壳聚糖，准备一种絮凝剂用于纸浆厂的废水预处理这项工作。碳酸二甲酯引到壳聚糖骨干上预计增加了分子量和阳离子含量，并提高其水溶性。合成的絮凝剂，壳聚糖聚合三甲基氯化铵有其特征，其絮凝能力通过测试高岭土悬浮液被评估。它用于治理纸浆厂的废水。2．材料和方法2.1．合成了壳聚糖的絮凝剂-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文这一连接反应由创始基团过硫酸钾。由于在壳聚糖中的C-2氨基组中的质子是一个强大的亲核试剂（pK=6.5）（阿什莫尔和赫恩，2000年），它易于与亲电试剂反应。这样的反应过程如图1所示。具备条件的520kDa分子量的和95%的脱乙酰的壳聚糖通过实验确定浓度维持在0.115摩尔/升。首先，准备壳聚糖和DMC溶液，将1.0％的醋酸放入三角烧瓶不断搅拌，在常温下使其缓慢产生氮蒸汽。然后，烧瓶被放到了一个预设的水浴中，某一已知量的过硫酸钾被加入作为引发剂。之后，混合物在氮气气氛下由机械搅拌器不断搅拌。反应结束时，试样溶液在丙酮中沉淀并通过过滤分离，反应中形成的人造聚合物借用乙醇移入漏斗中。提取物在50℃真空恒温箱中被干燥，直到产品恒重。接合率通过以下公式计算：接合率（%）=×10(A—1）式中：—原产品的重量—嫁接后产品的重量2.2壳聚糖絮凝剂的性质壳聚糖絮凝剂的红外光谱被红外光谱分光计标记，这种分光计使用溴化钾磁盘技术。H的核磁共振光谱可在具有标准脉冲程度300MHZ的分光计上被测量。聚合物的X射线样式由X射线分光计获得，这种分光计使用了石墨单色酮放射物。壳聚糖和壳聚糖-聚合三甲基氯氨络和颗粒的电子显微发射图像通过使JSM—6700F电子显微镜获得。通过金院长的分析，所有样品被金属化。壳聚糖和具有不同嫁接百分比的壳聚糖—聚合三甲基氯氨的絮凝能力进行了评估，使用相同的方法在我们发表的论文中被描述（王等，2007年）。对高岭土的絮体的微观照片，对高岭土获得处理的壳聚糖絮凝剂采取相衬显微镜（奥林巴斯，U型5RE-2，日本）。壳聚糖和壳聚糖—聚合三甲基氯氨分别使用相同的方法测试如前面所述（Wang等，2008）。2.3纸浆厂废水处理试验纸浆厂废水黑液在纸浆厂初沉池中混合。最初的pH值，化学需氧量（COD）和浊度分别是6.99，1358mg/L和1209NTU。废水中胶体粒子的平均尺寸是544纳米。混凝过程中，氯化铝作为混凝剂。相比之下，传统的合成高分子絮凝剂，聚丙烯酰胺和壳聚糖—-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文聚三甲基氯氨分别用两个絮凝剂独立罐测试。全因子中心组合设计（CCD）用于评估效果和实验等三个因素，即投药量，絮凝作用和pH。去除率，浊度，木质素，化学需氧量（COD）和水恢复被选为供养输出变量。使用反应曲面法（RSM），操作条件进行了优化。实验设计与变量的水平分别列于表1。3．结果和讨论3.1壳聚糖絮凝剂的理化特征3.1.1红外光谱红外光谱证实了发生接枝共聚（图2）。在2911和2866，1400-1100和1070-1020cm_1频段分别都归咎于C-H伸展，C-O二次酒精和C-O首次酒精的伸展。强劲高峰约3400cm_1可能被分配到拉伸振动的O–H,延长振动的N-H和分子多糖的氢键。连接在1597cm-1，首个特征峰胺N-H的壳聚糖振动，消失在共聚物的移植图像，表明胺的变形主要在接和共聚物。这意味着移植发生在氨基群体。在1729，1481和954cm_1出现新的高峰，在PDMC中应分别分配给振动吸收羰基的壳聚糖—聚合三甲基氯氨，铵的四甲基组和铵盐体系。这些光谱表明，PDMC成功地嫁接到壳聚糖的骨干上。3.1.2核磁共振光谱该絮凝剂的制备及核磁共振光谱学转让的信号如图所示。在线材料的一个补充。在3.2和4.7ppm被观察的两个密集信号分别归因于对甲基季铵盐组的质子谱，和在壳聚糖骨干羟基组的质子谱。在2.9，1.1，4.6和3.6ppm的高峰，分别归因于接枝链上的质子信号。壳聚糖骨干质子信号在H-2的1.1ppm，在H-4的2.0ppm，在H-1的4.7ppm（重叠的羟基）和H-2、H-5和H-6的3.6-3.7ppm（重叠的H-4′质子）。H-1的核磁共振光谱也证实了碳酸二甲酯接枝在壳聚糖的骨干上。3.1.3X射线衍射图像模式和FESEM图像目前制备的絮凝剂的X射线衍射图像呈现不同的结晶峰，与壳聚糖（图3）的相比。壳聚糖周围分布显示第二季度两个高峰分别在10.4˚和20.1˚，这分别相当于020和110的反映，（德塞洛斯等，2007）。对于絮凝剂，两个高峰大幅下降，这表明结晶度下降。这可能是由于一个事实，即PDMC嫁接到壳聚糖上减少了壳聚糖的氢键接合能力。壳聚糖骨干上碳酸二甲酯的引进毁坏了其原有的有序结构。壳聚糖的FESEM图像和在图4的絮凝剂图像还表明，当PDMC被接枝到骨干上时，有序壳聚糖复合结构被破坏。3.1.4絮凝剂的溶解度-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文絮凝剂的水溶性是必不可少的。由于壳聚糖不溶于水，当用作絮凝剂时，通常是溶解于酸性溶液。在pH值低于5.0，在酸性溶液可以加快降解壳聚糖，从而降低了絮凝能力。表2总结了壳聚糖和壳聚糖接和PDMC在1％乙酸和水中的溶解度。他们都可以溶解在1％乙酸。壳聚糖不能溶于水；这种准备的絮凝剂，嫁接百分比增加，然而是起初无法解决的，后来变为膨胀，当接枝率为236.4％或以上时，最终溶于水。通过接枝DMC到壳聚糖的骨干，壳聚糖的亲水性增加，那么它的水溶性得到了改进。另一方面，通过嫁接到壳聚糖骨干上，原分子间和分子内氢键被摧毁。这被证实了如图3所示X射线衍射分析。因此，絮凝剂的水溶性随接枝率的提高而提高。它变为完全溶解于水，当接枝率大于236.4％时。制备的嫁接率为236.4％的絮凝剂的溶解度在293K时为1.08克/（100克水）。相对于其他接枝聚合物，在本研究中壳聚糖接和PDMC（Wang等，2007年），这种合成的接枝聚合物有一个更好的水溶性。壳聚糖接枝PDMC由伽玛射线发起。在这种情况下，自由基的形成可能导致聚合物的严重退化，从而导致较低水平的接枝率。另一方面，在这项研究中，通过γ射线发起的该接枝聚合物的结晶减少了，相对于由硫酸钾发起的接枝聚合物。这两个因素可能会导致壳聚糖接枝PDMC在水相溶解性差。3.2合成絮凝剂的优化在絮凝剂筹备过程中，温度、反应时间、引发剂浓度和单体浓度是影响接枝率的重要参数（Sashiwa等，2001年），最终决定共聚物的絮凝能力。因此，采用设计的L9(3)4正交表矩阵来评估对接枝率的4个因素的影响。这些参数的范围和水平列于在网上补充材料的表甲，而实验的转让和方差分析，总结在补充的在线材料的表B中。在方差分析中，温度和单体浓度被发现作为最重要因素，它将影响接枝率。被发现的最佳反应条件是：温度40℃，反应时间3小时，引发剂的浓度2.52mmol/L和单体浓度为0.46mol/L。在最佳反应条件，增设两个平行实验，以验证优化结果。在最佳条件下，所得嫁接百分比分别为276.3％和263.0％。这表明，采用L9(3)4正交汇总表是适当的对于接枝反应和絮凝剂合成的优化。3.3用高岭土测试絮凝实验在这项研究中，壳聚糖和嫁接率为46.5％和144.8％的絮凝剂受雇作为絮凝测试的例子。图5说明了它们絮凝表现在不同的PH。在相同条件下，具有较高接枝率的壳聚糖嫁接PDMC始终展出更好絮凝能力。在酸性条件下，壳聚糖为正电荷由于氨基被连接在氢离子上。然而，壳聚糖接枝PDMC的正电荷密度比壳聚糖的高，由于DMC阳离子单体的嫁接。此外，具有较高接枝率的壳聚糖接枝PDMC展示出更好的絮凝能力。pH7.0时-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文，有与在酸性条件下类似的现象被观察到。然而，碳酸二甲酯的接枝比较重要归因于正电荷密度，因为在这一事例中离子浓度要低得多。另一方面，在碱性条件下，通过壳聚糖接枝PDMC处理的高岭土的透过率在最佳剂量时是很高的，而忽略了壳聚糖絮凝能力。如上所述,由于壳聚糖上的氨基基团与质子连接，壳聚糖变得带正电,几丁聚醣在酸性条件下有更好的絮凝能力。然而,在碱性条件下,壳聚糖上有很少的自由氢离子,这样羟基难以实现。作为一个结果，当壳聚糖被用作絮凝剂在pH10.0时,几乎没有絮凝被观察到(图5)。然而,壳聚糖嫁接PDMC阳离子特征,源自于嫁接的PDMC季铵盐,没有影响在碱性条件下。因此,在碱性条件下，一个有效的絮凝还可以实现。在图5，高岭土悬浮液透光率最初增加,并随絮凝剂用量的提高而降低,不论pH、絮凝剂的种类。这可能是由于两方面原因。一方面,在较低聚合物浓度下,吸附于一个胶体粒子表面的它的长链可能吸附到其它粒子的表面,因此两种或两种以上的粒子聚集在一起,导致“架桥”絮凝。然而,当聚合物浓度增加到一定程度,吸附的聚合物完全覆盖颗粒,阻止他们絮凝。另一方面,增加絮凝剂用量,微粒的絮凝潜力逐渐增强，电双层的压缩增强。当该絮凝潜力达到零时，絮凝取得了较好的应用效果。此后絮凝剂用量进一步增加,过量絮凝剂存在使悬浮颗粒带正电,如此造成相互排斥。在这种情况下,进一步提高絮凝剂用量会导致再分离和透光率降低。壳聚糖和PDMC絮凝剂的沉积速率在网络补充材料图B中比较。在相同条件，通过具有较高接枝率壳聚糖处理接枝PDMC处理的高岭土絮凝剂比较低接枝率的絮凝剂固定的更快。这可能是由于一个事实，即较高的正电荷倾向于双电层压缩，从而形成更大的、密度高的高岭土絮凝剂。但是，对于壳聚糖处理的悬浮物，在碱性条件下水和固体之间的相互作用甚至没有明确的被观察，如壳聚糖曾在这种情况下，可以忽略不计絮凝能力。得到的、分别经壳聚糖接枝PDMC（接枝率144.8％），壳聚糖和无絮凝剂处理的悬浮液的絮凝图像如图6所示。来自于经壳聚糖接枝PDMC处理的高岭土悬浮液的密集和大的絮体显示于图6c，与之相比，那些经壳聚糖处理的显示于图6b，无絮凝剂的原高岭土颗粒显示于图6a。.絮凝的这些物理特征都是很好的根据其相应的沉淀过程得出，如图B所示。3.4纸浆废水的处理用聚丙烯酰胺和准备的絮凝剂，壳聚糖接枝PDMC，处理的纸浆厂的废水实验结果分别列于表3和4。四个反应的优化分别在不同最佳条件下实现的。因此，四个反应妥协的统一条件是可取的。要做到这一点使用函数方法是可取的（王等，2007年）。聚丙烯酰胺和壳聚糖接枝PDMC作为絮凝剂的回归功能分别得到了均衡。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文，(A—2），(A—3）二次回归结果表明，两种模型重要，因为F统计量的值（由于回归比例均方意味着错误）8.47和22.95比F0.001，9,10（4.94）更大。从回归方程(A—2）知，作为絮凝剂的最佳条件，得到如下：投药量915毫克，17.4毫克/升絮凝剂用量，pH值7.2。最佳条件下，浊度、木质素和化学需氧量的去除效率，以及水回收率分别从各自的回归方程估计为95.7％，70.6％，75.0％和77.2％。对壳聚糖接枝PDMC作为絮凝剂的最佳条件从均衡公式(A—3）获得为：投药量为1017毫克/升，絮凝剂用量为17.8毫克/升，pH值7.1。和壳聚糖接枝PDMC作为絮凝剂的最佳条件是类似的。但是，当壳聚糖接枝PDMC被用作絮凝剂时，估计的浊度、木质素和化学需氧量去除率，以及水回收率分别为99.4％，81.3％，90.7％和89.4％，好于相应的聚丙烯酰胺的价值。阳离子聚合物的链接枝于壳聚糖骨干上是有利于电性中和，压缩双电层，扫描絮凝效果的改进。因此，它的絮凝能力优于聚丙烯酰胺的，尤其是在浊度的去除率。这些结果表明，从应用特点来说，这项研究中准备的絮凝剂优于聚丙烯酰胺的。要确认统计实验战略的有效性，在各自运行条件下，两个额外的确认实验被进行。所选择的混凝投药条件，絮凝剂用量，pH值在各自的最佳条件根据回归方程的可取性功能。衡量四个反应接近使用RSM估计的值。这也验证了优化方法是适当的絮凝凝固物物操作条件下纸浆厂废水的治理。4．结论壳聚糖接枝PDMC，一个具有高水溶性的新絮凝剂被准备通过DMC接枝于壳聚糖骨干上，在酸性水溶液中经发起过硫酸钾处理。利用各种手段表征表明，DMC成功地嫁接壳聚糖的骨干上。温度和单体浓度是发现的最重要的影响接枝率的因素。此外，壳聚糖接枝PDMC的水溶性随接枝率的增加而增加，当接枝率超过了236.4％时，完全溶解在水中。当被准备的絮凝剂用于纸浆厂废水治理时，它具有良好的絮凝能力，其絮凝效果明显优于聚丙烯酰胺在浊度，木质素和COD的去除率。纸浆厂废水的絮凝处理最佳条件是：混凝剂用量1017毫克/升，絮凝剂用量17.8毫克/升，pH值7.1。鸣谢我们要感谢的关键在科技特别节目污染控制与水体处理（2008ZX07103-001和2008ZX07010-003）部分对这项研究的支持。-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文附录B-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文-73-n哈尔滨理工大学学士学位论文-73-