毕业设计（论文）：造纸中段废水处理课程设计 15页

山东大学环境科学与工程学院造纸中段废水处理课程设计说明书设计者：学号：班级：指导老师：日期：n目录一、概述二、设计资料及要求要求三、设计依据、原则和范围四、污水处理工艺五、工程设计述六、平面布置七、高程布置八、补充说明九、参考文献n一、概述我国的造纸工业污染严重,废水量约占全国工业总废水量的10%左右,废纸再生造纸工艺可分为制浆和抄纸两大部分。在制浆部分的除渣、洗浆、漂洗等过程中，产生大量的洗涤废水。根据废纸来源和生产工艺的差别，洗涤废水的特性有所不同，其污染物含量大致为：CODCr600～2400mg/L,BOD5125～585mg/L，SS650～2400mg/L，色度450～900倍，外观呈黑灰色。洗涤废水量为100～200t/t纸〔3～5〕；与通常的抄纸工艺一样，在废纸再生造纸的抄纸部分，也产生含有纤维、填料和化学药品的“白水”。对该废水常采用气浮法进行处理，回收纤维和填料，并使处理后的“白水”得以循环使用。在我国，“白水”处理技术已趋成熟。其中制浆原料以草类纤维为主的企业约占70%以上。制浆造纸生产过程产生的废水可分为蒸煮废液、中段废水和造纸白水3部分。造纸白水的治理技术已经成熟，并已得到普遍推广。对于进行碱回收的造纸企业，中段废水就成为主要污染源，是制浆造纸工业污染防治的重点和难点。中段废水，一般地，指制浆洗涤、筛选洗筛漂、漂白过程产生的废水，有是也指经碱回收和白水回收后进入企业污水处理场的全部废水，或称综合废水，它包括制浆洗筛漂产生的废水，碱回收系统产生的废水，白水回收后剩余白水，备料工段产生的废水，全厂其他生产工序产生的废水，以及生产区的生活污水等。洗、选废水漂白呈深黄色，其组成与黑液相同，只是浓度低。在漂白过程中常使用多种漂白剂，如常用的氯、次氯酸盐、二氧化氯等含氯漂白剂和过氧化氢、臭氧等无氯漂白剂，因此中段废水CODCr负荷高，含有大量残留的木质素，而且还含有大量的有机氯化物，具有较深的颜色和较大的毒性。一般情况下其水质特征为ｐＨ7～9,CODCr1200～3000ｍｇ/Ｌ,BOD400～1000ｍｇ/Ｌ,SS500～1500ｍｇ/Ｌ这次课程设计，主要是针对造纸厂中段废水的各种污染物成分、含量极需要处理的程度对工艺流程进行选择，根据技术上可行、经济上合理等原则设计较为适宜的方案，最终使出水达到排放标准。设计要贯彻“三同时”的原则，即生产投产的同时，污染治理的各项设施也同时投入运行，最大可能地防止污染周围环境。n二、设计资料及要求1.进水水质Q：600m3/dCODCr：2400mg/lBOD5：800mg/lSS：1200mg/lpH：92.出水水质CODCr：50mg/lBOD5：10mg/lSS：10mg/lpH：6－9三、设计依据、原则和范围1.设计依据(1)《山东省地方标准造纸工业水污染物排放标准》DB37/336-2003(2)国家现行建设项目环境保护法规、条例(3)有关设计规范2.设计原则(1)积极采用国内外先进的工艺技术，在确保达标的条件下，节省占地面积，节约建设投资。(2)根据技术先进、经济可行的原则，采用合理、成熟、先进的技术，优化工艺、减少投资和运行管理费用。(3)尽量做到综合利用和取得较好的经济效益，使环境、社会和经济效益有机结合起来。3.设计范围(1)新建的主要工程设施设计(2)相应的辅助工程设计n四、污水处理工艺1.工艺流程选择由造纸中段水的特点(有机物含量较高，BOD5/CODCr=0.33，可生化性不太好)，首先通过初沉池加混凝剂进行预处理，然后进行厌氧处理(主要是水解酸化过程)，接着以活性污泥法曝气处理，从而使出水合格，本工艺特点如下：(1)采用化学混凝法即向废水中投加絮凝剂作为生活处理前的预处理，进一步强化物理化学处理水平，减少了一部分不容性CODCr，提高后续工艺的处理效率,。(2)采用厌氧处理，能处理高浓度废水，采用较短的停留时间，主要目的在于去处一部分CODCr及使废水中较难降解的有机成分酸化水解，同时可以稍微降低pH值。这些都有利于后面的活性污泥法处理。(3)然后采用曝气池，反应速度快，使水质在较短的时间内达到要求。曝气池采用合建式完全混合型曝气池，具有污泥负荷高，回流污泥新鲜，有较高活性，耗电量少，生化降解能力高、占地面积少、结构紧凑等特点。(4)该设计简便易行，操作、维护简便；产生污泥量易于处理；工艺成熟可靠，比较符合本设计的要求。2.工艺流程，见下页n1.工艺分析(1)采用筛网，一方面可以去除水中粗大的悬浮物或漂浮物，为下一道工序做好准备，另一方面有可回收木质纤维，回用到造纸工艺当中，节省了一部分原材料。(2)初沉池化学混凝法已广泛也应用于二级生物处理的前处理，以去除废水中不可生物降解物质，减轻对后续生物处理系统的冲击与负荷，提高后续工艺的处理效率。我们采用竖流式沉淀池，在其中加入化学絮凝剂，使大部分的悬浮物形成较大的絮凝体而被除去，并可去除一部分的CODCr及BOD5。(3)消化池由于造纸中段水中CODCr为2400mg/l，含量较高，所以首先采用厌氧消化法。采用较短的停留时间，主要目的在于去除一部分CODCr及使废水中较难降解的有机成分酸化水解，同时可以稍微降低pH值。这些都有利于后面的活性污泥法处理。(4)曝气池采用合建式完全混合型曝气池，具有污泥负荷高，回流污泥新鲜，有较高活性，耗电量少，生化降解能力高等特点。n1.去除效果分析造纸中段水水质筛网初沉池厌氧消化池曝气沉淀池去除率出水去除率出水去除率出水去除率出水CODCr(mg/l)2400------40%144070%43270%129.6BOD5(mg/l)800------30%56065%19685%29.4SS(mg/l)120010%108090%108------------由表中可以看到，设计出水水质达到要求。五、工程设计对于造纸中段水中各构筑物的工程设计，主要有竖流式沉淀池的设计(初沉池，中间沉淀池)以及厌氧消化池和曝气沉淀池的设计。1.初沉池(竖流式)功能：利用絮凝剂和重力沉降去除水中的悬浮物及部分其他有机物。在颗粒物沉淀过程中，一方面上升的小颗粒和下沉的大颗粒之间相互接触、碰撞而絮凝，使粒径增大，沉淀速度加快；另一方面，沉速等于水流上升速度的颗粒将在池中形成以悬浮层，对上升的小颗粒起拦截和过滤作用，因而沉淀效率比平流式沉淀池要高，更适合于本课程设计的要求。设计参数：1.流量Q=0.00694m3/s2.沉淀区上升流速v＝0.5mm/s3.停留时间t=1.5h(1.5-2h)4.中心管流速v0=0.02m/s5.保护高h1=0.3m6.缓冲层高h4=0.3m7.泥斗倾角60°(45°--60°)8.废水从中心管流出的速度v1=0.015m/s9.中心管喇叭口d1=1.35d，反射板直径d2=1.35d110.圆截锥底部直径d’，取0.4mn计算(1)沉淀区中心管有效过水面积A1及中心管直径d0A1===0.347m2d0==0.66m则d1=1.35d=1.35×0.66=0.89md2=1.3d1=1.35×0.89=1.2m(2)沉淀池有效水深h2h2=3.6vt=3.6×0.5×1.5=2700mm=2.7m(3)中心管喇叭口与反射板之间缝隙高h3h3===0.1654m，取0.17m(4)沉淀区有效断面面积，即沉淀区面积A2A2===14.23m2(5)沉淀池总面积A和池径DA=A1+A2=14m2沉淀区直径D==4.22m，取4.3m校核D/h2=4.3/2.7=1.16＜3，符合要求(6)污泥区截锥高度h5=()tgα=()tg60°=3.38m(7)沉淀池总高度H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+2.7+0.17+0.3+3.38=6.85m(8)污泥斗容积V=[（D/2）2+（D/2）（d’/2）+（d’/2）2]=×(2.152+2.15×0.2+0.22)=18.0m3说明：初沉池中加混凝剂以去除污水中大部分的悬浮物以及部分CODCr及BOD5，采用的混凝剂为PAC(聚合AlCl3)，加药量为0.6gn/l。由于原水中的ss比较高，可能纤维含量较高，再加入混凝剂，产生的污泥量应该较多，因此采用机械排泥装置。1.厌氧消化池设计设计参数：1.BOD5负荷2kg/m3d(1.4-5.8)2.直径D=8m(6-35)3.集气罩直径d1=1.0m4.池底直径d2=1.0m5.集气罩高度h1=0.5m6.上锥体高度h2＝1.5m7.下锥体高度h4=1.0m计算：(1)消化池每天投入BOD5的量600×0.56＝336kg/d消化池容积V=336/2=168m3消化池中停留时间T=168/600=0.28d=6.72h(2)只用一座消化池，柱体高度h3=D/2=4m消化池总高度H=h1+h2+h3+h4=0.5+1.5+4+1.0=7m校核：H/D=7/8=0.875，符合要求(0.8-1.0)。(3)消化池各部分容积的计算集气罩容积V1=πd12h1/4=3.14×1×0.5/4=0.4m3方形部分容积V2=πh2(3D2+4h22)/24=3.14×1.5×(3×82+4×1.52)/24=39.4m3圆柱部分容积nV3=πD2h3/4=3.14×82×5/4=251.2m3下锥体部分容积V4=πh4[(D/2)2+(D/2)(d2/2)+(d2/2)2]/3=3.14×1.0×(42+4×0.5+0.52)/3=19.1m3消化池有效容积V0=V3+V4=251.2+19.1=270m3>168m3说明：此消化池采用较短的停留时间，使废水主要处于酸化和水解阶段，不产生或只产生少量的沼气。主要目的在于去除一部分CODCr及使废水中较难降解的有机成分酸化水解，同时可以稍微降低pH值。以便于后面的活性污泥法处理。1.圆形合建式完全混合曝气沉淀池设计计算设计参数：1.流量Q=600m3/d=25m3/h2.进水浓度BOD5＝196mg/l，La=196mg/l3.出水浓度BOD5＝29.4mg/l，Le=29.4mg/l4.污泥负荷率Ns=0.5kgBOD5/kgMLSS•d5.污泥浓度x=3000mg/l6.污泥回流比R=57.池底斜边与曝气筒下部斜边倾角为45o8.曝气池结构容积系数5%计算(1)曝气筒直径D1经过厌氧消化池处理后，进水BOD5浓度La=196mg/l，出水BOD5浓度Le=29.4mg/l，所需去除的BOD5为166.6mg/l，但为安全计，设计时Le＝0则通过曝气处理，所除去的BOD5为：L＝Q(La－Le)=25×196＝1.9kg/h去除1kgBOD5需氧1.5－2.0kg，现假设为1.8kg/kgBOD5则曝气池需氧量为O2=1.8L＝1.8×4.9＝8.82kg/h通过查相关图表，可得符合要求的叶轮直径长度和线速度。n采用泵型叶轮，叶轮直径d＝0.6m，线速度为4.5m/s，充氧能力10.0kg/h，功率为3.5kw采用d1/D1=1/6，则曝气筒直径D1＝6d＝6×0.6＝3.6m曝气筒表面积F1＝лD12/4=3.14×3.62/4=10.2m2(2)导流室直径D2取导流室下降流速u’=10mm/s，导流室表面积为F2＝＝＝4.2m2导流室直径D2===4.3m导流室宽度为(D2－D1)/2=(4.3-3.6)/2=0.35m>0.3m，符合要求(3)曝气池直径D取沉淀区上升流速u＝0.35mm/s则沉淀区表面积F3＝Q/3.6u=25/(3.6×0.35)=19.8m2曝气池直径D＝＝＝6.6m，符合要求(4)沉淀区容积取沉淀区分离高度h3＝1.8m，则沉淀区有效容积为V2＝F3h3＝19.8×1.8＝35.64m3(5)曝气区容积曝气区有效容积V1＝＝＝84m3(6)曝气池基本尺寸D＝6.6m，D1＝3.6m，D2＝4.3m，D3＝5.6m池底直径D3采用试算法，池底部斜边和曝气筒下部斜边倾角取45°，坡度取2%曝气池实际有效容积V＝л(D/2)2h3+h1[(D/2)2+(D/2)(D3/2)+(D3/2)2]=л(6.6/2)21.8+л×2.2[(6.6/2)2+(6.6/2)(D3/2)+(D3/2)2]/3=61.6+64.6=126m3由于结构容积系数为5%，实际有效容积V=126×0.95=119.7m3n沉淀区实际有效容积V2＝(D2－D22)h3=3.14×(6.62－4.32)×1.8/4=35.4m3曝气区(包括曝气筒、导流室和回流区)的实际有效容积V1＝119.7－35.4＝84.3m3采用一个圆形表面曝气式曝气沉淀池，直径为6.6m，池深5.2m，水深为h1+h3=4m(7)表面曝气计算采用泵型叶轮，叶轮直径d＝0.6m，线速度为4.5m/s，充氧能力10.0kg/h，功率为3.5kw(10)养料计算L0=5.25kg/h磷的投加量P=5.25/100=0.0525kg/h如采用Na2HPO4·12H2O，则折合纯磷酸氢二钠投加量为0.61kg/h如工业用磷酸氢二钠纯度为96%，则折合工业用磷酸氢二钠的量为：0.63kg/h，当配成2%浓度溶液时投加量为31.6L/h。说明：圆形合建式完全混合曝气池，即曝气区、导流区和污泥沉淀区三部分合建在一起的生化处理器。废水进入曝气沉淀池即与活性污泥充分混合，在表面曝气叶轮供氧条件下，BOD5可被最大程度的生化降解。通过调节，可使此工艺在最优的条件下运行，并减轻因进水水质的突然变化对工艺的冲击和破坏，即能抗冲击负荷。此设施具有污泥负荷高，回流污泥新鲜，具有较高活性，耗电量少，生化降解能力高等特点。六、平面布置造纸厂中段水污水处理站的平面布置要综合考虑造纸厂的原有建筑物和厂区所在位置进行布置，且各处理构筑物在平面布置上应适当紧凑且要做到流线清楚、布局紧凑，且要留有适当的扩建的余地以防日后有扩建的可能。施工时所有管件设施等应该是一般市面上方便购买的为主，以便日后维修及更换。n在构筑物空隙应种植草坪，提高厂区绿化率。处理系统与居民区应有适当的距离，约500m。考虑到济南地区夏季主导风向为西南风向，则该处理系统应设在居住区下风向，位于厂区的东北方向。厂区内人行道宽度为1.5m，单车通行的路面宽度为3.5m，双车通行的路面宽度为7m，转弯处半径不小于6m。设置前后两个大门，后门便于进出货物及产生的污泥等。七、高程布置1.设计采用曝气池法，选曝气池为高程的设计起点2.各构筑物的水头损失筛网：0.3m初沉池：0.4m曝气沉淀池：0.6m消化池0.3m中间沉淀池：0.6m3.管件采用DN200铸铁管、承插接口查表得当流量为0.00694m3/s时流速v＝0.225m/s，坡度i=0.605‰，阻力系数ε=0.06曝气池地面标高41.00m曝气池水位离地面2.0m，则41.00+2.00=43.00m曝气池进水区末端43.00+0.5/2+0.06×=43.25m中间沉淀池集水（管道长30m），则43.25+0.605‰×30=43.28m中间沉淀池水位：43.27+0.6/2=43.57m中间沉淀池进水区末端：43.57+16./2+0.06×=43.87m消化池集水区（管道长18m）：43.87+18×0.605‰=44.03m消化池进水区水位：44.03+0.3/2+0.06×=44.18m初沉池集水区（管道长15m）：n44.18+15×0.605‰=44.19m初沉池水位：44.19+0.4/2=44.39m初沉池进水区水位：44.39+0.4/2+0.06×=44.59m筛网末端（管长15m）：44.59+15×0.605‰=44.60m筛网水位：44.60+0.2/2=44.70m筛网前水位：44.70+0.2/2=44.80m曝气池末端：43.00-0.5/2=42.75m二沉池进水区始端：（管长12m）42.75-12×0.605‰-0.06=42.74m二沉池水位：42.74m-0.6/2=42.44m二沉池末端水位（排水口）：42.11-0.6/2=42.14m因为42.14〉41.00（地面标高），故可实现一次提升，中间无需进行水位的升高。八、补充说明通过上述的废水工艺流程，预计可以使该造纸中段废水达标排放，该工艺技术较为成熟，其成本对于小造纸厂也易能接受。但对于造纸工业来说，为达到经济、社会、环境利益三者共赢，最好的策略是采用清洁生产工艺，实现造纸工业废水零排放。而在本设计中，木质纤维的回收提供了一个很好的开头。但由于本设计只是工业废水的末端治理，并未涉及清洁生产的内容，这不得不说是一个缺陷。九、参考文献[1]山东省地方标准造纸工业水污染物排放标准DB37/336-2003[2]给水排水设计手册6——室外排水与工业废水处理中国建筑工业出版社1973[3]高廷耀、顾国维水污染控制工程下册高等教育出版社1999n[4]张林生、吕锡武环境工程专业毕业设计指南中国水利水电出版社2002[5]赵金辉混凝-水解-好氧活性污泥法处理造纸废水的研究重庆环境科学1997/04[6]赵传义水解—好氧工艺处理草浆造纸废水中国给水排水2003/08[7]郑铭、陈万金环保设备——原理·设计·应用化学工业出版社2001