天津第二化工厂污水处理项目的设计与应用——含有机过氧化物工业废水处理工艺的的研究 56页

Alongwithourcountrycitilizationandindustrializationdevelopment，China·Sindustrialsewagedischargeisbecomingmoreandmoreserious，SOithasbecomeanveryimportantandurgenttask．ThisdesignisforsewagetreatmentprocessdesignoftheTianjinsecondchemicalplant．ThesewageismainlyfromTianjinAkesuNobelperoxideCo．Thescaleofthissewagetreatmentplantis800m3／D，andthemaincompositionofthesewageisindustrialwastewaterandasmallamountofdomesticwastewater．Themainpollutantsofthesewageisorganicperoxides(EHP,CNP)，andhighlyCODcontent，itscompositionisverycomplex．Combinedwiththesewagequalityfeaturesandafteranalysis,itissuitablemainlyusingbiochemicaltreatmentmethod，auxiliarycoagulationandflotationprocessinwastewatertreatment．Finally,wedeterminedfirsttreatingthesewagewithferroussulfatesaltcoagulant，thentakingflotationandfiltrationpretreatmentmethodstoremoveoilsludge，andpullingintothePHregulatingpondmixedprocessing，followedbythreestagebiologicalcontactoxidationtankasthemainsewagetreatmentprocess．Thistechnologycanremoveorganicperoxidesandsaltverywell．Afteranalysisandprocessingforthedataoftreatedsewage，theCODofthetreatedwatercanreach98％．ThewaterwhichhasbetreatedCallmeetthethirdgradestandardof”urbansewagetreatmentplantpollutantdischarges[andard”(GB18918-2002),finallyitsoutletintothenearestwater．KEYWORDS-sewage，organicperoxide，coagulation，biologicalcontactoxidation，sunshineplate．n第～章总论1．1处理废水的意义第一章总论虽然地球有70．8％的表面被水覆盖，但是淡水资源非常有限，人类能够充分利用的是湖泊、江河及地下水中很小的一部分，约占地球水量的0．26％，而且分布十分不均。1950年以后，全球人口数量快速增加，工业化进程明显加快。全球水资源状况急剧恶化，“水危机”越来越严重。人类对淡水的需求日趋扩大，并且日益严重的水污水吞噬了更多可利用的水资源。我国是水资源异常短缺的国家。现在大部分城市缺水问题非常突出，另外城市污水排放的加速增长也影响了城市总体水环境，对城市总体的可持续发展构成了很大威胁。根据《水资源公报》的统计，全国2008年全年的废污水排放量达到758亿吨¨1，随着我国工业化进程不断加快，对污水处理和回收利用提出了很高的技术要求。中国人均水资源占有量非常少，空间分布差异大。随着中国工业化、城市化的快速发展，对水资源的需求也越来越大。在这样的前提下，污水处理已经成为一个新兴产业，现在与自来水生产、供排水、中水回收利用等行业处于同样重要的地位。按污水产生分类，污水处理一般包括生产污水和生活污水处理。生产污水含工业、农业以及医疗污水等，而生活污水就是由于日常生活而产生的污水。污水处理被更多的应用于建筑、交通、石化、环保、医疗、餐饮等领域，也越来越多地寻常百姓的日常生活息息相关。1．2污水指标污水所含的污染物质千差万别，可用分析或检测的方法对其中的污染物质进行定性、定量的测定来映污水的水质情况。国家针对水质的分析和检测等制定了许多标准，污水指标可分为物理、化学、生物等三类晗1。本论文中主要参考《水污染控制工程》等著作。1．2．1物理性指标(1)温度，很多工业排出的污水都有较高的温度，将其排入水体会使水温升高，引起水体整体的热污染。较高的水温会影响水生生物的生长，不利于对水n第一章总论资源的利用。氧的溶解度会随水温升高而逐渐减少，导致水中溶解氧量较低，同时水温升高加速耗氧反应，使得水体缺氧和水质恶化。(2)色度，色度是一项感官指标。通常纯净的天然水表现为清澈透明的，但带有金属化合物或其他有机化合物等污染物的污水一般呈现各种各样的颜色。将有色的污水拿蒸馏水稀释后和参比水样进行对比，稀释到两个水样的色差一样，这时污水的稀释倍数称其为色度。(3)嗅和味，嗅和味与色度一样也是一项感官性指标，可以定性地反映出某些污染物的多少。天然水是无色无味的，如果水体被污染后会产生各样的气味，一般水的异臭来自还原性的硫以及氮的化合物，还有挥发性的有机物和氯气等其他的污染物。盐分的彳i同会使水产生不同的气味，例如氯化钠略带咸味，硫酸镁带有苦味，铁盐涩味较重，硫酸钙一般有甜味等。(4)固体物质，一般对水中所有包含的残渣总和称之为总固体(TS)，其通常包括可溶解的物质(Ds)和悬浮的固体物质(SS)两类。将水样过滤后，滤液被蒸干后所剩余的固体物质被称为溶解性固体(DS)，把滤渣脱水烘干后得到的即是悬浮固体(SS)，另外固体残渣可根据其挥发性分为可挥发性固体(VS)和固定性的固体(FS)。把固体在600摄氏度下灼烧，挥发掉的部分被称为挥发性固体(VS)，余下的灼烧残渣是固定性固体部分(FS)。一般溶解性固体代表盐类的含量，悬浮性固体说明水中不能溶解的固态物质的多少，挥发性固体则反映了固体中所含的有机成分。水体中含盐量过多将会影响生物到细胞的渗透作用和生物等的正常生存，一般悬浮固体会有能使得水道淤塞，而挥发性的固体通常是指水体所含有机污染物的多少。1．2．2化学性指标(1)有机物，大多数生活污水或工业废水中含有的碳水化合物、脂肪等有机物可以在微生物的作用下分解为简单的无机物、C02和水等。这些有机物在被分解过程时要消耗大量的氧，称之为耗氧污染物，它是使水体变质的主要因素之一。污水中有机污染物的组份十分复杂，现有技术很难分别检测出各类有机物的具体含量，水体中有机污染物的危害主要是消耗水中含有的溶解氧。在实际工作中通常采用生化需氧量(BOD)、总有机碳(TOC)、化学需氧量(COD、OC)、总需氧量(TOD)等技术指标来反映水中好氧有机物含量。生化需氧量(BOD)，水中的有机污染物被好氧的微生物分解所需要的氧量称之为生化需氧量，单位为mg／L，BOD反映在有氧的条件下，水中可被生物降解的有机物量，一般生化需氧量越高，说明水中好氧有机污染物越多。有机物被好氧微生物分解一般可分为2个阶段：第1个阶段是有机物被分解成二氧化碳、水和氨等；第2个阶段是氨再被转化为亚硝酸盐和硝酸盐等。通常污水的生化需氧量n第一章总论指第1阶段的有机物被氧化所需的氧量。一般微生物的活性与温度关系密切，测定生化需氧量通常以20℃做为测定时的标准温度。化学需氧量(COD)，COD是指用化学氧化剂来氧化水中含有的有机物时消耗的氧化剂的量，一般用氧量(mg／L)来表示。通常化学需氧量越高，意味着水中含有的有机物越多。经常使用的氧化剂有重铬酸钾和高锰酸钾。当用高锰酸钾作为氧化剂时，测得的数值称CODMn或简称0C。当用重铬酸钾作为氧化剂时，测得的数值称为CODCr，或简称COD。假如废水中含有的有机物的成分相对稳定，则COD和BOD之间具有一定的比例关系。通常重铬酸钾化学需氧量和第一阶段的生化需氧量的差值可以简单地表示不能被好氧微生物所分解的有机物量。总有机碳(TOC)与总需氧量(TOD)，目前使用的5日生化需氧量检测的时问比较长，一般不能快速反映出水体被有机污染物所污染的程度。通常进行TOC和TOD的试验，来寻求它们与5日生化需氧量之间的关系，可以实现快速测定。总有机碳(TOC)，包括水中所有的有机污染物质的含碳量，它是评价水中含有有机污染物质的综合参数。有机污染物中除含有碳元素外，另外还含有氢、硫、氮等元素，通常有机物都被氧化时，碳被氧化成二氧化碳，氢、氮及硫被氧化成水、一氧化氮、二氧化硫等无机物，此时的需氧量被称为总需氧量(TOD)。TOC和TOD都是氧化反应，TOC测定结果用碳来表示，后者则用氧量来表示。TOC、TOD的耗氧反应过程与BOD的耗氧反应过程有本质的不同，而且因为水样巾含有的有机物质的组成不同，生化反应过程差别也很大。一般各种水质之间的TOC或TOD与BOD没有固定的相关关系。但是在水质条件基本一样的条件下，BOD与TOD或TOC问存在着一定的相关关系。油类污染物，油类污染物包含石油类和动植物油脂类两种。工业产生的含油污水中所含的油份大多是石油或其成分，而含动植物油的污水主要来源于人的日常生活和食品工业。油类污染物进入水体以后会影响水生生物的生存、降低水体的整体资源价值。如果油膜覆盖水面将阻碍水的蒸发，以至于影响大气和水体之间的热交换。当油类污染物进入海洋，可以改变海面的反射率，并减少进人海洋表面的日光辐射量，对于局部地区的水文气象环境会产生一定的影响。大面积的油膜将会阻碍大气中的氧进入水中，从而降低了水体自身的净化能力。随着石油化工工业的不断发展，石油类物质对于水体的污染越来越严重。尤其是石油污染对幼鱼和鱼卵的危害特别大，能够使鱼虾产生石油臭味，从而降低了水产品的食用价值。酚类污染物，酚类化合物是一类有毒有害的污染物。若水体受酚类化合物污染将影响水产品的质量和产量。当水中酚的浓度低时会影响鱼虾的回游繁殖，当酚的浓度达0．1—0．2mg／L时鱼虾会有酚味，浓度更高时导致鱼类大量死亡，n第一章总论甚至绝迹。另外，酚的毒性可以抑制水中微生物(如细菌、藻等)的自然生长繁殖，甚至会使其停止生长。(2)无机性指标植物营养元素，污水中含有的的N、P属于植物营养元素，从植物生长角度来看，植物营养元素是很宝贵的，但是过多的N、P进入天然水体容易导致水体富营养化。“富营养化”概念来自于湖沼学，认为富营养化是湖泊衰老的表现之一。如果湖泊中的植物营养元素含量升高，将导致水生植物的过度繁殖，尤其是各种藻类的大量繁殖，迫使鱼类生活的空间越来越少。另外，藻类的种类数逐渐减少，但是个体数则迅速增加，一般由藻类以硅藻、绿藻为主成为以蓝藻为主，而蓝藻中很多有胶质膜，不适合用作鱼料，甚至有一些是有毒的。藻类的大量生长繁殖还会造成水中溶解氧的剧烈变化。有阳光的时藻类会在光合作用下产出氧气；而在夜晚无阳光时其呼吸作用与死亡藻类的分解作用会消耗大量的氧，可以在一定时间使得水体缺氧严重，严重影响鱼虾的生存。在自然界正常循环过程中，也会使某些湖泊由贫营养湖变为富营养湖，从而进一步进化为沼泽和干地。水体的富营养化现象不但发生在湖泊、水库中，也发生在海湾之内，一般在有水流动的河流中很少发生。水体中的氮、磷量高低和水体富营养化程度存在的密切关系。就污水对水的富营养化作用而言，磷的作用要远大于氮。pH值，主要是反应水样的酸碱性，pH(7是属于酸性；pH>7是属于碱性。一般要求污水处理后的pH值应该在6与9之间。自然水体的pH值通常是6～9，如果受到酸碱污染时水体的pH值就会发生变化，会消灭或抑制水体中生物的生存，妨碍水体净化，还可以腐蚀船舶。如果天然水体长期遭受酸、碱的影响，将会使水质慢慢酸化或碱化，以至于对正常生态系统产生重要影响。重金属，重金属是指铅、汞、镉、铬、镍和类金属砷等生物毒性明显的元素，还包括具有一定毒害性的重金属，例如锌、铜、钴、锡等元素。重金属是构成地壳的重要物质，自然界中分布非常广泛。一般重金属在自然环境中均存在着本底含量，正常的自然水中重金属的含量通常很低，汞含量在0．001～0．0lmg／L之间，铬含量低于0．001mg／L，而在河流和淡水湖中铜的平均含量约为0．02mg／L，钴含量为0．0043mg／L，镍含量为0．001mg／L。作为有色金属重金属在人类的生产和生活中应用广泛，使得在环境中存在着各式各样的重金属污染，经过废水、废气、废渣向环境排放重金属污染物的企业举不胜举，通过人类活动进入自然环境的重金属量大致相当于自然中的迁移量，采矿和冶炼是向环境释放重金属的主要途径之一。1．2．3生物性指标(1)细菌总数n第一章总论水中的细菌总数反映了水体受到细菌污染的程度，但细菌总数并不能反应出污染的来源，需要通过大肠菌群数量来判断水体受污染的来源和严重程度。(2)大肠菌群水是传播肠道疾病的重要媒介之一，大肠菌群被视做晟基本的粪便污染指示的菌群，一般大肠菌群的值可说明水样被粪便污染的程度，问接反映出肠道病菌(伤寒、霍乱、痢疾等)存在的可能性。1．3污水处理工艺及研究进展1．3．1常见污水处理工艺污水处理有多种成熟方案，即使同类厂家，设计方案也各有特色。根据《水处理工程师手册》等专著的指导，我们重点考虑的处理工艺如下。“：(1)格栅工艺在排水工程中，格栅的作用是去除可能堵塞水泵机组和管道阀门的粗大悬浮物质，保证后续处理设施能够正常运行。格栅是由一组或多组互相平行的金属栅条和框架构成，倾斜地安装在进水的入口，或者进水泵站集水井的进口，用来拦截废水中较粗大的悬浮物和杂质。格栅截留污染物的数量，根据所选用的栅条间距不同和水的性质差异而存在很大的区别。通常以不堵塞水泵和处理厂的设备为原则。设置在废水处理系统前的格栅，还要考虑使整个污水处理系统能够正常运行，对于处理设施或管道等均不能产生堵塞。通常可设置粗细两道格栅，栅条的间距采用16—25mm，最大不得超过40mE。所截留污染物的数量和污水的情况、污水沟道系统的设置、污水的流量以及栅条间距等因素关系密切。通常可以参考以下数据，栅条间距在16～25mm之间时，栅渣截留量约为0．10～0．05mVz033m；栅条间距在40mm左右时，栅渣截留量大约为0．03～O．01m3／103m3污水。一般栅渣的含水率在80％左右：密度在960kg／m3左右。格栅的清渣方法包括人工清除和机械清除。当每天的栅渣量多于0．2m3时，通常应采用机械清除方法。(2)筛网工艺筛网的去除效果和初次沉淀池的作用类似。当前应用在废水处理的筛网主要有两种类型，包括振动筛网和水力筛网。(3)沉淀法沉淀法是水处理中最基本的一种方法，是利用水体中悬浮颗粒的可沉降性，在重力的作用下产生下沉，以达到固液分离的目的。根据水中悬浮颗粒凝聚性能与浓度的不同，通常把沉淀分成絮凝沉淀、自由沉淀、区域沉淀和压缩沉淀等四种类型，常见沉淀池有平流式沉砂池和曝气沉砂池两种。其中平流式沉砂池是最n第一章总论常用的，具有截留效果好、工作相对稳定、构造较简单等优点。曝气沉砂池从五十年代试用以来，现在已推广应用，具有下述优点：一是沉砂中有机物的含量低于5％；二是池中设有曝气设备，具有预曝气、脱臭、防止厌氧分解、除泡以及加速油类分离等作用，对后续的沉淀、曝气和硝化池的运行以及沉砂的脱水干燥提供了方便。按照废水性质和要求处理的程度不同，沉淀工艺可以是整个处理过程的一部分，也可以作为唯一的处理方式。在一般的污水厂中通常有下列四种用法：一是用于废水的预处理，沉砂池是典型的例子，用它来去除污水中的易沉物(如砂粒等)；二是用于污水进入生物处理前的初步处理(初沉池)，用初次沉淀池可以很经济的去除悬浮有机物，来减轻后续生物处理中有机负荷；三是生物处理后用于固液分离(二次沉淀池)，分离生物处理过程中产生的生物膜、活性污泥等物质，以使处理后的水更加澄清。四是污泥处理阶段用于污泥浓缩，污泥浓缩池是把来自初沉池和二沉池的污泥进行浓缩，减小其体积，以便降低后续构筑物的结构及处理费用等。(4)隔油池工艺含油污水的来源非常广泛，除石油开采和加工排出大量含油污水外，还包括固体燃料热加工工业、纺织工业中洗毛的废水、轻工业中制革的废水、铁路和其他交通运输业以及食品加工、机械车削工艺中产生的乳化液等，其中石油化工和固体燃料热加工排出的含油污水是主要来源。含油污水中的油类污染物比重一般都小于1(焦化厂或煤气发生站排出的重质焦油的比重可高达1．1)，通常油污有三种状态：一是呈悬浮状态的可浮油；二是呈乳化状的乳化油；三是呈溶解状的溶解油。一般隔油池工艺应用在含油较多且较难分离的地方。常用的隔油池有平流式和斜流式两种类型，一般隔油池和平流式沉淀池在结构上基本相同。隔油池工艺的主要技术是破乳，破乳的方法有很多，但基本原理基本一样，即破坏液滴界面间的稳定薄膜，使油和水可以分离，通常有以下几种途径：一是投加换型乳化剂，如氯化钙可使钠皂做为乳化剂的水包油乳状液转变成以钙皂为乳化剂的油包水型乳状液，在转变中有一个以钠皂占优势转变为以钙皂占优势的转化点，此时乳状液特别不稳定，使油、水可能分层，因此适量控制“换型剂”用量可以达到破乳的目的：二是投加盐、酸类，可以使乳化剂失去乳化效果；三是投加本身不能做为乳化剂的表面活性物质，如异戊醇，使其从两相界面上挤掉乳化剂而失去乳化作用；四是通过剧烈的震荡、搅拌或转动，使得乳化液滴猛烈碰撞而合并：五是过滤，以粉末做为乳化剂的乳状液可用过滤法阻挡被固体粉末包围的油滴；六是改变温度，通过改变乳化液的温度(加热或冷冻)来破坏乳状液的稳定性，破乳方法的选择应以试验为基础。某些石油工业的含油n第一章总论废水温度升至65。C．--．75。C时，可以达到破乳的作用，但很多乳状液必须投加化学破乳剂。目前常用的化学破乳剂是钙、镁、铁、铝盐类等或无机酸，部分含油废水也可用碱来破乳。水处理中使用的混凝剂也是很好的破乳剂，不仅能破坏乳化剂，还对污水中的杂质进行混凝。(5)浮上法(气浮法)工艺浮上法是一种固液和液液分离的有效方法，通常用来对颗粒密度接近或小于水的颗粒进行分离。废水的浮上法处理是把空气以微小气泡形式通入水体中，使得微小气泡和在水中悬浮的颗粒粘附，进而形成水气颗粒三相混合体，颗粒粘附在气泡上后，总体密度小于水便浮上水面，在水中分离出去形成浮渣层。按照生产微细气泡的方法不同可分为：分散空气气浮法、电解气浮法、叶轮气浮法和溶解空气气浮法等4种，其中最常用的是叶轮气浮法和溶解空气气浮法。溶解空气浮上法包括真空浮上法和加压溶气浮法二种，其中加压溶气法是目前最常用的，原理是使空气在加压下溶于水，再通过把压力降至常压从而使过饱和的空气以细微气泡的形式释放出来，该工艺的主要设备有水泵、溶气罐、浮上池等。叶轮气浮法应用机械曝气和化学絮凝结合的原理来处理水质不同的各类废水，直接从污水中去除固体悬浮物，一般叶轮曝气机将“微泡”直接通入污水中而不需要事先溶气，再通过散气叶轮将“微泡”均匀地分布于污水中，一般整个运行过程不会发生阻塞，也不需压力溶气、空压机和循环水泵等设备。(6)生物滤池工艺生物滤池工艺是把污水通过布水系统连续地、均匀地喷洒在滤床表面上，受重力作用污水以水滴的形式渗沥，或者以波状薄膜形式向下渗流，最后废水进入排水系统流出滤池。废水流过滤床时一部分污水、污染物或细菌附着在滤料表面，使微生物在滤料上大量繁殖，形成一层布满微生物的粘膜，称之为生物膜。通常这个起始阶段叫“挂膜”，属于生物滤池的成熟期，生物膜通常是由细菌(好氧、厌氧、兼性)藻类、、真菌、后生动物、原生动物和部分肉眼可见的蠕虫、昆虫幼虫等组成。当污水流过成熟滤床时，水中的有机污染物会被生物膜中的微生物吸附和降解，使污水得到净化。一般滤床由滤料等组成，它是微生物生长栖息的地方，目前国内采用玻璃钢蜂窝状块状滤料较多，其孔心间距在20ram左右，孔隙率约95％，比表面积越200m2／m3，在滤床的四周，一般设有池壁，起着围护滤料、防止废水飞溅的作用。(7)生物转盘法生物转盘法(又名转盘式生物滤池)是一种生物膜法处理工艺，具有很多优点，其在印染、皮革、造纸和石化等行业的废水处理中得到广泛应用，取得很好7n第～章总论的效果。生物转盘法处理废水中有机物的机理与生物滤池基本相同，但是构造形式和生物滤池存在很大差别。生物转盘的主要由转盘、转动轴、驱动装置和废水处理槽等组成，微生物在盘片表面生长并形成一层生物膜，大约40％～45％的转盘(转轴以下的部分)浸没在污水中，上半部分裸露在大气中。工作中污水流过水槽，电动机带动转盘，使生物膜与大气、废水交替接触，在浸没时吸附污水中的有机污染物，裸露时吸收大气中的氧。转盘的转动可以带进空气，并引发水槽内污水的紊动，使得槽内废水的溶解氧可以均匀分布。一般生物膜的厚度在0．5～2．0nm之间，随着膜的不断增厚，内层的微生物处于厌氧状态，其失去活性后会使生物膜在盘面上脱落，并随出水流至下一级处理工序。(8)生物接触氧化法生物接触氧化法的处理主体是浸没式曝气生物滤池，也叫做生物接触氧化池。生物接触氧化池内装有填料，填料淹没在污水中，其上长满生物膜，在废水和生物膜接触过程时，水中的有机污染物被微生物所吸附、氧化分解并转化为新的生物膜。自填料上脱落的生物膜，随水流入二沉池后被去除，从而污水得到净化。在接触氧化工艺中，微生物所需的氧主要来自水中，而污水自鼓入的空气不断补充消耗的溶解氧。一般空气是通过池底的穿孔布气管道进入水流，气泡上升过程中向废水供应氧气。生物接触氧化法具有以下优点：一是填料的比表面积较大，池内充氧条件较好，可以具有较高的容积负荷；二是没有污泥回流，也就不存在污泥膨胀等问题，使运行管理较为简便；三是由于生物固体量多、水流属完全混合类型，因此氧化池对水质和水量的骤变有很强的适应能力；四是在生物接触氧化池的有机容积负荷较高时，它的F／M保持在较低水平，产生的污泥量较低。(9)生物流化床处理技术生物流化床处理技术是一种利用流体(液体、气体)使表面附着微生物的固体颗粒现呈流态化，从而去除和降解废水中有机物的生物膜法处理技术。这是70年代开始应用在污水处理方面的一种高效的废水处理工艺。一般在圆柱形流化床底部装置一块多孑L的液体分布板，在分布板上面堆放颗粒状的载体(如砂、活性碳)，液体自床底的进口流入，经分布板向上均匀地流动，最后通过固体床层并由顶部出口管流出。生物流化床具有如下优点：一是容积负荷较高，抗冲击负荷能力很强；二是微生物活性较强；三是流化床传质效果好；缺点主要是对设备的磨损比固定床严重，在湍动过程中载体颗粒被磨损会逐渐变小。另外，在设计时还应考虑生产放大产生的问题，例如曝气方法、防堵塞、进水配水系统的选用以及生物颗粒流失等问题。目前这种处理方式在我国废水处理中还很少有工业性地应用，对上述问题的解决将使生物流化床技术在工业上广泛应用。n第一章总论(10)混凝工艺化学混凝工艺主要是处理污水中的微小悬浮物和胶体杂质。颗粒较大的悬浮物受重力的影响而下沉，利用沉淀等方法可以除去。但微小粒径的悬浮物和胶体杂质可以在水中一直保持分散悬浮状态，由于胶体微粒和细微悬浮颗粒具有较好的“稳定性”，静置数十小时后也不能够自然沉降。一般可通过添加一定的混凝剂，可使悬浮的胶体微粒及细微悬浮物沉降下来。用来水处理的混凝剂应该符合以下要求：混凝效果良好、对于人体健康无害、价格低廉易得、使用方便等。通常混凝剂有以下三大类：一是无机盐类混凝剂，其中应用较多的是铝盐和铁盐类，铝盐主要有硫酸铝、明矾等混凝剂。硫酸铝A1：(S0。)。·18n。o产品包括精制和粗制两种，一般效果较好，使用方便，而且对处理后的水质没有其他不良影响。铁盐中主要包括三氯化铁、硫酸亚铁以及硫酸铁等混凝剂，其中硫酸亚铁FeSO。·7H20是绿色半透明晶体，溶解后离解出的二价铁离子没有三价铁盐具有的良好混凝功能，使用时应把二价铁氧化成三价铁。另外，余留在水中的Fe2‘会使的处理后的水略带颜色，尤其是Fe2+与水中某些物质作用后，更会产生颜色更深的溶解物质；二是高分子混凝剂，它主要有无机和有机的两种类型。聚合氯化铝与聚合氧化铁是目前研制和应用很广泛的无机高分子混凝剂，前者的混凝作用与硫酸铝差别不大。另外，由于分子链节与水中胶体的微粒有很强的吸附作用，使得有机高分子混凝剂混凝效果非常好；三是助凝剂，如果单一混凝剂效果不佳时，可再投加其他辅助药剂来提高混凝效果，称之为助凝剂，主要可用来调节和改善混凝的条件。(11)中和工艺利用易溶的化学药剂使溶液中的某种离子以它的某种难溶的盐或氢氧化物的形式从溶液中析出，化学上称之沉淀法，化工和环境工程上称之化学沉淀法，在化工上使用沉降一词，而不使用沉淀，是避免与化学沉淀混淆。污水处理中，常用化学沉淀的方法去除污水中的有害离子，如阳离子Cd2+、H92+、P酽+、Cr6+、cu2+、zn2+，如阴离子磷酸根、硫酸根等。酸性和碱性污水的处理，除了利用外常用的就是中和法。度量酸碱度的参数是pH值，一般用碱或碱性物质来中和酸性污水时，应先把废水的pH值调升至7左右：而用酸或酸性物质来中和碱性污水时，应把废水的pH值调低到7。在同一工厂或相邻工厂同时处理酸性和碱性废水，应先让两种污水进行中和，再利用中和剂来中和剩余的酸或碱量。如果中和剂可制成溶液或浆料时，可采用投加法；如果中和剂是粒料或块料时，可采用过滤法。当用烟道气来中和碱性废水时，可以在塔式反应器中接触中和。常见的碱性中和剂有石灰、电石渣和白云石等，常见的酸性中和剂有废酸、粗制酸和烟道气等。n第一章总论1．3．2污水处理工艺研究进展目前污水处理工艺有了一些新的进展，现介绍如下：(1)TiO：光催化氧化技术TiO。光催化氧化技术是应用在环保领域的新技术，目前已成为国际上的一个热点。TiOz的禁带宽度是随晶型不同而异，锐钛矿型的禁带宽度(E套)是3．2eV、金红石是3．0eV，其相对应的光谱吸收阀值分别是387nm和413nm。当采用波长小于上述波长的光来照射TiOz时，将会从TiOz体内激发出来自由电子(e一)，会在价带上留下空穴(h+)，其产生的电子(e一)和空穴(h+)会与其表面吸附的氧／水等作用生成的·OH／·02具有极强氧化性，可以氧化分解出多种有机物，且产生的自由电子具有较强的还原能力，能够还原金属离子，因此Tioz光催化技术在污水处理中具有良好的光催化降解的效果。其具有以下优点：一是水中含有的多种有机物可被完全降解为COz、HzO等无机物，无机物被氧化或被还原成无害物；二是不需要额外的电子受体，如HzOz等：三是有无毒、廉价、稳定和可重复利用等优点；四是可利用充足的太阳能作为光源来激活光催化剂；五是装置构成简单、操作条件好控制、氧化能力较强强且无二次污染。(2)高级氧化技术Fenton法铁是具有良好催化性能的过渡金属，在自然界中的储量丰富，而且铁离子是优良的絮凝沉淀剂，可以促进污水中有机物的净化，非常适应在大规模废水处理中使用，被称之为Fenton法。Fenton试剂的本质是二价铁离子(Fe2+)与过氧化氢间的链反应催化而生成OH自由基，它具有较强的氧化功能，氧化电位仅次于氟，可达2．80V，另外羟基的自由基具有很高的亲电性或电负性，电子亲和能力可达569．3kJ，具有很强的加成反应的特性，因此Fenton试剂可选择氧化水中大多数的有机物，尤其适用于生物难降解或者一般化学氧化难以有效的有机污水的处理。Fenton氧化技术具有以下优点：一是反应启动快、条件温和，在常温常压下就可以运行；二是设备简单、能耗较小、运行成本低；三是Fenton试剂的氧化能力很强，反应中可把污染物彻底无害化，并且氧化剂H：O：反应以后其剩余物可以自行分解，不留任何残余，另外铁离子水解产生的铁的氢氧化物也是优良的絮凝剂；四是其运行稳定可靠、不需要特别维护、操作简单。1．4课题的研究意义及本论文的主要工作1．4．1意义：有机过氧化物废水是指在生产有机过氧化物过程中各工序所排放的废水混合而成的混合废水，主要包括有机过氧化物、盐类、其他有机物等。有机过氧化物废水随原材料、生产品种、工艺以及管理水平的不同而有所差异，导致汇总的n第一章总论废水组分非常复杂。随着有机过氧化物工业的飞速发展和种类的增多，难降解有机过氧化物的含量也越来越多，有些甚至是致癌、致突变、致畸变、易燃烧和爆炸的有机物，对环境和安全的威胁和危害越来越大。总体而言，有机过氧化物废水的特点是成分复杂、有机物含量高、化学需氧量(COD)高，而生化需氧量(BODs)相对其它化工废水来说也较高，并且与化学需氧量(COD)有一定线性关系，排放量稳定。有机过氧化物废水处理的目的是除去废水中的各种有害物质，防止环境污染，使水能够重新利用。有机过氧化物废水处理意义重大。随着人口的不断增长和经济发展，加之水污染的日益严重，可利用的水资源数量日益短缺，造成水危机。根据水工业的观点，给水和排水分别是人类向自然界取用和归还可再生资源“水”的两个程序，为了使这个循环能够持续地为人类服务，水在使用后回归自然界前，必须进行废水的再生处理，使水质达到自然界自净能力的承受水平，恢复其作为自然资源的属性，这对可持续发展战略的实施有着极为现实的意义。水资源是不可再生资源，我们不仅要节约用水，保护自然生态环境，坚持可持续发展，并且要处理好废水，不能让废水污染了健康自然绿色的生态环境，把坚持科学发展观应用到实际环境保护中，给人类营造一个健康绿色的生态圈。1．4．2本论文的主要工作本论文主要工作：(1)污水处理工艺流程确定：从本论文2。3．1介绍的污水处理工艺中筛选出成熟、成本低、稳定且适合当地气候环境的工艺，并有独特的技术进步点。(2)确定工艺设备及主要构筑物设计参数：通过合理且符合规范的计算方法，确定可以满足工艺要求的设备、机械及相关的工艺参数。(3)确定生产工艺：本论文将确定污水处理生产实践中所需分析、补充药剂、常见问题及处理等工作方法。(4)确认本工艺是否达到设计目标：本论文将收集和处理污水处理生产中重要数据，采用质量管理、SPC等手段，来判断本工艺是否满足生产要求，以及在污水处理方面是否具有相当的弹性。n第二章污水处理工艺设计内容和设计要求2．1本项目污水处理的目的天津第二化工厂位于天津市北辰区，紧邻阿克苏诺贝尔有机过氧化物公司。该公司主要生产PVC引发剂等产品，由天津二化提供场地和设施为阿克苏诺贝尔有机过氧化物公司处理污水。随着天津市对城市及工业污水处理要求的不断提高，原先的污水处理设施已不能满足环保要求，所以必须进行项目改造。本项目设计就是在原有环保设施基础上，重新设计符合当今要求的环保工艺，并应用于生产，取得良好的环保效益和社会效益。2．2本项目设计的内容及相关数据(1)项目题目：天津二化环保项目工艺设计(2)项目建设性质：改造(3)建设地点：天津市北辰区天津二化院内。(4)投资额：本项目总投资1200万元。(5)生产规模：建成后将为年产阿克苏诺贝尔30000吨PVC引发剂的生产装置产生的废水提供处理至允许排放标准。(6)污水来源①生产PVC引发剂等有机过氧化物产品时产生的废水②刷桶、刷釜时产生的废水⑨生活废水(7)污水成分及特点：以残余的PVC引发剂(均为有机过氧化物)为主，没有大或者坚硬的颗粒，水量稳定，连续排放。废水中COD很高，有机过氧化物含量很高，其他有机物成分复杂但含量不高。主要抽测结果各成分含量见表2—1。表2—1污水主要成分指标含量指标含量PH11KCl(g／1)1．1EHP(g／1)2其它有机物(g／1)约1CNP(g／1)0．5COD(mg／1)6150NaCl(g／1)1．7BOD(mg／1)1125n第二章污水处理工艺设计内容和设计要求根据抽查后进行的质量分析，上游污水中COD99．73％可能性位于7000ppm以下、5000ppm以上区间内。BOD99．73％可能性位于2000ppm以下区间内。(8)污水流量：污水排放量极为稳定，每月24000立方，或每天800立方，每小时34立方，为计算方便并有一定的保险系数，后面的项目设计计算时一律按照40m3／h。2．3本项目设计所要达到的目标公司废水出口指标：CoD≤120(三级排放标准)。本项目的生产废水与生活废水经厂内改造后的废水处理达标后，经供排水管道排入市政管到网。2．4本项目设计、施工、运行中所遵循及参考的法律、法规和规范本项目设计、施工、运行中所遵循及参考相应国家法律、法规和标准包括《中华人民共和国水污染防治法》以及化学工业主要水污染物排放相关标准、污水综合排放标准等。其中GBl8918—2002规定了所排放的污水执行相应的国家行业标准，其它一切排放污水的行业一律执行本校准。在本标准颁布后，新增加国家行业水污染物排放标准的行业，执行新标准，具体参考表2--2和表2—3，表2—4．n第二章污水处理工艺设计内容和设计要求表2--2基本控制项目最高允许排放浓度(日均值)单位mg／L一级标准二级三级序号基本控制项目—_磊磊-—丽标准1化学需氧量(COD)50601001202生化需氧量(BOD5)102030603悬浮物(SS)102030504动植物油l35205石油类135156阴离子表面活性剂0．5l257总氮(以N计)1520一8氨氮(以N计)5(8)8(15)25(30)一9总磷(以P计)0．513510色度(稀释倍数30405011pH6-912粪大肠菌群数(个／L)103104一附注：A、下列情况下按去除率指标执行：当进水COD大：于350mg／L时，去除率应大于60％：BOO大于160mg／L时，去除率应人于50％。B、括号外数值为水温>12℃时的控制指标，括号内数值为水温≤120"C时的控制指标。烷基汞总镉总铬六价铬总砷不得检出0．010．10．050．17总铅0．1表2—4选择控制项目最高允许排放浓度(日均值)单位mg／L序号垄量笙型堕旦昼壅笪壁呈垄竖鳖型堕旦堡选焦———____-—————●__●--——______--__-____●-_——__l___--——●____-__-_______________-●————————————————————————————一一1总镍0．0523三氯乙烯0．32总铍0．00224四氯乙稀0．114n第二章污水处理工艺设计内容和设计要求2．5本项目之重点难点(1)本公司院内有8个旧水池(有的是废弃生产工艺所用，也有的是旧环保系统所用)，容积不等，需要尽可能利用；同时本项目资金有限，尽可能采用高效装置，减少占地面积，在满足环保技术改造要求的情况下，达到节约投资、降低成本的要求。(2)国内类似企业环保设施一般采用生物法处理，本项目也将生物法作为重点考虑对象，但本项目在目前国内同类企业属于气温最低地区，因此冬天生物法能否达到要求，环保设施正常运转，将是本项目一个特色。(3)工艺筛选和考虑本项目中，上游污水显碱性，pH高达11，如果采用生物法处理污水，细菌生存环境最适合pH=6．5—7，需要用到中和工艺，而且涉及到菌种的选取。n第二章污水处理工艺设计内容和设计要求2．6工艺筛选结果及初步工艺流程2．6．1工艺流程根据上述工艺流程及筛选结果，参考同类厂家污水处理工艺，初步制定了污水处理工艺，见图2—1。该工艺将在后面的计算过程中得到完善。选取理由：鉴于本项目上游污水没有大或坚硬的固体物质，所以筛网、格栅工艺不予考虑；废水中主要为有机物，而且EHP、CNP等有机过氧化物密度和水很接近，以乳化液形式存在，适于用隔油池，也适用于混凝，之后采用絮状沉淀以及气浮，使得部分COD和BOD被分离。图2_1本项目污水处理初步工艺路线图2．6．2工艺设计时将要参考和采用的国家及部门规范《GB50013—2006中华人民共和国国家标准·室外给水设计规范》《HJ2007-2010污水气浮处理工程技术规范》(HJ471-2009纺织印染工业废水治理工程技术规范》《CSCEl28：2001生物生物接触氧化法设计规程》2．7其他说明生物菌种主要包括好氧菌和厌氧菌，厌氧菌适用于N含量很高、氧气缺乏的状态，但厌氧菌生存条件苛刻，水温控制在38±1℃，PH在6．5—7，不适合工业化污水治理。好氧菌适用面宽泛，尤其适合控制条件不严格的设施，而且同类厂家均采用好氧菌处理污水，菌种已培养的非常成熟，适合购买。n第三章污水处理工艺设计3．1废水存储池计算上游厂家污水进入处理工艺时，应有一个缓冲设备，可以命名为废水存储池。一般来说存储池的体积要大一些。同时考虑到如果废水的PH值过高或者COD等指标过高，还要适当加水降低这些指标，同样必须加大废水池体积。根据质量管理原则和生产控制，出废水存储池的废水有99．73％可能性COD、<7000，若超过7000可补充新鲜水调整至7000以下，或在后续工序进行调节。考虑到上游厂家连续产出废水，多年来状况稳定，而且上游厂家已经有两个废水存储池，因此本项目选用一个较小的旧水池，容积150d，有效容积为lOOma，约为2．5小时存储量，不仅能够满足要求，而且恰好这个旧水池距离上游厂家很近。3．2混凝池计算过程废水经过存储池后，开始进入处理阶段，应根据废水的实际情况选择合适的预处理方法。废水中COD主要由乳化液产生，为了降低COD，减轻生化池负担，必须要将杂质尽可能去除。由于没有固体颗粒，混凝法是最好的选择。选取适当的混凝剂和混凝设备，将污水中相当部分的有机物在生化池前除去，是一项非常重要的任务。设计混凝工艺必须参照相关标准进行。3．2．1《GB50013-2006中华人民共和国国家标准·室外给水设计规范》中有关混凝部分规定[9]：表3-1：GB50013-2006中有关混凝部分规定条目内容第7．3．2条第7．3．3条第7．3．5条第7．3．7条凝聚剂和助凝剂品种的选择及其用量，应根据相似条件下的水厂运行经验或原水凝聚沉淀试验资料，结合当地药剂供应情况，通过技术经济比较确定。凝聚剂的投配方式可采用湿投或干投。当湿投时，凝聚剂的溶解应按用药量大小、凝聚剂性质，选用水力、机械或压缩空气等搅拌方式。凝聚剂投配的溶液浓度，可采用5—20％(按固体重量计算)投药应设瞬时指示的计量设备和稳定加注量措施n第三章污水处理工艺设计3．2．2常用污水处理用混凝剂介绍在工业应用中，混凝剂应具备成本低、溶解快、溶解度高等特点，在本项目中还应有破乳的作用，混凝剂分为无机混凝剂和有机混凝剂以及助凝剂等。常见的混凝剂见表3—2、表3—3和表3—4表3—2：常用的无机盐类混凝剂表3-3：常用有机合成高分子混凝剂及天然絮凝剂n第三章污水处理工艺设计表3-4：常用的助凝剂3．2．3混凝剂选取由于污水PH为碱性，易使用偏酸性药剂，不必使用石灰调节PH，同时从根据适用PH范围来看，FeSO。·7H20为适用的混凝剂。其他理由如下：(1)从成本考虑，FeSO。·7H：0价钱最低，通常在200一300元／吨之间。(2)FeS04·7心O具有还原性，能与废水中残存的有机过氧化物反应，从而降低废水的危险性，同时省掉加氯过程。另外废水中有大量乳化剂存在，FeS04·7H：0可以起到破乳作用，加速凝絮过程。综合考虑，FeSO。·7H。O最为合适，添加量可取10％或根据实际情况调整。鉴于FeSO。·7H20溶解度较大(20。C时硫酸亚铁的溶解度为26．39)u”，可以采用干投法，投放量在15-20％，可根据实际溶解情况略作调整。具体投料量在确定混和池形式、容量后选择过滤机时计算。3．2．4混凝池计算废水经过加药混合之后，进入絮凝池，也就是药剂与废水中的污染物发生反应，产生絮状沉淀的地方。有关混凝池计算同样应参考相关规范及文献。下表为GB50013—2006中有关絮凝部分规定：表3-5：规范GB50013—2006中与絮凝有关部分规定第7。4．12条第7．4．14条絮凝池型式的选择和絮凝时间的采用，应根据原水水质情况和相似条件下的运行经验或通过试验确定。设计机械絮凝池时应符合下列要求：n第三章污水处理工艺设计一、絮凝时间一般宜为15—20分钟二、池内一般设3-4挡搅拌机三、搅拌机的转速应根据浆板边缘处的线速度通过计算确定。在表3—5中第7．4．11条提倡絮凝池与沉淀池合建，鉴于本设计中沉淀下来的物质将由空气带到表面后除去，所以沉淀池取消，絮凝池由气浮池代替。很明显，按照规范混凝池理论体积至少为13．3m3。3．3混合池计算过程33．1混合池种类选取混合池的组成分为药剂混合设备和反应设备，表3-6为常用混合形式：表3-6：混合池搅拌形式水泵混合优点较多，可以采用。考虑到后面有曝气工艺，可以用空气搅拌代替水泵。论文《压缩空气搅拌与机械搅拌混凝的比较》表明压缩空气搅拌加药量可以少于机械搅拌，但沉降时间略长n2】。3．3．2混合池计算(1)混合池容积计算按照规范GB50013—2006机械搅拌混合池容积计算公式为：V：里(3—1)6Un其中：Q：设计流量m3／hT：混合时间minN：混合池个数规范建议混合时间为15—20分钟。n第三章污水处理工艺设计前面已提到废水流量Q=40m3／h，混合池个数为1，取T=20min，这样混合池有效容积V=40×20／60≈13．3m。。事实上，尽管规范中认为混合时间为15—20分钟比较合适，但本项目物料有其特殊性，由于废水中混有大量乳液，在与FeSO。·7H。0反应时，需要FeS04·7H：0溶解后才有破乳、氧化等现象，根据在实验室进行的小型模拟实验，一般在3个小时左右才会达到稳定情况，即FeSO。·7H：0含量稳定，不再变化，所以不能按照规范推荐的混合时间15—20分钟来设计混合池，应该至少为3小时，水池有效容积120m3。这样可选择一个200m3旧水池，池深3米，其中水深2米，有效容积133m3。(2)空气搅拌所需气量①空气搅拌气量计算前面提到采用空气搅拌，因此需要计算出所需气量才能选用合适的空气提供设备。空气搅拌所需要的气量，没有具体公式和规范，一般根据经验来确定，搅拌越剧烈硫酸亚铁溶解越快。规范《HJ471—2009纺织印染工业废水治理工程技术规范中》第6．3．2．4条建议：当调节池采用空气搅拌时，每lOOm3有效池容的气量宜按卜1．5m3／min设计Ⅱ射。但此条规范适用于调节池，用在混合池明显流量偏小。本设计中根据市场常见的空气搅拌设备说明书和论文《压缩空气搅拌与机械混凝搅拌的比较》进行计算，在实际生产中溶化药品时，所需空气量为装置的空气搅拌强度(搅拌用气与池水容积比)约为0．2m：3／min，本设计中混合池有效容积为133立方，所需空气流量为Q=133xo．2=27m3／min(常压)。②搅拌用空气搅拌器的布置搅拌用空气管内流量按5m／s考虑。如果采用曝气头会使空气均匀冒出，但考虑到空气搅拌虽然会加速硫酸亚铁的溶解，产生的絮凝有可能堵塞曝气头，而直管释放空气效果不能保证均匀，所以采用外购的专业空气搅拌机。一般来说，专业空气搅拌机有以下性能和要求：一是当废水池深度不超过4m时，可选用风压为50Kpa罗茨风机直吹机供气：二是每个装置的服务面积约为9m2左右；三是装置排列布置要求为均匀布置，通常为装置和装置中心间距约为3000mm，装置中心和池壁距离约1500--2000mm：筒体底部距池底距离约1500--2000nw：四是每个装置的耗气量约25--36nm3／h。Nm3／h是标准立方米／小时，它是在温度在24度，压力为1MPa时的流量；五是装置的空气搅拌强度(搅拌用气与池水容积比)约为0．7-0．8nm3／h；六是搅拌用空气管内流量按5m／s考虑。n第三章污水处理工艺设计本项目混合池有效容积133m3，有效深度2m，面积为s=譬66．5岔，长宽比例为2：1，长度为i1．5米，宽度为5．75米，这样共有：长度方向间隔：．115003-∞1。500xZ_．．9．．83≈3个，搅拌器个数为3+l=4个宽度方向以此类推，搅拌器个数应为2个，总数为n=8个。每个空气搅拌装置释放气量：P=兰嚣=鼍署=20．25nm3／h，是空气搅拌装置可以承受的，之所以略小于装置设定的25--36nm3／h，显然与装置排列较为紧密有关。装置排列布置：长度方向四个搅拌装置，互相间隔3米，最外侧两个搅拌装置距混合池内边缘1250n呲,n：宽度方向为两个搅拌装置，间距3000mm，各距混合池内边缘1375n1In，筒体底部距池底距离约为1500--2000rion。③主管及支管管径计算混合池上方设一根空气主管，分出8根支管通向空气搅拌装置，其中主管内空气流速5m／s，鉴于水深2米，管内空气压强应为0．13MPa。主管直径D=上羔=、fJ似∞27xx54×2。产．o．3m，其中：Q：混合池所需空气流量27m3／min；v：主管空气速度，5m／sP：主管空气压强0．13MPa各支管直径：≥o．1m混合池现场照片如下：n第三章污水处理工艺设计3．4气浮池选型及工艺计算3．4．1气浮池选型混合池絮凝后的沉淀物需要被清除，目前最佳方法就是沉淀物被空气带到表面，再经过排渣、过滤等处理，这种的方法被称为气浮法，设备为气浮池。气浮池种类主要有四种：电解气浮、叶轮气浮、加压溶气气浮和浅层气浮，具体说明及区别见下表：表3—7：(HJ2007-2010污水气浮处理工程技术规范》提供的气浮类型，污水处理常见气浮工艺特点及适用条件‘141本设计气浮工艺选用叶轮气浮技术，因为其简单可靠、成本低、流量合适。同时(HJ2007—2010污水气浮处理工程技术规范》第4．3条关于气浮工艺适合处理的污染物推荐：叶轮气浮可用于含较高浓度悬浮物及表面活性物质的工业废水的处理，符合本项目要求。3．4．2叶轮气浮工艺简介废水需要先经过预处理，然后抽入有曝气机的充气工序，污水由下而上流入，在充气段内借助曝气机产生的微气泡混合，曝气机通过一根空气管可以把上面的n第三章污水处理工艺设计空气抽到水下。曝气机的工作原理是水底的散气叶轮的高速转动会在水池底部形成真空区，通过空气输送管把空气输入到水底来填补真空，这样会在水底产生微气泡，微气泡会慢慢地上升到水面，在这个过程中氧气会溶解在水中。液体与气水混合物之间密度会产生差异，从而产生向上的浮力，把悬浮物带至水面以上。微气泡会在上浮时附着到悬浮物上，悬浮物借助气泡的浮力悬浮在水面上，然后用刮泥机不断地用清除上面的油泥。刮泥机在沿水平运动时，会把油泥从靠近气浮一边刮到油泥储存槽内，油泥储存槽设有水平螺旋推进器，可所收集的污泥送入集泥池中。经过混凝和气浮处理后的污水通过管道自流至下一级的生化处理工序。在曝气段沿气浮槽的底部会设置开放的回流管道，在池底会产生微气泡，曝气机会池底也会生成一个负压区，负压的作用会使废水从池底产生回流，再返回气浮段。这个设计过程可以保障40％左右的废水回到曝气段，并且当没有废水进入时这个工序仍可正常工作。涟童曩3一l：叶轮气浮工艺图3．4．3规范中应参照的叶轮气浮工艺工艺原则《HJ2007—2010污水气浮处理工程技术规范》为叶轮气浮的设计工作提供了参照原则，见表3—8：‘表3-8：气浮装置参照规范内容条目．一凼窒____-___，_-_____-_。__________-___-—●_________。。。。’。。。。’。。。。。●。。。●_。。。。_-。。。_。。’_。’。I-。。。。’’—。。。。——————————————一一第6．26．2气浮装置设计的一般规定条6．2．1气浮池应设溶气水接触室完成溶气水与原水的接触反应。6．4．11)叶轮气浮池的结构包括叶轮、吸气管、分离室、刮渣机等。叶轮气浮中叶．．一_I-_●__l●-●-____Il___l_-I-__--_●_-—_-__l●_●--__l_-_一n第三章污水处理工艺设计气浮工艺设计要点6．4．2叶轮气浮设计参数轮直径、转速，及吸气管安装位置是设计的关键。2)叶轮吸入气量应控制在合理的水平。3)叶轮与导向叶片的间距设计应当准确。1)叶轮直径D=200～400mm，最大不应超过600n[Il'n；2)叶轮转速∞=9001500r／min，圆周线速度u=lO～15m／s；3)叶轮与导向叶片的间距应调整在小于7"--8ram；5)气浮池应为方形，单边尺寸不大于叶轮直径的6倍。3．4．4叶轮气浮池工艺计算按照规范，应先设定叶轮直径和叶轮圆周速度：假设叶轮直径D=200mm，也就是0．2m。叶轮圆周速度暂定为u=13m／s。(1)叶轮转速60(叶轮转速，r／min)，按下面公式计算：60--警兰等1242r／min，符合规范中第6．4．2条叶轮转速u=900～1500r／min要求。(2)气浮池总容积W(m3)计算W=QtQ其中：Q=40m3／h；t=20—25min，本设计取值25min；Q一系数，一般为1．1～1．2，本设计取值1．2W=I．2×40／60×25=20m3，大于混凝所需的13．3In3，符合要求。(3)气浮池总面积F(m2)计算：①水静压头H计算：水静压头H=兰巾，其中巾为压力系数，其值等于0．240．3，在此取值0．2；u为叶轮圆周速度，u=13m／s。g：9．8N／Kg，重力加速度，运算时g=lOⅣ：O生：o．2旦：1．69肼292x10②气浮池工作水深h(m)计算力=导=等=2．4历，符合规范2—2．5m要求③气浮池总面积计算F=W／h：2,0-8．4m2(4)气浮池数(或叶轮数)计算：叶轮气浮池边长1=6D=6×0．2=1．2m，其中D为叶轮直径，取值0．2m气浮池为正方形，所以气浮池面积f=12=(6D)2=1．22=1．44mn气浮池数(或叶轮数)n=F／f=8．44／1．44=6个；n第三章污水处理工艺设计(5)叶轮功率计算①吸入的气水混合量q(L／s)计算O．31其中B——曝气系数，根据试验确定，一般可取0．30；n——叶轮数。②叶轮所需功率计算．Ⅳ：pHq：!：!兰!：!竺兰!：箜：0．16脚10勿102x0．2根据以上计算结果寻找气浮池供应商。(6)刮渣机选型与计算刮渣机应该是叶轮气浮设备部件之一，主要采用桥式刮渣机，由气浮池供应商提供。板框过滤机选型如下：气浮产生的悬浮物交由板框过滤机处理，设计时需要选出合适的机型。首先进行气浮产生的污泥量计算：气浮池污水流量40m3／h，铁盐絮凝剂添加量为lO-lOOmg／1，考虑到本项目污水COD较高，按照类似项目可超出最大添加量1倍。因此FeSO。·7H20添加量定位200mg／1计算，并假设最坏情况为硫酸亚铁全部沉淀：添加量^IF刚．7}I矿Q×C=200／1000×40×1000=20009=80009／h其中：Q：污水流量，40m3／h；c：FeSO。·7I-I：0浓度，200mg／1产生的Fe(oH)。沉淀量为m=警=磊罴×(56+17×3)=30799／h其中nl：FeSO。分子量；n2：FeSO。·7H20分子量每天产生量=24m≈3．1×24=74Kg／天在考虑到淤泥含水量为96％，也就是说淤泥产生量为3．I／0．04=77．5Kg／h，即1．86t／d。其次进行板框过滤机选型计算：用于经浓缩的污泥进一步脱水，以减少体积，便于运输和后续处理。一般可使污泥含水率96％左右降低至60％’85％。其体积减少至原来的1／6—1／10。选择板框过滤机，主要是因为技术成熟，结构简单，操作方便，同时价格不高，在污水处理中广泛应用。通过计算来选择板框过滤机型号，可以在《化工原理》中找到计算方法，相应的文献也很多，但需要的参数较多也比较复杂，很多需要试验来确认。在本设计中，采用杭州兴源过滤机公司提供的简便算法，该方法已在实践中得到大量应用，效果良好。所需数据：污泥含水率：96％：滤饼含水率：75％；污泥体积：每天污泥处理量为1．86吨(含水96％)，可认为密度接近1，体积近似n第三章污水处理工艺设计．———=———_二——————————————————————————————————————————一认为2m3。最后是过滤面积计算：s：三罢堕堕竺竺：丝一21．33m2，选型为过滤面积25m2。一(1一儇7F5)×15下表为兴源过滤机各型号及相应参数．耋!二竺：堕型鲞塑垫鲨塑查堡坌望堡堡里鲨垫垫查釜鍪．．系列过滤面滤板付虑室面滤饼厚过滤压整机尺寸(长度)整机质型号积(m2)数!垫!墼!壁!鏖!竺!塑!坚堕!!竺!量!堕———————————————————————————_————_————_———●_————————_—————————————————一XAMSL6990301．021251264XAMSL813120101716012212001525240301．02365137030I．0301．0301．0XAMSL1829270301．026051476284515823085168533251794XAMSL20i!兰皇旦!!!：旦i!皇!．—旦____l_ll__________—_-__-l_-———————————一刮渣机本身带有污泥收集装置，可直接连接板框过滤机。每天处理一次污泥，处理后的污泥可送至威立雅等专业工厂。气浮池现场照片如下：3．5调节池气浮后污水PH在9—11之间，生化池好氧细菌在PH为6．5—7之间才能发挥最大作用，所以需要调节PH至微酸性。可配置0．1mol／L硫酸溶液2000L置于衬胶容器中，根据实际情况加入PH调节池，经过调节后污水PH在6·5—7之间。同n第三章污水处理工艺设计时调节池用于调整水量，一旦气浮工艺不能满足要求，COD过高(>4000)应补充相应水量。按照惯例，调节池需要储存24小时废水。但本项目中污水流量非常稳定，另外规范(HJ471-2009纺织印染工业废水治理工程技术规范》中第6．3．2．1条建议：调节池的有效容积宜按平均小时流量的6-12h水量设计。如果按照12小时水量计算，调节池有效容积为40×12=480m3，恰好旧水池中有容积为600m3的旧水池，可以直接利用。本项目中，调节池就是调节PH值及补水作用，混合很快，不必加搅拌装置。调节池现场照片如下：3．6生化池工艺及计算生物接触氧化池部分设计是本设计的重点。3．6。1生物接触氧化法工艺特点与其他污水处理技术相比较，生物接触氧化法具有以下优点：一是处理的BOD负荷较高高，MLSS量大，相比较处理效率较高，还对负荷的急剧变动具有较强的适应性；二是污水处理的时间短，在处理水量相同时，需要的装置设备小，可占用较小的面积；四是其维护管理方便，没有污泥回流，也不存在活性污泥法中所容易造成的污泥膨胀；四是易于培菌驯化，在停运较长时间后，再运转时生物膜恢复比较快；五是剩余的污泥量少。但是生物接触氧化法也存在一定不足：一是填料上的生物膜量要视BOD负荷而有所变化，BOD负荷高，其生物膜数量就多，反之亦然，所以不能借助于运转条件的变化来任意调节生物量以及装置的效能；二是生物膜量随负荷变化而变化，若负荷量过高，会使生物膜过厚，就容易于堵塞填料，因此需要有负荷界限并且有必要的防堵塞措施：三是会大量产生后生动物，若生物膜瞬时大块脱落，n第三章污水处理工艺设计将会影响处理水的水质；四是组合状的接触填料会影响到均匀地曝气与搅拌。虽然生物接触氧化法有一定的缺点，但优点突出，非常适合本项目，所以决定选用。3．6．2生物接触氧化法工艺说明生物接触氧化法是以生物滤池技术为基础发展起来的，微生物是以生物膜状态附着在填料上，另外有少量絮体或破碎生物膜悬浮于污水中。在生物接触氧化池中的生物膜重量一般介于6．2一14克／升之间，而在活性污泥法中一般在2—3克／升左右。从微生物的活性角度比较，生物膜的活性比悬浮状微生物要大，而且前者的耗氧率比活性污泥法要高。所以，在生物接触氧化法中，生物膜主要承担有机物转化的功能。生物接触氧化是活性污泥法与生物滤池复合的处理方法，在曝气池中设有填料，由人工曝气、微生物部分固着、部分悬浮，具有下列特点：一是填料的比表面积大，氧化池内充氧条件好，氧化池内单位容积的生物量高于活性污泥法曝气池及生物滤池，所以它的容积负荷较高的；二是因为相当一部分微生物附着长在填料表面，所以不需要设置污泥回流系统，不存在污泥膨胀的问题；三是池内生物固着量较多、水流是完全混合型，因此对水质和水量的骤变具有很强的适用能力；四是由于污泥浓度高，在有机容积负荷高时，它的F／M可以保持在一定水平，污泥量远低于活性污泥法。生物接触氧化法与生物滤池、活性污泥法主要运行参数的比较见表3—10表3—10三种生物处理工艺主要运行参数的比较3．6．3接触氧化法中的生物相特征(1)细菌，在生物接触氧化法中常见的细菌主要包括三种。游离菌，其大多数是体型较小的杆状菌，部分是比较大型且自身又能运动的螺旋菌类，一般在挂膜培菌初期存在。茵胶团，它们是低等的细菌组成的胶粘物，具有良好的吸附能力，能够对被吸附的有机污染物进行分解利用，使其无机化，多半呈垂丝状或呈蘑菇状。丝状菌，主要是由低等细菌结合的高等细菌，属于真菌球衣细菌，在生物膜n第三章污水处理工艺设计中起着重要作用。通常它们的菌丝体较长，呈乱发状。它的繁殖与废水的硝化功能有着密切关系，在生物接触氧化法中，它的繁殖不仅不会造成活性污泥法中的污泥膨胀，更会使出水水质变好。(2)真菌生物膜技术中的真菌主要指镰刀霉菌、地霉菌以及各类酵母菌等，它对某些人工合成的有机污染物具有良好的降解能力。(3)原生动物在正常运行和生物膜的降解能力较好时，生物相中占多数的原生动物主要以固着性的纤毛虫居多，如小口钟虫、钟虫、盖纤虫等，有时为游泳性的纤毛虫。其中钟虫、等枝虫和盖纤虫可以预示接触氧化系统运转的好坏，当钟虫、等枝虫突然减少，丝状菌稀少、菌胶团结构较为松散，而游泳性纤毛虫与钟虫大量出现时，则出水水质将变差。(4)后生动物在生物接触氧化工艺中，轮虫、红斑瓢体虫、线虫等以食死肉为主的生物，能够软化生物膜，加速生物膜脱落，起到保持生物膜的活性优良和净化能力。如果轮虫等后生动物数量居多且活跃，则处理以后出水的水质会好。3．6．4生物接触氧化池构造生物接触氧化池由池体、滤料、布水装置和曝气系统等几部分组成。图3—2是几种常用布置形式。一般填料高度为3m，分3层安装，填料上层水深0．5m，填料下部0．5’1．5m。图3-2：生物接触氧化池构造3．6．5生物接触氧化池填料填料水力学特性及要求n7‘。载体填料的水力学特性主要包括填料的空隙率、比表面积、形状尺寸和填充率等。空隙率会直接影响污水的停留时间和生物膜的量，一般空隙率越高，则氧化池的阻力也越小，所需用填料少，造价就低，空隙率过高还会导致其机械强度和比表面积变小。比表面积将会影响氧化池的单位池容生物膜量，比表面积越大，则对溶解性物质和悬浮物就越有较好的处理效果，但也会增大水流的阻力，能量消耗大，一般比表面积应控制在一至数个100m2／m330n第三章污水处理工艺设计之间。雷诺数会影响生物膜的更新，它与空隙率成正比，而与比表面积成反比。另外影响填料成本的因素主要是材质、填料厚度等，工业应用中经济条件必须要与填料的生物膜特性以及水力学特性等相结合。3．6．6生物接触氧化池计算(1)计算标准本设计中生物接触氧化池计算采用标准((CSCEl28：2001生物接触氧化法设计规程》，见表3一10。表3—11：CSCEl28：2001中关于物接触氧化法设计的规范n8条目内容第3．1．1条第3．1．2条第3．1．3条第3．1．4条第3．1．5条第3．1．6条生物接触氧化池每个(格)平面形状宜采用矩形，沿水流方向池长不宜大于lOm。其长宽比宜采用1：2-1：1。有效而积不宜大于lOOm2。生物接触氧化池由下至上应包括构造层、填料层、稳水层和超高。生物接触氧化池进水端宜设导流槽，其宽度不宜小于0．8m。导流槽与生物接触氧化池应采用导流墙分隔。生物接触氧化池应在填料下方满平面均匀曝气。当采用穿孔管曝气时，每根穿孔管的水平长度不宜大于5m：水平误差每根不宜大于±2mm，全池不宜大于±3mm。生物接触氧化池应设集水槽均匀出水。集水槽过堰负荷宜为2．O一3．OL／(S·m)。(2)计算方法规范要求生物接触氧化池一般不少于2个。下面按照规范要求及参考书籍《水处理工程师手册》，相关计算方法及公式见表3-11。表3—12：生物接触氧化池计算方法n第三章污水处理工艺设计(3)计算过程现状：根据其他同类厂家实际情况及小试结论，混合池前污水指标：COD≤7000，BOD：COD≈-O．3：1；气浮池后：COD≤4000，BOD：COD≈O．5：1生化池后：COD≤150，BOD：COD≈O．1：1现用不同方法计算，结果如下：①利用有效容积(填料体积)计算公式V=O(So-S。)／N,其中O=800m3／d有的计算中Q还需乘以日变化系数(1-1．2)，在本设计中，Q值非常稳定，所以日变化系数为1。S。：进水BOD最大值，4000mg／1se：出水BOD最大值，15mg／1N。：容积去除负荷，《水处理工程师手册》上建议取卜3Kg／(m3．d)，在《CSCEl28：2001生物生物接触氧化法设计规程》中，建议计算公式N。=0．2881Sea7翳6本项目中：N。=0．2881Se&72幸6=o．2881×15n翻6=2．05Kg／(in3·d)正好是《水处理工程师手册》建议值(1-3Kg／(m3·d))的中间值，所以在本设计中，取值N。=2Kg／(m3·d)。计算V=O(So-S。)／N。=800×(2000—15)／(2x1000)=794m3n第三章污水处理工艺设计也就是说生物接触氧化池总有效容积为794m3②利用小型excel专用软件计算计算过程及结果见下表3-13表3一13：小型excel专用软件计算氧化池参数污水处理生物接触氧化法计处公式设计流量(m3／d)O800日变化系数KZ1．2设计水温(度)T20最大流量Omax9601、进水水质(mg／L)BOD=2000COD4000SS0NH4一N=0TN0TPO2、出水水质(mg／L)BOD=15C01)150SS0NH。一N=0TN0TP03、有效容积V(填料体积)设容积去除负荷Nv=2kgCOD／m3．dNv取值：城市污水3．0～6．0：印染废水1．5～3．0V=Qmax*(SI-$2)／Nv*1000=952．803m4、总面积F取填料层总高度H=2m(一般H=3m)2F=V／H=476．40m5、每格池面积f设格数n=2f=F／n=238．20m一般f≤25m2，n≥2取池宽B=3m池长L=f／B=79．4mn第三章污水处理工艺设计6、接触时间校核T=24*n*f*H／Qmax=23．82h7、池体总尺寸取超高h。=O．5m(一般hl=O．5"-0．6m)填料上水深h2=0．5m(一般h2：0．4～O．5m)填料层间隙高h3=0m(一般h3=O．2"--0．3m)m(不进入检修h4=O．5m，进入检修配水区高度h4=O．5h4=1．5m)填料层数m=6池总高3．5mHO=H+hl+h2+(1Ir1)h3+h4=池总容积VO=n*f*HO=1667．4m3有效容积V0_952．80m3和其他方法算出的有效容积794m3计算结果相近。为确保生产需要，生化池取值i000矗’，本设计中准备利用三个正方形旧水池，它们的有效容积均可以可以达到500m3，串联使用，若有一个生化池出现问题，另外两个也可以满足要求，按照表3一13计算结果，其中填料层数6层，每层高度0．2m，层间无间隙。接触时间校核：t=v／Q=1500／40×24=900h>2h，符合要求③生化池面积计算按照池深2m计算，生化池面积为1500／2：750m2根据规范要求，生化池应至少为2个，可以为圆形、长方形和正方形，其中正方形最节省面积。本项目中共3个生化池，面积均为250m2；三个水池边长均为16×16m，这样确认的有效体积：16×16×2×3=1536m3④生化池总高度计算超高Hl=O．5m，填料上水深H：=O．4m，配水区高度H。=O．5m，总高度：2+0．5+0．4+0．5=3．4m3．6．7生化池填料选取及计算(1)部分常用填料介绍部分常用填料规格见表3一14和表3一15表3-14：蜂窝型玻璃钢填料规格n第三章污水处理工艺设计一__--_--_I__lll__●●--__●I_____l___-____-1940。420．220898．4700X500X5’200<100253l_330．215898．7800×800×230．100—2003224f260．213998．91000×500X5’900200—3003623‘250．211099．1800×500×200300—400表3—15：纤维软填料规格l————————————————————————————————————————一型号项目—i—百■—i—、■—i—1r纤维束长度／mm80100120140160180束间距高／cm304050607080安装fD3足E／mm6080100120140160纤维束量／(米／m3)925939062000i157729488单位密度／(kg／m3)14’168．5’lO6’73．5’43’3．52．5’3成膜后密度／(kg／m3)26613778584532孔隙率／％>99理论比表面积／1118869544273288422701584Lm／里：．一l—-●-__-_ll—I-—-l—__-__ll__-——————————————一。(2)填料选型根据市场上及其它类似设计，生化池各种填料特性见下表3—16：耋!二!!：．生燮丝氢垡鲨至旦基型叁垫二堕耋．——l—_--—--—Il—ll--—__l—●——●——————————————一填料名称材质规格／姗挂膜比表面积23／(m／m)空隙率／％炉渣、沸石一D20—80较易60—20048—60塑料球聚乙烯、聚丙烯(I)25，①50较易236—40084—90蜂窝填料玻璃钢泰聚氯乙D20-36较易100--20098--99软性纤维纤维长120一维纶160易1400--2400>90填料束距60—80l—————————————————————————————————————一35n第三章污水处理工艺设计从表3—16中可以分析得出，软性纤维填料具有以下特点n引：在中空纤维的表面生长的生物膜浓度高，会影响污水和填料的接触效率：空气经过纤维中空体后，并经微孔膜渗出后，会在其表面生成一层极薄的气膜，当气膜厚度达到一定程度，就以气泡形式从其表面退掉，再慢慢地从水槽表面散发到大气中去；一般中空纤维束的微孔孔径直径约0．1um，在中空纤维没入水时，不会产生堵塞问题；另外一般软性纤维填料价格比较便宜。综上所述，本项目适宜使用软性纤维填料。(3)软性纤维填料选择及布置图3-3为常见软性纤维填料样式：野摊壤l；葺聚湾(4)软性纤维填料选择图3-3：纤维填料样式卜一蝰穗戆蝴液嗽；l|一斛、萋}瓣纛会薤簿一疆瓣一闹瓣擞闹濑if一一警n第三章污水处理工艺设计其中A1、Bl、C1属于高密度填料，鉴于本项目中COD、BOD浓度都很高，所以应尽量在有限空间内处理更多的废水，为此选择Al型填料。(5)软性纤维填料布置《室外排水设计规范GB50014—2006))中对生物接触氧化池填料做了以下规定：第6．9．6条生物接触氧化池中的填料可采用全池布置(底部进水，进气)、两侧布置(中心进气，底部进水)或单侧布置(侧部进气、上部进水)，填料应分层安装；第6．9．8条宜根据生物接触氧化池填料的布置形式布置曝气装置，底部全池曝气时，气水比宜为8：1。在本项目中，为提高填料利用率，采用全池布置(底部进水，进气)。3．6．8鼓风曝气量计算好氧菌生物氧化池需要依靠大量氧气才能生存和繁殖，为此需要对氧化池进行曝气鼓风。鼓风量的计算没有国家标准，一般来说不同的设计院和厂家有自己的经验计算标准。下面利用常见的经验公式对本项目氧化池进行鼓风量的计算。(1)气水比经验计算法鼓风曝气量一般按照气水比10-15计算，本设计中污水流量为40m3／h，3个氧化池，曝气量为最大为40×3X15／60=30m3／min，考虑到使用了高密度填料，生物膜密度很大，所以这个曝气量计算结果显然偏低。这与本项目污水COD等含量太高有关。(2)需氧量法经验计算按去除1公斤BOD需1．5公斤0。、1公斤COD需要1公斤0。计算每小时BOD去除量为2000ppmX40m3／1000=80kgBOD／h37n第三章污水处理工艺设计需氧气：80×1．5=120k90：每小时COD去除量为4000ppmX40m3／l000=160kgBOD／h需氧气：160×l=160k902空气中氧的重量为：0．233kgOJkg空气，则需空气量为：(160+120)kgO：÷0．233OJkg空气=1202kg空气空气的密度为1．293kg／m3则空气体积为：1202kg+1．293kg／m3=930m微孑L曝气头的氧利用率为20％，则实际需空气量为：930m3．'--0．2：78m3／min(3)按单位池面积曝气强度计算曝气强度一般为10—20m3／m2／h，取最小值，曝气强度为15m3／d／h接触氧化池面积共为：768m2则空气量为：768×15=11520m3／h=192m3／min(4)按照论文对鼓风曝气量校核计算心0|：根据汤利华论文《鼓风曝气空气量计算方法的改进》，计算曝气空气量公式为：仃：箜一一一u旷静一P器，式中：o为体积修正系数；毛为饱和溶解氧含量计算系数；妒为曝气池表面单位容积的空气含氧量，kg／m3；t为气泡在曝气池中平均停留时间，S．体积修正系数o①体积修正系数参数确定曝气池表面体积为G的空气通过曝气池时，体积就会发生变化，体积的变化主要有压力的变化和氧的转移。一般情况下，可不考虑氧的转移引起的气体体积的变化。以。表示空气从水深H处上升到曝气池表面的平均体积与同质量的空气在曝气池表面体积比，根据理想气体状态方程，可导出卑．尸+9800H仃=———J—一In—‘———————一9800／／卑其中：P。：标准大气压1．013X105PaH：曝气器位于水下的深度m设曝气器出口位于水下2m，则：1．0135X105．1．01仃=一In一9800×23X105+9800X21．013×105②饱和溶解氧含量系数毛计算=0．914n第三章污水处理工艺设计毛=56．27×m／ko其中：m=24．04L，标准大气压下lmol气体的体积；ko=4．18×i04，20。C时亨利系数所以毛=56．27×24．04／(4．18×104)=0．032③曝气池表面容积单位空气含氧量由计算：9与温度和曝气池表面的压力有关，根据理想气体状态方程，可导出妒的计算式nD=8．1×10～×———二_生—一9+273．15其中0为温度，20℃，6p=8．1x10-'×墨：8．1×10一·×!!!型：o．288+2731520+273．15④氧传质系数K。根据论文数据，20'C时，KL。∞，=2．5×10叫m／sE、其他数据曝气器出口气泡直径d：0．002m气泡停留时间：2m水深，t≈lOs参数C：2mg／1Q=0．8B=O．951=12．4×0．07=O．868⑤实际需氧量计算BOD：2000mg／1近似全部消除，按照每小时40m3／h计，BOD去除量80Kg／h，R=a×80+bcda：系数取0．5，b：系数取0．1C：污泥质量浓度，2000ppmd：容积1536m3R=O．5×80+0．1×2000／1000×l536=347Kg／h=O．097Kg／S⑥曝气量最终计算：月3砸0．097×专⋯纠s_144m㈨O．95×20其中：．6×0．00025×0．9×0．95×0．914×0．022×10Ⅳ=‘··_-__--___-__-I-_-__·_-__·-______________-·_·。-____。‘__-_。。·一0．895×0．002结论小于单位池面积曝气强度计算结论192m3／min，大于其它几种算法。空气流速过大容易破坏生物膜，过小则不能提供足够的氧气，因此可以采用中间值144m：’／min作为生化池曝气水量标准，生产时根据实际情况进行调整。39n第三章污水处理工艺设计⑦鼓风机选择本设计中有两处需要使用空气：混合池和生化池，保险系数取1．1，总共需要气量：U=(Q+R)X1．1=(27+144)×1．1=188m3／min，其中：R：氧化池总曝气量，144m3／min；Q：混合池搅拌用空气量，27m：3／min因此可选用规格200m3／rain的鼓风机。3．6．9布气装置氧化池曝气看上去和混合池曝气没有区别，但实际上区别很大。对混合池来说，气量越大混合能力越强；对于氧化池来说，适当的气量及空气流速，可以给好氧菌的繁殖带来好的条件，曝气更讲究均匀，应采用专用的、适合氧化池的布气装置。(1)布气装置选择在采用好氧生物来处理污水时，大多数利用微生物处理水体中的有机污染物，为使微生物具有充足的氧源，使其生物活性达到最理想，曝气装置的供氧是关键，如曝气管、曝气器等。如果产生的气泡细多，说明氧的利用率就高：但是这样会使阻力增加，从而使动力成本升高。因此，很难做到气泡细、阻力小两者的统一。在实例中有一些可以参考的数据，例如每平米有曝气头9个、4个、2个等等，或每3平米1个。下表3—18是某厂曝气器规格和设计参数：表3-18：某厂曝气器规格和设计参数≯黼⋯质搿旒黔≯箝警本项目中利用该厂曝气器进行主要设计：n第三章污水处理工艺设计①由于曝气池水深较浅(2米)，可选用巾315型二节双螺旋曝气器。②每个曝气器服务面积：巾315型双螺旋为3-6m"／个，本设计中定为，4m2／个。③每个曝气器需气量为0．5-1．3米3／分，曝气器阻力随空气量而变化，不大于250毫米水柱。在本设计中，三个生化池共有768m3，因此共有768／4：192个曝气器，每个曝气器供气144／192=0．75m3／min，符合设备自身要求。每个生化池有192／3=64个曝气器。(2)空气管设计为联成环网，可以做成三根主管，管间有相当于支管直径的细管和阀门连接，这样易于管理。每根支管设二个曝气器，并设有阀门，便于调节空气量。空气管设计流速：干管为10—15米／秒，支管为5米／秒。干管直径Dl=怯d焉而-J丽岽羔而一o．23朋可选用10寸管。其中：R：氧化池曝气流量，144m3／min；v：干管空气10—15米／秒P：鼓风机空气压强，1．3atm三个生化池共有192个曝气器，有192／2=96根支管，支管直径：觑：，／．一一竺坐一：0．04所Y96X60X15X3014×1．3(3)为避免活性污泥沉积以致造成堵塞管道，应在在配气管尾端增加一个弯头，安装时在管顶端朝池底方向预留一个小孔，以便排出沉积杂质。鼓风机风压很显然选择下表第一行，可选用带0．5m导流筒型号设备。选择内容见表3—19。表3-19：某厂曝气器选用标准可选用鼓风机的风压(毫米水柱)．，水深(m)——备注无导流筒带0．5米导流筒带1．0米导流筒4．045004．550005．055006．065007．075008．085003000350040004500550065007500可选巾315型或中420型二节双螺旋曝气器41∞踮知钙的∞阳踟n第三章污水处理工艺设计(4)曝气器和空气管道安装的一般要求曝气器的安装一般应符合以下规定：一是曝气器池底安装时应稳固且方便，可预埋钢板与支架进行固定，或者用打膨胀螺栓和支架直接固定：二是安装空气管道应保持水平，在沿池壁或池底铺设时应采用支架固定；三是水深小于3．0米时，应考滤曝气器顶端用钢件与其他曝气器相互拉往固定，以防止曝气器运行产生松动；四是采取有效措施防止淤泥沉淀，以免引起管道堵塞。(5)其他设计说明在本设计中采用三个生化池串联，分别为1。、24、3。，其中1。、28出口带有回流管路，最大回流比40％，14回流管路通往调节池，1。回流管路通往14生化池入口附近。若调节池出口水质符合要求(COD(4000ppm)，3。生化池出口不符合要求(COD)150ppm)，则分别检验14、2#氧化池出口水质，打开不合格氧化池回流管路，直至34生化池出口水质符合要求。另外鉴于生物接触氧化工艺产生的污泥很少，绝大多数可能沉淀物已在气浮池除去，同时生化池采用的是旧池，所以不再设计集水沟和排泥装置。生化池现场照片：3．7阳光板在本项目的应用在同行业生物法污水处理项目中，本项目处于最北端。天津气候特点与北京相似，属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季明显。年平均气温12摄氏度左右，通常将11～3月视为冬季，期间晴天日数约占45％，多云阴雪天约占46％，雾天约占9％。近年来天津冬季平均气温一2．4"C，极端最低气温恰恰出现在北辰(本项目所在地)，为一17．1"C。冬季低温给生物接触氧化法处理污水带来很大麻烦。污水在各池停留时间很长，进入生化池时基本上是环境温度，尽管好氧菌生存温度很宽，而且好氧菌n第三章污水处理工艺设计处理污水属于放热反应，但在冬天仍然会被冻死，不再起到处理污水的作用，而在其它同类厂家尤其是南方厂家没有这种问题。为此本项目采用阳光板技术，阳光板由聚碳酸酯板或聚碳酸脂板制成，普遍用在各种建筑采光屋顶和室内装饰装修；火车站和航空港等大厅及过街天桥；汽车站、轮渡码头等公共服务设施的顶盖；天窗、地窖、拱形屋顶及商场顶棚；旅游、游艺场合奇怪装潢及休息廊厅；透光隔热及隔音屏障路牌广告、灯箱广告及展现展览部署。最大用途是农业大棚，与本项目很有相似之处。比u阳光板产品具有的特性：一是节能性：相比其他普通玻璃和塑料阳光板的热导率(K值)更低，其隔热效果比类似材质高7％一25％，其中PC阳光板的隔热最高达4905；二是温度适应性：一般PC板在零下40度时不会冷脆，在125度时不会软化，其力学和机械性能随温度等无明显变化：三是透光性，一般阳光板的透光率可最高达到89％，和玻璃透光性类似；四是抗撞击性，阳光板和玻璃相比撞击强度要强的多，一般是普通玻璃撞击强度的250—300倍是钢化玻璃撞击强度的2—20倍；五是重量很轻，一般阳光板比重约为玻璃的1／2，可以节约安装和框架支撑成本。另外，阳光板还具有阻燃性、可弯曲性和隔音性等优点，根据北方温室使用经验，外界环境温度与室内温差可达到20。C，因此除非外界环境温度低于一IO。C，不用采取其他措施。若外界环境温度低于一IO。C，可通入少量蒸汽，就能保障细菌的存活∞1。在本项目中阳光板装置在每年10月下旬安装，每年3月上旬拆除入库。阳光板现场照片：43n第三章污水处理工艺设计———二———————————————————————————————————————————————一3．8本项目设备一览表详见表3—20．耋!：!!：奎堡旦垫垫堡鱼——名称一塑整塑量查鏊窒塑!竺!!鱼鎏．———————————————————————————-————————————————_———-——————————————一废水收集池m6X6X41100钢筋混凝土混合池Ill11．5X5．75X3调节池m生化池ill鼓风机混合池布气装置生化池填料板框过滤机20×8×416×16×4套，150KPa，200m3／h空气搅拌器套1334801536台1过滤面积25钢筋混凝土n第四章项目运行阶段总结该项目于2010年6月投产，由于菌种在同行业厂家培养，可直接应用于本项目，大大减少了培菌阶段和调试阶段。下面将对生产工艺和数据进行总结，来检验设计是否成功，是否达到了处理污水的要求。4．1项目运行正常后需要重点监控的工艺指标4．1．1生化池温度温度：任何一种细菌都有一个最适生长温度，随温度上升，细菌生长加速，但有一个最低和最高生长温度范围，一般为10—450C，适宜温度为15—350C，此范围内温度变化对运行影响不大。冬天有阳光板，而且好氧菌处理污水是放热反应，即使在冬天一般污水温度保持在2卜30oC之问。4．1．2调节池及生化池PH一般PH为6．5—7。超过上述规定值时，应加酸碱调节。4．1．3营养物生化池营养物添加比例为C：N：P=100：5：1。4．1．4溶解氧一般供氧多有利于有机物的降解。当进水溶解氧较高时，则生物降解速度快，溶解氧迅速减少，是出水溶解氧不会很多。当进水溶解氧较低时，则生物降解速度慢，溶解氧消耗少，出水仍有少量溶解氧。溶解氧与处理水质、水温有关，一般在3—6毫克／升。三个生化池曝气量应该不同，通过DO值进行调节。4．2存在的问题及解决方法根据其他厂家的实际运行情况，我们编制了操作规程，其中有生化池可能存在问题及解决方法，详见表4—1。表4-1：生化池可能存在问题及解决方法45n第四章项目运行阶段总结4．3生产中需要分析的项目4．3．1COD分析Ⅲ1取样地点：废水存储池、调节池出口、34生化池出口采用快速消解分光光度法，方法来源和依据：{GBll914--89水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》分析原理：试样中加入已知量的重铬酸钾溶液，在强硫酸介质中，以硫酸银为催化剂，经高温消解后，用分光光度法测定COD值。分析频率：一次／每班(八小时)。4．3．2DO分析∞1取样地点：三个生化池采用采用溶解氧(DO)水质自动分析仪，方法来源和依据：((HJ／T99—2003溶解氧(D0)水质自动分析仪技术要求》。分析频率：四次／每班(八小时)。4．3．3BOD分析幢副采用五日生化需氧量(BOD5)的测定：稀释与接种法，方法来源和依据：《HJ505--2009五日生化需氧量(BOD5)的测定稀释与接种法》分析原理：生化需氧量是指在规定的条件下，微生物分解水中的某些可氧化的物质，特别是分解有机物的生物化学过程消耗的溶解氧。通常情况下是指水样充满完全密闭的溶解氧瓶中，在(20±1)℃的暗处培养5d±4h或(2+5)d_4h(先在0～4。C的暗处培养2d，接着在(20±1)℃的暗处培养5d，即培养(2+5)d)，分别测定培养前后水样中溶解氧的质量浓度，由培养前后溶解氧的质量浓度之差，计算每升样品消耗的溶解氧量，以BOD5形式表示。n第四章项目运行阶段总结若样品中的有机物含量较多，BOD5的质量浓度大于6mg／L，样品需适当稀释后测定；对不含或含微生物少的工业废水，如酸性废水、碱性废水、高温废水、冷冻保存的废水或经过氯化处理等的废水，在测定BOD5时应进行接种，以引进能分解废水中有机物的微生物。当废水中存在难以被一般生活污水中的微生物以正常的速度降解的有机物或含有剧毒物质时，应将驯化后的微生物引入水样中进行接种。分析频率：一次／每月。4．3．4PH值分析瞳73取样地点：废水存储池、混合池、调节池出口及生化池。采用PH计，方法来源和依据：(GB6920---1986水质pH值的测定玻璃电极法》分析频率：八次／每班(八小时)。4．3．5氮磷含量分析汹3取样地点：生化池1#进口和3#出口。采用自动分析仪，方法来源和依据：{GB／T22923—2008肥料中氮、磷、钾的自动分析仪测定法》。分析频率：一次／每班。4．3．6有机过氧化物含量分析取样地点：生化池l#进口和3#出口。采用化学分析，方法来源和依据：本厂质量文件。414污水处理工艺数据分析本项目是否成功以生化池最终出口COD含量(是否<150ppm)为准，目前生产上还没有出现过生化池最终出口COD含量超标情况。下面以质量管理工具来检验污水处理工艺是否处于可控状态。整个流程污水理论停留时间(即污水从上游部门排放至本工艺处理完毕)：∑s刀_塑±!!!±!!±塑±!墅：56．7ht／／P2己．刀．2—————————_：：———————一2．40其中ni：工艺中各池的有效容积m3实际上调节池水量一般不会达到480m3，但是从质量管理角度说，上游厂家来的废水既然是连续的，可以默认短时间内上游废水含量相差不大，因此生化池最终出口废水COD含量也是连续变化且相差不大。可以认为出口污水数据对应7个班次以前的进口污水数据瞄⋯。47n第四章项目运行阶段总结下面是随机选取的污水COD含量数据，每组第一列为废水存储池COD含量平均值，均为十天内随机抽取的15个数据计算而成㈣1，记为Cl。再分别于这15个数据取样时间56小时后，再分别第二列为生化池最终出口污水COD含量平均值。每一个废水存储池COD含量平均值均为随机抽取的15个数据计算而成。这15个数据取样时间56小时后的生化池最终出口COD数据为一组，求得平均值，记为C2。C1和相对应的C2各有10个数据，除直接看结果外，利用散点图法和回归法得出结论，判断本项目是否成功。数据详见表4—2表4-2：工艺运行入口与出13COD平均值4．4．1由散点图判断C1、C2之间关系详见图4-1：图4—1：工艺运行入口COD平均值与出13COD平均值关系之散点图图中横坐标是上游厂家污水COD含量(ppm)，纵坐标是生化池最终出口污水48n第四章项目运行阶段总结COD含量(ppm)。从图上可看出，随着c1的提高，C2总体上也有增高趋势。4．4．2求C1、C2相关系数利用excel数据分析工具，求得相关系数r=O．41，根据相关系数判断两组数据是否关系密切，可以查相应的相关系数检验表。一共10组数据，在0．95水平上临界值0．632，显然r1．57，同样证明Cl、C2间关系不显著。以上数据证明，该工艺对于上游厂家污水有着很强的处理能力，主要影响因素应该与外界温度、补充营养、曝气效率等有关，而与上游污水含量关系不大，对于生产有着足够的弹性。4．5运用肖式法判断可控状态下是否有数据间的其他关系表4—2第三组数据(6539，99)在散点图上很突出，需要数据分析来判断，是否超出某个范围后，入口COD对出口COD有显著影响。在这里采用肖氏判断法∞2。：C2平均值：77．3，求得0=10．3，因此有Y=O．6745×10．3：6．95，(99-77．3)／6．95=3．12，经查肖氏判断表，大于临界值(为2．91)，所以第三组数据(6539，99)确实与众不同，可以认为该数据是在生产不正常情况下获得，不宜作为正常数据，可以去掉。该数据产生原因待查。去掉第三组数据后重新做散点图：图4—2：工艺运行入口COD平均值与出口COD平均值关系之散点图(去掉原第三组数据)图中横坐标是上游厂家污水COD含量(ppm)，纵坐标是生化池最终出口污水COD含量(ppm)。从图上可看出，与前一个图不同的是随着c1的提高，c2处于n第四章项目运行阶段总结无序状态。(1)求C1、C2相关系数利用excel数据分析工具，重新求得相关系数r=0．15，说明cl、c2基本处于不相关状态。(2)求两组数据的回归方程利用excel数据分析工具，求得回归方程Y(C2)=0．0026X(C1)+59．5，方差F=0．17，同样证明c1、c2间关系很不显著。通过以上数据判断，该污水处理工艺在污水存储池COD<6500时，生产弹性非常大，有足够的能力处理污水。COD>6500时，有可能处理能力会随着入口COD增加而降低，这需要进一步数据的确认。而且第三组数据虽然较为突出，但距离120ppm仍然很远，可以推断出即使COD=7000，也不会造成污水处理不合格，更何况COD=7000这种情况属于极小概率事件，可认为正常情况下不会发生。n第五章结论第五章结论天津二化污水处理工艺的设计工艺是在比较了各种环保污水处理工艺的基础上，根据本厂上游污水实际情况，最终采用了混凝、气浮、生物接触氧化的处理工艺。该工艺工艺管理简便，运行可靠，污泥量极少，而且最大程度地利用了厂区内原有的旧水池，大大降低了投资，同时降低了运行费用。考虑到北方冬天气温低影响生物存活的缺点，采用阳光板提高生物接触氧化池水温，保证了寒冷条件下污水处理工艺的正常运行。混凝气浮产生的污泥经浓缩脱水后运至专业处理公司，整个工艺的环保特性得以体现。其后通过对污水处理生产数据，运用SPC手段进行分析，证明污水处理工艺处于可控状态下运行，处理后的污水指标完全符合国家规范及地方环保机构要求，并具有相当的操作弹性，可以认为本项目工艺设计成功，完全达到了预期目的。以后的工作就是稳定生产，在保障污水处理水平的基础上降低成本，节能降耗。51n参考文献[1]中华人民共和国水利部，2008年水资源公报，北京：中国水利水电出版社，2009—1[2]赵庆良等，水污染控制工程，北京：化学工业出版社，2005．卜3[3]唐爱印等，水处理工程师手册，北京：化学工业出版社，2000．86—409[4]郑俊等，曝气生物滤池处理新技术，北京：化学工业出版社，2002．1-14[5]刘雨等，生物膜法污水处理技术，北京：中国建筑工业出版社，1999．143—148[6]刘炳娟，TiO：光催化氧化技术在水处理中的应用，邯郸职业技术学院学报2007，20(3)：52—54[7]赵玉军，高级氧化技术Fenton法在污水处理工艺中的现状及其应用进展，天津化工，2010，24(5)：55—58；[8]国家环境保护总局、国家质量监督检验检疫总局，GBl8918—2002，中华人民共和国国家标准，北京：中国环境科学出版社，2002[9]中华人民共和国建设部，GB50013—2006，中华人民共和国国家标准，北京：中国计划出版社，2006[10]严莲荷主编，水处理药剂及配方，北京：中国石化出版社，2004．卜40，457—476[11]刘光启主编，化学化工物性数据(无机卷)，北京：化学工业出版社，2002．391—437[12]张海丰等，压缩空气搅拌与机械搅拌混凝的比较，工业用水与废水，2004，25(5)：5l一53[13]中华人民共和国国家环境保护部，HJ47卜2009，中华人民共和国环境保护行业标准，北京：中国环境科学出版社，2009[14]中华人民共和国国家环境保护部，HJ2007-2010，中华人民共和国环境保护行业标准，北京：中国环境科学出版社，2010[15]贾秋平等，CAF涡凹气浮——生物接触氧化法在制革废水处理中的应用，环境保护科学，2003，29(2)：20—22[16]何圣龙，简述生物接触氧化法的特点与应用，建筑与发展，2009年第8期，256—257[17]崔玉川，城市污水厂处理设施计算，北京：化学工业出版社，2004．300—309[18]中国建设工程标准化协会，CSCEl28：2001，中国建设工程标准化协会标准，北京：中国标准出版社，2001[19]唐传祥，软性纤维填料生物接触氧化法处理高浓度有机工业污水，化工给排水设计，1990，03(6)：1—7[203汤丽华，鼓风曝气空气量计算方法的改进，沈阳建筑大学学报，2008，24(6)，1052—1054[21]郑文华，聚碳酸酯(PC)阳光板的发展，职业圈，2007，60(8)，170—171[22]韩德效，浅谈阳光板应用及造价分析，机场工程，2007，1：46—48[233水和废水监测分析方法委员会，水和废水监测分析方法，北京：中国环境科学出版社，2002．200—232[24]中华人民共和国国家技术监督局，GBll914--89，中华人民共和国国家标准，北京：中国环境科学出版社，2007[25]中华人民共和国国家环境保护总局，HJ／T99—2003，中华人民共和国环境保护行业标准．北京：中国环境科学出版社，2003n参考文献[26]中华人民共和国国家环境保护总局，HJ505—2009，中华人民共和国环境保护行业标准，北京：中国环境科学出版社，2009[27]中华人民共和国国家环境保护总局，GB6920--1986，中华人民共和国国家标准，北京：中国环境科学出版社，1986[28]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会，GB／T22923-2008，北京：中国环境科学出版社，2008[29]张公绪，质量工程师手册，北京：企业管理出版社，2002．300—306[30]六西格玛统计分析常用工具手册委员会，六西格玛统计分析常用工具手册，北京：中国标准出版社，2006．168—175[31]胡亮杨大锦编著，Excel与化学化工试验数据处理，北京：化学工业出版社，2004．179—19l[32]江体乾，化工数据处理，北京：化学工业出版社，1984．160—16353n附采附录n致谢致谢本论文的工作是在我的导师王宏智教授的悉心指导下完成的，王教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我很大的帮助和影响。在论文的写作过程中，每当有疑问时，王教授总能够不厌其烦的教导我，在论文初稿完成之际，王教授百忙之中抽出宝贵时间对我的论文进行批改，对我论文的结构、写作重点及注意事项等提出了很多宝贵的建议，帮助我顺利完成了论文的指导和写作，王老师严谨的治学之风和孜孜不倦的钻研精神给我树立的很好的学习榜样，王教授的教诲和指导我将永远铭记在心，在这里我衷心感谢王宏智教授对我的关心和指导。其次，我要深深的感谢我的导师刘振江老师，在论文的选题、搜集资料和写作阶段给了我很大的指导和帮助，对论文的数据分析和工程设计提供了很多宝贵的建议，刘老师谦虚谨慎的学习精神给我留下了深刻的印象。还要感谢党修湖老师和班主任王瑞初老师在我三年的学习阶段和论文写作阶段给予我的深切关怀和热心的指导帮助。在论文的设计和写作阶段天津市第二化工厂赵圆奎工程师给我提供了很大的帮助，在这里深深感谢天津市第二化工厂的各位朋友对我的帮助和支持。最后，我要感谢参与论文评审和答辩的各位老师，他们对我的学习研究成果提供了宝贵的建议，让我能够明确今后的发展方向，他们对我的帮助是我一生宝贵的财富。