氯丁橡胶生产废水处理工程设计 72页

2018届硕士学位论文氯丁橡胶生产废水处理工程设计作者姓名杨郁娟指导教师李日强副教授学科专业环境工程研究方向废水处理培养单位环境与资源学院学习年限2016年9月至2018年6月二〇一八年六月nn山西大学2018届硕士学位论文氯丁橡胶生产废水处理工程设计作者姓名杨郁娟指导教师李日强副教授学科专业环境工程研究方向废水处理培养单位环境与资源学院学习年限2016年9月至2018年6月二〇一八年六月nThesisforMaster’sdegree,ShanxiUniversity,2018EngineeringDesignontheTreantmentofNeoprenerubberwastewaterStudentNameYu-juanYangSupervisorA.P.Ri-qiangLiEnvironmentalMajorEngineeringSpecialtyWastewaterTreatmentDepartmentCollegeofEnvironmental&ResourceSciencesResearchDuration2016.09-2018.06June,2018n目录中文摘要........................................................................................................................IABSTRACT...........................................................................................................................III第一章绪论.............................................................................................................................11.1氯丁橡胶....................................................................................................................11.1.1氯丁橡胶性能及应用领域...........................................................................11.1.2氯丁橡胶市场供应情况...............................................................................21.1.3我国对海外氯丁橡胶的反倾销政策...........................................................31.2氯丁橡胶生产废水...................................................................................................41.2.1氯丁橡胶废水的来源和成分.......................................................................41.2.2氯丁橡胶废水的危害...................................................................................41.2.3氯丁橡胶废水处理现状...............................................................................41.3主要处理单元在废水处理方面应用......................................................................81.3.1SBR活性污泥法............................................................................................81.3.2臭氧氧化法....................................................................................................91.4研究目的、意义.......................................................................................................91.5研究内容..................................................................................................................10第二章工程概况....................................................................................................................112.1设计依据、原则和范围..........................................................................................112.1.1设计依据.......................................................................................................112.1.2设计原则.......................................................................................................112.1.3设计范围.......................................................................................................112.2设计基础资料..........................................................................................................11第三章工艺方案...................................................................................................................133.1各处理单元工艺确定.............................................................................................133.1.1生化处理单元..............................................................................................133.1.2混凝沉淀单元..............................................................................................133.1.3深度处理单元..............................................................................................153.2工艺流程说明.........................................................................................................16第四章工程设计...................................................................................................................19n4.1处理构、建筑物主要参数及设备选型................................................................194.1.1水质调节池..................................................................................................194.1.2SBR反应池...................................................................................................204.1.3折板反应池..................................................................................................214.1.4斜管沉淀池..................................................................................................224.1.5多介质过滤..................................................................................................234.1.6臭氧接触反应池..........................................................................................244.1.7污泥浓缩池..................................................................................................254.1.8污泥脱水间..................................................................................................254.1.9加药间..........................................................................................................264.1.10风机房........................................................................................................264.1.11综合楼..........................................................................................................274.2总图布置..................................................................................................................274.2.1总图布置原则..............................................................................................274.2.2总图布置方案..............................................................................................274.3高程布置..................................................................................................................274.4自控设计...................................................................................................................284.4.1仪表设计......................................................................................................284.4.2控制方法......................................................................................................284.5安全卫生与环保设计.............................................................................................28第五章工程投资估算..........................................................................................................295.1估算依据..................................................................................................................295.2工程总投资.............................................................................................................295.3处理成本估算.........................................................................................................295.3.1动力费..........................................................................................................295.3.2药剂费..........................................................................................................295.3.3工资福利......................................................................................................305.3.4折旧费..........................................................................................................305.3.5检修维修费..................................................................................................305.3.6其他费用......................................................................................................30n结论..........................................................................................................................................32参考文献.................................................................................................................................33攻读学位期间取得的研究成果............................................................................................36致谢.....................................................................................................................................37个人简况及联系方式............................................................................................................38承诺书.....................................................................................................................................39学位论文使用授权声明........................................................................................................40nnContentsChinseAbstract........................................................................................................................IAbstract..................................................................................................................................IIIChapter1LiteratureReview.................................................................................................11.1Neoprene.....................................................................................................................11.1.1Propertiesandapplicationsofneoprene........................................................11.1.2Productionandconsumptionofneoprene.....................................................21.1.3Anti-dumpingPolicyonoverseaschloroprenerubber.................................31.2Neopreneproductionwastewater..............................................................................41.2.1Thesourceandcompositionofneoprenewastewater..................................41.2.2Thedangerofneoprenewastewater..............................................................41.2.3Treatmentofneoprenerubberwastewater.....................................................41.3Applicationofmainprocessingunitwastewatertreatment.....................................81.3.1SBR..................................................................................................................81.3.2Ozoneoxidation..............................................................................................91.4Thegoalandpurposeofresearch..............................................................................91.5Researchcontent.......................................................................................................10Chapter2Projectoverview..................................................................................................112.1Designbasisandscope..............................................................................................112.1.1Designbasis....................................................................................................112.1.2Designprinciples............................................................................................112.1.3Designrange...................................................................................................112.2Basicdatafordesign.................................................................................................11Chapter3Technologicaldesign..........................................................................................133.1Determinationoftreatmentprocess........................................................................133.1.1Biochemicalprocessingunit.........................................................................133.1.2Coagulationprecipitationunit......................................................................133.1.3Advancedprocessingunit.............................................................................153.2Processflow..............................................................................................................16Chapter4Engineeringdesign.............................................................................................19n4.1Parametersandequipmentselectionoftreatmentstructure..................................194.1.1Waterqualityadjustmentpool......................................................................194.1.2SBRreactioncell...........................................................................................204.1.3Foldingplaterectionpool.............................................................................214.1.4Inclinedpipesedimentationtank.................................................................224.1.5Multi-mediafiltration...................................................................................234.1.6Ozonecontactreactor...................................................................................244.1.7Sludgethickenintank....................................................................................254.1.8Sludgedehydrationroom..............................................................................254.1.9Dosingroom..................................................................................................264.1.10Fanroon.......................................................................................................264.1.11Complexbuilding.........................................................................................274.2Generallayout...........................................................................................................274.2.1Theprinciplesofgenerallayout...................................................................274.2.2Thedeterminationofgenerallayout............................................................274.3Heightlayout.............................................................................................................274.4self-controlleddesign...............................................................................................284.4.1Instrumentdesign..........................................................................................284.4.2Controlmethod..............................................................................................284.5Safety,healthandenvironmentalprotectiondesign................................................28Chapter5Estimateofprojectinvestment......................................................................295.1Estimatedbasis.........................................................................................................295.2Totalprojectinvestment...........................................................................................295.3Operatingcosts.........................................................................................................295.3.1Powerfee.......................................................................................................295.3.2Pharmaceuticalcosts.....................................................................................295.3.3Wagesandbenefits........................................................................................305.3.4Depreciationexpense....................................................................................305.3.5Maintenanceandrepaircosts.......................................................................305.3.6Otherfee........................................................................................................30nConclusion..............................................................................................................................32References...............................................................................................................................33Researchachievements.........................................................................................................36Ackonwledgment...................................................................................................................37Personalprofiles....................................................................................................................38Letterofcommitment...........................................................................................................39Authorizationstatement.......................................................................................................40nn中文摘要氯丁橡胶是合成橡胶，是一种弹性体、回弹性佳，具有耐油性、耐候性、压缩变形低、阻燃性、耐化学品腐蚀等特性，这些卓越的性能使氯丁橡胶制品在许多领域得到广泛应用。在我国，生产氯丁橡胶大多采用电石法，生产过程中会产生大量毒性大、浓度高、含有害物质的废水，该废水污染严重、处理难度极大。本文针对山西某氯丁橡胶生产企业的废水特点和企业的实际情况，结合本课题组先前对氯丁橡胶生产废水的处理研究，对其废水处理系统进行了工程设计。根据进水水质及出水要求，本处理工程采用的工艺流程为水质调节池—SBR反应池—折板絮凝池—斜管沉淀池—多介质过滤器—臭氧氧化处理。设计处理规模为31500m/d。根据相关技术规范和设计手册对水质调节池、SBR反应池、折板絮凝池、斜管沉淀池、臭氧氧化池进行了工艺、建筑、自动控制的设计，并绘制了工艺图，同时进行了运行成本分析和工程投资估算。该废水处理系统的总工程投资是522.61万元，运行成本是2.03元/吨。该设计工艺具有技术先进、运行稳定、易于操作、管理方便等优点，具有重要的实践意义和推广价值。关键词：氯丁橡胶；工业废水；SBR；废水处理；工程设计ⅠnIInABSTRACTNeopreneisasyntheticrubberthatisanelastomer.Therubberhasgoodresilience,oilresistance,weatherresistance,lowcompressiondeformation,flameretardancy,andchemicalresistance.Therefore,neopreneproductsarewidelyusedinmanyfields.InChina,mostoftheproductionofneoprenerubberusesthecalciumcarbidemethod.Intheproductionprocess,alargeamountofwastewaterwithlargetoxicity,highconcentration,andharmfulsubstanceswillbegenerated.Thewastewaterisseriouslypollutedanddifficulttohandle.CombiningthewastewatercharacteristicsofacertainneoprenerubberproductionenterpriseinShanxiProvinceandtheactualsituationofthecompany,basedonpreviousstudyonthetreatmentofneoprenerubberwastewaterbytheresearchgroup,thispapercarriedoutengineeringdesignforthewastewatertreatmentsystem.Accordingtotheinfluentwaterqualityandwaterrequirements,theprocessusedinthistreatmentprojectiswaterqualityadjustmenttank—SBRreactiontank—foldingplateflocculationtank—obliquepipesedimentationtank—multimediafilter—ozoneoxidationtreatment.Thedesignprocessing3scaleis1500m/d.Thisdesigngivesthedesignoftheprocess,building,automaticcontrol,andinstrumentcontrol.Buildingsincludewaterqualitycontroltanks,SBRreactiontanks,flapflocculationtanks,customsedimentationtanks,ozonecontactoxidationtanks.Atthesametime,theprocessdiagramwasdrawnandtheoperationcostandinvestmentestimationwereperformed.Project'sinvestmentestimationis5.2261millionyuan.Theoperationcostis2.03yuanforeachtonofwastewater.Thedesignprocesshastheadvantagesofadvancedtechnology,stableoperation,easyoperationandconvenientmanagement,andhasimportantpracticalsignificanceandpromotionvalue.IIInKeywords:Wastewatertreatment;Neoprene;Industrialwastewater;SBR;EngineeringdesignIVn第一章绪论第一章绪论1.1氯丁橡胶1.1.1氯丁橡胶性能及应用领域氯丁橡胶是一种合成橡胶，1931年杜邦（Dupont）公司在全球范围内首次研发获得。它是一种多功能的弹性体，具有很多特性，比如中等耐油性和耐候性（紫外线、臭氧）、抗弯曲龟裂性好、压缩变形低以及压缩后的回弹性佳，此外该产品还具有耐化学品腐蚀、耐磨损等特性。经几十年的研究与发展，氯丁橡胶品种不断丰富，性能也不断增强。基于这些，氯丁橡胶在全球的应用范围变得更加广泛。氯丁橡胶（CR）单体的化学成分是2-氯-1,3-丁二烯，氯丁橡胶由氯丁二烯单体聚合而成或氯丁二烯和其他单体共聚形成，因此，该橡胶与其他合成橡胶、天然橡胶相比结晶性较高。在密度方面，由于氯丁橡胶中含有氯原子，因此其他橡胶并不具有优势。氯丁橡胶的良好性能主要体现在以下几方面。耐候性体现在电线、电缆的使用周期长达20-30年，广义上，耐候性还包括耐紫外线、耐沙蚀风蚀、耐热耐寒、耐水侵[1]蚀等特点。耐燃性是由于氯元素的存在，氯原子本身具有优异的阻燃性，因此该产品具有隔离火源（自行熄火）的特点，作为耐燃输送带和电缆护套等原料非常合适。压缩变形性小是氯丁橡胶的一个特殊功能，可以用来制作密封垫圈、垫片、垫板等。根据氯丁橡胶的用途可以将其分为五类，分别是G型的通用型氯丁橡胶，W型[2]的通用型氯丁橡胶，粘合用氯丁橡胶，氯丁胶乳，特殊用途氯丁橡胶。氯丁橡胶还可以与其他天然橡胶、合成树脂等以一定比例配合使用，制得具有特殊用途的复合[3]材料。®®骆瑞静对德国朗盛公司氯丁橡胶商品（Baypren）进行了详细的介绍。Baypren是朗盛公司旗下生产的氯丁胶注册商品名。朗盛公司是全球有名的氯丁橡胶供应商。据骆瑞静等分析，该公司生产的氯丁橡胶系列产品在橡胶工业、电缆工业、粘合剂制造、乳胶加工中使用广泛。其中，橡胶工业（包括电缆工业）约占73%，粘合剂占17%，乳胶工业占10%。西欧橡胶工业则将其细分为，软管占29%，模压制品占[4]25%、电缆占14%、异型材占7%、传送带占3%、其他14%。工业软管中使用氯丁橡胶材料的主要是高压和极高压水管、中低压编织管、原油运输管、浮动管、输送管、刹车管等。电线电缆行业有提升运输和搬运系统电缆，矿山地下或地上重载的电缆，用于焊接的电缆，动力、控制电缆。V-带和传送带的1n氯丁橡胶生产废水处理工程设计产品有包装V带、多口V带、齿形带。此外该商品还可用于汽车行业，比如汽车和工程工业中的控制及驱动带。印刷、造纸工业中辊棒的覆盖层、各类容器和皮艇的防水油布、机动车辆上的隔膜以及安全袋、防潮服和潜水服中的海绵层、管道系统[5]的防腐内衬和屋顶遮雨板均使用了氯丁橡胶。在建筑行业中，该弹性体也发挥了自己的优势。日本福冈SeahawkHotel在建设时，希望酒店窗户具有抵御台风、地震、盐腐蚀等恶劣环境的特点，经广泛搜集资料，最后选用氯丁橡胶制成的Dialock垫圈，该垫圈不需要进行后期维护。澳大利亚悉尼的格里布岛大桥在建设时，内导块、偏差器垫板、套管及桥梁稳定支柱中使用6吨氯丁橡胶。这些实例验证了氯丁橡胶卓越的耐候性。1.1.2氯丁橡胶市场供应情况截止2015年，全球范围内的氯丁橡胶的供应商主要有美国杜邦-陶氏弹性体化学公司、日本电气化学公司、日本ShowaDenkoKK公司、日本Tosoh公司、德国朗盛公司、中国重庆长寿化工有限公司、中国山西合成橡胶集团有限责任公司、中国山纳合成橡胶有限责任公司、亚美尼亚Erevang公司。2015年全球氯丁橡胶总生产能力为40.8万吨。截止2015年12月底，我国氯丁橡胶的生产能力为8.3万吨，约占世界氯丁橡胶总生产能力的20.34%。2015年的世界氯丁橡胶统计消费量约为35.0万吨，其中亚太地区使用比例最大，约占49%，西欧地区和北美地区的消耗量持平，前者大约占23.1%，后者大约占20.5%，预计2020年全球的总需求量将达到40.0万[6]吨。本文统计了2014-2017年初成形状的氯丁二烯橡胶（胶乳除外）、氯丁胶乳、氯丁二烯橡胶板、片、带全年的进出口量，如下图1.1所示。从图中可以看出，2014-2017年这三种产品的进口量均大于出口量，其中氯丁二烯橡胶的进口量是出口量的4倍以上，最大时是9倍。氯丁胶乳的进口量是出口量的两倍以上，最高时达94.8倍。氯丁二烯橡胶板、片、带的进口量是出口量的10.5倍以上，最高时达48倍。由此可知，我国国内生产的氯丁橡胶可以满足国内的部分需求，出口量较少，但不能够完全满足，还需要进口国外产品。2n第一章绪论图1.1初形氯丁橡胶、氯丁二烯胶乳、氯丁二烯板片带的进出口量据2017年橡胶科技网报道，日本国内氯丁橡胶生产商认为全球氯丁橡胶供给情势不容乐观。主要表现在日本供应商只能满足本国对氯丁橡胶的需求，对于海外的供货要求无法满足。除产量不足外，氯丁橡胶的市场需求不断增加也是造成氯丁橡胶供应不足的原因。对氯丁橡胶的新需求主要是来自医疗手套和软管。医疗手套是因为天然橡胶中含有蛋白质会出现过敏现象，影响使用效果。氯丁橡胶软管则是因为建筑行业的复兴，[7]出现设备生产快速恢复趋势，对软管需求增大。目前增加产量可以缓解供应紧张问题，但由于氯丁橡胶的生产成本较高，在短时间内无法实现增产。不过阿朗新科公司正扩建其在德国的Dormagen工厂，预计产能增加到7万吨/年，该产品预计在2019年上半年进行销售。氯丁橡胶属于该公司的高性能弹性体业务部门，用于生产电缆护套、输送带、传送带、潜水服以及胶粘剂，这些产品均具有高耐候性、耐紫外线性、耐油性。1.1.3我国对海外氯丁橡胶的反倾销政策2005年5月，商务部决定对原产于日本、欧盟、美国的氯丁橡胶征收反倾销税。[8]其中朗盛（德国）责任有限公司（LANXESSDeutschlandGmbH）的税率为11%。2010年，原产于日本的氯丁橡胶倾销量增大，我国商务部对日本相关企业做出了税率调整。2011年，我国决定继续对上述三个国家征收反倾销税，为期5年。2012年，重庆长寿化工有限责任公司和山西合成橡胶集团有限公司为代表申请对进口于日本3n氯丁橡胶生产废水处理工程设计[9]的氯丁橡胶倾销幅度进行期中审核。2017年5月10日起，商务部发布公告，对原[10]产于日本、美国和欧盟的进口氯丁橡胶继续征收反倾销税，为期5年。而这一政策的持续实行说明，如果终止反倾销措施，原产于日本、美国和欧盟的进口氯丁橡胶对中国的倾销可能继续或再度发生，对中国国内产业造成的损害可能继续或再度发生。1.2氯丁橡胶生产废水氯丁橡胶由于其卓越的性能可以应用在很多领域。在其生产过程中产生的废水成分复杂，有害物质较多。下面就氯丁橡胶废水的特点、成分和危害进行阐述。1.2.1氯丁橡胶废水的来源和成分氯丁橡胶的生产工艺有电石乙炔法和丁二烯法两种。而我国主要是使用电石乙炔法进行氯丁橡胶的生产。废水主要来源是单体车间和聚合车间。氯丁橡胶工业废水是以乙炔发生器、乙烯基乙炔（MVA）合成液滴分离器及水洗塔、氯丁二烯（CD）合成盐水洗涤塔、高聚物分离器、氯丁二烯合成尾气吸收塔、甲苯回收塔、尾气冷[11]凝器、乳胶Ⅰ、Ⅱ级分离器和鳌合树脂等各工段的混和外排水为主。在生产过程中废水并不是连续排放的，存在某些车间进行停产检修的情况。除检修外，废水大部分呈酸性。因此，废水的水质并不稳定，pH的变化范围是2.0—11.5。废水的颜色通常呈棕褐色，也有乳白色。氯丁橡胶废水中含有大量的有机化合物、无机盐和氯化物，其表面经常漂浮着高聚物，这些物质具有易燃和粘结性，不溶于[12]水。1.2.2氯丁橡胶废水的危害[13]氯丁橡胶废水中含大量氯代有机物、乙醛、乙炔、苯、铜等，这些成分一般难以处理。其中的代表成分是氯代有机化合物。氯代物大多具有致癌、致崎、致突变效应，而且大多氯代化合物具有高挥发性和类脂物可溶性，因此会对人体皮肤和粘[14]膜等造成伤害。除氯代有机化合物外，还有其他复杂的成分。该废水若不经处理进行排放会对自然环境造成污染。邹立海等在2011年曾对重庆市长寿区某氯丁橡胶厂氯丁二烯无组织排放情况进行了解，使用地面浓度反推法计算，发现每生产一吨[15]氯丁橡胶会无组织排放2.43千克氯丁二烯。1.2.3氯丁橡胶废水处理现状截止到2015年，我国目前处于运行状态的氯丁橡胶厂有中国重庆长寿化工有限公司、中国山橡集团有限公司、中国山纳合成橡胶有限公司。因此氯丁橡胶废水的4n第一章绪论研究样品大多取于这部分地区。他们的实际运行情况和处理效果具有很大的借鉴意义。1.2.3.1工业废水的处理方法工业废水的处理方法有很多种，按照处理原理划分，可以分为这几类，物理法、[16]化学法、生物处理法、物理化学法。一般工业废水在进行处理前会对废水进行水量水质调节，该操作是为了减少废水的水量波动对后续构筑物处理效果的影响。有机物的负荷变化也不利于废水的有效处理，调节池能对水中的有机物负荷起缓冲作用。起调节作用的构筑物有均质池、均量池、均化池、事故池。物理法主要是靠隔滤、离心作用和澄清法来达到去除污染物的目的。格栅和筛网一般在废水生化处理之前使用，起筛滤截留的作用。过滤是指颗粒物与滤料接触、吸附被截留下来，最后通过反冲洗操作将污染物从滤料表面除去。根据过滤速度的不同，可以分为快滤池、慢滤池和高速滤池。离心方法是通过离心力的作用将悬浮物甩出，也能起到去除污染物的作用。主要设备有离心机和水力旋流器。使用澄清法进行废水处理的构筑物有沉砂池、沉淀池和隔油池。沉砂池的作用是去除一些密度较大的砂粒等，避免这些物质对泵和管道造成损害。沉淀池则是依靠重力作用去除水中的悬浮物。隔油池是适合处理含大量油类的废水。有时候也可以将隔油池和沉淀池合并建造，将沉淀池上方放置撇油装置。化学方法包括中和法、化学沉淀法、氧化还原法等。化学沉淀法的原理是加入的药剂与水中溶解的污染物质进行反应，生成难溶的固体，从而将污染物从水体中除去。氧化还原法是对生物法和其他方法无法去除的物质进行处理，比如说COD、色、嗅、硫离子、铁离子、铜离子等。氧化还原法又分为药剂氧化法、药剂还原法、催[17]化氧化法、光催化氧化法、微电解法等。催化氧化法中使用最多的是过氧化氢氧2+化法。过氢化氢和Fe离子结合形成的Fenton试剂，具有极强的氧化能力，能够有效去除一些有机物。Fenton试剂在工业废水中的使用也比较广泛，一般用来处理难降解有机废水。光催化氧化反应是光照射在半导体表面产生空穴和光生电子，空穴[18]具有氧化能力，而光生电子具有还原能力。目前使用较多的催化剂是TiO2，它的催化活性强于ZnO、WO3等催化剂。最后一种方法是微电解法。该方法主要是利用Fe屑和焦炭作为处理材料，该反应中涉及到氧化还原、絮凝、点沉积等综合方法。该方法对染料废水具有明显的处理效果。物理化学方法包括混凝法、浮选法、吸附法、离子交换法、膜分离技术。其中混5n氯丁橡胶生产废水处理工程设计凝澄清法在实际工程中使用较多，应用广泛。该方法可以降低废水中的浊度、色度，还能够去除有害污染物。混凝法可以和其他处理单元进行工艺组合，也能够单独使用。混凝剂的投加作用主要是胶粒的脱稳和凝聚。生物法有活性污泥法、生物膜法和生物接触法。活性污泥法是目前使用最广泛的废水处理方法。该方法可以从废水中去除可生物降解有机物，也可以吸附一些物质达到去除效果。1.2.3.2氯丁橡胶废水的处理工艺该部分主要介绍氯丁橡胶工业废水的生化处理和深度处理。生化处理是指利用活性污泥中大量的微生物对废水中的污染物进行降解的过程。活性污泥中的微生物具有种类丰富，个体微小、比表面积大、代谢速度快等特点，能够适应不同行业的工业废水。该方法一般包括好氧、厌氧两大类。本课题组曾使用SBR法处理氯丁橡胶废水，出水效果很好。除SBR法外，也有很多研究者对氯丁橡胶废水处理做了研究。[19]北京化工研究院环保所生化组曾进行过混凝-生物接触氧化塔组合工艺进行氯丁橡胶废水的处理。其中使用电石渣溶液浓度为0.2%时，取得的混凝效果最好。作者认为预处理后的废水对活性污泥中的微生物的抑制作用比未处理前减弱，废水容易进行生化处理。[20]李雅忠等运用水解-好氧工艺进行废水处理，其中水解酸化池主要作用是转化难降解大分子物质，同时也能去除掉一部分有机物。好氧工艺采用的是接触氧化池。[21]刘洋等运用电解法进行氯丁橡胶废水预处理，采用的是Fe/Al双金属协助电解，并且探讨了pH、电解时间等因素对电解效果是否有影响以及影响程度。最后得2出的结论是pH=7、电解时间60min、电流密度为0.5A/cm时，处理效果最好，COD去除率可达77.7%。[22]张胜等采用铁屑进行微电解-生化组合，废水经铁屑电解处理后，进入水解酸化池，然后进行厌氧-好氧处理。水解酸化池的出水更适合进行生化处理，COD的去除率达97.6%。[23]宋祖汇等分析了曝气池（方案一）和生物转盘-曝气池串联的二级生化处理（方案二），得到结果方案一（曝气6小时）与方案二（曝气两小时+生物转盘停留15分钟）处理效果相同，且方案一占地面积小、易于管理维修。其中有机毒物的处理效果如下表1.1所示。6n第一章绪论表1.1有机物的毒物处理效果项目进水出水去除率COD21136.782.6BOD1915.197.38.80.4495氯丁二烯11.20.22971060.7299.3乙醛1011.398.7790.2999.614.8＜0.5＞964.6＜0.5＞89.1二甲苯7.76＜0.5＞93.68.96＜0.32＞96.4二氯乙烯7.440.8788.3氯丁橡胶废水的深度处理是指污水经一级、二级处理后，使用物理、化学方法去除废水中依然存在的有机物、悬浮物和胶体，来达到更加严格的出水标准。[24]赵辉等提出了一种“催化氧化-混凝沉淀-多介质过滤-超滤-反渗透”的橡胶废水深度处理工艺。催化氧化使用H2O2+铁盐，试验结果表明TOC去除率为30%。[25]北京市环境保护科学研究所深度处理选择了活化煤，废水经预处理、曝气（6h）、砂滤池后进行深度处理。废水与炭柱接触时间为15min，炭层高1.5m，使用周期为90天。[26]郑强等使用FeCl3作为絮凝剂处理生化后出水，得出投加量为50mg/L，COD的去除率达42%。7n氯丁橡胶生产废水处理工程设计1.3主要处理单元在废水处理方面应用1.3.1SBR活性污泥法空间上来说，SBR的运行方式是序批式运行，进水、反应、沉淀、滗水和闲置过程均在一个反应池内进行。与推流式反应器不同，SBR反应器中的混和液在反应器各处浓度相同，微生物反应的速度与池中的基质浓度成正比，对有机物的消耗速率较高。SBR反应器内的混合液属于完全混和状态，这一特点使SBR有较好的耐冲[27]击负荷能力。SBR可以通过调整工艺参数来达到不同的处理要求，控制方式比较灵活，可以即时调整。该反应器的进水阶段属于缺氧状态，反应阶段是好氧状态，缺氧和好氧状态的依次交换进行，能够抑制好氧丝状菌进行过度的繁殖，避免其与活性污泥争夺底物。SBR是防止发生污泥膨胀的最好工艺。SBR反应器对于有机物的消耗效果十分明显，原因是SBR内的微生物环境具有多样性，厌氧、好氧、缺氧[28]生态环境交替出现，有利于降解有机物。SBR活性污泥法可以用来处理各种类型的工业废水。其中主要有垃圾渗滤液、农药废水、印染废水以及制药废水等。这些废水有一个共同点，废水中均含有难降解有机物、废水成分复杂、可生化性差。[29]曾国驱等使用ABR（厌氧折流板反应器）与SBR结合处理印染废水。付莉燕[30]等分析了两种改良型SBR反应器对印染废水的处理效果，“厌氧-好氧”串联运行的系统2比“厌氧好氧”交替运行的系统2处理效果好，但两种SBR系统均有较强的适[31]应废水能力，且出水水质稳定。金一中等用水解酸化-SBR的组合工艺处理印染废[32]水，结果表明水解酸化作为预处理，有一定效果。徐高田等使用纳米TiO2光催化-SBR组合工艺对印染废水进行处理，其中光催化的作用是去除水中的有色、难以降[33][34]解的污染物。还有其他的学者运用内循环SBR系统、铁屑过滤+H2O2-SBR系统、[35]微电解-催化氧化-SBR系统等处理印染废水。[36]SBR处理制药废水方面也有很多学者进行了研究。魏瑞霞等用悬浮填料-SBR[37]系统处理难降解青霉素制药废水。邹平、高廷耀等使用单一SBR反应器处理磺胺混和废水，试验结果表明，CODcr的去除率可以达到90%以上，NH3-N去除率达70%[38]以上。肖利平等采用微电解-厌氧水解酸化-SBR串联系统处理化学合成制药废水，出水CODcr浓度小于200mg/L，达到国家二级标准。SBR活性污泥法也可以用来处理垃圾渗滤液。渗滤液中含有的有毒物质浓度较[39]高，其中高浓度的氨氮排放至环境中，会对水体、土壤等造成很大损害。曹占峰8n第一章绪论等采用SBR的渐减曝气工艺模拟生活垃圾渗滤液的运行条件，探讨该条件是否与出水水质有所关联，深度分析了渗滤液处理过程中关于有机碳转移方面的规律。厌氧SBR、厌氧SBR-好氧SBR工艺以及物化法与SBR组合处理渗滤液等工艺均有研究[40]与应用。其中组合工艺主要有吹脱-混凝沉淀-SBR、超声-SBR、混凝吸附-两段SBR、催化电解氧化-SBR、Fenton法-SBR。生物化学处理与SBR组合的工艺有水解酸化-SBR-混凝沉淀组合、吹脱-厌氧UBF-A-SBR组合、混凝气浮-UASB-水解酸化-SBR组合、UASBF-SBR组合等。1.3.2臭氧氧化法臭氧具有很强的氧化能力，可以与水中有机物在很短的时间内发生反应，达到去除有机物的目的。臭氧氧化技术可以用来处理很多行业的废水，比如印染废水、造纸废水、苯胺废水、农药废水、焦化废水、石油废水等。[41]李昊等使用了臭氧氧化法处理印染废水，试验结果表明COD的去除率达40%，废水可生化性提高。通过三维荧光光谱分析和相对分子质量分布分析，发现经臭氧氧化后的废水中相对分子质量较大的物质转化成了相对分子质量较小的物质。王娟[42]等处理造纸废水，处理效果随臭氧量和反应时间的增加而增加，COD的去除率[43]达62.3%，色度的去除率达99.5%。钱正刚等对苯胺废水进行处理，探讨了臭氧浓[43]度、反应时间等因素是否对苯胺降解有影响以及影响程度。邵科隆等对难降解农[44]药废水进行研究，得出了最佳预处理条件，臭氧投加量为14.2mg/L。桂玉明等使用化学沉淀-臭氧氧化法处理焦化废水，废水COD、NH3-N、挥发酚和色度的去除率[45]均达90%以上。叶琳嫣等使用催化臭氧氧化处理肝素纳制药废水，得出臭氧氧化技术对水中溶解性有机物、悬浮性有机物有较好的处理效果，尤其是芳香族和共轭双键结构的有机物。1.4研究目的、意义《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》文件中设立了16个重[46]大科技专项，其中一项就是水体污染控制与治理科技重大专项（水专项）。工业废水与城市污水相比，成分较为复杂，对环境污染影响大。而工业废水治理主要集中在三方面，可以从生产工艺入手进行减少排放的改进，还可以处理废水使其循环[47]利用，也可以优化废水处理系统，提高系统的处理能力。生产工艺减排是源头治理，通过选择产污少、处理性好的原材料和生产辅料来减少污染物的产生。本文针对山西某氯丁橡胶生产企业的废水特点和企业的实际情况，结合本课题组9n氯丁橡胶生产废水处理工程设计先前对氯丁橡胶生产废水的处理研究，对其废水处理系统进行了工程设计。在设计过程中遵照设计原则，保证工艺方案经济可行、容易管理、处理效果显著。该课题的研究意义在于给目前氯丁橡胶工业废水的处理提供一种方法，在国家对氯丁橡胶反倾销政策的影响下，对于氯丁橡胶生产行业的排污控制具有一定的意义和价值。1.5研究内容本设计的主要内容是通过分析氯丁橡胶废水的特点，结合进水水质和出水要求，设计了一套行之有效的废水处理系统。本设计通过比较各工艺的使用情况以及处理效果，最后将SBR反应池作为本工程的主要处理方案，并且进行了絮凝沉淀+多介质过滤+臭氧氧化的深度处理。主要研究内容如下：（1）以氯丁橡胶生产企业的进水水质和出水要求为依据，进行处理工艺的选择和确定。（2）参照技术规范和设计手册对处理构、建筑物进行工艺设计、工程量的计算和相关设备的选择。（3）结合工程的地形，进行平面、高程布置，同时对建筑的结构、电气自动化以及仪表控制进行设计，并绘制主要构筑物图。（4）结合市场情况，对该工程进行投资估算和运行成本分析。10n第二章工程概况第二章工程概况2.1设计依据、原则和范围2.1.1设计依据（1）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）（2）《给水排水设计手册》第3册城镇给水（3）《给水排水设计手册》第5册城镇排水（4）《给水排水设计手册》第6册工业排水（5）《给水排水设计手册》第11册常用设备（6）《SBR反应器污水处理技术规范》（7）《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）（8）《污水混凝与混凝处理工程技术规范》（9）《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2010）（10）《水处理工程师手册》2.1.2设计原则氯丁橡胶污水处理设计的重要部分是生化处理工艺的选择。合适的处理工艺能够保证出水水质符合标准。选择工艺时遵守的原则有：（1）选择的工艺不仅能够满足现有的处理需求，也要考虑二次开发。（2）进行处理设备选择时，尽量选择目前较为可靠、成熟的设备，而且确保设备运行后出水能够满足相关要求。污泥进行合理处理，避免其对环境造成危害。（3）建设科学合理的辅助设施，实现自动化或半自动化操作，降低运行费用，提高管理能力。2.1.3设计范围氯丁橡胶废水处理系统的污水、污泥处理构筑物和辅助建筑物以及相关的电气自控、总图等设计，并且进行投资估算和运行成本分析。2.2设计基础资料该工程的设计处理量是1500m³/d。最后的出水水质需满足《污水综合排放标准（GB8978-1996）一级标准》。进水水质条件和出水水质条件如下表2.1和表2.2所示。11n氯丁橡胶生产废水处理工程设计表2.1设计进水水质进水量CODcrBODSSNH3-N项目3（m/d）（mg/L）（mg/L）（mg/L）（mg/L）含量1500102035037025表2.2出水标准CODcrBODSS总铜石油类NH3-N项目pH（mg/L）（mg/L）（mg/L）（mg/L）（mg/L）（mg/L）排放6-910020700.51015标准12n第三章工艺设计第三章工艺方案3.1各处理单元工艺确定3.1.1生化处理单元在进行生化处理前，氯丁橡胶废水处理厂通常使用电石渣配成溶液，来调节废水的pH值。电石渣是在氯丁橡胶生产中产生的废渣，主要成分是氢氧化钙。这种处理方法消耗了大量电石渣，对厂区环境有改善作用。此外，电石渣溶液投放后对废水中的高聚物、部分有机物具有处理效果，同时还能去除一部分铜盐和乳化物。刘茂斌等对山西某氯丁橡胶生产废水做了试验，试验结果表明，使用电石渣溶液预处理[48]后，COD去除率达23.7%，同时还可以去除13.9%乙醛。由此可知，使用电石渣清液进行废水预处理有明显效果。活性污泥法有缺氧-好氧生物脱氮工艺（AO）、厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺2（A/O）、氧化沟、序批式活性污泥法（SBR）。本工程进水氨氮为25mg/L，含量不2高。A/O和AO对于处理氨氮、磷含量较高的废水更为适合。氯丁橡胶生产废水中含有粘性物质，对填料有一定的粘附作用，导致生物膜生长困难。因此，不采用生物膜法作为氯丁橡胶废水的生化处理方法。[49]生化处理阶段选用的是SBR活性污泥法。彭永臻认为SBR法具有五大优点。首先是SBR法的主体工艺设备只有间歇反应器，工艺简单，节省占地面积。第二个是SBR反应池内的混合液呈完全混和状态，但底物和微生物浓度的变化在时间上是一个理想的推流过程。其余优点有防止污泥膨胀、耐冲击负荷以及运行方式灵活、脱氮除磷效果好。[50]本课题组李日强等对SBR法处理氯丁橡胶生产废水进行了处理试验。该试验中，进水COD值为1020mg/L，试验结果表明最佳充水时间是1h，采用非限量曝气方法。反应时间为4h，沉淀时间是2h，排水时间为0.5h，闲置时间为0h。该实验的处理效果是COD去除率达90%以上。因此，SBR法作为氯丁橡胶生产废水的生物处理工艺是可行的。3.1.2混凝沉淀单元混凝沉淀单元处理的废水是生化处理的出水。混凝剂通过管道混合器向废水中加入。该工程反应池与沉淀池合并建造，避免了使用管渠连接。3.1.2.1反应池絮凝池是指悬浮物进行沉降过程的池体，习惯上也可以将絮凝池称做反应池。该13n氯丁橡胶生产废水处理工程设计设计采用折板反应池来进行絮凝过程。总絮凝时间为15min。竖流式的折板絮凝池适合中小水厂。大体上，絮凝池分为四种，隔板絮凝池、网格絮凝池、机械絮凝池以及折板絮凝池。查阅设计手册发现，机械絮凝池可以适应水量的变化，但需要配置机械装置，加工困难、后期维修量较大，因此国内采用的比较少。网格絮凝池单池33的处理水量以1-2.5万m/d较合适，本工程设计水量为1500m/d。隔板絮凝池适用3于水量大于30000m/d的水厂。折板絮凝池所需的絮凝时间短，絮凝效果较好，适用于水量变化不大的水厂。3.1.2.2混凝剂混凝过程包含两个阶段，分别是凝聚和絮凝。凝聚阶段形成的较小微粒，再通过絮凝过程形成较大的絮粒。絮粒形成过程中，对水中的悬浮颗粒、部分细菌、溶解物均有吸附作用。凝聚剂在混凝过程中主要起脱稳作用。常用的凝聚剂有固体硫酸铝、液体硫酸铝、明矾、硫酸亚铁、三氯化铁、碱式氯化铝等。本设计采用碱式氯化铝（PAC）作为凝聚剂，它的净化效率高、耗药量较少，并且过滤性能好。废水pH为5-9时，该药剂依然可以发挥作用，适用范围较宽。PAC是无机高分子化合物，在使用时操作简单，不具有腐蚀性。絮凝剂则是通过架桥作用来连接颗粒。高分子絮凝剂一端被微粒吸附，另一端被另一微粒吸附，从而在微粒间起到架桥作用。本设计使用的絮凝剂是聚丙烯酰胺（PAM）。目前国内使用较多的是含量85%以上的粉剂产品，一般配置的浓度是2%，投加浓度为0.5%-1%。投加聚丙烯酰胺时，应使用计量设备进行精准计量。混凝剂投加系统如下图3.1所示。图3.1混凝剂投加系统3.1.2.3沉淀池沉淀池有平流沉淀池、竖流沉淀池、斜管沉淀池等。平流沉淀池造价低，操作简14n第三章工艺设计单，缺点是占地面积较大，适用于大、中型净水厂。斜管沉淀池的特点是池子的容积小，不需要占很大面积，沉淀效率高，适用于各种规模的水厂。本设计采用的是斜管沉淀池。折板反应池与斜管沉淀池合并建造，折板反应池的处理出水通过穿孔墙进入斜管沉淀池。斜管沉淀池的表面负荷控制在1.5-3.0m³/㎡·h，池中的沉淀物经斜管沉淀池泥斗排出。3.1.3深度处理单元深度处理单元主要是对水中依然存在的某些有机物和胶体进行处理。该阶段使用多介质过滤器。多介质过滤器需要定期地进行反冲洗，将多介质滤料内的微小悬浮物、胶体和有机污染物去除，然后将反冲洗水回流至水质调节池。混凝沉淀与多介[52]质过滤组合处理方法对COD的去除率是25%-35%。多介质过滤器是压力式过滤器，污水通过过滤器，水中的有机物、细菌等会被滤料留住，从而降低废水浊度和SDI值。留在滤料中的物质，会由于沉淀作用、惯性作用、扩散和水动力作用迁移至滤料表面。双层过滤器中的滤料放置，一般是上层滤料粒径与下层滤料相比较大，但相对密度较小，保证其在过滤过程中不会出现过滤层混和的情况。三层过滤器的多添加的滤料是磁铁矿等。多介质过滤器外形如下图3.2所示，内部构造图如下图3.3所示。图3.2多介质过滤器外形图15n氯丁橡胶生产废水处理工程设计图3.3多介质过滤器内部构造图多介质过滤后的出水，然后进入臭氧氧化处理单元。臭氧的氧化能力很强，仅次于氟。臭氧强大的氧化作用能够杀死细菌、病毒等，同时也可以去除掉有机物（如苯酚、洗涤剂、农药）和生物难降解有机物。臭氧氧化系统主要由四个部分组成，分别是气源系统、臭氧发生系统、臭氧-水的接触反应系统、尾气处理系统。臭氧化法工艺系统组成示意如下图3.2所示。图3.4臭氧氧化法工艺系统组成示意图3.2工艺流程说明氯丁橡胶废水经管道进入水质调节池，进行pH调节，使废水达到适合生化处理的范围，然后进入SBR反应池中，消耗废水中的有机物，降低COD值。SBR反应16n第三章工艺设计池出水进入折板反应池，进行混凝，然后经斜管沉淀池进行沉淀。沉淀池出水进入多介质过滤器，去除其中的部分有机物、细菌以及微粒。最后进入臭氧氧化处理单元，该单元起氧化作用，可以去除水中难降解有机物。污水处理过程中发产生的污泥经浓缩、脱水后，制成泥饼外运。各处理单元污染物去除率预测如下表所示表3.1各处理单元污染物去除率预测表CODBOD5SSNH3-N项目（mg/L）（mg/L）（mg/L）（mg/L）进水1020350400—水质调节池出水1000343380—去除率2%2%5%—进水100034338025SBR反应池出水1003522815去除率90%90%40%40%进水10035228—混凝沉淀池+多介质过出水702592—滤去除率30%30%60%—进水702592—臭氧氧化出水491855—去除率30%30%40%—出水水质≤50≤20≤60≤1517n氯丁橡胶生产废水处理工程设计工艺流程图如下图3.3所示图3.3工艺流程图18n第四章工程设计第四章工程设计4.1处理构、建筑物主要参数及设备选型4.1.1水质调节池本工程设计水质调节池两座。调节池主要是为了调节进水pH。使用电石渣清液进行调节，pH调节范围是7—8。池内设有在线pH测定仪。电石渣清液由管道混合器加入到调节池内。电石渣来源于氯丁橡胶生产过程。调节池设一台行车式刮泥机，池底坡度为0.01。设计参数数量：1座结构：钢筋混凝土尺寸：20×7.5×3m停留时间：6h有效容积：375m³有效水深：2.5m主要设备及参数超声波液位计数量：1个探深：0-5m在线pH测定仪数量：1台行车式刮泥机数量：1台型号：TGN-5.0跨度：5m电动机功率：1.1kw材质：水下不锈钢配件：电机、电控柜潜水泵数量：2台（一用一备）型号：150QW140-7-5.519n氯丁橡胶生产废水处理工程设计流量：140m³/h扬程：7m功率：5.5kw潜水排泥泵数量：2台（一用一备）型号：50WQ/C240-0.75扬程：10m3流量：10m/h功率：0.75kw4.1.2SBR反应池本工程选用序批式活性污泥法进行氯丁橡胶生产废水的处理。设置SBR反应池四座，每池运行周期为8h。一天运行三个周期。池内设在线溶解氧测定仪、超声波液位计。反应池内设污泥泵将泥送至污泥池。设计参数数量：4座结构：钢筋混凝土尺寸：12×6×4.6m运行周期：8h单池有效容积：288m³最高水位：4m滗水高度：1.6m最低水位：2.4m安全高度：0.6m进水BOD：544mg/L反应池内混合液悬浮固体（MLSS）平均质量浓度：3.2kg/m³反应池生化需氧量污泥负荷（BOD5/MLSS）：0.3kg/（kg▪d）每个周期反应时间：5.5h进水时间：1h（采用非限量曝气方式）沉淀时间：2h撇水时间：0.5h20n第四章工程设计闲置时间：0h设备选用滗水器型号：BFR300出水管直径：200mm排水量：300m³/h功率：1.5kw数量：4个盘式橡胶微孔曝气器型号：BZ.PJ-I个数：186个水深：4-5m直径：215mm2服务面积：0.3-0.6m/个充氧能力：0.155-0.250kg/h氧利用率：20.8-30.6%潜水排泥泵数量：4台型号：50WQ/C240-0.75扬程：10m3流量：10m/h功率：0.75kw在线溶解氧测定仪数量：4台在线pH测定仪数量：4台功率：5.5kw4.1.3折板反应池本设计将折板反应池分为3阶段，第一个采用异波折板，分为三格，第二阶段采用同波折板，分为三格，第三阶段采用平行直板，也分为三格。每阶段均为单通道21n氯丁橡胶生产废水处理工程设计絮凝。组装的折板夹角为90度。设计参数数量：2座结构：钢筋混凝土尺寸：8.4×3×3.5m絮凝时间：15min有效容积：63m³有效水深：2.5m折板长度：0.8m折板宽度：0.5m折板厚度：0.06m设备选用：管道混合器絮凝剂和混凝剂通过管道混合器加入数量：4台（两用两备）型号：JT100管外径：110mm长度：570mm4.1.4斜管沉淀池斜管材料采用聚氯乙烯塑料片热压而成的六边形蜂窝管。折板反应池的出水经穿孔墙进入斜管沉淀池的布水区。沉淀池底部设穿孔管排泥。设计参数：数量：2座结构：钢筋混凝土尺寸：8×3×4m停留时间：52min有效容积：72m³32表面负荷：3m/（m·h）斜管厚度：0.4mm边距：30mm22n第四章工程设计水平倾角：60度清水区高：0.82m布水区高：1.5m斜管区高：0.87m超高：0.81m设备选用潜水泵数量：四台（两用两备）型号：150QW140-7-5.5流量：140m³/h扬程：7m功率：5.5kw4.1.5多介质过滤多介质过滤器的组成部分有过滤器主体、配套的管线以及配置的阀门组成。过滤器主体包括筒体、布水组件、支撑组件、反洗气管、滤料、排气阀。该处理设备采用自动控制器来控制设备的正洗、反洗状态。设计参数：处理水量：125m³/h型号：Sc05-3500数量：2台过滤器尺寸：Φ3500×4300mm流量：110-140m³/h滤料：无烟煤、石英砂设备选用潜水泵数量：两台型号：150QW140-7-5.5流量：140m³/h扬程：7m功率：5.5kw23n氯丁橡胶生产废水处理工程设计4.1.6臭氧接触反应池接触池是全封闭池体，池顶会设有尾气排放管，自动气压释放阀，避免出现池内臭氧过多而无法排放的情况。池内采用竖流方式，并设置隔板进行导流。导流隔板净距1m。接触室内的臭氧扩散方式是微孔钛板扩散板。出水方式是薄壁堰跌水出流，在出水处设有检测臭氧浓度的仪器。接触池内多处接入O3浓度检测仪表，及时调整O3的投加量。尾气中的臭氧使用加热分解法进行消除。设计参数：数量：1座结构：钢筋混凝土，内涂防腐层尺寸：5.8×2×5.6m停留时间：27min有效水深：5m设备选用：臭氧发生器型号：TLCF-G-2-1000数量：1台臭氧产量：4kg/h冷却水量：4m³/h额定功率：7kw外形：1800×900×1900mm微孔钛板扩散器型号：OT1521-DRS10数量：75个潜水泵数量：2台（一用一备）型号：150QW140-7-5.5流量：140m³/h扬程：7m功率：5.5kw24n第四章工程设计4.1.7污泥浓缩池设置圆形污泥浓缩池一座,间歇操作设计参数：数量：1座结构：钢筋混凝土直径：2.3m停留时间：24h污泥量：60kg/d污泥含水率：97%浓度：8kg/m³污泥斗与水平面间的角度：60º设备选用：潜水排泥泵数量：2台型号：50WQ/C240-0.75扬程：10m3流量：10m/h功率：0.75kw4.1.8污泥脱水间设计参数：数量：1间结构：地上砖混结构尺寸：8.8×6.5×3.3m设备选用：螺杆入料泵数量：2台型号：G35-1功率：3kw流量：8m³/h带式压滤机25n氯丁橡胶生产废水处理工程设计数量：两台（一用一备）型号：DY500-N外形尺寸：2980×850×1980滤袋宽度：500mm2过滤面积：2m数量：2台4.1.9加药间加药间主要是给折板反应池前投加PAC、PAM，在污泥脱水前加PAM。设计参数：数量：一间结构：地上砖混结构尺寸：8.8×6.5×3.3m设备选用：自动加药系统是指从一开始药剂的配制到中间提升药液再到计量投加至反应池的整个过程自动加药装置型号：JY-I-0.3/0.72A-1数量：3套功率：2.2kw4.1.10风机房风机房主要是放置鼓风机，风机房的门采用降噪门，减少风机运行对人体的噪声影响。设计参数：数量：一间结构：地上砖混结构尺寸：6.3×4.3×3.3m设备选用：罗茨鼓风机数量：2台（一用一备）型号：RB-6526n第四章工程设计口径：65mm3进口流量：0.64m/min功率：3kw4.1.11综合楼配电室内设有配电柜，以及污水处理厂所涉及到的供电设备。中控室设有自动化控制设备，可以通过电脑对污水处理情况进行远程监督。化验室定期进行出水水质的监测。综合楼内设有中控室、配电室、化验室以及加药间，尺寸为18×12×3.3m。4.2总图布置4.2.1总图布置原则氯丁橡胶废水处理厂依附于氯丁橡胶生产厂建设，结合厂址和进出水的管道方向进行流程布置，主要遵循以下原则(1)流程简短、不复杂，减少不必要的水头损失。(2)结合地形进行平面布置，减少土石方量。(3)将泵房、加药间、化验室、办公楼等构筑物的朝向设计妥当，保证通风。(4)设计时，考虑到二期的开发建设，避免出现该次建设占地面积过大的情况。4.2.2总图布置方案首先需要确定整个污水处理的处理流程，然后进行水厂的平面布置。处理构筑物和辅助设施应科学、合理地进行安排。布置时需注意：(1)以功能为划分依据，分区集中，利于管理。生产区是整个污水处理的核心，除了上述流程布置外，还需要对辅助建筑进行科学布置。比如说加药间应建设在投加点附近，方便药品的加入和输送；臭氧车间靠近臭氧接触池，减少臭氧的输送路程。(2)同时还需注意净水构筑物扩建时的衔接。水厂布置时要避免点状分散，减少不必要的道路修建，浪费土地。4.3高程布置高程布置的类型有四种。第一种高架式是目前采用最多的布置方式，这样布置的构筑物大部分比地面高，而地面下埋深较浅。第二种是低架式，构筑物地下埋深大，这种情况适用于施工场地的上层土质较差的情况。第三种是斜坡式，适用于原地形的坡度较为平缓，但也有高差的情况。最后一种台阶式适用于高差较大的情况。本27n氯丁橡胶生产废水处理工程设计设计采用的是高架式，一部分构筑物属于半地下结构。各构筑物间的高差由高程计算决定，构筑物连接处利用废水自身重力进行。4.4自控设计4.4.1仪表设计污水处理工程中设置监测仪表，可以更加方便、快捷的控制处理过程，即时调整处理参数，保证出水效果、降低生产成本。首先在水源处，安装在线pH测定仪来记录原水的水质情况。出水处监测臭氧浓度。水质调节池设置在线pH测定仪，当pH范围超出7-8时，停止加药。SBR反应池设置pH在线测定仪、在线溶解氧测定仪，还设有超声波液位计，来监测液位情况。在臭氧接触反应池内多处接入O3浓度监测仪表，来调整O3的投加量或发生浓度。臭氧接触系统中已经配置了较为完整的仪表监测。接触池进水设置流量监测仪表。监测臭氧浓度的有：臭氧发生器出口处和接触池上部的尾气排放处以及臭氧车间、尾气车间的环境监测浓度。4.4.2控制方法结合本项目的实际情况，自动化设计主要集中在水泵以及鼓风机的开启和停止控制。污水处理系统停止进水时，水泵将停止运行，鼓风机、臭氧发生系统处节能状态。实现方式是设置一套集中控制柜，放置在配电室。该控制系统采用PLC自主编程控制。控制系统的显示屏能够实时显示现场处理设备的运行情况。当处理系统出现异常时，也能实时反馈。处理单元的仪表监测参数实时上传至中控电脑系统。对现场的处理设备，能做到远程监控，及时发现和维修设备。4.5安全卫生与环保设计在安全方面的防护措施有：(1)在结构设计中采取防震措施。(2)选择水泵时，在注重效能的基础上，还考虑了噪音因素。(3)污泥脱水间的固体废弃物，按运行管理中的要求进行安置。使用半封闭的车辆运输固体废弃物。(4)在各构筑物建设时，设置安全操作平台和通道，设置安全护栏。(5)污水厂所使用的用电设备均做好接地和过载保护措施，在使用时，注意安全操作距离。28n第五章投资估算第五章工程投资估算5.1估算依据(1)本设计中污水处理厂的构、建筑物和主要设备(2)目前所适用的预算定额和原材料市场价格(3)该工程运行所需要设备的运输费用和设备购买费用(4)根据国家的相关标准和行业标准，估算设计费和调试费5.2工程总投资表5.1工程总投资（单位：万元）项目建设工程费设备购置费安装工程费其他费用合计工程总预算305.96167.0410.9138.71522.61备注：设备购置费按设备供应商询价、运费和税金计取。5.3处理成本估算5.3.1动力费本设计中所选用的设备总容量（含备用设备）161.58kw，工作容量119.08kw。E1=N×K×d=51×0.75×1=38.25万元注：N—年用电量（万KW·h）K—需用系数，取0.75d—电费单价（1元/度）5.3.2药剂费-10E2=365×10×Q（a1b1+a2b2）-10=365×10×1500×(15×1750+1×7000)=1.82万元/a注：Q—平均日污水量（m3/d）a1—PAC的用药量mg/Lb1—PAC单价（1750元/吨）29n氯丁橡胶生产废水处理工程设计a2—PAM的用药量mg/Lb2—PAM单价（7000元/吨）5.3.3工资福利E3=A×M=2000×12×15=36万元/a注：A—职工每人每月平均工资福利费（元）M—劳动定员（人）5.3.4折旧费E4=SP=483.9×0.042=20.32万元/a注：S—工程费用（元）P—年综合折旧提成率，取4.2%5.3.5检修维修费E5=S×0.01=483.9×0.01=4.84万元/a5.3.6其他费用E6=（E1+E2+E3+E4+E5）×10%=（38.25+1.82+36+20.32+4.84）×0.1=10.12万元/a30n第五章投资估算运行成本估算表见表5.2表5.2运行成本估算序号费用名称单位合计1动力费万元38.252药剂费万元1.823工资福利万元364折旧费万元20.325检修维修费万元4.846其他费用万元10.127总计万元111.3638年处理量万m/a54.7539单位处理成本元/m2.03由表5.2可看出，氯丁橡胶生产废水的动力费是38.25万元/年，消耗的PAC、PAM费用为1.82万元/年，折旧费是20.32万元/年，维修和检修费需花费4.84万元/年，水厂的管理人员福利是36万元/年，其他费用为10.12万元/年，最后算得处理成本是32.03元/m。31n氯丁橡胶生产废水处理工程设计结论本设计以课题组先前对氯丁橡胶生产废水的研究为基础，结合氯丁橡胶生产企业的废水特点以及企业实际状况，提出了一种氯丁橡胶生产废水处理工艺。论文通过分析废水的来源、成分以及处理现状，最终选用SBR活性污泥法作为该工程的生物处理方法。工艺流程是水质调节池—SBR反应池—折板反应池—斜管沉淀池—多介质过滤—臭氧氧化处理。其中SBR法对COD的去除率达90%，混凝+沉淀池+多介质过滤的组合工艺对悬浮物、有机物等处理效果较好。3本项目的设计水量是1500m/d，进水CODcr值为1020mg/L，BOD值为350mg/L，SS为370mg/L。设计的处理系统的出水COD≤50mg/l，BOD≤20mg/l，SS≤60mg/l，有机毒物的浓度均≤1mg/l。出水水质可以满足《污水综合排放标准（GB8978-1996）一级标准》。该设计还对污水处理的主要构、建筑物进行工程设计以及设备选型，绘制了工艺图。该论文还进行了工程投资估算和运行成本分析。项目总工程投资是522.61万元，其中工程费用483.9万元，设计和调试费用38.71万元，运行成本是2.03元/吨。该废水处理方案设计合理、组合工艺处理效果显著、运行稳定，适用于氯丁橡胶生产废水的处理。32n参考文献参考文献[1]王作龄.氯丁橡胶与加工技术[J].橡塑资源利用,2002(1):6-18.[2]胡静霞.氯丁橡胶生产中氯代有机物废液处理方法研究[D].重庆大学,2010.[3]四川长寿化工厂编.氯丁橡胶生产[M].石油化学工业出版社,1977.[4]骆瑞静.氯丁橡胶(Baypren)的性能、加工及其应用[J].橡胶参考资料,2009(1):47-55.[5]骆瑞静.氯丁橡胶(Baypren)的性能、加工及其应用(续)[J].橡胶参考资料,2009(02):52-55.[6]崔小明.全球氯丁橡胶供需状况分析[J].中国橡胶,2016,32(9):29-31.[7]朱永康.医用手套和汽车软管需求增加导致全球氯丁胶供求收紧[J].中国橡胶,2017(16):37.[8]黄家明.商务部公告阿朗新科继承朗盛氯丁橡胶反倾销税率[J].橡胶科技,2017,15(1).[9]子涵.商务部对原产于日本进口氯丁橡胶反倾销期中复审立案[J].中国橡胶,2012,28(16):18.[10]晓雪.商务部继续对日美欧进口CR征收反倾销税[J].中国橡胶,2017,33(10):20.[11]吉春红,帖怀武,文强,等.一种氯丁橡胶工业废水深度处理工艺:2010.07.14.[12]氯丁橡胶污水生化处理试验[J].工业用水与废水,1975(3):11-24.[13]氯丁橡胶废水中有机物的超微量分析法[J].化学学报,1976(2):40-47.[14]杨凤林,全燮,薛大明,等.水中氯代有机化合物处理方法及研究进展[J].环境工程学报,1996(6):36-44.[15]邹立海,孔凡玲,隋少峰,等.某氯丁橡胶厂氯丁二烯无组织排放情况调查[J].预防医学论坛,2011(10):883-885.[16]吕后鲁,刘德启.工业废水处理技术综述[J].石油化工环境保护,2006,29(4):15-19.[17]邹家庆.工业废水处理技术[M].化学工业出版社环境科学与工程出版中心,2003.[18]陈礼平.复合型TiO2纳米管阵列光生电荷行为及光催化性质研究[D].吉林大学,2014.[19]郑强,梁伯庆.高盐氯丁橡胶废水处理[J].化工环保,1989(3):142-148.33n氯丁橡胶生产废水处理工程设计[20]李雅忠.水解——好氧工艺在氯丁橡胶废水处理中的应用[J].山西建筑,2003,29(11):81-82.[21]刘洋.Fe/Al双金属协助电解法处理氯丁橡胶生产废水[D].重庆大学,2013.[22]张胜,徐立荣,竺建荣,等.微电解-生化组合工艺处理氯丁橡胶生产废水[J].环境工程,2008,26(3):18-19.[23]宋祖汇.氯丁橡胶废水生化处理试验[J].合成橡胶工业,1980(5):14-20.[24]赵辉,程学文,刘正,等.达标橡胶废水的深度处理回用[J].化工环保,2011,31(6):524-527.[25]氯丁橡胶废水深度处理的试验[J].给水排水,1976(2):30-46.[26]郑强,梁伯庆.高盐氯丁橡胶废水处理[J].化工环保,1989(3):142-148.[27]杨云龙,陈启斌.SBR工艺的现状与发展[J].工业用水与废水,2002,33(2):1-3.[28]王凯军,宋英豪.SBR工艺的发展类型及其应用特性[J].中国给水排水,2002,18(7):23-26.[29]曾国驱,任随周,许玫英,等.ABR结合SBR法处理印染废水的研究[J].微生物学通报,2005,32(6):68-73.[30]付莉燕,文湘华,吕秋丽,等.改良型SBR系统处理染料废水的研究[J].中国环境科学,2001,21(2):128-132.[31]金一中,魏岩岩,陈小平.水解酸化-SBR工艺处理印染废水的研究[J].中国环境科学,2004,24(4):489-491.[32]徐高田,校华,曾旭,等.纳米TiO2光催化-SBR工艺处理印染废水的研究[J].环境科学学报,2007,27(9):1444-1450.[33]文湘华,王东海,钱易.内循环SBR处理含染料废水的研究[J].环境科学学报,2000(s1):54-57.[34]郝瑞霞,周玉文,程水源,等.铁屑过滤+H2O2-SBR工艺处理印染废水的研究:2004’中日水环境污染防治与修复学术研讨会,2004[C].[35]李川,夏洁.微电解—催化氧化—SBR法处理染料废水试验研究[J].环境保护科学,2003,29(3):6-8.[36]魏瑞霞,孙剑辉,陈金龙.悬浮填料-SBR工艺处理难降解青霉素制药废水的研究[J].环境工程学报,2003,4(4):46-49.[37]邹平,高廷耀.SBR法处理制药废水的试验研究[J].给水排水,2000,26(5):47-49.34n参考文献[38]肖利平,李胜群,周建勇,等.微电解—厌氧水解酸化—SBR串联工艺处理制药废水试验研究[J].工业水处理,2000,20(11):25-27.[39]曹占峰,何品晶,邵立明,等.SBR法处理垃圾填埋场新鲜渗滤液的实验研究[J].环境工程学报,2005,6(2):33-35.[40]时晓宁,王淑莹,孙洪伟,等.SBR工艺处理垃圾渗滤液研究及应用现状[J].水处理技术,2009,35(2):19-24.[41]李昊,周律,李涛,等.臭氧氧化法深度处理印染废水生化处理出水[J].化工环保,2012,32(1):30-34.[42]王娟,范迪.臭氧氧化法深度处理造纸废水试验研究[J].工业水处理,2009,29(1):33-36.[43]钱正刚,黄新文,何志桥,等.臭氧氧化处理苯胺废水[J].水处理技术,2006,32(3):29-31.[44]杨德敏,夏宏,袁建梅.臭氧氧化法处理焦化废水生化出水的反应动力学[J].环境工程学报,2014,8(1):32-37.[45]叶琳嫣.催化臭氧氧化深度处理肝素钠制药废水研究[D].西南交通大学,2014.[46]胡洪营,赵文玉,吴乾元.工业废水污染治理途径与技术研究发展需求[J].环境科学研究,2010,23(7):861-868.[47]HuHY,GotoN,FujieK.Conceptsandmethodologiestominimizepollutantdischargeforzero-emissionproduction[J].WaterScience&Technology,1999,39(10):9-16.[48]刘茂斌.氯丁橡胶废水处理运行小结[J].化工环保,1982(1):25-30.[49]彭永臻.SBR法的五大优点[J].中国给水排水,1993(2):29-31.[50]李日强,赵由之.SBR法处理氯丁橡胶生产废水的研究[J].环境科学学报,2006,26(5):803-807.[51]王东升,韦朝海.无机混凝剂的研究及发展趋势[J].中国给水排水,1997(5):20-21.[52]吉春红,帖怀武,文强,等.一种氯丁橡胶工业废水深度处理工艺.35n攻读学位期间取得的研究成果攻读学位期间取得的研究成果36n致谢致谢两年的研究生生活就要结束，开学时的情景仿佛还在眼前。两年时间，我成长了很多，学到了基本的实验操作、对研究课题深入了解，最重要的是学会了如何思考，独立思考，同时也具备了作为一名研究生该有的学术思维和研究方法。在此，特别感谢李日强老师，本论文正是在李老师的悉心指导下完成的。课题的选择、工艺流程的确定、论文的撰写、图纸的绘制均得到了李老师的指导。李老师在污水处理方面能力很强，经验丰富，对学生耐心引导，并给出建设性意见。李老师对污水处理厂的调试颇有经验，可惜时间太短，没能与老师多交流，多学习。在准备本课题时，我学到了不少关于污水处理的知识。在求职过程中，这些知识储备给了我一定帮助。在此，非常感谢常雨师姐，在我完成毕业设计过程中，解答我的疑惑，给予我设计上的帮助，让我少走了一些弯路。同时，也要感谢王聪颖老师，王老师是我科研生活的启蒙老师，在王老师的指导下，我阅读了不少的英文和中文文献，同时实验的进行，也锻炼了我的实验操作技能和仪器使用技能。可以说是王老师帮助我形成了研究课题的思路。另外我还要感谢李增波老师和史志明老师，他们在我科研学习过程中也给予了我许多帮助和指导。另外，我也要感谢实验室的席志楠、张原原、何娅梅、王子瑜、王迎娣、唐志文、刘艳同学对我实验的帮助。最后感谢我的舍友刘书妍、张瑞、贾继真、吉力、任宇霞，在两年的研究生生活中带来了很多欢乐也给予了我许多帮助。感谢家人的支持和帮助。感谢为本论文提供过帮助的每个人，谢谢!37n个人简况及联系方式个人简况及联系方式个人简况：姓名：杨郁娟性别：女籍贯：山西省吕梁市孝义县政治面貌：团员个人简历：2012年9月—2016年7月太原工业学院环境工程专业本科2016年9月—2018年7月山西大学环境工程专业硕士研究生联系方式：电话：18734574075电子邮箱：reloaded2@163.com38n承诺书承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立完成的，学位论文的知识产权属于山西大学。如果今后以其他单位名义发表与在读期间学位论文相关的内容，将承担法律责任。除文字已经注明引用的文献资料外，本学位论文不包括任何其他个人或集体已经发表和撰写过的成果。作者签名：20年月日39n学位论文使用授权说明学位论文使用授权声明本人完全了解山西大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关机关或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查询和借阅，可以采用影印。缩印或扫描等手段保存、汇编学位论文。同意山西大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播论文的全部或部分内容。保密的学位论文在解密后遵守此协议。作者签名：导师签名：20年月日40n附表附表一污水处理厂主要构筑物一览表序号主要构筑物1水质调节池20×7.5×3m1钢筋混凝土2SBR反应池12×6×4.6m4钢筋混凝土3折板反应池8.4×3×3.5m2钢筋混凝土4斜管沉淀池8×3×4m2钢筋混凝土5臭氧接触反应池5.8×2×5.6m1钢筋混凝土，内涂防腐层6污泥浓缩池Φ=2.3m1钢筋混凝土41n氯丁橡胶生产废水处理工程设计附表二附属建筑物一览表序号名称规格结构形式数量1污泥脱水间8.8×6.5×3.3m地上砖混结构1座2风机房6.3×4.3×3.3m地上砖混结构1座3加药间、臭氧发生器房8.8×6.5×3.3m地上砖混结构1座4综合楼18×12×3.3m地上砖混结构1座42n附表附表三污水处理厂主要设备一览表序号设备名称型号数量位置备注1潜水排污泵150QW140-7-5.52水质调节池两用一备2超声波液位计1水质调节池3在线pH测定仪1水质调节池4潜水排泥泵50WQ/C240-0.752水质调节池两用一备5刮泥机TGN-5.01水质调节池6滗水器BFR3004SBR反应池7曝气器BZ.PJ-I744SBR反应池8在线溶解氧测定仪4SBR反应池9潜水排泥泵50WQ/C240-0.754SBR反应池10在线pH测定仪ZXG-54SBR反应池11超声波液位计1SBR反应池43n氯丁橡胶生产废水处理工程设计12管道混合器JT1004折板反应池一用一备13潜水排污泵150QW140-7-5.54斜管沉淀池14多介质过滤器Sc05-26002多介质过滤15潜水排污泵80QW60-13-42多介质过滤一备一用16臭氧发生器TLCF-G-2-10001臭氧接触反应池17潜水排污泵150QW140-7-5.52臭氧接触反应池一用一备18微孔钛板扩散器OT1521-DRS1075臭氧接触反应池19潜水排泥泵50WQ/C240-0.752污泥浓缩池20螺杆入料泵G35-12污泥脱水间全自动冲洗装置21带式压滤机DY500-N2污泥脱水间一用一备22鼓风机RB-652风机房一用一备23自动加药装置JY-I-0.3/0.72A-13加药间44n附表附表四负荷统计表设备容量最大负荷需用系功率因数年耗电量序号负荷名称tgΦ数KxcosΦ（k·kw·h)有功功率无功功率视在功率总计(kw)工作(kw)(kw)(kvar)(KVA)1潜水排污泵55332浮球滗水器663潜水排泥泵64.54刮泥机1.481.485多介质过滤器30306鼓风机637臭氧发生器7.57.58螺杆入料泵639带式压滤机221145n氯丁橡胶生产废水处理工程设计10自动加药装置6.66.611控制系统5512照明系统108合计161.58119.080.800.820.70129.2690.48157.64452.8646n附表附表五氯丁橡胶生产废水处理工程投资估算表估算价格（万元）数量序号工程和费用名称规格及参数建筑工程设备购置安装工程其他费用合计费费费Ⅰ类费用合计305.96167.0410.91483.91调节池20×7.5×3m1座1.1土建40.5450m³1.2潜水排污泵150QW140-7-5.5，H=7m1.40.142台1.3超声波液位计探深0-5m0.61个1.4在线pH测定仪0.81台1.5潜水排泥泵0.80.082台1.6刮泥机70.71台2SBR反应池12×6×4.6m4座2.1土建119.281324.8m³47n氯丁橡胶生产废水处理工程设计2.2浮球滗水器BFR300，排水量300m³/h4044个2.3曝气器BZ.PJ-I2.980.3744个在线溶解氧测定2.45.24台仪2.5在线pH测定仪0.81台2.6超声波液位计探深0-5m0.61个2.7潜水排泥泵50WQ/C240-0.75，H=10m1.60.14台3风机房6.3×4.3×3.3m1座3.1土建8.0589.4m³3.2罗茨鼓风机RB-65，N=3kw16.51.653个3.3压力溶气罐40.42个活塞式空气压缩3.41.80.182个机4折板反应池8.4×3×3.5m2座4.1土建15.88176.4m³4.2管道混合器0.60.064个48n附表5斜管沉淀池8×3×4m2座5.1土建17.28192m³5.2潜水排污泵150QW140-7-5.5，H=7m2.80.284台5.3管道混合器0.60.064个6多介质过滤单元6.1多介质过滤器Sc05-260020.22台6.2潜水排污泵150QW140-7-5.5，H=7m1.40.142台7臭氧接触池5.8×2×5.6m1座7.1土建5.8564.96m³7.2臭氧发生器TLCF-G-2-1000301台7.3微孔钛板扩散器OT1521-DRS100.975个7.4潜水排污泵150QW140-7-5.5，H=7m1.40.142台8污泥浓缩池1座38.1土建1.0511.63m49n氯丁橡胶生产废水处理工程设计8.2潜水排泥泵50WQ/C240-0.75，N=0.75kw0.80.082台9污泥脱水间8.8×6.5×3.3m9.1土建16.99188.76m³9.2螺杆入料泵G35-11.762台9.3带式压滤机DY500-N242.42台加药间、臭氧发106.3×8.7×3.3m1座生器房310.1土建16.99188.76m10.2自动加药装置2.7三套11配电室1座11.1配电柜71个12综合楼18×12×3.3m1间312.1土建64.15712.8m12.2控制系统71个Ⅱ类费用合计38.7138.7150n附表1设计费19.362调试费19.36合计522.6151n氯丁橡胶生产废水处理工程设计附图一52n附表附图二53n氯丁橡胶生产废水处理工程设计附图三54n附表附图四55n氯丁橡胶生产废水处理工程设计附图五56