毕业设计（论文）-炼油工业废水处理技术与回用工艺设计 72页

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1前言1.1概述近年来，随着水资源的日益短缺和有关节水法规的陆续出台，炼化企业普遍开展了节水与废水回用工作，并多数取得了丰硕的成果。如每吨原油的新鲜水耗水量基本降低到0.8t以下、废水的平均排放量降低到0.5t以下、循环水利用率达到95%以上、汽提净化水回用率达到60%以上。然而，在喜悦于节水减排获得丰硕成果的同时，也不得不面对着废水回用成本高、投资大、原油性质变差及水量减少后的水质难以达标等诸多问题，特别是在国家和地方的排水标准日益提高的形势下，这些问题表现得越发突出。炼油工业废水主要含有油、COD、BOD5、挥发酚、CN-、S2-、SS、氨氮等污染物。目前，国内大多数炼油厂均采用传统的“老三套”工艺对其进行净化处理，即原水经隔油、气浮絮凝后，再经生化处理而排放。这种传统的工艺流程基本上可以保证处理后的水中除氨氮外的其他各项污染物指标达到国家规定的排放标准，但对氨氮的降解及总氮的去除却不尽人意。通过调查研究，我们发现由于在石油炼制的蒸馏、催化等工艺过程中需加入一定量的氨，因而产生的废水中也含有一定量的氨氮，一般为100mg/L左右，而“老三套”工艺对氨氮的去除效率甚微，因此出水中的氨氮含量常常高于地方规定的25mg/L的排放标准，对环境造成严重污染。因此在本设计中我才采用一种新型工艺，即A/O工艺。我们认为A/O法能够对炼油废水中的氨氮进行有效的降解和脱除，只要运行条件控制适当，出水中各项污染物指标均可达到国家规定的排放标准。1.2选题的目的及意义1.2.1选题的目的71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）其目的主要有两个，其一是随着炼油工业的日益扩张，废水的处理和回用变得举足轻重。在炼油工业过程中产生的废水进入环境后，会对人体，水体，土壤，动物等产生巨大的危害，会严重影响人与自然的和谐共存，会对环境造成不可逆转的危害，因此，我们必须重视炼油废水的危害，加强对此类废水的处理力度，尽量的减少其对环境的危害，为人与环境的和谐共存创造有利的条件。而且污水处理及回用一直是国内外重点研究的课题，因为水资源是有限的，如何变废为宝便成了节约用水的一项重要措施。而炼油工业产生的废水成分又极为复杂，故要想很好的处理炼油工业产生的废水并加以回用就谨慎严格的设计。其二就是毕业设计是本专业学生在完成全部课堂教学之后所进行的一项极为重要的实践性教学环节。旨在通过具体的工程实践，进一步深入理解、掌握和综合运用所学的专业理论知识，进行污水处理设计基本技能的训练，培养分析问题和解决问题的能力，从而全面实现本专业学生的质量管理目标。此次毕业设计的课题是“炼油工业废水处理技术与回用工艺设计”，本次设计进水为炼油工业废水，处理水量为4.5×104m3/d，其进水水质参数如表1，进水中的浮油含量达10%，生物二级处理应达到《污水综合排放标准GB8978-1996》，最终处理后的出水水质应达到《辽宁省地方标准DB211627-2008》，内容涉及到污水处理、处理水回用等各方面的专业知识以及应用计算机进行CAD绘图的实际应用能力。在独立进行课题设计时，将对本专业知识加深理解，也将了解到环境工程专业在国内外的最新发展状况和技术的发展趋势。表1进水水质参数Table1influentwaterqualityparameters主要指标CODcr（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）氨氮（mg/L）pH温度（OC）污水水质55001500200656-1015-451.2.2选题的意义本课题的意义在于对炼油工业废水的处理、处理水回用的设计、方案比较，为炼油工业废水寻找到对其合适的处理系统方案，实现“低能耗、低运行费用、低排放量”的三低污水处理的最佳方案。找出目前设计中存在的不合理的因素，对今后的炼油工业废水处理系统设计起个指导作用，为设备的管理人员提供借鉴，配合正在进行的标准化工作，为其提供参考，从而为整个污水处理，特别是处理水回用节约用水方面的工作奉献一份力量。1.3炼油废水的处理现状目前炼油废水主要采用隔油、浮选、生化为主的“老三套”处理工艺或在该基本上的改进工艺。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）隔油单元多数采用平流——斜板式隔油池或除油罐——平流式隔油池两级隔油设施，部分新建企业采用了先进的油水分离设施，隔油处理后出水的石油类物质的质量浓度一般可低于200mg/L，多数可达到100mg/L以下。浮选单元多数采用两级（加压）全溶气气浮、部分回流式溶气气浮、涡凹气浮等工艺。为保证良好的除油效率并降低能耗、减少占地，目前老设施改造或新建流程中多选用一级涡凹气浮（有效去除大粒径油滴）——二级部分回流式溶气气浮（去除小粒径油滴）组合工艺，经两级浮选处理后出水的石油类物质的质量浓度一般可达到20mg/L以下，可满足后续生化处理的要求。生化单元多数采用两级生化工艺，以切实保证排放废水的稳定达标，并为废水回用装置提供优质水源。少数老企业由于加工原油的种类较为优良、生产流程简单、废水来水水质较好，目前还采用这一级生化处理工艺；但随着原油品种的变化，废水水质的污染加重，多数企业已被怕降一级生化处理工艺逐步改造为二级生化处理工艺。据中国石油化工股份有限公司（中石化）二十多家炼化企业的调查，目前较多采用的炼油废水生化处理工艺有A/O工艺、氧化沟工艺和传统活性污泥工艺。A/O工艺对有机物的处理效果较为稳定，COD去除率可达90%，同时具有良好的脱氮功能，污泥膨胀和丝状菌繁殖问题小，总水力停留时间相对较短，适于新建废水场或对场地较为富裕的废水场的改造。氧化沟（动态塘）工艺是通过在氧化池内形成多个A/O串联，可保持较高COD去除率，具有流程简单、管理控制方便、投资和运行费用较低等优点，适于氨氮浓度较低废水的处理。传统活性污泥法的反应器按充氧方式不同可分为分建式表面曝气池（表曝池）和推流式古风曝气池。表曝池是早期建设的产物，由于存在COD去除率低、不耐高负荷冲击（进水COD要严格控制在800没过没过mg/L以下）、因曝气量难以调节导致溶解氧不足、池内泥水混合不均匀等严重问题，目前大部分已闲置、拆除、改造成鼓风曝气池或挪用作沉淀池。推流式鼓风曝气池多作为两级生化中的第一级，一直保持着较高的COD去除率。为提高污泥浓度和处理负荷，许多企业向池中添加了各种生物填料，形成了膜法操作。除此之外，部分企业选用了循环式活性污泥法（CASS）、生物滤塔（池）、接触氧化、氧化塘等处理工艺，少数企业为保证废水的达标率还增加了后浮选、曝气生物滤池、活性炭过滤等后续处理手段。1.4节水与废水回用71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）近年来，随着水资源的短缺、水费的上涨以及国家节水减排的总体要求，炼化企业率先展开了用水强化管理、中水串级使用和废水回用工作，并取得了明显的效果。根据2008年中石化炼化企业的初步统计，每吨原油的新鲜水耗水量平均达到0.65t、废水平均排放量达到0.35t、循环水利用率达到95%以上、汽提净化水回用率达到60%以上。具体表现在以下几个方面：（1）生产装置全面节水。大部分企业都自觉地开展了清洁生产审核工作，通过生产装置的节能改造和管理意识的提高，从降低蒸汽、循环水、脱盐水消耗等方面挖掘节水潜力。如采用装置热联合的方法提高脱盐水制水率，降低化学水系统的新鲜水消耗；采用更新循环水冷却塔及旁滤设备、提高浓缩倍数的方法降低新鲜水补充量；对给排水管网进行补漏，减少系统损失等。（2）中水串级使用。工艺装置排水循环利用、直接或经简单处理后作为其他装置用水使用是最为经济有效的节水减排途径。经调查，目前几乎所有的电脱盐装置的工艺注水均全部或大部分采用了汽提净化水，在消化了40%~50%高浓度废水的同时，相应减少了等量的化学水消耗；部分企业采用采用含硫废水（或汽提净化水）作为常减压、催化裂化、焦化等装置的富气洗涤用水以及气体回收原料气水洗、含硫废水原料罐的水封用水等；少数企业将汽提净化水进一步回用到加氢装置上。此外，多数企业都对焦化装置进行了改造，使冷焦水、且焦水得到循环使用；某些企业将脱臭处理后的汽提废碱液回用作柴油碱洗水、循环水系统和锅炉排污水等用作锅炉冲灰水等。（3）废水回用。自2004年以来，炼油废水回用得到了快速发展。以中石化为例，截止到2007年底，有近20家炼化企业不同程度地开展了废水回用工作。其中将达标废水适度处理后回用作循环水补水的占绝大多数，少数试试了废水深度脱盐处理回用作工业用水或锅炉给水。典型流程包括：曝气生物滤池处理——多介质过滤——消毒；生物活性炭处理——过滤——消毒；膜生物反应器处理——消毒；过滤——消毒——先进的循环水药剂处理；以及在上述工艺的基础上再进行超滤（或连续微滤）——反渗透脱盐处理等。据分析，部分企业废水处理厂出水不够稳定、尚未建立完善的废水分流网、双模（超滤——反渗透）法的预处理技术尚不成熟是目前进一步提高炼油废水回用率和扩大回用规模的制约因素。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1.5炼油废水处理面临的主要问题1.5.1排放标准日趋严格随着我国国民经济的快速发展、与国际间合作的加深，以及所面临的越来越多的环保问题，特别是2008年以来所发生的太湖蓝藻等事件，促使国家和地方对工业企业排水提高了更高的要求。据不完全统计，北京、江苏、辽宁、河北、辽宁等许多省市都颁布了严格的废水排放标准并已正式实施。从控制指标看，不仅要求排水COD指标控制在60ml/L以下（甚至50mg/L以下），对氨氮和总氮也提出了严格的指标限制。但就这几项指标而言，控制标准以严于中水回用标准，对现有炼化废水的稳定达标排放造成极大的技术难度和时间紧迫性的双重压力。1.5.2废水水质日趋恶劣随着原油的不断开发利用，重质原油的产量越来越大，其密度、黏度、硫含量、酸值随之上升。据近几年对原油市场的初步统计，全球高酸原油的产量已占到总开发量的5.5%，并在以年均0.3%的速率递增；高硫原油的开发量及其所占比例则更高。由于原油资源的日益短缺以及劣质原油所具有的明显价格优势，对劣质原油的集中或规模化加工已成为炼化发展的趋势。与此同时，随着我国国民经济的迅速发展，能源需求的增加与石油资源短缺的矛盾将越发突出，从石油资源的来源、原油性质的变化以及提高经济效益等方面的综合考虑，中国石化产业都将面临加工高硫、高酸原油的形势。首先，国内含酸原油的品种和数量在呈上升趋势，胜利、辽河、克拉玛依三个老油田均属于高酸油田，开采量不断增加；北疆、渤海、蓬莱油田等原油的酸值均已超过3.0ml/L。其次，随着我国对国外原油进口依存度的增加、全球原油重质化的趋势以及原油价格的不断飙升和高硫、高酸等劣质原油的地位价格优势，越来越多的炼化企业将面临这集中加工或增大对高硫、高酸等劣质原油的掺炼比例。如金陵、茂名、镇海、广州石化等沿海沿江企业已开始掺炼多巴、魁托、马林等产地的高硫、高酸原油，且有不断提高掺炼比的趋势。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）由于高硫、高酸原油的特性，特别是环烷酸含量的显著增加，造成废水乳化严重、除油效率低、水质不稳定，极易冲击不稳定、极易冲击和影响现有的后续生化处理设施等系列问题，使现有传统的炼油废水处理流程难以适应。初步表现在：（1）高浓度含硫废水比例增加，使废水处理场进水中的COD、挥发酚浓度、NH3-N浓度将显著提高，主要脱碳工艺将变为脱碳——脱氮工艺；废水中有机胺含量将增加，并将在废水处理过程中发生水解，生成一定量的NH3-N。（2）电脱盐装置排水的乳化现象加重，盐含量、油含量、COD均将明显增加，且生化性能下降，将影响废水处理厂的除油和生化处理单元的运行效果。（3）废水处理厂进水水质波动加剧、水质变差、高浓度废水冲击频繁增加，影响废水达标的稳定性。1.5.3含盐废水达标困难中国炼油企业一直以来都极为重视节水减排工作，更是明确采用“清污分流”、“污污分流”和“污污分治”的处理原则，使多数企业的含油废水获得了高比例回用（甚至于“零排放”），而随之带来的含盐废水处理达标排放问题也显得出来。此前，国内绝大多数炼油企业都将含盐废水和含油废水混合处理，虽然含盐废水的可生化性较差，但两者混合后，由于微生物的协同作用，采用两级生化处理，出水一般可以满足COD小于等于100ml/L的排放标准。但对含盐废水单独处理时，由于以下几个方面的原因，处理出水满足达标、特别是稳定实现排水COD小于等于60ml/L的排放要求难度较大：首先，含盐废水中含有13%~20%的不可生化降解有机物，采用现有的常规生化处理工艺，即使将废水处理厂的生化处理负荷设计到足够低、停留时间延长到足够长，也难以稳定实现排水COD小于等于60ml/L的排放要求；其次，多数石化企业都存在碱渣的问题，尽管碱渣排放量较小，一般只有0.1~0.2m3/h，但由于污染负荷已经占整个废水处理厂污染负荷的20%~50%，并带有严重的恶臭气味，将碱渣纳入含盐废水处理系统势必导致含盐废水处理负荷的增加和冲击性影响的加大；第三，含盐废水的重要来源是电脱盐排水，由于近几年加工原油种类的日趋重质化、酸质化以及一些破乳化药剂的加入，导致电脱盐废水的乳化现象加重、难生化降解性增加，且伴随排水的高温性质，对含盐废水的除油和生化处理效果都产生不良的影响；第四，来自油品罐区的切水一般也表现出高含油、高乳化、高污染的特性，对含盐废水的处理也将带来较大的冲击性影响。1.5.4废水回用成本高71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）随着废水回用技术的成熟，炼化企业的废水回用得到了蓬勃发展。按照废水性质和回用水质要求，目前炼油达标废水的回用处理主要分为适度处理和深度脱盐处理两个类型，分别是：适度处理——消毒后进入循环水系统；适度处理——双膜（超滤或微滤+反渗透）脱盐处理后作为工业给水或锅炉给水。根据已实施的废水回用工程调查，目前普遍存在着装置投资高、制水成本大的问题。据初步测算，在未计入废水达标处理费用的前提下，采用适度处理流程每日每吨回用水投资约0.3~0.5万元、每吨水直接运行成本1.5~2.0元；采用双膜法脱盐流程，每日每吨水投资将进一步增加到5万元以上，已远远高于新鲜水费。1.6炼油废水处理对策1.6.1从源头挖掘节水减排潜力实践证明，从源头上减少生产用水量是最为经济有效的节水减排途径。尽管经过多年的节水宣传、强化管理以及企业间成功经验的交流，各企业在新鲜水的单耗上均有了不同程度降低，但仍存在较大的潜力。特别是在以下几个方面要得到进一步加强。（1）企业给排水平衡的细化与分析由于原油性质及加工流程的不同，各企业同类装置及生产总用水情况存在较大的差异，为获得最大的节水效果，企业必须细化各装置及整个生产过程的给排水平衡，并依据装置用水性质要求分析废水循环利用、中水串级使用和降级使用、蒸汽热联合等的可能性，并通过不断开展清洁生产达到源头进一步节水、降耗和减排的目的，如：含硫废水用作催化裂化和焦化装置的富气洗涤水或常压塔顶注水；焦化装置冷焦水进行闭路循环；常减压等装置低温低压蒸汽进行合理利用等。（2）突出重点与低成本措施炼化企业新鲜水的用水分布依次为蒸汽自备（约占50%）、循环水补水（约占35%）、工艺用水（约占10%以下）、生活及其他用水（约占5%），企业节水的重点主要应在于蒸汽系统和循环水系统。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）对于蒸汽系统，除了采取提高蒸汽利用率、降低消耗量外，最为重要的是建立和完善蒸汽凝结水收集管网；选用先进的节能疏水阀；将基本无污染的高压透平凝结水与一般性工艺凝结水分开后全部收回；对一般工艺凝结水集中收集后，采用焦炭吸收、活性炭吸附、阻截等除油和离子交换、电磁过滤器除铁等处理手段，以及严密的水质在线检测等设施，使凝结水高比例回用作锅炉补水。经粗算，采用该措施后，凝结水的总回收率可提高到70%以上。对于循环水体统，需要重点关注三个方面。其一是围绕提高系统浓缩倍率开展工作，如对补充水采取软化处理，降低硬度和碱度；根据循环水水质特性筛选合适的处理药剂；完善旁滤处理设施，在不增加处理总量的基础上提高对悬浮胶体、浊度的去除，必要时增设去除有机物、硬度、总盐浓度等手段，以改善循环水水质。其二是降低系统损失，主要措施包括对循环水管道进行查漏和补漏，寻找泄漏的原因（水质腐蚀、管线材质），并建立有效的防渗处理和有效措施；对回水压力较低的机泵冷却循环水尽可能集中收集、用泵增压后返回循环水系统；改善冷却塔体和填料结构、提高淋水密度、增加和选用有效的收水器，对塔壁做防腐和堵漏处理、对风机增加或完善倒流系统、降低风阻和水压等，控制冷却塔风吹损失系数在0.04%以下；选用高效旁滤设施，如高性能的多介质过滤器、纤维束过滤器等，将旁滤反冲洗水量控制在过滤水量的3%以下。其三是将废水处理厂深度或适度处理出水用作系统补充水，减少系统新鲜水的补充量。（3）汽提净化水高比例回用根据现有国内外炼化企业节水的先进经验和用水水质分析，工艺软化用水中的多数可由低含盐的含硫废水或汽提净化水替代。如含硫废水直接用作催化裂化和焦化装置的富气洗涤水或常压塔顶注水；汽提净化水回用作电脱盐注水等措施已得到普遍应用；分质处理后的加氢型汽提净化水已回用作各加氢装置的工艺注水。含硫废水或汽提净化水的回用不仅能减少大量化学水的消耗，同时废水中的高浓度挥发酚、低分子醇等有机物因被萃取返回到物料中而使其浓度得以降低，从而达到节水、减污的双重效果。随着原油硫含量的增加以及因满足油品质量升级要求所带来的加工流程的延伸，炼化企业的高浓度含硫废水量越来越大，甚至已超过含油废水。因此，含硫废水和汽提净化水的高比例回用无论对水资源利用还是污染负荷削减均具有重大的意义。据初步统计，目前一些节水型企业的汽提净化水回用比例已高达80%，而有些企业还停留在40%的水平，确有较大潜力可挖。1.6.2实施装置排水分级控制与高浓度废水预处理（1）对装置排水进行分级控制71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）废水处理厂正常运行的关键是保持来水水质的稳定，主要污染因子（如石油类、硫化物、氨氮以及COD）的浓度控制在设计指标范围内，而能够实现该目的的根本措施是对装置排水实施分级控制、分级管理、确定量化控制指标。废水分级控制可及时回收装置物料、减少挥发和互相混合的损失，防止不同性质和含量的废水交叉污染，避免废水输送过程中乳化现象的加重，是污染源削减的最有效措施。鉴于炼油装置存在较大的共性，可通过对多家典型企业的典型生产装置的排水情况进行系统调查和分析，并在充分借鉴国内外先进的管理经验和技术上可靠、经济上可行的预处理措施的基础上，按照装置规模、生产工艺、进料种类等对排水实施分级管理和控制，确定装置排水量及石油类等特征污染物的控制值，以作为企业或炼油系统的标准规范予以严格监督、考核和管理。（2）对高浓度废水进行预处理为适应当前形势下废水的稳定达标及回用需要，炼化企业应对全厂高浓度废水进行重点关注，如碱渣废水、含硫废水（特别是未建有汽提预处理装置的企业）、罐区脱水、电脱盐排水等，并建设必要的预处理或单独处理装置进行处理。如采用催化湿式氧化或高温湿式氧化工艺处理碱渣等高浓度废水，在保证近100%脱硫率的基础上，可将出水COD控制在4000ml/L以下，使废水处理厂的总有机物负荷削减20%以上。对脱臭后的碱渣废水、汽提净化水或罐区切水等高浓度废水，采用混合后进行SBR等生化预处理的措施。混合处理的好处是一方面可保证废水中的盐质量浓度低于6g/L，满足生物处理法的限制要求（盐质量浓度必须控制在10g/L以内）；同时又从源头降低了有机污染物负荷，可减缓高浓度废水对下游废水处理厂的冲击。对于乳化现象越来越重的电脱盐排水，企业应单独设置预处理装置，并结合原油性质、头家的缓蚀剂和破乳剂类型筛选废水除油药剂及油水分离设施，控制预处理出水中的乳化油浓度，以避免对废水处理厂除油设施产生影响。1.6.3对废水处理厂进行适度改造和补充完善我国许多炼化企业建厂时间早，经过多年的运行和数次扩容改造后，废水处理厂已显现出处理工艺不完善、构筑设施陈旧、处理单元之间不匹配、流程长、能耗高、运行费用大等问题。为适应当前形势的需要，炼化企业应对全厂现有环保设施及运行状况进行全面的调查和分析，以作为总体改造方案的依据，并加以落实。具体包括：（1）调查废水处理厂来水水质的稳定性，分析全厂高浓度废水特别是非正常工况下的高浓度废水的排水量，确定是否需要建设或完善现有储存、调节或预处理设施。（2）分析废水厂总体流程的合理性，考察废水处理厂现有流程是否可以满足达标排放或废水回用的整体需要，确定前处理或后处理单元有否增加设施的必要。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）（1）对废水处理厂的单元处理设施进行完善和局部改造，在对废水处理厂各单元处理设施的运行状况进行调查和分析的基础上，进行完善化改造，使各单元设施的功能得到最大程度的发挥。如浮选单元的溶气释放和废水提升方式、生化单元的构筑结构优化及生物强化（提高污泥浓度和投加特殊菌种）、污泥浓度与污泥回流方式等的合理型改造等。1.7本设计研究方案及预期结果含油污水在正常情况下经过格栅，去除大粒径漂浮物后，流入气浮池池，大雨和事故时，多余含油污水至调节池储存，待高峰流量过后，再用泵逐步送往气浮池。经气浮池去除部分浮油后，含油污水自流入初沉池进行一级沉淀处理，在自流入生化池进行生化处理去除氨氮、CODcr和BOD5，为了达到更严格的标准需依次要进行二次沉淀和絮凝沉淀，最后将处理水经过消毒和沙滤回收利用。具体的工艺流程如下：图1炼油废水的工艺流程图Fig1refiningwastewaterprocessflowdiagram初步预测经以上工艺处理之后，污水可以达标排放，并且有望使的去除率达到99%，的去除率达到99.3%，SS去除率为90%，氨氮去除率为84.6%。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）2编制依据和设计内容2.1自然状况2.1.1气象资料A市位于辽宁省东部，属于鲁东气候区。气候特点是：年降水量适中，气温较低，夏季凉爽而潮湿，冬季寒冷而湿润。年降水量650～900毫米，年降水日数80～97天，气温≥10℃期间降水量约540～800毫米。平均暴雨日数2～3.5天，一日最大降水量达130～470毫米，局部在470毫米以上。年平均相对湿度在70％以上，为全省相对湿度的高值区。全区年平均气温14℃，年最低气温-10℃，年最高气温36℃。月平均最高气温38℃，月平均最低气温-8℃，月平均气温13℃。温度在0℃以上的天数40天。热量资源属全省的低值区。夏季受台风影响，平均每年在2次左右。由于半岛南北沿海及半岛内陆所处位置及地形的差异，受海洋影响的程度差别较大，气候分异明显。常年主导风向：东南风。2.1.2地质资料（1）排水管网干管处一般性资料土壤性质为粘土，冰冻深度-0.50米，地下水位8米；（2）污水总泵站和污水处理厂址处土壤性质为亚粘土，冰冻深度-0.50米，地下水位8米；（3）城市各区中各类地面与屋面的比例由于城市被火车道自东向西所贯穿，城区被分为南北两部分，命名为Ⅰ区Ⅱ区。两区的屋面与地面比例按Ⅰ区：各种屋面占55%，混凝土与沥青路面占10%计算；Ⅱ区：各种屋面占50%，混凝土与沥青路面占15%计算。2.2研究设计内容按照A市提供的设计资料和任务书，本次设计主要范围包括：排水体制的确定、污水管道定线、管网水力计算、方案技术经济比较、污水厂设计、城市污水总泵站工艺设计、处理厂平面图布置、污水和污泥高程布置和工程概预算等。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3构筑物的平面设计计算3.1格栅的设计3.1.1设计说明格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截,以免其对后续处理单元的机泵和工艺管线造成损坏。它是由一组平行的金属栅条或筛网制成，被安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的端部，用以截留较大悬浮物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。本设计中，格栅与明渠(channel)连接，提升泵站的来水首先进入稳压井，再进入格栅渠道。如图3-1-1所示：图3-1-1格栅设计草图Fig3-1-1grilledesignsketch3.1.2设计计算（1）处理规模Q=4.5×104m3/d=1875m3/h=0.52m3/s=520L/s71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）总变化系数Kf===1.36≥1.3当Kf<1.3时，取Kf=1.3；这里Kf=1.36。设计流量（最大流量）Qmax=KfQ=1.36×520=707.2L/s=0.7072m3/s=2456m3/h（2）格栅的间隙数n3-1-1取n=55.式中：——设计流量，m3/s；——格栅安装倾斜角，一般为60°~70°，这里取60°；b——栅条间隙宽度，m，这里取中格栅，取b=20mm；v——过栅流速，m/s，一般取0.6~1.0m/s，取v=0.6m/s；h——栅前水深，m，取h=1m。（3）栅槽总宽度Bm3-1-2式中：S——栅条宽，m，取S=10mm=0.1m。（4）进水渠宽B'm3-1-3式中：v'——进水渠流速，m/s，取v'=0.7m/s。（5）进水渠道渐宽部位长度m3-1-4式中：71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）——进水渠渐宽部位的展开角，一般为20°~30°，取25°。（6）渐窄部分长度m3-1-5（7）过栅水头损失3-1-6m3-1-7m[0.08,0.15]3-1-8式中：k——格栅栅渣阻塞导致的水头损失增长率系数，取3；——格栅局部阻力系数。（8）格栅总高度Hm3-1-9式中：——栅前超高，m，取0.3m。（9）格栅总长度Lm3-1-10（10）栅渣量Wm3/d3-1-11式中：——栅渣量标准，0.01~0.1，取0.05。由于W>0.2，所以清渣方式采用机械清渣。（11）选型根据计算数据选择回转式HFGS-500型机械格栅，该格栅的参数如表3-1-1所示表3-1-1回转式HFGS-500型机械格栅参数71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）Table3-1-1.HFGS-500rotarytypemechanicalgrilleparameters参数尺寸参数尺寸安装角度60°~75°有效宽度k1（mm）500耙齿节距（mm）100水槽宽度k3（mm）750电机功率（kv）0.75设备总宽k4（mm）1080过水流量（T/h）1125水槽深度H（mm）1000~8000液体流量（m/s）>0.53.2调节池的设计3.2.1设计说明调节池亦称调节均化池，是用以尽量减少污水进水水量和进水水质对整个污水系统影响的处理构筑物。在调节池容积计算上，应当考虑能够容纳水质变化一个周期所排放的全部水量，例如，一处小区排放生活污水和工业废水，上午排放的污水污染物高，呈强碱性，下午排放的污水污染物低，呈酸性，则调节池的容积应取这天上午和下午水量之和，这样均和，可使二股pH值不同的污水中和而进行自身调节。如水质无明显的变化周期，而水量又不很大，则调节池的容积越大越有利于调节，这一关系可以从图3-2-1所示的某处排放的污水pH值变化曲线中清楚看到，图上所示的瞬时和经8h及24h调节均和后pH值的变化情况，从图中可见，调节的效果是十分明显的。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）图3-2-1不同均和时间污水pH值的调节效果Fig3-2-1differentpHvalueofallthetimeandadjustsewageeffect当废水水质和水量都有一定的变化时，我们主要根据水质变化的周期性来计算调节池容积，当然，也应根据实际情况予以考虑。3.2.2设计要求（1）调节池一般容积较大，应适当考虑设计半地下式或地下式，还应考虑加盖板。（2）调节池埋入地下不宜太深，一般为进水标高以下2m左右，或根据所选位置的水文地质特征来决定。南方地下水位过高的平原地区，调节池深度太深而使地下水所产生的浮力对调节池放空时会产生较大浮力；此外，深度太大，对土建要求相应较高，土方挖掘会有一定困难，土建投资相对较大。（3）调节池的设计，应与整个污水处理工程各处构筑物的布置相配合。（4）调节池应以一池二格（或多格）为好，便于调节池的维修保养。（5）调节池的埋深与污水排放口埋深有关，如果排放口太深，调节池与排放口之间应考虑设置集水井，并设置一级泵站进行一级提升。（6）调节池设计中可以不必考虑大型泥斗、排泥管等，但必须设有放空管和溢流管，必要时还应考虑设超越管。3.2.3设计计算（1）调节池的体积Vm33-2-1式中：T——停留时间，取3h；k——经验系数，k=1.4。（2）调节池面积Am23-2-2式中：71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）H——有效水深，根据本设计水量需要取4.7m；——超高，取0.3m。（2）调节池的长Lm式中：B——调节池的宽，取25m。3.3气浮池的设计计算3.3.1设计说明气浮工艺与沉淀、澄清工艺相比，对那些难以沉淀的轻浮絮体的去除更显有效。再者，由于他有曝气充氧过程，可以去色、嗅，增加水中溶解氧，其结果更能有效的去除有机物，这些正是深度处理要达到的目的。气浮法的处理构筑物称为气浮池。气浮池一般分单池式和双池室两种，在单池式气浮装置中，液体的溶气和杂质的上浮，同在一个池内发生；双池式气浮装置是由入流和分离两个部分组成，入流部分是产生气泡并粘附杂质颗粒的，分离部分则供浮渣上浮分离，从而使水得到澄清。另外，还有多池式气浮装置。压力溶气气浮法应用最广，这是由于随着压力的增大，空气在水中的溶解度也不断在增加，气泡量足以满足气浮的需要，而且经骤然减压，释放出的气泡平稳、微细（初始颗粒约80）、密集度大，气浮净化效果较好。同时在操作过程中，气泡与水的接触时间还可人为加以控制。另外，此法工艺比较简单，造价较低，管理、维修也较方便。压力溶气气浮装置的工艺流程如下图所示，水泵将原水加压（一般为），送入密闭的压力溶气罐。与此同时，空气通过空压机加压后也一并压入压力溶气罐。在罐中气水在压力下充分接触湍动，使空气溶解于水中。溶气水通入气浮分离室，经过溶气释放器的骤然减压消能促使气体以微气泡的形式稳定释出，并粘附于水中的杂质颗粒上一起上浮至水面。浮渣由刮渣机或自流排入集渣槽。清水则由气浮池下部收集后出流。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）上述流程是将原水全部加压溶气的，故称全溶气式。有时原水全部加压，经释放器的急剧消能会破坏水中的絮体，使气浮净水效果变差。为了避免这种情况，并节省全部原水加压时所消耗的能量，原水可直接进入气浮池，而仅以气浮池出水中的5%~20%的水进行回流加压溶气，这种形式称为部分回流式，目前应用较广泛。该设计采用平流式部分回流压力溶气气浮池，装置系统如图3-3-1。图3-3-1部分回流式压力溶气气浮装置系统1—凝絮池；2—气浮池；3—集渣槽；4—集水管；5—回流水泵；6—溶气罐；7—空压机；8—溶气水管；9—溶气释放器Fig3-3-1partbacktoflowpressuredissolvedvaporfloatingdevicesystem1-coagulationflocculentpool;2-floatingpool;3-setsscrapchamfer;4-setconduit;5-refluxpump;6-dissolvetank;7-aircompressor;8-dissolvedgaspipes;9-dissolvedairreleaser3.3.2设计计算（1）气浮池所需空气量L/h3-3-1式中：——试验条件下的释气量，取60；——试验条件下的回流比，取15%；——水温校正系数，一般为1.1~1.3，取1.2。（2）所需空压机额定空气量71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）m3/min3-3-2式中：——安全系数，一般为1.2~1.5，取1.2。选用B-0.6-7型空压机两台。（3）加压溶气所需水量m3/h3-3-3式中：p——选定的溶气压力，取；——溶气效率，取85%；——溶解度系数。选用S150-50型水泵五台，四用一备。150-50双吸泵是中开式离心泵，供输送清水和物理化学性质类似于水的纯净液体之用。泵扬程从9.5米至120米，流量为90m3/h至6300m3/h，液体的最高温度不得超过80摄氏度。允许最大进口压力0.6MPa。实际回流比3-3-4（4）压力溶气罐压力溶气罐选用四座，则m3-3-5式中：I——溶气罐过流密度，取。选用标准填料罐规格m实际过流密度71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）m3/m2·h3-3-6n-φd图3-3-2TR型压力溶气罐外型1—进水管；2—进水管；3—进气管；4—放气管；5—取样管；6—放空管；7—水位计；8—视镜；9—压力计；10—液位控制器；11—安全阀Fig3-3-2TRdiapHgrampressuredissolvetankappearance1-feedlines;2-feedlines;3-theintakepipe;4-puttracheal;5-samplingtubes;6-torching;7-watermeter;8-asamirror;9-pressuregauge;10-levelcontroller;11-thereliefvalve选择TR-12型溶气罐，如图3-3-2，其尺寸为：罐直径为D0=12m；总高为H=4.277m；H1=0.668m；=3-30；D0=0.84m；进水管直径为200mm；出水管直径为250mm；进气管直径为15mm；放气管直径为25mm；取样管直径为20mm；放空管直径为50mm；水位计直径为20mm。（5）接触室尺寸气浮池的个数N=4单池表面积m23-3-7式中：71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）——接触室上升流速，=16mm/s，停留时间T=70s。取池宽=8.4m，则接触池长m接触室出口断面高m接触室气水接触水深m圆整取m接触室总水深m（6）分离室表面积m23-3-8取池宽m，则分离室长度m取m分离室水深m式中：——气浮分离速度，mm/s；t——气浮池分离室停留时间，取60。（7）气浮池的容积Wm33-3-9（8）时间校核接触室气水接触时间s>60s符合气浮池总停留时间T71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3-3-10（9）气浮池集水管采用穿孔管，按公式的分配流量确定管径，并令孔眼水头损失h=0.3m，按公式计算出孔口流速、孔眼尺寸和个数。（10）释放器的选择与布置根据pa，回流水量m3/h，选择TV-Ⅲ型释放器，当pa时，单只出水量m3/h，则每池释放器个数为3-3-11取18只，两排交错布置接触室内。3.4平流式初沉池的设计3.4.1设计说明初沉池是对污水中的以无机物为主体的比重大的固体悬浮物进行沉淀分离，平流沉淀池由进水装置、出水装置、沉淀区、污泥区及排泥装置组成，如图3-4-1所示，污水从池的一端进入，按水平方向在池内流动，从池另一端溢出，污水中悬浮物在重力作用下沉淀，在进水处的底部设贮泥斗。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）图3-4-1平流式沉淀池草图1—进水槽；2—进水孔；3—进水挡板；4—出水挡板；5—出水槽；6—排泥管；7—排泥闸门；8—链带；9—可转动的排渣管槽；10—导轨；11—支撑；12—浮渣室；13—浮渣管Fig3-4-1flatstreamingtrapssketch1-intothecistern;2-intoholes;3-fillbaffle;4-effluentbaffle;5-acistern;6-rowmudtube;7-rowmudgate;8-chainbelt;9-moveableslagdischargetubeslot;10-guide;11-support;12-scumroom;13-scumtube3.4.2设计计算（1）沉淀区表面积Am23-4-1式中：q——表面水力负荷，取。（2）沉淀池的有效深度m3-4-271n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）式中：t——沉淀时间，取t=2h。（3）沉淀区有效容积Vm33-4-3（4）沉淀池长度Lm3-4-4式中：v——最大设计流量时的水平流速m/s5mm/s。（5）沉淀区总宽度Bm3-4-5取45m（6）沉淀池数量n3-4-6式中：b——每座池宽，取5m。（7）污泥区容积=191m33-4-7式中：——进入沉淀池时污水中悬浮物的浓度。设气浮池悬浮物去除率为30%，则mg/L；——出水时悬浮物浓度，设初沉池悬浮物去除率为60%，mg/L；71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）——污泥容重，当含水率为95%以上时，取；——污泥含水率，取95%；T——排泥周期，一般为2d。（7）沉淀池总高度Hm3-4-8式中：——沉淀池超高，=0.3m；——无机械刮泥设备时缓冲层高度m；——贮泥斗高度，取污泥斗上口边长m，下口边长m，污泥斗倾角，则m；——污泥斗上方梯形高度，取梯形部分坡度i=0.01，则m。（8）污泥斗的容积m33-4-9（9）贮泥斗以上梯形部分污泥容积m33-4-10式中：——污泥斗上面梯形的上底边长长度，m；——污泥斗上面梯形的下底边长长度，m。3.5A/O（缺氧-好氧）生化反应池的设计3.5.1设计说明基于脱氮的考虑，本设计采用二级处理中的新工艺，即A/O71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）法。处理工艺采用缺氧好氧活性污泥法，即A/O法延长曝气时间，它将缺氧反硝化反应置于该工艺之首，所以又称为前置反硝化生物脱氮工艺，使出水完全硝化，同时还有一个系列采用除氮工艺，增加内回流，回流量达400%，提高了出水的除氮效果，扩大处理水的再利用。流程图如下。这是目前实际工程中应用较多的一种简单实用的生物脱氮工艺。生物脱氮的基本原理是在传统的二级处理中将有机氮转化成为氨氮的基础上，通过硝化和反硝化菌的作用，将氨氮转化成亚硝态氮、硝态氮、在通过反硝化作用将硝态氮转化成氮气，从而达到污水脱氮目的。A/O工艺具有流程简单，工程造价低的特点。其主要工业特征是将脱氮池设置在去除碳过程的前端，是脱氮过程一方面更直接利用进水中的有机碳源而省去外加碳源；另一方面则通过曝气池混合液回流，使其中的NO3-在脱氮池内反硝化，使氮得以去除。A/O工艺流程图见图3-5-1。图3-5-1A/O工艺流程图Fig3-5-1flowdiagramofA/Oprocess3.5.2生化反应池主要尺寸计算（1）有效容积m33-5-1式中：——污水设计水量，m3/d；——BOD污泥负荷（/MLSS计），一般为，取0.15kg/(kgd)；X——混合液污泥含量（以MLSS计），一般为2000~5000mg/L，取3500mg/L；——进水含量，mg/L，mg/L。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）按照缺氧段与好氧段的容积之比1：（3~4），这里取1：4，则m3m3（2）取有效水深m（3）总有效面积m23-5-2（4）分两组，每组有效面积Sm2（5）设5廊道式曝气池，廊道宽b=12m，则单组曝气池池长m3-5-3（6）则总长L=105m，总宽m（7）水力停留时间th取缺氧段与好氧段水力停留时间之比为1：4，则h，h。（8）剩余污泥量Wkg/d3-5-4式中：a——污泥产率系数（），一般为0.5~0.7，取0.5；b——污泥自身氧化速率（），一般为0.05；——生物反应池去除的浓度，生化池的去除率为96%，kg/m3；71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）——挥发性悬浮固体浓度，kg/m3；——反应器去除的SS浓度，mg/L=0.12kg/m3。（9）湿污泥量QSm3/d3-5-5式中：P——污泥含水率，取99.2%。（10）污泥龄d>10d3-5-6式中：——每日生成的活性污泥量，kg/d。（11）空气量的计算=19938.7kg/d3-5-7则所需空气量为kg/d式中：——分别为1，4.6，1.42；——氨氮去除量，；——硝态氮去除量，，由于该设计的进水水质中硝态氮极少，故不考虑；71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）——进水氨氮浓度；——出水氨氮浓度。缺氧段在水下设叶片式浆板，使进水与回流污泥充分混合。曝气池中设有溶解氧监测仪，其输出的模拟量信号输入计算机，通过计算机控制调节鼓风机风量，节省电耗。曝气池还设有各种测量仪表，可将进入每个池子的水量、回流污泥量、pH值和水量输入计算机，进行集中监视。计算机可显示曝气池的全部工作状态和故障报警。3.5.3曝气系统计算（1）中气泡型曝气装置如3-5-2图所示。该装置采用网状膜，曝气器由主体、螺盖、网状膜、分配器和密封圈等部分组成。主体骨架用工程塑料注塑成型，网状膜有聚酯纤维制成。从底部进入空气，经分配器的一次切割并均匀分配到气室内，然后通过网状膜进行二次切割，形成微小气泡扩散到水中。网状膜曝气器的服务面积1m2/个，动力效率2.7～3.7KgO2/kWh，氧利用率15%～20%。图3-5-2中气泡型曝气装置Fig3-5-2airbubbletypeaerationsetup（2）鼓风机鼓风机采用离心式鼓风机，这种鼓风机噪声小，一般可达到85dB以下，且效率较高，适用于大中型污水处理工程。（3）空气管路系统计算按曝气池平面图，布置空气管道敷设于池底，距池底0.2m，淹没深度4.0m。在相邻的两个廊道的隔墙上设一根干管，共4根干管。在每根干管上设971n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）对配气竖管，共18条配气竖管。曝气池共设72条配气竖管，每根竖管的供气量为：m3/d曝气池曝气部分平面面积为：m2每个空气扩散器的服务面积按1m2计，则所需空气扩散器的数目为：每根竖管上安装的空气扩散器个数为：10080÷72÷2=70个每个空气扩散器的配气量(oxygen/airsupply)为：94946.2÷10080=9m3/h将空气扩散器和布置的空气管路绘制成空气管路计算草图如图3-5-3所示图3-5-3空气管路计算设计草图Fig3-5-3airpipecalculationdesignsketch3.6辐流式二沉池的设计计算3.6.1设计说明由于设计流量较大，二沉池采用辐流式沉淀池(radiateflowsadimetationtank)。其特点是：（采用周边进水，周边出水）a.多为机械排泥，运行较好，管理简单；b.排泥方法完善，设备已趋于定型；c.池内水流速度不稳定，沉降效果较差；71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）d.机械排泥设备复杂，对施工要求高；e.适用于地下水位较高的地区；f.适用于大、中型污水处理厂。3.6.2设计计算（1）沉淀部分有效面积Fm23-6-1式中：R——污泥回流比，R=50%；q——表面负荷，一般为，这里取m3/m2h。（2）每座沉淀池有效面积m23-6-2式中：n——沉淀池座数，取n=2座，并联运行。（3）沉淀池直径Dm3-6-3校核：m2m3/m2h=q合理（4）沉淀部分有效水深m3-6-4式中：t——沉淀时间，取3h。（5）单池沉淀部分有效容积m33-6-571n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）（6）污泥部分所需容积Vm33-6-6（7）污泥斗高度m3-6-7式中：——污泥斗上口半径，m，取6m；——污泥斗下口半径，m，取4m；——倾角，一般为60°~75°，取60°。（8）污泥斗容积m33-6-8（9）污泥斗上部圆锥体高度m3-6-9式中：i——坡度，一般为1%~5%，取5%。（10）污泥斗上部圆锥体部分体积m33-6-10（11）为满足污泥所需容积要求，在有效水深下部再取m，则该部分的体积为m33-6-11（12）贮泥斗总体积m3>V3-6-12（13）沉淀区总高度Hm3-6-13式中：71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）——超高，取0.3m；——缓冲高度，取0.3m。（14）本设计的出流堰采用锯齿形溢流堰，堰口直径为0.5m，堰壁距沉淀池边缘距离为0.5m，堰口负荷校核L/m·s10min，故需对原设计尺寸进行调整。令n=8，mm/s，不变，则重新计算数值汇总于表3-7-1。表3-7-1调整后计算结果Table3-7-1thecomputationalresultsafteradjusting参数/m2/m/m2/m/m/m/m3T/min数值12.640.130.424.9486.8（10）水头损失hm3-7-9式中：——池中每米工作高度的水头损失（从进水口至出水口），取0.03m。（11）GT值水温t=20℃时，kg/m2速度梯度为s-13-7-10根据一般规定，当时，才符合标准。3.8普通快滤池的设计3.8.1设计说明71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）过滤的目的在于去除水中呈分散悬浊状的无机质和有机质粒子，也包括各种浮游生物、细菌、滤过性病毒与漂浮油、乳化油等。污水回用时首先要求悬浮物含量少，否则其会沉积于管道或设备中，引起堵塞，因此过滤技术在污水回用中得到最普遍的应用，是保证处理水质不可缺少的关键过程，即可作为深度处理流程中间的一个单元，也可作为回用之前的最后把关步骤。在污水深度处理中，过滤的作用可归纳如下：（1）进一步去除污水中生物絮体和悬浮物，使出水浊度大幅度降低，出水变得透明；（2）进一步降低出水的有机物含量，对重金属、细菌、病毒也有很高的去除率；（3）去除化学絮凝过程中产生的铁盐、铝盐、石灰等沉积物，去除水中的不溶性磷；（4）在活性炭吸附和离子交换之前，作为预处理设施，可提高后续处理设施的安全性和处理效率；（5）通过进一步取出污水中的污染物质，可减少后续的杀菌消毒费用。3.8.2设计计算（1）计算水量m3/d3-8-1式中：Q——设计水量；a——污水厂自身耗水量（主要为滤池冲洗用水）的系数，取1.05。（2）滤池每日实际工作时间h3-8-2式中：——滤池的过滤周期（采用24h连续运转），h；——滤池每日冲洗及操作时间（采用0.1h），h；——滤池每日冲洗后停用和排放初滤水时间（采用0.5h），h。（3）滤池总面积Fm23-8-3式中：71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）v——滤速，这里取6m/h，m/h。（4）单池表面积fm23-8-4式中：N——滤池个数，根据滤池个数和单池面积选择规范要求，滤池总面积在250~400m2之间时，适宜的滤池个数为6~8个，适宜的单池面积为40~50m2，所以取N=8。（5）滤池长L滤池长宽比采用L/B=1，则m3-8-5（6）校核强制速率m/h3-8-6（7）滤池高度Hm3-8-7式中：——承托层厚度，级配组成见表3-8-1，=0.45m；——滤料层厚度，级配组成见表3-8-2，m；——沙面上水深，取1.7m；——滤池超高，取0.3m。表3-8-1大阻力配水系统承托层组成Table3-8-1bigresistancewithwatersystemsupportinglayers层次（自上而下）粒径（mm）承托层（mm）12~410024~810038~16100416~3215071n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）表3-8-2滤料组成及滤速Table3-8-2filtermaterialcompositionandfilterspeed类别滤料组成设计滤速/(m/h)粒径/mm不均匀系数厚度/mm双层滤料过滤无烟煤=0.82.0300~4005~10石英砂=0.5=1.22.0400~500石英砂滤料过滤=0.5=1.22.0700~10004~6均质滤料过滤d=0.9~1.21000~12004~53.9消毒池的设计3.9.1设计说明Cl2瓶2加Cl2机混合池自来水污水接触池出水氯是目前国内外应用最广的消毒剂，除消毒外还起氧化作用。加氯操作简单，工业产品的瓶装液氯来源可靠，加氯消毒的一次性设备投资和运行费用均比较低，而消毒效果也比较稳定，且有成熟的设计经验，故在以往的水处理工程中较多地被采用。液氯消毒的工艺流程如图3-9-1所示。图3-9-1液氯消毒的工艺流程71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）Fig3-9-1liquidchlorinedisinfectionprocessflow液氯消毒的效果与水温、pH值、接触时间、混合程度、污水浊度及所含干扰物质、有效氯含量有关。加氯量应根据实验确定，查阅相关资料可得以下参照数值：一级处理水排放时，加氯量为20~30mg/L；不完全二级处理水排放时，加氯量为10~15mg/L；二级处理水排放时，加氯量为5~10mg/L。混合反应时间为5~15s。当采用鼓风混合，鼓风强度为0.2m3/(m3·min)。用隔板式混合池时，池内平均流速不应小于0.6m/s。加氯消毒的接触时间不小于30min，处理水中游离性余氯量不低于0.5ml/L。液氯的固定储备量，一般按最大用量的30d计算。3.9.2设计计算（1）加氯量kg/d=9.38kg/h3-9-1式中：a——最大投氯量，为5mg/L。（2）储氯量kg3-9-2（3）氯瓶及加氯机氯瓶数量：采用容量为1000kg的氯瓶，共8只。加氯机选型：采用5~45kg/h加氯机两台，一用一备。（4）接触消毒池（见图3-9-2）a.消毒池有效容积Vm33-9-3b.消毒池池体尺寸消毒池分格数n=3消毒池有效水深设计为H=4.0m71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）图3-9-2消毒池的计算草图Fig3-9-2sterilizationtankcalculationsketch消毒池池长L=20m，每格池宽b=4.0m，长宽比L/b=5消毒池总宽mc.消毒池实际有效容积V'm3-9-4满足有效停留时间的要求。3.10污泥浓缩池的设计3.10.1设计说明在污泥处理过程中，产生大量的污泥。这些污泥含有大量的易分解的有机物质，对环境具有潜在的污染能力。同时，污泥含水率高，体积庞大，处理和运输均很困难。因此，物在最终处置前必须处理，以降低污泥中的有机物含量，并减少其水分。使之在最终处置时对环境的危害减少之限度。本设计的炼油废水处理过程中产生的污泥来自以下几部分：1）平流式初次沉淀池产生的污泥，污泥量W1=95.5m3/d，含水率P1=95%。2）A/O池产生的污泥，污泥量W2=1678m3/d，含水率P2=99.2%；3）辐流二次沉淀池产生的污泥，污泥量W3=1406m3/d，含水率P3=99.63%；71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）则总的污泥量m3/d根据物料衡算得混合后的污泥含水率P：3-10-1整个过程中的污泥可以看作是化学污泥与剩余污泥组成的混合污泥，符合重力浓缩的适用条件，因此设计中采用辐流式重力浓缩池。3.10.2设计计算根据要求，浓缩池设计横断面面积应满足：≥固体通量（固体负荷）M：对于剩余污泥M为30~60kg/m2.d，对于初沉污泥M为80~120kg/m2.d，设计为剩余污泥与化学污泥的混合污泥，但是化学污泥量很少，故取M=40kg/m2.d=1.67kg/m2.h（1）浓缩池面积a.入流污泥量WCkg/d3-10-2式中：W——进入浓缩池的总污泥量，m3/d；P——进入浓缩池污泥的含水率，%。b.入流固体的浓度Ckg/m33-10-3式中：——入流污泥量，kg/d；W——设计污泥量，kg/m3。c.浓缩池总面积Akg/m33-10-4（4）浓缩池的直径D71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）m3-10-5（3）浓缩池工作部分的高度h1m3-10-7式中：T——浓缩时间，12～24h，设计中取12h；W——进入浓缩池的总污泥量，m3/d；A——浓缩池的面积，m2。（4）浓缩池的高度H1m3-10-10式中：h1——浓缩池工作部分的高度，m；h2——保护高度，取0.3m；h3——缓冲高度，取0.3m。（5）浓缩后污泥体积V1m3/d=32.68m3/h3-10-11式中：P——进入浓缩池中污泥含水率，%；P1——污泥浓缩后的含水率，%；W——设计浓缩污泥量，m3/d。（6）浓缩后污泥浓度C13-10-12式中：WC——入流污泥量，kg/d；V1——污泥浓缩后的体积，m3/d。（7）贮泥区的容积计算按3h贮泥时间计泥量，则贮泥区所需容积71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）m33-10-13（8）污泥斗的设计a.池底坡度造成的深度h4m3-10-14式中：——池底坡度，取0.05；D——浓缩池的直径，m；——泥斗上口半径，取2m。b.泥斗深度h3(2-1)°=1.7m3-10-15式中：r1，r2——泥斗上、下口半径，分别取2m、1m；——斗壁倾角，度。c.污泥斗容积V3m33-10-16式中：h3——泥斗深度，m。d.污泥斗以上圆台部分污泥容积m33-10-17式中：R1——浓缩池半径，m；——泥斗上口半径，m；取2m。e.总的贮泥区容积为m33-10-18m3符合要求71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）（9）总高度Hm3-10-19式中：——池底坡度造成的深度，m；——泥斗深度，m。（10）污泥水量m3/d3-10-20式中：——污泥水量，m3/d；W——进入浓缩池的总污泥量，m3/d；V1——污泥浓缩后的体积，m3/d。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）4构筑物的高程设计计算4.1概述为使污水能在各处理构筑物之间通畅流动，以保证处理厂的正常运行，需进行高程布置，以确定各构筑物及连接管高程。4.2注意事项的考虑在对污水处理厂污水处理流程的高程布置时，应考虑下列事项：①选择一条距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算。并适当留有余地，以保证在任何情况下，处理系统能够正常运行。②计算水头损失时，一般以尽其最大流量作为构筑物和管渠的设计流量。③设置重点泵站的污水处理厂，水力计算从接受处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒推计算，以使处理水在洪水季节也能自流排放，二泵站需要的扬程较小，运行费用较低。但同时应考虑挖土深度不宜过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难。④在作高程布置时，还应注意污水流程与污泥流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。4.3设计计算（1）构筑物间沿程损失4-3-1式中：i——沿程阻力损失；l——构筑物间沿程距离，m。（2）局部阻力损失4-3-271n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）式中：——局部阻力损失之和；v——流速，m/s；g——重力常数。（3）构筑物间的总压力损失4-3-3（4）总压力损失h4-3-4根据以上公式将各构筑物间的阻力损失汇总于表4-1：表4-1各构筑物间的阻力损失Table4-1Theresistancelossesbetweenvariousstructures区间阻力损失(m)(m)(m)出口到消毒池0.220.140.36消毒池到沙滤池0.060.580.64沙滤池到絮凝池集配水井0.070.740.81絮凝池集配水井到二沉池0.230.250.48二沉池到二沉池集配水井0.010.250.35二沉池集配水井到A/O0.030.330.36A/O池到初沉池0.180.330.51初沉池到气浮池0.030.410.44气浮池到格栅0.090.400.49格栅到提升泵0.010.000.01提升泵到调节池0.020.000.02合计0.843.184.0271n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）5工程概预算5.1估算范围污水处下厂污水处理工程、污泥处理品工程、其他附属建筑工程、其公用工程等。另外包括厂外工程(供电线路、通风线路、临时道路等)。5.2材料价格建筑物价格根据市场当时价格，经调查分析综合测算后确定，如钢筋2700元每吨；水泥(425)280元每吨；锯材2100元每吨；碎石80元每吨；中粗砂70元每吨。管材出厂价格按铸铁管3300元每吨，钢管4500元每吨。国内制备按厂出厂价格另加运杂费用，引进投资按到岸价另加国内运杂费用。5.3概预算5.3.1土建工程概预算土建工程概预算包括厂区各构筑物及办公场所、生活区的土建费用，根据当前建材价格、人工价格等将各个构筑物的概算汇总于表5-3-1。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）表5-3-1土建工程概预算Tables5-3-1Civilengineeringbudget序号名称数量(座)单价(万元)总价(万元)1格栅间1552初沉池910903A/O池2601204二沉池2641285絮凝池85406沙滤池810807消毒池130308浓缩池125259不可见费303010房屋及其他20011预备费100012合计17485.3.2管道投资概预算管道投资概预算见表5-3-2表5-3-2排水管道投资估算Table5-2drainageinvestmentestimationDN(mm)总长(m)总投资(万元)80020020400150102001007合计375.3.3设备报价设备购置所需费用见表5-3。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）表5-3设备费用Table5-3equipmentcosts序号名称型号数量单价(万)总价(万)1中格栅HFGS-50028162空压机B-0.6-724.69.23压力溶气罐TR-124144水泵S150-5050.10.55鼓风机C20-1.55123236污水提升泵CP(T)-575-4041.87.27剩余污泥泵50YW-20-10-1.522.14.28污泥提升泵50YW-20-7-0.7532.16.312污泥泵GMP-31-4022.75.413污泥回流泵CP-51.5-6522.5514刮泥撇渣机PGTⅠ-5.51252517安装费5019合计155.85.3.4其它费用包括工具购置费、土方外运费、辅助构筑物的设备购置费、安装费及建设期贷款利息等，合计2000万元。5.4估计总投资因为总投资=土建费+设备费+设计费+其他费用所以总投资＝1748+(155.8+37)+100+2000＝4040.8万元71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）6劳动定员6.1生产组织污水处理厂隶属于公用事业部门，生产受市环保部门监督，根据国家《城镇污水厂和附属设备设计标准》CJJ139-89。结合该厂具体情况，设立如下机构及人员：生产机构，管理科室，技术人员，生产工人。6.2人员编制根据生产规模、工艺要求及设备的自动化程度，污水处理厂定员22人，详见表6-1表6-1人员编制表Table6-1staffingtable部门岗位生产班次编制/人定员生产部门污水处理设施236污泥处理设施122控制室248化验室133技术行政管理122辅助生产及勤杂人员111总计2271n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）7环境保护、安全生产与劳动卫生7.1环境保护污水处理厂绿化面积应占有一定比例，根据规范要求绿化系数为30％，配备绿化专管人员。此地区气候特点好，应做好春、夏、秋三季花、草、树木的绿化搭配。此外，处理后产生的污物应及时外运，为污水处理厂创造优美的工作环境。7.2安全与劳动卫生（1）为改善工作和周围环境，除选用低噪音型的鼓风机和水泵外，还可以通过平面布置来将噪音降到最低。根据声传播的方向性，利用建筑物的屏蔽作用和绿化植物的吸收等因素进行布置，减少噪音的不良影响。（2）设计中平台、水池、走廊和钢梯均设有保护栏。（3）在生产厂区，装置以及建筑物的布置均留有足够的防火安全距离，道路设计满足消防车对通道的要求。（4）设计中将综合楼、食堂等建筑物避开厂区的下风向，以避免由于风带来的不良影响。（5）有异味气体散发的岗位，设通风设施，以改善工作环境。（6）污水处理厂内设有相应的厂区雨水排放系统及雨水泵站。（7）厂区设置相应的移动式灭火器，设置消防给水网及室内外消防栓。（9）污泥处理系统的设备及管道均设有跨接和静电接地装置。（10）本工艺由于有缺氧处理部分，会产生很少量的有害、易燃气体，可不用搜集，但应及时排出以免这些气体积累发生危险。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）结论在本次设计中，根据设计要求查阅了大量相关资料，结合国内外现有的水处理工艺及已有的技术水平，结合A市的实际情况，提出炼油工业废水的处理方案。首先根据设计任务书中的要求收集资料，进行工艺的比较，处理效果、技术和经济等进行比较，确定A/O工艺作为本次设计的处理工艺。结合处理废水的性质，根据要求达到的处理效果，选择相对应的处理构筑物和停留时间及管道长度，算出各构筑物和管道的尺寸，并计算出它们的水头损失。根据环境因素布置整个处理系统。最后按照有关规定进行经济概预算以及劳动定员。按照设计规定，要对处理水进行回用，所以在污水在进行一级、二级处理之后又进行了深度处理以对处理水进行回用，达到“节能减排”的目的。但是，设计中我们仅仅是从理论的基础上考虑问题，与实践的差距还很大。为了更好的把理论知识与实践结合起来，我们应该多参加实践，在实践中深化理论知识，这样所学的知识才能够更好的指导实践。本设计中还存在很多的不足，我们要学会在实践中发现问题，解决问题，将理论和实践结合起来，为我国的环保事业贡献自己所有的力量。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）致谢经过四个月的努力，我的毕业设计在环境工程教研室各位老师的悉心指导下得以完成，特别是我的指导老师范荣桂老师，设计期间随时随地，有问必答。范老师的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作态度，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。范老师不光指导了我设计的基本研究方法，更教会我许多如何去发现问题，解决问题的能力。从论文题目的选定到理论探讨，以及修改至最后定稿，无不浸透着老师的心血和汗水。在这里谨向各位老师致以诚挚的敬意和衷心的感谢！同时，在设计中还得了其他同学的大力支持和帮助，在此，特别表示感谢。最后，感谢各位领导和老师在百忙之中即将对本人设计所做的精心评阅和指正。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）参考文献[1]洪嘉年主编.给水排水常用规范祥解手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.6.[2]郭功佺主编.给水排水工程概预算与经济评价手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1993.4.[3]编写委员会.给水排水设计手册[M]（第九册）.北京:中国建筑工业出版社,2000.6.[4]王全金主编.给水排水管道工程[M].北京:中国铁道出版社,2000.[5]李培红,张克峰,王永胜,严家适编著.工业废水处理与回收利用[M](第1版).北京:化学工业出版社,2001.4.[6]王国华,任鹤云编著.工业废水处理工程设计与实例[M](第1版).北京:化学工业出版社,2005.1.[7]高廷耀,顾国维,周祺主编.水污染控制工程[M](第5版).北京:高等教育出版社,2009.5.[8]曾科,卜秋平,陆少鸣主编.污水处理厂设计与运行[M].北京:化学工业出版社,2002.3.[9]徐新阳,于锋主编.污水处理工程设计[M].北京:化学工业出版社,2003.4.[10]于尔捷,张自杰主编.给水排水工程快速设计手册[M]（第2册）.北京:中国建筑工业出版社,2001.6.[11]严煦世主编.给水排水工程快速设计手册[M]（第1册）.北京：中国建筑工业出版社,2001.6.[12]崔玉川,杨崇豪,张东伟编.城市污水回用—深度处理设施设计计算[M](第一版).北京:化学工业出版社,2003.7.[13]张自杰主编.环境工程手册—水污染防治卷[M].北京:高等教育出版社，1996.[14]OswaldW．J．AdvancesinWaterQuslityImprovement[M]．USA，Auscin：UniversityofTexasPress，1988,132．[15]GoronszyMC.Thecyclicactivatedsludgesystemforresortareawastewaterreatment[J].WatSciTech.,1995,32(9-10):105-114.71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）附录A译文利用农业废弃麦秆去除含油废水中的乳化油ShariffIbrahim王绍斌安哈明科廷理工大学化学工程系，邮箱，U1987，西澳珀斯，澳大利亚摘要：采用十六烷基氯化吡啶盐（CPC）这种阳离子表面活性剂改性后的大麦秸秆这种农副产品作为一种吸附剂被用来去除水溶液中的乳化介花油。改性后的大麦秸秆的表面（SMBS）组织和表面特性通过N2的吸附、傅立叶变换红外光谱、扫描电镜、表面酸碱基团及表面活性剂的解吸来表征。CPC从SMBS中低解吸揭示了CPC与麦秸秆表面具有较强的结合力。并通过吸附温度、溶液的pH值,吸附剂加载量、物料粒度等几个因素对乳化油的吸附进行了研究。研究发现，CPC的添加在麦秸秆表面创建了一个非极性层，因此赋予了SMBS具有更好的吸附能力，实现从水中除油。高酸性条件对吸附作用较为不利，其最大吸附能力应是近中性的条件下。较大的粒径会导致较低的吸附作用，但吸附温度不会对乳化油的吸附产生显著的影响。动力学研究表明,吸附平衡时间短，吸附等温线符合朗格谬尔模型。25℃时由朗格谬尔等温线求得的吸附量为76.0±0.3mg·g−1。关键词：改性大麦秸秆农业副产品乳化芥花油阳离子表面活性剂1、引言我们不希望含油废水影响到环境，因为水中油的存在不仅对水生生物不利并且会给污水处理厂带来很多严重的问题[1,2]。通常油引起的水污染有两种形式，即游离油和乳化油。游离油不是大问题，因为游离油能靠重力分离然后掠去。然而乳化油带来了真正的问题，这还归因于它在水相中的稳定性[3]。污水中的油乳胶有多种来源例如炼油厂、轧钢厂、化学加工和制造工厂[4]。含油废水的处理方法多种多样包括物理的、生物的、化学的、机械的和物理化学的方法（浮选），而且离子交换魔法也已经成熟[4]。然而，这些处理方法仍然有很多局限性，例如低功效、高成本、腐蚀性以及再污染等[1]。吸附作用在去除排水系统中有机和无机污染物时是一种不可忽视的研究手段[5]。介于较低的功效和处理含油废水的活性炭昂贵的价格，因此在过去的很多年许多学者都在着力研究使用便宜的材料作为其替代品的可能性[2,7,8]71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）。我们曾进行一个研究使用未成熟大麦秸秆作为吸附剂去除水溶液中的乳化油。然而研究发现大麦秸秆去除乳化油的效果并不是很理想。这是通常期望农业废弃物为原料展现出较低的吸附能力[9],因此,提高原材料的性能似乎变得很必要。特殊的官能团的可用性例如大麦秸秆中的羟基使它很容易的经历表面改质。一些调查报告已经显示出了对有机和无机材料的表面改质对乳化油吸附作用的效力[7,8,11]。表面改质的吸附剂也显示出了其他污染物像重金属[12,13]、染色剂[14,15]以及有机物[16-19]的去除。多年来，几乎都是在报道表面改性材料方面[16，20，21]，农业及副产品的应用很少被报道。在该项工作中，大麦秸秆为了吸附石油用阳离子表面活性剂和氯的一水化合物（CPC,C21H38NCl）进行改造。阳离子首先提供了一种表面活性剂吸附静电驱动力，表面上电荷相反[23]从而形成疏水性，附在固体表面上一层,然后使一个有机污染物分层[24]。吸附和溶解作为一种解决办法而著称[21]。尽管[7]报道了表面活性剂处理过的黏土对除去污水中油脂的适用性。他发现改性的表面活性剂产生了疏水，无极层，随后把油滴分层。一个表面活性剂的选择需要很长的烷基链例如CPC就很重要因为较短的烷基链在去除有机污染物的方面比较弱势[25]。另外，平坦的和两极的在CPC的组中能形成更大的半纤维聚合体使他们被地表更好的吸收[26]。阳离子表面活性剂对土壤表面的吸附作用的详细说明在别的地方也能找到[27,28]。先前调查显示改进的CPC大麦秸秆对染剂吸附很有效[29]。在这个调查中，吸附剂的表面性质以吸附作用的理解为特点。操作的影响参数如搅拌速度、吸附温度、颗粒大小以及乳化油吸附作用中上水溶液的pH，包括一切的调查。合适的等温模型的应用估计吸附容量大。2.试验2.1吸附剂制备从澳大利亚史蒂芬兄弟大麦秸秆有限公司购买大麦秸秆名被反复的水冲洗以去除灰尘和可溶性杂质。把稻草放在搅拌机中大约15分钟用蒸馏水洗到没有颜色为止。然后将样本在65摄氏度的条件下干燥一宿再储存在玻璃容器中指定为原始大麦秸秆。用表面活性剂处理过的大麦秸秆浸泡在1LCPC溶液中。悬架在一个24小时室温为25摄氏度的条件下在回转式振荡器以170rpm的速度震动。大麦秸秆处理就是使其从液体中分离出来并通过蒸馏水水洗几次从而去除存留的表面活性剂。最后，处理后的大麦秸秆在一个60摄氏度的烤箱里干燥一宿然后储存在玻璃容器里贴上标签作为表年活性剂改性的大麦秸秆。2.2合成乳化油废水的制备71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）乳化油污水的一种常备的溶液是11.5g菜籽油加1000mL的水和12.5g的乳化剂。该混合物在告诉旋转的搅拌机中能稳定15-20min。该溶液呈乳白色，并且展现出了溶液特有的化学稳定性。之后为吸附测试将油稀释到要求的浓度。2.3吸附剂的特征表征所有样品的表面积，总的空隙体积以及空隙大小都由氮气吸附作用在-196摄氏度时使用全自动比表面和孔径分布分析仪（美国产的）决定的。所有的样品都在24小时内处于110-120摄氏度的条件下在氮气吸附实验之前除去瓦斯。BET表面积和空隙体积都是分别在申请布鲁诺—埃梅特-特勒方程式和p/p0=0.95的吸附数据中得到的。空隙的粒度分布从使用离散傅立叶变换方法得到。吸附剂样品的微观结构和表面形态具有日本电子6400次自动发射特点，并在15kV的加速电压下用电子显微镜进行扫描。RBS和SMBS的傅立叶变换红外（傅立叶变换红外光谱学）范围是用衰减反射比来收集铂金埃尔摩光谱100分光光度计。该光谱的扫描范围是650-4000cm-1。秸秆样本的表面酸性和基群都是根据勃姆式滴定法测定的[30]。在每个测试中，0.5g秸秆样品就悬浮在100mL0.05N标准的氢氧化钠溶液或盐酸溶液中。悬浮液在一个密闭容器中摇晃24小时，然后取5mL滤液加过量的酸再用氢氧化钠和盐酸溶液滴定。吸附了CPC的原始秸秆的吸附作用由分散0.2gSMBS在100mL去离子水和其他的酸溶液中决定的，0.01，0.001，和0.0001M盐酸，为6个小时。解吸CPC被用来判断使用紫外分光光度计，其最大的吸收范围是257海里。2.4吸附实验研究批量吸附研究实现了把1.0gSMBS和100mL乳化油溶液在已知的浓聚物中混合，并在170rpm,25℃条件下摇晃至实现了平衡力。分离开后，溶液样品用浓度量度。水中的乳化油使用一种分割红外线的方法测量；以下CVH,TOG/TpH分析仪和石油萃取剂，S-316。一种无吸附材料的控制测试还引导确定溶液中乳化油吸附的其他因素。这些实验同样使用在相同条件下并且平均值法被运用在计算中。在整个实验中（除非提到其他地方），轨道震动被用来搅拌样品，溶液的pH用9811镱嗨pH计测量（意大利，汉纳）。至于操作变量；溶液原始pH是7.5并且乳化油的体积定为100mL。搅拌速度，温度，粒度以及吸附剂的用量分别是170rpm,25℃，0.50-1.18mm和1.0g。这些情况都用在整个实验中，除非另有说明。研究实验参数的影响，即原始pH，溶液温度，搅拌速度和粒度，可以通过以上的调查改变其中的一个参数同时保证其他的参数不变。样品对石油分析的特定时间被收回。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）一批等温研究是使用在0.4-1.3g的不同计量混合吸附剂对乳化油溶液作用，同时保证其他的参数，即pH，乳化油溶液浓度，温度和搅拌速度在恒定的条件下。收回分析的样品要在平衡的状态下。由于实验被一式二份或一式三份额的被执行，从平均值中得到的误差作为均值的标准误差。2.5.最佳拟合模型的估计为了确定研究模型适用性的拟合方程，回归系数，R2和误差函数都被应用了。回归系数的价值最接近统一是假定接提供最佳匹配的同时对误差估计，价格越低越合适。马夸特测定方法的百分率标准偏差（MPSD）[31]被作为误差函数并如下给出：这里p是实验的数目，n是模型方程式的参数。qe,meas和qe,calc分别指的是实验数据和数据计算出的模型方程。表1　RBS及SMBS的特性参数2.结果与讨论3.1.SMBS吸附剂的表征RBS和SMBS的物化特性由表一给出。RBS的表面活性改性后表面积和体积都减小了。这归因于表面活性剂的不同和附件的内部框架根生的吸附剂的收缩作用引起孔隙通道[22]。降低酸性基团的介入SMBS指出这些基体在CPC阳离子吸附,而增加基本类别是由于CPC的吸收量阳离子。一个类似的观测也被Namasivayam和Sureshkumar[22]报道过。在具有浓厚的CPC和稻草表面的去离子水中，CPC的解吸非常的低，大约在2.6±0.7%。当初始盐酸浓度从0.0001显著的增加到0.01，在酸溶液中这个被增强的CPC的解吸将会从2.6±0.7%提升到41.4±1.1%。低pH的溶液被认为是增加吸附剂表面的正电荷[32]71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）,这样就可以促进吸附剂表面的带正电的CPC解吸(由于静电击退)。在酸溶液中CPC解吸的增加也表明酸溶液离子交换是主要的约束机制[33]，图1显示在不同倍数电镜下的SMBS，我们可以发现这些前准备好的SMBS是形状大小不规则的粒径小于500nm的微粒。SMBS的表面分布着圆孔型的多孔结构。图1SMBS的SEM照片图2举例说明SMBS的红外光谱谱图。光谱包含了数个峰，他可以被指定给：C=O拉伸主要由羧基、酮类的痕迹和酯（1712cm）OH拉伸的震动羟基酚（3418cm），C-O拉伸（1032cm），CH3的弱拉伸（2922cm），OH羟基拉伸最高峰（416cm的宽频带）而C-O（1041cm）。对于SMBS，观测2922cm和2853cm两个分布带，这是来自CPC的烃链带作为对称与不对称的亚甲基C-H吸附带的拉伸震动[34]71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）。然而，没有在RBS上观察到这样的分布带，这也证实CPC成功的吸附在稻草表面。至于油中放有稻草的光谱在2922cm和2683cm两个峰值处，这表明在SMBS表面烷基链，油对不易被水沾湿的吸附能力更强。图2　SMBS及吸附乳化油后的傅里叶光谱图3.2乳化油的动态吸附在室温(25◦C)初步进行批量吸附试验,用乳化油溶液将RBS和SMBS混合，实测的时间大约为5小时。除去乳化原油，在3小时和5小时的时候，RBS的百分率分别是3.3±0.1%和2.8±0.1%，SMBS的百分率分别是90.5±1.7%和90.7±0.9%。乳化原油对于RBS的低排除是选择SMBS作为后续实验吸附剂的最好理由。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）图3SMBS对不同浓度油的动态吸附，线表示平均值的标准偏差图3描绘动态油的吸附功能在不同油浓度接触的时间。结果发现,石油的吸附显示随时间的增长趋势。有两个明显的吸附性能:在初期快速阶段和慢速阶段。大部分石油吸收发生在初期的快速阶段，其次是在达到平衡之前的缓慢吸收。裸露的表面使得石油最初的高速率吸收，由于接触的时间增加，可以利用的吸附点减少，所以我们还可以看到少量油的吸收。然而，平衡时间是根据的石油的初始浓度确定的。对于1040mgl-1这样的低浓度吸收将会在20分钟达到平衡而对于3450mgl-1的高浓度，吸收将会花费稍微长一点的时间，大约40分钟左右。因此,确定对石油的吸附平衡时间可以设定为60分钟。在乳化原油溶液中SMBS的数量将会对油的吸收有极大影响。观察发现吸附剂用量的增加导致的吸附效率的增加，然而吸附能就减少啦。SMBS剂量是0.40g、0.55g、0.70g、1.00g和1.30g,油吸附的剂量是515.0±7.5，452.7±9.0，407.1±0.7,306.0±4和246.3±4.4mgg-1。吸附效率分别是60.6±0.9%,73.2±1.4%,83.8±0.15%,90.0±0.2%和94.2±1.7%。吸附效率的增加是由于更多的可用结合位点[36]。与此同时,吸附量减少是由于较多的不饱和吸附点[37]。我们同样也观察到SMBS对油的吸附也要根据背吸附的粒径来判断。粒径的大小有：<0.50,0.50-1.18,和1.18-1.4mm，SMBS对应油的吸附92.0±0.5,83.2±1.9and80.6±1.6mgg−1。由结果观察到粒径尺寸最小的吸附量是最高的。众所周知，降低吸附剂粒径会使其有效接触面积增加[38]，而增加的表面积最终会使更多的结合点参与到吸附中，从而增加吸附能力[11]。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）搅拌速度同样也影响SMBS对乳化原油的吸附。振动速度的从90增加到190rpm会使的原油的吸收量从71.4±4.4增加到83.3±1.3mgg-1。然而分别在230和315rpm这样更高的速度作用下，原油的吸附将会略微的下降到80.7±0.3和78.9±0.9mgg-1,因此，能够使吸附能力最大化的搅拌速度是在130-190rpm范围中。众所周知,随着搅拌速度的增加传质速度也跟着增加。不过，一个剧烈的搅拌导致更多的被吸附物从吸附剂表面脱落，这也表明了被吸附物的分解和吸附剂的结合。当温度分别在23、33、43℃时，温度在23和33℃时的吸附能力分别是101.8±1.5和100.8±2.9mgg-1左右。在一个较低的温度范围里，温度对于吸附的影响很小。然而,在一个相对较高的温度(43◦C),油的吸收有略微增加到109.2±0.9mgg−1。据报道,在更高的温度下,分子的运动增加,吸附剂和被吸附物之间的相互分子作用更强烈[39]从而增加了吸附剂表面的分子扩散率[40]图4SMBS对石油溶液酸碱度的影响，图中线表示的是标准偏差。图4描述了pH值关于SMBS对原油的吸收的影响。由于pH值影响的吸附剂表面性质和表面结合位点，所以在吸附过程中溶液的pH值是一种重要的参数[41]。溶液的pH从2增加到4时，吸附能力从18.0±4.0增加到64.2±2.8mgg-1。然而,在pH6-8的范围,吸附能力就在72.4±1.4到72.7±1.3mgg-1。在pH值10,吸附有轻微的减少。这种差异可以解释为溶液中质子量的变化和油乳胶的稳定性。在低pH值,大量的质子都是可以利用,使每个吸附点都达到饱和,从而增加吸附剂表面阳离子性能[42],从而大大降低疏水性能的吸附剂。这符合CPC在低pH71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）值的酸溶液中的解吸，大约有41±1.3%的表面活性剂可以从稻草中被释放，从而严重的影响SMBS对于石油吸收的性能。关于油乳胶溶液的稳定性，一种强酸性会诱发油乳液,形成不稳定的棉絮[43],会导致油滴的结合使油滴的尺寸增大。油滴在表面活性剂疏水性的一层[44]预计就会体验到剧烈的压力。在高pH值的时候，由于质子数量的减少，油吸收增加，因此可以维护吸附剂表面的疏水性。3.3吸附等温线在液体和固体时期被吸附物的分配一般可以被描述为朗缪尔波[45]和弗伦德里希[46]吸附静态等温线。朗缪尔波等温模型[45]根据结构均匀的邻近吸附点没有相互作用的单层表面假设进行了推导，表示为：这里Qmax指的是最大吸附量和b是一个不断与能量的吸附，Ce指的是在平衡状态油溶液浓度。弗伦德里希等温模型[46]是一个经验公式，体现了不均匀的吸附分子之间相互作用的表面的多分子层吸附，表示为：这里KF是指吸附能力，n是指一个指数不均匀程度的程度。采用Polymath软件对方程式（2）和（3）的非线性形式进行整合，结果显示于图5。表2显示值的参数和误差函数得到的拟合曲线。朗缪尔波模型比弗伦德里希模型得到较高回归系数,R2和较低的MPSD误差值,表明了朗缪尔波模型更适合的实验数据。使用朗缪尔波模型计算吸附能力值Qmax=576.0±0.3mgg-1。表2朗格谬尔和弗伦德里希等温线常数和误差分析71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）图5朗格谬尔和弗伦德里希等温线对SMBS吸附油作用，图线表示平均值的标准偏差表3吸附剂文学报道的一些芥花油的吸附能力表3显示几种吸附剂材料使一种菜籽油乳化。SMBS吸附容量的类似于那核桃壳但是比蛭石。与另一个修改的大麦秸秆比较(BMBS),SMBS吸附能力较低。这是由于在BMBS制备中额外对大麦秸秆原料的处理,导致更多的CPC吸附到稻草表面[47]。4.结论在这项研究中,一种表面活性剂改进的大麦秸秆(SMBS),作为一种有效的吸附剂乳化菜籽油排除水溶液通过物理化学方法测试其特点。我们对一些主要结论进行了总结如下：(1)SMBS的特性是根据FT-IR光谱、BET表面积和表面酸性实测结果以及基本群体证明在大麦秸秆面上的CPC存在性。(2)CPC从解吸SMBS的高酸水溶液中去除离子水。这表明CPC和稻草表面之间的强粘合性主要用于CPC和稻草表面用于离子交换对大麦秸秆的主要吸附机制。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）(3)动力学研究表明，用SMBS吸附石油是很迅速的并且平均能达到40分钟。石油的吸附取决于吸附剂用量、粒径、溶液、pH、温度。石油的吸附在低用量、粒径变小、pH值大约6-8和温度在20-40摄氏度的条件下会越低。(4)SMBS对油的吸附将会更好的被朗谬尔等温吸附模型取代并且最大的吸附能力是576.0mg/g。71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）附录B外文文献71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）71n辽宁工程技术大学毕业设计（论文）71