石油化工含氰废水处理工艺及塔式生物滤池设备设计课程设计报告.docx
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石油化工含氰废水处理工艺及塔式生物滤池设备设计课程设计报告
■《石油加工过程所产生的废水》
Wastewaterproducedbyoilprocessingprocess
课程设计报告
■专业：
环境工程
■班级：
121班
■姓名：
崔璞彦
■学号：
201210704211
■课程名称：
环保设备
■指导教师：
郜华萍
■时间：
2015年11月20日
课程设计任务书
环境科学与工程学院环境工程专业2012级
学生姓名：
崔璞彦
课程设计题目：
含油废水含氰废水处理工艺及塔式生物滤池设计
课程设计内容：
（1）设计题目：
某石化工业废水厂处理水量为450m3/h，进水COD835mg/L，出水COD432mg/L。
进水BOD5482mg/L，出水BOD5229mg/L。
原水含油量平均120mg/L，出水含油量需达到30mg/L，工作温度为常温，设计温度取60℃，压力为-0.07-1.0MPa，设计压力取-0.1/1.3MPa。
试设计一塔式生物滤池以去除水中的氰类物质使出水达标排放。
（2）设计参数：
处理水量为450m3/h，进水COD835mg/L，出水COD432mg/L。
进水BOD5482mg/L，出水BOD5229mg/L。
原水含油量平均120mg/L，出水含油量需达到30mg/L，工作温度为常温，设计温度取60℃，压力为-0.07-1.0MPa，设计压力取-0.1/1.3MPa。
（3）内容：
塔式生物滤池的结构及特点；
设计计算书；
设计说明书；
图纸：
设备结构图1张，A2图纸。
设计指导教师（签字）：
教学基层组织负责人（签字）：
年月日
《石油加工过程所产生的废水》
Wastewaterproducedbyoilprocessingprocess
------石油加工过程所产生的含氰废水的生物滤池处理技术
Oilbearingcyanidewastewaterproducedbyprocessingofbiologicalfilterprocessingtechnology
摘要：
石油化工废水组成复杂、浓度高、毒性强和难降解。
对环境危害大。
本文主要介绍石油化工所产生的含氰废水的生物处理技术，以化纤厂生物滤池法为例设计主要设备塔式生物滤池。
Abstract:
thepetrochemicalwastewatercompositioncomplex,highconcentrationandstrongtoxicity,andrefractory.Greatdamagetotheenvironment.Thispapermainlyintroducesthepetrochemicalindustryofthecontainingcyanidewastewaterbiologicaltreatmenttechnology,biologicalfilterthewaste-watermethod,forexampledesignmaintowerbiologicalfilterequipment.
关键词：
石油化工、含氰废水、生物处理、塔式生物滤池
Keywords:
petrochemicalbearingcyanidewastewaterbiologicaltreatmenttowerbiologicalfilter
前言:
石油化工工业是以石油或天然气为主要原料，通过裂解、精炼、分馏、重整、合成等不同的生产工艺过程、加工方法，生产各种石油产品、有机化工原料、化学纤维及化肥的工业，石油化工工业的工艺过程复杂，产品品种繁多，所用的化工原料也相对较多。
所以，石油化工工业废水成分也比较复杂，其生产过程中产生的废水是一种有机物污染浓度高，废水量大，成分复杂，而且水中污染物多为硫类、酚类、氰类、氯化物以及苯、金属盐类等有毒物。
在石油化工行业的废水治理工作中,含氰废水的处理是一项非常重要的内容。
第1部分概述
1.1石油废水简介
石油废水主要包括石油开采废水、炼油废水和石油化工废水三个方面。
油田开采出的原油在脱水处理过程中排出含油废水，这种废水中含有大量的溶解盐类，其具体成分与含油地层地质条件有关。
炼油厂排出的废水主要是含油废水、含硫废水和含碱废水。
含油废水是炼油厂含量最多的一种废水，主要含石油、一定量的酚、丙酮、芳烃等；含硫废水具有强烈的恶臭，对设备具有腐蚀性；含碱废水主要含氢氧化钠，并夹带大量的油和相当量的酚和硫，PH可达11-14。
而石油化工废水成分复杂，除含油外还可能含有某些中间产物，有时还含有氰化物。
1.2石油化工含氰废水
石油化工行业含氰废水主要来源于丙烯腈装置和化纤厂腈纶散纤维生产过程中的聚合车间、纺丝车间以及回收车间二效蒸发装置的排水、炼油厂催化裂化。
炼油厂的催化裂化装置每小时大约排放14t含40mg/L氰化物的废水。
由于这股水水量较小，与其它装置排水混合后，CN—浓度很低，不影响生化处理。
这股废水采用空气氧化法脱硫后进入炼油污水处理场。
化纤厂的含氰废水来自丙烯腈车间和抽丝车间。
丙烯腈生产中排放的粗乙腈水溶液（含CN—较高）进炉焚烧,其余废水和冷却水与抽丝车间排水混合后进行生化处理。
腈纶厂的含氰废水来自腈纶生产过程中的聚合车间、纺丝车间及回收车间,废水中主要NaSCN和丙烯腈。
腈纶污水采用德国林德公司的UNOX技术（纯氧曝气生化处理技术）进行处理。
1.3国内外含氰废水处理技术发展现状
目前,国内外含氰废水处理技术根据采用原理的不同,可以归于以下四大类:
物理法、化学法、物理化学法和生化法。
其中物理法是指酸化释放—碱液吸收法；化学法主要包括各种化学氧化法（碱性氯化法、过氧化物法、臭氧氧化法、电化学氧化法以及湿式空气氧化法、焚烧法等）以及加压水解法、络合物沉淀法和多硫化物法等;物理化学法包括离子交换法、液膜法、活性炭催化氧化法等；生化法一般只用于低浓度含氰废水（CN—浓度小于几十mg/L）。
石油化工含氰废水的处理方法主要有酸化曝气-碱液吸收法、碱性氯化法、加压水解法、生物法和焚烧法。
其中主要以加压水解法、碱式氯化法和生物法应用最为广泛。
局部浓度高、毒性大并含有较多可燃性杂质的含氰废水，例如丙烯腈装置反应系统的废水，也采用直接焚烧法。
表1-1几种处理方法的比较和评价
项目
焚烧法
水解、生物法
水解法
生物法
适用范围
含CN-废水
含CN-废水
含CN-废水
含CN-废水
关键设备
焚烧炉
水解塔
曝气池
浓缩罐
水解塔
曝气池
曝气池
生物滤池
主要控制参数
炉温
PH
温度
压力
溶解氧
MLSS
污泥负荷
浓缩化
PH
温度
压力
溶解氧
MLSS
污泥负荷
溶解氧
COD
MLSS
CN-浓度
去除效果
良好
尚好
难
易
管理操作难易
尚易
尚易
难
易
存在问题
耗油量大
流程长
耗油量大
受气候影响易受冲击
投资，万元
60
40
895
56
成本，元/t
7.23
2.22
17.7
1.52
评价元/tAN
204
176.73
56.7
121.7
目前,国内外已开始研究采用固定化纽胞和酶制剂等技术处理高浓度含氰废水。
但这些技术在实际运用中推广还需较长时间。
当前,生化法（包括活性污泥法、塔式生物滤池、生物转盘、接触氧化池等）只用于低浓度含氰废水的处理。
石油化工含氰废水处理技术目前存在的问题主要有：
（1）、终排氨氮严重超标；
（2）、进水COD超标；
（3）、进水毒性物质含量较高。
完善和改进化工企业的含氰废水治理工作,应从以下三方面着手:
（1）、加强上游装置污染源管理,对高浓度和低浓度的含氰废水应分流处理；
（2）、完善装置内含氰废水的一级处理,对己有的治理设施要优化操作条件、提高处理效果,而且可以考虑引进活性炭催化氧化法、管道式反应器碱式水解法等技术经济方面较优越的治理技术；
（3）、应进一步提高含氰污水处理厂的处理功能,可以采用生物铁法、生物活性炭法等技术,提高活性污泥的浓度和活性,增强曝气池对CN-、COD的去除能力。
表1-2几种处理方法的主要原理及效果
方法名称
主要原理
适用范围及处理效果
酸化曝气-碱液吸收法
废水经调节、加热后投加硫酸，由发生塔顶部淋下，空气自塔底鼓入。
生成氰化氢气体。
再用氢氧化钠溶液吸收
2NaCN+H2SO4=2HCN+Na2SO4
HCN+NaOH=NaCN+H2O
生成氰化钠溶液，汇集至碱液池，循环吸收
发生塔底部分离水，再用碱性氯化法处理。
进水氰化物500-1500mg/L，出水氰化物为40-60mg/L。
发生塔效果与进水温度、水量、加酸量等因素有关，当氰化物含量900-1700mg/L时，淋水量2.5m3/h,加酸量4.5-5kg/m3
碱性氯化法
投加氯系氧化剂，使氰化物第一步氧化为氰酸盐，第二部氧化为CO2和水
CN-+Cl2=CNCl+Cl-
CNCl+2OH-=CNO-+Cl-+H2O
2CNO-+4OH-+3Cl2=2CO2+N2+6Cl-+2H2O
适用于含氰化物浓度较低的废水处理。
PH值控制特别重要，在第一阶段加碱，维持PH>10的条件下加氯氧化，第二阶段加酸，在PH=7.5-8时，继续加氯氧化
加压水解法
在密闭的容器（水解塔）中加碱、加温、加压，使氰化物水解，生成无毒的有机酸盐和氨
HCN+2H2O=HCOOH+NH3
NaCN+2H2O=HCOONa+NH3
一般控制压力：
0.8-2.0MPa
温度：
160-180℃
对废水含氰浓度的适应范围较广。
既能处理游离的氰化物，又能处理络合氰化物，而且去除率较高。
操作简单，运转稳定。
但是对COD的去除率较低，工艺较复杂，成本较高
生物法
采用塔式生物滤池、生物转盘、表面加速曝气池、接触氧化池等
利用微生物降解
适用于处理含氰含量低的废水，否则进水先要稀释。
处理效果比较好，费用低。
进水含氰量为200-800mg/L，出水含氰量为20mg/L以下，COD相应降低，串联处理可以达标
焚烧法
在炉温800℃以上的焚烧炉内直接燃烧
适用于浓缩后废水的处理。
处理比较彻底。
但是能量消耗大，费用昂贵。
1.4设计目的及任务
1.本设计针对的是石油化工中典型非常规剧毒污染物含氰废水，将以化纤厂生物滤池法为例进行设计主要设备塔式生物滤池。
将高浓度的化纤含氰废水中的氰（150～350mg/L）降到10mg/L以下；
2.选用塔设备时要减少塔的体积，克服填料容易堵塞的弊病；
3.要妥善处理净化含氰废水时产生的有害气体和废渣，避免引起二次污染。
1.5设计意义
众所周知,极少量的氰化物就会使人、畜在很短的时间内中毒死亡。
氰化物亦能刺激皮肤并通过皮肤吸收,对生命构成威胁。
据有关资料[1]表明,以自由状态存在的CN-其致死剂量是0.5-3.5mg·kg-1（体重）,美国环境保护署（USEPA）公布的对人体无影响的服用剂量是0.06mg·kg-1（体重）。
CN-进入人体后便生成HCN,它的作用极为迅速,在含有很低浓度（0.005mg·L-1）HCN空气中,很短时间内就会引起人头痛、不适、心悸等症状；在高浓度（0.1mg·L-1）HCN的空气中能使人在很短的时间内死亡；在中等浓度时2-3min内就会出现初期症状,大多数情况下,在1h内死亡。
我国在污水综合排放标准（GB8978-2000）中明文规定了氰化物最高允许排放浓度。
该标准中,一、二级排放标准最高为0.5mg·L-1,三级排放标准最高为1.0mg·L-1。
为此,工业生产中排放出来的含氰废水和废气,都必须经过彻底处理,合格后才允许排放。
第2部分塔式生物滤池
2.1工作原理
塔式生物滤池是一种新型生物膜法废水处理技术。
它的工作原理是:
废水自上而下喷淋在塔式生物滤池的填料上,使废水在填料的表面形成薄水层,废水与生长在填料表面的好气性生物膜相接触。
由于废水和生物膜之间的分子扩散和物质传递,以及好气性微生物的吸附作用,使废水中的有机污染物能从废水薄层向生物膜转移,从而使废水得到净化。
微生物吸附了废水中的有机污染物后,以这些有机物作为生长基质,在有机体的新陈代谢作用下进行分解与合成。
在废水获得处理的同时,微生物量不断增大,生物膜的厚度也不断增加,生物膜的不断增厚逐渐增大外界氧向生物膜转移的阻力,表层生物膜因深度浅、阻力小,尚能保证氧的供给。
而生物膜内层则出现缺氧现象,从而适应厌气菌和兼性菌的生长繁殖。
直到内层贮存的有机营养物完全耗尽时,内层细菌大量死亡和溶解,以至不能支撑表面生物膜,该部分生物膜终于在水流的冲刷作用下而脱落下来,填料出现更新表面,又重新形成新的生物膜,生物膜从形成到脱落是一个周期,生物过滤就是这样不断地往复循环。
塔式生物滤池处理废水的工作原理是很复杂的,它包括了废水的流动状态、不同浓度水的混合、氧的扩散吸收、有机物的分解及微生物的新陈代谢。
在这些过程的综合作用下,废水中的有机物得以净化。
2.2工艺特征
1、加快了有机污染物的传质速度
由于塔式生物滤池形如塔状,使内部形成较强的拔风状态,通风良好。
废水自上而下喷淋,水力负荷高,塔内水流紊动强烈,从而使废水、空气、生物膜三者的接触非常充分,大大地加快了有机污染物的传质速度。
2、处理效率高
塔式生物滤池的水力负荷可达80-200m3/m2·d,为高负荷生物滤池的2-10倍,BOD容积负荷一般可达1.0-3.0kgBOD5/m3·d,比高负荷生物滤池的容积负荷高2-3倍。
3、耐有机或有毒物的冲击
塔式生物滤池内部存在着明显的分层现象。
在各层生长繁育着种属不同,但适应流至该层废水性质的生物集群,这种情况有助于微生物的增殖、代谢,有助于有机污染物的降解。
这种分层的特点使塔式生物滤池能够承受较大的有机或有毒物的冲击负荷。
4、污泥产量少
塔式生物滤池在正常的有机负荷下（1.0-3.0kgBOD5/m3·d）,污泥产量约为活性污泥法的1/8–1/3左右。
2.3工艺流程
2.4塔式生物滤池的设计及运行要点
2.4.1设计要点
1、塔式生物滤池处理工业废水时必要的设备与构筑物
（1）、当用于处理含有有毒物的工业废水,且入流水质不均匀时,应设置匀质池,以免入流浓度太低时填料体积不能充分利用,同时又能防止浓高过高,超过微生物的分解能力和对有毒物的忍受能力,致使出流有毒物浓度过高,或防止微生物因有毒物浓度太高而被毒死。
（2）、必须重视工业废水的预处理,以防止废水中的悬浮物或油脂等堵塞填料。
（3）、在塔式生物滤池后设置二次沉淀池,以分离生物膜与水。
（4）、如单级塔式生物滤池处理不能达到排放要求时,可考虑回流或与其它生物处理构筑物串联、多级塔串联的方案,以保证达到处理效果。
2、控制入流水质，对入流水质,其悬浮物的含量及油的含量不能太高。
3、选择适当的填料，选择的填料,要求其比表面积大,孔隙率大,不易堵塞。
为了保证塔式生物滤池正常运行,在填料体积计算中不仅要考虑有机污染负荷,还要考虑水力负荷以保证水流对填料表面生物膜的冲刷更新作用。
4、挥发物的净化，当塔式生物滤池用于处理工业废水时,如废水中含有易挥发的有毒物质,应当考虑挥发物的净化,以免有毒物挥发造成二次污染。
挥发物的净化方法有两种:
（1）、在塔顶加一段填料,以新鲜水或处理后的水淋洒吸收挥发的有毒物质。
这种方法在采用任何通风的塔式生物滤池中均可应用。
（2）、设置一套充有填料的气体净化器,用引风机或反装的鼓风机从塔体抽风送入净化器,使有毒气体与水逆流接触。
气体净化器的喷水可用新鲜水或处理后的水。
根据经验,喷淋流量以控制在处理废水量的1/12-1/5左右。
5、选择适宜的入流负荷，入流的负荷包括有机或有毒负荷及水力负荷。
当采用塔式生物滤池处理工业废水时,设计有机负荷有较大的灵活性。
当出水水质要求较高时,可以选用较低的有机负荷,当出水水质要求较低时,可采用较高的有机负荷,以减少运行费用及基建投资。
在选用设计水力负荷时,要考虑到与有机负荷的对应性,根据水力负荷及入流浓度所算出的有机负荷不应大于设计所选用的有机负荷。
6、设置观察孔，在设计塔式生物滤池时,要在塔体不同的高度开观察孔,观察孔应当利于启闭,又有防漏水漏风措施。
2.4.2运行要点
塔式生物滤池处理工业废水,当菌种培养驯化、挂膜成功后即投入正常运转。
1、正常运行时,进水水质力求均匀,其悬浮物含量不能太高；进水水量力求均衡,并要求实际运行负荷要与设计负荷相符。
2、每小时检查一次进水水质、水量及水温。
3、每班上塔检查一次布水器的运行情况,如发现堵塞,应疏通若卡住，应加强润滑。
并计数布水器的转速,控制转速小于3转/分。
4、利用各层观察孔，经常检查微生物的生长情况检查填料是否有塌陷和堵塞。
若塌陷应更换；若堵塞,通常可用下面两种方法解决:
（1）、增大水力负荷。
例如某炼油厂在进行处理含油废水中型试验时,尽管有机负荷1.0-1.5kgBOD5/m3·d之间,但水力负荷只有34m3/m2·d,运行一段时间后就有堵塞现象。
出水溶解氧几乎为零。
后来用二次沉淀池出水循环,使水力负荷增至152m3/m2·d冲刷4小时后,出水溶解氧提高,运行恢复正常。
（2）、当采用增大水力负荷措施无效时,则应停止使用塔式生物滤池,待干床后,用正常设计流量洗去干积累物,2-3天即可恢复正常。
5、加强对系统的巡检、对水质、菌液、投放物的化验分析,做好详细的运行记录。
6、当塔式生物滤池要求停运时,应关闭上塔进水阀及出水阀,并定时用喷淋水湿润填料表面生物膜,以保持塔内生物膜的潮湿。
2.5塔式生物滤池的单元流程组合及适用范围
2.5.1单元流程组合
在以往的工业废水处理过程中,根据不同的水质及排放要求,采用了不同的处理手段与方法。
但由于单一的处理方法不能达到排放的要求,往往需要采用不同方法的串联或并联来完成最终处理。
塔式生物滤池与其它处理装置组合并用,可以取长补短,提高净化效果。
二级串联的塔式生物滤池系统
对于处理后废水的水质要求较高时,可以采用两塔串联运行的设计。
这样BOD去除率往往可达90%左右,出水净化深度较高,常能达到硝化阶段。
此外,二级塔式生物滤池的运行较灵活,若废水水量增加,可将二个塔并联运行。
为了防止一级塔式生物滤池生物膜过厚,也可将串联的二个塔交替地用作第一级塔或第二级塔。
塔式生物滤池——生物转盘串联系统
采用塔式生物滤池一一生物转盘串联系统对制革废水直接综合处理时,当进水水质在以下范围内可获得良好的处理效果：
pH值6.7一9.3,BOD5150一950mg/L,CODcr500-1900mg/L，Cr3+为0.6-3.3mg/L。
工程实例说明,塔式生物滤池高度为15米,填料高度为13.6米,采用自然通风,水力负荷为10一18m3/m2·d。
生物转盘的水力负荷为0.12m3/m2·d。
废水经塔式生物滤池——生物转盘串联系统处理后,出水水质可以达到国家排放标准。
为保证在水质波动和气温变化的情况下水质依然保证达标排放,可在初沉池前投加混凝剂作为补充处理。
另外,采用塔式生物滤池一一生物转盘串联系统处理丙烯腈废水时,在控制进COD和总氰值时,可获得出水总氰浓度0.1mg/L左右,达到国家排放标准。
塔式生物滤池一一活性污泥法串联系统
这两种工艺方法的串联使用,可以取长补短,处理水质条件较差的废水。
活性污泥法对水质、水量要求很高。
来水水质、水量的突然变化所产生的负荷冲击以及一时的管理失误都会造成不良的后果。
而塔式生物滤池则相反。
采用塔式生物滤池一一活性污泥法串联系统对波动的水质、水量的稳定操作和要求较高的出水水质都有好处。
茂名石油工业公司在润滑油装置配套的废水处理中,采用塔式生物滤池一一活性污泥法（加速曝气池）系统,取其所长,补其所短把塔式生物滤池作为第一级处理。
遇到水质波功时,经塔式生物滤池使波动减缓,然后再进入作为二级处理的加速曝气池。
此系统设计能力为356.4*104m3/a。
废水首先去除部分悬浮物和浮油后,再进斜板隔油池除油。
经二次除油的废水,用泵加压后进入浮选池进一步除油,然后进入塔式生物滤池一一活性污泥法（加速曝气池）处理系统,净化水进监护池后排放。
塔式生物滤池规格为内径*高=φ5.5*22.4（m）三座,单塔处理能力为100-200m3/h。
加速曝气池φ*H=15*4m，8间。
经塔式生物滤池一一活性污泥法系统（加速曝气池）串联、两级生化处理含油废水,其一般结果为:
石油类进水19.9mg/L,出水0.74mg/L,去除率66.1%；硫化物进水0.21mg/L,出水0.06mg/L,去除率71.4%；挥发酚进水10.2mg/L,出水0.23mg/L,去除率97.7%；COD进水262mg/L,出水100mg/L,去除率61.8%。
运行结果表明,随着有机负荷增大,单位容积填料去除BOD5的能力也增大。
炼油生产排出的含油废水中污染物量增大时,塔式生物滤池去除废水中污染物的能力也随之增大。
这样,用塔式生物滤池一一活性污泥法系统（加速曝气池）串联时,即使废水中的污染物量波动,但经过塔式生物滤池处理后,废水污染物量的波动幅度大大减少,从而保证了加速曝气池的正常运行。
又如广州百事可乐汽水厂引进美国塔式生物滤池一一活性污泥法系统对百事可乐汽水生产废水1500m3/d进行处理达标后排放。
气浮一一塔式生物滤池串联系统
气浮一一塔式生物滤池串联系统适用于处理人造毛皮厂、腈纶针织厂、纯腈纶绒线或以腈纶绒线为主的毛纺厂的染色废水,经处理后的废水无色透明,CODcr、BOD5和色度等项指标均能达到国家标准。
2.5.2适用范围
1、高浓度有机或有毒废水的预处理
对于含氰（腈）废水处理,过去水处理工作者侧重于对游离氰的去除,近年来由于对氰（腈）类的毒性有了进一步的认识,对络合氰的研究也颇为视。
目前,对于含氰（腈）废水处理国内外都采用生物法和焚烧法。
由于生物法工艺成熟、处理费用低,所以国内外工业废水处理都有采用生物处理的趋向。
1972年纺织部组织了科研、设计、生产等十多个单位,共30人左右对腈纶废水处理进行了攻关,于1973年完成了塔式生物滤池处理腈纶有毒废水的中试工作。
以后推广应用于上海石化总厂腈纶分厂、山东淄博合成纤维厂、上海高桥石化公司化工二厂等。
通过实际运转多年,证明效果较好。
致所以塔式生物滤池能有效的处理有机或有毒废水,主要是塔式生物滤池内部存在着明显的分层特点,使得能够承受较大的有机或有毒物的冲击负荷。
因此,塔式生物滤池用于处理高浓度有机或有毒工业废水二级生物处理的第一级,大幅度地去除有机或有毒污染物,以保证第二级处理经常保持良好的净化效果。
2、易发生污泥膨胀的废水处理
塔式生物滤池用于处理容易发生污泥膨胀的工业废水可获得满意的结果。
在对环氧丙烷和环氧乙烷废水进行活性污泥法处理时,由于废水中的有机物以丙三腈、乙二醇为主,它们既易生化处理,又易引起污泥膨胀和流失。
用塔式生物滤池进行处理时,由于是填料上的生物膜对废水进行净化处理,从而不会发生污泥膨胀和流失的间题。
3、高温废水处理
采用塔式生物滤池处理高温废水,主要是解决某些高温排放的废水（50-60℃）不经冷却塔或其它冷却设备降温,直接进行生化处理的问题。
目的在于简化预处理流程,节省基建投资与运行费用。
高温废水生化处
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