高浓度化工废水处理工艺设计毕业论文设计说明书.docx
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高浓度化工废水处理工艺设计毕业论文设计说明书
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1.引言
1.1设计背景和意义
党的十七大以来，党中央、国务院把环境保护作为惠及当代、造福子孙的重大战略和民生问题，给予了高度重视。
胡锦涛总书记强调，环境保护工作，要着眼于人民喝上干净的水、呼吸清洁的空气、吃上放心的食物，在良好的环境中生产生活。
前不久，中共中央政治局常委、国务院副总理李克强在中国环境宏观战略研究座谈会上明确提出，环境保护是发展问题，也是民生问题。
把环境保护作为重要的民生问题，深刻揭示出环境保护的本质内涵和最终目标，是以人为本执政理念的具体体现。
随着经济的快速发展，化工产品生产过程对环境的污染加剧，对人类健康的危害也日益普遍和严重，其中特别是精细化工产品（如制药、染料、日化等）生产过程中排放的有机物质，大多都是结构复杂、有毒有害和难生物降解的物质。
因此，化工废水成为目前国内外公认的难处理废水之一。
正因如此，如何高效、经济地处理高浓度化工废水具有重大的现实意义。
不仅保护人民的身体健康、美化环境，又能实现水资源的循环利用、实现环境的可持续发展。
1.2高浓度化工废水处理技术现状和分析
现代高浓度化工废水处理技术，习惯上按作用原理，可分为物理法、化学法、物理化学法和生物法四大类。
化工废水中的污染物质是多种多样的，不能设想只用一种处理方法，就能把所有污染物质去除殆尽。
一种废水往往要采用多种方法组合成处理工艺系统，才能达到预期要求的处理效果。
针对性强，技术变化多。
主要技术有隔油、气浮、混凝、沉淀、重力过滤和膜过滤、活性炭吸附、臭氧氧化、离子交换、电解、电渗析、反渗透等专用技术来分离减少化工废水中的油、色、重金属、有毒有害物质，在化工废水治理中也常常用到水解酸化、接触氧化、表面曝气、纯氧曝气、厌氧和好氧活性污泥法等生化技术。
高浓度化工废水对环境造成的污染危害，以及应采取的防治对策，取决于高浓度化工废水的特性，即污染物的种类、性质和浓度。
高浓度化工废水的水质特征，不单依废水类别而异，往往因时因地而多变。
高浓度化工废水的特点主要表现为：
排放量大；组成复杂；浓度高。
不同的化工废水，其水质差异很大。
以化
学需氧量为例，较低的也在2500-3500mgL之间，高的常达每升数万毫克，甚至几十万毫克；另外，有毒有害物质多，精细化工废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等，可生化性差，废水色度高。
选择不同的预处理技术处理这些高浓度的有机废水，往往对后续的生化过程产生较大的影响[1]。
一般说来，混凝法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、电解法和微电解法是废水处理中常用的预处理方法。
混凝法主要用来去除废水中的细小悬浮物及胶体微粒，但却不能有效去除废水中的可溶性有机物；Fenton氧化法是利用亚铁离子作为过氧化氢的催化剂，产生氢氧自由基（·OH）来氧化废水中的有机物[2]；臭氧氧化法是利用臭氧的强氧化作用来讲解废水中的有机物[3]；电解法是在外加电场的作用下，把废水中的有机物氧化或还原[4]；微电解法是在酸性条件下，电解池内铁与碳之间形成无数个微电流反应池，废水中的有机物在微电流的作用下被降解[5]。
1.3设计目标与基本思路
高浓度化工废水处理的最终目标是达到城镇污水处理厂的《污水排入城镇下水道水质标准》（CJ3082-1999），即纳管标准。
高浓度化工废水的实际处理过程中需要预处理和主处理两种方式相结合。
预处理方法主要有混凝法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、电解法和微电解法。
主处理单元主要用生化处理方法。
由于高浓度化工废水具有成分复杂、COD高且难降解的特点，单独的好氧处理或厌氧处理往往不能满足达标要求，而厌氧+好氧、水解酸化+好氧等组合工艺在改善废水的可生化性、耐冲击性、投资成本、处理效果等方面表现出了明显优于单一处理方法的性能，因而在实践中得到了广泛的应用。
一般说来，选择合适的预处理和主处理单元，高浓度化工废水便能达标排放，也有些废水可能还需进行后续处理，进行除菌消毒等措施。
水解酸化-AO-催化氧化-接触氧化处理高浓度制药废水，改进了原有的工艺，结果表明该工艺能付诸工程，其处理工艺可行[6]；兼氧-好氧工艺处理高浓度化工废水，结果表明兼氧-好氧处理工艺充分发挥兼氧微生物的作用，具有单独好氧处理和厌氧处理的优点，高效率，低能耗，适于高浓度难降解化工废水的处理[7]。
该工艺适用范围广，可处理石油化工废水、化工染料废水、特种化工废水等各种高浓度化工废水，并且可以根据现有的污水处理装置进行改造，可处理进水CODCr为10000-15000mgL的废水，费用低，具有广阔的应用前景。
2.设计概况
某化工厂主要生产和销售具有高附加值、高性能和高科技有机中间体，经过批准生产的年生产规模为1860ta，有6个品种。
其废水主要来源于各生产车间在生产过程中所排放的工艺废水和设备、地面清洗废水。
废水有机物含量高、成分复杂多变、污染物结构较稳定、色度深、酸性强，属于较难处理的高浓度有机废水。
为了保护环境，对全厂废水进行综合处理，达到纳管要求，再送园区污水处理厂进一步处理，达标排放。
对高浓度化工废水处理进行设计有重大的意义，不但保护人民的身体健康，避免公害事件发生，同时推动国家的环保政策的落实，实现环境的可持续发展。
2.1设计依据
本设计主要的依据标准有：
（1）《污水综合排放标准》GB8978-1996
（2）《污水排入城镇下水道水质标准》CJ3082-1999
（3）《室外排水设计规范》GB50014-2006
（4）《国务院关于环境保护若干问题的决定》国发[1996]31号
（5）《给水排水手册》（1986年版）
2.2设计原则
（1）执行国家关于环境保护的有关法规和政策，符合国家有关规定、规范和标准。
（2）污水处理工艺技术成熟、稳定可靠，确保在合理投资和运行费用前提下，污水处理达标排放。
（3）妥善处理污水处理过程中产生的栅渣、垃圾、沉砂及污泥，避免二次污染。
（4）处理设备高效节能，运行稳定，控制系统切合实际，保障污水处理厂运行安全、可靠。
2.3设计水量水质与排放标准
设计处理水量水质:
生产废水量约为826td，其中高浓度母液78td（主要污染物苯、醇、醚、苯胺、硝基苯、卤代苯等），稀废水748td。
此外，全厂生活污水量约为50td。
设计废水处理废水量考虑一定的余量，处理规模定为1000td，其中高浓度废水100td，稀废水900td。
废水水质表
废水
PH
COD（mgL）
BOD5（mgL）
NH3-N（mgL）
SS（mgL）
高浓度母液
＜1
20000
4200
100
500
其他工艺废水
-4
2000
450
50
100
生活污水
-7
350
170
35
200
接管要求
6-9
500
300
35
400
3.处理工艺流程
3.1选择处理工艺流程的依据
某化工厂共有六种产品，分别为M酸（A酸）、N1，N4，N4-（三羟乙基）-2-硝基对苯二胺（9929）、苯基胍（9930）、4，4’-二羟基二苯砜（955）以及苯海因（9923），氨基ε酸（B酸）。
都属于高浓度难降解有机化工废水。
目前，主要的预处理方法有：
①铁碳微电解法：
“铁炭微电解+水解酸化接触氧化+混凝沉淀”的工艺方案，预处理工艺采用铁炭微电解工艺，有机废水得到一定的去除，降低了后续生化处理负荷，可生化性得到提高，改善了废水水质[8]。
微电解-接触氧化-过滤-吸附工艺处理甲壳素生产废水。
各项主要出水指标达到设计要求的排放标准。
由此可见，上述工艺在甲壳素废水处理实践中是可行的[9]。
②Fenton氧化法：
“Fenton氧化法+脱气+混凝沉淀”的工艺方法深度处理制浆中段废水，该方法工艺简单、占地面积小、运行费用低、运行稳定且废水处理效果好[10]。
铁碳微电解和Fenton试剂联合氧化深度处理印染废水，使得出水达到回用水的标准[11]。
③催化氧化法：
高浓度有机化工废水氧化技术是当今环境保护领域的一项技术热点，催化氧化法是把当今化工领域的最新技术与相应的高效表面催化剂相结合的一种高效氧化技术，国内外专家均认为该方面技术是处理高浓度有机化工废水的良好手段，相继开发出了臭氧氧化法、湿式氧化法、超临界湿式氧化法等一些氧化技术，但这些技术不是处理成本高，就是设备要求过高或操作水平要求过高，故应用受到限制。
采用二氧化氯为氧化剂，在自制催化剂存在的条件下将废水中的有机物分解，COD去除率≥70%，色度去除率≥95%，一般高浓度有机化工废水经本法处理接后续生化可以达标[12]。
由以上分析，处理工艺路线采用“Fenton氧化+生物处理法”的工艺。
芬顿试剂法又称Fe2+-H2O2法，它兼有氧化和絮凝的作用，其反应实质是利用Fe2+和H2O2之间反应催化生成的自由基，氧化各种有毒和难降解有机物，达到提高废水可生化性的目的。
生物处理法主要运用活性污泥法，活性污泥法既适用于大流量的污水处理，也适用于小流量的污水处理。
运行方式灵活，日常运行费用较低。
主要的主体处理方法有：
①接触氧化法：
接触氧化技术在处理化工废水中的应用较多，很多预处理技术与接触氧化技术结合能够较成功地完成废水的处理。
②水解酸化-活性污泥法：
这是一个比较普通的生化工艺组合。
用筛选、驯化、诱导和基因育种等手段培植能分解难生物降解有机物的工程菌是改进当前活性污泥工艺重要途径之一。
比如硫酸盐还原菌[13]、白腐真菌[14]等在难降解废水的处理中做出了重要贡献。
③厌氧与好氧相结合的工艺，既具有好氧法的优点，又具有厌氧法的优点。
采用斜网-混凝-厌氧好氧-臭氧-曝气生物滤池深度处理组合工艺处理高浓度制浆造纸废水，出水达到造纸废水排放新标准（GB3544-2008），且水质稳定[15]。
废水处理系统的运行结果表明，高效的厌氧处理和臭氧-曝气生物滤池深度处理系统是该工艺处理高浓度造纸废水稳定达标的关键。
3.2总体处理单元的确定
主体处理单元主要为分质-混合处理方法。
将高浓度母液和其他工业废水（包括生活污水）分别进行收集。
其中高浓度母液进行芬顿氧化-混凝预处理，之后再和其他工业废水混合用生化法（采用水解酸化-AO工艺处理）进行处理。
最后排放的污水纳入城镇污水管网。
Fenton试剂法[16]是以过氧化氢为氧化剂、以亚铁盐为催化剂的化学氧化法。
只有这两种试剂在一起时，才会显出很强的氧化能力。
具体的反应过程如下：
Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-
Fe3+H2O→Fe2++HO2·+H+
Fe2++·OH→Fe3+OH-
Fe3+HO2·→Fe2++O2+H+
·OH+H2O2→H2O+HO2·
HO2·→O2-+H+
O2-+H2O2→O2+·OH+OH-
在Fe2+的催化作用下，H2O2能产生两种活泼的羟基自由基，从而引发和传播自由基链反应，加快有机物和还原剂物质的氧化。
以Fe2+为催化剂的反应十分复杂，链反应过程的平衡关系可表示如下：
式中：
K——反应平衡常数。
从上式可以看出，[·OH]与[Fe2+][H2O2]成正比，与[OH-]成反比，因此用Fenton试剂法处理不同废水时，要选择pH值、[Fe2+]、[H2O2]的最佳试验条件。
活性污泥法本质上与天然水体（江、湖）的自净过程相似，二者都为好氧生物过程，只是它的净化强度大，因而活性污泥法是天然水体自净作用的人工强化。
活性污泥法是由曝气池、沉淀池、回流污泥和剩余污泥排除系统所组成[17]。
污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。
曝气池[17]是一个生物反应器，通过曝气设备充入空气，空气中的氧融入污水使活性污泥混合产生好氧代谢反应，曝气设备不仅传递氧气进入混合液。
且使混合液得到充分的搅拌而呈悬浮状态[18]。
这样，污水中的有机物、氧气同微生物能充分接触和反应。
随后混合液流入沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离。
流出沉淀池的就是净化水。
沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流污泥。
回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。
曝气池中的生化反应引起了微生物的增值，增值的微生物通常从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行。
这部分污泥叫做剩余污泥。
剩余污泥中含有大量的微生物，排放前应进行处理，防止环境污染[19]。
3.3处理工艺流程
由以上所述，处理工艺流程如下：
图3-1污水处理流程图
3.4预期处理效果
各工艺的预期处理效果见下表：
预处理效果
项目
pH
COD（mgL）
BOD5（mgL）
NH3-N（mgL）
SS（mgL）
母液进水
＜1
20000
4200
100
500
调节池1
出水
3
20000
4200
100
500
芬顿氧化池
进水
3
20000
4200
100
500
出水
5
--
--
100
--
1#混凝沉淀池
进水
7-9
--
--
100
--
出水
9
14000
2940
100
150
去除率
30%
30%
--
70%
其他废水
4
2000
450
50
100
调节池2
出水
6-9
3200
700
55
105
2#混凝沉淀池
进水
6-9
3200
700
55
105
出水
6-9
2720
630
55
42
去除率
--
15%
10%
--
60%
水解池
出水
6-7
1904
567
--
--
去除率
--
30%
10%
--
--
AO池二沉池
出水
7-8
476
85
17
13
去除率
--
75%
85%
70%
70%
排放标准
6-9
500
300
35
400
总去除率
--
87.5%
90%
70%
90%
4.处理构筑物及设备
4.1废水处理构筑物及设备设计
4.1.1格栅井
格栅井1
过栅流速：
0.6ms
栅条间隙：
20mm
倾斜角度：
75º
栅条宽度和数量：
与管道形状有关
格栅井2
过栅流速：
0.8ms
栅条间隙：
20mm
倾斜角度：
75º
栅条宽度和数量：
与管道形状有关
4.1.2调节池
（1）调节池1
说明：
高浓度废水进入调节池，充分混合，进行预曝气，调节水质水量，并调节pH值，使pH为4，保证后续Fenton氧化池的正常运行。
设计水量：
100td
设计参数：
停留时间：
24h
采用空气搅拌
尺寸：
V=m3,L×W×H=8.5m×4m×4m
数量：
1座
设备配置：
风机：
D14×20-1.252000型罗茨鼓风机2台,一用一备。
污水提升泵：
50PWF型耐酸污水泵2台，一用一备
（2）调节池2
说明：
高浓度废水进入调节池，充分混合，进行预曝气，调节水质水量，并调节pH值，使pH为6-9，保证后续混合沉淀池的正常运行。
设计水量：
1000td
设计参数：
停留时间：
24h
采用空气搅拌
尺寸：
V=1125m3,L×W×H=25m×10m×4.5m
数量：
1座
设备配置：
风机：
D36×228-303500型罗茨鼓风机2台,一用一备。
污水提升泵：
80PWF型耐酸污水泵2台，一用一备
4.1.3Fenton氧化池
说明
调节pH至4.0-6.0在Fe2+的催化作用下，H2O2能产生两种活泼的羟基自由基，从而引发和传播自由基的链式反应，加快有机物和还原物质的氧化，提高废水的可生化性，为后续的生物方法准备[20]。
设计水量
100m3d
设计参数
反应时间：
2hH2O2投加量：
4gL
FeSO4投加量：
1gLpH值：
3
尺寸
3m×3m×3m
数量
1座
设备配置
JB-III型可调搅拌机（1.5kW）
JY-I型加药装置（0.37kW）
4.1.4混凝沉淀池
（1）反应池
说明
Fenton氧化后的废水进入混凝沉淀池，调pH值到8，通过投加PAC，使废水中的细小悬浮物及部分有机物絮凝去除，以利于和第二股废水混合，减轻后续生物处理的负荷。
混凝沉淀池的污泥定时排入污泥浓缩池[21]。
设计水量
100m3d
设计参数
混凝剂为PAC
反应时间：
30min
溶液池尺寸
1.7m×1.0m×1.0m
溶解池尺寸
0.8m×0.5m×1.0m
反应池尺寸
总体2.7m×0.8m×1.4m，分为三格
每格尺寸为：
0.9m×0.8m×1.4m
数量
1座
设备配置
RS-8-0.37型溶药搅拌机1台
J4-500.5型计量泵
JY-I型加药装置
（2）沉淀池
说明：
通过沉淀有效去除废水中的悬浮物质和胶体，降低出水的浊度和BOD5，并且改善水质，有利于后续处理。
采用竖流式沉淀池。
设计水量：
100td
设计参数：
表面水力负荷：
0.33m3（m2·h）
有效容积：
8.4m3
尺寸：
Ф4m×4.7m
数量：
1座
设备配置：
NZH-4型中心传动悬挂式刮泥机2套，一备一用
50WQ7-7-0.55型潜水排污泵。
2台，一用一备
4.1.5混凝沉淀池
（1）反应池
说明
混合后的两股废水进入混凝沉淀池，调pH值到8，通过投加PAC，使废水中的细小悬浮物及部分有机物絮凝去除，减轻后续生物处理的负荷。
设计水量
1000m3d
设计参数
混凝剂为PAC
反应时间：
30min
溶液池尺寸
2.8m×2.0m×2.0m
溶解池尺寸
2.0m×1.0m×1.0m
反应池尺寸
总体4.2m×2.5m×2.3m，分为三格
每格尺寸为：
1.3m×2.5m×2.3m
数量
1座
设备配置
RS-8-0.37型溶药搅拌机1台
J4-500.5型计量泵
JY-I型加药装置
（2）沉淀池
说明：
污水从反应池进入沉淀池，有效去除废水中的悬浮物质和胶体，降低出水的浊度和SS，并且改善水质，有利于后续处理。
设计水量：
1000td
设计参数：
平流式沉淀池，沉淀时间：
2h
表面水力负荷q=0.5m3（m2·h）
有效容积：
84m3
尺寸：
14m×3m×4.0m
数量：
1座
设备配置：
LG-3000型刮泥撇渣机，一备一用
100WQ100-7-5.5型无堵塞潜水排污泵，2台，一用一备
4.1.6水解酸化池
说明：
废水进行混合沉淀之后进入水解酸化池，在其中停留一段时间，使水中的难降解有机化合物得到充分的水解等反应，降解为易生物降解的小分子有机物，利用生物法进一步去除。
设计水量：
1000td
设计参数：
水力停留时间：
t=20h
污泥回流率q=0.5
有效容积：
833m3
尺寸：
20m×10m×5m
数量：
1座
设备配置：
JWH-1.5×2.5机械混合搅拌机。
3台，二用一备。
4.1.7AO池
说明：
废水从水解酸化池进入AO池，进行水解、曝气，在微生物的作用下，分解有机物，能去除大部分的CODCr,BOD5,SS，并且进行脱氮。
设计水量
1000td
设计参数：
污泥负荷：
0.15kgBOD（kgMLVSS·d）
污泥回流率
R=0.5
水力停留间：
t=36h
泥龄：
20d
有效容积：
1530m3
尺寸：
总体：
20m×17m×5m
A池：
5m×17m×5m
O池：
15m×17m×5m
数量：
1座
设备配置：
JWH-1.5×2.5机械混合搅拌机。
2台。
QT-4型潜水推流器
PWX-21590型微孔曝气器
4.1.8二沉池
说明：
AO处理之后，废水进入二沉池，进一步除去废水中的悬浮物及有机物质，有利后续的污水处理。
设计水量：
1000td
设计参数：
表面水力负荷q=0.6m3m2·h
沉淀时间t=2.5h
污泥回流率
q=0.5
有效容积：
105m3
尺寸：
17.5m×4m×3.4m
数量：
2座
设备配置：
LG-3000型刮泥撇渣机
100WQ100-7-5.5型无堵塞潜水排污泵。
2台，一用一备
4.2污泥处理构筑物及设备设计
4.2.1污泥浓缩池
说明：
污泥浓缩池的污泥来自1,混凝沉淀池、2,凝沉淀池及二沉池的污泥。
由于本设计产生的污泥量不多，故采用连续式重力浓缩池。
重力浓缩池是使用最广泛和最简单的一种浓缩池。
它利用重力的作用，使污泥固液分离，以达到降低污泥含水率。
设计参数：
浓缩前污泥含水率为98.5%，浓缩后污泥含水率为96.0%，浓缩时间t=24h。
有效容积：
62m3
池体尺寸：
5.2m×3.5m
数量：
1座
设备配置：
WNG-5型浓缩池刮泥机（南京蓝深环境工程设备有限公司）2台，一备一用
4.2.2污泥脱水机房
说明：
放置污泥压滤机，干化物化生化污泥，渗滤液回流至调节池。
数量：
1座
设计参数：
过滤能力L=1.5kg干污泥m2·h，每天压滤时间为12h，
进泥含水率p＝96％，PAM的用量取1.4kgt干污泥
面积：
24m2
设备配置：
DY500型带式压滤机
4.3配套用房设计
配套用房
房间名称
构造
平面面积
数量（座）
脱水机房
砖混结构
10m×5m
1
鼓风机房
砖混结构
15m×10m
1
控制间
砖混结构
15m×10m
1
办公室
砖混结构
10m×6m
1
化验室
砖混结构
10m×6m
1
5.总图
5.1总平面布置
总图布置根据生产工艺流程或使用功能的需要及其相互关系，结合场地自然条件及其外部环境条件、运输条件、安全、卫生、环保、施工、管理等因素，经多方案比较后，对项目各个组成部分的位置进行统一布局，合理规划和安排，建设场地内各功能区之间，各建、构筑物之间和各种通道之间的平面位置关系，以便使整个项目形成布置紧凑、流程顺畅、经济合理、使用方便的格局。
总平面布置详见附图1。
5.2高程设计
高程布置的任务是：
确定各处理构筑物和泵房等的标高，选定各连接管渠的尺寸并决定其标高。
计算决定各部分的水面标高，以使污水能按处理流程在处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理厂的正常运行。
废水处理工艺流程详见附图2。
6.相关计算
6.1废水流量确定
生产废水量约为826td，其中高浓度母液78td（主要污染物苯、醇、醚、苯胺、硝基苯、卤代苯等），稀废水748td。
此外，全厂生活污水量约为50td。
设计废水处理废水量考虑一定的余量，处理规模定为1000td，其中高浓度废水100td，稀废水900td。
6.2预期处理效果
预处理效果
项目
PH
COD（mgL）
BOD5（mgL）
NH3-N（mgL）
SS（mgL）
母液进水
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