硝基苯废水处理方案.docx
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硝基苯废水处理方案
第一章处理工艺的文献综述
1.1含硝基苯废水对环境的危害
1.2处理硝基苯的技术方法现状
1.2.1物理法
1.2.2化学法
1.2.3生物法
1.2.4
第二章工程设计资料与依据
第三章工艺流程的确定
4.1废水的处理工艺流程
4.2工艺流程说明
4.3工艺各构筑物去除率说明第四章构筑物设计计算
4.1设计水量的确定
4.2调节池
4.3
1...0...
微电解塔
4.4
1..2...
FENTON氧化池
4.5
中和反应池
.1..3...
4.6
沉淀池
1..4..
4.7
生活污水格栅
.1..6...
4.8
生活污水调节池
1...8..
4.9
生化处理系统
.1..9..
4.10二沉池
.2..1
4.11污泥浓缩池
.2..2...
第五章构筑物及设备一览表
25
5.1主要构筑物一览表
.2..5..
5.2主要设备一览表
2...5..
第六章管道水力计算及高程布置
26
6.1平面布置及管道的水力计算
.2..6.
6.2泵的水力计算及选型
.2..9..
6.3高程布置和计算
3...1..
第七章参考文献
34
第一章处理工艺的文献综述
1.1含硝基苯废水对环境的危害
硝基苯，分子式为C5H6NO2，相对分子量为123,相对密度（水=1）1.20,熔
点在5.7C，沸点是210.9C。
硝基苯是淡黄色透明油状液体，有苦杏仁味，不溶于水，溶于乙醉、乙醚、苯等多数有机溶剂。
用于溶剂，制造苯胺、染料等。
环境中的硝基苯主要来自化工厂、染料厂的废水废气，尤其是苯胺染料厂排出的污水中含有大量硝基苯。
硝基苯在水中具有极高的稳定性，由于其密度大于水，进入水体后会沉入水底，长时间保持不变。
又由于其在水中有一定的溶解度，所以造成的水体污染会持续相当长的时间。
硝基苯类化合物化学性能稳定，苯环较难开环降解，常规的废水处理方法很难使之净化。
因此，研究硝基苯类污染物的治理方法和技术十分必要。
1.2处理硝基苯的技术方法现状
1.2.1物理法
对含高浓度硝基苯的工业废水，采用物理手段处理既可降低硝基苯的浓度，
改善废水的可生化性，又可以回收部分硝基苯，实现资源利用最大化。
主要的物
理处理方法有：
吸附法、萃取法和汽提法。
对于吸附法，硝基苯废水处理研究中颗粒状活性炭、炉渣、有机膨润土等都
是应用较多的吸附剂。
赵钰等[1]在用活性炭吸附法处理含芳香族硝基化合物的染
料废水的工程试运行中，COD平均值由209mg/L下降至119mg/L。
对于萃取法，目前一般采用多级萃取法或萃取法与其他方法协同处理。
林中祥等人[2]用N5O3—苯做萃取剂对硝基苯生产废水进行处理，萃取两次可使硝基苯含量达国家一级排放标准。
对于汽提法，用于处理高浓度硝基苯废水，工艺上较为可行。
于桂珍等[3]利用汽提—吸附法处理硝基苯废水，实验表明，硝基苯的去除率可达90%以上，汽
提后的废水经碳黑吸附，废水中硝基苯含量可降至10mg/L以下，效果较好
1.2.2化学法
针对于处理硝基苯的化学法主要有电化学法和高级氧化法。
电化学氧化的基本原理有两种:
一是直接电化学反应，指通过阳极氧化使污染物在电极上发生转
化或燃烧，把有毒物质转变为无毒物质，或把非生物相容的有机物转化为生物相
容的物质，例如芳香化合物的开环氧化等。
二为间接电化学转化，指利用电极表面产生的强氧化性活性物种使污染物发生氧化还原转变。
宋卫健等［4］以DSA类电极作为阳极，对模拟硝基苯废水进行的降解实验证明，在电流密度15mA/cm2
条件下，CODcr的去除率可达到90%以上。
也有樊红金等［5］对催化铁内电解法处理硝基苯废水降解动力学特性进行了研究。
结果表明,降解过程符合准一级动力
学规律。
进水浓度、pH值和反应温度强烈影响硝基苯的降解速率。
高级氧化技术近年来的发展非常迅速，有臭氧氧化，Fenton试剂氧化，湿式
氧化等。
针对硝基苯废水，报道较为集中的是Fenton试剂氧化。
Fenton氧化体系由过氧化氢和催化剂Fe2*构成。
Fenton氧化法处理废水的原理是：
在酸性溶液
89%
中，在Fe2+催化剂作用下，H2O2能产生活泼的.OH，从而引发和传播自由基链反应，加快有机物和还原性物质的氧化。
余宗学⑹采用Fenton试剂对间硝基苯生产废水进行预处理，在最佳反应条件下，废水中硝基苯类化合物的转化率在以上，废水色度的去除率在80%以上，COD的去除率也在60%以上，同时，废
水可生化性有了较大的提高
另外，利用微电解和Fenton试剂氧化的工程实例报道也很多，徐续等⑺利用微电解和Fenton试剂氧化后，将COD为5000mg/L的硝基苯废水处理达标，COD总去除率为97%;李欣等⑹利用微电解和Fenton试剂氧化处理硝基苯制药废水，当原水的pH值为2〜3、H2O2投加量为500〜600mg/L时调节预处理出水pH值至7〜8并经沉淀处理后，对COD和硝基苯类物质的总去除率分别可达47%
和92%。
后续混合废水经SBR工艺处理后出水水质能满足国家污水排放标准。
1.2.3生物法
硝基苯类化合物被认为是生物难以降解的物质，但利用生物的变异性，近年
来环境工作者筛选出了一些特异性菌种用于处理硝基苯废水。
王竟等［9］在研究假单胞菌JX165对硝基苯的好氧降解时发现，在废水中细胞的质量浓度为9mg/L，
pH为7,温度为30r摇床转速为100r/min，反应时间为2h的条件下，在以硝基苯为惟一碳、氮源的培养基中硝基苯的去除率为98.5%。
第二章工程设计资料与依据
2.1废水水量
根据生产工艺及相关资料，生产废水的排放量为150m3/d,工作方式为24
小时工作制，生活污水300m3/d排放。
2.2设计进水水质
（1）生产废水：
200m3/d
污染因子
污染物浓度（mg/L）
COD
4380
pH（无量纲）
3
甲苯类
100
硝基苯
50
盐分
9000
（2）生活污水：
490m3/d
污染因子
污染物浓度（mg/L）
COD
400
pH（无量纲）
7~7.5
SS
400
BOD5
250
NH3-N
40
2.3设计出水水质
出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）三级标准后后排入建
设单位所在化工园区的污水处理厂进行进一步生化处理，具体排放要求如下:
污染因子
污染物浓度（mg/L）
COD
500
pH（无量纲）
6~9
BOD5
300
SS
400
甲苯类
0.5
硝基苯
5.0
NH3-N
25
盐分
8000*
2.4
设计依据
（注：
盐分接管标准W8000mg/L后排入业主所在化工园区的污水处理厂处理）
建设方提供的水质水量及排放标准资料;
《污水综合排放标准》（GB8978-1996）;
《室外排水设计规范》（GBJ14—87）;
《给水排水设计手册（第二版）》；
类似工程的经验、工艺参数和试验结果。
采用先进合理的处理工艺，保证污水达到最好的处理效果;
工艺许可的条件下尽量减少投资和用地面积;
操作维护简单；操作运行可靠，运行费用控制较低。
第三章工艺流程的确定
根据文献调查的结果并且结合类似工程的设计、操作参数，考虑到该企业废
水中含有大量的有机物，COD很咼，可生化性极差，同时废水排放量不是很大，因此综合多种因素考虑，决定采取物化处理与生化处理相结合的处理工艺，以化
学法为主，操作简单，自动化程度高，COD、有机物去除率高，结合厌氧一好
氧技术，可以确保稳定达标排放。
确定如下流程:
工艺流程如图1所示
图1硝基苯废水处理工艺流程
污泥处置流程见图2
沉淀池空泥
至调节池2
图2硝基苯废水处理工艺污泥的处理流程
3.2工艺流程说明
由于该废水COD、硝基苯的浓度很高，所以在处理工艺上采取的方法是以
物理化学处理为核心，通过物化+生化的组合有效地去除了COD及特征污染物
硝基苯、甲苯，排水达到《污水综合排放标准》三级标准。
现将流程说明如下：
含有硝基苯和甲苯的生产废水，在调节池中均质均量，以减缓对后续物化处
理系统的冲击，在水质水量调节后，进入pH调整池，将生产废水的pH调整至3左右，以利于微电解操作。
微电解塔利用铁炭构成的原电池进行微电解，有效
的去除硝基苯和甲苯，随微电解塔出水中的大量Fe2+在Fenton氧化池中作为
H2O2的催化剂，进一步去除硝基苯、甲苯及其微电解产物，Fenton氧化是利用
高级氧化技术有效的去除COD和特征污染物的方法，效率高，操作成本低。
在经过微电解和氧化后，废水中的COD和特征污染物迅速下降，此时废水中依然含有大量的Fe2+、Fe3+离子，对其进行中和操作，可以产生大量的胶状絮体以进一步的去除废水的COD。
至此，生产废水的物理化学处理完成。
在完成生产废水的物化处理后，在调节池中接入生活废水进行稀释配水，进
入生化系统。
生化系统采用厌氧一好氧处理工艺，可确保各项指标达到《污水综合排放标准》三级标准。
沉淀池的污泥和二沉池污泥排入污泥浓缩池，经浓缩减量后由压滤泵压入板
框压滤机脱水，脱至含水率75%左右。
污泥浓缩池上清液和压滤机滤液进入调
节池再处理。
处理系统产生的污泥必须由危险固体废弃物处置中心进行妥善处置。
3.3工艺各构筑物去除率说明
根据文献报道，结合确定的工艺流程，可以对COD和特征污染物的去除率
进行确定。
污染因子及
去除率
流出构筑物的污染物浓度（mg/L）
调整池1
微电
解塔
Fenton
氧化池
中和反
应池
沉淀
池
调节
池2
厌氧
池
好
氧
池
二沉
池
COD
4380
3942
2562
2306
2193
2193
1316
658
500
COD去除
率%
0
10
35
10
5
0
25
50
0
甲苯
100
40
8
4
2.4
2.4
1.67
0.84
0.5
甲苯去除率%
0
60
80
50
40
0
30
50
40
硝基苯
50
12.5
8.75
8
7.5
7.5
6
5.5
5
硝基苯去除
率%
0
75
30
8
6.25
0
20
8.3
10
第四章构筑物设计计算
4.1设计水量的确定
生物处理池之前，各构筑物按最大日最大时流量设计，已知该厂生产废水流
量Q=200m/d,废水流量总变化系数Kz=1.2，故最大设计流量为：
QmaxKzQ1.2200240（m3/d），按照工作8h计算，Qmax二空30m3/h8
4.2调节池
⑴设计说明
调节池设计计算的主要内容是确定调节池的容积，该容积应当考虑能够容纳水质变化一个周期所排放的全部水量。
调节池采用机械搅拌方式使水质均衡，防止沉淀。
（2）设计计算
（1）池子总有效容积设停留时间t=12h
（2）
Vqvmaxt
式中：
A――调节池池表面积,
m2
V――调节池的有效容积,
h=2.5mo则调节池的面积为:
3602
A——144（m2）
2.5
（3）调节池尺寸
根据池体表面积为144m2,现选择池长为16m,池宽为9m,池深超高0.5m。
调节池尺寸为16X9X3（m）
（4）搅拌设备
（5）
在调节池中增加搅拌设备，以均衡水质，提高中和反应的效率。
选用机械搅
微电解塔运行的最佳工艺条作为：
pH值为3,反应时间60min,Fe:
C（质量
比）
=5:
1，铁屑粒径5〜10目左右。
（1）微电解塔的有效容积
VQt（m3）
式中：
Q设计流量，m3/h;
t――废水停留时间，h,为了得到最佳的COD去除率，本设计选
用的反应时间为60min。
V30130（m3）
（2）单座微电解塔的有效容积
设2座微电解塔，串联使用，每座微电解塔为升流操作，每座微电解塔的
有效容积
303
y15（m3）
（3）微电解塔的直径
式中：
h——微电解塔的有效水深，本设计选定为5m。
圧耳1.952（m）;高径比为5/2=2.5
（4）微电解塔高度
承托层高0.15m，填料层厚5m,超高0.5m,H=0.15+5+0.5=5.65。
故微电解塔的
尺寸为HX为5.65X2m。
（6）操作条件
升流速度V
4Q
v—2
3
式中：
Q――设计流量，m/h
——微电解塔直径，m
430
V210m/h
22
（7）配水系统
43.96L/S，采用管径
配水干管系统：
每个微电解池进水量4.2L/S，反冲洗强度为14L/（sm2），反冲洗时间为6min。
则干管的流量为qtfq14（f）2
为200mm,流速为4.18m/So
78.5
向下交错排列。
孔眼间距为
4396
量一.—7.33L/S，取支管直径为50mm，管内流速为3.74m/s。
支管的长度为
6
2m和1.9m
孔眼布设：
支管的孔眼数与微电解塔面积比K为0.5%,孔眼总面积为
2
F0.5%（?
）20.0157m2，设孔眼的直径为10mm，每个孔眼的面积为
78.5mm2，孔眼总数为Nk匸15700200，每个支管上孔眼数为34,每根支
管孔眼布置成两排，与垂线成45°
洗水箱高H60Fqt
F2100021000
名称
参数
规格
材料
说明
微电解塔
直径咼度填料粒径填料厚度升流速度
2m
5.65m
铸铁
防腐
5〜10目
5m
10m/h
Fe:
C=5:
1（质量比）
填料根据铸铁
屑的消耗随时
添加
布水系统
干管直径
支管直径
穿孔率
200mm
50mm
0.5%
UPVC
反冲洗系统
反冲洗水箱体积
反冲洗水箱咼度
395.6L
2.52m
UPVC
4.4Fenton氧化池
在微电解后利用Fenton试剂进行氧化，以加强对甲苯、硝基苯这两个特征
污染物的去除效果。
由于微电解塔出水中含有大量的Fe2+在此不必再次投加硫酸
亚铁。
对硝基苯的去除率可达85%，对COD的去除率接近40%
1、氧化池尺寸设计
（1）氧化池的有效容积
3
VQt（m）
式中：
Q设计流量，m3/h;
t――废水停留时间，h,为了得到最佳的COD去除率，本设计选用的反应时间为90min。
V301.545（m3），分两个氧化池，Vi=45/2=22.5m3
（2）氧化池的面积
AV1/h（m2）
式中：
h――微电解池的有效水深，本设计选定为2.5m。
A22.5/2.59（m2）
（3）
氧化池尺寸
（4）氧化剂的选用
H2O2为氧化剂，根据文献报道值，投加30%H2O2的量
Fenton试剂中，使用
为500mg/L，水量为30m3/h，故此H2O2加入量为15kg/h，由计量泵定量加入。
（5）双氧水计量泵计算
15kg/h
根据氧化剂的用量计算，可以确定计量泵的大小，双氧水的密度为1.14g/L。
3313.2L/h
则计量泵的流量为1.1410kg/m，考虑计量泵的放大，选40%的格
度，计算知计量泵的大小为33L/h，考虑设备选型的便利，因此选用40L/h的计
量泵。
型号为JX-40/8。
4.5中和反应池
在进行微电解+氧化后，生产废水中的特征污染物明显降低，CODcr下降，
此时，水中含有大量的Fe2+和fP离子，加入Ca（OH）2后，产生大量的Fe（OH）2和
Fe（0H）3具有明显的混凝作用，可以进一步的去除COD，同时调整将pH调整到6〜7以有利于后续的生化处理，氧化池出水pH为5。
中和药剂石灰乳。
选用在线pH计做为控制，型号为BYS01型，数量2台，一备一用。
（1）中和反应池有效容积
3
VQt（m）
式中：
Q设计流量，m3/h;
t废水停留时间，h，本设计选用的反应时间为1h。
V30130（m3）
（2）中和反应池的面积
AV/h（m2）
式中：
h――微电解池的有效水深，本设计选定为2m。
A30/215（m2）
（3）中和反应池尺寸
设中和反应池长为5m，宽为3m，池深超高0.5m。
中和反应池的尺寸为5X3X2.5（m）o中和反应池采用机械搅拌，使反应充分。
（4）中和药剂的投加
投加的Ca（OH）2主要用于和氧化反应出水中的Fe3+反应，对于H+所致的pH
变化可以忽略，以生成大量的Fe（OH）3,起到混凝作用。
根据微电解池出水pH可以计算出水中的FB,。
进水pH为3,经过微电解池的处理，出水pH提高至
5，贝U，消耗H+的量为（103105）3010330mol/h，3H+〜Fe3+，故Fe3+为
10mol，Fe3+〜3OH-，故消耗OH-30mol，折算成纯Ca（OH）2为15mol,Ca（OH）2
的投加量为1.11kg/h,考虑Ca（OH）2的纯度在70~75%，因此投加的Ca（OH）2量为1.59kg/h。
（5）投加方式的确定
将Ca（0H）2配成10%的乳液进行投加，则需要乳液的体积为
1.591030.115.9m3/h，选用计量泵定量投加，泵的大小为
15.9O.439.75m3/h，泵的流量为舟务17.75L/h，考虑计量泵的放大，
选40%的格度，计算知计量泵的大小为44.4L/h。
为了便于选型，选用63L/h的
计量泵。
型号为JX—63/54.6沉淀池
在中和反应后，进行泥水分离，选用竖流式沉淀池
（1）中心管过水断面面积
A12（m2）
nv0
式中：
Q最大设计流量，m3/s;
（2）
n池淀池数。
A30/3600Ceg2、
A0.083（m）
0.1
中心管直径
/4Ar胚0.083
d严0.325（m）
中心管喇叭口直径
d11.35d0.44（m）
d21.3d10.572（m）
（5）沉淀区有效断面面积
A2Q（m2）
nv
式中：
V污水的上升流速，m/s，—般采用0.5〜1mm/s，取0.6mm/s。
A30/36002、
A313.9（m）
0.6103
（6）
沉淀池总面积
（7）
沉淀池的直径
（8）沉淀区的高度
h23.6vt（m）
式中：
t――沉淀时间，一般采用1〜2h,本设计选1.5h。
3
h236000.6101.53.3（m）
校验：
D/h24.22/3.31.283，符合竖流式沉淀池的设计要求。
（9）
中心管喇叭口到反射板的距离
式中：
v1——污水由中心管与反射板之间缝隙的出流速度，m/s，一般不
大于0.02m/s。
设计中取0.02m/s。
「30/3600CCC,、
h30.33（m）
0.023.140.4
（10）污泥斗的高度
D/2r
h5—2tg（m）
式中：
r――污泥斗下部半径，m,—般取0.3m；
—污泥斗倾角，一般大于60°,取60。
。
h5
专tg601.5（m）
（11）污泥斗容积
（13）沉渣量设n=55%P=96%
100400O.55300.165m3/h100041000
4.7生活污水格栅
为了阻挡生活废水中粗大的物体进入后续处理系统，有必要设置格栅对其进
行处理。
选择粗格栅。
对于生活污水的最大流量Qmax可以根据生活污水的日变
化系数Kz进行确定，Qmax=1.4X490m3/d=686m3/d=0.01m/s。
选用中格栅进行设
计计算。
（1）栅条间隙数：
_QmaxJsinn—
bhv
式中：
n——格栅间隙数；
Qmax最大设计流量，m3/s；
b栅条间隙，取20mm；
h——栅前水深，取0.4m；
v――过栅流速，取0.4m/s；a格栅倾角，度；
0.01'/sin60
n2.913
0.020.40.4
B=S（n—1）+bn
式中：
B――栅槽宽度，m；
S――格条宽度，取0.01m。
B=0.01（31）0.0230.08m
（3）格栅栅前进水渠道减宽部分长度：
若进水渠宽B1=0.05m，减宽部分展开角a1=20。
，则此进水渠道内的流速
QmaxO.01
Vi=Bh=0.10.4=0.25m/s
BB10.080.05CCC
L1===0.08m
tan20°tan20°
（4）细格栅栅槽后与出水渠道连接处渐窄部分长度:
L10.08
L2=—==0.04m
222
（5）过栅水头损失：
设栅条断面为锐边矩形。
%2
..sv.
h二k一——Sin
e,2g
式中：
h——粗格栅水头损失，m；
系数，当栅条断面为矩形时取2.42;
-0^sin600=0.061m
29.8
001'
h=32.42001
0.02
（8）栅槽总高度：
H=h0+h1+h2=0.3+0.4+0.061=0.761m
（9）栅槽总长度：
L=L1+0.5+——+0.8+1.0+L2
tan
式中：
L——栅槽总长度，
H
L1――格栅距出水渠连接处减宽部分长度;
L2――细格栅距出水渠连接处减窄部分长度。
0781
L=0.08+0.5++0.80+1.0+0.04=2.87m
tan60
（10）每日栅渣量：
、“QmaxWo86400
W—
k总1000
式中：
W—每日栅渣量，m3/d;
wo—栅渣量m3/103m3污水，一般为0.1—0.01m3/103m3,细格栅取0.1m3/103m3粗栅取0.05m3/103m3o
W—0.010.0586400—0.0288m3/d，故使用人工清渣。
1.51000
4.8生活污水调节池
在进行物化处理后，用生活污水进行配水，进一步稀释有毒污染物的浓度,
以利于进行生化处理。
对于生活污水的最大流量Qmax可以根据生活污水的日变
化系数Kz进行确定，Qmax=686m3/d。
调节池的尺寸
Vqvmaxt
式中：
qvmax最大设计流量，m/h；
t――水力停留时间，ho
V58.612703.2（m3）
（2）池子表面积
V2
A—（m）
h
h—2.5mo贝U调节池的面积为：
7032A一281.3（m2），取
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