某化工生产废水和生活污水处理工程设计毕业论文.docx
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某化工生产废水和生活污水处理工程设计毕业论文
某化工生产废水和生活污水处理工程设计毕业论文
1概述
1.1项目背景
第一类污染物，指能在水环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响的有害物质[1]。
砷是一种毒性极强的非金属元素，能够引起多种疾病，如：
皮肤癌、肺癌、膀胱癌、台湾黑脚病、非癌症性组织损害、胃肠疾病等。
砷能够取代营养元素磷的位置而与细胞上的巯基结合，从而使细胞毁损。
生物体内磷被砷取代后，ADP与ATP的正常功能遭到破坏，严重时引起生物死亡。
砷在自然界中有245种化合物，其中砷元素通过自然活动和人类活动主要以AsO43-、AsO33-这两种阴离子形态进入水体，造成砷污染。
砷污染引起的环境事件在包括智利、阿根廷、墨西哥、印度、台湾、越南、孟加拉、中国等在内的很多国家和地区均有发生，尤其是孟加拉国，该国由于过量抽取高砷地下水用于生产生活，将近有2800-7700万居民受到砷污染的严重威胁。
因此，设法去除生产过程中属于第一类污染物的砷污染物，意义重大。
本项目为某化工生产废水和生活污水处理工程设计，主要的污染物为三价砷、废酸和SS。
作为第一类污染物的砷，应优先考虑处理，再逐步处理其他污染物。
各项污染物出水浓度均要达到《DB44/26-2001》第二时段一级排放标准。
1.2设计处理能力
本设计的处理规模为化工生产废水量100吨/天，生活污水量50吨/天。
1.3设计进出水水质
表1.1设计进水水质
来源
水量（m3/d）
总砷（mg/L）
pH
SS
（mg/L）
CODCr
（mg/L）
BOD5
（mg/L）
NH3-N
（mg/L）
元素磷（mg/L）
生产废水
100
24.1
1-2
1200
300
30
8
—
生活污水
50
—
—
200
250
150
30
5
出水水质根据《DB44/26-2001》二时段一级排放标准列出，如表1.2：
表1.2设计出水水质
总砷（mg/L）
pH
SS
（mg/L）
CODCr
（mg/L）
BOD5
（mg/L）
NH3-N
（mg/L）
元素磷（mg/L）
0.5
6-9
60
90
20
10
0.1
1.4设计依据
1、中华人民共和国环境保护法；
2、广东省地方标准水污染物排放限值DB44/26—2001；
3、《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
1.5设计原则
1、严格执行国家及地方的现行有关环保法规及经济技术政策。
根据国家有关规定和厂方的具体要求，合理地确定各项指标的设计标准。
2、本着技术上先进、安全、可靠，经济上合理可行的原则，尽量使工程工艺耐用、可靠、操作方便。
3、尽量采用技术成熟、流程简单、处理效果稳定的废水处理系统。
从降电耗、节约药剂使用量方面精心设计，从技术经济上达到最佳效果。
4、在总图布置方面，充分利用现有条件，因地制宜，少占用地；同时保证使污水处理设施与周围环境协调一致，不会影响环境美观。
5、选用的设备自动化水平比较高，易于工人操作管理，减轻劳动强度。
同时也要考虑设备的耐用性，以保证长时间免维修正常使用。
6、废水处理工程中的设备选用国内先进节能优质产品，确保工程质量。
2废水处理工艺选择及说明
2.1工艺方案分析与选择
2.1.1生产废水的处理
生产废水的主要污染物是As3+，废酸和SS。
考虑到砷是第一类污染物，因此处理工艺方案上的选择应优先考虑含砷废水的处理方法。
含砷废水处理方法较多，常见的有石灰法、铁盐法、硫化法、软锰矿法等。
其中石灰法及铁盐法使用较普遍[2]。
1、石灰法
一般用于含砷量较高的酸性废水。
投加石灰乳，使与砷酸根或亚砷酸根反应生成难溶的砷酸钙或亚砷酸钙沉淀。
3Ca2++2AsO33-→Ca3（AsO3）2↓
3Ca2++2AsO43-→Ca3（AsO4）2↓
石灰法操作管理简单，成本低廉；但沉渣量大，对三价砷的处理效果差。
由于砷酸钙和亚砷酸钙沉淀在水中溶解度较高，易造成二次污染。
2、石灰—铁盐法
一般用于含砷量较低、接近中性或弱碱性的废水处理。
砷含量可降低至0.1mg/L。
利用砷酸盐与亚砷酸盐能与铁、铝等金属形成稳定的络合物，并为铁、铝等金属的氢氧化物吸附共沉的特点除砷。
2FeCl3+3Ca（OH）2→2Fe（OH）3↓+3CaCl2
AsO43-+Fe（OH）3→FeAsO4+3OH-
AsO33-+Fe（OH）3→FeAsO3+3OH-
当pH>10时，砷酸根及亚砷酸根离子与氢氧根置换，使一部分砷反溶于水中，故终点pH值最好控制在10以下。
由于氢氧化铁吸附五价砷的pH值范围要较三价砷大得多，所需的铁砷比也较小，故在凝聚处理前，将亚砷酸盐氧化成砷酸盐，可以改进除砷效果。
铁、铝盐除砷效果见表2.1。
表2.1铁、铝盐使用条件及除砷效果
药剂
最佳pH值
最佳铁砷、铝砷比
除砷百分率，%
FeSO4·7H2O
8
Fe2+∕As=1.5
94
FeCl3·7H2O
9
Fe3+∕As=4.0
90
Al2（SO4）3·18H2O
7-8
Al3+∕As=4.0
90
石灰—铁（铝）盐法除砷效果好，工艺流程简单，设备少，操作方便。
但砷渣过滤较困难。
3、硫化法
在酸性条件下，砷以阳离子形式存在。
当加入硫化剂时，生成难溶的As2S3沉淀。
硫化法净化效果较好，可使废水中砷含量降至0.05mg/L；但硫化物沉淀需在酸性条件下进行，否则沉淀物难以过滤；上清液中存在过剩的硫离子，在排放前需进一步处理。
4、软锰矿法
利用软锰矿（天然二氧化锰）使三价砷氧化成五价砷，然后投加石灰乳，生成砷酸锰沉淀。
H2SO4+MnO2+H3AsO3→H3AsO4+MnSO4+H2O
H2SO4+MnSO4+2Ca（OH）2→2CaSO4↓+Mn（OH）2+2H2O
3Mn（OH）2+2H3AsO4→Mn3（AsO4）2↓+6H2O
考虑到生产废水是酸性废水，必须用碱中和至中性。
石灰—铁盐法用于接近中性或弱碱性的废水处理，而所投加的石灰乳也有中和酸性的作用。
因此，用石灰—铁盐法先把废水中和至中性再投加FeSO4·7H2O，就能同时达到除酸和除砷的目的。
另外，FeSO4·7H2O也是很好的混凝剂，这样就能同时把SS去除。
因此生产废水的处理选用石灰—铁盐法。
生活污水的处理
生活污水将和经化学处理的生产废水混合后再进行处理，各项污染物的浓度为经化学处理后的生产废水的污染物浓度和生活污水污染物浓度的加权平均值。
混合后各主要污染物浓度如下：
表2.2混合后各污染物浓度
水量（m3）
SS（mg/L）
CODCr（mg/L）
BOD5（mg/L）
NH3-N（mg/L）
元素磷（mg/L）
150
75
156
70
16
1.7
出水水质
60
90
20
10
0.1
处理效率
20%
43%
72%
38%
93%
其中，SS经两级混凝处理后预计出水浓度约为12mg/L（各级混凝SS去除率均达到90%以上），所以混合调节池中SS的浓度为
同理，CODCr经两级混凝处理后预计出水浓度约为108mg/L（各级混凝CODCr去除率均达到40~50%），所以混合调节池中CODCr的浓度为
因为，在0.3~0.45[3]范围内，可生化性属于可生化，因此混合后的废水可用生物处理方法进行处理。
考虑到氮和磷的去除，应选用具有脱氮除磷效果的生物处理工艺。
常用的具有脱氮除磷效果的生物处理工艺如下[4]：
1、A2/O工艺
在原来A/O工艺的基础上，嵌入一个缺氧池，并将好氧池中的混合液回流到缺氧池中，达到反硝化脱氮的目的，这样厌氧—缺氧—好氧相串联的系统能同时脱氮除磷。
该处理系统出水中磷浓度基本可在1mg/L以下，氨氮也可在15mg/L以下。
由于污泥交替进入厌氧和好氧池，丝状菌较少，污泥的沉降性能很好。
2、改进的Bardenpho工艺
改进的Bardenpho工艺由四池串联，即缺氧—好氧—缺氧—好氧。
类似二级A/O工艺串联。
第二级A/O的缺氧池基本上利用内源碳源进行脱氮，最后的曝气池可以吹脱氨氮，提高污泥的沉降性能。
为了提高除磷的稳定性，在Bardenpho工艺流程之前增设一个厌氧池，以提高污泥的磷释放效率。
只要脱氮效果好，那么通过污泥进入厌氧池的硝酸盐是很少的，不会影响污泥的放磷效果，从而使整个系统达到较好的脱氮除磷效果。
3、UCT工艺
在改进的Bardenpho工艺中，由于二沉池回流污泥中很难避免有一些硝酸盐回流到流程前端的厌氧池，从而影响除磷效果；为此，UCT工艺将二沉池的回流污泥回流到缺氧池，污泥中携带的硝酸盐在缺氧池中反硝化脱氮。
同时为弥补厌氧池中污泥的流失，增设缺氧池至厌氧池的污泥回流。
这样厌氧池可免受硝酸盐的干扰。
4、SBR工艺
SBR工艺是将脱氮除磷的各种反应，通过时间顺序上的控制，在同一反应器中完成。
如进水后进行一定时间的缺氧搅拌，好氧菌将利用进水中携带的有机物和溶解氧进行好氧分解，此时水中的溶解氧将迅速降低甚至达到零，这时厌氧发酵菌进行厌氧发酵，反硝化菌进行脱氮；然后停止搅拌一段时间，使污泥处于厌氧状态，聚磷菌放磷；接着进行曝气，硝化菌进行硝化反应，聚磷菌吸磷，经一定反应时间后，停止曝气，进行静止沉淀，当污泥沉淀下来后，撇出上部清水，而后再放入原水，如此周而复始。
研究表明，SBR工艺可取得很好的脱氮除磷效果。
自动控制系统的完善，为SBR的应用提供了物质基础。
SBR是间歇运行的，为了连续进水，至少需设置二套SBR设施，进行切换。
SBR工艺与连续流活性污泥工艺相比有一些优点：
（1）工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼具二沉池的功能，无污泥回流设备；
（2）耐冲击负荷，在一般情况下（包括工业废水处理）无须设置调节池；
（3）反应推动力大，易于得到优于连续流系统的出水水质；
（4）运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷的效果；
（5）污泥沉淀性能好，SVI值较低，能有效地防止丝状菌膨胀；
（6）该工艺的各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。
考虑到之前生产废水处理阶段的两级反应所设的反应池已占地较多，因此为了节省用地，并根据各种处理方法的优缺点进行衡量，决定选用SBR工艺。
2.2工艺流程及说明
根据上述工艺方案分析与选择，最终确定整个水处理工艺流程如下：
污泥处置
图2.1工艺流程图
1、生产废水调节池
由于该生产废水的出水是间歇性的，因此有必要设置一个调节池，用于水量调节，当储存生产废水达到一定量时才集中进入后续设施进行处理。
2、一级化学反应池
当调节池中达到一定水量后会进入一级化学反应池进行化学处理。
在此反应池中，会向其投加石灰乳和FeSO4·7H2O药剂进行曝气反应。
曝气的作用是把三价砷氧化成五价砷，这样能达到更好的除砷效果。
砷酸盐能与铁金属离子形成稳定的络合物。
石灰乳的作用有两：
一是调节pH值到8（8为投加FeSO4·7H2O药剂进行除砷的最佳pH值），二是和FeSO4反应生成Fe（OH）2，Fe（OH）2再和砷酸盐与铁金属离子形成的络合物共沉，从而达到除砷的目的。
因为一级反应的除砷效率最高为94%，而本设计要求去除效率为98%，所以要进行二级处理，一级化学反应池的设计处理效率为85%。
另外，FeSO4·7H2O也是一种很好的化学混凝剂，在此SS也能有很好的去除效果，估计去除率达到90%以上；还有在化学混凝过程中，CODCr的去除率也能达到40～50%。
3、一号沉淀池
一级化学反应池中的化学反应产生的沉淀在此进行沉淀，沉淀后的出水
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