某农药中间体生产企业含二氯乙烷生产废水处理工艺的设计.docx
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某农药中间体生产企业含二氯乙烷生产废水处理工艺的设计
第一章前言
1.1概述
二氯乙烷由于溶解性能优良，广泛用于染料、医药、农药等精细化工品的生产，导致上述产品的生产废水中往往含有较高浓度的二氯乙烷。
由于二氯乙烷属于难生物降解有机物，因此，对这类废水的处理一般需进行有效的物化预处理后方能进行生化处理。
课题要求根据水质水量资料，通过文献检索选择合适的治理农药中间体生产企业综合废水的工艺方案，使处理出水达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）三级排放标准后排入该单位所在的化学工业园区的污水处理总厂进行进一步的处理。
1.2方案编制原则
1、在保证处理出水达标的基础上，做到降低运行费用和减少投资费用，充分发挥建设项目的环境效益、经济效益与社会效益。
2、废水处理工艺力求占地面积小、工程投资省、运行能耗低、处理效果稳定。
3、处理设施在运行上有较大的灵活性与调节余地，以适应水质、水量的变化，具有一定的抗冲击负荷的能力。
4、设备选型做到合理、可靠先进。
5、操作运行简单、安全可靠、维修方便。
1.3废水水质、水量
水源
水质（单位：
mg/L）
水量（m3）
COD
BOD5
pH
二氯乙
烷
SS
其他主要污染
组分
车间工艺废水
Q1
20000
7000
5~6
900
/
甲醇，农药中
间体
500
其他低浓度废
水Q2
1000
300
7~8
70
100
/
1000
生活污水Q3
400
240
7.2~7.5
/
700
氨 氮 ：
35mg/L；TP：
6mg/L
400
1.4出水指标
污染物
污水浓度（mg/L）
排放标准（mg/L）
去除率
COD
20000
500
98%
BOD
7000
300
96%
C2H2Cl2
900
8
99%
SS
700
200
72%
pH
5～6
6～9
-
1.5设计要点
（1）生产废水流量总变化系统数取k1=1.2，生活污水流量总变化系统数取
k2=1.5；
（2）处理构筑物流量：
生化处理之前各种构筑物按最大日平均时流量设计；生化处理各种构筑物按日平均流量设计，每天按24小时工作日计算；
第二章处理工艺
2.1工艺流程选择
农药废水的处理工艺主要有：
Fenton试剂氧化法、微电解法、臭氧氧化法、絮凝法等预处理手段。
需要处理的农药废水含有较高的COD和BOD浓度，还有二氯乙烷等农药中间体污染物，根据文献资料选择经济实用的处理工艺，采用“微电解+芬顿试剂氧化”对高浓度的车间工艺废水进行物化预处理，降低COD值，水解酸化提高B/C后，与其他低浓度废水和生活污水经生化调节池后进入生化系统。
其工艺流程图如图1所示。
图1处理工艺流程图
2.2工艺流程说明
2.2.1废水系统
高浓度废水经调节池调节pH后，用泵将这股废水水提到微电解塔中，以重力流方式依次流经芬顿氧化池、混凝沉淀池，完成微电解、芬顿氧化和沉淀分离过程，进入生化调节池；生活污水经格栅处理后，与其他低浓度废水一起用泵抽到生化调节池中，与高浓度进行充分混合后，以重力流依次进入水解酸化池、厌氧沉淀池和二沉池，完成生物接触氧化和沉淀分离过程；出水用来配置H2SO4、NaOH及PAN，或排入园区污水处理厂。
2.2.2曝气系统
用罗茨鼓风机鼓风，对好氧池进行曝气，完成供氧过程。
2.2.5药剂投配系统
用沉淀池的出水配置H2SO4、NaOH以及PAM溶液，H2SO4、NaOH、PAM溶液周期性配制，利用高位槽、计量泵进行药剂投加。
H2SO4投加至调节池出水由5~6降到3；NaOH、PAM投加至混凝池，使废水PH升至8，并完成混凝过程。
Fenton试剂实时配制，通过高位槽、计量泵进行药剂投加。
2.2.5污泥系统
混凝沉淀池、厌氧沉淀池、二沉池的污泥由吸泥泵排至污泥浓缩池浓缩，浓缩污泥经板框压滤机脱水后外运填埋。
浓缩池上清液、板框压滤机压滤液返回调节池重新处理。
第三章构筑物（设备）的计算
3.1调节池
3.1.1一般说明
调节池是对水质与水量进行调节的构筑物，分为在线调节与离线调节两种方
式，具有下列功能：
减少或防止冲击负荷对处理设备不利影响；使酸性或碱性废水得到中和，使处理中PH值保持稳定；调节水温；当处理设备发生障碍，起到临时事故贮水池作用。
调节池的形式有圆形的、方形的、有地上的和地下的，在结构上可分为砖石结构、混凝土结构和钢筋混凝土结构。
调节池设置一用一备，便于检修清泥。
调节水量一般为处理规模的10％-15％可满足要求。
调节池的水力停留时间：
经验值4-12h，根据水量水质选取。
本设计采用地下式方形钢混结构的调节池。
调节池作为平底，为防止沉淀，用机械搅拌方式搅拌废水。
物化调节池是对生产废水的水质水量以及pH的调节，由于生产废水pH为5～6，为方便后续处理，将PH调节至3左右。
生化调节池是对经过预处理的高浓度废水、其他低浓度废水及生活污水混合后的均质调节。
3.1.2物化体调节池的设计计算
（1）设计参数
池型：
方形个数n:
1
水力停留时间HRT：
t=8h
Q1k1500×1.2
设计流量：
Q= =
24 24
式中：
=25m³/h
Q1：
高浓度废水水量，m³/d；K1：
生产废水变化系数。
（2）调节池有效容积：
V=Qt=25×8=200m³
（3）取超高h1=0.5m,有效水深h=5m，则总高度H为：
H=h1+h=5+0.5=5.5m
（4）水面面积为：
（5）调节池的尺寸：
V
S= =
h
200
5
=40㎡
池长取L=8m,池宽取B=5m，则池子总尺寸为:
L×B×H=800cm×500cm×550cm
（6）硫酸的投加量
农废水的pH为5~6，取最大值pH=6，则废水中H+的浓度为
C（H+）=10−6𝑚𝑜𝑙/𝐿
进入微电解最适的pH=3，即
C（H+）=10−3𝑚𝑜𝑙/𝐿
则投加H2SO4的量为
n（𝐻2S𝑂4）=
10−3−10−6
2
=9.99×10−4𝑚𝑜𝑙/𝐿
选用浓度为98%的硫酸溶液，密度为1.836g/cm3，则硫酸的投加量为
V（𝐻2S𝑂4）=
（7）设备选型
m×n×Q
=
𝜌
98×9.99×10−4×25×1000
=1.33𝐿/𝐻
1.836×1000
表4—2加酸计量泵
1
型号
LI4CL
2
工作条件及技术参数
介质：
硫酸；介质温度：
0～60℃；介质比重：
1～1.3；
入口压力：
0.05Mpa
工作方式：
连续（工作2小时以上）
进口压力：
0.05Mpa；出口压力：
1.0Mpa；
出口流量：
180L/h
3
泵头形式
机械隔膜
4
泵头材质
PVC
5
隔膜材质
四氟乙烯
6
进出口尺
寸及连接
进口尺寸：
DN15；出口尺寸：
DN15；
连接方式：
法兰接口；法兰符合JB/T81-94PN1.0标准
（8）搅拌器
为使废水混合均匀，物化调节池下设一台QJB015-400潜水搅拌机。
3.1.3生化调节池的设计计算
（1）设计参数
池型：
方形
个数n:
1个
水力停留时间HRT：
t=8h
设计流量：
Q=𝑄1𝑘1+𝑄2𝑘1+𝑄3𝑘2
24
=500×1.2+1000×1.2+400×1.5=100m³/h
24
式中：
Q1：
高浓度废水水量，m³/d；K1：
生产废水变化系数；
Q2：
其他低浓度废水水量，m³/d；Q3：
生活污水水量，m³/d；
K1：
生活污水变化系数；
（2）调节池有效容积：
V=Qt=100×8=800m³
（3）取池子总高度H=5.5m,取超高h1=0.5m,有效水深h=5m，总高度H为:
H=h1+h=0.5+5=5.5m
（4）水面面积为：
（5）调节池的尺寸：
𝑉
S= =
ℎ
800
5
=40㎡
池长取L=8m,池宽取B=5m，则池子尺寸为：
L×B×H=1600cm×1000cm×550cm
（6）搅拌器
为使废水混合均匀，生化调节池下设两台QJB025-400潜水搅拌机。
3.2微电解塔的设计计算
3.2.1微电解池原理
以铁碳微电极为例，铸铁铁屑中含碳量较大，一般达到8%，而含盐量高的污水是一种良好的电解质。
当铁屑浸在污水中时，铁的电位低成为阳极，碳的电位高成为阴极，这样就构成无数个微小的原电池，发生以下电极反应：
阳极（Fe）:
Fe-2e→Fe2+E0（Fe2+/Fe）=-0.44V
阴极（C）:
在酸性条件下：
2H++2e→H2↑E0（H+/H2）=0V
在酸性充氧条件下：
O2+4H++4e→2H2OE0（E0）=1.23V
在碱性或中性条件下：
O2+2H2O+4e→4OH-E0（O2/OH-）=0.4V
这些电极反应产生的反应物有很强的氧化还原能力。
其中的新生态H能氧化污水中的高浓度有机物，而Fe2+有很强的还原能力，能使污水中二氯乙烷等农药中间体有机物还原脱氯，为后续的生物处理打下基础。
另外，Fe2+也是很好的混凝剂，当污水流到曝气池后，在有氧条件下，Fe2+很容易发生下列反应：
4Fe2++8OH-+O2+2H2O→4Fe（OH）3
生成的Fe（OH）3是胶体絮凝剂，它的吸附能力高于一般的药剂水解法产生的Fe（OH）3。
这样又形成了以为Fe3+核心的絮凝体，能捕集、卷扫和吸附悬浮物及活性污泥，变成沉降性能很好的生物污泥。
3.2.2设计计算
（1）设计参数
微电解池运行的工艺条件为：
pH为3，反应时间2h，Fe:
C（质量比）为5:
1，铁屑粒径5-10目。
塔形：
圆形塔数n：
2
设计流量Q：
25m3/h
铁炭填料设计空隙率e：
0.5m3m3
周边集水槽超高h1：
0.15m
上层稳定水层高h2：
3m铁炭填料层厚度h3：
1m承托层厚度h4：
0.35m
底部配水区高度h5：
0.8m
（2）微电解塔总高度H：
H=h1+h2+h3+h4+h5
=0.15+3+1+0.35+0.8=5.3m
（3）微电解池有效容积V为：
（4）池子直径D为:
𝑄𝑡
V=
𝑛
25×2
=
2
=25m³
𝐷=√4𝑉=√4×25
=2.5𝑚
𝜋𝐻
（5）微电解池中水的升流速度:
4𝑄
3.14×5.3
4×25
（6）微电解塔的尺寸:
（7）搅拌器的选型
V=𝜋D2=3.14×2.52=5.1𝑚/ℎ
D×H=250cm×5.3cm
3.2.3经微电解塔处理后，各污染物的处理的效果如下表：
污染物
COD
BOD5
二氯乙烷
进水浓度（mg/L）
20000
7000
900
去除率
30%
20%
75%
出水浓度（mg/L）
14000
5600
225
3.3Fenton氧化反应釜的设计计算
3.3.1Fenton氧化法原理
Fenton试剂法是一种均相催化氧化法，在含有亚铁离子的酸性溶液中投加
H2O2发生如下一系列反应：
Fe2++H2O2+H+→Fe3++H2O+·OHFe3++H2O2→Fe2++·OOH+H+H2O2+·OH→·OOH+H2O
·OH+·OH→H2O2
Fe2++·OH→Fe3++OH-
生成的羟基自由基·OH具有较高的氧化电位，仅次于氟，因而可与废水中大部分的有机物发生反应，使其分解：
·OH+RH→R+H2O
R·+O2→ROO·→ROOH·→分解产物+·OH
22
22
Fenton试剂是一种由HO和催化剂Fe2+构成的氧化体系。
1964年Eisenhauer将Fenton试剂用于废水处理起,其在工业废水处理中的应用研究就受到了国内外的普遍重视。
HO和Fe2+混合体系在一定的pH（通常为2～5）条件下,Fe2+会催化分解H2O2使其产生羟基自由基,从而氧化分解有机物。
吴启模等[8]采用Fenton试剂氧化法对含草甘膦（glyphosate）的农药废水进行预处理,废水初始COD为35400mg/L,经催化氧化处理后,除草剂母液COD的去除率可以稳定达到60%左右，废水可生化性明显提高。
3.3.2设计计算
搅拌反应釜可以使两种或者两种以上的多种不同物质在彼此之中相互分散，从而达到均匀混合，强化传热，反应釜的桶体采用圆柱形，封头采用椭圆形，下封头与桶体焊接，上封头与筒体采用法兰连接。
（1）搅拌罐体
①装料量：
式中：
V𝑁=Qt∂=25×1.5×1.2=45m3
VN：
装料量容积，m³；Q：
污水流量，m³/d；T：
停留时间，h，设t=1.5h；a：
变化系数，a=1.2。
②罐体容积：
式中：
𝑽𝑵
𝐕=
𝜼×𝒏
𝟒𝟓
=
𝟎.𝟖×𝟐
=𝟐𝟖.𝟐𝐦𝟑
V：
罐体容积，m³；
η：
装填系数，取0.8。
n：
反应釜个数
③筒体直径：
𝟑𝟒𝑽 𝟑 𝟒×𝟐𝟖.𝟐
𝒊 𝝅𝜸
𝑫=√ =√
𝟑.𝟏𝟒×𝟏.𝟑
=𝟑𝒎
式中：
Di：
筒体直径，m；
γ：
长径比，取1.3。
④筒体高度：
𝑉
H=𝜋
28.2
2=3.14
=4𝑚
⑤芬顿反应釜的尺寸：
4𝐷𝑖
4 ×32
（2）搅拌装置
D×H=300cm×400cm
①采用圆盘涡轮式搅拌器，叶子采用平直叶。
转盘直径：
d=0.4𝑫𝒊=𝟎.𝟒×𝟑=𝟏.𝟐𝒎
式中：
d：
转盘直径，m；Di：
反应釜直径，m；
②叶片长度：
L：
叶片长度，m；d：
转盘直径，m；
③叶片高度
𝒅
𝐋= =
𝟒
𝟏.𝟐
𝟒
=𝟎.𝟑𝒎
b：
叶片高度，m；d：
转盘直径，m；
（3）进出料口
𝒅
𝐛= =
𝟓
𝟏.𝟐
𝟓
=𝟎.𝟐𝟒𝒎
进料口一般由顶盖引入伸进反应釜内，并在管端开45°切口，可避免物料沿反应釜内壁流动，切口向着反应釜中央，减少物料飞溅内壁，页面以上部分开设直径5mm小孔防止虹吸现象发生，人孔为直径为1000mm的圆形孔洞。
出料口采用釜底出料方式，安装在反应釜最低处，采用孔直径为160mm的圆形孔洞。
3.3.3投药量计算
（1）根据资料，选取H2O2（体积分数f=30%）投加量与废水比为r=5mL/L，则每小时投加量为：
v=Qr=25×0.5=12.5L/h
（2）根据资料，确定FeSO4·7H2O与H2O2的摩尔比为 R=1：
10，则投加的
FeSO·7HO量为：
v=𝑟𝑓𝜌RM1
4 2
式中：
M1
5×30%×1.11 1
= ×
34 10
×278=1.361𝑔/𝐿
ρ为H2O2浓度，ρ=1.11g/mL；
M1为H2O2摩尔浓度，M1=34g/mol；
M2为FeSO4·7H2O摩尔浓度，M1=278g/mol。
（3）投药设备的选择
3.4混凝沉淀池的设计计算
本设计中选用稀NaOH溶液调pH，PAM作为混凝剂，加药管伸入液面下。
混凝过程中，机械搅拌。
宽顶堰溢流出水至斜板沉淀池的配水槽。
池体为钢筋混凝土结构。
与斜板沉淀池、中间水池合建。
废水进入配水槽后，经底部穿孔花墙整流布水进入沉淀池缓冲区，上行经斜板区沉淀后溢流出水。
3.4.1混凝池设计计算
（1）参数选取
池形：
方形
池数n：
1个
设计流量Q：
25m3/h
水力停留时间HRT：
1h
（2）混凝池有效容积V为：
V=Qt=25×1=25m³
（3）取水面超高h1=0.5m
取池子边长a=3m，则混凝池水位h为：
（4）混凝池总深度为:
𝑉
h= =a2
25
=2.8𝑚
32
式中:
H=h1+h2=2.8+0.5=3.3m
h1为水面超高，取0.5m。
（5）混凝池的设计尺寸：
L×B×H=300cm×300cm×330
（6）细部结构
①进水管
微电解塔的出水管分流为两根竖管深入混凝池水面下进水，进水竖管为公称
直径Dg=40㎜的硬聚氯乙烯管（Φ50㎜×2.0㎜）。
当单管流量为1.26m3
h时，
管中流速n=0.21ms（符合后续的混凝要求0.2-0.3m/s）[7]，1000i=1.64。
进水管伸入水面下，管口距池底100㎜。
②宽顶堰
设计堰上水头取0.05m，出水跌落高度取0.10m。
3.4.2加药泵计算
本次设计采用的是湿投法，将混凝剂先溶解，再配置成一定浓度的溶液后定量的投加，因此包括溶解配置设备和投加设备。
（1）Ca（OH）2溶液
反应方程式：
Ca（OH）2+2H+=Ca2++2OH+
C（H+）=10-5mol/L
①需要的Ca（OH）2质量为：
m[Ca（OH）2]=10-5×1.2×500×103÷2×74×10-3=0.222kg
②加入质量分数1%的Ca（OH）2溶液质量22.2kg，投加的药品流量：
（2）PAC
v=0.0222m3/d=0.93L/h
PAC浓度20mg/L=20ppm
采用10%PAC，密度1.19kg/dm3
①Qm质量流量（g/h）=体积流量（m3/h）×投加浓度K（ppm）
=1.2×500÷24×20ppm=500g/h
②ρ0流体有效密度（g/L）=S饱和水溶液有效浓度（g/kg）×ρ介质密度（kg/dm3）
=100g/kg×1.19kg/dm3=119g/L
式中：
Qm为质量流量，kg/h；
ρ为流体密度，ρ=1.19kg/dm3。
③体积流量为：
Qv=Qm÷ρ=500g/h÷119g/L=4.2L/h
（3）加投药的选择
PAC投加选择JYX32/4液压隔膜式计量加药泵流量32L/h，压力4Mpa，功率0.55kW
Ca（OH）2投加选择J-ZR650/1.2柱塞式计量加药泵流量650L/h,压力1.2Mpa，功率1.5KW
3.4.3斜管沉淀设计计算
（1）一般说明
用于去除废水混凝后产生的大量悬浮物。
本工艺采用异向流斜板沉淀池，废水进入配水槽后，经底部穿孔花墙整流布水进入沉淀池缓冲区，上行经斜板区沉淀后溢流出水至中间水池。
池体为钢筋混凝土结构。
斜板用石棉板，上缘倾向池子进水端，后倾安装。
池壁与斜板的间隙处设阻流板，以防水流短路。
底部设梯形断面泥斗，内设穿孔管，由吸泥泵排至污泥浓缩池。
如图7所示。
排泥
h1
进水
h4
h3
h2
出水
h5
图7斜板沉淀池计算草图
（2）参数选取
池形：
方形池数N：
1个
设计流量Q：
25m3/h
水力表面负荷q：
3m3/（㎡·h）
斜板长度l：
1.2m斜板倾角q：
60°斜板净距d：
100mm斜板厚度b：
5mm
（3）有效水面面积[10]为：
𝑄
A=
0.91𝑛𝑞
25
=
0.91×1×3
=9.1㎡
（4）考虑到与混凝池合建，取池宽B=3m
沉淀池有效长为：
L
=A9.1=3.1𝑚
有效 =
𝐵3
沉淀池长为:
L=L有效+lcos60°=3.1+1.2×0.5=3.7m
（5）斜板个数为：
m=𝐿−𝑙𝑐𝑜𝑠60°−1=3.7−1.2×0.5−1=28.5𝑚，取m=28个
𝑏+𝑑 0.1+0.005
（6）泥斗梯形槽状，1个，取梯形断面底边长a=0.5m，倾角b=60°，泥斗高度为:
h5=
（7）泥斗总容积为：
𝐿−𝑎2
𝑡𝑔b=
3.7−0.5
×√3=2.8𝑚
2
V泥斗=
（𝐿+𝑎）h5��2
（3.7+0.5）×3×2.8
=
2
=18㎡
（8）池内水力停留时间为：
ℎ2+ℎ3
HRT=
3
0.5+1.04
=
3
×60=30.8𝑚𝑖𝑛
（9）取水面超高h1=0.5m
取斜板上端清水区高度h2=0.5m
斜板区高度h3=lsinq=1.2´sin60°=1.04m取斜板下端与泥斗之间的缓冲层高度h4=0.7m
沉淀池总高度H为：
H=h1+h2+h3+h4+h5=0.5+0.5+1.04+0.7+2.8=5.54m
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