造纸厂污水处理工艺设计.docx

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造纸厂污水处理工艺设计

毕业设计

某造纸厂污水处理工艺设计

指导教师

讲师

学院名称

资源环境学院

专业名称

环境S

论文提交日期

2013年11月

论文答辩日期

年月

答辩委员会主席____________

评阅人____________

摘要

随着我国经济的发展，文化产业也在跟随不断发展，造纸污水排放量不断增加，加上没有针对性的治理，对造纸厂污水处理问题已经成为我国水污染控制的重点和难点。

针对这一情况，根据环境工程设计的要求，采用当代造纸厂水处理工艺中较流行的几种工艺。

这些工艺综合了以往活性污泥工艺的优点，而且实现了连续进水，间歇排水。

同时该系统具有建设、运转费用低，有机物去除率高、以及污泥产量低的特点，而且管理简单、运行可靠。

因此该工艺具有广泛的适应性，完全适合本设计的要求。

本工艺的主要构筑物包括格栅、污水泵房、催化氧化反应池、水解酸化池、生物接触池，污泥浓缩干化场等。

该污水处理工程污水处理流程为：

从集水池到初沉池，进入调节池，经污水泵进入污水处理系统。

污泥处理的流程为：

剩余污泥进入污泥浓缩干化场，进行污泥浓缩、脱水，之后运至垃圾填埋场。

设计结果表明，处理后排水的CODcr、BOD5、SS分别为364mg/L、86mg/L、91mg/L，全部满足《造纸工业水污染物排放标准》（GB3544―2001）中的标准值要求。

每日可削减污染物量CODcr、BOD5、SS分别为6450kg/d、2634kg/d、3564kg/d。

环境效益显著。

以某造纸厂为研究区域,对其近年来造纸废水的特性,和污染进行研究,综合国内外的对造纸行业废水处理的工艺研究,以及对该造纸厂实际情况的对比得出一系列的处理造纸废水的方案,该造纸厂的废水处理会对周围环境的改善起到重要的作用,

关键词：

造纸厂污水处理催化氧化酸化水解生物接触工艺设计

1概述1

1.1我国造纸厂污水概况1

1.1我国造纸厂污水特性1

1.1造纸厂污水危害2

1.1我国造纸厂污水处理概况2

2设计任务和依据5

2.1设计任务5

2.2设计依据5

2.3设计要求5

3设计基础资料6

3.1造纸厂概况6

3.2处理规模6

3.3设计进水水质及排放标准6

4设计计算6

4.1污水处理工艺选择原则6

4.2工艺流程7

4.3中格栅8

4.3.1中格栅工作原理8

4.3.3中格栅设计计算8

4.4污水提升泵9

4.4.1污水提升泵工作原理9

4.4.2污水提升泵设计选型9

4.5初沉池10

4.5.1初沉池工作原理10

4.5.3初沉池设计参数10

4.6调节池10

4.6.1调节池工作原理10

4.6.2调节池设计参数10

4.6.3调节池设计计算10

4.7催化氧化反应池11

4.7.1催化氧化反应池设计说明11

4.7.2催化氧化反应池结构简图11

4.7.3催化氧化反应池设计参数12

4.8中间水池12

4.8.1中间水池设计说明12

4.8.2中间水池设计参数12

4.8.3中间水池设计计算12

4.9酸性水解池12

4.9.1酸性水解池工作原理12

4.9.2酸性水节池设计计算13

4.10生物接触池14

4.10.1生物接触池设计说明14

4.10.2生物接触池设计计算14

5主要工艺设备15

6污水处理工程总体布局15

6.1污水处理工程平面设计15

6.1.1厂区平面布置图16

6.2高程布置16

6.2.1高程布置任务及原则16

6.2.2高程布置图16

6.3.土建工程16

6.3.1土建工程投资估算16

6.3.2废水处理工程投资估算17

7经济效益分析17

7.1环境效益分析17

7.2经济损益分析17

7.2.1废水处理运行费用17

7.2.2经济收益18

致谢19

参考文献20

英文摘要21

附图25

毕业设计成绩评定表26

1概述

1.1我国造纸厂污水概况

纸和我们人类息息相关，是人类社会必不可少的。

随着人类对社会的发展，造纸行业得到了很大的发展，但也对人类的健康和生态环境造成了巨大的破坏。

据近几年的统计介绍全国造浆制纸行业污水排放量约占全国污水排放总量的10%—12%，居第三位，排放污水中的化学需氧量约占40%—45%，居第一位。

造纸工业废水的严重污染和危害已经引起了人们的广泛关注。

总之，我国的造纸厂污水排放已经呈现十分严重的态势。

我国大部分造纸厂采用碱法制浆而产生黑液，黑液中所含的污染物占到了造纸工业污染排放总量的90%以后，且具有高浓度和难降解的特性，它的治理一直是一大难题。

黑液中的主要成分有三种，即木质素，聚戊糖和总碱。

木质素是一类无毒的天然高分子物质，作为化工原料具有广泛的用途，聚戊糖可用作牲畜饲料。

制浆造纸废水的成分很复杂，其组分不仅取决于纸浆的方法，也取决于所产品种和原料种类等多种因素。

造纸工业废水中的悬浮物质主要来自备料工段的树皮、草屑、泥沙以及随水排放的炉灰、废渣、制浆造纸各工序流失的纤维、填料等；废水中BOD主要来源于制浆蒸煮工序，如纤维素分解生成的糖类，醇类、有机酸等，在化学奖中，蒸煮废液的BOD5发生量占80%以上；废水中的COD和着色物质主要来源于制浆蒸煮工序的木素及其衍生物；废水中的有毒物质主要有蒸煮废液中的粗硫酸盐皂、漂白废水中的有机氯化物，还有微量的汞等，但这些有毒物质通常含量甚微，其中关于漂白废水的有机氯化物的毒性和“三致”作用，在发达国家中引起越来越大的关注。

1.2我国造纸厂污水特性

制浆时纤维分离，漂白和抄纸时稀释、压榨、烘干浆料等工艺过程排除含有大量纤维、无机盐和色素等污染物浓度很高的废水即黑水。

洗涤漂白过程中产生大量含高浓度的木质素、纤维素和树脂酸盐等较难生物降解成分的中段水。

抄纸机排出的含有大量纤维，填料和胶料废水，即白水这些废水中含有的主要污染有以下几种：

1.1、悬浮物包括可沉降悬浮物和不可沉降悬浮物，主要是纤维和纤维细料

1.2、易生物降解有机物包括低分子量的半纤维素、甲醇、乙酸、甲酸、糖类等。

1.3、难生物降解有机物主要来源于纤维原料中所含的木质素和大分子碳水化合物。

1.4、毒性物质黑液中含有的松香酸和不饱和脂肪酸等。

1.5、酸碱毒物碱法制浆废水ph值为9~10；酸法制浆废水ph值为1.2~2.0.

1.6、色度制浆废水中所含残余木质素是高度带色的。

造纸废水的SS、COD浓度较高，COD则由非溶解性COD和溶解性COD两部分组成，通常非溶解性COD占COD组成总量的大部分，当废水中SS被去除时，绝大部分非溶解性COD同时被去除。

因此，废水造纸废水处理要解决的主要问题是去除SS和COD。

1.3造纸厂污水危害

在造纸行业污水中，除了含有有害的化学无机物，还含有沉淀固形物、挥发酚类、悬浮物、木质素等有机物。

这样的废水对人体危害极大，其中含有一些重金属元素如铅等，用过的化学药品不会失去药效，仍会对人和环境产生很大的危害，对我们来说，谁也不愿意喝被污染了的水，所以在建造造纸厂就避免建在水源和居民区附近。

造纸废水是工业污染源之一。

我国造纸业多采用草杆、木浆等作为造纸原料。

造纸废水成分复杂，可生化性差，属于较难处理的工业废水。

制浆造纸生产一般有制浆、洗浆、漂白、造纸的工序组成。

造纸属于高有机废水浓度、高悬浮物含量、难生物降解的有机污染废水。

废水中的固体悬浮物，它会造成水体外观恶化、混浊度升高，改变水的颜色。

悬浮物沉积于河底淤积河道，危害水底栖生生物的繁殖，影响渔业生产；沉积于灌溉的农田，则会堵塞土壤毛细管，影响通透性，造成土壤板结，不利于农作物的生长有机污染物进入水体后，使水体中的物质组成发生了变化，破坏了原有的物质平衡状态。

在有氧即溶解氧水平较高的情况下，排入水体的有机污染物质，通过物理、化学、物理化学和生物化学反应，而被分离和分解，使水体基本或完全恢复到原来的平衡状态，这称之为水的自我净化能力。

如果排入到水体中的有机污染物质含量较高，大量消耗了水中的溶解氧，水也就失去了自我净化能力。

这时有机污染物便转入厌氧腐败状态，产生H2S、甲烷气等还原性气体，使水中动植物大量死亡，而且可使水体变黑变混，发生恶臭，严重污染当地生态环境。

水中的有机物始终是造成水体污染最严重的污染物，它是水变质、变黑、发臭的主要罪魁祸首。

一般用生物的方法是除去水中有机物经济有效的手段，特别是对BOD含量较高的有机废水，采用生物的办法更为适宜。

废水中能引起人们感官上不愉快的污染现象，如水的混浊、恶臭、异味、颜色、泡沫等。

1.4我国造纸厂污水处理概况

目前，我国常用的造纸厂污水处理的方法有如下几种：

（1）气浮或沉淀法

通过投加混凝剂，可去除绝大部分SS，同时去除大部分非溶解性COD及部分溶解性COD和BOD。

其典型的处理工艺流程如下：

气浮和沉淀均为物化处理方法，处理效果和选用的设备、工艺参数、混凝剂等有关，其COD去除率一般高于制浆中段水的COD去除率，通常能达到70%～85%。

对吨纸废水排放量＞150m3、浓度较低的中小型废纸造纸企业，通过气浮或沉淀处理，出水水质指标可达到或接近国家排放标准。

（2）活性污泥法（SBR）

它和传统的活性污泥法的反应机理相同，但运行操作不同。

它是采用间歇曝气，主要设备仅用反应池，污泥在池中依次完成反应、沉淀、排水及排泥工序。

和传统的方法相比，它的设备简单，占地面积平均减少30%，投资节约20%～40%，运行费用低，处理效率高。

典型工艺流程如下：

但活性污泥法也有缺点。

在污水处理过程会有污泥膨胀的现象，膨胀一旦发生，二沉池中的活性污泥和已净化的废水难以分开，大量污泥流失，污水难以达标；二是活性污泥法生物处理技术产生的污泥量很大，后续工作繁琐。

（3）物化和生化处理相结合

对于吨纸废水排放量较低、废水含COD较高的大中型废纸造纸企业，期望通过单级气浮或沉淀的物化方法达到国家一级排放标准有较大的难度，因为可溶性COD、BOD主要需通过生化方法才能有效去除。

一般，采用物化加生化的处理方法。

典型工艺流程如下：

A/O（缺氧—好氧）处理工艺，通过缺氧段的微生物选择作用，只是对有机物进行吸附，吸附在微生物体的有机物则在好氧段被氧化分解。

因此停留时间短，约在40～60min。

由于微生物的筛选和对有机物的吸附作用，能有效地抑制O段丝状菌生长，控制污泥膨胀。

当污水经过混凝沉淀或气浮处理后，A/O工艺的有机负荷为0.5kgCOD/（kgMLSS•d）时，其COD去除率可达90%左右。

宁波中华纸业有限公司的废纸造纸污水的COD在1500～3000mg/L，经混凝沉淀加A/O生化法处理，出水COD为60～100mg/L，各项指标均达到国家排放标准的要求。

生物接触氧化法具有挂膜快、无污泥回流系统、无污泥膨胀危害、日常运行管理容易等优点，在中小型有机污水处理中应用较多。

宁波八方集团造纸厂1×104t/d黄板纸生产污水，采用气浮加生物接触氧化法处理工艺，取得了良好的效果，各项指标均达到国家一级排放标准。

但是在相同条件下，接触氧化法处理效果不如活性污泥法，虽然无污泥膨胀，但在二沉池需要更低的表面负荷，而且填料的定期更换问题也应引起重视。

（4）氧化还原法

氧化还原法使溶解于废水中的有机和无机污染物，在加入的氧化剂或还原剂作用下，由于电子转移而发生氧化还原反应，从而转化成无害物质。

废水中的有机物污染物（如色、嗅、味、COD）及还原无机离子（如CN-,S2、Fe、Mn2等）都可通过氧化法消除其危害，而废水中的许多重金属离子（如汞、镉、铜、银、金、六价铬、镍等）都可通过还原法去除。

一般来说，氧化法多用于处理含酚、含氰废水，常用氧化剂包括氯气、漂白粉、臭氧等。

还原法多用于处理含铬、含汞废水，常用的还原剂包括硫酸亚铁等。

我国国内造纸废水处理技术在改善水质方面，能去除大部分SS，同时大部分溶解性COD及部分溶解性COD和BOD的也有很好的去除效果。

综上所述，我将采用结合上述多种工艺相结合，作为此次设计的造纸厂污水的处理工艺。

2设计任务和依据

2.1设计任务

（1）通过收集设计对象地的详细资料，确定处理地的地理位置、气象资料、水文条件、水质特征、处理规模、及处理后所需达到的目标，设计合适的工艺流程，达到处理目标；

（2）确定合适的工艺流程后，分析工艺流程，进行工艺流程各个单元的详细设计计算，并得出结论；

（3）通过对工艺流程的整体把握，设计该工艺流程的总平面布置图、高程图，并进行详细注析。

2.2设计依据

⑴《建设项目环境保护设计规定》；

⑵《给水排水设计手册》；

⑶《给水排水标准规范实施手册》；

⑷《给水排水工程概预算和经济评价手册》；

⑸《造纸工业水污染物排放标准》（GB3544-2001）；

⑹《GB8978-1996废水污染排放标准》

2.3设计要求

（1）对项目应进行透彻分析。

一是充分研究项目可行性；二是科学论证技术决策；三是确保排放后的污水达到设计的标准。

（2）选用的处理工艺技术成熟、运行稳定可靠，易于运行管理。

（3）污水处理设计必须符合经济要求。

考虑现实的经济和技术条件，以及当地的具体情况，污水处理工程设计完成后，总体布置、单体设计、设备选型及药剂选用等尽可能采用合理措施降低工程造价和运行管理费用。

3设计基础资料

3.1造纸厂概况

现有职工800多人，加上退休职工100多人，总职工人数上千人。

造纸厂以木材为原料，采用碱法制浆，生产新闻纸和铜版纸等。

随着规模的扩大，原有污水处理设施已不能满足处理要求，故需对污水处理站进行改扩建。

3.2处理规模

根据该造纸厂提供，建成投产后，每天排放制浆黑液废水500m3/d、以此作为本设计的废水处理的规模。

3.3设计进水水质及排放标准

⑴设计进水水质

根据试生产过程中排放的废水，经几次初步试验分析，黑液氹为中性，但CODcr变动范围较大，据该造纸厂提供情况分析，主要是试生产开始期间生产不稳定，波动较大，更为重要的是期间所用原料为稻草，该部分原料多有变质，相对制浆得率低，原料耗量大，进入水中的物质多，造成污染物浓度较高，在生产的现在阶段将原料稻草改为麦草后，这部分原料的质量较好，制浆得率显著提高，使得废水中所含的污染物显著减少，经测试，经反复核对及研究，为确保真实性，使设计方案，应尽可能贴近实际。

在保证废水排放达标的前提下，以便最大可能地降低投资减少运行成本。

结合上述情况，得出废水水质如下

黑液废水：

PH-7、CODcr12000mg/L、BOD55000mg/L、SS4000mg/L。

以上的水量及作为本设计的基本依据之一。

⑵设计出水水质

该项目建成后，处理后的出水水质应满足国家《造纸工业水污染物排放》（GB3544-2001）和《GB8978-1996废水污染排放标准》规定限值，即：

PH6-9；CODcr≤400mg/L；BOD5≤100mg/L；SS≤100mg/L。

4设计计算

4.1污水处理工艺选择原则

①按照科学的分析方法，以环境质量基准为依据，在确保水环境质量的前提下，合理利用排水受纳的环境容量；

②根据水质和水量、受纳水体的环境容量和利用情况，结合实际，因地制宜选择处理工艺；

③积极慎重地采用经实践证明的行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备；

④妥善安置处理过程中产生的格渣、沉渣和污泥，避免二次污染；

⑤污水厂的处理构筑物要求布局合理，建设投资少，占地少；自动化程度

高，便于科学管理，力求达到节能和污水资源化，进行回用水设计；

⑥为确保处理效果，采用成熟可靠的工艺流程和处理构筑物；提高自动化程度，为科学管理创造条件[5]。

4.2工艺流程

据该造纸厂的生产情况，所排废水全部为制浆黑液。

同时考虑制浆工艺采用半化学制浆法，其排放黑液的污染物含量相对碱法制浆的黑液较低，ＰＨ基本为中性，但色度仍然较深，并含有大量小纤维及木素，黑液可生化性较差，根据有关资料介绍，这种黑液不太适应厌氧处理。

拟首先将黑液废水采用物化方法处理到一定程度后，再经生化处理。

物化处理的目的，首先是去除废水中的纤维及悬浮物等固形物，以减少后段絮凝处理时的加药量，之后根据黑液废水性质，采用合适的絮凝剂进行净化。

经絮凝处理后，黑液中的小纤维基本得到处理，同时CODcr等污染物也将会有大幅度降低。

工艺流程图如下

污泥

外运

设计工艺流程图

黑液废水首先经过粗格栅，其中粗格栅设计为回旋式，主要是去除水中较大的悬浮物和漂浮物。

然后废水进入沉淀池和灰渣过滤池，以去除泥沙泥沙及细小纤维，此外灰渣还可吸附水中的部分其它污染物质。

经过滤后的废水由污水泵打入黑液净化器，该工序采用载体法的技术，进一步脱除黑液中的木素纤维及除硅和部分有机物。

之后废水自流入催化氧化反应器，该单元的功能主要是分解废水中的有毒物质，并将大分子的污染物分解为小分子污染物，以便后续处理。

催化氧化系统出水进入中心水池，在此加入絮凝药剂，废水和药剂在净化器中充分反应，在絮凝剂的作用下，通过压缩微颗粒表面双电层、降低界面§电位、电荷中和等电化学过程，以及桥联、网捕、吸附等物理化学过程，使废水中的悬浮物、脱体和可絮凝的其它物质凝聚成“絮团”，使水和“絮团”得以分离再经过滤器进一步将小颗粒固体分离。

自流进入酸化水解池，在此，给予适量空气，将废水中的大分子有机物在缺氧条件下，降解成较小分子的物质，以提高废水的可生化性，同时可去除部分有机物。

经酸化水解后，废水进入生化池。

这里采用生和接触的方法，在给氧的情况下，细菌对废水中的有机物进行降解，废水得到净化。

为保证净化效果，设计中延长了水力停留时间。

经生化处理后的废水进入沉淀分离池，以便使废水和污泥进行分离，经渣滤池处理后的废水可达标排放。

物化处理过程中，沉淀及过滤出的纤维等物质可以作为造纸原料利用，或是加入煤中作为燃料燃烧处理。

生化过程中分离出的污泥可打入干化池脱水分离后，将污泥外运处置。

4.3中格栅

4.3.1工作原理

中格栅是一种截留废水中较为粗大的悬浮物的预处理设施，由一组（多组）平行的金属栅条制成的金属框架，斜置在废水流经的渠道上，或泵站集水池的进口处，用于截阻尺寸较大的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以免堵塞水泵和沉淀池的排泥管，以保证后续处理构筑物或设备的正常工作。

截留效果取决于缝隙宽度和水的性质。

4.3.2设计计算

（1）栅条间隙数n

栅前水深h=0.4m，过栅流速v=1m/s，栅条间隙宽度b=0.02m，格栅倾角α=60°

n=QmaxSina½/bhv=14.002.060sin0.07=8.1个，取9个

其中：

Qmax————最大设计流量（m3/s）

Qmax=3500×8640082.1=0.07m3/s

（2）栅槽宽度B

栅条断面为锐边矩形断面，栅条宽度s=0.01m

B=s·（n-1）+b·n=0.01×（9-1）+0.02×9=0.26m

（3）进水渠道渐宽部分的长度L1

设进水渠道宽B1=0.11m，其渐宽部分展开角度α1=20°

则进水渠道内的流速v=Qmax/hb=0.07/0.4x0.3=0.58m/s,

介于0.4～0.9m/s，符合规范要求。

L1=（B-B1）/2tgα1=（0.26-0.11）/2tg20°=0.22m

（4）栅槽和出水渠道连接处的渐窄部分长度L2

L2=L1/2=o.22/2=0.11m

（5）通过格栅的水头损失

h1：

0.094m

（6）栅后槽总高度H

设栅前渠道超高h2=0.3m

H=h+h1+h2=0.4+0.094+0.3=0.794m≈0.8m

（7）栅槽总长度L

栅前渠道深H1=h+h2=0.4+0.3=0.7m

L=l1+l2+0.5+1.0+H1/tgα=0.22+0.11+0.5+1.0+0.7/tg60°=2.24m

（8）每日栅渣量

：

0.056m3

设计中取格栅间隙为35mm，设栅渣量（

）为每1000m3污水产0.056m3渣，

则每日栅渣量（

）：

=0.26（m3/d）＞0.2（m3/d）

宜采用机械清渣。

设计选用选择式机械格栅除污机2台（一用一备）。

4.4污水提升泵

4.4.1工作原理

污水提升泵主要用于提升污水处理厂的污水，以保证污水能依靠重力流在后续处理构筑物内畅通的流动，方便后续处理的进行。

4.4.2设计选型

设计最大处理水量：

m3/h，2台（1用1备）污水泵，设计的主要性能如表2所示。

表2污水泵主要性能

型号

扬程H

（m）

流量

（m3/h）

转速（r/min）

电机功率（kW）

效率

（%）

叶轮直径

（mm）

质量

（kg）

4PW

10

500

960

50

64

300

125

4.5初沉池

4.5.1工作原理

初沉池是利用重力作用将池中悬浮物、颗粒较细的污泥排出。

可除去废水中的可沉物和漂浮物。

废水经初沉后，约可去除可沉物、油脂和漂浮物的50%、BOD的20%，按去除单位质量BOD或固体物计算，初沉池是经济上最为节省的净化步骤。

4.5.2设计参数

（1）沉淀区的表面积A：

QMAX=Aq=252m3/hA=126m2

式中：

A—沉淀区表面积，m2；QMAX—最大设计流量，m3/h；q—表面水力负荷，m3/（m2·h），取值为2

（2）沉淀区有效水深h：

h=qt=gh=2m=´=

式中：

h2—沉淀区有效水深，m；t—沉淀时间，初沉池一般取1.0h。

（3）沉淀区有效容积V：

V=Ah=V=252m3=´=

式中：

V—沉淀区有效容积，m3

4.6调节池

4.6.1工作原理

调节池是用来调节进出水水质水量，使管渠和构筑物正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响而设置在废水处理设施前的构筑物。

由于有初沉池步骤，所以此调节池不设置水下搅拌机。

4.6.2设计参数

水力停留时间：

h；

设计最大处理流量：

m3/s。

4.6.3设计计算

（1）有效容积为：

（m3）

池子总高度取

（m），其中超高

（m），有效水深

（m）

则池子面积为：

（m2）

（2）池子设计为长方形，池体长为

（m），宽为

（m），则池子总尺寸为：

（m3）

4.7催化氧化反应池

4.7.1设计说明

由于造纸厂废水利用传统的处理方法无法满足深度处理和回用的要求。

利用催化剂和配套工艺对造纸厂黑液废水的进行处理，在常压条件下，利用催化剂的催化作用（设计使用臭氧作氧化剂），通过催化氧化降低黑液废水中有机物，以期在减少排污的同时，实现废水资源化。

污水中的大部分有机污染物在催化剂的作用下进行催化氧化分解，从而达到去除有机污染物，脱氮除磷的效果，确保出水水质达到排放标准。

4.7.2催化氧化池结构简图

催化氧化池池结构简图如图3所示。

图3催化氧化池池结构简图

4.7.3设计参数

（1）臭氧发生器：

臭氧发生器室主要向催化氧化池提供臭氧。

主要设备包括冷干机、吸干机、换热器、放电室等。

臭氧产量为1Kg/h，臭氧含量为100~150mg/L。

平面尺寸:

6.0×5.0m。

（