生产废水处理工程设计方案.docx
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生产废水处理工程设计方案
生产废水处理工程设计方案
1.概述
1.1工程概况（略）
1.2设计原则
1.2.1认真贯彻执行国家关于环境保护的方针政策,遵守国家有关法规、规、标准；确保出水指标达到国家及地方有关污染物排放标准。
1.2.2根据废水水质和处理要求,选择技术成熟、工艺完善、处理效果好、运行稳定的处理方法和技术，在确保整套工艺长期稳定运行和满足处理要求的前提下,力求做到减占地少、投资少、运行费用低、操作便捷、管理维护容易。
1.2.3整套工艺结构紧凑、布置合理，各处理构筑物尽量共用池壁，减少土建造价，降低工程投资。
1.2.4处理系统的布置尽量利用水工构筑物的位置高差，使污水在重力流的作用下进入后续处理单元，减少泵的提升，达到节省投资和能耗、降低运行成本的目的。
1.2.5考虑废水水质水量,特别是生活污水水质水量的不稳定性、对污水处理设施冲击性强这一特点,在工艺设计和运行上留有一定的调节余地和灵活性,以适应水质水量的变化。
1.2.6配套设备的选择科学合理，既遵循高效节能的原则，又确保设备在最佳工况点运行，延长设备的使用寿命，减少损坏几率，降低运行和维护费用。
1.2.7污水处理设施能够适应当地的气候、气象条件。
1.2.8废水处理站平面和高程布置要求紧凑、合理、美观,实现功能分区,方便运行管理。
1.2.9在工程设计和设备选型中,充分运用节能减排技术,降低能耗,实现低碳绿色处理工艺。
1.3设计依据
1.3.1企业提供的水质水量及相关数据、资料；
1.3.2相关的法律法规、方针政策：
《中华人民国环境保护法》；
《中华人民国水污染防治法》；
《建设项目环境保护管理条例》
《化工建设项目环境保护设计规定》
《建设项目环境保护设计规定》
《国务院关于环境保护若干问题的决定》
《中国环境保护技术政策》
《化工建设项目环境保护管理若干规定》
《化工建设项目可行性研究报告容及深度的规定》
《关于防治水污染技术政策的规定》
国家、省、市有关环保法规、制度等；
1.3.3设计标准和规
《污水综合排放标准》GB8978-1996
《室外排水设计规》GB50014－2006
《给水排水工程构筑物结构设计规》GB50069-2002
《给水排水工程管道结构设计规》GB50332－2002
《泵站设计规》GB/T50265-97
《电气设计规程规》GBJ54-83
《采暖通风与空气调节设计规 》 GB50019-2003
《混凝土结构设计规》GB50010－2002
《建筑地基基础设计规》GB50007－2002
《砌体结构设计规》GB50003－2001
《鼓风曝气系统设计规》（CECS97:
97）
《城市污水处理厂运行、维护及其安全规程》（CJJ60-94）
《水处理设备制造技术条件》（ZBJ98003-87）
《污水混凝与絮凝处理工艺技术规》（征求意见稿）
《污水过滤处理工艺技术规》（征求意见稿）
《环境工程设计手册》（修订版）
《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999）
《环境工程技术规制定导则》
国家计委、建设部关于发布《工程勘察设计收费管理规定》的通知[计价格（2002）10号]
《工程勘察设计收费管理规定》
1.3.4其它参考资料：
《环境工程手册》>（水污染防治卷）自杰主编
《化工环境保护设计手册》（化工部环境保护设计技术中心站编）{化工出版}
《三废处理工程技术手册》（废水卷）市环境科学研究院主编
《水处理工程手册》唐受印、戴友之主编
《环保设备设计手册》（水污染控制设备）周兴求等编
《有机化工废水治理技术》乌锡康主编
《全国市政工程投资估算编制办法》（2007）
1.4设计围
1.4.1污水处理及污泥处理工艺流程设计；
1.4.2污水及污泥处理土建工程设计和施工；
1.4.3标准设备的选型和安装，非标设备的设计、制造和安装；
1.4.4污水处理工程界区外1米的污水管线、污泥管线和给水管线的设计、电器线路设计及通风设计。
1.5设计指标
1.5.1设计规模
根据工厂提供的资料：
工业废水排放量约为5m3/d,生活污水排放量约为5m3/d。
在工程设计中考虑处理规模时本应取一定的安全系数，但企业生产量受市场影响大、排水量和时间受生产管理程度左右，加之考虑到处理量大小涉及投资的多少，因此本设计规模按化工废水5m3/d,综合废水10m3/d，按24小时运行方式考虑，即处理能力分别为0.21m3/h和0.42m3/h。
1.5.2设计进水水质
根据企业提供的资料本方案确定按如下表数据做为进水水质进行设计。
项目
CODCr
mg/L
二甲苯
mg/L
SS
mg/L
NH4+—Nmg/L
工业废水
3000
130
300
生活污水
350
200
40
1.5.3设计出水水质
企业没有提供处理后的水质要求,暂时根据国家环保法规、政策和工厂的要求，确定：
设计出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表4中的“一级标准”，即：
。
CODcrmg/L
间二甲苯mg/L
对二甲苯mg/L
SS
mg/L
NH4+—Nmg/L
邻二甲苯mg/L
污水排放标准
100
0.4
0.4
70
15
0.4
2.工艺的选择与确定
2.1工艺选择的原则
2.1.1对废水中污染物去除率高，具有较好的环境效益。
2.1.2尽可能采用节能技术和产品，提高工程的经济效益。
2.1.3投资省、运行费用低，具有经济可行性。
2.1.4应杜绝或明显减少污染物的产生,不造成二次污染。
2.1.5技术成熟、工艺可靠、运行稳定、方法得当，具有技术可行性、灵活性和先进性。
2.1.6不应该用清水稀释或因稀释给废水处理系统运行带来困难。
2.1.7管理简单、操作方便、维护容易。
2.2工艺选择
汽车制造过程中，产生和排放的废水中除含有市政污水中常见的COD、BOD、SS、PH等污染物外，还含有各种化工原料、产品、副产品等，其污水具有如下特点：
1.废水量和成份随生产所用的原料、工艺、产品、技术和工厂的管理水平等的不同有很大差异；2.废水成分复杂:
废水中既有BOD、COD、SS这些常见污染物，还有各种化工原料、副产物、产品等流失而形成的各种污染物；3.污染物浓度高:
在生产工艺中,由于反应机理、操作技术、反应条件等原因造成各种化学反应的发生，同时未这些化学物质又随废水或废气排入环境中，这一点在有机化工合成中更为明显，使废水中不仅有毒、有害物质种类多，而且浓度高；4.环境危害大：
由于废水中含有大量的有毒、有害化学物质，在环境中发生各种复杂的氧化、还原、生化反应，造成环境功能的变化、对环境造成危害；5.治理难度大、投资高：
废水污染物的高浓度、多组分、危害性，决定了对处理技术和设备要求高，工艺路线长、占地面积大、投资费用高；综上所述这种废水处理不同于常规的市政污水处理，需要根据废水中所含污染物的性质、浓度和处理要求进行处理技术和工艺选择。
经对工厂提供的废水中污染物数据并对照废水排放标准可知，该废水的主要污染物是COD和二甲苯，同时废水中SS和NH4+—N含量较低，说明废水中的COD基本是由溶解态构成的，二甲苯是一种有机化工原料，也是构成COD的重要物质，因此去除废水中溶解的COD是污水处理的重点。
在污水处理工艺中，去除溶解性COD常用的处理方法有化学氧化法和生化处理法。
生化处理法是利用微生物的新代活动，通过吸附、氧化、合成等过程，来实现对废水中有机污染物的净化。
按其是否有氧分子的参与将生化法分为厌氧生物处理和好氧生物处理。
厌氧生物处理就是利用厌氧微生物的作用将有机物转化为甲烷和水，使废水中有机物得到去除，它的优势在于能处理较高浓度的有机废水而不必稀释进水浓度。
常采用的厌氧处理工艺有升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧生物滤床（AF）、厌氧复合床（AFB）及普通厌氧消化池等，一般采取中温消化的方式。
厌氧处理后废水中COD值还较高，一般需要后接好氧生化处理工艺,才能使废水水质达标。
尽管厌氧工艺在废水处理方面具有很大优势，但由于厌氧法存在启动时间长、操作管理复杂，加之废水处理规模工程较小，存在工艺产生的沼气量少而无法利用，处理较困难等等原因而使其应用受到限制。
好氧生物处理是废水生物处理中最重要的工艺，它是在有氧条件下，微生物生长以有机物作为惟一碳源，转化并合成为微生物体有机成分的方式达到降解废水中有机物的目的；常用的好氧生物处理工艺包括：
普通活性污泥法、氧化沟、间歇式活性污泥法、生物接触氧化法、生物转盘以及曝气生物滤池等。
好氧生物处理工艺具有处理效果好、出水水质稳定、运行费用低等优点。
化学处理法包括:
化学氧化（包括化学催化氧化和光催化氧化）、化学还原、化学沉淀、化学中和和焚烧氧化等。
化学氧化技术是化学处理法的一种，它是20世纪80年代发展起来处理废水中有毒有害、高浓度污染物的新技术。
它是利用溶解于废水中的有毒有害物质在氧化反应中能被氧化的性质，将它们转化为无毒无害的新物质，或转化为容易从水中分离排出的形态（气态或固态），从而达到处理的目的。
其核心是通过反应把氧化性很强的自由基•OH和氧原子释放出来，将大多数有机污染物矿化或有效分解，甚至彻底地转化为无害的小分子无机物。
常见的化学氧化剂为O3、NaClO、H2O2、ClO2、Cl2、KMnO4和K2FeO4等；根据所用氧化剂的不同，化学氧化法又分为空气氧化法、臭氧化法、氯氧化法、双氧水氧化法、Fenton试剂氧化法、KMnO4氧化法、K2FeO4氧化法和光催化氧化法等。
化学氧化法可以去除废水中的绝大多数有机污染物和某些无机物。
通常碳水化合物氧化的最终产物是CO2和H2O，含氮有机物的氧化产物主要是NO2－及NO3－类产物，含硫有机物主要是SO42-类产物，含磷有机物主要是PO43-类产物。
各类有机污染物被氧化的难易程度不等。
实验表明，酚类、醛类、酮类、有机胺及芳胺类、硫醇和硫醚等易于氧化；醇类、酸类、酯类、烷基取代的芳烃类、硝基取代的芳烃类、不饱和烃类、碳水化合物等在一定条件下可以氧化；而烷烃、卤代烷烃、合成高分子聚合物等难以氧化。
由于该工艺具有投资省、工艺灵活、操作简单、处理效率高等优点，因此引起世界各国的重视，并相继开发了各种各样的处理工艺和设备，化学氧化技术具有很强的生命力和竞争力，应用前景广阔。
目前，化学氧化法广泛用于饮用水处理、特种工业废水处理、有毒有害高浓度有机废水的处理以及以回用为目的的废水深度处理等。
针对化工废水中含有量的二甲苯,这种污染物分子结构中苯环结构单元占有相当大的比重，具有化学稳定性强，采用一般的处理方法效果较差，为了提高污染物去除率，必须对其废水进行预处理。
铁炭微电解法是常用的预污水处理方法之一，它是利用电解质溶液中铁屑和炭粒之间形成的许多微小的原电池来处理废水的电化学工艺,具有适用围广、处理效果好、成本低廉及操作维护方便、能够将复杂的环装有机物分子结构破坏等优点。
20世纪60年代就有人研究,但研究还很肤浅,后来在70年代被应用到废水的治理中。
由于该法的独特优点,故从诞生开始,就在美国﹑前联﹑日本等国引起广泛重视,已有很多专利,并取得了一些实用性成果。
我国从20世纪80年代开始这一领域的研究,特别是近几年来发展较快,在印染﹑石化﹑制药等化工废水的治理中均有较多研究报道,有的已投入实际运行[2]。
目前,微电解工艺被广泛研究与运用。
生物难降解废水,可用微电解为预处理手段,从而实现大分子有机污染物的断链,苯环结构的破坏、发色及助色基团的破坏而脱色,将大分子物质变成小分子物质，将难降解和氧化的物质变成易降解和氧化的物质，从而提高废水可降解和氧化性,降低后续处理负荷与成本。
各种处理方法各有千秋和优劣，对于复杂的化工废水，单一的处理方法法不能满足处理要求必需采用多种方法组合进行处理，才能发挥各此优势对废水中不同污染物物进行氧化破坏，达到降解污染物的目的。
通过上述分析论证并结合该企业的生产管理特点，确定选择“二级二甲苯回收+化学氧化+好氧生化+混凝沉淀+吸附过滤”的主体工艺，以充分发挥各处理单元的长处，达到最佳的污染物去除效果。
并从污泥妥善处理、减少占地面积、降低运行成本等诸多因素考虑进行处理方案设计。
2.3工艺流程
图1工艺流程示意图
2.4工艺流程说明
化工废水经粗、细两道格栅后从排污沟自流到调节池，在废水收集的同时，对水质水量进行调节后，首先泵送入一级分离塔，在此将二甲苯从废水中分离出来，并放入贮罐中回用；接着废水进入二级分离塔，进一步对废水中的二甲苯进行分离，然后经沉淀池把废水中SS分离后，自流到反应池，调节PH后用泵送入氧化塔，在空气的搅拌作用下，通过塔氧化床铁碳填料组成的无数多原电池作用，使废水中的有机物被原电池发生电化反应产生的氧化性很强的新生态[H]氧化分解，实现废水的初步净化；其次自流入生物氧化池，在此和来自生活的污水混合后，在鼓风曝气作用，利用微生物的新代过程，将废水中的有机物和氨氮进行氧化分解，实现对废水的净化；再次，生化后的污水用泵送入混凝反应池（迷宫式反应器），在该反应器中，通过加入高效的絮凝剂和助凝剂的电中和、吸附架桥、压缩双电层等作用，使污水中未被完全氧化的小分子有机物形成易于沉淀的絮凝体，再进入沉淀池（平流式沉淀池），使絮凝体在重力作用下沉淀，完成泥水分离；沉淀池出水最后进入吸附过滤池，通过筛滤和吸附作用对沉淀池中未能完全沉淀的1μm以上的悬浮物质、胶体颗粒进一步分离，降低其COD、SS和色度指标，确保出水达标排放。
沉淀池和二级沉淀池产生的污泥自流进入污泥浓缩池浓缩后，泵提升送至污泥干化场，通过自然蒸发进一步降低污泥的含水率，干泥渣外运妥善处置，防止二次污染。
2.5污染物去除效果分析
根据我们的工程实践经验,对确定的污水处理工艺各个工序对废水中污染物的去除效果做如下分析:
废水处理予期效果分析表：
工艺段
进出水
二甲苯
mg/l
COD
mg/l
SS
mg/l
NH4+-Nmg/L
一级分离塔工序
进水
130
3000
300
出水
39
1800
300
去除率%
70
40
-
二级离塔工序
进水
39
1800
300
出水
13.65
1260
300
去除率%
65
30
-
沉淀池工序
进水
13.65
1260
300
出水
12.15
1008
120
去除率%
10
20
60
氧化塔工序
进水
12.15
1008
120
出水
3.65
453
90
去除率%
70
45
25
与生活污水混合后水质
浓度
1.83
401.5
145
20
生物氧化法工序
进水
1.83
401.5
145
20
出水
1.01
120.45
145
12
去除率%
45
70
-
40
混凝沉淀工序
进水
1.01
120.45
145
12
出水
0.71
66.25
43.5
11.4
去除率%
30
45
70
5
吸附过滤工序
进水
0.71
66.25
43.5
11.4
出水
0.28
46.38
12.05
10.26
去除率%
60
30
70
10
3.工艺特点
3.1氧化塔
氧化塔是一个装有一定高度填料的衬防腐材料的钢制设备，其机理基于金属材料的腐蚀电化学原理，将两种具有不同电极电位的金属或金属与非金属直接接触在一起，浸泡在传导性的电解质溶液中，发生电池效应而形成无数微小的腐蚀原电池（包括宏观电池和微观电池）[3]，金属阳极被腐蚀消耗。
铁和炭的氧化还原电位相差较大,在废水中加入铁屑和铁碳粉末,由此组成腐蚀电池。
它集氧化还原、絮凝吸附、催化氧化、络合及电沉积等作用于一体。
在酸性条件下,将铁碳混合物投加到电解质溶液中时,两者间会通过原电池效应发生如下的电极反应:
阳极（Fe）:
Fe-2e→Fe2+,Eθ=-0.44V
阴极（C）:
（1）酸性条件下：
2H++2e→2[H]→H2,Eθ=0V
（2）中性碱性条件下：
O2+2H2O+4e→4OH-,Eθ=0.40V
（3）酸性富氧条件下：
4H++O2+4e→H2O2,Eθ=1.23V
可以看出，在酸性富氧条件下，电位差最大，腐蚀反应最快，即处理效果最好。
电极反应生成的产物具有较高的化学活性。
具体作用主要有:
①新产生的铁表面及反应中产生的大量初生态的Fe2+和新生态[H]具有高化学活性,能改变废水中许多有机物的结构和特性,使有机物发生断链、开环等作用[4];②反应生成的Fe2+参与溶液中的氧化还原反应,生成Fe3+,反应后期溶液pH值升高,Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe（OH）3胶体絮凝剂,可以有效地吸附、凝聚水中的污染物,从而增强对废水的净化效果[5]。
铁炭微电解法是絮凝、吸附、架桥、卷扫、共沉、电沉积、电化学还原等多种作用综合效应的结果[6]。
该设备是一种低成本的污水处理技术，广泛应用于焦化、医药、染料、化工、印染等工业废水的预处理工程。
具有以下优点：
（1）对废水中含有多种复杂组份的有机物，特别是具有苯环等结构的难降解、大分子的有机物具有很高的去除效果，降低COD和色度。
（2）占地面积小，基建投资少；且操作简单、运行稳定、易于管理和维护。
（3）能耗低，可灵活调节、控制合理的气水比，保证最大限度的铁碳氧化床的板结和堵塞。
（4）技术成熟、应用围广，在各种废水处理等都有很多成熟的案例。
（5）属化工处理单元，不象生物处理单元那样，处理效果受环境条件影响那么大。
3.2生物接触氧化工艺
生物接触氧化工艺是好氧生化法的一种，常用于污水处理中。
它是采用固定式生物填料作为微生物的载体，生长有微生物的载体淹没在水中，曝气系统为反应器中的微生物供氧。
由于生物接触氧化法的微生物固定生长于生物填料上，克服了悬浮活性污泥易于流失的缺点，在反应器中能保持很高的生物量，因此具有很好的降解有机物的效果。
工艺特点
（1）生物接触氧化法对冲击负荷和水质变化的耐受性强，运行稳定。
（2）生物接触氧化法容积负荷高，占地面积小，建设费用较低。
（3）生物接触氧化法污泥产量低，不需污泥回流，运行管理简单。
（4）生物接触氧化法有时脱落一些细碎生物膜，沉淀性能较差的造成出水中的悬浮固体浓度稍高，一般可达到30mg/L左右。
3.3分离塔
分离塔是油水分离设备的一种，常用于污水处理的预处理，从机理上分为油中除水分离器和水中除油分离器两种；从用途上分为工业级油水分离器、商用油水分离器和家庭油水分离器三种；从分离原理上分膜过滤油水分离器、选用亲油性材料的油水分离器、比重不同分层的无动力油水分离器、药理作用的破乳油水分离器；分离塔就是就是其中之一，它是采用水和二甲苯比重不同分层原理而设计的一种钢制的废水处理设备。
其特点是：
①操作维护简单．分离效果好和稳定，二甲苯去除率高。
结构简单、可靠，生产成本和使用成本低。
在国本产品的价格也大大低于气浮等产品的价格
占地面积小，施工方便，工程造价低。
回收的二甲苯可回作为化工原料使用，具有较好的经济效益。
3.4混凝沉淀法
混凝沉淀装置由混凝反应装置和沉淀池两部分组成。
混凝反应装置选择迷宫式反应器，起完成污水与高效絮凝剂和助凝剂的混合、反应的作用；沉淀池起泥水分离作用。
3.3.1迷宫式反应器是隔板反应器的加强，为药剂与水中颗粒充分接触提供良好的水力条件。
具有反应时间短、施工简单、安装方便、管理维护简单、对原水水量和水质变化的适应性较强、絮凝效果稳定等优点。
3.3.2沉淀池选择平流式沉淀池，并采用静压排泥方式排泥，减少设备投资和运行费用，降低维护难度。
3.5吸附过滤法
吸附过滤法是物理处理方法中应用较多的一种。
目前通常用活性炭作为吸附过滤法的滤料，但由于其价格偏高、再生能耗大，且再生后吸附能力亦有不同程度下降，这就使吸附过滤法在污水处理上的应用受到了影响。
对此，我们根据多年的工程实践，筛选出一种工业副产品作吸附剂，它的吸附性能和容量与活性炭相当，但价格却是活性炭的十分之一，并且不需要再生，这就为吸附过滤法应用于各种工业污水处理创造了良好的条件。
4.主体设计
设计说明：
污水处理站的废水来自企业的排水，由工厂排放口用管道或沟渠送至污水处理站调节池。
4.1化工废水调节池
数量：
一座
结构形式：
半地下式砖混结构
规格：
2.0m×1.0m×2.0m
主要参数：
有效容积：
3m3；超高：
0.5m；
说明：
调节池进水位由排污沟或管道标高而定；几何尺寸可根据场地情况而变化。
主要设备：
粗、细格栅各1套，清渣方式：
人工；水泵:
1台,型号：
25UHB-ZK，流量：
3.0m3/H，扬程：
13m功率：
0.75KW
4.2生活污水调节池
数量：
一座
结构形式：
半地下式砖混结构
规格：
2.0m×1.0m×2.0m
主要参数：
有效容积：
3m3；超高：
0.5m；
说明：
调节池进水位由排污沟或管道标高而定；几何尺寸可
根据场地情况而变化。
主要设备：
粗、细格栅各1套，清渣方式：
人工；水泵:
25UHB-ZK，流量：
3.0m3/H，扬程：
13m功率：
0.75KW
4.3反应池
数量：
一座
结构形式：
半地下式砖混结构
规格：
∮0.5m×2.5m
主要参数：
设计容积：
0.39m3；HRT=56min
主要设备：
搅拌机；1台，材质：
叶轮和浆杆为不锈钢，型号：
HDJ-0.4，转速：
300r/min，功率：
1.1KW；
水泵:
1台,型号：
25UHB-ZK，流量：
3.0m3/H，扬程：
13m功率：
0.75KW;
1#PH调节剂贮罐：
1个，材质：
玻璃钢，容积：
3m3
4.4分离塔
数量：
2台
结构形式：
钢制
规格：
∮0.5m×4.5m
主要参数：
型号：
HDF-0.5；处理规模0.42m3/h.台；塔表面负荷2.14m3/（m2.h.台）,有效停留时间：
1.87h。
主要设备：
布水器:
2套，型号：
HDB-350；楼梯、栏杆、平台等。
4.5沉淀池
数量：
一座
结构形式：
半地下式砖混结构
规格：
0.8m×0.8m×3.5m
主要设备：
布水器：
1套，型号：
HDB-700；滗水器：
1套，型号：
HDSQ-0.75；
主要参数：
超高：
0.3m，停留时间2.55h，泥斗高度：
1.5m，泥斗1个,表面负荷：
0.66m3/（m2.h）。
4.6生物接触氧化池
数量：
一座
结构形式：
半地下式钢混结构
规格：
3.0m×3.0m×4.0m
主要设备：
鼓风机：
1台，型号：
HSR50，Q=0.85m3/min，N=1.5kw，r=1100rpm，P=44.1KPa；曝气器：
2套，型号：
HDP-3.0;
2#PH调节剂贮罐:
1个,容积:
1m3,材质:
Q235;水泵:
1台,型号：
25UHB-ZK，流量：
3.0m3/H，扬程：
13m功率：
0.75KW;
主要参数：
二段式，鼓风曝气，气水比60：
1，布气层高0.5m，有效容积56m3，超高0.5m
4.7中间水池
数量：
一座
结构形式：
半地下式砖混结构
规格：
0.3m×0.3m×2.5m
主要设备：
水泵:
1台,型号：
25UHB-ZK，流量：
3.0
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