造纸废水处理工艺设计.docx
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造纸废水处理工艺设计
XX大学本科生
毕业设计（论文）
专业：
环境工程
题目：
造纸废水处理设计
作者姓名：
导师及职称：
导师所在单位：
2010年6月1日
XX大学
本科生毕业设计（论文）任务书
2006届生物化学工程系
环境工程专业
学生姓名：
Ⅰ毕业设计（论文）题目
中文：
造纸废水处理设计
英文：
DesignofPapermakingWastewaterTreatmentEngineering
Ⅱ原始资料
本设计是为某造纸厂设计一污水处理站，设计要求处理废水要达到国家排放标准，处理的出水还要能达到直接回用车间，以减少造纸厂的运营成本。
废水水质水量指标如下表所示：
项目
BOD5/（mg/L）
COD/（mg/L）
SS/（mg/L）
pH
水温/℃
设计处理水量（m3/d）
进水
145
2510
160
7~9
20~40
5000
出水
≤60
≤100
≤100
6~9
—
Ⅲ毕业设计（论文）任务内容
1.课题研究的意义
（1）总结和巩固在校四年所学知识，并得到进一步加深和系统化。
（2）培养将所学理论运用于解决工程实际问题，进而提高独立工作能力，培养刻苦钻研及创造精神。
（3）树立正确的设计思想及经济观点，遵循国家有关环境保护法律、法规，学习和领会有关技术规定和规范。
（4）通过毕业设计，培养精心设计、踏实细致、认真负责的工作作风。
2.本课题研究的主要内容
毕业设计要求完成以下三方面的工作内容。
（1）污水处理方案的论证。
包括污水处理基本工艺路线的确定、污水处理工艺流程论证和主要处理构筑物的选型。
（2）污水处理和污泥处理工艺设计计算。
（3）污水处理站总平面布置图和某些构筑物构造图设计。
方案论证阶段主要进行处理方案的技术比较（如处理效果、技术合理性和技术先进性），也可适当进行经济比较（如构筑物容积、占地面积、药剂消耗和运行管理复杂程度等）。
3.提交的成果
（1）毕业设计（论文）正文；
（2）平面图、高程图、构筑物结构图；
（3）外文文献及其译文；
（4）主要参考文献的题录及提要。
指导教师（签字）
教研室主任（签字）
批准日期
接受任务书日期
完成日期
接受任务书学生（签字）
造纸废水处理工程设计
摘要
造纸工业废水排放量大，污染严重，生态破坏性大，多年来一直是困扰世界各国造纸工业和环保组织的热门话题和研究的重点。
为降低造纸工业废水对环境的危害，造纸行业必须建立相应的污水处理系统。
本课题从工程设计的角度出发，为某造纸厂的造纸废水处理设计一套可行适用的工艺方案，降低污水处理成本、提高处理效率，实现经济效益与环境效益的统一。
通过对该造纸厂污水性质的分析及各种处理方法的比较，发现物理法和生化法相结合能够提高污水的可生化性有效的去除造纸废水中的BOD、COD、SS，可以使处理的出水达到回用和排放标准。
本设计使用气浮—氧化接触工艺处理造纸废水。
设计内容主要包括造纸处理方法的综述、工艺流程的确定、主要构筑物尺寸设计与计算、主要设备选型、平面及高程设计、投资经济分析等方面。
关键词：
工程设计；造纸废水；气浮；UASB；接触氧化
DesignofPapermakingWastewaterTreatmentEngineering
Abstract
Anemissionofindustrialwastepaper,itsseriouspollutionandecologicaldestruction,andovertheyearshasbeenplaguedallcountriesintheworldpaperindustryandenvironmentalorganizationsinahottopicandthefocusofthestudy.Inordertoreducewastepaperindustryharmfultotheenvironment,paperindustrymustestablishtheappropriatesewagedisposalsystem.Thisissuefromtheangleofengineeringdesignforapapermillwastewatertreatmentappliestothedesignofafeasibleprocessplantoreducesewagetreatmentcostsandimproveefficiencyandachievecost-effectivenessandenvironmentaleffectiveness.
ThenatureofthesewagethroughtheanalysisofpapermillsandvariousprocessingmethodsandfoundthatphysicalandchemicalmethodcanimprovethewastewaterbiochemicalcaneffectivelyremoveBOD,papermakingwastewaterofCOD,SS,canbereachedtheprocessingofwaterreuseanddischargestandards.ThedesignuseAirFloating-contactoxidationprocesspapermakingwastewater.Designelementsincludeasynthesispaperhandling,processidentification,designandsizeofthemainstructure,themajorequipmentselection,andtheelevationplanedesign,investmentinsuchareasaseconomicanalysis.
Keywords:
EngineeringDesign;PapermakingWastewater;AirFloating;UASB；ContactOxidation
插图清单
图21工艺流程图20
表格清单
引言
造纸企业是废水排放大户，也是环境污染的主要行业。
在美国，造纸工业被认为是第三大污染企业;据估计，在加拿大50%的废水源自造纸厂[1]。
我国2002年制浆造纸工业污染排放量约占全国污染排放总量的10%以上，排放污水中的化学耗氧量（COD）约占全国排放总量的35.3%，居于第一位[2]。
因此造纸废水的治理早已成为我国工业污染防治的焦点、热点和难点。
如何按照科学发展观协调解决好造纸工业的原料与环境问题，使我国造纸工业走持续发展之路，是经济与
社会发展的必然要求。
目前，国内外制浆黑液的治理主要有碱回收法（适合木浆黑液，草浆黑液碱回收还存在一些问题）、酸析法、等离子体技术、膜分离技术、絮凝沉降法、生物化学法、氧化法；中段废水和造纸废水处理方法主要有絮凝法和生物法（多数采用厌氧和好氧结合）。
此外，还有人研究了一些新型水处理方法如生物酶法应用到处理制浆造纸废水中。
造纸废水因其含COD，SS量大，大多数造纸厂都采用厌氧工艺处理，但单独采用厌氧工艺不能使出水达到标排放准，一般采用厌氧与好氧联合工艺处理。
本设计采用UASB-活性污泥法联合工艺，能使处理出水达到回用及排放标准。
第1章．绪论
1.1.选题的依据和意义
1.1.1.选题的依据
随着经济的不断发展，生活水平的不断提高，人们对环境的保护越来越重视，据有关资料显示，我国每年的污水排放量约为3.9×109t，并以1％的速率递增。
我国是造纸大户，造纸废水排放量大。
目前，我国有大中小型造纸厂总数10000余家，年排放废水量高达40多亿m3，占全国废水总排放量的六分之一，造纸废水中的BOD年排放量200多万t，占全国废水总排放中BOD的25%。
造纸工业是能耗、物耗高，对环境污染严重的行业之一，其污染特性是废水排放量大，其中COD、悬浮物（SS）含量高，色度严重。
目前国内大部分大型造纸企业建有废水处理设施，但是有的不经处理直接排放或是未达标排放，一些小型的造纸厂根本就没有废水处理设施，废水直接排入周边河流，给周边环境造成了严重影响。
因而要实现造纸行业的可持续发展，必须全面解决造纸行业的污染问题。
造纸废水的处理方法很多，归纳起来主要有物理处理法、化学处理法、生物处理法以及这3种方法的组合。
鉴于目前造纸废水危害较大且治理难度比较大，，因此造纸废水的综合治理已成为当前亟需解决的问题之一。
1.1.2.选题的意义
造纸工业是对环境污染较重的行业之一，其主要污染来自制浆造纸过程中产生的各种废水。
造纸工业废水若不经有效处理直接排入江河水体之中，废水中的有机物质经过发酵、氧化、分解，消耗水体中的氧气，使鱼类、贝类等水生生物等缺氧致死；一些细小的纤维悬浮在水中，容易阻塞鱼鳃，也会造成鱼类死亡；废水中的树皮屑、木屑、草屑等沉入水底，淤塞河床，在缓慢发酵中，不断产生毒气、臭气；废水中还有一些不容易发酵、分解的物质，悬浮于水体中，吸收光线，减少阳光透入水体，妨碍水生植物的光合作用；另外，废水中可能带有一些致癌、致畸、致突变的有毒有害物质，其中已报道的有机氯代物有300余种之多。
总之，造纸废水不仅使人类赖以生存的环境和生态平衡遭到破坏，同时也直接威胁造纸工业自身的发展问题。
因此，开发造纸废水新技术，提高处理效果，降低处理成本，改善生态环境，解决好我国造纸工业的水污染问题，不仅关系到造纸工业自身的生存与发展，也关系到我国生态环境质量的改善。
1.2.造纸废水处理的国内外研究现状
1.2.1．造纸废水处理技术和方法
目前，造纸废水处理方法有物理法、化学法、生物法以及这三种方法的的组合。
物理法是指用机械的、物理的手段去除废水中污染物，主要用来去除废水中不溶解的、粒径较大的杂质，包括机械过滤（如格栅、筛网、微滤机、滤床）、澄清（沉淀）等方法。
过滤法，通常采用细筛网或微滤机，但由于负荷较大，可能会造成堵塞，因此，应考虑清污操作。
由于过滤不能去除油墨、溶解性物质以及过于细小的悬浮物，所以只能作为预处理手段。
目前国内造纸厂采用较多的微过滤处理设备主要是斜筛或过滤机。
斜筛一般由各厂自行设计制造，与过滤机相比节省了动力消耗，投资少，其网目一般取60~100目，目前斜筛过滤已被大多数中小型造纸厂采用。
过去采用斜筛，主要是为了收集废水中的细小纤维，现在则加入了净化废水的观念。
斜筛面积增大，有利于废水中SS的去除。
化学法是指利用化学反应使水中污染物的形态发生变化从而去除废水中的溶解物质或胶体物质的方法。
常见的方法有中和、沉淀、氧化还原、催化氧化、光催化氧化、微电解、电解絮凝等方法。
生物处理法是利用微生物代谢作用，使废水中的有机污染物和无机微生物营养物转化为稳定、无害的物质。
常见的有活性污泥法、生物膜法、厌氧生物消化法等。
生物处理法按是否供氧也可分为好氧处理和厌氧处理。
物理化学法是利用物理化学作用去除废水中的溶解物质或胶体物质。
常见的有混凝、浮选、吸附、膜分离、蒸发等方法。
1.2.1．造纸废水处理国内外研究概括
造纸废水的处理方法主要有物理法、化学法和生物法，有时需要由几种方法联合处理，才能达到排放要求。
化学处理法中的混凝法和气浮法是目前国内外普遍用来提高水质的方法。
目前，国内外对造纸废水处理的研究主要集中在上述的方法中，已经开发出了多种工艺，如：
混凝沉淀法、膜分离法、超临界水氧化法、生物接触氧化法、光催化氧化法、厌氧生物氧化法、曝气生物滤池法等。
各种方法在实际应用中都取得了很好的效果。
例如，混凝沉淀法是废水处理技术中最常用的方法，具有过程简单、操作方便、效率高、投资少的特点。
实践证明，用混凝沉淀法处理废纸造纸废水，其SS去除率可达85%~98%，色度去除率可达90%以上，COD去除率可达60%~80%。
生物接触氧化法也十分适合于废纸脱墨废水的处理，在选用生物接触氧化工艺时，需要注意的是填料的选择。
氧化沟是清华大学重点开发的好氧生物处理工艺，优点是污泥量少，出水水质稳定，污染物去除率高，出水可以回用。
氧化沟对SS的去除率可达到70%~80%，对COD的去除率大约在60%~85%，对BOD5的去除率可高达95%以上。
气浮法的优点是占地面积小，操作简单，保养容易，价格低廉，只要设计正确，处理后水质要比沉淀法好，动力消耗也小于沉淀法。
目前合资企业的水处理工程多采用幅流式沉淀池去除废水中的悬浮物，其优点是单元运行费用很低，净化效果好，还有一定的水解、酸化作用，但占地大，产生的大量污泥必须脱水、外运填埋，污泥处理费用很高。
超效气浮装置避免了这些缺点，其占地少，沉淀污泥也很少，收集的细小纤维还可回用，从而降低了运行成本。
特别是净化速度和效果远远高于沉淀池，能明显减轻后续生化处理的压力。
经工厂现场测试，PAC加PAM，超效气浮对SS的去除率为99%，COD去除率为90%。
不加絮凝剂，仅用气浮处理，经过16次的现场测试发现SS平均去除率90%，COD平均去除率70%。
可见超效气浮特别适合废纸造纸废水的预处理。
国内外科研人员也在积极开发新的处理技术，采用膜技术进行各种工业废水的处理，是目前的一个研究热点和难点，在我国也取得了一定的成果。
黄江丽等采用0.8um微滤（MF）与50nm超滤（UF）无机陶瓷膜组合工艺对造纸废水进行了处理,在温度为15℃、压力为0.1MPa的操作条件下，0.8um膜对比COD去除率为30%～45%，50nm膜对COD去除率为55%～70%。
人工湿地处理技术是指通过模拟天然湿地的结构与功能，选择一定的地理位置与地形，根据需要人为设计与建造的湿地。
人工湿地对造纸废水具有较强的有机物去除能力，主要是通过湿地床的物理截留沉淀和生物吸收降解作用来去除有机物。
一方面，造纸废水中的不溶性有机物通过湿地床中填料床的沉淀、过滤等物理沉积作用很快地被截留下来#并可为部分兼性或厌氧微生物所利用；另一方面，废水中的溶解性污染物，则通过植物根系及填料表面生物膜的吸附、吸收及生物代谢作用而被降解去除。
造纸废水中大部分有机物最终被异养微生物转化为微生物体及C2O和H2O,这些新生的有机体通过填料定期更换,最终从湿地系统去除.我国已有造纸厂采用人工湿地处理技术处理废水，并取得了好的效果。
湿式氧化法是在高温（150~350℃）高压（5~20MPa）下用氧气或空气作为氧化剂，氧化水中溶解态或悬浮态的有机物或还原态的无机物使之生成二氧化碳和水的一种处理方法。
一般认为，湿式氧化反应属于自由基反应，经历诱导期、增殖期、退化期及结束期4个阶段。
在诱导期，分子氧与有机物反应形成烃基自由基（R·）；在增殖期，烃基自由基继续与分子氧反应产生的酯基自由基（ROO·）还可以与有机物作用生成低分子酸和烃基自由基（·OH）；在退化期，低分子酸分解形成醚基自由基（RO·）、羟基自由基（·OH）以及烃基自由基（R·），羟基自由基有强氧化性，再去氧化有机污染物；在结束期，自由基之间结合能量湮灭反应停止。
这些新技术不仅处理效果好，而且工艺稳定可靠，是目前研究的重点和方向，在将来会得到广泛的应用。
1.3.小结
本章首先介绍了本选题的依据和意义，指出对造纸废水处理研究的意义和重要性，分析目前国内外造纸废水处理研究的现状。
然后，详述了目前国内外对造纸废水的研究状况以及一些新技术的开发研究，从而对于本次课题的有了一个整体的把握，为后面的整理设计提供了基础。
第2章．工程概述
2.1.工程概况
随着造纸工业的不断发展，我国造纸工业废水的排放量日益增大，废水中含有大量的纤维素冰素和各种化学药品，耗氧量大，是环境的主要污染源之一。
我国造纸工业废水排放量占工业废水的1/6，对我国人民生活与生态环境造成了严重的影响。
因其废水浓度高，COD、BOD含量大，其处理方法较一般工业废水有所不同。
因此对造纸厂污水处理工程进行设计，对我国的可持续发展具有积极意义。
2.1.1．设计水量
本次课题是对造纸厂废水进行处理设计，该厂废纸造纸废水量：
每天需处理废水约5000t。
2.1.2．设计水质
该厂主要以废纸为原料，因此废水水质为废纸造纸污水。
主要来自废纸的碎浆、筛选、浮选及抄纸过程中产生的废水，废水中的主要成份是细小悬浮性纤维、造纸填料、废纸杂质和少量果胶、蜡、糖类，以及造纸生产过程中添加的各类有机及无机化合物。
造纸废水COD、BOD的来源有木质素、纤维、糖类、醇类，有不溶性的固形物，也有溶解性的。
造纸废水的悬浮物SS的来源有化学沉淀物、纤维。
废水中不溶物有比水轻的，如纤维素、半纤维素、胶粒、塑料等，也有比水重的，如砂、滑石粉、碳酸钙沉淀等。
从物理的角度看，造纸废水是相密度差比较大的三类物相分散系。
对造纸厂废水状况调查，其废水水质如下：
表1.1造纸废水进水水质
PH
COD
BOD
SS
色度
7.45
2510
145
160
100
根据《造纸工业水污染物排放标准》（GB3544—2001），处理后的废水应达到如下标准：
表1.2造纸废水出水水质
PH
COD
BOD
SS
色度
6-9
<=100
<=60
<=100
2.2.工艺设计的原则和依据
2.2.1．设计原则
工艺方案的选择对于废水处理设施的建设、确保处理设施的处理效果和降低运行费用发挥着最为重要的作用，因此需要结合设计规模、废水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择技术可行、经济合理的处理工艺技术，经全面技术经济分析后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式。
在废水处理设施的总体工艺方案确定中，遵循以下原则：
（1） 所选工艺必须技术先进、成熟，对水质变化适应能力强，运行稳定，能保证出水水质达到工厂使用标准及国家废水排放标准的要求。
（2） 所选工艺应减少基建投资和运行费用，节省占地面积和降低能耗。
（3） 所选工艺应易于操作、运行灵活且便于管理。
根据进水水质水量，应能对工艺运行参数和操作进行适当调整。
（4） 所选工艺应易于实现自动控制，提高操作管理水平。
（5） 所选工艺应最大程度减少对周围环境的不良影响（气味、噪声、气雾等）
2.2.2．设计依据
（1）.《中华人民共共和国环境保护法》
（2）.《中国造纸工业水污染排放标准》（GWPB2-1999）
（3）.《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
（4）.《给排水设计手册》（GBJ14-1996）
（5）.《地面水环境质量标准》（GB3838-88）
（6）.《制浆造纸工业环境保护行业政策、技术政策和污染防治对策》
第3章．工艺的选择
3.1.造纸废水处理工艺的介绍
造纸废水浓度高，COD、BOD含量大，杂质含量多，其处理方法较一般工业废水有所不同。
目前按其处理原理可分为物理法、化学法和生物法以及这三种方法的组合。
（1）物理法：
物理法是指用机械的、物理的手段去除废水中污染物，主
要用来去除废水中不溶解的、粒径较大的杂质，包括机械过滤（如格栅、筛网、微滤机、滤床）、澄清（沉淀）等方法。
过滤法，通常采用细筛网或微滤机，但由于负荷较大，可能会造成堵塞，因此，应考虑清污操作。
由于过滤不能去除油墨、溶解性物质以及过于细小的悬浮物，所以只能作为预处理手段。
目前国内造纸厂采用较多的微过滤处理设备主要是斜筛或过滤机。
斜筛一般由各厂自行设计制造，与过滤机相比节省了动力消耗，投资少，其网目一般取60~100目，目前斜筛过滤已被大多数中小型造纸厂采用。
过去采用斜筛，主要是为了收集废水中的细小纤维，现在则加入了净化废水的观念。
斜筛面积增大，有利于废水中SS的去除。
（2）化学法：
化学法是指利用化学反应使水中污染物的形态发生变化从而去除废水中的溶解物质或胶体物质的方法。
常见的方法有中和、沉淀、氧化还原、催化氧化、光催化氧化、微电解、电解絮凝等方法。
（3）：
生物处理法：
是利用微生物代谢作用，使废水中的有机污染物和无机微生物营养物转化为稳定、无害的物质。
常见的有活性污泥法、生物膜法、厌氧生物消化法等。
生物处理法按是否供氧也可分为好氧处理和厌氧处理。
（4）物理化学法：
物理化学法是利用物理化学作用去除废水中的溶解物质或胶体物质。
常见的有混凝、浮选、吸附、膜分离、蒸发等方法。
目前，国内主要采用的造纸废水处理工艺有：
传统活性污泥法、UASB工艺、SRB工艺以及生物接触氧化法等。
（1）传统活性污泥法
活性污泥法是废水生物处理中使用最广泛的一种方法。
传统的活性污泥处理法存在污泥膨胀现象，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，出水难以达标。
污泥膨胀现象成因复杂、控制起来较难，使得污泥处置成了多数造纸厂在废水处理达标后遇到的又一难题。
鉴于此，中国林业科学院在实施国家“九五”科技攻关项目中，借鉴国外经验开发出了解决这两大难题的序列动态曝气活性污泥法技术。
经过实验室小试、中试和工业现场运行试验，污泥膨胀难题得到了妥善解决。
该项技术发挥了厌氧菌、兼氧菌和好氧菌轮流交替降解污染物的作用，促使更多的有机污染物彻底降解为CO2逸入空气，因而废水经生化处理后，污泥减少了4/5，大大减轻了企业污泥处理负担，基本避免了污泥带来的二次污染问题。
另外，该项技术的投资比普通活性污泥法节省20%，占地节省30%，运行费用节省10%，因而对中小纸厂更有实用价值。
活性污泥系统有效运行的基本条件是：
①废水中含有足够的可容性易降解有机物；
②混合液含有足够的溶解氧；
③活性污泥在池内呈悬浮状态；
④活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；
⑤无有毒有害的物质流入。
典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。
（2）SBR工艺
SBR是序列间歇式活性污泥法是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。
与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。
它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。
SBR工艺具有工艺简单，运行可靠，管理方便，造价低廉等优点，电脑自控要求高，对设备、阀门、仪表及控制系统的性能要求高。
SBR工艺一般适用于小规模、土地紧张、具有引进设备条件的场合。
（3）厌氧法
厌氧法是在无氧的条件下，通过厌氧微生物降解代谢来处理废水的方法。
它是由多种微生物共同作用，利用厌氧微生物将污水或污泥中的有机物分解并生成甲烷和二氧化碳等最终产物的过程。
在不充氧的条件下，厌氧生物和兼性（好氧
兼厌氧）生物降解有机污染物，又称厌氧消化或发酵，分解的产物主要是沼气和少量污泥。
厌氧生物处理法耐冲击负荷能力很高，处理水的稳定性好;剩余污泥的量最少，还能回收沼能源。
但厌氧微生物的培养驯化时间较长，对有机物分解不彻底，一般不能一步满足排放标准，还需进行后处理。
目前常用的厌氧反应器有UASB和IC厌氧反应器。
在UASB反应器中，生物固体的浓度和生物活性都很高，
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