甲醛废水处理技术.doc

上海玉畔环保设备有限公司 第一章 项目概述兰州中凯工贸有限公司（以下简称中凯公司）组建于1998年，是由原兰州化学工业公司化肥厂分离出来的集体所有制企业。目前，中凯公司是一个以化工生产经营为主，主要生产甲醛、六次甲基四胺等，其中六次甲基四胺还远销国外。中凯公司所排废水正来源于其主要产品六次甲基四胺生产工艺排水。具体工艺排水段为甲醛蒸气水洗排水，水洗水吸收甲醛。所以废水中主要含甲醛污染物，其他污染物不做考虑，本次设计方案只针对废水中甲醛作处理对象，其他污染源不作为设计及处理范畴。中凯公司之前将废水直接送往兰州石化厂内污水站处理，但由于废水中主要含甲醛，浓度高达5000mg/l，对兰州石化厂内污水站生化系统影响较大。由甲醛的化学性质可知，甲醛在环境中颇稳定，当水中甲醛浓度为5mg/L时（20），观察结果表明，5天内可以保持恒定；水中甲醛浓度为20mg/L时，可以被曝气池中经驯化的微生物降解消化；而含量为100mg/L时，能抑制微生物对有机物的氧化；当水中甲醛含量为500mg/L时，生物耗氧过程全部中止，水中微生物被杀死。所以本次设计处理方案要采用非生化的方法将废水中甲醛含量降低到100mg/L以下。针对中凯公司的现状，采用高级氧化的方法对处理效果及投资成本有较大优势，业主也意向采用高级氧化的方法。以下为本次项目设计的5m3/h甲醛废水高级催化氧化处理系统设计方案。第二章 设计基础2.1 处理水量依据业主提供的水量：5m3/h2.2 原水水质CODcr含量为10000ppm，甲醛含量为1500ppm2.3 处理指标CODcr含量去除率大于85%；甲醛含量去除率大于95%；2.4 设计依据2.4.1 业主提供的相关技术资料、水样及设计要求等；2.4.2 污水综合排放标准（GB89781996）；2.4.3 室外排水设计规范（GBJ14-87）；2.4.4 水处理设备性能试验总则GB/T13922.1-1992；2.4.5 中华人民共和国水污染防治法（1996年5月修正）；2.4.6 中华人民共和国水污染防治法实施细则（2000年3月）。第三章 工程范围划分（1）、我方负责整套废水处理系统的设计、设备生产、安装调试及培训等（2）、业主方负责协调环保验收，我方给予相应配合。（3）、土建部分由业主方施工建造，我方提供土建条件图，可现场指导。（4）、系统运行如需的各种药剂，由业主方提供。（5）、现场安装前，完善“三通一平”工作。第四章 工艺设计4.1 工艺选择根据中凯公司现状及业主提供的废水资料，综合考虑处理效果、投资成本和运行成本，提出我司对该甲醛废水的设计方案。首先，利用甲醛废水温度高（约90摄氏度）的特点，采用高温条件下的催化缩聚工艺，即甲醛在碱性条件下加热，能发生己糖化反应，此原理可以用来处理甲醛废水，产生的多糖类大分子，通过混凝沉淀的方法实现固液分离，从而去除水中70%以上的甲醛。另外，废水中剩下的少部分甲醛通过我司自主研发的多效催化氧化技术，即在常温常压下，利用特定催化剂，即可用氧化剂快速氧化甲醛成为甲酸二氧化碳和水，多效催化氧化的氧化效率为80%以上。为了降低成本和确保工艺出水达到预期处理效果，在高级催化氧化系统后加生化系统一套，利用生物菌消耗废水中的甲醇及其他有机物，从而进一步降低CODcr含量，生化处理对CODcr的去除率在50%以上，以保证最终出水达标。4.2 工艺流程简图 4.3 主体工艺简述4.3.1 缩聚沉淀甲醛在碱性条件下加热，能发生己糖化反应，此原理可以用来处理甲醛废水。最常用的催化剂就是氢氧化钙。在消石灰存在的条件下，甲醛会聚合成己糖。主要的方法是：用氢氧化钠控制甲醛废水为PH为11-12，按石灰于甲醛的的质量浓度比为0.1的比例投加石灰量。并控制温度在70摄氏度以上。通过实验表明，甲醛的去除率在70%-80%。在改反应中，石灰的投加量越大，温度越高，反应的就越彻底。甲醛在氢氧化钙的催化下生产多糖类大分子。废水表象为乳白色浑浊液，有较多细微白色颗粒。通过混凝沉淀的方法可以达到固液分离的效果，沉淀下来的多糖大分子颗粒，通过污泥泵抽出，留下的上清液即是含低量甲醛的废水。4.3.2 多效催化氧化多效催化氧化工艺是对传统的化学氧化法的改进与强化，可以对范围很广的有机物进行无选择氧化，在必要的条件下将会使有机污染物矿化成二氧化碳和水，还可以使无机物氧化或转换。多效催化氧化，协同三相催化氧化技术，这三相分别是：由风机送入塔内的压缩空气(气相)，外加的高效氧化剂（液相），和固定在载体上的催化剂（固相），其中催化剂为复合型贵金属化合物，正是该催化剂的作用，使空气中的氧气也作为氧化剂参与反应，从而减少了液相氧化剂的耗量，降低了处理成本，提高了处理效率，又能使反应速度大大加快，缩短了废水在塔内的停留时间。废水经去除固体杂物后，进入催化氧化塔，在反应中废水中的有机物和氧化剂分子在催化剂表面上经过吸附、催化氧化反应、产物脱附等几个步骤后废水中有机污染物被氧化剂分解，苯环，杂环类有机物被开环，断链，大分子变成小分子，小分子再进一步被氧化为二氧化碳和水，从而使废水中的COD值大幅度降低，色泽基本褪尽，同时提高了BOD/COD的比值，降低了废水毒性，提高了废水的可生化性，为后续生化处理创造条件多效催化氧化具备以下优越性： （1）高效催化剂的使用提高了氧化效率，克服了对有机物氧化的选择性，处理效果好。（2）氧化剂采购制备简便, 投资及运行费用低，与其它处理方法的费用相比，比较低廉。 （3）催化氧化反应在常温常压下进行，反应条件温和，易于操作，设备投资少。 （4）对有机物的降解以生成含氧基团的小分子化合物为主，不产生二次污染物，且在削减COD同时提高了BOD5/COD值，为后续生化处理创造了条件。 （5）催化氧化工艺中的催化剂制备方法可靠，使用寿命长，流失率低，具有高稳定性，并且安装操作简单，运行经济。该工艺最大的优点是可以附加于任何传统处理工艺，因此对高浓度废水原处理工艺的改造有着其他工艺无法比拟的独特优势。4.3.3 A/O（水解酸化-生物接触氧化）A/0生化系统即兼氧生化和好氧生化结合。兼氧生化是在兼氧池中进行，兼氧池中溶解氧含量很低，这一类微生物既能够利用水中游离氧，也能够在厌氧条件下，从CO2-3中摄取氧。兼氧池除了能对一般有机废水进行降解处理，还能有效地去除部分COD和转化降解某些好氧微生物较难降解的有机化合物。好氧生化是在好氧池中进行，好氧池是生化处理的核心设施之一。本段工艺设计采用生物接触氧化法工艺，兼有活性污泥法的特征，但相对于常规的活性污泥法而言，由于所采用的组合填料比表面积大，池内的充氧条件良好。因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷，处理效率高，同时由于生物接触氧化法池内生物固体量多，水流属完全混合型，因此生物接触氧化法对水质水量的骤变有较强的适应能力，因此对进水冲击负荷的适应力强，处理时间短，所需装置设备小，占地面积就小，能够克服常规活性污泥法中的污泥膨胀问题，所产生的剩余污泥量少，是一种高效的生化处理方法。A/O系统还同时具有硝化反硝化的作用。硝化反应是在好氧状态下，将氨氮转化为硝酸盐氮的过程。硝化反应是由一群自养型好氧微生物完成的，它包括两个基本反应步骤，第一阶段是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐，称为亚硝化反应，亚硝酸菌中有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺旋杆菌属和亚硝化球菌属等。第二阶段则由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，称为硝化反应。反硝化反应是由一群异养性微生物完成的生物化学过程。它的主要作用是在缺氧（无分子态氧）的条件下，将硝化过程中产生的亚硝酸盐和硝酸盐还原成气态氮（N2）。第五章 废水处理预期效果工艺段进出水COD(mg/L)甲醛(mg/L)缩聚沉淀进水100001500出水5000-6000600-750去除率40%-50%60%-70%多效催化氧化进水5000-6000600-750出水2500-3600180-300去除率40%-50%60%-70%A/O（水解酸化-生物接触氧化）进水2500-3600180-300出水1000-180054-180去除率50%-60%40%-50%1、以上数据以实验室小试结果数据，实际工程运行中允许有10%的偏差2、缩聚沉淀工艺主要去除的是甲醛，如果废水中甲醛的含量占多数，则该工艺COD去除率在50%以上3、多效催化氧化工艺主要去除甲醛和甲醇。其去除率和投加的氧化剂量有关，在氧化剂过量的情况下，多效催化氧化工艺对COD的去除率在60%以上，对甲醛的去除率在85%以上。多效催化氧化工艺的运行成本高，平均每去除1000PPM的COD吗，每吨水需要氧化剂费用达6元。4、生化系统主要是去除COD，在进水COD小于3000PPM,生化去除率可达80%以上。但现场受场地限制，生化池建小，生化效率会降低，该工艺则按60%的去除率设计。生化运行成本较低，平均每去除1000PPM的COD,吨水投资不到1元。第六章 主要设备选型6.1 污水提升泵型号: GW25-8-22-1.1流量：8M3/H功率: 1.1KW扬程: 22M材质：铸铁数量：2台（一用一备） 作用：将调节池内的废水提升至催化缩聚池。6.2 PFS加药装置6.2.1 溶药箱容积：1000L材质：PE数量：1台 6.2.2 加药泵流量：50L/h扬程：1.5m材质：PE数量：1台 6.2.3 流量计量程：5-50L/h材质：PE数量：1支6.2.4 Y型过滤器尺寸：DN10材质：PVC数量：1支6.3 PAM加药装置6.3.1 溶药箱容积：1000L材质：PE数量：1台 6.3.2 加药泵流量：50L/h扬程：1.5m材质：PE数量：1台 6.3.3 流量计量程：5-50L/h材质：PE数量：1支6.3.4 Y型过滤器尺寸：DN10材质：PVC数量：1支6.4 沉淀布水器尺寸: DN300流速：70M/H（20mm/s）数量：2套 6.5 污泥泵型号: KCB-83.3流量：83.3L/H功率: 1.5KW扬程: 33M材质：铸铁数量：2台(一用一备)6.6 污泥过滤器尺寸：1000*H1200过滤面积:3平方容积：780L材质：铸铁数量：1台 6.7 催化进水泵型号: CDLF4-3流量：7M3/H功率: 0.75KW扬程: 13M材质：不锈钢数量：1台 6.8 多效催化氧化器尺寸：2000*H3000处理能力：5M3/H材质：碳钢防腐数量：1台 作用：提供催化氧化反应场所。6.9 催化剂类型：机制高强度载体型号：YP-TP20材质：复合纳米矿化合金数量：4吨作用：多效催化氧化的媒触，提高氧化效率。6.10 氧化剂加药装置6.10.1 加药泵流量：200L/h扬程：1.5m材质：PP数量：1台 6.10.2 流量计量程：16-160L/h材质：有机玻璃数量：1支6.11 罗茨鼓风机型号: L15-310/60-LB风量：310 M3/H风压：60KPa功率: 7.5KW数量：2台（一用一备）作用：为催化氧化及好氧生化提供氧源。6.12 生化填料形式: 组合填料规格：150*80材质：PP数量：一批作用：为催化氧化及好氧生化提供氧源。6.13 填料支架形式: 钢索规格：M6材质：不锈钢数量：一批作用：悬挂生物填料。6.14 曝气器形式: 微孔曝气盘规格：215材质：橡胶数量：一批作用：均匀分布空气。6.15 流量计型号：LZT-40S量程：0.6-6M3/H材质：有机玻璃数量：2支6.16 水位控制器型号：SF-238额定工作电压：AC220V50Hz 适用电压：AC160V250VAC 最大功率：4000W数量：1台 6.17 管道、阀门型号: DN10-DN50材质：PVC数量：1批6.18 电气控制说明：含电控柜、电气元件和电线电缆等数量：1套标准：国标第七章 运行成本7.1 电费以下为本系统主要负载用电表：负载 项目功率数量每小时用电污水提升泵1.1KW1台1.1 kw.h催化进水泵0.75KW1台0.75 kw.h罗茨鼓风机7.5KW1台7.5 kw.h加药泵及其他电器0.65 kw.h总计10 kw.h以上小时总耗电量为10kw.h，电费计1.0元/千瓦时，总电费为：101=10(元)，每小时处理水量为5吨，则每吨水电费为10/5=2(元)7.2 氧化剂费用7.2.1 甲醛消耗的氧化剂量在理想状态下，采用双氧水作为氧化剂，反应式如下：HCHO+H2O2=HCOOH+H2O，由反应式可以看出，1mol HCHO需要1mol H2O2来氧化，也即30摩尔质量的HCHO需要34摩尔质量的 H2O2来氧化，已知每吨水含甲醛0.6kg（缩聚沉淀出水预计为600mg/l），设则彻底氧化0.6kg甲醛需要0.68kg H2O2。在市场上双氧水的最高浓度为50%，则实际投加双氧水量为1.36kg，每千克双氧水2.5元，则每吨水需要氧化剂3.4元左右。7.2.2 甲醇或其他物质消耗的氧化剂量废水中处了甲醛贡献COD值外，另有甲醇等其他物质贡献COD，废水COD值按10000PPM计，则有甲醛COD值推算出甲醇等其他物质的COD值，甲醛的化学需氧量由化学式表示 CH2O+O2 = CO2+H20，已知甲醛含量为1500PPM，可算出其需氧量为1600PPM。而废水中含有10000PPMCOD，在完全去除甲醛的情况下，剩下的COD值应该是甲醇等其他物质贡献。即甲醇的COD含量为8400PPM，由2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O算得甲醇的含量为5600PPM，若不