（机械工程专业论文）煤气废水处理系统总体设计与在线监测技术研究.pdf

重庆大学工程硕士学位论文 中文摘要 摘要 水资源是国民经济发展的重要资源之一。水资源短缺将是2 1 世纪全球面临的 共同问题。随着我国经济的迅速发展，水资源消耗和水质污染状况日益严重，破 坏了人类生态环境，限制和影响了国民经济的可持续发展。因此，开展废水的综 合治理研究，提高水资源的利用率，具有重大的社会和现实意义。 钢铁行业属高耗水行业，煤气废水是钢铁企业的主要工业废水之一，是在煤气 生产过程中，由于冷却、洗涤、净化等工艺处理而产生的。其水质组成十分复杂， 具有水量大、水温高、悬浮物含量高等特点。本设计针对煤气废水的特点，煤焦 油采用加热沉降分离，废水处理的工艺流程选用气浮缺氧好氧工艺，对煤气废水 进行絮凝处理，改善水质和滤后污泥的脱水性，提高水资源的利用率，对改善水 资源的有效开发利用具有重要意义。同时，废水在线监测系统可实现对煤气废水 的自动采样、流量的在线监测和主要污染因子的在线监测，实时掌握煤气废水排 放情况及污染物排放总量，实现监测数据自动传输，由监测点对水质参数自动采 集、处理、保存和远程通讯传输至中心站的计算机控制中心进行数据汇总、整理 和综合分析。监测信息传至公司环保部门，由公司环保部门对煤气废水进行监督 和管理。为煤气废水的管理提供了科学依据。 该设计来源于工程实际，系统经过不断完善，煤气废水经处理后达到了污水 综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的一级标准，符合国家“节能减排”的要求。 关键词：煤气废水，废水处理，工艺流程，在线监测 重庆大学工程硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t w r a t e rr e s o u r c e sa r ea nl m p o r t a n tr e s o u r c ef o rn a t i o n a le c o n o m i cd e v e l o p m e n t w | a t e rs h o r t a g e s 、析l lb et 1 1 e21s tc e n t u r y ，t 1 1 ec o m m o np r o b l e m sf a c i n gt h ew o r l d a s c h i n a f sr a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，w a t e rc o n s u r n p t i o n锄dw a t e rp o l l u t i o ni s w o r s e n i n g ，t l l ed e s 仇j c t i o no fh m l a ne n 、，i r o m n e m ，c o n s t r a i n t sa 1 1 di m p a c to fm e n a t i o n a l e c o n o m y a i l ds u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ， t 0 c a 玎y o u t a c o m p r e h e n s i v ew 嬲t e w a t e r 饥a t n l e n tr e s e a r c ht 0e n h a l l c et l l e u t i l i z a t i o no fw a t e r r e s o u r c e s ，晰t l ls i 鲥f i c 趿ts o c i a la n dp r a c t i c a ls i 印i f i c a n c e i r o na 1 1 ds t e e li n d u s n yi sa l l i 曲w a l e rc o n s u m p t i o ni n d u s t r i e s ，g a sw a s t e w a t e ri sa m 勾o ri n d u s t r i a lw a s t ei r o n 锄ds t e e le n t e 叩d s e si so n eo ft h eg a sp r o d u c t i o np r o c e s s ， d u et oc o o l i n g ，w a s l l i n g ，c l e a n i n g ，e t c p r o c e s sg e n e r a t e d t h ec o m p o s i t i o no ft 1 1 ew a t e r q u a l i t yi sv e r yc o m p l e x ，w i t l lal a r g ev o i u m eo fw a t e r ，t l l ew a t e rt e m p e m t u r e1 1 i g h ，锄d l l i 曲s u s p e n d e ds o l i d sc o n c e n 臼_ a t i o n ，n l ed e s i 印c h a r a c t e r i s t i c so f 硼哦ew a t e rf o rg a s ， c o a lt a ru s i n gh e a t i n gs e d i m e n t a t i o ns e p a r a t i o n ，a i rn o t a t i o nw a s t e w a t e r 仃e 锄e m p r o c e s ss e l e c t i o n - 锄o x i c - a e r o b i cp r o c e s s ，t h eg a sw a s t e w a t e rn o c c u l a t i o nt r e a t m e n t ， i m p r o v ew a t e rq u a l i 锣a n df i l t r a t i o nd e h y d r a t i o no fs l u d g e 世e rt 1 1 ei n c r e a s eo fw a t e r r e s o u r c e su t i l i z a t i o n ，h p r o v et 1 1 ee n e c t i v ed e v e l o p m e n ta 1 1 du t i l i z a t i o no fw a t e r r e s o u r c e so f 铲e a ts i g m f i c a i l c e a tt l l es 锄et i m e ，w a s t e w a t e ro n - l i n em o l l i t o r i n gs y s t e m c a i lr e a l i z et 1 1 ea m o m a t i cg 嬲w a t e rs 锄p l i n g ，n o 、v - 1 i n em o n i t o r i n ga n dt 1 1 em a i n p o l l u t i o nf a c t o r so n - l i n em o n i t o r i r 培， r e a l t i m ec o m r o lw a s t e g 嬲 e m i s s i o n sa 1 1 d p o l l u t a n t se m i s s i o n s ，a c h i e v i n gt l l em o i l i t o r i n gd a t ai sa u t o m a t i c a l l y 咖1 s m i t t e d 丘。o m 也em o n i t o r i n gp o i n t so nt l l ew a t e rq u a l i t ) rp a r a m e t e r s a u t o m a t i c a l l yc o l l e c t i n g ， p r o c e s s i n g ，p r e s e r v a t i o na n dl o n g r a i l g ec o m m u n i c a t i o n s 仃 m s m i t t e dt oc e n t r a ls t a t i o n c o m p u t e rc o n t r o lc e n t e rf o rd a t aa g g r e g a t i o n ，c o l l a t i o na n da n a l y s i s m o i l i t o r i n g i n f b 加a t i o n 黟p r e a dt 0c o 印o r a t ee n v i r o 】f 1 1 1 1 e n t a ld e p a r t i l l e n t ，如v i r o 砌e n t a jp r o t e c t i o n d e p a n m e n t so ft h eg a sb yt h ec o m p a n yt 0c o n d u c ts u p e r v i s i o na i l dm a n a g e m e n to f w 鹪t e w a t e r w 瓠t e w a t e rm a i l a g e m e n tf o rt l l eg a sp r 0 v i d e sas c i e n t i f i cb a u s i s t h ed e s i g nc o m e s 丘。o me n g i n e e r i n gp r a c t i c e ，m es y s t e mt 1 1 r o u g hc o n t i 肌o u s i m p r o v e m e n t ，g a s ，w a s t ew a t e r 协e a t e dt oa c l l i e v e 也e ”i n t e 黟a t e dw a s t e w a t e rd i s c h a 玛e s t a n d a r d i t ( g b 8 9 7 8 - 19 9 6 ) i i las t a l l d a r d ，i n1 i n ew i t hn a t i o n a l ”e n e r g y s a v i n ge m i s s i o n r e d u c t i o n ”r e q u i r e m e n t s k e y w o r d s ：g a sw a s t e w a t e r ，w a s t e w a t e r ，p r o c e s s ，o n l i n em o l l i t o r i n g i i 学位论文独创性声明 加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 学位论文作者签名 导师签名： 签字日期： 签字日期： 学位论文使用授权书 乙1 1 i 1 o 乙叶“一) 6 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中国博 士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文数据库中全文发表。中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库可以以电子、网 络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入c n l 【i 中国知识资源总库，在中国博 硕士学位论文评价数据库中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关 权益和承担相应义务。本人授权重庆大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文，可以公开论文的全部或部分内容。 作者签名： 备注：审核通过的涉密论文不得签署搿授：三 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一日。 说明：本声明及授权书! 嵫装订在提交的学位论文最后一页。 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 1绪论 1 1 水资源使用现状 水是生命之源，人类离不开水。中国黄河的频繁断流，长江冰川面积的逐渐 缩小，大量水土流失等，给我们留下沉重的思考。我国人均水量少，只有世界平 均水量的1 4 ，水资源供需矛盾突出。水利部水资源司郭孟卓司长在中国科协2 0 0 1 年学术年会上的报告中指出，党中央、国务院已经将粮食、石油和水确定为三大 战略资源。正如水利部副部长索丽生在此会上作报告时所言：“如果不采取有力措 施，中国有可能在未来出现严重的水危机。水资源问题已成为中国实现可持续发 展战略过程中必须认真解决的重大问题。”认识我国水资源利用的现状，对解决中 国社会经济发展的水资源问题意义重大。 1 1 1 水资源短缺 目前，水资源严重缺乏构成的水危机已威胁到世界上的绝大多数国家，使各国 的经济、社会和科技发展都面临着严峻考验。全球水资源为1 4 亿k m 3 ，工农业用 水分别占世界用水量2 5 和7 0 因人口急剧增长，全球人均水资源拥有量近几年 已减少2 5 历来被认为资源丰富的我国，水资源问题不容乐观，人口占世界的 2 2 ，而淡水量仅占世界的8 ，人均占有量为2 4 0 0 k l n 3 。目前1 3 3 亿l 吼2 耕地中， 尚有o 5 5 亿时为无灌溉条件的干旱地，有o 9 3 亿h m 2 草场缺水，全国每年有2 亿l u n 2 农田受旱灾威胁，农村8 0 0 0 万人和6 0 0 0 万只家禽饮水困难。农业缺水量 达3 0 0 0 亿m 3 。我国主要河流黄河自8 0 年代以来，几乎年年出现断流，且断流流 域不断延长，范围不断扩大，断流频数、历时不断增加，给工农业造成巨大损失， 平均每年损失为2 0 0 亿元，同时断流也给沿黄居民的生活造成很大影响。 1 1 2 水污染严重 近年来，我国水体污染日益严重，全国每年排放污水高达3 6 0 亿吨，除7 0 的工业废水和不到1 0 的生活污水经处理排放外，其余污水未经处理直接排入江 河湖海，致使水质严重恶化，污水中化学需氧量、重金属、砷、氰化物、挥发酚 等都呈上升趋势，全国9 5 万公里河川，有1 9 万公里受到污染，o 5 万公里受到 严重污染，清江变浊，浊水变臭，鱼虾绝迹，令人触目惊心。松花江、淮河、海 河和辽河水系污染严重，8 6 城市河流受到了不同程度的污染。水体污染造成巨大 的经济损失。 1 1 3 水土流失严重 由于森林植被受到严重破坏，水资源平衡受到破坏，一方面造成水源减少，一 些地区连年干旱，另一方面一些地区连年出现洪涝灾害。干旱和水灾都给工农业 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 及人民生活造成巨大的经济损失。水土严重流失，据统计我国每年流失的土壤近 5 0 亿吨，相当于耕作层为3 3 c m 的耕地1 3 0 万l u n 2 ，减少耕地3 0 0 万耐，经济损 失l o o 亿元，占国土面积3 9 的水土流失区域内的河流以高含沙著称世界，仅以 黄河为例，黄河下游河床每年以1 0 c m 的抬升，已高出地面3 1 0 米，成为地上悬 河。由于淤积，全国损失水库容量累计2 0 0 亿m 3 。 1 1 4 水价严重偏低，水资源浪费严重 水资源是人类宝贵的财富，供水具有成本，这就体现水的商业价值。但是我 国现行水价偏低，在发达国家水价与电价的比例是6 ：1 ，水比电贵，而在我国是 1 ：1 ，甚至更低，水费往往只是象征性地收一点，不讲经济效益，水利建设投资 也是由国家财政预算加以解决。 近年来，国家对水利行业尽管进行了多方面和大量的改革，但水价调整力度远 远不够，目前水价根本起不到调节水资源市场供求矛盾的作用。统计资料表明： 全国各地水费标准只达到测算成本的6 2 ，农业水价还不到成本的1 3 ；水费仅占 居民日常开支的o 3 左右。水价格的低下，使之与其他商品相比，比价十分不合 理，许多家庭支付的水费占家庭生活支出费用的比重越来越低，每人每月的水费 不足5 0 0g 大米的价值。黄河流域水价更是偏低，宁夏、内蒙古、河南、山东四省 区的引黄灌区水费标准仅为6 厘4 分，引水渠道水价更低，下游引黄渠道1 0 0 0 m 2 黄河水的水价仅相当于一瓶矿泉水的价格。城市用水以北京市为例，根据北京市 场自来水公司的分析，9 0 年代初，北京市自来水公司的组织较全，据计算北京自 来水的综合成本为0 5 3 元m 3 ，但是城市居民生活用水的价格仅0 3 0 元m 3 ，商业 和机关、建筑事业，一般旅馆和招待所的水价为o 4 5 元m 3 ，大饭店、高级宾馆的 水价为1 o o 元m 3 ，自来水水价低于实际成本，导致自来水公司连年亏损，木政府 补贴，这一方面影响了公司制水的积极性“制水越多，售水越多，亏损越多”， 另一方面加重了政府的财政负担。水价偏低导致用户对水的价格不敏感，节水观 念淡薄，造成用水过程中大量浪费。在我国，大部分地区的农业采用大水漫灌的 方式，水的有效利用率仅为4 0 5 0 ，工业用水重复利用率只有3 0 左右，损耗量 高出发达国家两倍。同时由于低水价导致人们对水资源稀缺性缺乏足够认识，对 水资源保护认识也存在不足，以致在浪费水资源同时，还不断向水中大量排放污 染物。 1 2 水体污染 水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过了该物质在水体中的本底含量 和自净能力即水体的环境容量，从而导致水体的物理特征、化学特征发生不良变 化，破坏了水中固有的生态系统，破坏了水体的功能及其在人类生活和生产中的 2 重庆大学工程硕士学位论文l 绪论 作用。造成水体污染的因素是多方面的：向水体排放未经妥善处理的城市污水和 工业废水；施用化肥、农药及城市地面的污染物被水冲刷而进入水体；随大气扩 散的有毒物质通过重力沉降或降水过程而进入水体等。 1 2 1 工业污染源 由于不同企业、不同产品、不同工艺、不同原料、不同管理方式，排放的废 水水质、水量差异很大。工业废水是水体最重要的污染源。它具有量大、面广、 成分复杂、毒性大，不易净化、难处理等特点。 1 2 2 生活污染源 主要是生活中各种洗涤水，一般固体物质小于1 ，并多为无毒的无机盐类、 需氧有机物类、病原微生物类及洗涤剂。生活污水的最大特点是含氮、磷、硫多， 细菌多，用水量具有季节变化规律。 1 2 3 农业污染源 包括牲畜粪便、农药、化肥等。农村污水具有两个显著特点：一是有机质、植 物营养素及病原微生物含量高；二是农药、化肥含量高。 1 2 4 水体污染的对策 水体污染主要由任意排放的工业废水和城市污水造成。要控制和消除水体污 染，必须从控制废水的排放入手，实行“防、治、管 三结合。防止水体污染的 途径主要有以下几个方面。 减少污染物的排放 1 ) 改革生产工艺。 2 ) 综合利用废水。 废水无害化 对水体及其污染源进行监测和管理 监测的主要指标有下面几个。 1 ) p h 值，反映水体或废水的酸碱度及酸碱性污染的含量； 2 ) 悬浮物质含量； 3 ) 需氧有机物，主要测定b o d 、c o d 等综合指标； 4 ) 有毒物质，如重金属、氰化物、亚硝酸盐的含量； 5 ) 其它特定指标，针对废水特点而定。例如核电站排水的放射性指标、医院 和生物制品业废水的病原体指标等。 废水处理技术 为了分离出废水中各污染物物质，或将其转化为无害物质，人们采用了多种 方法。废水处理方法应针对污染物的不同特点，可选用不同处理方法、这些方法 可按作用原理分为物理法，化学法和生物法。 3 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 1 ) 物理法：适用于分离悬浮于水的不溶物 a 沉淀法b 过滤法c 离心分离法d 气浮法e 蒸发结晶反渗透 法 2 ) 化学方法 a 混凝法b 中和法c 化学沉淀法d 氧化还原法e 电渗析法 3 ) 生物方法 a 活性污泥法b 生物膜法和生物( 氧化) 塘法c 污水灌溉，对污水有综 合性净化作用。 1 3 课题来源 攀长钢动力厂位于江油市武都镇，煤气发生站每日产生大量的除尘器和煤气 水封水，废水中含有大量的酚及煤焦油等，如果不进行治理，将给周边环境造成 严重危害。煤气站目前已经对煤焦油进行了回收处理，但仍然有少量的污水外排， 为减轻企业负担，合理处理生产废水，降低企业生产成本，修建废水处理系统是 十分必要和科学的，也是企业发展的需要。 工业生产的发展，环境污染和能源短缺已成为人类面临的重大问题，改革开 放以来，我国的工业得到了突飞猛进的发展，伴随而来的是环境污染的增加和能 源短缺，已成为制约经济发展和影响企业生存的重大障碍，并直接影响着人民的 生活和身体健康，因此，积极治理环境污染已成为我国目前和今后发展国民经济 的战略性任务。 项目所在地地理位置优越、交通便利。受纳水体又是涪江，严重地影响了沿 河两岸农民的生活用水及牲畜饮用水、农田灌溉用水，如果现有污染源不能有效 治理，伴随生产能力及规模加大，废水排放量增加可能导致水污染程度加剧，而 且该废水经涪江流入嘉陵江，从源头上对长江上游水域造成污染。因此考虑到环 境污染与经济发展的协调发展，水污染治理已刻不容缓。 环境保护是我国的一项基本国策，保护环境是社会团体及每一个公民应尽的 义务，是城市发展的客观要求，也是改善环境质量的必然选择。在生产过程中产 生的废水，水质水量波动大，污染物浓度高，并且随着企业发展和生产规模不断 扩大排放的废水量有不断增大的趋势，若不加以治理，将导致受纳水体自净能力 下降，造成水体短时间内难以恢复自净能力的严重危害，根据世界多次流行性病 发生都与受污染水体有关，将严重危害人类健康、社会文明进步及自然环境改善。 对工业废水的治理是改善工作环境、保护人类健康和自然环境、促进社会经济发 展的必要条件。 因此，为企业实现发展目标，在现有设施的基础上设计煤气废水处理系统， 4 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 集中废水进行综合处理，降低企业在废水处理上的成本，彻底有效系统消灭废水 污染，科学设计一套能够彻底治理其所排废水的废水处理系统，并对其废水进行 在线监测，达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的一级标准已是势在必行。 重庆大学工程硕士学位论文2 系统总体设计 2 系统总体设计 2 1 废水处理项目概况 2 1 1 地理位置 江油市武都镇属四川省级历史文化名城，至今遗留有较丰富的名胜古迹，其 品位和旅游开发价值很高。有闻名于全国的旅游精品之一的“窦遄山”，位于“九寨 环线”上。 2 1 2 建设规模与目标 通过规模论证，确定攀长钢动力厂煤气废水处理站建设规模为1 5 0 m 3 d ；煤 焦油采用加热沉降分离，废水处理流程选用气浮缺氧好氧工艺，出水水质执行污 水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的一级标准。 2 1 3 项目投入总资金 攀长钢动力厂煤气废水处理工程，总投资估计为1 2 5 6 5 万元。 2 1 4 主要技术经济指标 废水处理工艺为加热沉降分离一气浮一生化工艺，其主要技术经济指标为： 处理规模：1 5 0 m 3 d 处理工艺：加热沉降分离一气浮生化工艺 项目投资：1 2 5 6 5 万元 单位经营成本：5 2 9 元m 3 单位电耗：3 1 2 k w 3 2 2 项目选址 2 2 1 场址现状 根据当地的地理与水文条件，该站站址位于长钢四厂厂区内。 该处站址具有以下优点： 具有足够可用场地； 污水提升距离最近。 2 2 2 站址方案 站址选择的一般原则和要求 1 ) 位于城市集中供水水源的下游； 2 ) 少拆迁，少占良田，有一定的卫生防护距离； 3 ) 出水及污泥排放方便，场地不受水淹： 4 ) 交通运输及供水、供电方便。 6 重庆大学工程硕士学位论文 2 系统总体设计 废水处理站站址 拟建的长钢四厂动力分厂废水处理站工程进行岩土工程初步勘察。工程场地 位于厂内运输公司与煤气站相邻的空地。根据现场调查表明，场地和地基稳定， 适宜进行废水处理工程的建设，故确定作为本项目的站址。 2 3 规模及水质论证 2 3 1 雨水、废水排放体制 厂区排水采用雨污分流制系统，煤气生产废水集中进入废水处理站进行处理 达标后的废水进行回用，如车间冲洗、旋风除尘器水封补充水等。 雨水系统：与废水分流，采用有组织的收集至雨水沟，最后排入涪江。 2 3 2 处理规模论证 废水来源 煤气生产废水主要来源于水封水、冷却水、煤焦油分离水及煤气管道冷凝水等。 废水水量预测 根据业主提供的资料以及现场调查收集确定工厂排水量： 单台煤气发生炉运行情况下 a ) 煤气水封水( 盘阀、钟罩阀溢流水) ：5 m 3 d b ) 捕滴器水封水：0 5 m 3 d c ) 加压机房水封水：0 5 m 3 d d ) 管道冷凝水：l m 3 d e ) 炉底水封水：0 5 m 3 d f )鼓风箱冷凝水：2 5 m 3 d g ) 加压机房冷却水：5 m 3 d h ) 旋风除尘器水封水水量：2 4 0m 3 d ( 主要用于冲渣) 其中加压机房冷却水、鼓风箱冷凝水和炉底水封水由于无污染，单独接管直 接排放，旋风除尘器水封管冲渣水采用处理后的回用水高压冲渣，必要时仍然使 用原自来水管冲渣。 2 3 3 处理规模确定 按照上述论述，废水处理工程的设计处理规模不但要解决目前废水处理达标， 同时必须满足企业在近期扩大生产能力后的废水处理的要求。并且考虑到废水处 理工程的设计处理能力必须要有一定的保险系数，在确定规模时要留有一定的富 余量。 因此，根据厂区最高峰排水量，确定本废水处理工程的设计处理规模为： 1 5 0 m 3 d 。 7 重庆大学工程硕士学位论文 2 系统总体设计 2 4 废水水质分析 2 4 1 设计采用的废水水质 通过对废水来源和生产情况的掌握，结合基础数据，以及对同类企业生产废 水掌握的基础数据，确定攀长钢动力分厂综合废水水量和水质数据如下： 废水水质水量： q = 1 5 0 m 3 d c o d c r _ 3 0 0 0 m g l b o d 5 = 12 0 0 m g l 酚= 2 5 m g l 氨氮_ 2 0 0m l 2 4 2 处理后的水质达标要求 根据项目所在地的位置及环境容量，该地区水域为地表水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) i i i 类水域。设计执行污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 的 一级标准。 b o d 5 翌o m g l c o d c 压l0 0 m g l s s 5 7 0 m g l 酚so 5 m g l 氨氮s 1 5m g l p h= 6 9 2 4 3 废水水质分析 对情况进行调查、研究、分析。认为煤气废水的水量水质有如下特点： 废水煤焦油很高，造成废水处理设施运行困难，以及溶解的酚浓度高； 废水可生化性较好，b o d 5 c o d c r 在0 2 5 左右，属于可生化的废水； 废水有机物浓度高，生产废水c o d c r 高达3 0 0 0 m g l ，具有处理困难的特 点，无论采用厌氧和好氧均有一定的困难，需进特殊的处理后，才能进入生物处 理系统。 2 5 废水处理工艺的选择 2 5 1 工艺选择原则 废水处理效果稳定可靠、工艺控制调节灵活，适应水质波动，工程实施切 实可行，运行维护管理方便，投资运行费用节省，整体工艺协调优化； 为了便于污泥的利用和处置，最好在废水处理的同时达到污泥性能基本稳 8 重庆大学工程硕士学位论文2 系统总体设计 定； 在我国生化废水的工程实例基础上，积极改进，采用切合实际、针对性强 的工艺； 充分考虑全国该行业的发展趋势与工艺的适应性； 充分考虑本企业生产工艺的改进而导致水质的变化与装置的适应性； 采用节能、低噪的设备； 污泥处理尽量达到减量化、稳定化、无害化。 2 5 2 工艺选择分析 由生产工艺可知：废水主要来自于煤焦油分离水、煤气水封水，废水有机污 染负荷偏高，属于较高浓度、可生化处理的有机性废水。 根据以上对本工程水量水质的特点分析，c o d 、及b o d 的浓度都比较高，为 了确保废水处理站的稳定运行，水质达标，同时具有很好的经济性，则必须采用 物化与生化相结合的处理工艺。 物化法和生化法联合使用是处理该高浓度有机废水的典型处理工艺。采用加 热沉降分离和特殊的气浮设备进行重质、轻质煤焦油的分离，一方面降低废水中 的高悬浮物，另一方面去除废水中的部分有机物，降低废水中的生物负荷。采用 低负荷的缺氧生化法和活性污泥法，得到有效的高去除率。通过一级厌氧处理系 统和二级好氧处理系统处理工艺，可确保废水处理出水达标。 2 5 3 厌氧工艺比选 水解酸化工艺的研究工作是从废水厌氧生物处理的实验开始的，经过反复的 实验和理论的分析，逐步发展为水解酸化生物处理工艺。从工程上厌氧发酵产生 沼气的过程可分为水解阶段、酸化阶段和甲烷化阶段等三个阶段。水解池是把反 应控制在第二阶段完成之前，不进入第三阶段。在水解反应器中实际上完成水解 和酸化两个过程，采用此方法和全过程的厌氧反应具有以下优点： 不需要密闭的池，也不需要搅拌器，不需要水、气、固三相分离器，降低 了造价和便于维护，根据这些特点，可以设计出适应大、中、小型废水站所需的 构筑物； 水解、产酸阶段的产物主要是小分子的有机物，可生化性一般较好，故水 解池可以改变原废水的可生化性，从而减少反应时间和处理的能耗； 由于反应控制在第二阶段完成前，出水无厌氧发酵的不良气味，改善了处 理站的环境； 由于第一、二阶段反应迅速，固池子体积小，节省基建投资，于水解池对 固体有机物的降解，减少了污泥量，具有消化池的功能； 工艺仅产生很少的剩余污泥，实现了废水、污泥一次处理，不需要中温消 9 重庆大学工程硕士学位论文2 系统总体设计 化池。 在以往的研究中，发现采用水解反应器，可以在短的停留时间和相对高的水 力负荷下获得较高的悬浮物去除率( 平均8 5 的s s 去除率) 。这一工艺可以改善 和提高原废水的可生化性和溶解性，以利于好氧处理。 表2 1 厌氧处理工艺的比较表 t a b l e2 1c o m p a r i s o no fa n m b i ct r e a t m e mp r o c e s s e s 鬻 高较高不易易较强较多较复杂较少较易 厌氧滤池比较低 高易易 u a s b 高高不易较易 樱 较高较高不会易 弱多较复杂高较易 强多复杂高较困难 强很少简单很少易 2 5 4 好氧工艺比选 目前国内应用比较多的好氧处理技术可以分为活性污泥法和生物膜法两大 类。常用的比较具有代表性的几种好氧处理工艺比较如下： a b 法 a b 法( a d s o 印t i o nb i o d e g r a d a t i o n ，吸附生物降解法的简称) 工艺的基本流程 为吸附、沉淀、曝气、沉淀，是在传统两段活性污泥法( z a 法) 和高负荷活性污 泥法的基础上开发的一种新工艺，属超高负荷活性污泥法。但通常在b o d 2 5 0 m 酊 的高浓度废水处理才具有明显的优势，其主要的缺点是产泥量高、抗冲击负荷比 较差、处理出水的水质不稳定。 氧化沟 氧化沟工艺也是活性污泥法的一种变型，它通常以较低的负荷运行，属于延 时曝气模式。氧化沟耐冲击能力强、污泥较稳定，它有一定的脱氮功能。随着对 环境要求的日益提高，去除污染物目标的增加，氧化沟工艺变形也越来越多，同 时增加了其应用的局限性，根据国内已建的氧化沟废水处理站，其占地面积比较 大、设备量比较多，能耗大等缺点。 s b r s b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ，序批式间歇活性污泥法) 作为废水处理技术 并非是废水处理的新工艺，随着各种新型不堵塞曝气器、新型浮动式出水堰( 滗 1 0 重庆大学工程硕士学位论文 2 系统总体设计 水器) 和自动监测控制的硬件设备和软件技术的出现及发展应用 如溶解氧测定仪、 o i 冲( 氧化还原电位) 计、液位计等】，特别是计算机和工业自控技术的发展和不 断完善，作为活性污泥法开发初期的间歇运行操作中的复杂问题，因此使该工艺 的优势逐步得到充分发挥，并使该工艺迅速得到开发应用。 曝气生物滤池 曝气生物滤池是在池内填充生物填料的一种生物滤池，同属于生物膜法。是 把过滤、吸附、分解等多功能于一体，具有处理效果好，有机负荷高，多用于废 水的三级处理，同时要求反冲洗，增加设备量和能耗，容易造成堵塞，水力停留 时间短，抗冲击负荷比较差，需要一级强化处理降低悬浮物的浓度，减少反冲的 频率。 生物接触氧化法 生物接触氧化工艺属于生物膜法的一种，通过人为提供微生物生长繁殖的载 体及填料，废水流过填料与微生物膜接触通过吸附、分解得以净化废水，同时通 过风机提供微生物生长繁殖所需的氧气，处理工业废水应用比较多，成熟工艺。 该工艺的主要特点： 1 ) 容积负荷高，处理时间短，节约占地面积。 生物接触氧化法的容积负荷最高可达3 “埏b o d 5 ( m 3 d ) ，停留时间只需要 0 5 1 5 h ，浓度较高的工业废水停留时间稍微加长。 2 ) 生物活性高 生物膜上附着大量的微生物，供养充分、更新快，生物膜活性高。 3 ) 有较高的微生物浓度 一般活性污泥法的污泥浓度为2 3 胡，微生物处于悬浮状态；而接触氧化池中 绝大多数微生物附着在填料上 现将几种工艺优缺点例表如下： 表2 2 好氧处理工艺的比较表 t a b l e2 2a e r o b i ct r e a t n l e n tp r o c e s sc o m p 撕s o nc h a n 聚嚣燃堵塞葛游设备控制投资运行维护 a b 高较好不易较强较多较复杂较高较易 氧化沟低较好不易较强较少简单较少容易 生丝播触 高好不易强较多简单较少容易 s b r 法低好不易强多复杂高较困难 b a f 法高好易强较多较简单较高较易 重庆大学工程硕士学位论文2 系统总体设计 2 5 5 结构形式 废水处理站结构形式选择与站区的具体情况有关，一般小型的工业废水处理 站采用半地埋式；大中型工业废水处理站采用地埋式。本废水处理站推荐设计采 用半地埋结构形式。 表2 3 结构形式比较表 t a b l e2 3c o m p “s o nt a b l e 姗c t u r e 地埋式大 高不易难 大 好 半地埋式小低易易小较好 2 6 处理工艺的确定 2 6 1 废水处理工艺 从以上对各种工艺的比较分析，再根据本工程水量水质的特点，可以确定本 工程需采用物化与生物处理相结合的处理工艺。生物处理又包括厌氧与好氧处理。 通过比选可知：厌氧生物滤池处理技术是非常适合该工程处理废水的水量及 水质情况，能够降低能耗、改善废水的可生化性，提高后续好氧处理的效率，保 证出水水质稳定。好氧生物处理通过比较，生物接触氧化法在各方面都具有较大 的优势，适合企业的实际情况，满足科学合理、经济适用的原则。 所以，根据上述分析，采用气浮+ a b f 厌氧+ 两级生物接触氧化处理工艺。 2 6 2 污泥处理工艺 污泥是一种固体颗粒悬浮在液体中的悬浊液，把污泥中悬浮颗粒与废水分离 称作污泥脱水。脱水方式有重力脱水和干化场脱水，脱水后污泥干度为5 ；有机 械脱水，脱水后污泥干度为2 5 3 0 ；目前趋向用机械进行污泥脱水，不仅效果 好，而且还相对减少用于改善污泥性能的药耗。 由于水量小，泥量也很少，决定采用干化场作为脱水设施。 2 6 3 污泥的最终处置 污泥处置一般采用卫生填埋、堆肥或焚烧等方式，本方案污泥处置推荐采用混 煤焚烧处理方式 2 7 工程设计 2 7 1 主要工艺原理 a f 工艺原理 1 2 重庆大学工程硕士学位论文 2 系统总体设计 厌氧生物滤池属于第二代厌氧反应器，在反应器内充填各种类型的固体填料， 如卵石、炉渣、瓷环、塑料等来处理有机废水。根据水的流动形式可以分为上流 式和下流式，当有机物的浓度和性质适宜时采用的有机负荷可高达1 0 2 0k g c o d ( m 3 d ) 。废水在流动过程中保持与厌氧细菌的填料接触，细菌生长在填料上，不 随出水流失。在短的水力停留时间下可取得长的泥龄，平均细胞停留时间可以长 达1 0 0 天以上。 厌氧过程可以分成3 个阶段，即： 第1 阶段水解发酵阶段 在水解与发酵细菌作用下，使碳水化合物、蛋白质、脂肪被水解与发酵菌转 化为单糖、氨基酸、脂肪酸、甘油、二氧化碳、氢等。 第2 阶段产氢和乙酸阶段 在产氢产酸菌和同型乙酸菌的作用下，将第l 阶段的产物转化成h 2 、c 0 2 、 c h 3 c o o h 。 第3 阶段产甲烷阶段 在产甲烷菌的作用下，将h 2 和c 0 2 转化成c h 4 ，同时也对乙酸脱羧产生甲烷。 由乙酸形成的c 地约占总量的2 3 ， 由c 0 2 和h 2 形成的c h 4 约占总量的1 3 。该阶段是整个厌氧消化的控制阶段。 这三阶段的有机物的相互转换和数量关系见图2 1 。 图2 1 厌氧分解过程的3 个阶段 f i g u r e2 。1t h ep r o c e s s0 f a n a e r o b i cd e c o m p o s i t i o no ft h r e es t a g e so f 1 3 重庆大学工程硕士学位论文2 系统总体设计 厌氧生物滤池主要特点： 1 ) 生物固体浓度高，因此可获得较高的有机负荷； 2 ) 微生物固体停留时间长，因此可缩短水力停留时间，耐冲击负荷能力也较 高； 3 ) 启动时间短，停止运行后再启动也比较容易； 4 ) 不需要污泥回流，运行管理方便； 5 ) 在处理水量和负荷有较大变化的情况下，其运行能保持较大的稳定性。 厌氧生物滤池有堵塞的可能，并且需要大量的填料，使成本上升。 生物接触氧化法 生物接触氧化法也称为淹没式生物滤池，在其反应器内设置填料，经过充氧 的废水与长满生物膜的填料相接触，在生物膜的作用下得到净化。 1 ) 原理 生物接触氧化法在运行初期有少量的细菌附着于填料表面，由于细菌的繁殖 逐渐形成很薄的生物膜。在溶解氧和食物都很充足的情况下，微生物繁殖非常迅 速，生物膜逐渐增多。溶解氧和废水中的有机物凭借扩散作用，为微生物所利用。 但当生物膜达到一定的厚度时，氧已经无法向生物膜内部扩散，好氧菌死亡，而 兼氧菌、厌氧菌在内部开始繁殖，形成厌氧层，利用死亡的好氧菌为基质，并且 在此基础上不断的发展厌氧菌。经过一段时间后在数量上开始下降，加上代谢气 体产物的逸出，使内层生物膜大块脱落，新的生物膜又重新长起来。在接触氧化 池内，由于填料的比表面积大，所以生物膜发展的每个阶段都是同时存在的，使 去除率稳定在一定水平上，生物膜在池内呈立体结构，对保持稳定的处理能力十 分有利。 煤气污水处理中的一个弊端就是一方面大量产生剩余污泥，一方面严重缺乏 碳源物质；针对此种现象，各个国家都进行了深入的研究。已开发出了新型生物 纤维膜、硝化菌和反硝化菌分层包埋、硝化菌和反硝化菌混合包埋和碳源循环单 级生物脱氮等技术，但最具实用价值和符合中国国情的还是新型生物纤维膜脱氮 技术。美国a q u am a t s 公司优异的高氨氮污水专用挂膜填料具有较大的比表面积， 而且填料中包埋有诱导特性菌株生长的缓释性物质，在挂膜初期能克服营养不协 调的恶劣环境并快速挂膜，膜厚达2 6 厘米；这样，就可以很容易的在处理装置中 培养和驯化出适合长钢四厂动力分厂煤气废水水质的复合菌群，就在填料表面上 形成特殊的生物链，外层的好氧菌快速的吸附、降解污染物，并逐步传递到内部 的缺氧层和厌氧层，厌氧层的细菌通过内源呼吸作用又补充外层好氧菌所缺乏的 碳源物质，氨化、硝化、反硝化以及污泥的减量化整个过程就在生物膜上完成了。 在脱氮过程中起电子供体作用的不足碳源部分就由剩余污泥的内源呼吸作用来补 1 4 重庆大学工程硕士学位论文 2 系统总体设计 充，这样，不仅为含苯环类物质提供了充足的降解时间，克服了碳源物质不足的 问题，而且，将氨氮含量有效降低，剩余污泥产生量也较少，并可在现在的基础 上节约大量的电耗。 2 ) 主要特点 钆体积负荷高，处理时间短，节约占地面积 生物接触氧化法的体积负荷最高可达到3 k g b o d 5 ( m 3 d ) ，停留时间只需 要0 5 1 5 h ，浓度较高的工业废水停留时间稍微加长。缩短了处理时间，同样大小 体积的设备，处理能力提高几倍，使废水处理工艺向高效和节约用地的方向发展。 b 池内生物活性高，国内采用的生物接触氧化池中，绝大多数的曝气管设在 填料下，不仅供氧充分，而且对生物膜起到了搅动作用，加速了生物膜的更新， 使生物膜活性高。另外，曝气会形成水的紊流，使固体在填料上的生物膜可以连 续、均匀地与废水接触，避免生物氧化池中存在的接触不好的缺陷。由于空气搅 动，整个氧化池内的废水在填料之间流动，增加了传质效果，提高了代谢速度。 经测定，同样湿重的带有丝状菌的生物膜，其好氧速率比活性污泥法高1 8 倍。 c 有较高的微生物浓度，一般活性污泥法的污泥浓度为2 3 9 1 ，微生物在池 中处于悬浮状态；而接触氧化池中绝大多数微生物附着在填料上，单位体积内水 中和填料上的微生物浓度可达1 0 2 0 卵，由于微生物浓度高，有利于提高容积负荷。 d 污泥产量低，不需要污泥回流。与活性污泥法相比，接触氧化法体积负荷 高，但污泥产量不仅不高，而且有所减低。国内外的研究实验证明，接触氧化法 的污泥产量远低于活性污泥法。一般认为，污泥产量低是因为池内溶解氧高，微 生物内源呼吸进行的比较充分，合成物质被进一步氧化；池内生物链比较完全和 稳定；生物膜中的厌氧层将部分生物膜分解、溶化，转化为甲烷和有机酸。这些 都是减少污泥量的因素。 e 出水水质好而稳定，在进水短期内变化时对出水的影响比较小。在毒物和 p h 的冲击下，生物膜受影响较小，恢复快。 动力消耗低，比普通活性污泥法能耗低3 0 左右，主要是因为在接触氧化 池内有填料存在，起到切割气泡、增加紊流的作用，增大了氧的传递系数，污泥 不用回流，电耗下降。 g 挂膜方便，可以间歇运行，生物接触氧化法处理工业废水，挂膜是接入菌 种，运行十多天生物膜就可以成熟。当停电或发生事故不能供气时，只要将池中 水放完，附着在固定填料上的微生物可以在空气中吸收氧气维持生