开题报告浙江某制革厂4000m污水处理工程设计.doc

武汉生物工程学院毕业论文(设计)开题报告 题目名称： 浙江某制革厂4000m3/d污水处理工程设计 题目类别： 毕 业 设 计 系 别： 化 学 与 环 境 工 程 系 专业班级： 08环境工程本科一班 学生姓名： 陈 杰 森 指导教师： 詹 燕 辅导教师： 詹 燕 开题报告日期： 2011年11月15日 研究现状：中国皮革行业涵盖了制革、制鞋、皮衣、皮件、毛皮及其制品等主体行业，以及皮革化工、皮革五金、皮革机械、辅料等配套行业1。 制革工业产品为各类皮革。制革生产流程一般由浸水去肉、脱毛浸灰、脱灰软化、浸酸鞣制、复鞣、中和、染色、加脂等工序组成。制革工业的原材料和加工工艺均会对环境造成不同程度的污染。制革生产不仅要通过各种加工设备进行物理加工，还要应用大量化工原料进行化学处理。这些材料包括各种助剂、鞣剂以及加脂剂，涂饰剂等，其中脱毛所用硫化钠和硫氢化钠，鞣剂所用铬盐等均属有毒有害物质2，对环境污染严重。据统计，制革行业每年排放废水1亿吨以上，约占全国工业废水总排放量的0.3%。其特点是碱性大、色度浓，耗氧量高、悬浮物高，并含有较多的硫化物等有毒物质。在这些排放掉的废水中，悬浮物为12万吨，COD约15万吨，BOD为7万吨，从以上可以看出，皮革工业给环境带来的污染是相当严重的。制革工业的发展为市场带来了繁荣，为国家创造了财富，同时也产生了严重的环境污染，发展与环境保护之间的矛盾日益突出，对人类健康和整个社会的可持续发展造成了威胁。目前，全国约有200多家制革企业采取了不同程度的污染治理措施，但仅占全国制革企业总数的10%15%。制革行业的污染治理任务十分艰巨。 综合制革废水包括制革区内排放的所有废水。制革废水处理按其流程，分为一级处理部分和二级处理两部分。 一级处理工艺由格栅、格网、沉砂池、调节池和初次沉淀池组成。由于制革废水有机污染物浓度高，悬浮物高，并含有一定的色度，为了降低二级处理工艺的污染负荷量，采用化学混凝和絮凝气浮工艺或沉淀处理工艺作为强化一级处理的制革处理系统也日趋增多3。 二级处理工艺目前主要以生物好氧处理为主导工艺4。生物氧化法又包括活性污泥法、生物膜法、氧化沟法、SBR法和两段活性污泥法等56。制革废水主要污染成分为有机污染物，属于高浓度有机废水，因此制革废水生化处理工艺已成为制革废水处理系统最重要的组成部分之一。制革废水的生化处理技术与其它工业废水处理和城市污水处理技术一样，主要是利用微生物的吸附作用和新陈代谢作用原理处理废水，微生物以废水中有机物为营养源，通过微生物一系列的生物过程，将高分子复杂的有机污染物分解为低分子简单物质，使废水经生化处理后达标排放。 为了降低制革废水的处理成本，减少污水处理的投资费用，实际处理工程中经常进行各种处理方法的组合，以最大限度的发挥各段处理工艺的优势，提高处理效果。近年来，由于我国对环境质量要求的进一步提高，对制革行业排放水要求更加严格，二级生物处理法处理后的制革废水再进行三级处理，使处理后水更加清澈，成为可再用的资源。三级处理技术措施主要有混凝沉淀法、过滤法、活性碳吸附法和化学氧化法等7。 研究目的和意义目的： 1 熟识制革污水处理的工艺流程，懂得污水特点性质，了解制革产业所面临的严峻的环境问题。2 详细理解该行业在现实环境中，所做出的经济效益与环境影响，力求在经济效益与自然环境和谐共存，探求制革行业污水处理最有效率的处理方法。3 对以生产牛皮为主的制革厂污水进行分析探究，结合自己所学理论知识，综合分析处理特定污水，进行有效设计工艺，使其污水达到排水要求。使制革污水从水质水量上，降低对水环境与土环境的影响。意义：在环境问题越来越严重的情况下，污水处理显得十分重要，通过本次毕业设计，提高自己的综合能力，包括查阅文献、收集资料的能力；理论分析、设计、计算和绘图的能力；撰写设计说明书的能力等。研究内容（内容、结构框架以及重点、难点）：一、内容 1 查阅资料，了解废水生产工艺和水质特点。2 工艺比选确定工艺流程。3 对工程主体构筑物与辅助物进行设计计算。4 对工程的设备进行选型。5 画出工艺的流程图，平面图，高程图。6 对工程作出经济预算。二、结构框架 浙江某集团制革厂以生产牛皮为主，年生产能力可达到45万张，污水排放量为4000m3/d，最大时处理能力为225m3/h，原水的水质指标为CODCr=3000mg/L，BOD5=1300mg/L，SS=2000mg/L，硫化物=80mg/L，NH4+-N=80mg/L。处理出水水质为：CODCr100mg/L，BOD530mg/L，SS60mg/L，硫化物2mg/L，NH4+-N10mg/L。处理厂所处地的风向为北风。该废水属于高浓度有机废水、悬浮物高，并含有较多的硫化物等有毒物质。采用技术成熟可靠的“预沉淀十混凝沉淀+AB两段生物氧化工艺”处理工艺。三、重点、难点1 原水CODCr=3000mg/L，BOD5=1300mg/L，SS=2000mg/L，排放浓度高，选择合适的生化处理单元；2 设备的选型；3 污水处理厂平面图的绘制；4 污水处理厂高程图的绘制；5 污水处理厂经济核算。研究方法、手段： 根据废水水质特点，该工程采取预沉淀+混凝沉淀+AB两段生物氧化工艺的工艺，流程如下页图1所示。1)格栅间及进水泵房进水格栅是污水处理厂第一道予处理设施，用以截留杂物、皮屑、碎肉、皮毛等粗大物质，保护水泵，防止其堵塞，保证后续处理设施的正常运行。同时降低了污染物浓度，减轻了后续处理设施的负荷。通过格栅后通过泵的提升将待处理水送至下级处理构筑物。2)一次沉淀池 由于原水中悬浮物浓度(SS)高，设置初沉池是通过自然沉降的方法去除污水中的SS，以降低后续物化处理工艺的有机负荷，减少后续物化工艺药剂投加量，降低运行成本。3)预曝气调节池 制革工艺废水排放的特点是间歇性强，废水水质水量随时间变化很大。采用调节池均量均质，可使废水水量和水质的波动控制在稳定的范围内，保证后续处理工艺正常进行。同时在调节池内通入压缩空气进行曝气搅拌，均化废水水质，促进废水絮凝，补充废水溶解氧，防止厌氧产生臭气，具有预曝气的作用。4)絮凝反应池 通过初沉池后，原水中大部分悬浮的颖粒被去除，但此时水中还存在大量胶状的和不易沉降的物质，同时废水中还含有硫化物，在调节池中加入利用废铁屑和废盐酸现场制备的絮凝剂(FeCl2)，通过压缩空气搅拌，去除废水中比重小的悬浮物和胶体状COD；同时药剂中的Fe2+与水中S2-反应生成FeS沉淀，水中硫化物得以去除。上清液滤液脱水间泥饼外运鼓风机房中间沉淀池B段曝气池最后沉淀池A段曝气池一次沉淀池预曝气调节池絮凝沉淀池絮凝反应池格栅废水污水线污泥线污水泵空气线污泥回流线污泥浓缩池化学污泥外排达标排放图1 制革工业废水处理工艺流程图5)絮凝沉淀池在絮凝反应池中混合反应后的泥水混合物在此进行固液分离，分离出混凝反应絮体。上清液进入A段曝气池，沉淀下来的污泥通过污泥泵排入污泥浓缩池，部分污泥可排入一沉池，以增加原污水的絮凝作用，提高沉淀效果，减少后续物化处理工艺的加药量。6)生物氧化处理工艺 生物氧化采用AB两段法。该工艺对水量、水质的冲击负荷具有很强的耐冲击能力。制革废水排放的瞬间性强，污染物负荷变化大，采用AB二段工艺，A段为吸附段，该段具有很高的有机负荷，在缺氧或兼氧环境下运转；B段曝气池在低负荷下工作。两段活性污泥各自回流，整个系统抗冲击负荷能力较强，能保证出水水质相对稳定。 A段曝气池对污染物的去除主要依靠以物理化学作用为主导的吸附作用，对负荷、温度、pH值以及毒性等具有一定的适应能力，耐冲击负荷能力强。A段曝气池的泥水混合物在中间沉淀池进行沉淀，去除水中好氧污泥，上清液进入B段曝气池，废水通过B段曝气池处理后，COD可去除70%-80%左右.B段活性污泥中的微生物主要为原生动物、后生动物和菌胶团。生物氧化池排出的水及悬浮的活性污泥混合液自流入二次沉淀池，进行固液分离。分离后的上清液排入出水井中与市政管网连接排放。7)污泥浓缩污泥污泥浓缩污泥脱水污泥处理(坡埋或焚烧) 污水处理过程中产生的污泥一般含水率较高，经浓缩后其含水率可降至97%以下，体积大为减少，从而可大大减少后续污泥脱水设备的容量，提高脱水效率。研究进度：2011.09.192011.09.25：完成课题选题及工艺比选2011.09.262011.10.16：完成工艺构建物的设计计算2011.10.172011.10.23：选择附加设备类型2011.10.242011.10.30：辅助构筑物尺寸的确定2011.10.312011.11.06：完成工艺流程图的绘制2011.11.072011.11.20：完成污水厂平面布置图2011.11.212011.12.04：完成污水厂高程布置图2011.12.052011.12.11：完成设计说明书2011.12.122011.12.25 ：完成单体图的绘制2011.12.262012.01.03 ：完成工程投资估算20120205 ：完成毕业设计文献综述（包括：国内外研究理论、研究方法、进展情况、存在问题、参考依据等）1 国内外的常见研究方法、理论、特点 目前对制革废水处理中常用主体工艺是好氧生物处理技术，主要采用的方法有：1)氧化沟法(OD) 氧化沟法是五十年代由荷兰工程师发明的一种新型活性污泥法，其曝气池呈封闭的沟渠形，废水和活性污泥的混合液在曝气渠道中不断循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称“循环曝气法”8。氧化沟采用的水力停留时间长达10-40小时，污泥龄一般大于10天，有机负荷低，仅为0.05-0.15kgBOD/(kgVSSd)，悬浮状有机物在氧化沟内可以被彻底的降解，因而它实质上相当于延时曝气活性污泥法。六十年代以来，氧化沟技术在欧洲、北美、南非、澳大利亚等地得到了迅速的推广与应用，工艺上和构造上也有了很大的发展和改进。我国近年来在氧化沟处理技术的研究和应用方面也迅速发展，目前，该技术已被广泛用于城市污水，石油化工废水、造纸废水、印染废水、制革废水等工业废水处理之中9-11。2)间歇式活性污泥法(SBR) SBR是序批式间歇活性污泥法的简称。它是近年来在国内外被引起广泛重视和研究日趋增多的一种污水生物处理新技术。废水在同一反应池内按时间顺序实现进水、曝气、沉淀、排水、闲置五个阶段。与传统活性污泥法相比，SBR构筑物简单，不设二沉池，无污泥回流，操作灵活，曝气时间和曝气量可调，不易产生污泥膨胀，SBR是完全混合式曝气。具有调节水质和水量的功能。近年来，SBR法处理制革废水逐渐被应用和推广12。3) 吸附生物降解法(AB法) AB工艺是吸附生物降解(Adsorption-Biodegradation)工艺的简称，是联邦德国亚深大学B.Bohnke教授于70年代中期所发明，80年代初开始应用于工程实践，属超高负荷活性污泥法13。由A段-吸附絮凝池和B段-生物氧化两个曝气池串联而成。两段有各自的沉淀池和独立的污泥回流系统。A段为吸附段，该段曝气池有机负荷高，停留时间短，在缺氧(兼氧)环境下工作；B段为生物氧化段，B段曝气池在低负荷下运行。AB法与传统的生物处理法相比，在去除效率、运行稳定性、工程投资和运行费用方面均具有明显的优势。近年来被广泛应用于城市污水处理和工业废水处理中 14 15。4)生物接触氧化法 生物接触氧化法目前在制革废水处理工艺得到较多的应用1617,它是生物滤池(生物膜法)和活性污泥法的结合产物。与活性污泥法不同的是生物接触氧化法在氧化池中，大部分微生物附着在固体填料表面上，形成两种悬浮一附着微生物共生的形态。生物接触氧化法用于较高工业废水处理中，一般采用两段处理流程，两段法流程对于水量、水质的冲击负荷具有很强的耐冲击能力。制革废水由于废水排放的瞬时性和有机污染负荷变化较大，因此采用二段法在第一段氧化池中的微生物遭受毒害时，导致处理能力降低，而对第二段影响较小，出水水质仍保持稳定1819。 近些年来应用于制革废水处理中的一些新工艺包括：1）纳米TiO2光催化氧化法 采用纳米TiO2光催化氧化法处理制革废水。用直接冻黄和表面活性剂配制不同初始COD的模拟制革废水，正交实脸结果显示：初始pH和光照时间是主要的影响因素；确定的适宜工艺条件为：初始pH=6，光照时间6h，催化助剂FeCl3的加入量3.36 mg/L，纳米TiO2加入量100 mg/L，初始COD 144.67 mg/L。采用此工艺条件对实际制革废水进行了处理，处理后出水COD和色度去除率分别达到65.0%和91.4%，且可生化性大大提高。2）人工湿地净化机理 人工湿地是利用基质一微生物一植物一动物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸附和微生物分解，来实现对废水的高效净化，同时通过营养物质和水分的循环，促进绿色植物生长，填料表面和植物根系将由于大量微生物的生长而形成生物膜。废水流经生物膜时，有的污染物被植物根系阻挡截留，有机污染物则通过生物膜的吸附、同化及异化作用而被去除21。湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围环境中依次呈现出好氧、缺氧和厌氧的状态，保证了废水中的氨氮不仅能被植物和微生物作为营养成分而直接吸收，而且还可通过硝化、反硝化作用将其从废水中去除22。最后通过鱼类的食用或栽种植物的收割，而使污染物最终从系统中去除。资料表明：人工湿地对总氮的去除率可达到60%以上，BOD5的去除率在85%以上，COD去除率可达到80%以上23。3）移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor,MBBR) 移动床生物膜反应器是吸收了传统的流化床和生物接触氧化法两者的优点而形成的一种高效污水处理方法。其核心部分是以密度接近于水的悬浮材料直接投加到曝气池中作为微生物的活性载体。它是悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜法相结合的一种工艺24。它不仅集活性污泥法和生物膜法的优点于一身，而且克服了两者的缺点，具有处理能力高、能耗低、不需要反冲洗、水头损失小、不发生堵塞的特点25。4）微波化学污水处理技术 微波化学污水处理技术是水处理领域中一场崭新的革命，是一代具有突破性、创新性、广谱性的水处理技术。微波化学污水处理技术不同于传统的污水处理方法，它通过微波场对吸波物质的选择性加热、低温催化、快速穿透等功能，达到去污除浊杀菌的效果。经微波化学污水处理技术处理后的水，可全部再利用，从而实现污水处理工程的实用、高效、节能、环保、低运行费用。2 存在问题 1）在制革区废水处理站运行期期间，生物氧化池产生了大量泡沫，分析泡沫产生的原因为：制革工艺中使用了大量物质，使得度水中含有较高的表面活性剂，通过曝气作用产生了大量泡沫；废水中蛋白质含量较高，较高的蛋白质含量在生物处理过程中产生了大量的泡沫。浮在水面的大量泡沫既阻碍了生物处理中氧的传递和利用，又随风四处飘散污染环境。为了消除泡沫产生的不良影响，在生物氧化池周边每隔一定距离安装喷头，采用水力消泡方法，利用二沉池出水，对池内泡沫进行喷淋，应会有效地消除了泡沫。2）尽管初沉池内安装了刮吸泥机，但有时因进水悬浮物太高，污泥量大，刮泥机行走不动，有时吸不出泥。针对这一问砚，经分析认为：初沉池污泥主要是由大量皮屑、肉沫、血块等大块悬浮物构成，污泥含水率低，流动性差，排泥周期不能过长。重新制定排泥时间表，可将原来的排泥周期缩短，应会取得了良好的排泥效果，确保了初沉池沉淀效果。参考文献1 张永吉制革技术基础M北京: 北京轻工业山版社，19832 高忠柏，苏超英制革工业废水处理M北京: 化学工业出版社，20033 邹廉制革废水处理工艺设计J给水排水，1997，23(12): 28-314 沈耀良，王宝贞废水生物处理新技术：理论与应用M北京: 中国环境科学出版社， 20015 孙力平污水生物处理新工艺与设计计算实例M北京: 科学出版社，20016 张自杰环境工程手册(水污染防治卷)M北京: 高等教育出版社，19987 陈斌氧化沟在皮革废水处理中的应用J环境工程，1994，12 (3): 8-128 United Nations Environment Programme, Industry and Environment Office. 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