某造纸废水处理工艺设计毕业设计.doc

陕西理工学院毕业设计题 目 某造纸废水处理工艺设计 学生姓名 李延伟 学号 1111044030 所在学院 陕西理工学院化学与环境科学学院 专业班级 环境工程专业1101班 指导教师 刘 瑾 2015年 6 月16日某造纸废水处理工艺设计作者：李延伟（陕西理工学院化学与环境科学学院环境工程专业1101班，陕西 汉中 723000）指导教师：刘瑾摘要本设计是针对3500m3/d的某造纸废水处理工艺设计，进水水质为：COD：1000-2000mg/L，BOD5：200-400mg/L，SS：200-600mg/L，pH：6-9。通过对该造纸厂中段废水的水量的水质等特点的分析，结合该种废水的处理工艺，对厂的环境卫生要求及本工程的具体要求采用卡鲁塞尔氧化沟工艺为核心的处理工艺，本设计使用的污水处理工艺流程为：格栅调节池絮凝沉淀池水解酸化池卡鲁塞尔氧化沟二沉池污泥浓缩池污泥脱水间。其出水水质：COD：66.3mg/L，BOD5：18.4mg/L，SS：15.4mg/L，pH：6-9。达到GB3544-2008造纸工业水污染排放标准的要求排放标准。本设计流程技术成熟、切合实际、运行可靠、操作管理简单、运行费用低、占地面积小。关键词卡鲁塞尔氧化沟；COD；BOD；SSProcess Design of A Papermaking Wastewater TreatmentLi Yanwei(Grade11,Class1,Environment Engineering,College of Chemical & Environment Science,Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723000,Shannxi)Tutor:Liu JinAbstract:The design of a paper wastewater treatment process design for 3500m3/d, the influent water quality is: COD:1000-2000mg/L, BOD5:200-400mg/L, SS:200-600mg/L, pH:6-9. Through the analysis of the content of the paper mill midcourse wastewater quality characteristics, combined with this kind of wastewater treatment process and specific requirements of factory environmental hygiene requirements and the project of the Carrousel oxidation ditch process is the core process, using the design of sewage treatment technological process for grid of regulating tank, flocculation and sedimentation tank, hydrolysis acidification pool Carrousel oxidation ditch, secondary sedimentation tank, sludge thickening tank the sludge dewatering. Its effluent quality: COD:66.3mg/L, BOD5:18.4mg/L, pH:6-9, SS:15.4mg/L. Meet the requirements of the GB3544-2008 paper industry water pollution discharge standards. The design flow technology is mature, practical, reliable operation, simple operation, low operating expenses, small area of area.Keywords:Carrousel oxidation ditch;COD;BOD;SS目录1概述11.1造纸废水的概况11.2造纸工业废水的来源及特点11.3造纸废水的危害11.4造纸工业废水处理常见方法11.4.1物理法11.4.2化学法21.4.3物化与生化处理相结合22设计依据和设计内容42.1设计依据42.2设计内容43 污水处理方案的确定53.1污水水质和污水排放标准53.2处理工艺53.3处理工艺选择63.3.1工艺流程图63.3.2工艺简介63.4所选工艺去除率估算74 主要处理构筑物的设计计算.84.1格栅84.1.1设计说明84.1.2设计依据及参数选择84.1.3设计计算84.2调节池104.2.1调节池设计说明104.2.2设计依据及参数选择114.2.3设计计算114.3絮凝沉淀池124.3.1设计说明124.3.2设计参数124.3.3设计计算124.3.4斜板沉淀池144.4水解酸化池164.4.1设计说明164.4.2设计参数174.4.3设计计算174.5卡鲁塞尔氧化沟174.5.1设计说明174.5.2设计计算184.5.3设备选型204.6二沉池204.6.1设计说明204.6.2设计计算214.7污泥浓缩池224.7.1设计说明224.7.2设计依据及参数234.7.3设计计算234.7.4池体计算234.7.5其他设计参数244.8污泥脱水间245排水管网的设计265.1设计规定265.2水头损失计算275.3污水处理总体布置285.3.1平面布置285.3.2高程布置295.3.3标高计算29总结31致谢33参考文献32附录341概述1.1造纸废水的概况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3.9x109t，并以1%的速率递增。我国为造纸大户，造纸废水的排放量很大。目前，国内有大中小型造纸厂总数万家，年排放废水量达到了40多亿m3，占全国废水的总排放量六分之一，造纸废水中BOD年排放量可达200多万t，占全国排放废水的总BOD的25%1。造纸行业为我国最严重污染环境的行业之一，尽管我国人均的纸产品占有率只是世界平均水平的1/4，但是由于污染的问题严重制约，造纸工业目前很难有大幅度发展。造纸工业的整个生产过程，包括从备料到成纸都要以大量的水为介质，用于输送、洗涤和冷却设备等用途。我国造纸工业平均单位产品的耗水量要比发达国家的高出1倍以上，污染物排放负荷很高，COD、BOD、SS、色度都非常高2。1.2造纸工业废水的来源及特点造纸废水的主要来源有：制成浆料、中段水、纸机白水3。造纸产生的废水中含有大量有机污染物和有毒有害的物质，是一种危害性很大的工业废水，为此，世界各国都在致力研究解决造纸废水的污染问题。造纸工艺在制浆部分除渣、洗浆、漂洗等过程中，会产生大量洗涤废水。根据废纸的来源和生产工艺差别，洗涤废水的特征有所不同，其污染物的含量大概为：COD：6002400 mg/L，BOD5：125585mg/L，SS：6502400mg/L，色度：450900倍，外观为黑灰色4。洗涤废水量100200t/t；与通常抄纸工艺相同，在造纸的抄纸部分，也会产生含有纤维、填料与化学药品的“白水”。因此，造纸废水主要来源于制浆部分的洗涤废水。该废水不但SS含量高、色度重，还含有大量成分十分复杂的COD物质。这些COD物质由可溶性浆料、化学添加剂和不溶的纤维素等有机物组成。在可溶性COD的成分中，基本上由分子量小于1000的低分子量成分（如：造纸浆料中的可溶物）和分子量高达10万以上的高分子量成分（如：化学药品、树脂等）组成，分子量居中的成分非常少。1.3造纸废水的危害造纸工业的能耗和物耗高，对环境污染严重，其特性是废水的排放量大，其中COD、BOD、SS含量很高，色度重。造纸废水若不经过有效处理直接排入自然界水体之中，废水中的有机物经过发酵、氧化、分解，会大量消耗水体中的溶解氧，使水生生物缺氧致死；一些细小纤维悬浮在水中，会阻塞鱼鳃，还能导致鱼类死亡；废水中的各种碎渣沉入水底，会淤塞河床，在缓慢的发酵中，能不断的产生毒气、臭气；废水中还存在些不易发酵、分解的物质，悬浮在水体中，吸收光线，阻碍水生植物进行光合作用；此外，废水中也会带有致癌、致畸、致突变的有毒有害物，已报道的有机氯代物有300多种。总而言之，造纸废水不但破坏了人类赖以生存的环境和生态平衡5，而且也威胁到造纸工业自身的发展。为此，开发造纸废水新的技术，提高造纸废水的处理效果，降低其处理成本，改善生态环境，解决好造纸行业的污染问题，不仅关系到造纸工业自身的生存与发展，而且也关系到人们生存的环境质量的改善6。目前，国内很多大型造纸企业都各自建有自己的废水处理系统，但是还会出现不经处理直接排放或是未达标排放的行为，某些小型造纸厂根本没有废水处理的设备，将造纸废水直接排入周边河流，给周围的环境造成了严重的影响。因此要实现造纸行业的可持续发展，必须全面解决造纸行业的废水处理问题。1.4造纸工业废水处理常见方法造纸废水的普通处理方法包括：物理法、化学法和物化与生物相结合的方法 7：1.4.1物理法物理法是指用机械、物理的方法去除废水中难溶的、不溶解的、粒径较大的污染物，包括用格栅、筛网、微滤机、滤床机械过滤、澄清(沉淀)等方法。过滤通常是用细筛网或微滤机，但是由于机械负荷较大，可能会导致堵塞，因此，要慎重考虑清污操作。由于过滤不能去除油墨、溶解性物质和过于细小的悬浮颗粒，所以只可以作为预处理方法。目前国内造纸企业较多采用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，与过滤机相比大大节省了动力消耗，而且投资少，其网目一般取60100目，目前大多数中小型造纸企业已经使用了斜筛过滤。过去，使用斜筛过滤，主要是为了收集废水中的细小纤维，而现在则加入了净化废水的观念。斜筛面积的增大，也有利于废水中悬浮颗粒的去除。1.4.2化学法化学法是指利用各种化学反应使水中的污染物形态发生变化从而去除废水中的溶解物质或一些胶体。常见的有中和、沉淀、氧化还原、催化氧化、高级氧化、微电解、电解絮凝等方法。高级氧化法高级氧化法概念是Glaze等首次提出的，泛指氧化过程中有大量OH自由基参与的化学氧化过程，含有光催化、湿式催化、超临界水、电催化等氧化法，可以分为均相反应过程与非均相反应过程两大类。最典型特点是：使用范围广、处理效率高、反应速度快、二次污染小、可回收很多用物质。氧化目前，被广大研究者普遍接受的Fenton氧化反应原理是由C.Walling在1975年提出的。此后许多年，该原理得到不断发展。在C.Walling提出的原理中，其最重要的反应是有机物质的氧化，氧化剂是OH。OH是一种氧化能力很强的氧化剂。铁碳微电解微电解工艺是基于金属材料(铁、铝等)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(包括宏观电池与微观电池，微观电池是由于铁屑本身的以极小颗粒状态分布的碳化铁及一些杂质的化学电位高于纯铁而引起，而宏观电池则是铁屑中加入宏观阴极材料如石墨、焦炭、活性碳、煤块等使铁、碳材料直接接触而形成，相当于在铁屑受微电池腐蚀的基础上，进一步强化了腐蚀或微电解作用)，金属阳极被腐蚀而消耗，同时电化学腐蚀又引发了一系列连带协同作用，故铁碳微电解法是絮凝、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。臭氧氧化有机物的臭氧氧化机理有两种：直接反应和间接反应。不同的反应途径会产生不同的产物，反应动力学也不一样。分子臭氧的反应是有选择性的，主要局限于不饱和芳香化合物、不饱和脂肪族化合物及一些特殊官能团上。臭氧和许多水溶液组分，THM、不活泼的芳香族，如氯苯，反应缓慢。臭氧与某些带供电子基的芳香族化合物反应就会快得多了，比如带有羟基的酚类。通常情况下，臭氧跟电离和离解的有机化合物反应比没有解离的化合物快的多。与同样的取代基反应烯烃比芳香族化合物更容易些。电化学方法废水净化的电化学方法其实质是直接或间接地利用电解作用，把水中的污染物去除，或把有毒物质转化为无毒、低毒物质。主要通过电解金属阳极M(如Fe电极)，使之以金属离子Mn+的形式溶解在待处理的废水中，在一定的pH条件下形成氢氧絮凝物M(OH)n，M(OH)n吸附和絮凝废水中的污染物后，被附着在絮凝物上的氢气(从阴极析出)推浮到液面上，达到从废水中去除污染物的目的。1.4.3物化与生化处理相结合对于造纸废水排放量较低且含COD较高的大中型废纸造纸企业，通过利用单级气浮或沉淀的物化方法达到国家一级排放标准有很大的难度，因为可溶性COD、BOD5主要是通过生化法才能有效去除。一般，当执行COD100mg/L的排放标准时，原水COD浓度不宜超过600800mg/L；当执行COD150mg/L的排放标准时，原COD浓度不宜超过8001000mg/L。因此，在原水SS和COD浓度较高时，应在一级物化处理之后接生化方法处理，使处理出水最终达到国家排放标准的要求。物化加生化处理方法的典型工艺流程如下：废水筛网调节沉淀或气浮A/O或接触氧化二沉池排放。缺氧好氧处理工艺，通过缺氧段的微生物选择对有机物进行吸附，吸附在微生物体的有机物在好氧段被氧化分解。因此A段停留时间短，约在4060min。由于缺氧段微生物的选择和对有机物的吸附，能有效地抑制好氧段丝状细菌的生长，控制污泥膨胀。当废水经混凝沉淀处理后，缺氧好氧工艺的有机负荷为0.6kgCOD/(kgMLSSd)时，其COD的去除率可达90.0%左右。生物接触氧化法挂膜快、无污泥回流系统、无污泥膨胀危害、日常运行管理容易，在中小型有机废水处理系统中应用较多。在相同条件下，接触氧化法处理效果不如活性污泥法，但在二沉池需要更低的表面负荷，而且填料的定期更换问题也应引起重视。2设计依据和设计内容2.1设计依据水处理设备制造技术条件（JB2932-86）；水污染控制工程上下册 （高等教育出版社）；水处理工程设计计算（中国建筑工业出版社）；环境工程专业毕业设计指南（化学工业出版社）；环境保护设备选用手册水处理设备（化学工业出版社）；制浆造纸工业水污染物排放标准（GB3544-2008）；制浆造纸废水治理工程技术规范试行。2.2设计内容污水处理工艺设计说明；污水处理系统中构筑物的设计参数；设备的选型；平面布置图和工艺流程图；高程计算布置。3污水处理工艺方案的确定造纸废水需要处理的主要污染物包含COD、BOD、SS，而COD、BOD、SS主要是纤维在生产过程中分解而产生的，在废纸制浆造纸工艺中更能突显。废水中的悬浮物主要是长纤维、短纤维、填料及少量的杂细胞组成。根据废纸制浆造纸废水这一特点，以及污水排放标准，本厂废水处理方案确定为格栅过滤物化预处理生化法污泥处理。处理工艺中主要采用物化与生化处理相结合的方法，针对废水水质及回用水质要求，对废水进行分级处理。3.1污水水质和污水排放标准本设计中造纸厂处理量Q=3500m3/d，进水水质如表3.1：表3.1 进水水质项目pHCOD（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）进水浓度6910002000200400200600本设计废水处理后出水水质应满足制浆造纸工业水污染排放标准（GB3544-2008）中废纸制浆和造纸企业的标准。具体指标如表3.2：表3.2 出水水质指标项目pHCOD(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)出水浓度6.09.09020303.2处理工艺目前国内外，中小型造纸厂废水处理的生物工艺主要有：推流式活性污泥法、上流式厌氧污泥床工艺、卡鲁塞尔氧化沟、厌氧折流板反应器工艺、SBR法（序批式活性污泥法）。废水的生物处理工艺的特点和比较如表3.3：表3.3 典型工艺比较处理工艺优点缺点适用范围推流式活性污泥法曝气池废水浓度存在梯度，降解推动力大，效率高。会出现池首曝气不足，池尾曝气过量的现象，增加动力费用。工业废水处理卡鲁塞尔氧化沟城市污水时不需要预沉池；污泥稳定，不需消化池可直接干化；工艺极为稳定可靠；工艺控制十分简单；系统性能显示，在高效去除BOD和COD的同时还有脱氮除磷的功效；占地面积很小；工程造价低。在处理某些工业废水时尚需预处理。城市及中小型企业废水处理SBR运行管理简单，造价低，耐冲击负荷，出水好，可抑制活性污泥丝状菌膨胀，可以脱氮除磷。自动化控制要求高；后处理设备要求大；由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决。适用各种废水上流式厌氧污泥床工艺泥床工艺设备简单，运行方便，不用设沉淀池和污泥回流装置，不需要充填填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题。合理的选用能使进料均匀分布在消化器底部的布水器；对水质和负荷突变比较敏感，耐冲击能力差；污泥床内有短流现象，影响处理能力。处理含甲醇废水厌氧折流板反应器工艺ABR反应器水力条件优良；截留生物固体能力强；能在高负荷条件下,取得高的处理效果。目前，不利于应用和推广在实际中；在很多方面的研究，还需要进行加强8910。处理制药废水3.3处理工艺选择考虑该设计污水水量大、污染程度高，同时B/C约在0.20.5，可生物降解性较差。为了达到较好的生物处理效果，一般采用卡鲁塞尔氧化沟工艺去处理污水，从而达到处理目的。因为本设计属于中小型的造纸工业废水处理系统，对于上述处理方法从经济、技术等方面做一个分析，以采用合理的工艺方法通过技术、经济等比较，并考虑污水性质，水里含有大量的木素、半纤维素、糖类及其他溶出物（残碱、无机盐、挥发酸、氨氮等）等，这些物质不易生物处理，比较生物接触氧化化学絮凝法与卡鲁塞尔氧化沟工艺，本设计采用卡鲁塞尔氧化沟工艺较为合适，以生物接触氧化化学絮凝法工艺为框架，以卡鲁塞尔氧化沟为主体处理造纸废水。3.3.1工艺流程图针对该项造纸废水的水质特点及本设计中所选排放标准，本设计处理工艺分为预处理、物化处理、生化处理、深度处理及污泥处理五部分。本设计的工艺流程见图3.1： 图3.1 工艺流程图3.3.2工艺简介预处理工艺废水经过集水池提升至格栅，去除废水中粒径大的悬浮物与漂浮物，保证管道、阀门及泵的通畅无阻，回收大纤维物质，减轻后续处理设施的工作负荷。截留的纤维经收集后还可回用在生产中。物化处理工艺经过预处理后的废水进入絮凝沉淀池，通过加入混凝剂（本设计中使用的混凝剂是聚合氯化铝）可以高效的去除污水中悬浮固体，同时去除部分呈悬浮状态的有机物，从而减轻后续生化处理构筑物的有机负荷。生化处理工艺物化处理后的废水，进入生化处理阶段，在适宜的环境条件下，利用微生物的新陈代谢（异化）和合成代谢（同化），对废水中的大部分有机物和部分无机物进行处理。大量去除废水中COD和BOD。深度处理工艺经卡鲁塞尔氧化沟处理后的出水进入二沉池，分离悬浮生长生物处理工艺中的活性污泥，使处理后的出水得以澄清。污泥处理工艺将来自絮凝沉淀池和二沉池的污泥进行浓缩，使泥水分离，上清液过滤后回用于生产。沉淀池污泥部分回流至水解酸化池和好氧池，剩余污泥与物化污泥混合后再输送到污泥压滤脱水系统进一步处理。系统产生的物化污泥及剩余生化污泥首先进入污泥储池，再泵送入污泥浓缩脱水系统，干泥定期外运。3.4所选工艺去除率估算如表3.4表3.4 各单元处理效果预测表处理单元项目PHCOD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)原水691200400600格栅去除率690%0%0%出水浓度1200400600调节池去除率6910%10%20%出水浓度1080368480絮凝沉淀池去除率6940%30%70%出水浓度648257.6144水解酸化池去除率6950%50%0%出水浓度324128.8144卡鲁塞尔氧化沟去除率6978%85%89%出水浓度71.2819.3215.84二沉池去除率697%5%3%出水浓度66.318.415.4要求目标出水浓度699020v时颗粒开始下沉，u=v时颗粒悬浮污水中，uv时颗粒随污水流出。上升至