【化工类实验室废水处理工艺设计6700字（论文）】

化工类实验室废水处理工艺设计目录TOC\o"1-2"\h\u1482化工类实验室废水处理工艺设计 111465引言 227891工艺的选择与设计 2283471.1一般物化法[3] 288101.2电化学技术[3] 373571.3多级离子交换技术[3] 353311.4吸附处理技术[3] 3168501.5Fenton氧化法 4234902设计任务书 4187102.1设计题目 4137912.2设计数据 4242302.3出水水质及标准 4119312.4工艺说明 6227343核心设备计算 6248743.1化学沉淀池设计计算 6296073.2中和沉淀池设计计算 7143863.3调节池设计计算 8149743.4Fenton氧化池设计计算 8143323.5混凝沉淀池设计计算 955803.6活性炭吸附罐设计计算 1138873.8管道设计计算 12270074设备选型 13190334.1设备选用原则 1320187(1)合理性,设备的设计一定是有益于工艺运作的，要能够和工艺流程、现场环境相互匹配，尽量做到合理选型。 13104544.2化学沉淀池通用设备 1336634.3中和沉淀池通用设备 14178774.3调节池通用设备 14248054.4Fenton氧化池通用设备 1478094.5混凝沉淀池通用设备 15323104.6活性炭吸附罐通用设备 1517055结论 1525359参考文献 16摘要：本设计为处理100m3/d的化工类实验室废水处理工艺设计，设计采用“实验室废液分类预处理+Fenton氧化+混凝沉淀+活性炭吸附”综合处理工艺，首先利用化学沉淀法预处理含金属离子废液，同时酸碱废液在中和沉淀池进行自然中和，经预处理后与有机废液和综合废水统一排入调节池中并调节pH值，再经过Fenton氧化处理容易被降解的有机物，出水采用混凝沉淀法除去水中的漂浮物，最后使用活性炭吸附确保排除废水达到排放标准，并绘出工艺流程图和核心设备图。关键词：实验室废水；处理工艺；Fenton氧化；混凝沉淀法引言随着高校的大幅扩招与学生人数的激增，高校化工类及相关专业实验室规模在日益骤增。我国经济的高速发展带动科研规模进一步扩大，致使实验室废水排放量及排放的污染物种类日益增多。很多实验室对废水不加任何处理就排入下水道。实验废水的成分相当复杂，含有较多的酸、碱、氰化物、六价铬、砷化物、酚、苯、甲苯、二甲苯等有毒有害的物质，有的甚至是剧毒物质，直接排放会对人们的身体健康和环境造成严重污染。随着人们对生活环境的要求越来越高，环保意识也越来越强，逐渐认识到实验室废水的严重危害性[1-4]。为此，国家环保总局发出通知，要求自2005年元月l日起，对科研、监测、试验等实验室、化验室、试验场按照污染源进行管理，纳入环境监管范围。实验室废水的源头控制能减少部分废水的产生，如实现实验室废水污染控制还需研究有效的实验废水处理工艺。高校实验室废水是高浓度、高毒性、难降解废水，但目前的处理方法多为对低毒性，低浓度实验室综合废水研究，而对高浓度实验室危险废液研究较少，因此对化学化工类实验室废水处理的工艺设计成了有效防治环境污染的直接方法。1工艺的选择与设计1.1一般物化法[3]物化法在运用中较为常见，如混凝、超滤吸附处理、活性炭吸附等通过物理化学作用对SS（指混合液中活性污泥浓度）、COD（化学需氧量）、色度、重金属等污染物有较好去除效果。在有关实验室混合废水的研究中，物化法由于其操作简单、运行可靠而被广泛运用于实际运用中。混凝沉淀处理废水技术是指向废水中投放混凝剂，使其中的胶体和细微悬浮物脱稳，并聚集为数百微米以至数毫米的矾花，进而通过重力沉降或其他固液分离手段处理废水。混凝沉淀可以去除废水中的呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物，还可以有效去除能够导致水体富营养化的氮和磷等。超滤吸附处理法，超滤是一种利用膜分离技术的筛分过程，膜表面上密布的许多微孔只允许水分子、有益矿物质和微量元素透过，细菌、铁锈、胶体、泥沙、悬浮物、大分子有机物等有害物质则被截留在超滤膜进行冲洗时排出。超滤吸附处理技术在实验室废水处理中操作压力低，能耗小，不存在二次污染且出水效果佳。使用超滤膜处理废水能够提高水质。活性炭吸附法是利用活性炭的吸附作用和还原作用来处理重金属离子废水，如可处理含铬废水、含氰废水、含镉废水等。1.2电化学技术[3]电化学处理技术有电凝聚、电气浮、电化学氧化还原等。而它去除废水中污染物机理可分为三种降解机理，直接氧化—还原、间接催化氧化、间接微电解。主要应用在废水处理中的重金属回收和去除、饮用水的消毒、难降解的有机废水处理与其他方法的有效联合使用。1.3多级离子交换技术[3]溶液中的离子与某种离子交换剂上的离子进行交换称为离子交换，它是借助稀溶液中离子与固体离子交换剂中的离子进行交换来提取或者去除溶液中某些离子。实验室经常使用离子交换技术来处理含金属离子浓度比较高并且污染物较单一的实验室废水。但实验室废水成分复杂并且含有许多种金属离子，这时我们就要用到多级离子交换技术。1.4吸附处理技术[3]吸附处理技术可有效去除水中的异味，将水中较大的芳香族化合物、卤代烃、有机物分子牢牢地吸附在吸附剂的空隙中和表面，其成本低、处理效果也好。常用的吸附剂有活性炭，虽然活性炭对酚类、硫化物及重金属离子的去除率好，但其费用高，再生率也低。根据相关资料发现，我国是煤炭生产和使用大国，长期的使用造成大量的粉煤灰堆积，而粉煤灰具有多孔和比表面大的特性，其含有的未燃碳和金属氧化物具备一定活性，能够对很多废水产生物理吸附、化学吸附及絮凝沉淀作用。通过以上方法介绍，本设计选择使用实验室废液分类预处理、Fenton氧化、混凝沉淀及活性炭吸附综合处理工艺，即首先使用化学沉淀法预处理含金属离子废液，同时让酸碱废液自然中和，经预处理后与有机废液和实验室用于清洗的综合废水统一排入调节池中，然后调节其水质水量，再经过Fenton氧化处理容易被降解的有机物，采用混凝沉淀法除去水中的漂浮物，最后使用活性炭吸附确保排出废水达到排放标准。1.5Fenton氧化法Fenton试剂法是一种新兴的废水处理方法，研究表明了Fenton试剂具有很强的氧化能力,处理的有机废水范围广，效果明显。Fenton试剂氧化法作为一种高级氧化法日益受到重视。Fenton试剂在废水处理中的应用可分为两方面，一是单独作为一种处理方法氧化有机废水；二是与其他方法联用，如与化学沉淀法、吸附法、生物法等联用。在与其他方法联用时,Fenton试剂用于废水的预处理或最终深度处理，用少量Fenton试剂对工业废水进行预处理，使废水中的难降解有毒性的有机物发生部分氧化，改变它们的可生化性、溶解性和混凝性能，有利于后续处理。另外，一些工业废水经前期处理后,水中仍残留少量难降解有机物,此时,如水质不能满足排放要求,可采用Fenton试剂法对其进行深度处理[4]。2设计任务书2.1设计题目处理100m3/d化工类实验室废水工艺设计2.2设计数据酸碱无机废液流量：20m3/d重金属废液流量：20m3/d有机废液流量：40m3/d废水流量：2m3/d实验室日工作时间：10h本设计最大设计流量：100m3/d2.3出水水质及标准根据调研结果，化工类实验室废水水质情况大致由表1所示：有机废液主要有：油脂类、含卤素类有机溶剂类、乙醇、苯酚等有机污染物；重金属废液有含汞废液、含六价铬废液、含铜废液；酸碱无机废液主要含有硝酸、氯酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙；而综合废水主要污染物有悬浮物、色度等。表1化工类实验室废水污染物调查表有机废液重金属废液酸碱无机废液综合废水甲苯、苯酚Cr6+硝酸、氯酸SS乙醇、丙酮Hg+、Cu2+硫酸COD二甲苯、油脂氢氧化钠BOD5氢氧化钾氢氧化钙经过处理之后的实验室废水水质要求达到《中华人民共和国污水综合排放标准》，而化工类实验室废水污染物成分较为复杂，实验室废水排放标准如下表：表2实验室废水排放标准序号污染物最高允许排放浓度mg/L1总铬1.52总汞0.053六价铬0.54色度505铜、锌1.06SS2007pH6-98COD3002.4工艺说明图1工艺流程框图将实验室废液先进行分类预处理，即金属废液经过沉淀池进行化学沉淀，酸碱无机废液则进入中和池在不加试剂的情况下让其自然中和，然后沉淀分离。这两类废液经过预处理后，进入调节池。有机废水直接排入调节池，与此同时，用于实验室器材洗涤及冷却的实验室综合废水也进入调节池中。调节池在收集这几类废水后，调节其水质水量，通过废水计量泵泵入Fenton氧化池中发生Fenton化学反应，反应之后出水自流入混凝沉淀池中，通过调节pH值使其处在絮凝剂最佳沉降范围。沉淀池上清液出水进入活性炭吸附罐中，对废水处理进行最后一项把关。3核心设备计算3.1化学沉淀池设计计算用于实验室重金属废液的预处理，采用平流式沉淀池将金属废液进行化学沉淀。金属废液流量m3/d=0.0023m3/d取沉淀区有效水深h：m沉淀区总面积A：m沉淀区有效容积V1：m设水平流速mm/s，则沉淀区长度为m沉淀区总宽度为m污泥区容积设每人每日的污泥量为，污泥含水率为96%，污泥密度为，排泥间隔为。则每人每日生产污泥量为m泥斗深度为m沉淀池总高度取超高m缓冲层高度为m0.3+2.25+0.5+4.85=7.9m3.2中和沉淀池设计计算根据设计要求需要中和沉淀池，酸碱无机废液在不投加任何试剂的情况下让其自然中和。酸碱无机废液流量Q=20m3/d=0.84m3/d中和时间设计t=20min安全超高取h1=0.3m有效水深取h2=2.5m有效容积Vm3设计中和沉淀池m3中和沉淀池总高度Hm3.3调节池设计计算根据设计要求所需要的调节池，将实验室综合废水和各类实验室预处理出水混合在一起，调节其水质水量，方便下一步工艺处理。根据其水质水量变化，本设计的调节池水力停留时间取8h（取4-12h）之间，为以后的工艺流程提供更有利的条件，取pH值范围在3到5之间。废水流量调节池有效容积式中，Q——废水流量（m3/h）T——调节池水力停留时间（h）由式可得4.17×8=33.36m3有效水深为m，则截面积为：m3安全超高0.2m，则此调节池设计尺寸为长*宽*高=8.5m×4m×1.2m3.4Fenton氧化池设计计算经调节池处理过后的混合废水进入Fenton氧化池中进行氧化处理，将废水中难以被生物降解的成分降解到较低水平，便于后续处理。设计氧化池水力停留时间为h，进水水质pH=3~5。式中，——废水流量（）——Fenton氧化池水力停留时间由上式可得，m3设氧化池有效水深m，安全超高m氧化池截面积为——氧化池有效体积——氧化池有效水深由上式可得，m，取m，则Fenton氧化池的尺寸为L*B*H=4.0m×1.0m×2.5m3.5混凝沉淀池设计计算废水流量m3/d取表面负荷，沉淀池数为混凝池水面面积——废水流量——沉淀池池数（个）——设计表面负荷0.91——斜板区面积利用系数则混凝池水面面积m2混凝沉淀池平面尺寸m混凝沉淀池平取2.6米污泥区容积水力停留时间t=4h污泥停留时间T=24h进水水质的悬浮物浓度t/m3出水水质的悬浮物浓度t/m3污泥含水率为96%污泥密度g/Lm3污泥区容积在混凝沉淀池底部设一个集泥斗，它的上方面积边长为m取下方面积边长为m，斜坡度为60度。可求得m取1.75米污泥斗的体积为5.1立方米由于大于,可以满足储存污泥的条件。混凝沉淀池总高度沉淀池安全超高沉淀池有效水深m沉淀池缓冲层m则沉淀池总高度为m3.6活性炭吸附罐设计计算活性炭表面具有许多细小空隙，表面积很大，不仅具有很强的化学吸附和物理吸附功能，还有解毒功能。据研究，活性炭可以吸附废水中绝大多数污染物，常用于污水处理。本设计采用活性炭吸附法对实验室废水处理工艺作为最后一项把关，确保处理之后的实验室废水能够达标排放。但随着时间的推移，活性炭的吸附能力不同程度将会降低，吸附效果下降。因此，需要定期清洗或更换活性炭。废水流量m3/d过滤速度m/h停留时间h炭层密度t/m3活性炭吸附罐面积m3活性炭吸附罐直径取m活性炭高度=0.9×0.5=0.45m活性炭层容度积=4.63×0.45=2.1m3罐体所需活性炭质量=0.45×2.1=0.95t承托层高度取炭层高度四分之一，则m罐底到地面高度m膨胀率则设备高度为m3.8管道设计计算各个设备之间利用重力作用产生的水势去排水，管道之间管长取2.0m,取水流速度为,所需管径为d。其中：Q——设计秒流量（m/s）v——设计管内流速（m/s）则化学沉淀池到调节池管道直径d1m得d1=100mm,同理可得：中和沉淀池到调节池管道直径d2=100mm综合处理阶段管道直径d3m取d3=250mm4设备选型4.1设备选用原则(1)合理性,设备的设计一定是有益于工艺运作的，要能够和工艺流程、现场环境相互匹配，尽量做到合理选型。(2)先进性,设备的选型应该考虑到工艺方面的改进措施，能够平衡好工艺的先进、水平。(3)安全性,设备选用易于操作、

方便简洁、危险性小的,考虑到工作人员的人身安全,还要注意设备的质量是否可靠。(4)经济性,选型时要考虑到设备本身的实际成本、运行成本和维修养护的成本，做到经济性购置。但是不能片面地考虑设备的购置费用，而应该全面考虑设备的生命周期费用，即从购置费用、运行费用、维修费用、管理费用直至最终的拆除费用等做全面的平衡，在很多情况下，性能优良而价格较昂贵的设备往往比价格便宜而性能差的设备具有更好的经济性。总而言之，要综合考虑以上原则，充分进行对比考虑，选择出适合本设计工艺的通用设备。4.2化学沉淀池通用设备(1)作用向化学沉淀池中的重金属废液中投加药剂，通过化学反应使呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的化合物沉淀而出去。(2)设计参数设计处理金属废液流量：20m3/d设计化学沉淀池尺寸：沉淀池总面积A=0.552m3,总高度m材质：碳钢喷砂，内壁防锈底漆一道、环氧煤沥青一道、外壁防锈底漆一道、面漆一道、面漆一道(3)配套设备布水机构、水位调节装置、出水堰4.3中和沉淀池通用设备(1)作用酸碱无机废液在中和沉淀池中进行自然中和，形成沉淀物，除去废水中过量的酸碱，使pH达到中性。(2)设计参数设计处理无机酸碱废液流量：20m3/d设计中和沉淀池尺寸：中和沉淀池总面积m2，高度m材质：碳钢喷砂，内壁防锈底漆一道、环氧煤沥青一道、外壁防锈底漆一道、面漆一道。(3)配套设备布水机构、水位调节装置、出水堰4.3调节池通用设备(1)作用调节池将来自实验室综合废水和各类实验室预处理出水混合在一起，调节其水质水量。为方便下一步工艺处理，根据其水质水量变化，调节合适的pH。(2)设计参数设计处理废水量：m3/d设计调节池尺寸：8.5m4.0m1.2m材质：玻璃钢，壁厚不得小于mm(3)配套设备搅拌器一个、pH调节仪一个4.4Fenton氧化池通用设备(1)作用Fenton氧化池可以氧化废水中绝大部分有机分子和有毒有害物质，且不需要高温高压。(2)设计参数设计处理水量：设计氧化池尺寸：4.0m1.0m2.5m材质：碳钢制，壁厚不得小于mm(3)配套设备离心泵一台、污水计量仪一台4.5混凝沉淀池通用设备(1)作用混凝沉淀法一种常用的高效物化法水处理技术，可有效去除废水中COD、SS、重金属离子等，对Fenton氧化出水进行混凝沉淀处理，在混凝剂的作用下产生一系列物化反应。(2)设计参数设计处理废水量：m3/d设计混凝沉淀池总高：m泥斗体积：m3材质：玻璃钢，壁厚不小于mm(3)配套设备沉淀池搅拌机6台、pH计1个、三相异步电动机2台、自吸排污泵2台4.6活性炭吸附罐通用设备(1)作用可以吸附之前废水处理中无法去除的余氯，同时还吸附从前级泄露过来的小分子有机物等污染性物质，对水中异味、胶体及色素、重金属离子、COD等有较明显的吸附去除作用。(2)设计参数设计废水处理量：m3/d设计罐体尺寸：m5m罐体材质：碳钢制，壁厚不小于mm(3)配套设备管道离心泵1台5结论大多数化工类实验室废水的成分相当复杂，含有较多的酸、碱、氰化物、酚、苯、甲苯、等有毒有害的物质，有的甚至是剧毒物质，直接排放会对人们的身体健康和环境造成严重污染。通过本设计得到以下结论：(1)Fenton氧化法+混凝沉淀法是处理实验室废水的一种高效方法，Fenton氧化法作为一种高级氧化技术，常被用来处理可生化性极差的高浓度、高毒性有机废水，且反应条件要求低、反应迅速。混凝沉淀法不仅可以去除废水中的悬浮物，还可以去除废水色度。与Fenton氧化法相结合可以大大减轻Fenton氧化处理阶段的负担，提高COD去除率，减少Fenton试剂的投加量，降低成本。(2)本设计对实验室废水具有很好的处理效果，设计最后使用活性炭吸附罐处理废水中的微量污染物，以达到深度净化的目的。通过设计工艺处理后出水COD，SS色度等各污染物浓度指标达到排放标准。(3)设本计存在许多不足之处，但“实验室废液分类预处理+Fenton氧化+混凝沉淀+活性炭吸附”综合处理工艺，在一定程度上可有效去除实验室废水中的污染物质，具有一定参考价值。参考文献沈晓君,华德尊,李春燕.高校实验室废水处理及污染防治措施研究[J].环境科学与管理,2007,32(10):10