某毛皮加工厂2500m3d废水处理工艺设计

目录1介绍 【摘要】在近几年，经济的快速增长与居民收入水平的显著提升，促使了对皮制品的需求激增，从而推动了制革行业的繁荣发展。然而，众所周知，制革行业是一个污染程度较高的领域，其产生的废水富含有机物质、重金属以及其他有害成分，若未经处理直接排入环境，将对水生系统和土地造成重大的环境污染，进而对生态平衡乃至人类健康产生负面影响。废水处理厂能够有效地将这些有害物质去除，降低对环境的影响，保护生态环境。另外，制革行业有严格的环境保护法规和标准，要求工业企业必须对废水进行处理达到一定的排放标准才能合法运营。设计建造制革废水处理厂可以使企业符合相关法规，避免因环境违法而受到处罚。本设计为一个每日2500 m³的皮革废水处理厂，原废水水质为CODcr≤3200mg/L，BOD5≤2000mg/L，SS≤3200mg/L，Cr6+≤45mg/L，pH值为7-11，色度为320度。经过污水处理设施的处理后，要求出水水质为CODcr≤150mg/L，BOD5≤40mg/L，SS≤80mg/L，Cr6+≤0.2mg/L，pH值为6-9，色度≤50度（GB30486-2013）。由于该厂废水具有有机物和可生物降解性有机物浓度高，悬浮物浓度高，铬污染严重，水体偏碱性，色度深的特点，本设计采用格栅、混凝沉淀池、气浮池去除大量SS，使用调节池调节水体pH并消除铬污染，以上四个构筑物作为预处理；选用UASB和SBR的联合处理去除大部分有机污染物；最后设置Fenton氧化塔，利用Fenton试剂的强氧化性进行深度处理，去除水体的色度的同时，也能消耗水体中一部分有机污染物。参考国内外经典案例后，设计工艺流程如下：格栅——调节池——混凝沉淀池——气浮池——UASB反应器——SBR反应器——Fenton氧化塔，外加剩余污泥处置设施。【关键词】制革废水；UASB；SBR

1介绍制革废水的来源、特点及危害1.1.1制革废水的来源制革是将生皮鞣制成革的过程。近年来，随着经济的迅速发展，人们对毛皮及皮革制品的需求量不断增加，使得毛皮加工行业的规模不断扩大。毛皮加工行业的快速扩张，导致毛皮制革废水的排放量随之增加，并带来了一系列的环境问题。[1]制革工艺过程通常分为准备阶段、鞣制阶段和整饰阶段。湿操作适用于准备阶段和鞣制阶段；干操作适用于整饰阶段。制革废水主要来自于准备阶段和鞣制阶段,整饰阶段产生少量废水。[2]制革工艺在各个工艺阶段中产生的废水不同，详见下表1-1；具体工艺流程见图1-1。表1-1制革主要工序废水污染物情况图1-1制革生产基本工艺流程1.1.2制革废水的特点制革废水作为制革行业最突出的污染之一，其主要特点如下：（1）废水水量大制革行业的耗水量非常大，通常每加工生产一张猪皮约耗水0.3~0.5 t，生产加工一张盐湿牛皮耗水1~1.5 t，生产加工一张羊皮约耗水0.2~0.3t，生产一张水牛皮耗水1.5~2 t[3]。（2）水质水量波动大制革生产过程中，废水是间歇性排出的，而且只在毛皮加工厂工作时间排出。另外，制革生产不同工序的水质差异很大。制革废水最大的特点是：水质水量波动大，水量总变化系数达到2左右，而水质的变化系数更大，达到10左右。[4]（3）污染负荷重制革废水通常呈碱性，COD、BOD、SS、铬的浓度高，污染负荷重的同时，色度深。准备工段进行的脱脂、脱毛等工序使得黏附在动物皮上的碎肉、毛发、油脂等进入废液中，废水中化学需氧量、生化需氧量和悬浮物质浓度高。另外，制革过程中添加的各种助剂应增加了废水的复杂程度，例如，在浸酸和铬鞣工艺中，大量的硫酸和Cr3+进入废水中，使得废水颜色变深。1.1.3制革废水的危害制革废水污染物浓度高，水量大，其中的有机物以及包括重金属、无机硫等有机物如果没有得到充分处理，就直接排放至水体中，经过迁移转化后，会严重威胁水体和土壤环境，最终影响人类的健康。具体危害表现为以下几个方面：[5]（1）皮革废水饱和度大，如果不经加工处理就直接排放，会导致地表水出现颜色异常，危害水体。（2）皮革废水一般呈碱性，未经处理的废水会影响地表水的pH值及植被的生长发育。（3）皮革废水中的悬浮固体含量高，不经加工处理就直接排放，很可能阻塞离心水泵、排水管道、排污沟。此外，有机化合物和植物油脂也会提升地表水的耗氧量，导致水源污染，危害水生生物的存活。（4）含硫废水遇酸易生成H2S气体，含硫淤泥在厌氧发酵情况下也会释放出H2S气体，这种气体对水质及人体的危害巨大。（5）皮革废水中的铬离子主要是以Cr3+的形式存在，尽管Cr3+对身体的危害比Cr6+小，但其可在自然环境或动植物中沉积，长此以往，将会对人体健康造成巨大危害。1.2制革废水处理工艺制革废水主要来源于制革生产准备和鞣制两个过程。[5]制革废水含有重金属、难降解污染物以及高浓度氨氮和高盐度等。[6]根据消除污染物的原理，常见的废水处理方法包括物理、化学、物化和生化处理法。下面介绍物化和生化处理法：1.2.1物化处理法物化处理法，即使用物理、化学处理方法对废水进行处理。在制革废水处理系统中，这两种方法常用于污水预处理环节，为生物处理做准备；或深度处理环节，对生化处理后的废水进行消毒，进一步保障出水水质。常用的物化处理方法有以下几种：[7]（1）混凝沉淀法混凝沉淀法通过加入混凝剂（如铝酸盐或铁酸盐）使水中的微小悬浮颗粒聚集成较大的团块，从而使它们沉降到水中或沉淀到底部。这种方法可以有效去除水中的泥土、泥沙、污泥、悬浮颗粒等。（2）膜分离技术膜分离技术在废水处理中有广泛应用，能够去除废水中的有害物质、重金属离子、油脂等污染物，从而达到净化水质、回收资源的目的。（3）高级氧化法高级氧化法(AdvancedoxidationProcess)[8]，简称AOP，能够显著改善水体的水质，提高水的透明度和清洁度，降低化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、总有机碳（TOC）等指标，使水体达到环境排放标准或再利用要求。1.2.2生物处理法制革废水中含有大量可生物降解性有机物，如脂肪、蛋白质等，可生化性良好，可以使用技术成熟、成本较低、效果良好的生物处理法进行处理。常用的生物处理工艺有以下几种：（1）SBR法SBR工艺，即序批式活性污泥法（SequencingBatchReactor），是一种间歇操作的污水处理技术。SBR工艺的运行流程包括五个主要工序：填充、反应、沉淀、排水和闲置。具体如下：1.填充：污水进入SBR反应器，与反应器内剩余的混合液混合。这个阶段可以根据污水的性质和出水质量要求来调整进水流量和时间。2.反应：在反应阶段，通过鼓风或机械曝气方式进行曝气，以满足好氧微生物的需求，促进有机物的降解和生物反应的进行。这个阶段的时间长度取决于污水中的污染物浓度和所需的处理程度。3.沉淀：停止曝气后，微生物开始沉降，形成污泥床，清水层位于污泥床上方。这个过程使得固体和液体分离，有助于提高出水水质。4.排水：将处理后的清水从反应器中排出，准备下一个处理周期。排水过程中应避免扰动污泥床，以免影响沉淀效果。5.闲置：排水后，反应器进入闲置阶段，等待下一个填充周期的开始。在这个阶段，可以进行维护和监测工作。传统活性污泥法模式比较固定，而SBR法不需要设置沉淀池、回流污泥泵等装置，仅在一个反应池内便可进行各种不同目的的操作，更加灵活。[9]（2）生物膜法生物膜法是一种利用微生物在固定生物膜上附着生长，并利用其降解废水中有机物的废水处理技术。在生物膜法中，废水中的有机物被微生物吸附到固定的载体上，如填料、膜或其他固定支架。微生物在载体表面形成生物膜，并利用其中的微环境和营养物质进行生长和代谢。生物膜中的微生物利用废水中的有机物作为碳源进行生长和代谢，它们通过分解有机物，将其转化为无机物，如二氧化碳和水。这个过程通常涉及到不同种类的微生物，包括厌氧和好氧微生物，以及多种降解途径。与传统活性污泥法相比,生物膜法产泥量少、抗冲击负荷、不存在污泥膨胀,特别适合处理中小型制革厂废水。[10]（3）CASS工艺循环式活性污泥处理系统，简称CASS，是一种以序批式活性污泥法（SBR工艺）为原型改良而成的水处理系统。近几年，该先进工艺已受到国际公认，在生活污水和工业废水处理上得到广泛应用。与SBR工艺相比，CASS池的进水端增设了一个生物选择器，主要目的是培养与驯化絮凝性细菌，可有效避免污泥膨胀，同时对有机污染物起到良好的水解酸化作用；针对制革废水水质水量不均匀的特点，CASS工艺实现了连续进水，间歇排水的循环过程，灵活的容积调动能有效地提高处理系统的抗冲击效果。[11]（4）厌氧生物处理厌氧生物处理可以有效降解有机废水中的有机物，包括蛋白质、脂肪、碳水化合物等。在缺氧环境下，厌氧微生物通过发酵和厌氧呼吸等代谢途径，将有机废水中的复杂有机物分解为较简单的有机酸、气体和其他代谢产物，对高浓度和难以生物降解有机废水的处理效果优秀。UASB（升流式厌氧污泥床）能够去除传统好氧生物处理方法难以降解的有机污染物，并且能够回收沼气，产生一定的经济效益，但也存在出水含硫量较高的问题。2设计方案及工艺流程2.1设计方案2.1.1进出水水质分析本项目所处理的废水，设计处理水量为2500m³/d，进水水质和排放标准如下表2-1所示。表2-1进水水质和出水排放标准类别CODCr（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）Cr6+（mg/L）pH色度（度）进水水质≤3200≤2000≤3200≤457-11320排放标准≤150≤40≤80≤0.26-9≤50根据上表，待处理废水属于典型的制革废水，含有大量的六价铬，有机污染物和可生物降解性有机污染物浓度高，BOD5与COD之比为0.625。原水水体呈碱性，其中的Cr6+能稳定存在，且由于Cr6+的存在，色度较高。此外，该废水的悬浮物质浓度较高。2.1.2设计原则（1）设计选择的处理工艺流程必须符合相应的环保法规和标准，确保出水水质稳定且满足GB30486-2013规定的指标。（2）根据制革废水的特性，选择合适的处理工艺。通过综合运用多种工艺如物理处理、化学处理、生物处理等方法，以达到最理想的效果。（3）设计应考虑废水处理工艺的可持续性，确保选择的工艺流程、构筑物和设备能够长期稳定运行。（4）设计应综合考虑处理经济效益，根据实际情况探究设计方案的可行性，尽量降低投资和运营成本，提高废水处理的经济性。2.1.3设计思路考虑到制革废水的水质，设计工艺的思路主要从以下几方面进行考虑：（1）水质不均匀制革生产过程中，废水是间歇性排出的，而且只在毛皮加工厂工作时间排出。另外，制革生产不同工序的水质差异很大，脱脂工序的废水含有大量的脂肪等有机物和悬浮物质，而铬鞣工序则会造成严重的废水铬污染。综上，进入废水处理厂水量在不同时间段的差异很大，污染程度也不尽相同。因此，为了稳定水质，减轻后续工艺的处理压力，在预处理阶段必须设计调节池。（2）可生化性良好该厂的制革废水中BOD5/COD=0.625，可生化性良好。因此，设计可考虑使用成本较低、运行稳定且技术成熟的生化处理法进行处理。（BOD5与COD的比值常常用于衡量可生化性，一般的，BOD5与COD之比＞0.45时，可生化性良好，适宜使用微生物降解）（3）污染负荷高在制革生产的过程中，为了满足不同工艺的要求，需要添加许多不同种类的化学助剂，如表面活性剂、防腐剂、浸水（脱毛）助剂、软化助剂、鞣制助剂、染色助剂等，这些添加剂使得废水中混入了大量难降解的无机和有机污染物。由于该制革废水的可生化性良好，但有机负荷很高，普通活性污泥法无法承受如此高的有机负荷，因此，首先要使用厌氧法大幅降低有机物的浓度，然后才能使用好氧法进行进一步处理。另外，厌氧反应器启动后运行稳定、节能，且可以产生沼气，具有一定的经济效益。综上，该制革废水适合采用“厌氧+好氧”联合工艺进行处理。2.2工艺流程本设计污水处理厂的日处理能力为2500m³/d，处理水量较小，但有机物浓度、SS的浓度高，铬污染严重，废水颜色。针对以上的特点，本设计的工艺流程如下：由于污水处理厂的日处理能力不大，可选用细格栅进行预处理。格栅后设有调节池，用以中和水质和调节水量。制革废水中含有大量的油脂、毛发、肉碎等相对密度低于或高于水的物质，对于肉碎等相对密度高于水的物质，选用混凝沉淀池，投加混凝剂与悬浮物质混凝，经过沉淀后，可以去除大量悬浮物质；对于油脂等相对密度低于水的物质，选用气浮池去除。废水的BOD5/COD=0.625，可生化性良好，无需进行水解酸化，可直接进入二级处理。首先使用UASB反应器消化高浓度的COD，后接SBR反应器，进行好氧处理，进一步降解剩余有机污染物。最后，选用Fenton反应器作为深度处理，快速降解残留有机物的同时，也能降低出水的色度和进行杀菌消毒。本设计拟使用“UASB——SBR——Fenton”工艺，工艺流程如图2-1所示。细格栅细格栅调节池混凝沉淀池气浮池UASB反应塔SBR反应器Fenton反应器出水进水图2-1制革废水处理工艺流程图3工艺设计计算拟设计的污水处理厂处理能力为每日2500m³，则平均流量为Q=0.029m3/s。由于该厂的废水水质不均匀，参考制革废水处理厂经典案例，设流量变化系数KZ=2.0，该制革废水厂的设计峰值流量为Qmax=0.058m3/s。3.1一级处理阶段3.1.1格栅3.1.1.1设计说明功能：通过筛选和分离固体废物中的大颗粒杂物，保护后续处理设备，防止管道堵塞。可以使废水在进入后续处理单元之前更加清洁，有助于提高后续处理单元的处理效率和水质。数量：1座2渠，一用一备，机械清渣。3.1.1.2设计参数本设计格栅设计参数如下表3-1：表3-1格栅相关设计参数参考规范规格要求设计参数栅条间隙b《室外排水设计标准》7.3.2,7.3.31.5-10mm（细格栅）5mm过栅流速v0.6-1.0m/s0.8m/s安装角度α60°-90°（机械清渣）60°计算公式参考《给水排水设计手册》第5册（第三版）格栅计算公式表5-23.1.1.3设计计算（1）栅槽宽度B=Sn=式中：B——栅格宽度，m;S——栅条宽度，m，取S=10mm；b——栅条间隙，m，取b=5mm；n——栅条间隙数，个；Qmax——最大设计流量，m3/s；α——格栅倾角，°，取α=60°；h——栅前水深，m，取h=0.4m；v——过栅流速，m/s，取v=0.8m/s。n=QB=S（2）通过格栅的水头损失hhξ=β式中：h1——污水通过格栅的水头损失，m；h0——计算水头损失，m；g——重力加速度，m/s2，取g=9.8m/s2；k——系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，取k=3；ξ——阻力系数，设定栅条断面为锐边矩形时，取β=2.42。ξ=βhh（3）栅后槽总高度H=h+式中：H——栅后槽总高度，m；h2——栅前渠道超高，一般采用0.50m。H=h+（4）栅槽总长度L=llH式中：L——栅槽总长度，m；l1——进水渠道渐宽部分的长度，m；B1——进水渠宽，m，取0.2m；α1——进水渠渐宽部分的展开角度，一般可采用20°；l2——栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度，m；H1——栅前渠道深，m；llHL=（5）每日栅渣量W=式中：W——每日栅渣量，m3/d；W1——单位栅渣量（m3/103m3污水），取W1=0.135；Kz——废水流量总变化系数，取1.7。W=每日栅渣量为0.40m3/d>0.20m3/d，适合采用机械清渣。3.1.2调节池3.1.2.1设计说明功能：调节池能够平滑调节进水水流的波动和波峰，确保进入后续处理单元的水流量相对稳定，避免处理单元因为水流波动而受到冲击或过载。另外，调节池可以将进水中的高浓度污染物和低浓度污染物进行混合，使其浓度更加均匀，提高后续处理过程中的处理效率。再者，调节池可以调整水体的pH，加入恰当的药剂可以去除水中的铬离子。数量：1座2格，其中一格为事故池。3.1.2.2设计参数本设计调节池设计参数如下表3-2：表3-2调节池相关设计参数停留时间T8h（水力停留时间取值范围4-12h）有效水深h4.0m3.1.2.3设计计算（1）调节池有效容积V=QT式中：V——调节池有效容积，m3；T——水力停留时间，h；Q——设计平均流量，m3/h。V=QT=（2）调节池底面积A=式中：A——调节池底面积，m2A=（3）调节池尺寸设调节池池体长L=15m，宽B=A/L=14m，池体超高为0.5m，即池体规格为：L×B×H=15m×14m×4.5m=945调节池为1座2格，池内设置推流式潜水搅拌机对水体进行搅拌，充分混匀废水。另设有DN100的污泥管，排出部分沉降下来的SS。（4）集水井根据集水井设计相关要求，安装水泵的集水井的有效容积应大于1台水泵连续工作5分钟时的最大排水量，则集水池容积：V=QT式中：V——集水池容积，m3；T——水泵工作时间，取5min，T=5min=0.083h。V=QT=设置三台潜水排污泵，两用一备。另外，考虑到各个构筑物的尺寸和整体布局的美观，设计该集水井的尺寸为L×B×H=3×3×6m集水井有效容积为54m3>8.65m3，满足上述的设计要求。（5）每日碱液投加量本设计先投加NaOH调节废液pH至8~9，则NaOH投加量NaOH再投加MgO使铬离子沉淀，投加率为0.12mg/L，则MgO的投加量MgO=0.12Q=0.12×2500=300g/d=0.3kg/d（6）搅拌设备池内设置推流式潜水搅拌机对水体进行搅拌，充分混匀废水，搅拌机功率取6W，则搅拌机的总功率为P3.1.3混凝沉淀池3.1.3.1设计说明功能：混凝区域用于将水中的悬浮颗粒与沉淀物与化学混凝剂（如絮凝剂）混合，使其形成较大的团聚体，方便后续沉淀处理。经过混凝后的污水进入沉淀池，在池内停留一段时间，通过重力沉降作用将悬浮的固体颗粒和污泥沉淀到池底，形成污泥层，可以大幅减少水中的SS并去除一部分有机物和色度。数量：混凝池和平流式沉淀池均为1座2格。混凝剂：10%PAC，0.2%PAM。3.1.3.2设计参数设混凝沉淀池的各项设计参数如表3-3：表3-3混凝沉淀池相关设计参数参考规范规格要求设计参数表面负荷q《室外排水设计标准》1.5-4.5m3/(m2/h)2.0m3/(m2/h)沉淀时间t《室外排水设计标准》0.5-2.0h1.0h计算公式参考《污水混凝与絮凝处理工程技术规范》机械反应池计算6.5.5参考《给水排水设计手册》平流沉淀池计算公式表5-203.1.3.3混凝区设计计算（1）混凝区有效容积W=式中：W——混凝沉淀池有效容积，m3；Q——设计水量，m3/h；T——反应时间，min，取25min；n——池体数量，座，取2座。W=QT60n=（2）混凝区边长L=式中：L——反应池边长B——反应池长度，m；h——池体有效水深，取h=3m。B=设超高0.3m，则混凝区总高度H=3+0.3=3.3m。每格池子规格为：B本设计设置两个混凝池，两池之间以墙壁分隔开来，墙壁壁厚为0.25m，则混凝区总共长度为：L=2.7×2+0.25=5.65m混凝区尺寸为：L×B×H=5.65×2.7×3.3m（3）药剂投加量混凝区投加的药剂使用的是PAC、PAM。PAC是一种优秀的混凝剂，能够与水中的悬浮物、胶体等微粒迅速结合形成较大的团聚体，有利于后续的沉淀处理，在本设计中作为混凝剂；而PAM可与悬浮物结合形成较大的絮团，从而提高过滤效率，在本设计中作为助凝剂。选择恰当的药剂投加比例能够提高混凝的效率，根据该制革废水的水质，本设计药剂投加配比为：10%PAC，0.2%PAM。则PAC和PAM的每日投加量为PAC：0.1g/L×2PAM：0.002g/L×23.1.3.4沉淀池设计计算（1）池总表面积A=式中：A——沉淀池水面面积，m2Q——日平均流量，m3/hq——表面负荷，m3/(m2/h)A=（2）沉淀部分有效水深h式中：h2——沉淀区有效水深，m；t——沉淀时间，h。h（3）沉淀部分有效容积V'=A式中：V’——沉淀区有效容积，m3。V（4）池长L=vt×3.6式中：ν——水平流速，取v=5mm/s。L=vt×3.6=5×1.0×3.6=18.0m（5）池总宽度B=A（6）池个数n=式中：b——每个分格宽度，取1.5m；n——沉淀池数目，格。n=LL该池设计符合要求。（7）污泥部分所需的容积W=式中：W——产生污泥量，m3/d；C1——进水悬浮物浓度，t/m3；C2——出水悬浮物浓度，t/m3；T——两次清除污泥间隔时间，取T=0.5d；γ——污泥密度，t/m3，取γ=1.0t/m3；ρ0——污泥含水率，初沉池污泥含水95%~97%，取95%。W=沉淀区中单格沉淀池的污泥量为W（8）池总高度H=式中：h1——池体超高，取0.3m；h2——沉淀区高度，m；h3——缓冲区高度，取0.5m；h4——污泥区高度，池底部沉淀污泥的梯形部分高度h41+泥斗高度h42。取污泥斗上进口宽度b1=4.5m，下底板宽度b2=0.5m，泥斗侧板与下底板的夹角为60°，则泥斗高度h42为：h设泥斗底板的坡度为i=0.01，则泥斗的梯形部分高度h41：h沉淀池总高度：H=（9）污泥斗容积V式中：V1——污泥斗容积，m3；f1——泥斗上口面积，4.5×4.5=20.25m2；f2——泥斗下口面积，0.5×0.5=0.25m2。V污泥斗容积26.2m3>23m3单格污泥量，符合相关规定的要求。3.1.4气浮池3.1.4.1设计说明功能：去除制革废水呈漂浮或悬浮状态的油脂和SS杂质。数量：1座，加压溶气气浮工艺。3.1.4.2设计参数设气浮池相关设计各项参数如下表3-4：表3-4气浮池相关设计参数参考规范规格要求设计参数气固比α《污水气浮处理工程技术规范》0.005~0.0060.005溶气压力P0.4~0.5MPa0.4MPa溶气时间t12~3min3min接触时间t2>1min1min分离时间t310~20min20min溶气效率f0.8~0.90.9计算公式参考《污水气浮处理工程技术规范》加压溶气气浮工艺设计6.53.1.4.3设计计算（1）溶气水量Q式中：Qr——溶气水量，m³/d；Q——平均设计流量，m³/d；Sa——原水中的SS浓度，mg/L；Cs——空气在水中的饱和溶解度，mL/L，取Cs=18.5mg/L。Q（2）回流比R=R=（3）气浮池所需空气量QgQ式中：Qg——气浮池所需空气量，m³/d。Q（4）接触区容积V式中：Vc——接触区容积，m³；t2——接触时间，min。Vc=1+R（5）分离区容积Vs式中：Vs——分离区容积，m³；t3——分离时间，s。Vs=1+RQ（6）气浮池有效水深H=式中：H——气浮池有效水深，m；Vs——浮选上升速度，取Vs=0.1m/min。H=气浮池有效水深在2.0~2.5m之间，符合设计规范。（7）分离室表面积AsA式中：As——分离区表面积，m2；A（8）分离区长度LsL式中：Ls——分离区长度，m；B——气浮池宽度，取B=3m。L气浮池长宽比为2.8:1，在2:13:1之间，，符合设计规范。（9）接触区表面积A式中：Ac——接触区表面积，m2；A（10）接触区长度L式中：Lc——接触区长度，m；L（11）溶气罐容积V式中：Vd——溶气罐容积，m³；t2——溶气时间，s。Vd=溶气罐直径DN=100mm，溶气高度设置2m(进水管中心线）。顶部加装气管、安全阀和压力表，平衡压力。（12）溶气罐直径D式中：Dd——溶气罐直径，m；I——单位截面积的水力负荷，取150m³/(m2·h)。D（13）溶气罐高度ZZ=2式中：Z——溶气罐高度，m；Z1——罐顶、底封头高度，3.0m（根据罐直径而定）；Z2——布水区高度，取0.3m；Z3——贮水区高度，取1.0m；Z4——填料层高度，当采用阶梯环时，可取1.0m。Z=2综上，溶气罐高径比Z/Dd=8.3/2.7=3.1，在2.5~4区间，符合设计规范。3.2二级处理阶段3.2.1UASB反应塔3.2.1.1设计说明功能：通过厌氧消化，去除大部分有机物，减轻后续好氧处理单元的负荷。数量：2座，一用一备，检修不停产。3.2.1.2设计参数设UASB反应塔相关的设计参数如下表3-5：表3-5USAB相关设计参数参考规范规格要求设计参数容积负荷Nv《室外排水设计标准》4~8kgCODCr/(m³·d)6有效高度H5~8m6沼气产率η0.45~0.50m³/kgCODCr0.5污泥产量β0.05~0.10kgVSS/CODCr0.05计算公式参考《升流式厌氧污泥床反应器处理工程技术规范》工艺设计6.33.2.1.3设计计算（1）UASB反应器有效容积VV=式中：V——UASB反应器的有效容积，m³;Q——平均设计流量，m³/d；S0——UASB反应器进水COD浓度，mgCODCr/L，设为1800mgCODCr/L；Nv——容积负荷，kgCODCr/(m³·d)。V=（2）每个反应器表面积SS=式中：S——单个反应器的表面积，m2;n——UASB反应器的数量，座。S=UASB反应器使用圆形截面，半径R=Sπ=4.46m（3）UASB反应器水力停留时间TT=式中：T——UASB反应器的水力停留时间T，d；Q——平均设计流量，m³/d。T=（4）沉淀区的表面负荷qq=式中：q——沉淀区的表面负荷，m³/(m2·h)。q=取表面负荷q=0.8m³/(m（5）下集气罩底部宽度b1b式中：b1——下集气罩底的宽度，m；h1——下集气罩的高度，m，取h1=0.8m；α——集气罩的水平夹角，取α=60°。b设三相分离器的宽度b=2.5m，则下部污泥回流缝宽b2=2.5−0.5−0.5=1.5m，三相分离器（6）下三角形回流缝的上升流速v1v式中：v1——下三角形回流缝的上升流速，m/h。v（7）上三角形回流缝的上升流速v2v式中：v2——上三角形回流缝的上升流速，m/h；A2——上部污泥回流缝总面积，同理计算可得A2=47.3m2v1（8）三相分离器位置的确定上三角集气罩底部垂直于下三角集气罩斜面的距离：CE=上三角集气罩底部到下三角集气罩底部的竖直间距：BC=设上集气罩与下集气罩斜面重叠长度AB=0.4m，则上集气罩底端到下三角集气罩底端的高度h=AB×cosα+（9）三相分离设计核算下三角集气罩斜面方向上的液体速度v下三角集气罩边缘上气泡的上升速度v式中：va——气泡在下集气罩边缘的上升流速，cm/s；β——碰撞系数，取β=0.95；g——重力加速度，cm/s2，本设计取g=981cm/s2；——动力粘滞系数，g/(cm·s)，取=0.02g/(cm·s)；ρ1——液体密度，g/cm²，取ρ1=1.03g/cm²；ρg——气体密度，g/cm²，取ρg=1.2×10-3g/cm²；dg——气泡直径，cm，取dg=0.01cm。v综上，vb:va=7.2>3=BC/AB，能够满足脱除dg≥0.01cm气泡的需求。（10）沼气产量QaQ式中：Qa——沼气产量，m³/d；S0、Se——进、出水COD浓度，mg/L，设为300mg/L；η——沼气产率，m³/kgCODCr。Q（11）污泥产量QbQ式中：Qb——污泥产量，m³/d；S0、Se——进、出水COD浓度，mg/L；β——污泥产率，m³/kgCODCr；VSS/SS——悬浮污泥含量，取0.6。Q3.2.2SBR池3.2.2.1设计说明功能：对污水进行好氧处理，去除大量可生化降解性有机物。数量：1座2格。3.2.2.2设计参数设SBR池相关设计参数如下表3-6：表3-6SBR池相关设计参数参考规范规格要求设计参数污泥负荷Ls《序批式活性污泥法污水处理工程技术规范》0.1~0.25kg/(kg·d)0.2MLSS平均质量浓度X3.0~5.0kg/m34MLVSS平均质量浓度Xv1.5~3.0 kg/m32污泥产率系数Y0.3kg/kg0.3总水力停留时间HRT8~20 h12需氧量O21.1~1.8 kg/kg1.5活性污泥容积指数SVI70~100 mL/g90充水比m0.4~0.50.4BOD5总处理率80~95%90%有效高度H《室外排水设计标准》5~8 m5计算公式参考《序批式活性污泥法污水处理工程技术规范》工艺设计6.3.23.2.2.3设计计算（1）SBR工艺各工序的时间a）反应时间t式中：m——充水比；S0——反应池进水五日生化需氧量，mg/L，设为200mg/L；Ls——反应池的五日生化需氧量污泥负荷，kg/(kg·d)；X——反应池内混合液悬浮固体（MLSS）平均质量浓度，kg/m3；tb）沉淀时间ts宜为1 h。c）排水时间tD取1.2 h（1.0~1.5h适宜）。d）一个周期的总时间：t式中：tb——闲置时间，h，取1.4 h。t=e）进水时间t式中：tF——每池每周期所需要的进水时间，h；t——一个运行周期需要的时间；n——每个系列反应池个数。t（2）反应池有效反应容积V=式中：V——反应池有效容积，m3；Q’——每个周期进水量，m3；S0——反应池进水五日生化需氧量，mg/L；Ls——反应池的五日生化需氧量污泥负荷，kg/(kg·d)；X——反应池内混合液悬浮固体（MLSS）平均质量浓度，kg/m3；tR——每个周期反应时间，h。V=取为1600m3，池体数量n=2格，则单个池容积V’=800 m3。（3）单个池体长度L=式中：L——单个SBR池长度，m；n——池体数量，座；B——池宽，m，B=10m。L=池体的尺寸规格为16m×10m×5m。（4）剩余污泥量∆式中：∆XV——剩余污泥量，kg/d；Y——污泥产率系数；(S0-Se)Q——每日的有机污染物去除量，kg/d；Kd——内源代谢系数，d-1，取值范围为0.04~0.075，取0.05；VXV——池内挥发性悬浮固体总量。f——SS的污泥转化率，无资料时可取0.5~0.7 gMLSS/gSS，取0.6gMLSS/gSS；SS0——进水悬浮物浓度，kg/m3，取0.2kg/m3；SSe——出水悬浮物浓度，kg/m3，取0.05kg/m3。∆（5）供氧系统a）供氧系统污水需氧量O式中：O2——污水需氧量，kg/d；Q——污水设计流量，m3/d；S0——反应池进水五日生化需氧量（BOD5），mg/L；Se——反应池出水五日生化需氧量（BOD5），mg/L；ΔXV——排出反应池系统的微生物量（MLVSS），kg/d；a——碳的氧当量，当含碳物质以BOD5计时，取1.47；b——氧化每千克氨氮所需氧量（kg/kg），取4.57；c——细菌细胞的需氧量，取1.42。Ob）标准状态下污水需氧量OK式中：OS——标准状态下污水需氧量，kg/d；K0——需氧量修正系数；O2——污水需氧量，kg/d；CS——标准状态下清水中饱和溶解氧浓度，mg/L，取9.17；α——混合液中总传氧系数与清水中总传氧系数之比，一般取0.80~0.85，取0.80；β——混合液的饱和溶解氧值与清水中的饱和溶解氧值，一般取0.90~0.97，取0.90；CSW——T℃、实际压力时，清水饱和溶解氧浓度，mg/L，25℃、实际压力时，取8.32；C0——混合液剩余溶解氧，mg/L，一般取2；T——设计水温，℃，取25℃。KOc）鼓风曝气时，标准状态下供气量G式中：GS——标准状态下的供气量，m3/d；OS——标准状态下污水需氧量，kg/d；EA——曝气设备的氧利用率，取0.1；G选择风量为Q=17.8m3/min，n=1470，P=9.8 kPA的RB21型罗茨鼓风机。3.3深度处理阶段3.3.1Fenton池3.3.1.1设计说明功能：利用Fenton试剂的强氧化性，将进水的剩余有机污染物（大部分是不可生物降解性有机物）进行分解，降低水体的色度，还能杀菌消毒。数量：1座，塔式反应器3.3.1.2设计参数设Fenton氧化池相关设计参数如下表3-7：表3-7Fenton氧化池相关设计参数参考规范规格要求设计参数水力停留时间《室外排水设计标准》2~6h（用作深度处理）4h计算公式参考《芬顿氧化法废水处理工程技术规范》工艺设计3.3.1.3设计计算（1）反应塔有效容积V=QT式中：V——池体有效容积，m³；Q——设计流量，m³/d；T——水力停留时间，h，取T=4h。V=QT=（2）反应塔有效面积F=式中：F——池体有效面积，m2；H——池体有效水深，m，取H=8m。F=Fenton氧化塔截面为圆形，则半径R=Fπ=52.2π=4.1m，高径比H：2R=1.95，在1~5区间，符合设计规范。塔体尺寸设为（3）每日氧化剂投加量Fe2SO4的投加量为0.1kg/m³，则Fe2SO4的投加量W1=0.1Q=0.1×2500=250kg/d。设置配药比例H2O2:Fe2SO4=4:1，则H2O2的投加量W2=4（4）每日碱液投加量NaOH的投加率为8g/m³，则NaOH的投加量W3（5）pH中和池有效容积V’V'=Qt式中：V’——中和池有效容积，m³；Q——平均设计流量，m³/d；t——碱液混合时间，h，取t=0.5h。VpH中和池的尺寸设为9.0m*2.0m*3.0m（6）干污泥总量TSTS=B式中：TS——干污泥总量，t/dB——安全系数，取B=1.1；S——Fenton法去除的污染物浓度，mg/L，取S=20mg/L；K1——亚铁盐氧化剂转化为污泥量的系数，取1.9；f——硫酸亚铁投加量，mg/L，取f=100mg/L；K2——铝盐混凝剂生成污泥量的转化系数，取K2=1.53；a——混凝剂投加量，mg/L，取100mg/L（以Al2O3计）；P——助凝剂投加量，mg/L，取3mg/L（PAM）。 TS=1.1×4平面及高程布置4.1平面布置4.1.1平面布置原则平面布置的原则如下：（1）根据污水处理的不同工艺和步骤，将处理厂划分为不同的区域，如进水处理区、生化处理区、沉淀区、过滤区、气体处理区等，以便于管理和控制各个步骤的运行。（2）保持处理单元之间的流程连贯性，使污水在处理过程中能够顺畅流动，减少能耗和杂质混入的可能性。（3）在布置时要考虑安全因素，例如确保设备之间有足够的空间供人员操作和维护，设置必要的安全防护设施，如栏杆、防护网等，避免发生意外。（4）将可能产生有害气体或污染物的处理区域与周围环境隔离开来，以防止对周围环境和人员造成影响。（5）确保设备布置合理，方便操作人员进行设备的检修、维护和清洁，减少人力和时间成本。4.2高程布置4.2.1高程布置原则高程布置的原则如下：（1）根据污水处理厂的地形和工艺要求，合理选择重力流和泵送系统，以确保污水和处理介质能够顺利流动。通常，进水口应位于处理厂的最低处，以利于污水的自然流入；而出水口则应位于相对较高的位置，以便于排放清洁的水。（2）根据处理工艺的需要，合理安排各个处理单元的高度位置，确保污水能够顺利流经各个单元，并在其中进行相应的处理。（3）污水处理过程中会产生大量的污泥和沉积物，因此需要考虑合适的高程布置来收集和处理这些副产物。（4）对于处理后的清洁水的排放口，需要考虑其高程位置，确保水流能够顺利排出，并且不会对周围环境造成不良影响。4.2.2高程水力计算（1）水头损失本设计各构筑物的水头损失如下表4-1：表4-1主要构筑物水头损失表构筑物名称水头损失(m)各连接构筑物名称管道水头损失(m)细格栅0.20细格栅至调节池0.10调节池0.30调节池至集水井0.14集水井0.20集水井至混凝沉淀池0.05混凝沉淀池0.55混凝沉淀池至气浮池0.04气浮池0.30气浮池至UASB池0.08UASB池0.30UASB池至SBR池0.08SBR池0.40SBR池至Fenton氧化池0.07Fenton氧化池0.30出水管0.13（2）标高确定本设计Fenton氧化池所在地面标高0m，池底埋深8m，水面标高为1.7m，超高0.3m。根据表4-1所给的水头损失以及构筑物的高度，对构筑物的水面、池底、池顶标高进行计算，计算结果如表4-2所示：表4-2构筑物标高表名称水面标高(m)池底标高(m)池顶标高(m)Fenton氧化池1.70-8.002.00SBR池2.17-2.532.47UASB池2.55-3.152.85气浮池2.930.233.23混凝沉淀池3.52-2.183.82集水井-2.30-8.00-2.00调节池-1.96-6.16-1.66细格栅-1.66-1.96-1.365建设投资估算5.1固定资产投资（1）构筑物土建费A1本设计方案的主要构筑物土建参数如下表5-1：表5-1主要构筑物土建参数序号构筑物名称尺寸L×B×H（m*m*m）数量土建体积（m³）备注1格栅间10.0*10.0*3.01300.00砖砌2调节池15.0*14.0*4.51945钢筋混凝土结构3集水井3.0*3.0*6.0154钢筋混凝土结构4混凝沉淀池5.65*2.7*3.3（混凝区）18.0*3.0*6.4（沉淀区）1396钢筋混凝土结构5气浮池9.0*3.0*3.0181钢筋混凝土结构6UASB反应器Φ9.0*6.02763.4钢筋混凝土结构7SBR池16.0*10.0*5.021600钢筋混凝土结构8Fenton氧化池Φ8.2*10.01528.1钢筋混凝土结构9污泥脱水间5.0*5.0*3.0175砖砌合计124742.5含375m³自建砖房根据近6个月以来建筑行业的报价，设每立方砖砌房的费用为200元，每立方米钢筋混凝土结构房为400元，则本设计的预估总土建费用为：A（2）设备购置费A2本设计涉及的主要设备型号和其购置费用见下表5-2：序号设备名称型号数量（台）单价（元）合计（元）1回转式机械格栅GSHZ-60045000200002推流式潜水搅拌机QJB1.546800272003桁架式刮泥机HJG型420000800004溶气气浮一体机BYQF-05213000260005厌氧反应塔UASB型21000002000006罗茨鼓风机RB21型104500450007旋转式滗水器XB-50515000750008催化氧化反应塔Fenton型230000600009电动板框压滤机XMAY-5/500-30U4110004400010潜水排污泵WQD8-18-1.5S10900900011填料10000012电气、仪表、自控150000合计836200设备安装人工成本设为设备费用的5%，设备总成本为：A（3）固定资产总投资AA=18220005.2运营成本（1）维护费用E1C式中：C1——修理、维护费用，元；ξ——工程检修维护率，取5.0%。 C（2）电耗费用C2污水厂耗电量为0.2度/m3，每日耗电量为0.2×2500=500度，设平均电价为0.5元/度。则每日电费成本C2（3）药剂费用C3本设计采用的工艺所需投加的药剂种类、投加量及费用见下表5-3：药剂种类投加量（kg/d）单位药剂价格（元/kg）药剂费用（元）PAC250037500PAM51050NaOH205.5110MgO0.361.8Fe2SO42500.2870H2O2400014000合计11731.8则本系统每日药剂费用C3为11731.8元。（4）酬薪费用C4C式中：C4——酬劳、补贴费用，元；S——人均年薪及补贴，元/（年*人），取80000元；N——员工数量，取8人。 C（5）管理费用C5C式中：C5——管理、其他费用，元；ε——管理费用按上述总费用的15%计。 C（6）年运营总成本C6C本系统年运营成本5920611元，单位废水处理成本为6.49元/t。6结论本次设计的污水处理厂针对制革工业排放的出水进行处理，制革废水污染严重，水质不均匀，排水随时间的差异较大。本工程设计的废水处理规模为2500m3/d，根据所给的水质参数，参考国内外制革废水处理工程案例，通过对废水水质的分析和各种工艺的比较，分析得出以下结论：（1）一级处理使用格栅——调节池——混凝沉淀池——气浮池预处理，调节水体的pH，去除大部分的SS并消除了水体的铬污染；二级处理采用UASB——SBR工艺，大幅度降低有机物浓度；三级处理使用Fenton氧化塔，利用Fenton试剂的强氧化性，去除剩余的有机物并能大幅降低水体色度。根据制革废水的水质特点，选取了恰当的工艺，设计方案合理。原废水经过本设计的处理后，出水水质能够满足GB30486-2013所规定的水质指标。（2）通过经济性分析，可以得出本工程总投资经济合理，总共270万元。采用本设计的工艺，年运营成本为592万余元，单位废水处理成本为6.49元/t，处于合理的价格范围内的同时，能够满足上述的排放标准，适合在实际生产中使用。因此，本设计方案在实际生产中是可行的。【参考文献】TkaczykA,MitrowskaK,PosyniakA.Syntheticorganicdyesascontaminantsoftheaquaticenvironmentandtheirimplicationsforecosystems:Areview[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2020,7(17):155-178.王立璇.制革工业废水及其处理现状[J].生物化工,2017,3(05):105-108.王科.水解酸化+CASS工艺处理制革废水生产性试验研究[D].哈尔滨工业大学,2007.夏宏,杨德敏.制革废水及其处理现状综述[J].皮革与化工,2014,31(01):25-29.徐凌云.制革废水处理问题及措施[J].皮革制作与环保科技,2022,3(21):21-23.李志平,李斌,潘国强,等.制革废水处理厂及下游综合污水厂升级改造探究[J].中国给水排水,2020,36(05):79-84.刘强,刘明月,苏强,等.制革废水处理工程设计经验总结[J].中国给水排水,2016,32(06):41-44.El-AshkarTYM,NashyEHA,MasoudRA,etal.IntegrationofFentonoxidationwithnano-grapheneoxidetoeliminatethehazardouseffectofchromated/dyedtanneryeffluents[J].EgyptianJournalofChemistry,2021,64(2):649-660.胡静.制革废水处理技术的发展现状及展望[J].西部皮革,2022,44(15):51-53.李丽娜.低温环境下CASS工艺处理皮革废水的工程实验[J].水处理技术,2015,41(11):119-122.王学川,商跃美,任龙芳.制革废水生物处理技术的研究进展[J].中国皮革,2016,45(03):51-54.中国市政工程西北设计研究院.给水排水设计手册[M].中国建筑工业出版社，2002.中华人民共和国国家标准.制革及毛皮加工工业水污染物排放标准：GB30486-2013[S].生态环境部，2014.【Abstract】Inrecentyears,rapideconomicgrowthandasignificantriseintheincomelevelofthepopulationhavecontributedtoasurgeinthedemandforleatherproducts,whichinturnhasboostedtheprosperityofthetanningindustry.However,itiswellknownthatthetanningindustryisahighlypollutingfield,andthewastewateritproducesisrichinorganicsubstances,heavymetals,andotherhazardouscomponents,which,ifdischargeddirectlyintotheenvironmentwithouttreatment,willcausesignificantenvironmentalpollutionoftheaquaticsystemandtheland,whichwillinturnnegativelyaffecttheecologicalbalanceandevenhumanhealth.Wastewatertreatmentplantscaneffectivelyremovetheseharmfulsubstances,reducetheimpactontheenvironment