有机工业回用水处理工艺设计

第一章污水处剪发展概况

1.1国内污水处剪发展概况

地球虽然有70.8%的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限，人类真正可以运

用时是江河湖泊以和地下水中日勺一部分，仅占地球总水量日勺0.26%,并且分布不均0

全世界每天约有2(X)吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8升淡水；

所有流经亚洲都市的河流均被污染；美国40%日勺水资源流域被加工食品废料、金属、

肥料和杀虫剂污染；欧洲55条河流中仅有5条水质差强人意。20世纪，世界人口增

长了两倍，而人类用水增长了5倍。世界上许多国家正面临水资源危机：12亿人用水

短缺，30亿人缺乏用水卫生设施。

中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。伴随中国都市化、工业化的加速，

水资源的需求缺口也日益增大。在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目前

与自来水生产、供水、排水、中水回用行业处在同等重要地位。

首先，中国目前的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污泥处理

等配套设施建设严重滞后。另首先，中国日勺污水处理率与发达国家相比，还存在着明

显的差距，且处理设施的负荷率低。⑴

因此中国应完善污水处理的政策法规，建立监管体制，创立合理的污水处理收费

体系，扶植国内环境保护产业发展，推进污水处理行业的产业化和市场化。污水处理

行业是一种朝阳产业，发展前景十分广阔。中国将在“十一五”期间投资3000亿元以

推进都市污水处理和运用，中国污水处理行业由此迎来高速发展期。

1.2国外污水处剪发展概况

时经济发展和水资源保护不可或缺欧I构成部分，其在发达国家已经有较成熟日勺经

验。如英国、德国、芬兰、荷兰等欧洲国家均已投巨款对因工业革命和经济发展带来

H勺水污染进行治理，日本、新加坡、美国、澳大利亚等国家也对污水处理予以了较大

投资，尤其是新加坡并没有走先污染后治理的道路，而是采用经济与环境协调发展的

政策，使该国不仅在经济上进入了发达国家的行列，并且还是一种绿树成荫、碧水蓝

天、环境优美的国家。

污水处理所采用日勺工艺技术史污水处理的关键部分。污水处理采用H勺工艺与诸多

原因有关，如进水水质、出水规定、处理水量、投资大小等，还与气候条件有关。目

前污水处理的等级已经从二级处理向三级处理过渡，尤其是伴随水资源H勺日趋短缺，

都市污水再生回用技术越来越受到各国的重视。也就是说现代化的污水处理厂应具有

双重功能，首先是要消除都市排水的污染问题，另首先还要肩负处理都市水资源紧缺

的任务。⑵

日本队污水处理的规定比较严格，由于国土日勺狭小，许多污水处理厂采用地下式。

德国日勺重要分为自然净化和人工净化两大类。自然净化工艺是运用微生物在自然环境

中的生命活动来净化污水，缺陷是占地面积大，处理效率低，所需时间长，长处是能

耗低，因此仅合用于小规模的污水处理。人工净化是运用人工手段改善微生物日勺品种

和生产环境或外加药剂，已到达对污染物高效降解和清除的目口勺，具有占地面积小、

处理效率高、运行稳定等长处，但能耗大，运行费用高，管理复杂，一般合用于大、

中型的污水处理。

国外H勺排放原则一般规定较高。由于受纳水体的I不一样，美国都市污水处理后出

水水质规定常常比我国的二级处理出水水质高。

第二章设计概述

2.1设计任务

本次毕业设计的重要任务是完毕某工业中有机工业废水处理工艺设计，以三维集

团股份有限企业处理高浓度废水为例。

工艺设计内容包括：

1）细化工艺流程

2）选定参数

3）计算（构筑物尺寸、管道、阀门、泵、填料、控制机监测设备、图件规定）

4）绘制符合规范的工程图

2.2设计原则

1.严格执行国家有关环境保护Fl勺各项法规

2.采用技术成熟可靠、先进合理、维修以便、投资少、运行费用低、节能的工艺,

保证处理量和水质排放到达原则.

3.为保证环境质量，采用减震、隔音等措施减少噪声污染，夜间噪声控制在45

分贝如下。

4.为保证工程使用寿命和地下设施承载能力，工程主体构筑物和池体设计采用任

构造。

第三章工艺流程和阐明

3.1工艺方案分析

高浓度废水预处理系统

三维企业为对厂内产生的高浓度废水进行预处理，建设了高浓度废水处理系统,

处理能力为24nf/d。改系统采用催化氧化工艺对高浓度废水进行预处理，在表面催化

剂-二氧化氯存在的，运用强氧化剂在常温常压下催化氧化废水中日勺有机污染物，或

将大分子有机污染物氧化成小分子有机污染物，提高BOD/COD值，使之易于生化降解。

经预处理后日勺废水在进入生化处理车间。

高浓度废水预处理装置的I处理工艺：

废水调整池一中和~沉淀一两级厌氧一厌氧沉淀一好氧一沉淀一高级化学氧化一

兼氧一沉淀一废水排入生化车间处理

3.2废水水质分析⑶

三维企业各车间产生高浓度废水生化特性分析见表3-lo

表3-1三维集团各车间产生高浓度废水牛.化特性分析一览表

半致死量

对微生物处理措施

名称概述物理性质化学性质LD50可生化性

克制限值参照

mg/kg

无色流动

性液体，

Ethyl

具有快乐

乙醇alcohol易燃90000.87生物氧化

的J酒香，

CzHnO

具有灼烧

感

乙酸具有刺激

Acetic性酸味的

醋酸35300.5—生物氧化

acid无色透明

GHQ液体。

乙酸乙酯无色、易易起水解

Ethyl挥发，有和皂化反

醋酸乙酯56200.80—生物氧化

acetate芬芳气味应。可燃，

GHQ的液体，其蒸汽和

微溶于空气形成

水，溶于爆炸混合

有机溶物。

剂。

无色、易

挥发，有

乙酸丁酯芬芳气味

Butyl的液体，

醋酸丁酯较难水解14.130.69—生物氧化

acetate微溶于

CH3COOGH9水，溶于

有机溶

剂。

丁醇蒸汽与空

无色液

Butyl气形成爆

正丁醇体，有酒7900.48650生物氧化

alcohol炸性混合

味

C,HloO物

乙酸乙烯

酯醋酸无色液

乙烯酯体，与乙

VAC易燃29000.596“物氧化

Vinyl醇混溶,

acetate不溶于水

CN5O2

耐盐，在

硼、格、

低温下其

聚乙烯醇锐、倍等

PVA水溶液转———

[GH..O]n化合物环

变成凝胶

境下易凝

胶

巴豆醛无色液对微生物

Crotonal体，窒息易燃，易有毒性需

丁烯醛800.22—

dehyde性刺激臭爆要先进行

CiHeO味，微溶其他氧化

于水，可

混溶于乙

醇、乙醛、

苯、甲苯

等多数有

机溶剂

易受硫氧

Benzene无色芳香化合物、微生物降

苯9300.1650

CM,性液体氮氧化合解困难

物分解

Toluene无色液不耐光催

甲苯5000很难降解29很难降解

C7H8体。化

能溶解于

易燃，与

水、酒精、

空气混合

乙醛等液

时，其爆

体。常温

硫化氢H2s炸极限的急性毒物——

下饱和溶

体积比是

液的浓度

4.3%〜

为0.1摩

2.46%o

尔/升。

吸入、摄

入或经皮

肤吸取后

无色液

Dimethyl对身体有

马来酸二体，不溶

maleate害。对眼———

甲酯于水，溶

QHA睛、皮肤、

于醛。

粘膜和上

呼吸道有

刺激作用

Tetrahyd无色透明对厌氧微

易燃，易

四氢吠喃rofuran液体，有1650—580生物有克

爆

CtHsO乙隧气制作用，

味，溶于对好氧微

水和多数生物无克

有机溶制作用，

剂。但难好氧

降解

具有良好

对厌氧有

H勺耐低温

聚四亚甲克制作

性、耐水

基酸二醇白色醋状用，对好

解性、耐

PTMEGHO[CHC固体，易———氧无克制

2盐水性和

H2CH2CH吸水作用，但

耐霉菌性，

20]„H难好氧降

易受紫外

解

射线影响.

与卤素、

浓硫酸、

浓硝酸等

能发生反

溶于苯、

CI0H.S应生成对

酸、无水可生物降

蔡分子量应口勺化合4900.34—

乙醇，不解

128.1G物。对皮

溶于水

肤有刺激

性，能引

起皮肤湿

疹。

溶于水、

酸性溶

液、乙醇易燃，有

分子式：

和丙酮、毒，具刺

丁焕二醇C4H6O2125

微溶于氯激性，具

86.09

仿，不溶致敏性

于苯和乙

醛

其蒸气与

易溶于空气形成

CHO克制微生

水，溶于爆炸性混

HCHO物对有机

甲醛乙醇等多合物，遇800——

分子量：物的氧

数有机溶明火、高

30.03化。

剂热能引起

燃烧爆炸

3.3污水处理工艺选择

根据三维企业提供日勺水质数据，预估废水日勺COD在30000-50000mg/L

(BOD/COD>0.5),废水的pH<6,有部分难溶于水的物质，根据三维企业的I规定出水

COD浓度控制在1(X)0mg/L左右，该高浓度废水H勺可生化性很好，因此该类废水H勺基

本处理工艺流程为：厌氧与好氧结合的处理工艺。由于部分有机污染物对厌氧微生物

的毒性明显强于好氧微生物，且水质变化大，根据目前国内高浓度有机废水的生物处

理技术的实际应用，结合三维企业数年处理高浓度有机废水的经验，该类废水在进行

生化处理前必须先进行高级化学氧化，减少废水的毒性，提高废水生化性，减轻冲击

负荷，结合有机污染物对微生物的特性，将废水的好氧放置在厌氧生化处理前。

本高浓度废水预处理工程H勺用意流程为：高级化学氧化⑼+好氧+两级厌氧，目前

高级化学氧化中运行比较稳定是臭氧氧化、Fenton试剂氧化、电催化氧化、铁碳氧化

等这些措施又称为AOPS高级化学氧化手段，对本项目的废水性质选择臭氧和其复合

高级氧化技术，对于生化选择好氧和厌氧结合处理工艺。141151161

3.3.1废水的分类搜集

根据本工程项目的废水水质和水量特点基本上可以将废水分为两大类型：水量较

大对微生物毒性较小(丁二醇厂产生的废水)、水量较小对微生物口勺毒性较大(有机分

Do

因此将废水日勺搜集池分为雨格，废水量比较大的废水用管道输送到废水搜集A池,

其他各车间产生日勺废水用高浓度废水搜集罐车输送到废水搜集B池。

3.3.2废水处理程度规定

根据三维集团股份有限企业的招标文献，本次高浓度废水的处理项目进水COD

浓度按40000mg/L计算，采用一次设计、一次施工、一次调试运行，出水COD浓度

控制1000mg/L以内。

17、8]

3.3.3废水处理工艺优选113）

根据表3-1的废水水质分析，结合该企业高浓度废水处理的经验和数年运行数据

记录对本次高浓度废水预处理项目的技术处理方案进行如下优选：见表3-2

表3-2废水处理技术方案优选

23年成

固定投资运行成本

方案名称长处缺陷本（¥万

（¥万元）（¥元/吨）

元）

部分臭氧1、分类搜集，对微生物毒1、好氧生化放在前

氧化+好性大H勺有机污染物进行臭端，好氧清除有机

1192.641.681469.84

氧+两级氧高级化学氧化，减少了有物相对较多，能耗

厌氧毒微生物对系统时冲击，减比较高。

少了COD冲击负荷；

2、将好氧生化池和pH调整

池（采用曝气搅拌方式）进

行合建，深入清除有毒物

质，提高系统运行的稳定

性；

3、采用两级厌氧提高系统

对有毒污染H勺抵御能力，增

长了系统运行的I灵活性;4、

操作简朴；

1、分类搜集，对微生物毒1、好氧池后置需要

性大的J有机污染物进行臭单独增长一种pH中

部分臭氧

氧高级化学氧化，减少了有和池；2、系统对

氧化1厌1210.002.081553.20

毒微生物对系统的冲击，减抗有毒、高浓度负

氧+好氧

少了COD冲击负荷；2、厌荷冲击能力较差；

氧前置运行费用相对较低；3、操作复杂；

部分

1、操作复杂；3、

Fenton+1、氧化彻底；

污泥量大，处理成1050.005.001875.00

厌氧+好2、不受系统冲击负荷影响

本高；

氧

部分铁碳1、有毒负荷对系统

1、提高废水H勺可生化性；2、

微电解+U勺冲击变化很小；

减少废水口勺有机负荷的冲1000.004.201693.00

厌氧+好2、污泥量大，处理

击；

氧成本高；

1、氧化彻底：2、

Fnntnn氧1、氧化彻底：不受系统冲击负荷

280.0025.004405.00

化2、不受系统冲击负荷影响影响;3、污泥量大,

处理困难；

1、氧化彻底;2、

Fenton+1、氧化彻底;不受系统冲击负荷

320.0024.004280.00

紫外2、不受系统冲击负荷影响影响：3、污泥量大，

处理成本高；

备注：1、以上数据系统稳定运行23年，每年运行33（）天计算；

2、以上数据来源于多种高浓度废水数年运行记录数据（2023年），与实际数据有

一定於J出入。

3、废水水质特点：废水水质变化大（在不一样的时间段废水有时完全不一样），

pH变化忽然，COD浓度高达40000mg/L,废水的可生化性很好（BOD/COD〉0.5）,

部分有机污染物对厌氧微生物H勺毒性明显强于好氧微生物。［⑷

综合比较，考虑系统长期稳定运行，我们优选部分臭氧氧化+好氧+两级厌氧处理

工艺+兼氧。

3.4废水处理简介

根据废水的I性质和排放规律、输送方式，将废水日勺调整池设置为两格，并在调整

池的四面设置均质溢流槽，并加强废水产生的源头管理，建立高浓度废水排放管理卡

片制度，减少废水事故排放，加强废水处理站的废水处理，减少废水处理成本。

根据废水啊性质，本次高浓度废水预处理工程的处理系统采用两套并联运行口勺系

统，废水经搜集B池用泵提高至高级化学处理系统，根据废水日勺性质的不一样高级化

学氧化区要增长不一样H勺催化剂，以保证系统H勺稳定运行，高级化学氧化H勺废水重力

自流入废水搜集A池，经废水搜集A池的均质溢流堰进行配水，然后经泵提高送至改

良的CASS好氧池，由于部分有机物废物对厌氧微生物日勺毒性明显强于好氧微生物，

并且以通过好氧措施清除，因此本工艺采用好氧前置处理工艺，由于高级化学氧化采

用以臭氧为主的氧化工艺，因此好氧池采用改良CASS好氧池型，前端设置无微生物

参与的曝气反应区，清除废水中还没有完全参与反应的化学氧化剂，同步进行废水的

pH调整，保证后续生化处理的稳定运行。好氧处理后废水重力自流入废水沉淀池，废

水经沉淀池流入集水井，再通过泵提高至两级厌氧处理工艺，废水经两级厌氧处理后

重力自流排入废水处理总站。

各工艺段的）剩余污泥排入污泥浓缩池，经重力浓缩后用罐车将浓缩后的运送至生

化车间统一处理。浓缩池上清液流至废水搜集A池。

3.4.1废水处理工艺流程图

详见图3-11山西三维集团高浓度废水处理项目工艺流程图（见图3-1）。

3.4.2废水的分类搜集

本处理工程中废水水质变化尤其大，因此规定废水搜集池不仅有对废水搜集和储

存的I作用，还应当有对废水日勺调质作用，因此在本项目中日勺调整池四面设置均质配水

槽，针对废水日勺特性，将废水设计为两种基本类型।⑼：（1）废水水量较大，对微生物

毒性较小的废水；（2）废水水量较小，对微生物毒性较大日勺废水（微生物难以降解的

废水也进入此搜集池）。11,1

对废水分类搜集后来，针对分类搜集的废水采用不样叫高级化学氧化催化剂提

高废水处理口勺针对性，合理控制高级化学氧化时间，减少废水的毒性，保证后续处理

系统H勺稳定运行。［⑵

A

A

Mian

废水收集R池

F

进水,a"Q,

废水收型A池

泥饼外运

板框式压泄机污泥浓缗池独乳池弟.级厌氧池第一级厌气池

污水管线污泥管线水、泥流向指示

图3I三雉生团高浓度废水前处理工艺流程图

3.4.3废水日勺高级化学氧化

废水搜集B池内的废水，通过泵的提高被送入高级氧化段继续进行分类预处理，本

次将高级化学氧化定格在废水的分类预处理，针对废水的特性合理控制高级化学反应时

间和添加废水高级化学氧化催化剂，增长了废水预处理的针对性，减少废水预处理成本。

高级氧化工艺(AdvancedOxidationProcesses,简称AOPS)是20世纪80年代开始形成

日勺有毒污染物处理技术，重要特点是通过反应产生"・OH”，该自由基具有极强日勺氧化

性，比其他某些常用的强氧化剂具有更高的氧化电极电位(E=2.8V),其氧化活性大概

是氯的2倍，位于原子氧和氟之间，此外“・OH”具有很高的电负性或亲电子性，其电

子亲和能为569.3kJ,轻易攻打高电子云密度点，因此通过自由基反应可以将有机污染

物有效的分解，甚至彻底转化为无害的无机物，如二氧化碳和水等。高级氧化技术具有

氧化性强、反应时间相对较短、操作条件易于控制等长处。［⑸见表3-3

表3-3常用化学氧化剂氧化性能表

Electrochemicaloxidationpotential

NoOxidizingAgentOthers

(EOP),V

1Fluorine3.06对有机物降解无选择性

2Hydroxylradical2.80对有机物降解无选择性

3Oxygen(atomic)2.42对有机物降解有选择性

4Ozone2.08对有机物降解有选择性

5HydrogenPeroxide1.78对有机物降解有选择性

6Hypochlorite1.49对有机物降解有选择性

7Chlorine1.36对有机物降解有选择性

8ChlorineDioxide1.27对有机物降解有选择性

9Oxygen(molecular)1.23对有机物降解有选择性

注：1)这些高级化学氧化对大分子有机物日勺降解明显好于小分子有机物;

2)除氟和・OH自由基以外，其他对有机物的降解均有一定的选择性，

根据废水日勺性质结合高级化学氧化日勺废水处理，我们拟采用臭氧进行高级化学氧

化。

1臭氧氧化有机物日勺机理

臭氧又名三原子氧，其分子式为03,于1840年被德国化学家发现。臭氧技术可以

说是既古老又崭新的技术，从1856年开始应用至今，国际上于1973年成立了国际臭氧

协会。污水处理方面，臭氧技术已经成熟应用于含酚、含氟和印染废水处理，臭氧与这

些或更复杂口勺有机物反应后一般生成乙醛、竣酸、脂肪族、芳香族以和其他的氧化物形

式，这些产物很轻易生化降解，।⑹并且没有明显日勺毒性。臭氧的自我分解连锁反应如下

图：见下图3-2(A)

3

图3-3（A）臭氧反应链式图

由此可以推出臭氧同化合物反应有两种方式：臭氧分子直接攻打和臭氧分解

形成的自由基的反应，详细反应机理如下:

（1）臭氧与无机物反应机理

（2）臭氧与有机物的反应机理

臭氧氧化有机物有两种基本方式：直接反应和间接反应。间接反应中.0H可

以通过不一样的反应使溶解态有机物和无机物氧化，氧化的重要类型有：电子转

移反应、加氢反应和.0H加成反应。其反应机理如图3-2（B）（详见下页）所示。

醇、醛、酯、陵酸存在亲核基一0一,03袭击一0一,产生过氧化物;

芳香族化合物可通过打开芳环（形成开环或无芳香构造日勺产物）或形成侧链取代

基；酚类（包括苯酚、取代苯酚、醍和多酚等），特点是在芳核上有给电子基一

OH,经臭氧氧化成芳核水解物一开环产物一氧化终点产物一CO2。

P|OKM!

・OH加成

83-2(B).OH间接氧化有机物H勺反应机理

表3-4臭氧一水接触反应系统的重要设计参数

接触反应时臭氧投加

序号污染物名称处理率/%

间/min量/(mg/L)

1炼油废水深度处理清除酚>1020~4096.84

2酚>1030~5090~96.67

3硫>1030~5094

4苯、甲苯>2030^5094

5蔡>1530~5070

6氟化物>10