某表面处理车间六价铬废水处理工艺设计项目计划书.docx

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某表面处理车间六价铬废水处理工艺设计项目计划书

某表面处理车间六价铬废水处理工艺设计计划书

1、前言

酸碱废水的危害，当排入江河危害水中微生物的生活，而影响水质，排入农田会破坏土壤的团粒结构影响土壤肥力及透力，影响农作物的生长，鱼类，牲畜等食用酸碱废水，肉质将产生影响，危害人体健康，渗入地下，影响工业生产。

1.1课程设计目的

通过课程设计进一步消化水和巩固《排工程》课程所学内容。

培养学生利用所学理论知识进行污水处理构筑物设计计算的能力，使学生了解并掌握水处理构筑物设计的内容、方法、步骤以及具体的设计计算，提高学生的绘图能力及正确编写设计说明书的能力，为以后的毕业设计打基础。

1.2原始资料

1.2.1设计进水量Q=500m3/d。

1.2.2进水水质：

Cr（VI）：

200mg/L,Cr3+：

30mg/L，Mn2+：

0.2mg/L，Ni2+：

0.3mg/L，SS：

90mg/L，

pH：

2～12

1.2.3用于建废水处理站的空地约600m，东西长30m，南北宽20m，场地平整，土质良好。

废水通过厂区排水管网收集，入废水处理站管底标高为-1.0m，经处理后的水直接排放，排水标高为-2.0m（所给标高均为相对标高，厂区地坪为±0.00m）。

拟建地夏季主导风向东南风，年平均气温12.3℃，极端最高气温40.8℃，极端最低气温-13.7℃，最大冻土深度为0.5m。

.

2、处理工艺确定

2.1工艺流程选择

由于本设计题目所涉及废水水质比较单纯，主要含六价铬污染。

六价铬含量较高，宜采用产生污泥量较少的还原剂；同时要求含铬污泥回收用于铬鞣剂制作，所以应尽量降低非铬类杂质含量。

鉴于废水含量为500m3/d,远大于10m3/d，因此处理工艺宜采用连续式。

通过工艺比选，考虑到达标排放和减少污泥发生量及尽量保证含铬污泥品味等因素决定采用亚硫酸氢钠还原沉淀法连续运行工艺处理此电镀含铬废水。

设计处理流程图如下：

图2-1处理流程图

2.2工艺流程说明

2.2.1水系统

废水处理系统采用连续处理工艺，废水经凉席提升，一次提升从调节池到中间水池，二次提升从中间水池到清水池。

调节池废水由耐腐蚀泵泵入反应池，在反应池中以重力流方式依次流经还原槽、中和槽、斜板沉淀池和中间谁池，完成六价铬的还原、絮凝和沉淀分离反应。

中间水池中的水由耐腐蚀泵泵入石英砂过滤器过滤，出水流入清水池，清水池中的水可以回用作为过滤器反冲洗水，也可用于酸、碱、盐溶液的配制，或者达标排放。

如果清水池中的PH值不达标，可以加酸加碱进行调节；如果六价铬超标，返回调节池从新处理。

反应过程的控制通过氧化还原电位（ORP）测定仪、在线PH值计和液位计实现。

2.2.2污泥系统

斜板沉淀池中沉积的含铬污泥经污泥浓缩池浓缩，再经板框压滤机脱水后打包待用。

浓缩和压虑出水返回调节池从新处理。

2.2.3药剂投配系统

确定各种溶药、投药槽体、罐体有效容积、工艺尺寸，及相关配套工艺设备。

2.3工艺条件控制

还原六价铬必须在酸性条件下进行，当PH值为2.0或更低时，反应可在5分钟左右进行完毕；当PH值为2.5～3.0时，反应时间在20～30min，当PH值大于3.0时，反应速度非常缓慢。

实际生产中，一般控制在2.5～3.0之间，反应时间控制在20～30min。

亚硫酸氢钠与六价铬的理论投药比3:

1（质量比）,由于废水中杂质的影响和反应动力学方面的原因，实际投药量一般高于理论投药量，投药比控制在（4～5）：

1。

投药比过低会使还原反应不充分，出水中六价铬含量不能达标，投药比过高是浪费药剂，增加处理成本，并且容易生成可溶性离子【Cr（OH）2SO3】2-,难以生成氢氧化铬沉淀。

氢氧化铬沉淀生成阶段，加碱调节PH值一般控制在7～8之间，反应时间为15～20min。

3、单体构筑物设计计算

3.1调节池

3.1.1一般说明

调节池设事故溢流管，池底设泄空管。

3.1.2参数选取

池形方形；

停留时间HRT=4h。

3.1.3工艺尺寸

有效容积V有效=Q×HRT=500×4/24=83（m3）（3.1）

净尺寸长度×宽度×高度（L×B×H）=5000mm×5000mm×4000mm

3.1.4工艺设备

1次提升泵2台（1用1备）.选用耐腐蚀泵选型见水力计算部分。

3.2反应池

3.2.1一般说明

反应池内进行还原和絮凝反应。

在流程上分前后两格，前一格进行六价铬的还原反应，后一格进行氢氧化物沉淀生成反应，前后两格用底部开孔的隔板隔开，反应过程中进行机械搅拌，如下图：

图3-1（a）反应池侧视图

图3-2（b）反应池俯视图

3.2.2参数选取

（1）还原反应停留时间HRT20min；

投药比5:

1（质量比，还原剂NaHSO3：

六价铬）；

ORP值300mV；

搅拌机功率20W/m3池容；

（2）絮凝反应

絮凝时间HRT20min；PH值8；G值50/s；

3.2.3工艺尺寸

反应池总有效容积V有效™=Q×HRT总（3.2）

=500×（20+20）÷（24×60）

=13.9（m3）

净尺寸L×B×H=3000mm×2000mm×2500mm

3.2.4工艺设备

（1）还原反应搅拌装置按每立方米池容输入功率20w计算，需要输入的功率N为

N=20×V有效÷2=20×13.9÷2=0.139（Kw）（3.3）

搅拌器机械总效率η1采用0.75，搅拌器传动效率η2采用0.8；

则搅拌轴所需电动机功率N′

N′=N÷η1η2=0.139÷（0.75×0.8）=0.237（kw）（3.4）

桨叶构造单层平板形，两叶，长×宽=0.75×0.3，桨叶底端距池底0.45m。

（2）絮凝反应搅拌装置按每立方米池容输入功率10W计算，需要输入的功率为

N=10V有效÷2=10×13.9÷2=0.07（kw）（3.5）

搅拌器机械总效率η1采用0.75，搅拌器传动效率η2采用0.8；

则搅拌轴所需电动机功率N′为

N′=N÷η1η2=0.070÷（0.75×0.8）=0.12（kw）（3.6）

桨叶构造为平板形8叶，桨叶上下边缘分别距水面和池底0.3m。

3.3斜板沉淀池

3.3.1一般说明

采用异向流斜板沉淀池。

沉淀池中沉积污泥至少每天排一次，以免污泥板结堵塞排泥管。

3.3.2参数选取

个数n取2；

水利表面负荷q3m3/（m2·h）；

斜板长L1.2m；

斜板倾角θ60°；

斜板净距d50mm；

斜板厚b5mm；

3.3.3工艺尺寸

单池表面积AA=Qmax　／（nｑｏ0.91）（3.7）

=500÷（2×3×0.91×24）=3.8（m2）

单池边长a1a1=A1/2=2.31/2=1.9（m）

每池斜板个数m=2×｛a1/（b+d）-1｝（3.8）

=2×｛1.9/（0.005+0.05）-1｝=67（个）

斜板区高度h3h3=Lsinθ=1.2×sin60=1.04（m）（3.9）

取斜板上端清水区高度h2=0.5m；

取水面超高h1=0.3m；

取斜板下端与泥斗底边长a=0.4m，泥斗倾角β=60。

，泥斗高为h5，则

h5=（a1–a）×tgβ÷2=（1.9–0.4）×tg60÷2=1.30（m）（3.10）

污泥斗总容积VV=2×1/3×h5×（a12+a2+a1a）（3.11）

=2×1/3×1.3×（1.92+0.42+1.9×0.4）=3.9（m3）

沉淀池的总高度HH=h1+h2+h3+h4+h5（3.12）

=0.3+0.5+1.04+1.0+1.3=4.14（m）

3.3.4细部结构

（1）进水口进水用DN100（外径φ×壁厚=110mm×3.5mm）硬聚氯乙烯管直接与反池相连，则进水管中流速v

V=4Q÷（nπD2×24×3600）（3.13）

=4×500÷（2π×0.1032×24×3600）

=0.3（m/s）（满足絮凝后期流速要求，一般0.2～0.3m/s）

（2）配水槽配水槽是由两侧面为平行四边形，其余各面为矩形的盒体。

底端开口，其余各面封闭。

水流入后下行，由底端开口翻入斜板区。

配水槽尺寸矩形面宽为150mm；平行四边形变长a×b=150mm×120mm；平行四边形锐角α=60。

；

（3）集水槽

①采用两侧淹没孔口集水槽集水；

②集水槽个数N每池1个；

③槽中流量ｑｏ

ｑ=Q/N=500/（2×24×3600）=0.00289（m3/s）（3.14）

考虑池子超载系数为20%，则槽中流量ｑｏ为

ｑｏ=1.2q=1.2×0.00289=0.003（m2/s）

④槽中水深H2

槽宽B=0.9（ｑｏ）0.4

=0.9×0.0030.4=0.088（m）

为便于加工，取槽宽B=0.15m

起点槽中水深H1=0.75B=0.75×0.15=0.1125（m）

终点槽中水深H2=1.25B=1.25×0.15=0.1875（m）

槽中水深统一按H2=0.2m计

⑤槽总高度H（如下图所示），集水方法为淹没式自由跌落。

淹没水深取0.05m，跌落高度取0.05m，槽超高取0.1m，则集水槽总高度为

H=H2+0.05+0.05+0.2=0.2+0.05+0.1=0.4（m）（3.15）

图3-3集水槽

⑥孔眼计算

由ｑｏ=μω（2gh）1/2（3.16）

得ω=ｑｏ÷μ（2gh）1/2=0.003÷0.62÷（2×9081×0.05）1/2=0.00489（m2）

单孔面积ωｏ孔眼直径采用d=15mm,则单孔面积为

ωｏ=π/4×d2=0.758×0.0152=0.000177（m2）（3.17）

孔眼个数nn=ω/ωｏ=0.00489/0.000177=27.6，取30。

集水槽每边孔眼个数nn′=n/2=30/2=15

相邻孔眼中心距离SS=L/（n′+1）=1.5/（25+1）=0.094m故孔眼间距取0.100m

（4）落水斗

落水斗尺寸为L×B×H=500mm×500mm×800mm

排水管选用DN50（外径φ×壁厚=63×2.5）硬聚氯乙烯.

3.4中间水池

3.4.1一般说明

其作用为沉淀池出水贮池，同时用作过滤器水泵集水池，有效容积取0.5h废水流量。

3.4.2工艺尺寸

有效容积VV=0.5×500/24=10.42（m3）（3.18）

净尺寸L×B×H=3000mm×2000mm×2000mm

3.5砂滤池

3.5.1一般说明

石英砂单层滤料，设置2台，并联使用。

3.5.2参数选取

滤层厚度h1.0m；

承托层厚h′450mm，分4层；

正常虑速v8m/h；

强制虑速v′16m/h；

工作周期T24h；

反洗膨胀率40%；

反冲强度15L/（m2·s）；

反冲时间5min；

反冲洗水处理后水；

3.5.3工艺尺寸

单柱横截面积SS=Q/nv=20.8（m/h）/（2×8m/h）=1.3（m2）（3.19）

单柱直径DD=（4S/π）1/2=（4×1.3/π）1/2=1.28m（3.20）

校核空塔流速vv=4Q/nπD2（3.21）

=4×20.8/2×3.14×1.32

=7.8（m/h）符合要求（5～10m/h）；

单柱需要石英砂体积为V=S·h=1.3×1.0=1.3（m3）（3.22）

石英砂滤料反冲洗膨胀度50%，则砂滤器有效高度为

H=0.45+1.0（1+0.5）=1.95（m）（3.23）

砂滤器净尺寸φ1500mm×2200mm

反冲洗最大需水量（两柱同时反冲洗）为

Q′=（5×60×2×1.3×15）/1000=11.7（m3），设计取12m3（3.24）

3.5.4工艺设备

二次提升泵2台（1备1用）

3.6清水池

3.6.1一般说明

选用方形池，有效容积按砂滤器1次反冲洗水量的2倍计算，处理达标水经

DN70（75mm×2.5mm）硬聚乙烯溢流管直接外排。

一旦废水中六价铬含量达不到处理要求，用泵打回调节池重新处理。

池底设DN50泄空管。

3.6.2工艺尺寸

有效容积V=2×12=24（m3）（3.25）

池体净尺寸L×B×H=3000mm×3000mmm×3000mm

3.6.3工艺设备

①反冲洗泵2台用途有二，其一为砂滤器反冲洗提供动力，其二在清水池水铬含量不满足处理要求时，泵回调节池。

②搅拌装置1套，用于调节PH值时混合搅拌用。

3.7药剂投配系统

3.7.1H2SO4加药罐

PH值由5调至3，每天需要H2SO4量为

m=500×（0.001-0.00001）/2×98=24.3（kg/d）（3.26）

浓度10%H2SO4溶液的体积

V=24.3/（10%×1066）=0.228（m3）（3.27）

加药罐有效容积按5d需用酸量计，即

V有效=0.0228×5=1.140（m3），取1.2m3（3.28）

净尺寸φ=1500mm×1200mm

3.7.2NaHSO3加药罐

NaHSO3投药量与废水中六价铬量壁纸取5:

1（质量比），即投加量为1000mg/L。

NaHSO3溶液投加浓度10%，需用量为

V=（500×1000）／（106×10%）＝5.0（m3）（3.29）

每天配药4次，设计2个加药罐，交替使用，每个加药罐有效容积

V有效=5.0÷2=2.5（m3）（3.30）

净尺寸φ1500mm×1600mm

3.7.3NaOH加药罐

调节PH值为3～8，每天需要浓度20%苛性钠溶液体积为

V=[500×（10－６-10－６）×40]÷（20%×1219）　＝0.082（m3）（3.31）

加药罐有效容积按15d配药一次计算，即有效容积

V有效=15×0.082=1.23（m3）（3.32）

净尺寸φ1000mm×1600m

3.7.4PFS加药罐

设计最大投药量为20mg/L，PFS浓度10%，2天配一次，则PFS加药罐有效容积为

V=（500×20×2）／（106×10%）=0.2（m3）（3.33）

净尺寸φ600mm×800mm

所需药液量最小，加药罐设置2个，兼作溶药灌，1个配药，1个投药，交替使用。

3.7.5PAM加药罐

设计最大投药量为3mg/L，PAM浓度0.5%，2d配1次，则PAM佳肴有效容积为

V=（500×2×3）／（106×0.5%）=0.6（m3）（3.34）

净尺寸φ1000mm×800mm

所需药液体积小，PAM加药罐设置2个，兼作溶解罐，1个配药，1个投药，交替使用。

溶解药时，PAM粉料水解时间48h。

3.7.6溶药灌

为废水处理系统配制酸、碱、盐药液是共用。

①有效溶解以NaSO3加药罐总有效容积的0.25倍计算溶药灌有效容积，即

V有效=0.25×5.0=1.25（m3）（3.35）

净尺寸φ1000mm×1600mm

②搅拌装置按每立方米池容输入功率20W计算，所需功率N

N=20V有效=20×1.25=0.025（kW）（3.36）

搅拌器机械总效率η1采用0.75，搅拌器传动效率η2采用0.86

则搅拌轴所需电动机功率Nˊ=N∕η1η2=0.025/（0.75×0.8）=0.042（kW）（3.37）

3.8污泥处理系统

3.8.1斜板沉淀池排泥

采用重力排泥，排泥管DN150，自动控制排泥阀。

3.8.2污泥浓缩池

沉淀后污泥含水率一般在97%～99%之间，以水合肼为还原剂、氢氧化钠为沉淀剂处理六价铬废水时，当六价铬浓度为50～100mg/L时，沉淀池污泥量约占处理水量的15%～20%。

污泥浓缩时间取8h，则浓缩池有效容积为

V=500×0.2×8/24=33.3（m3）（3.38）

净尺寸φ1600mm×2500mm

3.8.3污泥脱水

从斜板沉淀池排出含水率为99%的污泥量为

500×0.2/24=4.2（m3/h）（3.39）

当污泥在浓缩池内浓缩8h后，含水率降为

4.2×（100－99）/（100－98）=2.1（m3/h）（3.40）

经板框压滤机压滤脱水后，污泥含水率可降为75%～80%，则污泥量为

2.1×（100－98）/（100－80）=0.21（m3/h）（3.41）

每天产80%含水率泥饼量为0.21×24=5（m3/d）（3.42）

以压滤机滤饼最大厚度20mm计算，需要过滤面积为

A=5/0.02=250（m2）（3.43）

本系统采用1台过滤面积50m2的板框压滤机，1d工作5次可满足要求。

4、水力计算

4.1调节池水泵扬程

调节池水泵扬程为

H=H差+H自+h沿+h局+h构（4.1）

废水流量Q=500（m3/d）=20.8（m3/h），取关中流速为v=1.0m/s，（一般为0.7～1.2m/s），则废水管径为

D=（4Q/πv）1/2=（4×20.8÷3.14÷0.8÷3600）1/2=0.096（m）（4.2）

查手册取公称直径Dg=110mm标准硬聚氯乙烯管，规格外径φ×壁厚=110×5，工作压力0.63Mpa，计算内径100mm，查Dg=100mm塑料管水力计算表，流量Q=20.16（m3/h），流速v=0.9m/s，1000i=8

对于一次提升段管段，废水管线水利最不利段长度L=10m，则管线沿程损失为

h沿=IL=8/1000×10=0.08m（4.3）

一次提升（从调节池用泵提升至反应池，反应池至中间水池重力自流）最不利段共有1个丁字管，局部阻力系数取0.1,；90°弯头2个，局部阻力系数0.6；阀门2个，局部阻力系数取2.5；逆止阀1个，局部阻力系数取7.5；转子流量计1个，局部阻力系数9；泵1台，局部阻力系数1；则管线总局部水头损失为

h局=ζv²/2g（4.4）

=（1×0.1+2×0.6+2×2.25+1×7.5+9+1）×0.9²/（2×9.8）

=0.96m

系统中调节池最低水位与最不利点最高水位差H差=4.0m，取自由水头H自=2m，则水泵所需扬程为

H=h沿+h局+H差+H自（4.5）

=0.08+0.96+4.0+2=7.04m

根据Q=20.8（工业级/h），H=7.13m，选用腐蚀塑料泵50FBH-30，

处理流量为5～25（m3/h），扬程H=17～33m，配用电机功率5.5Kw；

4.2砂滤器水泵扬程

4.2.1进水提升泵

对于二次提升管段（从中间水池进砂滤池到清水池），选用公称直径Dg=110mm标准硬聚氯乙烯管，规格外径φ×壁厚=110mm×5mm，工作压力0.63mpa,计算内径100mm，查Dg=100mm塑料管水力计算表，流量Q=20.8（m3/h）时，流速v=0.9m/s，1000i=8

废水管线水利最不利段长度L=18m，则管线沿程水头损失为

h沿=Il=8/1000×18=0.144m（4.6）

二次提升最不利段共有丁字管3个，局部阻力系数2个取0.1，1个取1.5；90°弯头5个，局部阻力系数各取0.6；阀门5个，局部阻力系数各取2.5；逆止阀1个，局部阻力系数7.5；转子流量计1个，局部阻力系数9；泵1台，局部阻力系数1；则管线总局部水头损失为

h局=ζv²/2g（4.7）

=（2×0.1+1.5+5×0.6+5×2.5+7.5+9+1）×0.9²/（2×9.8）

=1.43m

考虑配水、集水系统水头损失，过滤器水头损失按h砂滤器=3m估算。

系统中最不利点水位差H差=0.8m，取自由水头H自=2m，则水泵扬程为

H=h沿+h局+h砂滤器+H差+H自（4.8）=0.144+1.43+0.8+2=4.4m

根据Q=20.8（m3/h），H=4.4m，选耐腐蚀塑料泵50FBH-30，

处理流量为5～25m3/h扬程17～33m，配用电机功率5.5kw

4.2.2反冲洗水泵

选用150型耐腐蚀塑料离心泵2台，流量Q=19.08～29.52（m3/h），扬程H=18～23.5m，电机功率2.5kw。

5、设备与材料要求

处理系统对于要求比较高的，在化学反应时会产生热量的罐体采用碳钢焊接而成，内外防腐处理，为节约成本，少占地，尽可能采用设备一体化设计。

本系统对不放人反应的罐体都采用了聚乙烯（PE）材质的设备，PE材质具有耐腐蚀、抗氧化、不生锈、外表美观等优点、而起安装轻巧、维修方便。

对于反应池还原反应一格，要加盖封闭，防止反应中产生的SO2逸散。

处理系统采用机械搅拌。

机械搅拌主要用于各槽罐的液体搅拌，如反应槽、配药槽等。

废水输出泵采用国产耐腐蚀塑料泵，具有良好的防腐功能，污泥压滤采用隔膜泵；

废水管路设计以及加药管采用UPVC管道，部分加药管采用增强塑料软管。

系统管路分别沿地沟，墙面及管架集中排布，然后分散到各点。

6、电气控制系统设计要求

控制方式分为手动和自动控制两种，两种方式可以切换，具有较高的操作灵活性。

6.1处理系统自动控制方式

①废水处理系统主要设备的运行状态可在主控柜模拟盘上显示。

如废水调解反应池内的工作液位与一流报警液位，各罐体的下限报警液位等。

②当废水处理系统处于自动待机状态时，废水输水泵可自动启动（当废水贮池液位达到上限后），将废水输入处理槽；当废水贮池液位降至下限时，废水输水泵课自动关闭。

当输水泵启动后，需操作人员手动调节流量；

③当废水输水泵启动后，处理槽进入自动加药调节控制程序，搅拌器与泵联动，添加H2SO4药液，自动调节PH值；根据所测量的ORP值，自动添加NaHSO3药液。

④反应槽絮凝段通过PH值计控制计量泵自动添加NaOH、PFS、PAM等药液。

⑤清水池中的六价铬含量超过额定值以后，启动过滤器反冲水泵将不合格水回流至废水调节池，进行处理。

⑥清水池中有PH值在线监测仪，当PH值不满足要求时，池中搅拌器开启，PH值调节加药系统自动运行，将处理后的废水调至PH=6～9范围。

6.2处理系统自动控制方式

废水处理系统在手动控制状态下，操作人员可在操作现场通过现场操作开关实现上述自动控制全部操作程序。

7、操作管理注意事项

7.1斜板沉淀池

①运行前线开动反应槽内的搅拌器，搅拌3min后再进水。

②排泥周期应根据废水含铬浓度及污泥斗容积确定，在不影响沉淀效果的前提下，适当延长排泥周期，可以降低排出污泥的含