日处理3万吨氮肥厂废水处理工艺设计设计.docx
《日处理3万吨氮肥厂废水处理工艺设计设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《日处理3万吨氮肥厂废水处理工艺设计设计.docx（50页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
日处理3万吨氮肥厂废水处理工艺设计设计
学校代码：
11059
学号：
**********
HefeiUniversity
毕业设计（论文）
BACHELORDISSERTATION
论文题目：
日处理3万吨氮肥厂废水处理工艺设计
学位类别：
工学学士
学科专业：
环境工程
作者姓名：
赵松涛
导师姓名：
叶劲松
完成时间：
2015年5月
日处理3万吨氮肥厂废水处理工艺设计
摘要
本次毕业设计的题目为日处理3万吨氮肥厂废水处理工艺设计。
进水水质情况如下COD800mg/l，BOD5250mg/l，SS300mg/l，NH4-N1000mg/l，pH8～9。
设计主要任务是确定污水处理厂设计规模、进行多方案比较、选定工艺流程、各单体设计、进行高程设计、工艺设备选型、总平面布置。
该设计采用吹脱法+AO工艺处理氮肥厂的氨氮废水。
污水处理流程为：
细格栅到初沉池，初沉池到调节池，调节池到吹脱塔，吹脱塔到AO池，AO池到二沉池。
废水处理后排入城市管网。
污泥处理流程为：
从二沉池排出的污泥一部分经污泥回流泵房回流至AO池，另一部分剩余污泥脱水后外运处置。
所选的吹脱法+AO工艺，对氨氮废水具有较好的处理效果。
处理后达到《合成氨工业水污染物排放标准》（GB13458－2013）中的间接排放标准。
关键词：
氮肥厂废水；高氨氮；AO；吹脱法；
Treatmentprocessdesignfora30000tonsnitrogenousfertilizerplant’swastewater
Abstract
Thisgraduationprojecttopicistheprocessdesignforthetreatmentof30000tonswastewaterofthenitrogenfertilizerplantinaday.Theinfluentwaterqualityisasfollows:
COD800mg/l,BOD5250mg/l,NH4-N1000mg/l,pH8,SS300mg/l~9.Theprimarymissionisdeterminedthesewagetreatmentplantdesignscale,carriesonthemulti-plancomparison,designatedthetechnicalprocess,carriesontheelevationdesign,theprocessunitshaping,variousmonomersdesign,thetotalplanearrangement.
AirstrippingmethodandAOareadoptinthetreatmentprocessofthewastewater.thespecificprocessofthetreatmentis:
thefinegridtothebeginningofthesink,thebeginningofthepooltoadjustthepool,adjustthepooltoairstrippingtower,towertotheAOpool,AOpooltotwosink.Sewagetreatmentintothecitypipenetwork. Sludgetreatmentprocessfor:
fromthesludgeofsecondarysedimentationtankdischargeofapartthroughasludgerefluxpumpbacktotheAopool,anotherpartoftheresidualsludgedewateringSinotransdisposal. The+AOprocessoftheAirstrippingmethodhasgoodeffectforammonianitrogenwastewater.Thequalityofthewatercanreached"syntheticammoniaindustrialwaterpollutantdischargestandards"（GB134582013）indirectdischargestandardofthe.
KEYWORD:
Nitrogenousfertilizerplant；AO;Airstrippingmethod;Thedenitrogenationeliminatesthephosphorus
第一章设计任务及资料
1.1设计题目
日处理3万吨氮肥厂废水处理工艺设计
1.2设计目的和意义
1.2.1设计目的
（1）掌握工业污废水处理工程项目设计的步骤和方法，学会收集设计相关资料，并知道如何从多种工艺计方案中选最合适的方案。
（2）掌握污水处理工艺设计的基本技能，例如，资料查阅、工艺比较选择、参数确定、设计计算与设备选型。
（3）掌握工艺流程图、平面布置图、高程图及主要构筑物图纸的绘制；掌握设计说明书的基本写作规范。
1.2.2设计意义
我国是人口和农业大国，化肥在经济发展和农业增产中处于非常重要的地位。
而我国一些氮肥厂高氨氮废水处理效率低,高氨氮废水大量进入水体，将会导致水体污染，造成水体污染，致使水体营养化，危害水生生物。
而且通水管道中微生物大量繁殖而形成生物垢，影响热交换率[1]。
因此结合氮肥厂废水的特点，设计高效率、低能耗的氮肥厂工业废水处理工艺方案，对保护水资源、维护生产设备和提升健康品质等方面都有重要意义。
1.3设计基本要求
（1）设计方案应符合实用的要求，必须确保污水处理后能够达标排放。
结合考虑经济技术因素及现实条件，以及当地的具体情况。
（2）设计中各个构筑物的参数应严格按照设计规范选取，保留一定的安全系数。
（3）设计工艺必须考虑经济条件，力求处理效率和运营花费达到最佳平衡。
（4）应当力求技术合理，尽可能选择工艺成熟，管理方便，运营简单，自动化程度高的工艺，减少人员投入。
（5）条件允许时，厂界布局尽量合理、美观，同时注意注意绿化，增加观赏性。
1.4设计资料
1.4.1废水水量
根据设计任务书废水水量可按30000m3/d计算。
1.4.2废水进、出水质
根据设计任务书废水水质按下表水质设计，出水水质需要满足《合成氨工业水污染物排放标准》（GB13458－2013）中的间接排放标准。
表1废水进、出水水质
项目
进水水质
出水水质
COD（mg/l）
800
100
BOD5（mg/l）
250
50
SS（mg/l）
300
60
NH4-N（mg/l）
1000
50
pH
8～9
6～9
1.5设计依据
（1）《中华人民共和国环境保护法》；（2014修订版）
（2）设计任务书提供废水量及水质数据；
（3）《中华人民共和国水污染防治法》；（2008修订版）
（4）《国务院关于编制全国主体功能区规划的意见》，
（5）环保部门对污染治理的指示与要求；
（6）《合成氨工业水污染物排放标准》（GB13458－2013）；
（7）《室外排水设计规范》GBJ14-87有关规定；
（8）氮肥厂所处位置的具体情况（包括位置、气候、水源等）
（9）环境工程手册
1.6设计内容
（1）污水处理工艺方案的确定及各处理单元的选择，包括工艺流程、各单元构筑物的工艺设计和计算、设备选型。
（2）污泥处理方法的比较选择及其工艺的设计计算。
（3）污水处理区的平面布置，包括污水处理站的主要处理单元，生产构筑物及附属建筑
（4）处理工艺方案的主要工艺流程图，包括各处理单元的主要构筑物。
（5）污水处理站各处理单元水头损失及高程计算，高程图的绘制，主要处理构筑物的三视图。
第二章设计方案的比较和确定
2.1工艺流程选择的原则
（1）确保出水水质达到排放要求，技术可靠、处理效果稳定、先进适用；
（2）各处理单元设备布置紧凑，尽可能节省土地，坚持实用美观并重的布局原则；
（3）选择工艺时，应该考虑实用的处理工艺，运行管理简单、运转灵活占地少、成本少；
（4）最大程度的优化设计以减少工程投资及运营费用。
2.2影响工艺流程选择的因素
（1）技术因素；处理规模；进水特性，重点考虑有机负荷；出水水质要求。
（2）技术经济因素：
占地面积，地价；基建投资；运行成本；自动化成本；自动化水平，运行管理能力。
2.3氮肥厂废水处理方案的比较和选择
2.3.1当前主要处理方法的比较
2.3.1.1物化法
目前，国内处理氨氮废水的物理化学方法有许多，工艺相对成熟的主要有空气吹脱法、蒸汽汽提法、折点加氯法、离子交换法、化学沉淀法等，这些处理方法各有特点，针对不同的水质条件，选择不同的处理方法[2]。
（1）空气吹脱法
空气吹脱法目前较为成熟，首先向吹脱塔中送入空气，空气在吹脱塔下方进入，液体在上部进入，淋洒在吹脱塔的填料上。
废水与空气充分接触，因两者氨氮分压的差异，一部分氨氮从废水中转移到气体中，随空气一起排出，可通过分离器分离后资源化利用。
废水pH值对吹脱率有较大的影响。
吹脱过程中，NH4+转化为NH3，其反应原理如下
废水酸碱度、温度、气水比等都可以影响到吹脱效果。
通常情况下，当pH值提高至11左右，水温保持大约20℃，水力负荷为
，气水比为
时，氨氮去除率在85%左右[3]。
温度对吹脱的效率有较大的影响，不宜在长时间低温地区采用。
但是空气吹脱法工艺较成熟，流程简单，增加回收装置后吹脱后的氨氮可以资源化利用，以提高经济效益，故空气吹脱法在高氨氮废水处理工艺中应用较广。
（2）蒸汽汽提法
蒸汽汽提法是通过蒸汽把污水中游离态氨转化成氨气逸出水面，机理类似于吹脱法一，在较高ph情况下，使废水接触到蒸汽，将氨氮从废水中带出。
气体中氨的分压和污水中氨浓度的平衡分压之间的差值是其传质过程的主要推动力。
增加气液接触时间和接触面积有利于传质过程。
将蒸汽作为气相进入吹脱塔，氨从废水中进入蒸汽，随后在塔顶部蒸馏成液氨，或者浓氨气回收，或是用酸吸收。
蒸汽汽提法效率高，条件易于控制，适宜连续排放的高浓度氨氮废水。
对于浓度在1000～30000mg∙L-1，甚至更高浓度的氨氮废水，采用该法可以经一次处理后，氨氮浓度达到
15mg∙L-1（国家一级排放标准）以下[4]。
蒸汽汽提法使用蒸汽作为介质，成本较高，因此蒸汽使用量是该技术关键经济指标。
传统蒸汽汽提法蒸汽量消耗较大，因此采用该法脱氨花费较多。
随着近来技术的进步，蒸汽用量已经大幅下降，故新型蒸汽汽提脱氨法也有不少的应用。
（3）折点氯气法
折点加氯法：
将氯气通入废水中，当浓度达到一定值时，废水中的游离氯含量最低，氨的浓度变为零，当加入量大于该点时，废水中游离氯含量就会增多。
盖点即是所谓的折点。
此法的机理为，氯气与氨在水互相接触反应生成无害的氮气，逸出水面。
折点加氯法，氯气使用量和水中氨氮的含量密切相关。
二这之间有一个最佳的比例，当达到最佳比例时，氨氮吹脱率达到最高。
为了确保完全反应，一般情况下氧化氨氮，需加过量的氯气。
氯气浓度足够高时，脱氮率可以超过90%[5]。
折点加氯法处理效果相对稳定，有较高的处理效率，条件适宜，可以达到90%，而且温度对处理效果影响不大。
但是此法也有其局限性，运营管理过程中如果处理不当，其副产物将可能对环境产生二次污染，且此法处理水量有限，氨氮浓度也不能过大，因此，折点氯气法在实际污水处理中应用较少。
2.3.1.1生化法
生化法在废水处理中有广泛的应用，利用微生物硝化作用和反硝化作用，先把氨氮转化为硝酸盐亚硝酸盐，然后转化为氮气，实现水体中氨氮含量的降低。
生化法的优点有，脱除氨氮效率较高，无二次污染，耗能普遍低于物理化学法[6]。
但由于微生物所能承受的废水中的氨氮浓度较低，通常生物法处理氨氮浓度不宜大于
。
当废水中的氨氮浓度大于200mg/l时则通常要使用物理化学法和生化法相结合的工艺，即先用物理化学方法先出去一部分氨氮以降低氨氮浓度，然后采用生化法使得氨氮浓度进一步降低以排放标准。
当废水中的氨氮浓度大于1000mg/l时，国内外的生产实践中比较普遍的做法是：
先将浓度较高的氨氮废水通过蒸氨的或吹脱使其氨氮降到300mg∙L-1左右，然后用A0法或化学沉淀法等进行后续再处理。
氮肥厂生产工艺中的造气和脱硫的过程是其废水中氨氮的主要来源，废水中含量较高。
通常情况下，采用物化法和生物法相结合的工艺具有较好的处理效果。
氨氮质量浓度大于200mg/L时,会对后续生化处理的微生物造成较大影响，高浓度氨氮应该先经过物理化学方法处理，氨氮含量下降后，再利用生物法进一步降低其氨氮含量[7]。
综合考虑上述各种处理方法，结合进出水水质状况及经济实际，本设计采用吹脱法+AO法处理氮肥厂高浓度氨氮废水，它主要优点是技术比较成熟，处理后能达到排放标准，并能回收利用氨氮，因而应用较广。
2.3.2空气吹脱法+AO法
（1）原理：
即把气体通入水中，气液充分接触后，由于气体分压的差异，氨氮会从液相转移到液相，从而降低废水中氨氮的浓度。
水中氨离子和游离氨保持平衡的状态。
其平衡关系式如下：
（1）
pH值会对式
（1）产生影响，pH值增加，平衡向右移动，游离氨的含量增加，pH值减小时，平衡左移。
当pH值为11左右时，游离氨含量可达到占90％[8]。
（2）废水的碱化，废水吹脱必须在碱性条件下进行。
水中离子态的氮如NH4+等会随着废水碱性的逐渐增加，而更有利于被吹脱出。
根据实验得知:
当pH为11时，氨氮分离率能达到90%以上，原水质pH为8～9，所以要在调节池加入NaOH溶液调节污水的pH达到11。
（3）吹脱PH变化表2-1为pH、氨氮浓度、曝气方式和氨氮去除率的关系
表2pH、氨氮浓度、曝气方式和氨氮去除率的关系[9]
2.3.2.2AO法工艺
AO工艺法在污废水生物处理中有广泛的应用，A（厌氧段），可以脱氮除磷；O（好氧段），用来降低废水中有机物的含量。
AO法去除氨氮原理：
废水中氨氮，在好氧的条件下（O段），经过硝化细菌、亚硝化细菌的硝化作用转化为硝态氮，AO池中硝态氮回流至A段时，缺氧条件下，经过兼性厌氧的反硝化菌的作用，硝态氮被还原为氮气进入空气，从而达到降低废水中氮含量的自的[11]。
硝化反应：
反硝化反应：
2.3.3废水处理工艺流程
氮肥厂废水首先经过格栅，部分的漂浮物和不溶物被阻拦。
因此格栅的主要作用是防止对后续的水泵等造成堵塞，确保水泵的正常工作以及后续工艺的正常进行。
随后废水进入初沉池，密度大的颗粒物在初沉池中沉淀，初步沉淀后废水进入调节池，向调节池中投加碱剂调节pH，将pH调节为11左右。
在吹脱塔内用空气将氨氮吹脱出来,再用吸收装置进行吸收（在本设计中未将吸收装置设计纳入其中），达到资源化利用。
吹脱完之后的废水经AO池、二沉池，再排入城镇污水管道。
污泥处理：
经板框压滤机脱水，采用连续排泥。
图1处理工艺流程图
2.3.4其他工程方案
2.3.4.1初沉池
初沉池的作用是用来去除废水中的密度较大的物质和部分漂浮物其类型有平流式、辐流式、竖流式三种。
各类型的沉淀池各有长短，其比较见下表。
表3不同沉淀池的比较[10]
2.3.4.2污泥脱水方法
各种脱水方式的比较见表5。
表5各种脱水方法的比较[11]
通过表5的比较，本设计污泥脱水采用机械脱水中的板框压滤机脱水
第三章处理单元的设计计算
3.1格栅的设计
格栅主要由一组或多组平行的金属栅条与框架组成，用来去除的较大悬浮物，确保水泵的正常工作和后续处理单元的正常进行。
其常安装在进水渠道或进水泵站集水井的进口处，有一定的倾斜角度。
格栅的设计，应考虑到能使整个处理工艺流程的正常运行，使处理设施或管道等均不产生堵塞现象。
按不同的分法，格栅可以分成不同的类别：
按迎水面的形状不同，可分为平面和曲面两种；按格栅间空隙的大小可以分为粗、中、细三种不同的格栅；按格栅渣滓清理方式的不同，格栅可以分为机械清理和和人工清理两种不同的类型。
本设计中氮肥厂废水中漂浮物较少，因此只设置一组细格栅[14]。
3.1.1基本参数的确定
本设计设置一组细格栅，根据设计数据具体实际，确定细格栅设计计算的设计参数如下：
过栅流速
栅条间隙宽度
格栅倾角
栅渣量W1=0.07m3栅渣/10m3污水
栅条宽度
设计流量Q=30000m³/d=0.348m³/s
3.1.2计算公式
格栅设计计算所用到的公式见表6
表6格栅设计计算公式[12]
3.1.3设计计算
格栅示意图如图2所示。
图2细格栅设草图
（1）格栅栅条之间间隙的数量
取92个
式中：
Q—最大设计流量，
m
/s；
—格栅倾角;
N—设计格栅组数，设一组细格栅；
b—栅条间隙，通常6～25mm，本设计取
;
h—栅前水深，设h=0.4m；
v—过栅流速，通常为0.6～1.0m/s，本设计取
（2）栅槽有效宽度
B=S（n-1）+bn=0.01×（92-1）+0.02×92=2.75m
式中：
S—单根根格栅条的宽度（m），取S=0.01m
（3）进水渠道渐宽部分长度
式中：
B1—进水明渠宽度，本设计取B1=0.32m；
1—渐宽角度，本设计取
1=20°
（4）出水渠道渐窄部分长度
（5）废水经过格栅的水头损失
其中
———水头损失，
；
———栅条对流体阻力系数，查表可知
取值为2.42；
———堵塞时的水头损失增大系数，一般取k值5可以取为3。
g—重力加速度，9.81m/s2
（6）栅后槽总高度
栅后槽总高度
式中：
h—栅前水深，为0.4m；
h1—水头损失,为0.14m；
h2—明渠超高，取0.3m；
（7）格栅总长度
L1——进水渠道渐宽部分长度，m;
L2——出水部分渐窄长度,m;
H1——格栅明渠的深,m;
（8）每日栅渣量
式中，W—单位栅渣量,取0.1
0.01,此处取0.02
本设计中废水为氮肥厂废水，设置一组细格栅，取W1=0.02m3栅渣/103m3污水。
由计算结果可知本设计适宜采用机械清渣。
3.2初沉池的设计
3.2.1基本参数的确定
（1）沉淀池一些相关设计数据可参考下表。
表7沉淀池设计数据[13]
（2）沉淀池的超高至少应超过0.3m。
（3）沉淀池的有效水深采用
为宜。
（4）生物膜法中二淀污泥容积，可按4h计算。
根据上文所述，结合具体实际，本设计采用平流沉淀池作为初沉池，分12格，其具有结构简单，运营维护方便，处理效果好的特点。
初沉池池长度L=6m斗壁水平倾角为60°
有效水深h2=0.3m贮泥斗容积0.23m3
贮砂斗室高hd=0.41m池底宽b1=0.5m
斗部上口宽：
b2=0.97
3.2.2计算公式
平流式沉砂池设计计算公式见表8
表8平流式沉砂池计算公式[14]
3.2.3设计计算
（1）沉砂池长度L
设计流速取
，水力停留时间
则
（2）水流断面面积A
设计流量
（设计1组，采用12个分格）
则
（3）池总宽度B
池总宽B=A/h2=1.74/0.3=5.8m
每个分格宽度b=5.8/12=0.483
校核长宽比：
6/0.483=12.5>4，符合要求。
（4）贮砂斗所需容积V1
设清除沉砂的时间间隔T=2d
则：
X1———污水沉砂量；
（5）沉砂斗尺寸计算
设沉砂斗底部宽为3m，斗壁倾角取为60°
高
：
砂斗上口宽度
：
，取70m3
（6）沉砂室高度
沉砂室采用重力排砂，池底的坡度为0.02。
沉砂池砂斗长度是：
设h3沉砂区高度，则
，取0.45m
（7）沉砂池总高度H
设超高h1=0.3m
H=h1+h2+h3=0.3+0.3+0.45=1.05m
（8）砂水分离装置
采用LSF型螺旋砂水分离器，N=0.37kw，其主要技术参数见表9。
表9LSF型螺旋砂水分离器主要技术参数[15]
（9）设计计算草图
平流沉砂池剖面图和平面图见图3、4。
图3平流沉砂池1-1剖面图
图4平流沉砂池平面图
3.3调节池的设计
3.3.1基本参数的确定
由于废水中含有高浓度氨氮废水，为了后续吹脱，需要将废水的pH调为碱性，而且后续处理工艺对水量和水质有一定要求，故应预先进行调节。
调节池可以起到缓冲负荷的作用，废水水质在调节池达到均匀便于后续处理。
（1）设计流量
（2）停留时间T=0.5h；
（3）有效水深h=6m，保护高0.5m
3.3.2设计计算
（1）调节池有效容积
调节池容积按下式计算
式中：
V—调节池有效容积，m3
Q—平均进水流量，m3/h
T—停留时间，h
（2）调节池尺寸
有效水深h=6m，保护高0.5m，则调节池总高度为H=6.5m
则调节池面积为
式中：
采用矩形池，取池长为10.0m，则池宽为7.0m
调节池采用外加动力搅拌。
3.4吹脱塔的设计
废水经调节池进入吹脱塔。
废水中含有高浓度氨氮，当pH较高时，废水与吹入的空气接触，氨氮从液相转移到气象，氨氮浓度降低，PH值下降，废水的可生化性增加
。
3.4.1基本参数的确定
（1）设计流量
（2）塔内空气流速
；
3.4.2设计计算
吹脱塔计算公式见表10
表10吹脱塔计算公式[16]
3.4.3吹脱塔设计计算
（1）基本计算
有设计资料中的水质情况知废水中NH3-N含量为1g/kg故其，摩尔分率为0.001。
设计进入吹脱塔中的废液流量为1250m3/h，（567936kmol/h），回收率可设为80%。
在101.3kPa和
20℃的条件下，稀氨水溶液的氧气分压为0.2kPa，故亨利系数E为76.923kP;
m=（0.2/101.3）/0.001=1.97。
30℃空气的分子量为29，密度1.165kg/m3。
①实际气液比
（G/L）min=（X1-X2）/（Y2e-Y1）=（0.001×80%）/（0.001×0.165）=4.85
（G/L）=（1.2）×（G/L）min=1.2×4.85=5.82（取系数为1.2）
所以G=5.82×567936×29/1.165=8.2×107m3，即为3.3×106kmol/h。
故实际气液比（体积比）为：
（G/L）v=8.2×107/1250=65600
30℃，进料液体的摩尔粘度μ为0.8007cp（设计应选取最恶劣的条件，考虑到冬季热损失）
故ET=0.17-0.616lgμ=0.169
实际板数N=NT/ET=41.42取42
3.5AO池的设计
3.5.1基本参数的确定
（5）曝气池内混合液污泥浓度：
（6）
去除率：
（7）内回流比：
R内
升级会员 