化工废水处理工程设计方案.docx
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化工废水处理工程设计方案
化工废水处理工程
设计方案
二O一一年七月
1.总论
1.1.工程概况
XXX化工有限责任公司每年生产大量的有机氮物质，其所产生的废水主要含有氨氮等污染物。
确定本工程生化处理水（包括综合循环水换水、热电定排、冷却器反洗、生活污水）处理水量为60m3/h；物化处理水（化水阴阳床再生）处理水量为60m3/h。
工程范围包括工艺、结构、电气、机械、仪表自控、建筑等主要专业的设计说明、图纸、工程投资估算、运行费用说明、设备清单等技术文件。
1.2.设计依据
（1）业主提供的水质水量情况；
（2）业主要求的工艺达标出水水质，即COD≤50mg/L，SS≤50mg/L，NH3-N≤15mg/L，pH：
6-9；
（3）《给排水设计手册》；
（4）《合成氨工业水污染物排放标准》征求意见稿；
（5）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
（6）《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）
（7）《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999）
（8）《城市污水水质检验方法标准》（CJ/T51-2004）
（9）《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）
（10）《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
（11）《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）
（12）《给水排水标准规范实施手册》，建设部标准定额研究所（编制）
（13）《环境工程手册-水污染防治卷》
（14）《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）
（15）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
（16）《建筑地面设计规范》（GBJ50037-96）
（17）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
（18）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）
（19）《砌体结构设计规范》（GB5003-2001）
（20）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）
（21）《建筑防雷设计规范》（GB50057-1994（2000版））
（22）《建筑设计防火规范（2001年修订版）》（GBJ16-87）
（23）《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-1995）
（24）《城市防洪工程设计规范》（CJJ50-1992）
（25）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）
（26）《给水排水构筑物施工及验收规范》（GBJ141-90）
（27）《城市污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》（CJJ31-1989）
（28）《室外给水排水和煤气热力工程抗震设计规范》（GB50032-2003）
（29）《供配电系统设计规范》（GB50052-1995）
（30）《低压配电设计规范》（GB50054-1995）
（31）《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-1993）
（32）《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-1997）
（33）《电力工程电缆设计规范》（GB50217-1994）
（34）《工业企业照明设计标准》（GB50034-1992）
（35）《自动化仪表工程施工验收规范》（GB50093-2002）
（36）《工业计算机监控系统抗干扰技术规范》（CECS81:
1996）
（37）《城市污水处理工程项目建设标准》（修订）建标[2001]77号
（38）《城市污水处理及污染防治技术政策》建城[2000]124号
（39）其它相关技术资料。
1.3.设计原则
1、选用技术成熟、可靠的工艺，确保出水达到标准要求；
2、尽量减少占地面积，降低投资成本和运行费用；
3、工程设计科学合理，结构简单，运行稳定、安全、可靠；
4、工艺设计高效节能、抗冲击力强、操作管理方便；
5、优化工程、争创优良工程的原则；
6、按国家相关法律、法规、标准、规范设计，确保工程质量。
1.4.设计规模
根据xxx化工有限公司目前污水水量总共为2880m3/d，生化处理水和物化处理水处理规模分别为1440m3/d。
各具体情况如下
a、设计日平均处理水量1440m3/d
b、设计小时平均流量60m3/h
c、系统运行时间24h/d
1.5.废水水质
根据xxx化工有限责任公司提供的废水水质，并参照同类型废水处理工程的水质情况确定本工程进水水质如下：
表1.1生化处理水质表
项目
废水
pH
6-9
COD
≤100mg/l
氨氮
≤150mg/l
SS
≤150mg/l
表1.2物化处理水质表
项目
废水
pH
6-9
COD
≤30mg/l
SS
≤150mg/l
1.6.出水水质
废水排放水质按《合成氨工业水污染物排放标准》征求意见稿中的排放标准。
即：
表1.3处理废水进、出水控制指标水质表
项目
进水
出水
废水排放水质标准
备注
pH
6~9
6~9
6~9
满足标准
CODcr1mg/l
100
20
≤50mg/l
优于标准
氨氮mg/l
150
15
≤15mg/l
优于标准
SS1mg/l
150
30
≤50mg/l
优于标准
CODcr2mg/l
30
15
≤30mg/l
优于标准
SS2mg/l
150
30
≤50mg/l
优于标准
注：
CODcr1mg/l，SS1mg/l为生化处理水COD、SS含量；CODcr2mg/l、SS2mg/l为物化处理水COD、SS含量。
根据表1-3，废水进水指标中NH3-N、COD、SS等超出设计出水标准，因此本工程主要研究如何去除废水中的NH3-N、COD、SS，并进一步降低其它水质指标，选择稳定、可靠的工艺进行废水处理。
2.废水处理工艺
2.1.两种废水处理工艺选择及确定
2.1.1.生化处理工艺选择
在确定污水处理工艺时，工艺流程方案选择需考虑以下几点因素：
1.保证出水效果；
2.降低基建投资，节省日常的运行费用保证达标排放的前提下，使经营成本最小；
3.要求自动化程度较高，以减少工作人员配置，降低经营成本。
根据我公司的工作人员多年的实践经验，xxx化工有限公司生化处理水有以下两个方案以供考虑：
1．工艺1
图2.1生化处理工艺1
如图2.1所示，生化处理水经过预处理后，进入兼氧（A）—接触氧化（O）工艺进行生化处理。
1）预处理基本原理
废水预处理过程为格栅—调节池—气浮池。
生化处理水混有生活污水，需要格栅截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的固体污染物，以免堵塞水泵和沉淀池的排泥管；调节池对水量和水质的进行调节，调节污水pH值、水温，兼有预曝气、沉淀、混合、加药、中和等功能；气浮池能水中的杂质，使水中固体悬浮物进行有效分离。
气浮法净水是在高压情况下，水溶入大量的气体为工作液体，在骤然解压时，释放出无数微细气泡与经过混和反应后的水中杂质粘附在一起，使其絮体的比重小于1，从而浮于液面之上，形成泡沫（即气、水、颗粒）三相混合体，从而使污染物质得以从废水中分离处理，达到净化结果。
加入混凝剂的废水和溶气罐高压输出的溶气同时在气浮池内反应凝聚，从原始肢体凝絮成絮凝体的过程就是气浮法的工作过程，整个反应机理为药剂扩散、混凝水解、杂质胶体脱稳肢体聚集，微絮粒碰聚，使胶体颗粒径从0.001微米凝聚成2毫米絮凝体迅速上浮，浮渣用刮渣机定时刮排，经过反应浮选后的排水从集水槽内自动流出。
气浮法的分类如下图所示：
图2.2气浮法分类
溶气气浮（DAF）是气浮的一种，它利用水在不同压力下溶解度不同的特性，对全部或部分待处理（或处理后）的水进行加压并加气，增加水的空气溶解量，通入加过混凝剂的水中，在常压情况下释放，空气析出形成小气泡，粘附在杂质絮粒上，造成絮粒整体密度小于水而上升，从而使固液分离。
溶气气浮根据气泡从水中析出时所处压力的不同，可分为真空式气浮法与压力溶气气浮法两种。
前者利用抽真空的方法在常压或加压下溶解空气，然后在负压下释放微气泡，供气浮使用；后者是在加压情况下，使空气强制溶于水中，然后突然减压，使溶解的气体从水中释放出来，以微气泡形式粘附上絮粒，一起上浮。
压力溶气气浮法是目前国内外最常采用的方法，可选择的基本流程有全流程溶气气浮法、部分溶气气浮法和部分回流溶气气浮法三种。
部分回流溶气气浮法是取一部分处理后的水回流，回流水加压和溶气减压
后进入气浮池，与来自絮凝池的含油废水混合和气浮
它的特点是：
①加压的水量少，动力消耗省；②气浮过程中不促进乳化；③矾花形成好，后絮凝也少；④气浮池的容积较前两种流程大。
现代气浮理论认为：
部分回流加压溶气气浮节约能源，能充分利用浮选（混凝）剂，处理效果优于全加压溶气气浮流程。
而回流比为50%时处理效果最佳。
2）A/O生化处理基本原理
A/O是Anoxic/Oxic的缩写，它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有脱氮除磷功能，A/O工艺将前段兼氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。
在兼氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，提高污水的可生化性，提高氧的效率；在缺氧段异养菌将蛋白质、脂肪等污染物进行氨化（有机链上的N或氨基酸中的氨基）游离出氨（NH3、NH4+），在充足供氧条件下，自养菌的硝化作用将NH3-N（NH4+）氧化为NO3-，通过回流控制返回至A池，在缺氧条件下，异氧菌的反硝化作用将NO3-还原为分子态氮（N2）完成C、N、O在生态中的循环，实现污水无害化处理。
a.兼氧池
兼氧池是生物脱氮的主要工艺设备，废水中NH3-N在下一级好氧硝化反应池中被硝化菌与亚硝化菌转化为NO3-N与NO2-N的硝化混合液，循环回流于兼氧池，通过反硝菌生物还原作用，NO3-N与NO2-N转化为N2。
在缺氧过程中溶解氧控制在0.5mg/L一下，兼性脱氮菌利用进水中的COD作为氢供给体，将好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气排入大气，同时利用厌氧生物处理反应过程中的产酸过程，把一些复杂的大分子稠环化合物分解成低分子有机物。
b.接触氧化池
二沉池流出的废水自流入生物接触氧化池，自下向上流动，运行中废水与填料接触，微生物附着在填料上，水中的有机物被微生物吸附、氧化分解并部分转化为新的生物膜，废水得到净化。
溶解氧控制在2～4mg/L，能够进一步降解难降解有机物，脱除氨氮、磷，对水质起关键作用。
该工艺在填料下直接布气，生物膜直接受到气流的搅动，加速了生物膜的更新，使其经常保持较高的活性，而且能够克服堵塞现象。
由于此时废水中各污染物含量较低，可取较低的容积负荷，气水比10:
1。
生物接触氧化池由池体、填料、布水和布气系统四部分组成，作为净化废水的后处理过程。
A/O工艺的优点：
Ø由于填料比表面积大，池内充氧条件良好，池内单位容积的生物固体量较高，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷。
Ø由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流完全混合，故对水质水量的骤变有较强的适应能力；
Ø不需要专门培养菌种，挂膜方便，可以间歇运行，去除氨氮的能力强。
2．工艺2
图2.3生化处理水处理工艺2
如图2.3所示，经过预处理的废水进入ABFT池。
ABFT生物反应器工艺综合了介质流态化、吸附和生物化学过程，运行机理上较为复杂，但运行管理方便、操作简单。
特别是物理化学法与生物法相结合，同时兼顾了活性污泥法、生物膜法和固定化微生物技术的长处，anammox生物反应器中，通过培养不同特效优势菌种，提高目标污染物的降解效果；载体所生长的生物量最高达可达10～18g/L，成活后的微生物与载体的结合是采用键价结合的固定化技术，故结合力牢固，不易脱落，不易流失，高负载的生物量保证了anammox生物反应器去除污染物的高效和稳定性；运行过程中每个载体内部都存在着良好的好氧、缺氧、厌氧环境，使其内部形成无数个微型的硝化—反硝化反应器，故而造成在同一个反应器中同时发生氨氧化、硝化和反硝化联合作用，有力的保证了N、P、COD的有效去除。
ABFT设硝化液回流，将ABFT池出水通过回流泵回流至ABFT，将硝化液中的NO3-、NO2-带回缺氧池进行反硝化。
在经过气浮池进行气浮去除杂质，使出水达标。
ABFT工艺优点：
Ø污水处理系统具有较高的可靠性，出水水质效果好。
Ø整个污水处理系统已考虑到反冲洗水回流消化处理，基本不产生污泥。
Ø污水处理主体采用了ABFT生物反应器工艺，具体了强大的耐冲击性，当水质发生变化时，污水处理系统具备较强的抗冲击负荷能力。
ABFT工艺缺点：
Ø（为维持床内流化）能耗较高；
Ø如载体颗粒粒径不均匀，易出现分层现象。
Ø管理要细微，对技术要求较高。
根据xxx化工有限公司提供的污水水质、出水标准以及出水水质保证，以及我方技术人员的多年经验，对两个工艺进行比较，本设计选择调节池（O）+兼氧（A）+接触氧化（O）工艺处理循环置换水。
2.1.2.物化处理水工艺选择
物化处理水的所含物质的成分简单，主要处理悬浮物，且COD含量较低，为中和好的废水，故此污水只需采用部分回流溶气气浮法气浮即可去除废水中的悬浮物、COD等，达到出水效果。
工艺流程如图2.4所示。
图2.4物化处理水工艺流程
气浮法优点：
a.设备投资小，所需药剂量少，占地面积小；
b.处理工艺简单，且可以同时去除多种污染物，处理出的水质好；
c.气浮池污泥浓度高，节省污泥处理成本。
2.2.生化处理水工艺流程简述
2.2.1.工艺流程图
如图2.1。
2.2.2.工艺流程说明
（1）事故池
工厂出现生产事故后，会在短时间内排放大量高浓度且pH值波动大的有机废水，这些废水若直接进入污水处理系统，会给运行中的生物处理系统带来很高的冲击负荷，造成严重影响。
为避免事故水对污水处理系统带来的影响，因此设置事故池，用于贮存事故水。
废水浓度较高时，生化处理的含氨废水进入该池后通过加碱调整PH再进入调节池。
或当设备进行维修、后段废水处理出现事故，也可用事故池贮池事故水，再流入调节池进行废水处理。
（2）调节池
调节池设有人工格栅，拦截污水中较大的悬浮物及杂质，以保证后续处理构筑物或设备的正常工作。
物化处理水进入调节池，通过曝气管进行预曝气氧化，去除部分有机物；同时起到水力搅拌、调匀水质的作用。
（3）气浮池
气浮池为一体化设备，建于兼氧池之上，气浮池出来的水自流至兼氧池，此设计可以节约建筑用地和气浮池到兼氧池的污水提升泵。
污水通过污水提升泵泵入气浮池，气浮池逆水流方向的上方设有集泥槽，刮渣机刮泥至集泥槽，然后自流至污泥贮池。
气浮是在水中通入大量微细气泡，使其粘附于杂质颗粒上形成整体密度小于1的状态，靠浮力使其上升至水面而使固液分离的一种净水方法。
通过投加化学药剂（聚合氯化铝和聚丙烯酰胺小颗粒物质发生凝聚，形成絮凝体。
这些絮凝体在微气泡浮托下，快速浮上水面，从而达到固液分离的目的，使悬浮物和杂质从废水中去除。
（4）兼氧池（A）
由于生化废水进入兼氧池的COD含量较低，需要外在的投加碳源以提供微生物生长的必须能源和物质。
xxx化工在生产时有甲醇废液排出。
在此，本工艺投加甲醇作为投加碳源。
兼氧池为封闭式水池，气浮池出来的水自流至兼氧池，可在缺氧状态下，微生物通过反硝化作用将回流水中的硝基氮降解为氮气逸出水面，使氨氮得到去除。
同时投加甲醇作为碳源，提高微生物的新陈代谢，进一步提高氨氮的去除能力。
（5）好氧池（O）
好氧池面积较大，且进出水水量大，为避免水量过快冲散好氧池填料和布水不均，在进水和出水段分设一挡板做布水器，污水从兼氧池自流至挡板前得水槽后，再溢流至投有填料的好氧池，出水从挡板溢出，可以降低处理水的出水速度。
好氧池中，在罗茨鼓风机曝气状态下，生物带中的微生物通过好氧作用将水中污染物质分解消化，将有机物降解为水和二氧化碳，氨氮硝化降解为硝基氮，通过回流至兼氧段将硝基氮降解为氮气逸出水面，使水质得到净化。
硝化液回流率为300%。
（6）斜管沉淀池
好氧处理系统出水自流入斜管沉淀池进行固液分离，由于本系统需要承担脱氮功能，因此需要将二沉池的污泥回流至兼氧池，污泥回流率为30%。
（7）清水槽
清水槽形式设为全地下式，斜管沉淀的的出水以及物化处理的处理都自流至清水槽，最后进行排放或回用。
（8）污泥贮池
污泥贮池中安装污泥搅拌机，连续运行，避免底部污泥不沉。
气浮池、生化池产生的剩余污泥经污泥泵送至污泥贮池，然后通过污泥输送泵送至板框压滤机进行压滤脱水干化。
2.3.物化处理水工艺流程简述
2.3.1.工艺流程图
如图2.4。
2.3.2.工艺流程说明
（1）事故池
当工厂生产出现生产事故，或废水处理设备进行维修或后段废水处理出现事故时利用事故池进行贮水，再流入调节池进行均匀混合。
（2）调节池
调节池设有人工格栅，拦截污水中较大的悬浮物及杂质，以保证后续处理构筑物或设备的正常工作。
物化处理水进入调节池进行水质调匀。
（3）气浮池
调节池出水用水泵泵入气浮池，气浮池和生化处理水的气浮设施都置于厌氧池之上。
溶气和回流水从气浮池底部释放，同时加入少量的絮凝剂进行絮凝上浮，浮渣通过刮渣机刮入集泥槽，再自流至污泥贮池。
（4）清水槽
气浮池出水自流入清水槽，最后进行排放或回用。
（5）污泥贮池
污泥贮池中安装污泥搅拌机，连续运行，避免底部污泥不沉。
气浮池的集泥槽中的污泥自流至污泥贮池，然后通过污泥输送泵送至板框压滤机进行压滤脱水干化。
2.4.两种废水处理整体布局
（1）物化处理水从生产厂区流入调节池进行水质调节后，在用污水提升泵泵入气浮池，气浮池的处理水自流入清水槽；集泥槽的泥渣自流入污泥贮池，再泵入污泥脱水棚进行污泥脱水。
污泥脱水棚建于综合用房的二楼，脱水后的污泥进入污泥斗后，可自动装入污泥斗下的污泥装运车，再运输出去。
（2）生化处理水从生产厂区流入调节池后进入气浮处理，气浮池和物化处理水的气浮处理系统并列建于兼氧池之上。
再进行生化处理，最后出水自流至清水槽，污泥用污泥泵泵入污泥贮池，再泵入污泥脱水棚进行污泥脱水，再通过污泥装运车运输出去。
2.5.处理效果预测
废水
序号
项目
pH
COD
SS
氨氮
水量
（mg/l）
（mg/l）
（mg/l）
（m3/d）
生化处理水
1
原水（混合水）
6～9
≤100
≤150
≤150
1440
2
调节池
出水
6～9
≤80
≤150
≤120
1440
去除%
20
0
20
3
气浮池
出水
6～9
≤40
≤30
≤108
1440
去除%
50
80
10
4
兼氧池+接触氧化
出水
6～9
≤20
≤30
≤15
1440
去除%
50
0
86
物化处理水
1
原水
6～9
≤30
≤150
/
1440
2
调节池
出水
6～9
≤30
≤150
/
1440
去除%
0
0
/
3
气浮池
出水
6～9
≤15
≤30
/
1440
去除%
50
80
/
3.
主要建构筑物及设备选型
生化处理水和物化处理水处理工程总体规划分别按60m3/h处理能力设计,一次规划，土建及设备部分一次实施。
3.1.设备选择原则
设备选择是一项非常重要的工作，应以先进、可靠、经济适用的原则来进行选择。
目前国产设备已具有较高的技术水平及完善的配套服务，故本工程尽可能选择国内较先进的设备，特殊关键设备考虑国外进口。
本工程所选择的设备，大多数为免维护产品，这就大大节省了日常维护、保养的工作量，并具有寿命长、可靠性高、技术先进的特点。
3.2主要设备描述及技术规格
1.事故池（利用原有）
数量：
2座
尺寸：
5×6×5.5m
有效水深：
5m
结构：
钢砼
2.调节池1（利用原有）
数量：
1座
尺寸：
10.0×6.0×5.5m
有效水深：
5.0m
HRT：
5h
结构：
钢砼
设备配置
1）格栅井
数量：
1座
尺寸：
2.3m×1.0m×5.5m
人工格栅：
尼龙网30目 4.5m×1.0m
60°角倾置，人工清渣。
2）污水提升泵
型式：
离心泵
数量：
2台，1用1备；
流量：
Q=60m3/h
扬程：
H=14m
功率：
4.5kw；
生产厂商：
上海凯泉或同等品
3）曝气穿孔管
材质：
PVC
主管：
Ф100mm，11m
支管：
Ф50mm，16m，
曝气孔：
Ф5mm，64个
生产厂商：
xxx或同等品
4）电磁流量计
数量：
1台
流速：
1.5m/s
生产厂商：
上海肯特或同等品
3.调节池2（利用原有）
尺寸：
6×4×5.5m
有效水深：
5m
数量：
1座
结构：
钢砼
设备配置
1）格栅井
数量：
1座
尺寸：
2.3m×1.0m×5.5m
人工格栅：
尼龙网30目 4.5m×1.0m
60°角倾置，人工清渣
2）污水提升泵
型式：
离心泵
数量：
2台，1用1备；
流量：
Q=60m3/h
扬程：
H=14m
功率：
4.5kw
生产厂商：
上海凯泉或同等品
4.气浮池
数量：
2套
型号：
YW-60
每套尺寸：
8.0×3.0×3.0m
处理能力：
60m3/h
配套功率：
9.37kw
生产厂商：
城宏利机械厂
5.兼氧池
数量：
1座
尺寸：
12×12×6m
有效水深：
5.5m
有效容积：
792m3
进水量：
60m3/h
污泥负荷：
0.24kgCOD/kg污泥.d
结构：
钢砼
形式：
半地上式钢筋混凝土
设备配置
潜水搅拌机
型号：
QJB
台数：
2台
功率：
4kw
厂家：
南京南蓝或同等品
6.接触氧化池
数量：
1座
尺寸：
26.0×12.0×5.5m
有效水深：
5.0m
结构形式：
钢砼
配套设备
1）立体弹性填料
填料面积：
156m2
填料容积：
780m3
填充率：
80%
填料数量：
500m3
填料容积负荷：
1.2kgBOD5/m3.d
2）微孔曝气器
数量：
780个
尺寸：
Φ215mm
曝气膜片孔隙：
80-100um
空气流量：
2m3/个.h
服务面积：
0.4m2/个
生产厂商：
ITT
3）硝化液回流泵
型式：
离心泵
数量：
2台
流量：
Q=100m3/h
扬程：
H=12m
功率：
5.6kw；
生产厂商：
上海凯泉或同等品
7.斜管沉淀池
数量：
1座
土建尺寸：
12.0m×5.5m×5.0m
表面负荷：
0.9m3/m2.h
结构：
钢砼
形式：
半地上式钢筋混凝土
1）斜管填料：
数量：
60m3
规格：
Φ50，聚乙烯蜂窝状
2）污泥输送泵：
型式：
螺杆泵
数量：
2台，1用1备
流量：
Q=2m3/h
扬程：
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