环境工程毕业论文.doc
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青岛科技大学本科毕业设计（论文）
引言
水是人类的生命之源。
它孕育和滋养了地球上的一切生物，并从各个方面为人类服务。
水的用途大致有以下几个方面：
生活用水、工业用水、农业用水、渔业用水、交通运输用水等。
一般情况下，与人类生产和生活密切相关的前三种用水不能大规模取用海洋咸水，而只能取用淡水。
以石化工业为例，它的快速发展对人民生活的提高以及社会经济的增长起到了举足轻重的作用，但不可否认的是，发展的同时，石化工业所带来的环境污染问题也比较突出。
因为行业的特殊性，石化污染物排放量大、成分复杂、危害性强，对环境所造成的影响十分严重。
乙烯是石油化工的主要代表产品，乙烯装置生产的三烯和三苯是其他有机原料及三大合成材料的基础原料[1]。
由于乙烯装置是生产石油化工有机原料的基础，是石油化学工业的龙头，所以它的生产规模、产量和技术标志着一个国家石油化工的发展水平，因此乙烯装置污染的防治便成为石油化工环保的重要一环。
只有环境管理工作的加强，预防治理的有效运行加之科学合理的推行清洁生产、资源回收，将污染降低到最小，这样石化工业作为国民经济的重中之重才能更好的服务于社会[2]。
为解决现已存在的经济发展与环境不相协调的问题，改善因乙烯生产企业所造成的的水体环境，提高人民的生活质量，因此需要进行污水管网和污水处理厂建设。
以下部分是按照某乙烯生产企业的生产情况和远期规划进行的污水处理厂的设计。
1乙烯废水简介
1.1乙烯工业概述
乙烯是石油化工的龙头，是非常重要化工原料，作用和地位没有其它的原料可以替代。
乙烯的工业下游的衍生物，比如说聚乙烯、聚丙烯等等这些产品和国民经济及人们的日常生活密不可分。
因此，乙烯是石油化学工业最重要的基础原料之一，由乙烯装置及其下游装置生产的“三烯三苯”是生产各种有机化工产品和合成树脂、合成纤维、合成橡胶三大合成材料的基础原料[3]。
工业上采用的乙烯生产方法有石油烃裂解，乙醇催化脱水、焦炉煤气分离等。
由于石油和天然气资源丰富，大规模生产乙烯成本低、质量好。
因此，大量乙烯主要用石油烃裂解法生产。
乙醇催化脱水法、焦炉气分离法只有小量生产。
在石油化学工业中，烃类热裂解和随后分离获得乙烯、丙烯等原料的设备统称为乙烯装置。
乙烯装置在生产乙烯的同时，副产大量的丙烯、丁烯和丁二烯、芳烃（苯、甲苯、二甲苯），称为石油化学工业基础原料的主要来源。
除生产乙烯外，约70%的丙烯、90%的丁二烯、30%的芳烃均来自乙烯副产。
以“三烯”（乙烯、丙烯、丁二烯）和“三苯”（苯、甲苯、甲苯）总量计，约65%来自乙烯装置。
正因为乙烯生产在石油化学工业基础原料生产中所占的主导作用，常常将乙烯生产作为衡量一个国家石油化工生产水平的标志[4]。
1.2乙烯工业废水的来源
乙烯装置通常包括两部分，即前段的裂解、急冷段，和后段裂解气分馏及精制段。
裂解段的主要设备为裂解炉和急冷塔。
不同型式的裂解炉其乙烯收率不尽相同，但其污染源基本一致。
废气污染源为裂解炉烟气及烧焦气；废水为裂解炉清洗废水；固体废物为清焦废渣。
所不同的是，不同类型的裂解其清焦周期及方式有所不同，这可能会影响到烧焦烟气、清焦废水和清焦废渣的产生量。
但总体差异较小。
分离段可采用顺序分离流程，前脱丙烷及前加氢分离流程等。
不管是哪种流程，其产品目标均是一致的，污染源变化不大。
为了脱除裂解气中的硫，确保乙烯产品的质量，无论哪种技术，均需设置工艺水汽提单元及碱洗塔。
工艺水汽提废水和碱洗塔废碱液即为乙烯装置的主要废水污染源。
对于工艺水汽提废水，大部分经蒸汽发生器产生蒸汽，送乙烯裂解炉回用作稀释蒸汽，其余送生化处理系统处理。
废碱液是乙烯装置较难处理的一个污染源，其COD值通常可达到10000ppm，硫化物的含量可达到15000ppm，工程上必须对其进行预处理。
目前，比较成熟的预处理工艺为高温湿式氧化法处理工艺，该工艺采用氧化法原理将废水中的硫转化为亚硫酸钠和硫代硫酸钠[5]。
1.3乙烯工业废水的特点及危害
乙烯工业生产过程中，产生的污水水量较大，污水中所含的有机污染物成分复杂，浓度高，波动大，主要有含油污水、含硫污水、含酚污水等，COD和BOD含量都较高。
由于乙烯废水含有大量的含油、含硫、含酚物质的特点，因此废水的危害主要表现在：
油类物质漂浮在水面，形成一层薄膜，能阻止空气中的氧溶解于水中，使水中的溶解氧减少，致使水体中浮游生物等因缺氧而死亡，也妨碍水生植物的光合作用，从而影响水体的自净作用，甚至使水质变臭，破坏水资源的利用价值。
对于鱼、虾、贝类长期在此类污水中生活将导致其体内内含有油、酚及硫类物质，而不宜食用，而且在水体表面的聚结油和硫化物之还有可能燃烧产生安全问题。
1.4乙烯工业废水治理技术进展
针对乙烯污水的特点，目前处理工艺主要采用生化法，其中活性污泥法使用较为广泛。
对于来自各个装置的污水，首先采用预处理，将其污染物含量较大程度的去除，然后将各装置的废水收集，集中处理。
乙烯装置产生的废碱液是一种典型的高浓度、难生物降解的有机工艺废水，含有油、挥发酚、硫化物和无机盐，COD值高达数万甚至数十万，pH值不小于10，须对其进行适当的预处理后才可排放。
国内外的诸多研究结果证明，湿式空气氧化法是较理想的废碱液预处理方法，经此法处理后的废碱液不再具有恶臭气味，COD值大幅下降，后经生化系统适当处理便可达标排放。
湿式空气氧化法又分为低压、中压、高压法。
低压湿式空气氧化法（LPWAO）因具有氧化工艺简单、操作简便、运行成本低等优点，而被国内外乙烯装置广泛采用。
经预处理后，废水集中处理时，采用格栅、沉砂、隔油、气浮、曝气、二沉池及过滤等方法，对乙烯废水进一步处理，使处理后的废水达到可排放的标准[6]。
2设计说明书
2.1概述
2.1.1设计任务
完成某乙烯生产企业污水处理系统的设计。
设计范围为污水处理厂工程。
2.1.2设计依据
依据《毕业设计任务书》的要求进行设计。
2.1.3采用的主要规范和标准
（1）给排水设计手册第一册《常用资料》；
（2）给排水设计手册第五册《城镇排水》；
（3）给排水设计手册第十册《器材与装置》；
（4）给排水设计手册第十一册《常用设备》；
（5）室外排水设计规范（GB/50014－2006）；
（6）给水排水制图标准（GB/T50106－2001）；
（7）《山东省半岛流域水污染物综合排放标准》（DB37/676－2007）。
2.1.4设计要求
2.1.4.1污水处理厂设计原则
（1）污水厂的设计首先必须确保污水经过污水厂处理后达到排放要求。
考虑现实的经济和技术条件，以及当地的具体情况（如施工条件），在可能的基础上，选择合适的处理工艺流程、构筑物形式、主要设备设计标准和数据等。
（2）污水处理厂采用的各项设计参数必须可靠。
设计时必须充分掌握和认真研究各项自然条件，如水质水量资料、同类工程资料。
按照工程的处理要求，全面地分析各种因素，选择好各项设计数据，在设计中一定要遵守现行的设计规范，保证必要的安全系数。
（3）污水处理厂设计必须符合经济的要求。
污水处理工程方案设计完成后，总体布置、单体设计及药剂选用等尽可能采用合理措施降低工程造价和运行管理费用。
（4）污水厂设计应当力求技术合理。
在经济合理的原则下，必须根据需要，尽可能采用先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。
（5）污水厂设计必须注意近远期的结合，不宜分期建设的部分，如配水井、泵房及加药间等，其土建部分应一次建成；在无远期规划的情况下，设计时应为今后发展留有挖潜和扩建的条件。
（6）污水厂的设计在经济条件允许情况下，场内布局、构筑物外观、环境及卫生等可以适当注意美观和绿化。
2.1.4.2污水处理工程运行过程中应遵循的原则
在保证污水处理效果同时，正确处理城市、工业、农业等各方面的用水关系，合理安排水资源的综合利用，节约用地，节约劳动力，考虑污水处理厂的发展前景，尽量采用处理效果好的先进工艺，同时合理设计、合理布局，作到技术可行、经济合理。
2.1.5设计规模
（1）污水厂的处理水量按最高日最高时流量设计。
（2）污水厂的日处理量：
污水量远期为10000m3/d，近期8000m3/d，污水厂主要构筑物拟分为二组，每组处理规模为5000m3/d。
2.1.6设计参数
进水水质（mgL-1）
出水水质（mgL-1）
BOD5
500-600
≤30
COD
800-1000
≤100
油
180-200
≤5
挥发酚
40-60
≤0.5
苯
40-60
≤0.1
SS
180-200
≤70
pH
6-9
6-9
表2-1进出水水质
Table2-1Waterqualityofinfluentandeffluent
该水经处理后，水质符合山东省半岛流域水污染物综合排放标准（DB37/676－2007），2010年1月1日起执行标准中的二级标准。
2.2工艺比较和选择
2.2.1常见工艺的比较
2.2.1.1活性污泥法
活性污泥法工艺是一种广泛应用而行之有效的传统污水生物处理法，也是一项极具发展的污水处理技术，这体现在它对水质水量的广泛适应性，灵活多样的运行方式，良好的可控性，以及通过厌氧或缺氧的设置使之具有生物脱氮、除磷的效能等方面。
活性污泥法的主要优点是能以相对合理的费用得到优良的出水水质，这是因为排放之前细胞物质就从废水中去除；主要缺点是可控制性差。
要达到期望的水质，往往需要复杂的操作能，提高微生物对环境和水质变化的适应能力。
2.2.1.2生物膜法
生物膜法是一类生物处理法的统称，包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、曝气生物滤池及生物流化床法等．其共同特点是微生物附着生长在滤料或填料表面，形成生物膜。
生物法的主要优点固着于固体表面上的生物膜对废水水质、水量的变化有较强的适应性，操作稳定性好；不会发生污泥膨胀，运转管理较方便；由于微生物固着于固体表面，即使增殖速度慢的微生物也能生长繁殖；有机物代谢对较多的转移为能量，合成新细胞即剩余污泥量较少。
主要缺点活性生物难以人为控制，因而在运行方面灵活性较差；由于载体材料的比表面积小，故设备容积负荷有限，空间效率较低[7]。
2.2.2工艺流程的选择
根据任务书所给的原始资料，并结合实际情况，通过上述比较分析，本设计采用活性污泥法，工艺流程见图2-2
隔油池
沉砂池
提升泵
格栅
原水
均质调节池
二沉池
曝气池
反洗废水
气浮池
砂滤池
回收污油
污油池
回流污泥
浮渣
出水水
机械脱水
浓缩池
初次污泥
填埋
贮泥池
机械脱水
浓缩池
剩余活性污泥
图2-2工艺流程图
Figure2-2Thecraftflowchart
2.3污泥处理工艺
2.3.1污泥水分去除的意义和方法
污水处理厂的污泥是由液体和固体两部分组成的悬浮液。
污泥处理最重要的步骤就是分离污泥中的水分以减少污泥体积，否则其他污泥处理步骤必须承担过量不必要的污泥体积负荷。
污泥中的水分和污泥固体颗粒是紧密结合在一起的，一般按照污泥水的存在形式可分为外部水和内部水，其中外部水包括孔隙水、附着水、毛细水、吸附水。
污泥颗粒间的孔隙水占污泥水分的绝大部分（一般约为70%～80%），其与污泥颗粒之间的结合力相对较小，一般通过浓缩在重力的作用下即可分离。
附着水（污泥颗粒表面上的水膜）和毛细水（约10%～22%）与污泥颗粒之间的结合力强，则需要借助外力，比如采用机械脱水装置进行分离。
吸附水（5%～8%，含内部水）则由于非常牢固的吸附在污泥颗粒表面上，通常只能采用干燥或者焚烧的方法来去除。
内部水必须事先破坏细胞，将内部水变成外部水后，才能被分离。
2.3.2污泥处理工艺的选择
污水生物处理过程中将产生生物污泥，有机物含量较高且不稳定，易腐化，并含有寄生虫卵，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。
污泥处理需要达到的要求如下：
（1）减少有机物，使污泥稳定化；
（2）减少污泥体积，降低污泥后续处理费用；
（3）减少污泥中有毒物质；
（4）利用污泥中可用物质，化害为利；
污泥处理单元技术及其组合工艺流程虽然多种多样，但有些处理工艺，如好氧消化、热处理、焚烧等耗能大、技术复杂、维护困难、运行费用昂贵。
结合本工程实际，污泥处理与处置宜选用技术成熟耗能低的技术路线，采用卫生填埋为最终处置方式[8]。
2.3.3污泥最终处置
污泥的最终处置，目前我国城市污水处理厂都经无害化处理随意堆放或用于农田，国外许多国家对污泥处置采用较多的方法是焚烧、填埋、堆肥和投海。
焚烧技术虽然具有处理迅速、减容多（70%～90%）、无害化程度高、占地面积小等优点；但一次性投资巨大，操作管理复杂，且能耗高，不太适合我国的国情。
污泥卫生填埋、终结覆盖，是污水处理厂脱水污泥较为有效的方案，但其渗滤液的COD和BOD值较高，需进行处理，否则会造成二次污染[9]。
根据本工程实际情况，采用将脱水泥饼外运填埋。
2.4污水处理构筑物设计
2.4.1细格栅和提升泵房
格栅用以截留水中较大的悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组和管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。
提升泵房用以提高污水的水位，保证污水能在整个污水处理流程中流过，从而达到污水的净化。
（一）设计参数
（1）水泵处理系统前格栅栅条间隙，应符合下列要求：
人工清除25～40mm；
机械清除16～25mm；
最大间隙40mm。
（2）在大型污水处理厂或泵站前的大型格栅（每日栅渣量大于0.2m3），一般应采用机械清渣。
（3）格栅倾角一般用45°～75°，机械格栅倾角一般为60°～70°；
（4）通过格栅的水头损失一般采用0.08～0.15m。
（5）过栅流速一般采用0.6～1.0m/s。
（二）运行参数
栅前流速0.7m/s过栅流速0.9m/s
栅条宽度0.01m栅条净间距0.01m
栅前部分长度0.56m格栅倾角60o
栅槽有效宽度0.79m格栅间隙数40
水头损失0.10m每日栅渣量0.33m3/d
（三）提升泵房说明
（1）泵房进水角度不大于45度。
（2）相邻两机组突出部分得间距，以及机组突出部分与墙壁的间距，应保证水泵轴或电动机转子再检修时能够拆卸，并不得小于0.8。
如电动机容量大于55KW时，则不得小于1.0m，作为主要通道宽度不得小于1.2m。
（3）泵站为半地下式，直径D＝10m，高12.35m，地下埋深9m。
（4）水泵为潜水式。
2.4.2沉砂池
（一）沉砂池设计
常用的沉砂池有：
平流式、竖流式、曝气式、涡流式式和多尔式。
沉砂池的作用是从污水中将比重较大的无机颗粒去除，以免影响后续处理构筑物的正常运行。
其工作原理是以重力分离为基础，故应将沉砂池的进水速度控制在只能是比重大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。
本设计采用平流式沉砂池。
（二）沉砂池运行参数
沉砂池长度6m沉砂池总宽4.0m
有效水深0.29m沉砂槽容积0.11m3
沉砂槽底宽0.2m沉砂槽上口宽0.7m
水力停留时间30s沉砂池水头损失0.33m
2.4.3隔油池
（一）隔油池设计
常用乙烯装置产生的废水中，含油污水占有较大比例，因此设置隔油池。
隔油是重力分离法的一种，其原理是在重力的作用下，使废水中所含的油以及其它物质根据不同的相对密度自行分离，相对密度小于1的上浮，相对密度大于1的则下沉，隔油可以使废水中的浮油和粗分散油与水分离，且回收油品[10]。
本设计设置一平流式隔油池。
（二）隔油池运行参数
隔油池长度34.56m隔油池总宽12m
有效水深2.4m隔油池总高2.7m
水力停留时间2h隔油池水头损失0.35m
2.4.4气浮池
（一）气浮池设计
由于隔油池只能去除含油废水中的浮油和粗分散油，对于细分散油、乳化油去除效果很差，所以隔油后一般紧跟着气浮处理。
气浮法的关键是在水中通入或产生大量的微细气泡，使微小气泡与水中悬浮的颗粒黏附，形成水—气—颗粒三相混合体系，颗粒黏附上气泡后，形成表观密度小于水的漂浮絮体，絮体上浮至水面，形成浮渣层被刮除，以此实现固液分离[11]。
本设计使用加压溶气气浮法，设置一平流式气浮池。
（二）气浮池运行参数
气浮池长度15m气浮池总宽4m
有效水深2.5m气浮所需空气量135.1m3/d
气固比0.005气浮池水头损失0.3m
2.4.5均质调节池
（一）均质调节池设计
由于乙烯生产所产生的废水来源广，特别当裂解原料发生改变、工艺方法变更时，或者装置开停工初期和检修期间，废水水量和水质变化很大，故在废水处理场设置均质池十分必要。
它的作用是：
①缓冲进水量峰值；②均匀废水中的污染物（COD、BOD、SS等）；③调节PH值；④对暴雨水提供储存容量。
内设潜水搅拌器，PH监测系统，加酸加碱系统。
（二）均质调节池运行参数
均质池长度52m均质池总宽10m
有效水深4.5m均质池总高5.0m
均质调节周期8h均质池水头损失0.25m
2.4.6曝气池
（一）曝气池设计
活性污泥法处理流程包括曝气池、沉淀池、污泥回流及剩余污泥排除系统等基本组成成分，污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。
曝气池是一个生物反应器，通过曝气设备充入空气，空气中的氧气溶入污水并使活性污泥混合液产生好氧代谢反应。
曝气设备不仅传递氧气进入混合液，同时起搅拌作用而使呈悬浮状态，这样，污水中的有机物、氧气和微生物能充分进行传质和反应。
随后混合液流入沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中进行固液分离，流出沉淀池的就是净化水。
曝气池设置两座。
（二）曝气池运行参数
曝气池长度52m曝气池总宽11.8m
有效水深4.0m曝气池供气量4325m3/d
鼓风机出口风压45.7KPa曝气池水头损失0.4m
2.4.7二沉池
（一）二沉池设计
二沉池是整个活性污泥法系统中非常重要的组成部分，整个系统的处理效能与二沉池的设计和运行密切相关，在功能上要同时满足澄清和污泥浓缩两个方面的要求，它的工作效果将直接影响系统的出水水质和回流污泥浓度。
设置两座二沉池。
（二）二沉池运行参数
二沉池长度52m二沉池总宽5.6m
有效水深2.88固体负荷140kg/（m2·d）
表面负荷1.44m3/（m2·h）水力停留时间2h
堰负荷2.0L/sm二沉池水头损失0.5m
2.4.8砂滤池
（一）砂滤池设计
设置砂滤池作为污水的深化处理，主要除去污水中的油，悬浮固体和活性污泥。
其主要机理有两个方面：
一是滤料的拦截作用，污水中的悬浮固体和油的较大颗粒在滤料表面拦截，较小的颗粒则被悬浮固体堵塞滤料形成的小孔隙“筛网”截留下来；二是滤料的凝聚作用，污水中的悬浮固体和油与滤料碰撞接触时，由于分子吸引力的作用，被吸附于滤料表面或滤料表面的絮凝物上。
本设计采用普通快滤池，设置3个快滤池。
（二）砂滤池运行参数
砂滤池长度4.5m砂滤池宽度3.0m
有效水深1.77m滤速10m/h
冲洗强度14L/（sm2）冲洗时间6min
砂滤池水头损失2.7m
2.5污泥处理构筑物设计
2.5.1贮泥池
（一）功能
为污泥浓缩、脱水调蓄部分剩余污泥。
防止污泥在浓缩脱水过程中发生磷的释放，本工程采用机械浓缩，而不采用重力浓缩。
因此，储泥池的停留时间不宜过长，最好控制在30min以内。
（二）设计参数
剩余污泥量：
812.5m3/d
停留时间：
12h
池子的有效深度为4.0m
2.5.2污泥浓缩池
（一）功能
采用竖流式浓缩池，用带栅条的刮泥机，采用静压排泥。
（二）设计参数
（1）进泥的含水率：
当为初次污泥时，其含水率一般为95%—97.5%，当为剩余活性污泥时，含水率一般为99.2%—99.6%。
（2）污泥的固体负荷：
当为初次污泥时，污泥的固体负荷采用80—120kg/（m2·d），当为剩余污泥时，污泥的固体负荷采用30—60kg/（m2·d）。
（3）浓缩时间不小于12h，但也不超过24h。
（4）有效水深为4m，最低不小于3m。
2.6污水厂选址及平面、高程布置
2.6.1污水厂选址
未经处理的污水任意排放，不仅会对水体产生严重污染，而且直接影响城市发展和生态环境，危及国计民生。
所以，在污水排入水体前，必须对污水进行处理。
而且工业废水排入城市批水管网时，必须符合一定的排放标准。
最后流入管网的污水统一送至污水处理厂处理后排入水体。
在设计污水处理厂时，选择厂址是一个重要环节。
厂址对周围环境、基建投资及运行管理都有很大影响。
选择厂址应遵循如下原则：
（1）为保证环境卫生的要求，厂址应与规划居住区或公共建筑群保持一定的卫生防护距离，一般不小于300米。
（2）厂址应设在城市集中供水水源的下游不小于500米的地方。
（3）厂址应尽可能设在城市和工厂夏季主导风向的下方。
（4）要充分利用地形，把厂址设在地形有适当坡度的城市下游地区，以满足污水处理构筑物之间水头损失的要求，使污水和污泥有自流的可能，以节约动力。
（5）厂址如果靠近水体，应考虑汛期不受洪水的威胁。
（6）厂址应设在地质条件较好、地下水位较低的地区。
（7）厂址的选择要考虑远期发展的可能性，有扩建的余地。
2.6.2平面布置
2.6.2.1各处理单元构筑物的平面布置
污水处理厂包括生产性的处理构筑物和泵站﹑鼓风机房﹑药剂间﹑化验室等建筑物，以及辅助性
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