30T氨氮废水处理系统设计方案要点.docx
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30T氨氮废水处理系统设计方案要点
应平化肥有限责任公司
30T/h氨氮废水处理系统
诸城市清泉环保工程有限公司
二00九年五月
一、概述
1、采用国内目前较为先进成熟的吹脱+催化氧化+生物滤池处理工艺,该工艺具有可靠性、成熟性,并符合国内实际情况,并尽量采用新技术、新材料,实用性与先进性兼顾,以实用可靠为主。
2、废水处理主要设施材质以钢砼结构为主,具有结构紧凑,占地面积小,布局合理,尽可削减总投资及运行费用加以考虑。
3、对废水处理设施进行充分的考虑,按地区气候条件,考虑必要的防水防冻及防渗措施。
4、废水处理过程中产生的污泥排入污泥池,进行好氧消化稳定后,经压成泥饼外运,保证污泥出路可靠。
二、废水处理量及废水性质：
1废水来源及水量:
废水来源为化肥厂生产工艺经冷却塔冷却后的高氨氮废水
a、废水量:
30m3/h
b、废水水质:
详见表一
表一、废水水质
序号
项目
数据（mg/L）
1
氨氮
846.3
2
化学需氧量
737
3
环状有机物（Ar-OH）
9.095mg/L
4
总磷
0.467
5
BOD
21
6
氰化物
未知
7
SS
164
8
石油类
未知
9
挥发酚
未知
10
硫化物
未知
11
pH
6-9
12
水温
约30℃
c、运行方式：
连续运行
1、处理出水标准:
废水处理后达合成氨工业水污染物排放标准GWPB4-1999中中型化肥厂一级排放标准,详见下表。
（2001年1月1日之后建设（包括改、扩建）的单位）
序号
项目
标准（mg/L）
1
氨氮
70
2
化学需氧量
150
3
氰化物
1.0
4
SS
100
5
石油类
5
6
挥发酚
0.1
7
硫化物
0.50
8
pH
6-9
三、废水处理工艺选择:
根据废水处理工程特点、功能、要求及废水排放特征,由于废水含有一定的毒性,B/C比较低,氨氮较高,因此需经脱氮及强氧化来提高废水的B/C比在0.3以上,剩余的氨氮及有机物在后级生化系统中去除。
本公司采用生物滤池工艺,经水解酸化后水中的B／C比约0.35左右,可生化大大提高。
根据废水排放标准出水有NH3-N的限制,所以在选择废水处理工艺时除了考虑除解有机物外,还考虑到脱氮,为达到这个目的,我们选用了工艺成熟、运行可靠的水解生化+DC生物滤池+N生物滤池的工艺。
四、废水处理工艺流程简图:
1、废水处理系统工艺:
自动加碱废气高空排放或回收塔回收
废水→格栅→调节池→提升泵→PH调节沉淀→中间槽→二级提升泵→氨氮吹脱塔
风机
→
三级提升泵→最终中和槽→催化氧化装置→还原反应槽→提升泵→脉冲布水器
自动加酸加还原剂
→水解酸化池→生物滤池→排放水池→进入厂区管网
2、废水处理反洗工艺示意:
缓冲水池→提升泵→调节池
生物滤池
排放水池→反洗泵反洗风机
3、污泥处理工艺:
水解酸化池、PH调节沉淀槽排泥→污泥池→污泥泵→带式压滤机→泥饼外运
五、废水处理设施污染物的主要去除率：
处理阶段
进水水质（mg/l）
出水水质（mg/l）
去除率（%）
机械格栅
调节池
SS：
164
SS：
150
≥10
NH3-N：
846.3
NH3-N：
≤762
≥10
PH调节沉淀+中间槽+吹脱塔
SS：
150
SS：
120
20%
NH3-N：
≤762
NH3-N：
≤305
60
最终中和+催化氧化装置
CODcr：
767
CODcr≤310
60
NH3-N：
≤250
NH3-N：
≤180
41
环状有机物:
9.1
环状有机物:
≤0.1
99
水解酸化池
CODcr≤310
CODcr≤205
35
BOD5:
约90
BOD5:
约120
20
SS：
120
SS：
≤50
60%
NH3-N：
≤180
NH3-N：
≤130
30
生物滤池
CODcr≤205
CODcr≤150
≥50
BOD5:
约120
BOD5:
≤20
≥83
SS：
≤50
SS：
≤20
≥60
NH3-N：
≤130
NH3-N：
≤60
≥60
系统总体
CODcr：
767
CODcr≤150
≥81
BOD5：
21
BOD5:
≤20
--
SS：
164
SS：
≤20
≥88
NH3-N：
846.3
NH3-N：
≤60
≥94
磷酸盐:
0.467
磷酸盐:
≤0.5
--
环状有机物:
9.1
环状有机物:
≤0.1
99
PH：
6-9
PH：
6-9
--
六、废水处理工艺说明：
1、前处理系统：
前处理系统由机械格栅、调节池、一级提升泵、PH调整沉淀槽、中间槽、氨氮吹脱塔、最终调整槽等组成。
氮氨废由管网收集进入格栅井,格栅井内设有一台机械格栅,用以拦截废水中较大颗粒和纤维状的杂质,减轻后级处理系统的工作负荷,防止后级管道及填料的堵塞,保证后续管路的畅通。
经格栅的去除大颗粒的机械杂质后,废水自流进入调节池,格栅井为钢筋混凝土结构与调节池合建。
废水进水口标高在施工设计时确定，废水进水由建筑设计单位给排水专业接至格栅井进口。
由于氨氮废水的日变化量较大,根据生产工艺的不同,废水各时期的排放量及水质均不一致,造成废水水质、水量波动很大,因此调节池应具有足够的容量才能使进入后级系统的水质、水量稳定,在工艺中设置一座调节池。
废水在池中进行水质、水量调节及均衡,保证进入后级吹脱系统内的水质、水量的稳定。
在池底设置穿孔曝气管,一则可防止池中颗粒沉淀,二则可起到预曝气作用,同时可去除水中部分氨氮,以减轻后级系统的工作负荷。
调节池为钢筋混凝土结构,设计停留时间为8小时。
调节池内设有一级提升泵二台,一用一备,用以提升废水进入氨氨吹脱系统。
2、氨氮吹脱系统:
氨氮吹脱系统由PH值调整沉淀槽、中间槽、二级提升泵、氨氮吹脱塔、吹脱循环泵、二级提升泵、最终中和槽等组成。
废水经一级提升泵提升进入PH调节罐,同时投加碱液调整废水的PH值,使PH值调整到11,在碱性条件下水中氨氮转换为游离氨,经沉淀后进入中间水槽，经二级提升泵送入吹脱塔进行氨氮吹脱,进水温度为30℃左右,适合于氨氮吹脱温度,当水温过低时,需加蒸汽加热,系统中设备用蒸汽系统,吹脱过程为水中游离氨向大气转移的过程,由于吹脱塔中水表面氨氮分压较小，氨氮经鼓风随空气进入大气中，同时可将水体中部分苯酚、氰化物、硫化物等物质分离出来。
氨氮吹脱出来的尾气排入15m高空扩散（或可进入氨喷淋塔通过酸液回收氯化氨）。
吹脱塔出水经提升进入PH中和罐,经投加酸液进行搅拌中和,使PH值调整至7-8后进入后级催化氧化系统。
吹脱塔采用水循环结构，设三级喷淋，以提高吹脱的效率，一级喷淋利用前级氨氮废水喷淋，二级及三级喷淋采用循环泵回流。
3、催化氧化系统：
催化氧化反应器采用臭氧、紫外线光、纳米级二氧化钛催化剂联合常温催化氧化处理系统，催化氧化出水自流进入后级生化处理系统。
由于废水中含有环状有机物及部分毒性物质（如硫化物、氰化物及酚类等）,影响生化系统的因素主要是长链脂肪烃,多环芳香烃和环烷烃及毒性物质,这部分有机物难以生化降解,对废水生化处理带来较大的难度,因此在预处理系统中设置催化氧化反应器,用于高分子链的降解及毒性物质氧化成非氧化性氧化物。
臭氧是一种强氧化剂,溶解于水的臭氧在酸性条件下比较稳定,但PH或水温升高时,臭氧易分解,臭氧的分解过程是一个自由基连锁反应。
在连锁反应中,臭氧分子O3与OH-反应生成超氧自由基（·O2—）和超氧化氢自由基（HO2·）,超氧自由基·O2—再与O3反应并与H+结合生成氢化臭氧自由基（HO3·）,然后HO3·又分解为氧分子O2和氢氧自由基（·OH）。
•OH具有比O3更强的氧化能力,在臭氧处理过程中起着重要的作用。
（臭氧、氢氧自由基与某些有机物反应速率常数比较见表1）一部分·OH与O3结合生成臭氧氢氧自由基（O3OH·）,O3OH·分解出氧分子则转化为HO2·,它与·O2—之间有化学平衡关系。
这样完成一个循环,生成的·O2—再与O3作用开始下一个循环的连锁反应。
氢氧自由基非常活跃,与大多数有机物反应时速率常数通常比臭氧与该有机物反应速率常数至少高出7个数量级。
在紫外光、纳米级二氧化钛催化剂联合作用下,臭氧氧化过程可以产生更大量的强氧化性的氢氧自由基,而高分子有机物是一种碳氢氧化合物,,在臭氧紫外光联合作用下,会发生强烈的氧化还原反应,去除废水中的有机物氧化分解,产生的低分子量有机物。
经过臭氧、紫外线光联合氧化后,提高废水的B/C比到0.3以上,以提高后级生化系统的可生化性。
3、生化处理系统：
生化处理系统由还原反应槽、提升泵、脉冲布水器、水解酸化池、DC生物滤池、N生物滤池、排放水池、反洗风机、生化风机、反洗水泵及反洗水收集池等组成。
由于催化氧化出水中含有大量的具有氧化能力的活性氧，若直接进入生物系统将抑制水中微生物的生升，在还原反应池中投加亚硫酸氢钠还原剂，主要还原水中的氧化性活性氧，以便于后级生化系统对微生物的培养，还原反应槽出水由提升泵提升进入后级水解酸化池。
水解酸化池利用厌氧反应的酸化及水解工段。
因为催化氧化出水中含有部分的高分子有机物、悬浮性COD及部分油类物质,在进入生化滤池处理时难以生物降解,水解在工艺中主要是使废水中的高分子有机物分解成低分子量可生化的有机物,利于后级生物滤池的去除,同时通过水解酸化水中的悬浮物去除率达70%,可有效防止后级生物滤池阻塞。
水解酸化池为钢砼结构,设计停留时间为6小时,水解酸化池通过脉冲布水器进行布水及混合,前级废水通过脉冲布水,使污泥呈悬浮状,以增大废水及污泥的接触面积,同时使水解酸化池均匀布水。
4、生物滤池：
生物滤池为一种以生物膜法为主,兼有过滤特点的生物处理装置。
在该种装置进水及进气均从陶粒滤料层底部进入,由于滤料层粒径的不均一性,上层滤料粒径较小,下层滤料粒径较大,相当于想理过滤器,具有无数个截污界面,具有截留污能力大,运行周期长的特点。
采用气水平行上向流,使空间过滤能被更好的运用,空气能将固体物质带入滤床深处,在滤池中能得到高负荷、均匀的固体物质,从而延长了反冲洗周期,减少清洗时间和清洗时用的气水量。
滤料层对气泡的切割作用,使气泡在滤池中的停留时间延长,提高了氧的利用率。
废水中有机物在经过滤料层时被吸附降解,使水质得到净化。
生物滤池分为二级,采用轻质陶粒填料,该填料具有比表面积大,使用寿命长等优点外,耐腐蚀。
曝气方式采用单孔膜曝气器。
第一段DC曝气生物滤池以去除废水中碳化有机物为主,同时起硝化及反硝化功能,在该段滤池中,优势生长异养菌,沿滤池高度方向从底部进水端到表面出水端,有机物浓度处于梯度递减,其降解速率也呈递减趋势。
在进口端由于有机物浓度较高,异养微生物处于对数增殖期,微生物浓度很高,BOD负荷率也较高,有机物降解速率很快,而此时自养菌处于抑制状态；随着降解的进行,在滤池中有机物浓度沿水流自下向上不断降低,异养微生物处于减速增殖期,微生物膜增长缓慢,而自养微生物处于增殖状态,DC曝气生物滤池最终出水中的有机物已处于较低水平。
生物滤池最大特点是气、水为同向流态,使用新型的类状轻质陶粒填料作载体,在其表面及内腔空间生长有微生物膜,废水由下向上流经滤料层时,微生物膜在滤料层下部提供曝气供氧的条件下,使废水中的有机物得到好氧降解,并将废水中的部分氨氮进行硝化,分解成硝酸氮或亚硝酸氮。
定期利用处理后的出水对滤池进行反冲洗,排除滤料表面增殖的老化微生物膜,以保证微生物的活性。
第二段N曝气生物滤池主要对废水中的氨氮进行彻底硝化及分解,在该段滤池中,由于有机物浓度较低,异养微生物较少,优势菌种为自养型硝化菌,可将废水中的氨氮彻底氧化成N2及H2O。
由于曝气生物滤池在运行一段时间后由于生物膜阻塞滤料,需定期进行反冲洗,反冲洗排水中含有大量的悬浮物,缓冲水池在工艺中用于生物滤池反洗排水的储存,满足单格滤池一次反洗的储水量,缓冲水池内设潜污泵,用于水量的提升,废水经提升后进入水解酸化池。
N曝气生物滤池出水自流进入排放水池,排放水池在工艺中起储存水量的功能,一则用于生物滤池的定期水反洗用水，剩余水通过溢流排放。
七、主要工艺设备的选型：
1、机械格栅及格栅井：
总废水管道标高约-2.0米（具体标高在施工设计时根据现场情况作调整）,格栅渠深按2500mm计,废水排放变化系数按3计。
2、调节池:
调节池设计水力停留时间为8小时,有效水深4米,采用钢筋混凝土结构。
a、调节池规格:
调节池规格为：
10000×6000×6000,钢砼结构。
b、调节池曝气量:
曝气强度：
1m3/100m3.废水.min，调节池曝气总管流速：
12m/s，曝气支管流速：
5m/S
调节池曝气量：
8×30÷100=2.4m3/min。
3、一级提升泵:
调节池废水经提升后进入地表中和反应池,选用规格:
WQ30-16-3,流量30t/h,H=16m,N=3KW,一级提升泵在工艺中选用二台,一用一备。
4、PH调节槽：
PH中和反应沉淀槽用于废水投加氢氧化钠后PH值的调整，经加碱后PH值调整至11，中和槽设计停留时间为15min。
5、自动加碱装置:
自动加碱装置用于原水PH值从7调整至11,由于废水中与碱性反应的成份较多,投加过量比按2考虑。
a、加碱量的计算：
Q=30m3/h,进水PH值7,要求出水PH值11,氢氧化钠分子量：
40
PH=11,OH+离子浓度=10-3g-N/L
氢氧化钠的投加量：
即：
10-3×30m3/h×2×40=2.4Kg/h（按100%的氢氧化钠计）
氢氧化钠浓度40%,密度：
1.37g/cm3
需投加40%氢氧化钠的量：
2.4Kg/h÷40%÷1.37=4.4L/h
溶药箱按48小时配药一次计：
6.56×48=315L,实际选用1000L
选用计量泵：
GM0025,Q=25L/h,压力：
1.2MPa.二台,一用一备。
6、沉淀槽：
经加碱后废水中由部分可沉物析出，加碱后的废水进入沉淀槽，沉淀槽为内设斜管，设计表面负荷：
4m3/m2.h。
7、中间槽：
中间槽设计停留时间为20min，选用规格：
1900×1500×3800，有效水深：
3.5m。
8、二级提升泵：
中间槽内废水经提升后进入氨吹脱塔,选用规格:
WQ30-21-5.5,流量30t/h,H=21m,N=5.5KW,二级提升泵在工艺中选用二台,一用一备。
9、氨吹脱塔:
吹脱塔设计水力负荷2.4～7.2m3/m2.h,本次设计水力负荷采用5m3/m2.h,设计吹脱塔直径￠2800,气液比1800：
1,塔内流速：
146m/min。
10、吹脱盐循环泵：
循环泵用于吹脱塔废水的内循环,以提高废水的吹脱效率,设计循环流量为处理水量的4倍。
循环泵选用规格为:
ISG125-125（A）,Q=143t/h,H=16m,N=11KW,循环选用二台,一用一备。
11、三级提升泵:
三级提升泵用于吹脱塔内的废水提升进入最终中和槽,三级提升泵选用规格为:
WQ25-8-1.5,Q=30t/h,H=7m,N=1.5KW,在系统中选用二台,一用一备
12、最终中和槽:
最终中和槽用于废水投加盐酸后PH值的调整，经酸后PH值调整至8-9，中和槽设计停留时间为15min,中和槽自流进入催化氧化反应器。
中和槽规格：
1500×1500×3800，有效水深：
3.5m
13、加酸装置:
自动加酸装置用于吹脱后的废水PH值从11调整至8。
a、加酸量的计算：
Q=30m3/h,进水PH值11,要求出水PH值8,盐酸分子量：
36.5
PH=11,OH+离子浓度=10-3g-N/L,需等当量的盐酸进行中和
盐酸的投加量：
即：
10-3×30m3/h×36.5=1.1Kg/h（按100%的盐酸计）
盐酸浓度30%,密度：
1.149g/cm3
需投加30%盐酸的量：
1.1Kg/h÷30%÷1.149=3.2L/h
溶药箱按48小时配药一次计：
6.56×48=315L,实际选用1000L
选用计量泵：
GM0025,Q=25L/h,压力：
1.2MPa.二台,一用一备。
14、催化氧化反应器:
反应器设计停留时间25min,每吨废水需投加臭氧25g。
处理每吨水需1m长，150W紫外线灯管6支，灯管总数180支，灯管立式安装.选用反应器规格：
3570×1800×2300，臭氧发生器选用：
750g/h，1套，内设钛合金曝气器：
126套。
15、还原剂加药装置：
催化氧化反应器出水臭气含量按4mg/L计，还原剂投加过量比按2，还原1g自氧需投加亚硫酸氢钠还原剂2.94g，
a、还原剂投加量的计算：
2.94×4×30m3/h×2÷1000=0.71Kg/h（按100%的浓度计）
还原剂配比浓度5%
计量泵需投加的量：
0.71Kg/h÷5%÷1.37=15L/h
溶药箱按48小时配药一次计,实际选用1000L
选用计量泵：
GM0025,Q=25L/h,压力：
12bar.二台,一用一备。
16、还原反应槽:
还原反应槽设计停留时间为30min，选用规格：
3000×1500×3800，有效水深：
3.5m。
17、三级提升泵:
三级提升泵用于还原后的废水提升进入水解酸化池,提升泵选用规格为:
WQ30-18-4,Q=30t/h,H=18m,N=4.0KW,在系统中选用二台,一用一备
18、脉冲布水器:
脉冲布水器选MBZ-100,进出水管径DN100,设计流通量:
25-50t/h,出水口共4个。
19、水解酸化池:
基础条件：
设计BOD5去除率:
20%设计COD去除率:
30%设计水量:
Q=30t/h
水力停留时间:
HRT=6hMLSS浓度3000mg/L
水解酸化池容积:
Q×HRT=6×30=180m3设计有效水深:
4.5mm
底部锥形布水区:
500mm设计长宽比:
2:
1
20、一段DC生物滤池:
基础条件：
DC滤池BOD有机负荷：
3.0kg/m3填料.d
夏季温度:
28℃冬季温度:
10℃设计水量:
Q=720t/d
曝气装置的选择:
曝气装置采用单孔膜曝气器:
安装密度49个/m2,通气量0.2-0.45m3/个.h
池内选用曝气器共:
352个,总通气量:
1.17-2.25m3/min。
滤池反洗水量及气量:
反洗型式采用气水合洗型式,空气反洗强度:
40m3/m2.h,水反洗强度:
25m3/m2.h单格滤池面积:
8m2
气反洗流量:
8×40=320m3/h=5.33m3/min
水反洗流量:
8×25=200m3/h
20.5反洗耗水量:
水反洗时间为20min,每24小时进行一次水反洗
单格滤池一次反洗耗水量:
200×20÷60=67吨
反洗水占进水量的比值:
67÷30÷24=9.7%
20.6污泥量:
污泥产率Y按0.58Kg/KgBOD5
污泥量W=YQ（So-Se）=0.58×720（0.12-0.02）=41.8KgDS/d
20.7进水水管的设计:
滤头布水采用小阻力系统的长柄水帽,滤头缝隙宽度2mm,缝隙面积:
320mm2/个,安装密度:
40个/m2,单个滤头的过水量为1-1.5t/h,共320个。
20.8出水装置:
滤池出水设三角堰集水,并设置栅形稳流器,防止滤料流失。
21、二段N脱氮滤池的容积确定：
基础条件：
N硝化滤池容积负荷（10℃）：
0.4kgN/m3填料.d
进水BOD:
40mg/L出水BOD:
20mg/L
进水SSXo=18mg/L出水SSXe=10mg/L
进水氨氮:
So=130mg/L出水氨氮:
Se=60mg/L
冬季水温:
10度夏季水温28度
进水碱度:
（根据前级PH调整系统来调节）
21.1、N滤池的尺寸:
氨氮的去除率:
54%
陶粒滤料的比表面积:
1200m2/m3
滤料的总表面积A表=QSo÷NA=720×（130-60）÷0.4=126000m2
滤料总体积:
V=126000÷1200=105m3
滤池氨氮容积负荷:
Nv=Q×70÷V÷1000=0.48kgN/m3填料.d
滤池填料高度为3m,滤池设计二格
滤池面积为:
105÷3=17.5m2（实际滤料面积35m2）
单格滤池平面尺寸:
7000×2500
N滤池设计滤料层高：
3000mm,反洗膨胀率：
30%,膨胀区高度:
950mm，配水区高度：
500mm,超高按:
500mm，承托层高度300mm,实际总高为：
5.25m。
空床水力停留时间:
105÷720×24=3.5小时
实际水力停留时间:
3.5×0.5=1.75小时
21.2、BOD容积负荷:
Nv=QSo÷V=720×（0.04-0.02）÷105=0.135KgBOD/m3.d
21.3、需氧量:
●降解BOD需氧量:
按1.4KgO2/1KgBOD计。
AOR’=720×（0.04-0.02）×1.4=20.16KgO2/d=0.84KgO2/h
●硝化需氧量:
硝化1Kg氨氮需氧量为4.57KgO2
AOR”=4.57×Q（130-60）÷1000=230.3KgO2/d=9.6KgO2/h
●实际需氧量:
AOR=9.6+0.84=10.44KgO2/h
●夏季SOR=12.65×9.2÷0.8÷（0.9×1.0×8.22-3）÷1.02410-20=34.6KgO2/h
注:
N滤池的工况与DC滤池的工况相同。
21.4、需气量GS=SOR÷0.3÷E=30.9÷0.3÷0.38=303m3/h=5.1m3/min
曝气负荷:
N气=Gs÷A=8.66m3/m2.h
20.5曝气装置的选择:
曝气装置采用单孔膜曝气器:
曝气器安装密度:
36个/m2,选用曝气器,单个通气量:
0.2-0.45m3/h,选用曝气器1404个,总通气量:
4.68-10.53m3/min。
21.6滤池反洗水量及气量:
反洗型式采用气水合洗型式,空气反洗强度:
40m3/m2.h,水反洗强度:
25m3/m2.h
单格滤池面积:
17.5m2
气反洗流量:
17.5×40=700m3/h=11.6m3/min
水反洗流量:
17.5×25=438m3/h
21.7反洗耗水量:
水反洗时间为30min,每168小时进行一次水反洗
单格滤池一次反洗耗水量:
438×30÷60=219吨
反洗水占进水量的比值:
219×2÷30÷168=8.7%
21.8进水水管的设计:
滤头布水采用小阻力系统的长柄水帽,滤头缝隙宽度2mm,缝隙面积:
320mm2/个,安装密度:
40个/m2,单个滤头的过水量为1-1.5t/h,共1400个。
21.9出水装置:
滤池出水设三角堰集水,并设置栅形稳流器,防止滤料流失。
22、污泥池的选择:
生化系统中每天产生干污泥量41.8KgDS/d,污泥含水率按99.7%计,每天产生的生化污泥量为:
41.8÷（1-99.7%）÷1000=13.9m3
调节沉淀槽产泥量:
720×（150-120）÷1000÷1000÷（1-99.5%）=4.32m3
调节沉淀槽进水SS:
150mg/L,出水SS120mg/L,污泥含水率99.5%
污泥池按2天的容量考虑,实际选用污泥池:
35m3
23、缓冲水
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