2500吨冷轧厂生产废水处理工艺设计.docx
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2500吨冷轧厂生产废水处理工艺设计
学号：
********
常州大学
毕业设计
（2014届）
题目2500t/d冷轧厂生产废水处理工艺设计
学生尤美玲
学院环境与安全工程学院专业班级环工102
校内指导教师严文瑶专业技术职务高级工程师
校外指导教师/专业技术职务/
二O—四年五月
2500t/d冷轧厂生产废水处理工艺设计
摘要：
本文系统地介绍了近年来国内外冷轧厂废水处理技术的应用现状，通过查阅文献，对目前国内外应用比较广泛的成熟工艺的优缺点进行了简要说明，并阐述了冷轧厂废水处理技术的发展趋势。
针对给定的冷轧厂生产废水水质特征进行了分析，拟定了冷轧废水处理工艺，并且对选择工艺的处理效果进行了数据分析，得出该方案符合要求,处理后的废水能达标排放。
对工艺流程中的相关构筑物进行了计算，同时分析了冷轧厂废水处理成本费用，包括工程成本和运行成本，对该方案经济可行性进行分析，该方案具有处理成本低的优点，有一定的推广应用价值。
关键词：
冷轧废水；含铬废水；酸洗废水；废水处理
Theprocessdesignof2500t/dproductionabrasion
wastewatertreatment
Abstract:
Inthisarticle,thepresentsituationoftheapplicationofabrasionwastewatertreatmenttechnologyathomeandabroadinrecentyearsareexpoundedsystematically.Basedontheinvestigationandanalysis,theadvantagesanddisadvantagesofthematuretechnologyusedinthetreatmentprocessofcoldrollingareintroducedbrieflyandthedevelopmenttrendofwastewatertreatmenttechnologyofabrasionisconcluded.Accordingtotheanalysisofcharacteristicsoftheselectedwastewater,thetreatmentprocessisdesignedandthroughcalculatingandanalyzingthetreatmentresult,itcomestothatthedesignreachedourrequirementsandcanensuretheeffluentdischargeuptostandard.Throughcalculatingthecostofrelatedstructuresandtreatmentitself,boththeprojectcostandrunningcost,thefeasibilityanalysisshowsthatthedesignhastheadvantageoflowcostandacertainvalueofpopularizationandapplication.
Keywords：
Coldrollingwastewater;Wastewatercontainingchromium;Picklingwastewater;Wastewatertreatment
摘要I•…
Abstract1J...
1前言1
1.1研究的意义1
1.2国内外研究现状1
1.2.1国内研究现状1
1.2.2国外研究现状3
1.3发展趋势4
2方案的原理、特点与选择依据4
2.1废水水质指标5
2.2出水水质标准5
2.3工艺流程5
2.4方案的原理5
2.5工艺特点7
2.6选择依据7
2.6.1处理效果8
3工艺计算9
3.1酸洗废水处理工艺计算9
3.1.1酸洗废水的来源9
3.1.2处理工艺流程9
3.1.3中和曝气池的设计计算10
3.2清洗废水处理工艺12
3.2.1pH调节池设计计算13
3.2.2格栅设计计算14
3.2.5气浮池设计计算16
3.3含铬废水处理工艺19
3.3.1含铬废水来源19
3.3.3还原池设计20
3.4硫氰化钠废水处理工艺计算21
3.4.1硫氰化钠废水21
3.4.2硫氰化钠废水处理工艺流程21
3.4.3纸带过滤机选型21
3.4.4循环池设计计算22
3.5乳化液废水处理工艺计算22
3.5.1乳化液废水处理工艺22
3.2.3二沉池池计算31
3.6污泥浓缩设备设计34
362板框压滤机选型36
4.污水处理工艺平面布置36
4.1平面布置原则36
4.2平面布置图36
5.所选设备及各池池型总结36
6.工程概算及效益分析37
6.1工程初步投资预算37
6.2工程运行费用38
7.总结39
参考文献40
致谢41
1前言1.1研究的意义
冷轧产品用途广泛，是钢铁行业产品附加值最高的产品之一，所以近年来，国内涌现出许多冷轧厂，因此冷轧厂产生的废水量比较大，需要处理的冷轧废水量比较大，除此之外冷轧厂冷轧生产工艺的工序比较复杂，生产废水中有害成分较多，危害比较大，处理起来比较困难、成本较高，所以冷轧生产废水处理工艺是个需要进一步改进完善的工艺。
如果能够设计出成本较低，处理效率较高的冷轧废水生产工艺，那么冷轧厂的生产成本降低，冷轧产品的应用就会更为广泛，拉动经济发展。
同时，提高冷轧废水的处理效率，有利于水资源的循环利用，符合绿色生产、清洁生产的主题。
因此，研究冷轧厂生产废水处理工艺设计是有意义的。
1.2国内外研究现状
1.2.1国内研究现状
（1）吸附法
近些年来,孙家寿⑴等在《废水中苯酚的铁-累托石复合材料-电化学处理方法》分别把累托石和铁-累托石复合材料投加到模拟苯酚废水中，进行单纯吸附试验和电催化试验。
实验结果显示，在吸附试验开始进行时，随着实验反应时间的增加，累托石和铁-
累托石复合材料对废水中的有害成分降解率越高，当反应时间达到40min时，降解效率
达到最大值，过了40min的顶峰值后，降解效率随着时间的增加成降低趋势。
在电解实验当中，在实验开始时，累托石、铁-累托石复合材料对有害物质的降解速率也是随着时间的增加而上升，但是当实验反应时间到60min时，累托石、铁-累托石复合材料对
有害物质的降解效率达到最大值，但是降解效率比在纯吸附实验中高，在60min后，随
着时间的增加，降解效率呈现降低趋势。
除此之外，从两组实验的数据中我们可以看出铁-累托石复合材料在电化学处理实验中比在物理实验中的效率更高。
通过这组对比实验，我们还可以得出累托石、铁-累托石复合材料在处理废水时发挥最大效果的实验条件和最大效率。
李军［2］在《纳米F&03在处理含铬废水中的应用》采用较简单的方法合成了光催化活性较低、吸附性能较好的纳米F62O3，通过这个实验来探究纳米Fe2O3材料对含铬废水的处理效果，找到是不同实验条件下，对含铬废水中铬吸收的效过，以及在相同的实验条件下，纳米Fe2O3对废水的吸附效率随着时间、温度等外界条件的变化而变化的情况，找出纳米Fe2O3最佳吸附效率时的实验以及实验条件。
通过实验数据分析，最终得到如下结论：
纳米Fe2O3材料对铬的吸附酸度较宽，吸附效率也相对较高，用于实验吸附后的纳米Fe2O3材料经过氢氧化钠溶液清洗后可重复用于实验，实验中吸附效率基本上与清洗之前相接近。
综合实验数据分析，我们可以得到：
使用纳米Fe2O3材料处理含铬废水，材料可重复使用，降低废水的处理成本。
因此，使用纳米F62O3材料处理含铬废水具有很高的可行性。
（2）H202—铁炭法
把苯酚磺酸（PsA）加入水中，并把混合液的pH调成酸性，把混合液加到由铁屑和活性炭组成的反应器中，流经反应器中的冷轧废水与反应器中的物质发生反应，冷轧废水中的有机物质会被活性炭吸附，活性炭上吸附的有机物质在铁炭微电极的作用下会被分解成许多小分子物质，铁棒在酸性废水中的作为阳极就会失去两个电子生成二价铁离子，二价铁离子在反应中作为催化剂的作用，促进双氧水氧化讲解有机物分解成的小分子物质，碳棒作为阴极，氢离子在阴极得到电子产生氢气，氢气在溶液中微电流的作用下对有机物也会产生讲解效果，达到处理含铬废水中有机物的去除效果。
在该实验中，实验机理相对简单，对含铬废水中的有机物处理效率较高。
林永增、王国栋［3］等人在《H2O2-铁炭法预处理冷轧带钢厂镀锡废水》中将H2O2一铁炭法用于实践，冷轧厂电镀锡工艺生产过程中产生的废水中，有机物含量较高，酸度也相对较高，很难进行直接生化处理。
因此，为了提高生化处理效果，通常会以H2O2-铁
炭柱-pH调节-混凝为前期预处理工艺对废水进行处理，利用该工艺作为预处理方法处理含有机物的冷轧废水，可以降低对后续处理构筑物的损坏，对泵等设备也起到一定的保护作用。
同时，降低进入生化反应工艺的废水的有机物含量，可以降低生化反应工艺的负担，保证出水的水质有机物含量可以达标。
（3）破乳法
破乳法是指废水中乳状液的分散相小液珠聚集成团，形成大液滴，最终使油水两相分层析出的过程⑷。
冷轧废水中含油、含乳化液废水较多，而乳化液不易直接处理，首先需要对乳化液废水进行破乳处理，可以投加电解质溶液，通过设备搅拌，增加电解质和废水的混合，达到充分接触，提高电解质破乳效果。
乳化液破乳之后，可以和含油废水混合，共同进行后续处理。
孙东军⑷等在《破乳法预处理平整液废水的试验研究》中向模拟污染相对程度较高的平整液废水投加硫酸以及硫酸化合物和一些其他的混凝剂，进行破乳实验，经过实验数据分析，得出结论：
无论是硫酸还是混凝剂，都可以达到很好的破乳效果。
破乳后的废水指标可以达到后续生化处理的指标要求。
目前，平整液废水处理工程实践中很少选用微波破乳技术，吴晓根⑸等在《含油废
水处理技术进展》中概述了含油废水的特征，除此之外，对气浮法、吸附法等常规处理平整液的方法以及各种方法的优缺点进行了综合描述，同时介绍了电凝聚等处理平整液
废水新技术。
在该文章中，作者也详细论述了在处理含油废水中的应用膜分离法的使用现状和前景，并且重点介绍了微波破乳技术及其在工业化应用中现存的问题。
文章最后，
作者展望了微波破乳技术在未来的发展趋势，为读者提供含油废水的处理过程中应注意的技术参数。
现在很多工程都急需大容量微波化学反应腔，因此作者认为，现阶段应该注重设计、开发和制作微波加热设备。
（4）絮凝法
冷轧废水中乳化废水和含油废水比较多，在国内外冷轧含油废水处理方法中应用最为广泛的是絮凝法。
絮凝法根据絮凝机理的不同，可以分为化学药剂絮凝法和电絮凝法。
所谓的化学药剂絮凝法就是主要通过向废水中投加化学絮凝剂，化学絮凝剂在水中会发
生水解聚合反应、分子链架桥反应、吸附作用从而达到净化水体的作用，最后水中的油通过气浮法或者是沉淀成污泥的形式从水中去除。
化学药剂絮凝法除油效率高，去除COD的效率相对也很高。
江苏科技大学曾经做过化学药剂絮凝沉淀实验，实验条件是在pH为6,电解时间40min,投加1.25g/L盐，并且电极之间的距离保持在1cm,电流密度是4mA/cm2时，COD的去除率大于99.5%。
施国飞，徐晓军，贾佳，郑鑫等⑹在《微波-Fenton氧化-PAFSi絮凝法》将絮凝法用于处理含油废水。
目前化学药剂絮凝法是使用最为广泛的絮凝方法，通常情况下，无机高分子絮凝剂是和有机高分子絮凝剂结合在一起使用，这样可以增加絮凝剂的絮凝效果，达到最佳的絮凝效果。
絮凝剂的发展趋势是趋于开发新型复合絮凝剂，除了符合絮凝剂，天然有机高分子也具有广阔的开发前景。
1.2.2国外研究现状
⑴膜生物反应器（membranebioreacto简称MBR）
在1969年,美国的记者Smith[7]第一次报道了Dorr-Oliver公司成功把活性污泥法和超滤工艺结合在一起，用来处理城市污水的方法。
这种工艺最大的特点就是把原来的活性污泥法中的二沉池构筑物换成了膜分离器，用膜分离器来富集废水中的微生物，而原来的活性污泥法是通过将废水流经循环槽把微生物带入曝气池中，增加微生物浓度的。
在当时，该工艺在处理生活污水中发挥着很大的作用，处理效果很好。
出水水质中BOD<1mg/L，COD<20〜30mg/L，整个工艺的处理能力也提高到10〜100m3/h。
除了上述的报道之外，在1970年，Hardt报道出合成废水可以用好氧生物反应器来实现泥水分离，当时用的仅是一个10L的好氧生物反应器，由此可见当时该方法还处于一个发展初期。
到了1989年的时候，日本政府和许多大公司联合在一起搞科研项目，当时较为出名的一个是“9（年代水复兴计划”这一计划为期6年，在该科研项目中，膜生物反应器被视为是重要的研究课题。
当时，在美国、法国等国家也相继进行了大量的实验研究，随着膜生物反应器技术逐渐发展成熟，水处理界的人士越来越关注膜生物反应技术，膜生物反应技术也成了水处理界研究的热点。
目前，美国、德国、法国等国家在水处理工艺中广泛使用膜生物反应技术，处理废水规模在6〜13000m3/d。
（2）生物定向菌技术
生物定向菌技术是指在一定的条件下，控制微生物生长，使微生物生长方向向我们想要的那个方向发展，增加所需要的生物反应器的个数，反应后，微生物和废水容易分离的一种技术。
该技术除氮效率高，对高浓度有机废水或者是很难降解的物质的处理效率高。
法国生物学家巴斯德⑹最早设计出了一种可以用来培养固定化细胞的反应器一一
醋化器。
近年来，工程技术的发展进步，推动着微生物的发展，如何发挥微生物的最大功效成为研究的主要发展方向。
在生物固定化技术发展初期，二十世纪初，生物固定化技术是通过细胞筛选用来培养特定细菌的一种技术，最初用于战争，随着社会的发展，生物固定化技术逐渐向水处理方向发展，在污水处理领域中，该技术具有很大的发展潜力。
该技术还在发展阶段，所以还存在许多问题，将来的发展方向是多种生物共生的固定化体系，发展具有效率高、强度大、寿命周期长、价格便宜等优点的的微生物。
（3）无机膜分离技术
无机膜分离技术是利用无机材料制成的膜分离固液的一种技术。
二十世纪四十年代，无机膜技术兴起。
二战时期，多孔陶瓷材料被用来分离UP6同位素，制作导弹。
二
战之后，无机膜分离技术逐渐被用于工业领域，微滤膜和超滤膜逐渐发展起来，促进了工业的发展。
后来，无机膜分离技术已经不局限于在工业领域使用了，人们发现无机膜可以用来加快化学反应速度，催化效率很高，可以用作催化剂。
因此，无机膜分离技术的发展方向是多方向的，潜力是无穷的，在污水处理的发展中担任着一个很重要的角色，发挥重大作用。
（4）氧气顶吹转炉炉渣捕获冷轧废水中CO2
E.-E.Chang,Tse-LunChen等人⑶，在这项研究中，氧气顶吹转炉炉渣通过旋转填充床输送与冷轧废水混合后直接或间接参与碳化反应。
通过电子显微镜扫描、x射线衍
射、热重定量分析来描述固体产品特征。
并利用电感耦合发射光谱学知识对固体产品的长久影响做出了分析。
实验结果表明，BOFS碳转化率最大可达90.7%,相当于在30?
C，20分钟转速为750转的CRW直接碳化条件下，BOFS能捕获0.277g/g二氧化碳。
此外，在气相、液相和固相中的二氧化碳保持物质平衡，处于良好的状态，在这个过程中，
能准确地确定BOFS捕获二氧化碳的能力，误差不超过10%。
此外，基于质量平衡建立的反应动力学模型可以确定各种液体的反应速率常数。
最终得出结论是：
包括BOFS、
CRW在内的碱性废弃物是可以提高二氧化碳捕获能力的新颖的物质，同时可以减少碱性废物对环境的影响。
1.3发展趋势
近年来，相关部门提高了废水排放标准的要求，严格执行相关文件标准要求，对废水处理工艺的要求也相应的提高了，在这种情况下，MBR法显示出了明显的优势，在
将来一段时间，MBR在废水处理领域将扮演一个重要的角色。
近年来，随着全球变暖，土地沙漠化，水资源短缺，污染严重加剧，我国《钢铁工业水污染物排放标准》要求：
（1）从2009年1月1日起，所有的冷轧企业总排放口排放的废水要达到相应的排放标准才能排放，这里实施的排放表如下：
COD最大排放值为
60mg/L,SS最大排放值为50mg/L,石油类的最大排放标准是5mg/L；⑵从2011年1月1日开始，所有的冷轧企业总排放口排放的废水要达到相应的排放标准才能排放，这里实施的排放表如下：
COD最大排放值为30mg/L，SS最大排放值为20mg/L，石油类的最大排放标准是3mg/L；该标准的实施，将会推动新型处理技术的兴起和发展。
综合上面所述，将来的发展方向将会趋于以下几个方向：
（1）随着排放水质要求提高，多种工艺组合将会成为发展方向；
（2）废水处理工艺的理论研究将会被注重，理论研究会给工艺
发展提供强大的理论基础；（3）膜生物反应器等新技术的发展将会推进废水处理技术的发展。
2方案的原理、特点与选择依据
2.1废水水质指标
本设计中处理的冷轧厂生产废水主要有乳化液废水、含铬废水、酸碱废水、硫氰化钠废水。
其参数如下表1。
表1废水水质指标
废水名称
水量（t/d）
项目
进水（mg/L）
出水
SS
500
乳化液废水
190
油
4500
pH
3.0
含铬废水
300
6+
Cr
235
pH
2.5
达到一级排
酸洗废水
800
Fe
150
放标准
pH
10.0
清洗废水
1200
SS
300
油
120
硫氰化钠废水
10
NaSCN
300X103
2.2出水水质标准
本设计中，经设计工序处理后的出水要达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
一级排放标准，污水综合排放一级排放标准如下表2。
表2污水综合排放一级排放标准
项目
SS
（mg/L）
石油
（mg/L）
pH
小6+
Cr
（mg/L）
Fe
（mg/L）
氨氮
（mg/L）
最高浓度
20
3
9
10
10
1
2.3工艺流程
该设计给定的废水是五种具有不同特征的冷轧废水，所以在工艺开始的时候，分别针对五种不同废水的特征进行处理，最后在污泥沉淀和污泥浓缩的时候合到一条工艺上来，与五种废水各用一条工艺处理相比较，这样既可以有针对性的处理废水，又可以节约池体的造价成本和运营成本。
工艺图如图1。
2.4方案的原理
本设计中，针对各种废水的特征选择相对应的处理方案。
乳化液废水中，含油和
SS,直接气浮法处理乳化液废水不容易处理，所以选用破乳法来预先处理乳化液废水，破乳之后再与含油的清洗废水混合，接着进行除油的处理。
含铬废水中主要含有六价铬和酸，六价铬毒害性较大，所以我们选用化学还原法去除废水中的六价铬离子。
酸洗废水中含铁离子和pH，选用中和曝气池，投加药剂到池体中，通过曝气增加药剂和废水中铁离子的接触面积，增大反应效率，使得废水中的铁离子去除的更完全。
清洗废水，
含SS和油，所以先与破乳后的乳化液废水汇合，接着再通过格栅，去除SS,最后进行
除油处理，通过隔油池和气浮池，最终经过预处理的五种废水统一流到二沉池中，使废水中的悬浮物沉淀，污泥经泵提升到污泥浓缩池子中，从污泥浓缩池中流出的废水经回流后到二沉池中，重新沉淀，污泥浓缩池中的污泥经板框压滤机后排出的泥由运输车运走，板框压滤机中流出的的废水经水泵提升，回流至二沉池中。
该工艺中，构筑物之间的水流流动方式尽量选用的是溢流，这样可以减少电力成本，降低投资、运营成本。
在该工艺中，各条处理工艺的处理效果到最终的出水，都能满足出水的水质要求标准。
图1工艺流程图
⑴两级曝气中和
本系统含酸废水主要处理过程是去除水中溶解，的和悬浮的污染物，最终调整pH后排放［11］。
溶解的污染物辛要包括溶解的金属物质（主要是溶解铁）和废酸。
把石灰乳加入中和曝气池中，与废水混合，氢氧根与废水中的金属离子相结合，生成金属氧化物沉淀成污泥。
中和曝气池中废水的pH值不同，形成的重金属离子氢氧化物溶解都也会发生变
化。
所以将中和阶段分成两级且pH值控制在不同范围内，这样可以去除多类金属离子。
（2）反应澄清池
本设计中的乳化液废水需要进行破乳处理之后，才能进行除油处理，所以这里选用了反应澄清池，通过向乳化液废水中投加入电解质，搅拌桨搅拌废水，使废水与电解质充分混合，达到破乳的效果。
反应澄清池是用来去除悬浮物的构筑物，本设计中采用的澄清池是辐流式沉淀池，同时在反应澄清池中增设反应区。
在废水在进入沉淀区之前，把助凝剂投加到沉淀区中反应，使得助凝剂与废水充分接触，反应充分，以此提高沉淀效率。
本设计中澄清池中的沉淀物形成污泥，沉淀到池子的底部，通过污泥传送管道输送到污泥浓缩池池中，对污泥进行脱水处理，处理后的污泥经过污泥压缩机进一步压缩脱水后外运，而从污泥中脱出来的水则经回流到沉淀池中，进一步沉淀污水中的沉淀物，回流循环浓缩与沉淀的过程，降低污水的排泥率，提高本环节构筑物对污水的处理效果。
（3）二沉池
本设计中前面的澄清池、气浮池、隔油池处理废水过程中会产生污泥，所以在本设计选用的工艺中的后续处理设备选用的是辐流式沉淀池，由于本设计中处理的污水量不
大，所以选用一座辐流式沉淀池。
活性污泥沉降性较差，因此在池体设计时，在池中要设计一个混凝剂投加管，通过投加药剂来提高沉淀物的沉淀性，从而提高污泥浓缩池的脱水效率。
（4）隔油池
设计中涉及含油废水和乳化液废水的处理，所以在工艺中选用隔油池，隔油池是利用自然上浮法进行油水分离的装置，隔油池一般有如下几种类型：
平流式隔油池、竖流式隔油池等。
本设计中选用的是平流式隔油池，平流式隔油池具有构造简单、运行管理方便、除油效率高等优点。
（5）气浮池
气浮技术就是通过向废水中通入空气，空气通入水中会产生大量的微细气泡，微细气泡会粘附在杂质颗粒上，形成浮力，在浮力的作用下，杂质会被带到水面，从而实现固液分离。
本设计中有含油废水，所以选用平流式气浮池，通过曝气通入废水中，利用气浮基本原理从而实现油水分离的目的。
（6）还原池
本设计中有含铁离子的废水，所以通过还原池，在废水流经还原池的时候，向池体中投加化学还原剂，利用化学还原法去除废水中的金属离子。
去除率相对较高，并且池体不大，投资成本低。
2.5工艺特点
针对冷轧废水的特点：
含酸碱、含油、含金属离子，工艺简单容易操作实现，可以达到很好的去除效果，工程投资成本低，处理成本低。
2.6选择依据
冷轧废水中含酸碱、含油、含金属离子，因其浓度低，流量大，故采用中和沉淀法
处理。
对于酸洗
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