全套有机工业废水污水处理厂处理工艺设计.docx
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全套有机工业废水污水处理厂处理工艺设计
第一章污水处理发展概况
1.1国内污水处理发展概况
地球虽然有70.8％的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限，人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26％，而且分布不均。
全世界每天约有200吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8升淡水；所有流经亚洲城市的河流均被污染；美国40％的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染；欧洲55条河流中仅有5条水质差强人意。
20世纪，世界人口增加了两倍，而人类用水增加了5倍。
世界上许多国家正面临水资源危机：
12亿人用水短缺，30亿人缺乏用水卫生设施。
中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。
随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。
在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目前及自来水生产、供水、排水、中水回用行业处于同等重要地位。
一方面，中国目前的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污泥处理等配套设施建设严重滞后。
另一方面，中国的污水处理率及发达国家相比，还存在着明显的差距，且处理设施的负荷率低。
[1]
因此中国应完善污水处理的政策法规，建立监管体制，创建合理的污水处理收费体系，扶植国内环保产业发展，推进污水处理行业的产业化和市场化。
污水处理行业是一个朝阳产业，发展前景十分广阔。
中国将在“十一五”期间投资3000亿元以推进城市污水处理和利用，中国污水处理行业由此迎来高速发展期。
1.2国外污水处理发展概况
时经济发展和水资源保护不可或缺的组成部分，其在发达国家已有较成熟的经验。
如英国、德国、芬兰、荷兰等欧洲国家均已投巨资对因工业革命和经济发展带来的水污染进行治理，日本、新加坡、美国、澳大利亚等国家也对污水处理给予了较大投资，特别是新加坡并没有走先污染后治理的道路，而是采取经济及环境协调发展的政策，使该国不仅在经济上进入了发达国家的行列，而且还是一个绿树成荫、碧水蓝天、环境优美的国家。
污水处理所采用的工艺技术史污水处理的核心部分。
污水处理采取的工艺及很多因素有关，如进水水质、出水要求、处理水量、投资大小等，还及气候条件有关。
目前污水处理的等级已经从二级处理向三级处理过渡，特别是随着水资源的日趋短缺，城市污水再生回用技术越来越受到各国的重视。
也就是说现代化的污水处理厂应具有双重功能，一方面是要消除城市排水的污染问题，另一方面还要担负解决城市水资源紧缺的任务。
[2]
日本队污水处理的要求比较严格，由于国土的狭小，许多污水处理厂采用地下式。
德国的主要分为自然净化和人工净化两大类。
自然净化工艺是利用微生物在自然环境中的生命活动来净化污水，缺点是占地面积大，处理效率低，所需时间长，优点是能耗低，因此仅适用于小规模的污水处理。
人工净化是利用人工手段改善微生物的品种及生产环境或外加药剂，已达到对污染物高效降解和去除的目的，具有占地面积小、处理效率高、运行稳定等优点，但能耗大，运行费用高，管理复杂，一般适用于大、中型的污水处理。
国外的排放标准一般要求较高。
由于受纳水体的不同，美国城市污水处理后出水水质要求常常比我国的二级处理出水水质高。
第二章设计概述
2.1设计任务
本次毕业设计的主要任务是完成某工业中有机工业废水处理工艺设计，以三维集团股份有限公司处理高浓度废水为例。
工艺设计内容包括：
1）细化工艺流程
2）选定参数
3）计算（构筑物尺寸、管道、阀门、泵、填料、控制机监测设备、图件要求）
4）绘制符合规范的工程图
2.2设计原则
1.严格执行国家有关环境保护的各项法规
2.采用技术成熟可靠、先进合理、维修方便、投资少、运行费用低、节能的工艺，确保处理量及水质排放达到标准.
3.为保证环境质量，采取减震、隔音等措施减少噪声污染，夜间噪声控制在45分贝以下。
4.为确保工程使用寿命及地下设施承载能力，工程主体构筑物及池体设计采用砼结构。
第三章工艺流程及说明
3.1工艺方案分析
高浓度废水预处理系统
三维公司为对厂内产生的高浓度废水进行预处理，建设了高浓度废水处理系统，处理能力为24m3/d。
改系统采用催化氧化工艺对高浓度废水进行预处理，在表面催化剂-二氧化氯存在的，利用强氧化剂在常温常压下催化氧化废水中的有机污染物，或将大分子有机污染物氧化成小分子有机污染物，提高BOD/COD值，使之易于生化降解。
经预处理后的废水在进入生化处理车间。
高浓度废水预处理装置的处理工艺：
废水调节池→中和→沉淀→两级厌氧→厌氧沉淀→好氧→沉淀→高级化学氧化→兼氧→沉淀→废水排入生化车间处理
3.2废水水质分析[3]
三维公司各车间产生高浓度废水生化特性分析见表3-1。
表3-1三维集团各车间产生高浓度废水生化特性分析一览表
名称
概述
物理性质
化学性质
半致死量LD50mg/kg
可生化性
对微生物抑制限值
处理方法参考
乙醇
EthylalcoholC2H6O
无色流动性液体，具有愉快的酒香，具有灼烧感
易燃
9000
0.87
—
生物氧化
醋酸
乙酸AceticacidC2H4O2
具有刺激性酸味的无色透明液体。
3530
0.5
—
生物氧化
醋酸乙酯
乙酸乙酯EthylacetateC4H8O2
无色、易挥发，有芬芳气味的液体，微溶于水，溶于有机溶剂。
易起水解和皂化反应。
可燃，其蒸汽和空气形成爆炸混合物。
5620
0.80
—
生物氧化
醋酸丁酯
乙酸丁酯ButylacetateCH3COOC4H9
无色、易挥发，有芬芳气味的液体，微溶于水，溶于有机溶剂。
较难水解
14.13
0.69
—
生物氧化
正丁醇
丁醇ButylalcoholC4H10O
无色液体，有酒味
蒸汽及空气形成爆炸性混合物
790
0.48
650
生物氧化
VAC
乙酸乙烯酯醋酸乙烯酯VinylacetateC4H6O2
无色液体，及乙醇混溶，不溶于水
易燃
2900
0.59
6
生物氧化
PVA
聚乙烯醇[C2H4O]n
低温下其水溶液转变成凝胶
耐盐，在硼、铬、钒、锆等化合物环境下易凝胶
—
—
—
丁烯醛
巴豆醛CrotonaldehydeC4H6O
无色液体，窒息性刺激臭味，微溶于水，可混溶于乙醇、乙醚、苯、甲苯等多数有机溶剂
易燃，易爆
80
0.22
—
对微生物有毒性需要先进行其他氧化
苯
BenzeneC6H6
无色芳香性液体
易受硫氧化合物、氮氧化合物分解
930
0.16
50
微生物降解困难
甲苯
Toluene
C7H8
无色液体。
不耐光催化
5000
极难降解
29
极难降解
硫化氢
H2S
能溶解于水、酒精、乙醚等液体。
常温下饱和溶液的浓度为0.1摩尔/升。
易燃，及空气混合时，其爆炸极限的体积比是4.3%～2.46%。
急性毒物
—
—
马来酸二甲酯
Dimethylmaleate C6H8O4
无色液体，不溶于水，溶于醚。
吸入、摄入或经皮肤吸收后对身体有害。
对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有刺激作用
—
—
—
四氢呋喃
TetrahydrofuranC4H8O
无色透明液体，有乙醚气味，溶于水和多数有机溶剂。
易燃，易爆
1650
—
580
对厌氧微生物有抑制作用，对好氧微生物无抑制作用，但难好氧降解
PTMEG
聚四亚甲基醚二醇HO[CH2CH2CH2CH2O]nH
白色醋状固体，易吸水
具有良好的耐低温性、耐水解性、耐盐水性和耐霉菌性,易受紫外射线影响.
—
—
—
对厌氧有抑制作用，对好氧无抑制作用，但难好氧降解
萘
C10H8 分子量128．16
溶于苯、醚、无水乙醇，不溶于水
及卤素、浓硫酸、浓硝酸等能发生反应生成相应的化合物。
对皮肤有刺激性，能引起皮肤湿疹。
490
0.34
—
可生物降解
丁炔二醇
分子式：
C4H6O2
86.09
溶于水、酸性溶液、乙醇和丙酮、微溶于氯仿，不溶于苯和乙醚
易燃，有毒，具刺激性，具致敏性
125
甲醛
CH2O；HCHO
分子量：
30.03
易溶于水，溶于乙醇等多数有机溶剂
其蒸气及空气形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸
800
—
—
抑制微生物对有机物的氧化。
3.3污水处理工艺选择
根据三维公司提供的水质数据，预估废水的COD在30000-50000mg/L（BOD/COD>0.5），废水的pH<6，有部分难溶于水的物质，根据三维公司的要求出水COD浓度控制在1000mg/L左右，该高浓度废水的可生化性较好，因此该类废水的基本处理工艺流程为：
厌氧及好氧结合的处理工艺。
由于部分有机污染物对厌氧微生物的毒性明显强于好氧微生物，且水质变化大，依据目前国内高浓度有机废水的生物处理技术的实际应用，结合三维公司多年处理高浓度有机废水的经验，该类废水在进行生化处理前必须先进行高级化学氧化，降低废水的毒性，提高废水生化性，减轻冲击负荷，结合有机污染物对微生物的特性，将废水的好氧放置在厌氧生化处理前。
本高浓度废水预处理工程的用意流程为：
高级化学氧化[9]+好氧+两级厌氧，目前高级化学氧化中运行比较稳定是臭氧氧化、Fenton试剂氧化、电催化氧化、铁碳氧化等这些方法又称为AOPS高级化学氧化手段，对本项目的废水性质选择臭氧及其复合高级氧化技术，对于生化选择好氧和厌氧结合处理工艺。
[4][5][6]
3.3.1废水的分类收集
根据本工程项目的废水水质和水量特点基本上可以将废水分为两大类型：
水量较大对微生物毒性较小（丁二醇厂产生的废水）、水量较小对微生物的毒性较大（有机分厂）。
因此将废水的收集池分为兩格，废水量比较大的废水用管道输送到废水收集A池，其余各车间产生的废水用高浓度废水收集罐车输送到废水收集B池。
3.3.2废水处理程度要求
根据三维集团股份有限公司的招标文件，本次高浓度废水的处理项目进水COD浓度按40000mg/L计算，采用一次设计、一次施工、一次调试运行，出水COD浓度控制1000mg/L以内。
[7、8]
3.3.3废水处理工艺优选[13]
根据表3-1的废水水质分析，结合该公司高浓度废水处理的经验和多年运行数据统计对本次高浓度废水预处理项目的技术处理方案进行如下优选：
见表3-2
表3-2废水处理技术方案优选
方案名称
优点
缺点
固定投资（￥万元）
运行成本（￥元/吨）
10年成本（￥万元）
部分臭氧氧化+好氧+两级厌氧
1、分类收集，对微生物毒性大的有机污染物进行臭氧高级化学氧化，降低了有毒微生物对系统的冲击，降低了COD冲击负荷；
2、将好氧生化池和pH调节池（采用曝气搅拌方式）进行合建，进一步去除有毒物质，提高系统运行的稳定性；
3、采用两级厌氧提高系统对有毒污染的抵御能力，增加了系统运行的灵活性；4、操作简单；
1、好氧生化放在前端，好氧去除有机物相对较多，能耗比较高。
1192.64
1.68
1469.84
部分臭氧氧化+厌氧+好氧
1、分类收集，对微生物毒性大的有机污染物进行臭氧高级化学氧化，降低了有毒微生物对系统的冲击，降低了COD冲击负荷；2、厌氧前置运行费用相对较低；
1、好氧池后置需要单独增加一个pH中和池；2、系统的抗有毒、高浓度负荷冲击能力较差；3、操作复杂；
1210.00
2.08
1553.20
部分Fenton+厌氧+好氧
1、氧化彻底；
2、不受系统冲击负荷影响
1、操作复杂；3、污泥量大，处理成本高；
1050.00
5.00
1875.00
部分铁碳微电解+厌氧+好氧
1、提高废水的可生化性；2、降低废水的有机负荷的冲击；
1、有毒负荷对系统的冲击改变很小；2、污泥量大，处理成本高；
1000.00
4.20
1693.00
Fenton氧化
1、氧化彻底；
2、不受系统冲击负荷影响
1、氧化彻底；2、不受系统冲击负荷影响；3、污泥量大，处理困难；
280.00
25.00
4405.00
Fenton+紫外
1、氧化彻底；
2、不受系统冲击负荷影响
1、氧化彻底；2、不受系统冲击负荷影响；3、污泥量大，处理成本高；
320.00
24.00
4280.00
备注：
1、以上数据系统稳定运行10年，每年运行330天计算；
2、以上数据来源于多个高浓度废水多年运行统计数据（2006年），及实际数据有一定的出入。
3、废水水质特点：
废水水质变化大（在不同的时间段废水有时完全不同），pH变化突然，COD浓度高达40000mg/L，废水的可生化性较好（BOD/COD>0.5）,部分有机污染物对厌氧微生物的毒性明显强于好氧微生物。
[14]
综合比较，考虑系统长期稳定运行，我们优选部分臭氧氧化+好氧+两级厌氧处理工艺+兼氧。
3.4废水处理简介
根据废水的性质和排放规律、输送方式，将废水的调节池设置为两格，并在调节池的四周设置均质溢流槽，并加强废水产生的源头管理，建立高浓度废水排放管理卡片制度，减少废水事故排放，加强废水处理站的废水处理，降低废水处理成本。
根据废水的性质，本次高浓度废水预处理工程的处理系统采用两套并联运行的系统，废水经收集B池用泵提升至高级化学处理系统，根据废水的性质的不同高级化学氧化区要增加不同的催化剂，以确保系统的稳定运行，高级化学氧化的废水重力自流入废水收集A池，经废水收集A池的均质溢流堰进行配水，然后经泵提升送至改良的CASS好氧池，由于部分有机物废物对厌氧微生物的毒性明显强于好氧微生物，并且以通过好氧方法去除，因此本工艺采用好氧前置处理工艺，由于高级化学氧化采用以臭氧为主的氧化工艺，因此好氧池采用改良CASS好氧池型，前端设置无微生物参及的曝气反应区，去除废水中还没有完全参加反应的化学氧化剂，同时进行废水的pH调节，保证后续生化处理的稳定运行。
好氧处理后废水重力自流入废水沉淀池，废水经沉淀池流入集水井，再通过泵提升至两级厌氧处理工艺，废水经两级厌氧处理后重力自流排入废水处理总站。
各工艺段的剩余污泥排入污泥浓缩池，经重力浓缩后用罐车将浓缩后的运送至生化车间统一处理。
浓缩池上清液流至废水收集A池。
3.4.1废水处理工艺流程图
详见图3-11山西三维集团高浓度废水处理项目工艺流程图（见图3-1）。
3.4.2废水的分类收集
本处理工程中废水水质变化特别大，因此要求废水收集池不仅有对废水收集和储存的作用，还应该有对废水的调质作用，因此在本项目中的调节池四周设置均质配水槽，针对废水的特性，将废水设计为两种基本类型[10]：
（1）废水水量较大，对微生物毒性较小的废水；
（2）废水水量较小，对微生物毒性较大的废水（微生物难以降解的废水也进入此收集池）。
[11]
对废水分类收集以后，针对分类收集的废水采用不同的高级化学氧化催化剂提高废水处理的针对性，合理控制高级化学氧化时间，降低废水的毒性，确保后续处理系统的稳定运行。
[12]
图3-1三维集团高浓度废水预处理工艺流程图
3.4.3废水的高级化学氧化
废水收集B池内的废水，通过泵的提升被送入高级氧化段继续进行分类预处理，本次将高级化学氧化定格在废水的分类预处理，针对废水的特性合理控制高级化学反应时间和添加废水高级化学氧化催化剂，增加了废水预处理的针对性，降低废水预处理成本。
高级氧化工艺（AdvancedOxidationProcesses，简称AOPS）是20世纪80年代开始形成的有毒污染物处理技术，主要特点是通过反应产生“•OH”，该自由基具有极强的氧化性，比其他一些常用的强氧化剂具有更高的氧化电极电位（E=2.8V），其氧化活性大约是氯的2倍，位于原子氧和氟之间，另外“•OH”具有很高的电负性或亲电子性，其电子亲和能为569.3kJ，容易进攻高电子云密度点，因此通过自由基反应能够将有机污染物有效的分解，甚至彻底转化为无害的无机物，如二氧化碳和水等。
高级氧化技术具有氧化性强、反应时间相对较短、操作条件易于控制等优点。
[15]见表3-3
表3-3常用化学氧化剂氧化性能表
No
OxidizingAgent
Electrochemicaloxidationpotential（EOP）,V
Others
1
Fluorine
3.06
对有机物降解无选择性
2
Hydroxylradical
2.80
对有机物降解无选择性
3
Oxygen（atomic）
2.42
对有机物降解有选择性
4
Ozone
2.08
对有机物降解有选择性
5
HydrogenPeroxide
1.78
对有机物降解有选择性
6
Hypochlorite
1.49
对有机物降解有选择性
7
Chlorine
1.36
对有机物降解有选择性
8
ChlorineDioxide
1.27
对有机物降解有选择性
9
Oxygen（molecular）
1.23
对有机物降解有选择性
注：
1）这些高级化学氧化对大分子有机物的降解明显好于小分子有机物；
2）除氟和·OH自由基以外，其余对有机物的降解均有一定的选择性。
根据废水的性质结合高级化学氧化的废水处理，我们拟采用臭氧进行高级化学氧化。
1臭氧氧化有机物的机理
臭氧又名三原子氧，其分子式为O3，于1840年被德国化学家发现。
臭氧技术可以说是既古老又崭新的技术，从1856年开始应用至今，国际上于1973年成立了国际臭氧协会。
污水处理方面，臭氧技术已经成熟应用于含酚、含氰及印染废水处理，臭氧及这些或更复杂的有机物反应后通常生成乙醛、羧酸、脂肪族、芳香族以及其他的氧化物形式，这些产物很容易生化降解，[16]而且没有明显的毒性。
臭氧的自我分解连锁反应如下图：
见下图3-2（A）
图3-2（A）臭氧反应链式图
由此可以推出臭氧同化合物反应有两种方式：
臭氧分子直接进攻和臭氧分解形成的自由基的反应，具体反应机理如下：
（1）臭氧及无机物反应机理
（2）臭氧及有机物的反应机理
臭氧氧化有机物有两种基本方式：
直接反应和间接反应。
间接反应中.OH可以通过不同的反应使溶解态有机物和无机物氧化，氧化的主要类型有：
电子转移反应、加氢反应和.OH加成反应。
其反应机理如图3-2（B）（详见下页）所示。
——醇、醛、酯、羧酸存在亲核基—O—，O3攻击—O—，产生过氧化物；芳香族化合物可通过打开芳环（形成开环或无芳香结构的产物）或形成侧链取代基；酚类（包括苯酚、取代苯酚、醌和多酚等），特点是在芳核上有给电子基—OH，经臭氧氧化成芳核水解物—开环产物—氧化终点产物—CO2。
图3-2（B）.OH间接氧化有机物的反应机理
表3-4臭氧—水接触反应系统的主要设计参数
序号
污染物名称
接触反应时间/min
臭氧投加量/（mg/L）
处理率/%
1
炼油废水深度处理去除酚
>10
20~40
96.84
2
酚
>10
30~50
90~96.67
3
硫
>10
30~50
94
4
苯、甲苯
>20
30~50
94
5
萘
>15
30~50
70
6
氰化物
>10
10~20
70
7
环戊烷、环己烷、苯并芘、甲醛、丙烯晴等深度处理
>15
40~50
90~95
8
表面活性剂
>15
10~15
85
9
合成洗涤剂
>15
50~75
80
10
PTMEA、PTMEG
>30
20~30
95
根据以上数据分析，我选择部分高浓度有机废水进行抽样氧化时的反应器内的臭氧浓度控制在50mg/L，反应时间控制在60min以内，根据实验数据，还可以做进一步优化。
3.4.4改良CASS的好氧和酸碱中和合建
CASS（CyclicActivatedSludgeSystem）工艺是循环式活性污泥法的缩写,其经典工艺设有一个分建或合建式生物选择器的可变容积、序批曝气—非曝气方式运行的充—放式间隙活性污泥处理反应器，它通常由生物选择区、兼氧区和主反应区三个区域组成，如图3-3所示。
[17][18]
三维公司在长期设计和运行实践中，对经典CASS工艺进行了改良，在有些工程无需除氮、磷为目的的生物选择器和出水使用的滗水器，本工程就是有这些需求，因此本次设计采用主反应区和沉淀池分建，运行中采用经典的好氧生物处理工艺，使得主反应区实现了连续不断曝气，同时不影响泥水分离，选择区改造为预曝气区和pH调节区用于去除废水中的剩余高级化学氧化剂，如下图3-4所示:
改良型CASS生物处理系统相对其它生物处理技术具有以下特点：
●预曝气区很好去除废水还没有反应的高级化学氧化剂，并进行pH的调节，确保后续生化处理运行的稳定。
●构筑物结构紧凑，一体化；
●系统设有单独的二沉池及污泥收集和回流系统；
●可变容积的运行提高了系统对水量水质变化的适应性和操作的灵活性；
●根据生物反应动力学原理，采用多池串联运行，使废水在反应器的流动呈现出整体推流而在不同区域内为完全混合的复杂流态，不仅保证了稳定的处理效果，而且提高了容积利用率；
●系统在恒水位条件下交替运行，水力负荷恒定。
因而可以降低对管道、阀门、水泵、曝气等设施设备的规模要求,同时土建设计可以不需要考虑水位变化对池体的受力要求，相应节省土建费及占地费用,从而降低系统的成本；
●根据废水浓度变化情况，相应调整时间及空间参数，改善污泥的性能，故具有较高的操作弹性，出水效果好，水质稳定；
缺点：
1.容积利用率低、出水不连续、运行控制复杂。
2.需曝气能耗多，污泥产量大。
通过对生物速率的控制，使反应器以厌氧—缺氧—好氧—缺氧—厌氧的序批方式运行，使其具有优良的脱氮除磷效果，由于两级均采用沉淀池溢流堰出水，系统的水头损失大大降低，降低了运转费用。
1、预曝气区2、主曝气区3、沉淀区4、污泥回流管5、出水堰
图3-4改良CASS工艺工作原理图
3.4.5两级厌氧处理
厌氧工艺是在没有氧气和硝态氮参及情况下的生物处理系统，主要用于将溶解性和颗粒态的可生物降解有机质转化成甲烷和CO2，或者将大分子有机物打散，苯环开环，在有些情况下，可将颗粒态可生物降解有机物转变成为挥发性脂肪酸（VFA），提高生物系统的去除效率。
厌氧工艺在废水处理系统中的应用已经超过了一个世纪，最初用于废水处理系统产生的污泥的稳定处理，污泥放置在其中，进行厌氧分解。
水力停留时间一般为60d，甚至更长。
渐渐地，人们发现将消化池加热至温度为35℃左右可以加快消化分解过程，混合搅拌可以使反应速率均匀分布。
这些发现形成了现在的高速厌氧消化工艺，其HRT为15-20d。
厌氧中的微生物种群可分为两大类：
第一类微生物负责将进水中的有机物转化为乙酸，分子氢和二氧化碳，有短链挥发性脂肪酸积累，有及腐殖质类似的稳定不溶性物质残留；第二类微生物负责将乙酸、氢和二氧化碳转化为甲烷气体，厌氧处理可用于COD高于4000mg/L，但不超过50000mg/L的污水。
第四章工艺设计
4.1高浓度有机废水预处理工程规模及排放标准
4.1.1高浓度有机废水预处理工程规模
根据三维集团公司的招标文件，本次高浓度废水的预处理工程的设计处理规模为500m3/d（0.0058m3/s），处理以后的废水经公司污水排放总管进入废水处理站进一步处理。
4.1.2高浓度有机废水排放标准
根据招标文件要求，本次
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