二级接触氧化池处理油漆废水毕业设计.docx
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二级接触氧化池处理油漆废水毕业设计
1.概述
油漆的生产和应用已有悠久的历史,早在几千年前我国就已开始使用油漆,当时使用的油漆是从漆树上采取的漆液加工成天然漆。
如从桐油籽榨取桐油,加工炼制成熟桐油,然后加或不加天然颜料(如红土、银朱等)而制成的。
现代由于合成材料的出现,给油漆原料开辟了新的来源。
当广泛的利用各种合成材料——合成树脂、颜料及有机溶剂等——来制造油漆后,具有多种多样的性能的新品种就日新月异的增加起来了。
这也就是现在人们所熟悉的涂料。
在涂料生产过程中产生排放的废水,其中常含有酚类、苯类及重金属(表面处理)等有毒有害物质。
酚是一种化学助致癌剂,如果将高浓度的含酚废水排放到水域里会使水生物受到损害。
目前涂料工业使用的颜料中还含有铅和铬。
铅是目前最广泛的污染元素,其对造血系统的危害作用主要涉及大脑、小脑以及脊髓和周围神经。
铬化物毒性很大,主要通过饮用水和食物进入人体。
因此涂料废水对水域的危害非常严重,必须对其进行有效的治理。
油漆的主要原料——油、树脂和染料。
油漆的组成物质决定了油漆废水的成分。
使得废水中的有机物种类多,成分复杂,COD含量高,并具有一定的毒性,此类废水的特点是:
⑴单位产品的废水产生量少,但污染物组成十分复杂;
⑵含多种有毒性的、难于生化降解的高分子有机化合物,且浓度很高(COD>10~20g/L);
⑶废水中固体物含量也很高。
油漆废水主要污染的来源见表1.1。
表1.1油漆生产和施工产生的废水成分
分类
废水种类
排放特点
主要污染物成分
废水
来源
涂料生
产废水
设备、地面洗涤水
溶剂型
涂料废水
间歇排放,
数量波动大
碱性,含COD、染料及助剂、悬浮物。
涂料施
工废水
容器、地面洗涤水
间歇排放,
数量少
悬浮物、涂料、COD、BOD。
喷漆室
水幕水
更新排除水
间歇,瞬时量大
悬浮物、漆雾、COD、BOD。
电泳工艺废水
电泳水洗水
间歇,瞬时量大
悬浮物、COD、BOD、铅、铬、重金属、氨、酸、碱。
油漆废水的水质特性见表1.2。
表1.2油漆废水水质调查表
废水种类
COD(g/L)
油(mg/L)
飘油废水
15~17
4000~4500
酯化废水
30~100
1~406
干料废水
14~30
1629~4417
洗滤布水
0.6~13
56~3769
经过实践调查,由以上二表中的数据分析可知,油漆生产废水属于间歇式排放,排放的偶然性较大,连续性较差,水质水量波动X围大,生产结构复杂。
2.工程建设规模及水质要求
本系统待处理的废水来自工厂各工段所排放的生产废水及生活污水。
处理站的建设规模为日处理油漆废水500m3/d及生活污水700m3/d,污水总变化系数KZ为1.3。
污水经处理后达到《污水综合排放标准》(GB8978——1996)中规定的二级新扩改标准。
本废水处理站设计进出水水质情况见表2.1。
表2.1生产废水水质及排放要求
项目
COD
(mg/L)
BOD5
(mg/L)
SS
(mg/L)
石油类
(mg/L)
PH值
油漆废水
4800
――
――
500
6~9
生活污水
400
――
――
――
――
排放要求
<150
<30
<150
<10
6~9
3.方案选择
3.1方案选择的原则
3.1.1技术先进、工艺合理、适用性强、有较好的耐冲击性和可操作性。
3.1.2处理效果稳定,有害物去除率高,处理后的废水可稳定达到国家规定的排放标准。
3.1.3运行、管理、操作方便,设备维护简便易行。
3.1.4运行费用(电费、药剂费)低,降低运行成本。
3.1.5基建投资省,占地面积小。
3.1.6污泥量少,脱水性能好;
3.1.7对有毒有害物质具有一定的去除效果。
3.2方案比选
目前,国内处理油漆废水多采用物化+生化的处理工艺。
物化处理方法主要工艺是隔油+混凝气浮;生化处理方法主要工艺有生物接触氧化法、高负荷生物滤池、塔式生物滤池、普通活性污泥法等,它们的主要技术参数如表3.1:
表3.1生化处理工艺主要设计参数一览表
处理工艺
生物量
g/m3
BOD容积负荷
BOD5/(m3·d)
水力停留时间
h
BOD5去除率
%
生物接触氧化池
10~20
1.5~3.0
1.5~3.0
80~90
高负荷生物滤池
0.7~7.0
1.2
——
75~90
塔式生物滤池
0.7~7.0
1.0~3.0
——
60~85
普通活性污泥法
1.5~3.0
0.4~0.9
4~12
85~95
由表3.1的工艺比较可以看出生物接触氧化法和塔式生物滤池法的处理能力较强,可以考虑选用,对其进行进一步的比较如下:
⑴生物接触氧化法由于填料比表面积大,池内充氧条件好,氧化池内单位容积的生物量高于活性污泥法曝气池及生物滤池,因此,它可达到较高的容积负荷;
⑵生物接触氧化法由于相当一部分微生物固着生长在填料表面,不需设污泥回流系统,也不存在污泥膨胀问题,运行管理简便;
⑶生物接触氧化法由于生物固着量多,水流属完全混合型,因此它对水质水量的骤变有较强的适应能力;
⑷生物接触氧化法因污泥浓度高,当有机容积负荷较高时,其F/M仍保持在一定水平,因此污泥产量可相当于或低于活性污泥法。
⑸塔式生物滤池用于高浓度有机废水的预处理,在进水BOD5浓度较高时,由于生物膜生长太快,容易导致滤料的堵塞,由于池高,废水的提升费用较大。
由以上比较,且油漆废水排放多为间歇式,排放量大,所以对于油漆废水的处理采用生物接触氧化法更为合适。
生物接触氧化处理技术的工艺流程一般分一段(级)处理流程,二段(级)处理流程和多段(级)处理流程,考虑这几种工艺各自具体的特点及适用条件,选用二段处理流程。
其特点为,二段法流程污水经初沉后进入第一段接触氧化池氧化,出水上清液进入第二段接触氧化池,最后经沉淀池泥水分离后排放,在该流程中的一段为高负荷段,第二段为低负荷段,这样更能使微生物适应原水水质的变化,使出水水质趋于稳定。
由于隔油—混凝气浮法具有技术成熟、成本较低、操作有效等特点,已成为废水治理的重要手段。
为了能够使废水达标排放,根据废水的特点制定了隔油—混凝气浮—生物接触氧化的处理工艺。
4.废水处理工艺流程
4.1废水处理工艺流程图
废水处理工艺流程方框图如图4.1。
图4.1废水处理工艺流程方框图
4.2工艺流程简介
4.2.1工艺流程说明
生产过程中产生的油漆废水在进入处理系统前先经过格栅,以截留较大的悬浮物和漂浮物,以减轻后续处理构筑物的处理负荷。
之后的废水进入隔油沉淀池去除一部分浮油和COD,然后进入调节池,以调节水质水量,为后续处理提供稳定的水力负荷及有机负荷。
经调节池调节后的废水由泵打入气浮池。
在气浮池内油漆废水经气浮作用除去绝大部分油类。
气浮处理后的废水与生活污水一同进入生物接触氧化池进行生化处理,以降解废水中残余的有机污染物,然后废水经过斜板沉淀池泥水分离后,即可达标排放。
斜板沉淀池沉淀下来的污泥除部分回流至一级生物接触氧化池外,剩余污泥和混凝气浮池分离的浮油直接进入化学污泥池浓缩,浓缩后的污泥由污泥泵打入厢式压滤机进行脱水处理。
脱水后得到的泥饼含水率小于80%,比重大于1.2g/cm3,可视同一般工业垃圾处置。
厢式压滤机的滤出水上回流到调节池循环处理。
生物接触氧化池需鼓入压缩空气,向废水中充氧,以保证好氧微生物的生命代谢活动。
压缩空气由离心风机提供,生物接触氧化池采用高效曝气头曝气。
4.2.2处理工艺特点
隔油——混凝气浮——生物接触氧化法工艺特点:
⑴平流式隔油构造简单,便于运行管理,除油效果稳定。
⑵混凝气浮采用溶气气浮,即在一定压力条件下,将空气溶于水中并达饱和状态,然后突然减压,使水中空气以小气泡形式逸出,与污水中颗粒粘附,达到净化水体的目的。
加入混凝剂可提高气浮效率,节省时间。
⑶生物接触氧化法是利用固着在填料上的生物膜来吸附水中有机污染物并加以氧化分解,使污水净化,它的特点是生物量较高,以MLSS计,一般在10~20g/L以上,有机容积负荷大,可节省投资;微生物附着生长既可提高对冲击负荷的抵抗能力,又可不考虑污泥膨胀现象的发生,运行管理也较为方便。
4.3废水处理效率
进水COD(mg/L)48002400
COD去除率(%)5040
出水COD(mg/L)24001440
进水石油类(mg/L)500250
石油类去除率(%)5090
出水石油类(mg/L)25025
(加入700m3/d的生活污水)
(生活污水COD为400mg/L)
进水COD(mg/L)833.3250
COD去除率(%)7060
出水COD(mg/L)250100<150
进水石油类(mg/L)10.46.3
石油类去除率(%)4030
出水石油类(mg/L)6.34.4<10
5.工艺设计
5.1隔油沉淀池(平流式)
按废水在隔油池内的停留时间进行设计计算。
隔油沉淀池采用人工撇油除渣。
5.1.1隔油池总容积
隔油池按最大水量进行计算,废水在隔油池内的停留时间取1.5h,其总容积为:
=20.83×1.3×1.5=40.62m3
式中W——隔油池的总容积,m3;
Q——隔油池的废水设计流量,m3/h;
t——废水在隔油池内的设计停留时间,h,一般采用1.5~2.0h。
5.1.2隔油池过水断面面积
废水在隔油池中的水平流速取2mm/s,则隔油池的过水断面面积AC为:
=1.3×20.83/(3.6×2)=3.76m2
式中AC——隔油池的过水断面面积,m2;
Q——隔油池的设计流量,m3/h;
v——废水在隔油池中的水平流速,mm/s。
5.1.3隔油池隔间数
隔油池隔间数n为:
式中b——隔油池每个隔间的宽度,m;
h——隔油池工作水深,m。
取隔油池隔间数n=2,隔油池工作水深h=1.5m,则:
b=3.76/(2×1.5)=1.25m
5.1.4隔油池有效长度
隔油池的有效长度L为:
=3.6×2×1.5=10.8m
式中符号意义同前。
5.1.5隔油池建筑高度
取隔油池超高为0.4m,则隔油池建筑高度H为:
H=h+h'=1.5+0.4=1.9m
式中h'——隔油池超高,m,一般不小于0.4m。
5.2调节池
由于油漆生产废水属间歇式排放,排放的偶然性大,连续性差,水质水量波动X围较大,故取废水在调节池内停留时间t为8小时,则油漆废水调节池容积W为:
=20.83×1.3×8=216.6m3
式中q——调节池内水的流量,m3/h;
t——水在调节池内停留时间,h。
取调节池有效水深为3m,长8.65m,则调节池宽为:
B=W/(L×h)=216.6/(8.65×3)=8.35m
取调节池超高h'为0.4m,则调节池建筑高度H为:
H=h+h'=3+0.4=3.4m
式中h'——调节池超高,m。
调节池向混凝气浮池提升废水所用提升泵选用KWQ型潜水排污泵二台,一用一备,其性能参数如表5.2.1。
表5.2.1KWQ型潜水排污泵性能表
型号
排出口径
mm
流量
m3/h
扬程
m
转速
r/min
功率
KW
重量
Kg
KWQ65-25-15-2.2
65
25
15
2900
2.2
65
5.3混凝气浮池
5.3.1气浮所需空气量Qg
取回流比R'为50%,释气量ac为60L/m3,水温校正系数ψ为1.1,则:
Qg=QR'acψ=20.83×50%×60×1.1=687.39L/h
式中Qg——气浮所需空气量,L/h;
Q——气浮池设计水量,m3/h;
R'——试验条件下的回流比,%;
ac——试验条件下的释气量,L/m3;
ψ——水温校正系数,取1.1~1.3(主要考虑水的粘滞度影响,试验时水温与冬季水温相差大者取高值)。
5.3.2加压溶气水量Qp
取溶气压力P为3公斤/厘米2,水温为10℃,则:
式中QP——加压溶气水量,m3/h;
P——选定的溶气压力,公斤/厘米2;
η——溶气效率,对装阶梯环填料的溶气罐查表5.3.1;
KT——溶解度系数,可根据水温查表5.3.2。
由水温为10℃,查表得溶解度系数KT=2.95×10-2,溶气效率η为85%。
表5.3.1阶梯环填料(层高1m)的水温、压力与溶气效率间的关系表
水温(℃)
5
10
15
溶气压力(Mpa)
0.2
0.3
0.4~0.5
0.2
0.3
0.4~0.5
0.2
0.3
0.4~0.5
溶气效率(%)
76
83
80
77
84
81
80
86
83
水温(℃)
20
25
30
溶气压力(Mpa)
0.2
0.3
0.4~0.5
0.2
0.3
0.4~0.5
0.2
0.3
0.4~0.5
溶气效率(%)
85
90
90
88
92
92
93
98
98
表5.3.2不同温度下的KT值
温度(℃)
0
10
20
30
40
KT
3.77×10-2
2.95×10-2
2.43×10-2
2.06×10-2
1.79×10-2
5.3.3接触室的表面积AC
选定接触室中水流的上升流速vc为10㎜/s,则:
池宽B取0.6m,则池长L=Ac/B=0.93/0.6=1.8m
选用TV-Ⅱ型溶气释放器五支(按0.3Mpa时的加压溶气水量选取),释放器安装在距离接触室底部约5cm处的接触室中央,均布。
TV-Ⅱ型溶气释放器的性能见表5.3.3。
表5.3.3TV-Ⅱ型溶气释放器性能
规格
(cm)
溶气水支管
接口直径(mm)
不同压力下的流量(m3/h)
作用直径
(cm)
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Φ20
25
2.16
2.32
2.48
2.64
2.8
2.96
60
回流泵选用TQL40-200(I)B型清水泵两台,一用一备,其主要性能参数见表5.3.4。
表5.3.4清水泵主要性能参数表
型号
流量
m3/h
扬程
m
电机功率
KW
必需气蚀余量
m
重量
Kg
TQL40-200(I)B
13.8
34
3
2.3
63
5.3.4分离室的表面积AS
选定分离速度(分离室的向下平均水流速度)vS为1.5㎜/s,则:
对矩形池子分离室的长宽比一般取(1~2):
1。
池宽B取1.8m,则池长L=AS/B=6.18/1.8=3.5m
5.3.5气浮池的净容积W
选定池子的平均水深H为2m(一般指分离室深),则:
W=(AC+AS)×H=(0.93+6.18)×2=14.22m3
5.3.6容器罐直径Dd
选定过流密度I为4500m3/(m2·d),则溶气罐直径为:
一般对于空罐I选用1000~2000m3/(m2·d),对填料罐I选用2500~5000m3/(m2·d)。
选用TR-2型压力溶气罐,罐直径300mm。
5.3.7空压机额定空气量Qg'
式中ψ'——安全系数,一般取1.2~1.5。
选Z-0.05/6型空气压缩机。
5.3.8气浮池前反应区容积V
取废水在气浮池前反应区内停留时间t为10min,则:
V=Qt=(20.83×10)/60=3.47m3
反应池长L取1.8m,高度H为2m,则池宽B为:
B=V/(L×H)=3.47/(1.8×2)=0.964m,取为1m。
5.3.9集水系统
气浮池集水采用5根集水管,每根支管流量q为:
查管渠水力计算表,可得支管直径dg为50mm,管中流速为0.945m/s。
支管内水头损失为:
出水总管直径Dg取150mm,管中流速为0.525m/s。
总管上端装水位调节器。
反应池进水采用顶部溢流堰进水,管径80mm,流速1.15m/s。
气浮池排渣管直径取150mm。
选用TQ-1型桥式刮渣机一台,驱动减速机型号为SJWD型,减速器附带电机电机功率为0.75KW。
5.3.10污泥产量
混凝气浮池的污泥产量包括两部分,即去除的石油类的量及投加聚铝产生的泥渣的量。
去除的石油类的量W1=(250-25)×500/1000=112.5Kg/d
石油类的密度按800Kg/m3计,则去除的石油类的体积Q1为:
Q1=112.5/800=0.141m3/d
342156
聚铝的投加量按200mg/L考虑,则聚铝产生的泥渣量W2为:
泥渣含水率按98%计,则泥渣的体积Q2为:
Q2=45.6/50=2.28m3/d
5.4一段生物接触氧化池
5.4.1一段生物接触氧化池的有效容积(即填料体积)
因油漆废水的可生化性较差,为提高废水的可生化性,保证处理效率,在此加入生活污水700m3/d,即29.17m3/h。
一段接触氧化池进水COD浓度La:
La=(4800×0.5×0.6×500+700×400)/(500+700)=833.3mg/L
一段接触氧化池出水COD浓度Lt:
Lt=La×0.3=833.3×0.3=250mg/L
取一段生物接触氧化池的COD容积负荷M为1.5KgCOD/(m3·d),则一段生物接触氧化池的有效容积V:
式中V——填料有效容积,m3;
Q——平均日污水量,m3/d;
La——进水COD浓度,mg/L;
Lt——出水COD浓度,mg/L;
M——COD容积负荷,gCOD/(m3·d)。
5.4.2一段生物接触氧化池总面积
取一段生物接触氧化池的填料层总高度H为3m,则:
式中F——氧化池总面积,㎡;
H——填料层总高度,m,一般H=3m。
5.4.3氧化池格数
式中n——氧化池格数,个,n≥2个;
f——每格氧化池面积,m2,f≤25㎡。
取n=9,则:
取氧化池池宽B为3m,则每格氧化池长度L为:
,取为5.8m。
5.4.4校核接触时间
式中t——氧化池有效接触时间,h。
5.4.5氧化池总高度
取超高h1为0.5m,填料上水深h2为0.5m,填料层间隙高h3为0.2m,配水区高度h4为0.8m,填料层数m取1层,则氧化池总高度H0为:
H0=H+h1+h2+(m-1)×h3+h4=3+0.5+0.5+(1-1)×0.2+0.8=4.8m
式中H0——氧化池总高度,m;
h1——超高,m,h1=0.5~0.6m;
h2——填料上水深,m,h2=0.4~0.5m;
h3——填料层间隙高,m,h3=0.2~0.3m;
h4——配水区高度,m;
m——填料层数,层。
生物接触氧化池选用组合纤维填料470m3,其主要技术参数见表5.4.1。
表5.4.1组合纤维填料主要技术参数
型号
塑料环片直径
(mm)
填料直径
(mm)
单片间距离
(mm)
理论比表面积
(m2/m3)
ZV-150-80
75
150
80
2000
5.4.6需气量
按每去除一公斤COD消耗一公斤氧气计算,一段生物接触氧化池的需氧量OC为:
OC=1200×(833.3-250)/1000=700KgO2/d
一段生物接触氧化池采用可变微孔曝气器曝气,其充氧效率EA取15%,则一段接触氧化池每天所需的空气量GS为:
式中GS——需气量,m3空气/d;
EA——氧转移效率,%;
21%——氧在空气中所占百分比;
1.43——氧的容重,Kg/m3。
曝气装置选用HWB-1型微孔曝气器,其主要性能参数见表5.4.2。
表5.4.2微孔曝气器的主要性能参数
型号
规格
工艺参数
动力效率
面积比
(%)
有效水深
(m)
通气量
(m3/h)
EA
(%)
HWB-1
φ200
6.25
4.5
2.0
17~26
由每格生物接触氧化池的供气量及HWB-1型可变微孔曝气器的通气量,计算所需曝气器的数量N为:
取N为36个,则一级生物接触氧化池所需要曝气器为324个。
5.4.7空气管道设计
5.4.7.1干管
取干管流速为10m/s,则干管直径dg为:
取dg=150mm,则干管流速vg为10.2m/s。
5.4.7.2支管
每格生物接触氧化池采用一根曝气支管向池中引入空气,取支管流速为5m/s,则支管直径为dj为:
取dj=80mm,则支管流速vj为4.48m/s。
5.4.7.3风管的阻力损失
风管的总阻力h可用下式计算:
h=h1+h2(mmH2O)
式中h1——风管的沿程阻力,mmH2O;
h2——风管的局部阻力,mmH2O。
风管的沿程阻力,可按下式计算:
h1=iLαTαP(mmH2O)
式中i——单位管长阻力,mmH2O/m。
L——风管长度,m;
αT——温度为T℃时,空气容重的修正系数;
αP——大气压力为P时的压力修正系数。
在T=20℃,标准压力760mm汞柱时:
式中γT——温度为T℃时的空气容重,kg/m3;
γ20——温度为20℃时的空气容重,kg/m3。
一般空气管道内的气温按30℃考虑,查《环境工程手册——水污染防治卷》表3-17-17得,30℃时αT=0.98。
一个标准大气压时,压力修正系数αP=1.0。
空气干管的单位管长阻力i为:
空气支管的单位管长阻力i为:
因i支
h1=0.94×50×0.98×1.0=46.06mmH2O
风管的局部阻力,可用下式计算:
式中
——局部阻力系数;
——风管中平均空气流速,m/s;
——空气容重,Kg/m3。
当温度为20℃,标准压力为760mm汞柱时,空气容重为1.205kg/m3。
在其他情况下
值可用下式计算:
其中P——空气绝对压力,大气压;
T——空气温度,℃。
当温度为30℃时,按上式计算得
=1.131kg/m3。
查《给排水设计手册》第一册“局部阻力系数
值”表,取得
=20,则风管的局部阻力h2为:
5.4.8污泥产量
按每去除1KgCOD产生0.4Kg污泥计算,则一级生物接触氧化池的污泥产量W为:
5.5二段生物接触氧化池
5.5.1二段生物接触氧化池的有效容积(即填料体积)
二段接触氧化池进水COD浓度La:
La=250mg/L
二段接触氧化池出水COD浓度Lt:
Lt=La×0.4=250×0.4=100mg/L
取二段生物接触氧化池的COD容积负荷M为1.0KgCOD/(m3
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