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3、采用质量可靠,维修简便、能耗低的机电设备及经环保部门认可并推荐的性能优异、价格适宜的专用设备和药剂,尽可能降低系统的运行费用。
4、采用一定程度的自动控制水平,保证处理效果,降低劳动强度。
5、应力求总平面布置合理、工艺流程顺畅、环境布置优美,并节约用地和节省投资。
6、整个污水处理工程要做到卫生安全,有效控制二次污染。
1.3设计范围
1、污水处理工程内的废水处理工艺设计、污泥处理工艺设计、总图设计、建构筑物设计、设备选型、电气及自控设计、给排水设计。
2、工程接口分界为:
进水管接入调节池,出水管排放口出水管1米为界,进线电缆送入配电间,自来水以接入总表为界。
3、对污水处理工程内的供电供水提出要求,由建设单位统一考虑。
1.4建设条件
废水处理工程实施场地位于XXXXXX科技开发有限公司厂区范围内,具体详见工程总平面布置图。
第二章现有处理设施介绍
2.1现有废水工程处理工艺
2.2现有工程主要处理构筑物
表2-1主要建构筑物一览表
序号
名称
尺寸,米
数量
材料
1
生产废水暂存槽
6m3
2
PE
染色水反应池
6.8m×
3.0m×
2.1m
钢砼
3
反应沉淀池
2.7m×
7.0m×
3.0m
4
中间水池
4.8m×
12.0m×
5
气浮池
9.7m×
3.7m×
3.5m
6
暂存池
5.5m×
3.6m×
7
回用水池
3.5m×
8
污泥池
第三章废水处理工艺设计
3.1工程设计参数
3.1.1设计水量
根据业主提供相关资料及类比分析,并经业主确认,最终确定方案设计废水处理规模为200m3/d车间采用分类收集系统泵入污水处理站。
水量情况见下表(表3-1):
表3-1不同类型废水水质水量列表
废水类型
主要污染因子
水量
排放方式
含磷废水
磷酸盐、SS、pH、COD
120m3/d
间歇排放
含氟废水
F-、pH、SS、COD
20m3/d
染色废水
COD、色度
60m3/d
3.1.2设计进水水质
XXXXXX科技开发有限公司提供的设计基础资料,本工程设计水质按照下表取值:
表3-2设计进水水质情况单位:
(mg/L,pH除外)
类别
pH
CODcr
SS
NH3-N
F-
磷酸盐
(以P计)
3~5
≤300
≤500
≤10
/
3000
≤200
≤20
300
6~9
3.1.3设计排放标准
本工程的出水水质达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的纳管处理标准的有关要求,具体参数如下:
表3-3出水水质标准单位:
mg/l(PH除外)
PH
BOD5
磷酸盐(以P计)
500
20
400
35
3.2处理方法介绍
本工程废水类型主要分三类,主要为电抛光、腐蚀及染色废水。
经分析对比,而目前国内外对表面处理废水常用处理方法主要有:
物理化学法、生物法、膜分离法、离子交换法等。
为了了解各种方法对这类废水处理的原理及优缺点,方案对常用技术方法进行了分析研究。
3.2.1物理化学法
物理化学法作为一种传统的废水处理方法,主要原理是利用选择的化学药剂与废水中某种或多种污染物在特定的条件下进行混合,在一定时间内发生中和或者沉淀等反应,从而达到污染物从废水中去除的目的。
该方法有着工艺原理简单成熟,对水质水量的变化适应性强等特点。
一般用于要求废水处理效果快速明显,操作方便、工作稳定的工程上。
3.2.2生物法
生物法是污水处理中广泛运用的技术,主要用于含有较高有机物的污水处理中。
近年来,随着生物技术的快速发展,以及对电镀类废水排放要求的提高,生物法在高有机物废水处理中采用有一定的运用,主要是利用微生物降解代谢有机物为无机物来处理废水。
通过人为的创造适于微生物生存和繁殖的环境,使之大量繁殖,以提高其氧化分解有机物的效率。
根据使用微生物的种类,可分为好氧法、厌氧法和生物酶法等。
该方法对综合废水处理能力较强、污泥量少、运行成本也较低。
但主要用于去除废水中的COD、N、P等污染物,对操作人员技术素要求较高,一般用于废水中金属离子浓度较低、COD达标要求高的污水处理工程。
3.1.3离子交换法
离子交换法是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应,当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时,便会被离子交换固体吸附,为维持水溶液的电中性,所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。
对于含重金属离子较高的废水具有较好的效果。
例如:
电镀废水处理使用离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤含金属离子废水,水中的金属离子会与固定在树脂上的离子交换,从而达到处理的效果。
该方法一般用于具有回收价值的含银、含金或含镍等废水的处理,因此,废水中贵重金属浓度是关键,对于低浓度的贵重金属,则没有回收效益。
3.1.4膜分离法
膜分离技术是利用膜对混合物中各组份的选择透过性能来分离、提纯和浓缩的分离技术,膜分离过程是一种无相变、低能耗物理分离过程,具有高效、节能、无污染、操作方便和用途广等特点,是当代公认的最先进的化工分离技术之一。
应用在电镀废水处理中的膜分离技术,主要是微滤、超滤和反渗透,但该技术要求进水浓度较低,一般用于电镀企业中水回用工程。
超滤是一种低压膜分离技术,过滤过程是以膜两侧压力差为驱动力,以膜孔径的大小对料液中不同分子量的物质截留率不同的一种纯机械筛分过程。
超滤使用的压力通常为0.01-0.3Mpa,筛分孔径大约为0.1-0.005微米范围内,截留分子量大约为1000-500000道尔顿。
目前超滤膜已经用于中水回用、反渗透系统的预处理、冷凝水处理和超纯水制备中,超滤技术与常规预处理相比,具有标准化设计,投入少,产量高,无需连续加药,稳定性高,需劳动力少,占地面积小,自动化程度高,操作方便等优点。
超滤膜的广泛应用取决取其以下特点。
1.滤膜中空纤维超滤膜丝的皮层微孔尺寸分布狭窄,皮层微孔尺寸均匀,膜丝负荷一致,不会断丝,利于长期运行。
2.膜丝的高强度和优良的韧性决定了膜丝能够长期运行不会产生断丝。
3.膜材质的高亲水性保证滤膜产品在运行过程中具备较大的通量。
4.超滤膜中空纤维超滤膜丝具备强的抗氧化性,能广泛适应与各种恶劣的水质条件和需高浓度氧化剂作用的运行条件,膜材质不会因被氧化、分解、老化使滤膜失去功能。
综合以上每种方法都有优缺点,详见表3-3。
表3-3表面处理车间废水常规处理方法优缺点比较
处理
方法
优点
缺点
物理化学法
1.技术可靠、工艺流程简单。
2.对水质变化适应性强。
3.一次投资费用低。
1.废水中金属离子高时,投加药剂量大,处理成本高。
2.工艺流程较复杂,必须分类处理再进行综合处理。
3.对废水中的油和有机物无处理效果。
4.处理产生的污泥量大,且电镀污泥大多属危险废物,处理难度大。
生物法
1.综合废水处理能力比较强。
2.处理方法简单,运行成本低。
3.污泥产量少、二次污染少。
1.生物法无去除金属离子功能。
2.生物法对湿度和浓度变化的适应性差,冬季低温时处理效果会下降,而且电镀废水水质变化大,处理出水达标稳定性较差。
3.废水中的油以及表面活性剂等属于难降解有机物,出水CODCr不能稳定达标。
离子交换法
1.通过选择不同的树脂,可高效的分离重金属。
2.设备简单,操控性能好。
1.应用范围受到离子交换剂品种、性能、成本限制。
2.对预处理要求高。
3.交换剂再生要求较高,产生的交换液对环境产生二次污染。
4.投资、运行费用比较高。
膜分离法
1.分离过程不发生相变,能量转化效率高,浓缩液可以回收利用。
2.药剂消耗少、环境污染小。
3.装置紧凑、占地面结小。
4.操作简单、易于自动化。
1.进水水质要求较高,预处理要求高,增加了运行费用。
2.一次投资费用大,运行费用高。
3.膜件需要定期清洗和更换,增加了设备维护难度和维护费用。
结合本工程特点,本工程废水要求达到GB8978-1996《污水综合排放标准》中的三级标准,考察企业排放的污水重点是处理磷酸盐和氟化物。
含磷废水与含氟废水,需单独预处理后混合,进一步处理达标排放及深度处理回用。
此外,染色废水色度较难处理,且COD(≤250mg/l)较难降解,难以达到回用要求,因此单独脱色处理后,直接纳入市政官网。
因此本项目废水处理排放部分选用物理化学法是比较适合的。
企业从水资源循环利用和减排考虑,要求部分废水回用生产环节,回用率为50%,由于企业目前已有一套回用水系统,处理出水可满足回用水要求,因此,本方案不另增加回用水系统,仅针对企业目前的回用水系统进行优化。
3.4废水中不同污染物处理方法
3.4.1氟化物的处理
对于这些含氟废水,目前国内大多数生产厂尚无完善的处理设施,所排放的废水中氟含量指标往往超过国家排放标准,严重污染着人类赖以生存的环境。
含氟废水的处理方法有多种,国内外常用的方法大致分为两类,即沉淀法和吸附法。
1、化学沉淀法
对于高浓度含氟工业废水,一般采用钙盐沉淀法,即向废水中投加石灰,使氟离子与钙离子生成CaF2沉淀而除去。
该工艺具有方法简单、处理方便、费用低等优点,但若控制不良,将存在处理后出水很难达标、泥渣沉降缓慢且脱水困难等缺点。
2、絮凝沉淀法
氟离子废水的絮凝沉淀法常用的絮凝剂为铝盐。
铝盐投加到水中后,利用Al3+与F-
的络合以及铝盐水解中间产物和最后生成的Al(OH)3矾花对氟离子的配体交换、物理吸附、卷扫作用去除水中的氟离子。
与钙盐沉淀法相比,铝盐絮凝沉淀法具有药剂投加量少、处理量大、一次处理后可达国家排放标准的优点。
硫酸铝、聚合铝等铝盐对氟离子都具有较好的混凝去除效果。
3、吸附方式
用于除氟的常用吸附剂主要有活性氧化铝、斜发沸石、活性氧化镁,近年来还报道了氟吸附容量较高的羟基磷灰石、氧化锆等。
利用这些吸附剂可将氟浓度为10
mg/L的废水处理到1
mg/L以下,达到饮用水的标准。
吸附法一般将吸附剂装入填充柱,采用动态吸附方式进行,操作简便,除氟效果稳定,但存在如下缺点:
(1)吸附容量低。
常用的吸附剂如斜发沸石和活性氧化铝吸附容量都不大,在0.06~2
mg/g之间。
粉煤灰中含有活性氧化铝,也可用于处理含氟废水,可直接往废水中投加,以废治废,成本低廉,缺点是氟吸附量小,投加量大,通常需投加40~100
mg/L才能使出水氟含量达到排放标准。
(2)处理水量小。
当水中氟离子浓度为5
mg/L时,每kg吸附剂一般只能处理10~1000
L
水,且吸附时间一般在0.5
h以上。
吸附法只适用于处理水量较小的场合,如饮用水处理。
综上:
利用化学沉淀法可以处理高浓度的含氟废水,氟离子初始浓度为1000~3000mg/L
时,石灰法处理后的最终浓度可达20~30
mg/L,该法操作简便,处理费用低。
但由于泥渣沉降速度慢,需要添加氯化钙或其它絮凝剂,使沉淀加速。
设法提高钙离子浓度及保持高的
pH而使氟化钙沉降是降低氟离子浓度的主要途径。
3.4.2磷酸盐的处理
磷是引起水体富营养的根源,虽然城市污水的磷含量很低,但是其排放水量极大。
如未经处理直接排除水体,将会严重污染水环境。
磷虽然是一种构成生物体必不可少的营养物质,且本身没有毒性。
但是当大量的磷与其他营养物质一起排入水提示,问题就产生了。
藻类的大量生长使水体的生态平衡失调,导致了水体富营养化,由此产生的后果非常严重。
在沉淀法除磷中,化学沉析剂主要有铝离子、铁离子和钙离子,其中石灰和磷酸根生成的羟基磷灰石的平衡常数最大,除磷效果最好。
投加石灰于含磷废水中,钙离子与磷酸根反应生成沉淀,出水经中和后排放或回用。
钙法除磷关键技术是利用氯化钙或石灰作为药剂,采用机械混合反应器和高效斜管沉淀器,控制适量反应、混合强度、沉淀表面负荷和反应pH值。
含磷废水加入大量石灰,调pH=10.5~12.5生成羟基磷灰石,沉淀物稳定,平衡常数大,生成Ca10(OH)2(PO4)6的平衡常数为90,大于铝盐、铁盐生成磷酸盐沉淀物的3~4倍。
平衡常数越大,生成的沉淀物越稳定,沉淀效果越好,脱磷更彻底,固液分离效果也好,处理含磷废水完全达标,P≤0.5mg/L。
加石灰提高废水pH值除磷的同时也使废水中的石油类、CODcr共沉得到净化,废水可达标排放。
3.4处理工艺流程
工艺流程说明:
生产车间的染色废水经调节池A调节后,加入次氯酸钠进行脱色后泵入排放口排放。
含磷及含氟废水分别投加石灰及混凝剂进行两级沉淀后,自流进入气浮加混凝剂去除剩余悬浮物后,一部分纳管排放,一部分泵入中间水池停留后进入回用水系统。
第四章主要建构筑物及设备
4.1调节池A(现有)
功能:
临时储存染色废水,均衡水量和水质,保持现有池体功能。
设计水量:
60t/d
水池尺寸:
3.00×
3.25×
2.50m
有效水深:
2.10m
有效容积:
20m3
结构:
钢筋混凝土,地下式
数量:
2座
设备配置:
①提升水泵(新增):
2台(一用一备)
流量:
10t/h
扬程:
10m
功率:
0.75kw
②潜水搅拌机
1台
0.40kw
4.2调节池B(利用现有中间水池隔断)
临时储存染色废水,均衡水量和水质。
120t/d
停留时间:
4小时
4.00×
4.50×
3.50m
3.00m
60m3
钢筋混凝土,地下式。
1座
①提升泵
25t/h
2.2kw
②液位计
2套
规格:
L500
③流量计
DN65
4.3反应沉淀池A(现有斜管沉淀池改造)
池体功能:
含磷废水在反应池内与Ca2+反应形成磷酸钙,在沉淀池内沉淀。
池体参数如下:
表面负荷:
1.4m3/m2.h
池体尺寸:
6.45m×
2.70m×
结构形式:
地埋式钢筋混凝土结构
①反应搅拌机
2台
电机功率:
材质:
搅拌桨衬胶防腐
②pH计
量程:
1-14
③加药系统(与其他反应池共用)
4套
配套:
新增加药泵10台,搅拌机4套,新增加药桶1个。
4.4调节池B(现有调节池改造)
用于贮存含氟废水,使其水质均匀。
池体容积:
35m3
4.30m×
有效深度:
停留时间HRT=4h。
①防腐提升泵
10m3/h
10m
1.5kw
型号:
4.5反应沉淀池B(现有中间水池隔断)
含氟废水在反应池内与Ca2+反应形氟化钙,在沉淀池内沉淀。
0.7m3/m2.h
4.5m×
2.5m×
搅拌机304衬胶
4.6综合调节池(现有中间水池隔断)
沉淀池出水在中间水池停留,泵入综合沉淀池继续反应。
中间池参数如下:
停留时间HRT=2h
①提升泵
20m3/h
12m
4.7综合沉淀池(现有气浮池改造)
经综合调节池调节后的综合废水,在该池中调节pH后,加混凝剂去除水中的悬浮物。
0.5m3/m2.h
4.0m
地上式钢筋混凝土结构
②排泥泵
4.8气浮系统(新增)
1套
20m3/h
配套设备:
空压机、溶气水释放器、刮渣机、搅拌机、排泥泵、pH计等
4.9清水池(现有)
气浮出水在清水池停留,一部分排放,一部分泵入砂滤系统+离子柱进行深度处理后回用。
70m3
5.8m×
停留时间HRT=4h
②砂滤塔
尺寸:
Φ1500×
3000mm
碳钢
③反洗提升泵
40m3/h
20m
4.0kw
4.10污泥脱水区(现有改造)
各沉淀池污泥在污泥池中浓缩,通过压滤机压滤后污泥安全处理。
40m3
①板框压滤机
过滤面积:
60m2
②气动隔膜泵
LS50
③空压机
5.5kw
第五章结构设计
5.1设计依据
遵循的主要设计规范、设计依据:
1、《砌体结构设计规范》(GB50003-2011)
2、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)
3、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2011)
4、《给水排水工程结构设计规范》(GB50069-2002)
5.2结构设计
1、地基处理
工程设计暂以地耐力80kN/m2计,在施工图设计前建设方应提供地质勘探资料,届时将根据实际地质情况,就地基处理提出适当的处理方案,并进行合理设计。
2、建筑设计
辅助用房的设计首先符合工艺要求,外观上简洁、明快。
外墙涂料采用水性漆,内墙涂料采用乳胶漆,门采用钢木门,窗采用塑钢窗,地面采用花岗岩或普通地砖。
3、结构设计
(1)砖混结构
地面下采用M7.5水泥砂浆,MU10普通机制粘土砖;
地面上部采用M5混合砂浆,MU7.5普通机制粘土砖。
(2)钢砼结构
水泥采用425#普通硅酸盐水泥,水池池体采用C25混凝土,抗渗标号为S6,垫层采用C10素混凝土。
钢材Φ<12为I级钢筋,fy=210N/mm2;
Φ≥12为II级钢筋,fy=3310N/mm2。
4、主要建筑材料
(1)砼
所有水池池体采用C25混凝土,抗渗标号为S6,垫层采用C10素混凝土。
(2)钢材
建筑钢筋:
Φ<12为I级钢筋,fy=210N/mm2
Φ≥12为II级钢筋,fy=3310N/mm2
结构钢及预埋件:
A3板材及型钢
(3)砖砌体
5.3施工条件
施工中严格按图施工,切实执行现行工程施工规范。
第六章电气设计
6.1设计范围
本工程设计范围为污水站内各设备的动力配电控制和建、构筑物的照明系统。
6.2供电系统
供电系统电压等级为380V/220V,50Hz,三相四线制中心
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