流体化床芬顿FBRFenton化学氧化技术深度处理印染废水达标直排技术方案.docx
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流体化床芬顿FBRFenton化学氧化技术深度处理印染废水达标直排技术方案
流体化床芬顿(FBR-Fenton)化学氧化技术
深度氧化处理印染废水达标直排
上海清华天茄环境科技有限公司
技术支持:
创冠绿能(香港)有限公司
联系人:
孟鸿愿
联系号码:
/
邮箱:
1项目概况
1.1污水处理厂项目概况
1.1.1工程概况
根据业主提供的情况介绍,污水性质为印染废水,现有污水工艺难以满足环保要求,为提高污水处理效果,拟定在现有污水站尾水即二沉池出水新增一套流体化床芬顿工艺。
1.1.2项目名称、业主单位及项目地点
项目名称:
印染废水提标改造工程
业主单位:
项目地点:
江阴市
1.1.3工程服务范围
根据本项目的实际情况,本工程范围仅限于新增流体化床工艺的设计、供货、施工及调试。
1.1.4工程规模
污水处理厂处理设计规模为:
工程规模:
7200m3/d
1.1.5污水水质及处理程度
1.1.5.1设计进水水质
二沉池出水:
CODcr≤100mg/L
1.1.5.2设计出水水质
流化床芬顿出水:
CODcr≤50mg/L
1.1.6执行标准与规范
(1)《中华人民共和国环境保护法》
(2)《水污染排物放限值》(DB44/26-2001)
(3)《室外排水设计规范》(GB50014-2006)
(4)《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)
(5)《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-97)
(6)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)
(7)《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)
(8)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
(9)《给水排水工程构筑物结构设计规范》(GB50069-2002)
(10)《低压配电设计规范》(GB50054-2011)
(11)业主提供的相关设计依据和要求
(12)相关的设计手册和标准
1.2.工艺选择
1.2.1工艺流程确定
现有工艺二沉池尾水不能达到环保要求,为进一步降低排放水COD浓度,需对现有工艺进行优化改造,二沉池为生化出水,残余的COD可生化性较低,很难通过生化法进一步降低尾水的COD浓度,根据我公司以往类似废水的工程经验,拟定采用流体化床芬顿高级氧化工艺,并通过小试、中试,实验结果达到预期目标,处理后的水质能满足排放要求。
FBR-Fenton工作示意图:
流体化床芬顿催化剂产物图示:
实验原水与芬顿处理后的水样对比图:
工艺流程拟定:
二沉池出水收集池(中间水池)
1.2.2流体化床芬顿工艺说明
目前污水处理厂废水中由于不可生化的有机物含量比较高,须增设高级废水处理单元才能达到达标排放标准,至今已发展的高级废水处理技术包括臭氧氧化法、活性碳吸附法、薄膜分离法、湿式氧化法及流体化床Fenton氧化法等,而在所有的高级处理法中,Fenton化学氧化法或其它改良型的Fenton化学氧化法,具有投资成本低、对水质变化的忍受程度大、操作维护容易及操作成本低,其它方法则因初设成本或操作成本过高或根本无法达到要求而较难被业者接受。
流体化床Fenton氧化法既有高效率、低操作费的优点,且因同时会产生铁污泥,可对污水处理场的硫化氢异味有明显的抑制的作用。
由于要处理的废水是经生化过后的污水,BOD/COD比值已经相当低,若要进一步降低COD值,则必须利用高级处理法,而本公司针对此种废水规划使用的方法是一种改良型的Fenton化学氧化技术---流体化床Fenton氧化法,而Fenton化学氧化技术的主要原理是外加的H2O2氧化剂与Fe2+催化剂,即所谓的Fenton药剂,两者在适当的pH下会反应产生氢氧自由基(OH.),而氢氧自由基的高氧化能力与废水中的有机物反应,可分解氧化有机物,进而降低废水中生物难分解的COD。
流体化床-Fenton系利用流体化床的方式使Fenton法所产生之三价铁大部份得以结晶或沈淀披覆在流体化床之担体表面上,是一项结合了同相化学氧化(Fenton法)、异相化学氧化(H2O2/FeOOH)、流体化床结晶及FeOOH的还原溶解等功能的新技术,此方法的示意图如图1所示。
这项技术将传统的Fenton氧化法作了大幅度的改良,如此可减少传统Fenton法大量的化学污泥产量,同时在担体表面形成的铁氧化物具有异相催化的效果,而流体化床的方式亦促进了化学氧化反应及质传效率,使COD去除率提升。
图1.流体化床-Fenton法的示意图
本公司推荐采用FBR-Fenton(流体化床Fenton)氧化法,在台湾与中国已建立70座以上实绩、日处理量达550000m3/d。
经多年验证结果,证实本公司推展之流体化床Fenton氧化技术具有投资成本低、对水质变异的忍受程度大、操作维护容易、及操作成本低等相对于其它高级处理法的优点。
Fenton氧化法的反应式如式
(1),所产生‧OH的氧化能力在所有氧化剂中排第二,仅次于氟。
产生的铁盐可去除总磷。
H2O2+Fe2+→.OH+OH-+Fe3+→Fe(OH)3↓
(1)
Fe3++PO43+→FePO4↓
(2)
流体化床Fenton技术与其它高级处理技术的比较
项目
比较基准:
COD=200mg/L处理至COD=100mg/L
薄膜分离法
活性碳吸附法
臭氧氧化法
流体化床-Fenton法
特点
提浓污染物
吸附有机物
氧化有机物
氧化有机物
COD去除率(%)
80-95
20-75
5-60
50-90
操作成本(元/m3)
3.75-8.75
6-10
6.25-8.75
1-1.8
操作成本(元/kgCOD)
37.5-87.5
25-100
62.5-87.5
10-15
技术差异性
需处理提浓液
需再生活性碳
需处理O3废气
污泥量较传统Fenton少70%
含化工类废水适用性
失败
不适用
不适用
适用
传统芬顿与流体化床芬顿对比表:
项目
类别
传统芬顿法
FBR-Fenton流体化床芬顿
1
工艺特点
主要应用工业废水的COD高级氧化处理,特别是近几年来应用迅速,针对不同工业废水COD都有较好的去除效果。
因传统芬顿的反应效率较低,药剂成本较大,以及污泥量较大的弊端,研制出的流体化床芬顿,目前应用范围主要集中在造纸、印染、化工、石油炼化等废水的高级氧化,污泥量少,运行成本低、出水效果好等优势凸显。
2
对COD去除效率
30%-60%
40%-80%
3
污泥产量
较大
是传统芬顿的1/3
4
催化剂特点
无催化剂
通过诱导自身形成触媒晶体,在催化剂的作用下,反应效率大大加强。
5
药剂利用效率
40%-70%,药剂反应不完全
80%-96%,反应完全,效率高。
6
药剂投加
较大
以传统芬顿比较,一般节省1/3以上。
7
工程占地
占地较大,土建成本高
直径3.6米,高度13米的流图化床芬顿氧化塔,每天处理的废水高达10000吨,占地极少。
8
劳动量
劳动量较大
自动化程度高,反应效率高,劳动量较少。
9
适应水质水量
适应水量小、易处理的工业废水,适应范围有限,对石油炼化、染料及医药中间体废水去除效率不高。
使用范围广,在医药中间体、农药中间体、印染、石油炼化、皮革、染料和化工行业废水处理中大量使用,效率较高,污泥量少。
10
对设备要求
所有设备池体都要做防腐
反应主体一般采用316L材质,耐腐蚀程度高,配套设备需要一般防腐材质。
11
反应PH值
2至3
3至5
12
液碱回调成本
较高
比传统芬顿低1/3左右
13
投资成本
一般
较高,是传统芬顿投资的2-3倍
14
运行成本
较高
较传统芬顿低1/3以上,按处理同等水质算,约两至三年可收回成本。
1.3FBR-Fenton设计
1.3.1设计水量
本工程总设计规模为7200m3/d。
1.3.2生产构(建)筑物设计
7200m3/dFBR-Fenton系统新建工程主要生产构筑物包括:
中间水池、FBR-Fenton基础、中和池、散气池、胶凝池、化学沉淀池。
1.3.2.1中间水池(均质调节池代)
(1)设计参数:
设计流量:
7200m3/d
停留时间:
>=15min
(2)主要工程内容:
配2台废水输送泵,泵1用1备。
泵的特性参数为:
Q=300m3/h,H=20m。
附属设备:
变频器2组,电磁式流量计1组,超声波液位计1套。
1.3.2.2硫酸亚铁溶解池
(1)设计参数:
设计流量:
18.0m3/d(~5%亚铁)
停留时间:
45×2/18=5d
(2)主要工程内容:
硫酸亚铁池1座,单池平面尺寸3.5m×3.5m,总高度4.5m,2池/座。
配2台硫酸亚铁加药泵,泵1用1备。
泵的特性参数为:
Q=2m3/h,H=18m,2.2kW。
附属设备:
电磁式流量计x1组,变频器x2组
附属设备:
液位计、筛网及散气搅拌装置
1.3.2.3流体化床Fenton槽
(1)设计参数:
设计流量:
300m3/h/槽
停留时间:
(104.5/300)*60=20.9min
型式:
圆型
材质:
SUS316L
(2)主要工程内容:
流体化床Fenton槽平面尺寸3.4m∮×12.9m,共1套。
配4台循环泵,泵2用2备。
泵的特性参数为:
Q=250m3/h,H=17m,18KW。
附属设备:
电磁式流量计x2组。
配1套Fenton氧化槽pH控制器;配1套Fenton氧化槽ORP控制器;
配1套浓硫酸储槽,20m3,配液位计、液面计、安全设施。
配2套流体化床Fenton化学氧化处理槽98%H2SO4加药泵,1800ml/min(MAX),压力:
10kg/cm2(MAX),0.2kW。
配1套双氧水储槽,50m3,配液位计、液面计、安全设施。
配2套流体化床Fenton化学氧化处理槽双氧水加药泵,Q=0.3m3/h,H=18m,1.1KW;附属电磁式流量计x1组,变频器x2组。
附属设备:
流体化床Fenton化学氧化处理槽分配板及分配板支撑架(3.4m∮x10mmtxSUS316Lx521个分配孔/块x2块/槽)。
流体化床Fenton化学氧化处理槽分配头(521个/槽xPOM材质(含Teflon垫片))。
流体化床Fenton化学氧化处理槽倾斜管固/液分离装置及其固定装置(3.4m∮x0.5mHxABS倾斜管模块x1组/槽+SUS316L支撑架及固定装置)。
流体化床Fenton化学氧化处理槽楼梯/栏杆/走道(SUS304+PP格栅板)(1座/槽)。
流体化床Fenton化学氧化处理槽担体(40,000kg/槽x1槽),~0.5mm石英砂)。
1.3.2.4中和池
(1)设计参数:
设计流量:
300m3/h
停留时间:
(25×2/300)*60=10min
(2)主要工程内容:
中和池2座,单座平面尺寸2.5m×2.5m,有效高度4.0m。
配4台NaOH加药泵,泵2用2备。
泵的特性参数为:
1500ml/min(MAX),压力:
10kg/cm2(MAX),0.2kW。
配2套中和池pH控制器。
配1座30%NaOH药液贮槽,20m3/座,其他设备:
液位计、液面计、卸料泵及安全设施。
附属设备:
散气搅拌装置。
1.3.2.5脱气池
(1)设计参数:
设计流量:
300m3/h
停留时间:
(25×2/300)*60=10min
(2)主要工程内容:
脱气池2座,单座平面尺寸2.5m×2.5m,有效高度4.0m。
附属设备:
散气搅拌装置。
1.3.2.6胶凝池
(1)设计参数:
设计流量:
300m3/h
停留时间:
(25×2/300)*60=10min
(2)主要工程内容:
胶凝池2座,单座平面尺寸2.5m×2.5m,有效高度4.0m。
配2台PAM加药泵,气动隔膜泵1用1备。
泵的特性参数为:
10000ml/min(MAX)。
配1台PAM胶凝搅拌机,1.5kW。
配1台高分子凝集剂粉末自动加料机及溶液配制系统,2.2kW。
附属设备:
散气搅拌装置。
1.3.2.7化学沉淀池
(1)设计参数
设计流量:
Q=300m3/h.座
平均流量时表面负荷:
0.81m3/m2·h
沉淀时间:
4.3h
有效水深:
3.5m
(2)主要工程内容
设1座化学沉淀池,化学沉淀池采用中心进水、周边出水方式的辐流式沉淀池,池内径25m,有效水深3.5m,采用倾斜底,超高0.5m,总高度5.5m。
沉淀池的出水采用环形集水槽,双侧溢流堰出水。
每座沉淀池内1台周边转动的挂泥机,挂泥机桥架上还附带有刮板,随着刮板的移动,将池表面浮渣刮至排渣斗内。
每座沉淀池内1台周边转动的挂泥机,挂泥机桥架上还附带有刮板,随着刮板的移动,将池表面浮渣刮至排渣斗内;
共设2台污泥泵,15m3/h,15m,1.5kW,1用1备。
1.4地基处理设计
1.4.1设计标准
⑴建筑结构的安全等级为二级
⑵设计使用年限为50年
1.4.2地基基础设计及地基处理
拟建工程场区为Ⅱ类建筑场地,建筑物的安全等级为二级。
根据上述设计原则及提供的资料,拟建场地范围内,各建筑物及水池等构筑物基础均在淤泥软土中,地基必须进行处理,对整个厂区采用堆载预压法进行处理。
在淤泥层中按等边三角形布置塑料插板,间距1.3米左右,插入深度9米左右,上铺600mm厚粗砂垫层,再在上面堆载预压。
因为场区本身就需要回填4.0米左右的土方,用永久性回填土方量作为堆载预压的土方量既经济且施工方便。
由于软地基抗剪强度低,堆载预压往往都不可能快速加载,根据现场场地的实际情况,应分级分层加载,每层加载土方厚度为500mm,并用重型压路机(30~40吨)来回碾压,压实系数≥0.95。
1.4.3构筑物抗浮设计及抗腐蚀设计
由于工艺流程的要求,其主要构筑物均埋入地下较深,地下水位在黄海高程1.8米左右,对埋入较深的构筑物会产生较大的浮托力,所以抗浮设计至关重要。
必须对构筑物采取抗浮措施。
定构筑物采用结构自重抗浮,这既满足了正常使用要求,又满足空池检修要求且施工方便
场地地下水属弱碱性咸水,对混凝土结构具结晶分解复合类中等腐蚀性,因此,对混凝土构筑物地下部分的内外表面必须进行防腐蚀处理,一般采用环氧树脂涂料或酚醛树脂类涂料涂刷表面二道。
这样不但起到防腐蚀的作用,还起到防水渗漏的作用。
1.5电气工程
1.5.1变配电系统设计
1.5.1.1用电负荷及其等级
本工程总用电负荷Pjs=92.75kW。
电气负荷计算表
序号
名称
负载
需用系数
功率因数
有功功率
无功功率
视在功率
计算电流
1
废水提升泵(调节水池)
30.00
0.60
0.80
22.20
16.65
27.75
42.16
2
硫酸亚铁加药泵
3.70
0.60
0.80
2.22
1.67
2.78
4.22
3
Fenton循环泵
36.00
0.80
0.80
35.20
26.40
36.00
66.85
4
浓硫酸加药泵
0.20
0.75
0.80
0.15
0.11
0.19
0.28
5
双氧水加药泵
1.50
0.75
0.80
1.13
0.85
1.41
2.15
6
氢氧化钠加药泵
0.40
0.75
0.80
0.30
0.23
0.38
0.57
7
胶凝池搅拌机
1.50
0.75
0.80
1.13
0.85
1.41
2.15
8
PAM配药机
2.20
0.75
0.80
1.65
1.24
2.06
3.13
9
刮泥机(化学沉淀池)
0.75
0.75
0.80
0.56
0.42
0.70
1.06
10
污泥泵(化学沉淀池)
1.50
0.75
0.80
1.13
0.85
1.41
2.15
合计
补偿前
77.75
补偿后
电容补偿
同期系数
Kp/Kq:
0.90/0.97
变压器
注:
以上未包含备用负荷。
1.5.1.2电源供电方案及外线敷设
外线采用电缆敷设方式,设计由业主另行委托当地供电部门进行。
投资不列入本工程估算。
1.5.1.3电能计量
电能计量在高压侧进行。
1.5.1.4功率因数补偿
10kV高压电动机功率因数在机旁分散补偿。
低压电气设备功率因数在低压侧集中自动补偿。
补偿后系统功率因数可达到0.95。
1.5.1.5控制方式
厂区内所有电气设备均可在现场、柜上、PLC控制系统处进行控制。
低压电机单台功率≤30kW的直接启动,>30kW的低压电机则采用软启动。
1.5.1.6主要设备选型
高压开关柜选用KYN高压开关柜,高压开关柜内选用DAE微机综合保护器。
低压柜选择MNS组合式低压开关柜。
直流电源屏选用铅酸电池为主要元件的免维护直流电源屏。
电压等级为220VDC。
1.6仪表与自控设计
1.6.1仪表设置
1.6.1.1仪表检测参数
根据上述原则,厂区需设置过程仪表进行工艺参数检测的主要有:
·进厂流量
·进厂水SS
·进厂水pH
·进厂水水温
·进厂COD
·生物处理池溶解氧
·生物处理池污泥浓度
·出水SS
·出水COD
·出水pH等
在仪表形式选择方面,首先要求可靠性高,检测数据准确,其次要求这些仪表除有就地检量数据显示外,还能远距离传输检数据,以便将被检测量传至PLC控制系统。
1.6.1.2仪表选型
本工程仪表优先选用国外厂家的成熟产品。
管道流量计选择运行较为稳定的管道式电磁流量计。
溶解氧选择维护工作量相对最小的金属电极式溶解氧仪。
pH计选择玻璃电极的产品并带有温度补偿。
SS和MLSS选择带有光窗口的红外/散射测量原理的产品。
COD计则选择双紫外光源的参比型产品。
这些产品的测量对象为污水或污泥,运行环境较差,所以要求它们都带有自动清洗装置。
1.6.2计算机控制系统设计
在中心控制室设置主管理计算机,设在厂区综合楼内。
FBR-Fenton系统现场控制站设置在Fenton系统附近。
设置远程I/O。
主管理计算机与现场控制站之间用工业以太网方式连接起来。
传输介质为光纤。
形成一个完整的计算机控制系统。
1.6.2.1计算机控制系统选型
与仪表选型的理由一样,由于它的重要性,计算机控制系统选择可靠性高、维护方便的西门子系列PLC产品。
1.6.2.2计算机控制系统功能设计
计算机控制系统的管理功能:
首先,它具有良好的人—机界面,使生产管理者通过它对污水处理厂的生产过程作直观地、全面地了解。
第二,它能形成科学的数据,帮助生产管理者对生产过程作出科学的决策。
如单位水处理成本、各种报表、进出水参数曲线等。
第三,它能生成完整的生产档案,使生产管理者能方便的查找历史上某段时间内的生产环节、技术环节的资料。
第四,它具有敏锐的洞察力,能在第一时间发现故障并对故障的处理给出提示,协助生产管理者正确、迅速地处理生产过程中发生的各种意外情况。
计算机控制系统的控制功能:
正常情况下,计算机控制系统能根据检测的数据,对全厂的生产进行控制和调节。
另外,还设有集中控制挡。
在该挡位,生产管理人员可以通过中心控制室主管理计算机实现集中手动控制。
1.7主要新建构、建筑物一览表及设备材料表
污水处理厂构(建)筑物详见表1-2。
污水处理厂主要构(建)筑物一览表表1-2
编号
名称
容积或建筑面积
单位
数量
材质
备注
1
中间水池
座
1
钢砼
2
FeSO4溶解池
座
1
钢砼
3
中和池
座
2
钢砼
4
脱气池
座
2
钢砼
5
胶凝池
座
2
钢砼
6
化学沉淀池
座
1
钢砼
10
加药间
座
1
框架
11
晶体池
座
1
钢砼
12
楼梯、扶栏及其他
套
1
本工程所用主要设备包括:
工艺设备、电气设备、仪表及自控设备及监控系统设备、化验设备和机修设备等。
详见下列各表:
主要工艺设备表表1-3
序号
名称
规格型号
数量
单位
备注
一
中间水池及Fenton氧化槽
1
废水提升泵
2
台
2
变频器
2
台
3
电磁式流量计
1
台
4
液位变送器
1
套
5
流体化床Fenton氧化槽
1
套
6
Fenton循环泵
4
台
7
流体化床Fenton化学氧化处理槽回流水流量计
2
台
8
Fenton氧化槽pH控制器
1
套
9
Fenton氧化槽ORP控制器
1
套
10
浓硫酸储槽
1
座
11
98%H2SO4加药泵
2
台
12
27.5%双氧水储槽
1
座
13
双氧水加药泵
2
台
二
FeSO4溶解池
1
FeSO4药液溶解池散气搅拌装置
2
组
2
流体化床氧化槽FeSO4定量加药机
2
台
三
中和池
1
中和池pH控制器
2
套
2
30%NaOH药液贮槽
1
座
3
30%NaOH加药泵
3
台
4
中和池散气搅拌装置
2
组
四
散气池
1
脱气池散气搅拌装置
2
组
五
胶凝池
1
胶凝池第一池散气搅拌装置
1
组
2
胶凝池第二池胶凝机
1
套
3
高分子凝集剂粉末自动加料机及溶液配制系统
1
台
4
胶凝池第一池0.2%阴离子polymer定量加药机
2
台
六
化学沉淀池
1
化学沉淀池刮泥机
1
台
2
化学沉淀池污泥输送泵
2
台
七
管件,阀类,管架
1
批
八
走道,爬梯,安全设施
1
批
九
电气控制系统
1
项
1.8运营药剂成本估算
以下的操作成本是以10000CMD的废水量,进水COD<=100mg/l,处理后COD<=50mg/l,为估算基准,药品单价(货币别为人民币(RMB))由业主所提供
序号
费用项目
单价
单位
年耗量
年度成本(万元)
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备
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