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脱附废水处理论文资料

申报论文

（中级）

题目：

脱附废水处理方案

单位：

广东新会中集特种运输设备有限公司姓名：

申报专业：

环境保护专业

申报日期：

年月日

摘要：

公司喷漆车间利用活性炭吸附、再生的方式进行废气处理并回收有机溶剂，该有机溶剂回收装置中活性炭用过热蒸汽再生时每天产生约80吨冷凝水，该冷凝水含异丁醇、正丁醇、仲丁醇、丁基溶纤剂、丙二醇甲醚、乙酸等物质，为高浓度难处理的有毒的有机废水（COD为80000mg/L，BOD5约为15000mg/L，PH≈4）。

基于此，通过大量分析及实验，设计、建设了一座日处理能力80吨脱附废水的装置。

关键词：

脱附废水处理，高浓度有机废水处理，高难度废水处理

一、确定设计输入参数：

1.在不同的废水生产点取样，进行质谱分析，废水含异丁醇、正丁醇、

仲丁醇、丁基溶纤剂、丙二醇甲醚、乙酸等物质，详见下表：

Solvent

1#废水样品

2#废水样品

3#废水样品

Iso-butanol（异丁醇）

0.35%

0.23%

/

N-butanol（正丁醇）

1.76%

2.29%

1.58%

Sec-butanol（仲丁醇）

0.30%

/

/

Butylcellosolve（丁基溶纤剂）

0.33%

0.41%

0.22%

PGME（丙二醇甲醚）

/

0.38%

0.29%

2.经过统计，确定水量最大为80吨/天；

3.经过多次检测，废水COD约为80000mg/L，BOD5=15000mg/L，PH值3-4；

4.经过处理后，该废水需满足《广东省地方标准水污染物排放限值》（DB44/26-2001）中，其他排污单位第二时段一级排放标准。

二、设计分析：

根据设计输入参数及废水样品，逐一进行分析及测试：

1.该废水实际是喷漆车间天那水及油漆挥发物被活性炭吸附后，活性炭利

用过热蒸汽再生时产生的冷凝水，冷凝水经过油水分离后，剩余的废水（油即天那水被回收再利用）；

2.废水成分详细分析：

1）正丁醇：

平均含量2%，分子式：

CH3（CH2）3OH，一种无色、有酒气味的液体，低毒，沸点117.7°C，稍溶于水，溶于乙醇、醚等多数有机溶剂，相对密度:

d（20,4）=0.8098，蒸汽压:

0.82kPa/25℃，它可被羟基游离基所降解，不易被悬浮固体及底泥所吸附，在水体中它可以进行生物降解，浓度为650mg/L时,对降解微生物具有抑制作用,当浓度为8200mg/L时,对硝化菌有抑制作用。

2）异丁醇：

含量0.3%，分子式：

C4H10O，易燃，具刺激性，无色透明液体，有特殊气味，沸点107℃，易溶于水、乙醇和乙醚，饱和蒸气压1.33（21.7℃）（kPa），异丁醇能引起农作物的死亡，受热分解放出有毒气体，与氧化剂能发生强烈反应，异丁醇能生物降解。

3）仲丁醇：

含量0.3%，分子式：

C4H10O，无色透明液体，有类似葡萄

酒的气味，微毒，沸点99.5℃，饱和蒸气压1.6（20℃）kPa，好氧生物降解：

24~168h，厌氧生物降解：

96~672h，空气中光氧化半衰期：

7.2~72h，受热分解放出有毒气体，与氧化剂能发生强烈反应。

4）丁基溶纤剂：

含量0.3%，又名乙二醇丁醚，无色易燃液体，具有中等程度醚味，蒸气压0.101kPa（20℃），与水混溶，低毒，与氧气、氢氧化钠、强氧化剂迅速反应，能进行生物降解。

5）丙二醇甲醚：

含量0.3%，分子式：

CH3CHOHCH2OCH3，无色液体，有轻度麻醉性及刺激性，低毒，饱和蒸气压0.05（25℃）kPa，与氧化剂能发生强烈反应，能与光化作用产生的氢氧自由基反应，能进行生物降解。

6）乙酸：

含量2%，分子式：

CH3COOH，有强烈刺激性酸味的无色液体，能溶于水，对金属有强烈腐蚀性，316#不锈钢可作良好的抗腐蚀结构材料，20℃时蒸气压：

1.5KPa，能与氧化剂发生强烈反应，与氢氧化钠反应剧烈。

2.该废水呈酸性，对钢、铁材质具强腐蚀性，且能溶解PVC、U-PVC等材质。

因此，与废水直接接触的管道、水泵应采用不锈钢材质，水池应防腐处理；

3.该废水B/C=0.18，可生化性差。

4.该废水具有一定的色度。

5.该废水具有刺鼻的气味，且可能会发出易燃易爆气体。

6.废水量80吨/天，设计4立方米/小时，废水量小但COD总量高，总COD：

80*80=6400Kg。

根据上述设计分析，设计方案考虑如下工艺：

1.该废水浓度及成分不稳定，考虑均质调节工艺。

2.该废水COD浓度非常高，且可生化性差，考虑添加生活污水稀释工艺，

以降低COD浓度并提高可生化性。

3.该废水PH值较低且含乙酸，考虑化学中和工艺。

4.该废水中醇类、醚类物质能与氧化剂发生强烈反应，考虑氧化工艺。

氧

化工艺中，通常的氧化剂有臭氧（分子式O3）、氯气（Cl2）、双氧水（H2O2）、羟基自由基（·OH）等。

5.羟基自由基（·OH）其有极高的氧化电位（2.80EV），其氧化能力极强，

与大多数有机污染物都可以发生快速的链式反应，无选择性地把有害物质氧化成CO2、H2O或矿物盐。

经过大量试验及分析，使用芬顿试剂（双氧水+绿矾）反应产生羟基自由基，对该废水处理效果较好。

6.该废水中异丁醇、仲丁醇、丁基溶纤剂、丙二醇甲醚等都能被生化处理，

考虑生物处理工艺。

生物处理一般分厌氧生物处理及好氧生物处理。

7.厌氧生物处理不消耗能源，复杂的有机化合物被分解，转化为简单、稳

定的化合物，同时释放能量。

分解时仅少量有机物被转化而合成为新的细胞组成部分，故相对好氧法来讲，厌氧法污泥增长率小得多。

厌氧生物处理不仅适用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水。

同时厌氧法可降解某些好氧法难以降解的有机物。

厌氧微生物对营养物质的需要量较少，但厌氧生物对pH、温度和毒性等环境条件极其敏感，厌氧反应器的初次启动期很长，还会产生一定的气味。

8.好氧生物处理利用好氧微生物（包括兼性微生物）在有氧气存在的条件

下进行生物代谢以降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。

处理效率高、对温度、PH值的承受范围较宽，但产泥量大，相比厌氧处理消耗能量较高。

三、方案设计：

1.基本处理方案：

物理+化学方法预处理、厌氧+好氧生物深度处理的方案。

2.经过大量试验，确定本废水处理方案如下：

废水排入收集池后，经过提升泵泵送至脱附废水处理站原水池进行均质调节，然后再通过提升泵泵送至PH调节池，调节PH后自流进入芬顿反应池，经过芬顿反应后自流进入PH回调池，废水调节PH后自流进入斜管沉淀池，芬顿产生的污泥通过排泥管排至芬顿污泥池，芬顿沉淀后的清水进入稀释池并加入生活污水稀释，稀释后的废水经过提升泵泵送至高效厌氧池，经过高效厌氧后的废水自流进入一级好氧池，废水经过一级好氧后通过提升泵泵入一级水解酸化池，经过水解酸化后废水自流进入二级好氧池，经过二级好氧后废水自流进入二级水解酸化池，经过二级水解酸化后废水自流进入三级好氧池，经过三级好氧的废水自流进入沉淀池，沉淀池污泥经过排泥管进入污泥池，沉淀池清水通过排放管道排放。

3.工艺流程图如下：

4.设计处理效率见下表：

序号

主要处理单元

项目

CODCr（mg/l）

BOD5（mg/l）

1

处理单元

芬顿氧化+混凝沉淀

稀释水池

进水

80000

16000

出水

56000

15000

去除率

约30%

约10%

3

处理单元

生活污水稀释6倍

进水

56000

15000

出水

9500

2800

去除率

稀释6倍

稀释6倍

4

处理单元

一级高效厌氧池

进水

9500

2800

出水

6000

1800

去除率

约40%

约35%

5

处理单元

好氧稀释水池

稀释2倍

进水

6000

1800

出水

2100

650

去除率

稀释2倍

稀释2倍

5

处理单元

一级接触氧化

进水

2100

650

出水

1550

260

去除率

27%

60%

6

处理单元

二级高效厌氧池

进水

1550

260

出水

310

150

去除率

80%

约45%

7

处理单元

二级接触氧化

进水

310

150

出水

90

30

去除率

70%

80%

8

处理单元

沉淀池

进水

90

30

出水

60

20

去除率

30%

30%

四、工艺设计：

1.收集池，参数如下：

1）工艺说明：

收集各车间产生的脱附废水。

2）容积：

利用公司现有旧水池，已有防腐措施，水池净高2.5米，容积40立方米；

3）设备：

原水提升泵两台，316不锈钢多级泵CDL8-14，功率5.5千瓦，流量Q=8立方米/小时，扬程H=130米。

不锈钢DN80输送管道1800米，配备闸阀、止回阀、膨胀节、法兰等管件。

不锈钢浮球液位控制器一套、电磁流量计一套，1.6MPa压力表一只。

2.原水调节池，参数如下：

1）工艺说明：

调节原水COD浓度及调整供水流量。

2）容积：

考虑一天的处理量，设计原水池容积80立方米，净高4米，混凝土水池，防腐处理。

3）设备：

原水提升泵两台，316不锈钢材质自吸泵，40HYFX-18，功率1.5千瓦，流量Q=4立方米/小时，扬程H=20米。

不锈钢DN40输送管道10米，不锈钢DN25管道2米，配备闸阀、止回阀、引水罐等管件。

引水罐参数：

设计流量Q=4立方米/小时，吸水管内径DN40毫米，引水管出口距引水罐顶距离0.1米，吸水管出口至最低水位垂直长度L1=5米，出水管径DN40毫米，出水管吸水口距引水罐罐底距离0.1米，90°弯头2个，引水罐直径0.4米，净高度H=0.6米。

设计计算公式略，最终图纸如右：

液位控制器一套、DN25电磁流量计一套。

3.PH调节池，参数如下：

1）工艺说明：

芬顿反应在PH值3-4的环境中效果最好，因此在芬顿反应前调整废水PH值至3-4，同时为后续调试芬顿工艺预留空间。

2）容积：

PH调整一般取停留时间30分钟，因此PH调节池有效容积为2立方米，最终容积以后续平面布局图为准。

3）设备：

不锈钢材质机械搅拌装置一套，1.1千瓦，转速40转/分钟，叶轮直径750毫米。

加药装置2套，含Φ800*1000加药桶两个，不锈钢材质加药泵两台（韩国千世，0.2kw，最大流量420毫升/分钟，最高压力1MPa），DN20不锈钢管道、阀门一批。

加药泵参数计算如下：

设定稀硫酸溶液浓度5%，氢氧化钠溶液浓度5%，废水PH值在3-6之间调整，流量为240升/分钟（4立方米/小时）。

经计算氢氧化钠溶液投加量为192毫升/分钟，硫酸溶液投加量为240毫升/分钟。

4.芬顿反应池1、芬顿反应池2、芬顿反应池3，参数如下：

1）工艺说明：

在PH值为3-4的环境中，利用双氧水与亚铁离子反应，产生羟基（OH·）

自由基，芬顿反应的化学式如下：

Fe+H2O2→Fe+OH+·OH        ①

1mol的H2O2与1mol的Fe反应后生成1mol的Fe，同时伴随生成1mol

的OH外加1mol的羟基自由基。

正是羟基自由基的存在，使得芬顿试剂

具有强的氧化能力。

H2O2+Fe→Fe+O2+2H      ②

O2+Fe→Fe+O2·       ③

芬顿试剂中除了产生1摩尔的OH·自由基外，还伴随着生成1摩尔的

过氧自由基O2·，OH·自由基的氧化电势高达2.73V，具有强氧化性，能

无选择地去除COD，且能将废水中不利于生化处理的高分子有机物转化为易

降解的小分子有机物。

2）容积：

芬顿反应池1投加硫酸亚铁溶液，一般取停留时间30分钟，因此有效容积为2立方米，最终容积以后续平面布局图为准。

芬顿反应池2投加双氧水溶液，并进行芬顿反应，一般取停留时间4小时，因此有效容积为16立方米，最终容积以后续平面布局图为准。

芬顿反应池3为继续反应池，延长芬顿反应时间使其反应完全。

经试验，6-8小时后反应基本停止，因此有效容积为8-16立方米，最终容积以后续平面布局图为准。

经试验芬顿反应时间曲线见下图：

3）设备：

不锈钢机械搅拌机三套（每个池一套），1.1千瓦，转速40转/分钟，叶轮直径750毫米。

加药装置两套，含Φ800*1000加药桶两个，不锈钢材质加药泵两台（韩国千世，0.75kw，最大流量690升/小时，最高压力5Bar，96冲程），DN25不锈钢管道、阀门一批。

加药泵参数计算如下：

设定双氧水浓度30%，硫酸亚铁溶液浓度20%。

经计算及大量试验，30%含量双氧水投加量500毫克/分钟，20%含量硫酸亚铁为1670毫升/分钟。

5.PH回调池，参数如下：

1）工艺说明：

将PH值调整值8-9之间以利于后续混凝沉淀。

2）容积：

PH调整一般取停留时间30分钟，因此PH调节池有效容积为2立方米，最终容积以后续平面布局图为准。

3）设备：

不锈钢材质机械搅拌装置一套，1.1千瓦，转速40转/分钟，叶轮直径750毫米。

加药装置一套，含Φ800*1000加药桶一个，不锈钢材质加药泵一台（韩国千世，0.2kw，最大流量420毫升/分钟，最高压力1MPa），DN20不锈钢管道、阀门一批。

加药泵参数计算如下：

设定氢氧化钠溶液浓度5%，芬顿后废水PH值3-4，调整值9，流量为240升/分钟（4立方米/小时）。

经计算和多次试验，氢氧化钠溶液投加量为194毫升/分钟。

6.絮凝池，参数如下：

1）工艺说明：

加入絮凝剂PAM，提高沉淀效率。

2）容积：

絮凝池一般取停留时间30分钟，因此絮凝池有效容积为2立

方米，最终容积以后续平面布局图为准。

3）设备：

不锈钢材质机械搅拌装置一套，1.1千瓦，转速40转/分钟，叶轮直径750毫米。

加药装置一套，含Φ800*1000加药桶一个，不锈钢材质加药泵一台（韩国千世，0.2kw，最大流量420毫升/分钟，最高压力1MPa），DN20不锈钢管道、阀门一批。

加药泵参数计算如下：

设PAM为市场800万分子量阴离子产品，溶液配置浓度0.1%。

经计算PAM溶液投加量为70-200毫升/分钟。

7.斜管沉淀池，参数如下：

1）工艺说明：

将芬顿反应产生的铁盐等物质沉淀。

2）容积：

已知流量Q=4m³/h，表面负荷q=1m³/（㎡·h），进水悬浮物浓度500mg/L，污泥含水量97.50%，出水悬浮物浓度＜60mg/L，采用市场标准斜管（管径D=40mm，高度H=1m，斜角θ=60°，有效系数ψ=0.95）。

计算过程如下：

沉淀池内斜管横断面积A：

A=

=

=4平方米

考虑有效系数，A=5平方米；

取斜管区尺寸1.5×3.8=5.7平方米

污泥部分所需容积：

设计污泥储存时间T=24h，进水悬浮物浓度C1=500mg/L，出水悬浮物浓度C2=60mg/L，污泥密度γ=1t/m3，污泥含水率

o=97.50%

V=

=

≈2m³

）泥斗设计：

在底部设置1个方形泥斗,上面边长3.8米，下面边长0.5米，高度2米，斜坡角度50度，泥斗体积11立方米＞V，符合要求。

沉淀池总高H：

H=0.3（超高）+0.6（清水区）+0.87（斜管）+1（缓冲区）+2=4.8米

）排泥管：

重力+机械排泥，4条DN200管；

）校核固体负荷：

q2=

=10.6Kg/（m2·d）<150Kg/（m2·d），符合要求。

3）设备：

污泥提升泵1台，316不锈钢材质自吸泵，40HYFX-18，功率1.5千瓦，流量Q=4立方米/小时，扬程H=20米。

8.原水稀释池，参数如下：

1）工艺说明：

将芬顿后的污水加入生活污水稀释，降低废水COD浓度，提升可生化性，为后续厌氧做准备。

2）容积：

根据前期设计，废水稀释6倍，需加入4*5=20m³/h的污水，总污水流量为24m³/h，取停留时间2h，水池容积为48立方米。

最终容积以后续平面布局图为准。

3）设备：

污水提升泵四台（两台安装与生活污水集水井，两台安装于原水稀释池），316不锈钢材质自吸泵，65HYFX-25，功率4千瓦，流量Q=40立方米/小时，扬程H=15米。

不锈钢DN40输送管道60米，配备闸阀、止回阀、引水罐2套、流量计、液位控制器等。

不锈钢机械搅拌机一套，1.1千瓦，转速40转/分钟，叶轮直径750毫米。

9.高效厌氧池，参数如下：

1）工艺说明：

经芬顿、生活污水稀释后的废水进入高效厌氧池，通过厌氧

菌种进一步将大分子有机物分解为容易生化的小分子有机物，提高可生化性。

2）原理：

高效厌氧池内挂满填料以便于厌氧微生物附着，提高微生物数量。

底部均匀安装布水管，有助于废水均匀混合及废水流动。

上部安装有三相分离器，高效厌氧池产生的沼气等气体通过排气装置排放，清水通过溢流堰自流进入下一道工序。

3）池体设计：

已知流量Q=24m³/h，COD=9500mg/L，去除率η=40%，根据中试结果，厌氧池容积负荷N=3.5kgcod/（m³d），

计算过程如下：

反应区设计：

有效容积V=

η=

40%≈630m³

厌氧池截面积A：

一般高效厌氧池深度h=4-6米，根据本项目特征，取h=6米，

截面积A=

=

≈110㎡

厌氧池长宽参数：

综合考虑本案特征，厌氧池采用2座大致1:

1的长宽比的水池，因此厌氧池长度L=8*2=16米，宽度B=7.5米。

水力停留时间T（HRT）及水力负荷（Vr）

水力停留时间T=

=

≈26h

水力负荷Vr=

=

≈0.22m³/（㎡h），符合要求。

三相分离器设计：

设计上下三角形集气罩斜面水平倾角分别为55°和60°，下三角形集气罩进水缝隙上升流速νa=0.5m/h，则该缝隙总面积A1为：

A1=

=

=24㎡；

取4个缝隙，则每个缝隙宽k2=

=

=0.8m；

取干舷高度h1=0.5m，h2=0.5m，h3=k1×tan60°=0.6×1.73=1.04m；

沉淀室进水缝隙废水流速ν2取1.5m/h，则进水缝隙总面积A2=

=8㎡；

每个缝隙宽cd=k3=

=

≈0.15m，

bd=

=0.15÷0.5=0.3m

取ab=0.4m，上三角形集气罩的位置即可确定，其高度h4为：

h4=（ab×cos60°+

）tan55°=（0.4×0.5+0.4）×1.43=0.858m

h5=ab×sin60°=0.4×0.866=0.35m

根据斯笃克斯公式：

d=0.1mm，20℃下ρ1=1.03g/cm3，ρ2=0.0012g/cm3，

μ=υρ1=0.101×1.03=0.0104g/（cm2·s），由于废水μ比清水大，故μ取0.02g/（cm2·s），

υ1=

×（ρ1-ρ2）d2=

×（1.03-0.0012）×0.012=0.266cm/s=9.58m/h

根据前面计算

=

=1.33＞

=

=0.16,验收满足要求。

布水器设计：

采用4条DN150穿孔管配水，长7米，中心间距2米，配水孔Φ20mm，孔距1米，,每个孔的服务面积2×1=3平方米，开口向下，孔距池底0.2m，共有28个出水孔，出口流速为3.8m/s。

出水系统设计：

出水采用三角堰出水槽，槽宽0.2米，槽高0.2米，共4条。

排泥管设计：

配水管兼做排泥管，采用重力排泥，水池外部设置阀门控制；

沼气产量：

Qq=24×9.5×24×0.4×0.4=875（m³沼气/d）

水封高度H=1.5+0.5=2米。

产泥量：

Qn=24×9.5×24×0.4×0.1=218（kgSS/d）

厌氧池结构见右图：

10.稀释水池：

将高效厌氧出水稀释两倍，流量变为72m³/h，COD=2100mg/L，BOD5=650mg/L，设计水池容积30立方米，配置好氧提升泵2台（一用一备，100m³/h，H=16米），生活污水提升泵2台（一用一备，安装于生活污水集水井，50m³/h，H=16米）。

11.一级好氧池，参数如下：

1）工艺说明：

利用好氧生物有效去除BOD5；

2）原理：

接触氧化池内挂满填料以便于好氧微生物附着，提高微生物数量。

底部均匀安装曝气管，有助于废水提高废水溶解氧。

利用填料上的好氧微生物去除有机物。

3）池体设计：

有效容积：

进水BOD5=650mg/L，流量72m³/h，根据中试结果，容积负荷为1kgBOD/（m³/d），

填料体积为V=

=

≈700m³

设计填料高度为3.5米，好氧池总高4.8米;

好氧池总面积A=700/3.5=200㎡，按两座设计，每座100平方米；

校核接触时间t=200×3.5÷72=9.7h，符合要求；

需气量Qk=15×72=1080（m³空气/h）

12.中间池：

池高4.8米，约70m³，配置提升泵2台（一用一备，100m³/h，H=16米）

13.一级水解酸化池：

1）工艺说明：

经一级氧化处理初步生化后，容易生化的有机物基本被分解，废水通过提升泵进入一级水解酸化池进一步将剩余大分子物质分解为小分子物质，提高可生化性。

2）池体设计：

进水流量72m³/h，COD1550mg/L，去除率80%，设计出水COD310mg/L，BOD5=150mg/L；

有效容积V=72×1.55×0.8×24÷2.5≈900m³；

有效池高6米，截面积：

A=900÷6=150㎡；

综合考虑本案特征，厌氧池采用2座水池，因此厌氧池长度L=8*2=16米，宽度B=10米。

水力停留时间T（HRT）及水力负荷（Vr）

水力停留时间T=

=

≈12.5h

水力负荷Vr=

=

=0.48m³/（㎡h），符合要求。

3）三相分离器设计：

设计上下三角形集气罩斜面水平倾角分别为55°和60°，下三角形集气罩进水缝隙上升流速νa=1m/h，则该缝隙总面积A1为：

A1=

=

=36㎡；

取4个缝隙，则每个缝隙宽k2=

=

=0.9；

取干舷高度h1=0.5m，h2=0.5m，h3=k1×tan60°=0.6×1.73=1.04m；

沉淀室进水缝隙废水流速ν2取1.5m/h，则进水缝隙总面积A2=

=24㎡；

每个缝隙宽cd=k3=

=

=0.3m，

bd=

=0.3÷0.5=0.6m

取ab=0.4m，上三角形集气罩的位置即可确定，其高度h4为：

h4=（ab×cos60°+

）tan55°=（0.4×0.5+0.45）×1.43=0.93m

h5=ab×sin60°=0.4×0.866=0.35m

根据斯笃克斯公式：

d=0.1mm，20℃下ρ1=1.03g/cm3，ρ2=0.0012g/cm3，

μ=υρ1=0.101×1.03=0.0104g/（cm2·s），由于废水μ比清水大，故μ取0.02g/（cm2·s），

υ1=

×（ρ1-ρ2）d2=

×（1.03-0.0012）×0.012=0.266cm/s=9.58m/h

验算：

=

=0.67＞

=

=0.16,验收满足要求。

4）布水器设计：

采用5条DN150穿孔管配水，长7米，中心间距1.5米，配水孔Φ20mm，孔距