50m3d废水处理内循环高效反应器设计说明书删减版.docx
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50m3d废水处理内循环高效反应器设计说明书删减版
四川理工学院毕业设计
50m3/d废水处理内循环高效反应器设计
学生:
学号:
0901*******
专业:
过程装备与控制工程
班级:
2009.2
指导教师:
林海波
四川理工学院机械工程学院
二O一三年六月
四川理工学院
毕业设计(论文)任务书
设计(论文)题目:
50m3/d废水处理内循环高效反应器设计
学院:
机械工程专业:
过程装备与控制工程班级:
2009级2班学号:
09011010224
学生:
指导教师:
林海波
接受任务时间2013年3月1日
系主任(签名) 院长(签名)
1.毕业设计(论文)的主要内容及基本要求
亚硫酸盐竹浆造纸中段废水,CODcr:
1600~2050mg/L;BOD5:
500~1200mg/L;色度:
80~150倍;SS:
100~200/mg/L。
要求达到国家标准排放,采用内循环三相生物流化床。
2.指定查阅的主要参考文献及说明
《流态化工程原理》及《气液固流态化工程》,《化工学报》,《高校化工学报》
《PowderTechnology》,《废水处理工程》,《水污染控制与废水生物处理》,《造纸工业污染防治技术与环境管理》,《化工原理》上、下册
3.进度安排
设计(论文)各阶段名称
起止日期
1
资料收集,阅读文献,完成开题报告
3月1日至3月24日
2
完成工艺计算及结构设计
3月25日至4月21日
3
完成所有的图纸的绘制
4月22日至5月22日
4
完成设计说明书的撰写
5月23日至6月7日
5
完成图纸、设计说明书的修改,答辩准备
6月8日至6月14日
摘要
内循环生物三相流化床处理废水是一种新型的污水处理工艺,它将传统的活性污泥法和生物膜法有机结合并引入化工流态化技术,具有高负荷、高效率等特点,是一种极具发展前途的污水处理工艺。
本次设计介绍了造纸废水的来源和污染现状,以及对其的一些处理方法;就造纸中段废水的特点设计了处理亚硫酸盐造纸中段废水的工艺流程,采用内循环生物三相流化床作为反应器,并分析了好氧处理和厌氧处理的优劣。
设计根据已知数据对格栅、泵、沉淀池进行了设计与选型;对内循环生物三相流化床的参数、水力停留时间、循环速度等进行了设计,并选择了合适的载体与生物膜;对曝气器和旋流器进行了结构设计。
关键词:
内循环三相生物流化床;造纸中段废水;曝气器;生物膜;水力停留时间
ABSTRACT
Theinter-loopthree-phasebiologicalfluidizedbedwastewatertreatmentisanewkindofwastewaterbiologicaltreatmentprocess,whichintegratestraditionalactivatedsludgewastewatertreatmentprocesswithbio-filmtechnology.Itisapromisingwastewatertreatmentprocessbecauseofitshighloadingandefficiency.
Thisdesignintroducesasourceofpaperwasteandpollution,andsomeofitsapproach;onthecharacteristicsofpulpandpaperwastewatertreatmentdesignedsulfiteprocesspulpandpaperwastewaterusingthree-phasecirculatingfluidizedHealthbedasthereactor,andanalyzedtheaerobicandanaerobictreatmentoftheprosandcons.Designbasedonknowndatagrid,pumps,sedimentationtanksforthedesignandselection;three-phaseinternalcirculatingfluidizedbedparameters,HRT,cyclespeedhasbeendesigned,andselecttheappropriatecarrierandthebio-film;onaeratorsandcycloneinthestructuraldesign.
Keywords:
theinter-loopthree-phasebiologicalfluidizedbed;middle-stageeffluentinpapermills;aeration;bio-film;hydraulicretentiontime
摘要....................................................................Ⅰ
ABSTRACT.............................................................Ⅱ
第1章绪论.............................................................1
1.1中国造纸现状...................................................................2
1.1.1污染超标..................................................................2
1.1.2高耗低效..................................................................3
1.2造纸中段废水的产生.............................................................4
1.3造纸中段废水的处理.............................................................4
1.3.1混凝沉淀法...............................................................5
1.3.2吸附法...................................................................5
1.3.8物化生化联用处理方法...............................................9
1.4生物流化床............................................................10
1.4.1三相循环流化床...................................................10
1.4.4内循环三相流化床的特点............................................13
第2章工艺介绍及设计..................................................15
2.1内循环生物三相流化床的工作原理..........................................16
2.2设计水质水量及处理要求.................................................16
2.2.2排放标准.........................................................16
2.3污水处理工艺流程......................................................16
2.3.1工艺的选择.......................................................16
2.3.6工艺特点.........................................................20
2.4主要建、构筑物尺寸及设计参数...........................................20
2.4.1格栅...........................................................20
2.4.6主要设备.......................................................27
2.5重要设计运行参数......................................................27
2.5.1水气比..........................................................27
2.5.4中心管流速计喇叭口距底部高度.......................................27
第3章流化床的设计....................................................29
3.1三相生物流化床的设计...................................................29
3.1.1三相流化床性能参数................................................29
3.1.2流化床反应器基本构件的设计.........................................30
3.1.7接管的布置.......................................................38
3.2回流槽的尺寸确定......................................................39
3.3流化床材料的选择......................................................39
3.3.1不锈钢的定义..................................................39
3.3.2不锈钢分类..............................................................39
3.4辅助设备的选择及流化床的安装...........................................41
第4章载体的选择......................................................43
4.3.3载体投放量的选择及其影响...........................................45
4.4载体的选择............................................................46
4.4.1载体的应用条件....................................................46
4.4.2载体的选择.......................................................46
第5章生物膜..........................................................48
5.1生物膜的形成..........................................................48
5.2.4毒物...........................................................52
5.3生物膜的培养..........................................................52
第6章曝气器的设计....................................................54
6.1曝气器的研究进展......................................................54
6.2射流曝气器的分类......................................................54
6.5.2缺点............................................................56
6.6流化床曝气方式的选择...................................................56
6.7射流曝气器的工作原理..................................................56
6.7.1液体射流与气体相对运动段............................................56
6.7.2液滴运动段.......................................................57
6.7.3泡沫流运动段.....................................................57
6.8影响射流曝气器性能的因素...............................................58
6.8.1射流器的最佳性能包络线...........................................58
6.8.2喉管长径比对射流器性能的影响分析...................................58
6.8.3不同面积比和长径比对短喉管射流器性能的影响..........................59
6.10曝气器的固定.........................................................63
第7章旋流器的设计....................................................64
7.1.4悬浮液浓度的分布..................................................65
7.2水力旋流器的主要工艺指标...............................................65
7.2.1处理能力.........................................................65
7.2.2分离粒度........................................................65
7.2.3分离效率和分离精度................................................65
第8章结论............................................................72
参考文献........................................................................74
致谢...................................................................77
附录...................................................................78
第一章绪论
中国的人均水资源占有量低于500立方米,远远低于国际公认的人均所需1000立方米的临界值。
北方许多大中城市因缺水造成工厂停产或限产,损失的年产值达1200亿元,南方一些城市也陆续出现水荒。
目前全国600多座城市中,有300多家缺水,其中严重缺水的有108个,缺水量约为1000万吨/天左右,几百万人生活用水紧张。
但是随着社会发展和人们生活水平的提高,生产和生活用水量在不断上升。
全世界的总用水量由1980年的3000km3增加到2000年的约6000km3,用水量增加的结果使废水的排放量也相应增加,这些废水如果不经过处理直接排入水体就会造成很严重的环境污染,使水资源更加紧张。
因此,在合理开发利用水资源的同时要有效地控制水体的污染。
防治水环境的恶化,保护水资源,走可持续发展的道路已成为人类共同追求的目标。
在我国,水消耗水平却与水源充足的工业国家相当。
全国1/3的水域受到不同程度的污染。
我国的污水处理率仅有20%左右而美国污水处理率为71%,英国的已达到87%。
因此鉴于我国人口多,资金缺乏等实际情况,我们迫切需要一种造价低,占地少,处理效果好的处理污水的工艺设备。
水体污染主要是指由于人类的各种活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体中,使水和水体的物理、化学性质发生变化从而降低了水体的使用价值。
污水主要来源于居民生活中产生的污水、各工业企业在生产制造过程中产生的生产废水以及城市降水和部分受污染的地表水这三个方面。
而污水中的主要污染物是对该污水水质产生重要影响的物质,大体包括以下几种:
好氧有机物、难降解有机物、植物性营养物、重金属、无机悬浮物、放射性污染、石油类污染物、酸碱、热污染、病原体等等。
其中造纸工业废水是一种水量大、色度高、悬浮物含量大、有机物浓度高、组分复杂的难处理有机废水。
造纸废水主要有3个来源:
制浆废液,中段水,纸机白水。
中段废水是指经黑液提取后的蒸煮浆料在筛选、洗涤、漂白等过程中排出的废水,颜色呈深黄色,浓度高于生活污水,可生化性较差,有机物难以生物降解且处理难度大。
中段水浓度高于生活污水,可生化性较差,有机物难以生物降解且处理难度大。
造纸废水的危害很大,其中黑液的危害最大,它所含的污染物占造纸工业污染物排放总量的90%以上,由于黑液的碱性大、颜色深、臭味重、泡沫多,并大量消耗水中的溶解氧,严重污染水资源,给环境和人类健康带来危害。
而中段废水对环境污染最严重的是漂白过程中产生的含氯废水,例如氯化漂白废水,次氯酸盐漂白废水等。
此外,漂白废液中含有毒性极强的致癌物质二恶英,也对生态环境和人类健康造成了严重威胁。
所以,对造纸废水的处理势在必行。
1.1中国造纸业现状
造纸术是中国古代的四大发明之一,是人类文明史上的重要成果。
当今,纸及纸板的消费水平已成为衡量一个国家现代化水平和文明程度的重要标志之一。
最近几年,我国的纸和纸板产量增长迅速,2005年纸及纸板产量5600万吨,消费量5930万吨,均居世界第二位。
然而,我国的造纸业在造出纸张、为传承文明做出贡献的同时,也构成了对生态与环境的严峻挑战。
目前,除西藏外,我国其他省、市、自治区都有造纸企业,总数达上万家,其中绝大多数是中小型造纸企业。
由于原料结构不合理、科技水平较低、污水处理设备不到位,不少造纸企业既是当地的利税大户,也是污染大户,因此很多造纸企业成为环境恶化的众矢之的,不得不面对来自舆论和政府的巨大压力,在此情况下,传统造纸业已经走到了必须改变的地步,否则必将在企业的自身发展历程之中背上沉重的环保包袱。
目前我国纸及纸板的人均年消费量为45公斤,低于世界人均消费水平,距欧美发达国家人均消费量250公斤更是相差甚远。
据预测,2006年我国纸及纸板消费量将超过6000万吨,2010年将达7000万吨。
巨大的市场消费使很多有识之士忧心忡忡。
1.1.1污染超标
众所周知,传统的造纸工业在生产过程对环境造成的污染非常严重。
特别是制浆部分,投入的原料和化学药品,大约一半以上成为污染物排放到空气和水中,对大气和水资源造成严重的污染,因此引发的重大事件也是层出不穷,公众早就对造纸业的污染怨声载道。
河北省任丘市、安新县境内,素有“华北明珠”之称的白洋淀发生鱼类大面积死亡。
这一事件引起了国家环保总局和当地政府的高度重视,经过调查,污染源头直指白洋淀上游漕河岸边的造纸企业。
由于当地造纸业发展迅速,污水排放量大幅度增加,加上部分企业环保意识淡薄,违规排放污水的情况相当严重。
保定市新市区所辖28家造纸企业有27家外排污水不能实现稳定达标,每天有近十万吨污水只经过简单处理就直接排入河道,因此才导致白洋淀死鱼事件的发生。
无独有偶,4月10日晚,内蒙古自治区巴彦淖尔市遭遇强风暴袭击,乌拉特前旗污水暂存池内的1050万吨造纸及城市生活污水直接冲击黄河防洪大堤。
当地政府下令掘堤泄污保护黄河大堤,污染指数严重超标的工业污水造成附近1000亩耕地淹没,57户村民直接受灾。
后经调查,乌拉特前旗塞外星华章造纸公司、美利北辰造纸集团两家企业长期超标排污,未按国家达标排污规定和污水暂存池设计及环评进水要求,而将严重超标的造纸废水直排污水暂存池,造成污水暂存池水质严重超标。
这两次事件之后,各类媒体加大了对造纸业口诛笔伐的力度,大有向群众疾呼造纸
业“狼来了”的趋势。
有的媒体甚至指出,“目前暴露出来的造纸企业污染问题只是冰山一角,在各种利益关系的掩盖下,还有更多的重污染造纸企业在违规生产和排放。
长此以往,造纸工业将在环境上断送我们的未来。
”
这不是耸人听闻,据国家环保总局统计,2004年全国41个行业工业废水排放总量为221.1亿吨,其中造纸业废水排放占总量的14.4%,仅次于化工制造业,位居第二;而按COD(水中主要污染物化学耗氧量)排序,造纸业COD总排放量高达168.2万吨,占全国工业排放量的33%,位居第一。
“十五”期间,我国有两项环保控制指标没有完成,COD便是其中之一。
据初步统计结果显示,2005年全国COD排放总量1413万吨,与“十五”提出的1300万吨的总量控制目标相差113万吨,仅比2000年减少了2%,未完成削减10%的控制目标。
环境科学院专家表示,“‘十五’期间产业结构调整未达到预期目标是COD总量控制不力的首要原因。
造纸工业是排放COD的重点行业,草浆造纸是污染水环境的主要原因。
我国纸及纸制品2005年产量几乎比2000年翻了一番,同时污染治理设施没有能够完全及时配套,造成占全国工业COD排放总量半数以上的造纸行业的排污总量没有得到有效控制。
”由此可见,造纸工业污染已经成为我国水污染的重要源头,并且成为我国环境污染控制中“拖后腿”的行业。
1.1.2高耗低效
在造成巨大污染的同时,造纸工业造成的资源浪费现象也很严重。
造纸业本身是资源消费型产业,造纸工业对森林资源和水资源的大量消耗
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