600m 3 某汽车内饰件厂生产废水设计.docx
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600m3某汽车内饰件厂生产废水设计
课程设计任务书
题目:
600m3某汽车内饰件厂生产废水设计
初始条件:
废水处理站进水的综合设计水量和水质按以下值设计:
水量Q:
600m3/d,CODCr≤2200mg/l,BOD5≤1090mg/l,SS≤130mg/l,磷酸盐≤5mg/l,Zn2+≤20mg/l,pH值为7.6,石油类为15mg/l.
处理出水根据《污水综合排放标准》(GB8978-1996)要求,主要指标执行一级标准,即:
PH6-9,CODCr≤100mg/l,BOD5≤30mg/l,SS≤70mg/l,磷酸盐≤0.5mg/l,Zn2+≤2.0mg/l,石油类为10mg/l.
要求完成的主要任务:
(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)
1、查阅不少于15篇的相关资料,其中英文文献不少于2篇.
2、根据某汽车内饰件厂生产提供的水质、水量和处理要求,选择合理的工艺流程,按要求设计出污水处理方案.
3、绘制污水处理工艺流程图、平面图、高程图,折合不少于2张1#图纸.
4、完成一份30页以上的课程设计报告书,包括详细的设计计算说明书.
时间安排:
第1-3天:
查阅相关文献资料,明确研究内容..
第4-6天:
查阅并收集与课设相关的资料,确定方案.
第7-12天:
完成设计,完成课程设计初稿,包括两张工程图.
第13-14天:
修改初稿、完成论课设终稿,打印、装订并准备课设答辩.
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
摘要…………………………………………………………………………………1
1绪论………………………………………………………………………………2
1.1废水的产生及特征…………………………………………………………2
1.2废水处理研究现状分析……………………………………………………3
1.3设计目的和内容……………………………………………………………5
2废水处理工艺的设计……………………………………………………………6
2.1设计依据、原理和范围……………………………………………………6
2.1.1设计依据及标准…………………………………………………………6
2.1.2设计原则及范围…………………………………………………………6
2.2废水水质及设计标准………………………………………………………6
2.2.1原水水质标准……………………………………………………………6
2.2.2处理后水质标准…………………………………………………………7
2.3处理工艺……………………………………………………………………8
2.3.1涂装废水处理工艺………………………………………………………8
2.3.2注塑废水处理工艺………………………………………………………10
2.3.3综合废水处理工艺………………………………………………………10
2.3.4污泥处理工艺……………………………………………………………13
2.3.5工艺流程…………………………………………………………………14
3计算说明书………………………………………………………………………15
3.1构筑物及设备………………………………………………………………15
3.1.1涂装废水调节池…………………………………………………………15
3.1.2涂装废水投药系统………………………………………………………15
3.1.3一级混凝沉定池…………………………………………………………16
3.1.4二级混凝沉定池…………………………………………………………18
3.1.5回转格栅…………………………………………………………………19
3.1.6水解调节池………………………………………………………………21
3.1.7SBR池……………………………………………………………………22
3.1.8氯接触池…………………………………………………………………27
3.1.9污泥脱水系统……………………………………………………………27
3.2高程计算……………………………………………………………………28
3.3平面布置……………………………………………………………………29
4经济分析…………………………………………………………………………31
5结论………………………………………………………………………………34
参考文献……………………………………………………………………………35
致谢…………………………………………………………………………………36
摘要
汽车内饰件厂的废水源自涂装车间、注塑车间和生活污水,其中注塑车间废水污染物少,涂装是排放废水的主要工序.废水中含有大量的表面活性剂、油类、磷酸盐、醇类、苯类等物质,排放到水体中不仅影响美观,还妨碍光线穿透,降低水体的水质,也许对食物链中的有机体和水生物有毒.因此,在废水排入环境前进行治理是必要的.
本设计是600吨/天汽车内饰件厂生产废水设计.首先,通过提供资料确定废水水量水质.然后,通过分析治理原理,比较各种治理方法,结合废水水质和排放要求,确定设计方案.再次,根据以往设计经验(相关设计人员)确定设计参数,设计构筑物尺寸结构,选定附属设备.最后,进行水力损失计算及高程计算,进行平面布置.本设计采用两级混凝预处理涂装废水,这样对生物氧化处理无害,然后与注塑废水、生活污水混合后进行生物氧化处理,即水解加SBR法处理.
关键词:
涂装废水;混凝絮凝;沉降;SBR
600吨/天汽车内饰件厂生产废水设计
1绪论
1.1废水的产生及特征
汽车内饰件厂的废水源自涂装车间、注塑车间和生活污水,其中涂装是排放废水的主要工序.涂装工艺分为钢件流程线、塑料流程线和铝件流程线[1].
涂装工艺一般由漆前表面处理、涂饰和干燥等三个基本工序组成.漆前表面处理是涂装工艺的基础,包括表面清理(除锈、脱脂)和磷化两部分组成.脱脂一般用热碱液清洗或有机溶剂清洗.磷化处理是通过化学反应在金属表面形成一层不导电的磷酸盐薄膜.涂饰系指涂料在被涂物表面的涂装[2].
涂装车间废水的来源主要来自工件前处理水洗过程中产生的废水和前处理各槽体定期排放的废水,以及涂装过程中循环水池产生的废水.废水中含有的主要有毒、有害物质如下:
涂装前处理:
亚硝酸盐、磷酸盐、乳化油、表面活性剂、Ni2+、Zn2+;底涂:
低溶剂阴极电泳漆膜、无铅阴极电泳漆膜、颜料、粉剂、环氧树脂、丁醇、乙二醇单丁醚、异丙醇、二甲基乙醇胺、聚丁二烯树脂、二甲基乙醇、油漆等;中涂、面涂:
二甲苯、香蕉水等有机溶剂、漆膜、颜料、粉剂[3].其综合水质污染指标如表1-1所示.
涂装废水大致具有以下特征:
1)废水种类多、成分复杂.汽车涂装线排放的废水水质由使用的原材料而定,因此废水种类各不相同,成分复杂多样.
2)排放无规律.除部分水洗水连续溢流排放外,涂装线废水或废液(如预脱脂槽、脱脂槽、磷化槽等老化液以及喷漆房废水等)多为间歇式排放.
3)水量、水质变化大.由于各种废水成分、浓度各异,且排放无规律,造成汽车涂装线排水水量、水质变化很大且无规律可循[4].
表1-1汽车涂装废水水质
pH
CODcr(mg/l)
BOD5(mg/l)
PO43-(mg/l)
石油类(mg/l)
Zn2+(mg/l)
5~10
200~2000
50~60
10~50
10~30
2~6
1.2废水处理研究现状分析
汽车涂装工艺包括脱脂、表调、磷化、电泳、面漆等工序,排放废水种类多成分复杂,处理有相当难度.根据排入水体的不同,涂装废水处理一般分物化法和物化+生化法.物化法包括混凝沉淀、絮凝气浮、超滤膜法等.
图1-1处理工艺流程
混凝沉淀是目前应用最广泛的一种物化技术,通过投加絮凝剂使污染物絮凝沉淀,然后经斜板沉淀池装置等进行去除.它可有效地去除汽车涂装废水中的油、高分子树脂、颜料和钛白粉等.典型处理工艺见图1-1.周德坤对脱脂废液采用酸化法进行破乳预处理,向脱脂废液中投加无机酸将pH调至2~3,使乳化剂中的高级脂肪酸皂析出脂肪酸,这些高级脂肪酸不溶于水而溶于油,从而使脱脂废液破乳析油.再采用混凝、絮凝、沉淀、气浮等工艺,使混合后的磷化废水得到深度处理,从而进行回收利用或排放.适宜的化学药剂以及无机混凝剂与高分子絮凝剂的有机结合,明显降低了涂装废水中的CODcr、油、SS含量,实验表明,CODcr可降低到80~90mg/l.SS可降到60~70mg/l.油类物质降到5mg/l以下.项指标均可达到污水综合排放国家标准(GB8978-1996)的二级排放标准[3].
絮凝气浮法是在涂装废水中加入有机高分子絮凝剂,使其中油污、乳化剂、悬浮物及重金属离子凝聚成块,进而利用气浮装置对其进行净化治理.加压絮凝-气浮处理法流程如图1-2[5].气浮法和混凝沉淀都是利用沉淀原理,比重小的絮体采用气浮法,比重大的絮体采用混凝沉淀法.
加絮凝剂压缩空气
↓↓
废水→集水池→射流器→溶气罐→浮选池→出水
↓
废物
图1-2加压絮凝一气浮处理法流程
超滤膜法超滤的原理为:
在静压差推动力的作用下,原料液中的溶剂和小的溶质粒子(d:
0.005μm~10μm)从高压侧透过具有选择透过性的高分子超滤膜到低压侧,而大分子(M>500)及微粒被筛分,料液逐渐被浓缩而后以浓缩液排出[10].
物化法虽然操作方便,广泛应用于汽车涂装废水中,但存在着出水不能稳定达标、运行费用高等问题,经实践表明,采用物化+生化法处理汽车涂装废水是经济可行的,较之其它方法具有处理效果稳定、运行成本低、操作维护简单等特点.也是最具前景的方法之一[8].目前生化处理工序主要是先对废水进行水解酸化以提高可生化性,再用生物法处理,物化法作为生化法的预处理工序[9].
目前国内较为流行的生化工艺是生物接触氧化法和间歇式活性污泥法(SBR法).生物接触氧化法的主要特点是具有较高的容积负荷,耐负荷冲击力强,不存在污泥膨胀现象,运行管理方便;SBR法是二十世纪80年代发展起来的活性污泥运行方式.由于汽车涂装废水的水质和水量变化很大,生物接触氧化法难以稳定运行,出水水质波动较大,需要采用微絮凝过滤或活性炭吸附作为补充,出水才能稳定达标.而SBR工艺的进水、曝气反应、静止沉淀、排上清液和闲置阶段循环操作,将生物处理和沉淀集于一体,具有运行效果稳定、耐水量和有机负荷冲击、运行灵活、构造简单、操作和维护方便等特点[6],故SBR工艺在汽车涂装废水中应用较广泛.
1.3设计目的和内容
本次设计为600m3/d汽车内饰件厂生产废水设计,通过此课程设计,可保证汽车内饰件厂的工业废水不对周边的环境造成污染,对于保护当地的水环境质量具有积极的作用,对于改善人们的生活环境质量也有明显促进作用,促进当地环境与经济社会持续、稳定、协调发展,同时也树立了环保企业的形象,对于企业的公众形象有很大的帮助.污水经过处理后可以达到《污水综合综合排放标准》一级标准的水质要求,将处理后的水回用,不仅可以减少日常冲洗、水洗工序的自来水的消耗,节约经费开支和宝贵的水资源,而且也减少了厂区废水排入市政管网的数量,既有经济效益,也有环境效益和社会效益.
设计内容包括从污水处理站纳污口至污水处理后排放口之间的设备、构筑物、管道等.
设计图纸包括污水处理站平面图和高程图.
2废水处理工艺的设计
2.1设计依据、原则和范围
2.1.1设计依据及标准
a.《污水综合排放标准》(GB8978-1996)
b.《给水排水工程结构设计规范》(GBJ79-87)
c.《中华人民共和国环境保护法》和《水污染防治法》
d.《污水泵站设计规程》(DBJ08-23-91)
e.《工业建筑防腐蚀设计规范》(GB50064-95)
f.《低压配电设计规范》(GB50054-95)
g.《供配电系统设计规范》(GB50052-92)
h.《工业自动化仪表工程施工及验收规范》(GBJ93-86)
i.《城市污水水质检验方法标准》(CJ26.1-29-91)
j.《城镇污水厂污染物排放标准》(GB18918-2002)
k.同类污水处理工程的实际参数
l.业主提供的相关资料及设计要求
2.1.2设计原则及范围
a.严格按照国家关于污水处理的有关设计规范的要求进行设计,采用先进、成熟的处理工艺及设备,本着安全可靠、管理简便、经济合理的原则,力求做到管理方便、运行费用低、易于操作、便于维修、处理运行稳定可靠.
b.设计范围:
从污水处理站纳污口至污水处理后排放口之间的设备、构筑物、管道.
c.设计图纸:
包括污水处理站平面图和高程图.
2.2废水水质及设计标准
2.2.1原水水质标准
由于该汽车内饰件厂排放废水总类比较多,污染指标各不相同,为了使所有指标都能够达到排放标准要求、处理系统能够稳定运行、又最大限度的节省投资成本,设计将处理系统分为三个部分,即涂装废水处理系统、注塑车间废水处理系统及综合废水处理系统,其中涂装废水处理系统、注塑车间废水处理系统均为预处理,所有经过该处理后的废水都汇集到综合废水处理系,再与生活污水一起进行生化处理.分别简述如下:
a.涂装废水:
涂装废水进入涂装废水调节池,通过提升泵抽到涂装废水处理系统.考虑到一般工厂的排放机制,变化系数K取1.2.
设计流量Q=22.5m3/h,每天16h.PH7.6,CODcr≤3556mg/l,BOD5≤1090mg/l,SS≤130mg/l,石油类≤15mg/l,磷酸盐(以P计)≤5mg/l,总锌≤20mg/l.
b.注塑车间废水:
直接进入综合废水处理系统.考虑到一般工厂的排放机制,变化系数K取1.2.
设计流量:
300m3/d,每天16h.pH为7.9,COD为175mg/l
c.综合废水:
包括以上所有经过预处理后的废水及厂区生活污水.在以上废水进入综合废水处理系统之前,必须保证废水中的重金属离子、pH值及石油类等指标满足生化处理要求,否则生化系统中微生物将受到抑制或死亡,从而影响出水效果.变化系数K取3.
设计流量Q=90m3/d,每天16h.生活污水TN为20~85mg/l,TP为4~15mg/l,设计水质为:
CODcr为400mg/l、BOD5为250mg/l,SS为220mg/l、pH为7.5,TN为85mg/l,TP为15mg/l.
综合废水处理系统的设计水量:
Q=Q生活+Q涂装+Q注塑=360+300+90=750m3/d
设计流量50m3/h,每天16个小时.
设计水质:
CODcr为465mg/l,BOD5为295mg/l,SS为130mg/l,TN为4.25mg/l,TP为0.8mg/l.
2.2.2处理后水质标准
处理后达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一级标准.主要指标如下:
CODcr≤100mg/lBOD5≤30mg/l
SS≤70mg/l石油类≤10mg/l
磷酸盐(以P计)≤0.5mg/l总锌≤2mg/lPH6~9
综合废水处理系统对污染物去除率见表2-1.
表2-1综合废水处理系统对污染物去除率
CODcr(mg/l)
BOD5
(mg/l)
SS
(mg/l)
PO43-
(mg/l)
总锌
(mg/l)
TN
(mg/l)
石油类
(mg/l)
进水
≤465
≤295
≤130
≤0.8
达标
达标
达标
出水
≤100
≤30
≤70
≤0.1
-
-
-
去除率
≥78%
≥89%
≥46%
≥38%
-
-
-
2.3处理工艺
由于排放废水总类比较多,污染指标各不相同,为了使所有指标都能够达到排放标准要求,设计将处理分为涂装废水处理系统、注塑废水处理系统及综合废水处理系统,涂装废水的处理技术我们一般选用物理化学法,其操作简单、运行可靠、可根据废水的污染程度来调整投药量以保证去除率.所有经过预处理后的废水都汇集到综合废水处理系,再与生活污水一起进行生化处理.
2.3.1涂装废水处理工艺
一级沉淀池
一级反应槽
涂装废水调节池
二级
沉淀池
二级
反应槽
图2-1工艺流程图
涂装废水中主要污染指标是锌离子、镍离子、磷酸根和石油类物质及其它较轻的SS.在调节池底部装设曝气管,通过曝气一方面可强化水质均和的效果,同时还可以去除水中可挥发性的有机物质.经调节池均质均量后的废水用泵提升至混凝沉降系统进行处理.在第一级混凝反应器中,加入氯化钙、碱、FeSO4和聚丙烯酰胺(PAM),使pH值升到10.5~11.磷酸盐与钙盐反应生成磷酸钙沉淀,镍、锌等重金属生成各自沉淀聚合物.絮凝剂FeSO4形成络合离子,产生吸附并中和电位,电位降低,压缩双电层,胶粒碰撞促进凝集,并使胶体脱稳,形成细小密实的絮凝物,助凝剂PAM碱化后水解,部分酰胺基转化为羧酸基,在静电斥力下卷曲分子充分展开,从而起吸附作用,可使生成的小分子沉淀聚合物形成更大的絮凝体,更易沉淀(气浮)与脱水[11].
在第二级混凝反应器中,加入氯化钙、硫酸、PAC和聚丙烯酰胺(PAM),使pH值降到8.5~9.2.镍、锌等重金属生成各自沉淀聚合物.PAC和PAM同样起到絮凝的作用.
在涂装废水中,有机高分子树脂(环氧树脂)、颜料(炭黑)、粉剂、磷酸盐等在表面活性剂、溶剂及各种助剂的作用下,以胶体的形式稳定地分散在水溶液中.两级混凝中,同时利用Ca2+置换表面活性剂中的钠、胺,无机絮凝剂中和乳化油或高分子树脂电位,压缩双垫层,胶粒碰撞促进凝集完成脱稳,起到破乳、析油、分层作用.PAM的架桥作用,使微粒油珠结合成聚合体.所以混凝处理可以有效的去除废水中的大部分乳化油、高分子树脂、表面活性剂和SS.
由于Ni2+生成的Ni(OH)2沉淀,PO43-生成Ca5(PO4)3OH沉淀的最佳pH值是10.5以上,而Zn2+生成Zn(OH)2沉淀的最佳pH值范围是8.5~10,pH过高会形成ZnO22-而溶解,所以分两步沉淀.沉淀以分别去除Ni2+,PO43-和Zn2+[7].
第一级混凝反应槽采用推流式,分为三格.第一格加碱将pH调高至10~10.5,加入CaCl2,第二格加FeSO4,第三格加混凝剂PAM,反应后进入斜管沉淀池进行固液分离.三格停留时间分别为15min、15min、8min.斜管沉淀池表面负荷按1.00m3/m2.h设计.一级混凝沉淀反应CODcr去除率为50%左右,TP的去除率为95%左右.
第二级混凝反应槽采用推流式,分为三格.第一格加酸将pH回调至8~8.5,第二格加PAC,第三格加PAM,反应后进入斜管沉淀槽进行固液分离.二级混凝反应槽三格停留时间分别为15min、15min、7min.斜板沉淀池表面负荷按1.15m3/m2·h设计,二级混凝沉淀反应CODcr去除率为20%~25%,TP的去除率为30%左右.
混凝沉淀反应产生的污泥定期排入污泥池,然后用泵将污泥池污泥抽至厢式压滤机进行干化处理,污泥含水率经压滤机处理后可由99%下降至75%~80%.系统配置过滤面积为30㎡的压滤机,每天(6小时)泥饼的产生量为360kg.因污泥泥饼含大量磷酸盐物质,故污泥泥饼要运往处置单位处理.
2.3.2注塑废水处理工艺
由于注塑废水较稳定、水质好,废水经格栅直接提升到综合污水调节池.
2.3.3综合废水处理工艺
在本设计中,为了使有限的占地能满足生化处理达标的要求,应选择以尽量少的构筑物来满足生物处理运转需要的工艺.由于水质水量变化大,要求所选用的生化处理工艺具有灵活可调整性.SBR反应池集生化反应和沉淀分离于一体,废水在池中完成反应、沉淀、排水和排除剩余污泥的程序,使处理过程大为简化,同时由于其为一座池子多种功能,也使得其能较方便地控制池中混合液浓度,使反应在处于最佳物料比(F/M)的工况条件下运行.此外,其沉淀时接近于静止状态下进行的,也使得其取得最佳固液分离效果.由于废水在调节池中处于缺氧状态,兼性菌大量繁殖将大分子有机物分解为小分子有机物.故生化处理系统的调节池除了起均质、均量作用外,同时还可改善废水的可生化性,有效地去除一定量的有机物[12].
SBR工艺运行周期一般可分为进水、曝气、沉淀、滗水、闲置五个阶段,周而复始的进行.
a.进水阶段:
用泵将调节池的水抽至SBR反应池,为后面四个阶段的反应作准备.在正常运行时,进水前SBR反应池中已有一定数量的满足处理要求的活性污泥,其数量一般为SBR池容积的50%以上,即每次充水的量不到SBR池容积的一半.充水时间随被处理污水的水质而定,一般为1个小时.
b.曝气阶段:
在进水期结束后或SBR反应池充满水后,进行曝气,如同连续式完全混合活性话泥法一样,对有机污染物进行生物降解.在曝气反应阶段,活性污泥微生物周期性地处于高浓度及低浓度基质的环境中,反应器也相应地形成厌氧一缺氧一好氧的交替过程,使其不仅具有良好的有机物处理效能,而且具有良好的除氮脱磷效果.
c.沉淀阶段:
停止曝气后进入沉淀阶段.和传统活性污泥法处理工艺一样,沉淀过程的功能是澄清出水、浓缩污泥.SBR反应池本身就是一个沉淀池,它避免了在连续流活性污泥法中泥水混合液必须经过管道流人沉淀池沉淀的过程,从而有可能使部分刚刚开始絮凝的活性污泥重新破碎的现象.此外,该工艺中污泥的沉降过程是在相对静止的状态下进行的,因而受外界的干扰甚小,具有沉降时间短、沉淀效率高的优点.
d.滗水阶段:
SBR反应池中的混合液在经过一定时间的沉淀后,利用滗水器将反应池中的上清液排出反应池.
e.闲置阶段:
闲置期的功能是在静置无进水的条件下,使微生物通过内源呼吸作用恢复其活性,并起到一定的反硝化作用而进行脱氮,为下一个运行周期创造良好的初始条件.通过闲置期后的活性污泥处于一种营养物的饥饿状态,单位重量的活性污泥具有很大的吸附表面积,因而一当进入下个运行周期的进水期时,活性污泥便可充分发挥其较强的吸附能力而有效地发挥其初始去除作用.闲置期的设置是保证SBR工艺处理出水水质的重要内容.闲置期所需的时间也取决于所处理的污水种类、处理负荷和所要达到的处理效果.一般排泥在闲置阶段进行[13].
SBR工艺也有一定的除磷功能.其除磷有两个工作过程,即吸磷过程和放磷过程.在曝气阶段,SBR池废水在有氧的状态下,聚磷菌将储存于体内的有机酸氧化分解,并释放大量能量供聚磷菌生长繁殖;在透膜酶的催化作用下,部分能量供聚磷菌主动吸收废水中的磷酸盐,并以聚磷酸盐的形式富集于菌体内,这就是好氧吸磷过程.被富集于菌体内磷酸盐,一部分在排泥阶段以剩余污泥的形式排出,这是SBR工艺除磷的要途径.从静止沉淀阶段到闲置阶段,生物池逐渐由好氧状态向缺氧状态转变,此时污水中的活性污泥中的聚磷酸在厌氧状态下,将体内积聚的聚磷释放分解,产生能量部分供聚磷生存,聚磷菌在厌氧条件下释放磷愈多,在好氧的条件下合成的聚磷量愈多,除磷的效果就会好.这就是厌氧放磷过程[14].
SBR流程见图2-2.所有污水经过回转式格栅除污机去除较大漂浮物及粗渣后进入综合废水调节池,通过曝气搅拌均质均量、水解酸化尽可能减小生化处理冲击负荷和有机负荷、提高可生化性.废水进入SBR反应池进行处
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