武汉理工大学资源与环境工程课程设计.docx
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武汉理工大学资源与环境工程课程设计
题目:
200m3/d含油废水处理工程设计
初始条件:
依据厂里提供的资料,进水水质为:
设计流量Q=200m3/d,BOD5=2200mg/L,COD=5000mg/L,SS=2000mg/L,动植物油=2000mg/L,NH3-N=80mg/L,pH值为6~9。
处理出水标准为《污水综合排放标准》(GB8988-1996)中一级标准:
BOD5≤20mg/L,COD≤60mg/L,SS≤20mg/L,动植物油≤10mg/L,NH3-N≤15mg/L,pH值为6~9.
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10篇的相关资料,其中英文文献不少于2篇。
2.根据废水的水质、水量和处理要求,选择合理的工艺流程,并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、主要构筑物的平面图、剖面图,折合不少于2张1#图纸。
4.完成一份10000字以上的设计计算说明书。
时间安排:
1.任务书下达,查阅资料1天
2.制图规范、设计说明书讲解2天
3.设计计算说明书的书写1天
4.绘制图纸1天
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
摘要
本课程设计主要针对200m3/d含油废水处理工程设计,所得结果对于处理含油废水废水具有重要的指导意义。
本课程设计主要设计了格栅、沉淀混凝池、隔油池、二级气浮、UASB、A/O。
设计结果表明:
按照该工艺处理废水,出水水质将得到明显改善,并可达到《污水综合排放标准》一级标准。
本文的特色在于:
针对本设计给出的小流量含油废水,悬浮物浓度高,含有氨氮的特点,提出了采用混凝沉淀二级气浮加上流式厌氧污泥床反应器加内循环好氧生物流化床进行处理的组合工艺。
关键词:
含油废水;二级气浮;A/O
目录
摘要.............................................................I
目录.............................................................II
绪论.............................................................1
1.1含油废水处理工艺简介..........................................1
1工程概述........................................................2
1.1制药废水研究现状............................................2
1.2设计要求....................................................2
2设计依据、原则和范围............................................2
2.1设计依据....................................................2
2.2设计原则....................................................3
2.3设计范围....................................................3
3工艺流程选择....................................................4
3.1工艺选择分析................................................4
3.2工艺流程....................................................4
4工程设计........................................................4
4.1格栅设计....................................................4
4.2集水井设计..................................................6
4.3均质沉淀池设计..............................................6
4.4水解池设计..................................................7
4.5UASB反应器设计..............................................9
4.6接触氧化池..................................................14
4.7二沉池设计..................................................15
5污泥部分设计计算................................................17
5.1集泥井设计..................................................17
5.2污泥浓缩池设计..............................................18
6高程布置........................................................18
6.1高程布置原则................................................18
6.2高程布置结果................................................19
7平面布置........................................................19
7.1总平面布置原则..............................................19
8总结与展望......................................................19
参考文献..........................................................22
致谢..............................................................23
1绪论
1.1含油废水处理工艺简介
含油废水可以再水体表面形成一层油膜,使水体缺氧,阻碍水体自净过程。
含油废水的来源非常广泛。
除了石油开采及加工工业排出大量含油废水外,还有固体燃料热加工、纺织工业中的洗毛废水、轻工业中的制革废水、铁路及交通运输业、屠宰及食品加工以及机械工业中车削工艺中的乳化液等。
其中石油工业及固体燃料热加工工业排出的含油废水为其主要来源。
含油废水(特别是可浮油)排入水体后将在水面上产生油膜,阻碍大气中的氧向水体转移,使水生生物处于严重缺氧状态而死亡。
在滩涂还会影响养殖和利用。
有资料表明,向水面排放一吨油品,即可形成5*106m2的油膜。
含油废水排人城市沟道,对沟道、附属设备及城市污水处理厂都会造成不良影响,采用生物处理法时,一般规定石油和焦油的含量不超过50mg/L。
因此关于含油废水的处理意义重大。
含油废水(特别是可浮油)排入水体后将在水面上产生油膜,阻碍大气中的氧向水体转移,使水生生物处于严重缺氧状态而死亡。
在滩涂还会影响养殖和利用。
根据油类在水相中存在形式,可以分为四类:
(1)浮油。
以连续相漂浮于水面,形成油膜或油层。
油滴粒径一般大于100μm。
(2)分散油。
以微小油滴悬浮于水中,不稳定,静置后往往变成浮油,其油滴粒径为10~100μm。
(3)乳化油。
水中含有的表面活性剂使油成为稳定的乳化液,油滴粒径极微小,一般小于10μm,大部分为0.1~2μm。
(4)溶解油。
一种以化学方式溶解的微粒分散油,油粒直径比乳化油还要小,有时可小到几纳米.【1】
含油废水处理技术,按其作用原理和去除对象一般可分为物理化学法(主要有气浮法、膜分离法、吸附法、粗粒化法等),化学法(主要有化学絮凝法、化学氧化法、电化学法等)和生物处理法(主要有活性污泥和生物滤池法)。
各种单一净化方法都有其局限性,根据废水成分与性质、油分存在的形式、回收利用的深度、排放方式以及环境和经济的要求等因素,通常采用几种方法合理组合,形成多级处理的工艺,从而实现良好的除油效果,使出水水质达到废水排放标准。
气浮技术是国内外含油废水处理中广泛使用的一种水处理技术,其原理就是在水中通入空气或其他气体产生微细气泡,使水中的一些细小悬浮油珠及固体颗粒附着在气泡上,随气泡一起上浮到水面形成浮渣,从而完成分离的一种净水法。
下表是各种处理方法的比较:
各种含油废水处理方法比较表1(摘自张文林)
方法
适用范围
去除粒径
μm
COD去除率/%
主要优点
主要缺点
加压气浮
分散油、乳化油
60>d>10
>85
效果好,工艺成熟
占地面积大,浮油难处理
膜过滤
乳化油、溶解油
60>d>10
>95
出水水质好,设备简单
膜清洗困难,操作费用高
吸附
溶解油
10>d>1
>85
出水水质好,设备占地面积小
吸附剂再生困难,投资较高
电磁吸附
乳化油
60>d>10
>75
除油率高,装置占地面积小
耗电量大,工艺未成熟
粗粒化
分散油、乳化油
60>d>10
>95
设备小型化,操作简单
滤料易堵
化学凝聚
乳化油
60>d>10
>90
效果好,工艺成熟
占地面积大,药剂用量多,污泥难处理
化学氧化
乳化油
60>d>10
>95
出水水质好设备占地面积小
设备投资高,操作费用高
电解
乳化油
60>d>10
>90
除油率高,连续操作
装置复杂,耗电量大,消耗大量铝材
活性污泥
溶解油
10>d>1
>90
出水水质好,基建费用较低
进水要求高,操作费用高
生物滤池
溶解油
10>d>1
>95
适应性强
运行费用低基建费用高
含油废水的预处理一般使用隔油池,隔油池利用废水中悬浮物和水的比重不同而达到分离的目的。
隔油池的构造多采用平流式,含油废水通过配水槽进入平面为矩形的隔油池,沿水平方向缓慢流动,在流动中油品上浮水面,由集油管或设置在池面的刮油机推送到集油管中流入脱水罐。
在隔油池中沉淀下来的重油及其他杂质,积聚到池底污泥斗中,通过排泥管进入污泥管中。
经过隔油处理的废水则溢流入排水渠排出池外,进行后续处理,以去除乳化油及其他污染物。
【3】
隔油池多用钢筋混凝土筑造,也有用砖石砌筑的在矩形平面上,沿水流方向分为2~4格,每格宽度一般不超过6米,以便布水均匀。
有效水深不超过2米,隔油池的长度一般比每一格的宽度大4倍以上。
隔油池多用链带式的刮油机和刮泥机分别刮除浮油和池底污泥。
一般每格安装一组刮油机和刮泥机,设一个污泥斗。
若每格中间加设档板,挡板两侧都安装刮油机和刮泥机,并设污泥斗,则称为两段式隔油池,可以提高除油效率,但设备增多,能耗增高。
若在隔油池内加设若干斜板,也可以提高除油效率,但建设投资较高。
在寒冷地区,为防止冬季油品凝固,可在集油管底部设蒸汽管加热。
隔油池一般都要加盖,并在盖板下设蒸汽管,以便保温,防止隔油池起火和油品挥发,并可防止灰沙进入。
2设计内容与任务
废水的设计流量为200m3/d,其进水主要污染物的浓度和根据《污水综合排放标准》(GB8988-1996)中一级标准的出水标准如下表1:
CODmg/L
BOD5
mg/L
NH3-N
mg/L
SS
mg/L
动植物油mg/L
pH
进水水质
5000
2200
80
2000
2000
6~9
出水水质
60
20
15
20
10
6~9
设计进、出水水质表2
该废水具有以下几个特点:
a.动植物油含量很高,超出排放标准200倍,故应该采取针对性的排油工艺以降低动植物油含量。
b.高COD、BOD。
COD高达5000mg/L,故应该采取厌氧生物法进行预处理。
c.高SS。
在活性污泥法之前必须将SS降低。
d.需要一系列脱氮工艺。
3处理工艺的选取与简介
3.1粗大颗粒物的去除
3.1.1格栅
格栅式处理厂的第一个处理单元,它是以一组平行的金属栅条制成,之间形成缝隙。
水流通过它时,粗大的物质会被截留下来。
3.1.2沉砂池
沉砂池的功能是去除水中的砂粒、煤渣等比较大的无机杂质,同时也可以去除少量的比较大的有机杂质。
本次采用效果很好的曝气沉砂池。
3.2混凝沉淀
3.2.1混凝池
化学混凝所处理的对象,主要是水中的微小悬浮物。
向水中投加一些混凝剂使胶体脱稳。
混凝的原理有以下三个:
①反离子的压缩作用。
电离产生的Al3为高价反离子,对胶体的扩散层有强烈的压缩作用,使胶体的∈电位下降,胶粒间斥力变小,使胶粒易于在相互碰撞中聚集成大颗粒凝絮,并在重力的作用下,从水中沉淀出来。
②吸附架桥作用。
当向水中加入高分子电解质时,不仅使胶体“脱稳”而凝聚,同时又进一步形成絮凝体。
这是因为高分子物质对胶粒有强烈的吸附作用。
高分子长链物一端可能被其他胶粒吸附,形成一个高分子链状物,同时吸附在两个以上胶粒表面上。
此时高分子长链像是各胶粒间的桥架,将胶粒联结在一起使胶粒间形成絮凝体,最终沉降下来,从而从水中除去这些胶体杂质,这种作用称为吸附架桥作用,由于悬浮微粒的吸附和高分子物质的架桥作用,破坏了胶体的稳定性,逐渐形成类似棉絮的沉淀物(俗称“矾花”),该过程通常称为“絮凝”。
无机高分子盐类。
如铝盐,铁盐的水解产物也能起到类似吸附架桥的这种作用。
③网捕作用。
当向水中投加铝盐、铁盐等药剂时,铝盐或铁盐会在水中水解成高聚合度的氢氧化物,像一张滤网,可以吸附,夹带水中的胶体杂质而沉淀,这个作用可以称为混凝剂的网捕作用。
一般的絮凝剂有:
1)无机高分子絮凝剂。
无机高分子絮凝剂的品种在我国已经逐步形成系列。
阳离子型的有聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合磷酸铁(PFP)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铁(PFC)等。
阴离子型的有活化硅酸(AS)、聚合硅酸(PS)。
无机复合型的有聚合氯化铝铁(PAFc)、聚硅酸硫酸铁(PFSS)、聚合硅酸氯化铁(PFSC)、聚合硅酸铝铁(PFSI)、聚合磷酸铝铁(PAFP)、硅钙复合型聚合氯化铁(SCPAFC)等。
因为纸浆带负电荷,一般选择阳离子型的高分子絮凝剂,同时起中和电荷和絮凝架桥的双重作用,沉淀效果好。
目前常用聚合氯化铝(PAC)作絮凝剂以除去纸浆中的悬浮物和胶体粒子。
其优点是可以同时除浊和除色,而且用量仅为硫酸铝的1/4~1/2,水温降低时絮凝作用变化不大。
其缺点是容易生成细小矾花,较难进行固液分离,纸浆回收效率较低。
据研究报道,铝盐絮凝剂有一定的毒性,水中铝含量高于0.5mg/L即可使鲑鱼死亡,对植物和微生物也有毒副作用,对人易引起老年性痴呆病等。
2)有机高分子絮凝剂。
同无机高分子絮凝剂相比,有机高分子具有用量少、絮凝速度快、受共存盐和pH值及温度影响小、生成污泥量少且易于处理等优点,因而具有广阔的应用前景。
在合成的有机高分子絮凝剂中,聚丙烯酰胺(PAM)的应用最多。
它有非离子型、阳离子型和阴离子型三种。
高相对分子质量(106以上)的聚丙烯酰胺(PAM)属阴离子型絮凝剂,絮凝作用强而无毒,对悬浮于水中的细小粒子产生非离子吸附,使粒子之间产生交联。
利用无机高分子絮凝剂聚合氯化铝(PAC)和有机高分子絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)配合处理废纸再生废水,cOD去除率达75%以上,透光率达92%~99%。
3)天然高分子絮凝剂。
天然高分子絮凝剂可分为碳水化合物、黄原酸酯类、壳聚糖类和甲壳素类等。
淀粉——丙烯酰胺共聚物为母体而制备的阳离子絮凝剂,成本价格低于阳离子聚丙烯酰胺(CPAM),用量也低于阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和聚丙烯酰胺(PAM),而且提高了生物降解性。
用其进行污水处理和污泥脱水,效能明显优于国产的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)和非离子型聚丙烯酰胺(PAM)。
本实验选择PAC,PAC不仅可以去除SS,也可以去除大约30%的BOD和COD,但是需要注意的是此处无法去除油,因为絮凝法除油的油属于乳化油,而该污水中的油是动植物油,属于浮油或分散油。
3.2.1.1配置设备
本次采用一体化加药设备与投加量自动控制综合集中了溶配、加药功能该加药装置有较强的耐腐蚀强,可装置各种计量泵以及电动搅拌器。
3.2.1.2投药设备
若泵房距离处理厂较劲则采用泵前投加的方式,反之可以采用重力投加。
3.2.1.3絮凝池
本次设计水量小,可以选择使用桨板式机械絮凝池。
3.2.2沉淀池
沉淀池的计算见下一部分。
3.3排油系统
由于动植物油达到2000mg/L,故该废水中油的成分中分散油和浮油应该占很高的比例,故在此选用流程为:
含油废水隔油一级气浮二级气浮
3.3.1隔油池
隔油池可以用作排油系统的预处理,将一些浮油除掉。
隔油池有平流式隔油池(API)、平行板式隔油池(PPI)、倾斜波纹板式隔油池(CPI)。
其中由于API造价低廉、工艺简单的原因,是人们使用最普遍的隔油池。
在此处我也选用平流式隔油池。
由于隔油池对进水流速有一定的要求,故沉砂池之后污水应先进入调节池,之后再进入隔油池。
油水以较慢的速度流动经过密度差异分离,密度小于水的油浮出水面,密度大于水的颗粒杂质沉于池底,水从池的另一端流出。
在隔油池的出水端设置集油管。
集油管可以绕轴线转动,平时槽口位于水面上,当浮油层积到一定厚度时,将集油管的开口转入水面下,让浮油进入管内,导出池外。
为了能及时排油和排除底泥,在隔油池内设置刮油刮泥机。
刮油刮泥机的刮板速度一般应与水流速度接近。
油水分离后,油被送入集油间后再被泵如污油脱水罐,加温脱水后,再送入污油罐。
处理后的水经管引至调节池。
3.3.2气浮池
气浮法除油效果好、效率高,是目前除油最主流的方式。
主要包括三种:
加压溶气气浮法、叶轮气浮法、射流气浮法。
【3】目前加压溶气法是最成熟的工艺,本次采用加压气溶法。
由于要求的出水动植物油的要求较高,仅仅用隔油加一级气浮还并不能达到出水水质,所以在一级气浮之后又加了二级气浮。
其中一级气浮使用的是全加压溶气法,而二级气浮采用部分加压溶气法。
全加压溶气法是将全部入流废水进行加压溶气,在经过减压释放装置进入气浮池进行固液分离。
部分加压溶
气气浮法是将部分入流废水加压溶气,其余直接进入气浮池。
3.3.2.1气浮池的分类
气浮池是污染物与水分离的设备。
根据水流方向的不同,气浮池可分为平流式和竖流式两种。
一般认为,水量较小时用竖流式的,水量较大时用平流式的,但无绝对界限。
气浮池水深一般2m左右,分离室停留时间一般不小于60min。
平流式气浮池在目前气浮净水工艺中使用最为广泛。
1)平流式气浮池:
废水进入反应池完成反应后,将水流导向底部,以便从下部进入气浮接触室,延长絮体与气泡的接触时间,池面浮渣刮入集渣槽,清水由底部集水管集取。
该形式的优点是池深浅、造价低、构造简单、管理方便;缺点是与后续处理构筑物在高程上配合较困难,分离部分的容积利用率不高等。
2)竖流式气浮池:
竖流式气浮池为圆形或方形的池子,水流从池子下部进入,向上流动,油渣聚集于水面,借助于上部的刮渣机将油渣收集到池外。
其优点是接触室在池中央,水流向四周扩散,水利条件比平流式单侧出流要好,便于与后续构筑物配合;缺点是与反应池较难衔接,容积利用率低。
此处在用平流式气浮池。
3.3.2.2两种工艺流程
1)全部污水加压溶气气浮:
全部废水由泵加压至3-4个大气压,并在压力罐上通入一定量的压缩空气后,水气混合进入溶气罐,并继续在压力条件下停留一段时间进行气水混合和溶解,然后通过减压阀进入常压气浮池进行气浮。
当处理的污水中含油和悬浮物的量较高时,多采用此流程。
这种方法由于受动力消耗的限制(加压设备和溶气罐较大),溶气压力不能提得很高,故有气泡不均匀和饱和度偏低的缺点;废水中杂质多,经常堵塞释放器的释放孔,并且污水经射流器、释放器时憋压、阻流,整个浮选系统的运行不正常。
若在气浮之前需经混凝处理时,则已形成的絮凝体势必在压缩和溶气过程中破碎。
因此,其应用范围有限。
2)部分污水加压溶气气浮:
该流程只将需要处理的一部分污水加压溶气,然后同未加压的污水在气浮池混合,产生的气泡分离全部污水中的污染物质。
用于加压溶气的水量通常只占总水量的30-50%,这样,在与部分回流水加压电耗相同的情况下,溶气压力可大大提高。
因而,形成的气泡分散度更高、更均匀。
采用这种方法可缩小加压系统的体积,降低动力费用,但当投加絮凝剂时,絮凝体容易打碎,从而影响净化效果。
当处理的污水含油和悬浮物较少时,可以采用此流程。
3.3.2.3混凝剂
加入混凝剂有两个作用:
1)去除废水中可能存在的乳化油。
2)形成絮凝体,吸附油珠和悬浮物共同上浮,增强泡沫的稳定性。
3.4UASB预处理
厌氧生物处理过程是由许多中间步骤组成的复杂过程。
厌氧生物处理的基本原理目前被人们广泛接受的是三阶段理论。
此理论将复杂的厌氧生化过程大致可以分为三个阶段,即:
水解、发一酵阶段;产氢产乙酸阶段;产甲烷阶段。
相应的,将厌氧发酵微生物分为发酵细菌群、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群三个主要的细菌群。
三个阶段过程是相互独立但又相互联系的。
第一阶段为水解发酵阶段。
在该阶段,复杂的有机物在厌氧菌胞外酶晦作用下,首先被分解成简单的有机物,如纤维素经水解转化成较简单的糖类;蛋白质转化成较简单的氨基酸;脂类转化成脂肪酸和甘油等。
继而这些简单的有机物在产酸菌的作用下经过等。
厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类参与这个阶段的水解发酵蘸主要是厌氧菌和兼性厌氧菌。
第二阶段为产氢产乙酸阶段。
在该阶段,产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物,如丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等转化成乙酸和氢,并有C02产生。
第三阶段为产甲烷阶段。
在该阶段中,产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、H2和C02等转化为甲烷。
三阶段理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸、H2/c02和甲醇等以外的有机酸和醇类,长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸菌转化为乙酸、Hz和C02等后,才能被甲烷菌利用。
几乎与三阶段理论提出的同时,有科学家提出了四菌群学说。
该理论认为复杂有机物的厌氧硝化过程有四种厌氧微生物菌群参与,即增加了同型(耗氢)产乙酸菌群,该菌群的代谢特点是能将H2/C02合成为乙酸。
由于COD较高,故使用UASB作为预处理。
升流式厌氧污泥床UASB(Up-flowAnaerobicSludgeBed,注:
以下简称UASB)工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点,作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源——沼气的一项技术。
对于不同含固量污水的适应性也强,且其结构、运行操作维护管理相对简单,造价也相对较低,技术已经成熟,正日益受到污水处理业界的重视,得到广泛的欢迎和应用。
UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。
在底部反应区内存留大量厌氧污泥,具有良好的
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