[吉林]污水处理工程工艺设计
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CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY开 题 报开 题 报 告告设计题目:设计题目:吉林大众机加乳化液污水处理工程工艺设计吉林大众机加乳化液污水处理工程工艺设计学生姓名:学生姓名:韩韩官官勇勇学院名称:学院名称:水利与环境工程学院水利与环境工程学院专业名称:专业名称:给水排水工程给水排水工程班级名称:班级名称:给水给水 09410941学学号:号:09064411130906441113指导教师:指导教师:刘刘红红波波教师职称教师职称:讲讲师师学学历:历:硕硕士士20132013 年年 3 3 月月 1 18 8 日日1开题报开题报告告一、选题依据一、选题依据1.设计目的及意义我国城市污水处理相对于国外发达国家、起步较晚。近 200 年来,城市污水处理已从原始的自然处理、简单的一级处理发展到利用各种先进技术、深度处理污水,并回用。处理工艺也从传统活性污泥法、氧化沟工业发展到 A/O、A2/O、AB、SBR(包括 CCAS 工艺)等多种工艺,已达到不同的出水要求,虽然如此,我国的污水处理还是落后于许多发达国家。在我们大力引进国外先进技术、设备和经验的同时,必须结合我国发现,尤其是当地实际情况,探索适合我国实际的城市污水处理系统。毕业设计是工科大学本科学生在完成教学计划规定的全部课程(学分)后所必须进行的重要实践性教学环节。通过某工业污水处理工程的设计与研究,综合运用、深化和拓宽所学相关理论知识;培养独立分析和解决工程实际问题的能力及一定的创新能力;全面提高综合素质和工程实践能力,使学生较系统地受到工程师的基本训练。2.设计拟解决的工程实际问题.、水处理市场进入快速发展期目前,城市工业生产的发展,城市人口的递增,城市规模的扩大,工业废水和生活污 水排出量日益增多,大量未经处理的污水直接排入周围河流,致使城市周围环境污染十 分严重,不但直接污染了市区的地下饮用水,而且对河流下游地区的农业生产和人民生 活造成了危害,人类和生物赖以生存的生态环境受到了日益严重的威胁。同时,水生态 系统体现了人与水的和谐共存与协调发展,是城市生态系统的主要组成部分和关键因素,与一个城市的可持续发展密切相关。随着我国经济发展和城市建设,各地区水处理需求增大。国家从政策上鼓励节能环保和节约用水使得循环水处理和水资源综合治理产业迅速崛起。这一时期是行业快速发展的阶段,国内企业相对较少,业务同质化程度低,在新型水处理市场领域外资企业还没有对本土企业造成实质性竞争。总体来说,水处理市场处于快速发展期,这有利于各类中小企业发展。.、政策鼓励循环水系统治理和水资源综合治理下游市场增大投资从“十一五”规划起国家即重视环保投入,GDP1.35%的投资目标使得循环水系统治理和水资源综合治理行业收益明显。我国是缺水国家,人均水资源占有率仅有 2300 立方米,国2家十分重视水资源的保护和循环利用。国家鼓励循环经济、支持可持续发展、强力推行节能减排、重视绿色环保产业发展这些都涉及到节约水资源、加大综合利用程度的诉求。在城市污水治理上国家提出了 70%的治理率目标,各地区的城市污水处理厂建设、景观水体治理、工业污废水综合利用等项目投资明显增大。循环水处理和水资源综合治理下游市场的投资必然拉动设备制造和工程集成服务需求增长,这对于行业发展十分有利。.、市场供求状况有利于行业发展在国家产业政策和经济持续快速发展因素的拉动下,水处理规模在不断上升。同时受到环境恶化的影响,对水处理的要求标准也在不断提高,例如新建的污水处理厂要求氮、磷的排放标准由以前的一级 B 提高到一级 A 标准。因此,将有一些纯粹的设备供应商因标准的提高而被淘汰,同时拥有核心技术的企业将在不断扩大的市场中占据高端市场。.、工业项目对环境的影响及措施水处理厂可能产生恶臭,预测恶臭对厂界及周围居民点有所影响,并提出了相应的控制措施。铁碳微电解具有使用范围广、工艺简单、处理效果好等特点,尤其对于高盐度,高 COD 以及色度较高的工业废水的处理较其他工艺具有更加明显的优势。难生物降解的废水经铁碳微电解工艺处理后 B/C 大大提高,有利于后续生物处理效果的提高。国内一般将该工艺用于废水的预处理,或者与其他工艺联合以达到去除污染物的目的。3.设计拟应用的现场资料综述.、企业排放水量与排水情况本项目废水产生量为 550m3/d,原水水质:乳化液 COD:100000-300000(mg/L),PH:810;清洗液 COD:20000-30000(mg/L),PH:810;混合废水水质:清洗液和乳化液混合废水水质COD:60000-165000(mg/L),PH:810经过处理后,出水水质达到 GB8978-1996 中的三级标准,主要污染物控制最终排入市政管网。3表 1企业污水排放执行标准单位:mg/L污染物污水综合排放一级标准SS400COD500NH3-N-BOD5300色度(稀释倍数)50.设计相关技术的国内外现状.、乳化液1)、乳化液污水特性乳状液分散介质的粘度对乳状液的稳定性有一定影响。一般地,分散介质的粘度越大,乳状液的稳定性越高。这是因为分散介质的粘度大,对液体粒子的布朗运动阻碍作用强,减缓了液体粒子之间碰撞,使体系保持稳定。通常能溶于乳状液的高分子物质均能增高体系的粘度,使乳状液的稳定性增高。此外高分子还能形成坚固的界面膜,使乳状液体系更加稳定。热分离性差,乳化液的稳定性好,但分离的油滴直径小,相应地分离的油量少,润滑性能差。热分离性好,则润滑性提高,但是乳化液稳定性降低。因此要求轧铝乳化液具有适中的热分离性。乳化液废水特点:乳化液废水具有含油量高、油粒细、有机物浓度高的特点。4乳化液成份表序号成份常用物质名称1基础油5 号、7 号、10 号机油、蓖麻油、菜籽油、豆油等2乳化剂阴离子表面活性剂:油酸、高碳酸、蓖麻油、松香等皂类:磺化油、石油磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等磺酸钠与酸脂类:高级醇磷酯二钠盐等磷酸酯类。非离子型表面活性剂:聚样乙酯3防锈剂碱类:碳酸钠、三乙醇胺、二乙醇胺、苯乙醇胺等。水溶性缓蚀剂:亚硝酸钠、苯甲酸钠、磷酸三钠、硼砂、水玻璃等。油溶性缓蚀剂:石油磺酸被、环烷酸锌、羊毛脂等。4防霉杀菌剂苯酚、四氯酚、己基汞硫代水5稳定剂三乙醇胺、乙醇、异丙醇等。6助溶剂少量水与乙醇的混合物。7极压添加剂氯化石蜡、氯化硬脂酸等。酸性磷酸酯、磷酸三甲酚脂等。硫化脂肪油、硫化油酸、烷基硫化物等。二聚酸乙二脂单脂等。8消泡剂乙醇和其他低级醇、聚醚型表面活性剂9软水机无水碳酸钠、氢氯化钠等。.、乳化液的处理方法:国内外近几十年来,对各种“破乳”方法进行了大量的研究。其中化学方法有:酸化法、盐析法、酸化凝聚法、凝聚法,破乳剂法等,物理法有电解处理法、气浮法、高梯度磁分离法、超滤法等。也有物理化学法,如化学破乳+电解气浮法等。这些方法各有利弊,适用与不同乳化液废水的处理。下面谈谈国内数座机加乳化液废水常用的处理方法。1、预处理()超滤法(Ultrafiltration)国外早在 20 世纪 60 年代末就开始将超滤装置用于工业系统,我国从 70 年代开始着手这方面的研究工作,但无论在国内还是国外,将超滤装置应用于废水处理工程的并不普遍,这与超滤装置相对昂贵的价格,技术的复杂性有一定关系。随着超滤膜技术的不断发展,其5低压、常温、单一相态、控制系统集中、管理方便的优越性日益受到用户的公认。1)、超滤法原理超滤法的原理是利用孔隙较大的半透膜,采用交叉流动的方式,在一定的压差和紊流流动的情况下,废水中大部分极性分子能通过半透膜,而所有非极性分子(如胶体微粒)和分子量较大的物质则不能通过半透膜而被截留,从而使废水得到净化。交叉流过滤是一个连续过滤的过程,输入液流与膜平行,而有一部分液体则垂直渗透过膜,膜两边的压力差是渗透压。液体交叉流动造成湍流,能冲洗膜表面的微粒,降低膜表面的污染程度。超滤主要是分离分子级的微粒,直径大小为 0.0110m,分子量一般大于 500,这种液体的渗透压很小,因而采用的操作压力较小,一般在 0.10.5Mpa 即可。例如上文提到的利用超滤法处理半稳定性水包油型乳化液废水,超滤膜可以截留的分子量为 1500020000,操作压力为 0.35Mpa,净化水透过率为340L/m2h,乳化液的透过率为 46L/m2h。2)、超滤膜材质由于超滤是在超滤膜两侧进行的,因此超滤膜的材质将直接影响超滤的效果。超滤膜的研制最早是从有机膜开始的,早在 60 年代初就研制出醋酸纤维素膜,这种膜耐 PH 值范围为310,最高工作温度40OC,稳定性较好,通量较大,清洗周期一般为 510 天,膜的寿命较长。我国 80 年代末某机加引进的超滤装置采用的就是这种超滤膜,到目前为止,超滤管仅更换了三分之二。后来,人们又研制出聚酰胺膜,PH 耐受范围扩至 213.5,最高工作温度57OC。经过多年研究,人们发现比较理想的超滤膜荷电型磺化聚矾膜和聚偏氟乙烯膜等,这种膜表面带有负电荷,本身就能吸附(或截留)某些无机离子,使其达到电平衡,具有较好的抗污染能力。这些有机膜的乳化液截留率一般99.8%,通量为99.9%,通量为100L/m2h,膜管寿命一般 310 年,但费用却不高,一般 610 元人民币/m2;而且,陶瓷膜的清洗也较容易,油污不易附着在膜上。陶瓷膜管的缺点在于制膜工6艺复杂,特别是制备小孔径膜困难,质脆柔韧性差,抗冲击性差,运输和运行中易碎。目前国内也有报道,可将亲水的无机陶瓷细粉材料(Al2O3)掺杂到聚砜中制成复合膜,这种复合膜的制备工艺与有机膜相同,工艺简单,操作方便,并且具有有机膜和无机膜的共同优点。这种复合膜可以制备在各种载体上,可以制成各种形式的膜组件。无机陶瓷材料的加入,可以使复合膜的性能与陶瓷膜几乎一样,同时避免了陶瓷膜质脆的缺点。报道说,这种复合膜孔隙率最高可达 81.3%,最大通量在 0.1Mpa 操作压力下,可达 124.4L/(m2h)。3)、影响超滤性能的因素影响超滤性能的因素主要是流速、压力、温度及含油浓度等。这可以通过下述经验公式反映出来:1/J=1/P/(Rm+Rf)+1/AQ ln(C/C)-(1)式中:J 渗透液通量(L/m2h)P膜的内外压力差(kg/cm2)Rm膜的阻抗Rf膜面受到污染而造成的阻抗Q-废水的流速C 原液浓度A、X、C经验常数从上述公式可以看出,渗透液通量随流速的增高而加大,随操作压力的提高而加大,废水中温度升高,渗透液通量也随之增大。但是温度的增高,必然会引起一次性投资和运行费用的增加。根据运行经验,一般超滤处理的最佳温度在 60OC 以下。在操作压力、废水流速、温度等可控条件稳定的情况下,影响超滤工作最主要的就是废水的含油浓度,以及膜面受污染而引起的阻抗,膜的表面污染引起的浓差极化将严重改变膜的截留率。通常机加乳化液的含油浓度变化不大,仅仅在混入润滑油、液压油等时才会引起含油浓度的变化。因此,对超滤膜表面适时进行清洗是非常必要的。一般工程实例中在渗出液管道上采用流量计来检测流量,流量过大时,可能出现膜破裂的情况,必须停车检修;流量过小时,说明超滤膜表面污染阻抗太大,应该进行清洗。4)、超滤法工艺针对机加乳化液废水的性质,一般采用超滤法的工艺流程如下:(见图二)7通常情况下,由于乳化液废水中含有大量的杂质,因此先将机加生产线排来的乳化液废水收集在调节池内,进行均质预处理,调节来水的不均匀性,同时可去除废水中的浮油和沉淀的油泥;另一方面,在调节池内对废水进行加热,使乳化液的温度升高,以提高后续的超滤装置的除油效果。调节池的出水在进入超滤装置前,先要经过一道过滤措施,较多机加采用纸带过滤机,即可去除废水中的较大颗粒杂质,以防止超滤膜的堵塞。这种设备操作维护简单,含有杂质的纸带可烧掉,不会带来二次污染的问题,设备费用也较低,因此广受用户青睐。由于废水中含油浓度对超滤装置正常工作的影响很大,因此,人们在实践经验上总结出一套公式:J=K ln(C/C),其中:K 为常数-(2)一般情况下,含油浓度超过 50%时,渗透率就大大下降。国内超滤系统多采用二级或多级处理工艺就是基于这个道理。一般竟预处理后的含油废水用泵送至循环槽,再由供给泵供至超滤装置。循环泵使废水在超滤管内循环,在操作压力作用下,水分子透过滤膜成为渗透出水,油和大分子物质被截留在管内不断浓缩。经过一级、二级或多级处理,油被浓缩而废水得到净化。一级超滤后的出水含油浓度约为 2030%,二级超滤后的出水含油浓度将达到50%左右。乳化液废水经过超滤处理后,渗透水的含油量可以达到 810mg/l。由于超滤工艺对废水中溶解性的 COD 无法去除,因此,当乳化液废水中溶解性 COD 指标太高时,必须对超滤的渗透出水进行 COD 降解;也可以将超滤渗透出水与其它废水系统合并一道处理。为了获得质量高、体积小的废油,可将经超滤处理后的废油送至油水分离槽,通过加温进一步浓缩分离,可将最终浓缩废油的浓度提高到 90%以上。8超滤装置在运行一段时间后,需停机进行清洗,以保持超滤膜的渗透通量,延长滤膜的寿命。超滤膜的清洗周期将随超滤膜的材质和乳化液废水的性质而变化。对于有机膜超滤管的清洗,一般采用化学清洗剂,酸或碱液,并借用海绵球或纤维球,通过清洗泵进行循环机械清洗,清洗周期一般为 57 天。对于无机膜超滤管的清洗,一般仅采用化学清洗剂清洗即可,但清洗周期较短,一般为 35 天。5)、超滤装置超滤装置的配备包括超滤管,循环泵,供料泵,循环槽,废液槽,清洗槽,渗透液槽等组成。目前市场上,超滤管的形式多种多样,有管式,卷式,板式,螺旋式等组件。国内机加超滤装置多采用管式超滤管串联或并联制成的组件,组装成具有一定处理能力的成套装置,可以适应不同废水量和废水水质的需要。(2)、化学破乳+气浮法(De-emulsify+Air Flotation)根据机加乳化液废水的性质,我们也可以采用化学破乳+气浮法工艺来处理。近几年来,国内多家机加乳化液废水多采用此类方法处理,实践证明处理效果不错。)、化学破乳+气浮法原理由于乳化液废水中乳化油液滴表面带负电荷,双电层起稳定作用,化学破乳法就是在废水中加入化学药剂,降低双电层的电势,压缩双电层,使之聚结,并加入絮凝剂,使小油珠凝结成较大的油滴,然后将其从水中分离。化学破乳法包括:投加混凝剂;投加酸;投加盐类物质并加热乳化液;投加盐类物质并电解;加酸和有机分散剂;投加有机脂类物质和混凝剂等。气浮法就是在破乳后将空气泡通入污水中,形成水-气-粒三相混合系,将废水中形成的较大油滴用微小气泡顶托至液面,从而使污染物质从污水中分离。气浮法主要包括两种类型:一种是通过旋转叶轮导入空气,并分散气泡,通称导气气浮法(IAF);另一种是在一定压力下使部分污水中溶解的空气达到饱和,然后在污水中突然释放,形成许多微小的气泡,附着在油滴上上浮至液面,通称溶气气浮法(DAF)。一般情况下,导气气浮法产生的气泡粒径多在 0.510mm 左右,用于去除较大颗粒的油滴;而且导气气浮法产生的气泡大小不一,运动速度快,气泡与油滴接触时间短,去除效果不均匀。溶气气浮法产生的气泡粒径多在 0.110m,用于去除较小的油滴;溶气气浮法产生的气泡也较均匀,去除油滴效果较好。)、破乳剂的选用9破乳剂的作用就是在废水中投加化学药剂,破坏乳化油与水之间的稳定结构,使油滴与水分离,便于油滴的有效去除。乳化液废水多为水包油型,乳化剂上的亲水端在水中会离解而带负电荷,造成油珠无法聚析,因此破乳剂应使用以高电荷阳离子为主体的絮凝剂,同时应设法加强絮体的密实度和强度,便于沉淀或气浮处理。乳化剂的种类不一样,选用的破乳剂也不尽相同,在实际选用中,要根据乳化剂的结构和性质进行实验分析。通常铁盐或铝盐的混凝作用能有效地对乳化液进行破乳,如近来有报道说,采用聚合硫酸铁聚硅酸复合絮凝剂处理高浓度乳化液废水有优良的破乳效果,有较宽的 PH 值适用范围,药剂耗量低,但铁和铝的沉淀为难以脱水的氢氧化物污泥,增加了油泥的处理难度和处理成本。有的企业采用废硫酸或废盐酸作为破乳剂,破乳效果优于混凝盐,但油水分离后必须对产生的酸性废水进行中和,而且酸破乳对乳化液废水的 PH 值要求不一,处理难度较大。同时,无机破乳剂带来的普遍性的问题是增加了废水中的溶解物质,从而导致了二次污染。目前,国内多家新建成的机加乳化液废水处理采用的是有机破乳剂,普遍反应有机破乳剂破乳效果好,适应乳化液的品种范围广,不增加污泥量,但运行费用较高。例如:某机加生产镀锡板,乳化液废水破乳剂采用进口的 Spectrafloc 8115 药剂,一种有机的聚酯类絮凝剂,投加浓度一般控制在 30mg/l 左右,处理效果较好。又如某机加以生产镀锌板和硅钢片为主,乳化液废水中投加的则换成了进口的 ULTIMER7751 破乳剂,同时为了加强絮凝效果,还投加了 N3457 型混凝剂。由于工艺生产线上乳化液不断更换,废水中破乳剂投加浓度增加到200mg/l,混凝剂的投加浓度控制在 3050mg/l,处理效果很好。由此可见,各种乳化液废水采用何种破乳剂,需根据各厂的实际情况,结合废水处理工艺予以综合考虑。)、化学破乳+气浮法的工艺流程典型的化学破乳+气浮工艺流程如下:乳化液废水调节池(均质)破 乳IAF相位分离罐(含油 max10%)破乳剂浮油分离处理蒸 汽溶气气浮器晶粒过滤器(可选)COD 降解出水破乳剂 溶气罐浮油分离处理油及油泥通常对于乳化液品种不断更换的乳化液废水,除了选用合适的破乳剂外,在气浮工艺段多采用二级气浮,一级气浮为导气气浮,二级气浮为溶气气浮,通常情况下,导气气浮器可以去除 8090%的浮油,油的浓度约为 5%;溶气气浮器出水含油浓度将达到 50mg/l 以下。10溶气气浮工艺段多采用部分回流加压溶气气浮流程,这样可以节省电能,并使在水中形成的微细气泡得到充分的利用;同时还可以减少破乳剂和混凝剂的用量。)、影响化学破乳+气浮工艺处理效果的因素影响化学破乳效果的因素,除了上文所述正确选择适用的破乳剂外,破乳剂的投加点在不同的位置,也会直接影响破乳的效果。这是因为,破乳剂与乳化液废水发生化学反应时间不一,无机破乳剂反应时间较长,通常约1530min;而有机破乳剂反应时间较短,通常510min即可,这就需要投加的破乳剂与废水能充分地混合,加快化学反应。化学破乳+气浮工艺中,破乳剂投加点不一样,破乳反应的时间也不一样。根据国内几家机加废水处理站的实际运行情况,破乳剂的投加点多设在调节池分配箱、导气气浮器前、溶气气浮器前等位置,破乳效果不错。这是因为在这些位置,废水的紊流状态非常好,破乳剂投加后能与废水充分地混合,缩短破乳反应时间。影响气浮工艺的主要因素是废水中产生气泡的分散度和稳定性。国内外有报道说,废水中存在的表面活性物质增多,水的表面张力减小,水中污染粒子严重乳化,表面-电位增高,气泡形成虽然稳定,但气-油滴附着不好,气浮效果变低。)、化学破乳+气浮法的主要设备组成化学破乳+气浮法的主要设备组成包括破乳剂投加装置,导气气浮器,油水相位分离罐,溶气气浮器等,其中破乳剂投加装置可以根据实际需要,设在投加点附近,便于操作。油水相位分离罐的作用是在 IAF 工艺之后,将含油废水用蒸汽加热,使部分游离的油滴能有效地上浮至水面,予以分离。溶气气浮器包括溶气罐、加压泵、释放器等,废水在溶气罐内的停留时间约为 3060s,加压至 34 个大气压,受压空气按照亨利定律提高其在水中的溶解度。(3)、电气浮法20世纪70 年代末到 80年代初,国际环保界又出现一种新型的气浮除油工艺电气浮法,由于这种方法设备简单,管理方便,运行条件易于控制,装置紧凑,化学药剂消耗少,运行效果良好,因而发展很快。)、电气浮的原理电气浮的实质是将含有电解质的含油或乳化液废水作为可电解的介质,通过正负电极导以电流进行电解,产生三种效应,即电解氧化(或还原)、电解混凝以及电气浮。当以可溶性极板,如可氧化的铁、铝极板作为阳极板时,三种效应会同时出现;而以产气为主要目的的电气浮,则应以不溶性的惰性材料,如石墨、不锈钢、镀铂钛板及敷以二氧化铅(PbO2)沉积表面的钛阳极作为阳极板。11电气浮能够有效地利用电解液中的氧化还原反应,以及由此产生的初生态微小气泡的上浮作用来处理含油乳化液废水。这种方法不仅能使废水中的微细悬浮颗粒和乳化油与气泡粘附而浮出,而且可将水中的一些金属离子形成不溶性的氢氧化物从水中分离,以及使某些可溶性有机物附着在这些氢氧化物沉淀上一起分离,从而使污水得到净化。此法曾在我国某些炼油厂实验过,极板采用“碳碳”材料,原水中含乳化油 300mg/l,投加聚合铝 15mg/l,电压 10V,气浮时间控制在 1015min,除油效果 98%以上。)、电气浮的工艺电气浮工艺的主要流程是:换热器金属盐溶液乳化液废水调节池(均质)预破乳分离中和(含油 max10%)破乳剂金属盐溶液石灰乳絮凝电气浮COD 降解出水絮凝剂浮油分离处理油及油泥金属盐溶液投加预破乳剂是针对不同性质,不同稳定性的乳化液废水,通过破乳剂的作用进行破乳,以加强电气浮工艺油水分离效果。分离工艺段是在废水中加入金属盐溶液,通过中和的作用,使废水中形成大量金属氢氧化物沉淀(主要是 Fe(OH)2或 AL(OH)3),这种氢氧化物沉淀在水中形成絮体。强烈的絮凝作用使废水中产生很多乳化油的载体,从而使电气浮取得很好的处理效果。电气浮装置上产生的浮油及油泥,通过一个专有的抽吸罩抽吸到废油处理系统,这个抽吸罩装置采用的是负压抽吸,吸泥效果好,不易堵塞,且易于清洗。通过油泥处理部分分离出的金属盐溶液部分回流,使废水中金属盐的浓度不断增加,增强了絮凝效果,同时也减少了金属盐溶液的消耗,降低了运行费用。)、影响电气浮工艺的因素由于电气浮工艺是一个物理化学反应过程,因此影响电气浮处理效果的因素较为复杂。破乳剂的选用与化学破乳法相近,但由于电气浮法在破乳前设有换热器,对电气浮工艺的最佳温度可以调节控制。对电气浮工艺段而言,电极板材质的选用要综合考虑技术和经济方面的因素,可溶性阳12极造价便宜,但耗材量大,产渣量大;不溶性阳极价格昂贵,但产生气泡稳定,均匀,气浮效果好。电压的控制对电气浮工艺也是重要的,通常电气浮工艺采用稳定的直流电,低电压操作,这直接影响到气泡的均匀性。由于电气浮过程中产生的油泥含有大量的金属盐溶液,这些还可以回用于破乳,因此必须增加一个化学过程,将油泥中的金属盐分离出来,重新用于前工艺段破乳。此部分化学反应将影响到破乳的效率,油的去除率以及破乳剂的回用率。)、电气浮法主要设备组成从工艺流程可以看出,电气浮法的主要设备组成有破乳罐,换热器,中和罐,絮凝槽,电气浮器以及 COD 降解罐等,同时还配有油泥抽吸装置和油泥处理装置。通常换热器的型式多用板式换热器,板片选用不锈钢材质,能耐乳化液的腐蚀。破乳罐,中和罐,絮凝槽等均可以采用普碳钢罐体,内壁可涂刷防腐蚀涂料。电气浮装置是电气浮工艺的核心设备,罐体采用不锈钢材料,极板的材质前文已有叙述;吸泥罩安装在电气浮器上,可以在电气浮器上移动,便于随时抽吸上浮的油泥。)、电气浮法的优缺点电气浮法的主要优点是:可以连续自动化地运行,维护工作量较小,工厂占地较小;对温度适应性强,形成的气泡小,均匀稳定,气浮效果好;用电设备少,耗电量低,电气浮工艺段采用直流电,运行费用较低;破乳剂适应性较广泛,并可以回用,减少了化学药剂耗量;电解气浮槽采用负压吸渣,并经加热处理,油的回收浓度高。电气浮法的主要缺点是:工艺复杂,技术性较强,实际工程中对操作人员素质要求较高;对阳极板质量要求较高,造价较昂贵;化学过程产渣量大,增加了泥渣的处理成本。综上所述,电气浮法在处理乳化液废水领域里是一种较为少见的工艺,但随着人们对其工艺独特性和复杂性的逐步了解和掌握,电气浮法的优越性会最终体现出来。特别是对于水量一定,乳化液成分较稳定的废水,电气浮法具有很好的处理效果,并且一次性投资和运行费用都较低。相信在不远的将来,电气浮法作为乳化液废水的主要处理工艺会进一步推广。(4)、其它方法化学混凝法处理乳化液废水是采用最为广泛的化学处理方法,其原理与化学破乳+气浮13法工艺相似,国内外已多有报道。此工艺的关键是如何针对不同性质的乳化液,选用合适的混凝剂。例如:国内某钢铁厂的乳化液废水,采用化学混凝+沉淀过滤工艺,选用的混凝剂是碳酸钠、石灰和一种聚合电解质的混合物,废水量为10m3/h,油浓度从 5001000mg/l 降至 30mg/l,去除率超过 90%。酸化法是往乳化液废水中投加酸(钢铁厂多为酸洗废酸)进行破乳,再将废水加温至较高温度,对油水进行相位分离,从而去除废水中的油。国内某机加乳化液废水处理就是采用这种工艺,先通过实验确定乳化液废水酸化的最佳 PH 值,停止加酸后,将废水加温至80OC,并搅拌 30min 左右,静沉搁置8hr,可将油水进行分离,此时出水中的含油量约 40mg/l,然后将分离的废水用碱中和,将 PH 值调节至中性。我国最早引进的机加乳化液废水处理均采用此类工艺,实践证明破乳效果差,出水中油的浓度很不稳定,对乳化液的性质依赖性很强。因此,这种方法目前采用的已经很少了。还有很多其它的乳化液废水处理方法,限于篇幅,这里不再累述。但实践已经证明,上文详述的几种处理方法是目前国内外常用的有效工艺。2、深度处理目前国内常用的乳化液处理工艺有:(1)物化+生化 见流程框图 1,该法适用于乳化液浓度低,水量大的场所。优点是运行费用低,出水水质好。缺点是一次性投资较高,运行管理复杂,对人员要求较高。(2)物化+吸附见流程框图 2,该法适用于大多数乳化液。优点是适用性强,操作简便;缺点是活性炭在吸附饱和后需更换,导致运行成本增加。乳化液调节池油水分离器气浮机生物反应池沉淀池排放破乳剂絮凝剂图 1物化+生化处理流程框图14(3)物化+膜过滤装置见流程框图 3,该法是目前国内新兴的一种工艺,适用于大部分乳化液,优点是出水水质好,管理方便;缺点是一次性投资大,浓缩液与反洗水难处理,膜孔易堵塞。.3、总论综上所述,钢铁行业机加乳化液废水的处理是极为复杂的,而且耗费较高,由于国内机加采用的乳化液性质和特点各不相同,因此每种方法的处理效果和技术经济相差很大,没有一种处理系统占有绝对优势,这就需要对乳化液品质、物化特性认真研究,通过实验数据有针对性地确定合理的处理工艺,切实从技术上、经济上找到一条优化的流程,才能取得满意的结果。二、设计方案及技术路线二、设计方案及技术路线1、设计原则1)、贯彻执行国家环境保护政策,按照国家有关法规、规范及标准进行设计;2)、工艺流程选择充分考虑东北地区特点,力求在安全达标排放的前提进行设计,选择技术先进、成熟的工艺,做到污水处理效果稳定、可靠,操作管理简单,占地少、投资省和运行费用低;乳化液调节池油水分离器气浮机微滤器排放破乳剂膜过滤装置图 2物化+吸附处理流程框图图 3物化+膜过滤装置处理流程框图乳化液调节池油水分离器气浮机砂滤装置排放破乳剂炭滤装置153)、设计中充分考虑固体废物、噪声和大气污染防治措施,尽量降低对环境的影响;4)、平面布置力求功能齐全、布局合理,在满足施工安装和维修的前提下,使构筑物、设备尽量集中组合,节约占地,同时留有适当的发展空间。2、方案选择根据乳化液的性质进行乳化液废水处理时,一般需要经过二个步骤:1 破乳油剂2 水质净化去除表面活性剂等物质。破乳方法种类很多,有盐析法、酸化法、凝聚法、加热法、吸附法、膜法等。结合该企业产生的污水特征情况和目前国内的主要处理方法,本可行性研究选定以下三套较为适宜的备选工艺方案进行技术经济比较:方案论证对比分析除了考虑经济因素外,还应从技术方案实现工程建设目标所采用工艺方案的技术先进性、可靠性、技术成熟度、运行稳定性和操作管理复杂程度等方面进行判别。3 三套备选方案优缺点分析1)、三套备选方案的技术经济特征比较见表.方案一化学破乳-气浮法/UASB/生物接触氧化方案二电气浮法/UASB/生物接触氧化方案三超滤膜/UASB/厌氧流化床/生物接触氧化16内容方案主要工艺路线主要优点主要缺点方案一化学破乳-气浮法/UASB/生物流化床1)处理设备少,构造简单2)处理效率高,处理量大,能耗低,运行费用低,能自动连续运行3)占在面积小,适应性强,选型方便,工期短。1)破乳剂选择比较困难。2)由于破乳剂的更换增加了操作难度和难于运行管理。方案二电 气 浮 法/UASB/生物 接 触 氧化法1)产生气泡均匀,气浮性好2)可溶性阳极造价便宜3)设备简单,管理方便,运行条件易于控制,装置紧凑,化学药剂消耗少,运行效果良好1)耗材大,产渣量2)不溶性阳极造价昂贵方案三超滤膜/UASB/厌氧流化床/生 物 接 触氧化法1)处理设备少,构造简单,便于操作和维护管理。2)运行效果稳定,污水在理想的静止状态下沉淀,需要时间短、效率高,出水水质好。3)有机负荷高,水力停留时间短。1)由于全过程连续进水,沉淀阶段泥水分离差,限制了进水量。2)对水质和负荷突然变化较敏感,耐冲击力稍差方案三,虽然运行管理不方便,但是在实际处理过程中控制相对简单,处理任何复杂成分的乳化液废水,都能获得满意的效果,超滤工艺运行成本较低,安全可靠,没有二次污染,废油还可以回收再利用。就经济方面所以推荐方案三作为本工程设计方案的首选方案,其工艺流程示意图见附图。17格栅调节池超滤单元酸槽分离槽漂洗酸洗循环泵碱洗池供料泵集液槽清洗泵循环池纸带过滤器提升泵调节池生物接触氧化法厌氧流化床沉淀池污泥处理单元出水污泥外运UASB4 污水处理工程设计1)、主要工段及处理单元污染物去除效率分析18各工段及处理单元预计处理效率估算表序号构 筑 物名 称进水水质(mg/L)出水水质(mg/L)去除效率(%)备注1污水处理预处理工段调节池CODcr=165000CODcr=1650002纸带过滤器CODcr=165000CODcr=1650003超滤单元CODcr=165000CODcr=825095%4污水处理好氧处理工段UASB 反应器CODcr=8250CODcr=165080%进水pH=810出水pH=685一级生物接触氧化CODcr=1650CODcr=66060%6二级生物接触氧化CODcr=660CODcr=26460%设计出水水质标准GB8978-1996CODcr500BOD5300SS4000三级排放标准三、可能存在的问题及解决措施三、可能存在的问题及解决措施乳化废水主要来自石油、石油化工、钢铁、焦化、煤气发生站、机械等工业企业,另外铁路运输业、纺织与轻工行业中都会产生乳化废水。随着工业的迅速发展,乳化废水的排放量与日俱增。乳化废水排入水体后,油类覆盖在水面上,破坏了水资源的应用价值和水中的生态平衡,同时还增加了水面起火的危险性 1 。若含油乳化液废水渗入土壤空隙将破坏土层结构,不利于农作物生长,甚至使农作物枯死。另外,含油乳化废水进入城市沟道,对沟道、附属设备及城市污水处理厂都会造成不良影响。因此,乳化废水的治理对于保护水资源、维持生态平衡19和促进经济发展,都具有重要意义。工业乳化液废水处理已成为一个严重的环保问题 2 。.、处理污水浓度对成本的影响由于本设计机加乳化液废水浓度比较大,处理起来比较困难。对污水进行处理是先进行预处理,预处理能够进一步降低废水中的浓度,能够达到去除大部分油污,从而降低后续处理负荷。在预处理完成后进行处理时,由于浓度还是很大,如果直接进行好氧处理,其处理效果会很差,不一定能达到处理的目的,而且处理成本会大大提高,不符合设计原则。.、超滤法的选择与投资超滤法处理机加乳化液废水,其优点是操作稳定,能够保证出水的含油浓度低于 10mg/l,油水分离过程不需要化学药剂,系统本身不产生污泥,可回收的废油浓度较高,设备紧凑,占地小,维护管理方便。特别是根据国内很多机加的实际情况,要求在有限的占地情况下,有效地解决日益产生的乳化液废水污染问题,而且水量相对较小,采用超滤法工艺是行之有效的。普遍认为,超滤法的缺点是一次性投资较大,原来采用引进国外的有机膜超滤装置,总体装备平均售价在 30 万美元/m3废水左右。近来,国内开发出无机超滤膜装置,总体装备平均售价在 50 万元人民币/m3废水左右,这包括了土建和电控系统的投资。另外,超滤装置对溶解性的 COD 无法去除,渗透出水中 COD 必须进行进一步的降解。超滤法也有其一定的适应性,不是所有的乳化液废水都能用超滤法处理,特别是皂化度较高、分子链较长的乳化液含油废水,若采用超滤法工艺,皂化油或乳化液油将会堵塞超滤膜表面,使超滤无法进行下去。综上所述,选用超滤法工艺处理机加乳化液废水,必须根据乳化液废水的性质,选用合适材质和孔隙率的超滤膜,在实验的基础上合理组合工艺,才能达到满意的处理效果。、化学破乳+气浮法选择与投资优缺点采用化学破乳+气浮法处理机加乳化液废水,其优点是一次性投资较省,根据国内几家采用化学破乳+气浮法工艺的废水处理站实际情况,当乳化液废水量达到一定规模以上时(此时乳化液废水量宜在 10m3/h 以上),其总体装备水平约在 3040 万元/m3废水左右,包括土建和电控系统费用。还可以解决不能被超滤装置处理的高乳化度乳化液废水的处理问题,只要有合适的破乳剂,化学破乳法适应的范围较广。化学破乳+气浮法还可以顺着工艺流程逐步降解废水中的溶解性 COD 指标,为最终废水中 COD 达标排放进行了很大程度上的预处理。20化学破乳+气浮法的主要缺点在于破乳剂的选择性和适用性。多数破乳剂对应一种或几种乳化液,当机加工艺线上更换乳化液时,废水处理选用的破乳剂也需要更换,这就增加了操作管理的难度和运行的费用。另一方面,化学破乳+气浮法工艺的设备组成较多,运行管理工作量较大。、结语及展望国内机加工行业大量使用切削冷却润滑液(乳化液),其废弃液一直是严重污染环境却又未能有效解决的难题。以往国内对废液的处理研究,主要针对油基类切削废液,重点解决COD 有油的排放污染问题。但是单一的处理,即存在处理技术工艺方面的问题,又存在处理费用过高等方面的问题,使各种处理技术及设备均难以充分发挥应有的作用和效益。随着水基类切削液的使用的普及率不过提高,原有的技术更难以适应新型的废液处理需求。随着工业的不断发展,科技的不断进步,越来越多的新工艺出现了,但对于工业水处理来说,任何一种工艺都有其局限性,一般认为,处理技术的联用将会弥补彼此的不足,使处理效率提高,如在进行生化处理之前采用物化预处理,以降低对后续处理的冲击负荷等等,或者将各个处理工艺结合以来,如活性污泥法与生物膜法结合起来处理污水,可以发挥二者的优势,更好的处理污水。从经济技术的角度考虑,我们也发现一些小型化,具有多种功能的单元化处理设备越来越受到人们的关注,尤其是对于水量较小的工业水处理,不产污泥的或产泥量小的设备的优势就会凸显出来了。尽管破乳方法很多,但按作用方式可以归结为改变油水界面性质及增加液滴聚结力两方面。综合比较这几种乳化废水的破乳技术:化学破乳是目前最常用的方法,但是由于破乳剂的针对性比较强,致使其适应复杂成分的乳化废水的能力存在一定的局限性;膜破乳技术具有分离效率较高,能耗低,不需要添加试剂,装置相对简单,通用性较强等优点,但是膜易污染,导致操作费用高;乳状液破乳方法应更多考虑发展一些低能耗、无环境污染的绿色联合法;电学法破乳技术适应性强,操作管理方便,运行费用低,具有明显的经济效益。综上所述,今后破乳方法研发的主要方向为:处理过程不产生 2 次污染、通用性实用性强、破乳过程各参数易于控制、破乳原材料易于获取。同时,在保证低能耗、无环境污染等前提下将 2 种或多种破乳方法进行绿色联合使用以大幅度提高破乳率将更具发展前途。21四、设计成果四、设计成果1.开题报告一份(设计水质现行技术综述及总结);2.外文翻译一份(语句通顺,意思贴切);3设计计算书、设计说明书和概算书各一份;4设计图纸应绘制(按1号图纸计)不少于810张。五、进度计划五、进度计划序号应完成的主要项目(内容)起止时间周数(周)工作日备注1撰写开题报告1.05.0(含资料查询、收集、参观调研等时间)2撰写说明书(方案比较、选择)1.57.53各单元处理构筑物、设备和附属设施等设计计算3.015.04污水及中水处理站总平面及高程布置(包括各工艺管线设计计算)0.52.55工程概算与技术经济分析1.05.06设计图纸绘制3.015.07整理、撰写设计计算书、设计说明书1.57.58指导教师审阅、批改设计成果,(同学准备答辩)1.05.09毕业预答辩1.05.010毕业答辩0.52.5合计14.070.022六、参考资料六、参考资料1张自杰 主编.排水工程(下册第三版).北京:中国建筑工业出版社,1996 年;2张统 主编.污水处理工艺及工程方案设计.北京:中国建筑工业出版社,2000 年;3周彤 主编.污水回用决策与技术.北京:中国建筑工业出版社,2002 年;4专业期刊:给水排水、中国给水排水等相关专业期刊(00 年以来);5给水排水计手册(第二版).北京:中国建筑工业出版社,2002 年;6室外给水设计规范.北京:中国计划出版社,GB50013-2006;7室外排水水设计规范.北京:中国计划出版社,GB50014-2006;8污水再生利用工程设计规范.北京:中国计划出版社,GB50335-2002。9陈复主编.水处理技术及药剂大全.北京:中国石化出版社,2000年10王大翚,雷乐成编著.水处理新技术及工程设计.北京:化学工业出版社,2001 年11刘雨,赵庆良,郑兴灿编著.生物膜法污水处理技术.北京:中国建筑工业出版社,200012沈耀良,王宝贞编著.污水生物处理新技术理论与应用.北京:中国环境科学出版社,199913徐根良主编.污水控制及治理工程,浙江大学出版社,1999 年14钱易,米祥友主编.现代污水处理新技术.北京:中国建筑工业出版社,1993 年15麟源编著.污水生物处理,同济大学出版社,1989 年16现行设计规范.北京:中国建筑工业出版社17给水排水工程快速设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1995 年18北京市环境保护科学研究院等.三废处理工程技术手册:污水卷.北京:化学工业出版社,200119张杰等主编,水工业工程设计手册水工业工程设备.北京:建工出版社,2000 年20给水排水通用标准图集.北京:中国建筑工业出版社21建筑类专业期刊:给水排水、中国给水排水等相关专业期刊(97 年以来)22环境科学类专业期刊:环境科学、中国环境科学、上海环境科学、环境科学学报、环境工程、重庆环境科学、环境污染治理技术与设备、水处理技术等相关专业期刊(97 年以来)23高等学校学报(自然科学版)相关内容(97 年以来)
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