三唑磷农药废水处理工艺设计【包含CAD高清图纸、文档所见所得】
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题目:三唑磷农药废水处理工艺设计一、前言1、课题的背景、目的和意义1.1、背景有机磷农药因其易于降解、残留性小而在农业生产中得到广泛使用。但它在生产过程中产生的废水量大,成分复杂,有毒有害物质浓度高,臭味大,严重污染环境。三唑磷作为有机磷农药的一种,是20世纪70年代德国Hoechst公司开发的一种高效、中毒、广谱有机磷杀虫杀螨剂,其生产过程中产生的有机磷废水对环境水体的安全造成威胁,在生态环境日益脆弱的今天,为了实现可持续发展,必须对其进行处理到生态环境所能承受的范围之内才能排放。据统计,全国农药工业每年排放废水约1.5亿吨,主要是生产过程中的排水、产品洗涤水、设备和车间地面的清洗水等。农药行业的废水具有以下特点有机物浓度高,毒害大。合成废水的COD一般均在几万mg/L以上,有时甚至高达几十万mg/L;污染物成分复杂;难生物降解物质多;单位产品废水排放量大,而且由于生产工艺不稳定、操作管理等问题,造成废水水质、水量不稳定,为废水的处理带来了一定的难度【1】。国外从50年代就开始了有机磷农药废水治理技术的研究,已用于生产规模的主要有生化法、吸附法和焚烧法。近年来美国、西欧、日本等国和地区的农药工业废水已有80%采用好氧生化法。用厌氧生物法处理有机磷农药废水的研究论文很少,有关实际生产应用的报道更少。1.2、目的和意义本设计的目的就是通过对当前已经应用的或正在研究的各种有机磷废水处理方法的比较,各取所长,避其所短,设计出一套廉价实用高效的处理流程。优秀的有创意的处理流程的推广可以在提高处理效果的同时节减开支,既改善了环境水体条件,又减轻了企业废水处理的负担,而且和目前国家所推行的可持续发展战略也相符合,因而具有重大意义。2、课题的现状与发展趋势;课题欲解决哪一方面的问题2.1三唑磷(有机磷)处理现状三唑磷农药生产废水中含有三唑磷、苯唑醇、苯脲、尿素、甲醇、盐酸苯肼等污染物,具有污染物种类多,成分复杂,毒性大等特点。目前直接针对三唑磷废水处理的研究不是太多,已见报道的更少,这里主要引述两种比较系统的处理工艺:(1)碱解氧化一厌氧滤池一SBR工艺;(2)厌氧流化床工艺。(1)碱解氧化一厌氧滤池一SBR工艺处理。重污染废水中高浓度污染物主要来自缩环工段和合成工段,这两股浓废水由PVC管收集至调节池,进行均质均量,再抽入碱解氧化池进行预处理,碱解氧化池内需投加石灰和适量的聚铁絮凝剂,使废水pH达到11以上,顶部由集气罩收集反应产生的NH3。经过碱解氧化处理后,废水的COD浓度可削减30%一35%,氮化物和磷化物也可形成NH3和Ca3 ( PO4 )2沉淀,从而降低废水中的N, P,有利于后续处理。碱解氧化池出水经 沉淀池进行固液分离,底部沉泥排入干化场,上清液收集至调节池与稀废水混合,经稀释后进后续处理系统。调节池内废水由泵抽入厌氧池,在此污染物浓度被降低,尤其一些难被生物降解的苯环、杂环类有机物被分解为可被生物降解的小分子物质,为了适应厌氧处理的水质要求,确保处理过程高效和顺利进行,对类似的农药生产废水的水质须进行调整,现提出以下建议供参考:(1)若原废水中N H 3N含量高时,首先采用气提法,把NH3气尽量吹脱出来以降低其含量。 (2)用其它含氮量低的废水或清水稀释原水,使NH3-N含量至少降到1000 mg/L以下。(3)对营养比例失调的废水,必须投加营养物质。农药生产废水往往碳素营养偏低,这时可投加含碳量高的其它废水(如食堂的淘米水、面汤水等),或直接投加工业葡萄糖等碳素营养物质,使进水中CODcr:N:P达到(180-200):5:1。 (4)调整原水pH至6. 57. 5。由于厌氧生化法对高浓度、难降解有机物的处理有很大的优势.因此深入开展利用好氧与厌氧相结合和利用厌氧法来处理有机磷农药废水是很有意义的【3】。鉴于直接研究三唑磷废水的文献较少,本设计将借鉴部分与其相关的有机磷降解方面的研究成果来作为参考。 目前国内外的农药废水处理基本上是采用预处理加生化处理的方法。通常用于农药废水的治理方法可归纳为物化法、化学法和生化法。1、物理法 1.1、萃取法 由于农药的生产过程中涉及到许多相分离,因此萃取法无论在生产中还是废水治理过程中均是一种常用的方法。萃取法是通过利用溶剂或特种萃取剂对废水中的有害物进行萃取回收。萃取方法有釜式间歇萃取法和80年代发展起来的塔式逆流连续萃取法,后者可大幅度提高萃取效率。液膜萃取法是近年来发展起来的一种处理含酚、氰废水的方法。它具有分离速度快、效率高、成本低、选择性好、易于操作等优点。1.2、吸附法 吸附剂的种类很多,有活性炭、活性白土、硅藻土、大孔树脂等。由于活性白土、硅藻土的吸附能力差,因此在农药废水的处理中,常用活性炭和大孔树脂作为吸附剂。人工合成大孔树脂因其机械强度高、选择性好、解吸再生容易而成为一种高效吸附剂广泛应用于农药废水的预处理中。1.3、沉淀法 废水中经常含有一些可溶性大分子污染物及悬浮物,在废水生化处理前,一般采取沉淀法对这些污染物进行处理。沉淀处理有中和沉淀、絮凝沉淀等。絮凝沉淀是采用絮凝剂在水中生成表面积较大的絮状物,通过对污染物粘结、吸附等使污染物凝聚成密度较大的固体物自然沉淀,从而达到净化水质的目的。国内用的较多的絮凝剂有聚铁、聚铝等无机絮凝剂和聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺等有机絮凝剂。目前絮凝剂的开发研究正朝着大分子量、超大分子量(可以减少用量)、速溶的合成高分子化合物以及生物大分子的方向发展。2、化学法化学处理法是指向废水中加入化学药剂,使其与污染物发生化学反应而生成无害物的过程,这种方法也常常作为生化处理的预处理方法使用。在农药废水的治理中,经常采用的化学法基本上可归纳为氧化或还原法,而且以氧化为主。化学氧化法是降解废水中污染物的有效方法,废水中呈溶解状态的无机物和有机物,通过化学反应被氧化为微毒或无毒物质,或者转化为容易与水分离的形态,从而达到处理的目的。常见的化学氧化方法由于氧化剂的不同可分为臭氧、过氧化物、二氧化氯及高锰酸钾氧化等。与生物氧化法相比,化学氧化需较高费用,因此,目前仅用于饮用水处理、特种工业用水处理。有毒工业废水处理和以回用为目的的废水深度处理等有限场合【4】。2.1、药剂氧化法 包括氯氧化法、Fenton试剂氧化法、臭氧氧化法等。2.2、湿式氧化法 湿式氧化法是在一定的温度和压力下,向废水中通人氧气或空气而使有机物氧化降解它是一种处理高浓度有机废水的非常好的方法。在众多高级氧化技术(光催化氧化、臭氧氧化、光助Fenton试剂、湿式空气氧化等)中,臭氧处理的方法相对比较适合于工业规模的应用,而光助Fenton试剂的农药处理还很少有应用,异相TiO2光催化法也已经有很深入的研究。另外,TiO2光催化法用于大规模的处理也已经被证明。在户外系统中,只有太阳光较强且农药浓度不太高时才能取得最佳的效果。在全年阳光照射处理当中的应用使得反应器的调节和一种化合物完全去除的时间预计比较困难。阳光集中装置经常用到,它使得可移动反应器的设计比较困难。相反,臭氧处理易于控制,而且相对于光化学氧化法更易于调解到工业规模的应用。臭氧处理效率较高,能与UV和H2O2综合利用来处理高浓度有机物废水,但臭氧处理的反应效率对污染物的性质有很强依赖性,且经常不能彻底矿化污染物【5】。3、生化处理法生化处理法作为终端处理装置广泛应用于各行业的废水处理中。目前国内农药厂基本均建有不同规模的生化处理装置,这些装置的运行,降低了污染物的排放。3.1、生化处理法的发展 生化处理工艺一般为好氧生物降解,包括活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化法等。其曝气方式有鼓风曝气、深层曝气、表面加速曝气等几种。起初的表面曝气法因容易出现厌氧现象而逐渐被推流式鼓风曝气取代。这种方式具有装置构造简单、操作管理容易、运转稳定、处理效率高等优点,但其容积负荷低、占地面积大、基建投资高,因此,近年来在曝气器、填料、曝气池深度等方面进行了改进,增加氧的利用率,提高池容负荷,放宽对周围环境(如温度等)的要求。循序间歇式活性污泥法(SBR)是一种厌氧与好氧相结合的生物处理技术。其主要特是(1)集进水、厌氧、好氧、沉淀于一池,可灵活地变换运行方式.以适应处理不同类型有机废水的要求 (2)设备简单,占地面积少,投资省 (3)耐冲击负荷,能较好地防止污泥膨胀,处理能力强。因此,我们采用循序间歇式活性污泥法对农药厂的有机磷废水进行处理。有关试验结果还表明:厌氧阶段有机物的去除率较高,最高可达82.3%,一般均在62%以上。这主要是在这一阶段进行了有效脱氮除磷并吸附了水中大部分有机物所致。为了符合处理更高浓度的农药废水的要求并使最终出水达到良好的脱色效果,减轻农药废水对人体的污染,有人对SBR反应器中投加粉末活性炭的情况进行了试验研究。实验得出结论:投加粉末活性炭后,CODcr的去除率提高,其值在87. 7%93. 2%,出水浊度比进水浊度下降0. 92. 6 NTU,出水的pH值比进水的pH值下降0. 31. 1,这是因为生物处理中产生酸性物质所致。根据上述的试验结果可得到如下结论:采用SBR法处理有机磷农药废水,其污泥性能良好;对进水浓度的变化有较好的适应能力,且出水水质稳定。在保证出水水质达到排放标准的条件下,带有搅拌的SBR法的进水CODcr最高达2 500 mg/ 1,投加粉末活性炭的SBR法的进水CODcr可达3500mg/ 1,在反应池中投加粉末活性炭可使处理效果得到提高【6】。SBR独到之处在于它提供了时间程序的废水处理,而不是连续提供的空间程序的废水处理。其特点是:(1)自动化程度高,使用电动阀门及集中电讯号控制设备,工艺运行易于控制;构筑物简单,可代替传统活性污泥法的曝气池、一沉池及污泥回流系统,占地省。(2)废水沉淀时没有进水干扰,可避免短路,污泥浓度高,泥水分离效果好。(3)进出水浓度梯度大.反应速度快.效率高.耐负荷冲击能力强。(4)采用鼓风潜水曝气可提高氧的利用率,动力消耗少,运行成木低。(5)不需投加任何药剂,除磷效果显著,去除率高【7】。3.2、生化处理用高效降解菌 传统废水生化处理是通过对废物附近土壤或水体中的微生物群体,包括细菌、真菌、藻类、原生动物等进行驯化、繁殖后使用。由于这些微生物间相互作用(甚至有抑制作用),及对很多有机物如卤代芳烃、多氯联苯等的耐受性差,因此很容易中毒。自70年代起人们开始对一些特定污染物有针对性地选育培养优势菌种。我国的农药行业己建成多套生化处理装置,但大多数采用传统的活性污泥法,加上预处理效果差,出水很难达标。近几年兴起的SBR好氧法,厌氧与好氧工艺的结合,在农药废水的处理上取得了较大进展,但对毒性大、生化性极差的农药废水,仍然普遍存在处理效果差、基建投资大、运行费用高等问题。我们采用铁炭微电解法作为农药废水的前处理,效果显著,成本低廉。微电解法处理农药废水在国内外很少报道。铸铁为铁碳合金,以碳化铁(Fe2C3)颗粒分散在铁中。当铁屑浸入水中时.便构成无数个Fe C微原电池.纯铁为阳极.,炭化铁为阴极发生电极反应,反应在酸性溶液中易进行。阴极反应所产生的新生态氢与废水中许多物质发生还原反应,破坏水中污染物原有结构,使其易被吸附或絮凝沉淀;阳极铁被氧化成Fe2+,在碱性条件下生成Fe(OH)2和Fe(OH) 3絮状沉淀。它们比一价和二价铁盐水解所得Fe(OH)2和Fe(OH)3具有更强吸附性能,吸附水中悬浮物,使废水净化。铁屑微电解法能有效去除农药(三唑磷、田安、杀虫双和单杀虫)生产废水中的CODcr、色度、As、氨氮、有机磷和总磷去除率分别可达76. 2、80、69. 2、55. 7 、82. 7%和62. 8,与铁盐混凝法相比,微电解法能更有效地去除污染物,提高废水的可生化性。.废水的BOD/COD从0. 29提高到0. 5。处理效果明显优于铁盐混凝法。微电解法处理此类农药废水.初始pH宜控制在3. 5左右,停留时间宜控制在40min左右。微电解处理农药废水操作简单、效果显著、投资省、运行费用少,用于农药废水前处理具有广阔的前景【9】。高浓度的有机磷等污染物在微碱性条件下不溶于水,利用这一化学特性采用碱解的方法对其进行预处理,结晶后的有机磷可回收利用,然后再进行絮凝沉淀处理;若不想回收利用,调碱后的废水可直接进行絮凝沉淀,将析出的有机磷和悬浮物一并去除。根据农业生产的季节性特点,农药厂生产亦非连续进行,间断式的生产特性使生物法活性污泥的保留极为困难,实用的活性污泥保留方法是每隔8h充氧12h,或者定期向生化反应池中投加营养物(氮、磷等),以维持微生物的生存,长期进行此项工作既繁复又增加了水处理成本;而且由于农药产品的性质,其废水中含有对微生物有抑制作用的物质,也不适于生化方法的直接采用。针对这种情况,可采用半导体(TiO2)光催化氧化法进行废水的后续处理。当能量大于或等于半导体带隙能的光波辐射Ti02时,处于价带上的电子(e-)被激发到导带上,价带上生成空穴,从而在半导体表面产生了具有高度活性的电子和空穴对,溶解氧及水与电子和空穴对发生作用,最终产生具有高度化学活性的游离基:OH和O2。利用这两种高度活性的游离基使Ti02表面的有机物氧化成二氧化碳和水,同时也可使有机磷农药中的P一O键和P一S键断裂,最终以磷酸根形式存在,从而去除有机磷【10】。农药废水预处理方法发展 由于农药废水浓度高、毒性大、可生化性差,进水需稀释几十甚至上百倍,故通常生化处理装置的负荷较低,能耗较高。为了达到较好的处理效果,深入开展生化预处理技术的研究是非常重要的。20世纪90年代以前,预处理的方法主要有活性炭吸附法、水解法、萃取法、湿式氧化法四种,近几年来又出现了以卜几种新的预处理方法。1、减压蒸馏与低压水解法并用 废水首先经减压蒸馏.使母液中所含的NH3CI达到近饱和状态,利用水解、热分解和氧化的综合作用使废水中的碱性基团断裂。该预处理的优点在于:有机磷废水有毒.常压蒸馏就会逸出大量有毒气体,故采用减压蒸馏可加以避免先浓缩后水解的工艺比直接水解好,首先减少了水解的水量(约为原液的1/2),并且浓缩液中含量较高的NH3CI在反应中起缓慢氧化的作用.既有利于提高水解率,又有利于NH4CI结晶在预处理过程中可回收NH4CI及磷酸钙。2、碱解沉淀与超声气浮法并用 3、光催化降解法 光催化法主要是利用光催化剂的光化学反应来完成。当近紫外光照射到作为光催化剂的半导体粉末时其表而产生电子一空穴对,产生氧化能力较强,足以破坏废水中有机磷化合物的OH。通常采用光催化降解生化降解一光催化降解的技术路线处理农药废水。其中第一级光催化降解为预处理.主要是使废水中大分子、难降解的有机物降解为小分子、易降解有机物、提高废水可生化性,第二级光催化降解进一步分解废水中的有机物以保证出水水质【8】。2.2、农药处理发展趋势我国水资源严重匾乏,按人口平均占有径流量计算,每人每年平均约为2700m3 ,.只相当于世界人均占有量的1/4,而且随着污染的加重,可用水量逐年减少。因此,为了改善我国的水环境和我国经济的可持续发展,应该加强农药工业的三废治理。(1)加大推广清洁生产的力度,开发应用清洁生产新工艺,是彻底解决污染问题的根本所在。(2)研究开发废水处理新方法 虽然目前国内大部分农药厂已建立了废水处理装置,但由于处理效果不好,常规预处理加生化的二级处理方法占地面积大、运行费用高。因此很难保证所有设施均能正常运转,开发处理方法简单、运行费用低、处理效果好的新型废水处理方法是当务之急。物理法是目前国际上比较推崇的一种新型高效的污水处理技术,它是利用电磁波、超声波、电解槽等先进工艺,将污水进行处理,这样既减少了占地面积,节约了药剂和能耗,极大地降低了运转费用,同时彻底处理了污水【1】。2.3、欲解决问题本课题欲解决的问题就是通过组合当前比较先进且实用的技术或构筑物来设计出一套处理三唑磷农药废水的处理工艺流程。二、设计方案的确定1、方案的原理、特点与选择依据从以上当前有机磷废水及三唑磷废水处理报道的资料来看,各种方法都有自己独到的优势和局限性,关键是要根据不同的废水水质来确定不同的组合,根据本次设计的污水水质,大致设计思路为:根据设计的废水来源,一股10吨/天的pH为1的酸性废水,一股8吨/天的pH为10的碱性废水,单独处理都很困难,现首先将他们混合来中和,不仅节约了大量药剂,而且能将很大一部分污染物去除;接下来对中和产物进行混凝沉淀,去除废水中大量的悬浮物,为后面的处理作准备;经过混凝沉淀之后,废液中还有许多难降解污染物,此时对其进行催化氧化,断裂难降解物质的化合键,提高其可生化性;最后对废液进行生化处理,采用SBR法比较适合,因为其水量较小,而且SBR法特有的厌氧与好氧兼有的反应对废水中N、P的去除尤为适合。2、设计步骤废水 预氧化 混凝沉淀 催化氧化 SBR处理 出水以上为本次设计的基本步骤,里面还要填充一些必要的辅助结构。(1)选择适宜的单体构筑物(设备),并绘出带控制点的工艺流程草图;(2)选择适宜的设计参数,对构筑物和设备进行工艺计算,确定构筑物的尺寸及主体构造,选择主要设备的规格、型号及配置;(3)对三唑磷农药废水处理站进行平面布置和高程布置设计,合理安排各单体构筑物(设备)、站内管道系统及辅助建筑物的平面位置和标高,并进行水力计算;(4)对催化氧化塔和斜管沉淀池进行详图设计;(5)对三唑磷农药废水处理工程进行投资估算和运行费用估算。(6)完成设计说明书和设计图纸。三、阶段性设计计划、设计目标与应用价值第一阶段(第5-7周):进行工程计算,确定出构筑物的工艺尺寸及主体构造;提出土建结构设计、电气控制设计方面的要求;进行平面布置和高程布置,完成带控制点的工艺流程草图和平面、高程布置草图;完成催化氧化塔和斜管沉淀池的详图设计及草图;第二阶段(第8-16周):完善设计,修订草图,提出运行控制参数、日常分析检测项目及取样点、劳动定员等管理方面的要求,进行工程投资估算和运行费用估算,完成设计文件初稿和各草图的CAD制图,第三阶段(第17周):修订设计文件初稿,完成设计说明书及设计图纸。四、参考文献1胥维昌.我国农药废水处理现状与展望J.化工进展,2000,5:18-232徐波,许翔.碱解氧化一厌氧滤池一SBR工艺处理有机磷农药废水J.给水排水,2004,30(2):40-423劳善根,胡宏,杨小永.三唑磷农药废水厌氧处理可行性研究J.环保科技,1995,17(3):41-43,474雷乐成,汪大翚.水处理高级氧化技术M.北京:化学工业出版社,2001,1-35SERGE CHIRON, AMADEO FERNANDEZ-ALBA, ANTONIO RODRIGUEZ.PESTICIDE CHEMICAL OXIDATION: STATE-OF-THE-ARTJ.Wat.Res,2000,34(2):3756文远高,刘宏菊,房伟.SBR法处理有机磷农药废水的研究J.工业水处理,2002 ,22(1):40-427 孟连军,张建新,陆少鸣.微碱解一厌氧水解一SBR好氧生化法处理有机磷农药废水J.化工环保,2001,21(2):88-918易辰俞,戴友芝.我国有机磷农药废水处理方法的新进展J精细化工中间体,2001,31(4):1-49雍文彬,孙彦富,陈震华,等.铁屑微电解法处理农药废水的研究J.环境污染治理技术与设备,2002,3(3):86-87,6410张延青,谢经良.微碱解一混凝一光催化氧化工艺处理有机磷农药废水的可行性研究 J.环境保护,2002,12:16-17五、指导教师审阅意见 签名: 年 月 日(注:学生应根据文献综述的内容相应扩充本表各项的大小)101目 录1 前言11.1我国农药废水处理现状与发展前景11.2 设计依据21.3废水水质、水量21.4处理要求:31.5设计原则:31.6设计构筑物31.7设计方案的选择、原理与特点32 唑磷废水处理工艺设计计算 42.1调节池 42.1.1调节池作用42.1.2调节池设计42.2混凝沉淀池7 2.2.1中和池72.2.2、混合池92.2.3凝聚池102.2.4加药槽102.2.5斜管沉淀池112.3中间池 142.4保安器142.4.1保安器结构及作用142.4.2保安器设计152.5二氧化氯特性及其制备172.5.1二氧化氯在废水处理当中的应用172.5.2二氧化氯的制备172.5.3二氧化氯协同发生器的选择182.6催化氧化塔182.6.1催化氧化剂182.6.2塔身设计192.6.3曝气系统192.6.4进水系统202.6.5反冲水设计202.7储水池 212.7.1尺寸确定 212.7.2注意事项及汲水泵选择222.8生化反应器222.8.1特点222.8.2、设计进水的水质水量222.8.3反应池运行周期各工序时间计算232.8.4反应池容积计算242.8.5曝气量计算252.8.6剩余污泥排放252.8.7滗水器262.8.8自动控制系统262.8.9设备选型262.9储泥池 262.10板框压滤机272.11滤液池282.12清水池283 投资估算294 安全及环保说明305 经济及社会效益说明30参考文献31致谢32 前言1.1我国农药废水处理现状与发展前景我国是农药生产大国,目前产量近40万吨,我国农药生产在世界上占据第二位。由于农药工业的发展,排放物的环境污染问题已引起我国政府及环保部门的高度重视。由于缺乏完善的处理技术致使大量的农药废水得不到有效治理而直接排放,造成严重的环境污染1。农药在杀灭病虫害,增加粮食产量方面起了重要作用,但是,随着各种农药的大量使用,也给环境生态及人体的健康带来了值得探讨的新问题,特别是在大量生产与使用农药过程中,产生大量的农药废水,如处置不当会造成环境污染。农药废水不加处理,一旦排入水体,势必造成农药在水生生物中累积与富集,导致水生生物死亡。农药废水还可通过渗透进入地下水和土壤,使其受到严重污染。此外,农药还可通过食物链进入水体,严重危害人体健康。农药废水的主要特点包括:1.排放量大,污染物浓度高。1986年化工部对全国53家农药生产厂进行的化工污染源调查结果显示:COD排放量达30436t/d,居全国化工各行业第五位,硫化物排放量为304. 2t/d,居全国各行业第七位。2.毒性大,生物降解性能差。废水中除含有农药和中间体外,还含有酚、砷、汞等有毒物质及多种生物难降解物质。有些农药有杀菌作用,能抑制微生物代谢活动,使生物系统紊乱;有些农药为芳香族化合物或卤代芳烃及有机硫磷化合物,生物降解性极差。3.有恶臭,对人的呼吸道和粘膜有刺激作用。4.由于生产工艺不稳定,加上操作管理水平低,水质水量波动大。5.成分复杂。农药废水中含有大量合成过程中未反应的中间体及水解产物。如在对敌敌畏、甲基1605废水剖析鉴定出的9种有机物中,2种为原药,6种为原药降解物,1种为芳香化合物。以上特点给农药废水的处理造成了很大的困难,为此需要投入大量的人力、物力,寻求处理农药废水的有效途径2。有机磷农药废水处理技术的研究现状:有机磷农药生产废水历来以毒性大、浓度高、治理难成为社会关注的重点。国外从20世纪40年代开始对有机磷农药生产废水处理进行了大量的研究工作,当前国外处理农药生产废水的通常做法是浓废水用焚烧法,稀废水采用活性污泥、絮凝、萃取、活性炭吸附等方法。我国在20世纪60年代至90年代,对有机磷农药废水处理技术进行了大量的研究,其中生化法是一条可行的途径,据1990年化工部对531个农药厂进行的环保调查,生化处理占废水总量的1/4.当前,对有机磷农药废水处理技术的研究,主要集中在以下两个方面:有机磷农药生物降解的研究;有机磷农药废水处理工艺的研究(其中包括预处理工艺和生化处理工艺)。有机磷农药废水处理中存在的问题:1.现有的处理设施大多为推流式曝气系统,其容积负荷低,占地面积大,氧利用率大多不超过8%,动力效率不高。2.现有的活性污泥法进水浓度均较低,需对高浓度废水进行大量稀释,一方面浪费大量的水资源,另一方面需加大水处理构筑物,增加基建投资。3.总有机磷和磷酸盐排放浓度普遍超高,极易对地表水体造成富营养化。4.某些农药废水氨氮含量超高,是农药废水中另一个难解决的问题。5.某些预处理技术由于成本或其它问题,还不能应用于实际工程。如湿式催化氧化技术由于成本过高难于推广应用;而光催化氧化技术由于技术方面还不成熟也不能应用于实际工程中。有机磷农药废水处理的发展方向:1.有机磷农药生产厂家推广清洁生产工艺,减少污水放排量;改革生产工艺和改变产品结构,使生产废水中碳磷比适当,从而提高有机磷和磷酸盐的去除率。2.研究有效的预处理技术,去除或回收农药生产废水中的有机磷:或在生化处理装置后增设除磷装置,使出水中的磷以磷酸钙的形式沉淀,从而降低出水中磷的排放浓度。3.加强对难生物降解有机物的研究,提高难降解有机磷农药的可生化性,以利于后续生化处理,并力求应用于实际工程。4.加强处理高浓度有机磷农药废水的处理研究,如能在这方面取得突破,可大大减少因稀释而造成的浪费。5.对现有处理工艺进行技术改造或引进新的工艺,提高其处理效率。如应用高负荷好氧工艺处理有机磷农药废水,可减少占地,提高氧利用率,降低处理成本等。三唑磷作为有机磷农药的一种,是20世纪70年代德国Hoechst公司开发的一种高效、中毒、广谱有机磷杀虫杀螨剂,其生产过程中产生的有机磷废水对环境水体的安全造成威胁,在生态环境日益脆弱的今天,为了实现可持续发展,必须对其进行处理到生态环境所能承受的范围之内才能排放。三唑磷是20世纪70年代开发出的一种硫代磷酸酯类杀虫杀螨剂,具有低毒、高效、广谱的特点,是甲胺磷、乐果等农药的换代产品,具有良好的应用前景.但三唑磷在施用过程中将不可避免的进入河流、湖泊等水体,造成环境污染和生态破坏,如何防治这些问题具有十分重要的现实意义3。三唑磷农药生产废水中含有三唑磷、苯唑醇、苯脲、尿素、甲醇、盐酸苯阱等污染物,具有污染物种类多,成分复杂,毒性大等特点。目前直接针对三唑磷废水处理的研究不是太多,已见报道的更少4。本设计的目的就是通过研究当前已经应用的或正在研究的各种有机磷废水处理方法,各取所长,避其所短,设计出一套廉价实用高效的处理流程来。优秀的有创意的处理流程的推广可以在提高处理效果的同时节减开支,既改善了环境水体条件,又减轻了企业废水处理的负担,而且对于目前国家所推行的可持续发展战略也相符和,因而具有重要意义。1.2 设计依据以江苏生花农药有限公司提供的三唑磷农药废水作为设计背景,以小试研究报告提供的数据作为设计参考依据。1.3废水水质、水量三唑磷农药生产每天有两股废水排放,酸性废水10吨,碱性废水8吨,考虑到处理能力裕度10%;还考虑到处理的废水不仅仅是三唑磷农药生产废水,还包括板框污泥压滤机的压滤液,污泥主要来自催化氧化塔和压力过滤器的反冲水,这部分水量约为农药生产废水量的20%。故三唑磷农药废水的设计处理量为18(1+10%+20%)=23.4t/d,考虑到废水处理是连续运行的,三唑磷农药废水的设计处理量即为1.0m3/h。设计原水水质见表1。表1 设计废水水质水量项目COD(mg/L)水量 (t)pH酸性废水12000101碱性废水200008101.4处理要求:废水经二氧化氯废液预处理后,COD处理率10%左右;混凝沉淀对COD处理率30左右,再经催化氧化处理后,该单元对COD的处理率为75%左右,总的处理率达到93.8%;最后进行生化处理,出水达到污水综合排放标准(GB8987-1996)一级排放标准,见表2所示。表2 出水水质控制指标COD(mg/L)色度(倍)pH指标值100506-91.5设计原则:A:保证处理效果。使之达到或优于排放标准要求,B::保证处理系统运行的稳定性。对自动化的要求不宜过高。C:尽量减少基建费用及日常运行开支。中和池1.6设计构筑物 二氧化氯废液 氢氧化钠溶液 聚合硫酸铝清水池调节池储水池SBR生化反应器催化氧化塔板框压滤机中间池斜管沉淀池混凝池 废水 污泥储泥池 泥饼外运压力过滤器滤液池 反冲水 剩余污泥 反冲水 二氧化氯溶液 出水图1 三唑磷农药废水处理流程框图1.7设计方案的选择、原理与特点从以上当前有机磷废水及三唑磷废水见报道的资料来看,各种方法都有自己独到的优势,关键是要根据不同的废水水质来确定不同的组合,根据本次设计的污水水质,大致设计思路为:根据设计的废水来源,一股10吨/天的pH为1的酸性废水,一股8吨/天的pH为10的碱性废水,单独处理都很困难,现首先将他们混合来中和,发生氧化还原反应,不仅节约了大量药剂,而且能将一部分污染物去除,同时将二氧化氯协同发生器产生的废液返回至调节池,利用其强氧化性对废水进行预处理;预处理之后的废水依然为强酸性,为使混凝剂产生作用,用氢氧化钠溶液对其进行中和调节,之后加混凝剂,混凝之后进入斜管沉淀池进行沉淀,去除废水中大量的悬浮物,为后面的处理作准备;经过混凝沉淀之后,废液中还有许多难降解污染物,此时对其进行催化氧化,断裂难降解物质的化合键,提高其可生化性;最后对废液进行生化处理,采用SBR法比较适合,因为其特有的厌氧与好氧兼有的反应对废水中N、P的去除尤为适合。2 唑磷废水处理工艺设计计算2.1调节池2.1.1调节池作用所有进入废水处理系统的废水,其水量和水质随时都可能发生变化。生产装置排出的工业废水,其水质和水量随着生产过程而变化。排放水质有连续的,有不均匀的,甚至是间歇的,废水的水质也变化很大,尤其是某些工序,操作是间歇的,变化就更大了,比如反应釜排放废液就是一例,在处于反应过程中时无废液排出,反应结束,反应釜内剩余物将从釜内排放出来,这种反应残液的浓度十分高,污染严重,排放时间又短,引起废水浓度的显著增大。水量和水质的变化将严重影响废水处理装置的正常工作,水质和水量的波动越大,处理效果越不稳定,甚至会使废水处理工艺过程遭受严重破坏,尤其是采用生物法处理废水时,微生物对废水中有毒物质非常敏感,超过所能接受的浓度,微生物的代谢作用就会受到抑制,甚至会造成微生物的死亡,即使是短时期的毒物冲击,也将引起处理水质的恶化。为减少水量和水质变动对废水处理工艺过程的影响,在废水处理系统之前宜设置调节池,存盈补缺,使后续处理构筑物在运行期间内能够得到均衡的进水量和稳定的水质,并达到理想的处理效果。设置均衡调节池的目的就是解决进水水量水质的变化和废水处理装置稳定的处理能力,处理水质要求达到稳定的水质这一矛盾的。均衡调节池包括单纯的水量均衡和水质均衡。水量均衡主要从水量的大小出发,保证进入处理装置的水量达到一定的稳定程度水质的变化可以不加考虑,在水量均衡的过程中,对废水的水质也有一定的均衡作用;水质均衡是使浓度高时的废水与浓度低时废水相混合,使流入处理装置的废水浓度不超过某一个合适的范围,从而保证处理装置正常工作,在水质均衡的过程中,同时也起着一定的水量均衡的作用。水质均衡要求预先掌握废水排出的一般规律,水质均衡要求掌握废水水质的变化规律,在允许条件下要尽可能增大均衡装置的容积,容积越大,越有利于调节5,6。2.1.2调节池设计(1)池体尺寸对于本设计的实际状况,生产废水排出基本上是均匀排出,因此水量调节可不予考虑,主要是水质调节。调节的废水主要来自三个方面:酸性废水、碱性废水、返回压滤液。设计调节池调节时间为8个小时,生产排出废液体积为:返回压滤液约占生产废水的30,总的调节池有效体积应该为:设计池体为矩形,底面尺寸为:则池高为:取池体超高0.3m则总的调节池尺寸为:整个池体设于地下,池顶加盖板,与地面相平。盖板不能密封,留一定的缝隙供所曝空气溢出。以上尺寸为调节池内壁尺寸,施工时池壁厚为20,池底厚为40 。两股生产废水采用暗沟形式进入调节池,从生产废水排出口向调节池流动过程中即开始混合。(2)预氧化设计在后续的废水处理中,作为氧化剂的二氧化氯发生装置会产生一定量的废液,废液量大约二氧化氯,废液的成分主要是二氧化氯、臭氧、氯气、过氧化氢等,因此废液具有较高的酸性及较强的氧化性。如若直接排放势必造成二次污染,若处理后再排放,则又需要资金投入。考虑到废液较强的氧化性,因此将其回流到整个处理工艺之前的调节池,对调节池内废水进行预氧化,农药中容易断裂的化合键即被氧化断裂,对COD的降低有一定的贡献,大约能够减少10,减轻了后续处理的负荷,同时降解COD产生的沉淀直接沉在了斜管沉淀池,否则就要增加催化氧化塔的沉积物,对催化氧化塔的正常运行也大有裨益。(3)曝气系统设计直接在调节池进行预氧化,会有一定的沉淀物生成,但对于设盖板的调节池来说,清除沉淀并不容易,因此考虑将可沉淀物全部作为悬浮物泵入后面的中和沉淀池进行处理。同时二氧化氯废液需要与生产废水进行充分混合,从多方面考虑,采用曝气混合搅拌的方式,为使悬浮物布置沉淀,因此选用较高的气水比10:1曝气量为采用II型曝气头:按照每个曝气头的曝气能力则需曝气头个数为个,即4个若按照每个曝气头的服务面积0.75计算,则需曝气头个数为个。综合考虑,需要安装8个曝气头。曝气头安装位置距池底距离为0.2米。为使悬浮物不留沉积地全部排出,设计池底向汲水管方向有2的坡度,汲水管口设喇叭口,为防止悬浮物在汲水口沉积,在曝气头安装时,最靠近汲水管口的两个曝气头朝下安装,以激起沉积物。调节池出口设测流装置,以监测调节的流量。图2 调节池剖面图图3 调节池曝气头排布设计选用曝气头相关参数如表3所示。表3 II型曝气头参数 7型号尺寸服务面积阻力损失通气量II0.751001500.31624调节污水提升泵选用型号为气动隔膜泵,其相关参数如表4所示:表4 气动隔膜泵参数型号流量扬程吸程最大允许通过粒径功率QBY1515052.50.55(4)返回压滤水返回的压滤水直接从压滤液集水池泵入调节池,入水口距地面0.3米,考虑水量较小,不易连续操作,因此采用间歇操作的方式,每小时工作一次,泵水0.5。拟选用水泵型号为型。2.2混凝沉淀池2.2.1中和池从调节池泵出的废水经水质水量调节与预氧化之后,COD去除约10。由于酸性废水与碱性废水pH相差甚远而水量相当。因此混合之后废水依然呈强酸性,为使混凝取得较好的效果,必须对废水的酸碱性进行调节。选用混凝剂为聚合硫酸铝,这种混凝剂在中性偏碱(pH8)时混凝效果最好,因此选用碱性药剂对废水pH进行调节,本设计选用氢氧化钠作为中和药剂,因为氢氧化钠具有组成均匀、杂质少、易于投加、易于贮藏和运输、在水中溶解度高、反应速度快等特点,虽然价格比较昂贵,相对氢氧化钙中和来说省却了许多后续污泥处理的麻烦,从整个过程来看,选用氢氧化钠作中和药剂还是比较合适的。(1)氢氧化钠用量计算与控制三股废水混合后的pH值(忽略添加的少量二氧化氯废液引起的pH变化):A:酸性废水 pH1 水量10t/dB:碱性废水 pH10 水量 8t/dC:压滤液 pH6.5 水量 6t/d多股农药废水混合后pH值为:pH现预将pH调至8,则需加药剂量为:(设计混合水量为24t/d)NaOH物质的量为40.1需要纯的NaOH药剂量为:NaOH在水中的溶解度为300g/l,因此添加药剂时即采用乳剂添加的方式。由于添加乳剂中NaOH含量为30,因此溶药箱体积为:(算式中分母1.3为乳剂密度/约数)实际购买药品纯度为98左右,因此溶药时要比计算数值酌情添加。添加量由实际所购买的氢氧化钠的纯度及废水的变化量而定。设计溶药箱尺寸药剂添加量的控制采用高位槽的形式添加,加药量由流量计控制。(2)中和池计算机械混合是在混合池内安装机械搅拌装置,用电动机驱动搅拌器,使水和药剂混合,构造简单,机械混合池可以在要求的混合时间内达到需要的混合强度,满足混合要求。机械混合水头损失小,可以适应水量、水质、水温等的变化,混合效果好,缺点是维护管理较复杂,消耗动能。机械混合池内搅拌器有浆板式、螺旋桨式、和透平式。浆板式结构简单,加工制造容易,只是效能较低,比较适合于较小的混合池。池体计算以NaOH调节酸碱性,采用机械搅拌混合的方式中和时间设为一个小时中和池有效容积:为提高浆板搅拌效率,中和池采用圆形。直径则池深为:若取超高则中和池总高为:搅拌器计算中和池壁设四块挡板,使用带两叶的平浆板搅拌器7。每块挡板宽度其上下缘均取0.2米则挡板长度为由于H:D1.27:11.2,故搅拌器设两层,即,搅拌器层间距取0.4搅拌器直径搅拌器距池底高度取搅拌器叶面数2搅拌器宽度搅拌器外缘线速度采用则搅拌器轴速:搅拌器旋转角速度:计算轴功率:上式中: 水的相对密度,; 搅拌器半径; 重力加速度,; 阻力系数,0.20.5;需要轴功率: 上式中:水的动力黏度,;设计速度梯度 ,一般采用5001000;,满足要求,可以使用该种搅拌器传动效率取,则电动机功率2.2.2、混合池(1)池体计算混合池同样采用机械搅拌的混合方式混合时间采用60秒。 以聚合硫酸铝作混凝剂,采用机械搅拌混合的方式,混合池有效容积为提高浆板搅拌效率,混合池采用圆形。直径则池深为: 取超高0.26米则混合池总高为:(2)搅拌器计算混合池壁设四块挡板,使用带两叶的平浆板搅拌器。每块挡板宽度其上下缘均取0.05米则挡板长度为:由于H:D0.34:0.251.361.2,故搅拌器设两层,即,搅拌器层间距取0.12搅拌器直径搅拌器距池底高度取搅拌器叶面数2搅拌器宽度搅拌器外缘线速度采用则搅拌器轴速:搅拌器旋转角速度:计算轴功率:上式中: 水的相对密度,; 搅拌器半径; 重力加速度,; 阻力系数,0.20.5;需要轴功率:上式中:水的动力黏度,;设计速度梯度 ,一般采用5001000;,满足要求,可以使用该种搅拌器传动效率取则电动机功率:2.2.3凝聚池废水与混凝剂在混合池内混合一分钟后直接溢流到凝聚池内进行凝聚,停留时间设为20分钟,根据处理速率,20分钟的水量为:设计凝聚池尺寸为:池子体积为2.2.4加药槽 混凝剂选用聚合硫酸铝,根据实际试验确定用量,用量极少,一般按照干污泥重量的0.5计算。假设废水处理时有20作为污泥沉降。沉降污泥的含水率为98则每天的用药量为:即每天处理废水的用药量为0.48千克,为使加药均匀,将其配置为低浓度的溶液形式加药,以流量计控制加药量。采用不锈钢材质做溶药槽,制作尺寸为0.40.40.4 m32.2.5斜管沉淀池 斜管沉淀池是跟据浅层沉淀理论,在沉淀池沉淀区与水平面形成一定倾角(通常为60)的斜管组件,以提高沉淀效率的一种高效沉淀池。斜管沉淀池一般有进水穿孔花墙、斜管装置、出水渠、沉淀区和污泥区组成。按污泥与水流的相对运动方向不同可将斜管沉淀池分为异向流、同向流和侧向流三种。本次设计水量较小,采用异向流的形式,即水流自下而上,水中悬浮颗粒自上而下。由于沉淀区设有斜管组件,斜管沉淀池的排泥只能依靠静水压力排出。 在中小型水厂使用较多的沉淀装置就是斜管沉淀池,相比较而言,斜管沉淀池的处理效果比平流沉淀池好,但有些因素也会影响沉淀池的沉淀效率,如斜管倾角、斜管长度、管径、进水方式、斜管中水流上升速度等。在生产中采用穿孔花墙及缝隙进水墙,应注意通过所开孔口的大小来控制流速,不致使矾花破碎。配水孔与斜管底部及排泥区的高度要根据实际情况来确定,如果采用下向流斜管就必须要注意斜管的倾角,倾角过大极易使已沉淀的污泥随水流的惯性带出水面;倾角过小则极易阻塞斜管,使斜管内积泥严重,引起变压变形,无法正常运行,因此,倾角的确定也要根据水质情况来分析。总之,不论采用何种配水方式,都要以不致使矾花破碎为原则,故要控制流速,一般设计采用流速为0.158。各设计部分设计7:(1)清水区 主要参数:水力停留时间出水量斜管材料选用塑料化热压六边形蜂窝管壁厚边距。安装倾角60选用管长为固定值1.0则沉淀池的清水区面积:其中斜管结构占用面积按3%计算则实际清水区需要面积:清水区采用方形结构,则其边长为:实际选用尺寸大小为。(2)斜管长校核 设上升流速斜管内水流速度为颗粒物沉降速度则管长L为: 考虑到管端紊流,污泥等因素,过渡区采用250,因此斜管长为1000足以满足要求。(3)沉淀池高度清水区高度0.5布水区高0.15斜管高排泥区高度0.87过渡区高斜管沉淀池总高:为排泥方便,锥形污泥斗与地面距离采用,即斜管沉淀池整体抬高0.11,沉淀池最上端与地面相对高度为2.8。选用DN100的铸铁管道直接排入储泥池或由人工用推车送入储泥池。(4)布水区以穿孔花墙进水,控制流速0.05则进水总面积:,为防止生成矾花破碎,必须保证进水口径不能太小,采用圆孔,则圆孔个数为:,即需要三个的圆孔进水。沉淀池进水采用大口经斜管进水的方式。从混合池直接以直管排出后分为三支管径依然为的直管直接进水斜管沉淀池,设分水装置使三只分管内水量均匀,安装阀门,使分管内进入沉淀池的流速控制在0.05。进水斜管与沉淀池布水区保证一定的倾角,至少,防止由于流速过小而致使矾花沉淀管内而阻塞管口。(5)集水区沉淀池上部边缘设穿孔集水槽,沿边缘围成一周,槽宽拟用,共设一根出水管,设出水流速为,则需要管径为:实际选用管道为DN40的PVC管。(6)排泥区采用静压力泥斗排泥,设絮凝污泥体积占总水量的20,设计每个小时排泥一次,则需要泥斗容积为:泥斗上边缘即采用锥形泥斗倾角泥斗下边长取泥斗高:锥形泥斗容积:0.2整个排泥区高度即为。污泥直接排入污泥储存池,与反冲废水和生化处理池剩余污泥混合后直接由板框压滤机压滤后外运处理。图4 斜管沉淀池2.3中间池沉淀池出水储存于中间池,因为后续的催化氧化处理需要用泵泵入,设集水池就是为水泵的正常工作创造条件。设计尺寸为,(以上尺寸为集水池内壁尺寸,施工时池壁厚为20,池底厚为40)。同时集水池还有一作用:后续的催化氧化处理对废水酸碱度有一定要求,要求偏酸性,而前面的混凝沉淀是在偏碱性条件下进行的,虽然后面加入的氧化剂有一定的酸性,但又是可能不能满足要求,这时就可以在集水池设监测点,当沉淀池出水碱性较高时,就可以在集水池对其进行适当的调节。集水池跟调节池一样设于地下,池底朝汲水口方向设2的坡度,汲水管口设喇叭口,池顶设盖板,盖板与地面相平。2.4保安器2.4.1保安器结构及作用保安器主要作用就是减少进入催化氧化塔的悬浮物。本设计选用压力滤池。工业废水处理中除采用普通快滤池外,其他利用较多的滤池类型就是压力过滤器和无阀滤池。压力过滤器是一个承压的密封过滤装置。内部构造与普通快滤池相似,其主要特点是承受压力,可利用过滤后的余压将出水送到用水地点或远距离输送。压力过滤器过滤能力强,容积小,设备定型,使用机动性大,单个过滤器的过滤面积较小。通常采用的压力过滤器是立式的,直径不大,滤层以下为厚度的卵石垫层(),排出系统为过滤头,在一些废水处理系统中排水系统还安装有空气压缩空气管用以辅助反冲洗。反冲洗污水通过顶部的漏斗或设有挡板的进水管收集并排出。压力过滤器外部装有压力表,取样管,可以及时监督过滤器内的压力损失和水质变化。过滤器顶部设排气管,用以排出过滤器内和水中析出的空气6。2.4.2保安器设计(1)设计参数确定及填料选择本次设计水量太小,没有合适的成型设备供直接选用,需要自行设计。设计处理量为滤速取则圆形立式压力过滤器的直径为:滤料选用粒径为的石英沙,厚度设计为,其工作时的水头损失约为,配水系统采用小阻力系统中的缝隙式滤头。(2)反冲系统由于废水中悬浮物的滤出,工作一段时间后过滤器压力会不断增大,耗能增加,这时就需要对石英沙进行反冲洗,洗掉黏附于沙粒缝隙之间的沉积物。设计每天反冲一次。冲洗时间为反冲洗强度设计为9反冲时滤料的膨胀度为45由以上设计参数可以计算每一次反冲水量为:(3)反冲水处理反冲水含水率99.5,直接排入污泥储存池,与沉淀污泥和生化处理池剩余污泥混合后直接由板框压滤机压滤后外运处理。(4)池体尺寸确定根据反冲洗时的膨胀度,可知反冲洗时滤料膨胀高度为:;取超高;布水高度;反冲水管布置高度;卵石垫层;压力过滤器的总高为:验证:,比例大于50,满足合格要求。该压力过滤器整体为钢结构,进水管直径设为,进水口设挡板使布水较为均匀;出水管直径设计与进水管直径相同。(5)进水泵与反冲水泵选择水泵型号根据实际需要泵水速率而进行选择。进水水泵进水能力不小于,扬程不小于。选择水泵型号为:型,其相关参数如下:表5 型水泵相关参数型号压力流量功率转速吸程总扬程进出口径0.422.296044425反冲水泵泵水能力不小于,扬程不小于。选择水泵型号为:型,其相关参数如下:表6 型水泵相关参数型号流量功率转速扬程效率102.229002055进水出水反冲进水反冲出水图5 压力过滤器2.5二氧化氯特性及其制备2.5.1二氧化氯在废水处理当中的应用二氧化氯分子由一个氯原子和两个氧原子组成,氯原子以两个配位键与两个氧原子结合,其最外电子层上还存在一个不成对的自由电子,为活泼性自由基,具有很强的氧化作用,能使微生物蛋白质中的氨基酸氧化分解,至今尚未发现微生物能抵抗氧化作用而不被杀灭的。二氧化氯的杀菌消毒作用机理是氧化作用,因此它不同于甲醛、酚类化合物使蛋白质变性而使微生物失去活性,也不同于氯气使微生物氯化而失去活性。它与微生物接触时释放出初生态的氧及次氯酸分子,对微生物的细胞壁有较好的吸附和透过性,能有效的氧化细胞内含基的酶,快速地控制蛋白质的合成,破坏微生物的酶系统,使蛋白质中氨基酸氧化分解,达到抑制生长和杀灭。二氧化氯对有机铁、锰、硫的氧化作用可用来脱色除臭,改善原水预处理时的凝集性10。所有的高级氧化技术都主要基于羟基自由基,它是有机电极氧化中的主要反应媒介游离基HO2 及与其结合的O2在降解过程中也发生反应,但这些激进分子的反应活性要远低于羟基,羟基能与大部分有机物发生强烈反应,使之失去氢或发生亲电子的加成反应,游离态的激进分子能与分子态的氧气进一步反应生成过氧化物,进而引起一系列降解反应使污染物彻底矿化。另外,羟基还能依附在芳香环上俘获卤素的位置上,生成石炭酸同系物。虽然羟基是公认的强活性基团,但它与氯化烷基化合物的反应确极为缓慢11。高浓度有机化工废水一般色度高,有机成分难以降解,其值很低,所以实际工程中直接采用生化方法处理废水的效果很不理想,利用催化氧化装置,强氧化剂配以高效的表面催化剂,对废水进行强烈的化学氧化作用,则出水的色度已基本达标,同时使值及值都达到了适宜生化处理的范围,从而在常规的物化处理和生化处理之间架起了一座桥梁。利用二氧化氯()的强氧化性处理难降解废水是在水处理中的主要用处之一。但因为二氧化氯与有机物的反应具有选择性,这使得二氧化氯化学氧化处理难降解废水时不能达到预期处理效果,因此采用二氧化氯与高效催化剂组成二相催化氧化体系,对废水进行催化氧化处理,改善反应条件,提高反应效率,是二氧化氯在废水处理当中的发展方向12。二氧化氯在空气中浓度大于10或水中浓度大于30时都将发生爆炸,使它的应用受到很大的限制10。现在利用二氧化氯基本上都是即用即制,不存放,不运输,只要合理操作二氧化氯发生装置,它将是很安全的。2.5.2二氧化氯的制备二氧化氯的制备方法有两种:一是化学法,二是电解法,目前我国大都采用电解法。电解法的成型设备叫二氧化氯协同发生器,其作用机理是:电解槽的阳极室加入饱和食盐水,阴极室加入自来水,当电压电流达到额定值时在阳极室产生、和协同消毒气体13。二氧化氯协同发生器产生的是、等综合性气体,具有极强的氧化性和广谱杀菌能力。设备结构紧凑,体积小,占地少,操作管理方便。制备原料是食盐,能源为直流电,现制现用,安全方便。二氧化氯在常压下制备,水射器负压投加,消毒气体不易泄漏,安全可靠。产品规格齐全,其产量为53000,适应性强,选择余地大。耗电耗盐少,节省能源14。2.5.3二氧化氯协同发生器的选择本设计就是根据二氧化氯的用量,直接进行二氧化氯协同发生器的选型。根据实际操作实验,对本设计的废水,需要添加的二氧化氯水溶液与处理废水的比例是1:1,根据本设计的水量可知,需要二氧化氯用量为,直接进行成型设备选型,产生气体由水射器负压投加至清水池泵回的水管中进行混合吸收再与废水按1:1的比例进行混合后进入催化氧化塔,在催化剂作用下进行反应。根据二氧化氯得实际用量选择二氧化氯协同发生器的型号为:型。其相关参数如下15:表7 型二氧化氯发生器参数型号有效氯产量装机容量动力水设备质量设备尺寸管径压力10001.03290图6 SX98 型二氧化氯发生器2.6催化氧化塔2.6.1催化氧化剂根据实际操作数据,废水氧化达到理想效果所需氧化剂量是二氧化氯水溶液与保安器出水进行1:1的混合,混合液在催化氧化塔的停留时间为1小时,所以催化氧化塔的进出水量为,催化剂选用承载有效催化成分的专用活性炭()。2.6.2、塔身设计以专用活性炭()作为催化氧化塔的填料其空隙率为0.5所以催化氧化塔的有效体积为:设计氧化塔直径为,则其有效高度为:由于催化氧化塔中有曝气头曝气,会引起滤料的上浮,取其上浮高度0.5,下部曝气系统与布水系统管路安装取总高0.9;反冲时活性炭滤料的膨胀率为0.4则膨胀高度为:催化氧化塔的内部总高为:设备运行时由下部进水,上部出水,反冲时,也一样下进上出,因为曝气系统的存在,沉积悬浮物总在填料的上方,只是正常工作时水流太小,不能完全冲出,而反冲时瞬时水量很大,出水速率相当于正常工作时的30倍,沉积悬浮物都会随反冲水的惯性而被冲出。2.6.3曝气系统曝气系统采用微孔曝气头,气水比选用10:1则曝气量为:选用II型曝气头,曝气能力为则需要曝气头个数为:只为安装设计方便及实际状况考虑,选用曝气头个数为8只。根据曝气量选择鼓风机型号为:,其相关参数如表8所示表8 型鼓风机参数型号频率功率电压压力流量正常工作压力噪声重量500.09220240725505.3608.430522.6.4进水系统 以水帽进水,选用水帽进水速率为0.25需要水帽个数为:只2.6.5反冲水设计设计每天反冲一次,每次反冲时间为5分钟反冲强度则反冲水量为:反冲水泵泵水能力不小于根据需要选择水泵型号为:,其相关参数如下:表9 型水泵参数型号流量功率转速扬程效率807.514502065图7、催化氧化塔结构图图8、催化氧化塔曝气头(右)与水帽安装布置图2.7储水池2.7.1尺寸确定 前面一段工艺过程均为连续性操作,而后面的生化处理为间歇性操作,所以需要设一储水池对水量进行调节。的每个工作周期为8个小时,进水时间为四个小时,所以储水池只需储水催化氧化塔四个小时的出水量即可维持工艺处理的正常运转,催化氧化塔的出水速率为,所以储水池的有效体积不小于设计储水池为方形,尺寸为,取超高0.5,则储水池整体尺寸为,以上尺寸为池体内壁尺寸,施工时池壁厚为20,池底厚为40 。整池设于地下,上口设盖板,与地面相平。2.7.2注意事项及汲水泵选择池底汲水管喇叭口处要保证一定水深,一般不小于0.5米,否则会发生气蚀而损坏水泵叶轮。所设汲水泵,汲水能力不小于,扬程不小于12。选择水泵为电动隔膜泵,其相关参数如下:表10 DBY40型隔膜泵参数型号流量扬程吸程最大允许通过粒径功率DBY404.530412.22.8生化反应器2.8.1特点循环间歇式活性污泥法()是一种厌氧与好氧相结合的生物处理技术,其主要特点是:A、集进水、厌氧、好氧、沉淀于一池,可灵活的变换运行方式,以适应处理不同类型的有机废水的要求;B、设备简单,一般不需设调节池,可省去初沉池,无二沉池和污泥回流系统,占地面积小,投资省;C、耐冲击负荷,并能较好的防止污泥膨胀,处理能力强。这也是法备受中小型水处理工程青睐的主要原因。2.8.2、设计进水的水质水量(1)处理水量确定本设计的设计水量为24,运行至生化处理阶段,由于氧化剂溶液的添加,生化池需要处理的水量为48。(2)进水水质原始酸碱废水水质:A:酸性废水 12000 水量10t/dB:碱性废水 20000 水量 8t/dC:压滤液 1500 水量 6t/d三股废水混合后的值为:预氧化去除废水的10后值为:混凝沉淀池去除的30后值为:二氧化氯的吸收液为处理达标的出水,其值约为100与斜管沉淀池出水混合后的值为:催化氧化塔对的氧化效率为75,其出水的值为: 催化氧化后,废水色度已经基本达标,所以的进水水质为:水温为1030要求出水水质的指标为:,(3)设计参数拟定 污泥负荷9 反应池个数 排出比 活性污泥层面以上最小水深为: 浓度反应池深2.8.3反应池运行周期各工序时间计算(1)曝气时间实际控制曝气时间。(2)沉降时间初期沉降速度:水温10时: 水温30时: 必要的沉降时间为:水温10时: 水温30时: (3)排出时间 沉淀时间在0.551.65之间变化,排出时间取左右,加上排出后的静置时间,则总的沉淀时间取。(4)一个周期所需时间每天处理周期数 实际操作取 ,每个处理周期 (5)进水时间根据实际水质,采取半限制性曝气,即进水一个小时后开始曝气,进水结束一个小时后曝气停止,所以每个周期进水时间与曝气时间相同,为。从污水注入到注满这一阶段反应器起到调节池的作用,对水质水量变化有一定的适应性。保留前面一个小时不曝气主要是为起到脱氮释放磷的作用。2.8.4反应池容积计算(1)反应池容量:(2)进水流量变动的计算根据进水时间和进水流量变化模式,一个周期的最大进水量变化比为。超过一周期污水进水量与的比值为:/考虑流量之变动,反应池的修正容量为:反应池水深,则反应池的表面积为:若设反应器为圆形,则反应器直径为:实际取此外,在沉淀排出工艺中可能接受污水进水量的10,则反应池的必要安全容量为: 反应池水深,则反应池表面积为:若设反应器为圆形,则反应器直径为:实际取反应池设计运行水位排水结束时水位:基准水位:高峰水位:溢流水位:污泥界面: 2.8.5曝气量计算设计需氧量为总需氧量为16.2以鼓风机进行曝气,空气中氧气的含量为:(假设空气中只有氧气和氮气)以型微孔曝气头进行曝气,曝气效率为20总的空气需要量为: 每天曝气总时间为:需要曝气速率为:需要安装II型微孔曝气头的个数为:只即在反应池底安装8只曝气头2.8.6剩余污泥排放 反应器的污泥产率约为0.8计算可得,每天的污泥产量为:剩余污泥的含水率为96,则污泥体积为:剩余污泥直接排入储泥池,与反冲水混合后直接由板框压滤机压缩。2.8.7滗水器反应器最根本的特点是单个反应器采用静止沉淀、集中排水的方式运行,为了保证排水时不会扰动池中各水层,使排出的上清液始终位于最上层,要求使用一种能随水位变化调节的出水堰,即滗水器。滗水器由收水装置、连接装置和传动装置组成。收水装置设有挡板、进水口和浮子等,主要作用是把处理好的上清液收集到滗水器中。滗水时瞬时流量较大,既要保证处理水顺利通过,又要使反应器中污泥不受扰动,更不能使污泥随水流出。连接装置也是滗水器的关键部位,在排水过程中要不断的运动,既要保证运转自如,又要保证设备的密闭性能。传动装置是保证滗水器正常工作的关键,无论采用何种传动方式,均需要与自动控制系统和污水处理系统有机的结合,通过程序自动控制滗水器动作7。2.8.8自动控制系统工艺采用自动控制系统来实现工艺的运行和控制要求。由各种仪器仪表和、计算机等组成工艺的自动控制系统。进水、反应、沉淀、排水和待机5个阶段完全由控制系统自动操作和控制,根据水质水量的变化和反应器中各种参数的变化情况由事先编制的软件来控制SBR系统的运行。SBR生化反应池在工程设计方面还缺乏科学、可靠的设计模式,运行模式与设计方法之间会有所脱节,因此宜于直接选择设备,然后再根据水质进行调试16。2.8.9设备选型由于处理污水量较小,也可以直接用设备处理,根据计算所得池体数据,直接进行设备选型,经查找资料,可知浙江绍兴环保设备厂的型号为的生化反应器符合要求,其相关参数如下:表11 型生化反应器相关参数型号容积尺寸污水泵罗茨鼓风机消声器配套总功率占地面积设备质量运行质量605.5与风机配套15.5477.6692.9储泥池由前面计算可知,每天产生的污泥来自几个方面:1、斜管沉淀池沉淀污泥泥量:0.2 含水率:982、保安器反冲水泥量: 0.7 含水率:99.53、催化氧化塔反冲水 泥量:5.3 含水率:99.84、SBR剩余污泥 泥量:0.45 含水率:96由以上数据可以确定储泥池的体积: 每天处理污泥总体积为:板框压滤机平均工作负荷为:从上面的污泥排出速率可知,除保安器反冲水和催化氧化塔反冲水为瞬时排出的,沉淀污泥和剩余生物污泥都是陆续排出的,设计储泥池体积主要是考虑存储瞬时排出的反冲水体积6立方米,设计储泥池体积为8立方米足以满足要求。设计尺寸为。根据污泥性质,必要时可以再加入一些混凝剂对污泥进行条理,使之容易压滤,降低泥饼含水率。2.10板框压滤机由于此次设计废水量较小,产生污泥量也太小,没有必要专门设计污泥浓缩池,因为一般污泥浓缩池的污泥停留时间都比较长,因此占地面积都比较大,另外由于化学混凝沉淀的污泥相对生活污泥来说黏性较小,比较容易沉淀浓缩,因此此次设计省缺却了污泥浓缩池,而增设了储泥池,反冲水的污泥量比较大,但含水率较高,沉淀污泥与SBR生化反应池剩余污泥的污泥量较少而含水率较低,因此将几项污泥混合之后,板框压滤机处理污泥质量就比较均匀了。根据污泥量的产生量选择适当型号的板框压滤机。经查找相关现有成型设备资料,确定选用板框压滤机型号为:,其相关参数如下:表12 型板框压滤机设备参数型号过滤面积板框尺寸板框数滤饼厚滤室容积外形尺寸质量板框1026252512726852900板框压滤机的滤饼含水率按照65%计算,则每天的泥饼产量为:泥饼直接外运处理,农药污泥为危险性有毒物质,需要特定部门来特别处理。每天的滤液产量为(不考虑蒸发渗透等消耗):板框压滤机压滤污泥来自储泥池,污泥泵选用气动隔膜泵,其相关参数如下:表13 QBY40型气动隔膜泵相关参数型号流量扬程吸程最大允许通过粒径功率QBY400.850510.55压滤液随板框压滤机的工作进行而逐渐泵回调节池,可以连续泵回,也可间歇操作,不过间歇时间不能超过一个小时,那样对水质的均衡就会产生影响。2.11滤液池滤液随板框压滤机的工作进行而逐渐泵回调节池,如果采用间歇泵回的方式,就将滤液暂时存集于滤液池,设计存水量为两个小时压滤液,则滤液池的体积为,设计尺寸为:。以上尺寸为池体内壁尺寸,施工时池壁厚为20,池底厚为40 。2.12清水池 压力过滤器和催化氧化塔反冲时瞬时用水量很大,根据工艺流程的设计,这两个步骤一般是同时运行的。压力过滤器每次反冲用水量为,催化氧化塔每次反冲用水量为,二氧化氯发生器需要的水量为1,清水排出速率为所以清水池的容水量最小体积为:设计清水池尺寸为:清水池设于处理水排放口的下游,整个处理工艺的达标水排
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