某硫酸厂废水处理工程设计实例

一、基础资料1.设计原则(1)废水处理系统具有良好的稳定性，能确保出水达标排放。(2)废水处理系统避免二次污染的产生，做到能源的部分回收。(3)废水处理系统具有较低的运行成本。2.编制采用的主要规范、标准和资料(1)《室外排水设计规范》（GBJ14-87）1997年版(2)《城镇污水附属建筑和附属设备设计标准》（CJJ31-89）(3)《污水综合排放标准》(DB31/199-1997)(4)《低压配电装置及线路设计规范》（GBJ57－83）(5)《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）3.废水水质、水量及设计标准3.1废水水质及水量废水分二部分，一部分为高浓度有机废水，另一部分为冷却水、冲洗水及生活污水等混合污水。其中高浓度有机废水近期流量40m3/d，远期发展规模为120m3/d，主要含有乙二醛、甲醛、乙醛及硫酸二甲酯等，其水质如下：表9－30硫酸厂高浓度有机废水水质CODcr12000mgg/lBOD58000mg//l水温40℃其余污水流量约为5000m3/d，水质由于无实测数据，本方案设计时考虑两种水质情况，即水质情况A：CODcr＝250mg/l及水质情况B：CODcr＝350mg/l；BOD5以BOD5/CODcr=0.5计，两种情况污水中SS均以200mg/l计。则两种情况下水质如下表示。表9－31硫酸厂生活污水、冲洗水及冷却水等水质水质指标水质情况A(mmg/l)水质情况B(mmg/l)CODcr250350BOD5125175SS2002003.2出水水质表9－32硫酸厂废水处理出水水质要求CODcr100mg/llBOD530mg/lS2-1mg/lSS70mg/l*按照《污水综合排放标准》(DB31/199-1997)二级标准4.工程概况某硫酸厂原于七十年代末设计建造了三车间污水处理工程，并于八十年代进行了改建，由于工厂生产等原因，该改建后工程也于九十年代初停止运行，但现有装置未拆除，旧装置现共占地约2400m2，由于停产已有5年以上，原有设备如泵、鼓风机等因年久失修已不能使用，部分构筑物也已难以使用，仅有4座沉淀池、1座澄清氧化池及1座压滤机房经检修后尚可继续使用，其具体尺寸及材料如下表示。为尽可能的降低造价，与本方案工艺相符合的构筑物尽可能的改造后使用。表9－33硫酸厂废水处理部分可使用原有构筑物构筑物名称规格材料数量沉淀池*φ7000×99000砼4澄清氧化池φ7000×72550A31压滤机房13500×100000×110000砼1*原总图尺寸与表格所例略有差异。二、废水处理工艺的确定1.废水的特征本项目废水分两部分，其中高浓度有机废水主要含有机污染物，其BOD5/CODcr=0.7，具有非常好的生化降解性，流量按远期发展流量120m3/d设计。另一部分为生活污水，同普通生活污水相似，也具有较好的生化降解性，流量以5000m3/d设计。2.废水处理工艺的选择有机废水处理通常可选用生化法及化学法与物理化学法等。常用的物理化学法有混凝沉淀、浮选、超滤、反渗透等。混凝沉淀法、浮选适用处理悬浮物高的废水。废水经混凝沉淀处理后，处理出水SS低，但可能需要进行pH调整，单采用此法只能去除废水中的悬浮物和胶体物质，对溶解性的物质不能去除，而硫酸厂废水中主要含甲醛、乙二醛等溶解性有机物质，用物化法难以达到较高的处理效果。物化方法具有设备容积小，化学污泥量大，COD较难达标，运行费用大的特点；膜处理技术－所谓膜，是指在一种流体相内或两种流体之间有一层薄的凝聚相物质，它把流体相分隔成互不相通的两部分，膜可以使流体相中的一种或几种物质透过，而不允许其它物质透过。膜能使溶剂透过的现象通常称为渗透，膜使溶质通过的现象称为渗析，利用膜的选择透过性来进行浓缩和分离的现象为膜分离技术。膜分离技术有如下特点：(1)膜分离技术在分离过程中，不发生相变化，也不发生相变化的化学反应。(2)在膜分离过程中，不需要从外界物质加进其它物质(3)膜分离可在常温下得到分离，因此对热敏性和对热不稳定的物质比较适合。(4)需要定期进行维护，膜的集留物难以处置，运行成本高。膜技术目前主要用于开发新的水资源，用膜技术进行海水淡化和苦咸水淡化来解决水资源的不足，但采用膜技术来处理工业废水，还是近年来的方向，在如何降低水处理投资和运行成本，如何处置膜的集留物尚需进一步研究。有机废水最为常用的处理方法是生化法，生化法具有运行成本低，处理效率高，处理效果稳定，运转经验丰富、有机物适用范围广的特点，此法广泛应用于城市污水处理厂和以有机污染物为主的工业废水领域。根据废水的进水水质BOD5/CODcr0.5，具有良好的可生化性，据此以生物法为主辅以其他方法来处理此类废水，在技术上是可行的，经济上是合理的。虽然本项目的废水可生化性较好，但是高浓度有机废水的绝对污染量高，表现CODcr非常高，要求处理后的出水CODcr要求达到100mg/l，采用通常的好氧方法难以经济的达到此要求。而与好氧法相比，废水厌氧处理具有以下一些优点：(1)可实现部分能源回收；(2)运行成本低。据有关资料统计，以厌氧法运行成本为100％(不含产气价值)，好氧法则为319％；(3)厌氧处理设备负荷高，占地少，厌氧反应器容积负荷比好氧法要高得多，单位反应器容积的有机物去除量也因此要高得多；(4)厌氧处理产生的剩余污泥少，且剩余污泥脱水性能好，浓缩时可不使用脱水剂；(5)厌氧处理对营养物质的需求量少，约为好氧法的30％；(6)厌氧处理可以处理高浓度的有机废水，当废水浓度较高时，不需要大量稀释水；(7)厌氧方法的菌种可以在中止供给废水与营养的情况下保留其生物活性与良好的沉淀性能至少一年以上。它的这一特性为其间断的或季节性的运行提供的有利条件；(8)厌氧系统规模灵活，可大可小，设备简单且易于制作。2.1厌氧滤器(AF)厌氧滤器(AF)是采用填充材料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器，厌氧菌在填充材料上附着生长，形成生物膜，生物膜与填充材料一起形成固定的滤床，该工艺特别适用于低相对分子质量的溶解性废水，悬浮物浓度较高的废水易堵塞滤床，本项目废水主要含甲醛、乙醛及乙二醇等低分子量污染物，水温达到40℃，无须加热就可保持适宜温度，且进水SS含量也不高，符合AF工艺的要求和适宜范围，故本方案拟采用AF工艺处理高浓度有机废水。高浓度有机废水经厌氧处理后，虽然去除有机物的绝对量较大，但其出水也相对较高，仍需后续处理才能达到排放标准，因此本方法拟将高浓度有机废水部分经厌氧法处理后，再经好氧处理后回用，或进入稀污水处理系统，达标后排放。2.2生物过滤生物过滤是将生物膜处理和过滤工艺结合在一起的新型污水处理技术，具有以下特点：(1)占地面积小由于生物滤池中过滤和生物处理是同时进行的，处理水和污泥的分离是在生物过滤池内完成，所以不必设沉淀池，而且生物滤池内生物与污水接触面积增加，处理能力大大高于传统的接触氧化处理方法；(2)空气溶解效率高，能耗低通常的活性污泥处理方法，从曝气管出来的空气在水中的停留时间一般为2～3秒，而采用生物过滤处理，池底部的曝气要通过小颗粒滤材以及生物的间隙最终达到水面，其在水中的停留时间长达20～30秒，因此大大提高了空气在水中的溶解效率，节省供电能源在三分之一以上。(3)负荷能力高，处理效果稳定由于滤池装有6～10mm的多孔性滤料，为生物的生长、附着提供了很大的表面积，因此，生物与污染物反应的接触面积大；另外，在生物滤池处理中，保证污泥处于高活性状态，将使处理效率大大提高，对生物过滤池的生物活性调节，采用反冲洗方法来进行，根据进水和气温等因素设定合适的反冲洗条件，并自动控制反冲洗过程的进行。根据目前的技术水平，与接触氧化法相比，生物过滤法的有机物氧化分解(BOD5去除)和硝化处理(Org-N、NH3－N转变为NOX－N)效率，比接触氧化法高3倍，即污水处理量可提高3倍。(4)自动运行，管理方便生物滤池的管理与反冲洗条件、过程由计算机进行控制管理，24h连续自动运行，管理效率高且方便。2.3涡凹气浮系统(CAF)由于AF反应器会带出一定量的生物菌体，多以SS的形态表现出来，为充分利用这部分生物体的作用，将其排放至后继的调节池，调节池还接纳来自其他来源的污水，经调节池混合后出水含有大量的SS，直接进入生物过滤池会造成过滤池负荷过高，因此在生物滤池前设气浮池，气浮池采用新型涡凹气浮系统。涡凹气浮系统是专门为了去除工业和城市污水中的油脂、胶状物以及固体悬浮物而设计的系统，其通过独特的涡凹曝气机将“微泡”直接注入污水中而无需事先进行溶气，然后通过散气叶轮把“微泡”均匀地分布于水中，不可能发生阻塞现象，其具有如下特点：(1)投资省；其不需要压力容器、空压机和循环泵等设备，大大减少了投资费用。(2)运行费用低廉；整个系统所需功率小，而且维修和人工操作极少。(3)效率高；固体污泥能够自动和连续地从废水中去除，污泥的去除和储存是以的方式进行，因此也降低了污泥处理的费用。(4)由于没有机械设备，操作非常简单。(5)由于对废水处理是一个好氧过程，因此臭气问题得到了较好的解决。除此以外，当废水水质发生波动致使COD值升高时，也可调整气浮前的加药品种，以发挥气浮的去除效率，以保证后续处理设施的出水水质并达到排放要求。并且，由于高浓度有机废水的产生量较小，收集较困难，因此本方案考虑是否可以与生活污水分开处理。根据以上分析，本方案拟采用如下工艺流程：图9－17硫酸厂废水处理工艺流程上述总排口的污水处理分二种情况，即水质A与B。表9－34硫酸厂废水处理各段处理效果分析流量(m3/d)CODcr(mmg/l)BOD5(mgg/l)SS(mg/ll)1有机废水1201200080002002AF反应器出水120180012002003气浮池出水120126096010041#生物过滤池出水120200301005生活污水及其它水水5000250(350))*125(175))*20062＃生物过滤池出水水50001003070*括号内为B情况水质，其余水质指标相同。三、废水处理单体构筑物设计与计算1.高浓度有机废水处理方案构筑物设计1.11#调节池由于废水流量变化较大，故设置调节池，池体为矩形钢砼结构。调节时间8h，则有效容积为40m3，有效水深为3.5m，调节池尺寸为4m×2.9m×4.3m。内设二台潜水泵，其流量为5m3/h，扬程为15m，单泵功率为0.75kW；设筛网1只。1.2.AF反应器AF池为矩形钢砼结构，容积负荷为4.6kgCODcr/m3.d，共设2座，有效水深为6m，每座单体尺寸为4.7m×4.7m×7m，总有效容积为313m3，填料装填率为50％。沼气经储气罐存储供锅炉使用或自燃。1.3.储气罐储气罐为圆形钢结构，共1座，单体尺寸为φ5.7m×6m，总储气时间为12h。储气罐配燃烧器1只。1.4.1#生物过滤池生物过滤池为矩形钢砼结构，一座，单体平面尺寸为6.0m×6.0m，池深为4.5m，有效水深4m，生物滤池容积负荷为0.75kgBOD5/m3.d，滤料高度为2m，装填率为50％。1.5.鼓风机房鼓风机房平面尺寸为3.5×2.9m，机房配置2台(一用一备)TSB65型风机，每台风量为2.21m3/min，功率4kW。1.6.气浮池池体为钢结构，尺寸2.4m×0.9m×1.8m。功率为1.87kw；另配加药系统一套，功率为0.75kw。1.7.出水池池体为钢结构，尺寸1.8m×1.5m×3.4m。配置1台潜水泵，流量为5m3/h，扬程为15m，单泵功率为0.75kW。高浓度废水的平面图略，流程图见附图一。2.冲洗水、冷却水及生活污水处理方案设计a.水质情况A方案设计2.1.闸门井在2#调节池前设置闸门井，闸门井有效尺寸为4.8m×2.2m×4.3m；选用1台CF－400型格栅机，栅间距为3mm，电机功率为0.75kW；并备用一台B400不锈钢手动格栅。在正常状态下，污水由闸门井进入2＃调节池，而在检修及事故状态下，由闸门控制，污水直接进入排放泵站。2.2.2＃调节池考虑到生活污水及冲洗废水流量变化较大，故设置2#调节池，池体为不规则矩形钢砼结构。调节时间5h，则有效容积为1029m3，有效水深为3.5m，调节池尺寸为17.6×4.8×4.3m+19.8×10.6×4.3m。池内设三台潜水泵(二用一备)，其单台流量为110m3/h，扬程为15m，单泵功率为11kW；潜水泵上部为泵房，平面尺寸为6.2×3.8m。使水质较为稳定，在调节池内采用预曝气方式。2.3.2＃生物过滤池2＃生物过滤池由二部分组成。一部分利用原有沉淀池改建后使用，原沉淀池为园形钢砼结构，共四座，每座单体直径为7m，池高9.9m。改建后水池直径不变，有效水深4m；新建部分的2＃生物过滤池也为园形钢砼结构，一座。单体直径为4m，池高5.5m，有效水深4.2m.总的生物滤池容积负荷为0.93kgBOD5/m3.d，滤料高度为2m，装填率为50％。滤池进口设流量槽一个。2.4.污泥浓缩均衡池浓缩均衡池为矩形钢砼结构，1座，中间设隔墙，平面尺寸为7.6m×4.5m，有效池深4m，浓缩时间约为16h，配置污泥搅拌机1台，单机功率为1.5kW。2.5.污泥脱水机房污泥脱水机房利用原有压滤机房，其尺寸为13.5m×10m×10m，三层楼房，底层为污泥脱水和污泥堆棚。机房内配置两台板框脱水机，每台过滤面积30m2，功率为2.2kW；配置两台螺杆泵，电机功率为6.2kW；配置两套加药、混合器及计量系统。楼房上部改为值办室、检修室和休息室。2.6.鼓风机房鼓风机房平面尺寸为7.4×3.8m，机房配置6台(五用一备)TSC80型风机，每台风量为3.41m3/min，风压49kPa,功率7.5kW。2.7.出水池出水池为钢砼结构1座；平面尺寸为2.4m×2.4m，池深4.4m，有效水深4m。水池配潜水泵二台(一用一备)，其单台流量为25m3/h，扬程为14m，单泵功率为2.2kW。b.水质情况B方案设计在水质情况B条件下，闸门井、2＃调节池、污泥浓缩均衡池、出水池、污泥脱水机房及改建部分的2＃生物过滤池。其差别在于：3.新建部分的2＃生物过滤池新建部分的2＃生物过滤池也为园形钢砼结构，一座。单体直径为9m，池高5.0m，有效水深4.2m.总的生物滤池容积负荷为0.99kgBOD5/m3.d。4.鼓风机房鼓风机房平面尺寸尺寸不变，为7.4×3.8m，机房配置6台(五用一备)TSC100型风机，每台风量为4.88m3/min，风压49kPa,功率11kW。四、电气设计1.电源及配电(1)设计范围污水处理系统电源由工厂变配电所供电，功率补偿及计量由厂变配电所解决。从变电配所380V电源出线端子起，与污水处理工艺有关的全部供配电设计。(2)设计原则采用国内先进的配电设施，确保处理系统运行正常，设计遵照中华人民共和国国家标准实施。⑶供电电源由厂变配电所供电。⑷责任分界污水站与厂供电部门的责任分界点：以变配电所0.4kv电源出线电缆头为界，电缆头以外部分不属于本设计范围。2.动力设备的起动与控制方式2.1.各动力设备的起动均采用直接起动方式；2.2.各动力设备的启动与关闭由可编程序控制器自动控制按序实行联动。同时，在控制柜的面板上设有自动～手动转换开关，必要时也可以切换成手动控制。2.3.各动力设备的运行情况在电控箱上反映出来,遇故障时自动报警。2.4.接地接地采用保护接地，其接地电阻小于4欧姆。2.5.装机容量(1)高浓度有机废水处理方案装机容量表9－36硫酸厂高浓度有机废水处理方案装机容量序号设备名称台数装机容量11#调节池提升泵(潜潜水泵)2台2×0.75kW2鼓风机2台2×4kW3气浮池1台1×1.87kWW4加药系统1台1×0.75kWW合计12.12kW(2)水质情况A处理方案装机容量表9－37硫酸厂废水处理水质情况A处理方案装机容量序号设备名称台数装机容量1机械格栅1台1×0.75kWW22#调节池提升泵(潜潜水泵)3台3×11kW3鼓风机6台6×7.5kW4污泥搅拌机1台1×1.5kW5板框压滤机2台2×2.2kW6螺杆泵2台2×6.2kW7洒水泵2台2×2.2kW8加药泵3台3×0.37kW9轴流通风机2台2×1.5kW10其他2kW11合计107.56kWW(3)水质情况B处理方案装机容量水质情况B处理方案的装机容量项目与表2相同，只是序号2的容量不同，为6×11kW，因此总装机容量为128.56kW。五、仪表、自控设计1.设计条件仪表与自控根据工艺流程对仪表与自控的要求进行设计。2.设计指导思想采用先进的可编程序控制器，实现污水处理的手动/自动控制和监测，满足污水处理要求。3.控制功能3.1程控系统具有两种控制方式：自动、手动控制方式。在自动控制方式下，整个系统由可编程序控制器控制，按符合工艺流程要求的PLC逻辑运行，正确完成各项应控设备的自动控制。在手动控制方式下，运行人员可通过控制柜盘面上的手动开关对各项应控设备实施一对一的操作。两种控制方式可通过控制盘面上的转换开关进行互相切换。3.2程控系统具有以下显示功能(1)手/自动显示；(2)各设备工况通过模拟屏显示当前的工作状况；(3)系统故障报警，备用泵、风机的自动切换;3.3程控系统具有阀门位置信号检测功能六、各构筑物主要要设备各方案构构筑物主要设设备如下列表表示1.高浓度有机废水处处理方案构筑筑物主要设备备表9－338硫酸厂高浓浓度有机废水水处理方案主主要设备构筑物名称主要设备及参数11#调节池2台WQK5-15--0.75潜水泵，单单泵功率0.75kkW，筛网一只只2AF反应器填料202m3，布水水系统，三相相分离器31＃生物滤池TSB65型鼓风风机2台，单机功功率4kW，填料49m3一只配水槽，755只曝气头，自自动冲洗器一一套4储气罐1只5燃烧器1只6气浮池处理能力为5m33/h一只2.水质情况A处理方方案构筑物主主要设备表9－339硫酸厂废水水处理水质情情况A处理方案主主要设备构筑物名称主要设备及参数1闸门井CFI400型格格栅机1台，单机功功率0.75kkW22#调节池3台WQK110-115-11潜水泵，单单泵功率11kW1台轴流通风机1..5kW，起吊设备1台32＃生物滤池TSC80型鼓风风机6台，单机功功率7.5kW，填料337m31只配水槽，曝气头头464只，自动冲冲洗器五套4浓缩均衡池1台污泥搅拌机，单单机功率1.5kkW5脱水机房2台XM20/6300-U板框压滤脱脱水机，单机机功率2.2kWW2台G35型杆泵，单单机功率为6.2kW，混合器1台，起吊设设备1台6燃烧器1只3.水质情况B处理方方案构筑物主主要设备水质情况B处理方方案构筑物主主要设备与A的差异在二二部分：a:鼓风机，水质情况况B下配置TSC1000型鼓风机6台，单机功功率11kW。B:2＃生物滤滤池，新建了了直径9米的滤池，总总填料数量为为450m3。七、总图布置1.布置原则按照功能不同，分分区布置，并并用绿带隔开开要根据实际的构筑筑物情况进行行布置构筑物的间距，考考虑管道施工工与维修的方方便尽量缩减污泥管道道，发生恶臭臭的处理构筑筑物和污泥区区置于常年风风向下尽量利用构筑物的的布局与孔隙隙进行绿化，使使绿化面积占占30％。根据物流进出方向向设置道路。便便于车辆进出出、管道养护护及满足消防防要求。道路路采用混凝土土路面，道路路与建（构）筑筑物间操作人人员出入处用用人行道板连连接。2.高程布置(1)布布置原则①根据现有构筑物的的情况，尽可可能利用水泵泵提升的水头头,藉重力流经经各处理构筑筑物。②埋设深度与高度相相近的构筑物物布置在一起起。③本设计以地坪高为为0.0米计；高浓浓度有机废水水流入1#调节池，经经设在调节池池内潜水泵提提升至后续AF反应器厌氧氧处理后自流流入气浮池，气气浮池出水进进1#生物过滤池池处理后进入入出水池，此此部分处理废废水进行回用用；其它污水水及生活污水水自流入2#调节池，经经设在2#调节池内潜潜水泵提升至至2＃生物过滤滤池，经处理理后排放至排排放泵站，然然后排入蕴藻藻浜。通风设计：污泥脱脱水机房内的的污泥会产生生异味，为改改善工作环境境，通风措施施采用机械与与自然进风相相结合，自然然进风和机械械排气相结合合，主要采用用壁式轴流通通风机，排气气次数不小于于8次/h，送风量为为排气量的775％以上。上上述通风机的的开停均采用用现场控制。3.劳动保护及安全生生产除了对本本站操作人员员、管理人员员进行必要的的安全教育、制制订必要的操操作规程和管管理制度外，设设计中考虑以以下的劳动保保护和安全措措施：(1)各各处理构筑物物走道或临空空走道均设置置保护栏杆、防防滑梯、水池池边配备救生生圈、绳索等等安全措施。(2)根根据污水站平平面布置的实实际需要，在在站内适当地地点设置配电电箱、照明、联联络电话、冲冲洗水栓、户户外操作人员员休息室、工工具间等设施施。(3)在在产生有气体体工段如污水水泵房等设置置通风设备等等。(4)站站区管道闸阀阀均考虑采用用操作轮接杆杆至地面以上上，便于操作作。(5)所所有电器设备备的安装、防防护以及操作作条件均按电电器有关安全全规定设计。(6)污水站的生生产管理及操操作人员宜每每年体检一次次，建立健康康登记卡。4.消防站内部分分构（建）筑筑物的耐火等等级，防火间间距、消防给给水、采暖通通风、空调及及电力设备的的选型和保护护等级按GBBJ16－87建筑设计计防火规范有有关条款执行行：(1)站区区设有室外消消火栓；(2)主主要建筑物每每层设室内消消火栓及紧急急通道；(3)控制室、检检修间等配置置灭火器；(4)站区内道路路布置考虑消消防车辆出入入方便。八、工程报价及运运行费用估算算1.投资估算a.高浓度有机机废水处理方方案投资估算算表9－440硫酸厂高浓浓度有机废水水处理方案投投资估算序号第一部分费用：直直接工程费价格：(万元)1土建37.12设备39.23钢制容器7.64仪表、电气5.056第一部分费用小计计88.9b.水质情况A处理方方案投资估算算表9－441硫酸厂废水水处理水质情情况A处理方案投投资估算序号第一部分费用：直直接工程费价格：(万元)1土建88.72设备80.83总平面布置9.74仪表、电气30.95构筑物改造216第一部分费用小计计234.1c.水质情况B处理方方案投资估算算表9－442硫酸厂废水水处理水质情情况B处理方案投投资估算序号第一部分费用：直直接工程费价格：(万元)1土建92.72设备94.63总平面布置9.74仪表、电气30.95构筑物改造216第一部分费用小计计249.9d.高浓度废水与水质质情况A下的总价：：第一部分费费用小计:323万元设计费：112.1万元工艺调试：6.44万元管理费：99.7万元运输费：33.2万元税：200.9万元总价：375.3万元d.高浓度废水与水质质情况B下的总价：：第一部分费费用小计:338..8万元设计费：112.7万元工艺调试：6.88万元管理费：110.2万元运输费：33.4万元税：222.0万元总价：393.9万元报价说明：整个报报价范围包括括以下