一章 设计基础
| 废水类别 |
COD |
BOD |
氨氮 |
SS |
石油类 |
污水量t/a |
排放特点 |
| 工艺废水 |
含油、含渣废水 |
W1 |
12000 |
2400 |
0 |
3000 |
10000 |
2000 |
连续排放 |
| 含NMP |
W2 |
5714 |
1429 |
0 |
100 |
0 |
2240 |
| 含NMP |
W3 |
5714 |
1429 |
0 |
100 |
0 |
560 |
| 工艺废水小计 |
8333 |
1833 |
0 |
1308 |
4167 |
4800 |
|
| 生活污水W4 |
400 |
200 |
40 |
300 |
0 |
7492 |
连续排放 |
| 工艺废水+生活污水 |
|
3498 |
838 |
24 |
694 |
1627 |
12292 |
|
| 水环泵废水 |
W5 |
741 |
185 |
0 |
100 |
0 |
4320 |
1周排一次 |
| 地面拖地废水 |
W6 |
500 |
220 |
0 |
250 |
100 |
173 |
1周排一次 |
| 总计 |
2757 |
663 |
18 |
536 |
1193 |
16785 |
|
| 排放标准 |
500 |
140 |
40 |
400 |
50 |
|
|
1.2 设计处理水量
| 废水类别 |
年污水量t/a |
平均每天污水量t/d |
设计处理量t/d |
| W1 |
2000 |
6 |
8 |
| W2 |
2240 |
6.73 |
9 |
| W3 |
560 |
1.68 |
3 |
| W4 |
7492 |
22.5 |
25 |
| W5 |
4320 |
13 |
15 |
| W6 |
173 |
0.52 |
1 |
| 初期雨水 |
70950 |
194.38 |
39 |
| 总计 |
|
|
100 |
注：初期雨水取一年中20%的水量，一般初期雨水指标能达到排放标准，但当发生事故时导致雨水指标超标，本系统设计事故率为20%，为超标的雨水预留一点的处理能力。
1.3 设计进水水质
| 废水类别 |
COD |
BOD |
氨氮 |
SS |
石油类 |
| 含油、含渣废水 |
W1 |
12000 |
2400 |
0 |
3000 |
10000 |
| 含NMP |
W2 |
5714 |
1429 |
0 |
100 |
0 |
| 含NMP |
W3 |
5714 |
1429 |
0 |
100 |
0 |
| 工艺废水小计 |
8333 |
1833 |
0 |
1308 |
4167 |
| 生活污水W4 |
400 |
200 |
40 |
300 |
0 |
| 工艺废水+生活污水 |
|
3498 |
838 |
24 |
694 |
1627 |
| 水环泵废水 |
W5 |
741 |
185 |
0 |
100 |
0 |
| 地面拖地废水 |
W6 |
500 |
220 |
0 |
250 |
100 |
| 平均 |
2757 |
663 |
18 |
536 |
1193 |
| |
|
|
|
|
|
|
|
注：综合废水进水以平均值设计
| 废水类别 |
COD |
BOD |
氨氮 |
SS |
石油类 |
| 排放标准 |
500 |
140 |
40 |
400 |
50 |
1.4.1主要规范和标准
●《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
●《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
●《给水排水制图标准》（GB/T50106-2001）
●《给水排水设计基本术语标准》（GBJ125-89）
●《建筑给水排水设计规范》（GB20015-2003）
●《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）
●《工业企业噪音控制设计规范》（GBJ.87-85）
●《工业企业总平面设计规范》（GB50187-93）
●《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046-95）
●《通用用电设备配电设计规范》（GB50055-93）
●《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-92）
●《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》（GB50236-98）
●《机械设备安装工程施工及验收通用规范》（GB50231-98）
1.4.2主要政策法律
●《中华人民共和国环境保护法》（1989年12月）
●《中华人民共和国水污染防治法》（1984年11月）
●《中华人民共和国水污染防治法实施细则》（2000年3月）
●《建设项目环境保护管理办法》（1996年3月）
油类物质在废水中通常以三种状态存在。
(1)浮上油，油滴粒径大于100μm，易于从废水中分离出来。油品在废水中分散的颗粒较大，粒径大于100微米,易于从废水中分离出来。在石油污水中，这种油占水中总含油量60～80％。
(2)分散油．油滴粒径介于10一100μm之间，恳浮于水中。
(3)乳化油，油滴粒径小于10μm，油品在废水中分散的粒径很小，呈乳化状态，不易从废水中分离出来。
含油废水的处理应首先考虑回收油类物质，并充分利用经过处理的水资源。因此，含油废水的处理可首先利用隔油池，回收浮油或重油。隔油池适用于分离废水中颗粒较大的油品，处理效率为60～80％，出水中含油量约为100～200毫克／升。废水中的细小油珠和乳化油则很难去除。
主要处理方法有混凝法，气浮法，过滤法和生化法。
混凝法
可用铝盐或铁盐作混凝剂，通过破乳反应后，再经絮凝反应后进入沉淀池，经沉淀后，上清液自流出水，处理效果好。混凝法的优点：1，系统简单，机械设备少，故障率低；2，耗电量少，运行成本低；3，不需要较强的培训操作及复杂的维护程序；4，系统出水稳定，事故率低；5，出水含氧量低，满足后端厌氧生化进水，缺点：占地面积较气浮法稍微大点。
气浮法
气浮法是利用气浮，电解或曝气的方法产生微气泡，通过气泡上浮将油和悬浮带到水面，然后通过刮渣设备进行清撇。气浮的优点：占地面积小，处理效果和混凝法基本相同；缺点：1，耗电量高；2，气浮系统机械设备多，故障率高，维修成本大；3，气浮出水含氧量高，若后端采用厌氧生化，需对出水进行脱氧处理，增加设备投入成本；4，系统相对复杂，需要人员操作及维护。
过滤法
过滤法仅适用于含油量较低的废水，作用含油废水深度处理的方法，经过滤法处理的废水，含油量可降至10毫克／升以下。
生化法
生化法包括厌氧生化法和好氧生化法，适用于低浓度的含油废水，通过厌氧发酵将矿物油降解为小分子有机物，再通过好氧将小分子有机物氧化成二氧化碳和水，生物法处理含油废水相对过滤法，具有运行成本低的特点。
本次系统考虑到废水中不但含有矿物油，还含有NMP，NMP的去除需要厌氧生化，而采用混凝法除油对后端生物系统的运行有利，同时混凝法除油还具有以下优点：1，系统简单，机械设备少，故障率低；2，耗电量少，运行成本低；3，不需要较强的培训操作及复杂的维护程序；4，系统出水稳定，事故率低。由于W1废水含油量较高，有明星的油水分层，通过隔油池隔油，可以去除废水中90%以上的浮上油，进入调节池的废水中多为乳化液，通过混凝法沉淀去除，出水含油量可以达到30PPM以下。对于低于30PPM以下的含油量，通过运行成本低的生化法，可以达到去除的效果。通过以上分析，
针对该类废水，推荐采用隔油+混凝沉淀+厌氧生化+好氧生化的工艺。
2.2 工艺流程简易图
2.3 工艺流程简述
含油、含渣废水（W1）和地面拖地废水（W6）通过隔油池隔油后，与含
NMP废水（W2，W2）、水环泵废水（W5）一起进入调节池，经混合调匀后，由污水提升泵输送至芬顿氧化池，通过调节PH，加入芬顿试剂，产生的羟基自由基将废水中难降解的NMP氧化成小分子有机物和易于生化降解的有机物，以提供废水的可生化性。芬顿氧化后，废水再经石灰调节PH，加入PAM进行混凝反应，将废水中的乳化油凝结成颗粒，再经沉淀池沉淀，上清液自流进入中和池。中和池的废水经硫酸中和后与生活污水及超标的初期雨水混合，混合液进入厌氧生化池，通过厌氧菌将废水中油类和其他有机物进行降解，厌氧出水再进好氧生化，好氧生物可以将厌氧生物产物进行再次降解为二氧化碳和水，从而达标去除废水中有机物的目的。
隔油池中的油定期有集油泵抽到油水分离器中，上层油收集到油桶中，下层水排放至调节池中。
沉淀池的污泥排放至污泥池中，再有压滤泵将污泥池中的污泥输送至板框压滤机中压滤，干泥外运处置，滤液回流至调节池。
2.4 主要工艺简述
2.4.1 芬顿氧化
Fenton（中文译为芬顿）是反应为数不多的以人名命名的无机化学反应之一。1893 年,化学家Fenton HJ 发现，过氧化氢(H2O2) 与二价铁离子Fe的混合溶液具有强氧化性，可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，氧化效果十分显著。但此后半个多世纪中，这种氧化性试剂却因为氧化性极强没有被太多重视。但进入20 世纪70 年代，芬顿试剂在环境化学中找到了它的位置，具有去除难降解有机污染物的高能力的芬顿试剂，在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中体现了很广泛的应用。 当芬顿发现芬顿试剂时，尚不清楚过氧化氢与二价铁离子反应到底生成了什么氧化剂具有如此强的氧化能力。二十多年后，有人假设可能反应中产生了羟基自由基，否则，氧化性不会有如此强。
因此，以后人们采用了一个较广泛引用的化学反应方程式来描述芬顿试剂中发生的化学反应：
Fe+H2O2→Fe+OH+ ·OH ①
从上式可以看出，1mol的H2O2与1mol的Fe反应后生成1mol的Fe，同时伴随生成1mol的OH外加1mol的羟基自由基。正是羟基自由基的存在，使得芬顿试剂具有强的氧化能力。据计算在pH = 4 的溶液中，OH·自由基的氧化电势高达2. 73 V。在自然界中，氧化能力在溶液中仅次于氟气。因此，持久性有机物，特别是通常的试剂难以氧化的芳香类化合物及一些杂环类化合物，在芬顿试剂面前全部被无选择氧化降解掉。1975 年,美
名环境化学家Walling C 系统研究了芬顿试剂中各类自由基的种类及Fe 在Fenton 试剂中扮演的角色，得出如下化学反应方程：
H2O2 + Fe→ Fe + O2 + 2H ②
O2 + Fe→ Fe + O2· ③
微粒凝结现象——凝聚和絮凝总称为混凝。絮凝是指由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互黏结的过程；脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。混凝则包括凝聚与絮凝两种过程。把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。 混凝机理：
（1）双电层压缩机理
当向溶液中投入加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度将减小。当两个胶粒互相接近时，由于扩散层厚度减小，ζ电位降低，因此它们互相排斥的力就减小了，胶粒得以迅速凝聚。
（2）吸附电中和作用机理
吸附电中和作用指胶粒表面对带异号电荷的部分有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因而容易 与其他颗粒接近而互相吸附。
（3）吸附架桥作用原理
吸附架桥作用主要是指高分子物质与胶粒相互吸附，但胶粒与胶粒本身并不直接接触，而使胶粒凝聚为大的絮凝体。
（4）沉淀物网捕机理
当金属盐或金属氧化物和氢氧化物作混凝剂，投加量大得足以迅速形成金属氧化物或金属碳酸盐沉淀物时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网捕。当沉淀物带正电荷时，沉淀速度可因溶液中存在阳离子而加快，此外，水中胶粒本身可作为这些金属氢氧化物沉淀物形成的核心，所以混凝剂*佳投加量与被除去物质的浓度成反比，即胶粒越多，金属混凝剂投加量越少。混凝是指在水中加入某些溶解盐类，使水中细小悬浮物或胶体微粒互相吸附结合而成较大颗粒，从水中沉淀下来的过程。
2.4.3 厌氧生化
高分子有机物的厌氧降解过程可以被分为四个阶段:水解阶段、发酵(或酸化)阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。
水解可定义为复杂的非溶解性的聚合物被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。
高分子有机物因相对分子量巨大，不能透过细胞膜，因此不可能为细菌直接利用。它们在一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。例如，纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白质酶水解为短肽与氨基酸等。这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。水解过程通常较缓慢，因此被认为是含高分子有机物或悬浮物废液厌氧降解的限速阶段。多种因素如温度、有机物的组成、水解产物的浓度等可能影响水解的速度与水解的程度。水解速度的可由以下动力学方程加以描述:ρ=ρo/(1+Kh.T)
ρ --可降解的非溶解性底物浓度(g/L);
ρo---非溶解性底物的初始浓度(g/L);
Kh--水解常数(d^-1);
T--停留时间(d)
发酵可定义为有机物化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程，在此过程中溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此这一过程也称为酸化。
在这一阶段，上述小分子的化合物发酵细菌(即酸化菌)的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外。发酵细菌绝大多数是严格厌氧菌，但通常有约1%的兼性厌氧菌存在于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护像甲烷菌这样的严格厌氧菌免受氧的损害与抑制。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸、
醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等，产物的组成取决于厌氧降解的条件、底物种类和参与酸化的微生物种群。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此，未酸化废水厌氧处理时产生更多的剩余污泥。
在厌氧降解过程中，酸化细菌对酸的耐受力必须加以考虑。酸化过程pH下降到4时能可以进行。但是产甲烷过程，因此pH值的下降将会减少甲烷的生成和氢的消耗，并进一步引起酸化末端产物组成的改变。
在产氢产乙酸菌的作用下，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。
其某些反应式如下:
CH3CHOHCOO-+2H2O -> CH3COO-+HCO3-+H++2H2 ΔG'0=-4.2KJ/MOL
CH3CH2OH+H2O-> CH3COO-+H++2H2O ΔG'0=9.6KJ/MOL
CH3CH2CH2COO-+2H2O-> 2CH3COO-+H++2H2 ΔG'0=48.1KJ/MOL
CH3CH2COO-+3H2O-> CH3COO-+HCO3-+H++3H2 ΔG'0=76.1KJ/MOL
4CH3OH+2CO2-> 3CH3COO-+2H2O ΔG'0=-2.9KJ/MOL
2HCO3-+4H2+H+->CH3COO-+4H2O ΔG'0=-70.3KJ/MOL
这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。
甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、二氧化碳和氢气等转化为甲烷的过程有两种生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的1/3，后者约占2/3。
*主要的产甲烷过程反应有:
CH3COO-+H2O->CH4+HCO3- ΔG'0=-31.0KJ/MOL
HCO3-+H++4H2->CH4+3H2O ΔG'0=-135.6KJ/MOL
4CH3OH->3CH4+CO2+2H2O ΔG'0=-312KJ/MOL
4HCOO-+2H+->CH4+CO2+2HCO3- ΔG'0=-32.9KJ/MOL
在甲烷的形成过程中，主要的中间产物是甲基辅酶M(CH3-S-CH2-SO3-)。
需要指出的是:一些书把
厌氧消化过程分为三个阶段，把一、第二阶段合成为一个阶段，称为水解酸化阶段。在这里我们则认为分为四个阶段能更清楚反应厌氧消化过程。
上述四个阶段的反应速度依废水的性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制步骤;简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物的废水，产甲烷易成为限速阶段。
本系统好氧生化采用的是活性污泥法，它是由曝气池、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系统所组成。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。曝气池是一个生物反应器，通过曝气设备充入空气，空气中的氧溶入污水使活性污泥混合液产生好氧代谢反应。曝气设备不仅传递氧气进入混合液，且使混合液得到足够的搅拌而呈悬浮状态。这样，污水中的有机物、氧气同微生物能充分接触和反应。随后混合液流入沉淀池，混合液中的悬浮固体在沉淀池中沉下来和水分离。流出沉淀池的就是净化水。沉淀池中的污泥大部分回流，称为回流污泥。回流污泥的目的是使曝气池内保持一定的悬浮固体浓度，也就是保持一定的微生物浓度。曝气池中的生化反应引起了微生物的增殖，增殖的微生物通常从沉淀池中排除，以维持活性污泥系统的稳定运行。这部分污泥叫剩余污泥。剩余污泥中含有大量的微生物，排放环境前应进行处理，防止污染环境。要使活性污泥法形成一个实用的处理方法，污泥除了有氧化和分解有机物的能力外，还要有良好的凝聚和沉淀性能，以使活性污泥能从混合液中分离出来，得到澄清的出水。活性污泥中的细菌是一个混合群体，常以菌胶团的形式存在，游离状态的较少。菌胶团是由细菌分泌的多糖类物质将细菌包覆成的粘性团块，使细菌具有抵御外界不利因素的性能。菌胶团是活性污泥絮凝体的主要组成部分。游离状态的细菌不易沉淀，而混合液中的原生动物可以捕食这些游离细菌，这样沉淀池的出水就会更清彻，因而原生动物有利于出水水质的提高。
| 工艺段 |
进出水 |
COD |
BOD |
SS |
石油类 |
隔油
(W1) |
进水 |
12000 |
2400 |
3000 |
10000 |
| 出水 |
6000 |
1920 |
1500 |
1000 |
| 去除率 |
50% |
20% |
50% |
90% |
| 调节池(W1+W2+W3+W5+w6) |
进水1 |
3367 |
934 |
404 |
217 |
| 出水 |
3030 |
887 |
364 |
195 |
| 去除率 |
10% |
5% |
10% |
10% |
芬顿氧化+混凝沉淀
(W1+W2+W3+W5+w6) |
进水 |
3030 |
887 |
364 |
195 |
| 出水 |
1515 |
444 |
18 |
39 |
| 去除率 |
50% |
30% |
95% |
80% |
中和池
(W1+W2+W3+W4+W5+W6) |
进水 |
1017 |
335 |
144 |
22 |
| 出水 |
1017 |
335 |
144 |
22 |
| 去除率 |
0 |
0 |
0 |
0 |
厌氧生化+厌氧沉淀
(W1+W2+W3+W4+W5+W6) |
进水 |
1017 |
335 |
144 |
22 |
| 出水 |
407 |
101 |
100 |
9 |
| 去除率 |
60% |
70% |
-- |
60% |
好氧生化+好氧沉淀
(W1+W2+W3+W4+W5+W6) |
进水 |
407 |
101 |
100 |
9 |
| 出水 |
204 |
40 |
60 |
4.5 |
| 去除率 |
50% |
60% |
-- |
50% |
此效果表未将初期雨水考虑进去，因雨水浓水底，对系统负荷冲击较小。
系统运行成本主要来自于电费，以下为本系统主要负载用电表：
| 负载 项目 |
功率（KW） |
数量（台） |
每小时用电（kw.h） |
| 提升泵 |
0.25 |
3 |
0.75 |
| 芬顿搅拌机 |
1.5 |
1 |
1.5 |
| 混凝/中和搅拌机 |
0.75 |
2 |
1.5 |
| 潜水搅拌机 |
0.85 |
4 |
3.4 |
| 罗茨鼓风机 |
4 |
1 |
4 |
| 污泥回流泵 |
0.25 |
1 |
0.25 |
| 加药泵 |
0.08 |
5 |
0.4 |
| 总计 |
|
|
11.8 |
以上小时总耗电量为11.8kw.h，功电费计0.6元/千瓦时，总电费为：11.8×0.6=7.08(元)，系统每小时处理量为4.2吨，则吨水电费为7.08/4.2≈1.7(元)
| 序号 |
药剂名称 |
浓度 |
吨水用量(kg) |
单价(元/kg) |
吨水费(元) |
| 1 |
双氧水 |
27.5% |
2 |
1 |
2 |
| |
硫酸亚铁 |
95% |
2 |
0.4 |
0.8 |
| |
硫酸 |
50% |
0.1 |
0.5 |
0.05 |
| 1 |
石灰 |
95% |
1 |
0.8 |
0.8 |
| 2 |
PAM |
95% |
0.01 |
10 |
0.1 |
| 3 |
|
小计 |
|
3.75 |
运行成本=电费+药剂费=1.7+3.75=5.45(元/吨)
| 序号 |
构筑物名称 |
长（m） |
宽（m） |
高（m） |
容积（m3） |
材质 |
| 1 |
废水调节池 |
6.7 |
2 |
2.5 |
33.5 |
钢砼+FRP |
| 2 |
污泥池 |
2 |
2 |
2.5 |
10 |
钢砼 |
| 3 |
隔油池1 |
2 |
1 |
2 |
4 |
钢砼 |
| 4 |
隔油池2 |
2 |
1 |
2 |
4 |
钢砼 |
| 5 |
隔油池3 |
2 |
1 |
2 |
4 |
钢砼 |
| 6 |
芬顿氧化池 |
2 |
2 |
2 |
8 |
钢砼+FRP |
| 7 |
混凝池 |
0.9 |
0.9 |
1.5 |
1.215 |
钢砼+FRP |
| 8 |
沉淀池 |
2 |
2 |
4 |
16 |
钢砼+FRP |
| 9 |
中和池 |
0.9 |
0.9 |
1.5 |
1.215 |
钢砼+FRP |
| 10 |
厌氧池1 |
6 |
3 |
4 |
72 |
钢砼 |
| 11 |
厌氧池2 |
6 |
3 |
4 |
72 |
钢砼 |
| 12 |
厌氧沉淀池 |
2.5 |
2.5 |
4 |
25 |
钢砼 |
| 13 |
好氧池 |
6.8 |
2.5 |
4 |
68 |
钢砼 |
| 14 |
好氧沉淀池 |
2.5 |
2.5 |
4 |
25 |
钢砼 |
| 15 |
初期雨水池 |
16 |
8 |
4 |
512 |
钢砼 |
| 16 |
生活污水池 |
6 |
2 |
2 |
24 |
钢砼 |
| 17 |
石灰溶解池 |
1.5 |
1.5 |
2 |
4.5 |
钢砼 |
| 18 |
硫酸亚铁溶解池 |
1.5 |
1.5 |
2 |
4.5 |
钢砼+FRP |
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