廢紙造紙廢水處理的工程設計

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密 級 公開學 號 070404畢 業(yè) 設 計（論 文） 廢紙造紙廢水處理的工程設計院 （ 系 、 部 ） ： 機 械 工 程 學 院姓 名：班 級： 環(huán) 072專 業(yè)： 環(huán)境工程指 導 教 師 ： 李旭源 / 梁存珍教 師 職 稱 ： 高工 / 副教授廢紙造紙廢水處理的工程設計2011 年 06 月 16 日·北京廢紙造紙廢水處理的工程設計北 京 石 油 化 工 學 院畢 業(yè) 設 計 （論 文）任 務 書學院（系） 機械工程學院 專業(yè) 環(huán)境工程 班級 環(huán) 072 學生姓名 指導教師/職稱 李旭源 / 梁存珍 / 高工/ 副教授 1.畢業(yè)設計（論文）題目廢紙造紙廢水處理的工程設計2.任務起止日期： 2011 年 2 月 21 日 至 2011 年 5 月 27 日3.畢業(yè)設計（論文）的主要內(nèi)容與要求（含原始數(shù)據(jù)及應提交的成果）(1) 主要內(nèi)容江蘇金蓮紙業(yè)有限公司以廢紙為原料生產(chǎn)各種紙產(chǎn)品，年產(chǎn)6萬噸制漿造紙、15萬噸高強瓦楞紙綜合生產(chǎn)能力，江蘇省生活用紙和包裝用紙基地之一。其生產(chǎn)廢水主要是日產(chǎn)中段水4000噸和造紙白水6000噸。本論文針對這一廢水處理工程設計。論文中需要包括詳細的設計計算、主要構(gòu)筑物的施工圖、工藝流程圖、平面布置圖等相關圖紙。(2) 設計參數(shù)本處理廠設計日處理能力為 10000m3，中段水CODCr=300mg/L，BOD5=120mg/L；造紙白水 CODCr=100mg/L，BOD5=30mg/L。污水經(jīng)處理后應符合以下要求：COD Cr≤60mg/L，BOD5≤20mg/L。（3）設計內(nèi)容及工作量資料查閱：查閱 15 篇以上文獻，其中英文參考文獻為 2 篇以上，2010 年 6 月以后文獻不少于 5 篇。通過查閱文獻了解廢紙造紙廢水處理的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，確定本設計的基本流程；翻譯一篇不少于２萬字符的與本設計相關的英文文獻。設計內(nèi)容：①進行有關 設計計算，部分 設計計算需要通過編程進行優(yōu)化，并進行設備選型；②繪制工 藝流程圖；③ 繪制整個工程平面布置 圖；④繪制各處理廢紙造紙廢水處理的工程設計單元及構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)詳圖。繪圖要求：手工、計算機繪制有關圖紙。（4）最終提交材料計算機或手工繪制所有設計圖紙，設計說明書一份，外文文獻及翻譯。4.主要參考文獻[1] 上海市政工程 設計研究院主編. 給水排水設計手冊(第9冊：專用機械)[M]. 第四版. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2003, 1-245[2] 陳家慶. 環(huán)保設備原理與設計[M]. 第二版. 北京: 中國石化出版社, 2010, 4[3] 徐新陽, 于鋒. 污水處理工程設計[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2003, 4[4] 李亞新. 活性污泥法理論與技術(shù)[M].北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2007[5] 汪萍, 宋云 . 造紙工業(yè)節(jié)能減排技術(shù)指南[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2010, 6[6] 楊淑惠, 劉秋娟. 造紙工業(yè)清潔生產(chǎn)環(huán)境保護循環(huán)利用[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2007[7] Nurdan Buyukkamaci, Emre Koken. Economic Evaluation of alternative wastewater treatment plant options for pump and paper industry [J]. Science of the Total Environmental, 2010, 408: 6070-60785.進度計劃及指導安排第 1-3 周 整理文獻， 翻譯一篇與本題目有關的英文文獻，撰寫開題報告；第4周 開題報告答辯；第5-8周 進行有關設計計算，設備選型；第9-11 周 繪制所有要求的圖紙；第12-13 撰寫論文；第 14 周 根據(jù)指導教師意見修改論文。任務書審定日期 年 月 日 系（教研室）主任（簽字） 任務書批準日期 年 月 日 教學院（部、系）院長（簽字） 任務書下達日期 年 月 日 指導教師（簽字） 計劃完成任務日期 年 月 日 學生（簽字） 廢紙造紙廢水處理的工程設計I摘 要造紙廢水具有排放量大，濃度高，耗氧量大等特性，并且含有大量的木質(zhì)素和纖維素等難降解的大分子有機物和生產(chǎn)過程中添加的各種化學品。本論文為處理廢紙造紙廢水的工程設計，設計處理水量為 10000m3/d，其中包括中段水 4000 噸和造紙白水 6000 噸。中段水 COD 和 BOD 分別是300mg/L、120mg/L，白水 COD 和 BOD 分別是 100mg/L、30mg/L。要求處理廠出水 COD 小于 60mg/L，BOD 小于 20mg/L。本論文根據(jù)原水水質(zhì)特征，在查閱了大量的中文、外文文獻基礎上，確定了活性污泥-超效淺層氣浮的主體處理工藝，并進行了優(yōu)化設計。中段水采用混凝沉淀和活性污泥法好氧處理，白水采用超效淺層氣浮處理。論文工藝設計的主要內(nèi)容包括：混凝沉淀池、平流式初沉池、活性污泥池、輻流式沉淀池和污泥濃縮池的設計計算與選型。繪制了處理廠的平面圖和高程圖；并對處理廠的建設和運行費用做了估算。關鍵詞：廢紙造紙廢水，活性污泥法，超效淺層氣浮，平面圖，高程圖 廢紙造紙廢水處理的工程設計IIAbstractPulp and paper wastewater possess large emissions , high concentration, oxygen consumption and other characteristics, in addition contains large amounts of lignin and cellulose and other recalcitrant organic macromolecules and Chemicals added to various kinds of the production.This thesis is dealing with the engineering design of pulp and paper wastewater, It is designed the treatment of water 10000m3/d , including 4,000 tons of gray water and 6,000 tons of White Water. The COD、BOD in the gray water were 300mg /L and 120mg /L, The COD、BOD in the Whitewater were 100mg /L and 30mg /L. Requires treatment plant effluent COD less than 60mg /L, BOD less than 20mg /L.In this thesis, according to the original water quality characteristics, in access to a large number of Chinese and foreign documents, it was determined on the basis of activated sludge - Super Air Flotation of the main treatment process, and optimized design. Low concentration of papermaking wastewater carry on coagulation and activated sludge treatment, Whitewater deal with ultra-Air Flotation. The main thesis process design include: the design calculation and selection of coagulation sedimentation tanks, aeration tank, Radial flow sedimentation tank, Sludge thickener . and plane figure and altitude chart of the treatment plant were drawn; And the construction and operation cost of the treatment plant was evaluated.Keywords: Papermaking wastewater, activated sludge, Super Air Flotation, floor plans, elevation plans廢紙造紙廢水處理的工程設計III目 錄第一章 前 言 11.1 研究廢紙造紙廢水處理的背景 11.2 研究廢紙造紙廢水處理的意義 21.3 造紙廢水處理工藝簡介 2第二章 工藝方案的確定 92.1 工藝流程簡圖 .92.2 流程設計說明 .9第三章 工藝設計與處理過程設計 .113.1 篩網(wǎng)的選擇 .113.2 混凝反應池 .113.3 初沉池 .143.4 曝氣池 .183.5 二沉池 .233.6 Krofta 超效淺層氣浮系統(tǒng) .283.7 污水提升泵房的設計 .37第四章 污泥處理系統(tǒng)設計 .394.1 污泥回流泵房 .394.2 貯泥池 .394.3 污泥濃縮池 .404.4 污泥脫水系統(tǒng)設計 .42第五章 水力高程計算 .445.1 設計說明 .445.2 設計計算 .445.3 高程計算 45第六章 安裝要求與運行管理維護 .486.1 管道安裝要求 .486.2 調(diào)試維護與管理 .48第七章 本工藝流程的技術(shù)經(jīng)濟分析 .527.1 估算范圍 .527.2 編制依據(jù) .52廢紙造紙廢水處理的工程設計IV7.3 工藝技術(shù)分析 .52第八章 結(jié)論與展望 .558.1 結(jié)論 .558.2 對進一步研究的展望 .55參 考 文 獻 56致 謝 .58聲 明 61廢紙造紙廢水處理的工程設計1第一章 前 言1.1 研究廢紙造紙廢水處理的背景據(jù)公開資料顯示，從 2005 年開始，近 4 年全球漿紙出現(xiàn)已供大于求的局面，其中：2005 年生產(chǎn)量為 36,703 萬噸，消費量為 36,640 萬噸；2006 年生產(chǎn)量為38,200 萬噸，消費量為 38,176 萬噸；2007 年生產(chǎn)量為 39,430 萬噸，消費量為39,418 萬噸；2008 年生產(chǎn)量為 39,090 萬噸，消費量為 39,133 萬噸 [1]。從以上數(shù)據(jù)我們不難看出，各國造紙工業(yè)以及用紙量正迅速上升，因此由于造紙產(chǎn)生的廢水污染也是日益嚴重的。造紙工業(yè)既是水污染大戶，又是用水大戶，例如以商品漿和廢紙為原料的造紙生產(chǎn)，根據(jù)規(guī)模、設備規(guī)模、生產(chǎn)規(guī)模等因素，噸紙耗水數(shù) 10 噸至幾百噸，一座年產(chǎn) 10 萬噸的造紙廠，每日耗水量達 2.5-3.5 萬噸 [2]。根據(jù)統(tǒng)計局環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2007 年我國 5818 個規(guī)模以上造紙及紙制品類企業(yè)污水排放量為 42.46 億立方米，占全國工業(yè)總排水量的 17.22%，位居第一。雖然，近年來在國家相關政策的指導下，造紙企業(yè)的環(huán)境污染治理問題已經(jīng)得到了一定的緩解，但是總體來講，我國造紙企業(yè)仍是國家的污染“大戶” ，治理環(huán)境污染依然任重道遠 [3]。因此，如何控制水資源的進一步惡化，采取行之有效的污水處理方法已成為人類迫在眉睫的頭等大事。而造紙工業(yè)是我國污染環(huán)境的主要行業(yè)之一，解決中國造紙工業(yè)的污染已成為十分緊迫的任務。廢紙造紙廢水中主要含有半纖維素、無機酸鹽、細小纖維、無機填料、油墨及染料等。半纖維素等主要形成廢水中的 CODCr 和 BOD5；細小纖維、無機填料等主要形成廢水中的 SS；油墨及染料等主要形成廢水的色度和 CODCr。造紙廢水成分復雜，可生化性差，屬于較難處理的工業(yè)廢水。造紙廢水的水質(zhì)因制漿種類、造紙品種的不同而不同 [4]。一般地，制漿廢水（也稱黑液）的污染最嚴重，COD Cr 濃度可達 4000～6000mg/L ；洗漿和漂白廢水，既中段廢水的污染程度次之，COD Cr 濃度可達 2000～3000mg/L ，SS 為1500～2500mg/L，抄紙廢水即為白水，為污染較輕的廢水，主要含有細小懸浮性纖維、造紙?zhí)盍虾湍承┨砑觿┑?，COD Cr 濃度為 150～600mg/L ，SS 為500～1500mg/L。白水中的懸浮物主要是紙漿纖維組成，可以作為資源加以回收利用。廢紙造紙廢水處理的工程設計21.2 研究廢紙造紙廢水處理的意義雖然造紙行業(yè)廢水治理效果正在逐步提高，且造紙廢水對水環(huán)境的污染已經(jīng)得到較大程度的緩解，但是廢水排放量和 COD 排放量仍然占全國工業(yè)總排放量的第一位。廢紙造紙廢水中 SS 和 COD 含量高，而 N、P 含量偏低，根據(jù)國家排放標準的規(guī)定和回用水的要求，去除廢紙造紙廢水中的 SS 和 COD 等污染物質(zhì)則成為了此類廢水主要處理問題。由于廢紙中含有成分復雜的廢雜質(zhì)，需要化學品制劑將其去除以完成制漿，加之抄紙過程中需添加施膠劑、滑石粉等制劑，致使廢紙再生造紙過程中排放大量含有毒有害污染物的廢水。針對廢紙造紙中廢水污染問題，國內(nèi)外已成功研發(fā)出一系列的處理技術(shù)，為該類廢水的有效治理奠定了基礎。1.3 造紙廢水處理工藝簡介目前廢紙造紙廢水的處理方法有物理法、化學法、生物法和物理化學法，實際應用的工藝往往是幾種方法組合而成。但由于廢紙來源、產(chǎn)品用途及生產(chǎn)工藝各異，廢水水質(zhì)差異較大，因此廢紙造紙廠廢水的處理也必須根據(jù)各企業(yè)廢水水質(zhì)的特點進行設計。根據(jù)各個造紙廢紙廠造紙工藝、不同以及廢水出水水質(zhì)的不同，各個廢水處理工藝的選擇也是各有不同 [5] 。常規(guī)的物理或物理化學處理方法主要有 3 種，即重力沉淀、氣浮和混凝沉淀，其中前兩種是制漿造紙工業(yè)廢水處理或預處理中去除懸浮態(tài)污染物的最常用方法。混凝沉淀既可以前置作為廢水預處理，以進一步降低生物處理的負荷，又可以后置作為二級處理后的深度處理 [6]。1.3.1 廢紙造紙廢水的物理化學處理方法（1）重力沉淀法其原理為密度比廢水大的懸浮物質(zhì)，借助重力作用從廢水中沉降下來，使其與水分離，即為重力沉降。沉降過程一般可分為離散粒子沉降、絮凝粒子沉降、區(qū)域沉降和壓縮沉降 4 種主要類型。在常規(guī)的沉淀池中，一般來說，在上部發(fā)生離散粒子沉降和絮凝粒子沉降，在下部發(fā)生區(qū)域沉降，因為沉降的所有物質(zhì)必須通過這一區(qū)域。在壓縮沉降過程中，懸浮物濃度極高，顆粒之間距離很小，相互接觸與支撐，在污泥上層顆粒的重力作用下，迫使下層顆粒的間隙水被擠壓出來，從而使下層顆粒層被濃縮壓密。一般沉淀池內(nèi)的儲泥斗及污泥廢紙造紙廢水處理的工程設計3濃縮池內(nèi)部都出現(xiàn)這種沉降形式。發(fā)生重力沉淀過程所用的設備一般稱為沉淀池。而在大多數(shù)造紙廢水處理廠都設有一級沉淀池，一級沉淀池中最常見的是輻流式沉淀池，其次是平流式沉淀池。而在一級沉淀池內(nèi)多數(shù)制漿造紙廢水中懸浮固體去除率均可達到 60%-90%，其沉降效果則因工廠生產(chǎn)過程排放的懸浮固體性質(zhì)不同而不同。對于設有高效纖維回收系統(tǒng)的工廠，由于短纖維是懸浮物的優(yōu)勢組分，因此一級沉淀處理中很難達到最高的效率。在再生紙廠，所產(chǎn)生的白水中還有白土和其他填料，懸浮物是高灰分的，雖然一級沉淀能夠去除大部分懸浮物，但是仍然有少量的填料殘留在廢水中，廢水的濁度仍然較高 [7]。(2) 氣浮法其原理與白水回收中的氣浮法相近，即設法在水中產(chǎn)生大量的微氣泡，以形成水、氣及顆粒物質(zhì)的三相混合體，在界面張力、上升浮力和靜水壓力差等多種力的共同作用下，促進微細氣泡黏附在被去除的小顆粒上后，因黏合體密度小于水而上浮到水面，從而使水中顆粒物被分離去除。相對于沉淀技術(shù)，氣浮技術(shù)具有負荷大、占地面積小等優(yōu)點，但是能耗相對較大。目前在制漿造紙工業(yè)中應用較多的主要是在紙機白水處理工段。因為紙機白水中含有大量的纖維、填料、松香膠狀物等，對于這類污水，氣浮法具有較好的去除效果 [8]。氣浮法的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下三點：①.時間短，一般只需要 15min。對于紙機白水，懸浮物去除率為 90%以上，COD 的去除率為 80%左右。處理后的白水無需過濾，即可直接送到造紙機循環(huán)使用。②. 對廢水中纖維物質(zhì)有較高的分離效果，有利于提高資源的利用率。③.工藝流程和設備結(jié)果簡單，運行管理方便，占地少、投資省。(3) 化學混凝法即利用絮凝劑（PDA）處理廢水可以使處理后廢水直接回用，得到的泥漿可以直接作為箱板夾層紙用紙漿回用 [9] 。但總的來說主要是以下三方面的作用機理：壓縮雙電層作用、吸附架橋作用、網(wǎng)捕作用。紙漿造紙工業(yè)廢水中通常含有大量的膠體，因此混凝法對此類廢水具有較好的處理效果，并廣泛應用于廢水的預處理和深度處理過程中。但因其涉及因素較多，如水中污染物的成分和濃度、水溫、水的 pH 值，以及混凝劑的性質(zhì)和混凝條件等，特別是，廢紙再生造紙過程中因廢水來源和生產(chǎn)工藝不同而使廢水的污染負荷有很大差別，而且這些廢水中含有大量細微纖維、樹脂、色料、化學藥品和機械雜質(zhì)而使廢水中 COD、BOD、色度等污染廢紙造紙廢水處理的工程設計4負荷大，難以直接生物降解，適宜采用化學混凝沉淀法。1.3.2 廢紙造紙廢水的生物處理技術(shù)目前廢紙造紙廢水的常用的生物處理方法主要包括好氧法和厭氧法。盡管兩類生物處理方法都可以使廢紙造紙廢水達標排放，但是兩種方式在處理濃度、占地面積、應用范圍都有所不同。（1）好氧生物處理技術(shù)是目前應用最為廣泛的水處理技術(shù)，在生活污水和工業(yè)污水處理領域該方法主要用于處理污染物濃度相對較低的污水。目前好氧生物處理法的工藝較多，在制漿造紙污水處理領域應用較為廣泛。其中應用最多的包括：① 活性污泥法、 ②SBR（間歇式活性污泥法） 、③ 卡魯塞爾氧化溝、④HCR（高效緊湊型反應器） 、⑤BIOLAK( 百樂克工藝)?；钚晕勰嗵幚硐到y(tǒng)通常由曝氣池、二沉池、污泥回流、剩余污泥排除系統(tǒng)以及供氧系統(tǒng)所組成。生物選擇器為絮狀細菌的生長創(chuàng)造一個短期的適宜環(huán)境，從而有效防止低有機負荷率（F/M）生物處理系統(tǒng)發(fā)生絲狀菌大量繁殖導致污泥膨脹。活性污泥法是一種比較早的水處理方法，目前在制漿造紙廢水處理領域已經(jīng)是相當普遍了 [10]。SBR（間歇式活性污泥法）與普通連續(xù)流活性污泥法(CFS)相比，其設備及運行方式有很大的不同，其是一個反應器內(nèi)按時間順序先后完成 CFS 中多個處圖1-1 SBR工藝反應流程圖廢紙造紙廢水處理的工程設計5理單元所進行的工藝環(huán)節(jié)。SBR 優(yōu)點主要是① 理想的推流過程使生物反應推動力增大，效率提高；②池內(nèi)厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，抑制絲狀菌生長，凈化效果好；③運行效果穩(wěn)定；④ 耐沖擊符合；⑤工藝過程中的各工序可根據(jù)水質(zhì)、水量進行調(diào)整，運行靈活；⑥反應池內(nèi)存在 DO、BOD 濃度梯度，有效控制活性污泥膨脹；⑦具有良好的脫氮除磷效果； ⑧工藝流程簡單、造價低、布置緊湊、占地面積省。典型的 SBR 系統(tǒng)分為進水、反應、沉淀、排水與閑置五個階段運行 [7]，其運行流程如圖 1-1?？斎麪栄趸瘻鲜褂枚ㄏ蚩刂频钠貧夂蛿噭友b置，向混合液傳遞平衡速度，從而使被攪動的混合液在氧化溝閉合渠道內(nèi)循環(huán)流動。因此氧化溝具有特殊的水力學流態(tài)，既有完全混合式反應器的特點，又有推流式反應器的特點，溝內(nèi)存在明顯的溶解氧濃度梯度。魯塞爾氧化溝曝氣混合設備一般是低速表面曝氣機，近年來配合使用的還有水下推動器。HCR（高效緊湊型反應器）工藝的問世是好氧生物處理技術(shù)的一個飛躍，它融合了當今的高速射流曝氣、物相強化傳遞、紊流剪切等技術(shù)，并具有深井曝氣和流化污泥床的特點，因此，其空氣氧的轉(zhuǎn)化率高，反應器的容積負荷大，水里停留時間短等特點。BIOLAK（百樂克工藝）是指懸掛鏈式曝氣好氧工藝，其流程為污水先輸送入預沉池，依次流經(jīng)均質(zhì)池、曝氣池、二沉池、后曝氣池，在均質(zhì)池加入營養(yǎng)鹽和酸等調(diào)節(jié)污水至適合于細菌生長的環(huán)境，再流入曝氣池進行曝氣，污水經(jīng)過曝氣處理后達標排放。二沉池所沉淀下的污泥回流入曝氣池重復利用，多余污泥送去污泥混合池。預沉池所沉淀下的污泥亦送去污泥混合池。（2）厭氧生物處理法負荷高、污泥產(chǎn)生量少、運行成本低、而且能夠產(chǎn)生大量的甲烷氣體作為能源，比較適用于處理污染物含量高的污水，且厭氧處理技術(shù)主要應用于造紙污水。近年來我國化機漿、廢紙漿等項目發(fā)展迅速，由于所采用的設備大多為國外引進，噸產(chǎn)品排水量少、污水污染物濃度高，因而非常適合采用厭氧處理工藝。其反應器主要包括：IC 反應器（內(nèi)循環(huán)厭氧反應器，如圖 1-2） 、EGSB 反應器（厭氧顆粒污泥膨脹床） 、ANAMET 反應器（厭氧接觸器） 。IC 厭氧反應技術(shù)是第三代高效厭氧反應器，它是在 UASB 反應器基礎上發(fā)展起來的厭氧處理技術(shù)，與 UASB 想比，它具有處理容量高、投資少、占地省、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。它目前廣泛應用于高濃度有機廢水處理領域中。IC 反應器由布水器、下三相分離器、上三相分離器、提升管、回水管、氣廢紙造紙廢水處理的工程設計6液分離器、罐體及溢流系統(tǒng)組成。IC 反應器當前在制漿造紙行業(yè)應用較多的是各類以廢紙作為原料的制漿造紙廠，其中包括脫墨和不脫墨的各類廢紙制漿工藝廢水的處理。表 1-1 列出了 3 家實現(xiàn)了廢水達標排放的造紙廠利用 IC 工藝的情況。三家造紙廠的 IC 反應器的運行都證明,COD 去除率是反應器容積負荷的函數(shù)。高負荷下 COD 去除率也較高，除了與進液濃度有關的生物降解性的變化外，較高的去除率可認為是高負荷下由于產(chǎn)氣量的增加，流體的內(nèi)循環(huán)比隨之增大，使生物污泥和廢水之間產(chǎn)生了更強烈的接觸。運行中 COD 濃度和反應器容積負荷波動非常大，但反應器運行一直非常穩(wěn)定。這種情況表明 IC 反應器在濃度和負荷大幅度波動的劣質(zhì)工況下，具有非常好的自我調(diào)節(jié)能力 [11]。表 1-1 三家紙廠 IC 反應器EGSB（厭氧顆粒污泥膨脹床）是在 UASB 反應基礎上研究開發(fā)的。 UASB在常溫下處理低濃度有機廢水時，由于產(chǎn)氣量少，反應器內(nèi)混合強度低，污泥廠家 廢水種類 反應器容積/m 3運行負荷/ kgCOD/(m3·d)進液 COD濃度/mg/LCOD 去除率/%1 二次纖維制漿 100 5-26 650-2650 60-752 廢紙脫墨廢水 385 9-20 1510-2920 58-743 廢紙脫墨廢水 465 9-24 1250-3515 61-86圖 1-2 IC 反應器廢紙造紙廢水處理的工程設計7床內(nèi)很容易形成短流和死區(qū)，使得處理效率下降或反應器難以正常運行。為了克服 UASB 工藝的缺點，科研人員開發(fā)出了適應常溫或低溫、低濃度污水處理的 EGSB 工藝，通過加大污泥床水流上升流速，增強攪拌混合和傳質(zhì)過程，提高處理效率。 與 UASB 相比，EGSB 反應器的高徑比要大得多（如圖 1-3） ，因此微生物厭氧代謝所產(chǎn)生的氣體能夠以較大的表觀流速通過反應器，保證了細小顆粒污泥，同時其中心安裝一個刷子以避免格柵的堵塞。ANAMET（厭氧接觸反應器）是利用厭氧微生物處理含有高濃度有機物的微生物處理工藝，且廢水中有機物中的大部分被轉(zhuǎn)化成沼氣。廢水進入?yún)捬踅佑|反應器，進水中的懸浮固體及溶解性有機物以及厭氧過程中產(chǎn)生的生物固體，經(jīng)過真空脫氣器進入沉淀池，回流污泥返回接觸池。這種厭氧接觸工藝提供了使可降解有機顆粒物水解所需的污泥齡。該工藝長污泥齡這一特點使它特別適用于具有較高濃度懸浮固體的制漿造紙廢水處理，尤其是再生紙廠的廢水和化機漿廢水等。1.3.3 深度（三級）處理技術(shù)隨著我國對新建制漿企業(yè)的廢水排放要求的提高，COD Cr 排放限值變?yōu)?00mg/L，而現(xiàn)有的制漿企業(yè)廣泛采用的二級生化處理技術(shù)將制漿廢水的圖 1-3 EGSB 反應器廢紙造紙廢水處理的工程設計8CODCr 處理到 200mg/L 以下則是相當困難的，因此必須采取進一步的深度處理措施，且深度處理工藝，例如吸附、高級氧化和膜過濾適用于生物降解材料 [11]。膜分離法相對于常規(guī)水處理方法相比，具有占地面積小、適用范圍廣、分離效率高、能量轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點。Fenton 氧化法作為一種高級氧化法，在去除廢水中的有機污染物方面具有明顯的優(yōu)點，尤其對于毒性大、一般氧化劑難氧化或生物難降解的有機廢水處理，是一種較好的方法 [12]。但 Fenton 氧化法作為一種化學處理方法，其運行成本較高。廢紙造紙廢水處理的工程設計9第二章 工藝方案的確定設計背景為：江蘇金蓮紙業(yè)有限公司以廢紙為原料生產(chǎn)各種紙產(chǎn)品，每天設計處理能力為 10000m3，其日產(chǎn)中段水 4000t 和造紙白水 6000t，其水質(zhì)如表2-1。表 2-1 進出水水質(zhì)中段水 造紙白水原水水質(zhì)CODCr=300mg/LBOD5=120mg/LCODCr=100mg/LBOD5=30mg/L出水水質(zhì) CODCr≤60mg/L BOD5≤20mg/L針對給定的廢紙造紙廢水水質(zhì)情況，采用活性污泥系統(tǒng)及淺層氣浮工藝處理廢紙造紙過程中產(chǎn)生的廢水進行工程設計，使處理后的水質(zhì)達到行業(yè)排放標準。2.1 工藝流程簡圖本設計的工藝流程如圖 2-1 所示，由于中段水和白水水質(zhì)差別較大，因此分別進行處理。2.2 流程設計說明活性污泥法是人們熟悉的一種常用的廢水生物處理法，它是人類模擬自然界的水體自凈過程而創(chuàng)造的。最早于 1914 年由英國人阿登(Eardern)和絡基特(W.T.Lockett)創(chuàng)立，迄今已有 90 多年的歷史，它衍生出了多種多樣的工藝流程中段水 混凝反應池 初沉池輻流式沉淀池出水圖 2-1 處理流程白水 篩網(wǎng) 淺層氣浮篩網(wǎng) 曝氣池出水廢紙造紙廢水處理的工程設計10并廣泛應用于城市生活污水和工業(yè)廢水的凈化并取得了巨大的成功。其去除污染物的基本原理是：活性污泥與水充分接觸混合后，由于活性污泥有較大的比表面積，表層黏液層迅速吸附大量的有機或無機污染物，吸附過程大約 30min內(nèi)即可完成，可去除廢水中 70%以上的 BOD，同時，被吸附的有機或無機污染物在微生物酶的作用下，進行分解或合成代謝，從而使廢水得以凈化 [13]。由混凝沉淀池出來的廢水與回流的活性污泥同時進入曝氣池，通過曝氣，活性污泥呈懸浮狀態(tài)，并與廢水充分接觸。廢水中的懸浮固體和膠狀物質(zhì)被活性污泥吸附，非溶解性有機物需先轉(zhuǎn)化成溶解性有機物，而后才被代謝和利用而廢水中的可溶性有機物質(zhì)被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的營養(yǎng)，代謝轉(zhuǎn)化為生物細胞，大部分有機物氧化成為最終產(chǎn)物(主要是 CO2 和 H2O)，廢水由此得到凈化。超效淺層氣浮是一種新型的氣浮工藝，通過“零速理論” 、 “淺層理論”以及新的溶氣機理的突破性應用，大大提高了氣浮效率。該技術(shù)應用于造紙廢水的回收成為最先進的白水回收技術(shù)，近年來國內(nèi)引進多臺用于紙機白水回收，收到很好效果。隨著工業(yè)的不斷進步及水資源的缺乏，超效淺層氣浮技術(shù)將會逐漸應用于工業(yè)廢水、市政污水的處理。Krofta 超效淺層氣浮在工藝流程上屬于部分回流式加壓溶氣氣浮，但是，較以往的加壓溶氣氣浮實現(xiàn)原理上的三大突破，即：“零速原理 ”[14]、 “淺層理論 [15]”和“ 新的溶氣機理 [16]”。Krofta 超效淺層氣浮系統(tǒng)的應用領域：適用造紙白液的纖維回收、水回用的處理；印染、化工、輕工、食品、制藥等工業(yè)廢水物化處理；各類生物處理中生物絮體與水分離(代替二沉池)；生產(chǎn)用冷卻水及大池浴水的重復利用及其他以固液分離為目的的水處理。造紙行業(yè)的使用領域以及使用效果具體表現(xiàn)為[17]：用于造紙的白液處理和纖維回收，回收率達 90%，COD Cr 去除率 85%以上，處理后的水可循環(huán)利用。例：用廢紙作原料的造紙廠，進水 CODCr 1100~1300mg/L，經(jīng)淺層氣浮處理，出水 CODCr 200mg/L 左右，SS：30~50mg/L ，此水可供生產(chǎn)閉路循環(huán)使用。此外，近些年來，Krofta 氣浮裝置作為造紙設備的附屬設備而隨主機一起引進，或者只作為造紙行業(yè)的專業(yè)設備被引進，目前已有數(shù)十臺應用在中國造紙行業(yè)的白水處理中，其處理效果令用戶非常滿意。近年來隨著 Krofta 公司與國內(nèi)合資、合作，產(chǎn)品的價格大幅度降低，在幾乎沒有競爭對手的情況下，該裝置逐漸走俏。廢紙造紙廢水處理的工程設計11第三章 工藝設計與處理過程設計3.1 篩網(wǎng)的選擇3.1.1 設計說明設計篩網(wǎng)首先應根據(jù)要去除雜物的粒徑選擇合適的篩網(wǎng)孔徑，其次要根據(jù)生產(chǎn)條件、產(chǎn)品規(guī)格性能以及價格，決定篩網(wǎng)種類，進而計算所需篩網(wǎng)面積，最后選定篩網(wǎng)臺數(shù)。3.1.2 設計過程（1）選定篩網(wǎng)類型根據(jù)生產(chǎn)條件及產(chǎn)品規(guī)格性能，決定采用傾斜式篩網(wǎng)，其篩網(wǎng)材料為不銹鋼，水力負荷 0.6-2.4m3/（min·m 2） 。（2）所需篩網(wǎng)種類選定水力負荷 q=1.5 m3/（min·m 2） ，已知污水量 Q=4000m3/d=2.78m3/min，故所需篩網(wǎng)面積通過公式 3-1 進行計算。（3-1）（3）篩網(wǎng)臺數(shù)根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格，設每臺篩網(wǎng)面積為 0.5m2，則選用 2 臺，一臺工作，一臺備用。3.2 混凝反應池3.2.1 設計說明混凝沉淀池主要通過投加少量混凝劑，降低廢水中 SS，使出水水質(zhì)達標。在污水處理中，常用的混凝劑為聚丙烯酰胺。每千噸污水投加量為 10-20kgPAM 混凝劑，本設計投藥量為 8kg/d，在混凝沉淀池前部的混凝渠中以管道加藥。3.2.2 混凝沉淀池的設計參數(shù)設計水量：4000m 3/d=166.67m3/h3.2.3 設計計算.781.5QAq?廢紙造紙廢水處理的工程設計12采用一座平流式沉淀池。（1）混凝沉淀池總表面積式中：q－表面負荷，m 3/（m 2·h） ；沉淀池表面負荷一般為 1.0-2.0 m3/（m 2·h） ，取 q=1.0 m3/（ m2·h） 。（2） 混凝沉淀部分有效水深：式中：t－沉淀時間，h，沉淀時間一般為 1.5-2h，取 t=2h。則：（3） 沉淀部分有效容積：（4） 混凝沉淀池長度：vt3.6L??式中：v—水平流速，一般不大于 5m/s，取 v=5m/s。QAq?224016.7,170.AA??? 取2hqt?2=1.02mhqt??32h=1704VA??（3-2）（3-3）（3-4）（3-5）vt3.6=2.16mL??廢紙造紙廢水處理的工程設計13（5） 混凝沉淀池寬度：（6） 污泥斗設計：取污泥斗上底方形 1.75m×1.75m，下底方形 0.6m×0.6m，斜壁與水平夾角a=60°，池底坡度 i=0.01。則污泥斗高度：（7） 污泥斗容積:（8） 混凝沉淀池總高度：式中：h1 －超高，取 0.3m；h3 －緩沖層高度，取 0.5m。 （池底坡度 0.01） 。則池子總高度：長深比：41.75-06h=tan1.02m???2 341212()(1.750.61.7506).33Vhff???????1234 H=h+H=0.3+2.510=3.7m 4， ?。?-6）（3-7）（3-8）（3-9）（3-10）170.8m 26ABL?， 取170.8 26ABL?， 取廢紙造紙廢水處理的工程設計14(9) 總污泥量：式中：c0、c 1－進水、出水懸浮物濃度， kg/m3 , c0 =220mg/L、c 1 =30mg/L；－污泥含水率，%，取 99%；?r－污泥容積密度，kg/m 3，取 1000 kg/m3 。則總污泥量：(10) 進水系統(tǒng)設計：選用 DN200 鋼管進水。(11) 出水系統(tǒng)設計：選用 DN200 鋼管出水。3.2.4 設備選型刮泥機：選用 GL-6×25 型鏈板式刮泥機，其主要參數(shù)：池寬：6m；刮板塊數(shù)：12；刮泥速度：0.26m/min；電動機功率：0.8kW ；鏈條破斷力：15t 。加藥機：選用兩臺 JY-0.3/0.72A-I 型加藥機，一用一備。投藥方式：小機座系列。計量泵:外形尺寸 3100×2500×2600；攪拌機功率： 0.75kW；計量泵功率：0.6kW污泥泵：選用兩臺 EH164 型單螺桿泵，一用一備。其主要參數(shù)：流量：0.7m3/h；轉(zhuǎn)速：214r/min；軸功率：0.09kW；電動機型號：YCJ71；電動機功率：0.55Kw。3.3 初沉池3.3.1 設計說明在污水廠進水中，固體物質(zhì)在污水中由可沉固體、漂浮固體和一部分膠態(tài)的不可沉固體組成。城市污水中的懸浮固體、可沉固體物質(zhì)以三種狀態(tài)存在：010()/()WQcr???3104(.203)/1(09)76/Wmd??????（3-11）廢紙造紙廢水處理的工程設計15溶解態(tài)、膠體態(tài)和懸浮態(tài)。初沉池能去除部分的懸浮固體和 BOD5，還具有一定的水解(酸化) 作用，屬低投入、低能耗的污水處理單元，是一級處理的主體處理構(gòu)筑物 [18]。沉淀池的種類有：平流式沉淀池、豎流式沉淀池、輔流式沉淀池、斜管(板)沉淀池。本設計中采用平流式沉淀池，這主要考慮污水流量不大，足可以滿足出水水質(zhì)要求 [19]。3.3.2 設計參數(shù)設計水量：Q=4000m 3/d=166.67m3/h=0.046m3/s；表面負荷：沉淀池一般采用 q 為 1.5-3.0 m3/(m2·h)，本設計選取 q=1.5 m3/（m 2·h） ；水力停留時間：t 一般為 1-2h，本設計選取 t=2h；水平流速：v 一般不大于 5mm/s，本設計選取 v=3.5mm/s；3.3.3 設計計算(1) 池子總面積：式中：q—表面負荷，1.5-3.0 m 3/m2·h，取 q=1.5 m3/m2·h(2) 沉淀部分有效水深：式中：t—水里停留時間，1-2h。取 t=2h(3) 沉淀部分有效容積：216.7.15QAq?21.53hqt??316.72.4VQtm???（3-12）（3-13）（3-14）廢紙造紙廢水處理的工程設計16120()QCW????(4) 沉淀池長：式中：v—水平流速，一般小于 5mm/s，取 v=3.5 mm/s(5) 沉淀池總寬：(6) 池子個數(shù)：取一個初沉池，則每池寬 4.4m(7) 校核長寬比和長深比：長寬比： 符合要求長深比： 符合要求(8) 污泥部分需要的總?cè)莘e：(3-17)式中：C0—進水 SS 濃度，mg/L ；C—出水 SS 濃度， mg/L；ρ0—污泥含水率，﹪；γ—污泥容量，kg/m 3，當 ρ0≥95％時，γ=1000kg/m 3。則：3.6.52.Lvtm???1.254.ABLm? （3-15）（3-16）25.74LB?2.83h廢紙造紙廢水處理的工程設計17由去除 COD 產(chǎn)生的污泥量：WCOD=進水 COD×去除率× 污泥產(chǎn)率×水流量 (3-18)(9) 污泥斗容積：(3-19)式中：h4—污泥斗高度，污泥斗為上底正方形 3.8×3.8m、下底正方形 0.8×0.8m、夾角為 60°，則：式中：f1 —污泥斗上底邊長，f 1 =3.8m；f2—污泥斗上底邊長，f 2 =0.8m。則：(10) 池子總高：(3-20)式中：3120()4(0.2)0.152/19QCWmd???????30.84=192m/d?6324112()3Vhff??43.80h2.6mtg???24112().638+3 =.58mVhff?????2（ 0）1234=hH?廢紙造紙廢水處理的工程設計18h1 —超高，取 h1 =0.3m；h3—緩沖層高，取 h3 =0.5m；則：3.4 曝氣池3.4.1 設計說明曝氣池是用于進行污水生物處理的主要構(gòu)筑物。所謂曝氣，就是不斷地把空氣打入水中，或利用機械攪拌作用使空氣中的氧溶入水中。曝氣池主要由池體、曝氣系統(tǒng)和進出水口三個部分組成。池體一般用鋼筋混凝土筑成，平面形狀有長方形、方形和圓形等。曝氣方法主要有鼓風曝氣和機械曝氣。曝氣池實質(zhì)上是一個反應器，它的池型和所需的反應器的水力特征密切相關。主要分為推流式和完全混合式以及二池結(jié)合型三大類。本設計采用推流式曝氣池，推流式曝氣池廊道型式如圖 3-1。3.4.2 設計參數(shù)進水流量：Q=4000m 3/d=166.67m3/h；1234==0.+.526=.4mH?圖 3-1 曝氣池的廊道組合示意圖廢紙造紙廢水處理的工程設計19進水 BOD5 ：La=120mg/L；出水 BOD5 ：Le=20mg/L；混合液懸浮物（MLSS）濃度 N：一般為 1500-3000 mg/L ，取N=200mg/L=2g/L；混合液揮發(fā)性懸浮物（MLVSS）濃度 N′：N′=fN=0.8×2=1.6 g/ L ；系數(shù) f：一般為 0.7-0.8，取 f=0.8；回流比 R：一般為 24-40%，取 R=40%=0.4；池體超高 h1 ：取 h1 =0.5m；有效水深 h2 ：取 h2 =4m；池寬 B：取 B=5m，校核寬深比 B/H=5/4=1.25，符合要求（1-2） ；污泥負荷 NS：一般取 0.2-0.4kgBOD5/（kgMLSS·d） ，取 NS=0.2 kgBOD5 /（kgMLSS·d） ；容積負荷 NV ：N V = N′NS=1.6×0.2=0.32 kgBOD5 /（m 3·d） ；曝氣池內(nèi)污泥容積指數(shù) SVI：SVI=353N S0.983 =72.56mg/L；微生物每代謝 1kgBOD5 所需氧量 a′：a′=0.38 （以 kg 計） ；每 kg 活性污泥每天自身氧化所需氧量 b′：b′=0.092；污泥增長系數(shù) a：一般為 0.5-0.7，取 a=0.6kgVSS/kgBOD5 ；污泥自身氧化率 b：b=0.05 kgVSS/kgVSS·d3.4.3 設計計算3.4.3.1 曝氣池池體設計(1) BOD 去除率：(3-21)(2) 曝氣池總體積：(3-22)(3) 有效面積：(3-23)12083.%aeBODL????340.12506aSQLVmN????22150374VSmh?廢紙造紙廢水處理的工程設計20(4) 曝氣池池長（曝氣池設三廊道式）：(3-24)校核長寬比：(5) 曝氣池總高：(3-25)(6) 水力停留時間：理論水力停留時間：(3-26)實際水力停留時間：(3-27)(7) 污泥齡 tw ：(3-28)(8) 曝氣池需氧量：(3-29)(9) 剩余污泥產(chǎn)量：3752SLmB??120.54.Hhm???25?符 合 要 求15096.7h?VHRT=Q1506.4(.4)7h???VT=(+R)1140.62.5wt daFb????2 20.384.109251.630/OrWaQLbVNkgOh?????????廢紙造紙廢水處理的工程設計21(3-30)3.4.3.2 曝氣系統(tǒng)設計計算(1) 平均需氧量：(3-31)(2) 最大需氧量：(3-32)(3) 供氣量：采用穿孔管，距池底 0.2m，故淹沒深度為 3.8m，查資料可知：水溫 20℃時溶解氧飽和度濃度為 CS(20) =9.2mg/L、C S(30) 7.6mg/L。穿孔口出口絕對壓力 Pb =103.3+25=128.3kPa；空氣離開曝氣池時氧的百分比為：(3-33)式中：EA —穿孔管氧轉(zhuǎn)移效率，取 EA =6%；則：(3-34)曝氣池中平均溶解氧的飽和液：(3-34)曝氣池中平均需氧量：0.64.14.8/15rwaQLYkgdbt????2 2360/rOaQLbVNkgOh?????2()2 21.5.36054/MAX kgh???21()0%79AO????21()21(0.6)0%1%207979AO?????????2(10) 1.8320)76()./.44bcmsPOCmgL??????2(0)2 (20)(3)[]1.4sTcmlC?????廢紙造紙廢水處理的工程設計22(3-35)式中：α—污水與清水氧總轉(zhuǎn)移系數(shù) KEa 之比 α=0.8；β—污水與清水飽和溶解氧之比（C sw/Cs）β=0.9 。則：(3-36)相應最大時的需氧量為 3712.55×1.5=5568.83kg/h曝氣池的平均供氣量（Gs）為：(3-37)去除每 kgBOD5 供氣量(3-38)每立方米污水的供氣量 ( 3-39)曝氣池最大需氧量的供氣量為：(3-40)(4) 空氣管的計算：兩個相鄰廊道設置一條配氣干管，共設三條，每條干管設 10 對豎管，共計60 根。每根豎管最大供氣量=3094/60=51.57m 3/h。取穿孔管壓力損失 5kPa，總壓力損失為空氣管道系統(tǒng)與穿孔管壓力損失之和，為 10kPa。(5) 鼓風機選擇：2(0)2 (20)(3) 3609.23712.5/[]1.4.8[15]sTcmlOkgh?????????323712.5006./.sAOGmhE???35.()4(2)/412.7/saeQLmkgBD????306.12.8/4/sGm?污 水3()1.5.206.594/sMAXsGmh???