造纸废水处理系统的初步设计.doc

1、陕西理工学院毕业设计 第 1 页 共 34 页 造纸废水处理系统的初步设计 黄莹 (陕西理工学院化学学院环工专业 1101 班 ， 陕西 汉中 723000) 指导教师 ： 刘智峰 摘要 本设计的内容为某造纸厂废水处理工艺设计。设计处理能力为 5000m3/d，设计进水水质为： BOD5 1200mg/L， COD1800mg/L， SS2000mg/L。 通过对多种造纸污水处理工艺比较及针对造纸废水的基本特点，最终选用的处理工艺 :筛网过滤 物化处理 生化法处理。 污水处理厂的出水水质要求达到造纸工业水污染物排放标准（ GB3544-2001）中一般 机制纸、纸板造纸工艺的标准。本设计所采用

2、的工艺主体为生物接触氧化池，该工艺不仅能够有效地去除水中的 BOD5，还具有良好的脱氮除磷功能。 关键词 造纸工业废水；水解酸化；污泥浓缩；生物接触氧化池 陕西理工学院毕业设计 第 2 页 共 34 页 The Primary Design of Paper Making Wastewater Treatment System HuangYing Grade11,Class1,Major Environmental engineering ,School of Chemical and Environmental Sciences,Shaanxi University of Technolog

3、y,Hanzhong 723000,Shaanxi） Tutor: Liu Zhifeng Abstract： This is paper marking waste water treatment process design. The design capacity of 5000m3/d, the effluent quality is: BOD5 1200mg/L, COD 2800mg/L, SS 2000mg/L.Through looking up comparing with a variety of paper marking waste water treatment te

4、chnology, according to the basic characteristics of the paper marking waste water, the specific programs I have chosen is like this: sieve net filter, physico-chemical treatment, biochemical treatment.Sewage treatment plant effluent quality meet the standards for “paper industrial water pollutant di

5、scharge standard“ (GB3544-2001) general machine-made paper and paperboard paper making process requirements.The main technology used in this design is biological contact oxidation tank, which can not only remove the BOD5 effectively, but also have good function of nitrogen and phosphorus removal. Ke

6、y words: paper mill waste water; acid hydrolysis; sludge thickening; Biological contact oxidation 陕西理工学院毕业设计 第 3 页 共 34 页 目 录 摘要 . 1 关键词 . 1 Abstract . 2 Key words . 2 引言 . 6 1 造纸废水的来源及特点 . 6 1.1 造纸废水的来源 . 6 1.2 造纸废水特点 . 6 2 设计说明书 . 7 2.1 设计依据 . 7 2.2 设计原则 . 7 2.3 设计内容 . 7 2.4 造纸废水处理基本工艺 . 7 2.4.1 物

7、理处理方法 . 7 2.4.2 生物处理方法 . 7 2.5 工艺流程的确定 . 9 2.5.1 工程概况 . 9 2.5.2 工艺方案分析选择 . 9 2.5.3 工艺流程说明 . 10 2.6 出水水质效果预测 . 11 3 污水处理各构筑物及其参数设计计算 . 11 陕西理工学院毕业设计 第 4 页 共 34 页 3.1 格栅 . 11 3.1.1 设计概述 . 11 3.1.2 设计参数 . 12 3.1.3 设计计算 . 12 3.2 斜筛 . 14 3.2.1 设计概述 . 14 3.2.2 设计计算 . 14 3.3 调节池设计 . 14 3.3.1.设计概述 . 14 3.3.

8、2.设计参数 . 15 3.3.3.设计计算 . 15 3.4 提升泵 . 15 3.4.1 设 计 概述 . 15 3.4.2 设计计算 . 15 3.5 气浮池设计 . 16 3.5.1 设计概述 . 16 3.5.2 设计参数 . 16 3.5.3 设计计算 . 17 3.6 水解酸化池 . 18 3.6.1 设计概述 . 18 3.6.2 设计参数 . 19 3.6.3 设计计算 . 19 陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 34 页 3.7 生物接触氧化池的设计 . 20 3.7.1 设计概述 . 20 3.7.2 设计参数 . 20 3.7.3.设计计算 . 21 3.8 二沉池

9、 . 22 3.8.1 设计概述 . 22 3.8.2 设计计算 . 23 3.9 污泥处理系统 . 25 3.9.1 设计概述 . 25 3.9.2 设计参数 . 26 3.9.3 设计计算 . 26 4 平面布置 . 28 4.1 主要的构筑物 . 28 4.2 废水处理站平面布置的特点 . 29 4.3 平面布置原则 . 29 5 工程概预算 . 30 致 谢 . 33 参考文献 . 34 陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 34 页 引言 造纸工业一直是传统的用水大户，也是导致水污染的 重要污染源之一。伴随着经济的发展，造纸业日益面临着水资源短缺、原料匮乏等问题，而另一方面，水污染也

10、越来越严重。 目前，中国的造纸工业废水排放量占各类首位，工业排放对水环境的影响，造纸行业尤为严重。它不仅是中国的造纸工业污染防治的最重要的问题，也是中国工业废水需要达标处理是一个重要的问题。数据显示，中国纸和纸用品工业废水排放量占全国工业总排放量的 18.6%，其中处理达标排放量占造纸工业废水排放量的 49.3%，废水 COD 排放量约占全国工业 COD 排放总量的 44%。 1。从这可以看出，造纸工业初步实现了“增产减污” 的目标。但目前造纸业约有 50%的废水尚未进行达标排放处理，对废水进行污染防治任务还相当繁重。 造纸废水是我国主要的工业污染源之一，我国造纸业多采用草杆，木浆等做为在职原

11、料。造纸工业废水成分十分复杂，可生化性差，属于比较难处理的工业废水。 如果只有一个良好的固化工艺难以达到理想的处理效果，因此，在支持预处理过程中使用的厌氧处理废水难降解有机物和小分子物质转化为易降解，废水的可生化性提高，达到脱氮除磷的影响。 1 造纸废水的来源及特点 1.1 造纸废水的来源 造纸工业废水是一种色度高、悬浮物含量大、有机物 浓度高、组分 十分 复杂的难处理有机废水。主要有 3 个来源： 蒸煮工段 废液，中段水，纸机白水。制浆是把纤维 从 植物原料中分离出来，制成浆料，再经漂白；抄纸是把浆料 进行 稀释、成型、压榨、烘干，制成纸张。 （ 1）蒸煮工段废液 就是碱法制浆时产生的黑液和

12、酸法制浆所产生的红液。 污染物中含有的黑白酒类占造纸工业污染排放总量的 90%，并有高浓度、难降解等特性。在黑色的白酒类主要成分有 3 种，即木质素，戊聚糖和总生物碱。木质素是一种无毒的天然高分子聚合物，作为化工原料被广泛使用，可用于牲畜饲料的戊聚糖。 （ 2）中段水 指黑白酒类萃取烹饪在筛选后，在污水排放和漂白洗涤，颜色为深黄色， 8%至 9%的造纸工业污染排放总量核算，一吨纸浆 COD 负荷约 310kg。在中间的水浓度高于污水， COD 和 BOD 之间的比例是 0.4 和 0.20 之间，因此，生物降解性差，与有机材料很难降解，很难处理。在中间水的有机物主要是木质素，纤维素，有机酸，可

13、溶性 COD 等，主要。 其中，对环境污染最严重的是制浆漂白过程中产生的含氯废水，比如氯化漂白、次氯酸盐漂白废水等。 （ 3）白水 造纸废水主要来源于车间的白水，纸的生产工艺。白水主要由细小纤维，填料，涂料和 溶解木材成分，并添加多种塑料材料，湿强剂和防腐剂，其中不溶性的化学需氧量，生化低，添加防腐剂有一定的毒性。虽然白水的量大，有机污染含有远低于黑白酒类和浪费水。中间部分现在几乎所有的造纸厂造纸车间使用部分或完全封闭，减少纸张消耗，节省电力消耗，提高白水回用率，减少多余白水排放。 1.2 造纸废水特点 (1) 污染物 浓度高， COD 较高，色泽深。 (2) 悬浮物含量大。 (3) 主要是

14、有机物污染，是组分复杂的难处理有机废水。 (4) 处理难度较大，可生化性差 ， 含难生物降解的有机物。 (5) 废纸回收过程可分为两个部分，制浆 和抄 纸。在除渣过程中， 会产生 洗浆，漂洗等很多废水。 (6) BOD5 与 CODcr 的比值一般在 0.4 以下，直接可生化性能不太好。 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 34 页 2 设计说明书 2.1 设计依据 （ 1） 水处理设备制造技术条件（ JB2932-86）； （ 2） 水污染控制工程 上下册 （高等教育出版社）； （ 3） 水处理工程设计计算（中国建筑工业出版社）； （ 4） 环境保护设备选用手册 水处理设备 （化学设备出版

15、社）； （ 5） 污水处理构筑物设计与计算 （哈尔滨工业大学出版社）； （ 6） 制浆造纸工业水污染排放 标准 （ GB3544-2008）； （ 7） 当地同类废水治理工程经验和技术； （ 8） 制浆造纸废水治理工程技术规范 (HJ2011-2012)。 2.2 设计原则 工艺方案的选择对于废水的设施建设、设处理效果和降低运行费有着极为重要的作用。 根据设计，结合设计的尺度要求，废水的特点和当地的实际情况和需求，选择最合适的技术，经济合理的处理工艺，通过经济和技术指标，选择最佳的工艺方案及实施分析。 在造纸厂废水处理设施的总体工艺方案确定中， 应 遵循以下原则： （ 1） 技术必须是成熟的，

16、在水质选择工艺先进，可保证 出水水质达到污水排放标准要求的。 （ 2） 选择的过程中应降低建设投资和运行费用，降低能耗和节约土地的面积。 （ 3） 所选工艺应该操作简单、便于管理和运行灵活。并且能对工艺运行参数和操作进行适当调整。 （ 4） 所选工艺应该易于控制，最好实现自动化控制，提高操作管理水平。 （ 5） 所选工艺应该在最大程度上 可以 减少对周围环境的影响，如气味、噪声等影响。 2.3 设计内容 （ 1）造纸污水处理工艺设计说明及污染物去除的基本原理； （ 2）污水处理系统中构筑物的设计参数； （ 3）工 艺流程图、平面布置图、以及主要构筑物剖视图。 2.4 造纸废水处理基本工艺 2.

17、4.1 物理处理方法 采用气浮 法 或沉淀方法，通过投加混凝剂，可 以 去除绝大部分 SS，同时去除大部分非溶解性COD 以 及部分溶解性 COD 和 BOD5。 气浮和沉淀是物理和化学处理方法，以及设备的选择，工艺参数的影响， COD 去除率通常高于制浆中段废水的 COD，去除率达到 85%70%。 对 每 吨纸废水排放量 150m3、浓度较低的中小型废纸造纸企业，通过气浮或沉淀处理，出水水质指标可达到或接近国家 制定的 排放标准。 2.4.2 生物处理 方法 （ 1）酸化 SBR 法处理造纸废水： 主要处理设备是酸化柱和 SBR 反应器。在造纸废水处理过程中，甲烷发酵阶段的控制条件，和反应

18、控制在酸阶段，需要处理造纸废水。 厌氧反应具有以下优点： 由于反应控制在水解酸化阶段，池的大小是小的 ； 不需要收集沼气，简化结构 ； 污泥的降解和消化池是相同的，产生的污泥少 ， 同时，通过水解可溶性 COD 的比例大幅度增加，有利于基质微生物摄取，在微生物代谢过程中降低的一个重要环节，为后续生物处理创造更有利的条件； 酸化 SBR 法处理造纸废水效果比较理想，去除率均在 94%以上，最高达 99%以上 2。 （ 2） UASB 接触氧化工艺处理造纸废水： 在这个过程中的主要设备是上式厌氧污泥床与好氧接触氧化池 。 对高能源消耗型厌氧污泥床是好的，与上式厌氧污泥可以降低水的质量，并对好氧生化

19、单元能耗可有效降低。 好氧处理对废水中 SS和 COD均有较高的去除率，这是因为废水经过厌氧处理后仍 然 含有许多易生物降解的有机物。 只要 1 / 3的厌氧污泥生物厌氧池容积，可以保证污泥种类的稳定增长，经过几个月的调试， UASB反应器可以实现满负荷运行。 整个工艺对陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 34 页 COD的去除率达 96.6%，对悬浮物的去除率达 97.3% 98%， 此 工艺非常适 合在造纸废水处理中推广应用。 （ 3）生物接触氧化法处理造纸废水：该工艺采用水解酸化作为生物接触氧化的预处理，水解酸化菌通过新陈代谢将 废 水中的固体物质 分 解为溶解性物质，将大分子有机物降

20、解为小分子有机物。水解酸化不仅能 够 去除 废水中 部分有机污染物，而且提高了废水的可生化性，有益于后 面 好氧生物接触氧化处理。该工艺在处理方法、工艺组合 和 参数选择上是比较合理的，充分利用各工序的优势将污染物转化、去除。然而，如果 出 于某些构筑物的构造设计考虑不周会影响运行效果，致使出水水质不 是 理想。但是此方法在设计和运行中会出现以下问题： 沉淀污泥不能及时排除 。 因此，在设计采用水解酸化处理悬浮物浓度高的污水时，可增设污泥斗的数量以及时排除沉淀污泥。另外，随着微生物量的增加在软性生物填料的中间部位形成了污泥团，使得传质面积减小。针对污泥淤积情况，在水解酸化池前可增设一级混凝气浮

21、以去除水中的悬浮物，经此改进后 的 水解酸化池能长期、稳定、有效地运行，其出水能收到 比 较好的效果。 如果废水中污染物浓度较高或 者 前 期 处理效果不 够 理想，生物接触氧化池前端的有机物负荷较高，使得供氧不足，此时该处的生物膜呈灰白色，处于严重的缺氧状态，而池末端成熟的好氧生物膜 会 呈黄色。 在调试运行 时 ，生物接触氧化池中生物膜脱落、气泡直径变大、出水浑浊、处理效果恶化的现象 有时会 发生。经研究、分析、验证发现是由于负荷波动或操作不当造成溶解氧不足而引起。溶解氧不足使生物膜由好氧状态变为厌氧状态，附着力下降，在空气气泡的搅动下生物膜大量脱落，导致水粘度增加、氧转移效率下降，这又进

22、一步造成缺氧，如此 造成 恶性循环致使处理效果恶化。 在调试运行初期，发生这种现象时一般是增大供气量以提高供氧能力来消除缺氧，结果 因为 气泡搅动强度增大，造成了更大范围的生物膜脱落、水粘度更大、氧转移效率 降低，非 但没能提高供氧能力 ， 反而使情况更糟。正确的处理措施应 该 是减小曝气量，待脱落的生物膜随水流流出后再逐渐增加曝气量 ， 使溶解氧浓度恢复到原有 的 水平，若水温适宜则 2 3d后生物膜 便 可恢复正常。 （ 4）内循环 UASB反应器 氧化沟工艺处理造纸废水：此工艺采用厌氧和好氧相串联的 形 式，厌氧采用内循环 UASB工艺 ，好氧处理用地 需要 有一处狭长形池塘，为 了 降

23、低土建费用，因地制宜，采用氧化沟工艺。本工艺的关键 运行 设备是 UASB反应器。该反应器是利用厌氧微生物降解废水中的有机物，主体分为配水系统，反应区，气、液、固三相分离系统 和 沼 气收集系统四个部分。厌氧微生物对水质的要求不 似 好氧微生物那么宽，最佳 pH为6.5 7.8，最佳温度为 35 40 3 。就要求废水进入 UASB反应器之前必需进行酸度和温度的调节。内循环 UASB技术是在普通 UASB技术的基础上增加一 个 内循环系统，包括回流水池及回流水泵。 UASB反应器的出水水质一般都比较稳定，回流系统的作用下重新回到配水系统。这样一来能提高 UASB反应器对进水水温、 pH值和 C

24、OD浓度的适应能力，只需 要在 UAS B反应器进水前对其 pH和温度做一 大概 调 整 即可。 UASB反应器采用环状穿孔管配水，通过 三相分离器出水，并在三相分离器的上增加侧向流絮凝反应沉淀器，由玻璃钢板成 60安装而成， 可以 在最大程度上截留三相分离出水中的颗粒污泥。 （ 5） UASB SBR 法处理造纸废水：本工艺主要包括 UASB 反应器和 SBR 反应器。 如果将 UASB 和 SBR 两种处理单元进行组合， 这样 形成的工艺 不仅 突出了各自处理单元的优点，使处理流程简洁，节省了运行费用，而 且 把 UASB 作为整个废水达标排放的一个预处理单元，在降低废水浓度的同时，可 以

25、 回收所产沼气作为能源利用。 UASB 池正常运行后，每天产生大量的沼气，将其回收作为热风炉的燃料，可 以 供饲料烘干使用。 UASB+SBR 法处理工艺 和 水解酸化 SBR 处理工艺相比有以下优点： 节约废水处理费用： UASB 取代 了 原水解酸化池作为整个废水达标排放的一个预处陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 34 页 理单元，削减了进水 COD 的 75%，从而降低后续 SBR 池的处理负荷，使 SBR 池在废水处理量增加的情况下，运行周期同样 是 10 h，废水也能达标排放。 节约污泥处理费用：废水经过 UASB 处理后， 75%的有机物 会 被去除，使 得 SBR 处理负荷大

26、大降低，产泥量相应减少，污泥处理量减少，节约污泥处理费用。 2.5 工艺流程的确定 2.5.1 工程概况 造 纸废水主要来 源于 废纸的碎浆、筛选净化及制造等过程中产生的废水。造纸废水排放量大，废水成分复杂，造纸原材料具有多样性，并采用种类繁多的化学添加剂，致使造纸车间排出的废水成分 十分 复杂，其中含有细小悬浮性纤维、造纸填料、废纸杂质和少量果胶、蜡、糖类，及各类有机及无机添加物 4。 SS、 COD 均较高 ， 其污染物含量大致为： COD： 2000 3600 mg/L， BOD5 ：1000 1300 mg/L， SS： 2000 mg/L。造纸使用的原材料均为木质素、纤维素类等难以生

27、化降解的，其溶出物进入废水，使造纸废水的 BOD/COD 值约为 0.4，可生化性一般。 项目设计进出水水质 : 该项目处理目标要达到国家造纸工业水污染排放标准（ GB3544 2001），设计水量为 5000m3/d。该工程设计进水水质和排放标准见表 2.1。 表 2.1 设计进出水水质表 项目 COD BOD SS pH 进水水质 /(mg/L) 2800 1200 2000 79 出水水质 /(mg/L) 100 60 100 69 2.5.2 工艺方案分析选择 造 纸废水处理主要污染物是 COD、 BOD、 SS， 这些 主要是由于纤维在生产过程 中分解而引起的，在废纸制浆造纸工艺更突

28、出。废水中的悬浮物主要是由长纤维、短纤维及少量的杂细胞组成。根据造纸废水这一特点，以及污水的排放标准，因此本设计处理方案确定为筛网过滤 物化处理 生化法处理。 本设计工艺流程图如图 2.1 所示 ： 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 34 页 图 2.1 工艺流程图 2.5.3 工艺流程说明 （ 1）废水处理部分 处理工艺采用物化与生化处理相结合的方法，即筛网过滤 物化处理 生化处理，经过微孔水力 筛过滤废水回收可利用的纸纤维，通过气浮去除大块悬浮物和漂浮物，以减轻后续处理设施的处泥饼外运 粗渣外运 废水 格栅 斜网 二沉池 出水 污泥脱水 污泥浓缩 提升泵 调节池 气浮池 水解酸化池 接触氧化池 鼓风机房