1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 日处理 60 吨 4B酸生产废水的工艺及工程设计 所在学院 专业班级 环境工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 针对 4B 酸废水具有的色度高、生化指标差的特性，在资料分析的基础上，运用树脂吸附技术，确定设计方案 ，并进行理论计算分析。本设计采用调节池对污水进行预处理后通过提升泵房后用树脂吸附法对 4B 酸进行吸附，完成吸附后的废水通过中和曝气池对吸附废水进行中和处理，中和后的上清液排入集水池，集水池中的污水沉降后排入城市污水管网，中和后的污泥输送至污泥浓缩池进行浓缩处理。结果表明，该组合工艺对 4B 酸废水的色度、
2、CODcr,有良好的处理效率，进水水质为 COD 浓度为10000-12000mg/L，色度 200倍左右， pH值为 1-2，出水水质为 COD浓度为 400mg/L，色度在 20倍左右， pH值为 6-9，其中 COD的去除率达到 90%以上，色度的去除率为 90%，且对废水中的 4B 酸进行回收，每吨 4B 酸废水中能够回收 5kg，经过中和处理后 的出水水质达到 国家 污水综合排放标准 (GB8978-96)中的三级标准。可以排入城市污水管网，进行后续处理。 关键词： 树脂吸附法； 4B酸废水；中和曝气池；调节池； II 4B daily processing 60 tons of a
3、cid production process and engineering design of wastewater ABSTRACT 4B acid for wastewater with high color, poor biochemical characteristics, based on data analysis, using resin adsorption techniques to determine the design and theoretical calculation. The design uses a regulation pool after pretre
4、atment of sewage pumping station for later use by increasing resin acid adsorption method 4B, after completion of the wastewater through the adsorption and aeration tanks in wastewater on the adsorption and treatment, during and after the last Clear liquid into the collecting tank, set a sewage pond
5、 after settling into urban sewage pipe network, during and after the sludge transported to the sludge thickener for enrichment processing. The results show that the combined process of acid wastewater 4B chroma, CODcr, good efficiency, water quality for the COD concentration of 10000-12000mg / L, ab
6、out 200 times the color, pH value of 1-2, the water quality The COD concentration of 400mg / L, about 20 times in color, pH value of 6-9, where the removal rate of COD reached 90%, and color removal rate was 90%, and the 4B acid wastewater For recycling, waste water per ton of acid can be recovered
7、4B 5kg, and after the treatment, the effluent quality to the national “Integrated Wastewater Discharge Standard“(GB8978-96) in the three standard. Can be discharged into urban sewage pipe network, for further processing. Keywords: Resin adsorption; 4B acid wastewater; in and aeration tank; regulatio
8、n pool 目录 1 绪论 . 1 1.1 我国水资源现状 . 1 1.2 化工行业废水概况 . 1 1.3 4B 酸治理技术难 点 . 2 1.4 课题设计意义 . 2 2 4B 酸处理技术 . 3 2.1 物理化学法 . 3 2.1.1 高级氧化法 . 3 2.1.2 萃取法 . 4 2.1.3 树脂吸附法 . 5 2.2 生物处理法 . 5 3 设计部分 . 6 3.1 设计水量与设计标准 . 6 3.1.1 设计水量与水质 . 6 3.1.2 设计标准 . 7 3.2 工艺流程与主要设计参数 . 7 3.2.1 工艺流程的确定 . 7 3.2.2 流程说明 . 7 3.2.3 工艺特
9、点 . 8 3.3 污水处理构筑物的设计 . 9 3.3.1 调节池的设计 . 9 3.3.2 污水提升泵房的设计 . 10 3.3.3 吸附塔的设计 . 11 3.3.4 中和池的设计 . 13 3.4 污泥处理构筑物的设计 . 15 3.4.1 浓缩池的设计 . 15 3.4.3 污泥脱水车间的设计 . 17 3.5 处理效果 . 17 3.6 污水处理厂平面布置 . 18 3.6.1 平面布置原则 . 18 3.7 高程设计 . 20 3.7.1 高程设计原则 . 20 3.8 投资估算及运行费用 . 20 3.8.1 工程总投资 . 20 3.8.2 运行费用 . 21 结论 . 22
10、 参考文献 . 22 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 24 附录 A 工艺流程图 附录 B 高程图 附录 C 平面布置图 附录 D 构筑物图 1 绪论 1.1 我国水资源现状 我国是一个干旱缺水严重的国家。人均水资源量不足 2300m3，仅为世界平均水平的四分之一，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。而且，我国水资源 时空分布很不平衡，长江流域及其以南地区人口占全国的 54%，国土面积只占全国的 36.5%，但是水资源却占了 81%；其以北地区，人口占 46%，国土面积占全国的 63.5%，水资源量仅占全国的 19%，属于资源性缺水。目前，全国年缺水总量约为 300 亿至 400 亿立
11、方米，每年因缺水造成的直接经济损失达 2000 亿元，少产粮食 700 亿至 800 亿公斤 1。水资源短缺已成为制约我国经济社会发展的主要因素。 随着人口的增长以及用水量的大幅度增加，中国的水环境问题日趋严重。同时，水污染又加剧了水资源短缺的局面。目前，全世界每年约有 4200 多亿立方米污水排入江河湖海，全国七大江河中，淮河、黄河、海河的水质最差，均有 70%的河段受到污染，长江岸边形成了许多污染带，在干流 21 个城市中，重庆、岳阳、武汉、南京、镇江、上海 6 市累计形成了近 600km 的污染带，长度占长江干流污染带总长的 73%。在全国 7大水系的 407 个重点监测断面中，只有 3
12、8.1%的断面满足国家地表水环境质量标准规定的 类水质要求 2。水质恶化较为严重，给我国可持续发展的实施带来了负面效应。 1.2 化工行业废水概况 随着经济的高速发展，化工产品生产过程对环境的污染加 剧，对人类健康的危害也日益普遍和严重，其中特别是精细化工产品 (如制药、染料、日化等 )生产过程中排出的有机物质，大多都是结构复杂、有毒有害和生物难以降解的物质。因此，化工废水处理的难度较大。化工废水的基本特征为极高的 COD、高盐度、对微生物有毒性，是典型的难降解废水，是目前水处理技术方面的研究重点和热点。化工废水的特征分析如下： (1)水质成分复杂，副产物多，反应原料常为溶剂类物质或环状结构的
13、化合物，增加了废水的处理难度； (2)废水中污染物含量高，这是由于原料反应不完全和原料、或生产中使用的大量溶剂介2 质进入 了废水体系所引起的； (3)有毒有害物质多，精细化工废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等； (4)生物难降解物质多， B 比 C 低，可生化性差； (5)废水色度高。 废水处理技术已经经过了 100 多年的发展，污水中的污染物种类、污水量是随着社会经济发展、生活水平的提高而不断增加，污水处理技术也随着科学技术的发展而发生了日新月异的变化，同时，旧的污水处理技术也不断被革新和发展着。尤其现在的化工废水中的污
14、染物是多种多样的，往往用一种工艺是不能将废水中所 有的污染物去除殆尽的。用物化工艺将化工废水处理到排放标准难度很大，而且运行成本较高；化工废水含较多的难降解有机物，可生化性差，而且化工废水的废水水量水质变化大，故直接用生化方法处理化工废水效果不是很理想 3。 1.3 4B 酸治理技术难点 (1) COD 浓度高难以降解 4B 酸生产基本原料是苯系、以及苯胺、硝基苯、酚类等，产品回收率低，废水COD 高，并且 BOD5/COD 比值较低，一般在 0.2-0.44之间，可生化性差。如何提高 COD去除率是 4B 酸废水极待解决的难题之一。 (2)色度高脱色困难 国内外对 4B 酸脱色方法进行了大量
15、的研究，如絮凝法，吸附法，氯气和次氯酸钠法，对不同的废水都能取得效果，但是由于染料厂生产的染料和中间体品种多，类别复杂，疏水性、亲水性、阳离子、阴离子等各种类型染料都在混合废水中，造成治理技术上的困难。活性炭吸附，虽然有一定效果，但投资、能耗、运转费太高，很难实现工业化。所以高效脱色成为 4B 酸废水处理又一技术难题。 1.4 课题设计意义 本文针对我国 4B 酸的特点及处理技术进行分析和研究，在资料分析的基础上，寻求不同处理工艺的特点，运用废水处理组合工艺，确定设计方案，优化设计参数和设 计条件。经理论计算，处理后的 4B5酸废水达到 污水综合排放标准 (GB8978-96)中的三标准 6。
16、 3 2 4B 酸处理技术 精细化工行业排放的废水水量大、成分复杂、难降解有机物含量高，具有毒性，是一类污染严重且较难处理的工业废水。处理此类废水往往需要对其中的有用成分进行充分的利用，国内外现在通常用吸附法对染料中间体废水进行吸附，回收废水中的有用成分，利用树脂吸附法吸附效率最高可达 90%，以降低工厂对废水处理这一块的投资，达到尽可能的降低成本的效果。废水经过中和曝气池处理后使 COD的浓度降低到排放标准 。目前处理染料中间体废水和芳香族磺酸类废水主要采用的处理方法主要有氧化法，萃取法，树脂吸附法，生化处理法等。 2.1 物理化学法 2.1.1 高级氧化法 高级氧化法可使化合物的结构转变，
17、色度降低，降低 COD 和 TOC，提高 BOD/COD比值。目前环境科学领域研究最活跃的是应用高级氧化技术 (AOP)来处理高浓度、难以生物降解的废水，在水溶液中产生以羟基自由基为主的强氧化自由基，快速分解难降解污染物，并显著提高废水的可生化性。用于芳香磺酸类有机化工废水处理的高级氧化技术主要有以下几种。 (1)Fenton 试剂氧 化法。 Fenton 试剂氧化法属于均相催化氧化法，它用双氧水为氧化剂， 2 价铁为催化剂。整个反应体系关键是通过 Fe 在反应中起激发和传递作用，使链反应能持续进行，直至双氧水耗尽。反应中激发出氧化能力仅次于 F 的羟基自由基 ( OH)，对于芳香族物质来说，
18、 OH 基的作用是破坏芳香核，形成脂肪族化合物，后者在大多数情况下比取代的芳香物可生化降解性好，随后，脂肪族化合物向无机物质形态转化，转化的程度与双氧水的剂量有关。 Fenton 试剂氧化法不仅可有效降低芳香磺酸类有机化工废水的 COD 值，而且可明显地提高其 BOD/COD 比值。 (2)臭氧氧化法 臭氧氧化法在近 20 年来的废水处理中得到较多关注，在碱性条件下，臭氧和水中有机物主要通过自由基反应来降解有机物。 臭氧对不同分子结构的芳香磺酸类物质具有不同的氧化降解效率。为增强臭氧氧化4 效率，臭氧往往与催化剂、 UV 等相结合。 除了 Fenton 试剂和臭氧氧化法外，湿式氧化法和光催化氧
19、化法也被用来处理芳香族磺酸基废水。高级氧化技术 (AOP)用于处理芳香磺酸类有机化工废水具有适应性强、能快速和较彻底地降解有机物或提高废水的可生化性的特点，但 AOP 的主要问题是反应条件比较苛刻，运行费用高 。 Fenton 试剂和臭氧氧化法药剂消耗量大，催化剂无法回收；湿式氧化法需要高温、高压设备，能耗大；光催化氧化反应选择性差，废水浊度高时透光率低，处理难以见效。因此，只有进一步改善反应条件，降低运行费用， AOP 才可能有望成为经济有效的废水处理技术。 2.1.2 萃取法 萃取法 7是利用混合物中各成分在两种互不相溶的溶剂中分配系数不同而达到分离的方法。芳香族磺酸化合物属强 Lewis
20、酸，其酸性接近于无机酸，水溶性大，用普通萃取法难以奏效，络合萃取法则对该种废水具有较好的处理效果。络合萃取法处理芳香族磺酸基有机化 工废水是利用胺类化合物特别是叔胺类萃取剂能与芳香磺酸类化合物形成络合物而脱离水相的机理。在碱性条件下，络合物又会发生分解反应，使萃取剂得到再生。 鲁军 8等使用萃取剂 N235 和稀释剂 (煤油 )对主要成分为 4， 4 二硝基 -对苯乙烯 2， 2 二磺酸的 DSD 酸生产废水进行处理，当 pH=l、萃取剂和稀释剂按废水：萃取剂 N235：稀释剂 (煤油 )=20： 2： 5(体积比 )比例投加时， COD去除率为 86 4；对高浓度 J 酸废水应用络合萃取法进
21、行处理， COD 去除率可达 95 9。液膜分离技术是新开发的可应用于废水治理的 萃取技术，在表面活性剂的作用下将萃取剂制成油包水型的液珠，污染物在载体作用下透过膜层进入萃取内相，分层后将萃取相破乳即可得到浓缩液，同时回收有机相。 络合萃取法和液膜萃取法处理芳香磺酸类有机化工废水，是选用了与待分离回收物质发生化学反应的萃取剂进行化学萃取，因此，具有良好的选择性、单向迁移性及快速高效等特点，达到消除污染和回收资源的双重目的。但萃取过程中可能存在着有机溶剂的溶解和夹带流失到水相，不仅使运行成本增加，同时还可能因潜在的有毒污染物造成新的污染。 5 2.1.3 树脂吸附法 吸附法以其能够选择性地富 集
22、某些化合物而受到广泛关注，它是利用多孔固体物质具有的高比表面积或所带有的功能基团，通过分子间作用力，对废水中的污染物进行有效的分离，采用的吸附剂有活性炭、粉煤灰、改性纤维素、黏土矿物、硅胶和树脂等。芳香族磺酸化合物一般是强极性，在广泛的 pH 范围内以离子态存在，很难被疏水性的吸附剂吸附，比如在工业水处理中被大量使用的活性炭。自 20世纪 60 年代以来，随着大孔结构离子交换树脂和吸附树脂的出现，大孔树脂克服了活性炭等吸附剂所存在的缺点，较好地解决了吸附选择性差、解吸再生困难和物理化学稳定性差等问题，已被广泛应用于 有机废水的治理。针对芳香磺酸类有机化工废水的特点，科学工作者通过相关文献 10
23、合成出具有不同物理和化学结构的大孔树脂，用来处理该类废水并取得了良好的效果。 树脂吸附法处理废水具有工艺简单、操作方便、利于综合利用和变废为宝等特点，在保护环境的同时回收了资源，是处理芳香磺酸类有机工业废水 11的有效方法之一。今后，合成具有高吸附容量、高选择性的大孔树脂 12-13是该法处理芳香磺酸类有机化工废水的研究重点。 2.2 生物处理法 芳香族磺酸基化合物是一类生化性较差的化合物，尤其是结构复杂的多环化合物或多取 代基化合物。目前关于该类物质的生物降解报道较少；偶氮染料做为一类重要的芳香族磺酸基化合物，利用生物法对其进行脱色及矿化有不少研究报道。本文作者利用分离选育的高效菌株 Pan
24、nonibacter SP.W1 降解对氨基苯磺酸，能够实现其彻底矿化 JOERY等分离选育出具有高降解性能的假单胞菌 (Pseudomonos)应用于多取代芳香族磺酸物质的降解，但微生物对营养物质、 pH、温度等条件有一定要求，难以适应芳香磺酸类有机工业废水水质波动大、盐含量高及毒陛大等特点； KULLA等发现 Xenophilus和 entiphaga菌株能以 corboxy-orange I和 corboxy-orange II为唯一碳源和能源生长。说明菌株可以对偶氮染料的中间产物，即磺酸基芳香胺类化合物进行降解； HaugI等利用降解 6-氨基 -2萘磺酸的菌群在厌氧环境下 Morda
25、nt Yellow 还原脱色，并可以利用厌氧一好氧过程对其彻底矿化，对于彻底处理偶氮染料废水和磺酸基芳香胺类有机废水很有意义；Kudlich等对芳香族的邻位羟基苯胺的自氧化进行了报道，认为这些化合物在有氧条件6 下自氧化，生成相应的萘醌或者聚合物，更难降解，有重新着色的现象，后来也有文献报道，这个发现给偶氮染料中间产物及磺酸基芳香胺类化合物在好氧条件下不易降解提供了一个很好的解释； Xu等对 Shewanella菌 12S 降解酸性大红进行了研究，可实现偶氮还原产生的磺酸基芳香胺类化合物的开环降解，并首次提出微氧概念，在微氧环境下对酸性大红 GR进行了彻底的矿化，这与以前的厌氧还原脱色，好氧矿
26、化降解的报道一致，微氧 环境可以实现局部缺氧也可以提供有氧环境，实现了厌氧还原和好氧矿化直接的接力，避免自氧化过程的发生。 最近几年也有很多报道把反应器的使用引入偶氮染料的彻底矿化，更加容易控制厌氧 -好氧过程，取得了较好的效果。 Khehra等利用 Stenstrophomonas 菌属、 pseudomonas菌属和 Baeillas 菌属通过缺氧 -好氧问歇式反应器使染料 C.I.酸性红 88 脱色并得到降解，是关于以萘磺酸为母体的偶氮染料彻底降解的报道； Coughlin 等利用菌株 ICX 和SAD4i 最早在好氧生物膜反应器中将含萘磺酸的偶氮染料酸 性橙 7 矿化，不需要外加碳源和氮源，且缺氧条件抑制降解，这在以后很少报道； Zhao等利用白腐真菌对 4羟基苯磺酸和酸性橙 7进行降解，发现前者可以被降解，后者生成的 1， 2萘醌也会消失，但是没有确定是彻底矿化还是生成其他中间产物好。 3 设计部分 3.1 设计水量与设计标准 3.1.1 设计水量与水质 本设计处理的对象是 4B酸生产废水，本方案将主要针对 CODcr、色度、 PH和 4B酸浓度等几项指标进行设计，力求达到排放标准。设计水量和水质如下： 设计水量 ：设计处理水量 :Q=60m3 /d=0.694L/s 废水变化系数 Kz=1.210000 200 1-2 3642
