污水处理工艺路线的分析和选择Word格式.docx
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污水处理工艺路线的分析和选择Word格式.docx
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氟离子废水的絮凝沉淀法常用的絮凝剂为铝盐,或药剂生产厂家配置的高效除氟剂。
Ø
絮凝剂为铝盐时
铝盐投加到水中后,利用Al3+与F-的络合以及铝盐水解中间产物和最后生成的Al(OH)3(am)矾花对氟离子的配体交换、物理吸附、卷扫作用去除水中的氟离子。
与钙盐沉淀法相比,铝盐絮凝沉淀法具有药剂投加量少、处理量大、一次处理后可达国家排放标准的优点。
硫酸铝、聚合铝等铝盐对氟离子都具有较好的混凝去除效果。
使用铝盐时,混凝最佳pH为6.4~7.2,但投加量大,根据不同情况每m3水需投加150~1000g,这会使出水中含有一定量的对人体健康有害的溶解铝。
使用聚铝后,投加量可减少一半左右,絮凝沉淀的pH范围扩大到5~8。
聚铝的除氟效果与聚铝本身的性质有关,碱化度为75%的聚铝除氟最佳,投加量以水中F与Al的摩尔比为0.7左右时最佳。
铝盐絮凝沉淀法也存在着明显的缺点,即使用范围小,若含氟量大,混凝剂使用量多,处理费用较大,产生污泥量多;
氟离子去除效果受搅拌条件、沉降时间等操作因素及水中SO42-,Cl-等阴离子的影响较大,出水水质不够稳定,这与目前对混凝除氟机理认识还很不够有关,研究絮凝除氟机理具有明显的现实意义。
絮凝剂为高效除氟剂时
高效除氟剂是利用有效组分强极性电子云杂化轨道,与废水中的氟元素达成多齿配体的强键和效果,以达到去除氟的效果,所形成的强键和氟化物比一般配合物更稳定,可有效从废水中分离。
高效除氟剂性能稳定,废水经处理后,氟含量可满足企业废水排放标准,不需要改变原水处理流程,同时不需要增设大型水处理设施,简便易行,经济实用,解决了其他除氟剂加药量大的问题,使用范围广,可应用于各类含氟废水的处理过程。
因此,上述两种除氟方法的特点见下表:
除氟技术类型
原理
优点
缺点
化学沉淀法
主要有石灰沉淀法。
过投加钙盐等化学药品形成氟化物沉淀或氟化物吸附于所形成的沉淀中而共同沉淀。
简单、处理方便、费用低。
产生的CaF2包裹在Ca(OH)2颗粒表面使之不能充分使用,药品用量大;
出水氟离子浓度一般在15mg/L左右,难达标;
泥渣沉降缓慢,脱水困难。
絮凝沉淀法
利用铁盐、铝盐或高效除氟剂等混凝剂所含金属离子在水中形成细微的胶核或絮绒体,这些带正电的胶粒吸附水中的氟离子,使胶粒相互凝聚为较大的絮状物沉淀以达到除氟的目的。
药剂投加量小、处理量大、一次处理后可达标。
絮凝沉淀处理费用较大,产生污泥量多,氟离子去除效果受搅拌条件、沉降时间等操作因素及水中SO42-、Cl-等阴离子影响大。
基于以上分析,本项目生产废水氟离子浓度在2700mg/L左右,采用化学沉淀法进行预处理,絮凝沉淀法进行末端。
预处理:
通过调节pH,加入氯化钙、硫酸亚铁、PAM,去除水体内的氟离子。
末端处理:
由于生化处理工序会将废水中部分有机氟转化为无机氟,为确保最终排水氟离子达标排放特设终沉池并投加除氟剂、PAC及PAM等。
本项目氯化物去除工艺的选择
本项目的氯化物浓度过高,为了避免氯化物的浓度对后续生化工艺产生抑制,需要针对氯化物进行预处理。
考虑本项目处理水量小,蒸汽是价格要低一点的,物料有腐蚀性以致需要非常昂贵的结构材料,或蒸汽被污染以致不能重新利用时,应用单效蒸发器。
1.预热器和加热器
多数情况下,待蒸发的产品在进入加热室之前必须被预热至沸点。
通常使用直管预热器或者板式换热器完成此项工作。
2.蒸发器
选择适当类型的蒸发器,取决于每一特殊的应用场合和产品的性质。
3.分离器
每台蒸发器都配备有分离器,用于蒸汽和液体的分离。
按照应用范围来选择不同类型的分离器,例如离心分离器、重力分离器或者装有内部构件的分离器。
设计时需考虑分离效率、压降和清洗频率等重要因素。
4.冷凝器
在可能的场合,蒸发过程中产生的蒸汽热量被用于加热下游几效蒸发器和预热器,或者将蒸汽再压缩后作为加热介质。
但蒸发装置最后一效的残余蒸汽无法照此利用,须将其冷凝。
蒸发装置可以配备表面冷凝器、接触式冷凝器或空冷式冷凝器。
5.脱气/真空系统
使用真空泵来维持蒸发装置中的真空。
它们从装置中排出泄漏的空气和不可凝气体,以及液体进料时带入的溶解气体。
为此,可根据蒸发装置的规模和操作方式使用相应的喷射泵和液环泵。
6.泵
由于设计条件和应用错综复杂,必须考虑泵的选型。
选择标准是蒸发装置中的产品特性、吸入压头情况、流量和压缩比。
对于低黏度产品来说,主要使用离心泵;
而高黏度的产品则需使用容积泵。
一些含有固体或结晶的产品,使用其他类型的泵,例如旋桨泵。
根据特定的应用场合以及相关的使用条件决定泵的类型、尺寸、速度、机械密封和材料。
7.清洗系统
根据不同的产品,设备经过一定时间的运转后,可能会发生结垢现象。
绝大多数情况下使用化学清洗可去除水垢和其他污垢。
为此,蒸发装置需配备一些必要的设备组件如清洗剂槽、附加泵和管道阀门。
这些设备保证了装置无需拆卸即可进行清洗,一般称为“原位清洗”CIP。
清洗的选择要根据结垢的类型。
清洗剂渗入结壳层,将结壳溶解或使其分解,使蒸发器表面被彻底清洗,如有必要还可对表面进行消毒。
8.蒸汽洗涤器
如果装置不是由生蒸汽加热,而是由废蒸汽例如干燥器的蒸汽加热,为避免这些蒸汽对蒸发装置的加热室的污染和结垢,在它们进入之前必须被清洗干净。
9.冷凝液精处理系统
尽管小液滴的分离已非常理想,但冷凝液的质量可还是达不到要求的纯度,特别是在产品含有挥发性组分时。
根据不同的应用,通过使用精馏塔或膜过滤系统可以将冷凝液进一步纯化。
10.材料
根据不同的产品的需求决定了采用制造蒸发装置所需的材料。
大多数情况下采用不锈钢,如有特殊需求还可使用哈氏合金、钛、镍、铜、石墨、钢内衬橡胶、合成材料等。
生化工艺选择
工业废水中,普遍采用的好氧工艺有:
常规活性污泥法A/O硝化反硝化、SBR法、接触氧化法、MBBR工艺、MBR工艺。
(1)常规活性污泥法A/O硝化反硝化
A/O工艺是以活性污泥作为生物载体,通过风机供氧曝气的作用使污水达到充氧的目的。
A池内设机械搅拌,从O池的回流液回流至A池,在A进行反硝化反应,将大部分硝酸盐氮还原成氮气,并通过搅拌使氮气从废水中溢出,达到去除氨氮的目的;
A池出水至O池,O池内设鼓风曝气,去除大部分有机污染物,并将进水中的大部分氨氮转化成硝酸盐氮;
可以根据废水的需要,调整O段池中的活性污泥浓度,通过活性污泥中的菌胶团,吸附、氧化并分解废水中的有机物;
有机物、氨氮去除率高。
(2)SBR法
SBR法是近年发展起来的一种较为先进的活性污泥处理法,该处理工艺集曝气池、沉淀池为一体,连续进水,间歇曝气,停气时污水沉淀撇除上清液,成为一个周期,周而复始。
SBR法不设沉淀池,无污泥回流设备,但SBR法为间歇运行,需设多个处理单元,进水和曝气相互切换,造成控制较为复杂。
为了保证溢流率,SBR法对滗水器设备制造要求高,制作时必须精益求精,否则极易造成最终出水水质不达标。
(3)接触氧化法
生物接触氧化法是传统的生化处理方法,生物填料为固定床上的半软性填料。
利用半软性填料作为微生物的附着载体。
生物均匀分布在生物填料上,这样就避免了微生物分布不均的现象,同时,生物附着在填料表面,不随水流动,因生物膜直接受到上升气流的强烈搅动,不断更新,从而提高了净化效果。
接触氧化法具有处理时间短、体积小、净化效果好、出水水质好而稳定、污泥不需回流也不膨胀、耗电小等优点。
其特点主要有:
容积负荷高,耐冲击负荷能力强;
具有膜法的优点,剩余污泥量少;
容易管理,消除污泥上浮和膨胀等弊端。
(4)MBBR工艺
MBBR(MovingBedBiofilmReactor)该方法通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体,提高反应器中的生物量及生物种类,从而提高反应器的处理效率。
由于填料密度接近于水,所以在曝气的时候,与水呈完全混合状态,微生物生长的环境为气、液、固三相。
载体在水中的碰撞和剪切作用,使空气气泡更加细小,增加了氧气的利用率。
另外,每个载体内外均具有不同的生物种类,内部生长一些厌氧菌或兼氧菌,外部为好氧菌,这样每个载体都为一个微型反应器,使硝化反应和反硝化反应同时存在,从而提高了处理效果。
MBBR的主要特点:
MBBR工艺兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点,是一种新型高效的污水处理方法,依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态,进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜,这就使得移动床生物膜使用了整个反应器空间,充分发挥附着相和悬浮相生物两者的优越性。
(5)MBR工艺
它是一种膜和活性污泥结合的一种生物反应器,即在原有的好氧生化工艺基本上,加入过滤膜组件(一般为微滤或超滤)。
与许多传统的生物水处理工艺相比,MBR具有以下主要特点:
(1)出水水质优质稳定
由于膜的高效分离作用,分离效果远好于传统沉淀池,处理出水极其清澈,悬浮物和浊度接近于零,同时,膜分离也使微生物被完全被截流在生物反应器内,使得系统内能够维持较高的微生物浓度,不但提高了反应装置对污染物的整体去除效率,保证了良好的出水水质,同时反应器对进水负荷(水质及水量)的各种变化具有很好的适应性,耐冲击负荷,能够稳定获得优质的出水水质。
(2)剩余污泥产量少
该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行,剩余污泥产量低(理论上可以实现零污泥排放),降低了污泥处理费用。
(3)占地面积小,不受设置场合限制
生物反应器内能维持高浓度的微生物量,处理装置容积负荷高,占地面积大大节省;
该工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省,不受设置场所限制,适合于任何场合。
(4)氨氮去除率高、稳定
由于微生物被完全截流在生物反应器内,从而有利于增殖缓慢的微生物如硝化细菌的截留生长,系统硝化效率得以提高。
同时,可增长一些难降解的有机物在系统中的水力停留时间,有利于难降解有机物降解效率的提高。
(5)操作管理方便,易于实现自动控制
该工艺实现了水力停留时间(HRT)与污泥停留时间(SRT)的完全分离,运行控制更加灵活稳定,是污水处理中容易实现装备化的新技术,可实现微机自动控制,从而使操作管理更为方便。
结合本项目需求:
(1)通常工业废水可生化性一般,COD浓度高,同时含有氯化物、氟离子等对生化性存在抑制。
(2)出水指标对于氨氮、SS浓度都有相关要求,但进水水质中的氨氮数据暂无,同时项目位于吉林地区,冬季气温低,不利于硝化菌生长繁殖;
但结合委托单位提供资料,以及我方的相关经验,尽管此类项目中通常废水中的氨氮含量不会特别高,但也需要予以一定的考虑。
(3)要求MLSS浓度高,保证稳定性。
(4)运营稳定,降低操作人员的能力要求。
因此本工程采用水解酸化+MBR(接触氧化+内置式膜反应器),并考虑前段除氟离子,有可能有钙离子过量的风险,曝气器选用耐钙的旋混曝气器/中孔曝气器和PTFE材质的膜分离器。
●相关事项
(1)MBR膜池需保持整洁,不应往里面丢杂物及尖锐物品,取样时应用可漂浮的塑料瓶取水,严禁用易碎的烧杯等玻璃制品取样,掉入池中破碎的玻璃片将会割破膜丝,从而影响整套MBR系统;
(2)MBR膜正常运行时负压为-0.02Mpa,若发现运行时负压值大于0.06Mpa时,应立即停止MBR自吸泵,对MBR膜进行化学清洗;
(3)膜化学清洗周期为30-60天左右。
(4)过高的污泥浓度会影响MBR膜的通量,当污泥浓度过高时,膜丝处于被抽瘪状态,此时应立即停止MBR自吸泵,打开污泥泵将污泥排出,等膜池内污泥浓度恢复到5000~15000mg/L时。
当MBR膜组件布置在一条直线上时,建议按如图排列方式布置。
这种布置比其他的布置方式具有更有效的曝气效果。
图膜组件实际应用布置图
●MBR系统基本运行方式
正常运行方式
过滤
9分钟
间歇
1分钟
曝气
连续
物理清洗
反洗
NO
化学清洗
在线清洗
1次/30-60d
槽外清洗
●运行条件
建议MBR系统运行条件:
如下表
MBR系统运行条件
MLSS
5,000~15,000mg/L
水温
15-35℃
滤纸流速测定
1μm孔径的滤纸过滤试验:
过滤流速:
>
15mL/5min
在上述MBR运行条件下根据下表工况运行可达到最佳效果。
正常运行周期
50L/分钟/1支膜
YES
时间
60秒
压力
100kPa
流量
50m3/h每组膜
频率
1次/2h
Media
MBR产水或自来水
(具体视膜污染情况而定)
次/30-60d
药剂
有机污染:
NaOH:
5000mg/L
NaClO:
300mg/L
(混合液清洗)
无机污染:
HCl:
300~3000mg/L
或柠檬酸:
剂量
2L/m2+管路
加药速率
0.8L/分钟/1支膜组件
化学清洗时间
100分钟
●MBR运行基本工艺流程
MBR基本工艺流程如下图方式运行:
终沉池混凝反应沉淀系统
考虑到沉淀池的占地面积和沉淀效率,本工程采用兰美拉混凝沉淀一体池。
图拉美拉高效沉淀池原理图
●原理
前端设置混凝反应区,由进水管进入池体,向下流通过位于池体中间的进水室,由导流板反射,再通过里面的进水布水口进入斜板。
随着溶液向上流动,其所含的固体颗粒就沉淀在平行的斜板组件上,然后划入池底的污泥斗中。
在污泥斗中,通过刮泥机,污泥浓缩后在从底部污泥出口排出。
而澄清液离开斜板通过顶部的出水通路口流出。
然后通过可调出水堰流汇集,由出水口流出。
在斜板顶部设计的通路口的目的是使澄清液在通过集水渠时形成一个压力差,保证斜板间流态分布均匀,从而使整个面积都被利用。
这样操作的可靠性增大,减少溶液流态影响,还减少了结垢淤泥的可能。
●特点
增大沉淀能力:
沉淀面积增大;
斜板可以对沉淀物起到再凝聚作用,使絮状物增大,更易沉淀;
斜板创造了层流条件,沉淀效果好
下层污泥浓度增大
排出的上清液水量稳定,不存在污泥覆盖
污泥处理系统
本项目污泥存在两类:
物化污泥、生化污泥。
废水处理过程中产生的污泥,物化污泥无机物含量较高,含固量大;
生化污泥有机物含量较高,并且很不稳定,易腐化,含有大量病菌及寄生虫,若不经妥善处理和处置将造成二次污染,必须进行必要的污泥处理和处置。
污泥若采用消化处理,需增加消化池、加热、搅拌和沼气处理利用等一系列构筑物及设备,使占地面积、投资增加。
因此,本工程近期污泥不进行消化处理,直接浓缩、脱水。
污泥脱水一般有离心脱水、板框压滤机、带式脱水机。
离心机处理能力大,可实现连续操作,操作简便、自动化程度高;
不足之处在于固体回收率低、价格昂贵、噪音大、难于在工厂内维护等,一次投入高,运行成本高。
板框压滤工艺具有结构简单、固体回收率高、泥饼含水率最低、处理能力大、价格经济、易于维护保养等优点;
不足之处在于不能连续工作,相对的劳动强度较大,环境条件差等。
厢式隔膜压滤机具有压榨压力高、耐腐蚀性能好维修方便、安全可靠等优点。
厢式隔膜压滤机在单位面积处理能力、降低滤饼水分、对处理物料的性质的适应性等方面都表现出显著的效果,已被广泛应用于存在固液分离的各个领域。
带式脱水机可以连续运行,自动化操作,但污泥含水率在75%-80%。
考虑到脱水效果及含水率,本工程选用板框压滤机。
除臭系统
本次设计考虑设置一套洗涤塔及活性炭吸附设备,主要用于处理预处理段、生化段废气,该法除臭效率高、占地面积小、投资省,是目前污水处理常用的除臭设备。
●废气排放标准
设计废气污染物排放浓度达到《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)二级标准。
根据《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)其中特征污染物排放考核指标如下:
序号
污染物类别
最高允许排放浓度(mg/m3)
最高允许排放速率(kg/h)
排放筒高度(m)
二级
三级
1
非甲烷总烃
120
15
10
16
●工艺原理介绍
洗涤塔:
洗涤塔利用气体与液体间的接触,而将气体中的污染物传送到液体中,然后再将清洁气体与被污染的液体分离,达到洁净空气的目的。
废气采用气液逆向吸收方式处理,即液体自塔顶向下以雾状(或小液滴)喷撒而下,废气则由塔体(逆向流)使气液接触,部分水汽经过除雾填料后进行分离流入塔体底部。
活性炭吸附设备:
活性炭吸附设备是一种废气处理设备,设备主要利用空气动力学原理,将固定床和移动床优势耦合,其创新点在于使废气与活性炭充分接触,使VOC净化效果提升。
实际运行数据显示,VOC净化效率>
95%。
活性炭吸附:
活性炭是一种多孔性的含炭物质,它具有高度发达的孔隙构造,活性炭的多孔结构为其提供了大量的表面积,能与气体(杂质)充分接触,从而赋予了活性炭所特有的吸附性能,使其非常容易达到吸收收集杂质的目的。
就象磁力一样,所有的分子之间都具有相互引力。
正因为如此,活性炭孔壁上的大量的分子可以产生强大的引力,从而达到将有害的杂质吸引到孔径中的目的。
但不是所有的活性炭都能吸附有害气体,只有当活性炭的孔隙结构略大于有害气体分子的直径,能够让有害气体分子完全进入的情况下(过大或过小都不行)才能达到最佳吸附效果。
●工艺流程介绍
废气收集系统→洗涤塔→活性炭吸附设备→引风机→排放
●工艺流程说明
废气首先通过收集系统,收集后依次进入洗涤塔,在洗涤塔中,利用与液体间的接触,而将气体中的污染物传送到液体中,然后再将清洁气体与被污染的液体分离,达到洁净空气的目的。
废气采用气液逆向吸收方式处理,即液体自塔顶向下以雾状(或小液滴)喷撒而下,废气则由塔体(逆向流)使气液接触,部分水汽经过除雾填料后进行分离流入塔体底部;
废气最后进入活性炭吸附设备。
处理后的洁净气体经烟囱达标排放。
其他事项
委托单位提供的资料中注明事项:
运输条件
本项目运输有限制,高铁涵洞尺寸:
高:
4.2m,宽:
8m,长:
15m。
因此本项目所有的设备、材料的运输,都只能选择6.8米以下货车,即设备、材料的尺寸最大值高度2.7米,宽度2.35米,长6.8m。
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