水解酸化池課程設(shè)計(jì)

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第一章緒論第一節(jié)課程設(shè)計(jì)任務(wù)該制藥廠廢水水質(zhì)情況如下：表1制藥廠廢水水質(zhì)情況表廢水流量Q2500m3/d進(jìn)水水質(zhì)出水要求要求去除率COD6000mg/L120mg/L98%BOD53000mg/L60mg/L98%SS2500mg/L200mg/L92%PH6.0—8.06.0—9.0不需要調(diào)節(jié)出水要求：處理后廢水排放達(dá)到GB8978-1996綜合污水排放二級(jí)標(biāo)第二節(jié)設(shè)計(jì)目的通過(guò)本課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步鞏固本課程所學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，掌握設(shè)計(jì)的內(nèi)容以及相關(guān)參數(shù)的選擇與計(jì)算，并使所學(xué)習(xí)知識(shí)系統(tǒng)化，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)習(xí)知識(shí)進(jìn)行水處理工藝的設(shè)計(jì)。本次課程設(shè)計(jì)，是讓學(xué)生針對(duì)給定的處理工藝，選擇相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算，繪制工藝圖，使學(xué)生具有初步的設(shè)計(jì)能力。第三節(jié)制藥廠廢水基本概況制藥工業(yè)廢水中的污染物多屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有毒害作用和生物難以降解的有機(jī)物質(zhì)，許多廢水呈明顯的酸堿性，部分廢水中含有過(guò)高的鹽分。由于制藥企業(yè)一般根據(jù)市場(chǎng)的需求決定產(chǎn)量，故排放廢水的波動(dòng)性很大；若在同一生產(chǎn)線上生產(chǎn)不同產(chǎn)品時(shí)，所產(chǎn)生廢水的水質(zhì)、水量差別也可能很大。制藥廢水可簡(jiǎn)要地歸結(jié)為高濃度難降解的有機(jī)廢水，即COD濃度一般大于2000mg/L、可生化性指標(biāo)BOD5/COD值一般小于0.3的有機(jī)廢水?？紤]到制藥廢水可能殘留某些藥物成分等有毒害物質(zhì)，排放到水體中會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不良影響，我國(guó)各類制藥工業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)中均選擇了急性毒性的廢水控制標(biāo)準(zhǔn)，以期有效控制有毒有害污染物對(duì)環(huán)境的影響。第四節(jié)任務(wù)分析給定制藥廠進(jìn)水水質(zhì)中含有大量有機(jī)物質(zhì)和懸浮物，但是并沒(méi)有出現(xiàn)有毒害物質(zhì)，并且廢水沒(méi)有呈明顯的酸堿性，同時(shí)沒(méi)有鹽分的數(shù)據(jù)，認(rèn)定為沒(méi)有含過(guò)高鹽分。根據(jù)制藥廠廢水基本概況，SS在一級(jí)處理系統(tǒng)可有效除去，制藥廠有機(jī)物質(zhì)多為難以降解的，所以應(yīng)加水解池，同時(shí)水解池對(duì)SS也有一定的去除作用。然后采用厭氧或好氧系統(tǒng)進(jìn)行處理使得COD、BOD5達(dá)標(biāo)。第五節(jié)水解池概述水解是指有機(jī)物進(jìn)入微生物細(xì)胞前、在胞外進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)。微生物通過(guò)釋放胞外自由酶或連接在細(xì)胞外壁上的固定酶來(lái)完成生物催化反應(yīng)。酸化是一類典型的發(fā)酵過(guò)程，微生物的代謝產(chǎn)物主要是各種有機(jī)酸。從機(jī)理上講，水解和酸化是厭氧消化過(guò)程的兩個(gè)階段，但不同的工藝水解酸化的處理目的不同。水解酸化-好氧生物處理工藝中的水解目的主要是將原有廢水中的非溶解性有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙庑杂袡C(jī)物，特別是工業(yè)廢水，主要將其中難生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到獾挠袡C(jī)物，提高廢水的可生化性，以利于后續(xù)的好氧處理?？紤]到后續(xù)好氧處理的能耗問(wèn)題，水解主要用于低濃度難降解廢水的預(yù)處理。混合厭氧消化工藝中的水解酸化的目的是為混合厭氧消化過(guò)程的甲烷發(fā)酵提供底物。而兩相厭氧消化工藝中的產(chǎn)酸相是將混合厭氧消化中的產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分開(kāi)，以創(chuàng)造各自的最佳環(huán)境。高分子有機(jī)物因相對(duì)分子量巨大，不能透過(guò)細(xì)胞膜，因此不可能為細(xì)菌直接利用。它們?cè)谒怆A段被細(xì)菌胞外酶分解為小分子。例如，纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被蛋白質(zhì)酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過(guò)細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。水解過(guò)程通常較緩慢，多種因素如溫度、有機(jī)物的組成、水解產(chǎn)物的濃度等可能影響水解的速度與水解的程度。酸化階段，上述小分子的化合物在酸化菌的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡(jiǎn)單的化合物并分泌到細(xì)胞外。發(fā)酵細(xì)菌絕大多數(shù)是嚴(yán)格厭氧菌，但通常有約1%的兼性厭氧菌存在于厭氧環(huán)境中，這些兼性厭氧菌能夠起到保護(hù)嚴(yán)格厭氧菌免受氧的損害與抑制。這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等，產(chǎn)物的組成取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。第六節(jié)工藝流程出水圖1-1工藝流程圖第二章工藝流程概述第一節(jié)工藝原理一、化學(xué)絮凝法化學(xué)絮凝反應(yīng)主要主要是污水中溶解性正磷酸鹽與投加的金屬鹽發(fā)生置換反應(yīng)，生成低溶解度的固體，迅速沉淀下來(lái)?；瘜W(xué)絮凝過(guò)程主要發(fā)生在反應(yīng)池中，通過(guò)水利或機(jī)械攪拌，在水中形成速度梯度，使得顆粒相互碰撞，然后在一定條件下粘合在一起，從而形成絮體。為了增強(qiáng)絮凝效果，有時(shí)也在混合反應(yīng)池中投加高分子聚合物。在反應(yīng)池中控制速度梯度極其重要，不能采用空氣攪拌形式進(jìn)行混合。工藝中調(diào)節(jié)池、反應(yīng)池、沉淀池是化學(xué)絮凝一級(jí)強(qiáng)化處理。二、水解酸化——好氧工藝從原理上講，水解（酸化）是厭氧消化過(guò)程的第一、二兩個(gè)階段。水解（酸化）-好氧處理系統(tǒng)中的水解（酸化）段的目的是將原水中的非溶解態(tài)有機(jī)物截留并逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)有機(jī)物；在連續(xù)厭氧過(guò)程中水解、酸化的目的是為混合厭氧消化過(guò)程中的甲烷化階段提供基質(zhì)。而兩相厭氧消化中的產(chǎn)酸段（產(chǎn)酸相）是將混合厭氧消化中的產(chǎn)酸段和產(chǎn)甲烷段分開(kāi)，以便形成各自的最佳環(huán)境。從而縮短停留時(shí)間，減少成本，達(dá)到去除效率。該工藝流程采用水解酸化——好氧工藝，因?yàn)橹扑帍S有機(jī)物質(zhì)多為難以降解的，所以采用水解酸化，進(jìn)行厭氧生物處理的第一、二階段，然后運(yùn)用好氧處理的生物接觸氧化池使流程運(yùn)行環(huán)境最佳。第二節(jié)結(jié)構(gòu)一、格柵格柵是一組平行的金屬柵條制成的框架，斜置在污水流經(jīng)的渠道上，或泵站集水池的進(jìn)口出，用以截流大塊的呈懸浮或漂浮狀態(tài)的污物，是一種對(duì)后續(xù)處理構(gòu)筑物或水泵機(jī)組具有保護(hù)作用的處理設(shè)備。給定污水為制藥廠污水，會(huì)有一些較大懸浮物和懸浮物，用格柵進(jìn)行截留。同時(shí)對(duì)后面的處理設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。二、調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池是對(duì)水質(zhì)與水量進(jìn)行調(diào)節(jié)的構(gòu)筑物，分為在線調(diào)節(jié)與離線調(diào)節(jié)兩種方式，具有下列功能：①減少或防止沖擊負(fù)荷對(duì)處理設(shè)備不利影響；②使酸性或堿性廢水得到中和，使處理中PH值保持穩(wěn)定；③調(diào)節(jié)水溫；④處理設(shè)備發(fā)生障礙，起到臨時(shí)事故貯水池作用。該工藝流程主要利用調(diào)節(jié)池①③④功能。同時(shí)絮凝劑加入進(jìn)調(diào)節(jié)池，然后隨水進(jìn)入反應(yīng)池進(jìn)行反應(yīng)。三、反應(yīng)池反應(yīng)池作為完成混凝過(guò)程的反應(yīng)設(shè)施，能較好的達(dá)到混凝效果。四、沉淀池沉淀池是分離懸浮固體的一種常用處理構(gòu)筑物。初沉池的去除對(duì)象是懸浮固體，可以去除SS約40%~55%，同時(shí)可去除20%~30%的BOD5，可降低后續(xù)生物處理構(gòu)筑物的有機(jī)負(fù)荷。五、化學(xué)絮凝法調(diào)節(jié)池、反應(yīng)池、沉淀池是化學(xué)絮凝一級(jí)強(qiáng)化處理，對(duì)懸浮固體、膠體物質(zhì)的去除均有明顯的強(qiáng)化效果，SS去除率可達(dá)90%以上，BOD5去除率50%~70%，CODCr的去除率50%~60%。該工藝流程因?yàn)楹蠸S較高，采用化學(xué)絮凝法進(jìn)行設(shè)計(jì)可有效去除SS，使SS達(dá)到去除要求。同時(shí)對(duì)COD、BOD5也有去除效果，使其減少一部分。SS去除率達(dá)90%以上，取92%；SS=2500×（1-92%）=200mg/L達(dá)標(biāo)BOD5去除率50%~70%,取60%；BOD5=3000×（1-60%）=1200mg/LCODCr的去除率50%~60%,取55%；CODCr=6000×（1-55%）=2700mg/L六、水解池水解池中進(jìn)行厭氧處理的一、二步驟，可減小有機(jī)物分子量，產(chǎn)生不完全氧化的產(chǎn)物，有利于后續(xù)的好氧段處理。制藥廠廢水中含有大量高分子有機(jī)物，較難直接被微生物降解，而水解酸化可大大提高廢水的可生化性。在水解酸化階段，通過(guò)缺氧降解，使水中大分子有機(jī)物分解為易生化的小分子有機(jī)物，從而提高廢水的可生化性，保證后續(xù)生化處理效果。SS去除率達(dá)85%；已達(dá)標(biāo)BOD5去除率40%~60%，取50%；BOD5=1200×（1-50%）=600mg/LCODCr的去除率40%~70%,取60%；CODCr=2700×（1-60%）=1080mg/L具體設(shè)計(jì)計(jì)算見(jiàn)第三章七、生物接觸氧化池生物接觸氧化池內(nèi)設(shè)置填料，填料淹沒(méi)在污水中，填料上長(zhǎng)滿生物膜，污水與生物膜接觸過(guò)程中，水中的有機(jī)物被微生物吸附、氧化分解和轉(zhuǎn)化為新的生物膜。從填料上脫落的生物膜，隨水流到二沉池后被去除，污水得到凈化。BOD5去除率85%~95%，取85%；=600×（1-90%）=60mg/L達(dá)標(biāo)CODCr去除率80%~95%，取85%；=1080×（1-90%）=108mg/L達(dá)標(biāo)八、水解酸化——好氧工藝水解池和生物接觸氧化池組成水解酸化—好氧工藝，因?yàn)橹扑帍S有機(jī)物質(zhì)多為難以降解的，所以采用水解酸化，進(jìn)行厭氧生物處理的第一、二階段，然后運(yùn)用好氧處理的生物接觸氧化池使流程運(yùn)行環(huán)境最佳。九、二沉池除去懸浮固體，沉淀分離活性污泥或去除生物膜法中脫落的生物膜，是生物處理工藝的一個(gè)重要組成部分。第三節(jié)工藝特點(diǎn)該工藝流程主要通過(guò)兩種方法的組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以達(dá)到理想的去除環(huán)境。因?yàn)橹扑帍S工業(yè)污水中含有大量的SS和大分子有機(jī)物，運(yùn)用一般方法較難除去，但是化學(xué)絮凝法可有效去除SS，同時(shí)水解—好氧工藝在滿足標(biāo)準(zhǔn)的情況下，同時(shí)減少了完整厭氧工藝時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，大大減少了污水停留時(shí)間，污水處理的效率大大提高。第四節(jié)實(shí)際應(yīng)用北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院在20世紀(jì)80年代初開(kāi)發(fā)了水解（酸化）-好氧生物處理工藝。經(jīng)過(guò)十多年的開(kāi)發(fā)，圍繞水解好氧技術(shù)已經(jīng)形成一套完整的工藝技術(shù)。（一）城市污水北京市密云縣城污水處理廠（4.5萬(wàn)m3/d規(guī)模）；河南安陽(yáng)市豆腐營(yíng)污水處理廠（規(guī)模1.0萬(wàn)m3/d）；新疆昌吉市污水處理廠（1.5萬(wàn)m3/d）；等；（二）工業(yè)廢水印染廢水：水解-好氧-生物碳工藝焦化廢水：水解和AO工藝根據(jù)實(shí)際情況的不同，后處理工藝目前的應(yīng)用有以下幾種形式。水解-活性污泥處理工藝，水解-氧化溝處理工藝，水解-接觸氧化處理工藝，水解-土地處理工藝，水解-氧化塘處理工藝第三章設(shè)計(jì)計(jì)算第一節(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)（1）容積負(fù)荷（2）配水孔流速（3）設(shè)計(jì)水量（4）進(jìn)水解池COD濃度（5）有效水深（6）保護(hù)高度第二節(jié)計(jì)算過(guò)程一、水解酸化池尺寸1、總有效體積式中：S——進(jìn)水COD濃度，gCOD/L2、總表面積水解池高h(yuǎn)取4m，則水解池表面積A為將水解池分為兩大格，則每格體積；每格表面積。所以每大格外形尺寸取為.二、填料設(shè)計(jì)池內(nèi)填料采用由聚丙烯、聚乙烯制成半軟性復(fù)合填料，它具有散熱性能高，阻力小，布水、布?xì)庑阅芎?，易長(zhǎng)膜，又有切割氣泡的特點(diǎn)。去填料層為2m高，距進(jìn)水邊池壁1.6m，則填料體積為：三、污泥產(chǎn)生量水解酸化池去除率為40%~70%，取60%。污泥的產(chǎn)生量按照每公斤COD產(chǎn)生0.2kg干污泥進(jìn)行計(jì)算。（1）干污泥產(chǎn)生量（2）濕污泥產(chǎn)生量濕污泥含水率以99%計(jì)，則濕污泥產(chǎn)生量換算成污泥體積，即：四、水解酸化池總高度圖2-1水解酸化池簡(jiǎn)圖式中：——水面超高，取0.8m；——緩沖層高度，取0.3m。五、水解池的配水1、配水孔口負(fù)荷水解池良好運(yùn)行的重要條件之一是保障污泥和廢水之間的充分接觸，因此系統(tǒng)底部的布水系統(tǒng)應(yīng)該盡可能地均勻。水解反應(yīng)器進(jìn)水管的數(shù)量是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)參數(shù)，為了使反應(yīng)器底部進(jìn)水均勻，有必要采用將進(jìn)水均勻分配到多個(gè)進(jìn)水點(diǎn)的分配裝置。查資料得表2：進(jìn)水負(fù)荷表COD/kg/(每個(gè)進(jìn)水口負(fù)荷面積>22-3取進(jìn)水口負(fù)荷面積=32、配水方式適當(dāng)設(shè)計(jì)的進(jìn)水分配系統(tǒng)對(duì)于一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)良好的水解系統(tǒng)是至關(guān)重要的。水解池進(jìn)水系統(tǒng)有多種形式，進(jìn)水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能，為了保證這兩個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，需要滿足如下原則：（1）確保各單位面積的進(jìn)水量基本相同，以防止短路等現(xiàn)象發(fā)生；（2）盡可能滿足水力攪拌的需要，保證進(jìn)水有機(jī)物與污泥迅速混合；（3）很容易觀察到進(jìn)水管的堵塞狀況；分枝式配水方式在分枝式配水系統(tǒng)中配水均勻性與水頭損失是一對(duì)矛盾。考察一組采用大阻力配水系統(tǒng)，即孔口直徑較小，孔口流速較大，這時(shí)配水均勻程度很好，但水頭損失較大；第二組將孔口適當(dāng)擴(kuò)大，這時(shí)配水均勻性沒(méi)有很大改變，水頭損失較小，處理效率不受影響。為了配水均勻一般采用對(duì)稱布置，各支管出水口向下距池底約20cm，位于所服務(wù)面積的中心。總管取DN200，各支管取DN100，進(jìn)水管取取DN25每格進(jìn)水流量圖3-1分枝式配水方式圖六、出水設(shè)計(jì)（1）水解池出水堰與沉淀池出水裝置相同，即匯水槽上加設(shè)三角堰；（2）出水裝置應(yīng)設(shè)在水解池頂部，盡可能均勻地收集處理過(guò)的廢水；（3）要避免出水堰過(guò)多，導(dǎo)致堰上水頭低，形成三角堰配漂浮固體堵塞；（4）出水負(fù)荷參考二沉池負(fù)荷，堰上水頭>25mm，水面位于齒1/2處。1、堰長(zhǎng)設(shè)計(jì)一般出水堰的負(fù)荷不大于2.9L/s·m，表面水力負(fù)荷。每格出水堰堰長(zhǎng)：2、堰上水頭：（即三角口底部到上游水面的高度）

每個(gè)三角堰的流量：

3、三角堰個(gè)數(shù)每格個(gè)數(shù)取4個(gè)圖4-1三角堰圖九、集水水槽1、集水水槽寬式中：Q——設(shè)計(jì)流量，為了確保安全，集水槽設(shè)計(jì)流量則因此取水槽寬200mm2、集水槽深度集水槽的臨界水深集水槽的起端水深，取200mm設(shè)集水槽自由跌落高度：圖5-1集水槽深度圖則集水槽總高度十、連接管設(shè)計(jì)取水在管中的流速，（數(shù)據(jù)取自《建筑給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》）取DN150第4章補(bǔ)充部分GB8978-1996綜合污水排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表4：第二類污染物最高允許排放濃度

(1997年12月31日之前建設(shè)的單位單位：mg/L序號(hào)污染物適用范圍一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)1pH一切排污單位6～96～96～92色度(稀釋倍數(shù)染料工業(yè)50180---其他排污單位5080---采礦、選礦、選煤工業(yè)100300---脈金選礦100500-3懸浮物(SS邊遠(yuǎn)地區(qū)砂金選礦100800---城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠2030---其他排污單位70200400--甘蔗制糖、苧麻脫膠、濕法纖維板工業(yè)301006004五日生化需氧量(BOD5甜菜制糖、酒精、味精、皮革、化纖漿粕工業(yè)30150600--城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠2030---其他排污單位3060300表5：第二類污染物最高允許排放濃度（附表）序號(hào)污染物適用范圍一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)--甜菜制糖、焦化、合成脂肪酸、濕法纖維板、染料、洗毛、有機(jī)磷農(nóng)藥工業(yè)1002001000--味精、酒精、醫(yī)藥原料藥、生物制藥、苧麻脫膠、皮革、化纖漿粕工業(yè)1003001000--石油化工工業(yè)(包括石油煉制1001505005化學(xué)需氧量(COD城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠60120-第五章參考文獻(xiàn)王效山夏倫祝主編，《制藥工業(yè)三廢處理技術(shù)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2010年高廷耀顧國(guó)維周琪主編，《水污染控制工程》，高等教育出版社，2007年王良均吳孟周主編，《污水處理技術(shù)與工程實(shí)例》，中國(guó)石化出版社，2007年第六章總結(jié)兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)就在忙碌中過(guò)去，突然覺(jué)得時(shí)間太快，讓我來(lái)不及抓住。這兩個(gè)星期，我從開(kāi)始的迷茫不知，到最后課程設(shè)計(jì)的完成，我發(fā)現(xiàn)學(xué)到了很多東西。剛開(kāi)始老師發(fā)了設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)并簡(jiǎn)單說(shuō)明了設(shè)計(jì)流程之后，我感覺(jué)挺簡(jiǎn)單的，應(yīng)該不太難。但是真正開(kāi)始自己做的時(shí)候，才感覺(jué)無(wú)處下手。經(jīng)過(guò)查書(shū)、上網(wǎng)等找資料才慢慢有了點(diǎn)頭緒，但還是感覺(jué)太亂了。一級(jí)處理應(yīng)該用什么，不必用什么；二級(jí)處理應(yīng)該采用什么技術(shù)最好；應(yīng)該采用好氧還是厭氧；怎樣能夠使指標(biāo)達(dá)標(biāo)；各個(gè)設(shè)備的作用是什么。這些問(wèn)題完全理不清頭緒。當(dāng)然問(wèn)題還是要解決的。那怎么辦哪？因?yàn)椴榱藰?biāo)準(zhǔn)得到了各項(xiàng)污染物的去除率，而且了解到了一級(jí)和二級(jí)處理多采用哪些方法和設(shè)備，所以就通過(guò)查資料找到了這些設(shè)備對(duì)于三項(xiàng)指標(biāo)的去除率。通過(guò)對(duì)于去除率的組合來(lái)選擇用哪些設(shè)備，一些基