高浓度软骨素废水处理工艺设计.doc

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1、青岛理工大学毕业设计专业：环境工程学生姓名：学 号：指导教师：完成时间： 高浓度软骨素废水处理工艺设计44目录目录1前言1第1章 设计概述 2 1.1设计题目21.2设计内容及要求31.3设计进度安排21.4设计原始资料及排放标准3第2章 废水处理方案确定 32.1软骨素废水介绍32.1.1软骨素来源及组分42.1.2废水主要污染物分析52.2设计时需要注意的问题52.3废水处理原则52.4工艺选择6 2.4.1混凝沉淀62.4.2水解（酸化）72.4.3 缺氧+好氧（A/0)法82.4.4 CASS工艺92.4.5 厌氧+缺氧+好氧生化（A/A/0)法102.4.6 升流式厌氧污泥床（UAS

2、B）102.5工艺流程112.5.1工艺流程图122.5.2 工艺流程说明122.5.3各工艺段主要污染物预计去除率表12第3章 废水处理设计系统133.1集水池133.2混凝沉淀133.2.1设计参数133.2.2药剂的选择143.2.3出水水质143.2.4混凝剂的配置和投加设备143.2.5机械搅拌混合池153.2.6机械搅拌反应池173.2.7竖流式沉淀池193.3 水解酸化池223.3.1出水水质223.3.2 水解池的容积223.3.3 水解池上升流速校核223.3.4 配水方式233.3.5 进水堰设计233.3.6出水堰的形式及尺寸233.4 UASB+A/0工艺（A/A/0工

3、艺）253.4.1 UASB设计263.4.2 缺氧/好氧（A/0)生物除磷工艺313.5 污泥回流泵房393.6 二沉池设计39第4章 污泥处理处置394.1污泥焚烧39第5章 废水处理站的布置395.1污水处理站平面布置405.2污水处理站高程布置40参考文献43致谢44前 言我国是水资源匮乏的国家之一，水资源是人类赖以生存的基础，是社会得以持续发展的保障。随着社会经济的发展，用水量和排水量将逐年增加，一系列水环境问题将日益突出。水资源切实有效的保护，可以使水资源得以持续利用，促使社会经济的可持续发展，水环境污染是城市水资源可持续利用和社会经济可持续发展的重大障碍，污水治理可以减缓和减轻水

4、环境污染，缓解水资源的供需矛盾，为城市的腾飞创造有力的条件。因此保护环境及改善城市的水环境，发展循环经济节约水资源，挖掘潜力，积极开发，变废为宝，建设废水处理工程及其配套工程具有十分重要的意义，也是完全有必要的。因此，为小型企业设计建造废水处理站十分必要。而此次设计的软骨素废水是中特殊的废水，其水中COD 值含量最高可达50000mg/l，氨氮值达300mg/l，若不加处理直接排放，将造成水体富营养化，对水资源造成严重的污染。目前，针对软骨素废水的处理工艺还不是很成熟，根据多方实验研究的结果显示，A/A/0工艺可以有效的去除废水中的高COD值，同时达到去除氨氮的目的。由以往处理常见污水的经验来

5、看，软骨素废水中碳氮比值在20以上，选用氧化处理可以很好的降低废水中的氨氮值，由此也可以看出，应用A/A/O处理此种废水的达标的可行性较高。本设计参考以往经验，在A/A/0工艺中稍加改动，厌氧处理采用了UASB反应池，相对比普通的厌氧生物处理，其优点在于COD的去除率可以达到80%左右，经其处理后废水的COD值接近普通废水的水平，进入后续的氧化池的处理不会对氧化池处理负荷产生影响。前期的处理采用了混凝沉淀工艺，主要去除废水中的悬浮物，后经水解酸化处理，使废水更容易生物降解，使后续处理更容易。由于是为小型企业设计的污水处理站，废水量较小，其规模相对较小，每顿废水处理约合35元左右。本次设计可能存

6、在很多考虑不周之处，设计不足之处，忘见谅！写于 2012年06月15日第1章 设计概述1.1设计题目高浓度软骨素废水处理工艺设计1.2设计内容和要求设计内容： 为某生产软骨素的公司设计一个小型的废水处理站，使其废水达到排放的标准。软骨素是一种重要保健品，是一种生化原料，是由动物软骨经过碱煮、醇提取等工艺获得。但过程中会产生大量的污染废水。污水主要成分是蛋白质、醇、油脂等污染物。污水特点是COD极高，能达到50000mg/L。同时氨氮浓度也在3000ppm以上。治理此高浓度废水是环境界一大难题。设计要求：1、对软骨素生产工艺、废水的处理方法有一定程度的认识在了解各种软骨素废水处理方法的优缺点的基

7、础上，从总体角度出发，选择适合的工艺，灵活运用课堂所学知识，形成工程概念。 2、完成一套完整的设计计算说明书。 说明书应包括：设计方案对比论证；污水、污泥处理工艺流程确定；污水、污泥处理单元构筑物的详细设计计算，（包括设计流量计算、参数选择、计算过程等，并配相应的单线计算草图）；平面布置说明等。 3、绘制图纸不得少于4张，此外其组成还应满足下列要求：（1）总平面布置图1张，包括处理构筑物、附属构筑物、集水构筑物、污水污泥管渠、回流管渠、污水管线、道路、图例、构筑物一览表、说明等。 （2）污水处理及污泥处理工艺中两个单项构筑物施工平面图和剖面图45张。1.3设计进度安排表1-3设计进度表3月26

8、 日 4月1日设计选题4月2 日 4月8日工艺方案确定4月9日 4月15日工艺方案确定4月16 日 4月22日构筑物设计计算4月23 日 4月29日构筑物设计计算4月30 日 5月6日构筑物设计计算5月7 日 5月13日平面图布置5月14 日 5月20日构筑物图纸绘制5月21 日 5月27日构筑物图纸绘制5月28 日 6月3日构筑物图纸绘制6月4 日6月10日毕业设计撰写6月11 日 6月17日毕业设计撰写，准备答辩1.4设计原始资料及排放标准厂方的废水主要来源为生产软骨素所产生的生产废水，其中超滤液和酒精废水是主要污染源。设计要求处理水量为20m/d,PH=69，=0.5，进水负荷为：COD

9、CR35000mg/L，SS 200mg/L，氨氮300mg/L。排放标准：污水综合排放标准（GB8978-1996）500mg/L,SS 40mg/L，氨氮40mg/L，BOD50mg/L。第2章 废水处理方案确定2.1软骨素废水介绍2.1.1软骨素来源及组分厂方的废水主要来源为生产软骨素所产生的生产废水，其中超滤液和酒精废水是主要污染源，经检测超滤液：COD7530 mg/L,总氮7486 mg/L，pH 6，酒精废水COD40262 mg/L,总氮4541 mg/L，pH 6.5。这两股废水是主要的污染源头，厂区内还有一些低浓度废水，如雨水、生活污水和冲洗水等。从原料上分析，废水中的组分

10、主要为软骨提炼后残留的蛋白质、油脂等，还有在生产过程中添加的乙醇、双氧水、食盐、盐酸等残留物。碱提酶解清洗粉碎 软骨食盐片碱乙醇盐酸溶解除酶醇析过滤双氧水调酸氧化过滤洗涤调酸 烘干造粒醇析乙醇图1-1软骨素生产工艺流程图2.1.2废水主要污染物分析软骨素生产工艺中，主要原料为动物软骨然后经过清洗粉碎、水解经过乙醇提取出成品。从生产过程中分析，废水中主要的污染物为动物软骨残留物（蛋白质、脂肪等）以及生产中加入的乙醇等物质。这类废水具有如下特点：1、COD含量高：水中COD主要组成是动物蛋白、脂肪以及乙醇组成。2、氨氮高：废水中含有大量蛋白质，废水排放时氨氮含量并不高，但是如果排放到自然水体中，蛋

11、白质中的有机氮经过缺氧反应矿化成无机氮，这时就会严重影响水体，造成水体黑臭和富营养化。3、水中含有动物脂肪，脂肪在排入水体后会造成水体缺氧。影响水体生物的呼吸。2.2设计时需要注意的问题 1、废水浓度很高，总体的B/C比并不低，但是此类废水不能单从废水的B/C比确定，废水中虽然BOD很高，但是废水中过高的脂肪类物质会抑制活性污泥的活性。结合资料查出：长链脂肪酸（LCFA）和直链的多元醇的酯（甘油三酸酯、磷酯等）和它们的降解产物。这些脂类物质是可以生物降解的，但它们的存在会使好氧和厌氧生物处理产生许多问题，除污泥上浮流失和毒性外，反应器的负荷也受到限制，以往我方处理同类型废水时，当废水进入好氧池

12、中，好氧菌种马上变色呈青灰色，这是典型的脂肪酸抑制现象。所以废水不能直接进入生化处理，必须经过物化预处理。 2、废水中含有油脂、脂肪、蛋白质等物质，废水的有较大的不良气味。 3、废水处理必须要考虑氨氮的去除，选择工艺时需要加入除氮工艺。2.3废水处理原则影响废水处理方式与处理的相关状况如：处理水量、排放标准、原水水质、建设投资、运 行成本、处理效果及稳定性，工程应用状况、维护管理是否简单方便以及能否与深度处理组合等因素相关。具体污水方式确定的原则见下页图表2-3。 表2-3污水处理方式的原则原则序号 具体原则内容 1 出水水质稳定、可靠、卫生安全； 2 抗水质、水量变化能力强； 3 污泥处理与

13、处置简单； 4 建筑管理和维护费低； 5 维护管理简单方便； 6 必须时可与深度处理工艺进行组合。2.4工艺选择从废水的有机负荷来看，此废水进水CODCR大于35000mg/L。单从负荷上分析此类废水的负荷很高，超过了好氧生化的进水负荷。一般处理此负荷的工艺都会使用厌氧工艺。但是水中的有机物大部分为脂肪酸类、乙醇类物质，文献查出长链脂肪酸（LCFA）对微生物有毒，特别是对革兰氏阳性菌有毒，带有1214个碳原子的饱和脂肪酸和带有18个碳的不饱和脂肪酸通常被认为抑制性是最强的。预处理工艺必须选择具有除油能力和具有降解水中生物抑制物质的工艺。2.4.1混凝沉淀混凝是在废水中预先投加化学药剂来破坏胶体

14、的稳定性，使废水中的胶体和细小悬浮物集成具有可分离性的絮凝体，再加以分离去除的过程。胶体能保持稳定的分散悬浮状态主要有两个原因：首先，由于同类的胶体微粒电性相同，它们之间的静电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒；其次，带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，也阻碍各胶粒的聚合。一般胶粒体的带电越多，其电位就越大；扩散层中离子越多，水化作用也越大，水化层也越厚，因此扩散层也越厚，稳定性越强。化学混凝设计的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来，可以认为主要是三方面的作用。1、 压缩双电层作用 压缩双电层作用是阐

15、明胶体聚集的一个重要理论。它特别适用于无机盐混凝剂所提供的简单；离子情况。但是，如仅用双电层作用来解释水中的混凝现象，会产生一些矛盾。根据这个原理，当溶液中外加电解质浓度无论多高，也不会有更多超额的反离子进入扩散层，不可能出现胶粒改变符号而使胶粒重新稳定的情况，这与实际情况不符。例如，三价铁盐或铝盐混凝剂投量过多时效果反而下降，水中胶粒又会重新获得稳定。2、 吸附架桥作用吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物的静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶粒和细微悬浮物发生吸附桥联的过程。3、 网捕作用三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物，这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微

16、粒，使胶体粘结。上述三种作用产生的微粒凝结现象凝聚和絮凝总称为混凝。该三种作用在水处理中往往可能同时或交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种作用为主而已。2.4.2水解（酸化） 水解（酸化）工艺的研究工作是从污水厌氧生物处理的实验开始的，经过反复实验和理论分析，逐步发展为水解（酸化）生物处理工艺。从工程上厌氧发酵产生沼气的过程可分为水解阶段、酸化阶段和甲烷化阶段三阶段。水解池是把反应控制在第二阶段完成之前，不进入第三阶段。在水解反应中实际完成水解和酸化两个过程（酸化也可能进行的不十分沉底），但为了简化，简称为水解。采用水解池较之全过程的厌氧池（消化池）具有以下优点：1、 不需要密闭的池，不需要

17、搅拌，不需要三相分离器；2、 水解酸化阶段的产物主要为小分子的有机物。可生物降解性一般较好。由于水解酸化反应可以改变原废水的可生化性，从而可减少后续处理的反应时间和处理的能耗；3、 由于反应控制在产氢产乙酸和产甲烷阶段前，出水无厌氧消化的不良气味，可改善处理厂的环境；4、 由于第一、二阶段反应迅速，故水解池体积小，节省基建投资；5、 水解酸化过程可以使固体有机物液化、降解，能有效减少废弃物泥量，其功能与厌氧消化池一样。在以往的研究中，发现采用水解反应器，可以在短的停留时间（HRT=2.5h）和相对高的水力负荷下，获得较高的悬浮物去除率（平均85%的去除率）。这一工艺可以改善和提高污水的可生化性

18、和溶解性，以利于好氧后处理工艺。但是，该工艺的COD去除率相对较低，仅有40%50%，尤其溶解性的COD的去除率更低。事实上水解工艺只能起到预酸化作用。水解工艺特点1、 污染物数量和质量的变化经水解处理后，溶解性有机物的比例发生很大的变化，水解后出水溶解性比例提高了一倍。而一般经过初沉后出水中COD、的比例变化很小。众所周知，微生物对有机物的摄取只有溶解性的小分子物质才可直接进入细胞内，而不溶性大分子物质，首先要通过胞外酶的分解才得以进入微生物的体内的代谢过程。经水解处理，有机物的微生物代谢途径减少了一个重要环节，无疑将加速有机物的降解。2、 有机物的数量显著减少水解反应器的第一个特点是有机污

19、染物的去除率相对较高，COD平均去除率为40%50%，而悬浮物COD去除率更高，约为80%。悬浮物去除率高，出水悬浮物的浓度低于50mg/L，这对于各种后处理是非常有利的。3、 污水可生化性的变化污水经水解反应后，出水的值有所提高。比值的提高说明废水可生化性提高，这是水解反应的第二显著特点。这表明水解反应器相对于曝气池起到了预处理的作用，使得经水解处理的废水变得更易于被好氧细菌降解。2.4.3 缺氧+好氧（A/0)法A-O法又被称为前置反硝化法。水解酸化+缺氧+好氧生化法有可能是目前可选择性较强的方法，先不谈水解酸化的作用，我们先来尝试理解缺氧-好氧生化是如何脱氮的。生物脱氮是个很有趣的过程，

20、简单的说就是通过微生物的硝化（好氧）和反硝化（缺氧）作用将溶解于水的氨氮转化为气态氮N2从水中逸出。微生物的硝化作用在日常生活中经常会碰到，如肉类食品未经密封储藏暴露在空气中会产生腐化变质，食用后会造成亚硝酸盐中毒，危害人体健康。这是因为好氧硝化菌在作怪，硝化菌是自养好氧型微生物，它能将氨氮（蛋白质分子的关键成分）转化为亚硝酸盐氮（NO2-N）和硝酸盐氮（NO3-N）。微生物的反硝化作用则是通过反硝化菌将亚硝酸盐氮（NO2-N）和硝酸盐氮（NO3-N）还原成气态氮N2。反硝化菌是异养厌氧型微生物，它能在无氧或缺氧的条件下完成反硝化过程。 硝化反应用化学方程式来表示的话，可以更进一步地了解其反应

21、过程。NH4+1.86O2+1.98HCO3(0.0181+0.0025)C5H7O2N+1.04H2O+1.88H2CO3+0.98NO3- 反硝化作用中，反硝化菌利用有机碳作为电子供体（能源），硝态氮作为电子受体，当假设甲醇为有机碳源时，反硝化反应的经典化学反应式如下：NO3-+1.08CH3OH+0.24H2CO30.06C5H7NO2+0.47N2+1.68H2O+HCO3- 2.4.4 CASS工艺CASS法是在间歇式活性污泥法（SBR法）的基础上演变而来的改进工艺，CASS池分预反应区和主反应区。在预反应区内，微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高

22、负荷的基质快速积累过程，这对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可有效防止污泥膨胀；随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程。CASS工艺集反应、沉淀、排水、功能于一体，污染物的降解在时间上是一个推流过程，而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，从而达到对污染物去除作用，同时还具有较好的脱氮、除磷功能。CASS生物处理法是周期循环活性污泥法的简称，最早产生于美国，90年代初引入中国。其工作原理如下图所示：图4-2 CASS工作原理图在反应器的前部设置了生物选择区，后部设置了可升降的自动滗水装置。其工作过程可分为曝气、沉淀和排水三个阶段

23、，周期循环进行。污水连续进入预反应区，经过隔墙底部进入主反应区，在保证供氧的条件下，使有机物被池中的微生物降解。根据进水水质可对运行参数进行调整。2.4.5 厌氧+缺氧+好氧生化（A/A/0)法A-O法虽然能解决废水氨氮的脱除问题，但是如果进水COD过高，会直接引起生化系统的崩溃，而且A-O法在处理水中难降解物质方面也有点困难，于是尝试在A-O系统前面加一级厌氧，一来可通过厌氧产酸菌胞外酶的作用使复杂的大分子有机物分解成小分子有机物，二来可对氨氮的去除起到帮助作用。通常厌氧段微生物会选用氨氧化细菌(anaerobic ammonium oxidation, Anammox)，这个系统也称为厌氧

24、氨氧化(ANMMOX)，厌氧氨氧化(ANMMOX)是指在厌氧条件下，微生物直接以NH4+为电子供体，以NO3-或NO2-为电子受体，将NH4+、NO3-或NO2-转变成N2的生物氧化过程。不论是实验还是工程实践都证明A1-A2-O系统比A-O和CASS系统更有效，运行更可靠，而且由于设置了厌氧段，使得整个系统的抗冲击能力增强。2.4.6升流式厌氧污泥床（UASB）废水尽可能均匀地引入反应器的底部，污水通过包含颗粒污泥或是絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水与污泥颗粒的接触过程中。在厌氧状态下产生的沼气（主要是甲烷和二氧化碳）引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维 图4-5UASB反应器的构

25、造原理 持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器的顶部上升。上升到表面的颗粒碰击气体发射板的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。由于气泡释放污泥颗粒将沉淀回到污泥床的表面。释放的气体被收集到反应器顶部的集气室。置于集气室单元缝隙之下的挡板的作用为气体反射器和防止沼气气泡进入沉淀区，否则将引起沉淀区的紊乱，会阻碍颗粒沉淀。 由于分离器的斜壁沉淀区的过流断面在接近水面时增加，因此上升流速在接近排放点降低。由于流速降低，污泥絮体在沉淀区可以絮凝和沉淀。积累在三相分离器上的污泥絮体在一定程度将超过其保持在斜壁上的摩擦力，其将滑回到反应区，这部分污泥又可以与进水有机物发

26、生反应。UASB反应器最重要的设备是三相分离器，这一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。为了在沉淀器中取得对上升流中污泥絮体/颗粒的满意的沉淀效果，三相分离器第一个主要的目的就是尽可能有效的分离从污泥床中产生的沼气，特别是在高负荷的情况下。在集气室下面反射板的作用是防止沼气通过集气室之间的缝隙逸到沉淀室。另外挡板还有利于减少反应室内高产气量所造成的液体絮动。UASB系统的原理是在形成沉降性能良好的污泥絮凝基础上，并结合在反应器内设置污泥沉淀系统，使气相、液相和固相三相得到分离。形成和保持沉淀性能良好的污泥（可以使絮状污泥或是颗粒状污泥）是UASB系统良好运行的的根本

27、点。2.5工艺流程 2.5.1工艺流程图集水池水解混凝沉淀污泥焚烧污泥UASB 回流水 兼氧好氧二沉池出 水图5-1 工艺流程图2.5.2 工艺流程说明1、废水首先在调节池中混合，中和水质水量，然后流入后续的混凝池。2、混凝的出水含油量大为减少，而且水中悬浮物大多被去除，然后进入沉淀装置。3、沉淀器出水后废水进入水解酸化池进行有机物的水解，降低废水中COD的含量，为后续的生化处理做准备，同时水解池起到水量调节的作用。4、水解池后废水由水泵入后续生化系统，本次生化系统是由UASB+兼氧+好氧工艺组成，这三种工艺既可以独立运行，结合起来也是非常著名的A2/O工艺，此工艺在去除氨氮上已经得到了国际的认可。其稳定、廉价、去除率强的特点已经被完全证实。5、出水达标排放。6、相对而言，污泥的产量较少，采取焚烧处理。2.5.3各工艺段主要污染物预计去除率表表2-5-3 各段工艺主要污染物去除率表序号工 艺 段CODSS氨氮出水（mg/L） 去除率%出水（mg/L）去除率%出水（mg/L）去除率%续表2-5-31集水池35000（原水）200（原水）400（原水）2混凝10500702090/3水解酸化57754511 45400/4 UASB115580/200506兼氧23145/10907好氧35