某造纸厂废水处理工艺设计-水污染控制工程课程设计

'中南林业科技大学《水污染控制工程》课程设计学院：林学院学生姓名：**学号：******专业年级：环境工程一班11级设计题目：某造纸厂废水处理工艺设计指导老师：凌定勋 目录第一部分概述...................................................21.1设计背景....................................................21.2造纸废水特征及处理要求......................................31.3工程设计依据及规范..........................................31.4设计原则及范围..............................................4第二部分工艺方案分析...........................................42.1废水来源及特点分析..........................................42.2造纸废水治理现状及动态......................................52.3工艺方案的比较与选择........................................6第三部分工艺设计................................................83.1工艺流程图..................................................83.2流程说明....................................................83.3各主要处理设备和构筑物的设计参数...........................103.4高程计算...................................................253.5其它设备的选用.............................................26第四部分设计结果汇总.........................................314.1构筑物设计汇总.............................................314.2处理设备设计汇总...........................................314.3运行效果及分析.............................................324.4工程概预算及运行管理......................................33第五部分总结与建议............................................345.1总结.......................................................345.2建议.......................................................35 第一部分概述1.1造纸废水的概况造纸工业使用木材、稻草、芦苇、破布等为原料，经高温高压蒸煮而分离出纤维素，制成纸浆。在生产过程中，最后排出原料中的非纤维素部分成为造纸黑液。黑液中含有木质素、纤维素、挥发性有机酸等，有臭味，污染性很强。造纸废水主要来自造纸工业生产中的制浆和抄纸两个生产过程。制浆是把植物原料中的纤维分离出来，制成浆料，再经漂白，这个过程会产生大量的造纸废水；抄纸是把浆料稀释、成型、压榨、烘干，制成纸张，。制浆产生的造纸废水，污染最为严重。洗浆时排出废水呈黑褐色，称为黑水，黑水中污染物浓度很高，BOD高达5—40g/L，含有大量纤维、无机盐和色素。漂白工序排出的造纸废水也含有大量的酸碱物质。抄纸机排出的造纸废水，称为白水，其中含有大量纤维和在生产过程中添加的填料和胶料。中国水资源短缺且污染十分严重，日趋严重的水质污染问题已经引起各国政府的高度重视。为了有效竭制水质恶化趋势，保护人类赖以生存的环境，所有工业污染源都做到达标排放。其中，造纸工业废水由于其有机污染物含量高，排放量大，环境污染严重，被列为国家重点污染源冶理项目之一。为了保证生产的顺利进行，需要对其生产过程中产生的大量造纸 白水进行处理。处理后回用于生产，减少生产成本，节约水资源。本工艺技术方案通过污水处理新技术的应用，在少量资金投入下，使其达到规定的白水回用要求。1.2设计背景随着目前水环境污染和水资源短缺的问题的不断突出和恶化，我国加强了对水资源保护的力度。国家一方面加强了水资源保护的相关立法，而且加强了对环境保护的支出力度。保护环境特别是保护我们赖以生存的水资源是任重而道远的。对于工业污水，进行有效的污水处理是解决水污染的有效途径。造纸工业是能耗高、物耗高，对环境污染严重的行业之一。造纸工业的污染问题十分严重，受到了人们普遍的关注。在世界范围内，造纸工业废水都是重要的污染源，在我国，造纸工业废水污染已成为造纸生产及相关行业能否生存和发展的关键因素。目前我国造纸工业废水排放量及COD排放量均居我国各类工业排放量的首位。近年经多方不懈努力，造纸工业废水污染防治已经取得了一定的成绩，虽然纸及纸板产量逐年增加，但排放废水中的COD却逐年降低。由此看出，造纸工业初步实现了“增产减污”的目标。但目前造纸行业约占排放总量50%的废水尚未进行达标处理，废水污染防治任务还相当繁重本课题对于造纸废水处理的研究有很重要的现实意义，通过设计出合理的处理工艺流程，不仅可以实现工厂的排污达标，而且对于环境保护也做出了应有的贡献。 本设计为某造纸厂废水的处理工艺设计。该厂造纸废水的水量为2000吨/天，污染因子有悬浮物（主要为纤维和纤维细料）、易生物降解的有机物（半纤维素、甲醇、醋酸、蚁酸、糖类等）、难生物降解的有机物（木质素、大分子碳水化合物等）、毒性物质（松香酸、不饱和脂肪酸、硫化氢、甲硫醚等）、酸碱性物质、色度。为了为适应当地环保工作的需要和建设项目三同时规定，也使出水水质达到国家环境保护总局制定的国家《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级标准的要求，特投资设计相应的造纸废水处理技术工艺以便于同时兴建此配套污水处理设施。表1设计进出水水质主要指标项目CODcrBOD5SS进水10003506001.3造纸废水特征及处理要求造纸废水的排放量和污染物的浓度因原料的种类、生产工艺方法和产品品种的不同而存在着很大的差异，同时生产规模、设备和管理水平也是很重要的因素，大规模生产和先进的设备以及管理可以大大减少造纸工业污染物的排放。1.备料废水在木材湿法备料过程中产生的废水主要含泥沙，在草类原料备料中是水封除尘产生废水，这两种废水均可通过澄清后循环使用。 2.黑液、红液黑液是指用烧碱法和硫酸盐法直接蒸煮原料(麦草、木片等)而产生的废水。黑液中含有大量的碱木素、半纤维素和纤维素的分解物等有机物，还含有各种钠盐。红液是指用亚硫酸盐法直接蒸煮原料而产生的废水。这部分废水的CODCr高达100g/L，BOD5也有50g/L，必须通过碱回收和红液综合利用来回收原料并减少污染。3.洗选废水洗浆为了最大限度提取黑液，提高化学药品的回收率。如果管理得当、封闭用水，基本上不排出废水。少量的清洗水呈棕黑色，有机污染物浓度很高。4.漂白废水漂白是在多段过程中进行的，并使用不同的漂白剂，常用氯气、次氯酸盐、二氧化氯和烧碱等。该工段是工厂外排废水的主要来源，有毒、处理难度较大。5.冷凝水废水 冷凝水废水是指多效蒸发中各效二次蒸汽的冷凝液、清洗和泄漏的废水。这股废水中含甲醇、乙醇和丙酮等小分子有机物，同时还含有有机硫化物。6.制浆废水制浆废水中的污染物主要是生产过程中产生的溶解性有机物和流失的小纤维，废纸造纸制浆废水中还含有脱墨废水。该废水中含有有机氯化物，CODcr较高。7.造纸白水造纸白水中含有大量悬浮固形物如纤维、填料和涂料等，还有可溶解的有机污染物，CODcr一般500~800mg/L，BOD5为200~350mg/L。为了减少污染、节约用水，造纸厂通常采取部分回用或全部回用。剩余的白水可通过纤维回收、过滤、气浮或沉淀等方法进行简单处理后再回收使用。但是，长期循环使用会导致各类污染物在系统中积累，对造纸系统和产品质量造成不良的影响。因此，应根据实际情况添加合理数量的新鲜水，或者添加经过深度处理(生化处理)的水。达标处理要求出水水质执行国家环境保护总局制定的国家《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级标准的要求。1.4工程设计依据及规范1、本工程执行国家环境保护总局制定的国家《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级标准的要求； 2、《给水排水设计手册》（1-4册）；3、《给水排水工程》（下册）；4、《水处理工程设计计算》；5、《水处理工程师手册》；6、《有机工业废水处理理论与技术》；7、《三废处理工程技术手册一废水卷》；8、《实用环境工程手册》1.5设计原则及范围1.5.1设计范围1、生产废水流入污水处理场界区至全处理流程出水达标排放为止；2、污水处理站的设计主要分为污水处理和污泥的处理及处置两部分。1.5.2设计原则根据国家和当地有关环境保护法规的要求，对该厂在生产过程中排出的造纸废水进行有效、经济处理，使之符合国家和当地废水排放标准，取得明显的环境和经济效益，使企业树立良好社会形象。1、针对废水水质特点采用合理、成熟、可靠的处理工艺和设备，最大可能的发挥投资效益，采用高效稳定的水处理设施和构筑物，尽可能的降低工程造价和运行费用，同时结合企业的生产情况，对污水进行综合治理；2、工艺设计与设备选型能够在生产过程具较大的灵活性和调节余地， 能适应水质水量的变化，确保出水水质稳定、达标排放；3、工艺运行过程中考虑操作自动化，减少劳动强度，便于操作、管理和维修；4、建筑构筑物布置合理顺畅，降低噪声，消除异味，改善周围环境。5、严格执行有关环境保护的各项规定，使处理后的各项指标达到或优于国家环境保护总局制定的国家《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的一级标准的要求。2.2造纸废水治理现状及动态近年来，随着我国对造纸废水的深入研究，国内一批大、中型造纸企业废水处理设施运行良好，不仅使造纸废水达标排放，而且达到了部分水生产回用，造纸工业水污染防治已取得了一定的成绩。一般一级处理使用的是物理法，辅以化学方法，包括水质、水量均衡、过滤、沉淀、调节ph值、油水分离和凝聚沉淀等方法。二级处理主要以生物处理方法为主，包括活性污泥法、生物膜法、厌氧消化法等。而三级处理主要用的是物化法处理一级和二级处理方法后仍然未被去除的微污染物质。如活性炭吸附、离子交换、电渗析、超滤等，达到工业用水和生活用水的要求。随着活性污泥法和生物膜法的发展，国内外对于造纸废水的处理的工艺采用的是多种处理方法的结合。其体现主要是：以生物法为主，物化法为辅的综合处理技术。首先采用的是物化法，其次采用生化法为主要的手段，从而大幅度削减黑液与中段水中的有机负荷，仅用物化法作为辅助手段，实现废水的达标排放或回用。例如采用厌氧-好氧组合的处理法。厌氧一 好氧组合处理工艺能充分发挥厌氧微生物承担高浓度、高负荷与回收有效能源的优势，同时也能利用好氧微生物生长速度快、处理水质好的优点。组合处理工艺运行费用省，剩余污泥量少，对于难降解的有机物有改性作用，可以提高废水的可生化性，厌氧状态能抑制丝状菌的生长，防止污泥膨胀，特别适用于高浓度有机废水的处理。对于在综合处理过程中的各个阶段采用的是什么处理过程则是我们研究的主攻方向。比如在预处理阶段使用的是浮选法还是过滤法或是沉淀法，在生化阶段使用的是生物膜法还是活性污泥法等。2.3工艺方案的比较与选择本设计中废水最主要需要解决的问题是废水和SS浓度高，以及PH值的调节，通过实际调查和查询各种资料，目前造纸废水的处理主要采用以下几种工艺：SBR处理工艺；UASB；水解酸化—接触氧化。各处理工艺简介和比较：(1)SBR工艺：①工艺流程简单，造价低。调节池容积小或可不设调节池。不设二沉池。②投资省，比普通活性污泥工艺基建省30％以上。③反应过程基质浓度梯度大，反应推动力大，处理效率高。④耐有机负荷和有毒负荷冲击能力强，运行方式灵活，静止沉淀，出水水质好。⑤厌氧、缺氧和好氧交替发生，泥龄短且活性高，同时脱氮、除磷。⑥对进水水质、水量的波动具有较好的适应性。但SBR工艺运行管理难度大，运行费用高，需有专业人员操作管理，还需经常检测水质情况，不适用工矿企业的污水处理站。(2)UASB反应器(上流式厌氧污泥床反应器)具有厌氧消化效率高、结构简单等优点。UASB能否高效和稳定运行的关键在 于反应器内能否形成微生物适宜、产甲烷活性高、沉降性能良好的颗粒污泥。采用加压上流式厌氧污泥床(UASB)处理废水时，氧浓度显著升高，加快了基质降解速率，提高了处理效果。crCOD三相分离器的主要作用是将反应过程中产生的气体、污泥固体以及处理废水加以分离，将沼气引入气室、将固体导入反应区，将处理水引入出水区。厌氧污泥床的混合采用进水冲击以及反应产生的沼气搅拌进行，一般采用多点进水。综述UASB特点：①污泥浓度高，平均为30-40g/L；②有机负荷高，水力停留时间小，中温消化；③设置三相分离器，无污泥回流设备；④无混合搅拌设备；⑤无载体，避免堵塞等问题，也减少造价；⑥反应器存在短流，影响处理能力；⑦难以适应高悬浮物含量污水；⑧运行启动时间长，对水质与负荷突然变化较敏感。(3)水解酸化—接触氧化工艺水解—接触氧化处理工艺具有了厌氧—好氧工艺的优点，可以达到厌氧—好氧工艺的处理效果，而且它避开了厌氧过程中对环境条件敏感、降解速度慢、消耗时间长的产甲烷阶段，摒弃了大容积的控制条件严格的厌氧反应器，只在生物反应池前端隔离出水解阶段，在水解酸化过程中，将难降解的大分子有机物质水解酸化为小分子有机物，提高了废水的可生物降解性，减轻了后续处理的有机负荷，从而减少了供氧量，使好氧处理的溶解氧量减少了30％。水解酸化—好氧工艺具有以下特点：①艺流程简单，运行管理容易，占地小，投资少。②产生的活性污泥沉淀性很好，含水率低，可部分抑制丝状菌的繁殖，不易产生污泥膨胀。通过比较，我们可以发现：1、水解酸化——接触氧化法在 国内处理造纸废水应用十分广泛和成熟，在运行过程中可供参考的经验和资料完善，而且理论发展也比较成熟。这个对于我们的设计和运行提供了很好的指导作用2、水解酸化——接触氧化法结合了活性污泥法和生物膜法，其中水解酸化法具备了厌氧处理法的特点，提高水质的可生化性，还避免了厌氧处理法的水力停留时间长和反应条件苛刻的缺点。接触氧化法是生物膜法的一种，不仅可以达到较好的出水效果还具有产生污泥少，处理效率高、占地面积小、稳定性高、工艺简单的优点。3、接触氧化法工艺特征为能较好的处理可生化性很差的造纸废水，顺应了当代污水处理所需要的简易、高效、节能、灵活、多功能的发展趋势，也符合了“三低一少”技术要求，即低建设费用、低运行费用、低操作管理要求，二次污染物排放少的污水处理技术第三部分工艺设计流程说明1、格栅设置两道格栅。第一道为粗格栅，粗格栅主要去除较大的悬浮固体，以保证后续处理设施的正常进行；第二道为斜筛网，用斜筛回收长纤维可直接回用车间。由于污水量大，相应的栅渣量也较大，故采用机械格栅。2、调节池为了保证后续处理构筑物对水质水量稳定性的要求，设置调节池，用于污水贮存，使水质水量均化。 3、提升泵预曝气调节池内水位较低，且变化较大，因此对池内污水进行提升，使污水依靠重力流到后续的构筑物中进行处理，提升泵采用WQ潜污泵，一用一备。4、混凝气浮池采用部分加压式溶气气浮法，是将空气在压力下送入水中，然后在常压下析出。气浮池采用平流式气浮池，在气浮池运行过程中辅以混凝剂从而使去除悬浮颗粒的效果更加好。5、水解酸化池由于该设计项目废水的可生化性不强，为了使后续的生物处理部分达到更好的效果，所以加设水解池，来增加废水的可生化性。这是因为高分子有机物因相对分子质量很大，不能透过细胞膜，不可能为细菌直接利用，因此需要其在水解阶段被细菌胞外酶分解为小分子，这些水解后的小分子能够溶解于水，并透过细胞膜被细胞利用。从而增强了废水的可生化性。6、接触氧化池根据造纸污水的特点，选择接触氧化法进行处理。当废水通过时，把其中含有的胶体和溶解性物质吸附在表面，当引入菌种后这些有机物使微生物迅速繁殖起来，同时又进一步吸附废水中悬浮的胶体和溶解状态的物质，逐渐形成生物膜。当生物膜成熟后，栖息在生物膜上的微生物摄取废水中的有机物作为营养，对废水中的有机物进行吸附氧化作用，使得废水在通过氧化池的过程中得到净化。因为池中填料比表面积大，池内充氧条件好，池内单位容积生物量高于活性污泥法及生物滤池，可以达到较高的容积负荷。相当一部分微生物固着在填料表面，所以不需要设计回流系统，也不存在污泥膨胀 问题，运行管理方便。另外由于微生物固着量多，所以对水质水量的骤变能力适应性较强。7、二沉池采用辐流式二沉池，实现泥水分离上清液可以根据处理后的实际情况选择是否实行水的回流与回用，二沉池的下部用泵将污泥抽至离心脱水机脱水。8、污泥脱水污泥机械脱水与自然干化相比较，其优点是脱水效率较高，效果好，不受气候影响，占地面积小。常用真空过滤脱水机、带式压滤机、离心机及板框压滤机。本设计采用离心机，与其它脱水技术相比，离心机脱水具有固体回收率高、处理量大、基建费用少、占地少、工作环境卫生、操作简单、自动化程度高等优点，特别重要的是可以不用投加化学絮凝剂。各主要处理设备和构筑物的设计参数3.3.1设计流量的确定总污水量为2000m3/d，则选择变化系数=1.91设计流量1.91*0.023=0.0441隔栅 33)最大设计流量Qmax=2000m/d=0.023m/s(2)栅条间隙宽度b取25mm(3)设过栅流速：v=0.8m/s(取0.6--1.0m/s)(4)通过格栅的水头损失(取0.08--0.25m)(5)栅前水深：h=0.5m(取0.3--0.5m)(6)格栅安装倾角：45(取30°—60°)Qsinmax格栅的间隙数量nbhv=19则格内栅条数为n-1=18条栅条采用正方形断面的，栅条宽S=20mm所以格栅槽总宽度BS(n-1)bn=8.35m4.1.2过栅水头损失h22bs阻力因素为-12.570.64b22v0.8计算水头损失hsin2.57sin450.059m02g29.81h2=k·h0=3×0.059=0.177m一般k=34.1.3栅后槽的总高度H H=h+h1+h2h1为格栅前渠道超高，一般取h1=0.3m所以H=0.5+0.3+0.177=0.977m4.1.4格栅的总长度LBB1其中，L1为进水渠道渐宽部位的长度LB1取1m20112tg212.431所以L1=1.05mH1=h+h1=0.8mL2=0.5L1=0.53m2tg200.8L=1.05+0.53+0.5+1+=3.54mtg60调节池：水力停留时间T=4.5h；设计流量Q=2000m3/d=84m3/h调节池有效容积V=QT=84×4.5=378m3调节池水面面积取池子总高度H=5.5m,其中超高0.5m,有效水深h=5m，则池面积为A=V/h=378/5=75.6m2池长取L=10m,池宽取B=8m，则池子总尺寸为L×B×H=10m×8m×5.5m=440m3调节池的搅拌器使废水混合均匀，调节池下设两台LFJ-350反应搅拌机调节池曝气的原因是预曝气32D15m/m空气量D取03DDQ=15*20003万m0'