[工程科技]三唑磷废水处理工艺设计说明书

'1前言1.1我国农药废水处理现状与发展前景我国是农药生产大国，目前产量近40万吨，我国农药生产在世界上占据第二位。由于农药工业的发展，排放物的环境污染问题已引起我国政府及环保部门的高度重视。由于缺乏完善的处理技术致使大量的农药废水得不到有效治理而直接排放，造成严重的环境污染[1]。农药在杀灭病虫害，增加粮食产量方面起了重要作用，但是，随着各种农药的大量使用，也给环境生态及人体的健康带来了值得探讨的新问题，特别是在大量生产与使用农药过程中，产生大量的农药废水，如处置不当会造成环境污染。农药废水不加处理，一旦排入水体，势必造成农药在水生生物中累积与富集，导致水生生物死亡。农药废水还可通过渗透进入地下水和土壤，使其受到严重污染。此外，农药还可通过食物链进入水体，严重危害人体健康。农药废水的主要特点包括:1.排放量大，污染物浓度高。1986年化工部对全国53家农药生产厂进行的化工污染源调查结果显示:COD排放量达30436t/d，居全国化工各行业第五位，硫化物排放量为304.2t/d，居全国各行业第七位。2.毒性大，生物降解性能差。废水中除含有农药和中间体外，还含有酚、砷、汞等有毒物质及多种生物难降解物质。有些农药有杀菌作用，能抑制微生物代谢活动，使生物系统紊乱;有些农药为芳香族化合物或卤代芳烃及有机硫磷化合物，生物降解性极差。3.有恶臭，对人的呼吸道和粘膜有刺激作用。4.由于生产工艺不稳定，加上操作管理水平低，水质水量波动大。5.成分复杂。农药废水中含有大量合成过程中未反应的中间体及水解产物。如在对敌敌畏、甲基1605废水剖析鉴定出的9种有机物中，2种为原药，6种为原药降解物，1种为芳香化合物。以上特点给农药废水的处理造成了很大的困难，为此需要投入大量的人力、物力，寻求处理农药废水的有效途径[2]。有机磷农药废水处理技术的研究现状：有机磷农药生产废水历来以毒性大、浓度高、治理难成为社会关注的重点。国外从20世纪40年代开始对有机磷农药生产废水处理进行了大量的研究工作，当前国外处理农药生产废水的通常做法是浓废水用焚烧法，稀废水采用活性污泥、絮凝、萃取、活性炭吸附等方法。我国在20世纪60年代至90年代，对有机磷农药废水处理技术进行了大量的研究，其中生化法是一条可行的途径，据1990年化工部对531个农药厂进行的环保调查，生化处理占废水总量的1/4.当前，对有机磷农药废水处理技术的研究，主要集中在以下两个方面:有机磷农药生物降解的研究;有机磷农药废水处理工艺的研究(其中包括预处理工艺和生化处理工艺)。有机磷农药废水处理中存在的问题：1.现有的处理设施大多为推流式曝气系统，其容积负荷低，占地面积大，氧利用率大多不超过8%，动力效率不高。2.现有的活性污泥法进水浓度均较低，需对高浓度废水进行大量稀释，一方面浪费大量的水资源，另一方面需加大水处理构筑物，增加基建投资。3.总有机磷和磷酸盐排放浓度普遍超高，极易对地表水体造成富营养化。4.某些农药废水氨氮含量超高，是农药废水中另一个难解决的问题。5.某些预处理技术由于成本或其它问题，还不能应用于实际工程。如湿式催第32页共32页 化氧化技术由于成本过高难于推广应用;而光催化氧化技术由于技术方面还不成熟也不能应用于实际工程中。有机磷农药废水处理的发展方向：1.有机磷农药生产厂家推广清洁生产工艺，减少污水放排量;改革生产工艺和改变产品结构，使生产废水中碳磷比适当，从而提高有机磷和磷酸盐的去除率。2.研究有效的预处理技术，去除或回收农药生产废水中的有机磷:或在生化处理装置后增设除磷装置，使出水中的磷以磷酸钙的形式沉淀，从而降低出水中磷的排放浓度。3.加强对难生物降解有机物的研究，提高难降解有机磷农药的可生化性，以利于后续生化处理，并力求应用于实际工程。4.加强处理高浓度有机磷农药废水的处理研究，如能在这方面取得突破，可大大减少因稀释而造成的浪费。5.对现有处理工艺进行技术改造或引进新的工艺，提高其处理效率。如应用高负荷好氧工艺处理有机磷农药废水，可减少占地，提高氧利用率，降低处理成本等。三唑磷作为有机磷农药的一种，是20世纪70年代德国Hoechst公司开发的一种高效、中毒、广谱有机磷杀虫杀螨剂，其生产过程中产生的有机磷废水对环境水体的安全造成威胁，在生态环境日益脆弱的今天，为了实现可持续发展，必须对其进行处理到生态环境所能承受的范围之内才能排放。三唑磷是20世纪70年代开发出的一种硫代磷酸酯类杀虫杀螨剂,具有低毒、高效、广谱的特点,是甲胺磷、乐果等农药的换代产品,具有良好的应用前景.但三唑磷在施用过程中将不可避免的进入河流、湖泊等水体,造成环境污染和生态破坏,如何防治这些问题具有十分重要的现实意义[3]。三唑磷农药生产废水中含有三唑磷、苯唑醇、苯脲、尿素、甲醇、盐酸苯阱等污染物，具有污染物种类多，成分复杂，毒性大等特点。目前直接针对三唑磷废水处理的研究不是太多，已见报道的更少[4]。本设计的目的就是通过研究当前已经应用的或正在研究的各种有机磷废水处理方法，各取所长，避其所短，设计出一套廉价实用高效的处理流程来。优秀的有创意的处理流程的推广可以在提高处理效果的同时节减开支，既改善了环境水体条件，又减轻了企业废水处理的负担，而且对于目前国家所推行的可持续发展战略也相符和，因而具有重要意义。1.2设计依据以江苏生花农药有限公司提供的三唑磷农药废水作为设计背景，以小试研究报告提供的数据作为设计参考依据。1.3废水水质、水量三唑磷农药生产每天有两股废水排放，酸性废水10吨，碱性废水8吨，考虑到处理能力裕度10%；还考虑到处理的废水不仅仅是三唑磷农药生产废水，还包括板框污泥压滤机的压滤液，污泥主要来自催化氧化塔和压力过滤器的反冲水，这部分水量约为农药生产废水量的20%。故三唑磷农药废水的设计处理量为18×(1+10%+20%)=23.4t/d，考虑到废水处理是连续运行的，三唑磷农药废水的设计处理量即为1.0m3/h。设计原水水质见表1。第32页共32页 表1设计废水水质水量项目COD(mg/L)水量(t)pH酸性废水12000101碱性废水200008101.4处理要求：废水经二氧化氯废液预处理后，COD处理率10%左右；混凝沉淀对COD处理率30％左右，再经催化氧化处理后，该单元对COD的处理率为75%左右，总的处理率达到93.8%；最后进行生化处理，出水达到《污水综合排放标准》（GB8987-1996）一级排放标准，见表2所示。表2出水水质控制指标COD(mg/L)色度(倍)pH指标值≤100≤506-91.5设计原则：A：保证处理效果。使之达到或优于排放标准要求，B：:保证处理系统运行的稳定性。对自动化的要求不宜过高。C：尽量减少基建费用及日常运行开支。中和池1.6设计构筑物二氧化氯废液氢氧化钠溶液聚合硫酸铝清水池调节池储水池SBR生化反应器催化氧化塔板框压滤机中间池斜管沉淀池混凝池废水污泥储泥池泥饼外运压力过滤器滤液池反冲水剩余污泥反冲水二氧化氯溶液出水图1三唑磷农药废水处理流程框图1.7设计方案的选择、原理与特点第32页共32页 从以上当前有机磷废水及三唑磷废水见报道的资料来看，各种方法都有自己独到的优势，关键是要根据不同的废水水质来确定不同的组合，根据本次设计的污水水质，大致设计思路为：根据设计的废水来源，一股10吨/天的pH为1的酸性废水，一股8吨/天的pH为10的碱性废水，单独处理都很困难，现首先将他们混合来中和，发生氧化还原反应，不仅节约了大量药剂，而且能将一部分污染物去除，同时将二氧化氯协同发生器产生的废液返回至调节池，利用其强氧化性对废水进行预处理；预处理之后的废水依然为强酸性，为使混凝剂产生作用，用氢氧化钠溶液对其进行中和调节，之后加混凝剂，混凝之后进入斜管沉淀池进行沉淀，去除废水中大量的悬浮物，为后面的处理作准备；经过混凝沉淀之后，废液中还有许多难降解污染物，此时对其进行催化氧化，断裂难降解物质的化合键，提高其可生化性；最后对废液进行生化处理，采用SBR法比较适合，因为其特有的厌氧与好氧兼有的反应对废水中N、P的去除尤为适合。2唑磷废水处理工艺设计计算2.1调节池2.1.1调节池作用所有进入废水处理系统的废水，其水量和水质随时都可能发生变化。生产装置排出的工业废水，其水质和水量随着生产过程而变化。排放水质有连续的，有不均匀的，甚至是间歇的，废水的水质也变化很大，尤其是某些工序，操作是间歇的，变化就更大了，比如反应釜排放废液就是一例，在处于反应过程中时无废液排出，反应结束，反应釜内剩余物将从釜内排放出来，这种反应残液的浓度十分高，污染严重，排放时间又短，引起废水浓度的显著增大。水量和水质的变化将严重影响废水处理装置的正常工作，水质和水量的波动越大，处理效果越不稳定，甚至会使废水处理工艺过程遭受严重破坏，尤其是采用生物法处理废水时，微生物对废水中有毒物质非常敏感，超过所能接受的浓度，微生物的代谢作用就会受到抑制，甚至会造成微生物的死亡，即使是短时期的毒物冲击，也将引起处理水质的恶化。为减少水量和水质变动对废水处理工艺过程的影响，在废水处理系统之前宜设置调节池，存盈补缺，使后续处理构筑物在运行期间内能够得到均衡的进水量和稳定的水质，并达到理想的处理效果。设置均衡调节池的目的就是解决进水水量水质的变化和废水处理装置稳定的处理能力，处理水质要求达到稳定的水质这一矛盾的。均衡调节池包括单纯的水量均衡和水质均衡。水量均衡主要从水量的大小出发，保证进入处理装置的水量达到一定的稳定程度水质的变化可以不加考虑，在水量均衡的过程中，对废水的水质也有一定的均衡作用；水质均衡是使浓度高时的废水与浓度低时废水相混合，使流入处理装置的废水浓度不超过某一个合适的范围，从而保证处理装置正常工作，在水质均衡的过程中，同时也起着一定的水量均衡的作用。水质均衡要求预先掌握废水排出的一般规律，水质均衡要求掌握废水水质的变化规律，在允许条件下要尽可能增大均衡装置的容积，容积越大，越有利于调节[5,6]。2.1.2调节池设计（1）池体尺寸对于本设计的实际状况，生产废水排出基本上是均匀排出，因此水量调节可不予考虑，主要是水质调节。调节的废水主要来自三个方面：酸性废水、碱性废水、返回压滤液。第32页共32页 设计调节池调节时间为8个小时，生产排出废液体积为：返回压滤液约占生产废水的30％，总的调节池有效体积应该为：设计池体为矩形，底面尺寸为：则池高为：取池体超高0.3m则总的调节池尺寸为：整个池体设于地下，池顶加盖板，与地面相平。盖板不能密封，留一定的缝隙供所曝空气溢出。以上尺寸为调节池内壁尺寸，施工时池壁厚为20，池底厚为40。两股生产废水采用暗沟形式进入调节池，从生产废水排出口向调节池流动过程中即开始混合。（2）预氧化设计在后续的废水处理中，作为氧化剂的二氧化氯发生装置会产生一定量的废液，废液量大约二氧化氯，废液的成分主要是二氧化氯、臭氧、氯气、过氧化氢等，因此废液具有较高的酸性及较强的氧化性。如若直接排放势必造成二次污染，若处理后再排放，则又需要资金投入。考虑到废液较强的氧化性，因此将其回流到整个处理工艺之前的调节池，对调节池内废水进行预氧化，农药中容易断裂的化合键即被氧化断裂，对COD的降低有一定的贡献，大约能够减少10％，减轻了后续处理的负荷，同时降解COD产生的沉淀直接沉在了斜管沉淀池，否则就要增加催化氧化塔的沉积物，对催化氧化塔的正常运行也大有裨益。（3）曝气系统设计直接在调节池进行预氧化，会有一定的沉淀物生成，但对于设盖板的调节池来说，清除沉淀并不容易，因此考虑将可沉淀物全部作为悬浮物泵入后面的中和沉淀池进行处理。同时二氧化氯废液需要与生产废水进行充分混合，从多方面考虑，采用曝气混合搅拌的方式，为使悬浮物布置沉淀，因此选用较高的气水比10:1曝气量为采用II型曝气头：按照每个曝气头的曝气能力则需曝气头个数为个，即4个若按照每个曝气头的服务面积0.75计算，则需曝气头个数为个。综合考虑，需要安装8个曝气头。曝气头安装位置距池底距离为0.2米。为使悬浮物不留沉积地全部排出，设计池底向汲水管方向有2％的坡度，汲水管口设喇叭口，为防止悬浮物在汲水口沉积，在曝气头安装时，最靠近汲水管口的两个曝气头朝下安装，以激起沉积物。调节池出口设测流装置，以监测调节的流量。第32页共32页 图2调节池剖面图图3调节池曝气头排布设计选用曝气头相关参数如表3所示。表3II型曝气头参数[7]型号尺寸服务面积阻力损失通气量II0.75100～1500.316～24调节污水提升泵选用型号为气动隔膜泵，其相关参数如表4所示：表4气动隔膜泵参数型号流量扬程吸程最大允许通过粒径功率QBY—1515052.50.55（4）返回压滤水返回的压滤水直接从压滤液集水池泵入调节池，入水口距地面0.3米第32页共32页 ，考虑水量较小，不易连续操作，因此采用间歇操作的方式，每小时工作一次，泵水0.5。拟选用水泵型号为型。2.2混凝沉淀池2.2.1中和池从调节池泵出的废水经水质水量调节与预氧化之后，COD去除约10％。由于酸性废水与碱性废水pH相差甚远而水量相当。因此混合之后废水依然呈强酸性，为使混凝取得较好的效果，必须对废水的酸碱性进行调节。选用混凝剂为聚合硫酸铝，这种混凝剂在中性偏碱（pH＝8）时混凝效果最好，因此选用碱性药剂对废水pH进行调节，本设计选用氢氧化钠作为中和药剂，因为氢氧化钠具有组成均匀、杂质少、易于投加、易于贮藏和运输、在水中溶解度高、反应速度快等特点，虽然价格比较昂贵，相对氢氧化钙中和来说省却了许多后续污泥处理的麻烦，从整个过程来看，选用氢氧化钠作中和药剂还是比较合适的。（1）氢氧化钠用量计算与控制三股废水混合后的pH值（忽略添加的少量二氧化氯废液引起的pH变化）：A：酸性废水pH＝1水量10t/dB：碱性废水pH＝10水量8t/dC：压滤液pH＝6.5水量6t/d多股农药废水混合后pH值为：pH＝－现预将pH调至8，则需加药剂量为：（设计混合水量为24t/d）NaOH物质的量为40.1需要纯的NaOH药剂量为：NaOH在水中的溶解度为300g/l，因此添加药剂时即采用乳剂添加的方式。由于添加乳剂中NaOH含量为30％，因此溶药箱体积为：（算式中分母1.3为乳剂密度/约数）实际购买药品纯度为98％左右，因此溶药时要比计算数值酌情添加。添加量由实际所购买的氢氧化钠的纯度及废水的变化量而定。设计溶药箱尺寸药剂添加量的控制采用高位槽的形式添加，加药量由流量计控制。（2）中和池计算第32页共32页 机械混合是在混合池内安装机械搅拌装置，用电动机驱动搅拌器，使水和药剂混合，构造简单，机械混合池可以在要求的混合时间内达到需要的混合强度，满足混合要求。机械混合水头损失小，可以适应水量、水质、水温等的变化，混合效果好，缺点是维护管理较复杂，消耗动能。机械混合池内搅拌器有浆板式、螺旋桨式、和透平式。浆板式结构简单，加工制造容易，只是效能较低，比较适合于较小的混合池。①池体计算以NaOH调节酸碱性，采用机械搅拌混合的方式中和时间设为一个小时中和池有效容积：为提高浆板搅拌效率，中和池采用圆形。直径则池深为：若取超高则中和池总高为：②搅拌器计算中和池壁设四块挡板，使用带两叶的平浆板搅拌器[7]。每块挡板宽度其上下缘均取0.2米则挡板长度为由于H：D＝1.27：1>1.2，故搅拌器设两层，即，搅拌器层间距取0.4搅拌器直径搅拌器距池底高度取搅拌器叶面数＝2搅拌器宽度搅拌器外缘线速度采用则搅拌器轴速：搅拌器旋转角速度：计算轴功率：第32页共32页 上式中：——水的相对密度，；——搅拌器半径；——重力加速度，；——阻力系数，0.2～0.5；需要轴功率：上式中：——水的动力黏度，；——设计速度梯度，一般采用500～1000；，满足要求，可以使用该种搅拌器传动效率取，则电动机功率2.2.2、混合池（1）池体计算混合池同样采用机械搅拌的混合方式混合时间采用60秒。以聚合硫酸铝作混凝剂，采用机械搅拌混合的方式，混合池有效容积为提高浆板搅拌效率，混合池采用圆形。直径则池深为：取超高0.26米则混合池总高为：（2）搅拌器计算混合池壁设四块挡板，使用带两叶的平浆板搅拌器。每块挡板宽度其上下缘均取0.05米则挡板长度为：由于H：D＝0.34：0.25＝1.36>1.2，故搅拌器设两层，即，搅拌器层间距取0.12搅拌器直径搅拌器距池底高度取第32页共32页 搅拌器叶面数＝2搅拌器宽度搅拌器外缘线速度采用则搅拌器轴速：搅拌器旋转角速度：计算轴功率：上式中：——水的相对密度，；——搅拌器半径；——重力加速度，；——阻力系数，0.2～0.5；需要轴功率：上式中：——水的动力黏度，；——设计速度梯度，一般采用500～1000；，满足要求，可以使用该种搅拌器传动效率取则电动机功率：2.2.3凝聚池废水与混凝剂在混合池内混合一分钟后直接溢流到凝聚池内进行凝聚，停留时间设为20分钟，根据处理速率，20分钟的水量为：设计凝聚池尺寸为：池子体积为2.2.4加药槽混凝剂选用聚合硫酸铝，根据实际试验确定用量，用量极少，一般按照干污泥重量的0.5％计算。假设废水处理时有20％作为污泥沉降。第32页共32页 沉降污泥的含水率为98％则每天的用药量为：即每天处理废水的用药量为0.48千克，为使加药均匀，将其配置为低浓度的溶液形式加药，以流量计控制加药量。采用不锈钢材质做溶药槽，制作尺寸为0.4×0.4×0.4m32.2.5斜管沉淀池斜管沉淀池是跟据浅层沉淀理论，在沉淀池沉淀区与水平面形成一定倾角（通常为60°）的斜管组件，以提高沉淀效率的一种高效沉淀池。斜管沉淀池一般有进水穿孔花墙、斜管装置、出水渠、沉淀区和污泥区组成。按污泥与水流的相对运动方向不同可将斜管沉淀池分为异向流、同向流和侧向流三种。本次设计水量较小，采用异向流的形式，即水流自下而上，水中悬浮颗粒自上而下。由于沉淀区设有斜管组件，斜管沉淀池的排泥只能依靠静水压力排出。在中小型水厂使用较多的沉淀装置就是斜管沉淀池，相比较而言，斜管沉淀池的处理效果比平流沉淀池好，但有些因素也会影响沉淀池的沉淀效率，如斜管倾角、斜管长度、管径、进水方式、斜管中水流上升速度等。在生产中采用穿孔花墙及缝隙进水墙，应注意通过所开孔口的大小来控制流速，不致使矾花破碎。配水孔与斜管底部及排泥区的高度要根据实际情况来确定，如果采用下向流斜管就必须要注意斜管的倾角，倾角过大极易使已沉淀的污泥随水流的惯性带出水面；倾角过小则极易阻塞斜管，使斜管内积泥严重，引起变压变形，无法正常运行，因此，倾角的确定也要根据水质情况来分析。总之，不论采用何种配水方式，都要以不致使矾花破碎为原则，故要控制流速，一般设计采用流速为0.15[8]。各设计部分设计[7]：（1）清水区主要参数：水力停留时间出水量斜管材料选用塑料化热压六边形蜂窝管壁厚边距。安装倾角60°选用管长为固定值1.0则沉淀池的清水区面积：其中斜管结构占用面积按3%计算则实际清水区需要面积：第32页共32页 清水区采用方形结构，则其边长为：实际选用尺寸大小为。（2）斜管长校核设上升流速斜管内水流速度为颗粒物沉降速度则管长L为：考虑到管端紊流，污泥等因素，过渡区采用250，因此斜管长为1000足以满足要求。（3）沉淀池高度清水区高度0.5布水区高0.15斜管高排泥区高度0.87过渡区高斜管沉淀池总高：为排泥方便，锥形污泥斗与地面距离采用，即斜管沉淀池整体抬高0.11，沉淀池最上端与地面相对高度为2.8。选用DN100的铸铁管道直接排入储泥池或由人工用推车送入储泥池。（4）布水区以穿孔花墙进水，控制流速0.05则进水总面积：，为防止生成矾花破碎，必须保证进水口径不能太小，采用圆孔，则圆孔个数为：，即需要三个的圆孔进水。沉淀池进水采用大口经斜管进水的方式。从混合池直接以直管排出后分为三支管径依然为第32页共32页 的直管直接进水斜管沉淀池，设分水装置使三只分管内水量均匀，安装阀门，使分管内进入沉淀池的流速控制在0.05。进水斜管与沉淀池布水区保证一定的倾角，至少，防止由于流速过小而致使矾花沉淀管内而阻塞管口。（5）集水区沉淀池上部边缘设穿孔集水槽，沿边缘围成一周，槽宽拟用，共设一根出水管，设出水流速为，则需要管径为：实际选用管道为DN40的PVC管。（6）排泥区采用静压力泥斗排泥，设絮凝污泥体积占总水量的20％，设计每个小时排泥一次，则需要泥斗容积为：泥斗上边缘即采用锥形泥斗倾角泥斗下边长取泥斗高：锥形泥斗容积：>0.2整个排泥区高度即为。污泥直接排入污泥储存池，与反冲废水和生化处理池剩余污泥混合后直接由板框压滤机压滤后外运处理。第32页共32页 图4斜管沉淀池2.3中间池沉淀池出水储存于中间池，因为后续的催化氧化处理需要用泵泵入，设集水池就是为水泵的正常工作创造条件。设计尺寸为，（以上尺寸为集水池内壁尺寸，施工时池壁厚为20，池底厚为40）。同时集水池还有一作用：后续的催化氧化处理对废水酸碱度有一定要求，要求偏酸性，而前面的混凝沉淀是在偏碱性条件下进行的，虽然后面加入的氧化剂有一定的酸性，但又是可能不能满足要求，这时就可以在集水池设监测点，当沉淀池出水碱性较高时，就可以在集水池对其进行适当的调节。集水池跟调节池一样设于地下，池底朝汲水口方向设2％的坡度，汲水管口设喇叭口，池顶设盖板，盖板与地面相平。2.4保安器2.4.1保安器结构及作用保安器主要作用就是减少进入催化氧化塔的悬浮物。本设计选用压力滤池。工业废水处理中除采用普通快滤池外，其他利用较多的滤池类型就是压力过滤器和无阀滤池。压力过滤器是一个承压的密封过滤装置。内部构造与普通快滤池相似，其主要特点是承受压力，可利用过滤后的余压将出水送到用水地点或远距离输送。压力过滤器过滤能力强，容积小，设备定型，使用机动性大，单个过滤器的过滤面积较小。通常采用的压力过滤器是立式的，直径不大，滤层以下为厚度的卵石垫层（），排出系统为过滤头，在一些废水处理系统中排水系统还安装有空气压缩空气管用以辅助反冲洗。反冲洗污水通过顶部的漏斗或设有挡板的进水管收集并排出。压力过滤器外部装有压力表，取样管，可以及时监督过滤器内的压力损失和水质变化。过滤器顶部设排气管，用以排出过滤器内和水中析出的空气[6]。第32页共32页 2.4.2保安器设计（1）设计参数确定及填料选择本次设计水量太小，没有合适的成型设备供直接选用，需要自行设计。设计处理量为滤速取则圆形立式压力过滤器的直径为：滤料选用粒径为的石英沙，厚度设计为，其工作时的水头损失约为，配水系统采用小阻力系统中的缝隙式滤头。（2）反冲系统由于废水中悬浮物的滤出，工作一段时间后过滤器压力会不断增大，耗能增加，这时就需要对石英沙进行反冲洗，洗掉黏附于沙粒缝隙之间的沉积物。设计每天反冲一次。冲洗时间为反冲洗强度设计为[9]反冲时滤料的膨胀度为45％由以上设计参数可以计算每一次反冲水量为：（3）反冲水处理反冲水含水率99.5％，直接排入污泥储存池，与沉淀污泥和生化处理池剩余污泥混合后直接由板框压滤机压滤后外运处理。（4）池体尺寸确定根据反冲洗时的膨胀度，可知反冲洗时滤料膨胀高度为：；取超高；布水高度；反冲水管布置高度；卵石垫层；压力过滤器的总高为：验证：，比例大于50％，满足合格要求。该压力过滤器整体为钢结构，进水管直径设为，进水口设挡板使布水较为均匀；出水管直径设计与进水管直径相同。第32页共32页 （5）进水泵与反冲水泵选择水泵型号根据实际需要泵水速率而进行选择。进水水泵进水能力不小于，扬程不小于。选择水泵型号为：型，其相关参数如下：表5型水泵相关参数型号压力流量功率转速吸程总扬程进出口径0.422.296044425反冲水泵泵水能力不小于，扬程不小于。选择水泵型号为：型，其相关参数如下：表6型水泵相关参数型号流量功率转速扬程效率％102.229002055进水出水反冲进水反冲出水图5压力过滤器第32页共32页 2.5二氧化氯特性及其制备2.5.1二氧化氯在废水处理当中的应用二氧化氯分子由一个氯原子和两个氧原子组成，氯原子以两个配位键与两个氧原子结合，其最外电子层上还存在一个不成对的自由电子，为活泼性自由基，具有很强的氧化作用，能使微生物蛋白质中的氨基酸氧化分解，至今尚未发现微生物能抵抗氧化作用而不被杀灭的。二氧化氯的杀菌消毒作用机理是氧化作用，因此它不同于甲醛、酚类化合物使蛋白质变性而使微生物失去活性，也不同于氯气使微生物氯化而失去活性。它与微生物接触时释放出初生态的氧及次氯酸分子，对微生物的细胞壁有较好的吸附和透过性，能有效的氧化细胞内含基的酶，快速地控制蛋白质的合成，破坏微生物的酶系统，使蛋白质中氨基酸氧化分解，达到抑制生长和杀灭。二氧化氯对有机铁、锰、硫的氧化作用可用来脱色除臭，改善原水预处理时的凝集性[10]。所有的高级氧化技术都主要基于羟基自由基，它是有机电极氧化中的主要反应媒介游离基HO2·及与其结合的O2·–在降解过程中也发生反应，但这些激进分子的反应活性要远低于羟基，羟基能与大部分有机物发生强烈反应，使之失去氢或发生亲电子的加成反应，游离态的激进分子能与分子态的氧气进一步反应生成过氧化物，进而引起一系列降解反应使污染物彻底矿化。另外，羟基还能依附在芳香环上俘获卤素的位置上，生成石炭酸同系物。虽然羟基是公认的强活性基团，但它与氯化烷基化合物的反应确极为缓慢[11]。高浓度有机化工废水一般色度高，有机成分难以降解，其值很低，所以实际工程中直接采用生化方法处理废水的效果很不理想，利用催化氧化装置，强氧化剂配以高效的表面催化剂，对废水进行强烈的化学氧化作用，则出水的色度已基本达标，同时使值及值都达到了适宜生化处理的范围，从而在常规的物化处理和生化处理之间架起了一座桥梁。利用二氧化氯（）的强氧化性处理难降解废水是在水处理中的主要用处之一。但因为二氧化氯与有机物的反应具有选择性，这使得二氧化氯化学氧化处理难降解废水时不能达到预期处理效果，因此采用二氧化氯与高效催化剂组成二相催化氧化体系，对废水进行催化氧化处理，改善反应条件，提高反应效率，是二氧化氯在废水处理当中的发展方向[12]。二氧化氯在空气中浓度大于10％或水中浓度大于30％时都将发生爆炸，使它的应用受到很大的限制[10]。现在利用二氧化氯基本上都是即用即制，不存放，不运输，只要合理操作二氧化氯发生装置，它将是很安全的。2.5.2二氧化氯的制备二氧化氯的制备方法有两种：一是化学法，二是电解法，目前我国大都采用电解法。电解法的成型设备叫二氧化氯协同发生器，其作用机理是：电解槽的阳极室加入饱和食盐水，阴极室加入自来水，当电压电流达到额定值时在阳极室产生、、和协同消毒气体[13]。二氧化氯协同发生器产生的是、、、第32页共32页 等综合性气体，具有极强的氧化性和广谱杀菌能力。设备结构紧凑，体积小，占地少，操作管理方便。制备原料是食盐，能源为直流电，现制现用，安全方便。二氧化氯在常压下制备，水射器负压投加，消毒气体不易泄漏，安全可靠。产品规格齐全，其产量为5～3000，适应性强，选择余地大。耗电耗盐少，节省能源[14]。2.5.3二氧化氯协同发生器的选择本设计就是根据二氧化氯的用量，直接进行二氧化氯协同发生器的选型。根据实际操作实验，对本设计的废水，需要添加的二氧化氯水溶液与处理废水的比例是1：1，根据本设计的水量可知，需要二氧化氯用量为，直接进行成型设备选型，产生气体由水射器负压投加至清水池泵回的水管中进行混合吸收再与废水按1：1的比例进行混合后进入催化氧化塔，在催化剂作用下进行反应。根据二氧化氯得实际用量选择二氧化氯协同发生器的型号为：型。其相关参数如下[15]：表7型二氧化氯发生器参数型号有效氯产量装机容量动力水设备质量设备尺寸管径压力10001.03290图6SX98型二氧化氯发生器2.6催化氧化塔2.6.1催化氧化剂根据实际操作数据，废水氧化达到理想效果所需氧化剂量是第32页共32页 二氧化氯水溶液与保安器出水进行1：1的混合，混合液在催化氧化塔的停留时间为1小时，所以催化氧化塔的进出水量为，催化剂选用承载有效催化成分的专用活性炭（）。2.6.2、塔身设计以专用活性炭（）作为催化氧化塔的填料其空隙率为0.5所以催化氧化塔的有效体积为：设计氧化塔直径为，则其有效高度为：由于催化氧化塔中有曝气头曝气，会引起滤料的上浮，取其上浮高度0.5，下部曝气系统与布水系统管路安装取总高0.9；反冲时活性炭滤料的膨胀率为0.4则膨胀高度为：催化氧化塔的内部总高为：设备运行时由下部进水，上部出水，反冲时，也一样下进上出，因为曝气系统的存在，沉积悬浮物总在填料的上方，只是正常工作时水流太小，不能完全冲出，而反冲时瞬时水量很大，出水速率相当于正常工作时的30倍，沉积悬浮物都会随反冲水的惯性而被冲出。2.6.3曝气系统曝气系统采用微孔曝气头，气水比选用10：1则曝气量为：选用II型曝气头，曝气能力为则需要曝气头个数为：只为安装设计方便及实际状况考虑，选用曝气头个数为8只。根据曝气量选择鼓风机型号为：，其相关参数如表8所示第32页共32页 表8型鼓风机参数型号频率功率电压压力流量正常工作压力噪声重量500.09220－240725505.3608.430522.6.4进水系统以水帽进水，选用水帽进水速率为0.25需要水帽个数为：只2.6.5反冲水设计设计每天反冲一次，每次反冲时间为5分钟反冲强度则反冲水量为：反冲水泵泵水能力不小于根据需要选择水泵型号为：，其相关参数如下：表9型水泵参数型号流量功率转速扬程效率％807.514502065第32页共32页 图7、催化氧化塔结构图图8、催化氧化塔曝气头（右）与水帽安装布置图2.7储水池2.7.1尺寸确定前面一段工艺过程均为连续性操作，而后面的生化处理为间歇性操作，所以需要设一储水池对水量进行调节。的每个工作周期为8个小时，进水时间为四个小时，所以储水池只需储水催化氧化塔四个小时的出水量即可维持工艺处理的正常运转，催化氧化塔的出水速率为，所以储水池的有效体积不小于设计储水池为方形，尺寸为，取超高0.5，则储水池整体尺寸为第32页共32页 ，以上尺寸为池体内壁尺寸，施工时池壁厚为20，池底厚为40。整池设于地下，上口设盖板，与地面相平。2.7.2注意事项及汲水泵选择池底汲水管喇叭口处要保证一定水深，一般不小于0.5米，否则会发生气蚀而损坏水泵叶轮。所设汲水泵，汲水能力不小于，扬程不小于12。选择水泵为电动隔膜泵，其相关参数如下：表10DBY—40型隔膜泵参数型号流量扬程吸程最大允许通过粒径功率DBY—404.530412.22.8生化反应器2.8.1特点循环间歇式活性污泥法（）是一种厌氧与好氧相结合的生物处理技术，其主要特点是：A、集进水、厌氧、好氧、沉淀于一池，可灵活的变换运行方式，以适应处理不同类型的有机废水的要求；B、设备简单，一般不需设调节池，可省去初沉池，无二沉池和污泥回流系统，占地面积小，投资省；C、耐冲击负荷，并能较好的防止污泥膨胀，处理能力强。这也是法备受中小型水处理工程青睐的主要原因。2.8.2、设计进水的水质水量（1）处理水量确定本设计的设计水量为24，运行至生化处理阶段，由于氧化剂溶液的添加，生化池需要处理的水量为48。（2）进水水质原始酸碱废水水质：A：酸性废水＝12000水量10t/dB：碱性废水＝20000水量8t/dC：压滤液＝1500水量6t/d三股废水混合后的值为：预氧化去除废水的10％后值为：混凝沉淀池去除的30％后值为：二氧化氯的吸收液为处理达标的出水，其值约为100与斜管沉淀池出水混合后的值为：第32页共32页 催化氧化塔对的氧化效率为75％，其出水的值为：催化氧化后，废水色度已经基本达标，所以的进水水质为：水温为10℃～30℃要求出水水质的指标为：，（3）设计参数拟定—污泥负荷[9]反应池个数排出比活性污泥层面以上最小水深为：浓度反应池深2.8.3反应池运行周期各工序时间计算（1）曝气时间实际控制曝气时间。（2）沉降时间初期沉降速度：水温10℃时：水温30℃时：必要的沉降时间为：水温10℃时：水温30℃时：（3）排出时间沉淀时间在0.55～1.65之间变化，排出时间取左右，加上排出后的静置时间，则总的沉淀时间取。第32页共32页 （4）一个周期所需时间每天处理周期数实际操作取，每个处理周期（5）进水时间根据实际水质，采取半限制性曝气，即进水一个小时后开始曝气，进水结束一个小时后曝气停止，所以每个周期进水时间与曝气时间相同，为。从污水注入到注满这一阶段反应器起到调节池的作用，对水质水量变化有一定的适应性。保留前面一个小时不曝气主要是为起到脱氮释放磷的作用。2.8.4反应池容积计算（1）反应池容量：（2）进水流量变动的计算根据进水时间和进水流量变化模式，一个周期的最大进水量变化比为。超过一周期污水进水量与的比值为：/＝考虑流量之变动，，反应池的修正容量为：反应池水深，则反应池的表面积为：若设反应器为圆形，则反应器直径为：实际取此外，在沉淀排出工艺中可能接受污水进水量的10％，则反应池的必要安全容量为：反应池水深，则反应池表面积为：若设反应器为圆形，则反应器直径为：实际取反应池设计运行水位排水结束时水位：第32页共32页 基准水位：高峰水位：溢流水位：污泥界面：2.8.5曝气量计算设计需氧量为总需氧量为＝16.2以鼓风机进行曝气，空气中氧气的含量为：（假设空气中只有氧气和氮气）以型微孔曝气头进行曝气，曝气效率为20％总的空气需要量为：每天曝气总时间为：需要曝气速率为：需要安装II型微孔曝气头的个数为：只即在反应池底安装8只曝气头2.8.6剩余污泥排放反应器的污泥产率约为0.8计算可得，每天的污泥产量为：剩余污泥的含水率为96％，则污泥体积为：剩余污泥直接排入储泥池，与反冲水混合后直接由板框压滤机压缩。2.8.7滗水器第32页共32页 反应器最根本的特点是单个反应器采用静止沉淀、集中排水的方式运行，为了保证排水时不会扰动池中各水层，使排出的上清液始终位于最上层，要求使用一种能随水位变化调节的出水堰，即滗水器。滗水器由收水装置、连接装置和传动装置组成。收水装置设有挡板、进水口和浮子等，主要作用是把处理好的上清液收集到滗水器中。滗水时瞬时流量较大，既要保证处理水顺利通过，又要使反应器中污泥不受扰动，更不能使污泥随水流出。连接装置也是滗水器的关键部位，在排水过程中要不断的运动，既要保证运转自如，又要保证设备的密闭性能。传动装置是保证滗水器正常工作的关键，无论采用何种传动方式，均需要与自动控制系统和污水处理系统有机的结合，通过程序自动控制滗水器动作[7]。2.8.8自动控制系统工艺采用自动控制系统来实现工艺的运行和控制要求。由各种仪器仪表和、计算机等组成工艺的自动控制系统。进水、反应、沉淀、排水和待机5个阶段完全由控制系统自动操作和控制，根据水质水量的变化和反应器中各种参数的变化情况由事先编制的软件来控制SBR系统的运行。SBR生化反应池在工程设计方面还缺乏科学、可靠的设计模式，运行模式与设计方法之间会有所脱节，因此宜于直接选择设备，然后再根据水质进行调试[16]。2.8.9设备选型由于处理污水量较小，也可以直接用设备处理，根据计算所得池体数据，直接进行设备选型，经查找资料，可知浙江绍兴环保设备厂的型号为的生化反应器符合要求，其相关参数如下：表11型生化反应器相关参数型号容积尺寸污水泵罗茨鼓风机消声器配套总功率占地面积设备质量运行质量605.5与风机配套15.5477.6692.9储泥池由前面计算可知，每天产生的污泥来自几个方面：1、斜管沉淀池沉淀污泥泥量：0.2含水率：98％2、保安器反冲水泥量：0.7含水率：99.5％3、催化氧化塔反冲水泥量：5.3含水率：99.8％4、SBR剩余污泥泥量：0.45含水率：96％由以上数据可以确定储泥池的体积：每天处理污泥总体积为：第32页共32页 板框压滤机平均工作负荷为：从上面的污泥排出速率可知，除保安器反冲水和催化氧化塔反冲水为瞬时排出的，沉淀污泥和剩余生物污泥都是陆续排出的，设计储泥池体积主要是考虑存储瞬时排出的反冲水体积6立方米，设计储泥池体积为8立方米足以满足要求。设计尺寸为。根据污泥性质，必要时可以再加入一些混凝剂对污泥进行条理，使之容易压滤，降低泥饼含水率。2.10板框压滤机由于此次设计废水量较小，产生污泥量也太小，没有必要专门设计污泥浓缩池，因为一般污泥浓缩池的污泥停留时间都比较长，因此占地面积都比较大，另外由于化学混凝沉淀的污泥相对生活污泥来说黏性较小，比较容易沉淀浓缩，因此此次设计省缺却了污泥浓缩池，而增设了储泥池，反冲水的污泥量比较大，但含水率较高，沉淀污泥与SBR生化反应池剩余污泥的污泥量较少而含水率较低，因此将几项污泥混合之后，板框压滤机处理污泥质量就比较均匀了。根据污泥量的产生量选择适当型号的板框压滤机。经查找相关现有成型设备资料，确定选用板框压滤机型号为：，其相关参数如下：表12型板框压滤机设备参数型号过滤面积板框尺寸板框数滤饼厚滤室容积外形尺寸质量板框1026252512726852900板框压滤机的滤饼含水率按照65%计算，则每天的泥饼产量为：泥饼直接外运处理，农药污泥为危险性有毒物质，需要特定部门来特别处理。每天的滤液产量为（不考虑蒸发渗透等消耗）：板框压滤机压滤污泥来自储泥池，污泥泵选用气动隔膜泵，其相关参数如下：表13QBY—40型气动隔膜泵相关参数型号流量扬程吸程最大允许通过粒径功率QBY—400.850510.55压滤液随板框压滤机的工作进行而逐渐泵回调节池，可以连续泵回，也可间歇操作，不过间歇时间不能超过一个小时，那样对水质的均衡就会产生影响。2.11滤液池第32页共32页 滤液随板框压滤机的工作进行而逐渐泵回调节池，如果采用间歇泵回的方式，就将滤液暂时存集于滤液池，设计存水量为两个小时压滤液，则滤液池的体积为，设计尺寸为：。以上尺寸为池体内壁尺寸，施工时池壁厚为20，池底厚为40。2.12清水池压力过滤器和催化氧化塔反冲时瞬时用水量很大，根据工艺流程的设计，这两个步骤一般是同时运行的。压力过滤器每次反冲用水量为，催化氧化塔每次反冲用水量为，二氧化氯发生器需要的水量为1，清水排出速率为所以清水池的容水量最小体积为：设计清水池尺寸为：清水池设于处理水排放口的下游，整个处理工艺的达标水排放都经过清水池，水池满时直接溢流排出，水池不满时则先注满水池后再溢流排放。3投资估算A、土建1、调节池10防腐0.6万元2、中间池10.2万元第32页共32页 3、储水池100.5万元4、储泥池80.5万元5、滤液池10.2万元6、清水池80.4万元小计2.4万元B、设备7、斜管沉淀池0.8万元8、压力过滤器2.0万元9、二氧化氯发生器（包括吸收塔）2.5万元10、催化氧化塔15.0万元11、SBR生化反应器10.0万元12、板框压滤机5.5万元13、加药箱3只0.3万元14、污水泵18台4.8万元15、曝气装置（含风机）3台1.5万元16、布水装置0.3万元17、中和池1个防腐0.1万元18、混凝池1个防腐0.2万元小计：43.2万元C、管道、阀门、流量计、压力表、电缆等3.45万元D、安装运输费用1.30万元E、设计费用（A＋B+C）3.43万元F、调试费用（A＋B+C）1.47万元G、税金（A＋B+C＋E＋F）1.78万元共计57.02万元H、不可预见费用共计2.85万元总计59.87万元运行费用估算3.1电费装机总容量为25Kw，根据水泵，风机，SBR生化反应器的工作时间，每天消耗电量为245Kwh，电费按照每千瓦时0.8元计算，则每天电费为196元。每立方米废水的处理电费为8.16元/立方米。3.2药剂费A、中和剂氢氧化钠1.0元/立方米B、混凝剂聚合硫酸铝0.3元/立方米C、二氧化氯原料氯酸钠0.5元/立方米3.3人工费第32页共32页 定员三人，每人工资按照每月800元计算，则平均每吨废水的人工费为3.33元/立方米。不计设备折旧费，每吨废水的处理费用总计为13.29元/立方米。4安全及环保说明由以上对各个构筑物的介绍可知，这个工艺过程主要是几个水池（调节池、中间池、储水池、储泥池、滤液池、清水池），及几台成型设备相结合。池子都加盖板，防止有人畜不慎落入。设计池体尺寸都很小，使用混凝土施工，坚固性可以保证。其余处理单元基本上都是成型设备，只要按照操作规程合理操作，一般不会有什么安全问题。催化氧化塔已经有不少成功的实际工程，管理上也有经验可借鉴；二氧化氯虽是危险气体，但整个产生及溶解过程都是封闭进行的，只要按照操作规程进行操作管理，也不会有什么危险。根据管理要求，二氧化氯发生器所用药剂氯酸钠，中和药剂氢氧化钠，混凝剂聚合硫酸铝等药剂要保证一定的库存，但也不可过多存放，在构筑物平面布置的空地上植草种树进行绿化，保证一定的绿化率，一般不低于30％。一则可以美化环境，二则可以吸收部分污水的异味。在刚刚投入使用时要对其进行调试，调试各单元配合良好，注意以下几个方面：1、正常运行时保证地下水池的最低水位0.5米，防止水泵气蚀损坏；2、二氧化氯废液根据实际产生量全部返回至调节池并保证一天用完，不可有大的浮动；3、SBR生化反应器的各阶段时间分配根据出水水质进行调整。4、确定压力过滤器及催化氧化塔的反冲时间，二者同时反冲，时间只限五分钟，包括准备时间，总共操作时间控制在十分钟以内，不能对整个处理工艺有太大影响。5经济及社会效益说明从整体处理工艺来看并不复杂，各个处理单元都有现成的应用，从技术上说已经不再无可借鉴，可以说是比较成熟的技术，运行过程的管理也不麻烦，本着廉价高效的原则，把这些技术进行合理的组合，使之达到预期的处理效果，达到经济效益与社会效益的完美结合。预处理使用的是二氧化氯废液，相当于废物利用，后面的污泥处理根据污泥性质及处理水量省却了浓缩池，减少了占地面积，也为管理减少了许多麻烦，从经济上来说，建设时期的投入减少了不少。从社会效益来说，这个处理工艺的出水水质目标是达到《污水综合排放标准》（GB8987-1996）的一级排放标准。参考文献[1]姚光文.农药废水处理的实验研究[D].沈阳：东北大学，2003[2]赵文玉.山东大成农药厂有机磷农药废水处理试验研究[D].桂林:桂林工学院，2003[3]周作明.水体中三唑磷的光化学降解性能研究[D].长沙：湖南农业大学，第32页共32页 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在设计过程当中也由于她的悉心指导而避免了一些不必要的错误。由于做设计的很长一段时间我都在校外实习，所以得到了我的校外指导老师马志荣工程师的不少指点。感谢我的同学盛陆辉为我搜集的不少设计资料，还有李荣庭、蔡华圣、王学忠等同学为我提供的便利条件。感谢我的所有同学，使我得以完成我的学业！第32页共32页'