焦化废水处理工艺设计改

?化工工艺学?课程设计240万吨年焦炭焦化厂生物脱酚工段设计专业：化学工程与工艺班级：化工12-3班 姓名：陈涛学号：2021020860目录前言11 焦化废水概述21.1 焦化废水概况21.1.1 焦化废水来源与组成21.1.2 焦化废水的特点及危害41.2 国内外焦化废水处理技术51.2.1 物理化学法61.2.2 生化处理法71.2.3 化学处理法82 水质分析和处理工艺选择8来源组成8水质特征92.1.3 排放量102.2 排放标准102.3.1 焦化废水水质102.4 处理工艺的选择102.4.1 处理工艺流程选择应考虑的因素102.4.2 工艺比照112.4.3 工艺选择142.4.4 A/O工艺原理142.5 各段工艺去除率153 主体构筑物设计173.1 格栅173.2集水池193.3 隔油池203.4 调节池213.5 事故池223.6 缺氧池223.8 二沉池253.9混合反响池273.10 混凝沉淀池283.11 污泥浓缩池293.12 回流水井304 设备选型304.1 格栅设计选型304.2 风机选型304.4 废水污泥泵选型314.5加药装置选型324.5.1 加药装置选型324.6 污泥脱水机选型324.7 搅拌机选型324.8 刮泥机及撇油机选型33结论33参考文献34前言水是地球的重要组成局部，也是生物机体不可缺少的组分，人类的生存和开展离不开水资源。地球上约有97.3%的水是海水，它覆盖了地球外表的70%以上，但由于海水是含有大量矿物盐类的“咸水，不宜被人类直接使用。这样，人类生命和生产活动能直接利用且易于取得的淡水资源就十分有限，缺乏总水量的3%，且其中约3/4以冰川、冰帽等固态的形式存在于南北极地，人类很难使用。与人类关系最密切、又较易开发利用的淡水储量约为4106km3，仅占地球上总水量的0.3%。因此，解决水废染、合理地利用水资源是世界各国经济可持续开展的当务之急。焦化废水是一种高含氮、毒性强的有机工业废水之一。如果直接排入水体其废染程度大，毒害性强1。因此，对焦化厂废水的处理无论在环境还是资源方面显得尤为重要。鉴于可持续开展和环境质量的要求，现决定对某煤焦化有限责任公司产生的焦化废水进行处理工艺设计。废水产生量为300t/d，废水主要由含高浓度氮焦化废水和生活废水组成，且都含较高COD、SS和石油类物质。本文根据该焦化废水浓度高，毒性大的水质特点，设计“A/O工艺对其进行处理。废水中的SS、石油类物质、COD等浓度大大降低，使得出水水质到达?废水综合排放标准GB8978-1996?中的一级排放要求。本文对各处理单元构筑物进行了设计计算，绘制各处理单元构筑物图示，以及废水处理站的平面布置图和高程布置图，同时对该废水处理站进行了投资经济概算，验证废水不仅得到有效处理，且经济可行，符合可持续开展要求。1 焦化废水概述1.1 焦化废水概况 焦化废水来源与组成焦化厂是钢铁企业生产的重要组成局部，焦炭是钢铁冶炼的重要原材料，炼焦回收的化工产品供应许多行业的生产。随着社会、经济的开展，焦化行业已发挥着越来越重要的作用。目前，国内生产焦化产品的厂家达数百家。焦化厂生产的主要任务是进行煤的高温干馏炼焦，以及回收处理在炼焦过程中所产生的副产品。整个生产过程分为选煤、炼焦及化工三局部。焦化废水那么产生于炼焦、制气过程及化工产品回收过程，水质复杂，产生量较大。其主要来源有2：(1) 剩余氨水。由炼焦的水分及炼焦过程中产生的化合物组成。通常情况下，其数量占全部废水的一半以上，是氨氮废染物的主要来源；(2)化工产品工艺排水。包括化工产品回收和精制过程中各有关工段的别离水及各种贮槽定期排水和事故排水；(3) 粗苯终冷水及煤气脱硫和煤气终冷循环的排废水。其中含有一定数量的酚、氰、苯、硫化物及吡啶碱等。(4)焦油车间废水：焦油车间根据有机物的沸点不同，用蒸馏法初步别离各种产品，再经酸碱洗涤别离出粗苯、吡啶等产品。废水主要是间断地排出高浓度含油、含酸的废水。这局部废水一般经溶剂脱酚通过蒸氨塔后才能进入生物处理装置；(5)古马隆废水：从酚、油、重苯中提取古马隆，要经过蒸馏、碱洗、酸洗、中和及水洗，排除含酚、吡啶、油等废染物的废水。焦化废水产生的一般工艺流程如图1.1所示3：煤备煤焦炉煤炭加工焦炭除尘废水除尘废水煤气初冷焦油氨水别离剩余氨水焦油加工焦油精制别离水煤气脱氨煤气终冷煤气脱苯终冷废水蒸苯粗苯别离水粗苯加工精苯别离水古马隆生产古马隆废水净煤气煤气管道水封水图1.1 焦化生产工艺流程焦化废水因受原煤性质、焦化产品回收工序及方法等多种因素的影响，含有多种废染物。焦化废水是一种含高氨氮、高有机物、成分复杂的、难处理的有机工业废水。焦化废水中的许多高毒性难降解有机物，对生态环境危害极大，如占总有机物的一半以上酚类化合物，可使蛋白质凝固，对人类、水产及农作物都有极大危害4。经常接触煤焦油、沥青和某些石油化工溶剂的人，皮肤癌、唇癌以及肺癌的患病率相当高，因为吲哚、萘、吡啶碱、啡蒽、苯并芘等多种多环和杂环芳香族化合物(PAHs)中有不少是致癌和致突变物质。氨氮是水体富营养化的主要废染物，近年来，国家不仅对COD的排放做了严格的规定，对氨氮的危害也越来越重视，并对氨氮的排放也做了严格的规定。 焦化废水的特点及危害1 、水质特点(1)成分复杂焦化废水组成十分复杂，浓度高、毒性大。核磁共振色谱分析显示：焦化废水中含有数十种无机和上百种有机化合物5。无机废染物主要是大量的氨盐、硫氰化物、硫化物及氰化物等。有机废染物除酚类化合物以外，还包括脂肪族化合物、杂环类化合物和多环芳香族化合物等。其中酚类化合物为主，占总有机废染物的80左右，主要成分有苯酚、邻甲酚、对甲酚、邻对甲酚、二甲酚、邻苯二甲酚及其同系物等；杂环类化合物包括二氮杂苯、氮杂联苯、氮杂苊、氮杂蒽、吡啶、喹啉、咔唑及吲哚等；多环类化合物包括萘、蒽、菲及-苯并芘等6。(2)水质变化幅度大焦化废水中氨氮变化系数可达2.7，COD变化系数可达2.3，酚和氰化物浓度变化系数达3.3和3.4。(3)含有大量的难降解物，可生化性较差焦化废水中有机物(以COD计)含量高，且由于废水中所含有机物多为芳香族化合物和稠环化合物及吲哚、吡啶、喹啉等杂环化合物，其BOD5/COD值低，一般为0.30.4，有机物稳定，微生物难以利用，废水的可生化性差。(4)废水毒性大其中含有的氰化物、芳烃、稠环及杂环化合物都是有毒物质，有的甚至是致癌物质，毒性极强。2、危害(1)对人的危害 焦化废水中含有的酚类化合物是原型质毒物，可以通过皮肤、黏膜的接触和经口服而侵入人体体内。高浓度的酚可以引起剧烈腹痛、呕吐和腹泻、血便等病症，重者甚至死亡。低浓度的酚可引起积累性中毒，有头痛、头晕等不良反响。废水中的氰化物毒性很大。当pH值在8.5以下时，氰化物的平安浓度为5mg/L。人食用的平均致死量氰氢酸为3060mg/L，氰化钠为0.1g，氰化钾为0.12g。另外废水中含有大量的氨氮，可能转化为NO2或NO3。人体假设饮用了NH4-N 10mg/L或NO3-N50mg/L的水，可使人体内正常的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，失去输氧能力，出现缺氧病症。假设亚硝酸盐长时间作用于人体，可引起细胞癌变。(2)对水体和水生生物的危害大量的有机废染物进入水体，会消耗水体当中大量的溶解氧，水体发臭，水质恶化。同时由于有毒物质的进入使得水中水生生物的生存受到影响，鱼类和贝类等的大量减产与死亡，并能通过食物链传递给人类造成食物中毒等。此外，含氮化合物还能导致水体的富营养化，尤其对湖泊等封闭水域的危害更大。(3)对农业的危害采用未经处理的焦化废水直接灌溉农田，将使农作物减产和枯死，特别是在播种期和幼苗发育期，幼苗因抵抗力弱，含酚的废水使其腐烂；焦化废水中的油类物质能堵塞土壤孔隙，含盐量高而使土壤盐碱化；农业灌溉用水中TN含量如超过1mg/L，作物吸收过剩的氮能产生贪青倒伏现象7。1.2 国内外焦化废水处理技术目前，国内80的焦化厂普遍采用的是以传统生物脱氮处理为核心的工艺流程。分为预处理、生化处理以及深度处理。预处理主要采用物理化学方法，如除油、蒸氨、萃取脱酚等；生化处理工艺主要为A/O、A2/O等工艺；深度处理主要工艺有活性炭吸附法、活性炭-生物膜法及氧化塘法。在欧洲，焦化废水处理普遍的工艺为先去除悬浮物和油类废染物质，然后利用蒸氨法去除氨氮， 再采用生物氧化法去除酚硫氰化物和硫代硫酸盐。在某些情况下还对废水做排放前的最后深度处理。在美国，炼焦厂的废水处理工艺为：脱焦油蒸氨工艺活性污泥法及污泥脱水系统。综合看起来，国外的焦化废水的治理方法与我国根本一致8,9。 物理化学法1、吸附法吸附法是利用多孔性吸附剂吸附废水中的一种或几种溶质，使废水得到净化。活性炭是最常用的一种吸附剂，活性炭吸附法适用于废水的深度处理。刘俊峰等采用高温炉渣过滤，再用南开牌H2103大孔树脂吸附处理含酚520mg/L、COD3200mg/L的焦化废水，处理后出水到达国家排放标准10。黄念东等研究了细粒焦渣对焦化废水的净化作用，温度25的条件下，酚的去除率为98%11。2、混凝和絮凝沉淀法混凝法是向废水中参加混凝剂并使之水解产生水合配离子及氢氧化物胶体，中和废水中某些物质外表所带的电荷，使这些带电物质发生凝集，是用来处理废水中自然沉淀法难以沉淀去除的细小悬浮物及胶体微粒，以降低废水的浊度和色度，但对可溶性有机物无效，常用于焦化废水的深度处理。 该法处理费用低，既可以间歇使用也可以连续使用。上海焦化总厂选用厌氧- 好氧生物脱氮结合聚铁絮凝机械加速澄清法对焦化废水进行综合治理，使出水中COD158mg/L，NH3-N15mg/L12。近年来，新型复合混凝剂在焦化废水处理中的应用得到广泛的研究。3、Fenton试剂法Fenton13试剂是由H2O2和Fe2+混合得到的一种强氧化剂，由于其能产生氧化能力很强的OH自由基，在处理难生物降解或一般化学氧化难以奏效的有机废水时，具有反响迅速，温度和压力等反响条件缓和且无二次废染等优点。因此，近30年来越来越受到国内外环保工作者的广泛重视。 生化处理法生化处理法是一种利用微生物氧化分解废水中有机物的方法，常作为焦化废水处理系统中的二级处理。1、A/O与A2/O法目前国内主要采用A/O与A2/O工艺及其变异型脱氮工艺进行焦化废水的脱氮处理，脱氮效果较好。Zhang Min14,15,16等对A-A-O工艺与A-O工艺进行了比拟，实验说明：A-A-O工艺在NH3-N去除和反硝化方面均优于A-O工艺，特别是反硝化率方面A-A-O工艺是A-O工艺的两倍。目前宝钢一、二期焦化废水就是对原A-O工艺优化后，采用了A-A-O17工艺。目前系统运行稳定，但由于条件控制复杂，投资费用高，为保证处理效果，运行中污泥及废水回流量较大，增加了动力消耗，且内循环液带入大量溶解氧，使反硝化池内难于保持理想的缺氧状态，影响反硝化过程降低了脱氮效率。2、SBR法 SBR池兼均化、沉淀、生物降解及终沉等功能于一体。国内外对SBR法研究的结果说明此法工艺简单、运行费用低、运行管理简单，同时不必设调节池，多数情况下可省去初沉池。SBR反响池生化反响能力强，处理效果好，能有效地防止污泥膨胀，耐冲击负荷能力强，工作稳定性强。用它来处理焦化废水，NH3-N的去除率达60%，传统SBR法对焦化废水降解效率不高18,19。3、氧化沟技术随着氧化沟技术的开展，出现了一系列脱氮技术与氧化沟技术相结合的废水处理工艺流程。按照运行方式，氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。连续工作式氧化沟，如帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟。奥贝尔氧化沟在我国应用比拟多，这些氧化沟通过设置适当的缺氧段、好氧段都能取得较好的脱氮效果。 化学处理法1、催化湿式氧化技术催化温式氧化技术是在高温、高压条件下，在催化剂作用下，用空气中的氧将溶于水或在水中悬浮的有机物氧化，最终转化为无害物质N2和CO2排放。该技术的研究始于20世纪70 年代，是在Zim-merman的湿式氧化技术的根底上开展起来的。湿式催化氧化法具有适用范围广、氧化速度快、处理效率高、二次废染低、可回收能量和有用物料等优点。但是，由于其催化剂价格昂贵，且在高温高压条件下运行，对工艺设备要求严格，国内很少将该法用于废水处理20 。 2、臭氧氧化法臭氧是一种强氧化剂，能与废水中大多数有机物，微生物迅速反响，同时还可起到脱色、除臭、杀菌的作用。该法不会造成二次废染，操作管理简单方便。但是，这种方法也存在投资高、电耗大、处理本钱高的缺点。同时假设操作不当，臭氧会对周围生物造成危害。因此，目前臭氧氧化法还主要应用于废水的深度处理。在美国已开始应用臭氧氧化法处理焦化废水。2 水质分析和处理工艺选择2.2 废水来源及特征2.1.1来源组成 焦化废水是焦化厂在焦炭炼制、煤气净化及化工产品回收过程中产生的大量毒性极高的废水，其主要来源有：煤挟带水，反响生成水和焦化产品蒸馏、洗涤参加的蒸汽和新鲜水，在与煤气和产品接触后冷凝或别离出来的废水，包括集气管别离液和初冷液组成的剩余氨水，氨水工艺中洗氨的富氨水。这两局部废水经蒸氨回收后排出。硫氨工艺中的终冷洗苯水。苯、焦油、古马隆等化工产品加工的别离水。上述废水量约为0.25-0.30m3/t焦。但实际上要大的多，各局部水量见表2.1：表2.1 焦化废水的来源排水地点排放方式水量(m3/t焦)蒸氨水硫氨工艺连续氨水工艺连续硫氨终冷水连续苯加工连续焦油加工连续煤气水封水连续2.1.2水质特征煤中碳、氢、氧、氮、硫等元素，在干馏过程中转变成各种氧、氮、硫的有机和无机化合物，使煤气中的水分及蒸汽的冷凝液中含有多种有毒有害的废染物。由于煤中含氮物多，煤气中含氮6-12g/km3，经脱苯，洗氨后为0.05-0.08 g/km3,所以废水中含很高的氮和酚类化合物以及大量有机氮、CN-、SCN-及硫化物等等。焦化废水中所含废染物分为无机物和有机物两大类。无机物一般以铵盐存在，包括(NH4)2CO3、NH4HCO3、(NH4)2S、NH4HS、NH4CN、NH2(COO)NH4、(NH4)2xSx、NH4CI、(NH4)2SO4、NH4SCN、(NH4)2S2O3、NH4Fe(CN)3等。焦化废水中的有机物包括低沸点的苯类和难挥发的中、碱性及酸性组分。其中酚类化合物有：苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚、二甲酚、邻苯二酚、间苯二酚及其同系物等，杂环类化合物包括二氮杂苯、氮杂联苯、氮杂苊、氮杂菲、氮杂蒽、吡啶、喹啉、咪唑、吲哚等; 多环类化合物包括苯、蒽、菲、苊、苯并芘等。2.1.3 排放量排放量：140m3 /h2.2 排放标准处理要求：据厂方要求，出水应到达?综合废水排放标准?(GB8978-1996)一级标准。CODCr100mg/L；BOD5100mg/L，NH3-N15mg/L；SS70mg/L；油类10mg/L2.3 废水水质 焦化废水水质见表2.2，2.3,2.4所示。表2.2 焦化废水水质CODCrBOD5NH3-NSS油类2000mg/L800mg/L150mg/L210mg/L300mg/L表2.3 生活废水水质CODCrBOD5NH3-NSS油类400mg/L200mg/L40mg/L220mg/L100mg/L表2.4混合后的水质CODCrBOD5NH3-NSS油类1733mg/L733mg/L132mg/L212mg/L267mg/L由上表可知设计参数：CODCr1733mg/L；BOD5733mg/L；NH3-N132mg/L；SS212mg/L；油类267mg/L；水量12.5m3/h，其中废水6.25m3/h，在生化阶段参加6.25m3/h的自来水作为稀释水。2.4 处理工艺的选择2.4.1 处理工艺流程选择应考虑的因素废水处理厂的工艺流程系指在保证处理水到达所要求的处理程度的前提下，所采用的废水处理技术各单元的有机组合。在选定处理工艺流程的同时，还需要考虑各处理单元构筑物的形式，两者互为制约，互为影响。废水处理工艺流程的选定，主要以以下各项因素作为依据。1、废水的处理程度2、工程造价与运行费用3、当地的各项条件由于该焦化废水含氮量比拟高，故脱氮是必须考虑的一项主要任务，在去除有机物等废染物的同时必须考虑对氮的去除。应选取二级强化处理。可供选取的工艺：A/O工艺，A2/O工艺，SBR及其改进工艺，氧化沟工艺。2.4.2 工艺比照焦化废水含高浓度的氮，因此所选工艺要具有良好的脱氮功能，以下是对具有脱氮的工艺的特点的比拟：1、A2/O工艺厌氧 缺氧 好氧 二沉池内回流废泥回流图2.1 2/工艺 A2/O工艺的特点：1)厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类的微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷功能；2)在同时脱氮除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其它工艺。3)在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀。4)污泥中含磷量高，一般为2.5%以上。2、A/O工艺工艺流程图见图2.2所示。充该工艺具有以下特点：1)反硝化产生碱度补硝化反响之需，约可补偿硝化反响中所消耗碱度的50%左右；2)利用原废水中的有机物，无需外加碳源；3)利用硝酸盐作为电子受体处理进水中有机物，这不仅可以节省后续曝气量，而且反硝化菌对碳源的利用更广泛，甚至包括难降解有机物；4)前置缺氧池可以有效控制系统的污泥膨胀N2回流废泥硝化液回流硝化反响器好氧反硝化反响器缺氧缺氧进水沉淀池剩余废泥图2.2 A/O生物脱氮工艺3、氧化沟工艺氧化沟具有以下特点： (1)工艺流程简单，运行管理方便。氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消化池。有些类型氧化沟还可以和二沉池合建，省去污泥回流系统。 (2)运行稳定，处理效果好。氧化沟的BOD平均处理水平可到达95%左右。 (3)能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力。但是氧化沟水力停留时间长、泥龄长和循环稀释水量大。 (4)污泥量少、性质稳定。由于氧化沟泥龄长。一般为2030d，污泥在沟内已好氧稳定，所以污泥产量少从而管理简单，运行费用低。 (5)可以脱氮。可以通过氧化沟中曝气机的开关，创造好氧、缺氧环境到达脱氮目的，脱氮效率可达80%。但要到达较高的效果那么需要采取另外措施。 (6)基建投资省、运行费用低。和传统活性污泥法工艺相比，在去除BOD、去除BOD和NH3-N及去除BOD和脱氮三种情况下，基建费用和运行费用都有较大降低。4、SBR工艺SBR工艺具有以下特点： (1)SBR工艺流程简单、管理方便、造价低。SBR工艺只有一个反响器，不需要二沉池，不需要污泥回流设备，一般情况下也不需要调节池，因此要比传统活性污泥工艺节省基建投资 30%以上，而且布置紧凑，节省用地。由于科技进步，目前自动控制已相当成熟、配套。这就使得运行管理变得十分方便、灵活，很适合小城市采用。 (2)处理效果好。SBR工艺反响过程是不连续的，是典型的非稳态过程，但在曝气阶段其底物和微生物浓度变化是连续的(尽管是处于完全混合状态中)，随时间的延续而逐渐降低。反响器内活性污泥处于一种交替的吸附、吸收及生物降解和活化的变化过程之中，因此处理效果好。 (3)有较好的除磷脱氮效果。SBR工艺可以很容易地交替实现好氧、缺氧、厌氧的环境，并可以通过改变曝气量、反响时间等方面来创造条件提高除磷脱氮效率。 (4)污泥沉降性能好。SBR工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长，减少了污泥膨胀的可能。同时由于SBR工艺的沉淀阶段是在静止的状态下进行的，因此沉淀效果更好。 (5)SBR工艺独特的运行工况决定了它能很好的适应进水水量、水质波动。2.4.3 工艺选择通过以上比拟，选定本废水的处理工艺为A/O工艺。因为此工艺流程简单，基建费用及运行费用较低，而且脱氮效果较好，反硝化菌还可以去除一些难降解有机物。该工艺又称为前置缺氧好氧生物脱氮工艺。反硝化产生碱度补充硝化反响之需，约可补偿硝化反响中所消耗碱度的50%左右；利用原废水中的有机物，无需外加碳源；利用硝酸盐作为电子受体处理进水中有机物，这不仅可以节省后续曝气量，而且反硝化菌对碳源的利用更广泛，甚至包括难降解有机物；前置缺氧池可以有效控制系统的污泥膨胀。2.4.4 A/O工艺原理A/O工艺由两局部组成：缺氧反响池和好氧反响池。废水首先进入缺氧池，在缺氧池内反硝化细菌利用原水中的酚等有机物作为电子受体将回流的硝化液液中的NO2和NO3复原成气态氮化合物N2、N2O。反硝化出水流经过好氧池曝气后，残留的有机物被氧化，含氮化合物被硝化，硝态氮随硝化液回流至缺氧池进行反硝化。本工艺在生化池中设置填料，形成缺氧好氧生物膜处理系统，从而本处理系统的处理效果会大大改善，由于系统的稳定性会增强，故运行过程中的管理也会变得更为便捷。污泥回流的目的在于维持反响池中的污泥浓度，防止污泥流失。混合液回流的目的为反硝化提供电子受体(NO2和NO3)，同时到达去除硝态氮的目的。2.4.5 A/O工艺流程见图2.3所示。配水调节池浮选池隔油池格栅进水加混凝剂废泥回流混凝反响池二沉池好氧池缺氧池排泥硝化液回流混凝沉淀池排泥脱水废泥浓缩池泥饼外运出水图2.3设计工艺示意图2.5 各段工艺去除率2.5.2、本工艺设计各单元去除率见表2.5。表2.5 各单元进出水浓度、去除率水质指标CODCr(mg/l)氨氮(mg/L)SS油类(mg/l)隔油池进水1733132212267出水162913220153去除率6%05%80%气浮池进水162913220153出水1531.3132190.910.6去除率6%05%80%调节池进水1531.3132190.910.6出水756.66695.410去除率50%50%50%10%缺氧生化反响池进水756.66695.410出水378.319.885.910去除率50%70%10%10%好氧生化反响池进水378.319.885.910出水94.59.9 77.310去除率75%50%10%-二沉池进水94.59.977.3-出水858.915.510去除率10%10% 80%-混凝沉淀池进水858.915.5-出水76.58.013.910去除率 10%10%10%-焦化厂排出的富含大量氨氮的焦化废水经过本工程选用的A/O工艺，脱氮效果很好，预计可到达国家出水应到达?综合废水排放标准?(GB8978-1996)一级标准 (CODCr100mg/L，NH3-N15mg/L，SS70 mg/L,油类10 mg/L)。3 主体构筑物设计3.1 格栅格栅主要是截留废水中的较大颗粒和悬浮物，以确保后续处理的顺利进行。该焦化废水的SS含量不是很高，格栅拦截的废染物不多。格栅的水力计算示意图如：图3-1图3-1 格栅水力计算示意图设计参数：设计流量最大流量 =140m3/h，那么=0.038 m3/s；栅条宽度S-0.015m；栅条间隙b-0.01m；过栅流速v-0.6m/s栅前渠道流速 v-0.55m/s；栅前渠道水深h-0.3m格栅倾角-60阻力系数-2.42重力加速度g-9.81m/s2系数k-3进水渠道宽度B1-0.5m进水渠道与格栅夹角-201、格栅间隙数量计算公式：=0.0380.010.30.6=1.5由于水量太小，导致计算出格栅间隙数太少，此处认为设置格栅间隙数为n=20，那么：有效栅宽B=S(n+1)+bn=0.5m设格栅池宽度为B=0.6m；格栅池高度为H1=0.6m；2、格栅水头损失： 式中：h2 -过栅水头损失，m h0 -计算水头损失，m得h0=0.04m，h2 =30.125m。3、栅渠宽度：L1=L1=0.14,那么L2=0.5L1=0.07m。栅渠总长度L=L1+L2+0.5+1.0+=0.14+0.07+0.5+1.0+0.21=2m。工艺尺寸：LBH=2m0.6m0.6m3.2 集水池集水池的示意图如图3-2 图3-2 集水井示意图集水池蓄积流入废水处理厂的废水，废水从这里提升，然后进入下一阶段的处理。集水井尺寸为BLH=3.5m6m3.5m，钢砼结构。3.3 隔油池隔油池设在集水井之后，用以除去废水中的油类，采用平流式隔油池。平流式隔油池的特点是构造简单、便于运行管理、油水别离效果稳定。废水从池子的一端流入，以较低的流速流经池子，流动过程中，密度小于水的油粒浮出水面，密度大于水的重油杂质沉于池底。为了及时排油及排除底泥，在池底设置刮油刮泥机，泥斗设置重油泵，重油及污泥被收集在泥斗中，由重油泵提升排出。隔油池上端设置撇油机以除去漂浮的轻油。1、设计参数：采用1格平流式除油池长宽比：35长深比：510设计水量：总量Q=12.5m3/h停留时间：t=24h 取t=2h水平流速：v=12mm/s 取v=1mm/s有效水深：H1=12m 取H1=1m2、设计计算：每格容积V1=Q1t =12.52 =25m3外表积：S=V1/H1 =25/1.5=16.67m2池长： L=vt3.6 =123.6 =7.2m取L=8m池宽： B=S/L = 16.67/8=2.08m取B=2.1m校核： L/B=7.2/2.1=3.43符合要求；L/H=7.2/1 =7.2符合要求。泥斗尺寸及其容积：泥斗倾角采用50，斗底尺寸为0.5 m0.5 m，上口为3.5m3.5m，那么泥斗高度：h=(3.5-0.5)tan50/2=1.8m泥斗容积：V=h(A12+A22+A1A2)/3 =1.8(3.52+0.52+3.50.5)/3=8.55 m3超高：h=0.4m隔油池总高：H=H1+h+h =1.5+0.4+1.8=3.7m3.4 调节池调节池图示意图如图3-3 图3-3 调节池示意图1一般说明调节池设事故溢流管，池底设泄空管。2参数选取池形 方形；停留时间 HRT=4h。3工艺尺寸有效容积 V有效=QHRT=1404/24=50 m3净尺寸 L BH=5m5m3m4工艺设备1次提升泵2台1用1备，选用耐腐蚀泵。3.5 事故池事故池目的在于发生事故时，废水可暂时流入事故池。设置1个事故池，设置事故池池容与调节池相等，每个池子尺寸为：长5m，宽5m，深3m。3.6 缺氧池缺氧池2座，每座分为3廊道。硝化液回流至缺氧池进行硝化反响，回流量为37.5m3/h(回流比1:3) 停留时间18h池容：V=HRTQ=1812.5=225m3每座池容：V1=V/2=225/2=112.5m3池长：L=8m有效水深：H1=h2+h3+h4 =1.25+3.0+1.5=5.75m 式中：h2悬浮污泥层高度1.25m(从池底向上至填料下部)h3填料层高度3.0mh4出水区高度1.5m超高：h5=0.5m总高：H=H1+h1+h5 =6.5m池宽：B=V1/(LH1)=112.5/(85.75)=2.45m缺氧池实际结构总体尺寸：长宽高为8m3m6m3.7 好氧池由于好氧池硝化反响过程中产生酸，需向好氧池定量投加一定的碱，这里选用Na2CO3，投加量为1g/L(按生化废水量计)。设计参数：设计流量-140m3/h进水有机浓度-161.92mgBOD/L出水有机浓度-40.48mgBOD/L设计容积负荷-0.8kg/m3dMLSS-3g/L；f=MLVSS/MLSS-0.5污泥浓度Xr-1g/L污泥含水率-99%1、接触氧化池容积计算公式：=1400.161920.040480.8=45.54m3池体长为L=10m，宽为B=5m，分为2格。每格长L=10m，宽B=2.5m。2、剩余活性污泥量计算公式：式中：-进出水BOD5 差值，Kg/m3-接触池容积，m3；-接触池中MLVSS浓度，Kg/m3；a-0.56；b-0.10。计算=27.2kg/d，污泥浓度：Xr=1g/L剩余污泥量体积为：W=27.2m3/d。3、曝气量计算：式中：-混合液需氧量，kg/d-活性污泥微生物对有机废染物氧化分解过程的需氧率，即活性污泥微生物每代谢1kgBOD所需氧量，以kg计，取0.5;Q-废水流量，300m3/dSr-经活性污泥微生物代谢活动被降解的有机废染物量，以BOD计，Sr=161.9240.4810-3；-活性污泥微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧率，即每kg活性污泥每天自身氧化所需氧量，以kg计，取0.15；V-曝气池容积，池每日总处理容积45.54m3；-单位曝气池容积内的挥发性悬浮固体MLVSS量，取2kg/m3。那么：O2=0.5140161.9240.4810-3 +0.1545.542 =31.88kg/d=1.33kg/h空气量：O2/21%=6.33kg/h 空气密度：1.205kg/m3所需空气体积流量：6.33/1.205=5.25m3/h=0.09m3/min 出气口量：0.09m3/min4、曝气系统：A、罗茨风机2台(3L13XD)B、池底曝气系统, 与供气系统配套C、OMS-EURO-1000型曝气管工艺尺寸：10m4.5m6.5m(含超高h1=0.5m)池体采用钢混结构，池壁为钢筋混凝土，混凝土厚度250mm, I、II级钢筋现浇，C30混凝土，池壁采用C25防水混凝土，抗渗标号S6。罗茨风机2台(3L13XD)、采用OMS-EURO-1000型曝气管进行曝气。加药量：G=12.5124365/1000=109.5t/a每天加药量G0=300kg 即Na2CO3溶液体积V=1m3(溶液按30%配制)3.8 二沉池 设计参数：设计流量-0.038m3/s外表水力负荷q-0.7m3/m2h污泥指数SVI-150mL/g浓缩时间t-2h曝气池中MLSS-3g/L水力停留时间t-3h最大流量时水平流速v-1m/s1、二沉池池底污泥浓度：=回流污泥浓度回流比：6.7QR=3(Qmax+QR),故R=QR/Qmax=80%2、二沉池外表积计算公式：=0.0383600/0.7=15.4m2。3、有效水深：=0.73=2.1m；4、沉淀区有效容积：V=A=15.42.1=32.3m3；5、沉淀池长度：L=3.6vt=3.613=10.8m。6、沉淀区的总宽度：B=A/L=15.4/10.8=1.4m7、二沉池产生的污泥：式中：c0,c1-沉淀池进水和出水的悬浮物固体浓度，mg/L； -污泥容重，Kg/m3，含水率在95%以上时，可取1000Kg/m3； P0-污泥含水率，%； T-两次排泥的时间间隔，一般取2h。Vw=140(77.3-15.5) 10010001000(100-99) 2=1.8kg污泥体积为：V=1.8/1000=0.0018m3那么污泥斗的总体积为：27.2+0.0062，取27.3m3。设置1个污泥斗，,8、沉淀池总高度：H=h1+h2+h3+h4=h1+h2+h3+h4+h4式中：h1-沉淀池超高，0.3m；h2-沉淀区的有效水深，m；h3-缓冲高度，m，0.3m；h4-污泥区高度，m；h4-贮泥斗高度，0.5m； h4-梯形局部高度，0.2m。H=0.3+2.1+0.3+0.5+0.2=3.4m工艺尺寸：10.8m1.4m3.4m该池采用钢混结构，池壁为钢筋混凝土，混凝土厚度250mm,I、II级钢筋现浇，C30混凝土，池壁采用C25防水混凝土，抗渗标号S6。设计污泥回流率为80%，污泥产量为27.3m3/d(含水率99%)。污泥泵4台。3.9混合反响池在混合反响池中进行混凝加药，这里投加的药剂为PAM和聚合硫酸铁。混合均匀后进入混凝沉淀池进行混凝沉淀，混合反混合反响池池底设置ZJ-470型折板浆式搅拌机一台，对废水进行搅拌混匀。设计流量：Q=12.5m3/h(生化流量)；反响时间：t=15min；池容：V=Qt/S=12.515/60=3.13m3池长定为2m，宽定为1.5m，有效工作水深为1.5m时符合要求。药剂投加量：投加聚丙烯酰胺(PAM)：G=12.5124365/(10001000)=0.11t/a(投加浓度按1mg/L计)。每天投加量：G0=0.3kg聚合硫酸铁(PFS)：G=12.580024365/(10001000)=87.6t/a投加量按800mg/L计 每天投加量G0=240kg3.10 混凝沉淀池混凝沉淀池用以对二沉池出水进行进一步的处理，使出水进一步得到净化。混凝沉淀池采用竖流式沉淀池，中间进水周边出水堰出水，设一座沉淀池。混凝沉淀池外表负荷1.0m3/m2h，停留时间1h。设计流量：Q=12.5m3/h外表负荷：q=0.81.5m3/m2h，取q=1.0 m3/m2h沉淀池面积：S= Q/q =12.5/1.0=12.5m2沉淀池直径：D=3.99m一座混凝沉淀池，取直径D=4m停留时间设为：t=1h有效水深：h1=Qt/S=12.51/12.5=1m缓冲层高：h2=0.5m超高：h3=0.4m泥斗尺寸：采用泥斗倾角50，底为d=1.0m泥斗高： h4=(D1.0)tan50/2=1.8m混凝沉淀池总高：H=h1+h2+h3+h4=1.0+0.5+0.4+1.8=3.7m3.11 污泥浓缩池浓缩池将对混凝沉淀池污泥以及二沉池剩余污泥进行进一步的浓缩。采用竖流式浓缩池，上清液回流至调节池。污泥量：混凝污泥按生化水量的3%计算为0.375m3/h混凝污泥含水率：p1=99%污泥量：Q=0.375m3/h=9m3/d污泥总量：Q总=9+27.3=36.3 m3/d设计参数：污泥池固体通量M=30kg/m2d 浓缩时间T=8h污泥固体浓度C=35g/L，取5出泥浓度p2=97%浓缩池面积：S=QC/M=36.35/30=6.05m2浓缩池直径：D=2.8m 取D=3m工作局部高度：h1=TQ/24S=836.3/(246.05)=2m超高：h2=0.3m缓冲层高：h3=0.3m圆截锥局部尺寸：设圆截锥下底直径为1m那么其高度为：h4=(Rr)tan50=(1.50.5)tan50=1.2m 污泥浓缩池总高：H=h1h2h3h4=2+0.3+0.3+1.2=3.8m浓缩后污泥量计算：浓缩池后剩余污泥流量： Q1= Q总(1p1)/(1p2) = 36.3(199%)/(197%)= 12.1m3/d脱水后污泥饼含水率：P3=80脱水后污泥饼量：Q3= Q1(1p2)/(1p3)= 12.1(10.97)/(10.8)=1.82m3/d3.12 回流水井在二沉池与好氧池之间设置1个回流水井，二沉池回流的上清液流至这里，再由提升泵送至缺氧池。尺寸设置为长宽高均为3m。4 设备选型4.1 格栅设计选型根据本工程的水质、水量，选取人工格栅。栅距10mm。4.2 风机选型所选鼓风机主要参数如下：、选择罗茨风机，数量2台。型号：3L13XD4.4 废水污泥泵选型所选择的废水污泥泵的详细参数见表4.1。表4.1 废水污泥泵的选择型号数量(台)扬程(m)流量(m3/h)功率(Kw)转速汽蚀余量(m)用途备注SLW25-160A2283.71.129502.3重油泵1开1备SLW65-100(I)A213802.229503提升泵1开1备SLW125-200B441.31202229504废水回流泵2开2备SLW125-200B441.31202229504污泥回流泵2开2备10QW3.7-15-1.12153.71.129502.3污泥提升泵1开1备G30-126052.29603污泥提升泵1开1备注：以上废水及污泥泵生产厂家均为上海连城集团；SLW系列为卧式离心泵，QW系列为潜水排废泵，G系列为螺杆泵。4.5加药装置选型4.5.1 加药装置选型聚合硫酸铁(PFS)：采用型号HJY-100的加药装置，其配套装置隔膜计量泵性能为：Q=1m3/h，H=40m，N=0.75kw。纯碱(Na2CO3)：采用型号HJY-100的加药装置，其配套装置隔膜计量泵性能为：Q=1m3/h，H=40m，N=0.75kw。聚丙烯酰胺(PAM)：采用型号HJY-100的加药装置，其配套装置隔膜计量泵性能为：Q=0.1m3/h，H=40m，N=0.25kw。4.6 污泥脱水机选型根据剩余污泥量1.82m3/d，选择LX3DCP2型螺压脱水机，其性能为：Q25m3/h；n06r/min；附电机P3kw、U380V4.7 搅拌机选型混合反响池采用ZJ-470型折板浆式搅拌机，H=1100mm，附电机1.1kw。4.8 刮泥机及撇油机选型MHZX-16型刮泥机2台，软管撇油机2台：GPY20型，附微型摆线针轮减速器P=0.37。结论通过以上各方面的分析，该焦化废水经过本设计的工艺处理，预计出水优于国家?综合废水排放标准?(GB8978-1996)一级标准，且经济技术性均较好。焦化废水是一种高含氮、毒性强的有机工业污水之一。如果直接排入水体其污染程度大，毒害性强。因此，对焦化废水的处理无论在环境还是资源方面显得尤为重要。目前应用A/O工艺处理焦化废水技术比拟成熟，此工艺的工艺流程简单，基建费用及运行费用较低，而且脱氮效果较好，该工艺具有广泛的开展前景。虽然如此，但是由于焦化废水的特殊性，其中的一些难降解的物质还是很难除尽，而不能到达理论上的零排放。所以，焦化废水的处理还需要我们不断的研究探索，争取找到更简单、更有效的处理方法。由于时间仓促和自身专业水平的缺乏，以及本工艺设计限于理论研究，没实践运行，本文中肯定存在尚未发现的缺点和错误，例如工艺缺陷或本钱过高等问题。望老师、同学在今后的专业学习和工作中提出珍贵意见和建议。参考文献1高廷耀, 顾国维. 水废染控制工程M. 下册 第二版. 北京:高等教育出版社, 2003, 42国家环境保护局.钢铁工业废水治理M.北京:中国环境科学出版社,2007,123章非娟.工业废水废染防治M.上海: 同济大学出版社. 2001年5月第一版4宫磊, 徐晓军. 焦化废水处理技术的新进展J. 工业水处理, 2004, 3(3): 9-125张景来、王剑波等.冶金工业废水处理技术及工程实例M.北京: 化学工业出版社, 2003, 1416张忠祥, 钱易. 废水生物处理新技术M. 第1版. 北京: 清华大学出版社, 2004, 27-297单明军, 吕艳丽, 丛蕾.焦化废水处理技术M.第1版. 北京: 化学工业出版社, 2005, 33-368Stumm W, Morgan J J. Aquatic ChemistryM. NewYork: John willey & Son. Inc., 19819Manahan S E. Environmental Chemistry FourthEd M.Boston: Willard Grant Press, 198410刘俊峰, 易平贵. 过滤一树脂吸附法处理焦化废水的研究J. 煤化工, 2002, 100(3): 59-6211黄念东, 夏畅斌. 细粒焦渣对废水中酚的吸附研究J. 湘潭矿业学院学报, 2000, 15 (2): 63-6612刘翠华, 何选明. 絮凝剂在焦化废水再净化中的应用J. 武汉冶金科技大学学报, 1999, 22(1): 42-4513王春敏,李亚峰,周红星,陈健,王维军,Fenton-混凝法处理焦化废水的试验研究,环境废染治理技术与设备,2006,0314ZhangMin, Joo Hwa Tay.Comparison between anaerobic-anoxic-oxic and anoxic-oxic systems for coke plant wastewater treatmentJ. Jenviron Eng, 1997(9): 87688315Treatment of coke plant wastewater by A/O fixed biofilm system，YU Zhaoxiang; QI Rong; & YIN Yanjun Department of Chemistry; Tongji University; Shanghai 200092; China。2005,0516徐向阳, 冯孝善等.A-A-O工艺处理焦化废水的可行性与效用J.浙江大学学报(农业与生命科学版), 2000, 26 (3): 241-24617贾鹏 牛继勇 李君敏 A/O2工艺处理焦化废水,054027 18李莉, 张宝会等. SBR工艺处理焦化废水存在的问题及改进措施J. 煤化工.2021, 2: 53-5419陈雪松; 许惠英; 李成平,SBR用于焦化废水生物处理的试验研究, 环境废染治理技术与设备, 2005,06 20孙德智. 环境工程中的高级氧化技术M. 北京: 化学工业出版社, 2002. 277