废纸造纸废水处理的工程设计

密 级 公开学 号 070404毕 业 设 计（论 文） 废纸造纸废水处理的工程设计院 （ 系 、 部 ） ： 机 械 工 程 学 院姓 名：班 级： 环 072专 业： 环境工程指 导 教 师 ： 李旭源 / 梁存珍教 师 职 称 ： 高工 / 副教授废纸造纸废水处理的工程设计2011 年 06 月 16 日北京废纸造纸废水处理的工程设计北 京 石 油 化 工 学 院毕 业 设 计 （论 文）任 务 书学院（系） 机械工程学院 专业 环境工程 班级 环 072 学生姓名 指导教师/职称 李旭源 / 梁存珍 / 高工/ 副教授 1.毕业设计（论文）题目废纸造纸废水处理的工程设计2.任务起止日期： 2011 年 2 月 21 日 至 2011 年 5 月 27 日3.毕业设计（论文）的主要内容与要求（含原始数据及应提交的成果）(1) 主要内容江苏金莲纸业有限公司以废纸为原料生产各种纸产品，年产6万吨制浆造纸、15万吨高强瓦楞纸综合生产能力，江苏省生活用纸和包装用纸基地之一。其生产废水主要是日产中段水4000吨和造纸白水6000吨。本论文针对这一废水处理工程设计。论文中需要包括详细的设计计算、主要构筑物的施工图、工艺流程图、平面布置图等相关图纸。(2) 设计参数本处理厂设计日处理能力为 10000m3，中段水CODCr=300mg/L，BOD5=120mg/L；造纸白水 CODCr=100mg/L，BOD5=30mg/L。污水经处理后应符合以下要求：COD Cr60mg/L，BOD520mg/L。（3）设计内容及工作量资料查阅：查阅 15 篇以上文献，其中英文参考文献为 2 篇以上，2010 年 6 月以后文献不少于 5 篇。通过查阅文献了解废纸造纸废水处理的现状和发展趋势，确定本设计的基本流程；翻译一篇不少于万字符的与本设计相关的英文文献。设计内容：进行有关 设计计算，部分 设计计算需要通过编程进行优化，并进行设备选型；绘制工 艺流程图； 绘制整个工程平面布置 图；绘制各处理废纸造纸废水处理的工程设计单元及构筑物的结构详图。绘图要求：手工、计算机绘制有关图纸。（4）最终提交材料计算机或手工绘制所有设计图纸，设计说明书一份，外文文献及翻译。4.主要参考文献1 上海市政工程 设计研究院主编. 给水排水设计手册(第9册：专用机械)M. 第四版. 北京: 中国建筑工业出版社, 2003, 1-2452 陈家庆. 环保设备原理与设计M. 第二版. 北京: 中国石化出版社, 2010, 43 徐新阳, 于锋. 污水处理工程设计M. 北京: 化学工业出版社, 2003, 44 李亚新. 活性污泥法理论与技术M.北京: 中国建筑工业出版社,20075 汪萍, 宋云 . 造纸工业节能减排技术指南M. 北京: 化学工业出版社, 2010, 66 杨淑惠, 刘秋娟. 造纸工业清洁生产环境保护循环利用M. 北京: 化学工业出版社, 20077 Nurdan Buyukkamaci, Emre Koken. Economic Evaluation of alternative wastewater treatment plant options for pump and paper industry J. Science of the Total Environmental, 2010, 408: 6070-60785.进度计划及指导安排第 1-3 周 整理文献， 翻译一篇与本题目有关的英文文献，撰写开题报告；第4周 开题报告答辩；第5-8周 进行有关设计计算，设备选型；第9-11 周 绘制所有要求的图纸；第12-13 撰写论文；第 14 周 根据指导教师意见修改论文。任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（部、系）院长（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 年 月 日 学生（签字） 废纸造纸废水处理的工程设计I摘 要造纸废水具有排放量大，浓度高，耗氧量大等特性，并且含有大量的木质素和纤维素等难降解的大分子有机物和生产过程中添加的各种化学品。本论文为处理废纸造纸废水的工程设计，设计处理水量为 10000m3/d，其中包括中段水 4000 吨和造纸白水 6000 吨。中段水 COD 和 BOD 分别是300mg/L、120mg/L，白水 COD 和 BOD 分别是 100mg/L、30mg/L。要求处理厂出水 COD 小于 60mg/L，BOD 小于 20mg/L。本论文根据原水水质特征，在查阅了大量的中文、外文文献基础上，确定了活性污泥-超效浅层气浮的主体处理工艺，并进行了优化设计。中段水采用混凝沉淀和活性污泥法好氧处理，白水采用超效浅层气浮处理。论文工艺设计的主要内容包括：混凝沉淀池、平流式初沉池、活性污泥池、辐流式沉淀池和污泥浓缩池的设计计算与选型。绘制了处理厂的平面图和高程图；并对处理厂的建设和运行费用做了估算。关键词：废纸造纸废水，活性污泥法，超效浅层气浮，平面图，高程图 废纸造纸废水处理的工程设计IIAbstractPulp and paper wastewater possess large emissions , high concentration, oxygen consumption and other characteristics, in addition contains large amounts of lignin and cellulose and other recalcitrant organic macromolecules and Chemicals added to various kinds of the production.This thesis is dealing with the engineering design of pulp and paper wastewater, It is designed the treatment of water 10000m3/d , including 4,000 tons of gray water and 6,000 tons of White Water. The COD、BOD in the gray water were 300mg /L and 120mg /L, The COD、BOD in the Whitewater were 100mg /L and 30mg /L. Requires treatment plant effluent COD less than 60mg /L, BOD less than 20mg /L.In this thesis, according to the original water quality characteristics, in access to a large number of Chinese and foreign documents, it was determined on the basis of activated sludge - Super Air Flotation of the main treatment process, and optimized design. Low concentration of papermaking wastewater carry on coagulation and activated sludge treatment, Whitewater deal with ultra-Air Flotation. The main thesis process design include: the design calculation and selection of coagulation sedimentation tanks, aeration tank, Radial flow sedimentation tank, Sludge thickener . and plane figure and altitude chart of the treatment plant were drawn; And the construction and operation cost of the treatment plant was evaluated.Keywords: Papermaking wastewater, activated sludge, Super Air Flotation, floor plans, elevation plans废纸造纸废水处理的工程设计III目 录第一章 前 言 11.1 研究废纸造纸废水处理的背景 11.2 研究废纸造纸废水处理的意义 21.3 造纸废水处理工艺简介 2第二章 工艺方案的确定 92.1 工艺流程简图 .92.2 流程设计说明 .9第三章 工艺设计与处理过程设计 .113.1 筛网的选择 .113.2 混凝反应池 .113.3 初沉池 .143.4 曝气池 .183.5 二沉池 .233.6 Krofta 超效浅层气浮系统 .283.7 污水提升泵房的设计 .37第四章 污泥处理系统设计 .394.1 污泥回流泵房 .394.2 贮泥池 .394.3 污泥浓缩池 .404.4 污泥脱水系统设计 .42第五章 水力高程计算 .445.1 设计说明 .445.2 设计计算 .445.3 高程计算 45第六章 安装要求与运行管理维护 .486.1 管道安装要求 .486.2 调试维护与管理 .48第七章 本工艺流程的技术经济分析 .527.1 估算范围 .527.2 编制依据 .52废纸造纸废水处理的工程设计IV7.3 工艺技术分析 .52第八章 结论与展望 .558.1 结论 .558.2 对进一步研究的展望 .55参 考 文 献 56致 谢 .58声 明 61废纸造纸废水处理的工程设计1第一章 前 言1.1 研究废纸造纸废水处理的背景据公开资料显示，从 2005 年开始，近 4 年全球浆纸出现已供大于求的局面，其中：2005 年生产量为 36,703 万吨，消费量为 36,640 万吨；2006 年生产量为38,200 万吨，消费量为 38,176 万吨；2007 年生产量为 39,430 万吨，消费量为39,418 万吨；2008 年生产量为 39,090 万吨，消费量为 39,133 万吨 1。从以上数据我们不难看出，各国造纸工业以及用纸量正迅速上升，因此由于造纸产生的废水污染也是日益严重的。造纸工业既是水污染大户，又是用水大户，例如以商品浆和废纸为原料的造纸生产，根据规模、设备规模、生产规模等因素，吨纸耗水数 10 吨至几百吨，一座年产 10 万吨的造纸厂，每日耗水量达 2.5-3.5 万吨 2。根据统计局环境统计数据，2007 年我国 5818 个规模以上造纸及纸制品类企业污水排放量为 42.46 亿立方米，占全国工业总排水量的 17.22%，位居第一。虽然，近年来在国家相关政策的指导下，造纸企业的环境污染治理问题已经得到了一定的缓解，但是总体来讲，我国造纸企业仍是国家的污染“大户” ，治理环境污染依然任重道远 3。因此，如何控制水资源的进一步恶化，采取行之有效的污水处理方法已成为人类迫在眉睫的头等大事。而造纸工业是我国污染环境的主要行业之一，解决中国造纸工业的污染已成为十分紧迫的任务。废纸造纸废水中主要含有半纤维素、无机酸盐、细小纤维、无机填料、油墨及染料等。半纤维素等主要形成废水中的 CODCr 和 BOD5；细小纤维、无机填料等主要形成废水中的 SS；油墨及染料等主要形成废水的色度和 CODCr。造纸废水成分复杂，可生化性差，属于较难处理的工业废水。造纸废水的水质因制浆种类、造纸品种的不同而不同 4。一般地，制浆废水（也称黑液）的污染最严重，COD Cr 浓度可达 40006000mg/L ；洗浆和漂白废水，既中段废水的污染程度次之，COD Cr 浓度可达 20003000mg/L ，SS 为15002500mg/L，抄纸废水即为白水，为污染较轻的废水，主要含有细小悬浮性纤维、造纸填料和某些添加剂等，COD Cr 浓度为 150600mg/L ，SS 为5001500mg/L。白水中的悬浮物主要是纸浆纤维组成，可以作为资源加以回收利用。废纸造纸废水处理的工程设计21.2 研究废纸造纸废水处理的意义虽然造纸行业废水治理效果正在逐步提高，且造纸废水对水环境的污染已经得到较大程度的缓解，但是废水排放量和 COD 排放量仍然占全国工业总排放量的第一位。废纸造纸废水中 SS 和 COD 含量高，而 N、P 含量偏低，根据国家排放标准的规定和回用水的要求，去除废纸造纸废水中的 SS 和 COD 等污染物质则成为了此类废水主要处理问题。由于废纸中含有成分复杂的废杂质，需要化学品制剂将其去除以完成制浆，加之抄纸过程中需添加施胶剂、滑石粉等制剂，致使废纸再生造纸过程中排放大量含有毒有害污染物的废水。针对废纸造纸中废水污染问题，国内外已成功研发出一系列的处理技术，为该类废水的有效治理奠定了基础。1.3 造纸废水处理工艺简介目前废纸造纸废水的处理方法有物理法、化学法、生物法和物理化学法，实际应用的工艺往往是几种方法组合而成。但由于废纸来源、产品用途及生产工艺各异，废水水质差异较大，因此废纸造纸厂废水的处理也必须根据各企业废水水质的特点进行设计。根据各个造纸废纸厂造纸工艺、不同以及废水出水水质的不同，各个废水处理工艺的选择也是各有不同 5 。常规的物理或物理化学处理方法主要有 3 种，即重力沉淀、气浮和混凝沉淀，其中前两种是制浆造纸工业废水处理或预处理中去除悬浮态污染物的最常用方法。混凝沉淀既可以前置作为废水预处理，以进一步降低生物处理的负荷，又可以后置作为二级处理后的深度处理 6。1.3.1 废纸造纸废水的物理化学处理方法（1）重力沉淀法其原理为密度比废水大的悬浮物质，借助重力作用从废水中沉降下来，使其与水分离，即为重力沉降。沉降过程一般可分为离散粒子沉降、絮凝粒子沉降、区域沉降和压缩沉降 4 种主要类型。在常规的沉淀池中，一般来说，在上部发生离散粒子沉降和絮凝粒子沉降，在下部发生区域沉降，因为沉降的所有物质必须通过这一区域。在压缩沉降过程中，悬浮物浓度极高，颗粒之间距离很小，相互接触与支撑，在污泥上层颗粒的重力作用下，迫使下层颗粒的间隙水被挤压出来，从而使下层颗粒层被浓缩压密。一般沉淀池内的储泥斗及污泥废纸造纸废水处理的工程设计3浓缩池内部都出现这种沉降形式。发生重力沉淀过程所用的设备一般称为沉淀池。而在大多数造纸废水处理厂都设有一级沉淀池，一级沉淀池中最常见的是辐流式沉淀池，其次是平流式沉淀池。而在一级沉淀池内多数制浆造纸废水中悬浮固体去除率均可达到 60%-90%，其沉降效果则因工厂生产过程排放的悬浮固体性质不同而不同。对于设有高效纤维回收系统的工厂，由于短纤维是悬浮物的优势组分，因此一级沉淀处理中很难达到最高的效率。在再生纸厂，所产生的白水中还有白土和其他填料，悬浮物是高灰分的，虽然一级沉淀能够去除大部分悬浮物，但是仍然有少量的填料残留在废水中，废水的浊度仍然较高 7。(2) 气浮法其原理与白水回收中的气浮法相近，即设法在水中产生大量的微气泡，以形成水、气及颗粒物质的三相混合体，在界面张力、上升浮力和静水压力差等多种力的共同作用下，促进微细气泡黏附在被去除的小颗粒上后，因黏合体密度小于水而上浮到水面，从而使水中颗粒物被分离去除。相对于沉淀技术，气浮技术具有负荷大、占地面积小等优点，但是能耗相对较大。目前在制浆造纸工业中应用较多的主要是在纸机白水处理工段。因为纸机白水中含有大量的纤维、填料、松香胶状物等，对于这类污水，气浮法具有较好的去除效果 8。气浮法的优点主要体现在以下三点：.时间短，一般只需要 15min。对于纸机白水，悬浮物去除率为 90%以上，COD 的去除率为 80%左右。处理后的白水无需过滤，即可直接送到造纸机循环使用。. 对废水中纤维物质有较高的分离效果，有利于提高资源的利用率。.工艺流程和设备结果简单，运行管理方便，占地少、投资省。(3) 化学混凝法即利用絮凝剂（PDA）处理废水可以使处理后废水直接回用，得到的泥浆可以直接作为箱板夹层纸用纸浆回用 9 。但总的来说主要是以下三方面的作用机理：压缩双电层作用、吸附架桥作用、网捕作用。纸浆造纸工业废水中通常含有大量的胶体，因此混凝法对此类废水具有较好的处理效果，并广泛应用于废水的预处理和深度处理过程中。但因其涉及因素较多，如水中污染物的成分和浓度、水温、水的 pH 值，以及混凝剂的性质和混凝条件等，特别是，废纸再生造纸过程中因废水来源和生产工艺不同而使废水的污染负荷有很大差别，而且这些废水中含有大量细微纤维、树脂、色料、化学药品和机械杂质而使废水中 COD、BOD、色度等污染废纸造纸废水处理的工程设计4负荷大，难以直接生物降解，适宜采用化学混凝沉淀法。1.3.2 废纸造纸废水的生物处理技术目前废纸造纸废水的常用的生物处理方法主要包括好氧法和厌氧法。尽管两类生物处理方法都可以使废纸造纸废水达标排放，但是两种方式在处理浓度、占地面积、应用范围都有所不同。（1）好氧生物处理技术是目前应用最为广泛的水处理技术，在生活污水和工业污水处理领域该方法主要用于处理污染物浓度相对较低的污水。目前好氧生物处理法的工艺较多，在制浆造纸污水处理领域应用较为广泛。其中应用最多的包括： 活性污泥法、 SBR（间歇式活性污泥法） 、 卡鲁塞尔氧化沟、HCR（高效紧凑型反应器） 、BIOLAK( 百乐克工艺)。活性污泥处理系统通常由曝气池、二沉池、污泥回流、剩余污泥排除系统以及供氧系统所组成。生物选择器为絮状细菌的生长创造一个短期的适宜环境，从而有效防止低有机负荷率（F/M）生物处理系统发生丝状菌大量繁殖导致污泥膨胀。活性污泥法是一种比较早的水处理方法，目前在制浆造纸废水处理领域已经是相当普遍了 10。SBR（间歇式活性污泥法）与普通连续流活性污泥法(CFS)相比，其设备及运行方式有很大的不同，其是一个反应器内按时间顺序先后完成 CFS 中多个处图1-1 SBR工艺反应流程图废纸造纸废水处理的工程设计5理单元所进行的工艺环节。SBR 优点主要是 理想的推流过程使生物反应推动力增大，效率提高；池内厌氧、好氧处于交替状态，抑制丝状菌生长，净化效果好；运行效果稳定； 耐冲击符合；工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活；反应池内存在 DO、BOD 浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀；具有良好的脱氮除磷效果； 工艺流程简单、造价低、布置紧凑、占地面积省。典型的 SBR 系统分为进水、反应、沉淀、排水与闲置五个阶段运行 7，其运行流程如图 1-1。卡鲁塞尔氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置，向混合液传递平衡速度，从而使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内循环流动。因此氧化沟具有特殊的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。鲁塞尔氧化沟曝气混合设备一般是低速表面曝气机，近年来配合使用的还有水下推动器。HCR（高效紧凑型反应器）工艺的问世是好氧生物处理技术的一个飞跃，它融合了当今的高速射流曝气、物相强化传递、紊流剪切等技术，并具有深井曝气和流化污泥床的特点，因此，其空气氧的转化率高，反应器的容积负荷大，水里停留时间短等特点。BIOLAK（百乐克工艺）是指悬挂链式曝气好氧工艺，其流程为污水先输送入预沉池，依次流经均质池、曝气池、二沉池、后曝气池，在均质池加入营养盐和酸等调节污水至适合于细菌生长的环境，再流入曝气池进行曝气，污水经过曝气处理后达标排放。二沉池所沉淀下的污泥回流入曝气池重复利用，多余污泥送去污泥混合池。预沉池所沉淀下的污泥亦送去污泥混合池。（2）厌氧生物处理法负荷高、污泥产生量少、运行成本低、而且能够产生大量的甲烷气体作为能源，比较适用于处理污染物含量高的污水，且厌氧处理技术主要应用于造纸污水。近年来我国化机浆、废纸浆等项目发展迅速，由于所采用的设备大多为国外引进，吨产品排水量少、污水污染物浓度高，因而非常适合采用厌氧处理工艺。其反应器主要包括：IC 反应器（内循环厌氧反应器，如图 1-2） 、EGSB 反应器（厌氧颗粒污泥膨胀床） 、ANAMET 反应器（厌氧接触器） 。IC 厌氧反应技术是第三代高效厌氧反应器，它是在 UASB 反应器基础上发展起来的厌氧处理技术，与 UASB 想比，它具有处理容量高、投资少、占地省、运行稳定等优点。它目前广泛应用于高浓度有机废水处理领域中。IC 反应器由布水器、下三相分离器、上三相分离器、提升管、回水管、气废纸造纸废水处理的工程设计6液分离器、罐体及溢流系统组成。IC 反应器当前在制浆造纸行业应用较多的是各类以废纸作为原料的制浆造纸厂，其中包括脱墨和不脱墨的各类废纸制浆工艺废水的处理。表 1-1 列出了 3 家实现了废水达标排放的造纸厂利用 IC 工艺的情况。三家造纸厂的 IC 反应器的运行都证明,COD 去除率是反应器容积负荷的函数。高负荷下 COD 去除率也较高，除了与进液浓度有关的生物降解性的变化外，较高的去除率可认为是高负荷下由于产气量的增加，流体的内循环比随之增大，使生物污泥和废水之间产生了更强烈的接触。运行中 COD 浓度和反应器容积负荷波动非常大，但反应器运行一直非常稳定。这种情况表明 IC 反应器在浓度和负荷大幅度波动的劣质工况下，具有非常好的自我调节能力 11。表 1-1 三家纸厂 IC 反应器EGSB（厌氧颗粒污泥膨胀床）是在 UASB 反应基础上研究开发的。 UASB在常温下处理低浓度有机废水时，由于产气量少，反应器内混合强度低，污泥厂家 废水种类 反应器容积/m 3运行负荷/ kgCOD/(m3d)进液 COD浓度/mg/LCOD 去除率/%1 二次纤维制浆 100 5-26 650-2650 60-752 废纸脱墨废水 385 9-20 1510-2920 58-743 废纸脱墨废水 465 9-24 1250-3515 61-86图 1-2 IC 反应器废纸造纸废水处理的工程设计7床内很容易形成短流和死区，使得处理效率下降或反应器难以正常运行。为了克服 UASB 工艺的缺点，科研人员开发出了适应常温或低温、低浓度污水处理的 EGSB 工艺，通过加大污泥床水流上升流速，增强搅拌混合和传质过程，提高处理效率。 与 UASB 相比，EGSB 反应器的高径比要大得多（如图 1-3） ，因此微生物厌氧代谢所产生的气体能够以较大的表观流速通过反应器，保证了细小颗粒污泥，同时其中心安装一个刷子以避免格栅的堵塞。ANAMET（厌氧接触反应器）是利用厌氧微生物处理含有高浓度有机物的微生物处理工艺，且废水中有机物中的大部分被转化成沼气。废水进入厌氧接触反应器，进水中的悬浮固体及溶解性有机物以及厌氧过程中产生的生物固体，经过真空脱气器进入沉淀池，回流污泥返回接触池。这种厌氧接触工艺提供了使可降解有机颗粒物水解所需的污泥龄。该工艺长污泥龄这一特点使它特别适用于具有较高浓度悬浮固体的制浆造纸废水处理，尤其是再生纸厂的废水和化机浆废水等。1.3.3 深度（三级）处理技术随着我国对新建制浆企业的废水排放要求的提高，COD Cr 排放限值变为100mg/L，而现有的制浆企业广泛采用的二级生化处理技术将制浆废水的图 1-3 EGSB 反应器废纸造纸废水处理的工程设计8CODCr 处理到 200mg/L 以下则是相当困难的，因此必须采取进一步的深度处理措施，且深度处理工艺，例如吸附、高级氧化和膜过滤适用于生物降解材料 11。膜分离法相对于常规水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、分离效率高、能量转化效率高等优点。Fenton 氧化法作为一种高级氧化法，在去除废水中的有机污染物方面具有明显的优点，尤其对于毒性大、一般氧化剂难氧化或生物难降解的有机废水处理，是一种较好的方法 12。但 Fenton 氧化法作为一种化学处理方法，其运行成本较高。废纸造纸废水处理的工程设计9第二章 工艺方案的确定设计背景为：江苏金莲纸业有限公司以废纸为原料生产各种纸产品，每天设计处理能力为 10000m3，其日产中段水 4000t 和造纸白水 6000t，其水质如表2-1。表 2-1 进出水水质中段水 造纸白水原水水质CODCr=300mg/LBOD5=120mg/LCODCr=100mg/LBOD5=30mg/L出水水质 CODCr60mg/L BOD520mg/L针对给定的废纸造纸废水水质情况，采用活性污泥系统及浅层气浮工艺处理废纸造纸过程中产生的废水进行工程设计，使处理后的水质达到行业排放标准。2.1 工艺流程简图本设计的工艺流程如图 2-1 所示，由于中段水和白水水质差别较大，因此分别进行处理。2.2 流程设计说明活性污泥法是人们熟悉的一种常用的废水生物处理法，它是人类模拟自然界的水体自净过程而创造的。最早于 1914 年由英国人阿登(Eardern)和络基特(W.T.Lockett)创立，迄今已有 90 多年的历史，它衍生出了多种多样的工艺流程中段水 混凝反应池 初沉池辐流式沉淀池出水图 2-1 处理流程白水 筛网 浅层气浮筛网 曝气池出水废纸造纸废水处理的工程设计10并广泛应用于城市生活污水和工业废水的净化并取得了巨大的成功。其去除污染物的基本原理是：活性污泥与水充分接触混合后，由于活性污泥有较大的比表面积，表层黏液层迅速吸附大量的有机或无机污染物，吸附过程大约 30min内即可完成，可去除废水中 70%以上的 BOD，同时，被吸附的有机或无机污染物在微生物酶的作用下，进行分解或合成代谢，从而使废水得以净化 13。由混凝沉淀池出来的废水与回流的活性污泥同时进入曝气池，通过曝气，活性污泥呈悬浮状态，并与废水充分接触。废水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附，非溶解性有机物需先转化成溶解性有机物，而后才被代谢和利用而废水中的可溶性有机物质被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养，代谢转化为生物细胞，大部分有机物氧化成为最终产物(主要是 CO2 和 H2O)，废水由此得到净化。超效浅层气浮是一种新型的气浮工艺，通过“零速理论” 、 “浅层理论”以及新的溶气机理的突破性应用，大大提高了气浮效率。该技术应用于造纸废水的回收成为最先进的白水回收技术，近年来国内引进多台用于纸机白水回收，收到很好效果。随着工业的不断进步及水资源的缺乏，超效浅层气浮技术将会逐渐应用于工业废水、市政污水的处理。Krofta 超效浅层气浮在工艺流程上属于部分回流式加压溶气气浮，但是，较以往的加压溶气气浮实现原理上的三大突破，即：“零速原理 ”14、 “浅层理论 15”和“ 新的溶气机理 16”。Krofta 超效浅层气浮系统的应用领域：适用造纸白液的纤维回收、水回用的处理；印染、化工、轻工、食品、制药等工业废水物化处理；各类生物处理中生物絮体与水分离(代替二沉池)；生产用冷却水及大池浴水的重复利用及其他以固液分离为目的的水处理。造纸行业的使用领域以及使用效果具体表现为17：用于造纸的白液处理和纤维回收，回收率达 90%，COD Cr 去除率 85%以上，处理后的水可循环利用。例：用废纸作原料的造纸厂，进水 CODCr 11001300mg/L，经浅层气浮处理，出水 CODCr 200mg/L 左右，SS：3050mg/L ，此水可供生产闭路循环使用。此外，近些年来，Krofta 气浮装置作为造纸设备的附属设备而随主机一起引进，或者只作为造纸行业的专业设备被引进，目前已有数十台应用在中国造纸行业的白水处理中，其处理效果令用户非常满意。近年来随着 Krofta 公司与国内合资、合作，产品的价格大幅度降低，在几乎没有竞争对手的情况下，该装置逐渐走俏。废纸造纸废水处理的工程设计11第三章 工艺设计与处理过程设计3.1 筛网的选择3.1.1 设计说明设计筛网首先应根据要去除杂物的粒径选择合适的筛网孔径，其次要根据生产条件、产品规格性能以及价格，决定筛网种类，进而计算所需筛网面积，最后选定筛网台数。3.1.2 设计过程（1）选定筛网类型根据生产条件及产品规格性能，决定采用倾斜式筛网，其筛网材料为不锈钢，水力负荷 0.6-2.4m3/（minm 2） 。（2）所需筛网种类选定水力负荷 q=1.5 m3/（minm 2） ，已知污水量 Q=4000m3/d=2.78m3/min，故所需筛网面积通过公式 3-1 进行计算。（3-1）（3）筛网台数根据产品规格，设每台筛网面积为 0.5m2，则选用 2 台，一台工作，一台备用。3.2 混凝反应池3.2.1 设计说明混凝沉淀池主要通过投加少量混凝剂，降低废水中 SS，使出水水质达标。在污水处理中，常用的混凝剂为聚丙烯酰胺。每千吨污水投加量为 10-20kgPAM 混凝剂，本设计投药量为 8kg/d，在混凝沉淀池前部的混凝渠中以管道加药。3.2.2 混凝沉淀池的设计参数设计水量：4000m 3/d=166.67m3/h3.2.3 设计计算.781.5QAq废纸造纸废水处理的工程设计12采用一座平流式沉淀池。（1）混凝沉淀池总表面积式中：q表面负荷，m 3/（m 2h） ；沉淀池表面负荷一般为 1.0-2.0 m3/（m 2h） ，取 q=1.0 m3/（ m2h） 。（2） 混凝沉淀部分有效水深：式中：t沉淀时间，h，沉淀时间一般为 1.5-2h，取 t=2h。则：（3） 沉淀部分有效容积：（4） 混凝沉淀池长度：vt3.6L式中：v水平流速，一般不大于 5m/s，取 v=5m/s。QAq224016.7,170.AA 取2hqt2=1.02mhqt32h=1704VA（3-2）（3-3）（3-4）（3-5）vt3.6=2.16mL废纸造纸废水处理的工程设计13（5） 混凝沉淀池宽度：（6） 污泥斗设计：取污泥斗上底方形 1.75m1.75m，下底方形 0.6m0.6m，斜壁与水平夹角a=60，池底坡度 i=0.01。则污泥斗高度：（7） 污泥斗容积:（8） 混凝沉淀池总高度：式中：h1 超高，取 0.3m；h3 缓冲层高度，取 0.5m。 （池底坡度 0.01） 。则池子总高度：长深比：41.75-06h=tan1.02m2 341212()(1.750.61.7506).33Vhff1234 H=h+H=0.3+2.510=3.7m 4， 取（3-6）（3-7）（3-8）（3-9）（3-10）170.8m 26ABL， 取170.8 26ABL， 取废纸造纸废水处理的工程设计14(9) 总污泥量：式中：c0、c 1进水、出水悬浮物浓度， kg/m3 , c0 =220mg/L、c 1 =30mg/L；污泥含水率，%，取 99%；r污泥容积密度，kg/m 3，取 1000 kg/m3 。则总污泥量：(10) 进水系统设计：选用 DN200 钢管进水。(11) 出水系统设计：选用 DN200 钢管出水。3.2.4 设备选型刮泥机：选用 GL-625 型链板式刮泥机，其主要参数：池宽：6m；刮板块数：12；刮泥速度：0.26m/min；电动机功率：0.8kW ；链条破断力：15t 。加药机：选用两台 JY-0.3/0.72A-I 型加药机，一用一备。投药方式：小机座系列。计量泵:外形尺寸 310025002600；搅拌机功率： 0.75kW；计量泵功率：0.6kW污泥泵：选用两台 EH164 型单螺杆泵，一用一备。其主要参数：流量：0.7m3/h；转速：214r/min；轴功率：0.09kW；电动机型号：YCJ71；电动机功率：0.55Kw。3.3 初沉池3.3.1 设计说明在污水厂进水中，固体物质在污水中由可沉固体、漂浮固体和一部分胶态的不可沉固体组成。城市污水中的悬浮固体、可沉固体物质以三种状态存在：010()/()WQcr3104(.203)/1(09)76/Wmd（3-11）废纸造纸废水处理的工程设计15溶解态、胶体态和悬浮态。初沉池能去除部分的悬浮固体和 BOD5，还具有一定的水解(酸化) 作用，属低投入、低能耗的污水处理单元，是一级处理的主体处理构筑物 18。沉淀池的种类有：平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辅流式沉淀池、斜管(板)沉淀池。本设计中采用平流式沉淀池，这主要考虑污水流量不大，足可以满足出水水质要求 19。3.3.2 设计参数设计水量：Q=4000m 3/d=166.67m3/h=0.046m3/s；表面负荷：沉淀池一般采用 q 为 1.5-3.0 m3/(m2h)，本设计选取 q=1.5 m3/（m 2h） ；水力停留时间：t 一般为 1-2h，本设计选取 t=2h；水平流速：v 一般不大于 5mm/s，本设计选取 v=3.5mm/s；3.3.3 设计计算(1) 池子总面积：式中：q表面负荷，1.5-3.0 m 3/m2h，取 q=1.5 m3/m2h(2) 沉淀部分有效水深：式中：t水里停留时间，1-2h。取 t=2h(3) 沉淀部分有效容积：216.7.15QAq21.53hqt316.72.4VQtm（3-12）（3-13）（3-14）废纸造纸废水处理的工程设计16120()QCW(4) 沉淀池长：式中：v水平流速，一般小于 5mm/s，取 v=3.5 mm/s(5) 沉淀池总宽：(6) 池子个数：取一个初沉池，则每池宽 4.4m(7) 校核长宽比和长深比：长宽比： 符合要求长深比： 符合要求(8) 污泥部分需要的总容积：(3-17)式中：C0进水 SS 浓度，mg/L ；C出水 SS 浓度， mg/L；0污泥含水率，；污泥容量，kg/m 3，当 095时，=1000kg/m 3。则：3.6.52.Lvtm1.254.ABLm （3-15）（3-16）25.74LB2.83h废纸造纸废水处理的工程设计17由去除 COD 产生的污泥量：WCOD=进水 COD去除率 污泥产率水流量 (3-18)(9) 污泥斗容积：(3-19)式中：h4污泥斗高度，污泥斗为上底正方形 3.83.8m、下底正方形 0.80.8m、夹角为 60，则：式中：f1 污泥斗上底边长，f 1 =3.8m；f2污泥斗上底边长，f 2 =0.8m。则：(10) 池子总高：(3-20)式中：3120()4(0.2)0.152/19QCWmd30.84=192m/d6324112()3Vhff43.80h2.6mtg24112().638+3 =.58mVhff2（ 0）1234=hH废纸造纸废水处理的工程设计18h1 超高，取 h1 =0.3m；h3缓冲层高，取 h3 =0.5m；则：3.4 曝气池3.4.1 设计说明曝气池是用于进行污水生物处理的主要构筑物。所谓曝气，就是不断地把空气打入水中，或利用机械搅拌作用使空气中的氧溶入水中。曝气池主要由池体、曝气系统和进出水口三个部分组成。池体一般用钢筋混凝土筑成，平面形状有长方形、方形和圆形等。曝气方法主要有鼓风曝气和机械曝气。曝气池实质上是一个反应器，它的池型和所需的反应器的水力特征密切相关。主要分为推流式和完全混合式以及二池结合型三大类。本设计采用推流式曝气池，推流式曝气池廊道型式如图 3-1。3.4.2 设计参数进水流量：Q=4000m 3/d=166.67m3/h；1234=0.+.526=.4mH图 3-1 曝气池的廊道组合示意图废纸造纸废水处理的工程设计19进水 BOD5 ：La=120mg/L；出水 BOD5 ：Le=20mg/L；混合液悬浮物（MLSS）浓度 N：一般为 1500-3000 mg/L ，取N=200mg/L=2g/L；混合液挥发性悬浮物（MLVSS）浓度 N：N=fN=0.82=1.6 g/ L ；系数 f：一般为 0.7-0.8，取 f=0.8；回流比 R：一般为 24-40%，取 R=40%=0.4；池体超高 h1 ：取 h1 =0.5m；有效水深 h2 ：取 h2 =4m；池宽 B：取 B=5m，校核宽深比 B/H=5/4=1.25，符合要求（1-2） ；污泥负荷 NS：一般取 0.2-0.4kgBOD5/（kgMLSSd） ，取 NS=0.2 kgBOD5 /（kgMLSSd） ；容积负荷 NV ：N V = NNS=1.60.2=0.32 kgBOD5 /（m 3d） ；曝气池内污泥容积指数 SVI：SVI=353N S0.983 =72.56mg/L；微生物每代谢 1kgBOD5 所需氧量 a：a=0.38 （以 kg 计） ；每 kg 活性污泥每天自身氧化所需氧量 b：b=0.092；污泥增长系数 a：一般为 0.5-0.7，取 a=0.6kgVSS/kgBOD5 ；污泥自身氧化率 b：b=0.05 kgVSS/kgVSSd3.4.3 设计计算3.4.3.1 曝气池池体设计(1) BOD 去除率：(3-21)(2) 曝气池总体积：(3-22)(3) 有效面积：(3-23)12083.%aeBODL340.12506aSQLVmN22150374VSmh废纸造纸废水处理的工程设计20(4) 曝气池池长（曝气池设三廊道式）：(3-24)校核长宽比：(5) 曝气池总高：(3-25)(6) 水力停留时间：理论水力停留时间：(3-26)实际水力停留时间：(3-27)(7) 污泥龄 tw ：(3-28)(8) 曝气池需氧量：(3-29)(9) 剩余污泥产量：3752SLmB120.54.Hhm25符 合 要 求15096.7hVHRT=Q1506.4(.4)7hVT=(+R)1140.62.5wt daFb2 20.384.109251.630/OrWaQLbVNkgOh废纸造纸废水处理的工程设计21(3-30)3.4.3.2 曝气系统设计计算(1) 平均需氧量：(3-31)(2) 最大需氧量：(3-32)(3) 供气量：采用穿孔管，距池底 0.2m，故淹没深度为 3.8m，查资料可知：水温 20时溶解氧饱和度浓度为 CS(20) =9.2mg/L、C S(30) 7.6mg/L。穿孔口出口绝对压力 Pb =103.3+25=128.3kPa；空气离开曝气池时氧的百分比为：(3-33)式中：EA 穿孔管氧转移效率，取 EA =6%；则：(3-34)曝气池中平均溶解氧的饱和液：(3-34)曝气池中平均需氧量：0.64.14.8/15rwaQLYkgdbt2 2360/rOaQLbVNkgOh2()2 21.5.36054/MAX kgh21()0%79AO21()21(0.6)0%1%207979AO2(10) 1.8320)76()./.44bcmsPOCmgL2(0)2 (20)(3)1.4sTcmlC废纸造纸废水处理的工程设计22(3-35)式中：污水与清水氧总转移系数 KEa 之比 =0.8；污水与清水饱和溶解氧之比（C sw/Cs）=0.9 。则：(3-36)相应最大时的需氧量为 3712.551.5=5568.83kg/h曝气池的平均供气量（Gs）为：(3-37)去除每 kgBOD5 供气量(3-38)每立方米污水的供气量 ( 3-39)曝气池最大需氧量的供气量为：(3-40)(4) 空气管的计算：两个相邻廊道设置一条配气干管，共设三条，每条干管设 10 对竖管，共计60 根。每根竖管最大供气量=3094/60=51.57m 3/h。取穿孔管压力损失 5kPa，总压力损失为空气管道系统与穿孔管压力损失之和，为 10kPa。(5) 鼓风机选择：2(0)2 (20)(3) 3609.23712.5/1.4.815sTcmlOkgh323712.5006./.sAOGmhE35.()4(2)/412.7/saeQLmkgBD306.12.8/4/sGm污 水3()1.5.206.594/sMAXsGmh