毕业设计论文重金属废水处理工艺设计(1).doc 44页

'重金属废水处理工艺设计Heavymetalwastewatertreatmentprocessdesign学院：理学院专业班级：环境工程1001班学号：100704128学生姓名：郜月指导教师：李艳平（副教授）2014年6月 摘要目前，水污染问题已经成为全球性普遍问题，严重影响了人类的生存和社会经济的发展并且越来越受到人们的高度重视。因此，治理水污染，保护水资源已经成为人类的目标。随着我国电镀行业的日趋发展，电镀废水作为世界三大污染之一，对于当今提倡环保的时代来说是特别值得重视的处理项目。众所周知，电镀行业会产生大量含重金属的废水，而重金属废水中含有大量的有毒物质，如果不经处理直接外排会造成严重的水体污染。因此，对电镀行业中废水中的重金属的处理至关重要。废水的化学处理及物理处理都是净化污水的重要手段，而二者的结合是更加有效的方法。本文首先描述了我国重金属废水的处理意义，电镀重金属的危害以及电镀废水处理的基本现状和处理方法，结合本次设计中浙江省某电镀厂的实际情况和处理要求，决定采用化学和物理相结合的办法来处理重金属废水，化学法中是采用了中和法与絮凝法，而物理法中则是采用了物理沉淀法。此次工艺所采取的方法简便易操作且原理简单。利用絮凝反应对于含铬废水应首先在酸性条件下投加还原剂，将Cr6+还原成Cr3+，然后加Ca(OH)2进行化学沉淀处理。对于铜离子、锌离子、镍离子等通过加氢氧化钙调节PH，进行中和沉淀处理。关键词：含铬废水;重金属废水;沉淀法。 AbstractAtpresent,waterpollutionproblemhasbecomeaglobalcommonproblem,aseriousimpactonthesurvivalofhumanityandthesocialandeconomicdevelopment,andattachesgreatimportancetomoreandmorehuman.Therefor,tocontrolwaterpollutionandprotectwaterresourcehavebecomeahumantarget.Withthespeedydevelopmentoftheelectroplatingenterpriseinourcountry,electroplating,asoneofthebiggestpollutionsintheworld,causethepollutionmoreandmoreseverely.Asweallknow,electroplatingcanproducewastewaterwithalotofheavymetalions,andheavymetalwastewateralsohasmanyoftoxicsubstances,whichdirecteffluxwithouttreatmentwillcauseseriouswaterpollution.So,itisimportanttoremoveheavymetalofthewastewaterintheelectroplating.Chemicalandphysicaltreatmentofwastewatertreatmentisanimportantmeansofpurifyingsewage，however，Thecombinationofthetwoapproachesismoreeffective.Thispaperfirstdescribesthesignificanceofheavymetalsinwastewatertreatment，thehazardousofheavymetalplating,basicstatusofelectroplatingwastewatertreatmentandtreatment.Forexample(Biological,Physicalchemistry,Electrochemical,Chemicalmethod),thencombinedwiththeactualconditionsandprocessingrequirementsofaelectroplatingfactoryinZhejiangprovince,itisdecidetousethecombinationofPhysicalmethodandChemicalmethodtotreatthewastewater.Chemicalmethodistheuseofaneutralizationmethodwithflocculation.Thephysicalmethodistheuseofphysicalprecipitation.Theapproachtakenintheprocesssimpleandeasytooperateandsimpleprinciple.Fortheuseofchromium-containingwastewaterflocculationreactionunderacidicconditionsshouldfirstbeaddingareducingagent,thereductionofCr6+toCr3+,thenaddCa(OH)2forchemicalprecipitationtreatment.Forcopperion,zincion,nickelion,PHadjustedbycalciumhydroxide,andfortheprecipitationtreatment.Keywords:wastewatercontainingchromium;heavymetalwastewater;methodofprecipitation.II 目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1重金属废水的处理意义11.2电镀行业重金属废水的危害11.3电镀行业重金属废水处理的基本现状21.4电镀重金属废水处理方法21.4.1生物法21.4.2物化法31.4.3电化学法31.4.4化学法4第2章设计依据及内容62.1自然资源62.1.1厂址地理概况62.1.2气候特点62.1.3地质资料62.2设计内容及要求62.2.1工程概况72.2.2设计依据72.2.3电镀重金属废水处理后的水质要求72.2.4水质水量7第3章污水处理工艺方案的确定83.1处理站选择83.2设计要求83.2.1设计规模83.2.2水质水量及处理要求83.3设计原则93.4工艺方案与工艺流程9第4章主要处理构筑物的计算114.1反应调节池114.1.1设计参数11II 4.1.2工艺尺寸114.1.3进出口及液位114.1.4提升泵114.1.5调节池水泵扬程计算124.2中和池1124.2.1设计参数124.2.2工艺尺寸134.2.3进出口及液位134.3絮凝反应池1134.3.1设计参数134.3.2工艺尺寸134.3.3进出口及液位144.4沉淀池1144.4.1参数选取144.4.2工艺尺寸设计144.5生物接触氧化池164.5.1设计参数164.5.2生物接触氧化池填料容积164.5.3生物接触氧化池总面积164.5.4设计计算164.5.5污水与填料接触时间174.5.6接触氧化池总高度174.5.7生物接触氧化池需气量计算184.5.8空气管道计算184.6调节池2194.6.1设计参数194.6.2工艺尺寸194.6.3进出口及液位194.6.4配套设备194.6.5调节池水泵扬程计算204.7中和池2214.7.1设计参数214.7.2工艺尺寸21II 4.8絮凝反应池2214.8.1设计参数214.8.2工艺尺寸214.9.1参数选取214.9.2工艺尺寸22第5章平面布置及高程布置245.1平面布置245.1.1各处理单元构筑物的平面布置245.1.2辅助建筑物的平面布置245.1.3管、渠的平面布置245.1.4道路布置255.1.5厂区绿化255.2高程布置25第6章工程特点及概算276.1方案特点、估算范围以及依据276.2投资概算276.2.1土建费用概算276.2.2设备费用概算286.2.3工程总费用概算286.3工程概算总结28第7章社会效益与环境效益评估297.1社会效益297.2环境效益29第8章总结30参考文献31致谢33II 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第1章绪论1.1重金属废水的处理意义重金属废水是指电镀、机械制造、化工、电子等工业生产过程中所排出的含有重金属的废水。重金属废水（如含铬、锌、镍、铜等）是对危害人类健康和污染环境最严重的工业废水之一。水是生命存在的必要资源，长期以来被人们认为是取之不尽用之不竭的，正是在这种错误观念的误导下，地球上的水资源越来越匮乏，这已经严重威胁到了人类的生存和发展。随着社会经济的飞速发展，电镀行业已经成为促进国家经济快速发展的重要行业，其运转率在不断提升，因此，电镀行业所产生的重金属废水量也在迅速扩大，这就需要投入更多的淡水资源来进行维持这种行业发展模式[1]。众所周知，电镀行业产生的含重金属离子的废水的数量很庞大，成分也很复杂。据不完全统计，在我国从事电镀行业的企业已有15000家，每年排放含重金属废水约为4亿m³。电镀废水如若不进行加以处理以及回收利用的话将会成为严重的环境污染和水资源巨大的浪费。电镀废水中含有环境保护方面认定的危害重金属主要有：铬、铜、镍、铅、锌等，并且，重金属在自然界中难以降解以及具有隐蔽性和富集性。重金属如不经处理直接排放到水体当中会严重破坏水生环境，并且通过食物链传播最终可危及到人类的生存和发展。因此，重金属废水的治理应首当其冲，对于电镀行业产生的重金属废水的治理更是迫在眉睫。1.2电镀行业重金属废水的危害电镀在生产过程中主要产生含铬、含镍、含铅、含锌以及含有其他一些重金属的废水。1.六价铬和三价铬化合物37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）铬有三价和六价之分，通过实验，证明六价铬的毒性比三价铬的毒性高出一百倍还要多，它可以在人、鱼以及植物体内蓄积，六价铬会对人体的呼吸系统以及内脏造成伤害，主要可导致呼吸道癌和支气管癌，并且对人体的皮肤也有很大的伤害作用。2.铅和铅化合物铅及铅化合物是对人体有害的因素，排放到水体中的铅及其化合物会引起水中的鱼类和其它动物以及水中的植物中毒，甚至死亡。经食物链或是饮用水传播到人类体内，再经人体消化后有5%～10%可被人体直接吸收，当蓄积过量后，聚集在骨骼中的铅会引起内源性中毒，当血铅到达60～80ug/100cm3时就会出现头疼、疲乏、记忆力减退、失眠、食欲不振等中毒症状的产生。3.镍和镍化合物镍和镍化合物进入人体后主要存在于脑、脊髓、五脏中，以肺为主。其毒性主要体现在抑制酶系统的功能与作用。镍及其镍盐类对电镀工人的毒害主要是镍皮炎。4.锌和锌化合物锌是人体所必需的微量元素之一，正常人每天从食物中吸取的铅含量为10～15㎎。而如果摄入的锌过量就会引起急性肠胃炎的症状，如：恶心，呕吐，头晕同时伴有浑身无力的症状。1.3电镀行业重金属废水处理的基本现状据统计，到2006年我国已有电镀厂15000，年均电镀废水排放总量高达40亿吨，占总工业废水排放用量的1/6，单其中约有50%的电镀废水未达到国家的排放标准[2]。对于电镀废水处理国家在相关政策与法规上也给予了支持。《中华人民共和国国民经济和社会发展第是一个五年规划纲要》就提出了要加强污染治理的决心。电镀行业重金属废水的处理在国内外受到高度重视，对于电镀重金属废水的治理方法也发展了很多。目前，我国对于电镀行业产生的重金属废水的治理方法总的来讲可以分为四大类：生物法、物化法、电化学法、化学法。目前，国内外电镀重金属废水的治理主要采用的是化学法，而化学法中更简单的为化学沉淀法。1.4电镀重金属废水处理方法1.4.1生物法37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）利用微生物处理电镀重金属废水的研究起源于20世纪80年代。生物法处理的机理在于互利共生的关系存在着化学、物理和遗传等三个层次的相互协作机制[3]。一些微生物代谢的产物可以使废水中的重金属离子改变价态，同时微生物菌体本身还具有较强的生物絮凝、静电吸附作用，能够吸附金属离子，使金属经过固液分离后进入菌泥饼，从而使得废水达标排放或者回用。（1）生物絮凝法利用微生物或微生物产生的代谢产物来进行絮凝沉淀。目前，对重金属有絮凝作用的生物絮凝剂大约有十几个品种。（2）生物吸附法利用生物体的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再经过固液分离而去除重金属离子。（3）生物化学法利用微生物处理含有重金属的废水，通过微生物与金属离子之间发生直接的化学反应，将可溶性的离子转化成不溶性的化合物而去除。1.4.2物化法是利用离子交换或膜分离再或者是吸附剂的方法来去除电镀废水中所含有的杂质。此法在工业上应用广泛，通常与其他方法配合来使用。（1）离子交换法是利用离子交换剂来分离废水中的有害物质的方法。含重金属废水通过离子交换剂时，交换器上的离子同水中的重金属离子交换以达到去除废水中重金属离子的目的。电镀行业中最普遍使用的是树脂法。（2）膜分离法即利用高分子所具有的选择性来对物质进行分离的技术。（3）吸附法吸附法是利用吸附剂的独特结构来去除重金属离子的一种方法。（4）蒸发浓缩法对电镀废水进行蒸发，使重金属得以浓缩，并且加以回收利用的一种方法。1.4.3电化学法（1）原电池法37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）以颗粒炭、煤渣或者是其他电惰性的物质为阴极，铁屑为阳极，废水中的电的良导体作为导电介质，构成原电池来达到处理废水的目的。（2）电化学氧化法利用阳极的高电位和有催化活性的阳极电极反应产生的具有强氧化能力的活性自由基来氧化降解电镀废水中有害物质的一种氧化还原法。（3）电化学还原法通过阴极发生的还原反应而去除污染物的方法。1.4.4化学法化学法是依靠氧化还原反应、中和沉淀反应将有毒有害的物质转变成无毒无害的物质，或者是直接将重金属经气浮或者沉淀从水中除去。（1）氧化法通过投加氧化剂，将电镀废水中的有毒物质氧化为无毒或者是低毒物质。（2）还原法通过投加还原剂，将电镀废水中的有毒物质还原为无毒物质或者是低毒物质。（3）气浮法此法的原理是利用压力容器工作水骤然减压释放的大量的微气泡与电镀废水初步处理产生的凝聚状物黏附在一起，使其比重小于水而浮到水面上，成为浮渣而被排除，从而净化废水。（4）中和法通过酸碱中和反应，调节电镀废水的酸碱性，使其呈中性或者是接近中性，亦或者是适于后续处理工艺的酸碱度范围。（5）沉淀法向电镀废水中投加沉淀剂，使其与废水中欲去除的污染物发生直接的化学反应，形成难容的固体而去除掉。一般的化学沉淀法须配合使用其他各种高分子絮凝剂来达到深度处理的效果。化学沉淀法是使废水中的成溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属的化合物的方法，其包括中和沉淀法，絮凝沉淀法，及硫化物沉淀法等。a中和沉淀法37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）向含有重金属的废水中加入碱进行中和反应，使重金属生成不溶于水的氢氧化物，以沉淀的形式加以分离。因其操作方法简单，所以为常用的废水处理方法。而实践证明，此方法在操作过程中要注意以下几点：a废水中常常有多重重金属共存，当废水中含有锌、铅、铝等两性金属时，若PH偏高，则可能有再溶解的倾向，因此要严格控制PH值，实行分段沉淀；b中和沉淀后，如果废水中的PH值偏高，则须经过中和处理后再排放；c废水中含有的一些阴离子如：卤素、氰根、腐殖质等物质有可能与金属形成络合物，因此，在中和之前，需要经过预处理；d有些颗粒较小，不易形成沉淀，则需要加入一些絮凝剂来辅助其生成沉淀。b絮凝沉淀法絮凝沉淀法是在混悬的提取液或絮凝浓缩液中加入一种絮凝沉淀剂，以吸附架桥和电中和方式与所需去除的物质之间发生分子作用，使之沉降，去除溶液中的粗离子，以达到精致和提高成品质量目的的一项新技术。c硫化物沉淀法此法就是加入硫化物沉淀剂使废水中重金属离子生成硫化物沉淀而被去除的方法。与中和沉淀法相比较，其优点是：重金属硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度更低，并且反应所需的PH值在7—9之间，经处理后的废水一般无需再进行中和处理。有利就有弊，其缺点是：硫化物沉淀颗粒小，易形成胶体，且硫化物沉淀剂本身在水中残留，遇酸则生成硫化氢气体，产生二次污染。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第2章设计依据及内容2.1自然资源2.1.1厂址地理概况项目厂址是位于浙江省宁波的一个电镀厂，浙江省位于中国东南沿海，介于北纬27度12分-31度31分和东经118度-123度之间，东濒东海，南界福建，西与江西、安徽相连，北与上海，江苏为邻。东西与南北的直线距离均为450公里，陆域面积10.18万平方公里。2.1.2气候特点浙江属亚热带季风气候，季风显著，四季分明，年气温适中，光照较多，雨量丰沛，空气湿润，雨热季节变化同步，气候资源配制多样。极端最低气温-2.2至-17.4℃极端最高气温33至43℃年平均气温15至18℃年平均总降水量980至2000mm年平均降雨日140至180天年平均相对湿度60%至79%平均蒸发量1521.8至1700mm年平均日照时数1710至2100小时2.1.3地质资料浙江省的地形地貌是典型的山脉、丘陵、平原以及河流兼具的多元化的地貌，浙江省地形地貌复杂，整个地势由西南向东北倾斜。西南山地的主要山峰海拔多在千米以上，龙泉市境内的凤阳山主峰黄茅尖海拔1929m，为我省群峰之首；中部以丘陵为主，大小盆地错落分布于丘陵山地之间；东北部是低平的冲积平原。全省大致可分为浙北平原、浙西山地丘陵、浙南山地、浙中丘陵盆地、浙东南沿海平原及滨海岛屿等五个地形区。土地按地貌类型划分，山地和丘陵占70.4％，平原和盆地占23.2％，河流和湖泊占6.4％，故有“七山一水二分田”之说。浙江省海域辽阔，岛屿星罗棋布，海岸线总长6486km，居全国首位。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）2.2设计内容及要求2.2.1工程概况浙江省某电镀厂排放大量重金属废水，严重影响了周围的环境，为了达到环境保护的要求以及达标出水水质的标准，所以投资建设此配套废水处理设施。根据浙江省某电镀厂排放的重金属废水的特点及提供的占地面积，本设计方案通过两段处理工艺，其工艺是一套高效，稳定和经济技术合理的处理工艺，保证废水达到所需要的排放标准，同时也使投资、占地面积、运行管理度达到最佳设置条件。全年主导风向：西北风。废水处理工程的设计规模880m3/d，处理后水质要求达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）二级级排放标准。2.2.2设计依据（1）《市外排放设计规范》1997年修订（GBJ14—87）；（2）本工程执行《污水综合排放标准》（GB8978—1996）二级排放标准；（3）厂家提供的有关设计文件和基础数据；（4）《给水排水设计手册》（1—11册）；(5)《建筑给水排水设计规范》（GBJ15—88）。2.2.3电镀重金属废水处理后的水质要求外排水执行GB8978-1996《污水综合排放标准》二级标准的规定，如下：pH=6～9CODcr=150mg/LBOD5=60mg/LSS=200mg/L。2.2.4水质水量污水水量：880m3/d污水水质：CODcr=1200mg/LBOD5=50mg/LSS=150mg/LpH=6.5～7.5。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第3章污水处理工艺方案的确定3.1处理站选择在污水处理厂的设计中，选定厂址是一个非常重要的环节，处理厂的位置对周围环境卫生、基建投资及运行管理等都有很大的影响[4]。因此，在厂址的选择上应进行深入的详尽的技术比较。厂址选择的一般原则：1.便于污泥集中处理和处置；2.便于处理后出水回用和安全排放；3.厂区地形不应受洪涝灾害影响，防洪标准不应低于城镇防洪标准，有良好的排水条件；4.有良好的工程地质条件；5.有方便的交通、运输和水电条件。6.有扩建的可能；7.在厂区夏季主导风向的下风侧；8.少拆迁，少占地，根据环境评价要求，有一定的卫生防护距离；综上，本次设计的污水处理厂应该建在厂区的西北面。3.2设计要求3.2.1设计规模电镀过程中产生的重金属废水含有有毒的重金属离子，如果未经处理就排放到水体中，势必会造成严重的水体污染以及会危害人类的健康[5]。本设计采用化学法与物理法的结合来去除电镀过程中产生的重金属废水，使处理后的排水可以满足排放要求。本设计中，处理废水总量为Q=880m³/d，也即废水站的处理规模。3.2.2水质水量及处理要求污水的处理水量：含铬废水Q=280m³/d;含其它重金属废水Q=600m³/d。污水处理前的水质情况与处理后的要求见下表。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）表3-1污染物指标应达到的处理程度Cr6+Zn2+Ni2+Cu2+CODBOD5SSPH进水mg/L404010201200501506.5-7.5出水mg/L0.32.01.01.0150501506-9去除率%99.2599.5090.0095.0087.503.3设计原则依据国家和当地有关环境保护法律法规的要求，对某电镀厂在生产过程中排出的重金属废水进行有效的处理，使之符合国家和当地废水的排放标准，并且取得明显的环境、经济和社会效益，使企业树立良好的社会形象[6]。1.严格执行相关环境保护的各项规定，使处理后的各项指标均能达到或优于《污水综合排放标准》（GB8978—1996）二级排放标准；2.针对废水的水质特点采用先进、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，同时结合企业的生产情况，对污水进行综合治理；3.工艺设计与设备选型能够在生产过程具有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。3.4工艺方案与工艺流程根据水质情况及同行业废水治理的现状以及技术水平，确定该重金属废水采用化学法与物理法相结合的方法来进行处理，含铬废水需要首先单独处理是其中的六价铬离子转变成三价铬离子后，再与含其它重金属的废水一起处理[7]。重金属废水处理后与含铬废水混合的好处有：一是重金属废水沉淀后的pH较高，可中和含铬废水的酸性；二是含铬废水对重金属处理后残留的部分离子起到稀释和二次混凝沉淀的作用.废水经过这一系列的处理后，总去除率为90%-99%[8]。出水水质达到国家排放标准。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）在众多的处理重金属废水的工艺中，选择化学法与物理法相结合的方法，此两种方法的结合为简单有效且可行的方法，不但去除效率较高可以达到国家要求的废水排放的标准，而且，此结合法的工艺原理简单方便。该电镀重金属废水处理工艺流程见下图3-4-1。电镀重金属废水首先进入反应调节池1来调节水量，缓冲生产线的排水峰量。为后续污水处理系统提供稳定的运行条件。且还可以达到均衡流入后续污水处理系统的水质的作用。经调节池1后，含铬废水便进入中和池1，向中和池中加入亚硫酸盐和硫酸用来调节重金属废水的PH值，一段时间后，废水在经过还原反应，向自中和池出来的废水中加入氢氧化钠再与废水进行絮凝反应，再到沉淀池进行沉淀，从沉淀池出来的废水中的六价铬离子并未完全被转变成三价铬离子，之后在进入生物接触氧化池来去除六价铬离子[9]。最后，含三价铬离子的废水再经中间池后与含其它重金属的废水一并进入中和池2，再加入石灰来调节PH，再经絮凝反应后进入沉淀池2后进入反应池，最后经处理后的废水即达到国家二级标准，并进行外排。亚硫酸盐H2SO4NaOH生物接触氧化池沉淀池1絮凝反应池1反应调节池1中和池1含铬废水污泥浓缩池污泥单独处理污泥脱水石灰反应池沉淀池2絮凝反应池2中和池2出水污泥浓缩池调节池237 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）含其它重金属离子的废水图3-4工艺流程图第4章主要处理构筑物的计算4.1反应调节池14.1.1设计参数池形:方形流量Q=280m³/d停留时间HRT=6.5h4.1.2工艺尺寸有效容积=QHRT=280×6.5=75.8m³实际容积V=1.4=106.2取V=110取池子的有效水深h=2.5m纵向隔板间隔1.2m则调节池的平面面积为S=V/h=44取宽b=4m则长L=7.0m纵向隔板间距为1.2m，则隔板数为4取调节池超高为0.3m。4.1.3进出口及液位调节池整体布置在地下，其顶部平行于地面，池内的污水用泵提升到反应池。电镀厂运行时产生的废水通过工业废水管道流到调节池。D==59㎜(4-1)设计中取进水管管径DN60mm，进水口要求在最高液位以上，高度为2500mm。调节池出水管取DN60mm标准硬氯乙烯管，规格外径Φ×壁厚＝60mm×2.5mm，工作压力为10kg/cm2。出水管口在池底，用泵提升到反应池。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）调节池最高液位Hmax==1722㎜4.1.4提升泵型号：25QWP8-22-1.1型流量：Q=300扬程：22m功率：1.1Kw数量：二台（一用一备）4.1.5调节池水泵扬程计算因为废水流量Q=280，取废水中流速v=0.5m/s。则D=49mm。查手册取公称直径DN50mm标准硬氯乙烯管，规格外径Φ×壁厚＝57mm×2.5mm，工作压力为10kg/cm2，计算内径为53mm，查DN50mm塑料管水力计算表，流量Q＝8.30m3/h时，流速为0.84m/s，1000i＝15.18，对于一次提升管段，废水管线水力最不利长度L＝10m，则管线沿程损失为：H沿=iL=15.18×10/1000=0.152m(4-2)一次提升（从调节池用泵提升到反应池，反应池到中间水池重力自流）最不利段共有90º弯头2个，局部阻力系数0.5，阀门2个，局部阻力系数各取0.5，逆止阀1个，局部阻力系数取7.5，转子流量计1个，局部阻力系数9，泵1台局部阻力系数为1，则管线总局部水力损失为[11]：H局＝ξv2/2g＝（2×0.5+2×0.5+1×7.5+1×9+1×1）×0.872/（2×9.8）＝1.043m调节池最低水位与所需提升最高水位差H差＝4.5m取自由水头H自＝2.5m，则水泵所需扬程为：H＝H差+H自+h沿+h局＝8.195m(4-3)37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）根据Q＝8.30m3/h，H＝8.195m选用25QWP8-22-1.1型不锈钢耐腐蚀潜水泵。4.2中和池14.2.1设计参数池形:方形流量Q=280停留时间HRT=4.5h4.2.2工艺尺寸有效容积V=QHRT=2804.5/24=52.5取池子的有效水深h=1.5m则中和池的平面面积为S=V/h=35取宽b=5m则长L=7m取中和池超高为0.3m。4.2.3进出口及液位D=60mm(4-4)设计中取进水管管径DN80mms，进水口要求在最高液位以上，高度为2500mm。中和池出水管取DN80mm标准硬氯乙烯管，规格外径Φ×壁厚＝60mm×2.5mm，工作压力为10kg/cm2[12]。中和池最高液位Hmax==1500㎜4.3絮凝反应池14.3.1设计参数池形:方形流量Q=280停留时间HRT=30min37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）4.3.2工艺尺寸有效容积V=QHRT=280/24×30/60=5.8m³取V=6取池子的有效水深h=0.8m则絮凝池的平面面积为S=V/h=7.5取宽b=3m则长L=2.5m取絮凝池超高为0.3m。4.3.3进出口及液位D=60㎜设计中取进水管管径DN80mms，进水口要求在最高液位以上，高度为2500mm[13]。絮凝池出水管取DN80mm标准硬氯乙烯管，规格外径Φ×壁厚＝60mm×2.5mm，工作压力为10kg/cm2。絮凝池最高液位Hmax=V/S=6/7.5=800㎜4.4沉淀池14.4.1参数选取水力表面负荷：q=4.0/(h)斜板长度：L=1.2m斜板净距：d=100mm斜板厚：b=5mm各参数均按照规范来选取，特别说明：斜板沉淀池的水力负荷相对于普通沉淀池的水力负荷来说较高，通常按照普通沉淀池的2倍来选取[14]，即3-5/(h)37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）4.4.2工艺尺寸设计1）池表面积A=3.21㎡n------池数，取1.(4-5)2）池长aa=1.80m取a=2.0m核算：q==3.20(4-6)满足条件3-5/(h)3)斜板个数mm=19(4-7)4)斜板区高度h3=L×Sin60o=1.2×Sin60o=1.04m5）取斜板上部清水区高度=1.0m取水面超高=0.4m取斜板下端与排泥斗之间的缓冲层高度=1.0m设有4个污泥斗，污泥斗斗底是正方形，泥斗底边长为=0.20m，泥斗倾角β=60，上底边长为b=1.0m，所以泥斗高为:h5=60o=60o=0.61m(4-8)37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）污泥斗容积V：V=n×h5×[S1++S2]/3=4×0.61×[1++0.35]/3=1.94m³沉淀区总高度：H=h5+h4+h3+h2+h1=0.61+1.0+1.04+1.0+0.4=4.05m池内停留时间T===27.2min＜30min(4-9)4.5生物接触氧化池4.5.1设计参数进水COD浓度La=1200mg/L（300）出水COD浓度Le=150mg/L（120）取生物接触氧化池的COD容积负荷M=1.55kgCOD/(·d)4.5.2生物接触氧化池填料容积W===677m³(4-10)式中W——填料的总有效容积，；Q——日平均污水量，；La——进水COD浓度，mg/L；Le——出水COD浓度，mg/L；M——COD容积负荷率，kgCOD/(·d)。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）4.5.3生物接触氧化池总面积A===268㎡式中：A——接触氧化池总面积，；H——填料层高度，m，取2.5m。4.5.4设计计算设一座接触氧化池，共分4格；每格接触氧化池面积f=A/4=67；每格池的尺寸：L×B=10×6.7=67；每格接触氧化池在其端部与邻接触氧化池的隔墙上均设1m×1m的溢流孔。4.5.5污水与填料接触时间t===16.08h(4-11)式中t——污水在填料层内的接触时间，h。4.5.6接触氧化池总高度Ho=h1+h2+(m-1)h3+h4+H=0.5+0.5+(1-1)×0.2+0.5+2.5=4.0m式中——接触氧化池的总高度，m；——池体超高，m，取0.5m；——填料上部的稳定水层深，m，取0.5m；——填料层间隙高度，m，取0.2m；——填料层数，取为1层；——填料层高度，m，取2.5m；——配水区高度，m，取0.5m。生物接触氧化池选用组合纤维填料[15]。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）其主要技术参数见表4-1。表4-1填料性质型号塑料环片直径（mm）填料直径（mm）单片间距（mm）理论比表面积（）ZV-150-80751508020004.5.7生物接触氧化池需气量计算Q气=Do×Q=20×1000=20000m³/d(4-12)式中：——需气量，——1污水需气量，，一般为15-20。本式子取20——污水日均流量，，这里取泵的最大组合流量生物接触氧化池曝气强度校核[16]：Q气/A=20000（m³.d)/67㎡=298.5m³/（㎡.d）=12.45m³/（㎡.h）满足《生物接触氧化法设计规程》设计要求范围的{10-20}[17]综合以上计算，生物接触氧化池的需气量=20000m³/d，加上15%的工程预算：Qs=Q气（1+15%）=20000×1.15=23000m³/d37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）4.5.8空气管道计算在每单个生物接触氧化池的填料层底部都设置有两根干管，干管距离设为2m，每隔3米设置一根竖管，每根干管上均设有3根竖管，共计30根竖管，每根竖管的最大供气量为：=767m³/d曝气池平面面积SS=320m2每个微孔曝气器服务面积按0.5m2计，则所需微孔曝气器的数量为320/0.5=640个每个微孔曝气器的配气量为：=36m³/d4.6调节池24.6.1设计参数池形:方形流量Q=600停留时间HRT=6h4.6.2工艺尺寸有效容积=QHRT=6006/24=150实际容积V=1.4=210取池子的有效水深h=2.5m纵向隔板间隔1.6m则调节池的平面面积为S=V/h=84取宽b=6m则长L=14m纵向隔板间距为1.6m，则隔板数为4取调节池超高为0.3m。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）4.6.3进出口及液位调节池整体设置在地下，顶部平行于地面，池内污水用泵提升到反应池。电镀厂运行产生的废水通过工业废水管道流进调节池[18]。D==105.2mm设计中取进水管管径DN110mms，进水口要求在最高液位以上，高度为2500mm。调节池出水管取DN50mm标准硬氯乙烯管，规格外径Φ×壁厚＝57mm×2.5mm，工作压力为10kg/cm2。出水管管口位于池底，用泵提升到反应池。泵的扬程计算见水力计算部分。调节池最高液位Hmax===2500mm4.6.4配套设备提升泵型号：25QWP8-22-1.1型流量：Q=600扬程：22m功率：1.1Kw数量：三台（两用一备）4.6.5调节池水泵扬程计算因为废水流量Q=600，取废水中流速v=1.0m/s。参照上述公式，则D=85.86mm。查手册取公称直径DN100mm的标准硬氯乙烯管，规格外径为Φ×壁厚＝108mm×2.5mm，工作压力为10kg/cm2，计算内径为103mm，查DN100mm塑料管水力计算表，流量Q＝25m3/h时，流速为0.84m/s，1000i＝7.1，对于一次提升管段来说，废水管线水力最不利长度L＝10m，则管线沿程损失为[19]：37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）一次提升（由调节池用泵提升到中和池，中和池至中间水池为重力自流）最不利段共有90º弯头2个，局部阻力系数0.5，阀门2个，局部阻力系数各取0.5，逆止阀1个，局部阻力系数取7.5，转子流量计1个，局部阻力系数9，泵1台局部阻力系数为1，则管线总局部水力损失为：H局＝ξv2/2g＝（2×0.5+2×0.5+1×7.5+1×9+1×1）×0.842/（2×9.8）＝0.972m(4-13)调节池最低水位与所需提升最高水位差H差＝5.0m取自由水头H自＝2.5m，则水泵所需扬程为：H＝H差+H自+h沿+h局＝8.54m根据Q＝25m3/h，H＝8.54m选用25QWP8-22-1.1型不锈钢耐腐蚀潜水泵两台同时做功。4.7中和池24.7.1设计参数池形:方形流量Q=880（泵组合的最大流量）停留时间HRT=3.2h4.7.2工艺尺寸有效容积V=QHRT=8803.2/24=117.3取V=120取池子的有效水深h=2.0m则中和池的平面面积为S=V/h=60取宽b=5m则长L=12m取中和池超高为0.3m。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）4.8絮凝反应池24.8.1设计参数池形:方形流量Q=880停留时间HRT=20min4.8.2工艺尺寸有效容积V=QHRT==12.2m³取V=14m3取池子的有效水深h=1.4m则絮凝池的平面面积为S=V/h=10取宽b=2m则长L=5m取池子超高为0.3m。4.9沉淀池24.9.1参数选取水力表面负荷：q=4/(h)斜板长度：L=1.2m斜板净距：d=100mm斜板厚：b=5mm各参数都按照规范选取，特别说明：斜板沉淀池的水力负荷相对于普通的沉淀池的水力负荷来说较高，通常按照普通沉淀池的2倍来选取[20]，即3-5/(h)4.9.2工艺尺寸1）池表面积AA=10.07㎡n------池数，取1.37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）2）池长aa=3.17m取a=3.5m核算：q===3.94满足条件3-5/(h)3)斜板个数mm=334)斜板区高度h3=L×Sin60o=1.2×Sin60o=1.04m5）取斜板上部清水区高度=1.0m取水面超高=0.4m取斜板下端与排泥斗之间的缓冲层高度=1.0m设有4个污泥斗，污泥斗斗底是正方形，泥斗底边长为=0.35m，泥斗倾角β=60，上底边长为b=1.0m，所以泥斗高为:h5=60o=60o=0.61m污泥斗容积V：V=n×h5×[S1++S2]/3=4×0.61×[1++0.35]/3=1.96m³沉淀区总高度：37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）H=h5+h4+h3+h2+h1=0.61+1.0+1.04+1.0+0.4=4.05m池内停留时间T===27.2min＜30min37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第5章平面布置及高程布置5.1平面布置水厂的平面布置包括：处理构筑物的布置，中央控制室、配电间、化验及其它辅助建筑物的布置，以及各种管道、道路、绿化等的布置。根据处理厂的规模大小，采用1:200～1:500的比例尺的地形图绘制总平面图。5.1.1各处理单元构筑物的平面布置处理构筑物是污水处理厂的主题建筑物，在做平面布置时应该根据各个构筑物的功能要求和水利要求，并且结合地形和地质条件来确定它们在厂区内的平面布置。对此，应考虑到[21]：（1）土方量要做到基本平衡，并且要避免开劣质土壤地段。（2）在处理构筑物之间，应保持一定的距离，以保证敷设连接管、渠的要求，一般的间距值可取为5-10米，但对于某些有特殊要求的构筑物，如污泥消化池、沼气储罐等来说，其间距应按有关规定来确定。（3）贯通、连接各处构筑物之间的管、渠，使之便捷、直通，避免迂回曲折。（4）污泥处理构筑物应考虑尽可能单独布置，以方便管理，应布置在厂区夏季风主导风向的下风向。（5）各个处理构筑物在平面布置上应考虑尽量紧凑。5.1.2辅助建筑物的平面布置污水厂内的辅助建筑物有中央控制室、配电间、仓库、机修间、宿舍、食堂以及综合楼等。它们是污水处理厂不可或缺的组成部分。（1）辅助建筑物面积的大小应按具体情况条件而定。辅助建筑物的设置应根据方便、安全等的原则来确定。（2）操作工人的值班室应尽量布置在使工人能够便于观察各个处理构筑物和运行情况的位置上。（3）生活居住区、综合楼等建筑物应与处理构筑物保持一定的距离，应位于厂区夏季风主风向的上风向。5.1.3管、渠的平面布置37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）（1）在厂区内应设有空气管路、沼气管路、给水管路及输配电线路等。这些管线有的敷设在地下，但大都设在地上，对它们的安装既要便于施工和维护管理，又要紧凑，少占地。（2）应设超越全部处理构筑物，直接排放水体的超越管。（3）在各个处理构筑物之间，应设有贯通、连接的管、渠。此外还应设有能够使各处理构筑物独立运行的管、渠，当某一构筑物因故障而停止运行时，其后续处理构筑物仍能保持正常运行状态。5.1.4道路布置在污水处理厂内应合理的修建道路，方便运输，要设置各个处理构筑物的必要通道，道路的设计应符合下列要求[22]：（1）车行道的转弯半径不宜小于6米。（2）主要车行道的宽度：单车道为3-4米，双车道为6-7米，并应有回车道。（3）人行道的宽度为1.5-2.0米。（4）天桥宽度不宜小于1米。（5）通向高架构筑物的扶梯倾角不宜大于45°。5.1.5厂区绿化平面布置时应安排充分的绿化带，改善卫生条件，为污水厂工作人员提供优美的环境。5.2高程布置为了使污水能在各处理构筑物之间通畅的流动，保证处理厂的正常运行，需次设计需进行高程布置，确定各构筑物及连接管的高程。为降低运行费用和便于维护管理，污水在处理构筑物之间的流动以按重力流考虑为宜[23]；污泥也最好利用重力流动，若需要提升，应尽量减少抽升的次数。为保证污泥的顺利自流，应精确计算处理构筑物之间的水头损失，并考虑扩建时预留的储备水头。其主要任务是：确定各处理构筑物和泵房的标高，确定处理构筑物之间连接灌渠的尺寸及其标高，通过计算确定各部分的水面标高，从而能使污水沿工艺流程在各处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理厂的正常运行。高程布置的原则如下：(1).选择一条距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算，并应适当的留有余地，以保证在任何情况下，处理系统都能够正常运行；37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）(2).计算水头损失时，一般应以近期最大流量作为构筑物和管渠的设计流量；(3).设置重点泵站的污水处理厂，水力计算常以接纳处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒退计算，以使处理后污水在洪水季节也能自流排出，而水泵需要的扬程则较小，运行费用也较低。但同时应考虑到构筑物的挖土深度不宜过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难；(4).在作高程布置时还应注意污水流程与污逆流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。依据上述原则对工艺进行高程布置，并用autoCAD作图。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第6章工程特点及概算6.1方案特点、估算范围以及依据特点：1.本次设计所选方案是含铬废水与含其它重金属废水分开处理，本次工艺的处理系统及技术都是非常成熟的，适应污水水质、水量的变化[24]。2.废水处理后水质达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）二级标准，可直接向外排放。3.本次工艺设计方案方法简便，原理简明，操作简单。材料价格：参照网上及市场价格6.2投资概算6.2.1土建费用概算土建费用概算见表6-1表6-1土建费用概算表序号构筑物名称尺寸（m3）容积（m3）单位造价(元/m3）数量投资（万元）备注1反应调节池17×4×411240014.48钢混2中和池112.2×5×1.59240013.68钢混3絮凝反应池14×3×1.214.450010.72钢混4沉淀池3.5×3.5×44950024.9钢混5生物接触氧化池10×6.7×4268400110.7钢混6调节池26×14×2.521040018.4钢混7中和池212×5×212040014.8钢混8絮凝反应池5×2×1.41450010.7钢混37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）26.2.2设备费用概算设备费用概算见表6-2表6-2设备费用概算名称型号数量单价（万元）备注污水提升泵25QWP8-22-1.1型20.12一备一用鼓风机GM45L20.5一备一用中心传动浓缩机NZS-825一备一用双网带式压滤机25一备一用其他设备管材、配件等26.2.3工程总费用概算费用小计：138.38万元其他建设费用138.38×12%=16.606万元工程总费用：138.38+16.606=154.985万元6.3工程概算总结因污水的水质较为复杂，所以构筑物偏多，导致土建造价较高。各种土建费用及配套设施是经过翻阅以往案例参考评定的，有些设施通过网上厂家提出预算得出的，所以结果相对来说较为准确，但价格都有波动，不同厂家也会提供不同的价格，该预算仅供该废水厂作为参考[25]。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第7章社会效益与环境效益评估7.1社会效益随着社会经济的发展，对于污染治理已经成为各个企业不可推卸的责任和义务。电镀重金属废水通过此工艺设计的处理，可将其对环境的污染消减到最低程度，保护环境；执行了国家的环保法规，对保护当地水环境尽到了应当的义务；必将得到当地环保部门和群众的认可和支持[26]。（1）该电镀厂的运行对浙江市的经济发展和人民生活水平的提高具有重大影响，发展带动了各个机械产业的发展，促进了城镇经济可持续提高；（2）改善环境，减少疾病，提高人民生活水平，保障人民身体健康，减少医疗卫生费用，提高劳动生产率；（3）浙江旅游业占主导产业比重增大，环境的保护与改善对于该城镇的旅游业低价等有极大的有利影响。7.2环境效益（1）污水处理厂的运行削减了污染物和污水的排放，改善了水质质量，保障了浙江人民的用水安全，以及对农业和水产养殖业的产量和质量带来促进作用；（2）环境保护已经成为我国基本国策，保护环境，人人有责，也提高工厂形象。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）第8章总结通过以上设计，本工程的建设对于改善浙江的水质与生态环境，提高公众健康水平，改善投资环境，促进浙江环境保护与经济可持续发展，以及推动其他机械产业的运行都将产生积极的作用。它的建设运行将大大减少浙江省区水污染物的排放总量，使河水质环境质量得到较大提高，增加水环境容量，提高水体自静能力，生态功能也能够得到更好的恢复，同时，推动了浙江省的经济发展。它的环境价值及经济效益十分显著，对城市建设与经济发展都具有重大的现实意义。37 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）参考文献[1]高廷耀.水污染控制控制工程，下册(第二版)[M].北京:高等教育出版社.1999.[2]国家环保局.中国环境状况公报[J].环境保护，1987.(3):3-9.[3]王怀宇，王惠丰.环境工程施工技术[M].化学工业出版社，2009.[4]章非娟.工业废水污染防治[M].上海：同济大学出版社，2004.[5]李春华.离子交换法处理电镀废水[M].北京:轻工业出版社,1989.[6]机械工业部第二设计研究院，《电镀废水治理手册》[M]，浙江：浙江科学技术出版社，1985.[7]张宏梅.生物絮凝剂在环境废水处理中的应用[J].化工技术与开发，2007,36（7）：41-43.[8]张自杰，顾夏声.排水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.[9]化学工业出版社.水处理工程典型设计实例[C].北京:化学工业出版社，2001.[10]RenoldsS.L.，KalluriR.，SchultzT.E.Downunder-submergedsystemprovidesbetterbiologicaltreatment.Ind.Wastewater[J]，1997，5(5):43-50.[11]EdwardD.Schroeder.WaterandWastewaterTreatment[M].America:TheMcGraw-HillCompanies,Inc.，1977.[12]FacultyofResourceandEnvironmentalEngineering,JiangxiUniversityofScienceandTechnology,Ganzhou,341000[J],China.StudyonTreatmentofElectroplatingWastewaterbyUV-FentonOxidation-biologicalAeratedFilterProcess:1-6.[13]WangB.Z.ThedeveLopmentofecologicalwastewatertreatmentandutilizationsystems(EWTUS)inChina[J].Wat.Sci.TechnoL.,1987，19(2):51-63.[14]崔玉川,刘振江,张绍怡.城市污水厂处理设施设计计算[M].北京:化学工业出版社,2004.[15]上海市建设和交通委员会.GB50014-2006.室外排水设计规范[J].北京：中国计划出版社：109-121.[16]北京市市政工程设计研究总院.给水排水设计手册第五册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2004.[17]LarryD.Benefield，CliffordW.Randall.BiologicalProcessDesignforWastewaterTreatment[M].America:Prentice-Hall,Inc.,EnglewoodCliffs，1980.37 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