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硝基苯废水处理工艺设计方案南京工业大学环境学院-1-目录第一章处理工艺的文献综述21.1含硝基苯废水对环境的危害21.2处理硝基苯的技术方法现状21.2.1物理法21.2.2化学法21.2.3生物法3第二章工程设计资料与依据42.1废水水量42.2设计进水水质42.3设计出水水质42.4设计依据52.5设计原则与指导思想5第三章工艺流程的确定53.1废水的处理工艺流程53.2工艺流程说明63.3工艺各构筑物去除率说明7第四章构筑物设计计算74.1设计水量的确定74.2调节池74.3微电解塔84.4FENTON氧化池104.5中和反应池114.6沉淀池124.7生活污水格栅144.8生活污水调节池164.9生化处理系统174.10二沉池194.11污泥浓缩池20第五章构筑物及设备一览表225.1主要构筑物一览表225.2主要设备一览表23第六章管道水力计算及高程布置236.1平面布置及管道的水力计算236.2泵的水力计算及选型266.3高程布置和计算28第七章参考文献31硝基苯废水处理工艺设计方案南京工业大学环境学院-2-第一章处理工艺的文献综述1.1含硝基苯废水对环境的危害硝基苯，分子式为C5H6NO2，相对分子量为123，相对密度(水=1)1.20，熔点在5.7℃，沸点是210.9℃。硝基苯是淡黄色透明油状液体，有苦杏仁味，不溶于水，溶于乙醉、乙醚、苯等多数有机溶剂。用于溶剂，制造苯胺、染料等。环境中的硝基苯主要来自化工厂、染料厂的废水废气，尤其是苯胺染料厂排出的污水中含有大量硝基苯。硝基苯在水中具有极高的稳定性，由于其密度大于水，进入水体后会沉入水底，长时间保持不变。又由于其在水中有一定的溶解度，所以造成的水体污染会持续相当长的时间。硝基苯类化合物化学性能稳定，苯环较难开环降解，常规的废水处理方法很难使之净化。因此，研究硝基苯类污染物的治理方法和技术十分必要。1.2处理硝基苯的技术方法现状1.2.1物理法对含高浓度硝基苯的工业废水，采用物理手段处理既可降低硝基苯的浓度，改善废水的可生化性，又可以回收部分硝基苯，实现资源利用最大化。主要的物理处理方法有：吸附法、萃取法和汽提法。对于吸附法，硝基苯废水处理研究中颗粒状活性炭、炉渣、有机膨润土等都是应用较多的吸附剂。赵钰等[1]在用活性炭吸附法处理含芳香族硝基化合物的染料废水的工程试运行中，COD平均值由209mg/L下降至119mg/L。对于萃取法，目前一般采用多级萃取法或萃取法与其他方法协同处理。林中祥等人[2]用N5O3—苯做萃取剂对硝基苯生产废水进行处理，萃取两次可使硝基苯含量达国家一级排放标准。对于汽提法，用于处理高浓度硝基苯废水，工艺上较为可行。于桂珍等[3]利用汽提—吸附法处理硝基苯废水，实验表明，硝基苯的去除率可达90%以上，汽提后的废水经碳黑吸附，废水中硝基苯含量可降至10mg/L以下，效果较好1.2.2化学法针对于处理硝基苯的化学法主要有电化学法和高级氧化法。电化学氧化的基本原理有两硝基苯废水处理工艺设计方案南京工业大学环境学院-3-种:一是直接电化学反应，指通过阳极氧化使污染物在电极上发生转化或燃烧，把有毒物质转变为无毒物质，或把非生物相容的有机物转化为生物相容的物质，例如芳香化合物的开环氧化等。二为间接电化学转化，指利用电极表面产生的强氧化性活性物种使污染物发生氧化还原转变。宋卫健等[4]以DSA类电极作为阳极，对模拟硝基苯废水进行的降解实验证明，在电流密度15mA/cm2条件下，CODcr的去除率可达到90%以上。也有樊红金等[5]对催化铁内电解法处理硝基苯废水降解动力学特性进行了研究。结果表明,降解过程符合准一级动力学规律。进水浓度、pH值和反应温度强烈影响硝基苯的降解速率。高级氧化技术近年来的发展非常迅速，有臭氧氧化，Fenton试剂氧化，湿式氧化等。针对硝基苯废水，报道较为集中的是Fenton试剂氧化。Fenton氧化体系由过氧化氢和催化剂Fe2+构成。Fenton氧化法处理废水的原理是：在酸性溶液中，在Fe2+催化剂作用下，H2O2能产生活泼的.OH，从而引发和传播自由基链反应，加快有机物和还原性物质的氧化。余宗学[6]采用Fenton试剂对间硝基苯生产废水进行预处理，在最佳反应条件下，废水中硝基苯类化合物的转化率在89%以上，废水色度的去除率在80%以上，COD的去除率也在60%以上，同时，废水可生化性有了较大的提高另外，利用微电解和Fenton试剂氧化的工程实例报道也很多，徐续等[7]利用微电解和Fenton试剂氧化后，将COD为5000mg/L的硝基苯废水处理达标，COD总去除率为97%；李欣等[8]利用微电解和Fenton试剂氧化处理硝基苯制药废水，当原水的pH值为2～3、H2O2投加量为500～600mg/L时,调节预处理出水pH值至7～8并经沉淀处理后，对COD和硝基苯类物质的总去除率分别可达47%和92%。后续混合废水经SBR工艺处理后出水水质能满足国家污水排放标准。1.2.3生物法硝基苯类化合物被认为是生物难以降解的物质，但利用生物的变异性，近年来环境工作者筛选出了一些特异性菌种用于处理硝基苯废水。王竟等[9]在研究假单胞菌JX165对硝基苯的好氧降解时发现，在废水中细胞的质量浓度为9mg/L，pH为7，温度为30℃摇床转速为100r/min，反应时间为2h的条件下，在以硝基苯为惟一碳、氮源的培养基中硝基苯的去除率为98.5%。硝基苯废水处理工艺设计方案南京工业大学环境学院-4-第二章工程设计资料与依据2.1废水水量根据生产工艺及相关资料，生产废水的排放量为150m3/d，工作方式为24小时工作制，生活污水300m3/d排放。2.2设计进水水质（1）生产废水：200m3/d污染因子污染物浓度(mg/L)COD4380pH(无量纲)3甲苯类100硝基苯50盐分9000（2）生活污水：490m3/d2.3设计出水水质出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）三级标准后后排入建设单位所在化工园区的污水处理厂进行进一步生化处理，具体排放要求如下：污染因子污染物浓度(mg/L)COD500pH(无量纲)6~9污染因子污染物浓度(mg/L)COD400pH(无量纲)7~7.5SS400BOD5250NH3-N40硝基苯废水处理工艺设计方案南京工业大学环境学院-5-BOD5300SS400甲苯类0.5硝基苯5.0NH3-N25盐分8000*(注：盐分接管标准≤8000mg/L后排入业主所在化工园区的污水处理厂处理)2.4设计依据建设方提供的水质水量及排放标准资料；《污水综合排放标准》（GB8978－1996）；《室外排水设计规范》（GBJ14－87）；《给水排水设计手册(第二版)》；类似工程的经验、工艺参数和试验结果。2.5设计原则与指导思想采用先进合理的处理工艺，保证污水达到最好的处理效果；工艺许可的条件下尽量减少投资和用地面积；操作维护简单；操作运行可靠，运行费用控制较低。第三章工艺流程的确定3.1废水的处理工艺流程根据文献调查的结果并且结合类似工程的设计、操作参数，考虑到该企业废水中含有大量的有机物，COD很高，可生化性极差，同时废水排放量不是很大，因此综合多种因素考虑，决定采取物化处理与生化处理相结合的处理工艺，以化学法为主，操作简单，自动化程度高，COD、有机物去除率高，结合厌氧—好氧技术，可以确保稳定达标排放。确定如下流程：工艺流程如图1所示硝基苯废水处理工艺设计方案南京工业大学环境学院-6-生产废水调节池1微电解塔Fenton氧化池中和反应池调节池2厌氧池好氧池二沉池接管至园区污水处理厂铸铁屑+活性炭粒H2O2Ca(OH)2溶液污泥回流剩余污泥污泥生活污水沉淀池格栅图1硝基苯废水处理工艺流程污泥处置流程见图2沉淀池二沉池污泥污泥污泥浓缩池污泥脱水机泥饼外运处置滤液上清液至调节池2图2硝基苯废水处理工艺污泥的处理流程3.2工艺流程说明由于该废水COD、硝基苯的浓度很高，所以在处理工艺上采取的方法是以物理化学处理为核心，通过物化+生化的组合有效地去除了COD及特征污染物硝基苯、甲苯，排水达到《污水综合排放标准》三级标准。现将流程说明如下：含有硝基苯和甲苯的生产废水，在调节池中均质均量，以减缓对后续物化处理系统的冲击，在水质水量调节后，进入pH调整池，将生产废水的pH调整至3左右，以利于微电解操作。微电解塔利用铁炭构成的原电池进行微电解，有效的去除硝基苯和甲苯，随微电解塔出水中的大量Fe2+在Fenton氧化池中作为H2O2的催化剂，进一步去除硝基苯、甲苯及其微电解产物，Fenton氧化是利用高级氧化技术有效的去除COD和特征污染物的方法，效率高，操作成本低。在经过微电解和氧化后，废水中的COD和特征污染物迅速下降，此时废水中依然含有大量的Fe2+、Fe3+离子，对其进行中和操作，可以产生大量的胶状絮体以进一步的去除废水的COD。至此，生产废水的物理化学处理完成。在完成生产废水的物化处理后，在调节池中接入生活废水进行稀释配水，进入生化系统。硝基苯废水处理工艺设计方案南京工业大学环境学院-7-生化系统采用厌氧—好氧处理工艺，可确保各项指标达到《污水综合排放标准》三级标准。沉淀池的污泥和二沉池污泥排入污泥浓缩池，经浓缩减量后由压滤泵压入板框压滤机脱水，脱至含水率75％左右。污泥浓缩池上清液和压滤机滤液进入调节池再处理。处理系统产生的污泥必须由危险固体废弃物处置中心进行妥善处置。3.3工艺各构筑物去除率说明根据文献报道，结合确定的工艺流程，可以对COD和特征污染物的去除率进行确定。污染因子及去除率流出构筑物的污染物浓度(mg/L)调整池1微电解塔Fenton氧化池中和反应池沉淀池调节池2厌氧池好氧池二沉池COD4380394225622306219321931316658500COD去除率%01035105025500甲苯10040842.42.41.670.840.5甲苯去除率%0608050400305040硝基苯5012.58.7587.57.565.55硝基苯去除率%0753086.250208.310第四章构筑物设计计算4.1设计水量的确定生物处理池之前，各构筑物按最大日最大时流量设计，已知该厂生产废水流量Q=200m3/d，废水流量总变化系数Kz=1.2，故最大设计流量为：3maxzQKQ1.2200240(m/d)，按照工作8h计算，3max240Q=30/8mh4.2调节池(1)设计说明调节池设计计算的主要内容是确定调节池的容积，该容积应当考虑能够容纳水质变化一个周期所排放的全部水量。调节池采用机械搅拌方式使水质均衡，防止沉淀。(2)设计计算硝基苯废水处理工艺设计方案南京工业大学环境学院-8-（1）池子总有效容积设停留时间t=12htqVvmax式中：maxvq——最大设计流量，/hm3；t——水力停留时间，h。33012360()Vm（2）池子表面积)m(hVA2式中：A——调节池池表面积，2m；V——调节池的有效容积，3m；h——调节池的有效水深，m。调节池的有效水深2～2.5m，现取h=2.5m。则调节池的面积为：2360144()2.5Am（3）调节池尺寸根据池体表面积为144m2，现选择池长为16m，池宽为9m，池深超高0.5m。调节池尺寸为16×9×3(m)（4）搅拌设备在调节池中增加搅拌设备，以均衡水质，提高中和反应的效率。选用机械搅拌，在池的对角上设置两个潜水搅拌器。4.3微电解塔微电解塔运行的最佳工艺条作为：pH值为3，反应时间60min，Fe:C（质量比）=5:1，铁屑粒径5～10目左右。（1）微电解塔的有效容积)m(tQV3式中：Q——设计流量，h/m3；t——废水停留时间，h，为了得到最佳的COD去除率，本设计选用的反应时间为60min。硝基苯废水处理工艺设计方案南京工业大学环境学院-9-330130()Vm（2）单座微电解塔的有效容积设2座微电解塔，串联使用，每座微电解塔为升流操作，每座微电解塔的有效容积3130