【正文】 硝基苯廢水處理工藝設(shè)計(jì)方案 南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院 1 目 錄 第一章 處理工藝的文獻(xiàn)綜述 2 含硝基苯廢水對環(huán)境的危害 2 處理硝基苯的技術(shù)方法現(xiàn)狀 2 物理法 2 化學(xué)法 2 生物法 3 第二章 工程設(shè)計(jì)資料與依據(jù) 4 廢水水量 4 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì) 4 設(shè)計(jì)出水水質(zhì) 4 設(shè)計(jì)依據(jù) 5 設(shè)計(jì)原則與指導(dǎo)思想 5 第三章 工藝流程的確定 5 廢水的處理工藝流程 5 工藝流程說明 6 工藝各構(gòu)筑物去除率說明 7 第四章 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)計(jì)算 7 設(shè)計(jì)水量的確定 7 調(diào)節(jié)池 7 微電解塔 8 FENTON 氧化池 10 中和反應(yīng)池 11 沉 淀池 12 生活污水格柵 14 生活污水調(diào)節(jié)池 16 生化處理系統(tǒng) 17 二沉池 19 污泥濃縮池 20 第五章 構(gòu)筑物及設(shè)備一覽表 22 主要構(gòu)筑物一覽表 22 主要設(shè)備一覽表 23 第六章 管道水力計(jì)算及高程布置 23 平面布置及管道的水力 計(jì)算 23 泵的水力計(jì)算及選型 26 高程布置和計(jì)算 28 第七章 參考文獻(xiàn) 31 硝基苯廢水處理工藝設(shè)計(jì)方案 南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院 2 第一章 處理工藝的文獻(xiàn)綜述 含硝基苯廢水對環(huán)境的危害 硝基苯，分子式為 C5H6NO2，相對分子量為 123，相對密度 (水 =1)，熔點(diǎn)在 ℃，沸點(diǎn)是 ℃。硝基苯是淡黃色透明油狀液體，有苦杏仁味，不溶于水，溶于乙醉、乙醚、苯等多數(shù)有機(jī)溶劑。用于溶劑，制造苯胺、染料等。環(huán)境中的硝基苯主要來自化工廠、染料廠的廢水廢氣，尤其是苯胺染料廠排出的污水中含有大量硝基苯。 硝基苯在水中具有極高的穩(wěn)定性，由于其密度大于水，進(jìn)入水體后會沉入水底，長時(shí)間保持不變。又由于其在水中有一定的溶解度，所以造成的水體污染會持續(xù)相當(dāng)長的時(shí)間。硝基苯類化合物化學(xué)性能穩(wěn)定，苯環(huán)較難開環(huán)降解，常規(guī)的廢 水處理方法很難使之凈化。因此，研究硝基苯類污染物的治理方法和技術(shù)十分必要。 處理硝基苯的技術(shù)方法現(xiàn)狀 物理法 對含高濃度硝基苯的工業(yè)廢水，采用物理手段處理既可降低硝基苯的濃度，改善廢水的可生化性，又可以回收部分硝基苯，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。 主要的物理處理方法有：吸附法、萃取法和汽提法。 對于吸附法，硝基苯廢水處理研究中顆粒狀活性炭、爐渣、有機(jī)膨潤土等都是應(yīng)用較多的吸附劑。趙 鈺 等 [1]在用活性炭吸附法處理含芳香族硝基化合物的染料廢水的工程試運(yùn)行中，COD 平均值由 209mg/L 下降至 119mg/L。 對于萃取法，目前一般采用多級萃取法或萃取法與其他方法協(xié)同處理。林中祥等人 [2]用N5O3— 苯做萃取劑對硝基苯生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理，萃取兩次可使硝基苯含量達(dá)國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。 對于汽提法，用于處理高濃度硝基苯廢水，工藝上較為可行。于桂珍等 [3]利用汽提 — 吸附法處理硝基苯廢水，實(shí)驗(yàn)表明，硝基苯的去除率可達(dá) 90%以上，汽提后的廢水經(jīng)碳黑吸附，廢水中硝基苯含量可降至 10mg/L 以下，效果較好 化學(xué)法 針對于處理硝基苯的化學(xué)法主要有電化學(xué)法和高級氧化法。電化學(xué)氧化的基本原理有兩硝基苯廢水處理工藝設(shè)計(jì)方案 南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院 3 種 :一是直接電化學(xué)反應(yīng)，指 通過陽極氧化使污染物在電極上發(fā)生轉(zhuǎn)化或燃燒，把有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒物質(zhì)，或把非生物相容的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物相容的物質(zhì)，例如芳香化合物的開環(huán)氧化等。二為間接電化學(xué)轉(zhuǎn)化，指利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性活性物種使污染物發(fā)生氧化還原轉(zhuǎn)變。宋衛(wèi)健等 [4]以 DSA 類電極作為陽極，對模擬硝基苯廢水進(jìn)行的降解實(shí)驗(yàn)證明，在電流密度 15mA/cm2 條件下， CODcr 的去除率可達(dá)到 90%以上。 也有樊紅金等 [5]對催化鐵內(nèi)電解法處理硝基苯廢水降解動力學(xué)特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明 ,降解過程符合準(zhǔn)一級動力學(xué)規(guī)律。進(jìn)水濃度、 pH 值和反應(yīng)溫度強(qiáng)烈 影響硝基苯的降解速率。 高級氧化技術(shù)近年來的發(fā)展非常迅速，有臭氧氧化， Fenton 試劑氧化，濕式氧化等。針對硝基苯廢水，報(bào)道較為集中的是 Fenton 試劑氧化。 Fenton 氧化體系由過氧化氫和催化劑 Fe2+構(gòu)成。 Fenton 氧化法處理廢水的原理是：在酸性溶液中，在 Fe2+催化劑作用下， H2O2 能產(chǎn)生活潑的 .OH，從而引發(fā)和傳播自由基鏈反應(yīng)，加快有機(jī)物和還原性物質(zhì)的氧化。余宗學(xué) [6]采用Fenton 試劑對間硝基苯生產(chǎn)廢水進(jìn)行預(yù)處理，在最佳反應(yīng)條件下，廢水中硝基苯類化合物的轉(zhuǎn)化率在 89%以上，廢水色度的去除率在 80%以上， COD 的去除率也在 60%以上，同時(shí)，廢水可生化性有了較大的提高 另外，利用微電解和 Fenton 試劑氧化的工程實(shí)例報(bào)道也很多，徐續(xù)等 [7]利用微電解和Fenton 試劑氧化后，將 COD 為 5000mg/L 的硝基苯廢水 處理達(dá)標(biāo)， COD 總?cè)コ蕿?97%；李欣等 [8]利用微電解和 Fenton試劑氧化處理硝基苯制藥廢水，當(dāng)原水的 pH值為 2～ H2O2 投加量為 500～ 600 mg/L 時(shí) ,調(diào)節(jié)預(yù)處理出水 pH 值至 7～ 8 并經(jīng)沉淀處理后，對 COD 和硝基苯類物質(zhì)的總?cè)コ史謩e可達(dá) 47%和 92%。后續(xù)混合廢水經(jīng) SBR 工藝處理后出水水質(zhì)能滿足國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。 生物法 硝基苯類化合物被認(rèn)為是生物難以降解的物質(zhì)，但利用生物的變異性，近年來環(huán)境工作者篩選出了一些特異性菌種用于處理硝基苯廢水。王竟等 [9]在研究假單胞菌 JX165 對硝基苯的好氧降解時(shí)發(fā)現(xiàn)，在廢水中細(xì)胞的質(zhì)量濃度為 9mg/L， pH 為 7，溫度為 30℃搖床轉(zhuǎn)速為100r/min，反應(yīng)時(shí)間為 2h的條件下，在以硝基苯為惟一碳、氮源的培養(yǎng)基中硝基苯的去除率為 %。 硝基苯廢水處理工藝設(shè)計(jì)方案 南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院 4 第二章 工程設(shè)計(jì) 資料與依據(jù) 廢水水量 根據(jù) 生產(chǎn)工藝及相關(guān)資料 ， 生產(chǎn) 廢水的排放量為 150 m3/d，工作方式為 24 小時(shí)工作制，生活污水 300m3/d 排放。 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì) （ 1）生產(chǎn)廢水： 200 m3/d 污染因子 污染物濃度 (mg/L) COD 4380 pH(無量綱 ) 3 甲苯類 100 硝基 苯 50 鹽分 9000 （ 2）生活污水： 490 m3/d 設(shè)計(jì)出水水質(zhì) 出水水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（ GB8978－ 1996） 三 級標(biāo)準(zhǔn) 后后排入建設(shè)單位所在化工園區(qū)的污水處理廠進(jìn)行進(jìn)一步生化處理， 具體排放要求如下： 污染因子 污染物濃度 (mg/L) COD 500 pH(無量綱 ) 6~9 污染因子 污染物濃度 (mg/L) COD 400 pH(無量綱 ) 7~ SS 400 BOD5 250 NH3N 40 硝基苯廢水處理工藝設(shè)計(jì)方案 南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院 5 BOD5 300 SS 400 甲苯類 硝基 苯 NH3N 25 鹽分 8000* (注：鹽分接管標(biāo)準(zhǔn)≤ 8000 mg/L 后排入業(yè)主所在化工園區(qū)的污水處理廠處理 ) 設(shè)計(jì)依據(jù) ? 建設(shè)方提供的水質(zhì)水量及排放標(biāo)準(zhǔn)資料； ? 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（ GB8978－ 1996）； ? 《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（ GBJ14－ 87）； ? 《 給水排水設(shè)計(jì) 手冊 (第二版 )》； ? 類似工程的經(jīng)驗(yàn)、工藝參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果。 設(shè)計(jì)原則與指導(dǎo)思想 ? 采用先進(jìn)合理的處理工藝，保證污水達(dá)到最好的處理效果； ? 工藝許可的條件下盡量減少投資和用地面積； ? 操作維護(hù)簡單； ? 操作運(yùn)行可靠，運(yùn)行費(fèi)用控制較低。 第三章 工藝流程的確定 廢水的處理工藝流程 根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)查 的結(jié)果 并且結(jié)合 類似 工程 的設(shè)計(jì)、操作參數(shù)，考慮到該企業(yè)廢水中含有大量的有機(jī)物， COD 很高，可生化性極差，同時(shí)廢水排放量不是很大，因此綜合多種因素考慮，決定采取物化處理與生化處理相結(jié)合的處理工藝，以 化學(xué)法為主，操作簡單，自動化程度高，COD、有機(jī)物去除率高，結(jié)合厭氧 — 好氧技術(shù)，可以確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。確定如下流程 ： 工藝流程如圖 1 所示 硝基苯廢水處理工藝設(shè)計(jì)方案 南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院 6 生產(chǎn)廢水 調(diào)節(jié)池1 微電解塔 Fen ton 氧化池 中和反應(yīng)池調(diào)節(jié)池2厭氧池好氧池二沉池接管至園區(qū)污水處理廠鑄鐵屑+活 性炭粒 H 2 O 2 C a( OH)2 溶液污泥回流剩余污泥污泥生活污水沉淀池 格 柵 圖 1 硝基苯廢水處理工藝流程 污泥處置流程 見圖 2 沉淀池二沉池污泥污泥污泥濃縮池 污泥脫水機(jī) 泥餅外運(yùn)處置濾液上清液至調(diào)節(jié)池2圖 2 硝基苯廢水處理工藝污泥的處理流程 工藝 流程說明 由于該廢水 COD、硝基 苯 的濃度很高，所以在 處理 工藝上采取的方法是 以物理化學(xué) 處理為核心 ，通過 物化 +生化的 組合有效地去除了 COD 及特征污染物硝基苯 、 甲苯 ， 排水 達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 三 級標(biāo)準(zhǔn)。 現(xiàn)將 流程說明如下： 含有硝基苯和 甲苯的生產(chǎn)廢水，在調(diào)節(jié)池中均質(zhì)均量，以減緩對后續(xù)物化處理系統(tǒng)的沖擊，在水質(zhì) 水量 調(diào)節(jié)后， 進(jìn)入 pH 調(diào)整池，將生產(chǎn)廢水的 pH 調(diào)整至 3 左右，以利于微電解操作。微電解塔利用鐵炭構(gòu)成的原電池進(jìn)行微電解，有效的去除硝基苯和甲苯，隨微電解塔出水中的大量 Fe2+在 Fenton 氧化池中作為 H2O2 的催化劑，進(jìn)一步去除硝基苯、甲苯及其微電解產(chǎn)物， Fenton 氧化是利用高級氧化技術(shù)有效的去除 COD 和特征污染物的方法，效率高，操作成本低。 在經(jīng)過微電解和氧化后，廢水中的 COD 和特征污染物迅速下降， 此時(shí)廢水中依然含有大量的 Fe2+、 Fe3+離子，對其進(jìn)行中和操作，可以產(chǎn)生大量的膠狀絮體以進(jìn)一步的去除廢水的COD。至此，生產(chǎn)廢水的 物理化學(xué)處理完成。 在完成生產(chǎn)廢水的物化處理后，在調(diào)節(jié)池中接入生活廢水進(jìn)行稀釋配水， 進(jìn)入生化系統(tǒng)。硝基苯廢水處理工藝設(shè)計(jì)方案 南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院 7 生化系統(tǒng)采用厭氧 — 好氧處理工藝，可確保各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 三 級標(biāo)準(zhǔn)。 沉淀池 的 污泥和二沉池污泥排入污泥濃縮池，經(jīng)濃縮減量后由壓濾泵壓入 板框 壓濾機(jī)脫水，脫至含水率 75％左右。污泥濃縮池上清液和壓濾機(jī)濾液進(jìn)入調(diào)節(jié)池 再處理。處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥必須由 危險(xiǎn) 固體廢棄物處置中心進(jìn)行妥善處置。 工藝 各構(gòu)筑物 去除率說明 根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，結(jié)合確定的工藝流程，可以對 COD 和特征污染物的去除率進(jìn)行確定。 污染因子及去除率 流出構(gòu)筑物的污染物濃度 (mg/L) 調(diào)整池 1 微電解塔 Fenton 氧化池 中和反應(yīng)池 沉淀池 調(diào)節(jié)池 2 厭氧池 好氧池 二沉池 COD 4380 3942 2562 2306 2193 2193 1316 658 500 COD 去除率 % 0 10 35 10 5 0 25 50 0 甲苯 100 40 8 4 甲苯去除率 % 0 60 80 50 40 0 30 50 40 硝基苯 50 8 6 5 硝基苯去除率 % 0 75 30 8 0 20 10 第 四 章 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì) 水量 的確定 生物處理池之前，各構(gòu)筑物按最大日最大時(shí)流量設(shè)計(jì)，已知該廠 生產(chǎn)