【文章內容簡介】 ...................................................................................................... 43 主要構筑物水面標高 ................................................................................................................ 43 參考文獻 .............................................................................................................................................. 44 謝 辭 ................................................................................................................................................. 45 合肥學院 2020 級 畢業(yè)設計 第一章 設計任務及資料 日處理 3萬噸氮肥廠廢水處理工藝設計 設計目的 （ 1）掌握工業(yè)污廢水處理工程項目設計的步驟和方法，學會收集設計相關資料，并知道如何從多種工藝計方案中選最合適的方案。 （ 2）掌握污水處理工藝設計的基本技能，例如，資料查閱、工藝比較選擇、 參數(shù)確定、設計計算與設備選型。 （ 3）掌握工藝流程圖、平面布置圖、高程圖及主要構筑物 圖紙的繪制； 掌握設計說明書的基本寫作規(guī)范。 設計意義 我國是人口和農(nóng)業(yè)大國， 化肥在經(jīng)濟發(fā)展 和農(nóng)業(yè)增產(chǎn) 中處于 非常 重要的地位。 而我國一些氮肥廠高氨氮廢水處理效率低 ,高氨氮廢水大量進入水體，將會導致水體污染，造成水體污染，致使水體營養(yǎng)化，危害水生生物。而且 通水管道中 微生物大量繁殖而形成生物垢 ，影響熱交換率 [1]。因此結合氮肥廠廢水的特點，設計高效率、低能耗的氮肥廠工業(yè)廢水處理工藝方案，對保護水資源、維護生產(chǎn)設備和提升健 康品質等方面都有重要意義。 設計基本要求 （ 1） 設計方案應符合實用的要求，必須確保污水處理后能夠達標排放。結合考慮經(jīng)濟技術因素及現(xiàn)實條件，以及當?shù)氐木唧w情況。 （ 2） 設計中各個構筑物的參數(shù)應嚴格按照設計規(guī)范選取，保留一定的安全系數(shù)。 （ 3） 設計工藝必須考慮經(jīng)濟條件，力求處理效率和運營花費達到最佳平衡。 （ 4） 應當力求技術合理，盡可能選擇工藝成熟，管理方便，運營簡單，自動化程度高的工藝，減少人員投入。 （ 5） 條件允許時，廠界布局盡量合理、美觀，同時注意注意綠化，增加觀賞性。 合肥學院 2020 級 畢業(yè)設計 廢水水量 根據(jù)設計任務書廢水水量 可按 30000 m3/d 計算。 廢水進、出水質 根據(jù)設計任務書廢水水質按下表水質設計 ，出水水質需要滿足 《合成氨工業(yè)水污染物排放標準》（ GB13458－ 2020）中的間接排放標準。 表 1 廢水 進、出水水質 項目 進水水質 出水水質 COD（ mg/l） 800 100 BOD5（ mg/l） 250 50 SS（ mg/l） 300 60 NH4N（ mg/l） 1000 50 pH 8～ 9 6～ 9 （ 1）《中華人民共和國 環(huán)境保護法 》； （ 2020 修訂版） （ 2）設計任務書提供 廢水量及水質數(shù)據(jù)； （ 3）《中華人民共和國水污染防治法》； （ 2020 修訂版） （ 4）《國務院關于編制全國主體功能區(qū)規(guī)劃的意見》， （ 5）環(huán)保部門對污染治理的指示與要求； （ 6）《合成氨工業(yè)水污染物排放標準》（ GB13458－ 2020）； （ 7）《室外排水設計規(guī)范》 ?GBJ1487?有關規(guī)定； （ 8） 氮肥廠所處位置的具體情況（包括位置、氣候、水源等） （ 9）環(huán)境工程手冊 （ 1）污水處理工藝方案的確定 及各處理單元的選擇，包括工藝流程、各單元構筑物的工藝設計和計算、設備選型 。 合肥學院 2020 級 畢業(yè)設計 （ 2）污泥處理方法 的比較選擇及 其 工藝 的 設計計算。 （ 3）污水處理區(qū)的平面布置，包括污水處理站的主要處理單元，生產(chǎn)構筑物及附屬建筑 （ 4）處理工藝方案的主要工藝流程圖，包括各處理單元的主要構筑物。 （ 5）污水處理站各處理單元水 頭 損失及高程計算，高程圖的繪制，主要處理構筑物的三視圖。 第二章 設計方案的比較和確定 （ 1）確保出水水質達到排放要求，技術可靠、處理效果穩(wěn)定、先進適用； （ 2） 各處理單元設備 布置緊湊， 盡可能節(jié)省土地 ，堅持實用美觀 并重 的 布局 原則； （ 3） 選擇工藝 時，應該考慮 實用的處理工藝 ，運行 管理簡單、運轉靈活占地少、成本少； （ 4）最大程度的 優(yōu)化設計 以減少 工程投資及運 營 費用 。 （ 1）技 術因素； 處理規(guī)模；進水特性，重點考慮有機負荷；出水水質要求。 （ 2）技術經(jīng)濟因素：占地面積，地價；基建投資；運行成本；自動化成本；自動化水平，運行管理能力。 當前主要處理方法的比較 物化法 目前，國內處理氨氮廢水的物理化學方法有許多，工藝相對成熟的主要有空氣吹脫法、蒸汽汽提法、折點加氯法、離子交換法、化學沉淀法等，這些處理 方法各有特點，針對不同的水質條件，選擇不同的處理方法 [2]。 （ 1）空氣吹脫 法 空氣吹脫法 目前較為成熟，首先向吹脫塔中送入空氣，空氣在吹脫塔下方進入，液體在合肥學院 2020 級 畢業(yè)設計 上部進入，淋灑在吹脫塔的填料上。廢水與空氣充分接觸，因兩者氨氮分壓的差異，一部分氨氮從廢水中轉移到氣體中，隨空氣一起排出，可通過分離器分離后資源化利用。 廢水 pH 值對吹脫率有較大的影響。吹脫過程中， NH4+轉化為 NH3， 其反應原理如下 4 3 2 ? N H O H N H H O??? ? ? 廢水酸堿度、溫度、氣水比等都可以影響到吹脫效果。通常情況下，當 pH 值提高至 11左右，水溫保持大約 20℃，水力負荷為 ~ 5 / ()m m h，氣水比為 332500 ~ 5000 /mm時，氨氮去除率在 85%左右 [3]。 溫度對吹脫的效率有較大的影響，不宜在長時間低溫地區(qū)采用。但是空氣吹脫法工藝較成熟，流程簡單，增加回收裝置后吹脫后的氨氮可以資源化利用，以提高經(jīng)濟效益，故空氣吹脫法在高氨氮廢水處理工藝中應用較廣。 (2) 蒸汽汽提 法 蒸汽汽提法是通過蒸汽把污水中游離態(tài)氨轉化成氨氣逸出水面，機理類似于吹脫法一，在較高 ph 情 況下，使廢水接觸到蒸汽，將氨氮從廢水中帶出。氣體中氨的分壓和污水中氨濃度的平衡分壓之間的差值是其傳質過程的主要推動力。增加氣液接觸時間和接觸面積有利于傳質過程。將蒸汽作為氣相進入吹脫塔，氨從廢水中進入蒸汽，隨后在塔頂部蒸餾成液氨，或者濃氨氣回收，或是用酸吸收。 蒸汽汽提法效率高，條件易于控制，適宜連續(xù)排放的高濃度氨氮廢水。對于濃度在1000～ 30000 mg?L1，甚至更高濃度的氨氮廢水，采用該法可以經(jīng)一次處理后，氨氮濃度達到 15 mg?L1（國家一級排放標準）以下 [4]。 蒸汽汽提法使用蒸汽作為介質， 成本較高，因此蒸汽使用量是該技術關鍵經(jīng)濟指標。傳統(tǒng)蒸汽汽提法蒸汽量消耗較大，因此采用該法脫氨花費較多。隨著近來技術的進步，蒸汽用量已經(jīng)大幅下降，故新型蒸汽汽提脫氨法也有不少的應用。 (3) 折點氯氣 法 折點加氯法：將氯氣通入廢水中，當濃度達到一定值時，廢水中的游離氯含量最低，氨的濃度變?yōu)榱?，當加入量大于該點時，廢水中游離氯含量就會增多。蓋點即是所謂的折點。此法的機理為，氯氣與氨在水互相接觸反應生成無害的氮氣，逸出水面。 折點加氯法 ， 氯氣使用量 和水中 氨氮的含量 密切相關。二這之間有一個最佳的比例，當達到最佳比 例時，氨氮吹脫率達到最高。 為了確保完全反應，一般情況下氧化氨氮，合肥學院 2020 級 畢業(yè)設計 需加過量的氯氣。氯氣濃度足夠高時，脫氮率可以超過 90%[5]。 折點加氯法處理效果相對穩(wěn)定，有較高的處理效率， 條件適宜， 可以達到 90%， 而且溫度對處理效果影響不大。但是此法也有其局限性，運營管理過程中如果處理不當 ，其副產(chǎn)物 將 可能 對環(huán)境產(chǎn)生 二次污染 ，且此法處理水量有限，氨氮濃度也不能過大，因此， 折點氯氣 法 在實際污水處理中應用較少 。 生化法 生化法在廢水處理中有廣泛的應用，利用微生物硝化作用和反硝化作用，先把氨氮轉化為硝酸鹽亞硝酸鹽， 然后轉化為氮氣，實現(xiàn)水體中氨氮含量的降低。生化法的優(yōu)點有，脫除氨氮效率較高，無二次污染，耗能普遍低于物理化學法 [6]。但由于微生物所能承受的廢水中的氨氮濃度較低，通常生物法處理氨氮濃度不宜大于 1200mg L?? 。 當廢水中的氨氮濃度大于 200mg/l 時則通常要使用物理化學法和生化法相結合的工藝，即先用物理化學方法先出去一部分氨氮以降低氨氮濃度，然后采用生化法使得氨氮濃度進一步降低以排放標準。 當廢水中的氨氮濃度大于 1000mg/l 時，國內外的生產(chǎn)實踐中比較普遍的做法是：先 將濃度較高的氨氮廢水通過蒸氨的或吹脫使其氨氮降到 300 mg?L1 左右，然后用 A0法或化學沉淀法等進行后續(xù)再處理。 氮肥廠生產(chǎn)工藝中的造氣和脫硫的過程是其廢水中氨氮的主要來源，廢水中含量較高。通常情況下，采用物化法和生物法相結合的工藝具有較好的處理效果。氨氮質量濃度大于 200mg/L 時 ,會對后續(xù)生化處理的微生物造成較大影響，高濃度氨氮應該先經(jīng)過物理化學方法處理，氨氮含量下降后，再利用生物法進一步降低其氨氮含量 [7]。綜合考慮上述各種處理方法，結合進出水水質狀況及經(jīng)濟實際，本設計采用吹脫 法 +AO法處理氮肥廠 高濃度氨氮廢水， 它主要優(yōu)點是 技術比較成熟， 處理后能達到排放標準，并能回收利用 氨氮 ，因而應用較廣 。 空氣吹脫法 +AO 法 （ 1）原理 ： 即 把氣 體通入水中，氣液充分接觸 后 ， 由于氣體分壓的差異，氨氮會從液相轉移到液相 ，從而 降低廢水中氨氮的濃度 。 水中 氨離子和游離氨保持平衡的狀態(tài)。其平衡關系式如下： 4 3 2N H O H N H H O? ?????? ??　 （ 1） pH 值 會對 式（ 1） 產(chǎn)生 影響， pH 值 增加， 平衡向右移動，游離氨的 含量增加 ， pH 值減小時，平衡左移。當 pH 值為 11 左右時，游離氨 含量可達到 占 90％ [8]。 合肥學院 2020 級 畢業(yè)設計 （ 2）廢水的 堿化 ， 廢水吹脫 必須在 堿 性條件下進行。 水中離子態(tài)的氮如 NH4+等會隨著廢水堿性的逐漸增加，而更有利于被吹脫出。根據(jù)實驗得知 :當 pH 為 11時，氨氮分離率能達到 90%以上，原水質 pH 為 8～ 9，所以要在調節(jié)池加入 NaOH溶液調節(jié)污水的pH 達到 11。 （ 3） 吹脫 PH變化 表 21 為 pH、氨氮濃度、曝氣方式和氨氮去除率的關系 表 2 pH、氨氮濃度、曝氣方式和氨氮去除率的關系 [9] pH 3 5 7 9 11 13 氨氮分離率（ % ） 4 0 . 5 5 1 . 1 8 0 . 8 9 5 . 2 9 6 . 8 9 6 . 9 吹脫后廢水 pH 2 . 6 3 . 8 6 . 2 7 . 1 7 . 8 7 . 9 備注 采用 H 2 SO 4 或 N aOH 調節(jié)廢水的 pH AO 法工藝 AO 工藝法在污廢水生 物處理中有廣泛的應用， A(厭氧段 )，可以脫氮除磷； O(好氧段 )，用來降低廢水中有機物的含量。 AO 法去除氨氮原理：廢水中氨氮，在好氧的條件下（ O段），經(jīng)過硝化細菌、亞硝化細菌的硝化作用轉化為硝態(tài)氮， AO 池中硝態(tài)氮回流至 A 段時，缺氧條件下，經(jīng)過兼性厭氧的反硝化菌的作用，硝態(tài)氮被還原為氮氣進入空氣，從而達到降低廢水中氮含量的自的 [11]。 硝化反應： 4 2 3 22 2 ?N H O N O H H O? ????＋ ＋ 反硝化反應： 3 3 2 2 26 5 5 7 6 3N O C H O H C O H O O H N? ? ? ? ? ? ?＋ （ 有 機 物 ） ＋ 廢水處理工 藝流程 氮肥廠廢水首先經(jīng)過格柵，部分的漂浮物和不溶物被阻攔。因此格柵的主要作用是防止對后續(xù)的水泵等造成堵塞，確保 水泵的正常工作 以及后續(xù)工藝的正常進行 。隨后廢水進入初沉池，密度大的顆粒物在初沉池中沉淀，初步沉淀后廢水進入調節(jié)池，向調節(jié)池中投加堿劑調節(jié) pH，將 pH調節(jié)為 11左右。在吹脫塔內用空氣將氨氮吹脫出來 ,再用吸收裝置進行吸收（在本設計中未將吸收裝置設計納入其中），達到資源化利用。 合肥學院 2020 級 畢業(yè)設計 吹脫完之后的廢水經(jīng) AO 池、二沉池，再排入城鎮(zhèn)污水管道。 污泥處理：經(jīng)板框壓濾機脫水，采用連續(xù)排泥。 圖 1 處理工藝流程圖 其他工程方案 初沉池 初沉池的作用是用來去除廢水中的密度較大的物