某表面处理车间六价铬废水处理工艺设计计划书 19页

'某表面处理车间六价铬废水处理工艺设计计划书1、前言酸碱废水的危害，当排入江河危害水中微生物的生活，而影响水质，排入农田会破坏土壤的团粒结构影响土壤肥力及透力，影响农作物的生长，鱼类，牲畜等食用酸碱废水，肉质将产生影响，危害人体健康，渗入地下，影响工业生产。1.1课程设计目的通过课程设计进一步消化水和巩固《排工程》课程所学内容。培养学生利用所学理论知识进行污水处理构筑物设计计算的能力，使学生了解并掌握水处理构筑物设计的内容、方法、步骤以及具体的设计计算，提高学生的绘图能力及正确编写设计说明书的能力，为以后的毕业设计打基础。1.2原始资料1.2.1设计进水量Q=500m3/d。1.2.2进水水质：Cr(VI)：200mg/L,Cr3+：30mg/L，Mn2+：0.2mg/L，Ni2+：0.3mg/L，SS：90mg/L，pH：2～121.2.3用于建废水处理站的空地约600m，东西长30m，南北宽20m，场地平整，土质良好。废水通过厂区排水管网收集，入废水处理站管底标高为-1.0m，经处理后的水直接排放，排水标高为-2.0m（所给标高均为相对标高，厂区地坪为±0.00m）。拟建地夏季主导风向东南风，年平均气温12.3℃，极端最高气温40.8℃，极端最低气温-13.7℃，最大冻土深度为0.5m。.19 2、处理工艺确定2.1工艺流程选择由于本设计题目所涉及废水水质比较单纯，主要含六价铬污染。六价铬含量较高，宜采用产生污泥量较少的还原剂；同时要求含铬污泥回收用于铬鞣剂制作，所以应尽量降低非铬类杂质含量。鉴于废水含量为500m3/d,远大于10m3/d，因此处理工艺宜采用连续式。通过工艺比选，考虑到达标排放和减少污泥发生量及尽量保证含铬污泥品味等因素决定采用亚硫酸氢钠还原沉淀法连续运行工艺处理此电镀含铬废水。设计处理流程图如下：过滤器浓缩池废水反应槽斜板沉淀池中间水池板框压滤机NaHSO3H2SO4NaOHPFSPAM上清液滤液NaOHH2SO4含铬废水调节池图2-1处理流程图2.2工艺流程说明2.2.1水系统19 废水处理系统采用连续处理工艺，废水经凉席提升，一次提升从调节池到中间水池，二次提升从中间水池到清水池。调节池废水由耐腐蚀泵泵入反应池，在反应池中以重力流方式依次流经还原槽、中和槽、斜板沉淀池和中间谁池，完成六价铬的还原、絮凝和沉淀分离反应。中间水池中的水由耐腐蚀泵泵入石英砂过滤器过滤，出水流入清水池，清水池中的水可以回用作为过滤器反冲洗水，也可用于酸、碱、盐溶液的配制，或者达标排放。如果清水池中的PH值不达标，可以加酸加碱进行调节；如果六价铬超标，返回调节池从新处理。反应过程的控制通过氧化还原电位（ORP）测定仪、在线PH值计和液位计实现。2.2.2污泥系统斜板沉淀池中沉积的含铬污泥经污泥浓缩池浓缩，再经板框压滤机脱水后打包待用。浓缩和压虑出水返回调节池从新处理。2.2.3药剂投配系统确定各种溶药、投药槽体、罐体有效容积、工艺尺寸，及相关配套工艺设备。2.3工艺条件控制还原六价铬必须在酸性条件下进行，当PH值为2.0或更低时，反应可在5分钟左右进行完毕；当PH值为2.5～3.0时，反应时间在20～30min，当PH值大于3.0时，反应速度非常缓慢。实际生产中，一般控制在2.5～3.0之间，反应时间控制在20～30min。亚硫酸氢钠与六价铬的理论投药比3:1（质量比）,由于废水中杂质的影响和反应动力学方面的原因，实际投药量一般高于理论投药量，投药比控制在（4～5）：1。投药比过低会使还原反应不充分，出水中六价铬含量不能达标，投药比过高是浪费药剂，增加处理成本，并且容易生成可溶性离子【Cr(OH)2SO3】2-,难以生成氢氧化铬沉淀。氢氧化铬沉淀生成阶段，加碱调节PH值一般控制在7～8之间，反应时间为15～20min。19 3、单体构筑物设计计算3.1调节池3.1.1一般说明调节池设事故溢流管，池底设泄空管。3.1.2参数选取池形方形；停留时间HRT=4h。3.1.3工艺尺寸有效容积V有效=Q×HRT=500×4/24=83(m3)（3.1）净尺寸长度×宽度×高度(L×B×H)=5000mm×5000mm×4000mm3.1.4工艺设备1次提升泵2台（1用1备）.选用耐腐蚀泵选型见水力计算部分。3.2反应池3.2.1一般说明反应池内进行还原和絮凝反应。在流程上分前后两格，前一格进行六价铬的还原反应，后一格进行氢氧化物沉淀生成反应，前后两格用底部开孔的隔板隔开，反应过程中进行机械搅拌，如下图：图3-1（a）反应池侧视图19 图3-2（b）反应池俯视图3.2.2参数选取（1）还原反应停留时间HRT20min；投药比5:1（质量比，还原剂NaHSO3：六价铬）；ORP值300mV；搅拌机功率20W/m3池容；（2）絮凝反应絮凝时间HRT20min；PH值8；G值50/s；3.2.3工艺尺寸反应池总有效容积V有效™=Q×HRT总（3.2）=500×(20+20)÷（24×60）=13.9(m3)净尺寸L×B×H=3000mm×2000mm×2500mm3.2.4工艺设备（1）还原反应搅拌装置按每立方米池容输入功率20w计算，需要输入的功率N为N=20×V有效÷2=20×13.9÷2=0.139(Kw)（3.3）搅拌器机械总效率η1采用0.75，搅拌器传动效率η2采用0.8；则搅拌轴所需电动机功率N′N′=N÷η1η2=0.139÷(0.75×0.8)=0.237（kw）（3.4）19 桨叶构造单层平板形，两叶，长×宽=0.75×0.3，桨叶底端距池底0.45m。（2）絮凝反应搅拌装置按每立方米池容输入功率10W计算，需要输入的功率为N=10V有效÷2=10×13.9÷2=0.07(kw)(3.5)搅拌器机械总效率η1采用0.75，搅拌器传动效率η2采用0.8；则搅拌轴所需电动机功率N′为N′=N÷η1η2=0.070÷(0.75×0.8)=0.12(kw)（3.6）桨叶构造为平板形8叶，桨叶上下边缘分别距水面和池底0.3m。3.3斜板沉淀池3.3.1一般说明采用异向流斜板沉淀池。沉淀池中沉积污泥至少每天排一次，以免污泥板结堵塞排泥管。3.3.2参数选取个数n取2；水利表面负荷q3m3/(m2·h)；斜板长L1.2m；斜板倾角θ60°；斜板净距d50mm；斜板厚b5mm；3.3.3工艺尺寸单池表面积AA=Qmax　／（nｑｏ0.91）(3.7)=500÷（2×3×0.91×24）=3.8(m2)单池边长a1a1=A1/2=2.31/2=1.9(m)每池斜板个数m=2×｛a1/(b+d)-1｝(3.8)=2×｛1.9/(0.005+0.05)-1｝=67（个）斜板区高度h3h3=Lsinθ=1.2×sin60=1.04(m)(3.9)取斜板上端清水区高度h2=0.5m；取水面超高h1=0.3m；取斜板下端与泥斗底边长a=0.4m，泥斗倾角β=60。，泥斗高为h5，则19 h5=（a1–a）×tgβ÷2=(1.9–0.4)×tg60÷2=1.30（m）(3.10)污泥斗总容积VV=2×1/3×h5×（a12+a2+a1a）(3.11)=2×1/3×1.3×(1.92+0.42+1.9×0.4)=3.9(m3)沉淀池的总高度HH=h1+h2+h3+h4+h5(3.12)=0.3+0.5+1.04+1.0+1.3=4.14（m）3.3.4细部结构（1）进水口进水用DN100（外径φ×壁厚=110mm×3.5mm）硬聚氯乙烯管直接与反池相连，则进水管中流速vV=4Q÷(nπD2×24×3600)(3.13)=4×500÷(2π×0.1032×24×3600)=0.3(m/s)(满足絮凝后期流速要求，一般0.2～0.3m/s)(2)配水槽配水槽是由两侧面为平行四边形，其余各面为矩形的盒体。底端开口，其余各面封闭。水流入后下行，由底端开口翻入斜板区。配水槽尺寸矩形面宽为150mm；平行四边形变长a×b=150mm×120mm；平行四边形锐角α=60。；(3)集水槽①采用两侧淹没孔口集水槽集水；②集水槽个数N每池1个；③槽中流量ｑｏｑ=Q/N=500/(2×24×3600)=0.00289(m3/s)(3.14)考虑池子超载系数为20%，则槽中流量ｑｏ为ｑｏ=1.2q=1.2×0.00289=0.003(m2/s)④槽中水深H2槽宽B=0.9（ｑｏ）0.4=0.9×0.0030.4=0.088(m)为便于加工，取槽宽B=0.15m起点槽中水深H1=0.75B=0.75×0.15=0.1125(m)终点槽中水深H2=1.25B=1.25×0.15=0.1875(m)19 槽中水深统一按H2=0.2m计⑤槽总高度H（如下图所示），集水方法为淹没式自由跌落。淹没水深取0.05m，跌落高度取0.05m，槽超高取0.1m，则集水槽总高度为H=H2+0.05+0.05+0.2=0.2+0.05+0.1=0.4（m）(3.15)图3-3集水槽⑥孔眼计算由ｑｏ=μω（2gh）1/2(3.16)得ω=ｑｏ÷μ（2gh）1/2=0.003÷0.62÷(2×9081×0.05)1/2=0.00489(m2)单孔面积ωｏ孔眼直径采用d=15mm,则单孔面积为ωｏ=π/4×d2=0.758×0.0152=0.000177(m2)(3.17)孔眼个数nn=ω/ωｏ=0.00489/0.000177=27.6，取30。集水槽每边孔眼个数nn′=n/2=30/2=15相邻孔眼中心距离SS=L/(n′+1)=1.5/(25+1)=0.094m故孔眼间距取0.100m（4）落水斗落水斗尺寸为L×B×H=500mm×500mm×800mm排水管选用DN50（外径φ×壁厚=63×2.5）硬聚氯乙烯.3.4中间水池3.4.1一般说明其作用为沉淀池出水贮池，同时用作过滤器水泵集水池，有效容积取0.5h废水流量。3.4.2工艺尺寸有效容积VV=0.5×500/24=10.42(m3)(3.18)19 净尺寸L×B×H=3000mm×2000mm×2000mm3.5砂滤池3.5.1一般说明石英砂单层滤料，设置2台，并联使用。3.5.2参数选取滤层厚度h1.0m；承托层厚h′450mm，分4层；正常虑速v8m/h；强制虑速v′16m/h；工作周期T24h；反洗膨胀率40%；反冲强度15L/(m2·s)；反冲时间5min；反冲洗水处理后水；3.5.3工艺尺寸单柱横截面积SS=Q/nv=20.8(m/h)/(2×8m/h)=1.3（m2）(3.19)单柱直径DD=(4S/π)1/2=(4×1.3/π)1/2=1.28m(3.20)校核空塔流速vv=4Q/nπD2(3.21)=4×20.8/2×3.14×1.32=7.8(m/h)符合要求（5～10m/h）；单柱需要石英砂体积为V=S·h=1.3×1.0=1.3（m3）(3.22)石英砂滤料反冲洗膨胀度50%，则砂滤器有效高度为H=0.45+1.0（1+0.5）=1.95（m）(3.23)砂滤器净尺寸φ1500mm×2200mm反冲洗最大需水量（两柱同时反冲洗）为Q′=(5×60×2×1.3×15)/1000=11.7(m3)，设计取12m3(3.24)19 3.5.4工艺设备二次提升泵2台（1备1用）3.6清水池3.6.1一般说明选用方形池，有效容积按砂滤器1次反冲洗水量的2倍计算，处理达标水经DN70（75mm×2.5mm）硬聚乙烯溢流管直接外排。一旦废水中六价铬含量达不到处理要求，用泵打回调节池重新处理。池底设DN50泄空管。3.6.2工艺尺寸有效容积V=2×12=24（m3）(3.25)池体净尺寸L×B×H=3000mm×3000mmm×3000mm3.6.3工艺设备①反冲洗泵2台用途有二，其一为砂滤器反冲洗提供动力，其二在清水池水铬含量不满足处理要求时，泵回调节池。②搅拌装置1套，用于调节PH值时混合搅拌用。3.7药剂投配系统3.7.1H2SO4加药罐PH值由5调至3，每天需要H2SO4量为m=500×（0.001-0.00001）/2×98=24.3(kg/d)(3.26)浓度10%H2SO4溶液的体积V=24.3/(10%×1066)=0.228(m3)(3.27)加药罐有效容积按5d需用酸量计，即V有效=0.0228×5=1.140（m3），取1.2m3(3.28)净尺寸φ=1500mm×1200mm3.7.2NaHSO3加药罐NaHSO3投药量与废水中六价铬量壁纸取5:1（质量比），即投加量为1000mg/L。NaHSO3溶液投加浓度10%，需用量为V=（500×1000）／（106×10%）＝5.0（m3）(3.29)每天配药4次，设计2个加药罐，交替使用，每个加药罐有效容积19 V有效=5.0÷2=2.5（m3）(3.30)净尺寸φ1500mm×1600mm3.7.3NaOH加药罐调节PH值为3～8，每天需要浓度20%苛性钠溶液体积为V=[500×(10－６-10－６)×40]÷(20%×1219)　＝0.082（m3）(3.31)加药罐有效容积按15d配药一次计算，即有效容积V有效=15×0.082=1.23（m3）(3.32)净尺寸φ1000mm×1600m3.7.4PFS加药罐设计最大投药量为20mg/L，PFS浓度10%，2天配一次，则PFS加药罐有效容积为V=（500×20×2）／（106×10%）=0.2(m3)(3.33)净尺寸φ600mm×800mm所需药液量最小，加药罐设置2个，兼作溶药灌，1个配药，1个投药，交替使用。3.7.5PAM加药罐设计最大投药量为3mg/L，PAM浓度0.5%，2d配1次，则PAM佳肴有效容积为V=（500×2×3）／（106×0.5%）=0.6（m3）(3.34)净尺寸φ1000mm×800mm所需药液体积小，PAM加药罐设置2个，兼作溶解罐，1个配药，1个投药，交替使用。溶解药时，PAM粉料水解时间48h。3.7.6溶药灌为废水处理系统配制酸、碱、盐药液是共用。①有效溶解以NaSO3加药罐总有效容积的0.25倍计算溶药灌有效容积，即V有效=0.25×5.0=1.25（m3）(3.35)净尺寸φ1000mm×1600mm②搅拌装置按每立方米池容输入功率20W计算，所需功率NN=20V有效=20×1.25=0.025(kW)(3.36)搅拌器机械总效率η1采用0.75，搅拌器传动效率η2采用0.86则搅拌轴所需电动机功率Nˊ=N∕η1η2=0.025/（0.75×0.8）=0.042（kW）(3.37)19 3.8污泥处理系统3.8.1斜板沉淀池排泥采用重力排泥，排泥管DN150，自动控制排泥阀。3.8.2污泥浓缩池沉淀后污泥含水率一般在97%～99%之间，以水合肼为还原剂、氢氧化钠为沉淀剂处理六价铬废水时，当六价铬浓度为50～100mg/L时，沉淀池污泥量约占处理水量的15%～20%。污泥浓缩时间取8h，则浓缩池有效容积为V=500×0.2×8/24=33.3（m3）(3.38)净尺寸φ1600mm×2500mm3.8.3污泥脱水从斜板沉淀池排出含水率为99%的污泥量为500×0.2/24=4.2(m3/h)(3.39)当污泥在浓缩池内浓缩8h后，含水率降为4.2×（100－99）/(100－98)=2.1(m3/h)(3.40)经板框压滤机压滤脱水后，污泥含水率可降为75%～80%，则污泥量为2.1×（100－98）/（100－80）=0.21(m3/h)(3.41)每天产80%含水率泥饼量为0.21×24=5(m3/d)(3.42)以压滤机滤饼最大厚度20mm计算，需要过滤面积为A=5/0.02=250（m2）(3.43)本系统采用1台过滤面积50m2的板框压滤机，1d工作5次可满足要求。19 4、水力计算4.1调节池水泵扬程调节池水泵扬程为H=H差+H自+h沿+h局+h构(4.1)废水流量Q=500(m3/d)=20.8(m3/h)，取关中流速为v=1.0m/s，（一般为0.7～1.2m/s），则废水管径为D=(4Q/πv)1/2=(4×20.8÷3.14÷0.8÷3600)1/2=0.096(m)(4.2)查手册取公称直径Dg=110mm标准硬聚氯乙烯管，规格外径φ×壁厚=110×5，工作压力0.63Mpa，计算内径100mm，查Dg=100mm塑料管水力计算表，流量Q=20.16(m3/h)，流速v=0.9m/s，1000i=8对于一次提升段管段，废水管线水利最不利段长度L=10m，则管线沿程损失为h沿=IL=8/1000×10=0.08m(4.3)一次提升（从调节池用泵提升至反应池，反应池至中间水池重力自流）最不利段共有1个丁字管，局部阻力系数取0.1,；90°弯头2个，局部阻力系数0.6；阀门219 个，局部阻力系数取2.5；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1；则管线总局部水头损失为h局=ζv²/2g(4.4)=(1×0.1+2×0.6+2×2.25+1×7.5+9+1)×0.9²/(2×9.8)=0.96m系统中调节池最低水位与最不利点最高水位差H差=4.0m，取自由水头H自=2m，则水泵所需扬程为H=h沿+h局+H差+H自(4.5)=0.08+0.96+4.0+2=7.04m根据Q=20.8(工业级/h)，H=7.13m，选用腐蚀塑料泵50FBH-30，处理流量为5～25(m3/h)，扬程H=17～33m，配用电机功率5.5Kw；4.2砂滤器水泵扬程4.2.1进水提升泵对于二次提升管段（从中间水池进砂滤池到清水池），选用公称直径Dg=110mm标准硬聚氯乙烯管，规格外径φ×壁厚=110mm×5mm，工作压力0.63mpa,计算内径100mm，查Dg=100mm塑料管水力计算表，流量Q=20.8(m3/h)时，流速v=0.9m/s，1000i=8废水管线水利最不利段长度L=18m，则管线沿程水头损失为h沿=Il=8/1000×18=0.144m(4.6)二次提升最不利段共有丁字管3个，局部阻力系数2个取0.1，1个取1.5；90°弯头5个，局部阻力系数各取0.6；阀门5个，局部阻力系数各取2.5；逆止阀1个，局部阻力系数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1；则管线总局部水头损失为h局=ζv²/2g(4.7)=(2×0.1+1.5+5×0.6+5×2.5+7.5+9+1)×0.9²/(2×9.8)=1.43m考虑配水、集水系统水头损失，过滤器水头损失按h砂滤器=3m估算。系统中最不利点水位差H差=0.8m，取自由水头H自=2m，则水泵扬程为H=h沿+h局+h砂滤器+H差+H自19 (4.8)=0.144+1.43+0.8+2=4.4m根据Q=20.8(m3/h)，H=4.4m，选耐腐蚀塑料泵50FBH-30，处理流量为5～25m3/h扬程17～33m，配用电机功率5.5kw4.2.2反冲洗水泵选用150型耐腐蚀塑料离心泵2台，流量Q=19.08～29.52(m3/h)，扬程H=18～23.5m，电机功率2.5kw。5、设备与材料要求处理系统对于要求比较高的，在化学反应时会产生热量的罐体采用碳钢焊接而成，内外防腐处理，为节约成本，少占地，尽可能采用设备一体化设计。本系统对不放人反应的罐体都采用了聚乙烯（PE）材质的设备，PE材质具有耐腐蚀、抗氧化、不生锈、外表美观等优点、而起安装轻巧、维修方便。对于反应池还原反应一格，要加盖封闭，防止反应中产生的SO2逸散。处理系统采用机械搅拌。机械搅拌主要用于各槽罐的液体搅拌，如反应槽、配药槽等。废水输出泵采用国产耐腐蚀塑料泵，具有良好的防腐功能，污泥压滤采用隔膜泵；废水管路设计以及加药管采用UPVC管道，部分加药管采用增强塑料软管。系统管路分别沿地沟，墙面及管架集中排布，然后分散到各点。19 6、电气控制系统设计要求控制方式分为手动和自动控制两种，两种方式可以切换，具有较高的操作灵活性。6.1处理系统自动控制方式①废水处理系统主要设备的运行状态可在主控柜模拟盘上显示。如废水调解反应池内的工作液位与一流报警液位，各罐体的下限报警液位等。②当废水处理系统处于自动待机状态时，废水输水泵可自动启动（当废水贮池液位达到上限后），将废水输入处理槽；当废水贮池液位降至下限时，废水输水泵课自动关闭。当输水泵启动后，需操作人员手动调节流量；③当废水输水泵启动后，处理槽进入自动加药调节控制程序，搅拌器与泵联动，添加H2SO4药液，自动调节PH值；根据所测量的ORP值，自动添加NaHSO3药液。④反应槽絮凝段通过PH值计控制计量泵自动添加NaOH、PFS、PAM等药液。⑤清水池中的六价铬含量超过额定值以后，启动过滤器反冲水泵将不合格水回流至废水调节池，进行处理。⑥清水池中有PH值在线监测仪，当PH值不满足要求时，池中搅拌器开启，PH值调节加药系统自动运行，将处理后的废水调至PH=6～9范围。6.2处理系统自动控制方式废水处理系统在手动控制状态下，操作人员可在操作现场通过现场操作开关实现上述自动控制全部操作程序。19 7、操作管理注意事项7.1斜板沉淀池①运行前线开动反应槽内的搅拌器，搅拌3min后再进水。②排泥周期应根据废水含铬浓度及污泥斗容积确定，在不影响沉淀效果的前提下，适当延长排泥周期，可以降低排出污泥的含水率，一般情况下每隔2h排泥1次。7.2砂滤器①当过滤压力明显增加或出水水质不能满足要求时，应准备冲洗过滤器。②冲洗时应减少调节池水量，满足能容纳冲洗排水量的要求，清水池中水要充满，满足冲洗水量的要求。③石英砂滤料冲洗时间为5～10min，先冲洗3min，中间停几分钟，再冲洗几分钟，可以提高冲洗效果。④过滤器冲洗后，调节池内六价铬浓度会有变化，注意监控处理后水质。⑤每隔半年，应将石英砂滤料彻底清洗一次，并适当补充新滤料。7.3污泥浓缩池加入污泥之前，应将浓缩池上清液排至调节池，不许外排。7.4检测仪表维护定期校准工业PH值计和ORP计的数值，保证检测结果的准确和运行状态的良好稳定。19 结论：本设计是对含铬工业废水进行设计，其处理工艺流程为：原污水→调节池→废水反应槽→斜板沉淀池→浓缩池→上清液→出水。处理水达到铬鞣剂制作所需水质标准，该工艺主要通过硫酸氢钠的还原沉淀法师污水达到净化。19 参考文献[1]彭党聪编,《水污染控制工程实践教程》[M].北京:化学工业出版社,2004年.[2]徐新阳，于峰编,《污水处理工程设计》[M].北京：化学工业出版社，2003年.[3]黄丽江编，《市政环境课程设计知道与案例》[M].北京:化学工业出版社,2010年.[4]张自杰编,《排水工程》[M].北京:中国建筑工业出版,2010年.[5]李世华编,《市政工程施工图集》[M].中国建筑工业出版社,2004年.[6]王启山编,《水工业工程常用数据速查手册》[M].机械工业出版社,2004年.19'