1000td除草剂废水处理工艺设计(附件)
除草剂由于生产工序多，合成工艺复杂，生产废水通常含有机氮、有机磷、硫化物、苯环、酚盐等多种无机物和有机物，成分复杂、COD浓度高、毒性大、色度大、可生化性差，属难处理工业废水,对环境造成了严重的污染。采用单一、常规的工艺处理很难使之净化，故一般需要进行预处理。本设计是针对某日处理量为1000吨的除草剂废水所进行的废水处理系统的工程设计，进水水质为COD=11200mg/L。本着工艺先进成熟、运行稳定、处理效果好、投资及运行费用低、操作管理简单的原则，参考处理除草剂废水的典型事例，结合本工程设计的特点，拟采用以高级氧化法结合生物接触氧化法为核心的处理工艺，具体的工艺流程为进水→格栅→调节池→微电解塔→芬顿反应器→中和反应池→沉淀池→UASB→生物接触氧化池→出水。经过处理后，出水水质为COD<=150mg/L，达到《污水综合排放标准》GB8978-1996二级标准。关键字除草剂废水；微电解；Fenton氧化；UASB；生物接触氧化法The Design for 1000 tons per day Herbicide Wastewater Treatment SystemStudent majoring in Environmental Engineering Zhou YunzaoTutor Cai TianmingAbstractBecause of too many production processes and the complex synthesis process,herbicide wastewater is a kind of complex,toxic and refractory wastewater with high COD concentrations and its main compositions included inorganic and organic matters,such as organic nitrogen,organic phosphorus, sulfur, benzene, phenol and so on.Due to its high toxicity and refractory, herbicide wastewater is difficult to be decomposed and *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
is harmful to the environment. Pollution problem involved is being seriously concerned. This design is for 1000 tons per day herbicide wastewater treatment plant. The water quality of the inflow is: COD =11200 mg/L. This plant is designed in the principle of using mature treatment technique and process, stable circulation, low operation expenses and simple operation management..Having analyzed the wastewater characteristics of that factory and the concrete situation of this project, and Through referring to some classic treatment project examples, this design adopts the treatment process based on advanced oxidation process and biological contact oxidation process. The sewage treatment process is: wastewater penetration→ collection of grid → regulating pool→micro-electrolysis pond → Fenton oxidation pond→neutralization reaction pool→ primary settling tank→ UASB→biological contact oxidation tank→effluent. The quality of the effluent is designed as following: COD<=150mg/L. According to the Integrated Wastewater Discharge Standard (GB8978-1996)，it meets the national secondary effluent standard. 1 绪论 1942年具有选择性除草作用的 2，4-滴的发现，是有机除草剂发展的开端。此后的40多年里，除草剂的发展非常迅速，到70年代，全世界除草剂的销售金额已超过杀虫剂而居各类农药的首位。中国是除草剂生产和使用大国，截止到2009年，全国除草剂生产企业已达40余家，产量近30万吨，占农药总产量的三分之一。除草剂的大面积推广促进了农业的发展，但与此同时也将其污染效应扩展到了整个生态系统。由于除草剂多为有一定残效期的化合物，而且可以在生物体内富集，因此其对生态环境的影响已引起世界各国的重视。世界除草剂发展渐趋平稳，主要发展高效、低毒、广谱、低用量的品种，对环境污染小的一次性处理剂逐渐成为主流。但是，由于生产工序多，合成工艺复杂，产生的废水浓度高、色度大、可生化性差等，对环境造成了严重的污染。因此研究如何高效地降解除草剂生产过程中产生的废水，具有非常重要的意义。1.1除草剂废水介绍1.1.1除草剂种类、基本特点及危害除草剂是指可使杂草彻底地或选择地发生枯死的药剂，用以消灭或抑制植物生长的一类物质。 根据作用方式，可分为 （1）选择性除草剂除草剂对不同种类的苗木，抗性程度也不同，此药剂可以杀死杂草，而对苗木无害，特别是硝基苯酚、氯苯酚、氨基甲酸的衍生物多数都有效。 （2）灭生性除草剂除草剂对所有植物都有毒性，只要接触绿色部分，不分苗木和杂草，都会受害或被杀死。 根据化学结构，可分为无机化合物除草剂和有机化合物除草剂。无机化合物除草剂由天然矿物原料组成，不含有碳素，如氯酸钾、硫酸铜等。有机化合物除草剂主要由苯、醇、酚、醚、有机胺等有机化合物合成。如酚类——五氯酚钠、醚类——果尔、均三氮苯类——扑草净、酰胺类——拉索、二硝基苯胺类——氟乐灵、有机磷类——草甘膦等。 常用的除草剂品种为有机化合物。除草剂的毒性种类有急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性，大多对人体有严重危害。急性中毒致人短时间内死亡，而慢性中毒短时间内虽不会引起人体出现明显急性中毒症状，但除草剂在人体内不断积累，可产生慢性危害，如破坏神经系统的正常功能，干扰人体内激素的平衡，影响男性生育力，免疫缺陷症。除草剂还具有致癌、致畸、致突变性，且难生物降解，我国已将乐果、除草醚列为优先控制的污染物。1.1.2除草剂废水的水质特征及危害成分十分复杂。除草剂由于生产工序多，合成工艺复杂，产生的废水通常含有机氮、有机磷、硫化物、苯环、酚盐等多种无机物和有机物；有机物浓度很高。COD通常在几千甚至几万mg/l；毒性大，可生化性差。由于废水中含有苯环类、酚、砷、汞等有毒物质，抑制了微生物的生长和繁殖，导致废水的可生化性差；水质、水量都不稳定；具有恶臭和刺激性气味，对人的呼吸道和粘膜有强烈的刺激作用。1.2除草剂废水预处理方法1.2.1物理处理方法含高浓度除草剂的工业废水，一般成分较为复杂，含盐量较高且具有很强的酸碱性，难以直接采用生物法处理。采用物理手段处理较为有效，不仅可降低特征污染物的浓度，改善废水的可生化性。目前，常用的物理法处理技术包括吸附法和萃取法。1.2.1.1吸附法吸附作用是催化、脱色、脱臭、防毒等工业应用中必不可少的单元操作。就是通过吸附剂表面对除草剂的吸附作用，除去除草剂废水中的污染物，然后再通过解析，吸附剂投入到新的吸附过程。常用的吸附剂有活性炭和吸附树脂。活性炭主要是利用其多孔结构和较大的比表面积吸附除草剂废水中的有机物，吸附效果良好，经吸附处理后的废水可降至被生物氧化的水平。湖北一农药厂用活性炭吸附法对乐果、马拉硫磷等农药废水进行处理，其COD 去除率为50%， 有机磷的去除率达90%， 硝基酚的去除率达90%以上[]。李广伟等[]通过静态吸附试验 ，研究了5种大分子吸附树脂对硝基苯生产废水的吸附行为和热力学性质，废水处理后硝基苯质量浓度由1800mg/L降至2.5 mg/L以下，COD去除率超过60％。由于传统的活性炭吸附剂在吸附效率、再生条件以及材料的机械强度和使用寿命等方面均不太理想，故其工程应用价值还有待研究。1.2.1.2萃取法是利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中的方法。 即，采用与水互不相溶但能很好溶解除草剂废水中污染物的萃取剂，使其与废水充分混合后，利用除草剂的成分在水中和萃取剂中不同的溶解度进行分离和提取，从而净化废水。目前用于废水中有机污染物的萃取技术尚不够成熟，可选择用于除草剂萃取的萃取剂有限且萃取后除草剂和萃取相的残留浓度都很高，容易造成二次污染 ，需要辅以其他工艺 ，才可达到理想的去除率。1.2.2化学处理方法除草剂废水浓度虽高，但回收利用仍比较困难，而且除草剂废水可生化性差 ，使用化学法是比较理想的处理手段。目前，常用的化学法处理技术包括混凝、电化学法 、高级氧化法、Fe/C微电解法等。与物理处理方法相比，化学处理方法具有氧化彻底，不造成二次污染的特点。1.2.2.1混凝 混凝现象是指微粒凝结现象，凝聚和絮凝总称为混凝。凝聚是指在水中加入某些溶解盐类，使水中细小悬浮物或胶体微粒互相吸附结合而成较大颗粒，从水中沉淀下来的过程。絮凝是指由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互黏结的过程，通常絮凝的实施靠添加适当的絮凝剂。 杜敏等[]采用化学混凝沉淀- 缺氧-好氧生化工艺流程处理乐果农药废水，研究结果表明， 在众多混凝剂中Ca(OH)2和PAC 配合使用的混凝沉淀效果最好，最佳搅拌速度为300 r/min，最佳搅拌时间为40 min，最佳pH值的范围10 ~ 13。采用碱性混凝沉淀处理久效磷废水，虽然总磷去除率较高，但是出水的COD值依然很高，可生化性很差，需要进一步提高其可生化性。 絮凝法技术成熟，是水处理领域应用较早且最常用的方法之一。该法具有工艺简单，设备投资少，处理效果好，能有效降低废水的COD，成本较低等优点。1.2.2.2电化学法电化学作为一种水处理技术[]-[]，首次于 1889 年在英国提出，至今已有一百多年的历史了。电化学法具有絮凝、气浮、氧化和微电解作，在废水处理中，电絮凝、电气浮和电氧化过程往往同时进行。目前的研究表明，电化学处理法普遍存在能耗大、应用范围较窄的缺点，且电化学氧化工艺只是对低浓度有机废水有较好的效果，对高浓度难降解废水效果不甚理想[]。1.2.2.3高级氧化法高级氧化技术又称做深度氧化技术，以产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。根据产生自由基的方式和反应条件的不同，可将其分为光化学氧化、湿式催化氧化、声化学氧化、Fenton氧化、臭氧氧化、超临界水氧化、电-Fenton氧化等。（1）光化学氧化法 由于反应条件温和、氧化能力强，光化学氧化法近年来迅速发展。光化学氧化法包括光激发氧化法和光催化氧化法。光激发氧化法主要以O3、H2O2和空气作为氧化剂，在光辐射作用下产生·OH；光催化氧化法则是在反应溶液中加入一定量的半导体催化剂，使其在紫外光的照射下产生·OH，两者都是通过·OH的强氧化作用对有机污染物进行处理。目前，几乎水中所有的有机污染物都可被多相光催化降解，矿化为CO2、H2O 或其他毒性较小的有机小分子。但由于反应条件的限制，光化学法处理有机物时会产生多种有机中间体，致使有机物 降解不够彻底，这成为了光化学氧化需要克服的问题。 均相光氧化加人了O3、H2O2、Fenton试剂等氧化剂与光一起作用，与多相光催化氧化法相比，其氧化能力和光解速率都远远超过单纯的半导体光催化氧化法，常用的均相光氧化体系有UV/O3、UV/Fenton、UV/H2O2、UV/H2O2/草酸铁络合物等[]。（2）催化湿式氧化法催化湿式氧化法(CWAO)是指在高温(123℃～320℃)、高压(0.5～10MPa)和催化剂(氧化物、贵金属等)存在的条件下，将污水中的有机污染物和NH3-N氧化分解成CO2、N2和H2O等无害物质的方法。湿式氧化法因需要较高的温度与压力、较长的停留时间，能耗高。湿式氧化技术是工业设备应用中处理各种高浓度难降解有毒有害废水的有效方法，但高温高压的苛刻运行条件严重限制了其在工业上的广泛应用。近年来，催化湿式氧化（CWAO）致力于改善反应所需的苛刻条件，虽然取得了一定的成效，但是催化剂的引入，必须考虑到其广谱性以及中毒流失等问题[]。某项目组利用国外引进的200L/dCWO小型试验装置对我国的焦化、制糖、香料、造纸、生物制药、化学合成制药、农药、植物化工、印染、石化炼油等十个行业的高浓度有机工业废水进行了处理试验研究。结果表明，CWO技术在处理我国高浓度有机工业废水方面具有良好的适用性，除了农药、化学合成制药和石化炼油废水尚需进一步研究以确定最佳处理条件，其它各种废水经一次处理后，CODcr、NH3-N的去除率即可超过99%，而且脱色、脱臭效果明显[]。（3）Fenton试剂法Fenton法是一种深度氧化技术，常用于生物处理的前处理。典型的Fenton试剂是Fe和H2O2之间的链反应催化生成·OH自由基，反应式如下·OH自由基具有强氧化性，与有机物RH反应生成游离基R?，R?进一步氧化生成CO2和H2O，从而氧化各种有毒和难降解的有机化合物，使废水的COD大大降低，以达到去除污染物的目的。反应式如下 Fenton氧化法具有氧化能力强、反应条件温和、设备较为简单 、适用范围较广等优点 ，但存在处理费用高、工艺条件复杂、过程不易控制等缺点 ，使得该法难以广泛应用。JosephJ.Pignatello[11]等的研究结果表明Fenton试剂可完全去除除草剂2，4-D和2，4，5-T，有机物降解为CO2的程度依赖于H2O2浓度而与Fe的氧化态无关；引人紫外光后，除草剂完全矿化为CO2的时间缩短、消耗的H2O2也大为减少。（4）臭氧氧化法臭氧(O3)由于其氧化能力仅次于天然元素中的氟，故长期以来一直被认为是一种高效氧化剂。臭氧氧化法主要通过两种途径得以实现直接反应和间接反应。直接反应指的是臭氧与有机物直接发生反应，这种方式具有较强的选择性，通常是进攻具有双键的有机物，一般对不饱和脂肪烃和芳香烃类化合物效果较好；间接反应 是指臭氧分解产生·OH，而后·OH与有机物进行氧化反应，这种方式不具有选择性。臭氧氧化法虽然具有较强的脱色和去除有机污染物的能力，但该方法的运行费用较高，对有机物的氧化具有选择性，在低剂量和短时间内不能完全矿化污染物，且分解生成的中间产物会阻止臭氧的氧化进程，存在O3的利用率低、氧化能力不足及臭氧在水中溶解性差等缺陷，为此出现了许多改进措施，主要有UV/O3、O3/H2O2、UV/O3/H2O2、草酸/Mn2+-臭氧等组合方式，结果证明，不仅提高了O3的利用率和处理效率，而且氧化能力大大提高。王盼绿[]等采用UV/O3工艺预处理磺酰脲类除草剂生产废水，作用机理如下实验结果表明，在废水初始pH为13.59， 臭氧投量为65.08 mg/min的条件下，预处理80min后废水COD去除率达63.47 %，BOD5/COD由0.03提高至0.56，EC50从11%提高至55%。（5）超临界水氧化法超临界水氧化（supercritical water oxidation，简称 SCWO）技术是一种新型、高效、极具潜力的有机废物处理方法，是湿式空气氧化法的强化和改进，其原理是在超临界的状态下（温度大于374.2 ℃，压力大于22.1 MPa），温度和压力的升高使水的介电常数急剧降低，有机物、氧气或空气能够与水以任意比互溶[]-[]，有机污染物在超临界水中氧化分解成为 CO2、H2O等无害的小分子化合物。SCWO 技术曾被美国能源部科学家 Paulw.Hart誉为“代替焚烧法极有生命力的技术”，它较之其它废水处理技术具有独特的优点SCWO 反应是均相反应，不存在相间传质阻力，停留时间短，反应器结构简单，体积小。处理范围广，可以分解废弃食物、太空垃圾等多种有毒有害的废弃物。SCWO反应在封闭环境中进行，排放于系统外的物质通常是 CO2、H2O、N2等，无附加污染，不会对环境构成危害。在处理的有机物含量为 2%时系统就可以实现自热，无需外界供热，多余的热量也可以回收[]。 韦朝海、李登勇等[]通过实验分析得出，在温度为440℃、压力为24 MPa、过氧量为375% 的条件下，对氯苯酚(4-CP)超临界水氧化脱氯的效率可以达到80% ，过程显示，随着停留时间增大、温度提高，对氯苯酚的脱氯率提高，4-CP初始质量浓度和过氧量变化对过程无显著影响。由于在超临界水氧化技术处理过程中，有机物发生氧化反应产生的某些酸性中间产物会导致高压反应器的严重腐蚀，因此超临界反应器对于材质的要求很高，导致设备投资很大，而且能耗较高。所以，目前超临界水氧化技术在大规模工业处理中的实际应用不多。（7）电-Fenton氧化法 电-Fenton氧化法是一种新的电化学处理工艺，其实质是把用电化学法产生的Fe2+与H2O2作为Fenton试剂持续来源，反应机理见图[]电解槽内反应如下电-Fenton氧化法使用不溶性阳极，在反应开始时向系统中加入Fe和过氧化氢，使其快速反应生成具有强氧化性的·OH自由基，氧化分解污染物；再配合电流使经氧化所生成的Fe3+在阴极上接受电子还原生成Fe2+继续参与 Fenton反应，达到化学药剂再利用及污泥减量的目的。1.2.2.4微电解微电解法又称内电解法、零价铁法、铁炭法，是目前广泛研究和应用的一种废水高效处理方法，对色度去除有明显的效果。其原理是将铁屑和碳颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个铁碳微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阳极，电位高的碳做阴极，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应。反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂，可以有效地吸附、凝聚水中的污染物，它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸，形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除，从而增强对废水的净化效果。反应中生成的OH－是出水pH值升高的原因。雍文彬等[]利用铁屑微电解法能有效去除农药(三唑磷、田安、杀虫双和单杀虫)生产废水中的 COD、色度、As、氨氮、有机磷和总磷，去除率分别可达76.2%，80%，69.2%，55.7%，82.7%和62.8%。与铁盐混凝法相比，微电解法能更有效地去除污染物， 提高废水的可生化性。1.3除草剂废水生化处理方法用物理、化学方法处理除草剂生产废水常常会遇到二次污染或处理成本高的问题。所以，该类废水的处理研究开始向低能耗、不会对环境造成二次污染的处理方法或工艺的方向发展，而生物法正是这样的一种处理工艺。生物法，又称生化法，是利用微生物的生物化学作用使废水得到净化的一种方法。1.3.1好氧生物处理技术1.3.1.1活性污泥法活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气， 经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。影响因素 BOD负荷率（F/M）也称有机负荷率，以NS表示）；水温；pH值；溶解氧；营养平衡；有毒物质。运行条件① 废水中含有足够的可溶性易降解有机物；② 混合液含有足够的溶解氧；③ 活性污泥在池内呈悬浮状态；④ 活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；⑤ 无有毒有害的物质流入。1.3.1.2生物膜法生物膜法（biomembrance process）又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术，主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统。滤料由内向外可分为厌气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。生物膜法的构筑物有生物滤池、生物转盘和生物接触氧化池等。与常规活性污泥法相比，生物膜法具有生物体积浓度大，存活世代长，微生物种类繁多等优点，适宜于特种菌在废水体系中的应用。1.3.1.3生物接触氧化法生物接触氧化工艺属好氧生物膜法，是在生物滤池基础上发展起来的一种新型生物膜法。生物接触氧化工艺目前已广泛用于不同规模的工业废水及生活污水处理，对于场地面积小、水量小、水质波动较大的情况尤其适用，是污水处理的主流工艺之一。生物接触氧化法具有以下优点由于填料的比表面积较大，池内的充氧条件良好；具有较高的容积负荷。生物接触氧化池内单位容积的生物固体量高于活性污泥法曝气池与生物滤池；无需污泥回流，没有污泥膨胀问题，运行管理简便；对水质水量的聚变有较强的适应能力；有机容积负荷较高时，其F/M保持在较低水平，污泥产率较低。1.3.2厌氧生物处理技术一般而言，厌氧生物工艺处理CODCr浓度大于1000mg/l的中高浓度工业废水具有优势，低能耗，容积负荷率高，对环境的要求低，剩余污泥稳定，产量仅为好氧系统的1/10～1/6；投资费用低、管理简易，有广阔的应用潜力。常用的厌氧处理方法有上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧折板反应器（ABR）、水解酸化等等。在生化处理核心单元中，厌氧反应器一般以UASB为主。1.3.2.1上流式厌氧污泥床（UASB）上流式厌氧污泥床（UASB）由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成，具有良好的絮凝与沉淀性能的污泥在反应器下部形成污泥层。废水从反应器底部流进反应器，反应器中的污泥对表层经过的有机物进行截留、吸附和降解。经厌氧硝化处理后的废水、产生的沼气和厌氧活性污泥在三相分离器中得到分离，处理后的废水从反应器中排出。UASB 池为主要的处理工段，不仅大部分碳源有机物在这里被降解，而且也能去除一部分氨氮，从进、出UASB池的水质分析可以看出，其对碳源有机物的处理效率可达65 ～75%以上。1.3.2.2水解酸化工艺水解-酸化池由水解和产酸微生物在缺氧条件下将废水中大分子、不易降解的固体有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，使后续的好氧处理单元能以较少的能耗和相对较短的停留时间去除废水中残留的污染物。“水解-酸化工艺”对废水中的主要污染物的去除能力为CODCr去除率30%-60%；SS去除率80%-90%。水解-酸化工艺的技术特点包括① 污水经水解酸化工艺处理后，可大幅度地去除废水中悬浮物或有机物，提高废水的可生化性，使后续好氧生物处理的难度相对减小，并且缩短了好氧的水力停留时间，后续好氧处理工艺的污泥量也可得到有效地减少， 从而设备容积也可缩小；② 对进水负荷的变化起良好缓冲作用，使后续好氧处理的进水条件更为稳定；③ 产泥量远低于好氧工艺，且已已高度矿化，易于处理，容易脱水。同时其后续的好氧处理所产生的剩余污泥必要时可回流至厌氧段，可减少污泥的处理量，进而降低整个工艺的20%产污泥率；④ 产酸种类多、生长快，对环境条件的适应性强，易于管理，有利于运行条件的控制和缩小处理设施的容积；⑤ 运行费用低，且其对废水中有机物的去除亦可节省好氧段的需氧量， 从而节省整体工艺的运行费用。1.3.2.3厌氧折板反应器（ABR）厌氧折流板反应器（Anaerobic baffled reactor，ABR）是McCarty和Bachmann 等人于1982 年，在总结了第二代厌氧反应器工艺性能的基础上，开发和研制的一种新型高效的厌氧生物处理装置。其特点是反应器内置竖向导流板，将反应器分隔成几个串联的反应室，每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统，其中的污泥以颗粒化形式或絮状形式存在。水流由导流板引导上下折流前进，逐个通过反应室内的污泥床层，进水中的底物与微生物充分接触而得以降解去除。ABR 由于结构特殊，与其它厌氧生物处理工艺相比具有以下优点，见表1-1[]。表1-1 厌氧折流板反应器的优点工艺构造生物体操作设计简单无运动部件无需机械混合建设运行费低不易堵塞污泥无特殊沉降要求污泥产率低泥龄长无需用填料或沉淀池不需要三相分离器HRT短可间歇运行耐冲击负荷能力强抗有毒物能力强可长时间不排泥1.4组合处理工艺实际上，由于水中的有机污染物成分复杂，仅采用单一的处理单元往往达不到预期效果。一般情况下，综合考虑废水的水质情况，根据废水中污染物的种类选择具有特殊净化功能的处理单元构成组合工艺形式。2 研究内容2.1设计任务与内容2.1.1设计任务运用所学知识，设计工艺对日产量为1000t的除草剂废水进行妥善处理。2.1.2设计内容本次设计过程中的内容包括有处理工艺的确定、构筑物的选择及设计计算、工程概算。2.2设计依据及设计资料2.2.1设计依据《污水综合排放标准》(GB8978-1996 )；《室外排水设计规范》(GBJ14-87)；《中华人民共和国环境保护法》和《水污染防治法》；《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)；《污水排入城市下水道水质标准》(CJ3082-1999)；《给水排水设计手册(第二版)》；《给水排水构筑物施工及验收规范》(GBJ 141-90)；《室外排水设计规范》（GB50014-2006）。2.2.2设计资料2.2.2.1废水水量已知废水流量为1000t/d，废水总变化系数KZ=1.2，最大设计流量为2.2.2.2设计进水水质表2-1污染因子污染物浓度COD(mg.L-1)11200BOD(mg.L-1)3230pH(无量纲)6.3SS300色度（倍）1002.2.2.3设计出水水质出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）二级标准后排出具体排放要求如下表2-2污染因子污染物浓度COD(mg.L-1)≤ 150BOD(mg.L-1)≤ 30pH(无量纲)6~9SS≤ 200色度（倍）≤ 802.2.2.4污染物测定方法列表表2-3项目方法方法来源化学需氧量（COD）重络酸钾法GB 11914-89生物需氧量（BOD5）稀释与接种法GB 7488-87pH玻璃电极法GB 6920-86色度稀释倍数法GB 11903-893 处理工艺流程的确定3.1 废水的预处理处理工艺流程除草剂废水属于难生化降解废水，直接运用生化处理有较大困难，宜采用一定预处理手段提高废水的可生化性，再对污水进行生化处理。虽然上文中介绍了许多除草剂废水的预处理技术，但是由于技术不成熟等原因，目前常用的除草剂废水预处理方法有微电解法、Fenton法、生化法、萃取法与吸附法。这几种方法各自有着优缺点，但是单独使用一般效果较差或者成本过高。吸附法由于传统的活性炭吸附剂在吸附效率、再生条件以及材料的机械强度和使用寿命等方面均不太理想，故在使用吸附法处理时需要投入大量的吸附剂，造成成本偏高；萃取法虽然操作简单，但是由于现阶段适宜工业使用的萃取剂仍然较少，并且用萃取法处理除草剂废水易造成二次污染，故萃取法在使用过程中也受到限制；生化法在应用过程中当废水中除草剂含量很高时，微生物作用就受到了限制；微电解方法处理虽然经济使用，操作简单，但处理不完全；Fenton试剂作为一种强氧化剂在投加量足够多的情况下可使除草剂所含的高浓度、有毒的有机物氧化分解，但是单独使用Fenton法时成本较高。孙旭辉等[]研究发现，经过微电解还原反应后的出水再通过Fenton试剂反应后，COD去除率明显高于原水样直接被Fenton 试剂氧化的 COD 去除率，“Fe/C微电解法-Fenton氧化”联合工艺充分利用了微电解出水的Fe 2+，不需再投加催化剂，微电解出水 pH也刚好满足Fenton反应的需要，不需要再加酸调节 pH，大大地节省了药剂费用。故在本次设计中，在除草剂废水预处理过程中选用“Fe/C微电解-Fenton氧化”联合工艺对废水进行预处理。3.2废水生化处理工艺确定废水在经过预处理过程后，硝基苯酚、氯苯酚等特征污染物的含量有了大幅度减小，并且COD含量也有一定幅度的降低，废水的可生化性能得到了提升，可以利用生化方法对废水进行后续处理置达标后进行排放。目前，常用的生化处理工艺有活性污泥法、生物膜法与生物接触氧化法。其中常用的活性污泥法包括传统活性污泥法、SBR法、A/O工艺、A2/O工艺与氧化沟工艺。常用的生物膜法有生物滤池工艺与生物转盘工艺。生物接触氧化法将生物膜法和活性污泥法的优点兼顾起来，既有生物膜工作稳定和耐冲击、操作简单的特点，又有活性污泥悬浮生长、与废水接触良好的特点[]。在此选用生物接触氧化工艺。但生物接触氧化法的正常BOD容积负荷值不宜超过0.8kg/(m3﹒d)，且进水CODcr不可过高。生物接触氧化法由于生物群体是附着在填料表面的，过高负荷的有机物相应要求有足够的生物量存在才能完成其代谢过程所期望降解的BOD。简单的说就是填料上所附着的生物膜要求足够厚，而这却因该方法的机理限制而难以做到，因为过厚的生物膜将阻止氧向填料深层扩散，导致内部生物膜因厌氧而造成所有生物膜脱落，生物膜大量流失，系统崩溃。由于除草剂废水有机物浓度高，单一的生物接触氧化池可能无法承载，因此在生物接触氧化池前接入UASB反应器，采用“UASB+生物接触氧化法”联合工艺。3.3工艺流程结合废水的特性，经过比较，最终决定在此次设计过程中选择“Fe/C微电解-Fenton氧”联合工艺对除草剂废水进行预处理，再通过“UASB+生物接触氧化法”对废水进行后续处理，至达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）二级标准后，进行排放。工艺流程如下图图1 工艺流程图工艺流程说明格栅废水从生产线流入水体处理系统时，为了保证后续工艺的正常运行，首先让水体通过格栅，去除水体中体积较大的垃圾等物质；调节池废水通过格栅后，在调节池中均质均量，以减缓对后续物化处理系统的冲击，在水质水量调节好后，将废水的pH调整至3左右，以利于后续的Fe/C微电解操作；Fe/C微电解-Fenton联合处理系统（Fe/C微电解塔+Fenton氧化池）Fe/C微电解塔利用铁炭构成的原电池进行微电解，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，进一步去除硝基苯酚、氯苯酚等有毒和难降解的有机化合物及其微电解产物。同时，在Fe2+的催化作用下可产生·OH ，使大分子有机物降解，形成完全的或部分的氧化产物如乙醇、乙酸等小分子有机物，提高了废水的可生化性。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；中和反应池经过Fe/C微电解-Fenton联合工艺处理后，废水的COD与特征污染物浓度都得到了降低，但是水体中出现了Fe离子，并且此时的pH偏低，不利于后续的生化处理。废水在中和反应池中，将Fe离子沉淀，并且加入石灰调节水体的pH，为后续的生化处理阶段提供有利条件；沉淀池将中和反应池中石灰与铁离子所产生的沉淀及废水中本身的一些颗粒物质排除，以便后续的生化处理；UASB上清液流入UASB反应器，将废水中结构复杂、难降解的高分子有机物转变为结构简单、易降解的小分子有机物，使大部分有机物在厌氧条件下分解；另外，厌氧脱色菌会将废水进一步脱色，是保证出水达标排放的关键环节。UASB反应器是目前各种厌氧处理工艺中所能达到的处理负荷最高的高浓度有机废水处理装置，之所以有如此高的处理能力，?是因为在反应器内以甲烷菌为主体的厌氧微生物形成了粒径为?1～?5mm的颗粒污泥。生物接触氧化池水体在经过预处理后，虽然特征污染物大部分得到了去除，但是水体中的COD、BOD等常规污染物仍然未达到处理标准，在此通过生物接触氧化工艺对水体进行生化处理；二沉池废水经过生物接触氧化池后含有大量污泥，需要在二沉池中实现水泥分离。污泥处理系统（污泥浓缩池+污泥脱水车间）从混凝池与接触氧化池中流出的污泥进入污泥浓缩池进行浓缩后，再将污泥进行脱水处理后进行外运。小结除草剂生产废水成分复杂、有机物浓度高、含盐量高、pH高、可生化性差，对微生物具有强烈的毒性，因此无法采用生化法直接处理。所以在处理工艺上采取的方法是以物理化学处理为核心，通过高级氧化工艺有效的降低废水的不可生化性和毒性，通过物化+生化的组合有效地去除COD及特征污染物硝基苯酚、氯苯酚、SS等，最终排水达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）二级标准。4 构筑物设计计算4.1 格栅格栅的作用就是截留并去除上述污物，对水泵机组及后续处理构筑物起保护作用。4.1.1设计计算①格栅的间隙数量n: 式中 qvmax——最大设计流量，m3 /s； d ——栅条间距，m； h ——栅前水深，m； v ——污水流经格栅的速度，m/s。 其中， qvmax=0.012m3/s，a=75°，d=5mm，h=0.4m，v=0.6m/s =9.83=10个 栅条的数目为n-1=9个 (栅条断面形状圆型，直径20mm)②格栅的建筑宽度b: 式中 b ——格栅的建筑宽度，m； S ——栅条宽度，m。 b=0.02×(10-1)+0.005×10=180mm =0.23m③水头损失式中 h0——计算水头损失，m； v ——污水经格栅的速度，m/s； ——阻力系数，其值与格栅栅条的断面几何形状有关； ——格栅的放置倾角； g ——重力加速度，m/s2； k ——考虑到由于受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数，一般采用k=3。 ④栅后槽的总高度 式中 h ——栅前水深，m； ——栅前渠道超高，一般=0.3 m。 ——格栅水头损失， ⑤格栅总长度L: 式中 ——进水渠道渐宽部位长度，m； b1——进水渠道宽度，取0.1m；——进水渠道渐宽部位展开角，取=20°； L2——栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位长度，一般取L2=0.5L1； H1——格栅渠前长度，m；H1=h+h1=0.4+0.3=0.7m ， L2=0.09mL=L1+L2+1.0+0.5+H1/tan=0.18+0.09+1.0+0.5+0.7/tan75°=1.96m4.1.2设备选型回转式格栅除污机是一种可以边连续自动拦截并清除流体中各种杂物的水处理专用设备，广泛的应用于城市污水处理、自来水行业、电厂进水口，同时也可以作为纺织、食品加工、造纸、皮革等行业生产工艺中必不可少的专用设备，是目前我国最先进的固液分离设备。型号ZYHG3参数安装角度60-80°动力(KW) 0.55渠宽(mm) 600渠深(mm) 1000-12000mm设备宽(mm) 4004.2 调节池调节池的作用是均质和均量，还可兼有加药、混合、中和、预酸化和沉淀等功能。为了使废水处理工艺不受水质与水量的影响，废水在经过格栅之后通入调节池，一方面达到稳流的作用，另一方面通过酸调节废水PH至3左右，以便于后续的微电解处理。4.2.1设计参数设计流量Q = 1000m3/d=41.67m3/h； 水力停留时间T = 6h4.2.2设计计算调节池有效容积 V = QT = 41.67×6=250m3 调节池水面面积 取池子总高度H=5.5m，其中超高0.5m，有效水深h=5m，则池面积为 A = V/h=250/5=50m24.2.3调节池的尺寸池长取L = 10m，池宽取B = 5 m ，则池子总尺寸为 L×B×H =10m×5m×5m 4.2.4设备选型提升泵每天运行4小时，则每小时流量Q=250m3/h，则有型号WQ200-250-11-15口径200mm，流量250m3/h，扬程11m，功率15KW，转速970r/min，效率74%。两用一备。4.3微电解池Fe/C微电解是基于电化学中的电池反应，阳极反应产生的新生态Fe2+具有较强的还原能力，可使某些有机物的发色基团如—NO2、—NO还原成—NH2，可生化性提高；可破坏发色基团的不饱和键，从而除去色度；可将部分难降解大分子有机物分解成易降解的小分子有机物，从而提高可生化性。此外，Fe2+和Fe3+是良好的絮凝剂，调节废水的pH可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀，吸附污水中微小的悬浮颗粒及有机高分子。阴极反应产生大量的[ H ]和[ O]，在偏酸性条件下均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，使有机大分子发生断链降解，从而提高废水的可生化性。微电解法的最佳条件为pH=3~4，反应时间为3h，铁碳比为1:1[]。铁碳微电解系统由铁碳微电解池、配水系统、鼓风系统和加药系统组成，根据用户要求进行配置。1、加药系统加药系统部分根据建设单位对铁碳微电解池的进出废水做调整使用的装置，提高铁碳微电解池的处理效果。2、鼓风系统鼓风系统部分由风机、管路和阀门等组成，风压根据不同的铁碳微电解池和管路做调整，风量由设计单位确认。3、配水系统配水系统部分由提升泵、流量计和管路等组成，具体内容请阅工艺图纸。根据相关文献资料表明pH值对铁碳处理有很大影响，进水的pH值越低，CODCr去除率越高。结论是进水pH值一般为2 ~ 4之间；水力停留时间从30min到120min，CODCr去除率逐步升高，停留时间为12小时，可以达到最优化效果；铁碳按1∶1的体积比装入反应器。4.3.1 池体计算设计流量Q = 1000m3/d=41.67m3/h； HRTT=12hV=QT=500m3设n=4，每池体积V1=500/4=125m3取池子总高度H=5.5m，其中超高0.5m，有效水深h=5m，则池面积为 A = V/h=125/5=25m2 池长取L = 5m，池宽取B = 5 m ，则单池总尺寸为L×B×H =5m×5m×5.5m 取填料高度为4m，则填料的水力停留时间t=9.6h。4.3.2 加药系统主要作用是调节水体pH值，使之能够达到微电解反应的最适pH。则取pH=3。用浓度为5.00%的硫酸来调节系统的pH值。已知H2SO4=98g/mol，H的浓度为c=1.00×10-03mol/l因此加药量m=0.9799g/l=0.98kg/m3则 所需硫酸的质量为M=0.98×500=490kg。4.4 Fenton氧化池电解还原-Fenton法是利用电解还原的方法使Fe3+在阴极再还原为Fe2+催化剂，反应pH约操作在1.5左右，特别适合处理高COD且难生物分解的有机废液，反应过程几乎不会产生铁污泥。由于微电解塔出水中含有大量的Fe2+，在此不必再次投加硫酸亚铁，但是由于微电解后会产生pH上升的现象，因此在Fenton氧化前应加酸调节pH至2到3之间。反应过程中，H2O2直接连续添加于电解还原槽并与电解产生的Fe2+反应，用以氧化废水中的有机物，而反应产生的Fe3+又可直接于阴极还原成Fe2+并源源不断的参与反应，使得H2O2的氧化效率提高，降低H2O2的加药量及降低操作成本。此外，在阳极发生之电极氧化作用亦可去除部份有机物。反应完成后的Fe2+与Fe3+混合溶液可作为铁系混凝剂使用。对高浓度COD废液(COD>1000mg/L)而言，电解还原-Fenton法的处理效果往往优于Fenton法，这可能是因为Fenton法氧化有机物的后段中间产物多是简单的有机酸(如醋酸、草酸、甲酸)，·OH对这些分子态有机酸的反应速率较低，尤其当水中存在无机离子(如PO43-、Cl-、HCO3-)时，无机离子便会与·OH产生竞争反应而使得COD去除率降低。但在电解还原-Fenton系统中，有机酸会电离成离子态，便大大的提高了有机酸与.OH的反应速率。4.4.1 设计计算设计流量Q = 1000m3/d=41.67m3/h； HRTT=3hV=QT=125m3设n=2，每池体积V1=125/2=62.5m3取池子总高度H=3.5m，其中超高0.5m，有效水深h=3m，则池面积为 A = V/h=62.5/3=21m2 池长取L = 7m，池宽取B = 3m ，则单池总尺寸为 L×B×H =7m×3m×3.5m 4.4.2 Fenton试剂计算计算公式M(H2O2)=K1·M(COD)，V(H2O2)=M(H2O2)/C(H2O2)摩尔量m(H2O2)=M(H2O2)/34mol(或m mol)，m(Fe2+)=K2·m(H2O2)M(FeSO4·7H2O)=m(Fe2+)·278，V(Fe2+)=M(FeSO4·7H2O)/C(FeSO4·7H2O)进水COD=11200mg/l，出水COD=1120mg/l，需处理的COD=10080mg/l则水样V=125m3，COD=10080mg/L，CODH2O2=11，H2O2Fe2+=110，计算如下 M(H2O2)=K1·M(COD)=1×125×360=1260kg V(H2O2)=M(H2O2)/C(H2O2)=1260(kg)/300(mg/mL)=42m3(注:C=30%，则100mL中含30g H2O2，则1mL含300mg H2O2)摩尔量m(H2O2)=M(H2O2)/34=1260÷34=37.05(kg mol) m(Fe2+)=K2·m(H2O2)=37.05÷10=3.705(kg mol)M(FeSO4·7H2O)=m(Fe2+)·278=3.705×278=1029.99kg V(Fe2+)=M(FeSO4·7H2O)/C(FeSO4·7H2O)=1029.99(kg)/80(mg/mL)=12.87m34.5中和池投药中和可处理任何性质，任何浓度的酸性废水。当投加石灰乳时，氢氧化钙对废水杂质具有凝聚作用，因此又适用于处理杂质多及高浓度的酸性废水。为保证药剂和废水再池内充分混合，池内一般采用压缩空气搅拌，也可用机械搅拌。用石灰中和酸性污水的一些数据混合反应时间一般采用1-2分钟，但废水中和含重金属盐或其他有毒物质时，混合反应时间，尚应根据除盐和解毒要求确定。当石灰乳液在水泵集水井中投加时，可不设混合设备，但反应设备宜根据管道长度和废水水质而；沉淀时间一般采用1-2小时；污泥体积约为处理污水体积的10-15%；污泥含水率一般为90-95%。4.5.1 池体计算混合反应池的容积按下式确定V=Qt/60式中 Q——污水设计流量（m3/h）； t——混合、反应时间（分钟）。取t=2min则 V=1.39m3取池子总高度H=3.5m，其中超高0.5m，有效水深h=3m，则池面积为 A = V/h=1.39/3=0.46m2池长取L = 0.9m，池宽取B =0.52 m ，则单池总尺寸为 L×B×H =0.9m×0.52m×3.5m 4.5.2 药剂计算主要作用是调节水体ph值，使之能够达到微电解反应的最适ph。则取pH=7。用浓度为10.00%的氢氧化钙来调节系统的ph值。PH(原始)3.00，PH(要求)7.00CaOH的摩尔质量为74g/mol根据电离平衡可知需反应的离子量浓度加药量m=0.3700g/l则 所需氢氧化钙的质量为M=0.37×1.39=0.52kg。4.6 絮凝沉淀池混凝剂使废水中的胶体和微小的悬浮颗粒凝聚成絮凝体，然后进行分离去除。混凝沉淀法在水处理中的应用是十分广泛的，它既可以降低原水的色度、浊度等水质的感观指标，又可以去除多种有毒有害污染物。4.6.1 机械絮凝池设计参数（1）絮凝时间宜为15-20min；（2）池内设3-4挡搅拌机；（3）搅拌机的转速应根据浆板边缘处的线速度通过计算确定，线速度宜自第一档的0.5m/s逐渐变小至末档的0.2m/s；（4）池内宜设防止水体短流的设施。4.6.2 池体计算取流速为20cm/s，停留时间为T=15min=900s，Q=0.012m3/s，则反应池容积为 V=Qt=10.8m3取水深为h=0.5m，则反应槽面积为 A=V/h=10.8/0.5=21.6（m2）分6个廊道，则每个廊道面积为 S1=S/6=21.6/6=3.6（m2）取廊道宽为0.6m，则长为6m。故，池总尺寸为 L×B×H =6m×3.6m×1m4.6.3混凝剂投加量式中 T——日混凝剂投加量（kg/d）； Q——设计水量（m3/d）； a——单位混凝剂最大投加量（mg/L）。根据给水排水设计手册（第三册），查得除草剂厂混凝剂最高投加量为64mg/L，平均投加量为24.7mg/L。则T=24.7kg/d4.7 UASB根据前文所述，废水经过预处理后，其水中COD=1000mg/l，BOD=800mg/l，ph=7。则可进行生物处理。4.7.1设计说明UASB，即上流式厌氧污泥床，集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器。它的污泥床内生物量多，容积负荷率高，废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小。设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题。4.7.2设计参数（1）参数选取 容积负荷（Nv）6.0kgCOD/(m3·d)；污泥产率0.1kg MLSS/kg COD；产气率0.5m3/kg COD。（2）设计水质表4-1 UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBOD进水水质(mg/l)1000800去除率（%）7080出水水质(mg/l)300160（3）设计水量Q＝1000m3/d=41.67m3/h=0.012m3/s4.7.3设计计算 （1）反应器容积计算UASB有效容积式中 Q --- 设计流量，m3/sS0 --- 进水COD含量，mg/lNv ---容积负荷，kgCOD/(m3·d)则 V有效＝1000×1000/6.0=166.67m3=167m3将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好，取水力负荷q＝0.8[m3/(m2·h)]h=V/A＝167/52.08=3.2m采用2座相同的UASB反应器 D=5.76m；取D=5.8m则实际横截面积为A2=1/4πD2=1/4×3.14×5.82=26.41m2实际表面水力负荷为q1=Q/A＝41.67/(2×26.41)=0.78<1.0，故符合设计要求（2）配水系统设计本系统设计为圆形布水器，每个UASB反应器设18个布水点参数每个池子流量Q1＝41.67/2 =20.84 m3/h设计计算布水系统设计计算草图见下图1图2 UASB补水系统设计计算草图圆环直径计算每个孔口服务面积为: 则 a＝1.47m2，在1～3m2之间，符合设计要求。可设3个圆环，最里面的圆环设3个孔口，中间设6个，最外围设9个孔口。（3）三相分离器设计三相分离器要具有气、液、固三相分离的功能，其设计主要包括沉淀区、回流缝和气液分离器的设计。三相分离器设计计算草图见下图2图3 三相分离器示意图沉淀区沉淀区的设计主要考虑面积和水深，面积由表面负荷率和废水水量决定。因为沉淀区的厌氧污泥和有机物还可发生生化反应产生少量的气体，不利于固液分离，所以设计时应满足1）沉淀区的水力表面负荷<1.0m/h；2）沉淀器的斜壁角度设为50°，使污泥不致积聚，能够尽快落入反应区内；3）进入沉淀区前，沉淀槽底逢隙的流速≦2m/h；4）总沉淀水深应大于1.5m；5）水力停留时间介于1.5～2h；如果能满足以上条件，则可达到良好的分离效果。沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ＝50°沉淀区面积为A2=1/4πD2=1/4×3.14×5.82=26.41m2表面水力负荷为q1=Q/A＝41.67/(2×26.41)=0.78<1.0，故符合设计要求。回流缝设计取h1=0.3m，h2=0.5m，h3=1.5m，如图2所示式中 b1--下三角集气罩底水平宽度，m； θ--下三角集气罩斜面的水平夹角； h3--下三角集气罩的垂直高度，m。则 b1=1.26m b2=D-2b1=5.8-2×1.26=3.28m下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速V1可用下式计算式中 Q1--反应器中废水流量，m3/h；S1---下三角形集气罩回流逢面积，m2；v1= 20.84/(3.14×3.282/4)=2.46m/h <2.5m/h，符合设计要求。上下三角形集气罩之间回流逢中流速(v2)可用下式计算v2=Q1/S2，式中 Q1--反应器中废水流量，m3/h； S2 --上三角形集气罩回流逢之间面积，m2；取回流逢宽CD=1.8m，上集气罩下底宽 CF=3.8m，则 DH = CD×sin50°= 1.27m DE = 2DH+CF=2×1.37 +3.8 = 6.54m =π(CF+DE)CD/2 = 29.22m2则 v2 = Q1/S2 = 20.48/29.22 = 0.7m/h净水的μ，故取μ=0.02g/cm·s由斯托克斯工式可得气体上升速度为Vb =（0.95×9.81×（1.03-1.2×10-3）×0.012）/（18×0.02） = 0.266cm/s=9.58 m/h Va = V2 = 1.33m/h则 =9.58/1.33=7.20， =2.8/0.56=5 ? ，故满足设计要求。（4）出水系统设计采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m，槽高0.2m。（5）排泥系统设计产泥量为1000×0.70×0.1×1000×10-3=700kg MLSS/d每日产泥量700kg MLSS/d，则每个USAB日产泥量350kgMLSS/d，可用150mm排泥管，每天排泥一次。（6）理论上每日的污泥量W=Q×(C0-C1)/1000(1-0.97)式中 Q --设计流量，m3/d C0 --进水悬浮物浓度，mg/L C1 --出水悬浮物浓度，mg/L P0 ---污泥含水率，%W=1000*(175-22.75)/(1000*1000(1-0.98))=7.56m3/d（7）产气量计算每日产气量1000×0.70×0.5×1000×10-3=350m3/d4.8生物接触氧化池设计参数进水COD浓度La =300mg/L出水COD浓度Le =150mg/L取生物接触氧化池的COD容积负荷M为0.5kgCOD/(m3·d)。4.8.1 生物接触氧化池填料容积式中 W——填料的总有效容积，m3； Q——日平均污水量，m3； La——进水COD浓度，mg/L； Le——出水COD浓度，mg/L； M——COD容积负荷率，kgCOD/(m3·d)。4.8.2 生物接触氧化池总面积式中 A——接触氧化池总面积，m2； H——填料层高度，m，取3m。 生物氧化池的尺寸 L×B=20m×5m 生物接触氧化池格数n取2，则每格接触氧化池面积每格池的尺寸 L1×B1=10m×5m 每格接触氧化池在其端部与邻接触氧化池的隔墙上设 1m×1m的溢流孔洞。4.8.3 污水与填料接触时间式中 t——污水在填料层内的接触时间，h。4.8.4 接触氧化池总高度H0=H+h1+h2+(m-1)h3+h4=3.0+0.5+0.5+(2-1)×0.15+0.5=4.65m式中 H0——接触氧化池的总高度，m； H——填料层高度，m，取3.0m； h1——池体超高，m，取0.5m； h2——填料上部的稳定水层深，m，取0.5m； h3——填料层间隙高度，m，取0.15m； m——填料层数，取为2层； h4——配水区高度，m，取0.5m。生物接触氧化池选用组合纤维填料，其主要技术参数见表2。表4-2 组合纤维填料主要技术参数型号塑料环片直径(mm)填料直径(mm)单片间距离(mm)理论比表面积(m2/m3)ZV-150-80751508020004.8.5 需气量按每去除1kgCOD消耗1kg氧气计算，生物接触氧化池的需氧量Q1为Q1=1000×(300-150)/1000 =150kgO2/d生物接触氧化池采用微孔曝气器曝气，其充氧效率EA取15%，则接触氧化池每天所需的空气量GS为式中 GS——需气量，m3空气/d； EA——氧转移效率，％； 21％——氧在空气中所占百分比； 1.43——氧的容重，kg/m3。曝气装置选用HWB-1型微孔曝气器，其主要性能参数见表8。表4-3 微孔曝气器的主要性能参数型号规格面积比(%)有效水深(m)通气量(m3/h)动力效率EA(%)HWB－1Ф2006.254.54.017 ～26由每格生物接触氧化池的供气量及HWB-1型可变微孔曝气器的通气量，计算所需曝气器的数量N为，取N为35个。4.8.6 污泥产量按每去除1kgCOD产生0.15kg污泥计算，生物接触氧化池的污泥产量W1为接触氧化池示意图见图4。图4 接触氧化池示意图4.9二沉池计算4.9.1 设计参数本设计采用机械吸泥的向心式圆形辐流沉淀池，进水采用中心进水周边出水。沉淀时间1.5-4.0h，表面水力负荷，每人每日污泥量12-32g/人·d，污泥含水率99.2-99.6%，固体负荷。沉淀池超高不应小于0.3m。沉淀池有效水深宜采用2.0～4.0m。当采用污泥斗排泥时，每个污泥斗均应设单独闸阀和排泥管，污泥斗的斜壁与水平面倾角，方斗宜为60°，园斗宜为55°。活性污泥法处理后的二次沉淀池污泥区容积宜按不大于2h的污泥量计算，并应有连续排泥措施。排泥管的直径不应小于200mm。当采用静水压力排泥时，二次沉淀池的静水头，生物膜法处理后不应小于1.2m，活性污泥法处理池后不应小于0.9m。 二次沉淀池的出水堰最大负荷不宜大于1.7L/(s·m)。 沉淀池应设置浮渣的撇除、输送和处置设施。 水池直径(或正方形的一边)与有效水深之比宜为6-12，水池直径不宜大于50m。宜采用机械排泥，排泥机械旋转速度宜为1-3r／h，刮泥板的外缘线速度不宜大于3m/min。当水池直径(或正方形的一边)较小时也可采用多斗排泥。缓冲层高度，非机械排泥时宜为0.5m；机械排泥时，应根据刮泥板高度确定，且缓冲层上缘宜高出刮泥板0.3m。坡向泥斗的底坡不宜小于0.05。 4.9.2 设计计算（1）沉淀池表面积式中 ——污水最大时流量，；取Qmax=1200m3/d； ——表面负荷，取； ——沉淀池个数，取2组。池子直径， 取23。（2）实际水面面积实际负荷，符合要求。（3）沉淀池有效水深式中 ——沉淀时间，取。 径深比为，在6至12之间。（4）污泥部分所需容积则 采用间歇排泥，设计中取两次排泥的时间间隔为（5）污泥斗计算 式中 ——污泥斗上部半径，； ——污泥斗下部半径，； ——倾角，一般为。设计中取 =，=。 污泥斗体积计算（6）污泥斗以上圆锥体部分污泥容积设计中采用机械刮吸泥机连续排泥，池底坡度为0.05污泥斗以上圆锥体部分体积（7）沉淀池总高度 设计中取 超高，缓冲层高度 图5 二沉池高度示意图（8）排泥装置二沉池连续刮泥吸泥。本设计采用周边传动的刮泥机将泥刮至污泥斗。在二沉池的绗架上设有‰的污泥流动槽，经渐缩后流出二沉池，采用渐缩是为保证中心管内污泥流速不宜过大，以利于气水分离。因为池径大于20m，采用周边传动的刮泥机，其传动装置在绗架的缘外，刮泥机旋转速度一般为1～3rad/h。外围刮泥板的线速度不超过3m/min，一般采用1.5m/min，则刮泥机为1.5rad/min。4.9.3出水堰的计算二沉池是污水处理系统中的主要构筑物，污水在二沉池中得到净化后，出水的水质指标大多已定，故二沉池的设计相当重要。本设计考虑到薄壁堰不能满足堰上负荷，故采用三角堰出水。如图5所示。图6 三角堰示意图式中 ——三角堰单堰流量，； ——进水流量，； ——集水堰总长度，； ——集水堰外侧堰长，； ——集水堰内侧堰长，； ——三角堰数量，个； ——三角堰单宽，； ——堰上水头，； ——堰上负荷，。设计中取 ， 取754个 ，介于之间，符合要求。4.10浓缩池的设计本次设计采用重力浓缩池，在前面已经算出日产剩余污泥量为设含水率po=99.2%，（即固体浓度Co =8kg/m3），（1）浓缩池面积A根据查固体通量经验值，污泥固体通量选用40kg/(m2.d)。浓缩池面积式中 Q —— 污泥量，m3/d； Co —— 污泥固体浓度，kg/m3； G —— 污泥固体通量，kg/(m2.d)。 （2）浓缩池直径D，取D=5.5m（3）浓缩池深度H浓缩池工作部分的有效水深式中，T为浓缩时间，h，取T=15h。超高h1=0.3m，缓冲层高度h3=0.3m，浓缩池设机械刮泥，池底坡度i=1/20，污泥斗下底直径D1=1.0m，上底直径D2=1.4m。 池底坡度造成的深度 污泥斗高度 浓缩池深度H = h1 + h2 + h3 + h4 + h5 = 0.3+2.5+0.3+0.107+0.34 = 3.54 m5 污水厂总体布置5.1 总平面布置5.1.1布置原则为了使平面更经济合理，污水厂平面布置应遵循下列原则（1）按功能分区，配置得当。（2）布置紧凑。在保证生产的需求的前提下，力求节约用地，便于管理。（3）顺流排列，流程简捷。构（建）筑物尽量按流程方向布置，避免与进（出）水方向相反安排；各构筑物之间的连接管（渠）应以最短路线布置，多次提升和迂回曲折，便于节能耗能和运行维护。（4）充分利用地形，平衡方土，降低工程费用。（5）必要时预留适当余地，考虑扩建和施工可能。（6）构（建）筑物布置应注意风向和朝向，将排放异味、有害气体的构（建）筑物布置在居住与办公场所的下风向。（7）协调好建筑、道路、绿地于工艺构筑物的协调，做到即使生产运行安全，又使区环境美观，向外界展现优美的形象。5.1.2 平面布置污水处理厂长约330米，宽约180米，占地面积约60000m2，生活办公综合楼及其它主要辅助建筑物位于厂区偏西一侧，水处理构筑物靠厂区南部自西向东依次排开，污泥处理系统位于厂区东部，为改善生活区环境在厂东北角另设大门，以便泥饼和沉砂外运。5.1.3管线布置（1）应设超越管线，当出现故障时，可直接排入水体。（2）厂区内还应有给水管，生活水管，雨水管。（3）在污水厂内主干道应尽量成环，方便运输。主干宽6～10m次干道宽3～4m，人行道宽1.5m～2.0m曲率半径9m，有30%以上的绿化。5.2 高程布置5.2.1布置原则 尽可能利用构筑物之间的自流，尽量减少提升次数和水泵所需扬程；协调好厂内平面的布置与各种单体埋深，以免工程投资增大、施工难度加大和污水提升次数变多；注意污水流程和污泥流程的配合，尽量减少提升高度；协调好单体构造设计和各构筑物埋深，便于正常排放，又利于检修维护。5.2.2高程水利计算方法水力计算时应选择一条距离最长、水头损失最大的流程进行计算，并适当留有余地。计算水头损失时以最大设计流量计算，作为各构筑物之间的连接管渠按最大流量设计。高程计算时常以受纳水体的最高水位作为起点，由下游倒推至上游计算。本设计由于题目自拟，将地面标高设为0.00，进行计算。应注意污水处理流程与污泥流程的相互协调，尽量减少提升的污泥量，并考虑污泥处理设施排出的废水能自流进泵站前池。5.3附属构筑物的布置表5-1 附属构筑物一览表序号名称尺寸材料单位数量1机修间20×8砖混座12综合楼40×25砖混座13食堂7×8砖混座14宿舍30×25砖混座15仓库、车库25×20砖混座16传达室4×5砖混座16 高程计算6.1 水头损失表6-1 污水流经处理构筑物的水头损失构筑物名称水头损失 m进水阶段0.5格栅0.1调节池0.2微电解池0.5Fenton池0.2中和池0.1絮凝沉淀池0.2UASB0.2接触氧化池0.5二沉池0.5污泥浓缩池0.1合计3.16.2 标高计算以地面标高作为相对标高基准面，其构筑物的标高取相对高程。（1）调节池采用半地下结构，挖深4.8m，地面高0.2m，则池底标高=0-4.8=-4.8m池顶标高=0+0.2=0.2m水面标高=0.2-0.5=-0.3m（2）电解池采用地上结构，地面池体有效高度为5.5m，则池顶标高=0+5.5=5.5m水面标高=5.5-0.5=5m（3）Fenton池采用地上结构，地面池体有效高度为3.5m，则池顶标高=0+3.5=3.5m水面标高=3.5-0.5=3m（4）中和池采用半地上结构，挖深0.5m，地面池体有效高度为3m，则池顶标高=0+3=3m池底标高=0-0.5=-0.5m水面标高=3.0-0.5=2.5m（5）絮凝沉淀池采用地上结构，地面池体有效高度为1.5m，则池顶标高=0+1.5=1.5m池底标高=1-0.5=-0.5m水面标高=1.5-0.5=1m（6）UASB采用地上结构，地面池体有效高度为3.2m，则池顶标高=0+3.2=3.2m水面标高=3.2-0.5=2.8m（7）接触氧化池采用半地上结构，挖深2m，地面高3m，则池底标高=0+3.0=3m池顶标高=0-2.0=-2.0m水面标高=3.0-0.5=2.5m（8）二沉池采用半地下结构，挖深4m，地面高1.76m，则池底标高=0+1.76=1.76m池顶标高=0-4.0=-4.0m水面标高=1.76-0.5=1.26m（9）污泥浓缩池采用半地下结构，挖深3m，地面高0.54m则池底标高=0-3.0=-3.0m池顶标高=0+0.54=0.54m泥面标高=0.54-0.5=0.04m7 工程经济分析7.1工程预算7.1.1土建投资估算表7-1 土建投资估算成本表序号名称体积 (m3)材质尺寸合价（万元）备注1调节池500砼10×5×5m2微电解池275砼5×5×5.5m×23Fenton池147砼7×3×3.5m×24中和池1.7砼0.9×0.52×3.5m5絮凝沉淀池21.6砼6×3.6×1m6UASB167砼D=10.5，H=3.2，27接触氧化池500砼20×5×4.5m8二沉池192砼D=21，H=5.769污泥浓缩池80砼D=5.5，H=3.5410设备间120砼11附属建筑500砼20×5×5m合计2504按均价350元/m3，池体估价为87.64万元7.1.2 设备估算表7-2主要预设备投资估算 单位万元序号名称型号，规格功率(KW)单位数量单价合计1混凝曝气池进水泵40FZB-8-202.2台20.450.902催化氧化进水泵40FZB-8-202.2台10.450.453石灰乳提升泵40UHB-ZK-5-151.1台20.400.804生化进水泵50ZW-20-202.2台10.450.455回流泵50ZW-20-202.2台20.450.906罗茨风机BK500615台31.303.907水下搅拌机QJB2.2/8-320/3-740/C2.2台20.651.308计量泵WG50-13.0台40.853.409板框压滤机F=60 M23.0台25.2010.4010管道阀门支架UPVC套13.503.5011电控仪表系统套13.003.0012氧化剂储罐V=10m3只10.800.8013废气吸收塔玻璃钢套118.0018.0014加药装置JY-Ⅲ0.37台12.502.5015pH调节装置JY-Ⅰ0.37套22.505.0016FeSO4加药JY-Ⅱ0.37套23.006.0017絮凝加药装置JY-Ⅱ0.37套43.0012.0018保安过滤器规格φ1.2×2.5m套12.502.5019催化氧化塔Φ3.2×7.0m套185.0085.0020曝气装置Φ178mm套2800.0123.3621填料及支架组合填料M33200.0288.9622Fenton试剂套2.0220合计393.127.2运行成本估算7.2.1电费该设计方案常用功率56.10kw，按每天运行20小时计，电价按0.60元/kwh计 电费=0.60×56.10×20/300=2.24元/m3废水7.2.2人工费该污水处理站定员6人每人月工资1200元，则每天人工费为6×1200元/月·人/30×300=0.80元/m3废水。7.2.3药剂费废水氧化药剂费＝12×1.00×95／300=3.80元/m3废水 （双氧水按1000元/吨计； H2O2加12kg/吨废水）石灰费=0.50元/m3废水（石灰按400元/吨计；）pH调节药剂费=0.30元/m3废水FeSO4药剂费=1.5×0.60×250／300=0.75元/m3废水 （FeSO4按600元/吨计；加1.5kg/吨废水） 絮凝剂费用=0.20元/m3废水药剂总费用（c）=5.55元/m3废水7.3直接运行成本E = a+b+c+d=2.24+0.80+5.55=8.59元/m3废水(以上费用不包含设备折旧费）致谢本次设计内容是对1000t/d的除草剂废水的处理工程设计，主要由设计说明书和相关图纸组成，设计说明书中对设计内容、除草剂废水性质、工艺流程选择、构筑物设计计算及相关设备资料组成。设计图纸共5张，包括污水处理厂平面设计图、高程图、格栅图、UASB反应器图和生物接触氧化池图。本次设计使我在大学四年中学到的理论知识运用到了实践中去，不仅检验了所学到的课本知识，还使我学到了很多新的东西，为我踏上工作岗位做了坚实的铺垫，使我受益匪浅。最后，由于时间仓促和自己经验的不足，设计中还存在许多不足之处，请各位读者谅解！参考文献
目录
摘要 1
关键字 1
Abstract. 1
Key words 1
1 绪论 2
1.1除草剂废水介绍 2
1.1.1除草剂种类、基本特点及危害 2
1.1.2除草剂废水的水质特征及危害 2
1.2除草剂废水预处理方法 3
1.2.1物理处理方法 3
1.2.1.1吸附法 3
1.2.1.2萃取法 3
1.2.2化学处理方法 3
1.2.2.1混凝 3
1.2.2.2电化学法 3
1.2.2.3高级氧化法 4
1.2.2.4微电解 6
1.3除草剂废水生化处理方法 7
1.3.1好氧生物处理技术 7
1.3.1.1活性污泥法 7
1.3.1.2生物膜法 7
1.3.1.3生物接触氧化法 7
1.3.2厌氧生物处理技术 8
1.3.2.1上流式厌氧污泥床（UASB） 8
1.3.2.2水解酸化工艺 8
1.3.2.3厌氧折板反应器（ABR） 8
1.4组合处理工艺 9
2 研究内容 10
2.1设计任务与内容 10
2.1.1设计任务 10
2.1.2设计内容 10
2.2设计依据及设计资料 10
2.2.1设计依据 10
2.2.2设计资料 10
2.2.2.1废水水量 10
2.2.2.2设计进水水质 10
2.2.2.3设计出水水质 10
2.2.2.4污染物测定方法列表 10
3 处理工艺流程的确定 12
3.1 废水的预处理处理工艺流程 12
3.2废水生化处理工艺确定 12
3.3工艺流程 12
4 构筑物设计计算 15
4.1 格栅 15
4.1.1设计计算 15
4.1.2设备选型 16
4.2 调节池 16
4.2.1设计参数 16
4.2.2设计计算 16
4.2.3调节池的尺寸 16
4.2.4设备选型 16
4.3微电解池 16
4.3.1 池体计算 17
4.3.2 加药系统 17
4.4 Fenton氧化池 17
4.4.1 设计计算 18
4.4.2 Fenton试剂计算 18
4.5中和池 18
4.5.1 池体计算 19
4.5.2 药剂计算 19
4.6 絮凝沉淀池 19
4.6.1 机械絮凝池设计参数 19
4.6.2 池体计算 19
4.6.3混凝剂投加量 19
4.7 UASB 20
4.7.1设计说明 20
4.7.2设计参数 20
4.7.3设计计算 20
4.8生物接触氧化池 24
4.8.1 生物接触氧化池填料容积 24
4.8.2 生物接触氧化池总面积 24
4.8.3 污水与填料接触时间 25
4.8.4 接触氧化池总高度 25
4.8.5 需气量 25
4.8.6 污泥产量 26
4.9二沉池计算 26
4.9.1 设计参数 26
4.9.2 设计计算 26
4.9.3出水堰的计算 28
4.10浓缩池的设计 29
5 污水厂总体布置 31
5.1 总平面布置 31
5.1.1布置原则 31
5.1.2 平面布置 31
5.1.3管线布置 31
5.2 高程布置 31
5.2.1布置原则 31
5.2.2高程水利计算方法 31
5.3附属构筑物的布置 32
6 高程计算 33
6.1 水头损失 33
6.2 标高计算 33
7 工程经济分析 35
7.1工程预算 35
7.1.1土建投资估算 35
7.1.2 设备估算 35
7.2运行成本估算 36
7.2.1电费 36
7.2.2人工费 36
7.2.3药剂费 36
7.3直接运行成本 36
致谢 36
参考文献 37
1000t/d除草剂废水处理工艺设计
引言
is harmful to the environment. Pollution problem involved is being seriously concerned. This design is for 1000 tons per day herbicide wastewater treatment plant. The water quality of the inflow is: COD =11200 mg/L. This plant is designed in the principle of using mature treatment technique and process, stable circulation, low operation expenses and simple operation management..Having analyzed the wastewater characteristics of that factory and the concrete situation of this project, and Through referring to some classic treatment project examples, this design adopts the treatment process based on advanced oxidation process and biological contact oxidation process. The sewage treatment process is: wastewater penetration→ collection of grid → regulating pool→micro-electrolysis pond → Fenton oxidation pond→neutralization reaction pool→ primary settling tank→ UASB→biological contact oxidation tank→effluent. The quality of the effluent is designed as following: COD<=150mg/L. According to the Integrated Wastewater Discharge Standard (GB8978-1996)，it meets the national secondary effluent standard. 1 绪论 1942年具有选择性除草作用的 2，4-滴的发现，是有机除草剂发展的开端。此后的40多年里，除草剂的发展非常迅速，到70年代，全世界除草剂的销售金额已超过杀虫剂而居各类农药的首位。中国是除草剂生产和使用大国，截止到2009年，全国除草剂生产企业已达40余家，产量近30万吨，占农药总产量的三分之一。除草剂的大面积推广促进了农业的发展，但与此同时也将其污染效应扩展到了整个生态系统。由于除草剂多为有一定残效期的化合物，而且可以在生物体内富集，因此其对生态环境的影响已引起世界各国的重视。世界除草剂发展渐趋平稳，主要发展高效、低毒、广谱、低用量的品种，对环境污染小的一次性处理剂逐渐成为主流。但是，由于生产工序多，合成工艺复杂，产生的废水浓度高、色度大、可生化性差等，对环境造成了严重的污染。因此研究如何高效地降解除草剂生产过程中产生的废水，具有非常重要的意义。1.1除草剂废水介绍1.1.1除草剂种类、基本特点及危害除草剂是指可使杂草彻底地或选择地发生枯死的药剂，用以消灭或抑制植物生长的一类物质。 根据作用方式，可分为 （1）选择性除草剂除草剂对不同种类的苗木，抗性程度也不同，此药剂可以杀死杂草，而对苗木无害，特别是硝基苯酚、氯苯酚、氨基甲酸的衍生物多数都有效。 （2）灭生性除草剂除草剂对所有植物都有毒性，只要接触绿色部分，不分苗木和杂草，都会受害或被杀死。 根据化学结构，可分为无机化合物除草剂和有机化合物除草剂。无机化合物除草剂由天然矿物原料组成，不含有碳素，如氯酸钾、硫酸铜等。有机化合物除草剂主要由苯、醇、酚、醚、有机胺等有机化合物合成。如酚类——五氯酚钠、醚类——果尔、均三氮苯类——扑草净、酰胺类——拉索、二硝基苯胺类——氟乐灵、有机磷类——草甘膦等。 常用的除草剂品种为有机化合物。除草剂的毒性种类有急性毒性、亚急性毒性、慢性毒性，大多对人体有严重危害。急性中毒致人短时间内死亡，而慢性中毒短时间内虽不会引起人体出现明显急性中毒症状，但除草剂在人体内不断积累，可产生慢性危害，如破坏神经系统的正常功能，干扰人体内激素的平衡，影响男性生育力，免疫缺陷症。除草剂还具有致癌、致畸、致突变性，且难生物降解，我国已将乐果、除草醚列为优先控制的污染物。1.1.2除草剂废水的水质特征及危害成分十分复杂。除草剂由于生产工序多，合成工艺复杂，产生的废水通常含有机氮、有机磷、硫化物、苯环、酚盐等多种无机物和有机物；有机物浓度很高。COD通常在几千甚至几万mg/l；毒性大，可生化性差。由于废水中含有苯环类、酚、砷、汞等有毒物质，抑制了微生物的生长和繁殖，导致废水的可生化性差；水质、水量都不稳定；具有恶臭和刺激性气味，对人的呼吸道和粘膜有强烈的刺激作用。1.2除草剂废水预处理方法1.2.1物理处理方法含高浓度除草剂的工业废水，一般成分较为复杂，含盐量较高且具有很强的酸碱性，难以直接采用生物法处理。采用物理手段处理较为有效，不仅可降低特征污染物的浓度，改善废水的可生化性。目前，常用的物理法处理技术包括吸附法和萃取法。1.2.1.1吸附法吸附作用是催化、脱色、脱臭、防毒等工业应用中必不可少的单元操作。就是通过吸附剂表面对除草剂的吸附作用，除去除草剂废水中的污染物，然后再通过解析，吸附剂投入到新的吸附过程。常用的吸附剂有活性炭和吸附树脂。活性炭主要是利用其多孔结构和较大的比表面积吸附除草剂废水中的有机物，吸附效果良好，经吸附处理后的废水可降至被生物氧化的水平。湖北一农药厂用活性炭吸附法对乐果、马拉硫磷等农药废水进行处理，其COD 去除率为50%， 有机磷的去除率达90%， 硝基酚的去除率达90%以上[]。李广伟等[]通过静态吸附试验 ，研究了5种大分子吸附树脂对硝基苯生产废水的吸附行为和热力学性质，废水处理后硝基苯质量浓度由1800mg/L降至2.5 mg/L以下，COD去除率超过60％。由于传统的活性炭吸附剂在吸附效率、再生条件以及材料的机械强度和使用寿命等方面均不太理想，故其工程应用价值还有待研究。1.2.1.2萃取法是利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中的方法。 即，采用与水互不相溶但能很好溶解除草剂废水中污染物的萃取剂，使其与废水充分混合后，利用除草剂的成分在水中和萃取剂中不同的溶解度进行分离和提取，从而净化废水。目前用于废水中有机污染物的萃取技术尚不够成熟，可选择用于除草剂萃取的萃取剂有限且萃取后除草剂和萃取相的残留浓度都很高，容易造成二次污染 ，需要辅以其他工艺 ，才可达到理想的去除率。1.2.2化学处理方法除草剂废水浓度虽高，但回收利用仍比较困难，而且除草剂废水可生化性差 ，使用化学法是比较理想的处理手段。目前，常用的化学法处理技术包括混凝、电化学法 、高级氧化法、Fe/C微电解法等。与物理处理方法相比，化学处理方法具有氧化彻底，不造成二次污染的特点。1.2.2.1混凝 混凝现象是指微粒凝结现象，凝聚和絮凝总称为混凝。凝聚是指在水中加入某些溶解盐类，使水中细小悬浮物或胶体微粒互相吸附结合而成较大颗粒，从水中沉淀下来的过程。絮凝是指由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互黏结的过程，通常絮凝的实施靠添加适当的絮凝剂。 杜敏等[]采用化学混凝沉淀- 缺氧-好氧生化工艺流程处理乐果农药废水，研究结果表明， 在众多混凝剂中Ca(OH)2和PAC 配合使用的混凝沉淀效果最好，最佳搅拌速度为300 r/min，最佳搅拌时间为40 min，最佳pH值的范围10 ~ 13。采用碱性混凝沉淀处理久效磷废水，虽然总磷去除率较高，但是出水的COD值依然很高，可生化性很差，需要进一步提高其可生化性。 絮凝法技术成熟，是水处理领域应用较早且最常用的方法之一。该法具有工艺简单，设备投资少，处理效果好，能有效降低废水的COD，成本较低等优点。1.2.2.2电化学法电化学作为一种水处理技术[]-[]，首次于 1889 年在英国提出，至今已有一百多年的历史了。电化学法具有絮凝、气浮、氧化和微电解作，在废水处理中，电絮凝、电气浮和电氧化过程往往同时进行。目前的研究表明，电化学处理法普遍存在能耗大、应用范围较窄的缺点，且电化学氧化工艺只是对低浓度有机废水有较好的效果，对高浓度难降解废水效果不甚理想[]。1.2.2.3高级氧化法高级氧化技术又称做深度氧化技术，以产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)为特点，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质。根据产生自由基的方式和反应条件的不同，可将其分为光化学氧化、湿式催化氧化、声化学氧化、Fenton氧化、臭氧氧化、超临界水氧化、电-Fenton氧化等。（1）光化学氧化法 由于反应条件温和、氧化能力强，光化学氧化法近年来迅速发展。光化学氧化法包括光激发氧化法和光催化氧化法。光激发氧化法主要以O3、H2O2和空气作为氧化剂，在光辐射作用下产生·OH；光催化氧化法则是在反应溶液中加入一定量的半导体催化剂，使其在紫外光的照射下产生·OH，两者都是通过·OH的强氧化作用对有机污染物进行处理。目前，几乎水中所有的有机污染物都可被多相光催化降解，矿化为CO2、H2O 或其他毒性较小的有机小分子。但由于反应条件的限制，光化学法处理有机物时会产生多种有机中间体，致使有机物 降解不够彻底，这成为了光化学氧化需要克服的问题。 均相光氧化加人了O3、H2O2、Fenton试剂等氧化剂与光一起作用，与多相光催化氧化法相比，其氧化能力和光解速率都远远超过单纯的半导体光催化氧化法，常用的均相光氧化体系有UV/O3、UV/Fenton、UV/H2O2、UV/H2O2/草酸铁络合物等[]。（2）催化湿式氧化法催化湿式氧化法(CWAO)是指在高温(123℃～320℃)、高压(0.5～10MPa)和催化剂(氧化物、贵金属等)存在的条件下，将污水中的有机污染物和NH3-N氧化分解成CO2、N2和H2O等无害物质的方法。湿式氧化法因需要较高的温度与压力、较长的停留时间，能耗高。湿式氧化技术是工业设备应用中处理各种高浓度难降解有毒有害废水的有效方法，但高温高压的苛刻运行条件严重限制了其在工业上的广泛应用。近年来，催化湿式氧化（CWAO）致力于改善反应所需的苛刻条件，虽然取得了一定的成效，但是催化剂的引入，必须考虑到其广谱性以及中毒流失等问题[]。某项目组利用国外引进的200L/dCWO小型试验装置对我国的焦化、制糖、香料、造纸、生物制药、化学合成制药、农药、植物化工、印染、石化炼油等十个行业的高浓度有机工业废水进行了处理试验研究。结果表明，CWO技术在处理我国高浓度有机工业废水方面具有良好的适用性，除了农药、化学合成制药和石化炼油废水尚需进一步研究以确定最佳处理条件，其它各种废水经一次处理后，CODcr、NH3-N的去除率即可超过99%，而且脱色、脱臭效果明显[]。（3）Fenton试剂法Fenton法是一种深度氧化技术，常用于生物处理的前处理。典型的Fenton试剂是Fe和H2O2之间的链反应催化生成·OH自由基，反应式如下·OH自由基具有强氧化性，与有机物RH反应生成游离基R?，R?进一步氧化生成CO2和H2O，从而氧化各种有毒和难降解的有机化合物，使废水的COD大大降低，以达到去除污染物的目的。反应式如下 Fenton氧化法具有氧化能力强、反应条件温和、设备较为简单 、适用范围较广等优点 ，但存在处理费用高、工艺条件复杂、过程不易控制等缺点 ，使得该法难以广泛应用。JosephJ.Pignatello[11]等的研究结果表明Fenton试剂可完全去除除草剂2，4-D和2，4，5-T，有机物降解为CO2的程度依赖于H2O2浓度而与Fe的氧化态无关；引人紫外光后，除草剂完全矿化为CO2的时间缩短、消耗的H2O2也大为减少。（4）臭氧氧化法臭氧(O3)由于其氧化能力仅次于天然元素中的氟，故长期以来一直被认为是一种高效氧化剂。臭氧氧化法主要通过两种途径得以实现直接反应和间接反应。直接反应指的是臭氧与有机物直接发生反应，这种方式具有较强的选择性，通常是进攻具有双键的有机物，一般对不饱和脂肪烃和芳香烃类化合物效果较好；间接反应 是指臭氧分解产生·OH，而后·OH与有机物进行氧化反应，这种方式不具有选择性。臭氧氧化法虽然具有较强的脱色和去除有机污染物的能力，但该方法的运行费用较高，对有机物的氧化具有选择性，在低剂量和短时间内不能完全矿化污染物，且分解生成的中间产物会阻止臭氧的氧化进程，存在O3的利用率低、氧化能力不足及臭氧在水中溶解性差等缺陷，为此出现了许多改进措施，主要有UV/O3、O3/H2O2、UV/O3/H2O2、草酸/Mn2+-臭氧等组合方式，结果证明，不仅提高了O3的利用率和处理效率，而且氧化能力大大提高。王盼绿[]等采用UV/O3工艺预处理磺酰脲类除草剂生产废水，作用机理如下实验结果表明，在废水初始pH为13.59， 臭氧投量为65.08 mg/min的条件下，预处理80min后废水COD去除率达63.47 %，BOD5/COD由0.03提高至0.56，EC50从11%提高至55%。（5）超临界水氧化法超临界水氧化（supercritical water oxidation，简称 SCWO）技术是一种新型、高效、极具潜力的有机废物处理方法，是湿式空气氧化法的强化和改进，其原理是在超临界的状态下（温度大于374.2 ℃，压力大于22.1 MPa），温度和压力的升高使水的介电常数急剧降低，有机物、氧气或空气能够与水以任意比互溶[]-[]，有机污染物在超临界水中氧化分解成为 CO2、H2O等无害的小分子化合物。SCWO 技术曾被美国能源部科学家 Paulw.Hart誉为“代替焚烧法极有生命力的技术”，它较之其它废水处理技术具有独特的优点SCWO 反应是均相反应，不存在相间传质阻力，停留时间短，反应器结构简单，体积小。处理范围广，可以分解废弃食物、太空垃圾等多种有毒有害的废弃物。SCWO反应在封闭环境中进行，排放于系统外的物质通常是 CO2、H2O、N2等，无附加污染，不会对环境构成危害。在处理的有机物含量为 2%时系统就可以实现自热，无需外界供热，多余的热量也可以回收[]。 韦朝海、李登勇等[]通过实验分析得出，在温度为440℃、压力为24 MPa、过氧量为375% 的条件下，对氯苯酚(4-CP)超临界水氧化脱氯的效率可以达到80% ，过程显示，随着停留时间增大、温度提高，对氯苯酚的脱氯率提高，4-CP初始质量浓度和过氧量变化对过程无显著影响。由于在超临界水氧化技术处理过程中，有机物发生氧化反应产生的某些酸性中间产物会导致高压反应器的严重腐蚀，因此超临界反应器对于材质的要求很高，导致设备投资很大，而且能耗较高。所以，目前超临界水氧化技术在大规模工业处理中的实际应用不多。（7）电-Fenton氧化法 电-Fenton氧化法是一种新的电化学处理工艺，其实质是把用电化学法产生的Fe2+与H2O2作为Fenton试剂持续来源，反应机理见图[]电解槽内反应如下电-Fenton氧化法使用不溶性阳极，在反应开始时向系统中加入Fe和过氧化氢，使其快速反应生成具有强氧化性的·OH自由基，氧化分解污染物；再配合电流使经氧化所生成的Fe3+在阴极上接受电子还原生成Fe2+继续参与 Fenton反应，达到化学药剂再利用及污泥减量的目的。1.2.2.4微电解微电解法又称内电解法、零价铁法、铁炭法，是目前广泛研究和应用的一种废水高效处理方法，对色度去除有明显的效果。其原理是将铁屑和碳颗粒浸没在酸性废水中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个铁碳微原电池。这些细微电池是以电位低的铁成为阳极，电位高的碳做阴极，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应。反应的结果是铁受到腐蚀变成二价的铁离子进入溶液，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝剂，可以有效地吸附、凝聚水中的污染物，它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸，形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除，从而增强对废水的净化效果。反应中生成的OH－是出水pH值升高的原因。雍文彬等[]利用铁屑微电解法能有效去除农药(三唑磷、田安、杀虫双和单杀虫)生产废水中的 COD、色度、As、氨氮、有机磷和总磷，去除率分别可达76.2%，80%，69.2%，55.7%，82.7%和62.8%。与铁盐混凝法相比，微电解法能更有效地去除污染物， 提高废水的可生化性。1.3除草剂废水生化处理方法用物理、化学方法处理除草剂生产废水常常会遇到二次污染或处理成本高的问题。所以，该类废水的处理研究开始向低能耗、不会对环境造成二次污染的处理方法或工艺的方向发展，而生物法正是这样的一种处理工艺。生物法，又称生化法，是利用微生物的生物化学作用使废水得到净化的一种方法。1.3.1好氧生物处理技术1.3.1.1活性污泥法活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气， 经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。影响因素 BOD负荷率（F/M）也称有机负荷率，以NS表示）；水温；pH值；溶解氧；营养平衡；有毒物质。运行条件① 废水中含有足够的可溶性易降解有机物；② 混合液含有足够的溶解氧；③ 活性污泥在池内呈悬浮状态；④ 活性污泥连续回流、及时排除剩余污泥，使混合液保持一定浓度的活性污泥；⑤ 无有毒有害的物质流入。1.3.1.2生物膜法生物膜法（biomembrance process）又称固定膜法，是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术，主要去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统。滤料由内向外可分为厌气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。生物膜法的构筑物有生物滤池、生物转盘和生物接触氧化池等。与常规活性污泥法相比，生物膜法具有生物体积浓度大，存活世代长，微生物种类繁多等优点，适宜于特种菌在废水体系中的应用。1.3.1.3生物接触氧化法生物接触氧化工艺属好氧生物膜法，是在生物滤池基础上发展起来的一种新型生物膜法。生物接触氧化工艺目前已广泛用于不同规模的工业废水及生活污水处理，对于场地面积小、水量小、水质波动较大的情况尤其适用，是污水处理的主流工艺之一。生物接触氧化法具有以下优点由于填料的比表面积较大，池内的充氧条件良好；具有较高的容积负荷。生物接触氧化池内单位容积的生物固体量高于活性污泥法曝气池与生物滤池；无需污泥回流，没有污泥膨胀问题，运行管理简便；对水质水量的聚变有较强的适应能力；有机容积负荷较高时，其F/M保持在较低水平，污泥产率较低。1.3.2厌氧生物处理技术一般而言，厌氧生物工艺处理CODCr浓度大于1000mg/l的中高浓度工业废水具有优势，低能耗，容积负荷率高，对环境的要求低，剩余污泥稳定，产量仅为好氧系统的1/10～1/6；投资费用低、管理简易，有广阔的应用潜力。常用的厌氧处理方法有上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧折板反应器（ABR）、水解酸化等等。在生化处理核心单元中，厌氧反应器一般以UASB为主。1.3.2.1上流式厌氧污泥床（UASB）上流式厌氧污泥床（UASB）由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成，具有良好的絮凝与沉淀性能的污泥在反应器下部形成污泥层。废水从反应器底部流进反应器，反应器中的污泥对表层经过的有机物进行截留、吸附和降解。经厌氧硝化处理后的废水、产生的沼气和厌氧活性污泥在三相分离器中得到分离，处理后的废水从反应器中排出。UASB 池为主要的处理工段，不仅大部分碳源有机物在这里被降解，而且也能去除一部分氨氮，从进、出UASB池的水质分析可以看出，其对碳源有机物的处理效率可达65 ～75%以上。1.3.2.2水解酸化工艺水解-酸化池由水解和产酸微生物在缺氧条件下将废水中大分子、不易降解的固体有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，使后续的好氧处理单元能以较少的能耗和相对较短的停留时间去除废水中残留的污染物。“水解-酸化工艺”对废水中的主要污染物的去除能力为CODCr去除率30%-60%；SS去除率80%-90%。水解-酸化工艺的技术特点包括① 污水经水解酸化工艺处理后，可大幅度地去除废水中悬浮物或有机物，提高废水的可生化性，使后续好氧生物处理的难度相对减小，并且缩短了好氧的水力停留时间，后续好氧处理工艺的污泥量也可得到有效地减少， 从而设备容积也可缩小；② 对进水负荷的变化起良好缓冲作用，使后续好氧处理的进水条件更为稳定；③ 产泥量远低于好氧工艺，且已已高度矿化，易于处理，容易脱水。同时其后续的好氧处理所产生的剩余污泥必要时可回流至厌氧段，可减少污泥的处理量，进而降低整个工艺的20%产污泥率；④ 产酸种类多、生长快，对环境条件的适应性强，易于管理，有利于运行条件的控制和缩小处理设施的容积；⑤ 运行费用低，且其对废水中有机物的去除亦可节省好氧段的需氧量， 从而节省整体工艺的运行费用。1.3.2.3厌氧折板反应器（ABR）厌氧折流板反应器（Anaerobic baffled reactor，ABR）是McCarty和Bachmann 等人于1982 年，在总结了第二代厌氧反应器工艺性能的基础上，开发和研制的一种新型高效的厌氧生物处理装置。其特点是反应器内置竖向导流板，将反应器分隔成几个串联的反应室，每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统，其中的污泥以颗粒化形式或絮状形式存在。水流由导流板引导上下折流前进，逐个通过反应室内的污泥床层，进水中的底物与微生物充分接触而得以降解去除。ABR 由于结构特殊，与其它厌氧生物处理工艺相比具有以下优点，见表1-1[]。表1-1 厌氧折流板反应器的优点工艺构造生物体操作设计简单无运动部件无需机械混合建设运行费低不易堵塞污泥无特殊沉降要求污泥产率低泥龄长无需用填料或沉淀池不需要三相分离器HRT短可间歇运行耐冲击负荷能力强抗有毒物能力强可长时间不排泥1.4组合处理工艺实际上，由于水中的有机污染物成分复杂，仅采用单一的处理单元往往达不到预期效果。一般情况下，综合考虑废水的水质情况，根据废水中污染物的种类选择具有特殊净化功能的处理单元构成组合工艺形式。2 研究内容2.1设计任务与内容2.1.1设计任务运用所学知识，设计工艺对日产量为1000t的除草剂废水进行妥善处理。2.1.2设计内容本次设计过程中的内容包括有处理工艺的确定、构筑物的选择及设计计算、工程概算。2.2设计依据及设计资料2.2.1设计依据《污水综合排放标准》(GB8978-1996 )；《室外排水设计规范》(GBJ14-87)；《中华人民共和国环境保护法》和《水污染防治法》；《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)；《污水排入城市下水道水质标准》(CJ3082-1999)；《给水排水设计手册(第二版)》；《给水排水构筑物施工及验收规范》(GBJ 141-90)；《室外排水设计规范》（GB50014-2006）。2.2.2设计资料2.2.2.1废水水量已知废水流量为1000t/d，废水总变化系数KZ=1.2，最大设计流量为2.2.2.2设计进水水质表2-1污染因子污染物浓度COD(mg.L-1)11200BOD(mg.L-1)3230pH(无量纲)6.3SS300色度（倍）1002.2.2.3设计出水水质出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）二级标准后排出具体排放要求如下表2-2污染因子污染物浓度COD(mg.L-1)≤ 150BOD(mg.L-1)≤ 30pH(无量纲)6~9SS≤ 200色度（倍）≤ 802.2.2.4污染物测定方法列表表2-3项目方法方法来源化学需氧量（COD）重络酸钾法GB 11914-89生物需氧量（BOD5）稀释与接种法GB 7488-87pH玻璃电极法GB 6920-86色度稀释倍数法GB 11903-893 处理工艺流程的确定3.1 废水的预处理处理工艺流程除草剂废水属于难生化降解废水，直接运用生化处理有较大困难，宜采用一定预处理手段提高废水的可生化性，再对污水进行生化处理。虽然上文中介绍了许多除草剂废水的预处理技术，但是由于技术不成熟等原因，目前常用的除草剂废水预处理方法有微电解法、Fenton法、生化法、萃取法与吸附法。这几种方法各自有着优缺点，但是单独使用一般效果较差或者成本过高。吸附法由于传统的活性炭吸附剂在吸附效率、再生条件以及材料的机械强度和使用寿命等方面均不太理想，故在使用吸附法处理时需要投入大量的吸附剂，造成成本偏高；萃取法虽然操作简单，但是由于现阶段适宜工业使用的萃取剂仍然较少，并且用萃取法处理除草剂废水易造成二次污染，故萃取法在使用过程中也受到限制；生化法在应用过程中当废水中除草剂含量很高时，微生物作用就受到了限制；微电解方法处理虽然经济使用，操作简单，但处理不完全；Fenton试剂作为一种强氧化剂在投加量足够多的情况下可使除草剂所含的高浓度、有毒的有机物氧化分解，但是单独使用Fenton法时成本较高。孙旭辉等[]研究发现，经过微电解还原反应后的出水再通过Fenton试剂反应后，COD去除率明显高于原水样直接被Fenton 试剂氧化的 COD 去除率，“Fe/C微电解法-Fenton氧化”联合工艺充分利用了微电解出水的Fe 2+，不需再投加催化剂，微电解出水 pH也刚好满足Fenton反应的需要，不需要再加酸调节 pH，大大地节省了药剂费用。故在本次设计中，在除草剂废水预处理过程中选用“Fe/C微电解-Fenton氧化”联合工艺对废水进行预处理。3.2废水生化处理工艺确定废水在经过预处理过程后，硝基苯酚、氯苯酚等特征污染物的含量有了大幅度减小，并且COD含量也有一定幅度的降低，废水的可生化性能得到了提升，可以利用生化方法对废水进行后续处理置达标后进行排放。目前，常用的生化处理工艺有活性污泥法、生物膜法与生物接触氧化法。其中常用的活性污泥法包括传统活性污泥法、SBR法、A/O工艺、A2/O工艺与氧化沟工艺。常用的生物膜法有生物滤池工艺与生物转盘工艺。生物接触氧化法将生物膜法和活性污泥法的优点兼顾起来，既有生物膜工作稳定和耐冲击、操作简单的特点，又有活性污泥悬浮生长、与废水接触良好的特点[]。在此选用生物接触氧化工艺。但生物接触氧化法的正常BOD容积负荷值不宜超过0.8kg/(m3﹒d)，且进水CODcr不可过高。生物接触氧化法由于生物群体是附着在填料表面的，过高负荷的有机物相应要求有足够的生物量存在才能完成其代谢过程所期望降解的BOD。简单的说就是填料上所附着的生物膜要求足够厚，而这却因该方法的机理限制而难以做到，因为过厚的生物膜将阻止氧向填料深层扩散，导致内部生物膜因厌氧而造成所有生物膜脱落，生物膜大量流失，系统崩溃。由于除草剂废水有机物浓度高，单一的生物接触氧化池可能无法承载，因此在生物接触氧化池前接入UASB反应器，采用“UASB+生物接触氧化法”联合工艺。3.3工艺流程结合废水的特性，经过比较，最终决定在此次设计过程中选择“Fe/C微电解-Fenton氧”联合工艺对除草剂废水进行预处理，再通过“UASB+生物接触氧化法”对废水进行后续处理，至达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）二级标准后，进行排放。工艺流程如下图图1 工艺流程图工艺流程说明格栅废水从生产线流入水体处理系统时，为了保证后续工艺的正常运行，首先让水体通过格栅，去除水体中体积较大的垃圾等物质；调节池废水通过格栅后，在调节池中均质均量，以减缓对后续物化处理系统的冲击，在水质水量调节好后，将废水的pH调整至3左右，以利于后续的Fe/C微电解操作；Fe/C微电解-Fenton联合处理系统（Fe/C微电解塔+Fenton氧化池）Fe/C微电解塔利用铁炭构成的原电池进行微电解，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，进一步去除硝基苯酚、氯苯酚等有毒和难降解的有机化合物及其微电解产物。同时，在Fe2+的催化作用下可产生·OH ，使大分子有机物降解，形成完全的或部分的氧化产物如乙醇、乙酸等小分子有机物，提高了废水的可生化性。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；中和反应池经过Fe/C微电解-Fenton联合工艺处理后，废水的COD与特征污染物浓度都得到了降低，但是水体中出现了Fe离子，并且此时的pH偏低，不利于后续的生化处理。废水在中和反应池中，将Fe离子沉淀，并且加入石灰调节水体的pH，为后续的生化处理阶段提供有利条件；沉淀池将中和反应池中石灰与铁离子所产生的沉淀及废水中本身的一些颗粒物质排除，以便后续的生化处理；UASB上清液流入UASB反应器，将废水中结构复杂、难降解的高分子有机物转变为结构简单、易降解的小分子有机物，使大部分有机物在厌氧条件下分解；另外，厌氧脱色菌会将废水进一步脱色，是保证出水达标排放的关键环节。UASB反应器是目前各种厌氧处理工艺中所能达到的处理负荷最高的高浓度有机废水处理装置，之所以有如此高的处理能力，?是因为在反应器内以甲烷菌为主体的厌氧微生物形成了粒径为?1～?5mm的颗粒污泥。生物接触氧化池水体在经过预处理后，虽然特征污染物大部分得到了去除，但是水体中的COD、BOD等常规污染物仍然未达到处理标准，在此通过生物接触氧化工艺对水体进行生化处理；二沉池废水经过生物接触氧化池后含有大量污泥，需要在二沉池中实现水泥分离。污泥处理系统（污泥浓缩池+污泥脱水车间）从混凝池与接触氧化池中流出的污泥进入污泥浓缩池进行浓缩后，再将污泥进行脱水处理后进行外运。小结除草剂生产废水成分复杂、有机物浓度高、含盐量高、pH高、可生化性差，对微生物具有强烈的毒性，因此无法采用生化法直接处理。所以在处理工艺上采取的方法是以物理化学处理为核心，通过高级氧化工艺有效的降低废水的不可生化性和毒性，通过物化+生化的组合有效地去除COD及特征污染物硝基苯酚、氯苯酚、SS等，最终排水达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）二级标准。4 构筑物设计计算4.1 格栅格栅的作用就是截留并去除上述污物，对水泵机组及后续处理构筑物起保护作用。4.1.1设计计算①格栅的间隙数量n: 式中 qvmax——最大设计流量，m3 /s； d ——栅条间距，m； h ——栅前水深，m； v ——污水流经格栅的速度，m/s。 其中， qvmax=0.012m3/s，a=75°，d=5mm，h=0.4m，v=0.6m/s =9.83=10个 栅条的数目为n-1=9个 (栅条断面形状圆型，直径20mm)②格栅的建筑宽度b: 式中 b ——格栅的建筑宽度，m； S ——栅条宽度，m。 b=0.02×(10-1)+0.005×10=180mm =0.23m③水头损失式中 h0——计算水头损失，m； v ——污水经格栅的速度，m/s； ——阻力系数，其值与格栅栅条的断面几何形状有关； ——格栅的放置倾角； g ——重力加速度，m/s2； k ——考虑到由于受污染物堵塞后，格栅阻力增大的系数，一般采用k=3。 ④栅后槽的总高度 式中 h ——栅前水深，m； ——栅前渠道超高，一般=0.3 m。 ——格栅水头损失， ⑤格栅总长度L: 式中 ——进水渠道渐宽部位长度，m； b1——进水渠道宽度，取0.1m；——进水渠道渐宽部位展开角，取=20°； L2——栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位长度，一般取L2=0.5L1； H1——格栅渠前长度，m；H1=h+h1=0.4+0.3=0.7m ， L2=0.09mL=L1+L2+1.0+0.5+H1/tan=0.18+0.09+1.0+0.5+0.7/tan75°=1.96m4.1.2设备选型回转式格栅除污机是一种可以边连续自动拦截并清除流体中各种杂物的水处理专用设备，广泛的应用于城市污水处理、自来水行业、电厂进水口，同时也可以作为纺织、食品加工、造纸、皮革等行业生产工艺中必不可少的专用设备，是目前我国最先进的固液分离设备。型号ZYHG3参数安装角度60-80°动力(KW) 0.55渠宽(mm) 600渠深(mm) 1000-12000mm设备宽(mm) 4004.2 调节池调节池的作用是均质和均量，还可兼有加药、混合、中和、预酸化和沉淀等功能。为了使废水处理工艺不受水质与水量的影响，废水在经过格栅之后通入调节池，一方面达到稳流的作用，另一方面通过酸调节废水PH至3左右，以便于后续的微电解处理。4.2.1设计参数设计流量Q = 1000m3/d=41.67m3/h； 水力停留时间T = 6h4.2.2设计计算调节池有效容积 V = QT = 41.67×6=250m3 调节池水面面积 取池子总高度H=5.5m，其中超高0.5m，有效水深h=5m，则池面积为 A = V/h=250/5=50m24.2.3调节池的尺寸池长取L = 10m，池宽取B = 5 m ，则池子总尺寸为 L×B×H =10m×5m×5m 4.2.4设备选型提升泵每天运行4小时，则每小时流量Q=250m3/h，则有型号WQ200-250-11-15口径200mm，流量250m3/h，扬程11m，功率15KW，转速970r/min，效率74%。两用一备。4.3微电解池Fe/C微电解是基于电化学中的电池反应，阳极反应产生的新生态Fe2+具有较强的还原能力，可使某些有机物的发色基团如—NO2、—NO还原成—NH2，可生化性提高；可破坏发色基团的不饱和键，从而除去色度；可将部分难降解大分子有机物分解成易降解的小分子有机物，从而提高可生化性。此外，Fe2+和Fe3+是良好的絮凝剂，调节废水的pH可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀，吸附污水中微小的悬浮颗粒及有机高分子。阴极反应产生大量的[ H ]和[ O]，在偏酸性条件下均能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，使有机大分子发生断链降解，从而提高废水的可生化性。微电解法的最佳条件为pH=3~4，反应时间为3h，铁碳比为1:1[]。铁碳微电解系统由铁碳微电解池、配水系统、鼓风系统和加药系统组成，根据用户要求进行配置。1、加药系统加药系统部分根据建设单位对铁碳微电解池的进出废水做调整使用的装置，提高铁碳微电解池的处理效果。2、鼓风系统鼓风系统部分由风机、管路和阀门等组成，风压根据不同的铁碳微电解池和管路做调整，风量由设计单位确认。3、配水系统配水系统部分由提升泵、流量计和管路等组成，具体内容请阅工艺图纸。根据相关文献资料表明pH值对铁碳处理有很大影响，进水的pH值越低，CODCr去除率越高。结论是进水pH值一般为2 ~ 4之间；水力停留时间从30min到120min，CODCr去除率逐步升高，停留时间为12小时，可以达到最优化效果；铁碳按1∶1的体积比装入反应器。4.3.1 池体计算设计流量Q = 1000m3/d=41.67m3/h； HRTT=12hV=QT=500m3设n=4，每池体积V1=500/4=125m3取池子总高度H=5.5m，其中超高0.5m，有效水深h=5m，则池面积为 A = V/h=125/5=25m2 池长取L = 5m，池宽取B = 5 m ，则单池总尺寸为L×B×H =5m×5m×5.5m 取填料高度为4m，则填料的水力停留时间t=9.6h。4.3.2 加药系统主要作用是调节水体pH值，使之能够达到微电解反应的最适pH。则取pH=3。用浓度为5.00%的硫酸来调节系统的pH值。已知H2SO4=98g/mol，H的浓度为c=1.00×10-03mol/l因此加药量m=0.9799g/l=0.98kg/m3则 所需硫酸的质量为M=0.98×500=490kg。4.4 Fenton氧化池电解还原-Fenton法是利用电解还原的方法使Fe3+在阴极再还原为Fe2+催化剂，反应pH约操作在1.5左右，特别适合处理高COD且难生物分解的有机废液，反应过程几乎不会产生铁污泥。由于微电解塔出水中含有大量的Fe2+，在此不必再次投加硫酸亚铁，但是由于微电解后会产生pH上升的现象，因此在Fenton氧化前应加酸调节pH至2到3之间。反应过程中，H2O2直接连续添加于电解还原槽并与电解产生的Fe2+反应，用以氧化废水中的有机物，而反应产生的Fe3+又可直接于阴极还原成Fe2+并源源不断的参与反应，使得H2O2的氧化效率提高，降低H2O2的加药量及降低操作成本。此外，在阳极发生之电极氧化作用亦可去除部份有机物。反应完成后的Fe2+与Fe3+混合溶液可作为铁系混凝剂使用。对高浓度COD废液(COD>1000mg/L)而言，电解还原-Fenton法的处理效果往往优于Fenton法，这可能是因为Fenton法氧化有机物的后段中间产物多是简单的有机酸(如醋酸、草酸、甲酸)，·OH对这些分子态有机酸的反应速率较低，尤其当水中存在无机离子(如PO43-、Cl-、HCO3-)时，无机离子便会与·OH产生竞争反应而使得COD去除率降低。但在电解还原-Fenton系统中，有机酸会电离成离子态，便大大的提高了有机酸与.OH的反应速率。4.4.1 设计计算设计流量Q = 1000m3/d=41.67m3/h； HRTT=3hV=QT=125m3设n=2，每池体积V1=125/2=62.5m3取池子总高度H=3.5m，其中超高0.5m，有效水深h=3m，则池面积为 A = V/h=62.5/3=21m2 池长取L = 7m，池宽取B = 3m ，则单池总尺寸为 L×B×H =7m×3m×3.5m 4.4.2 Fenton试剂计算计算公式M(H2O2)=K1·M(COD)，V(H2O2)=M(H2O2)/C(H2O2)摩尔量m(H2O2)=M(H2O2)/34mol(或m mol)，m(Fe2+)=K2·m(H2O2)M(FeSO4·7H2O)=m(Fe2+)·278，V(Fe2+)=M(FeSO4·7H2O)/C(FeSO4·7H2O)进水COD=11200mg/l，出水COD=1120mg/l，需处理的COD=10080mg/l则水样V=125m3，COD=10080mg/L，CODH2O2=11，H2O2Fe2+=110，计算如下 M(H2O2)=K1·M(COD)=1×125×360=1260kg V(H2O2)=M(H2O2)/C(H2O2)=1260(kg)/300(mg/mL)=42m3(注:C=30%，则100mL中含30g H2O2，则1mL含300mg H2O2)摩尔量m(H2O2)=M(H2O2)/34=1260÷34=37.05(kg mol) m(Fe2+)=K2·m(H2O2)=37.05÷10=3.705(kg mol)M(FeSO4·7H2O)=m(Fe2+)·278=3.705×278=1029.99kg V(Fe2+)=M(FeSO4·7H2O)/C(FeSO4·7H2O)=1029.99(kg)/80(mg/mL)=12.87m34.5中和池投药中和可处理任何性质，任何浓度的酸性废水。当投加石灰乳时，氢氧化钙对废水杂质具有凝聚作用，因此又适用于处理杂质多及高浓度的酸性废水。为保证药剂和废水再池内充分混合，池内一般采用压缩空气搅拌，也可用机械搅拌。用石灰中和酸性污水的一些数据混合反应时间一般采用1-2分钟，但废水中和含重金属盐或其他有毒物质时，混合反应时间，尚应根据除盐和解毒要求确定。当石灰乳液在水泵集水井中投加时，可不设混合设备，但反应设备宜根据管道长度和废水水质而；沉淀时间一般采用1-2小时；污泥体积约为处理污水体积的10-15%；污泥含水率一般为90-95%。4.5.1 池体计算混合反应池的容积按下式确定V=Qt/60式中 Q——污水设计流量（m3/h）； t——混合、反应时间（分钟）。取t=2min则 V=1.39m3取池子总高度H=3.5m，其中超高0.5m，有效水深h=3m，则池面积为 A = V/h=1.39/3=0.46m2池长取L = 0.9m，池宽取B =0.52 m ，则单池总尺寸为 L×B×H =0.9m×0.52m×3.5m 4.5.2 药剂计算主要作用是调节水体ph值，使之能够达到微电解反应的最适ph。则取pH=7。用浓度为10.00%的氢氧化钙来调节系统的ph值。PH(原始)3.00，PH(要求)7.00CaOH的摩尔质量为74g/mol根据电离平衡可知需反应的离子量浓度加药量m=0.3700g/l则 所需氢氧化钙的质量为M=0.37×1.39=0.52kg。4.6 絮凝沉淀池混凝剂使废水中的胶体和微小的悬浮颗粒凝聚成絮凝体，然后进行分离去除。混凝沉淀法在水处理中的应用是十分广泛的，它既可以降低原水的色度、浊度等水质的感观指标，又可以去除多种有毒有害污染物。4.6.1 机械絮凝池设计参数（1）絮凝时间宜为15-20min；（2）池内设3-4挡搅拌机；（3）搅拌机的转速应根据浆板边缘处的线速度通过计算确定，线速度宜自第一档的0.5m/s逐渐变小至末档的0.2m/s；（4）池内宜设防止水体短流的设施。4.6.2 池体计算取流速为20cm/s，停留时间为T=15min=900s，Q=0.012m3/s，则反应池容积为 V=Qt=10.8m3取水深为h=0.5m，则反应槽面积为 A=V/h=10.8/0.5=21.6（m2）分6个廊道，则每个廊道面积为 S1=S/6=21.6/6=3.6（m2）取廊道宽为0.6m，则长为6m。故，池总尺寸为 L×B×H =6m×3.6m×1m4.6.3混凝剂投加量式中 T——日混凝剂投加量（kg/d）； Q——设计水量（m3/d）； a——单位混凝剂最大投加量（mg/L）。根据给水排水设计手册（第三册），查得除草剂厂混凝剂最高投加量为64mg/L，平均投加量为24.7mg/L。则T=24.7kg/d4.7 UASB根据前文所述，废水经过预处理后，其水中COD=1000mg/l，BOD=800mg/l，ph=7。则可进行生物处理。4.7.1设计说明UASB，即上流式厌氧污泥床，集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器。它的污泥床内生物量多，容积负荷率高，废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小。设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题。4.7.2设计参数（1）参数选取 容积负荷（Nv）6.0kgCOD/(m3·d)；污泥产率0.1kg MLSS/kg COD；产气率0.5m3/kg COD。（2）设计水质表4-1 UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBOD进水水质(mg/l)1000800去除率（%）7080出水水质(mg/l)300160（3）设计水量Q＝1000m3/d=41.67m3/h=0.012m3/s4.7.3设计计算 （1）反应器容积计算UASB有效容积式中 Q --- 设计流量，m3/sS0 --- 进水COD含量，mg/lNv ---容积负荷，kgCOD/(m3·d)则 V有效＝1000×1000/6.0=166.67m3=167m3将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好，取水力负荷q＝0.8[m3/(m2·h)]h=V/A＝167/52.08=3.2m采用2座相同的UASB反应器 D=5.76m；取D=5.8m则实际横截面积为A2=1/4πD2=1/4×3.14×5.82=26.41m2实际表面水力负荷为q1=Q/A＝41.67/(2×26.41)=0.78<1.0，故符合设计要求（2）配水系统设计本系统设计为圆形布水器，每个UASB反应器设18个布水点参数每个池子流量Q1＝41.67/2 =20.84 m3/h设计计算布水系统设计计算草图见下图1图2 UASB补水系统设计计算草图圆环直径计算每个孔口服务面积为: 则 a＝1.47m2，在1～3m2之间，符合设计要求。可设3个圆环，最里面的圆环设3个孔口，中间设6个，最外围设9个孔口。（3）三相分离器设计三相分离器要具有气、液、固三相分离的功能，其设计主要包括沉淀区、回流缝和气液分离器的设计。三相分离器设计计算草图见下图2图3 三相分离器示意图沉淀区沉淀区的设计主要考虑面积和水深，面积由表面负荷率和废水水量决定。因为沉淀区的厌氧污泥和有机物还可发生生化反应产生少量的气体，不利于固液分离，所以设计时应满足1）沉淀区的水力表面负荷<1.0m/h；2）沉淀器的斜壁角度设为50°，使污泥不致积聚，能够尽快落入反应区内；3）进入沉淀区前，沉淀槽底逢隙的流速≦2m/h；4）总沉淀水深应大于1.5m；5）水力停留时间介于1.5～2h；如果能满足以上条件，则可达到良好的分离效果。沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ＝50°沉淀区面积为A2=1/4πD2=1/4×3.14×5.82=26.41m2表面水力负荷为q1=Q/A＝41.67/(2×26.41)=0.78<1.0，故符合设计要求。回流缝设计取h1=0.3m，h2=0.5m，h3=1.5m，如图2所示式中 b1--下三角集气罩底水平宽度，m； θ--下三角集气罩斜面的水平夹角； h3--下三角集气罩的垂直高度，m。则 b1=1.26m b2=D-2b1=5.8-2×1.26=3.28m下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速V1可用下式计算式中 Q1--反应器中废水流量，m3/h；S1---下三角形集气罩回流逢面积，m2；v1= 20.84/(3.14×3.282/4)=2.46m/h <2.5m/h，符合设计要求。上下三角形集气罩之间回流逢中流速(v2)可用下式计算v2=Q1/S2，式中 Q1--反应器中废水流量，m3/h； S2 --上三角形集气罩回流逢之间面积，m2；取回流逢宽CD=1.8m，上集气罩下底宽 CF=3.8m，则 DH = CD×sin50°= 1.27m DE = 2DH+CF=2×1.37 +3.8 = 6.54m =π(CF+DE)CD/2 = 29.22m2则 v2 = Q1/S2 = 20.48/29.22 = 0.7m/h
目录
摘要 1
关键字 1
Abstract. 1
Key words 1
1 绪论 2
1.1除草剂废水介绍 2
1.1.1除草剂种类、基本特点及危害 2
1.1.2除草剂废水的水质特征及危害 2
1.2除草剂废水预处理方法 3
1.2.1物理处理方法 3
1.2.1.1吸附法 3
1.2.1.2萃取法 3
1.2.2化学处理方法 3
1.2.2.1混凝 3
1.2.2.2电化学法 3
1.2.2.3高级氧化法 4
1.2.2.4微电解 6
1.3除草剂废水生化处理方法 7
1.3.1好氧生物处理技术 7
1.3.1.1活性污泥法 7
1.3.1.2生物膜法 7
1.3.1.3生物接触氧化法 7
1.3.2厌氧生物处理技术 8
1.3.2.1上流式厌氧污泥床（UASB） 8
1.3.2.2水解酸化工艺 8
1.3.2.3厌氧折板反应器（ABR） 8
1.4组合处理工艺 9
2 研究内容 10
2.1设计任务与内容 10
2.1.1设计任务 10
2.1.2设计内容 10
2.2设计依据及设计资料 10
2.2.1设计依据 10
2.2.2设计资料 10
2.2.2.1废水水量 10
2.2.2.2设计进水水质 10
2.2.2.3设计出水水质 10
2.2.2.4污染物测定方法列表 10
3 处理工艺流程的确定 12
3.1 废水的预处理处理工艺流程 12
3.2废水生化处理工艺确定 12
3.3工艺流程 12
4 构筑物设计计算 15
4.1 格栅 15
4.1.1设计计算 15
4.1.2设备选型 16
4.2 调节池 16
4.2.1设计参数 16
4.2.2设计计算 16
4.2.3调节池的尺寸 16
4.2.4设备选型 16
4.3微电解池 16
4.3.1 池体计算 17
4.3.2 加药系统 17
4.4 Fenton氧化池 17
4.4.1 设计计算 18
4.4.2 Fenton试剂计算 18
4.5中和池 18
4.5.1 池体计算 19
4.5.2 药剂计算 19
4.6 絮凝沉淀池 19
4.6.1 机械絮凝池设计参数 19
4.6.2 池体计算 19
4.6.3混凝剂投加量 19
4.7 UASB 20
4.7.1设计说明 20
4.7.2设计参数 20
4.7.3设计计算 20
4.8生物接触氧化池 24
4.8.1 生物接触氧化池填料容积 24
4.8.2 生物接触氧化池总面积 24
4.8.3 污水与填料接触时间 25
4.8.4 接触氧化池总高度 25
4.8.5 需气量 25
4.8.6 污泥产量 26
4.9二沉池计算 26
4.9.1 设计参数 26
4.9.2 设计计算 26
4.9.3出水堰的计算 28
4.10浓缩池的设计 29
5 污水厂总体布置 31
5.1 总平面布置 31
5.1.1布置原则 31
5.1.2 平面布置 31
5.1.3管线布置 31
5.2 高程布置 31
5.2.1布置原则 31
5.2.2高程水利计算方法 31
5.3附属构筑物的布置 32
6 高程计算 33
6.1 水头损失 33
6.2 标高计算 33
7 工程经济分析 35
7.1工程预算 35
7.1.1土建投资估算 35
7.1.2 设备估算 35
7.2运行成本估算 36
7.2.1电费 36
7.2.2人工费 36
7.2.3药剂费 36
7.3直接运行成本 36
致谢 36
参考文献 37
1000t/d除草剂废水处理工艺设计
引言
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