1、陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 35 页造纸废水处理系统的初步设计黄莹(陕西理工学院化学学院环工专业 1101 班，陕西 汉中 723000)指导教师：刘智峰摘要 本设计的内容为某造纸厂废水处理工艺设计。设计处理能力为 5000m3/d，设计进水水质为：BOD 5 1200mg/L，COD1800mg/L ，SS2000mg/L。通过对多种造纸污水处理工艺比较及针对造纸废水的基本特点，最终选用的处理工艺:筛网过滤物化处理生化法处理。污水处理厂的出水水质要求达到造纸工业水污染物排放标准（GB3544-2001）中一般机制纸、纸板造纸工艺的标准。本设计所采用的工艺主体为生物接触氧化池，该工艺不
2、仅能够有效地去除水中的 BOD5，还具有良好的脱氮除磷功能。关键词 造纸工业废水；水解酸化；污泥浓缩；生物接触氧化池陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 35 页The Primary Design of Paper Making Wastewater Treatment SystemHuangYingGrade11,Class1,Major Environmental engineering ,School of Chemical and Environmental Sciences,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanx
3、i）Tutor: Liu ZhifengAbstract： This is paper marking waste water treatment process design. The design capacity of 5000m3/d, the effluent quality is: BOD5 1200mg/L, COD 2800mg/L, SS 2000mg/L.Through looking up comparing with a variety of paper marking waste water treatment technology, according to the
4、 basic characteristics of the paper marking waste water, the specific programs I have chosen is like this: sieve net filter, physico-chemical treatment, biochemical treatment.Sewage treatment plant effluent quality meet the standards for “paper industrial water pollutant discharge standard“ (GB3544-
5、2001) general machine-made paper and paperboard paper making process requirements.The main technology used in this design is biological contact oxidation tank, which can not only remove the BOD5 effectively, but also have good function of nitrogen and phosphorus removal.Key words: paper mill waste w
6、ater; acid hydrolysis; sludge thickening; Biological contact oxidation陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 35 页目 录摘要 .1关键词 .1Abstract.2Key words.2引言 .61 造纸废水的来源及特点 .61.1 造纸废水的来源 .61.2 造纸废水特点 .62 设计说明书 .72.1 设计依据 .72.2 设计原则 .72.3 设计内容 .72.4 造纸废水处理基本工艺 .72.4.1 物理处理方法 .72.4.2 生物处理方法 .72.5 工艺流程的确定 .92.5.1 工程概况 .92.5.2 工艺方
7、案分析选择 .92.5.3 工艺流程说明 .102.6 出水水质效果预测 .113 污水处理各构筑物及其参数设计计算 .11陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 35 页3.1 格栅 .113.1.1 设计概述 .113.1.2 设计参数 .123.1.3 设计计算 .123.2 斜筛 .143.2.1 设计概述 .143.2.2 设计计算 .143.3 调节池设计 .143.3.1.设计概述 .143.3.2.设计参数 .153.3.3.设计计算 .153.4 提升泵 .153.4.1 设计概述 .153.4.2 设计计算 .153.5 气浮池设计 .163.5.1 设计概述 .163.5.2
8、 设计参数 .163.5.3 设计计算 .173.6 水解酸化池 .183.6.1 设计概述 .183.6.2 设计参数 .193.6.3 设计计算 .19陕西理工学院毕业设计第 5 页 共 35 页3.7 生物接触氧化池的设计 .203.7.1 设计概述 .203.7.2 设计参数 .203.7.3.设计计算 .213.8 二沉池 .223.8.1 设计概述 .223.8.2 设计计算 .233.9 污泥处理系统 .253.9.1 设计概述 .253.9.2 设计参数 .263.9.3 设计计算 .264 平面布置 .284.1 主要的构筑物 .284.2 废水处理站平面布置的特点 .294
9、.3 平面布置原则 .295工程概预算 .30致 谢 .33参考文献 .34陕西理工学院毕业设计第 6 页 共 35 页引言造纸工业一直是传统的用水大户，也是导致水污染的重要污染源之一。伴随着经济的发展，造纸业日益面临着水资源短缺、原料匮乏等问题，而另一方面，水污染也越来越严重。目前，中国的造纸工业废水排放量占各类首位，工业排放对水环境的影响，造纸行业尤为严重。它不仅是中国的造纸工业污染防治的最重要的问题，也是中国工业废水需要达标处理是一个重要的问题。数据显示，中国纸和纸用品工业废水排放量占全国工业总排放量的 18.6%，其中处理达标排放量占造纸工业废水排放量的 49.3%，废水 COD 排放
10、量约占全国工业 COD 排放总量的 44%。 1。从这可以看出，造纸工业初步实现了“增产减污”的目标。但目前造纸业约有 50%的废水尚未进行达标排放处理，对废水进行污染防治任务还相当繁重。造纸废水是我国主要的工业污染源之一，我国造纸业多采用草杆，木浆等做为在职原料。造纸工业废水成分十分复杂，可生化性差，属于比较难处理的工业废水。如果只有一个良好的固化工艺难以达到理想的处理效果，因此，在支持预处理过程中使用的厌氧处理废水难降解有机物和小分子物质转化为易降解，废水的可生化性提高，达到脱氮除磷的影响。1 造纸废水的来源及特点1.1 造纸废水的来源造纸工业废水是一种色度高、悬浮物含量大、有机物浓度高、
11、组分十分复杂的难处理有机废水。主要有 3 个来源：蒸煮工段废液，中段水，纸机白水。制浆是把纤维从植物原料中分离出来，制成浆料，再经漂白；抄纸是把浆料进行稀释、成型、压榨、烘干，制成纸张。（1）蒸煮工段废液就是碱法制浆时产生的黑液和酸法制浆所产生的红液。污染物中含有的黑白酒类占造纸工业污染排放总量的 90%，并有高浓度、难降解等特性。在黑色的白酒类主要成分有 3 种，即木质素，戊聚糖和总生物碱。木质素是一种无毒的天然高分子聚合物，作为化工原料被广泛使用，可用于牲畜饲料的戊聚糖。 （2）中段水指黑白酒类萃取烹饪在筛选后，在污水排放和漂白洗涤，颜色为深黄色，8%至 9%的造纸工业污染排放总量核算，一
12、吨纸浆 COD 负荷约 310kg。在中间的水浓度高于污水，COD 和 BOD 之间的比例是 0.4 和 0.20 之间，因此，生物降解性差，与有机材料很难降解，很难处理。在中间水的有机物主要是木质素，纤维素，有机酸，可溶性 COD 等，主要。其中，对环境污染最严重的是制浆漂白过程中产生的含氯废水，比如氯化漂白、次氯酸盐漂白废水等。（3）白水造纸废水主要来源于车间的白水，纸的生产工艺。白水主要由细小纤维，填料，涂料和溶解木材成分，并添加多种塑料材料，湿强剂和防腐剂，其中不溶性的化学需氧量，生化低，添加防腐剂有一定的毒性。虽然白水的量大，有机污染含有远低于黑白酒类和浪费水。中间部分现在几乎所有的
13、造纸厂造纸车间使用部分或完全封闭，减少纸张消耗，节省电力消耗，提高白水回用率，减少多余白水排放。1.2 造纸废水特点(1) 污染物浓度高，COD 较高，色泽深。(2) 悬浮物含量大。(3) 主要是有机物污染，是组分复杂的难处理有机废水。(4) 处理难度较大，可生化性差，含难生物降解的有机物。(5) 废纸回收过程可分为两个部分，制浆和抄纸。在除渣过程中，会产生洗浆，漂洗等很多废水。(6) BOD5 与 CODcr 的比值一般在 0.4 以下，直接可生化性能不太好。陕西理工学院毕业设计第 7 页 共 35 页2 设计说明书2.1 设计依据 （1）水处理设备制造技术条件（JB2932-86）； （2
14、）水污染控制工程 上下册 （高等教育出版社）； （3）水处理工程设计计算（中国建筑工业出版社）； （4）环境保护设备选用手册水处理设备 （化学设备出版社）； （5）污水处理构筑物设计与计算 （哈尔滨工业大学出版社）； （6）制浆造纸工业水污染排放标准 （GB3544-2008）； （7）当地同类废水治理工程经验和技术；（8）制浆造纸废水治理工程技术规范(HJ2011-2012)。2.2 设计原则 工艺方案的选择对于废水的设施建设、设处理效果和降低运行费有着极为重要的作用。根据设计，结合设计的尺度要求，废水的特点和当地的实际情况和需求，选择最合适的技术，经济合理的处理工艺，通过经济和技术指标，选
15、择最佳的工艺方案及实施分析。在造纸厂废水处理设施的总体工艺方案确定中，应遵循以下原则：（1）技术必须是成熟的，在水质选择工艺先进，可保证出水水质达到污水排放标准要求的。（2）选择的过程中应降低建设投资和运行费用，降低能耗和节约土地的面积。（3）所选工艺应该操作简单、便于管理和运行灵活。并且能对工艺运行参数和操作进行适当调整。（4）所选工艺应该易于控制，最好实现自动化控制，提高操作管理水平。（5）所选工艺应该在最大程度上可以减少对周围环境的影响，如气味、噪声等影响。2.3 设计内容（1）造纸污水处理工艺设计说明及污染物去除的基本原理；（2）污水处理系统中构筑物的设计参数；（3）工艺流程图、平面布
16、置图、以及主要构筑物剖视图。2.4 造纸废水处理基本工艺2.4.1 物理处理方法采用气浮法或沉淀方法，通过投加混凝剂，可以去除绝大部分 SS，同时去除大部分非溶解性COD 以及部分溶解性 COD 和 BOD5。气浮和沉淀是物理和化学处理方法，以及设备的选择，工艺参数的影响，COD 去除率通常高于制浆中段废水的 COD，去除率达到 85%70%。对每吨纸废水排放量 150m3、浓度较低的中小型废纸造纸企业，通过气浮或沉淀处理，出水水质指标可达到或接近国家制定的排放标准。2.4.2 生物处理方法（ 1） 酸 化 SBR 法 处 理 造 纸 废 水 ： 主要处理设备是酸化柱和 SBR 反应器。在造纸
17、废水处理过程中，甲烷发酵阶段的控制条件，和反应控制在酸阶段，需要处理造纸废水。厌 氧 反 应 具 有以 下 优 点 ： 由于反应控制在水解酸化阶段，池的大小是小的； 不需要收集沼气，简化结构；污泥的降解和消化池是相同的，产生的污泥少，同时，通过水解可溶性 COD 的比例大幅度增加，有利于基质微生物摄取，在微生物代谢过程中降低的一个重要环节，为后续生物处理创造更有利的条件； 酸 化 SBR 法 处 理 造 纸 废 水 效 果 比 较 理 想 ， 去 除 率 均 在 94%以 上 ， 最 高 达99%以 上 2。（ 2） UASB接 触 氧 化 工 艺 处 理 造 纸 废 水 ： 在这个过程中的主
18、要设备是上式厌氧污泥床与好氧接触氧化池。对高能源消耗型厌氧污泥床是好的，与上式厌氧污泥可以降低水的质量，并对好氧生化单元能耗可有效降低。好 氧 处 理 对 废 水 中 SS和 COD均 有 较 高 的 去 除 率 ， 这 是 因 为废 水 经 过 厌 氧 处 理 后 仍 然 含 有 许 多 易 生 物 降 解 的 有 机 物 。 只要1 / 3的厌氧污泥生物厌氧池容积，可以保证污泥种类的稳定增长，经过几个月的调试，UASB反应器可以实现满负荷运行。整 个陕西理工学院毕业设计第 8 页 共 35 页工 艺 对 COD的 去 除 率 达 96.6%， 对 悬 浮 物 的 去 除 率 达 97.3%
19、 98%， 此 工 艺 非 常 适 合 在 造 纸废 水 处 理 中 推 广 应 用 。（ 3） 生 物 接 触 氧 化 法 处 理 造 纸 废 水 ： 该 工 艺 采 用 水 解 酸 化 作 为 生 物 接 触 氧 化 的 预 处 理 ，水 解 酸 化 菌 通 过 新 陈 代 谢 将 废 水 中 的 固 体 物 质 分 解 为 溶 解 性 物 质 ， 将 大 分 子 有 机 物 降 解 为 小分 子 有 机 物 。 水 解 酸 化 不 仅 能 够 去 除 废 水 中 部 分 有 机 污 染 物 ， 而 且 提 高 了 废 水 的 可 生 化 性 ，有 益 于 后 面 好 氧 生 物 接 触
20、氧 化 处 理 。 该 工 艺 在 处 理 方 法 、 工 艺 组 合 和 参 数 选 择 上 是 比 较 合理 的 ， 充 分 利 用 各 工 序 的 优 势 将 污 染 物 转 化 、 去 除 。 然 而 ， 如 果 出 于 某 些 构 筑 物 的 构 造 设计 考 虑 不 周 会 影 响 运 行 效 果 ， 致 使 出 水 水 质 不 是 理 想 。 但 是 此 方 法 在 设 计 和 运 行 中 会 出 现 以下 问 题 ：沉 淀 污 泥 不 能 及 时 排 除 。 因 此 ， 在 设 计 采 用 水 解 酸 化 处 理 悬 浮 物 浓 度 高 的 污 水 时 ， 可增 设 污 泥 斗
21、 的 数 量 以 及 时 排 除 沉 淀 污 泥 。 另 外 ， 随 着 微 生 物 量 的 增 加 在 软 性 生 物 填 料 的 中 间部 位 形 成 了 污 泥 团 ， 使 得 传 质 面 积 减 小 。 针 对 污 泥 淤 积 情 况 ， 在 水 解 酸 化 池 前 可 增 设 一 级 混凝 气 浮 以 去 除 水 中 的 悬 浮 物 ， 经 此 改 进 后 的 水 解 酸 化 池 能 长 期 、 稳 定 、 有 效 地 运 行 ， 其 出 水能 收 到 比 较 好 的 效 果 。如 果 废 水 中 污 染 物 浓 度 较 高 或 者 前 期 处 理 效 果 不 够 理 想 ， 生 物
22、 接 触 氧 化 池 前 端 的 有机 物 负 荷 较 高 ， 使 得 供 氧 不 足 ， 此 时 该 处 的 生 物 膜 呈 灰 白 色 ， 处 于 严 重 的 缺 氧 状 态 ， 而 池 末端 成 熟 的 好 氧 生 物 膜 会 呈 黄 色 。在 调 试 运 行 时 ， 生 物 接 触 氧 化 池 中 生 物 膜 脱 落 、 气 泡 直 径 变 大 、 出 水 浑 浊 、 处 理 效 果恶 化 的 现 象 有 时 会 发 生 。 经 研 究 、 分 析 、 验 证 发 现 是 由 于 负 荷 波 动 或 操 作 不 当 造 成 溶 解 氧 不足 而 引 起 。 溶 解 氧 不 足 使 生
23、物 膜 由 好 氧 状 态 变 为 厌 氧 状 态 ， 附 着 力 下 降 ， 在 空 气 气 泡 的 搅 动下 生 物 膜 大 量 脱 落 ， 导 致 水 粘 度 增 加 、 氧 转 移 效 率 下 降 ， 这 又 进 一 步 造 成 缺 氧 ， 如 此 造 成恶 性 循 环 致 使 处 理 效 果 恶 化 。在 调 试 运 行 初 期 ， 发 生 这 种 现 象 时 一 般 是 增 大 供 气 量 以 提 高 供 氧 能 力 来 消 除 缺 氧 ， 结果 因 为 气 泡 搅 动 强 度 增 大 ， 造 成 了 更 大 范 围 的 生 物 膜 脱 落 、 水 粘 度 更 大 、 氧 转 移
24、效 率 降 低 ，非 但 没 能 提 高 供 氧 能 力 ， 反 而 使 情 况 更 糟 。 正 确 的 处 理 措 施 应 该 是 减 小 曝 气 量 ， 待 脱 落 的生 物 膜 随 水 流 流 出 后 再 逐 渐 增 加 曝 气 量 ， 使 溶 解 氧 浓 度 恢 复 到 原 有 的 水 平 ， 若 水 温 适 宜 则2 3d后 生 物 膜 便 可 恢 复 正 常 。（ 4） 内 循 环 UASB反 应 器 氧 化 沟 工 艺 处 理 造 纸 废 水 ： 此 工 艺 采 用 厌 氧 和 好 氧 相 串 联 的形 式 ， 厌 氧 采 用 内 循 环 UASB工 艺 ， 好 氧 处 理 用
25、地 需 要 有 一 处 狭 长 形 池 塘 ， 为 了 降 低 土 建费 用 ， 因 地 制 宜 ， 采 用 氧 化 沟 工 艺 。 本 工 艺 的 关 键 运 行 设 备 是 UASB反 应 器 。 该 反 应 器 是 利用 厌 氧 微 生 物 降 解 废 水 中 的 有 机 物 ， 主 体 分 为 配 水 系 统 ， 反 应 区 ， 气 、 液 、 固 三 相 分 离 系 统和 沼 气 收 集 系 统 四 个 部 分 。 厌 氧 微 生 物 对 水 质 的 要 求 不 似 好 氧 微 生 物 那 么 宽 ， 最 佳 pH为6.5 7.8， 最 佳 温 度 为 35 403。 就 要 求 废
26、 水 进 入 UASB反 应 器 之 前 必 需 进 行 酸 度 和 温 度的 调 节 。 内 循 环 UASB技 术 是 在 普 通 UASB技 术 的 基 础 上 增 加 一 个 内 循 环 系 统 ， 包 括 回 流 水池 及 回 流 水 泵 。 UASB反 应 器 的 出 水 水 质 一 般 都 比 较 稳 定 ， 回 流 系 统 的 作 用 下 重 新 回 到 配 水系 统 。 这 样 一 来 能 提 高 UASB反 应 器 对 进 水 水 温 、 pH值 和 COD浓 度 的 适 应 能 力 ， 只 需 要 在UASB反 应 器 进 水 前 对 其 pH和 温 度 做 一 大 概
27、调 整 即 可 。 UASB反 应 器 采 用 环 状 穿 孔 管 配 水 ，通 过 三 相 分 离 器 出 水 ， 并 在 三 相 分 离 器 的 上 增 加 侧 向 流 絮 凝 反 应 沉 淀 器 ， 由 玻 璃 钢 板 成60安 装 而 成 ， 可 以 在 最 大 程 度 上 截 留 三 相 分 离 出 水 中 的 颗 粒 污 泥 。（ 5） UASBSBR 法 处 理 造 纸 废 水 ： 本 工 艺 主 要 包 括 UASB 反 应 器 和 SBR 反 应 器 。如 果 将 UASB 和 SBR 两 种 处 理 单 元 进 行 组 合 ， 这 样 形 成 的 工 艺 不 仅 突 出 了
28、 各 自 处 理 单 元 的优 点 ， 使 处 理 流 程 简 洁 ， 节 省 了 运 行 费 用 ， 而 且 把 UASB 作 为 整 个 废 水 达 标 排 放 的 一 个 预处 理 单 元 ， 在 降 低 废 水 浓 度 的 同 时 ， 可 以 回 收 所 产 沼 气 作 为 能 源 利 用 。 UASB 池 正 常 运 行后 ， 每 天 产 生 大 量 的 沼 气 ， 将 其 回 收 作 为 热 风 炉 的 燃 料 ， 可 以 供 饲 料 烘 干 使 用 。UASB+SBR 法 处 理 工 艺 和 水 解 酸 化 SBR 处 理 工 艺 相 比 有 以 下 优 点 ：节 约 废 水 处
29、 理 费 用 ： UASB 取 代 了 原 水 解 酸 化 池 作 为 整 个 废 水 达 标 排 放 的 一 个 预 处 理陕西理工学院毕业设计第 9 页 共 35 页单 元 ， 削 减 了 进 水 COD 的 75%， 从 而 降 低 后 续 SBR 池 的 处 理 负 荷 ， 使 SBR 池 在 废 水 处 理量 增 加 的 情 况 下 ， 运 行 周 期 同 样 是 10 h， 废 水 也 能 达 标 排 放 。节 约 污 泥 处 理 费 用 ： 废 水 经 过 UASB 处 理 后 ， 75%的 有 机 物 会 被 去 除 ， 使 得 SBR处 理 负 荷 大 大 降 低 ， 产 泥
30、 量 相 应 减 少 ， 污 泥 处 理 量 减 少 ， 节 约 污 泥 处 理 费 用 。2.5 工艺流程的确定2.5.1 工程概况造纸废水主要来源于废纸的碎浆、筛选净化及制造等过程中产生的废水。造纸废水排放量大，废水成分复杂，造纸原材料具有多样性，并采用种类繁多的化学添加剂，致使造纸车间排出的废水成分十分复杂，其中含有细小悬浮性纤维、造纸填料、废纸杂质和少量果胶、蜡、糖类，及各类有机及无机添加物 4。SS、COD 均较高，其污染物含量大致为：COD ：20003600 mg/L， BOD5 ：10001300 mg/L，SS：2000 mg/L。造纸使用的原材料均为木质素、纤维素类等难以生
31、化降解的，其溶出物进入废水，使造纸废水的 BOD/COD 值约为 0.4，可生化性一般。项目设计进出水水质:该项目处理目标要达到国家造纸工业水污染排放标准（GB35442001），设计水量为5000m3/d。该工程设计进水水质和排放标准见表 2.1。表 2.1 设计进出水水质表项目 COD BOD SS pH进水水质/(mg/L) 2800 1200 2000 79出水水质/(mg/L) 100 60 100 692.5.2 工艺方案分析选择造纸废水处理主要污染物是 COD、BOD 、SS，这些主要是由于纤维在生产过程中分解而引起的，在废纸制浆造纸工艺更突出。废水中的悬浮物主要是由长纤维、短纤维及少量的杂细胞组成。根据造纸废水这一特点，以及污水的排放标准，因此本设计处理方案确定为筛网过滤物化处理生化法处理。本设计工艺流程图如图 2.1 所示：陕西理工学院毕业设计第 10 页 共 35 页图 2.1 工艺流程图2.5.3 工艺流程说明（1）废水处理部分处理工艺采用物化与生化处理相结合的方法，即筛网过滤物化处理生化处理，经过微孔水力筛过滤废水回收可利用的纸纤维，通过气浮去除大块悬浮物和漂浮物，以减轻后续处理设施泥饼外运粗渣外运废水格栅斜网二沉池出水污泥脱水污泥浓缩提升泵调节池气浮池水解酸化池接触氧化池 鼓风机房
