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污染治理工艺步骤设计

在环境工程设计中，环境污染治理工艺步骤设计是最关键一个步骤，贯穿设计过程一直。在整个设计中，设备选型、工艺计算、设备部署等工作全部和工艺步骤有直接关系，只有处理工艺步骤确定后，才能开展其它工作，工艺步骤设计包含各个方面，而各个方面改变又反过来影响处理工艺步骤设计。环境污染治理工艺步骤设计是否合理，可直接影响到污染治理效果好坏、操作管理方便是否、初投资大小和运行费用高低和处理后得到物料能否回收利用，甚至会影响到生产工艺正常运行。
第一节 工艺路线选择
在实际操作中，需要处理污染物千差万别，处理方法和方法也是有差异。选择工艺路线是决定设计质量关键，必需认真对待。假如某一个污染物仅有一个处理方法，也就无须选择；若有多个不一样处理方法，就应该逐一进行分析研究，经过各方面比较，从中筛选出一个最好处理方法，作为下一步处理工艺步骤设计依据。
一、工艺路线选择标准
在选择处理工艺路线时，应注意考虑以下基础标准。
1．正当性
环境保护设计必需遵照国家相关环境保护法律、法规，合理开发和利用多种自然资源，严格控制环境污染，保护和改善生态环境。
2．优异性
优异性关键是指技术上优异性和经济上合理可行，具体包含处理项目标总投资、处理系统运行费用和管理等方面内容，应该选择处理能耗小、效率高、管理方便和处理后得到产物能直接利用处理工艺路线。伴随经济发展和环境意识提升，对于多种污染物排放要求会越来越高，所以还要考虑处理工艺路线要有一定前瞻性。
3．可靠性
可靠性是指所选择处理工艺路线是否成熟可靠。工程设计中可能采取技术有：成熟技术、成熟技术基础上延伸技术、不成熟技术和新技术。假如采取了不成熟技术，就会影响处理效果和环境质量，甚至造成极大浪费。对于尚在试验阶段新处理技术、新处理工艺和新处理设备，应该慎重对待，预防只考虑和追求新一面，而忽略可靠性和不稳妥一面。必需坚持一切经过试验标准。在实际中，要处理污染物种类很多，有是新历来没有处理过污染物，这就需要慎重考虑处理工艺路线，一个是进行类比选择，另一个是进行试验确定。设计中考虑可靠性设计是提升工程项目质量关键路径。
4．安全性
不管是大气污染物、水污染物，还是固体废弃物，它们中有部分是含有毒性，选择对这些污染物处理工艺路线时要尤其注意，要预防污染物作为毒物散发，要有较合理补救方法。同时还要考虑劳动保护和消防要求。
5．结合实际情况
我们国家正在处于一个初级发展阶段，经济能力、制造能力、自动化水平、环境保护意识和管理水平等各个方面全部有一定缺点，所以在选择处理工艺路线时，就要考虑企业承受能力、管理水平和操作水平等各个具体问题，也就是说具体问题要具体分析。
6．简练和简单性
选择处理工艺路线时，要选择简练和简单处理工艺路线，往往简练和简单处理工艺路线是比较可靠工艺路线。同时要考虑系统中某一个设备出问题时，不至于对整个系统有较大影响。
上述六项标准必需在选择处理工艺路线时全方面衡量，综合考虑。对于需要处理污染物，任何一个处理技术现有优点，也有短处。设计人员必需从实际出发，采取全方面对比方法，并依据处理工程具体要求选择其中不仅对现在有利而且对未来有利处理工艺路线，尽可能发挥有利一面，设法降低不利原因，以确保对污染物处理效果好、能耗低、费用小、运行管理和维修方便。
在比较时要仔细领会设计任务书提出各项标准和要求，要对所搜集到资料进行加工整理，提炼出能够反应本质、突出关键优缺点数据材料作为比较依据。要经过全方面分析、反复对比后选出优点多、符合国情、切实可行处理工艺路线。
二、工艺路线选择基础步骤
选择处理工艺路线时通常要经过四个阶段。
1．搜集资料，调查研究
这是选择处理工艺路线准备阶段。在此阶段，依据要处理污染物种类、数量和规模，有计划、有目标地搜集中国外同类污染物处理相关资料，包含处理技术路线特点、工艺参数、运行费用、消耗材料、处理效果和多种技术路线发展情况和动向等经济和技术资料。搜集和掌握中国外污染处理经济和技术资料，仅仅靠设计人员自己是不够，还要得到信息技术部门帮助，甚至还能够向咨询部门提出咨询。
具体搜集内容关键有以下几方面：
①要处理污染物种类、数量、规模、物理性质、化学性质和其它特征；
②中国外处理该污染物工艺路线；
③试验研究汇报；
④处理技术优异是否、自动化高低和污染物测试方法；
⑤所需要设备制造、运输和安装情况；
⑥处理项目建设投资、运行费用、占地面积；
⑦水、汽、电和燃料用量及供给，关键基建材料用量及供给；
⑧厂址、水文、地质、气象等资料；
⑨车间位置、环境和周围情况。
2．设备、设施及仪器落实
设备、设施及仪器是确保完成处理污染物关键条件，是确定处理工艺路线时肯定要包含到原因。所以在搜集资料时，设备、设施及仪器应给予足够重视。对多种处理方法中所包含到设备、设施及仪器，须分清中国已经有定型产品、需要进口及中国需要重新设计三种类型，并对设计和设计制造单位技术能力加以了解。
3．全方面比较
全方面分析对比内容很多，关键比较以下几项：
①要处理污染物多种处理工艺路线在中国外应用情况及发展趋势；
②处理效果情况；
③处理数量和规模情况；
④处理时材料和能源消耗情况；
⑤工程项目标总投资和处理运行费用情况；
⑥其它特殊情况。
4．处理工艺路线最终确实定
在以上三项基础上，综合多种处理方法优点，降低缺点，最终确定出最好处理工艺路线，使该处理工艺路线不管在技术上，还是在经济上全部可行。
第二节 污水处理工艺及其选择
一、城市污水处理工艺及其选择
1.城市污水处理工艺经典步骤
1）水中杂质和处理工艺
2）城市污水处理工艺经典步骤
3）各级处理方法和处理效果
等级
去除关键污染物
处理方法
处理效果
一级
悬浮物
沉砂、沉淀
SS50%.BOD530%
二级
胶体、溶解性有机物、悬浮物
耗氧生物处理
SS80%.BOD585%
TN30%.TP10%

三级
悬浮物、溶解性有机物、无机盐氮磷
混凝、过滤、吸附、
电渗析、A/O法

SS40%.BOD560%
TN80%. TP65%

3.城市污水处理构筑物选型
一级处理
1）格栅：
按清渣方法：机械格栅、人工格栅按去除对象：粗格栅、中格栅、细格栅
2）沉砂池：
池型
优点
缺点
适用条件
平流式沉砂池
结构简单、沉砂效果好、运行费用低、重力排砂
施工困难、沉砂中夹杂有机物、不易脱水
小型、中型污水厂
曝气沉砂池
结构简单、沉砂效果好、易于脱水、机械排砂、起预曝气作用
占地面积大、投资高、运行费用大
中型、大型水厂
钟式称砂池
沉砂效果好且可调整、适应性强、占地少、投资省
结构复杂、运行费用高
大、中、小型污水厂
3）沉淀池
池型
优点
缺点
适用条件
平流式
沉淀效果好、耐冲击负荷、平底单斗排泥施工轻易、造价低
配水不易均匀、多斗排泥不方便、造价高、刮泥机维护困难
地下水位高、大中小型污水厂

竖流式
净压排泥方便、占地面积小

施工困难、耐冲击负荷能力差、池径大时布水不易均匀
地下水位低、
小型水厂

辐流式
沉淀效果好、周围配水容积利用率高、排泥设备成套化
中心进水配水不易均匀、机械排泥复杂、配水设施施工困难
地下水位高、地质条件好、大中型水厂
斜板式
沉淀效率高、停留时间短、占地面积小
结构复杂、造价较高

地下水位低、小型污水厂

二级处理
1）活性污泥法
方法
优点
缺点
适用对象
传统活性污泥法
BOD去除率高达90-95%，工作稳定，结构简单，维护方便
占地大投资高，污泥多且稳定性差，抗冲击能力差，运行费用较高
出水水质要求较高大中型污水厂
吸附再生活性污泥法
结构简单维护方便，含有抗冲击能力，运行费用较低，占地少投资省
BOD去除率80-90%，剩下污泥量大，稳定性较差

悬浮性有机物含量高大中型污水厂

完全混合活性污泥法
抗冲击能力强，运行费用较低，占地少投资省
BOD去除率80-90%，结构复杂，污泥易膨胀，设备维修工作量大，
污水浓度高中小型污水厂

氧化沟法
BOD去除率高达95%以上，有较高脱氮效果，系统简单管理方便，产泥量少且稳定性好
曝气池占地多投资高，运行费用较高

有脱氮要求污水厂

2）生物脱氮除磷工艺（A/A/O）
生物反应池分为：
A1段：厌氧段，溶解氧小于0.2mg/l
A2段：缺氧段，溶解氧小于0.5mg/l
O段：好氧段，溶解氧为1.5-3.0mg/l
处理效果：BOD 、SS为90-95%，TN70%，TP90%
3）生物膜法

名称
优点
缺点
适用场所
生物滤池
耐冲击负荷，占地省，运行费用低，操作管理简单
卫生条件差，易堵塞，不适于低温运行
低浓度、低悬浮物小型污水厂
生物转盘
结构简单、动力消耗低、抗冲击负荷能力强、操作管理方便、不用回流
转盘材料贵、占地大，基建投资大，卫生条件差

气候温和地域小型水厂
生物接触氧化
处理能力大，占地省，抗冲击负荷能力强，产泥量少
布水布气不易均匀，填料昂贵，运行不妥易堵塞
悬浮性有机物浓度低中小型污水厂

三级处理
1）常见三级处理方法比较

方法
净化对象
处理效果%
系统设施
运行管理
占地面积
投资
运行成本
SS
BOD
COD
混凝
有机悬浮物
70
40
25
混合反应沉淀
简单
大
低
中
过滤
有机悬浮物
65
35
20
过滤
复杂
中
中
中
吸附
有机悬浮物
90
90
90
过滤吸附
复杂
大
高
高
2)常见消毒方法比较

方法
优点
缺点
适用对象
液氯消毒
效果可靠稳定，设备简单，投资运行费用低
可能会产生有害氯化物
大中型污水厂
漂白粉消毒

投加设备简单，运行控制简单，费用低
药剂用量多

小型污水厂
臭氧消毒
能降解有机物、色度、味等，反应时间短，不受温度和酸碱度影响，无二次污染
设备复杂，投资和运行费用高
水质要求高大中小型污水厂
紫外线消毒
高效，无味，不改变水性质
投资和运行费用高

小型污水厂

二、工业污水处理工艺步骤选择
⑴纺织印染工业废水处理工艺步骤选择
1） 纺织印染废水起源及特征
不一样产品污染物产生于排放

起源
特征
棉印染产品
1.天然纤维本身杂质
2.制造过程中坯布上面浆料
3.染色过程中剩下染料及对应助剂
1.天然有机物
2.人工合成有机物及天然有机物
3.人工合成多环芳香有机化合物、直链有机物
4.废水关键含人工合成及天然有机物，并含一定量难生物降解物质
毛纺印染产品
1.洗毛过程
2.毛纺织染色过程
1.可生物降解高浓度有机废水，羊毛脂可回收
2.染色废水，含残留染料和助剂
3.色度较低，较易生物降解
4.单位产品排污浓度：毛粗纺较高，绒线产品次之，毛精纺最低
丝绸印染产品
1.缫丝过程
2.精炼过程
3.染色过程
4.印花过程
1.缫丝废水中含有丝胶等有机污染物，可生物降解性良好
2.精炼废水含有一定量丝胶、浆料及其它有机污染物，呈碱性，Ph值为10-11
3.真丝绸染色废水成酸性，可生物降解性很好；涤纶碱减量过程废水难生物降解
4.印花废水污染物浓度不高
麻纺印染产品
1.脱胶过程
2.印染过程
1.脱胶废水交易生物降解
2.印染废水同棉印染废水，但色度较低。
各类纺织印染产品废水水质控制指标
产品
CODcr/mg/l
BOD5/mg/l
Ph值
色度
SS/mg/l
棉机制产品
棉针织产品
毛粗纺产品
毛精纺产品
绒线产品
真丝绸产品
化纤仿真丝产品
800-1200
500-700
400-600
200-400
300-550
300-600
800-1500
150-350
150-200
150-200
100-150
100-150
100-200
200-350
9-11
9-10
7-8
7-8
7-8
6-7
9-12
200-500
200-400
150-300
100-200
150-250
200-400
200-300
300-600
300-500
500-800
300-500
400-600
200-400
200-500

2） 棉印染废水治理技术

3）毛纺染色产品废水治理技术

4）丝绸产品生产工艺及废水治理
1天然真丝绸印染产品废水治理
真丝脱胶废水治理

天然真丝绸印染产品废水治理经典步骤

化纤仿真丝绸产品废水治理

4）麻纺印染产品废水治理技术
麻纺脱胶废水治理经典步骤

麻纺产品印染废水治理经典步骤
当麻纺厂只有染色和印花工艺时，麻纺印染产品废水水质和棉纺产品印染废水水质基础相近，使用染料和助剂也基础相同，只是织物颜色较浅。可参考棉机织产品或棉针织产品废水治理步骤，依据废水水质情况，对相关参数做合适修改或全部采取。
⑵其它各类企业废水处理工艺步骤选择
1)食品工业废水处理步骤
①乳制品废水特征及其处理工艺
废水起源：生产设备、容器、管道、加工面冲洗水，产生高浓度废水
生产车间、场地冲洗和工人卫生用水，产生低浓度废水
生活用水，通常使低浓度废水。
废水特征：含大量有机物质，关键为含乳固形物（乳脂肪、酪蛋白、乳糖、无机盐类等），而且在水中呈可溶性或胶体悬浮状态。近中性，有略带碱性。
处理工艺：接触氧化工艺：原水→格栅→过滤调整池→接触氧化池→二次沉淀池→出水
UASB-TF处理工艺：原水→格栅→调整池→UASB-TF池→二次沉淀池→出水
固定光和细菌技术：原水→格栅→调整池→光和细菌反应器→二次沉淀池→出水
②啤酒废水处理工艺步骤：
高浓度有机废水：关键包含洗槽废水、糖化锅和糊化锅冲洗水、储酒槽前期冲洗水、过滤废藻泥冲洗水、酵母压缩机废水，含量为总水量10%，有机物浓度高，COD在mg/l左右。
低浓度有机废水：关键包含酿造和包装车间地面冲洗水、洗瓶机排放水、灭菌机废水和厂区内生活污水等，水量大，占总水量70%，COD通常在100-700mg/l。
处理工艺：好氧处理工艺包含：传统活性污泥法、生物接触氧化法、氧化沟法等，其工艺参数以下表：
名称
容积负荷
kgBOD/m3.d
污泥负荷
kgBOD/kgss.d
污泥浓度
mg/l
供氧量
kgO2/kgBOD
剩下污泥量kg泥/kgBOD
去除率%
活性污泥法
0.3-1.0
0.2-0.4
2.0-4.0
0.8-1.1
0.2-0.4
85-95
接触氧化法
4.0-6.0
0.3-0.7
--
1.0-1.5
0.4-0.6
85-95
氧化沟法
0.05-0.2
0.03-0.15
2.0-5.0
1.5-2.0
0.2-0.4
90-98
SBR
0.5-1.0
0.1-0.3
2.0-3.0
1.0-1.5
0.3-0.6
80-95
厌氧处理工艺：
原水→格栅→调整池→UASB反应器→接触氧化池→气浮池→出水
2)发酵法生产抗生素废水处理工艺
废水起源：发酵母液废水：提取后废母液、滤饼冲洗水等直接排放形成发酵母液废水。有机物含量尤其高，40000-70000mg/l；
酸碱废水和有机废水：关键有发酵产品提取过程中需要采取采取部分提取工艺和特殊化学药品所造成；
设备和地板冲洗水：种子罐、发酵罐等冲洗废水，其成份和发酵废水相同，BOD为500-1500mg/l；
冷却水：关键为发酵残余营养物，如：糖类、蛋白质、脂肪、无机盐等。
水质特征：COD浓度高、SS浓度高、存在抑菌作用抗菌素物质、硫酸盐浓度高、水质成份复杂、冲击负荷高。下表为多个抗生素发酵生产过程中废水排放情况：
产品名称
排水量/m3/t产品
COD浓度mg/l
COD产量t/t产品
青霉素
340
29000
9.86
链霉素
240
1
2.88
土霉素
214
1
2.57
庆大霉素
1188
35000
41.85
金霉素
385
15400
5.33
洁霉素
833
22500
18.7
处理工艺：
原水→格栅→调整池→预处理→厌氧反应器→接触氧化池→沉淀池→出水
↑
生活污水→格栅
下表总结了中国部分抗生素废水水节-好氧处理运行关键参数。
污染物
水力停留时间/H
处理水量
t/d
进水COD浓度mg/l
去除率
%
容积负荷
kgCOD/m3.d
水解
接触氧化
洁霉素
7
10
中试
5000
95

强力霉素
11.3
10
小试
1500
89
1.32
利福平类
91
86
450
18000
90

青霉素
17
14.3
2700
5273
85
4.93
乙酰螺旋霉素
14.4

1
90

土霉素
12
4
小试
2500
92

阿维霉素
10
6
小试
6000
90
16.2
卡那霉素

小试

92.9

3)造纸废水
造纸废水起源：
水 蒸汽 水 水 水 水 水 水
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
原料→蒸煮→洗浆→打浆→筛选→精浆→稀释→抄纸→干燥→成品
↓ ↘ ↓ ↙ ↓
黑液 中段废水 白水
水量及水质：
蒸煮废水：含有大量木质素和半纤维素，同时包含色素、戊糖类、残碱和其它部分碱溶出物，生产1吨纸浆平均排放10吨造纸黑液。造纸黑液Ph通常为11-13之间，平均COD为11mg/l，BOD为30000-45000mg/l，SS为23000-28000mg/l。
制浆中段废水：关键含部分木质素、纤维素及有机酸类物质，生产1吨纸浆平均排放50-200废水。Ph通常为7-9之间，平均COD为1200-3000mg/l，BOD为400-1000mg/l，SS为500-1500mg/l。
抄纸废水：造纸机生产过程中排放废水，也乘白水，用水量为100-150t/t纸。水中通常含细小纤维、添加剂，Ph通常为6.3-7之间，平均COD为300-600mg/l， SS为1000mg/l左右。
处理工艺：
蒸发燃烧法造纸黑液碱回收工艺：
造纸黑液酸析法：
UASB反应器法：
白腐真菌法：

第三节 工艺步骤图绘制
工艺步骤图是工艺设计关键文件。各个处理单元根据一定目标和要求，以要求形象图形、符号、文字表示工艺步骤中选择设备、构筑物、管道、附件、仪表等，和排列次序和连接方法，反应出物料流向和操作条件。
工艺步骤图通常分为两类，一类称为工艺方案步骤图，另一类是工艺安装步骤图。
1、工艺方案步骤图
工艺方案步骤图又名工艺步骤示意图或工艺步骤简图，它包含内容以下。
①定性地标出污染治理路线；
②画出采取多种过程及设备和连接管线。工艺方案步骤图组成包含：步骤、图例、设备一览表等三部分。步骤中有设备示意图、步骤管线及流向箭头、文字注解。图例中只需标出管线图例，阀门、仪表等无须标出。其绘制步骤以下。
(1)用细实线画出厂房各层地平线。
(2)用细实线依据步骤从左到右，依次画出多种设备示意图，近似反应设备外形尺寸和高低位置；各设备之间留有一定距离用于部署管线；每个设备从左到右依次加上步骤编号。
(3)用粗实线画出关键步骤线，并配上流向箭头。在步骤线开始和终了位置用汉字注出污染物名称、起源和去处。
(4)用中实线画出非关键步骤线，如空气、水，并配上方向箭头，在开始和终了部位上用文字注明介质名称。

(5)步骤线位置应近似反应管线安装位置高低。
(6)二步骤线相交时，通常是细实线让粗实线，粗实线步骤线不停，细实线断开(见图5—8)，视具体情况而定。
(7)在图下方或标题中表明图例和设备编号及名称，基础图例见表5—3。