1、某钢铁企业污水全处理回用工程设计方案综合废水全处理工程设计方案年月第一章 总 论1.1 工程名称综合废水全处理工程1.2编制依据、原则及范围1.2.1 编制依据中心生产技术部提供的资料1.2.2 编制原则（1）严格执行国家及地方的现行有关环保法规及经济技术政策。根据国家有关规定和甲方的具体要求，合理地确定各项指标的设计标准。（2）工艺采用经工程实践证明是技术先进成熟可靠、行之有效、经济效益明显、适应性强、管理简单、效果稳定的工艺，充分保证出水水质稳定，各项指标均能达到相应的回用及排放标准；（3）废水处理工程中的设备选用国内先进节能优质产品，确保工程质量。1.2.3 编制范围设计方案包括工艺选择
2、、设备选型、配电仪表和构（建）筑物等工程。1.2.4 采用的主要标准及规范钢铁企业综合污水处理厂工艺设计规范（GB50672-2011）城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）工业用水软化除盐设计规范（GB/T50109-2006）污水再生利用工程设计规范（GB/T50335-2002）污水综合排放标准（GBJ 8978-1996）辽宁省污水综合排放标准（DB21/1627-2008）生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006） 建筑设计防火规范（GB50016-2006） 给水排水工程构筑物结构设计规范（GB50069-2002） 给水排水工程管道结构设计规范（GB5033
3、2-2002） 建筑给水排水设计规范（GB50015-2003，2009版） 室外给水设计规范（GB50013-2006） 室外排水设计规范（GB50014-2006） 城市污水再生利用 城市杂用水水质（GB/T 18920-2002）建筑结构荷载设计规范（GB50009-2012）；给水排水工程构筑物结构设计规范（GB50069-2002）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；建筑地基基础设计规范（GB50007-2009）；泵站设计规范（GB 50265-2010）；工业建筑防腐蚀设计规范（GB 50046-2008）；工业企业设计卫生标准（GBZ 1-2010）；建筑地基基础设
4、计规范（GB 50007-2011）；水工混凝土结构设计规范（DL/T 5057-2009）；采暖通风与空气调节设计规范（GB 50019-2003）；工业企业噪声控制设计规范（GB J87-85）；供配电系统设计规范（GB50052-2009）；低压配电设计规范（GB50054-2011）；电力装置的继电保护和自动装置设计规范（GB/T 50062-2008）；3110kV高压配电装置设计规范（GB50060-2008）；通用用电设备配电设计规范（GB50055-2011）；水处理设备制造技术条件（JB/T2932-1999）；低压成套开关设备和控制设备（GB7251.1-2005）第二章
5、设计水量及水质2.1 污水来源进水水源为收集的生产废水经混凝、沉淀、过滤处理后的出水，排水户主要有焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢、动力设施等。2.2 设计水量设计处理能力:3000m3/h。2.3设计进出水水质根据业主提供的数据，设计进出水水质主要指标详如下表：序号检验项目单位进水指标出水指标1PH7.0-8.57.0-8.52水温18-383油mg/l514悬浮物mg/l20-4055浊度NTU56碱度mg/l1702007铁（Fe）mg/l10.48钙mg/l1609镁mg/l3010溶解性固体mg/l1200100011硫酸盐mg/l35012电导率us/cm13CODmg/l70-100
6、3014磷酸盐mg/l0.315BODmg/l20516氨氮mg/l35517色度603018总磷mg/l119总氮mg/l3020总氰mg/l0.3-1.00.2第三章 工艺流程选择与确定3.1污水处理工艺确定的原则（1）根据源水水质、水量、受纳水体的环境容量和利用情况，结合鞍钢南大沟的实际情况，因地制宜地选择处理工艺；（2）按照技术经济的要求，在保证处理效果的前提下，优先采用低能耗，低运行费，低基建费，占地少，操作管理简便的成熟处理工艺；（3）慎重采用经实践证明行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备；（4） 选择的处理工艺应确保出水水质满足国家和地方现行的有关规定，符合环境保护的要求；（
7、5）总平面布置力求流程顺畅，合理紧凑，占地少，土方平衡，确保一定的绿化面积；（6）处理流程尽量避免二级提升，充分利用原有的地形地貌，力求缩小提升泵站的扬程和全程水头损失。3. 2进出水水质分析 进水水源为收集的生产废水经混凝、沉淀、过滤处理后的出水，排水户主要有焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢、动力设施等。根据进水水质和出水指标要求对比，本项目的需要削减CODcr、BOD5、氨氮、溶解性固体、铁盐、总氰、色度、悬浮物等指标。原污水能否采用生化处理，特别是是否适用于生物除磷脱氮工艺，取决于原污水中各种营养成分的含量及其比例能否满足生物生长的需要，因此首先应判断相关的指标能否满足要求。（1）BOD5/
8、CODCr比值污水BOD5/CODCr值是判定污水可生化性的最简便易行和最常用的方法。一般认为BOD5/CODCr 0.45可生化性较好，BOD5/CODCr 0.3较难生化，BOD5/CODCr0. 25不易生化。 分析进水水质，BOD5/CODCr0.2-0.29，属于较难生化的废水，在进行生化处理前必须提高废水的可生化性。（2）BOD5氨氮（即C/N）比值C/N比值是判别能否有效脱氮的重要指标。从理论上讲， C/N 2.86就能进行脱氮，但一般认为 C/N 3.5才能进行有效脱氮。分析确定的进水水质，C/N=20/35=0.27，生物脱氮需要补充碳源。综上所述，来水为可生化性较差的废水，
9、必须在生化前采取预处理手段提高废水可生化性，生化反应中必须补充碳源。3. 3重点处理指标污水处理厂的各个出水水质指标之间是相互联系的，需要采用系统分析的方式，分析各指标之间的内在联系和相互影响，来确定污水处理厂需要重点处理的指标。所谓重点处理指标就是该项出水指标达标了，其他一些出水指标也同时能满足要求的项目。抓住主要矛盾、解决主要矛盾，其他问题就可以迎刃而解。因此污水处理厂的工艺选择与设计主要是围绕着重点处理指标来进行的。（1）BOD5该项目要求的出水BOD5指标为5mg/L，相应的去除率为75%。污水中BOD5的去除是靠微生物的吸附作用和代谢作用，然后通过泥水分离来完成的。活性污泥中的微生物
10、在有氧条件下将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞,将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量,其最终产物是CO2和H2O等稳定物质，其实质是将液相的有机污染物质转化为固相物质，表现为活性污泥量的增长。从目前常采用的一些污水处理工艺来看，该项指标在生化反应后辅以超滤反渗透工艺可以达到。但当要求对污水进行硝化或者硝化及反硝化时，很多生物脱氮除磷工艺还往往体现出碳源不足。这是因为自养型的亚硝酸菌具有很小的比增长速率，与去除碳源的异养型微生物相比要小一个数量级以上，因此需要硝化的系统比单纯去除碳源BOD5的系统需具有更长的泥龄或更低的污泥负荷，在此条件下，BOD5的去除率将有大幅度的提高
11、。（2）CODCrCODcr组成可以分为可直接好氧生化分解的CODcr、不可直接好氧生化分解CODcr和不可生化分解三种。（1）对于不可生化分解CODcr通过加药絮凝沉淀方式去除；（2）对于可直接生化分解的大颗粒有机物，需要先通过水解酸化，将大颗粒有机物分解成小颗粒的有机物，然后通过好氧生化分解，达到去除目的；（3）对于可直接好氧生化分解的CODcr，去除的原理与BOD5基本相同，污水厂出水中剩余的CODcr，即CODcr的去除率，取决于原污水的可生化性，它与污水的组成有关。本工程采用二级处理及三级处理工艺可使出水CODcr30mg/（3）SS项目要求出水SS浓度小于5mg/L，去除率为758
12、7.5%。污水中SS的去除主要靠沉淀作用。污水中的无机颗粒和大直径的有机颗粒靠自然沉淀作用就可去除，部分不可沉淀的无机颗粒采用头加絮凝剂方式沉淀去除；小直径的有机颗粒靠微生物的降解作用去除。污水厂出水中悬浮物浓度不仅涉及到出水SS指标，出水中的BOD5、CODCr、TP等指标也与之有关。（4）NH3N氨氮的出水要求为5mg/L，去除率为85.7%。污水处理工程一般采用生物脱氮的方法实现氮的去除。氮是蛋白质不可缺少的组成部分，因此广泛存在于城市污水之中。在原污水中，氮以NH4N及有机氮的形式存在，这两种形式的氮合在一起称之为凯氏氮，用TKN表示。而原污水中的NOX-N（包括亚硝酸盐和硝酸盐在内）
13、含量很少，几乎为零。这些不同形式的氮统称为总氮（TN）。氮也是构成微生物的元素之一，一部分进入细胞体内的氮将随剩余污泥一起从水中去除。这部分氮量约占所去除的BOD5的5%，为微生物重量的12%，约占污水处理厂剩余活性污泥量的4%。 在有机物被氧化的同时，污水中的有机氮也被氧化成氨氮，在溶解氧充足、泥龄较长的情况下，进一步被氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，通常称之为硝化过程。其反应方程式如下： NH4+ + 1.5 O2 NO2 + 2H+ + H2O NO2 + 0.5 O2 NO3 第一步反应靠亚硝酸菌完成，第二步反应靠硝化菌完成，总的反应为： NH4+ + 2 O2 NO3 + 2 H+ + H2
14、O 因为硝化菌属于自养菌，其比生长率N明显小于异养菌的生长率h，生物脱氮系统维持硝化的必要条件是N，即系统的实际泥龄大于硝化要求的泥龄，也就是说系统必须维持在较低的污泥负荷条件下运行，使得系统泥龄大于维持硝化所需的最小泥龄。根据大量的试验数据和运转实例，设计污泥负荷在0.18 kg BOD5/kg MLSSd及以下时，就可以达到硝化的目的。 经过好氧生物处理后的污水，其中大部分的凯氏氮都被氧化成为硝酸盐（NON），反硝化菌在溶解氧浓度极低或缺氧情况下可以利用硝酸盐中氮作为电子受体，氧化有机物，将硝酸盐中的氮还原成氮气（N2），从而完成污水的脱氮过程，通常称之为反硝化过程。其能量来源于甲醇、乙酸
15、、甲烷或污水中的碳源，反应方程式如下：6 NO3 + 5 CH3OH 3 N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH 8 NO3 + 5 CH3COOH 4 N2 + 10 CO2 + 6 H2O + 8 OH 8 NO3 + 5 CH4 4 N2 + 5 CO2 + 6 H2O + 8 OH 10 NO3+C10H19O3N 5 N2 + 10 CO2 + 3 H2O + NH3 + 10 OH 在反硝化过程氢氧根离子水中的二氧化碳反应生成重碳酸根离子： OH + CO2 HCO3 在硝化和反硝化过程中，影响脱N效率的因素有温度、溶解氧、pH值以及反硝化碳源。生物脱氮系统中，硝化菌增
16、长速度较缓慢，所以要有足够的污泥龄。反硝化菌的生长主要在缺氧条件下进行，并且要有充足的碳源提供能量，才可促使反硝化作用顺利进行。（5）色度本项目进水色度60倍，出水色度30倍，废水中色度主要由难生化降解的有机物构成，在生化处理前采取预处理手段，破坏难生化降解的有机物的稳定结构，提高可生化性，再辅以生化处理与混凝沉淀处理，出水色度30倍能达到。（6）溶解性固体进水溶解性固体1200mg/L，出水溶解性固体1000mg/L，系统需要作脱盐处理。综上所述，本项目拟采用预处理生化处理脱盐处理工艺路线3.4预处理工艺选择根据进出水水质对比，预处理系统有除油、除氰化物、脱色及提高废水可生化性的要求，综合考
17、虑各种预处理工艺，决定选择气浮臭氧高级氧化工艺作为预处理工艺。气浮有良好的除油、除悬浮物效果。臭氧具有良好的去除氰化物、脱色及提高废水可生化性的性能。臭氧作为氧化剂，其超强的氧化能力和容易打断烯烃、炔烃和苯环类有机物的碳链结合键，使其快速氧化，合成为新的化合物。由于臭氧在水中对细菌、病毒等微生物杀灭率高、速度快、对有机化合物等污染物质去除彻底而不产生二次污染，并能降低生物需氧量（BOD）和化学需氧量（COD），去除亚硝酸盐、悬浮固体及脱色，因此广泛应用于工业废水处理中。臭氧与水中污染物的反应极为复杂，主要通过两条途径，即臭氧的直接反应和臭氧分解产生的羟基自由基HO.的间接反应。两者比较，直接反
18、应有选择性，速度慢；间接反应无选择性，HO.电位高，反应能力强，速度快，可引发链反应，使许多有机物彻底降解。直接反应：污染物+O3产物或中间物间接反应：污染物+HO.产物或中间物臭氧在水中可以发生下列反应：O3O+O2，O+H2O2HO-。在碱性介质中，O3可与OH-反应，产生自由基的速度很快，O3+OH-HO2.+O2-，O3+HO2.HO.+2O2，2HO2.O3+ H2O。产生的HO.具有比O3更强的氧化能力，能使有机物发生反应HO.+RHR.+ H2O，R.+ O2RO2.，RO2.+RHROOH+ R.，ROOH+.OHCO2+H2O+其他氧化产物。通过以上反应，可将废水中大分子有机
19、物氧化为易生物降解的小分子化合物。臭氧和氰化物反应式CNO3CNOO2CNO+H2O3O32HCO3N23O22CNH2O5O32HCO35O23.5生化处理工艺选择经臭氧破链后，废水能进一步采用生化过程进行处理。但是，由于剩余的污染物浓度低，一般COD不超过200mg/l。采用传统生化处理工艺很难保证反应池内污泥浓度，另外，污泥的沉降性能也不好。因此，后生化处理工艺应选择固定填料的曝气生物滤池(BAF)或膜生物反应器（MBR）工艺。下表为两种工艺对比，项目名称曝气生物滤池（BAF）膜生物反应器（MBR）占地面积为传统工艺2/3仅为传统工艺的1/3运行管理一般一般自动化程度高较高运行成本一般较
20、高工艺稳定性稳定稳定工艺先进性先进先进检修难度一般一般出水水质满足要求满足要求抗冲击能力高高剩余污泥排放量较小小吨水投资一般高由于MBR工艺一次性投资大，运行一定年限还需要更换膜，运行维护费用高。因此，我方建议生化处理工艺采用曝气生物滤池工艺。BAF结构示意图图曝气生物滤池（BAF），作为生物处理主工艺，生物滤池，也即曝气淹没式生物滤池、颗粒填料生物接触氧化池。是国际上80年代开发的应用于废水二级处理和深度处理的先进工艺，尤其适用于废水深度处理工艺。其技术特征是在床体内充填特殊的粘土烧制的球形陶粒填料，具有巨大的比表面积，可附着很大的生物量。水流形式采用上向流，滤料深度高达3-4米。曝气生物滤
21、池同时具有生物氧化降解和过滤的作用，因而可获得高品质的出水水质，其出水可达到回用水水质标准。一般来说，对生活污水，二级处理即可达到普通工艺三级处理的水平。对工业废水，即使在可生化性不强的情况下，曝气生物滤池处理效果也优于一般的工艺，因为曝气生物滤池处理有机物不仅依赖于生物氧化，还存在显著的生物吸附和过滤作用，不仅可去除粒径较大的污染物，还可吸附去除一些可生化性不强的物质。由于填料本身截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使得出水SS很低，一般不超过10mg/l，出水非常清澈透明；因不断的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生物膜较薄（一般为110微米左右），活性很高。高活性的生物膜不仅体现在生物氧化、
22、降解方面，更表现为生物絮凝、吸附作用。对一些难降解的物质，可将其吸附、截留在池中，得以去除。曝气生物滤池的特点：BAF控制原理图（1）曝气生物滤池具有很高的处理负荷：水力负荷、容积负荷显著高于传统污水处理工艺（水力负荷可达到36m3/m2/h；容积负荷可达36kgBOD5/m3/d）,停留时间短（单级可达到0.50.66h）。 （2）占地面积小，基建投资省。曝气生物滤池之后不设二次沉淀池，可省去二次沉淀池的占地和投资。曝气生物滤池占地面积仅为常规工艺的1/101/5。处理负荷高、停留时间短，因而池容较小，基建投资比常规工艺节省至少2030。（3）运行费用低。供气能耗在所有好氧生物处理的运行费用
23、中占了相当的比例，曝气生物滤池工艺氧的传输利用效率很高，曝气量小，供氧动力消耗低。氧的利用效率可达2030。主要原理如下：1) 因填料粒径很小，气泡在上升过程中，不断被切割成小气泡，加大了气液接触面积，加强了氧气的利用率。2) 气泡在上升过程中，受到了填料的阻力，延长了停留时间，同样有利于氧气的传质。3) 研究表明，在BAF中，氧气可直接渗透入生物膜，因而加快了氧气的传质速度，减少了供氧量。4) 工程实践表明，曝气量为传统活性污泥法的1/20，为氧化沟的1/6，为SBR的1/41/3，在很大程度上节省了运行费用。曝气生物滤池水头损失较小，剩余污泥量少且容易处理，维护量很少，这都将保证运行费用较
24、低。（4）抗冲击负荷能力强，耐低温。运行经验表明，曝气生物滤池可在正常负荷23倍的短期冲击负荷下运行，而其出水水质变化很小。这一方面依赖于滤料的高比表面积，当外加有机负荷增加时，滤料表面的生物量可以快速增值；另一方面依赖于整体曝气生物滤池的缓冲能力。此外，生物曝气滤池一旦挂膜成功，可在610水温下运行，并具有较好的运行效果。 （5）易挂膜，启动快。曝气生物滤池在水温15左右，2至3周即可完成挂膜过程，在暂时不使用的情况下可关闭运行，并不会造成滤料表面的生物膜死亡，一旦通水曝气，可在很短的时间内恢复正常。（6） 曝气生物滤池采用模块化结构，便于后期改、扩建。（7）采用自动化控制，易于管理。曝气生
25、物滤池可采用完全自动化控制，管理非常简单。同时由于其本身的结构并不复杂，因而也无需庞杂的自控设备，更无需大量的人员技术培训。（8）不产生臭气、环境质量高。国内现有污水处理厂的环境质量普遍较差，臭气弥漫、苍蝇等昆虫较多，曝气生物滤池不产生臭气，采用该工艺的污水厂环境质量很高。生物滤池过滤能力的恢复曝气生物滤池在运行一定周期后，由于所截留污染物量和附着在陶粒表面的生物量逐渐增加，滤池的过滤阻力增大，滤池开始出现堵塞现象，为了恢复滤池的过滤性能和对污染物的去除效果，需要对系统进行反冲洗（自动控制），冲洗程序为先气冲洗，然后进行气水联合反洗，最后进行水力冲洗。气冲洗：利用一定强度的气量对堵塞的滤池进行
26、气擦洗，因为在气的冲洗下，滤床会处于一定的膨胀状态，附着在陶粒表面的老化生物会在气的冲洗下被剥落下来，而吸附能力较强的生物会被进一步保持在生物滤料表面。气水联合冲洗：气冲洗下来的老化污泥在水流和一定强度的水力冲洗下被带离生物滤池，生物滤池的过滤能力恢复。水力冲洗：属于生物滤池扫洗，目的时将冲洗下来剩余的污泥全部冲离系统，保证系统在短时间内恢复出水效果。3.6脱盐工艺选择脱盐工艺主要有离子交换、反渗透技术、电渗析技术等，电渗析技术能耗高，水回收率低，几乎很少使用。离子交换由于有大量再生酸碱水外排，对于高含盐量的处理水也逐渐被淘汰。反渗透技术自上世纪80年代逐渐被各大电厂、化工、钢铁企业所用，因为
27、其脱盐率高，占地小，无再生酸碱排水，逐渐被广泛用。因此，本系统脱盐工艺选择反渗透工艺。原水使用钢铁生产废水，经前处理悬浮物、微生物大部分被截留去除，但还是有部分胶体、有机物进入后续反渗透装置。反渗透进水中含有较多营养物质包括氮、磷，在与大气接触，在适宜的PH和温度条件下，还是易于滋生部分微生物。为保护反渗透膜，必须对反渗透进水进行预处理，针对此类废水，我们建议在反渗透前增设气水反冲洗滤池超滤工艺，有效保护反渗透装置稳定达标运行。3.7工艺流程确定 结合本项目实际情况和我公司的工程经验 ，提出如下工艺流程：3.8工艺流程说明生产废水由管网自流进入集水池，经一级提升后进入气浮池，在气浮池前投加PA
28、C、PAM，在气浮池中除去废水中的油类及悬浮物。气浮池出水进入臭氧接触池，臭氧作为氧化剂，其超强的氧化能力和容易打断烯烃、炔烃和苯环类有机物的碳链结合键，使其快速氧化，合成为新的化合物。在臭氧接触池可将废水中大分子有机物氧化为易生物降解的小分子化合物，改善废水可生化行，同时去除色度、氰化物。臭氧接触池出水进入配水渠，平均分配进入核心生化处理单元曝气生物滤池(BAF),曝气生物滤池（C/N池）需要鼓风曝气，为污水中微生物降解有机物提供充足氧气。曝气生物滤池运行一段时间后会发生堵塞、板结现象，这时对其进行气水反冲洗恢复初始功能。在曝气生物滤池（C/N池）中，陶粒滤料上生长的微生物膜利用污水中的有机
29、污染物为营养源，进行新陈代谢，把有机污染物转化成为CO2和H2O，同时硝化菌将氨氮转化为硝态氮，实现有机污染物的生化降解和氨氮的硝化。曝气生物滤池出水进入V型滤池，滤池是将前面池淀池不能沉淀去除的更微小的污泥颗粒利用过滤去除，保证出水水质，滤池出水进入中间水池，作为脱盐系统原水。滤池出水亦作为自身反洗用水，反洗排水自流进入集水池。中间水池中出水一部分提升至超滤系统，进一步去除水中悬浮物及胶体，出水进入超滤产水池，超滤产水池出水提升至反渗透系统进行脱盐处理，产水进入淡水池，与中间水池未经处理的水混合。反渗透浓水流入一级反渗透浓水池，再经泵提升至浓水反渗透进行脱盐处理，浓水反渗透产水也进入淡水室混
30、合，浓水反渗透浓水进入浓盐水池，作冲渣用。第四章 工艺设计4.1集水池工艺描述综合废水通过管道重力流至集水池，由集水池提升泵提升至气浮池。设计参数设计流量： 3000m3/h停留时间：9.6min有效容积：480m3有效水深4.0m数量：1座土建尺寸平面尺寸：LB=206.0m 高度：6.5m主要设备电动闸板一次提升泵（潜水泵）：1200x1200mm 1台3台（2用1备）Q=1500m3/h，H=15m，N=75kW静音止回阀：3个，DN600液位计：1个管件：1批4.2气浮池工艺描述通过气浮去除水中油类及悬浮物，气浮出水自流至臭氧接触池。设计参数设计流量： 3000m3/h停留时间：23.7min有效容积：1184m3
