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污染治理工艺流程设计

在环境工程设计中，环境污染治理工艺流程的设计是最重要的一个环节，贯穿设计过程的始终。在整个设计中，设备的选型、工艺的计算、设备的布置等工作都与工艺流程有直接的关系，只有处理工艺流程确定后，才能开展其他工作，工艺流程设计涉及各个方面，而各个方面的变化又反过来影响处理工艺流程的设计。环境污染治理工艺流程设计是否合理，可直接影响到污染治理效果的好坏、操作管理的方便与否、初投资的大小和运行费用的高低以及处理后得到的物料能否回收利用，甚至会影响到生产工艺的正常运行。
第一节 工艺路线的选择
在实际操作中，需要处理的污染物千差万别，处理的方式和方法也是有差异的。选择工艺路线是决定设计质量的关键，必须认真对待。如果某一种污染物仅有一种处理方法，也就无须选择；若有几种不同的处理方法，就应该逐个进行分析研究，通过各方面的比较，从中筛选出一种最佳的处理方法，作为下一步处理工艺流程设计的依据。
一、工艺路线的选择原则
在选择处理的工艺路线时，应注意考虑如下基本原则。
1．合法性
环境保护设计必须遵循国家有关环境保护法律、法规，合理开发和利用各种自然资源，严格控制环境污染，保护和改善生态环境。
2．先进性
先进性主要是指技术上的先进性和经济上的合理可行，具体包括处理项目的总投资、处理系统的运行费用和管理等方面的内容，应该选择处理能耗小、效率高、管理方便和处理后得到的产物能直接利用的处理工艺路线。随着经济的发展和环境意识的提高，对于各种污染物的排放要求会越来越高，因此还要考虑处理的工艺路线要有一定前瞻性。
3．可靠性
可靠性是指所选择的处理工艺路线是否成熟可靠。工程设计中可能采用的技术有：成熟技术、成熟技术基础上延伸的技术、不成熟技术和新技术。如果采用了不成熟技术，就会影响处理的效果和环境的质量，甚至造成极大的浪费。对于尚在试验阶段的新处理技术、新处理工艺和新处理设备，应该慎重对待，防止只考虑和追求新的一面，而忽略可靠性和不稳妥的一面。必须坚持一切经过试验的原则。在实际中，要处理的污染物种类很多，有的是新的从来没有处理过的污染物，这就需要慎重考虑处理的工艺路线，一种是进行类比选择，另一种是进行试验确定。设计中考虑可靠性设计是提高工程项目质量的重要途径。
4．安全性
无论是大气污染物、水污染物，还是固体废弃物，它们中有一些是具有毒性的，选择对这些污染物的处理工艺路线时要特别注意，要防止污染物作为毒物散发，要有较合理的补救措施。同时还要考虑劳动保护和消防的要求。
5．结合实际情况
我们国家正在处于一个初级的发展阶段，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都有一定缺陷，因此在选择处理工艺路线时，就要考虑企业的承受能力、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．简洁和简单性
选择处理工艺路线时，要选择简洁和简单的处理工艺路线，往往简洁和简单的处理工艺路线是比较可靠的工艺路线。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的影响。
上述六项原则必须在选择处理工艺路线时全面衡量，综合考虑。对于需要处理的污染物，任何一种处理技术既有优点，也有短处。设计人员必须从实际出发，采取全面对比的方法，并根据处理工程的具体要求选择其中不仅对现在有利而且对将来有利的处理工艺路线，尽量发挥有利的一面，设法减少不利的因素，以保证对污染物处理的效果好、能耗低、费用小、运行管理以及维修方便。
在比较时要仔细领会设计任务书提出的各项原则和要求，要对所收集到的资料进行加工整理，提炼出能够反映本质的、突出主要优缺点的数据材料作为比较的依据。要经过全面分析、反复对比后选出优点多、符合国情、切实可行的处理工艺路线。
二、工艺路线选择的基本步骤
选择处理工艺路线时一般要经过四个阶段。
1．收集资料，调查研究
这是选择处理工艺路线的准备阶段。在此阶段，根据要处理的污染物种类、数量和规模，有计划、有目的地收集国内外同类污染物处理的有关资料，包括处理技术路线的特点、工艺参数、运行费用、消耗材料、处理效果以及各种技术路线的发展情况与动向等经济和技术资料。收集和掌握国内外污染处理的经济和技术资料，仅仅靠设计人员自己是不够的，还要得到信息技术部门的帮助，甚至还可以向咨询部门提出咨询。
具体收集的内容主要有以下几方面：
①要处理的污染物的种类、数量、规模、物理性质、化学性质和其他特性；
②国内外处理该污染物的工艺路线；
③试验研究报告；
④处理技术先进与否、自动化的高低以及污染物的测试方法；
⑤所需要的设备的制造、运输和安装情况；
⑥处理项目建设的投资、运行费用、占地面积；
⑦水、汽、电和燃料的用量及供应，主要基建材料的用量及供应；
⑧厂址、水文、地质、气象等资料；
⑨车间的位置、环境和周围的情况。
2．设备、设施及仪器的落实
设备、设施及仪器是保证完成处理污染物的重要条件，是确定处理工艺路线时必然要涉及到的因素。因此在收集资料时，设备、设施及仪器应予以足够的重视。对各种处理方法中所涉及到的设备、设施及仪器，须分清国内已有的定型产品、需要进口的及国内需要重新设计的三种类型，并对设计和设计制造单位的技术能力加以了解。
3．全面比较
全面分析对比的内容很多，主要比较以下几项：
①要处理污染物的各种处理工艺路线在国内外应用的状况及发展趋势；
②处理效果的状况；
③处理数量和规模的状况；
④处理时材料和能源消耗的状况；
⑤工程项目的总投资和处理运行费用状况；
⑥其他特殊情况。
4．处理工艺路线最终的确定
在以上三项的基础上，综合各种处理方法的优点，减少缺陷，最终确定出最佳的处理工艺路线，使该处理工艺路线无论在技术上，还是在经济上都可行。
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.城市污水处理工艺的典型流程
1）水中杂质与处理工艺
2）城市污水处理工艺典型流程
3）各级处理方法与处理效果
级别
去除主要污染物
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的选型
一级处理
1）格栅：
按清渣方式：机械格栅、人工格栅按去除的对象：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
构造简单、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
构造简单、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
沉砂效果好且可调节、适应性强、占地少、投资省
构造复杂、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、平底单斗排泥施工容易、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、周边配水容积利用率高、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
构造复杂、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，构造简单，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
出水水质要求较高的大中型污水厂
吸附再生活性污泥法
构造简单维护方便，具有抗冲击能力，运行费用较低，占地少投资省
BOD去除率80-90%，剩余污泥量大，稳定性较差

悬浮性有机物含量高的大中型污水厂

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%，构造复杂，污泥易膨胀，设备维修工作量大，
污水浓度高的中小型污水厂

氧化沟法
BOD去除率高达95%以上，有较高的脱氮效果，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

有脱氮要求的污水厂

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
适用场合
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、低悬浮物的小型污水厂
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

气候温和地区的小型水厂
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，运行不当易堵塞
悬浮性有机物浓度低的中小型污水厂

三级处理
1）常用三级处理方法比较

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)常用消毒方法比较

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
可能会产生有害的氯化物
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，不受温度和酸碱度的影响，无二次污染
设备复杂，投资和运行费用高
水质要求高的大中小型污水厂
紫外线消毒
高效，无味，不改变水的性质
投资和运行费用高

小型污水厂

二、工业污水处理工艺流程的选择
⑴纺织印染工业废水处理工艺流程的选择
1） 纺织印染废水的来源及特性
不同产品污染物的产生于排放

来源
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的浆料
3.染色过程中剩余的染料及相应的助剂
1.天然有机物
2.人工合成有机物及天然有机物
3.人工合成的多环芳香有机化合物、直链有机物
4.废水主要含人工合成及天然有机物，并含一定量的难生物降解物质
毛纺印染产品
1.洗毛过程
2.毛纺织染色过程
1.可生物降解的高浓度有机废水，羊毛脂可回收
2.染色废水，含残留的染料和助剂
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的丝胶、浆料及其他有机污染物，呈碱性，Ph值为10-11
3.真丝绸染色废水成酸性，可生物降解性较好；涤纶碱减量过程的废水难生物降解
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典型流程

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
麻纺脱胶废水治理典型流程

麻纺产品印染废水治理典型流程
当麻纺厂只有染色和印花工艺时，麻纺印染产品废水水质与棉纺产品印染废水水质基本相近，使用染料和助剂也基本相同，只是织物颜色较浅。可参照棉机织产品或棉针织产品废水治理流程，根据废水水质情况，对有关参数做适当修改或全部采用。
⑵其他各类企业废水处理工艺流程的选择
1)食品工业废水处理流程
①乳制品废水特性及其处理工艺
废水来源：生产设备、容器、管道、加工面的冲洗水，产生高浓度废水
生产车间、场地的冲洗和工人卫生用水，产生低浓度废水
生活用水，一般使低浓度废水。
废水特性：含大量的有机物质，主要为含乳固形物（乳脂肪、酪蛋白、乳糖、无机盐类等），并且在水中呈可溶性或胶体悬浮状态。近中性，有的略带碱性。
处理工艺：接触氧化工艺：原水→格栅→过滤调节池→接触氧化池→二次沉淀池→出水
UASB-TF处理工艺：原水→格栅→调节池→UASB-TF池→二次沉淀池→出水
固定光和细菌技术：原水→格栅→调节池→光和细菌反应器→二次沉淀池→出水
②啤酒废水处理工艺流程：
高浓度有机废水：主要包括洗槽废水、糖化锅和糊化锅冲洗水、储酒槽前期的冲洗水、过滤废藻泥冲洗水、酵母压缩机废水，含量为总水量的10%，有机物浓度高，COD在2000mg/l左右。
低浓度有机废水：主要包括酿造和包装车间的地面冲洗水、洗瓶机排放水、灭菌机废水以及厂区内的生活污水等，水量大，占总水量的70%，COD一般在100-700mg/l。
处理工艺：好氧处理工艺包括：传统活性污泥法、生物接触氧化法、氧化沟法等，其工艺参数如下表：
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
剩余污泥量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→调节池→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的处理工艺
废水来源：发酵母液废水：提取后的废母液、滤饼冲洗水等直接排放形成发酵母液废水。有机物含量特别高，40000-70000mg/l；
酸碱废水和有机废水：主要有发酵产品的提取过程中需要采用采用一些提取工艺和特殊的化学药品所造成的；
设备和地板的冲洗水：种子罐、发酵罐等的冲洗废水，其成份与发酵废水相似，BOD为500-1500mg/l；
冷却水：主要为发酵残余的营养物，如：糖类、蛋白质、脂肪、无机盐等。
水质特征：COD浓度高、SS浓度高、存在抑菌作用的抗菌素物质、硫酸盐浓度高、水质成分复杂、冲击负荷高。下表为几种抗生素发酵生产过程中的废水排放情况：
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
12000
2.88
土霉素
214
12000
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→调节池→预处理→厌氧反应器→接触氧化池→沉淀池→出水
↑
生活污水→格栅
下表总结了国内部分抗生素废水的水节-好氧处理运行的主要参数。
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

2000
12000
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
2000
92.9

3)造纸废水
造纸废水的来源：
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：含有大量的木质素和半纤维素，同时包括色素、戊糖类、残碱以及其他一些碱溶出物，生产1吨纸浆平均排放10吨造纸黑液。造纸黑液的Ph一般为11-13之间，平均COD为110000-160000mg/l，BOD为30000-45000mg/l，SS为23000-28000mg/l。
制浆中段废水：主要含一些木质素、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一般为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的废水，也乘白水，用水量为100-150t/t纸。水中一般含细小纤维、添加剂，Ph一般为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：
造纸黑液的酸析法：
UASB反应器法：
白腐真菌法：

第三节 工艺流程图的绘制
工艺流程图是工艺设计关键的文件。各个处理单元按照一定的目的和要求，以规定的形象的图形、符号、文字表示工艺流程中选用设备、构筑物、管道、附件、仪表等，以及排列次序与连接方式，反映出物料流向与操作条件。
工艺流程图一般分为两类，一类称为工艺方案流程图，另一类是工艺安装流程图。
1、工艺方案流程图
工艺方案流程图又名工艺流程示意图或工艺流程简图，它包括的内容如下。
①定性地标出污染治理的路线；
②画出采用的各种过程及设备以及连接的管线。工艺方案流程图的组成包括：流程、图例、设备一览表等三部分。流程中有设备示意图、流程管线及流向箭头、文字注解。图例中只需标出管线图例，阀门、仪表等无须标出。其绘制的步骤如下。
(1)用细实线画出厂房各层地平线。
(2)用细实线根据流程从左到右，依次画出各种设备示意图，近似反映设备外形尺寸和高低位置；各设备之间留有一定的距离用于布置管线；每个设备从左到右依次加上流程编号。
(3)用粗实线画出主要流程线，并配上流向箭头。在流程线开始和终了位置用中文注出污染物名称、来源和去处。
(4)用中实线画出非主要流程线，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的名称。

(5)流程线的位置应近似反映管线安装的位置高低。
(6)二流程线相交时，一般是细实线让粗实线，粗实线流程线不断，细实线断开(见图5—8)，视具体情况而定。
(7)在图的下方或标题中表明图例和设备编号及名称，基本的图例见表5—3。