本科毕业设计（论文）5000t/d印染废水处理工程设计
学院环境科学与工程学院
专业环境工程
年级班别 2009级（1）班
学号 3104008157
学生姓名刘亮
指导教师薛永强汤兵
2013 年 6 月
设计总说明
印染废水在我国工业废水总量占有很大比例，而且具有碱性强，色度高，有机浓度高，生物降解性差等特点，如不治理，必然会对受纳水体造成严重污染，破坏水体生态系统。
实践证明，对于印染废水，物化生化法是一种有效的处理工艺，但常规处理方法的效率较低，必须对其进行强化。本设计要求处理水量为5000m3/d的印染废水。通过对印染废水排放状况进行研究，根据印染废水的特点及在废水处理中取得的成功经验，选择了工艺成熟、稳定、节能、占地少、效率高的水解酸化—接触氧化法，使出水水质达到广东省印染废水污染物排放标准的要求。
关键词：印染废水，水解酸化，接触氧化，混凝沉淀
Abstract
Dyeing and finishing wastewater is an important part of industry wastewater in our country, which characterized by high level of alkali, color, organics and poor biodegradability. It will make severe pollution to water system and deteriorate the aquatic ecosystem if discharged into waterbody without treatment.
It has been proved that the physicochemical treatment is one of the feasible methods in treating dyeing and finishing wastewater, but the treatment efficiency of conventional process do not very high and should be enhanced. This design handles the water measures to 5000m3/d to print to dye the wastewater。With the study of dyeing and finishing wastewater process，especially the successful experience of dyeing and finishing wastewater treating, we select the hydrolytic acidification and biological contact oxidation to treat dyeing and finishing wastewater. This way is proven to be ripe, stead, effective and compact. As a result, the discharged water can meet the emission limits of dyeing and finishing wastewater.
Key words：dyeing and finishing wastewater，hydrolytic acidification，contact oxida tion coagulation sediment
目录
1 绪论 (1)
1.1 印染废水工程设计的背景及投资的必要性 (1)
1.2 印染废水特征 (1)
1.3 印染废水治理的研究现状及动态 (2)
2 设计规模和目标 (6)
2.1 水量、水质状况 (6)
2.2 设计依据、原则 (6)
2.2.1 设计依据 (6)
2.2.2 设计原则 (7)
3 工艺设计方案比较于选择 (8)
3.1 水解酸化+好氧生化工艺试验流程的确定 (8)
3.2 水解酸化工艺机理 (8)
3.3 水解酸化工艺的特点及应用现状 (10)
3.4 好氧生物接触氧化工艺机理 (11)
3.5 生物接触氧化工艺的特点及研究现状 (12)
3.6工艺流程的确定 (13)
4 工艺流程说明与设计参数 (15)
4.1 格栅 (15)
4.2 调节池 (17)
4.3 水解酸化池 (18)
4.4 接触氧化池 (19)
4.5 混凝沉淀池 (21)
4.6 次氯酸钠氧化池 (23)
4.7 污泥浓缩池 (23)
4.8 脱水间 (25)
4.9 设备房 (25)
5 主要处理构筑物及设备表 (26)
5.1 构筑物和建筑物 (26)
5.2 废水处理主要动力设备 (27)
6 污水处理厂总体布置 (28)
6.1 平面布置 (28)
6.2 高程布置 (28)
7 投资概算及运行成本 (30)
7.1 土建部分 (30)
7.2 设备部分 (31)
7.3 其他费用部分 (31)
7.4 运行成本估算 (31)
致谢 (33)
参考文献 (34)
附图 (35)
1 绪论
1.1 印染废水工程设计的背景及投资的必要性
我国是纺织印染业的第一大国，而纺织印染业又是工业废水排放大户，印染厂每加工100m2织物，产生废水量3一5m3，故由此而造成的生态及经济损失是不可计量的，所以解决印染水污染问题势在必行。
在我国，印染废水已成为当前最主要的水体污染源之一。由于这类废水成分相当复杂，往往含多种有机染料并且毒性强，色度高，PH值波动大，难降解，组分变化大，且水量大，浓度高，所以一直是工业废水处理的难点，也是急需解决的问题之一。另外，由于水资源的缺乏，废水处理资源化已提到日程上来，一些废水经处理后出水水质较好的工厂通过技术经济比较，将经处理后的废水作为第二水源再进行深度处理，根据出水水质不同，再回到不同的用水部门。有条件的工厂都可开展这方面的工作。今后印染废水处理新工艺、新设备的研究还逐步趋向于高效能、低能耗，技术先进，经济合理。因此，在水和资源供应紧张的今天，如何有效地处理印染废水已成为环境保护的一项重要研究内容。
1.2 印染废水特征
纺织工业在提高和丰富人民物质文化生活方面有重要的作用．纺织工业废水中的污染物主要是棉花等纺织纤维上的污物、盐类、油类和脂类，以及加工过程中投加的各种浆料、染料、表面活性剂、助剂、酸、碱等，纺织工业废水具有如下特点：
①水量大；
②废水的污染以有机污染为主；
③污染物浓度高；
④废水中的污染物主要是第二类有害的物质；
⑤绝大部分呈碱性废水；
⑥一般废水处理设施难以净化。
纺织印染工艺流程,见图1.1。
图1.1 纺织工艺流程图
1.3 印染废水治理的研究现状及动态
国外印染废水的治理始于50年代。50年代到60年代，主要进行单一型的技术研究、发明，取得了不少研究成果。到70年代，则偏重于全面性研究，即重视了区域性的治理方法研究，把各种治理技术与技术经济指标相联系，使印染废水的治理与某区域联系在一起，避免重复治理。70年代末至今，注意了研究节约能源，以及开展了资源的合理利用研究工作，提出了提高环境质量的要求。治理方法上，主要集中在生物化学处理和物理化学处理方法两个方面。
我国印染废水的治理研究工作是自70年代初逐步开展起来的，特别是1973年第一次全国环保会议之后发展更快。经过多年的不懈努力，印染废水治理的科研工作取得很大成绩。国内对印染废水的治理科研工作，主要包括治理工艺路线和方法，以及治理设备和器材的研究。我国印染废水治理工程大多数用以生物化学为主体的治理工艺路线，但由于印染废水水质多变，环境要求不断提高，单纯采用生物化学这一种方法处理印染废水，难以达到排放要求，因此大多为生物化学与物理化学串联的处理方法。从各国研究印染废水治理方向来看，在整个处理流程中生物化学处理方法和物理化学方法仍占主导地位。
现将印染废水治理中，生物化学法、物理化学法，以及这两类方法相结合的处理方
法的应用分别简述如下。
(1)生物化学法在印染废水治理中的研究和应用
生化法的优点是对易生物降解的有机污染物去除率较高;与物化法相比较，处理污水成本低;出水水质较好。缺点是基建费用高，工艺比较复杂，对进水水质稳定性要求高。
①对活性污泥法的应用
活性污泥法形式多样。国内外普遍探索的是增加曝气池内的污泥浓度，开发新的曝气技术和固液分离技术，以减少动力消耗，缩短处理时间，提高处理效率。欧美国家研究开发出了一些高效布气装置;日本试验过纯氧曝气方法。
我国在七十年代中期，南方一些印染厂，先后建成了一批完全混合式的活性污泥法处理装置，其中主要采用表面加速曝气池这种型式。由于它具有处理效率高，占地面积少等优点，比占地面积较大的延时曝气池更为处于城市里的印染工厂所采用，因而得到进一步推广。但是，表面加速曝气池在运行中也出现一些问题，诸如:沉淀区沉淀效果不理想、污泥回流不畅，有时还产生污泥膨胀等问题。
近几年来，通过对废水中微生物学的研究，对活性污泥法中的污泥膨胀己有了较全面的认识，了解到丝状细菌在污泥膨胀中占主导作用，通过实验发现:控制营养投配及提高充氧速率，即可控制这一现象发生。很多工厂总结出了控制污泥膨胀的经验，保证了处理装置的正常运行。
②生物膜法
七十年代中期，对生物膜法处理印染废水的新技术、新工艺也开始试验研究。主要研究的处理装置，是塔式生物滤池及生物转盘。
在塔式生物滤池中主要研究塔体的结构比例、布水方式、填料类型、处理能力及有关设计参数等。在生物转盘中，主要研究盘片的形状效果、停留时间等参数。由于这两种处理装置运行管理方便，处理负荷高，因此，研究成果很快在生产中被采用。七十年代中后期我国南北方不少印染厂采用这两种形式处理印染废水。其中塔式生物滤池由于废水在其中停留时间较短，去除效率较低，适宜作为废水处理，特别是流程中的预处理装置(对污染程度较高的废水)，而生物转盘，由于废水停留时间可根据不同级数进行控制，处理效果较稳定。相对而言，由于其设备占地面积较大，比较适宜废水量不太大的中小型染色工厂采用。
③对于生物接触氧化法的研究与应用
七十年代末期，我国又开始研究生物接触氧化法。这种方法具有生物膜法和活性污泥法两种方法的特征，还具有停留时间短、不产生污泥膨胀、管理方便等优点。对这种方法主要研究其有机负荷量、气水比、曝气型式、填料种类、生物膜特性、停留时间、处理效果等。这项成果很快在我国南北方地区的很多企业采用，特别是生物接触氧化池中软性纤维填料的研究成功，使这一处理工艺进一步得到推广和应用。
由于硬性蜂窝填料及软性纤维填料在较长时间运行中出现填料堵塞及填料结球情况使去除效果下降。国内研究出的新型立体状半软性填料具有较强的布水、布气性能，去除有机污染物能力强，可以解决填料的堵塞及结球问题。目前半软性填料已在生物接触氧化池中广泛应用。
为了去除废水中较难生物降解的有机污染物质，研究出厌氧(兼氧)一好氧处理工艺，采用这种方法可先由厌氧(兼氧)过程中的产酸阶段，去除部分较易降解的有机污染物质，还可将较难降解有大分子有机物，分解为较简单的小分子有机物，再通过好氧生物处理过程进一步去除。采用这种治理路线比单纯采用好氧治理方法在脱色效果、去除有机污染物能力上均有所提高。特别是在流程中投加定向培养菌种后，对于较难生物降解的合成染料PVA、有较明显的降解效果。
④氧化沟和氧化塘
近年来，国内外研究了天然净化技术。它在采用曝气器、曝气刷等人工强化装置的基础上，充分利用自然条件，设置氧化沟、氧化塘等处理设施。广州卓越织造厂，采用物化十生化十水葫芦氧化塘法，处理印染废水，该厂生产废水先经调节池均化水质水量，生物接触氧化降解大部分有机污染物，再经混凝沉淀脱色及去除COD，最后利用水葫芦氧化塘进一步降解有机物、脱色。该工艺已成功运行四年，各项指标均达到排放标准。水葫芦氧化塘由原废弃的池塘修砌而成，种植水葫芦，以对废水进行深度处理。这一工艺取得了一定成效。
(2)物理化学法在印染废水治理中的研究和应用
化学处理方法在七十年代几乎与生物化学方法同时受到重视，并开始进行研究。物化法一般有基建费用低、抗冲击负荷能力较强等优点。缺点是由于要使用化学药剂和一些媒质，如活性炭，运行费用高，处理设备造价比较高，运行管理比较复杂，并且由于投加药剂，还有可能造成水的二次污染。由于该方法占地少，部分小型印染厂采用这种
方法处理废水。
在物理化学处理方法中最先研究和采用的是化学投药法。七十年代，印染工厂开始研制利用铝灰，采用酸溶法制造聚合铝工艺及制造活化硅藻工艺。在应用聚合铝处理印染废水的研究中，主要研究内容为投药量与去除效果的关系，以求得用最少投药量获得最佳的去除效果。采用化学投药法除了能去除废水中有机物外还有较好的脱色效果。为了提高凝聚效果还进行了无机高分子聚合铝与有机高分子聚合物(聚丙烯酞胺类)按不同投配试验，充分发挥了混凝剂的电中和作用及凝聚架桥作用，节省了混凝剂的投加药量。
七十年代末，混凝气浮技术开始在印染废水治理中进行应用试验，主要研究内容为:气浮池池型、溶气设备的溶气效果，释放器尺寸。由于采用气浮装置占地少，因此，很多印染废水治理工程竞相采用。混凝气浮工艺要求操作水平较高。
目前，为了提高混凝剂的处理效率，又研究出通过接枝缩合等工艺将无机高分子聚合物、有机高分子聚合物制成复合高分子聚合物，它实质上发挥了无机高分子聚合物电解质的电中和与凝聚特性，使其具有更好的处理效果。采用这种复合混凝剂，运转管理均较方便。
八十年代初，为了解决生物化学法处理后的废水中仍含有有机污染物及有颜色的问题，出现了生物活性炭法处理印染废水的工艺。生物活性炭既包含了活性炭物理吸附有机污染物的作用，又包含了微生物的氧化分解作用(但应该注意的是，活性炭的吸附能力会因染料的种类不同而发生变化，因此，正确选择用于废水脱色处理的活性炭规格是十分重要的)。某纺织厂将经过生化处理后的印染废水，用生物活性炭柱进行处理，与粒状活性炭接触42分钟，使COD降低50%。
对于为了提高脱色效果而开展研究的臭氧氧化、光化学氧化等处理方法，虽然它们都有较为明显的脱色效果，但由于设备制作复杂，耗电量相对较高，而在生产中采用较少。
(3)生化法与物化法相结合的工艺在印染废水治理中的研究和应用
随着我国经济的进一步发展，对废水处理程度的要求越来越高。由于印染废水水质变化较大，含有机污染物较多，而且废水中含有大量难降解有机物，虽然采用比较经济的生物化学处理方法作为处理流程的主要处理单元，但往往达不到各地区要求的排放标准。因此，一般多采用由几种处理方法组成的综合治理路线。
2 设计规模和目标
2.1 水量、水质状况
设计水量：Q=5000m3/d= 210m3/h
进水水质:CODcr: 1500mg/L；
: 400mg/L；
BOD
5
SS: 300mg/L；
色度: 400倍；
PH : 8-10
出水要求：经处理后污水达到广东省《水污染物排放限值》（DB44/26-2001）中的二时段一级标准:
CODcr≤90mg/L；
≤ 20mg/L；
BOD
5
SS≤60mg/L；
色度≤ 60倍；
PH : 6-9
2.2 设计依据、原则
2.2.1 设计依据
(1)中华人民共和国环境保护法
(2)中华人民共和国污水综合排放标准GB8978—1996
(3)国家有关的环保法规、政策。
(4)《水处理工程》；《环境工程设计手册》。
(5)室外排水设计规范GBJ14—87
(6)广东省地方标准DB44/26-2001一级标准
2.2.2 设计原则
(1)认真惯彻执行国家关于环境保护的方针政策，遵守国家有关法规、规范、标准。
(2)根据污水水质和处理要求，合理选择工艺路线，要求处理技术先进，处理出水水质达标排放。运行稳定、可靠。在满足处理要求的前提下，尽量减少占地和投资。
(3)设备选型要综合考虑性能、价格因素，设备要求高效节能，噪音低，运行可靠，维护管理简便。
(4)废水处理站平面和高程布置要求紧凑、合理、美观，实现功能分区，方便运行管理。
3 工艺设计方案比较于选择
3.1 水解酸化+好氧生化工艺试验流程的确定
生物化学处理方法之一的好氧处理工艺对城市污水和类似于城市污水的有机性工艺废水处理效果较好，因为这些废水可生化性较好，同时水质较稳定，水中对微生物有毒有害的物质很少。
纺织印染行业废水由于品种变化，化纤织物增加，织布厂在浆纱时所用浆料由淀粉向PVA等化学浆料转化，坯布在炼漂、染色过程中大量采用ABS等表面活性剂及各种新型染料的使用，使染整行业废水的CODcr值增加，可生化性下降。国内一般的活性污泥法处理PVA处理效率仅20%左右。近几年来研究的水解酸化工艺对处理涤沦纺丝有机废水和含PVA退浆废水均有明显效果。
水解酸化十好氧工艺有如下特点:
①抗冲击负荷能力较强，可广泛应用于高浓度、水质水量变化较大的工业废水的处理。
②污水经水解酸化后，BOD
5/COD
cr
的比值有所升高，使其可生化性提高。
③运行稳定性好，污泥沉降性好，受外界气温变化影响小，便于操作。
④填料挂膜容易，老化膜靠水力冲刷，曝气搅动自动脱落。
⑤回流污泥量小，也不存在污泥膨胀，运行管理方便。
⑥附着在填料表面的微生物量大，种类多，并形成了从细菌一原生动物一后生动物的食物链，使出水水质良好。
因此，本设计采用了“水解酸化十好氧处理”的试验工艺流程。
3.2 水解酸化工艺机理
水解酸化工艺不等于厌氧消化。区别水解酸化与厌氧消化，就要看一下厌氧发酵的全过程。
W.WEckenfelder把厌氧发酵过程分成四个阶段:
水解阶段:复杂大分子有机物通过产酸菌胞外酶的作用转化为简单的可溶性小分子物质。如多糖(淀粉)水解为单糖，蛋白质分解为肤和氨基酸，脂肪油脂转化为链脂肪酸
和丙三醇等。
酸化阶段:兼性或专性的产酸菌将水解产物转化为短链有机酸(五碳以下)、醇、醛
等中性化合物，并有H
2、CO
2
、H
2
S、NH
3
产生，本阶段有机酸的大量产生，使PH有下降
趋势。
产氢产乙酸阶段:酸化阶段虽然也有能成为甲烷菌直接利用的醋酸盐、H
2
、CO等，但主要还是丙酸盐、丁酸盐、戊酸盐和乙醇等不能为甲烷菌直接降解的物质。因而必存在一种独立的菌群即产氢产乙酸菌将上述物质转化，从而起到中间桥梁的过渡作用。
在产氢产乙酸菌的作用下，酸化阶段产生的2个碳链以上一的短链脂肪酸(盐)、醇、醛等物质转化为乙酸盐，同时产生玩。本阶段中，由于产氢细菌的活动使氨态氮浓度增
加。氧化还原热降低，PH值有所上升，从而为后续的甲烷菌创造了条件，另外还有H
2
S，硫醇等带有不良气味的副产物产生。
甲烷化阶段:专性厌氧的产甲烷菌将前几阶段产生的乙酸(盐)、H
2
、CO:及少量的甲
酸、甲醇等物质转化为CH
4和C0
2
，这一过程有两组生理上不同的产甲烷菌起作用:一组
是氢还原CO,生成甲烷，另一组是乙酸盐脱梭产生甲烷，其中前者约占厌氧发酵甲烷产量的1/3，后者占2/3。
本工艺采用的水解酸化池是把反应控制在第二阶段，不进入第三阶段。其较之全程厌氧具有以下的优点:
①对于固体的降解功能完全和消化池一样。由于水解一好氧生物处理工艺的污泥仅为难于厌氧降解的剩余活性污泥，故可在常温下使固体迅速水解，实现污水污泥一次处理，不需要设置加热的中温消化池。
②不需要密闭反应器，不需要搅拌器和水、气、固三相分离器，降低了造价并便于维护，可以设计出适合大、中、小型污水厂所需要的构筑物。
③由于反应控制在第三阶段之前，故出水无厌氧发酵所具有的不良气味，改善了污水处理厂的环境。
④因第一阶段、第二阶段反应进行迅速，故酸化水解池的体积小，与一般初沉池相当，可节省基建投资。
3.3 水解酸化工艺的特点及应用现状
水解池属于升流式污泥床反应器，污水由反应器底部进入反应器，通过污泥床，大量微生物将进入水中，颗粒物质和胶体物质迅速截留和吸附，这是一个物理过程的快速反应，一般只要几秒种到几十秒种即可完成。截留下来的物质吸附在水解池污泥的表面，慢慢地被分解代谢。其在系统内的污泥停留时间要大于水力停留时间。在大量水解细菌的作用下将不溶性有机物水解为溶解性物质，同时在产酸菌的协同作用下将大分子物质、难于生物降解物转化为易于生物降解的小分子物质，重新释放到液体中，在较高的水力负荷下随水流出系统。由于水解和产酸菌世代期较短，往往以分钟和小时计。因此，这一降解过程也是迅速的。在这一过程中，溶解性BOD、COD去除率虽然从表面上讲很低，但是由于颗粒有机物发生水解增加了系统中溶解性有机物的浓度，因此，溶解性BOD、
COD去除率实际很高，被去除的这一部分有机物以CO
2、CH
4
和菌体增量这三种形式存在
于水和泥中。
需要说明的是，水解酸化一好氧工艺中的水解过程与好氧AAO、AB工艺中A段的水解过程存在较大区别。首先是菌群不同。前者的优势菌群是厌氧微生物，以兼性菌为主;面后者中的优势菌以好氧菌为主。其次，反应器中的污泥浓度不同。水解酸化一好氧工艺中的水解池为升流式反应器，污泥浓度可以高达15一25g/l，而AAO、AB中从二沉池回流的污泥浓度一般最高为5g/l。以上差别造成了水解工艺是完全的水解，而后者仅仅发生部分水解。
总之，水解池可将污水中固体态大分子的不易生物降解的有机物，降解为易于生物降解的小分子，它和后续好氧工艺结合，特别适合于难生物降解污水。
水解酸化一好氧处理工艺与单独好氧工艺相比，具有以下优越性:
①由于在水解阶段可大幅度地去除水中悬浮物或有机构(视工艺要求而定)，其后续好氧处理工艺的污泥量可得到有效地减少，从而设备容积也可缩小。
②水解酸化工艺的产泥量远低于好氧工艺(仅为好氧工艺的1/10一1/6)，并已高度矿化，易于处理。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，以增加厌氧段的污泥浓度同时减少污泥的处理量。
③水解工艺可对进水负荷的变化起缓冲作用，从而为好氧处理创造较为稳定的进水条件。
④厌氧处理运行费用低，且其对废水中有机物的去除亦可节省好氧段的需氧量，从