《环境工程原理》课程设计设计题目活性炭吸附含铬电镀废水的吸附塔设计设计者日期班级 2008级环境监测与治理技术指导老师日期中国工程物理研究院工学院设计任务书一、设计题目活性炭吸附含铬废水的吸附塔设计二、设计任务及操作条件1.处理水量 Q=200m3/h2.原水COD平均 120㎎/L3.出水COD小于30㎎/L4.活性炭吸附量q=(0.12～0.2)gCOD/g炭5.活性炭与水接触时间 10～30min6.污水在塔中下降流速 5～10m/h7.反冲洗水线速度 28～32m/h8.反冲洗时间 4～10min9.冲洗间隔时间 72～144h10.炭层冲洗膨胀率 30﹪～50﹪11.水利输水管道流速 0.75～1.5m/s12.水力输炭水量与炭量体积比例 10:1三、设计内容1.设计方案的确定及流程说明2.吸附塔的面积、塔径、高度、容积、活性炭质量、再生周期等计算3.吸附塔附属结构的选型和设计4.吸附塔工艺流程图5.吸附塔计算图6.设计说明7.参考文献目录一、设计方案的确定及流程说明 (1)二、工艺计算与主要设备计算 (1)三、吸附塔附属结构的选型和设计 (3)四、处理污水工艺流程图 (5)五、吸附塔计算图(附后） (6)六、吸附塔设计说明 (6)七、参考文献 (8)一、设计方案的确定及流程说明含铬电镀废水含有重金属离子Cr6+ ,它有剧毒，不能直接排放，排放的污水不符合排放标准。
根据《设计任务书》所给条件，Q=200m3/h,水量较大，再考虑经济与实用性，该设计选用二塔并联降流式固定床吸附塔，二塔吸附，一塔再生。
固定床吸附是常用的污水处理方法，它的流程中吸附与脱附是分开的，结构简单，操作比较容易，造价低，而移动床流程中吸附与脱附在同一设备中，技术、结构复杂，操作困难。
固定床根据水流方向有升流式和降流式。
降流式固定床中，水流自上而下流动，流速较快，与填料接触时间短，填料不易堵塞，出水水质达排放标准，但水对填料磨损较大，吸附后水头损失较大，特别是处理含悬浮物较多的污水时，为防止炭层堵塞，先将污水经过砂滤柱进行过滤处理，并对床层定期进行反冲洗，有时还需在吸附层上部设表面冲洗设备；在升流式固定床中，水流自下而上流动，流速缓慢，水与填料接触时间较长，压头损失较小，当水头损失增大后，可适当提高进水流速，使充填层稍有膨胀，达到自清的目的，但进水波动较大，吸附层表面设冲洗装置易流失吸附剂，处理效果也不太好。
因污水具有腐蚀性，所以工艺流程中的各个部件、附属配件均应选用防腐性好的材料进行工艺。
二、工艺计算与主要设备计算1、设计参数选择① 处理水量 Q=200m 3/h ② 活性炭的吸附量 q=0.15gCOD/g 炭 ③ 污水在塔中下降流速 V 0=8m/s ④ 接触时间 t=30min ⑤ 炭层密度 ρ=0.5t/m 3 ⑥ 原水COD 平均浓度 C 0=120mg/L ⑦ 出水COD 小于30mg/L ⑧ 反冲洗水线速度 V 1=30m/h ⑨ 反冲洗时间 t 1=7min ⑩ 冲洗间隔时间 t 2=100h 2、设计计算吸附塔的面积、塔径、高度、容积、活性炭质量、再生周期等计算 ⑪ 吸附塔面积A A=0V Q =8200=25m 2 采用二塔并联降流式固定床，则 n=2 则每个塔的面积A ' A '=nA =225=12.5m 2 ⑫ 吸附塔直径D D=π'4A ∙=14.35.124∙=3.99m 取4m ⑬ 吸附塔炭层高度h h=t V ∙0=8×30/60=4m ⑭ 每个吸附塔炭层体积V V=h A ∙'=12.5×4=50m 3 ⑮ 每塔活性炭质量M M=ρV ∙=0.5×50=25t ⑯ 每塔每天应处理水量Q 1Q 1=242∙Q =100×24=2400t⑰ 每个吸附塔每天应吸附COD 值W W=)30120(10002400)(01-∙=-∙C C Q =216kg/d ⑱ 活性炭再生周期T T=21615.0100025∙∙=∙W q M =17.36d 取17d 三、吸附塔附属结构的选型和设计1、填料要求：填料是吸附塔处理污水的关键，污水具有腐蚀性，则要求填料具有防腐性，且填料应具有吸附性能好（吸附量大、比表面积大、孔隙率高等),化学性质稳定（不与污水反应），能经受水浸、水冲、高温、高压作用，不易破碎，而且还要价格便宜，来源广泛。
选型：采用新化x-16炭，它符合填料的基本要求，它的比表面积979m 2/g,孔体积0.63m 3/g,强度大于90%，堆积密度小于等于500g/L ，采用柱状粒子，冲刷强度较颗粒大，直径3～3.5mm ，长3～8mm 。
2、支撑装置要求： 支撑装置安装在填料下，用来支撑填料层及其所持的液体的质量 ，因此它要有足够高的机械强度，同时为了保证填料塔的通过能力及正常操作，支撑装置及其附属的气体通道面积应大于填料层的自由截面积，及塔在塔截面上的空隙面积。
或者说这一区域的空隙率应该大于填料层中的空隙率，否则当气速增大时将首先在支撑装置处出现液泛现象。
污水有腐蚀性，要求支撑装置防腐蚀。
选型：选用多孔板填料层的活性炭质量M=25t，则选择的多孔板F支 3×105N，材料选用镀锌钢板，为圆形，圆形与矩形、正方形比较，优点是不易堵塞，流水均匀，直径D'=D=4m，厚度d=100mm。
3、液体分布装置要求：液体分布装置设在塔顶，为填料层提供足够数量并分布均匀适当的布水孔，以保证液体初始均匀的分布。
液体分布装置对填料塔的性能影响很大，若液体初始分布不均匀则填料层内有效湿润面积会减小，并可能会出现偏流和沟流现象，降低塔的传质分离效果，填料塔直径越大液体分布装置越为重要。
还应具有防腐性，易维修。
多孔管布水，利于维修。
这里也选用可拆卸的多孔管布水，材料为高分子聚合物的塑管。
布水管分为主管与支管，主管在塔外，支管在塔内。
大直径吸附塔布水管4、液体出口装置要求：液体出口装置位于塔底，因出水仍为污水，所以出水装置要有一定的防腐性及防阻性，还要有抗冲击性。
选型：考虑出水为污水，建一个回流装置——回流沟与回流池，及一个排水管道，回流装置用钢筋混凝土建，当回流池达到一定深度，用泵将污水送入吸附塔。
排水管道用铸铁管，铸铁管价廉耐腐蚀，常用于埋在地里，采用DN200。
在出口设一个监测水管。
5、反冲洗设备要求：冲洗设备在支撑板下方，反冲洗时，水在整个底部平面上应均匀分布；反冲洗设备要求冲洗水有足够的冲洗强度和水头，使砂层达到一定的膨胀高度；要有一定的冲洗时间；冲洗的排水要迅速排除。
选型：反冲洗水流方向自下而上，流过支撑板和填料层，冲走沉积在填料层中的污物，并夹带污物进入洗砂排水槽经闸门流出。
反冲洗是借助配水系统完成的，所以反冲洗设备就是一些管道，在管道上开孔，并对设备加一定压力，增大水头。
四、处理污水工艺流程图流程图中，第一阶段A 、B 塔并联吸附，C 进行再生，下一个阶段是A 再生，B 、C 塔并联吸附，再下一个阶段是A 、C 塔并联吸附，吸附吸附再生加料吹出气ABC二塔并联降流式固定床吸附塔流程部分产品用作再生气产品B再生，依此类推。
五、吸附塔计算图(附后）六、吸附塔设计说明1、设计要点⑪活性炭处理属于深度处理工艺，通常只在废水经过其他常规的工艺处理之后，出水的个别水质指标仍不能满足排放要求时才考虑采用。
⑫确定选用活性炭工艺之前，应取前段处理工艺的出水或水质接近的水样进行炭柱试验，并对不同品牌规格的活性炭进行筛选，然后通过试验得出主要设计参数，例如水的滤速、出水水质、饱和周期、反冲洗最短周期等。
⑬活性炭工艺进水一般先经过过滤处理，以防止由于悬浮物较多造成炭层堵塞，同时进水有机物浓度不应过高，避免造成活性炭过快饱和，这样才能保证合理的再生周期和运行成本。
当进水COD浓度超过50～80mg/L，一般应该考虑采用生物活性炭工艺进行处理。
⑭对于中水处理或某些超标污染物浓度经常辩护的处理工艺，对活性炭单元应设跨跃或旁通管道，当前段工艺来水在在一段时间内不超标时，则可以及时停用活性炭单元，这样可以节约活性炭床的吸附容量，有效地延长再生或更换在后期。
⑮采用固定床应根据活性炭再生或更换周期情况，考虑设备用的池子或炭塔。
移动床在必要时也应考虑备用。
⑯由于活性炭与普通钢材接触将产生严重的电化学腐蚀，所以设计活性炭处理装置设备时应考虑钢筋混凝土结构或不锈钢、塑料等材料。
如选用普通碳钢制作时，则装置内面必须采用环氧树脂衬里，且衬里厚度应大于1.5mm。
⑰使用粉末炭时，必须考虑防火防爆，所配用的所有电器设备也必须符合防爆要求。
2、主要设计参数①处理水量 Q=200m3/h ②活性炭的吸附量 q=0.15gCOD/g炭③污水在塔中下降流速 V0=8m/s ④接触时间 t=30min ⑤炭层密度ρ=0.5t/m3⑥原水COD平均浓度 C0=120mg/L ⑦出水COD小于30mg/L ⑧反冲洗水线速度 V1=30m/h⑨反冲洗时间 t1=7min ⑩冲洗间隔时间 t2=100h3、影响吸附的因素⑴活性炭本身性质活性炭是吸附过程的关键，只有当它有大的比表面积、吸附容量大、有良好的机械强度和均匀颗粒尺寸、有良好的热稳定性及化学稳定性、有良好再生性时，才能达到好的吸附效果。
⑵操作条件①温度吸附是物理过程，吸附过程中放热，则低温有利于吸附，升温有利于脱附。
② PH值污水处理中，污水的PH值对吸附质有影响，也影响到吸附剂的表面特性，进而影响吸附效果。
③接触时间在吸附过程中，应保证吸附剂与吸附质有适当接触时间，使吸附接近平衡，以充分发挥吸附剂的吸附能力。
接触时间应处在10～30min。
⑶吸附器的性能吸附器的性能影响吸附效果。
4、吸附剂的再生常用再生法是加热再生法，步骤是：①脱水，使活性炭与输送液体分离；②干燥，加热到100～150℃，蒸发水分；③炭化，加热到300～500℃，使高沸点有机物热分解，一部分低沸点物质挥发，另一部分被炭化留在活性炭细孔中；④活化，加热到700～1000℃，使留在细孔中的残留物与活化气体反应，反应产物以气态形式逸出，达到重新造孔的目的；⑤冷却，把火化后的活性炭用水急剧冷却，防止氧化。
七、参考文献《环境工程原理》化学工业出版社主编：张柏钦，王文选2008年5月《水污染控制技术》化学工业出版社主编：王金梅，薛叙明2004年3月《三废处理工程技术手册---废水卷》化学工业出版社主编：北京水环境与设备研究中心。
