高氨氮化工废水设计方案（精）

目 录

目录

目 录 ...................................................................................................................................................... 1 1、

概况 .................................................................................................................................................. 1 1.1煤气化废水的水质特性 ....................................................................................................................... 1 1.2氨氮的处理工艺 ................................................................................................................................... 1 1.3多种生物脱氮工艺的比较.................................................................................................................... 2 2、

设计规范、范围及原则 ................................................................................................................... 4 2.1 设计规范 .............................................................................................................................................. 4 2.2 设计范围 .............................................................................................................................................. 6 2.3 设计原则 .............................................................................................................................................. 7 3、

处理工艺流程 ................................................................................................................................... 8 3.1 设计水量与水质 .................................................................................................................................. 8 3.1.1 设计水量 ............................................................................................................................................ 8 3.1.2设计水质 ............................................................................................................................................. 8 3.1.3 出水水质要求 .................................................................................................................................... 9 3.2 污水处理工艺流程 .............................................................................................................................. 9 3.2.1 选择思路 ............................................................................................................................................ 9 3.2.2 污水处理技术 .................................................................................................................................... 9 3.2.3 工艺流程 .......................................................................................................................................... 16 3.3 污泥的处理与处置 ............................................................................................................................ 18 4、

处理工艺设计 ................................................................................................................................. 19 4.1 主要处理构（建）筑物 .................................................................................................................... 19 4.1.1格栅井............................................................................................................................................... 19 4.1.2集水池............................................................................................................................................... 19 4.1.3调节池............................................................................................................................................... 19 4.1.4事故池............................................................................................................................................... 19 4.1.5沉淀池............................................................................................................................................... 20 4.1.6中间池............................................................................................................................................... 21 4.1.7集泥池............................................................................................................................................... 21 4.1.8 IMC反应池 ........................................................................................................................................ 21 4.1.9 活性砂滤池 ...................................................................................................................................... 23 4.1.10监测排放池 ..................................................................................................................................... 24 4.1.11污泥池 ............................................................................................................................................. 24 4.1.12贮碱罐 ............................................................................................................................................. 24 4.1.13甲醇罐 ............................................................................................................................................. 25 4.1.14污泥处理系统 ................................................................................................................................. 25 4.1.15综合用房 ......................................................................................................................................... 26 4.2设备及管道选用 ................................................................................................................................. 26 4.3处理效果预测表 ..................................................................................................................................27 5、

电气设计 ........................................................................................................................................ 28 5.1设计描述 ............................................................................................................................................. 28 5.2装置供配电系统 ................................................................................................................................. 28 5.3不间断电源（UPS）装置 ................................................................................................................... 28 5.4供配电系统电压 ................................................................................................................................. 28

5.5主要设备选择 ..................................................................................................................................... 28 5.6装置的环境特征及配电材料选择 ...................................................................................................... 29 5.7动力用电设备的操作保护.................................................................................................................. 29 5.8配电线路 ............................................................................................................................................. 29 5.9照明 ..................................................................................................................................................... 30 5.10防静电、防雷及接地 ........................................................................................................................ 31 6、

分析化验 ........................................................................................................................................ 33 6.1分析室任务 ......................................................................................................................................... 33 6.2分析设备的选型原则 ......................................................................................................................... 33 6.3分析室的组成及建筑面积.................................................................................................................. 33 6.4采暖通风及空调要求 ......................................................................................................................... 33 6.5分析室对水、电的要求和消耗量 ...................................................................................................... 33 6.6定员 ..................................................................................................................................................... 34 7、

总平面布置方案 ............................................................................................................................. 35 7.1总平面布置 ......................................................................................................................................... 35 7.2竖向设计 ............................................................................................................................................. 35 7.3装置运输方案 ..................................................................................................................................... 35 8、

控制、仪表方案 ............................................................................................................................. 36 8.1 PLC控制方案 ...................................................................................................................................... 36 8.2控制室设置 ......................................................................................................................................... 36 8.3安全技术措施 ..................................................................................................................................... 37 8.4仪表选型 ............................................................................................................................................. 37 8.5控制室监控系统 ................................................................................................................................. 37 8.6现场仪表 ............................................................................................................................................. 39 8.7仪表电源 ............................................................................................................................................. 40 8.8仪表气源 ............................................................................................................................................. 40 9、

土建方案 ........................................................................................................................................ 41 9.1建筑设计 ............................................................................................................................................. 41 9.2结构设计 ............................................................................................................................................. 42 9.3结构抗震设计 ..................................................................................................................................... 43 9.4主要结构材料的选用 ......................................................................................................................... 43 10、 11、

防腐方案 ........................................................................................................................................ 44 给排水与消防方案 ......................................................................................................................... 45

11.1防火措施 ............................................................................................................................................ 45 11.2灭火措施 ............................................................................................................................................ 45 12、 13、 14、 15、 16、 17、

采暖通风方案 ................................................................................................................................. 47 电信方案 ........................................................................................................................................ 49 能耗及物耗指标 ............................................................................................................................. 50 环保、水土保持、工业卫生、安全 .............................................................................................. 51 定员 ................................................................................................................................................ 53 设备系统投资 ................................................................................................................................. 54

1、 概况

某煤化工公司，主要生产甲醇二甲醚，本项目废水处理装臵的主要任务是处理各生产工艺装臵、辅助设施产生的生产和生活污水。因水量大，污染程度较高（尤其是氨氮），需要进行无害化处理。污水来源包括：气化装臵排水、低温甲醇洗废水、甲醇合成废水、甲醇精馏废水、二甲醚装臵排水、生活及化验污水、初期雨水和污水回用设施排出的泥水等。根据买方设计院提供的《技术规格书》，确定废水处理站处理能力为6240m3/d。

污水经处理后出水要求达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的一级标准。

1.1煤气化废水的水质特性

目前在国内煤气化技术主要有三种：一为“德士古”工艺，采用水煤浆气化技术，废水特性为高氨氮（约500mg/L），由于采用高温气化工艺，水质相对洁净，有机污染程度较低；二为“壳牌”工艺，采用粉煤灰气化技术，废水特性为高氨氮（~300mg/L）、高氰化物（~50mg/L），其也采用高温气化工艺，水质相对洁净，有机污染程度低；三为“鲁奇”工艺，因气化温度低，废水成分复杂，污染程度高，特性为高氨氮（~400mg/L）、高COD（~4000mg/L）、高酚（~600mg/L）、高石油类（~200mg/L）。三种技术所产废水以“鲁奇”排水成分最为复杂、处理难度也最高。三类废水也有共性，即——高氨氮性。氨氮的达标处理是目前煤气化废水处理的重点和难点，已成为处理成败的决定因素。

1.2氨氮的处理工艺

废水氨氮的达标处理工艺多种多样，会因氨氮浓度的不同而存在巨大的差异。一般来说，大于500mg/L采用物化（主要有折点氯化法、吹脱法、化学反应法等）结合生化的综合强化工艺居多，小于100mg/L则采用纯生化工艺，100~500mg/L时可采用物化结合生化工艺也可采用纯生化工艺。由于折点氯化法和化学反应法对监测、控制设备要求很高，目前国内很少采用，对氨氮的物化处理国内通常采用吹脱法，因此，物化结合生化的氨氮综合强化处理工艺在国内可简单地理解为“吹脱＋生化”法。本项目废水氨氮平均浓度达到260mg/L，“吹脱＋生化”法或纯生化工艺均适用，但本项目采用“吹脱＋生化”法具有如下缺点：

1、溢出氨气，造成氨的二次污染。 2、反复调整PH值，酸碱消耗量大。

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3、冬季废水温降低，影响后续生化效果。达到60%去除率需要交换风量500~2000m3〃气/m3〃水，低值对应PH值12，高值对应PH值10。

4、规模不适用。吹脱法处理氨氮规模不大于50m3/h，否则不经济，也影响处理效果。本工程规模，空气流速按液泛速度的60%（常规取值）计算，最小通风量条件下（PH值需调至12以上）也需要8.8m直径的吹脱塔，布气和布水均无法均匀，肯定造成短流，使吹脱效果大大下降。以多台并联形式弥补时需要34台3m直径的吹脱塔，规模过大，结合后续工艺将出现头重脚轻的味道。大通风量更甚，需要17.6m直径或并联的136台3m直径的吹脱塔。

纯生化工艺处理气化废水已有多项成功先例，因此本项目直接采用生化处理工艺是完全可行的。

但是——不是所有的生化工艺均适用于气化废水的脱氮处理，同时——专用于脱氮的生化工艺也受适用性的限制，总体上说适用与处理气化废水的脱氮工艺选择空间不大。目前气化废水真正成功的先例多出自多段A/O的SBR即IMC生物脱氮工艺

生物脱氮是利用自然界的氮循环原理，采用人工控制的方法予以实现的。具体过程为：污（废）水中的有机氮在好氧条件下离解成氨氮，而后在硝化菌的作用下转化为硝酸盐氮（这个阶段称为好氧硝化）；随后在缺氧条件下，反硝化菌作用并由碳源提供能量，使硝酸盐氮部分变成氮气逸出（这阶段称为缺氧反硝化）。整个生物脱氮过程就是氮的分解还原反应，反应能量从有机物中获取。在硝化与反硝化过程中，影响其脱氮效率的因素主要是温度、溶解氧、PH值、碱度以及反硝化所需碳源等。生物脱氮系统中硝化菌增长速度缓慢，所以要有足够长的污泥泥龄。反硝化菌的生长主要在缺氧条件下进行，并且要有充裕的碳源提供能量才可促使反硝化过程顺利进行。

1.3多种生物脱氮工艺的比较 A/0 A/0 处理工艺 生物滤池 常规SBR IMC(多段A/0+SBR) （一级A/0） （两级A/0） （四级A/0） （一级A/0） 主要指标 <85% <98% <98% <80% ≥98% 氨氮处理效率 (不能达标) (较难达标) (较难达标) (不能达标) (能够达标) 工程投资 运行费用 能 耗 占地面积 回 流 量 低 较高 较高 较小 较低 高 高 大 高 低 低 小 不需要 低 低 低 小 不需要 较低 低 低 较小 不需要 需要，且很大 需要，且很大 2

A/0 A/0 处理工艺 生物滤池 常规SBR IMC(多段A/0+SBR) （一级A/0） （两级A/0） （四级A/0） （一级A/0） 主要指标 产 泥 量 相同工程 成功先例 大 无 大 不清楚 小 不清楚 较小 无 小 大量 以上比较可以看出基于多级A/O+SBR工艺是唯一可以保证达标排放的处理工艺，同时在能耗、运行费用和产泥量上具有明显优势，工程投资方面具有相对优势。效果最差的是一级A/O和常规SBR工艺，多级A/O或多级A/O的生物滤池工艺要保证达标排放需要更多的基础性研究和试验。

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3.1.3 出水水质要求

按照国家环镜保护标准《污水综合排放标准》GB8978-96的污水排放标准，本污水处理站处理后的排放标准按一级标准考虑，具体指标如下：

项目 pH CODcr mg/l 氨氮 mg/l SS mg/l BOD5 mg/l 总氰化物（按CN－计 废水排放水质标准 6~9 ≤100 mg/l ≤15 mg/l ≤70 mg/l ≤20 mg/l ≤0.5mg/l ≤1mg/l 备注 硫化物 3.2 污水处理工艺流程 3.2.1 选择思路

根据上述进出水水量和水质情况，我方考虑处理工艺的选择必须依照如下思路： 1、采用以生化方法为主、物化法为辅的综合强化处理工艺；以空气为氧化剂对有机污染物和氨氮进行氧化，以节约处理费用。

2、根据国内外煤气化污水处理工程经验和实例，优化处理工艺，确保达标排放； 3、工艺流程简捷、高效；工程造价低、运行经济、便于管理；自动化程度高。

3.2.2 污水处理技术

1、拦污设施

我们将废水共分为2类，一类为压力废水，一类为自流废水。压力废水中不含大颗粒物质，且即使含有大颗粒物，拦截设施也应在原始提升设施处前设臵，不在工程范围内，应由总体设计院考虑。因此压力废水不考虑设臵拦截设施。自流废水主要是生活污水等，不仅因为生活污水本身夹杂颗粒和块状物，也因为在较长的自流管网系统中，检查井容易进入大颗粒物质，因此自流废水必须设臵拦截设施。拦截设施设臵于自流废水进入主体处理工序的最前端。

2、水质水量的调节

废水来水不均匀程度较高，为避免水质水量波动对处理系统产生不良影响，需要

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设臵足够容量的调节设施。

3、物化处理

根据国内现有以煤气化污水为主的污水处理装臵的运行经验，本工程污水中虽含有一定浓度的氰化物和硫化物，但浓度低，在后续生化工艺中可实现达标处理，故不再考虑物化破氰脱硫预处理工艺。

污水中悬浮物含量较高，为降低后续主体处理构筑物SS堵塞的可能和频次，需要设臵沉淀设施。

4、生物处理

本工程废水属有机含氮废水，有机物以甲酸盐为主，氮以无机氨氮为主，突出的特点是：对于常规生物处理来说，本工程污水的BOD和NH3-N比仅达1.65:1（常规生化处理时此值约为6:1以上）。因此必须采用特别的、有针对性的生化处理工艺，通过驯化培养活性污泥中的优势微生物群体（硝化菌、反硝化菌及普通异养菌），在生长过程中利用周围环境中的营养物质（即水中的有关污染物质）进行新陈代谢，达到降解污染物、净化水质的目的。生物处理方法主要分厌氧和好氧两种。

（1）厌氧生物处理

厌氧生物处理多用于高浓度有机废水和难降解有机废水的处理，低浓度废水很少选用。本项目废水有机物含量较低，采用厌氧生物处理很不实用。但为了彻底去除氨氮，不但要充分考虑好氧硝化，使氨氮充分转化为硝酸盐及亚硝酸盐氮，而且要在厌氧条件下进行反硝化，使反硝化菌利用硝酸根和亚硝酸根中的氧，对污水中的有机物进行降解，同时使硝酸盐及亚硝酸盐氮转化为N2，进而排出水体。

（2）好氧生物处理

混合废水的B/C值约为0.5，且有机物浓度较低，采用好氧生化是比较经济的。但因废水中氨氮浓度较高，因此好氧生化工艺必须具备脱氮功能。

所有生物脱氮工艺均基于A/O（缺氧/好氧，或是反硝化/硝化）原理，目前常用生物脱氮工艺主要有：A/O、SBR、IMC等。

◆ A/O脱氮工艺

通常所说的A/O工艺为连续进水、连续排水的缺氧反应池与好氧反应池分别独立的活性污泥系统或接触氧化系统。其特征是缺氧池与好氧池分别设臵（空间分隔），相

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互隔离互不干涉，通常缺氧池设臵在好氧池前，称为“前臵反硝化工艺”。为达到反硝化的目的，A/O脱氮工艺需要大量好氧池出水回流至缺氧池前端。其简要工艺过程如下：

污水 A级生化池 泵 O级生化池 空 气 沉淀池 排放

从上述流程可以看出：要提高A级池反硝化脱氮效率，回流液提供的硝态氮越多越好。提高硝态氮的量有两钟方法，一是增加回流比（回流比计算见下文），二是提高硝态氮浓度。提高回流比有可能造成A级池的富氧化，破坏反硝化环境，降低反硝化率，同时也增加了动力消耗。O级池排至沉淀池和回流至A级池的水质相同，提高硝态氮浓度则意味着出水含氮（主要为硝态氮）升高，直接导致出水超标。因此，A/O工艺脱氮是有限度的，其脱氮效率通常不超过85%。本项目废水要求脱氮效率达到97.44%，显然，采用A/O工艺无法保证达标排放。

回流比的计算：

原废水NH3-N平均为260mg/L，出水标准NH3-N≤15mg/L，BOD≤20mg/L。回流比R可由下式计算：

(NH3?N)0?(NH3?N)e?(NO3?N)e?1

(NH3-N)0——进水氨氮浓度（260mg/L）； (NH3-N)e——出水氨氮浓度（15mg/L）；

(NO3-N)e——出水硝态氮浓度（20÷1.14=17.54mg/L）。

注：1mg/L的NO3-N引起BOD值为1.14mg/L，出水BOD≤20mg/L。

则可计算出R=13（理论值），实际回流比将大于15，因此该生产废水采用A/O工艺所需的回流量相当大，处理流量为260m3/h时，回流量将至少达到3900m3/h，动力消

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耗巨大。另外，由于大量好氧水的回流，可能干扰缺氧池的缺氧环境而影响反硝化效果，所以必须增大缺氧池容积。按缺氧环境下反硝化反应时间3h计，将回流量计算在内，估算缺氧池容积至少为12000m3，相当与正常流量停留时间46h。

从目前运行的工程实例来看，传统A/O工艺通常被成功应用于低浓度含氨氮废水的处理，如生活污水、城市污水处理厂等，应用于氨氮浓度超出100mg/L废水时的成功先例不多，且投资较高，突出的问题是氨氮去除率难以达到90%，同时系统不太稳定，在出现硝态氮累积时易造成污泥体系各菌群的比例失调。

◆ IMC

IMC工艺为传统SBR工艺的变形工艺，是近年发展起来的一种先进的预批式除磷脱氮处理法，该处理工艺集反应池、沉淀池为一体，间歇进水，间歇反应，停气时污水沉淀撇除上清液，并排出剩余污泥，成为一个周期，周而复始。

进水阶段：废水进入IMC池的阶段，通常为一个运行周期的开始。

反应阶段：反应阶段又分两种阶段：曝气和搅拌，两个阶段依次反复数次。 曝气阶段：也称硝化阶段。由曝气系统向反应池供氧，此时有机污染物被微生物氧化分解，同时污水中的NH3-N通过微生物的硝化作用转化为NO3--N。

搅拌阶段：也称反硝化阶段。此时停止曝气而继续搅拌，使泥水充分混合，微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解，反应池逐渐好氧状态向缺氧状态转化，开始进行反硝化反应。

沉淀阶段：停止搅拌，池中泥水静止分离，活性污泥逐渐沉到池底，上层水逐渐变清。

滗水阶段：沉淀结束后，臵于反应池末端的滗水器开始工作，自上而下逐渐排出上清液。此时，反应池逐渐过渡到厌氧状态继续反硝化。

闲臵阶段：闲臵阶段即是滗水器上升到原始位臵阶段，通常为一个运行周期的结束。

在IMC处理工艺中，硝化和反硝化在同一池内进行，不需要好氧废水的回流，因此理论上脱氮效率可无限接近于100%。IMC工艺运行方式十分灵活，通过控制供氧量使运行环境在兼氧和好氧之间不断变换，这时可以将IMC工艺看成多个A/O工艺的串联组合体，所以能够保证很高的脱氮效果。实践表明，IMC工艺的脱氮效率可以达到

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99%以上，只要设计和运行得当，完全可以保证本项目废水达标排放。

IMC工艺的特点是：

◇ 由于IMC法中，集曝气、沉淀同一池内，节约了沉淀池和污泥、污水回流系统，所以占地省、运行费用低、设备简单、维护方便；

◇ IMC池运行比较灵活，各阶段的转化通过时间控制，可随需要任意更改，以满足不同水量、水质、处理要求的需要；

◇ 由于每次滗水只排出池中少量达标废水，其它剩余泥水对进水有很强的缓冲功能，因此IMC法的抗冲击负荷能力很强，对原污水水质、水量变化的适应能力较高；

◇ 由于运行方式模块化、程序化，因此比较容易实现自动化控制。 另外IMC还有以下优点：

◇ 根据反应动力学理论，生物作用于有机基质的反应速率与基质浓度呈一级动力学反应，IMC是按时间推流的，即随着污水在池内反应时间的延长，基质浓度由高到低，是一种典型的推流型反应器。从选择器理论可知，其扩散系数最小，不存在浓度返混作用。在每个运行周期的充水阶段，IMC反应池内的污水浓度高，生物反应速率也大，因此反应池的单位容积处理效率高于完全混和型反应池以及不完全推流式反应池 。

◇ 由于IMC反应池内的活性污泥交替处于厌氧、缺氧和好氧状态，因此，具有脱氮除磷的功效。A/O法要使脱氮率达到75％以上，其污泥回流量须为数倍的进水量，动力消耗很大，而IMC法则不同，由于运行是在同一反应池内进行的，无污泥回流量但池内污泥浓度最大，因此，IMC法的脱氮效率不但高而且稳定。

◇ IMC法的运行效果稳定，既无完全混和型反应池中的跨越流，也无接触氧化法中的沟流。

◇ IMC反应池在运行初期，池内BOD浓度高，而DO浓度较低，即存在着较大的氧传递推动力，因此，在相同的曝气设备条件下，IMC可以获得更高的氧传递效率。

◇ IMC反应池中BOD浓度梯度的存在有利于抑制丝状菌的生长，能克服传统活

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