制革工业废水处理设计说明

制革工业废水处理设计说明
1.制革工业废水的产生和特点
皮革加工是以动物皮为原料，经化学处理和机械加工而完成的。

加工工艺大致由浸水、去肉、浸灰脱毛、脱毛软化、浸酸鞣制、复鞣、中和染色、加脂等工序组成。

原料加工和加工工艺均会对环境产生不同的污染。

总体来看，制革工业的污染之——是来自于其加工过程中产生的废水。

在皮革加工的过程中，大量的蛋白质、脂肪转移到废水、废渣中。

在加工过程中采用的大量化工原料，如酸、碱、盐、硫化钠、石灰、铬鞣剂、加脂剂、染料等，其中有相当一部分进入废水之中。

制革废水主要来自于鞣前准备、鞣制和其他湿加工工段，这些加工过程产生的废液多是间歇排出，其排出的废水是制革工业污染的最重要来源。

皮革生产中，为防腐败，新鲜的原皮都是要用食盐裸存，在浸皮时食盐溶入废水中。

在生皮的预处理中，生皮中蛋白质和油脂也成为污染物而进入废水。

为了使毛皮和生皮分离。

浸灰脱毛大量使用了石灰和硫化钠，结果是使大量碱性化合物，硫化物，毛皮和蛋白质进入废水。

脱灰使用弱酸盐，如氯化铵和硫酸铵来中和石灰，又使大量氨进入废水。

浸酸和铬鞣对环境的直接危害是大量硫酸和Cr3+进入废水。

在加脂、染色等工艺又将有机溶剂、偶氦染料和金属铬合染料等合成有机会带入废水。

制革废水的特性表现在以下几个方面：
1.水量水质波动大：水量总变化系数达到2左右，而水质的变化系数更大，达到10左右。

2.可生化性好：废水中含有大量原皮上可溶性蛋白、脂肪等有机会和甲酸等低分子添加有机物，BOD5/COD比值通常在0.40~0.45之间。

3.悬浮物浓度高，易腐败，产生污泥量大。

大量原皮上的去肉和渣进入废水，废水中悬浮固体浓度高达数千毫克/
升。

4.废水含S2-和总铬等无机有毒化合物。

Cr3+会对微生物带来抑制作用；硫化物进入生物处理还会影响活性污泥的沉降性能，使固液分离效果下降。

2.数据及工艺流程
2.1数据
牛皮制革厂间歇性排放废水
排放量：1800m3/d(其中70%为高浓度废水，30%为低浓度废水)
进水水质COD:600~15000mg/L、BOD5:60~3000mg/L、Ph:8.5~10、Cr3+:2~800mg/L、SS:300~3000mg/L、色度：300~1200倍、S2-：2~300mg/L
出水水质：COD:300mg/L、BOD5:30mg/L、Ph:6、Cr3+:1.5mg/L、SS:200mg/L、色度：30倍、S2-:1.0mg/L
2.2处理工艺比选、确定
2.2.1制革废水处理工艺
制革废水的处理主要为物化法和生化法。

物化的方法包括混凝沉淀法和混凝气浮法。

即向废水中投加混凝剂，使废水中不能自然沉降的胶体颗粒凝聚，通过沉降或上浮达到和水分离的目的。

物化法适合中小制革厂，处理综合效率一般对COD去除率为70%～85%；对BOD5去除率为50%～80%；对SS 去除率为85%～95%；对总铬去除率为>98%；对S2-去除率95%物化法处理制革废水，水质难达到现行国家标准，因此需做进一步处理。

生化处理包括活性污泥法、生物膜法和厌氧法等。

活性污泥法是比较传统和成熟的方法。

其处理效率：COD为70%～80%，BOD5为85%～96%。

间歇式活性污泥法（SBR）具有构筑物简单，不设二沉池，无污泥回流，操作灵活，曝气时间和曝气量可调，以管理，不易产生污泥膨胀，同时具有调节水质水量的作用，因此可适当减少调节池的容积。

生物膜法一般采用接触氧化法，这种方法负荷高，无污泥回流，产泥量比活性污泥少，氧化池需安装填料，费用增加。

氧化沟构造简单，负荷低，池容大，耐冲击负荷。

具有脱氮的优点。

氧化沟处理制革废水比较成熟且效率较高一点。

厌氧法有机物去除率COD为60%左右，无动力消耗，可省去预处理沉淀池，产泥量少，但培菌时间长。

受S2-和Cr3+含量的影响，受温度影响。

2.2.2工艺确定
1.曝气调节池
曝气调节池是在调节池鼓风、曝气，可以充分搅动混合废水，促进废水絮凝，补充废水溶解氧，防止厌氧产生臭气，氧化某些还原剂如S2-等，具有预曝气作用，可以将部分具有絮凝作用、混凝作用的混凝污泥或生物污泥引入。

一般来说，调节池具有下列作用：
减少或防止冲击负荷对设备的不理影响；使酸性废水和碱性废水得到中和，使处理过程中pH值保持稳定；调节水温；当处理设备发生故障时，可起到临时的事故贮水池的作用；集水作用，调节来水量和抽水量之间的不平衡，避免水泵启动过分频繁。

2.卡鲁塞尔型( Carrousel)氧化沟
根据处理污水的性质和特点，拟采用生物处理方法。

本设计采用Carrousel氧化沟为主要的处理构筑物。

Carrousel氧化沟系统是多沟串联氧化沟系统，在每组沟渠的转弯处安装有表面曝气机，兼有供氧和推流搅拌的作用，污水在沟道转折巡回流动，处于完全混合状态有机物不断氧化得以去除。

由于氧化沟的长度较长，水中溶解氧的水平会产生较大的差距，从而可在氧化沟中形成富氧区、低氧区进而能够形成生物脱氮的环境。

当有机负荷低时，还可以停用其中的若干曝气机，在保证水流搅拌混合循环的前提下，节约能源消耗。

此工艺在我国已经得到了大量的应用，实践证明该工艺具有设备简单，管理方便，运行稳定，处理水质好的优点。

沉淀回收
3.构筑物设计
3.1格栅设计
（1）格栅的间隙数
栅前水深h=0.4m; 过栅流速一般采用0.6～1.0m/s，这里取0.8m/s。

格栅的倾角一般采用45°～75°。

这里取60°。

格栅栅条间隙取25mm
栅条间隙数n=Q√sinα/bhv
是格栅倾角，b是格栅间隙宽度，v是过栅流速。

格栅栅条间隙数n=0.44*√sin60°/(0.025*0.4*0.8)=52个
格栅数量：设两组并列的格栅，每组26个
（2）栅槽宽度B=s(n-1)+bn
S是栅条宽度格栅栅条宽度s取0.01m.
格栅栅槽宽度B=0.01*（52-1）+0.025*52=1.81m
(3) 通过格栅的水头损失:h1=k*β*(S/b)^4/3*v²/2g*sinα
格栅条阻力系数β取2.42，水头损失增大系数k取3
h1=3*2.42*(0.01/0.025)^4/3* 0.8²/2*g*sin60°=0.06m
（4）栅条总高度
超高采用h2=0.3m,则栅条总高度H=h+h1+h2=0.4+0.06+0.3=0.76m
（5）栅槽总长度
B1=1.6m,α1=α2
l1=(B-B1)/(2*tanα1)= (1.81-1.6)/(2*tan20°) =0.29m
l2=(B-B1)/(2*tanα2)=(1.81-1.6)/(2*tan20°)=0.29m
H1=h+h2=0.4+0.3=0.7m
L=l1+l2+1.0+0.5+H1/tan60°=0.29+0.29+0.5+1.0+0.7/tan60°=2.4m
(6)每日栅渣量W=Q*W1/1000=1800*0.05/1000=0.09m3/d<0.2m3/d
3.2沉沙池
选用钟式沉砂池Q=310L/S，停留时间t=20～30s,取t=25s,有效水深h=Q/A=1.06m
查表选取型号300，则相关参数如下：
沉砂池参数
A B
C D E F G H J
K L
3.05 1.0 0.610 1.200 0.30 1.55 0.45 0.30 0.45 0.80 1.35
3.3调节池
调节池有效体积V=Q*t=1800/24*8=600m3
取停留时间为8h
调节池平面形状为矩形，取有效水深h1=5.0m,调节池面积A=V/h2=120m2
池宽B=10m，则池长L=A/B=12m
调节池超高h2=0.3m 池总高H=h1+h2=5.0+0.3=5.3m
3.4催化氧化池
加入硫酸锰进行催化氧化，使S2-氧化为SO42—及单质S沉淀，每1Kg硫化物反应生成硫酸根约需0.6Kg氧，催化剂MnSO4用量为28g，浓度约为100mg/l，反应最佳PH值为10，反应时间为5～8h，S2-去除率可达到80％左右。

停留时间为7h
有效体积V=Q*t=1800/24*7=525m2取有效水深h1=4.0m，面积A=V/h1=131m2
池宽B=10m，则池长L=A/B=13.1m取13.5m
池超高h2=0.3m，池总高H=h1+h2=4.0+0.3=4.3m
由上可知，含硫物有379.08kg/d,,则需浓度为100mg/L的硫酸锰溶液106m3/d
3.5反应沉淀池
从理论上来说，当PH在8.5时，加碱沉淀法是完全可以将含铬废水中的三价铬沉淀出来的，上层清液是完全可以达到污水排放标准的，使用氢氧化钠来调节PH。

加碱（加NaOH），的同时蒸汽加温至65℃，PH控制在8.5，反应2h，然后静止沉淀，可生成氢氧化铬沉淀。

取停留时间为4h
有效体积V=Q*t=1800/24*4=300m2取有效水深h1=3.0m，面积A=V/h1=100m2
池宽B=10m，则池长L=A/B=10m
池超高h2=0.3m，池总高H=h1+h2=3.0+0.3=3.3m
由上可知，Cr3+有1009.08kg/d,则需氢氧化钠3027.24kg/d
3.6曝气调节池
曝气调节池是在调节池鼓风、曝气，可以充分搅动混合废水，促进废水絮凝，补充废水溶解氧，防止厌氧产生臭气，氧化某些还原剂如S2-等，具有预曝气作用，可以将部分具有絮凝作用、混凝作用的混凝污泥或生物污泥引入。

一般来说，调节池具有下列作用：
减少或防止冲击负荷对设备的不理影响；使酸性废水和碱性废水得到中和，使处理过程中pH值保持稳定；调节水温；当处理设备发生故障时，可起到临时的事故贮水池的作用；集水作用，调节来水量和抽水量之间的不平衡，避免水泵启动过分频繁。

（1）调节池有效体积V=Q*t=1800/24*8=600m3
取停留时间为8h
调节池平面形状为矩形，取有效水深h1=4.0m,调节池面积A=V/h2=150m2
池宽B=10m，则池长L=A/B=15m
调节池超高h2=0.3m 池总高H=h1+h2=4.0+0.3=4.3m
（2）空气管计算
在调节池布置曝气管，气水比为5:1，空气量为Q=0.069 m3/s*5=0.35 m3/s。

利用气体的搅拌作用使来水均匀混合，同时达到预曝气的作用。

空气总管D1取200mm，管流速V1=4Q/π*D1²=4*0.35/(π*0.2²)=11.1m/s
V1在10～15m/s围，满足规要求。

空气支管D2：共设2根支管，每根支管的空气流量q=Q/2=0.35/2=0.175m3/s
支管空气流速V2应在5～10m/s围，选V2=7m/s,则支管管径
D2=√(4q/(π*v²))=√(4*0.175/(π*7))=0.178m=178mmD2取175mm
校核：V2=4*0.175/（π*0.175²）=7.3m/s在5～10m/s围
沿支管方向每隔2m设置两根对称的穿孔管，靠近穿孔管的两侧池壁各留0.5m，则穿孔管的间距数为(L-2×0.5)/2=（15-1）/2=7,穿孔管的个数n=(7+1)×2×2=32。

每根支管上连有16根穿孔管。

通过每根穿孔管的空气量q1，q1=q/16=0.175/16=0.0875m3/s
则穿孔管直径D2=√(4q/(π*v))=√(4*0.0875/(π*7))=0.126m=126mm取
校核：V=0.0875*4/(π*0.15²)=5.0m/s, 在5～10m/s围。

3.7Carrousel氧化沟
污泥龄θc=15d；污泥产泥系数Y=0.5kgMLSS/kgBOD5；污泥浓度X=4000mg/l；污泥自身氧化率Kd=0.05；水流量Q=1800m3/d；
氧化沟进水BOD5:S0=3000mg/l；Se=30mg/l；污泥含水率p=99.2%。

（1）硝化区的容积
V1=YQ(S0-Se)/(X*(1+Kd*θc))=0.5*1800*(3000-30)/(4000*(1+0.05*15))=382m3
(2)氧化沟总容积
V=V1/K=382/0.55=695m3
K—具有活性作用的污泥的总污泥量的比例，一般采用0.55左右
（3）采用1座4廊道式卡鲁塞尔氧化沟，取池深H=2.5m，超高取0.5m，宽B=4m
沟总长L=V/NhB=695/(1*3*4)=58m
单沟长l=58/4=14.5m
(4)剩余污泥量
W=YQ(S0-Se)/(1+Kd*θc)=0.5*1800*(3000-30)/1000/(1+0.05*15)=1527kg/d
湿污泥量Qs=W/(1-P)/1000=1527/(1-0.992)/1000=196.5m3/d
（5）最大需氧量的计算
O2=Q*(S0-Se)+1.42*∆X*f+4.6*(N0-Ne)-0.07*∆X*f-2.6*∆NO3-=1800*(3000-
30)/1000+1.42*1527*0.75+4.6*22.69/1000-0.07*1527*0.75-
2.6*17.69/1000=6892kg/d
（6）标准需氧量
O2’=O2*Cs(20)/(α*(β*Cs(T)-C)*1.024^(T-20))=6892*9.07/(0.9*(0.95*8.24-2)*1.024^(25-20))=10585kg/d=441kg/h
3.8二沉池
竖流式二沉池中污水沿着中心管向下流动，经过中心管下部的反射板折向上方，由沉淀池顶部锯齿形三角堰收集排出。

竖流式沉淀池由进水装置、中心管、出水装置、沉淀区、污泥斗、排泥装置组成。

Q=1800m³/d=0.0208m³/s，考虑到回流污泥量，沉淀池进水流量Q1，
Q1=Q+RQ0=0.0208+0.015*0.5=0.0283m³/s
1.中心进水管面积
A1=Q/v0,设计中取v=0.03m/s,A1=0.0283/0.03=0.94㎡
中心进水管直径d0=√4A1/π=√4×0.94/3.14=1.09m,设计中取d0=1.1m,进水管采用
DN=200mm,管流速v=4Q/πD×D=4×0.0283/（3.14×0.2×0.2）=0.9m/s
2.中心进水管喇叭口与反射板之间的缝隙高度
h3=Q/v1πd1,设计中取v1=0.02m/s,d1=1.50m,h3=0.0283/(0.02*3.14*1.50)=0.30m
3.沉淀区有效面积
A2=Q/v，设计中取沉淀池的表面负荷q’=1.4m³
/(㎡·h),v=q’=0.000388m/s,A2=0.0208/0.000388=53.61㎡
4.沉淀池边长
B=√（A1+A2）=√(53.61+0.69)=7.37m,设计中取7.40m<8m
5.沉淀池有效水深（m）
h2=q’t,设计中取t=2.5h,h2=1.4*2.5=3.5m,校核沉淀池边长与水深之比，
B/h2=7.4/3.5=2.1<3
6.污泥区容积
V1=2(1+R)Q0X/0.5(X+Xr),设计中取Q0=0.015m³/s，R=50%
Xr=10^6r/SVI,X=XrR/(1+R),设计中取SVI=100，r=1.2，
Xr=12000mg/L,X=4000mg/L,V1=81m³
7.污泥斗容积
污泥斗设计在沉淀池的底部，采用重力排泥，排泥管伸入污泥斗底部，为防止污泥斗
底部积泥，设计中采用污泥斗底部边长0.5m，污泥斗倾角60°。

V1=1/3h5(a*a+a2*a2+√a*a*a2*a2),h5=0.5(a-a1)tg60°
设计中取a=7.4m，a1=0.5m，h5=1.732*(7.4-0.5)/2=5.98m V1=1/3*5.98*(7.4*7.4+0.5*0.5+√7.4*7.4*0.5*0.5)=117m³>81m³
污泥斗容积可以满足污泥区的要求。

8.沉淀池总高度
H=h1+h2+h3+h4+h5,设计中取h1=0.3m，因为污泥面较低，设计中取缓冲层高度
h4=0.3m。

H=0.3+3.50+0.3+0.3+5.98=10.38m
9.集配水井
沉淀池进水端设立集配水井，污水在集配水井中部的配水井平均分配，然后流进每组沉淀池。

配水井中心管直径D2=√4Q*Q/πv2，设计中取v2=0.7m/s，Q=1.355m³
/s,D2=1.57m,设计中取1.60m
配水井直径D3=√(4Q/πv3+D2*D2),设计中取v3=0.3m/s,D3=2.88m,设计中取2.90m
集配水井直径D1=√（4Q/πv1+D3*D3）,设计中取v1=0.25m/s，D1=3.91m,设计中取3.90m。

10.进水渠道
流量为0.283m³/s,污水进入进水渠道后由沉淀池中心管流入沉淀池。

进水渠道宽度0.6m，进水渠道水深0.5m，水流流速0.56m/s。

11.出水渠
沉淀池出水经过出水堰跌落进入出水渠道，然后汇入出水管排入集配水井中外部的集水井。

出水堰采用单侧90°三角形出水堰，三角堰顶长0.16m，深0.08m，集水槽宽0.3m，沉淀池有185个三角堰。

三角堰流量Q1为：n=4(B-2B1)/a,设计中取B=7.4m，B1=0.3m，a=0.16m，n=170，Q1=Q/n=0.0208/170=0.000122m³/s，
H1=0.7*0.000122^0.4=0.019m，三角堰后自由跌落0.10m，则出水堰水头损失为
0.119m，设计中取0.12m。

堰上负荷：0.0208*1000/（7.4*4）=0.7L/(s·m)<1.5 12.出水渠道
出水渠道设在沉淀池四周，单侧集水。

集水量为0.0208/2=0.0104m³/s,出水渠道宽0.5m，水深0.3m，水平流速0.42m/s。

出水渠道将三角堰出水汇集送入出水管，出水管采用钢管，管径DN300mm，管流速0.89m/s。

13.排泥管
14.排泥管伸入污泥斗底部，为防止排泥管堵塞，排泥管管径设为200mm。