某維生素有限公司在生產過程中產生大量生產廢水。根據廢水濃度高低，可分為兩類。一類為高濃廢水，COD濃度約33000mg/l，并含有25％左右的氯化氨，pH≈5，偏酸性，排放水量200t/d左右。第二類為清洗水和水洗水，COD濃度較低，約為1500mg/l，pH≈5~6，水量也為200t/d左右。廠區廢水經處理后要求廠區所在地污水廠接管標準，主要指標為：COD≤1000mg/l，BOD≤500mg/l。

某維生素有限公司相當重視環境保護。公司領導決定建設污水處理設施，對廠區污水進行綜合治理，以確保廠區污水經處理后出水達到廠區所在地污水廠接管標準、

為此，某維生素有限公司委托我公司進行該項目污水處理工藝方案的設計。我公司根據某維生素有限公司提供的基礎資料和相關設計規范、標準，本著保證穩定達標、最大限度地考慮投資效益和處理成本的原則，提交本污水處理工藝方案供有關領導及專家決策參考。

維生素生產廢水處理：設計范圍
1．某維生素有限公司污水處理工程工藝設計。包括：工藝、結構、電氣等主要專業的詳細設計、設備選型和說明等技術文件。
2．工程投資概算等。
3．工程的安裝、調試及操作人員的上崗培訓等。

維生素生產廢水處理：設計依據
1．某維生素有限公司提供的廢水水量水質情況及其它有關資料；
2．某人民政府關于廢水處理的相關文件。
3．同類型污水處理設施設計、運行的成功經驗。
污水處理工程設計水量
污水處理工程主要功能為：接納并有效處理廠區內的生產廢水，確保出水達到污水廠接管標準。根據化工廢水處理設計相關規范和同類型污水處理設施設計、運行經驗，本方案確定處理系統設計處理水量、時平均流量、運行方式等參數如下：
處理水量：400m3/d；
時平均流量：Qh=16.7m3/h；
運行方式：24小時連續運行。

維生素生產廢水處理：2.2污水處理工程設計水質
根據提供的資料，污水處理系統進水水質主要指標如下表：

維生素生產廢水處理：2.3出水排放標準

根據當地有關化工廢水排放標準和相關的設計規范，廢水經處理后，必須達到當地污水廠接管標準，因此本污水處理工程出水水質主要考核項目及指標如下表所示：
出水水質主要考核指標

處理工藝選擇及確定
維生素生產廢水處理：3.1工藝設計原則、依據
維生素生產廢水處理：3.1.1污水處理工藝設計原則
根據進水水量、水質特點和出水排放標準的要求，采用國內外成熟、先進，高效、實用，經濟合理的處理工藝，確保出水達到當地污水廠接管標準。
全面規劃，合理建設，最大限度減少改建投資，更好地發揮投資效益。
針對所處理廢水的水質水量特點和處理要求，力求做到所選先進處理工藝與廠區污水水質特性的有機結合、協調統一。因此，必須進行各種高效處理設施的優化組合，以達到占地面積少，適用性強的目的，節省投資和降低運行管理費用。
根據技術成熟、經濟合理、操作運行方便、維修簡易的原則進行總體設計和單元構筑物設計，并充分注意節能，力求減少動力消耗，以節約能源，降低處理成本及運行費用。同時，工藝設計時充分考慮冬季低溫等不利因素下污水處理系統穩定運行要求。
設計中充分考慮環境問題，設計新穎美觀，布局合理，并盡量采取措施減少對周圍環境的影響，合理控制噪聲，氣味及固體廢棄物，防止二次污染。做到噪聲低，基本無異味，不影響周圍環境。
專用設備的選型進行充分比選，尋求性能價格比最優的產品。設備應運行穩定可靠，效率高，管理方便，維護維修工作量少，價格適中。
所選用的儀器、儀表及設備等在立足于主要選用質量穩定可靠，售后服務好的國內產品的同時，力求吸收國外的先進技術，適當選用性能優良，價格適中的國外產品。
處理工藝運行安全可靠，操作簡單，調節靈活，管理方便；同時工藝設備充分考慮冬季保溫。站內設置必要的監控儀表，運行管理應結合實際，盡量考慮自動化，以提高管理水平，減少人員編制。監控儀表和自動化設備應運行穩定，維修維護方便。
工程建設完成后，達到社會效益，環境效益、經濟效益的最佳統一。
總之，采用的工藝技術必須具有實用性、高效性、可靠性、穩定性和自動化程度高等特點。

維生素生產廢水處理：3.1.2污泥處理設計原則
污水處理產生的污泥，其處理及處置工藝根據污泥量、污泥性質綜合確定，并充分考慮資源的再利用等因素。
污泥處理按照環衛部分的要求，應因地制宜采取經濟合理的方法進行資源化處理。

維生素生產廢水處理：3.1.3污水處理工程位置
根據業主提供的項目委托書，污水處理工程位于現有廠區內。由于規劃用地在現有廠區用地內部，環境功能并不復雜，故污水處理工程對外部環境影響也較小。

維生素生產廢水處理：3.2系統處理工藝比選
維生素生產廢水處理：3.2.1 維生素生產污水水質特點分析
從維生素生產流程和相關資料分析可知，維生素生產廢水成分比較復雜，有機物濃度非常高，且可能含有部分難降解污染物，PH值相差較大，廢水帶有顏色和異味。根據某維生素有限公司提供的有關資料和本公司處理同類廢水的相關經驗，在進行本污水處理工程設計時需充分考慮如下幾方面因素：
1、廠區第一類和第二類污水COD濃度、pH等水質特征相差極大，且第一類污水含有高濃度的氯化氨。故應考慮分開進行預處理。
2、應考慮先有效降低第一類高濃度污水污水中的氯化氨濃度，以利用后序的生化處理，提高生化處理的效率。
3、采用先進、成熟的生化處理工藝作為兩類污水全并后綜合污水的處理工藝，確保最終出水能穩定達到當地污水廠接管標準。
4、充分研究、分析維生素生產污水的水質、水量特點，并據此進行方案選擇和工藝詳細設計；盡量減小污水處理工程投資和系統日常運行成本。

維生素生產廢水處理：3.2.2 脫氮工藝比選
含氮廢水的超標排放是造成水體污染的主要原因之一，其對水體帶來的危害主要表現在：1、造成水體的富營養化現象。對一些靜止型水體，如湖泊和水庫，當其含有過量氮是時會導致藍藻和藍綠藻的過度繁殖，發生水華現象；氮排入近海則會發生赤潮。大量藻類同時死亡時會耗去水中的氧，從而引起魚類的大量死亡。2、還原態氮排入水體會因硝化作用而耗去水體中大量氧，引起水體溶解氧不足，造成水體黑臭。一個氨態氮氧化成硝態氮需耗去4個氧。按重量比，耗氧量為氨態氮重量的4.57倍。大量氨氮廢水排入水體不僅引起水體富營養化、造成水體黑臭，而且將增加給水處理的難度和成本，甚至對人群及生物產生毒害作用。
氨氮廢水對環境的影響已引起環保領域和全球范圍的重視，近20年來，國內外對氨氮廢水處理方面開展了較多的研究。其研究范圍涉及生物法、物化法的各種處理工藝。如生物方法有生物硝化、反硝化及藻類養殖等；物理方法有反滲透、蒸餾、土壤灌溉；化學法有離子交換法、氨吹脫、化學沉淀法、折點氯化、電化學處理、催化裂解等。
雖然以上很多方法都能部分去除水中的氮，但都存在著一些不足。如去除率不高、處理設施投資大、運行成本高等，很難在有效性、經濟性、可行性方面同時滿足工程需求，有效地運用于工程實踐。正因為此，有效去除污水中的氨氮是本工程設計的一個要點，相應的脫氮工藝的選擇就成為本工程設計的一個關鍵點和難點。對此，我們必須加以充分分析污水中氨氮的去除機理、影響因素和比較各種脫氮工藝的優劣。
水中的氨氮，大多以氨離子（NH4+）和游離氨（NH3）保持平衡的狀態而存在。其平衡關系式如下：
            (1)
氨與氨離子之間的百分分配率可用下式進行計算：
     (2)
式中：  Ka—— —氨離子的電離常數；
　　Kw—— —水的電離常數；
　　Kb—— —氨水的電離常數；
　　C—— —物質濃度。
　　式（1）受pH 值的影響，當pH值高時，平衡向右移動，游離氨的比例較大，當pH 值為11 左右時，游離氨大致占90％。
　　由式（2）可以看出，pH 值是影響游離氨在水中百分率的主要因素之一。另外，溫度也會影響反應式（1）的平衡，溫度升高，平衡向右移動。表1 列出了不同條件下氨氮的離解率的計算值。表中數據表明，當pH值大于10 時，離解率在80%以上，當pH 值達11時，離解率高達98%且受溫度的影響甚微。
　　表1 不同pH、溫度下氨氮的離解率%

游離態氨易于從水中逸出，因此用石灰或NaOH等作為堿劑將污水pH提高到10.8 ~ 11.5左右時，經吹脫塔可以有效地將污水中的氨氮吹脫去除。
吹脫法用于脫除水中氨氮，即將氣體通入水中，使氣液相互充分接觸，使水中溶解的游離氨穿過氣液界面，向氣相轉移，從而達到脫除氨氮的目的。常用空氣作載體（若用水蒸氣作載體則稱汽提）。

氨吹脫一般采用吹脫池和吹脫塔2 類設備，但吹脫池占地面積大，而且易造成二次污染，所以氨氣的吹脫常采用塔式設備。
吹脫塔常采用逆流操作，塔內裝有一定高度的填料，以增加氣—液傳質面積從而有利于氨氣從廢水中解吸。常用填料有拉西環、聚丙烯鮑爾環、聚丙烯多面空心球等。廢水被提升到填料塔的塔頂，并分布到填料的整個表面，通過填料往下流，與氣體逆向流動，空氣中氨的分壓隨氨的去除程度增加而增加，隨氣液比增加而減少。

維生素生產廢水處理：3.2.3 厭氧水解的必要性及厭氧工藝選擇 
(一)、厭氧水解的必要性
由前面分析可知，維生素生產污水成分比較復雜，有機物濃度非常高，COD濃度高達33000mg/l，且可能含有部分難降解污染物，PH值相差較大，廢水帶有顏色和異味。因此，本工程中第一類高濃度污水經汽提脫氮處理后，污水中的氨氮得到了有效的去除，COD濃度也有部分降低，但污水的有機污染物并沒有太大的變化，污水中難降解污染物依然存在，對后序生化處理工藝造成很大難度。
因此，若在汽提反應之后增加厭氧水解反應工藝，通過厭氧水解作用，使污水的COD濃度進一步降低，并有效提高污水的可生化性，將大大降低后序生化反應階段的負荷，提高生化反應的效率。
厭氧微生物生化反應過程的四階段發酵理論：
水解發酵階段(第一階段)：參與細菌為水解性和發酵細菌。水解性細菌主要起水解大分子有機物為小分子水解產物的目的。發酵型細菌將水解性比較細菌的水解產物發酵生成有機酸、醇等。水解和發酵性細菌有專性厭氧的，也有兼性厭氧的。
產氫產乙酸階段(第二階段):參與細菌為產甲烷細菌。它們將第一階段的產物有機酸、醇轉化成乙酸。
產甲烷階段(第三階段)：參與細菌為產甲烷細菌。甲烷的生成有兩種主要途徑：①、將乙酸直接轉變為CH4和CO2；②、將H2與CO2轉化成CH4和H2O。其中，途徑①為主要途徑，有72%的甲烷來自這種途徑。28%的甲烷由途徑②產生。

同型產乙酸階段(第四階段)：參與細菌為同型產乙酸細菌，它們將H2和CO2轉變為乙酸。
上述四個階段，其中產甲烷階段的產甲烷功生長緩慢，對溫度、pH的變化敏感，且為專性厭氧菌。故產甲烷階段主要限制著整個厭氧發酵過程。在實際應用中，應努力提高產甲烷階段的速率。
由上述分析可知：將厭氧反應控制在水解、產酸階段，使水解水解性、發酵細菌和產酸菌（包括產氫產乙酸菌）在厭氧條件下，將復雜的大分子、不溶性有機物先在細胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機物，使污水COD濃度進一步降低的同時，有效提高污水的可生化性，將大大降低后序生化反應階段的負荷，提高生化反應的效率。
維生素生產廢水處理：(二)、厭氧水解反應器選擇
厭氧生化反應器有普通消化池、升流式厭氧污泥床反應器、厭氧生物濾池等多種類型。
升流式厭氧污泥床（UASB）反應器是荷蘭學者Lettinga等人在20世紀70年代初開發的。由于這種反應器結構簡單，不用填料，沒有懸浮物堵塞等問題，因此一出現便立即引起了廣大廢水處理工作者的極大興趣，并很快被廣泛應用于工業廢水和生活污水的處理中。到1990年9月止，國外生產性規模的UASB反應器在處理各種有機廢水時，反應器內一般情況下均能開成厭氧顆粒污泥，而厭氧顆粒污泥不僅具有良好的沉降性能，而且有較高的比產甲烷活性。由于UASB反應器設有三相分離器，使得反應器內的污泥不易流失，所以反應器內能維持很高的生物時，平均濃度可達80gss/l左右。同時，反應的SRT很大，HRT很小，這使反應器有很高的容積負荷率和處理效率以及運行穩定性。
我公司在對UASB厭氧處理工藝進行深入研究的基礎上，積累了豐富的工程實踐經驗。我公司UASB厭氧污水處理工藝的主要特點有：
（1）、結構特點
與傳統的厭氧反應器相比，結構上優點主要表現在以下幾個方面：
反應器結構簡單，基建成本低。
反應器同時具有水解反應與沉淀雙重功能。減少了基建投資和運行管理難度。
反應器可以具有很大的高徑比。一般的厭氧水解池池深均在5米以下，為了確保足夠的水力停留時間，不僅需要較大的占地面積，而且水中的氣流行程過短，造成氣液傳質效率低下。本池則不增加原有氣壓動力，而是充分利用進水水泵的富余壓能，同時充分利用水流噴射造成的對流，以及氣流失能后的上升動力，構成了水流的循環，達到攪動污泥，使污泥與污水有機污染物充分接觸，從而有效提高厭氧水解反應效率的目的。
本池池型構造能使各個部位的功能得到理想的發揮。第一，底部楔型斷面上的斜坡既保證了污泥的順利下滑，也保證了底部面積不致過大而造成污泥的沉積。第二，居于池中部的沉淀區的傾斜底板不僅確保污泥的下滑及濃縮，而且與下部的水解反應區構成了一個與水流循環對流形狀相吻合的空間，避免了死角的產生。第三，池面形成一個狹窄的上升通道，利于上升氣泡流的密集。第四，本池型不會受到處理量大小的制約，既適用于小型處理，也適用于大型處理，僅需調節噴射器的數量及大小。第五，本池型可不受地形條件的限制，既可設計成矩形，也可設計成圓形，既可做成地面式也可做成地下式或半地下式。
（2）、工藝特點
活性污泥濃度高，耐沖擊負荷能力強，能適合各種進水水質的有機廢水處理。
固液分離效果好，剩余污泥量較少。系統中混合廢水中的微生物菌團顆粒小，其沉降性能好，這是其顯著特點之一。
處理費用低。機械設備總量減少，采用新技術設備效率高，節約了電能，增加了系統運行管理的可靠性。

維生素生產廢水處理：3.2.4 好氧生化處理工藝選擇
污水在經過前階段的厭氧水解反應后， COD濃度得到進一步降低，污水的可生化性也得到了有效提高，從而大大降低生化反應階段的處理難度，有效提高生化反應的效率。
好氧生化處理工藝是當前污水處理的典型工藝。好氧生化反應具有反應速度快、有機物去除率高、一次性工程投資較小等諸多優點。因此，本工程主體處理工藝采用好氧活性污泥生化處理工藝。
好氧生化工藝類型很多，常用的有：傳統活性污泥法、接觸氧化法、氧化溝等類型。對于好氧生化工藝，不管是傳統活性污泥法還是氧化溝等其他形式各異的好氧工藝，都離不開曝氣設備。可以說曝氣是污水處理領域必備的重要的核心設備，曝氣方式直接影響整個水處理工程。因此，曝氣方式的選擇是好氧工藝設計的一個關鍵所在。

(一)、傳統曝氣供氧方式的不足
傳統的曝氣方式目前仍在用的是鼓風曝氣。鼓風曝氣就是由鼓風機作為氣源，通過復雜的輸氣管線，最后由各種曝氣頭等空氣擴散裝置把空氣轉移到水中，以達到向水中增加氧氣滿足微生物生長之需要。
但鼓風曝氣存在諸多的缺點，隨著污水處理行業的發展，他的缺點日益明顯的表現出來。首先鼓風曝氣要單獨設鼓風機房，噪音大。其次鼓風曝氣需要鋪設復雜的曝氣管道，使整個管道系統比較復雜，并且復雜的管線系統使損失在管線上的能量和氣量增加，造成能源浪費，而且不易于污水處理系統的運行維護；傳統曝氣方式最大的缺點在于鼓風曝氣不可缺少的空氣擴散裝置，空氣擴散裝置最常用的是曝氣頭（曝氣管）。但曝氣頭容易堵塞、損壞（這個問題已經被幾乎所有的污水處理廠家所證實）。曝氣頭堵塞、損壞后造成曝氣效率下降、曝氣不均勻，直接影響到污水處理系統的處理效果，如果不加以處理，甚至會造成系統處理效果惡化,導致整個系統的崩潰。但如果要更換被堵塞或損壞的曝氣頭時，勢必要放空曝氣池，這樣做也會導致嚴重的后果：污水處理系統暫時停止運行（污水外排），處理后重新運行時，因為系統的曾經停滯需要對微生物系統重新馴化調試。
所以，鼓風曝氣帶給人們的是處理系統的不穩定性和運行維護的艱巨性。找到行之有效的曝氣方式是目前和以后環保產業界的一件重要的任務！具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

(二)、射流曝氣供氧特點
早在上世紀70年代，人們已經開始嘗試鼓風曝氣以外的其它曝氣方式了，隨后射流曝氣應運而生。射流曝氣不僅簡化了曝氣系統，而且還具有布置靈活（不像鼓風曝氣的曝氣頭，安裝的時候已經確定了位置不能輕易變化了），可以根據需要隨時改變安裝方式、臺數、角度等，可以安裝在水面以上或者水面以下，可以實現帶水安裝檢修；最關鍵的一點，運行維護簡便，檢修、安裝時不用清空曝氣池，不必停產作業，不會影響到系統運行的連續性。
我公司好氧用曝氣器供氧系統的開發應用獲得成功，是供氧系統高效化、節能化、無堵塞化方向的極大突破！
射流曝氣器利用負壓吸氣原理，但產生負壓的機理、方式完全采取一種全新的理念，其中間為供氣管，外面的套管為錐行收縮的水管。無可動部分，無易損件，無堵塞的可能。表面上，它與其他廠商的射流器構造相似，然而它卻將氣、液管的位置進行了互換，由此帶來了質的飛躍，優點如下：
1、充氧效率高：根據射流原理,采用大口徑水利噴頭, 在水泵驅動下自身產生負壓吸取空氣,空氣與高速通過的水流同時進入氣水反應腔,在氣水反應腔內氧氣通過高壓原理迅速溶解到水體中。與傳統射流設備相比,氧轉移效率明顯提高,氧氣轉移效率可達35%。
2、提高生化處理效果：我公司射流器的環外側液流部分直接向池內液體傳遞能量，足已使攪動回流大為加劇，高速的噴射，足以沖碎原有膠團，使微生物的比表面積增大，增進了液體的接觸傳質與污染物質的被吸附,有利于生化處理效果的提高；
3、系統結構簡單：充氧曝氣不需鼓風機、復雜的空氣管線、易壞的曝氣頭，僅靠水力驅動，設計簡單、操作便捷、容易維護；
4、無噪音污染：高效射流曝氣器沒有一般充氧曝氣機和鼓風機的噪音，大大降低了污水生化處理系統的噪音污染；
5、安裝維修方便：可在污水處理系統正常運行的情況下完成帶水安裝過程，尤其適用于已有污水處理廠（站）在不能停產情況下的好氧曝氣改造;
不易堵塞：與傳統射流器相比，我公司射流曝氣器采用大口徑水力噴頭，結構非常簡單，正常運行的情況下幾乎不會出現任何故障，更不會像傳統水射器一樣易堵塞；而且拆裝方便，即使檢修或更換也非常方便，不會影響污水處理系統的正常運行。

以上這些優勢性能的綜合體現，足以使我公司射流器站到了更高的領跑起點。正因為此，本設計污水處理考慮采用射流曝氣好氧生化處理工藝，作為本工程的主體生化處理工藝。