2022年聚酯化纤废水处理工程设计方案 .pdf
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1、1 1 总论1.1 工程概况江苏某公司是一家以聚酯生产为主业的企业,聚酯生产时主要有原料脱水过程中排放的冷凝水、酯化反应过程中排放的酯化水、真空泵强制抽出冷凝水、水环真空泵排水、循环冷却系统排水、生活污水等。它具有成分复杂、浓度较高、来水不稳定,有时夹带油剂、浆料、重油等成分,水体氮、磷成分少,可生化性差的特点。为了保护当地环境和实施可持续发展,集团决定实施污水集中处理, 总体规划日处理能力为10000 m3/d,分期实施,一期按日处理能力5000 吨设计。1.2 设计目的、依据及原则1.2.1 设计目的对废水处理系统工艺单体进行详细优化设计,提出主要设备材料表, 据此编制投资估算。设计依据1
2、委托单位提供的水质、水量及排放要求;2 太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值DB32/T10722007 ;3室外排水设计标准GB5001420064污水综合排放标准GB8978-19965水处理设备制造技术条件JB2932866水处理设备油漆、包装技术条件ZBJ98003877机械设备安装工程施工及验收标准GBJ231758建筑给水排水设计标准GBJ15889废水处理工艺设计标准、手册;10同类废水的水质情况;1.2.3 设计原则1执行国家环境保护的政策,符合国家和地方有关的法规、标准及标准,污水经处理后达标排放并部分回用尾水。2根据企业规划和实际情况,以便于运行管理,充
3、分发挥工程投资效益。3在平面布局上尽可能安排紧凑,节约用地,为将来的发展、尾水回用处理等保留可用土地,同时在保留足够的绿化用地。4尽量提高去除率,减少投资和运行费用。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 48 页2 5操作管理方便,经常性运行费用低,操作人员的劳动强度低,达标率高。6充分考虑尾水的回收利用要求,为尾水回用打下基础。2 聚酯生产工艺、污水源分析2.1 聚酯生产工艺2.1.1 聚酯简单介绍以二元或多元醇和羧酸为原料,经过缩聚反应合成的聚酯, 通常分为饱和和不饱和两大类,不饱和聚酯分子结构中含有非芳香烃的不饱和键,它
4、们可以被引发交联生成具有网状 体型结构的热固性高聚物材料; 饱和聚酯分子结构中不含非芳烃的不饱和键,是一种线型热塑性高聚物材料。饱和聚酯分类方法通常是根据组成、结构、性能和用途来命名。 如按组成和结构有共混聚酯、共聚聚酯、结晶聚酯、液晶聚酯、环型聚酯等,如按性能有着色、阻燃、抗静电、吸湿、抗起球、增白、低熔点、增粘高粘、增强、阻燃增强聚酯等,如按用途有纤维级、薄膜级、瓶级瓶用、塑料级、涂料级、粘合级聚酯等。同时,各种分类之间还有综合相交叉。如按组成和结构分类的共混聚酯、液晶聚酯,按性能分类的阻燃聚酯、 抗静电聚酯通称为改性聚酯; 通常纤维级聚酯按其中消光剂TiO2含量又可分为 全消光、半消光、
5、有光、 大有光,还包括着色、阻燃、抗起球、吸湿聚酯等;同样抗静电聚酯又包括纤维级、薄膜级等。聚酯纤维制造方法按其使用原料状态的不同,可以分为切片纺丝 间接纺丝 和直接纺丝两类; 按纺丝速度的不同, 可分为常规纺丝和高速纺丝:按纤维品种的不同又可分为长丝纺丝和短纤维纺丝。在短纤维的纺丝过程中, 根据楼层高度和设备布置的不同,分为传统纺丝和短程纺丝又称紧凑纺丝。切片纺丝也称间接纺丝,包括切片干燥、熔融、纺丝和后加工等过程。直接纺丝所使用的原料是局聚物熔体,所以不必进行干燥和熔融,而其纺丝和后加工过程与切片纺丝完全样。聚酯工程塑料, 广义讲应包括不饱和和饱和两大类。前者应用于增强塑料领域即所谓“玻璃
6、钢”;后者指热塑性聚酯树脂及其塑料制品。2.1.2 聚酯生产反应方程式聚酯PET 和 PBT合成在生产工业中主要以精对苯二甲酸PTA或中纯度对苯二甲酸 MTA 与乙二醇 EG/ l,4丁二醇 BG为原料的直接酯化法3又称 PTA 法和以对苯二甲酸二甲酯 DMT 与 EG/BG 为原料的酯交换法 又称 DMT法。以 PTA 法和 DMT 法合成聚酯, 又各具有间歇和连续两种工艺,一般采用 PTA法的连续生产工艺。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 48 页3 Sb2O3直接酯化法: PAT/ MTA+ EG/ BG PET 酯
7、交换法: DMT+EG/BG PET PTA 法连续生产工艺以对苯二甲酸PTA和乙二醇 EG为原料,以Sb2O3为催化剂,经过连续酯化、连续缩聚生成聚酯PET 。酯化反应方程式如下:HOOC COOH+ 2HOCH2CH2OH HOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OH+2H2O 酯化反应主要副反应为乙二醇合成乙二醇醚、乙二醇分解成乙醛, 副反应方程式如下:2HOCH2CH2OH HOCH2CH2OCH2CH2OH + H2O HOCH2CH2OH CH3CHO + H2O 酯化反应生成的对苯二甲酸乙二酯BHET缩聚反应方程式:nHOCH2CH2OOCCOOCH2CH2OH HOCH2CH2
8、OOC COOnH+n1HOCH2CH2OH 由于 PTA 不溶于 EG,但可溶于酯化物 BHET中,因此, PTA 和 EG乙二醇悬浮物浆液进入酯化反应釜后,很快由非均相反应转化为均相反应。在酯化反应的同时,还有少量缩聚反应,当酯化率到达约96.5%时,进入缩聚反应器。在锑催化剂存在和真空条件下,随着不断抽走反应生成的小分子EG,缩聚反应不断向正反应方向进行,聚合的分子链不断加大,成为具有一定特性粘度的聚酯熔体。PTA法生产聚酯的物料平衡见表2-1。表 2-1PTA 法生产聚酯的物料平衡表序号名称单耗 kg/t 产品备注1 精对苯二甲酸 PTA857 2 乙二醇 EG333 Sb2O3精选学
9、习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 48 页4 3 二氧化钛 TiO2消光剂4 三醋酸锑 SbAc3催化剂2.1.3 生产工艺流程图在聚酯的生产过程中,由原料聚酯反应得到聚酯熔体,然后经过纺丝后加工得到涤纶纤维,具体的聚酯生产工艺流程见图2-1。图 2-1 聚酯生产工艺流程图污染源分析生产中主要有原料脱水过程中排放的冷凝水、酯化反应过程中排放的酯化水、真空泵强制抽出冷凝水、水环真空泵排水、循环冷却系统排水、生活污水等。2.2.1 聚酯车间废水废水主要为物料发生物理、 化学反应中的几种产物: 酯化反应生成的副产物水和乙醛,还有缩聚过
10、程中生成的乙二醇以及热解副产物乙醛。酯化过程产生的废水及真空泵抽出冷凝水COD 浓度较高,且废水中含有少量的醛类和低聚合物质,B/C 都较低,可生化性较差,属高浓度难降解有机废水。消光剂乙二醇回酯化釜水、乙醛等EG旋转给料器酯化反应釜浆料混合槽熔体过滤、输送预缩聚反应釜后缩聚反应釜直接纺涤纶短丝铸 带水下切粒切片烘干包 装水、乙醛等废气粉尘尾气洗涤塔冷凝塔废水去汽提塔冷凝器EG 喷射泵冷凝器EG 乙二醇液封槽EG 去浆料混合槽低聚酯废渣PTA EG 催化剂回流槽精馏塔精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 48 页5 废水中的醛
11、类物质和其他有毒物质对生化系统内微生物有毒害作用,从而对生化系统的有效运行造成一定的影响,故该部分废水需经汽提塔吸收, 回收乙二醇及吸收废水中乙醛等, 以去除废水中的部分醛类和醇类物质,可以有效降低废水的浓度, 降低后续处理设施的投资费用。根据同类工程实践6L,该部分水需经过汽提处理后再进入污水处理系统,不同厂的汽提塔运行效果和运行状况不同,集团应加强清洁生产水平,使汽提塔高效、稳定运行,为废水处理设施稳定运行、达标回用提供保障。汽提后该股废水的COD 浓度约为30005000mg/L,目前该类废水水量约为60m3/h。纺丝油剂废水该类废水主要是纺丝拉伸工序中的水浴、油浴等产生的含油废水 ,该
12、类废水 COD浓度约为 20003000mg/L,目前该类废水水量约为2.53 m3/h。2.2.3 清洗废水清洗废水主要有聚酯芯清洗废水、纺丝组件清洗废水、地面冲洗水等。3 设计水量、水质、设计范围及排放标准3.1 设计水量、水质项目服务对象为该区域内的居民及工业企业、超市、酒店、园区管委会以及单位企业。工业园区目前废水排放源为聚酯废水、纺丝废水及镇区、园区的生活污水。根据园区发展规划,园区将建设集中污水处理厂, 并在达标排放的基础上进行全部回用。目前各个排污单位的水质水量情况见表3-1。表 3- 1 各个排污单位的水质水量情况统计表3/d 来估算。1设计水量序号项目水量水质废水类别小时水量
13、m3/h日水量m3/dCOD mg/LSS mg/LpH 1 聚酯废水60 1440 30005000 300500 56 2 生活污水1500 250350 150250 69 3 全混合废水3180 15002500 200350 69 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 48 页6 构成污水处理厂进水量的有:工业废水,商业和公共事业污水,居民、职工生活污水,渗入管网系统的地下水及其他废水等。工业废水包括聚酯废水、 纺丝油剂废水和清洗废水及其经过脱硫塔后的脱硫废水,和其他企业排放的废水; 生活污水包括工业园区的企业、酒店
14、、超市、园区管委会、商业和公共事业等生活污水;其他水包括污水管网的渗漏和初期雨水等。工业园区废水水量现状及预测水量见表3-2。表3- 2 工业园区废水水量现状和预测表说明:聚酯废水排放量的现状水量已含发展的余量,考虑行业发展趋势和国民经济增长,以9%来考虑现状的发展速度。考虑到工业园区有一定的企业增长率及现有企业的发展,工业废水和生活污水会随之增加,一期工程实施34年后,到第四年污水量为5000m3/d,故一期的设计规模为5000m3/d。规划远期设计规模为10000m3/d,分两期实施,一期和二期设计规模分别为5000 m3/d。目前一期工程设计水量Qd=5000m3/d,Qh=210m3/
15、h,Qhmax=220m3/h,2设计水质污水处理厂进水水质是污水处理厂设计的重要基础资料。商业、共用事业、居民职工等生活污水水质生活污水有部分地下水渗漏进入及雨水进入,故水中有机物浓度应较一般生活污水低些,设计考虑的水质情况如表3- 3:表3- 3 生活污水设计水质情况单位: mg/L 项目名称pH BOD5 CODSS NH3-N TP 进水水质设计水质69 69 100200 150 250300 300 150200 200 3040 35 12 2 序号项目设计水量废水类别现状水量m3/d预测水量 m3/d1 聚酯废水1440 3000 2 3 生活污水1500 1500 地下水渗入
16、和初期雨水500 500 4 总水量3440 5000 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 48 页7 接管企业、单位的污水水质参照相关地区污水处理厂水质要求,结合太湖地区的水质情况,参考污水排入城市下水道水质标准 CJ30821999 ,对排入城市下水道的工业废水有明确的水质指标规定,主要水质指标见表3-4:表3- 4 排入城市下水道的工业废水水质指标规定项目CODCrNH3-N BOD5SS pH 要求 500mg/L 35mg/L 300 mg/L 400 mg/L 69 其中第一类污染物必须经过预处理后到达污水综合排
17、放标准 GB8978-1996表1的要求方可排入工业园区集中污水处理厂。表3- 5 聚酯废水设计水质名称项目pH CODmg/LSSmg/L进水水质设计水质56 56 30005000 4500 300500 500 聚酯废水水质经过汽提塔后的聚酯废水水质,具体指标见表3- 5。现状水质监测数据现状水质监测数据见表 3-6. 表3-6 现状水质监测数据序号项目pH CODmg/L电导率us/cm TDS mg/L 盐度ppt1 2 3 4 5 6 7 汽提塔出水纺丝油剂废水清洗废水脱硫废水蒸馏水自来水河水5 5 8 7 7 7 7 2675 3554 1894 3417 265 259 488
18、0 320 429 2440 214 0 0 说明: TDS为总溶解性固体,以上数据为2015年11月6日取样数据。3.2 设计范围废水处理系统设计从集水井进水法兰开始,到系统出水口管为止, 从聚酯厂和化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 48 页8 纤厂废水的管道输送不在此设计范围,具体如下:1废水从污水处理系统的集水井开始,到系统出口为止;2电器系统从污水处理系统进口的上接线柱,到系统出口为止。3污泥从沉淀池开始,到离心别离脱水为止;4沼气从厌氧塔水封到系统输气管止。3.3 排放标准根据太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行
19、业主要水污染物排放限值DB32/T10722007 中的要求,经过处理后的废水主要具体指标要求如下:CODCr 60mg/L NH3-N 5mg/L总氮 15mg/L T P 0.5 mg/Lp H 69 3.4 回用水质要求循环冷却水的水质标准应根据换热设备的结构形式、材质、工况条件、 污垢热阻值、腐蚀率以及所采用的水处理配方等因素综合确定。根据集团聚酯分厂回用水主要用在冷却塔冷却用水,提出回用水质要求,具体回用水质指标见表37。表 3- 7 聚酯生产循环冷却水回用水质指标水质项目单位出水指标要求备注CODcr mg/L 60江苏太湖地区排放标准pH / 7.0江苏太湖地区排放标准总磷mg/
20、L 江苏太湖地区排放标准总氮mg/L 15 江苏太湖地区排放标准氨氮mg/L 5 江苏太湖地区排放标准电导率 S/cm 500 回用水指标总硬度as CaCO3,mg/L 200 回用水指标总碱度as CaCO3,mg/L 150 回用水指标氯离子mg/L 80 回用水指标二氧化硅mg/L 40 回用水指标总铁mg/L 回用水指标浊度NTU,mg/L 10 回用水指标细菌总数cfu/ml 1000 回用水指标精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 48 页9 4 污水处理系统完善工艺分析4.1 工艺选择原则1设计方案严格执行环境
21、保护有关规定,污水处理后必须保证出水主要指标均到达江苏省地方标准。2采用简单、成熟、稳定、实用、经济合理的处理工艺,保证处理效果,减少投资及运行管理费用。3处理系统运行有一定的灵活性和调节余地,以适应水质水量的变化;4设备有通用性和先进性,处理稳定可靠、效率高、管理方便,维修、维护工作量小,价格适中。5尽量减少污泥产生量,力求在系统内消化污泥,以减少污泥处理的投资及运行费用。6布局科学合理,与外界环境协调,满足绿化要求。7尽可能减少对周围环境的影响,合理控制噪声,妥善处理固体废弃物,防止二次污染。8工程建设完成后力争到达社会效益、经济效益、环境效益的最正确统一。4.2 工艺设计中特别考虑的事情
22、4.2.1 生产废水的复杂性7聚酯和化纤厂内目前生产废水为聚酯废水、纺织油剂废水和清洗废水。聚酯废水经过汽提塔汽提13后,醛类等有毒有机物被大幅度去除,出水温度为6070度,聚酯废水为蒸馏的产物, 缺乏营养物质,特别是氮、磷和其他一些微量元素16,但 COD 等有机污染物浓度高。纺织油剂废水含有一定的油份,含有C16、C18等有机物,需要加药剂破乳除油。清洗废水含有有机物和清洗剂。聚酯废水为弱酸性,与清洗废水、纺丝油剂废水等一起进入电厂的脱硫塔中,脱硫采用投加约为30%的液碱,脱硫废水中的杂质主要来源于烟气和脱硫剂。由于煤中含有包括重金属元素在内的多种元素,如F、C1、Cd、Hg、Pb、Ni、
23、As和 Cr 重金属等,这些元素在燃烧过程中产生了多种化合物,这些化合物一部分随炉渣排出炉膛,另外一部分随烟气进入脱硫装置吸收塔,溶解于吸收浆液中。脱硫废水呈现 pH 值高、有机物浓度高、电导率高、悬浮物高的特点,但颗粒细小,主要成分为粉尘,同时还含有可溶性的氯化物和氟化物、硝酸盐等。脱硫塔出水COD 浓度约为 30004500mg/L,pH 在 1013 之间。脱硫废水在脱硫塔中循环,使废水综合利用,大大减少自来水的使用量和废水排放量。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 48 页10 采用物化法针对不同种类的污染物,分别创
24、造合宜的理化反应条件,使之予以彻底去除,加入碱液或酸液,调整废水pH 值,在调整酸碱度的同时,为后续处理工艺环节创造适宜的反应条件,使废水中的大部分重金属形成沉淀物沉淀和大部分悬浮物。4.2.2 生活污水的收集问题集团目前生活污水进入雨水管道,没有将生活污水与雨水分流,集团应该将厂内的生活污水单独收集,集中进入污水处理厂,一是处理了厂内的污染源,二是生活污水因氮、磷等营养物质及微量元素丰富,可以作为聚酯废水的营养源,减少了聚酯废水处理过程中投加营养盐的费用,同时降低废水处理的难度。从集团清洁生产和可持续发展以及环保要求来看,也应将生活污水单独收集,集中处理。建议在废水工程项目实施的过程中,应同
25、时实施生活污水收集、输送的配套工程。脱硫塔的废水、纺织油剂废水、厂区的生活污水和工业园区的生活污水分别用不同的管道输送至污水厂相应的调节池,再进行合适调配,达标处理后排放或回用。4.2.3 厌氧运行的温度问题1温度是影响厌氧生物处理工艺的重要因素温度主要是通过对厌氧微生物细胞内某些酶的活性的影响而影响微生物的生长速率和微生物对基质的代谢速率,这样就会影响到废水厌氧生物处理工艺中污泥的产量、有机物的去除速率、反应器所能到达的处理负荷;温度还会影响有机物在生化反应中的流向和某些中间产物的形成以及各种物质在水中的溶解度,因而可能会影响到沼气的产量和成分等;另外温度还可能会影响剩余污泥的成分与性状。在
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