工业废水处理工艺详解：原理与设计计算
工业废水处理工艺详解：原理与设计计算
工业废水处理是环境保护的重要环节，涉及多个复杂工艺阶段。本文将详细介绍工业废水处理的各个环节，包括预处理、厌氧处理、AO处理和深度处理等，帮助读者全面了解废水处理的技术原理和设计要点。
预处理阶段
预处理的主要目的是去除废水中的大颗粒物、悬浮物、部分有机物等，以减轻后续处理工艺的负担，提高废水的可生化性。
设计要点
格栅与筛网：格栅和筛网作为预处理阶段的关键组成部分，主要用于拦截和去除废水中的大颗粒物以及漂浮物。格栅通常被安装在废水处理设施的入口处，其设计原则是确保能够捕捉并阻止诸如树枝、树叶、塑料碎片等较大体积的固体杂质进入系统内部。筛网则是一种更为精细的筛选工具，通常在格栅之后使用，进一步分离和去除废水中的小微粒、悬浮物以及部分胶体物质。
沉砂池：沉砂池采用平流式或旋流式两种主流构造。平流式沉砂池通过缓慢的水流速度给予颗粒足够的沉降时间，使得废水中的无机颗粒在重力作用下自然沉淀到底部。旋流式沉砂池则利用离心力的作用，使密度较大的无机颗粒被甩向池壁，最终在池壁处形成浓缩的砂层。
混凝沉淀/气浮工艺：该工艺的核心在于利用混凝剂的选择性吸附和电性中和作用，将废水中的胶体颗粒、悬浮物以及部分可溶性杂质转化为不可溶性大分子化合物。通过设置专门的沉淀池，利用沉淀池中的絮体颗粒在重力作用下自然沉降，从而将澄清的液体与含絮体的污泥分离。对于某些难以沉淀的轻质絮体或微小悬浮物，可以采用气浮技术进行去除。
计算与公式
- 混凝剂投加量：通过实验室模拟水处理烧杯实验或利用小试装置进行系统性测试，确定最佳的混凝剂投加比例。
- 沉淀池设计：依据沉淀效率公式v = Q/A，其中v代表沉淀池内的水流速度，Q表示废水的流量，A则是沉淀池的有效面积。
厌氧处理
厌氧处理是一种利用厌氧微生物在严格无氧或低氧环境下将有机物进行分解代谢的技术过程。在这一过程中，厌氧细菌和古菌等微生物将复杂的有机污染物转化为甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）等气体。
设计要点
常用的厌氧反应器类型包括UASB（上流式厌氧污泥床）反应器和IC（内部循环）厌氧反应器等。UASB反应器通过自然循环和内部循环相结合的方式实现污泥与污水充分接触反应。IC厌氧反应器则是一种集成了UASB和其他类型反应器优点的高效厌氧处理装置。
计算与公式
- 污泥负荷（F/M）：F/M = Qs/(VXSV)，其中Qs代表进入反应器的有机负荷，V是反应器的有效容积，XSV是污泥浓度。
- 水力停留时间（HRT）：HRT = V/Q，其中V代表反应器的有效容积，Q则是废水的流量。
AO（反硝化-硝化）处理
AO工艺，全称为缺氧-好氧工艺，是一种在污水处理中应用广泛的生物脱氮除磷技术。该工艺巧妙地结合了好氧和缺氧两个不同的生物反应过程，以实现对污水中的有机物和氮化合物的高效去除。
设计要点
AO工艺的主体部分通常包括一个厌氧池和一个好氧池，这两个池子依次串联连接，共同构成AO系统。在设计该系统时，需要综合考虑多个关键参数，包括池体容积、曝气量、混合液回流比等。
计算与公式
- 曝气量计算：在好氧池内，通常要求维持一个适宜的溶解氧浓度，一般为2-4毫克/升，以满足好氧微生物的正常生理活动。
- 混合液回流比计算：通过试验测定或参考行业公认的经验公式，来确定一个合适的混合液回流比。
深度处理
深度处理工艺是一种在水处理过程中进一步净化水质的关键步骤，通常在水解酸化、生物膜法、臭氧氧化等预处理技术之后应用，其目标主要是去除常规处理难以彻底清除的微量污染物、重金属离子、细菌、病毒以及有机物等有害物质。
设计要点
在选择合适的深度处理工艺时，首先需要对出水水质要求进行全面深入的分析和理解。根据不同的水质标准，如排放标准或回用水标准，确定需要去除的污染物种类和浓度，这将直接影响到深度处理工艺的设计和选择。
计算与公式
- 膜处理通量：通过运用膜通量公式来精确估算单位时间内膜系统能够处理并透过液体的体积。
- 活性炭吸附量计算：通过对比分析确定活性炭对目标污染物的吸附容量。
总结
工业废水处理工艺设计是一个综合性很强的过程，涉及多个处理单元的优化组合与精细操作。预处理阶段通常包括格栅拦截、调节池均衡等步骤，旨在去除废水中的大颗粒物和调整水质水量，为后续处理减轻负荷和难度。厌氧处理环节则主要利用厌氧微生物的代谢作用，在无氧或低氧条件下将有机污染物转化为甲烷和二氧化碳等气体，实现废水的初步净化。
AO处理（缺氧-好氧工艺）是工业废水处理中常见的一种生物脱氮除磷技术，通过在缺氧和好氧交替的环境下培养不同的微生物菌群，有效去除废水中的氨氮、总氮以及磷等营养物质。而深度处理阶段则包括混凝沉淀、过滤、消毒等过程，旨在进一步去除悬浮物、胶体及可能存在的病原微生物，确保出水水质达到国家或地方的排放标准。
在实际设计和操作过程中，工程师们必须充分考虑废水的水质特性，如COD浓度、BOD浓度、pH值、温度、污染物种类等因素，以及处理目标的要求，比如需要达到的排放标准或回用水的标准。经济性考量也是不可忽视的一环，合理的工艺设计应在保证处理效果的前提下尽量降低投资成本和运行费用。
为了确保工业废水处理系统的稳定运行和出水水质的达标排放，往往需要通过实验室试验或参考经验公式对各个处理环节的参数进行细致调整和优化。同时，借助先进的监测技术和自动化控制系统实时监控和调整工艺参数，使得整个处理流程既能满足严格的环保要求，又能体现出最佳的经济效益。