上海宝钢南通工业废水

上海宝钢南通工业废水 南华大学城市建设学院本科毕业设计 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 简介 第1章 1.1现场建设条件 1.1.1 厂址 厂址位于南通。 1.2气象资料 1.2.1大气温度 年平均大气压力 1015.25KPa 环境温度 -10?,55? (1) 大气压力 冬季大气压力 1025.4hPa 夏季大气压力 1005.1hPa (2) 气温 年平均气温 15? 最热月平均气温 27.3? 最冷月平均气温 2.5? 极端最高气温 38.2? 极端最低气温 -10.8? 1.2.2相对湿度 最热月平均相对湿度最高值 86% 最冷月平均相对湿度最高值 76% 1.2.3降雨量 日最大 394.5mm 1.2.4 风速、风向 夏季 4.5m/s 冬季 5.5m/s 第1页 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 全年主导风向 东南 夏季主导风向 东南 冬季主导风向 西北 1.3地质资料 地震基本烈度 七度、IV类场地 最大冻土深度 12cm 1.4 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 工厂场地资料 厂区地面标高 0.0m 厂房 0.3m 1.5能源介质供应条件 1.5.1供电条件 电源频率 50Hz 频率波动范围 50?1Hz 供电电压 110kV，10kV，380V，220V 电压波动范围 ?5%(110kV，10kV)，?10%(380V) 控制电压 AC220V，DC220V，24V 供电方式:送电制 1.5.2供水水质条件 (1) 各类新水(含补充水)及冷却水水质 表1-1 各类新水(含补充水)及冷却水水质 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 水质项目 pH 悬浮物 Ca硬度 碱度 氯离子 硫酸离子 全铁 可溶性SiO2 电导率 化学需氧量(COD) 单 位 无量纲 mg/L mg/L (以CaCO3计) mg/L (以CaCO3计) mg/L (以Cl-计) , mg/L (以SO42计) mg/L (以Fe计) mg/L (以SiO2计) цS/cm mg/L 工业水 7,9 ?5 ?100 ?550 ?90 ?0.1 ?0.5 ?5 ?600 ?15 第2页 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 ,以上。 注:各项供水指标的保证率在90 (2) 生活水 水源为厂区外市政生活水管网。 自来水供水压力:0.15~0.20MPa 自来水水质标准:符合中国生活饮用水标准 自来水水温:夏季最高水温?31? (3) 热力供应条件 表1-2 与设备连接的公辅气体介质条件表 序号 1 2 3 4 5 项目 压力 含油量 含尘量 大气露点温度 或压力露点 仪表气 (0.5, 0.7)MPa ?1mg/m3 ?1mg/m3(?2µm) -23? (，3,，5) ? 普通气 (0.4, 0.6)MPa ?1mg/m3 ?5mg/m3(?5µm) -23? (，3,，5) ? 1.6工程环保及车间卫生标准 1.6.1废气排放标准 废气排放标准应遵循GB16297-1996《中华人民共和国大气污染物综合排放标 准》，达到排放标准后才能排放。 1.6.2噪声控制标准 噪声排放标准应严格遵循GB12348-2008《中华人民共和国工业企业厂界环境 噪声排放标准》。 1.6.3 环境保护、劳动安全/卫生、消防技术原则 各种污染物均应在本项目 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 第2章 工程技术指标 2.1编制目的、依据及原则 2.1.1 编制目的 对废水处理站工艺单体进行详细优化设计，并提出主要设备材料表，据此编制投资估算及经济分析。 2.1.2 编制依据 1.建设单位提供的废水的水质水量及处理站用地位置等资料 2.给水排水构筑物施工及验收 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 3.《污水综合排放标准》GB8978-1996 4.《室外排水设计规范》GBJ14-87，1997 5.《给水排水工程结构设计规范》GBJ69-84 6.《地下工程防水技术规范》GBJl08-87 7.《城市区域环境噪声标准》GB3096-93 8.《环境空气质量标准》GB3095-96 9.《低压配电装置及线路设计规范》GB50054-92 10.《建筑结构荷载规范》GBJ9-87 11.《工业与民用供配电系统设计规范》GB50052-92 12.《建筑工程设计文件编制深度 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 》DBJ08-64-97 2.1.3 编制原则 1. 通过综合废水治理工程的建设，达到保护环境、保护水资源、保持企业可持续发展的目的; 2. 在保证处理出水达标的基础上，采用简单、成熟、稳定、实用、经济合理的处理工艺技术，节省投资和运行管理费用。 3. 设备选型:运行稳定可靠、效率高、节能、管理方便、维修维护工作量少、价格低; 4. 系统运行灵活、管理方便、维修简单，尽量考虑操作自动化，减少操作 第4页 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 劳动强度; 5. 采取措施减小对周围环境的影响，合理控制噪声、气味，妥善处理与处置固体废弃物，避免二次污染; 6. 设计美观、布局合理，与原有设施统一协调考虑。 2.2工程目标 2.2.1现场条件 依据现场实际条件，在不破坏现有的附近的厂房条件下，使废水站科学、合理，尽量做到一次提升。 2.2.2合理与先进性 有效治理企业综合生产废水，并做到工艺选择科学，技术和设备先进可靠，管理设施操作方便，同时做到投资合理，运行费用省，维护管理方便。 2.3废水水量、水质及处理目标 2.3.1废水水量 根据招标文件提供的资料，处理各生产机组和辅助机组等生产过程中排出的生产废水，主要为酸性废水。 废水处理站的总设计处理能力:Qh,30m3/h 2.3.2进水水质指标 各机组排放的废水水质见下表: -1 废水处理站进水水质指标 表2 序号 1 2 3 4 5 6 指标项目 pH 悬浮物 化学需氧量 石油类 氨氮 锌 单位 无量纲 mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 指标值 1.98 250 35 0.1 8.3 10.9 备注 2.3.3出水水质指标 经处理后的水质应达到GB8978-1996《中华人民共和国污水综合排放标准》一级排放标准，并尽可能实现废水的回用，回用比例暂按50~60%考虑。回用水 第5页 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 水质标准参考排放标准。 表2-2 废水排放标准 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 项目 pH 色度 SS COD BOD5 NH3-N 石油类 Cu Zn Mn Cd Pb Ni 单位 无量纲 NTU mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 限值 6.0,9.0(排放口) 50 70 100 20 15 5 0.5 2.0 2.0 0.1 1.0 1.0 除满足以上指标外，各单元考核指标如下。 (1) 酸性废水处理系统出水管，考核指标如下: 表2-3 单元考核指标 序号 1 2 项目 流量 温度 单位 m3/h ? 进水 30 40~50 出水 30 ?40 (2) 酸性废水处理单元出水管，按总排放标准考核。 2.3.4污泥处理目标 废水处理站产生的污泥须进行适当处置，所产污泥将经过机械脱水减容后另行处置;或将由回收利用价值的脱水污泥进行回收利用。 2.4设计范围与 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 第3章 工程设计方案及说明 3.1废水处理工艺选择原则 污水处理工艺的选择直接关系到污水处理设施的建设投资、运行成本的高低、出水水质、运行管理是否方便可靠。工程设计上要因地制宜，综合考虑排水系统现状或规划、厂区地形及地质、温度、降雨、污水量、水质、排放标准、设备等。污水处理工艺主要按以下原则确定: 1、遵照国家对环境保护、污水治理制定的有关规范、标准及规定。执行全面规划实施的建设原则。 2、在总体规划指导下，建设污水处理工程，保护水源和环境。 3、采用技术先进、高效节能、效果稳定的工艺，确保废水处理达标排放。 4、认真总结现有运行的污水处理工程经验，确定最佳的工艺运行参数。 5、采用现代化技术手段，基本实现自动化管理，做到技术可靠，经济合理。 6、合理布置处理构筑物及水力流程，减少工程投资，节约能源，降低日常处理费用。 3.2 处理工艺选择与确定 3.2.1酸性废水处理工艺选择机理 根据提供的水质资料，废水主要污染物是含酸废水，可能含有Fe2+和其他少量的重金属离子。一般地说，如果酸碱的浓度在3%以上，则应考虑综合回收或利用，酸碱的浓度在3%以下时，因回收利用的经济意义不大，才考虑物化法—中和处理，中和处理的功能就是消除废水中过量的酸或碱，使pH值达到中性，以免废水腐蚀管道和构筑物、危害农作物和水生生物以及破坏生态环境。 3.2.2设计方案的选择与确定 方案中对酸性综合废水拟采用中和，沉淀为主体工艺。酸、碱性废水采用中和法进行处理，应考虑下列因数: 第7页 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 1) 含酸或含碱废水所含酸碱类的性质、浓度、水量及其变化规律; 2) 有无就地取材的酸性或碱性废料，并尽可能加以利用; 3) 本地区中和药剂和滤料(白云石、石灰石等)的供应情况; 4) 收纳水体、城市排水系统容纳废水的条件、后续处理对PH值的要求等。 目前常用的中和方法主要有投药中和法、过滤中和法。 方案一:投药中和法。投药中和法的优缺点: (1)可以处理任何性质、任何浓度的酸碱废水，尤其适用处理含重金属离子和杂质较多的酸碱性废水、或含氟含砷等毒物的酸碱性废水。常用的中和药剂有硫酸、石灰、石灰石、氢氧化钠、氨水等。 (2)药剂中和反应完全，pH值容易控制，我国使用还普遍。石灰来源广，价格低廉，而且投加石灰形成的氢氧化钙还对废水中的杂质有絮凝作用，因此得到比较普遍的应用。 (3)缺点是中和后的渣量较多(约占处理水体积的2%)，劳动条件也较差。 方案二:过滤中和法。过滤中和法就是使酸性废水通过碱性固体滤料层，得到中 和处理的方法。如普通中和滤池、升流式膨胀中和滤池和变速膨胀中和滤池，滤料层一般采用来源广、价格便宜的石灰石或白云石等。此方法对pH值有所要求，一般地，从“效能性价比”来说，其最适宜的pH值小于4，根据提供资料，酸性综合生产废水pH值为2左右，综合考虑含酸废水的特性，拟直接采用药剂中和处理工艺。 根据水质特点及以上处理方法的分析，拟采用多级中和膨胀滤池的处理工艺，然后再进行后续处理。 3.2.3污泥处理的选择 废水处理过程中产生的污泥，重金属含量较高，若不经妥善处理和处置将造成二次污染，必须进行必要的污泥处理和处置。国家GBJ14,92《室外排水设计规范》规定:污泥处理流程应根据污泥的最终处置方法选定。目前国 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 污泥处理路线采用如下: 图3-1 污泥处理工艺流程 用于污泥脱水的机械有真空滤机、带式压滤机、厢式压滤机、离心机等。通常，根据污泥性质、脱水要求、经济承受能力以及最终处置方式来选择合适的污泥脱水机。 真空滤机由于效率低，耗电量较大，机型庞大，附属设备多等缺点，在污水站已经很少使用。带式压滤机、厢式压滤机、离心机广泛使用于污水处理站。它们各有优缺点。其应用的综合性技术经济评价如下: 表3-1 污泥脱水方案综合性技术经济评价 评价项目 投资 脱水机及附属设备 混凝剂类型 运行管 理费用 药剂投加量(kg,m3原泥) 电耗 操作管理工作量 要求操作人员技术水平 对环境影响 脱水效果和 处理能力 较佳 适用范围 (气味) 处理浓缩消化污泥(4%)可 达到的含固率 每台机器处理能力 较高 聚丙烯酰胺 0.18 中等 较少 一般 较大 20,28% 较大 大中型废水处理站 高 聚丙烯酰胺 0.30 略低 中等 较高 较大 24,30% 较大 中型废水处理站 低 FeCl3或不需 0.05 中等 较多 一般 一般 30,40% 较小 小型废水处理站 脱水机类型 脱水机房建筑 离心机 较高 带式压滤机 较高 板框压滤机 较低 根据上述比较以及污泥特点，在本工艺中推荐采用板框压滤机进行污泥减容处理，本工艺所选用的板框压滤机具有降低絮凝耗药量及减轻劳动强度，操作简单、易于管理等优点。 共80页 第9页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 3.3处理工艺流程图 根据招标资料要求及以上分析，结合我公司处理该类废水的经验，对宝钢南通线材制品有限公司新建宝钢南通线材制品有限公司的综合生产废水拟采用如下处理工艺流程: 3.4总体布置原则 (1)为节省土建投资费用，主体池采用合建式，处理单元共用池壁，可节 省大量投资; (2)明确各功能区域的划分，各区域之间设置绿化隔离带; (3)各生产辅助建筑物尽量靠近主体池，以节省管线费用; (4)不同处理单元高程错落，充分利用重力差，减少电耗。 共80页 第10页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 第4章 处理构筑物单元设计 4.1调节池 A、功能 均匀水质、水量，减少冲击负荷对后续处理工序的影响。 B、构筑物 为一新建钢筋砼结构，FRP防腐，分两格。 C、设计参数 设计流量:Q=30m3/h，24小时连续排放; 停留时间:HRT,4h; 工艺尺寸 有效容积 V,1.2xQ?HRT=1.2x30?4=144m3 (1.2为调节系数) 有效水深 H,3000 mm 保护高0.3m H1=3.3m 横截面积 S=V/H=144/3.0=48m3 池长 L=7000 mm 池宽 B=S/L=48/7=6.9m 取B=7000 mm 调节池总尺寸 ×高度=7000 mm ×7000 mm ×3300 mm 长度×宽度 D、主要设备、材质 1、液下提升泵 流量: Q=25,53m3/h 扬程:H=10.2,11.6m 功率:N=1.33,2.16KW 型号:80WG 型污水泵 (耐酸碱腐蚀) 数量:1台。 2、超声波液位传感器 数量1套。 共80页 第11页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 3、电磁流量计 数量1台。 4、在线pH仪 数量1套。 5、推流搅拌装置 数量1套 4.2一、二级中和池 A、功能 因废水的pH较低，需设置两级中和反应池反应提高pH。一级中和池通过高密 度污泥反应器向一级中和池中投加碱性药剂石灰乳，中和废水中的酸，提高pH 至一定范围。 B、构筑物 为一新建钢筋砼结构，FRP防腐。 C、设计参数 设计流量:Q=30m3/h; 水中含HCL PH=1.98 已知[H]=0.01mol/L; 停留时间:HRT,30min; V=Q*HRT=30X0.5=15m3; 一般工业上制取和使用的石灰乳中含 活性氧化钙(CaO)约160——220Kg/t; 比重约为1.27; 24小时药剂(Ca(OH)2)总耗量: Ga=KQ(C1a1+c2a2)/à =1.05*30*24*(0.365*1.01+0.011*0.59)/0.7 =405.2Kg Q:酸性废水量m3/d; C1:废水中酸浓度Kg/m3; c2:废水中需要中和的酸性盐浓度Kg/m3; a1:中和剂理论比耗量KG/KG; 共80页 第12页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 a2:中和酸性盐所需碱性药剂量KG/KG; K:不均匀系数1.05; à:中和剂的纯度; 按Ca(OH)2:H2O=1:2.5计则需水 402.5*2.5=1006.25KG=1m3; 则中和池的 有效容积为16m 取中和池水深2m,超高0.3m;则 S=V/H=16/2=8m2 取长A=4m,B=2m, 设计尺寸:4000mm×2000mm×2300mm。 D、主要设备、材质 1、高密度污泥反应器 数量1套。 2、反应搅拌机 数量1套。 3、Ca(OH)2加药装置 3 规格型号 TXH- 800 TXH- 1000 10-15 TXH- 1300 TXH- 1500 XH-18TXH- 00 2000 TXH- 2300 TXH- 2500 TXH-3000 生产灰乳能力 (m3/h) 灰乳浓度 (0 Be`) 筒体转速 ( rpm) 筒体内径 (mm) 筒体长度 (mm) 有效容积系数 (%) 电机功率 (kw) 4-8 16-22 22-28 28-40 40-60 60-90 90-130 130-200 13-15 13-15 13-15 13-15 13-15 13-15 13-15 13-15 13-15 3-7 3-6 3-5 3-5 3-5 3-5 3-5 3-4.5 3-4.5 800 1000 1300 1500 1800 2000 2300 2500 3000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 22000 20 20 20 30 30 40 40 45 45 4 5.5 7.5 11 15 15 18.5 22 30 共80页 第13页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 XWD XWD6- 6-59 87 BWY 33-59 XWD XWD 9-87 9-87 XWD XWD 9-87 11-87 XWD 11-71 XWD 11-59 45000 减速机 总重 (Kg) 6500 7800 13800 17200 23100 27800 33500 37800 石灰消化机结构简图 规格型号 由上表知道我们选取TXH——800 数量1套。 4、加药计量泵 数量3台，2用1备。 5、在线pH仪 数量1套。 数量1套。 4.3斜板式沉淀池 A、功能 通过投加PAM助凝剂，创造良好的水力条件使难以沉淀下来的胶体产 生絮凝 沉淀，沉淀下来的污泥被污泥泵抽吸至污泥浓缩池。 B、构筑物 半上钢筋砼结构，磺化煤沥青防腐处理。 C、设计参数 设计流量:Q=30m3/h; 共80页 第14页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 1.沉淀池水表面积: A=Q/0.91q =30/0.91*3=11m2; Q:最大设计流量; 0.91:斜板面积利用系数; q:表面水力负荷，有水力计算表知为1.5-3.0，一般取2m3/m2.h; 2.沉淀池平面尺寸: 采取沉淀池尺寸为4*3=12m2; 清水深H1=1m 超高H2=0.3m 斜板垂直高度H3=1m; 配水区高度H4=1m，污泥斗高度H5=1m; 沉淀池总高度=H1+H2+H3+H4+H5=4.3m; 3.池 故r可取1000KG/M3; t :两次排泥的时间间隔, 取12小时; 污泥斗容积(用锥体体积公式) V=1/3H4(f1+f2+f1*f2); f1:污泥斗的上表面积; f2:污泥斗下地面积; H4:污泥斗的高度; f1=2*2=4; f2=0.2*0.2=0.04; 第15页 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 污泥斗为方斗，a=600 h4=0.8*1.732=1.40m; 污泥斗的容积为: V=1/3H4(f1+f2+ f1*f2) =2.1m3>1.8m3所以污泥斗符合要求; 沉淀池设计尺寸:4800mm×3000mm×4300m; D、主要设备、材质 1、污泥泵 数量1。 2、刮泥机 数量1套。 4.4 中间水池 设计流量:Q=30m3/h; 停留时间:HRT,60min; 水池有效容积V=Q*T=30m3/h; 取水深H=3m,B保护高0.3m，则H1=3.3m; 水池面积A=V/H=10m2; 池长L=4m，池宽B=2.5m,池深H=3.3; 4.5终端水池 1. 功能 对沉淀池的出水通过投加药剂进行pH值调整，使之出水的pH值符合排放标 准。如果悬浮物指标符合排放标准，直接排入收纳水体，否则，废水进入下道处 理工段。终端水池与中间水池合建，内设折流式导流板。含排水槽，排水采用巴 氏流量槽。 B、构筑物 半地上钢筋砼结构，磺化煤沥青防腐处理。 C、设计参数 设计流量:Q=30m3/h; 共80页 第16页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 停留时间:HRT,60min; 终端水池的容积:V=30*1=30m3; 取水深:H=3.3m; 水池面积:A=V/H=10m3; 长:L=4m, 宽:B=2.5m，水深:H=3.3m; 设计尺寸:5000mm×2500mm×3000mm。 D、主要设备、材质 1、在线pH仪 数量1套。 2、加药设备 数量1套。 3、加药计量泵 数量1台。 4、离心泵 数量1台。 5、超声波液位传感器 数量1套。 6、酸储罐 数量1只。 4.6 高速机械过滤器 A、功能 对未沉淀下来的悬浮物进行截留去除，反冲洗下来的泥水混合物进入中和反应 池中。反冲洗采用气水反冲洗，反冲洗水泵利用进水离心泵，反冲洗气源利用压 缩空气源。 同时该过滤器里的滤料具有强吸附功能，能够吸附SS和重金属离子，使出水 具有良好的品质，保证出水达标。 B、构筑物 A3钢结构，置于地面之上。 C、设计参数 共80页 第17页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 设计平均进水流量:Q=30m3/h; D、主要设备、材质 1、电磁流量计 数量1台。 2、空气调压器 数量1套。 3、高速机械过滤器 ZSL型中速过滤器 规格 滤水面积 (m2) 最高滤速 (m/h) ZSL-0.8 0.50 20 ZSL-1.2 1.13 20 ZSL-1.6 2.0 20 ZSL-2.0 3.14 20 ZSL-2.6 5.3 20 ZSL-3.0 7.07 20 最大滤水量 (m3/h) 10 22 40 52 106 141 中、高速过滤器设计参数: 进水水质:悬浮物?80 mg/L 油?10,20 mg/L; 出水水质:悬浮物?10,20 mg/L 油?5,15 mg/L; 过滤器平均压力损失:0.5×105pa; 反洗水强度: 20m3/m2.h; 反洗水压力:1.5×105pa; 反洗空气强度:15m3/m2.h; 反洗空气压力:0.7×105pa; 由上述参数，我们选择ZSL--2.0型号过滤器。数量1 套。 4.7 污泥处理构筑物设计 4.7.1污泥浓缩池 A、功能 共80页 第18页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 贮存平流式沉淀池沉淀下来的污泥，并在此进行浓缩。将污泥浓缩至92-95%， 便于后续脱水处理。 B、构筑物 半地上钢筋砼结构，磺化煤沥青防腐处理。 C、设计参数 浓缩时间?24hr; 固体负荷?60kg/m2•d; 已知每日污泥量:W=7.85m3/d, C为10kg/h, 固体通量W=20kg/m2•d; 则 A=WC/W=7.85*10/20=2.96m2; 采用一个浓缩池， 浓缩池直径D=4A1/3.14=3.2m 取4.0m,则实际面积A1=12.56m2; 浓缩池工作部分高度H1: 取T=12，h1=TW/24A=24*7.85/12*12.56=1.2m; 设浓缩池超高H2=0.3m, 缓冲层高度H3=0.3m， 则浓缩池总高度H: H=H1+H2+H3=1.2+0.3+0.3=1.8m; 污泥浓缩后的含水率94%; 浓缩后的体积V2=V1*(100-P1/100-P2)=7.85*4/6=2.57m3; 浓缩池的尺寸为: D×H==4000mm×1800mm。 D、主要设备、材质 1、气动隔膜泵 数量2台，1用1备。 4.7.2污泥脱水装置 设备配置: 1、压滤机 2、装配图: 共80页 第19页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 厢式压滤机的型号:XMY3/320-25U 数量1台。 2、机械泥斗 数量2套。 3、空气压缩机 数量1台。 4、空气贮罐 数量1只。 4.8辅助建筑设计 根据本废水站的实际情况，控制室及脱水机房、仓库合建，为砖混框架 结构。 共80页 第20页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 第5章 综合工程设计 5.1总图设计 总平面布置设计应满足以下基本原则: (1)污水厂总平面布置中厂区面积按设计规模(30m3/h)确定。 (2)按照功能不同，分区布置，生产管理建筑物和生活设施集中布置，与废水、污泥处理构筑物保持一定距离。 (3)废水、污泥处理构筑物尽可能分别集中布置。处理构筑物间布置紧凑、合理，并满足各构筑物的施工、设备安装和埋设各类管道以及养护管理的要求。 (4)变配电间布置靠近用电负荷中心。 (5)厂区消防应符合现行《建筑设计防火规划》的要求。 (6)厂区设置通往各处理构筑物和建筑物的必要通道，设置事故排放管及超越管。 高程设计应满足以下基本原则: (1)污水厂竖向设计原则上拟充分利用原有地形，保证排水通畅、降低能耗及土石方挖、填平衡; (2)厂内道路满足生产、运输及消防要求; (3)合理利用自然地形，尽量减少土(石)方量、建筑物、构筑物基础、护坡和挡土墙等的工程量; (4)填、挖方工程应防止产生滑坡、塌方; (5)场地高程布置、运输线路、道路坡度等方面进行统一协调。 (6)一次提升，依次流经每个构筑物。 总平面布置图见附图。 5.1.1建筑设计 根据整厂工艺流程的布置，污水处理厂在建筑形态上分成二个块，一侧是 共80页 第21页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 综合处理构筑物生产区，一侧配电间管理生活区。 在本工程的设计中，满足工艺布置的需要，合理利用结构所形成的构架条件，配以适当的装饰材料，取得美观、合理、明快的建筑效果。 5.1.2结构设计 A、设计参数 根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001规定，抗震设防基本烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.05g。II类场地土，设计特征周期为0.35s。 B、结构形式 拟建的构筑物，本着安全、经济、利于施工及结构合理的原则选择结构形式。 钢筋砼构筑物抗渗要求为S6。地下结构抗浮安全系数取1.05。 设计考虑处理构筑物采用维护施工。考虑到地下水的浮力，地下水池力口厚底板或扩大底板外挑尺寸以考虑周围覆土的配重解决抗浮问题。 C、遵循的主要设计规范 1.建筑结构荷载规范:GBJ9,87 89 2.建筑抗震设计规范:GBJ11, 3.混凝土结构设计规范:GBJ10,89 4.建筑地基基础设计规范:GBJ7,89 5.砌体结构设计规范:GBJ3,88 D、建筑材料选用 钢筋混凝土结构采用C30砼，抗渗标号S6。 所有构筑物垫层采用C10。 钢筋:d?10，I级钢;d?12，?级钢。 水泥采用?325普通硅酸盐水泥。 钢材采用Q235A。 E、地质资料 厂址地质情况尚未确定。表层耕土、杂填土及淤泥均不宜做结构基础持力 共80页 第22页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 层。当原土地基承载力大于或等于120KPa且无软弱下卧层时，采用天然地基。当实际情况与上述情况不符时，要根据实际地质情况，采取相应的措施来处理。当表层软弱土很薄时，采用换填级配砂石的方法进行处理。当软弱土较深为下卧层时，要根据具体情况采用碎石振冲桩、灌注桩或其他方法进行处理。当厂址内有液化土层时，上部结构及地基要做相应处理。 5.2高程设计 处理站主要处理构筑物采用半地下组合式，设备房采用地上式。污水经过水量 调节池一次提升，进入中和池，然后重力流入各处理构筑物，污水自中间水池经再次提升至高速过滤器，最后自流排放。 各处理构筑物水头损失如下; 水头损失 调节池 一级中和池 二级中和池 沉淀池 中间水池 过滤器 混凝池终端水 0.30 池 0.10 0.04 0.14 -0.70 1.20 1.10 0.90 0.60 2.60 0.20 0.10 0.10 0.25 0.10 0.50 0.83 0.00 0.10 0.05 0.86 0.54 1.03 0.10 0.20 0.30 0.96 1.04 共80页 第23页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 5.2供配电设计 5.2.1供电设计依据 (1)《工业与民用10KV及以下变电所设计规范》 (2)《工业与民用供电系统设计规范》 (3)《低压配电装置及线路设计规范》 (4)《建筑物防雷设计规范》 (5)《工业与民用电力装置的接地设计规范》 (6)《工业与民用电力装置的继电保护和自动装置设计规范》 (7)工艺提供的设备容量及布置图 (8)当地省市的地方法规 5.2.2供电设计范围 废水处理站供电设计由以下内容组成: 1、废水站变配电装置设计和继电保护设计。 2、废水站用电设备供电及控制设计。 3、废水站电缆敷设设计。 4、废水站供电系统接地设计。 5、废水站防雷设计。 6、废水站各构筑物及现场照明设计。 5.2.3供电设计电源 根据废水站的用电性质要求，废水处理站属二类用电负荷，要求供电安全可靠，否则一旦长时间停电将造成废水外溢，环境事故发生。 废水站所有用电设备电压等级均为380V/220V。经过负荷统计，本污水站总工作容量约为52Kw?h。 5.2.4供电系统 A、供电形式 设配电及控制中心一座。 第24页 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 低压开关系统:户内组装抽屉式低压开关柜，采用进口或进口国内组装; 开关控制箱:一部分为随工艺设备配套的电气设备;其余系非标设备，需按设计要求制造。 B、启动方式 采用集中控制的原则，废水处理工艺系统所采用的动力设备都为380V/220V低压电机，故一般均采用直接启动。大于、等于22kW的均采用自耦降压或软启动方式。 C、供电线路敷设 供电采用放射状引入各用电设备点，以提高供电的可靠性。 室外线路均采用电缆，沿电缆沟或直埋方式敷设，室内电力电线穿阻燃PVC管敷设。 D、控制方式 每台工艺设备一般均由可编程控制器单元集中自动控制及机旁人工手动控制相结合的控制方式。 工艺设备原则上可进行以下操作:开关柜(箱)上操作、机旁操作、监控终端上(PLC)操作。 E、计量方式 照明及辅助用电设备则分开计量，除所有计量值供电力部门计费外，将通过电量变送器远传至管理中心供废水站内部核算用。 F、功率因数补偿 低压配电装置集中装设自动无功功率补偿装置，补偿后功率因素?0.96。 G、保护方式 1)继电保护 低压电机:短路保护，过电流保护，过热保护，电机自身要求的保护; 工艺配套电机:短路保护，过电流保护，过热保护，电机自身要求的保护。 2)接地保护 废水处理站采用PEN制，高压配电间及各配电所均设集中接地装置，其接 共80页 第25页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 地电阻应小于4Ω，低压馈线距离超过50m时，设重复接地装置，其接地电阻不大于10Ω。 3)防雷保护 废水站内主要构筑物设防雷保护，防雷接地装置冲击接地电阻不大于1Ω。 5.2.5自控系统 为了提高污水处理厂的自动化水平，达到科学、安全、可靠的运行生产，且大幅度降低污水厂工作人员的劳动强度，本工程拟采用二级分布式(集散型)计算机测控管理系统。生产流程中的工艺数值都由现场智能仪表来完成的。 自动控制系统由一台PLC工业控制机(可编程控制器)为核心，采用集中控制系统，控制整个污水处理系统所有的输入/输出开关量，起动或停止动力设备、执行机构，以及仪表等模拟量，检测工业系统的各种状态参数等。 所有工艺设备均在现场设现场控制箱或按钮箱，在现场控制箱上设“手动—— 自动”控制转换开关，自动时，由PLC负责控制;手动时，在现场控制上停—— 实施手动控制。在现场按钮箱上设“远控——停——就地”控制转换开关，远控时，由PLC实施控制;就地时，可在现场按钮箱上实施手动控制。 工业PLC控制机负责整个污水处理站动力设备的输入/输出开关量，以及模拟量的控制。可根据工艺要求通过主控制台的开关按钮发出各种控制指令，并根据预先设定的程序自动运行，自动控制提升泵、离心泵泵以及搅拌机的起停。 现场仪表是采集工艺参数的主要仪器，是实施科学管理的主要因素之一。 所有现场智能检测仪表均采用具有4,20mA输出的智能型。 5.3化验设计 5.3.1水质监测项目 工业废水处理工程水质化验监测应采用化学分析和仪器分析相结合的监测方法，监测污水处理系统的进、出水水质及各污水处理单元的运行工况参数，以保证污水处理效果，采样、分析方法按国家颁布的有关标准。 水质监测项目见下表: 表5-1 水质监测项目 共80页 第26页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 监测项目 监测方法 控制 指标 进水 出水 CODcr 化学法 100mg/L TSn 化学法 BOD5 生化法 20 mg/L 总锌 化学法 2.0 mg/L pH 仪器法 6,9 总铅 化学法 1.0 mg/L SS 化学法 70mg/L 总镍 化学法 1.0 mg/L NH3,N 化学法 / Oil 化学法 5.0 mg/L Fe 化学法 / 色度 比色法 50 监测项目 监测方法 控制 指标 进水 出水 5.3.2化验室设计 水质监测分析化验室和其他分厂合建。 第6章 防腐、防渗设计 6.1防腐 本污水处理工程中，部分物品和材料处于腐蚀性环境，需进行防腐考虑，以减少水中污染物和腐蚀性气体对构筑物、建筑物、设备和设施等的腐蚀，确保设备和设施的运行安全，保证工程质量，保持处理站的美观。 6.1.1防腐对象 1) 泵等设备;生产性设备和设施。输水管、曝气管、加药管道等生产性 设备和设施。 2) 厂区的栏杆、平台、钢门窗等附属设施及设备等。 6.1.2腐蚀情况分析 A、环境 通常情况下，水中有氧存在时，金属表面形成局部电池引起电化学反应，金属腐蚀就会发生。 污水中存在悬浮物、盐及各种有机化学成分，将产生电解质腐蚀作用。此外，还有C1-、S042-等阴离子对碳钢的腐蚀。 第27页 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 B、空气环境 室外阳光尤其是夏季阳光照射中含有紫外线。 在水上，室外强烈阳光的照射，特别是盛夏高温季节，受热后的废水散发蒸汽，侵蚀钢结构及设备。其中，有些难溶解性颗粒物积聚粘附在金属表面，又会产生垢下腐蚀、点蚀、坑蚀或缝隙腐蚀等局部腐蚀，使钢结构的腐蚀力加剧。 6.1.3防腐措施 A、防腐原则 1) 价格合理的情况下，根据所应用的条件、关键部件和材料的材质选用 耐腐蚀和抗腐蚀的材质。 2) 对使用条件，选用合适的防腐涂料和防腐方法。 B、抗腐蚀材质的选用 水泵等设备的轴心部件，均为抗腐蚀金属或非金属。 水管、污泥管等工艺管道主要非金属管材或经过防腐处理的钢管。水下部分曝气管道和加药管道均采用耐腐蚀的U-PVC管。填料支架的A3钢防腐制作。 6.2防渗措施 本废水处理站主体构筑物均为钢筋混凝土结构，为避免地下水渗入或池预案设计说明 7.1事故种类分析 工业生产废水处理站的运行与管理与厂内的生产流水线具有同等的重要作 共80页 第28页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 用，有时甚至发生的作用超过之，任何一次的废水处理站的事故发生均会影响厂内生产流水线的正常生产，甚至停产，因此，废水站同生产线一样需要预案。 影响废水站的正常运行和事故的发生主要有以下几个方面: A、突然停电 1) 造成废水站内的污水外溢，造成环境污染，甚至使生命安全受到威胁。 2) 某些关键设备的损伤等。 B、运行管理不当 1) 造成设备的损坏，使废水外溢，甚至造成废水站停止运行。 2) 设备或容器的老化，引起废水泄漏，造成对周围环境的威胁。 3) 水质不达标而外排，引起环境污染事故。 4) 危险标志不明显，造成认为事故的发生。 7.2对策预案说明 在该废水处理工艺流程中主要关键设备均采用备用，每组均可独立运行，其运行状态均受PLC控制，任一组发生异常或故障时均会通过设备和各种传感器产生报警信号，同时接受事故处理。当事故发生时为不影响生产，可根据实际情况将流量向下调整使之满足剩余设备的处理要求。 严格按照操作管理手册进行运行操作和运行维护，严格按照设备的操作说明进行操作和维修保养，并按照要求做好各种记录。 为防止酸碱废水、含镍、铬等废水的泄漏，而造成的环境污染和人的伤亡事故发生，设计时考虑在能够发生危险的区域周围设一“围栏”并表明危险标志，同时在旁边放置用于急救的草酸或苏打溶液，安装用于冲洗和稀释的自来水龙头多只，具体位置在施工图中详细标出。 每台套(只)设备设计时均有排空或放空的管道和阀门。 共80页 第29页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 第8章 安全生产、节能措施及环境保护 8.1编制依据 工艺设备计价是参照生产厂家提供的设备基价计入; 土建工程造价是参照国内同类工业站房及水工构筑物的工程费用水平，并考虑市场物价水平以及站址周围的基础工作量对本工程带来的影响因素而编制的; 全国统一安装工程预算定额以及建筑安装工程间接费定额; 综合指标按建设部《城市基础设施工程投资指标》。 本估算编制内容包括:土建工程费，工艺设备材料费，安装工程费，其它工程费。 处理构筑物使用《全国统一市政工程预算定额》及相关费率标准。 设备价格采用厂家咨询价格及参考近期相应工程设备价计算。 本估算编制内容包括: 工艺设备材料费，安装工程费，其它工程费。 未包括废水至废水站间的管道、站内用电的进线工程等。 8.2投资估算 8.2.1概述: 工程工艺设计、设备及安装调试总投资为24.84万元，其中设计费3.0万元;设备费21.84万元，安装费为3.0万元;运输费1.1万元。 工程相关土建工程费用估价为:处理站主要处理构筑物23.67万元。 工程不含税金投资51.81万元; 本工程适合税金万4.15; 工程含税总价56.73万; 劳动保险基金: 1.19万; 则工程总造价为57.92万。 共80页 第30页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 8.2.2编制依据 1、《湖南省建筑工程概预算定额》及相关费率标准。 2、《湖南省建筑安装工程概预算定额》及有关资料。 3、《全国市政工程预 算定额湖南省单位估价表》。 4、设备价格采用厂家咨询价格及参考近期相应工程设备价计算。 5、有关 费用计算表。 6、其它土建费用为暂估价。下表为构筑物造价一览表(RMB.万元) 序 名称 号 1 总图 3 数单 设 计 参 数 量 位 1 幅 价 备注 格 5 7. 砼结构防腐 砼结构防腐 砼结构防腐 砼结构防腐 钢结构 2 1. 砼结构防腐 砼结构防腐 砼结构防腐 砼结构防腐 2 水力调节池 L×B×H=7m×7m×3.7m=181.3m 1 座 25 1. 3 中和池 L×B×H=4m×2.5m×2.3m=23m 3 2 座 84 2. 4 斜板沉淀池 L×B×H=4.8m×3m×4.3m=62m 1 座 48 1. 5 中间水池 L×B×H=4m×2.5m×3.3m=33m 3 1 座 32 1. 6 过滤器 D×H=2m×3.6m 1 座 7 污泥浓缩池 D×H=4m×2.95m=41.75m 3 1 座 67 1. 8 终端水池 Ca(OH)2溶解 L×B×H=4m×2.5m×3.3m=33m 3 1 座 32 0. 9 池 10 HCl溶液池 L×B×H=2m×2m×2m=8m 3 1 座 32 0. L×B×H=2m×2m×2m=33m 3 1 座 32 共80页 第31页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 11 鼓风机房 L×B×H=4m×2m×3.5m=27m 3 1. 1 间 0 1. 1 间 4 1. 1 间 0 1. 砖结构 砖结构 砖结构 12 脱水间 L×B×H=5m×3m×3.5m=45m 3 13 设备间 L×B×H=4m×2.5m×3m=30m 3 14 大门 B=4m 1 扇 0 0. 钢结构 15 药剂仓库 L×B×H=4m×2.5m×3m=30m 3 1 间 75 0. 砖结构 16 值班室 L×B×H=4m×2m×3m=24m 3 1 间 8 23 砖结构 总 计 7 下表是主要设备费用一览表(RMB•万元) 序号 1 2 3 4 5 6 曝气器 7 8 9 中心管 电磁流量计 清水离心泵 DN600 KTLDE-100测量范围为2.82,4.24 m/h SLS65-125(I) 1 台 0.5 0.5 3 .6 设备名称 网滤 污水提升泵 污水提升泵 鼓风机 污泥计量泵 STEDCO微孔 规格型号 DN=200 IP60-50-125 IP65-40-250 HC-501S GB—1200/0.3 φ200 数量 26 2 2 2 1 48 2 1 单位 台 台 台 台 台 套 套 套 单价 0.005 0.3 0.25 0.82 0.3 0.01 总价 0.13 0.6 0.50 1.64 0.3 0.48 2.0 1 4.0 1.63 共80页 第32页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 10 11 12 13 14 15 16 17 总计 污泥泵 加药装置 PH自动控制仪 板框压滤机 沉淀池配水装置 回流污泥泵 电控系统 管道阀门 CLXQ100-75-264 WA0.3/0.72 PC310 1 2 1 1 1 1 1 套 台 套 台 套 台 套 0.6 1.5 0.55 3.6 0.45 0.25 1.5 0.05 0.6 3.0 0.55 3.6 0.45 0.25 1.5 1.5 21.84 XMS315-U TJS-3 CLXQ100-75-264 TDK-3 若干 其它费用(RMB•万元): 1.安装调试费21.84×10%=2.2 2.运输费21.84×5%=1.1 . 3.设计费3.0 小计6.3 则工程不含税金造价(RMB•万元) 工程不含税金造价,主要处理构筑物，设备费用，其它费用 ,23.67+21.84+6.3=51.81 本工程适合税金8%，则税金为51.81×8%=4.15 工程含税总价=51.81+4.15=55.96 劳动保险基金:55.96×3.5%=1.96 则工程总造价为55.96+1.96=57.92 8.3 运行管理 8.3.1人员编制 生产废水治理工程设计处理能力为30m3/h。工作天数按365天/年，三班四运制连续运行。由于本废水处理工程机械化、自动化程度比较高，因此操作管理人员每班需设置2名人员，即本废水站定员6人。 8.3.2主要管理设施 为保证废水处理站的正常运行和效益目标的实现，必须在废水处理站的操作和维修管理方面采取有效的措施，主要管理设施包括: 共80页 第33页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 1. 本工程主体构(建)筑物。 2. 本工程中的各配电线路及机电设备。 3. 本工程设施的自控、监控、检查、观测等附属设备。 4. 本工程的通讯、照明线路。 8.3.3运行的技术管理 1、操作人员进行专门培训，经考核后才能上岗。 2、定时巡视生产现场，发现问题及时处理并做好记录。建立检修、保养制度。根据设备的性能要求，进行经常的维护和定期的检修工作，以提高设备的完好率，延长使用寿命。 3、根据进水水质、水量变化，及时调整运行条件。做好日常水质化验、分析，保存记录完整的各项资料。环境监测计划:化验指标及检测周期: TSn、TZn、TNi、pH值等一天一次，油、CODcr、SS每周两次。 4、及时整理、定期汇总分析运行记录，建立、建全技术档案，为生产运行提 供技术参数和设备工况资料，并在此基础上总结改善，不断提高运行技术水平。 5、及时运送污泥，减小对环境的影响。 6、建立处理构筑物和设备、设施的维护保养工作及维护记录的存档。 7、实施计算机管理，建立数据库，积累生产运行数据，指导和控制运行工况。 8.3.4检修和维护 A、维护和检修内容 )筑物、机电设备以及其它生产管理设施等。 各构(建 B、维护期限 各机电设备根据其使用操作说明书及维修手册的规定，定期进行维护。 所有生产管理设施需每年普查，进行维护和检修工作。 共80页 第34页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 8.3.5故障处理措施 A、断电事故 当电气设备遭雷击或者其他原因导致断电，或者系统发生整体故障时，整套处理设施无法正常运行。 B、设备事故或故障 个别设备发生故障时，其检修以不影响整个工程的运行为原则，单独检修完成后，再投入正常使用。 1)若设备处于自动控制状态时发生故障，需立即将其切换至现场手动控制，待修复后重新投入正常控制。 2)中央控制系统发生故障时，各台实行中央控制的设备均切换至现场手动控制，待系统恢复正常再重新投入中央控制正常运行。 8.4运行费用分析 废水站的运行费用主要有以下几个部分组成:人工费、水电费、药剂费、设备折旧费和维护保养费。 A、人工费 每班设管理与操作人员2人，定员6人，平均工资按1200元/月?人，则 折算水处理成本: Σ1=12×1200/(365×24×30)=0.055元/吨?水 B、电费 本废水处理站总装机容量为52.00Kw，使用工作容量约40kw，用电系数按0.8计，电费按0.7元/kw?h计，则折算水处理成本: Σ2=40×0.8×0.7/30=0.75元/吨?水 C、药剂费 本废水站工程采用Ca(OH)2调节pH， PAM作为污水处理絮凝剂，CaCl2作为破乳剂，根据计算并参考同类型的废水运行状况，处理水量按30m3/h计，则每天消耗150—260公斤Ca(OH)2粉剂，Ca(OH)2按600元/吨，则折算水处理成本: 共80页 第35页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 Ca(OH)2:260×600/(24×30×1000) =0.216元/吨?水 Σ3=0.216元/吨?水 D、维修保养费 本废水站工程构筑物和工艺设备的维修保养按0.08元/吨?水计算。则: 处理每吨污水成本为: Σ,Σ1，Σ2，Σ3,1.00元/m3; 第9章 安全生产、节能措施及环境保护 9.1安全生产 在废水处理站运转之前，须对操作人员、管理人员进行安全教育，制定必要的安全操作规程和 管理制度 档案管理制度下载食品安全管理制度下载三类维修管理制度下载财务管理制度免费下载安全设施管理制度下载 ，同时，需设置安全生产措施。 9.1.1安全措施 为了贯彻”安全第一，预防为主”的方针，确保本工程在建设过程中及投产运行后均符合职业安全卫生要求。保障劳动者在劳动过程中的健康，在本设计中严格遵循《中华人民共和国劳动法》，并依据有关国家标准，配备劳动安全卫生设施。遵照《工业企业设计卫生标准》，建(构)筑物间距除满足工艺流程要求外，同时满足防火、通风、采光、日照等距离的需要。 电气安全措施:严格遵照国家有关规定进行防雷接地设计，供配电设备采用封闭式结构以提高安全性。 本工程通过以上措施可保证工程在建设中及投产后安全生产，保证职工在劳动过程中的安全与健康。 A、设备、材料安全防护 1) 所有电气设备的安装、防护，均须满足电器设备有关安全规定。 2) 机械设备危险部分，如传动带、明齿轮、砂轮等必须安装防护装置。 3) 药品设置须设置专用库房、专人保管，并满足劳动保护规定。 共80页 第36页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 B、栏杆围护 各处理构筑物走道均设置保护栏杆，其走道宽度、栏杆高度和强度均需符合国家劳动保护规定。 C、有毒有害气体防护 1) 在产生有毒气体的工段，配备防毒面具。 2) 较深的水池，检修时，需对其进行换气，满足劳动保护的要求等。 D、辅助设施及劳保用品 安全带、安全帽等劳保防护用品以及各种生活辅助设施，业主统一配套。 9.1.2安全生产制度及教育 由劳动保护及安全生产方面要加强对职工的法制教育，包括在建设期和运行期，起 等。 共80页 第37页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 9.2消防 9.2.1消防等级 根据《建筑设计防火规范》，各设备间为丁类防火标准，依据《建筑设计防火规范》进行设计。 9.2.2防火措施 A、室外消防 包括消防道路、消防栓及消防水源由总体统一考虑。 B、室内消防 根据《建筑灭火器配置设计规范》，设置干粉灭火器。 9.3工业卫生措施 9.3.1环境污染的消除 生产期间，污水处理站的环境污染源主要有:噪声、臭味和固体废弃物。 噪声来源于厂内传动机械如污水泵工作时发出的噪声，臭味来自污水和污泥，固体废弃物主要有浮渣、污泥池的污泥等生产性废弃物以及生活垃圾等。 设计中，均考虑了相应的措施加以缓解或消除。 9.3.2防暑降温措施 厂区内主要的热源是机房。按对机房作业区内的夏季室内温度不超过室外温度3,5?的要求，拟采取以下防暑降温措施。 1) 值班控制室与热源分离，并安装空调。 2) 在机房内设置机械通风设备。 9.3.3节能减耗措施 耗电量大的设备主要是污水泵，选用效率高、能耗低的先进设备和器材，水泵的选型确保经常工作点位于高效区。 水泵根据液位开关自动控制泵的开停，并优化泵的组合运行方式，节省电 共80页 第38页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 耗，降低运行费。 在高程布置中，减少跌水高度，选择经济管径及合理布置流程，节约水头损失，以节约水泵能耗。 9.4环境保护 9.4.1工程建设对环境的影响 A、施工期间 施工扬尘、噪声的影响 1) 扬尘的影响 施工期间，挖掘的泥土通常堆放在施工现场，短则几天，长则数周。堆土裸露期间，风吹尘扬以及车辆过往，使大气中浮尘含量骤增，影响周围环境。施工扬尘将使附近的建筑物、植物等蒙上尘土，给环境的整洁带来麻烦。 雨、雪天气，雨、雪水的冲刷以及车辆的辗压，施工现场将泥泞不堪，行走困难。 2) 噪声的影响 施工期间的噪声主要来自施工机械的使用、建筑材料的运输中车辆马达的轰鸣和喇叭的喧闹声，特别是在夜间，施工的噪声将产生严重的扰民问题，影响邻近居民的工作和休息。若夜间停止施工，或进行控制，则噪声对周围环境的影响将大大减小。 3) 生活垃圾的影响 工程施工时，施工区内劳动力的住宿将会安排在工作区域内。这些临时住宿地的水、电以及生活废弃物需妥善安排，否则会严重影响卫生环境，导致工作人员 的体力下降。尤其在夏天时，若施工区的废弃物乱扔，轻则蚊蝇孳生，重则致使施工区工人暴发流行疾病，严重影响工程施工进度，同时使附近的居民遭受蚊、蝇、臭气、疾病的影响。 4) 建筑垃圾 主要包括施工中失效的灰砂、混凝土、碎砖瓦砾、废油漆、建材加工废料、植物性秸杆等;也包括施工人员临时搭建的工棚、库房等临时建筑物。 成分主要为无机物，若处置不当，可能引起水土流失，淤塞河道，破坏环 第39页 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 境景观，污染环境。 B、运行期间 废水处理站本身是一个环境保护项目，建成后对改善周围环境和排水水质作用显著。但废水处理站的运行对周围环境也会产生一定的影响，需采取一定的保护措施。 一、对水环境的影响 1) 处理后降低各种污染物浓度; 2) 降低出水的SS后，提高水体透明度。 3) 工程运行后，排放水大大降低了各种污染指标，提高了水体的溶解氧，原有废水经处理后出水水质将得到很大改善。 二、噪声对环境的影响 废水处理站的噪声来源于厂内传动机械工作时发出的噪声，主要有水泵、空压机和鼓风机等工艺设备的噪声，还有厂区内外来自车辆等的噪声。根据调查，废水处理站使用的机械产生的噪声值见下表。 表9-1 废水处理站机械设备噪声一览表 名称 水泵 汽车 单机噪声dB(A) 75,85 75,92 隔声后噪声dB(A) 65(户外1 m处) 废水处理站内噪声较大的设备有水泵等。本工程污水泵设置在水下。通过采取隔声措施，在经过隔声以后传播到外环境时已衰减很多。据测算及有关资料表明，距机房30m时噪声值已低于40 dB(A)，满足国家的《城市区域环境噪声标准》(GB3096-93)的?类标准值。因此，其噪声对环境的影响不显著。 三、臭味对环境的影响 为了减少污泥量，在污泥池内设置曝气系统，使污泥处于自身氧化阶段，由于曝气后逸出水面的气体有一定的臭味，如果这些臭气不加以处理，让污水和污泥的臭味散发在大气中，势必影响周围环境，造成二次污染。 四、固体废弃物 共80页 第40页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 固体废弃物主要有平流式沉淀池的污泥等生产性废弃物以及管理人员的生活垃圾等。 9.4.2环境保护设计 工程环境保护的主要目的:消除或减小施工期各类污染，把对周围环境的影响控制到最小;控制运行期噪音对周围居民点的影响;合理处置各类固体废弃物、消除臭味对周围环境的影响。 A、施工期环保设计 一、施工队伍的检疫、防疫 由于施工人员集中，来源面广，既带来病源又易感染当地疾病，所以应做好计划免疫工作，提高抗病能力，防止疫情流行;同时，还要认真做好居住、生活及饮食卫生管理及防疫工作。 二、施工期噪声影响防治措施 施工噪声是流动的、临时的，但也必须采取防噪措施。 1) 建设和施工单位应限制施工作业时间，规定噪声大、冲击性强并伴有强烈振动的工作安排在白天进行。 2) 合理安排施工计划和施工方法，使动力机械设备适当分散布置在施工场地上。 3) 尽量采用低噪声设备;混凝土搅拌站、皮带机的机头等机械应安装消声器。 4) 工地周围可设立临时的声障。 三、施工期大气污染防治 施工期大气污染主要是施工期粉尘散落和运输过程扬尘的影响，防治措施如下: 1) 堆放砂、土的场地及搬运操作中应经常洒水，使物料表层经常处于湿润态。 2) 水泥应密闭输入贮存塔。水泥装卸口都应有袋式除尘器。混凝土拌和站的混凝土应当湿法装在混合车中。 共80页 第41页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 3) 按照弃土处理计划，及时运走弃土，装运时不超载，装土车沿途不洒落。车辆驶出工地前应将轮子的泥土去除干净，防止沿程散落。 4) 运输散货的车辆，应配备两边和尾部挡板，并用防水布遮盖好，并超出两边和尾部挡板至少300mm。 5) 工地上的道路应每天定期打扫，清除弃土、散落建材等。路面上洒水保持湿润。施工场地应安装洗车轮设施和冲洗进出的车辆。 6) 施工生活区内建议用液化气锅炉，免去煤污染。 7) 施工场地和居住区不容许随意焚烧废物和垃圾。 8) 做好施工人员劳动保护，配戴防尘口罩等。 四、施工期废污水的处理 生产废水主要来源于沙石料筛分、砼搅拌冲洗、基坑废水、砼养护等，其浊度和含泥量较高，但含重金属和毒物质微小。生产废水拟采用沉淀池处理，停留时间半天以上，排放标准为SS?70mg/L。处理设施与生产同步进行。 施工高峰期生活污水经集中收集后进行生化处理，达标后排放。 五、活垃圾和油渣处理 对生活垃圾应设置垃圾堆放设施，定期集中外运焚烧或填埋。施工区、生活区应设置无害化厕所，粪便集中收集后外运。 油污消解时间长，且有一定的渗透能力，对附近水体及土壤将造成污染，对水体水质威胁较大，必须严加管理，对施工机械、维修车间及简易油库等要设置集 油池，集中处理油污。油渣外运，严禁随意弃油、冲洗及焚烧油渣。由于施工场地的限制，维修车间及简易油库可布置在其他地形开阔处，有利于废水处理，避免废水排入水体影响水质。 六、建立计划、制度，加强管理 1) 建立制度，文明施工 施工单位制定各项规章制度，尽可能减少施工对周围居民影响，提倡文明施工，组织施工单位、业主及相关单位的联络会议，及时协调解决各种问题。 施工中遇到有毒有害废弃物应暂时停止施工并及时与地方环保、卫生部门联系，经他们采取措施处理后才能继续施工。 共80页 第42页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 2) 制定运输计划 建设工地的土方运输计划，需与公路有关部门联系，避免在行车高峰时运输土方和建筑垃圾。运输时依照规定路线，并按规定地点处置建筑垃圾，定期地检查执行计划，情况。 B、施工完成后的环境保护 施工完成后，施工中剩余失效的灰砂、混凝土等，应选择合适的低洼地堆放、填埋，还必须做好施工现场的清理工作，对所有的施工人员临时居住的工棚应及时拆除，各工地居住区的污染水沟、粪便及垃圾应做好消毒灭菌清除工作，并用净土填埋、压实、恢复植被。 C、运行期环保设计 一、工艺设备噪声的控制 厂内噪声来源于水泵和空压机等。为避免影响周围环境，我们采取一系列措施来降低噪声。 污水提升泵均采用液下泵，设置在水下。管道内的流速均采用较低值，以降低管道噪声。 经过上述一系列控制措施，污水处理站的噪声已大大降低，可以满足《城市区域环境噪声标准》(GB3096-93)的二类标准:即昼间60dB(A)，夜间50dB(A)，工程的运行不会扰民。 二、固体废弃物的处理和处置 沉淀池的污泥进入污泥浓缩池浓缩后，经脱水外运。 现场设立垃圾站，集中管理人员的生活垃圾等，定期清理外运填埋。废渣对脱水后的“污泥和废渣”的堆放场地均考虑混凝土地坪，以防止对地下水的污染。 废水站平面布局合理、功能分明，标示废水处理区、污泥区、辅助生产区、管理区等。 通过采取上述一系列措施，工程建成运行后，将使出水水质稳定达标，符合兴化市环境保护局的要求，而对周围环境基本没有影响，是一项有利于整个环境保护的项目。 共80页 第43页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 第10章 施工进度及调试计划 10.1施工进度计划 本工程建设工期为4.5个月，其中土建施工工期为2.0个月，设备及管道安装1.5个月，系统联动调试1.0个月(不含工艺调试)，设备安装和土建施工交叉期为1.0个月。 -1 工程施工进度计划表 表10 序号 1 2 3 4 实施阶段 土建工程 设备及管道安装 系统调试 合计 所需时间(月) 2.0 1.5 1.0 4.5 以上施工期遇到雨雪天气，施工期限作相应延长。 10.2调试计划 1(我方在现场调试开始的前递交一份详细、全面、系统的调试大纲给业主代表，以取得批准。只有经业主代表批准后的调试方案，方可按此调试方案进行现场调试。 2(整个工程调试包括设备安装完毕后，分步骤的单机单体调试，按项目部分项的局部联合调试，用清水作负荷的整个项目系统的联动试运转，以及用污水作负荷达到出水水质标准的运行调试。主要包括以下几个方面: 1) 本工程所有的泵、风机等机电设备的安装调试。 2) 本工程所有的污水处理专用设备、闸门设备及专用设备的配套的管道、阀类及管配件、起吊设备的安装调试。 3) 本工程所有的电气设备，包括电缆、低压开关、设备的接地的安装调试。 4) 本工程所有自动控制设备、监测仪表、显示仪表及各种信号、通讯电缆的安装调试。 5) 清水作负荷的整个污水处理系统联动试运转。 6) 负责在设计水量及设计进水水质条件下，保证处理出水水质达到出水水 共80页 第44页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 质标准的总调试。 参考文献 ,1,贾金平，谢少艾，陈虹婧 电镀废水处理技术及工程实例,M,.北京:化学工 业出版社，2003，6 ,2,张自杰，金儒霖 排水工程(下册),M,.北京:中国建筑工业出版社，2000，6 ,3,姚玉英，黄风廉 化工原理(新版),M,.天津:天津大学出版社，1999.8 ,4,杨松林，水处理工程CAD技术应用及实例,M,.北京:化工工业出版社，2002.5 ,5,彭党聪， 水污染控制工程实践教程,M,. 北京:化工工业出版社，2004.6 ,6,北京市政设计院主编 给水排水设计手册，第1、5、8、9、10、11册. 北京:中国 建筑工业出版社，1986 ,7,大连理工大学工程画教研室 机械制图,M,.北京:高等教育出版社，1993，5 ,8,安成强，崔作兴 电镀三废治理技术,M,.北京:国防工业出版社，2002.4 ,9,涂锦葆 电镀废水治理手册[M]北京:机械工业出版社，1989 ,10,黄渭澄 电镀三废处理[M]成都:四川科学技术出版社，1983 ,11,唐受印 废水处理工程[M]北京:化学工业出版社，1999.3 ,12,沈祥华 建筑工程概预算,M,.武汉:武汉理工大学出版社，2003，9 ,13,王绍文，杨景玲 环保设备材料手册,M,.北京:冶金工业出版社 ,14,初仁兴，孙翠云 工业建筑设计手册,M,.北京:中国建筑工业出版社 ,15,李春华 离子交换法处理电镀废水,M,.北京:轻工业出版社，1989.2 ,16,史惠祥，杨万东 实用环境工程手册,M,.北京:化学工业出版社，2002，10 ,17,徐建成，宗土增，吴欣 工程制图,M,. 北京:国防工业出版社，2003，9 ,18,董大勤 化工设备机械基础,M,.北京:化学工业出版社，2002，12 ,19,刘瑞新，赵淑平 AutoCAD 2000应用教程,M,.北京:机械工业出版社，2000，10 ,20,杨岳平 废水处理工程及实例分析,M,.北京:化学工业出版社，2002 ,21,北京市环境保护科学院 三废处理工程技术手册(废水卷),M,.北京:化学工业 出版社，1999 共80页 第45页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 结 论 通过本次毕业设计，使我对所学知识更加的巩固和深化，感觉就像亲身经历了现实工程项目;使我学到了很多东西，更加深刻的理解了废水处理的原理，查阅了许多相关的资料，各种水处理工艺，这些都是我们平时学习中接触较少的 ; 这次设计使我明白了废水对自然环境的危害，同时也学到了不少的废水处理工艺，明白了这些工艺在保护环境中的关键性。 设计时总有各种问题出现，在解决问题的同时，我们对于以前所学的理论更加理解，也明白了理论与实践是有些差别的。设计中我们在借鉴前辈的同时，也认真思考，开阔创新，采用更先进的工艺设备，使我们的水处理的效果更加的好，改善了出水水质，同时也降低的工程造价，使性价比更加合理。 致 谢 首先，我要衷心感谢周耀辉老师，熊正为老师，陈胜斌老师，刘清老师在这最后学期的毕业设计过程中，给予了我悉心指导。当我在设计中遇到问题时，老师们总是耐心细致的给我讲解，让我对设计中的问题理解更透彻，设计思路更加清晰。感谢指导老师对我的严格要求，让我学习更加努力，老师的指点使我避免了很多不必要的麻烦，同时给予了我精神上的鼓励，还传授了许多我以后做人做事的方法，这不但使我学到了许多专业知识，而且培养了自己独立工作的能力，进一步磨练了自己刻苦勤奋的意志，增强了自己的责任感和事业心，这些都将使我终身受益。在此，谨致以诚挚的谢意。 同时还要感谢同专业其他同学，在这段日子里，在我遇到问题时，他们和我一起探讨，给予我无私的帮助和鼓励，这段日子，虽然很忙，但很充实，是 共80页 第46页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 我一生中最美好的回忆，最无价的财富。 在此，我要特别感谢周耀辉老师，在设计中给予我的鼓励和严格要求，这些都是我进步的动力。 当然，由于缺乏实践经验，不足之处在所难免，这些需要在以后的工作中逐渐得到完善。 最后，再次感谢各位老师和同学在设计中的帮助～谢谢大家～～ 翁晓辉 第47页 共80页 2010年5月28日 于南华大学 南华大学城市建设学院本科毕业设计 附录一:外文译文 利用一种新的合成物壳聚糖生物吸附剂去除Cr(?) Veeram.Boddu;Krishnaiahabburi;Jonathanl.Talbott;Edgard.Smith Illinois (美国州名), Champaign, 陆军建筑工程研究实验室, 61826-9005， Illinois, Champaign, Illinois大学, Illinois自然资源部, Illinois废弃物管理与研究中心, 61820 利用一种葡(萄)糖胺生物聚合物壳聚糖涂膜在氧化铝陶瓷上制备新型壳聚糖复合生物吸附剂，由高温热裂解、孔性计、电镜扫描、X射线光电子能谱法测定其特征. 在25?进行间歇等温吸附平衡和连续塔吸附试验以检验它从镀铬设施废水中去除六价铬,并研究 pH值,硫酸盐、氯离子对吸附的影响。铬(?)饱和的生物吸附剂可以在0.1M 氢氧化钠溶液再生。 对比目前的调查结果与文献报道表明氧化铝表面的壳聚糖具有更大的铬(VI)吸附能力。 另外,实验平衡数据拟合Langmuir和Freundlich等温吸附式和得出的等温参数值, Langmuir模型所得最大的容量是153.85毫克/克壳聚糖。 概述 从采矿、电镀设备、发电设备、电子器件制造单位和皮革厂排放的废水中金属离子浓度往往高于当地排放标准,这些废水中含有有毒重金属如铬、镉、铅、汞、镍、铜等。在采矿、电镀、工业加工、核燃料合成、军事基地分局周围的地下水含有害成分. 根据环保法规,污水或水中含有重金属在排放之前一律进行处理。化学沉淀,氧化/还原, 机械过滤、离子交换、膜分离、 碳吸附等各种处理方法广泛应用于去除废水中的有毒重金属。 近年来生物吸附被公认为减少地表水和工业废水金属污染的一种有效方法。 生物吸附是指利用生物材料从溶液中去除金属或非金属单质,化合物和离子.Olin和Bailey等开展了广泛的资料研究,以找出潜在的低成本吸附剂处理重金 属污染的水和重金属废水. 他们鉴别了12种潜在吸附剂去除铅、镉、铜、锌、汞,其中壳聚糖具有最高的金属离子的吸附容量。 共80页 第48页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 壳聚糖是从虾、螃蟹、某些真菌、甲壳类生物等萃取得到的甲壳素通过脱乙酰作用获得. 壳聚糖在自然界中不仅丰富廉价,同时它又是一个良好的重金属吸附剂,壳聚糖可以螯合超过甲壳素5-6倍量的金属，这是因为在壳聚糖里因脱乙酰作用存在自由氨基。研究人员先后多次企图改进壳聚糖以使其更容易传质和释放活性官能团来增强吸附能力。嫁接功能团到原壳聚糖主链来进一步提高其吸附性能。Kawamura, Hsein 和 Rorrer等研究了多孔壳聚糖和化学交联壳聚糖粒对重金属的吸附,与天然壳聚糖相比，多孔壳聚糖颗粒、化学交联壳聚糖粒子、 冠醚壳聚糖、浸微壳聚糖, 金属离子络合壳聚糖树脂明显提高了吸附能力。 volesky,Holan ,Waseand 和Forster 讨论了几种生物吸附剂对金属包括放射性的物质铀、钍等的吸附能力,认为这些生物吸附剂应对材料进一步改进和向商品化发展。它们的天然形式是软性的和其水溶液有一种结块或形成凝胶的倾向. 此外，自然形成的活性官能团不易速效吸附，而在工艺流程设计过程中该基团对传递金属污染物起着十分重要的作用，它还提供应用处理中所需的物质支持和增大金属结合基团接纳金属的可达性。 因此,本次研究试图制备一种将壳聚糖涂在氧化铝表面的生物吸附剂。 这种由氧化铝为载体的生物吸附剂由高温热裂解、孔性计、电子显微镜扫描、X射线光电子能谱测定其特征 。在Brunauer-Emmett-Teller (BET)吸附等温线基础上，它的表面积、孔径 、孔径分布由氮孔率决定。 这项研究的目的是制备一种壳聚糖合成物，了解其吸附特征，检验合成物和天然样本的去除铬(?)的能力以及在间歇和连续模型中的等温吸附平衡时的吸附容量。 另外,还应获得与Langmuir和Freundlich等温吸附式拟合的实验平衡数据和等温参数值，并用同样试剂进行塔吸附试验，以及pH值对铬(?)吸附的影响程度，也将研究壳聚糖生物吸附剂在0.1M氢氧化钠溶液中的再生能力。 实验来自Aldrich化工股份有限公司(Milwaukee, WI)的重铬酸钾、活性氧化铝、壳聚糖、1,5二苯卡巴，其中活性氧化铝是标准级150目brockman I。由Fisher 化工(Fair Lawn, NJ)生产的氯化钾、氢氧化钠。来自EM 科学(Gibbstown, NJ)的硫酸钾。所有的盐类都是ACS(美国化学学会)认证等级或更 共80页 第49页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 好。 所有溶液由ASTM(美国材料试验学会)的去离子水制备(18 MΩ -H2O grade Barnstead Nanopure)。 生物吸附剂准备 由壳聚糖凝胶覆盖陶瓷的生物吸附剂的制备过程如下:将150目氧化铝陶瓷在110?烘箱干燥4小时后在室温下用草酸搅拌混合4小时进行表面涂层, 然后从酸中过滤出的氧化铝用去离子水洗两次，再在70?真空烘箱中干燥24小时，将约50克中等分子量壳聚糖徐徐加入1000毫升质量分数为10%草酸溶液并搅拌。 加热至40-50?使其容易混合形成酸和壳聚糖的粘性混合物(凝胶)。取大约500毫升的壳聚糖凝胶用水稀释2倍并加热至40-50?，将约500克的酸处理后的氧化铝缓慢加入稀释凝胶并搅拌约36小时之后静置澄清。再用 Whatman41滤纸在真空条件下过滤出上清液，将得到的合成物用去离子水洗两次,然后在55?真空烘箱中干燥24小时, 最后在涂过一层生物吸附剂的氧化铝上进行重复涂层处理以增加壳聚糖的负载量，大约用时24小时。合成过程中过量的草酸用氢氧化钠溶液中和处理. 再将两次涂膜的混合物用Whatman41滤纸过 真空烘箱干燥48小时左右，滤,并用2500毫升的去离子水洗，及过滤之后在55? 转移到玻璃瓶后存放在干燥器生物吸附剂特性包括:(1)热解,(2)孔径分析,(3)电子显微镜扫描,(4)XPS分析。 (1)热裂解技术测定氧化铝负载的壳聚糖。 测量生物吸附剂在裂解中减少的重量得到在氧化铝上负载的壳聚糖的量。将准确称量后的干燥生物吸附剂放入瓷瓶内放入一个750? 马弗炉内6小时，然后在干燥空气中冷却,称量得到生物吸附剂减轻的重量。用空瓷瓶、纯氧化铝、酸处理氧化铝、纯壳聚糖和生物吸附剂做各进行三次的对照实验。 (2)由孔性计确定的表面积和孔径。 使用一个微型的BET 测定仪在零下196?下超纯度的氮气条件下测定生物吸附剂的表面积、孔容和孔径，它们的平均值分别是125.24 sq.m/g、0.1775cm3/g、71.125Å。 (3)电子显微镜扫描， 以电子显微镜研究表面形态。壳聚糖生物吸附剂的电子显微镜扫描 (SEMs)由环境扫描电子显微镜(XL30-ESEM-FEG, FEI 公司, Hillsboro, OR,U.S.A.)获得，见图1(a)、(b)。 共80页 第50页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 图1 放大100倍(a)和800倍(b)的壳聚糖生物吸附剂的扫描电子显微镜像 (4)X射线光电子能谱 壳聚糖生物吸附剂XPS谱在PHI模型5400AXIS Ultra Kratos 分析仪(Manchester,U.K.)得出，列于图2。 图3是在铬液反应后吸附剂的XPS谱,显示了吸附铬的2个高峰。 图2 共80页 第51页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 图3 等温吸附平衡. 研究适量重铬酸钾溶解在去离子水得到的Cr(?)溶液中的间歇等温吸附平衡。用原子吸收光谱法和紫外光谱仪测定溶液的金属浓度, 在25?0.5?进行大量的100至500毫克壳聚糖生物吸附剂的等温平衡研究, pH4.0的铬溶液(50毫升)与壳聚糖生物吸附剂在200RPM的搅拌水浴24小时后达到平衡 ,之后从溶液中用Whatman41滤纸过滤出该生物吸附剂，分析滤液中的金属含量。 每单位生物吸附剂的金属吸附量qe(毫克) ,由下式式得出 : 其中Ci和Ce分别是初始和平衡时的浓度(毫克/升), M是生物吸附剂的干重(克),V是溶液体积(升).分别在不同的pH值下得出pH在平衡吸附试验中对吸附过程的影响，以及检验负离子即硫酸盐、氯化物铬(?)吸附的影响. 实验中硫酸盐、氯化物浓度控制在1毫摩尔水平。 塔吸附试验 在内径约1厘米长30厘米床容为30cm3的玻璃柱内进行动态吸附试验，实验中柱完全泡在用一个恒温neslab 和masterflex泵的25?0.5?循环水浴中，塔底采用孔隙100微米聚乙烯滤盘托住吸附剂。当柱充满干燥吸附剂时震荡以使空隙和空气量减到最少，将塔溶液作适当稀释后用分光光度计测定不同时期 共80页 第52页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 的浓度，当塔中铬饱和后泵入空气清洗剩余水溶液以使其在0.1M氢氧化钠溶液再生，并在解吸过程的第5、10、20、30分钟进行采样分析。再生后，用去离子水清洗塔以备以后吸附时使用。 分析过程 在酸性介质中测量铬(六)与1,5-二苯卡巴反应形成红紫色化合物可以测定六价铬测定。通过紫外可见分光光度计测量得到该化合物的最大吸光度在540纳米，用重铬酸钾标准溶液标定六价铬，为了显色将等温吸附样品用0.2摩尔硫酸调整pH到1.0?0.3，则样品浓度根据铬(六)标准溶液的吸光度与浓度关系曲线得到。精确研究显示，分析程序的再生性优于1毫克/升。 结论 涂膜过程制备了一种稳定的、wheatish彩色的颗粒生物吸附剂合成物。 方案一 生物吸附剂的性质 前面讲述了通过高温热裂解的方法测定覆盖在150目氧化铝上的草酸和壳聚糖的平均量。结果表明，纯氧化铝损失约2.1%，草酸处理过的净重减少4.5%，单一壳聚糖膜氧化铝净损失7.8%，而二次壳聚糖膜的生物吸附剂净重减少21.1%，纯壳聚糖在750?裂解后残留重量0.7%。壳聚糖从螃蟹壳中由酸碱提取甲壳素通过作用获得的，所以该残留物可能是少量的碳酸钙混入甲壳素而产生的，但残留量很少，没必要为此在壳聚糖净重上进行修正。 草酸这个羧酸在氧化铝与壳聚糖之间起桥梁作用. 正如方案1中，一个羧酸基与氧化铝形成较强的螯合连环酯,而另外一个与壳聚糖的-NH3+形成离子(或电子)键。 生物吸附剂中的草酸还可与-OH、 -CH2OH或者-NH2形成的氢键。图1(a)(b)的壳聚糖氧化铝的扫描电子显微镜像(SEMS)表明颗粒的平均粒径为100-150微米,且合成物颗粒一般为球形。 一些颗粒由单个粒子聚集成团的，生物吸附剂的细孔面积仅为3.3m2/g，而总表面积达到了105.2 m2/g，这表明吸附剂相对来说是无孔的。 共80页 第53页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 在图2的XPS光谱中表明在结合能为289 eV (C 1s)、535 eV (O 1s)、402 eV (N 1s), 和78 eV (Al 2p)时碳、氧、氮、和铝为表面观测到的主要元素。在此结合能 -NH2鉴别。在图3中展的基础上，壳聚糖的一半表面可以用-CH2OH、 -CO和 示了在铬溶液中暴光后的铬的光谱，它表明铬已部分地(约67%)转化为铬(III)，此结果与Dambies等观测结果一致。 平衡等温线 在25?C和pH为4条件下铬(六)的等温吸附平衡的结果如图4。 图4 等温先表明增大吸附质的平衡浓度可以促进吸附。生物吸附剂的吸附容量为153.8毫克铬(六)/克壳聚糖。有资料报道，每单位质量的天然壳聚糖吸附剂吸附铬(六)的最大值为27毫克，Ni2+印记壳聚糖树脂为51毫克，而化学交联和非交联壳聚糖分别为78毫克和50毫克，这里报道的两次涂膜的生物吸附剂大大好于其他物质可以看出:生物吸附剂壳聚糖合成物比天然壳聚糖有更大的吸附能力，即涂膜过程促进了壳聚糖的吸附能力，这可能是因为增大了表面积和促进了铬离子向壳聚糖结合部位的传递。图5表明pH值对生物吸附剂吸附铬(六)的影响。 共80页 第54页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 图5 从图中看出，低pH有利于吸附而增大pH值时吸附作用降低，dantas和schmuhl等也得到了类似的结果。铬(六)以几种稳定的形式存在。如Cr2O72-、HCr2O7-、.和Cr2O72-,HCr2O7-, HCrO4-,和CrO42-,它的存在形式主要取决于铬离子的浓度 .在较低的pH值时,吸附剂由于氨基而带正电,而吸附质中的铬酸和溶液的pH值 盐离子以阴离子形式存在从而形成吸附剂与吸附质的静电吸引。因此,在较低的pH值时可增大吸附.若增大溶液的pH值则吸附剂会受到非质子化和吸附容量的降低.当超过某一pH值,仅仅吸附过程回影响从水介质中去除铬(?)。因此所有数据都是在pH值为4.0时得到的。 在图6中表示氯化物和硫酸盐以及两者的交互作用对铬(?)吸附作用的影响。 图6 第55页 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 阴离子也会对生物吸附剂吸附Cr2O72-有轻微的抑制,可以预计,单价氯离子对吸附的抑制会小于二价的硫酸根离子,但氯化物与硫酸盐两者的抑制作用并未出现叠加.在别的文献中也有报道,一般与阴离子竞争表面结合部位的吸附都有类似的抑制。 Gao等人提出壳聚糖像氧离子或氯离子在样品溶液中饿离子交换机制一样定量地吸附某些金属,这意味着交互作用发生在壳聚糖的氨基功能团与Cr2O7-之间,而且这种交互作用主要是静电引力.Fu等证实在红外线与紫外线光谱之间存在静电引力.XPS研究提供了涉及物质吸附部位的认别,并发现铬(六)吸附发生在高分子物质的胺官能团上,如方案2所示 : 虽然离子(或电子)吸引是吸附剂与吸附质的主要因素,但其他因素在低和高pH值的条件下会对吸附产生重要影响.例如在低和高pH值时就可能出现金属吸附质或与壳聚糖羟基和羧基的羟基化后的吸附质进行氢键结合.在低和高的pH值时铬存在其他不同形式,而且这些形式归因于不同pH值时的吸附曲线,所以壳聚糖生物吸附剂对铬的总吸收量取决于:1 离子吸引力,2 氢键结合,3 较弱的范德 华力。 共80页 第56页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 Langmuir和Freundlich模型是描述液相与固相之 Langmuir和Freundlich模型 间的吸附组成的最简单和最常用的等温线. Langmuir模型假定单层吸附,而 Freundlich模式是经验公式.对数据进行分析得到Langmuir和Freundlich参数, Langmuir模型的数学公式是 : 式中Ce是溶液中吸附剂的平衡浓度(mg/l),qe是平衡时吸附剂的吸附量 (mg/l),Q是饱和吸附量(mg/l),b是吸附系数,有Langmuir模型对平衡浓度和吸附量作直线得出参数Q和b.在坐标纸上的Ce/qe对Ce的直线表明:壳聚糖生物吸附剂对铬(?)的吸附符合Langmuir模型,从实验中推断出的Q和b的值分别为153.85mg/L和0.023L/mg,相关的R2的值为0.9896. Freundlich模型表示为 : 式中K和1/n是Freundlich等温常数,从模型中得到它们分别为0.9565和1.4047,其相关的R2值为0.9972。 塔吸附研究 图7表示的是在pH值为4.0和25?条件下生物吸附剂头两个周期从综合废水中吸附铬(六)的实验曲线。 图7: 从图中明显可以看出当开始浓度(C1)约100mg/L是床容数在40以下都无铬流出,当床容数大于40时,塔出水浓度逐渐上升,直到约200床容是达到进水浓度.相对于进水浓度增长减慢的出水浓度表明吸附的动力减少了,当生物吸附剂铬饱和时, 共80页 第57页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 泵入空气排出塔中溶液.吸附塔在流量2.6ml/min,0.1M的NaOH溶液中可以再生,其解吸曲线如图8所示。 图8: 在NaOH溶液中,解吸的最大值发生在第5床容,而且在底20床容时完成再生,再生床用于之后的铬的吸附,它的第二周期的曲线如图7。 对周期一和周期二比较发现,生物吸附剂对废水中的铬(六)的吸附容量并未减少.在pH>10时,壳聚糖的铬(六)解吸主要是由于壳聚糖带正电的胺基团.图9表示的镀铬设施废水的铬(六)吸附曲线。 图9 此废水中包含有铁(13mg/l),镉(0.0065mg/l),铅(48mg/l),硫酸(69mg/l),硝酸盐(11mg/l),氰化物(0.32mg/l),以及磷酸盐(17mg/l)。 共80页 第58页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 比较综合出水的结果,废水开始稀释至铬约100ppm并调整pH为4.0,则用周期一和周期而分别代表纯生物吸附剂和再生生物吸附剂的吸附曲线如图10。 图10 相应的未稀释水样(C1=1253ppm,pH=2.0)的吸收和解吸曲线见图11和图12。 图11 共80页 第59页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 图12 可以看出塔出水(C0)直到第15床容都无铬的出现,然后随初始浓度缓慢增大浓 度直到第45床容,它的最大解吸量发生在第3床容.在高初始浓度和低pH值时生 物吸附剂显示了更大的吸附能力。 综上所述,涂膜过程改进了壳聚糖对六价铬的吸附能力,所以应更多地活化生物 吸附剂合成物的活性部位,而塔的吸附—解吸研究表明新研究合成的壳聚糖生物 吸附剂可用于去除工业废水中的铬(?)。 感谢 -ER45439美国能源部部分资 作者感谢来自Dr.Richard Haas和Grant DEFG02-91 助的Illionois大学材料精细分析中心提供的X-射线光电子能谱分析,同时感谢 Scott J.Robinson,成像技术集团,Backman尖端科技研究所,以及Illionois大学扫描 电子显微镜像的帮助。 参考文献(略) 共80页 第60页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 附录二:[原文] Removal of Hexavalent Chromium from Wastewater Using a New Composite Chitosan Biosorbent V E E R A M . B O D D U , * , † , | K R I S H N A I A H A B B U R I , ‡ , ? J O N A T H A N L . T A L B O T T , ‡ A N D E D G A R D . S M I T H † , ‡ , | U.S. Army Construction Engineering Research Laboratories,Champaign, Illinois 61826-9005, and Illinois Waste Management and Research Center, Illinois Department of Natural Resources, University of Illinois at Urbanas Champaign, Champaign, Illinois 61820 A new composite chitosan biosorbent was prepared by coating chitosan, a lucosamine biopolymer, onto ceramic alumina. The composite bioadsorbent was characterized by high-temperature pyrolysis, porosimetry, scanning electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy.Batch isothermal equilibrium and continuous column dsorption experiments were conducted at 25 ?C to evaluate the biosorbent for the removal of hexavalent chromium from synthetic as well as field samples obtained from chrome plating facilities. The effect of pH, sulfate, and chloride ion on adsorption was also investigated. The biosorbent loaded with Cr(VI) was regenerated using 0.1 M sodium hydroxide solution. A comparison of the results of the present investigation with those reported in the literature showed that chitosan coated on alumina exhibits greater adsorption capacity for chromium(VI). Further, experimental equilibrium data were fitted to Langmuir and Freundlich adsorption isotherms, and values of the parameters of the isotherms are reported. The ultimate capacity obtained from the Langmuir model is 153.85 mg/g chitosan. Introduction Process waste streams from mining operations, metal-plating facilities, power 共80页 第61页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 generation facilities, electronic device manufacturing units, and tanneries often contain metal ions at concentrations above local discharge limits. These waste streams contain toxic heavy metals such as chromium,cadmium, lead, mercury, nickel, and copper. Groundwater around many mining, plating, and processing industries,nuclear fuel complexes, and military bases often gets contaminated with hazardous components. To meet environmental regulations, effluents or water contaminated with heavy metals must be treated before discharge. Chemical precipitation, oxidation/reduction, mechanical filtration, ion exchange, membrane separation, and carbon adsorption are among the variety of treatment processes widely used for the removal of toxic heavy metals from the waste streams.In recent years biosorption has been recognized as an effective method of reduction of metal contamination in surface water and in industrial effluents (1). Biosorption is defined as the removal of metal or metalloid species, compounds, and particulates from solution by biological material (2). Olin et al. (3) and Bailey et al. (4) conducted an extensive literature search to identify low cost sorbents with potential for treatment of heavy metal contaminated water and waste streams. They identified 12 potential sorbents for lead, cadmium, copper, zinc, and mercury. Among the sorbents identified, chitosan has the highest sorption capacity for metal ions (5). Chitosan is obtained by deacetylation of chitin, which is extracted from shrimp, crab, some fungi, and other crustaceans.Chitosan is not only inexpensive and abundant in nature, but it also is a good adsorbent for heavy metals.Chitosan chelates five to six times greater amounts of metals than chitin. This is attributed to the free amino groups exposed in chitosan because of deacetylation of chitin (6).Several investigators have attempted to modify chitosan to facilitate mass transfer and to expose the active binding sites to enhance the adsorption capacity. Grafting specific functional groups onto native chitosan backbone allows its sorption properties to be enhanced (7). Kawamura et al. (8),Rorrer et al. (9), and Hsein and Rorrer (10) evaluated the sorption of heavy metals on the porous chitosan beads and chemically cross-linked beads of chitosan. Chitosan azacrown ethers (11, 12), chitosan impregnated with microemulsions (13), and chitosan resins imprinted with metal ions 共80页 第62页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 (14) showed remarkable increase in adsorption capacity compared to an untreated sample. Volesky and Holan (1) andWaseand Forster (15) discussed several biosorbents and their metal binding capacity including that for radioactive species such as uranium and thorium.It has also been recognized that these biosorbents need further modificationanddevelopment for commercialization.Biosorbents, in their natural form, are soft and have a tendency in aqueous solutions to agglomerate or to form a gel. In addition, the active binding sites are not readily available for sorption in their natural form. Transport of the metal contaminants to the binding sites plays a very important role in process design. It was also necessary to provide physical support and increase the accessibility of the metal binding sites for process applications. Hence, an attempt was made in the present investigation to prepare a biosorbent by coating chitosan on alumina. An alumina supported biosorbent is characterized in this paper by high-temperature pyrolysis, scanning electron microscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. The surface area, pore diameter, and pore diameter distribution are determined with the nitrogen porosimeter on the basis of Brunauer-Emmett-Teller (BET) adsorption isotherm. The objectives of this study were to prepare a composite chitosan biosorbent, to characterize the sorbent, and to evaluate the removal of hexavalent chromium from synthetic as well as field samples. The adsorption capacity of the biosorbent was evaluated by studying the equilibrium adsorption isotherms of Cr(VI) in batch and flow modes.Further, the equilibrium data were fitted to Langmuir and Freundlich adsorption isotherms, and the values of parameters of the isotherms were obtained. Column adsorption experiments are also performed with a field sample. In addition, the effect of pH on the extent of adsorption of Cr(VI) on the biosorbent was examined. Regenerability of the composite biosorbent using 0.1 M sodium hydroxide also was examined. Experimental Section Chemicals. Potassium dichromate, activated alumina, chitosan,and 1,5-dipheny- 共80页 第63页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 lcarbazide were procured from Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI). The activated alumina was Brockman I, standard grade, 150 mesh. Potassium chloride and sodium hydroxide were obtained from Fisher Chemicals (Fair Lawn, NJ). Potassium sulfate was obtained from EM Science (Gibbstown, NJ). All salts were ACS certified grade or better. All solutions were prepared with ASTM type I deionized water (18 M?-H2O grade Barnstead Nanopure). Preparation of Biosorbent. Composite chitosan biosorbent was prepared by coating the ceramic substrate with chitosan gel as follows. Ceramic alumina 150 mesh was dried in oven for 4 h at 110 ?C. The dried alumina was stirred with oxalic acid for 4 h at room temperature to coat the surface.The alumina was filtered from the acid, washed twice with DI water, and dried in an oven at ~70 ?C under vacuum for 24 h. About 50 g of medium molecular weight chitosan was slowly added to 1000 mL of 10 wt%oxalic acid solution with stirring. The acid and chitosan form a viscous mixture (gel),which must be heated to 40-50 ?C to facilitate mixing. Approximately 500 mL of the chitosan gel was diluted 2-fold with water and heated to 40-50 ?C. About 500 g of the acidtreated aluminawasslowly added to the diluted gelandstirred for about 36 h. The contents were allowed to settle, and the clear liquid was filtered out under vacuum with Whatman 41 filter paper. The composite biosorbent was washed twice with DI water and dried in the oven at 55 ?C under vacuum for 24 h. The coating process was then repeated on the oncecoated biosorbent to increase loading of chitosan on the alumina. Twenty-four h were used in the second coating process. Excess oxalic acid in the composite biosorbent was neutralized by treatment with aqueous NaOH. The mixture was then filtered with Whatman 41 filter paper, washed with _2500 mL of DI water, and filtered. The twice-coated biosorbent was then dried in the oven under vacuum at 55 ?C for about 48 h and transferred to a glass bottle for storage in a desiccator. Characterization of the Biosorbent. Characterization of the composite biosorbent included the following: (a) pyrolysis,(b) porosimetry, (c) scanning electron microscopy,and (d) XPS analysis. (a) Determination of Chitosan Loading on Alumina by Pyrolysis Technique. The 共80页 第64页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 amount of chitosan coated on the alumina was obtained by measuring the weight loss of biosorbent from pyrolysis. Dried biosorbent was accurately weighed into a ceramic boat and placed in a muffle furnace.The biosorbent was muffled for 6 h at 750 ?C. Afterward the oven was cooled in dry air, and weight loss of the biosorbent was obtained. Control experiments with empty boat, pure alumina, acid-treated alumina, pure chitosan, and biosorbent were also carried out. All the experiments were conducted in triplicate. (b) Determination of Surface Area and Pore Diameter by Porosimetry. Surface area, pore volume, and pore diameter of the composite biosorbent were determined with a Micromeritics BET instrument by means of adsorption of ultra purity nitrogen at -196 ?C. Average values of these properties are 125.24 sq.m/g, 0.1775 cm3/g, and 71.125 Å respectively. (c) Scanning Electron Microscopy. Surface morphology was studied with an electron microscope. The scanning electron micrographs (SEMs) of composite chitosan biosorbent,obtained with an Environmental Scanning Electron Microscope (XL30-ESEM-FEG, FEI Company, Hillsboro, OR,U.S.A.), are presented in Figure 1(a),(b). (d) X-ray Photoelectron Spectroscopy An XPS spectrum of the composite chitosan biosorbent, obtained on a PHI model 5400AXIS Ultra Kratos Analytical instrument (Manchester,U.K.), is shown in Figure 2. Figure 3 is an XPS spectrum of the sorbent after exposure to chromium solution. Figure 3 shows the chromium 2p 第65页 共80页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 peaks. Equilibrium Adsorption Isotherms. Batch equilibrium adsorption isotherm studies were conducted with aqueous solutions of Cr(VI) prepared by dissolving appropriate amounts of potassium dichromate in deionized water. The concentrations of the prepared metal solutions were verified using atomic absorption spectroscopy and a UV-Vis spectrometer.Equilibrium isotherm studies were conducted at 25 ( 0.5 ?C with the mass of composite biosorbent varied from 100 to 500 mg. Chromium solutions (50 mL) at pH 4.0 were allowed to equilibrate with the composite biosorbent for 24 h in an oscillating water bath agitated at 200 rpm. After 共80页 第66页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 equilibration, the biosorbent was filtered from the solution (Whatman 41 filter paper), and the filtrate was analyzed for metals. The amount of the metal adsorbed (mg) per unit mass of biosorbent, qe, was obtained by using the equation where Ci and Ce are initial and equilibrium concentrations in mg/L, M is the dry mass of biosorbent in grams, and V is volume of solution in liters. Equilibrium adsorption experiments were conducted at various pHs to evaluate the pH profile of the adsorption process. The effect of competing anions, namely sulfate and chloride, on the adsorption of Cr(VI) was also evaluated. Sulfateandchloride concentrations were maintained at 1 millimolar levels in the experiments. Column Adsorption Experiments. Dynamic flow adsorption experiments were conducted in a glass column of dimensions about 1 cm internal diameter by 30 cm length. The bed volume of the column was 30 cm3. The column was fully jacketed allowing experiments to be carried out at constant temperature of 25(0.5 ?Cusing a circulating water bath, a Neslab Thermostat, and a Masterflex Pump. Column ends were fitted with polyethylene filter disks of 100 ímpore size to retain the composite material. Columns were shaken while being packed with dried adsorbent to minimize void volumes and air gaps. Concentrations of column effluents obtained at various intervals were monitored spectrophotometrically after making appropriate dilutions. After the column was saturated with chromium, it was drained of remaining aqueous solution by pumping air prior to regeneration with 0.1 M sodium hydroxide solution. Samples at 5, 10, 20, and 30 min intervals from the start of the desorption process were collected for analysis. After regeneration, the column was washed with DI water before use in subsequent adsorption runs. Analytical Procedure. Hexavalent chromium was determined colorimetrically (16) by measurement of the intense red-violet complex formed by reaction of chromium(VI) with 1,5-diphenylcarbazide in an acidic medium. A Cary 3E UVvisible spectrophotometer was used to obtain measurements of the chromophore complex at 共80页 第67页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 its absorbance maximum of 540 nm. Standard stock solutions prepared from potassium dichromate were used to calibrate the instrument for hexavalent chromium. The pH of adsorption isotherm samples was adjusted to 1.0 ( 0.3 with 0.2 N sulfuric acid for color development. Isotherm sample concentrations were determined from an absorbance versus concentration calibration curve constructed from standard Cr(VI) solutions. A precision study revealed that the analytical procedure is reproducible to better than 1 mg/L. Results and Discussion The coating process yielded a stable, granular composite biosorbent that was wheatish in color. Characterization of Biosorbent. The average amounts of oxalic acid and of chitosan coated on to 150-mesh alumina were obtained by the high-temperature pyrolysis method described earlier. The results show pure alumina lost about 2.1 wt %. Alumina treated with oxalic acid lost a net weight of 4.5% and a single coating of chitosan on alumina lost 7.8 net wt %. The net amount of chitosan on the twice-coated biosorbent was 21.1 wt %. Pure chitosan leaves a residue of about 0.7 wt % after pyrolysis at 750 ?C. Chitin is obtained from crab shells by acid-base extraction. And chitosan is obtained from chitin by a deacetylation process. The residue may be due to a small amount of calcium carbonate that remains bound with the chitin. Since the residue is such a small amount, no attempt was made to correct the chitosan net 共80页 第68页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 weight for this. Oxalic acid is a dicarboxylate used to form a bridge between alumina and chitosan. As illustrated in in Scheme 1, one carboxylate group forms a relatively strong surface helate via ester linkage with the alumina (17) while the other one forms ionic (or electrostatic) bonds with -NH3 + groups present in chitosan. The oxalic acid could also form hydrogen bonds with -OH, -CH2OH, or -NH2 groups on the biopolymer.Scanning electron micrographs (SEMs) of chitosan coated alumina in Figure 1a,b illustrates that the average size of particles is 100-150 microns and that the shape of the composite particle can be described as spherical. Some particles are agglomerated clusters of the individual particles.The micropore area of the biosorbent is only 3.3 m2/g compared to the total surface area (105.2m2/g). This indicates that the sorbent is relatively nonporous. The XPS spectrum provided in Figure 2 reveals carbon,oxygen, nitrogen, and aluminum are the predominant lements observed on the surface from binding energies at 289 eV (C 1s), 535 eV (O 1s), 402 eV (N 1s), and 78 eV (Al 2p).Based upon binding energies, surface moieties of the composite biosorbent are identified as -CH2OH, -CO, and -NH2. Chromium is observed in the spectra after exposure to chromium solution (Figure 3). Figure 3 reveals that the hromium is partially reduced (~67%) to chromium(III).These results are consistent with the observations of Dambies et al (35). Equilibrium Isotherms. Results of the equilibrium adsorption isotherm for Cr(VI) at 25 ?C and pH 4 are shown in Figure 4. 共80页 第69页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 The isotherm indicates that adsorption increases with an increasing equilibrium concentration of the sorbate.The sorption capacity of the composite biosorbent was found to be 153.8 mg Cr(VI)/g of chitosan. Maximum values of Cr(VI) adsorbed per unit mass of adsorbent reported in the literature are 27mgfor chitosan (5), 51mgfor Ni2+ imprinted chitosan resin (14), and 78 mg and 50 mg for cross-linked and non-cross-linked chitosan (18). The value reported here on the twice-coated biosorbent is considerably greater than that reported elsewhere (5) indicating that the chitosan in the composite biosorbent has greater adsorption capacity than unsupported chitosan and the coating process improved adsorption capacity of chitosan. This improvement may be attributed to increased surface area and facilitation of transport of chromium ions to the binding sites on chitosan.The effect of pH on the adsorption of Cr(VI) on the biosorbent is shown in Figure 5. Adsorption is greater at low pH and decreases with increasing pH. Similar 共80页 第70页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 behavior was observed by de Dantas et al. (13) and Schmuhl et al. (18).Cr(VI) can exist in several stable forms such as Cr2O72-,HCr2O7-, HCrO4-, and CrO42-, and the relative abundance of a particular complex depends on the concentration of the chromium ion and the pH of the solution (28). At lower pH the sorbent is positively charged due to the protonation of amino groups, while the sorbate, dichromate ion, exists mostly as an anion leading to the electrostatic attraction between sorbent and sorbate. This results in increased adsorption at low pH. As pH of the solution increases the sorbent undergoes deprotonation and the adsorption capacity decreases. Above this pH, only the adsorption process influences the removal of Cr(VI) from aqueous medium (22).In view of this, all experimental data were collected at pH 4.0. The effects of sulfate, chloride, and both sulfate and chloride on the biosorption of the Cr(VI) are shown in Figure 6. Anions slightly inhibited the adsorption of Cr2O7 2- on the composite biosorbent. The inhibition on adsorption by monovalent Cl- is less than that of divalent SO42-, as can be expected. Inhibition effects of both chloride and sulfate do not appear to be additive. In general, similar reductions in adsorptions due to anion competition for surface binding sites have been reported elsewhere in the literature (29-32). Gao et al. (33) reported that chitosan adsorbs some metals quantitatively as oxyanions or anionic chloro complexes in sample solutions by an ion-exchange mechanism. This implies that the interaction occurs betweenNH3+ functional groups in chitosan and Cr2O72- and that the interaction is chiefly electrostatic attraction in 共80页 第71页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 nature. Fu et al. (34)confirmed an electrostatic attraction by IR and UV spectral studies. XPS studies (35), which provide identification of the sorption sites involved as well as the forms of species sorbed,found that sorption of Cr(VI) does indeed occur on amine functional groups of the biopolymer as shown in Scheme 2 (34). Though the ionic (or electrostatic) attraction between the sorbent and sorbate is the dominate mechanism, other mechanisms at low and high pH could be responsible for dsorption. For example at low and high pH, hydrogen bonding of the metal sorbate (M) or hydroxylated sorbate to hydroxyl and carboxyl groups of chitosan could occur. Other forms of chromium exist at both low and high pH and these forms should contribute to the overallpHadsorption profile. Thus the total uptake of Cr(VI) by the composite chitosan biosorbent is due to (i) ionic attraction, (ii) hydrogen bonding,and (iii) and weak van der Waals forces. Langmuir and Freundlich Models. Langmuir and Freundlich models are the simplest and most commonly used isotherms to represent adsorption of components from a liquid phase on to a solid phase (36). The Langmuir model assumes monolayer adsorption while the Freundlich model is empirical in nature. The data are analyzed to obtain Freundlich and Langmuir parameters. The mathematical expression of the Langmuir model is 共80页 第72页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 where Ce is the equilibrium concentration of sorbent in solution (mg/L), qe is the equilibrium loading of sorbate on sorbant (mg/g), Q0 is the ultimate adsorption capacity (mg/g), and b is the relative energy of adsorption (L/mg). The Langmuir model can be linearized to obtain the parameters Q0 and b from experimental data on equilibrium concentrations and adsorbent loading. A linear plot of Ce/qe verses Ce was observed and illustrates that adsorption of Cr(VI) on the composite chitosan biosorbent follows the Langmuir model.The values ofQ0 and b, obtained from experimental data, are 153.85 mg/g and 0.0023 L/mg, respectively, with an R2 value f 0.9896. The Freundlich model is expressed as where k and 1/n are Freundlich isotherm constants. The constants obtained from the model and are 0.9565 and 1.4047,respectively, with an R2 value of 0.9972. ColumnAdsorption Studies. Experimental breakthrough curves for Cr(VI) adsorption from synthetic effluents on the biosorbent (first two cycles, I and II) at pH 4.0 and 25 ? C are shown in Figure 7. As evident from the figure, no leakage of Cr(VI) occurs up to 40 bed volumes with an initial influent concentration (Ci) of approximately 100 mg/L. After 40 bed volumes, the column effluent concentration (Co) increases gradually and attains the influent concentration at around 200 bed volumes. The relatively slow increase of 共80页 第73页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 effluent to influent concentration with bed volumes indicates slower kinetics of adsorption. When the biosorbent is fully loaded with chromium, pumping air drains the solution in the column. The column is regenerated with 0.1Msodium hydroxide flowing at 2.6 mL/min. The desorption curve is shown as cycle I in Figure 8. Maximum desorption occurs within 5 bed volumes and complete regeneration occurs within 20 bed volumes with 0.1Msodium hydroxide. The regenerated bed is used for subsequent adsorption of chromium, and the breakthrough curve is shown in Figure 7 as cycle II. A comparison of the breakthrough curves of cycle I and cycle II indicates that there is no apparent reduction in the adsorption capacity of the biosorbent for Cr(VI) from synthetic effluents. Desorption of Cr(VI) from chitosan is believed to be mainly due to deprotonation of chitosan amine groups above pH 10. The adsorption breakthrough curves for Cr(VI) from wastewater of a chromium plating facility are illustrated in Figure 9. 共80页 第74页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 The wastewater from the chrome plating facility also contained iron (13 mg/L), cadmium (0.0065 mg/L), lead (48 mg/L), sulfate (69 mg/L), nitrate (11mg/L), fluoride (0.32 mg/L), and phosphate (17 mg/L). To compare with the results of the synthetic effluents, the wastewater was first diluted to about 100 ppm of Cr(VI) and adjusted to pH 4.0. As above, cycles I and II represent the adsorption on virgin biosorbent and regenerated biosorbent.Desorption curves for diluted field samples are shown in Figure 10. In the case of field samples the adsorption capacity of regenerated adsorbent is reduced to some extent in the second cycle. Breakthrough and desorption curves for an undiluted field sample (Ci ) 1253 ppm) at a pH 2.0 are provided in Figures11 and 12, respectively. 共80页 第75页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 No chromium is found in the column effluent (Co) up to 15 bed volumes, and then the concentration increases very slowly to the initial influent concentration at around 45 bed volumes.Maximum desorption occurs within 3 bed volumes. The biosorbent exhibits greater adsorption capacity due to higher initial concentration and lower pH. To summarize, the results show that the coating process has improved adsorption capacity of chitosan for hexavalent chromium and suggests that more active sites are exposed on the composite biosorbent. Column adsorption-desorption studies indicate that the newly developed composite chitosan biosorbent could be used to remove chromium(VI) from industrial effluents. Acknowledgments The authors would like to acknowledge analytical support (X-ray Photoelectron Spectroscopy) received from Dr. Richard Haas and the Center for Microanalysis of Materials, University of Illinois, which is partially supported by the U.S. Department 共80页 第76页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 of Energy under Grant DEFG02-91-ER45439. The authors also thank Mr. Scott J. Robinson, Imaging Technology Group, Beckman Institute for Advanced Science and Technology, University of Illinois for help with the scanning electron micrographs. Literature Cited (1) Volesky, B.; Holan, Z. R. Biotechnol. Prog. 1995, 11, 235-250. (2) Gadd, G. M. Chem. Ind. 1990, 13, 421-426. (3) Olin, T. J.; Rosado, J. M.; Bailey, S. E.; Bricka, R. M. Report SERDP 96-387 prepared for USEPA and SERDP; 1996. (4) Bailey, S. E.; Olin, T. J.; Bricka, R. M.; Adrian, D. D. Water Resour. 1999, 33, 2469. (5) Masri, M. S.; Reuter, F. W.; Friedman, M. J. Appl. Polym. Sci. 1974, 18, 675. (6) Yang, T. C.; Zall, R. R. Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev. 1984, 23, 168. (7) Guibal, E.; Milot, C.; Roussy, J. Water Environ. Res. 1999, 71, 10. (8) Kawamura, Y.; Mitsuhashi, M.; Tanibe, H.; Yoshida, H. Ind. Eng. Chem. Res. 1993, 32, 386. (9) Rorrer, G. L.; Hsein, T.-Y.; Way, J. D. Ind. Eng. Chem. Res. 1993, 32, 2170. (10) Hsein, T.-Y.; Rorrer, G. L. Sep. Sci. Technol. 1995, 30, 2455. (11) Yang, Zhikuan; Yuan, Yang. J. Appl. Polym. Sci. 2001, 82, 1838. (12) Tan, Shuying; Wang, Yuting; Peng, Changhong; Tang, Yurong. J. Appl. Polym. Sci. 1999, 71, 2069. (13) de Dantas, T. N.; Dantas Neto, A. A.; de Moura, M. C. P.; Barros Neto, E. L.; de Telemaco, E. Langmuir 2001, 17, 4256. (14) Tan Tianwei; He, Xiaojing;DuWeixia. J. Chem. Technol. Biotech.2001, 76, 191. (15) Wase, D. A. J,; Forster, C. F.; Ho, Y. S. Low-cost Biosorbent: Batch Processes in Biosorbents for Metal Ions; Taylor & Francis Ltd.:London, 1997. (16) Arnold, E. G.; Lenores, S. C.; Andrew, D. E. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater; American Public Health Association: Washington, DC, 1992. (17) Dabson, K. D.; McQuillan, A. J. Spectrochim. Acta, Part A 1999, 55A, 1395. (18) Schmuhl, R.; Krieg, H. M.; Keizer, K. Water SA 2001, 27, 1. 共80页 第77页 南华大学城市建设学院本科毕业设计 (19) Huang, C. P.; Wu, M. H. Water Res. 1977, 11, 673. (20) Srivastava, H. C. P.; Mathur, R. P.; Mehrotra, I. Environ. Technol. Lett. 1986, 7, 55. (21) Alaerts, G. J.; Jitjaturant, V.; Kelderman, P. Water Sci. Technol.1989, 21, 1701. (22) Sharma, D. C.; Forster, C. F. Bioresour. Technol. 1994, 49, 31. (23) Sharma, D. C.; Forster, C. F. Bioresour. Technol. 1994, 47, 257. (24) Tan, W. T.; Ooi, S. T.; Lee, C. K. Envron. Technol. 1993, 14, 277. (25) Alves, M. M.; Beca, C. G. G.; De Carvalho, R. G.; Castanheira, J. M.; Sol Pereira, M. C.; Vasconcelos, A. T. Water Res. 1993, 27,1333. (26) Manuel, P. C.; Jose, M. M.; Rosa, T. M. 1995, 29, 2174. (27) Qian, S.; Huang, G.; Jiang, J.; He, F.; Wang, Y. J. Appl. Polym. Sci.,2000, 77, 3216. (28) Udaybhaskar, P.; Iyengar, L.; Rao, A. V. S. P. J. Appl. Polym. Sci.1990, 39, 739. (29) Kaewsarn, P.; Yu, Q.; Ma, W. Environ. Eng. Sci. 2001, 18, 99. (30) Tobin, J. M.; Cooper, D. G.; Neufeild, R. J. Biotechnol. Bioeng.1987, 30, 882. (31) de-Carvalho, R. P.; Chong, K. H.; Volesky, B. Biotechnol. Lett.1994, 16, 875. (32) Chong, K. H.; Volesky, B., Biotechnol. Bioeng. 1995, 47, 451. 共80页 第78页