1、 水污染控制工程 课程设计报告 题目题目 某淀粉厂废水处理厂设计 系部系部 环境科学与工程学院 专业班级专业班级 组员组员 指导教师指导教师 柴天 设计时间设计时间 2014-2015 学年第二学期 16-17 周 二 OO 五年 06 月 24 日 小组任务分配 共同完成部分： 1、设计任务书 2、工艺方法的选择等主要整体步骤 ： 1、格栅槽的设计（包括格栅的设计、分馏格栅槽布置、调节沉淀池的设计（包括设 计说明、设计计算 2、UASB 设计计算（包括设计说明、UASB 反应器工艺构造设计计算、布水系统的设计 计算、出水渠设计计算、排泥管的设计计算、UASB 排水管设计计算、沼气管路系 统设
2、计计算、UASB 的其他设计） 3、一次污水泵设计（包括设计说明、污水泵设置、污水泵计算） 4、二次污水泵设计（包括设计说明、污水泵设计计算） 5、平面图绘制 ： 1、预曝沉淀池设计（包括设计说明、曝气沉淀池工艺构造计算、曝气装置设计计算、 沉淀池出水渠计算、排泥、进水配水） 2、SBR 设计计算（包括设计计算说明、SBR 反应池容积计算、SBR 反应池运行时间与 水位控制、排水口高度和排水管管径、排泥量及排泥系统、需氧量及曝气系统设 计计算） 3、鼓风机房设计（包括供风量、供风风压、鼓风机的选择、鼓风机房布置） 4、剖面图绘制 5、PPT 制作 ： 1、污泥处理设计（包括产泥量、污泥处理方式
3、、集泥井容积计算、集泥井排泥泵） 2、污泥浓缩池设计计算（包括设计说明、容积计算、工艺构造尺寸、排水和排泥、 污泥脱水系统设计、污泥贮柜、污泥脱水机房） 3、主要构筑物参数 4、整体设计整合 5、高程图绘制 目 录 1. 设计任务书. 6 1.1 设计目的 6 1.2 设计任务及内容 6 1.3 设计背景及资料 6 1.3.1 设计背景 . 7 1.3.2 设计依据. 7 1.3.3 处理后出水水质要求. 8 1.4 污水水指标 8 2. 工艺流程的设计及说明. 8 2.1 工艺流程的选择与确定 8 2.1.1 常规二级处理工艺. 8 2.1.2 工艺方案选择 10 2.1.3 厌氧处理工艺比
4、较与选择 10 2.1.4 好氧处理工艺比较与选择 12 2.2 工艺流程说明 . 13 3处理构筑物的设计计算 14 3.1 分流格栅槽的设计 14 3.1.1 格栅的设计 14 3.1.2 分馏格栅槽布置 15 3.2 调节池的设计 . 15 3.2.1 设计说明 15 3.2.2 设计计算 16 3.3 一次污水泵设计计算 . 16 3.3.1 设计说明 16 3.3.2 污水泵设置 16 3.3.3 污水泵计算 16 3.4 UASB 设计计算. 18 3.4.1 设计说明 18 3.4.2 UASB 反应器工艺构造设计计算 . 18 3.4.3 布水系统的设计计算 23 3.4.4
5、出水渠设计计算 25 3.4.5 UASB 排水管设计计算 . 26 3.4.6 排泥管的设计计算 27 3.4.7 沼气管路系统设计计算 27 3.4.8 UASB 的其他设计 . 30 3.5 二次污水提升泵设计计算 . 31 3.5.1 设计说明 31 3.5.2 污水泵设计计算 31 3.6 预曝气沉淀池设计计算 . 33 3.6.1 设计说明 33 3.6.2 曝气沉淀池工艺构造计算 33 3.6.3 曝气装置设计计算 34 3.6.4 沉淀池出水渠计算 35 3.6.5 排泥 36 3.6.6 进水配水 36 3.7 SBR 反应池设计计算 36 3.7.1 设计计算说明 36 3
6、.7.2 SBR 反应池容积计算 37 3.7.3 SBR 反应池运行时间与水位控制 37 3.7.4 排水口高度和排水管管径 38 3.7.5 排泥量及排泥系统 38 3.7.6 需氧量及曝气系统设计计算 39 3.8 鼓风机房设计 . 42 3.8.1 供风量 42 3.8.2 供风风压 43 3.8.3 鼓风机的选择 43 3.8.4 鼓风机房布置 43 3.9 污泥处理系统 . 43 3.9.1 产泥量 43 3.9.2 污泥处理方式 44 3.9.3 集泥井容积计算 44 3.9.4 集泥井排泥泵 44 3.10 污泥浓缩池设计计算 44 3.10.1 设计说明. 44 3.10.2
7、 容积计算. 45 3.10.3 工艺构造尺寸. 45 3.10.4 排水和排泥. 45 3.11 污泥脱水系统设计 45 3.11.1 污泥贮柜. 45 3.11.2 污泥脱水机房. 46 4 污水处理站平面布置和高程布置. 47 4.1 构筑物和建筑物主要设计参数 . 47 4.2 污水处理站平面布置 . 49 4.2.1 布置原则 49 4.2.2 管线设计 49 4.2.3 平面布置特点 50 4.3 污水处理站高程布置 . 50 5.参考文献. 51 1.设计任务书 1.1 设计目的 课程设计是环境科学专业教学计划中的一个重要的实践性教学环节。通过工程设 计，综合运用和深化所学理论知
8、识；学会调查研究、收集设计资料，根据工程要求和 设计规范选择、制定设计方案，并利用标准图集和设计手册等完成设计任务；进一步 提高设计计算、绘图、编制工程预算，编写设计说明书和计算书及使用计算机技能； 培养独立分析和解决一般工程实际问题的能力，使学生受到工程师的基本训练。通过 本设计，使学生巩固和加深对水污染控制工程的基本理论和基本概念的理解，掌握水 处理处理厂（站）的设计计算要点。使学生初步具有水处理处理厂（站）的设计能力。 1.2 设计任务及内容 拟新建某淀粉厂废水处理厂一座， （1）收集相关资料，确定废水水量水质及其变化特征和处理要求； （2）对废水处理工艺进行分析比较，提出适宜的处理工艺
9、方案和工艺流程； （3）结合水质水量特征，确定各处理构筑物的型式； （4）进行全面的处理工艺设计计算，确定各构筑物尺寸构造和设备选型； （5）进行厂区平面布置及水力高程计算； 本次课设为某淀粉厂废水处理厂设计，规模为2300m3/d。 根据某淀粉厂排放的废水特点及提供的占地面积，本设计方案通过UASB工艺， SBR工艺,稳定、经济技术合理且具有良好除氮除磷功能的处理工艺，保证废水达到国 家污水综合排放标准 （GB254612010）一级标准，同时使投资、占地面积、运 行管理度达到最佳设置。 1.3 设计背景及资料 1.3.1 设计背景 食品工业是以粮食和农副产品为主要原料的加工工业。这类行业用
10、水量大，废水 排放量也大，尤其以淀粉工业废水的排放量占首位。我国淀粉行业有 600 多家企业。 在国内，每生产 1m3淀粉就要产生 1020m3废水，有的甚至更多。废水中主要含有 淀粉、糖类、蛋白质、废酸和废碱等污染物，随生产工艺的不同，废水中的 COD 浓 度在 200020000mg/l 之间。这些淀粉废水若不经过处理直接排放，其水中所含有的 有机物，进入水体后迅速消耗水中的溶解氧，造成水体缺氧而影响鱼类和其他水生动 物的生存，同时废水中悬浮物易在厌氧条件下分解产生臭气，恶化水质。 1.3.2 设计依据 (1) 废水水量及水质： 废水水量：2300m3/d=26.62L/s,Kz=1.88
11、 3 max 0.02662 1.880.05/Qms COD=9500mg/L BOD5=4500mg/L SS=350mg/L pH：56 水温 30oC (2) 气象水文资料： 风向：春季：南风（东南） 夏季：南风（东南、西南） 秋季：南风、北风 冬季：西北风 气温：年平均气温：78 oC 最高气温：34 oC 最低气温：-10 oC 冻土深度：60cm 地下水位：4-5m 地震裂度：6 级 地基承载力：各层均在 120kPa 以上 （3）拟建污水处理厂的场地： 为 80 30 平方米的平坦地，位于主厂区的南方。生产车间排水经管道自流到污水 厂边的集水池（V=50m3，池底较污水厂地平面
12、低 4.00m） 。处理水排水管的管底标高 比主厂区低 5 米。 1.3.3 处理后出水水质要求 处理后水质要求： COD100mg/L BOD520mg/L SS70mg/L pH：69 1.4 污水水指标 表 1-1 污水水质指标 指标 BOD5 CODcr SS TN NH3-N TP pH 废水进水水质（mg/L） 4500 9500 350 - - - 5-6 出水水质（mg/L） 20 100 70 - - - 6-9 处理程度(%) 99.6 98.9 80 - - - / 2. 工艺流程的设计及说明 2.1 工艺流程的选择与确定 2.1.1 常规二级处理工艺 根据我国现行室外排
13、水设计规范(GBJl487)，污水处理厂的处理效率见下 表。 表 2-1 污水处理厂的处理效率表 处理级别 处理方法 主要工艺 处理效率(%) SS BOD5 一级 沉淀法 沉淀 4050 2030 二级 生物膜法 初次沉淀、生物膜法、二次沉淀 6090 6590 活性污泥法 初次沉淀、曝气、二次沉淀 7095 6595 从上表可见，二级活性污泥法的处理效率最高。但活性污泥法有多种运行方式， 现将各种运行方法做一比较，见下表。 表 2-2 活性污泥法工艺比较 方法 优点 缺点 适用对象 传统活性污泥法 BOD 去除率高达 90-95% 工作稳定 构造简单 维护方便 占地大投资高 产泥多且稳定性
14、差 抗冲击能力较差 运行费用较高 出水要求高的大 中型污水厂 吸附再生活性污泥法 构造简单维护方便 具有抗冲击负荷能力 运行费用较低 BOD 去除率 80-90% 剩余污泥量大且稳定 性较差 悬浮性有机物含 量高的大中型污 水厂 完全混合活性污泥法 抗冲击负荷能力强 运行费用较低 占地不多投资省 BOD 去除率 80-90% 构造较复杂 污泥易膨胀 设备维修工作量大 污水浓度高的中 小型污水厂 氧化沟法 BOD 去除率 95%以上 有较高脱氮效果 系统简单管理方便 产泥少且稳定性好 曝气池占地多投资高 运行费用较高 悬浮性 BOD 低 有脱氮要求的中 小型污水厂 间歇式活性污泥法 无须设置调节
15、池 SVI 值较低，污泥易于沉 淀不产生污泥膨胀现象 可以进行脱氮和除磷 运行操作比较烦琐 曝气装置容易堵塞 高浓度可生化有 机废水的污水厂 2.1.2 工艺方案选择 本项目污水处理的特点：污水的 BOD/COD=0.474，大于 0.45，可生化性好，污水 的各项指标都比较高，含有大量有机物，非常有利于生物处理。废水中主要以有机物 为主，该污水含有淀粉、糖类、有机酸等溶解性有机物，并不含有害物质，该污水的 BOD5 和 CODcr的含量均很高，出水要求也高，均达到 98%以上。 根据水质情况及同行业废水治理现状，技术水平，该废水采用厌氧与好氧相结合 的方法来处理，因为水量变化较大，废水首先经
16、过调节沉淀池，调节水量；然后经过 厌氧处理装置，大大降低进水有机负荷，获得能源沼气，并使出水达到好氧处理可 接受的浓度，再进行好氧处理，最后经过混凝沉淀池进一步去除氮磷后达标排放。 2.1.3 厌氧处理工艺比较与选择 近年来，厌氧处理技术得到很快发展，常用的先进技术有厌氧接触工艺、厌氧生 物滤池、上流式厌氧污泥床。 厌氧接触工艺 ： 厌氧接触工艺是在传统的完全混合反应器 （Complete Stirred Tank Reactor，简写作 CSTR）的基础上发展而来的，在一个厌氧的完全混合反应器后增加 了污泥分离和回流装置，从而使污泥停留时间（SRT）大于水力停留时间（HRT） ，有 效的增加
17、了反应器中的污泥浓度。 厌氧接触工艺用于高浓度有机污水， 为了强化有机物与池内厌氧污泥的充分接触， 必须连续搅拌；同时为了提高处理效率，必须连续进水排水。但这样会造成厌氧污泥 的大量流失，因此反应器后要串联沉淀池将厌氧污泥沉淀并回流至厌氧反应器。 厌氧接触工艺存在以下缺点： 负荷较低，在沉淀池中的固液分离较为困难； 受污泥浓度的制约，在高的有机负荷下，厌氧接触工艺也会产生类似好氧活性 污泥的污泥膨胀问题。 厌氧接触工艺系统较为复杂，反应器需要搅拌装置，运转设备多，管理比较复 杂。 厌氧生物滤池：是密封的水池，池内放置填料，污水从池底进入，从池顶排出。 微生物附着生长在滤料上，平均停留时间可长达
18、 100d 左右。其主优点是：处理能力 较高；滤池内可以保持很高的生物浓度；不需另设泥水分离设备，出水 SS 较低；设 备简单、操作方便等。一般要求 SS200mg/L。而该污水的进水 SS 高达 434mg/L， 因此，不适用此方法。 上流式厌氧污泥床反应器（UASB） ： 上流式厌氧污泥床反应器（UASB）是一种 高效的生物处理装置。在反应器底部装有厌氧污泥，污水反应器底部进入，在穿过污 泥层时进行有机物与微生物的接触。产生的生物气附着在污泥颗粒上，使其悬浮于污 水，形成下密上疏的悬浮污泥层。气泡聚集变大脱离污泥颗粒而上升，能起一定的搅 拌作用。有些污泥颗粒被附着的气泡带到上层，撞在三相分
19、离器上使气泡脱离，污泥 固体又沉降到污泥层，部分进入澄清区的微小悬浮固体也由于静沉作用而被截留下 来，滑落到反应器内。 UASB 反应器运行的三个重要前提是： 反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥；由产气和进水的均匀分 布所形成的良好的自然搅拌作用；设计合理的三相分离器，使沉降性能良好的污泥 能保留在反应器内。 UASB 反应器存在以下问题： 需要性能优良的气、液、固三相分离器保证其出水水质，由此也造成构造的复 杂化，并占去了一定的容积。 UASB 反应器抗冲击负荷能力低，当进水的浓度低或 SS 高时会导致污泥大量 流失，影响出水水质。 表 2-3 多种厌氧处理方法比较表 综合以上分析
20、，结合该工程的实际情况，本工程污水厌氧处理装置采用上流式厌 氧污泥床反应器（UASB） 。 2.1.4 好氧处理工艺比较与选择 有机污水经厌氧处理之后，有机物浓度大大降低，出水的 BOD5/ COD 也降低， 污水的可生化性也大大降低。因此，宜采用好氧处理。由于 UASB 对氮和磷几乎没有 去处理率，所以后面的好氧处理工艺的主要作用是去除氮和磷。 近年有许多可以去除氮和磷的好氧处理工艺技术，主要有 A2O 工艺、UCT 工艺、 SBR 工艺等多种工艺。这三种工艺的优缺点如下表： 表 2-4 常用生物脱氮除磷工艺性能特点 工艺名称 优点 缺点 A2O工艺 同时脱氮除磷； 反硝化过程为消化提供碱；
21、 反硝化过程同时去除有机物； 污泥沉降性能好； 回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区， 对 除磷效果有影响； 脱氮受内回流比影 响； 聚磷菌和反硝化菌都需要易降解 有机物； UCT 工艺 减少了进入厌氧区的硝酸盐量，提高了 除磷效率；对有机物浓度偏低的污水， 除磷效果有所改善；脱氮效果好； 操作较为复杂； 需增加附加回流系统； SBR 工艺 间歇运行，每一阶段都有优势菌存在； 污泥不断内循环，排泥量少，五个阶段 都在一个池内进行，省去了沉淀池和污 泥回流设施，投资和占地少； 同时脱氮除磷时操作复杂； 设计过程复杂； 维护要求高， 运行对自动控制依赖性 强； 通过以上对比，结合该污水的数据资料，最终选择
22、 SBR 工艺。 2.2 工艺流程说明 该淀粉厂生产废水处理工艺流程如图 1-1 所示。 对该处理工艺流程作以下说明： 废水通过格栅截留大颗粒有机物和漂浮物，由于截污量较小，采用人工清渣方式。 雨季或生产不正常时排出雨水或事故废水，通过分流格栅槽中溢流口闸板控制。 一次污水提升泵，设置集水井，污水泵设置地面上露天放置（考虑环境气温不低于 -3） ，污水泵配套引水筒。 原污水 分流格栅槽 污水提升泵 调节沉淀池 污水提升泵 UASB 预曝沉淀池 SBR 出水 集泥井 污泥提升泵 浓缩池 脱水机房 泥饼外运 图 2-1 淀粉废水处理工艺图 调节沉淀池在调节水量的同时，去除一部分格栅无法截留的悬浮颗
23、粒有机物，如玉 米碎粒、玉米皮、泥砂等。该池采用半地下式结构，便于沉淀物的排除。 二次污水提升泵泵房为地下式泵房，自灌启动，直接从调节池吸水，泵房出水干管 上设置流量计。为保证 UASB 运行所需水温，在污水泵吸水井中设置蒸汽管，直接加 热污水，并在水泵出水总管上设置水温自控装置，冬季污水温度偏低时，通过加热维 持在 2426左右。 UASB 为主要的生化处理装置，全钢结构，地上式，考虑保温。沼气部分，设计水 封罐、气水分离器。 预曝沉淀池， 要改变厌氧出水的溶解氧含量， 沉淀去除 UASB 出水带来的悬浮污泥。 该池为地上式，钢筋混凝土结构。 SBR 池为半地下式，钢筋混凝土结构，运行中采用
24、自动控制。处理出水排入市政污 水管。 3处理构筑物的设计计算 3.1 分流格栅槽的设计 3.1.1 格栅的设计 （1）设计说明：格栅主要是拦截废水中的较大颗粒和漂浮物，以确保后续处理的顺 利进行。该厂处理站仅处理生产废水，尽管 SS 含量不低，但较大漂浮物及较大颗粒 少，格栅拦截的污染物不多，故选用人工清渣方式。栅条选圆钢，栅条宽度 S=0.01m， 栅条间隙 b=0.02m。格栅安装倾角=60，便于除渣操作。 （2）设计计算 最大设计污水量 Qmax=190m3/h=0.05m3/s 污水沟断面尺寸为 300mm450mm 设栅前水深 h=0.3m，过栅流速 v=1.0m/s 栅条间隙数 m
25、 a x s i n0 . 0 5 0s i n 6 0 8 . 6 0 . 0 20 . 30 . 9 Qx n bhv ， 取 9。 实际过栅流速 v max sin600.05sin60 0.86 0.02 0.3 9 Q v bhn 栅槽宽度 10 . 0 1910 . 0 290 . 2 6BS nb nm 栅槽实取宽度 B=0.3m，栅条 10 根。 进水渠道渐宽部位的长度 L1 根据最优水力断面计算，进水渠道宽 B1=0.2，取 进水渠道渐宽部位的展开角度 1 20 ，则进水渠道内的流速： max 1 1 0.05 0.83/ 0.3 0.2 Q vm s hB ,符合要求。 进
26、水渠道渐宽部位的长度 L1 为 1 1 1 0 . 2 60 . 2 0 . 0 8 2 2 t a n20 . 3 6 4 BB Lm 圆形栅条阻力系数 44 33 0.01 1.790.71 0.02 s b 过栅水头损失 2 2 0 . 8 6 0 . 7 1s i n 6 030 . 0 6 9 5 29 . 8 1 hm ，取 0.07m。 取 1 0.3hm 栅后槽总高度 12 0.30.30.070.67Hhhhm 格栅的总长度 L 1 12 0.0820.6 1.00.50.0821.00.51.97 tan2tan60 H LLLm 3.1.2 分馏格栅槽布置 在原污水沟上格
27、栅入口下侧设闸板 1#（300mm500mm） ，污水站正常运行时， 污水由闸板截流进入污水站。污水站发生事故时，格栅前闸板（300mm500mm）关 闭，1#闸板打开，污水分流。 格栅槽总长度=闸板段长度+栅条段长度+渣水分离器筛段长度 =0.5+0.4+1.1=2.0m 3.2 调节池的设计 3.2.1 设计说明 根据生产废水排放规律，后续处理构筑物对水质水量稳定性的要求，调节池停留 时间取 8.0h。调节池采用半地下式，便于利用一次提升的水头，并便于污泥重力排入 集泥井，并有一定的保温作用，由于调节池内不安装工艺设备或管道，考虑土建结构 可靠性高时故障少，只设一个调节池。 3.2.2 设
28、计计算 调节池调节周期 T=8.0h 调节池应有容积 3 8 2300/ 248 95.83766.67 H VTQm 调节池有效水深 h有效=5.5m 调节池水面面积 2 /766.67/5.5139.4AVhm 取池超高 1 0 . 5hm ，则池总高 1 6hhhm 调节池规格 12m12m5.5m，V有效=12125.5= 792 m3 3.3 一次污水泵设计计算 3.3.1 设计说明 一次污水泵从集水井中吸水压至调节池，污水泵设置于地面上，不能自灌，设 置引水筒。 3.3.2 污水泵设置 集水池 50m3 污水泵总提升能力按 Qmax考虑，即 Qmax=182.08m3/h，选三台泵
29、，则每台流量为 Qb=Qmax/3=60.69 m3/h，取 61 m3/h。 选 80WGF 污水泵三台，另备用一台，单泵提升能力 70.0 m3/h，扬程 16.5m，电 动机功率 5.5kw，占地尺寸 1100mm500mm。 集水池池底较污水厂地平面低 4.00m，平面尺寸 5.0m2.5m，安装三台 80WGF 污水泵于集水井一侧地面上，平均流量时相当于一用二备。 3.3.3 污水泵计算 （1）污水泵流量 Qb=Qmax/3=60.69m3/h 取 61 m3/h （2）污水泵扬程 污水泵吸水管水头损失（不记引水筒水头损失） 管径 DN150，v=0.94m/s，i=0.011，L=
30、3.0m 局部阻力系数：吸水管入口 1=1.0 引水筒出口 2=0.20 沿程阻力损失：hL1=iL=0.0113=0.033m 局部阻力损失：hM1= 22 12 0.94 1.00.20 22 9.81 v g 0.054m 引水筒出水管水头损失 管径 DN125，v=1.36m/s，i=0.026，L=1.0m 局部阻力系数：引水筒出水管闸阀 =0.10 沿程阻力损失：hL2=iL=0.0261=0.026m 局部阻力损失：hM2= 22 1.36 0.10 22 9.81 v g 0.009m 污水管出水管水头损失 管径 D N100，Q=60.69m3/h，v=2.1m/s，i=0.
31、081，L=5.0m 局部阻力系数：异径管 DV80mm100mm 1=0.03 止回阀 DN100 mm 2=7.5 闸阀 DN100 mm 3=0.2 90弯头 DN100 mm 4=0.6 沿程阻力损失：hL3=iL=0.0815=0.41m 局部阻力损失： hM3= 22 1234 2.1 0.037.50.20.6 22 9.81 v g 1.87m 污水泵管路总水头损失： h1=hL+hM=(0.033+0.026+0.41)+(0.054+0.009+1.87)=2.402m 污水泵的扬程 污水泵提升高度：h2=4m 出水管出水自由水头：h3=2.0m 则污水泵所需扬程 H= h
32、1+ h2+ h3=2.402+4+2.0=8.402m 3.4 UASB 设计计算 3.4.1 设计说明 UASB 反应器是有荷兰瓦赫宁根农业大学的 GLettinga 等人在 20 世纪 70 年代 研制的。80 年代以后，我国开始研究 UASB 在工业废水处理中的应用，90 年代该工 艺在处理工程中被广泛采用。 UASB 一般包括进水配水区、反应区、三相分离区、气室等部分。UASB 反应器 的工艺基本出发点如下： 为污泥絮凝提供有利的物理-化学条件，厌氧污泥即可获得并保持良好的沉淀 性能； 良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，能抵抗较强的冲击。较大的絮 体具有良好的沉降性能，从而提
33、高设备内的污泥浓度； 通过在反应器内设置一个沉淀区， 使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步絮 凝和沉淀，然后回流入反应器。 UASB 处理有机工业废水具有以下特点： 污泥床污泥浓度高，平均污泥浓度可达 2040gVSS/L； 有机负荷高，中温发酵时容积负荷可达 812kgCOD/(m3d)； 反应器内无混合搅拌设备，无填料，维护管理较简单； 系统较简单，不需另设沉淀池和污泥回流设施。 本工程所处理淀粉生产废水，属高浓度有机废水，生物降解性好，UASB 反应器 作为处理工艺的主题，拟按下列参数设计。 设计流量 2300m3/d，即 95.83m3/h； 进水浓度 CODCr=9500mg/L 容
34、积负荷：Nv=6.5kgCOD/(m3d) 产气率：r=0.4 m3/COD 污泥产率：X=0.15kg/kgCOD 3.4.2 UASB 反应器工艺构造设计计算 （1）UASB 总容积计算 UASB 总容积 v r N QS V 式中 Q设计处理流量，m3/d Sr去除的有机污染物浓度，kg/m3 Nv容积负荷，kgCOD/(m3d) 则 3 2 3 0 09 . 48 8 % 2 7 1 7 . 9 7 Vm 选用四个池子，每个池子的体积为 Vi=V/4=2717.9/4=679.5m3，取 680m3 假定 UASB 体积有效系数 90%，则每池的总容积为 Vi =680/90%=755
35、.6m3 若选用直径为7000mm 的反应器 4 个 则其水力负荷约为 22 95.8395.83 47 4 4 Q DA =0.6 m3/(m2h)，基本符合要求。 若反应器总高为 H=18.0m 反应器容积为 22 7 18 44 i D VH 692.7m3 有效反应容积约为 Vi=692.790%=623.4 m3 （2）工艺构造设计 反应器内最重要的部件是三相分离器， 用来进行气、 液、 固三相的分离 （如图 1-1） ， 因此对 UASB 的工艺构造设计主要就是设计三相分离器，它的设计直接影响气、液、 固三相在反应器内的分离效果和反应器的处理效果。 对污泥床的正常运行和获得良好 的
36、出水水质起十分重要的作用。 污 泥 床 三相分离器 出水 沼气 进水 悬 浮 污 泥 层 图 3-1 UASB 工艺示意图 根据已有的研究和工程经验，三相分离器应满足以下几点要求： 沉淀四壁倾斜应在 4560之间； 沉淀区的表面水力负荷应在 0.7m3/(m2h)以下，进入沉淀区前，通过沉淀槽 底缝隙的流速不大于 2.0m/h； 分离器（两个或多个）间的空隙表面积应是反应器截面积的 15%20%； 气体收集高度当反应器为 57m 时，应在 1.52.0m 之间； 为使气体释放及便于去除浮渣，应保持足够液气接触面积； 在出水前应设挡板； 分离气体的挡板与分离器壁重叠 20cm 以上，以免出流气泡
37、进入沉淀区； 出气管直径应足够大，使气室中气体较易排出。 三相分离器设计须确定三相分离区数量，大小斜板尺寸、斜角和相互关系。 A.小斜板（反射锥）临界长度计算 反射锥临界长度计算公式 （该公式的推导便是依据以上三相分离器的设计要求得 出的）为： rUNLqOA P / s in 1 式中 q通过缝隙的流量，m3/h； L回流缝隙长度，m； N缝隙条数； UP气泡的上升速度，m/s； r上斜板到器壁的距离，m； 下斜板与器壁的夹角。 且式中 UP由斯拖克斯公式计算： 2 18 gglP d Bg U 式中 UP气泡的上升速度，m/s； B气泡碰撞系数； g重力加速度，m/s2； l液体密度，kg
38、/m3 g气体密度，kg/m3 液体动力粘度，kg/(ms) dg气泡直径，m。 且 =1 式中 液体的动力粘滞系数，m2/s 设 水温 T=25， 气泡直径 dg=210-4m， 废水密度 l=1.02103 kg/m3， 气体密度 g=1.15 kg/m3， 净水动力粘度 =8.910-7 m2/s 取 =0.95 则净水动力粘度为： =l=8.910-71.02103=9.07810-4 kg /(ms) 因处理对象为废水，比净水的大，取其值为净水的 2.5 倍，则废水动力粘 度为： =2.5=2.2710-3 kg /(ms) 气泡在静止水中的上升速度为： 2 43 3 2 10215
39、. 11002. 1 1027. 218 8 . 995. 0 18 gglP d Bg U 9.310-3 m/s 单池处理水量为： q= 95.831 43600 6.6610-3 m3/s 设计 回流缝数量 n=1， 宽度 r=0.6m， 下斜板倾角 =54，即=36 回流缝长度 L=(3.5-0.2-0.3) 2=18.85m 下斜板临界长度： 33 11 /6.66 10/18.85 1 9.3 100.6 sinsin36 P AOq L N Ur =1.02m 取小斜板长度 L小=1.5AO=1.6m，其水平 L小水平=0.94m，垂直 L小垂直=1.29m 三相 分离器设计如图
40、 1-4 所示。 图中 D1=1.9m，D2=5.2m，D3=4.6m，1=53.1，2=54.3 大集气罩的收气面积占总面积的比例为 %43 7 )4 . 27( / 2 2 3 AA 符合要求 沉淀区面积 3 .299 . 1 4 1 )6 . 07( 4 1 22 S（m2） 沉淀区负荷为 0.53m/h，符合要求。 回流缝的过水流速为： 95.83/ 4 2.19 18.2 0.6 v （m/h） 符合要求 UASB 设计结果：D=7.0m H=15.0m 其中超高 H1=0.3m 三相分离器高度 H2=5.5m 反应区高 H3=7.5m 反应器底污泥区高 H4=1.7m 集气罩顶直径
41、 D1=1.9m 大斜板长 L大=2.83m 倾角2=54.3 小斜板长 L小=2.0m 倾角1=53.1 （3）脱气条件校核 如果水是静止得，则沼气将以 Up=0.91.0cm/s 的流速上升，可以进入气室中。 但由于在三相分离器中，水是变相流动，因此沼气气泡不仅获得了水的加速，而且运 动发生了方向改变。气泡进入气室，必须保证满足以下公式要求： Up/vL2/L1 式中 Up气泡垂直上升速度； v气泡实际缝隙流速； L2回流缝垂直长度； L1小斜板与大斜板重叠长度； 根据三分离器设计结果，得： 0.93 /15.29 1 2.19 100 3600 P Uv 0 . 21 .53 2 1 6
42、 . 42 . 51 .536 . 0/ 12 tgtgLL 可见 Up/vL2/L1，满足脱气条件要求。 3.4.3 布水系统的设计计算 (1)设计说明 为了保证四个 UASB 反应器运行负荷的均匀，并减少污泥床内出现沟流短路等不 利因素，设计良好的配水系统是很必要的，特别是在常温条件下运行或处理低浓度废 水时，因有机物浓度低，产气量少，气体搅拌作用较差，此时对配水系统的设计要求 高一些。 二次泵房出水， 直接向四台 UASB 反应器供水， 布水形式为两两分中。 各台 UASB 反应器进水管上设置调节阀和流量计， 以均衡流量。 在 UASB 反应器内部采用适应圆 池要求的环行布水器。 反应器
43、布水点数量设置与处理流量、进水浓度、容积负荷等因素有关，本次设计 拟每 24m2设置一个布水点。 （2）设计计算 布水器设置 16 个布水点，每点负荷面积为 4 . 2 4 161 2 DSi （m2） 布水器环管一根，支管 4 根，环管上（即外圈）设 12 个布水点，支管上设 4 个 布水点，布水点共 16 个。 按均匀布置原则，环管（外圈）环径 5.6m，支管内圈环径为 2.5m。 UASB 反应器布水器中心管流量为 33 1 95.83(/ )0.00666(/ ) 4 i qmhms 中心管流速为 0.8m/s，则中心管管径为 0 4 103 i q dmm v ，取 d0=103mm
44、。 布水器支管均分流量为 0.0017m3/s，支管内流速选为 1.2 m/s，则管径计算为 1 d=42.02mm，取 1 d=45 mm。 环管均分流量为 0.00666 120.005 16 m3/s，环管流速假定为 1.5 m/s，则环管管径 计算为 0.065 mm，取环管管径 2 d=65 mm。 布水孔 16 个，流速选为 1.5 m/s，孔径计算为 0.023m，取孔径 3 d=25 mm。 布水器水头损失计算。尽管布水器为环状，但当运行稳定、不堵塞，且配水均匀 条件下，可按枝状管网计算其水头损失。如图 1-5 所示。 图中 1 q=0.0017 m3/s 2 q=0.0012
45、5 m3/s 3 q=0.00083 m3/s 4 q=0.00042m3/s 相应管段的管径、流量、流速及水头损失如下 DN45 q=1.7L/s，v=1.07m/s， L h=300mm； DN45 q=1.25L/s，v=0.79m/s， L h=200mm； DN65 q=1.25L/s，v=0.38m/s， L h=7.0mm； DN65 q=0.83L/s，v=0.25m/s， L h=6.6mm； DN65 q=0.42L/s，v=0.13m/s， L h=4.6mm； 合计水头损失为 518.2 mm，加上局部损失，总水头损失约为 770 mm。 （3）布水器配水压力计算 布水
46、器配水压力 H4按下列公式计算。 3214 hhhH 式中 1 h布水器配水时最大淹没水深，m； 2 hUASB 反应器水头损失，m； 3 h布水器布水所需自由水头，m； 其中 1 h=9.5mH2O 2 h=0.8mH2O 3 h=2.5mH2O 则 4 H=12.8mH2O 3.4.4 出水渠设计计算 每个 UASB 反应器沿周边设一条环行出水渠， 渠内侧设溢流堰， 出水渠保持水平， 出水由一个出水口排出。 （1）出水渠设计计算 环行出水渠在运行稳定，溢流堰出水均匀时，可假设为两侧支渠计算。 单个反应器流量 6.66L/s，侧支渠流量为 3.33 L/s。 根据均匀流计算公式 iKq RW
47、CK 61 1 R n C 式中 q渠中水流量，m3/s； i水力坡度，定为 i=0.005； K流量模段，m3/s； C谢才系数； W过水断面面积，m2； R水力半径，m； n粗糙度系数，钢取 n =0.012。 计算得 3 3 . 3 31 00 . 0 0 50 . 0 4 7Kqi （m3/s） 假定渠宽 b=0.15m,则有 W=0.15h X=2h+0.15 R=W/X=0.15h/(2h+0.15) 式中 h渠中水深，m； X渠湿周，m。 代入 2161 1 RR n WK 即 32 1 R n WK 则有 2 3 10.15 0.0470.15 0.0120.152 h h h 解方程得：h=0.042(m) 可见渠宽 b=0.15(m)，水深 h=0.042(m) 则渠中水流流速约为 3 3.33 10 0.53(/ ) 0.15 0.042 q vm s W 0.40m/s 符合明渠均匀流要求。 （2）溢流堰设计计算 每个 UASB 反应器处理水量 6.66 L/s，溢流负荷为 12 L/(m s)。 设计溢流负荷取f=1.0 L/(m s
