啤酒废水CASS工艺毕业设计说明书定稿
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摘要
啤酒工业在我国迅猛发展的同时,排出了大量的啤酒废水,给环境造成了极大的威胁。
本设计为木兰县金桥啤酒厂啤酒废水处理设计,设计程度为初步设计。
啤酒废水水质的主要特点是含有大量的有机物,属高浓度有机废水,故其生化需氧量也较大。
该啤酒废水处理厂的处理水量为10000m3/d,不考虑远期发展。
原污水中各项指标为:BOD浓度为1800 mg/L ,COD浓度为2200 mg/L ,SS浓度为120 mg/L 。
因该废水BOD值较大,不经处理会对环境造成巨大污染,故要求处理后的排放水要严格达到国家《啤酒工业污染物排放标准》(GB19821—2005),即:BOD ≤ 20 mg/L ,COD ≤ 80 mg/L ,SS ≤ 70mg/L 。
本设计工艺流程为:
啤酒废水→格栅/污水提升泵→调节沉淀池→UASB反应器→CASS池→巴氏计量槽→处理出水
工程实践表明UASB+CASS组合工艺对啤酒废水是一种有效的处理工艺,且该处理工艺具有结构紧凑简洁,运行控制灵活,抗冲击负荷,污泥量小等特点。
关键词:啤酒废水 UASB CASS
Abstract
With the rapid development of brewery industry in China, more brewery wastewater is discharged, which endangers environment extremely.This design is one beer waste water treatment of mulanxian jinqiao brewery .The degree of the design is in a preliminary phase. The main distinguishing feature of the beer waste water is that it contains the massive organic matters, so it belongs to the high concentration organic waste water, therefore its biochemical oxygen demand is also high.
The water which needs to treatment in the beer waste water treatment plant is 10000d
m/3, regardless of the specified future development. Various target in the raw waste water is: the concentration of BOD is 1800 mg/L , the concentration of COD is 2200 mg/L , the concentration of SS is 120 mg/L . For the beer waste water's BOD is high, it could pollute the environment if drained before treatment, so it request the beer waste water which drained must be strictly treated to the 《beer industry standards for discharge of water pollutants》(GB19821—2005)in the country, which is as following: BOD ≤ 20 mg/L , COD ≤ 80 mg/L , SS ≤ 70 mg/L .
The technological process of this design is:
Beer waste water → Screens/ The sewage lift pump→Adjust traps→ Reaction tank of UASB →Tank of CASS→Pap measuring tank→ Treatment water
The engineering practice shows that the UASB + CASS combination process on beer wastewater is a kind of effective treatment process, and the processing technology has the characteristic of compact structure simple, flexible operation control, impact resistant load, small amount of sludge, etc.
Key words:beer waste water UASB CASS
目录
摘要 (I)
ABSTRACT ..................................................................................................................................... I I 第1章概述.. (1)
1.1基本设计资料 (1)
1.1.1设计题目 (1)
1.1.2设计背景 (1)
1.1.3基本资料 (1)
1.2设计内容、原则 (2)
1.2.1设计依据及规范 (2)
1.2.2设计内容 (2)
1.2.3设计原则 (3)
第2章工艺方案论证、选择 (4)
2.1水质分析 (4)
2.1.1啤酒工业废水的来源及水质特征 (4)
2.1.2 处理程度 (5)
2.2工艺选择 (5)
2.2.1方案对比 (5)
2.2.2工艺流程 (7)
2.2.3工艺说明 (8)
第3章污水处理部分设计计算 (9)
3.1格栅 (9)
3.1.1设计说明 (9)
3.1.2设计计算 (9)
3.1.3计算草图 (11)
3.2提升泵 (11)
3.2.1设计说明 (11)
3.2.2设计计算 (12)
3.3调节沉淀池 (12)
3.3.1设计说明 (12)
3.3.2设计计算 (12)
3.4UASB反应器 (17)
3.4.1设计说明 (17)
3.4.2反应器所需容积及主要尺寸的确定 (17)
3.5CASS反应池 (22)
3.5.1设计参数 (22)
3.5.2 设计计算 (23)
3.5.3鼓风机房设计 (30)
3.6巴氏计量槽 (34)
3.6.1 设计说明 (34)
3.6.2设计参数 (34)
3.6.3设计计算 (35)
第4章污泥处理部分设计计算 (37)
4.1处理量 (37)
4.2构筑物的设计计算 (37)
4.2.1集泥井设计 (37)
4.2.2污泥浓缩池 (37)
4.2.3污泥提升泵房 (40)
4.2.4污泥脱水间 (41)
第5章厂区平面布置及高程布置 (43)
5.1厂区平面布置 (43)
5.1.1平面布置原则 (43)
5.1.2平面布置 (44)
5.2厂区高程布置 (46)
5.2.1设计说明 (46)
5.2.2高程布置原则 (46)
5.2.3水处理构筑物高程水力计算 (46)
5.2.4污泥处理构筑物高程水力计算 (50)
第6章设备及构筑物 (52)
6.1设备及构筑物一览表 (52)
第7章工程概算 (54)
7.1工程概算编制说明 (54)
7.1.1 编制废水处理厂工程概、预算的基础资料 (54)
7.1.2 工程造价分析 (54)
7.2工程概算 (55)
7.2.1 基本建设投资估算 (55)
7.2.2 工器具购置费 (56)
7.2.3 工程建设其他费用计算 (57)
7.2.4 预备费用计算 (57)
7.2.5运行费用 (57)
第8章环境影响评价 (62)
8.1环境质量标准与污染物排放标准 (62)
8.1.1环境质量标准 (62)
8.1.2污染物排放标准 (62)
8.2项目建设和生产对环境的影响 (64)
8.2.1大气污染源 (64)
8.2.2污废水 (64)
8.2.3固体废弃物 (64)
8.2.4噪声 (65)
8.3环境保护措施初步方案 (65)
8.3.1大气环境治理 (65)
8.3.2污废水治理 (65)
8.3.3固体废弃物治理 (66)
8.3.4噪声治理 (66)
8.4安全措施 (66)
8.5评价结论 (67)
结束语 (68)
致谢 (69)
参考文献 (70)
Contents
Abstract(in Chinese) (Ⅰ)
Abstract (in English) (Ⅱ)
Chapter1summarize (1)
1.1 Foundation design material (1)
1.1.1 Tile of design (1)
1.1.2 Background of design (1)
1.1.3 Basic material (1)
1.2 The content and principle (2)
1.2.1 Design reference and standard (2)
1.2.2 Content of design (2)
1.2.3 Principle of design (3)
Chapter 2 Demonstration and selection of technology (4)
2.1 Water quality analyse (4)
2.1.1 Beer industrial waste water resources and water quality
analysis (4)
2.1.2 Degree of treatment (5)
2.2 selection of technology (5)
2.2.1 Program comparision (5)
2.2.2 Technological process (7)
2.2.3 Description of theprocess (8)
Chapter 3 Design calculation part of sewage treatment (9)
3.1 Screens (9)
3.1.1Designd escription (9)
3.1.2 Design calculation (9)
3.1.3 Calcuate draft (11)
3.2 Lift pump (11)
3.2.1 Design d escription (11)
3.2.2 Design calculation (12)
3.3 Adjust traps (12)
3.3.1 Design d escription (12)
3.3.2 Design calculation (12)
3.4 Reaction tank of UASB (17)
3.4.1 Design d escription (17)
3.4.2 Volume demand and main size of reactor (17)
3.5 Tank of CASS (22)
3.5.1 Design parameters (22)
3.5.2 Design calculation (23)
3.5.3 Blower room design (30)
3.6 Pap measuring tank (34)
3.6.1 Design d escriptio n (34)
3.6.2 Design parameters (34)
3.6.3 Design calculation (35)
Chapter 4 The sludge treatment part design calculation……………………. ..37
4.1. H andling capacity (37)
4.2 Structures design calculation (37)
4.2.1 Mud collecting well design (37)
4.2.2 Sludge concentration tank (37)
4.2.3 Sludge pump room ascension (41)
4.2.4 Between sludge dewatering (41)
Chapter 5 The factory layout and elevation layout (43)
5.1 Factory layout (43)
5.1.1 Layout principle (43)
5.1.2 layout (44)
5.2 Factory elevation layout (46)
5.2.1 Design descriptions (46)
5.2.2 Elevation layout principle (46)
5.2.3 Water treatment structures elevation hydraulic calculation (46)
5.2.4 The sludge treatment structures elevation hydraulic
calculation (50)
Chapter 6 Equipment and other structures (52)
Chapter 7 Engineering budget (54)
7.1 Budgetary e stimates state (54)
7.1.1 Prepare wastewater treatment plants is the basis of engineering,
budget information (54)
7.1.2 Engineering cost analysis (54)
7.2 Engineering budge (55)
7.2.1 Basic construction investment estimation (55)
7.2.2 Instruments cost (56)
7.2.3 Engineering construction other expenses (57)
7.2.4 Prepare cost calculation (57)
7.2.5 Operation cost (57)
Chapter 8 Environmental impact assessmen (62)
8.1 Standards for environment quality and standards for discharge of water
pollutants (62)
8.1.1 Environment quality standards (62)
8.1.2 Standards for discharge of water pollutants (62)
8.2 Project construction and production of the impact on the
environment (64)
8.2.1 source of atmospheric pollution (64)
8.2.2 Unclean wastewater (64)
8.2.3 Solid waste (64)
8.2.4 noise (65)
8.3 Environmental protection measures preliminary scheme (65)
8.3.1 Atmospheric environmental management (65)
8.3.2 Unclean wastewater treatment (65)
8.3.3 Solid waste management (66)
8.3.4 Noise control (66)
8.4 Security measures (66)
8.5 Evaluation conclusion (67)
conclusion (68)
Thanks (69)
References (70)
第1章 概述
1.1基本设计资料
1.1.1设计题目
木兰县金桥啤酒厂1万吨/天污水处理设施初步设计
1.1.2设计背景
啤酒废水中有机物含量较高,废水中含有较高浓度的蛋白质、脂肪、纤维、碳水化合物、废酵母、酒花残渣等有机无毒成分,排入天然水体后将消耗水中的溶解氧,即造成水体缺氧,还能促使水底沉积化合物的厌氧分解,
产生臭气,恶化水质,因此,啤酒废水需要处理与利用[1]。
木兰县金桥啤酒厂废水主要来自生产过程中的工艺废水,包括麦芽车间(浸麦废水)、糖化车间(糖化,过滤洗涤废水)、发酵车间(发酵罐洗涤,过滤洗涤废水)、灌装车间(洗瓶,灭菌废水及瓶子破碎流出的啤酒)以及生产用冷却废水等。
废水中有机物含量较高,COD cr 含量为2200mg/L,
BOD 5/COD cr =082,可生化性较好。
1.1.3基本资料
1.处理规模
废水处理工程的设计规模310000m ,流量变化系数 1.05z k
2.进水水质和处理要求
处理后水质要求达到国家《啤酒工业污染物排放标准》(GB19821—2005),进水水质和排放标准见表1。
表1-1 进水水质和排放标准
项目COD C r(mg/L) BOD5(mg/L) SS/(mg/L) PH值
进水水质2200 1280 120 6.5~8.5
排放标准80 20 70 6.0~9.0 3.气象资料
哈尔滨市木兰县年平均气温 3.6℃。
最冷月份是1月份,平均气温-24.8℃,最热月份是7月份,平均气温是28.0℃,年平均冻土深度为2.05m
1.2设计内容、原则
1.2.1设计依据及规范
有关设计文件和基础数据;
1、国家《啤酒工业污染物排放标准》(GB19821—2005);
2、《室外排水设计规范》2005年修订(GB50014—2005);
3、《建筑给水排水设计规范》(GBJ15—88);
4、《给水排水设计手册》(1—11册)。
1.2.2设计内容
1、根据企业的总体规划或现状与设计方案选择处理厂厂址;
2、处理厂工艺流程设计说明;
3、处理构筑物型式选型说明;
4、处理构筑物或设施的设计计算;
5、主要辅助构筑物设计计算;
6、主要设备设计计算选择;
7、污水厂总体布置(平面或竖向)及厂区道路、绿化和管线综合布置;
8、处理构筑物、主要辅助构筑物、非标设备设计图绘制;
9、编制主要设备材料表。
1.2.3设计原则
1、严格执行有关环境保护的各项规定,使处理后的各项指标达到或优于国家《啤酒工业污染物排放标准》(GB19821—2005);
2、针对废水水质特点采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺和设备,最大可能的发挥投资效益,采用高效稳定的水处理设施和构筑物,尽可能的降低工程造价,同时结合企业的生产情况,对污水进行综合治理;
3、工艺设计与设备选型能够在生产过程具较大的灵活性和调节余地,能适应水质水量的变化,确保出水水质稳定、达标排放;
4、工艺运行过程中考虑操作自动化,减少劳动强度,便于操作、维修;
5、建筑构筑物布置合理,降低噪声,消除异味,改善周围环境。
第2章工艺方案论证、选择
2.1水质分析
2.1.1啤酒工业废水的来源及水质特征
制造啤酒的原料为大麦、大米、酒花、酵母和特殊质量的水,酿造工艺一般可分为制麦和酿造两步生产过程。
废水主要来自麦芽制作、酿酒与发酵、包装3 个工序,制麦浸渍废水主要含糖类、果胶等有机物, 其色度深, 水量较大, 极易腐败变质。
该股废水与包装工序排出的冲洗水一同被称为啤酒厂的低浓度有机废水。
酿造过程排出的废水主要是糖化锅洗涤水、麦槽贮存池底部流出的麦糟水及发酵罐洗涤水。
这股废水污染物浓度高, 但水量较小,属高浓度有机废水[2]。
啤酒废水来源及水质特征见表2-1.
表2-1生产啤酒的废水来源及水质特征
废水来源水质特点
糖化车间的糖化锅、煮沸锅、过滤槽等设备的洗涤废水高浓度有机废水,排水量相对较小,且非连续排放,时变化性大,水质非常不稳定。
但是其污染负荷高,其主要成分包括糖类、果胶、糖化麦槽、啤酒花、酵母残渣、蛋白质、纤维素等有机物和少量无机物。
发酵车间发酵
罐、清酒罐及
管道洗涤废水
废水排放浓度相对较低,排放大且连续,水质相对稳定
包装车间洗涤
废水废水排放浓度较低,排放大而且连续,水质相对稳定
锅炉烟尘处理
废水
含浮尘颗粒物较多
2.1.2 处理程度
表2-2进出水水质及处理程度
COD(mg/L) BOD5(mg/L) SS(mg/L) pH 进水2200 1800 120 6.5-8.5 出水<80 <20 <70 6.0-9.0 处理程度96.36% 98.89% 41.67%
2.2工艺选择
2.2.1方案对比
在啤酒生产过程中产生的生产废水含有糖类、醇类、蛋白质、纤维素等溶解性有机物质,泥砂、浮沉颗粒等无机物。
为了减轻后续处理构筑物的处理负荷, 保护后续处理设施, 应在处理设施的前端安装格栅, 以截留原污水中较大的悬浮物或漂浮物。
厂区内废水的水质水量变化较大, 为了保证后续处理构筑物运行的稳定性, 应在格栅之后设置调节沉淀池。
调节沉淀池有调节水质、水量、沉淀及一定的水解作
用[3]。
原水的BOD
5/COD
C r
= 0.82>0.3, 属高浓度可生化有机废水, 故可
采用生化处理方法。
由于原水的BOD
5
较高, 要求达到的处理效果也较
高, 拟采用厌氧—好氧的处理路线。
厌氧法处理高浓度有机废水较经
济, 既节能又可回收沼气。
废水中难降解的COD
Cr
经厌氧处理后转化为
较易降解的COD
Cr
,高分子有机物转化为低分子有机物, 但出水有机物
浓度仍较高, 达不到排放标准。
好氧生物处理法工艺成熟、稳定性好、出水水质较好。
因此,采用厌氧—好氧的处理路线较合理。
适用于1万吨左右啤酒废水处理的工艺主要采用厌氧与好氧串联,如:UASB+CASS、UASB+接触氧化等[3],以下是两种处理方法在啤酒废水中的应用实例。
(一):黑龙江新三星集团公司啤酒厂位于黑龙江省尚志市一面坡镇,距哈尔滨市东南154Km,年平均气温2.3℃。
最冷月份是1月份,平均气温-20.3℃,
最热月份是7月份,平均气温是21.6℃,年平均冻土深度为1.79m[6]。
工程规模及处理程度:
该啤酒厂目前生产能力为15万吨/a ,排放废水量60003/
m d考虑到将来产量还会提高,因此设计排放废水量为80003/
m d设计进出水水质见表:
广西某啤酒厂目前生产规模由原来的3 万t/ a发展到现在10 万t/ a
废水处理工艺流程:
滤渣外运
提升泵
图2-1 三星啤酒废水处理工艺流程图
本厂的处理工艺中污染物处理程度较高,由于处理出水水质好而且稳定,经过简单过滤消毒即可用于锅炉烟气的水膜除尘和冲洗车辆。
本工程的缺点是:碱的消耗量较大,主要原因是啤酒废水的碱度较低,容易水解酸化,必须额外加碱补充碱度,以防止UASB的酸化。
然而该工程中需要两次提升,所需动力消耗较大。
(二)
广东的啤酒生产淡旺季明显,生产量受市场制约,废水排放不均衡。
根据广东某啤酒厂废水处理负责部相关负责人统计,该厂的啤酒废水产量平均为6000~8000 t/d[4]。
实测原水水
质情况如表:
表2-3啤酒废水指标
COD r BOD5SS PH 1500~2000 1000~1200 250~350 6.4~8.5
沼气回收利用
污泥资达标排放
图2-2广东某啤酒厂废水处理工艺流程图
将UASB 和CASS 两种处理单元进行组合,所形成的处理工艺突出了各自
处理单元的优点,使处理流程简洁,节省了运行费用,而把UASB 作为整个废水达标排放的一个预处理单元,在降低废水浓度的同时,可回收所产沼气作为能源利用。
同时,由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量,因此降低了好氧处理阶段的曝气能耗和剩余污泥产量,从而使整个废水处理过程的费用大幅度减少。
采用该工艺既降低处理成本,又能产生经济效益和社会效益[5]。
UASB+CASS 组合工艺处理啤酒废水试验表明,最佳工艺条件为:啤酒废
水在调节沉淀池内停留时间为8h,UASB 容积负荷为7.23/()cr kgCOD m d •,反应时间为15h ;CASS 氧化池内容积负荷为0.553/()cr kgCOD m d •,处理后出水水质稳定。
2.2.2工艺流程
图2-3本设计啤酒废水处理工艺流程图
2.2.3工艺说明
1.进水进入格栅,拦截漂浮物和悬浮物,防止沉淀,减轻后续处理设施负荷,保证污水处理系统的稳定运行,废水经过格栅进入栅后的污水提升泵,将废水提升至调节沉淀池。
2.从格栅间出来的废水进入调节池,均化水质水量并进一步沉淀去除悬浮物。
3.废水进入UASB进行厌氧处理,大部分有机物在UASB反应器中降解,反应过程中产生的沼气经水封器、进入沼气储柜进行利用。
4. UASB的出水自流进入CASS进行好氧生物处理,进一步降解废水中的有机物。
5. 调节沉淀池、UASB、CASS等处理单元产生的污泥排入污泥浓缩池中进行处理。
第3章 污水处理部分设计计算
3.1格栅
3.1.1设计说明
格栅安装在废水渠道的进口处,用于拦截较大的悬浮物或漂浮物,防止堵塞水泵机组及管道阀门。
同时,还可以减轻后续构筑物的处理负荷,用机械清渣,构为地下钢混结构。
3.1.2设计计算
(1)格栅的间隙数
max 19.920Q n bhv =
==≈个 式中:max Q —设计最大水量(m 3/s )
α — 格栅倾角,取060
b —格栅间隙宽度取0.02m h —栅前水深,设为0.4m v —过栅流速,取0.7/m s ,(一般0.6 1.0/m s -)
(2)栅槽宽度:
(1)0.01(201)0.02200.6B s n bn m m m =-+=⨯-+⨯≈ 设栅条宽度0.01s m =,采用锐边矩形断面
(3)进水渠道肩宽部分长度1l :
设进水渠宽10.45B m =,其渐宽部分展开角度0120α=
110
10.60.450.22()2220
B B m m
l m tg tg α--=
=≈ (4)栅槽于出水渠道连接处的渐窄部分长度2l 120.220.11()22
l m l m =
== (5)通过格栅的水头损失h 设格栅断面为锐边矩形断面
设计水头损失0h h k =
计算水头损失2
0sin 2v h g
ξα= 43()s b
ξβ= 形状系数 2.42β=
2
43()sin 2s v h k b g
βα=
432
00.010.72.42()sin 6030.0219.6=⨯⨯⨯
0.062m =
(6)栅后槽总高度H
设栅前渠道超高20.3h m =
120.40.620.30.762H h h h m =++=++=
(7)栅槽总长度L 120
0.40.30.5 1.00.220.110.5 1.0 2.24()60H L l l m tg tg α+=++++
=++++= (8)每日栅渣量W
在格栅间隙为20mm 情况下,设栅渣量为10003m 污水产30.07m 栅渣(格栅间隙1625mm -,产栅渣量为3330.10.05/10m m -)。
3max 186400100000.070.7(/)10001000z Q W W m d K ⨯===
因30.2/W m d >,所以采用机械清渣。
3.1.3计算草图
500
B 1
1
1
1000
B
tg
1H 2
B 1
图3-1 格栅设计计算草图
3.2 提升泵
3.2.1设计说明
污水提升泵选用潜污泵,放入格栅后过水渠中。
3.2.2设计计算
提升流量:Q = 416.7m 3/h
扬程:H=提升最高水位+水泵水头损失= 6.62m
选用150QW-210-7-7.5型潜污泵,它的作用是将格栅中的废水提升至调节池池中,设3台泵(2用1备)。
提升泵参数:Q=210m 3/h ,H=7.5m ,电动机功率为7.5kW ,出水口径250mm ,通过固体物最大直径100mm 。
安装尺寸:长970mm ,宽425mm,高890mm 。
3.3 调节沉淀池
3.3.1设计说明
啤酒废水的水量和水质随时间的变化幅度较大。
为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行,需对废水的水量和水质进行调节[6]。
3.3.2设计计算
(1) 池子总表面积A
2max
'
10000 1.05
3600
3600243600218.752.0
Q A m q ⨯⨯⨯=
==
式中'
q 为表面负荷,取2.0 (2) 沉淀部分有效水深2h
'2 2.0 1.53()h q t m ==⨯=
(3) 沉淀部分有效容积'V
'3max 10000 1.05
3600 1.5656.2524
V Q t m ⨯=⨯⨯=
⨯=
(4) 池长L
3.6L vt = 设水平流速
4.0/v mm s =
3.6 1.5
4.022()L m =⨯⨯≈
(5) 池子总宽度B
218.7510()22A B m L =
=≈ (6) 池子个数n
设每个池子宽5b m = 1025
B n b ===(个)
(7) 校核长宽比
22 4.4 4.05
L b ==> 符合要求 (8) 污泥部分需要的容积V max 120()86400100
(100)
z Q C C T V K P -•••=
-
式中:3
max Q ——最大设计流量(m /s )
31C ——进水悬浮物浓度(t/m )
32C ——进水悬浮物浓度(t/m )
T ——两次清楚污泥间隔时间(d ) Z K ——污水量总变化系数 0%P ——污泥含水率()
610000 1.05(120070%1200)1011001.05 1.0(10095)
V -⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=⨯⨯-
372m =
(9) 每格池污泥所需容积''V ''
372362
V
V m n === (10)
污泥斗容积1V
''
03 5.00.5
60 3.92h tg m -=
=
''
14121(3V h f f =++
223
1
3.9(5.00.5339.36m =⨯⨯+=
(11)
污泥斗以上梯形部分污泥容积2V
'
3(225)0.010.17h m =-⨯=
122l m = 2 5.0l m = '31224()
22.0 5.00.17 5.011.4722
l l V h b m ++=
⨯⨯=⨯⨯= (12) 污泥斗和梯形部分污泥容积
33
1239.3611.4750.8336V V m m +=+=> 设计满足要求
(13) 池子总高度H
设超高为10.5h m =,则
1230.5 3.0 4.077.57H h h h m =++=++=
其中'''
3330.17 3.9 4.07h h h m =+=+=
图3-2调节沉淀池简图
(14)
进水穿孔花墙
进水采用配水渠道通过穿孔花墙进水,进水渠道宽0.5m ,有效水深0.6m ,穿孔
花墙的开口面积为过水断面面积的20%左右,则过孔流速为 2221187.75
0.09/0.20.48
Q V m s B h n =
==⨯⨯
式中 2V ——穿孔花墙过孔流速(m/s ),一般采用0.05~0.15m/s
2B ——孔洞的宽度(m )
2h ——孔洞的高度(m )
1n ——孔洞数量(个)
设计中取2210.2,0.4,8B m h m n ===个
(15)
出水堰
沉淀池出水经过出水堰跌落进入出水渠道,然后汇入出水管道排走,出水堰采用矩形薄壁堰,自由跌落水头0.1~0.15m,掩上水深H为
Q=m
m——流量系数,一般采用0.45m
式中
b——出水堰宽度(m)
H——出水堰水深(m)
0.122/20.455
=⨯⨯
=
0.03
H m
出水堰后自由跌落采用0.15m,则出水堰水头损失为0.18
(16)出水渠道
沉淀池出水端设出水渠道,出水管与出水渠道连接,将污水送至UASB反应器。
出水槽宽度设为0.5m,出水渠道水深0.6m,高1.28m。
(17)进水挡板、出水挡板
沉淀池设进水挡板和出水挡板,进水挡板距进水穿孔花墙0.5m,挡板高出水面0.2m,深入水下0.5m。
出水挡板距出水堰0.3m,挡板高出水堰0.2m,射门如水下0.5m,在出水挡板处设一个浮渣收集装置,用来收集拦截的浮渣。
(18)刮泥装置
沉淀池采用链条式刮泥机,型号为GL5×25,行走时将池顶部浮渣刮至浮渣槽,将池底部污泥刮至污泥斗。
其规格与性能如下表:
表3-1 GL 型链板式刮泥机规格和性能
型号
池宽(米)
刮板块数
刮泥速度(m/min ) 电动机功率(KW ) 链条破断力(t ) GL-5×25
5
12 0.26
0.4
15
3.4 UASB 反应器
3.4.1设计说明
UASB (上流式厌氧污泥床)是集生物反应与沉淀于一体的一种结构紧凑效率高的厌氧反应器。
为了满足池内厌氧状态并防止臭气散逸,UASB 池上部采用盖板密封,出气管设水封装置。
池内所有管道、三相分离器和池壁均做防腐处理[7]。
3.4.2反应器所需容积及主要尺寸的确定
根据国内生产运行经验,在常温条件下,UASB 反应器的进水容积负荷选用36.0/()kgCOD m d ⋅,COD 、BOD 的去除率分别为92%、85%,污泥产率0.01/kgSS kgCOD (去除)
,沼气产率30.41/m kgCOD (去除)。
(1) 反应区设计计算
UASB 反应器有效容积(配水系统上缘至三相分离器下缘之间的空间)
303
0241000022003666.76.010R QS V m N ⨯===⨯ 每座反应器容积不宜超过3400~500m ,所以采用8座UASB 反应器,则每座有效容积为3
33666.7458.38
m
V m ==,有效水深常用范围为3.0~6.0m ,设
有效水深为H 4.5m ,则每座反应器面积3458.3
1024.5
V
A m H
===,设反应器
宽K为7.5m ,则长L为13.6m ,13.67.5L K m ⨯=⨯。
校核UASB 反应器废水上升流速r v
100000.51102824
r f Q m v h q =
==⨯⨯
r v 常用范围0.25~1.00m h
校核水里停留时间t
3666.78.8()10000
24
V t h Q =
== (2)三相分离器设计计算
三相分离器沉淀区的表面积同反应区的水平面积,即沉淀区的表面负荷率
为3210000
0.51102824
r Q m v m h A ===⋅⨯⨯ 小于321.00m m h ⋅,符合设计要求。
设上下三角集气罩斜面水平倾角分别为055和060(常用055~060),下三角形集气罩进水缝隙aa 上升流速a v 取1.4m
h
,则该缝隙总表面积1A 为
2110000
37.2824 1.4
a Q A m v =
==⨯⨯ 取5个缝隙(即上集气罩有5个),则每条缝隙宽2k 为
1237.2
157.55
A k m L =
==⨯⨯ 取保护高度10.5h m =,上三角形顶水深20.5h m =(常用0.5~1.0m m ),则有沉淀室进水缝隙废水流速2v 取1.5m h
,则进水缝隙总表面积
2221000034.7824 1.5
Q A m v =
==⨯⨯ 每条缝隙宽
234.70.58107.510
A cd m L ===⨯⨯
0.58
1.16sin 300.5
cd bd m =
== 取0.4ab m =,上三角形集气罩的位置即可确定,其高度4h 为
00241
(cos60)55(0.40.5) 1.428122
R h ab tg m =⨯+
=⨯+⨯= 大于0.6m ,符合设计要求。
05sin600.40.8660.35h ab m =⨯=⨯=
已知上三角形集气罩顶的水深为0.5m (一般0.5~1.0m m ),则上下三角形集气罩在反应器内的位置已经确定。
根据构造,校核气液分离的条件是否符合要求: 斯笃克斯公式:
2112()18g v d βρρμ
=-
式中1μυρ=
根据上式公式,d 取0.01cm ,020下31 1.03/g cm ρ=,320.0012/g cm ρ=,
210.0101 1.030.0104()
g
cm s μυρ==⨯=⋅,由于废水的μ一般比净水的μ
大,故μ取0.02()
g
cm s ⋅,于是气泡在A 点的上升流速1v 为
210.95981
(1.030.0012)0.010.266(/)9.58(/)180.02
v cm s m h ⨯=
⨯-⨯==⨯
根据前面计算有:
0.40.341.16ab bd == 21
1.500.169.58v v == ab bd >2
1
v v ,废水可顺利排出,满足设计要求。
图3-3 三相分离器设计计算简图
(3)布水器设计计算
采用穿孔管配水,每座反应器设7根DN80mm ,长6米的穿孔管,穿孔管的中心间距为1.7米,配水管直径为15mm φ(一般15~25mm ),孔距为2米,每个孔的服务面积为21.7 2.0 3.4m ⨯=(一般2—42m ),孔口向下,配水管底部距池底为0.25m ,每座反应器共有28个出水孔。
(4)出水系统的设计计算
采用锯齿形出水渠,渠宽0.2米,渠高0.25米,每个反应器设有5个出水渠,每个上三角形集气罩顶上设一条出水渠,基本保证出水均匀。
(5)排泥系统的设计
考虑可均匀排除污泥床区的污泥,在三相分离器下0.8米和池底上0.4米各设200d mm =排泥管一根,并在池底设放空管。
UASB 反应器每1个月排泥一次,污泥排入集泥井,再由污泥泵送入污泥浓缩池。
排泥管选DN=200的铸铁管管,排泥总管也选用DN=200的铸铁管。
(6)沼气产量计算 每日沼气产量:
310000 1.05 2.20.920.418298a Q m =⨯⨯⨯⨯=
(7)沼气集气系统布置
集气室沼气出气管:每个集气罩的沼气用一根集气管收集,共有11根集气管,集气管直径选DN150,共11根,钢管。
(8)水封罐设计
水封罐主要是用来控制三相分离器的集气室中气液两项界面高度的,因为当液面太高或波动时,浮渣或浮沫可能会引起出气管的堵塞或使气体部分进入沉降室,同时兼有排泥和排除冷凝水作用。
水封高度: 10H H H =-
式中 0H ——反应器至贮气罐的压头损失和贮气罐内的压头,为保证安全取贮气罐内压头集气罩中出气压头最大1H 取22mH o ,贮气罐内压强
0H 为2400mmH o 。
水封高度取1.5m ,水封罐面积一般为进气管面积的4倍
则22211
4 3.140.2540.19644
S d m π=⨯=⨯⨯⨯=,水封罐直径取0.5m
沼气柜容积的确定:
由计算可知该处理站日产沼气,则沼气柜的容积设定为3小时产气量的
容积,即38298
3103724
V qt m ==⨯=,设计沼气柜尺寸为15107⨯⨯米。
(9)产泥量计算
每日产泥量:设计参数:
产泥系数 r=0.010kg 干泥/(kgCOD) 设计流量 Q=10000 3/m d 进水COD 浓度 S 0=2200mg/L
COD Cr 去除率 E=92.0% UASB 每日产泥量为
300.0110000 1.05220092%10212.52/w Q rQS e KgMLSS d -==⨯⨯⨯⨯⨯=
31760212.521760
42.5/1000(1)1000(199.5%)
v Q m d p =
==-⨯-
3.5 CASS 反应池
国内很早便对CASS 工艺开展研究,经过长时间的理论研究和试验,逐渐成熟。
国外在2000年前就已经广泛应用于生活废水和工业废水的处理,效果显著,但国内业界长期处于观望状态,直到2000后才陆续应用该工艺于实际生产中。
目前该工艺已经在啤酒废水处理方面斩露头角。
最为典型的数北京航空航天城的生活污水处理,运行头两年没有排泥,经济效益显著[8]。
本工艺采用四座CASS 池,共壁建造。
CASS 池子的结构简图如图
图3-4 CASS 池结构示意图
3.5.1设计参数
① 选择区、兼氧区、主反应区长度比为1:5:30 ② 污泥负荷率:50.05~0.5/s N kgBOD kgMLSS d =⋅
③ 污泥浓度:2500~4000/X mg L = ④ 池内回流比:R=20%
⑤ 反应池宜采用矩形池,水深H 为4~6米 ⑥ 宽深比:B :H 为1~2 ⑦ 长宽比:L :B 为4~6
⑧ 冲水比λ:仅需除磷时宜为0.25~0.5 需脱氮时宜为 0.15~0.3
UASB 去除BOD 85%,则CASS 池进水BOD 0S 为180015%270/mg L ⨯= 要出水要求e S 为20/mg L
3.5.2 设计计算
(1) 曝气时间a t
设混合液污泥浓度2500/X mg L =,冲水比0.27λ=,污泥负荷
0.270.17/s N kgBOD kgMLSS λ==,则:
024240.27270
3.940.172500
a s S t h N X λ⨯⨯=
==≈⨯ (2) 沉淀时间s t
当污泥浓度小于3000/mg L 时,污泥界面沉降速度为
4 1.77.410u TX -=⨯
式中:T ——污水温度
① 当冬季污水温度10T =℃时,污泥界面沉降速度为
4 1.77.410102500u -=⨯⨯⨯=1.2/mg h
0.2750.5
1.51.2
s H t h u λε
+⨯+=
=
=
② 当夏季污水温度30T =℃时,污泥界面沉降速度为 4 1.77.410302500 3.7/u m h -=⨯⨯⨯=
0.2750.50.53.7s H t h u λε+⨯+===
则s t 在0.5~1.5h 之间 ③ 运行周期
a s
b d t t t t t =+++
式中:d t ——排水时间,h
设排水时间0.5d t h =,则2s b d t t t h ++≈ 则6t h =
每日周期数:
2242446
n t ===
(4) 曝气池容积V
30()10000(27020)78430.1725000.75
e s Q S S V m N X
f -⨯-===⨯⨯
设4座曝气池,则14n =,每座池体积3784319614V m ==单
(5) 池体布置
设有效水深5H m =
则219613925A m ==单
设宽9B m =,则39243.69
A L m
B === 校核长宽比
43.6
4.849
L B == 符合要求
CASS 是连续进水,间断排水,池内有效容积由变动容积1V 和固定容积组成,变动容积值池内设计最高水位至滗水器排放最低水位之间的容积,相应水深1H ,固定容积由两部分组成,一部分是活性污泥最高泥面至池底之间的容积3V ,相应水深3H ,另一部分时滗水水位和泥面之间的容积,是由防止滗水时污泥流失的最小安全距离决定的容积2V ,相应水深2H 。
预反应区17.2L m =(预反应区与总反应区的比例为1:5) 则11210000
1.644392
Q H m n n A =
==⨯⨯ 663105250012010 1.5H H X SVI m --=⋅⋅⋅=⨯⨯⨯=
式中SVI ——污泥体积指数(取120/mL g ) 则2135 1.6 1.5 1.9H H H H m =--=--= 隔墙底部连通孔口尺寸
111324BL H Q
A n n u u
=+
式中:3n ——连通孔个数,取3n =4
u ——孔口流速/m h ,一般为20~50/m h ,取50/m h 10000 1.0597.2 1.6
24445050A ⨯⨯⨯=+
⨯⨯⨯ 0.55 2.1=+ 22.65m = 设孔高0.8米
则孔宽为
3 2.65
0.80.80.84
A m n ==⨯
导流孔设在池底部,且沿墙均匀分布。
校核出水溶解性5BOD (根据设计要求出水水质5BOD 应小于
10.55/mg L )
2
2424e z a S S k Xft n =
+
式中z k ——动力学参数,0.0168~0.028,取0.022
24270
9.4710.552425000.75440.022
e S ⨯=
=<+⨯⨯⨯⨯,符合设计要求
(6) 最大剩余污泥量
010001000
e V S S X
X YQ kdVf
-∆=- 式中:Y ——活性污泥增值系数,0.4~0.7,取0.6
e S ——出水BOD ,/mg L ,为20/mg L
d k ——污泥自身氧化系数,0.04~0.1,与污水温度有关
冬季T=10℃
2020()t t t kd kd θ-=⋅
式中:t kd — t ℃时污泥自身氧化系数
20kd —20℃时污泥自身氧化系数,0.04~0.075 ()t θ— 温度系数,1.02~1.06取1.04 冬季10T =℃时
102010201(10)20()0.06 1.040.041()t kd kd d θ---=⋅=⨯=
冬季剩余污泥量 (10)270202500
0.610000.04178430.7510001000
V X -∆=⨯⨯-⨯⨯⨯
897/kg d =
设剩余污泥含水率为99.5%
则湿污泥量:1000(1)
S X
Q p ∆=- 式中P为剩余污泥含水率
则3(10)897
179.4/1000(199.5%)
S Q m d =
=- (7) 需氧量:''
20()e O a Q S S bVX =-+
式中: 'a ——活性污泥生物代谢1kgBOD 需氧量,0.42~0.53 'b ——1kg 活性污泥自身氧化需氧量,0.11~0.18 20.4510000(27020)/10000.1578432500/1000O =⨯⨯-+⨯⨯ 4066/kg d =
169.4/kg h =
标准状态下脱氧清水充氧量:
(20)
020
()[] 1.024
s T S T L RC R C C αβ-=
-⨯
查表得(20)9.17S C = 0.85α= 0.95β= 2/L C mg L =
5
55
0.98100.971.01310 1.01310P ρ⨯=
==⨯⨯ ① 由工程所在地海拔高度300P m =查得50.9810a P p =⨯ ② 设微孔曝气头安装在距地底0.3米处,淹没深度为 0.3 5.00.3 4.7H m -=-=。