某酒精厂生产废水处理厂设计毕业设计论文

水污染控制工程设计说明书某酒精厂生产废水处理厂设计
学院（部）：地球与环境学院
专业班级：环境12-1班
学生姓名：
指导教师：
年月日
目录
1.设计任务书 (4)
1.1设计目的 (4)
1.2设计任务及内容 (4)
1.2.1 设计任务 (4)
1.2.2 设计内容 (4)
1.2.3 设计资料 (5)
1.3课程设计进度计划 (6)
2．工艺流程的选择确定 (6)
2.1酒精废水的介绍 (6)
2.1.1 酒精废水来源 (6)
2.1.2 酒精废水特点 (6)
2.2酒精废水处理方法 (6)
2.2.1 上流式厌氧污泥床（UASB）法 (7)
2.2.2 序批式活性污泥（SBR）法 (7)
2.2.3 生物接触氧化法 (8)
2.3选择确定的工艺流程 (8)
3处理构筑物的设计计算 (9)
3.1.格栅的设计与计算 (9)
3.2.沉淀池的设计与计算 (12)
3.3集水池设计与计算 (14)
3.4一级UASB反应器的设计 (15)
3.5二级UASB反应器的设计 (18)
3.6三相分离器设计与计算 (23)
3.7SBR的设计与计算 (29)
3.8风机的设计 (33)
3.9沼气收集系统设计计算 (33)
4.污泥处理部分设计与计算 (35)
4.1污泥重力浓缩池设计计算 (35)
4.2污泥脱水 (37)
4.3污泥最终处置 (39)
5.附属建筑物的确定 (39)
6. 污水处理厂的总体布置 (40)
6.1平面布置设计 (40)
6.2水力高程布置 (40)
6.2.1 污水流经各处理构筑物水头损失 (40)
6.2.2 污水管渠水头损失计算表 (41)
6.2.3 高程确定 (41)
6.3污泥高程 (40)
6.3.1 污泥管道水头损失 (42)
6.3.2污泥处理构筑物的水头损失 (43)
7.结论 (44)
参考文献 (44)
致谢. .............................................. 错误!未定义书签。

1.设计任务书
1.1 设计目的
本课程是环境工程专业的集中实践教学环节，通过污水厂课程设计，巩固学习成果，加深对《水污染控制工程》课程内容的学习与理解，使学生应用规范、手册与文献资料，进一步掌握设计原则、方法等步骤，达到巩固、消化课程的主要内容，锻炼独立工作能力，对污水厂的主体构筑物、辅助设施、计量设备及水厂总体规划、管道系统做到一般的技术设计深度，绘制规范的施工及大样图掌握污水厂设计的方法，培养和提高计算能力、设计和绘图水平。

在教师指导下，基本能独立完成一个中、小型污水处理厂工艺设计，锻炼和提高学生分析及解决工程问题的能力。

1.2 设计任务及内容
1.2.1 设计任务
根据已知资料，进行污水处理厂的设计。

要求确定污水处理方案和流程，计算各处理构筑物的尺寸和选择设备，布置污水处理厂总平面图和高程布置图。

需上交的设计成果包括1、设计说明书；2、设计图纸（平面图、流程高程图、主要构筑物图）。

1.2.2 设计内容
课程设计题目：某酒精厂生产废水处理厂设计
1.本课程设计包括下列主要内容：
（1）根据原始资料（城市基础资料、水量规模、进出水水质等）选择确定污水处理厂工艺流程（包括污水和污泥处理）。

（2）对各构筑物进行工艺计算，确定其形式、数目和尺寸，选择设备；
（3）进行各处理构筑物的总体布置和污水与污泥处理流程的高程设计；
（4）完成平面布置图和高程图的绘制；
（5）编写设计说明书
在进行课程设计前，尽可能组织参观与所设计的污水厂相类似的城市污水厂，以加强感性认识。

2.要求参加课程设计的每个学生应当独立完成下列成果：
（1）设计说明书1份；
（2）设计图纸2张（A3规格）：包括污水厂总体布置图1张和污泥流程高程图1张。

1.2.3 设计资料
1.基本情况
某酒精厂以薯干为原料，经粉碎、蒸煮、糖化、发酵、蒸馏等工段制取酒精。

年产酒精15，000吨。

在酒精生产过程中所产生的高浓度有机废水，工厂采用过滤沉淀方法进行简易处理，使处理后废水COD降至20，000~25，000mg/L，这仍属于高浓度有机废水，直接排入接纳水体，仍具有较大危害。

为保护环境，造福人类，需对过滤后出水作进一步处理。

2. 设计依据
⑴废水水量及水质
过滤后出水水量600m3/d
COD=20000~25000mg/L
=11000~13800mg/L
BOD
5
SS=10000mg/L
水温30~50oC
⑵气象水文资料
风向：春季：南风（东南）
夏季：南风（东南、西南）
气温：年平均气温：7~8 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
⑶拟建污水处理厂的场地为20*100平方米平坦地,位于主厂区的东北方。

简易沉淀池汇水池容积为20m3，池底为主厂区地平面下4m。

3. 处理后出水水质要求
处理后水质要求：
COD≤1000mg/L
BOD5≤300mg/L
SS≤200mg/L
处理后出水与厂内冷却水混合后满足排入城市下水道的水质要求。

进厂城市下水道的管底标高比主厂区低5.0m。

1.3 课程设计进度计划
表1-1 进度计划表
2．工艺流程的选择确定
2.1 酒精废水的介绍
2.1.1 酒精废水来源
酒精废水是高浓度、高温度、高悬浮物的有机废水，酒精工业的污染以水的污染最为严重，生产过程中的废水主要来自蒸馏发酵成熟醪后排出的酒精糟，生产设备的洗涤水、冲洗水，以及蒸煮、糖化、发酵、蒸馏工艺的冷却水等。

2.1.2 酒精废水特点
酒精废水的主要特点是：悬浮物含量高，平均悬浮物含量高达10000mg/L；平均水温达40℃，废水的COD高达20000-30000mg/l，包括悬浮固体、溶解性COD和胶体，有机物占93%-94%，无机物占6%-7%，有机物的成分是碳水化合物，其次是含氮化合物，生物菌和未分解出去的产品：如丁醇、乙醇等，无机物主要是来自原料中的灰尘和杂质；废水的可生化性好。

2.2 酒精废水处理方法
酒精工业废水常用的处理方法大多为：化学法、物化法、生化法、其他组合工艺等。

化学法主要有混凝法、中和法、氧化还原法；物化法主要有萃取法、汽提法、吸附法、膜分离法（电渗析和扩散渗析）、粒子交换；生化法主要有上流式厌氧污泥床（UASB）法、周期循环活性污泥反应器（CASS）法、序批式活性污泥（SBR）法，普通活性污泥法、生物接触氧化法；其他组合工艺主要有厌氧-气浮-UASB-SBR工艺、UASB-生物接触氧化工艺、酒精槽固液分离-内循环厌氧生物反应器+循环式活性污泥法（DDG-IC-CASS）工艺、UASB-SBR工艺、EGSB-SBR工艺。

2.2.1 上流式厌氧污泥床（UASB）法
UASB反应器中的厌氧反应过程与其他厌氧生物处理工艺一样，包括水解，酸化，产乙酸和产甲烷等。

通过不同的微生物参与底物的转化过程而将底物转化为最终产物——沼气、水等无机物。

UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。

在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。

要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。

沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。

沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。

2.2.2 序批式活性污泥（SBR）法
序批式活性污泥法，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。

与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。

它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。

2.2.3 生物接触氧化法
生物接触氧化法是从生物膜法派生出来的一种废水生物处理法，即在生物接触氧化池内装填一定数量的填料，利用栖附在填料上的生物膜和充分供应的氧气，通过生物氧化作用，将废水中的有机物氧化分解，达到净化目的。

其基本原理与一般生物膜法相同，就是以生物膜吸附废水中的有机物，在有氧的条件下，有机物由微生物氧化分解，废水得到净化。

生物接触氧化池内的生物膜由菌胶团、丝状菌、真菌、原生动物和后生动物组成。

在活性污泥法中，丝状菌常常是影响正常生物净化作用的因素；而在生物接触氧化池中，丝状菌在填料空隙间呈立体结构，大大增加了生物相与废水的接触表面，同时因为丝状菌对多数有机物具有较强的氧化能力，对水质负荷变化有较大的适应性，所以是提高净化能力的有力因素。

2.3 选择确定的工艺流程
设计工艺的进水水质主要特点为COD,BOD浓度高、有机物含量高、悬浮物含量高等。

因此，为达到排放要求，本设计主要采用厌氧和好氧的处理工艺。

厌氧采用两相UASB反应器，两级UASB反应器处理酒精废水的能力高于单项UASB，好氧采用SBR反应器，具体处理工艺流程如下图：
图2-1两级UASB-SBR处理工艺
在选择确定的工艺流程过程中，生产出的酒精废水先经过中格栅去除悬浮物杂，在提升泵的作用下，污水带着溶解性物质进入竖流式沉淀池，沉淀下来的污泥可以利用做饲料，同时悬浮物得到了有效的去除；后经过集水池调节水量，同时经过前面初步处理，保证了进入一级UASB的SS含量尽可能低，有利于颗粒污泥的形成，接着经过两级UASB-SBR处理，降解难降解有机物、提高废水可生化性，得到污泥进行浓缩处理，最后得到水质达到了农业灌溉标准，同时BOD、COD也达标排放。

在不影响处理效果的情况下，两相厌氧消化处理酒精槽废水时被证明在基质负荷率和甲烷产量方面优于单项系统。

在保持BOD和COD的去除率分别为85%和65%时，两相系统的甲烷产量是单相系统的三倍。

由于其高有机负荷，即使酒糟废水经过厌氧处理也不符合印度CPCB制定的严格的排放标准，生化需要量，化学需氧量，固体废物在非常高的水平上。

此外，酒糟废水颜色较深，需要大量的水来进行稀释。

污水用大量清水稀释后排放，这是一个非常昂贵的商品行业。

此外，厌氧消化不好，达不到限制排放的标准。

因此，对于厌氧处理的出水水质，后续好氧处理必要的。

采用SBR进行好氧处理有较大的优势，SBR无需设置调节池；SVI值较低，污泥易于沉淀，一般情况下，不产生污泥膨胀现象；通过对运行方式的调节，在单一的曝气池内能够进行脱氮和除磷反应；应用电动阀、液位计、自动计时器及可编程序控制器等自控仪表，可能使本工艺过程实现全部自动化，而由中心控制室控制；运行管理得当，处理水水质优于连续式；加深池深时，与同样的BOD-SS负荷的其它方式相比较，占地面积较小；耐冲击负荷，处理有毒或高浓度有机废水的能力强。

3处理构筑物的设计计算
3.1. 格栅的设计与计算
设计参数
取中格栅：栅条间隙b=0.02m；栅前流速v
1
=0.8m/s；
过栅流速v
2
=0.8m/s；安装倾角α=60°；
设计流量Q=600m3/d=0.0069m3/s；
设计最大流量Q
max =Q×K
z
=0.0069m3/s (K
z
=1.0)
设计计算
（1）栅前水深（h ）
进水渠宽:max 11220.00690.1310.8Q B m v ⨯=
== 10.0672B h m ==
v 1-栅前流速，0.4m/s-0.9m/s ，取v 1=0.8m/s 。

（2）栅条间隙数（n ）
取两台相同的中格栅（一个用一个备用）
max 2sin 0.0069sin 60 5.990.020.80.067
Q n bhv α︒===⨯⨯ 条 取n=6条
式中：Q max -最大设计流量，m 3/s ；
a-格栅安装倾角，（°），取60°；
b-格栅间隙，取0.02m ；
h-栅前水深；
v 2 -过栅流速，取0.8m/s
（3）栅槽有效宽度（B ）
(1)0.01(61)0.0260.17B S n bn m =-+=⨯-+⨯= 式中：S-栅条宽带，栅条断面为矩形，取0.01m ；
b-栅条间隙，m ；
n-格栅间隙数。

（4）进水渠道渐宽部分长度（L 1）
则1110.170.131
0.0542220B B L m tg tg α--=
==︒
式中：B-栅槽有效宽度，m ；
B 1-进水渠宽度，m ；
α1-进水渠展开角，去α1=20°。

（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（L 2）
21/20.054/20.027L L m ===
（6）过栅水头损失（h 1）
4
2
3
214
2
3
sin 20.010.82.423sin 600.0810.0229.81v s h b g
m βκα⎛⎫= ⎪
⎝⎭
⎛⎫=⨯⨯⨯︒= ⎪
⨯⎝⎭
式中：k-系数，水头损失增大倍数，取k=3；
Β-栅条断面形状系数，断面为矩形，取β=2.42； S-格条宽度，m ；
v 2-过栅流速，取v 2=0.8m/s ；
α-过栅倾角，取α =60°。

（7）栅槽总高度（H ）
取栅前渠道超高h 2=0.3m
则总高度120.0810.0670.30.448H h h h m =++=++= (8) 栅槽总长度（L ）
栅前槽高120.0670.30.367H h h m =+=+= ︒
+
+++=600.15.01
21tg H L L L =0.367
0.0540.0270.5 1.0 1.79260m tg ++++=︒
(9)每日栅渣量（W ）
则864000.00690.08864003max 110.048/1000 1.810002
Q W W m d K ⨯⨯⨯=
==⨯⨯
式中:Q max -设计流量，m 3/s ；
W 1 -栅渣量（m 3/103m 3污水），取0.1~0.01，粗格栅用小值，细格
栅用大值，中格栅用中值，取W 1=0.08m 3/103m 3污水。

W=0.048m 3/d ＜0.2m 3/d （故采用人工清渣） 3.2.沉淀池的设计与计算
本次设计采用竖流式沉淀池，设计为正方形，一个污泥斗。

根据查阅相关手册，所采用的设计参数如下：中心管内流速v 0=10mm/s=0.01m/s<30mm/s;间隙流出速度v 1=7.5mm/s=0.075m/s<40mm/s;表面水力负荷q=2.5m 3 /(㎡.h)；
设计计算如下：
（1）中心管截面积f 1与直径d 0 max 100.00690.690.01
Q f m v ===
00.94d m =
= (2)有效水深h 220 1.35 1.269h d =⨯=：
(3)中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度h 3
ππmax 3110.0069
0.231d 0.0075 1.269
Q h m v =
==⨯⨯
10
1.35 1.269d d m =⨯= 式中：h 3—间隙高度，m v 1—间隙流出速度，m/s d 1—喇叭口直径,m (4)沉淀池的面积f 2和池长D:
max 236000.00693600
102.5
Q f m q ⨯⨯=
=
= 120.691010.69A f f m =+=+=
D ==3.26m
取D=3.5m
核算：D/h 2=3.5/1.269<3(符合要求)
(5)每日生的污泥量V
取ss 去除率为40%，污泥含水率为96%，BOD 5去除率为20%，采用机械排泥排泥时间间隔T=4h,含水率>95%,污泥密度为1000kg/ m 3
0max 100C Q 0.0069360024100100000.44
10
1000(100)10001000(10096)24
V p ηρ⨯⨯⨯⨯⨯=
=⨯=⨯⨯-⨯⨯-m 3
（6）污泥斗的容积v ：
1
4(123
v h s s =
⨯⨯++ 式中：s1,s2-污泥斗上下口面积，㎡；h4-污泥斗高度，m
155233;60s s α=⨯=⨯=︒
；
4(53)
1.732 1.7322
h m -=
⨯= 28)15925(732.131=++⨯⨯=v m 3
v>V,符合要求
(7)沉淀池高度H
123456
0.3 1.2690.231 1.7320.60.338 4.47H h h h h h h m =+++++=+++++=
式中：h 1-水面超高，取0.3m
h 2-有效水深，m h 3-间隙高度，m h 4-污泥斗高度，m
h 5-机械排泥，上缘高出刮板0.3m
h 6-反射板厚度，m ；h 5=（1.3d 1/2）×0.3057=0.338m
表3-1. 沉淀池处理水质指标
水质指标 COD BOD SS 进水水质
()/mg L 20000-25000 11000-13800 10000 去除率(%) 20
20 40 出水水质
()/mg L
16000-20000
8800-11040
6000
设计草图如下
3.3集水池设计与计算
集水池是汇集准备输送到其他构筑物去的一种小型贮水设备，设置集水池作为水量调节之用，贮存盈余，补充短缺，使生物处理设施在一日内能得到均和的进水量，保证正常运行。

(1) 设计参数
设计流量Q = 1080m3/d =45m3/h =0.0125m3/s ；
(2)设计计算
集水池的容量为大于一台泵五分钟的流量，设三台水泵（两用一备），每台
泵的流量为Q=0.0125/2=0.00625 m 3/s ≈0.01m 3/s 。

集水池容积采用相当于一台泵30min 的容量
1060301810001000
QT W ⨯⨯=
== m 3
有效水深采用1.5m ，则集水池面积为A=12m 2 ，其尺寸为4m ×4m 。

(3)集水池构造
集水池内保证水流平稳，流态良好，不产生涡流和滞留，必要时可设置导流墙，水泵吸水管按集水池的中轴线对称布置，每台水泵在吸水时应不干扰其他水泵的工作，为保证水流平稳，其流速为0.3-0.8m/h 为宜。

3.4 一级UASB 反应器的设计 (1)UASB 结构图
设计参数选取如下：容积负荷()()/316V L kg m d ⋅；污泥产率 0.1/kgMLSS kgCOD ； 产气率30.45/m kgCOD ； 设计处理水质如表3-2
表3-2. 一级UASB 反应器处理水质指标
水质指标 COD BOD SS 进水水质
()/mg L 16000-20000 8800-11040 6000 去除率(%) 85 80 65 出水水质
()/mg L
2400-3000
1760-2208
2100
设计水量为：
s m h m d m Q /0125.0/45/8.1600333max ==⨯= (2)反应区计算
UASB 有效容积V ：
3
3max 010802000010135016
v Q S V m L -⨯⨯===
式中：max Q -设计流量，d m /3
S 0-进水COD 含量，/mg L
V L -容积负荷，取16()3/kgCOD m d ⋅ 将UASB 设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好。

池子面积为
2max 45
2250.2
Q A m q =
== 式中：max Q -设计流量，h m /3
q -水力负荷，[]
)./(9.0~1.03
3h m m ，取()320.2/q m m h ⎡⎤=⋅⎣
⎦ 池深为：
h=V/A=1350/225=6m 采用一座正方形UASB 反应器。

则边长为
15D m
=
=
实际表面水力负荷为：max 1
1450.20 1.0225Q q A ===< 故符合设计要求。

反应区水力停留时间： max 1350
1.251080
V t d Q === （3）配水系统设计
配水系统采用穿孔配管，进水管总管径取200㎜，流速约为0.95 m/s 。

在反应器里设置10根DN150㎜支管，每根管之间的中心距离为1.5m ，配水孔径采用16㎜，孔距1.5m ，每孔服务面积为1.5×1.5=2.25㎡，孔径向下，穿孔管距离反应池底0.2m ，每个反应器有66个出水孔，采用连续进水。

布水孔孔径：共设置布水孔66个，出水流速u 选为2.2m/s ，则孔径为
0.007d m =
==
（4）出水系统设计与计算
① 出水渠的设计
采用锯齿形出水渠，渠宽0.2m ，渠高0.2m ，每个反应器设2条出水渠，基本可保持出水均匀。

② 出水堰的设计
出水槽溢流堰共有4条（2×2），每条长10 m ，设计900三角堰，堰高50㎜，堰口水面宽b=50㎜。

每个UASB 反应器处理水量6.25L/s,查知溢流负荷为1-2 L/（m ·s ），设计
溢流负荷f = 1.2 L/（m ·s ），则堰上水面总长为：12.5
10.41.2
i q L m f ==
= 。

三角堰数量：3
10.4
2085010l n b -===⨯个，每条溢流堰三角堰数量：208/4=52个。

一条溢流堰上共有52个100㎜的堰口 ③ 出水水头损失
单齿流量为：3
112.510531210/104104
Q Q m s -⨯-===⨯ 由三角堰过堰流量公式 2.5111.4Q H =得，10.024H m = 考虑自由跌水水头损失0.15m ，则出水堰总水头损失为：
0.0240.150.174h m =+=
（5）排泥系统的设计
由于该工艺的污水处理量较小，且污泥在厌氧条件下将有机污染物转化成沼气，没有过多的剩余污泥，在培养厌氧污泥实现颗粒化时，污泥量还不够，因此不设排泥管。

若要设排泥管时，可考虑把配水管兼作排泥管用，可均匀排除污泥床区的污泥，并在反应器的1/2高处，和三相分离下三角以下0.5m 处各设
100d mm =排泥管各一根，并在池底设放空管。

（6）沼气产量计算
一级UASB 的COD 按85%计，厌氧产率系数Y 取0.04/gVSS gCOD ，由经验数据及计算方式得知，每去除1gCOD 可以产生4CH 0.45L ；当考虑细胞合成时，在标准状态下，实际产气量按下式进行计算：
()43
max 0max 00.45 1.42()10CH V Q C C YQ C C εε-=---⨯⎡⎤⎣⎦
式中：4CH V -标准状态下4CH 产量，3/m d ； max Q -处理水量，3/m d ；
0C -进水COD 值，/mg L ； e C -出水COD 值，/mg L ；
1.42-由细胞体重换算为COD 的换算系数；
Y-厌氧产率系数，0.04~0.05/gVSS gCOD
则4CH 产量：
433
0.45(10802000085% 1.4210800.042000085%)107792.72CH V m -=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=4
CH 占沼气体积的55%，则沼气的体积为：
437792.72/55% 1.416910m =⨯ （7）产泥量计算
一级UASB 的最大设计流量3max 1080/Q m d =，进水COD 浓度为20000/mg L ，COD 去除率为85%，污泥产率为0.1/kgMLSS kgCOD ，则剩余污泥量为： 31080200001085%0.11836/X kgMLSS d -=⨯⨯⨯⨯= 假定排泥含水率为98%，则排泥量为：
31836
91.8/1000(198%)
s Q m d =
=⨯-
3.5 二级UASB 反应器的设计
设计参数选取如下：容积负荷()()/310V L kg m d ⋅；污泥产率
0.1/kgMLSS kgCOD ； 产气率30.45/m kgCOD ；
设计处理水质如表3-3：
表3-3二级UASB 反应器处理水质指标
水质指标 COD BOD SS 进水水质()/mg L
2400-3000
1760-2208
2100 去除率(%) 60 65 30 出水水质()/mg L
960-1200
616-772.8
1470
经过一级UASB 处理，设计水量拟减小为60%，则设计水量为： 3333108060%648/27/7.510/Q m d m h m s -'=⨯===⨯ （1）反应区计算
UASB 有效容积： 0
v
Q S V L '=
式中：Q '-经过一级UASB 处理后的设计流量，d m /3 0S -进水COD 含量，/mg L V L -容积负荷，()3/kgCOD m d ⋅
查表得，按反应温度35C 选取SS 占COD 总量30%的废水，容积负荷为10()3/kgCOD m d ⋅，则：
3
3648300010194.410
V m -⨯⨯=
= 将UASB 设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好。

取水力负荷()320.4/q m m h ⎡⎤=⋅⎣⎦，则：
池子面积为： 22767.50.4
Q A m q '=== 池深为： 194.4 2.8867.5
V h m A =
== 采用一座UASB 反应器，则池子直径为：
9.27D m =
=
=
取10D m =，则实际横截面积为：
222111
1078.5444
A D m ππ==⨯⨯=
实际表面水力负荷为： 11270.34 1.078.54
Q q A '=
==< 故符合设计要求。

反应区水力停留时间： 194.4
0.3648V t d Q ===' (2)配水系统设计与计算
本系统设计为圆形布水器，UASB 反应器设36个布水点。

布水系统设计计算草图见图
UASB 布水系统设计草图
圆环直径计算：每个孔口服务面积为：
2
221110/360.694436
a D m ⨯==
=⨯ 处在0.5-22m 范围内，符合设计要求。

可设3个圆环，最里面的圆环设6个孔口，中间设12个，最外围设18个孔口。

1)内圈6个孔口设计
服务面积： 2160.69 4.14S m =⨯= 折合为服务圆的直径为：1
44 4.14
2.30S m ππ
⨯=
=
用此直径作一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布6个孔
口，则圆的直径计算如下： 2111
42
d S π
= 则： 1
122 4.14
1.62S d m π
π
⨯==
=
2）中圈12个孔口设计
服务面积： 22120.698.28S m =⨯= 折合成服务圆直径为：
()
()
1244 4.148.28 3.98S S m π
π
+⨯+=
=
中间圆环直径计算如下：
()22
22113.9842
d S π-= 则： 2 3.25d m = 3）外圈18个孔口设计
服务面积： 23180.6912.42S m =⨯= 折合成服务圆直径为：
()
()
12344 4.148.2812.42 5.62S S S m π
π
++⨯++=
=
外圆环的直径计算如下：
()2233115.6242
d S π-=
则： 3 4.87d m = 4）配水区高度
可按下式计算： 0.2H m d =+ 式中：d -进水支管管径，m 。

则配水区高度为：
0.69
0.20.67H m π
=+
=
(3)出水系统的设计：
① 出水渠的设计
采用锯齿形出水渠，渠宽0.2m ，渠高0.2m ，每个反应器设2条出水渠，基本可保持出水均匀。

② 出水堰的设计
出水槽溢流堰共有4条（2×2），每条长10 m ，设计900三角堰，堰高50㎜，堰口水面宽b=50㎜。

三角堰结构示意图
每个UASB 反应器处理水量6.25L/s,查知溢流负荷为1-2 L/（m ·s ），设计
溢流负荷f = 1.2 L/（m ·s ），则堰上水面总长为：7.5
6.251.2
i q L m f ==
= 。

三角堰数量：3
6.25
1255010l n b -===⨯ 个，每条溢流堰三角堰数量：125/4=31个。

一条溢流堰上共有31个100㎜的堰口 ③ 出水水头损失
单齿流量为：3
17.51053610/125125
Q Q m s -⨯-===⨯ 由三角堰过堰流量公式 2.5111.4Q H =得，
10.02H m
=
考虑自由跌水水头损失0.15m ，则出水堰总水头损失为：
0.020.150.17h m =+=
（4）排泥系统的设计:
在UASB 三相分离器下0.5m 和底部400㎜高处，各设置一个排泥口，共两个排泥口。

每天排泥一次。

（5）沼气产量计算
二级UASB 的COD 按60%计，厌氧产率系数Y 取0.04/gVSS gCOD ，由经验数据及计算方式得知，每去除1gCOD 可以产生4CH 0.45L ，由公式得4CH 产量：
433
0.45(648300060% 1.426480.04300060%)10495.07CH V m -=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯=取4CH 占沼气体积的55%，则沼气体积（标准状态）为：
3495.07/0.55900.13m = （6）产泥量计算
二级UASB 的最大设计流量3648/Q m d '=，进水COD 浓度为3000/mg L ，COD 去除率为60%，污泥产率为0.1/kgMLSS kgCOD ，则剩余污泥量为：
364830001060%0.1116.64/X kgMLSS d -=⨯⨯⨯⨯=
假定排泥含水率为98%，则排泥量为：
()
3116.64
5.83/1000198%s Q m d =
=⨯-
3.6 三相分离器设计与计算
三相分离器设计计算草图见下图
（1）设计说明
三相分离器要具有气、液、固三相分离的功能。

三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。

（2）沉淀区的设计
三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同，主要是考虑沉淀区的面积和水深，面积根据废水量和表面负荷率决定。

由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应产生少量气体，这对固液分离不利，故设计时应满足以下要求：
1）沉淀区水力表面负荷<1.0m/h
2）沉淀器斜壁角度设为 50°，使污泥不致积聚，尽快落入反应区内 3）进入沉淀区前，沉淀槽底逢隙的流速≤2m/h 4）总沉淀水深应大于 1.5m 5）水力停留时间介于1.5-2h
如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果。

沉淀器（集气罩）斜壁倾角 θ＝50°
（3）一级UASB 三相分离器设计:设2个三相分离器
1）沉淀区面积为：
22215225A D m ===
表面水力负荷为： max 45
0.20 1.0225
Q q A =
==< 符合设计要求。

2）回流缝设计
2h 的取值范围为0.5-1.0m ,1h 一般取0.5m ，取10.5h m =，m h 8.02=，
3 2.8h m =，
θ
tan 3
1h b =
式中：1b -下三角集气罩底水平宽度，m ； θ-下三角集气罩斜面的水平夹角； 3h -下三角集气罩的垂直高度，m 。

则： 1 2.8
2.35tan 50b m =
=︒
215/22 2.35 2.8b m =-⨯=
下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速1v 可用下式计算： 1
max
1S Q v =
式中：max Q -反应器中废水流量，3/m h ；
1S -下三角形集气罩回流缝面积，2m 。

则： 145
0.53/2.8152
v m h =
=⨯⨯
h m v /21<，符合设计要求。

上下三角形集气罩之间回流缝中流速()2v 可用下式计算： 2
max
2S Q v =
式中：max Q -反应器中废水流量，3/m h ； 2S -上三角形集气罩回流缝之间面积，2m 。

取回流缝宽 1.5CD m =，上集气罩下底宽 3.0CF m =，则：
sin50 1.15DH CD m =⨯=
22 1.153 5.3DE DH CF m =+=⨯+=
()()22/23 5.315/262.25S CF DE D m =+=+⨯=
则：
21245
0.36/,2/62.252
v m h m h v v ==>>⨯
故符合设计要求。

确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸
sin 40 1.5sin 400.96CH CD m ==⨯=
()()211
tan 50tan 50 5.3 2.80tan 50 1.4922
AI DI DE b m ==-⨯=⨯-⨯= 故：
40.96 1.49 2.45h CH AI m =+=+=
50.8h m =
由上述尺寸可计算出上集气罩上底长度为：
52tan 40 3.020.8tan 40 1.66CF h m -=-⨯⨯=
/sin 40 1.5/sin 40 2.33BC CD m ===
()()211
5.3 2.8 1.2522
DI DE b m =
-=⨯-= /cos50 1.25/cos50 1.95AD DI m === /cos50 1.15/cos50 1.79BD DH m ===
1.95 1.790.16AB AD BD m =-=-=
三相分离器高度45 3.25h h h m =+= 3）气液分离设计
取设计参数为：0.01()d cm =气泡，20T C =，31 1.03/g cm ρ=水的密度，
331.210/g g cm ρ-=⨯沼气密度，20.0101/v cm s =水的运动粘滞系数，碰撞系数
95.0=β
则： 10.0101 1.030.0104/v g cm s μρ==⨯=⋅ 由于一般废水的μμ>净水的，故取0.02/g cm s μ=⋅。

由斯托克斯公式可得气体上升速度为： ()2118b g g
v d βρρμ
=
-⋅ 式中：b v -气泡上升速度，/cm s g -重力加速度，2/m s β-碰撞系数，取0.95
μ-废水的动力粘度系数，/g cm s ⋅ 则： ()32
0.95 1.03 1.2109.80.010.266/9.58/180.02
b v cm s m h -⨯-⨯⨯⨯=
==⨯
水流速度20.39/a v v m h ==
则：
9.58
24.560.39
b a v v ==，
2.3314.560.16BC AB == b a v BC
v AB
>
故满足设计要求。

UASB 总高H = 6.5m ，沉淀区高4.0m ，污泥区高1m ，悬浮区高1m ，超高0.5m 。

（4）二级UASB 三相分离器设计
1）沉淀区面积为：
22211
1078.5444
A D m ππ==⨯⨯=
表面水力负荷为：
27
0.34 1.078.54
Q
q A '==
=< 符合设计要求。

2）回流缝设计
2h 的取值范围为0.5-1.0m ，取10.3h m =，20.5h m =，3 2.5h m =，
3
1tan h b θ
=
式中：1b -下三角集气罩底水平宽度，m ； θ-下三角集气罩斜面的水平夹角； 3h -下三角集气罩的垂直高度，m 。

则： 1 2.5
2.10tan 50
b m =
= 2102 2.10 5.8b m =-⨯=
下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速1v 可用下式计算：
1
1S Q
v '=
式中：Q '-经过一级UASB 处理后的设计流量，3/m h ； 1S -下三角形集气罩回流缝面积，2m 。

则： 12
27
1.02/5.8/4
v m h π=
=⨯ 12/v m h <，符合设计要求。

上下三角形集气罩之间回流缝中流速()2v 可用下式计算：
2
2S Q
v '
=
式中：Q '-经过一级UASB 处理后的设计流量，3/m h ； 2S -上三角形集气罩回流缝之间面积，2m 。

取回流缝宽 1.5CD m =，上集气罩下底宽 6.0CF m =，则：
sin50 1.15DH CD m =⨯=
22 1.1568.3DE DH CF m =+=⨯+=
()()22/268.3 1.5/233.69S CF DE CD m ππ=+=⨯+⨯=
则：
2127
0.8/2/33.69
v m h v m h =
=<<
故符合设计要求。

确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸，
sin 40 1.5sin 400.96CH CD m ==⨯=
()()211
tan 50tan 508.3 5.8tan 50 1.4922
AI DI DE b m ==-⨯=⨯-⨯= 故：
40.96 1.49 2.45h CH AI m =+=+=
5 1.0h m =
由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为：
52tan 40 6.02 1.0tan 40 4.32CF h m -=-⨯⨯=
/sin 40 1.5/sin 40 2.33BC CD m ===
()()211
8.3 5.8 1.2522
DI DE b m =
-=⨯-= /cos50 1.25/cos50 1.94AD DI m === /cos50 1.15/cos50 1.79BD DH m ===
1.94 1.790.15AB AD BD m =-=-=
三相分离器高度45 3.45h h h m =+=
3）气液分离设计
取设计参数为：0.01()d cm =气泡，20T C =，31 1.03/g cm ρ=水的密度，
331.210/g g cm ρ-=⨯沼气密度，20.0101/v cm s =水的运动粘滞系数，
0.95β=碰撞系数
则： 10.0101 1.030.0104/v g cm s μρ==⨯=⋅ 由于一般废水的μμ>净水的，故取0.02/g cm s μ=⋅。

由斯托克斯公式可得气体上升速度为：
()2118b g g
v d βρρμ
=
-⋅
式中：b v -气泡上升速度，/cm s g -重力加速度，2/m s β-碰撞系数，取0.95
μ-废水的动力粘度系数，/g cm s ⋅ 则： ()32
0.95 1.03 1.2109.80.010.266/9.58/180.02
b v cm s m h -⨯-⨯⨯⨯=
==⨯
水流速度20.86/a v v m h ==
则：
9.58
11.140.86
b a v v ==，
2.3315.530.15BC AB == b a v BC v AB
>
故满足设计要求。

UASB 总高H =4.5m ，沉淀区高2.0m ，污泥区高1m ，悬浮区高1m ，超高0.5m 。

3.7 SBR 的设计与计算 SBR 草图如下：
设计参数
（1） 参数选择范围
本设计采用高负荷间歇进水，参数拟定:
S L 取值为)/(4.05d kgMLSS kgBOD •;污泥浓度C A 取 L mgMLSS /2000;反应
池数目 N=2；活性污泥界面以上最小水深 ϵ=0.5m ；排除比1/m=1/4;反应池水深H=5m ；
（2）设计水量水质
设计水量为：Q max =1080m 3/d=45m 3/h=0.0125m 3/s
表3-4SBR 反应器处理水质指标
水质指标 COD
BOD
SS
进水水质
()/mg L 960-1200 616-772.8
1470 去除率(%) 90 85 90 出水水质
()/mg L
96-120
92.4-115.92
147
（3）反应池运行周期各工序时间计算
1)曝气时间A T
2424772.8
5.800.442000
S A S A C T h
L mC ⨯=
==⨯⨯。