水污染课程设计(某食品加工废水处理厂设计) - 12.

《水污染控制工程》课程设计报告
题目某食品加工废水处理厂设计系部环境工程系
专业班级环境工程专业
组员
指导教师
设计时间 2011-2012学年
目录
1 设计任务书 .............................................................. 1 1.1 设计目
的 .......................................................... 1 1.2 设计任务及内
容 .................................................... 1 1.2.1 设计任务 .. (1)
1.2.2 设计内容 ..................................................... 1 1.3 设计资
料 .......................................................... 2 1.3.1 设计依
据 (2)
1.3.2 处理后出水水质要求 (3)
2 工艺流程的设计及说明 ....................................................
3 2.1 水质分
析 .......................................................... 3 2.2 效率计
算 .......................................................... 4 2.2.1 COD去除效
率 ................................................. 4 2.2.2 BOD
5
去除效率 ................................................. 4 2.2.3 SS去除效
率 .................................................. 4 2.3 污水处理工艺流程的选择与确
定 ...................................... 4 2.3.1 预处理装置的选择 (5)
2.3.2 生物方法的选择 (5)
2.4 工艺流程说明 (7)
3 废水处理构筑物的设计计算 ................................................ 8 3.1 格
栅 .............................................................. 8 3.1.1 设计说
明 ..................................................... 8 3.1.2 设计计算 .. (8)
3.2 调节沉淀池 ....................................................... 13 3.2.1 设计说
明 .................................................... 13 3.2.2 设计参数 ....................................................
13 3.2.3 设计计算 .................................................... 13 3.3 UASB反应
器 ....................................................... 14 3.3.1 设计说明 ....................................................
14
3.3.2 设计参数 .................................................... 15 3.3.2 设计计
算 .................................................... 15 3.4 CASS池 ...........................................................
25 3.4.1 设计说明 .................................................... 25 3.4.2 设计参
数 (25)
3.4.2 设计计算 (26)
4 污泥处理构筑物的设计计算 ............................................... 34 4.1 集泥
井 ........................................................... 34 4.1.1 设计说
明 .................................................... 34 4.1.2 设计参数 ....................................................
34 4.1.3 设计计算 .................................................... 34 4.2 污泥浓缩
池 ....................................................... 35 4.2.1 设计说明 ....................................................
35 4.2.2 设计参数 .................................................... 35 4.2.3 设计计
算 .................................................... 35 4.3 脱水间 ...........................................................
37 4.3.1 设计说明 .................................................... 37 4.3.2 脱水机的选
择 ................................................ 38 4.3.3设计参数 . (38)
4.3.4 设计计算 (39)
4.3.5机型选取 (39)
5 附属建筑物的确定 ....................................................... 40 5.1 风机
房 ........................................................... 40 5.2 值班
室 ........................................................... 40 5.3 泵
房 ............................................................. 40 5.3.2 设计参
数 (40)
5.3.3 设计计算 (40)
6 污水处理厂的总体布置 ................................................... 41 6.1 平面布置设
计 ..................................................... 41 6.1.1废水处理部
分 (41)
6.1.2 污泥处理部分 ................................................ 41 6.2 高程布置设
计 ..................................................... 41 6.2.1 污水流经各处理构筑物水头损
失 ................................ 41 6.2.2 污水管渠水头损失计算表 .. (41)
6.2.3 高程确定 (41)
7 总结 ................................................................... 42 主要参考文
献 (44)
1 设计任务书
1.1 设计目的
1、通过课程设计, 使学生掌握水处理工艺选择、工艺计算的方法, 掌握平面布置图、高程图及主要构筑物的绘制方法,掌握设计说明书的写作规范。

2、本设计是水污染控制工程教学中一个重要的实践环节, 要求综合运用所学的有关知识,在设计中掌握解决实际工程问题的能力,并进一步巩固和提高理论知识。

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图。

要求污泥处理工艺采用:“污泥浓缩→污泥消化→污泥脱水”或“污泥前浓缩→污泥消化→污泥后浓缩→污泥脱水” 或“污泥浓缩→污泥一级消化→污泥二级消化→污泥脱水” 工艺。

1.2.2设计内容
1. 设计说明书
(1说明城市基础资料、设计任务、工程规模、水质水量、工艺流程和选择理由, 根据规范选择设计参数、计算主要构筑物的尺寸和个数、确定主要设备(特别是曝气设备及系统的计算和选型的型号和数量等;
(2要求对各构筑物进行计算
各构筑物的计算过程、主要设备(如水泵、鼓风机等的选取、污水处理厂的高程计算(各构筑物内部的水头损失查阅课本或手册,构筑物之间的水头损失按管道长度计算等;说明书中应画出构筑物简图、标注计算尺寸。

2. 设计图纸
图纸右下角为设计图签,注明图名、比例、学生班级、姓名等。

(1污水处理厂总平面布置图 1张。

①要求以计算或选定尺寸按一定比例绘出全部处理构筑物、及附属建筑物、道路、绿化、厂界。

厂区内构筑物布置要合理,可按功能划分成几个区域(如:污水处理区、污泥处理区、办公及辅助区等。

标注构筑物外形尺寸、平面位置 (可用相对坐标 (x, y 表示,以某点的相对坐标为零点。

②绘出各种管渠、阀门、检查井等 (例如:污水管、放空管、排泥管、回流污泥管、超越管、总事故管、空气管、上清液管、沼气管等。

标注管径、渠道尺寸、长度和坡度。

③在右上角绘出指北针。

④绘制管线等图例。

⑤列表说明图中构(建筑物的名称、数量和尺寸。

⑥图纸布局要美观。

(2污水处理厂高程布置图 1张。

①在污水与污泥处理流程中, 要求沿污水、污泥在处理厂中流动的最长路程绘制流程中各处理构筑物、连接管渠的剖面展开图(从污水进厂的粗格栅起,至处理后的排水渠。

②图中要画出设计地面线、构筑物中水面线及标高, 标注各构筑物的顶部、底部及水面线标高,标注构筑物名称、连接管的管径。

③在图纸左侧画出高程标尺线。

④图纸布局要美观。

(3选取污水处理厂的一个主要核心构筑物,绘制其平面、立面和剖面图。

1.3 设计资料
1.3.1 设计依据
(1废水水量及水质
废水水量:2500 *1.2*1.3=3900m3/d
COD=693~1530 mg/L,平均:1000 mg/L
BOD 5=400 mg/L
SS=72~1060 mg/L,平均 550 mg/L
PH :5~6
水温:30~38 o C
(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:7~8 o C
最高气温:34 o C
最低气温:-10 o C
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 120 kPa以上
(3拟建污水处理厂的场地
为平坦地,其形状为直角梯形,上底 60米,下底 80米,高 40米,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=50 m 3,池底较污水厂地平面低 3.20 m 。

处理水排水管道的管底标高比污水厂地平面低 4米。

1.3.2 处理后出水水质要求
COD ≤ 100 mg/L
BOD 5≤ 30 mg/L
SS ≤ 70 mg/L
pH :6~9
2工艺流程的设计及说明
2.1水质分析
表 2-1 废水进水水质排放标准
进出水及标准 COD/1-
⋅L
mg BOD 5/1-
⋅L
mg ρ(SS/1-
⋅L
mg pH
进水水质 693~1530 400 72~1060 5~6
排放标准≦ 100 ≦ 30 ≦ 70 6~9
食品加工废水一般不含重金属及有毒化学物质,所含污染物主要为呈溶解、胶体和悬浮等物理形态的有机物质,其主要指标有 pH 、 BOD 5、 COD 、 SS 等。

从表 2-1可以看出,该食品加工废水 B/C为 0.4,生化降解性较好,适合采用生化法处理。

同时生化处理与普通物化法、化学法相比较:一、处理工艺比较成熟; 二、处理效率高, COD 、 BOD 5去除率高,一般可达 80%~90%以上;三、处理成本低。

因此可采用好氧生物处理,也
可先采用厌氧处理,降低污染负荷,再用好氧生物处理。

水质水量的波动性较大, 废水集中排放在白天 8点到 10点, 排出的废水浓度高, 水量大,其他时间排放废水的浓度和水量较小。

2.2 效率计算
2.2.1 COD 去除效率 (1 100%
COD COD η=-⨯进
出
(21 - 式中:
COD 进— COD 进水水质, mg/L;
COD 出— COD 出水水质要求, mg/L。

100
(1 100%
1000 90%η=⨯=
2.2.2 BOD 5去除效率
(1 100%
BOD BOD η=-⨯进
出
(22 - 式中:
BOD 进— BOD 进水水质, mg/L; BOD 出— BOD 出水水质要求, mg/L。

30
(1 100%
400 92.5%η=-⨯=
2.2.3 SS 去除效率
(1 100%
SS SS η=-⨯进
出
(23 - 式中:
SS 进— SS 进水水质, mg/L;
SS 出— SS 出水水质要求, mg/L。

70
(1 100%
550 87.3%η=-⨯=
2.3 污水处理工艺流程的选择与确定
2.3.1 预处理装置的选择
由于该食品加工废水中含有大量的悬浮固体,同时废水的水质和水量在 24h 内变化较大,为了防止设备的堵塞、回收有用副产品、降低生物处理设施的负荷和稳定生物处理工艺的处理效果, 常常是使用一些物理和化学方法如格栅、调节、隔油、沉淀、气浮、絮凝等作为生化法的预处理单元。

(1筛除。

筛除是分离食品加工废水中较粗的分散性悬浮固体最广泛的方法,所采用的设备为格栅和格筛。

格栅的去除效率根据栅条间距、污水类型不同而异。

格筛的效率与废水中颗粒的分布有关,分散性差或胶体悬浮物比例高会大大影响格筛的效率。

格筛对 BOD 的去除率较低,因为格筛不能去除溶解性和胶体性 BOD ,但废水颗粒物的去除可防止以后的再溶解。

SS 的去除效率为 10%~20%。

(2调节。

为了使后续连续运行的处理工艺效果稳定,一些处理流程中常设置调节池对废水的水质和水量进行调节,以减弱水质和水量的冲击。

调节时间一般为
6~24h,多为 6~12h。

(3沉淀。

沉淀在食品加工废水处理中被用来去除原废水中的无机固体物和有机固体物,以及分离生物处理工艺中的生物相和液相。

根据国内外的实践表明,初次沉淀可去除废水 BOD 5约 30%。

SS 约 55%。

初沉池 HRT 一般为 1.5~2.0h,多为1.5h 。

(4气浮。

气浮是固液分离或液液分离的一种技术,在气浮时常使用混凝剂脱稳。

气浮主要用于去除废水的乳化油 (除油率可达 95% , 同时对 COD 和 BOD 5也有较好的去除效率(去除效率在 40%以上。

气浮 HRT 为 30min ,为提高破乳效果 , 常使用破乳剂或混凝剂,现有资料表明,气浮可去除 95%以上的油脂和 40%~80%的BOD 和 SS 。

(5絮凝。

絮凝可通过投加化学药剂来实现,也可通过电解产生离子来实现。

絮凝法不能单独使用,必须和物理处理工艺的沉淀法或是气浮法结合使用,构成絮凝沉淀或絮凝气浮。

根据国外资料表明,投加 86mg/L的硫酸铝和 86mg/L的石灰,絮凝沉淀可去除 40%的 BOD 、 38%的 COD 、 60%的 SS 和 33%的油脂。

由于该食品加工废水中含有大量的悬浮固体以及油脂, 为了保证后续设备正常工作、减少后续处理工艺负荷和稳定生物处理工艺的处理效果,以及考虑整个工艺的 HRT 以及占地面积等因素。

选择使用占地面积小、 HRT 小的格栅和沉淀池。

为了进行水量、水质调节,使被处理的废水,水质均化、水量均衡,使后续处理构筑物和管渠不受废水高峰流量或浓度变化的冲击,运行稳定,所以选择调节池。

2.3.2生物方法的选择
食品加工废水的污染物主要是易于生物降解的有机物,生物方法最为有效和经济。

因此,生物方法是食品加工废水处理采用得最为普遍的处理方法。

主要有氧化沟法、间歇式活性污泥法 (SBR、生物吸附再生法、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床 (UASB、厌氧滤池、稳定塘。

(1间歇式活性污泥法 (SBR
该方法又称序批式活性污泥法, 与传统活性污泥法相比, 具有以下一些明显的特点:耐冲击负荷,运行稳定性较好,去除率高;一般情况下,不易产生污泥膨胀问题;工艺简单,无需设置二沉池和污泥回流;多数情况下不需设置调节池;通过对运行方式的调节,可在单一的池子内完成除磷脱氮反应;建设费用和运行费用较低。

SBR 工艺一般都采用自动化控制系统。

处理食品加工废水时污泥负荷为 0.4kg/(d
m ⋅3 , COD 去除率为 85%~98%, BOD 5去除率 86%~97%。

(2生物吸附再生法
用于处理食品加工废水的生物吸附再生工艺,设计总停留时间 4h ,其中吸附和再生的时间比为 1:3,污泥负荷为 0.47kgBOD 5/(d
kgMLSS ⋅ , MLSS 为 3000mg/L,容积负荷为 1.4kgBOD 5/(d
m ⋅3 ,空气用量为 46.4m 3/(m3水 ,回流比为 50%,实际 BOD 去除率为 92.5%。

(3厌氧接触工艺
厌氧接触工艺通过在消化池后设置沉淀池,用回流沉淀池的污泥来提高厌氧消化池的污泥浓度和有机负荷,以缩短水力停留时间和改善出水水质。

在该处理系统中设置真空脱气装置,厌氧消化池的出水经脱气装置脱出沼气后,再进入沉淀池进行固液分离。

该工艺的出水水质较好, 但需设置沉淀池、真空脱气装置和回流污泥系统, 流程较复杂。

根据国外的有关运行数据,温度为 7~18℃, HRT 为 1.5~4.7d,容积负荷为 0.18~1.11kgBOD5/(d
m ⋅3, BOD 5去除率为 92.3%~97.2%; 温度为 32~35℃, HRT 为 0.6d , 容积负荷2.50kgBOD 5/(d
m ⋅3 , BOD 5去除率为 90.8%。

(4上流式厌氧污泥床 (UASB
UASB 工艺具有结构简单、无需搅拌、负荷高、操作管理方便等优点,布水系统、气 -液 -固三相分离系统和集水系统的设计和运行管理,是提高 UASB 工艺处理效率的技术关键。

根据国内的一些经验数据,在温度为 20~25℃时采用 UASB 处理食品加工废水, HRT(水力停留时间为 8~10h, 容积负荷为 4kgBOD 5/(d
m ⋅3 , 污泥负荷为 0.15kgCOD/(d
kgSS ⋅ , COD 和 BOD 5的去除率大于 76%, 大肠杆菌的去除率大于 99.9%。

国外实验结果,当温度为 20℃时, HRT 为 6~6.8h,容积负荷为 6kgCOD/(d
m ⋅3 , COD 去除率为 91%;当温度为 30℃时, HRT 为 3.6~5.3h,容积负荷为
10kgCOD/(d m ⋅3 , COD 去除率为 87%。

食品加工废水经厌氧法处理后,出水悬浮物浓度仍较高,必须再经好氧生物处理, 才能达标排放。

(5稳定塘工艺
稳定塘工艺可分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘和生物塘(包括养鱼塘、人工植物塘。

采用厌氧塘、兼性塘和好氧塘串联系统处理食品加工废水,从建设和运行角度而言是最经济的,并且处理效果令人满意、性能可靠。

除了开始运行时有些气味外,不会产生其他问题。

厌氧塘容积负荷为 0.18~0.26kgBOD5/(d
m ⋅3, BOD 5去除率为 65%~80%;兼性塘表面负荷为 58.4~589.5kgBOD5/(d
hm ⋅3,BOD 5去除率为 46%~71%;好氧塘表面负荷为 5~15kgBOD5/(d
hm ⋅3 , BOD 5去除率为 60%~80%。

厌氧塘 -兼性塘串联系统的 BOD 5和COD 去除率分别可达 95%~98%和 90%~95%。

但该工艺占地面积大, 一般是根据地形符合要求才设置的。

(6工艺的确定
该食品加工废水所要求的 COD 去除率为 90%,选择 UASB 工艺较为合适,其容积负荷高、去除率高、 HRT 时间较少、占地面积小、无混合搅拌设备、且无须设二沉池。

但其出水悬浮物较高,因此用 CASS 池来配合处理污水。

2.4 工艺流程说明
食品加工废水→ 格栅→ 调节沉淀池→ UASB → CASS →出水
废水由集水池经过粗格栅、细格栅流入调节沉淀池,通过提升泵进入 UASB 池去除 COD 、 BOD 5,再进入 CASS 池去除 SS ,最后排放。

污泥→ 污泥浓缩池→ 污泥脱水间→ 泥饼外运
来自 UASB 池和 CASS 池的污泥进入污泥浓缩池中,上清液回流到调节沉淀池中, 污泥则经污泥泵进入污泥脱水间,脱水间中的滤液回流到调节池,而泥饼而外运填埋。

3 废水处理构筑物的设计计算
3.1 格栅
3.1.1 设计说明
格栅用以截流水中较大悬浮物或漂浮物,以减轻后续处理构筑物的负荷,用来去除那些可能堵塞管道阀门的较粗大的悬浮物,并保证后续处理设施能正常运行的装置。

格栅安装在集水池的进口处,用于截流较大的悬浮物或漂浮物,主要对水泵其保护作用并减轻后续构筑物的处理负荷。

3.1.2 设计计算粗格栅计算: (1栅条的间隙数
n
max Q n ehv
=
(31
- 式中:
Qmax —最大设计流量, m 3/s;
α—格栅倾角,度 , 取α=60°; h —栅前水深, m ,取 h=0.4m; e —栅条间隙, m ,取e=0.01m; n —栅条间隙数,个;
v —过栅流速, m/s,取 v=0.8m/s。

格栅设两组,按两组同时工作设计,一个停用,一个工作校核。

0.02899
0.010.40.8Q n ehv =
=≈⨯⨯ (32
-
(2栅槽宽度 B
设栅条宽度 S=10mm 则栅槽宽度:
(1 B S n bn =-+ (33
-
0. 01(9
1 0. 02
0. 17m
=⨯-+⨯≈
(3通过格栅的水头损失:
10h h k = (34
-
20sin 2v h g
ξα= (35
-
( s b ξβ= (36
- 式中:
1
h —过栅水头损失, m ;
0h —计算水头损失, m ; g —重力加速度, 9.82/m s ;
k —系数,格栅受污物堵塞后,水头损失增大的倍数,一般采用 k=3; ξ—阻力系数,与栅条断面形状有关, ( s
e
ξβ=,当为矩形断面时, β=2.42。

3210( sin 2s v
h h k k
b g βα==
42
0. 00. 82. 42s i n 60
3
0. 0129. 8=⨯︒⨯⨯
0. 21m =
(4栅后槽总高度 H 设栅前渠道超高 2
0.3h m =
120.40.210.30.91H h h h m =++=++= (3-7
(5栅槽总长度 L
10.0289
0.0910.40.8
Q B m h v ===⨯⨯ (3-8
进水渠道渐宽部分的长度 L 1,其渐宽部分展开角度α1=20°1110.170.0910.1092tan 2tan 20B B L m
α--==≈︒ (39 -
栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 2L
120.1090.0622L L m ==≈
(310 - 121.00.5tan H L L L α
=++++
(311
- 式中:
1H —栅前渠道深, 12H h h =+。

0. 40. 3
0. 1090. 06
0. 5t a n 60L +=+++︒
2. 0m =
(6每日栅渣量 W :
max 1
864001000Z
Q W W K =
(312
- 式中:
W —每日栅渣量 3/m d ;
1W —栅渣量(333/10m m 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;
Z K —生活污水流量总变化系数。

3864000.02890.05
0.084/10001.5
W m d ⨯⨯=
=⨯
细格栅计算;
(1栅条的间隙数
n
max Q n ehv
=
(313
- 式中:
Qmax —最大设计流量, m 3/s;
α—格栅倾角,度 , 取α=60°;
h —栅前水深, m ,取 h=0.4m;
e —栅条间隙, m ,取 e=0.005m;
n —栅条间隙数,个;
v —过栅流速, m/s,取 v=1.0m/s。

格栅设两组,按两组同时工作设计,一个停用,一个工作校核。

max
0.0289
14
0.0050.41
Q
n
ehv
==≈
⨯⨯
个
(2栅槽宽度 B
设栅条宽度:S=10mm
则栅槽宽度:
(1
B S n b n
=-+(314 -0. 01(141 0. 005 0. 2m
=⨯-+⨯
≈
(3通过格栅的水头损失 h 10
h h k
=(315 -2
sin
2
v
h
g
ξα
=(316 -(
s
b
ξβ
=
(317 -式中:
1
h —过栅水头损失, m ;
h —计算水头损失, m ;
g —重力加速度, 9.82 /
m s ;
k —系数,格栅受污物堵塞后,水头损失增大的倍数,一般采用 k=3; ξ—阻力系数,与栅条断面形状有关, ( s
e
ξβ
=,当为矩形断面时, β=2.42。

32
10( sin 2s v
h h k k b g
βα==
2
0. 0112. 42s i n 60
3
0. 00529. 8=⨯︒⨯⨯
0. 80m =
(4栅后槽总高度 H 设栅前渠道超高 2
0.3h m =
120.40.80.31.5H h h h m =++=++= (318 -
(5栅槽总长度 L
10.02890.0730.41
Q B m h v =
==⨯⨯ (319
- 进水渠道渐宽部分的长度 L 1, 其渐宽部分展开角度α1=20°1110.20.073
0.1752tan 2tan 20B B L m α--==≈︒
(320
- 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 2L
120.1750.087522L L m ==≈
(321 - 1
121.00.5tan H L L L α
=++++
(322
- 式中:
1H 为栅前渠道深, 12H h h =+。

0.40.3
0.1750.08750.51.0tan 60L +=++++
︒
2. 17m =
(6每日栅渣量 W
max 1
864001000Z
Q W W K =
(323
-
式中:
W ——每日栅渣量 3/m d ;
1W ——栅渣量(333/10m m 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;
Z K ——生活污水流量总变化系数。

3864000.02890.05
0.084/10001.5
W m d ⨯⨯=
=⨯
3.2 调节沉淀池
3.2.1 设计说明
该食品加工废水的水量和水质随时间的变化幅度较大,因此设置调节池用于均化水量和水质,缓冲瞬时排放的高浓度废水,同时使废水进行内部中和反应,从而减低运行成本,保证系统的稳定运行。

由于该食品加工废水中悬浮物浓度较高,因此该调节池也兼具有沉淀池的作用,该池有足够的水力停留时间,保证后续处理构筑物能连续运行,其均质作用主要靠池测的沿程进水,使同时进入池的废水转变为前后出水,以达到与不同时序的废水相混合的目的。

3.2.2 设计参数
设计流量:Q = 3900m3/d = 162.5m3/h =0.0451m3/s 运行方式:
进水与工厂排水一致;
出水由泵提升, 2台水泵连接两座格栅, 24小时运行,低水位保护; 每台水泵的设计流量为 95 m3/h,选用三台,两用一备。

泵出水口安装电磁流量计,以调整和记录处理站的进水水量。

根据提供的水量分布资料,日总排水量 3900m 3,设计污水停留时间为 8h 。

预计 BOD 5去除率为 30%, SS 去除率为 60%。

构筑物:
结构形式:钢筋混泥土结构,地下构筑物,无盖。

3.2.3 设计计算
(1调节沉淀池有效容积
(324 -
V = QT =162.5×8=1300 m3 (2调节沉淀池水面面积
调节沉淀池有效水深取 5.5米,超高 0.5米,则
(325 -
(3调节沉淀池的长度
取调节沉淀池宽度为 12 m,长为 13 m,池的实际尺寸为:长 ×宽 ×高
=16m×15m×6m = 1440m3。

(4调节沉淀池的搅拌器
使废水混合均匀,调节沉淀池下设潜水搅拌机,选型 QJB7.5/6-640/3-303/c/s1台。

(5调节沉淀池的提升泵
设计流量 Q=45.1L/s,静扬程为 6m 。

总出水管 Q=45.1L/s,选用管径 DN250,查表的 v=0.59m/s, 1000i=4.6,设管总长为50m ,局部损失占沿程的 30%,则总损失为:
(4.6
5010.30.181000m ⨯⨯+=
管线水头损失假设为 1.5m ,考虑自由水头为 1.0m ,则水泵总扬程为:
H=6+1.15+1.5+1.0=9.65m 取 10m
选择 150QW100-15-11型污水泵三台,两用一备,其性能见表 3-1。

表 3-1 150QW100-15-11型污水泵性能
流量电动机功率扬程电动机电压转速出口直径轴功率
重量
效率
30L/s
11KW
15m
380V
1460r/min
150mm
4.96KW 280kg 7
5.1%
3.3 UASB 反应器
3.3.1 设计说明
UASB ,即上流式厌氧污泥床,集生物反应与沉淀于一体,是一种结构紧凑,效率高的厌氧反应器。

废水经沉淀去除废水中的悬浮物后,进入 UASB 进行厌氧处理,通过在 UASB 池中培养厌氧菌,分解水中的有机物,其 COD 去除率可达 80%以上。

厌氧处理采用高效的升流式厌氧污泥床,具有容积负荷高、污泥产量小、效果稳定、能耗低等特点。

一方面降低了后续好氧生化处理的负荷,减少了运行费用;另一方面回收沼气,
2833.6151.65.5
V A m H =
==
沼气可作为能源回用于锅炉燃烧,降低了煤耗。

这种反应器结构简单,不同填料,没有悬浮物堵塞等问题。

3.3.2 设计参数
设计流量:Q = 3900m3/d = 162.5m3/h =0.0451m3/s; 进水 COD=1000mg/L; 去除率为 95%;
此时出水 COD=(1-95%COD进水 =1000mg/L*0.05=50mg/L<100mg/L,符合要求容积负荷 (Nv为 4.5kgCOD/(m3·d ; 污泥产率为 0.07kgMLSS/kgCOD; 产气率为 0.4m 3/kgCOD;
出水 pH 为 7,符合出水水质标准 6~9。

3.3.2 设计计算
(1 UASB 反应器结构尺寸计算
1. 反应器容积计算 (包括沉淀区和反应区 UASB 有效容积为:
V 有效 =
v
Q S N ⨯ (326 - 式中:
V 有效—反应器有效容积, m 3 Q —设计流量, m 3/d
S 0—进水有机物浓量 ,kgCOD/m3 N v —容积负荷 ,kgCOD/(m3·d
325001.0
=
=5564.5
V m ⨯有效
2.UASB 反应器的形状和尺寸工程设计反应器 2座,横截面为圆形。

①反应器有效高度为 5m ,则横截面积:
2556
111.25V S m h =
==有效
单池面积:
20111.255.622i S S m =
==
②圆形单池尺寸: 单池半径:
r m ,取 4.5m
面积:
222==3.144.5=63.6i S r m π⨯,取 263m
③设计反应池总高 H=6.5m, 其中超高 0.5 m。

(一般应用时反应池装液量为70%-90% 单池总容积:
363(6.50.5 378i V S H m ==-=
单池有效反应容积:
3635315i V S H m ===⨯=i 有效
单个反应器实际尺寸:
234.56.5m π⨯⨯
反应器数量:2座 (一备一用总池面积:
2632126i
n m S
S =⨯=⨯=总
反应器总容积:
33152630i V V n m ==⨯=
总有效反应容积:
33V 3152630556i V n m m ==⨯=〉有效有效 ,符合要求
UASB 体积有效系数:
556
100%88.3%630
⨯= 在 70%-90%之间,符合要求④水力停留时间(HRT 及水力负荷率 (Vr (32
556
5.3104.2Q 104.20.83/1.0S 126
HRT r V h
Q V m m h t =
=
=⎡⎤===∙〈⎣⎦有效
总
符合设计要求。

(2三相分离器构造设计 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。

本工程设计中,与短边平行,沿长边每池布置 6个集气罩,构成 6个分离单元,则每池设置 6个三相分离器。

三相分离器长度 B=10m,每个单元宽度 b=L/6=16/6=2.667m。

沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积,即 126m 2。

沉淀区的表面负荷率:
(32
104.20.83/1.0126
i Q m m h S ⎡⎤==〈⎣⎦ (327 - 3. 回流缝设计
如图 3-1是三相分离器的结构示意图。

图 3-1 三相分离器结构示意图
设上下三角形集气罩斜面水平夹角α= 55°,取 h 3 = 1.1m;
13=/b h tg θ (328
- 式中:
b 1—下三角集气罩底水平宽度, m ; α—下三角集气罩斜面的水平夹角; h 3—下三角集气罩的垂直高度, m 。

1=1.1/55=0.77b tg m ︒
则相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离:
21=-2=2.667-20.77=1.13b b b m ⨯
则下三角形回流缝面积为:
S 1 = b2·l·n = 1.13 × 10 × 6= 67.8 m2
下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速 (V1 可用下式计算:
V 1 = Q1/S1 (3-29
式中:
Q 1—反应器中废水流量, m 3/h; S 1 —下三角形集气罩回流逢面积, m 2。

1(267.8 0.77/2.0/V m h m h
=⨯=<
符合设计要求
设上三角形集气罩下端与下三角斜面之间水平距离的回流缝的宽度 b 3 =CD= 0.45 m ,则上三角形回流缝面积为:
S 2= b3·l·2n= 0.45 × 10 × 2 × 6 = 54 m2
上下三角形集气罩之间回流逢中流速 (V2 可用下式计算:
V 2 = Q1/S2 (3-30
式中:
Q 2—反应器中废水流量, m 3/h;
S 2 —上三角形集气罩回流逢之间面积, m 2。

V 1=
104.2/2
54
= 0.97 m/h
V 1< V2< 2.0 m/s,符合设计要求。

确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸,由图 3-1可知:
BC = b3/sin35°= 0.35/0.5736=0.61 m
4. 气液分离设计由图 3-1可知:
CE = CDSin55°= 0.45×Sin55°=0.37m CB =
0.37
0.645555
CE m Sin Sin == 设 AB=0.4m,则
h 4 = (AB·cos55°+ b2/2·
55tg ° = (0.4 × 0.5736 + 0.72/2 × 1.4281
= 0.824 m
校核气液分离:假定气泡上升流速和水流流速不变。

沿 AB 方向水流速度:
2
1.17/20.371026
i a Q m h CE B N V =
==⨯⨯⨯⨯⨯⨯ (3-31
式中:
B —三相分离器长度; N —每池三相分离器数量。

气泡上升速度:
V b =
21( 18g g
d ρρρμ
⨯- (3-32 式中:
d —气泡直径, cm ; ρ1—液体密度, g/cm3; ρg —沼气密度, g/cm3; ρ—碰撞系数,取 0.95;
μ—废水的动力粘滞系数, 0.02g/cm·s ; V —液体的运动粘滞系数, cm 2/s。

取 d = 0.01cm(气泡 ,常温下, ρ1= 1.03g/cm3, ρg = 1.2×10-3g/cm3, V =
0.0101cm2/s, ρ=0.95, μ=Vρ1=0.0101×1.03=0.0104g/cm·s 。

一般废水的μ>净水的μ,故取μ= 0.02g/cm·s。

由斯托克斯工式可得气体上升速度为:
(320.95981
1.031.25100.010.266(/ 9.58(/ 180.02
b cm s m h V -⨯=
⨯-⨯⨯==⨯
0.64
1.60.4
BC AB ==
9.584.092.34
b a V V == b a V BC V AB
〉可脱去 d ≧ 0.01cm 的气泡。

5. 三相分离器与 UASB 高度设计三相分离区总高度:h= h2 + h3 + h4– h 5 h 2为集气罩以上的覆盖水深,取 0.5m 。

523451.350.40.70.22550.22550.180.51.10.830.182.25DF AF AD m h DFSin Sin m
h h h h h m
=-=--===⨯==++-=++-=
UASB 总高 H = 6.5m, 沉淀区高 2.5m , 污泥区高 1.5m , 悬浮区高 2.0m , 超高0.5m 。

(3布水系统设计计算
1. 配水系统采用穿孔配管,进水管总管径取 200mm ,流速约为 0.95 m/s。

每个反应器设置 10根 DN150mm 支管,每根管之间的中心距离为 1.5m ,配水孔径采用
16mm , 孔距 1.5 m,每孔服务面积为 1.5×1.5=2.25 m2,孔径向下,穿孔管距离反应池底0.2 m, 每个反应器有 66个出水孔,采用连续进水。

2. 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
0.020d m
=
== (333 -
3. 验证
常温下,容积负荷(Nv 为:4.5kgCOD/(m3·d ;产气率为:0.4m3/kgCOD ;需满足空塔水流速度uk≤1.0 m/h,空塔沼气上升流速ug≤1.0 m/h。

空塔水流速度:
104.20.41/252k Q u m h S =
== <1.0 m/h 符合要求。

2500/241.40.80.40.19/252o g QC r u m h S η⨯⨯⨯=
== (334
- 空塔气流速度<1.0 m/h,符合要求。

(4排泥系统设计计算
1. UASB反应器中污泥总量计算
一般 UASB 污泥床主要由沉降性能良好的厌氧污泥组成,平均浓度为 15gVSS/L, 则两座 UASB 反应器中污泥总量:
556158340/ss G VG kgss d ==⨯= (335
- 2. 产泥量计算
厌氧生物处理污泥产量取:0.07kgMLSS/kgCOD ① UASB反应器总产泥量
0. 0725001. 40. 8196o
X r Q C E k g V S S d ∆==⨯⨯⨯= (336
- 式中:
△ X — UASB 反应器产泥量, kgVSS/d ; r —厌氧生物处理污泥产量,
kgVSS/kgCOD; C o —水中 COD 浓度 kg/m3; E —去除率,本设计中取 80%。

②据VSS/SS = 0.8, △ X=392/0.8=490 kgSS/d 单池产泥:△ Xi = △ X/2 = 490/2 = 245 kgSS/d
③污泥含水率为 98%,当含水率>95%,取 3
1000/s kg m ρ=,则
污泥产量:
3490
24.5/11000198%s s X W m d
P ρ∆===-⨯- (337
- 单池排泥量:
324.5
12.25/2si W m d =
= (338
-
④污泥龄:
8340
17.02490
c G
d X θ=
==∆ (339 - 3. 排泥系统设计
在 UASB 三相分离器下 0.5m 和底部 400mm 高处,各设置一个排泥口,共两个排泥口。

每天排泥一次。

(5出水系统设计计算
出水系统的作用是把沉淀区液面的澄清水均匀的收集并排出。

出水是否均匀对处理效果有很大的影响。

1. 出水槽设计
对于每个反应池,有 6个单元三相分离器,出水槽共有 6条,槽宽 0.3m 。

①单个反应器流量:
3104.20.029/36003600i i Q q m s =
== (340
- ②设出水槽口附近水流速度为 0.2 m/s,则槽口附近水深:
/60.029/6
0.0810.30.2i q m ua ==⨯ (341
- 取槽口附近水深为 0.25 m, 出水槽坡度为 0.01; 出水槽尺寸 10 m×0.2 m×0.25 m; 出
水槽数量为 6座。

2. 溢流堰设计
①出水槽溢流堰共有 12条(6×2 ,每条长 10 m,设计 900三角堰,堰高 50mm , 堰口水面宽 b=50mm。

每个 UASB 反应器处理水量 29L/s,查知溢流负荷为 1-2 L/(m·s ,设计溢流负荷 f = 1.117 L/(m·s ,则堰上水面总长为:
29
25.961.117i q L m
f =
= (342
- 三角堰数量:
-3
(5010 519.2n l b ==⨯= 个, 取 520个, 每条溢流堰三角堰数量:520/12=43.3个,取44个。

一条溢流堰上共有 44个 100mm 的堰口, 44个 140mm 的间隙。

②堰上水头校核
每个堰出流率:
35529105.610/520i q q m s
n ---⨯===⨯ (343
- 按 900三角堰计算公式, 2.51.43q h =
堰上水头:
0.4
0.4
55.6100.01731.431.43q h m
-⎛⎫⨯⎛⎫=== ⎪
⎪
⎝⎭
⎝⎭
(344
- ③出水渠设计计算
反应器沿长边设一条矩形出水渠, 6条出水槽的出水流至此出水渠。

设出水渠宽 0.8m ,坡度 0.001,出水渠渠口附近水流速度为 0.3m/s。

渠口附近水深:
0.029
0.1210.80.3i q m uxa ==⨯ (345 -。