课程设计--工业废水处理工艺设计 17页

'华北水利水电学院课设题　目：工业废水处理工艺设计姓名：学号：所在院(系)：环境与市政工程学院专业：环境工程班级：092班指导教师：2011年12月06日 目录草浆造纸废水处理2计算书2一、设计资料：2二、处理方案的确定及计算22.1基本工艺路线的确定22.2处理构筑物的设计计算32.2.1格栅设计32.2.2调节池设计42.2.3气浮池设计52.2.4生物接触氧化池的设计62.1.5机械混凝池82.1.6污泥的处理设计112.1.8污泥脱水间设计142.1.9风机房设计142.3泵房设计142.3.1.集水间计算142.3.2.水泵总扬程计算14参考文献15 草浆造纸废水处理计算书一、设计资料：某纸业集团有限公司主要以碱法蒸煮自制的漂白草浆、本色草浆、生产卷烟纸、箱板等产品，年总产量约为3万t。废水来自制浆车间的洗、选、漂废水，造纸车间排放的纸机废水、碱回收车间的污冷凝水，生产用水净化车间与热电分厂排放的废水，及厂区生活污水，年有效工作日300天，三班制生产，8小时／班。设计废水流量5500m3／d,混合废水水质如下：CODcrBOD55SSpH1200～1600mg／L300～400mg／L600～800mg／L8要求应根据该废水的水质和排放量，按照我国2008年8月1日实施的《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB3544-2008）规定，污染物排放限值：CODcrBOD55氨氮SSpH90mg／L20mg／L8mg／L8mg／L6～9根据要求选定数据：CODcrBOD55SSpH1400mg／L350mg／L650mg／L8二、处理方案的确定及计算2.1基本工艺路线的确定草浆造纸废水治理工艺流程中，是由若干不同作用的治理单元组成的，为了满足流程的处理效果，要求各个单元均应发挥其应有的作用和去除污染物的能力。对比设计水质如下：（1）处理进水水质 CODcrBOD5SSpH1400mg／L350mg／L650mg／L8（2）处理出水水质CODcrBOD5氨氮SSpH90mg／L20mg／L8mg／L8mg／L6～9对比处理进水水质和处理出水水质可以看出该废水主要以有机物为主，废水的可生化性较好。各污染物的去除率分别为：CODcr为93.6％，BOD5为894.3％，SS为98.6％。2.2处理构筑物的设计计算2.2.1格栅设计设计参数:栅前水深h=0.3m，过栅流速v=0.7m/s，采用中格栅，栅条宽度s＝10mm，栅条间隙b=20mm，格栅安装倾角α=60°　栅条断面为圆形。设计计算：Q＝5500m3/d，R＝1.25，每天按24h计算，则最大设计污水量Qmax＝6875m3/d＝0.08m3/s。污水沟断面尺寸300mm×450mm栅条间隙数n：==18个栅槽宽度进水渠道渐宽部分长度设进水渠道宽B1=0.3m，渐宽部分展开角α1＝200，此时进水渠道内流速 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：通过格栅的水头损失圆形栅条阻力系数，（形状系数β=1.79）取k＝3。通过栅水头损失。⑥栅前槽高(h2为超高，取0.3m)栅后槽高槽总长度:0.32+0.16+1.0+0.5+0.6/tg600=2.325m每日栅渣量：取W1＝0.08m3栅渣/103m3废水，则＝0.08×0.08×86400/（1000×1.25）＝0.44m3>0.2m3所以采用机械清渣。格栅对主要污染物的去除率如下表：污染物去除率处理前浓度(mg/L)处理后浓度(mg/L)CODcr5%14001330BOD55%350322.5SS10%650585 2.2.2调节池设计根据该厂生产废水排放规律，调节池停留时间取8小时。采用地下式，数量为2个。设计计算：调节池调节周期T＝8h调节池容积=（8×5500÷2）÷24=920m3调节池有效水深h1=3.5m调节池规格23m×12m×3.5m=966m3保护高h2=0.5m，池高H=0.5+3.5=4.0m。调节池设污泥斗4个，每斗上口面积S1=6m×6m，下口面积S2=0.6m×0.6m，泥斗倾角45°，泥斗高h=2.7m。每个泥斗容积m3泥斗容积共436＝144调节池每日沉淀污泥重=40%×400×1500=0.24t湿污泥体积约为V，=0.24/2.5%=9.6m3(设污泥密度为1t/m3)调节池最高水位3.5m，超高0.5m，顶标高地下1.0m。最低水位地下1.8m，池底标高地下5.0m。2.2.3气浮池设计对于草浆造纸废水来说，主要的悬浮物是非溶解态的，气浮宜作为一级处理技术，其对SS处理效果较好，对CODcr，BOD5和色度都有一定的处理效果，本设计选用加压溶气气浮。溶气加压气浮是依靠无数气泡去黏附絮粒，因此对凝聚的要求可适当减低。能节约混凝剂量和减少反应时间。 Q＝5500m3/d=230m3/h；加压压力P取3kg/cm2；回流比R=0.25；接触室水流上升流速=10mm/s=36m／h；分离室表面负荷q=6m3/(m2*h)；分离室水平流速=2.5mm/s=9m/h；气浮池分离区高度(即有效高度)h1=2.5m3；气浮池似水区高度h2=0.5m回流容气水量QR:＝230×0.25=57.5m3/h总流量Q1：＝230×(1+0.25)=287.5m3/h接触式表面积As：＝287.5/36=8.0m2分离室表面积Ac：＝287.5/6=48m2过水断面：＝287.5／9=32m2气浮池高度H：=2.5+0.5=3.0m容器罐容积V：=(57.5/60)×15=14.4m3溶气罐高度H1：=(4×14.4）/(3.14×2.52)=2.94m气浮对主要污染物的去除率如下表：污染物去除率处理前浓度(mg/L)处理后浓度(mg/L)CODcr60%1330532BOD535%322.5209SS80%5851172.2.4生物接触氧化池的设计由上一级处理出水水质分析，可知BOD5／COD=0.40>0.3，说明其可生化性良好，可采用生物法处理BOD5=204.75mg／L在100～300mg／L 可采用鼓风曝气生物接触氧化作为二级处理。本设计所采用的生物接触氧化池为直流鼓风曝气接触氧化池。根据来水水量设置2个池子。生物接触氧化容积一般按BOD5的容积负荷或接触氧化的时间计算，并且相互核对以确定填料容积。确定设计参数Q1——设计流量，Q1=Q／2=5500／2(m3／d)=115m3/h；La——进水BOD5，La=205mg/L；Lt——出水BOD5，Lt=30mg／L；η——BOD5去除率；η=85%；M——容积负荷M=1.7kgBOD5／(m3/d)；⑥t——接触时间t=4h；⑦D0——气水比D0=15：1；2.生物接触氧化池计算①有效容积V则V=115×（0.205-0.03）×24／1.7=284m3；②池子总面积F：=284／3=94.7(m2)H——为填料高度，一般H=3m，分三层，每层高1m；③每格滤池面积f：f=F／n=94.7／4=23.6<25(m2)；n——池子的格数，取n=4，n≥2；f——每个氧化池面积，f值一般控制在25m2以内；则每格滤池平面尺寸采用3m×8m=24m2④校核接触时间t，则t=4×23.6×3／115=2.46h⑤氧化池总高度H0H0=H+h1+h2+(m-1)h3+h4 h1——保护高取0.5m，h2——填料上水深取0.5m，h3——填料层间隔高取0.3m，h4——配水区高，与曝气设备有关对于多孔曝气设备并不进入检修时取1.5，m——填料层数取3（层）；则H=3+0.5+0.5+（3-1）×0.3+1.5=6.1m⑥水在池内实际停留时间t1：=4×23.6×(6.1-0.5)／115=4.6h⑦所需空气量D：D=D0Q=15×5500／2=41250(m3／d)；每格需气量D1：D1=D／n；则D1=41250／4=10312.5m3／d=430m3／h3.曝气系统本系统采用Wm-180型网状膜型中微孔空气扩散器，敷设于距池底0.2m处。该空气扩散装置的各项参数如下：每个空气扩散器的服务面积为0.5m2；动力效率2.7～3.7kgO2／kwh；氧的利用率为12%-15%。（1）每格需气量q1=D1=430m3／h，每格曝气池的平面面积为3m×8m=24m2；每个空气扩散器的服务面积按0.49m2计算，则每个池子所需空气扩散器的总数为24／0.49=48个，为了安全计，本设计采用50个。（2）每个空气扩散器的配气量为430／50=8.6m3／h。（3）每个池子管路布置一根干管连结4根支管，每根支管下有10根分配管。每根支管的输气量为430m3／h；每根分配管的输气量为430／10=43m3／h；每根分配管上的空气扩散器的个数为50／10=5个。空气支管直径：(v支管气流最小流速，取10m／s)=0.12m，取d=0.12m=120mm每池设5根分配管，直径为(v1分配气流最小流速，取5m／s) =0.055m取d1=0.060m=60mm接触生物氧化池对主要污染物的去除率如下表：污染物去除率处理前浓度(mg/L)处理后浓度(mg/L)CODcr75%532126BOD585%20931SS70%117352.1.5机械混凝池采用桨板式机械搅拌反应池+竖流式沉淀池。均设置2个池子。2.1.5.1反应器计算单个桨板式机械搅拌反应池设计计算：①反应池尺寸计算a.反应器容积计算设计流量Qmax＝287.5m3／h，反应时间取t=20min反应池容积V=Qmaxt／（n×60）=287.5×20／（2×60）=48m3b.反应池串联格数及尺寸采用2格串联，设置2台搅拌机。每格尺寸为：B=1.6m，L=1.6m，H=3mV=2BLH实际絮凝时间为：15／42=21.4min；反应池超高取0.3m，池子总高度为3.3m，.反应池分格隔墙上的过水孔道上、下交错布置。②搅拌设备设计a.叶轮直径及浆板尺寸叶轮外缘距池子内壁距离取0.25m，叶轮直径为:D=16-2×0.25=1.1m每根旋转轴上安装8块浆板。浆板长度取L=1m，宽度b=0.12m。 b.浆板中心点旋转半径及转速浆板中心点旋转半径为：R=0.48+(0.33+2×0.12)=0.765m每台搅拌机浆板中心点旋转速度取：第一格v1=0.5m／s，第二格v2=0.45m／s则每台搅拌机每分钟转数为：第一格n1=60v1／(2×3.14×0.765)=6.25rad／min第二格n2=60v2／(2×3.14×0.765)=5.62rad／min2.2.5.2.沉淀池计算竖流式沉淀池(采用竖流二沉池的设计)（1）中心管面积中心管内流速v0取0.03m／s，每池最大设计流量qmax=Qmax/n=0.08/2=0.04(m3/s)则中心管面积f：=0.04／0.03=1.33(m2)；中心管直径为：=1.3m；喇叭口直径为：d1=1.35d0=1.35×1.3=1.75m反射板直径为：d2=1.3d1=1.3×1.75=2.28m；中心关喇叭口与反射板之间的缝隙高度h3：=0.04／(0.02×3.141.75)=0.36mv1——污水由中心管喇叭口与反射板之间缝隙流处的流速，m/s，v1取0.02m／s（2）沉淀部分有效面积设表面负荷q1＝2.52m3／（m2·h），则上升流速=0.0007m／sF=Qmax／=0.04／0.0007=57(m2)（3）沉淀池直径==8.63(m)（4）沉淀池有效水深 设沉淀时间T＝1.5h，则h2=T×3600=0.007×1.5×3600=3.78m3h2=3×3.78=11.34>7m(符合要求)（5）较核池径水深比D／h2=8.63／3.78=2.3<3，符合要求。（6）污泥斗及污泥斗高度取污泥斗倾角为α＝450，截头直径d4=0.3m，则==4.2m（7）沉淀池总高度H=h1+h2+h3+h4+h5式中：H——沉淀池总高度，m；h1——池子超高，m；取为0.3m；h2——沉淀池有效水深，m；h3——中心喇叭口至反射板的垂直距离，m；h4——缓冲层高，因泥面很低，取为0；h5——污泥斗高度，m；将各值代入，得H=0.3+3.78+0.36+0+4.2＝8.64m机械混凝池对主要污染物的去除率如下表：污染物去除率处理前浓度(mg/L)处理后浓度(mg/L)CODcr50%12663BOD545%3117SS70%35102.1.6污泥的处理设计设计污泥量较小，污泥处理流程为：浓缩→消化→脱水→干化→处置。(1)设计概述a.污泥浓缩 污泥中含有大量的水分，为了便于处理和运输，需要减少污泥的含水量，缩小其体积。污泥浓缩是指通过污泥增稠来降低污泥的含水率，压缩污泥的体积，以利于后期处理。污泥浓缩的方法主要有重力浓缩，离心浓缩和气浮浓缩3种。中小型规模主要采用重力浓缩。根据它的运行方式，污泥浓缩池可分为连续式和间歇式两种。b.污泥脱水与干化污泥经浓缩后，仍含有95%～97%的水分，体积很大，可用管道输送。为了综合利用和进一步处置，必须对污泥进行干化处理。经脱水后的污泥含水率为65%～85%，污泥由流体转换为潮湿的固体，形成泥饼，体积减少。污泥脱水的方法有自然干化和机械脱水两种方式。①污泥的自然干化可分为晒砂场和干化场。晒砂场用于沉砂池沉渣的脱水，干化场用于初次沉淀污泥，腐殖污泥，消化污泥，混合污泥和化学污泥的脱水。晒砂场一般为长方形，混凝土底板，四周有围墙或围堤。地板上有一层厚800mm，粒径50-600mm的砾石滤水层。渗出的水由排水管集中回流到沉砂池前雨污水合并处理。污泥干化场使污泥自然干化的主要构筑物，它可分为自然滤层干化场和人工滤层干化场两种。前者适用于自然土质渗透性良好，地下水位较低的地区。人工滤层干化场是人工修建的一片砂滤场，它也可分为敞开式干化场和有盖式干化场两种。人工滤层干化场是由不透水层，排水系统，滤水层，输泥管，隔墙和围堤等部分组成。污泥干化场的优点是方法简单，不需要机械设备，在小型污泥站有使用价值。但是它占地面积大，且有臭味，卫生条件差，受气候影响工作不稳定。②机械脱水由于污泥干化场的上述缺点，所以目前国内外都在大力发展各种机械脱水技术。机械脱水的特点是占地面积小，工作效率高，卫生条件好。机械脱水的设备类型较多，常用的有真空过滤机，压力过滤机和离心脱水等。③污泥干燥与焚烧污泥经浓缩和脱水后，含水率约为60%～80%，可经过干燥进一步脱水，使含水率降低为20% 左右。有机污泥可以直接焚烧，一方面可以去除水分，另一方面还可以同时氧化污泥中的有机物质。焚烧后的有机污泥变成稳定的灰渣，可用以筑路材料或其他建筑填充材料等。本设计采用重力浓缩池。间歇式污泥浓缩池是一种圆形水池，底部有污泥斗。间歇式污泥浓缩池在工作时，先将污泥充满浓缩池，经静置沉降，浓缩压密后，池内形成上清液区，沉降区和污泥区。然后，从侧面分层排出上清液，浓缩后的污泥从底部泥斗排出。间歇污泥浓缩池用来污泥量较小的系统，浓缩池一般不小于两个，一个用于工作，另一个进入污泥，两池交替使用。（2）设计参数竖流式浓缩池沉淀区上升流速不大于0.1mm／s，浓缩池有效深度，3-5m。污泥浓缩池采用间歇式重力浓缩池，运行周期24h，其中进泥1-1.5h，浓缩20h，排水、排泥2h，闲置0.5-1h，设浓缩前污泥含水率96%，浓缩20h后，污泥含水率为94%。（3）设计计算a.剩余污泥量计算二沉池产泥量按去除水中悬浮物计算：（7）沉淀部分总容积V：V=Qmax(C1-C2)T×3600/(×p0×n)C1——二沉池进水的SS浓度g/L；C1=650mg/LC2——二沉池出水的SS浓度g/L；C2=10mg/L——污泥的密度Kg/m3；其值约为1000Kg/m3p0——污泥含水率，取96%T——两次清除污泥间隔时间h，取4h则V=0.08×（650-10）×10-3×4×3600/(1000×0.04×2)=9.2m3每个沉淀池污泥量Q=2×6×9.2=110.4m3/d=9.2m3/次，以每次排泥时间30min计，每次排泥量18.4m3/hb.浓缩池直径采用带有竖向栅条污泥浓缩机的辐流式重力浓缩池，浓缩污泥的固体通量M取28(kg/m2.h）浓缩池面积 A=QC/M式中Q——污泥量（m3/d）；C——污泥固体浓度（g/L），一般采用10kg/m3；M——浓缩池固体通量（kg/m2.d）；则A=110.4×10／28=40m2；采用两个污泥浓缩池，则浓缩池直径D===7.1m，取7.5m；则A==3.14×7.52／4=44.16m2；c.浓缩池工作部分高度h1，T为浓缩池浓缩时间，取12h，d.浓缩后污泥体积V2=Q(1-p1)/(1-p2)=110(1-0.96)/(1-0.94)=73.3m3设计平面尺寸柱体部分直径7.5m，设计浓缩池柱体高5m，其中泥深4m，柱体部分污泥容积176.63m3。浓缩池下部为圆锥体，上口直径7.5m，下口直径0.4m，锥高1.8m，则污泥斗容积：污泥池总容积，符合要求。超高h2取0.3m；缓冲层高h3，h3取0.3m。浓缩池总高度He.排水和排泥浓缩池内上清液利用重力排放，排水管管径DN150。浓缩后污泥由污泥泵抽送入污泥储柜，选用2PN型污泥泵两台，一用一备，该泵参数Qb=10m3/h，Hb=10mH2O，转数n＝950r/min，电动机功率10kw，重量150kg，占地尺寸850mm×300mm。2.1.8污泥脱水间设计面积24m2，规格4m×6m。板框式污泥脱水机，过滤面积20m2。 2.1.9风机房设计面积24m2，内设罗茨鼓风机，需风总量13.9m3／min，数量：一用一备生物接触氧化池需风量计算：(气水比15：1)q=15×230×60/3600=57.5m3/min2.3泵房设计2.3.1.集水间计算（1）选择水池与机器间合建式的方形泵房，用3台泵（1备2用），每台水泵的流量为Q=150m3/h；（2）集水间的容积采用相当于2台泵10min的容量：(300/60)×10=50m3；（3）有效水深采用2.5m；（4）则集水池面积为F=50/2.5=20m2；集水间的设计面积为：2.3.2.水泵总扬程计算（1）集水池最低工作水位与所需提升最高水位之间的高差为：6.1-(-5.0)=13.1m（2）出水管线的水头损失，每台泵单用一根出水管，其流量为Q=150m3/h，选用的管径为250mm的铸铁管，查表v=0.72m/s，2570i=7.7，设管总长为20m，局部损失占沿程的30%，则总损失为：20×(1+0.3)×7.7/2750=0.075m（3）泵房内的管线水头损失设为1.5m，考虑自由水头为1.0m。（4）水头总扬程为H=13.1+0.075+1.5+1.0=14.67m，取15m；选用3台KWPF200-400型无堵塞离心泵，流量150m3/h，扬程为16m，2用1备。参考文献[1]柴晓利,冯沧,党小庆.环境工程专业毕业设计指南[M].北京:化学工业出版社,2008.5. 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