某淀粉厂污水处理工艺课程设计说明书 33页

'某淀粉厂污水处理工艺课程设计说明书----------大学本科生毕业设计说明书题目:某淀粉厂废水处理工艺设计学生姓名:学号:专业:班级:指导教师:摘要在我国主要的工业污水排放中,高浓度有机废水占据了很大比例。而在排放高浓度有机废水中的行业中,淀粉工业产生的废水是其中的大户;淀粉工业废水具有有机物含量高,可生化性好的特点,其COD含量一般在在2000~20000mg/l之间。本设计所处理的某淀粉厂废水水质为:COD10000mg/l,BOD4800mg/l,SS2500mg/l;出水要求达到《淀粉工业水污染物排放标准》(GB25461-2010),即COD100mg/l,BOD20mg/l,SS30mg/l;达到去除率COD99%,BOD99.58%,SS98.8%。本文对该淀粉厂产生的高浓度有机废水的处理工艺进行了详细分析与对比。在废水从工厂排出后,经格栅过滤,泵房提升后,进入调节沉淀池调节水质水量,再由厌氧工艺UASB处理,通过辐流式沉淀池和好氧工艺SBR,最后排出;如此经厌好氧两级处理,达到国家规定排放标准。本设计厌氧段选取了UASB工艺,好样段小选取SBR工艺,这俩种工艺具有规模小,处理效率高,非常适合工厂废水的处理等优点,UASB工艺在除去废水中污染物的同时,厌氧菌分解有机物的同时产生沼气,可以解决工厂的一部分能源需求,环保经济性俱佳。 本设计选用工艺具有处理效率高、占地少、经济实用、技术成熟可靠的优点:其运行自动化程度高,节省人力,处理能力稳定,适合于流量较小的工业废水处理。其经济社会效益显著。关键词:淀粉工业;废水;UASB;SBR;COD;BODAbstractThisdesignisaboutthestarchindustrywastewatertreatment;inChina"smajorindustrialdischarges,thehighconcentrationorganicwastewateraccountedforalargeproportion.Inthedischargeofhighconcentrationorganicwastewaterindustry,starchindustrywastewatergeneratedisoneofthebig;starchindustrywastewaterwithhighorganiccontent,andgoodbiodegradability,theCODcontentisgenerallyat2000~20000mg/lbetweenThedesignprocessofastarchfactorywastewateritsmaincomponents:COD1000mg/l,BOD4800mg/l,SS2500mg/l;effluentcanmeetthenationalstandardGB25461-2010,namelyCOD100mg/l,BOD20mg/l,SS30mg/l;removalofCOD99%,BOD99.58%,SS98.8%.Thispaper,thestarchfactoryproducesahighconcentrationorganicwastewatertreatmentprocessisanalyzedindetailandcontrast.Inthewastewaterdischargedfromthefactory,aftergridfilter,pumpincreased,thesedimentationtankintotheregulatorregulatewaterqualityandquantity,andthenbytheanaerobicprocessUASBprocessedthroughradialflowsedimentationtanksandaerobicprocessSBR,finaldischarge;sobytiredofaerobictwotreatmentmeetthenationalemissionstandards.TheselecteddesignanaerobicUASBprocess,agoodkindof smallsegmentsselectedSBRprocess,maybekindofprocesshasthesmall-scale,hightreatmentefficiency,idealforwastewatertreatmentplants,etc.,UASBprocessinremovingpollutantsinwastewateratthesametime,anaerobicdecompositionoforganicmatterwhileproducingbiogasplantcanberesolvedaspartofenergydemand,environmentaleconomicsandtaste.Thedesignusestechnologycapableofhandlinghighefficiency,smallfootprint,economicalandpractical,matureandreliabletechnologyadvantages:itrunsahighdegreeofautomation,savingmanpower,processingpowerandstability,suitableforsmallerflowofindustrialwastewatertreatment.ItsremarkableeconomicandsocialbenefitsKeywords:StarchIndustry;Wastewater;UASB;SBR;BOD;COD目录摘要IAbstractII目录III第一章绪论11.1设计背景11.2设计条件21.3淀粉厂废水处理可行性分析21.3.1设计水量的确定31.3.2污水水质及处理程度3 1.3.3污水处理工艺方案对比31.3.4污水处理工艺选择51.3.5项目污水处理工艺流程与达到目标6第二章格栅的设计说明与计算82.1格栅的设计说明82.2设计计算8第三章泵房设计说明与计算103.1设计说明103.2集水池计算103.3污水泵计算10第四章调节池沉淀设计说明与计算134.1调节沉淀池设计说明134.2设计计算13第五章UASB设计说明与计算155.1UASB设计说明155.2UASB反应器工艺构造设计计算165.2.1反应器容积计算165.2.2配水系统设计165.2.3三相分离器工艺构造设计175.2.4出水渠设计计算215.2.5UASB排水管设计计算235.2.6排泥管的设计计算23 5.2.7沼气管路系统设计计算245.2.8UASB的其他设计26第六章辐流式二沉池的设计说明与计算276.1沉淀池设计说明276.2设计参数286.3.1沉淀池主要尺寸286.3.2进水系统计算29第七章SBR反应池的设计说明与计算297.1SBR反应池设计说明297.1.1序批式活性污泥法(SequencingBatchReactor)设计介绍297.1.2SBR设计参数307.2SBR反应器设计计算317.2.1SBR反应器尺寸计算317.2.2SBR运行水位327.3排水口高度和排水管管径327.3.1排水口高度327.3.2排水管管径327.4排泥量及排泥系统337.4.1SBR产泥量337.4.2排泥系统337.5需氧量及曝气系统设计计算337.5.1需氧量计算33 7.5.2供氧量计算347.5.3空气管计算35第八章鼓风机房设计368.1供风量368.2供风风压378.3鼓风机的选择378.4鼓风机房布置37第九章污泥处理系统的设计说明计算389.1污泥处理系统说明389.2污泥处理方式399.3集泥池容积计算399.4集泥池排泥泵39第十章污泥浓缩池设计计算4010.1设计说明4010.2容积计算4010.3工艺构造尺寸4110.4排水和排泥41第十一章污泥脱水系统设计4211.1贮泥池设计4211.2污泥脱水机房设计42第十二章平面与高层设计说明与计算4412.1构筑物和建筑物主要设计参数44 12.2污水处理站平面布置4512.2.1布置原则4512.2.2管线设计4612.2.3平面布置特点4612.3污水处理站高程布置4712.3.1布置原则:4712.3.2污水高程水力计算说明4712.3.3各部分水力损失计算4812.3.4污水处理高程布置4912.4污泥处理水头损失计算及高程布置5112.4.1设计参数5212.4.2污泥处理构筑物的高程计算与布置54第十三章废水处理厂建设概预算及运行成本5513.1废水厂建设预算5513.2人员及运行费用5613.2.1人员编制:5613.2.2运行费用57参考文献57附录A英文文献59英文文献一59英文文献二64英文文献三73 附录B翻译82英文文献一翻译82附录C平面布置图89附录D高程布置图90附录E泵房平面图91附录FUASB平面图92附录GSBR平面图93附录H辐流式沉淀池平面图94附录I污泥浓缩池平面图95致谢96第一章绪论1.1设计背景 随着经济的发展和人民生活水平的提高,人们对水资源的需求量越来越大。其中,生物化工行业经过长期发展,已成为工业用水大户。目前生物化工产品已涉及食品、医药、保健、饲料和有机酸等几个方面。同时,随着生物化工的发展,其环境污染问题也日趋严重,生物化工废水已经成为我国环境污染的大问题。在生物化工的各个行业中,淀粉、啤酒、酒精、味精、柠檬酸、抗生素的生产规模较大,环境污染严重,尤其引起人们重视。以上这些行业用水量大,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10-20m3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2000~20000mg/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。我国为水资源贫乏的国家,人均占有量不到世界平均水平的四分之一。当前,一方面是生产生活对水的需求不断增大,另一方面则是污水直接排入自然水体,破坏本就缺乏的水资源。致使很多地区供需始终存在极大矛盾。我国为解决这些问题,充分保护现有水资源的可利用性,国家和地方政府相继出台了关于各种污水排放的标准规定,其中,对淀粉厂废水的排放标准以2013年初为起点,一律执行《淀粉工业水污染物排放标准》(GB25461-2010)中表二的规定,即将核心的COD值的直接排放标准限定在100mg/l及以下,BOD直排标准限定在20mg/l及以下。以上标准的设定力求将工业淀粉水废水对自然水体的危害降到最低。淀粉废水是指从玉米、小麦、薯类等含淀粉的原料中提取淀粉以及以淀粉为原料生产变性淀粉、淀粉糖和淀粉制品的工业在生产过程中产生的废水;淀粉废水有机物含量高,直接排入水中,其所含有的有机物,会对水体造成严重的破坏。由于我国淀粉生产工艺相对落后,资源的利用率较低,淀粉生产过程中大量的植物蛋白未加利用而随生产废水排放,不仅影响了环境卫生,而且造成了巨大的浪费。在淀粉废水处理过程中,如果能够同时回收植物蛋白,做到废水的资源化利用,将具有广阔的应用前景。1.2设计条件(1)本工艺设计水量:污水流量:4500m3/d(2)原水成分及含量表1.1废水各组分值CODBODSSPHTPNH3?N水温色度 10000mg/L4800mg/L2500mg/L4~63mg/L10mg/L20~30℃60倍(3)水文地质资料:①该淀粉厂位于北温带季风型半湿润气候区,年平均降雨量500毫米,四季分明,光照充足,年平均气温13.3℃;1月份为全年最冷月,平均气温为-3.2℃;7月份为最热月,平均气温为27.6℃;春季升温迅速,秋季降温幅度大,无霜期为360天;主导风向为北风。②地下水位在地表下9米,无侵蚀性。③冻结深度为地表下0.5米。③按地震烈度8度设防。④出水水质:执行《淀粉工业水污染物排放标准》(GB25461-2010)⑤污水去向:排入就近的河流。1.3淀粉厂废水处理可行性分析淀粉厂一般以玉米为原料生产淀粉,原料玉米经高温浸泡,然后破碎,再进行胚芽分离、细磨和离心分离,可以得到玉米皮浆、黄浆水和淀粉乳。黄浆水送至贮存沉淀池,未沉淀黄浆水作为废水排放,沉淀下来的黄浆水由泵打入板框压滤机中脱水,产生黄浆水(排放)和湿黄蛋粉(作精饲料)。玉米皮浆送入卧式离心分离机,滤出物生产上烘干得到粗渣(去做粗饲料),同时滤出液作为黄浆水排放。 这一系列淀粉及副产品生产过程中,在离心分离、沉淀、板框压滤等过程会产生大量高浓度的黄浆水,另在浸泡、破碎、细磨等过程亦生产出大量废水。黄浆水的CODCr浓度高达8000~10000mg/L,直接外排会严重污染环境。若采用厌氧发酵工艺处理,可生产出沼气,变废为宝。因排出口废水的CODCr、BOD5、SS等指标大大超过国家的排放标准,为保护环境,该淀粉厂拟建废水处理站来处理包括黄浆水在内的生产废水。1.3.1设计水量的确定根据该厂的生产规模可确定污水水量为:日处理淀粉废水4500吨,每小时187.5吨,每秒52升;1.3.2污水水质及处理程度表1.2该淀粉厂的污水水质项目pH值水温CODCrBOD5SSTP氨氮水质4.0~6.020~30℃10000mg/L4800mg/L2500mg/L3mg/L10mg/L根据设计要求,废水处理站投入运行后,外排废水应达到国家标准执行《淀粉工业水污染物排放标准》(GB25461-2010)中的表二标准,即表1.3:表1.3《淀粉工业水污染物排放标准》项目pH值水温CODCrBOD5SSTP氨氮水质6.0~9.020~30℃100mg/L20mg/L30mg/L1mg/L15mg/L根据设计进、出水水质,确定本工艺处理程度,见下表表1.4污水处理程度表项目水质BOD5SSCODCrTPpH进水(mg/l)480025001000034~6出水(mg/l)203010016~9处理程度(%)99.5898.8099.0066.70/1.3.3污水处理工艺方案对比 根据我国现行《室外排水设计规范》GBJl4?87,污水处理厂的处理效率见下表。表1.5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%SSBOD5一级沉淀法沉淀40?5020?30二级生物膜法初次沉淀、生物膜法、二次沉淀60?9065?90活性污泥法初次沉淀、曝气、二次沉淀70?9565?95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1.6活性污泥法工艺比较方法优点缺点适用传统活性污泥法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1.3.4污水处理工艺选择在淀粉生产中,来自于玉米浸泡、剥离、离心分离、黄浆水沉淀与压滤,玉米皮浆的离心分离过程的生产废水,会有淀粉、糖类、有机酸等溶解性有机物质,含有蛋黄粉、玉米芯、玉米皮等不溶性细小颗粒有机物,另外还含有泥砂等无机物。其中主要以有机物为主,并不含有害物质,具有较好的可生化性,属高浓度可生化有机废水。 由于进水水质和处理去除率均很高(表1-1),应采用厌氧-好氧的处理路线,废水首先通过厌氧处理装置,大大降低进水有机负荷,获得可利用的能源??沼气,并使出水达到好氧处理可接受的浓度,再进行好氧处理后达标排放。(1)厌氧处理工艺选择近年来,厌氧处理技术得到很快发展,在小型污水处理厂,常用的先进技术有厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床和厌氧过滤器。厌氧接触法属于传统厌氧消化技术的发展,它采用完全混合式消化反应器,适合于处理含悬浮固体很高的废水,预处理要求低,但需要设置池内完全混合搅拌设备,池外还要设消化液沉淀池,其处理效率比传统厌氧消化技术有提高,但中温消化时容积负荷只有1.0~3.0kgCOD/m3?d,其水力停留时间仍然较长要求的消化池容积大。本工程的处理对象为较好生化处理的废水,为提高处理效率、节省工程投资和占地,因此不宜采用厌氧接触法。上流式厌氧污泥床(UASB)属采用滞留型厌氧生物处理技术,在底部有污泥床,依据进水与污泥的高效接触提供高的去除率,依靠顶部的三相分离器,进行气、液、固分离,能使污泥维持在污泥床内而很少流失。因而生物污泥停留时间长,处理效率高,适合于处理生化降解,CODCr和SS浓度均较高的废水(一般要求进水SS不大于1500mg/L)。常温条件下,对于较易生物降解的有机废水,容积负荷可达4~8kgCODCr/(m3?d)。厌氧过滤器采用附着型厌氧生物处理技术,在反应器内充填一定填料,使生物污泥附着在填料上生长,不易随出水流失,且填料对于改善水流均匀性有益,并起到一定过滤截流作用。但反应器内填料易发生堵塞现象,因此不适合处理有机物浓度过高的废水,且要求进水SS浓度应较低,一般要求SS200 mg/L。尽管厌氧过滤器抗冲击负荷能力大,处理效率亦高,但不适合本工程进水水质(SS浓度较高)。综合以上分析,结合类似工程资料,本工程废水厌氧处理装置采用UASB。(2)好氧处理工艺选择有机废水经厌氧处理,出水的BOD5/CODCr会降低,出水可生化性较原污水差。采用一般好氧生物处理方法(表1-2),处理厌氧处理出水,其CODCr去除率约只有60%,而处理同等浓度的原有机废水,CODCr去除率可达80%。尽管采用生物膜法处理效果可能会稍好,但难以适应BOD5大于250mg/L的污水浓度,近年来开发了一些处理此类废水(进水浓度较高,可生化性较差,不易生化降解)的工艺技术,如A-B法活性污泥工艺、氧化沟活性污泥法、SBR法等。这些方法均能对不易生化降解有机废水或厌氧处理出水有较好的处理效果。以上三种方法中,SBR法具有特别显著的特点:首先由于采用间歇运行,运行周期每一阶段有适应基质特征的优势菌群存在;污泥不断内循环,排泥量少,生物固体平均停留时间长;沉淀和排水时水流处于静止状态,故处理效率高于一般的活性污泥法。其次由于进水、曝气、沉淀、排水等工序在一个池内进行,省去了沉淀池和污泥回流设施,故而其工程投资和占地面积均小于一般活性污泥法。综合以上分析,本工程好氧处理采用SBR法工艺。1.3.5项目污水处理工艺流程与达到目标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。①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。 ②污水提升泵房,设置集水井,污水泵放置于泵房,污水泵配套引水筒。③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。同时,调节进水的PH值、色度到符合后续工艺处理要求。④UASB为主要的生化处理装置,全钢结构,半地下式,考虑保温。沼气部分,设计水封罐、气水分离器。⑤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。该池为半地下式,钢筋混凝土结构。⑥SBR池为半地下式,钢筋混凝土结构,运行中采用自动控制。处理出水直接排入自然水体。⑦淀粉废水各级处理效果如下表:表1.7淀粉废水各级处理效果表项目进水浓度(mg/L)出水浓度(mg/L)去除率(%)调节沉淀池CODCr10000750025.0BOD54800432010.0SS2500150040.0UASBCODCr750075090.0BOD5432051888.0SS150075050.0辐流式沉淀池CODCr75060020.0BOD551846610.0SS75030060.0 SBRCODCr6006090.0BOD54661896.1SS3003090.0第二章格栅的设计说明与计算2.1格栅的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。该厂污水处理站仅处理淀粉厂生产废水,较大漂浮物与较大颗粒少,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S0.01m,栅条间隙e0.02m。格栅安装倾角α60°,便于除渣操作。2.2设计计算设计污水量Q187.5m3/h0.052m3/s污水沟断面尺寸为300mm×450mm设栅前水深h0.3m,过栅流速v0.6m/s栅条间隙数nQ*√sin60°/(e*h*v)12.51,取13栅槽宽度B′Sn-1+en0.01×13-1+0.02×130.38m设置俩个这样的格栅,一备用;俩格栅间隔0.3m.栅槽实取宽度B0.38m,栅条13根。圆形栅条阻力系数过栅水头损失h1(0.71*0.6*0.6*sin60°*3)/(2*9.81)0.034m 取h10.05m栅前槽高H1h+h20.3+0.30.6m(h2为超高)栅后槽总高度H0.6+h10.65m进水渐宽长L1(0.38-0.3)/2*tan20°0.11m格栅总长度LL1+L2+0.5+1+H1/tan60°0.11+0.055+0.5+1+0.6/1.7322.01m每日栅渣量W0.052*0.1*86400/10000.45m3/d计算结果:格栅总长度2.01m栅槽宽度:0.38m栅后槽总高度0.65m水头损失:0.05m第三章泵房设计说明与计算3.1设计说明提升泵房用以提高污水的水位,保证污水能在整个污水处理流程过程中流过,从而达到污水的净化。本设计中由污水泵从集水池中吸水压至调节池。3.2集水池计算污水泵总提升能力按每小时流量考虑,即Q187.5m3/h,选2台泵,则每台流量为,取100m3/h。选IP125-100-200型污水泵三台,备用一台,单泵提升能力100.0m3/h,扬程10m,电动机功率7.5kw,占地尺寸1100mm×650mm。集水池容积按最大一台泵6min出流量计算,则其容积为集水池水位(与格栅槽连接)-0.5m,池低-2.0m,平面尺寸3.5m×2m,安装三台污水泵于水泵于集水池一侧地面上。计算结果:集水池长2m宽3.5m高1.5m 3.3污水泵计算(1)污水泵流量取100m3/h(2)污水泵扬程①污水泵吸水管水头损失(不记引水筒水头损失)管径DN125,v0.93m/s,i0.011,L3.0m局部阻力系数:吸水管入口ξ11.0引水筒出口ξ20.20沿程阻力损失:hL1iL0.011×30.033m局部阻力损失:hM10.053m②引水筒出水管水头损失管径DN100,v1.32m/s,i0.026,L1.0m局部阻力系数:引水筒出水管闸阀ξ0.10沿程损失:hL2iL0.026×10.026m局部损失:hM20.009m③污水管出水管水头损失管径DN100,Q100m3/h,v2.0m/s,i0.081,L5.0m局部阻力系数:止回阀DN100mm闸阀DN100mmξ20.290°弯头DN100mmξ30.6沿程阻力损失:hL3iL0.081×50.41m局部阻力损失: hM3m④污水泵管路总水头损失:h1∑hL+∑hM0.033+0.026+0.41+0.053+0.009+1.692.22m⑤污水泵的扬程污水泵提升高度:h23.1--2.05.1m出水管出水自由水头:h32.0m则污水泵所需扬程Hh1+h2+h32.22+5.1+2.09.32m表3.1选取污水泵型号及参数型号流量m3/h扬程m转速功率kw尺寸mm电机型号IP125-100-2001001014507.51161×490Y132M-4计算结果:集水池长2m宽3.5m高1.5m泵房长6m宽6m高6m第四章调节池沉淀设计说明与计算4.1调节沉淀池设计说明在淀粉生产过程中产生的生产废水含有淀粉、糖类、蛋白质、有机酸等溶解性有机物质,小颗粒淀粉、纤维等不溶性细小颗粒有机物及泥砂等无机物。为了减轻后续处理构筑物的处理负荷,保护后续处理设施,于泵房后设调节沉淀池,去除掉废水中较易沉淀的悬浮物、泥沙。 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。调节池加一定的混凝药剂,以便对污水中的SS进行初步沉淀。该池将PH调节至6-9,以便后续工艺对废水的进一步处理。该池调节废水色度。该池污泥重力排入集泥池,由于调节沉淀池内安装工艺设备或管道极少,考虑土建结构可靠性高时故障少,只设一个调节池。表4.1调节沉淀池设计水质序号项目CODBODSS1进水mg/L10000480025002出水mg/L7500432015003去除率25%10%40%4.2设计计算调节池调节周期T8.0h调节池应有容积VTQH8×4500/248×187.51500m3调节池有效水深h有效4m调节池规格25m×15m×4m,调节池设污泥斗,泥斗的上口面积6m×6m,下口面积0.6m×0.6m,泥斗倾角45,泥斗高2.7m。泥斗容积调节池每日沉淀污泥重为因污泥含水率99%以上,所以设污泥密度为1t/m3;所以调节沉淀池产湿污泥4.5m3泥斗可存约八天污泥。计算结果:长25m宽15m高4m污泥量4.5m3/的第五章UASB设计说明与计算 5.1UASB设计说明UASB反应器是有荷兰瓦赫宁根农业大学的G?Lettinga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:①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;②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,从而提高设备内的污泥浓度;③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:①污泥床污泥浓度高,平均污泥浓度可达20~40gVSS/L;②有机负荷高,中温发酵时容积负荷可达8~12kgCOD/m3?d;③反应器内无混合搅拌设备,无填料,维护管理较简单;④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4500m3/d,即187.5m3/h;进水浓度CODCr7500mg/L容积负荷:Nv7.5kgCOD/m3?d 产气率:r0.5m3/COD污泥产率:X0.1kgmlss/kgCOD表5.1UASB设计水质序号项目CODBODSS1进水mg/L7500432015002出水mg/L7505187503去除率90%88%50%5.2UASB反应器工艺构造设计计算5.2.1反应器容积计算UASB有效容积:V有效QS0/NV4500×7.5/7.54500m3(其中S0是进水有机物浓度,kgCOD/m3)将UASB设计成圆形池子,布水均匀,处理效果好。设计为半地下形式,水深一般为4~8m。取反应器的高度H8m,则其表面积AV有效/H4500/8562.5m2采用4座相同的UASB反应器A1A/4562.5/4140.625m2横断面积A21/4×π×D21/4×3.14×196153.86m2实际表面水力负荷q1Q/AQ/4A2187.5/4×153.860.31.0,符合要求。5.2.2配水系统设计 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。本系统设计为圆形布水器,每个UASB反应器设48个布水点。a参数每个池子流量:Q1Q/4187.5/4≈46.875m3/h.b圆环直径计算:每个孔口服务面积a153.86m2/483.2m2a在2~4m2之间,符合要求。可设3个圆环,最里面的圆环设8个孔口,中间设16个,最外围设24个孔口。⑴内圈8个孔口设计:服务面积:S18a8×3.225.6m2折合为服务圆的的直径为:(4×S1/π)1/2(4×25.6/3.14)1/25.71m用此直径作一虚圆,在该虚圆内等分虚圆面积处设一实圆环,其上布8个孔口,则圆的直径计算如下:π/4×d121/2×S1,则d1(2S1/π)1/22×25.6/3.141/24.04m⑵中圈16个孔口设计:服务面积:S216×3.251.2m2折合为服务圆直径为:[4×(S1+S2)/π]1/2[4×25.6+51.2/3.14]1/29.89m中间圆环的直径如下: π/4×(9.892-d22)1/2S2,则d28.07m⑶外圈24个孔口设计:服务面积:S324×3.276.8m2折合为服务圆直径为:[4×(S1+S2+S3)/π]1/2[4×25.6+51.2+76.8/3.14]1/213.99m则外圆环的直径d3如下:π/4×(13.992-d32)1/2S3,则d312.12m5.2.3三相分离器工艺构造设计1设计原则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,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出水水质起十分重要的作用。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:①沉淀器斜壁角度约为45°,使污泥不致积聚,尽快落入反应区内;②沉淀区的表面水力负荷应在1m3/m2?h以下,进入沉淀区前;③通过沉淀槽底缝隙的流速不大于2.0m/h;④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%;⑤水力停留时间介于1.5~2h;⑥为使气体释放及便于去除浮渣,应保持足够液气接触面积;⑦分离气体的挡板与分离器壁重叠20cm以上,以免出流气泡进入沉淀区;⑧出气管直径应足够大,使气室中气体较易排出。 ⑨三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。⑩总沉淀水深应≥1.5m;如果以上条件均能满足,则可达到良好的分离效果。2尺寸计算沉淀器(集气罩)取斜壁倾角θ45°uasb设计计算图回流缝设计计算:取h10.5m,h20.5m,h34.0m∴b1h3/tgθh3/tg45°4mb1??下三角集气罩底水平宽度b2D-2b114-2×46m下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速V1Q1/S146.875/25.61.83m/hV12.0m/h,符合要求。上下三角形集气罩之间的污泥回流缝中流速V2可用下式计算:V2Q/S2,(S2为上三角形集气罩污泥回流缝之面积)取回流缝宽CD0.8m,上集气罩下底宽CF8m,DHCD?sin45°0.56m,DE10+212m,S2π(CF+DE)/23.14×(8+12)/231.4m2,则V2Q1/S246.875/25.661.83V11.832m/h,符合要求。 确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸,CHCD?sin45°DH0.56m,DE2DH+CF2×0.56+812m,AI1/2DE-b2tg45°1/2×12-63,h4CH+AI0.56+33.56m,h51.2m,由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径:CF-2h5?tg45°8-21.25.6m,BCCD/sin45°0.8/sin45°1.13m,DI1/2×DE-b21/2×12-63m,ADDI/cos45°4.28m,BDDH/cos45°0.56/cos45°0.8m,ABAD-BD4.28-0.83.48m(3)脱气条件校核如果水是静止得,则沼气将以Up0.9~1.0cm/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/v>L2/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: 可见Up/v>>L2/L1,满足脱气条件要求。5.2.4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13L/s,侧支渠流量为6.17L/s。根据均匀流计算公式式中q??渠中水流量,m3/s;i??水力坡度,定为i0.005;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n0.012。计算得(m3/s)假定渠宽b0.30m,则有W0.15hX2h+0.15 RW/X0.15h/2h+0.15式中h??渠中水深,m;X??渠湿周,m。代入即则有解方程得:h0.3m可见渠宽b0.30m,水深h0.30m则渠中水流流速约为>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13L/s,溢流负荷为1~2L/m?s。设计溢流负荷取1.0L/m?s,则堰上水面总长为设计90°三角堰,堰高H40mm,堰口宽B80mm,堰上水头h20mm,则堰口水面宽b40mm。三角堰数量个设计取n100个出水渠总长为3.147-0.321.05m设计堰板长80+130×10210mm,共10块,每块堰10个80mm堰口,10个间隙。堰上水头校核:每个堰出流率为按90°三角堰计算公式则堰上水头为 5.2.5UASB排水管设计计算单个UASB反应器排水量13L/s,选用DN125钢管排水,v约为0.75m/s,充满度为0.5,设计坡度0.01。四台UASB反应器排水量52L/s,选用DN200钢管排水,v约为0.90m/s,充满度设计值为0.6,设计坡度0.006。UASB反应器溢流出水渠由短立管排入DN125排水支管,再汇入设于UASB走道下的DN200排水总管。5.2.6排泥管的设计计算(1)产泥量的计算r0.15kg干泥/kgCOD?d设计流量Q187.5m3/h进水COD浓度S07500mg/LCODCr去除率E90%则UASB反应器总产泥量为每池产泥设污泥含水量为98%,因含水率P>95%,取ρ1000kg/m3,则污泥产量为每池排泥量 (2)排泥系统设计因处理站设置调节沉淀池,故进入UASB中砂的量较少,UASB产生的外排污泥主要是有机污泥,故UASB只设一根排泥管,排空时由污泥泵从排泥管强排。UASB每天排泥一次,各池污泥同时排入集泥池,再由污泥泵抽入污泥浓缩池中。各池排泥管选钢管,DN150,四池合用排泥管选用钢管DN200,该管按每天一次排泥时间1.0h计,q为16.9L/s,设计充满度0.6,v为0.90m/s。5.2.7沼气管路系统设计计算(1)产气量计算设计流量Q187.5m3/h进水CODCr7500mg/LCOD去除率E90%产气率E0.4m3气/kgCOD则总产量为每个USAB反应器产气量(2)沼气集气系统布置由于有机负荷较高,产气量大,每两台反应器设置一个水封罐,水封罐出来的沼气分别进入气水分离器,气水分离器设置一套两级,共两个,从分离器出来去沼气贮柜。 集气室沼气出气管最小直径为DN100,且尽量设置不短于300mm的立管出气,若采用横管出气,其长度不宜小于150mm。每个集气室设置独立出气管至水封罐。(3)沼气管道计算①产气量计算每池产气量为32.8m3/h,则大集气罩的出气量为小集气罩的出气量为该沼气容重为r1.2kg/m3,换算为计算容重r′0.6kg/m3的出气量分别为②沼气管道压力损失计算沼气出气管的流速分别为v1及v2远小于5m/s,符合规范对流速的要求。沼气收集管道压力一般较低,约为200~300mmH2O,其管道内气体压力损失可按下式计算。式中L??管道长度,m;G??气体容重为0.6kg/m3时的流量,m3/h;r??气体容重,kg/m3;K??摩擦系数;D??管径,cm。 计算公式中K2d5查《给水排水设计册》得K2d535000。对大集气罩出气管,DN100,G19.9m3/h,L15m,v0.70m/s,则计算出hi0.100mmH2O,局部损失为hj22%×hi0.022mmH2O,总压力损失为对小集气罩出气管,DN100,G26.4m3/h,L10m,v0.93m/s,则计算出hi0.102mmH2O,局部损失为hj34%×hi0.036mmH2O,总压力损失为可见沼气管道压力损失均很小。因此,对于沼气贮柜之前的低压沼气管道,可以认'