E境专业实验室一期建设设计说明(详稿).doc

设 计 说 明2006年10月13日目录一建设内容1二实验项目及其能力目标1三实验装置工艺流程2四实施要求6五设计计算6装置一： 混凝沉淀砂滤超滤离子交换反渗透装置6（一）搅拌罐：6（二）溶液罐：7（三）软水池：7（四）精滤反渗透：7（五）淡水池：7（六）调节池、混合反应池、斜管沉淀池：7（七）砂滤柱：8（八）清水池：8（九）超滤：8（十）离子交换柱：9（十一）盐池：9装置二：加压溶气气浮装置9（一）调节池、混合反应池：10（二）气浮池：10（三）溶气罐：11（四）空压机：12装置三：UASB活性污泥接触氧化生物脱氮除磷装置13（一）调节池（A、B）：13（二）UASB反应器：15（三）水封：18（四）平衡槽（A、B）：18（五）活性污泥缺氧池：19（六）生物膜缺氧池：19（七）活性污泥曝气池：20（八）接触氧化瀑气池：21（九）竖流式沉淀池：22（十）斜管沉淀池:23（十一）混合反应池：24（十二）放磷池：24一建设内容环境专业实验室一期建设的实验装置有“混凝沉淀砂滤超滤离子交换反渗透组合装置”、“加压溶气气浮装置”和“UASB活性污泥接触氧化生物脱氮除磷组合装置”共3套水污染控制实验装置。一期建成后能开设的实验项目为混凝剂调制、混凝沉淀、砂滤、超滤、离子交换、反渗透、加压溶气气浮、UASB法、推流式活性污泥法、接触氧化法、前置活性污泥脱氮除磷、前置生物膜脱氮除磷、水污染控制组合工艺、水污染控制技术研究、水污染控制实训等15余项。二实验项目及其能力目标环境专业实验室一期建成后所能开设的主要实验项目及其能力目标如表1。表1环境专业实验室一期实验装置能开设的主要实验项目及其能力目标序号实验名称或监测项目实验课时能力目标1混凝剂调制2混凝剂调制的工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法及操作。2混凝-沉淀4 “污水混合反应沉淀系统”原理及工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法及运行操作，效果测定，药剂及其投加量、混合反应时间、沉淀时间等对效果的影响。3砂滤4砂滤的原理及工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法，过滤及反冲洗操作、效果测定，滤速、反冲洗强度等对效果的影响。4超滤4超滤的原理及工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法、运行操作，效果测定，污水性质等对效果的影响。5离子交换4离子交换的原理及工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法、交换与再生运行操作，效果测定，流速及再生等对效果的影响。6反渗透2反渗透的原理及工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法及运行操作，效果测定，压力及流速等对效果的影响。7加压溶气气浮4气浮的原理及工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法、运行操作，效果测定，溶气压力、回流比、停留时间等对效果的影响。8UASB法8UASB法的原理及工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法及运行操作，效果测定，进水浓度、回流比、有机负荷、酸度、进出水PH等对效果的影响。9推流式活性污泥法4推流式活性污泥法的原理及工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法及运行操作，效果测定，进水浓度、有机负荷、回流比等对效果的影响。10接触氧化法4接触氧化法的原理及工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法及运行操作，效果测定，进水浓度、有机负荷等对效果的影响。11前置活性污泥脱氮除磷8前置活性污泥脱氮除磷的原理及工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法及运行操作，效果测定，有机负荷、回流比、溶解氧浓度等对效果的影响。12前置生物膜脱氮除磷8前置生物膜脱氮除磷的原理及工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法及运行操作，效果测定，有机负荷、回流比、溶解氧浓度等对效果的影响。13水污染控制组合工艺8水污染控制组合工艺的原理及工艺流程，装置结构、工艺设计、制作方法及运行操作，效果测定、有机负荷、酸度、回流比及气量等对效果的影响。14水污染控制技术研究/水污染控制工艺研究、工艺条件研究、效果测定、技术开发、装置研制等。15水污染控制实训24周水污染控制常用方法、流程和原理；实训装置的工艺流程、结构、工作原理、特点、用途、工艺设计、制作方法、运行操作与维护、效果测定、运行参数及效果的调节与控制，运行参数对效果的影响、常见现象与事故的分析与处理。三实验装置工艺流程“混凝沉淀砂滤超滤离子交换反渗透组合装置”、“加压溶气气浮装置”和“UASB活性污泥接触氧化生物脱氮除磷组合装置”的工艺流程如图13。四实施要求建成的装置应具有的功能：1各工艺单元通过阀门切换实现灵活组合，构成不同的处理方法和工艺，根据教学和科研的需要完成各种实验，进行工艺研究和技术开发。2.独立单元操作实验、工艺组合实验和分组实验可在同一套装置上实现；3重要控制参数自动显示和记录；4最大限度地实现自动控制，自控与手控并举；5.建成后应具有操作灵活、运行稳定、功能齐全、适应性强、自动化程度高等特点。建设方式：1徐州工业职业技术学院负责设计，知识产权归其所有；2. 初步设计完成后进行招投标；3中标单位协助徐州工业职业技术学院完成施工设计，并总包加工制作与安装，不享有知识产权；3徐州工业职业技术学院组织人员对建成装置进行验收。五设计计算装置一： 混凝沉淀砂滤超滤离子交换反渗透装置技术要求：处理水量0.10 m3.h-1。河水和自来水等为水源，管道为塑料管和不锈钢材质。铝盐或铁盐作混凝剂，PAM作絮凝剂，调制次数1次.d-1。调节池停留时间12h，进料泵的开停通过调节池水位变化加以控制。混合反应池，停留时间30秒。斜管沉淀池表面负荷率1.5m3.m-2.h-1，清水层0.20m，斜管层0.30m，缓冲层0.20m，泥斗底5050。砂滤速率10m.h-1。离子交换柱充填钠型树脂，空塔流速=反冲洗强度=15m.h-1，反冲洗时间15min。泵（A、B、C）为计量泵，泵（D、E、F、H、I、J）为磁力泵，泵（G、K、L、M）为IS清水泵。I1-I13采用电磁流量计，额定流量分别为I1-3=0.05-0.10L.h-1,I4=I5=I7=I9=11I= 0.10m3.h-1，I6= I13=0.54m3.h-1，I8= 0.50 m3.h-1，I10=I12=0.10 m3.h-1。流量I1-I3的调节采用计量泵调节、电动阀调节和手动调节三种方式，I4-I13采用水泵变频调节、电动阀调节和手动调节三种方式。A1-A6检测项目为PH、SS和浊度等，A7-A8检测项目为硬度，A9-A10检测项目为电导率。PH、浊度、电导率和容器中液位（H1-H20）在线检测。整套装置手控为基础。电机的开停、流量的调节（计量泵调节、水泵变频调节和电动阀调节）、砂滤罐和精滤罐反冲洗及过滤操作的自动控制（通过进出口压力差）、反渗透的自动控制（通过出水电导率）可通过计算机进行。流量（I1-I13、瞬时、累计）、压力（P1-P13）、滤罐进出口压力差、PH、浊度、电导率和容器中液位通过计算机定时自动显示和记录，并可打印。（一）搅拌罐：V101，103，105 ，YB，3个。药剂投加量1.0L.m-3，调制次数 1次.d-1。1药剂流量：2容积：3尺寸：4示意图：如图4所示。 （二）溶液罐：V102，104，106，YB，3个。如图5所示。（三）软水池：V118，YB，1个。如图6所示。（四）精滤反渗透：V119，120，121，P111，112，113，YB，1套。成套装置，流量0.10m3.h-1。（五）淡水池：V122，YB，1个。V=1.2m3，如图7所示。（六）调节池、混合反应池、斜管沉淀池：V107，108，109，110，113，116，YB，6个。同装置三（UASB活性污泥接触氧化生物脱氮除磷组合装置）中的调节池、混合反应池和斜管沉淀池。（七）砂滤柱：V111，YB，2个。滤速10m/h。1过滤面积：2滤料：ds=0.5-1.2mm石英砂，h=0.70m。上下装不锈钢滤网。3承托层：ds=2-4mm碎石，h=0.10m4反冲洗时间 7min，强度54m3.m-2.h-1，流量0.54m3.h-1。5示意图如图8所示。（八）清水池：V112，YB，1个。D=h=0.60m，如图9所示。（九）超滤：V114，YB，1套。成套装置，流量0.10m3.h-1。（十）离子交换柱：V117，YB 2个。空塔流速u=15m.h-1。1尺寸：2树脂层高h2取1.0m3反冲洗强度15m.h-1，时间t=15min。4示意图：如图10所示。（十一）盐池：V115，YB，1个。再生液流速 4.0m.h-1，再生时间t=30min，一次用量示意图：如图11所示。装置二：加压溶气气浮装置技术要求：处理水量0.10 m3.h-1。生活污水、河水、造纸污水等为水源，管道为塑料管和不锈钢材质，混凝气浮。调节池停留时间12h，进料泵的开停通过调节池水位变化加以控制。气浮池进水SS=500mg.l-1，最高水温30摄氏度，气固比0.04，溶气压力0.40kg.cm-2（表压），30摄氏度时大气压下空气溶解度Cs=18.6mg.l-1，溶气效率f=0.60。接触室上升流速Vc=8mm.s-1，停留时间1.0min，堰上流速V1=8mm.s-1。分离室上升流速Vs=0.8mm.s-1，停留时间15min。溶气罐压力0.4 kg.cm-2（表压）a，停留时间2.0min。泵（A）为电磁流量计，泵（B）为IS清水泵。I1和I2采用电磁流量计，额定值分别为0.10m3.h-1和0.054m3.h-1。流量的调节采用水泵变频调节、电动阀调节和手动调节三种方式。A1、A2检测项目为PH、SS、COD和浊度等。PH、浊度和容器中液位在线检测。整套装置手控为基础。电机的开停和流量的调节（水泵变频调节和电动阀调节）可通过计算机进行。流量（I1-I2、瞬时、累计）、压力（P1-P3）、PH（A1-A2）、浊度（A1-A2）和容器中液位（H1-H4）通过计算机定时自动显示和记录，并可打印。（一）调节池、混合反应池：V301，302，YB，2个。同装置三（UASB活性污泥接触氧化生物脱氮除磷组合装置）中的调节池和混合反应池。（二）气浮池：V303，YB，1个。1溶气水量：进水SS=500mg,L-1，最高水温30时，气固比-0.04，溶气压力P=4.0kg.cm-2（表压），30时标准大气压下空气的溶解度CS=18.6mg.L-1，溶气效率f=0.6。2回流比：3接触室直径及其堰上水位：接触室上升流速Vc=8mm.s-1，停留时间1.0min，则接触室表面积接触室直径接触室水深接触室堰上流速u1=8mm.s-1，则接触室堰上水位：4气浮池直径：分离室下降流速vs=0.8mm.s-1，则分离室表面积气浮池直径5分离室水深：分离室停留时间ts=15min，则分离室水深：6释放器（特制）根据溶气压力p=0.4Mpa（表压）、溶气水量Q=0.054m3.h-1及接触室直径dc=0.083m而特制。7示意图：如图12所示。（三）溶气罐：V304，BX，1个。1 直径: 设过流密度I=50m3.m-2.h-1，停留时间t=2.0min，则Dd=0.066m2高度：空层：取h1=0.20m填料层高度： h2=It=1.70m，选用小规格阶梯环缓冲层：取h3=0.10m水层：取h4=0.30m总高：H=h1+h2+h3+h4=0.20+1.70+0.10+0.30=2.30m3布水喷头用不锈钢制作，以防腐蚀。4进出水管：进出水管设置滤网，以防溶气罐填料和释放器堵塞。5示意图：如图13所示。（四）空压机：空气在水中溶解度系数K30=2.0610-2，取安全与空压机效率系数为1.5(1.2-1.5倍)，溶气效率为60%，则气浮所需空气量 =0.20m3.h-1空压机额定气量=。装置三：UASB活性污泥接触氧化生物脱氮除磷装置技术要求：处理水量0.10 m3.h-1。高浓度有机污水、生活污水等为水源，管道为塑料或不锈钢材质。UASB进水COD=4000mg.l-1，容积负荷率6.0KgCOD.m-3.d-1，出水COD=500mg.l-1，采用中心集气罩。调节池停留时间12h，进料泵的开停通过调节池水位变化自动控制。缺氧池停留时间5.0h，污水回流比4：1，污泥回流比0.5：1，其中生物膜缺氧池充填弹性填料。活性污泥曝气池和接触氧化曝气池进水COD=500mg.l-1，容积负荷率分别为1.0KgCOD.m-3.d-1和1.5 KgCOD.m-3.d-1，出水COD60mg.l-1，污泥回流比0.5：1。接触氧化曝气池充填弹性填料。混合反应池停留时间30秒。斜管沉淀池表面负荷率1.5m3.m-2.h-1，清水层0.20m，斜管层0.30m，缓冲层0.20m，泥斗底5050。竖流式沉淀池中心筒内流速0.03m.s-1，反射锥倾角17，喇叭口底与反射锥顶间缝隙流速0.02m.s-1。污泥回流比1：1，表面负荷率0.5m3.m-2.h-1，沉淀时间2.0h，泥斗倾角60。放磷池污泥回流比0.2：1，停留时间20h，以UASB出水或原污水为碳源。水泵皆为磁力泵。I1至I20除I4外，均采用电磁流量计，I4采用沼气表。额定值分别为I1= I2= I3= 0.10m3.h-1或0.10m3.h-1，I4、I7、I8、 I11和I12待定，I5= I6= I9= I10=0.10m3.h-1，I13= I14=0.40 m3.h-1，I15= I18=0.05 m3.h-1，I16= I19=0.03 m3.h-1，I17= I20=0.02 m3.h-1。流量的调节采用水泵和风机变频调节、电动阀调节和手动调节三种方式。A1检测项目为PH、SS、BOD5、COD、NH3-N和总氮等，A2检测项目为PH、有机酸度、SS、BOD5、COD和NH3-N等，A3和A4检测项目为PH、SS、BOD5、COD、DO、NH3-N和总氮等，A5和A6检测项目为PH、SS、BOD5、COD 、DO、NH3-N和总氮等。PH、COD、DO和容器中液位在线检测。整套装置手控为基础。电机的开停、流量的调节（水泵和风机变频调节和电动阀调节）、进水温度T1（在调节池中用电加热）的自动控制和溶解氧的自动控制可通过计算机进行。流量（I1-I20、瞬时、累计）、温度（T1-T2）、压力（P1-P15）、PH（A1-A6）、COD（A1-A6）、DO（A3-A6）和容器中液位（H1-H14）通过计算机定时自动显示和记录，并可打印。（一）调节池（A、B）： V501，V502，YB，2个。1容积：设停留时间t=12h，则V=Q.T=0.1012=1.20m32.直径、高度：设h=D，锥底100，则V=0.785D3=1.20,则H=D=1.20m3、管口直径（1）进水管：10分钟充满调节池，管内流速u0=1.6m.s-1,则管中流量Q0=60=7.2 m3.h-1D0=40mm（2）溢流管流速U1=0.5 m.s-1 Q1=Q0=7.2 m3.h-1D1=70mm（3）出水管U2=1.0 m.s-1， Q2=0.10 m3.h-1D2=6mm，取D2=20mm（4）放净管D3=40mm4、示意图如图14所示。（二）UASB反应器：V503，YB，1个。1反应区：设进水COD=4000mg.L-1，容积负荷率=6.0kgCOD.m-3.d-1，出水COD=500mg.L-1。空塔水流速度u1.0m.h-1，空塔沼气上升流速ug1.0m.h-1。有效深度h16.0m，布水点服务面积f01-3m2个-1，布水管出口流速2-5m.s-1。沼气产率0.4m3.kgCOD-1。（1）有效容积：V=（2）有效水深及布水点：设直径D=1.0m，1个进水点，则H1=2.0m每点服务面积：f0=0.7851.02=0.785m2个-1（合理）（4）校核：空塔水流速度：u=Q/F=0.10/0.785=0.13mh-11.0(合理)沼气产量:Qg=Q.C.a=2.4(4.0-0.5) 0.4=3.4 m3.d-1，空塔气速:ug=0.18 m.h-11.0m.h-1(合理)2三相分离区：按如图15所示设置三相分离区，要求u1u2(ua)u32.0 mh-1，。（1）校核u1 、u2 、u3:=0.7850.62=0.28m2u1=0.1/0.28=0.36m.h-1GC=0.52mCE=sin50CF= sin500.1=0.08mGE=GC+CE=0.52+0.08=0.60m=IE=()HC=0.4=0.46mF2=(1/2)（L2.GEL1.GC）=(1/2)（2IE.GE2HC.GC）=（IE.GEHC.GC）=3.14(0.460.60-0.40.52)=0.21m2u2= ua=0.10/0.21=0.48m.h-1F3=(D2D22)=0.785(1.020.802)=0.28 m2u3=Q/F3=0.36m.h-1u1 、u2 、u3 均小于2.0 m.h-1，合理。（2）沼气分离效果：BC/AB ：BC=0.12mAB=AF=0.16mBC/AB=0.12/0.16=0.75ub/ua：设能被三相分离器分离的最小气泡直径d=8.010-3cm，常温下清水的运动粘滞系数=1.0110-2cm2.s-1，密度1=1.01g.cm-3，沼气密度=1.210-3g.cm-3，碰撞系数=0.95，则清水的动力粘滞系数清水=1=1.0110-21.01=1.0210-2 g.cm-1.s-1。由于废水一般大于清水，可取废水=2.010-2g.cm-1.s-1,则沼气泡上升速度（可分离的最小气泡）ub=0.167cm.s-1=6.01m.h-1ua= u2=0.48 m.h-1ub/ua =6.01/0.48=12.5ub/uaBC/AB该三相分离器能有效分离d0.008cm的沼气泡，分离效果良好。（3）三相分离区高度：气封高度：h1=FJ=AJtg50=0.20tg50=0.24m集气罩高度：h2=0.40tg50=0.48m三相分离区高：H2= h1+ h2=0.24+0.48=0.72m3沉淀区：表面负荷率q1.0 m3.m-2.h-1，停留时间t=1.5-2.0h，出水堰负荷a5.4 m3.m-1.h-1。（1）实际表面负荷率：q实=0.13 m.h-11.0 (合理)（2）有效水深：H3=t.q=2.00.13=0.26m取H3=0.30m（3）出水堰负荷：单边开齿a=0.10 m3.m-1.h-15.4 (合理)（4）溢水三角齿：90三角齿，水位1.0 cm，齿深1.5 cm，则单齿流量：q0=1.343h02.47=1.3430.012.47 = m3.s-1齿数:n= 个。齿间距d= m4.管口直径:（1）进水管： u1=1.0m.s-1 d1=6.0mm取d1=15mm（2）排净管：1个d2=40mm（3）取泥管：10根，间距20cmd3=15mm（4）出水管：流速u=0.5m.s-1d4=8.4mm取d4=20mm（5）沼气管：流速u5=5.0 m.s-1d5=mm取d5=50mm（防止浮渣堵塞）（三）水封： V504，YB，1个。如图16所示。（四）平衡槽（A、B）：V505、508，YB，2个。设充满时间t=1.2min，长宽比L:B=2:1，宽深比B:h=1:1。1有效容积：V=L.B.h=2B3=Q.t=0.11.2/60=2.010-3m3=2.0L2长、宽、深：B=h=0.1m，L=0.2m。3示意图：如图17所示。（五）活性污泥缺氧池：V506，YB，1个。有效停留时间t=5.0h，污水回流比R水=4:1，污泥回流比R泥=0.5:1，径高比D:h=1:1，机械搅拌。1有效容积：V=Q.t=0.15.0=0.5 m32.直径、高度：D=h=0.9m3示意图：如图18所示。（六）生物膜缺氧池：V507，YB，1个。有效停留时间5.0h，污水回流比R水=4:1，污泥回流比R泥=0.5:1，径高比D:h=1:1，充填弹性填料，机械搅拌。1有效容积V=Q.t=0.15.0=0.5m32直径、高度： D=h=0.9m3示意图：如图19所示。（七）活性污泥曝气池：V509，YB，1个。进水COD=500mgL-1，容积负荷率1.0kgCODm-3d-1，出水COD60mgL-1，污泥回流比R泥=0.5:1。推流式，长宽比L:B=10:1（L:B5-10:1），宽深比B:h=1:1（1-2:1）。1有效容积：V=1.2m32几何尺寸：V=L.B.h=10B3=1.2 B=0.50m，h=0.50m，则 L=4.8m实际L:B=4.8:0.5=9.6:1（合理）3示意图：如图20所示。4管口直径(1) 进水管：流量5.5Q，流速u1=0.5ms-1d1=0.02m取d1=40mm(2) 污泥回流管：取d2=15mm(3) 出水管d3=0.012m=12mm取d3=30mm(4) 污水回流管：取d4=30mm（八）接触氧化瀑气池：V510、YB，1个。进水COD=500mg.L-1，容积负荷率1.5kgCODm-3d-1，出水60mgL-1，污泥回流比0.5:1，推流式，长宽比L:B=10:1（L:B5-10），宽深比B:h=1:1（1-2:1）1有效容积:V=0.8m32 几何尺寸: V=L.B.h=10B3=0.8B=0.43m取B=0.50m，h=0.43m，则L=3