UASB-接触氧化法处理石化废水设计.doc

毕业设计（论文）中文摘要uasb-接触氧化法处理石化废水设计摘 要：高浓度、高甲醛含量的有机废水，水质复杂，且可生化性较差，如果直接进行常规的生化处理会影响其正常运行和处理效果。采用uasb加好氧处理的联合工艺，废水首先通过uasb进行生物降解，把复杂的有机物降解转化为简单的、小分子有机物，提高了废水的可生化性，uasb对有机物的去除率为80%-90%，再通过接触氧化池得到净化，使出水达标排放。uasb内污泥浓度高，平均污泥浓度为2040g vss/l，有机负荷高，水力停留时间短，无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动，污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵塞问题，uasb内设三相分离器，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，可以不设沉淀池和污泥回流设备。接触氧化法具有有机负荷高、处理效果好、能耗少、滤料不结团、不堵塞、传质效率高、安装管理方便等优点。关键词：石化废水 uasb 接触氧化毕业设计（论文）外文摘要process design of uasb-contact oxidation for petrochemical wastewaterabstract: organic wastewater with high density and high formaldehyde content will be possession of complexity and poor biodegradability. on condition that directing conventional and biological treatment would have effect on its normal operation and disposal impact. uasb aerobic treatment increases the joint process: the wastewater first get across in the uasb, which have high biodegradability, then complicated organic compound will decompounds into ordinary, small organic molecules, and this step will arise the biodegradability of the wastewater, the removal rate of uasb is 80%-90%. afterward the ordinary, small organic molecules will get through contact oxidation pools to purify using water discharge standard. sludge in the uasb have high concentrations, and the average concentration will be 20-40gvss/l. uasb is provided with high organic burthen, and hydraulic retention time is short, with no mixer, the increased movement at the department of sludge suspended state is produced by the fermentation process on marsh gas, the lower layer of sludge is also a certain degree of agitation. the sludge bed with no carrier will save costs and avoid troubles aroused by wad jam. uasb have three-phase separator inside, sludge separated by sedimentation area return to the reactor zone of sludge bed, and no sedimentation area and returning equipment is required. contact oxidation method have advantage such as, high organic burthen, admirable impact, low energy consumption, sieve with no commix, no plug, transfer efficaciously, construct and manage easily. keywords: petrochemical wastewater; uasb; contact oxidation目 录1 引言12 工艺方案的选择22.1 石化废水处理技术介绍22.1.1含酚废水的处理技术22.1.2石油裂解生产废水处理32.1.3 酚醛树脂生产废水处理42.1.4 含氮废水处理52.2 本设计工艺的选择63 工艺计算83.1设计基础资料83.1.1废水的来源83.1.2废水的特点83.1.3 设计参数83.1.4 自然条件93.1.5 设计依据及设计目标93.2构筑物及设备的设计和计算93.2.1混合池的设计93.2.2均质池的设计103.2.3 ph值调节槽的设计103.2.4 事故池的设计103.2.5中间水池的设计113.2.6 热交换器的设计113.2.7 uasb反应器的设计123.2.8 接触氧化池设计193.2.9 沉淀池设计243.2.10 集泥井的设计计算273.2.11污泥浓缩池的设计计算273.3处理效果284 平面布置与高程布置294.1平面布置294.2 高程布置294.3 处理构筑物的水头损失304.4 注意事项305工程概算315.1 建设项目造价概算315.2 编制依据315.3 投资估算316 岗位设置与劳动定员327劳动保护与安全生产33结论34致谢35参考文献36附录36淮海工学院二oo七届毕业设计（论文） 第39页 共37页1 引言石油化学工业是现代化能源及国民经济的重要组成部分。石油化学工业是以石油为原料，以裂解、精炼、分馏、重整、合成等工艺为主的一系列有机物加工过程，生产中产生的废水是一种高浓度的有机废水，废水水量大、成分复杂，而且水中污染物多是有害的有机物，对环境污染严重。随着陆地和海洋中石油及天然气的地质勘探、采集开发，石油炼制加工、石油化学工业的发展，废水的排放量也相应逐渐增加，石化废水污染防治技术也越来越受到人们的重视。石油化学工艺的过程复杂，产品品种多，所用的化工原料也比较多，有些化工原料是以水溶液的方式被使用，其化学反应过程也需要在水相中进行。化学反应过程包括了溶解、萃取、洗涤、精馏、吸收、干燥等单元操作，整个生产过程都可能使水质受到污染。由于所需原料和采用的工艺不同，使得石油化学工业废水成分比较复杂，除含油外，有的还含有各种醇、醛、酸、酮等有机物，还有的含金属盐类，且排水量大，有机物浓度高，酸碱性也变化比较大，如不处理对环境的影响大。其主要污染表现在以下五方面：(1) 有毒化学物质的污染：酚、胺类、多环芳烃、有机氯化物等(2) 营养物的污染：脂肪、蛋白质、氨、磷等。造成藻类繁殖过剩、鱼类大量死亡等现象，即富营养污染。(3) 油类的污染：阻碍氧气进入水体；填塞鱼的鳃部引起窒息死亡；污染水生生物。(4) 酸碱污染。(5) 热污染。(6) 色、味、臭污染：硫化物、亚硫酸盐、某些还原性无机物。1961年前后发生于日本四日市的四日市哮喘病事件，就是由于石油化工和工业燃烧重油排放的废气严重污染大气，引起居民呼吸道病症剧增，尤其是使哮喘病的发病率大大提高，50岁以上的老人发病率约为8%，死亡10多人。19531956年发生于日本熊本县水俣市的水俣病事件，同样是石油化工厂排放含汞废水，人们食用了被汞污染和富集了甲基汞的鱼、虾、贝类等水生生物，造成大量居民中枢神经中毒，死亡率达38%，汞中毒者达283人，其中60多人死亡当前,石油化工(包括炼油)废水治理技术的发展动向可以概括以三句话：加强预处理,提高二级处理,配套后处理。本次设计采用uasb和接触氧化法的联合工艺来处理石化废水，该方法工艺简单，需要的成本低，能较好应用于高浓度、高甲醛的石化废水的处理。目前高效的厌氧反应器有很多，但最为经济的是uasb厌氧反应器，该反应器的处理效率一般都可以达到85%以上，造价却在20万元以下。生物氧化池的造价也不高，处理效率一般达90%以上。本次设计的主要任务是计算各构筑物的基本尺寸，并在此基础上绘制设计图纸，同时对该处理工程进行工程概算，得出基本的投资成本，以便石化厂构建污水处理设施。2 工艺方案的选择2.1 石化废水处理技术介绍2.1.1含酚废水的处理技术酚的毒性较大，且涉及水生生物的生长和繁殖，污染饮用水水源。国家对含酚废水的排放有严格的规定，一般条件下，规定饮用水中含挥发性酚的浓度为0.001mg/l。(1) 高浓度废水的处理 溶剂萃取法对高浓度废水较常采用的酚的回收方法是用与水不相溶的有机溶剂萃取废水中的酚。表2-1列出已工业化的酚回收方法，表2-2为其他溶剂萃取酚的结果。表2-1 酚回收方法方法进水浓度/(mg/l)出水浓度/(mg/l)方法进水浓度/(mg/l)出水浓度/(mg/l)苯-碱脱酚法波德比尔尼克逆流萃取器脉冲法萃取器30002000220021024010030phenosolvan脱酚法koppers轻油萃取工艺ifawol脱酚法1573146540004.59.640表2-2 溶剂萃取酚的结果工业溶剂酚浓度(mg/l)回收率/%工业溶剂酚浓度(mg/l)回收率/%进口出口进口出口有机化学异丁烷68663有机化学异丁烷58016072有机化学异丁烯67636无机化学异丁烯23000960058工业上常用的萃取设备主要有离心萃取机、旋转萃取器、对流多级萃取器、填料萃取塔、振动板式萃取塔、圆板型萃取塔、回转圆板型萃取塔等，脱酚效率为95%以上。常用的萃取剂、醋酸丁酯、汽油、苯酚溶剂、一丁基甲基酮、硝基苯、苯乙酮、磷酸三甲酯、丁醇、异丙醚、轻芳香油等1。 活性炭法和液膜分离技术 活性炭法也可成功的处理高浓度含酚废水，该法通过化学絮凝和过滤处理后，可使废水中的酚从起始浓度2235 mg/l降低到1950 mg/l，活性炭的进一步处理可使酚浓度低于0.1 mg/l。(2) 中等浓度含酚废水的处理 浓度范围为5500 mg/l的含酚废水为中等浓度废水，在无高等浓度有毒物质或预先脱出有毒物质的情况下，对中等浓度废水来说，生物处理是应用最广的一种方法。处理工艺包括氧化塘、氧化沟、生物滤池、及活性污泥法等。 活性碳吸附-生物处理法除酚 除酚率为95%，cod去除率只有26.9%。 活性污泥法除酚 采用两段曝气活性污泥处理工艺。酚类在活性污泥中的微生物分解下，氧化成二氧化碳和水。这些细菌还能氧化其他芳香族化合物，如粗苯类等。 吸附法 此法采用吸附剂除酚。处理含酚废水的吸附剂有活性炭、炉灰、煤粉、半焦炭、硅藻、硫化碳、煤渣、二氧化硅、木粉以及氢氧化铝等，多数采用活性炭作为除酚吸附剂，但是吸附饱和量降低，同时还存在吸附剂脱附的问题，处理效果较差，一般不采用。 化学氧化法脱酚 采用的氧化剂为高锰酸钾、氯、naclo、臭氧以及过氧化氢等。高锰酸钾处理初始酚浓度为125mg/l的废水时，脱酚效率为62 %。对于氯氧化物，要提高投加浓度才可使酚完全氧化。但高锰酸钾需要固体进料装置，且单元氧化能力的消耗较大，产生的污泥不与其他氧化剂结合。臭氧、过氧化氢也是较好的氧化剂。臭氧氧化的能力是氯的2倍，杀菌力为氯的数百倍，用它来处理含酚废水时无恶臭物产生，但需购置臭氧发生器等设备，投资较高。(3) 低浓度含酚废水处理 苯酚对微生物的毒性很大，但某些细菌不但能经受一定浓度的酚，并能把它分解和同化。生物处理含酚废水时应首先使微生物得到驯化，待微生物能适应含酚废水时，在进行生物处理。在生物处理前应进行预处理以破坏或除去其中的二硝基苯酚和氨基化合物，如采用加氯氧化、萃取和离子交换法。酚的生物处理的原理是酚被微生物氧化分解为二氧化碳和水，成为无害物质，同时微生物在生物化学转化过程中，合成了微生物的新细胞，其反应可简单示意为：h是生化反应过程中放出的能量。去除酚可以采用曝气池，也可采用滴滤池、氧化塘、氧化沟等生物生化方法。生物处理难于分解多元醇，但有时可将多元醇分解为其他一些中间产物2。废水酚浓度低于5mg/l，生物处理通常能把酚降解到0.5-1mg/l。为节省处理费用，对于低浓度含酚废水的处理一般用化学法或物理法。2.1.2石油裂解生产废水处理石油裂解制烯烃的工业生产中，排放的水污染物主要包含油和焦油的急冷水、蒸汽锅炉排污水、压缩机的含油冷却水、干燥器排水以及从酸气洗涤塔排出的废碱液和乙炔加氢时生成的焦油状聚合物绿油等。而石油裂解生产中水污染防治，主要是对急冷水、废碱液和裂解冷凝水的处理3。对急冷水的常用处理方法是利用苯、二甲苯等芳香烃产物作为溶剂，萃取急冷水中的油类和其他碳氢化合物，烃溶剂与油水乳浊状急冷水的比例为1: (15-30)。废碱液常用氧化方法有汽提、氧化和碱法再生等。(1) 汽提除去废碱液中的硫化氢和氨。对挥发性不大的物质如酚类，采用此法是不经济的。(2) 氧化的原理是向高硫化合物的废碱液中通入空气，使硫化物氧化成硫代硫酸盐，并从废液中除去，反应如下：部分硫代硫酸盐可以进一步氧化成硫酸盐：(3) 碱法再生是向废碱液中加石灰乳使其再生。此法可除去碳酸盐和硫化物，再生碱液可循环使用，操作费较汽提和酸中和法低，缺点是会生成钙盐的废渣4。裂解冷却水中的污染物主要是油类、酚类和硫化物等，可采取密闭循环的方法，简要流程图如2-1所示：图2-1 裂解冷凝水密闭循环流程除油采用气浮法，是向废水中加入活性白土、凝聚剂和压缩空气。油类被活性白土吸附，并被凝聚剂所凝聚，同空气形成泡沫浮到水的表面而被除去。除油时，油、活性白土和阴离子型凝聚剂的比例为1:1:0.1。对裂解冷凝水中的挥发物质，可用蒸汽汽提脱除，同时还能脱除约20%到50%的酚。其他污染物质如蒸汽锅炉排污水、干燥器排水等均排入下水系统并处理。绿油、焦油和其他聚合物则进行焚烧处理。压缩机的含油冷却水经除油后可循环使用5。2.1.3 酚醛树脂生产废水处理苯酚与甲醛缩合生成酚醛树脂，每生成1t树脂排除缩合水0.61m3，冷却水中约93%循环使用。废水可采用萃取法或生物处理法回收酚和甲醛。图2-2为采用生物法脱酚处理的流程。图2-2 含甲醛废水生物处理流程2.1.4 含氮废水处理按脱氮反应的机理，一般可分为化学法、物理法和生物法6。(1) 化学法 主要有湿式催化氧化法和折点加氯法。湿式催化氧化法主要是经催化反应，使污水中的氨氮、有机物被氧化分解，最终生成n2、co2等。从水中除去。折点加氯法则是向水中加入足够量的氯，是氨氮转化为氨气并从水中除去。(2) 物理化学法 可调节污水的ph值，将污水中的nh4+转化为游离氨，然后通过蒸汽或空气进行汽提，将污水中的氨转入气相，从水中除去。通常在工业上还需采用廉价的天然离子交换物沸石进行脱氮。沸石经活化处理后，具有较高的阴离子交换容量及对nh4+离子的选择性吸附性能。(3) 生物法 常用有两种方法，硝化反硝化法是在自养菌的作用下，使氨氮硝化生成硝酸盐；然后在异养菌的作用下进行反硝化，使硝酸盐还原成气态氮除去。氧化塘法则是利用人工或天然水塘中生成的微生物，藻类和水生植物（如凤眼莲）对污水中的氮进行处理。虽然还有多种方法除氨氮，但一般来说，化学法和物理法所需要的费用较高，也无法利用原有的废水处理构筑物，因此生物脱氮技术已在生产实践中越来越多的得到运用。生物脱氮流程可分为3类7：a多级污泥系统 处理流程如图2-3所示。在此流程中去除bod与氨化、硝化和反硝化过程分别在3个池中进行，并各有独立的回流污泥系统。曝气池和硝化池维持好氧条件，反硝化池在缺氧条件下运行，用搅拌器使污泥呈悬浮状态，使废水充分得到混合。图2-3 多级污泥系统脱氮流程此流程的优点是有良好的去除率和脱氨效果。缺点是流程长，构筑物多，外加甲醇作为碳源后增加出水bod。b单级污泥系统 通常被称为前置反硝化脱氮流程，又称a/o流程，如图2-4所示。图2-4 a/o生物脱氮工艺流程a/o工艺流程的特点是，原废水先经厌氧池，再进好氧池，并将好氧池的混合液和沉淀池的污泥同时回流到厌氧池。c生物膜脱氮系统 将a/o工艺中的厌氧池和好氧池改为固定生物膜反应器，即形成生物膜脱氮系统。系统中有混合液回流，以便给厌氧反应器提供硝酸盐，但不需污泥回流。在厌氧好氧反应器中保留了适应于反硝化和好氧氧化及硝化反应的两个污泥系统。2.2 本设计工艺的选择uasb内污泥浓度高，平均污泥浓度为2040gvss/l； 有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgcod/m3.d左右； 无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵塞问题； uasb内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。接触氧化法具有有机负荷高、处理效果好、能耗少、滤料不结团、不堵塞、传质效率高、安装管理方便等优点。本设计废水属于高浓度、高甲醛含量的有机废水，水质复杂，且可生化性较差，如果直接进行常规的生化处理会影响其正常运行和处理效果。为此，决定采用uasb加好氧处理的联合工艺，废水首先通过uasb进行生物降解，把复杂的有机物降解转化为简单的、小分子有机物，提高了废水的可生化性，uasb对有机物的去除率为80%-90%，再通过好氧处理而得到净化，使出水达标排放。好氧部分进水为uasb的出水，其水质指标为：cod约10002000mg/l，甲醛约10 mg/l。设计时按最高冲击负荷，以cod为2000 mg/l考虑。对于好氧部分考虑多种工艺的选择，baf生物曝气滤池工艺简单、停留时间短、能耗低、出水好，但考虑到如进水cod长期在2000 mg/l时，运行反冲洗将会很频繁8，因此不合适；氧化沟工艺停留时间较长，能耗大，而且在运行过程中容易出现污泥膨胀等暂不考虑；生物接触氧化池，一般用于小规模的污水处理厂，能耗小，不产生污泥膨胀问题，要有泥水分离设备。本设计采用氧化池工艺。图2-5 工艺流程图3 工艺计算3.1设计基础资料3.1.1废水的来源石油化工生产要消耗大量的水，每吨产品要消耗十几吨甚至几百吨水。其中，除间接冷却水可循环使用外，其余都作为工业废水排放9。排放的废水按其与物料接触的情况主要可分为两大部分：与物料直接接触的工艺废水，与物料间接接触的非工艺废水。3.1.1.1 工艺废水工艺废水的来源有以下几种情况：(1) 原料带水 有些化工原料是以水溶液形式存在的，如液体烧碱、盐酸、含水酒精等，有时水本身就是化工生产的原料，例如以环氧乙烷制乙二醇。(2) 化学反应生成水 在某些化工生产过程中，化学原料通过反应生成产物的同时也生成一定量的水，例如尿素的合成。(3) 化学过程所必须投加的水 如氯化乙烯通过水相悬浮聚合法，制聚乙烯；乳液或悬浮法生产合成橡胶等，都需要把单体分散在水中才能进行聚合反应。(4) 原料的预处理和产品的后处理必须使用的水许多化工原料在使用前、化工产品在出厂前需要用水或含有水的化学药剂进行溶解、萃取、精馏、吸收、干燥等操作。有时还要用水或蒸汽对化工物料进行直接加热或冷却10。3.1.1.2 非工艺废水非工艺废水主要来自以下几个方面11：(1) 厂区生活污水 一般来说厂区生活污水性质和城市生活污水近似。(2) 间接冷却水 这种水一般未受化学污染，但因温度较高，排入水体可造成热污染。(3) 地面冲洗水和雨水 因石油化工厂存在着跑冒滴漏等现象，特别是在检修或发生事故时，冲洗水含有大量的化学污染物。3.1.2废水的特点由于石油化工产品繁多，工艺过程复杂，因此决定了其废水具有如下几个明显的特点。(1) 废水排放量大，波动也大。(2) 化学污染物种类繁多，其含量变化很大。石油化工生产涉及数千种原料，产品及中间产品，副反应还会生成各种副产品，使得废水中的污染物数不胜数。(3) 毒性大。(4) ph值范围很宽。3.1.3 设计参数设计年工作天数为320天，原水参数见表3-2。 表3-2 原水水质参数 浓度单位：mg/l水量/( m3/d)codbodssph甲醛甲醇nh3-n温度/1301080020001000酸性或碱性1500200023030出水水质要求如下：处理后水质达到国家污水综合排放标准(gb8978-1996)一级排放标准，具体指标见表3-3。表3-3污水综合排放标准生物制药工业二级排放标准 浓度单位：mg/l参数codbodssnh3-n甲醛甲醇ph浓度1003070151.08.0693.1.4 自然条件该地区处暖温带的南缘，属向亚热带过渡的季风海洋性气候地带，四季分明，气候宜人。其主要气象要素简述如下： (1) 气温 全年平均气温14 全年有223天以上日均温不低于10。 最高气温 38.5 最低气温 -10.4 相对湿度 70% (2) 降雨量 历年平均降水量852.8mm 无霜期平均为215天。 (3) 风 年平均风速 3.4m/s 年主导风向 se3.1.5 设计依据及设计目标3.1.5.1设计依据(1) 中国环境保护技术政策；(2) 污水综合排放标准(gb8978-96)；(3) 地表水环境质量标准(gb3838-2002)；(4) 城镇污水处理厂污染物排放标准(gb18918-2002)；(5) 生活饮用水水源水质标准(cj3020-93)。3.1.5.2设计目标(1) 废水经处理后确保达标排放；(2) 设计工艺应该考虑经济效应； (3) 污水站环境美观，与厂区总体规划相协调； (4) 绘制出施工图纸。3.2构筑物及设备的设计和计算3.2.1混合池的设计用于混合各类废水，正常情况下废水经混合池后直接流至均质池，当cod超标时，由旁路进入事故池。混合池中设折流板。设水力停留时间为1.1 h。混合池数量为1座。 有效容积 v有效=1301.1=143（m3）取150 m3 尺寸：设池深h=3m；池面积s= v有效/h=150/3=50；取池宽b=5m，池长l=s/b=50/5=10(m) 实际容积 取池超高h1=0.5m；池总高h= h1+h=0.5+3=3.5(m)3.2.2均质池的设计因废水进入的 cod，ph值等变化较大，甲醛含量最高可达到1000mg/l。所以均质池可以起调节水量，均衡水质，调节ph值的作用，使进入处理单元的水质水量相对比较稳定，以提高整个系统的抗冲击负荷，保证整个处理工艺的稳定12。均质池为地上式结构，内设折流板和空气搅拌系统。设总水力停留时间为11h；数量为1座。 有效容积v有效=13011=1430（m3） 尺寸 设池深h=5m；池面积s= v有效/h =1430/h=286（m2）；取池宽b=15m；池长 19.1（m），取19.3m。 实际容积 取池超高h1=0.5m；池总高h=h1+h=0.5+5=5.5（m）。总容积 v=19.3155.5=1592.25（m3）配高中低液位计一套，配套空气搅拌系统。3.2.3 ph值调节槽的设计 由于进水ph值波动大，经均质池后，ph值仍不能满足uasb的进水要求，ph值调节槽内投加naoh或h2so4调整ph值至6.57.5范围，以满足生物处理对ph值的要求。ph值调节槽为全地上式结构，调节池分两格，进行二级调节，一级为初调，二级细调，由ph值在线检测仪和加药泵联合控制。设停留时间为20min；数量为2座。 有效容积 v有效=13020/60=43.3（m3）单池容积vi= v有效/n=43.3/2=21.7（m3） 单池尺寸：设池深h=2.8m，则池面积 si=vi/h=21.7/2.87.75(m2) 取8 m2取池宽b=2.5m；池长l=s/b=8/2.5=3.2(m) 实际容积 取池超高h1=0.6；池总高h= h1+h=0.6+2.8=3.4(m)单池容积 vi=3.22.53.4=27.2（m3）总容积 v=27.22=54.4（m3）配置：a.ph值调整槽搅拌机，减速机型号bld 13-59-2.2，数量为2台；b.在线ph值控制仪2套，型号pe-7es；c.酸碱投加系统1套。3.2.4 事故池的设计 当废水cod高于10000mg/l时，废水首先进入事故池，待水质浓度降低后，再进入调节池。设水力停留时间为4.75h；数量为1座； 有效容积v有效=1304.75=617.5（m3）；取650m3 尺寸：设池深h=5m；池面积s=v有效/h=650/5=130 m2。取池宽b=10m；池长l=s/b =130/10 =13 m 实际容积 取池超高h1=0.5m；池总高h=h+ h1=5+0.5=5.5(m)总容积 v=13105.5=715（m3）3.2.5中间水池的设计 一方面在水池中投加适量的营养剂（n、p盐等），并用大循环的方式将废水和所加营养剂进行搅匀，确保uasb进水中c、n、p的比例13，另一方面进一步观察uasb进水情况。设计停留时间为3.6h；数量为1座， 有效容积：v有效=1303.6=468（m3） 尺寸：设池深h=4.5m；池面积取池宽b=5m；池长，取22m。 实际容积：取池超高h1=0.5m；池总高h=h1+h=0.5+4.5=5（m）。总容积 v=lhb=2255=550（m3）。高低液位控制仪：型号规格为csl-r，形式为液位浮球开关。3.2.6 热交换器的设计废水温度高时用冷却水进行降温，温度低时进行热水加温，以确保后续uasb进水温度在35左右。所需加热或冷却介质的流量： （3-1）式中：qm加热或冷却介质的流量，m3/s；cpm，cp分别为加热或冷却介质及被加热或冷却废水的比热容，j/（kgk）；tm,t分别为加热或冷却介质及被加热或冷却废水在进/出换热器时的温度差，；废水的密度，kg /m3（可取为1000kg/ m3）m加热或冷却介质的密度，kg/m3（对于水，m =1000kg/ m3）。 （3-2）设qm=100m3/h，=1030kg/m3，cp=cpm=4.174kj/（kg.k）; 设加热水的初始温度为100，则通过换热器后的温度为93.82。换热器传递的总热量qq为： （3-3） （3-4）式中： a换热器面积，m2；k换热器间隔两边的总传热系数，w/（m2k）；tm加热水与被加热的废水温差的对数平均数，； t进，t出废水在进入和流出换热器时的温度，； tm进，tm出加热介质在进入和流出换热器时的温度，。 （）采用板式换热器，取k=3000w/（m2k） 以此选择热交换器；型号br03-15；有效面积15m2；处理水量120m3/h；数量为1台；配置自动温控装置1套。3.2.7 uasb反应器的设计uasb反应器的设计方法大多是经验的或半经验性的。uasb反应器设计的主要内容包括9：反应器主要尺寸的确定；三相分离器的设计；进水配水系统的设计和出水系统的设计等。设计数据：q=130m3/h，进水cod=10000mg/l，cod去除率e=79.6%。3.2.7.1 uasb反应器尺寸设计计算(1) uasb反应器的有效容积（包括沉淀区和反应区）设计容积负荷为nv=4.8kgcod/（m3.d）uasb有效容积 式中：q 设计处理流量，m3/d；c0进水有机物浓度，kgcod/m3；nv容积负荷，kgcod（m3d）。(2) uasb反应器的形状和尺寸 工程设计反应器4座，横截面为矩形。 反应器有效高度为h=7m，则横截面积s=v有效/h=5174/7=739.1(m2)；单池面积si=s/n=739.1/4184.8（m2） 单池从布水均匀性和经济性考虑，矩形池长宽比在2:1以下较为合适。设池长l=19m，则宽b=si/l=184.8/199.7(m)，取b=10m单池面积：si=lb=1910=190（m2） 设计反应器总高h=8.5m，其中超高0.5m；单池总容积：vi= sih=190(8.5-0.5)=1520（m3）单个有效反应容积：vi有效= sih=1907=1330（m3）单个反应器实际尺寸：19m10m8.5m反应器数量：4座总池面积：s总= sin=1904=760（m2）反应器总容积：v=vi=15204=6080m35174 m3，符合有机负荷要求。uasb体积有效系数：(5460/6470)100%=87.5%,在70%-90%之间。(3) 水力停留时间（hrt）及水力负荷率（vt）thrt=v有效/q=5460/130=42（h）；vr=q/s总=120/780=0.17m3/(m3h)据参考文献，对颗粒污泥，水力负荷vr=0.1-0.9m3/(m3h)，故符合要求。3.2.7.2 三相分离器构造设计(1) 沉淀区设计 根据一般设计要求，水流在沉淀室内的表面负荷率q0.7m3/ (m2h)。本设计中，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。图3-1是单元三相分离器结构示意图。图3-1 单元三相分离器结构示意图三相分离器长度b=12m，每个单元宽度b=l/6=15/6=2.5（m）.沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积，即180m2。沉淀区的表面负荷率：qi/s=30/1800.17m3/（m3h）(2) 回流缝设计 如图3-2所示，设上下三角形集气罩斜面水平夹角为55，取h3=1.2m；图3-2 三相分离器局部放大图b1b2=b2 b1=2.520.84=0.82（m）式中：b1 下三角形集气罩底的宽度，m；h3上三角形集气罩的垂直高度，m；b2相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离（即污泥回流缝之一），m；b 单元三相分离器的宽度，m。下三角集气罩之间污泥回流缝中混合液的上升流速a1=nb2l=60.8212=59.04（m2）；v1式中：v1 下三角形集气罩之间污泥回流缝中混合液的上升流速，m/h； a1下三角形集气罩回流缝值的总面积，m2； l 反应器的宽度，即三相分离器的长度b，m； n 反应器的三相分离器单元数。为使回流缝水流稳定，固液分离效果良好，污泥能顺利回流，一般v12m/h。 上三角集气罩下端与下三角斜面之间水平距离的回流缝中水流的流速设b3=cd=0.3（m）a2=2nb3l=260.312=43.2(m2)v2式中：v2 上三角集气罩下端与下三角形集气罩斜面之间水平距离的回流缝中水流的流速，m/h；a2上三角形集气罩回流缝的总面积，m2；b3上三角形集气罩回流缝的宽度，m；假定a2为控制断面amin，一般其面积不低于反应器面积的20%，v2就是vmin同时要满足：v1v2（vmin）2.0m/h。(3) 气液分离设计 由图3-2可知：ce=cdsin55=0.3sin55=0.24（m）cb。设ab=0.5m，则校核气液分离，如图3-2所示，假定气泡上升流速和水流速度不变，根据平行四边形法则，要使气泡分离不进入沉淀区的必要条件是：。沿ab方向水流速度：va=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：vb=式中：d气泡直径，cm； 1液体密度，g/cm3； g沼气密度，g/cm3； 碰撞系数，取0.95； 废水的动力黏滞系数，g/（cms）； 液体的运动黏滞系数，cm2/s。设气泡直径d=0.01cm；35下，1=1.03g/cm3，g =1.1510-3g/cm3，=0.0101 cm2/s，=0.95，=0.01011.03=0.0104g/（cms），由于废水动力黏滞系数值比净水的大，取0.02 g/(cms)。vb=；可脱去d0.01cm的气泡。(4) 三相分离器与uasb高度设计 三相分离器总高度h=h2+h3+h4-h5 。h2为集气罩以上的覆盖水深，取0.5 af=h/sin55=1.2/sin55=1.46（m） df=afad=1.460.50.52=0.44(m) h5=dfsin55=0.38sin55=0.36(m)h=h2+h3+h4-h5=0.5+1.2+1.00.36=2.34（m） uasb总高h=8.5m。沉淀区高2m，污泥传高2.5m，悬浮区高3.5m，超高0.5m。3.2.7.3布水系统的设计计算反应器布水点数量设置与处理流量、进水浓度、容积负荷等因素有关。由资料知，颗粒污泥nv4kgcod/（m3d）每个布水点服务2-5m2，出水口速度2-5m/s。配水系统形式采用多管多孔配水方式，每个反应器设1根d=100mm的总水管，12根d=50mm的支水管，支水管分别位于总水管两侧，同侧两根支管之间的中心距为2.5m，配水孔径取15mm，孔距2m，每根水管有3个配水孔，每个孔的服务面积2.52=5（m2），孔口向下。布水孔径：流速u=布水孔312=36个，出水流速为2.2m/s，则孔径计算为：，取15mm；布水设置在离uasb反应器底部200mm处。验证：中温度35，容积负荷6.0kgcod/（m3d），沼气产率0.4m3/ kgcod；满足空塔水流速度u1.0m/h,空塔沼气上升速度ug1.0m/h空塔水流速度：u=q/s总=130/780=0.17(m/h)1.0（m/h），符合要求。空塔气流速度：，符合要求。3.2.7.4 排泥系统的设计(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15vss/l，则4座uasb反应器中污泥总量：g=vcss=517415=77610（kg/d）=77.61（t/d）(2) 产泥量计算 厌氧生物处理污泥产量取r=0.08kgvss/kgcod。流量q=130m3/h；进水cod浓度c0=10000mg/l=10kg/m3；cod去除率e=79.6%uasb反应器总产泥x=rqc0e=0.0813024100.796=1986.8（kgvss/d）。据vss/ss=0.8；x=。单池产泥xi=。污泥含水率为98%，当含水率95%，取=1000kg/m3，则污泥产量ws=（m3/d）；单池排泥量wsi=。污泥龄：c=排泥系统设计 在距uasb反应器底部100cm和200cm高处，各设置两个排泥口，共4个排泥口。排空时由污泥泵从排泥管强排。反应器每天排泥一次，各池的污泥由污泥泵 抽入污泥浓缩池中。排泥管选钢管d=200mm。由计算所得污泥量选择污泥泵，型号：50kwq15-15-1.5.主要性能：流量15m3/h；扬程15m；电机功率1.5kw。数量4台。用4台泵同时给4座反应器排泥，设每天共排泥2h。3.2.7.5 出水系统的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且其形式与三相分离器及沉淀区设计有关。出水槽设计 对于每个反应池，有6个单三相分离器，出水槽共有6条，槽宽0.2m。单个反应器流量：qi=设出水槽槽口附近水流速度为0.2m/s，则槽口附近水深=取槽口附近槽深为0.20m，出水槽坡度为0.01；出水槽尺寸12m0.2m0.2m；出水槽数量为6座。溢流堰设计：出水槽溢流堰共有12条（62），每条长12m；设计90三角堰，堰高50mm，堰口宽100mm，则堰口水面宽50mm。每个uasb反应器处理水量8.3l/s，查知溢流负荷为12l/(ms)，设计溢流负荷f=1.0l/(ms)，则堰上水面总长为：l=。 三角堰数量：n=每条溢流堰三角堰数量：。一条溢流堰上共有15个100mm的堰口，15个700mm的间隙。堰上水头校核：每个堰出流率：q=。按90三角堰计算公式 q=1.43h2.5则堰上水头：h=（）0.4=（）0.4=0.016（m）。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0.4m，坡度0.001，出水渠渠口附近水流速度为0.2m/s。渠口附近水深=以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深：0.2+0.14=0.34（m）0.35（m）。离出水渠渠口最远的出水槽到渠口距离为13.85m，出水渠长为13.85+0.1=13.95 (m)。出水渠尺寸：13.95m0.4m0.35m；向渠口坡度为0.001。uasb排水管设计计算 q=8.3l/s，选用d=150mm钢管排水，充满度（设计值）为0.6.管内水流速度：v=。 3.2.7.6.沼气收集系统的设计计算(1) 沼气产量计算 沼气主要产生于厌氧阶段，设计产气率取r=0.4m3/kgcod（去除）。总产气量 g=rqc0e=0.413024100.796=9934（m3/d）。集气管 每个集气罩的沼气用一根集气管收集，单个池子共有13根集气管。每根集气管内最大气流量=（m3/s）据资料，集气室沼气出气管最小直径d=100mm，取100mm，结构如图3-3所示图3-3 集气管结构示意图沼气主管： 每池13根集气管先通到一根单池主管，然后再汇入两池沼气主管。采用钢管，单池沼气主管管道坡度为0.5%。单池沼气主管内最大气流量 qi=取d=150mm，充满度（设计值）为0.8，则流速v=沼气总管内最大气流量：q=取d=500mm，充满度（设计值）为0.6；流速v=(2) 水封罐设计 水封罐主要是用来控制三相分离器的集气室中气液两相界面高度的，因为当液面太高或波动时，浮渣或浮沫可能会引起出气管的堵塞或使气体部分进入沉降室，同时兼有隔绝和排除冷凝水作用。每一反应器配一水封罐。 水封高度 h=h1h0式中：h0反应器至储气罐的压力损失和储气罐内的压力。为保证安全，取储气罐内压头，集气罩中出气气压最大h1取2mh2o，储气罐内压强h0为400mmh2o。 h=20.4=1.6（m h2o）水封