啤酒废水处理UASB沼气发酵系统设计毕业论文.doc

毕业设计(论文)论文题目：食品废弃物连续式一级液态厌氧发酵系统设计 学 院：农业工程与食品科学学院 专 业： 食品科学与工程 姓 名： XXXXXX 学 号： 0123456789 指导教师： XXXXXXX 毕业设计(论文)时间：二一年三月二一六月 共 十七 周摘要食品加工废弃物中有机物含量较高，如直接排放，既污染环境,又浪费资源。本文根据食堂废水自身的特性，结合毕业设计要求设计了一套上流式厌氧污泥床(UASB)厌氧发酵系统。上流式厌氧污泥床(UASB)的主要组成部分是UASB反应器。本文介绍了有关UASB的处理流程和设计的计算、对格栅、调节池、UASB池、接触氧化池、污泥浓缩池等的进行了设计和计算。并对主要构筑物UASB反应池、接触氧化池的具体构造做了详细的设计和说明。采用此工艺，不但使处理流程简洁，也节省了运行费用，在降低废水浓度的同时，还可以回收在处理过程，所产沼气作为能源的利用。关键字: 食品废弃物， UASB， 沼气回收AbstractDirect emissions of organic kitchen waste is not only pollute the environment, and waste of resources. This article according to the characteristics of canteen waste water，combined with the graduation thesis requirements designs the up flow anaerobic sludge blanket (UASB) anaerobic fermentation system. The major component of up flow anaerobic sludge blanket (UASB) is UASB reactor. This article describes the treatment of the UASB process and calculations and designs of the grill, adjust pool, UASB tank, contact oxidation tank, sludge thickener, etc. this article also design and describe the main structures of UASB reactor and the contact aeration basin in detail. By this technique, not only makes processes simple and saves the running costs but also recycles methane as an energy source and reducing the concentration of waste water at the same time.Keywords: food waste, recycling, UASB biogas目 录摘要IAbstractII第一章 引言11.1研究目的与意义11.2 国内外研究现状21.3本设计工程概况31.4本设计工艺流程3第二章 工艺论证52.1工艺流程的选择62.1.1 UASB好氧接触氧化工艺处理食堂废水62.1.2 新型接触氧化法处理食堂废水62.1.3生物接触氧化法处理食堂废水72.1.4内循环UASB反应器氧化沟工艺处理食堂废水82.1.5 UASB+SBR法处理食堂废水92.2 选取UASB+接触氧化池工艺的依据10第三章 设计计算123.1集水井123.2 调节池123.3过滤机123.4 UASB反应器的设计133.4.1 UASB去除率的计算143.4.2 UASB三项分离器的设计153.4.3 三相分离器的结构设计153.4.4 UASB池的其他计算193.4.5 进水系统的设计193.4.6 出水渠道的设计193.4.7 排泥系统设计193.4.8 沼气产量的计算193.4.9 污泥产量的计算203.5 接触氧化池的设计计算203.6 污泥浓缩池223.7 污泥脱水间的设计计算233.8 沼气净化24第四章 能量衡算28第五章 主要附属设备材料表305.1集水井附属设备305.2 调节池附属设备305.3 UASB附属设备305.4 脱泥车间附属设备31第六章 人员编制及经营管理32第七章 工程预算337.1 直接投资费用337.2 间接费用337.3 第二部分费用337.4 工程预备费用337.5 总投资347.6 年经营成本计算347.6.1 动力费347.6.2 药剂费347.6.3 工资347.6.4 工资福利347.6.5 检修维护费347.6.6其它费用34第8章 平面布置368.1构筑物和建筑物主要设计参数368.2污水处理站平面布置368.2.1布置原则368.2.2管线设计37致 谢39主要参考文献40第一章 引言1.1研究目的与意义水是生命之源，是人类赖以生存和发展的物质基础，是不可替代的宝贵资源。我国却是一个水资源十分短缺的国家，人均水资源占有量仅为一世界平均水平的四分之一1，严重制约着我国社会主义经济的发展。经济的腾飞是以环境的代价为前提的。随着近代我国社会主义经济的腾飞，社会主义工业呈现飞速发展，水资源污染尤其是工业废水污染也严重恶化。工业废水的污染以其污染大、污染物浓度高、废水排放量大、废水中含有多种有毒有害物质、废水成分复杂以及水量变化大等特点而成为目前我们所面临的主要问题。食品加工原料广泛，制品种类繁多，排出废水的水量、水质差异很大。 能源问题已成为世界性的难题。废弃物生物质能开发及利用是再生能源的重要组成部分，成为我国能源安全保障的有益补充。厌氧生物技术是有机物能源转化的主要技术之一。氢气作为能源与环保优势，使其成为未来极具潜力的替代能源，有机废物厌氧生物制氢研究因而成为世界各国普遍重视的研究领域，制氢基质的普适性和高效转化是研究热点:厌氧生物甲烷化技术己日趋广泛。 沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体，由于这种气体通常产生于沼泽地和池沼中，因此称为沼气2。目前，有机废物的厌氧发酵技术、工艺和高速反应设备的构建等均成为产业化研究的热点。据统计，全世界每年约有100万吨的有机废物经过厌氧消化处理;在国内，自上世界70年代以来，我国即大力发展农村沼气工程，“九五”期间，户用沼气池保有量达到525万个;建大中型沼气工程633处，集中供应沼气户数达8.4万户3。食堂食品废水中主要污染物有：(1)漂浮在废水中固体物质，如菜叶、果皮、碎肉、禽羽等；(2)悬浮在废水中的物质有油脂、蛋白质、淀粉、胶体物质等；(3)溶解在废水中的酸、碱、盐、糖类等：(4)原料夹带的泥砂及其他有机物等；(5)致病菌毒等4。食品工业废水的特点是有机物质和悬浮物含量高，易腐败，一般无大的毒性。其危害主要是含有大量可降解的有机物，废水若不经过处理排入水体会消耗水中大量的溶解氧使水体富营养化，以致引起水生动物和鱼类死亡，促使水底沉积的有机物产生臭味，恶化水质，污染环境。若将废水引入农田进行灌溉，会影响农业果实的食用，并污染地下水源。废水中夹带的动物排泄物，含有虫卵和致病菌，将导致疾病传播，直接危害人畜健康。因此食品加工的废水不能够直接排放，排放之前必须经过污水处理系统后才能够排放，必须以国家废水排放标准为要求来设计食品加工废水排放设备，所以此排放系统的设计旨在控制废水的COD浓度，减少对环境的污染5。1.2 国内外研究现状 近几年来，我国对食品加工废水的处理工艺和技术进行了大量的研究和探索，特别是轻工业系统的设计院和科研单位，对食品加工废水的处理进行了各方面的试验、研究和实践，取得了行之有效的成功经验，逐渐形成了以生化为主、生化与物化相结合的处理工艺7。生化法中常用的有活性污泥法、生物膜法、厌氧与好氧相结合法、水解酸化与SBR相组合等各种处理工艺。这些处理方法与工艺各有其特点和不足之处，但各自都有较为成功的经验6。目前还有不少新的处理方法和工艺优化组合正在试验和研究，有的已取得了理想的成效，不久将应用于实践中。尽管目前污水处理技术众多，但其发展目标是一致的，即以发展绿色技术、实现资源可持续开发利用和生态安全为目标。根据国内外研究动向，食品加工废水处理技术发展趋势将表现在以下几个方面:(1)充分利用新技术对现有的食品加工废水处理工艺进行因地制宜的技术改造，采用高效节能的生物反应器。(2)实行污水规模化集中处理，可免除重复性设备投资，易于采用新技术。(3)食品加工废水含有多种有用物质，在处理前应尽量回收有用的固体物质，经加工后作饲料添加剂或药品，在处理时应多考虑变废为宝，提高经济效益。(4)针对食品加工废水中有机物含量高、生物降解性的特点，同时考虑能源紧张的形势，主要采用厌氧-好氧联合技术，并将产生的污泥干化后作肥料使用8。(5)当前全球水资源紧张己成为世界关注的焦点，而食品加工废水有害无毒，如能将其净化后回收利用，可达到节约水资源的目的。(6)在污水处理中实行自动化控制技术，实现反应器自控管理，将会节省人力。(7)开发生物基因技术在环保领域的应用，向着节能、回收有用物质的方向发展9。1.3本设计工程概况表1-1 废水水质及排放标准水质指标BOD5(mg/L)COD(mg/L)SS(mg/L)pH原水8001600150030002501200511排放标准301007069设计要求301007069表1-2执行标准类别pHCOD(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)一级69502020二级691003030三级6912060501.4本设计工艺流程因为用只用UASB处理食品废水出水的COD5仍然打不到废水排放标准，含有很多易生物降解有机物，故将UASB和接触氧化池单元进行组合，所形成的处理工艺突出了各自处理单元的优点，使处理流程简洁，节省了运行费用，而把UASB作为整个废水达标排放的一个主要处理单元，在降低废水浓度的同时，可回收所产沼气作为能源利用。同时，由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量，因此降低了好氧处理阶段的曝气能耗和剩余污泥产量，从而使整个废水处理过程的费用大幅度减少。采用该工艺既降低处理成本，又能产生经济效益。图1-1 UASB-接触氧化池法工艺流程图食堂废水先经过中格栅去除大杂质后进入集水池，用污水泵将废水提升至过滤机，然后进入调节池进行水质水量的调节。进入凋节池前，根据在线pH计的pH值用计量泵将酸碱送入调节池，调节池的pH值在6.5-7.5之间。调节池中出来的水用泵连续送入UASB反应器中进行厌氧消化，降低有机物浓度。厌氧处理过程中产生的沼气被收集到沼气柜。UASB反应器内的污水流入接触氧化池中进行好氧处理，而后达标出水。来自UASB反应器剩余污泥先收集到集泥井，在由污泥提升泵提升到污泥浓缩池内被浓缩，浓缩后进入污泥脱水机房，进一步降低污泥的含水率，实现污泥的减量化。污泥脱水后形成泥饼，装车外运处置。第二章 工艺论证2.1工艺流程的选择酸化-SBR法处理食堂废水：其主要处理设备是酸化柱和SBR反应器。这种方法在处理食堂废水时，在厌氧反应中，放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段，将反应控制在酸化阶段，这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点：(1)由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速，故水解池体积小；(2)不需要收集产生的沼气，简化了构造，降低了造价，便于维护，易于放大；(3)对于污泥的降解功能完全和消化池一样，产生的剩余污泥量少。同时，经水解反应后溶解性COD比例大幅度增加，有利于微生物对基质的摄取，在微生物的代谢过程中减少了一个重要环节，这将加速有机物的降解，为后续生物处理创造更为有利的条件。(4)酸化-SBR法处理高浓度食堂废水效果比较理想，去除率均在94%以上，最高达99%以上。要想使此方法在处理食堂废水达到理想的效果时运行环境要达到下列要求：酸化-SBR法处理中高浓度食堂废废水，酸化至关重要，它具有两个方面的作用，其一是对废水的有机成分进行改性，提高废水的可生化性；其二是对有机物中易降解的污染物有不可忽视的去除作用。酸化效果的好坏直接影响SBR反应器的处理效果，有机物去 除主要集中在SBR反应器中。酸化-SBR法处理食堂废水受进水碱度和反应温度的影响，最佳温度是24，最佳碱度范围是500750mg/L。视原水水质情况，如碱度不足，采取预调碱度方法进行本工艺处理；若温度差别不大，运行参数可不做调整，若温度差别较大，视具体情况而定10。2.1.1 UASB好氧接触氧化工艺处理食堂废水此处理工艺中主要处理设备是上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池，处理主要过程为：废水经过转鼓过滤机，转鼓过滤机对SS的 去除率达10%以上，随着麦壳类有机物的去除，废水中的有机物浓度也有所降低。调节池既有调节水质、水量的作用，还由于废水在池中的停留时间较长而有沉淀和厌氧发酵作用。由于增加了厌氧处理单元，该工艺的处理效果非常好。上流式厌氧污泥床能耗低、运行稳定、出水水质好，有效地降低了好氧生化单元的处理负荷和运行能耗(因为好氧处理单元的能耗直接和处理负荷成正比)。好氧处理(包括好氧生物接触氧化池和斜板沉淀池)对废水中SS和COD均有较高的去除率，这是因为废水经过厌氧处理后仍含有许多易生物降解的有机物。该工艺处理效果好、操作简单、稳定性高。上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池相串联的食堂废水处理工艺具有处理效率高、运行稳定 、能耗低、容易调试和易于每年的重新启动等特点。只要投加占厌氧池体积1/3的厌氧污泥菌种，就能够保证污泥菌种的平稳增长，经过3个月的调试UASB即可达到满负荷运行。整个工艺对COD的去除率达96.6%，对悬浮物的去除率达97.3%98%，该工艺非常适合在食堂废水处理中推广应用11。2.1.2 新型接触氧化法处理食堂废水此方法处理过程为：废水首先通过微滤机去除大部分悬浮物，出水进入调节池，然后中提升泵打入VTBR反应器中进行生化处理，通过风机强制供风使废水与填料接触，维持生化反应的需氧量，VTBR反应器出水进入沉淀器，去除一部分脱落的生物膜以减轻气浮设备的处理负荷，之后流人气浮设备去除剩余的生物膜，污泥及浮渣送往污泥池浓缩后脱水。该处理工艺有以下主要特点：VTBR反应器由废旧酒精罐改造而成，节省了投资。与钢筋混凝土结构相比，具有一次性投资低，运行稳定，处理效果好等特点。冬季运行时，在VTBR反应器外部加了一层保温材料，使罐中始终保持较高的温度，提高了生物的活性。因VTBR反应器高达10m左右，水深大，所选用风机为高压风机，风压为98KPA，N75Kw，耗电量大12。2.1.3生物接触氧化法处理食堂废水该工艺采用水解酸化作为生物接触氧化的预处理，水解酸化菌通过新陈代谢将水中的固体物质水解为溶解性物质，将大分子有机物降解为小分子有机物。水解酸化不仅能去除部分有机污染物，而且提高了废水的可生化性，有益于后续的好氧生物接触氧化处理13。该工艺在处理方法、工艺组合及参数选择上是比较合理的，充分利用各工序的优势将污染物质转化、去除。然而，如果由于某些构筑物的构造设计考虑不周会影响运行效果，致使出水水质不理想，使生物接触氧化池的出水COD为500600mg/L，经混凝气浮处理后出水COD仍高达300mg/L，远高于排放要求(150mg/L)。但是此处理方法在设计和运行中回出现以下问题：(1)水解酸化池存在的问题主要是沉淀污泥不能及时排除。由于该废水中悬浮物浓度较高，因而池内污泥产量很大，而原工艺仅在水解酸化池前端设计了污泥斗，所以池子的后部很快就淤满了污泥。另外，随着微生物量的增加在软性生物填料的中间部位形成了污泥团，使得传质面积减小。针对污泥淤积情况，在水解酸化池前可增设一级混凝气浮以去除水中的悬浮物，经此改进后水解酸化池能长期、稳定、有效地运行，其出水COD也从11001200mg/L降至9001000mg/L，收到了较好的效果。不过，增设混凝气浮增加了运行费用，而且气浮过程中溶入的O2还可能对水解酸化产生不利影响。因此，在设计采用水解酸化处理悬浮物浓度高的污水时，可增设污泥斗的数量以便及时排除沉淀污泥。此外，为防止填料表面形成污泥团应采用比表面积大、不结泥团的半软性填料。(2)如果废水中污染物浓度较高或前处理效果不理想，生物接触氧化池前端的有机物负荷较高，使得供氧相对不足，此时该处的生物膜呈灰白色，处于严重的缺氧状态，而池末端成熟的好氧生物膜呈琥珀黄色。同时，水中的生物活性抑制性物质浓度也较高，对微生物也有一定的抑制作用。这些因素使得生物接触氧化池没有发挥出应有的作用，处理效果不理想。鉴于此，可一采取阶段曝气措施即多点进水，污水沿池长多点流入生物接触氧化池以均分负荷，消除前端缺氧及抑制性物质浓度较高的不利影响。改为多点进水并经过一段时间的稳定运行后，生物接触氧化池的出水COD为200300mg/L。再经混凝气浮工序处理后最终出水COD150mg/L(一般在130mg/L)，达到了排放要求。(3)在调试运行过程中，生物接触氧化池中生物膜脱落、气泡直径变大(曝气方式为微孔曝气)、出水浑浊、处理效果恶化的现象时有发生。经研究、分析、验证发现这是由于负荷波动或操作不当造成溶解氧不足而引起的。溶解氧不足使得生物膜由好氧状态转变为厌氧状态，其附着力下降，在空气气泡的搅动下生物膜大量脱落，导致水粘度增加、气泡直径增大、氧转移效率下降，这又进一步造成缺氧，如此形成恶性循环致使处理效果恶化。(4)在调试运行初期，发生这种现象时一般是增大供气量以提高供氧能力来消除缺氧，结果由于气泡搅动强度增大，造成了更大范围的生物膜脱落、水粘度更大、氧转移效率更低，非但没能提高供氧能力反而使情况更糟。正确的处理措施应是减小曝气量，待脱落的生物膜随水流流出后再逐渐增加曝气量使溶解氧浓度恢复到原有水平，若水温适宜则23d后生物膜就可恢复正常。因此当采用此工艺处理食堂废水时要遵循下列要求：采用水解酸化作为预处理工序时应考虑悬浮物去除措施。采用推流式生物接触氧化池时，为避免前端有机物负荷过高可采用多点进水。应严格控制溶解氧浓度，供氧不足会造成生物膜大范围脱落，导致运行失败。2.1.4内循环UASB反应器氧化沟工艺处理食堂废水此工艺采用厌氧和好氧相串联的方式，厌氧采用内循环UASB技术，好氧处理用地有一处狭长形池塘，为了降低土建费用，因地制宜，采用氧化沟工艺。本处理工艺的关键设备是UASB反应器。该反应器是利用厌氧微生物降解废水中的有机物，其主体分为配水系统，反应区，气、液、固三相分离系统，沼气收集系统四个部分。厌氧微生物对水质的要求不象好氧微生物那么宽，最佳pH为6.57.8，最佳温度为3540，而本工程的食堂废水水质超出了这个范围。这就要求废水进入UASB反应器之前必需进行酸度和温度的调节。这无形中增加了电器。仪表专业的设备投资和设计难度。内循环UASB技术是在普通UASB技术的基础上增加一套内循环系统，它包括回流水池及回流水泵。UASB反应器的出水水质一般都比较稳定，在回流系统的作用下重新回到配水系统。这样一来能提高UASB反应器对进水水温、pH值和COD浓度的适应能力，只需在UASB反应器进水前对其pH和温度做一粗调即可。UASB反应器采用环状穿孔管配水，通过三相分离器出水，并在三相分离器的上方增加侧向流絮凝反应沉淀器，它由玻璃钢板成60安装而成，能在最大程度上截留三相分离出水中的颗粒污泥。此处理工艺主要有以下特点：实践证明，采用内循环UASB反应器氧化沟工艺处理食堂废水是可行的，其运行结果表明CODCR总去除率高达95%以上。由于采用的是内循环UASB反应器和氧化沟工艺串联组合的方式，可根据食堂生产的季节性、水质和水量的情况调整UASB反应器或氧化询处理运行组合，以便进一步降低运行费用。2.1.5 UASB+SBR法处理食堂废水本处理工艺主要包括UASB反应器和SBR反应器。将UASB和SBR两种处理单元进行组合，所形成的处理工艺突出了各自处理单元的优点，使处理流程简洁，节省了运行费用，而把UASB作为整个废水达标排放的一个预处理单元，在降低废水浓度的同时，可回收所产沼气作为能源利用。同时，由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量，因此降低了好氧处理阶段的曝气能耗和剩余污泥产量，从而使整个废水处理过程的费用大幅度减少。采用该工艺既降低处理成本，又能产生经济效益。并且UASB池正常运行后，每天产生大量的沼气，将其回收作为热风炉的燃料，可供饲料烘干使用。UASB去除COD达7500Kg/d，以沼气产率为0.5m3/KgCOD计算，UASB产气量为3500m3/d(甲烷含量为55%65%)。沼气的热值约为22680KJ/m3，煤的热值为21000KJ/t计算，则1m3沼气的热值相当于1Kg原煤，这样可节煤约4t/d左右，年收益约为39.6万元14。UASB+SBR法处理工艺与水解酸化+SBR处理工艺相比有以下优点：节约废水处理费用。UASB取代原水解酸化池作为整个废水达标排放的一个预处理单元，削减了全部进水COD的75%，从而降低后续SBR池的处理负荷，使SBR池在废水处理量增加的情况下，运行周期同样为12H，废水也能达标排放。也就是说，耗电量并没有随废水处理量的增加而增加。同原工艺相比较，每天实际节约15002500m废水的处理费用，节约能耗约21.4万元/年。节约污泥处理费用。废水经过UASB处理后，75%的有机物被去除，使SBR处理负荷大大降低，产泥量相应减少。水解酸化+SBR处理工艺工艺计算，产泥量达17t/d(产泥率为0.3Kg污泥/KgCOD，污泥含水率为80%)，UASB+SBR法处理工艺产泥量只有5t/d(含水率为80%左右)只有水解酸化+SBR处理工艺的1/3，污泥处理费用大大减少，节约污泥处理费用约为20/年9。2.2 选取UASB+接触氧化池工艺的依据通过对上述工艺的对比分析，UASB+SBR工艺主要是比较具有经济竞争力，而且处理出水水质稳定。本设计主要是食堂废水的处理，处理量较小，食堂废水有机物浓度含量属于中度浓度，经过UASB发酵后出水COD已经接近国家排放标准，所以经过UASB发酵以后只需要接触氧化池池爆气就可以满足国家废水排放标准。工程实际应用表明，该工艺比常规活性污泥法节省，占地面积20%35%，节省建设费用10%25%，节省运转费用10%25%，可达到三级处理的出水水质，目前该工艺的配套深水设备及自控系统已经完善。故选用此工艺流程第三章 设计计算3.1集水井该集水井作用是收集各排水管道排来的废水，同时还有去除比较大的坚硬物。另外该池子还中和作药剂投加点，以避免把用人工或机械把药剂搬到6米多高的均化池顶投放带来的操作难度。该井的深度主要由厂区的地理位置和高程以及废水流量而定，因为厂区地形比较平坦，所以不用太深。考虑到排水管道的埋设比较浅，该井设计深度为4米，直径2米，有效深度为3米。有效水力停留时间约15分钟。这就要求提升泵必须有足够的功率，把污水抽走。3.2 调节池食堂生产废水主要由5醇类物质组成，同时在发酵车间又混有比较多的发酵细菌排出，试验证明食堂废水伴随水力停留时间的增长而产生不同程度的酸化现象。最佳停留时间为6到8小时，本均化池采用6小时的水力停留时间。设计参数 设计流量 有效容积为 取池子的总高度为 ,其中超高有效水深 则池子面积为 池子长 宽池子总尺寸为 调节池采用空气动力搅拌,在底部安装有布气管,定时用空气搅动,时间间隔为2H,采用鼓风机每次持续时间为10min3.3过滤机设计水量 废水COD为,去除率约为4.5%,过滤机出水COD为,每日去渣量式中:Q - 设计流量； m3/dCO- 进水COD浓度； Mg/LCe- 出水COD浓度； Mg/LPO- 污泥含水量； 以97%计算R - 污泥密度； 以1200Kg/m3计算3.4 UASB反应器的设计设计参数：日处理量50t 密度=1.2103Kg/m3 Q=501.2103=41.67 m3 Nv=3.5KgCOD/(m2D) 进水COD=1050mg/L SS=mg/L 厌氧UASB的处理效率取决于相分离器的效率，良好的下相分离，是UASB成功运行的关键，这种改良型的三相分离器具有以下优点：(1)避免污泥的回流与上升的水流、气流之间的互相十扰，保证进入沉降区的污泥能够顺利返回，防止污泥流失现象的发生；(2)包含高浓度污泥的污泥一区、一区容积增大，从污泥区底部到反应器顶部的整个垂直断面上，都能够保持较高污泥浓度，这为泥水的充分接触提供良好的条件，从而能够保持较高的产气率，以及污泥的较高生物活性；(3)在一定程度上降低UASB反应器的总高度。需要指出的是，在这个阶段，会产生具有强腐蚀性的硫化氢等酸性物质，所以要选用具有抗腐蚀的材料作为本装置的配件。通常做法是在水泥池内的四周涂油漆，对于三相分离器，采用新型符合材料效果比较理想15。3.4.1 UASB去除率的计算UASB的去除率在70%-80%之间，设计采用连续式进水方式，由于颗粒污泥型UASB设计参数，出水和COD去除率都比絮状污泥好，故本设计采用颗粒污泥型UASB设计参数，预期COD去除率85%,出水COD浓度为：10500.85=892.5mg/L出水COD为 1050-892.5=157.5mg/LUASB反应器的计算Nv=3.5KgCOD/(m2d) 则UASB的有效容积为：V=式中：Q - 设计流量； m3/d Co- 进水COD浓度； Mg/L Ce- 出水COD浓度； Mg/L NV- 容积负荷率； KgCOD/ (m2d)顶隙为总体积的10%，则总容积10.62590%=11.8m3，总高度H10m，资料显示有效高度在4-6m之间最经济，本设计结合处理量选取高度H=4m，则占地面积为：S=10.6254=2.66m2式中： V - 有效体积； m3 H - 设计反应器的高度；m实际取2.7m2资料显示方形的发酵池比圆形的发酵池更加经济，在长宽比为21时最为经济17，设发酵池的宽D=1.2m，则其长度式中：S-反应器的有效面积； m2D反应器的宽度； m实际取2.4m，长宽比接近21，故设计合理。3.4.2 UASB三项分离器的设计反应器的高度为5-7m时，集气室的高度为1.2-2m，本设计反应器高度为4m，则设计三相分离器集气室为0.8m。沉淀区表面负荷率为式中：Q- 设计流量 m3/dS-反应器的有效面积 m20.7m3/(m2H)满足沉淀区的水力负荷率的设计条件。3.4.3 三相分离器的结构设计目前市场上比较常见的三相分离器，其中有两种为国外专利技术，一种为清华大学研制成功的15。其主要设计参考参数为：沉淀区的斜壁与水平夹角约为55度，进入沉淀区的流速不能大于2m/s。沉淀区总水深大于1.5m，水力负荷在0.7m3/(m2.h)以下，水力停留时间在 1.52.0h之间。反射挡板与缝隙间的遮挡在100mm到200mm，收集气体缝隙面积占总反应面积的15%到20%。反应器高度为5到7m时，集气室的高度为 1.2m2m。沉淀区体积为反应器体积的15%20%，三相分离器总高度是总反应高度的15%20%。出气管的直管应该充足以保证从集气室引出沼气，特别是有泡沫的情况。对于低浓度污水处理，当水力负荷是限制性设计参数时，在三相分离器缝隙处保持大的过流面积，使得最大的上升流速在这一过水断面上尽可能的低是十分重要的。选择适当的建筑材料对于UASB反应器的持久性是非常重要的。防腐较差的UASB反应器在使用3-5年后都出现了严重腐蚀，最严重的腐蚀出现在反应器上部气、液交界面。此处H2S可能造成直接化学腐蚀，同时硫化氢被空气氧化为硫酸或硫酸盐，使局部pH下降造成间接化学腐蚀。由于厌氧环境下的氧化-还原电位为-300mV，而在水气交界面的氧化-还原电位为100mV，这就在水气交界面构成了微电池，形成电化学腐蚀。无论普通钢材和一般不锈钢在此处都会被损害16。 厌氧反应器应该尽可能的避免采用金属材料，即使昂贵的不锈钢也会受到严重的腐蚀，而油漆或其他涂料仅仅能起到部分保护。一般反应器池壁最合适的建筑材料是钢筋混凝土结构，即使混凝土也可能受到化学侵蚀。如果碳酸根和钙离子的浓度积低于碳酸钙的溶解度，钙离子将从混凝土中溶出，造成混凝土结构的剥蚀。混凝土结构也需要采用在水气交界面上下一米采用环氧树脂防腐。对一些特殊部件可采用非腐蚀性材料，如PVC用做进出水管道，三相分离器的一部分或浮渣挡板采用玻璃钢或不锈钢17。图3-1三相分离器示意图H1保护高度，即超高。H2上三角形到液面高度。H3下三角形高度。H4上三角形高度。V1下回流缝液体上升速度。V2上三角形回流缝液体上升速度。设单元三相分离器的宽度为B=1.2m，上下三角形集气罩斜面水平夹角为=55，取保护水层高度H1=0.5m，下三角形高H3=0.5m上三角形顶水深H2=0.5m,本设计UASB设有一个三相分离器。下三角形集气罩底部宽为：相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离则下三角形回流缝面积为式中：B2 - 为集气罩之间的水平距离L - 池子的长度N - 回流缝的个数则下集气罩之间的回流缝流体上升速度为：沉淀区进水口的水流上升速度一般不大于2m/h，故本设计复合原则，设计合理。设上三角形集气罩间的水平距离B3=0.2m，上回流缝面积为：上回流缝的流体上升速度为=满足良好的固液分离条件。3.4.4 UASB池的其他计算上三角形下端到上三角形斜面的垂直距离设则上三角形高为 上三角形顶水深确定则下三角形位置确定，上下三角形集气罩的高度3.4.5 进水系统的设计本设计反应器设置2根布水管管道，采用穿空管配水，主管道直径，长两根管的中心距离为，距离池边，配水孔采用，孔距，每个孔的服务面积为。孔径朝下，出水口距离池底，纵向管长。一共8个出水孔，采用连续进水每孔流量为3.4.6 出水渠道的设计采用锯齿形出水渠，渠宽，高，在反应器顶部设有一个出水渠。3.4.7 排泥系统设计在反应池底部设有两个排泥管，兼做放空管，管径为D=100mm，距离左右池壁0.6m。 3.4.8 沼气产量的计算采用每去除1千克COD产生0.5立方米沼气做参数，则产气量为3.4.9 污泥产量的计算采用每去除1千克COD产生0.05千克污泥作参数，则剩余污泥量为假定排泥含水率为98%，则排泥量为：每天的产污泥量基本不影响污水的流量。3.5 接触氧化池的设计计算进水COD 157mg/L，设计流量41.6m3/d，进水水质COD 157mg/L，出水水质COD 80mg/L，有效容积去除负荷1.2KgCOD/m3d式中：Q - 设计流量； m3/dS1- 进水COD浓度； Mg/LS2- 出水COD浓度； Mg/LNv- 容积负荷率； KgCOD/ (m2d)池子高度取1m，底面积为 2.7m2，长1.7m，宽1.6m校核有效接触时间氧化池总高度计算，设计超高0.5m，则总高度为1.5m。所需要空气采用汽水比15:1的比例，所以式中：Q - 设计流量；m3/dX - 汽水比食堂废水要达到排放标准还需要进行消毒，调节池兼做消毒池用，采用添加ClO2来实现消毒，假如比例为1Kg/t，则每天总共需要添加500Kg。接触氧化池的污泥产量计算：采用每去除1千克COD产生0.5千克污泥作参数，则剩余污泥量为式中：Q - 设计流量； m3/dS1- 进水COD浓度； Mg/LS2- 出水COD浓度； Mg/L假定排泥含水率为98%，则排泥量为：3.6 污泥浓缩池污泥来自两个部分：来自UASB的污泥，0.093m3/d；来自接触氧化池的污泥，0.08m3/d；总的污泥量：0.093+0.08=0.173m3/d参数选取：固体负荷 ，浓缩时间取 ，设计污泥量 污泥浓缩后含水量为95%，所以污泥体积为根据设计要求浓缩池的设计横截面面积应满足：式中：Q 入流污泥量；m3/dM 固体通量；Kg/m3DC 入流固体浓度；Kg/m3C的计算如下：浓缩后的污泥浓度浓缩池的横断面积为：式中：Q 入流污泥量；m3/dM 固体通量；Kg/m3dC 入流固体浓度；Kg/m3设计一座正方形的浓缩池，边长为1.5m，则实际面积为池子有效高度去1m，设计超高0.5m，缓冲区高度0.5m，则池总高度为浓缩池采用机械泵吸泥。3.7 污泥脱水间的设计计算浓缩后的污泥含水率为95%，浓缩后的污泥体积0.08m3/d，压滤时间取 流量，压滤以后含水75%，则经过压滤以后体积为：机型选取：DYD-1000型带式压榨过滤机表3-1 DYD-1000型带式压榨过滤机参数滤带宽度(mm)1000压榨脱水面(m2)5.0滤带线速度(R/min)0.8-5.5电机总功率(Kw)2.85涨紧工作压力(MPA)1.0-1.8重量(Kg)3000纠偏工作压力(MPA)1.5泥饼含水量(%)70-80重力脱水面积(m2)3.53.8 沼气净化为了提高燃料的热值、降低沼气输配管路的阻力、减少沼气输送管路的腐蚀，有必要对沼气进行脱除二氧化碳的处理。3.8.1 G-V法脱除二氧化碳的工艺流程及装置G-V法是一种能有效脱出CO2的方法，该法最早根据医学研究成果发展而来。G-V法利用少量有机物或大量无机物作为热硫酸钾法的活化剂，以去除二氧化碳。吸收和再生反应式如下。吸收 6CO2+2K3ASO3+3H2O6KHCO3+AS2O3CO2+K2CO3+H2O2KHCO3再生 6KHCO3+AS2O32K3ASO3+6CO2+3H2O2KHCO3K2CO3+CO2+H2O在G-V脱除CO2循环中，溶液中的活化剂起两种作用。首先，它作为一个催化剂增加了CO2吸收速率，它也改善了解吸，容许用较低温度的气体空气代替较高温度的蒸汽来再生。其次，对于一定量的碳酸钾溶液，催化剂可起增加CO2吸收量的作用。从反应式可见，与常规的碳酸钾溶液相比，用了催化加的碳酸盐溶液可能有两倍的理论酸气吸收量。3.8.2氧化铁法连续净化除硫流程 当使用连续净化工艺脱硫时，一般是三个串联的硫化床吸附塔组成，塔中填充人工氧化铁粒状净化剂。颗粒由氧化铁、锯屑、水泥和石灰组成，并经活化后提高其性能，颗粒直径12.719.0毫米。颗粒由塔顶加入，靠重力向下慢慢移动至塔底经密封阀排出。如果气体中缺氧不能氧化，则排出的氧化铁颗粒应进行活化与过筛，然后再进行硫的萃取。从1号塔出来的氧化铁经处理后送入2号塔。2号塔出来的氧化铁经过筛与活化后送给1号塔。由于氧化铁颗粒的流动、输送和筛分过程中磨细，而筛分出一部分细粉，因此必须补充新的氧化铁颗粒。这部分新料送入3号塔，由此塔出来的颗粒经筛分与活化后送给2号塔。这个流程实现了净化和氧化铁净化剂处理的连续化操作。它的缺点是氧化铁最终含硫量仅能达到满载量的30%。再生的氧化铁可继续净化硫化氢气体，这种循环可以重复很多次。但是由于在氧化铁表面上生成的元素硫不断增加，致使氧化铁的活性表面逐渐减少，并且氧化铁颗粒之间的空隙逐渐堵塞，床层的压力损失增加，最后，必须清楚元素硫，净化过程才能继续进行。清除元素硫的方法有燃烧法和溶剂萃取法两种。燃烧法是将元素硫燃烧，氧化成高浓度二氧化硫气体进一步生产硫酸。溶剂萃取法是用选择性溶剂，如二硫化碳、过氯乙烯或甲苯萃取硫，然后用蒸馏法或结晶法回收硫。普通氧化铁脱硫剂使用时如脱硫塔出口气体中H2S浓度大于1毫克/米3(标)或使用要求指标，可用空气进行再生，再生时的操作条件：空速为0.51.40米3/小时；压力为常压；温度为3060 。由干法脱硫连续再生工艺可知，1体积的H2S完全反应要消耗0.5体积的O2，根据脱硫实验，脱硫剂吸收氧气的效率为50%67%，如按吸收效率60%计，那么脱除1体积的H2S需要0.83体积的O2(即4体积的空气)，由此确定脱硫连续再生工艺空气的投加量其计算过程繁琐，可操作性差，且难于实现自动控制。由于氧化铁再生是一强放热反应，再生时必须十分细心操作。再生过程中有严重刺激性的SO2气体产生，对环境有污染。再加上有的脱硫剂的一次硫容可满足使用1年以上的需要，故多已不使用再生方法。3.8.3固体物理吸收法吸收水分 吸附是在固体表面力作用下产生的，根据表面力的性质分为化学吸附(脱水后不能再生)和物理吸附(脱水后可再生)。能用于沼气脱水的有硅胶、活性氧化铝、分子筛以及复式固定干燥剂，后者是综合了多种干燥剂的优点。各种干燥剂的特点见表格。表3-2 各种干燥剂的特点脱水剂优点缺点使用情况硅胶吸附能力好，吸水选择性强遇液态水，油料易碎，处理量大时失效快使用于处理量大，含水量不大的情况活性氧化铝吸附能力较好，再生温度低，在液态水中不易碎活性丧失快，特别是酸性气体较多时适用于含酸性气体少的燃气分子筛吸附能力较好，对高酸性气体的脱水可用抗酸性分子筛成本稍高适用于处理量较大，露点降要求高的气体与溶液脱水比较，固体吸附脱水性能远远超过前者，并具有下列优点和缺点。 优点。能获得露点极低的燃气；对燃气温度、压力、流量变化不敏感；设备简单，便于操作；较少出现腐蚀及起泡等现象；使用于少量燃气的廉价脱水过程。 缺点。基本建设投资大；压力降一般较高；易于中毒或破碎；耗热较多；吸附和再生都不是连续操作。第四章 能量衡算春夏平均气温为20，秋冬平均气温10，混凝土的导热系数为1.74w/(mK)，污泥的比热容为，物料在加入发酵罐之前需要加热到38，则每日需要热量，春夏两季：式中：Q 日处理量；tt2 - 春夏平均气温；秋冬两季：UASB反应池采用保温层保温，水泥混凝土的厚度为200mm，保温材料采用聚氨酯厚度为100mm，保温层的导热系数，混凝土的导热系数为18，则混凝土与保温层的综合导热系数为式中：B1 - 混凝土的厚度； mmB2 - 保温层的厚度； mm1 混凝土的导热系数； w/(mK)2 保温层的导热系数； w/(mK)罐体的散热面积为:秋冬季室外平均气温为10，则物料24小时内向空气中散失热量为：式中: T1 - 发酵罐进料温度； T2 室外平均温度； A 散热面积； m2 t 时间；S这些热量使物料温度变化如下：则此设计满足保温要求。第五章 主要附属设备材料表5.1集水井附属设备 提升泵选用三台，两台交替使用，一台备用，型号100QW 100-12.5，功率为7.5Kw，流量为130m3/H，扬程10.2m。5.2 调节池附属设备设水下搅拌器一个，安装时考虑可以上下移动。型号为QJGA-1.5，功率为1.5Kw，转速为960R/min。同时配备一个超越泵，型号100QW 100-12.5，使污水直接进入接触氧化池，以防水质突变对UASB池造成损坏。中水泵一台，型号100QW 100-12.5，功率为7.5Kw。5.3 UASB附属设备表5-1 UASB附属设备设备名称型号技术参数数量备注布水管DN150每根长2.4m2根选用具有抗腐蚀的材料进水管DN200长15m2根选用具有抗腐蚀的材料三相分离器材料2.88m2选用玻璃钢三通头14个选用具有抗腐蚀的材料等径弯头4个选用具有抗腐蚀的材料密封盖2.88 m2合金钢沼气收集管DN100若干合金钢沼气压力计一个电子