8000m3d啤酒废水处理工程设计毕业设计.doc

8000m3/d啤酒废水处理工程设计毕业设计目 录摘要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 课题背景11.1.1 啤酒废水特点11.1.2 啤酒废水危害11.1.3 啤酒废水处理意义11.2 啤酒废水的处理工艺21.3 课题国内外现状31.3.1研究主要成果31.3.2发展趋势：41.3.3存在问题51.4 本设计的研究内容5第2章 啤酒废水处理工艺设计72.1废水生物处理工艺选择原则72.2 处理技术的提出及选择82.2.1 方案一 水解酸化-好氧技术82.2.2 方案二 UASB反应器-好氧技术82.3 好氧工艺的选择92.4工艺流程说明10本章小结11第3章 处理构筑物的设计计算133.1 格栅133.1.1 设计参数133.1.2 设计计算133.1.3格栅选型153.2 调节池153.2.1设计说明153.2.2 设计参数153.2.3设计计算153.3 过滤机163.3.1 设计参数163.3.2 设计计算163.3.2.1 机型选取163.3.2.1 每日的去渣量163.4 UASB反应池173.4.1 设计参数173.4.1.1 参数选取173.4.1.2 设计水质173.4.1.3 设计水量173.4.2 设计计算173.4.2.1 反应器容积计算173.4.2.2 三相分离器设计193.4.2.3 进水系统设计233.4.2.4排泥系统设计计算243.4.2.5出水系统设计计算243.4.2.6沼气收集系统设计计算263.5 CASS反应池273.5.1设计说明273.5.1.1设计水质283.5.2设计参数283.5.3设计计算283.5.3.1运行周期及时间的确定283.5.3.2反应池的容积及构造293.5.3.3污泥COD负荷计算313.5.3.4产泥量及排泥系统313.5.3.5需氧量及曝气系统设计计算323.5.3.6 CASS反应池液位控制363.5.3.7排出装置的选择373.6 集泥井373.7 污泥浓缩池383.8污泥提升泵房393.9 污泥脱水间39本章小结40第4章 污水处理厂总体布置414.1 构筑物及建筑物主要设计参数414.2.1 平面布置的一般原则和要求424.2.2 具体平面布置434.3 污水处理厂高程布置434.3.1 高程布置原则434.3.2 水头损失计算444.3.3高程确定46本章小结46结论47参考文献48致谢50附录151附录254附录356附录460III第1章 绪论 第1章 绪论1.1 课题背景1.1.1 啤酒废水特点 啤酒生产废水的特点是水量大，无毒有害，属中高浓度有机废水。排放的啤酒废水超标项目主要是COD、BOD、SS、pH值四项。我国啤酒厂废水水质其COD含量大多在1000-2500mg/L之间，BOD含量在500-1500mg/L之间，具有较高的生物可降解性。废水水质在不同季节也有一定各差别，尤其是处于高峰流量时的啤酒废水，其有机物的含量也处于高峰。一般的说，每生产成品水1t排放COD污染物约25kg，BOD污染物15kg，悬浮固体15kg。废水排放量大，一般夏季生产量大于冬季，水量也因此变化，甚至每周也有水量的变化。有的工厂啤酒生产每周七天日夜连续运行，但瓶装工序在周末停止两天。因此，到周一时废水排放出现高峰。1.1.2 啤酒废水危害 啤酒工业废水主要含糖类,醇类等有机物,有机物浓度较高,虽然无毒,但易于腐败,排入水体要消耗大量的溶解氧,对水体环境造成严重危害。啤酒废水的水质和水量在不同季节有一定差别,处于高峰流量时的啤酒废水,有机物含量也处于高峰。1.1.3 啤酒废水处理意义随着我国啤酒工业的迅速发展，啤酒工业废水的排放量也相应增加，污染程度加重。据统计，每生产100t啤酒所排出的废水其BOD值(生物需氧量：废水在20下5d内利用微生物分解有机物所需的含氧量)相当于14000人的生活污水BOD值，其SS值(悬浮固体物：飘浮在废水表面和悬浮在废水中的固体)相当于8000人的生活污水SS值。因此啤酒厂废水处理亦当同步发展，才能保证经济效益、环境效益和社会效益三者的统一。结合我国企业的实际情况对啤酒废水的治理技术进行分析探讨，研究先进合理的治理工艺在当前具有普遍的现实意义。1.2 啤酒废水的处理工艺根据国内外啤酒生产工艺比较最终选择厌氧与好氧相结合的工艺，厌氧选择用UASB，好氧选择CASS。啤酒废水中所含的污染物质主要是有机污染物，其可生化性比较好，一般均宜于采用生物处理方法进行处理，以往常用的处理方法是好氧生物处理方法。今年来由于厌氧处理生物技术的发展，厌氧生物处理技术也逐渐在啤酒废水处理中推广应用。考虑到基建投资、运行管理费用、出水水质要求、操作管理难易、占地面积大小等多种因素，决定此方案采用CASS法。CASS法其反应池由预反应区和主反应区组成，因此，对难降解有机物的去除效果更好。进水过程是连续的，因此单个池子可独立运行；而SBR进水过程是间歇的，应用中一般要2个或2个以上池子交替使用。排水是由可升降的堰式滗水器完成的，随水面逐渐下降，均匀将处理后的清水排出，最大限度降低了排水时水流对底部沉淀污泥的扰动。CASS法每个周期的排水量一般不超过池内总水量的1/3，而SBR则为3/4，所以，CASS法比SBR法的抗冲击能力更好。与传统活性污泥法相比，CASS法的优点是：建设费用低：省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省10-25%。工艺流程短，占地面积少：污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、CASS曝气池、污泥池，而没有初次沉淀池、二次沉淀池，布局紧凑，占地面积可减少20-35%。运转费用省：由于曝气是周期性的，池内溶解氧的浓度也是变化的，沉淀阶段和排水阶段溶解氧降低，重新开始曝气时，氧的浓度梯度大，传递效率高，节能效果显著，运转费用可节省10-25%。有机物去除率高，出水水质好：根据研究结果和工程应用情况，通过合理的设计和良好的管理，对城市污水，进水COD为400mg/L时，出水小于30mg/L以下。对可生物降解的工业废水，即使进水COD高达3000mg/L，出水仍能达到50mg/L左右。对一般的生物处理工艺，很难达到这样好的水质。所以，对CASS工艺，二级处理的投资，可达到三级处理的水质。管理简单，运行可靠：污水处理厂设备种类和数量较少，控制系统比较简单，工艺本身决定了不发生污泥膨胀。所以，系统管理简单，运行可靠。污泥产量低，污泥性质稳定。具有脱氮除磷功能。无异味。CASS工艺特点设备安装简便，施工周期短，具有较好的耐水、防腐能力，设备使用寿命长；对原水的水质水量的变化有较强的适应能力，处理效果稳定，出水水质好；处理工艺在国内外处于先进水平，设备自动化程度高，可用微机进行操作和控制；整个工艺运转操作较为简单，维修方便；投资较省，处理成本低，工艺有推广应用价值。1.3 课题国内外现状1.3.1 我国啤酒废水主要处理工艺由于啤酒废水的水量较大，水中污染物浓度高，性质接近于生活污水，可生化性良好，所以目前国内多数企业均主要采用生化法处理啤酒废水，其又可以大致分为好氧生物处理法及厌氧生物处理法11 好氧生物处理好氧生物处理是指在氧气充足的条件下，利用好氧微生物的生命活动氧化啤酒废水中的有机物，其产物有二氧化碳、水及能量。但由于此法没有考虑到废水中有机物的利用问题，因此处理成本较高。其中包括活性污泥法、生物膜法、氧化塘法、膜一生物反应器12 厌氧生物处理传统的厌氧发酵工艺需要较高的温度、较长的停留时间，且处理效能低。20世纪60年代末以来世界上先后出现了厌氧滤池(AF)、升流式厌氧污泥床反应器(UASB)，两相厌氧消化(TPAD)等工艺，以其较高的容积负荷率和较短的水力停留时间受到人们的关注，被称为第二代厌氧反应器。经过实践证明，这类反应器完全适用于处理啤酒废水，而且厌氧消化工艺相似于啤酒酿造、发酵生产工艺，很容易被啤酒厂家所掌握。1.3.2研究主要成果啤酒废水处理受到关注，并日益向着节资、节能、节地、高效、回收利用有用物质的方向发展，使得废水处理对于每个啤酒生产厂家来说都变得切实可行。许为义设计用生态工程系统（EES）对啤酒废水处理利用时，实现了啤酒废水负价值被动处理转变为正价值的资源化、生态化与经济化的利用目标。郑爱榕等应用PSB 和螺旋藻研究了啤酒废水的净化和利用，试验表明不仅能高效的处理啤酒废水且能回收数量可观的含高蛋白的螺旋藻。满春生等应用啤酒废水培养单细胞蛋白（SCP）获得了丰富的含高蛋白的营养物。高玉荣等在研究啤酒废水生物净化时，最后得到大量鱼虾和其他动物的优质饵料生物大型蚤藻。1.3.2发展趋势：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, 啤酒废水处理技术发展趋势将表现在以下几个方面:(1) 引入清洁生产的概念, 从改进生产工艺入手, 降低污染物的产生和排放, 可对环境起到标本兼治的目的。(2) 充分利用新技术对现有的啤酒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。(3) 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。(4) 啤酒废水中含有多种有用物质, 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。(5) 针对啤酒废水中有机物含量高、生物降解性差的特点, 同时考虑能源紧张的形势, 主要采用厌氧2好氧联合技术, 并将产生的污泥干化后作肥料使用。(6) 当前全球水资源紧张已成为世界关注的焦点, 而啤酒废水有害无毒,如能将其净化后回收利用, 可达到节约水资源的目的。(7) 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。(8) 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。1.3.4存在问题近年来, 对啤酒废水处理有了很大的发展, 好氧法提供了可实用的技术手段, 厌氧- 好氧串联工艺在啤酒处理工艺中具有优势, 新兴的生物处理技术则为我们开辟了新的思路。我们在应用时, 一方面要注意从源头控制, 加强管理, 根据清洁生产的要求, 以预防为主, 从现行啤酒企业预防污染技术角度出发, 优化生产工艺, 尽量提高废物回收利用率, 实现资源化和污染物的减量化。另一方面, 处理工艺应用时也要谨慎, 要掌握新技术、新工艺的原理及优缺点,注意其使用条件并在设计中留有一定的余地,使啤酒废水处理技术真正朝着综合治理方向发展, 实现啤酒废水治理的环境效益和经济效统一。1.4 本设计的研究内容啤酒厂排放的废水超标项目主要是COD、BOD5、SS 三项。啤酒生产的废水主要来自两个方面，一是大量的冷却水（糖化，麦芽冷却，发酵等），二是大量的洗涤水，冲洗水（各种罐洗涤水，瓶洗涤水等）。由此可见，啤酒废水的特点是水量大，无毒有害，属高浓度有机废水，具有COD浓度高、含固率较大、废水水量极度不均匀等特点，因此治理工作通常比较困难。根据废水特点，设计稳定和经济技术合理的UASB式活性污泥处理工艺，保证废水达到国家污水综合排放二级标准，同时使投资、占地面积、运行管理度达到最佳设置。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中所产沼气作为能源的利用。但是厌氧处理效果受废水的水温、pH、有毒物质等环境条件影响较大。 39 第2章 啤酒废水处理工艺设计 第2章 啤酒废水处理工艺设计2.1废水生物处理工艺选择原则（1）在确定工艺流程之前，需要对原水的水质情况有全面的了解，摸清废水中污染物质的种类、数量和组成。工艺方法应适应国家和地方的有关规定，严格遵守国家地方有关环境保护法律、法规，保护改善周边的生态环境，处理后的水质指标达到规定的设计要求。确定的工艺应能适应一定范围内水质水量较大的变化，抗冲击负荷能力强。（2）在确保达到处理要求的前提下，尽量减少投资和运行成本，运用类比方法参考类似项目的运行经验，进行技术经济分析综合考虑确定最佳的工艺流程方案。（3）全面考察项目所在地的自然环境和社会环境现状，并结合考虑废水生物处理的特点。北方寒冷地区最好选择适合在低温条件或者对温度变化要求不高的处理工艺运行。（4）工艺流程的选择应尽量考虑成熟的工艺流程，当然也可以选择技术先进的工艺，但是必须要考虑好先进技术和工艺和理性可行之间的关系，对把握不大或者难处理的废水应做好试验工作，甚至进行小试和中试试验，以实验结论作为工艺设计的参考依据，这样才能保证最终工艺方案的可行，将风险降低到最低程度。工艺的先进性也体现了废水处理项目的总投资、运行费用和管理等方面的内容，最好是选择处理能耗地、效率高、管理方便、产物能得到利用同时符合清洁生产要求的处理工艺路线。对不成熟的，尚在试验阶段的新处理技术、新处理工艺、新处理装备应慎重考虑对待。（5）当然工艺选择的原则还是先易后难、先粗后细、先成本低后成本高的方法。最好处理工艺是简洁和简单的，因为简洁和简单的工艺是成熟的、稳定的和可靠的。总之，废水生物处理工艺的选择应综合考虑多方面的影响因素，全面衡量，进行多方案的比较确定才能得到最终方案。上述几条原则只是基本原则，在实际具体的工艺实践中，应该眼光放远点，涉及要有前瞻性，使工艺流程不仅能满足现在的需要，也要尽量符合将来的处理要求。2,72.2 处理技术的提出及选择2.2.1 方案一 水解酸化-好氧技术 水解是利用厌氧反应中的水解酸化阶段而放弃停留时间较长的产甲烷阶段。水解对有机物具有较高的去除率，特别是对悬浮物的去除率显著高于具有相同停留时间的初沉池。水解反应可使啤酒废水中的难降解有机物大分子转变为易降解的有机物小分子，出水的可生化性能得到改善，使后续处理工艺变得简单。与此同时，悬浮固体废弃物被水解为可溶性物质，使污泥得到处理，其后可采用各种好氧工艺。一般啤酒废水不需要水解酸化，但由于啤酒废水的悬浮性成分较高，而水解池又具有有效截流去除悬浮颗粒物的特性，因而将其应用于啤酒废水的处理可除去相当一部分有机物。同时，水解反映器水力停留时间短，在低温下仍有较好的去除率。2.2.2 方案二 UASB反应器-好氧技术UASB是升流式厌氧污泥床反应器的简称。基本原理是：废水中的有机污染物在厌氧条件下，经微生物分解，转化成甲烷、二氧化碳等，所产气体（沼气）含甲烷大于70%，可作为能源燃料、发电等，既去除了有机污染物有回收了能源。UASB反应器集生物转化反应与沉淀于一体，结构紧凑，废水由配水系统从反应器底部进入，通过反应区经气、固、液三相分离器进入沉淀区，气、固、液分离后沼气由气室收集，再由沼气管流向沼气柜；固体(污泥)由沉淀区沉淀后自行返回反应区，沉淀后的处理水从出水槽排出；UASB反应器内不设搅拌设备，上升水流和沼气产生的气流足可以满足搅拌要求。反应器内的三相分离器可使反应器内保持高活性、高沉淀性能的厌氧微生物，从而在工艺上较一般厌氧装置效率高，可节省投资与占地面积。厌氧处理出水可做农田灌溉，也可接好氧处理进一步降低出水中的有机物含量，达到工业污水的排放标准。该技术现已被推荐为“国家环保最佳实用技术”，并已有许多座用于高浓度有机废水的处理中，目前运行状况均良好，达到了设计要求。UASB有如下优点：（1）污泥颗粒化使反应器对不利条件抗性增强；（2）沉降性能好，不设沉淀池，无需污泥回流，简化了工艺，节省了投资和运行费用；（3）不设填料，提高容积利用率，避免堵塞；（4）消化产气，污泥上浮，造成一定的搅拌，因此不设搅拌设备；（5）污泥浓度和有机负荷高，停留时间短；（6）运行费用低，并可回收沼气。可以看出，在大多数情况下，UASB-好氧工艺的优点(表2-1)远远大于其缺点表(2-2)。UASB集中处理啤酒生产工艺中排放的高浓度有机废水，是北方啤酒厂工艺废水综合治理的最佳方法。它解决了北方啤酒厂露天曝气池无法过冬的难题。表2-1 厌氧UASB技术的优点1，13UASB反应器-好氧技术与水解酸化-好氧技术相比提高了工艺稳定性没有污泥膨胀现象减少了剩余污泥处理、处置费用是水解工艺的35%减少了氮和磷的补充费用啤酒废水相同减少了处理装置总体积是水解工艺的55%节省能源，确保生态和经济效益是水解工艺的15%减少污泥脱水的药剂费用是水解工艺的60%表2-2 厌氧UASB技术可能的缺点1，13需要长的启动时间培养生物量在低浓度或碳水化合物废水中存在碱度能力不足的可能在一些情况下对于排放地表水出水水质不多对低浓度废水产生的甲烷不足以将废水加热到20最佳温度2.3 好氧工艺的选择 由于啤酒废水浓度较高，经处理后出水达不到排放标准，需继续进行好氧处理。现对生物接触氧化，SBR和三沟式氧化沟三种方案进行比较，如所示。 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12 h，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1 5002 500 m 3 废水的处理费用，节约能耗约21.4 万元/a。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17 t/d(产泥率为0.3 kg污泥/kgCOD，污泥含水率为80%)，UASB+SBR法处理工艺产泥量只有5 t/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元/日。CASS法是SBR法的改进工艺。CASS法其反应池由预反应区和主反应区组成，因此，对难降解有机物的去除效果更好。进水过程是连续的，因此单个池子可独立运行；而SBR进水过程是间歇的，应用中一般要2个或2个以上池子交替使用。排水是由可升降的堰式滗水器完成的，随水面逐渐下降，均匀将处理后的清水排出，最大限度降低了排水时水流对底部沉淀污泥的扰动。CASS法每个周期的排水量一般不超过池内总水量的1/3，而SBR则为3/4，所以，CASS法比SBR法的抗冲击能力更好。CASS工艺特点如下：设备安装简便，施工周期短，具有较好的耐水、防腐能力，设备使用寿命长；对原水的水质水量的变化有较强的适应能力，处理效果稳定，出水水质好；处理工艺在国内外处于先进水平，设备自动化程度高，可用微机进行操作和控制；整个工艺运转操作较为简单，维修方便，处理厂内不产生污染环境的臭气和蚊蝇；投资较省，处理成本低，工艺有推广应用价值。2.4工艺流程说明废水经过格栅后,除去较大的悬浮物及漂浮物,进入调节池,经提升泵至UASB反应器进行厌氧发酵,然后现进入CASS反应器进行好氧处理，其工艺流程图见图2-1.格栅提升泵过滤机沼气柜调节池UASB反应器CASS反应池污泥浓缩池脱水间废水污水泥外运污泥达标排放集泥井消毒 图2-1 废水处理工艺流程图本章小结本章根据污水的原始设计资料，结合污水特点，提出了水解酸化处理工艺。该流程为物理，化学，生物化学的组合工艺，实现处理后的水达标排放。第3章 处理构筑物的设计计算 第3章 处理构筑物的设计计算3.1 格栅 3.1.1 设计参数设计流量Q = 8000m3/d = 0.093m3/s ；取中格栅，栅条选圆钢；栅条宽度S=0.02m，栅条间隙e=0.02m，格栅安装倾角=60，便于除渣操作3.1.2 设计计算由于本设计水量较少，故格栅直接安置于排不渠道中。平均日流量 最大日流量格栅间隙数设栅前水深h=0.3m，过栅流速v=0.7m/s。栅条间隙数，取25其中 最大设计流量，m3/s；栅条间隙，m；栅前水深，m；过栅流速，m/s。栅槽宽度设计采用圆钢为栅条，即=0.02m。栅槽宽度栅槽实取宽度=1.0m。过栅水头损失栅条断面为圆形断面，由公式： 得，取120mm。其中阻力系数，其值与栅条断面形状有关，圆形钢，形状系数； 系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；重力加速度，m/s2栅后槽总高度取栅前渠道超高h2=0.3m栅前槽高H1=h+h2=0.3+0.3=0.6m栅后槽总高度H= H1+h1=0.6+0.12=0.72m进水渠道渐宽部分长度设进水渠宽B2=0.2m，进水部分展开角度进水渠道渐宽部分长度栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度栅槽总长度每日栅渣量每日栅渣量其中 栅渣量，格栅间隙为1625mm时， =0.100.05；格栅间隙为3050mm时， =0.030.01污水流量总变化系数，工业废水取1.2。格栅间距为20mm，设栅渣量=0.07，0.2,采用机械清渣。3.1.3格栅选型格栅间几何尺寸为10m6m6m。内设自动机械格栅CF1500两台及皮带输送机一台。每台机械格栅宽1.50m，栅条净间距25mm。配用电机功率P=2.0kw，过水能力60000 m3/d。机械格栅前后均设宽为1.5米的电动闸板（共两台），配用电机功率P=1.0kw。根据机械格栅前后水位高差自动控制机械格栅耙子的开停：正常水位高差为0.25m，当水位高差超过0.35m时自动开，水位高差恢复至0.25m时自动停。拦截物经皮带输送机输送至存放箱后装车外运。3.2 调节池3.2.1设计说明调节池是用来均衡调节污水水量、水质、水温的变化，降低对生物处理设施的冲击，为使调节池出水水质均匀，防止污染物沉淀，调节池内宜设置搅拌、混合装置。3.2.2 设计参数水力停留时间T = 6h ；设计流量Q = 8000m3/d = 333.3m3/h ；3.2.3设计计算有效容积为：V = QT = 333.36 = 2000 m3 取池子总高度H=5.5m,其中超高0.5m,有效水深h=5m，则池面积为：A = V/h = 2000/5 = 400 m3池长取L = 10.5 m ,池宽取B = 10.5 m ，则池子总尺寸为：LBH = 10.510.55.5=606.4 m3调节池的搅拌器：使废水混合均匀，调节池下设潜水搅拌机，选型QJB7.5/6640/3-303/c/s1台。3.3 过滤机3.3.1 设计参数过滤机设计水量为：Q = 8000 m3/d = 333.3 m3/h = 0.0926 m3/s过滤机进出水水质指标如表3.1：表3.1 过滤机进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)22001300310去除率（%）7750出水水质(mg/l)204612091553.3.2 设计计算3.3.2.1 机型选取选取WYB5型卧式叶片过滤机，其工作参数如表3.2：表3.2：WYB5型卧式叶片过滤机工作参数过滤面积/m2筒体直径/mm工作压/mpa工作温度/59000.41503.3.2.1 每日的去渣量W = 式中：Q - 设计流量，m3/dC0 - 进水悬浮物浓度，kg/m3C1 - 出水悬浮物浓度，kg/m3P0 - 污泥含水率，以97%计 - 污泥密度，以1000kg/m3计W = = 10.33m3/d3.4 UASB反应池3.4.1 设计参数3.4.1.1 参数选取设计参数选取如下：容积负荷（Nv）为：4.5kgCOD/(m3d) ；污泥产率为：0.1kgMLSS/kgCOD ；产气率为：0.4m3/kgCOD 。3.4.1.2 设计水质UASB反应器进出水水质指标如表3.3：表3.3：UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)20461209155去除率（%）808550出水水质(mg/l)409.2181.3577.53.4.1.3 设计水量Q = 8000m3/d = 333.3m3/h = 0.093m3/s3.4.2 设计计算 3.4.2.1 反应器容积计算1.UASB有效容积为(包括沉淀区和反应区)：V有效 = 式中：V有效 - 反应器有效容积，m3Q - 设计流量，m3/dS0 - 进水有机物浓量,kgCOD/m3Nv -容积负荷,kgCOD/(m3d)V有效 = = 36373m32. UASB反应器的形状和尺寸 根据经验，UASB最经济的高度一般在46米之间，并且大多数情况下，这也是系统最优的运行范围。1 反应器有效高度为5m，则横截面积 A = = = 727.46 m2采用2座相同的UASB反应器, 则:单池面积 A1 = = = 363.73 m2采用公壁建造四边行池比圆形池较经济，有关资料显示，当长宽比在2：1左右时，基建投资最省。取池长L = 13 m ，宽B = =27.98 m，取28 m则实际横截面积为：A2 = L B = 13 28 = 364 m2设计反应池总高H=6.5m，其中超高0.5 m （一般应用时反应池装液量为70%-90%） 单池总容积 单池有效反应容积 单个反应器实际尺寸 13m28 m6.5 m 反应器数量 2座 总池面积 反应器总容积 总有效反应容积，符合要求UASB体积有效系数 在70%-90%之间，符合要求。 水力停留时间（HRT）及水力负荷率(Vr) 3.4.2.2 三相分离器设计三相分离器设计计算草图见图3.1：h4bb2b1b3h2h1h3DCBAEV1V2图3.1：三相分离器几何尺寸图1.设计说明三相分离器要具有气、液、固三相分离的功能。三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。2.沉淀区的设计三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同，主要是考虑沉淀区的面积和水深，面积根据废水量和表面负荷率决定。由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应产生少量气体，这对固液分离不利，故设计时应满足以下要求：沉淀区水力表面负荷 1.0 m/h沉淀器斜壁角度设为50,使污泥不致积聚，尽快落入反应区内。进入沉淀区前，沉淀槽底逢隙的流速 2 m/h总沉淀水深应大于1.5 m水力停留时间介于1.52 h如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果。本工程设计中，与短边平行，沿长边每池布置4个集气罩，构成4个分离单元，则每池设置4个三相分离器。三相分离器长度B=7m ，每个单元宽度b=L/4=13/4=3.25m 。沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积，即91 m2沉淀区表面水力负荷为：q = = = 0.46 1.0 ，符合设计要求。3.回流缝设计设单元三相分离器的宽度b = 2.4 m ,上下三角行集气罩斜面水平夹角为55，取保护水层高度h1 = 0.5 m ,下三角形高度h3 = 1.2 m ，上三角形顶水深h2 = 0.5 m ，设每个UASB池的回流缝的数目为2 ，则下三角形集气罩底部宽为：b1 = h3/tg式中：b1-下三角集气罩底水平宽度，m; -下三角集气罩斜面的水平夹角； h3-下三角集气罩的垂直高度，m; b1 = = 0.84 m则相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离：b2 = b - 2 b1 = 3.25 2 0.84 = 1.57 m 则下三角形回流缝面积为： S1 = b2ln = 1.57 7 4 = 43.96 m2 下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速(V1)可用下式计算： V1 = Q1/S1式中： Q1-反应器中废水流量，m3/h； S1-下三角形集气罩回流逢面积，m2；V1 = = 3.79 m/h 2.0 m/s,符合设计要求。设上三角形集气罩回流缝的宽度b3 =CD= 0.45 m ,则上三角形回流缝面积为： S2 = b3l2n = 0.45 7 2 4 = 25.2 m2 上下三角形集气罩之间回流逢中流速(V2)可用下式计算： V2 = Q1/S2，式中：Q2-反应器中废水流量，m3/h；S2 -上三角形集气罩回流逢之间面积，m2； V1 = = 6.61 m/h V1 V2 净水的,故取= 0.02g/cms 。由斯托克斯工式可得气体上升速度为：Vb = = = 0.266cm/s= 9.58m/hVa = V2 = 1.63 m/h ，则： = = 1.19 , = = 1.07 ,故满足设计要求。5. 三相分离器与UASB高度设计三相分离区总高度 h= h2 + h3 + h4h5 h2为集气罩以上的覆盖水深，取0.5m。 UASB总高H = 6.5m，沉淀区高2.5m，污泥区高1.5m，悬浮区高2.0m，超高0.5m。3.4.2.3 进水系统设计1. 配水系统采用穿孔配管，进水管总管径取200，流速约为0.95 m/s。每个反应器设置10根DN150支管，每根管之间的中心距离为1.5 m，配水孔径采用16，孔距1.5 m，每孔服务面积为1.51.5=2.25 ，孔径向下，穿孔管距离反应池底0.2 m，每个反应器有36个出水孔，采用连续进水。2. 布水孔孔径共设置布水孔66个，出水流速u选为2.2m/s，则孔径为 3. 验证常温下，容积负荷（Nv）为：4.5kgCOD/(m3d)；产气率为：0.4m3/kgCOD ；需满足空塔水流速度uk1.0 m/h,空塔沼气上升流速ug1.0 m/h。 空塔水流速度 1.0 m/h 符合要求。空塔气流速度 1.0 m/h 符合要求。3.4.2.4排泥系统设计计算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15gVSS/L,则两座UASB反应器中污泥总量： 。2. 产泥量计算 厌氧生物处理污泥产量取：0.07kgMLSS/kgCOD UASB反应器总产泥量 式中：X UASB反应器产泥量，kgVSS/d ；r 厌氧生物处理污泥产量，kgVSS/kgCOD；Co 进水COD浓度kg/m3；E 去除率，本设计中取80%。 据VSS/SS = 0.8，X=1309.44/0.8=1636.8 kgSS/d单池产泥 Xi = X/2 = 1636.8/2 = 818.2 kgSS/d污泥含水率为98%，当含水率95%，取，则污泥产量 单池排泥量 污泥龄3. 排泥系统设计在UASB三相分离器下0.5m和底部400高处，各设置一个排泥口，共两个排泥口。每天排泥一次。3.4.2.5出水系统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。1. 出水槽设计 对于每个反应池，有4个单元三相分离器，出水槽共有4条，槽宽0.3m。 单个反应器流量 设出水槽口附近水流速度为0.2 m/s，则 槽口附近水深 取槽口附近水深为0.25 m，出水槽坡度为0.01；出水槽尺寸8 m0.3 m0.25 m；出水槽数量为4座。2. 溢流堰设计 出水槽溢流堰共有12条（62），每条长10 m，设计900三角堰，堰高50，堰口水面宽b=50。每个UASB反应器处理水量28L/s,查知溢流负荷为1-2 L/（ms），设计溢流负荷f = 1.117 L/（ms），则堰上水面总长为： 。三角堰数量： 个，每条溢流堰三角堰数量：504/12=42个。一条溢流堰上共有42个100的堰口，42个140的间隙。堰上水头校核每个堰出流率：按900三角堰计算公式，堰上水头：出水渠设计计算 反应器沿长边设一条矩形出水渠，4条出水槽的出水流至此出水渠。设出水渠宽0.8m，坡度0.001，出水渠渠口附近水流速度为0.3m/s。渠口附近水深 以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深：0.25+0.368=0.6m，离出水渠渠口最远的出水槽到渠口的距离为14.67米，出水渠长为 14.67+0.1=14.77m，出水渠尺寸为 14.77m0.8m0.6m，向渠口坡度0.001。 UASB排水管设计计算选用DN250钢管排水，充满度为0.6，管内水流速度为 3.4.2.6沼气收集系统设计计算1. 沼气产量计算 沼气主要产生厌氧阶段，设计产气率取0.4。总产气量 每个UASB反应器的产气量 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据资料，集气室沼气出气管最小直径d=100mm,取100.沼气主管 每池8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 取D=150，充满度为0.8，则流速为 两池沼气最大气流量为取DN=250，充满度为0.6；流速为 2. 水封灌设计水封灌主要是用来控制三相分离气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，同时兼有有排泥和排除冷凝水作用。 水封高度 式中： H0 反应器至贮气罐的压头损失和贮气罐内的压头 为保证安全取贮气罐内压头，集气罩中出气气压最大H1取2m H2O，贮气罐内压强H0为400H2O。水封灌 水封高度取1.5 m，水封灌面积一般为进气管面积的4倍，则 水封灌直径取0.5m。3. 气水分离器气水分离器起到对沼气干燥的作用，选用500H1800钢制气水分离器一个，气水分离器中预装钢丝填料，在气水分离器前设置过滤器以净化沼气，在分离器出气管上装设流量计及压力表。4. 沼气柜容积确定由上述计算可知该处理站日产沼气8960，则沼气柜容积应为4h产气量的体积确定，即。设计选用300钢板水槽内导轨湿式储气柜，尺寸为7000H6000。3.5 CASS反应池3.5.1设计说明CASS工艺是SBR工艺的发展，其前身是ICEAS，由预反应区和主反应区组成。预反应区控制在缺氧状态，因此提高了对难降解有机物的去除效果，与传统的活性污泥法相比，有以下优点：（1）建设费用低，省去了初沉池、二沉池及污泥回流设备。（2）运行费用低，节能效果显著。（3）有机物去除率高，出水水质好，具有良好的脱氮除磷功能。（4）管理简单，运行可靠，不易发生污泥膨胀。（5）污泥产量低，性质稳定，便于进一步处理与处置。3.5.1.1设计水质UASB反应器进出水水质指标如表3.4：表3.4 CASS反应器进出水水质指标水质指标 CODBODSS进水水质(mg/l)409.2181.477.5去除率（%）859050出水水质(mg/l)61.418.138.73.5.2设计参数设计流量Q = 8000m3/d = 333.3 m3/h =0.093m3/s ；进水COD=409.2mg/L ，去除率为85% ；BOD污泥负荷（Ns）为：0.1kgBOD/MLSS；混合液污泥浓度为：X=4000mg/L ；充水比为： 0.32 ；进水BOD= 181.4 mg/L，去除率为90%。3.5.3设计计算3.5.3.1运行周期及时间的确定1. 曝气时间 式中： 充水比 进水BOD值，mg/l； BOD污泥负荷，kgBOD/MLSS； X 混合液污泥浓度，mg/L。2. 沉淀时间 设曝气池水深H = 5m，缓冲层高度 =0.5 m，沉淀时间为： 3. 运行周期T 设排水时间td=0.4h,运行周期为每日周期数： N= 24/6=43.5.3.2反应池的容积及构造1. 反应池容积单池容积为 反应池总容积为 式中：N 周期数； 单池容积； 总容积；n 池数，本设计中采用2个CASS池； 充水比。2. CASS反应池的构造尺寸CASS反应池为满足运行灵活和设备安装需要，设计为长方形，一端为进水区，另一端为出水区。如图3-4所示为CASS池构造。3-2 CASS池结构示意图据资料，B：H=12，L：B=46，取B=8m,L=40 m。所以=4085=1600m3单池面积 CASS池沿长度方向设一道隔墙，将池体分为预反应区和主反应区两部分，靠近进水端为CASS池容积的1