啤酒废水设计计算书

水污染控制工程课程设计摘 要 目前，国内外啤酒废水处理技术有了迅速的发展，通常采用以生化为主，生物与物化相结合的处理工艺。本次设计就是采用厌氧-好氧结合的方法，即UASB-CASS法对啤酒废水进行处理，该工艺的主体处理单元就是UASB反应池和CASS反应池处理单元。它集结了UASB和CASS两种工艺的优点，技术上先进可行，投资小，运行成本低，效果好，可回收能源，产出颗粒污泥产品，具有一定的经济效益。通过二者结合来处理啤酒废水，使得本次设计的方案具有可行性，处理后的废水可达到污水综合排放标准（GB8978-1996）关于啤酒废水的排放要求。关键词 啤酒废水 厌氧-好氧工艺 UASB-CASS工艺 三相分离器Abstract At present, beer wastewater treatment technologys in domestic and international had developed rapidly, but the main technology is biological and chemical technology , biological and physical-chemical combination of the process. The design is the use of the combination of anaerobic - aerobic, and it is the application of UASB-CASS technology on beer wastewater treatment, the main processing units of the process are the UASB reactor pool and CASS tank. It assembles the advantages of the UASB and CASS , advanced viable technologically, small investment, low operating cost, effective, recyclable energy, outputs granular sludge products, with certain economic benefits. The combination of both deal with the beer waste water, making the programme of the design is feasible, and the result of the wastewater treatment can be achieved about beer fine sewage discharge requirements in wastewater discharge standards (GB8978-1996). Key words: beer waste water UASB CASS目 录摘 要3Abstract4目 录5第一章 总论71.1 设计工程概况71.1.1废水水质水量71.1.2气象水文资料71.2处理工艺论证71.2.1好氧处理工艺81.2.2水解好氧处理工艺91.2.3厌氧好氧联合处理技术91.3设计范围及设计原则111.3.1设计范围111.3.2设计原则111.4 物料平衡计算161.4.1水量平衡161.4.2水质衡算171.4.3工艺流程18第二章 主体构筑物的设计与计算192.1 细格栅192.1.1设计参数与计算192.2初次沉淀池222.2.1设计目的222.2.2设计原则222.2.3设计计算232.3 调节池242.3.1设计参数242.3.2设计计算242.4 UASB反应池设计计算252.4.1进水分配系统的设计262.4.2三相分离器设计272.4.3排泥系统的设计322.4.4出水系统的设计计算342.4.5 UASB的其他设计362.5 CASS反应池的设计计算382.5.1设计参数382.5.2设计计算392.6 消毒池422.7 贮泥池432.7.1设计参数432.7.2设计计算432.8 污泥浓缩池44第三章 水力计算463.1 污水管道463.1.1设计参数463.1.2设计计算473.2 提升泵房的设计计算513.2.1设计参数513.2.2设计计算51第四章 设计总结534.1主体构筑物一览表534.2参考文献544.3致谢55第一章 总论1.1 设计工程概况1.1.1废水水质水量本次设计该啤酒厂啤酒废水水量为2400m3/d,其原水水质和设计要求如下表1-1表1-1 原水水质和设计要求水质指标COD（mg/L）（mg/ L）SS（mg/ L）原 水排放标准设计要求10000100805200201560070601.1.2气象水文资料（1）冻土深度：80cm；地下水位：6m；（2）要求污水处理达到污水综合排放标准（GB8978-1996）关于啤酒精污水的排放要求，即COD100mg/L；BOD520mg/L；SS70mg/L 。（3）河道的最高洪水水位标高114.00米。常水位标高为111.00米.枯水位标高为109.00m 。城市污水厂排水满足三类水体要求。根据当地资料及目前广泛使用的工艺方案比较,采用UASB-CASS处理工艺。1.2处理工艺论证啤酒废水中大量的污染物是溶解性的糖类、乙醇等，这些物质具有良好的生物可降解性，处理方法主要是生物氧化法。1.2.1好氧处理工艺啤酒处理处理主要采用好氧处理工艺，主要由普通活性污泥法、生物滤池法，接触氧化法和SBR法。传统的活性污泥法由于产泥量大，脱氮除磷能力差，操作技术要求严，目前已被其它工艺替代。近年来，SBR和氧化沟工艺得到了很大程度的发展和应用。（1）生物接触氧化法生物接触氧化法是利用固着在填料上的生物膜来吸附水中的有机污染物并加以氧化分解，使污水得到净化。20世纪80年代初，接触氧化法比普通活性污泥法有一定的优势，因此在啤酒废水处理上得到了广泛的应用。但由于啤酒废水的进水COD浓度很高，所以一般采用二级接触氧化工艺。采用接触氧化工艺代替活性污泥法，可以防止高糖含量废水易引起污泥膨胀的现象，并且不用投配氮、磷营养。用接触氧化法，可以选择的负荷范围是1.01.5BOD5/（m3.d）；用鼓风曝气，每去除1BOD5约需空气80 m3。该法的缺点是对于较大型污水厂填料需要量过大，不便于运输和装填，而且污泥排放量大。（2）SBR法及改进工艺序批式活性污泥法（简称SBR）尽管比连续活性污泥法具有处理效率高的优点，但在实际运行中有很大的困难。近年来，随着自动控制和控制元件的发展，SBR工艺目前投入运行的装置基本实现了自动控制。SBR工艺具有以下特点：运行方式灵活，脱氮、除磷效果好；工艺简单，自动化程度高，节省费用；反应推动力大；能有效防止丝状菌的膨胀。因此，SBR工艺又得到了很大的发展。CASS工艺是对SBR方法的改进，在国内有很多工程实例。很多工程实践表明，工艺处理效果稳定，可达到排放标准，平均出水水质：COD 2586mg/L，去除率为96%98%；BOD5 2125mg/L，去除率为97%98%；SS 5264mg/L,去除率为88%92%。该工艺投资较低，运行费用省，每立方米废水总投资为1100元，运行成本0.56元/m3 。总之，好氧处理工艺存在曝气耗能大、污泥产量大的缺点，故厌氧好氧处理工艺逐渐被深入研究和开发利用。1.2.2水解好氧处理工艺格栅水解好氧处理技术的典型工艺流程如下：调节池水解酸化池接触氧化气浮达标排放此流程的特点是将好氧工艺中的两级接触氧化工艺简化为一级接触氧化，使能耗大幅度下降。 水解反应器事实上是一种以水解产酸菌为主的上流式厌氧污泥床，利用厌氧反应中的水解酸化阶段，而放弃了停留时间长的甲烷发酵阶段。水解反应器对有机物的去除率显著高于具有相同停留时间的初沉池。由于水解反应器可使啤酒废水中的大分子难降解有机物转变为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，这使得好氧处理单元的停留时间小于传统的工艺。与此同时，悬浮固体物质（包括进水悬浮物和后续好氧处理中的剩余污泥）被水解为可溶性物质，使污泥得到处理。水解反应工艺是一种预处理工艺，其后面可以采用各种好氧工艺，如活性污泥法、接触氧化法、氧化沟和SBR等。啤酒废水一般并不需要水解酸化，但由于啤酒废水的悬浮性有机物成分较高，而水解池又具有有效地截留去除悬浮性颗粒物质的特点，将其应用于啤酒废水的处理可去除相当一部分的有机物。从实验结果看，水解池最高COD去除率可达到50%，当废水中含制麦废水（浓度较低）时去除率也在30%40%。而且，啤酒废水经水解酸化后进行接触氧化处理，具有显著的节能效果，BOD/COD值增大，废水的可生化性增加，可充分发挥后续好氧生物处理的作用，提高生物处理啤酒废水的效率。因此，水解和好氧处理相结合，确实要比完全好氧处理经济一些。1.2.3厌氧好氧联合处理技术1.厌氧处理技术厌氧处理技术是一种有效去除有机污染物并使其碳化的技术，它将有机化合物转变为甲烷和二氧化碳。厌氧处理与好氧处理相比有许多优点：对中高浓度废水，厌氧比好氧处理不仅运转费用要便宜得多，而且可回收沼气；所需反应器的体积更小；能耗低，约为好氧处理工艺的10%15%；对营养物需求低；既可应用于小规模，也可应用于大规模的废水处理工程。废水厌氧生物处理技术发展到现在，已有120多年的历史。近年来由于高效厌氧反应器的发展，厌氧处理工艺已经可以应用于常温低浓度啤酒废水。据报道，应用UASB反应器在21.8处理BOD5为1150mg/L、COD为2030mg/L的啤酒废水，在HRT为4h的条件下，COD及BOD5的去除率分别为89.1%和91.3%。厌氧法的缺点主要是不能去除氮、磷，出水往往达不到排放要求，因此常常需对厌氧处理后的废水进一步用好氧的方法进行处理，使出水达标排放。2. 处理啤酒废水的不同厌氧反应器 传统的厌氧发酵法需要较高的温度，较长的水利停留时间，不适宜大型的酒厂的水处理。近年来，国内外开发应用较多的厌氧反应器有以下几种：厌氧发酵池（普通消化池）；缸式厌氧发酵，即接触式厌氧工艺；厌氧过滤器（AF）；上流式厌氧污泥床反应器（UASB）；厌氧流化床反应器（FASB）。不同厌氧反应器的相比有以下特点。（1) 沉降性能良好，不设沉淀池，无需污泥回流。（2) 不填载体，构造简单节省造价。（3) 由于消化产气作用，污泥上浮造成一定的搅拌，因而不设搅拌设备。（4） 污泥浓度和有机负荷高，停留时间短。3. 不同处理系统的技术经济分析表1-2 不同处理方法的技术、经济特点比较处理方法主要技术、经济特点 好 氧 工 艺生物接触氧化法采用两级接触氧化工艺，可防止高糖含量废水引起污泥膨胀现象；但需要填料过大，不便于运输和装填，且污泥排放量大氧化沟工艺简单，运行管理方便，出水水质好，但污泥浓度高，污水停留时间长，基建投资大，曝气效率低，对环境温度要求高SBR法占地面积小，机械设备少，运行费用低，操作简单，自动化程度高，但还需曝气能耗，污泥产量大厌氧-好氧工艺水解-好氧技术节能效果显著，且BOD/COD值增大，废水的可生化性能增加，可缩短总水利停留时间，提高处理效率，剩余污泥量少UASB好氧技术技术上先进可行，投资小，运行成本低，效果好，可回收能源，产出颗粒污泥产品，有一定收益；操作要求严1.3设计范围及设计原则1.3.1设计范围本次设计主要包括主体设备计算及其相应设备选型、工程概算，绘制污水处理厂平面布置图、高程布置图、工艺流程图及2张主体构筑物详图，设计计算书和设计说明书。1.3.2设计原则1.厂址选择 在对污水厂进行总体设计时，对具体厂址的选择，需要进行深入的调查研究和详尽的技术经济分析，厂址对环境卫生、基建投资和运转费用都有重大影响。制定污水处理系统方案，污水厂的厂址选择是关键，它与城市的总体规划、城市排水系统的走向、布置、处理后污水的出路密切相关。当厂址选择有多种方案时，应从管道系统、泵站、污水处理厂各种处理单元考虑，进行综合的技术、经济比较和最优化分析，并应通过专家的反复论证后在确定，同时应遵循以下基本原则：厂址应在居住区和生产区的下风向，并在给水水源的下游区至少500m，与居住区保持一定距离，一般不应小于300m 4。 规模较大而对环境有较大影响的处理设备，应在厂区或厂外设置独立的处理站。厂址应少占农田或不占农田，并且要便于农业灌溉。对环境没有显著影响的处理设备，最好设置在生产设备或车间附近，这样可使路线短，提升少，废水排入下水道或回用都很方便。 厂址应设在地形有适当坡度的城镇下游地区，使污水自流，节约动力消耗。厂址应设于水、电、交通便利；地质条件良好；地形适宜出水便于排放或综合利用之处。厂址应考虑汛期不受洪水的威胁。结合城市或工厂整体规划，既考虑目前又顾及将来，留有余地。2.平面布置 平面布置原则4： 处理构筑物是污水厂的主体构筑物，要在做平面布置时根据各构筑物的功能要求和水力要求，结合地形地质条件，确定平面布置位置。具体原则如下：（1）处理构筑物的布置应紧凑，节约用地并便于管理。 池型的选择应考虑占地多少及经济因素。圆形池可用环状拉力设计，造价较低，但进出水构造较复杂。方形池或矩形池池墙较厚，但可利用公共墙壁以节约造价，且布置可紧凑，减少占地。一般小型处理厂采用圆形池较为经济，而大型处理厂则以采用矩形池为经济。除了占地、构造和造价等因素外，还应考虑水力条件、浮渣清除，以及设备维护等因素。（2）每一单元过程的最少池数为两座，但在大型污水厂中，由于设备尺寸的限制，往往有多池。当发生事故，一座池子停止运转时，其余的池子流量和污染负荷增加，必须计算其对出水水质的影响，以确定每一池子的尺寸。在选择池子的尺寸和数目时，必须考虑污水厂的扩建。对每一种单元过程的全部处理池，最好采用相同的尺寸，且应避免在初期运行时有过大的富余能力。（3）处理构筑物应尽可能地按流程顺序布置，以避免管线迂回，同时应充分利用地形，以减少土方量。远景设施的安排应在原始设计中考虑，除了满足远景处理能力的需要而增加的 处理池以外，还应为改进出水水质的设施预留地。（4）在布置总图时，应考虑安排充分的绿化地带，为污水处理厂的工作人员提供一个优美舒适的环境。 （5）总图布置应考虑远近期结合，有条件时，可按远景规划水量布置，将构筑物分为若干系列，分期建设。 （6）构筑物之间的距离应考虑敷设管渠的位置，运转管理的需要和施工的要求，一般采用510m。 （7）污泥处理构筑物应尽可能布置成单独的组合，以保安全，并方便管理。 （8）变电站的位置宜设在耗电量大的构筑物附近，高压线应避免在厂内架空敷设。 （9）污水厂内管线种类很多，应考虑综合布置，以免发生矛盾。污水和污泥管道应尽可能考虑重力自流。自流管道应绘制纵断面图。 （10）如有条件，污水厂内的压力管线和电缆可合并敷设在一条管廊或管道沟内，以利于维护和检修。 （11）污水厂内应设超越管，以便在发生事故时，使污水能超越一部或全部构筑物，进入下一级构筑物或事故溢流。 （12）污水厂的占地面积，随处理方法和构筑物选型的不同，而有很大的差异。处理站构筑物的面积应根据计算得，在具体布置时要考虑各组设备之间的有机迎接，既要紧凑以便于集中管理，又要保持合理伺距，保证配水均匀、运行灵活。 3.高程布置及流程纵断面图 在进行平面布置的同时，必须进行高程布置，以确定各处理构筑物及连接管渠的高程，并绘制处理流程的纵断面图，其比例一般采用：纵向 1：501：100，横向 1：5001：1000 或示意图上应注明构筑物和管渠的尺寸、坡度、各节点水面、内底以及原地面和设计地面的高程，高程布置的内容主要包括：各处理构(建) 筑物的标高(例如池顶、池底、水面等)；最小埋深或标高；阀门井、检查井井底标高，管道交叉处的管线标高；各种主要设备机组的标高；道路、地坪的标高和构筑物的覆土标高6。 在整个污水处理过程中，应尽可能使污水和污泥为重力流，但在多数情况下，往往须抽升。高程布置的一般规定如下： （1）为了保证污水在各构筑物之间能顺利自流，必须精确计算各构筑物之间的水头损失，包括沿程损失、局部损失及构筑物本身的水头损失。此外，还应考虑污水厂扩建时预留的储备水头。 （2）进行水力计算时，应选择距离最长、损失最大的流程，并按最大设计流量计算。当有二个以上并联运行的构筑物时，应考虑某一构筑物发生故障时，其余构筑物须负担全部流量的情况。计算时还须考虑管内淤积，阻力增大的可能。因此，必须留有充分的余地，以防止水头不够而发生涌水现象，影响构筑物的正常运行。 （3）污水厂的出水管渠高程，须不受水体洪水顶托，并能自流进行农田灌溉。 （4）各处理构筑物的水头损失（包括进出水渠的水头损失），可按给水排水设计手册第五册P410表10-2估算3。 （5）污水厂的场地竖向布置，应考虑土方平衡，并考虑有利排水。 为了确定各构筑物的相对高程，保证废水及污泥的重力流动，首先必须精确计算各沟渠及处理构筑物的水头损失。沟渠的水头损失包括沿程损失和局部损失。配水计量水设备主要是局部水头损失。 污水处理厂高程计算,应选择一条距离最长、水头损失最大的流程进行计算，并应适当留有余地，以使实际运行时能有一定的灵活性。 计算水头损失时，一般应以近期最大流量（或泵的最大出水量）作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头。4.管道布置原则 管道的布置和安装，首先应保证安全，便利生产操作，检修，保证工人安全。 进行管道设计时，应根据总图的要求，全面规划，合理布局。 管道应尽量平形成列敷设，走直线，少拐弯。 管道应尽量集中敷设，穿过墙壁和楼板的管到内不得有焊接。 不锈钢管不得与碳钢制的管架直接接触，以免因电位差而造成腐朽核心。 输送含有易燃易爆介质的废液管道，不得敷设在生活间，楼梯和走廊等处。 输送有毒或有腐蚀性介质的管道，不得在人行道上设置阀门，伸缩器，法兰等。 包有保温层的管道应安装在不易被溅湿的地方。 不耐高温的管道，应避开有热源设备和管道。 管道安装应尽量避免“气袋”、“口袋”和“盲脂” 6。 管路的管底高度、低管架不小于0.3m,中管架不小于2m,高价不小于3.2m，上下两层排管的高程差可取1、1.2、1.4m，当管路通过公路时不小于4.5m,通过铁路时不小于6m。 5.管线设计（1）污水管 进水渠：原污水沟上截流闸板的设置和进站控制闸板的设计由啤酒厂完成。 出水管： DN200铸铁管或陶瓷管，q=17.4L/s,v=0.9m/s, i=0.006。 超越管：考虑运行故障或进水严重超过设计水量水质时废水的出路，在UASB之前设置超越管，规格DN200铸铁管或陶瓷管，i=0.006。 溢流管：浓缩池上清液及脱水机压滤水含微生物有机质0.5%1.0%，需进一步处理，排入调节池。设置溢流管，DN200铸铁管，i=0.004。（2）污泥管调节池、UASB、CASS反应池污泥池均为零力排入集泥井，站区排泥管均选用DN200铸铁管，i = 0.02。集泥井至浓缩池，浓缩池排泥泵贮泥柜，贮泥柜至脱水机间均为压力输送污泥管。集泥井排泥管DN250，钢管，v=0.9m/s。浓缩池排泥管，贮泥柜排泥管，DN150，钢管，v=1.0m/s。（3）沼气管沼气管从UASB至水封罐为DN100钢管，从水封罐向气水分离器及沼气贮柜为DN150，钢管，沼气管道逆坡向走管，i = 0.005。（4）给水管沿主干道设置供水干管1000DN，钢筋混凝土管。引入污泥脱水机房供水支管DN400，钢筋混凝土管。引入办公综合楼泵房及各地均匀为DN32，钢筋混凝土管。（5）雨水外排依靠路边坡排向厂区主干道雨水管。（6）管道埋深 压力管道 在车行道之下，埋深0.70.9m，不得不小于0.7m，在其他位置0.50.7m，不宜大于0.7m。 重力管道由设计计算决定，但不宜小于0.7m（车行道下）和0.5m（一般市区）6。6.公用设施 污水厂的公用设施包括道路、给水管网、雨水管、污水管、热力管、沼气管，电力及电讯电缆、照明设备、围墙、绿化等。 道路厂内道路应合理布置以方便运输，通常围绕池组作环状，宽度以3.54.0m为宜。厂内主干道应为上下行，宽度视厂的大小规模而定，一般采用69m 。 供水厂内供水一般由城镇给水干管接支管供应。雨水排除为避免发生积水事故，设计污水处理厂时应考虑雨水排除。通常在小型的污水处理厂可采用自然排除法，无需修建专门的雨水管；在大型的污水处理厂则需修建专门的雨水管道。 污水排除对厂内的各种辅助建筑物均应设有污水排除管，污水管最后应接入泵站前的城镇污水干管中。 通讯 对小型的污水处理厂可设计安装少量的外线电话；对大型的污水处理厂可考虑安装电话交换机。 仪表及自动控制 污水厂仪表及自动控制设计，要掌握适当的设计标准，在有工程实效的前提下，考虑其技术先进性。1.4 物料平衡计算1.4.1水量平衡废水经过格栅、集水井、调节池。调节池的主要作用使调节水质水量，所以水量没有发生很大的变化，仍然为2400m3/d。废水经UASB反应器，由于厌氧部分产生的污泥量与废水量比起来很小， 可以忽略不计，所以进入CASS系统的废水水量基本不变，依然是2400m3/d。CASS系统中的水量衡算应包括整个反应器的进出水量，反应池中的污泥产量以及污泥回流，但污泥回流系统是一个内循环系统，对于整个CASS系统，水量变化不大。泥处理系统中携带有水，但这部分水在脱水后又被送回到集水井，因此，水量也未损失太多。1.4.2水质衡算采用此厌氧-好氧工艺，污染物在各阶段的去除效果见表表1-1 污染物在各阶段的去除效果工段项目COD(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)预处理进水出水去除率/%10000800020%5200364030%60030050%UASB进水出水去除率/%8000 80090%364018295%30010565%CASS进水出水去除率/%8008090%1821592%1056043% 由上表可知，出水的指标均可达到标准。(1) COD的总去除量本次设计中，根据系统运行效果，COD的总去除量COD的总去除率为99.2%(2) BOD5的总去除量BOD5的总去除率为(3) SS总去除率量SS的总去除率为1.4.3工艺流程 此次啤酒废水工艺设计采用UASB-CASS工艺。其工艺流程如下：达标排放污泥回流污水进水泥外运 细格栅初沉池调节池UASB反应器CASS池酸碱罐沼气贮柜污泥浓缩池污泥脱水PAM罐消毒池图示1-1工艺流程图第二章 主体构筑物的设计与计算2.1 细格栅2.1.1设计参数与计算 (1) 设计量 Q=2400=0.028 (2)格条间隙 b=5； (3)栅前水深 h=0.6； (4)过栅流速 V=0.6； (5)安装倾角 =600 (6)进水渠道水流速 V1 =0.6 (7)栅渣量 W1=0.08 栅渣/103 污水 (8)啤酒废水流量总变化系数 KZ=1.85设计计算此次设计水量不大，故设计1台机械格栅，则通过每台格栅的水量（Q）（1） 栅条的间隙个数n式中：Qmax 设计流量， 格栅倾角，取=600b 栅条间隙，取b=5=0.005h 栅前水深，取h=0.6v 过栅流速，取v=0.6（2）格栅宽度B栅槽宽度一般比格栅宽0.20.3m，取0.2m设栅条宽度=10mm（0.01m）则栅槽宽度m（3）进水渠道渐宽部分的长度 进水渠宽B1，其进水渠道渐宽部分的展开角度为，进水渠道内的流速为0.77m/s （4）栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度，（）（5）通过格栅的水头损失 式中：h1设计水头损失，mh0计算水头损失,mg重力加速度, m/s2；k系数，格栅受污物阻塞时水头损失增大倍数，一般k=3。阻力系数，与栅条断面形状有关，设栅条断面为锐边矩形断面。 =2.4210（6）栅后槽总高度H, 设栅前渠道超高h2=0.3m,槽前渠道深H1=h+h2=0.6+0.3=0.9m（7）栅槽总长度为L，m（8）每日栅渣量W，m3/d当格栅间隙为10mm时，设栅渣量为0.08（103污水），则采用机械清渣，选用双栅格栅除渣机，型号为SSHZ1000-15009。 图2-1 细格栅设计计算图2.2初次沉淀池2.2.1设计目的沉淀池按工艺的不同，可分为初次沉淀池和二次沉淀池。初次沉淀池时一级污水处理厂的主体构筑物，或作为二级处理厂的预处理构筑物设在生物处理构筑物的前面。处理的对象是悬浮物质，同时可去除部分BOD5，可改善生物处理构筑物的运行条件并降低其BOD5负荷。2.2.2设计原则（1）设计流量应按分期建设考虑：当水流为自流进入时，应按每期的最大设计流量计算；当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流量计算；在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算，沉淀时间不宜小于30min。（2）沉淀池的个数或分格数不应小于2个。并宜按并联系列设计。（3）池子的超高至少采用0.3m。（4）沉淀池的沉淀效率由池的表面积决定，与池深无多大关系，因此，宁可采用浅池。但实际上若水深过浅，则因水流会引起污泥的扰动，使污泥上浮，温度、风等外界影响也会使沉淀池效率减低。若水深过深，会造成投资增加。有效水深一般以2.0-4.0为宜。（5）沉淀池的缓冲层高度，一般采用0.3-0.5m。（6）污泥斗的斜壁与水平面的倾角，方斗不宜大于60，圆斗不宜小于55。（7）初次沉淀池的污泥区容积，一般按不大于2d的污泥量计算，采用机械排泥时，可按4h污泥量计算；二次沉淀池的污泥区容积按不小于2h储泥量考虑，泥斗中污泥浓度按混合液浓度及底流浓度的平均浓度计算。（8）排泥管直径不应小于200mm。（9）沉淀池的污泥一般采用静水压力排除，初次沉淀池的静水头不应小于1.5m；二次沉淀池的静水头，生物膜法后不应小于1.2m；曝气池后不应小于0.9m。（10）采用机械排泥时可连续排泥或间歇排泥，不用机械排泥时应每日排泥。（11）采用多斗排泥时，每个泥斗都应设单独的闸阀和排泥管。（12）初次沉淀池应设撇渣设施。（13）沉淀池的入口和出口均因采取整流措施。2.2.3设计计算采用平流式沉淀池（1）池子总表面积：式中：Q日平均流量（/h）；q表面负荷（/h），设为q=2（/h）（2）沉淀部分有效水深：式中：t沉淀时间（h）（3）沉淀部分有效容积 （4）池长式中：v水平流速mm/s。（5） 池子总宽度 （6）池子个数式中：b每个池子宽度（m）（8）池总高度式中：超高（米）；缓冲层高度（米）；2.3 调节池2.3.1设计参数 （1）水利停留时间T=8h； （2）设计流量Q=2400m3/d=100 m3/h=0.028m3/s2.3.2设计计算 池子尺寸：池有效容积： 调节池容积池的有效容积为3333m3。调节池面积（F） 取调节池的有效水深h2=6.0m，则 调节池尺寸（LB） 取池长L=14m，B=10m；超高取1.0m，所以池子的总高H=1.0+6.0=7.0m。池子的总尺寸为2.4 UASB反应池设计计算1.UASB反应器的有效容积对于中等浓度和高等浓度的有机废水，一般情况下，有机容积负荷率是限制因素，反应器的容积与废水量、废水浓度和允许的有机物容积负荷去除率有关。设计容积负荷为Nv=4.0kgCOD/（m3/d），COD的去除率为90%，则UASB反应器有效容积为：式中Q设计处理量，m3/d进、出水COD浓度，mg/L；COD容积负荷，kgCOD/（m3/d） 2. UASB反应器的形状和尺寸 资料显示，经济的反应器高度一般为46m之间，并且在大多数情况下这也是系统优化的运行范围。升流式厌氧污泥床的池形有矩形、方形和圆形。圆形反应器具有结构较稳定的特点，但是建造圆形反应器的三相分离器要比矩形和方形反应器复杂得多，因此本次设计选用矩形池。从布水均匀性和经济性考虑，矩形池长宽比在2：1左右较为合理。 设计反应器有效高度为h=6.0m，则横截面积设池长L约为池宽B的2倍，则可取B=19m，L=38m 。 一般应用时反应器装液量为70%90%，本次设计反应器总高H=7.5m，其中超高0.5m 。UASB反应器的总容积，有效容积为有效容积系数在70%90%之间，符合有机负荷要求1。 3. 水利停留时间（HRT）和水利负荷率（Vr） 对于颗粒污泥，水利负荷=0.10.9，符合要求。2.4.1进水分配系统的设计 1. 布水点的设置 进水方式的选择应根据进水容度及进水流量而定，通常采用是连续均匀进水方式。布水点的数量可选择一管一点或一管多点的布水方式，布水点水量与处理废水的流量、进水浓度、容积负荷等因素有关。Lettinga等推荐的UASB反应器进料喷嘴数设置标准见下表表2-2 UASB反应器进料喷嘴数设置标准污泥性质进水容积负荷/kgCOD/(m3/d)每个进水点负荷面积/m2密实的絮体污泥度40kgTSS/m320.511223疏松的絮体污浓度2040kgTSS/m31231225颗粒污泥22440.510.522 由于所取容积负荷为5.0kgCOD/（m3/d），因此每个点的布水负荷面积大于2m2。本次设计单个UASB反应器中设置240个布水点，则每点的负荷面积为：2. 配水系统形式 UASB反应器的进水分配系统形式多样，主要有树枝管式、穿孔管式、多管多点式和上给式4种。本次设计使用U形穿孔管配水，一管多孔式。为配水均匀，配水管中心距可采用1.02.0m，出水孔孔距也可采用1.02.0m孔径一般为1020mm，常采用15mm，孔口向下或与垂线呈45o方向，每个出水孔的服务面积一般为24m2.配水管中心距池底一般为2025cm，配水管的直径最好不小于100mm。为了使穿孔管各孔出水均匀，要求出口流速不小于2m/s 2。 进水总管管径取400mm，流速约为1.7m/s，每根管上设置10根100mm的U形管，每两根之间的中心距为 2.0m，每根管上有12个配水孔，孔距为1.44m，孔径采用15mm，每个孔的服务面积，孔口向下并与垂线呈45o 。共设置布水孔360个，出水流速u选2.50m/s，则孔径为： 本装置采用连续进料方式，布水孔孔口向下，有利于避免孔口堵塞，所以进水点应距反应器底部200250mm 。本设计中布水管距UASB反应器底部为200mm 。 3. 上升水流速度和气流速度 本次设计中常温下容积负荷Nv=4.0kgCOD/（m3/d），沼气产率r=0.35m3/kgCOD，根据接种污泥的不同选择不同的空塔水流和气流速度。如采用厌氧消化污泥接种，需满足空塔水流速度1.0m/h，空塔沼气上升速度1.0m/h 。如采用颗粒污泥接种，水流速度可以提高至1m/h4.0m/h 。在此按接种消化污泥为依据。则空塔水流速度，符合要求。空塔气流速度：为COD去除率，取90% 。2.4.2三相分离器设计 三相分离器的构造形式是多种多样的，但不论哪一种，必定有三个主要功能和三个组成部分：气液分离、固液分离和污泥回流三个功能以及气封、沉淀区和回流缝三个组成部分，而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。单个分离器的构造见下图图2-6 三相分离器的构造 1. 三相分离器的基本构造 （a）所示的三相分离器较为简单，但泥水分离情况不够理想，因为回流缝同时存在上升和下降两种流体，互相有干扰。图（c）也有类似情况。图（b）三相分离器的构造虽然较为复杂，但污泥回流和水流上升互相不干扰，污泥回流畅通，泥水分离效果较好，气体分离效果也较好。因此，本次设计采用图（b）所示的三相分离器1。 2. 沉淀区的设计 根据一般设计要求，水流在沉淀室内的表面负荷率，沉淀室底部进水口表面负荷一般小于2.0。本次设计中，与短边平行，每池沿长边布置7个集气罩，构成6个分离单元，则设置8个三相分离器。 三相分离器的长度B为10m，每个单元宽度为，其中沉淀区长=15m ，宽度b=5.0m，集气罩顶宽度a=1.167m，壁厚0.2m，沉淀室底部进水口宽度=2.0m 。沉淀区面积 :沉淀区表面负荷符合要求。沉淀室进水口面积沉淀室进水口水流上升速度符合要求。 3. 沉淀区斜壁角度与深度设计 三相分离器沉淀区斜壁倾斜度应在45o60o之间，上部液面距反应器顶部h10.2m，集气罩顶以上的覆盖水深h2可采用0.51.0m ，沉淀区斜面的高度h3建议采用0.51.0m 。不论何种形式的三相分离器，其沉淀区的水深1.0m，并且沉淀区的水利停留时间以11.5h为宜。如能满足上述条件，则可取得良好的固液分离效果。设计UASB反应器沉淀区最大水深为2m，h1=0.5m（超高），h2=0.5m，h3=1.0m。则倾角符合要求。 4. 气液分离设计 设计就是要在确定气封角后，合理选择图中缝隙宽度L1和斜面长度BC（主要是MB）,以防止UASB消化区中产生的气泡被上升的液流带入沉淀室，干扰固液分离，造成污泥流失。当气泡随液流以速度沿分离器斜面BC上升时，由于浮力的作用，它同时具有垂直向上的速度。为例保证气泡不随液流窜入沉淀室，气泡必须在其随液流由B点移至M点时，在垂直方向上移动距离MN。 在分离器设计中，必须满足一下公式要求：，其中气泡随液流垂直向上的速度；气泡随液流沿分离器斜面上升的速度；MN气泡在垂直方向上移动的距离；MB斜面长度。倾角，分隔板下端距反射锥垂直距离MN=0.225m ，则缝隙宽度。流经单个UASB反应池的废水总流量为2400m3/d，查阅资料可知，设有0.7Q=7000m3/d的废水通过进水缝进入沉降区，另有0.3Q=3000m3/d的废水通过回流缝进入沉降区，则符合要求。设BC=0.5m，则MB=BC-MC=0.5-0.346=0.154m 则 脱气条件校核:设能分离气泡的最小直径，常温（20）下清水运动黏滞系数，废水密度，气体密度，气泡碰撞系数，则清水动力黏度因处理对象为废水，其动力黏度一般大于，可取，由斯托克斯公式， 则气泡上升速度（可分离的最小气泡）为：验证 可见 合理。所以，该三相分离器可脱除的沼气泡，分离效果良好。 5. 分隔板的设计 如图所示， 经上述计算气体因受浮力作用，气泡上升速度在进水缝中，沿进水缝斜向上的速度分量为，则进水缝中的水流速度应该满足，否则水流把气泡带进沉降区。假设水流速度刚好等于6.946m/h，前面计算中已设有2400*0.7=1680m3/h废水通过回流缝进入沉降区，则三相分离器的进水缝纵截面总面积为： 共有10组（20条）进水缝，每条进水缝纵截面面积 进水缝宽度应满足与相当级数，且0.025m。现设计=0.03m，则进水缝中水流速度 满足设计要求。 设进水缝下板上端比进水缝上板下端高出0.2m，则进水缝下板长度为： 进水缝上板长度 6. 三相分离器与UASB高度设计 三相分离区总高度。UASB反应器总高H=6.5m ，超高取0.5m。 查资料得，Q一定，相同的COD降解速率下，反应器的有效高度与污泥床的高度之比为（34）：1较为合适。较高的污泥床高度可能引起污泥浓度过大，废水布水不均匀，形成污泥脱水现象。反应器的有效高度在任何情况下选用4.56m，悬浮层高度34是适宜的。在本次设计中，分离出流区高1.5m，反应区高度4.0m，其中污泥床高1.5m，悬浮层区高2.5m3。2.4.3排泥系统的设计由于厌氧消化过程中微生物的不断生长或进水不可降解悬浮固体的积累，必须在污泥床区定期排出剩余污泥，所以UASB反应器的设计应包括剩余污泥的排除设施。 1. UASB反应器中污泥总量的计算 高效工作的UASB反应器内，反应区的污泥高程呈两种分布状态，下部约1/31/2的高度范围内，密集堆积着絮状污泥和颗粒污泥。污泥粒子虽呈一定的悬浮状态，但相互之间距离很近，几乎呈搭接之势。这个区域内的污泥固体浓度高达4080gVSS/L或60120gSS/L，通常称为污泥床层。污泥床层以上约占反应区总高度的1/31/2的区域范围内，悬浮着颗粒较小的絮状污泥和游离污泥，絮体之间保持较大的距离。污泥固体的浓度较小，平均约为525VSS/L或530gSS/L，这个高度范围通常称为污泥悬浮层。 本设计中，单个反应器最高液面为7m，其中沉淀区高为2.5m ，污泥浓度为；悬浮区高1.5m，污泥浓度为；污泥床高3.0m，污泥浓度为。则单个反应器内污泥总量 2. BOD污泥负荷 污泥负荷表示反应器内单位质量的活性污泥在单位时间内承受的有机质质量。 3. 产泥量计算 剩余污泥量的确定与每天去除的有机物量有关，当没有相关的动力学常数时，可根据经验数据确定。一般情况下，可按每天去除1kgCOD产生0.050.10kgVSS计算。本设计取X=0.07kgVSS/kgCOD，则产泥量为：式中 Q设计单池处理量，m3/d ； Sr去除的COD浓度，kgCOD/m3 。 根据资料，小试条件下，啤酒废水VSS/SS=0.91,但不同的试验规模下VSS/SS是不同的，因为规模越大，被处理的废水含无机杂质越多，因此取VSS/SS=0.8。则污泥含水率P为98%，因含水率95% , 取，则污泥产量为 4. 污泥龄的计算 污泥龄 5. 排泥系统设计 通常情况下，排出剩余污泥的位置在反应器的1/2高度处，但大都推荐把排泥设备安装在靠近反应器底部，也有在三相分离器下0.5m处设计排泥管，以排除污泥床上面部分的剩余絮状污泥，而不会把颗粒污泥带走。对UASB反应器排泥系统，必须同时考虑在上、中、下不同位置设排泥设备，应根据生产运行中的具体情况考虑实际的排泥要求，来确定排泥位置。由于反应器的占地面积较大，所以必须进行均匀多点排泥，建议每10m2设一个排泥点。专设排泥管管径不应小于200mm，以防堵塞。 本次设计三相分离器下0.5m处设置10个排泥口，排空时由污泥泵从排泥管强排，进水管也可兼作排泥管。 UASB反应器每1个月排泥一次，污泥排入集泥池，再由污泥泵送入污泥浓缩池。排泥管选DN400的钢筋混凝土管，排泥总管选用DN800的钢筋混凝土管。2.4.4出水系统的设计