例-教学规划使用说明(UASB)

1、例：供参考本设计为 10000m3/d 药厂污水处理厂的工艺设计，主要是 UASB 反 应器，沉淀池的设计1总论1.1 .污水处理简介1.2-污水概况水质和水量也存在着较大差异。一般情况下，制药工业废水按医药产品特点和水质特点可分为四大类。即：(1)合成药物生产废水此种废水的水质水量变化大，大多含难生物降解物和微生物生长抑制剂。(2)生物法制药生产发酵废水生物法制药生产中发酵废水，根据其生产特点可分为：提取废水、洗涤废水、维生素C生产废水和其它废水，其中提取废水的有机物浓度和抑菌物质最高，为该类废水的主要污染源，属较难处理废水。(3)中成药生产废水中成药生产废水水质波动很大，CODcr可高达6

2、000mg/L, BOD5达2500 mg/L,此 类废水中主要含天然有机污染物。(4)各类制剂生产过程中的洗涤水及冲洗水这类废水一般污染程度不大，主要来自原料洗涤水、原药煎汁残液和地面冲洗水。1.2.3制药废水的特点制药废水，特别是制药工业的化工合成工艺所产生的废水往往具有如下特点:(1)水质成分复杂医药产品生产的特点是流程长、反应复杂、副产物多、反应原料常为溶剂类物质 或环状结构的化合物，使得废水中的污染物质组分繁多复杂，增加了废水的处理难度。(2)废水中污染物质含量高制药工业生产过程本身大量使用各种化工原料，但由于多步反应、原料利用率低，大部分随废水排放，往往造成废水中的污染物含量居高不

3、下。CODCr值咼在制药工业中，CODcr在几万、几十万毫克/升的废水是经常可以见到的。这是由 于原料反应不完全所造成的大量副产物和原料或是生产过程中使用的大量溶剂介质进 入了废水体系中所引起的。(4)有毒有害物质多制药废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合 物、有机氮化合物、叔按及季按盐类化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等。(5)生物难降解物质多制药废水中的有机污染物大部分属于生物难以降解的物质，如卤素化合物、醚类 化合物、硝基化合物、偶氮化合物、叔按及季按盐类化合物、硫醚及矶类化合物、某 些杂环化合物等。(6)有的废水中盐分含量高废水中过高浓度的盐分对微

4、生物有明显的抑制作用。例如当废水中的氯根离子超 过3000mg/L时，一些未经驯化的微生物的活性将受到抑制，CODcr的去除率将明显下降;当废水中的氯根离子浓度大于8000mg/L时，会造成污泥体积膨胀，水面泛出大 量泡沫，微生物相继死亡(7)有的废水色度非常高有颜色的废水本身就表明水体中含有特定的污染物质，从感官上使人产生不愉快 和厌恶的心理。另外，有色废水可以阻截光线在水中的通行，从而影响水生生物的生 长，以及抑制由日光催化分解有机物质的自然净化能力。表1制药废水水质一览表主要污染指标数值范围平均值pH6.07-8.317.36SS (mg/L)55-50101070CODcr (mg/L

5、)20000石油类(mg/L)336-8005719501磷酸盐(mg/L)0.012-2.110.54NH3-N (mg/L)163.57 -1588.34478.95NO3-N (mg/L)1.946 -222.3541.1Cl- (mg/L)1372.2- 9742.33900.78清水动力粘度系数卩0.0101g/cm.s表2个别车间水质指标废水种类pHCODcr(mg/L)三乙车间综合废水4.74346000SB1车间甲醇底液5-6720000SB1分离母液8.32215000124制药废水处理技术1.3设计概况药厂污水处理厂的初步工艺设计，主要生产工艺厌氧一氧化工艺。设计参数如下:

6、项目pH值CODCr/(mg/L)BOD5/(mg/L)SS/(进水水质6842002000400排放标准681503030主要设计参数UASB反应器：空塔水流速度u(m/h)(1.02.0)m/h空塔沼气上升速度Ug1.0m/h沼气产率：m3气/kgCODCr0.4清水运动粘度系数V0.0101cm2/s本设计为10000m3/d沉淀区表面负荷q1.5m3/m2.h污泥产率系数Y0.541.4设计依据及范围1.4.1设计依据1)设计任务书2)QBJS 6-2005轻工业建设项目初步设计编制内容深度规定3)GB50187-93工业企业总平面设计规范4)GB/T 501032001总图制图标准5

7、)GBT5-104-2001建筑制图标准6)GBT50106-2001给水排水制图标准7)GB50034-92工业企业照明设计标准此外，本设计还参考了石家庄市桥西区污水处理厂的一些成熟经验，并从书刊, 网上搜集相关资料，1.4.2设计范围本工程设计范围包括：1)污水处理厂厂址的选择，污水处理厂的总平面设计，并绘制工厂总平面布置图。2)厌氧一好氧工艺的设计和各生产工段的计算，绘制工艺流程图。其中生产工段包括：预处理阶段，厌氧处理阶段段，好氧处理阶段，污泥处理工段，沼气储藏工段3)主要设备的计算和选型4)UASB反应器结构图5)沉淀池设计沉淀区表1.0m3/(m2.h)1.5本工程主要设计原则1）

8、充分贯彻执行国家的有关规定，尽量节约能源，合理利用废物，保护环境，符 合城区建设规划要求。2）总平面布置力求紧凑，减少占地面积，提高土地利用率，又适当留有发展空间3）在保证安全、经济运行的条件下，尽可能降低工程造价。4）污水处理厂设计既要注意到周围环境的清洁卫生，又要注意到工厂卫生，绿化 等条件的相互影响。5）污水处理量与设备处理能力要平衡。6）结合我国国情。在进行产品工艺设计时，必须以我国具体情况出发，相关机械 设备及电气仪表制造能力，劳动就业与生产自动化水平关系等方面做出恰当的衡量，综合考虑。在引进国外先进技术和设备时，要考虑是否适合我国生产实际，并注意消 化吸收，以缩短与发达国家的水平差

9、距。2厂址的选择3工艺设计3.1工艺流程的选择生物处理的实质是微生物利用有机污染物生长和维持生命。这可由下列简单方程 式表示：有机物+营养物+电子受体新生物量+最终产物+能量生物工艺因电子受体和系统结构的不同而有差异。根据电子受体的性质，所有生 物处理的工艺可分为好氧和厌氧两类。前者有分子氧的存在并作为电子受体，饿后者 是无氧存在而以某种形式的碳或硫作为电子受体好氧工艺对污水处理较为彻底，工艺稳定性高，启动时间短，且较少可能产生臭 味，但由于曝气需求能耗较高，对营养物质要求较高，相应产生污泥量多。厌氧工艺 在污水处理中有机负荷高，营养物质需求量少，剩余污泥量少，能耗低且对有毒有害 物质的耐受能

10、力高于好氧工艺。但厌氧工艺具有启动时间长，易产生臭味，气体收集 问题等缺点，而它的主要局限性在于不能经济有效的达到较高的处理水平，一般不能 够达到污水处理的排放标准。基于好氧，厌氧工艺的优缺点，在对浓度较高的工业废 水进行好氧生化处理之前，往往采用厌氧工艺作为预处理工艺来提高整个工艺的处理 效果。这种厌氧好氧相结合的工艺就是厌氧一好氧工艺。传统的生化处理方法主要着眼于除去B0D5、CODcr和SS,而对氮、磷等营养物 质的去除率很低。由于水体富营养化问题加剧，60年代以来，生物脱氮除磷工艺受到重视，先后开发了SBR和ICEAS序批法、AB法、氧化沟、厌氧-好氧（A1-0）和缺 氧一好氧（A2-

11、0）组合工艺。在去除有机物的同时，厌氧-好氧（A1-0）可去除废水 中的磷，缺氧一好氧（A2-0）可脱除废水中的氮。继而又将这两种工艺优化组合，构 成可以同时脱氮除磷并处理有机物的A1-A2-0流程（或称A2/0）。该组合工艺处理 效率高，经简单预处理的废水，依次经过厌氧、缺氧和好氧三段处理，可达到三级处 理出水标准，对难生物降解的有机物也有较高的去除效果，而且，污泥沉淀性能好，电耗和药耗少，运行费用低。我国从80年代初开始研究采用上述组合工艺，已在广州、桂林等地建成多个采用A2/0工艺的污水处理厂，运行效果好。上述新工艺中有一类 技术属于曝气和沉淀一体化活性污泥工艺。所谓曝气、沉淀一体化活性

12、污泥工艺是指 曝气和沉淀过程在同一反应器内完成的活性污泥工艺（简称一体化工艺），比如SBR法、交替式氧化沟和UNITANK工艺等等。其中SBR法是通过时间上的安排，在一个 池子内完成了进水、反应、沉淀和排水等一系列工艺过程，构成了一个周期。而交替 式氧化沟是以多组反应器通过空间上的调配，完成反应和沉淀这一循环过程。这些工 艺近年来在我国的应用日益广泛，并且是当前污水处理的热点之一，一般认为一体化工艺具有以下的特点：（1）工艺简单，占地面积小、节省投资。由于只有一个反应器，不需二沉池、回 流污泥及其设备，一般情况不设调节池，多数情况可省去初沉池；（2） 一体化工艺往往是变体积的活性污泥工艺，其基

13、质和微生物浓度随时间变化，所以属于理想的推流状态，并可以保持反应基质的最大推动力；（3）运行方式灵活，由于反应在一个反应器内进行，可以从时间上安排曝气、缺 氧和厌氧等不同状态，实现脱磷脱氮的目的；（4）防止污泥膨胀，由于其存在较大的浓度梯度，有利于防止污泥膨胀；（5）耐冲击负荷，处理能力强，一体化曝气池从时间上属于推流形式，随着研究 与应用的深入，污水生化处理的方法、设备和流程不断发展与革新，与传统方法相比， 在适用的污染物种类、浓度、负荷、规模以及处理效果、费用和稳定性等方面都大大 改善了。酶制剂及纯种微生物的应用，酶和细胞的固定化技术等又会将现有的生化处 理水平提高到一个新的高度。厌氧一好

14、氧工艺在国内和国外都得到了良好的运用并取得了不错的效果。国内采用厌氧一好氧混凝工艺处理抗生素废水，出水CODcr可降至300mg/L以下，达到了污水处理厂的排放标准。中试规模厌氧一好氧膜生物反应器（A/OMBR）处理毛纺印染废水， 结果表明： 当水力停留在7h CODcr/NH3P=1045/8/1时， 该实验装置对印 染废水CODcr，BOD5别为92.1%，98.4%，60.7%，98.9%:出水中CODcr，BOD5色度，浊度分别为20.2mg/L，1.6mg/L，25倍，0.51NTU，系统出水浊度低，出水 水质稳定，达到生活杂用水标准国外使用浮石作为微生物滤池滤料的组合上流式厌氧固定

15、床以及一个装有微滤膜 组件的活性污泥反应器处理污水，有机物除去效果好有机负荷3.6710.56KgCODCr/(m3d)时CODCr去除率稳定在9498.7%，在去除CODcr的同 时也除去了含有N，P的物质，在研究中获得了9697%的高除磷率。在大部分实验 中，微滤膜出水中NO3N和NO2N的浓度均低于1.0mg/L，出水悬浮物浓度低 于检出限。采用两个生物膜反应器(FFB),第一个厌氧，而第二个好氧，串联组成的 有回流的组合工艺处理禽类屠宰场废水，连续运行133天。有机碳化合物的氧化和硝化在好氧FFB中进行， 而产生甲烷和脱氨作用在厌氧FFB内完成。 平均有机负荷率为0.39Kg/(m3d

16、)，有机物去除率为92%。可以预见，针对厌氧一好氧的各个环节进行 研究是未来处理高浓度工业废水处理技术的发展方向。3.2 工艺流程及工艺简介本设计采用厌氧一好氧工艺，根据实际生产情况设有沉淀调节池、换热器、污泥浓缩池等处理设备，流程见图1。废水首先经过格栅，截留一些较大的悬浮物和漂浮物，然后进入沉淀调节池，调 节水质水量并沉淀部分悬浮物质。在经水泵提升由换热器升温到35 C进入UASB反应 器，在其中进行厌氧降解处理，出水经厌氧沉淀池后进入接触氧化池进行好氧处理。 同时，厌氧降解产生的沼气经水封、气水分离器进入贮气柜，接触氧化池出水经好氧 沉淀池即可达到国家二级排放标准。各沉淀池产生的污泥经过

17、浓缩池浓缩后再进行脱 水，产生的泥饼外运，浓缩池的上清液回流至沉淀调节池进行再处理。设计各单元简 介：格栅：截留一些较大的悬浮物和漂浮物，防止水泵机组阻塞，减轻后续处理构筑 物的处理负荷并使之正常运行, 沉淀调节池：调节水质水量并沉淀部分悬浮物质也是污水处理前的一个储水装置，对调节处理污水量起一定的缓冲作用。UASB反应器：在其中进行厌氧降解处理，除去水中一定的污染物，为后面的处理提供污染符合教低的污水。厌氧沉淀池：对经过UASB反应器处理过的污水进行分离， 上层污水进入氧化池，下层污泥一部分回流UASB反应器，一部分剩余污泥进入浓缩池进行泥处理。氧化池：对污水进行好氧处理，除去大部分污染物质

18、。气区：厌氧降解产生的沼气经水封、气水分离器进入贮气柜。好氧沉淀池：氧化池的污水经过好氧沉淀池的沉淀即可达到国家二级排放标准。泥区：各沉淀池产生的污泥经过浓缩池浓缩后再进行脱水，产生的泥饼外运，浓缩池的上清液回流至沉淀调节池进行再处理。此工艺结构简单，高效稳定，能耗低，抗冲击负荷能力强，处理效率高，等一系 列优点。处理效果可以达到设计任务的要求。采用“厌氧一接触氧化”工艺处理药厂废水，处理设施的设计处理能力为10000m3/d，现状监测废水的水质情况为：pH 68，CODcr4200mg/L，BOD2000mg/L，SS 400mg/L，工程实施后，处理后排出的水中CODcr、BOD5分别为1

19、50mg/L、30mg/L，满足污水综合排放标准GB8978-1996表4二级标准植的要 求：PH 6.0-9.0 ;CODcrW150mg/L ;BOD530mg/L ;SS10Kg/ m3.d)废水，能适应较大的冲击负荷 并且回收了能源。3.4.2UASB的启动研究厌氧消化器存在的主要问题是启动需要时间长、运转不稳定、技术条件掌握困难。其中厌氧消化快速启动是厌氧消化器正常运转并达到高效率的前提。污泥的生物转化活性和污泥量与厌氧消化器的处理效率有着密切的关系。UASB可使污泥颗粒化，从而使污泥滞留时间延长，从而保证了反应器中有足够的高效厌氧菌。污泥量和 生物活性是保证UASB快速启动的基本条

20、件。反应器内污泥颗粒化是整个反应器成功 启动的关键。水力负荷对颗粒污泥的形成具有很重要的作用，水力负荷过高，则反应 器不能保持足够的污泥量；若过低，不能把絮状污泥洗刷掉，就难以形成颗粒污泥。UASB的温度和料液的pH，以及污泥量是重要的影响因素，进水方式和有机负荷也是 影响快速启动的重要条件。反应器启动过程是一个动态过程，描述启动过程结束不能从有机负荷这个静态值来说明，也不能从COD去除率来说明，而只能通过有机负荷冲击试验来证明。图3沉淀调节池4.4UASB 反应器废水参数：流量Q=10000m3/d温度：20 C进水CODcr4200 mg/L，BOD52000mg/L，SS 400mg/L

21、，pH 6设计CODCr去除率98%，BOD5去除率90%空塔水流速度u(m/h) (1.02.0)m/h空塔沼气上升速度ug1.0m/h沼气产率：0.4 m3气/kgCODcr(1)反应器的有效容积按水力停留时间计算，取t=15.5h，则 有效容积V=Qt=416.7 X15.5=6459m310000 * 4CODcr进水的容积负荷Nr=QSo/V二4=6.2kgC0Dcr/(m3.d)6459取有效高度为9m，池底面为长方形(长宽比为1:1),则L= 30mB=27m池的面积A=810m2合理性验证：空塔水流速u=Q=4167=0.514m/h(1.02.0)m/hA810空塔气流速ug

22、=Q- =416.7 X4 X86%=0.708m/h1.0m/hA810由验证知上述计算结果合理(2)三相分离器设计三相分离器结构见UASB装配图设三角形集气罩斜面的水平夹角为55保护层高h1=0.5m，三角形顶水深h2=0.5m，三角形高h3=1.5m则有b1=h3/tan55 =1.5/1.428=1.05m设置5个三相分离器，单元三相分离器宽b0=6m则集气罩之间宽b2=b0-2b1=6-2 X1.05=3.9m三角形回流缝总面积a1=b2nL=3.9 X2 X30=234m2水流上升流速V1=Q/a1=416.7/234=1.78m/h2.0m/h具有很好的固液分离效果导流体上部的斜

23、面与集气罩斜面垂直，则其距离BC为BC=CDcos55 =1.95 X0.5736=1.12mBD=CDsin55=1.95 X0.819=1.60m取导流体的上部分高b3=1.5m,则导流体与集气罩斜面重叠部分为b=b3tan55 -b2/2=1.5 xi.428-3.9/2=0.19m（恰好在10cm20cm之间，合理）核算气液分离条件设BD方向水流速度垂直方向水流速度Vp(p p)gdg2(cm/s)其中气泡直径dg=0.01cm，碰撞系数B =0.95取pl=1g/cm3pg=0.0012g/cm3清水运动粘度系数v=0.0101cm2/s清水动力粘度系数卩0= v l=0.0101g

24、/cm.s由于废水的卩一般比清水大，可取其为清水的2.5倍,Va=Q=2BC* L* n=416.72*1.12*30*2=3.1m/h(i=2.5(D=0.02525g/cm.s0.0012）X0.012=0.205cm/s=7.38m/hVb=O95*9.81（118*0.02525根据前面满足汙 BB 的要求，可以脱除直径不小于。.。伽的气泡，分离效果良好（1）布水系统采用多管多点式进水分配系统，。配水系统在污泥床不同位置上，废水经过一 个专门设计的脉冲配水器，定时地分配给不同位置的配水管，对整个反应器进水 是连续的。每个配水点服务的面积S晋需=4.0m 22.0m 2（2）沉淀区设表面

25、负荷率q1.0m3/（m2.h），停留时间t=1.5h2.5h有效水深0.5m2.0m，出水堰负荷率a5.4 m3/（m2.h） 实际有效水深：1.50m核算停留时间t=V=666Z=10hQ 416.7实际表面负荷率H 1 50q=7=1=0.94m3（m2.h）1.0 m3/（m2.h）出水堰负荷（单边开齿）沪盏=爲=1.16 m 3/（）5.4 m3/（m2.h）合理（3）排泥系统UASB总产泥量为ZX=rQSr=RQSoE=O.1O M16.7 X4 X86%=143.34kg干泥/h=3340.3kg干泥/d匹=亠=1.22AB sin 55Vb=748=2.15Va344产泥系数r

26、=0.10kg干泥/kgCODCr设污泥含水率为98.5%，取p=1000kg/m3,则X3340.33污泥产量Qs=222.7m3/d(1 p) 1000*(1 98.5)UASB每天排泥一次，先排入集泥井，再由污泥泵抽入污泥浓缩池中。排泥管选钢管DN150，而又因前面设有沉淀调节池，进入UASB中砂的量很少，UASB产生的外排污泥是有机污泥。在UASB反应器底部设排泥管，在三相分离器下三 角形以下0.5m设一根排泥管，并在池底设空管。(1)沼气管路系统1产气量计算产气率E1=0.4m3气/kgCODC总产气量G=E1QSE=0.4 X10000 X4 X86%=13760m3/d=580m

27、3/h由于有机负荷不是特别高且水量不大，反应器产生的沼气良并不大。产生的 气体先进入水封罐，然后进入气水分离器，从分离器出来的沼气经过计量后 进入贮气柜。2水封罐忽略沼气管路压力损失时，水封灌所需最大水封高度为Ho=h2+h4=0.5+0.92=1.42m直径1.8m，高度取2m，设进气管DN100钢2根，出水管DN150钢1根进水管DN52钢1根，放空管DN50钢1根，并设液面计3水分离器对沼气起干燥作用，选用500mm XH1800mm钢制气水分离器一个气水分离器中预装钢丝填料，在其前设置过滤器以净化沼气，在分离器出气 管上装设流量计、压力表和温度计。4气柜容积的确定由上述计算可知该处理站

28、日产沼气13760m3,沼气柜容积应为平均总产气量 的4h体积来确定，即580 M=2320m3设计选用2500m3钢制水槽内导轨湿式贮气柜(C-14166A)图4 UASB反应器4.5厌氧沉淀池4.7 好氧沉淀池好氧沉淀池是本次设计的第二个沉淀池，二次沉淀池有以下特点：二次沉淀池有别于其他沉淀池，首先在作用上有其特点。他除了进行泥水分离外，还进行污泥浓缩，并由于水量，水质的变化，还要暂时储存污泥。由于二次沉淀池需 要完成污泥浓缩作用，所需要的迟面积大于只进行泥水分离所需要的池面积。其次，进入二次沉淀池的活性污泥混合液在性质上也有其特点。活性污泥混合液 的浓度高(20004000mg/L)，具

29、有絮凝性能，属于成层沉淀。沉淀时泥水之间有清 晰的界面，絮凝体结成整体共同下沉，初期泥水界面的沉速固定不变，仅与初始浓度C有关尸f(C) o活性污泥的另一特点是质量轻，易被水带走，并容易产生二次流和异重现象，使实际的过水断面远远小于设计过水断面。因此，设计平流式二次沉淀池时，最大允许 的水平流速要比初次沉淀池的小一半，池的出流堰常设在离池末端的一定距离范围内，辐流式二次沉淀池可采用周边进水的方式以提高沉淀效果，此外出流堰的长度也要相 对增加，使单位堰长的出流量不超过58m3/(m Xh)。本设计为竖流式二次沉淀池， 也有相应要注意的地方。由于进入二次沉淀池的混合液是泥，水，气三相混合体，因此在

30、中心管下降流速不应超过0.03m/s，以利于气，水分离，提高澄清区的分离效果。曝气沉淀池的导流 区，其下降流速还要小些(0.015m/s左右)，这是因为其气，水分离任务更重要的缘 故。由于活性污泥质轻， 易腐败变质等， 采用静水压力排泥的二次沉淀池， 其静水头 可降至0.9m，污泥斗底坡与水平夹角不应小于50。，以利污泥顺利滑下和排泥通畅。设计为圆形竖流式沉淀池污泥从底部排出后由泵输送到浓缩池浓缩脱水中心管中心水流速度uo=3Omm/s，停留时间t=3h分4个沉淀池QI=Q=416.7=104.244(1)中心管面积与直径104 2面积f=Q/3600uo=0.965m23600*0.03直径d= /4 f /