【《某城镇污水处理主要构筑物的说明和计算案例》6100字】

目录 1 1 1 2 3 3 3 3 4 6 6 11 11 11 11 12 12 13 15 15 15 16 16工艺参数的选择部分根据设计要求做出了选择，以适合所选污泥与所选工艺的堆肥参数。初始污泥的含水率为78%左右，调节含水率过低会消耗大量的调理剂，增加堆肥的成本，在经济上不合理。而初始堆体含水率过高会导致堆体中含有大量游离水，不利于堆体的通风。含水率的上限设定为70%，

若初始含水率偏高则可以通过加大通风降低堆体的水分，达到调节含水率的作用。蓬松剂选用稻壳糠作为蓬松剂。工艺参数按照以上数据为指导，并根据实际工程应用加以修正。本设计选用工艺参数详见表1.1。表1.1工艺参数表项目参数本项目参数脱水污泥（t/d）300脱水污泥平均含水量（%）708078发酵混合物料起始含水率（%）40654065发酵混合物料控制（C/N）2330：12330：1堆肥产品含水率（%）≤40≤40发酵温度（℃）55605560好氧发酵周期（d）（持续时间≥5d）2020堆体氧浓度（%）≥5≥5经过查阅资料可知污泥的组分为C5.6H7.3O3.7NS1.1，设混合物料的C/N为25:1。则可知污泥的含C量=QUOTE12×5.615×5.6+7.3+16×3.7+14+32×1.112×5.615×5.6+7.3+16×3.7+14+32×1.1=36.74%污泥的含N量=QUOTE1415×5.6+7.3+16×3.7+14+32×1.11415×5.6+7.3+16×3.7+14+32×1.1=7.65%由此可得污泥得C/N=QUOTE12×5.61412×5.614=1.8污泥初始的C/N比较低，为1.8，达不到好氧快速堆肥的参数要求，需要对初始污泥通过添加剂与回流堆肥物料进行调整。选用稻壳做为添加剂，来源丰富，质地疏松干燥，有机物含量高，碳源丰富可以调节堆肥物料的含水率和碳氮比。表1.2初始堆肥物料理化性质项目含C量%含N量%C/N密度t/m3含水率%污泥36.747.651.81.1.78稻壳糠61.90.57108.60.1210回流污泥200.635因为混合后得C/N=25，所以可求得污泥与稻壳糠得比列。设稻壳糠得干重为xkg，污泥的干重为ykg则有：C/N=QUOTEx×61.9%+y×36.74%x×0.57%+y×7.65%x×61.9%+y×36.74%x×0.57%+y×7.65%=QUOTE251251由此可得：x=31.11；y=10.53则污泥与稻壳糠得干重比为=QUOTEyxyx=QUOTE10.5334.1110.5334.11=0.31污泥得湿重比=QUOTE0.311-78%11-10%0.311-78%所需稻壳糠得量=QUOTE3001.273001.27=236.22t该污水处理厂污泥产量为300t/d，设回流污泥为10%则回流污泥得量=300×10%=30t所以可得物料得湿重配比为：污泥：稻壳糠：回流污泥=300：26.22：30=1：0.79：0.1含水率=QUOTE1×78%+0.79×10%+0.1×35%1+0.79+0.11×78%+0.79×10%+0.1×35%1+0.79+0.1=47.3%污泥：稻壳糠：回流污泥=1：0.79：0.1(质量比)由公式：m=污泥体积V=QUOTEmm=QUOTE3001.13001.1=272.73m3/d稻壳糠体积：V=QUOTEmm=QUOTE236.220.12236.220.12=1968.5m3/d回流污泥体积：：V=QUOTEmm=QUOTE300.6300.6=50m3/d综上可得物料体积比为1：7.31：0.19综上所诉可得总物料体积V总V总=272.73×（1+7.31+0.19）=2318.2m3/d为了更好的使空气在堆垛中发布均匀，在每个发酵槽底部布置两条通风槽，间隔为5m。在通风槽内布置PVC通风管道作为曝气管，一段封闭，一端与鼓风机相连。通风槽设计1%的坡度，并且与排水沟相连，以便使堆肥过程中产生的渗滤液顺利通过排水沟排入集水池内，最后统一进行处理，避免对环节产生影响。设一次堆肥得周期为15天，堆体得体积收缩系数为0.8。设单槽得设计尺寸为：长50m，宽15m，高3.5m。则堆肥初始混合物料得总体积为V=2318.2×0.8×15=27818.4则单槽的体积为：V=50×15×3=2250m3需要的槽的个数为：n=QUOTE27818.4225027818.4225013个（1）污泥好氧堆肥需氧量的计算C5.6H7.3O3.7NS1.13C5.6H7.3O3.7NS1.1+19.5O215.6CO2+6.9H2O+3NH3+3H2SO450%70%CO2H2O300t/dm干=300×0.22×0.35=23.1tM=5.6×12+7.3+16×3.7+14+32×1.1=182.9n=QUOTE23.1182.923.1182.9=126.3kmol设降解该污泥所需的氧气量为xkmol，则根据化学式可得理论需氧量为：3C5.6H7.3O3.7NS1.1+19.5O215.6CO2+6.9H2O+3NH3+3H2SO43kmol19.5kmol126.3kmolxkmolx=QUOTE19.5319.53×126.3=820.95kmol需要的氧气质量为：mQUOTEo2o2=820.95×32=26270.4kg查阅资料可知空气中氧气质量比为23%，空气密度为1.29kg/m3。则理论所需的空气量为：m空气=QUOTE26270.423%26270.423%=114219.13kg理论所需空气的体积为V空气=QUOTE114219.131.29114219.131.29=88541.96m3（2）稻壳糠好氧堆肥需氧量的计算设稻壳糠的降解系数为0.5，以知初始混合物料中稻壳糠的添加量为236.22t，稻壳糠的含水率为10%。故稻壳糠干重为：m稻壳糠=236.22×90%=212.598t稻壳糠能被降解量为：m降解=212.598×0.5=106.299t设氧化1g稻壳糠需要1t氧气。则降解稻壳糠的理论需氧量为：VQUOTEO2O2=QUOTE106.299×10323%×1.2106.299×10323%×1.2不计回流污泥氧化所需的耗氧量则处理300t脱水污泥所需的空气量为：V1=95182.61+385141.3=480321.045m3(3)去除水分消耗空气量初始物料：m1=300+236.22+30=566.22t，含水率：47.3%，堆肥后变为40%。湿物料总固体量：S1=m1(1-PW1)=566.22×（1-47%）=322.75t堆肥后干物质：m2=QUOTES11+PW2S11+PW2=QUOTE322.751-40%堆肥去除水分的质量：W1=m1-m2=566.22-538=28.22t/d式1：W1=mg×QUOTE18291829×（QUOTEPvapour-out101325-Pvapour-out-Pvapour-in101325-Pvapour-inPvapour-out101325-可以求出QUOTEPvapour-in=1930.6Pa，代入式1可得28.22×103=mg×QUOTE18291829×（QUOTE19958.6101325-19958.6-1930.6101325-1930.619958.6101325-19958.6mg=201283.9kg/dV2=QUOTEmgmg=QUOTE201283.91.29201283.91.29=156034m3综上所诉，消耗的总空气量为：V总=V1+V2=480321.045+156034=636358.045m3槽内布置PVC管，在PVC管上均匀布孔，由最大通风量和最大通风速率两个参数确定管路的管径；由管路出口最大风速和最大风量确定出口管总面积。设主路上的气流速度为15m/s，支路上的气流速度为10m/s。微生物在发酵过程中通气，有着不同的意义和目的。在乳酸菌初期通气主要是为了供给空气，发酵中期起供氧、分散制冷功能，制冷散热功能可利用装置在向外排风时带来水气进行，以便于调节堆体的适当环境温度；而发酵作用后期通气的主要目的就是减少堆肥处理的含水量，主要利用提高通气次数和延长通气的持续时间进行。所以，在堆肥处理过程中的通气工作主要从供氧、散热两方面加以兼顾。

（1）管道压力损失的计算Pg=Pf+PkPf=QUOTEv22dPk=QUOTEkv22式中：Pg,Pf,Pk:分别指管路上压力的总损失，直管段上的压力损失，局部压力损失，Pa：摩擦系数：气体流速，m/s：气体密度，kg/m3d:管内径，mk:局部阻力系数的和计算时，设主管路上的气流速度为15m/s，支管路上的气流速度为10m/s，摩擦系数取决于雷诺系数Re。Re=QUOTEdvd式中：：气体粘度（查看空气粘度表可知温度在为20℃时气体粘度为0.0001808Pa.s）风管内截面积：S=QUOTEQ额Q额=0.56m圆管截面积：Sa=（QUOTEd2d2）2风管内径：d=QUOTE4S4S=0.85m取主风管的内径为0.85m，计算出累诺系数Re的值。Re=QUOTE0.85×1.2×150.18080.85×1.2×150.1808=0.85×10-2因为0.85×10-2≤1×105，所以摩擦系数：=QUOTE0.3164Re140.3164则直管路上的压力损失为：Pf=QUOTEv22dv22d=QUOTE0.1×1.2×15（2）气体通过堆体时的压力损失Pp=QUOTE150×（1-E）2LE3dp3式中：Pp：气体通过堆料的压力损失，PaE：物料孔隙率：气体在堆料中的流速，m/s：气体的平均密度，kg/m3：气体的粘度，cPL：堆料高度，mdp：物料的颗粒平均直径，mm根据查阅的相关资料可知，可堆肥物料的颗粒粒径应小于50mm(此处取45mm)；堆肥物料的孔隙率应为49%82%（此处取70%），即E=0.7，L=3.5m，dp=45mm。由公式：QUOTEv1v2v1v2=QUOTE(1-SS式中：v1，v2：通风管中的风速和发酵装置内的风速，m/s可得发酵装置内的风速。因为v1=15m/s,所以有：v2=0.65m/s。因为气体在发酵装置内和堆肥物料之间会形成磨擦和撞击，而这样会使得气体流速降低，所以在此取气在发酵装置内的平均流量约为0.55m/s。气体通过堆体时的压力损失Pp=QUOTE150×（1-0.7）2×0.1808×0.55×3.50.73×453150×（1-0.7）2×0.1808×0.55×3.50.7风机的额定风压：P=K1(Pg+Pp)=1.18×358.14=422.6Pa（3）风机全压的计算进行鼓风机的设计时，除了通风量之外，还应计算通风风压。风压的计算公式如下：p=p1+p2+p3式中：p：风机全压，Pap1：堆体压力损失，Pap2：穿孔管压力损失，Pap3：从风机出口到穿孔管的管路压力损失，Pap1=1.2×10-2Pa，p2=358.14Pa，p3=47.64Pa。则：p=p1+p2+p3=1.2×10-2+358.14+47.64=405.82Pa（4）风机轴功率和电机功率的计算N=QUOTEq实×∆p实1000×N=QUOTEq实×∆p实×k1000××1q实其中：p实=kp×pq实=kp×q式中：N，N：实际所需的风机轴功率和电机功率，kw，1：风机的机械效率和电机不同传动方式的机械效率，通常=70%K：不同传动方式的电机容量贮备系数kp，kq：常数，送排风系统，kp=1.1-1.15，kq=1.1p，p实：计算和实际情况下的风机全压，Paq，q实：计算和实际情况下的空气流量，m3/s根据已知可得q=0.7875m3/s，p=405.82Pa；查阅资料可知z轴流式通风机得功能贮备系数k=1.10。则根据以上公式可得：p实=kp×p=1.1×405.82=446.402Paq实=kq×q=1.1×0.7875=0.86625m3/sN=QUOTEq实×∆p实1000×N=QUOTEq实×∆p实×k1000××1q实×∆（5）额定风量的计算Q额=K1Q冷式中：K1:通风系数，一般为1.11.2Q额:风机的额定风量,m3/minQ冷:堆体所需的通风量，m3/min现取通风系数为1.18，则可计算出风机的额定风量Q额=1.18×425.25=501.795m3/minQ额=501.795×60=30107.7m3/h（6）供氧所需通风量的计算在发酵周期中，微生物的种类、繁殖速度和代谢快慢程度不同，耗氧速率也不一样，为了满足发酵过程中最大需氧量，根据单位时间、单位体积耗氧量经验值(一般为0.050.20m3／(min·m3))求供氧所需的风量。根据公式：Q1=nqV式中：Q1:供氧所需的通风量，m3/min:发酵槽的充满系数,0.75n:堆体个数q:单位时间内，单位体积耗氧量经验值，取0.1m3/（m3.min）V:单个堆件的体积，m3则有Q1=0.75×1×0.1×630=47.25m3/min=0.7875m3/s即每个发酵滚槽内每分钟所需的供氧通风量为47.25m3/min。（7）冷却通风所需的空气量在垃圾堆肥化的实际应用工程中，当温度上升到超过适宜温度后必须对堆体进行冷却通风，考虑到发酵装置的保温性能较好时，发酵装置内堆肥过程中的生化反应产生的反应热q主要来源于装置内气体升温吸热q1和水蒸发吸收的热量q2。即q=q1+q2式中：q:生化反应产生的反应热q1:装置内气体升温吸热q2:水蒸发吸收的热量查阅资料可知，当强制通风的风量是为系统散热以达到适宜的发酵温度时，其所需的通风量是有机物分解所需的空气量的9倍。Q冷=q=9×Q1=9×47.25=425.25m3/min根据计算和工程经验分析可知，用于冷却的通风量需求要远远大于供氧所需的风量，因此选择风机时只需考虑冷却所需的通风量即可。风机选型根据风机风量和风压进行选择，通过对三种风机的性能和经济性能比较，可以比较的出风机压力范围再10000Pa以下时，离心通风机具有投资小，设备简单，运行维护方便，运行费用较低等特点，因此离心通风机是适合本设计的污泥好氧堆肥曝气系统气源。表1.3三种风机的性能和经济性能对比项目离心通风机多级离心通风机罗茨风机压力高效区1000-3000Pa30000Pa20000Pa以上冷却形式无需专门冷却系统水冷或油冷水冷或油冷噪声低高最高附属建筑物无需附属建筑物鼓风机房鼓风机房运行维护方法无需特殊维护风机，电机，冷却系统都需专门维护风机，电机，冷却系统都需专门维护设备价格低高高运行费用低高高经过计算，通风机选取4-72型中低压离心通风机，所选风机和型号见表1.4表1.44-72型中低压离心通风机性能规格风机电动机机号转速(r/min)序号流量(m3/h)全压(Pa)所需功率(kw)型号功率（kw）地脚螺栓(4套)4A1450529814290.63Y90S-4(B35)1.1M8×160二次发酵采用自然通风的方式进行处理，将一次发酵后的粗产品通过卡车运输到二次发酵场地，通过翻堆机进行翻堆通风，以保证二次发酵过程中的氧气含量。二次发酵的周期设为15天，以保证一次堆肥过程中没完全降解但能降解的部分被充分降解。设腐熟后总体积收缩系数为0.5则二次发酵物料总体积为：V=2318.2×0.5=1159.1m3二次发酵场地设计：长：宽：高=70m：25m：2m制肥与贮存场地面积计算设贮存高度为3.5m，则A3=QUOTE2318.2×0.8×0.5×603.52318.2×0.8×0.5×603.5=15896.23m2混合发酵前的质量：m=300+236.22+30=566.22t混合物料的密度：=QUOTEmvmv=QUOTE566.222318.2566.222318.2=0.25t/m3式中：2318.2：物料体积设发酵后的污泥容积减少45%，混合物料的密度增大为0.4t/m3污泥发酵后的体积：V=2318.2×（1-0.45）=1275.01m3污泥发酵后的质量：m=v=0.4×1275.01=510t污泥减少的质量：m=566.22-510=56.22t设臭气的平均密度为1.5kg/m3则可计算出臭气的体积为：V=QUOTE56.221.556.221.5=37480m3设每天通风三次，每次通风2小时则每日需处理的臭气体积为：V=QUOTE37480153748015=2498.7m3每小时通风量：Q=2498.7÷3÷2=416.45m3/h因为堆肥周期为15天，则生物除臭系统单位处理量是一天发酵产生臭气的15倍。生物滴滤池单位时间所需处理的风量为：V=416.45×15=6246.75m3/h设保险系数为1.1则需处理风量为：V=6246.75×1.1=6871.425m3/h每个发酵装置的排量为：V=6871.425÷13=528.6m3/h在生物滴滤反应装置中，填料作为微生物载体会直接影响臭气处理效果，填料是否利于微生物附着，微生物能否在填料上快速稳定生长迅速成膜，都是在选择填料时应该考虑的问题[16]。所以在为生物滴滤池选择填料时，一般应满足以下条件：（1）材料必须具备很大的比表面积，可以给予微生物较充分的附着面和气固物质的比体积，提高填料区微生物量，从而提高单位体积去除污染物的能力。（2）填料应具有良好的表面性质，如与表面光滑的填料相比，表面粗糙的填料更容易挂膜，而表面带有正电荷的填料比表面带有负电荷的填料更有利于微生物的附着。（3）填料应具有足够的空隙率，可以防止反应器中微生物生长速度过快而引起堵塞和压降升高，从而造成短流或出口污染物浓度升高等现象。（4）填料应具有亲水性和持水性，亲水性便于微生物和营养液附着；持水性可以保证停止喷淋营养液或其他缺水环境下时，提供微生物所需的液体环境。（5）填料应具备相当的组织结构稳定性和耐腐蚀性、抗磨擦的才能，为微生物提供良好的生存环境。（6）填料应该没有毒性，不与污染物反应，且化学性质稳定。所以根据上述条件此次设计选择填料为火山岩和木片按一定比列混合搭配。管路设计设主干管风速为v1=12m/s，支管风速为v2=6m/s。主干管管径：d1=QUOTE4Q3600×v14Q3600×v1=QUOTE4×6871.4253600×3.14×12式中：Q：处理风量主管截面积：S主=r2=3.14×（0.45）2=0.64m2支管管径：d2=QUOTE4Q3600×v24Q3600×v2=QUOTE4×528.63600×3.14×6支管截面积：S支=r2=3.14×（0.18）2=0.1m2风压的计算PP=Pf+PkPf=QUOTEv12Pk=QUOTEkv12式中：PP，Pf，Pk：分别指主管路上总压力损失，直管段上的压力损失，局部压力损失，Pa：摩擦系数，m/s：气体密度，kg/m3d1：管内直径，mk：局部主力系数的和计算雷诺系数Re=QUOTEdd式中：d：管径，m：空气密度，1.29kg/m3V：管内风速，m/s：气体粘cP，（取0.0001808Pa.s）Re=QUOTE0.45×1.29×120.18080.45×1.29×120.1808=0.39×102因为0.39×102＜1×102，所以摩擦系数可用下列公式进行计算。摩擦系数：=QUOTE0.3164Re140.3164则直管路上的压力损失为Pf=QUOTEv12d1v12计算局部主力系数=（1-QUOTES支S主S支S主）2=（1-QUOTE0.10.640.10.64）局部阻力系数的和：k=0.7×15=10.5局部压力损失：Pk=QUOTEkv22kv22=QUOTE10.5×12管路压力损失：PP=P