白水气浮纤维回收与SS去除设计计算书

PAGE1白水气浮纤维回收与SS去除设计计算书——某造纸车间白水回用及悬浮物深度处理工程文件编号HJ-SJ-2026-DAF-001设计阶段施工图设计阶段文件类型环境保护工程·废水处理专业计算书编制/日期＿＿＿＿＿＿2026年10月审核/日期＿＿＿＿＿＿2026年10月批准/日期＿＿＿＿＿＿2026年10月（设计单位名称）二〇二六年十月目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 11.1设计依据 11.2设计范围与原则 11.3工程概况 22设计水量与水质 22.1设计水量 22.2设计进水水质 22.3设计出水水质与排放标准 22.4处理程度要求 33工艺方案选择 33.1白水来源与水质特征 33.2气浮工艺比选 33.3工艺流程 44气浮池设计计算 44.1设计参数选取 44.2总设计流量 44.3气浮池表面积 54.4池体尺寸 54.5接触区与分离区 54.6有效水深与水力停留时间校核 55溶气系统设计计算 65.1回流比与溶气水量 65.2单位体积释气量 65.3释气总量与空气质量 65.4气固比计算与校核 75.5溶气罐尺寸 75.6主要设备选型 76加药系统设计计算 86.1混凝剂投加量 86.2助凝剂投加量 86.3药液配制与计量泵选型 87排渣与浮渣处理 87.1浮渣量计算 87.2刮渣设备 98去除效果与纤维回收核算 98.1SS去除率 98.2SS去除量与纤维回收量 98.3出水水质预测 99安全核验 1010结果分析与工程指导意义 1010.1计算结果汇总 1010.2结果分析 1110.3工程指导意义 1111免责声明 12PAGE11概述1.1设计依据本设计计算书依据国家现行环境保护、给水排水及制浆造纸行业相关标准、规范编制，主要引用标准如下：表1-1主要设计依据标准一览表序号标准/文件名称标准编号施行年份1制浆造纸废水治理工程技术规范HJ2011—201220122污水气浮处理工程技术规范HJ2007—201020103制浆造纸工业水污染物排放标准GB3544—200820084室外排水设计标准GB50014—202120215制浆造纸工业污染防治可行技术指南HJ2302—201820186化学工业污水处理与回用设计规范GB50684—201120117建筑给水排水设计标准GB50015—201920198通用用电设备配电设计规范GB50055—20112011上述标准、规范均为现行有效版本。当工程实施时上述标准被修订或被新标准替代，应按最新有效版本执行。1.2设计范围与原则本计算书针对造纸车间网部、压榨部排出的白水，进行纤维回收与悬浮物（SS）去除的气浮处理单元工艺设计计算，内容包括气浮池本体、加压溶气系统、加药系统及排渣系统的工艺尺寸计算与主要设备选型。设计遵循以下原则：（1）优先采用成熟、可靠、运行稳定的部分回流加压溶气气浮（DAF）工艺，保证纤维回收与SS去除效果；（2）在满足出水水质前提下，合理降低回流比、溶气压力与药耗，控制运行成本；（3）单体设计参数留有适当余量，适应水质水量波动，并便于检修与操作；（4）回收纤维尽量返回制浆系统综合利用，浮渣与废液按环保要求妥善处置。1.3工程概况某造纸车间主要生产文化用纸，网部、压榨部产生的白水含有大量细小纤维、填料及胶体物质，SS浓度较高。为回收纸浆纤维、降低后续生化处理负荷并实现白水部分回用，建设一座气浮纤维回收处理站。本单元按24h连续运行设计，设计处理对象为该车间全部浓白水。2设计水量与水质2.1设计水量根据车间水平衡资料，白水产生量按连续运行折算，设计平均处理水量取Q=125m³/h（即3000m³/d）。考虑水质水量波动，气浮池及溶气系统按平均时流量设计，设备选型按1.2～1.5倍裕量配置。2.2设计进水水质参照同类造纸车间白水水质及HJ2302—2018资料，确定设计进水水质如表2-1所示。表2-1设计进水水质一览表序号项目单位设计进水值1pH—6.5～8.02悬浮物SSmg/L10003化学需氧量CODCrmg/L15004五日生化需氧量BOD5mg/L3505水温℃20～352.3设计出水水质与排放标准气浮单元出水一部分回用于碎浆、调浓，其余进入后续生化处理。按GB3544—2008要求，造纸企业废水总排放口悬浮物（SS）排放限值为50mg/L，新建及特别排放限值更严。本气浮单元作为前置预处理，设计出水SS控制目标取Ce≤70mg/L，确保后续生化单元出水稳定达标。表2-2设计出水水质与排放标准对照表序号项目单位气浮出水设计值GB3544—2008排放限值1pH—6.5～8.06～92悬浮物SSmg/L≤70503CODCrmg/L≤9001004BOD5mg/L≤250302.4处理程度要求按进水SSC0=1000mg/L、出水Ce=70mg/L计，气浮单元SS最低去除率应达到： C0即SS去除率不低于93%。参照HJ2302—2018，混凝气浮对CODCr去除率约为30%～50%，本设计取40%，出水CODCr约900mg/L，与表2-2一致。3工艺方案选择3.1白水来源与水质特征造纸白水的主要特征是SS浓度高、其中可回收纤维所占比重大，同时含有细小填料（滑石粉、碳酸钙）与溶解性胶体。纤维密度略大于水但粒径细小，自然沉降速度慢，单独沉淀难以高效回收；而溶气气浮产生的微细气泡（直径约30～50μm）可黏附于絮体，使其密度降低而上浮，特别适合细小纤维与轻质悬浮物的分离。3.2气浮工艺比选常用气浮工艺分为全溶气式、部分溶气式与部分回流加压溶气式。三者技术经济比较见表3-1。表3-1气浮工艺方案比较表工艺类型溶气水量对絮体冲击适用场合本设计结论全溶气式全部进水加压大，易打碎絮体SS很低的给水不采用部分溶气式部分进水加压较大小水量废水不采用部分回流加压溶气式仅出水回流加压小，运行稳定造纸白水、废水预处理采用综合比较，本设计采用部分回流加压溶气气浮工艺：仅对处理后清水回流加压溶气，进水无需全部加压，气泡释放稳定、絮体破坏小，且溶气水用量省、能耗低，是造纸白水纤维回收的成熟工艺。3.3工艺流程白水经格栅去除粗大杂物后进入气浮接触区，投加混凝剂（PAC）与助凝剂（PAM）完成絮凝；回流水经泵加压并在溶气罐内与压缩空气溶气，经释放器减压后在接触区形成微细气泡，黏附带气絮粒上浮至水面形成浮渣；浮渣由刮渣机刮入渣槽，清水由池底集水管流出，一部分回用、一部分进入后续处理。4气浮池设计计算4.1设计参数选取依据HJ2007—2010、HJ2011—2012及GB50684—2011，结合造纸白水特点，选取主要设计参数如表4-1。表4-1气浮池主要设计参数选取表序号设计参数符号单位取值依据1气水分离区表面负荷（含回流）qm³/(m²·h)5.0HJ2007：4～62回流比R—0.40GB50684：25%～50%3溶气罐工作压力（表压）PMPa0.40GB50684：0.3～0.54接触区上升流速vcmm/s15HJ2007：10～205气浮有效水深Hm2.0工程经验值6超高h1m0.5GB50014≥0.37溶气效率f—0.80填料溶气罐8水温（计算取值）T℃20溶解度基准4.2总设计流量进入气浮分离区的总流量为原水量与回流溶气水量之和： Qt代入Q=125m³/h、R=0.40：Qt=125×(1+0.40)=175m³/h。4.3气浮池表面积按分离区表面负荷q计算所需气浮池总表面积： A=Q代入数值：A=175/5.0=35.0m²。考虑接触区、布水及布气均匀性，取两座气浮池并联运行，单池面积17.5m²。4.4池体尺寸气浮池采用矩形平流式，单池宽度B取4.0m，则单池长度L为： A=B·L，单池L=17.5/4.0=4.375m，取L=4.4m；单池实际面积=4.0×4.4=17.6m²，两池总实际面积=35.2m²。长宽比L/B=4.4/4.0≈1.1，满足HJ2007对矩形池长宽比1～1.5的要求。4.5接触区与分离区接触区位于释放器下方，用于溶气水与原水充分接触、形成带气絮粒。按接触区上升流速vc=15mm/s（=54m/h）计算接触区面积： Ac代入：Ac=175/54=3.24m²（两池合计），单池接触区面积=1.62m²。取接触区沿池宽方向布置，宽度a=Ac/B=1.62/4.0=0.41m，取a=0.45m，单池接触区长0.45m、宽4.0m。分离区面积为总表面积扣除接触区面积： As单池分离区面积As=17.6-4.0×0.45=15.8m²，分离区长=4.4-0.45=3.95m。4.6有效水深与水力停留时间校核取有效水深H=2.0m，超高0.5m，气浮池总高H总=2.5m。校核分离区水力停留时间： t=A·H代入：t=35.2×2.0/175=0.402h=24.1min。该值落在HJ2011—2012规定的20～35min范围内，满足要求。5溶气系统设计计算5.1回流比与溶气水量取回流比R=0.40，溶气水量为： Qr代入：Qr=0.40×125=50m³/h，即两座气浮池合计回流水量50m³/h，单池25m³/h。5.2单位体积释气量依据亨利定律，单位体积溶气水在常压下的释气量a（mL/L，标态）按下式计算： a=C式中：Cs为常压下空气在水中的溶解度，20℃时取Cs=18.7mL/L（标态）；f为溶气效率，填料溶气罐取f=0.80；Pabs为溶气罐绝对压力；Pa为当地大气压力。溶气罐表压0.40MPa，绝对压力Pabs=0.40+0.101=0.501MPa≈5.0atm（以Pa=0.101MPa计）。代入：a=18.7×(0.80×5.0-1)=18.7×3.0=56.1mL/L。5.3释气总量与空气质量每小时释出的空气体积（标态）为： Ag代入：Ag=50m³/h×56.1L/m³=2805L/h=2.805m³/h（标态）。换算为空气质量，取标态空气密度ρ=1.293kg/m³： Am代入：Am=1.293×2.805=3.63kg/h。5.4气固比计算与校核气固比（A/S）是衡量气浮效果的关键指标，定义为单位时间释出空气质量与进入气浮的SS质量之比： AS进水SS质量负荷S=Q·C0=125m³/h×1000g/m³=125kg/h。代入：A/S=3.63/125=0.0290≈2.9%。该值处于造纸白水气浮推荐的气固比范围（2%～4%）内，说明回流比与溶气压力配置合理，既能保证气泡数量，又不致过量溶气破坏絮体。5.5溶气罐尺寸溶气罐内停留时间一般取2～4min，本设计取tT=3min，则溶气罐有效容积： V=Q代入：V=50×3/60=2.5m³。取溶气罐直径D=1.2m，其截面积： ATAT=3.1416×1.2²/4=1.131m²。所需罐体直筒段高度H=V/AT=2.5/1.131=2.21m，取H=2.5m（含填料层、布水及缓冲空间），高径比H/D=2.5/1.2≈2.1，处于合理范围。5.6主要设备选型（1）空压机：所需空气量为Ag=2.805m³/h=46.8L/min，考虑1.5倍裕量，选排气量≥0.1m³/min、额定压力≥0.7MPa的无油空压机2台（1用1备）。（2）回流泵：单泵流量按Qr=50m³/h配置，扬程需克服溶气罐工作压力0.40MPa及管路、释放器损失，取扬程H=60m，选离心泵2台（1用1备）。（3）释放器：按单池回流水量25m³/h选用常规TV型或新型不锈钢释放器，单池不少于2只，保证气泡直径30～50μm。6加药系统设计计算6.1混凝剂投加量选用聚合氯化铝（PAC）作为混凝剂，根据造纸白水烧杯试验经验，投加浓度取Cd=30mg/L。每小时投加量： Md代入：Md=125×30/1000=3.75kg/h。按20%药液浓度配制，药液量约18.8L/h。6.2助凝剂投加量选用阴离子型聚丙烯酰胺（PAM）作为助凝剂，投加浓度取Cp=1.0mg/L。每小时投加量：Mp=125×1.0/1000=0.125kg/h=125g/h。按0.1%药液浓度配制，药液量约125L/h。6.3药液配制与计量泵选型PAC溶液池按8h用量设计，单池有效容积Vpac=3.75×8/0.20≈150L，取200L药池2座（一用一配）；PAM溶液池按8h用量设计，Vpam=0.125×8/0.001=1000L，取1.0m³药池2座。计量泵按最大投加量1.5倍裕量选用，PAC计量泵流量≥30L/h、PAM计量泵流量≥200L/h，均1用1备。7排渣与浮渣处理7.1浮渣量计算气浮去除的SS中大部分为上浮纤维与填料，形成浮渣。浮渣含水率p取96%，则每小时湿浮渣量为： Ws式中ΔS为每小时去除的干SS量（kg/h），其计算见第8章。代入ΔS=116.25kg/h、p=0.96：Ws=116.25/[(1-0.96)×1000]=2.91m³/h。7.2刮渣设备选用行车式刮渣机，沿池长方向往返运行，刮渣速度取0.5～1.0m/min。单池配置刮渣机1台，浮渣经可调节刮板刮入池端渣槽，依靠重力自流至浮渣浓缩池，经浓缩后送制浆系统回收或压滤脱水处置。8去除效果与纤维回收核算8.1SS去除率按设计进水、出水浓度，SS去除率为： η=C代入：η=(1000-70)/1000×100%=93.0%。8.2SS去除量与纤维回收量每小时去除的干SS量： ΔS=Q代入：ΔS=125×(1000-70)/1000=116.25kg/h，即每日去除干SS约116.25×24=2790kg/d≈2.79t/d。参照HJ2302—2018及废纸制浆可行技术指南，溶气气浮对造纸白水纤维回收率约为75%～95%，本设计取纤维回收率ηf=85%。每小时回收纤维量： Mf代入：Mf=116.25×0.85=98.8kg/h，折合每日回收纤维约2.37t/d，可返回碎浆系统重新利用，具有明显的资源回收与经济效益。8.3出水水质预测综合上述计算，气浮单元出水水质预测为：SS≤70mg/L、CODCr≤900mg/L、BOD5≤250mg/L，pH6.5～8.0。SS去除率93%、CODCr去除率约40%，达到设计目标，可为后续生化单元减轻负荷并保障总排口稳定满足GB3544—2008要求。9安全核验为保证设计成果在规范允许范围内、留有安全余量，对关键参数逐项核验如表9-1。表9-1关键设计参数安全核验表序号核验项目规范允许范围本设计计算值结论1分离区表面负荷qHJ2007：4～6m³/(m²·h)5.0m³/(m²·h)合格2水力停留时间tHJ2011：20～35min24.1min合格3气水接触时间HJ2011：30～100s约45s（接触区）合格4回流比RGB50684：25%～50%40%合格5溶气罐工作压力GB50684：0.3～0.5MPa0.40MPa（表压）合格6气固比A/S造纸白水推荐2%～4%2.9%合格7气浮有效水深H浅层0.4～0.5m/常规2.0m2.0m（常规式）合格8超高GB50014：≥0.3m0.5m合格9矩形池长宽比HJ2007：1～1.51.1合格10溶气罐停留时间HJ2007：2～4min3.0min合格11进水水温GB50684：≤40℃20～35℃合格由表9-1可见，全部11项关键参数均落在现行规范允许范围内，且多数处于推荐区间中部，具备适应水质水量波动的安全余量；表面负荷、停留时间、气固比三项核心指标相互匹配，不存在某一指标偏紧而限制整体处理能力的情况。10结果分析与工程指导意义10.1计算结果汇总表10-1主要设计计算结果汇总表序号项目符号单位计算结果1设计处理水量Qm³/h1252回流比R—0.403总设计流量Qtm³/h1754气浮池总表面积Am²35.2（两池）5单池尺寸（宽×长×总高）B×L×Hm4.0×4.4×2.56有效水深Hm2.07水力停留时间tmin24.18溶气水量Qrm³/h509单位释气量amL/L56.110气固比A/S—0.02911溶气罐尺寸（直径×高）D×Hm1.2×2.512SS去除率η%93.013每日回收纤维量Mft/d约2.3714每日湿浮渣量Wsm³/d约69.815PAC投加量Mdkg/h3.7516PAM投加量Mpkg/h0.12510.2结果分析（1）处理能力方面：在表面负荷5.0m³/(m²·h)、停留时间24.1min条件下，气浮池总表面积仅35.2m²即可满足125m³/h的处理规模，占地紧凑、基建投资省