柠檬酸废水处理

2000m3/柠檬酸废水处理 摘 要 我国是世界上最大的柠檬酸生产和出口国，但柠檬酸生产工艺的固有特点使其生产过程中产生大量的高浓度废水，成为环境的严重污染源，因此废水治理已成为我国柠檬酸行业的当务之急：介绍了几种柠檬酸废水的处理工艺，如生产饲料酵母法，上流式厌氧污泥床（UASB)工艺，活性污泥法等方法，并对不同方法的原理和工艺流程作了简单的比较。此次设计采用的是UASB来处理柠檬酸污水。 关键词：柠檬酸废水  UASB工艺       1000m3 / citric acid wastewater treatment engineering design                               Abstract China is the largest country of citric acid production and exportation. But the fixed characteristic of citric acid production technology produces amounts of highly concentrated wastewater in the precess, and becomes a serious source of environmental pollution. Therefore , it is crucial and urgent yo treat the wastewater in citric acid industry. Several wastewater treatment technologies of citric acid are presented, such as the feeding stuf yeast production, upflow anaerobic sludge bed process,activated-sludge process and so on. In addition, a simple comparison of the principles and technical flow different technologies is also made.This design is used in UASB to treatment of citric acid wastewater. KEY WARDS: citric acid wastewater , UASB process                       目　录 前　言    1 第1章 绪论    2   1.1 柠檬酸废水的产生    2 1.2 柠檬酸废水基本处理方法    3 1.3 废水处理相关数据    6 第2章 处理工艺确定    7 2.1 UASB工艺    7 2.2 工艺确定    8 第3章 调节池设计    9 3.1.1 水量均衡调节（均衡池）    9 3.1.2 水质均衡调节（均质池）    10 3.2调节池的几种形式    11 3.3 调节池具体设计计算    12 3.4泵的计算.........................................................................................13 第4章UASB设计......................................................................................14 4.1UASB.............................................................................................14 第5章 气浮池设计...................................................................................15 5.1 气浮池设计说明    15   5.1.1 加压溶气气浮法工艺流程    16 5.1.2 加压溶气气浮法的特点    17 5.2 气浮池的具体设计计算    17 第6章格栅 参考文献    外文资料翻译    前　言 柠檬酸厂的废水包括柠檬酸钙洗涤过程产生的废糖水原液、洗糖水高浓度废水、精提车间脱色柱和离子交换柱再生废水、发酵罐降温水及生活污水等低浓度废水。由于含有大量的残糖、有机酸、钙沉淀物等，污染物浓度高，对环境的影响较重。世界各国对柠檬酸废水的处理大多采用厌氧-好氧联合处理工艺，但存在运行费用高、管理复杂及运行不稳定等问题。本文介绍了UASB．接触氧化一气浮工艺处理柠檬酸废水的工程实例，经该工艺处理的柠檬酸废水，出水水质能够稳定达到国家排放标准。 第1章 绪论 1.1 柠檬酸废水的产生 在我国，柠檬酸生产主要以薯干、玉米等为原料，用薯干为原料，采用薯干粉原料深层发酵法生产柠檬酸是我国独特的先进工艺。该工艺不需特别添加营养盐类或其他产酸促进剂，而且产量较高，且资源丰富，价格低廉。国外生产柠檬酸主要以糖蜜为原料，糖蜜的组成复杂，一般需要进行糖蜜预处理方可进行柠檬酸正常生产。 在柠檬酸生产过程中，薯干粉原料在发酵罐与发酵菌混合，在通风和搅拌的条件下进行发酵反应。发酵后的混合液中，大部分是溶解态的柠檬酸，并含有许多其他杂质与代谢产物，如薯干粉渣、蛋白质、菌丝体以及一些不能利用的糖类等。经过板框压滤后将固体状的菌丝体和薯干粉分离出来，所形成的滤渣可以用作饲料，往滤液中投加碳酸钙，与溶解态的柠檬酸反应生成难溶性的柠檬酸钙沉淀，通过过滤可以与其他可溶性杂质分离这一过程称为中和。中和时一般先将滤液加温到70摄氏度以上再开始加碳酸钙，随着温度的升高，柠檬酸钙的溶解度降低，而其他杂质，如草酸钙和葡萄糖酸钙的溶解度则增大，逐渐呈溶解状态，因此在中和过程中一般要求在80摄氏度保温半小时以上以使反应完全，此时进行抽滤，即可得到柠檬酸固体。含有其他钙盐和物质的溶解即可排出，这股废水一般称为浓糖水。所得柠檬酸钙固体还需用80.摄氏度左右的热水洗涤，.以提高其纯度，所排出的洗液称之为洗糖水。浓糖水和前三次洗糖水中的COD浓度很高，颜色呈深褐色，主要含有还原性糖、非发酵性糖、多糖及草酸钙、葡萄糖酸钙及蛋白质等杂质。 1.2柠檬酸废水基本处理方法   目前，国内主要以生物法对柠檬酸工业废水进行处理。另外，意见报道的柠檬酸废水处理方法还有光合细菌法，乳状液膜法及生产饲料酵母法等。 1.2.1 生物法 柠檬酸生产废水属于高浓度有机废水，不含有毒物质，可生化性好，因此，国内外常用的柠檬酸废水处理方法是生物法，根据作用微生物的不同，生物处理方法可分为好氧处理和厌氧处理两大类。 1.2.1.1 厌氧生物法 厌氧生物法是指无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂的有机物分解为甲烷和二氧化碳等物质的过程，同时把部分有机质合成细菌胞体，通过气，液，固分离，使废水得到净化的一种废水处理方法。柠檬酸废水的厌氧处理技术主主要有管道式厌氧消化器、高温厌氧消化池和上厌氧污流式泥床（UASB）等。 1.管道式厌氧消化期内充填填料作为微生物的载体，能滞留高浓度的厌氧活性污泥，增强耐进水地pH和耐负荷变化的能力。采用这种方法，酸性的高浓度废水无需进行pH调整可直接进入处理系统，从而减少药剂消耗量，降低运行费用，便于操作管理。但此法存在污泥六十现象，且需定期排泥。 2.高温厌氧消化池具有时间短，消化温度适应性强，运行费用低，有机物去除率高等优点，但废水升高温度需消耗额外的能量，因此仅适用于原废水温度较高的情况。 3.上流式厌氧污泥床（UASB）是国外主要采用的柠檬酸废水处理方法，具体流程如下：污水自下而上通过UASB。反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。   因水流和气泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。反应器上部有设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。消化气自反应器顶部导出；污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床；消化液从澄清区出水。UASB 负荷能力很大，适用于高浓度有机废水的处理。运行良好的UASB有很高的有机污染物去除率，不需要搅拌，能适应较大幅度的负荷冲击、温度和pH变化。 1.2.1.2好氧生物法 好氧生物法可分为活性污泥法和生物膜法两类。活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为厌气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。 1.2.2光合细菌法（PSB） 光合细菌在有光照缺氧的环境中能进行光合作用，利用光能进行光合作用，利用光能同化二氧化碳，与绿色植物不同的是,它们的光合作用是不产氧的。光合细菌细胞内只有一个光系统，即PSI，光合作用的原始供氢体不是水，而是H2S （或一些有机物），这样它进行光合作用的结果是产生了H2，分解有机物，同时还能固定空气的分子氮生氨。光合细菌在自身的同化代谢过程中，又完成了产氢、固氮、分解有机物三个自然界物质循环中极为重要的化学过程。这些独特的生理特性使它们在生态系统中的地位显得极为重要。           光合细菌的适宜水温为15—400C,最适水温为28—360C。在水产养殖中，能够降解水体中的亚硝酸盐、硫化物等有毒物质，实现充当饵料、净化水质、预防疾病、作为饲料添加剂等功能，光合细菌适应性强，能忍耐高深度的有机废水和较强的分解转化能力，对酚、氰等毒物有一定有忍受和分解能力等特点，它的诸多特性，使其在无公害水产养殖中具有巨大的应用价值。 PSB工艺能承受高有机负荷，且符合越高处理效果越好，不产沼气，易于管理，又有除氮能力，可处理含高盐分，油脂和环状化合物的废水，设备占地少，动力消耗少，投资低，可作为其他低负荷处理工艺的前处理，产生的菌体可作为各种资源加以利用，不产生二次污染。但PSB法处理高浓度有机废水需要不断添加新鲜菌体，菌体细胞自然沉淀困难，处理后的废水一般不能达标排放，仍需进一步净化处理。 1.2.3乳状液膜法 液膜分离技术是一项高效，快速，节能的新型分离技术。近年来，液膜分离技术在重金属分离，生物工程等领域得到广泛的应用，特别是在处理高浓度有机废水方面，液膜法取得了显著的成绩。乳液与废水通过搅拌充分混合接触，废水中的柠檬酸透过液膜浓缩在膜内，从而达到分离的目的。乳状液膜从柠檬酸工业废水中分离柠檬酸，具有工艺简单，高效快速，易于工业化等特点。乳液使用后，经低压破乳，可重新制乳使用，复用多次处理效果基本不变。 1.2.4生产饲料酵母法 该工艺的特点是，其使用的酵母菌种能够在较低的pH下正常生长，可省去或简化灭菌步骤，节省了蒸汽消耗及耐压设备投资。另外柠檬酸酸中和废水培养酵母工艺流程菌种还具有较强的絮凝性，静置一段时间后，可有90%的酵母菌沉降下来，大大节约了离心分离是所系的电能，但从废水的净化程度看，该工艺的COD去除率仅达30%～50%，其培养酵母后产生的二次废水仍具有较高的COD，还需进行再处理以使之达到排放标准。         1.3废水处理相关数据 废水水质与水量 本工程处理的主要对象是某集团以玉米为原料生产柠檬酸排放的废糖水, ,年生产规模达到14万t柠檬酸, 日排放废糖水2000 m3, COD质量浓度8 000 ～12 000 mg·L- 1, 离交废水及其它综合废水采用另一套工艺进行处理, 整个废水处理系统出水要求达到GB8978-1996一级标准。 污水水质情况 温度/℃40~55 废水水质ρ ( CODCr) /(mg ·L- 1)8 000 ~ 12 000 mg/L ρ ( BOD5) /(mg ·L- 1)5 000 ～6 000 mg/L pH值3~5 出水水质 COD:150mg/L BOD:60mg/L     pH:6～9 第2章 处理工艺确定 2.1UASB反应器 具有厌氧消化效率高、结构简单等优点。UASB能否高效和稳定运行的关键在于反应器内能否形成微生物适宜、产甲烷活性高、沉降性能良好的颗粒污泥。但在采用UASB法处理庆大霉素、金霉素、卡那霉素、洁霉素、谷氨酸、维生素B12等制药生产废水时，通常要求SS含量不能过高。以保证COD去除率可在85﹪－90﹪以上。二级串联UASB的COD去除率可达到90﹪以上。 采用加压上流式厌氧污泥床(UASB)处理废水时，氧浓度显著升高，加快了基质降解速率，提高了处理效果，如采用UASB处理贝塔美松等制药废水。 UASB主要特点在于无载体，主要由反应区、沉淀区、气室三部分组成。反应区包括底部高浓度的污泥床和污泥床上部浓度较低的悬浮污泥层；反应区上部设置三相分离器。 三相分离器的主要作用是将反应过程中产生的气体、污泥固体以及处理废水加以分离，将沼气引入气室、将固体导入反应区，将处理水引入出水区。 厌氧污泥床的混合采用进水冲击以及反应产生的沼气搅拌进行，一般采用多点进水。 综述UASB特点： ①污泥浓度高，平均为30-40g/L； ②有机负荷高，水力停留时间小，中温消化； ③设置三相分离器，无污泥回流设备； ④无混合搅拌设备； ⑤无载体，避免堵塞等问题，也减少造价； ⑥反应器存在短流，影响处理能力； ⑦难以适应高悬浮物含量污水； ⑧运行启动时间长，对水质与负荷突然变化较敏感。 2.2 确定 2.2.1工艺流程图 2.2.2工艺流程说明 高浓度废水在冷却塔降温至50℃ 后入调节池1，调节pH值、控制温度在35℃后进UASB消化器，厌氧微生物生长繁殖消耗营养物质后，上清液入调节池2内。低浓度废水也入调节池2。调节池2出水进沉淀池1，去除悬浮物等后人接触氧化池，好氧微生物生长繁殖消耗营养物质后，出水进沉淀池2，经沉淀去除大部分污泥后入气浮池，加絮凝剂去除废水中的不溶性悬浮物后达标排放。各系统产生的污泥进污泥池，用压滤机脱水后外运处置。UASB消化器产生的沼气进沼气贮柜，经沼气水封罐送到锅炉做燃料。废水经UASB-接触氧化处理，99％以上的有机物被去除。 第3章 调节池设计 3.1 调节池设计说明 废水水量和水质的均衡调节。由生产装置排出的工业废水，其水量和水质随生产过程而变化，有连续均匀的，有不均匀的，也有间歇的。水质、水量调查，就是确定废水水量和水质随时间的变化规律。通常对于连续稳定生产过程，其排放废水的水量和水质也较均匀稳定，可进行24h的调查，而对于非连续稳定的生产过程，调查时间不得少于1个完整的操作周期。 均衡调节的目的，就是解决进水水量、水质的变化和废水处理装置稳定的处理能力、出水达到稳定水质间的矛盾。均衡调节包括水量均衡和水质均衡。 3.1.1 水量均衡调节（均衡池） 通过水量均衡调节主要达到如下目的。 首先是减小进入废水处理装置废水流量的波动，使处理废水时所用化学品的加料率稳定，适合加料设备的能力； 其次是减少由于进入废水装置的废水流量变化所引起的处理装置负荷的变化，以便稳定运行，并稳定出水水质。 1.均量池的形式 废水流量调节方法通常有线内调节与线外调节两种。线内均量调节如图4.1.1所示，进水为重力流，进水用泵抽，池中水位不断变化，最高水位与最低水位之差一般为2－3m。线内均量池受进水管高程限制，最高水位不能高于进水管，所以线内调节池埋深较大，施工和排泥较难。但调节水量只需一次，相对来说，能耗较低。 线外均量调节如图4.1.2所示，均量池设在旁线上，出水主泵按平均流量设计，集水井多余的废水由辅泵抽至调节池。当废水来量小于平均流量时，则均量池中废水回流至集水井。均量池标高不受进水管高度限制，可设在地上，施工和排泥方便，但被调节的水量需二次提升，能耗较高。 2.均量池容 （1）间歇排放的小量废水可按均衡时间等于排放周期，即均量池容积相当于一个周期累积排水的总体积。 （2）按水量变化曲线，由逐时水量累计曲线求出均量池容积。首先根据水量变化曲线，求得1天的水量累计曲线。连接曲线的起点和终点，该直线即为均量池的平均出水水量累计线，从进水曲线上距出水水量累计线最远点作切线并平行于出水线，然后过切点作平行于纵坐标的直线与出水线相交，则此交点与切点间线段在纵坐标上的投影即为所求均量池的容积。但在实际工程中需乘以1.1－1.2的系数。 图4.1.1线内均量池 3.1.2 水质均衡调节（均质池） 水质均衡调节是期望排出的废水在污染物浓度和组分上都达到均衡，因此，不仅要求均质池有足够大的容积，而且还应考虑水质均和的措施，以便使在不同时段进入池内的废水都能达到完全混合的目的。 混和通常采用动力混合与水力混合两种方式。动力混合方法有水泵搅拌混合、空气搅拌混合、机械搅拌混合等，一般采用后两种方法较多。 水力混合一般无需额外消耗动力，其运行费用低，设备简单，但池的结构复杂，混合的均匀程度不够稳定。 水力混合多采用异程式均质池，它使同一时间进入池内的每一质点的水流的流程长短各异，使前后进入池内的水流相互混合，从而达到均质的作用。常见的异程式均质池有折流式圆形、方形、穿孔导流槽式均质池。 3.2调节池的几种形式 （1） 水槽沿对角线方向设置，废水由左右两侧进入池内后，经过不同的时间才流出水槽，使水槽中的废水是在不同的时间内流进来的，就是说浓度都是不相同的，这样就达到自动调节的目的，为了防止废水在池内短路，可以在池内设置若干纵向隔板，废水中的悬浮物会在池内沉淀，可设沉渣斗，通过排泥管定期排出池外，如果调节池的溶积很大，需要设置的沉渣斗过多，管理太麻烦，可考虑将调节池做成半底，用压缩空气搅拌废水，以防止沉淀，调节池的有效水深采取1.5-2m，纵向隔板间距为1-1.5m。 （2） 池内设置许多折流短墙，使废水在池内来回折流，配水槽设在调节池上，通过许多孔口溢流，投配到调节池的前后各个位置内，使废水在池内得到混合、均衡，调节池的起端入流量可控制在1/3—1/4流量，剩余的流量可通过其他各投配口等量投入到池内。 （3） 池子由两个或三个池子组成，池内装设空气管道，每池间歇独立运行，轮流倒用，第一池充满水后，水流入第二池，第一池内的水用空气搅拌均匀后，用泵抽升到后续构筑物，抽空再循抽第二池的水，这种池基建费用很大。 （4） 用堰顶溢流出入，则这种形式的调节池只调节水质的变化，而不能调节水量的变化，如后续处理设备要求处理水量均匀，则需使调节池内的水位能自由波动，以便贮存，补充短缺，在采取重力自流的情况下，要求调节池内的最低水位超过后续处理构筑物的最后水位，出水采用浮子定量设备。 3.3 调节池具体设计计算 图4.3-1调节池示意图 （1）调节池容积计算 由于设计资料没有给出具体污水量变化曲线，所以采用以下方法处理。 取调节池停留时间为6h,则调节池容积为 所需调节池的容积V=QT=2000×6／24=500m3 （2）取池子的有效水深H=5.0 m 则调节池的平面面积S=V／H=100m² 取宽B=10m  则长L=S／B=10m 设两座。 最低水位为0.3m 则池总深5.3m 3.4 泵站 泵站位于调节池后，泵的选型是泵站设计的关键， 泵的选型 选用QW系列潜水排污泵。 QW系列潜水排污泵时在消化吸收国外同类产品先进技术的基础上研制成功的，具有高效、防缠绕、无堵塞、自动耦合，高可靠性和自动控制等优点，在排送固体颗粒和长纤维垃圾方面具有独特功能。 QW系列潜水排污泵结构紧凑，并设置了各种状态显示，保护装置，使得泵运行安全可靠。 QW系列潜水排污泵主要用于市政工程、工业、医院、建筑、宾馆、饭店等行业，用于排送带固体及各种长纤维的淤泥，废水，城市生活污水。（包括有腐蚀性、侵蚀性介质的场合）。 QW系列潜水排污泵体积小，结构紧凑。效率高，可以根据用户要求进行水位自动控制，并备有自动保护装置及控制柜。 设筛网前水位为-0.8m。筛网的水力损失为0.02m，则筛网后水位为-0.82m.由高程计算得知，从筛网间到初沉调节池的总阻力损失为=0.23m 则调节池水位为-0.82-0.23=-1.05m，即需要提升的最高水位为6.18m，故h3=6.18-（-1.05）=7.23m。取0.5m的自由水头，则水泵的扬程为:H=7.23+0.5=7.73m 泵的选择主要考虑占地面积小，不堵塞等方面，综合以上因素考虑，污水提升泵房选用200QW250－15－18.5型，两用一备。规格如下： 出水口直径200mm 流量250m3/h 扬程15m                   第4章  UASB 43.4 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/(m3·d) ； 污泥产率为：0.1kgMLSS/kgCOD ； 产气率为：0.5m3/kgCOD 。 3.4.1.2 设计水质 UASB反应器进出水水质指标如表2.3： 表2.3：UASB反应器进出水水质指标 水质指标 COD BOD 进水水质(mg/l) 8000 5000 去除率（%） 80 85 出水水质(mg/l) 409.2 181.35 3.4.1.3 设计水量 Q = 2000 m3/d = 83.3m3/h = 0.023 m3/s 3.4.2 设计计算 3.4.2.1 反应器容积计算 UASB有效容积为： V有效  = 式中： V有效 ------------- 反应器有效容积，m3 Q  ------------- 设计流量，m3/d S0    ------------- 进水有机物浓量,kgCOD/m3     Nv  -------------容积负荷,kgCOD/(m3·d) V有效  = 3555.5m3 根据经验，UASB最经济的高度一般在4～6米之间，并且大多数情况下，这也是系统最优的运行范围。取h = 5.5 m , 则: A = = 646.5 m2 采用4座相同的UASB反应器, 则: A1  = = 161m2 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。取长L = 18.0 m ，宽B = 9.0 m ，则实际横截面积为： A2  = L × B = 18.0 ×9.0 = 162 m2 实际表面水力负荷为: q1  =                       = 0.49 < 1.0 ，故符合设计要求。 3.4.2.2 三相分离器设计 三相分离器设计计算草图见图2.1： 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： ①沉淀区水力表面负荷 < 1.0 m/h ②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。 ③进入沉淀区前，沉淀槽底逢隙的流速 ≦ 2 m/h ④总沉淀水深应大于1.5 m ⑤水力停留时间介于1.5～2 h 图2.1：三相分离器几何尺寸图 如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果。 沉淀区面积为： A = L × B =18 ×9 = 162 m2 表面水力负荷为： q = =  0.49 < 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θ＝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4 ，则下三角形集气罩底部宽为： b1 = h3/tgθ 式中： b1----------下三角集气罩底水平宽度，m;     θ----------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  = 2.4 – 2 × 0.84 = 0.72 m     则下三角形回流缝面积为：                         S1  = b2·l·n  = 0.72 × 4.8 × 4 = 13.82 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  =   1.51 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  = 0.35 m ,则上三角形回流缝面积为：                         S2  = b3·l·2n  = 0.35 × 4.8 × 2 × 4 = 13.44 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  = =1.55 m/h V1  < V2  < 2.0 m/s,符合设计要求。 确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸，由图可知：                   BC = b3/sin35°= 0.35/0.5736 ＝ 0.61 m     设AB = 0.4 m ，则上三角形高为：                   h4  = (AB·cos55°+ b2/2)·                     = (0.4 × 0.5736 + 0.72/2) × 1.4281                     = 0.824 m 4.气液分离设计 取d = 0.01cm(气泡)，T = 200С，ρ1  = 1.03g/cm3, ρg = 1.2×10-3g/cm3 ， V = 0.0101cm2/s , ρ = 0.95 ，μ= Vρ1  = 0.0101×1.03 = 0.0104g/cm·s 。一般废水的μ>净水的μ,故取μ= 0.02g/cm·s 。由斯托克斯工式可得气体上升速度为： Vb = =               = 0.266cm/s = 9.58m/h Va  = V2  = 1.55 m/h ，则： =  5.9 , = = 1.5                   > ,故满足设计要求。 3.4.2.3 进水系统设计 采用穿孔管配水，每个反应器设置6根，直径D = 150mm,长4.8 m ,每根管之间的中心距离为1.6m,配水孔径采用15mm,孔距1.6m。每孔服务面积为1.6 x 1.6 = 2.56 m2 ，孔径向下，穿孔管距离反应池底0.21m,每个反应器有18个出水孔，采用连续进水，每孔流速为2.66m/s 。 3.4.2.4 出水系统设计 采用锯齿形出水渠，渠宽0.2m,高0.2m，每个反应器设计4条出水渠，基本保证出水均匀。 3.4.2.5 排泥系统设计 每日产生的悬浮固体：PSS = 8000× 0.80 × 0.1 × 2100 × 10-3 = 1280kgvss/d 每日产泥量为： W = 式中： Pss  ---------- 产生的悬浮固体，kgvss/d P ----------- 污泥含水率，以97%计 ----------- 污泥密度，以1000kg/m3计 W = = 640 m3/d 每日产泥量640m3/d ，则每个USAB日产泥量160 m3/d , 考虑把配水管兼做排泥管用，可以均匀排除污泥区的污泥，同时在反应器的1/2高度处和三相分离器下三角以下0.5m处,各设排泥管一根，管径为d=100mm，池子底部设放空管，每天排泥一次。 2.4.2.6 产气量计算 采用每去除1千克COD产生0.5立方米沼气做参数，则每日产气量为： 8000×0.80×0.5×2000×10-3  = 6400 m3/d 工作原理 UASB，即上流式厌氧污泥床，集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器，由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。     它的污泥床内生物量多，容积负荷率高，废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小。设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题。                                   第5章 气浮池 5.1 气浮池设计说明 气浮法是一种有效的固-液和液-液分离方法，常用于对那些颗粒密度接近或小于水的细小颗粒的分离。 水和废水的气浮法处理技术是在水中形成微小气泡形式，使微小气泡与水中悬浮颗粒黏附，形成水-气-颗粒三相混合体系，颗粒黏附上气泡后，形成表观密度小于水的漂浮絮体，絮体上浮至水面，形成浮渣层被刮除，以此实现固液分离。 气浮法处理工艺必须满足下述基本条件：①必须向水中提供足够量的细微气泡；②必须使废水中污染物质能形成悬浮状态：③必须使气泡与悬浮的物质产生黏附作用。有了上述三个基本条件，才能完成气浮处理过程达到污染物质从水中去除的目的。 采用的气浮设备按水中产生气泡的方式的不同可分为布气气浮设备，溶气气浮设备和电气浮设备等多种类型。加压容气气浮设备是目前应用最广泛的一种气浮设备。 5.1.1 加压溶气气浮法工艺流程 空气在加压条件下溶于水中，再使压力降至常压，把溶解得过饱和空气以微气泡的形式释放出来。 加压溶气气浮工艺由空气饱和设备，空气释放设备和气浮池等组成。其基本工艺流程有全溶气流程，部分溶气流程和回流加压溶气流程三种。 回流加压气浮设备是将澄清液经过泵加压到（3-4）×105Pa，由泵出水管段引入空气后，送往压力容器罐，使空气充分溶于水中，然后经过释放器后与原水混合进入浮上池进行气浮分离。在压力释放器中，加压溶气水压力降至常压，溶于水中的空气以微细的小气泡形式释放出来与悬浮物相粘附，并上浮至水面，浮渣用设在表面的刮渣装置刮除，澄清水由浮上分离池底部的集水系统引出。 5.1.2 加压溶气气浮法的特点 加压溶气气浮法与电解气浮法和散气气浮法相比具有一下的特点。 ⑴水中的空气溶解度大，能提供足够的微气泡，可满足不同要求的固液分离，确保取出效果。 ⑵经减压释放后产生的微泡粒径（20——100um），粒径均匀，微气泡在气浮池中上升速度很慢，对池水扰动较小，特别适用于絮凝体松散细小的固体分离。 ⑶设备和流程都比较简单，维护管理方便。 5.2 气浮池的具体设计计算 确定基本设计参数 处理水量Q=83.3 m3/h      水中悬浮固体浓度Sa=720mg/l 水温30℃时大气压力空气在水中的饱和溶解度Ca=0.021g/l 假设溶气水量占处理水量的比值R=50﹪ 溶气罐内的停留时间T=3min 溶气压力P=0.35M Pa 浮选池上升流速vs=1.2mm/s 填料罐过流密度I=1000 m3/（m²·d） 气浮池内接触时间tc=5min 气浮池内浮选时间ts=30min （1）确定溶气水量QR=RQ=41.7m3/h 由于加压溶气系统的溶气效率一般取0.6—0.8，本设计采用f=0.6 气固比（Aa/S）=Ca（f·P-1）QR/Sa·Q =0.021×103（0.6×35-1）×41.7/（720×83.3） =0.016 水处理中气固比（Aa/S）参数的 典型范围可以在0.005——0.060之间选用。 （2）气浮池的设计 ①接触区容积Vc=（Q+ QR）×tc=（83.3+41.7）×5/60=10 m3 ②分离区容积Vs=（Q+ QR）×ts=（83.3+41.7）×30/60=62.5 m3 ③气浮池有效水深H=Vs×ts=0.0012 ×60×30=2.2m ④接触区面积Ac和长度Lc Ac=Vc/H=4.6㎡  取池宽B=4m    则接触区长度Lc= Ac/ B=1.15 m ⑤分离区面积As和长度Ls As=Vs/H=28.5㎡  则分离区长度Ls= Vs/ B=7..125 m ⑥浮选池进水管：Dg=300  v=4（Q+ QR）/πDg2=4×（83.3+41.7）/3.14×0.32=0.5m/s ⑦浮选池出水管：Dg=150的穿孔管，小孔流速取v1=0.1m/s ⑧小孔面积s： S=（Q+ QR）/3600 v1=（83.3+41.7）/3600×0.1=0.04 m² 取小孔直径D1=15 则空数为 n= 4S/πD12=4×0.04/3.14×0.0152=227 空口向下，与水平成45°夹角，分二排交错排列。 ⑨集渣槽 集渣槽设在气浮池末端，宽0.5m深0.6m。渣从底部钢管连接回用装置。 （3) 溶气罐的设计 ①溶气罐容积V= QR×T=41.7×3/60=2.1 m3 ②溶气罐直径D=(4×QR）/πI =4×41.7×24/3.14×1000=1.3 m ③溶气罐高度h=2h1＋h2＋h3＋h4                         =2×0.3+0.25+1.0+1.0=2.85 m 式中，h1 ——罐顶底封头高度（根据罐直径而定）取0.3 m h2 ——布水区高度，一般取0.2-0.3 m h3——贮水区高度，一般取1.0 m h4——填料层高度，一般取1.0-1.3 m 压力溶气罐选型： 表5.2-1 型号 罐径 ㎜ 流量范围m3/h 进水管径 ㎜ 出水管径 ㎜ 罐高度㎜（包括 支脚） TR-14 1400 151-200 250 300 3610 （4）空压机选型 ①溶入的空气量：空气在水中的溶解度服从亨利定律   V=10-5KTP=10-5×2.06×10-2×（3.5+1）×105=9.3×10-2㎎气/I水 ②空压机所需额定气量 Qg=736V QR/1000f=736×9.2×10-2×166.7/(1000×0.6） =19 m3/h= 0.32m3/min 选用的空压机 表5.2-2 型号 气量(m3/min) 最大压力/MPa 电动机功率/Kw 配套使用气浮池范围(m3/d) Z-0.3617 0.36 0.7 3 ＜40000 （5）刮渣选型 为去除气浮池中的浮渣，需设刮渣设备 刮渣选用TQ-7型行车式撇渣机。(《实用环境工程手册.污水处理设备》史惠祥主编) 适用条件：本设备适用于水处理工程中对敞口隔油池液面的浮油和平流式沉淀池或浮选池面的浮渣泡沫等漂浮物的撇除。 为防止雨点打碎浮渣，池上可架设顶棚。 表5.2-3 刮渣机型号 气浮池净宽/m 轨道中心距/m 驱动减速机型号 TQ-7 7-8 7.23-8.23 SJWD 电机转速/（r/min） 行走速度/（m/min） 轨道型号/kg/m 电机功率/kw 1500 4.8   11 1.5               第六章  格栅 6.1 格栅 6.1.1设计作用 格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在废水渠道的进口处，用于截留较大的悬浮物或漂浮物，主要对水泵起保护作用，另外可减轻后续构筑物的处理负荷。 6.1.2设计参数 设计流量Q = 2000m3/d=0.024m3/s ； 取用中格栅，栅条间隙b=10mm ； 栅条宽度s=0.01m 格栅安装角度α= 45°，栅前流速0.7 m/s ,过栅流速0.8m/s ； 单位栅渣量W = 0.05m3/103 m3 废水 。 栅前水深h=0.2m 栅条间隙数 式中： Q ------------- 最大流量，m3/s α------------- 格栅倾角，度 b ------------- 栅条间隙，m h ------------- 栅前水深，m v ------------- 过栅流速，m/s 取废水变化系数K=3，则 Qmax=KQ=0.072m3/s         n=43   格栅总宽度B=0.85m 每日栅渣量 栅渣量(m3/103m3污水)，取0.1～0.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值取W1  = 0.05m3/103m3  K2  = 1.5 ，则： W = 式中： Q ----------- 设计流量，m3/s W1 ---------- 栅渣量(m3/103m3污水)，取0.05m3/103m3                   W =                     = 0.11 m3/d < 0.2 m3/d (采用人工清渣) 过栅水头损失 取k = 3 ,β = 1.79(栅条断面为圆形)，v = 0.8m/s ，则：                   h1  = 式中： k -------- 系数，水头损失增大倍数 β-------- 系数，与断面形状有关 S -------- 格条宽度，m d -------- 栅条净隙，mm v -------- 过栅流速，m/s α-------- 格栅倾角，度 h1  = 0.089m 取进水渠道宽度B1=0.3m，其渐宽部分展开角度为20度 则进水水渠渐宽部分长度l1=0.27m 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度l2=0.14m 则栅室总高度为H=0.2+0.089+0.3=0.59m 则栅槽总长L=l1+l2+0.5+0.1+(0.2+0.3)/tg45=2.2m 出水管计算 取水流流速为0.5m/s，则管径为D=0.247m 取管径为0.25m，则流速为0.51m/s               第7章  中和池 1．酸碱中和当量可按下式计算： ΣQJBJ≥ΣQSBSAK ( 12．3-1 ) 式中 QJ——碱性污水(或中和剂)流量(L／H)； BJ——碱性污水(或中和剂)浓度(MOL／L)； QS——酸性污水(或中和剂)流量(L／H)； BS——酸性污水(或中和剂)浓度(MOL／L)； A——中和剂比耗量，即1KG酸所需碱的KG数，见表12.3-3。 K——考虑中和过程不完全的系数，一般采用1.5～2.0，最好根据现场试验确定，特别是对于含重金属离子的污水。 2．酸碱污水自然中和 中和池有效容积可按下式计算 V＝(QJ十QS)T (L) ( 12．3-2 ) 式中 T——中和反应时间，一般不大于2H； QJ，QS——意义同前。 中和池可按照《 给水排水国家标准图集 》S418.1和S418.2选用。 3．过滤中和 普通过滤中和 普通中和滤池如图12.3-1所示。 普通中和滤池一般采用石灰石作滤料，出水PH＝5左右，用曝气方法脱除CO2后PH可提高到6左右。 滤料粒径一般为30～50MM，过滤速度一般不大于5M／H,接触时间不小于10MIN,滤床厚度一般为1～1．5M。 滤料消耗量可按下式计算： 式中Α——药剂比耗量，见表12.3-3； Q——污水流量(M3／D)； B——污水中酸的浓度(KG／M3) 滤料理论工作周期可按下式计算： 式中 P——滤料装载量(KG)； MX——滤料实际消耗量，对白云石， MX＝1.5M。 ( 2 )升流式变速过滤-曝气塔中和装置。 这种装置国内已有定型产品，可参照《给水排水设计手册》第10册选用。 这种装置的主要技术指标如下： 进水硫酸浓度：3G／L(如为盐酸或硝酸，浓度可大于此值) 中和过滤器滤速：上部40～60M／H 下部130～150M／H 中和反应时间：40～60S 中和滤料粒径：0.2～3MM 滤料层高度：0.8～1.2M 曝气塔淋水密度：8～12M3／M2·H 出水PH：一般可大于6 碳酸钙利用率：～90％                 第八章 污泥浓缩池 3.6.1 设计参数 3.6.1.1 设计泥量 柠檬酸废水处理过程产生的污泥来自以下： UASB反应器，Q1 = 640 m3/d ,含水率98% ； 3.6.1.2 参数选取 固体负荷（固体通量）M一般为10～35kg/m3h ，取M = 30 kg/m3d = 1.25kg/m3h ； 浓缩时间取T = 24 h ； 设计污泥量Q = 700m3/d ； 浓缩后污泥含水率为96% ； 浓缩后污泥体积：v = 350 m3/d 3.6.2 设计计算 3.6.2.1 池子边长 根据要求，浓缩池的设计横断面面积应满足： A ≧ Qc/M 式中： Q----------------入流污泥量，m3/d ；     M----------------固体通量，kg/m3·d；     C----------------入流固体浓度kg/m3。 入流固体浓度（C）的计算如下： = ×1000×(1-98%) = 344 kg/d                                      = ×1000×(1-98%) = 450 kg/d 那么，Qc = + = 794kg/d                         C = 794/40 = 19.85 kg/m3 浓缩后污泥浓度为： = 794/20 = 26.47 kg/m3 浓缩池的横断面积为： A = Qc/M = 794/30 = 26.47 m2 设计一座正方形浓缩池，则每座边长B = 5.2 m ，则实际面积A = 5.2×5.2 = 27 m2 3.6.2.2 池子高度 取停留时间HRT = 24 h ，有效高度 = 1.5 m ，超高 = 0.5 m ，缓冲区高 = 0.5 m 。则池壁高： = ++ = 2.5 m 3.6.2.3 污泥斗 污泥斗下锥体边长取0.5 m ，污泥斗倾角取50°则污泥斗的高度为： h2  = (5.2/2 – 0.5/2) × tg50°= 2.8 m 污泥斗的容积为： V2  = h2（a12+a1a2+a22）                 = ×2.8×(5.22  + 5.2×0.5 + 0.52)                 = 27.9 m3 V总  > W符合设计要求，采用机械泵吸泥 3.6.2.4 总高度                         H = 2.5 + 2.8 = 5.3 m   设计计算草图如图2.3： 3.7 污泥脱水间 3.7.1 设计参数 3.7.1.1 设计泥量 浓缩后污泥含水率为96% ； 浓缩后污泥体积： = 20 m3/d 图2.3：污泥浓缩池设计计算草图 3.7.1.2 参数选取 压滤时间取T = 4 h ； 设计污泥量Q = 20 m3/d ； 压滤后污泥含水率为75% 。 3.7.1.3 工艺流程 图2.4：带式压滤脱水工艺流程图 3.7.2 设计计算 3.7.2.1 污泥体积 压滤后污泥含水率为75% ； 压滤后污泥体积： = 3.2 m3/d 3.7.2.2 机型选取 选取DYD-1000型带式压榨过滤机，其工作参数如表2.5： 表2.5：DYD-1000型带式压榨过滤机工作参数 滤带宽度（mm） 1000 压榨脱水面（m2） 5.0 滤带线速度（r/min） 0.8-5.5 电机总功率（KW） 2.85 涨紧工作压力（MPa） 1.0-1.8 主机外形尺寸（mm） 3000×1800×2040 纠偏工作压力（MPa） 1.5 重量（kg） 4700 重力脱水面积（m2） 3.5 泥饼含水率（%） 70-80 参考文献 [1].韩洪军主编.污水处理构筑物设计与计算.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2002 [2].孙力平主编.污水处理新工艺与设计计算实例.北京:科学出版社，2001 [3].姜乃昌主编.水泵及水泵站.北京:中国建筑工业出版社，1993 [4].高廷耀 顾国维 周琪主编.水污染控制工程第三版下册. 北京：高等教育出版社， [5].曾科主编.污水处理厂设计与运行.北京:化学工业出版社，2002 [6].任南其等.厌氧生物技术原理与应用[M]. 北京:化学工业出版社,2004 [7].杨学富主编.制浆造纸工业废水处理技术.北京：化学工业出版社，2004 [8].罗辉主编.环保设备设计与应用.北京：高等教育出版社，1997 [9].罗辉主编.环保设备设计与应用.北京:高等教育出版社，2000 [10].阮文泉主编.废水生物处理工程设计实例详解.北京:化学工业出版社，2006 [11].李军主编.微生物与水处理工程. 北京:环境科学与工程出版中心,2002。 [12]. 张自杰主编.排水工程.北京:中国建筑工业出社，1999 [13].李军主编.微生物与水处理工程. 北京:环境科学与工程出版中心,2002。 [14].国家环保总局编写. 三废处理手册．污水卷.北京:中国环境科学出版社，2001 [15].孙慧修主编.排水工程上册(第4版).北京:中国建筑工业出版社，1998 [16].张自杰主编.排水工程下册(第4版).北京:中国建筑工业出版社，2000 [17].给水排水设计手册第1册(常用资料).北京:中国建筑工业出版社，1986 [18].).孙立平主编.污水处理新工艺与设计计算实例.北京: 科学出版社,2001 [19].给水排水设计手册第6册(工业排水).北京:中国建筑工业出社，1986 [20].给水排水设计手册第9册(专用机械).北京:中国建筑工业出社，1986 [21].给水排水设计手册第10册(技术经济).北京:中国建筑工业出社，1986