3000立方米-d啤酒废水处理工艺设计--毕业论文.doc

济南大学毕业设计

毕业设计

题 目 3000m3/d啤酒废水
处理工艺设计
学 院 资源与环境学院
专 业 环境工程
班 级 1002
学 生 刘世香
学 号 20102122094
指导教师 韩雪梅

二〇一四年六月三日

摘 要
近年来，随着人民生活水平的提高，啤酒行业发展迅速。目前，我国的啤酒制造厂家已有上千家，在全球属于啤酒市场增长速度最快的区域之一[1]。同时，啤酒废水排出也会带来很多的环境问题。啤酒废水水量较大，水质变化较大，有机污染物、固体悬浮物等含量较高，BOD/COD值可高达0.5以上，可生化性较好。如果对啤酒废水不进行及时处理，进入水体后会大量消耗水中的氧，使水中氧气不足，破坏水体环境，使水质受到严重危害。本次设计中采用IC反应器+CASS处理工艺，可有效去除啤酒废水中的各种污染物，最终得以达标排放。
本设计中啤酒废水水量为3000/d。设计进水水质各项指标：BOD5浓度为1000 mg/L，CODcr浓度为2000 mg/L，SS浓度为300 mg/L，T-N浓度为28 mg/L，T-P浓度为4.2 mg/L，NH4-N浓度为24 mg/L，PH值为6~9。处理后水质指标浓度：BOD5为20mg/L，CODcr为80 mg/L，SS为60 mg/L，T-N为12 mg/L，T-P为0.4mg/L，NH4-N为12 mg/L，PH为6~9。符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的III类水域的一级排放标准即：BOD5 ≤ 30 mg/L，CODCr ≤ 100 mg/L，SS ≤ 70mg/L，T-N≤15，T-P≤0.5，NH4-N≤15。
本次设计工艺流程为：
啤酒废水→格栅→调节池→污水泵→IC反应器→CASS反应池→处理水
本次设计中采用IC反应器，具有容积负荷高，节省投资和占地面积，抗冲击负荷能力强，抗低温能力强，出水稳定性好等特点。CASS工艺采用间断曝气，这样利于氧的转移，而且可以根据水的质量和大小灵活的调整曝气时间。这样的设计可以降低运行成本，从而节省投资。
关键词：啤酒废水；IC；CASS；

ABSTRACT
In recent years, as people's living standards gradually improve, the beer industry has been rapid development. At present, in our country, Beer manufacturers are more than one thousand, and the beer output ranked first in the world, so china is one of the fastest growing region in the world's beer market. At the same time, the discharge of beer wastewater has brought great burden to the environment. The beer wastewater is large, the level of organic pollutants and suspended solids content is high, the variation of water quality is dramaticlly, BOD/COD can be as high as 0.5 or even more, and the biodegradability is better. Without treatment, it will consume a large amount of dissolved oxygen in water which is discharged into the water, resulting in hypoxia, doing great damage to the water environment, so the quality of water will greatly been changed. This design used the IC +CASS processing craft to remove each kind of pollutant in the beer waste water in order to reach the standards to discharge.
The beer waste water treatment capacity of this design is 3000/d. The design influent water quality indicators concentration is: the concentration of BOD5 is 1000 mg/L , the concentration of CODCr is 2000 mg/L, the concentration of SS is 300 mg/L, the concentration of T-N is 28 mg/L, the concentration of T-P is 4.2 mg/L, the concentration of NH4-N is 24 mg/L，PH is 6~9.After the treatment: BOD5 is 20 mg/L ,CODCr is 80 mg/L ,SS is 60 mg/L ,T-N is 12 mg/L,T-P is 0.4 mg/L,NH4-N is 12 mg/L.
The technological process of this design is:
Beer waste water → Screens → Regulates tank →The sewage lift pump house → Reaction tank of IC → Tank of CASS→ Treatment water
This design used the Reaction tank of IC. It has a lot of advantages, such as high volume load, saving investment and covering area, strong capacity of anti shock loading, low temperature resistant ability, good effluent stability and so on. CASS is an intermittent aeration process, so that is conducive to the transfer of oxygen and it can also adjust the aeration time according to the changes of water quality and quantity. This design can reduce the operation cost, thus saving investment.
Key words： Beer waste water； IC； CASS

II

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 前言 1
1.1 选题的背景 1
1.1.1研究现状及概况 1
1.1.2 啤酒废水处理的意义 2
1.2 设计参数 2
1.2.1 设计原始数据 2
1.2.2 各个处理单元的处理效果 2
2 工艺选择和各构筑物介绍 3
2.1工艺流程的选择 3
2.1.1 常用的啤酒废水处理方案 3
2.1.2 工艺流程的选择 5
2.2 各处理构筑物 6
2.2.1 格栅 6
2.2.2 调节池 6
2.2.3 污水提升泵房 6
2.2.4 IC反应器 7
2.2.5 CASS反应池 8
2.2.6 污泥浓缩池 9
2.2.7 污泥脱水车间 9
3 各部分的设计计算 10
3.1 格栅 10
3.1.1 设计参数 10
3.1.2 设计计算 10
3.2 调节池 13
3.2.1 设计参数 13
3.2.2 设计计算 13
3.3 IC反应器 13
3.3.1 设计参数 13
3.3.2 IC反应器的设计计算 13
3.4 CASS反应池 22
3.4.1 设计参数 22
3.4.2 设计计算 22
3.5 污泥浓缩池 28
3.5.1 设计参数 28
3.5.2 设计计算 28
3.6 污泥脱水车间 31
3.6.1 设计参数 31
3.6.2 设计计算 31
3.6.3 污泥的处置 32
4 处理工艺总体布置 33
4.1 厂址的选择 33
4.2 平面布置 33
4.3 高程布置 34
4.4 高程水力计算 34
结 论 39
参 考 文 献 40
致 谢 41
附 录 42

1 前言
1.1 选题的背景
1.1.1研究现状及概况
(1)国内外现状
近年来，随着人民生活水平的提高，啤酒行业发展迅速。目前，我国的啤酒制造厂家已有上千家，在全球属于啤酒市场增长速度最快的区域之一[1]。因此，我国对如何让处理啤酒废水也进行了大量研究，对其处理工艺和技术进行了各个方面的探索。通过这些试验形成了以生化为基础以及生化和物化结合运用的工艺流程。在生化方法中，国内外常用的方法有：水解酸化与SBR相结合法、厌氧-好氧法、活性污泥处理法、生物膜处理法等。这些方法各有其特点，同时也有自己的不足之处。但在实践中，也有从不少成功的案例中获得了经验。
(2)啤酒行业的概况
①啤酒生产流程及其废水来源
生产啤酒的原料一般为大麦和玉米，是由大麦、玉米和酒花三者酿造而成。制麦芽、糊化、糖化、发酵和洗瓶包装等是啤酒制造的一般过程。其制麦芽和啤酒生产工序如图1.1所示。

图1.1 啤酒生产工艺流程[2]

由上图可以看出，，啤酒生产过程中，多个步骤会产生废水。啤酒厂废水主要有：洗米、洗卖芽产生的污水；糊化、糖化时产生的污水；发酵之前洗涤发酵罐产生的污水；包装之前洗啤酒瓶的废水、灭菌时的废水、酒瓶破碎流出的啤酒以及冷却水和洗刷车间的废水。另外，还有一些生活污水等。
②啤酒废水的水质水量特点
啤酒废水的水质都比较复杂，同时，因啤酒在不同季节的需求量不一样，啤酒废水的水质水量在不同的季节也会不同。处于旺季时，啤酒废水量增加，有机物含量会提高。啤酒废水的水量较大，水质变化比较大，有机污染物、固体悬浮物含量较高，BOD/COD可高达0.5以上，生物降解性良好。由于废水中有机物浓度比较高如果对啤酒废水不进行及时处理，进入水体后会大量消耗水中的氧，使水中氧气不足，破坏水体环境，使水质受到严重危害。
1.1.2 啤酒废水处理的意义
近年来，随着人民生活水平的提高，啤酒行业发展迅速。据统计，1996年我国的啤酒产量年产量高达1650万吨，是世界的啤酒生产大国。由于啤酒废水中含有大量有机污染物，所以，本次设计的意图旨在减少啤酒废水中的有机污染物，使其最终可达标排放，以此来减少对环境的污染。
1.2 设计参数
1.2.1 设计原始数据
(1)设计进水水量：3000 m3/d
(2)设计进出水水质：

表1.1 设计进出水水质
污染物名称
BOD5
CODCr
SS
T-N
T-P
NH4-N
PH
设计进水水质(mg/L)
1000
2000
300
28
4.2
24
6~9
设计出水水质(mg/L)
20
80
60
12
0.4
12
6~9

1.2.2 各个处理单元的处理效果

表1.2 各部分结构的处理效果
处理单元
CODCr
BOD5
SS
T-N
T-P
NH4-N
格栅
进水 (mg/L)
2000
1000
300
28
4.2
24
出水 (mg/L)
1940
1000
120
28
4.2
24
去除率 (%)
3
—
60
—
—
—
调节池
进水 (mg/L)
1940
1000
120
28
4.2
24
出水 (mg/L)
1940
1000
120
28
4.2
24
去除率 (%)
—
—
—
—
—
—
IC反应器
进水 (mg/L)
1940
1000
120
28
4.2
24
出水 (mg/L)
232.8
120
72
28
4.2
24
去除率 (%)
88
88
40
—
—
—
CASS池
进水 (mg/L)
232.8
120
72
28
4.2
24
出水 (mg/L)
41.9
15.6
36
12
0.34
12
去除率 (%)
82
87
50
57
92
50
2 工艺选择和各构筑物介绍
2.1工艺流程的选择
2.1.1 常用的啤酒废水处理方案
(1) 处理方法
因啤酒废水属于高浓度有机废水, 其BOD/COD的值可高达0.5左右，生物降解性较好，因此，处理啤酒废水多采用好氧-厌氧处理。目前，已知的国内外广泛采用的好氧-厌氧技术包括水解酸化与SBR相结合法、厌氧生物处理法、活性污泥处理法,生物膜处理法。
①水解酸化与SBR相结合法
水解酸化与SBR组合工艺的独立性较强，运行更灵活。水解酸化池的作用之一是均分进水；其二是使废水在缺氧条件下发生酸化、腐化反应，进一步废水的可生化性，对后续减少生化反应时间、减少耗能有极大意义。SBR的主要性能特点是：灵活稳定；工艺较简单，便于自动控制；反映的推动力大；可有效地防止污泥膨胀等。
②厌氧生物处理法
它是在没有氧气的情况下，厌氧菌分解废水中的有机物，转化成气体。对于啤酒废水，厌氧生物处理法常用的有UASB(升流式厌氧污泥床反应器)法、AAFEB(厌氧附着膨胀床)法、IC(内循环反应器)法。其中UASB(升流式厌氧污泥床)法是最成熟的啤酒废水处理方法。
UASB 的工作主体是反应区，上半部分建立了一个用于气、液、固分离的三相分离器，底部是一个非常大量厌氧污泥构成的厌氧污泥床。废水从反应器底部流入，向上流经由厌氧污泥组成的污泥床时得到降解，同时产生了沼气。气体、液体、固体同时进入三相分离器，其中，气体被收集在气罩里，水经出流堰排出，而在重力作用下污泥颗粒沉到反应器的底部[3]。
③活性污泥法
活性污泥法经常应用于处理中、低浓度的有机废水。废水的活性污泥处理的特点是速度快，有机物的去除率较高。由于废水中存在C、N比例经常失调的问题, 用一般的曝气装置很难达到所需的溶解氧水平, 而这样低溶解氧(0.1～0.2mg/L)的水平，可能造成污泥膨胀。生活污水和啤酒废水混合是最简单的解决这个问题的方法[4]。
处理啤酒废水方面的活性污泥法应用较多的有间歇式活性污泥法(SBR)、循环式活性污泥法(CASS)[5] 。
④生物膜法
生物膜法的原理是利用附着生长在固体表面的微生物进行有机废水处理。生物膜法可以弥补利用传统污水处理技术导致的出水不达标、产生大量污泥等弊端。生物膜法在生物滤池法、生物转盘法和生物接触氧化池法中得以应用，这些方法已被用于啤酒废水处理，以减少啤酒废水的BOD。
生物膜法的优点有：有机负荷高、接触停留时间短、占地面积小、出水水质好等。
(2)处理工艺
啤酒废水常用的处理工艺有：
① 水解+好氧技术
水解-好氧处理流程为：格栅→调节池→接触氧化池→气浮池→排放[6]。啤酒废水在水解酸化池接触氧化，可以提高值BOD/COD的值，改进的生物的可降解性，可以缩短总的水力停留时间，提高废水的处理效率, 还有一个突出特点就是使产生的剩余污泥量减少。
② UASB+好氧技术
在UASB-好氧技术中主要设备有上流式厌氧污泥床反应器及好氧接触氧化池。该方法的主要处理过程为：废水首先经流转鼓过滤机，去除10%左右的SS，使废水中的有机物浓度降低一部分，然后进入好氧接触氧化池进一步处理，最终得以达标排放。这种技术的优点是能够直接处理的高浓度有机废水，有机负荷率高，净化能力，并能产生新的能源，具有一定的经济价值。因此，该技术非常适合在处理啤酒废水[7]。
③ UASB+SBR处理工艺
其工艺流程如图2.1所示：

图2.1 UASB+SBR法处理啤酒废水工艺流程图[1]

该工艺把UASB作为整个废水处理工艺的预处理单元，降低了废水中有机物浓度降低和随后的处理负荷，同时也回收了厌氧消化产生的沼气来作为能源使用。在倾析过程中，采用SBR 技术的好处是保持了稳定的生物量和自动操作的便利[8]。
④UASB+CASS处理工艺
其工艺流程如图2.2所示：

图2.2 UASB+CASS处理工艺流程[5]

厌氧工艺采用先进的上流式厌氧污泥床反应器（UASB），因此，具有良好的效果、少量的污泥产生、容积负荷高、耗功耗等特点。而CASS的原理是利用活性污泥基质积累再生理论，将间歇活性污泥与生物选择器结合，来研究开发的新型高效的好氧生物处理技术，本项技术的优点有结构简单、处理效率高、电耗低、操作管理方便的等[2]。
2.1.2 工艺流程的选择
选择方案时，除了要达到设计要求外，还要充分考虑设备的投资，运行期间可能产生的费用，具体的管理操作等多方面的因素，找到最适合具体情况的啤酒废水处理工艺，尽可能节省成本，提高经济效益的产生率[9] 。
如果处理后的废水满足设计要求，排入表面水体，厌氧和好氧方法结合被认为是最好的方法[10]。通过以上四种处理工艺比较可以看出，UASB+CASS法处理啤酒废水从经济、运行管理以及技术的成熟性考虑都比较合理，针对设计要求我将UASB+CASS中的UASB工艺改为IC工艺，最后得出的设计方案是IC+CASS的组合工艺。因为IC的结构和两层UASB反应器串联相似，相对来说，会减少占地面积，也会减少投资。另外，采用IC反应器的另一原因是：，由于IC反应器含有大量的微生物，温度对厌氧消化率的影响也就不会那么显著。哈尔滨啤酒有限公司根据其啤酒废水的特点采用IC工艺，处理后的出水水质稳定，达到国家最新的啤酒行业废水排放标准GB19821-2005[11]。
此工艺流程具有运行稳定、技术简单实用、抗冲击负荷能力强、处理效果好、操作管理简单、剩余污泥量少、运行费用低、工程投资省等特点，适用于水质水量变化
较大的废水工艺处理。工艺流程如下图2.2所示：

图2.2 IC+CASS法工艺流程图

啤酒废水经过格栅去除较大悬浮物和固体杂质，然后进入调节池调控水质水量。再用泵将废水连续的从调节池中送入IC反应器中进行厌氧消化，降低有机物浓度，此过程中产生的沼气可以收集后用于能源利用。IC反应器的出水一部分流入CASS池中进行好氧处理后达标排放；另一部分回流至调节池调节废水的pH值。将IC反应器、CASS反应池中产生剩余污泥送到污泥浓缩池，浓缩后的污泥进入污泥脱水机房，进一步降低污泥中的水分形成泥饼，泥饼装车外运处置。将浓缩池产生滤液回流到调节池中再进行处理，另外，这样可以有助于调节pH值。
2.2 各处理构筑物
2.2.1 格栅
格栅是倾斜安装在进水渠、泵房集水井进口或污水处理厂的前端的一组或几组平行的金属的栅条或筛网框架，用来阻挡污水中体积较大漂浮物和悬浮物，如：纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、木片、布条、塑料制品等，防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口，降低后续处理过程中产生的浮渣，以此确保污水处理设施的正常运行[12]。
啤酒废水中主要的悬浮物是废弃的麦草、凝固蛋白、废麦糟、酵母泥等,它们体积一般较小，因此我选用细格栅中直径较大的格栅。此设计中截留的栅渣较少宜采用人工清渣。又因为设计水量较少，故格栅可以直接安置在排水渠道中。
2.2.2 调节池
调节池来的作用是均匀调节污水水质、水量、水温及pH的变化，来确保后续处理构筑物及设备的正常运行。此外，若出现事故时，调节池还可用作排水。
2.2.3 污水提升泵房
用泵来提升污水，确保污水能够在后续处理构筑物内正常流动。本次设计的污水提升泵主要是将调节池内的污水提升到IC反应池中，设计选取6台IS65-40-250型离心泵，5用1备，其工作参数如表2.1。

表2.1 IS65-40-250离心泵的工作参数
流 量（m3/h）
扬 程（m）
转 速（r/min）
功 率（kw）
25
80
2900
15

2.2.4 IC反应器
内循环厌氧反应器(IC)。它的结构和两层UASB类似，如下图所示：

图2.3 IC反应器的基本结构[11]

通过其功能，自上而下将反应器分为五个区域：混合区、第一厌氧反应区、第二厌氧反应区、沉淀区和气水分离室[2]。
(1) 混合区：从反应器的底部进水，污水、污泥和泥水混合物在此区混合。
(2) 第一厌氧反应区：通过混合产生的泥浆混合物进入这个区，由于污泥浓度高，大部分有机物转化成沼气。第一厌氧反应区的污泥为膨胀流化状态，泥水表面接触能力加强，使污泥具有了较高的活性。由于沼气量增加，其中沼气会提升部分泥水混合物，进入顶部的气水分离区。
(3) 第二厌氧反应区：第一厌氧反应区中废水，其中一部分被沼气提升，余下的全部经三相分离器达到第二厌氧反应区。此区产生的沼气量少。
(4) 沉淀区：在第二厌氧反应区产生的泥水混合物会在本区固液分离，出水管排出上清液，沉淀污泥返回到第二厌氧污泥床。
(5) 气水分离室：沼气在此区被分离出来。为实现混合液的内部循环，泥水混合物会返回到最下端与反应器底部的泥水混合。
2.2.5 CASS反应池
CASS工艺是由SBR法演变而来的，是国际公认的先进处理技术[13]。
CASS工艺的主要处理原理是: 生物选择区设置在前，可以升降的自动滗水装置设置在后。CASS工作过程可以分为曝气、沉淀及排水三个周期性的过程。啤酒废水依次进入预反应区、主反应区。

图2.4 CASS池结构示意图

(1)生物选择区：CASS反应器和SBR反应器之间的差异之一是CASS反应器的前部设置了生物选择区和预反应区。在这两个区中，酶反应机理溶解性有机物去除速度加快。主反应区的污泥回流，在缺氧状态下进行反硝化、生物脱氮。本设计采用每个池子1台污泥回流泵，排入污泥浓缩池的污泥进行浓缩。
(2)主反应区：去除废水中残留有机物、氨氮和磷，以确保出水水质。CASS 池中好氧运行(曝气阶段)时,大量的硝化菌会进行硝化作用；而在缺氧条件下(沉淀和滗水阶段)运行时，反硝化细菌则进行反硝化作用。硝化和反硝化作用可以很好的去除氨氮。
(3)滗水装置：滗水器设置在CASS反应池的末端，是关键装置之一。在每一阶段应该先为滗水器设定速度，然后从原来的位置移动到表面，缓慢下降，因此，上清液可以通过滗水器排出。
CASS工艺工作过程由曝气阶段、沉淀阶段、滗水阶段和闲置阶段组成。CASS工艺的优点有:
① 工艺流程简单，设备安装简便，设备使用寿命长, 施工周期短；
② 处理效果稳定，运行能力可靠，对原污水水质水量的变化的适应能力较强，出水水质较好；
③ 自动化程度高[2]；
④ 工艺简单, 维修方便；
⑤ 占地面积小，投资省。
另外，CASS也有一个缺陷：因为啤酒生产存在淡季和旺季的问题，废水量也会随啤酒的产量而发生变化，这就会导致旺季时废水的有机负荷高，废水处理率下降，降低氮磷的去除率的现象。对于此问题，可以考虑在淡季时，仅使用一个CASS池, 而且根据有关资料,一个CASS池运行能够满足在生产淡季时处理废水的要求，能确保出水达到标准[13]。
2.2.6 污泥浓缩池
本次设计采用IC+CASS处理工艺，污泥产量少，污泥性质相对来说较稳定，采用简单的浓缩脱水工艺就可以。在本次设计中，我采用的是竖流式浓缩池。
2.2.7 污泥脱水车间
污泥脱水装置去除污泥中的毛细水、表面附着水，减少污泥体积。在本设计中，我采用的是DY型带式压滤机。

3 各部分的设计计算
3.1 格栅
3.1.1 设计参数
设计流量Q = 3000m3/d =0.0347m3/s ；
栅条宽度S=12mm；
栅条间隙b= 10mm ；
格栅安装角度α= 60°，
栅前流速v1=0.6m/s ,过栅流速v=0.7m/s ；
单位废水栅渣量W1= 0.09m3/(103 m3废水)。
3.1.2 设计计算
(1) 栅条间隙数

(个) (3.1)

所以，取24个。
式中：
n --- 栅条间隙数(个)
Q --- 设计流量(m3/s)
α --- 格栅倾角(°)
b --- 栅条间隙(m)
h --- 栅前水深(m)
v --- 过栅流速(m/s)
--- 经验修正系数
(2) 格栅槽总宽度
本设计采用矩形渠道，则

B=S(n-1)+b·n (3.2)

计算得：B=0.52(m)
式中：
B--- 格栅槽总宽度(m)
S--- 栅条宽度(m)
b --- 栅条间隙(m)
n --- 格栅间隙数(个)
(3) 进水渠到栅槽渐宽处的长度为

图3.1 格栅水力计算简图[12]

设进水槽宽B1=0.20m其渐宽部分展开角为a1=30o由图3.1可知

(m) (3.3)

(4) 栅槽到出水管之间渐缩部分长度为，a2=a1=30o

(m) (3.4)
(5) 过栅水头损失

(3.5)
(3.6) (m) (3.7)

式中：
h1 --- 过栅水头损失，m；
ho --- 计算水头损失，m；
ζ --- 阻力系数；
β --- 形状系数取值2.42[14]；
bs --- 栅条宽度，m；
k --- 系数，一般采用k=3[12]。
(6) 栅后槽总高度H

(m) (3.8)

式中：
h1 --- 过栅水头损失，m；
---格栅前的渠道超高，取=0.3 m；
H--- 栅后槽总宽度，m；
h---栅前水深，m；
(7) 格栅总长度L

(m) (3.9)

式中：，
---格栅前槽高，m；
(8)每日栅渣量W

() <0.2( ) (3.10)

式中：
W --- 每日栅渣量，；
W1 --- 单位体积废水栅渣量，，一般取,细格栅取大值，粗格栅取小值[12]；
Kz--- 废水流量总变化系数。
因此，宜采用人工清渣。
3.2 调节池
3.2.1 设计参数
水力停留时间 T=6h；设计流量 Q=3600=150。
3.2.2 设计计算
(1) 有效容积为

(m3) (3.11)

取调节池的总高度H=6.5m,其中超高为0.5m,有效水深为h=6m，则调节池面积为：

(m2) (3.12)

所以，池长取L = 12.5m ,池宽取B = 12.5m。
3.3 IC反应器
3.3.1 设计参数
设计流量 Q=3000=0.0347m3/s；
CODCr=1940 mg/L；BOD5=1000mg/L；SS=120mg/L；T-N=28mg/L；NH3-N=24 mg/L；T-P=4.2mg/L。

表3.1 IC反应器的处理效率
处理工艺
COD( mg/L)
BOD (mg/L)
SS (mg/L)
进水
出水
去除率%
进水
出水
去除率%
进水
出水
去除率%
IC
1940
232.8
88
1000
120
88
120
72
40
3.3.2 IC反应器的设计计算
(1) 有效容积

(3.13)

式中：
V --- 反应器有效容积，；
Q --- 设计流量，；
--- 进水COD浓度，；
--- 出水COD浓度，；
--- 容积负荷，。
IC反应器第一反应区和第二反应区的处理效率不同，据相关资料介绍，第一反应区去除COD总量的80%左右，第二反应区去除COD总量的20%[2]。
取第一反应室的容积负荷为=28，第二反应室的容积负荷为=12，则：
第一反应室有效容积：

() (3.14)

第二反应室有效容积：

() (3.15)

则IC反应器的总的有效容积：V=139+81=220()，取250。
(2) IC反应器的几何尺寸
小型IC反应器的高径比(H/D)一般为4~8，高度在15~20m，而大型IC反应器的高度一般在20~25m，因此高径比相对较小[2]。本设计的IC反应器的高径比(H/D)为4。
(3.16)
(m)

取4.5m，则H=44.5=18(m)。
I总容积负荷率：

() (3.17)

IC反应器的底面积：

() (3.18)

第二反应室高度：

(m) (3.19)

第一反应室高度：

(m) (3.20)

(3) IC反应器的循环量
进水在反应器内的总停留时间：

(h) (3.21)

设第二反应区的上升流速度为3m/h，则需要循环泵的循环量为50。
则第一反应区的沼气产生量为：

= 3000(1.94-0.3238)0.80.35 (3.22)
=1358()

由于沼气产生量为1358，则回流废水量为1358~2116，即57~114，加上IC反应器废水循环泵的循环量50，则第一反应区内的上升的水量可达到107~164，上升流速达6.8~11，因此，IC反应器符合本次设计的要求。
(4) IC反应器中第一反应区的气液固分离 器的几何尺寸
第一反应区的气液固分离器设计包括沉淀区设计、沉淀区斜壁角度与分离器高度设计、气液分离设计和反应器顶部气液分离器的设计。

图3.2 气液固分离器

①沉淀区设计
常用Stokes公式计算颗粒在水中的沉降速度[2]。
自由沉降速度用下式计算：

(3.23)
(3.24)
(3.25)

式中：
--- 颗粒污泥沉降速度，；
--- 颗粒污泥密度，；
--- 清水密度，；
--- 颗粒直径，；
--- 水的粘滞系数，；
--- 水的运动粘滞系数，；
--- 重力加速度，；
--- 水温，取30。
水的运动粘滞系数为：

=0.0079()

清水密度取1，则=0.0079；颗粒污泥密度取1.05，颗粒直径取大于0.1，则沉降速度：

=()=149.04()

计算两挡板间负荷，以确定两个相邻挡板之间的距离。而上升流速度一般小于10，则两挡板间总面积S为：

() (3.26)

式中：
--- IC反应器循环泵的流量，。
由，得=0.2m，即相邻两上挡板间间距为200mm。两相邻下挡板间的间距为=100mm；上下挡板间回流缝宽度=80mm，板间缝隙液流速度为20；气缝与下挡板间的距离=60mm；两下挡板间距离mm，板间的液流速度大于25。
②沉淀区斜壁的角度及分离器的高度设计
设气液固分离器沉淀区斜壁的倾斜度为45，上挡板三角形与集气罩顶之间的距离为200mm。设计IC反应器=0.80m，=0.6m。
③气液分离的设计
设分离气泡的直径dg=0.01cm，清水密度，可得到清水的动力粘滞系数()

(3.27)

废水的动力粘滞系数μ大于净水的动力粘滞系数μ1，因此，取μ=0.02。碰撞系数，废水密度，由Stokes公式= g(-/18，得气体上升速度为：

(3.28)

合速度须大于回流缝中液体的回流速度(=30)。合速度为：

= (3.29)
=1055.48

则=32.49>=30，可见合速度大于回流缝液流速度。
④气液分离器的设计
由于采用的是切线流状态，因此，在上部分离器中气固分离比较容易。本次设计的是直径为2m的气液分离器，筒高1m，下锥底角度60，上顶高300mm。
(5) IC反应器进水配水系统的设计
①布水方式
本次设计采用切线流进水的布水方式，泵循环时开口自动出水，停止运行时会自动关闭。
大约每隔2~5设置一处布水点，出口水流速设置为2~5。拟设12处布水点，每一处的覆盖面积为：

() (3.30)

②配水系统形式
本设计采用无堵式的进水分配方式，采用对称布置来保证配水均匀。各处支管出水口位于所要覆盖的面积的中心，与池底相距约10cm，支管的直径为20cm。
单处的配水面积=1.33时，配水半径为r=0.65m。进水在总