淀粉污水处理设施初步设计课程设计.doc

水处理设施设计与运行课程设计报告

题目 淀粉污水处理设施初步设计
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班级 姓名 序号
指导教师

目 录
一．原水（5分） 1
二．设计目标（5分） 1
三．处理工艺及原理（15分） 1
（一）方案流程图（2分） 1
（二）带控制点工艺流程图（5分） 1
（三）工艺过程及工作原理（4分） 1
（四）在线检测与控制策略（4分） 2
四．设备和构筑物的设计与计算（30分） 2
（一）××××××（设备或构筑物名称1） 2
（二）××××××（设备或构筑物名称2） 2
五．高程布置（5分） 3
六．标准设备、仪表技术要求（5分） 3
七．总结（5分） 4

一．原水（5分）
原污水含淀粉、蛋白质、纤维素、糖类等，呈棕色。BOD5=3000mg/L，COD=5000mg/L，SS=2500mg/L，TN=250mg/L，PH=3.0-7.5。为可生化性较强的高浓度有机污水。
二．设计目标（5分）
处理水量:
出水达到国家污水综合排放标准（二级）,控制项目为PH、色度、SS、BOD5、COD和NH3-N。

水
质
要
求
污
染
因
子

原废水水质

出水水质

BOD5
3000mg/L
≤30mg/L
COD
5000mg/L
≤100mg/L
SS
2500mg/L
≤30mg/L
TN
250mg/L
-
PH
3.0~7.5
6~9
色度
-
≤40 mg/L
NH3-N
-
≤25（30）mg/L
三．处理工艺及原理（15分）
（一）方案流程图（2分）

沼气

玉米蛋白 烧碱 蒸汽 水封 空气→罗茨风机

原水→集水池→引水罐(1)→泵(1)→沉降罐→调节池→引水罐(2)→泵(2)→中和池→加热器→分水器→UASB→缓冲池→缺氧池→曝气池→竖流沉淀池→出水
污泥 泥水 硝化液 污泥
玉米蛋白 泵(4) 泵(4)

泵(4)

泵(4)
上清液
泵（5）←集泥池→泵（6）→污泥干化场→干污泥
渗滤液
（二）带控制点工艺流程图（5分）

（三）工艺过程及工作原理（4分）
原水先经过集水池，使废水中较大的有机颗粒（主要玉米蛋白）沉降下来，然后经过引水罐1以及泵1到沉降罐再次沉降有机颗粒物，出水自流进入调节池，进行控制进水流量，待水质稳定使其混合均匀后进入引水罐2，再通过泵2进入中和池，在此进行污水的投药中和（加碱）以调节污水的浓度及ph值，污水在此反应大约5~20分钟，然后通过加热器及分水器将污水送入UASB，要处理的污水从厌氧污泥处理设备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加以回收利用，而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到集泥池，然后通过泵5上清液回流到调节池进行往复循环处理，从UASB流出的水进入缓冲池将沉降的污泥回流到分水器再次处理，然后进入缺氧池将大分子有机颗粒分解成小分子有机颗粒，进入曝气池后通过罗茨风机向曝气池通风以去除CO2以此大大提高中和排水的PH值，进入曝气池体中的污水在有氧的环境中，与池中微生物形成微生物生物圈，利用微生物对池体污水的生物降解净化作用，达到污水治理的目的，实现水质净化和水质的改善，到达竖流沉淀池后污水是从上向下以流速v做竖向流动，对污水中的悬浮颗粒进行拦截和过滤，从而使沉降下来分别回流至缺氧池进行消化作用以除去总氮，回流到UASB再次处理，部分通过集泥池和泵5将上清液再次回流到调节池进行水质均衡调节，部分水则通过泵6到达污泥干化厂进行处理然后产出干污泥，污泥干化厂的部分污泥通过渗透液到达调节池，达标的部分水质则通过竖流沉淀池直接出水。
（四）在线检测与控制策略（4分）
全厂运行采用集中监视、分散控制的集散系统。总控制室设有操作站、监视器、打印机、彩色硬拷贝和彩色模拟盘，分控制室内设现场控制器PLC，按编制运行，并将采集的大量信息输至总控制室进行处理，厂内还设有电脑对厂区主要部位及进水泵房、鼓风机房等主要设施通过电脑进行监视。
四．设备和构筑物的设计与计算（30分）
（一） 集水池
设计水量：
水力停留时间：
有效水深取：，超高
集水池的有效容积：
水面面积：
横断面积为：
尺寸为：

（二） 格栅
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。
设计参数：取细格栅；栅条间隙d=3mm；栅前水深 h=0.4m；格栅前渠道超高 h2=0.3m; 过栅流速v=0.6m/s；安装倾角α=45°；
设计流量：
设计草图如下图所示：

1、栅条间隙数(n)：

取n=13条
式中： Q ------------- 设计流量，m3/s
α------------- 格栅倾角，取
b ------------- 栅条间隙，取0.003m
h ------------- 栅前水深，取0.4m
v ------------- 过栅流速，取0.6m/s；
2、栅槽总宽度(B)
设计采用宽40 mm长70 mm，迎水面为圆形的矩形栅条,即s=0.04m
B=S×(n-1)+b×n
=0.04×(13-1)+0.003×13
=0.519 m
式中：
S -------------- 格条宽度，取0.04m
n -------------- 格栅间隙数，13条
b -------------- 栅条间隙，取0.003m
3、进水渠道渐宽部分长度()
设进水渠道内流速为0.5m/s,则进水渠道宽=0.17m,
渐宽部分展开角取为20°
则 =
=
=0.47m
式中：
--------------进水渠道间宽部位的长度，m
--------------栅槽总宽度，m
-------------- 进水渠道宽度，m
-------------- 进水渠展开角，度
4、栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（）

----------格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度，m

5、过栅水头损失（）
取k=3,β=1.83(栅条断面为半圆形的矩形)，v=0.6m/s

式中：
--------计算水头损失，m
---------过格栅水头损失，m
-------- 系数，水头损失增大倍数
-------- 形状系数，与断面形状有关ξ
-------- 格栅条宽度，m
-------- 栅条间隙，m
-------- 过栅流速，m/s
-------- 格栅倾角，度
6、栅槽总高度(H)
取栅前渠道超高：
栅前槽高：
则总高度：

7、栅槽总长度(L)

式中：
------格栅前槽高，
8、每日栅渣量(W)
取：
则

式中：
-----------
----------
-----------

（三） 引水罐容积的计算
进污水流量：
面积
进水容积：
式中：管径取200mm，高度取2m

式中：引水罐直径取1000mm

引水罐示意图

（四） 调节池
调节池，采用钢筋混凝土池，以防沉淀物在调节池中沉淀下来，通常情况下，用于工业废水的调节池，可按6-8h的废水量计算，若水质水量变化大时，可取10-12小时的流量，甚至采用24小时流量计算。
1、尺寸设计
（1）池容

式中： ---------；
---------
则： V = 29.16 × 7 ≈ 204 m³
（2）调节池面积

式中 ---------调节池水深一般在3~5m之间，取3.5m，超高0.5m
代入得

取调节池 长×宽×高=10m×9m×3.5m
示意图:

（五）中和池
中和池是中和酸性或碱性废水的水处理构筑物，按水的流向分平流式和竖流式（又分升流式和降流式），滤料粒径一般为30-50mm，不得混有粉料杂质，当废水中含有可能堵塞滤料的物质时，应进行预处理，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，本设计采用升流式中和滤池。

（六）UASB

UASB反应设备示意图

UASB升流式厌氧生物反应器（Upflow Anaerobic Sludge Blanket)，它的工艺特征是在反应器的适当位置（上部）设计有适合于该废水的气、固、液的三相分离器；反应器中部为污泥悬浮层区，其间设置有软性填料，其表面极易存留生物膜形态生长的微生物群体，在其空隙中则截留了大量悬浮状态下生长的微生物。因此，废水通过填料层，有机物被截留，吸附及代谢分解；下部为污泥床区。
设计水量：
(1)反应器的体积

式中

。
设计中取 ， ；则

(2)反应器的高度
选择适当的反应器高度的原则是运行上和经济上综合考虑，从运行方面考虑反应器高度的选择要考虑如下因素：
① 高流速增加污水系统扰动，因此增加污泥与进水有机物之间的接触；
② 土方工程随池深增加而增加，但占地面积则相反高程选择应该使污水（或出水）可不用或减少用提升；
③ 考虑当地气候和地形条件，一般将反应器建在半地下减少建筑和保温费用；
④ 最经济的反应器高度一般是4—6m之间，并且大多数情况下这也是最优的运行范围等。
本设计中取反应器高度
(3)反应器的面积和反应的长、宽
在反应器高度已知的情况下，反应器截面积的关系如下：

式中

则：计算已知：

根据一般情况下长宽比为2:1，则
将UASB设计成长方形池子，布水均匀，处理效果好。
实际表面水力负荷为
则满足设计要求
4）三相分离器设计
三相分离器设计计算草图见下图

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<1.0m/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≤2m/h
4）总沉淀水深应大于1.5m
5）水力停留时间介于1.5～2h
如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果
沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ＝50°
(1)回流缝设计
取,,
如图上图所示：
式中： -------下三角集气罩底水平宽度，m;
-------下三角集气罩斜面的水平夹角；
-------下三角集气罩的垂直高度，m;

则下三角形回流缝面积为：

下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速()可用下式计算：

式中：
------反应器中废水流量，；
------下三角形集气罩回流逢面积，；

, 符合设计要求
设上三角形集气罩下端与下三角斜面之间水平距离的回流缝的宽度 CD=0.5m则上三角形回流缝面积为：

上下三角形集气罩之间回流逢中流速()可用下式计算：

式中：
-------反应器中废水流量，；
------上三角形集气罩回流逢之间面积，；

＜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：

(2)气液分离设计
由上图可知：

设AB=0.4m则

校核气液分离：
假定气泡上升流速和水流流速不变
则：沿AB 方向水流速度：

取d=0.01cm(气泡)，T=20℃

一般废水的μ>净水的μ,故取μ=0.02g/cm·s
由斯托克斯公式可得气体上升速度为：

=

则： ,
因为 ,所以满足设计要求，可以脱除直径等于或大于0.01cm 的气泡。
(3)三相分离器与UASB 高度设计

三相分离区总高度：

为集气罩以上的覆盖水深，取0.5m。

；

则：
即：UASB 总高H = 8.7m，沉淀区高2.6m，污泥区高1.5m，悬浮区高1.1m，超高0.5m。
（七）缺氧池
（1） 有效容积：

（2） 尺寸：取D=3.0m 用2个池子
则：
（3） 示意图如下图

（八）曝气池（推流式活性污泥曝气池）
设计进水COD=3000mg/L，出水COD=600mg/L；则
（1）COD负荷率的确定

取0.0185 =1800mg/L ，取0.75

（2）确定混合液污泥浓度X
查表确定SVI为90~100之间，取值95，取r=1.2，R=50%。

（3）确定曝气池容积

（4）确定曝气池各部位尺寸
设一组曝气池，则容积为
池深取2.5m,则曝气池的的面积为

池宽取3m，
池长：

示意图如下图：

（5）曝气系统的设计与计算
本设计采用鼓风曝气系统。

查表得a'=0.6；b'=0.2

最大需氧量的计算：取K=1.35

每日去除COD值：

最大需氧量与平均需氧量之比：

(6)供气量计算
采用网状模型中微孔空气扩散器，敷设于距池底0.2m处，淹没水深1.3m,计算温度为。
查表得：水中溶解氧饱和度：

① 空气扩散器出口处的绝对压力按下式计算，即：

代入各值，得

②空气离开曝气池面时，氧的百分比按下式计算，即：

式中：
代入值，得

③曝气池混合液中平均氧饱和度（按最不利温度条件考虑）按下式计算，即：

最不利温度条件，按考虑，代入各值，得:

④换算在条件下，脱氧清水的充氧量，按下式计算，即:

代入各值，得：

相应的最大时需氧量为：

⑤曝气池平均供气量，按下式计算，即：

代入各值，得

⑥曝气池最大时供气量

⑦去除每千克COD的供气量：

⑧每立方米污水供气量

（九）竖流沉淀池
废水中含有一些颗粒杂质及加药混凝形成的絮花在此得到充分的沉淀处理，以减轻后续设施的进水负荷，采用竖流式沉淀池（排泥方便，管理简单，占地面积小）
(1)中心管面积
设中心管内流速为，且该设计的流量为：

式中

则：
中心管管径为：
,
（2）沉淀池有效高度，即中心管高度：

式中： v——池内水流速度，m/s，取0.0007m/s
t——沉淀时间，取1.5h；

(3)中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度, 喇叭口的管径取中心管直径的1.35倍：

式中：
反射板直径：
——中心管喇叭口与反射板之间缝隙的流速，取0.001m/s；
——喇叭口直径，m；

（4）沉淀池总面积及沉淀池直径
取沉淀池的表面负荷为，则有沉淀池水平流速
每座沉淀池的沉淀区面积

所以，池子的总面积为

沉淀池直径为：
（5）污泥斗及污泥斗高度
取，截头直径0.4m,则

— —污泥室截圆锥部分高度m；

（6）沉淀池的总高度

式中：
——池超高，取0.3m；
——缓冲层高度，m，一般为0.3m；
R——截圆锥上部半径，取4m；
r——截圆锥下部半径，取0.5m
如图示：竖流式沉淀池

五．高程布置（5分）
高程布置原则如下：
1、选择一条距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算,并应适当留有余地，以保证在任何情况下，处理系统都能够运行正常。
2、计算水头损失时，一般应以近期最大流量作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头。
3、设置终点泵站的污水处理厂，水力计算常以接纳处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒退计算，以使处理后污水在洪水季节也能自流排出，而水泵需要的扬程则较小，运行费用也较低。但同时应考虑到构筑物的挖土深度不宜过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难。还应考虑到因维修等原因需将池水放空而在高程上提出的要求。
4、在作高程布置时还应注意污水流程与污逆流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。在决定污泥干化场，污泥浓缩池，消化池等构筑物的高程时，应注意它们的污泥水 能自动排入污水入流干管或其它构筑物的可能。

六．标准设备、仪表技术要求（5分）
序号
名称
数量
技术要求
备注
1
水泵

水泵工作效率高、密封结构，无二次污染、具备手动自动及远程操作控制功能、水泵运转无杂音、压力控制误差小；泵的材料为316不锈钢并采用涂料

2
竖流式沉淀池
2
3.6 m×6.4m
2.5h
3
UASB反应器
2
反应器应设有防护栏杆、防滑梯等；沼气柜应加装 8.0 m×6.0m
2.1d
4
鼓风机
3
风量：13.88立方米每分钟；升压：6000mmAg；配套电机功率：37KW;采用双头油箱冷却；设备的泄露、振动和噪音符合国家标准；风机材料为性能较高的不锈钢及铁且外部刷高温磁漆SSR150-18.03-30
(2用1备)
5
分水器

密封性能好；水压强度大，无泄露现象；阀门开启力灵活无卡阻；接口性能好；分水器铸件材料为机械性能较强的合金，橡胶密封件采用耐油橡胶，使用的O型密封圈符合GB 3452 .1的规定

6
调节池

抗化学性能强；具有很好的阻隔异味的功能；池中具有压缩空气搅拌，以防止沉淀；调节池池子构筑材料为：钢筋混凝土

七．总结（5分）
×××××（对设计内容进行技术总结，分析存在的问题并提出改进意见。）
参考文献
[1]潘涛，田刚 . 废水处理工程技术手册 . 北京：化学工业出版社，2010 , 5， 561~567
[2]董琳，水处理工程典型设计实例 . 化学工业出版社，2001 , 5， 225~231
（以上合计70分）