毕业设计（论文）-高浓度造纸废水处理工艺设计

'南京工程学院毕业设计说明书（论文）南京工程学院毕业设计说明书(论文)作者：学号：系部：专业：环境工程题目：高浓度造纸废水处理工艺设计指导者：副教授评阅者：副教授2013年6月南京 南京工程学院毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书（论文）中文摘要本设计为造纸厂污水处理工艺流程的设计。工程主要的处理对象为造纸废水，规模为1400m3/t。设计主要去除的污染物为COD。经过技术分析，本次污水处理工艺采用以UASB+AO为主体的污水处理方法和以重力式浓缩池为主体的污泥处理流程。该工艺具有流程短、处理效果好、出水水质稳定、剩余污泥少、运行管理方便、基建与运行费用低等特点。出水水质中COD的去除率可以达到97%。关键词：造纸废水UASB重力式浓缩池I 南京工程学院毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleProcessdesignofwastewatertreatmentwithhighconcentrationAbstractThisdesignisapapermillwastewatertreatmentprocess.Worksmainlydealwithpapermillwastewaterandobjectsofsewage,1400m3everyday.DesignedprimarilytoremovepollutantsasCOD.ThesewagetreatmentplantsludgeprocessUASBandAOprocesswastewatertreatmentprocessandgravitythickeningpool.Theprocesshasashortprocess,betterhandling,waterqualityandstability,lesssurplussludge,easyoperationandmanagement,infrastructureandoperatingcostslow.Effluentquality,COD,removalefficiencycanreach97%.KeywordsPapermillWastewater,Up-flowAnaerobicSludgeBlanket,GravityconcentrationtankIV 南京工程学院毕业设计说明书（论文）目录前言1第一章绪论21.1造纸厂污水概况21.2造纸厂污水来源及特点21.2.1造纸厂污水来源21.2.2造纸厂污水特点31.3造纸厂污水处理的原则31.4造纸厂处理技术的研究现状41.4.1碱回收法41.4.2膜分离技术41.4.3厌氧处理法51.4.4好氧处理法61.5造纸厂污水处理工艺的确定7第二章工艺构筑物的设计计算82.1水质分析82.2格栅的设计说明及计算92.2.1格栅的设计说明92.2.2格栅的设计计算92.3提升泵房的设计说明及计算122.2.1格栅的设计说明122.2.2格栅的设计计算122.4筛网的设计说明及计算122.4.1筛网的设计说明122.4.2筛网的设计计算132.5调节池的设计说明及计算132.5.1调节池的设计说明132.5.2调节池的设计计算132.6UASB的设计说明及计算142.6.1UASB的设计说明14IV 南京工程学院毕业设计说明书（论文）2.6.2UASB的设计计算152.7水解酸化池的设计说明及计算212.7.1水解酸化池的设计说明212.7.2水解酸化池的设计计算222.8中间沉淀池的设计说明及计算262.8.1中间沉淀池的设计说明262.8.2中间沉淀池的设计计算272.9生物接触氧化池的设计说明及计算312.9.1生物接触氧化池的设计说明312.9.2生物接触氧化池的设计计算312.10二沉池的设计说明及计算332.10.1二沉池的设计说明332.10.2二沉池的设计计算332.11污泥浓缩池的设计说明及计算362.11.1污泥浓缩池的设计说明362.11.2污泥浓缩池的设计计算37第三章平面布置说明39第四章高程布置说明41第五章水处理系统造价435.1．工程建设造价431.土建费用432.设备费用433.其他费用444.工程投资汇总445.2．工程运行费用44第六章总结46参考文献47致谢49附录50IV 南京工程学院毕业设计说明书（论文）前言造纸工业是对环境污染较重的行业之一。其主要污染来自制浆造纸过程中产生的各种废水。造纸废水不仅使人类赖以生存的环境和生态平衡遭到破坏，同时也直接威胁造纸工业自身的发展问题。因此，开发造纸废水的处理新技术，降低处理成本，提高处理效果，改善生态环境，解决造纸水污染问题就显得十分迫切了。目前，造纸废水处理方法按其原理分为物理法、物理化学法、化学法和生物法等。以木材为原料的制浆厂，备料污水主要是洗涤水以及湿法剥皮机排出水，含有树皮、泥砂、木屑以及木材中的水溶性物质，包括果胶、多糖、胶质和单宁等。植物纤维原料经化学蒸煮后，一般可得到50%～80%的纸浆，其余的20%～50%的物质溶于蒸煮液中。蒸煮结束后提取蒸煮液。在碱法制浆中，此液呈黑色，故称“黑液”；在酸法制浆中，此液呈红色，故称“红液”。常用的氧化性漂白剂大多含氯，使造纸产生的废水污染严重。过氧化物漂白剂多用于高回收率浆或废纸回收纸浆的漂白，污染较轻。化学法制浆过程中，蒸煮锅和放锅排出的蒸汽冷凝水，以及接触冷凝器或表面冷凝器冷却产生的冷凝水也含有污染物；黑液与红液的化学品与热能回收之前，蒸发浓缩过程中产生的冷凝水。洗浆过程中，设备的跑、冒、滴、漏和洗浆机相关的贮槽清洗水是洗浆污水的主要来源。浆料经洗涤提取蒸煮液后，再经筛选，去除其中杂质。在造纸工业污水中，除了含有有害的化学无机物，还含有挥发酚、沉淀固形物、悬浮物、木质素等有机物。这类物质随污水进入水体后，在微生物对它们的分解过程中，需要消耗水体中的溶解氧，使水体含氧减少，从而影响鱼类和其它生物的生长繁殖。废水处理后，出水水质达到《制浆造纸工业水污染物排放标准》（GB3544-2001）标准。第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）第一章绪论1.1造纸厂污水的概况造纸污水中主要污染物为COD、悬浮物（SS），其含量高，色度大。COD由非溶解性COD和溶解性COD两部分组成，通常非溶解性COD占COD组成总量的大部分，当废水中SS被去除时，绝大部分非溶解性COD同时被去除。因此，造纸废水处理要解决的主要问题是去除SS和COD。1.2造纸厂污水的来源及特点1.2.1造纸厂污水的来源1、备料废水在木材湿法备料过程中产生的废水主要含泥沙。在草类原料备料中是水封除尘产生废水，这两种废水均可通过澄清后循环使用。2、黑液、红液黑液是指用烧碱法和硫酸盐法直接蒸煮原料（麦草、木片等）而产生的废水。黑液中含有大量的碱木素、半纤维素和纤维素的分解物等有机物，还含有各种钠盐。红液是指用亚硫酸盐法直接蒸煮原料而产生的废水。这部分废水的CODCr高达100g/LBOD5也有50g/L必须通过碱回收和红液综合利用来回收原料并减少污染。3、洗选废水洗浆为了最大限度提取黑液，提高化学药品的回收率。如果管理得当、封闭用水，基本上不排出废水。少量的清洗水呈棕黑色，有机污染物浓度很高。4.漂白废水漂白是在多段过程中进行的，并使用不同的漂白剂，常用氯气、次氯酸盐、二氧化氯和烧碱等。该工段是工厂外排废水的主要来源，有毒，处理难度较大。5、冷凝水废水冷凝水废水是指多效蒸发中各效二次蒸汽的冷凝液、清洗和泄漏的废水。这股废水中含甲醇、乙醇和丙酮等小分子有机物，同时还含有有机硫化物。6、制浆废水制浆废水中的污染物主要是生产过程中产生的溶解性有机物和流失的小纤维废纸造纸制浆废水中还含有脱墨废水。该废水中含有有机氯化物、CODCr较高。第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）7、造纸白水造纸白水中含有大量悬浮固形物如纤维、填料和涂料等。还有可溶解的有机污染物、CODCr。一般500~800mg/LBOD5为200~350mg/L。为了减少污染、节约用水造纸厂通常采取部分回用或全部回用。剩余的白水可通过纤维回收、过滤、气浮或沉淀等方法进行简单处理后再回收使用。但是长期循环使用会导致各类污染物在系统中积累对造纸系统和产品质量造成不良的影响。因此应根据实际情况添加合理数量的新鲜水或者添加经过深度处理（生化处理）的水。1.2.2造纸厂污水的特点根据生产的原材料以及工艺的不同还有不同生产环节所产生的废水污染成分也大不相同。碱法制浆中段废水：纤维，杂细胞，半纤维，甲醇，醋酸，蚁酸，糖类，木素及衍生物，松香酸和不饱和脂肪酸。机械磨木浆，半化学浆污水：主要是纤维，木素及衍生物，胶状物等废纸脱墨废水：主要成分为纤维及降解物，胶状物，油墨，脱墨剂等表面活性剂。造纸污水中含有的主要污染有以下几种：1、悬浮物包括可沉降悬浮物和不可沉降悬浮物，主要是纤维和纤维细料（即破碎的纤维碎片和杂细胞）2、易生物降解有机物包括低分子量的半纤维素、甲醇、乙酸、甲酸、糖类等。3、难生物降解有机物主要来源于纤维原料中所含的木质素和大分子碳水化合物。4、毒性物质黑液中含有的松香酸和不饱和脂肪酸等。5、色度制浆污水中所含残余木质素是高度带色的。废纸造纸污水中的BOD5值较低，BOD5与COD的比值一般为0.15～0.25，可生化性较差。混凝处理方法只能去除部分BOD5，绝大部分BOD5的去除主要应采用生化方法解决.1.3造纸厂污水处理的设计原则工艺方案的选择对于污水处理设施的建设、确保处理设施的处理效果和降低运行费用发挥着最为重要的作用，因此需要结合设计规模、污水水质特性以及当地的实际条件和要求，选择技术可行、经济合理的处理工艺技术，经全面技术经济分析后优选出最佳的总体工艺方案和实施方式。在污水处理设施的总体工艺方案确定中，遵循以下原则：1、第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）所选工艺必须技术先进、成熟，对水质变化适应能力强，运行稳定，能保证出水水质达到工厂使用标准及国家污水排放标准的要求。2、所选工艺应减少基建投资和运行费用，节省占地面积和降低能耗。3、所选工艺应易于操作、运行灵活且便于管理。根据进水水质水量，应能对工艺运行参数和操作进行适当调整。4、所选工艺应易于实现自动控制，提高操作管理水平。5、所选工艺应最大程度减少对周围环境的不良影响（气味、噪声、气雾等）1.4造纸废水处理技术的研究现状造纸工业是一个用水量大、污染高的行业。纸张是我国社会经济发展必须的重要产品之一，实现经济增长方式和经济制度的根本转变，加速实现产业现代化是造纸工业新世纪发展战略的基本任务。随着行业进入资本、技术、规模、品牌、环保等全面竞争阶段的到来，造纸业将面临严峻的挑战。造纸工业要实现既有经济效益、又有环保效益的持续发展战略目标，必须付出艰苦的努力[1]。造纸废水主要来自造纸工业生产中的制浆和抄纸两个生产过程。制浆造纸工业废水主要包括蒸煮废液、制浆中段废水和抄纸废水三大类。三种废水由于产生的供需不同，其理化性有显著的差异[2]。我国造纸工业有如下特点：一是年产万吨以下的中小企业占的比例大，为82％左右；二是我国造纸以草浆原料为主。木浆造纸约占生产总量的14％，非木浆约占86％，而非木浆产量中约60％是草浆纸。不同浆种加工生产的纸浆，其污染发生量相差悬殊。草浆造纸使我国造纸工业废水污染物浓度高于国外造纸行业。1.4.1碱回收法把硫酸盐法和烧碱法的制浆蒸煮废液从浆料中提取出来，再经过一系列加工处理，从而把黑液中的碱大部分回收，再用于生产，不断循环使用，这一生产过程称为造纸工作碱回收[3]。对制浆蒸煮黑液采用燃烧法实施碱回收的工节基本成熟，并已经被造纸厂家成功应用。此种方法可削减约90%的有机污染负荷，能够回收制浆生产中消耗的大量的氢氧化钠和热能，提取黑液的污染负荷可基本全部消除。第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）但碱回收处理工艺存在着一定的局限性：①碱回收法适用于日处理40t以上的碱法或硫酸盐法纸浆厂；②碱回收处理工程的一次性投资非常大，对于一些小规模的制浆厂无法承受；③采用草纤原料制浆过程中产生的黑液，由于草纤维中的硅的含量比较高，造成黑液黏度比较大，难以将其浓缩到适合进入碱回收炉燃烧的浓度要求；④草浆黑液的热值低，在燃烧过程中需要外界补充燃烧来保持炉温，运行成本高。1.4.2膜分离技术膜分离技术作为一种有效的污染治理方法，日益受到人们的重视，并且由于其具有操作压力低、操作工程无相变化等特点，很快发展称为重要的工业单元操作技术。膜分离技术是采用特殊的薄膜对水中污染物进行选择性分离，从而使废水得到净化的技术。膜分离技术处理制浆造纸工业废水在国内外已较为成熟，主要使用纳滤和超滤处理制浆废水和回收有用副产品。采用能耐介质pH为1～14的无机分离膜处理碱性造纸黑液，不必调整黑液pH，就可以回收其中有用组分，分离过程纯物理过程，流程简单，易于治理和维护。利用不同孔径的膜可分别回收纤维素、胶硅、木质素和还原糖，最终透过液中主要含烧碱，调整其浓度，即可用于蒸煮制糖[4]。其优点是投备投资不大，占地面积小；运行管理简单，维修保养方便，可自动化控制；去除BOD，COD效率高，没有臭味和污水产生，无污泥产生，浓缩液可综合利用，能耗低。造纸工业应用的膜分离技术主要是超滤和反渗透，他们是以压力差为推动动力的液相膜分离方法。其分离机理为在一定的压力作用下，相对低分子质量不同的混合溶质的溶液流过膜表面时，溶剂和一部分低分子溶质将透过薄膜作为透过物被收集起来，高分子溶质则被截留而作为浓缩液被回收[5]。运用膜分离技术处理制浆造纸废水，可以极大的降低环境污染负荷，同时由于膜分离技术具有成本低、效率高、运行管理方便、自动化程度高等特点，近年来在制浆造纸废水处理中已经达规模应用，并取得了良好的经济效力和社会效益。膜分离技术具有极大的应用潜力和广阔的发展前景。1.4.3厌氧处理法工业废水中有机物含量高时，往往不宜直接采用好氧生物处理，而考虑厌氧处理，即在无氧条件下，由兼性和厌氧微生物降解废水中的有机物，同时产生以甲烷为主的污泥气，这种厌氧消化生产沼气是近来日趋重要的废水处理方法[6]第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）。厌氧处理法有许多优势：①不需设置曝气装置，既节省能量，又减少了设备的投资；②降解单位质量有机污染物，产生的生物固体量较少；③产生甲烷气体，有节能价值；④无环境公害，生产过程完全封闭，没有气体和蝇虫；⑤可处理高负荷有机物，且具有较强的耐有机冲击负荷能力；⑥厌氧系统可以在中止供给营养物的情况，12～18个月内性质不发生严重的退化[7]。但厌氧处理也存在一定的局限性：①相对每单位生物量的基质去除率低；②污泥增长慢，去除1kg的COD，产生0.04～0.08kg的悬浮固体，因此厌氧反应器初次启动缓慢，而且正常运行中，突然流量下降时，维持系统生物污泥量是十分重要的问题；③厌氧过程中会产生硫化氢等化学物质，其中有的物质既有恶臭，又有腐蚀性；④某些物质，如氧气等氧化性物质，对厌氧微生物有一定的抑制和毒性作用[8]。水解酸化法是比较成熟的厌氧方法，它是在两相厌氧理论基础上发展起来的一种介于好氧和厌氧之间的方法，已广泛地应用于有机废水的预处理，可以对绝大多数有机废水中多种复杂有机物进行水解，使BOD5/COD明显提高，有利于废水进一步的好氧或厌氧处理[8]。水解酸化的机理是在大量水解细菌、酸化菌的作用下，将废水中不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程。水解酸化利用的是兼性厌氧菌，其具有繁殖速度快、代谢强度高、对外界环境适应性强等特点，适用范转较广[9]。在现实处理中，水解酸化池能对污水中的BOD去除率达到40%～60%，对后期的工艺产生较好的预处理效果。1.4.4好氧处理法SBR工艺兼均化、初沉、生物降解、终沉等功能于一池，通过在时间上的交替实现传统活性污泥法的整个过程，具有占地小、投资省、耐冲击负荷、反应推动力大、能够有效地抑制污泥膨胀发生等优点。自20世纪70年代初至今，SBR设备及控制水平得到长足发展，新型曝气器、滗水器以及DO、OPR、pH等线监测仪表制造水平的提高为SBR工艺技术的发展带来了了更广泛的空间[9]。在处理工艺中，SBR广泛用于厌氧-好氧结合工艺中，对厌氧处理后的污水进行后期处理，SBR的去除效率极高，对COD，BOD的去除率可达90%以上。SBR工艺法具有以下几个特征：（1）可省去初沉池、二沉池和污泥回流设备等，与标准活性污泥法比较，设备构成简单，布置紧凑，基建和运行费用低，维护管理方便。（2）大多数情况下，不需要设置流量调节池。（3）污水分离沉淀是在或在接近静止状态下进行的，因此固液分离稳定。（4）不易产生污泥膨胀。（5）第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）在反应器的一个运行周期中，能够设立厌氧、好氧条件，实现生物脱氮、除磷的目的；即使在没有设立厌氧段的情况下，在沉淀和排出工序中，由于溶解氧浓度低，也会产生一定的脱氮作用。（6）加深池深时，与同样的BOD、SS负荷的其他方式相比较，占地面积小。（7）耐冲击负荷，处理有毒或高浓度有机废水的能力强。（8）理想的推流过程使生化反应推力大，效率高。（9）SBR法中微生物的RNA含量是标准污泥法中的3～4倍，故SBR法处理有机物效率高。（10）SBR法系统本身适用于组件式构造方法，有利于废水处理厂的扩建与改造。SBR工艺的不足之处为每个池子都需要设曝气和输配水系统，采用滗水器及控制系统，间歇排水水头损失大，池容的利用率不理想，因此，一般来说并不太适用于大规模的城市污水处理厂[10]。针对SBR工艺仅能间歇进出水的问题，还出现了连续进出水、兼有连续活性污泥法和SBR法优点的改良SBR法，如ICEAS、CASS、MSBR等。将厌氧法与SBR工艺组合，可有效处理工业废水，其厌氧法多采用水解酸化、UASB、ABR等。1.5造纸厂污水处理工艺的确定通过粗格栅过滤掉废水当中粒径较大的树皮、纤维、木屑等，由筛网进一步过滤去除污水当中的纤维颗粒并回收可循环利用的纸浆，经提升泵调节池进入升流式厌氧污泥床反应器（UASB）进行厌氧处理，再经过AO法，即水解酸化池、接触氧化池，使COD进一步降低。进入二沉池进行沉淀，沉淀污泥全部排出。废水达到标准，进入清水池出水。工艺流程图：第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）图1-1工艺流程示意图第二章工艺构筑物的设计计算2.1水质分析1、原始设计参数：废水主要来源于碱法制浆的黑液和抄纸机白水，前者废水量为100m3/d，CODCr为20000mg/L，pH在9.2~11.5之间，后者废水量为1200m3/d，CODCr为1000mg/L，pH在9.2~9.5之间；此外还有少量的生活污水约100m3/d，CODCr为3000mg/L，要求处理后出水指标要求达到GB3544-2001的排放标准。原水水量：第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）2、出水水质效果预测：表2-1出水水质效果预测构筑物COD（mg/L）进水去除率%出水原水2500——UASB250080%500水解酸化池50040%300接触氧化池30080%60排放标准100经预测出水水质COD能低于60mg/L，达到造纸工业水污染物排放行业标准GB3544-2001的出水要求。2.2格栅的设计说明及计算2.2.1设计说明按格栅栅条间距的大小不同，格栅分为粗格栅、中格栅和细格栅3类。按格栅的清渣方法，有人工格栅、机械格栅和水力清除格栅三种。按格栅构造特点不同可分为抓耙式、循环式、弧形、回转式、转鼓式、旋转式、齿耙式和阶梯式等多种形式。格栅设备一般用于污水处理的进水渠道上或提升泵站集水池的进口处，主要作用是去除污水中较大的悬浮或漂浮物，以减轻后续水处理工艺的处理负荷，并起到保护水泵、管道、仪表等作用。当拦截的栅渣量大于0.2m3/d时，一般采用机械清渣方式；栅渣量小于0.2m3/d时，可采用人工清渣方式，也可采用机械清渣方式。2.2.2设计计算1、粗格栅设计参数：设计流量栅条宽度S=20mm。格栅条间隙：粗格栅。栅前水深。格栅安装高度角。过栅流速。设计计算：（1）栅条间隙数量n第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）其中：Q——设计流量，m3/s；——格栅倾度角，度；b——栅条间隙，m；h——栅前水深，m；v——过栅流速，m/s。因n的数值太小，所以取n=10（1）栅槽总宽度B：式中：B——格栅槽宽度，m；S——栅条宽度，m；b——栅条间隙，m；n——栅条间隙数。栅槽宽度一般比格栅宽0.2~0.3m，取0.2m。即B=0.88m图2-1格栅设设计简图（2）进水渐宽部分长度：第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）设进水渠道宽，进水渠道内流速。则式中：——进水渐宽部分长度，m；——进水渠道宽度，m；——进水渠道渐宽部分展开角，度。（1）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度：（2）通过格栅水头损失：设栅条断面为锐边矩形断面，其阻力系数查附录表1，则：式中：——过栅水头损失，m；g——重力加速度，取9.81m/s2；k——系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大数倍，一般采用k=3。（3）栅后槽总高度H：设栅前渠道超高式中：H——栅后槽总高度，m；h——栅前水深，m；——格栅水头损失，m；——栅前渠道超高，m。（4）栅槽总长度L：（5）每日栅渣量W式中：W——每日栅渣量，m3/d；W1——单位体积污水栅渣量，m3/（103m3污水），一般取0.1~0.01，细格栅取最大值，粗格栅取最小值；第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）KZ——污水流量总变化系数。这里取1.2。2.3提升泵房设计说明及计算2.3.1设计说明提升泵房用以提高污水的水位，保证污水能在整个污水处理流程过程中流过，从而达到污水的净化。2.3.2设计计算设计水量，选择用4台潜污泵（3用1备）。提升泵房的水进入调节池，调节池池高5.5m，所需扬程为6.0m选择350QZ—100型轴流式潜水电泵[11]表2-2提升水泵选择的型号表扬程/m流量/(m3/h)转速/(r/min)轴功率/kw叶轮直径/mm效率/%7.221210145029.930079.52.4筛网设计说明及计算2.4.1设计说明筛网的四大功能：筛、滤、护、固。筛：主要用于冶金、煤炭、橡胶、石油、化工、制药、汽车、陶瓷、玻璃等工业中作固体颗粒、粉末、筛分等。滤：主要用于石油工业作泥浆网，化工化纤电镀工业作酸洗网及液体气体过滤净化等。护：主要用于土木建筑批水泥，饲养鸡、鸭、鹅、兔及动物园围栏。机械设备的防护，高速公路护栏，体育场所围网，马路绿化带防护网。固：可用于建筑业、公路、桥梁作钢筋用及骨架支撑等。筛网应用领域遍布工业、农业、科技、国防。上至科技尖端，高新产业，下至衣食住行，文化生活，与国民经济同步发展，与国计民生休戚相关。主要应用在：航空、航天、印刷、印染、电子、采矿、制药、粮食、食品加工、化工。金属网的四大功能：筛、滤、护、固。筛：主要用于冶金、煤炭、橡胶、石油、化工、制药、汽车、陶瓷、玻璃等工业中作固体颗粒、粉末、筛分等。滤：主要用于石油工业作泥浆网，化工化纤电镀工业作酸洗网及液体气体过滤净化等。第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）护：主要用于土木建筑批水泥，饲养鸡、鸭、鹅、兔及动物园围栏。机械设备的防护，高速公路护栏，体育场所围网，马路绿化带防护网。固：可用于建筑业、公路、桥梁作钢筋用及骨架支撑等[12]。2.4.2设计计算污水处理的污水量Q=1400m3/d。（1）选定网眼尺寸筛网中网眼尺寸选择小于2000um，本设计选用60目。（2）筛网的种类筛网材料选择不锈钢，水力负荷为0.6~2.4m3/(min•m2)（3）筛网的面积取水力负荷为q=1.0m3/(min.m2)Q=1400m3/d=0.16m3/sA=Q/q=0.14/1.0=0.14m22.5调节池的设计说明及计算2.5.1设计说明1、作用对水量和水质的调节，调节污水pH值、水温，有预曝气作用，还可用作事故排水。2、分类一般分为水量调节池和水质调节池.按作用分：均质池，水量缓冲池，均质均量池一般不连续排水时都要做成有水量缓冲功能的，若有多股水，水质差别较大，尤其是pH这样进生化系统必须调整到正好这样的参数有很大变化时，应考虑均质。3、应用无论是工业废水，还是城市污水和生活污水，水量水质在一日24小时内都有变化，一般认为，对大、中型城市污水处理厂而言，因其服务区域大，区域内住宅、商店、办公楼、机关等不同类型建筑物的排水变化规律不同，有互补作用，再加上污水管网对水量水质的均衡作用，所以城市污水处理厂不设调节池，调节池主要在工业废水处理站内作为均衡水量和水质的预处理构筑物而被大量应用。2.5.2设计计算第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）（1）调节池尺寸的计算调节水量一般为处理规模的10％-15％可满足要求。调节池设置一用一备，便于检修清泥。（2）调节池有效容积V水力停留时间T=6h；设计流量（3）调节池水面面积A取池子总高度为5.5m，其中超高0.5m，有效水深5m。则池子面积为：（4）调节池尺寸取池长L=16m，池宽B=5m，则池子总尺寸为（5）调节池的搅拌器调节池为平底，为防止沉淀，使废水混合均匀，调节池下设两台反应搅拌机。2.6UASB的说明及设计2.6.1设计说明1、简介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。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，无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[11]。（1）UASB反应器基本构造如图1第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）图2-2UASB反应器工艺系统组成（2）UASB的工作原理：如图1所示，废水由反应器的底部进入后，由于废水以一定的流速自下而上流动以及厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用，废水与污泥充分混合，有机质被吸附分解，所产沼气经由反应器上部三相分离器的集气室排出，含有悬浮污泥的废水进入三相分离器的沉降区，由于沼气已从废水中分离，沉降区不再受沼气搅拌作用的影响。废水在平稳上升过程中，其中沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分，从而保证了反应器内高的污泥浓度。含有少量较轻污泥的废水从反应器上方排出。UASB反应器中可以形成沉淀性能非常好的颗粒污泥，能够允许较大的上流速度和很高的容积负荷[12]。2.6.2设计计算（1）参数选取设计参数选取如下：容积负荷（Nv）6.0kgCOD/（m3·d）污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD产气率0.5m3/kgCOD（2）反应器的容积计算第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）UASB有效容积：式中：Q——设计流量，m3/d；S0——进水COD含量，mg/m3；Nv——容积负荷，kgCOD/（m3·d）将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好。取水力负荷则，则采用4座相同的UASB反应器，则取D=5m，则实际表面水力负荷为故符合设计要求（3）配水系统设计本设计采用为圆形布水器，每个UASB反应器设36个布水点，采用连续进水。1、参数每个池子流量：2、设计计算布水系统设计计算草图见下图：第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）图2-3UASB布水系统设计示意图圆环直径计算：每个孔口服务面积为：，不符合要求。故取D=7m，，A在1~3m2之间，符合设计要求。则实际横截面积为实际表面水力负荷为：，符合要求。可设3个圆环，最里面的圆环设6个孔口，之间设12个，最外围设18个孔口。①内圈6个孔口设计服务面积：折合为服务圆的直径为：用此直径作一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布6个孔口，则圆的直径计算如下：，则②中圈12个孔口设计服务面积：第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）折合为服务圆的直径为：中间圆环直径：，则③外圈18个孔口设计服务面积：折合为服务圆的直径为：外圆环直径：，则（4）三相分离器设计三相分离器设计计算示意图：图2-4UASB三相分离器设计示意图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沉淀区的设计第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）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[13]。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/h2）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/h4）总沉淀水深应大于1.5m5）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°沉淀区面积为：表面水力负荷：，符合设计要求。③回流缝设计取h1=0.3m,h2=0.5m,h3=1.5m，如图2.2所示：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；下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速V1：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＜2m/h，符合设计要求。上下三角形集气罩之间回流逢中流速V2式中：Q1——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；取回流逢宽CD=1.4m,上集气罩下底宽CF=7.8m第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）则，则，故符合设计要求。确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸，由图可知：CH=CDsin40°=1.4×sin40＝0.9mAI=DItan50°=(DE-b2)×tg50°=(9.94-6.98)×tg50°=1.76m故h4=CH+AI=0.9+1.76=2.66mh5=1.0m由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为：CF-2h5tan40°=7.8-2×1.0×tg40°=6.12mBC=CD/sin40°=1.4/sin40°=2.18mDI=(DE-b2)=(9.94-6.98)=1.48mAD=DI/cos50°=1.48/cos50°=2.30mBD=DH/cos50°=1.07/cos50°=1.66mAB=AD-BD=2.30-1.66=0.64m④气液分离设计d=0.01cm(气泡)，T=20°Сρ1=1.03g/cm3，ρg=1.2×10-3g/cm3V=0.0101cm2/s，ρ=0.95μ=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斯工式可得气体上升速度为：Vb==（0.95×9.81×（1.03-1.2×10-3）×0.012）/（18×0.02）=0.266cm/s第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）=9.58m/hVa=V2=0.66m/h则：=9.58/0.66=14.52，=2.18/0.64=3.41>，故满足设计要求。（5）出水系统设计1、出水槽设计：为了保持出水均匀，沉淀区的出水系统通常采用出水槽。此设计中沿反应器的短边设置两条出水槽，而出水槽每隔一定的距离设三角出水堰。每个反应池有1个单元三相分离器，出水槽共有2条，槽宽be=0.3m。反应器流量：取出水槽口附近水流速度为vc=0.3m/s，槽口附近水深为0.3m，出水槽坡度为0.1；出水槽尺寸5m×0.5m×0.5m。2、溢流堰设计：每个反应器中出水槽溢流堰有2条，每条长5m。设计900三角堰，堰高5mm，堰口宽为100mm，则堰口水面宽b=50mm。每个UASB反应器处理水量7.2L/s，查知溢流负荷为1~2L/（m·s），设计溢流负荷f=1.256L/（m·s）则堰上水面总长为：每条溢流堰三角堰数量：120/6=20个一条溢流堰上共有20个10mm的堰口，20个10mm的间隙。（6）出水渠设计：每个反应器沿长边设1条矩形出水渠，长为8.6m，2条出水槽的出水流至此出水渠。设出水渠宽0.8m，坡度0.01，出水渠渠口附近水流速度为0.3m/s则渠口附近水深:以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深：0.3+0.04=0.34m，出水渠取0.6m深，出水渠的尺寸为：8m×0.8m×0.6m。第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）（7）UASB排水管设计：每个UASB反应器排水量为7.2L/s，选用DN150钢管排水，充满度为0.6，设计坡度为0.01；总管流量为13.9L/s，选用DN200钢管排水，充满度为0.6，=0.74m/s，设计坡度为0.01。（8）排泥系统设计产泥量为：2500×0.75×0.1×2500×10-3=440.625kgMLSS/d对一管多孔式配水系统反应器，进水管可以兼做排泥管和放空管。故将配水系统设计为排泥管和放空管。（六）产气量计算每日产气量：2500×0.75×0.5×2500×10-3=2203.125m3/d产沼气接沼气柜。2.7水解酸化池的说明及设计计算2.7.1水解酸化池的说明1、技术简介水解（酸化）处理方法是一种介于好氧和厌氧处理法之间的方法，和其它工艺组合可以降低处理成本提高处理效率。水解酸化工艺根据产甲烷菌与水解产酸菌生长速度不同，将厌氧处理控制在反应时间较短的厌氧处理第一和第二阶段，即在大量水解细菌、酸化菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，将难生物降解的大分子物质转化为易生物降解的小分子物质的过程，从而改善废水的可生化性，为后续处理奠定良好基础。水解是指有机物进入微生物细胞前、在胞外进行的生物化学反应。微生物通过释放胞外自由酶或连接在细胞外壁上的固定酶来完成生物催化反应。酸化是一类典型的发酵过程，微生物的代谢产物主要是各种有机酸。从机理上讲，水解和酸化是厌氧消化过程的两个阶段，但不同的工艺水解酸化的处理目的不同。水解酸化-好氧生物处理工艺中的水解目的主要是将原有废水中的非溶解性有机物转变为溶解性有机物，特别是工业废水，主要将其中难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机物，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧处理。考虑到后续好氧处理的能耗问题，水解主要用于低浓度难降解废水的预处理。混合厌氧消化第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）工艺中的水解酸化的目的是为混合厌氧消化过程的甲烷发酵提供底物。而两相厌氧消化工艺中的产酸相是将混合厌氧消化中的产酸相和产甲烷相分开，以创造最佳的环境。2、结构简介酸化水解池内分污泥床区和清水层区，待处理污水以及滤池反冲洗时脱落的剩余微生物膜由反应器底部进入池内，并通过带反射板的布水器与污泥床快速而均匀地混合。污泥床较厚，类似于过滤层，从而将进水中的颗粒物质与胶体物质迅速截留和吸附。由于污泥床内含有高浓度的兼性微生物，在池内缺氧条件下，被截留下来的有机物质在大量水解—产酸菌作用下，将不溶性有机物水解为溶解性物质，将大分子、难于生物降解的物质转化为易于生物降解的物质；同时，生物滤池反冲洗时排出的剩余污泥（剩余微生物膜）菌体外多糖粘质层发生水解，使细胞壁打开，污泥液态化，重新回到污水处理系统中被好氧菌代谢，达到剩余污泥减容化的目的。由于水解酸化的污泥龄较长（一般15～20天），所以在本设计中，采用水解酸化池代替常规的初沉池，除达到截留污水中悬浮物的目的外，还具有部分生化处理和污泥减容稳定的功能[14]。3、处理过程废水厌氧生物处理是指在无分子氧的条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程。厌氧生化处理过程：高分子有机物的厌氧降解过程可以被分为四个阶段：1、水解阶段：水解可定义为复杂的非溶解性的聚合物被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程；2、发酵（或酸化）阶段：发酵可定义为有机物化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程，在此过程中溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此这一过程也称为酸化；3、产乙酸阶段：在产氢产乙酸菌的作用下，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质；4、甲烷阶段：这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。水解阶段是大分子有机物降解的必经过程，大分子有机想要被微生物所利用，必须先水解为小分子有机物，这样才能进入细菌细胞内进一步降解。酸化阶段是有机物降解的提速过程，因为它将水解后的小分子有机进一步转化为简单的化合物并分泌到细胞外。这也是为何在实际的工业废水处理第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）工程中，水解酸化往往作为预处理单元的原因。两点普遍认同的作用：1、提高废水可生化性：能将大分子有机物转化为小分子。2、去除废水中的COD：既然是异养型微生物细菌，那么就必须从环境中汲取养分，所以必定有部分有机物降解合成自身细胞。2.7.2水解酸化池的设计计算（一）水解池的容积v式中：——水解池容积，m3；——总变化系数，1.5；——设计流量，m3/h；——水力停留时间，h，取6h；则水解池，分为4格，每格的长为15m，宽为4米，设备中有效水深高度为5m，则每格水解池容积为300m3，4格的水解池体积为1200m3。（二）水解池上升流速校核已知反应器高度为：；反应器的高度与上升流速之间的关系如下：式中：——上升流速（m/h）；——设计流量，m3/h；——水解池容积，m3；——反应器表面积，m2；——水力停留时间，h，取6h；则水解反应器的上升流速，符合设计要求。（三）配水方式采用总管进水，管径为DN100，池底分支式配水，支管为DN50，支管上均匀排布小孔为出水口，支管距离池底100mm，均匀布置在池底。（四）进水堰设计已知每格沉淀池进水流量（五）堰长设计取出水堰负荷，取出水堰负荷不宜大于）。第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）式中：——堰长m；——出水堰负荷，，取0.2；——设计流量，m3/s；则m，取堰长。（六）出水堰的形式及尺寸出水收集器采用UPVC自制90º三角堰出水。取过堰流速为。取出水堰负荷。每个三角堰口出流量（七）堰上水头式中：——堰上水头m；——每个三角堰出流量，m3/h；则。（八）集水水槽宽B式中：——堰上水头m；——设计流量，m3/s；,取水槽宽250mm。（九）集水槽深度集水槽的临界水深：第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）式中：——堰上水头m；——安全设计流量，m3/s；则。集水槽的起端水深：式中：——起端水深m；则；取；设出水槽自由跌落高度：。则集水槽总深度（十）进水堰简图图2-5进水堰简图（十一）出水设计取水在管中的流速为式中：——出水管直径，mm；——过堰流速，m/s；则（十二）污泥回流泵管的设计计算在水解酸化池中，按污泥回流泵的流量为计算。取污泥回流管设计流速，污泥回流管的直径为第50页 南京工程学院毕业设计说明书（论文）式中：——出水管直径，mm；——过堰流速，m/s；则2.8中间沉淀池的设计说明及计算2.8.1沉淀池的设计说明1、竖流式沉淀池简介又称立式沉淀池，是池中废水竖向流动的沉淀池。池体平面图形为圆形或方形，水由设在池中心的进水管自上而下进入池内（管中流速应小于30mm/s），管下设伞形挡板使废水在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升（对于生活污水一般为0.5~0.7mm/s，沉淀时间采用1~1.5h），悬浮物沉降进入池底锥形沉泥斗中，澄清水从池四周沿周边溢流堰流出。堰前设挡板及浮渣槽以截留浮渣保证出水水质。池的一边靠池壁设排泥管（直径大于200mm）靠静水压将泥定期排出。竖流式沉淀池的优点是占地面积小，排泥容易，缺点是深度大，施工困难，造价高。常用于处理水量小于20000m3/d的污水处理厂。理论依据：竖流式沉淀池中，水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截留速度与水流上升速度相等，上升速度等于沉降速度的颗粒将悬浮在混合液中形成一层悬浮层，对上升的颗粒进行拦截和过滤。因而竖流式沉淀池的效率比平流式沉淀池要高[15]。2、竖流式沉淀池的工作原理在竖流式沉淀池中，污水是从上向下以流速v做竖向流动，污水中的悬浮颗粒有以下三种运动状态：①当颗粒沉速u>v时，则颗粒将以u~v的差值向下沉淀，颗粒得以去除；②当u=v时，颗粒处于随机状态，不下沉亦不上升；③当u