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生化法中常用的有活性污泥法、生物膜法、厌氧与好氧相结合法、水解酸化与SBR相组合等各种处理工艺。
这些处理方法与工艺各有其特
点和不足之处,但各自都有较为成功的经验。
目前还有不少新的处理方法和工艺优化组合正在试验和研究,有的已取得了理想的成效,不久将应用于实践中。
三、拟采用的设计流程
1.USBA-SBR法流程
因为用只用UASB处理啤酒废水出水的COD5仍然打不到废水排放标准,故将UASB和SBR两种处理单元进行组合,所形成的处理工艺突出了各自处理单元的优点,使处理流程简洁,节省了运行费用,而把UASB作为整个废水达标排放的一个预处理单元,在降低废水浓度的同时,可回收所产沼气作为能源利用。
同时,由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量,因此降低了好氧处理阶段的曝气能耗和剩余污泥产量,从而使整个废水处理过程的费用大幅度减少。
采用该工艺既降低处理成本,又能产生经济效益。
四、预计处理效果
设计排放废水量为3000m3/d。
COD2500mg/L,PH值约为6。
废水经处理后,要求达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的一级标准,其主要水质指标见表。
表1.1废水水质及排放标准
项目
CODCr(mg/L)
BOD5(mg/L)
SS(mg/L)
pH
原水
1500~3000
800~1600
250~1200
5~11
排放标准
≤100
≤30
≤70
6~9
注:
该废水中的酵母、酒糟经过回收和综合利用,故COD、BOD含量降低。
第二章啤酒废水处理构筑物设计与计算
第一节格栅的设计计算
一、设计说明
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。
二、设计参数
取中格栅;
栅条间隙d=10mm;
栅前水深h=;
过栅流速v=/s;
安装倾角α=45°
;
设计流量Q=3000m3/d=3/s
三、设计计算
(一)栅条间隙数(n)
式中:
Q-------------设计流量,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n=13条
(二)栅槽有效宽度(B)
设计采用φ20圆钢为栅条,即s=
B=S(n-1)+en
S--------------格条宽度,m
n--------------格栅间隙数
b--------------栅条间隙,m
B=0.02×
(13-1)+0.01×
13
=
(三)进水渠道渐宽部分长度(l1)
设进水渠道内流速为/s,则进水渠道宽B1=,
渐宽部分展开角取为20°
则l1=
式中:
B--------------栅槽宽度,m
B1--------------进水渠道宽度,m
--------------进水渠展开角,度
l1=
(四)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度(l2)
l2=l1
(五)过栅水头损失(h1)
取k=3,β=1.79(栅条断面为圆形),v=/s
h1=
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=
(六)栅槽总高度(H)
取栅前渠道超高h2=
栅前槽高H1=h+h2=
则总高度H=h+h1+h2
(七)栅槽总长度(L)
L=l1+l2+0.5+1.0+
=0.27+0.135+0.5+1.0+
(八)每日栅渣量(W)
取W1=m3/103m3K2
则W=
Q-----------设计流量,m3/s
W1----------栅渣量(m3/103m3污水),取~0.01,粗格栅用小值,细格栅用大值,中格栅用中值
W=
=0.12m3/d(可采用人工清渣)
第二节调节沉淀池的设计计算
啤酒废水的水量和水质随时间的变化幅度较大,为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行,需对废水的水量和水质进行调节,由于啤酒废水中悬浮物(ss)浓度较高,此调节池也兼具有沉淀池的作用,该池设计有沉淀池的泥斗,有足够的水力停留时间,保证后续处理构筑物能连续运行,其均质作用主要靠池侧的沿程进水,使同时进入池的废水转变为前后出水,以达到与不同时序的废水相混合的目的。
水力停留时间T=6h;
设计流量Q=3000m3/d=125m3/h=3/s,采用机械刮泥除渣。
表2.1调节沉淀池进出水水质指标
水质指标
COD
BOD
SS
进水水质(mg/l)
2500
960
500
去除率(%)
7
50
出水水质(mg/l)
2325
893
250
调节沉淀池的设计计算草图见下图:
(一)池子尺寸
池子有效容积为:
V=QT=125×
6=750m3
取池子总高度H=,其中超高,有效水深h=5m
则池面积A=V/h=750/5=150m3
池长取L=25m,池宽取B=8m
则池子总尺寸为
(二)理论上每日的污泥量
Q------------设计流量,m3/s
C0------------进水悬浮物浓度,kg/m3
C1------------出水悬浮物浓度,kg/m3
P0------------污泥含水率,%
W=
=25m3/d
(三)污泥斗尺寸
取斗底尺寸为400×
400,污泥斗倾角取50°
则污泥斗的高度为:
h2=(4-0.2)×
tg50°
=
污泥斗的容积V2=
h2(a12+a1a2+a22)
×
4.592×
(822)
=3
V总>
W符合设计要求,采用机械泵吸泥
(四)进水布置
进水起端两侧设进水堰,堰长为池长2/3
第三节UASB反应器的设计计算
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,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。
(一)参数选取
设计参数选取如下:
容积负荷(Nv)(m3·
d);
污泥产率;
产气率3/kgCOD
(二)设计水质
表2.2UASB反应器进出水水质指标
75
80
581
179
125
(三)设计水量
Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s
三、设计计算
(一)反应器容积计算
UASB有效容积:
V有效=
S0-------------进水COD含量,mg/l
Nv-------------容积负荷,kgCOD/(m3·
d)
=1550m3
将UASB设计成圆形池子,布水均匀,处理效果好
取水力负荷q=0.8[m3/(m2·
h)]
则A=
=
=157m2
h=
=
=10m
采用4座相同的UASB反应器
则 A1=
=39.25m2
D=
取D=8m
则实际横截面积为
πD2=
3.14×
82
=2
实际表面水力负荷为
q1=Q/A
故符合设计要求
(二)配水系统设计
本系统设计为圆形布水器,每个UASB反应器设36个布水点
(1)参数
每个池子流量:
Q=125/4=3/h
(2)设计计算
布水系统设计计算草图见下图:
圆环直径计算:
每个孔口服务面积为:
a=
=2
a在1~3m2之间,符合设计要求
可设3个圆环,最里面的圆环设6个孔口,中间设12个,最外围设18个孔口
1)内圈6个孔口设计
服务面积:
=6×
1.40=2
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d1=
2)中圈12个孔口设计
S2=12×
折合成服务圆直径为:
中间圆环直径计算如下:
2-d22)=
S2
则d2=
3)外圈18个孔口设计
服务面积:
S3=18×
1.4=2
折合成服务圈直径为:
外圆环的直径d3计算如下:
2-d32)=
S3
则d3=
(三)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<
/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
5)水力停留时间介于~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:
A=1/4πD2=1/4×
82=2
表面水力负荷为:
q=Q/A=
符合设计要求。
(3)回流缝设计
取h1=,h2=,h3=
如图所示:
b1=h3/tgθ
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=
b2=8-2×
1.26=
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
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=
=/h
V1<
2m/s,符合设计要求
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,
S2----------上三角形集气罩回流逢之间面积,m2;
取回流逢宽CD=,上集气罩下底宽CF=
则DH=CD×
sin50°
DE=2DH+CF
=π(CF+DE)CD/2
则V2=Q1/S2
=/h<
2m/s
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°
=m
AI=DItg50°
(DE-b2)×
=
(7.84-5.48)×
故h4
h5=
由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为:
CF-2h5tg40°
=6.0-2×
1.0×
tg40°
BC=CD/sin40°
=1.2/sin40°
DI=
(DE-b2)=
AD=DI/cos50°
=1.18/cos50°
BD=DH/cos50°
=0.92/cos50°
(4)气液分离设计
d=(气泡),T=20°
С
ρ1=/cm3,ρg=1.2×
10-3g/cm3
V=2
μ=Vρ1
=/cm·
s
一般废水的μ>
净水的μ,故取μ=/cm·
由斯托克斯工式可得气体上升速度为:
Vb=
=/s
=/h
Va=V2=/h
则:
=5.9,
>
故满足设计要求。
(四)出水系统设计
采用锯齿形出水槽,槽宽,槽高
(五)排泥系统设计
产泥量为:
2325×
0.75×
0.1×
3000×
10-3
每日产泥量523.1kgMLSS/d,则每个USAB日产泥量130.8kgMLSS/d,可用150mm排泥管,每天排泥一次。
(六)产气量计算
每日产气量:
0.5×
10-3=3/d
第四节SBR反应器的设计计算
经UASB处理后的废水,COD含量仍然很高,要达到排放标准,必须进一步处理,即采用好氧处理。
SBR结构简单,运行控制灵活,本设计采用4个SBR反应池,每个池子的运行周期为6h
(1)污泥负荷率
5/(kgMLSS·
(2)污泥浓度和SVI
污泥浓度采用3000mgMLSS/L,SVI取100
(3)反应周期
SBR周期采用T=6h,反应器一天内周期数n=24/6=4
(4)周期内时间分配
反应池数N=4
(5)周期进水量
Q0=
=3/s
(二)设计水量水质
设计水量为:
Q=3000m3/d=125m3/h=3/s
设计水质见下表2.3:
表2.3SBR反应器进出水水质指
85
65
116
27
43
(一)反应池有效容积
n------------反应器一天内周期数
Q0------------周期进水量,m3/s
S0------------进水BOD含量,mg/l
X-------------污泥浓度,mgMLSS/L
Ns-------------污泥负荷率
(二)反应池最小水量
Vmin=V1-Q0=344.2-187.5=3
(三)反应池中污泥体积
Vx=SVI·
MLSS·
V1/1066=103.2m3
Vmin>
Vx,合格
(四)校核周期进水量
周期进水量应满足下式:
Q0<
(1-MLSS·
MLSS/106)·
V
=(1-100×
3000/106
=3
而Q0=3<
3故符合设计要求
(五)确定单座反应池的尺寸
SBR有效水深取,超高,则SBR总高为,
2
设SBR的长:
宽=2:
1
则SBR的池宽为:
6m;
池长为:
.
SBR反应池的最低水位为:
SBR反应池污泥高度为:
2.18-1.43=
可见,SBR最低水位与污泥位之间的距离为,大于的缓冲层高度符合设计要求。
(六)鼓风曝气系统
(1)确定需氧量O2
由公式:
O2=a′Q(S0-Se)+bˊXvV
aˊ-----------微生物对有机污染物氧化分解
过程的需氧率,kg
Q-----------污水设计流量,m3/d
S0------------出水BOD含量,mg/l
bˊ------------微生物通过内源代谢的自身氧化
Xv------------单位曝气池容积内的挥发性悬浮
固体(MLVSS)量,kg/m3
取aˊ=0.5,bˊ=0.15;
出水Se=27mg/L;
Xv=f3;
V=4
3
代入数据可得:
O2
=695.7kgO2/d
供氧速率为:
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