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所以得Qmin=(1/2-1/4)Q=(0.058-0.029)m3/s
①栅条的间隙数
式中n——格栅栅条间隙数(个)
Qmax——最大设计流量(m³
/s)
——格栅倾角
N——设计的格栅组数(组)
b——格栅栅条间隙(m)
h——格栅栅前水深(m)
v——格栅过栅流速(m/s)
(个)
②格栅槽的宽度
B=s(n-1)+bn
式中B——格栅槽的宽度(m)
B=0.01
(m)
验证:
(m/s)
(m3/s)>
0.058(m3/s)符合要求
③进水渠道渐宽部分长度
式中L1——格栅前部渐宽段的长度(m)
B——格栅槽宽度(m)
——进水渠渐宽段展开角度,一般取20°
B1——进水渠宽度(m)
设计中取B1=0.5m,
=20°
,此时进水渠道内的流速为
m/s。
④栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
⑤通过格栅的水头损失
式中h1——通过格栅的水头损失(m)
h0——计算水头损失(m)
k——系数,格栅受栅渣堵塞时,水头损失增大的倍数,一般取k=3
g——重力加速度(9.81m/s2)
ξ——阻力系数,其值与栅条的断面形状有关
设计中采用栅条断面为矩形的格栅,取
,取β=2.42
⑥栅后槽总宽度
设计中取栅前水渠道超高h2=0.3m,栅前槽高H1=h+h2=0.4+0.3=0.7m,
则:
H=h+h1+h2=0.4+0.1+0.3=0.8(m)
⑦栅槽总长度
式中L——栅槽总长度(m)
L1——格栅前部渐宽段的长度(m)
L2——格栅后部渐窄段的长度(m)
H1——栅前渠中水深(m)
⑧每日栅渣量
式中W——每日栅渣量(m3/d)
W1——栅渣量(m3栅渣/103m3污水),取0.07m3栅渣/103m3污水
KZ——污水流量总变化系数
(m3/d)>
0.2m3/d
所以采用机械除渣的方法。
⑨格栅间工作台
台面应高出栅前最高设计水位0.5m,工作台上应有安全和冲洗设施。
格栅工作台两侧过道宽度为0.8m,工作台过道宽度为1.5m。
选用回转式格栅HG—800一台,格栅槽安装高度1.05m,格栅槽有效格栅宽度为800mm,栅条间隙20mm,整机功率为1.1KW,格栅倾角60°
。
污物的排出采用机械装置:
螺旋输送机,选用长度l=8.0m的一台。
3.2沉淀池
3.2.1设计参数
①设计流量
沉淀池的设计流量与沉砂池的设计流量相同。
在合流制的污水处理厂系统中,当废水是自流进入沉淀池时,应按最大流量作为设计流量;
当用水泵提升时应按水泵的最大组合流量作为设计流量。
在合流制系统中应按降雨时的设计流量校核,但沉淀时间应不大于30min。
②沉淀池的经验设计参数
对于污水处理厂,如无污水性能的实测资料时,可参照以下数据活性污泥法后的二沉池:
沉淀时间t/h1.5-2.5
表面水力负荷m3/(m2h)1.0-1.5
污泥量g/d10-21
污泥含水率%99.2-99.6
③沉淀池有效水深、沉淀时间与表面水力负荷相互关系,见下表:
表面水里负荷q/m3/(m2h)
沉淀时间t/h
H=2.0m
H=2.5m
H=3.0m
H=3.5m
H=4.0m
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
1.33
1.25
1.67
1.2
1.17
1.4
1.75
2.33
3.5
1.6
2.67
4.0
④沉淀池的几何尺寸
沉淀池的超高不小于0.3m,缓冲层高采用0.3-0.5m,贮泥斗斜壁的倾角,方斗不宜小于60°
,圆斗不宜小于55°
,排泥管直径不宜小于200mm。
⑤沉淀池出水部分
一般采用堰流,在堰口保持水平。
出水堰的负荷为:
对于二沉池,一般取1.5-2.9L/(sm),有时亦可采用多槽出水布置,以提高水质。
⑥贮泥斗的容积
一般按不大于2日的污泥量计算。
对于二沉池,按贮泥时间不超过2小时计算。
⑦排泥部分
沉淀池一般采用静水压力排泥,静水压力数值如下:
初沉池应补小于1.5m;
活性污泥后的二沉池应不小于0.9m;
生物膜法的二沉池应不小于1.2m。
3.2.2设计计算
①中心管面积与直径
式中A1——中心管有效面积(m2)
Qmax——最大设计流量(m3/s)
n——池子的个数(个)
v0——中心管内流速(m/s)
d0——中心管有效直径(m)
qmax——每个池子的最大设计流量(m3/s)
设计中取n=8,v0=0.03m/s,则
喇叭口直径d1=1.35d0=1.35(m)
反射板直径d2=1.3d1=1.76(m)
②沉淀池的有效水深,即中心管的高度
式中h2——沉淀池的有效水深(m)
v——污水在沉淀区的上升流速,mm/s,如有沉淀实验资料,等于拟去除的最小颗粒的沉速v,如无沉淀实验资料,则取0.5-1.0mm/s
t——沉淀时间(h),一般采用1.0-2.0h
设计中取v=0.7mm/s,t=1.5h
③中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度
式中h3——中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度(m)
v1——污水从间隙流出的速度(m/s),一般不大于0.02m/s
d1——喇叭口直径(m),d1=1.35d0
设计中取v1=0.02m/s,则
⑤沉淀池有效断面面积,即沉淀区面积
式中A2——沉淀池有效断面面积(m2)
(m2)
⑥沉淀池总面积和池深
式中A——沉淀池总面积(m2)
D——沉淀池的直径(m)
⑦污泥部分所需容积
式中V——污泥所需容积(m3)
Q——设计流量(m3/s)
C1——进水悬浮物浓度(mg/l)
C2——出水悬浮物浓度(mg/l)
——污泥容重(t/m3)
P0——污泥含水率(%)
设计中取T=1d,P0=97%,C=82.8×
0.5=41.4mg/l,则
(m3)
⑧污泥斗高度及污泥斗容积
式中V1——截头圆锥部分容积(m3)
h5——污泥室截头圆锥部分高度(m)
R——截头圆锥上部半径(m)
r——截头圆锥下部半径(m)
——污泥斗倾角(°
)一般采用45°
-60°
设计中取r=0.2m,
,R=D/2=3.2m,则
符合设计要求
⑧沉淀池的总高度
式中H——沉淀池的总高度(m)
h1——超高(m),一般取0.3m
h4——缓冲层高度(m),一般取0.3m
⑨进水集配水井
沉淀池分两组,每组四个池子,沉淀池进水端设集配水井,污水在集配水井内部的配水井内平均分配,然后流进每组沉淀池。
配水井内中心管直径
式中D1——配水井内中心管直径(m)
v2——配水井内中心管上升流速(m/s),一般采用
设计中取v2=0.7m/s,则
配水井直径
式中D2——配水井直径(m)
v3——配水井流速(m/s),一般采用v3=0.2-0.4m/s
设计中取v3=0.3m/s,则
⑩进出水渠道
⑴进水渠道
沉淀池分为两组,每组四个沉淀池,每组设计流量为0.087m3/s,每组设一个进水渠道,污水进入进水渠道后由沉淀池中心管流入沉淀池。
进水渠道宽度为0.7m,进水渠道水深为0.6m,渠道内水流流速为0.6m/s。
⑵出水堰
沉淀池出水经过出水堰跌落进入出水渠道,然后汇入出水管道排入集配水井外部的集水井内。
出水堰采用单侧90°
三角形出水堰,三角堰顶宽0.16m,深0.08m,间距0.1m,每个沉淀池有112个三角堰,每组沉淀池有448个三角堰。
三角堰有效水深0.04m,堰后自由跌落0.1-0.15m,三角堰流量为
式中Q1——三角堰流量(m3/s)
H1——三角堰水深(m)
(m3/s)
每组沉淀池的三角堰流量为0.0004576×
448=0.205m3/s>
0.08m3/s,三角堰后自由跌落0.15m,则出水堰水头损失为0.19m。
⑶出水渠道
出水渠道设在沉淀池四周,收集三角堰出水,出水渠道宽0.25m,深0.40m,有效水深0.20m,水平流速0.42m/s。
出水渠道将三角堰出水汇集送入出水管,出水管道采用钢管,管径DN300mm,管内流速0.60m/s。
⒒排泥管
沉淀池采用重力排泥,排泥管直径DN300mm,排泥静水压头采用1.2m,连续将污泥排出池外贮泥池内。
3.3调节池的计算
3.3.1调节池概述
在本工艺中,调节池主要的作用有三个:
(1)工艺流程过程中污水产生的水质水量都不均匀。
故而需要设计一个调节池来均匀水质水量,为后期处理,污水处理工艺正常运行做准备;
(2)调节池同时又可以做事故池来用,如果后面污水处理设备在维修检查过程时调节池可以暂时来储存工艺污水;
(3)造纸过程中各个阶段产生的污水水温不同,调节池可以调节水温,使水温处于一个恒温状态有利于后续生物处理。
故调节时需对池内废水进行混合,本工艺采用机械搅拌混合方法及对角线出水调节池。
对角线出水调节池的特点是出水槽沿对角线方向设置,同一时间流入池内的废水,由池的左右两侧,经过不同时间倒流出水槽。
从而达到自动调节、均和的目的。
为防止废水在池内短路,可以在池内设置若干纵向隔板。
其空气量为1.5-3m3/(m2h)。
调节池有效水深为1.5-2m,纵向隔板间距为1-1.5m。
3.3.2调节池的计算
①调节池的体积V
式中V——调节池的体积(m3)
q——实际流量(m3/s)
T——调节时间(h)
设计中取T=4h,则
(m3)
②调节池的面积A
式中A——调节池的面积(m2)
H——调节池有效水深(m)
设计中取H=2m,则
③调节池池长L
式中L——调节池池长(m)
B——调节池池宽(m)
设计中取B=15m,则
④隔板数n
式中n——隔板数(格)
(格)
调节池有效水深取2m,面积为895m2,取池宽为15m,池长为60m,纵向隔板间距为1.5m,将池宽分30格。
⑤理论上每日的污泥量
式中Qmax——最大设计流量(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,取值97%
设计中取C0=41.4kg/m3,C1=20.7kg/m3,则
(m3/d)
⑥污泥斗尺寸
取污泥斗尺寸为0.4×
0.4m2,污泥斗倾角取45°
,污泥斗上口面积为2×
2m2,则污泥斗的高度为:
污泥斗的容积为
式中V1——污泥斗的容积(m3)
h1——污泥区高度(m)
f1——污泥斗的上口面积(m2)
f2——污泥斗的下口面积(m2)
(m3)>
0.12m3
⑦进水布置
进水起端中间设进水堰,堰长为池长2/3,堰宽为0.5m,高1.6m。
⑧出水设置
出水直接用清水泵从最低水位处将污水打进下一个构筑物中,泵进口设置在污泥斗上口正上方。
3.3.3调节池的中和处理
用化学法改变废水的酸或碱,使pH值达到中性左右的过程叫中和。
处理酸、碱的碱或酸称为中和剂。
酸性废水的中和方法有利用碱性废水或废渣进行中和、投加碱性药剂及通过中和性能的滤料过滤三种方法。
碱性废水的中和方法有利用酸性废水或废渣进行中和,投加酸性药剂等。
投加中和法是酸碱废水中和处理使用最广泛的一种方法,碱性药剂有石灰、石灰石、苏打、苛性钠等,酸性废水中和处理常用的药剂是石灰。
由于本工艺中废水pH值为11.37,而处理后的pH值要求为6-9,则需投加酸性物质石灰。
3.3.4搅拌机
为防止泥砂等杂质沉淀于调节池,在调节池内设搅拌机。
采用江苏天雨环保集团有些公司生产的ZJ1000型搅拌机。
该产品具有结构紧凑,操作方便,搅拌效果好等特点。
共需2台搅拌机,共4万元左右,功率为0.75KW/台。
3.4UASB反应器
3.4.1设计参数
⑴污泥参数
设计温度T=25℃
容积负荷Nv=8.5kgCOD/(m3d)污泥为颗粒状
污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD
产气率0.5m3/kgCOD
⑵设计流量
Qmax=0.174m3/s=626.4m3/h=15033.6m3/d
⑶水质指标
表5UASB反应器进出水水质指标
水质指标
COD(mg/l)
BOD(mg/l)
SS(mg/l)
进水水质
465
162.75
20.7
设计去除率
90%
30%
设计出水水质
46.5
16.3
14.49
3.4.2设计计算
①UASB反应器容积的计算
本设计采用容积负荷法确立其容积
式中V——反应器的有效容积(m3)
S0——进水有机物浓度(kgCOD/m3)
取有效容积系数为0.8,则实际体积为1028m3
②主要构造尺寸的确定
UASB反应器采用圆形池子,布水均匀,处理效果好。
取水力负荷q1=1.5m3/(m3h)
反应器表面积A=Qmax/q1=626.4/1.5=417.6m2
反应器高度H=V/A=1028/417.6=2.67m,取H=3m
采用10座相同的UASB反应器,则每个单池面积A1为:
A1=A/10=626.4/10=62.64m2
(m)取D=9m
则实际横截面积为A2=3.14D/4=63.6m2
实际表面水力负荷q1=Qmax/10A2=626.4/636=0.98
q1在0.5-1.5m/h之间,符合设计要求。
③UASB进水配水系统设计
⒈设计原则
①进水必须要反应器底部均匀分布,确保各单位面积进水量基本相等,防止短路和表面负荷不均;
⑵应满足污泥床水力搅拌需要,要同时考虑水力搅拌和产生的沼气搅拌;
⑶易于观察进水管的堵塞现象,如果发生堵塞易于清除。
本设计采用圆形布水器,每个UASB反应器设30个布水点。
⒉设计参数
每个池子的流量
Q=626.4/10=62.64m3/h
⒊设计计算
查有关数据,对颗粒污泥来说,容积负荷大于4m3/(m2h),每个进水口的负荷须大于2m2,则布水孔个数n必须满足
,即
,取n=30个,则每个进水口负荷
m2
可设三个圆环,最里面的圆环设5个孔口,中间设10个,最外围设15个,其草图见下图2
⑴内圈5个孔口
服务面积:
S1=5×
2.12=10.6m2
折合为服务圆的直径为:
用此直径做一个虚圆,在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环,其上布5个孔口,则圆环的直径计算如下:
⑵中间设10个孔口
S2=10×
2.12=21.2m2
则中间圆环的直径计算如下:
则d2=5.2m
⑶外圈设15个孔口
S3=15×
2.12=31.8m2
则d3=7.8m
布水点距反应器池底120mm,孔口径15cm。
④三相分离器的设计
⒈设计说明
UASB的重要构造是指反应器内三相分离器的构造,三相分离器的设计直接影响气、液、固三相在反应器内的分离效果和反应器的处理效果。
对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起十分重要的作用,根据已有的研究和工作经验,三相分离器满足以下几点要求:
沉淀区的表面水力负荷<
1.0m/h;
三相分离器集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.5-1.0m;
沉淀区四壁倾斜角度应在45°
之间,使污泥不积聚,尽快落入反应区内;
沉淀区斜面高度约为0.5-1.0m;
进入沉淀区前,沉淀槽底缝隙的流速
;
总沉淀水深
水力停留时间介于1.5-2h;
分离气体的挡板与分离器壁重叠在20mm以上;
以上条件如能满足,则可达到良好的分离效果。
⒉设计计算
本设计采用无导流板的三相分离器
⑴沉淀区的设计
沉淀器(集气罩)斜壁倾角
沉淀区面积:
表面水力负荷
符合要求
⑵设计回流缝
h2的取值范围为0.5-1.0m,h1一般取0.5m
取h1=0.5m,h2=0.7m,h3=2.4m
依据图4-5所示的几何关系知:
式中b1——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
h3——下三角集气罩的垂直高度(m)
则
b2=b-2b1=9-2×
2.0=5.0m
下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速v1,可用下式计算:
式中v1——回流缝中混合液上升流速(m/s)
Q——反应器设计废水流量(m3/h)
S1——下三角形集气罩回流缝的总面积(m2)
n——反应器的三相分离器单元数,取3
上下形集气罩之间回流缝流速v2的计算:
式中S2——上三角形集气罩回流缝面积(m2)
CE——上三角形集气罩回流缝的宽度,CE>
0.2m,取CE=1.0m
CF——上三角形集气罩底宽,取CF=6.0m
确定上下集气罩相对位置及尺寸
气液分离设计
由图4-5知,欲达到气液分离的目的,上、下两组三角形集气罩的斜边必须重叠,重叠的水平距离(AB的水平投影)越大,气体分离效果越好,去除气泡的直径越小,对沉淀区固液分离效果的影响越小,所以重叠量的大小是决定气液分离效果好坏的关键。
由反应区上升的水流从下三角形集气罩回流缝过渡到上三角形集气罩回流缝再进入沉淀区,其水流状态比较复杂。
当混合液上升到A点后将沿着AB方向斜面流动,并设流速为va,同时假定A点的气泡以速度vb垂直上升,所以气泡的运动轨迹将沿着va和vb合成速度的方向运动,根据速度合成的平行四边形法则,则有:
要使气泡分离后进入沉淀区的必要条件是:
在消化温度为25℃,沼气密度
水的密度
水的运动粘滞系数v=0.0089×
10-4m2/s;
取气泡直径d=0.01cm
根据斯托克斯(Stokes)公式可得气体上升速度vb为
式中vb——气泡上升速度(cm/s)
g——重力加速度(cm2/s)
——碰撞系数,取0.95
——废水的动力粘度系数,g/(cms),
水流速度va=v2=1.67m/h
校核:
故设计满足要求。
⑤排泥系统设计
A.UASB反应器中污泥总量计算
一般UASB污泥床主要由沉降性能良好的厌氧污泥组成,平均浓度为15gVss/L,则10座UASB反应器中污泥总量:
G=VG=1028×
15=1542kgVSS/d。
B.产泥量计算
厌氧生物处理污泥产量取:
0.1kgMLSS/kgCOD
⑴UASB反应器总产泥量
式中
——UASB反应器产泥量(kgMLSS/d)
r——厌氧生物处理污泥产量(kgMLSS/kgCOD)
C1——进水COD浓度(kg/m3)
E——去除率,本设计取90%
⑵根据MLSS/SS=0.8,
⑶污泥含水率为97%,当含水率>
95%时,取
,则污泥产量:
⑷污泥泥龄
C.排泥系统设计
在UASB三相分离器下0.5m和底部0.4m高处,各设置一个排泥口,共两个排泥口,每天排泥一次,排泥管管径为200mm。
⑥出水系统设计计算
出水的均匀排出对固液分离的影响较大,也是保证反应器均匀稳定运行的关键。
UASB反应器的出水槽布置与三相分离器沉淀区设计有关,通常每个单元三相分离器设一个出水槽,常用的两种布置方式,如图4-6所示。
图4-6(a)出水槽的宽度常常用20cm,深度由计算确定;
图4-6(b)所示出水槽的特点是出水槽与三相分离器集气罩成一整体,有助于实现装配化,简化加工和安装过程。
当UASB反应器为封闭式时,总出气管必须通过一个水封,以防漏气和确保厌氧条件;
同时,水封高度对反应器的正常运行也有很大的影响,过高会使反应器内压力过大,过低则会出现浮泥堵塞出气管的问题。
当处理的废水中含有蛋白质和脂肪或大量悬浮固体数量,有利于提高出水水质。
A.出水槽设计
对于每个反应池,有4个单元三相分离器,出水槽共
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