UASB反应器的设计计算讲解.docx
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UASB反应器的设计计算讲解反应器的设计计算讲解啤酒废水处理构筑物设计与计算第二章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=0.4m;格栅前渠道超高h=0.3m2过栅流速v=0.6m/s;33/s;设计流量Q=5000m/d=0.058m安装倾角=45三、设计计算h21H1h1Hhhh1B1BB1H1000500121tg图2.1格栅设计计算草图
(一)栅条间隙数(n)Qsinamax=nbhv=0.058(sin45)0.010.40.6=20.32取n=21条式中:
3/s设计流量,Q-m045-格栅倾角,取b-栅条间隙,取0.01m0.4m栅前水深,取h-v-过栅流速,取0.6m/s;
(二)栅槽总宽度(B)设计采用宽10mm长50mm,迎水面为圆形的矩形栅条,即s=0.01mB=S(n-1)+bn=0.01(21-1)+0.0121=0.41m式中:
S-格条宽度,取0.01mn-格栅间隙数,b-栅条间隙,取0.01m(三)进水渠道渐宽部分长度(l)1设进水渠道内流速为0.5m/s,则进水渠道宽B=0.17m,1渐宽部分展开角取为20a1B-B1则l=1tg2a1=(0.41-0.17)2tg20=0.32式中:
l1-进水渠道间宽部位的长度,mL2-格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度,mB-栅槽总宽度,mB-进水渠道宽度,m1a-进水渠展开角,度1(四)栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度(l)2l=l/2=0.32/212=0.16m(五)过栅水头损失(h)1取k=3,=1.83(栅条断面为半圆形的矩形),v=0.6m/s4/3V22Sb)gsin(=ho4/3=1.83(0.010.01)sin459.8220.6=0.024mh=kh=30.02410=0.072m式中:
h-计算水头损失,m0h-过格栅水头损失,m1k-系数,水头损失增大倍数-形状系数,与断面形状有关S-格栅条宽度,mb-栅条间隙,mv-过栅流速,m/s-格栅倾角,度(六)栅槽总高度(H)取栅前渠道超高h=0.3m2栅前槽高H=h+h=0.7m21则总高度H=h+h+h21=0.4+0.072+0.3=0.772m(七)栅槽总长度(L)H1L=l+l+0.5+1.0+2145tg0.7=0.32+0.16+0.5+1.0+tg45=2.68m式中:
H-格栅前槽高,H=hh=0.4+0.3=0.7121(八)每日栅渣量(W)333K/10=1.0取W=0.06mm21Q?
W?
864001则W=K?
10002=0.0580.08864001.51000(采用机械清渣)/d=0.27式中:
3/s设计流量,mQ-333污水),取0.1m0.01,粗格栅用小值,(m-W栅渣量/101细格栅用大值,中格栅用中值.取0.08K-污水流量总变化系数.2第二节调节沉淀池的设计计算一、设计说明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。
二、设计参数水力停留时间T=6h;333/s,/d=208m/h=0.058m设计流量Q=5000m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CODBODSS(mg/l)进水水质20001010350)%去除率(7750出水水质(mg/l)1860939.3175三、设计计算:
2.2调节沉淀池的设计计算草图见下图005002500055进水0008240001000图2.2调节沉淀池设计计算草图池子尺寸
(一)池子有效容积为:
36=1248mV=QT=208h=2m有效水深其中超高0.5m,取池子总高度H=2.5m,3则池面积A=V/h=1248/2=624mB=20mL=35m,池宽取池长取2.520H=35B则池子总尺寸为L理论上每日的污泥量
(二)W=)/1000(1-0.97)Q*(C-C10式中:
3/d设计流量,mQ-mg/L-进水悬浮物浓度,C0mg/L出水悬浮物浓度,-C1%-P污泥含水率,03/dW=5000*(350-175)/(1000*1000(1-0.97)=29.2m(三)污泥斗尺寸60,污泥斗倾角取500500取斗底尺寸为则污泥斗的高度为:
h=(5-0.2)tg602=8.3136m122)+aa(+aa污泥斗的容积V=h2121223122)0.205+0.5+20=8.3136(33=1136.88mVW符合设计要求,采用机械泵吸泥总(四)进水布置进水起端两侧设进水堰,堰长为池长2/3UASB反应器的设计计算第三节一、设计说明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。
二、设计参数
(一)参数选取设计参数选取如下:
3d);Nv)6.0kgCOD/(m容积负荷(污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD;3/kgCOD0.5m产气率
(二)设计水质表2.2UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)1860939.3175%去除率()759087(mg/l)出水水质46593.9322.75(三)设计水量333/s/h=0.058m/d=208m5000mQ三、设计计算
(一)反应器容积计算SQ0UASB有效容积:
V有效Nv式中:
3/smQ-设计流量,S-进水COD含量,mg/l03d)容积负荷,kgCOD/(mN-vV1.860/6.05000有效3=1550m将UASB设计成圆形池子,布水均匀,处理效果好32/(mq0.8mh)取水力负荷Q2=260m则A=208/0.8qVh=6.0m1550/260A采用4座相同的UASB反应器A2=65mA=则260/414A41/21=D=65/3.14)(4p=9.1m取D=9.5m则实际横截面积为1122A=D=3.149.52442=70.85m实际表面水力负荷为q=Q/A170.85)208/(4=0.731.0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:
3/h208/4=52m
(2)设计计算布水系统设计计算草图见下图2.3:
049603640032UASB布水系统设计计算草图图2.3:
圆环直径计算:
每个孔口服务面积为12236/pDa=1.97m423m之间,符合设计要求a在11812个,最外围设可设3个圆环,最里面的圆环设6个孔口,中间设个孔口6个孔口设计1)内圈2S61服务面积:
.97=11.82m1折合为服务圆的直径为:
S41/21=11.82/3.14)(4p=3.9m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:
2dp11S=124S21则d1p1/211.82/3.14)(2=2.7m2)中圈12个孔口设计2=121.97=23.64m服务面积:
S2折合成服务圆直径为:
4(S+S)21p1/2=(11.82+23.64)/3.14)(4=6.72m中间圆环直径计算如下:
1122)-dS(6.722242则d=5.49m23)外圈18个孔口设计2=181.97=35.46m服务面积:
S3折合成服务圈直径为:
4(S+S+S)321p=9.50m外圆环的直径d计算如下:
31122(9.50-d)=S3342则d8.23m3(三)三相分离器设计:
2.4三相分离器设计计算草图见下图1h2h5hFC3DEhHI4hB050Abbb211图2.4UASB三相分离器设计计算草图设计说明
(1)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。
沉淀区的设计
(2)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:
1.0m/h1)沉淀区水力表面负荷使污泥不致积聚,尽快落入反应区内。
)2沉淀器斜壁角度设为50,2m/h)进入沉淀区前,沉淀槽底逢隙的流速31.5m)总沉淀水深应大于42h1.55)水力停留时间介于如果以上条件均能满足,则可达到良好的分离效果50沉淀器(集气罩)斜壁倾角沉淀区面积为:
222=70.85m9.5=1/43.14DA=1/4表面水力负荷为:
q=Q/A=70.85)=0.731.0208/(4符合设计要求。
(3)回流缝设计取h=0.3m,h=0.5m,h=1.5m321如图2.4所示:
b=h/tg31式中:
b-下三角集气罩底水平宽度,m;1-下三角集气罩斜面的水平夹角;h下三角集气罩的垂直高度,m;-31.5b=150tg=1.26mb6.98m=9.5-21.26=2式计下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速V可用下1算:
V=Q/S111式中:
3Q反应器中废水流量,-m/h;12S下三角形集气罩回流逢面积,m;-12/4)6.98V=(208/4)/(3.141=1.36m/h2m/h,V符合设计要求1上下三角形集气罩之间回流逢中流速(V)可用下式计算:
2V/S=Q,212式中:
3/h反应器中废水流量,m;Q-12-S上三角形集气罩回流逢之间面积,m;2CD=1.4m,取回流逢宽上集气罩下底宽CF=7.8mDH=CD则sin50=1.07mDE=2DH+CF1.07+7.8=2=9.94mS(CF+DE)CD/2=22=39.0m则V2=Q/S21=208/(439.0)=1.33m/hV净水的,故取=0.02g/cms由斯托克斯工式可得气体上升速度为:
gr2dr)(r-V=bg118m-32)/(180.020.959.81(1.03-1.2100.01)(=0.266cm/s=9.58m/hV=V=1.33m/h2aVBCb=9.58/1.33=7.20,则:
=2.18/0.64=3.41ABVaVBCb,故满足设计要求。
ABVa(四)出水系统设计采用锯齿形出水槽,槽宽0.2m,槽高0.2m(五)排泥系统设计-3产泥量为:
18600.750.1500010=697.5kgMLSS/d每日产泥量697.5kgMLSS/d,则每个USAB日产泥量174.38kgMLSS/d,可用150mm排泥管,每天排泥一次。
(六)理论上每日的污泥量W=)/1000(1-0.97)Q*(C-C10式中:
3/d设计流量,mQ-C-进水悬浮物浓度,mg/L0C-出水悬浮物浓度,mg/L1P-污泥含水率,%03/dW=5000*(175-22.75)/(1000*1000(1-0.98)=38.06m(七)产气量计算-33/d=3487.5m.55000100.75每日产气量:
18600SBR反应器的设计计算一、设计说明经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6个SBR反应池,每个池子的运行周期为6h二、设计参数
(一)参数选取
(1)污泥负荷率Ns取值为0.13kgBOD/(kgMLSSd)5
(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=6进水时间:
T/N=6/6=1h反应时间:
3.0h静沉时间:
1.0h排水时间:
0.5h(5)周期进水量QT3/s6)=208.3m=Q=(50006)/(24024N
(二)设计水量水质333/s/d=208m设计水量为:
Q=5000m/h=0.058m设计水质见下表2.3:
反应器进出水水质指2.3SBR表水质指标0007CODBODSSNH4-NTP水质进水(mg/l)46593.9322.750406去除率(%)959565052质水出水(mg/l)23.254.77.96三、设计计算
(一)反应池有效容积nQS00V=1XNs式中:
n-反应器一天内周期数3/s周期进水量,mQ-0S-进水BOD含量,mg/l0X-污泥浓度,mgMLSS/LN-污泥负荷率sV=(4208.3187.86)/(30000.13)13=401.3m
(二)反应池最小水量3=401.3-208.3=193mV=V-Q0min1(三)反应池中污泥体积663401.3/10V/10=120.39m=1003000Vx=SVIMLSS1VVx,合格min(四)校核周期进水量周期进水量应满足下式:
6)V(1-MLSSMLSS/10Q06)401.3=(1-1003000/103=280.91m33故符合设计要求而Q=208.3m280.91m0(五)确定单座反应池的尺寸5.5m,总高为0.5m,则SBR5.0m,SBR有效水深取超高2401.3/5=80.26m的面积为SBR1:
SBR的长:
宽=2设13m.;池长为:
6.5m的池宽为:
SBR则SBR反应池的最低水位为:
193/(6.513)=2.28mSBR反应池污泥高度为:
120.39/(6.513)=1.42m2.28-1.42=0.86m可见,SBR最低水位与污泥位之间的距离为0.86m,大于0.5m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:
O=aQ(S-S)+bXvVe20式中:
a-微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率,kg3/dmQ-污水设计流量,S-进水BOD含量,mg/l0S-出水BOD含量,mg/leb-微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧率,kgXv-单位曝气池容积内的挥发性悬浮3)量,kg/m固体(MLVSS;出水S=9.393mg/L取a=0.5,b=0.15e3Xv=fX=0.753000=2250mg/L=2.25kg/m;3401.3=2407.8mV=6=6V1代入数据可得:
2407.82.255000(187.86-9.393)/1000+0.15O=0.52/d=1258.8kgO2供氧速率为:
/24R=O2/h=1258.8/24=52.45kgO2供气量的计算
(2),淹没深度为4.7m型曝气器,曝气口安装在距池底0.3m高处,采用SX-1。
计算温度取25该曝气器的性能参数为:
/kWh;,Ea=8%Ep=2kgO221-3m;服务面积3/h个;20-25m供氧能力查表知氧在水中饱和容解度为:
C=9.17mg/L,C=8.38mg/Ls(25)s(20)扩散器出口处绝对压力为:
3=+9.810HPP0b534.7+9.810=1.013105pa=1.4710空气离开反应池时氧的百分比为:
21(1-E)AO=t79+21(1-E)A21(1-0.08)=79+21(1-0.08)=19.65%反应池中容解氧的饱和度为:
5)+Ot/42)10C=C(Pb/(2.026s(25)sb(25)55+19.65/42)1010/2.026=8.38(1.47=10.0mg/L5)+Ot/42)10=C(Pb/(2.026Cs(20)sb(20)5)+Ot/42)10=9.17(Pb/(2.026=10.9mg/L取=0.85,=0.95,C=2,=1,20时,脱氧清水的充氧量为:
(25-20)1.24-C)R=RC/a(brCsb(25)sb(20)051.24(0.9510.0-2)=28.8610.9/0.85=43.8kgO/h2供气量为:
Gs=R/0.3Ea0=43.8/(0.30.08)3/h=1826m3/min=30.43m(3)布气系统的计算反应池的平面面积为:
26=507m36.51.02,则需507/1.7=299个。
每个扩散器的服务面积取1.7m取299个扩散器,每个池子需50个。
布气系统设计如下图2.5:
图2.5SBR反应气布气系统设计草图空气管路系统计算(4)池的隔墙上设一根SBR的平面图,布置空气管道,在相邻的两个按SBR条配气竖管。
对配气竖管,共10干管,共五根干管,在每根干管上设5则每根配气竖管的供气量为:
18263h/m=365.2550个空气扩散器本设计每个SBR池内有则每个空气扩散器的配气量为:
18263h36.52m/=50选择一条从鼓风机房开始的最远最长管路作为计算管路,在空气流量变化处设计算节点。
空气管道内的空气流速的选定为:
15m/s;干支管为10;4通向空气扩散器的竖管、小支管为5m/s根据通过的空气量和相应的流确空气干管和支管以及配气竖管的管径,定。
空气管路的局部阻力损失,根据配件类型按下式12Lo=55.5KDlm式中:
管道的当量长度,-0D-管径,mK-长度换算系数,按管件类型不同确定折算成当量长度损失,并计算出管道的计算长度(m),l+ll003/minm,根据空气管的管径D(mm),空气量空气管路的沿程阻力损失,计算温度和曝气池水深,得空气管道系统的总压力损失为:
96.219.8)+hhS(210.943kpa空气扩散器的压力损失为5.0kpa,则总压力损失为:
0.9435.05.943kpa为安全起,设计取值为9.8kpa33p=(5-0.3)9.810+9.810则空压机所需压力=56kpa3/minGs=37.64m又由此条件可选择罗茨RME-20型鼓风机转速1170r/min,配套电机功率为75kw(七)理论上每日的污泥量W=)/1000(1-0.97)Q*(C-C10式中:
3/d设计流量,mQ-C-进水悬浮物浓度,mg/L0C-出水悬浮物浓度,mg/L1P-污泥含水率,%03/dW=5000*(22.75-7.96)/(1000*1000(1-0.98)=3.7m(八)污泥产量计算选取a=0.6,b=0.075,则污泥产量为:
x=aQSr-bVXv=0.65000(187.86-9.393)/1000-0.0752407.82.25=129kgMLVSS/d第三章污泥部分各处理构筑物设计与计算第一节重力浓缩池的设计计算一、设计说明为方便污泥的后续处理机械脱水,减小机械脱水中污泥的混凝剂用量以及机械脱水设备的容量,需对污泥进行浓缩处理,以降低污泥的含水率。
本设计采用间歇式重力浓缩池,运行时,应先排除浓缩池中的上清液,腾出池容,再投入待浓缩的污泥,为此应在浓缩池深度方向的不同高度上设上清液排除管。
二、设计参数
(一)设计泥量啤酒废水处理过程产生的污泥来自以下几部分:
3/d,含水率97%=29.2m;Q
(1)调节池,13/d,含水率98%=38.06m;
(2)UASB反应器,Q23/d,含水率98%;(3)SBR反应器,Q=3.7m3总污泥量为:
3/d=70.96m+Q+QQ=Q321平均含水率为:
97%(29.2/70.96)+98%(38.06/70.96)+98%(3.7/70.96)=97.6%
(二)参数选取3d35kg/mM一般为10固体负荷(固体通量)33d=1.25kg/mh;取M=30kg/mT=24h;浓缩时间取3;设计污泥量Q=71m/d;浓缩后污泥含水率为96%3/d)71=42.6m100-96/100-97.6(浓缩后污泥体积:
V1=()(三、设计计算
(一)池子边长根据要求,浓缩池的设计横断面面积应满足:
AQc/M式中:
3/d;入流污泥量,mQ-3d;M-固体通量,kg/m3。
入流固体浓度kg/mC-入流固体浓度(C)的计算如下:
W+WW321CQQQ321=1000(1-97%)=876kg/dQW11=1000(1-98%)=761.2kg/dQW33=1000(1-98%)=74kg/dQW44那么,Qc=+=1711.2kg/d=71.3kg/hWWW3123C=1711.2/71=24.1kg/m浓缩后污泥浓度为:
3=1711.2/42.6=40.2kg/mC1浓缩池的横断面积为:
224.1/30=57.04mA=Qc/M=71设计三座正方形浓缩池,则每座边长为B=7.6m27.6=57.76m取B=7.6m,则实际面积A=7.6
(二)池子高度停留时间,取HRT=24hhh=1.5m则有效高度取=1.3m,22h=0.5m超高,取1h=0.5m缓冲区高,取3Hhhh=2.5m+池壁高=3112(三)污泥斗污泥斗下锥体边长取0.5m,高度取7m.(四)总高度H=2.5+7=9.5m:
3.1设计计算草图见下图500图3.1污泥浓缩池设计计算草图第二节机械脱水间的设计计算一、设计说明污泥经浓缩后,尚有96%的含水率,体积仍很大,为了综合利用和最终处置,需对污泥作脱水处理。
拟采用带式压滤机使污泥脱水,它有如下脱水特点:
(1)滤带能够回转,脱水效率高
(2)噪声小,能源节省(3)附属设备少,维修方便,但必须正确使用有机高分子混凝剂,形成大而强度高的絮凝。
带式过滤脱水工艺流程见下图3.2:
高压冲洗水污泥污泥贮泥池滤料泵带式压滤机稀释水给水计量泵混凝剂制备罐空压机图3.2带式压滤脱水工艺流程图二、设计参数3。
;含水率为设计泥量Q=42.6m96%/d三、设计计算处理后的,主机功率1.5kw,据设计泥量带式压滤机采用PFM-1000型,带宽1m3小时设计。
/h,按每天工作780%,处理能力为8m875污泥含水率为18002000外形尺寸:
长宽高=4500第三节污水提升泵房的设计与计算一、设计说明污水泵房用于提升污水厂的污水,以保证污水能在后续处理构筑物内畅通的流动,它由机器间、集水池、
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