计算书

重庆工商大学环境工程课程设计 啤酒废水处理工程设计

一、设计原始资料

某啤酒厂啤酒工业废水处理工程设计。废水主要来自麦芽车间（浸麦废水），糖化车间（糖化，过滤洗涤废水），发酵车间（发酵罐洗涤，过滤洗涤废水），灌装车间（洗瓶，灭菌废水及瓶子破碎流出的啤酒）以及生产用冷却废水等，要求进行该工厂啤酒废水处理工程的设计，使废水经过处理后实现达标排放。

设计处理水量规模：1000 m3/d，流量波动不大

设计进水水质：BOD5为1000mg/L,CODcr为2200mg/L,SS为400mg/L,PH为6-9。

出水水质排放标准：BOD5≤30mg/L,CODcr≤150mg/L,SS≤60mg/L。

二、工艺简介

浓缩池 污泥脱水间 泥饼 出水 沉淀池 废水 格栅 提升泵 调节池 沼气 鼓风UASB反应器 生物接触氧化池

图1.1啤酒废水处理工艺流程图

工艺简介如下： 1、UASB反应器

UASB是升流式厌氧污泥床反应器废水厌氧生物处理技术的简称。UASB反

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应器是集有机物去除及泥（生物体）、水（废水）和气（沼气）三相分离于一体的集成化废水处理工艺，起工艺的突出特征是反应器中可培养形成沉降性能良好的颗粒污泥、形成污泥浓度极高的污泥床，使其具有容积负荷高，污泥截留效果好，反应器结构紧凑等一系列优良的运行特征。 2、生物接触氧化池

生物接触氧化法是在生物接触氧化池内装填一定数量的填料，利用栖附在填料上的生物膜和充分供应的氧气,通过生物氧化作用,将废水中的有机物氧化分解,达到净化目的。在可生化条件下，不论应用于工业废水还是养殖污水、生活污水的处理，都取得了良好的经济效益。该工艺因具有高效节能、占地面积小、耐冲击负荷、运行管理方便等特点而被广泛应用于各行各业的污水处理系统。 3、污泥处置

各构筑物产生的污泥通过污泥管道进入污泥浓缩池，再通过板式压滤机将污泥脱水，然后将污泥外运处置。

构筑物设计和计算

在构筑物设计和计算中，参数的选择主要依据为《给排水设计手册》、《环境工程设计手册》和《废水生物处理工程设计实例详解》（阮文权主编）。

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；

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栅前水深 h=0.4m； 过栅流速v=0.5m/s； 安装倾角α=60°；

设计流量Q=1000m3

/d=0.0116m3

/s

三、设计计算

h2Hh11hhhH1B1B1B11500Htg110002图1.1 格栅设计计算草图 1、栅条间隙数(n)

n?Qsinαdhv

式中：

Q ------------- 设计流量，m3/s

α------------- 格栅倾角，度 d ------------- 栅条间隙，m h ------------- 栅前水深，m v ------------- 过栅流速，m/s

n?0.012?sin60?

0.01?0.4?0.5 =5.6

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取n=6条 2、栅槽有效宽度(B)

设计采用φ20圆钢为栅条,即s=0.02m B=s(n-1)+dn 式中：

s -------------- 格条宽度，m n -------------- 格栅间隙数 d-------------- 栅条间隙，m B=0.02×(6-1)+0.01×6 =0.16m

为方便清渣，栅槽宽度取为1m。 3、进水渠道渐宽部分长度(l1)

设进水渠道内流速为0.4m/s,则进水渠道宽B1=0.075m, 渐宽部分展开角取为20°

则lB?B1=12?tg20?

式中：

B-------------- 栅槽宽度，m B1-------------- 进水渠道宽度，m a1-------------- 进水渠展开角，度 l1=

1.0?0.0752?tg20?

=0.167m

4、栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（l2）

l2= l1/2=0.167/2 =0.083m 5、过栅水头损失（h1）

取k=3, β=1.79(栅条断面为圆形)，v=0.5m/s

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hv21 = k.ξ2gsinα , ξ?β(s/d)4/3 式中：

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

4h1.79?(0.021=3?0.01)3?sin20 =0.15m 6、栅槽总高度(H)

取栅前渠道超高h2=0.3m 栅前槽高H1=h+h2=0.7m 则总高度H=h+h1+h2

=0.4+0.15+0.3

=0.85m

7、栅槽总长度(L)

L=lH1+l2+0.5+1.0+

1tg60? =0.167+0.083+0.5+1.0+

0.7tg60? =2.154m 8、每日栅渣量(W)

取W 1=0.08m3/千立方米污水K2=1.1（污水总变化系数） 则W=Q?W1?86400K

2?1000式中：

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Q ----------- 设计流量，m3/s

W1 ---------- 栅渣量(m3/千立方米污水)，取0.1～0.01,粗格栅

用小值，细格栅用大值，中格栅用中值

W=

0.0116?0.08?86400

1.1?1000 =0.07 m3/d(可采用人工清渣)

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=10h;设计流量Q=1000m3/d=41.67m3/h=0.0116m3/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 进水水质(mg/l) 去除率（%） 出水水质(mg/l)

COD 2200 0 2200 BOD 1000 0 1000 SS 400 50% 200 第（6）页 共34页

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三、设计计算

调节沉淀池的设计计算草图见下图2.2：

1、 池子尺寸

池子有效容积为：

V=QT=41.67×10=416.7m3

取池子总高度H=5.5m,其中超高0.5m,有效水深h=5m

则池面积A=V/h=416.7/5=83.33m3 池长取L=12m,池宽取B=7m

则池子总尺寸为L×B×H=12×7×5.5

2、理论上每日的污泥量

W=Q(C0?C1)1000(1?P

0)式中：

Q ------------ 设计流量，m3/d C0 ------------ 进水悬浮物浓度，kg/m3 C1 ------------ 出水悬浮物浓度，kg/m3

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P0 ------------ 污泥含水率，取为98%

W=

1000?(400?200)1 ?1000?(1?98%)1000 =10m3/d

3、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°

=4.529m

1 污泥斗的容积V泥= h2（a12+a1a2+a22）

31 =×4.592×(72+7×0.4+0.42)

3 =79.5m3

V泥>W符合设计要求，采用机械泵吸泥

4、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

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。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程经验，三相分离器应满足以下几点要求：

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；

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沉淀区四壁倾斜角度应在45°～60°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≤2m/h； 总沉淀水深应≥1.5m； 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。

二、设计参数

1、参数选取

设计参数选取如下：

容积负荷（Nv）4.0kgCOD/(m3·d)；

污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD；

产气率0.35m3/kgCOD

2、设计水质

表3.1 UASB反应器进出水水质指标 水质指标 进水水质(mg/l) 去除率（%） 出水水质(mg/l)

3、设计水量

Q＝1000m3/d=41.7m3/h=0.0116m3/s

COD 2200 82 400 BOD 1000 80 200 SS 200 40 120 第（9）页 共34页

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三、设计计算

（一）反应器容积计算

1、UASB有效容积：V有效＝

式中：

Q ------------- 设计流量，m3/s C0 ------------- 进水COD含量,mg/l C1 ------------- 出水COD含量,mg/l Nv ------------- 容积负荷,kgCOD/(m3·d)

V有效＝

0.0116?(2200?400)

4.0Q(C0?C1) NV=450m3

2、设计反应器有效高度h为5m， 则横截面积

S=V有效/h （ ㎡）=450/5=90㎡

3、设池长L约为池宽B的2倍，L为13m，B为7m。一般应用时反应器装置液量为0.7-0.9，所以设计反应器总高H=6.5m，其中超高0.5m。

则池子总尺寸为L×B×H=13×7×6.5 4、反应器的总容积

V总=13×7×6=546m3

5、则体积有效系数为V有效/V总=82.4% 6、水力停留时间(HRT)t(h)

t= 450/1000×24=10.8h

（二）进水分配系统的设计

1、因为所取容积负荷为4.0kgCOD/(m3.d), 所以每个点的布水负荷面积大于等于2㎡。

本次设计池中共设置32个布水点，则每点的负荷面积为Si=S/n（㎡）

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Si=90/32=2.81㎡

2、配水体统形式：

本次设计使用U形孔管配水，一管多空式。为配水均匀，配水管中心距可采取1.0-2.0m.，出水孔孔距也可采用1.0-2.0m，孔径一般为10-20mm，常采用15mm，空口向下或与垂线呈45°方向，每个出水孔的服务面积一般为2-4㎡。配水飞、管中心距池底一般为20-25㎝。为了使穿孔管各孔出水均匀，要求出口流速不小于2m/s。

进水总管管径取100㎜，流速约为1.7m/s。反应器中设置4根Ф80㎜的U形管，每两根之间的中心距为1.44m，每根管上有8个配水孔，孔距为1.4m，孔径采用15㎜，每个孔的服务面积1.44×1.4=2.016（㎡），孔口向下并与垂线呈45°。

共设置布水孔32个，出水速u选为2.05m/s.，则孔径：

d=

4Q4?41.7?=0.015

3600nπu3600?32?3.14?2.05本工程中设计布水管离UASB反应器底部200㎜。 3、上升水流速度和气流速度

本次设计中，常温下容积负荷Nv=4.0kgCOD/(m3.d)，沼气产率r=0.35m3/kgCOD。

若采用厌氧消化污泥接种，需满足空塔水流速度Uk≤1.0m/h,空塔沼气上升速度Ug≤1.0m/h。

若采用颗粒污泥接种，水流速度可以提高至1m/h≤Uk≤4.0m/h。 这里按消化污泥接种计算，则 空塔水流速度

Uk=Q/S=41.7/90m/h=0.46m/h<1.0m/h,符合要求。 空塔气流速度

Ug=Q×C0×η×r/S=41.7×2.2×0.82×0.35/90m/h=0.29m/h<1.0m/h,符合要求。 η为COD去除率，取82%。

（三）三相分离器的设计

1、沉淀区设计

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设表面负荷率q<1.0m3/(㎡.h)，停留时间t=1.5-2.0h，有效水深0.5-2.0m，出水堰负荷a<5.4m3/(㎡.h)。

沉淀区面积

A=BL=7×13=91㎡。

表面水力负荷

q=Q/A=41.7/91=0.458<1.0m3/(㎡.h)

2、气封与集气罩

图3.1 三相分离器设计草图

①、沉淀区设计

根据一般设计要求，水流在沉淀室内的表面负荷q＇<0.7m3/(m2.h)，沉淀室底部进水口表面负荷一般小于2.0m3/(m2.h)。

本工程设计中，与短边平行，沿长边布置2个集气罩，构成2个分离单元，则设置2个三相分离器。图3.1是单元三相分离器设计草图。

三相分离器长度B=7m，每个单元宽度b=L/2=13/2=6.5(m)。

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沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积，即91㎡。 沉淀区的表面负荷率：

q＇=Q/S=41.7/91=0.46m3/(m2.h)<0.7m3/(m2.h)

②、回流缝设计

如图3.1所示，设集气罩斜壁倾角α为50°。 h2取值范围一般在0.5-1.0m，h1一般取0.5m。 取 h1=0.5m h2=0.5m h3=2.4m

b1?h32.4??2.0(m) tanαtan50?b2?b?2b1=6.5-2×2.0=2.5(m)

式中 b1——下三角形集气罩底的宽度，m； h3——下三角形集气罩的垂直高度，m；

b2——相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离（即污泥回流缝之一），m； b——单元三相分离器的宽度，m。

下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速：

a1?nb2l=2×2.5×7㎡=35㎡ v1?Q=41.7/35m/h=1.2m/h a1式中 v1——下三角形集气罩之间污泥回流缝中混合液的上升流速，m/h； a1——下三角形集气罩回流缝的总面积，㎡； l——反应器的宽度，即三相分离器的长度B，m；

n——反应器的三相分离器的单元数。

为使回流缝水流稳定，固液分离效果良好，污泥能顺利回流，一般v1<2m/h。 上三角集气罩下端与下三角之间水平距离的回流缝的流速： 设b3=CF=0.8(m)

a2=2nb3l=2×2×0.8×7㎡=22.4㎡

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v2=

Q=41.7/22.4m/h=1.86m/h a2式中 v2——上三角集气罩下端与下三角集气罩斜面之间水平距离的回流缝中 水流的流速，m/h； a2——上三角集气罩回流缝的总面积，㎡； b3——上三角集气罩回流缝的宽度，m。

假定a2为控制断面Amin，一般其面积不低于反应器面积的20%，v2就是vmax。同时满足：v1

③、气液分离设计 由图3.1可知：

CE=CFsin50°=0.8×sin50°=0.61(m) CB=CE/sin40°=0.61/sin40°=0.95(m) EH=CEsin50°=0.61×sin50°=0.47(m)

取CM=4.5m

HG=(CM－b2)/2=(4.5-2.5)/2=0.25(m) EG=EH+HG=0.47+0.25=0.73(m) AE=EG/sin40=0.73/sin40= 1.14(m) BE=CE ×tan50°=0.61×tan50°=0.73(m) AB=AE－BE=1.14-0.73=0.41(m) DI=CD×sin50=AB ×sin50=0.41× sin50=0.31m h4=AD+DI=BC+DI=0.95+0.31=1.26(m) h5=1.0m

校对气液分离。如图3.1所示，假定气泡上升流速和水流速度不变，根据平行四边形法则，要使气泡分离不进入沉淀区的必要条件是：

沿AB方向水流速度：va?vbADBC?或。 vaABABQ41.7??2.44(m/h)

CE?B?2?N0.61?7?2?2式中 B——三相分离器长度；

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N——三相分离器数量。 气泡上升速度：vb?βg?（?1??g)?d2,????1 18μ式中 d——气泡直径，cm； ?1——液体密度，g/cm3； ?g——沼气密度，g/cm3； β——碰撞系数，取0.95；

μ——废水的动力黏滞系数，g/(cm.s)； ν——液体的运动黏滞系数，cm2/s。

设气泡直径d=0.01cm，常温20°下清水运动黏滞系数γ=1.01×10?2cm2/s，

?1=1.03g/cm3，?g=1.2×10?3g/cm3，β=0.95，则

清水动力粘度 μ＇﹦γ?1=1.01×10?2×1.03=1.04×10?2g/(cm.s)，由于废水动力黏滞系数值比净水大，取0.02g/(cm.s)。

vb?0.95?981?(1.03?1.2?10?3)?0.012=9.58(m/h)

18?0.02vv9.58BCBC0.95?11.01；则b???2.3；b?，可脱去d≥0.01cm的气

va0.87vaABAB0.41泡。

④、三相分离器与UASB高度设计

三相分离区的高度h=h2+h4+h5=0.5+1.26+1.0=2.76(m)

UASB总高H=6.5m,其中沉淀区高2.0m，污泥床高2.0m，悬浮区高2.5m。

（四）排泥系统的设计计算

1、UASB反应器中污泥总量的计算

本设计中，反应器最高液面为6.5m，其中沉淀区h1高2.0m，污泥浓度为

?1=0.5gSS/L；悬浮区h2高2.5m，污泥浓度?2=2.0gSS/L；污泥床h3高2.0m，污泥浓度?3=15.0gSS/L。则反应器内污泥总量

M?Sh1?1?Sh2?2?Sh3?3=91×(2.0×0.5+2.5×2.0+2.0×15.0)=3276(kgSS)

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2、BOD污泥负荷

污泥负荷表示反应器内单位质量的活性污泥在单位时间内承受的有机质质量。

FSBOD5Q(1.0?0.8)?1000???0.06kgBOD.d) 5/(kgSSMM32763、产泥量计算

一般情况下，每出去1kgCOD产生0.05-0.10kgVSS。本工程取X=0.07kgVSS/kgCOD,则产泥量为：

ΔX=XQSr=0.07×1000×2.2×0.82=126.28(kgSS/d)

式中 Q——设计处理量，m3/d；

Sr——去除的COD浓度，kgCOD/m3。

据资料，小试条件下，啤酒废水VSS/SS=0.91，但不同试验规模下VSS/SS是不同的，因为规模越大，被处理的废水含无机杂质越多，因此取VSS/SS=0.75。则

ΔX＇=126.28/0.75=168.38(kgSS/d)

污泥含水率P为98%，因此含水率大于95%，取?s=1000kg/m3，则污泥产量为

?X'168.38QS???8.42(m3/d)

?s(1?P)1000?(1?98%)4、污泥的泥龄计算 污泥龄?c?M3276??25.9d ?X126.285、排泥系统设计

在三相分离器下0.5m处设置4个排泥口，排空时由污泥泵从排泥管强排，进水管也可兼做排泥管。

UASB反应器每3个月排泥一次，污泥排入集泥池，再由污泥泵送入污泥浓缩池。排泥管选DN150的钢管，排泥总管选用DN200的钢管。

（五）出水系统的设计

为保持出水均匀，沉淀区的出水系统通常采用出水渠，一般每个单元三相分离器沉淀区设一条出水渠，而出水渠每隔一定距离设三角出水堰。

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1、出水槽设计

池中设有2个单元三相分离器，出水槽共有2条，槽宽bc=0.2m。 反应器流量q=1000m3/d=0.0116m3/s 设出水槽槽口附近水流速度vc=0.3m/s，则 槽口附近水深hc?出水槽坡度为0.01。

出水槽溢流堰共有4条，每条长7m。

设计90°三角堰，堰高0.05m，堰口宽0.1m，则堰口水面宽b＇=0.05m。 UASB处理水量为11.6L/s，溢流负荷为1-2L/(m.s)，设计溢流负荷为f=1.16L/(m.s),则

堰上水面总长L=q/f=11.6/1.16=10(m)。 三角堰数量n三角堰?L10则每条溢流三角堰数量为200/4=50??200(个)，

b'0.05q0.0116??0.193(m)，取槽口附近水深hc为0.25m，vcbc0.3?0.2个，共50个100mm的堰口，50个100mm的间隙。

堰上水头校核 每个堰出流率为q'?式q′=1.43h2.5,则

堰上水头为：

q'0.45.8?10?50.4h?()?()?0.0175(m)

1.431.43qn三角堰?0.01165?5.8?10?（m3/s)，按90°三角堰计算公2002、出水渠设计计算

UASB反应器沿长边设一条矩形出水渠，2条出水槽的出流流至此出水渠，出水渠保持水平，出水由一个出水口排出。

出水渠宽取0.4m，坡度0.01。设出水渠渠口附近水流速度为0.3m/s，则 渠口附近水深=

0.0116?0.097(m)

0.3?0.4以出水槽槽口为基准计算，则出水渠渠深:0.25+0.097=0.347(m)≈0.35(m)。 出水渠的水直接进入生物接触氧化池。

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3、出水管设计计算

UASB反应器排水量为11.6L/s，选用D=100mm钢管排水，充满度为0.6。 管内水流速度：v?0.0116?0.62(m/s)。 23.14?0.1?0.6（六）沼气收集系统的设计计算

1、沼气产量

沼气主要产生于厌氧阶段，设计产气产率r=0.35m3/kgCOD。 ①产气量

G=rQC0E=0.35×1000×2.2×0.82=631.4(m3/d) ②集气管

每个集气罩的沼气用一根集气管收集，共有2根集气管。 每根集气管内最大气流量=

631.4?3.7?10?3(m3/s)。

24?3600?2据资料，集气室沼气出气最小直径d=100mm，取100mm。

③沼气主管 2根集气管先汇入沼气主管。采用钢管，沼气主管管道坡度为0.5%。

沼气主管内最大气流量q=

G631.4==7.3?10?3(m3/s)。 8640086400aπd2v主管直径与沼气流量的关系式为：q?

4式中，a为充满度，取为0.6，沼气主管直径D=150mm。则流速v为0.69(m/s)。

2、水封罐设计

水封罐的作用是控制 三相分离器的集气室中气液两相的界面高度，保证集气室出气管在反应器运行过程中不被淹没，运行稳定并将沼气即使排出反应器，以防止浮渣堵塞等问题发生。经验表明，水封罐中冷凝水将有积累，因此在水封罐中有一个排出冷凝水的出口，以保持罐中的水位。

水封高度取1.0米，水封罐面积一般为进气管面积的四倍，则水封罐面积

112S水封罐?πd沼气?4??3.14?0.152?4?0.07(m2)，水封罐直径取0.3m，水封罐44高度为1.5m，进气管，出气管各一根，D=150mm，进水管，放空管各一根，D=50mm。

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3、气水分离器

气水分离器起到对沼气干燥的作用，选用Φ500mm×H1800mm钢制气水分离器一个，气水分离器中预装钢丝填料，在气水分离器前设置过滤器以净化沼气，在分离器出去管上装设流量计及压力表。

4、沼气柜容积确定

由上述计算可知该处理站日产沼气631.4m3，则沼气柜容积应为3h产气量的体积来确定，即V沼气柜?qt?(631.4)?3?78.925(m3)。 24设计选用300钢板水槽内导轨湿式贮气柜，尺寸Φ5000mm×H5000mm。

（七）UASB的其他设计考虑

1、取样管设计

在池壁高度方向设置若干个取样管，用以采取反应器内的污泥样，以随时掌握污泥在高度方向的浓度分布情况。在距反应器底1.1-1.2m位置，沿着池壁高度上设置取样管4根，沿着反应器高度方向各管相距0.8m，水平方向各管相距1.75m,。取样管选用D=100mm钢管，取样口设置于距地面1.1m处，配球阀取样。

2、检修

①入口 为便于检修，在UASB反应器距地坪1.0m处设置Φ600mm人孔一个。 ②通风 为防治部分容重过大的沼气在UASB反应器内聚集，影响检修和发生危险，检修时可向UASB反应器中通入压缩空气，因此在UASB一侧预埋压缩空气管（由鼓风机房引来）。

③采光 为保证检修时采光，除采用临时灯光外，不设UASB顶盖。 3、防腐措施

厌氧反应器腐蚀比较严重的地方是反应器上部，此处无论是钢材或水泥都会被破坏，因此，UASB反应器应重点进行顶部的防腐处理。在水面以下，溶解的二氧化碳会发生腐蚀，水泥中的氧化钙会因为碳酸的存在而溶解。沉降斜面也会腐蚀，为了延长反应器的使用寿命，反应器的防腐措施是必不可少的。本设计中，反应器上部2m以上池壁用玻璃钢防腐，三相分离器所有裸露的碳钢部位用玻璃钢防腐。

4、给排水

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在UASB反应器布置区设置一根D=32mm供水管供补水、冲洗及排空时使用。 5、通行

在反应器顶上设置钢架、钢板行走平台，并连接上台楼梯。 6、安全要求

① UASB反应器所有电器设施，包括泵、阀、灯等一律采用防爆设备。 ② 禁止明火火种进入该布置区域，动火操作应远离该去沼气柜。 ③ 保持该区良好的通风。

第四节 生物接触氧化池

一、设计说明

生物接触氧化法是生物膜法德一种形式，接触氧化池内设有填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长于填料表面，部分则呈絮状悬浮于水中，因此它兼有活性污泥法和生物滤池两者的特点。

由于填料的比表面积大，池内的充氧条件较好，生物接触氧化池内单位容积的生物固体量都高于活性污泥法曝气池及生物滤池，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷。

二、设计参数

1、设计水质

表4.1 生物接触氧化池进出水水质指标 水质指标 进水水质(mg/l) 去除率（%） 出水水质(mg/l)

2、设计水量

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COD 400 88 50 BOD 200 95 10 SS 120 50 60

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Q＝1000m3/d=41.7m3/h=0.0116m3/s

三、设计计算

（一）接触氧化池尺寸

1、 有效容积 V?QS0E'1000?0.2?0.

N?955?380(m3)v0.式中 S0——进水BOD浓度，g/L；

Nv——有机负荷率，取0.5kgBOD/(m3.d)。 2、 反应池总面积

A?V?3803?126.7(m2 H)式中 H——填料高度，一般为3.0m。

设计接触氧化池两座，每池6格。 3、 单池面积

f=A/N=126.7/2=63.35(m2)

4、 单格面积

a=f/n=63.4/6=10.5(m2)

5、 池平面尺寸

设计格长3.5m，格宽10.5/3.5=3.0m；单格尺寸3.5m×3.0m。 6、 池深

H0?H?h1?h2?(m?1)h3?h4=3.0+0.5+0.4+0.25×(2-1)+1.0=5.15(m)

式中 h1——超高，取0.5m；

h2——填料层上水深，取0.4m； h3——上下填料层间距，取0.25m； m——填料层数，2层；

h4——填料至底部高度，取1.0m。

7、 停留时间

t?V380Q?41 =9.1(h) .7第（21）页 共34页

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（二）供气系统

采用在填料下直接曝气方式，曝气充氧的扩散装置采用多孔管。管设在距池底0.7m处，孔径取 Φ5.0mm，孔在管的两侧交错排列。

1、 需氧量

Oa?aQ(S0?Se)?bXV

式中 a——去除每1kgCOD的需氧量，kgO2/kgCOD(a=0.75kgO2/kgCOD)； S0,Se——进、出水BOD浓度，kg/m3； Q——进水量，m3/d；

b——微生物自身氧化系数，kgO2/kgMISS(b=0.12kgO2/kgMISS)； X——MISS浓度，kg/m3(X=2kg/m3)； V——池容积，m3。

Oa=0.75×1000×(0.2-0.01)+0.12×2×380=233.(kg/d)=9.7375(kg/h)。 差得水中溶解氧饱和度分别为Cs(20)=9.17mg/L，Cs(30)=7.63mg/L。 2、 气出口处的绝对压力(Pb)

Pb=1.013×105+9.8×4.4×103=1.444×105(Pa)

氧转化效率（E）为10%,则空气离开曝气池时氧的百分比为：

Qt?21(1?E)?100%?19.3%

79?21(1?E)温度为20℃时，氧化池中的溶解氧饱和度为9.17mg/L，池中的平均溶解氧饱和度为7.63mg/L。

温度为20℃时，脱氧清水的充氧量为：

R0?RtCs(20)?(??Cs(30)?CL)?1.024(T?30)?9.7375?9.17=18.1kg/h

0.8?1.024(30?20)?(0.9?1.0?7.63?2)式中 α——氧转移折算系数（一般为0.8-0.85，取0.8）； β——氧溶解折算系数（一般为0.9-0.97，取0.9）；

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ρ——密度，1.0kg/L；

CL——废水中实际溶解氧浓度，mg/L（一般为2mg/L）； Rt——需氧量Oa=9.7375kg/h。 3、 供气量

Qa?R018.1??603.3(m3/h) 0.3E0.3?0.1Qa603.3=301.7(m3/h) ?224、 每池所需空气量

'Qa? 5、 每单元格所需空气量

'Qa301.7=50.3(m3/h) Q??66'ai每格有多孔管3根，长3.5m，管中间距1.5m，孔距100mm，每管有出气孔35个。

6、 每根支管所需空气量

'Qai50.3=16.8(m3/h) qa??n3 7、 孔口空气流速

v?4qa4?16.8=6.8(m/s) ?3600?d2n3600?3.14?0.0052?358、 充气管管径

设空气干管流速V=10m/s，支管流速v=5m/s，则 ①干管直径 D?4Qa4?301.7=0.103(m),取100mm ?3600?V3600?3.14?10校核：

V?4Qa4?301.7??10.7(m/s) 223600?D3600?3.14?0.1②支管直径

d?4qa4?16.8?=0.034(m),取40mm

3600?v3600?3.14?5校核：

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v?4qa4?16.8??3.7(m/s)

3600?d23600?3.14?0.042（三）布水系统

采用导流2廊道，设进水流速va=0.2m/s，进水管径D=150mm。

每单元格各有一导流廊道，沿着单元格的长边，长3.5m，宽0.5m。导流墙高4.7m，距池底0.5m。

（四）出水系统

出水采用过水孔，与导流廊道相对在另一边长，设出口流速vb=0.2m/s。 1、 过水孔所需面积

41.7Q2 S?i?=0.02896（m2） vb3600?0.2充满度为0.6，则S'?2、 过水孔尺寸

S0.02896=0.048（m2） ?0.60.6

每单格有过水孔3个，孔中心间距0.9m。

S'0.048?孔宽b=0.2m,孔高h?=0.08(m),取0.1m。 bn0.2?3过水孔尺寸0.2m×0.1m。 3、 水流方式

水从过水孔流入下一单元格的导流廊道，整个反应池呈推流式，如图4-1中箭头方向。

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4、 引水渠

格3和格4间有引水渠，渠有效深度0.05m,实际渠深H=0.05+0.25+0.05=0.35(m),渠长7.6m，从格3外侧第一孔到格4外侧最后一孔，如图4-1所示。具体尺寸：7.6m×0.3m×0.35m。

5、 出水渠

格6过水孔外侧有出水渠，宽0.4m，设流速0.2m/s，则有效水深

41.7Qh?i?3600?2=0.07(m)

vb0.2?0.4则实际槽深0.07+0.5=0.57(m)，槽坡度为0.01，长3.5m。 具体结构尺寸：4m×0.4m×0.57m。

（五）其他

接触氧化池加上导流廊道、引水渠、出水渠等构筑物部分，单座反应池的实际尺寸：15m×8m×5.15m,钢筋混凝土结构。每池配曝气系统，半软性填料及支架一套。2座接触氧化池相连建造，共用鼓风设备。

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第五节 沉淀池的设计计算

一、设计说明

生物接触氧化池的二沉池进水中悬浮物（污泥）主要由脱落的生物膜组成，浓度较低，一般为150-250mg/L，细碎质轻，呈絮片状，沉降性能差，所以采用竖流式沉淀池，排泥方便，管理简单，占地面积小，便于建造。

二、设计参数

1、设计水质

表5.1 生物接触氧化池进出水水质指标 水质指标 进水水质(mg/l) 去除率（%） 出水水质(mg/l)

2、设计水量

Q＝1000m3/d=41.7m3/h=0.0116m3/s

COD 50 0 50 BOD 10 0 10 SS 60 50 30 三、设计计算

1、中心管面积f

f?Q0.0116?=0.58(m2) v00.02式中 Q——池中最大流量，m3/s；

v0——中心管内流速，m/s，一般≤0.03，取0.02。 2、中心管直径d0

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d0?4f??4?0.58=0.86(m) 3.143、中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度h3

h3?Q0.0116=0.16(m) ?v1?d10.02?3.14?1.16式中 v1——污水由中心管喇叭口与反射板之间的缝隙流出速度，m/s，取0.02； d1——喇叭口直径，m，d1=1.35d0=1.35×0.86=1.16(m)。

4、沉淀部分有效断面积

设表面水力负荷q'=1.06m3/(m2.h),上升流速一般为0.25-0.30mm/s，则v=0.30mm/s。

A?Q0.0116=38.7(m2)≈39(m2) ?v0.0003式中 v——污水在沉淀池中的流速，m/s； A——沉淀部分有效断面积，m2。

5、沉淀池边长a

a=A?f?39?0.58=6.3(m) 6、沉淀部分的有效水深h2 设沉淀时间t=2.0h。

h2=3600vt=3600×0.0003×2=2.16(m)

a6.3??2.9?3,符合要求。 h22.167、校核集水槽出水堰负荷q0

q0=

Q0.0116?1000=0.6(L/s)<2.9(L/s) ??a3.14?6.38、沉淀部分所需总容积

Q(C1?C2)T?86400?1001000?(60?30)?10?6?4?86400?100V??=6(m3)

?S(100?P)1?(100?98)?24?3600式中 V——沉淀部分所需总容积，m3；

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C1——进水悬浮物浓度，t/m3，60×10?6t/m3； C2——出水悬浮物浓度，t/m3，30×10?6t/m3； ?s——污泥的密度，t/m3，其值约为1； P——污泥含水率，%，取为98%； T——排泥周期，d，4d。

9、圆截锥部分体积

设圆锥体下底直径a'为1.2m，污泥斗倾角55°，则 污泥室圆截锥部分高度

aa'h5?(?)tan55。=(3.15-0.6)×tan55°=3.64(m)

22圆截椎部分容积

aaaah5?{()2?.?()2}3.64?3.14?(3.152?3.15?0.6?0.62)2222=46.4(m3) V1??33''10、沉淀池总高度H

超高h1不少于0.3m，取0.3m；缓冲层高h4采用0.3-0.5m，取0.3m，则

H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+2.16+0.16+0.3+3.64=6.56(m)。 11、其他

沉淀池进水管直径D=250mm，出水管直径D=200mm。设置排泥管，放空管各一根，排泥管D=200mm，放空管D=300mm，排渣系统一套（浮渣漏斗，排渣管，出渣井和出渣管）。配置潜污水泵一台，每4天排泥一次。

第六节 泵站设计

一、设计说明

该泵设置于格栅之后，在调节池进水前，泵房采用半地下式形式，污水泵轴

线标高-4.515m，污水泵提升流量按平均流量计算。污水泵自灌运行，自动启动，

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并于总出水管上设置流量计。

二、污水泵设计计算

1、污水泵扬程H

H=H1+H2+H3+H4

式中 H1——污水泵吸水管水头损失，m;

H2——污水泵出水管水头损失，m;

H3——集水池最低水位与调节池水位之差，m; H4——集水池本身水头损失。

①H1计算

取吸水管DN200mm，管长3.0m，查水力计算表得：v=1.3m/s,Q=19L/s, i=0.02,则吸水管沿程水头损失 hi=3.0×0.02=0.06m吸水管局部阻力系数：进口0.45，闸阀0.2，渐缩管0.16，

v21.32?(0.45?0.2?0.16)??0.07m 则 hf =??2g2g故H1=hi +hf =0.13m

②H2计算

总出水管DN200mm,管长15.0m，查水力计算表得：v=1.3m/s,Q=19L/s ， i =0.02,则吸水管沿程水头损失 hi=15×0.02=0.30m；出水管局部阻力系数：渐放管为0.03，弯头5个为0.63，闸阀为0.2，止回阀为7.0，丁字管为1.5，闸阀为0.2，蝶阀为0.2，流量计为0.3，合计局部阻力系数为12.6，则局部阻力损失为

v21.32?12.6??1.09m hj =??2g2gH2= hi+ hj=0.30m+1.09m=1.39m

③H3计算

泵房水位为-4.515m，调节池水位为5.927m，则两者间水位之差H3=6.778-(-4.515)=10.442m。

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③H4计算

集水池本身水头损失取为0.4m。

总水头损失H=H1+H2+H3+H4=0.13m+1.39m+10.442m+0.4m=12.362m 2、污水泵的选用

选用IS65-50-125污水泵两台，一用一备.污水泵的性能为Q：15-25m3/h, H：10-20m,N：3Kw，n：2900r/min,?：58%?68%, W：38kg。

第七节 高程布置

一、布置原则

1、尽可能利用地形坡度，使废水按处理流程在构筑物之间能自流，尽量减少提升次数和水泵所需扬程。

2、协调好站区平面布置与各单体埋深，以避免工程投资增大、施工困难和废水多次提升。

3、注意废水流量和污泥流程的配合，尽量减少提升高度。

4、协调好单体构造设计与构筑物埋深，便于正常排放，又利于检修排空。

二、高程计算

高程计算中，管道的沿程水头损失按重力流计算，局部水头损失按流速水头的倍数计算.堰上水头按有关堰流公式计算。构筑物的集水槽均为平底，且为均匀集水，自由跌落流出，故按以下公式计算：

B?0.9Q0.4h0?1.25B

式中 Q——集水槽设计流量，为确保安全，对设计流量在乘以1.2-1.5的安全系数，m3/s;

B——集水槽宽，ｍ； ｈo——集水槽起端水深，m.

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30

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?h??iL???v2管道水头损失按下面公式计算：hf?hw2g（m）

式中 hf——沿程水头损失，m； Hw——局部水头损失，m； i——单位管长的水头损失； L——连接管段长度，m；

?——局部阻力系数，查设计手册； g——重力加速度，㎡/s； v——连接管中流速，m/s.

对于本工程，i的取值有三种情况：

①DN?250mm时,Q为0.019m3/s, n?0.012;

A??24D?0.049m2,V?QRA?0.0190.049?0.39m/s,R?D4?0.0625,

21v?1R3i2由 n 得

?2??2i????nv??0.012?0.39??2???2??0.00088.?R3????0.06253??

②DN?200mm时,Q为0.019m3/s, n?0.012;

A??4D2?0.0314m2,V?QRA?0.0190.0314?0.61m/s,R?D4?0.05,

21v?1R3i2由 n 得

??2?2i???nv??0.012?0.61???2???2??0.0029?R3????0.053??

③DN?100mm时,Q为0.0095m3/s, n?0.012;

A??4D2?0.00785m2,V?QRA?0.00950.00785?1.21m/s,R?D4?0.025,

第（31）页 共34页

31

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1v?R3i2n由 得

?????0.012?1.21??nv?i??2????0.0013.2??3????R??0.0253?

22211、构筑物之间连接管道计算（如下表所示）

处理构筑物之间连接管渠水力计算表

管渠设计参数 设计点 管渠名称 设计流量 尺寸D(mm) h/D 编号 1—2 2—3 3—4 4—5 5—6 6—7 7—8 8—9 出厂管入 灌溉渠 出厂管 沉淀池 出水管 配水井 出水管 接触氧化池 出水管 配水井 出水管 UASB 出水管 配水井 出水管 (L/s) 或B×H(m) h(mm) v(m/s) 0.61 0.39 1.21 1.21 1.21 1.21 1.21 32

水深 流 速 i 长度l(m) 19 19 19 9.5 9.5 9.5 9.5 9.5 250 200 250 100 100 100 100 100 50 5 4 15 4 10 4 第（32）页 共34页

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9—10

调节池 出水管 19 19 200 0.61 5 2、各构筑物的具体高程

所有高程均以厂区地面平均高度为相对高程,河道水位相对地面高度为-2.0m。

灌溉渠道（点1）水位 -2.0 排水总管（点2）水位

跌水0.5m -1.5 沉淀池出水口水位

沿程损失=iL?0.00088?5?0.0044m

局部损失=5×0.3922g?0.0078m 合计 0.012m -1.488 沉淀池最高水位 配水井水位

沿程损失=0.0013×4=0.005m

局部损失=4?1.2122g?0.3m 沉淀池本身水头损失=0.400m

合计 0.705m 接触氧池水位

沿程损失=0.0013×15=0.019m

局部损失=15?1.2122g?1.12m 沉淀池本身水头损失=0.400m

合计 1.539m 第（33）页 共34页

相对高程m 0.505 1.210 2.749

33

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配水井水位

沿程损失=0.0013×4=0.005m

1.212局部损失=4??0.3m

2g接触氧化池本身水头损失=0.400m

合计 0.705m 3.454 UASB水位

沿程损失=0.0013×10=0.013m

局部损失=10?1.2122g?0.422m 配水井本身水头损失=0.400m

合计 0.835m 配水井水位

沿程损失=0.0013×4=0.005m

局部损失=4?1.2122g?0.3m UASB本身水头损失=0.500m

合计 0.805m 调节池水位

沿程损失=0.0029×5=0.0145m

局部损失=5?0.6122g?0.418m 配水井本身水头损失=0.400m

合计 0.833m

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4.289 5.094 5.927 34

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