水污染控制工程课程设计

《水污染控制工程》

课程设计报告

题系

目 部

某淀粉厂废水处理厂设计

环境科学与工程学院

专业班级 组

指导教师

员

柴天

设计时间 2014-2015学年第二学期16-17周

二OO五年 06月 24日

小组任务分配

共同完成部分： 1、设计任务书

2、工艺方法的选择等主要整体步骤 ：

1、格栅槽的设计（包括格栅的设计、分馏格栅槽布置、调节沉淀池的设计（包括设计说明、设计计算

2、UASB设计计算（包括设计说明、UASB反应器工艺构造设计计算、布水系统的设计计算、出水渠设计计算、排泥管的设计计算、UASB排水管设计计算、沼气管路系统设计计算、UASB的其他设计）

3、一次污水泵设计（包括设计说明、污水泵设置、污水泵计算） 4、二次污水泵设计（包括设计说明、污水泵设计计算） 5、平面图绘制 ：

1、预曝沉淀池设计（包括设计说明、曝气沉淀池工艺构造计算、曝气装置设计计算、沉淀池出水渠计算、排泥、进水配水）

2、SBR设计计算（包括设计计算说明、SBR反应池容积计算、SBR反应池运行时间与水位控制、排水口高度和排水管管径、排泥量及排泥系统、需氧量及曝气系统设计计算）

3、鼓风机房设计（包括供风量、供风风压、鼓风机的选择、鼓风机房布置） 4、剖面图绘制 5、PPT制作 ：

1、污泥处理设计（包括产泥量、污泥处理方式、集泥井容积计算、集泥井排泥泵） 2、污泥浓缩池设计计算（包括设计说明、容积计算、工艺构造尺寸、排水和排泥、污泥脱水系统设计、污泥贮柜、污泥脱水机房） 3、主要构筑物参数 4、整体设计整合 5、高程图绘制

目 录

1. 设计任务书........................................................... 6

1.1 设计目的 ........................................................ 6 1.2 设计任务及内容 .................................................. 6 1.3 设计背景及资料 .................................................. 6

1.3.1设计背景 ................................................... 7 1.3.2 设计依据................................................... 7 1.3.3 处理后出水水质要求......................................... 8 1.4 污水水指标 ...................................................... 8 2. 工艺流程的设计及说明................................................. 8

2.1 工艺流程的选择与确定 ............................................ 8

2.1.1 常规二级处理工艺........................................... 8 2.1.2 工艺方案选择.............................................. 10 2.1.3 厌氧处理工艺比较与选择.................................... 10 2.1.4 好氧处理工艺比较与选择.................................... 12 2.2 工艺流程说明 ................................................... 13 3．处理构筑物的设计计算................................................ 14

3.1分流格栅槽的设计................................................ 14

3.1.1 格栅的设计................................................ 14 3.1.2 分馏格栅槽布置............................................ 15 3.2 调节池的设计 ................................................... 15

3.2.1 设计说明.................................................. 15 3.2.2 设计计算.................................................. 16 3.3 一次污水泵设计计算 ............................................. 16

3.3.1 设计说明.................................................. 16 3.3.2 污水泵设置................................................ 16 3.3.3 污水泵计算................................................ 16 3.4 UASB设计计算................................................... 18

3.4.1 设计说明.................................................. 18

3.4.2 UASB反应器工艺构造设计计算 ............................... 18 3.4.3 布水系统的设计计算........................................ 23 3.4.4 出水渠设计计算............................................ 25 3.4.5 UASB排水管设计计算 ....................................... 26 3.4.6 排泥管的设计计算.......................................... 27 3.4.7 沼气管路系统设计计算...................................... 27 3.4.8 UASB的其他设计 ........................................... 30 3.5 二次污水提升泵设计计算 ......................................... 31

3.5.1 设计说明.................................................. 31 3.5.2 污水泵设计计算............................................ 31 3.6 预曝气沉淀池设计计算 ........................................... 33

3.6.1 设计说明.................................................. 33 3.6.2 曝气沉淀池工艺构造计算.................................... 33 3.6.3 曝气装置设计计算.......................................... 34 3.6.4 沉淀池出水渠计算.......................................... 35 3.6.5 排泥...................................................... 36 3.6.6 进水配水.................................................. 36 3.7 SBR反应池设计计算.............................................. 36

3.7.1 设计计算说明.............................................. 36 3.7.2 SBR反应池容积计算 ........................................ 37 3.7.3 SBR反应池运行时间与水位控制 .............................. 37 3.7.4 排水口高度和排水管管径.................................... 38 3.7.5 排泥量及排泥系统.......................................... 38 3.7.6 需氧量及曝气系统设计计算.................................. 39 3.8 鼓风机房设计 ................................................... 42

3.8.1供风量 .................................................... 42 3.8.2 供风风压.................................................. 43 3.8.3 鼓风机的选择.............................................. 43 3.8.4 鼓风机房布置.............................................. 43

3.9 污泥处理系统 ................................................... 43

3.9.1 产泥量.................................................... 43 3.9.2 污泥处理方式.............................................. 44 3.9.3 集泥井容积计算............................................ 44 3.9.4 集泥井排泥泵.............................................. 44 3.10 污泥浓缩池设计计算 ............................................ 44

3.10.1 设计说明................................................. 44 3.10.2 容积计算................................................. 45 3.10.3 工艺构造尺寸............................................. 45 3.10.4 排水和排泥............................................... 45 3.11 污泥脱水系统设计 .............................................. 45

3.11.1 污泥贮柜................................................. 45 3.11.2 污泥脱水机房............................................. 46

4 污水处理站平面布置和高程布置......................................... 47

4.1 构筑物和建筑物主要设计参数 ..................................... 47 4.2 污水处理站平面布置 ............................................. 49

4.2.1 布置原则.................................................. 49 4.2.2 管线设计.................................................. 49 4.2.3 平面布置特点.............................................. 50 4.3 污水处理站高程布置 ............................................. 50 5.参考文献............................................................. 51

1.设计任务书

1.1 设计目的

课程设计是环境科学专业教学计划中的一个重要的实践性教学环节。通过工程设计，综合运用和深化所学理论知识；学会调查研究、收集设计资料，根据工程要求和设计规范选择、制定设计方案，并利用标准图集和设计手册等完成设计任务；进一步提高设计计算、绘图、编制工程预算，编写设计说明书和计算书及使用计算机技能；培养独立分析和解决一般工程实际问题的能力，使学生受到工程师的基本训练。通过本设计，使学生巩固和加深对水污染控制工程的基本理论和基本概念的理解，掌握水处理处理厂（站）的设计计算要点。使学生初步具有水处理处理厂（站）的设计能力。

1.2 设计任务及内容

拟新建某淀粉厂废水处理厂一座，

（1）收集相关资料，确定废水水量水质及其变化特征和处理要求； （2）对废水处理工艺进行分析比较，提出适宜的处理工艺方案和工艺流程； （3）结合水质水量特征，确定各处理构筑物的型式；

（4）进行全面的处理工艺设计计算，确定各构筑物尺寸构造和设备选型； （5）进行厂区平面布置及水力高程计算；

本次课设为某淀粉厂废水处理厂设计，规模为2300m3/d。

根据某淀粉厂排放的废水特点及提供的占地面积，本设计方案通过UASB工艺， SBR工艺,稳定、经济技术合理且具有良好除氮除磷功能的处理工艺，保证废水达到国家《污水综合排放标准》（GB25461－2010）一级标准，同时使投资、占地面积、运行管理度达到最佳设置。

1.3 设计背景及资料

1.3.1设计背景

食品工业是以粮食和农副产品为主要原料的加工工业。这类行业用水量大，废水排放量也大，尤其以淀粉工业废水的排放量占首位。我国淀粉行业有600多家企业。在国内，每生产1m3淀粉就要产生10～20m3废水，有的甚至更多。废水中主要含有淀粉、糖类、蛋白质、废酸和废碱等污染物，随生产工艺的不同，废水中的 COD浓度在2000～20000mg/l之间。这些淀粉废水若不经过处理直接排放，其水中所含有的有机物，进入水体后迅速消耗水中的溶解氧，造成水体缺氧而影响鱼类和其他水生动物的生存，同时废水中悬浮物易在厌氧条件下分解产生臭气，恶化水质。 1.3.2 设计依据

(1) 废水水量及水质：

废水水量：2300m3/d=26.62L/s,Kz=1.88

3Q?0.02662?1.88?0.05m/s maxCOD=9500mg/L BOD5=4500mg/L SS=350mg/L pH：5~6 水温30oC

(2) 气象水文资料： 风向：春季：南风（东南） 夏季：南风（东南、西南） 秋季：南风、北风 冬季：西北风

气温：年平均气温：7~8 oC 最高气温：34 oC 最低气温：-10 oC

冻土深度：60cm 地下水位：4-5m 地震裂度：6级

地基承载力：各层均在120kPa以上 （3）拟建污水处理厂的场地：

为80×30平方米的平坦地，位于主厂区的南方。生产车间排水经管道自流到污水厂边的集水池（V=50m3，池底较污水厂地平面低4.00m）。处理水排水管的管底标高比主厂区低5米。

1.3.3 处理后出水水质要求

处理后水质要求： COD≤100mg/L BOD5≤20mg/L SS≤70mg/L pH：6~9 1.4 污水水指标

表1-1污水水质指标

指标

废水进水水质（mg/L） 出水水质（mg/L） 处理程度(%)

BOD5 4500 20 99.6

CODcr 9500 100 98.9

SS 350 70 80

TN - - -

NH3-N - - -

TP - - -

pH 5-6 6-9 /

2. 工艺流程的设计及说明

2.1 工艺流程的选择与确定

2.1.1 常规二级处理工艺

根据我国现行《室外排水设计规范》(GBJl4—87)，污水处理厂的处理效率见下表。

表2-1 污水处理厂的处理效率表

处理级别 一级 二级 处理方法 沉淀法 生物膜法 活性污泥法 主要工艺 沉淀 初次沉淀、生物膜法、二次沉淀 初次沉淀、曝气、二次沉淀 处理效率(%) SS 40—50 60—90 70—95 BOD5 20—30 65—90 65—95 从上表可见，二级活性污泥法的处理效率最高。但活性污泥法有多种运行方式，现将各种运行方法做一比较，见下表。

表2-2 活性污泥法工艺比较

方法 优点 BOD去除率高达90-95% 工作稳定 传统活性污泥法 构造简单 维护方便 构造简单维护方便 吸附再生活性污泥法 具有抗冲击负荷能力 运行费用较低 抗冲击负荷能力强 构造较复杂 完全混合活性污泥法 运行费用较低 污泥易膨胀 占地不多投资省 设备维修工作量大 BOD去除率95%以上 悬浮性BOD低有较高脱氮效果 氧化沟法 系统简单管理方便 产泥少且稳定性好 无须设置调节池 SVI值较低，污泥易于沉间歇式活性污泥法 淀不产生污泥膨胀现象 可以进行脱氮和除磷 曝气装置容易堵塞 机废水的污水厂 运行操作比较烦琐 高浓度可生化有运行费用较高 小型污水厂 曝气池占地多投资高 有脱氮要求的中小型污水厂 污水浓度高的中抗冲击能力较差 运行费用较高 BOD去除率80-90% 剩余污泥量大且稳定性较差 BOD去除率80-90% 悬浮性有机物含量高的大中型污水厂 中型污水厂 缺点 占地大投资高 产泥多且稳定性差 出水要求高的大适用对象 2.1.2 工艺方案选择

本项目污水处理的特点：污水的BOD/COD=0.474，大于0.45，可生化性好，污水的各项指标都比较高，含有大量有机物，非常有利于生物处理。废水中主要以有机物为主，该污水含有淀粉、糖类、有机酸等溶解性有机物，并不含有害物质，该污水的BOD5 和CODcr的含量均很高，出水要求也高，均达到98%以上。

根据水质情况及同行业废水治理现状，技术水平，该废水采用厌氧与好氧相结合的方法来处理，因为水量变化较大，废水首先经过调节沉淀池，调节水量；然后经过厌氧处理装置，大大降低进水有机负荷，获得能源—沼气，并使出水达到好氧处理可接受的浓度，再进行好氧处理，最后经过混凝沉淀池进一步去除氮磷后达标排放。 2.1.3 厌氧处理工艺比较与选择

近年来，厌氧处理技术得到很快发展，常用的先进技术有厌氧接触工艺、厌氧生物滤池、上流式厌氧污泥床。

厌氧接触工艺 ：厌氧接触工艺是在传统的完全混合反应器（Complete Stirred Tank Reactor，简写作CSTR）的基础上发展而来的，在一个厌氧的完全混合反应器后增加了污泥分离和回流装置，从而使污泥停留时间（SRT）大于水力停留时间（HRT），有效的增加了反应器中的污泥浓度。

厌氧接触工艺用于高浓度有机污水，为了强化有机物与池内厌氧污泥的充分接触，必须连续搅拌；同时为了提高处理效率，必须连续进水排水。但这样会造成厌氧污泥的大量流失，因此反应器后要串联沉淀池将厌氧污泥沉淀并回流至厌氧反应器。

厌氧接触工艺存在以下缺点：

①负荷较低，在沉淀池中的固液分离较为困难；

②受污泥浓度的制约，在高的有机负荷下，厌氧接触工艺也会产生类似好氧活性污泥的污泥膨胀问题。

③厌氧接触工艺系统较为复杂，反应器需要搅拌装置，运转设备多，管理比较复杂。

厌氧生物滤池：是密封的水池，池内放置填料，污水从池底进入，从池顶排出。

微生物附着生长在滤料上，平均停留时间可长达100d左右。其主优点是：处理能力较高；滤池内可以保持很高的生物浓度；不需另设泥水分离设备，出水SS较低；设备简单、操作方便等。一般要求SS＜200mg/L。而该污水的进水SS高达434mg/L，因此，不适用此方法。

上流式厌氧污泥床反应器（UASB）： 上流式厌氧污泥床反应器（UASB）是一种高效的生物处理装置。在反应器底部装有厌氧污泥，污水反应器底部进入，在穿过污泥层时进行有机物与微生物的接触。产生的生物气附着在污泥颗粒上，使其悬浮于污水，形成下密上疏的悬浮污泥层。气泡聚集变大脱离污泥颗粒而上升，能起一定的搅拌作用。有些污泥颗粒被附着的气泡带到上层，撞在三相分离器上使气泡脱离，污泥固体又沉降到污泥层，部分进入澄清区的微小悬浮固体也由于静沉作用而被截留下来，滑落到反应器内。

UASB反应器运行的三个重要前提是：

①反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥；②由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用；③设计合理的三相分离器，使沉降性能良好的污泥能保留在反应器内。

UASB反应器存在以下问题：

① 需要性能优良的气、液、固三相分离器保证其出水水质，由此也造成构造的复杂化，并占去了一定的容积。

② UASB反应器抗冲击负荷能力低，当进水的浓度低或SS高时会导致污泥大量流失，影响出水水质。

表2-3 多种厌氧处理方法比较表

综合以上分析，结合该工程的实际情况，本工程污水厌氧处理装置采用上流式厌氧污泥床反应器（UASB）。 2.1.4 好氧处理工艺比较与选择

有机污水经厌氧处理之后，有机物浓度大大降低，出水的BOD5/ COD也降低，污水的可生化性也大大降低。因此，宜采用好氧处理。由于UASB对氮和磷几乎没有去处理率，所以后面的好氧处理工艺的主要作用是去除氮和磷。

近年有许多可以去除氮和磷的好氧处理工艺技术，主要有A2O工艺、UCT工艺、SBR工艺等多种工艺。这三种工艺的优缺点如下表：

表2-4 常用生物脱氮除磷工艺性能特点

工艺名称 优点 缺点 回流污泥含有硝酸盐进入厌氧区，对除磷效果有影响；脱氮受内回流比影响；聚磷菌和反硝化菌都需要易降解有机物； 操作较为复杂； 需增加附加回流系统； 同时脱氮除磷时操作复杂； 设计过程复杂； 维护要求高，运行对自动控制依赖性强； 同时脱氮除磷； 反硝化过程为消化提供碱； A2O工艺 反硝化过程同时去除有机物； 污泥沉降性能好； UCT工艺 减少了进入厌氧区的硝酸盐量，提高了除磷效率；对有机物浓度偏低的污水，除磷效果有所改善；脱氮效果好； 间歇运行，每一阶段都有优势菌存在；污泥不断内循环，排泥量少，五个阶段都在一个池内进行，省去了沉淀池和污泥回流设施，投资和占地少； SBR工艺 通过以上对比，结合该污水的数据资料，最终选择SBR工艺。

2.2 工艺流程说明

该淀粉厂生产废水处理工艺流程如图1-1所示。

对该处理工艺流程作以下说明：

①废水通过格栅截留大颗粒有机物和漂浮物，由于截污量较小，采用人工清渣方式。雨季或生产不正常时排出雨水或事故废水，通过分流格栅槽中溢流口闸板控制。 ②一次污水提升泵，设置集水井，污水泵设置地面上露天放置（考虑环境气温不低于-3℃），污水泵配套引水筒。

图2-1 淀粉废水处理工艺图

泥饼外运 脱水机房 浓缩池 污泥提升泵 集泥井 出水 SBR 原污水 分流格栅槽 污水提升泵 调节沉淀池 预曝沉淀池 UASB 污水提升泵 ③调节沉淀池在调节水量的同时，去除一部分格栅无法截留的悬浮颗粒有机物，如玉米碎粒、玉米皮、泥砂等。该池采用半地下式结构，便于沉淀物的排除。

④二次污水提升泵泵房为地下式泵房，自灌启动，直接从调节池吸水，泵房出水干管上设置流量计。为保证UASB运行所需水温，在污水泵吸水井中设置蒸汽管，直接加热污水，并在水泵出水总管上设置水温自控装置，冬季污水温度偏低时，通过加热维持在24~26℃左右。

⑤UASB为主要的生化处理装置，全钢结构，地上式，考虑保温。沼气部分，设计水封罐、气水分离器。

⑥预曝沉淀池，要改变厌氧出水的溶解氧含量，沉淀去除UASB出水带来的悬浮污泥。该池为地上式，钢筋混凝土结构。

⑦SBR池为半地下式，钢筋混凝土结构，运行中采用自动控制。处理出水排入市政污水管。

3．处理构筑物的设计计算

3.1分流格栅槽的设计

3.1.1 格栅的设计

（1）设计说明：格栅主要是拦截废水中的较大颗粒和漂浮物，以确保后续处理的顺利进行。该厂处理站仅处理生产废水，尽管SS含量不低，但较大漂浮物及较大颗粒少，格栅拦截的污染物不多，故选用人工清渣方式。栅条选圆钢，栅条宽度S=0.01m，栅条间隙b=0.02m。格栅安装倾角α=60°，便于除渣操作。 （2）设计计算

最大设计污水量Qmax=190m3/h=0.05m3/s 污水沟断面尺寸为300mm×450mm 设栅前水深h=0.3m，过栅流速v=1.0m/s 栅条间隙数 n?Qmaxsinx0.05?0si?n60??8.6取9。

bhv0.0?20.?30.9，

Qmaxsin60?0.05?sin60?实际过栅流速v v???0.86

bhn0.02?0.3?9栅槽宽度

26 B??S?n?1??bn?0.01?9???9??1?0.02?0.?m栅槽实取宽度B=0.3m，栅条10根。

进水渠道渐宽部位的长度L1 根据最优水力断面计算，进水渠道宽B1=0.2，取进水渠道渐宽部位的展开角度?1?20?，则进水渠道内的流速：

v1?Qmax0.05??0.83m/shB10.3?0.2,符合要求。

进水渠道渐宽部位的长度L1 为 L1?B?B10.2?60.2??0.08m2

2ta?n1?20.364圆形栅条阻力系数

?s??0.01? ??????1.79????0.71

?b??0.02?4343过栅水头损失

0.8261?sin??60?3 h2?0.7?2?9.810.m 0，6取950.07m。

取h1?0.3m

栅后槽总高度H?h?h1?h2?0.3?0.3?0.07?0.67m 格栅的总长度L

L?L1?L2?1.0?0.5?H10.0820.6?0.082??1.0?0.5??1.97mtan?2tan60?

3.1.2 分馏格栅槽布置

在原污水沟上格栅入口下侧设闸板1#（300mm×500mm），污水站正常运行时，污水由闸板截流进入污水站。污水站发生事故时，格栅前闸板（300mm×500mm）关闭，1#闸板打开，污水分流。

格栅槽总长度=闸板段长度+栅条段长度+渣水分离器筛段长度 =0.5+0.4+1.1=2.0m

3.2 调节池的设计

3.2.1 设计说明

根据生产废水排放规律，后续处理构筑物对水质水量稳定性的要求，调节池停留时间取8.0h。调节池采用半地下式，便于利用一次提升的水头，并便于污泥重力排入集泥井，并有一定的保温作用，由于调节池内不安装工艺设备或管道，考虑土建结构可靠性高时故障少，只设一个调节池。 3.2.2 设计计算

调节池调节周期T=8.0h

调节池应有容积V?TQH?8?2300/24?8?95.83?766.67m3 调节池有效水深h有效=5.5m

调节池水面面积 A?V/h?766.67/5.5?139.4m2

m，则池总高 h?h1?h?6m 取池超高 h1?0.5调节池规格12m×12m×5.5m，V有效=12×12×5.5= 792 m3

3.3 一次污水泵设计计算

3.3.1 设计说明

一次污水泵从集水井中吸水压至调节池，污水泵设置于地面上，不能自灌，设置引水筒。 3.3.2 污水泵设置 集水池50m3

污水泵总提升能力按Qmax考虑，即Qmax=182.08m3/h，选三台泵，则每台流量为Qb=Qmax/3=60.69 m3/h，取61 m3/h。

选80WGF污水泵三台，另备用一台，单泵提升能力70.0 m3/h，扬程16.5m，电动机功率5.5kw，占地尺寸1100mm×500mm。

集水池池底较污水厂地平面低4.00m，平面尺寸5.0m×2.5m，安装三台80WGF污水泵于集水井一侧地面上，平均流量时相当于一用二备。 3.3.3 污水泵计算

（1）污水泵流量

Qb=Qmax/3=60.69m3/h 取61 m3/h （2）污水泵扬程

①污水泵吸水管水头损失（不记引水筒水头损失）

管径DN150，v=0.94m/s，i=0.011，L=3.0m 局部阻力系数：吸水管入口 ξ1=1.0 引水筒出口 ξ2=0.20 沿程阻力损失：hL1=iL=0.011×3=0.033m

v20.942局部阻力损失：hM1=??1??2???1.0?0.20??0.054m

2g2?9.81②引水筒出水管水头损失

管径DN125，v=1.36m/s，i=0.026，L=1.0m 局部阻力系数：引水筒出水管闸阀 ξ=0.10 沿程阻力损失：hL2=iL=0.026×1=0.026m

v21.362局部阻力损失：hM2=???0.10??0.009m

2g2?9.81③污水管出水管水头损失

管径N100，Q=60.69m3/h，v=2.1m/s，i=0.081，L=5.0m

D局部阻力系数：异径管DV80mm×100mm ξ1=0.03 止回阀DN100 mm ξ2=7.5 闸阀DN100 mm ξ3=0.2 90°弯头DN100 mm ξ4=0.6 沿程阻力损失：hL3=iL=0.081×5=0.41m 局部阻力损失：

v22.12 hM3=??1??2??3??4???0.03?7.5?0.2?0.6??1.87m

2g2?9.81

④污水泵管路总水头损失：

h1=ΣhL+ΣhM=(0.033+0.026+0.41)+(0.054+0.009+1.87)=2.402m

⑤污水泵的扬程 污水泵提升高度：h2=4m 出水管出水自由水头：h3=2.0m

则污水泵所需扬程H= h1+ h2+ h3=2.402+4+2.0=8.402m

3.4 UASB设计计算

3.4.1 设计说明

UASB反应器是有荷兰瓦赫宁根农业大学的G·Lettinga等人在20世纪70年代研制的。80年代以后，我国开始研究UASB在工业废水处理中的应用，90年代该工艺在处理工程中被广泛采用。

UASB一般包括进水配水区、反应区、三相分离区、气室等部分。UASB反应器的工艺基本出发点如下：

①为污泥絮凝提供有利的物理-化学条件，厌氧污泥即可获得并保持良好的沉淀性能；

②良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，能抵抗较强的冲击。较大的絮体具有良好的沉降性能，从而提高设备内的污泥浓度；

③通过在反应器内设置一个沉淀区，使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步絮凝和沉淀，然后回流入反应器。

UASB处理有机工业废水具有以下特点：

①污泥床污泥浓度高，平均污泥浓度可达20~40gVSS/L； ②有机负荷高，中温发酵时容积负荷可达8~12kgCOD/(m3·d)； ③反应器内无混合搅拌设备，无填料，维护管理较简单； ④系统较简单，不需另设沉淀池和污泥回流设施。

本工程所处理淀粉生产废水，属高浓度有机废水，生物降解性好，UASB反应器作为处理工艺的主题，拟按下列参数设计。

设计流量 2300m3/d，即95.83m3/h； 进水浓度 CODCr=9500mg/L 容积负荷：Nv=6.5kgCOD/(m3·d) 产气率：r=0.4 m3/COD 污泥产率：X=0.15kg/kgCOD 3.4.2 UASB反应器工艺构造设计计算

（1）UASB总容积计算 UASB总容积 V?QSr Nv式中 Q——设计处理流量，m3/d

Sr——去除的有机污染物浓度，kg/m3 Nv——容积负荷，kgCOD/(m3·d) 则 V?230?079?.488%?2717.9m3

选用四个池子，每个池子的体积为 Vi′=V/4=2717.9/4=679.5m3，取680m3 假定UASB体积有效系数90%，则每池的总容积为Vi =680/90%=755.6m3 若选用直径为φ7000mm的反应器4个 则其水力负荷约为

Q95.8395.83=0.6 m3/(m2·h)，基本符合要求。 ??22?D4?A??74?4若反应器总高为H=18.0m 反应器容积为Vi??D24?H???724?18?692.7m3

有效反应容积约为Vi′=692.7×90%=623.4 m3 （2）工艺构造设计

反应器内最重要的部件是三相分离器，用来进行气、液、固三相的分离（如图1-1），因此对UASB的工艺构造设计主要就是设计三相分离器，它的设计直接影响气、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。

污 泥 床 进水 悬 浮 污 泥 层 三相分离器 出水 沼气 图3-1 UASB工艺示意图

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： ① 沉淀四壁倾斜应在45°~60°之间；

② 沉淀区的表面水力负荷应在0.7m3/(m2·h)以下，进入沉淀区前，通过沉淀槽

底缝隙的流速不大于2.0m/h；

③ 分离器（两个或多个）间的空隙表面积应是反应器截面积的15%~20%； ④ 气体收集高度当反应器为5~7m时，应在1.5~2.0m之间； ⑤ 为使气体释放及便于去除浮渣，应保持足够液气接触面积； ⑥ 在出水前应设挡板；

⑦ 分离气体的挡板与分离器壁重叠20cm以上，以免出流气泡进入沉淀区； ⑧ 出气管直径应足够大，使气室中气体较易排出。

三相分离器设计须确定三相分离区数量，大小斜板尺寸、斜角和相互关系。 A.小斜板（反射锥）临界长度计算

反射锥临界长度计算公式（该公式的推导便是依据以上三相分离器的设计要求得出的）为：

AO??1??q/L?N?UP??r? sin?式中 q——通过缝隙的流量，m3/h；

L——回流缝隙长度，m； N——缝隙条数；

UP——气泡的上升速度，m/s； r——上斜板到器壁的距离，m； β——下斜板与器壁的夹角。 且式中UP由斯拖克斯公式计算： UP?Bg??l??g?dg2 18?式中 UP——气泡的上升速度，m/s；

B——气泡碰撞系数； g——重力加速度，m/s2； ρl——液体密度，kg/m3

ρg——气体密度，kg/m3 μ——液体动力粘度，kg/(m·s) dg——气泡直径，m。 且 μ=γρ1

式中 γ——液体的动力粘滞系数，m2/s

设 水温T=25℃，

气泡直径 dg=2×10-4m， 废水密度 ρl=1.02×103 kg/m3， 气体密度 ρg=1.15 kg/m3， 净水动力粘度 γ=8.9×10-7 m2/s 取 β=0.95 则净水动力粘度为：

μ′=γρl=8.9×10-7×1.02×103=9.078×10-4 kg /(m·s)

因处理对象为废水，μ比净水的μ′大，取其值为净水的2.5倍，则废水动力粘度为：

μ=μ′×2.5=2.27×10-3 kg /(m·s) 气泡在静止水中的上升速度为：

UP?Bg??l??g?dg2?0.95?9.8?31.02?103?1.15?2?10?418?18?2.27?10????2?9.3×10-3 m/s

单池处理水量为：

q=

95.831??6.66×10-3 m3/s 43600设计 回流缝数量 n=1， 宽度 r=0.6m，

下斜板倾角 α=54°，即β=36°

回流缝长度 L=(3.5-0.2-0.3) ×2×π=18.85m 下斜板临界长度：

AO??11?3?3?q/L?N?U?r?6.66?10/18.85?1?9.3?10?0.6???=1.02m ????P????sin?sin36?取小斜板长度L小=1.5AO′=1.6m，其水平L小水平=0.94m，垂直L小垂直=1.29m三相

分离器设计如图1-4所示。

图中D1=1.9m，D2=5.2m，D3=4.6m，α1=53.1°，α2=54.3° 大集气罩的收气面积占总面积的比例为

(7?2.4)2??A3/A??43% 符合要求 27??11沉淀区面积 S??(7?0.6)2???1.92?29.3（m2）

44沉淀区负荷为0.53m/h，符合要求。 回流缝的过水流速为：v?UASB设计结果：D=7.0m

H=15.0m

其中超高H1=0.3m 三相分离器高度H2=5.5m 反应区高H3=7.5m

反应器底污泥区高H4=1.7m 集气罩顶直径D1=1.9m 大斜板长L大=2.83m 倾角α2=54.3° 小斜板长L小=2.0m 倾角α1=53.1°

（3）脱气条件校核

如果水是静止得，则沼气将以Up=0.9～1.0cm/s的流速上升，可以进入气室中。但由于在三相分离器中，水是变相流动，因此沼气气泡不仅获得了水的加速，而且运动发生了方向改变。气泡进入气室，必须保证满足以下公式要求：

Up/v＞L2/L1

式中 Up——气泡垂直上升速度；

v——气泡实际缝隙流速； L2——回流缝垂直长度； L1——小斜板与大斜板重叠长度； 根据三分离器设计结果，得：

95.83/4?2.19（m/h） 符合要求

18.2?0.6UP/v?0.931??2.19?100???3600???15.29

1??L2/L1??0.6?tg53.1???5.2?4.6???tg53.1??2.0

2??可见Up/v＞＞L2/L1，满足脱气条件要求。 3.4.3 布水系统的设计计算

(1)设计说明

为了保证四个UASB反应器运行负荷的均匀，并减少污泥床内出现沟流短路等不利因素，设计良好的配水系统是很必要的，特别是在常温条件下运行或处理低浓度废水时，因有机物浓度低，产气量少，气体搅拌作用较差，此时对配水系统的设计要求高一些。

二次泵房出水，直接向四台UASB反应器供水，布水形式为两两分中。各台UASB反应器进水管上设置调节阀和流量计，以均衡流量。在UASB反应器内部采用适应圆池要求的环行布水器。

反应器布水点数量设置与处理流量、进水浓度、容积负荷等因素有关，本次设计拟每2～4m2设置一个布水点。

（2）设计计算

布水器设置16个布水点，每点负荷面积为

Si?116??4?D2?2.4（m2）

布水器环管一根，支管4根，环管上（即外圈）设12个布水点，支管上设4个布水点，布水点共16个。

按均匀布置原则，环管（外圈）环径5.6m，支管内圈环径为2.5m。 UASB反应器布水器中心管流量为

1qi?95.83?(m3/h)?0.00666(m3/s)

4 中心管流速为0.8m/s，则中心管管径为

d0?4qi?103mm，取d0=103mm。 ?v布水器支管均分流量为0.0017m3/s，支管内流速选为1.2 m/s，则管径计算为

d1=42.02mm，取d1=45 mm。

环管均分流量为12?0.00666?0.005 m3/s，环管流速假定为1.5 m/s，则环管管径16计算为0.065 mm，取环管管径d2=65 mm。

布水孔16个，流速选为1.5 m/s，孔径计算为0.023m，取孔径d3=25 mm。 布水器水头损失计算。尽管布水器为环状，但当运行稳定、不堵塞，且配水均匀条件下，可按枝状管网计算其水头损失。如图1-5所示。 图中q1=0.0017 m3/s q2=0.00125 m3/s q3=0.00083 m3/s q4=0.00042m3/s

相应管段的管径、流量、流速及水头损失如下

DN45 q=1.7L/s，v=1.07m/s，hL=300mm；

DN45 q=1.25L/s，v=0.79m/s，hL=200mm； DN65 q=1.25L/s，v=0.38m/s，hL=7.0mm； DN65 q=0.83L/s，v=0.25m/s，hL=6.6mm； DN65 q=0.42L/s，v=0.13m/s，hL=4.6mm；

合计水头损失为518.2 mm，加上局部损失，总水头损失约为770 mm。 （3）布水器配水压力计算

布水器配水压力H4按下列公式计算。

H4?h1?h2?h3

式中 h1——布水器配水时最大淹没水深，m；

h2——UASB反应器水头损失，m；

h3——布水器布水所需自由水头，m；

其中 h1=9.5mH2O

h2=0.8mH2O

h3=2.5mH2O

则 H4=12.8mH2O 3.4.4 出水渠设计计算

每个UASB反应器沿周边设一条环行出水渠，渠内侧设溢流堰，出水渠保持水平，出水由一个出水口排出。

（1）出水渠设计计算

环行出水渠在运行稳定，溢流堰出水均匀时，可假设为两侧支渠计算。 单个反应器流量6.66L/s，侧支渠流量为3.33 L/s。 根据均匀流计算公式 q?Ki K?WCR

C?116R n式中 q——渠中水流量，m3/s；

i——水力坡度，定为i=0.005； K——流量模段，m3/s； C——谢才系数；

W——过水断面面积，m2； R——水力半径，m；

n——粗糙度系数，钢取n =0.012。 计算得 K?q?3i?3.33?103

m/s0.0?05（0.04）7

假定渠宽b=0.15m,则有

W=0.15h X=2h+0.15

R=W/X=0.15h/(2h+0.15)

式中 h——渠中水深，m；

X——渠湿周，m。

1代入 K?W??R16?R12

n

1即 K?W??R23

n1?0.15h?则有 0.047?0.15h????

0.012?0.15?2h?解方程得：h=0.042(m)

可见渠宽b=0.15(m)，水深h=0.042(m) 则渠中水流流速约为

q3.33?10?3v???0.53(m/s)＞0.40m/s W0.15?0.04223符合明渠均匀流要求。 （2）溢流堰设计计算

每个UASB反应器处理水量6.66 L/s，溢流负荷为1～2 L/(m·s)。 设计溢流负荷取f=1.0 L/(m·s)，则堰上水面总长为

L?q6.66??6.66m f1设计90°三角堰，堰高H=40mm，堰口宽B=80mm，堰上水头h=20mm，则堰口水面宽b=40mm。

三角堰数量n?L6.66??166.5(个)设计取n=160(个) b40?10?3出水渠总长为3.14(7-0.3)=21.05(m)

设计堰板长(80+130)×10=210(mm)，共10块，每块堰10个80mm堰口，10个间隙。

堰上水头校核：

6.66?10?3?6.66?10?5(m3/s) 每个堰出流率为q?100按90°三角堰计算公式q?1.43h52 则堰上水头为

h?(q/1.43)0.4?(6.66?10?5)0.4?0.019(m) 1.433.4.5 UASB排水管设计计算

单个UASB反应器排水量6.66 L/s，选用DN125钢管排水，v约为0.54 m/s,充满

度为0.5，设计坡度0.01。

四台UASB反应器排水量26.64 L/s，选用DN200钢管排水，v约为0.85 m/s,充满度(设计值)为0.6，设计坡度0.006。

UASB反应器溢流出水渠由短立管排入DN125排水支管，再汇入设于UASB走道下的DN200排水总管。 3.4.6 排泥管的设计计算

（1）产泥量的计算 r=0.15kg干泥/(kgCOD·d) 设计流量 Q=95.83m3/h 进水COD浓度 S0=9500mg/L CODCr去除率 E=98.9% 则UASB反应器总产泥量为

?X?rQSr?RQS0E?0.15?2300?6?0.88?1821.6[kg/d]

每池产泥

?Xi??X/4?455.4kg/d

设污泥含水量为98%，因含水率P＞95%，取ρ=1000kg/m3，则污泥产量为

QS?1821.61??91.08(m3/d) 1000(1?98%)每池排泥量

Qsi?91.08/4?22.77(m3/d) （2）排泥系统设计

因处理站设置调节沉淀池，故进入UASB中砂的量较少，UASB产生的外排污泥主要是有机污泥，故UASB只设底部排泥管，排空时由污泥泵从排泥管强排。

UASB每天排泥一次，各池污泥同时排入集泥井，再由污泥泵抽入污泥浓缩池中。各池排泥管选钢管，DN150，四池合用排泥管选用钢管DN200，该管按每天一次排泥时间1.0h计，q为26.62 L/s，设计充满度0.6，v为0.90 m/s。 3.4.7 沼气管路系统设计计算

（1）产气量计算 设计流量 Q=95.83m3/h 进水 CODCr =9500mg/L COD去除率 E=88% 产气率 E=0.4 m3气/kgCOD 则总产量为

G?eQSr?eQS0E?95.83?8.36?0.88?0.4?282(m3/h) 每个USAB反应器产气量

Gi?G/4?70.5(m3/h) （2）沼气集气系统布置

由于有机负荷较高，产气量大，每两台反应器设置一个水封罐，水封罐出来的沼气分别进入气水分离器，气水分离器设置一套两级，共两个，从分离器出来去沼气贮柜。

集气室沼气出气管最小直径为DN100，且尽量设置不短于300mm的立管出气，若采用横管出气，其长度不宜小于150mm。每个集气室设置独立出气管至水封罐。

（3）沼气管道计算 ①产气量计算

每池产气量为70.5 m3/h，

则大集气罩的出气量为 Gi1?Gi?43%?30.32(m3/h) 小集气罩的出气量为Gi2?Gi?57%?40.18(m3/h)

该沼气容重为r=1.2kg/m3，换算为计算容重r′=0.6 kg/m3的出气量分别为

Gi?1?Gi1?rr??30.32?2?42.88(m3/h) Gi?2?Gi2?2?56.82(m3/h) ②沼气管道压力损失计算 沼气出气管的流速分别为

v1??Gi?1d2?42.88?4?1.52(m/s)

4?0.1?36002v2?Gi?2??56.82?4?2.01(m/s)

4?0.12?3600v1及v2远小于5m/s，符合规范对流速的要求。

沼气收集管道压力一般较低，约为200～300mmH2O，其管道内气体压力损失可按下式计算。hi?G2rL/K2D5 式中 L——管道长度，m；

G——气体容重为0.6 kg/m3时的流量，m3/h； r——气体容重，kg/m3； K——摩擦系数； D——管径，cm。

计算公式中K2d5查《给水排水设计册》得K2d5=35000。

对大集气罩出气管，DN100，G‘1=47.88 m3/h，L=15m，v=0.70 m/s，则计算出hi=0.24mmH2O，局部损失为hj=22%×hi=0.0528 mmH2O，总压力损失为

h?hi?hj?0.293(mmH2O)

对小集气罩出气管，DN100，G’2=56.82 m3/h，L=10m，v=0.93m/s，则计算出hi=0.22 mmH2O，局部损失为hj=34%×hi=0.0748mmH2O，总压力损失为

h?hi?hj?0.295(mmH2O)

可见沼气管道压力损失均很小。因此，对于沼气贮柜之前的低压沼气管道，可以认为管路压力损失为0，这种水封罐的水封取与集气槽里面的压力减去沼气柜的压力的值即可，这样计算偏于安全。

（4）水封罐的设计计算

水封罐一般设于消化反应器和沼气柜或压缩机房之间，起到调整和稳定压力，兼作隔绝和排除冷凝水之用。

UASB反应中大集气罩中出气气体压力为p1=1.0mH2O(1mH2O=9800Pa)，小集气罩中出气气体压力为p2=2.5mH2O(1mH2O=9800Pa)，则两者气压差为

?P?P2?P1?1.5(mH2O)

故水封罐中该两收气管的水封深度差为1.5mH2O。

沼气柜压力p≤400 mmH2O,取为0.4 mH2O，则在忽略沼气管路压力损失时（这

种计算所得结果最为安全），水封罐所需最大水封为

H0?p2?p?2.5?0.4?2.1(mH2O) 取水封罐总高度H=2.5m

水封罐直径1800mm，设进气管DN100钢四根，出气管DN150钢一根，进水管DN52钢一根，放空管DN50钢一根，并设液面计。

（5）气水分离器

气水分离器起到对沼气干燥作用，选用Ф500mm×H1800mm，钢制气水分离器两个，串联使用。气水分离器中预装钢丝填料，在各级气水分离器前设置过滤器以净化沼气，在分离器出气管上装设流量计、压力表及温度计。

（6）沼气柜容积确定

由上述计算可知该处理站日产沼气227.42?24=5459m3,则沼气柜容积应为平均时产气量的3h体积来确定，

?5459?3即 3????682.3(m)

?24?设计选用700 m3钢板水槽内导轨湿式贮气柜（C-1416A）。 3.4.8 UASB的其他设计 （1）取样管设计

为掌握UASB运行情况，在每个UASB上设置取样管。在距反应器底1.1～1.2m位置，污泥床内分别设置取样4根，各管相距1.0m左右，取样管选用DN50钢管，取样口设于距地坪1.0m处，配球阀取样。

（2）UASB的排空 由UASB池底排泥临时接上排泥泵强制排空。 （3）检修 ①人孔

为便于检修，各UASB反应器在距地坪1.0m处设Ф800mm人孔一个。 ②通风

为防止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反应器一侧预埋压缩空气管（由鼓风机房引来）。 ③采光

为保证检修的采光，除采用临时灯光处，还可移走UASB反应器的活动顶盖，或不设UASB顶盖。 （4）给排水

在UASB反应器布置区设置一根DN32供水管供补水、冲洗及排空中使用。 （5）通行

在距UASB反应器顶面之下1.1m处设置钢架、钢板行走平台，并连接上台钢梯。 （6）安全要求

①UASB反应器的所有电器设施，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，动火操作应远离该区及沼气柜； ③保持该区域良好通风。

3.5 二次污水提升泵设计计算

3.5.1 设计说明

该泵设置于调节池之后，紧贴调节池出水段，直接于调节池中吸水。泵房采用半地下式形式，污水泵轴线标高-0.85m。污水泵提升流量按平均时流量设计，污水泵自灌运行，自动启动，并于总出水管上设置流量计。 3.5.2 污水泵设计计算

（1）水泵扬程计算 设污水泵扬程为H6，则 H6=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——调节池最低水位与布水器水位之差，m； H4——布水器所需压力，m。 ① H1的计算

取吸水管DN100，管长3.0m

查水力计算表得：v=1.11m/s，q=13.31L/s，i=0.0208

?20.8?则吸水管沿程水头损失hL1?3.0×?? ?0.06(m)

?1000?汲水管局部阻力系数：进口ξ1=0.45，

闸阀ξ2=0.2， 渐缩管ξ3=0.16

v21.112则 hM1?????0.45?0.2?0.16??0.05(m)

2g2g故 H1=hL1+hM1=0.11(m) ② H2的计算

总出水管DN100，管长10.0m。

查水力计算表：DN100，q=26.6L/s，v=3.38m/s，i=0.082，

?82.0?则出水管沿程水头损失为hL2?10×?? ?0.82(m)

?1000?出水管局部阻力系数：渐放管ξ1=0.03，

弯头五个ξ2=0.63， 闸阀ξ3=0.2， 止回阀ξ4=7.0， 丁字管ξ5=1.5， 闸阀ξ6=0.2， 蝶阀ξ7=0.2，

流量计ξ8=0.3（参考蝶阀），

合计局部阻力系数为12.6，则局部阻力损失为

v23.382hM2????12.6??7.34(m)

2g2g故 出水管水头损失为 H2=hL+hM=8.16m ③ H3的计算

调节池最低水位-0.50m，布水器设计高程为0.0m，则两者水位差H3=0.5m ④ H4布水器所需配水压力为H4=12.8m 则 H6=H1+H2+H3+H4=21.57(m)

（2）污水泵的选用 污水泵扬程H10=21.57MH2O 流量为Q6=95.83m3/h×1/2=47.9 m3/h

可选用80WG污水泵三台，二用一备。 污水泵性能：Q=25~70 m3/h，H=16.5~19.0m；

N=5.5kW，n=1850r/min，W=70kg。

（3）污水泵房

污水泵单台占地L1297mm×B596mm，高H530mm。

污水泵房底下一层，深1.4m，平面面积（4.5×6.8）m2，设积水坑300mm×500mm×500mm一个，地面排水由污水泵汲水管预留管排出。

污水泵房地上一层，高3.6m，平面面积为（8.4×9.0）m2，设手动葫芦及单轨小车。

污水泵设就地控制柜一组，设流量计于控制柜，就地显示，并远程传至中控室。

3.6 预曝气沉淀池设计计算

3.6.1 设计说明

污水经UASB反应器厌氧处理后，污水中含一部分且有厌氧活性的絮状颗粒，在UASB反应器中难以沉淀去除，故而使其在此曝气沉淀池中去除，由于经曝气作用，厌氧活性丧失，沉淀效果增强，同时在该沉淀池中没有沼气气流影响，故而沉淀效果亦增强。另外，UASB出水中溶解氧含量几乎为零，若直接进入好氧处理构筑物，会使曝气池中好氧污泥难以适应，影响好氧处理效果，通过预曝气亦可以吹脱去除一部分UASB反应器出水中所含带的气体。

预曝气沉淀池参考曝气沉砂池和竖流沉淀池设计。曝气利用穿孔管进行，压缩空气引自鼓风机房。曝气后污水从挡墙下直接进入沉淀池，沉淀后污水经池周出水。所产生污泥由重力自排入集泥井，每天排泥一次。 3.6.2 曝气沉淀池工艺构造计算

进水水质CODCr=1140mg/L，BOD5=540mg/L。 出水水质CODCr=100mg/L，BOD5=20mg/L。

预曝气沉淀池，曝气时间20~30min，沉淀时间2h，沉淀池表面负荷0.7~1.0m3/(m2·h)。曝气量为0.2m3/m3污水。

（1）有效容积计算

?2300?3曝气区 V1????0.5?47.9 (m)

?24??2300?3

沉淀区 V2?? (m) ?2.0?191.67??24?（2）工艺构造设计计算

曝气区平面尺寸2m×6.5m×2.0m，池高3.5m，其中超高0.5m，水深3.0m，总容积为78m3。曝气区设进水配槽，尺寸为2m×6.5m×0.3m×0.8m，其深度0.8m(含超高)。

沉淀区平面尺寸2m×6.5m×6.5m，池总高6.5m，其中沉淀有效水深2.5m，沉淀区总容积211.25m3，沉淀池负荷为0.74m3/(m2·h)，满足要求。

沉淀池总深度H为

H=H1+H2+H3+H4+H5

式中 H1——超高，取H1=0.4m；

H2——沉淀区高度，H2=2.5m； H3——隙高度，取H3=0.2m； H4——缓冲层高度，取H3=0.4m； H5——污泥区高度，H5=3.0m。

即沉淀池总深H= H1+H2+H3+H4+H5=0.4+2.0+0.2+0.4+3.0=6.5m 沉淀池污泥斗容积为

122?H5?(a12?a2?a12?a2) 31 ??3.0?(6.52?0.72?6.52?0.72)?47.3（m3）

3 Vi? 总容积V=2Vi=94.6m3

（3）沉淀污泥量计算

预曝气沉淀污泥主要因悬浮物沉淀产生，不考虑微生物代谢造成的污泥增量。 进水SS=350mg/L，出水SS=70mg/L，

则所产生污泥量为：Qs=2300×(350-70)×10-3=644[kg(干)/d] 污泥容重为1000kg/m3，含水率为98%，其污泥体积为

V?644?32.2(m)

103?2%3.6.3 曝气装置设计计算

（1） 曝气量计算

设计流量为2300m3/d，曝气量为0.2m3/m3污水。

则供气量为0.32m3/min，单池曝气量取为0.12m3/min， 供气压力为 4.0~5.0mH2O(1mH2O=9800Pa)。 （2） 曝气装置

利用穿孔管曝气，曝气管设在进水一侧。

供气管供气量0.32m3/min，则管径DN50时，供气流速约为2.7m/s。曝气管供气量为0.12m3/min，供气流速为2.0m/s时，管径为DN32。

曝气管长6.0m，共两根，每池一根。在曝气管中垂线两下侧开Φ4mm孔，间距280mm，开孔20个，两侧共40个，孔眼气流速度为4m/s。 3.6.4 沉淀池出水渠计算

（1） 溢流堰计算

设计流量单池为47.92m3/h，即13.31L/s。 设计溢流负荷2.0~3.0L/(m·s)。

设计堰板长1300mm，共5块，总长6500mm。

堰板上共设90?三角堰13个，每个堰口宽度为100mm，堰高50mm。 堰板高150mm。

每池共有65个堰，每堰出流率为q/n=13.31/65=0.2(L/s) 则堰上水头为：

?q?h????1.40?0.4?0.2?10?3?????1.40?0.4?0.029(m)

则每池堰口水面总长为0.029×2×65=3.77(m) 校该堰上负荷为13.31/3.77=3.53[L/(m·s)]，符合要求。 （2） 出水渠计算

每池设计处理流量47.92m3/h，即13.31×10-3m3/s。每池设出水渠一条，长6.5m。 出水渠宽度b为

b=0.9(1.2q)0.4=0.9×(1.2×13.31×10-3)0.4=0.145(m)=0.17m 渠内起端水深为 h1=0.75b=0.13m 末端渠内深为 h2=1.25b=0.21m 假设平均水深为 h=0.15m 则渠内平均流速为

q13.31?10?3v???0.52(m/s)

b?h0.17?0.15设计出水渠断面尺寸为 b×h=(0.2×0.3)m2

出水渠过水断面面积为

A=0.20×0.17=0.034(m2)

过水断面湿周为 x=2h+b=0.47(m)

水力半径为 R=A/x=0.034/0.47=0.072(m)

11161??0.072?6=49.65 流量因素 c?R?n0.013v20.522?水力坡降 i?2=1.6×10-3 2C?R4.78?0.072渠中水头损失为 hL=i·L=1.6×10-3×6.5=0.0104(m) 3.6.5 排泥

预曝气沉淀池内污泥贮存在1~2d后，每天排泥一次，采用重力排泥，流入集泥井，排泥管管径DN200mm。 3.6.6 进水配水

为使预曝气沉淀池曝气区进水均匀，设置配水槽。配水槽长6.5m，宽0.3m，深0.8m。槽底设10个配水孔，每池5个，孔径Φ100mm。

3.7 SBR反应池设计计算

3.7.1 设计计算说明

根据工艺流程论证，SBR法具有比其他好氧处理法处理效果好、占地面积小、投资省的特点，因而选用SBR法。SBR法的处理效果为：进水CODCr=1140mg/L，BOD5=540mg/L。

由于SBR法处理对象为经过厌氧处理后的淀粉废水，其可生化性亦不如原污水，但BOD5/CODCr仍为0.47。而且该废水中不含特别难降解的污染物和有害物质，SBR运行周期中反应时间，根据类似工程经验确定为4~5h，且运行周期中不设闲置阶段。

SBR运行每一周期时间为8.0h，其中进水2.0h，反应（曝气）4.0~5.0h，沉淀1.0h，排水0.5h~1.0h。

SBR处理污泥负荷设为N3=0.15kgBOD5/(kgVSS·d) 3.7.2 SBR反应池容积计算

根据运行周期时间安排和自动控制特点，SBR反应池设置4个。 （1）污泥量计算 SBR反应池所需污泥量为

2300??540?52??10MLVSSQSr=9976.9[kg（干）]=10t MLSS???0.750.75Ns0.75?0.15?3设计沉淀后污泥的SVI=150ml/g 则污泥体积为

Vs=1.2VI·MLSS=1.2×150×10-3×9976.9=1795.8(m3)

（2）SBR反应容积

SBR反应池容积 V=Vsi+VF+Vb

式中 Vsi——代谢反应所需污泥容积，m3；

VF——反应池换水容积，m3； Vb——保护容积，m3； VF为SBR反应池的进水容积，即

VF=（2300/24）×2.0=191.7(m3) Vs=1795.8m3

单池污泥容量为Vsi=Vs/4=448.95 m3 则V=191.7+448.95+Vb=640.65+Vb

（3）SBR反应池构造尺寸

SBR反应池为满足运行灵活及设备安装需要，设计为长方形，一端为进水区，另一端为出水区。

SBR反应池单池平面（净）尺寸为（15.0×8.0）m2，水深为6.0m，池深为6.5m。 单池容积为V=15×8×6=720（m3） 则保护容积为Vb=79.35m3 四池总容积∑V=4V=2880 m3

SBR反应池尺寸（外形）（31×16.5×6.5）m3 3.7.3 SBR反应池运行时间与水位控制

SBR反应池总水深为6.0 m。按平均流量考虑，则进水前水深为4.0 m，进水结束后6.0m。排水时水深为6.0m，排水结束后4.0m。

6.0m水深中，换水水深为2.1m，存泥水深为2.5m，保护水深1.3m。保护水深的设置是为避免排水时对沉淀及排泥的影响。

进水开始与结束由水位控制，曝气开始由水位和时间控制，曝气结束由时间控制，沉淀开始与结束由时间控制，排水开始由时间控制，排水结束由水位控制。 3.7.4 排水口高度和排水管管径

（1）排水口高度

为保证每次换水V=191.7 m3的水量及时快速排出，以及排水装置运行的需要，排水口应在反应池最低水位之下约0.5~0.7m，设计排水口在最高水位之下2.5m，设计池内底埋深1.5m，则排水口相对地坪标高为1.0m，最低水位相对地面标高为1.7m。

（2）排水管管径

每池设浮动排装置一套，出水口两个，排水管一根；固定设于SBR墙上。浮动排水装置规格DN200mm，排水管管径DN300mm。

设排水管排水平均流速为1.1m/s，则排水量为

q??4d2?v??4?0.32?1.1?0.078（m3/s）

则每周期（平均流量时）所需排水时间为

V191.7??0.68（h） q2813.7.5 排泥量及排泥系统

（1）SBR产泥量

SBR的剩余污泥主要来微生代谢的增殖污泥，还有很少部分由进水悬浮物沉淀形成。

SBR生物代谢产泥量为

?X?a?Q?Sr?b?Xr?V?a?QSr?b?QSr??a?b/Ns?QSr Ns式中 a——微生物代谢系数，kgVSS/kgBOD； b——微生物自身氧化率，1/d。

根据淀粉废水性质，参考类似经验数据，设计a=0.83，b=0.05，则有

0.05???X??0.83???2300?0.266?303.86（kg/d）

0.15??假定排泥含水率为98%，则排泥量为

Qs??X303.863

（m/d） ??15.23310??1?P?10??1?98%?或 Qs?0.30386/(1?99%)?30.39（m3/d）(P=99%) 考虑一定安全系数，则每天排泥量为32 m3/d。 （2）排泥系统

每池池底坡向排泥坑坡度i=0.01，池出水端池底设（1.5×1.5×0.5）m3排泥坑一个，每池排泥坑中接出泥管DN200一根，排泥管安装高程相对地面为0.4m，相对于最低水位为1.3m。剩余污泥在重力作用下排入集泥井。 3.7.6 需氧量及曝气系统设计计算

（1）需氧量计算

SBR反应池需氧量O2计算式为

O2?a??QSr?b?X?V?a??QSr?b???QSr/Ns?

式中 a′——微生物代谢有机物需氧率，kg/kg；

b′——微生物自氧需氧率，1/d。

根据类似工程经验数据，取a′=0.55，b′=0.15，需氧量为

O2=0.55×2300×0.266+0.15×（1/0.15）×2300×0.266=948.29（kgO2/d） =39.5（kgO2/h）

（2）供氧量计算

设计采用塑料SX-1型空气扩散器，敷设SBR反应池池底，淹没深度4.5m。SX-1型空气扩散器的氧转移效率为EA=8

查表知20℃、30℃时溶解氧饱和度分别为Cs(20)=9.17mg/L、Cs(30)=7.63mg/L空气扩散器出口的绝对压力pb为

pb=1.013×105+9.8×103×H=1.013×105+9.8×103×9.8=1.454×105（Pa） 空气离开曝气池时，氧的百分比为

21?1?EA?21?1?8%??=19.6%

79?21?1?EA?79?21?1?8%?曝气池中溶解氧平均饱和度为（按最不利温度条件计算）

Csb(30)?1.454?10519.6?PbOt???CS????7.63?5?2.066?105?42?? 2.066?1042????水温20℃时曝气池中溶解氧平均饱和度为

Csb(20)?1.17Cs(20)?1.17?9.17?10.73(mg/L) 20℃时脱氧清水充氧量为

Ro?????PCsb?T??Cj??1.024?T?20?RCS(20)

计算时取值α=0.82，β=0.95，Cj=2.0，P=1.0，则计算得

Ro?O2?10.73?30?20??1.6O2?63.2(kgO2/h) 0.82??0.95?1.0?8.93?2.0??1.024SBR反应池供气量Gs为

Gs?Ro63.2??2633(m3/h)=43.88(m3/min) 0.3EA0.3?0.08每立方污水供气量为

2633m3/h33

?242.13(m空气/m污水）

62.5m3/h去除每千克BOD5的供气量为

2633m3/h3?158.4mO2/kgBOD5 3362.5m/h?0.266kg/m去除每千克BOD5的供氧量为

63.2kgO2/h?3.8kgO2/kgBOD5 3362.5m/h?0.266kg/m（3）空气管计算

鼓风机房出来的空气供气干管，在相邻两SBR池的隔墙上设两根供气支管，为两SBR池供气。在每根支管上设6条配气竖管，为SBR池配气，四池共四根供气管，24条配气管。每条配气管安装SX-1扩散器3个，每池共18个扩散器，全池共72个扩散器。每个扩散器的服务面积为72m2/18个=4m2/个。扩散器布置如图1-10。

空气支管供气量为

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