酒精厂（木薯）废水处理工艺课程设计

水污染控制工程课程设计报告

《水污染控制工程》

课程设计报告

题系

目 部

某酒精厂生产废水处理厂设计

环境科学与工程学院 11级环境工程（1）班

专业班级 组

指导教师

员

设计时间 2013-2014学年第二学期15-16周

二○一四 年 六 月 三 日

目 录

一、设计任务书 ............................................................................................................................................. 3

1.1 设计目的 ........................................................................................................................................ 3 1.2 设计任务及内容 ............................................................................................................................ 3

1.2.1 设计任务 ............................................................................................................................. 3 1.2.2 设计内容 ............................................................................................................................. 3 1.3 设计资料 ........................................................................................................................................ 4

1.3.1 基本情况 ............................................................................................................................. 4 1.3.2 设计依据 ............................................................................................................................. 4 1.3.3 处理后出水水质要求 ......................................................................................................... 5 1.3 课程设计进度计划 ........................................................................................................................ 5 1.4 小组任务分配 ................................................................................................................................ 5 二、工艺流程的选择确定 ............................................................................................................................. 5

2.1 酒精废水的介绍 ............................................................................................................................ 5

2.1.1 酒精废水来源 ..................................................................................................................... 5 2.1.2 酒精废水特点 ..................................................................................................................... 6 2.2 酒精废水处理方法 ........................................................................................................................ 6

2.2.1 上流式厌氧污泥床（UASB）法 ......................................................................................... 7 2.2.2 周期循环活性污泥反应器（CASS）法 ........................................................................... 7 2.2.3 序批式活性污泥（SBR）法.............................................................................................. 8 2.2.4 生物接触氧化法 ................................................................................................................. 9 2.3 选择确定的工艺流程 .................................................................................................................... 9 三、 处理构筑物的设计计算 ..................................................................................................................... 11

3.1 污泥处理部分 .............................................................................................................................. 11

3.1.1 格栅 ................................................................................................................................... 11 3.1.2 调节池 ............................................................................................................................... 16 3.1.3 水解酸化池 ....................................................................................................................... 19 3.1.4 一级UASB反应器的设计 .............................................................................................. 22 3.1.5 二级UASB反应器的设计 .............................................................................................. 28 3.1.6 三相分离器设计 ............................................................................................................... 32 3.1.7 SBR的设计 ...................................................................................................................... 38 3.1.8 风机的设计 ....................................................................................................................... 43 3.2 污泥处理部分 .............................................................................................................................. 44

3.2.1 污泥重力浓缩池设计计算 ............................................................................................... 44 3.2.2 贮泥池设计计算 ............................................................................................................... 46 3.2.3 厌氧消化池设计计算 ....................................................................................................... 47 3.2.3 污泥脱水 ........................................................................................................................... 49 3.2.4 污泥最终处置 ................................................................................................................... 50

四、附属建筑物的确定 ............................................................................................................................... 51 五、污水处理厂的总体布置 ....................................................................................................................... 51

5.1 平面布置设计 ................................................................................................................................ 51

2

5.2 高程布置 ........................................................................................................................................ 52 六、心得与感想 ........................................................................................................................................... 53 主要参考文献 ............................................................................................................................................... 54

一、设计任务书

1.1 设计目的

本课程是环境工程专业的集中实践教学环节，通过污水厂课程设计，巩固学习成果，加深对《水污染控制工程》课程内容的学习与理解，使学生应用规范、手册与文献资料，进一步掌握设计原则、方法等步骤，达到巩固、消化课程的主要内容，锻炼独立工作能力，对污水厂的主体构筑物、辅助设施、计量设备及水厂总体规划、管道系统做到一般的技术设计深度，绘制规范的施工及大样图掌握污水厂设计的方法，培养和提高计算能力、设计和绘图水平。在教师指导下，基本能独立完成一个中、小型污水处理厂工艺设计，锻炼和提高学生分析及解决工程问题的能力。

1.2 设计任务及内容

1.2.1 设计任务

根据已知资料，进行污水处理厂的设计。要求确定污水处理方案和流程，计算各处理构筑物的尺寸和选择设备，布置污水处理厂总平面图和高程图。

需上交的设计成果包括1、设计说明书；2、设计图纸（平面图、流程高程图、主要构筑物图）。

1.2.2 设计内容

课程设计题目：某酒精厂生产废水处理厂设计 1. 本课程设计包括下列主要内容：

（1）根据原始资料（城市基础资料、水量规模、进出水水质等）选择确定污水处理厂工艺流程（包括污水和污泥处理）。

（2）对各构筑物进行工艺计算，确定其形式、数目和尺寸，选择设备；（3）进行各处理构筑物的总体布置和污水与污泥处理流程的高程设计； （4）完成平面布置图和高程图的绘制； （5）编写设计说明书

在进行课程设计前，尽可能组织参观与所设计的污水厂相类似的城市污水厂，以加强感性认识。

2. 要求参加课程设计的每个学生应当独立完成下列成果：

3

（1）设计说明书1份；

（2）设计图纸2张（A3规格）：包括污水厂总体布置图1张和污泥流程高程图1张。

1.3 设计资料

1.3.1 基本情况

某酒精厂以薯干为原料，经粉碎、蒸煮、糖化、发酵、蒸馏等工段制取酒精。每生产1吨酒精，产生12-14吨酒糟废液，这种酒精废醪的有机物、固形物和悬浮物的浓度均很大。

1.3.2 设计依据 (1) 废水水量及水质：

过滤后出水水量600 m3/d COD=40000 mg/L BOD5=24000 mg/L SS=18000 mg/L pH=3~5 水温95~98 C (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120 kPa以上 (3) 拟建污水处理厂的场地：

4

为40×60平方米的平坦地，位于主厂区的北方。酒精生产车间排出的糟液经地

沟自流入污水厂边的集水池(V=20m3，池底较污水厂地平面低3.00m)。处理出水接纳河流最高洪水水位比污水厂地面低2.5m。

1.3.3 处理后出水水质要求 处理后水质要求： COD≤300mg/L BOD5≤100mg/L SS≤150mg/L pH：6~9

1.3 课程设计进度计划

表1-1 进度计划表

5.26~5.28 5.29~6.3 6.4~6.5 接受题目，查找资料、文献，初步设计处理工艺流程 确定处理工艺流程，细化设计方案，进行有关设计计算， 整理资料，撰写设计报告书 检查、修改图纸，修改并完成设计报告书终稿 1.4 小组任务分配

表1-2 小组任务分配表

温丽玲 查找资料，讨论确定使用工艺流程；部分工艺的计算，绘制（1116012120） 高程图 陈倩 查找资料，讨论确定使用工艺流程；报告书的编写，绘制污（1116012152） 水处理平面布置图； 敖婷 查找资料，讨论确定使用工艺流程；负责主要的工艺流程计（1116012156） 算

二、工艺流程的选择确定

2.1 酒精废水的介绍

2.1.1 酒精废水来源

5

酒精废水是高浓度、高温度、高悬浮物的有机废水，酒精工业的污染以水的污染最为严重，生产过程中的废水主要来自蒸馏发酵成熟醪后排出的酒精糟，生产设备的洗涤水、冲洗水，以及蒸煮、糖化、发酵、蒸馏工艺的冷却水等。

水 废气（CO、CnHm、NOx、SO2、烟尘） 锅炉房 煤 废渣（粉煤灰、炉渣） 原料 保持60 oC 保持30 oC o粉尘 60C 30 oC 拌料 蒸煮 冷却 糖化 冷却 发酵 蒸馏 酒精 粉碎

图2-1 发酵酒精生产污染物的来源与排放

2.1.2 酒精废水特点

酒精废水的主要特点是：悬浮物含量高，平均悬浮物含量高达40000mg/L；温度高，平均水温达70℃，蒸馏釜底排出的废水温度高达100℃；浓度高，废水的COD高达2-3万，包括悬浮固体、溶解性COD和胶体，有机物占93%-94%，无机物占6%-7%，有机物的成分是碳水化合物，其次是含氮化合物，生物菌和未分解出去的产品：如丁醇、乙醇等，此外还有500mg/L的有机酸；废水含有约500mg/L左右的有机酸，废水呈酸性，运行初期可考虑加碱或污泥的回流以平衡废水的酸碱度，运行稳定后系统具备足够的缓冲能力，则不需要加碱或回流；无机物主要是来自原料中的灰尘和杂质；废水的可生化性好。

冲洗水 冷却水 冲洗水 冲洗水 CO2 冲洗水 酒精槽 冷却水 2.2 酒精废水处理方法

酒精工业废水常用的处理方法大多为：化学法、物化法、生化法、其他组合工艺等。化学法主要有混凝法、中和法、氧化还原法；物化法主要有萃取法、汽提法、吸附法、

6

膜分离法（电渗析和扩散渗析）、粒子交换；生化法主要有上流式厌氧污泥床（UASB）法、周期循环活性污泥反应器（CASS）法、序批式活性污泥（SBR）法，普通活性污泥法、生物接触氧化法；其他组合工艺主要有厌氧-气浮-UASB-SBR工艺、UASB-生物接触氧化工艺、酒精槽固液分离-内循环厌氧生物反应器+循环式活性污泥法（DDG-IC-CASS）工艺、UASB-SBR工艺、EGSB-SBR工艺。

2.2.1 上流式厌氧污泥床（UASB）法

UASB反应器中的厌氧反应过程与其他厌氧生物处理工艺一样，包括水解，酸化，产乙酸和产甲烷等。通过不同的微生物参与底物的转化过程而将底物转化为最终产物——沼气、水等无机物。

UASB由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污

泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合 接触，污泥中的微生物分解污水中的有 机物，把它转化为沼气。沼气以微小气 泡形式不断放出，微小气泡在上升过程 中，不断合并，逐渐形成较大的气泡， 在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个 污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进 入三相分离器，沼气碰到分离器下部的 反射板时，折向反射板的四周，然后穿 过水层进入气室，集中在气室沼气，用

图2-2 UASB构造图

导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。

2.2.2 周期循环活性污泥反应器（CASS）法

周期循环活性污泥工艺（CASS）工艺，是在序批式活性污泥法（SBR）的基础上，反应池沿池长方向设计为两部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区，其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置。整个工艺的曝气、沉淀、排水等过程在

7

同一池子内周期循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池循环活性污泥工艺和污泥回流系统；同时可连续进水，间断排水。

在预反应区内，微生物能通过酶的 快速转移机理迅速吸附污水中大部分可 溶性有机物，经历一个高负荷的基质快 速积累过程，这对进水水质、水量、PH 和有毒有害物质起到较好的缓冲作用， 同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可 有效防止污泥膨胀；随后在主反应区经

历一个较低负荷的基质降解过程。CASS 图2-3 CASS原理图

工艺集反应、沉淀、排水、功能于一体，污染物的降解在时间上是一个推流过程，而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，从而达到对污染物去除作用，同时还具有较好的脱氮、除磷功能。

2.2.3 序批式活性污泥（SBR）法

序批式活性污泥法，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。

8

图2-4 SBR构造图

2.2.4 生物接触氧化法

生物接触氧化法是从生物膜法派生出来的一种废水生物处理法，即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。其基本原理与一般生物膜法相同，就是以生物膜吸附废水中的有机物，在有氧的条件下，有机物由微生物氧化分解，废水得到净化。

生物接触氧化池内的生物膜由菌胶团、丝状菌、真菌、原生动物和后生动物组成。在活性污泥法中，丝状菌常常是影响正常生物净化作用的因素；而在生物接触氧化池中，丝状菌在填料空隙间呈立体结构，大大增加了生物相与废水的接触表面，同时因为丝状菌对多数有机物具有较强的氧化能力，对水质负荷变化有较大的适应性，所以是提高净化能力的有力因素。

2.3 选择确定的工艺流程

设计工艺的进水水质主要特点为浓度高、温度高、有机物含量高、悬浮物含量高等。因此，为达到排放要求，本设计主要采用厌氧和好氧的处理工艺。厌氧采用两相UASB反应器，两级UASB反应器处理酒精废水的能力高于单项UASB，好氧采用SBR反应器，具体处理工艺流程如下图：

格栅 提升泵 冷却塔 沼气回收利用 农业灌溉 酸碱罐 带式压滤机 污泥外排 图2-5 两级UASB-SBR处理工艺

9

调节池 水解酸化池 一级UASB 二级UASB SBR 固液分离 烘干 生产饲料 污泥浓缩池 酒精废水

在选择确定的工艺流程过程中，生产出的酒精废水先进行初步固液分离，分离出的固体物质可以回收利用，制作成生产饲料等，减轻后面水质处理负担，然后经过粗细格栅去除悬浮物杂，污泥排入污泥浓缩池，过滤水进入调节池，进行PH、酸碱度的调节，进入水解酸化池保证进入UASB的SS含量尽可能低，有利于颗粒污泥的形成，经过UASB-SBR处理，降解难降解有机物、提高废水可生化性，得到污泥进行浓缩处理，最后得到废水进入接触氧化池调节使BOD、COD达标排放。

在不影响处理效果的情况下，两相厌氧消化处理酒精槽废水时被证明在基质负荷率和甲烷产量方面优于单项系统。在保持BOD和COD的去除率分别为85%和65%时，两相系统的甲烷产量是单相系统的三倍。由于其高有机负荷，即使酒糟废水经过厌氧处理也不符合印度CPCB制定的严格的排放标准，生化需要量，化学需氧量，固体废物在非常高的水平上。此外，酒糟废水颜色较深，需要大量的水来进行稀释。污水用大量清水稀释后排放，这是一个非常昂贵的商品行业。此外，厌氧消化不好，达不到限制排放的标准。因此，对于厌氧处理的出水水质，好氧处理时必要的。采用SBR进行好氧处理有较大的优势，SBR无需设置调节池；SVI值较低，污泥易于沉淀，一般情况下，不产生污泥膨胀现象；通过对运行方式的调节，在单一的曝气池内能够进行脱氮和除磷反应；应用电动阀、液位计、自动计时器及可编程序控制器等自控仪表，可能使本工艺过程实现全部自动化，而由中心控制室控制；运行管理得当，处理水水质优于连续式；加深池深时，与同样的BOD-SS负荷的其它方式相比较，占地面积较小；耐冲击负荷，处理有毒或高浓度有机废水的能力强。

10

三、 处理构筑物的设计计算

3.1 污泥处理部分

3.1.1 格栅

取中格栅：栅条间隙b=0.02m；栅前流速v1=0.8m/s； 过栅流速v2=0.8m/s；安装倾角α=60°； 设计流量Q=600m3/d=250m3/d=0.0069m3/s；

设计最大流量Qmax=Q×Kz=37.5m3/h =0.0104m3/s (Kz=1.5)

设计计算

（1）栅前水深（h） 进水宽渠 B1? h?B1

2Qmax ?0.161m （3-1）

v12 ?0.081m （3-2）

v1--------栅前流速，0.4m/s~0.9m/s，取v1=0.8m/s。

（2）栅条间隙数（n）

取两台相同的细格栅（一个用一个备用）

n? 取n=8条

式中：

Qmax ----------最大设计流量，m3/s；

11

Qmaxsin?0.0104sin60???7.5 条 （3-3）

bhv0.02?0.8?0.081α -------------格栅安装倾角，（°），取60°； b -------------格栅间隙，取0.02m； h -------------栅前水深；

v2 ------------过栅流速，取0.8m/s； （3）栅槽有效宽度（B）

B?S(n?1)?bn?0.01?(8?1)?0.02?8?0.23m （3-4）

式中

S ----------栅条宽带，栅条断面为矩形，去0.01m； b ----------栅条间隙，m； n ----------格栅间隙数。 （4）进水渠道渐宽部分长度（l1） 则lB?B10.23?1?2tg??0.161tg20??0.095m 12式中

B ----------栅槽有效宽度，m； B1 --------进水渠宽度，m； α1 ------进水渠展开角，去α1=20°；

（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（l2）

l2?l1/2?0.09/52?0.047m5 （6）过栅水头损失（h1）

424h???s?3v1???b??2gsin??2.42?3??0.01?30.822??0.02???2?9.8sin60??0.0815m 式中

k -------系数，水头损失增大倍数，取k=3；

β -------栅条断面形状系数，断面为矩形，取β=2.42； S -------格条宽度，m；

v2 ------过栅流速，取v2=0.8m/s； α ------过栅倾角，取α =60°。 （7）栅槽总高度（H）

12

3-5）

3-6）

3-7） （（ （ 取栅前渠道超高h2=0.3m

则总高度H?h?h1?h2?0.081?0.0815?0.3?0.4625 m （3-8）（8）栅槽总长度（L）

栅前槽高H1?h?h2?0.081?0.3?0.381 m （3-9） L?l1?l2?0.5?1.0?H1 tg20?0.381?2.689m tg20? =0.095?0.0473?0.5?1.0?（9）每日栅渣量（W）

则W?式中

QmaxW1?864000.0104?0.06?864001 ??0.041m3/d （3-10）

K2?10001.3?1000 Qmax ----------设计流量，m3/s；

W1 -----------栅渣量（m3/103m3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，取W1=0.6m3/103m3污水。

W=0.041m3/d＜0.2m3/d（课采用人工清渣） 设计参数

取细格栅：栅条间隙b=0.01m；栅前流速v1=0.8m/s； 过栅流速v2=0.8m/s；安装倾角α=60°； 设计流量Q=600m3/d=0.0069m3/s；

设计最大流量Qmax=Q×Kz=0.0104m3/s (Kz=1.5)

设计计算

13

（1）栅前水深（h）

进水渠宽：根据式（3-1）（3-2）得 B1? h?B12Qmax?0.161m v12?0.081m

v1--------栅前流速，0.4m/s~0.9m/s，取v1=0.8m/s。 （2）栅条间隙数（n）

取两台相同的细格栅（一个用一个备用） 根据式（3-3）得 n?Qmaxsin?0.0104sin60???14.9 条

bhv0.01?0.8?0.081 取n=15条

式中

Qmax ----------最大设计流量，m3/s； α -------------格栅安装倾角，（°），取60°； b -------------格栅间隙，取0.01m； h -------------栅前水深； v2 ------------过栅流速，取0.8m/s

（3）栅槽有效宽度（B） 按式（3-4）得

B?S(n?1)?bn?0.01?(15?1)?0.02?8?0.3m

式中

S ----------栅条宽带，栅条断面为矩形，去0.01m； b ----------栅条间隙，m； n ----------格栅间隙数。

（4）进水渠道渐宽部分长度（l1）

按式（3-5）得

则l1?

B?B10.3?0.161??0.191m 2tg?12tg20?14

式中

B ----------栅槽有效宽度，m； B1 --------进水渠宽度，m； α1 ------进水渠展开角，去α1=20°。

（5）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（l2） 按式（3-6）得

l2?l1/2?0.191/2?0.0955m

（6）过栅水头损失（h1）

?424h??3?s?v2gsin??2.42?3???0.01?30.8221??b???0.01???2?9.8sin60??0.205m 式中

k -------系数，水头损失增大倍数，取k=3；

β -------栅条断面形状系数，断面为矩形，取β=2.42；S -------格条宽度，m；

v2 ------过栅流速，取v2=0.8m/s；

α ------过栅倾角，取α =60°。 （7）栅槽总高度（H） 取栅前渠道超高h2=0.3m 按式（3-8）得

则总高度H?h?h1?h2?0.081?0.205?0.3?0.586m

（8）栅槽总长度（L） 按式（3-9）得

栅前槽高H1?h?h2?0.081?0.3?0.381m L?l1?l2?0.5?1.0?H1tg20? =0.191?0.0995?0.5?1.0?0.381tg20??2.837m （9）每日栅渣量（W）

按式（3-10）得

15

3-11） （

则W?式中

QmaxW1?864000.0104?0.09?864001??0.062m3/d

K2?10001.3?1000Qmax ----------设计流量，m3/s；

W1 -----------栅渣量（m3/103m3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，取W1=0.9m3/103m3污水。 W=0.062m3/d＜0.2m3/d（课采用人工清渣）

3.1.2 调节池

16

（1）有效容积

设水力停留时间为T=6h

则 V?Qmax?T?37.5?6?225m3 （3-12） （2）调节池水面面积

取池子水深3m，超高为0.5m，有效高度为h=3.5m，则池子面积为： A?V225??64.29m （3-13） h3.5（3）池子总尺寸

池长取L=9m，池宽取B=8m 则L?B?h?9?8?3.5?252m3

（4）每日理论污泥量w和污泥体积V1

设调节池内悬浮物的去除率为30%，则每天产生的干污泥的量为： w?QmaxC0?30%?10?3?900?18000 ?10?3?30%kg/d?4860kg/d （3-14） 设污泥含水率为p?97%，则 V1?w4860??162m3/d （3-15）

1000?(1?98%)1000?(1?97%)（5）SS去除率为20%

SS?18000?18000?20%?14400(mg/L)

（6）PH的调节

酒精厂所排放的废水的为3~5，呈酸性。过酸或过碱对设备就有腐蚀

性。根据城市废水排放标准，要求排放的水质PH为6~9，因此，需要在不引入其他污染物的情况下在调节池中加入一定的碱性物质调节废水的PH。由于强碱会严重的腐蚀设备，因此，选择弱酸强碱盐来进行调节，在这里选择NaHCO3来调节PH。

? H??HCO3?H2O?CO2?

由上式可以看出H?和HCO?是1:1的，即

17

V?900m3/d?3.75?104L/h 处理前：

??3?5??4?3C(H)?10~10mol/Ln(H)?C(H)?V?3.75?10?10?37.5mol；1 ；

n(H?)2?C(H?)?V?3.75?104?10?5?0.375mol；

?0.375mol?n(H)?37.5mol； 即

处理后：

??9?6??8?5 C(H)?10~10mol/L，C(OH)?10~10mol/L。

此时：

???94?5?n(H)?C(H)?V?10?3.75?10?3.75?10mol； 1

???64?2?n(H)?C(H)?V?10?3.75?10?3.75?10mol。 2

由上式，可以求出，在处理前后，PH的变化量为： ?n?0.3749mol~37.4625mol。

即每小时向废水中加入0.3749mol~37.4625mol的NaHCO3。即可调节废水中的PH达到排放标准。

（7）工艺装备

调节池内设置潜水搅拌机1台，一台备用。根据1m污水配置4~8W的选配搅拌设备，该工程取5W，则调节池的总功率为：225?5?1125W。

（8）提升泵的选择：

在调节池的集水坑中安排2台潜污泵，根据处理水量600m3/d?25m3/h和资料查询，选择型号为：IS80?50?200，一用一备，水泵基本参数为，处理水量为25m3/h，扬程为12.5m，轴功率1.31kw，电动机功率为2.2kw，效率为65%。

（9）热交换器的的选择

浮动盘管换热器 1、强化传热

螺旋形铜盘管采用悬臂固定结构，当热媒介质(饱和蒸汽或高温水)流经

3 18

管内时，盘管产生高速往返运动，强制换热管周边水形成扰动，从而极大地增加了传热膜系数a0，减少管外壁流体热阻1/a0,提高了总传热系数K。

2、自动除垢

设备运行中由于盘管高速浮动，水垢很难沉积敷着于管外壁上；同时由于盘管随温度变化而产生伸缩现象，即使管外壁形成了少量水垢也会自动脱落(可定期由排污口排出罐外)，解除了传统烦琐的除垢工艺，因此，换热器可以长期保持最佳状态运行。

3、精确温控

本设备配置高精度“智力式温度调节器”，可连续自动检测出水温度，并指令控制阀调节进入盘管内的蒸汽(或高温水)量，因此，即使负荷波动，出水温度仍可保持在整定值的±2℃范围内。

4、减少占地

该设备结构紧凑，占地面积约为同功能列管式换热器的10%左右，不仅降低了造价，有效利用空间，而且便于运输和吊装。

3.1.3 水解酸化池

19

（1）水解池的容积V

V?KZQHRT?1.5?25?4?150m3 (3-16)

式中：V ---------水解池容积，m KZ --------总变化系数，KZ?1.5

333QQ?600m/d?25m/h m/h ----------设计流量，，

3 HRT -------水力停留时间2.5~4.5h，取HRT?4h

酒精厂中设计的水解池，分为2格。设每格池宽为3m，水深为4m（一

般取4~6m）按长宽比2:1设计，则每组水解池池长为2?3?6m，则每组水解池的容积为2?6?3?4?144m。

（2）水解池上升流速核算

反应器的高度为：H?4m，反应器的高度与上升流速之间的关系为： v?QV4???1m/h （3-17） AHRT43式中：v——上升流速，m/h v?0.5~1.8m/h

3Qm ——设计流量，/h 3

V——水解池容积，m

20

A——反应器表面积，m

HRT——水力停留时间，取HRT?4h

水解反应器的上升流速v?0.5~1.8m/h，v符合设计要求。 （3）SS的去除量，可去除80%~90%

去除SS为：

14400?80%?1152 0mg/l 剩余SS为：

14400?11520?2880 mg/l 污泥生产量：

2Qmax(C0?C1)900?(14400?2880)?10?3 Qw???103.68m3/d （3-18）

y(1?P0)1000?(1?99%)3式中：Qmax——为最大设计流其中量m/d

C0，C1——进出水中SS浓度mg/L

P0——污泥含水率（此污泥为混合污泥含水率为98%~99.5%）

3kg/my ——污泥密度

（4）COD去除为40%~50%

mg/l COD剩余量：40000?(1?45%)?22000（5）由于BOD/COD的比值不变则 BOD剩余量：22000?(（6）配水方式

采用穿孔管布水器（分支式配水方式），配水支管出水口距池底200mm，位于服务面积的中心，出水管孔径为20mm。

（7）出水收集

出水采用钢板矩形堰。

24000)?13200mg/l 40000 21

（8）排泥系统设计

采用静压排泥装置，沿矩形池纵向多点排泥，排泥点设在污泥区中上部。

污泥排放采用定时排泥，每日1-2次，另外，由于反应器底部可能会积累颗粒物质和小砂砺，需在水解池底部设排泥管。[3]

3.1.4 一级UASB反应器的设计 （1）UASB设计说明 （2）UASB结构图

（图3-2）

（3）设计参数选取如下：

容积负荷?NV?16kg/?m3?d?污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD3产气率0.35m/kgCOD

设计处理水质如表3-1

表3-1. 一级UASB反应器进水水质指标

水质指标 进水水质?COD

BOD 13200 80 2640

SS 2880 65 1008

mg/L?

22000 85

去除率(%) 出水水质?mg/L?

3300

设计水量为：

Qmax?900m3/d?37.5m3/h?0.0104m3/s

22

（4）反应区计算

表3-2 UASB允许容积负荷[4]

容积负荷/[kgCOD/?m3?d?]

反应温度/C

VFA废水

15 20 25 30 35 40

UASB有效容积：

2~4 4~6 6~12 10~18 15~24 20~32

非VFA废水

1.5~3 2~4 4~8 8~12 12~18 15~24

SS占COD总量30%

的废水 1.5~2 2~3 3~6 6~9 9~14 14~18

V有效

QmaS900?22000?10?3x0 ???1237.5m3 （3-19）

Nv16式中：Qmax--------设计流量，m3/d

S0 ----------进水COD含量，mg/L ---------容积负荷，取16

kgCOD/?m3?d?NV

将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好。 池子面积为 A?Qmax37.5??93.75m2 （3-20） q0.43式中：Qmax -------设计流量，m/h

q -----------水力负荷，0.1~0.9m/(m.h) ，取池深为：

h??33?32q?0.4?m/m?h?????

V1237.5??13.m2A93.75 （3-21）

23

采用一座UASB反应器。则池子直径为：

D?4A??4?93.75?10.9m33.14

取D?11m，则实际横截面积为：

11A1??D2??3.14?112?94.985m244

实际表面水力负荷为：

q1?故符合设计要求。 反应区水力停留时间： （2）配水系统设计

t?Qmax37.5 ??0.39?1.0 （3-22）

A194.9851237.5?1.37d5900

本系统设计为圆形布水器，UASB反应器设36个布水点。 布水系统设计计算草图见图3.1.3

图3.1.3 UASB布水系统设计草图

圆环直径计算：每个孔口服务面积为:

1D21?112??0.84m2 (3-23) a??4364?36在0.5~2m2范围内，[4]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。

24

1）内圈6个孔口设计 服务面积： S1?6?0.8?4折合为服务圆的直径为：

2 45.m04S1??4?5.04 ?2.5m3 （3-24）

3.14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：

d121?S1 (3-25)

42则： d1?2S1??2?5.04?1.7m9 3.142）中圈12个孔口设计

服务面积：S2?12?0.84?10.08m2 折合成服务圆直径为：

4?S1?S2???4??5.04?10.08??4.39m (3-26)

3.14中间圆环直径计算如下：

11??4.392?d22??S2 (3-27) 42则： d2?3.58m 3）外圈18个孔口设计

服务面积： S3?18?0.84?15.12m2 折合成服务圆直径为：

4?S1?S2?S?3??4??10.?08?15.12?5.04?6.2m1 (3-28)

3.14外圆环的直径计算如下：

11??6.212?d32??S3 (3-29) 42则： d3?5.38m

25

4）配水区高度

可按下式计算[5] ： H?0.2m?d （3-30） 式中：d ---------进水支管管径，m。 则配水区高度为：

H?0.2?（3）出水系统的考虑 ① 出水渠的设计

采用锯齿形出水渠，渠宽0.2m，渠高0.2m，每个反应器设3条出水渠，基本可保持出水均匀。

② 出水堰的设计

采用锯齿堰出水，以加大过堰流速，壁面淤积，其尺寸为：堰顶宽a?100mm，堰高h?50mm，堰间距L?a?2h?100?2?50?200mm，即0.2m。

采用双侧集水，则实际堰长为：L?12.4?2?24.8m

24.8?124个 0.2Q0.01?8.06?10?5m3/s 单齿流量为：max?1241240.84??0.72m

齿形堰总数为：

③ 出水水头损失

采用90°三角堰，见图3.1.4：

图3.1.4 三角堰结构示意图

2.5Q?1.4H1由三角堰过堰流量公式得，H1?0.02m

考虑自由跌水水头损失0.15m，则出水堰总水头损失为：

h?0.02?0.15?0.17m

（4）排泥系统的设计

由于该工艺的污水处理量较小，且污泥在厌氧条件下将有机污染物转化成沼

26

气，没有过多的剩余污泥，在培养厌氧污泥实现颗粒化时，污泥量还不够，因此不设排泥管。若要设排泥管时，可考虑把配水管兼作排泥管用，可均匀排除污泥床区的污泥，并在反应器的1/2高处，和三相分离下三角以下0.5m处各设

d?100mm排泥管各一根，并在池底设放空管。

（5）沼气产量计算

一级UASB的COD按85%计，厌氧产率系数Y取0.04gVSS/gCOD，由经验数据及计算方式得知，每去除1gCOD可以产生CH40.35L；当考虑细胞合成时，在标准状态下，实际产气量按下式进行计算：[5]

VCH4(标准状态)?0.35?Qmax?C0?C???1.42YQmax(C0?C?)??10?3 (3-31)

式中：VCH4(标准状态) --------标准状态下CH4产量，m3/d；

Qmax ------处理水量，m3/d； C0 ---------进水COD值，mg/L； Ce ---------出水COD值，mg/L；

1.42 -------由细胞体重换算为COD的换算系数； Y ----------厌氧产率系数，0.04~0.05gVSS/gCOD 则CH4产量：

VCH4(标准状态)?0.35?(900?22000?85%?1.42?900?0.04?22000?85%)?10?3?5555.92m3CH4占沼气体积的55%，则沼气的体积为：

.92/55%?1.01?104m3 5555（4）产泥量计算

一级UASB的最大设计流量Q?900m3/d，进水COD浓度为22000mg/L，COD去除率为85%，污泥产率为0.1kgMLSS/kgCOD，则剩余污泥量为： X?900?2200?0?31?0假定排泥含水率为98%，则排泥量为：

27

8?5%?0.k1gM16L8S3S d/ Qs?1683?84.15m3/d

1000?(1?98%)3.1.5 二级UASB反应器的设计 设计参数选取如下：

容积负荷?NV?10kg/?m3?d? 污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD

产气率0.35m3/kgCOD设计处理水质如表3-3：

表3-3 二级UASB反应器进水水质指标

水质指标 进水水质?mg/L?

去除率(%) 出水水质?mg/L?

COD 3300 60 1320

BOD 2640 65 924

SS 1008 30 705.6

经过一级UASB处理，设计水量拟减小为60%，则设计水量为： Q??900?60%?540m3/d?22.5m3/h?1.04?10?3m3/s （1）反应区计算

UASB有效容积： V有效?Q?S0 （3-32） Nv式中：Q? --------经过一级UASB处理后的设计流量，m3/d S0 ---------进水COD含量，mg/L NV --------容积负荷，kgCOD/?m3?d?

根据表3-2，按反应温度35C选取SS占COD总量30%的废水，容积负荷为10kgCOD/?m3?d?，则： V有效540?33?00?3103??178.m2

10将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好。

32m/m?h??取水力负荷q?0.4?，则： ???（见式3-20）

28

池子面积为： A?池深为： h?Q?22.5??56.25m2 q0.4V178.2??3.17m A56.24采用一座UASB反应器，则池子直径为： D?4A??4?56.25?8.4m6

3.14取D?9m，则实际横截面积为：

11 A1??D2??3.14?92?63.585m 244实际表面水力负荷为： q1?故符合设计要求。

V有效178.2反应区水力停留时间： t???0.33d

Q?540Q?22.5??0.35?1.0 A163.585（2）配水系统设计

本系统设计为圆形布水器，UASB反应器设36个布水点。 布水系统设计计算草图见图3.1.5

图3.1.5 UASB布水系统设计草图

圆环直径计算：每个孔口服务面积为：

121?92?0.5625m2 a?D/36?44?36处在0.5~2m2范围内，[4]符合设计要求。

29

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： S1?6?0.56?25折合为服务圆的直径为：

2 753.m34S1??4?3.375?2.07m

3.14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

d121?S1 口，则圆的直径计算如下：

42则： d1?2）中圈12个孔口设计

2S1??2?3.375?1.47m

3.14服务面积： S2?12?0.5625?6.75m2 折合成服务圆直径为： 中间圆环直径计算如下：

11??3.592?d22??S2 424?S1?S2???4??3.375?6.75??3.59m

3.14则： d2?2.93m 3）外圈18个孔口设计

服务面积： S3?18?0.5625?10.125m2 折合成服务圆直径为：

4?S1?S2?S?3??4?56.?751125?3.37??0.?5.0m8

3.14外圆环的直径计算如下：

11??5.082?d32??S3 42则： d3?4.33m

30

4）配水区高度

可按下式计算[5]： H?0.2m?d 式中：d --------进水支管管径，m。 则配水区高度为：

H?0.2?0.62?0.64m

?（3）出水系统的考虑 ① 出水渠的设计

采用锯齿形出水渠，渠宽0.2m，渠高0.2m，每个反应器设3条出水渠，基本可保持出水均匀。

② 出水堰的设计

采用锯齿堰出水，以加大过堰流速，壁面淤积，其尺寸为：堰顶宽a?100mm，堰高h?50mm，堰间距L?a?2h?100?2?50?200mm，即0.2m。

采用双侧集水，则实际堰长为：L?12.4?2?24.8m 齿形堰总数为：

24.8?124个 0.2Q6.25?10?3??5.04?10?5m3/s 单齿流量为：124124③ 出水水头损失

采用90°三角堰，见图3.1.4。

由三角堰过堰流量公式Q?1.4H12.5得，H1?0.017m 考虑自由跌水水头损失0.15m，则出水堰总水头损失为：

h?0.017?0.15?0.167m

（4）排泥系统的设计

由于该工艺的污水处理量较小，且污泥在厌氧条件下将有机污染物转化成沼气，没有过多的剩余污泥，在培养厌氧污泥实现颗粒化时，污泥量还不够，因此不设排泥管。若要设排泥管时，可考虑把配水管兼作排泥管用，可均匀排除污泥床区的污泥，并在反应器的1/2高处，和三相分离下三角以下0.5m处各设

d?100mm排泥管各一根，并在池底设放空管。

（5）沼气产量计算

31

一级UASB的COD按85%计，厌氧产率系数Y取0.04gVSS/gCOD，由经验数据及计算方式得知，每去除1gCOD可以产生CH40.35L[5]，由（3-31）得CH4产量：

VCH4(标准状态)?0.35?(540?3300?60%?1.42?540?0.04?3300?60%)?10?3?353.11m3取CH4占沼气体积的55%，则沼气体积（标准状态）为：

353.11/0.55?642.02m3 （4）产泥量计算

二级UASB的最大设计流量Q??540m3/d，进水COD浓度为3300mg/L，COD去除率为60%，污泥产率为0.1kgMLSS/kgCOD，则剩余污泥量为：

X?540?3300?10?3?60%?0.1?106.92kgMLSS/d

假定排泥含水率为98%，则排泥量为：

Qs?3.1.6 三相分离器设计

106.92?5.35m3/d

1000??1?98%?三相分离器设计计算草图见下图3.1.6

表3.1.6 UASB三相分离器设计图

（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。

32

（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<1.0m/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 1.5m 5）水力停留时间介于1.5~2h

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°

（3）一级UASB三相分离器设计 1）沉淀区面积为：

11A??D2??3.14?112?94.985m2

44 表面水力负荷为： q? 符合设计要求。 2）回流缝设计

h2的取值范围为0.5~1.0m, h1一般取0.5m，取h1?0.5m，h2?0.8m，

Qmax37.5??0.39?1.0 A94.985h3?2.4m，如图3.1.6所示：

b1?h3 （3-33） tan?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。

33

则： b1?2.4?2.01m

tan50? b2?11?2?2.01?6.98m

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： v1?Qmax (3-34)

S1 式中：Qmax --------反应器中废水流量，m3/h； S1 ----------下三角形集气罩回流缝面积，m2。

则： v1?37.5?0.981m/h

3.14?6.982/4v1?2m/h，符合设计要求。

上下三角形集气罩之间回流缝中流速?v2?可用下式计算：

v2?Qmax （3-35）

S2式中：Qmax --------反应器中废水流量，m3/h；

S2 ----------上三角形集气罩回流缝之间面积，m2。

取回流缝宽CD?3.0m，上集气罩下底宽CF?8.0m，则：

DH?CD?sin50?2.30m DE?2DH?CF?2?2.30?8?12.6m

S2???CF?DE?CD/2?3.14??8?12.6??3/2?97.026m2

则：

v2?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3.1.6可知：

CH?CDsin40?3?sin40?1.93m

AI?DItan50?11?DE?b2??tan50???12.6?6.8??tan50?3.46m 2237.5?0.39m/h?v1?2m/h

97.026故：

h4?CH?AI?1.93?3.46?5.39m

34

h5?0.8m

由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为：

CF?2h5tan40?8.0?2?0.8?tan40?6.66m

BC?CD/sin40?3.0/sin40?4.67m DI?11?DE?b2????12.6?6.8??2.9m 22AD?DI/cos50?2.9/cos50?4.51m BD?DH/cos50?2.3/cos50?3.58m AB?AD?BD?4.51?3.58?0.93m

3）气液分离设计

取设计参数为：d?0.01cm(气泡)，T?20C，水的密度?1?1.03g/cm3，

沼气密度?g?1.2?10?3g/cm3，水的运动粘滞系数v?0.0101cm2/s，碰撞系数

??0.95

则： ??v?1?0.010?11.?03 s / （3-36） 0.g01cm0?4由于一般废水的??净水的?，故取??0.02g/cm?s。 由斯托克斯公式可得气体上升速度为： vb??g?1??g??d2 （3-37） ?18?式中：vb --------气泡上升速度，cm/s g --------重力加速度，m/s2 ? --------碰撞系数，取0.95

? --------废水的动力粘度系数，g/cm?s 则： vb?0.95??1.03?1.2?10?3??9.8?0.01218?0.02?0.266cm/s?9.58m/h

水流速度va?v2?0.39m/h

35

则：

BC4.67vb9.58??5.02 ??24.56，AB0.93va0.39vbBC? vaAB故满足设计要求。

（4）二级UASB三相分离器设计 1）沉淀区面积为：

11A??D2??3.14?92?63.585m2

44表面水力负荷为：

q?Q?A?22.5?0.35?1.0

63.585 符合设计要求。

2）回流缝设计

h2的取值范围为0.5~1.0m，取h1?0.3m，h2?0.5m，h3?2.0m，如图3.1.6

所示： b1?h3 tan?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：

b1?2.0?1.68m

tan50b2?9?2?1.68?5.64m

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：

?v1?QS1

式中：Q? --------经过一级UASB处理后的设计流量，m3/h； S1 --------下三角形集气罩回流缝面积，m2。

则： v1?22.5?0.90m/h 23.14?5.64/4v1?2m/h，符合设计要求。

36

上下三角形集气罩之间回流缝中流速?v2?可用下式计算：

?v2?QS2

式中：Q? --------经过一级UASB处理后的设计流量，m3/h； S2 --------上三角形集气罩回流缝之间面积，m2。

取回流缝宽CD?1.2m，上集气罩下底宽CF?6.0m，则：

DH?CD?sin50?0.92m DE?2DH?CF?2?0.92?6?7.84m

S2???CF?DE?CD/2?3.14??6?7.84??1.2/2?26.07m2

则：

v2?22.5?0.86m/h?v1?2m/h 26.07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3.1.6可知：

CH?CDsin40?1.2?sin40?0.77m

AI?DItan50?11?DE?b2??tan50???7.84?5.64??tan50?1.31m 22故：

h4?CH?AI?0.77?1.31?2.08m

h5?1.0m

由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为：

CF?2h5tan40?6.0?2?1.0?tan40?4.32m

BC?CD/sin40?1.2/sin40?1.87m DI?11?DE?b2????7.84?5.64??1.1m 22AD?DI/cos50?1.1/cos50?1.71m BD?DH/cos50?0.92/cos50?1.43m AB?AD?BD?1.71?1.43?0.28m

37

3）气液分离设计

取设计参数为：d?0.01cm(气泡)，T?20C，水的密度?1?1.03g/cm3，

沼气密度?g?1.2?10?3g/cm3，水的运动粘滞系数v?0.0101cm2/s，

碰撞系数??0.95

则： ??v?1?0.0101?1.03?0.0104g/cm?s 由于一般废水的??净水的?，故取??0.02g/cm?s。 由斯托克斯公式可得气体上升速度为：

vb??g?1??g??d2 ?18?式中：vb --------气泡上升速度，cm/s g --------重力加速度，m/s2 ? --------碰撞系数，取0.95

? --------废水的动力粘度系数，g/cm?s 则： vb?0.95??1.03?1.2?10?3??9.8?0.01218?0.02?0.266cm/s?9.58m/h

水流速度va?v2?0.86m/h

则：

BC1.87vb9.58??6.68 ??11.14，

AB0.28va0.86vbBC? vaAB故满足设计要求。 3.1.7 SBR的设计 SBR运行的五个阶段

38

图3.1.7 SBR剖面图

设计参数

（1）参数选择范围

表3-4SBR参数范围

有机负荷条件 高负荷运行 低负荷运行 （进水条件） 间歇进水 间歇进水、连续进水 BOD-SS负荷 0.1~0.4kgBOD5/(kgSS·d) 0.03~0.1kgBOD5/(kgMLSS·d) 周期数 大（3~4） 小（2~3） 排除比 大（1/4~1/2） 小（1/6~1/3） 安全高度：?（cm） 50以上

污泥产量 多 少

使用范围 适用于处理规模约为 适用于小型污水处理厂，处理 2000m3/d以上设施 规模约为2000m3/d以下

污泥负荷率：

NS取值为0.4kgBOD5/(kgMLSS?d)；

污泥浓度和SVI：

污泥浓度采用2000mgMLSS/L，SVI去100

反应池数目 N=4；

活性污泥界面以上水深 ?=0.5m；

39

排除比1/m=1/4; （2）设计水量水质

设计水量为：Qmax=900m3/d=37.5m3/h=0.1m3/s

表3-5SBR反应器进出水水质

水质指标 COD BOD SS 进水水质（mg/L） 1320 924 705.6 去除率（90%） 90 85 80 出水水质(mg/L) 132 138.6 141.12

（3）反应池运行周期各工序时间计算 1)曝气时间

TA?24CS24?924??13.86hLSmXA0.2?4?2000

式中：

CS --------进水BOD浓度 LS --------BOD污泥负荷

XA -------污泥浓度，取2000mgMLSS/L

水温为20℃时： 初期沉淀速度：

Vmax?7.4?104?t?CA水温为30℃时： 初期沉淀速度：

Vmax?7.4?104?t?CA式中：

t --------水温

CA --------MLSS浓度，mgMLSS/L

水温为20℃时的必要沉降时间：

H11??5??0.5m4??0.48h Vmax3.62?1.7?1.7?7.4?104?30?2000?5.43m/h ?1.7?1.7?7.4?104?20?2000?3.62m/h

TS? 40

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rup7.html