课程设计uasb计算

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1、成 绩南京工程学院 课程设计说明书（论文）题 目 某制药企业废水处理工艺设计 课 程 名 称： 水污染控制工程 院（系、部）： 环境工程系 专 业： 环境工程 班 级： 环境091 学 号： 216090116 姓 名： 周发庭 起 止 日 期： 2012-5-21 2012-6-3 指 导 教 师： 李红艺 徐进 目 录第1章 概 论11.1设计任务及依据11.2设计要求1第2章 水质分析22.1水质组成2第3章 方案选择33.1选择方案原则33.2工艺流程图4第4章 工艺流程设计说明44.1工艺流程说明4第5章 UASB工艺设计计算65.1工艺简介65.2设计作用75.3设计参数75.4设

2、计计算85.5进水系统设计125.6出水系统设计135.7排泥系统设计155.8产气量计算155.9上升水流速度和气流速度的计算165.10总结16参考文献17致谢18- 18 - / 20文档可自由编辑打印第一章 概 论一、 设计任务及依据1. 设计任务本设计方案的编制范围是某生物制药厂废水处理工艺，处理能力2500 m3/d ,内容包括处理工艺的确定、设备选型、各设备对污水去除污染物的计算、UASB工艺设计计算、经济技术分析。完成绘制处理工艺流程组图、处理工艺组合平面布置及UASB工艺三视图。2. 设计依据（1）中华人民共和国环境保护法和水污染防治法 （2）污水综合排放标准GB897819

3、96 （3）给水排水工程结构设计规范（GBJ69-84）（4）课程设计任务书 （5）课程设计大纲二、 设计要求1. 设计原则（1） 必须确保污水厂处理后达到排放要求。 （2） 污水处理厂采用的各项设计参数必须可靠。在设计中一定要遵守现行的设计规范，保证必要的安全系数。对新工艺、新技术、新结构和新材料的采用积极慎重的态度。 （3） 污水处理厂设计必须符合经济的要求。（4） 污水厂设计应当力求技术合理。在经济合理的原则下，必须根据需要，尽可能采用先进的工艺、机械和自控技术，但要确保安全可靠。 （5） 污水厂设计必须注意近远期的结合，设计时应为今后发展留有挖潜和扩建的条件。 （6） 污水厂设计必须考

4、虑安全运行的条件。（7） 污水厂的设计在经济条件允许情况下，场内布局、构（建）筑物外观、环 境及卫生等可以适当注意美观和绿化。2. 污水处理工程运行过程中应遵循的原则 在确保污水处理效果同时，还应合理安排水资源的综合利用，节约用地，节约劳动力。同时应当合理设计、合理布局，作到技术可行、运行可靠、经济合理。第二章 水质分析一、 水质组成生物制药废水可分为冲洗废水、提取废水和其他废水。其中冲洗废水和提取废水含有未被利用的有机组分及染菌体，也含有一定的酸碱有机溶剂，需要处理后排放，而其他废水主要为冷却水排放，一般污染物浓度不大，可以回用。1. 进水水质某制药厂进水水量及水质情况情况： 表2-1 进水

5、及水质废水种类水量（m3/d）COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)制药工厂废水25006000300025002. 出水水质污水处理厂污水水质排放标准执行污水综合排放标准GB89781996二级标准，具体水质如表2-2所示。 表2-2 处理要求废水种类水量（m3/d）COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)制药工厂废水2500300601503. 制药工厂废水的可生化降解性废水的可生化降解能力取决于BOD/COD的比值，BOD是指在好氧条件下，微生物分解有机物质所需要消耗的溶解氧量，而COD是指在酸性条件下，用强氧化剂氧化水样中有机物和无机还原性物质所消耗的氧化剂的

6、量，以氧的毫克每升表示。由于BOD采用微生物来降解有机物，而降解率仅为14.478.6%，而COD采用的是强氧化剂，对大多数的有机物可以氧化到8595%，因此以重铬酸钾作为强氧化剂来测定COD时，BOD/COD的比值小于1。根据资料介绍，当废水BOD/COD0.3时，说明废水中有机物可生化降解。但一般说来抗生素废水的BOD/COD大于0.3，因此抗生素废水可生化性比较好。第三章 方案选择一、 选择方案原则在工艺选择和设计时应充分考虑该厂废水的特点，近期、远期的可调性，并用两级处理，即物化处理与生化处理相结合。该厂废水属于比较难处理的工业制药废水。根据该厂原有设施运行经验及同类厂家运转经验，采用

7、物化和生化相结合处理工艺。一级物化处理采用格栅、调节池、沉砂池，主要去除废水沉淀物，中和废水pH值，调节水质、水量。生化处理拟采用USBR工艺系统及曝气系统。整体配备先进可靠的系统设备，降低系统的维护工作量，以保证系统的长期正常运转。采用适当的自动化控制系统，以保证处理效果和减少劳动力需求。工程设计采用针对该厂水质特点的工艺方案。工艺可靠，设备配备先进，运行费用合理，工程整体档次高。污泥处理也是关键。由于污泥量很大，本方案采用高品质带式压滤机，提高污泥处理自动化程度，同时也避免采用板框牙滤机所带来的人力多、环境差、处理能力低等缺陷。二、 工艺流程图某制药厂废水处理工艺流程如下图3-1格栅初沉池

8、调节池水解池 UASB工艺絮凝剂进水污泥浓缩池过滤池 二沉池 曝气池栅渣脱水机房污泥剩余污泥排泥排泥出水鼓风污泥回流图3-1制药厂废水处理工艺流程图第四章 工艺流程设计说明一、 工艺流程说明(一) 格栅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) 初沉池初沉池可除去废水中的可沉物和漂浮物。初沉池对进水COD、 BOD 、 SS 的去除率分别选取为：12% 20% 40%，则初沉池进出水水质计算结果如下表4-1表4-1初沉池进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/L)60003

9、0002500去除率（%）122040出水水质(mg/L)500024001500(三) 调节池废水其水质水量都会随时变化，且波动较大。废水水质水量的变化对废水处理设备的功能发挥是不利的。为解决这一问题，设置了调节池以调节水质和水量。调节池对进水COD、 BOD 、SS 的去除率分别选取为：10% 20% 12%，则调节池进出水水质计算结果如下表4-2表4-2调节池进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/L)500024001500去除率（%）102012出水水质(mg/L)450012001250(四) 水解池水解酸化池具有调节与稳定进水水质，将废水中的有机大分子和难生物降解有

10、机污染物转化为小分子有机物，调节污水pH值、水温，有预曝气作用，还可用作事故排水。水解池对进水COD 、BOD、 SS 的去除率分别选取为：40% 少量 80%，则水解池进出水水质计算结果如下表4-3表4-3水解池进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/L)450012001250去除率（%）40少量80出水水质(mg/L)27001200250(五) UASB反应器UASB反应器又称上流式厌氧污泥床，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。UASB反应器对进水COD、 BOD、 SS 的去除率分别选取为：85% 85% 60%，则初沉池进出水水质计算结果如下

11、表4-4表4-4UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/L)27001200250去除率（%）858560出水水质(mg/L)450180150(六) 曝气池曝气池是好氧活性污泥法的应用，对有机物质的去除效果明显。曝气池对进水COD、 BOD、 SS 的去除率分别选取为：90% 95% 少量，则初沉池进出水水质计算结果如下表4-5表4-5曝气池进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/L)450180150去除率（%）809020出水水质(mg/L)9018120第五章 UASB工艺设计计算一、 UASB反应器设计说明(一) 工艺简介：UA SB 是升流

12、式厌氧污泥床反应器的简称, 是由荷兰W agen ingen 农业大学教授L et t inga 等人于1972 1978 年间开发研制的一项厌氧生物处理计术, 国内对UA SB 反应器的研究是从 20 世纪 80 年代开始的. 由于UA SB 反应器具有工艺结构紧凑,处理能力大, 无机械搅拌装置, 处理效果好及投资省等特点,UA SB 反应器是目前研究最多, 应用日趋广泛的新型污水厌氧处理工艺 1 1. UA SB 反应器基本构造如图12. UA SB 的工作原理：如图1 所示, 废水由反应器的底部进入后, 由于废水以一定的流速自下而上流动以及厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用, 废水与污泥充

13、分混合, 有机质被吸附分解, 所产沼气经由反应器上部三相分离器的集气室排出, 含有悬浮污泥的废水进入三相分离器的沉降区, 由于沼气已从废水中分离, 沉降区不再受沼气搅拌作用的影响. 废水在平稳上升过程中,其中沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分, 从而保证了反应器内高的污泥浓度. 含有少量较轻污泥的废水从反应器上方排出. UA SB 反应器中可以形成沉淀性能非常好的颗粒污泥, 能够允许较大的上流速度和很高的容积负荷. UA SB 反应器运行的3 个重要的前提是: 反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥; 出产气和进水的均匀分布所形成良好的自然搅拌作用; 设计合理的三相分离器, 能

14、使沉淀性能良好的污泥保留在反应器内(二) 设计作用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。(三) 设计参数选用设计资料参数如下：参数选取：a) 容积负荷（Nv）为：6kgCOD/(m3d)b) 污泥产率为：0.1kgMLSS/kgCODc) 产气率为：0.5m3/kgCOD 设计水量：Q = 2500m3/d = 104

15、.2m3/h = 0.0289m3/s(四) 设计计算 1. 反应器容积计算： UASB有效容积为V有效 = 式中：V有效 反应器有效容积，m3；S0、Se 进出水COD的浓度,kgCOD/m3；Q 设计流量，m3/d； Nv 容积负荷,kgCOD/(m3d)。V有效 = = 956.25m3采用4座相同的UASB反应器则每座反应器的有效容积为:=956.25/4 = 239.06m3。 根据经验，UASB最经济的高度一般在36m之间，并且大多数情况下，这也是系统最优的运行范围。取有效水深h = 6m 则底面积： 采用矩形池比圆形池较经济。有关资料显示，当长宽比在2：1左右时，基建投资最省。取

16、长L = 8m ，宽B = 5m 则实际横截面积为：A1 = LB = 85 = 40m2实际总横截面积为：A = 404 = 160m2 本工程设计中反应器总高取H = 6.2m(超高h1=0.2m)则单个反应池的容积为：V = LBH = 856 = 240m3反应池的总容积为V总 = 2404 = 960m3。水力停留时间为： 表面水力负荷为: 对于颗粒污泥，表面水力负荷q = 0.1-0.9m3/( m2h)，故符合设计要求。2. 三相分离器设计：三相分离器一般设在沉淀区的下部, 但有时也可将其设在反应器的项部. 三相分离器的主要作用是将气体(反应过程中产生的沼气)、固体(反应器中的污

17、泥)和液体(被处理的废水)等三相加以分离. 将沼气引入集气室, 将处理出水引入出水区, 将固体颗粒导入反应区. 他由气体收集器和折流挡板组成. 只有三相分离器是UA SB 反应器污水厌氧处理工艺的主要特点之一. 他相当于传统污水处理工艺中的二次沉淀池, 并同时具有污泥回流的功能. 因而三相分离器的合理设计是保证其正常运行的一个重要内容.三相分离器设计计算草图见图5-2:图5-2三相分离器设计计算草图(一) 设计说明：三相分离器要具有气、液、固三相分离、污泥回流的功能。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。本工程设计中，每池设置1个三相分离器，三相分离器的长度为b=8m，宽度

18、为：d = 5m。1) 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：沉淀区水力表面负荷 1.0 m/h；沉淀器斜壁角度在45-60之间，使污泥不致积聚，尽快落入反应区内；进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速 2 m/h；总沉淀水深应大于1.5 m；水力停留时间介于1.52 h。沉淀区（集气罩）斜壁倾角50。沉淀区的沉淀面积即为反应器的横截面积，即40m2。如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果。沉淀区的表面

19、水力负荷为：q = = q 1.0m3/( m2h) ，符合设计要求。2) 回流缝设计：设单元三相分离器的长b = 8m，宽d = 5m上下三角形集气室斜面水平夹角为50取保护水层高度（即超高）h1 = 0.3m上三角形顶水深h2 = 0.5m，下三角形高度h3 = 1.5m则下三角形集气室底部宽为：式中：b1下三角集气室底水平宽度，m 上下三角集气室斜面的水平夹角h3下三角集气室的垂直高度，m 则相邻两个下三角形集气室之间的水平距离：b2 = L2b1 = 821.26 = 5.48m则下三角形回流缝的面积为： S1 = b2B = 5.485 = 27.4m2 下三角集气室之间的污泥回流逢

20、中混合液的上升流速(V1)可用下式： V1 = Q1/S1式中： Q1 反应器中废水流量，m3/h；S1 下三角形集气室回流逢面积，m2。V1 = 设上三角形集气室回流缝的宽度CD = 1.4m，则上三角形回流缝面积为： S2 = CDB2 = 1.452 = 14m2上下三角形集气室之间回流逢中流速(V2)可用下式计算： V2 = Q1/S2式中：Q1 反应器中废水流量，m3/h；S2 上三角形集气室回流逢的之间面积，m2。 V2 = 则V1 V2 ,故满足设计要求.4) 三相分离器与UASB的高度设计：三相分离器总高度：h = h2 + h4+h5=0.5+2.23+0.7=3.43m3.

21、5mUASB的总高:H = 6.2m(超高h1=0.2m)反应区高2.6m，其中污泥区高1.6m，悬浮区高1m。沉淀区高3.4m(五) 进水系统设计：1. 布水点的设置：进水方式的选择应根据进水浓度及进水流量来定，本设计采用连续均匀的进水方式，一管多点的布水方式。一共设置64个出水孔，每个反应池各16个出水孔。所取容积负荷为6kgCOD/(m3d)，据资料，每个点的布水负荷面积大于2m2。每个布水点的负荷面积为：40/16 =2.5m2 2m2，满足设计要求。2. 布水管的设置：每个反应池采用树枝穿孔管配水，每个反应池中设置4根支管，布水支管的直径采用DN100mm。布水支管的中心距为2m，管

22、与墙的距离为1m；出水孔孔距1.2m，出水孔距墙为0.7m。孔口向下并与垂线呈45角。两个池子的总管管径取DN200mm，流速为1.5m/s；每个池子的总管管径取DN150mm，长L=10m，流速为1.35 m/s。为了使穿孔管隔空出水均匀，要求出口流速不小于2m/s，取其流速为u = 2m/s，则布水孔孔径为：取15mm为了增强污泥与废水之间的接触，减少底部进水管的堵塞，进水点距反应池池底200-500mm，本设计布水管离池底300mm。布水系统设计图如图5-3：图5-3布水系统设计示意图(六) 出水系统设计：1. 出水槽设计：为了保持出水均匀，沉淀区的出水系统通常采用出水槽。此设计中沿反应

23、器的短边设置两条出水槽，而出水槽每隔一定的距离设三角出水堰。每个反应池有1个单元三相分离器，出水槽共有2条，槽宽be = 0.3m。反应器流量： 取出水槽口附近水流速度为vc = 0.3m/s，槽口附近水深为0.3m，出水槽坡度为0.1；出水槽尺寸5m0.5m0.5m。2. 溢流堰设计：每个反应器中出水槽溢流堰有2条，每条长5m。设计900三角堰，堰高5mm，堰口宽为100mm，则堰口水面宽b=50mm。每个UASB反应器处理水量7.2L/s，查知溢流负荷为1-2L/（ms），设计溢流负荷f = 1.256 L/（ms）则堰上水面总长为：三角堰数量：个每条溢流堰三角堰数量：120/6=20个一

24、条溢流堰上共有20个10mm的堰口，20个10mm的间隙。3. 出水渠设计：每个反应器沿长边设1条矩形出水渠，长为8.6m，2条出水槽的出水流至此出水渠。设出水渠宽0.8m，坡度0.01，出水渠渠口附近水流速度为0.3m/s则渠口附近水深: 以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深：0.3+0.04=0.34m，出水渠取0.6m深，出水渠的尺寸为：8m0.8m0.6m。4. UASB排水管设计：每个UASB反应器排水量为7.2L/s，选用DN150钢管排水，充满度为0.6，管内水流速度为： m/s设计坡度为0.01；总管流量为13.9L/s，选用DN200钢管排水，充满度为0.6，管内水流速度为：=

25、 0.74m/s，设计坡度为0.01。(七) 排泥系统设计：每日产生的悬浮固体 PSS = Q（S0-Se）E 式中：Q 设计流量，m3/d； 污泥产率，kgSS/kgCOD；S0、Se 进出水COD的浓度,kgCOD/m3；E 去除率，本设计中取85%。PSS = （2700-405）0.850.1250010-3 = 487.69kgSS/d每日产泥量为：W = 式中：Pss 产生的悬浮固体，kgSS/d；P 污泥含水率，以98%计； 污泥密度，以1000kg/m3计。W = 每日产泥量24.38m3/d，则每个USAB日产泥量6.10m3/d。在每个UASB反应器距离底部0.3m处沿长度

26、方向均匀设置排泥管一根，以便均匀排除污泥区的污泥。USAB反应器每天排泥一次，排泥管选用DN150的钢管，排泥总管选用DN200的钢管。必要时布水管兼做排泥管用。(八) 产气量计算：采用每去除1千克COD产生0.5立方米沼气做参数则每日产气量为：Qg = Q（S0-Se）E 式中： Q 设计流量，m3/d； 产气率，m3/kgCOD；S0、Se 进出水COD的浓度，kgCOD/m3；E 去除率，本设计中取85%。Qg =（2700-405）0.850.5250010-3 = 2438.438m3/d(九) 上升水流速度和气流速度的计算：常温下，产气率为：0.5m3/kgCOD；需满足空塔水流速

27、度uk1.0 m/h，空塔沼气上升流速ug1.0 m/h。空塔水流速度： 符合要求。空塔气流速度： 1.0m/h,符合要求。(十) 总结:通过对生物制药厂污水处理厂各个构筑物的设计得出，经过处理后，出水中的污染物含量均符合污水综合排放标准GB89781996二级标准，可以直接排放。通过上面的生化处理可使河流的污染大大降低，有利于河流流域水体功能的恢复，地下水化学成分被恢复，更重要的是，污水经过处理后对整个生态环境的污染大大地降低，不但能够保护人民的身体健康，同时也可以为某间接带来改善投资环境、吸引外资、增加农副产品和工业产品的质量，减少城市自来水厂的净化处理成本。污水处理厂运行后，每年产生的干

28、污泥含有大量有利于植物生长的肥分，将污泥作为农作物或园林绿化用的肥料，除可获得一定的增产效果外还可改良土壤结构。建设这座污水处理厂不但能够切实有效的保护水资源，并能够促进水资源的可持续发展进而带动经济的可持续发展。兴建某污水处理厂是一件功在当代，利在千秋，利国利民的事情，势在必行。参考文献1向立, 同新奇. 在“四化”建设中人为水土流失类型J . 水土保持通报, 1987, 7 (4) : 482532 张文静,陶永庆.制药生产废水治理工艺初探J.北方环境,2004,29(4):62-67.3 李善评,栾富波,冀贞泉,等.制药废水处理工艺的改造J.中国给水排水,2005,21(5):80-83

29、.4方于云. 水资源保护手册M . 南京: 河海大学出版社, 1988.1482176.5 高延耀， 顾国维， 周 琪 . .第三版. 高等教育出版社6厌氧生物技术原理与应用（化学工业出版社、任南琪、王爱杰等编）7制药工业-三废处理技术（化学工业出版社，王效山、夏伦祝编）致谢 本次水污染控制工程课程设计完成的很是顺利，从中我学到不少有用的知识也积累了很多宝贵的经验。我们之所以能够这么顺利的完成本次课程设计与我们的李红艺老师在设计之前就给我们做的充分准备工作是分不开的，其次，在本次设计中我们小组人员态度积极，配合默契，在每次遇到难题时都能够积极认真思考解决困难。另外，设计中我们组长杨萍起到了良好的带头作用，并且认真仔细帮助及督促我们的设计进程。在此，对以上人员表示感谢，由衷的谢谢！