3000m3d垃圾渗沥液厌氧处理的UASB反应器设计.doc
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1、课程设计成绩评定表课程设计评分(按下表要求评定)评分项目设计说明书质量(50分)图纸质量(30分)任务完成情况(10分)学习态度(10分)合计(100分)得分指导教师评语 指导老师签名: 年 月 日教研室主任审核意见 教研室主任签名: 年 月 日设计任务书一、设计题目3000m3/d垃圾渗沥液厌氧处理的UASB反应器设计二、原始资料1. 处理流量Q3000m3/d2. 水质情况:BOD5=6000mg/L CODcr=12000mg/L SS=2000mg/L pH=69 NH4-N=1000mg/L三、出水要求BOD5=600mg/L CODcr=1200mg/L SS=200mg/L pH
2、=69 NH4-N=60mg/L四、设计内容按照原始资料数据进行处理方案的确定,拟定处理工艺流程,选择各处理构筑物,说明选择理由,UASB工艺说明包括原理、结构特点、设计原则、保温、防腐、控制等说明,论述其优缺点,编写设计方案说明书。该课题工艺为预处理(加药混凝、氨吹脱)加UASB反应器。进行UASB反应器的体积、三相分离器、布水系统、出水系统的计算,去除效率估算;效益分析UASB 设备的平面布置图、三相分离器制造图、管道连接接口大样图4.编写设计说明书、计算书五、设计成果1. 设备平面布置图、剖面图1张(A1)2. 三相分离器制造图、管道连接接口大样图1张(A4)3.设计说明书、计算书一份六
3、、时间分配表(第19周)序号教学内容时间备注1下达设计任务书1天(19周周一)由指导老师讲授设计任务与要求2查阅资料,进行设计计算2天(19周周二周三)3绘制CAD设计图纸2天(19周周四周五)4编写设计说明书,装订成册2天(19周六周日)5总计时间7天七、成绩考核办法 根据设计说明书、设计图纸的质量及平常考核情况由指导教师按优、良、中、及格、不及格评定成绩。 指导教师:曾经、彭青林 长沙理工大学化学与生物工程学院环境工程教研室 2011年11月目录第一章 概述11.1 引言51.2 UASB的由来51.3 设计说明51.3.1基本原理51.3.2基本设计51.3.3满足要求5第二章 垃圾渗滤
4、液工艺流程的确定52.1 工艺流程图52.2 预处理设施52 格栅52.2.2 调节池52.2.3 氨吹脱62.2.4 加药混凝62.3 UASB反应器的结构72.3.1 UASB反应器的组成72.3.2 三相分离器82.3.3 进水和配水系统82.4 UASB工艺的优缺点102.5 UASB工艺的设计原则11第三章 设计计算113.1 预处理设计113.1.1 混凝沉淀池123.1.2 吹脱塔123.1.3 预处理后数据123.2 UASB反应器的设计123反应器池体123反应器的几何尺寸123.2.3 反应器水力停留时间133.3 进水、配水系统设计133.4 三相分离器的设计134.4.
5、1 回流缝设计144.4.2 沉淀区设计164.4.3 气液分离设计163.5 出水系统的设计163.6 排泥系统163.7 浮渣清除方法的考虑173.8 防腐措施17第四章 辅助设施及简图184.1 剩余沼气燃烧器184.2 保温加热设备184.3 监测和控制设备184.4 高程布置图184.5 平面布置图18第五章 出水水质计算及效益分析19第六章 总结21参考文献22第一章 概述1.1 引言垃圾渗滤液的主要两大特点和难点就是其氨氮浓度高以及可生化性差,指垃圾在堆放和填埋的过程中由于发酵并在地表地下水、天然降水的浸泡或冲刷下而滤出的污水。据有关国内外资料表明,现有的垃圾滤液处理工艺主要采用
6、传统的物化法和生物处理法。以混凝、沉淀、吸附、膜处理和深度氧化等为主的常见物化法对垃圾渗滤液的处理不受水质水量的影响,出水水质稳定,对BOD/CODcr比值较低的难生物降解的垃圾渗滤液较为有效,但需要投加大量的吸附剂和混凝剂,运行成本过高,且不易管理。生物处理包括好样处理、厌氧处理以及二者联合处理。好氧处理以传统的活性污泥、氧化沟、氧化塘、生物转盘等方法为代表,其中以延时曝气活性污泥法应用最多。厌氧处理法主要有厌氧接触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床及分段厌氧消化等。目前国内外多采用的厌氧与好氧联合处理法,由于对垃圾渗滤液中过高氨氮浓度未引起足够重视,造成高氨氮对生物处理产生严重的抑制作用,
7、影响出水,整体处理效果不佳。结合物化和生物处理法的优点,充分考虑过高氨氮对微生物的抑制作用设计一套“脱氨混凝沉淀高效厌氧(UASB)接触氧化”工艺对某垃圾场的垃圾渗滤液进行专项处理厌氧生物处理以其独有的特征,在各方面都获得了广泛的应用,例如酿酒、制糖、淀粉生产、造纸、医药、食品加工以及化学工业等高浓度及难降解有机工业废水的处理。厌氧生物处理之所以有如此广泛的应用,是因为它有着好氧生物处理所不具有的优点。它可消除气体排放的污染;能处理高浓度的有机废水;可承受较高的有机负荷和容积负荷;厌氧污泥可以长期贮存,添加底物后可实现迅速反应。而升流式厌氧污泥床UASB工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双
8、重特点,作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源沼气的一项技术。对于不同含固量污水的适应性也强,且其结构、运行操作维护管理相对简单,造价也相对较低,技术已经成熟,正日益受到污水处理业界的重视,得到广泛的欢迎和应用。1.2 UASB的由来 1971年荷兰瓦格宁根(Wageningen)农业大学拉丁格(Lettinga)教授通过物理结构设计。利用重力场对不同密度物质作用的差异,发明了三项分离器。使活性污泥的停留时间与废水的停留时间分离,行成了上流式厌氧污泥床(UASB)反应器的雏形。1974年荷兰CSM公司在其6m3反应器处理甜菜制糖废水时,发现了活性污泥自身固定化机制行成的生物聚体结构,即颗粒
9、污泥(granular sludge)。颗粒污泥的出现,不仅促进了以UASB为代表的第二代厌氧反应器的应用和发展,而且还为第二代厌氧反应器的诞生奠定了基础。1.3 UASB的设计说明1.3.1 基本原理 UASB反应器主要包括主体部分和水封及沼气处理等附属设施,如图所示。UASB反应器废水被尽可能均匀的引入反应器的底部,污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程。在厌氧状态下产生的沼气(主要是甲烷和二氧化碳)引起了内部的循环,这对于颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上,附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的污泥撞击
10、三相反应器气体发射器的底部,引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面,附着和没有附着的气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。累积在三相分离器上的污泥絮体在一定程度上将超过其保持在斜壁上的摩擦力,其将滑回反应区,这部分污泥又将与进水有机物发生反应。经过反应后的沼气由上部的分离器送出,液体则经出水堰流出反应器。1.3.2 基本设计UASB的工艺设计主要是计算UASB的容积、产气量、剩余污泥量、营养需求的平衡量。UASB的池形状有圆形、方形和矩形。污泥床高度一般为3-8m,多用钢筋混凝土建造。当污水有机物浓度比
11、较高时,需要的沉淀区与反应区的容积比值小,反应区的面积可采用与沉淀区相同的面积和池行。当污水有机物浓度低时,需要的沉淀面积大,为了保证反应区的一定高度,反应区的面积不能太大时,则可采用反应区的面积小于沉淀区,即污泥床上部面积大于下部池形。1.3.3 满足要求气液固三相分离器是UASB的重要组成部分,它对于污泥床的正常运行和获良好的出水水质起十分重要的作用,因此设计时应给予特别的重视。三项分离器应满足以下几点要求:(1)、混合液进入沉淀区之前,必须将其中的气泡予以脱出,防止气泡进入沉淀区影响沉淀。(2)、沉淀器斜壁角度约可大于45度角。(3)、沉淀区的表面水力负荷应在0.7m3/m2.h以下,进
12、入沉淀区前,通过沉淀槽低缝的流速不大于2m/m2.h。(4)、处于集气器的液-气界面上的污泥要很好的使之浸没于水中。(5)、应防止集气器内产生大量泡沫。第2、3两个条件可以通过适当选择沉淀器的深度-面积比来加以满足。对于低浓度污水,主要用限制表面水力负荷来控制。对于中等浓度和高浓度污水,在极高负荷下,单位横载面上释放的气体体积可能成为一个临界指标。污泥与液体的分离基于污泥絮凝、沉淀和过滤作用。如上所述,UASB中污水与污泥的混合是靠上升的水流和发酵过程中产生的气泡来完成的。因此,一般采用多点进水,使进水均匀分布在床断面上,其中的关键是要均匀匀速匀量。UASB容积的计算一般按有机物容积负荷或水力
13、停留时间进行,设计时通过实验决定参数或参考同类废水的设计和运行参数。第二章 垃圾渗滤液工艺流程确定2.1 工艺流程图工艺过程:原水进入调节池后,先后经过调节池、吹脱塔和混凝沉淀池后尽可能均匀地从反应器底部进入,向上通过厌氧污泥床,与颗粒污泥充分接触,发生厌氧反应,在厌氧状态下产生沼气。废水的向上流动和产生的大量沼气的上升对反应器内的颗粒污泥起到了良好的自然搅拌作用,引起污泥的内部循环,使一部分污泥向上运动,在污泥床上方形成相对稀薄的污泥悬浮层。在含有颗粒污泥的废水进入分离区后,附着在颗粒污泥上的气泡和自由气泡撞击到分离区中三相分离器气体反射板的底部,与污泥和废水发生分离,被收集在反应器顶部三相
14、分离器的集气室内;释放气泡后的颗粒污泥由于重力作用沉淀到污泥层的表面,返回反映区;经过反应后的沼气由上部的分离器送出,液体则经出水堰流出反应器。2.2 预处理设施 一般渗沥水中含有悬浮物质,由于垃圾来源广泛,废水中悬浮物质含量的变化范围很广,从每升中含有几十、几百毫克,直到几千甚至上万毫克。为了保护后续处理能够正常进行,以及降低其他处理设施的处理负荷,通常在废水进行生物或化学处理之前先将这些悬浮物尽可能地用简单的物理方法予以去除,即进行预处理,内容包括格栅、调节池、沉淀池、气浮池以及沉砂池等。格栅是由一组(或多组)相平行的金属栅条与框架组成。倾斜安装在进水的渠道, 或进水泵站集水井的进口处,主
15、要作用是去除污水中较大的悬浮或漂浮物,以减轻后续水处理工艺的处理负荷,并起到保护水泵、管道、仪表等作用。当拦截的栅渣量大于0.2m3/d时,一般采用机械清渣方式;栅渣量小于0.2m3/d时,可采用人工清渣方式,也可采用机械清渣方式。因此本设计采用机械清渣方式,具体来讲,选用旋转鼓筒式格栅。本次设计选取中格栅宽度s=40mm;栅条间隙b=15mm;栅前水深;过栅流速;安装倾角a=45。隔栅的剖面图和俯视图如图2.2.2 调节池作用:为了使管渠和构筑物正常工作,不受废水高峰流量或浓度变化的影响,需在废水处理设施之前设置调节池。设计:水力停留时间设为6小时; 尺寸为10108( m3) 渗沥液量为3
16、0006 /24 = 750 ( m3) 检验:调节池体积为 10108 = 800 ( m3)故满足要求。采用浆式机械搅拌设备,达到混合均匀的效果。2.2.3 氨吹脱利用吹脱技术去除填埋场渗沥液中的氨是一项可行的技术,特别适用于建设有填埋气体发电站的场合,其主要优点是占地面积小,氨去除效果好。氨吹脱一般采用吹脱池和吹脱塔两类设备,但吹脱池占地面积大,而且易造成二次污染,所以氨气的吹脱常采用塔式设备2.2.4 加药混凝化学混凝所处理的对象,主要是废水中的细小悬浮颗粒和胶体颗粒,大颗粒的悬浮物由于受重力的作用而下沉,可以用自然沉淀法除去;但是,微小粒径的悬浮物和胶体,能在水中长期保持分散悬浮状态
17、,即使静置数十小时以上,也不会自然沉降。混凝药剂的投加分为干投法和湿投法两种,由于干投法对药剂的颗粒度要求较高,投加量难以控制,劳动强度大。故本次设计采用湿投法,投加的药剂为硫酸铝稀溶液和PAM(阴离子型)。使渗沥液的PH值处于弱酸性条件,即PH为6.0-7.0 。机械搅拌混合池采用方形水池,采用机械混合中的桨板式混合,因为它结构简单,加工制造容易。2.3 UASB反应器的结构2.3.1 UASB反应器的组成 UASB反应器为下进水上出水的结构,分为柱形和方形两种。如图1所示,外壁为保温层,内部从下至上为反应区和三相分离区,附配水封。因此,UASB反应器包括以下几个部分:进水和配水系统、反应器
18、的池体和三相分离器。UASB反应器的工艺基本出发点如下:l 为污泥絮凝提供有力的物理-化学条件,厌氧污泥即可获得并保持良好的沉淀性能;l 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,从而提高设备的污泥浓度;l 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前絮凝和沉淀,然后会流入反应器。2.3.2 三相分离器在UASB反应器中最重要的设备是三相分离器,这一设备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区。为了在沉淀器中取得对上升流中污泥絮体颗粒的满意的沉淀效果,三相分离器第一个主要的目的就是尽可能有效地分离从污泥床层
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