环保设备原理课程设计-3000m3d垃圾渗沥液厌氧处理的UASB反应器设计.doc

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1、长沙理工大学课程设计提供全套毕业设计，欢迎咨询 环保设备原理与设计课 程 设 计 题 目：3000m3/d垃圾渗沥液厌氧处理的UASB反应器设计 姓 名： 班 级： 环境工程1101 学 号： 201129090109 指导教师： 化学与生物工程学院2014年11月目 录引 言3第一章 设计任务及依据41.1 设计任务书41.1.1 设计题目41.1.2 原始资料41.1.3 出水要求41.1.4 设计内容41.1.5 设计成果51.1.6 时间分配表51.1.7 成绩考核办法61.2 设计依据6设计说明书62.1 设计原则62.2 UASB的原理72.3 UASB反应器的结构92.3.1 进

2、水和配水系统92.3.2 池体92.3.3 三相分离器102.3.4 其他设备102.4 防腐措施11第三章 工艺流程123.1 工艺流程图123.2 工艺流程说明123.2.1 格栅133.2.2 吹脱塔133.2.3 调节池133.2.5 UASB反应器133.3 UASB的工艺特点14第四章 设计计算书154.1 预处理措施154.1.1 格栅154.1.2 调节池164.1.3 氨吹脱164.1.4 加药混凝174.1.5预处理后数据174.2 UASB反应器设计184.2.1 反应器容积计算184.2.2 反应器结构尺寸设计194.2.3反应器升流速度204.3 进水配水系统设计21

3、4.3.1 布水点的设置224.3.2 布水管的设置224.4 三相分离器设计234.4.1 沉淀区的设计244.4.2 回流缝设计254.4.3 气液分离设计274.5 出水系统设计274.5.1 设计原则284.5.2 出水槽设计284.5.3 溢流堰设计284.5.4 出水渠设计294.5.5 UASB排水管设计294.6 排泥系统设计29第五章 其他设备315.1加热和保温设施315.2其他辅助设施315.2.1不同深度的污泥取样点325.2.2监测和控制设设备325.2.3防止臭气和有害气体的装置32第六章 出水水质计算及效益分析326.1出水水质及去除效率计算336.2效益分析34

4、第七章 总 结35参考文献36致谢37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

5、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，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

6、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。第一章 设计任务及依据1.1 设计任务书1.1.1 设计题目 3000m3/d垃圾渗沥液厌氧处理的UASB反应器设计1.1.2 原始资料 1

7、. 处理流量Q3000m3/d2. 水质情况：BOD5=6000mg/L CODcr=12000mg/L SS=2000 mg/L pH=69NH4-N=1000mg/L1.1.3 出水要求BOD5=600mg/L CODcr=1200 mg/L SS=200 mg/L pH=69NH4-N=60mg/L1.1.4 设计内容1. 方案确定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。2. 设计计算

8、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3. 制图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1.1.5 设计成果 1. 设备平面布置图、剖面图1张（A2） 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1.1.6 时间分配表序号教学内容时间备注1下达设计任务书1天（11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（11周周二周三）3绘制CAD设计图纸2天（11周周四周五）4编写设计说明书装订成册2天（11周六周日）5总计时间7天1.1.7 成绩考

9、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 2014年10月1.2 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GB89781996 （3）给水排水工程结构设计规范（GBJ69-84）（4）课程设计任务书 设计说明书2.1 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

10、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。2.2 UASB的原理 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，通过多种不同的微生物参与底物转化过程而将底物转化为最终产物沼气、水等无机物。 UASB反应器在运行过程

11、中，废水以一定的流速自反应器底部（经布水系统）进入反应器，水流在反应器中上升流速一般为0.5m/h1.5m/h，多控制在0.6m/h0.9m/h之间（取决于所处理废水的特性及其运行负荷，控制上升流速的目的是防止在过高的流速下造成的污泥流失，同时亦防止因过低的流速而影响泥水的混合接触效果）。水流依次流经污泥床、污泥悬浮层至三相分离器及沉淀出水区。UASB反应器中的水流整体上呈推流式，但当反应器产气强烈而充分混合时，将呈现完全混合流态的特征。处理过程中，要求其进水与污泥床及污泥悬浮层中的微生物充分混合接触并进行厌氧分解，厌氧分解过程中将污泥颗粒托起，在一定负荷条件下，可使污泥床产生较为明显的流态化

12、。随着反应器量不断增加，有气泡上升所产生的搅拌作用（微小的沼气气泡在上升过程中相互结合而逐渐变成较大的气泡，将污泥颗粒向反应器的上部携带，最后由于气泡的破裂，绝大部分污泥颗粒又返回到污泥区）变得日趋剧烈，从而降低了污泥中夹带气泡的阻力，气体便从娶你床内突发性地溢出，引起污泥创表面呈沸腾和流化状态。反应器中沉淀性能较差的絮体状污泥则在气体的搅拌和夹带作用下，在反应器上部形成污泥悬浮层。沉淀性能良好的颗粒状污泥则处于反应器的下部形成高浓度的污泥床，随着水流的上升流动，汽、水、泥三相混合液上升至三相分离器中，气体遇到反射板或挡板后折向集气室而被有效地分离排出，污泥和水流则进入上部的静止沉淀区，在重力

13、的作用下泥水发生分离，澄清出水。 由于三相分离器的作用，使得反应器混合液中的污泥有一个良好的沉淀、分离和絮凝的环境，有利于提高污泥沉降性能。在一定的水利负荷条件下，绝大部分污泥能在反应器中保持很长的停留时间，使反应器中具有足够的污泥量。 图2-1是UASB反应器及其设备的图示。图2-1 UASB反应器及其设备2.3 UASB反应器的结构2.3.1 进水和配水系统 进水分配系统的合理设计对于一个运转良好的UASB处理厂是至关重要的。在生产规模的各种类型厌氧反应器中已成功地采用了各式各样的进水形式，进水系统兼有配水和水力搅拌的功能，为了保证这两个功能的实现，目前，在生产运行装置中所采用的进水方式大

14、致可分为间歇式(脉冲式)、连续流、连续与间歇回流相结合进水等几种方式。从布水管的形式来分有一管多孔、一管一孔和分枝状等多种形式。 进水系统的设计原则如下：（1）进水必须要反应器底部均匀分布，确保各单位面积进水量基本相等，防止短路和表面负荷不均；（2）很容易观察进水管的堵塞，当堵塞发现后、必须很容易被清除；（3）应尽可能的(虽然不是必须的)满足污泥床水力搅拌的需要，保证进水有机物与污泥迅速混合防止局部产生酸化现象。图2-2是一种连续流的布水方式图2-2 一种连续流的布水方式2.3.2 池体 池体是UASB反应器的重要组成部分，它所采用的几何形状和结构形式对反应器处理效率的高低具有一定的影响作用。

15、厌氧反应器一股可采用矩形和圆形结构，对于圆形反应器在同样的面积下，其周长比正方形的少12%,但是圆形反应器的这一优点仅仅在采用单个池子时才成立。当建立两个或两个以上反应器时，矩形反应器可以采用共用壁，对于采用公共壁的矩形反应器，池型的长宽比对造价也有较大的影响。为节约占地面积，节省池壁材料，便于布水。因此，本设计采用矩形结构。2.3.3 三相分离器 三相分离器又叫气、固、液分离器，由沉淀区、集气室和气封组成，其功能是把沼气、微生物和液体分离。首先，气体被分离后进入集气室(罩)，然后固液混合液在沉淀区进行固液分离，下沉的固体因重力经回流 R返回反应区。三相分离器分离效果好坏物直接影响反应器效率高

16、低。设计三相分离器的原则如下：（1）沉淀区的表面水力负荷95%，设计氨氮去除率为95%。4.1.4 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，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6.07.0。机械搅拌混合池采用方形水池，采用机械混合中的桨板

17、式混合，因为它结构简单，加工制造容易。4.1.4.1药剂及投加量Al2(SO4)3稀溶液，投加量为2.6g/L；助凝剂PAM ，投加量为1g/L。4.1.4.2沉淀池 混凝沉淀池的设计形式为斜板式； 水力停留时间为0.5h； 渗沥液量为3000/（242）=62.5( m3)； 设计尺寸为：长宽高=643（m3）； 设计CODcr去除率为50%，BOD去除率为30%，SS去除率为70%。4.1.5预处理后数据CODCr=12000（1-50%）=6000mg/L； BOD5=6000（1-30%）=4200mg/L NH4-N=1000（1-95%）=50mg/L； SS=2000（1-70%

18、）=600mg/L表4-1 预处理前后水质参数对照表水质参数CODCr（mg/L）BOD5（mg/L）NH4-N（mg/L）SS（mg/L）预处理前12000600010002000预处理后6000420050600表4-2 不同不溶性COD条件下颗粒和絮状污泥UASB反应器可采用的容积负荷容积负荷q为1020 kg COD/(m3d)，本设计取q =15kg COD/(m3d)处理流量：Q3000m3/d。4.2 UASB反应器设计4.2.1 反应器容积计算 因容积负荷本设计取q =15kg COD/(m3d)确定，反应器体积可根据：式中：V反应器的有效容积，m3Q渗滤液流量，m3/d S0

19、进水有机物浓度，gCOD/L或gBOD/L（本设计取COD） q容积负荷，kg COD/(m3d)则UASB反应器的有效容积V为：采用两座相同的UASB反应器则每座反应器的有效容为： 处理水量为：4.2.2 反应器结构尺寸设计4.2.2.1 反应器的高度 选择适当的反应器高度的原则是运行上和经济上综合考虑，从运行方面考虑反应器高度的选择要考虑如下影响因素： （1）从经济上反应器高度的选择要考虑如下影响因素:土方工程随池深增加而增加，但占地而积则相反；高度选择应该使得污水(或出水)可不用或少用提升； （2）考虑当地的气候和地形条件，一股将反应器建造在半地下减少建筑和保温费用；（7）最经济的反应器

20、高度(深度)一般是在46m之间，并且在大多数情况下这也是系统最优的运行范围。综上所述，本设计选用反应器高度为H=6.3m其中有效水深h = 6m ，超高h1=0.3m则底面积：4.2.2.2 反应器的长和宽 由2.2.3可知，本设计采用矩形池。有关资料显示，当长宽比在2：1左右时，基建投资最省。 取长L = 14m ，宽B = 8m 则实际横截面积为：A1 = LB = 148 = 112m2 实际总横截面积为：A = 1122 = 224m2 本工程设计中反应器总高：H = 6.3m(超高h1=0.3m) 则单个反应池的容积为：V = LBH = 1486 = 672m3 反应池的总容积为：

21、V总 = 6722 = 1344m3。4.2.2.3 水力停留时间 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 = 0.10.9m3/( m2h)，故符合设计要求。4.2.3反应器升流速度 高度确定后，UASB反应器的高度与上升流速之间的关系表达如下： （1）反应器的高度与上升流速()之间的关系表达如下： （2）厌氧反应器的上升流速=0.1m/h0.9m/h 对于厌氧（UASB）反应器还有其他的流速关系，如图4-2所示。 对于日平均上升流速的推存值见表4-3，应该注意对于短时间(2h6h)的高峰值是可以承受的(即暂时的高峰流量可以接收)。图4-2 UASB中各种流速关系表

22、4-3 UASB允许上升流速（平均日流量）UASB反应器V=0.253.0m/h颗粒污泥V=0.751.0m/h絮状污泥V1.5m/h絮状污泥V0.8m/h颗粒污泥V12m/h颗粒污泥V3.0m/h絮状污泥V=1.0m/h建议最小值4.3 进水配水系统设计4.3.1 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96个出水孔，每个反应池各48个出水孔。所取容积负荷为15kgCOD/(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：105/48 =2.2m2 2m2，满足设计要求。4.3.2 布水管的设

23、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：出水孔孔径一般为10mm20mm，故取孔径：d=17mm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200mm500mm，本设计布水管离池底3

24、00mm。布水系统设计图如图4-3：图4-3布水系统设计示意图4.4 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UASB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4-4： 图4-4 三相分离器设

25、计计算草图设计说明：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：L=14m，宽度为：B= 8m。4.4.1 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0.2m。设计取0.3m。则：a2=0.3827=33.6m2v2=3000/2/（2433.6）=1.86 m/

26、h验证：假定a2为控制断面，一般不能低于反应器面积的20%。a2/(148) 100% =33.6/(148) 100% =30% 故满足设计要求。 为了使回流缝的水流稳定，固液分离效果良好，污泥能顺利的回流。应该使v1 v2 2m/h。由以上计算可知，满足设计要求。上三角形与下三角形重叠，重叠部分的宽度设计为0.2m，则：上三角形底边= b2+20.2=0.84+20.2=1.24m上三角形的高h4为：h4=1.24tan55/2=0.89m根据几何关系，上三角形和下三角形垂直重叠距离=0.35m。三相分离区高度=1.0+0.89-0.35=1.54m设计取干舷高度h1=0.5m，上三角形以

27、上的保护水深h2=0.6m反应器的总高度=反应器的有效高度+三相分离区高度+ h1+ h2 =6+1.54+0.5+0.6=8.64m则每座UASB三相分离器的设计尺寸为：长宽高=1488.64（m3）4.4.3 气液分离设计 由图可知，欲达到气液分离的目的，上、下两组三角形集气罩的斜边必须重叠，重叠的水平距离越大，气体分离效果越好，去除气泡的直径越小，对沉淀区固液分离效果的影响越小，所以，重叠量的大小是决定气液分离效果好坏的关键。 上、下两组三角形集气罩的斜边必须重叠，重叠的距离越大越好。重叠量是决定气液分离效果好坏的关键，重叠量一般应达10cm20cm。本设计中重叠量为0.2m。取d =

28、0.01cm(气泡)，T = 200水的密度1 = 1.03g/cm3空气的密度g = 1.210-3g/cm3水的运动粘度 = 0.0101cm2/s碰撞系数 = 0.95 水的粘度=1= 0.01011.03 = 0.0104g/cms。一般废水的粘度废水净水的粘度净水，故取= 0.02g/cms。由斯托克斯公式可得气体上升速度为： = = 0.266cm/s = 9.58m/h取Va = V2 = 1.86m/h ，则：故满足设计要求。4.5 出水系统设计4.5.1 设计原则 出水装置应该设置在UASB反应器的顶部，尽可能均匀地收集处理过的废水。 出水设施经常遇到的问题是一部分出水槽即便

29、存在浮渣档板时也被漂浮的固体堵塞，从而引起出水不均匀，或发生堰不是完全水平的问题，较小的水头会引起相对大的误差。可以计算出当水头为25mm时的流量比水头为加20mm时大75%。因此，沿三角堰长度方向仅仅5mm的水位差将导致出水75%的误差。为了消除或最终减少这些问题堰上水头应当要求不小于25mm。三角堰的设计要便其可以调整高度，上述出水装置设计的具体原则如下： 厌氧反应器出水堰与沉淀池出水装置相同，即汇水槽上加设三角堰； 出水装置应设在厌氧反应器顶部，尽可能均匀地收集处理过的废水； 采用矩形反应器时出水采用几组平行出水渠的多槽出水方式； 采用圆形反应器时可采用放射状的多槽出水； 要避免出水堰过多堰上水头低和安装不平，形成三角堰被漂浮的固体堵塞，堰上水头大于25mm，水位于堰1/2处； 出水负荷参考二沉池负荷。4.5.2 出水槽设计为了保持出水均匀，沉