例课程设计说明书UASB.docx
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例课程设计说明书UASB
例：
供参考
本设计为10000m3/d药厂污水处理厂的工艺设计，主要是UASB反应器，沉淀池的设计
1总论
1.1．污水处理简介
1.2----污水概况
水质和水量也存在着较大差异。
一般情况下，制药工业废水按医药产品特点和水质特点可分为四大类。
即：
（1）合成药物生产废水
此种废水的水质水量变化大，大多含难生物降解物和微生物生长抑制剂。
（2）生物法制药生产发酵废水
生物法制药生产中发酵废水，根据其生产特点可分为：
提取废水、洗涤废水、维
生素C生产废水和其它废水，其中提取废水的有机物浓度和抑菌物质最高，为该类废水的主要污染源，属较难处理废水。
（3）中成药生产废水
中成药生产废水水质波动很大，CODCr可高达6000mg/L,BOD5达2500mg/L,此类废水中主要含天然有机污染物。
（4）各类制剂生产过程中的洗涤水及冲洗水
这类废水一般污染程度不大，主要来自原料洗涤水、原药煎汁残液和地面冲洗水。
1.2.3制药废水的特点
制药废水，特别是制药工业的化工合成工艺所产生的废水往往具有如下特点：
（1）水质成分复杂
医药产品生产的特点是流程长、反应复杂、副产物多、反应原料常为溶剂类物质或环状结构的化合物，使得废水中的污染物质组分繁多复杂，增加了废水的处理难度。
（2）废水中污染物质含量高
制药工业生产过程本身大量使用各种化工原料，但由于多步反应、原料利用率低，大部分随废水排放，往往造成废水中的污染物含量居高不下。
（3）CODCr值高
在制药工业中，CODCr在几万、几十万毫克/升的废水是经常可以见到的。
这是由于原料反应不完全所造成的大量副产物和原料或是生产过程中使用的大量溶剂介质进入了废水体系中所引起的。
（4）有毒有害物质多
制药废水中有许多有机污染物对微生物是有毒有害的，如卤素化合物、硝基化合物、有机氮化合物、叔按及季按盐类化合物、具有杀菌作用的分散剂或表面活性剂等。
（5）生物难降解物质多
制药废水中的有机污染物大部分属于生物难以降解的物质，如卤素化合物、醚类化合物、硝基化合物、偶氮化合物、叔按及季按盐类化合物、硫醚及矾类化合物、某些杂环化合物等。
（6）有的废水中盐分含量高
废水中过高浓度的盐分对微生物有明显的抑制作用。
例如当废水中的氯根离子超过3000mg/L时，一些未经驯化的微生物的活性将受到抑制，CODcr的去除率将明显下降;当废水中的氯根离子浓度大于8000mg/L时，会造成污泥体积膨胀，水面泛出大量泡沫，微生物相继死亡。
（7）有的废水色度非常高
有颜色的废水本身就表明水体中含有特定的污染物质，从感官上使人产生不愉快和厌恶的心理。
另外，有色废水可以阻截光线在水中的通行，从而影响水生生物的生长，以及抑制由日光催化分解有机物质的自然净化能力。
表１ 制药废水水质一览表
主要污染指标
数值围
平均值
pH
6.07-8.31
7.36
SS（mg/L）
55-5010
1070
CODcr（mg/L）
20000
石油类（mg/L）
336-80057
19501
磷酸盐（mg/L）
0.012-2.11
0.54
NH3-N（mg/L）
163.57-1588.34
478.95
N03-N（mg/L）
1.946-222.35
41.1
Cl-（mg/L）
1372.2-9742.3
3900.78
表２ 个别车间水质指标
废水种类
pH
CODcr（mg/L）
三乙车间综合废水
4.74
346000
SB1车间甲醇底液
5-6
720000
SB1分离母液
8.32
215000
1.2.4制药废水处理技术
1.3设计概况
本设计为10000m3/d药厂污水处理厂的初步工艺设计，主要生产工艺厌氧—氧化工艺。
设计参数如下：
项目pH值CODCr/（mg/L）BOD5/（mg/L）SS/（mg/L）
进水水质6～842002000400
排放标准6～81503030
主要设计参数
UASB反应器：
空塔水流速度u（m/h）〈（1.0～2.0）m/h
空塔沼气上升速度ug〈1.0m/h
沼气产率：
m3气/kgCODCr0.4
清水运动粘度系数ν0.0101cm2/s
清水动力粘度系数μ0.0101g/cm.s
沉淀区表面负荷率q〈1.0m3/（m2.h）
沉淀区表面负荷q1.5m3/m2.h
污泥产率系数Y0.54
1.4设计依据及围
1.4.1设计依据
1）设计任务书
2）QBJS6-2005轻工业建设项目初步设计编制容深度规定
3）GB50187-93《工业企业总平面设计规》
4）GB/T50103—2001《总图制图标准》
5）GBT5-104-2001《建筑制图标准》
6）GBT50106-2001《给水排水制图标准》
7）GB50034-92《工业企业照明设计标准》
此外，本设计还参考了市桥西区污水处理厂的一些成熟经验，并从书刊，网上搜集相关资料，
1.4.2设计围
本工程设计围包括：
1）污水处理厂厂址的选择，污水处理厂的总平面设计，并绘制工厂总平面布置图。
2）厌氧—好氧工艺的设计和各生产工段的计算，绘制工艺流程图。
其中生产工段包括：
预处理阶段，厌氧处理阶段段，好氧处理阶段，污泥处理工段，沼气储藏工段
3）主要设备的计算和选型
4）UASB反应器结构图
5）沉淀池设计。
1.5本工程主要设计原则
1）充分贯彻执行国家的有关规定，尽量节约能源，合理利用废物，保护环境，符合城区建设规划要求。
2）总平面布置力求紧凑，减少占地面积，提高土地利用率，又适当留有发展空间。
3）在保证安全、经济运行的条件下，尽可能降低工程造价。
4）污水处理厂设计既要注意到周围环境的清洁卫生，又要注意到工厂卫生，绿化等条件的相互影响。
5）污水处理量与设备处理能力要平衡。
6）结合我国国情。
在进行产品工艺设计时，必须以我国具体情况出发，相关机械设备及电气仪表制造能力，劳动就业与生产自动化水平关系等方面做出恰当的衡量，综合考虑。
在引进国外先进技术和设备时，要考虑是否适合我国生产实际，并注意消化吸收，以缩短与发达国家的水平差距。
2厂址的选择
3工艺设计
3.1工艺流程的选择
生物处理的实质是微生物利用有机污染物生长和维持生命。
这可由下列简单方程式表示：
有机物+营养物+电子受体→新生物量+最终产物+能量
生物工艺因电子受体和系统结构的不同而有差异。
根据电子受体的性质，所有生物处理的工艺可分为好氧和厌氧两类。
前者有分子氧的存在并作为电子受体，饿后者是无氧存在而以某种形式的碳或硫作为电子受体。
好氧工艺对污水处理较为彻底，工艺稳定性高，启动时间短，且较少可能产生臭味，但由于曝气需求能耗较高，对营养物质要求较高，相应产生污泥量多。
厌氧工艺在污水处理中有机负荷高，营养物质需求量少，剩余污泥量少，能耗低且对有毒有害物质的耐受能力高于好氧工艺。
但厌氧工艺具有启动时间长，易产生臭味，气体收集问题等缺点，而它的主要局限性在于不能经济有效的达到较高的处理水平，一般不能够达到污水处理的排放标准。
基于好氧，厌氧工艺的优缺点，在对浓度较高的工业废水进行好氧生化处理之前，往往采用厌氧工艺作为预处理工艺来提高整个工艺的处理效果。
这种厌氧好氧相结合的工艺就是厌氧—好氧工艺。
传统的生化处理方法主要着眼于除去BOD5、CODCr和SS，而对氮、磷等营养物质的去除率很低。
由于水体富营养化问题加剧，60年代以来，生物脱氮除磷工艺受到重视，先后开发了SBR和ICEAS序批法、AB法、氧化沟、厌氧-好氧（A1-O）和缺氧一好氧（A2-O）组合工艺。
在去除有机物的同时，厌氧-好氧（A1-O）可去除废水中的磷，缺氧一好氧（A2-O）可脱除废水中的氮。
继而又将这两种工艺优化组合，构成可以同时脱氮除磷并处理有机物的A1-A2-O流程（或称A2／O）。
该组合工艺处理效率高，经简单预处理的废水，依次经过厌氧、缺氧和好氧三段处理，可达到三级处理出水标准，对难生物降解的有机物也有较高的去除效果，而且，污泥沉淀性能好，电耗和药耗少，运行费用低。
我国从80年代初开始研究采用上述组合工艺，已在、等地建成多个采用A2/O工艺的污水处理厂，运行效果好。
上述新工艺中有一类技术属于曝气和沉淀一体化活性污泥工艺。
所谓曝气、沉淀一体化活性污泥工艺是指曝气和沉淀过程在同一反应器完成的活性污泥工艺（简称一体化工艺），比如SBR法、交替式氧化沟和UNITANK工艺等等。
其中SBR法是通过时间上的安排，在一个池子完成了进水、反应、沉淀和排水等一系列工艺过程，构成了一个周期。
而交替式氧化沟是以多组反应器通过空间上的调配，完成反应和沉淀这一循环过程。
这些工艺近年来在我国的应用日益广泛，并且是当前污水处理的热点之一，一般认为一体化工艺具有以下的特点：
（1）工艺简单，占地面积小、节省投资。
由于只有一个反应器，不需二沉池、回流污泥及其设备，一般情况不设调节池，多数情况可省去初沉池；
（2）一体化工艺往往是变体积的活性污泥工艺，其基质和微生物浓度随时间变化，所以属于理想的推流状态，并可以保持反应基质的最大推动力；
（3）运行方式灵活，由于反应在一个反应器进行，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧等不同状态，实现脱磷脱氮的目的；
（4）防止污泥膨胀，由于其存在较大的浓度梯度，有利于防止污泥膨胀；
（5）耐冲击负荷，处理能力强，一体化曝气池从时间上属于推流形式，随着研究与应用的深入，污水生化处理的方法、设备和流程不断发展与革新，与传统方法相比，在适用的污染物种类、浓度、负荷、规模以及处理效果、费用和稳定性等方面都大大改善了。
酶制剂及纯种微生物的应用，酶和细胞的固定化技术等又会将现有的生化处理水平提高到一个新的高度。
厌氧—好氧工艺在国和国外都得到了良好的运用并取得了不错的效果。
用厌氧—好氧混凝工艺处理抗生素废水，出水CODCr可降至300mg/L以下，达到了污水处理厂的排放标准。
中试规模厌氧—好氧膜生物反应器（A/OMBR）处理毛纺印染废水，结果表明：
当水力停留在7h
CODCr/NH3P=1045/8/1时，该实验装置对印染废水CODCr，BOD5别为92.1%，98.4%，60.7%，98.9%：
出水中CODCr，BOD5色度，浊度分别为20.2mg/L，1.6mg/L，25倍，0.51NTU，系统出水浊度低，出水水质稳定，达到生活杂用水标准。
国外使用浮石作为微生物滤池滤料的组合上流式厌氧固定床以及一个装有微滤膜组件的活性污泥反应器处理污水，有机物除去效果好有机负荷3.67~10.56KgCODCr/（m3°d）时CODCr去除率稳定在94~98.7%，在去除CODCr的同时也除去了含有N，P的物质，在研究中获得了96~97%的高除磷率。
在大部分实验中，微滤膜出水中NO3—N和NO2—N的浓度均低于1.0mg/L，出水悬浮物浓度低于检出限。
采用两个生物膜反应器（FFB），第一个厌氧，而第二个好氧，串联组成的有回流的组合工艺处理禽类屠宰场废水，连续运行133天。
有机碳化合物的氧化和硝化在好氧FFB中进行，而产生甲烷和脱氨作用在厌氧FFB完成。
平均有机负荷率为0.39Kg/（m3°d），有机物去除率为92%。
可以预见，针对厌氧—好氧的各个环节进行研究是未来处理高浓度工业废水处理技术的发展方向。
3.2工艺流程及工艺简介
本设计采用厌氧—好氧工艺，根据实际生产情况设有沉淀调节池、换热器、污泥浓缩池等处理设备，流程见图1。
废水首先经过格栅，截留一些较大的悬浮物和漂浮物，然后进入沉淀调节池，调节水质水量并沉淀部分悬浮物质。
在经水泵提升由换热器升温到35℃进入UASB反应器，在其中进行厌氧降解处理，出水经厌氧沉淀池后进入接触氧化池进行好氧处理。
同时，厌氧降解产生的沼气经水封、气水分离器进入贮气柜，接触氧化池出水经好氧沉淀池即可达到国家二级排放标准。
各沉淀池产生的污泥经过浓缩池浓缩后再进行脱水，产生的泥饼外运，浓缩池的上清液回流至沉淀调节池进行再处理。
设计各单元简介：
格栅：
截留一些较大的悬浮物和漂浮物，防止水泵机组阻塞，减轻后续处理构筑物的处理负荷并使之正常运行，
沉淀调节池：
调节水质水量并沉淀部分悬浮物质也是污水处理前的一个储水装置，对调节处理污水量起一定的缓冲作用。
UASB反应器：
在其中进行厌氧降解处理，除去水中一定的污染物，为后面的处理提供污染符合教低的污水。
厌氧沉淀池：
对经过UASB反应器处理过的污水进行分离，上层污水进入氧化池，下层污泥一部分回流UASB反应器，一部分剩余污泥进入浓缩池进行泥处理。
氧化池：
对污水进行好氧处理，除去大部分污染物质。
气区：
厌氧降解产生的沼气经水封、气水分离器进入贮气柜。
好氧沉淀池：
氧化池的污水经过好氧沉淀池的沉淀即可达到国家二级排放标准。
泥区：
各沉淀池产生的污泥经过浓缩池浓缩后再进行脱水，产生的泥饼外运，浓缩池的上清液回流至沉淀调节池进行再处理。
此工艺结构简单，高效稳定，能耗低，抗冲击负荷能力强，处理效率高，等一系列优点。
处理效果可以达到设计任务的要求。
采用“厌氧—接触氧化”工艺处理药厂废水，处理设施的设计处理能力为10000m3/d，现状监测废水的水质情况为：
pH6~8，CODCr4200mg/L，BOD2000mg/L，SS400mg/L，工程实施后，处理后排出的水中CODCr、BOD5分别为150mg/L、30mg/L，满足《污水综合排放标准》GB8978-1996表4二级标准植的要求：
PH6.0-9.0；CODCr≤150mg/L；BOD5≤30mg/L；SS≤150mg/L，整体系统CODCr、BOD5去除率分别为95%和98.5%，去除CODCr、BOD分别为40.8t/d和90.7t/d，具有明显的社会效益和环境效益。
3.3工艺流程简图（见下图）
废水
格栅
出水
污污泥脱水
污泥外运
图1工艺流程图
3.4UASB反应器介绍
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，发明了三相分离器。
使活性污泥停留时间与废水停留时间分离，形成了上流式厌氧污泥UASB（Up-flowAnaerobicSludgeBed，注：
以下简称UASB）反应器的雏型。
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形成的生物聚体结构，即颗粒污泥（granularsludge）。
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，而且还为第三代厌氧反应器的诞生奠定了基础。
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。
3.4.1UASB的基本构造和工作原理
UASB由3个功能区构成，即布水区、反应区（污泥床区和悬浮区）和气、固、液分离区，其中反应区为UASB反应器的工作主体。
废水进入UASB时，通过布水器，均匀地分布在反应区的横断面上，防止死水，保证泥水充分接触。
废水中的有机物被污泥中的微生物分解为沼气，形成微小气泡不断上升，在上升过程中结合成较大气泡，在这种气泡的碰撞、结合、上升的搅动作用下，使得污泥床区以上的污泥呈松散悬浮状态，并与废水充分接触。
废水中的大部分有机物就是在这个区域，即反应区中被分解转化。
含有大量气泡的混合液不断上升，达到三相分离器下部，首先将气体分离出去，被分离的气体进入气室，并由管道引出。
固－液混合液进入分离器，失去气泡搅动作用的污泥发生絮凝，颗粒逐渐变大，并在重力作用下，沉淀到底部反应区，分离出污泥的处理水进入澄清区。
混合液中的污泥得到进步分离，澄清水经溢流堰排出。
从原理来看，污泥的沉降性能和活性，即颗粒污泥的培养，以及三相分离器的设计是UASB工艺的重点。
对于任何一种厌氧反应器来说，要想长期稳定运行，进入反应器的水质情况非常重要，UASB也不例外。
只有污泥和污水良好接触，才能取得良好处理效果。
UASB污泥的运动受3种力的影响：
污泥自重、水的冲力和所产沼气的托力，这3力的相互作用决定着反应器污泥的存在方式：
沉积、悬浮或被冲走。
UASB反应器之所以对有机废水的处理效率,其技术关键在于床有呈颗粒状,沉淀性能良好并具有很高活性的厌氧污泥。
与曝气法相比,UASB法占地小,投资少;污泥量少,动力消耗小,运行费用低;可处理高负荷（CODCr>10Kg/ｍ3.d）废水,能适应较大的冲击负荷;并且回收了能源。
3.4.2UASB的启动研究
厌氧消化器存在的主要问题是启动需要时间长、运转不稳定、技术条件掌握困难。
其中厌氧消化快速启动是厌氧消化器正常运转并达到高效率的前提。
污泥的生物转化活性和污泥量与厌氧消化器的处理效率有着密切的关系。
UASB可使污泥颗粒化，从而使污泥滞留时间延长，从而保证了反应器中有足够的高效厌氧菌。
污泥量和生物活性是保证UASB快速启动的基本条件。
反应器污泥颗粒化是整个反应器成功启动的关键。
水力负荷对颗粒污泥的形成具有很重要的作用，水力负荷过高，则反应器不能保持足够的污泥量；若过低，不能把絮状污泥洗刷掉，就难以形成颗粒污泥。
UASB的温度和料液的pH，以及污泥量是重要的影响因素，进水方式和有机负荷也是影响快速启动的重要条件。
反应器启动过程是一个动态过程，描述启动过程结束不能从有机负荷这个静态值来说明，也不能从COD去除率来说明，而只能通过有机负荷冲击试验来证明。
图3沉淀调节池
4.4UASB反应器
废水参数：
流量Q=10000m3/d温度：
20℃
进水CODCr4200mg/L，BOD52000mg/L，SS400mg/L，pH6
设计CODCr去除率98%，BOD5去除率90%
空塔水流速度u（m/h）〈（1.0~2.0）m/h
空塔沼气上升速度ug〈1.0m/h
沼气产率：
0.4m3气/kgCODCr
（1）反应器的有效容积
按水力停留时间计算，取t=15.5h，则
有效容积V=Qt=416.7×15.5=6459m3
CODCr进水的容积负荷Nr=QS0/V=
=6.2kgCODCr/（m3.d）
取有效高度为9m，池底面为长方形（长宽比为1：
1），则L=30m
B=27m
池的面积A=810m2
合理性验证：
空塔水流速u=
=
=0.514m/h〈（1.0~2.0）m/h
空塔气流速ug=Q△C
=416.7×4×86%×
=0.708m/h〈1.0m/h
由验证知上述计算结果合理
（2）三相分离器设计
三相分离器结构见UASB装配图
设三角形集气罩斜面的水平夹角为55°
保护层高h1=0.5m，三角形顶水深h2=0.5m，三角形高h3=1.5m
则有
b1=h3/tan55°=1.5/1.428=1.05m
设置5个三相分离器，单元三相分离器宽b0=6m
则
集气罩之间宽b2=b0-2b1=6-2×1.05=3.9m
三角形回流缝总面积a1=b2nL=3.9×2×30=234m2
水流上升流速v1=Q/a1=416.7/234=1.78m/h〈2.0m/h
具有很好的固液分离效果
导流体上部的斜面与集气罩斜面垂直，则其距离BC为
BC=CDcos55°=1.95×0.5736=1.12m
BD=CDsin55°=1.95×0.819=1.60m
取导流体的上部分高b3=1.5m,则导流体与集气罩斜面重叠部分为
b=b3tan55°-b2/2=1.5×1.428-3.9/2=0.19m
（恰好在10cm~20cm之间，合理）
核算气液分离条件
设BD方向水流速度
Va=
=
=3.1m/h
垂直方向水流速度
Vb=
（ρl-ρg）gdg2（cm/s）
其中气泡直径
dg=0.01cm，碰撞系数β=0.95
取
ρl=1g/cm3ρg=0.0012g/cm3
清水运动粘度系数
ν=0.0101cm2/s
清水动力粘度系数
μ0=νρl=0.0101g/cm.s
由于废水的μ一般比清水大，可取其为清水的2.5倍，
则
μ=2.5μ0=0.02525g/cm.s
Vb=
×0.012=0.205cm/s=7.38m/h
根据前面
=
=1.22
=
=2.15
满足
〉
的要求，可以脱除直径不小于0.01cm的气泡，分离效果良好
（1）布水系统
采用多管多点式进水分配系统，。
配水系统在污泥床不同位置上，废水经过一个专门设计的脉冲配水器，定时地分配给不同位置的配水管，对整个反应器进水是连续的。
每个配水点服务的面积S=
=
=4.0m2〉2.0m2
（2）沉淀区
设表面负荷率q〈1.0m3/（m2.h），停留时间t=1.5h~2.5h
有效水深0.5m~2.0m，出水堰负荷率a〈5.4m3/（m2.h）
实际有效水深：
1.50m
核算停留时间
t=
=
=1.60h
实际表面负荷率
q=
=
=0.94m3（m2.h）〈1.0m3/（m2.h）
出水堰负荷（单边开齿）
a=
=
=1.16m3/（m2.h）〈5.4m3/（m2.h）
合理
（3）排泥系统
产泥系数r=0.10kg干泥/kgCODCr
UASB总产泥量为
△X=rQSr=RQS0E=0.10×416.7×4×86%
=143.34kg干泥/h=3340.3kg干泥/d
设污泥含水率为98.5%，取ρ=1000kg/m3，则
污泥产量Qs=
=
=222.7m3/d
UASB每天排泥一次，先排入集泥井，再由污泥泵抽入污泥浓缩池中。
排泥管选钢管DN150，而又因前面设有沉淀调节池，进入UASB中砂的量很少，UASB产生的外排污泥是有机污泥。
在UASB反应器底部设排泥管，在三相分离器下三角形以下0.5m设一根排泥管，并在池底设空管。
（1）沼气管路系统
1产气量计算
产气率E1=0.4m3气/kgCODCr
总产气量G=E1QS0E=0.4×10000×4×86%=13760m3/d=580m3/h
由于有机负荷不是特别高且水量不大，反应器产生的沼气良并不大。
产生的气体先进入水封罐，然后进入气水分离器，从分离器出来的沼气经过计量后进入贮气柜。
2水封罐
忽略沼气管路压力损失时，水封灌所需最大水封高度为
H0=h2+h4=0.5+0.92=1.42m
直径1.8m，高度取2m，设进气管DN100钢2根，出水管DN150钢1根
进水管DN52钢1根，放空管DN50钢1根，并设液面计
3水分离器
对沼气起干燥作用，选用φ500mm×H1800mm钢制气水分离器一个
气水分离器中预装钢丝填料，在其前设置过滤器以净化沼气，在分离器出气管上装设流量计、压力表和温度计。
4气柜容积的确定
由上述计算可知该处理站日产沼气13760m3，沼气柜容积应为平均总产气量的4h体积来确定，即
580×4=2320m3
设计选用2500m3钢制水槽导轨湿式贮气柜（C-14166A）
图4UASB反应器
4.5厌氧沉淀池
4.7好氧沉淀池
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