垃圾渗滤液处理工艺设计计算Word文件下载.docx

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A/O膜生物反应器

546

211

55

150

92%

95%

90%

NF（纳滤）

100

20

15

70

82%

91%

73%

54%

2.4工艺特点

1）本方案选用UASB反应器和MBR反应器以及纳滤处理工艺相结合，工艺组合合理，处理效率高，渗沥液处理出水完全达标，运行灵活、管理简便；

2）本工程的UASB反应器采用先进的三相分离器和布水系统，处理效率高、效果稳定；

3）由于UASB反应器内的生物菌种为厌氧颗粒污泥，而厌氧生物体在几个月甚至几年都不供给基质时仍可以存活。

实践证明，在4℃储存18个月之后，颗粒污泥仍能保持原来一半以上的降解有机物速率。

因此，对高浓度废水而言，UASB反应器更具有灵活性；

4）工艺简单，易于操作便于管理，占地少，运行费用低；

5）水质变化的适应性强，能最大限度的发挥处理装置和处理构筑物的处理力；

6）便于实现工艺过程的自动控制，提高管理水平，降低劳动强度和人工费用。

第三章主要构筑物

3.1调节池

由于不同季节、不同时期垃圾堆放产生的渗滤液的水质、水量波动较大，将其引入调节池中停留一定的时间，并通过预曝气使废水在池内充分混合，曝气还具有预处理的作用，对整个系统也起到了缓冲作用。

在垃圾渗滤液处理过程中，调节池对整个系统的运行稳定性具有很大的作用。

调节池的设计应满足以下要求：

1）调节池容量应根据废水流量变化确定；

没有流量变化曲线时，调节池的容量应满足生产排水周期中水质水量均化的要求，停留时间宜为6h~12h；

如为间歇运行，调节池容量宜按1~2个周期设置。

2）调节池出水端应设置去除浮渣装置，池底宜设置除砂排泥装置。

3）构筑物宜采用钢筋混凝土、不锈钢、碳钢等材料；

4）调节池进行防腐处理，混凝土结构宜在气液交界面上下1.0m处采用环氧树 脂防腐；

碳钢结构宜采用可靠的防腐材料。

调节池的尺寸设计：

调节池容量按1.5个周期设置，日处理，则调节池体积：

，

调节池的尺寸设计为5m4m4.5m，整个调节池池底标高-2m，池底设污泥斗，池顶标高+2.5m。

水力停留时间10h。

池底设置穿孔管曝气，曝气量为5~6m3/（），管径100mm，穿孔孔径为2.5~6.0mm，取4mm，距池底约0.6~0.9m，取0.65m，空气由风机提供。

配备：

两台风机，一用一备。

2台提升泵，Q=30m3/h，H=10m，一用一备。

3.2综合罐

废水进入UASB前先在综合罐内进行预酸化，将其中的复杂大分子有机物水解成小分子物质，并在酸化池（综合罐）中设置回流、加热、假药系统，对污水进行与调节，有利于系统的稳定运行，且可去除部分COD和BOD。

酸化池的设计应满足以下要求：

1）宜采用底部上向流方式；

2）有效水深宜为4m~6m；

3）罐体进行防腐设计

综合罐的设计：

酸化池容积采用容积负荷计算法，按下列公式计算：

式中：

Vs－酸化池有效容积，m3；

Q－设计流量，m3/d；

NS－酸化池负荷，KgCODCr/（m3·

d），宜取10~20KgCODCr/（m3·

d）；

Sa－酸化池进水有机物浓度，mgCODCr/L。

有效水深宜为4m~6m，因此有效水深取4m，D=5.2m。

一般液面超高0.5m，则总高度H=4.5m。

综合罐选用碳钢防腐。

3.3UASB厌氧反应器

3.3.1UASB反应器的工作原理

UASB即为上流式厌氧污泥床反应器，整个反应器主体可分为三个区域：

混合区、反应区和气、液、固三相分离区。

污水通过水泵提升到厌氧反应器的底部，利用底部的布水系统将污水均匀地布置在整个截面上；

利用进水的出口压力和产气作用，使废水与高浓度的厌氧污泥充分接触和传质，将废水中的有机物降解；

废水在反应区缓慢上升，进一步降解有机物，气体、水、污泥在同时上升过程中，沼气首先进入三相分离器内部通过管道排出，污泥和废水通过三相分离器的缝隙上升到分离区，污泥在分离区沉淀浓缩并回流到三相分离器的下部，保持厌氧反应器内的生物量，沉淀后的出水通过管道排出罐外。

3.3.2UASB反应器设计计算

UASB反应器主要由布水装置、三相分离器、出水收集装置、排泥装置及加热和保温装置组成，如图1。

图1UASB反应器的结构示意图

3.3.2.1设计参数

1）污泥参数

设计温度：

T=30℃，

容积负荷：

反应器的容积负荷应通过试验或参照类似工程确定，在缺少相关资料时可参考下表3-1。

表3-1不同条件下絮状和颗粒污泥UASB反应器采用的容积负荷

废水CODCr浓度

mg/L

在35℃采用的负荷KgCODCr/（m3·

d）

颗粒污泥

絮状污泥

2000~6000

4~6

3~5

6000~9000

5~8

>

9000

6~10

注：

高温厌氧情况下反应器负荷宜在本表的基础上适当提高。

本次设计的CODCr浓度>

9000mg/L，故设计容积负荷为NV=8.0KgCODCr/（m3·

d），污泥为颗粒状。

污泥产率：

0.1KgMLSS/KgCODCr

产气率：

0.5m3/KgCOD。

2）设计水量Q=60m3/d

3）水质指标

表3-2UASB反应器进出水水质指标

水质指标

COD（mg/L）

BOD（mg/L）

SS（mg/L）

进水水质

设计去除率

45

设计出水水质

13125

7350

3785.1

3.3.2.2UASB反应器容及主要工艺尺寸的确定

（1）UASB反应器容积的确定

本设计采用容积负荷计算法，按下列公式计算：

V－反应器有效容积，m3；

Q－UASB反应器设计流量，m3/d；

NV－容积负荷，KgCODCr/（m3·

S0－UASB反应器进水有机物浓度，mgCODCr/L。

将Q=60m3/d，S0=22751CODCrmg/L，NV=8.0KgCODCr/（m3·

d），代入上式得：

取有效容积系数为0.8，则实际体积为214m3。

（2）主要构造尺寸的确定

UASB反应器采用矩形池。

UASB反应器的有效高度应在5m~8m之间，取有效高度为5.5m，液面超高0.5m，则H=6m。

则反应器截面面积 

：

则截面尺寸为：

长：

宽<

2，所以设计长6m，宽6m。

工作时间为3h，水力负荷为，

水力负荷0.56<

1.0，符合要求

（3）反应器的水力停留时间

t－反应器水力停留时间，h；

H－反应器有效高度，m；

t－反应器上升流速，m/h。

则：

（4）UASB反应器的建筑材料应符合下列要求：

a、UASB反应器宜采用钢筋混凝土、不锈钢、碳钢等材料；

b、UASB反应器应进行防腐处理，混凝土结构宜在气液交界面上下1.0m处采用环氧树脂防腐；

c、钢制UASB反应器的保温材料常用的有聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、玻璃丝棉、泡沫混凝土、膨胀珍珠岩等。

因此本次设计反应器选用混凝土结构，在气液交界面上下1.0m处采用环氧树脂防腐。

3.3.2.3 

UASB配水系统设计

（1） 

设计原则 

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 

应满足污泥床水力搅拌需要，要同时考虑水力搅拌和产生的沼气搅拌；

③ 

易于观察进水管的堵塞现象，如果发生堵塞易于清除。

④一管多孔式布水孔口流速应大于2m/s，穿孔管直径应大于100mm。

⑤布水装置进水点距反应器池底宜保持150mm~250mm的距离。

⑥出水管孔径应在15mm~25mm之间；

出水孔处设45°

斜向下布导流板，出水孔正对池底。

（2） 

设计参数 

池子的设计流量。

（3） 

设计计算 

UASB反应器采用多点布水装置，进水管负荷参考表3-3。

表3-3进水管负荷

典型污泥

每个进水口负责的布水面积（m2）

负荷[KgCODCr/（m3·

d）]

0.5~2

2~4

2

4

1~2

<

2~5

设计负荷NV=8.0KgCODCr/（m3·

d），颗粒污泥，故每个进水口负责的布水面积需大于2m2。

则布水孔个数n必须满足，即，取n=16 

。

则每个进水口负荷。

可设4排，每排4个孔口，其草图见图2 

本设计配水系统采用直穿孔管式配水。

穿孔管直径应大于100mm，反应器设一根管径为DN150mm的总管，4根DN150mm，长5.1m的穿孔支管，配水孔径14mm。

斜向下布导流板，出水孔正对池底，布水点距反应器池底0.2m。

校核：

反应器共有16个配水孔，3小时内连续进水，每个孔的孔口流速：

符合要求

图2 

UASB反应器布水系统示意图

3.3.2.4三相分离器的设计 

（1）设计说明

UASB的重要构造是指反应器内三相分离器的构造，三相分离器的设计直接影响气、液、固三相在反应器内的分离效果和反应器的处理效果。

对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起十分重要的作用，根据已有的研究和工程经验， 

三相分离器应满足以下几点要求：

①液体进入沉淀区之前，必须将其中的旗袍予以脱出，防止气泡进入沉淀区影响沉淀效果；

②沉淀区的表面水力负荷<

0.8，沉淀区斜面高度约为0.5～1.0m；

总沉淀水深应≥1.5m；

③进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速≤2m/h；

④三相分离器集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.5～1.0m；

⑤沉淀区四壁倾斜角度应在45º

～60º

之间，使污泥不积聚，尽快落入反应区内；

⑥ 

水力停留时间介于1.5～2h；

⑦分离气体的挡板与分离器壁重叠在20mm以上；

以上条件如能满足，则可达到良好的分离效果。

（2）设计计算

三相分离器需要确定三相分离器的数量，大小斜板尺寸、倾角和相互关系。

三相分离器由上下两组重叠的高度不同的三角形集气罩组成，本设计采用上集气罩为大集气罩，下集气罩为小集气罩。

大集气罩由钢板制成，起集气作用，小集气罩为实心钢筋混凝土结构，实起支撑作用。

①回流缝设计 

图3三相分离器基本构造图

设计上下三角形集气罩斜面水平夹角分别为55°

、60°

上三角形保护水深h2的取值范围为0.5~1.0m，下三角形高h3一般取1.0~1.5m。

取h2=0.7m，h3=1.2m。

依据图3中几何关系，则 

b1—下三角集气罩底水平宽度；

θ—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。

相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离：

b2－相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离，m；

b－单元三相分离器的宽度，取2m。

则三相分离器的单元数为6/2=3个。

则

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：

Q1－反应器中废水流量，m3/h；

S1－下三角形集气罩回流缝面积，m2。

L－反应器的宽度，即三相分离器的长度，m；

n－反应器的三相分离器单元数，3个。

符合要求

上下三角形集气罩之间回流缝流速v2的计算：

S2－上三角形集气罩回流缝面积，m2；

CE－上三角形集气罩回流缝的宽度，CE>

0.2m，取CE=0.4m；

，符合要求

确定上下集气罩相对位置及尺寸 

BC=CE/cos60=0.4/cos60=0.8m

HG=0.2m

EG=EH+HG=0.55m

AE=EG/sin30=0.55/sin30=1.1m

BE=CEtan60=0.69m

AB=AE－BE=0.41m

DI=CDsin60=ABsin60=0.41sin60=0.36m

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=

上三角形的高h5为：

上三角形和下三角形垂直重叠高度h4=AD+DI=BC+DI=1.16m 

三相分离区高度为：

1.16+0.72=1.88m

干舷高度h1一般取0.5m

②沉淀区设计

沉淀区设计主要考虑沉淀面积和水深两个因素，沉淀面积根据废水流量和沉淀区表面负荷率确定。

设计表面负荷为0.7，水力停留时间为1.8h。

有上述计算可知，三相分离器集气罩顶以上的覆盖水深为0.5m，三相分离区高度为1.88m，沉淀区的总水深为0.5+1.88m=2.38m>

1.5m，符合要求。

③气液分离设计 

由图3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（AB的水平投影）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。

由反应区上升的水流从下三角形集气罩回流缝过渡到上三角形集气罩回流缝再进入沉淀区，其水流状态比较复杂。

当混合液上升到A点后将沿着AB方向斜面流动，并设流速为va，同时假定A点的气泡以速度vb垂直上升，所以气泡的运动轨迹将沿着va和vb合成速度的方向运动，根据速度合成的平行四边形法则，则有：

= 

要使气泡分离后进入沉淀区的必要条件是：

在消化温度为30℃，沼气密度ρg=1.22g/L；

水的密度ρl=997.0449kg/m3；

水的运动粘滞系数v=0.0089×

10-4m2/s；

取气泡直径d=0.01cm 

根据斯托克斯（Stokes）公式可得气体上升速度vb为：

vb－气泡上升速度，cm/s；

g－重力加速度，cm/s2；

－碰撞系数，取0.95；

－废水的动力粘度系数，g/（cm.s），

水流速度，

，故设计满足要求。

3.3.2.5出水系统的设计 

出水装置设在UASB反应器的顶部，应尽可能满足均匀出水要求。

为保证均匀出水，出水系统采用出水渠（槽）。

每个单元三相分离器设一个出水渠，出水渠每隔一定距离设三角出水堰。

如下图所示，一般出水渠前设挡板，防止漂浮物随出水带走，可提高出水水质。

设计原则：

①出水收集装置设在UASB反应器顶部。

②断面为矩形的反应器出水宜采用几组平行出水堰的出水方式，断面为圆形的反应器出水宜采用放射状的多槽或多边形槽出水方式。

③集水槽上应加设三角堰，堰上水头大于25mm，水位宜在三角堰齿的1/2处。

④出水堰口负荷宜小于1.7L/（s.m）。

反应器处理水量6L/s，溢流负荷取f=1.5L/（s.m），则堰上水面总长

L=q/f=6/1.5=4m

本设计设置出水渠宽度为20cm，槽高20cm，90°

三角堰，堰高H=50mm，堰口宽B=100mm，堰上水头h=25mm，则堰口水面宽b=50mm，三角堰数量n=L/b=4/0.05=80个。

3.3.2.6排泥系统设计

每日产泥量为：

排泥管管径应大于150mm，设计用200mm的排泥管，每天排泥一次。

排泥点宜设在泥区中上部和底部，中上部排泥点宜设在三相分离器下0.5m~1.5m处。

设计排泥点位于三相分离器下方1.2m处。

（5）产气量计算

每日产气量：

G－沼气产量，Nm3/d；

－沼气产率，0.5m3/KgCOD；

－进水有机物浓度，mgCOD/L；

－出水有机物浓度，mgCOD/L。

储气柜容积一般按照日产气量的25%～40%设计，大型的消化系统取高值，小型的取低值，本设计取38%。

储气柜的压力一般为2～3KPa，不宜太大。

3.4A/O膜生物反应器

3.4.1反应器工作原理

膜生物反应器是将膜分离技术与废水生物处理技术组合而成的新工艺。

该工艺以膜分离技术替代传统二级生物处理工艺中的二沉池，具有以下特点:

处理效率高、出水水质稳定；

占地面积小；

剩余污泥量少；

处置费用低；

结构紧凑,易于自动控制和运行管理。

由于膜分离单元的引入，世代周期较长的硝化细菌能在膜生物反应器中得到富集,使硝化进程较完全。

而且在大多数膜生物反应器中，为防止膜的污染，反应器内的剪切力较大，导致膜生物反应器中的活性污泥絮体一般比普通活性污泥絮体小，而较小的活性污泥絮体有利于降低氧的传质阻力,增加硝化细菌对氧气的利用率，提高硝化的速率和程度。

同时,膜生物反应器中较高的污泥浓度有利于反应器内兼性环境的形成,为同步硝化反硝化反应的进行创造条件,使膜生物反应器在脱氮性能上得到了一定程度的强化。

本次设计采用浸没式A/O膜生物反应器，系统由生化和膜分离两部分组成，为实现脱氮，生化部分通常分为硝化、反硝化两段，通过控制溶解氧、碱度、污泥龄等条件实现除碳、硝化及反硝化作用。

3.4.2反应器的设计计算

3.4.2.1膜生物反应池的尺寸计算

（1）设计参数

厌氧污泥浓度宜为20g/L~25g/L，溶解氧浓度应不大于0.2mg/L；

污泥回流比100%~500%；

厌氧区水力停留时间0.5h~3h，设计1.5h。

膜生物反应池污泥负荷与污泥浓度等设计参数，见表3-4。

表3-4膜生物法污水处理的设计参数

模型式

污泥负荷kgBOD5/（kgMLSS·

混合液悬浮固体mg/L

过膜压差kPa

中空纤维膜

0.05~0.15

6000~12000

0~60

平板莫

0~20

（2）膜生物反应器进出水水质

3-5AN/O膜生物反应器生化部分对污染物的去除效果

项目

（3）膜生物反应池有效容积按下列公式计算：

——膜生物反应池有效容积，；

——设计流量，；

——反应池进水BOD浓度，；

——反应池出水BOD浓度，；

——反应池的BOD污泥负荷，kgBOD5/（kgMLVSS·

X——混合液挥悬浮固体浓度（MLSS），gMLSS/L；

f——混合液挥发性悬浮固体浓度与悬浮固体浓度的比值（MLVSS/MLSS），一般取0.7~0.8；

Xv——混合液挥发性悬浮固体浓度，gMLVSS/L。

Q=60，S0=4219mg/L，Se=211mg/L，f=0.7，X=12g/L，污泥负荷取0.15kgBOD5/（kgMLSS·

d），Ls=0.15/0.7=0.22kgBOD5/（kgMLVSS·

d），则：

混合液挥发性悬浮固体浓度

膜生物反应池有效容积：

设计中，有脱氮的要求，因此在生物反应池的始端设缺氧区，水力停留时间宜为2.0h，好氧段容积/缺氧段容积=3~4，因此缺氧区的有效容积为130/4=33m3。

反应池的设计原则：

①有效水深一般为4m~6m；

②宽深比一般为1：

1~1：

2；

③生物反应池的超高，当采用鼓风曝气时为0.5~1.0m；

当采用机械曝气时，其设备操作平台高出设计水面0.8~1.2m。

④每组生物反应池在有效水深一半处宜设置放水管。

本设计设计有效水深为H=4m，则池宽为W=4m，L=8.2m，池的总高为4.5m。

3.4.2.2曝气系统设计

浸没式生物反应池曝气系统设计应符合以下规定：

①生物反应池所需空气由鼓风机提供，通过进气管将空气输入池内曝气管网；

曝气设备应兼有供氧、混合等功能，宜选用射流曝气、鼓风潜水曝气等。

③曝气管网应均匀布置在膜组件的下方，曝气管应密封连接，管路内无杂物；

④ 

膜表面清洗所需的空气量，应由试验确定。

曝气的风量应同时满足生物处理需氧量和减缓膜组器污染的要求。

气水比20～30：

1。

每天的风量为：

，水力停留时间为8h，1200/8=150m3/h。

3.4.2.3污泥系统

剩余污泥回流量可按下列公式计算：

——产生的剩余污泥量，kg/d；

Y——氧化1kgBOD所需的污泥量，kgMLVSS/kgBOD5；

Kd——污泥自氧化速率（d-1），可取0.04~0.075；

V——膜生物反应池的容积，；

X——生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度，gMLSS/L。

Y=4.6kgBOD5/kgMLVSS，Kd=0.05d-1，V=130m3，X=12g/L，

污泥管管径要大于200mm，因此设计DN=250mm排泥管。

3.4.2.4浸没式膜组器的设计

膜型主要有中空纤维膜和平板膜，平板膜宜采用板框式；

其膜组器应耐污染和耐腐蚀；

膜材料可选用聚偏氟乙烯（PVDF）或聚乙烯（PE），也可选用聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等；

膜孔径应在0.01μm～0.4μm之间；

设计条件下，中空纤维膜使用寿命不低于3年，平板膜使用寿命不低于5年。

（1）选择膜组件应遵循以下原则：

①纯水通量60～750L/m2·

h（10KPa）；

②膜的机械强度好，单丝抗拉强度不小于3N；

③膜孔分布均匀，孔径范围窄；

④抗氧化，pH范围越宽越好；

⑤对被截留溶质的吸附性小；

⑥机械稳定性好,延伸率小于10%。

膜的设计通量可按10L/m2·

h 

～ 

30L/m2·

h取值，因此本次设计取值15L/m2·

h。

（2）膜组器