第5章污泥处理系统.docx

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第5章污泥处理系统

第5章污泥处理系统

5.1污泥处理工艺流程

污泥处理工艺流程如图5.1所示

图5.1污泥处理工艺流程

5.2浓缩池

本设计采用2座重力浓缩池。

5.2.1设计参数

1.固体通量30~60kg/（m2.d）；

2.二沉池污泥含水率为99.2%~99.6%，取99.6%，初沉池污泥含水率95%~97%，取96%，浓缩池出泥含水率96%~97%，取96%；

3.每人每日产生污泥量

初沉池每人每天产生污泥量as=16~36g/（人.d）；二沉池每人每天产生污泥量as=12~32g/（人.d）。

4.浓缩池浓缩时间不小于12h，一般在12~16h；

5.有效水深H=4m左右。

5.2.2设计计算

1.初沉池污泥量

（5.2a）

（5.2b）

式中：

Q1—初沉池污泥量（m3/h）；

S—每人每天污泥量[L/（人.d）]；

as—每人每天产生污泥量[g/（人.d）]；

N1—设计人口当量（人），按SS计。

设计中取初沉迟每人每天产生污泥量as=20g/（人.d），则：

L/人.d

2.二沉池剩余污泥量

（5.2c）

（5.2d）

式中：

Q2″—二沉池剩余污泥量（m3/h）；

as—每人每天产生污泥量[g/（人.d）]；

S—每人每天污泥量[L/（人.d）]；

N1—设计人口当量（人），按BOD5计。

设计中取as=20g/（人.d），则：

L/人.d则

设2座浓缩池，则单个浓缩池：

3.浓缩池几何尺寸的确定

浓缩池计算草图如图5.2所示

图5.2浓缩池计算草图

设浓缩池直径约为有效水深的2倍，即

，设浓缩池有效水深h1=4.2m，则D=8.4m。

锥体部分高

则浓缩池锥体部分的体积

V锥=

浓缩池柱体部分的体积

V柱=

取污泥浓缩时间为12h，

V锥+V柱=20.87+232.75=253.62m3＞12Q=224.4m3

则实际有效水深：

4.分离污水量

（5.2e）

式中：

P1—浓缩前污泥含水率，取99.6%；

P2—浓缩后污泥含水率，取96%；

每天分离污水量为：

V水=qT=16.83×12=201.96m3

5.浓缩后的污泥量

（5.2f）

式中：

P1—浓缩前污泥含水率；取99.6%

P2—浓缩后污泥含水率；取96%

则二沉浓缩污泥量：

V剩泥=Q2′T=1.87×12=22.44m3

初沉浓缩污泥量：

V初泥=

二沉污泥浓缩后泥位：

加入初沉污泥后的泥位：

取超高h3=0.5m，则浓缩池总高

H=h1+h2+h3=3.67+1.13+0.5=5.3m

5.3贮泥池

贮泥池用来贮存来浓缩池的污泥。

由于污泥量不大，本设计采用1座贮泥池，贮泥池采用竖流沉淀池构造。

1.贮泥池设计进泥量

Q=Q1+Q2（5.3a）

式中：

Q—每日产生污泥量（m3/d）；

Q1—初沉池泥量（m3/d）；

Q2—浓缩后剩余污泥量（m3/d）

由前面结果可知，Q1=136m3/d，每日产生污泥量

Q=136+22.44×2=180.88m3/d

2.贮泥池的容积

（5.3b）

式中：

V—贮泥池计算容积（m3）；

Q—每日产泥量（m3/d）；

t—贮泥时间，一般采用8~12；

n—贮泥池个数（个）。

设计中取t=10h，n=1，则贮泥池计算容积

V=180.88×10/24=75.4m3

贮泥池设计容积

V=a2h2+1/3h3（a2+ab+b2）（5.3c）

h3=tanα（a-b）/2（5.3d）

式中V—贮泥池容积（m3）；

h2—贮泥池有效深度（m）；

h3—污泥斗高度（m）；

a—污泥贮池边长（m）；

b—污泥斗底边长（m）；

n—污泥贮池个数（个）；

α—污泥斗倾角，一般采用60o

设计中取n=1个，a=4.5m，h2=3.5m，污泥斗底为正方形，边长b=1.0m，则污泥斗高度：

h3=tan60o

=3.03m

V=4.52×3.5+1/3×3.03×（4.52+4.5×1+12）=96.88m3>75.4m3

符合要求。

3.贮泥池高度：

（5.3e）

式中h—污泥贮池高度（m）；

h1—超高（m），一般采用0.3m；

h2—污泥贮池有效深度（m）；

h3—污泥斗高（m）；

h=0.3+3.5+3.03=6.83m

4.管道部分

每个贮泥池中设DN150mm的吸泥管一根，共设有2根进泥管，1根来自初沉池，管径DN200mm；另1根来自污泥浓缩池，管径均为150mm。

5.4消化池

消化池的作用是为了使污泥中的有机质，变为稳定的腐殖质，同时可以减少污泥体积，并改善污泥性质，是之易于脱水，减少和控制病原微生物，获得有用副产物沼气等。

5.4.1设计参数

1.池子的数目与大小：

为了防止检修时全部污泥停止厌氧处理，消化池的数量至少设计为两座；

2.池顶：

常用的固定盖池顶，为一弧形穹顶，或为截圆锥形；

3.管道布置：

消化池附设的管道有污泥管、排上清液管、溢流管、取样管等；

4.消化池的清扫：

为了维持消化池的设计体积，设计中应包括定期清扫砂子的设备；

5.消化池的构造：

消化池的池体要求不渗水，一般采用钢筋混凝土结构。

5.4.2设计计算

初沉污泥量为136m3/d，浓缩后的剩余活性污泥量为44.88m3/d。

它们的含水率均为96%，采用两级中温消化处理。

生污泥年平均温度为20℃，日平均最低温度为15℃；平均室外温度为13.3℃，冬季室外计算气温，采用历年平均每年不保证5d的日平均温度为﹣9℃；池外介质为土壤时，全年平均温度为12.6℃，冬季计算温度为4.2℃，一级消化池进行加温、搅拌，二级消化池不加温、不搅拌，均采用固定盖式。

1.消化池的容积计算

一级消化池容积：

（5.4a）

式中：

V—单个一级消化池的容积（m3）；

Q—污泥量（m3/d）；

P—投配率（%），中温消化时一级消化池一般采用5%~8%；

n—消化池个数（座）。

设计中取P=0.03，有前面的计算可知Q=180.88m3/d，采用2座一级消化池，则

用两级消化，容积比一级：

二级=2：

1，则一级消化池容积为2010m3，用两个，每个消化池容积1005m3，二级消化池一个容积1005m3。

一级消化池各部尺寸确定，消化池计算草图如图5.3所示

图5.3消化池计算草图

消化池直径采用D=19m，集气罩直径d1=2m，池底锥部直径d2=2m，锥角为15°，h2=h4=（D-d1）tan15°/2=2.28m取2.3m，消化池柱体高度h3≥D/2=9.5m，采用h3=10m。

消化池总高度：

=2+2.3+10+2.3=16.6m

集气罩容积：

上盖容积：

下锥体容积等于上盖容积：

V4=V2=242.66m3

柱体容积：

消化池有效容积：

V0=V2+V3+V4=242.66+242.66+2835.2=3320.52m3＞3014.7m3（合格）

二级消化池各部尺寸同一级消化池。

2.消化池各部分表面积

集气罩表面积：

池上盖表面积：

下锥体表面积：

地面以上池柱体表面积：

地面以下池柱体表面积：

故消化池总面积：

F=F1+F2+F3+A1+A2=15.7+293.14+296.28+397.94+198.97=1202.02m2

3.消化池热工计算

（1）提高生污泥温度的耗热量

中温消化温度TD=35℃，生污泥年平均温度Ts=20℃，日平均最低温度

=15℃，每座一级消化消化池投配率的最大生污泥量，投配率采用5%：

V″=1005×5%=50.25m3/d

全年耗热量为

（5.4b）

则全年平均耗热量为：

最大耗热量：

（2）消化池池体耗热量

消化池各部传热系数采用：

池盖K1=2.93kJ/（m2·h·℃）；池壁：

地面以上K2=2.5kJ/（m2·h·℃）；地面以下及池底K3=1.9kJ/（m2·h·℃）。

池外介质为大气时，年平均气温TA=13.3℃，冬季室外计算温度TA=﹣9℃；池外介质为土壤时，全年平均气温TB=12.6℃，冬季室外计算温度TB=4.2℃。

池体耗热量计算公式为

（5.4c）

池上盖部分全年平均耗热量：

最大耗热量为：

池体地上部分全年平均耗热量为：

最大耗热量为：

池体地下部分全年平均耗热量为：

最大耗热量为：

池底部分全年平均耗热量为：

最大耗热量为：

每座消化池池体全年平均耗热量及最大耗热量为：

Q=Q2+Q3+Q4+Q5=22365.76+25905.89+9844.24+14658.75=72774.64kJ/h

Q（max）=Q2（max）+Q3（max）+Q4（max）+Q5（max）=45349.93+52528.08+13972.47+20806=132656.4kJ/h（3）每座消化池总耗热量

全年平均耗热量为：

∑Q=31406.25+72774.64=104180.89kJ/h

最大耗热量为：

∑Q（max）=41875+132656.4=174531.4kJ/h

（4）热交换器计算

采用池外套管式泥―水热交换器，全天均匀投配，生污泥进入一级消化池之前，与回流的一级消化池污泥先混合在进入热交换器，生污泥∶回流污泥为1∶2。

则生污泥量为：

回流消化污泥量：

Qs2=Qs1×2=4.19m3/h

进入热交换器的污泥量为：

Qs=Qs1+Qs2=6.28m3/h

生污泥的日平均最低温度为：

T=15℃

生污泥与消化污泥混合后的温度为：

℃

热交换器的套管长度按下式计算：

（5.4d）

其中最大耗热量Qmax=132656.4kJ/h。

内管管径选用DN35mm时，外管管径选用DN75mm。

污泥在内管的流速（在1.5~2.5m/s内合格）：

。

热交换器入口热水温度采用Tw=85℃，Tw－Tw′=10℃，则热水循环流量为：

（5.4e）

则

核算内外管之间的管缝热水流速（在1.0~1.5m/s之间合格）：

平均温差ΔTm按下式计算：

（5.4f）

式中：

ΔT1—热交换器入口处的污泥温度Ts与出口的热水温度Tw′之差；

ΔT2—热交换器出口污泥温度Ts′与入口热水的温度Tw之差；

当污泥循环流量Qs=6.28m3/h，有下式得

℃

Ts=28.33℃，Ts′=33.38℃，Tw=85℃，Tw′=75℃，ΔT1=﹣46.67℃，ΔT2=﹣51.62℃，则

℃

则热交换器的套管长度：

设每根长3m，则共有根数为：

根，取10根。

5.4.3沼气混合搅拌

1.搅拌沼气用量

一级消化池采用多路曝气管式沼气搅拌。

单位用气量采用6m3/（1000m3min），则用气量：

2.干管、竖管管径

循环搅拌系统干管和配气干管流速一般10~15m/s，竖管为5~7m/s。

取干管流速v1=10m/s，干管管径

，取d1=120mm。

每座消化池12条竖管，竖管流速v2=5m/s，竖管管径

，取d2=50mm。

3.竖管长度

消化池有效深度

竖管插入污泥面以下的长度

，取9.0m。

4.压缩机功率

通常一台压缩机对应一座消化池。

所需压缩机功率N为

N=VW

式中：

N—沼气压缩机功率（W）；

V一级消化池容积（m3）；

W—单位池容所需功率，一般取5~8W/m3。

设计取5W/m3，则

两座1005m3一级消化池，需两台功率为5.025kW的压缩机。

5.4.4消化后的污泥量

1.一级消化后污泥量

一级消化降解了部分可消化有机物，同时一级消化不排除上清液，消化前后污泥含水量不变，则：

（5.4g）

（5.4h）

式中：

V1—一级消化前生污泥量（m3/d）；

V2—一级消化后的污泥量（m3/d）；

P1—生污泥含水率（%）；

P2—一级消化污泥含水率（%）；

Pv—生污泥中有机物含量（%），一般采用65%；

Rd—污泥消化程度（%），一般采用50%；

m—一级消化可消化程度的比例（%），一般采用70%~80%。

设计中取V1=180.88m3/d，P1=96%，m=80%，经计算：

V2=179.00m3/d，P2=97.01%

一级消化池采用2座，单池排泥量为179.00/2=89.50m3/d。

2.二级消化后污泥量

消化浓缩后污泥含水率由一级消化前的96%降至二级消化后的95%，每日二级消化池排泥量：

（5.4i）

式中：

V1—生污泥量（m3/d）；

V3—二级消化后污泥量（m3/d）；

P1—生污泥含水率（%）；

P3—二级消化后污泥含水率（%）。

设计中取P1=96%，P3=95%，V1=180.88m3/d

二级消化池采用1座，单池排泥量为96.68m3/d。

3.二级消化池上清液排放量

（5.4j）

式中：

V′—上清液排放量，m3/d；

二级消化池采用1座，单池上清液排放量为81.80m3/d。

5.4.5沼气产量

1.消化池降解的污泥量

（5.4k）

式中：

X—消化池降解污泥量（m3/d）；

P—生污泥含水率，96%；

V1—生污泥量（m3/d）；

Pv—生污泥有机物含量，一般采用65%；

Rd—污泥可消化程度，一般采用50%；

2.消化池的产气量

（5.4l）

式中：

q—消化池沼气产量（m3/d）；

a—污泥沼气产率（m3/kg污泥），一般采用0.75~1.0m3/kg污泥，设计中取a=0.85。

每日沼气产量：

5.4.6贮气柜

设计中采用单级低压浮盖式贮气柜。

1.贮气柜最大调节容积

（5.4m）

式中：

V—最大调节容积（m3）；

q—每日产气量（m3/d）；

C—容积调4节比例（%），一般采用25%~40%。

设计中q=1998.7m3/d，C=30%

2.贮气柜外形尺寸

（5.4n）

式中：

V—最大调节尺寸（m3）；

D—贮气柜直径（m）；

n—贮气柜个数（座）；

H—贮气柜调节高度（m）。

设计中取D=1.5H，n=1，V=1062.1m3，则

，设计中取7.0m。

贮气柜直径

D=1.5H（5.4o）

则D=1.5×7.0=10.5m。

5.5污泥脱水

5.5.1污泥脱水量计算

脱水后污泥量

（5.5a）

（5.5b）

式中：

Q—脱水后污泥量（m3/d）；

Q0—脱水前污泥量（m3/d）；

P1—脱水前污泥含水率（%）；

P2—脱水后污泥含水率（%）；

M—脱水后干污泥重量（kg/d）。

设计中取Q0=96.68m3/d，P1=95%，P2=75%，则

污泥脱水后形成泥饼用小车运走，分离液返回处理系统前段进行处理。

5.5.2脱水机的选择

机械脱水方法有真空吸滤法、压滤机和离心机。

目前常用的脱水机械主要有：

真空转鼓过滤机、板框压滤机、带式压滤机、离心脱水机。

各种脱水机的主要特点见表5.2。

表5.2常用脱水机主要特点

名称

特点

适用范围

真空转鼓过滤机

能够连续生产，可以自动控制，构造复杂，附属设备多，运行费用高

应用较少，适用于工业企业

板框压滤机

构造简单，劳动强度大，不能连续工作

适用于小型污泥处理装置

带式压滤机

可以连续工作，脱水效率高，噪音小能耗低，操作管理方便

应用广泛，适合大中小型污泥处理装置

离心脱水机

构造简单，脱水效果好，动力消耗大，噪声较大

应用广泛，适合大中小型污泥处理装置

设计中选用LW200X600-N型离心脱水机，其主要指标为：

干污泥产量1.5m3/d，泥饼含水率75%，絮凝剂聚丙烯酰胺投量按干污泥量的2‰。

设计中共采用2台离心脱水机，其中1用1备。

工作周期定为12小时，所以每天处理的污泥量为：

m=1.5m3/h×12=18m3/d，可以满足要求。