工业废水气浮处理工艺设计.doc
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《水污染控制工程》课程设计任务书
化学与环境工程学院环境工程系
2011级环境工程专业
题目工业废水气浮处理工艺设计
起止日期：
2014年6月28日至2014年7月5日
学生姓名：
学号：
指导教师：
目录
前言 1
1、任务书 1
1.1、任务背景 1
1.2、设计任务 1
1.2.1溶气罐的设计 1
1.2.2空压机的选型 2
1.2.3释放器的设计 2
1.2.4气浮池的工艺设计计算 2
1.3设计参数 2
1.4设计计算要求 3
2.溶气罐的设计 3
2.1气浮池所需空气量：
3
2.2气固比计算 4
2.3回流溶气水量 4
2.4溶气罐容积及其工艺尺寸的计算 5
3.空压机与加压水泵的选型 6
3.1加压水泵选型 6
3.2空压机的选型 7
4.气浮池工艺设计计算 7
5.气浮池集水管、出水设施计算 9
6.气浮池排渣设施 10
7.溶气释放器 10
8.课程设计体会 11
9.参考文献 12
前言
工业废水包括生产废水和生产污水，是指工业生产过程中产生的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。
而水是人类生存、社会发展不可缺少的重要资源,水资源缺乏是当前急需解决的问题,严重制约着经济社会的可持续发展,由此引起的生态环境退化、人居环境恶化等社会和环境问题将日益严重。
因此在这里研究工业废水气浮处理工艺设计是极其有必要的，对于我们环境工程专业同学而言，此次课程设计对于我们关于工厂水处理的认识具有极其重要的帮助。
1、任务书
1.1、任务背景
某造纸厂日排放纸机白水量为4500m3/d，拟采用部分出水回流加压溶气气浮工艺进行处理。
该废水中所含的悬浮固体SS浓度为C0＝1200mg/L，要求经处理后出水中的悬浮固体SS浓度Ce≦30mg/L。
经实验室试验表明，当向每kgSS提供25L的空气量时，可达到上述处理出水水质指标（气浮池的运转温度为20℃）。
试进行该气浮处理工艺系统的设计。
1.2、设计任务
1.2.1溶气罐的设计
（1）气固比的计算；
（2）所需回流溶气水量的计算；
（3）溶气罐容积的计算及其工艺尺寸的确定；
（4）溶气罐的选型；
（5）溶气罐实际停留时间的校核；
（6）溶气罐进、出水管的设计及其布置。
1.2.2空压机的选型
（1）单位时间所需供气量的计算；
（2）空压机所需供气压力的确定；
（3）空压机的选型。
1.2.3释放器的设计
（1）根据所需溶气水量进行释放器的选型；
（2）确定所需释放器的个数；
（3）确定释放器的工艺布置。
1.2.4气浮池的工艺设计计算
（1）分离室的工艺设计计算
1、根据表面负荷率计算所需分离室的表面积；
2、根据表面负荷率计算所需分离室的有效水深；
3、根据长宽比及宽深比确定分离室的平面布置；
（2）接触室的工艺设计计算
1、根据上升流速计算所需接触室的面积；
2、根据分离室的宽度确定接触室所需的长度（需同时根据接触室长度不小于0.6m的施工要求确定接触室的长度）。
（3）气浮池总体工艺尺寸的确定
考虑超高0.3～0.5m，池底集水区高度0.2m。
出水区长度设0.5m。
（4）气浮池集水管的设计及其布置
1.3设计参数
表一：
项目
符号与数值计量单位
溶气罐的工作压力
P取3.5～4.0atm；
溶气罐的水力停留时间t
t1取2.5～3.0min
溶气罐的溶气效率
η取60～70％；
气浮池接触室的上升流速
v1取20mm/s
气浮池的表面负荷率
q取5.0～7.0m3/m2.h
气浮分离池的水力停留时间
t2取25～30min
集水管孔眼水头损失△h
△h取0.3m
孔眼流量系数
μ取0.94
集水管最大流速
v取0.5～0.6m/s
浮渣含水率
p取90～95%
浮渣池停留时间
取5h
1.4设计计算要求
1.通过资料查阅、讨论及答疑，在两周时间内按时独立完成；
2.设计计算说明书书写整洁、工整有条理，计算正确无误，必要之处应加以说明；
3.通过设计计算画出溶气罐、气浮池的工艺构造及有关布置图并标注有关工艺尺寸；
4．画出工艺流程图。
2.溶气罐的设计
2.1气浮池所需空气量：
当无试验资料时，可按下式计算
Qg=γCs（fp-1）RQ/1000（2-1）
式中：
Qg——气浮池所需空气量，kg/h；
γ——空气容重，g/L，见表1；
Cs——在一定温度下，—个大气压时的空气溶解度，mL/L·atm，见表1；
f——加压溶气系统的溶气效率，f=0.6~0.7；
P——溶气压力，绝对压力，atm；
R——试验条件下回流比或溶气水回流比，%；
Q——气浮池处理水量，m3/h。
表二、空气在水中的溶解度
温度（℃）
空气容重γ（g/L）
空气溶解度Cs（mL/L·atm）
0
1.252
29.2
10
1.206
22.8
20
1.164
18.7
温度取20℃，则γ=1.164g/L，Cs=18.7mL/L·atm，回流比R取20%，所以：
Qg=1.164×18.7×（0.65×4—1）×0.2×187.5÷1000=1.306kg/h
2.2气固比计算
气固比α与悬浮颗粒的疏水性有关，α约为0.005～0.006，通常由试验确定。
当无资
料时，由下式计算
α=Qg/（QSa）（2-2）
式中：
α——气固比；
Sa——污水中悬浮物浓度，kg/m3。
所以，气固比为：
α=1.306÷187.5÷1.2=0.006
2.3回流溶气水量
（2-3）
式中：
α——气固比；
Q——处理水流量，m3/h；
S1、S2——分别为原水和出水SS浓度，S1=1200mg/L,S2=30mg/L;
P——溶气压力；
f——溶气效率，取0.65；
Cs——空气在水中饱和溶解度，20℃
所以
2.4溶气罐容积及其工艺尺寸的计算
溶气罐应设安全阀，顶部最高点应装排气阀。
溶气水泵进入溶气罐的入口管道应设除
污过滤器。
溶气罐底部应装快速排污阀。
溶气罐应设水位压力自控装置及仪表。
1）压力溶气罐直径
Dd=√（4×QR÷π÷I）（2-4）
式中
Dd——压力溶气罐直径，m；
QR——溶气水量，m3/h；
I——单位罐截面积的水力负荷，对填料罐一般选用100～200m3/（m2·h）。
因此，溶气罐直径为：
Dd=√（4×43.99÷π÷120）=0.68m，取0.65m
2）溶气罐高度
H=2h1+h2+h3+h4（2-5）
式中：
H——溶气罐高度，m；
h1——罐顶、底封头高度，m（根据罐直径而定）；
h2——布水区高度，一般取0.2～0.3m；
h3——贮水区高度，一般取1.0m；
h4——填料层高度，当采用阶梯环时，可取1.0～1.3m
表三、根据《JB1154-73》规定，
当直径为650mm时，曲面高度、直边高度分别为：
162mm、40mm，其壁厚还应考虑压力大小，选取12mm，因此：
h1=162+40+12=212mm
所以：
灌高为：
H=2h1+h2+h3+h4=2×0.212＋0.3＋1＋1.2=2.924m
H/D=4.5＞4，符合高径比要求
选用RG—400型溶气罐，压力罐内置填料，其填料用聚丙烯阶梯环。
3）溶气罐停留时间校核
Vd=πDd2×H÷4=0.97m3
Vd=QR×td
所以，td=0.97÷43.99=1.4min，满足溶气罐水力停留时间的一般要求
3.空压机与加压水泵的选型
3.1加压水泵选型
溶气罐压力为4atm，
溶气水流量为：
QP=Qg/（736fpKT）×1000（3-1）
式中：
QP——溶气水量，m3/h；
Qg——气浮池所需空气量，kg/h；
f——溶气效率，对装阶梯环填料的溶气罐可取0.9；
P——选定的溶气压力，atm；
KT——溶解度系数，
QP=1.306÷（736×0.65×4×0.024）×1000=28.24m3/h
根据结果及压力的范围选择4BA—7型加压水泵，选用一用一备。
3.2空压机的选型
溶气水需用量为：
QR=43.99m3/h
实际供气量为：
Qa=QR×Kt×P÷η（3-2）
=43.99×17.66×4÷0.65=4780.7L空气/h
空压机选型：
Qa，=1.25ψ×Qa÷1000÷60（3-3）
其中ψ为空压机安全系数，取1.25
Qa，=1.25×1.25×4870.7÷1000÷60=0.1522m3/min
根据其额定供气量Qa，=0.1522m3/min和操作压力4atm，选择电动标准型V-0.17/8
4.气浮池工艺设计计算
4.1气浮池接触室：
1）接触室表面积：
Ac=（Q+QR）/（3.6υC）（4-1）
式中：
Ac——接触室表面积，m2；
Q——气浮池处理水量，m3/h；
QR——溶气水量，m3/h；
υC——接触池上升速度，通常取20mm/s。
所以：
Ac=（187.5+43.99）÷3.6÷20=3.22m2
2）接触室长度
L=Ac/Bc（4-2）
式中：
L——接触室长度，m；
Ac——接触室表面积，m2；
故接触室宽度和分离室宽度相同。
4.2气浮分离池
1）分离室表面积
As=（Q+QR）÷（3.6×vs）（4-3）
式中：
As——分离室表面积，m2；
Q——气浮池处理水量，m3/h；
QR——溶气水量，m3/h；
vs——分离室水流向下平均速度，通常为1～1.5mm/s。
vs是气浮池设计的重要参数，亦即表面负荷率q，q取6.0m3/h·m2。
因此，As=（187.5+43.99）÷3.6÷1.67=38.5m2
2）分离室长度
Ls=As/Bs（4-4）
式中：
Ls——分离室长度，m；
As——分离室表面积，m2；
Bs——分离室宽度，m。
对矩形池，分离室的长宽比一般取1～1.5:
1
取长宽比为1.5:
1，则：
Ls=7.5m,Bs=5.06m
因此，接触室宽为Bc=5.06m，长为L=0.64m
3）气浮池有效水深
H=vst（4-5）
式中：
H——气浮池有效水深，m；
vs——分离室水流向下平均速度，为1.67mm/s；
t——气浮池分离室停留时间，一般取25～30min
因此，H=1.67×25×60÷1000=2.505m
总高度为：
2.505+0.5+0.2+0.5=3.705m
4）气浮池容积
W=（As+Ac）H（4-6）
式中：
W——气浮池容积，m3；
Ac——接触室表面积，m2；
As——分离室表面积，m2；
H——气浮池水深，m。
因此，W=（3.22+38.5）×2.505=104.5m3
5）总停留时间校核
T=60W/（Q+QR）（4-7）
式中：
T——总停留时间，min；
W——气浮池容积，m3；
Q——气浮池处理水量，m3/h；
QR——溶气水量，m3/h。
总校核时间T=27.1min,满足要求
6）水位控制室
水位控制室宽度B不小于900mm，以便安装水位调节器，并利于检修。
水位控制室可设于分离室一端，其长度等于分离室宽度；水位控制室也可设于气浮分离室侧面，其长度等于分离室长度。
水位控制室深度不小于1.0m。
5.气浮池集水管、出水设施计算
穿孔管孔眼向下与垂线成45°夹角。
孔径以10~20mm为宜。
一般允许的集水系统水头损失为0.2~0.5m/s，空口流速为5~6m/s，干管与支管流速在0.5~0.7m/s，管底距池底20~40cm，气浮池上部出渣、下部出水。
气浮池集水管:
采用穿孔管，按公式的分配流量确定管径。
并令孔眼水头损失h＝0.3m，按下式计算
出孔口流速V0、孔眼尺寸和个数：
V0=μ√2gh（5-1）
式中：
V0——孔眼流速，m/s；
μ——孔眼流速系数,取0.94；
g——重力加速度，9.8m/s2；
h——孔眼水头损失，m。
所以：
V0=0.94×√（2×9.8×0.3）=2.28m/s
进水管内径为：
D=［4（Q+QR）÷π÷v］1/2=［4（187.5+43.99）÷3600÷π÷1.5］1/2=0.23m
集水管中心线距池底20cm，相邻管中心距为0.5m，沿池长方向排列。
N=Ls/5=15根。
气浮管取15根，每根管集水量：
Q0=（Q+QR）÷15=4.29×10-3m3
每个集水管的空口总面积：
取ε=0.63
S=Q0÷ε÷V0=4.29×10-3÷0.63÷2.28=0.00298m2
单个孔眼面积：
取d0=0.018m
S0=3.14×0.0182÷4=2.54×10-4m2
则每根集水管孔眼数：
n=S/S0=0.00298÷2.54×10-4=11.7，取12个。
由于孔眼沿管长开两排，两排孔径的中心线呈45°夹角。
集水管有效长度为7.5m，则孔距为：
l0=7.5÷（12÷2+1）=1.07m
6.气浮池排渣设施
气浮法，浮渣含水率为90%~95%，较沉淀池含水率低，其排渣方法有两种溢渣和机械刮渣。
本设计采用机械刮渣，气浮池宽为5.06m，池壁厚度取400mm，则刮渣机跨度应为：
5.06+0.4=5.46m，由于气浮池为矩形，所以采用桥式刮渣机。
此类型的刮渣机适用范围一般在跨度10m以下，集渣槽的位置可在池的一端或两端。
7.溶气释放器
溶气释放器可选择TS型、TJ型、TV型，其中TS型除用于实验性装置外，在生产上已很少使用。
溶气释放器个数：
n=QR/q
表四、溶气释放器的选型：
4atm下选择TV-111型释放器，则q=5.91m3/h，所以释放器个数为：
n=43.99÷5.91=7.44取8个
释放器安装宜在被处理水面下1.5m处，其工作范围约2m直径，确保溶气水与污水混合充分，可采用向下安装方式。
8.课程设计体会
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。
果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。
此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。
9.参考文献
1）顾夏声等主编，《水处理工程》，清华大学出版社，1985；
2）王宝贞主编，《水污染控制工程》，高等教育出版杜，1990；
3）张自杰主编，《排水工程》（下册），第四版，中国建筑工业出版社，2000；
4）崔玉川等编，废水处理工艺设计计算，水利电力出版壮，1994；
5）崔玉川等编，城市污水回用深度处理设施设计计算，化学工业出版壮，
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