制药厂废水处理工程给水排水-工程专业毕业设计 33页

制药厂废水处理工程给水排水-工程专业毕业设计给水排水工程专业毕业设计说明书设计题目:XXX第四制药有限公司废水处理工程学生：指导教师：完成日期:2013年2月一-2013年6月目录目录2第一章概论51・4总结12第二章工艺选择142.1设计材料142.2设计要求14第三章主体工艺设计计算183.1格栅设计183.2集水井设计203.3均质沉淀池设计213.4水解池设计23n3.5UASB反应器设计253.6两段曝气池设计313.7气浮池设计33第四章污泥部分设计计算374.1污泥量计算374.2集泥井设计383.3污泥浓缩池382.4污泥脱水机械选型40第五章污水厂平面及高程布置423.1总平而布置原则425.2高程布置原则424.3构筑物水头损失435.4提升泵选择43第六章结论44参考文献45xxx第四制药有限公司废水处理工程（给水排水专业）学生XXX指导教师XXX反应器的工作原理、设计要求，并进行了大量的设计计算，确定了其结构尺寸和运行条件，为了使本设计更具实用性，述对主反应器进行了有关强度、结构方面的尝试。经过完整的摘要:简述了目前制药行业的牛产状况、废水来源及水质特点，介绍了国n内制药废水处理领域常用的工艺及发展现状。针对本设计给出的螺旋霉素生产废水水质水量变化大，悬浮物浓度高，含有难生物降解及有毒物质的特点，提出了采用上流式厌氧污泥床反应器加接触好氧进行处理的组合工艺。分析了处理工艺中各主要工艺处理，出水水质将会得到明显改善，并可达到《污水综合排放标准》一级标准。主题词:制药废水螺旋霉素UASBAbstract:thispaperintroducestheproductivestatus,sourcesofwastewaterandcharacteristicsofwastewaterinthepharmacyatpresent,summarisesthecommonprocessandtheprogressinthefieldofpharmaceuticalwastewatertreatment.Becausetheerythromycinwastewatercharacteristicsandflowvariesgreatly,oftenhasahighSSconcentration,containssubstanceswhichistoxicandclifficuIttobiologicaldegradation,thispaperintroducesacombinationprocessofanUpflowAnaerobicSludgeBianketandanInternalCirculationAerobicBiologicalFluidizedBed.TheauthorAnalysesprinciplesofthemainreactoranddesignrequirements,andconfirmsthereactorsizesofconfigurationandworkconditionsthroughalotofcalculation.Inordertomakethispaperpracticable,wedesignintensityandconfigurationofthemainreactors,too.Throughthisprocess,wethinktheeffluentwouldbepurifiedandmayachievethefirstcriterionKeywords:Pharmaceuticalwastewateruasb第一章概论n随着I矢药工业的发展，制药废水已经成为严重的污染源之一。制药工业废水主要包括四种：抗生素工业废水；合成药物生产废水；中成药生产废水；各类制剂牛产过程的洗涤水和冲洗废水。由于药物品种繁多，在药物生产过程中，需使用多种原料，生产工艺又比较复杂，因而废水组成也十分复杂，其处理难度也比较大。我国抗牛素的研究从20世纪20年代开始，而生产则于50年代初。近年来，逐渐釆用电脑控制发酵以及基因技术，来提高发酵效果。但是，目前在抗生素的筛选和生产，菌种选育等方面仍存在许多难点，岀现原料利用率低提炼纯度低,废水中残留抗生素含量高等诸多问题，造成严重的环境污染和不必要的浪费。环境问题已经成为世界性的难题之一，严重的环境问题已经构成了对人类生存的威胁，人们己开始认识到经济发展和环境保护是不可分割的整体，只有切实有效地保护环境，才能确保可持续发展。水是地球上唯一不可替代地自然资源,我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，水源不足、水体污染和水环境恶化已成为经济发展的制约因素，保护水资源，防治水污染、改善水环境是实施可持续发展的必由之路。木设计针对目前水污染中严重的污染源之一的抗生素废水悬浮物高、毒性大，不易处理的特点，先介绍了抗生素生产的一般工艺流程，产生抗生素废水的生产环节，以及抗生素废水的水质特征。熟悉其特点是我们对其进行针对性处理的第一步。接着冋顾和展望了国内外处理抗生素废水常用的工艺流程，以及其该工艺的原理、优缺点，最后针对本设计的原废水具体特点和相关水质参数,提岀本设计的工艺流程,并进行相关工艺计算、主要设备强度计算，根据要求做出工艺流程图、平面布置图及主要设备详图。1.1废水水质1.1.1抗生素废水:主要包括发酵废水、酸碱废水、有机溶剂及洗涤废水等。微牛物发酵法牛产抗牛素的一般工艺流程及排污点见图l-lo图1-1抗生素发酵生产一般工艺流程及其排污点示意图n发酵废水:经提取有用物质后的发酵残液，含有大量未被利用的有机组分及其分解产物，为该类废水的主要污染源。洗涤废水:来源于发酵罐的清洗、分离机的清洗及其它清洗工段和洗地面,水质一般与发酵废水相似，但浓度低。其它废水:生物制药厂大多有冷却水排放。一般浓度不大，可直接排放，但最好回用。1.1.1.1抗生素废水的水质特征[1]仃)COD浓度高(5000^80000mg/L)。其中主要为发酵残余基质及营养物、溶媒提取过程得萃余液、经溶媒冋收后排出得蒸憾釜残液、离子交换过程排出得吸附废液、水中不溶性抗生素得发酵滤液以及染菌倒罐液等。(2)废水中SS浓度高(500^25000mg/L).其中主要为发酵的残余培养基质和发酵产生的微生物丝菌体。(3)存在难生物降解物质和有抑菌作用的抗生素等毒性物质。由于发酵中抗生素得率较低，仅为0.T0.3%,口分离提取率仅60~70%,因此大部分废水中残留抗生素含量均较高，而结晶母液中更高。会抑制好氧污泥活性，降低处理效果。(4)硫酸盐浓度高。一般认为,好氧条件下硫酸盐得存在对牛物处理没有影响,但也有报到硫酸盐达1000mg/L以上对好氧生物处理有抑制。(5)水质成分复杂。中间代谢产物、表面活性剂(破乳剂、消沫剂等)和提取分离中残留的高浓度酸、碱、有机溶剂等化工原料含量高。该类成分易引起PH值波动大、色度高和气味重等不利因素，影响厌氧反应器中甲烷菌正常的活性。(6)水量小但间歇排放,冲击负荷较高，给生物处理带来极大的困难。1.1.2化学合成制药废水n化学制药主要是采用化学方法，使有机物质或无机物质发生化学反应生成所需的合成制药。这类生产废水中含有种类繁多的有机物、金属及废酸废碱等。生产过程本身大量使用各种化学原料，但由于多步反应,原料利用率低，导致废水COD浓度高，含盐量大，大部分随废水排放，对环境造成相当恶劣的影响。废水中主要为有机物，如脂肪、醇、酯、苯、苯酚、甲苯、二甲苯、硝基苯、石油类及氨氮、硫化物和各种金属离子等。该类废水的水质、水量变化大,大多含有生物降解物和微生物生长抑制剂。1.1.3中成药生产废水中成药废水对于不同产品的生产都有其特殊的产生工段，但大多都包含洗药、提取与制药、洗瓶等工段。中成药废水主要含有各种天然有机污染物，其主要成分为糖类、有机酸、蔥酿、木质素、生物碱、单宁、糅质、蛋口质、淀粉及它们的水解产物等。中成药废水的水质波动很大，其COD最高含量可达6000mg/L,BOD最高可达2500mg/Lo1.1.4生产过程中的洗涤水及冲洗水主要包括牛产过程中各工段的冷却水、制剂冲洗水、净化水等工艺泄漏废水，同时还有相当一部分为卫生清洁的地面冲洗废水。一般污染程度不大，经简单处理可达标排放。1.2废水处理方法概要随着抗牛素大规模的牛产，人们就开始对抗牛素牛产废水的处理进行研究。从20世纪40年代开始至今人们对抗生素生产废水的处理研究不断深入细致,处理技术也从以好氧生物处理为主过渡为以厌氧生物处理技术为主。制药废水水质水量波动较大，是处理难度较大的工业废水之一。所采用的处理方法应根据具体情况进行选择。具体处理方法主要是生化工艺和物化工艺及其组n合。物化方法有:混凝法、气浮法、吸附法、焚烧法等。多用作预处理。生化处理有:活性污泥法、SBR法、UASB.两相厌氧处理工艺、生物流化床、牛物接触氧化法、牛物活性炭、光催化法等。一般采用组合工艺。制药废水的基本工艺流程工艺见图l-2o图1-2制药废水处理基本工艺流程1.3主要制药废水处理工艺1.3.1焚烧法哈高科白天鹅药业集团有限公司，哈医药集团制药总厂联合开发的用于处理高浓度有机制药废水的焚烧法工艺［2］如下：图1-3焚烧法工艺流程图高浓度有机废水由中间槽经管路通过废液喷雾器送人炉本体内，燃料油经燃烧装置自动点火，喷人焚烧废液，焚化燃烧3d,可将废液内有机物充分氧化,使其焚化效率与去除率达95%以上，产生的废气达到无异味、无恶臭、无烟的完全燃烧的效果，经喷淋洗涤装置去除10Min以上的粉尘，将符合排放标准的废气排放至大气。该焚烧处理系统处理能力600kg/h,废水水质COD高达330000mg/Lo使用废液专用焚烧炉，可将高浓度有机废液用焚烧的方法处理掉,不仅可以大大削减废水中高浓度有机污染物的含量,而且对提高厂区及周边地区环境污染的控制具有重要意义。由于焚烧法具有高温分解和深度氧化的特性，对有毒、有害废物的处理是其它方法无法取代的。用焚烧方法处理高浓度有机废水具有投资少、占地面积少、见效快及操作不受气候影响的优点。如果用废溶媒及废酒精做辅助燃料以废烧废，可以降低n运行成本。其热能还可以回收利用。1.3.2厌氧-好氧两级生化法处理制药废水1.3.2.1工艺原理由于该种类废水的CODcr浓度比较高，且好氧法处理高浓度有机废水有其自身的缺陷，因而仅用单一的好氧处理很难实现达标排放，但是厌氧法却对处理高浓度有机废水有一定优势。制药废水中含有抗生素，对好氧菌种有毒性，能抑制好氧菌的活性。然而厌氧菌却能进行好氧菌所不能进行的解壽反应，能将废水中的抗生素有效地降解。从厌氧降解三阶段理论来分析,在降解过程中，主耍发生抑制作用的是在产甲烷阶段，酸化阶段细菌的适应能力强，能耐很高的毒物浓度,能充分利用第一阶段水解菌的产物，使抗生素及其代谢中间产物得以降解，有利于最后阶段产甲烷过程和后续处理。虽然厌氧法能直接处理高浓度有机废水，但是厌氧法岀水的CODcr,BOD浓度仍很高,口带有臭味,不能直接徘放，因而考虑增加好氧处理来克服厌氧处理的缺点。列外，利用厌氧法处理高浓度有机废水不仅最大限度的净化水质，同时还可回收牛物能??沼气［3］。厌氧多采用UASB或两相厌氧(ABR-UBF)等，好氧多采用SBR法、生物接触氧化法、CASS以及流化床等工艺。有的还在好氧工艺之后加上气浮或混凝等物化工艺，进一步提高出水水质。具体工艺齐排污单位可能有所细微差别。1.3.2.2应用实例河南省平顶山市某制药厂土霉素生产采用微生物发酵法，在生产过程屮要产生一定量的高浓度有机废水外排入湛河，给当地的水环境造成一定影响。该厂废水出水水质及排放标准如下：表1-1平顶山某制药厂原废水出水水质及排放标准项目BOD/mg/1COD/mg/1SS/mg/1PHn废水水质21004500^550010005.0〜6.0排放标准60W150W2006、9该厂污水处理工艺如下：图1-4平顶山某制药厂废水处理流程1.3.3水解酸化-好氧法1.3.3.1水解酸化-好氧工艺原理水解-好氧工艺是我国独立自主开发的污水处理工艺，为我国的水污染控制作出了积极的贡献。水解酸化工艺是考虑到产甲烷菌与水解产酸菌生长速率不同，在反应器中利用水流动的淘洗作用造成甲烷菌在反应器中难于繁殖,将厌氧处理控制在反应时间短的厌氧处理第一阶段即在大量水解细菌、产酸菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，难于牛物降解的物质转化为易于牛物降解的小分子物质。将厌氧水解处理作为各种生化处理的预处理，由于不需曝气从而大大降低了生产运行成本，可提高污水的可生化性，降低后续生物处理的负荷，大量削减后续好氧处理工艺的曝气量，降低工程投资和运行费用，因而广泛的应用于难生物降解的化工、造纸、制药等高浓度有机工业废水处理中。作为好氧处理的预处理。好氧处理一般可以采用传统活性污泥法、接触氧化法、周期循环延时曝气活性污泥系统(ICEAS)、氧化塘及土地处理等工艺。进一步改善水质，使达标排放。1.3.3.2应用实例黑龙江省某制药厂的主要生产车间是制剂车间和提取车间。厂区废水主要由生产n废水和生活污水组成。污水主要来源于职工食堂和浴池。废水中主要污染物有中药渣、草根纤维、树皮纤维及洗涤用碱等。废水的BOD/COD约为0.35,可生化性一般。该厂采用水解酸化-牛物接触氧化法处理［4］。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物膜法Z间的工艺。接触氧化池内设有填料,部分微生物以生物膜的形式固着生长于填料表面，部分则是絮状悬浮生长于水中，因此它兼有活性污泥法与生物膜法二者的特点。该厂工艺流程如下图：图1-5黑龙江某制药厂工艺流程生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物膜法之间的工艺。接触氧化池内设有填料，部分微生物以生物膜的形式|古|着生长于填料表面，部分则是絮状悬浮牛长于水中，因此它兼有活性污泥法与牛物膜法二者的特点。该厂废水水质及排放标准如下：项目BOD/mg/1COD/mg/1SS/mg/1PH废水水质350~4501000^12004007.72排放要求W60W150W1006~9多次采样监测结果表明，该厂二沉池出水CODcr浓度基本在85mg/lo达到国家《污水综合排放标准》GB8978-1996-级标准。上述几种工艺是制药废水中广泛应用的比较成熟的技术。下面简单介绍儿种研究中的工艺。n1.3.4光催化降解制药废水[5]有人设计了一种流化床光催化反应器与过滤预处理相组合的中试系统,制备了一种以30-40目耐火砖颗粒为载体的负载型Ti02光催化剂，以高压汞灯为光源，分别在不同工艺条件下对三类典型难降解有机工业废水实际印染废水、制药废水以及配制的农药废水的光催化降解效果进行了考察。结果表明，该系统对这三类废水均有较好的处理效果。1.3.5超声波处理硝基苯类制药废水[6]用不同频率和强度的超声波以多种方式对模拟和实际硝基苯废水进行处理。结果表明：1功率在100w,时间为60s条件下，其硝基苯降解率可达80.9%;2加入适量的H202及少量的Fe2+,不仅可使COD去除率及硝基苯降解率分别提高到87%和92%,而且反应时间大大缩短，超声波强度也可减半。实验证明光催化降解为此类废水的工程处理提供了高效、经济的方法。1.4总结针对不同制药废水的水质特点，厂家的要求及排放标准的不同，可以选用不同的处理工艺。针对较难处理的抗生素废水、化学合成制药废水一般采用组合工艺如:厌氧-好氧两级牛化法，(微电解)水解酸化-好氧法。这都是比较成熟稳定高效的工艺，应用广泛。对于易降解屮低浓度制药废水可釆用单级生化法如UASB、SBR等。当然一些新工艺也需要大胆尝试。第二章工艺选择2.1设计材料成立于1985年的xxx第四制药有限公司，是美国强生公司在华最大的子公司，也是中国较大的合资制药企业。生产基地位于XXX市，主要生产螺旋霉素和硫酸奈替米星等抗生素药物。排岀的废水一直未能得到彻底治理，是该区域的主要污染源之一。当地政府、n环保部门及公司领导对污染治理十分重视，现委托河北工程大学进行方案及施工图设计。1.2设计要求该厂红霉素生产废水水质变化幅度大，冲击力强，硫酸根、金属离子、悬浮物含量均较高,为处理难度较大的制药废水，设计时按三种废水混合后处理。综合废水基木参数为:C0DCr5500"7900mg/L>SS3500〜4500mg/L、pH6、7.5,设计水量为1000m3/do要求出水达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)-级排放标准。设计依据(1)中华人民共和国污水综合排放标准(GB897871996);(2)xxx第四制药有限公司提供的水质、水量水质、水量及处理标准(1)水量:废水排放量：生产螺旋霉素废水Q11800m3/d生产硫酸奈替米星和洗浴、生活污水:Q22700m3/d(2)原水水质：螺旋霉素废水:CODCrW15000mg/lSS120mg/1BOD5W6000mg/1PH7.5~8.5水温30~33°C硫酸奈替米星和洗浴、生活污水:C0DCr^800mg/lSS320mg/1B0D5W500mg/1PH7.5飞.5水温18"23°C(3)处理后水质执行屮华人民共和国污水综合排放标准(GB8978796)一级标准：CODCrW100mg/lSSW70mg/lB0D5W20mg/1PH6~9气温：最冷月平均气温-4°C最热月平均气温35°C历年极端最高气温42・6°C历年极端最低气温-12.3°C风速：平均风速2.2m/s月平均最大风速8m/s月平均最小风速l・2ni/s主导风向及风频率：夏季??南n风15%冬季??东北风15%降雨：年平均降雨量1587mm雪量：最大积雪深度40mm地质：地面以下为粘土和亚粘土处理场地与进岀水位置2.3处理方案选择取设计参数如下：表2-2工艺设计参数项目CODmg/1SSmg/1流量Qm3/d设计水质670040001000达标水质1007010002.3.1工艺选择分析该废水属于高有机物，高悬浮物，毒性大废水，而水量不大。主体工艺拟采用UASB反应器，但是其对进水悬浮物含量要求较严格，这是其与其他厌氧处理工艺的明显不同之处,一般以不大于1000mg/l为宜，否则不利于颗粒污泥与进水中有机污染物的充分接触而影响产气量，另一方而容易造成反应器的堵塞问题。此外,进水中SS的种类对颗粒污泥的形成也有较大的影响。故在UASB前降低SS含量是必要的，因此在UASB工艺前设置均质沉淀池,一方面利用固液分离去除废水中的杂质及悬浮物，同时还可以降低废水中有机物含量，使进水达到UASB进水要求；另一方面，由于该红霉素生产废水水质变化幅度大，冲击负荷强，不利于废水处理设施的正常运行，因此利用均质沉淀池池沿的沿程进水，使同时进池的废水转变为前后出水，达到与不同时序的废水混合的目的。由于废水中含有硫酸根、金属离子及残存的抗生素，这对微生物尤其是UASB中产甲烷菌来说具有相当大的毒害作用，甚至可以引起生物处理工艺的失效。因此UASB前设置一个水解池，利用产酸菌的不敏感性,改变毒物的结构或将其分解，使毒性减弱真至消失，同时大量产酸菌在水解作用下，还可以大大降低悬浮固体浓度。经过水解池预处理的酸化液进入产甲烷器(UASB)就能进行正常的产甲烷反应，并能得到快速、高效的处理。n但是UASB岀水的CODcr,BOD浓度仍很高，且带有臭味，不能直接徘放，因而考虑增加好氧处理来克服厌氧处理的缺点。三相好氧流化床作为一种新型高效的好氧工艺,近三十年来其应用范围和规模都口益扩展，尤其是其可以达到很高的污泥负荷，使其进水有机物浓度可以较高，且其反应器高径比较大，节约占地。对于用地紧张的企业很适合。经三相流化床处理后，废水再经二沉池就基本可以达到处理目标。2.4工艺流程进水格栅集水井均质沉淀池水解池UASB反应器接触氧化池气浮池出水污泥浓缩池污泥脱水污泥外运图2-2本工艺流程图第三章主体工艺设计计算3.1格栅设计格栅一般安置在废水处理流程的前端，用以去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，从而保证后续处理构筑物的正常运行，减轻后续处理构筑物的处理负荷。由于本设计中废水悬浮物很大，但水量相对较小，故采用细格栅,用人工清除格渣。3.1.1设计说明(1)水泵前格栅条间隙,应根据水泵要求确定；(2)格渣量与地区的特点、格栅的间隙大小、污水流量以及下水道系统的类型等因素有关。格渣的含水率一般为80%,容重为960kg/;n(1)格栅的过栅流速一般采用0.6~1・Om/s;(2)栅前渠道内水流速度一般采用0.4~0・9m/s;(3)格栅倾角一般采用45。~75。。人工清除格栅倾角小时，较省力,但占地面积大；(4)通过格栅的水头损失一般采用0.08〜0.15m;(5)格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5111。工作台上应有安全和冲洗设施；(6)格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m。工作台正面过道宽度，当采用人工清除格渣时，不应小于1.2m;n(1)设置格栅装置的构筑物，必须考虑有良好的通风设施。图3-1格栅计算图[7](单位:cm)2.1.2参数选取由于本设计水量小，为了格栅的加工、安装方便，将格栅进行了一定程度的放大。格栅间隙bO.Olin,格栅倾角，栅前水深hO.4m,进水渠道宽：，过栅流速0.15m/s.3.1.3设计计算1栅条间隙数2设计采用10圆钢为栅条，即s0.01m,则栅槽宽度为3过水渠道渐宽部分长度，展开角取20°4渐窄部分长度：5过栅水头损失6栅前渠道超高取0.3m则栅前槽高为h+0.7m栅槽总高度为:Hh++O.705m7栅槽总长度L2.2集水井设计3.2.1设计说明集水井是汇集准备输送到调节池或其他处理构筑物去的污水或污泥的一种小型贮水池。由于工业废水排放的不连续性,为了避免处理的难度，所以在格栅和均质沉淀池Z间设置一个集水井。n取水力停留时间HRT3h,集水井有效深度h4・5m,水而超高0.5m。(1)集水井有效容积VQ/T4500/24X362.5(2)集水井水而而积AV/H62.5/512.5平方米半径为2m3.3均质沉淀池设计1.3.1设计说明无论是工业废水，还是城市污水或生活污水，水质水量在24小时之内都有波动。一般来说，工业废水的波动大，中小型工厂的波动就更大，甚至一日之内或班产Z间都有很大的变化。这种变化对污水处理设备，特别是生物处理设备正常发挥其净化功能是不利的，甚至还可能是遭到破坏。同样对于物化处理设备,水量和水质的波动越人，过程参数难以控制，处理效果不稳定;反之，波动越小，效果就越稳定。在这种情况下，在废水处理系统之前，设置均化调节池，用以进行水量的调节和水质的均化，以保证后续处理的正常。由于本设计屮制药废水屮悬浮物(SS)浓度很高，此均质池也兼具沉淀池的功能。该池设计有沉淀池的污泥斗，有足够的水力停留时间保证后续处理构筑物能够连续进行。其均质作用主要靠池侧的沿程进水，使同时进入池的废水变为前后出水，以达到与不同时序的废水相混合的目的。由于其均质及沉淀双重功能,故名均质沉淀池。n水力停留时间T4h,设计流量Q4500m3/dl87.5m3/h0.0521m3/sn表3-2均质沉淀池设计参数CODBODSS进水水质mg/160502700240去除率％253020出水水质mg/14537.518901923.3.3设计计算仃)池子尺寸均质沉淀池有效容积VQT187.5X4750取池有效水深h5m则池表面积FV/H750/5150取池长L22m,池宽B7m,超高0.5m则池子尺寸为:15X10X3.5(2)理论每日污泥量W4500X240-192/1000X1000X1-0.9772m3/d(3)污泥斗尺寸沿池长方向设三个污泥斗，泥斗上口尺寸为7X7,下口尺寸为0.4X0.4,污泥斗倾角取55°。则污泥斗高度为h27-0.4tg55/22.Im均质沉淀池总高:H5+0.5+2.17.6m每个污泥斗容积:2.1/37X7+0.4X0.4+2.836.4污泥斗总容积36.4X3109.2，符合设计要求。n均质沉淀池计算图(单位:cm)3.4.1设计说明木设计中该厂红霉素生产废水水质变化幅度大，冲击力强，硫酸根、金属离子、悬浮物含量均较高，并且抗生素对微生物具有一定的毒性，为处理难度较大的制药废水。由于后续UASB工艺中产甲烷菌对毒性物质较敏感，且悬浮物浓度也不宜太大，为了能充分发挥UASB工艺的处理能力,达到良好的处理效果，在UASB前设置水解池，作为预处理，利用水解菌、产酸菌充分去除或改变有毒或抑制性化合物的结构，同时有效的去除悬浮性COD,使出水主要为溶解性小分子COD,利于后续处理。从工程上讲,厌氧发酵产生沼气的过程可分为水解阶段、酸化阶段和甲烷化阶段等三个阶段。水解池是把反应过程控制在第二格阶段之前完成，不进入第三个阶段。它实际上完成水解和酸化两个过程(酸化也可能不十分彻底)，但为了简化,简称为水解。水解池具有以下优点：(1)不需要密闭的池子,不需要搅拌器，不需要水、气、固三相分离器，降低了造价和便于维护。(2)水解、产酸阶段的产物主要是小分子的有机物，可生化性一般较好，故水解可改变原污水的可生化性，从而减少反应时间和处理的能耗。(3)由于反应控制在第二阶段完成前，出水无厌氧发酵的不良气味，改善了处理厂环境。(4)由于第一、第二阶段反应迅速，故水解池体积小,与初沉池相当，节省基建投资，(5)由于水解池对固体有机物的降解,减少了污泥量，具有消化池功能。n表3-3水解池设计参数CODBODSS进水水质mg/145001890192去除率％303540出水水质mg/131501228115(1)取表面负荷q0.&水力停留时间t6h则池表面积AQ/ql87.5/0.8233将水解池设计成方行，边长为10m,则实际水解池表面积为100有效水深hqtO.8X64.8m则水解池的有效容积Vhl00X4.8480超高取0.5m,则水解池的尺寸为10X10X4.8实际表面负荷q480/1004.8停留吋间V/Q5.8h(2)进水装置位于池底部，采用竖管布水或者穿孔管布水。每个布水孔口的服务面积0.5-2,每个孔口的流向不同，流速采用0.4-1.5m/s,并尽量避免孔口的堵塞和短流。岀水堰间距2-3m,岀水堰设置挡渣板，排泥装置位于池中部。3.5UASB反应器设计3.5.1设计说明UASB(上流式厌氧污泥床)反应器是Lettinga等人于1972^1978年间开发研制的一项有机废水厌氧生物处理技术,这种反应器于20实际80年代开始在高n浓度有机工业废水的处理中得到日趋广泛的应用oUASB反应器的基本构造主要包括:污泥床、悬浮污泥层、布水器、三相分离器。污泥床位于整个UASB反应器的底部，污泥床内具有很高的污泥生物量,其污泥浓度一般为40~80MLSSg/L,污泥床中的污泥由活性生物量占70%飞0%以上的高度发展的颗粒污泥组成，正常运行的UASB中的颗粒污泥的粒径一般在0.5^5mmZ间，具有优良的沉降性能，其沉降速度一般为1.2^1.4cm/s,其典型的污泥容积指数SVI为10^20ml/go污泥床容积一般占UASB反应区容积的30%左右,但它对UASB反应器的整体处理效率起着极为重要的作用，它对反应器中有机物的降解量一般可占到整个反应器全部降解量的70%、90%。悬浮污泥层位于污泥床上部，它占据UASB反应区容积的70%左右,其中的污泥浓度要低于污泥床，通常为10〜30MLSSg/L,由高度絮凝的污泥组成，一般为非颗粒污泥，其沉速明显小于颗粒污泥的沉速。这一层污泥担负着整个UASB反应器有机物降解量的10%〜30%。布水器主要功能是将进入反应器的原废水均匀的分配到反应器整个横断面并均匀上升，起到搅拌作用，这是反应器高效运行的关键环节。三相分离器由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是将气体、污泥在沉淀区进行分离，污泥经回流缝回流到反应区，沉淀澄清后的处理水均匀的加以收集排出系统。具有三相分离器是UASB反应器处理工艺的主要特点之一，它相当于传统废水处理工艺中的二沉池，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因素。3.5.2UASB工作原理UASB反应器在运行工程中，废水通过进水配水系统以一定的流速自反应n器底部进入，水流依次流经污泥床、悬浮污泥层至三相分离器。UASB反应器中的水流呈推流形式,进水与污泥床及悬浮污泥层中的微牛物充分混合接触并进行厌氧分解，厌氧分解过程屮产生的沼气在上升过程屮将污泥颗粒托起，由于大量气泡的产生，引起污泥床的膨胀。在反应器上部由于气泡的破裂，绝大部分污泥颗粒乂回到污泥床区。随着反应器产气量的不断增加，由气泡产牛的搅拌作用变得日趋剧烈，气体变从污泥床内突发的逸出，引起污泥床表面呈沸腾和流化状态。反应器中沉淀性能较差的絮状污泥则在气体的搅拌作用下，在反应器上部形成悬浮污泥层;沉淀性能良好的颗粒污泥则处于反应器下部形成高浓度的污泥床。随着水流的上升流动，气、水、泥三相混合液上升至三相分离器中，气体遇到挡板后折向集气室而被有效的分离排出；污泥和水进入上部的沉淀区，在重力作用下泥和水发生分离。由于三相分离器的作用，使得反应器混合液屮的污泥有一个良好的沉淀、分离和再絮凝的环境，有利于提高污泥的沉降性能。在一定的水力负荷下,绝人部分污泥能在反应器中保持很长的停留吋间，使反应器中具有足够的污泥量⑴。3.5.3参数选取容积负荷Nv取6kgC0D/d,污泥产率取0.lkgMLSS/kgCOD,产气率0.5。表3-4UASB设计处理效果CODBODSS进水水质mg/13150122896去除率％859050岀水水质mg/1432122.848设计水量Q45001870.052o3.5.4池体设计计算n反应器有效容积4500X3.15/62013将UASB设计成方形，取边长为10m,分为4格（座），每座容积500,实际表面积为100,实际表面水力负荷0.83则反应器有效高度h9.4m3.5.5三相分离器设计3.5.5.1设计说明三相分离器的主要功能是进行固体（反应器中的污泥）、气体（反应过程产牛的沼气）和液体（被处理的废水）等三相加以分离，将沼气引入集气室，将固体颗粒导入反应区，将处理后的废水引入排水渠。三和分离器中，气液分离功能主要由合理配置的倾斜导流板和有斜面的倒流块完成；固液分离功能则主要由斜板以上的沉淀室完成。三相分离器的设计包括沉淀区，回流缝,气液分离器的设计。由于沉淀区的厌氧污泥及有机物可以发牛一定的牛化反应，产牛少量气体，这对固液分离不利，故设计三相分离器时应满足以下要求：①沉淀区水力负荷小于1.Om/h;②沉淀区斜壁角度应该在45°〜60°之间，使污泥不致积聚,尽快落入反应区内；③沉淀区总水深应大于等于1.5米；④沉淀区水力停留时间介于1.5~2h;⑤进入沉淀区前,沉淀槽底缝隙的流速W2m/1;⑥在集气室内应保持气液界而，以释放和收集气体,阻止浮渣层的形成；导流体（板）与缝隙自己的遮盖部分应该在lOOPOOimn,以避免上升的气体进n入沉淀区；①在出水堰之间应该设置浮渣挡板；②出气管的直管应该足够大，以保证从集气室引出沼气，特别是有泡沫的情况3.5.5.2设计计算设计三相分离器与短边平行，沿长边每池布置4个,构成4个分离单元。其结构见图3-3o下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速可用下式计算：其屮:一下三角形集气罩的面积，上下三角形集气罩之间的回流缝宽度取0.5m则上下三角形集气罩之间冋流缝中的上升流速为：其中一上下三角形集气罩之间回流缝的面积，又可由三角形的比例关系，求的BC1.0m,ABO.34m。图3-3单元三相分离器计算图（单位:cm）3.5.5.3沼气分离效果验证设能分离的最小气泡直径为d0.01cm,常温下清水的运动粘滞系数为:，清水密度，沼气密度，碰撞系数，则清水的动力粘度，由于废水的粘度一般大于清水的粘度，可取则气泡上升速度：1.04m/h则有:,故满足要求。3.5.6布水系统设计n3.5.6.1设计说明进水配水系统兼有配水与水力搅拌功能，所以必须满足以下原则：①进水必须在反应器底部均匀分配，确保各单位面积进水量基木相等，以防止短路和表面负荷不均匀现象发生；②应满足污泥床水力搅拌的需要,要同时考虑水力搅拌与产生的沼气搅拌,使污泥区达到完全混合的效果，确保促进有机物与污泥迅速混合，防止产生局部酸化现象；③易于观察进水管的堵塞现象，如发牛堵塞应易于消除。3.5.6.2常用布水系统(1)连续进水布水方式①一管一孔配水方式:为了确保进水可以等量的分布在反应器，每个进水管线仅仅与一个进水点相连接是最理想的情况,为了保证每一个进水点达到其应得的进水流量，一般采用高于反应器的水箱式进水分配系统。其一个好处是可以用肉眼观察堵塞情况。②一管多孔配水方式(乂名穿孔管配水系统)：为了配水均匀，配水管中心距采用1.0、2・Om,岀口孔距也可采用1.0、2・Om,孔径一般10"20mm,常采用15mm。孔口向下或与垂线呈45°方向，每个出水孔服务面积一般为2~4。配水管的孔径最好不少于100mm,常用150mmo配水管中心距池底一般为20"25cmo为了使穿孔管各孔出水均匀，要求出口流速不小于2ni/s,使出水孔阻力损失大于穿孔管的沿程阻力损失。③分枝式配水方式(又名树枝式管式配水系统)：采用对称布置，各支管出水口向下距池底约20cm,位于所服务面积的中心。管口对准池底所设的反射锥体,使射流向四周散开，均布于池底，一般出水口直径采用15~20価,每个出水口服务而积2〜4。(2)间歇式布水方式①脉冲进水:采用间歇式的脉冲方式进水，使底层污泥交替进行收缩和膨胀,有助n于底层污泥的混合。一般来说，一定的布水强度能促进反应区污泥床层底部颗粒污泥的混合，促进污染物与污泥的充分接触，强化反应速率。①连续进水间歇布水:这是德国的一种布水系统。在反应器底部设置许多布水点布水点高度各不相同从水泵送来的废水经一根旋转的配水管配入一个环状配水槽，槽分许多隔间，每一隔间有一布水管连通布水管，并在固定的布水点通过管嘴将废水布入池内。3.5.6.3布水系统选取及计算由丁•分枝式配水系统比较简单，只要施工安装止确，配水能够基本达到均匀分布的要求。因此木设计采用此种配水系统。设布水点服务面积S1.5/个,则每个池子布水点个数为：n50/l.533.3个，为了便于布置取n32个。3.5.7岀水系统出水的均匀排出也是保证反应器均匀稳定运行的关键，尤其对固液分离的影响较大。UASB反应器的出水槽布置与三相分离器沉淀区设计有关，通常每个单元三相分离器设一个出水槽。出水槽位于三相分离器集气罩顶部，二者连成一体。本设计采用90°三角堰。(1)垠上水头(即三角垠底至上游水面的高度)取h0.03m,槽高0.06m。(2)每个三角堰流量：(h在0.021-0.200时)(3)三角垠个数nnQ/qO.0116/0.00021854个，为便于计算及加工取为n=64个。(4)三角堰中心距(双侧出水)，出水槽宽度取0.2mnL10X8/64-1.25mo3.5.8水封在UASB反应器中，控制三相分离器的集气室中气液两相界面高度是重要的如前所述，集气室气液表面可能形成浮渣或泡沫，这些浮渣或泡沫可能妨碍气泡的释放。在液面太高或波动时，有时浮渣或气泡会引起气管的堵塞或使气体部分进入沉淀区。这种现象在含脂肪或蛋白质废水处理吋，或产气量太小吋会趋于严重。因此要保证气液界面高度稳定，而这一高度常用水封来控制。3.6两段曝气池设计厌氧池和好氧池采用合建式，均为接触式生物反应器，采用聚丙乙烯塑料为材料的蜂窝状填料。废水平均温度为13.5°C;经过UASB,COD剩余量为432mg/L,BOD剩余量为132ml/L;处理后;SS为20mg/L.设SS为20mg/L,去除率为90%;设计泥龄查图3-5,并考虑污泥龄应为硝化细菌最小世代期的三倍，确定30d;根据实验得出动力学参数内源呼吸期参数0.5/d,理论产率系数。CODBOD进水水质mg/1432122.8去除率％7570出水水质mg/110834.6设计计算3.6.1估算出水中的除水中SS可生化部分为0.825X2016.5(mg/L细胞量)n可生化SS的最终16.5X1.4223.43(mg/L)可生化SS的最终折算成23.43X(1-)23.43X(1-)14.95^15mg/L所以除水中溶解性20-155(mg/L)3.6.2曝气池容积确定VA将生物脱氮系统的曝气池和反硝化池合称为脱氮反应池，按动力学公式确定该反应池容积。B•按有机负荷率计算公式确定反应池容积设计脱氮反应池选用1980,包括缺氧池及好氧池。根据生物脱氮试验结果，缺氧池好氧池的容积比按3:5设计，则各池容积为:缺氧池742.5(施工中取743),好氧池容积1237o反应池总停留时间为10.8h,厌氧池4h,好氧池为6.8h°设计屮厌氧池、好氧池均为双系统有效水深为3,宽为15,则厌氧池长16,好氧池长为28o3.6.3剩余污泥量算细胞实际合成系数所以计算曝气池所需曝气量曝气池需氧量为840.44-231.46+409.86-91.28-150.58776.98(kg/d)32.37kg/hn考虑到水质水量的冲击负荷影响，安全系数取1.2,曝气装置氧的利用率取15%,空气密度取1.201kg/,空气中含氧率为23.2%,则空气量为气水比870.45:(5000/24)4.17:1曝气设备采用管型曝气器3.6.4回流泥量和硝化混合液回流量(内回流)计算回流污泥比R取0.5,硝化混合液回流比r取2,所以3.7气浮池设计在A/0工艺过程中，填料上生长的微生物以丝状菌为主，以丝状菌为主的悬浮颗粒密度与水相近，难易沉淀。气浮法是将空气以微泡形式进入污水,利用表面化学的原理，疏水性颗粒就会黏附在气泡上，随气泡一起上浮，从而实现固液分离。因此气浮是最为有效的处理手段。与沉淀法相比,气浮法具有下述特点:①占地而积小，基建投资少;②浮渣含水率低,一般在96%以下，比沉淀污泥体积小2~10倍,而且表面刮渣比池底排泥方便；③气浮法药剂投加量比沉淀池少。3.7.1投药量计算每小时投药量式中:M??药剂投加量；n取溶液浓度为10%,则每小时药液投加量为式中：C??药液浓度；①溶解池容积溶解池设置两座，交替使用。药液配置按每班配置一次。则每间的容积为式屮：K??安全系数，一般取值1.「1.2;8??每配是一次供一个班使甩即8小时。施工取0.5。有效水深取0.7m,保护高度0.3mo溶解池长宽相等，则故设计两件溶解池。每间长?宽？高0.85mX0.85mXlm②聚合氯化铝年耗量3.8X24X36533.2883.7.2溶气罐计算溶气罐采用静态型溶气罐。每座气浮池配置一个溶气罐。废水在溶气罐内停留时间为t30min,溶气罐进水量溶气罐容积为:溶气罐直径设溶气罐高溶气量已知废水温度13.5°C,查表得73620.37溶气罐工作压力为0.5MPd,相当于5个大气压，故溶气量为20.37X5101.55niL空气/L水n溶气罐所需空气量式中：？?溶气效率，一般为0.6、0・9,本设计取值0.7o供气量可选用风量为1。空气压缩机所需压力因溶气罐的工作压力为0.5MPa（表压），空气管道的沿程阻力和局部阻力可逐项计算，一般空气管道的总阻力不会超过0.IMPa,取最大阻力0.IMPa。故空气压力为：可选用铭牌为0.7MPa或0.8MPa的空气压缩机。3.7.3反应室计算采用三级机械搅拌反应室，反应时间（）为9min,每段反应时间（3-30）式屮:？?反应室停留时间，一般取值3^10min,本设计取9mino取反应室进口处流速,反应室出口出流速。反应室总容积。反应室面积，取有效水深，故因为反应室分为三格，每格面积。取长宽相等,每格池宽为。3.7.4气浮分离池气浮分离池有效容积式屮:？?进入分流池的废水流量部分回流溶气流程；??分离池停留时间,min部分回流溶气流程。n气浮池分离池有效池长式中：？?分离池单间池宽,ni;-般取值为~6;??分离池有效水深,m;—般取值为。垠上水头第四章污泥部分设计计算3.1污泥量计算①均质沉淀池