奶牛养殖场废水处理工程设计

1、目录一总论1 工程概况32 设计任务和内容43 基本资料5二工艺流程的选择与确定1 初沉池62 厌氧生物处理63 好氧生物处理73.1 氧化沟法73.2 接触氧化法83.3 生物滤池法93.4 序批式活性污泥法94 工艺流程11三主要设备及处理构筑物设计计算1 设计流量确定122 格栅渠123 集水池144 水力筛155 混凝沉淀池155.1 混合阶段155.2 絮凝阶段155.3 沉淀阶段176 调节池207 水解酸化池207.1 反应池容积217.2 配水系统217.3 出水系统217.4填料系统228 厌氧反应器UASB238.1 反应机理238.2 工作原理238.3 设计计算239

2、配水池3110 好氧反应器SBR3210.1 设计参数3210.2 设定条件3210.3 设计计算3311 高效浅层气浮池3712 污泥处理系统3812.1 污泥产量3812.2 处理方式3812.3 集泥井容积3812.4 集泥井排泥泵3912.5 污泥浓缩3913 接触消毒池4014 主要构筑物及设备一览表4115 平面与高程布置42参考文献小结附件一总论1 工程概况 近年来，我国工厂化生产的大型奶牛厂发展迅速，而且规模不断扩大，生产规模从几千头发展到几十万头。但与此同时，由于规模化奶牛场往往建在大中城市近郊和城乡结合部，由于环境法规不健全，认识不足，特别是资金短缺，绝大多数养殖场在建场初

3、期未考虑到畜禽养殖废水如何处理。畜禽排放的大量粪尿与养殖场的大量废水，大多未经妥善回收利用与处理、处置即直接排放，对环境造成严重的污染，产生极其不良的影响。不少养殖场粪便随地堆积，污水任意排放，严重污染了周围环境，也直接影响着养殖场本身的卫生防疫，降低了畜产品的质量。畜禽养殖业已经成为或正在成为与工业废水和生活污水相当甚至更大的污染源。 本方案设计题目为某奶牛养殖场废水处理工程设计。2 设计任务和内容（1）废水来源 某奶牛养殖场排放的废水主要为牛尿液和牛圈冲洗水。其中：以每头奶牛排牛尿0.035m3/d计，冲洗水以每头奶牛0.3m3/d计，废水产生量总计为 400 m3/d。（2）废水处理站设

4、计规模 考虑到废水产生的波动性，为便于处理设施的运行管理，废水处理站的设计规模确定为 400 m3/d。（3）设计进水水质 根据监测结果及同类企业所排废水的水质特征，设计进水水质为：COD 3000-4000 mg/L、BOD5 1800-2200 mg/L、SS 500-600 mg/L、氨氮90-130 mg/L、pH=7。（4）设计出水水质 处理后出水水质满足畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）标准要求。3 基本资料 废水中含有大量的固体悬浮物，有机物、氨氮含量高，恶臭严重，这些废水如果不处理将使养殖厂臭气熏天、蚊蝇成群，地下水的硝酸盐严重超标，少数地区传染病与寄生虫病流

5、行。而且，污水的不合格外排，对周围的水系造成很大的污染。 目前国内对于畜禽养殖业废水的处理方法主要有厌氧法，活性污泥法，生物接触氧化法等。一般均为几个方法的组合，这些方法又受地区气候的影响，厂区废水处理场地的影响等。根据本工程项目的具体情况，本工程设计采用厌氧法和序批式活性污泥法相结合的方法来处理本工程污水。 进水水质和排放标准要求:表1 进水水质和排放标准项 目PH值SS/(mg/L)CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)氨氮进水水质7.05006003000400018002200 90130排放标准6920040015080二工艺流程与选择1 初沉池初沉池主要对废水中以无机物为主密度

6、大的固体悬浮物进行沉淀分离，当污水进入初次沉淀池后流速迅速减小至0.02 m/s以下，从而极大地减小了水流夹带悬浮物的能力，使悬浮物在重力作用下沉淀下来成为污泥，而相对密度小于1的细小漂浮物则浮至水面形成浮渣而除去。沉淀池按水流方向来区分为平流式，竖流式及辐流式等三种。三种类型池子的优缺点及适用条件见表2：表2 各类沉淀池的优缺点及适用条件优 点缺 点适用条件平流式对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，有效沉淀区大，沉淀效果好；施工简单，造价低采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，操作工作量大，采用机械排泥时，机件设备与驱动件均浸与水中，易锈蚀适用地下水位较高及地质较差的地区；适用大、

7、中、小型污水处理厂竖流式排泥方便，管理简单；占地面积小对冲击负荷和温度变化的适应能力较差；造价高；池径不宜太大适用水质不好的小型污水处理厂辐流式采用机械排泥，运行较好，管理亦较简单；池水水流速度不稳定；机械排泥设备复杂，对施工质量要求较高适用大、中型污水处理厂 因为本设计所处理的水量较小，属于小型污水处理站，且主要是对废水中的粪便和BOD5、COD进行处理，所以选用平流式沉淀池。它具有沉淀效果好，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，施工简单，造价低，多个池子易于组合为一体，节省占地面积等优点。2 厌氧生物处理厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（COD>2000mg/L,BOD5>10

8、00mg/L）。它是在无氧条件下，靠厌氧细菌的作用分解有机物。在这一过程中，参与生物降解的有机基质有5090转化为沼气（甲烷），而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料。厌氧生物处理包括多种方法，有化粪池、厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器、两段厌氧处理法、厌氧膨胀床、厌氧流化床、厌氧生物转盘和两相厌氧法等。废水的厌氧处理方法主要有传统消化法、厌氧生物滤池法、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器。几种厌氧处理方法的特点及优缺点见表3：表3 各类厌氧处理法的特点及优缺点反应法特 点优 点缺 点传统消化法在一个消化池内进行酸化，甲烷化和固液分离设备简单反应时间长，池容积大。污泥易随水流带

9、走。厌氧生物滤池微生物固着生长在滤料表面。适用于悬浮物量低的废水。设备简单。能承受较高负荷。底部易发生堵塞。填料费用较贵。厌氧接触法用沉淀池分离污泥并进行回流。消化池中进行适当搅拌，池内完全混合,能适应高有机物浓度和高悬浮物的废水。能承受较高负荷。有一定的抗冲击负荷能力，运行较稳定。负荷高时污泥会流失。设备较多，操作上要求较高。上流式厌氧污泥床反应器消化和固液分离在一个池内。微生物量特高。负荷率高，容积小，能耗低，不需搅拌。如设计不善，污泥会大量流失。池的构造复杂。两段厌氧处理法酸化和甲烷化在两个反应器进行。能承受较高负荷，耐冲击。运行稳定。设备较多，运行操作较复杂。 综合上所述并结合本设计污

10、水的特点，考虑采用较为成熟的升流式厌氧污泥床(UASB)作为厌氧段的反应器。3 好氧生物处理 传统活性污泥法、氧化沟法、接触氧化法、生物滤池法、序列间歇式活性污泥法（SBR），这四种是在禽畜养殖场废水处理中应用比较多的好氧反应器。3.1 氧化沟法氧化沟是在传统活性污泥法的基础上发展起来的连续循环完全混合工艺，是用延时曝气法处理废水的一种环形渠道，平面多为椭圆形，总长可达几十米，甚至几百米以上。在沟渠内安装与渠宽等长的机械式表面曝气装置，常用的有转刷和叶轮等。曝气装置一方面对沟渠中的污水进行充氧，一方面推动污水作旋转流动。氧化沟多用于处理中、小流量的生活污水和工业废水，可以间歇运转，也可以连续运

11、转。氧化沟的平面示意图见图1。 图1 氧化沟平面图 氧化沟工艺具有以下特点：(1) 氧化沟的沟渠长度较大，污水在氧化沟内停留的时间长，污水的混合效果好。可以不没初沉池，有机悬浮物在氧化沟内能达到好氧稳定的程度；(2) 对水温、水质、水量的变动有较强的适应性；(3) 氧化沟的曝气装置具有两个功能:供氧并推动水流以一定的流速循环流动。污泥的BOD负荷低，同延时曝气法，对水质和水量的变动有较强的适应性；(4) 污泥龄一般可达15到30天，为传统活性污泥系统的3到6倍。可以存活、繁殖世代时间长、增殖速度慢的微生物，如硝化菌；(5) 如采用一体式氧化沟，可不单独设二次沉淀池，使氧化沟与二沉池合建。中间的

12、沟渠连续作为曝气池，两侧的沟渠交替作为曝气池和二次沉淀池，污泥自动回流，节省了二沉池与污泥回流系统的费用。氧化沟工艺的缺点：占地面积较大；在寒冷的气候条件下，因为表面爆气器会造成表面冷却或者结冰，降低污水的温度，而污水的温度降低，对生化反应尤其是硝化反应的影响较大，对氧化沟不利。3.2 接触氧化法 生物接触氧化处理技术之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化；生物接触氧化技术的另一项技术实质是采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供其所需要的

13、氧，并起到搅拌与混合作用。因此，生物接触氧化是一种结和活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术。 生物接触氧化法在工艺发面的特点：由于曝气，在池内形成液、固、气三相共存体系，有利于氧的转移，溶解氧充沛，适于微生物存活增殖；在生物膜上能够形成稳定的生态系统与食物链，无污泥膨胀之虑；填料表面全为生物膜所布满，形成了生物膜的主体结构，污水在其中通过起到类似“过滤”的作用，能够有效地提高净化效果。 生物接触氧化法在运行方面的特点：对冲击负荷有较强的适应能力，在间歇运行条件下，仍然能够保持良好的处理效果，对排水不均匀的企业，更具有实际意义；操作简单、运行方便、易于维护管理，无需污泥回流，不产生污泥膨胀

14、现象，也不产生滤池蝇；污泥生成量少，污泥颗粒较大，易于沉淀。生物接触氧化法的主要缺点是：如设计或运行不当，填料可能堵塞，此外，布水、曝气不易均匀，可能在局部部位出现死角。3.3 生物滤池法 生物滤池是集生物降解、固液分离于一体的污水处理设备。被处理的原污水，从池上部进入池体，并通过由填料组成的滤层，在填料表面形成由微生物栖息形成的生物膜。在污水滤过滤层的同时，由池下部通过空气管向滤层进行曝气，空气由填料的间隙上升，与下流的污水相接触，空气中的氧转移到污水中，向生物膜上的微生物提供充足的溶解氧和丰富的有机物。在微生物的新陈代谢下，有机污染物被降解，污水得到处理。原污水中的悬浮物及由于生物膜脱落形

15、成的生物污泥，被填料所截留，滤层具有二次沉淀池的功能。 生物滤池法工艺具有以下特点：(1) 气液在滤料间隙充分接触，由于气、液、固三相接触，氧转移率高，动力消耗低；(2) 本设备自身具有截留原污水中悬浮物与脱落的生物污泥的功能，因此，无需设沉淀池，占地小；(3) 以3-5mm的小颗粒作为滤料，比表面积大，微生物附着力强；(4) 池内能够保持大量的生物量，再由于截留作用，污水处理效果良好；(5) 无需污泥回流，也无污泥膨胀之虑，如反冲洗全部自动化，则维护管理业非常方便。3.4 序批式活性污泥法序批式活性污泥处理系统（简称SBR）属于间歇式处理系统，是通过其主要反应器-曝气池的运行操作而实现的。曝

16、气池的运行操作，是由流入、反应、沉淀、排放、待机（闲置）五个工序所组成。这五个工序都在曝气池这一个反应器内运行、实施。运行操作的五个工序示意图见图2。流入反应沉淀排放待机图2 间歇式活性污泥法曝气池运行操作5个工序示意图 序批式活性污泥法具有如下特点：(1) 在大多数情况下（包括工业废水处理），无需设置调节池；(2) SVI值较低，污泥易于沉淀，一般情况下，不产生污泥膨胀现象；(3) 通过对运行方式的调节，在单一的曝气池内能够进行脱氮和除磷反应；(4) 应用电动阀、液位计、自动计时器及可编程序控制器等自控仪表，可能使本工艺过程实现全部自动化，而由中心控制室控制；(5) 运行管理得当，处理水水质

17、优于连续式；(6) 加深池深时，与同样的BOD-SS负荷的其它方式相比较，占地面积较小；(7) 耐冲击负荷，处理有毒或高浓度有机废水的能力强。 近年来序列间歇式活性污泥法（SBR）处理养殖场废水越来越受到关注，该工艺相对比于其他工艺简单、剩余污泥处置麻烦少、节约投资投资省、占地少、运行费用低、耐有机负荷和毒物负荷冲击，运行方式灵活，由于是静止沉淀，因此出水效果好、厌（缺）氧和好氧过程交替发生、泥龄短、活性高，有很好的脱氮除磷效果。且有通过氧化还原电位实时控制SBR反应进程的报道，进一步提高了对氮磷的去除效果、节约了能源和投资。因此选用序列间歇式活性污泥法（SBR）作为好氧段的反应器。4 工艺流

18、程 工艺流程图如下：图2 污水处理工艺流程图 本工程污水通过污水管网经格栅后用泵提升至集水池，再自流进入水力筛网，经初沉池沉淀后的水自流进入调节池，再用污水泵送至酸化水解池提高生化性能，70%的水量送入UASB反应器进行厌氧反应，经厌氧处理后的出水自流进入配水池，与水解酸化池未经厌氧反应的30%水量均匀混合后，出水自流进入SBR反应池进行生化反应，经SBR反应池的出水自流进入浅层气浮池，最终流入现有的养殖塘。格栅机、筛网的污泥直接运至化肥厂。UASB反应器、SBR反应器、初沉池的污泥排至污泥浓缩池，通过浓缩处理后进入带式脱水机进行脱水，滤饼外运，滤液回流至集水池进入再处理。UASB反应器产生的

19、沼气通过沼气收集系统集中后送至锅炉房进行燃烧。三主要设备及处理构筑物设计计算1.设计流量确定：平均流量：Qa=400m3/d= 16.7m3/h=0.0046m3/s总变化系数：式中： Qa平均流量，L/s；则：设计最大流量Qmax：Qmax= Kz×Qa=2.28×400 =912m3/d =38m3/h =0.0105m3/s 2 格栅渠 由于本工程废水主要为牛尿液和牛圈冲洗水两个方面组成，废水中含有大量的固体悬浮物和大颗粒杂质，因此为防止废水中大量的固体悬浮物，杂质堵塞，损坏后续处理设施，污水在进入集水池池前，设置两格栅井（一用一备）。(1) 栅条选矩形钢，栅条宽度S

20、=0.01m，栅条间隙e=0.01m。安装倾角=75°。最大设计污水量Qmax=720m3/d=0.0083m3/s，设栅前水深h=0.3m，过栅流速v=0.6m/s。(2) 栅条间隙数n：栅条间隙n取为6。(3) 栅槽宽度B：B=S(n-1)+dn=0.01×(6-1)+0.01×6=0.11m栅槽宽度一般比格栅宽0.2-0.3m，栅槽实取宽度B=0.40m，栅条6根。(4) 进水渠道渐宽部分长度L1：式中：B1进水渠道宽度，本设计取0.2m; 1进水渠道渐宽部位的展开角，一般1=20°。则：(5) 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2：(6) 过栅

21、水头损失h1：式中：h0计算水头损失 k格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，栅条为矩形截面时取k=3 阻力系数=（S/e）4/3，与栅条断面有关，为锐边矩形时取=2.42则： h1=3*2.42*0.6*sin75º/2*9.81=0.21m(7) 栅前槽总高度H1：取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽总高度H1=h+h2=0.3+0.3=0.60m(8) 栅后槽总高度H：H=h+h1+h2=0.3+0.21+0.3=0.81m，取为0.8m。(9) 格栅总长度：L=L1+L2+1.0+0.5+H1/tan=2.1m(10) 每日栅渣量：= 0.06m³/d本设计取单位体

22、积污水栅渣量W1为0.15m3/1000m3因为W小于，采用人工清渣。计算草图见图2：图2 格栅计算图3 集水池 集水池用于污水过格栅后均衡水质水量，同时通过污水泵提升进入后续处理设备。根据本次设计污水量，设置水力停留时间HRT=20min，有效容积=13.0m3，规格3m×2m×2.5m，钢砼结构，地下式，计算过程如下： (1) 有效容积 V：式中：Q设计处理水量，m3/h t停留时间，取。=912*0.33/24=12.54m3则： (2) 池子面积F： 12.54/2=6.27m2式中：h有效水深h，m 。则：(3) 池子总高H：式中：h1池子超高，m，取=。则： 4

23、 水力筛 水力筛是污水处理或工业废水处理中用于过滤悬浮物、漂浮物、沉淀物等固态或胶体物质的一种小型的无动力分离设备。采用楔形条缝焊接不锈钢筛板制成弧形筛面或平面过滤筛面，待处理的水通过溢流堰均匀分布到倾斜的筛面上，固态物质被截留，过滤后的水从筛板缝隙中流出，同时在水力作用下，固态物质被推到筛板下端排出，从而达到分离的目的。水力筛能有效地降低水中悬浮物 (SS) ，减轻后续工序的处理负荷。 根据污水量16,7m3/h和筛板缝隙1mm，本项目选用RHG-0518水力筛，共安装两台（一用一备）表3 设备安装规格表型号筛板规格（宽度×长度）BB1进出口法兰PN0.6MPa重量（Kg）DN1D

24、N2RHG-0518500×1800500640801005005 混凝沉淀池5.1 混合阶段 向原水中投加混凝剂后，应在短时间内将药剂充分、均匀地扩散于水体中，这一过程称为混合。混合是取得良好絮凝效果的重要前提。影响混合效果的因素有很多，如药剂的品种、浓度，原水的温度，水中颗粒的性质、大小等，采用的混合方式是最主要的影响因素。混合设备的基本要求是药剂与水的混合快速均匀。混合的方式主要有管式混合、水力混合、水泵混合以及机械混合等。采用何种混合方式应根据净水工艺布置、水质、水量、药剂品种等因素综合确定。 由于本次设计的污水量较小，选用 GJH-100型管式静态混合器，玻璃钢材质，管径为

25、DN100，加药管管径为DN32。5.2 絮凝阶段 絮凝过程就是在外力作用下具有絮凝性能的微絮粒相互接触碰撞，从而形成更大的稳定的絮粒，以适应沉降分离的要求。为了达到完善的絮凝效果，在絮凝过程中要给水流适当的能量，增加颗粒碰撞的机会，并且不使已经形成的絮粒破坏。絮凝过程需要足够的反应时间。在水处理构筑物中絮凝池是完成絮凝过程的设备，它接在混合池后面，是混凝过程的最终设备。通常与沉淀池合建。 絮凝池的形式近年来有很多，大致可以按照能量的输入方式不同分为水力絮凝和机械搅拌絮凝两类。水力絮凝是利用水流自身的能量，通过流动过程中的阻力给液体输入能量。其水力式搅拌强度随水量的减小而变弱。目前，水力絮凝的

26、形式主要有隔板絮凝、折板絮凝、网格絮凝和穿孔旋流絮凝。相应的构筑物为隔板絮凝池、折板絮凝池、网格絮凝池、旋流絮凝池。机械絮凝是通过电机或其他动力带动叶片进行搅动，使水流产生一定的速度梯度。絮凝过程不消耗水流自身的能量，其机械搅拌强度可以随水量的变化进行相应的调节。 由于本设计污水处理量较小，使用水力絮凝装置体积过小、设备安装不便，因此使用机械絮凝装置，设计计算如下：(1) 反应池有效容积V：式中：Q设计处理水量，m3/h； t反应时间,通常2030min。(2) 反应池串联格数及尺寸：反应池采用3格串联,每格有效尺寸为：B=1.5m，L=1.5m，H=1.5mV=3B·L·

27、H=3×1.5×1.5×1.5 =10.1m3反应池超高取0.3m。池子总高度为1.8m。取JBJ1-900型桨式搅拌机，搅拌机外形见图3，详细参数见表3。图3 JBJ1-900型桨式搅拌机示意图表3 JBJ1-900型桨式搅拌机详细参数 单位：mm参数LDD1D2D3n×dJBJ1-90015009001001752104×19(3) 叶轮中心点旋转半径R=450mm(4) 每台搅拌机桨板中心点旋转线速度取：第一格：v1=0.5m/s 第二格：v2=0.35m/s 第三格：v3=0.2m/s每台搅拌机每分钟的转速为：第一格：第二格：第三格：隔

28、墙过水孔面积按下一档桨板外缘线速度计算，则搅拌机外缘线速度分别为：第二格：第三格：每条生产线设计流量为Q=400m3/d=0.0046m3/s第一、第二格絮凝池间隔墙过水孔面积为Q/v2=0.0046/0.7=0.0066m2第二、第三格絮凝池间隔墙过水孔面积为Q/v3=0.0046/0.4=0.0118m25.3 沉淀阶段 初沉池主要对废水中以无机物为主密度大的固体悬浮物进行沉淀分离。初次沉淀池有平流式、竖流式、辅流式及斜板(管)四种。选用平流式沉淀池，它具有沉淀效果好，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，施工简单，造价低等优点。设置水力停留时间HRT=8.0 h，有效容积=200m3，规格

29、14.5m×4.0m×5.3m，钢砼结构，半地下式。5.3.1 配水系统 渠宽b=0.20m，水深h=0.03m，渠深设计为0.25m，渠长6m。则渠中水流流速约为：0.40m/s5.3.2 出水系统(1) 出水堰的形式及尺寸：式中：堰长m； 出水堰负荷，取1.0； 设计流量，m3/s；则：，取堰长L=5m。共四格出水堰，每堰进水流量为0.00087 m3/s，每格堰长为1m，出水收集器采用UPVC自制90º三角堰出水。直接查第二版给排水设计手册第一册常用资料P583页，当设计水量为=3.125m3/h时，过堰水深为70mm，堰宽设为140mm，堰口间隔60mm，

30、共80个三角堰。 (2) 堰上水头： 式中：堰上水头m； 每个三角堰出流量，m3/s；则：m(3) 集水水槽宽B： 式中：集水水槽宽，m； 设计流量，m3/s；为确保集水槽设计流量在安全范围内，设置安全流量则B=0.0063m，因此水槽宽取60mm。(4) 集水槽深度h：集水槽的临界水深：式中：集水水槽宽，m；安全设计流量，m3/s；则：m集水槽的起端水深：式中：h0起端水深m；则：h0=0.052m；取；h0=50mm设出水槽自由跌落高度：。则集水槽总深度h=0.015+0.1+0.05=0.165m。5.3.3 排泥系统(1) 污泥总量式中：V初次沉淀污泥量，m3/d；Q污水流量，m3/d

31、；去除率，%；（初次沉淀池以60%计）C0进水悬浮物浓度，mg/L；（进水悬浮物浓度C0为1800 mg/L）P污泥含水率取97%，%；沉淀污泥密度，以1000kg/m3计。则：V=14.4m³/d，排泥间隔为一天两次，设置1个污泥斗，则污泥斗的容积应大7.2m3。(2) 污泥斗的容积 式中：s1污泥斗上口面积，m2； s2污泥斗下口面积，m2。则：V=8.06 m3因此污泥斗上口为3.0m 3.0m，下口为0.5m 0.5m，高度为2.0m。斗内污泥可用静水压或水射泵排除。(3) 沉淀池的总高度 h=5.3m式中：沉淀池超高，m，取h1=0.5； 沉淀区的有效高度，m； 缓冲层高度

32、，m，采用机械刮泥，取h30.5m； 污泥区高度，m。6 调节池 所有进入废水处理系统的废水,其水质和水量随时都可能发生变化,这对废水处理构筑物的正常运转非常不利,水质和水量的波动越大,处理效果就越不稳定,甚至会使废水处理构筑物遭受严重破坏。为减少水质和水量变动对废水处理工艺过程的影响,在进水处应设置调节池,以均和水质和均衡水量。使后续处理构筑物在运行期间能得到均衡的水量和均和的水质,达到理想的处理效果。 根据本次设计污水量，设置水力停留时间HRT=8.0 h，有效容积=200m3，规格16m×4.0m×3.5m，钢砼结构，半地下式，计算过程如下： (1) 有效容积 V：式

33、中：t停留时间，取。则：V=16.7*8=133.6 m3(2) 池子面积F： 式中：h有效水深，m 。则F=133.6/3=44.5m²： (3) 池子总高H：式中：h1池子超高，m，取h1=。 则： 7 水解酸化池 水解酸化池是水解和酸化两个过程在一个池内完成的构筑物。在水解阶段，固体物质降解为溶解性的物质，大分子物质降解为小分子物质；在酸化阶段，碳水化合物降解为脂肪酸，主要产物是醋酸、丁酸和丙酸。另外，有机酸和溶解的含氮化合物分解成氨、胺、碳酸盐和少量的CO2、N2和H2。主要目的是将原废水中的非溶解性有机物转变为溶解性有机物，特别是工业废水主要将其中难生物降解有机物转变为易生

34、物降解的有机物，提高废水的可生化性，以利于后继的好氧生物处理。7.1 反应池容积式中：总变化系数，取； Q设计流量，m3/h，Q =16.7m3/h； HRT水力停留时间，取HRT=4则V=100.2 m3设置单池宽为4m，有效水深为3m，超高取为，水解酸化池池长为10m 7.2 配水系统采用总管进水，管径为DN80，池底分支式配水，支管为DN50，支管上均匀排布小孔为出水口，支管距离池底100mm，均匀布置在池底。7.3 出水系统(1) 出水堰的形式及尺寸：式中：堰长m；出水堰负荷，取1.5；设计流量，m3/s；L=3m出水收集器采用UPVC自制90º三角堰出水。直接查第二版给排水

35、设计手册第一册常用资料P683页，当设计水量为Q=16.7m3/h时，过堰水深为120mm，堰宽设为240mm，共20个三角堰。 (2) 堰上水头：式中：堰上水头m； 每个三角堰出流量，m3/s； 则：h1=0.03 m。 (3) 集水水槽宽B：式中：集水水槽宽，m；设计流量，m3/s；为确保集水槽设计流量在安全的范围内，设置安全流量则Q=0.11m，因此水槽宽取120mm。(4) 集水槽深度h:集水槽的临界水深：式中：集水水槽宽，m；安全设计流量，m3/s；则：。集水槽的起端水深：式中：h0起端水深m；则：h0=0.106m；取h0=110mm；设出水槽自由跌落高度：。则集水槽总深度h=0.

36、24m7.4 填料系统 采用软性填料，具有处理废水浓度高、空隙可变、不易堵塞、重量轻、比表面积大、组装简便等优点。填料支架用焊接钢管，外加防腐漆。设计填料层高2.5m。填料在水解酸化池中布置较少，加大填料间距，防止堵塞。填料束间的距离为80mm，单元直径150mm每个水解酸化池的长×宽10m×4.0m，所以水解酸化池中的填料束为4000×10000÷(230×230)756（束）。8 厌氧反应器UASB8.1 反应机理 厌氧反应主要是利用厌氧微生物以粪料中的糖和氨基酸为养料生长繁殖。进行沼气发酵。粪料含水量较低(6070)的以乳酸发酵为主，粪料

37、含水量高(>80)的则以沼气发酵为主。其优点是无需通气和翻堆，能耗省，费用低，厌氧生物处理可大量除去可溶性有机物，去除率可达7085，而且可杀死传染性病菌，有利于防疫。利用厌氧发酵技术，能够减少臭味和降解有机污染物，同时回收储存在有机物中的能量作为能源。8.2 工作原理废水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程。在厌氧状态下产生的沼气（主要是甲烷和二氧化碳）引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的污泥撞击三相反应器

38、气体发射器的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后 图4 UASB工作原理图 污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，附着和没有附着的气体被收集到反应器顶部的三相分离器的集气室。置于极其使单元缝隙之下的挡板的作用为气体发射器和防止沼气气泡进入沉淀区，否则将引起沉淀区的絮动，会阻碍颗粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。8.3 设计计算8.3.1 设计参数 （1）设计温度T=25（2）容积负荷 污泥为颗粒状（3） 污泥产率0.1kg MLSS/kgCOD,产气率0.4 m3/kgCOD （4） 设计水量Q=400m3/d=16.7m3/h=0.0046m3/s。8.3.2

39、 水质指标表4 水质指标表水 质 指 标COD（mg/L）BOD（mg /L）进 水 水 质3000400018002200设计去除率70 %72.8%设计出水水质12004008.3.3 反应池容积采用容积负荷法：V=QS0/NV式中：V反应池的有效容积(m3) S0进水有机物浓度(kgCOD/L) 则：V=480 m3 实际体积取为500m3,停留时间为3d，因此采用一座2m 5m 5m为一单元，总体积为10m 10m 5m的两池矩形UASB反应器。8.3.4 配水系统(1) 设计原则 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； 应满足污泥床水力搅

40、拌需要，要同时考虑水力搅拌和产生沼气搅拌； 易于观察进水管的堵塞现象，如果发生堵塞易于清除。 布水管道尾端最好兼作放空和排泥管，以利于清除堵塞(2) 管道与布水器两池共用一根DN80的进水干管，采用一管一孔方式配水，干管分为四根DN50支管，每根管上有五个配水器，配水器的入口管径为DN25，每一个配水器上有10个孔，共200个孔，每个孔孔径为DN18。8.3.5 三相分离器(1) 设计原则 UASB最重要的设计环节是反应器内的三相分离器设计，它直接影响气、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

41、离器应满足以下几点要求： 沉淀区的表面水力负荷<1.0m/h； 三相分离器集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.51.0m； 沉淀区四壁倾斜角度应在45º60º之间，污泥不积聚，尽快落入反应区，沉淀区斜面高度约为0.51.0m； 进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速2m/h； 分离气体的挡板与分离器壁重叠在20mm以上； 集气室的隙缝部分的面积应该占反应器全部面积的1520，在集气室内应该保持气液界面以释放和收集气体，阻止浮渣层的形成； 反射板与隙缝之间的遮盖应该在100200mm以避免上升的气体进入沉淀室； 在出水堰之间应该设置浮渣挡板。 出气管的直管应该充足以保证从集气室引

42、出沼气，特别是有泡沫的情况。 在集气室的上部应该设置消泡喷嘴，当处理污水有严重泡沫问题时消泡。(2) 设计计算 UASB计算示意图见图5，设下三角型集气罩斜面水平角，上三角型集气罩斜面水平角，三相分离器液面保护高度=0.5，下三角型高度，单元三相分离器宽度。沉淀区表面负荷：q=Q/A=0.125 m3(m2h.) 取上部分离区水力停留时间2，则上三角型罩顶水 图5 UASB计算示意图 深：h2=qt=0.25下三角集气罩宽：下三角集气罩的回流缝宽度：计算集气罩的单元个数：组回流缝的总面积：设计上三角集气罩的回流缝回流缝的总面积：占总反应器面积的比例=30.0%>20%(符合要求)下三角回

43、流缝混合液上升的速度：m/h上三角回流缝混合液上升的速度：BC*V1/V2=0.44*0.14/0.14=0.44，取延AB方向的水流速度：Va=Ur*AB/BC=0.14当气泡的直径小于等于0.1，则气泡周围水流呈层流状态，这时的气泡上升速度以斯托克斯公式计算为准，气泡上升速度：取气泡直径0.1，废水密度1.11，甲烷密度0.65，重力加速度9.8，动力粘滞系数1.8，碰撞系数0.95，把上面的单位统一化成的形式，可计算出。由上面可知，>，符合设计要求。再根据几何关系，上三角集气罩的高度，则上三角集气罩底部到下三角集气罩底部距离：整个三相分离器高度,整个UASB反应器高度：8.3.6

44、出水系统(1) 设计原则 出水系统的设计在UASB反应器设计中也占有重要地位。因为出水是否均匀也将影响沉淀效果和出水水质。为了保持出水均匀、沉淀区的出水系统通常采用出水渠(槽)。一般每个单元三相分离器沉淀区设一条出水渠，而出水渠每隔一定距离设三角出水堰。常用的布置形式有两种，如图6所示。出水渠宽度常采用20cm，水深及渠高由计算确定。图6 出水系统布置形式图6 (b)出水渠的特点是出水渠与集气罩成一整体。有助于装配化和整体安装，简化施工过程。一般出水渠前设挡板，可防止漂浮物随出水带走，可提高出水水质。当所处理废水中含悬浮固体较高，设置挡板是很必要的。如果沉淀区水面的漂浮物很少，有时也可不设挡板

45、。(2) 设计计算 每个UASB反应器（共4个）沿中心线设一条出水堰，汇聚至周边出水渠，渠内侧设溢流堰，出水渠保持水平，出水由一个出水口排出。单个反应器出水堰流量6.25 m3/h=0.0017m3/s。 出水渠： 根据均匀流计算公式： 、式中：q渠中水流量，m3/s；i水力坡度，定为i=0.005；K流量模段，m3/s；C谢才系数；W过水断面面积，m2；R水力半径，m；n粗糙度系数，钢取n =0.012。则： m3/s假定渠宽b=0.20m,则：W=0.20hX=2h+0.20R=W/X=0.20h/(2h+0.20)式中：h渠中水深，m；X渠湿周，m。则：解方程得：h=0.043m，取为0

46、.045m。可见渠宽b=0.20m，水深h=0.045m，渠深设计为0.25m，渠长10m。则渠中水流流速约为0.40m/s符合明渠均匀流要求。 出水堰：每个UASB反应器处理水量0.0017 m3/s，溢流负荷为12 L/(m·s)。设计溢流负荷取=1.5 L/(m·s)，则堰上水面总长为：堰上水面总长取25m，堰口宽B=80mm，每个堰口间隔120mm，堰上水头h1=20mm，则三角堰数量为：个每个堰出流率为：q=0.000004 m3/s 按90°三角堰计算公式： <堰上水头为：<20mm 设计合理出水堰宽：式中：出水堰宽，m；设计流量，m3/s

47、；为确保集水槽设计流量在安全范围内，安全流量B=0.083m因此水槽宽取200mm。出水堰的临界水深：式中：出水堰宽，m；安全设计流量，m3/s；则：m。出水堰的起端水深：式中：起端水深m；则：m；取；设出水槽自由跌落高度：。则出水堰总深度m取水在管中的流速为，式中：出水管直径，mm；过堰流速，m/s；则：m，取DN80管。8.3.7 排泥系统根据厌氧生物处理污泥产量取r=0.12kgVSS/kgCOD。流量Q=12.5m³/h，进水COD浓度为4000mg/L，COD去除率为70。UASB反应器总产泥量：根据VSS/SS为0.8，泥含水率为98，则污泥产量：Ws=6.3 m3/d8

48、.3.8 产气系统根据产气率：r=0.4 m³/kgCOD 则产气量：Gi=QS0Er =24.5m ³/h根据三相分离器的特点,每个集气罩分别引一根出气管,管径为DN100。8.3.9 加碱系统 在厌氧生物处理中，产甲烷菌最佳节pH值是6.87.2，由于厌氧过程的复杂性，很难准确测定和控制反应器内真实的pH值，这就要和靠碱度来维持和缓冲，一般碱度要20005000mgCaCO3/L时，就会导致其pH值下降，所以，反应器内碱度须保持在1000mgCaCO3/L以上，因为为保证厌氧反应器内pH值在适当的范围内，必须向反应器中直接加入致碱或致酸物质。间接调节pH值。主

49、要致碱药品有：NaCO3、NaHCO 3、NaOH以及Ga(OH)2。 在UASB反应器中安装pH指示仪，并在加碱管路上设有计量装置，将计量装置和pH指示仪用信号线连接起来，根据UASB反应器中pH值的大小来调整加碱量，当UASB反应器中pH值过低时，打开加碱管路上的开关，往UASB反应器中加碱，使pH值下降；反之，当UASB反应器中pH值过高时，关闭加碱管路上的开关，停止加碱，使pH值上升。8.3.10其他设计(1) 取样管设计 为掌握UASB运行情况，在每个UASB上设置取样管。在距反应器底1.11.2m位置，污泥床内分别设置取样4根，各管相距1.0m左右，取样管选用DN50钢管，取样口设

50、于距地坪1.0m处，配球阀取样。(2) 检修 人孔：为便于检修，UASB反应器距地坪1.0m处设800mm人孔一个。通风：为防止部分容重过大的沼气在UASB反应器内聚集，影响检修和发生危险，检修时可向UASB反应器中通入压缩空气，因此在UASB反应器一侧预埋压缩空气管（由鼓风机房引来）。9 配水池 由于SBR反应池由两个反应池间歇运作，并且需要与一部分来自水解酸化池的原水混合，因此设置配水池使后续的SBR处理正常运行。根据本次设计污水量，设置水力停留时间HRT=4.0 h，有效容积=100m3，规格10m×2.5m×5.0m，钢砼结构，半地下式，计算过程如下： (1) 有效

51、容积 V： （8-61） 式中：停留时间，取。 则：(2) 池子面积F： （8-62）式中：有效水深，m 。 则：F=14.84m² (3) 池子总高H： （8-63）式中：h1池子超高，m，取h1=。则： 10 好氧反应器SBR10.1 设计参数(1) 设计温度T=20(2) 日最大设计水量Qmax=1.5Q=1.5 400m3/d=25m3/h=0.007 m3/s。(3) 进水生化需氧量BOD5浓度Cs=400mg/L(4) 在低负荷运行时，每流入1KgSS约为0.75Kg污泥量。10.2 设定条件(1) 反应池数2池(2) 反应池水深H=5m(3) 活性污泥界面上的最小水深0

52、.5m(4) 排出比m=1/4(5) MLSS浓度CA=4000mg/l(6) BOD-SS负荷L=0.10KgBOD/Kg·SS·d表5 水质指标表水 质 指 标COD（mg/L）BOD（mg /L）进 水 水 质1200400设计去除率91.6 %92.5%设计出水水质1002010.3 设计计算10.3.1 曝气时间10.3.2 沉淀时间初期沉降速度：Vmax=4.6×104×CA1.26则：Vmax=4.6×104×40001.26=1.3m/h必要的沉淀时间为：式中: m排出比 活性污泥界面上的最小水深（m） Vmax活性污

53、泥界面的初期沉降速度（m/h）则：10.3.3 排出时间排出时间2h与沉淀时间合计为3.3h。10.3.4 周期时间TTATSTD=6.13.3=9.4h则周期次数为：取n=2，每一周期为12h。10.3.5 进水时间T F =T/N =12/2=6h按上述结果，1个周期见图7：进水（2h）曝气（6h）排出（2h）沉淀（1h）· · · · ·图7 SBR池周期运行图10.3.6 反应池容积各反应池的容量为：式中:V各反应池的容量（m3） 1/m排出比 n周期数（周期/d） N每1系列的反应池数量 q每1系列的污水进水量（设计最大日污水量）（m

54、3/d）则：V=900m ³10.3.7 需氧量 以2.0 KgO2/KgBOD计算，则：OD=1000×400×103×2.0=800KgO2/d，此处相当于一个周期所需氧量OD，周期数n=2，反应池数以2池计，则单池需氧量为：，以曝气时间为TA=6h为周期的需氧量OD为：。10.3.8 曝气系统(1) 曝气装置的性能 在序批式活性污泥法中，由于在同一反应池内进行活性污泥的曝气和沉淀，因此，曝气装置必须是不堵网孔的装置。另外，需氧量关系到去除BOD量、存在于反应池内的生物量、硝化量和脱氮量，因此，当确定曝气装置的供氧能力时，不仅要考虑有机碳化合物的去除和活性污泥自身氧化的需氧量，而且在发生硝化时，还要考虑硝化反应时的需氧量和随脱氮反应减少的需氧量。 对于池内的搅拌能力，在序批式活性污泥法中，由于设有厌氧段，有时要进行生物脱氮和脱磷，所以最好具有不