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1、第二章啤酒废水处理构筑物设计与计算 第一节格栅的设计计算 一、设计说明 格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在废水渠道的进口处，用于截留 较大的悬浮物或漂浮物，主要对水泵起保护作用，另外可减轻后续构筑物的处理负 荷。 二、设计参数 取中格栅；栅条间隙d=10mm ； 栅前水深 h=0.4m；格栅前渠道超高 h2=0.3m 过栅流速 v=0.6m/s ； 安装倾角 =45；设计流量 Q=5000m 3/d=0.058m3 /s 三、设计计算 H1 h h2 h1 h1 h H B1B1 1 B 1 5001000 2 H1 tg 图2.1 格栅设计计算草图 （一）栅条间隙数 (n) maxs
2、inQa n bhv = =0.058(sin45 ) 0.01 0.4 0.6 =20.32 取 n=21条 式中： Q - 设计流量， m 3/s - 格栅倾角，取 45 0 b - 栅条间隙，取 0.01m h - 栅前水深，取 0.4m v - 过栅流速，取 0.6m/s ； （二）栅槽总宽度 (B) 设计采用宽 10 mm长 50 mm ，迎水面为圆形的矩形栅条, 即 s=0.01m B=S(n-1)+b n =0.01(21- 1)+0.01 21 =0.41 m 式中： S - 格条宽度，取 0.01m n - 格栅间隙数， b - 栅条间隙，取 0.01m （三）进水渠道渐宽部
3、分长度(l1) 设进水渠道内流速为0.5m/s, 则进水渠道宽 B1=0.17m, 渐宽部分展开角 1 a 取为 20 则 l1= 1 1 2 BB tga - =(0.41-0.17)2tg20 =0.32 式中： l1-进水渠道间宽部位的长度，m L2-格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度，m B - 栅槽总宽度， m B1 - 进水渠道宽度， m 1 a - 进水渠展开角，度 （四）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（l2） l2= l1/2=0.32/2 =0.16m （五）过栅水头损失（ h1） 取 k=3, =1.83( 栅条断面为半圆形的矩形)，v=0.6m/s h o=（Sb
4、） 4/3 V22gsin =1.83(0.01 0.01) 4/3 0.6 229.8 sin45 =0.024 m h 1=kh0 =30.024 =0.072 m 式中： h 0-计算水头损失， m h 1-过格栅水头损失， m k - 系数，水头损失增大倍数 - 形状系数，与断面形状有关 S - 格栅条宽度， m b- 栅条间隙， m v - 过栅流速， m/s - 格栅倾角，度 （六）栅槽总高度 (H) 取栅前渠道超高 h2=0.3m 栅前槽高 H1=h+h2=0.7m 则总高度 H=h+h1+h2 =0.4+0.072+0.3 =0.772 m （七）栅槽总长度 (L) L=l1+
5、l2+0.5+1.0+ 1 45 H tg =0.32+0.16+0.5+1.0+ 0.7 45tg =2.68 m 式中： H1-格栅前槽高， H1=hh2=0.4+0.3=0.7 （八）每日栅渣量 (W) 取 W1=0.06m 3/103m3 K2=1.0 则 W= 1 2 86400 1000 QW K =0.0580.08 864001.5 1000 =0.27 /d ( 采用机械清渣 ) 式中： Q - 设计流量， m 3/s W 1- 栅渣量 (m 3/103m3 污水) ，取 0.1 0.01, 粗格栅用小值， 细格栅用大值，中格栅用中值. 取 0.08 K2-污水流量总变化系数
6、 . 第二节调节沉淀池的设计计算 一、设计说明 啤酒废水的水量和水质随时间的变化幅度较大，为了保证后续处理构筑物或设 备的正常运行，需对废水的水量和水质进行调节，由于啤酒废水中悬浮物(ss) 浓度 较高，此调节池也兼具有沉淀池的作用，该池设计有沉淀池的泥斗，有足够的水力 停留时间，保证后续处理构筑物能连续运行，其均质作用主要靠池侧的沿程进水， 使同时进入池的废水转变为前后出水，以达到与不同时序的废水相混合的目的。 二、设计参数 水力停留时间 T=6h; 设计流量 Q=5000m 3/d=208m3/h=0.058m3/s, 采用机械刮泥除渣。 表 2.1 调节沉淀池进出水水质指标 水质指标CO
7、D BOD SS 进水水质 (mg/l) 2000 1010 350 去除率（ % ）7 7 50 出水水质 (mg/l) 1860 939.3 175 三、设计计算 调节沉淀池的设计计算草图见下图2.2 ： 图2.2 调节沉淀池设计计算草图 24000 进水 5 5 0 0 25000 1000 8 0 0 0 5 0 0 （一）池子尺寸 池子有效容积为： V=QT=208 6=1248m 3 取池子总高度 H=2.5m,其中超高 0.5m,有效水深 h=2m 则池面积 A=V/h=1248/2=624m 3 池长取 L=35m,池宽取 B=20m 则池子总尺寸为 LBH=35 202.5
8、（二） 理论上每日的污泥量 W= Q*(C 0-C1)/1000(1-0.97) 式中： Q - 设计流量， m 3/d C0- 进水悬浮物浓度， mg/L C1- 出水悬浮物浓度， mg/L P0- 污泥含水率， % W=5000*(350-175)/(1000*1000(1-0.97)=29.2m 3/d （三）污泥斗尺寸 取斗底尺寸为 500500，污泥斗倾角取60 则污泥斗的高度为： h2=(5- 0.2) tg 60 =8.3136m 污泥斗的容积 V2= 1 3 h2（a1 2+a 1a2+a2 2） = 1 3 8.3136(20 2+200. 5+0.52) =1136.88m
9、 3 V总W符合设计要求，采用机械泵吸泥 （四）进水布置 进水起端两侧设进水堰，堰长为池长2/3 第三节UASB 反应器的设计计算 一、设计说明 UASB ，即上流式厌氧污泥床，集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑，效 率高的厌氧反应器。 它的污泥床内生物量多， 容积负荷率高， 废水在反应器内的水力停留时间较短， 因此所需池容大大缩小。 设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需 在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题。 二、设计参数 （一）参数选取 设计参数选取如下： 容积负荷（ Nv）6.0kgCOD/(m 3d)； 污泥产率 0.1
10、kgMLSS/kgCOD ； 产气率 0.5m 3/kgCOD （二）设计水质 表 2.2 UASB反应器进出水水质指标 水质指标COD BOD SS 进水水质 (mg/l) 1860 939.3 175 去除率（ % ）75 90 87 出水水质 (mg/l) 465 93.93 22.75 （三）设计水量 Q5000m 3/d=208m3/h=0.058 m3/s 三、设计计算 （一）反应器容积计算 UASB 有效容积： V有效 0 v QS N 式中： Q - 设计流量， m 3/s S 0 - 进水 COD 含量,mg/l Nv -容积负荷 ,kgCOD/(m 3d) V有效50001
11、.860/6.0 =1550m 3 将 UASB 设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好 取水力负荷 q0.8m 3/(m2h) 则 A= Q q = 208/0.8=260m 2 h= V A 1550/260=6.0m 采用 4 座相同的 UASB 反应器 则A1= 4 A 260/4= 65 m 2 D= 1 4A p = (465/3.14) 1/2 =9.1m 取 D=9.5m 则实际横截面积为 2 A = 1 4 D 2=1 4 3.149.5 2 =70.85m 2 实际表面水力负荷为 q1=Q/A 208/(470.85) =0.73净水的 , 故取=0.02g/cms 由斯托克
12、斯工式可得气体上升速度为： Vb = 2 1 () 18 g g d r rr m - = （0.95 9.81 （1.03-1.2 10 -3 ）0.01 2）/ （180.02 ） =0.266cm/s =9.58m/h V a=V2=1.33m/h 则： b a V V =9.58/1.33=7.20, BC AB =2.18/0.64=3.41 b a V V BC AB , 故满足设计要求。 （四）出水系统设计 采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m,槽高 0.2m （五）排泥系统设计 产泥量为： 18600.750.1 500010 -3 =697.5 kgMLSS/d 每日产泥量 697
13、.5kgMLSS/d， 则每个 USAB 日产泥量 174.38kgMLSS/d,可用 150mm 排泥管，每天排泥一次。 （六）理论上每日的污泥量 W=Q*(C0-C1)/1000(1-0.97) 式中： Q - 设计流量， m 3/d C0- 进水悬浮物浓度， mg/L C1- 出水悬浮物浓度， mg/L P0- 污泥含水率， % W=5000*(175-22.75)/(1000*1000(1-0.98)=38.06m 3/d （七）产气量计算 每日产气量： 18600.750.5 500010 -3 =3487.5m 3/d SBR反应器的设计计算 一、设计说明 经 UASB 处理后的废
14、水 ,COD含量仍然很高 , 要达到排放标准 , 必须进一步处理 , 即 采用好氧处理。 SBR结构简单，运行控制灵活，本设计采用6 个 SBR反应池，每个 池子的运行周期为6h 二、设计参数 （一）参数选取 (1) 污泥负荷率 Ns取值为 0.13kgBOD5/(kgMLSSd) (2) 污泥浓度和 SVI 污泥浓度采用 3000 mgMLSS/L,SVI取 100 (3) 反应周期 SBR 周期采用 T=6h,反应器一天内周期数n=24/6=4 (4) 周期内时间分配 反应池数 :N=6 进水时间： T/N=6/6=1h 反应时间： 3.0h 静沉时间： 1.0h 排水时间： 0.5h (
15、5) 周期进水量 Q0= 24 QT N =(5000 6)/(24 6)=208.3m 3/s （二）设计水量水质 设计水量为： Q=5000m 3/d=208m3/h=0.058m3/s 设计水质见下表 2.3 ： 表 2.3 SBR反应器进出水水质指 水 质 指 标 COD BOD SS NH4-N TP 进 水 水 质 (mg/l) 465 93.93 22.75 40 6 去 除 率 （% ） 95 95 65 出 水 水 质 (mg/l) 23.25 4.7 7.96 三、设计计算 （一）反应池有效容积 V1= 00 s nQ S XN 式中： n - 反应器一天内周期数 Q 0
16、- 周期进水量 ,m 3/s S0 - 进水 BOD 含量,mg/l X - 污泥浓度 ,mgMLSS/L N s - 污泥负荷率 V1= (4 208.3187.86)/(3000 0.13) =401.3 m 3 （二）反应池最小水量 Vmin=V1-Q0=401.3-208.3=193m 3 （三）反应池中污泥体积 Vx=SVIMLSS V1/10 6=1003000401.3/106=120.39 m3 VminVx,合格 （四）校核周期进水量 周期进水量应满足下式： Q0(1- MLSSMLSS /10 6) V =(1- 1003000 /10 6) 401.3 =280.91m
17、3 而 Q0=208.3m 3280.91m3 故符合设计要求 （五）确定单座反应池的尺寸 SBR有效水深取 5.0m, 超高 0.5m,则 SBR 总高为 5.5m, SBR的面积为 401.3/5=80.26m 2 设 SBR的长：宽 =2：1 则 SBR的池宽为： 6.5m；池长为： 13m. SBR 反应池的最低水位为： 193/(6.513)=2.28m SBR 反应池污泥高度为： 120.39/(6.513) =1.42m 2.28-1.42=0.86m 可见， SBR 最低水位与污泥位之间的距离为0.86m,大于 0.5m 的缓冲层高度符 合设计要求。 （六）鼓风曝气系统 (1)
18、 确定需氧量 O2 由公式： O2=aQ(S0-Se)+bXvV 式中： a- 微生物对有机污染物氧化分解 过程的需氧率， kg Q - 污水设计流量， m 3/d S0 - 进水 BOD 含量,mg/l Se - 出水 BOD 含量,mg/l b- 微生物通过内源代谢的自身氧化 过程的需氧率， kg Xv - 单位曝气池容积内的挥发性悬浮 固体（ MLVSS ）量,kg/m 3 取 a=0.5, b =0.15；出水 Se =9.393mg/L ； Xv=fX =0.75 3000=2250mg/L =2.25kg/m 3； V=6 1 V =6401.3=2407.8m 3 代入数据可得：
19、 O 2=0.55000(187.86-9.393)/1000+0.152.25 2407.8 =1258.8kg O2/d 供氧速率为： R= O2/24 =1258.8/24=52.45 kg O 2/h (2) 供气量的计算 采用 SX-1 型曝气器，曝气口安装在距池底0.3m 高处， 淹没深度为 4.7m， 计算温度取 25。 该曝气器的性能参数为： Ea=8% ，Ep=2 kgO2/kWh； 服务面积 1-3m 2； 供氧能力 20-25m 3/h 个； 查表知氧在水中饱和容解度为： Cs(20)=9.17mg/L，Cs(25)=8.38mg/L 扩散器出口处绝对压力为： b P =
20、 0 P +9.8 10 3H =1.01310 5+9.81034.7 =1.4710 5pa 空气离开反应池时氧的百分比为： 21(1) 7921(1) A t A E O E - = +- = 21(10.08) 7921(10.08) - +- =19.65% 反应池中容解氧的饱和度为： C sb(25)= Cs(25) (Pb/(2.02610 5)+Ot/42) =8.38(1.47 10 5/2.026 105+19.65/42) =10.0mg/L Csb(20)= Cs(20) (Pb/(2.02610 5)+Ot/42) =9.17 (Pb/(2.02610 5)+Ot/4
21、2) =10.9mg/L 取=0.85, =0.95,C=2, =1,20时，脱氧清水的充氧量为： R0=RCsb(20)/a(brCsb(25)-C) 1.24 (25-20) =28.8610.9/0.85 (0.95 10.0-2) 1.24 5 =43.8 kg O2/h 供气量为： Gs= R0/0.3Ea =43.8/(0.30.08) =1826m 3/h =30.43m 3/min (3) 布气系统的计算 反应池的平面面积为： 6.5 13.0 6=507m 2 每个扩散器的服务面积取1.7m 2, 则需 507/1.7=299 个。 取 299 个扩散器，每个池子需50 个。
22、 布气系统设计如下图2.5 ： 图2.5 SBR 反应气布气系统设计草图 (4) 空气管路系统计算 按 SBR的平面图，布置空气管道， 在相邻的两个 SBR池的隔墙上设一根 干管，共五根干管，在每根干管上设5 对配气竖管，共 10 条配气竖管。 则每根配气竖管的供气量为： 3 1826 365.2/ 5 mh= 本设计每个 SBR池内有 50 个空气扩散器 则每个空气扩散器的配气量为： 31826 36.52/ 50 mh= 选择一条从鼓风机房开始的最远最长管路作为计算管路，在空气流量变 化处设计算节点。 空气管道内的空气流速的选定为： 干支管为 1015m/s； 通向空气扩散器的竖管、小支管
23、为45m/s； 空气干管和支管以及配气竖管的管径， 根据通过的空气量和相应的流确 定。 空气管路的局部阻力损失，根据配件类型按下式 Lo = 55.5KD 12 式中： 0 l - 管道的当量长度， m D - 管径， m K - 长度换算系数，按管件类型不同确定 折算成当量长度损失 0 l ，并计算出管道的计算长度 0 ll+(m), 空气管路的沿程阻力损失， 根据空气管的管径D(mm) ，空气量 m 3/min ， 计算温度和曝气池水深，得空气管道系统的总压力损失为： 12 ()hhS+96.21 9.8 0.943 kpa 空气扩散器的压力损失为5.0kpa ，则总压力损失为： 0.94
24、35.0 5.943 kpa 为安全起，设计取值为9.8kpa 则空压机所需压力 p=(5- 0.3) 9.810 3+9.8103 =56 kpa 又 Gs=37.64m 3/min 由此条件可选择罗茨RME-20型鼓风机 转速 1170r/min ，配套电机功率为75kw （七）理论上每日的污泥量 W=Q*(C0-C1)/1000(1-0.97) 式中： Q - 设计流量， m 3/d C0- 进水悬浮物浓度， mg/L C1- 出水悬浮物浓度， mg/L P0- 污泥含水率， % W=5000*(22.75-7.96)/(1000*1000(1-0.98)=3.7m 3/d （八）污泥产
25、量计算 选取 a=0.6,b=0.075, 则污泥产量为： x=aQSr-bVXv =0.65000(187.86-9.393 )/1000- 0.0752407.82.25 =129kgMLVSS/d 第三章污泥部分各处理构筑物设计与计算 第一节重力浓缩池的设计计算 一、设计说明 为方便污泥的后续处理机械脱水，减小机械脱水中污泥的混凝剂用量以及机械 脱水设备的容量，需对污泥进行浓缩处理，以降低污泥的含水率。 本设计采用间歇式重力浓缩池，运行时，应先排除浓缩池中的上清液，腾出池 容，再投入待浓缩的污泥， 为此应在浓缩池深度方向的不同高度上设上清液排除管。 二、设计参数 （一）设计泥量 啤酒废水
26、处理过程产生的污泥来自以下几部分： (1) 调节池， Q1=29.2m 3/d, 含水率 97% ； (2)UASB反应器， Q2=38.06m 3/d, 含水率 98% ； (3)SBR反应器， Q3=3.7m 3/d, 含水率 98% ； 总污泥量为： Q= Q1+ Q2+ Q3=70.96 m 3/d 平均含水率为： 97% （29.2/70.96 ）+98% （38.06/70.96 ）+98% （3.7/70.96 ）=97.6% （二）参数选取 固体负荷（固体通量） M一般为 1035kg/m 3d 取 M=30 kg/m 3d=1.25kg/m3h； 浓缩时间取 T=24h； 设
27、计污泥量 Q=71m 3/d ； 浓缩后污泥含水率为96% ； 浓缩后污泥体积： V1=（ （100-97.6 ）/ （100-96） ）71=42.6m 3/d 三、设计计算 （一）池子边长 根据要求，浓缩池的设计横断面面积应满足： AQc/M 式中： Q-入流污泥量， m 3/d ； M-固体通量， kg/m 3d； C-入流固体浓度 kg/m 3。 入流固体浓度（ C）的计算如下： 123 123 WWW C QQQ + 1 W = 1 Q 1000(1-97%)=876kg/d 3 W = 3 Q 1000(1-98%)=761.2kg/d 4 W = 4 Q 1000(1-98%)=
28、74kg/d 那么，Qc= 1 W + 2 W + 3 W =1711.2kg/d=71.3kg/h C=1711.2/71=24.1 kg/m 3 浓缩后污泥浓度为： 1 C =1711.2/42.6=40.2kg/m 3 浓缩池的横断面积为： A=Qc/M=71 24.1/30=57.04m 2 设计三座正方形浓缩池，则每座边长为B=7.6m 取 B=7.6m,则实际面积 A=7.67.6=57.76m 2 （二）池子高度 停留时间，取 HRT=24h 则有效高度 2 h =1.3m,取 2 h =1.5m 超高，取 1 h =0.5m 缓冲区高，取 3 h =0.5m 池壁高 1 H =
29、 1 h + 2 h + 3 h =2.5m （三）污泥斗 污泥斗下锥体边长取0.5m，高度取 7m. （四）总高度 H=2.5+7=9.5m 设计计算草图见下图3.1 ： 2 5 0 0 7 0 0 0 500 图3.1 污泥浓缩池设计计算草图 第二节机械脱水间的设计计算 一、设计说明 污泥经浓缩后，尚有96% 的含水率，体积仍很大，为了综合利用和最终处置， 需对污泥作脱水处理。 拟采用带式压滤机使污泥脱水，它有如下脱水特点： (1) 滤带能够回转，脱水效率高 (2) 噪声小，能源节省 (3)附属设备少，维修方便，但必须正确使用有机高分子 混凝剂，形成大而强度高的絮凝。 带式过滤脱水工艺流程
30、见下图3.2 ： 稀释水 计量泵给水 混凝剂 制备罐 污泥 滤料泵 污泥 贮泥池 空压机 高压冲洗水 带式压 滤机 图3.2带式压滤脱水工艺流程图 二、设计参数 设计泥量 Q=42.6 m 3/d ；含水率为 96% 。 三、设计计算 据设计泥量带式压滤机采用PFM-1000型，带宽 1m ，主机功率 1.5kw, 处理后的 污泥含水率为 7580% ，处理能力为 78 m 3/h, 按每天工作 8 小时设计。 外形尺寸：长宽高 =450020001800 第三节污水提升泵房的设计与计算 一、设计说明 污水泵房用于提升污水厂的污水，以保证污水能在后续处理构筑物内畅通的流 动，它由机器间、集水池
31、、格栅、辅助间等组成，机器间内设置水泵机组和有关的 附属设备，格栅和吸水管安装在集水池内，集水池还可以在一定程度上调节来水的 不均匀性，以便水泵较均匀工作，格栅的作用是阻拦水中粗大的固体杂质，以防止 杂物阻塞和损坏水泵，辅助间一般包括贮藏室，修理间，休息室和厕所等。 二、设计计算 （一）设计流量 Q=5000m 3/d=208m3/h=0.058 m3/s （二）选泵前总扬程估算 经过格栅的水头损失为0.072m,进水管渠内水面标高为 -3m 则格栅后的水面标高为： -3-0.072=-3.072m 设调节池池的有效水深为2m 则调节池的最低工作水位为： -3.072-2=-5.072m 所需
32、提升的最高水位为6.778m 故集水池最低工作水位与所提升最高水位之间高差为： 6.78-(-4.52)=11.30m 出水管管线水头损失计算如下： 出水管 Q=34.7l/s,选用管径为 200mm 的铸铁管 查给水排水设计手册第1 册得： V=1.33m/s,1000i=19.1 出水管线长度估为37m,局部系数为 8 则出水管管线水头损失为： 2 2 v iL g x+ = 2 19.11.33 378 100029.8 ? =1.50m 泵站内的管线水头损失假设为2.0m, 考虑自由水头为 1m,则水泵总扬 程为： H=11.30+1.50+2.0+1.0 =15.8m （三）选泵 根
33、据流量 Q=125m 3/h, 扬程 H=15.8m 拟选用 150WLI170-16.5 型立式污水泵，每台水泵的流量为 Q=170m 3/h ，扬程为 H=16.5m 。 选择集水池与机器间合建的圆形水泵站，考虑选用2 台水泵，其中一台备用。 选用 150WLI170-16.5 型污水泵是合适的 （四）附属设备选择 (1) 本污水泵站为自灌式，无须引水装置 (2) 为了松动集水坑内的沉渣，从水泵的压水管上接出一根直径为50mm 的钢 管伸入集水坑中，定期将沉渣冲起，由水泵抽走。 (3)水泵间室内地面做成0.01 坡度，机器间地板上设排水沟和集水 坑，排水沟断面 250mm 500mm ，沿墙设置，坡度i=0.01, 集水坑直径 为 500mm, 深 700mm, 在水泵吸水口附近接出50mm 白铁管伸入集水坑， 水泵在低水位工作时，将坑中污水抽走。 (4)本污水泵站的集水池利用通风管自然通风，在屋顶设置风帽，机 器间进行自然通风，在屋顶设置风帽。 (5)起重设备选用电动葫芦。