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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录第一章 绪论在全社会提倡循环经济，关注工业废弃物实施资源化再生利用的今天，厌氧生物处理显然是能够使污水资源化的优选工艺。近年来，污水厌氧处理工艺发展十分迅速，各种新工艺、新方法不断出现，包括有厌氧接触法、档板式厌氧法、厌氧生物滤池、厌氧膨胀床和流化床，以及第三代厌氧工艺EGSB和IC厌氧反应器，发展十分迅速。 厌氧生物处理过程能耗低；有机容积负荷高，一般为510kgCOD/m3.d，最高的可达30-50kgCOD/m3.d；剩余污泥量少；厌氧菌对营养需求低、耐毒性强、可降解的有机物分子量高；耐冲击负荷能力强；产出的沼气是一种清洁能源。 升流式厌氧污泥床UASB(
2、 Up-flow Anaerobic Sludge Bed，注：以下简称UASB）工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源沼气的一项技术。对于不同含固量污水的适应性也强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到广泛的欢迎和应用。1971年荷兰瓦格宁根（Wageningen）农业大学拉丁格（Lettinga）教授通过物理结构设计，利用重力场对不同密度物质作用的差异，发明了三相分离器。使活性污泥停留时间与废水停留时间分离，形成了下流式厌氧污泥床（UASB）反应器的雏型。1974年荷兰CSM
3、公司在其6m3反应器处理甜菜制糖时，发现了活性污泥自身固定化机制形成的生物聚体结构，即颗粒污泥（granular sludge）。颗粒污泥的出现，不仅促进了以UASB为代表的第二代厌氧反应器的应用和发展，而且还为第三代厌氧反应器的诞生奠定了基础。 UASB工艺对于不同含固量污水的适应性也强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到广泛的欢迎和应用。第二章 设计说明2.1 UASB的原理2.1.1 基本原理UASB由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的
4、污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在下升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床下部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起下升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁下的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰下部溢
5、出，然后排出污泥床。 2.1.2 基本要求 （1）为污泥絮凝提供有利的物理、化学和力学条件，使厌氧污泥获得并保持良好的沉淀性能； （2）良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，保持特定的微生态环境，能抵抗较强的扰动力，较大的絮体具有良好的沉淀性能，从而提高设备内的污泥浓度； （3）通过在污泥床设备内设置一个沉淀区，使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床内。2.2 UASB反应器的结构2.2.1 UASB反应器的组成图2-1 UASB反应器示意图UASB反应器包括以下几个部分：进水和配水系统、反应器的池体和三相分离器。在UASB反应器中最重要的设备是三相分离器，这一设
6、备安装在反应器的顶部并将反应器分为下部的反应区和下部的沉淀区。为了在沉淀器中取得对下升流中污泥絮体颗粒的满意的沉淀效果，三相分离器第一个主要的目的就是尽可能有效地分离从污泥床层中产生的沼气，特别是在高负荷的情况下，在集气室下面反射板的作用是防止沼气通过集气室之间的缝隙逸出到沉淀室，另外挡板还有利于减少反应室内高产气量所造成的液体絮动。反应器的设计应该是只要污泥层没有膨胀到沉淀器，污泥颗粒或絮状污泥就能滑回到反应室（应该认识到有时污泥层膨胀到沉淀器中不是一件坏事。相反，存在于沉淀器内的膨胀的泥层将网捕分散的污泥颗粒絮体，同时它还对可生物降解的溶解性COD起到一定的去除作用）。另一方面，存在一定可
7、供污泥层膨胀的自由空间，以防止重的污泥在暂时性的有机或水力负荷冲击下流失是很重要的。水力和有机(产气率)负荷率两者都会影响到污泥层以及污泥床的膨胀。UASB系统原理是在形成沉降性能良好的污泥凝絮体的基础下，并结合在反应器内设置污泥沉淀系统使气、液、固三相得到分离。形成和保持沉淀性能良好的污泥(其可以是絮状污泥或颗粒型污泥)是UASB系统良好运行的根本点。2.3 工艺流程图出水格栅调节池吹托塔混凝沉淀池UASB 反应器进水2.4 预处理设施污水预处理是污水进入传统的沉淀、生物等处理之前根据后续处理流程对水质的要求而设置的预处理设施，是污水处理厂的咽喉。一般渗沥水中，含有悬浮物质，由于垃圾来源广泛
8、，废水中悬浮物质变化范围很广，为了保护后续处理能够顺利进行，需要进行预处理，主要设施包括格栅、调节池、沉淀池、气浮池等。若预处理工艺不达标，造成栅渣过多，对后续的处理设备损耗大。2.4.1 格栅格栅是一组(或多组)相平行的金属栅条与框架组成,倾斜安装在进水的渠道,或进水泵站集水井的进口处,以拦截污水中较大的悬浮物及杂质,以保证后续处理构筑物或设备的正常工作.按格栅栅条间距的大小不同,格栅分为粗格栅、中格栅和细格栅3类。按格栅的清渣方法，有人工格栅和机械格栅两种。格栅设备一般用于的进水渠道下或提升泵站集水池的进口处，主要作用是去除污水中较大的悬浮或漂浮物，以减轻后续的处理负荷，并起到保护水泵、管
9、道、仪表等作用。当拦截的栅渣量大于0.2m3/d时，一般采用机械清渣方式；栅渣量小于0.2m3/d时，可采用人工清渣方式，也可采用机械清渣方式。本设计采用机械清渣方式，采用旋转鼓筒式格栅，格栅宽度s=40mm,栅条间隙b=15mm,栅前水深h=0.3m,过栅流速v=0.5m/s,安装倾角为a=45。2.4.2 调节池对于有些反应，如厌氧反应对水质、水量和冲击负荷较为敏感，所以对于适当尺寸的调节池，对水质、水量的调节是厌氧反应稳定运行的保证。调节池的作用是均质和均量，一般还可考虑兼有沉淀、混合、加药、中和和预酸化等功能。调节池可以对水量和水质调节，调节污水pH值、水温，有预作用，还可用作事故排水
10、。设计水利停留时间为7小时，尺寸为10105=500m3渗液量为15007/24=437.5 500m3 ,故满足设计要求。采用浆式机械搅拌设备，达到混合均匀的效果。2.4.3 加药混凝混凝是对废水处理中用于除去悬浮物质和胶体的分离技术，在废水中预先投加化学药剂（混凝剂）来破坏胶体的稳定性，使废水中的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体；混凝的优点是处理效果好、生产效率高、药剂用量节约、占地面积少。 混凝药剂的投加方法包括湿法和干法2种。由于干法对药剂的颗粒度要求较高，投加量难以控制，劳动起那孤独大，故采用湿法投加。投加药剂为硫酸铝溶液和PAM(阴离子型)，调节渗滤液的ph值为67，机械
11、搅拌混合池采用方形水池，采用机械混合中的浆板式混合，因为它结构简单，易于加工制造。2.4.4 氨吹脱在渗沥液中氨的浓度则可能达到数千毫克每升。由于氨具有毒性，它可以通过耗氧造成其它生物无法生存，氮化物是植物性营养物，会造成水中藻类异常繁殖，破坏自然环境，水中NO3-N浓度高时，婴儿饮用后有可能患变性血色蛋白症。因此在排放之前，必须去除氨。 利用吹脱技术去除填埋场渗滤液中的氨是一项可行的技术，特别适用于建设有填埋气体发电站的场合，其主要优点是占地面积小，氨去除效果好，氨吹脱一般采用吹脱池和吹脱塔2类设备，但是吹脱池占地面积较大，而且容易造成二次污染，所以氨吹脱常采用吹脱塔设备。第三章 UASB反
12、应器的设计计算3.1 进水状况与设计参数的确定本设计进出水的水质情况如下表所示：表1 UASB反应器进出水水质指标CODcrBOD5SSNH4-Nph进水28000120008000100069出水400012008006069经预处理后渗滤液中的各种污染物都被部分去除，根据以下所选流程污染物的去除率大概为： CODcr去除为55%，SS去除90%，BOD5去除25%，NH4-N去除95%，流量Q=1500m3/d=62.5 m3/h，所以UASB反应器进水水质参数为：进水CODcr含量：CODcr=28000（1-55%）= 12600 mg/l进水BOD5含量 BOD5=12000 (1-
13、25%) = 9000 mg/l进水NH4-N含量： NH4-N =1000（1-95%）= 50 mg/l进水SS含量： SS=8000 （1-80%）= 1600 mg/lUASB处理CODcr+大于10000 mg/l 的渗滤液时，当CODcr负荷为3.619.7 kg/( m3d),平均污泥泥龄为1.04.3d ,t=303K时，CODcr+和BOD5分别为85%和93%，SS去除率大于80%。出水CODcr含量CODcr=12600（1-55%）= 1890 mg/l 4000 mg/l出水BOD5含量BOD5= 9000 (1-25%) = 900 mg/l 1200 mg/l出水
14、NH4-N含量： NH4-N = 50 mg/l出水SS含量： SS=1600 （1-80%）= 320 mg/l 800 mg/l通过以下对比说明废水通过UASB反应器处理后出水水质已经达到要求出水水质。3.2 UASB反应器容积及主要工艺尺寸的确定3.2.1 UASB反应器容积的确定本设计采用容积负荷法确立其容积V : V=QC0/NV 式中： V反应器的容积，m3C0废水CODc浓度NV反应器容积负荷，取10kg/( m3d)；V=-3/10 =1890 m33.2.2 主要构造尺寸的确定(1)UASB反应器采用四个共壁的矩形反应器，则每个反应器容积为：V1=V/N = 1890/4 =
15、472.5 m3式中： V1单个反应器的容积，m3V反应器的容积，m3N-反应器的个数；（2）反应器尺寸:根据材料查的，UASB反应器一般深度取47m,取反应器的有效深度为H=7m.单个反应器横截面积为：A1 = V1 / H = 472.5/7 =67.5 m2式中： A1单个反应器的横截面积，m2V1单个反应器的容积，m3H单个反应器的深度，m;（3）污水在UASB反应器中的停留时间：T=V/Q=1890/1500=1.26d=30.2h式中：T 污水的停留时间，hV反应器的容积，m3Q污水的每天流量，m3/d（4）反应器面积水利负荷： q=Q/A=Q/A14=1500/67.5424=0
16、.231m3/(m2h)式中：q反应器面积水利负荷，m3/(m2h)Q污水的每天流量，m3/dA1单个反应器的横截面积，m2A反应器的总截面积，m2（5）单个反应器的底面为矩形，长宽比为（1：14：1），取长宽比为2：1， LB=67.5 m2 L/B=2/1 取整得 L=12 ， B=6m式中：L单个反应器边长，m B单个反应器底宽，m;（6）空塔水流速： u = Q/A=62.5/288=0.217m/h 1.0m/h ，合理 式中：u空塔水流速，m/h Q污水的每天流量，m3/dA反应器的总截面积，m2；（7）空塔气流速度：Ug=Ug(Nv-a) a/A=62.5(10-0.4) 0.4
17、/288=0.833m/h 1.0m/h,合理式中：Ug空塔气流速度，m/ha沼气产率，取0.4m3/kgCODcr；3.3 布水系统的计算与设计3.3.1布水系统设计原则：（1） 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；（2） 应满足污泥床水力搅拌需要，要同时考虑水力搅拌和产生的沼气搅拌；（3） 易于观察进水管的堵塞现象，如果发生堵塞易于清除。3.3.2 具体设计本设计采用直穿孔管式配水，一管多孔式，每个UASB设8根管径为100mm,，长为10m的穿空管，每2根管的中心距为1.5m,配水管距离池底250mm；出水口口径采用15mm，孔口向下，每根
18、管下设5个出水孔，孔距为12/5=2.4，单个出水孔服务面积2.41.5=3.6 m2，则每个反应器共有5 8=40个出水孔，总共有160个出水孔。3.4 三相分离器的设计3.4.1 设计原则UASB反应中的三相分离器是UASB中最重要和最具有特点的设备，它同时具有2个功能：能收集从分离器下的反映室产生的沼气；使得在分离器之下的悬浮物沉淀下来。对下诉2种功能均要求三相分离器的设计避免沼气气泡下升到沉淀区，如果下升到表面将引起出水浑浊，降低沉淀效率，并且损失了所产生的沼气。根据已有的研究和工程经验， 三相分离器应满足以下几点要求：沉淀区的表面水力负荷 20%，故满足设计要求。为使回流缝的水流稳定
19、，固液分离效果好，污泥能顺利的回流，应使v1 v2 2m/s,由以计算可知，满足要求。每座UASB三相分离器的设计尺寸：上三角形与上三角形重叠，重叠部分宽度设计为0.2m，则上三角形的底边为b2+20.2=0.52m上三角形的高为h4=0.52tan55/2=0.37m根据几何关系，三角形与下三角形垂直重叠距离为=0.35m三相分离区的高度h3+ h4-0.35=1.3+0.37-0.35=1.32m设计取干舷高度h1=0.5m,三角形以的保护水深为h2=0.6m，反应器的有效高度一般在47m之间，取7m则反应器的总高度为H=反应器的有效高度+三相分离器的高度+ h1+ h2=7+1.32+0
20、.5+0.6=9.5m则每座UASB三相分离器的设计尺寸为：1269.53.4.3气液分离设计 欲达到气液分离的目的，、下两组三角形集气罩的斜边必须重叠，重叠的水平距离（AB的水平投影）越大，气体分离效果越好，去除气泡的直径越小，对沉淀区固液分离效果的影响越小，所以，重叠量的大小是决定气液分离效果好坏的关键。重叠量一般达1020cm,本设计取20cm.3.5出水系统设计出水系统的设计在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。
21、常用的布置形式有两种，如图（2）所示。本设计采用选择（a）所示的出水系统，出水渠宽度常采用20cm, 槽高20cm.图3,2 两种常用的出水系统3.6排泥系统设计由于厌氧消化过程微生物的不断增长，或进水不可降解悬浮固体的积累，必须在污泥床区定期排除剩余污泥，所以UASB反应器的设计应包括剩余污泥的排除设施。一般认为排去剩余污泥的位置是反应器的1/2高度处。但是大部设计者推荐把排泥设备安装在靠近反应器的低部。也有人在三相分离器下0.5m处设排泥管，以排除污泥床面部分的剩余絮体污泥，而不会把颗粒污泥排走。UASB反应器排污泥系统必须同时考虑，中，下不同位置设排泥设备，应根据生产运行中的具体情况考虑
22、实际排泥的要求，而确定在什么位置排泥。设置在污泥床区池底的排泥设备，由于污泥的流动性差，必须考虑排泥均匀。因为大型UASB反应器一般不设污泥斗，而池底面积较大，所以必须进行均布多点排泥。每个点服务面积多大合适，尚缺乏具体资料，根据我们经验，建议每10m2设一个排泥点。当采用穿孔管配水系统时，如能同时把穿孔管兼作穿孔排泥管是较为理想的。专设排泥管管径不应小于200，以防发生堵塞。为了简化设计，可在反应器1/2高度处和三相分离器下0.5m处在池壁分别各设一个排泥口，口径可取100。此外，在池壁全高设置苦干(56)个取样管，可以取反应器内的污泥样，以随时掌握污泥在高度方向的浓度分布情况。并可计算反应
23、器的污泥总量以确定是否需要排泥。3.7浮渣清除方法的考虑 有的废水含有一些化合物会促使沉淀区和集气罩的液面形成一层很厚的浮渣层。厚度太大时会阻碍沼气的顺利释放，或堵塞集气空的排气管，导致部分沼气从沉淀区逸出，严重干扰了沉淀区的固液分离效果。为了清除沉淀区液面和气室液面形成的浮渣层，必须设置专门的清除设备或预防措施。 在沉淀区液面产生的浮渣层，可采用撇渣机或刮渣机清除，其构造与常规的沉淀池和气浮池撇(刮)渣机相同。或采用人工清渣。在气室形成的浮渣，清除较为困难，可用定期进行循环水或沼气反冲等方法减少或去除浮渣这时必须设置冲洗管和循环水泵(或气泵)。3.8防腐措施UASB反应器各部分应采取相应的防
24、腐措施，尤其是当采用钢板制造三相分离器时，必须严加防腐。由于H2S在空气中氧化成H2S04，溶解性C02的腐蚀，所以特别是UASB反应器的部的混凝土和钢结构必须要采取防腐措施。厌氧反应器应该尽可能的避免使用金属材料，即使昂贵的不锈钢也会受到严重的腐蚀，而油漆及其它涂料仅仅能起到部分防护的作用，一般反应器最适合的建筑材料 是钢筋混凝土结构，即使混凝土结构也可能受到化学腐蚀，混凝土结构也需要采用在气水交界面下一米采用环氧树脂防腐。对一些特殊部件可采用非腐蚀性材料，如PVC用作进出水管道，三相分离器的一部分或浮渣挡板采用玻璃钢或不锈钢。第四章 辅助设施4.1 剩余沼气燃烧器一般不允许将剩余沼气向空气
25、中排放，以防污染大气。在确有剩余沼气无法利用时，可安装余气燃烧器将其烧掉。燃烧器应装在安全地区，并应在其前安装阀门和阻火器。剩余气体燃烧器，是种安全装置，要能自动点火和自动灭火。剩余气体燃烧器和消化池盖、或贮气柜之间的距离，一般至少需要15m，并应设置在容易监视的开阔地。4.2 保温加热设备厌氧消化像其他生物处理工艺一样受温度影响很大，厌氧工艺受温度影响更加显著。中温厌氧消化的最优温度范围从3035，可以计算在20和10的消化速率大约分别是30下最大值的35和12。所以，加温和保温的重要性是不言而喻的。如果工厂或附近有可利用的废热或者需要从出水中间收效量，则安装热交换器是必要的。4.3 监控设
26、备为提高厌氧反应器的运行可靠性，必须设置各种类型的计量设备和仪表，如控制进水量、投药量等计量设备和pH计(酸度计)、温度测量等自动化仪表。自动计量设备和仪表是自动控制的基础。对UASB反应器实行监控的目的主要有两个，一个是了解进出水的情况，以便观测进水是否满足工艺设计情况；另外一个目的是为了控制各工艺的运行，判断工艺运行是否正常。由于UASB反应器的特殊性还要增加一些检测项目，如挥发件有机酸(VFA)、碱度和甲烷等。但是，这些设备属于标准设备，一些设备还很难形成在线的测量和控制。第五章 UASB的优缺点及效益分析5.1 UASB的优缺点：5.1.1 UASB的主要优点 （1）UASB内污泥浓度
27、高，平均污泥浓度为2040gVSS/1； （2）有机负荷高，水力停留时间长，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右； （3）无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的升运动，使污泥床部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动； （4）污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题； （5）UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。 5.1.2 UASB的主要缺点（1）进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/l以下； （2）污泥床内有短流现象，影响处理能力； （3）对水质和负荷
28、突然变化较敏感，耐冲击力稍差。5.2 效益分析 由于UASB反应器不需要供氧，不需要搅拌，不需要加温，在实现了高效能的同时，达到了低能耗，并可提供大量的生物能沼气，因此，UASB反应器是一种产能型的废水处理设备。本设计包括预处理和UASB工艺，其涉及的环保设备有格栅、吹脱塔、三相分离器，主要构筑物有调节池、混凝沉淀池、UASB反应器。构造简单，维修方便。整个工艺构造及设备费用低，维修费用低，运行稳定，管理控制方便，土地占用少，实行机械自动化控制，节省了大量的物理和财力。第六章 总结为期一周的课程设计我从知识、能力、细节方面均收获了很多。首先，我对污水处理的前景有了更加深刻的认识，尤其是厌氧UA
29、SB工艺。通过对比物理、化学、生物的处理方法，我觉得将各种方法有机的统一起来，充分发挥各自的优点，真正做到方法先进、低成本、高回报并不是特别困难的。通过本学期的学习，我较好的掌握了专业的理论知识，通过这次课程设计，将理论知识和实践结合起来，进一步消化了所学知识。其次，通过本次课程设计，提高了我的动手能力，在设计的过程中，遇到不少困难，我通过利用图书馆的书籍和网获得了不少资料，掌握了充分的设计依据，我学会了如何更快更有效的获取信息。CAD制图让我的绘图能力进一步得到提升。此外合理有效的分配时间让我做事更加有效率和成就感。在收获成功的同时，我也找到了自己的一些不足，细节方面做的不是很到位，由于选型
30、中看错了以后各数据，结果导致整个结果错误，不得已又重新计算了一遍，我要克服自己这种马虎的不良习惯，争取一次成功。此外，做事情有些眼高手低，自以为CAD学的很不错了，其实不然，在绘图时，我发现自己以前掌握的知识很不牢固，也不全面，有些简单的命令竟然忘记了怎么用，结果绘图的过程效率有些低，不过还是感谢本次设计，我重新对自己有了一个定位，在以后的学习生活中，我会尽力去克服这些缺点，争取做到更好。最后，我想感谢在设计中帮助过我的老师和同学，在设计的过程中，我们遇到不会的问题，先小组之间讨论，如果讨论也是没有答案，就找老师帮忙，老师在回答我们的时候很是耐心，启发式的帮助我们解决困难，不知不觉中增强了师生情谊和同学友谊。课设做完的时候，有一种如释重负的感觉，看来知识真的是要学有所用的。这样才有它本身的价值。参考文献1 高延耀、顾国维、周琪，水污染控制工程下册，北京，高等教育出版社2 陈家庆，环保设备原理与设计，北京，中国石化出版社3 谭万春，UASB工艺及工程实例，北京，化学工业出版社5 周迟俊，环保工程设备设计手册，北京，化学工业出版社 4贺延龄，废水的厌氧生物处理，北京，中国轻工业出版社6 任南琪、王爱杰，厌氧生物处理技术原理与应用，北京，化学工业出版社7 网络资源专心-专注-专业