造纸废水设计设计.doc

摘 要制浆造纸工业是用水量相当大的工业，水资源的消耗量占世界第三，仅次于重金属工业和化工工业，即使采用最为先进、高效的处理技术，制造1吨纸也需要消耗60m3，同时产生大量污水。制浆造纸工业是第六大污染工业，排放了大量的气体、液体和固体污染物。造纸中段废水水量大，浓度高，难生物降解，很难达到排放标准。制浆造纸工业产生的废水中含有可吸附性有机卤化物，这些有机卤化物是由用氯化物漂白木质纤维过程中，含氯化合物与残余木质素产生的。制浆造纸工业废水中的大多数有机卤化物难降解，在水中停留的时间长。其中一些有机卤化物对生物具有致癌和致突变作用。因此，我们应对制浆造纸工业废水进行处理。我国是造纸大国，主要采用草浆造纸，造纸污水一直是环保的主要污染源之一。处理制浆造纸废水的方法很多，大体上分为：物理法、化学法、电化学法和生物法等等。现在出现了用好氧、厌氧、或好氧-厌氧组合工艺处理制浆造纸工业废水。实验发现在厌氧条件下处理造纸废水，氯化物的去除量最大。设计这些过程主要是为了降低制浆造纸废水中的COD和BOD。本文对制浆造纸废水及造纸中段废水的特点进行了介绍。UASB和SBR是世界上比较成熟的水处理工艺。本设计根据造纸中段废水的特点，采用UASB-SBR处理工艺，介绍了UASB和SBR在国内外的研究现状和进展，工作原理和工艺流程。UASB是升流式厌氧污泥床反应器的简称，UASB反应器在运行过程中，包含了极为复杂的生物反应过程。厌氧反应过程中有多种微生物参加了有机污染物的转化代谢过程，并将污染物最终转化为最终产物。参加反应的厌氧微生物主要包括水解-发酵（酸化）细菌、乙酸化细菌和产甲烷菌。SBR是一种间歇式活性污泥工艺，该方法按运行次序将一个周期分为进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期5个阶段，并进行不断的周期反复对污水进行处理。该工艺进水和排水都是间歇式，一个周期中各个阶段的运行时间、反应池中混合液的浓度以及运行情况等都可以根据出水水质与运行功能要求等灵活掌握，只要有效地控制与变换各阶段的操作时间，就可以获得不同的污水处理效果。本处理工艺达到了令人满意的效果，出水BOD、COD、SS和NH3-N均达到国家二级标准，明显改变了接纳水体的环境质量。关键词：造纸中段废水、UASB、SBR、工艺流程ABSTRACTThe pulp and paper industry is a water intensive industry and ranks only third in the world, after primary metals and the chemical industries, in terms of freshwater withdrawal. Even with the most modern and efficient operational techniques, about 60 m3 of water is required to produce a ton of paper resulting in the generation of large volumes of wastewater. It is the sixth larges polluter discharging a variety of gaseous liquid and solid wastes. The medium waste water are larger amount high concentration of pollutant and difficulty to biodegrade. It is very difficult to be discharged with standards. Absorbable organic halides are generated in the pulp and paper industry during the bleaching process. These compounds are formed as a result of reaction between residual lignin from wood fibers and chlorine compounds used for bleaching. Many of these compounds are recalcitrant and have long-life periods. Some of them show a tendency to bio-accumulate while some are proven carcinogens and mutagens. Hence, it is necessary to remove or degrade these compounds from wastewater. Various methods have been developed for degradation of the medium waster water. They can be classified broadly as physical chemical electrochemical and biological methods. Different types of aerobic, anaerobic and combined biological treatment processes have been developed for treatment of pulp and paper industry wastewater. Maximum de-chlorination is found to occur under anaerobic conditions. These processes are designed specifically for reducing COD and BOD of waste water. This text introduces characteristic of waste water of pulp and paper wastewater. Nowadays UASB and SBR is the worlds more mature water treatment processes. According to the design of the Waste Water features, using UASB - SBR technology, UASB of SBR at home and abroad and the status and progress of research, working principle and process. SBR is a batch activated sludge process, according to the method of operation for a period of influent into cycle, the reaction period, Precipitation period, drainage period and idle period five stages, and the cycle repeated constantly to treat sewage. Participate in the reaction of anaerobic microorganisms including hydrolysis-fermentation (acidification) bacteria, acid bacteria and the production of methane bacteria. The process flow and drainage are intermittent, a cycle of all phases of the running time, The reaction mixture pool and the operation of concentration can all be according to water quality and operational functions such as flexibility, As long as the effective control and transform the stage of the operation time, can get different sewage treatment effect. The treatment process to achieve a satisfactory result, the effluent BOD, COD, SS and NH3-N reached the standard two countries, significantly changed the accepted body of water environmental quality.Key words: medium wastewater; UASB; SBR; technical process第一章 前言1.1 概述 1.1.1制浆造纸工业简介 制浆造纸工业中的制浆是指利用化学方法、机械方法或是化学与机械相结合的方法使植物纤维原料离解变成本色纸浆或漂白纸浆的生产过程；而造纸则是指纸浆抄造成纸产品的过程。制浆造纸工业的整个生产过程，包括从备料到成纸、化学品回收、纸张的加工等都需要大量的水，用于输送、洗涤分散物料及冷却设备等。尽管在生产过程中也有水的回收、处理及再用，但仍有大量的废水排入水体，造成了水环境严重污染。据1995年统计，中国造纸工业总排水量23.9亿 m3/a，仅次于化学工业及钢铁工业的年排水量，居第三位；化学耗氧物质排放量为321.4万t/a，占全国、工业排放量的1/3。据1994年统计，中国造纸工业排水中，悬浮物质总排放良为128。4万t/a，排水量之大的污染物浓度之高，使的造纸工业水污染治理已成为造纸行业乃至全社会关注的热点，也是造纸企业生存与发展的关键。造纸工业污染在美被列为六大公害之一，其排水量占全国排水量的1/15。在日本被列为五大公害之一。在瑞典及芬兰，造纸工业排水中的有机污染物排放量占全部工业排水中有机污染物的80%。由此可见，在世界范围内，解决造纸污水的污染问题迫在眉睫1。1.1.2制浆造纸废水的污染指标制浆造纸工业废水的主要污染物指标包括COD、BOD、pH值及SS。对磨木浆、化学机械浆等制浆废水，重金属离子也是重要污染物。对于硫酸盐法、烧碱法及中性亚硫酸盐半化学法制浆废水，其颜色也是值得重视的。制浆造纸废水中污染物的毒性问题已受到人们的普遍关注，漂白硫酸盐浆厂废水中的二垩英及可吸附的有机卤代物（AOX）的形成及其对环境的影响是目前造纸环保的重要研究课题，已受到了人们的普遍重视。 1.1.3造纸中段废水水质来源及特征：造纸废水的主要来源为蒸煮黑液、中段废水(筛洗漂废水)和白水。纸浆的洗涤、筛选、漂白废水通称为造纸中段废水，中段废水主要来源于打浆洗涤废水和抄纸废水，废水主要包括洗筛废水、漂白废水和造纸车间的多余白水，其颜色为黄褐色，带有较浓臭味，废水可生化性较差，因而废水低成本生化治理难度较大。它含有纤维素、半纤维素、木质素等多种成分。中段废水的色度高，SS和COD均较高，在COD的组成中，非溶解性COD较高，约占60以上，溶解性COD较低，而溶解性COD又是较难生物降解物质，可生化性差，属较难处理的废水之一。对于较高的黑夜提取率，碱回收系统正常运行的造纸厂来说，废水的吨浆COD排放负荷为208kg左右，中段水的污染负荷占全厂废水污染负荷的90%以上。因此处理纸浆造纸中段废水减轻对环境的污染有重要意义2。1.1.4国内外造纸中段废水处理发展现状及特点：随着环保意识的加强, 可持续发展已成为人类共同的选择，国家对造纸工业排放的废水标准也逐步提高，造纸工业废水的治理也成为一个重要的科研目标，如何有效地处理造纸中段废水更具有重要的现实意义。这不仅关系到造纸工业自身的生存和发展，也关系到我国生态环境质量的改善。随着我国造纸工业的不断发展，造纸工业用水量和废水排放量也越来越大。具有关资料介绍，全国制浆造纸工业污水排放量约占全国污水排放总量的10 12，而排放污水中的化学耗氧量COD约占全国排放总量的4045，居第一位。因此如何选择运行费用低、处理效果好的造纸工业污染治理方案，具有十分重要的现实意义3。1.2 本课题设计的目的本课题设计的目的是通过对造纸中段废水处理方法的研究，做出合理的处理工艺设计,使废水处理后能够达标排放,改善我国造纸中段废水处理难的问题，减轻造纸中段水对环境的污染，使废水处理后得到有效的利用，实现造纸中段废水的无害化和资源化，减轻工业化进程中对环境造成的破坏，实现社会与环境的和谐发展。1.3处理工艺1.3.1概况： 原废水水质COD为10000mg/L,BOD5为2000mg/L,SS为500mg/L,废水水量20000m3/d。 设计出水水质COD浓度小于150mg/L,BOD5浓度小于30mg/L。1.3.2工艺方法选择该课题针对的是20000m3/d造纸中段废水,废水处理量较大，COD去除率高，根据实际情况考虑采用UASB-SBR法对其进行处理。1.4处理造纸中段废水的主要工艺及对比中段废水主要污染物成分与黑液类似，但是浓度低于黑液。因此，除了可应用处理浓黑液的碱回收、酸析、LB-1碱析法之外，膜分离法、絮凝沉淀法以及生物处理法都可以用于处理中段废水。此外，中段废水还可以采用网筛微滤、气浮及高级化学氧化等方法处理。1.4.1微滤法微滤即微孔过滤，主要是利用机械过滤的方法，将中段废水中的微小纤维从液体中分离出来，微滤是采用孔隙特别细小的不锈钢网或化纤丝网作为过滤介质进行分离操作，它不但可以回收纤维，对COD和BOD也有较好的去除效果。 1.4.2气浮法 中段废水中含有许多细小纤维，难于用自然沉淀或自然上浮的方法将其从废水中分离，而用气浮法可以让它们吸附到气泡上，并形成浮选体上浮分离。气浮法可以回收大量纤维浆料，避免浆料进入沉淀池，减轻沉淀池工作负荷。 1.4.3 高级化学氧化法 造纸废水中有毒的、以及难以生物降解的物质的存在影响了生物处理方法的处理效果，这时可以采用高级化学氧化的方法进行处理。 高级化学氧化工艺泛指反应过程中有大量氢氧自由基参与的化学氧化过程。高级化学氧化工艺分成两大类：一类是有O3 , H2O2 , O3 /H2O2 , UV/O3 , UV/H2O2 , UV/（O3 + H2O2）等氧化剂直接参加反应的均相反应过程；另一类是有固体催化剂（n型半导体材料）存在，紫外光或可见光与氧或过氧化氢作用下的非均相氧化反应。以消耗O3 , H2O2 ,O2等氧化剂为主的均相高级化学氧化工艺在处理高浓度有机废水方面，具有反应时间短、反应过程比较容易控制、对有机物的降解无选择性等特点，但是其处理成本高。对于造纸废水而言，用单一的化学氧化处理工艺，若要取得理想的效果，经济成本方面还有障碍；非均相光催化氧化可以用太阳光作为反应光源，且氧化剂成本低。光催化氧化法是在特殊的光照射条件下发生的有机物参与的氧化分解反应，最终把有机物分解成无毒物质的处理方法。光催化氧化法由于产生的电子空穴对具有较强的氧化和还原能力，能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成简单的无机物，使中段水对环境的影响降到最低4。1.4.4物化法物化法包括吸附法、混凝法、膜分离法等。吸附法是采用多孔的固体吸附剂，利用固液相界面上的物质传递，使废水中的有机污染物转移到固体吸附剂上，从而使之从废水中分离除去的方法。目前用于水处理的吸附剂主要有：活性炭、硅藻土、氧化硅、活性氧化铝、沸石及离子交换树脂等。活性炭是最早应用的脱色吸附剂，虽能有效脱除废水中的颜色，但价格较高，再生困难且损失率高，因此一般只用于浓度较低的废水处理或深度处理。膨润土主要成分为硅铝酸盐，其层状结构间具有可交换的钙、镁、钠等离子，膨润土颗粒表面往往带有电荷，因而具有良好的吸附性。混凝法处理中段水的原理与其处理黑液的原理相同，通过混凝，可降低中段水的浊度、色度，去除高分子物质、呈悬浮状或胶体状的有机污染物和某些重金属物质。中段水处理中常用的混凝剂主要有：硫酸铝、硫酸镁、2价或3价的铁盐、氧化铝、氧化钙、硫酸、磷酸、聚酰胺类有机高聚物等。膜分离法是一种新兴的分离、净化和浓缩技术。膜分离过程是以选择性通透膜为分离介质，在两侧加以某种推动力，使待分离物质选择性地透过膜，从而达到分离或提纯的目的。膜分离可分为超滤、电渗析、纳滤等技术。超滤是以压差为推动力，按粒径选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作；电渗析是以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；纳滤是以压差为动力，介于反渗透和超滤之间，从溶液中分离物质的膜分离过程1.4.5生物法生物法是利用微生物降解代谢有机物为无机物来处理废水。通过人为的创造适于微生物生存和繁殖的环境，使之大量繁殖，以提高其氧化分解有机物的效率。根据使用微生物的种类，可分为好氧法、厌氧法和生物酶法等。好氧法是利用好氧微生物在有氧条件下降解代谢处理废水的方法，常用的好氧处理方法有活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化、生物流化床等方法。厌氧法是在无氧的条件下，通过厌氧微生物降解代谢来处理废水的方法。厌氧法的操作条件要比好氧法苛刻，但具有更好的经济效益，因此也具有重要的地位。目前开发出的有厌氧塘法、厌氧滤床法、厌氧流动床法、厌氧膨胀床法、厌氧旋转圆盘法、厌氧池法、升流式厌氧污泥床(UASB)法等。通常为了取得更好的处理效果，将好氧法和厌氧法联合使用。生物酶处理有机物的机理是先通过酶反应形成游离基，然后游离基发生化学聚合反应生成高分子化合物沉淀。与其他微生物处理相比，酶处理法具有催化效能高、反应条件温和、对废水质量及设备情况要求较低，反应速度快，对温度、浓度和有毒物质适应范围广，可以重复使用等优点。1.4.6电子束法电子束法依赖高能电子束对水的辐射作用，产生活性自由基，通过这些活性自由基与水中有机物的作用，达到去除水中有机物的目的。高能电子束对细菌和病毒有较好的杀灭作用，而且电子束不生成副产物，没有二次污染物，本身工艺清洁，是较先进的污染处理技术。吴利华17对碱法草浆中段废水进行电子束辐照的试验。研究结果表明，电子束辐照可降解废水中未被生物降解的有害化学物质，达到较好的效果。值得注意的是，电子束辐照可降解生化处理难以降解的污染物。因此，如果辐照技术与生化技术相结合，找出最佳的条件，利用生化技术的经济易行和辐照技术的快速，可大大降解各类不同性质的污染物，各尽所能，可得到理想的处理效果5。1.4.7电化学法电化学法是通过电极反应来产生活性很强的新生态自由基，废水中的发色有机物在这些自由基的作用下发生氧化还原反应，降解为无色的小分子物质或者形成絮凝体沉淀下来，处理后水的色度和COD都得到了降低。人们对电化学法进行了改进，在电化学反应器中使用金属铝或铁作为阳极，电解时产生的Al3+（Fe2+）水解生成铝（铁）的氢氧化物等具有混凝剂作用的物质。与混凝法投入的铝（铁）无机盐相比，它具有更高的活性，更强的絮凝作用，使中段废水中的有机悬浮物及胶体粒子凝聚，形成絮体。阴极上生成的氢气以微细气泡的形式排出，与絮体黏附一起，上浮到水面而被分离，这种方法被称为电絮凝法6。1.4.8物理法物理法即采用各种筛网、滤网、斜形筛、格栅等预处理中段水，主要阻截滤出水中较大的废纸浆纤维，回用于生产普通板纸或油毡原纸。废纸浆纤维掺加量一般在10%15%，回收利用可得到一定的经济效益。除此之外，微滤与振动筛技术作为一种简单的机械过滤方法，也逐渐被应用到中段污水的预处理中去。它适用于把废水中存在的微小悬浮物质、有机物残渣及其他悬浮固体等最大限度地分离出来，大大降低了后处理负荷，且处理水量大，管理方便，回收废纸浆品质好，成为造纸中段水预处理中是一项很有发展前途的技术7。1.4.9综合法 以上介绍了造纸中段水处理的一些方法，实际上，这些方法大都是综合应用的。每种方法都有自身的优点和不足，单一使用某种方法进行废水处理，不仅成本高，处理后的废水也难达到排放标准。因此，常将它们结合起来使用，寻找适合不同水质的最佳搭配方式，使流程简化。为适应废水处理发展的要求，人们不断的改进传统的活性污泥法，开发了许多新的处理工艺。1.5制浆造纸水污染物排放标准标准的分级：造纸工业水污染物排放标准分两级：第一级指所有新建、扩建、改建企业，自标准实施之日起立即执行的标准。第二级指所有现有企业，自标准实施之日起立即执行的标准。第二章工艺流程的选定2.1课题设计水量本课题的设计水量是20000m3/d2.2进出水水质参数造纸中段废水污染物复杂，含有较高浓度的木质素、纤维素和树脂酸盐等较难生物降解的物质成分，本设计要求的造纸中段废水的主要参数见下表：表2-1 造纸中段废水主要参数COD（mg/L）BOD （mg/L）SS（ mg/L）pH进水1000020005008-9出水150302006-72.3 工艺流程图 调节沉淀池 沉淀池UASB集水井格栅进水 SBR 出水 出水 污泥脱水间污泥浓缩池集泥井泥饼贮泥池 图2-1工艺流程图2.4工艺介绍及特点 2.4.1 UASB反应器1 UASB（升流式厌氧污泥床）反应器：上部设置气、固、液三相分离器，下部设置为悬浮层区和污泥床区。污水从反应器底部流入，向上升流至反应器顶部流出，混合液在沉淀区进行固液分离，污水自行回流到污泥床区。UASB反应器污泥床区中污泥可保持较高浓度，污泥可实现颗粒化，具有很好的沉降性能和很高的产甲烷活性8。2UASB反应器原理：UASB反应器在运行过程中，包含了极为复杂的生物反应过程。厌氧反应过程中有多种微生物参加了有机污染物的转化代谢过程，并将污染物最终转化为最终产物。参加反应的厌氧微生物主要包括水解-发酵（酸化）细菌、乙酸化细菌和产甲烷菌。UASB反应器集中生物转化反应与沉淀于一体，结构紧凑。废水由配水系统从反应器底部进入，通过反应区经固、液、气三相分离器后进入沉淀区。气、固、液分离后，沼气由气室收集，再由沼气管流出向沼气柜。固体（污泥）由沉淀区沉淀后自行返回反应区，沉淀后的处理水冲出水槽排出。UASB反应器内不设搅拌设备，上升水流和沼气产生的气流足可满足搅拌的要求。UASB反应器构造简单，便于操作运行。3UASB反应器构造：（1）进水配水系统进水配水系统功能主要是将废水均匀地分配到整个反应器，并具有进水搅拌功能。（2）反应区反应区包括污泥床个污泥悬浮层。污泥床位于整个UASB反应器的底部，床内具有很高的污泥生物量，污泥浓度一般为40000-80000mg/L。污泥床中对有机物的降解量一般可占整个反应器全部降解量的70%-90%，降解反应产生的沼气可对污泥床层起到很好的混合作用。污泥悬浮层位于污泥床的上部，其中的污泥浓度低于污泥床，一般为1500-30000mg/L，污泥容积指数一般为30-40mL/g。污泥悬浮层有机物降解量为全部反应器的10%-30%9。（3）三相分离器三相分离器由沉淀区、回流缝和气封组成。沉淀区位于UASB的顶部，其作用是使进入出水区的固体颗粒在沉淀区沉淀下来，并沿沉淀区底部的斜壁滑下而重新回到反应区内，以保证污泥床中污泥浓度。三相分离器的主要作用是将气体（反应过程中产生的沼气）、固体（反应器中的污泥）和液体(被处理的污水)加以分离，气体分离后进入气室，处理出水进入出水槽，固体颗粒进入反应区。三相分离器相当于传统污水处理工艺的二次沉淀池，直接影响UASB反应器的处理效果。（4）出水系统出水系统的作用是把沉淀区处理过的水均匀的加以收集，排出反应器。（5） 气室气室也称为集气罩，其作用是收集反应过程中产生的沼气。（6）浮渣清理系统浮渣清理系统的功能是清除沉淀区液面和气室液面的浮渣。（7）排泥系统排泥系统的功能是、均匀地排除发应区内的剩余污泥。 4UASB具有以下特点：（1）良好的气液固分离条件，气体在沉淀区前得到分离，产气率越高分离界面越大。（2）沉淀区的表面负荷小于0.7m3/(m2h),进入沉淀区的表面负荷小于2m3/(m2h).（3）形成了以颗粒污泥为主的污泥床，颗粒污泥粒径约0.5-3mm。颗粒污泥形成的主要原因有微生物的自凝聚、无机盐（CaCO3）形成的颗粒污泥中心、上流式的水利筛分作用。（4）由于颗粒污泥良好的沉淀特性（沉淀速度可达50m/h），反应区的上升流速很高（可达10-30m/h）。（5）污泥床的污泥浓度高，可达40kg/m3。（6）当颗粒污泥粒径在0.2-0.8mm范围时，污泥床的接触面积达2000m2/m3,提高了反应效率10。5UASB反应器的主要优点如下：（1）容积负荷率高，水力停留时间短。（2）对于处理同样COD总量的废水，UASB反应器与传统好氧工艺相比处理费用低、电耗省、投资少、占地面积小。（3）与传统的好氧工艺相比，UASB反应器污泥产量低，产泥量为0.05kg/kgCOD，仅为活性污泥产你量的1/5左右。（4）能够回收生物能沼气。但该工艺不适于处理高悬浮物固体浓度的废水，三相分离器还没有一个成熟的设计方法，且颗粒污泥的培养较困难。2.4.2 SBR反应器SBR(间歇式活性污泥工艺)工艺是国内外研究最多和工程应用最广的间歇式活性污泥法，我国SBR污水处理厂也比较多。该方法按运行次序将一个周期分为进水期、反应期、沉淀期、排水期和闲置期5个阶段，并进行不断的周期反复对污水进行处理。该工艺进水和排水都是间歇式，一个周期中各个阶段的运行时间、反应池中混合液的浓度以及运行情况等都可以根据出水水质与运行功能要求等灵活掌握，只要有效地控制与变换各阶段的操作时间，就可以获得不同的污水处理效果11。1. SBR工艺特点SBR工艺又叫序批式活性污泥法，它最根本的特点是处理工序不是连续的而是间歇的、周期性的，污水一批一批的顺序经过进水、曝气、沉淀、排水，然后又周而复始。SBR 是通过在时间上的交替实现这种传统活性污泥法的整个过程，它在流程上只有一个基本单元（其核心：SBR反应池）将调解池、曝气池和二沉池的功能集中在该池子上，兼有水质调节、微生物降解有机物和固液分离等功能12。SBR反应器的优点：流程简单：不设初沉池、二沉池、回流污泥泵房、消化池和沼气储存利用设施1. 沉淀性能好2. 管理方便：由于处理设备少，又没有沼气系统，不存在危险性，管理大大简化3. 占地少：是各种污水二级处理工艺中最省的，比常规活性污泥法占地少30%-50%4. 处理效果好：去除有机物效率高，还有脱氮除磷功能，缓冲能力强，抗污泥膨胀性能好5. 基建投资省6. 处理成本低7. 设备国产率高：除自控仪和调节阀门外（除磷时还有污泥浓缩机）其余设备国内均可提供，在不久的将来，上述设备都能实现国产化 SBR 反应器缺点：对自控要求高，人工操作基本上不可能正常运行，自控系统必须质量好，运行可靠。1. 对操作人员技术要求较高，主要是技术型操作管理，要求操作人员具有一定的文化程度和技术水平。2. 间歇周期运行带来曝气、搅拌、排水、排泥等设备利用率不高，设备的闲置率较高，增大了设备费用和装机容量。3. 连续进水时，对于单一SBR反应器的应用需要较大的调节池。4. 对于多个SBR反应器进水和排水的阀门自动切换频繁。5. 无法解决大型污水处理项目连续进水、连续出水的处理要求。6. 污水提升水头损失较大。7. 如果需要后处理，则需要较大容积调节池。2.4.3 SBR反应器的理论分析(1) 流态理论 由于SBR时间的不可逆性，根本不存在反混现象，所以SBR在时间上属于理想推流反应器。(2) 理想沉淀理论 其沉淀效果好是充分利用了静态沉淀原理，经典的SBR反应器在沉淀过程没有进水扰动，属于理想沉淀状态。(3) 推流反应器理论 假设在推流式和完全混合反应器中，有机物降解服从一级反应，推流式反应器与完全混合反应器在相同时间的污泥浓度下，达到相同的去除效率下所需反应器比V完全混合/V推流始终大于1，就是说达到相同的去除率推流式反应器要比完全混合式反应器所需要的反应器体积小，推流式的处理效果要比完全混合式好。(4) 选择性标准 推流式曝气池在整个池长上有机物浓度在一定的范围内从高到底变化，具有一定的浓度梯度，使得大部分情况下絮状菌的生长没有丝状菌的生长大于丝状菌的生长速率，只有在反映的末期一段时间内絮状菌的生长没有丝状菌的生长快，但是丝状菌短时间内的优势生长并不会引起污泥膨胀。(5) 微生物环境的多样性，提供多样性的生态环境 SBR反应器对有机物去除效果好;对难降解的有机物降解性能好，使其在生态环境上提供了多样性的条件。具体讲可以形成厌氧、缺氧和好氧等多生态条件，有利于有机物的降解13。第三章 主要构筑物的设计计算本设计采用UASB-SBR法处理工艺。废水处理量20000m3/d，即日平均处理量=20000m3/d=0.23m3/s，取废水总变化系数k=1.6，=24000m3/d=1000m3/h=0.368m3/s，按最大流量设计工艺流程。主要构筑物包括机械格栅、集水井、调节沉淀池、UASB反应器、沉淀池、SBR反应器、集泥井、污泥浓缩池、贮泥池、污泥脱水间等。3.1 格栅的计算3.1.1 设计说明格栅安装在废水渠道,集水井的进口处，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，可以减轻后续构筑物的处理负荷。3.1.2 设计计算1. 流量 Q=0.23m3/s；安装角度 =60；栅条间隙 d=0.02m；栅前水深h=0.4m；过栅流速u=0.8m/s Kz 工业废水量总变化系数取1.6qvmax= Kz q=1.60.23 m3/s=0.368 m3/s；格栅间距数 (个) （3-1） 则栅条书为 n-1=48-1=47条2. 栅条截面采用迎水面为圆形的矩形，栅条宽度 S=0.01m栅槽有效宽度：B(一般比格栅宽0.20.3m，取0.2m) （3-2） 3. 进水渠道渐宽部分长度L1取进水渠内流速 u1=0.7m/s；展开角 =20；栅前水深 h=0.4m则进水渠宽 （3-3） （3-4）4. 渐窄部分长度 L2=L1/2=1.10/2=0.55(m) 5. 过栅水头损失 h2计算水头损失；h2=h0k （3-5）h1设计格栅的水头损失；g重力加速度；k系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；阻力系数，与栅条断面形状有关。迎水面为圆形的矩形断面 =2.42 (3-6) (3-7) 6. 栅槽总高度H取栅前渠道超高h1=0.3m栅前槽高H1=h+h1=0.4+0.3=0.7(m) (3-8) H=h+h1+h2=0.4+0.07+0.3=0.77(m) 7. 栅槽总长度LL=L1+L2+0.5+1.0+H1/tg60=1.1+0.55+1.0+0.5+0.7/tg60=3.55(m) (3-9)H1-格栅前的渠道深度 H1= h+h18. 每日栅渣量 W (3-10) W1栅渣量，m3/103m3污水，取W1=0.08 m3/103m3；Kz工业废水量总变化系数，取Kz =1.6；0.2m3/d (3-11)采用机械清渣。3.2调节沉淀池3.2.1设计说明工业废水的水量水质随时间变化的幅度较大，为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对废水的水质水量进行调解。由于淀粉废水中的悬浮物（SS）浓度较高，此调节池兼具有沉淀池的作用。该池的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运行。其均质作用主要靠池测的沿程进水，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14。3.2.2设计计算1.参数选取水力停留时间T=5h；设计流量Q=20000m3/d=833.3m3/h=0.23m3/s；进水SS=500/L，去除率60%，出水SS=200/L。表3-1：调节沉淀池预期进出水水质COD mg/LBOD mg/LSS mg/L进水水质100002000500去除率10%10%60%出水水质900018002002.设计计算(1)池子尺寸池有效容积 V=QT=833.35=4166.5m3； 取池高H=5.5m，其中超高0.5m，有效水深h=5m；则池面积A=V/h=4166.5/5=833.3；分两个池A1 =A/2=833.3/2=416.65; 池长取L=25m，池宽取B=16.6m；池子的总尺寸为LBH=2516.65.5(m3) (2)污泥理论产量 (3-12) (3)污泥斗设计取污泥斗的下口尺寸为。污泥斗的倾角为则污泥斗的高度污泥斗的容积： (3-13)因 W,故符合要求3.3 UASB反应器3.1.1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。3.2.1设计计算1. 反应器设计流量 Q=20000m3/d=833.3 m3/h；进水COD浓度 w=9000mg/L；取容积负荷qVLR=10kgCOD/(m3/d)表3-2：UASB预期进出水水质COD mg/LBOD mg/L SS mg/L进水水质90001800200去除率90%95%出水水质900900200反应器有效容积：（m3） (3-14) 取水力负荷q=0.8m3/(m2h)A= (3-15)h=采用六座反应器，则单座有效容积：（m3） A1=直径:(m),取15m (3-16)则横截面积：（） (3-17) 实际表面水力负荷：1.0(符合要求) 2. 配水系统设计本系统设计为圆形布水器，每个UASB反应器设60个布水点。每个池子流量：Q1=833.3/6=138.8 m3/h 圆环直径计算：每个孔口服务面积，在13之间，符合要求。设三个圆环，最里面的圆环设10个孔口，中间的设20个，最外围设30个孔口。（1）内圈10个孔口设计服务面积：S1=10a=102.90=29()折合为服务圆的直径为： (3-18)用此直径作一虚圆，在该虚圆内等分该虚圆面积处设一实圆环，其上布10个孔口，则圆的直径计算如下： (3-19)（2）中圈20个孔口设计服务面积：S2=162.9=46.4()折合为服务圆的直径为： (3-19)中圈圆环直径如下： (3-20)（3）外圈30个孔口设计服务面积：S3=302.9=87()折合为服务圆的直径为：(3-21)外圆环直径计算如下： （3-22）3.三项分离器设计（1）设计说明：三相分离器要具有气、液、固三项分离的功能。三相分离器的实际主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。（2）沉淀区的设计三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相似。主要考虑沉淀区的面积和水深。面积根据废水量的表面负荷来决定。由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应，产生少量气体，这对固液分离不利，故设计时应满足以下要求： 沉淀区水力表面负荷1.0m/h。 沉淀器斜壁角度约为。使污泥不致积聚，尽快落入反应区内。 进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速2m/h。 总沉淀水深应1.5m。 水力停留时间介于1.5-2h。 如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果。 沉淀器（集气罩）斜壁倾角=，沉淀区面积 （3-23）表面水力负荷，符合要求。 (3-24)(3)回流缝设计取超高h1=0.3m；上集气罩上底距水面h2=0.5m；下集气罩高h3=3.0m，安装角度=55 图3-1 三相分离器计算示意图(m) (3-25)下集气罩水流缝宽：b2=D-2b1=15-22.1=10.8(m)下集气罩缝的水流速度：（m/h）2（m/h）（符合要求）(3-26) 取CF=10m,CD=2.5mDH=CDsin55=2.5sin55=2.04(m)DE=2DH+CF=22.04+10=18.16（m）上集气罩距下集气罩的垂直截面积：（） (3-27) 上下集气罩之间的水流速度：（m/h）u12（m/h）(符合要求)(3-28)CH=CDsin35=2.5sin35=1.43(m) (m) (3-29)h4=CH+AI=0.86+2.19=3.05(m)取上集气罩高 h5=1.2(m)UASB反应器高度 H总=H+h1+h2+h4+h5=3+0.3+0.5+3.05+1.2=8.05(m)上集气罩上底为CF-2h5tg35=7.4-21.2tg35=5.72(m)BC=CD/sin35=2.5/sin35=4.35(m)DI=(DE-b2)/2=(9.86-6.8)/2=1.53（m）AD=DI/cos50=1.53/ cos55=2.67(m)BD=DH/cos50=1.23/ cos55=2.14 (m)AB=AD-BD=2.67-2.14=0.53(m)则气体上升流速：d=0.01()；T=20；1=1.03g/cm3；g=1.210-3g/cm3；=0.95 =Y1=0.01011.03=0.0104g/(s) 废水的较净水的大，故取 =0.02g/(s)由斯托克斯方程得：气泡上升速度：（/s)=9.58(m/h) (3-30)水流沿斜板上升流速ua=u2=1.03m/h (符合要求)4.污泥产量：CODcr去除率为90%，进水CODcr为9000mg/d，污泥产率为0.1 KgMLSS/d,产气率为0.4 m3/kg CODcr QW =QKgCOD/(m3d)COD去除率污泥产率 (3-31)=200002.820.90.1=5076(KgMLSS/d) 即253 m3/d；沼气产量： Qa =QKgCOD/(m3d)COD去除率沼气产率 (3-32) =200002.820.90.4 =20304(m3/d)3.4竖流式沉淀池3.4.1设计说明UASB反应器后一般不设沉淀池，但由于厌氧反应启动较难，为了收集UASB反应器流出来的厌氧污泥，使调试期缩短，故设此池。有了此沉淀池，不仅可以向UASB中回流污泥而且对SS进一步处理15。3.4.2设计要求一般选用圆形或正方形，在这里采用圆形，一般直径为4-7m（10m）。沉淀区呈圆柱体，污泥斗为截头倒锥体。废水从中心管自上而下流入，经反射板折向上升，澄清水由池四周的锯齿堰溢流出水槽，出水槽前设挡板，用来隔除浮渣，污泥斗倾角为，污泥靠静压力由污泥管排出，污泥管直径一般200mm。中心管内流速 ，末端喇叭口及反射板。，径深比，取0.25-0.5，q=0.5-1.0mm/s，取0.5mm/s，沉淀时间t=1.0-1.5h，取1.2h。3.4.3设计参数设计流量：设计水质：（见表3-3）表3-3：竖流式沉淀池的预期进出水水质COD（mg/L）BOD（mg/L） SS（mg/L）进水水质900900 200去除率10% 10% 60%出水水质810 810803.4.4设计计算（1）中心管面积与直径 取， (3-33) 直径 (3-34)（2）缝隙高度取=0.08m/s (3-35)（3）沉淀池总面积和池径沉淀区面积 总面积=11.5+460=471.5m2 池径（4）沉淀池有效沉淀高度符合 （5）核集水槽出水堰负荷 集水槽每米出水堰负荷 小于2.9L/s，符合要求。（6）每天污泥总产量（理论产量） (3-36)（7）污泥斗高度取 截头直径为0.2m。 取13m。 （3-37）（8）池总高 H=h1+h2+h3+h4+h5=0.3+2.16+2.26+13=17.7m污泥斗容积： 合格，每天排泥一次。 （3-38）3.5 SBR反应器的计算3.5.1 设计说明经UASB处理后的废水，COD含量仍然高于要达到的排放标准，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，本设计用4个SBR反应池，每个池子的运行周期为6h。3.5.2 设计水质水量设计水量：Q=20000m3/d=833.3 m3/h=0.23 m3/s。表3-4：SBR预期进出水水质COD mg/LBOD mg/L SS mg/L进水水质81081080去除率90%95%80%出水水质8140.5163.5.3 设计计算1.确定参数： 污泥负荷率： 污泥浓度：3000mgMLSS/L；SVI采用100。 反应周期数：T=6h,反应器1d内的周期数为n=24/6=4；周期内时间分配：反应池数N=4；进水时间te=1.5h；反应时间ta=3h；静置时间 ts=1.0h；排水时间：0.5h；MLSS取4000mg/L，污泥界面沉降速度：。 （3-39）安全水深，沉淀时间：1.5h 则曝气池滗水高度 反应时间比： 周期进水量： （3-40）2.反应池计算（1）反应池有效容积 （3-41）（2）反应池最小水量 9000-1250=7750m3（3） 反应池中的污泥体积 （3-42）Vx,合格。（4）校核周期进水量 周期进水量应满足下式： （3-43）Q0=1250m3,合格（5）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