1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院環(huán)保設(shè)備課程作業(yè)作業(yè)1： 斜板沉淀池設(shè)計(jì)計(jì)算采用異向流斜板沉淀池1. 設(shè)計(jì)所采用的數(shù)據(jù) 由于斜板沉淀池在絮凝池之后，經(jīng)過加藥處理，故負(fù)荷較高，取q=3.0mm/s 斜板有效系數(shù)取0.8，=0.60.8 斜板水平傾角 =60 斜板斜長(zhǎng) L=1.2m 斜板凈板距 P=0.05m P一般取50150mm 顆粒沉降速度 =0.4mm/s=0.0004m/s2. 沉淀池面積A=Qq=200002460600.00377m2 式中 Q進(jìn)水流量，m3/d q容積負(fù)荷，mm/s3.斜板面積 Af=Q=200002436000.80.0004=723m2 需要斜板實(shí)際總面積為Af=Af

2、cos=7230.5=1447m24.斜板高度h=lsin=1.2sin60=1.0m5.沉淀池長(zhǎng)寬設(shè)斜板間隔數(shù)為N=130個(gè)則斜板部分長(zhǎng)度為 l1=1300.05sin60=7.5m斜板部分位于沉淀池中間，斜板底部左邊距池邊距離l2=0.1m，斜板底部右邊距池邊距離l3=0.8m，則池長(zhǎng)L=7.5+0.1+0.8=8.4m池寬B=AL=778.4=9.2m校核：B=AfN+1l=9.2m，符合故沉淀池長(zhǎng)為8.4m，寬為9.2m，從寬邊進(jìn)水。6.污泥體積計(jì)算排泥周期T=1d污泥斗計(jì)算設(shè)計(jì)4個(gè)污泥斗，污泥斗傾斜角度為67，污泥斗下底面長(zhǎng)a=0.4m，上底面長(zhǎng)b=2.1m。污泥斗總?cè)莘e: V=90

3、m3，符合要求。7.沉淀池總高度式中 h1保護(hù)高度（m），一般采用0.3-0.5m，本設(shè)計(jì)取0.3m； h2清水區(qū)高度（m），一般采用0.5-1.0m，本設(shè)計(jì)取1.0m； h3斜管區(qū)高度（m）； h4配水區(qū)高度（m），一般取0.5-1.0m，本設(shè)計(jì)取1.0m； h5排泥槽高度（m）。8.進(jìn)出水系統(tǒng)8.1. 沉淀池進(jìn)水設(shè)計(jì)沉淀池進(jìn)水采用穿孔花墻，孔口總面積：A=Qv=0.230.18=1.3m2式中 v孔口速度（m/s），一般取值不大于0.15-0.20m/s。本設(shè)計(jì)取0.18m/s。每個(gè)孔口的尺寸定為15cm8cm，則孔口數(shù)N=A158=1.30.012=108 個(gè)。進(jìn)水孔位置應(yīng)在斜管以下、沉

4、泥區(qū)以上部位。8.2.沉淀池出水設(shè)計(jì)沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速v1=0.6m/s，則穿孔總面積：A=Qv1=0.230.6=0.38m2設(shè)每個(gè)孔口的直徑為4cm，則孔口的個(gè)數(shù)： 式中 F每個(gè)孔口的面積(m2)設(shè)沿池長(zhǎng)方向布置8條穿孔集水槽，右邊為1條集水渠，為施工方便槽底平坡，集水槽中心距為：L=9.2/8=1.1m。每條集水槽長(zhǎng)L=8 m， 每條集水量為：，考慮池子的超載系數(shù)為20%，故槽中流量為：槽寬：=0.9=0.90.017=0.90.20=0.18m。起點(diǎn)槽中水深 H1=0.75b=0.750.18=0.14m，終點(diǎn)槽中水深H2=1.25b=1.250.18=0.23m

5、 為了便于施工，槽中水深統(tǒng)一按H2=0.25m計(jì)。集水方法采用淹沒式自由跌落，淹沒深度取0.05m，跌落高度取0.07m，槽的超高取0.15m。則集水槽總高度: 集水槽雙側(cè)開孔，孔徑為DN=25mm，每側(cè)孔數(shù)為50個(gè)，孔間距為15cm。 8條集水槽匯水至出水渠，集水渠的流量按0.23m3/s，假定集水渠起端的水流截面為正方形，則出水渠寬度為=0.9=m，起端水深0.52m，考慮到集水槽水流進(jìn)入集水渠時(shí)應(yīng)自由跌落高度取0.05m，即集水槽應(yīng)高于集水渠起端水面0.05，同時(shí)考慮到集水槽頂相平，則集水渠總高度為：=0.05+0.5+0.52=1.07m 9. 沉淀池排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用穿孔管進(jìn)行重力排泥

6、，穿孔管橫向布置于污泥斗底端，沿與水流垂直方向共設(shè)4根，雙側(cè)排泥至集泥渠。孔眼采用等距布置，穿孔管長(zhǎng)8m，首末端集泥比為0.5，查得 =0.72。取孔徑d=25mm，孔口面積=0.00049m，取孔距=0.4m，孔眼個(gè)數(shù)為： 孔眼總面積為：m2 穿孔管斷面積為： w=0.0129 m2 穿孔管直徑為：D=0.128m 取直徑為150mm，孔眼向下，與中垂線成角，并排排列，采用氣動(dòng)快開式排泥閥。 作業(yè)2： UASB反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算1 設(shè)計(jì)參數(shù)(1) 污泥參數(shù)設(shè)計(jì)溫度T=25容積負(fù)荷NV=8.5kgCOD/(m3.d) 污泥為顆粒狀污泥產(chǎn)率0.1kgMLSS/kgCOD產(chǎn)氣率0.5m3/kgCOD

7、(2) 設(shè)計(jì)水量Q=1000m3/d=41.67m3/h=0.0116m3/s=11.6L/s。(3) 水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)水COD 10000mg/L，去除率為8085%，取去除率為85%，則出水COD為1500mg/L。2. UASB反應(yīng)器容積及主要工藝尺寸的確定(1) UASB反應(yīng)器容積的確定 本設(shè)計(jì)采用容積負(fù)荷法確立其容積V V=QS0/NVV反應(yīng)器的有效容積(m3)S0進(jìn)水有機(jī)物濃度(kgCOD/L)V=1000100.85/8.5=1000m3 取有效容積系數(shù)為0.8，則實(shí)際體積為1250m3(2) 主要構(gòu)造尺寸的確定UASB反應(yīng)器采用圓形池子，布水均勻，處理效果好。取水力負(fù)荷q1=0.3m

8、3/（m2h） 反應(yīng)器表面積 A=Q/q1=41.67/0.5=138.9m2 反應(yīng)器高度 H=V/A=1250/138.9=8.99m 取H=9m采用2座相同的UASB反應(yīng)器，則每個(gè)單池面積A1為：A1=A/2=138.9/2=69.45m2 取D=9m則實(shí)際橫截面積 A2=3.14D2/4=63.6 m2 實(shí)際表面水力負(fù)荷 q1=Q/2A2=41.67/127.2=0.33 m3/（m2h）q11.0 m3/（m2h），符合設(shè)計(jì)要求。3. UASB進(jìn)水配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1) 設(shè)計(jì)原則 進(jìn)水必須要反應(yīng)器底部均勻分布，確保各單位面積進(jìn)水量基本相等，防止短路和表面負(fù)荷不均； 應(yīng)滿足污泥床水力攪拌需要

9、，要同時(shí)考慮水力攪拌和產(chǎn)生的沼氣攪拌； 易于觀察進(jìn)水管的堵塞現(xiàn)象，如果發(fā)生堵塞易于清除。本設(shè)計(jì)采用圓形布水器，每個(gè)UASB反應(yīng)器設(shè)30個(gè)布水點(diǎn)。(2)設(shè)計(jì)參數(shù)每個(gè)池子的流量 Q1=41.67/2=20.64m3/h(3) 設(shè)計(jì)計(jì)算查有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)顆粒污泥來(lái)說(shuō)，容積負(fù)荷大于4m3/(m2.h)時(shí)，每個(gè)進(jìn)水口的負(fù)荷須大于2m2，則布水孔個(gè)數(shù)n必須滿足 D2/4/n2 即nD2/8=3.1481/8=32 取n=30個(gè)則每個(gè)進(jìn)水口負(fù)荷 a=D2/4/n=3.149 2/4/30=2.12m2可設(shè)3個(gè)圓環(huán)，最里面的圓環(huán)設(shè)5個(gè)孔口，中間設(shè)10個(gè)，最外圍設(shè)15個(gè)，其草圖見圖1 內(nèi)圈5個(gè)孔口設(shè)計(jì) 服務(wù)面積：

10、S1=52.12=10.6m2折合為服務(wù)圓的直徑為： 用此直徑用一個(gè)虛圓，在該圓內(nèi)等分虛圓面積處設(shè)一實(shí)圓環(huán)，其上布5個(gè)孔口則圓環(huán)的直徑計(jì)算如下： 3.14 d12/4=S1/2 中圈10個(gè)孔口設(shè)計(jì) 服務(wù)面積： S2=102.12=21.2m2 折合為服務(wù)圓的直徑為： 則中間圓環(huán)的直徑計(jì)算如下：3.14 (6.362d22)/4=S2/2 則 d2=5.2m 外圈15個(gè)孔口設(shè)計(jì) 服務(wù)面積： S3=152.12=31.8m2 折合為服務(wù)圓的直徑為 則中間圓環(huán)的直徑計(jì)算如下：3.14 (92d32)/4=S3/2 則 d3=7.8m布水點(diǎn)距反應(yīng)器池底120mm；孔口徑15cm圖1 UASB布水系統(tǒng)示

11、意圖4. 三相分離器的設(shè)計(jì)(1) 設(shè)計(jì)說(shuō)明 UASB的重要構(gòu)造是指反應(yīng)器內(nèi)三相分離器的構(gòu)造，三相分離器的設(shè)計(jì)直接影響氣、液、固三相在反應(yīng)器內(nèi)的分離效果和反應(yīng)器的處理效果。對(duì)污泥床的正常運(yùn)行和獲得良好的出水水質(zhì)起十分重要的作用，根據(jù)已有的研究和工程經(jīng)驗(yàn)， 三相分離器應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：沉淀區(qū)的表面水力負(fù)荷1.0m/h；三相分離器集氣罩頂以上的覆蓋水深可采用0.51.0m；沉淀區(qū)四壁傾斜角度應(yīng)在4560之間，使污泥不積聚，盡快落入反應(yīng)區(qū)內(nèi)；沉淀區(qū)斜面高度約為0.51.0m；進(jìn)入沉淀區(qū)前，沉淀槽底縫隙的流速2m/h；總沉淀水深應(yīng)1.5m；水力停留時(shí)間介于1.52h；分離氣體的擋板與分離器壁重疊在20

12、mm以上；以上條件如能滿足，則可達(dá)到良好的分離效果。（2） 設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)采用無(wú)導(dǎo)流板的三相分離器 沉淀區(qū)的設(shè)計(jì)沉淀器（集氣罩）斜壁傾角 =50沉淀區(qū)面積： A=3.14 D2/4=63.6m2表面水力負(fù)荷q=Q/A=41.67/(263.6)=0.33m3/(m2.h)1.0 m3/(m2.h) 符合要求 回流縫設(shè)計(jì) h2的取值范圍為0.51.0m, h1一般取0.5m 取h1=0.5m，h2=0.7m，h3=2.4m 依據(jù)圖8中幾何關(guān)系，則 b1=h3/tanb1下三角集氣罩底水平寬度，下三角集氣罩斜面的水平夾角h3下三角集氣罩的垂直高度，mb1=2.4/tan50=2.0m b2=b2b

13、1=922.0=5.0m下三角集氣罩之間的污泥回流縫中混合液的上升流速v1，可用下式計(jì)算：Q1反應(yīng)器中廢水流量（m3/s）S1下三角形集氣罩回流縫面積（m2） V10.2m 取CE=1.0mCF上三角形集氣罩底寬，取CF=6.0mEH=CE sin50=1.0 sin50=0.766mEQ=CF+2EH=6.0+20.766=7.53mS2=3.14(CF+EQ).CE/2=3.14 (6.0+7.53)1.0/2=21.24m2v2=41.67/2/21.24=0.98m/hv2v12.0m/h , 符合要求確定上下集氣罩相對(duì)位置及尺寸 BC=CE/cos50=1.0/cos50=1.556

14、m HG=(CFb2)/2=0.5m EG=EH+HG=1.266m AE=EG/sin40=1.266/sin40=1.97m BE=CE tan50=1.19m AB=AEBE=0.78m DI=CD sin50=AB sin50=0.78 sin50=0.597mh4=AD+DI=BC+DI=2.15mh5=1.0m（3）氣液分離設(shè)計(jì) 由圖5可知，欲達(dá)到氣液分離的目的，上、下兩組三角形集氣罩的斜邊必須重疊，重疊的水平距離（AB的水平投影）越大，氣體分離效果越好，去除氣泡的直徑越小，對(duì)沉淀區(qū)固液分離效果的影響越小，所以，重疊量的大小是決定氣液分離效果好壞的關(guān)鍵。由反應(yīng)區(qū)上升的水流從下三角形

15、集氣罩回流縫過渡到上三角形集氣罩回流縫再進(jìn)入沉淀區(qū)，其水流狀態(tài)比較復(fù)雜。當(dāng)混合液上升到A點(diǎn)后將沿著AB方向斜面流動(dòng)，并設(shè)流速為va，同時(shí)假定A點(diǎn)的氣泡以速度Vb垂直上升，所以氣泡的運(yùn)動(dòng)軌跡將沿著va和vb合成速度的方向運(yùn)動(dòng)，根據(jù)速度合成的平行四邊形法則，則有： 要使氣泡分離后進(jìn)入沉淀區(qū)的必要條件是： 在消化溫度為25，沼氣密度 =1.12g/L；水的密度 =997.0449kg/m3；水的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)v=0.008910-4m2/s；取氣泡直徑d=0.01cm根據(jù)斯托克斯（Stokes）公式可得氣體上升速度vb為 vb氣泡上升速度（cm/s）g重力加速度（cm/s2）碰撞系數(shù)，取0.95廢水的

16、動(dòng)力粘度系數(shù)，g/(cm.s) =v 水流速度 校核： ， 故設(shè)計(jì)滿足要求。圖5 三相分離器設(shè)計(jì)計(jì)算草圖5.出水系統(tǒng)計(jì)算采用矩形槽圓周出水，槽寬0.2m，槽深0.3m。6.排泥系統(tǒng)設(shè)計(jì)每日產(chǎn)泥量為 =100000.850.11000103=850kgMLSS/d則 每個(gè)UASB每日產(chǎn)泥量為W=850/2=425kgMLSS/d可用200mm的排泥管，每天排泥一次。7.產(chǎn)氣量計(jì)算每日產(chǎn)氣量 G=100000.850.51000103 =4250m3/d=177.1m3/h 儲(chǔ)氣柜容積一般按照日產(chǎn)氣量的25%40%設(shè)計(jì)，大型的消化系統(tǒng)取高值，小型的取低值，本設(shè)計(jì)取38%。儲(chǔ)氣柜的壓力一般為23KPa，不宜太大。8.加熱系統(tǒng)設(shè)進(jìn)水溫度為15C，反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度為