1000吨每日红霉素制药废水处理工程(本科毕业论文).doc

目录摘 要2第一章 概论31.1废水水质31.2 废水处理方法概要51.3 主要制药废水处理工艺51.4 总结9第二章 工艺选择102.1 设计材料102.2 设计要求102.3 处理方案选择102.4 工艺流程11第三章 主体工艺设计计算133.1格栅设计133.2 集水井设计143.3 均质沉淀池设计153.4 水解池设计173.5 UASB反应器设计183.6 内循环好氧三相流化床设计233.7 二沉池设计25第四章 污泥部分设计计算284.1 集泥井设计284.2 污泥浓缩池设计284.3 污泥脱水机械选型29第五章 主要反应设备强度设计计算305.1 UASB反应器强度设计305.2 BASR反应器强度计算31第六章 结论35致谢36参考文献371000t/d红霉素废水处理工程（环境工程专业）学生 指导教师 反应器的工作原理、设计要求，并进行了大量的设计计算，确定了其结构尺寸和运行条件，为了使本设计更具实用性，还对主反应器进行了有关强度、结构方面的尝试。经过完整的摘 要：简述了目前制药行业的生产状况、废水来源及水质特点，介绍了国内制药废水处理领域常用的工艺及发展现状。针对本设计给出的红霉素生产废水水质水量变化大，悬浮物浓度高，含有难生物降解及有毒物质的特点，提出了采用上流式厌氧污泥床反应器加内循环好氧生物流化床进行处理的组合工艺。分析了处理工艺中各主要工艺处理，出水水质将会得到明显改善，并可达到污水综合排放标准一级标准。主题词：制药废水 上流式厌氧污泥床反应器 内循环好氧生物流化床 强度Abstract: this paper introduces the productive status, sources of wastewater and characteristics of wastewater in the pharmacy at present, summarises the common process and the progress in the field of pharmaceutical wastewater treatment. Because the erythromycin wastewater characteristics and flow varies greatly, often has a high SS concentration, contains substances which is toxic and difficult to biological degradation, this paper introduces a combination process of an Upflow Anaerobic Sludge Blanket and an Internal Circulation Aerobic Biological Fluidized Bed. The author Analyses principles of the main reactor and design requirements, and confirms the reactor sizes of configuration and work conditions through a lot of calculation. In order to make this paper practicable, we design intensity and configuration of the main reactors, too. Through this process, we think the effluent would be purified and may achieve the first criterion. Key words: Pharmaceutical wastewater Upflow Anaerobic Sludge Blanket Internal Circulation Aerobic Biological Fluidized Bed Intensity第一章 概论随着医药工业的发展，制药废水已经成为严重的污染源之一。制药工业废水主要包括四种：抗生素工业废水；合成药物生产废水；中成药生产废水；各类制剂生产过程的洗涤水和冲洗废水。由于药物品种繁多，在药物生产过程中，需使用多种原料，生产工艺又比较复杂，因而废水组成也十分复杂，其处理难度也比较大。我国抗生素的研究从20世纪20年代开始，而生产则于50年代初。近年来，逐渐采用电脑控制发酵以及基因技术，来提高发酵效果。但是，目前在抗生素的筛选和生产，菌种选育等方面仍存在许多难点，出现原料利用率低提炼纯度低，废水中残留抗生素含量高等诸多问题，造成严重的环境污染和不必要的浪费。环境问题已经成为世界性的难题之一，严重的环境问题已经构成了对人类生存的威胁，人们已开始认识到经济发展和环境保护是不可分割的整体，只有切实有效地保护环境，才能确保可持续发展。水是地球上唯一不可替代地自然资源，我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，水源不足、水体污染和水环境恶化已成为经济发展的制约因素，保护水资源，防治水污染、改善水环境是实施可持续发展的必由之路。本设计针对目前水污染中严重的污染源之一的抗生素废水悬浮物高、毒性大，不易处理的特点，先介绍了抗生素生产的一般工艺流程，产生抗生素废水的生产环节，以及抗生素废水的水质特征。熟悉其特点是我们对其进行针对性处理的第一步。接着回顾和展望了国内外处理抗生素废水常用的工艺流程，以及其该工艺的原理、优缺点，最后针对本设计的原废水具体特点和相关水质参数，提出本设计的工艺流程，并进行相关工艺计算、主要设备强度计算，根据要求做出工艺流程图、平面布置图及主要设备详图。1.1废水水质1.1.1抗生素废水：主要包括发酵废水、酸碱废水、有机溶剂及洗涤废水等。微生物发酵法生产抗生素的一般工艺流程及排污点见图1-1。图1-1 抗生素发酵生产一般工艺流程及其排污点示意图发酵废水：经提取有用物质后的发酵残液，含有大量未被利用的有机组分及其分解产物，为该类废水的主要污染源。洗涤废水：来源于发酵罐的清洗、分离机的清洗及其它清洗工段和洗地面，水质一般与发酵废水相似，但浓度低。其它废水：生物制药厂大多有冷却水排放。一般浓度不大，可直接排放，但最好回用。1.1.1.1 抗生素废水的水质特征1（1）COD浓度高（500080000mg/L）。其中主要为发酵残余基质及营养物、溶媒提取过程得萃余液、经溶媒回收后排出得蒸馏釜残液、离子交换过程排出得吸附废液、水中不溶性抗生素得发酵滤液以及染菌倒罐液等。（2）废水中SS浓度高（50025000mg/L）.其中主要为发酵的残余培养基质和发酵产生的微生物丝菌体。（3）存在难生物降解物质和有抑菌作用的抗生素等毒性物质。由于发酵中抗生素得率较低，仅为0.10.3，且分离提取率仅6070，因此大部分废水中残留抗生素含量均较高，而结晶母液中更高。会抑制好氧污泥活性，降低处理效果。（4）硫酸盐浓度高。一般认为，好氧条件下硫酸盐得存在对生物处理没有影响，但也有报到硫酸盐达1000mg/L以上对好氧生物处理有抑制。（5）水质成分复杂。中间代谢产物、表面活性剂（破乳剂、消沫剂等）和提取分离中残留的高浓度酸、碱、有机溶剂等化工原料含量高。该类成分易引起PH值波动大、色度高和气味重等不利因素，影响厌氧反应器中甲烷菌正常的活性。（6）水量小但间歇排放，冲击负荷较高，给生物处理带来极大的困难。1.1.2 化学合成制药废水化学制药主要是采用化学方法，使有机物质或无机物质发生化学反应生成所需的合成制药。这类生产废水中含有种类繁多的有机物、金属及废酸废碱等。生产过程本身大量使用各种化学原料，但由于多步反应，原料利用率低，导致废水COD浓度高，含盐量大，大部分随废水排放，对环境造成相当恶劣的影响。废水中主要为有机物，如脂肪、醇、酯、苯、苯酚、甲苯、二甲苯、硝基苯、石油类及氨氮、硫化物和各种金属离子等。该类废水的水质、水量变化大，大多含有生物降解物和微生物生长抑制剂。1.1.3 中成药生产废水中成药废水对于不同产品的生产都有其特殊的产生工段，但大多都包含洗药、提取与制药、洗瓶等工段。中成药废水主要含有各种天然有机污染物，其主要成分为糖类、有机酸、蒽醌、木质素、生物碱、单宁、鞣质、蛋白质、淀粉及它们的水解产物等。中成药废水的水质波动很大，其COD最高含量可达6000mg/L,BOD最高可达2500mg/L。1.1.4 生产过程中的洗涤水及冲洗水主要包括生产过程中各工段的冷却水、制剂冲洗水、净化水等工艺泄漏废水，同时还有相当一部分为卫生清洁的地面冲洗废水。一般污染程度不大，经简单处理可达标排放。1.2 废水处理方法概要随着抗生素大规模的生产，人们就开始对抗生素生产废水的处理进行研究。从20世纪40年代开始至今人们对抗生素生产废水的处理研究不断深入细致，处理技术也从以好氧生物处理为主过渡为以厌氧生物处理技术为主。制药废水水质水量波动较大，是处理难度较大的工业废水之一。所采用的处理方法应根据具体情况进行选择。具体处理方法主要是生化工艺和物化工艺及其组合。物化方法有：混凝法、气浮法、吸附法、焚烧法等。多用作预处理。生化处理有：活性污泥法、SBR法、UASB、两相厌氧处理工艺、生物流化床、生物接触氧化法、生物活性炭、光催化法等。一般采用组合工艺。制药废水的基本工艺流程工艺见图1-2。图1-2 制药废水处理基本工艺流程1.3 主要制药废水处理工艺1.3.1 焚烧法哈高科白天鹅药业集团有限公司，哈医药集团制药总厂联合开发的用于处理高浓度有机制药废水的焚烧法工艺2如下：图1-3 焚烧法工艺流程图高浓度有机废水由中间槽经管路通过废液喷雾器送人炉本体内，燃料油经燃烧装置自动点火，喷人焚烧废液，焚化燃烧3d，可将废液内有机物充分氧化，使其焚化效率与去除率达95以上，产生的废气达到无异味、无恶臭、无烟的完全燃烧的效果，经喷淋洗涤装置去除10m以上的粉尘，将符合排放标准的废气排放至大气。该焚烧处理系统处理能力600kg/h，废水水质COD高达330000mg/L。使用废液专用焚烧炉，可将高浓度有机废液用焚烧的方法处理掉，不仅可以大大削减废水中高浓度有机污染物的含量，而且对提高厂区及周边地区环境污染的控制具有重要意义。由于焚烧法具有高温分解和深度氧化的特性，对有毒、有害废物的处理是其它方法无法取代的。用焚烧方法处理高浓度有机废水具有投资少、占地面积少、见效快及操作不受气候影响的优点。如果用废溶媒及废酒精做辅助燃料以废烧废，可以降低运行成本。其热能还可以回收利用。1.3.2 厌氧好氧两级生化法处理制药废水1.3.2.1 工艺原理由于该种类废水的CODcr浓度比较高，且好氧法处理高浓度有机废水有其自身的缺陷，因而仅用单一的好氧处理很难实现达标排放，但是厌氧法却对处理高浓度有机废水有一定优势。制药废水中含有抗生素，对好氧菌种有毒性，能抑制好氧菌的活性。然而厌氧菌却能进行好氧菌所不能进行的解毒反应，能将废水中的抗生素有效地降解。从厌氧降解三阶段理论来分析，在降解过程中，主要发生抑制作用的是在产甲烷阶段，酸化阶段细菌的适应能力强，能耐很高的毒物浓度，能充分利用第一阶段水解菌的产物，使抗生素及其代谢中间产物得以降解，有利于最后阶段产甲烷过程和后续处理。虽然厌氧法能直接处理高浓度有机废水，但是厌氧法出水的CODcr，BOD浓度仍很高，且带有臭味，不能直接徘放，因而考虑增加好氧处理来克服厌氧处理的缺点。另外，利用厌氧法处理高浓度有机废水不仅最大限度的净化水质，同时还可回收生物能沼气3。厌氧多采用UASB或两相厌氧（ABR-UBF）等,好氧多采用SBR法、生物接触氧化法、CASS以及流化床等工艺。有的还在好氧工艺之后加上气浮或混凝等物化工艺，进一步提高出水水质。具体工艺各排污单位可能有所细微差别。1.3.2.2 应用实例河南省平顶山市某制药厂土霉素生产采用微生物发酵法，在生产过程中要产生一定量的高浓度有机废水外排入湛河，给当地的水环境造成一定影响。该厂废水出水水质及排放标准如下：表1-1平顶山某制药厂原废水出水水质及排放标准项目BOD/mg/lCOD/mg/lSS/mg/lPH废水水质21004500550010005.06.0排放标准6015020069该厂污水处理工艺如下：图1-4 平顶山某制药厂废水处理流程1.3.3 水解酸化好氧法1.3.3.1 水解酸化-好氧工艺原理水解好氧工艺是我国独立自主开发的污水处理工艺，为我国的水污染控制作出了积极的贡献。水解酸化工艺是考虑到产甲烷菌与水解产酸菌生长速率不同，在反应器中利用水流动的淘洗作用造成甲烷菌在反应器中难于繁殖，将厌氧处理控制在反应时间短的厌氧处理第一阶段即在大量水解细菌、产酸菌作用下将不溶性有机物水解为溶解性有机物，难于生物降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质。将厌氧水解处理作为各种生化处理的预处理，由于不需曝气从而大大降低了生产运行成本，可提高污水的可生化性，降低后续生物处理的负荷，大量削减后续好氧处理工艺的曝气量，降低工程投资和运行费用，因而广泛的应用于难生物降解的化工、造纸、制药等高浓度有机工业废水处理中。作为好氧处理的预处理。好氧处理一般可以采用传统活性污泥法、接触氧化法、周期循环延时曝气活性污泥系统（ICEAS）、氧化塘及土地处理等工艺。进一步改善水质，使达标排放。1.3.3.2 应用实例黑龙江省某制药厂的主要生产车间是制剂车间和提取车间。厂区废水主要由生产废水和生活污水组成。污水主要来源于职工食堂和浴池。废水中主要污染物有中药渣、草根纤维、树皮纤维及洗涤用碱等。废水的BODCOD约为0.35，可生化性一般。该厂采用水解酸化生物接触氧化法处理4。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物膜法之间的工艺。接触氧化池内设有填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长于填料表面，部分则是絮状悬浮生长于水中，因此它兼有活性污泥法与生物膜法二者的特点。该厂工艺流程如下图：图1-5 黑龙江某制药厂工艺流程生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物膜法之间的工艺。接触氧化池内设有填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长于填料表面，部分则是絮状悬浮生长于水中，因此它兼有活性污泥法与生物膜法二者的特点。该厂废水水质及排放标准如下：项目BOD/mg/lCOD/mg/lSS/mg/lPH废水水质350450100012004007.72排放要求6015010069多次采样监测结果表明，该厂二沉池出水CODcr浓度基本在85mg/l。达到国家污水综合排放标准(GB89781996)一级标准。上述几种工艺是制药废水中广泛应用的比较成熟的技术。下面简单介绍几种研究中的工艺。1.3.4 光催化降解制药废水5有人设计了一种流化床光催化反应器与过滤预处理相组合的中试系统，制备了一种以30一40目耐火砖颗粒为载体的负载型TiO2光催化剂，以高压汞灯为光源，分别在不同工艺条件下对三类典型难降解有机工业废水(实际印染废水、制药废水以及配制的农药废水)的光催化降解效果进行了考察。结果表明，该系统对这三类废水均有较好的处理效果。1.3.5 超声波处理硝基苯类制药废水6用不同频率和强度的超声波以多种方式对模拟和实际硝基苯废水进行处理。结果表明：(1)功率在100 w，时间为60 s条件下，其硝基苯降解率可达809；(2)加入适量的H2O2及少量的Fe2+，不仅可使COD去除率及硝基苯降解率分别提高到87和92，而且反应时间大大缩短，超声波强度也可减半。实验证明光催化降解为此类废水的工程处理提供了高效、经济的方法。1.4 总结针对不同制药废水的水质特点，厂家的要求及排放标准的不同，可以选用不同的处理工艺。针对较难处理的抗生素废水、化学合成制药废水一般采用组合工艺如：厌氧好氧两级生化法，（微电解）水解酸化好氧法。这都是比较成熟稳定高效的工艺，应用广泛。对于易降解中低浓度制药废水可采用单级生化法如UASB、SBR等。当然一些新工艺也需要大胆尝试。第二章 工艺选择2.1 设计材料某制药厂生产红霉素及淀粉，其生产工艺及排放的废水如下：图2-1 某制药厂生产工艺及废水排放点示意图1红霉素废水（原料30100t玉米，用水30100530500t，其他100t，共600t）。2淀粉废水：淀粉原水、淀白粉沉清水（自然沉降）、含渣水、玉米输送水。a.玉米浸泡水20t（糖、氨基酸、）b.输送玉米水50t（泥沙质、有机物）c.蛋白粉澄清水100t（淀粉、蛋白质、糖）d.玉米浆蒸发冷却水100t（蛋白质、糖）在生产过程中有三种废水：红霉素废水、压滤废水、淀粉废水，三种废水的水质见表2-1。表2-1 三种废水的基本水质情况废水项目红梅素压滤淀粉CODCr(mg/L)20800284001500180017502800SS(mg/L)300050004000600015003000pH67676.67.32.2 设计要求该厂红霉素生产废水水质变化幅度大，冲击力强，硫酸根、金属离子、悬浮物含量均较高，为处理难度较大的制药废水，设计时按三种废水混合后处理。综合废水基本参数为：CODCr=55007900mg/L、SS=35004500mg/L、pH=67.5，设计水量为1000m3/d。要求出水达到污水综合排放标准（GB89781996）一级排放标准。2.3 处理方案选择取设计参数如下：表2-2 工艺设计参数项目COD(mg/l)SS(mg/l)流量Q(m3/d)设计水质670040001000达标水质1007010002.3.1 工艺选择分析该废水属于高有机物，高悬浮物，毒性大废水，而水量不大。主体工艺拟采用UASB反应器，但是其对进水悬浮物含量要求较严格，这是其与其他厌氧处理工艺的明显不同之处，一般以不大于1000mg/l为宜，否则不利于颗粒污泥与进水中有机污染物的充分接触而影响产气量，另一方面容易造成反应器的堵塞问题。此外，进水中SS的种类对颗粒污泥的形成也有较大的影响。故在UASB前降低SS含量是必要的，因此在UASB工艺前设置均质沉淀池，一方面利用固液分离去除废水中的杂质及悬浮物，同时还可以降低废水中有机物含量，使进水达到UASB进水要求；另一方面，由于该红霉素生产废水水质变化幅度大，冲击负荷强，不利于废水处理设施的正常运行，因此利用均质沉淀池池沿的沿程进水，使同时进池的废水转变为前后出水，达到与不同时序的废水混合的目的。由于废水中含有硫酸根、金属离子及残存的抗生素，这对微生物尤其是UASB中产甲烷菌来说具有相当大的毒害作用，甚至可以引起生物处理工艺的失效。因此UASB前设置一个水解池，利用产酸菌的不敏感性，改变毒物的结构或将其分解，使毒性减弱甚至消失，同时大量产酸菌在水解作用下，还可以大大降低悬浮固体浓度。经过水解池预处理的酸化液进入产甲烷器（UASB）就能进行正常的产甲烷反应，并能得到快速、高效的处理。但是UASB出水的CODcr，BOD浓度仍很高，且带有臭味，不能直接徘放，因而考虑增加好氧处理来克服厌氧处理的缺点。三相好氧流化床作为一种新型高效的好氧工艺，近三十年来其应用范围和规模都日益扩展，尤其是其可以达到很高的污泥负荷，使其进水有机物浓度可以较高，且其反应器高径比较大，节约占地。对于用地紧张的企业很适合。经三相流化床处理后，废水再经二沉池就基本可以达到处理目标。2.4 工艺流程图2-2 本工艺流程图第三章 主体工艺设计计算3.1格栅设计格栅一般安置在废水处理流程的前端，用以去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，从而保证后续处理构筑物的正常运行，减轻后续处理构筑物的处理负荷。由于本设计中废水悬浮物很大，但水量相对较小，故采用细格栅，用人工清除格渣。3.1.1 设计说明（1）水泵前格栅条间隙，应根据水泵要求确定；（2）格渣量与地区的特点、格栅的间隙大小、污水流量以及下水道系统的类型等因素有关。格渣的含水率一般为80，容重为960kg/；（3）格栅的过栅流速一般采用0.61.0m/s；（4）栅前渠道内水流速度一般采用0.40.9m/s；（5）格栅倾角一般采用4575。人工清除格栅倾角小时，较省力，但占地面积大；（6）通过格栅的水头损失一般采用0.080.15m；（7）格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0.5m。工作台上应有安全和冲洗设施；（8）格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m。工作台正面过道宽度，当采用人工清除格渣时，不应小于1.2m；（9）设置格栅装置的构筑物，必须考虑有良好的通风设施。图3-1 格栅计算图7（单位：cm）3.1.2 参数选取由于本设计水量小，为了格栅的加工、安装方便，将格栅进行了一定程度的放大。格栅间隙b=0.01m,格栅倾角，栅前水深h=0.4m,进水渠道宽：，过栅流速0.15m/s.3.1.3 设计计算(1)栅条间隙数(2)设计采用10圆钢为栅条，即s=0.01m，则栅槽宽度为(3)过水渠道渐宽部分长度，展开角取=20(4)渐窄部分长度：(5)过栅水头损失(6)栅前渠道超高取=0.3m则栅前槽高为h+=0.7m栅槽总高度为：H=h+=0.705m(7)栅槽总长度L=3.2 集水井设计3.2.1设计说明集水井是汇集准备输送到调节池或其他处理构筑物去的污水或污泥的一种小型贮水池。由于工业废水排放的不连续性，为了避免处理的难度，所以在格栅和均质沉淀池之间设置一个集水井。3.2.2 设计计算取水力停留时间HRT=2h,集水井有效深度h=4.5m,水面超高0.5m。（1）集水井有效容积（2）集水井水面面积取集水井长、宽分别为5m,4m其尺寸为5453.2.3 提升泵的选取选用QW型潜水排污泵，它适用于所有污水、泥浆水、雨水及工艺用水的抽送、排放。QW型泵排污性能强，具有独特设计的“高效、无堵、防缠绕”性能的特种水泵。与传统水泵相比，该泵叶轮的独到之处在于单叶片或双叶片、大流道，有非常好的过流特性，避免了水流在低速情况下可能造成的堵塞和缠绕，这种独特的叶轮流道设计，再配合合理的涡体设计，使污水中的纸、纺织物、垃圾袋及其他物料能自由通过。其性能参数如下表：表3-1 QW型提升泵的性能参数8型号出水口径/mm流量/(/h)扬程/m转速/(r/min)轴功率/kW泵效率/%重量/kg80QW50-1080501014304.8372.31003.3 均质沉淀池设计3.3.1设计说明无论是工业废水，还是城市污水或生活污水，水质水量在24小时之内都有波动。一般来说，工业废水的波动大，中小型工厂的波动就更大，甚至一日之内或 班产之间都有很大的变化。这种变化对污水处理设备，特别是生物处理设备正常发挥其净化功能是不利的，甚至还可能是遭到破坏。同样对于物化处理设备，水量和水质的波动越大，过程参数难以控制，处理效果不稳定；反之，波动越小，效果就越稳定。在这种情况下，在废水处理系统之前，设置均化调节池，用以进行水量的调节和水质的均化，以保证后续处理的正常。由于本设计中制药废水中悬浮物（SS）浓度很高，此均质池也兼具沉淀池的功能。该池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进行。其均质作用主要靠池侧的沿程进水，使同时进入池的废水变为前后出水，以达到与不同时序的废水相混合的目的。由于其均质及沉淀双重功能，故名均质沉淀池。3.3.2参数选取水力停留时间T=8h，设计流量Q=1000表3-2 均质沉淀池设计参数CODSS进水水质mg/l67004000去除率%2570出水水质mg/l502512003.3.3设计计算图3-2 均质沉淀池计算图（单位：cm）（1）池子尺寸均质沉淀池有效容积取池有效水深h=3m则池表面积取池长L=19m，池宽B=6m，超高=0.5m则池子尺寸为：1963.5()（2）理论每日污泥量（3）污泥斗尺寸沿池长方向设三个污泥斗，泥斗上口尺寸为60006000，下口尺寸为400400，污泥斗倾角取55。则污泥斗高度为均质沉淀池总高：，每个污泥斗容积：污泥斗总容积，符合设计要求。3.4 水解池设计3.4.1 设计说明本设计中该厂红霉素生产废水水质变化幅度大，冲击力强，硫酸根、金属离子、悬浮物含量均较高，并且抗生素对微生物具有一定的毒性，为处理难度较大的制药废水。由于后续UASB工艺中产甲烷菌对毒性物质较敏感，且悬浮物浓度也不宜太大，为了能充分发挥UASB工艺的处理能力，达到良好的处理效果，在UASB前设置水解池，作为预处理，利用水解菌、产酸菌充分去除或改变有毒或抑制性化合物的结构，同时有效的去除悬浮性COD，使出水主要为溶解性小分子COD，利于后续处理。从工程上讲，厌氧发酵产生沼气的过程可分为水解阶段、酸化阶段和甲烷化阶段等三个阶段。水解池是把反应过程控制在第二格阶段之前完成，不进入第三个阶段。它实际上完成水解和酸化两个过程（酸化也可能不十分彻底），但为了简化，简称为水解。水解池具有以下优点：（1）不需要密闭的池子，不需要搅拌器，不需要水、气、固三相分离器，降低了造价和便于维护。（2）水解、产酸阶段的产物主要是小分子的有机物，可生化性一般较好，故水解可改变原污水的可生化性，从而减少反应时间和处理的能耗。（3）由于反应控制在第二阶段完成前，出水无厌氧发酵的不良气味，改善了处理厂环境。（4）由于第一、第二阶段反应迅速，故水解池体积小，与初沉池相当，节省基建投资，（5）由于水解池对固体有机物的降解，减少了污泥量，具有消化池功能。3.4.2 设计计算表3-3 水解池设计参数CODSS进水水质mg/l51001200去除率%3050出水水质mg/l3570600（1）取表面负荷q=0.5，水力停留时间t=6h则池表面积A=Q/q=41.67/0.5=83.34将水解池设计成方行，边长为9m，则实际水解池表面积为=81有效水深h=qt=0.56=3m则水解池的有效容积V=h=813=243超高取0.5m，则水解池的尺寸为993.5实际表面负荷停留时间=V/Q=0.243d=5.8h（2）进水装置位于池底部，采用竖管布水或者穿孔管布水。每个布水孔口的服务面积0.5-2，每个孔口的流向不同，流速采用0.4-1.5m/s，并尽量避免孔口的堵塞和短流。出水堰间距2-3m，出水堰设置挡渣板，排泥装置位于池中部。3.5 UASB反应器设计3.5.1 设计说明UASB（上流式厌氧污泥床）反应器是Lettinga等人于19721978年间开发研制的一项有机废水厌氧生物处理技术，这种反应器于20实际80年代开始在高浓度有机工业废水的处理中得到日趋广泛的应用。UASB反应器的基本构造主要包括：污泥床、悬浮污泥层、布水器、三相分离器。污泥床位于整个UASB反应器的底部，污泥床内具有很高的污泥生物量，其污泥浓度一般为4080MLSSg/L，污泥床中的污泥由活性生物量占7080以上的高度发展的颗粒污泥组成，正常运行的UASB中的颗粒污泥的粒径一般在0.55mm之间，具有优良的沉降性能，其沉降速度一般为1.21.4cm/s，其典型的污泥容积指数(SVI)为1020ml/g。污泥床容积一般占UASB反应区容积的30左右，但它对UASB反应器的整体处理效率起着极为重要的作用，它对反应器中有机物的降解量一般可占到整个反应器全部降解量的7090。悬浮污泥层位于污泥床上部，它占据UASB反应区容积的70左右，其中的污泥浓度要低于污泥床，通常为1030MLSSg/L，由高度絮凝的污泥组成，一般为非颗粒污泥，其沉速明显小于颗粒污泥的沉速。这一层污泥担负着整个UASB反应器有机物降解量的1030。布水器主要功能是将进入反应器的原废水均匀的分配到反应器整个横断面并均匀上升，起到搅拌作用，这是反应器高效运行的关键环节。三相分离器由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是将气体、污泥在沉淀区进行分离，污泥经回流缝回流到反应区，沉淀澄清后的处理水均匀的加以收集排出系统。具有三相分离器是UASB反应器处理工艺的主要特点之一，它相当于传统废水处理工艺中的二沉池，并同时具有污泥回流的功能。因而三相分离器的合理设计是保证其正常运行的一个重要因素。3.5.2 UASB工作原理UASB反应器在运行工程中，废水通过进水配水系统以一定的流速自反应器底部进入，水流依次流经污泥床、悬浮污泥层至三相分离器。UASB反应器中的水流呈推流形式，进水与污泥床及悬浮污泥层中的微生物充分混合接触并进行厌氧分解，厌氧分解过程中产生的沼气在上升过程中将污泥颗粒托起，由于大量气泡的产生，引起污泥床的膨胀。在反应器上部由于气泡的破裂，绝大部分污泥颗粒又回到污泥床区。随着反应器产气量的不断增加，由气泡产生的搅拌作用变得日趋剧烈，气体变从污泥床内突发的逸出，引起污泥床表面呈沸腾和流化状态。反应器中沉淀性能较差的絮状污泥则在气体的搅拌作用下，在反应器上部形成悬浮污泥层；沉淀性能良好的颗粒污泥则处于反应器下部形成高浓度的污泥床。随着水流的上升流动，气、水、泥三相混合液上升至三相分离器中，气体遇到挡板后折向集气室而被有效的分离排出；污泥和水进入上部的沉淀区，在重力作用下泥和水发生分离。由于三相分离器的作用，使得反应器混合液中的污泥有一个良好的沉淀、分离和再絮凝的环境，有利于提高污泥的沉降性能。在一定的水力负荷下，绝大部分污泥能在反应器中保持很长的停留时间，使反应器中具有足够的污泥量1。3.5.3 参数选取容积负荷(Nv)取，污泥产率取0.1kgMLSS/kgCOD,产气率0.5。表3-4 UASB设计处理效果CODSS进水水质mg/l3600600去除率%8050出水水质mg/l720300设计水量Q=1000 =41.67 =0.0116。3.5.4 池体设计计算反应器有效容积取水力负荷q=0.4则反应器表面积A=Q/q=41.67/0.4=104.2。将UASB设计成方行，取边长为10m，分为两格（座），实际表面积为=100，实际表面水力负荷。则反应器有效高度h=9.4m3.5.5 三相分离器设计3.5.5.1 设计说明三相分离器的主要功能是进行固体（反应器中的污泥）、气体（反应过程产生的沼气）和液体（被处理的废水）等三相加以分离，将沼气引入集气室，将固体颗粒导入反应区，将处理后的废水引入排水渠。三相分离器中，气液分离功能主要由合理配置的倾斜导流板和有斜面的倒流块完成；固液分离功能则主要由斜板以上的沉淀室完成。三相分离器的设计包括沉淀区,回流缝,气液分离器的设计。由于沉淀区的厌氧污泥及有机物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,故设计三相分离器时应满足以下要求：沉淀区水力负荷小于1.0m/h；沉淀区斜壁角度应该在4560之间,使污泥不致积聚,尽快落入反应区内；沉淀区总水深应大于等于1.5米；沉淀区水力停留时间介于1.52h；进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速2m/l；在集气室内应保持气液界面，以释放和收集气体，阻止浮渣层的形成；导流体（板）与缝隙自己的遮盖部分应该在100200mm，以避免上升的气体进入沉淀区；在出水堰之间应该设置浮渣挡板；出气管的直管应该足够大，以保证从集气室引出沼气，特别是有泡沫的情况3.5.5.2 设计计算设计三相分离器与短边平行，沿长边每池布置4个，构成4个分离单元。其结构见图3-3。下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速可用下式计算：其中：-下三角形集气罩的面积，上下三角形集气罩之间的回流缝宽度取0.5m则上下三角形集气罩之间回流缝中的上升流速为：其中-上下三角形集气罩之间回流缝的面积，又可由三角形的比例关系，求的BC=1.0m，AB=0.34m。图3-3 单元三相分离器计算图（单位：cm）3.5.5.3 沼气分离效果验证设能分离的最小气泡直径为d=0.01cm，常温下清水的运动粘滞系数为：，清水密度，沼气密度，碰撞系数，则清水的动力粘度，由于废水的粘度一般大于清水的粘度，可取则气泡上升速度：=1.04m/h则有：，故满足要求。3.5.6 布水系统设计3.5.6.1 设计说明进水配水系统兼有配水与水力搅拌功能，所以必须满足以下原则：进水必须在反应器底部均匀分配，确保各单位面积进水量基本相等，以防止短路和表面负荷不均匀现象发生；应满足污泥床水力搅拌的需要，要同时考虑水力搅拌与产生的沼气搅拌，使污泥区达到完全混合的效果，确保促进有机物与污泥迅速混合，防止产生局部酸化现象；易于观察进水管的堵塞现象，如发生堵塞应易于消除。3.5.6.2 常用布水系统910（1）连续进水布水方式一管一孔配水方式：为了确保进水可以等量的分布在反应器，每个进水管线仅仅与一个进水点相连接是最理想的情况，为了保证每一个进水点达到其应得的进水流量，一般采用高于反应器的水箱式进水分配系统。其一个好处是可以用肉眼观察堵塞情况。一管多孔配水方式（又名穿孔管配水系统）：为了配水均匀，配水管中心距采用1.02.0m，出口孔距也可采用1.02.0m，孔径一般1020mm，常采用15mm。孔口向下或与垂线呈45方向，每个出水孔服务面积一般为24。配水管的孔径最好不少于100mm，常用150mm。配水管中心距池底一般为2025cm。为了使穿孔管各孔出水均匀，要求出口流速不小于2m/s，使出水孔阻力损失大于穿孔管的沿程阻力损失。分枝式配水方式（又名树枝式管式配水系统）：采用对称布置，各支管出水口向下距池底约20cm，位于所服务面积的中心。管口对准池底所