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文檔簡介

1、中北大學(xué) 水污染控制工程及技術(shù)課程設(shè)計目錄緒論11 沉砂池11.1 沉砂池的基本定義11.2 污水中的砂粒11.3 沉砂池的作用11.4 沉淀池的分類12 曝氣沉砂池12.1 曝氣沉砂池的定義12.2 曝氣沉砂池的特點(diǎn)22.3 曝氣沉砂池的構(gòu)造及工作原理22.4 曝氣沉砂池中的水流及顆粒軌跡特點(diǎn)22.5 曝氣沉砂池的沉砂效率32.6 曝氣沉砂池的清砂方式43 曝氣沉砂池的設(shè)計43.1設(shè)計參數(shù)43.2 注意事項63.3 設(shè)計計算63.4 實際設(shè)計與計算74 結(jié)束語85 參考文獻(xiàn)8緒論本文介紹了工業(yè)污水處理中常用的曝氣沉砂池工藝以及與其的相關(guān)理論基礎(chǔ)知識,旨在全面了解曝氣沉砂池的構(gòu)造,工作流程,及

2、其優(yōu)點(diǎn)與不足。通過學(xué)習(xí)并根據(jù)已知條件,初步設(shè)計簡單的曝氣沉砂池構(gòu)型,通過數(shù)據(jù)采集計算,確定其具體參數(shù),完成設(shè)計。從而全面、準(zhǔn)確、深刻的了解曝氣沉砂池。1 沉砂池1.1 沉砂池的基本定義城市污水或綜合污水的處理一般在預(yù)處理段設(shè)置沉砂池。沉砂池的作用是去除水中密度比較大的無機(jī)顆粒,如泥沙、煤渣等,一般設(shè)在泵站、倒虹管、沉淀池前,來減輕水泵和管道的摩擦,防止后續(xù)處理構(gòu)筑物管道的堵塞,縮小污泥處理構(gòu)筑物的容積,提高污泥有機(jī)物組分的含量,提高污泥作為肥料的價值1。1.2 污水中的砂粒污水中的砂粒是指相對密度較大,易沉淀分離的一些大顆粒物質(zhì),主要是污水中的無機(jī)性砂粒,礫石和少量較重的有機(jī)物顆粒,如樹皮、骨

3、頭、種粒等。在顆粒物質(zhì)的表面還附著一些粘性有機(jī)物,這些粘性有機(jī)物是極易腐敗的污泥,因此,這些顆粒物質(zhì)都應(yīng)在沉砂池中被去除。1.3 沉砂池的作用(1)防止活動的機(jī)械設(shè)備受到磨損而帶來不正常的損耗;(2)減少在管道、渠道和導(dǎo)管中形成重沉積物;(3)減少消化池由于砂過分累積引起的清理頻率。實質(zhì)上除砂是在離心機(jī),換熱器和高壓隔膜泵之前2。1.4 沉淀池的分類常選用的沉砂池有平流沉砂池、豎流沉砂池、曝氣沉砂池和旋流沉砂池4種。平流式矩形沉砂池是常用的型式,具有構(gòu)造簡單、處理效果較好的優(yōu)點(diǎn)。曝氣沉砂池是在池的一側(cè)通人空氣,使污水沿池旋轉(zhuǎn)前進(jìn),從而產(chǎn)生與主流垂直的橫向恒速環(huán)流。曝氣沉砂池的優(yōu)點(diǎn)是通過調(diào)節(jié)曝氣

4、量,可以控制污水的旋流速度,使除砂效率較穩(wěn)定,受流量變化的影響較小,同時,還對污水起預(yù)曝氣作用。渦流式沉砂池是利用水力渦流,使泥砂和有機(jī)物分開,以達(dá)到除砂目的。該池型具有基建、運(yùn)行費(fèi)用低和除砂效果好等優(yōu)點(diǎn),在北美國家廣泛應(yīng)用。2 曝氣沉砂池2.1 曝氣沉砂池的定義 曝氣沉砂池從1950年代開始試用,目前已經(jīng)推廣使用。2.2 曝氣沉砂池的特點(diǎn)普通平流式沉砂池的主要缺點(diǎn)是沉砂中夾雜約有15%的有機(jī)物,對被有機(jī)物包覆的砂粒,截留效果也不佳,沉砂易于腐化發(fā)臭,增加了沉砂后續(xù)處理的難度。而曝氣沉砂池則可以在一定程度上克服這些缺點(diǎn)。和其它形式的沉砂池相比, 曝氣沉砂池的特點(diǎn)是: 一, 可通過曝氣來實現(xiàn)對水

5、流的調(diào)節(jié),而其它沉砂池池內(nèi)流速是通過結(jié)構(gòu)尺寸確定的, 在實際運(yùn)行中幾乎不能進(jìn)行調(diào)解; 二, 通過曝氣可以有助于有機(jī)物和砂子的分離。如果沉砂的最終處置是填埋或者再利用(制作建筑材料) , 則要求得到較干凈的沉砂, 此時采用曝氣沉砂池較好, 而且最好在曝氣沉砂池后同時設(shè)置沉砂分選設(shè)備。通過分選一方面可減少有機(jī)物產(chǎn)生的氣味,另一方面有助于沉砂的脫水3。它的特點(diǎn)是:沉砂中有機(jī)物的含量低于5%;具有預(yù)曝氣、脫臭、防止污水厭氧分解、加速污水中油類的分離。2.3 曝氣沉砂池的構(gòu)造及工作原理曝氣沉砂池是一個長型渠道,沿渠壁一側(cè)的整個長度上,距池底6090cm處設(shè)置曝氣裝置,在池底設(shè)置沉砂斗,池底有i=0.10

6、.5的坡度,以保證砂?;肷安邸榱耸蛊貧饽芷鸬匠貎?nèi)回流作用,有必要時可在設(shè)置曝氣裝置的一側(cè)裝擋板。污水在池中存在著兩種運(yùn)動方式,其一為水平流動(流速一般取0.1ms,不得超過0.3ms),同時,由于在池的一側(cè)有曝氣作用,因而在池的橫斷面上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,整個池內(nèi)水流產(chǎn)生螺旋狀前進(jìn)的流動形式。旋轉(zhuǎn)速度在過水?dāng)嗝娴闹行奶幾钚。诔氐闹苓厔t為最大??諝獾墓┙o量應(yīng)保證在池中污水的旋流速度達(dá)到0.250.40m/s。由于曝氣以及水流的螺旋旋轉(zhuǎn)作用,污水中懸浮顆粒相互碰撞、摩擦、并受到氣泡上升時的沖刷作用,使黏附在砂粒上的有機(jī)污染物得以去除,沉于池底的砂粒較為純凈。有機(jī)物含量只有5%左右的砂粒,長期擱置

7、也不至于腐化4。2.4 曝氣沉砂池中的水流及顆粒軌跡特點(diǎn)通過在曝氣沉砂池內(nèi)一側(cè)鼓入空氣, 會使水流產(chǎn)生垂直于水平軸的豎向流, 其與在沉砂池內(nèi)的水平流疊加產(chǎn)生螺旋流,如圖1 所示。這種螺旋流一方面使有機(jī)物和砂子得到分離, 另一方面將沉入池底的砂子沖入集砂槽內(nèi)。砂子等顆粒物質(zhì)在曝氣沉砂池內(nèi)由于受不同水流的影響, 不同顆粒運(yùn)動情況也不相同。在具有高旋流速度的區(qū)域,如水面處,小顆粒受水流的影響比大顆粒大, 所以小顆粒物質(zhì)比大顆粒物質(zhì)更快到達(dá)池邊(如圖2 中a 點(diǎn)軌跡) 。在池邊由于水平流速較小,所以顆粒水平運(yùn)動的距離較短, 較大的顆粒會較快地沉入池底(如圖2 中a 點(diǎn)軌跡) 。在池橫斷面的中部(如圖2

8、 中b 點(diǎn)) ,由于具有較高的水平流速,而旋流速度較小, 所以顆粒沿水平方向運(yùn)動的距離比沿橫斷面方向運(yùn)動的距離大。顆粒在重力的作用下沉到池底,沿著沉淀路線,水平流速逐步減小, 旋流速度逐步增大。在這一區(qū)域較小的顆粒受旋流的影響較大, 所以在橫斷面方向運(yùn)動比較大顆粒運(yùn)動距離大(如圖2 中b 點(diǎn)軌跡和)3 。2.5 曝氣沉砂池的沉砂效率對于所有沉砂池而言, 沉砂效率首先取決于水力停留時間。表1是曝氣沉砂池對不同顆粒粒徑砂子的截流情況。從表1中可以看出粒徑為0.10.2mm 顆粒的截流效率是達(dá)不到100%的, 0.2mm 顆粒的截流效率為85% , 而0.1mm 顆粒的截留效率僅為50%。實際運(yùn)行時

9、, 沉砂池的沉砂效率可以通過測定初次沉淀池污泥中砂子的含量來確定。如果沉砂效率不高時, 應(yīng)根據(jù)實際情況調(diào)整運(yùn)行參數(shù)來提高沉砂效率。表1 曝氣沉砂池的截流效率與截流效率(%)顆粒粒徑d(mm)節(jié)流效率(%)0.300.200.150.100.079585755010曝氣沉砂池與其它沉砂池相比優(yōu)點(diǎn)之一就是污水中的有機(jī)物和無機(jī)物可以得到較好的分離。一般供氣量越大,這種分離效果越好;但是供氣量過大,會影響曝氣沉砂池的沉砂效果,特別是對細(xì)顆粒砂子的截流效果。按我國規(guī)范規(guī)定氣水流量比一般為0.10.2 ; 國外對此規(guī)定也不盡相同, 表3是各國對供氣量的規(guī)定情況一覽表。德國有人通過對30座曝氣沉砂池的調(diào)查,

10、發(fā)現(xiàn)供氣量普遍超過實際需要量,盡管這些曝氣沉砂池大小尺寸均滿足要求, 但供氣量過大并沒有得到良好的沉砂效果, 后續(xù)處理構(gòu)筑物中仍然有許多應(yīng)由沉砂池截留的砂子沉淀。相反通過減少供氣量后, 曝氣沉砂池的工作狀況卻得以改善。通過試驗按能量密度確定了供氣量的計算公式(公式(2) ) ,并認(rèn)為用此公式進(jìn)行設(shè)計可以保證和改善曝氣沉砂池的工作效果。Qa = 3.4 F0.5 (2)式中F 沉砂池橫截面積(m2 ) ;Qa 單位池長需要的空氣流量(m3(h ·m))。在曝氣沉砂池中由于曝氣后使池內(nèi)的水流(水平流和豎向流疊加) 產(chǎn)生螺旋型水流, 其旋流速度是由供氣量大小控制的, 而旋流速度的控制要以除

11、砂的質(zhì)量和數(shù)量為依據(jù)。曝氣沉砂池的關(guān)鍵是池內(nèi)水的旋流速度, 盡管水平流速受水量變化影響很大, 但一般只要旋流速度保持在0.250.30ms的范圍內(nèi), 就可獲得較好的除砂效果, 水平流速一般控制在0.060.12ms范圍內(nèi)。2.6 曝氣沉砂池的清砂方式抓斗清砂吸砂泵清砂角閥排砂3 曝氣沉砂池的設(shè)計3.1 設(shè)計參數(shù)流速度應(yīng)保持:0.250.3ms;平流速為:0.060.12ms最大流量時停留時間為13min;有效水深為23m,寬深比一般采用12;長寬比可達(dá)5,當(dāng)池長比池寬大得多時,應(yīng)考慮設(shè)置橫向擋板;lm3污水的曝氣量為0.2m3空氣;空氣擴(kuò)散裝置設(shè)在池的一側(cè),距池底約0.60.9m,送氣管應(yīng)設(shè)置

12、調(diào)節(jié)氣量的閘門;池子的形狀應(yīng)盡可能不產(chǎn)生偏流或死角,在集砂槽附近可安裝縱向擋板;池子的進(jìn)口和出目布置應(yīng)防比發(fā)生短路,進(jìn)水方向應(yīng)與池中旋流方向一致,出水方向應(yīng)與進(jìn)水方向垂直,并宜考慮設(shè)置擋板;池內(nèi)應(yīng)考慮設(shè)消泡裝置。曝氣沉砂池的允許表面水力負(fù)荷(由于在實際情況中存在有水流的紊流,所以實際采用的允許表面水利符合q低于理想情況下的沉速,允許表現(xiàn)水力負(fù)荷與沉砂池表面積之間的關(guān)系見公式) q=QA 式中 A沉砂池表面積(m); Q進(jìn)水水量(m/h); q允許表面水力符合(m/(mh)。允許表面水力負(fù)荷與不同粒徑砂子的分離效率情況如表2所示。表2 允許表面水力負(fù)荷和砂子的分離效率的關(guān)系分離效率表面負(fù)荷粒徑1

13、0090850.1250.1600.2000.2500.3153.605.7610.819.8031.686.129.3617.2829.5244.287.9211.8821.2436.0052.923.2 注意事項(1) 曝氣沉砂池的橫斷面面積一般為115m,其寬度和設(shè)計流量時的水深比一般為0.80.9;(2) 曝氣沉砂池長度不宜小于池寬的10倍,最大一般不宜大于60m;(3) 如果沒有除渣池,除渣池長度必須小于曝氣沉砂池的長度,以保證沉砂池的最佳除砂效果,兩池之間的擋水墻底至少為除渣池深度的30%(在最小流量時也應(yīng)淹沒于水中),除渣池寬度一般為全池寬度的1/3;(4) 曝氣器距曝氣沉砂池集

14、砂槽上沿的距離一般為30cm,曝氣器一側(cè)以下的池底傾角一般為70°,相對側(cè)池底一般為45°,如果設(shè)有除渣池時一般為30°40°(5) 集砂槽帝寬度一般為30cm,其距曝氣器一側(cè)池壁的距離一般為曝氣沉砂池寬度的1/3;(6) 曝氣沉砂池的進(jìn)口和出口的布置,應(yīng)防止發(fā)生短路,進(jìn)水方向應(yīng)和池內(nèi)水旋流方向一致,出水方向應(yīng)和進(jìn)水方向垂直;(7) 曝氣器固定安裝時宜采用穿孔管(粗氣泡曝氣器),若采用微氣泡曝氣器時,由于易堵塞,故應(yīng)用易檢修、拆卸的安裝方式;(8) 供氣量應(yīng)能夠進(jìn)行調(diào)解,沿地長從前至后宜按2:1分配,最后23m池長不曝氣(9) 曝氣沉砂池內(nèi)應(yīng)考慮消泡措施

15、。3.3 設(shè)計計算池總有效容積:V=60qvmaxtm3式中:q最大設(shè)計流量,m/s; t 最大設(shè)計流量時的停留時間,min。水流斷面面積:A=qvmaxv1m2式中:v最大設(shè)計流量時的水平流速,m/s;池總寬度:b=Ah2m式中:h設(shè)計有效水深,m。池長度L=VAm每小時所需要的空氣量:q=Dqvmax×3600,m3h式中:D每立方米廢水所需要的空氣量,m。表3 單位池長所需要的空氣量曝氣管水下浸沒深度/m最低空氣用量/(mmh)最大空氣量/(mmh)1.52.02.53.04.012.515.011.014.510.514.010.514.010.013.53029282825

16、 這里空氣量的計算,也可按單位池長所需的空氣量進(jìn)行計算。3.4 實際設(shè)計與計算根據(jù)任務(wù)書要求:最大設(shè)計流量:1.0m3/s;日設(shè)計流量:70000 m3/d。池的容積。由于例行維護(hù)需要周期性的排空沉砂池,因而采用兩個沉砂池。假定最大流量下的平均停留時間為3min。沉砂池容積,V=60qvmaxt=60smin×1m3s×3min =180m3每格沉砂池的容積為:V1=v2=90m3確定水流斷面面積:設(shè)最大設(shè)計流量時的水平流速v=0.1m/s,A=qvmaxv1=1m3/s0.1m/s=10m2因為設(shè)計中為兩個沉砂池,所以每個池子的水流橫斷面積為: A2=A2=10m22=5

17、m2確定池長:L=V1A2=90m35m2=18m每格池子的寬度B:設(shè)每格池子的高度為H=3.0m B=AH=10m23m=3.34m確定平均流量下每個沉砂池中的停留時間。 停留時間=90m37000024×3600m3s=111s1min60s=1.85min確定每小時空氣供應(yīng)需要量。查計算手冊可知,lm3污水的曝氣量為0.2m3空氣。 q1=Dqvmax×3600=0.2×1.0×3600=720m3h=12m3min(每個沉砂池)總的供氣量 q=12×2=24m3min4 結(jié)束語往往只有到了這種需要全面知識的時候,我們才會看到自身的不足,

18、而且也只有到這個時候我們才會感覺到什么都沒有學(xué)到。其實我一直都認(rèn)為在大學(xué)里,實驗和課程設(shè)計是最快增進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的兩個途徑。前者是鍛煉了我們的實際操作能力,而后者則鍛煉了我們?nèi)娼M織、自我學(xué)習(xí)、探索、創(chuàng)新的能力。在說一下我對于老師授課方式的感覺吧!我最欣賞老師上課的方式有以下幾點(diǎn)(雖然我不怎么好好聽課):1、老師會和我們一起來討論關(guān)于您試驗的東西,包括問題,雖然我們可能不會懂,但說句實話,我們會去想;2、工科的課程不完全時工科的內(nèi)容,有時候授課一方面是在教授課本知識,另一方面是在傳授一種精神,這種精神可能不是您自身擁有的,但是您把這種好的精神展現(xiàn)在了我們的面前,這些多少對我們有點(diǎn)影響的(您推薦的曾仕強(qiáng)教授的易經(jīng)的奧秘,我正在看)。我想象中的大學(xué)老師、教授,他們在上課的時候所講授的內(nèi)容,會照顧到不同需求的學(xué)生。而現(xiàn)在很多老師只是在顧忌要學(xué)習(xí)專

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