第5章污泥处理系统.docx
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第5章污泥处理系统
第5章污泥处理系统
5.1污泥处理工艺流程
污泥处理工艺流程如图5.1所示
图5.1污泥处理工艺流程
5.2浓缩池
本设计采用2座重力浓缩池。
5.2.1设计参数
1.固体通量30~60kg/(m2.d);
2.二沉池污泥含水率为99.2%~99.6%,取99.6%,初沉池污泥含水率95%~97%,取96%,浓缩池出泥含水率96%~97%,取96%;
3.每人每日产生污泥量
初沉池每人每天产生污泥量as=16~36g/(人.d);二沉池每人每天产生污泥量as=12~32g/(人.d)。
4.浓缩池浓缩时间不小于12h,一般在12~16h;
5.有效水深H=4m左右。
5.2.2设计计算
1.初沉池污泥量
(5.2a)
(5.2b)
式中:
Q1—初沉池污泥量(m3/h);
S—每人每天污泥量[L/(人.d)];
as—每人每天产生污泥量[g/(人.d)];
N1—设计人口当量(人),按SS计。
设计中取初沉迟每人每天产生污泥量as=20g/(人.d),则:
L/人.d
2.二沉池剩余污泥量
(5.2c)
(5.2d)
式中:
Q2″—二沉池剩余污泥量(m3/h);
as—每人每天产生污泥量[g/(人.d)];
S—每人每天污泥量[L/(人.d)];
N1—设计人口当量(人),按BOD5计。
设计中取as=20g/(人.d),则:
L/人.d则
设2座浓缩池,则单个浓缩池:
3.浓缩池几何尺寸的确定
浓缩池计算草图如图5.2所示
图5.2浓缩池计算草图
设浓缩池直径约为有效水深的2倍,即
,设浓缩池有效水深h1=4.2m,则D=8.4m。
锥体部分高
则浓缩池锥体部分的体积
V锥=
浓缩池柱体部分的体积
V柱=
取污泥浓缩时间为12h,
V锥+V柱=20.87+232.75=253.62m3>12Q=224.4m3
则实际有效水深:
4.分离污水量
(5.2e)
式中:
P1—浓缩前污泥含水率,取99.6%;
P2—浓缩后污泥含水率,取96%;
每天分离污水量为:
V水=qT=16.83×12=201.96m3
5.浓缩后的污泥量
(5.2f)
式中:
P1—浓缩前污泥含水率;取99.6%
P2—浓缩后污泥含水率;取96%
则二沉浓缩污泥量:
V剩泥=Q2′T=1.87×12=22.44m3
初沉浓缩污泥量:
V初泥=
二沉污泥浓缩后泥位:
加入初沉污泥后的泥位:
取超高h3=0.5m,则浓缩池总高
H=h1+h2+h3=3.67+1.13+0.5=5.3m
5.3贮泥池
贮泥池用来贮存来浓缩池的污泥。
由于污泥量不大,本设计采用1座贮泥池,贮泥池采用竖流沉淀池构造。
1.贮泥池设计进泥量
Q=Q1+Q2(5.3a)
式中:
Q—每日产生污泥量(m3/d);
Q1—初沉池泥量(m3/d);
Q2—浓缩后剩余污泥量(m3/d)
由前面结果可知,Q1=136m3/d,每日产生污泥量
Q=136+22.44×2=180.88m3/d
2.贮泥池的容积
(5.3b)
式中:
V—贮泥池计算容积(m3);
Q—每日产泥量(m3/d);
t—贮泥时间,一般采用8~12;
n—贮泥池个数(个)。
设计中取t=10h,n=1,则贮泥池计算容积
V=180.88×10/24=75.4m3
贮泥池设计容积
V=a2h2+1/3h3(a2+ab+b2)(5.3c)
h3=tanα(a-b)/2(5.3d)
式中V—贮泥池容积(m3);
h2—贮泥池有效深度(m);
h3—污泥斗高度(m);
a—污泥贮池边长(m);
b—污泥斗底边长(m);
n—污泥贮池个数(个);
α—污泥斗倾角,一般采用60o
设计中取n=1个,a=4.5m,h2=3.5m,污泥斗底为正方形,边长b=1.0m,则污泥斗高度:
h3=tan60o
=3.03m
V=4.52×3.5+1/3×3.03×(4.52+4.5×1+12)=96.88m3>75.4m3
符合要求。
3.贮泥池高度:
(5.3e)
式中h—污泥贮池高度(m);
h1—超高(m),一般采用0.3m;
h2—污泥贮池有效深度(m);
h3—污泥斗高(m);
h=0.3+3.5+3.03=6.83m
4.管道部分
每个贮泥池中设DN150mm的吸泥管一根,共设有2根进泥管,1根来自初沉池,管径DN200mm;另1根来自污泥浓缩池,管径均为150mm。
5.4消化池
消化池的作用是为了使污泥中的有机质,变为稳定的腐殖质,同时可以减少污泥体积,并改善污泥性质,是之易于脱水,减少和控制病原微生物,获得有用副产物沼气等。
5.4.1设计参数
1.池子的数目与大小:
为了防止检修时全部污泥停止厌氧处理,消化池的数量至少设计为两座;
2.池顶:
常用的固定盖池顶,为一弧形穹顶,或为截圆锥形;
3.管道布置:
消化池附设的管道有污泥管、排上清液管、溢流管、取样管等;
4.消化池的清扫:
为了维持消化池的设计体积,设计中应包括定期清扫砂子的设备;
5.消化池的构造:
消化池的池体要求不渗水,一般采用钢筋混凝土结构。
5.4.2设计计算
初沉污泥量为136m3/d,浓缩后的剩余活性污泥量为44.88m3/d。
它们的含水率均为96%,采用两级中温消化处理。
生污泥年平均温度为20℃,日平均最低温度为15℃;平均室外温度为13.3℃,冬季室外计算气温,采用历年平均每年不保证5d的日平均温度为﹣9℃;池外介质为土壤时,全年平均温度为12.6℃,冬季计算温度为4.2℃,一级消化池进行加温、搅拌,二级消化池不加温、不搅拌,均采用固定盖式。
1.消化池的容积计算
一级消化池容积:
(5.4a)
式中:
V—单个一级消化池的容积(m3);
Q—污泥量(m3/d);
P—投配率(%),中温消化时一级消化池一般采用5%~8%;
n—消化池个数(座)。
设计中取P=0.03,有前面的计算可知Q=180.88m3/d,采用2座一级消化池,则
用两级消化,容积比一级:
二级=2:
1,则一级消化池容积为2010m3,用两个,每个消化池容积1005m3,二级消化池一个容积1005m3。
一级消化池各部尺寸确定,消化池计算草图如图5.3所示
图5.3消化池计算草图
消化池直径采用D=19m,集气罩直径d1=2m,池底锥部直径d2=2m,锥角为15°,h2=h4=(D-d1)tan15°/2=2.28m取2.3m,消化池柱体高度h3≥D/2=9.5m,采用h3=10m。
消化池总高度:
=2+2.3+10+2.3=16.6m
集气罩容积:
上盖容积:
下锥体容积等于上盖容积:
V4=V2=242.66m3
柱体容积:
消化池有效容积:
V0=V2+V3+V4=242.66+242.66+2835.2=3320.52m3>3014.7m3(合格)
二级消化池各部尺寸同一级消化池。
2.消化池各部分表面积
集气罩表面积:
池上盖表面积:
下锥体表面积:
地面以上池柱体表面积:
地面以下池柱体表面积:
故消化池总面积:
F=F1+F2+F3+A1+A2=15.7+293.14+296.28+397.94+198.97=1202.02m2
3.消化池热工计算
(1)提高生污泥温度的耗热量
中温消化温度TD=35℃,生污泥年平均温度Ts=20℃,日平均最低温度
=15℃,每座一级消化消化池投配率的最大生污泥量,投配率采用5%:
V″=1005×5%=50.25m3/d
全年耗热量为
(5.4b)
则全年平均耗热量为:
最大耗热量:
(2)消化池池体耗热量
消化池各部传热系数采用:
池盖K1=2.93kJ/(m2·h·℃);池壁:
地面以上K2=2.5kJ/(m2·h·℃);地面以下及池底K3=1.9kJ/(m2·h·℃)。
池外介质为大气时,年平均气温TA=13.3℃,冬季室外计算温度TA=﹣9℃;池外介质为土壤时,全年平均气温TB=12.6℃,冬季室外计算温度TB=4.2℃。
池体耗热量计算公式为
(5.4c)
池上盖部分全年平均耗热量:
最大耗热量为:
池体地上部分全年平均耗热量为:
最大耗热量为:
池体地下部分全年平均耗热量为:
最大耗热量为:
池底部分全年平均耗热量为:
最大耗热量为:
每座消化池池体全年平均耗热量及最大耗热量为:
Q=Q2+Q3+Q4+Q5=22365.76+25905.89+9844.24+14658.75=72774.64kJ/h
Q(max)=Q2(max)+Q3(max)+Q4(max)+Q5(max)=45349.93+52528.08+13972.47+20806=132656.4kJ/h(3)每座消化池总耗热量
全年平均耗热量为:
∑Q=31406.25+72774.64=104180.89kJ/h
最大耗热量为:
∑Q(max)=41875+132656.4=174531.4kJ/h
(4)热交换器计算
采用池外套管式泥―水热交换器,全天均匀投配,生污泥进入一级消化池之前,与回流的一级消化池污泥先混合在进入热交换器,生污泥∶回流污泥为1∶2。
则生污泥量为:
回流消化污泥量:
Qs2=Qs1×2=4.19m3/h
进入热交换器的污泥量为:
Qs=Qs1+Qs2=6.28m3/h
生污泥的日平均最低温度为:
T=15℃
生污泥与消化污泥混合后的温度为:
℃
热交换器的套管长度按下式计算:
(5.4d)
其中最大耗热量Qmax=132656.4kJ/h。
内管管径选用DN35mm时,外管管径选用DN75mm。
污泥在内管的流速(在1.5~2.5m/s内合格):
。
热交换器入口热水温度采用Tw=85℃,Tw-Tw′=10℃,则热水循环流量为:
(5.4e)
则
核算内外管之间的管缝热水流速(在1.0~1.5m/s之间合格):
平均温差ΔTm按下式计算:
(5.4f)
式中:
ΔT1—热交换器入口处的污泥温度Ts与出口的热水温度Tw′之差;
ΔT2—热交换器出口污泥温度Ts′与入口热水的温度Tw之差;
当污泥循环流量Qs=6.28m3/h,有下式得
℃
Ts=28.33℃,Ts′=33.38℃,Tw=85℃,Tw′=75℃,ΔT1=﹣46.67℃,ΔT2=﹣51.62℃,则
℃
则热交换器的套管长度:
设每根长3m,则共有根数为:
根,取10根。
5.4.3沼气混合搅拌
1.搅拌沼气用量
一级消化池采用多路曝气管式沼气搅拌。
单位用气量采用6m3/(1000m3min),则用气量:
2.干管、竖管管径
循环搅拌系统干管和配气干管流速一般10~15m/s,竖管为5~7m/s。
取干管流速v1=10m/s,干管管径
,取d1=120mm。
每座消化池12条竖管,竖管流速v2=5m/s,竖管管径
,取d2=50mm。
3.竖管长度
消化池有效深度
竖管插入污泥面以下的长度
,取9.0m。
4.压缩机功率
通常一台压缩机对应一座消化池。
所需压缩机功率N为
N=VW
式中:
N—沼气压缩机功率(W);
V一级消化池容积(m3);
W—单位池容所需功率,一般取5~8W/m3。
设计取5W/m3,则
两座1005m3一级消化池,需两台功率为5.025kW的压缩机。
5.4.4消化后的污泥量
1.一级消化后污泥量
一级消化降解了部分可消化有机物,同时一级消化不排除上清液,消化前后污泥含水量不变,则:
(5.4g)
(5.4h)
式中:
V1—一级消化前生污泥量(m3/d);
V2—一级消化后的污泥量(m3/d);
P1—生污泥含水率(%);
P2—一级消化污泥含水率(%);
Pv—生污泥中有机物含量(%),一般采用65%;
Rd—污泥消化程度(%),一般采用50%;
m—一级消化可消化程度的比例(%),一般采用70%~80%。
设计中取V1=180.88m3/d,P1=96%,m=80%,经计算:
V2=179.00m3/d,P2=97.01%
一级消化池采用2座,单池排泥量为179.00/2=89.50m3/d。
2.二级消化后污泥量
消化浓缩后污泥含水率由一级消化前的96%降至二级消化后的95%,每日二级消化池排泥量:
(5.4i)
式中:
V1—生污泥量(m3/d);
V3—二级消化后污泥量(m3/d);
P1—生污泥含水率(%);
P3—二级消化后污泥含水率(%)。
设计中取P1=96%,P3=95%,V1=180.88m3/d
二级消化池采用1座,单池排泥量为96.68m3/d。
3.二级消化池上清液排放量
(5.4j)
式中:
V′—上清液排放量,m3/d;
二级消化池采用1座,单池上清液排放量为81.80m3/d。
5.4.5沼气产量
1.消化池降解的污泥量
(5.4k)
式中:
X—消化池降解污泥量(m3/d);
P—生污泥含水率,96%;
V1—生污泥量(m3/d);
Pv—生污泥有机物含量,一般采用65%;
Rd—污泥可消化程度,一般采用50%;
2.消化池的产气量
(5.4l)
式中:
q—消化池沼气产量(m3/d);
a—污泥沼气产率(m3/kg污泥),一般采用0.75~1.0m3/kg污泥,设计中取a=0.85。
每日沼气产量:
5.4.6贮气柜
设计中采用单级低压浮盖式贮气柜。
1.贮气柜最大调节容积
(5.4m)
式中:
V—最大调节容积(m3);
q—每日产气量(m3/d);
C—容积调4节比例(%),一般采用25%~40%。
设计中q=1998.7m3/d,C=30%
2.贮气柜外形尺寸
(5.4n)
式中:
V—最大调节尺寸(m3);
D—贮气柜直径(m);
n—贮气柜个数(座);
H—贮气柜调节高度(m)。
设计中取D=1.5H,n=1,V=1062.1m3,则
,设计中取7.0m。
贮气柜直径
D=1.5H(5.4o)
则D=1.5×7.0=10.5m。
5.5污泥脱水
5.5.1污泥脱水量计算
脱水后污泥量
(5.5a)
(5.5b)
式中:
Q—脱水后污泥量(m3/d);
Q0—脱水前污泥量(m3/d);
P1—脱水前污泥含水率(%);
P2—脱水后污泥含水率(%);
M—脱水后干污泥重量(kg/d)。
设计中取Q0=96.68m3/d,P1=95%,P2=75%,则
污泥脱水后形成泥饼用小车运走,分离液返回处理系统前段进行处理。
5.5.2脱水机的选择
机械脱水方法有真空吸滤法、压滤机和离心机。
目前常用的脱水机械主要有:
真空转鼓过滤机、板框压滤机、带式压滤机、离心脱水机。
各种脱水机的主要特点见表5.2。
表5.2常用脱水机主要特点
名称
特点
适用范围
真空转鼓过滤机
能够连续生产,可以自动控制,构造复杂,附属设备多,运行费用高
应用较少,适用于工业企业
板框压滤机
构造简单,劳动强度大,不能连续工作
适用于小型污泥处理装置
带式压滤机
可以连续工作,脱水效率高,噪音小能耗低,操作管理方便
应用广泛,适合大中小型污泥处理装置
离心脱水机
构造简单,脱水效果好,动力消耗大,噪声较大
应用广泛,适合大中小型污泥处理装置
设计中选用LW200X600-N型离心脱水机,其主要指标为:
干污泥产量1.5m3/d,泥饼含水率75%,絮凝剂聚丙烯酰胺投量按干污泥量的2‰。
设计中共采用2台离心脱水机,其中1用1备。
工作周期定为12小时,所以每天处理的污泥量为:
m=1.5m3/h×12=18m3/d,可以满足要求。