1、四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)50m3/d廢水處理內(nèi)循環(huán)高效反應(yīng)器設(shè)計(jì)學(xué) 生：學(xué) 號(hào)：09011010224專 業(yè)：過程裝備與控制工程班 級(jí)：2009.2指導(dǎo)教師：林海波 四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院二O一三年六月四 川 理 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書設(shè)計(jì)（論文）題目： 50m3 /d廢水處理內(nèi)循環(huán)高效反應(yīng)器設(shè)計(jì) 學(xué)院： 機(jī)械工程 專業(yè)：過程裝備與控制工程 班級(jí)：2009級(jí)2班學(xué)號(hào)：09011010224 學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 林海波 接受任務(wù)時(shí)間 2013年3月1日 系主任 （簽名）院長(zhǎng) （簽名）1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容及基本要求亞硫酸鹽竹漿造紙中段廢水，CODcr：16002050mg/L；BO

2、D5：5001200 mg/L；色度：80150倍；SS：100200/mg/L。要求達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)排放，采用內(nèi)循環(huán)三相生物流化床。2指定查閱的主要參考文獻(xiàn)及說明流態(tài)化工程原理及氣液固流態(tài)化工程,化工學(xué)報(bào),高?；W(xué)報(bào)Powder Technology,廢水處理工程,水污染控制與廢水生物處理,造紙工業(yè)污染防治技術(shù)與環(huán)境管理,化工原理上、下冊(cè)3進(jìn)度安排設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱起 止 日 期1資料收集，閱讀文獻(xiàn)，完成開題報(bào)告3月 1 日至3月24日2完成工藝計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3月25日至4月21日3完成所有的圖紙的繪制4月22日至5月22日4完成設(shè)計(jì)說明書的撰寫5月23日至6月7日5完成圖紙、設(shè)計(jì)說明書的

3、修改，答辯準(zhǔn)備6月 8 日至6月14日摘 要內(nèi)循環(huán)生物三相流化床處理廢水是一種新型的污水處理工藝，它將傳統(tǒng)的活性污泥法和生物膜法有機(jī)結(jié)合并引入化工流態(tài)化技術(shù)，具有高負(fù)荷、高效率等特點(diǎn)，是一種極具發(fā)展前途的污水處理工藝。本次設(shè)計(jì)介紹了造紙廢水的來源和污染現(xiàn)狀，以及對(duì)其的一些處理方法；就造紙中段廢水的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了處理亞硫酸鹽造紙中段廢水的工藝流程，采用內(nèi)循環(huán)生物三相流化床作為反應(yīng)器，并分析了好氧處理和厭氧處理的優(yōu)劣。設(shè)計(jì)根據(jù)已知數(shù)據(jù)對(duì)格柵、泵、沉淀池進(jìn)行了設(shè)計(jì)與選型；對(duì)內(nèi)循環(huán)生物三相流化床的參數(shù)、水力停留時(shí)間、循環(huán)速度等進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并選擇了合適的載體與生物膜；對(duì)曝氣器和旋流器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：

4、內(nèi)循環(huán)三相生物流化床；造紙中段廢水；曝氣器；生物膜；水力停留時(shí)間ABSTRACTThe inter-loop three-phase biological fluidized bed wastewater treatment is a new kind of wastewater biological treatment process，which integrates traditional activated sludge wastewater treatment process with bio-film technology. It is a promising wastewater

5、treatment process because of its high loading and efficiency. This design introduces a source of paper waste and pollution, and some of its approach；on the characteristics of pulp and paper wastewater treatment designed sulfite process pulp and paper wastewater using three-phase circulating fluidize

6、d Health bed as the reactor, and analyzed the aerobic and anaerobic treatment of the pros and cons. Design based on known data grid, pumps, sedimentation tanks for the design and selection；three-phase internal circulating fluidized bed parameters, HRT, cycle speed has been designed, and select the a

7、ppropriate carrier and the bio-film；on aerators and cyclone in the structural design.Keywords：the inter-loop three-phase biological fluidized bed；middle-stage effluent in paper mills ；aeration；bio-film；hydraulic retention time目錄摘要.ABSTRACT.第1章 緒論.11.1中國造紙現(xiàn)狀.21.1.1 污染超標(biāo).21.1.2 高耗低效.31.2 造紙中段廢水的產(chǎn)生.41.

8、3造紙中段廢水的處理.41.3.1 混凝沉淀法.51.3.2 吸附法.51.3.8 物化生化聯(lián)用處理方法.91.4 生物流化床.101.4.1 三相循環(huán)流化床.101.4.4 內(nèi)循環(huán)三相流化床的特點(diǎn).13第2章 工藝介紹及設(shè)計(jì).152.1 內(nèi)循環(huán)生物三相流化床的工作原理.162.2 設(shè)計(jì)水質(zhì)水量及處理要求.162.2.2 排放標(biāo)準(zhǔn).162.3 污水處理工藝流程.162.3.1 工藝的選擇.16 2.3.6 工藝特點(diǎn).202.4 主要建、構(gòu)筑物尺寸及設(shè)計(jì)參數(shù).202.4.1 格柵 .202.4.6 主要設(shè)備.272.5重要設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù).272.5.1 水氣比.272.5.4 中心管流速計(jì)喇叭口距

9、底部高度.27第3章 流化床的設(shè)計(jì).293.1 三相生物流化床的設(shè)計(jì).293.1.1 三相流化床性能參數(shù).293.1.2 流化床反應(yīng)器基本構(gòu)件的設(shè)計(jì).303.1.7接管的布置.38 3.2 回流槽的尺寸確定.393.3流化床材料的選擇. 393.3.1 不銹鋼的定義.393.3.2 不銹鋼分類.393.4 輔助設(shè)備的選擇及流化床的安裝.41第4章 載體的選擇.434.3.3載體投放量的選擇及其影響.454.4載體的選擇.464.4.1載體的應(yīng)用條件.464.4.2載體的選擇.46第5章 生物膜.485.1 生物膜的形成.485.2.4 毒物.525.3 生物膜的培養(yǎng).52第6章 曝氣器的設(shè)計(jì).

10、546.1曝氣器的研究進(jìn)展.546.2射流曝氣器的分類.546.5.2缺點(diǎn).566.6 流化床曝氣方式的選擇.566.7 射流曝氣器的工作原理.566.7.1液體射流與氣體相對(duì)運(yùn)動(dòng)段.566.7.2液滴運(yùn)動(dòng)段.576.7.3泡沫流運(yùn)動(dòng)段.576.8 影響射流曝氣器性能的因素.586.8.1 射流器的最佳性能包絡(luò)線 .586.8.2 喉管長(zhǎng)徑比對(duì)射流器性能的影響分析.586.8.3 不同面積比和長(zhǎng)徑比對(duì)短喉管射流器性能的影響.596.10 曝氣器的固定.63第7章 旋流器的設(shè)計(jì).647.1.4懸浮液濃度的分布.657.2水力旋流器的主要工藝指標(biāo).657.2.1處理能力.657.2.2分離粒度.6

11、57.2.3分離效率和分離精度.65第8章 結(jié)論.72參考文獻(xiàn).74致謝.77附錄.78四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)5第一章 緒論中國的人均水資源占有量低于500立方米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國際公認(rèn)的人均所需1000立方米的臨界值。北方許多大中城市因缺水造成工廠停產(chǎn)或限產(chǎn)，損失的年產(chǎn)值達(dá)1200億元，南方一些城市也陸續(xù)出現(xiàn)水荒。目前全國600多座城市中，有300多家缺水，其中嚴(yán)重缺水的有108個(gè)，缺水量約為1000萬噸/天左右，幾百萬人生活用水緊張。但是隨著社會(huì)發(fā)展和人們生活水平的提高，生產(chǎn)和生活用水量在不斷上升。全世界的總用水量由1980年的3000km3增加到2000年的約6000km3，用水量增加的結(jié)果使廢

12、水的排放量也相應(yīng)增加，這些廢水如果不經(jīng)過處理直接排入水體就會(huì)造成很嚴(yán)重的環(huán)境污染，使水資源更加緊張。因此，在合理開發(fā)利用水資源的同時(shí)要有效地控制水體的污染。防治水環(huán)境的惡化，保護(hù)水資源，走可持續(xù)發(fā)展的道路已成為人類共同追求的目標(biāo)。在我國，水消耗水平卻與水源充足的工業(yè)國家相當(dāng)。全國1/3的水域受到不同程度的污染。我國的污水處理率僅有20%左右而美國污水處理率為71%，英國的已達(dá)到87%。因此鑒于我國人口多，資金缺乏等實(shí)際情況，我們迫切需要一種造價(jià)低，占地少，處理效果好的處理污水的工藝設(shè)備。水體污染主要是指由于人類的各種活動(dòng)排放的污染物進(jìn)入河流、湖泊、海洋或地下水等水體中，使水和水體的物理、化學(xué)性

13、質(zhì)發(fā)生變化從而降低了水體的使用價(jià)值。污水主要來源于居民生活中產(chǎn)生的污水、各工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)廢水以及城市降水和部分受污染的地表水這三個(gè)方面。而污水中的主要污染物是對(duì)該污水水質(zhì)產(chǎn)生重要影響的物質(zhì)，大體包括以下幾種：好氧有機(jī)物、難降解有機(jī)物、植物性營養(yǎng)物、重金屬、無機(jī)懸浮物、放射性污染、石油類污染物、酸堿、熱污染、病原體等等。其中造紙工業(yè)廢水是一種水量大、色度高、懸浮物含量大、有機(jī)物濃度高、組分復(fù)雜的難處理有機(jī)廢水。造紙廢水主要有3個(gè)來源：制漿廢液，中段水，紙機(jī)白水。中段廢水是指經(jīng)黑液提取后的蒸煮漿料在篩選、洗滌、漂白等過程中排出的廢水，顏色呈深黃色，濃度高于生活污水，可生化性較差

14、，有機(jī)物難以生物降解且處理難度大。中段水濃度高于生活污水，可生化性較差，有機(jī)物難以生物降解且處理難度大。造紙廢水的危害很大，其中黑液的危害最大，它所含的污染物占造紙工業(yè)污染物排放總量的90%以上，由于黑液的堿性大、顏色深、臭味重、泡沫多，并大量消耗水中的溶解氧，嚴(yán)重污染水資源，給環(huán)境和人類健康帶來危害。而中段廢水對(duì)環(huán)境污染最嚴(yán)重的是漂白過程中產(chǎn)生的含氯廢水，例如氯化漂白廢水，次氯酸鹽漂白廢水等。此外，漂白廢液中含有毒性極強(qiáng)的致癌物質(zhì)二惡英，也對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康造成了嚴(yán)重威脅。所以，對(duì)造紙廢水的處理勢(shì)在必行。1.1 中國造紙業(yè)現(xiàn)狀造紙術(shù)是中國古代的四大發(fā)明之一，是人類文明史上的重要成果。當(dāng)今，

15、紙及紙板的消費(fèi)水平已成為衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化水平和文明程度的重要標(biāo)志之一。最近幾年，我國的紙和紙板產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速，2005年紙及紙板產(chǎn)量5600萬噸，消費(fèi)量5930萬噸，均居世界第二位。 然而，我國的造紙業(yè)在造出紙張、為傳承文明做出貢獻(xiàn)的同時(shí)，也構(gòu)成了對(duì)生態(tài)與環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。目前，除西藏外，我國其他省、市、自治區(qū)都有造紙企業(yè)，總數(shù)達(dá)上萬家，其中絕大多數(shù)是中小型造紙企業(yè)。由于原料結(jié)構(gòu)不合理、科技水平較低、污水處理設(shè)備不到位，不少造紙企業(yè)既是當(dāng)?shù)氐睦惔髴?，也是污染大戶，因此很多造紙企業(yè)成為環(huán)境惡化的眾矢之的，不得不面對(duì)來自輿論和政府的巨大壓力，在此情況下，傳統(tǒng)造紙業(yè)已經(jīng)走到了必須改變的地步，否則必將

16、在企業(yè)的自身發(fā)展歷程之中背上沉重的環(huán)保包袱。目前我國紙及紙板的人均年消費(fèi)量為45公斤，低于世界人均消費(fèi)水平，距歐美發(fā)達(dá)國家人均消費(fèi)量250公斤更是相差甚遠(yuǎn)。據(jù)預(yù)測(cè)，2006年我國紙及紙板消費(fèi)量將超過6000萬噸，2010年將達(dá)7000萬噸。巨大的市場(chǎng)消費(fèi)使很多有識(shí)之士憂心忡忡。1.1.1 污染超標(biāo)眾所周知，傳統(tǒng)的造紙工業(yè)在生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境造成的污染非常嚴(yán)重。特別是制漿部分，投入的原料和化學(xué)藥品，大約一半以上成為污染物排放到空氣和水中，對(duì)大氣和水資源造成嚴(yán)重的污染，因此引發(fā)的重大事件也是層出不窮，公眾早就對(duì)造紙業(yè)的污染怨聲載道。河北省任丘市、安新縣境內(nèi)，素有“華北明珠”之稱的白洋淀發(fā)生魚類大面積死

17、亡。這一事件引起了國家環(huán)保總局和當(dāng)?shù)卣母叨戎匾?，?jīng)過調(diào)查，污染源頭直指白洋淀上游漕河岸邊的造紙企業(yè)。由于當(dāng)?shù)卦旒垬I(yè)發(fā)展迅速，污水排放量大幅度增加，加上部分企業(yè)環(huán)保意識(shí)淡薄，違規(guī)排放污水的情況相當(dāng)嚴(yán)重。保定市新市區(qū)所轄28家造紙企業(yè)有27家外排污水不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，每天有近十萬噸污水只經(jīng)過簡(jiǎn)單處理就直接排入河道，因此才導(dǎo)致白洋淀死魚事件的發(fā)生。無獨(dú)有偶，4月10日晚，內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市遭遇強(qiáng)風(fēng)暴襲擊，烏拉特前旗污水暫存池內(nèi)的1050萬噸造紙及城市生活污水直接沖擊黃河防洪大堤。當(dāng)?shù)卣铝罹虻绦刮郾Ｗo(hù)黃河大堤，污染指數(shù)嚴(yán)重超標(biāo)的工業(yè)污水造成附近1000畝耕地淹沒，57戶村民直接受災(zāi)。后經(jīng)調(diào)

18、查，烏拉特前旗塞外星華章造紙公司、美利北辰造紙集團(tuán)兩家企業(yè)長(zhǎng)期超標(biāo)排污，未按國家達(dá)標(biāo)排污規(guī)定和污水暫存池設(shè)計(jì)及環(huán)評(píng)進(jìn)水要求，而將嚴(yán)重超標(biāo)的造紙廢水直排污水暫存池，造成污水暫存池水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)。這兩次事件之后，各類媒體加大了對(duì)造紙業(yè)口誅筆伐的力度，大有向群眾疾呼造紙業(yè)“狼來了”的趨勢(shì)。有的媒體甚至指出，“目前暴露出來的造紙企業(yè)污染問題只是冰山一角，在各種利益關(guān)系的掩蓋下，還有更多的重污染造紙企業(yè)在違規(guī)生產(chǎn)和排放。長(zhǎng)此以往，造紙工業(yè)將在環(huán)境上斷送我們的未來。”這不是聳人聽聞，據(jù)國家環(huán)?？偩纸y(tǒng)計(jì)，2004年全國41個(gè)行業(yè)工業(yè)廢水排放總量為221.1億噸，其中造紙業(yè)廢水排放占總量的14.4%，僅次于化工

19、制造業(yè)，位居第二；而按COD（水中主要污染物化學(xué)耗氧量）排序，造紙業(yè)COD總排放量高達(dá)168.2萬噸，占全國工業(yè)排放量的33%，位居第一?！笆濉逼陂g，我國有兩項(xiàng)環(huán)保控制指標(biāo)沒有完成，COD便是其中之一。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2005年全國COD排放總量1413萬噸，與“十五”提出的1300萬噸的總量控制目標(biāo)相差113萬噸，僅比2000年減少了2%，未完成削減10%的控制目標(biāo)。環(huán)境科學(xué)院專家表示，“十五期間產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)是COD總量控制不力的首要原因。造紙工業(yè)是排放COD的重點(diǎn)行業(yè)，草漿造紙是污染水環(huán)境的主要原因。我國紙及紙制品2005年產(chǎn)量幾乎比2000年翻了一番，同時(shí)污染治理設(shè)施

20、沒有能夠完全及時(shí)配套，造成占全國工業(yè)COD排放總量半數(shù)以上的造紙行業(yè)的排污總量沒有得到有效控制。”由此可見，造紙工業(yè)污染已經(jīng)成為我國水污染的重要源頭，并且成為我國環(huán)境污染控制中“拖后腿”的行業(yè)。1.1.2 高耗低效在造成巨大污染的同時(shí)，造紙工業(yè)造成的資源浪費(fèi)現(xiàn)象也很嚴(yán)重。造紙業(yè)本身是資源消費(fèi)型產(chǎn)業(yè)，造紙工業(yè)對(duì)森林資源和水資源的大量消耗也讓人憂心忡忡。雖然就目前的情況來看，我國造紙工業(yè)的木漿消耗量所占的比例不是很大，但是由于我國的紙漿需求基數(shù)大，且木漿的消耗量也在逐年大幅度增加，因此造紙工業(yè)在原料上對(duì)森林資源的需求也不容忽視。目前，造紙工業(yè)是木材消耗量最大的森林工業(yè)。以2005年為例，我國紙業(yè)進(jìn)

21、口木漿為759萬噸，占木漿消耗量（1144萬噸）的66.35%，占紙漿總消耗量（5200萬噸）的14.6%，而國產(chǎn)木漿僅為355.68萬噸，僅占木漿消耗量的31.1%和紙漿總消耗量的6.84%。按照國家發(fā)改委制定的規(guī)劃，到2010年要使我國木漿自給率達(dá)到15%，木漿產(chǎn)量達(dá)到750萬噸，需消耗木材3700萬立方米；到2020年，如果達(dá)到國際上50%以上的木漿比例，要消耗木材1.2億立方米。這一規(guī)劃意味著造紙業(yè)對(duì)我國林木資源的消耗將逐年大幅度遞增。但是我國的森林資源非常缺乏，按照現(xiàn)在的發(fā)展速度，顯然滿足不了造紙業(yè)的需要，因此木漿供應(yīng)主要依賴進(jìn)口。按照目前中國紙業(yè)的增長(zhǎng)速度，用不了幾年全世界木漿凈出

22、口量都將全部用于中國，顯然，這不現(xiàn)實(shí)。這樣大的森林木材需求量，不要說我國本來就匱乏的森林狀況無法滿足，對(duì)于全球森林資源的威脅也日益俱增。在我們注意造紙工業(yè)對(duì)森林資源大量消耗的同時(shí)，還必須看到，造紙工業(yè)對(duì)水資源的消耗也不容忽視。以我國目前的技術(shù)水平，每生產(chǎn)一噸紙，平均耗水量高達(dá)100噸，是世界先進(jìn)水平的3倍以上。而我國每年生產(chǎn)數(shù)千萬噸紙所消耗的水就將達(dá)到數(shù)十億噸，這個(gè)數(shù)字對(duì)本已岌岌可危的水資源來說，不得不引起我們的注意。從資源消費(fèi)的角度來看，如果我國造紙工業(yè)不從根本上改變目前的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和發(fā)展模式，中國紙業(yè)所面臨的也許不僅僅是原料枯竭問題，而很可能會(huì)引發(fā)一場(chǎng)波及到其他行業(yè)的生態(tài)危機(jī)。1.2 造紙中

23、段廢水的產(chǎn)生造紙廢水主要有3個(gè)來源：制漿廢液，中段水，紙機(jī)白水：制漿是把植物原料中的纖維分離出來，制成漿料，再經(jīng)漂白；抄紙是把漿料稀釋、成型、壓榨、烘干，制成紙張。這2項(xiàng)工藝都排出大量廢水。制漿產(chǎn)生的廢水，污染最為嚴(yán)重。洗漿時(shí)排出廢水呈黑褐色，稱為黑水，黑水中污染物濃度很高，BOD高達(dá)540 L，含有大量纖維、無機(jī)鹽和色素。洗滌漂白過程中產(chǎn)生的中段水水量最多，污染物質(zhì)有較高濃度的木質(zhì)素、纖維素和樹脂酸鹽等較難生物降解的成分，且色度深。抄紙機(jī)排出的廢水，稱為白水，其中含有大量纖維和在生產(chǎn)過程中添加的填料和膠料。打漿機(jī)和精漿機(jī)生產(chǎn)過程中排放的的廢水，是排掉黑液以后的蒸煮漿料在洗滌、篩選、漂白以及打

24、漿等工序中所排出的廢水，也被稱為打漿廢水或中段廢水，這部分廢水的排放量比較大，平均每年生產(chǎn)1t紙漿需要排放中段廢水50200t。制漿中段廢水中的污染物組成與黑液比較相似，但濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于造紙黑液，中段廢水引起的污染負(fù)荷約占造紙廢水總污染負(fù)荷的8%9%，主要含一些木質(zhì)素、纖維素及有機(jī)酸類物質(zhì)，PH在69，COD濃度為12003000mg/L，BOD在4001000mg/L，SS為5001500mg/L。 由于這些化合物的生物降解很慢，生化處理效果較差，二級(jí)生化法中最多可去除廢水中30%的色度，也有一些生物處理法實(shí)際上還會(huì)增大廢水的色度。有色廢水給人以不愉快感，色度成分表明廢水中含有許多溶解成分，排

25、出環(huán)境后又使天然水著色，減弱水體的透光性，影響水底植物的光合作用和水生動(dòng)物的生長(zhǎng)繁殖，因而有效地進(jìn)行脫色處傳質(zhì)系數(shù)，結(jié)果表明：A-a傳質(zhì)系數(shù)最大，傳質(zhì)效果最佳；A-b隨液速增大，傳質(zhì)系數(shù)增大，同時(shí)氣-液在噴嘴口上混合較充分，故液速高時(shí)傳質(zhì)系數(shù)較高；B-a狀態(tài)氣體浮升力與液體噴射動(dòng)力相互作用，故液速高時(shí)傳質(zhì)較好，而氣速對(duì)傳質(zhì)系數(shù)影響不大；B-b傳質(zhì)效果很差。2.1 內(nèi)循環(huán)生物三相流化床的工作原理內(nèi)循環(huán)生物三相流化床是近10年來發(fā)展起來的一種新型好氧流化床反應(yīng)器，一般由反應(yīng)區(qū)、脫氣區(qū)和沉降區(qū)組成。反應(yīng)區(qū)由同心的內(nèi)筒和外筒圓柱組成，載體填充在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，微孔曝氣裝置在內(nèi)筒的底部。 當(dāng)壓縮空氣由曝氣釋放

26、進(jìn)入內(nèi)筒（升流筒）時(shí)，由于氣體的推動(dòng)作用和壓縮空氣在水中的裹夾與混合作用，水與載體的混合液密度減小而向上流動(dòng)，到達(dá)分離區(qū)頂部后大氣泡逸出，而含有小氣泡的水與載體混合物則流入外筒（降流筒）。由于外筒含氣量相對(duì)減少導(dǎo)致密度增大，混合液在內(nèi)筒向上流，外筒向下流而構(gòu)成內(nèi)循環(huán)。內(nèi)、外筒混合液的密度差正是循環(huán)流化的動(dòng)力。由于載體處于循環(huán)流化狀態(tài)，從而大大加快了微生物和廢水之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化了傳質(zhì)作用；同時(shí)又可有效地控制生物膜的厚度，使其保持較高的生物活性。污水被處理后經(jīng)沉降區(qū)分離沉降后通過出水堰排出。設(shè)廢水在池內(nèi)的停留時(shí)間，根據(jù)平均流量則池內(nèi)的廢水量 設(shè)計(jì)用沉淀池的實(shí)際容積為 取有效容積 取池子的有效水

27、深 縱向隔板間距取1m取沉淀池的平面面積 取沉淀池的寬度 ，則其長(zhǎng)度 取沉淀池的超高為因此，選用沉淀池一臺(tái)，尺寸為為長(zhǎng)2.5m,寬2m,高1.6m；采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)存污泥量達(dá)到一定程度時(shí)排放。由于本次設(shè)計(jì)的流量較小，故設(shè)置1個(gè)沉淀池。2.4.4 污泥池暫時(shí)貯存污泥用，儲(chǔ)存污泥達(dá)到一定量即排放。因?yàn)槲勰噍^少；故可設(shè)計(jì)尺寸為5.0m×4.0m×2.5m。采用地下鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)。2.4.5 機(jī)房機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置供用的空壓機(jī)和污泥泵，采用防噪聲百葉窗，門采用防噪聲門，機(jī)房面積50m2。地上磚混結(jié)構(gòu)。2.4.6 主要設(shè)備：1三相內(nèi)循環(huán)流化床1臺(tái)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)見第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分。2泵選

28、用污水泵共4臺(tái)，2用2備。中段廢水日處理量為50m3/d，折合為2.1m3/h,H=3m.選擇污水泵（PW）型號(hào)：11/2PW30。它的主要性能參數(shù)如表2-7： 4. 反應(yīng)器的有效容積：反應(yīng)器中所需裝填的載體多少由參數(shù)給定，為載體的總質(zhì)量（kg）。選取以后載體的體積為： 對(duì)于本設(shè)計(jì)我們?nèi)≥d體質(zhì)量 床層的體積（即反應(yīng)器的有效容積）由下式確定： 圖310流化床支座四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第4章 載體的選擇4.1 載體的主要作用在傳統(tǒng)廢水生物處理中，微生物的生存環(huán)境是氣、液兩相，而在生物流化床反應(yīng)器中，由于介質(zhì)載體的加入，使得微生物生存環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)闅?、液、固三相。這種轉(zhuǎn)變影響著微生物的生長(zhǎng)、繁殖、脫落和種

29、群分布。從量的角度看，系統(tǒng)內(nèi)的微生物量和種類都大大增加。從質(zhì)的角度看，系統(tǒng)內(nèi)的載體的加入為世代時(shí)間較長(zhǎng)的硝化菌和亞硝化菌繁衍、增殖提供了有利條件，從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的脫氮能力。在生物流化反應(yīng)器中，載體處于流化狀態(tài)，這不僅增加了污廢水與生長(zhǎng)于載體上的生物膜的接觸面積，而且載體在流化過程中具有切割、分散氣泡的作用，使布?xì)廒呌诰鶆颍纱水a(chǎn)生的固、液、氣三相的充分接觸、混合和碰撞，增大了傳質(zhì)面積，提高了傳質(zhì)速率，強(qiáng)化了傳質(zhì)過程。此外，載體上老化的生物膜在氣流、水流的沖刷作用下將自動(dòng)脫落，從而有效地保證了生物膜的活性。4.2載體的種類及其應(yīng)用現(xiàn)狀應(yīng)用于生物流化床處理廢水中的載體的種類很多，按其組成成份，主要

30、分為無機(jī)類載體和有機(jī)類載體。無機(jī)類載體中常用的有砂粒、無煙煤、焦炭、石英砂、陶粒、沸石和活性炭等，粒徑一般在0.61.0mm之間，因而具有巨大的比表面積，機(jī)械強(qiáng)度也較好，但比重較大，不易于流化。其中活性炭是目前研究和應(yīng)用最為廣泛的載體。謝澄等在采用內(nèi)循環(huán)三相生物流化床處理含氯漂白廢水的試驗(yàn)研究中，選用徑為0.32mm的顆?；钚蕴繛檩d體，COD 和BOD的去除率均達(dá)到70%以上。蔣鋒等在生物流化床處理含硫污水的試驗(yàn)研究中，對(duì)作為載體的粗粒和細(xì)?；钚蕴康奶幚硇ЧM(jìn)行比較研究。結(jié)果表明，細(xì)?；钚蕴刻幚韮艋男Ч^好，COD和硫化物的去除率可達(dá)到80%以上。Pruden等在研究以顆粒活性炭為載體的好

31、氧生物流化床處理含有苯及其同系物的化工廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，該反應(yīng)器對(duì)苯及其同系物有較高的去除率，并具有一定的抗沖擊能力。由于無機(jī)類載體普遍存在密度較大，需要較大的動(dòng)力才能達(dá)到流化狀態(tài)。而且對(duì)于沸石和活性炭這類載體，還存在著價(jià)格過高等缺點(diǎn)。近年來，隨著新型合成材料工業(yè)的發(fā)展，一些高強(qiáng)度、多孔隙的有機(jī)懸浮載體相繼研究和開發(fā)成功。這種載體多由聚乙烯、聚丙烯及其改性材料、聚氨酯泡沫等特制塑料或樹脂制成，并具有不同的表面性質(zhì)，形狀多為球狀和柱狀，尺寸一般在25100mm之間，比重接近于水，在反應(yīng)器中可隨曝氣攪拌懸浮于水中并均勻流化，能耗較低，是載體的發(fā)展趨勢(shì)。4.3影響生物載體的因素4.3.1載體物理性能的選擇

32、及其影響(1)載體粒徑：研究表明,粒徑的大小與臨界流態(tài)化速度有關(guān)。對(duì)于同種材質(zhì)的載體，粒徑不同，有不同的臨界流化速度，因而有不同的能耗。粒徑?jīng)Q定單位體積表面積，在相同的條件下，可決定單位體積內(nèi)生物量的多少，粒徑越小，比表面積越大，微生物量相對(duì)增大，因而生化效果好。但粒徑過小，在一定的流速下，床層膨脹率較大，單位體積中所含的微生物量反而減?。欢伊教r(shí)，顆粒間的生物膜易被菌膠團(tuán)等粘聚合并，影響載體的生化效果；而且操作條件難以控制，生物顆粒易隨水流出床外，造成載體流失。另外載體粒徑太小容易堵塞管道，使操作難度加大。因此，載體顆粒并不是越小越好。一般認(rèn)為，粒徑以0.510mm為宜。載體還對(duì)生物膜

33、厚度產(chǎn)生影響。研究表明，對(duì)于不同粒徑的載體，都有一最佳的膜厚存在。載體粒徑過小，不能達(dá)到最佳膜厚；粒徑過大，會(huì)導(dǎo)致載體間碰撞幾率增大而使得生物膜變的薄而致密。(2）級(jí)配：粒徑分配也是載體選擇的一個(gè)重要方面，如果粒徑差別過大，將難以尋求到合適的表觀顆粒速度以保持良好的流化狀態(tài)。為使床內(nèi)生物量的分布趨于合理，最理想的情況是采用大小完全一致的載體，盡管在實(shí)際中難以做到載體顆粒完全均勻，但是在選擇載體時(shí)，粒徑分配越均勻越好，最大直徑與最小直徑之比應(yīng)不大于2為宜 。(3）形狀：首先，載體形狀直接與空隙率有關(guān)，因而影響床層的流化;其次，形狀不同的顆粒，沉降速度也有區(qū)別，而且顆粒的形狀直接影響生物膜在其表面

34、的分布。根據(jù)Richardson-Zaki方程和實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)盡量選用近球形載體，且載體表面應(yīng)有足夠的粗糙度，有利于生物膜附著。(4） 載體密度：載體的密度對(duì)于流化床系統(tǒng)的運(yùn)行是一個(gè)必須考慮的因素。載體對(duì)曝氣強(qiáng)度長(zhǎng)生影響。載體密度過大，造成載體懸浮困難，因而能耗高；但載體密度過小，又不易于載體的流化。密度接近1的載體在正常曝氣強(qiáng)度下極易全池流華，能耗較低，是理想的選擇 (5-2)這里假設(shè)N與X成正比。 對(duì)方程(5-1)取積分，并將零時(shí)的生物量濃度稱為X0，則： (5-3)因此倍增時(shí)間td(即時(shí)的時(shí)間t)是： (5-4)這一簡(jiǎn)單模型對(duì)細(xì)菌及酵母大部分是正確的。當(dāng)用霉菌(線性生長(zhǎng)代替指數(shù)生長(zhǎng))和

35、哺乳動(dòng)物細(xì)胞(細(xì)胞數(shù)增加而非以g/L計(jì)算的生物量)特有所不同。在指數(shù)生長(zhǎng)后的減速生長(zhǎng)期通常是由于一種或多種必需營養(yǎng)物的耗盡或抑制性產(chǎn)物或副產(chǎn)物的積累所造成。如果是由于基質(zhì)耗盡而出現(xiàn)成速生長(zhǎng)期，則有一方程已被成功應(yīng)用于大量的場(chǎng)合，被稱為Monod方程： (5-5)式中：max在特定基質(zhì)下最大比生長(zhǎng)速度； KS飽和常數(shù)；當(dāng)基質(zhì)濃度，時(shí)，max2。這個(gè)方程是半經(jīng)驗(yàn)的，而實(shí)際上的KS值也是很小的。當(dāng)有毒性代謝物積累時(shí)，很多產(chǎn)物抑制模型可以被使用。但是，一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)的邏輯方程已被成功應(yīng)用于很多場(chǎng)合： (5-6)式中rx反應(yīng)速率；k常數(shù)。應(yīng)該注意到，方程中唯一變量（除時(shí)間外）就是生物量X，取其積分形式，令X

36、(0)X0,則得到一邏輯曲線： (5-7)絲狀生物如霉菌等，在懸浮培養(yǎng)時(shí)經(jīng)常形成微生物小球。小球內(nèi)部生長(zhǎng)的細(xì)胞受到擴(kuò)散抑制，因此，霉菌的生長(zhǎng)模型通常包括大顆粒（類似包埋或凝膠固定化細(xì)胞）中顆粒內(nèi)的同時(shí)擴(kuò)散和營養(yǎng)消耗。絲狀細(xì)胞也可以在潮濕的固體表面上生長(zhǎng)，這種生長(zhǎng)通常時(shí)一個(gè)復(fù)雜的過程，它包括生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、營養(yǎng)的擴(kuò)散和有毒的代謝副產(chǎn)物。而對(duì)于單獨(dú)生長(zhǎng)于液體培養(yǎng)基中的菌落，這些復(fù)雜過程的部分可以被忽略。對(duì)于霉菌生長(zhǎng)的方程， 一般來講Qw將大于進(jìn)水流量Q進(jìn)，這時(shí)應(yīng)計(jì)算數(shù)所需的回流比r： (6-5) （3）根據(jù)氣和水的流量，由 計(jì)算射流器所需背壓Pc。計(jì)算流動(dòng)阻力時(shí)應(yīng)考慮導(dǎo)流動(dòng)主題是氣體呈霧狀分布的氣液兩

37、相流。P2應(yīng)由反應(yīng)器中所填加的載體數(shù)量進(jìn)行計(jì)算。 (6-6)式中：載體的真密度（Kg/m3）；所填加的載體的真體積（m3）；重力加速度，；反應(yīng)器內(nèi)徑（m）；床層壓力降（MPa）。確定以后，工作水壓力由下式給出： （6-7）根據(jù)和的大小，選擇曝氣泵。由于選用了活性碳作為載體，它的真密度為1.21g/cm3,平均粒度為3mm，載體的投加率為10%。噴嘴前進(jìn)水管直徑：，進(jìn)氣管直徑：，擴(kuò)壓管直徑：，吸氣室的直徑：，根號(hào)內(nèi)一般取35；計(jì)算得到： 圖6-6 曝氣器的固定示意圖 圖6-7 曝氣器的支撐圈結(jié)構(gòu)示意圖 19第7章 旋流器的設(shè)計(jì)水力旋流器是一種用途十分廣泛的分離設(shè)備，其工作原理和基本設(shè)計(jì)的提出已經(jīng)

38、有一百余年歷史，但在近半個(gè)世紀(jì)以來才被有效地用于工業(yè)生產(chǎn)。開始主要用于礦業(yè)，后來又逐漸在化工、石油、醫(yī)藥、環(huán)保、造紙、紡織等行業(yè)獲得成功應(yīng)用，甚至可作顆粒傳感器。7.1液體在水力旋流器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)7.1.1液體流動(dòng)模型液體在旋流器中流動(dòng)存在四種形式：內(nèi)旋流、外旋流、短路流和循環(huán)流。此外，空氣柱和零速包絡(luò)面也是兩個(gè)重要的特征。切向給入的流體在水力旋流器內(nèi)同時(shí)形成兩種基本的同向旋轉(zhuǎn)液流：向下的外旋流和向上的內(nèi)旋流（如圖7-1所示）。外旋流在接近頂錐處分為兩部分，一部分繼續(xù)向下經(jīng)底流口排出，另一部分轉(zhuǎn)而向上進(jìn)入內(nèi)旋流。在溢流管下端附近，外旋流和內(nèi)旋流之間產(chǎn)生循環(huán)流（也稱閉環(huán)渦流）。除上述流動(dòng)形式外，還有

39、短路流（也稱蓋下流），它是由不經(jīng)分離作用而直接經(jīng)旋流器蓋下表面及溢流管外壁面兒進(jìn)入溢流部分給料所構(gòu)成的。在水力旋流器的軸線附近，由于靜壓頭很低而離心力又很大，以至液體渦核不能存在，于是空氣沿底流口進(jìn)入并在軸心除形成一個(gè)上升的旋轉(zhuǎn)氣流，簡(jiǎn)稱空氣柱。 7.1.2液體流動(dòng)速度分布1）、切向速度：在低于溢流管下緣的不同水平面上，切向速度隨半徑減小而增加，直至小于溢流管出口半徑的某一給定值為止。 圖7-1液體在旋流器內(nèi)的流動(dòng)模型半徑進(jìn)一步減小，切向速度降低并與r成正比，這種關(guān)系一直保持到空氣柱為止。 在高于溢流管下緣的不同水平面上，在較大半徑出v便不再隨半徑減小而增加。2）軸向速度沿圓柱體和錐體部件的氣

40、壁有一股高速下降的液流。這股液流能將已分離的顆粒送至底流口，所以對(duì)旋流器的操作極為重要。下降液流可部分地被中心區(qū)的上升流平衡，這取決于底流和物量通量比。水力旋流器內(nèi)有一很好確定的零豎直速度的軌跡，與水力旋流器的外形相似。在高于溢流管下緣的不同水平面上，最高下降速度仍出現(xiàn)在器壁附近。介于旋流壁與溢流管之間的一些半徑處，軸向速度是向上的。在溢流管周圍，可觀測(cè)到高速下降的液流。這是沿水力旋流器頂部向內(nèi)流動(dòng)的器壁誘導(dǎo)流造成的。3）徑向速度徑向速度是向內(nèi)的，并隨半徑減少而降低。徑向速度的徑向位置是未知的。在高于溢流管下緣的不同水平面上，可能有向外的環(huán)流。但水力旋流器平頂附近卻有向著溢流管根部的很高的向內(nèi)

41、的徑向速度，因此導(dǎo)致沿溢流管外壁下降得短路液流。7.1.3固體顆粒在水力旋流器內(nèi)的運(yùn)動(dòng)固體顆粒進(jìn)入水力旋流器后，其運(yùn)動(dòng)速度依其所受作用力的關(guān)系而定。顆粒越細(xì)或固液兩相密度差越小，顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡與流線越接近，這樣的顆粒越是難以從液相分離出來；較粗的顆粒則由于所受離心力足以使其進(jìn)行離心沉降，于是與液相之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而得以實(shí)現(xiàn)兩相分離。顆粒在旋流器內(nèi)分布有徑向速度分布、軸向速度分布、空間分布幾種。顆粒的徑向速度與液流具有相似的規(guī)律。顆粒的軸向速度在錐段下部，與液流的軸向速度分部一致；但在錐段上部，兩者之間存在較為重要的差異，即顆粒的軸向速度分布出現(xiàn)了兩個(gè)軸向零速包絡(luò)面，兩個(gè)包絡(luò)面之間的“低速區(qū)”使

42、進(jìn)入該區(qū)的顆粒只能沿徑向向內(nèi)進(jìn)入內(nèi)旋流，難以達(dá)到錐頂實(shí)現(xiàn)分離。顆粒的空間分布隨回轉(zhuǎn)半徑的增大，顆粒粒度相應(yīng)增大。7.1.4懸浮液濃度的分布旋流器內(nèi)懸浮液的最大濃度并非出現(xiàn)在器壁處，而是在固體顆粒的軸向零速包絡(luò)面附近，這是由于包絡(luò)面附近顆粒的合速度最小，從而顆粒有聚集的趨勢(shì)。7.2水力旋流器的主要工藝指標(biāo)7.2.1處理能力處理能力是水旋流器設(shè)備選擇的基本依據(jù)和工藝控制的關(guān)鍵參數(shù)之一。7.2.2分離粒度在分離過程中，若某一粒度的顆粒進(jìn)入底流和溢流的幾率相等，則該顆粒的粒度就是分離粒度?？梢罁?jù)平衡軌道理論、停留時(shí)間理論、群集理論和兩相湍流理論推導(dǎo)其公式。7.2.3分離效率和分離精度分離效率：在實(shí)際分

43、離情況下溢流中某一粒度物料的增加量與理想分離情況下溢流中該粒級(jí)物料增加量之比；增加量是溢流中被計(jì)算級(jí)別物料的含量與給料中該級(jí)別物料含量之比。分離精度：分離精度是衡量分離精確性的數(shù)量指標(biāo)，即：分離效率曲線上對(duì)應(yīng)分離粒度處切線的斜率。7.3水力旋流器的優(yōu)缺點(diǎn)7.3.1水力旋流器的優(yōu)點(diǎn)1）功能多，分離效率高：水力旋流器可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要在不同場(chǎng)合下使用。目前已經(jīng)研制出氣-液-固三相分離用水力旋流器，可同時(shí)將液體中的氣體和固體雜質(zhì)分離出。在氣-固分離方面，用于去除氣體中的粉塵的旋風(fēng)分離器早已使用多年。水力旋流器在應(yīng)用中分離效率可達(dá)90%以上，用途十分廣泛。2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：水力旋流器內(nèi)部沒有任何需要維修的運(yùn)動(dòng)件、易損件和支撐件，也無需濾料。其結(jié)構(gòu)與容器十分相似，管線連接、閥門控制可實(shí)時(shí)操作。成本低，在處理量相同時(shí)只相當(dāng)于其他分離設(shè)備的幾分之