工业废水气浮处理实用工艺设计

《水污染控制工程》课程设计任务书

化学与环境工程 学院 环境工程 系

2011级 环 境 工 程 专业

题目 工业废水气浮处理工艺设计

起止日期：2014年6月28日 至2014 年7月5日

学生姓名： 学号：

指导教师：

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目录

前言................................................................ 1 1、任务书........................................................... 1 1.1、任务背景..................................................... 1 1.2、设计任务..................................................... 1

1.2.1 溶气罐的设计 .............................................. 1 1.2.2 空压机的选型............................................... 2

1.2.3释放器的设计............................................... 2 1.2.4气浮池的工艺设计计算....................................... 2 1.3设计参数 ...................................................... 2 1.4设计计算要求 .................................................. 3 2.溶气罐的设计...................................................... 3

2.1 气浮池所需空气量： .......................................... 3 2.2气固比计算................................................... 4 2.3 回流溶气水量 ................................................ 4 2.4 溶气罐容积及其工艺尺寸的计算................................. 5 3.空压机与加压水泵的选型............................................ 6

3.1 加压水泵选型 ................................................ 6 3.2空压机的选型................................................. 7 4. 气浮池工艺设计计算............................................... 7 5.气浮池集水管、出水设施计算........................................ 9 6.气浮池排渣设施................................................... 10 7.溶气释放器....................................................... 11 8. 课程设计体会.................................... 错误！未定义书签。 9.参考文献......................................................... 12

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前言

工业废水包括生产废水和生产污水，是指工业生产过程中产生的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。而水是人类生存、社会发展不可缺少的重要资源,水资源缺乏是当前急需解决的问题,严重制约着经济社会的可持续发展,由此引起的生态环境退化、人居环境恶化等社会和环境问题将日益严重。因此在这里研究工业废水气浮处理工艺设计是极其有必要的，对于我们环境工程专业同学而言，此次课程设计对于我们关于工厂水处理的认识具有极其重要的帮助。

1、任务书

1.1、任务背景

某造纸厂日排放纸机白水量为4500m3/d，拟采用部分出水回流加压溶气气浮工艺进行处理。该废水中所含的悬浮固体SS浓度为C0＝1200mg/L，要求经处理后出水中的悬浮固体SS浓度Ce≦30mg/L。经实验室试验表明，当向每kgSS提供25L的空气量时，可达到上述处理出水水质指标（气浮池的运转温度为20℃）。试进行该气浮处理工艺系统的设计。

1.2、设计任务

1.2.1 溶气罐的设计 （1）气固比的计算；

（2）所需回流溶气水量的计算；

（3）溶气罐容积的计算及其工艺尺寸的确定； （4）溶气罐的选型；

（5）溶气罐实际停留时间的校核； （6）溶气罐进、出水管的设计及其布置。

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1.2.2 空压机的选型

（1）单位时间所需供气量的计算； （2）空压机所需供气压力的确定； （3）空压机的选型。 1.2.3释放器的设计

（1）根据所需溶气水量进行释放器的选型； （2）确定所需释放器的个数； （3）确定释放器的工艺布置。 1.2.4气浮池的工艺设计计算 （1）分离室的工艺设计计算

1、根据表面负荷率计算所需分离室的表面积； 2、根据表面负荷率计算所需分离室的有效水深； 3、根据长宽比及宽深比确定分离室的平面布置； （2）接触室的工艺设计计算

1、根据上升流速计算所需接触室的面积；

2、根据分离室的宽度确定接触室所需的长度（需同时根据接触室长度

不小于0.6m的施工要求确定接触室的长度）。

（3）气浮池总体工艺尺寸的确定

考虑超高0.3～0.5m，池底集水区高度0.2m。出水区长度设0.5m。 （4）气浮池集水管的设计及其布置

1.3设计参数

表一：

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项目 符号与数值计量单位 溶气罐的工作压力 溶气罐的水力停留时间t 溶气罐的溶气效率 气浮池接触室的上升流速 气浮池的表面负荷率 气浮分离池的水力停留时间 集水管孔眼水头损失△h 孔眼流量系数 集水管最大流速 浮渣含水率 浮渣池停留时间 P取3.5～4.0atm； t1取2.5～3.0min η取60～70％； v1取20mm/s q取5.0～7.0m3/m2.h t2取25～30min △h取0.3m μ取0.94 v取0.5～0.6m/s p取90～95% 取5h 1.4设计计算要求

1. 通过资料查阅、讨论及答疑，在两周时间内按时独立完成；

2. 设计计算说明书书写整洁、工整有条理，计算正确无误，必要之处应加以说明；

3. 通过设计计算画出溶气罐、气浮池的工艺构造及有关布置图并标注有关工艺尺寸；

4．画出工艺流程图。

2.溶气罐的设计

2.1 气浮池所需空气量：

当无试验资料时，可按下式计算

Qg=γCs(fp-1)RQ/1000 （2-1） 式中：

Qg——气浮池所需空气量，kg/h； γ——空气容重，g/L，见表1；

Cs——在一定温度下，—个大气压时的空气溶解度，mL/L·atm，见表1； f ——加压溶气系统的溶气效率，f =0.6~0.7；

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P ——溶气压力，绝对压力，atm；

R ——试验条件下回流比或溶气水回流比，%； Q ——气浮池处理水量，m3/h。 表二、空气在水中的溶解度 温度（℃） 空气容重γ（g/L） 空气溶解度Cs（mL/L·atm） 0 10 20 1.252 1.206 1.164 29.2 22.8 18.7 温度取20℃，则γ=1.164 g/L，Cs=18.7 mL/L·atm，回流比R取20%，所以：

Qg=1.164×18.7×（0.65×4—1）×0.2×187.5÷1000=1.306 kg/h

2.2气固比计算

气固比α与悬浮颗粒的疏水性有关，α约为0.005～0.006，通常由试验确定。当无资

料时，由下式计算

α= Qg/（QSa） （2-2） 式中： α——气固比；

Sa——污水中悬浮物浓度，kg/m3。 所以，气固比为：α=1.306÷187.5÷1.2=0.006

2.3 回流溶气水量

(S1S2)QCS(fp1)QR （2-3）

式中： α——气固比；

Q——处理水流量，m3/h；

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S1、S2——分别为原水和出水SS浓度，S1=1200mg/L,S2=30mg/L; P——溶气压力； f——溶气效率，取0.65；

Cs——空气在水中饱和溶解度，20℃ 所以QR0.006(120030)187.543.99m3/h

18.7(0.6541)2.4 溶气罐容积及其工艺尺寸的计算

溶气罐应设安全阀，顶部最高点应装排气阀。溶气水泵进入溶气罐的入口管道应设除

污过滤器。溶气罐底部应装快速排污阀。溶气罐应设水位压力自控装置及仪表。 1） 压力溶气罐直径

Dd=√（4×QR÷π÷I） （2-4）

式中

Dd——压力溶气罐直径，m； QR——溶气水量，m3/h；

I ——单位罐截面积的水力负荷，对填料罐一般选用100～200 m3/(m2·h)。

因此，溶气罐直径为：Dd=√（4×43.99÷π÷120）=0.68m ，取0.65m

2）溶气罐高度

H=2h1+h2+h3+h4

（2-5）

式中：

H——溶气罐高度，m；

h1——罐顶、底封头高度，m（根据罐直径而定）； h2——布水区高度，一般取0.2～0.3m； h3——贮水区高度，一般取1.0m；

h4——填料层高度，当采用阶梯环时，可取1.0～1.3m 表三、根据《JB1154-73》规定，

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当直径为650mm时，曲面高度、直边高度分别为：162mm、40mm，其壁厚还应考虑压力大小，选取12mm，因此：h1=162+40+12=212mm

所以：灌高为：H=2h1+h2+h3+h4=2×0.212＋0.3＋1＋1.2=2.924m H/D=4.5＞4，符合高径比要求

选用RG—400型溶气罐，压力罐内置填料，其填料用聚丙烯阶梯环。 3）溶气罐停留时间校核

Vd=πDd2×H÷4=0.97m3

Vd= QR×td

所以，td=0.97÷43.99=1.4min，满足溶气罐水力停留时间的一般要求

3.空压机与加压水泵的选型

3.1 加压水泵选型

溶气罐压力为4atm，

溶气水流量为：QP= Qg/(736fpKT)×1000 （3-1） 式中：

QP——溶气水量，m3/h； Qg——气浮池所需空气量，kg/h；

f ——溶气效率，对装阶梯环填料的溶气罐可取0.9； P ——选定的溶气压力，atm；

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KT——溶解度系数，

QP= 1.306÷（736×0.65×4×0.024）×1000=28.24 m3/h

根据结果及压力的范围选择4BA—7型加压水泵，选用一用一备。

3.2空压机的选型

溶气水需用量为：QR=43.99m3/h

实际供气量为：Qa= QR×Kt×P÷η （3-2） =43.99×17.66×4÷0.65=4780.7L空气/h

空压机选型：Qa，=1.25ψ×Qa÷1000÷60 （3-3） 其中ψ为空压机安全系数，取1.25

Qa=1.25×1.25×4870.7÷1000÷60=0.1522m3/min

，

根据其额定供气量Qa，=0.1522m3/min和操作压力4atm，选择电动标准型V-0.17/8

4. 气浮池工艺设计计算

4.1气浮池接触室：

1） 接触室表面积：

Ac=（Q+ QR）/(3.6υC) （4-1）

式中：

Ac——接触室表面积，m2； Q ——气浮池处理水量，m3/h； QR——溶气水量，m3/h；

υC——接触池上升速度，通常取20mm/s。 所以：Ac=（187.5+43.99）÷3.6÷20=3.22m2

2）接触室长度 L= （4-2） 式中：

L ——接触室长度，m；

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Ac/Bc

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Ac——接触室表面积，m2； 故接触室宽度和分离室宽度相同。

4.2气浮分离池

1） 分离室表面积

As=（Q+ QR）÷(3.6×vs) （4-3）

式中：

As——分离室表面积，m2； Q ——气浮池处理水量，m3/h； QR——溶气水量，m3/h；

vs——分离室水流向下平均速度，通常为1～1.5mm/s。

vs是气浮池设计的重要参数，亦即表面负荷率q ，q 取6.0m3/h·m2。 因此，As=（187.5+43.99）÷3.6÷1.67=38.5 m2

2） 分离室长度 Ls= （4-4）

式中：

Ls——分离室长度，m； As——分离室表面积，m2； Bs——分离室宽度，m。

对矩形池，分离室的长宽比一般取1～1.5:1 取长宽比为1.5:1，则：Ls=7.5m, Bs=5.06m 因此，接触室宽为Bc=5.06m，长为L=0.64m

3） 气浮池有效水深

H= vst （4-5）

式中：

H ——气浮池有效水深，m；

vs——分离室水流向下平均速度，为1.67mm/s； t ——气浮池分离室停留时间，一般取25～30min 因此，H=1.67×25×60÷1000=2.505m

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As/Bs

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总高度为：2.505+0.5+0.2+0.5=3.705m

4） 气浮池容积

W=( As+ Ac)H （4-6）

式中：

W ——气浮池容积，m3； Ac——接触室表面积，m2； As——分离室表面积，m2； H ——气浮池水深，m。

因此，W=（3.22+38.5）×2.505=104.5 m3

5） 总停留时间校核

T=60W/（Q+ QR） （4-7）

式中：

T ——总停留时间，min； W ——气浮池容积，m3； Q ——气浮池处理水量，m3/h； QR——溶气水量，m3/h。 总校核时间T=27.1min,满足要求

6）水位控制室

水位控制室宽度B不小于900mm，以便安装水位调节器，并利于检修。水位控制室可设于分离室一端，其长度等于分离室宽度；水位控制室也可设于气浮分离室侧面，其长度等于分离室长度。水位控制室深度不小于1.0m。

5.气浮池集水管、出水设施计算

穿孔管孔眼向下与垂线成45°夹角。孔径以10~20mm为宜。一般允许的集水系统水头损失为0.2~0.5m/s，空口流速为5~6m/s，干管与支管流速在0.5~0.7m/s，管底距池底20~40cm，气浮池上部出渣、下部出水。 气浮池集水管:

采用穿孔管，按公式的分配流量确定管径。并令孔眼水头损失h ＝0.3m，按下式计算

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出孔口流速V0 、孔眼尺寸和个数：

V0=μ√2gh (5-1) 式中：

V0——孔眼流速，m/s； μ ——孔眼流速系数,取0.94； g—— 重力加速度，9.8m/s2； h ——孔眼水头损失，m。

所以：V0=0.94×√（2×9.8×0.3）=2.28 m/s

1/21/2进水管内径为：D=［4（Q+ QR）÷π÷v］=［4（187.5+ 43.99）÷3600÷π÷1.5］=0.23m

集水管中心线距池底20cm，相邻管中心距为0.5m，沿池长方向排列。 N= Ls/5=15根。

气浮管取15根，每根管集水量： Q0=（Q+ QR）÷15=4.29×10-3m3 每个集水管的空口总面积：取ε=0.63 S= Q0÷ε÷V0=4.29×10-3÷0.63÷2.28=0.00298 m2 单个孔眼面积：取d0=0.018m S0=3.14×0.0182÷4=2.54×10-4 m2 则每根集水管孔眼数：

n=S/ S0=0.00298÷2.54×10-4=11.7 ，取12个。

由于孔眼沿管长开两排，两排孔径的中心线呈45°夹角。集水管有效长度为7.5m，则孔距为：l0=7.5÷(12÷2+1)=1.07m

6.气浮池排渣设施

气浮法，浮渣含水率为90%~95%，较沉淀池含水率低，其排渣方法有两种溢渣和机械刮渣。本设计采用机械刮渣，气浮池宽为5.06m，池壁厚度取400mm，则刮渣机跨度应为：5.06+0.4=5.46m，由于气浮池为矩形，所以采用桥式刮渣机。此类型的刮渣机适用范围一般在跨度10m以下，集渣槽的位置可在池的一端或两端。

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7.溶气释放器

溶气释放器可选择TS型、TJ型、TV型，其中TS型除用于实验性装置外，在生产上已很少使用。 溶气释放器个数：n= QR/q 表四、溶气释放器的选型：

4atm下选择TV-111型释放器，则q=5.91 m3/h，所以释放器个数为：

n=43.99÷5.91=7.44 取8个

释放器安装宜在被处理水面下1.5m处，其工作范围约2m直径，确保溶气水与污水混合充分，可采用向下安装方式。

8.课程设计体会

回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

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此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

9.参考文献

1） 2） 3）2000；4）5）

文案大全顾夏声等主编，《水处理工程》，清华大学出版社，1985； 王宝贞主编，《水污染控制工程》，高等教育出版杜，1990； 张自杰主编，《排水工程》（下册），第四版，中国建筑工业出版社，崔玉川等编，废水处理工艺设计计算，水利电力出版壮，1994； 崔玉川等编，城市污水回用深度处理设施设计计算，化学工业出版壮，