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《水污染控制工程》課程設(shè)計任務(wù)書 化學(xué)與環(huán)境工程 學(xué)院 環(huán)境工程 系 2011級 環(huán) 境 工 程 專業(yè) 題目 工業(yè)廢水氣浮處理工藝設(shè)計 起止日期：2014年6月28日 至2014 年7月5日 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 目錄 前言 1 1、任務(wù)書 1 1.1、任務(wù)背景 1 1.2、設(shè)計任務(wù) 1 1.2.1 溶氣罐的設(shè)計 1 1.2.2 空壓機的選型 2 1.2.3釋放器的設(shè)計 2 1.2.4氣浮池的工藝設(shè)計計算 2 1.3設(shè)計參數(shù) 2 1.4設(shè)計計算要求 3 2.溶氣罐的設(shè)計 3 2.1 氣浮池所需空氣量： 3 2.2氣固比計算 4 2.3 回流溶氣水量 4 2.4 溶氣罐容積及其工藝尺寸的計算 5 3.空壓機與加壓水泵的選型 6 3.1 加壓水泵選型 6 3.2空壓機的選型 7 4. 氣浮池工藝設(shè)計計算 7 5.氣浮池集水管、出水設(shè)施計算 9 6.氣浮池排渣設(shè)施 10 7.溶氣釋放器 10 8. 課程設(shè)計體會 11 9.參考文獻 12 前言 工業(yè)廢水包括生產(chǎn)廢水和生產(chǎn)污水，是指工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物、副產(chǎn)品以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物。而水是人類生存、社會發(fā)展不可缺少的重要資源,水資源缺乏是當(dāng)前急需解決的問題,嚴(yán)重制約著經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展,由此引起的生態(tài)環(huán)境退化、人居環(huán)境惡化等社會和環(huán)境問題將日益嚴(yán)重。因此在這里研究工業(yè)廢水氣浮處理工藝設(shè)計是極其有必要的，對于我們環(huán)境工程專業(yè)同學(xué)而言，此次課程設(shè)計對于我們關(guān)于工廠水處理的認(rèn)識具有極其重要的幫助。 1、任務(wù)書 1.1、任務(wù)背景 某造紙廠日排放紙機白水量為4500m3/d，擬采用部分出水回流加壓溶氣氣浮工藝進行處理。該廢水中所含的懸浮固體SS濃度為C0＝1200mg/L，要求經(jīng)處理后出水中的懸浮固體SS濃度Ce≦30mg/L。經(jīng)實驗室試驗表明，當(dāng)向每kgSS提供25L的空氣量時，可達到上述處理出水水質(zhì)指標(biāo)（氣浮池的運轉(zhuǎn)溫度為20℃）。試進行該氣浮處理工藝系統(tǒng)的設(shè)計。 1.2、設(shè)計任務(wù) 1.2.1 溶氣罐的設(shè)計 （1）氣固比的計算； （2）所需回流溶氣水量的計算； （3）溶氣罐容積的計算及其工藝尺寸的確定； （4）溶氣罐的選型； （5）溶氣罐實際停留時間的校核； （6）溶氣罐進、出水管的設(shè)計及其布置。 1.2.2 空壓機的選型 （1）單位時間所需供氣量的計算； （2）空壓機所需供氣壓力的確定； （3）空壓機的選型。 1.2.3釋放器的設(shè)計 （1）根據(jù)所需溶氣水量進行釋放器的選型； （2）確定所需釋放器的個數(shù)； （3）確定釋放器的工藝布置。 1.2.4氣浮池的工藝設(shè)計計算 （1）分離室的工藝設(shè)計計算 1、根據(jù)表面負(fù)荷率計算所需分離室的表面積； 2、根據(jù)表面負(fù)荷率計算所需分離室的有效水深； 3、根據(jù)長寬比及寬深比確定分離室的平面布置； （2）接觸室的工藝設(shè)計計算 1、根據(jù)上升流速計算所需接觸室的面積； 2、根據(jù)分離室的寬度確定接觸室所需的長度（需同時根據(jù)接觸室長度不小于0.6m的施工要求確定接觸室的長度）。 （3）氣浮池總體工藝尺寸的確定 考慮超高0.3～0.5m，池底集水區(qū)高度0.2m。出水區(qū)長度設(shè)0.5m。 （4）氣浮池集水管的設(shè)計及其布置 1.3設(shè)計參數(shù) 表一： 項目 符號與數(shù)值計量單位 溶氣罐的工作壓力 P取3.5～4.0atm； 溶氣罐的水力停留時間t t1取2.5～3.0min 溶氣罐的溶氣效率 η取60～70％； 氣浮池接觸室的上升流速 v1取20mm/s 氣浮池的表面負(fù)荷率 q取5.0～7.0m3/m2.h 氣浮分離池的水力停留時間 t2取25～30min 集水管孔眼水頭損失△h △h取0.3m 孔眼流量系數(shù) μ取0.94 集水管最大流速 v取0.5～0.6m/s 浮渣含水率 p取90～95% 浮渣池停留時間 取5h 1.4設(shè)計計算要求 1. 通過資料查閱、討論及答疑，在兩周時間內(nèi)按時獨立完成； 2. 設(shè)計計算說明書書寫整潔、工整有條理，計算正確無誤，必要之處應(yīng)加以說明； 3. 通過設(shè)計計算畫出溶氣罐、氣浮池的工藝構(gòu)造及有關(guān)布置圖并標(biāo)注有關(guān)工藝尺寸； 4．畫出工藝流程圖。 2.溶氣罐的設(shè)計 2.1 氣浮池所需空氣量： 當(dāng)無試驗資料時，可按下式計算 Qg=γCs(fp-1)RQ/1000 （2-1） 式中： Qg——氣浮池所需空氣量，kg/h； γ——空氣容重，g/L，見表1； Cs——在一定溫度下，—個大氣壓時的空氣溶解度，mL/L·atm，見表1； f ——加壓溶氣系統(tǒng)的溶氣效率，f =0.6~0.7； P ——溶氣壓力，絕對壓力，atm； R ——試驗條件下回流比或溶氣水回流比，%； Q ——氣浮池處理水量，m3/h。 表二、空氣在水中的溶解度 溫度（℃） 空氣容重γ（g/L） 空氣溶解度Cs（mL/L·atm） 0 1.252 29.2 10 1.206 22.8 20 1.164 18.7 溫度取20℃，則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氣固比計算 氣固比α與懸浮顆粒的疏水性有關(guān)，α約為0.005～0.006，通常由試驗確定。當(dāng)無資 料時，由下式計算 α= Qg/（QSa） （2-2） 式中： α——氣固比； Sa——污水中懸浮物濃度，kg/m3。 所以，氣固比為：α=1.306÷187.5÷1.2=0.006 2.3 回流溶氣水量 （2-3） 式中： α——氣固比； Q——處理水流量，m3/h； S1、S2——分別為原水和出水SS濃度，S1=1200mg/L,S2=30mg/L; P——溶氣壓力； f——溶氣效率，取0.65； Cs——空氣在水中飽和溶解度，20℃ 所以 2.4 溶氣罐容積及其工藝尺寸的計算 溶氣罐應(yīng)設(shè)安全閥，頂部最高點應(yīng)裝排氣閥。溶氣水泵進入溶氣罐的入口管道應(yīng)設(shè)除 污過濾器。溶氣罐底部應(yīng)裝快速排污閥。溶氣罐應(yīng)設(shè)水位壓力自控裝置及儀表。 1） 壓力溶氣罐直徑 Dd=√（4×QR÷π÷I） （2-4） 式中 Dd——壓力溶氣罐直徑，m； QR——溶氣水量，m3/h； I ——單位罐截面積的水力負(fù)荷，對填料罐一般選用100～200 m3/(m2·h)。 因此，溶氣罐直徑為：Dd=√（4×43.99÷π÷120）=0.68m ，取0.65m 2）溶氣罐高度 H=2h1+h2+h3+h4 （2-5） 式中： H——溶氣罐高度，m； h1——罐頂、底封頭高度，m（根據(jù)罐直徑而定）； h2——布水區(qū)高度，一般取0.2～0.3m； h3——貯水區(qū)高度，一般取1.0m； h4——填料層高度，當(dāng)采用階梯環(huán)時，可取1.0～1.3m 表三、根據(jù)《JB1154-73》規(guī)定， 當(dāng)直徑為650mm時，曲面高度、直邊高度分別為：162mm、40mm，其壁厚還應(yīng)考慮壓力大小，選取12mm，因此：h1=162+40+12=212mm 所以：灌高為：H=2h1+h2+h3+h4=2×0.212＋0.3＋1＋1.2=2.924m H/D=4.5＞4，符合高徑比要求 選用RG—400型溶氣罐，壓力罐內(nèi)置填料，其填料用聚丙烯階梯環(huán)。 3）溶氣罐停留時間校核 Vd=πDd2×H÷4=0.97m3 Vd= QR×td 所以，td=0.97÷43.99=1.4min，滿足溶氣罐水力停留時間的一般要求 3.空壓機與加壓水泵的選型 3.1 加壓水泵選型 溶氣罐壓力為4atm， 溶氣水流量為：QP= Qg/(736fpKT)×1000 （3-1） 式中： QP——溶氣水量，m3/h； Qg——氣浮池所需空氣量，kg/h； f ——溶氣效率，對裝階梯環(huán)填料的溶氣罐可取0.9； P ——選定的溶氣壓力，atm； KT——溶解度系數(shù)， QP= 1.306÷（736×0.65×4×0.024）×1000=28.24 m3/h 根據(jù)結(jié)果及壓力的范圍選擇4BA—7型加壓水泵，選用一用一備。 3.2空壓機的選型 溶氣水需用量為：QR=43.99m3/h 實際供氣量為：Qa= QR×Kt×P÷η （3-2） =43.99×17.66×4÷0.65=4780.7L空氣/h 空壓機選型：Qa，=1.25ψ×Qa÷1000÷60 （3-3） 其中ψ為空壓機安全系數(shù)，取1.25 Qa，=1.25×1.25×4870.7÷1000÷60=0.1522m3/min 根據(jù)其額定供氣量Qa，=0.1522m3/min和操作壓力4atm，選擇電動標(biāo)準(zhǔn)型V-0.17/8 4. 氣浮池工藝設(shè)計計算 4.1氣浮池接觸室： 1） 接觸室表面積： Ac=（Q+ QR）/(3.6υC) （4-1） 式中： Ac——接觸室表面積，m2； Q ——氣浮池處理水量，m3/h； QR——溶氣水量，m3/h； υC——接觸池上升速度，通常取20mm/s。 所以：Ac=（187.5+43.99）÷3.6÷20=3.22m2 2）接觸室長度 L= Ac/Bc （4-2） 式中： L ——接觸室長度，m； Ac——接觸室表面積，m2； 故接觸室寬度和分離室寬度相同。 4.2氣浮分離池 1） 分離室表面積 As=（Q+ QR）÷(3.6×vs) （4-3） 式中： As——分離室表面積，m2； Q ——氣浮池處理水量，m3/h； QR——溶氣水量，m3/h； vs——分離室水流向下平均速度，通常為1～1.5mm/s。 vs是氣浮池設(shè)計的重要參數(shù)，亦即表面負(fù)荷率q ，q 取6.0m3/h·m2。 因此，As=（187.5+43.99）÷3.6÷1.67=38.5 m2 2） 分離室長度 Ls= As/Bs （4-4） 式中： Ls——分離室長度，m； As——分離室表面積，m2； Bs——分離室寬度，m。 對矩形池，分離室的長寬比一般取1～1.5:1 取長寬比為1.5:1，則：Ls=7.5m, Bs=5.06m 因此，接觸室寬為Bc=5.06m，長為L=0.64m 3） 氣浮池有效水深 H= vst （4-5） 式中： H ——氣浮池有效水深，m； vs——分離室水流向下平均速度，為1.67mm/s； t ——氣浮池分離室停留時間，一般取25～30min 因此，H=1.67×25×60÷1000=2.505m 總高度為：2.505+0.5+0.2+0.5=3.705m 4） 氣浮池容積 W=( As+ Ac)H （4-6） 式中： W ——氣浮池容積，m3； Ac——接觸室表面積，m2； As——分離室表面積，m2； H ——氣浮池水深，m。 因此，W=（3.22+38.5）×2.505=104.5 m3 5） 總停留時間校核 T=60W/（Q+ QR） （4-7） 式中： T ——總停留時間，min； W ——氣浮池容積，m3； Q ——氣浮池處理水量，m3/h； QR——溶氣水量，m3/h。 總校核時間T=27.1min,滿足要求 6）水位控制室 水位控制室寬度B不小于900mm，以便安裝水位調(diào)節(jié)器，并利于檢修。水位控制室可設(shè)于分離室一端，其長度等于分離室寬度；水位控制室也可設(shè)于氣浮分離室側(cè)面，其長度等于分離室長度。水位控制室深度不小于1.0m。 5.氣浮池集水管、出水設(shè)施計算 穿孔管孔眼向下與垂線成45°夾角?？讖揭?0~20mm為宜。一般允許的集水系統(tǒng)水頭損失為0.2~0.5m/s，空口流速為5~6m/s，干管與支管流速在0.5~0.7m/s，管底距池底20~40cm，氣浮池上部出渣、下部出水。 氣浮池集水管: 采用穿孔管，按公式的分配流量確定管徑。并令孔眼水頭損失h ＝0.3m，按下式計算 出孔口流速V0 、孔眼尺寸和個數(shù)： V0=μ√2gh (5-1) 式中： V0——孔眼流速，m/s； μ ——孔眼流速系數(shù),取0.94； g—— 重力加速度，9.8m/s2； h ——孔眼水頭損失，m。 所以：V0=0.94×√（2×9.8×0.3）=2.28 m/s 進水管內(nèi)徑為：D=［4（Q+ QR）÷π÷v］1/2=［4（187.5+ 43.99）÷3600÷π÷1.5］1/2=0.23m 集水管中心線距池底20cm，相鄰管中心距為0.5m，沿池長方向排列。 N= Ls/5=15根。 氣浮管取15根，每根管集水量： Q0=（Q+ QR）÷15=4.29×10-3m3 每個集水管的空口總面積：取ε=0.63 S= Q0÷ε÷V0=4.29×10-3÷0.63÷2.28=0.00298 m2 單個孔眼面積：取d0=0.018m S0=3.14×0.0182÷4=2.54×10-4 m2 則每根集水管孔眼數(shù)： n=S/ S0=0.00298÷2.54×10-4=11.7 ，取12個。 由于孔眼沿管長開兩排，兩排孔徑的中心線呈45°夾角。集水管有效長度為7.5m，則孔距為：l0=7.5÷(12÷2+1)=1.07m 6.氣浮池排渣設(shè)施 氣浮法，浮渣含水率為90%~95%，較沉淀池含水率低，其排渣方法有兩種溢渣和機械刮渣。本設(shè)計采用機械刮渣，氣浮池寬為5.06m，池壁厚度取400mm，則刮渣機跨度應(yīng)為：5.06+0.4=5.46m，由于氣浮池為矩形，所以采用橋式刮渣機。此類型的刮渣機適用范圍一般在跨度10m以下，集渣槽的位置可在池的一端或兩端。 7.溶氣釋放器 溶氣釋放器可選擇TS型、TJ型、TV型，其中TS型除用于實驗性裝置外，在生產(chǎn)上已很少使用。 溶氣釋放器個數(shù)：n= QR/q 表四、溶氣釋放器的選型： 4atm下選擇TV-111型釋放器，則q=5.91 m3/h，所以釋放器個數(shù)為： n=43.99÷5.91=7.44 取8個 釋放器安裝宜在被處理水面下1.5m處，其工作范圍約2m直徑，確保溶氣水與污水混合充分，可采用向下安裝方式。 8.課程設(shè)計體會 回顧起此課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。 實驗過程中，也對團隊精神的進行了考察，讓我們在合作起來更加默契，在成功后一起體會喜悅的心情。果然是團結(jié)就是力量，只有互相之間默契融洽的配合才能換來最終完美的結(jié)果。 此次設(shè)計也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時請教或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動腦思考，動手實踐，就沒有弄不懂的知識，收獲頗豐。 9.參考文獻 1） 顧夏聲等主編，《水處理工程》，清華大學(xué)出版社，1985； 2） 王寶貞主編，《水污染控制工程》，高等教育出版杜，1990； 3） 張自杰主編，《排水工程》（下冊），第四版，中國建筑工業(yè)出版社，2000； 4） 崔玉川等編，廢水處理工藝設(shè)計計算，水利電力出版壯，1994； 5） 崔玉川等編，城市污水回用深度處理設(shè)施設(shè)計計算，化學(xué)工業(yè)出版壯， 12