水污染控制工程課程設(shè)計(jì)任務(wù)書化學(xué)與環(huán)境工程 學(xué)院 環(huán)境工程 系 2011級(jí) 環(huán) 境 工 程 專業(yè)題目 工業(yè)廢水氣浮處理工藝設(shè)計(jì) 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(hào)： 指導(dǎo)教師： 目錄前言11、任務(wù)書1 1.1、任務(wù)背景1 1.2、設(shè)計(jì)任務(wù)11.2.1 溶氣罐的設(shè)計(jì)1 1.2.2 空壓機(jī)的選型21.2.3釋放器的設(shè)計(jì)21.2.4氣浮池的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算2 1.3設(shè)計(jì)參數(shù)2 1.4設(shè)計(jì)計(jì)算要求32.溶氣罐的設(shè)計(jì)32.1 氣浮池所需空氣量：32.2氣固比計(jì)算42.3 回流溶氣水量4 2.4 溶氣罐容積及其工藝尺寸的計(jì)算53.空壓機(jī)與加壓水泵的選型63.1 加壓水泵選型63.2空壓機(jī)的選型74. 氣浮池工藝設(shè)計(jì)計(jì)算75.氣浮池集水管、出水設(shè)施計(jì)算96.氣浮池排渣設(shè)施107.溶氣釋放器108. 課程設(shè)計(jì)體會(huì)119.參考文獻(xiàn)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(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的污染物。而水是人類生存、社會(huì)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(wèn)題,嚴(yán)重制約著經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(huì)和環(huán)境問(wèn)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(jì)是極其有必要的，對(duì)于我們環(huán)境工程專業(yè)同學(xué)而言，此次課程設(shè)計(jì)對(duì)于我們關(guān)于工廠水處理的認(rèn)識(shí)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(jī)白水量為4500m3/d，擬采用部分出水回流加壓溶氣氣浮工藝進(jìn)行處理。該廢水中所含的懸浮固體SS濃度為C01200mg/L，要求經(jīng)處理后出水中的懸浮固體SS濃度Ce30mg/L。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)表明，當(dāng)向每kgSS提供25L的空氣量時(shí)，可達(dá)到上述處理出水水質(zhì)指標(biāo)（氣浮池的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度為20）。試進(jìn)行該氣浮處理工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。1.2、設(shè)計(jì)任務(wù) 1.2.1 溶氣罐的設(shè)計(jì)（1）氣固比的計(jì)算；（2）所需回流溶氣水量的計(jì)算；（3）溶氣罐容積的計(jì)算及其工藝尺寸的確定；（4）溶氣罐的選型；（5）溶氣罐實(shí)際停留時(shí)間的校核；（6）溶氣罐進(jìn)、出水管的設(shè)計(jì)及其布置。 1.2.2 空壓機(jī)的選型 （1）單位時(shí)間所需供氣量的計(jì)算； （2）空壓機(jī)所需供氣壓力的確定； （3）空壓機(jī)的選型。 1.2.3釋放器的設(shè)計(jì) （1）根據(jù)所需溶氣水量進(jìn)行釋放器的選型； （2）確定所需釋放器的個(gè)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(jì)計(jì)算 （1）分離室的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 1、根據(jù)表面負(fù)荷率計(jì)算所需分離室的表面積； 2、根據(jù)表面負(fù)荷率計(jì)算所需分離室的有效水深； 3、根據(jù)長(zhǎng)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(jì)計(jì)算 1、根據(jù)上升流速計(jì)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(zhǎng)度（需同時(shí)根據(jù)接觸室長(zhǎng)度不小于0.6m的施工要求確定接觸室的長(zhǎng)度）。 （3）氣浮池總體工藝尺寸的確定 考慮超高0.30.5m，池底集水區(qū)高度0.2m。出水區(qū)長(zhǎng)度設(shè)0.5m。 （4）氣浮池集水管的設(shè)計(jì)及其布置 1.3設(shè)計(jì)參數(shù)表一： 項(xiàng)目符號(hào)與數(shù)值計(jì)量單位溶氣罐的工作壓力P取3.54.0atm； 溶氣罐的水力停留時(shí)間tt1取2.53.0min溶氣罐的溶氣效率取6070；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5.07.0m3/m2.h氣浮分離池的水力停留時(shí)間t2取2530min 集水管孔眼水頭損失hh取0.3m孔眼流量系數(shù)取0.94集水管最大流速v取0.50.6m/s浮渣含水率p取9095%浮渣池停留時(shí)間取5h1.4設(shè)計(jì)計(jì)算要求 1. 通過(guò)資料查閱、討論及答疑，在兩周時(shí)間內(nèi)按時(shí)獨(dú)立完成； 2. 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書書寫整潔、工整有條理，計(jì)算正確無(wú)誤，必要之處應(yīng)加以說(shuō)明；3. 通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)2.1 氣浮池所需空氣量：當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，可按下式計(jì)算Qg=Cs(fp-1)RQ/1000 （2-1）式中：Qg氣浮池所需空氣量，kg/h；空氣容重，g/L，見(jiàn)表1；Cs在一定溫度下，個(gè)大氣壓時(shí)的空氣溶解度，mL/L·atm，見(jiàn)表1；f 加壓溶氣系統(tǒng)的溶氣效率，f =0.60.7；P 溶氣壓力，絕對(duì)壓力，atm；R 試驗(yàn)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（g/L）空氣溶解度Cs（mL/L·atm）01.25229.2101.20622.8201.16418.7溫度取20，則=1.164 g/L，Cs=18.7 mL/L·atm，回流比R取20%，所以：Qg=1.164×18.7×（0.65×41）×0.2×187.5÷1000=1.306 kg/h2.2氣固比計(jì)算氣固比與懸浮顆粒的疏水性有關(guān)，約為0.0050.006，通常由試驗(yàn)確定。當(dāng)無(wú)資料時(shí)，由下式計(jì)算= Qg/（QSa） （2-2）式中：氣固比；Sa污水中懸浮物濃度，kg/m3。所以，氣固比為：=1.306÷187.5÷1.2=0.0062.3 回流溶氣水量 （2-3）式中：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(jì)算溶氣罐應(yīng)設(shè)安全閥，頂部最高點(diǎn)應(yīng)裝排氣閥。溶氣水泵進(jìn)入溶氣罐的入口管道應(yīng)設(shè)除污過(guò)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÷÷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(duì)填料罐一般選用100200 m3/(m2·h)。因此，溶氣罐直徑為：Dd=（4×43.99÷÷120）=0.68m ，取0.65m2）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0.20.3m；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(shí)，可取1.01.3m表三、根據(jù)JB1154-73規(guī)定，當(dāng)直徑為650mm時(shí)，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=2×0.2120.311.2=2.924mH/D=4.54，符合高徑比要求選用RG400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(shí)間校核Vd=Dd2×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(shí)間的一般要求3.空壓機(jī)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(duì)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4BA7型加壓水泵，選用一用一備。3.2空壓機(jī)的選型溶氣水需用量為：QR=43.99m3/h實(shí)際供氣量為：Qa= QR×Kt×P÷ （3-2） =43.99×17.66×4÷0.65=4780.7L空氣/h空壓機(jī)選型：Qa，=1.25×Qa÷1000÷60 （3-3）其中為空壓機(jī)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(dòng)標(biāo)準(zhǔn)型V-0.17/84. 氣浮池工藝設(shè)計(jì)計(jì)算4.1氣浮池接觸室：1） 接觸室表面積： Ac=（Q+ QR）/(3.6C) （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；C接觸池上升速度，通常取20mm/s。所以：Ac=（187.5+43.99）÷3.6÷20=3.22m22）接觸室長(zhǎng)度 L= Ac/Bc （4-2）式中：L 接觸室長(zhǎng)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11.5mm/s。vs是氣浮池設(shè)計(jì)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 m22） 分離室長(zhǎng)度 Ls= As/Bs （4-4）式中：Ls分離室長(zhǎng)度，m；As分離室表面積，m2；Bs分離室寬度，m。對(duì)矩形池，分離室的長(zhǎng)寬比一般取11.5:1取長(zhǎng)寬比為1.5:1，則：Ls=7.5m, Bs=5.06m因此，接觸室寬為Bc=5.06m，長(zhǎng)為L(zhǎng)=0.64m3） 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(shí)間，一般取2530min因此，H=1.67×25×60÷1000=2.505m總高度為：2.505+0.5+0.2+0.5=3.705m4） 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 m35） 總停留時(shí)間校核T=60W/（Q+ QR） （4-7）式中：T 總停留時(shí)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?？傂：藭r(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)度等于分離室長(zhǎng)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(jì)算穿孔管孔眼向下與垂線成45°夾角?？讖揭?020mm為宜。一般允許的集水系統(tǒng)水頭損失為0.20.5m/s，空口流速為56m/s，干管與支管流速在0.50.7m/s，管底距池底2040cm，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(jì)算出孔口流速V0 、孔眼尺寸和個(gè)數(shù)：V0=2gh (5-1)式中：V0孔眼流速，m/s； 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(jìn)水管內(nèi)徑為：D=4（Q+ QR）÷÷v1/2=4（187.5+ 43.99）÷3600÷÷1.51/2=0.23m集水管中心線距池底20cm，相鄰管中心距為0.5m，沿池長(zhǎng)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(gè)集水管的空口總面積：取=0.63S= Q0÷÷V0=4.29×10-3÷0.63÷2.28=0.00298 m2單個(gè)孔眼面積：取d0=0.018mS0=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(gè)。由于孔眼沿管長(zhǎng)開(kāi)兩排，兩排孔徑的中心線呈45°夾角。集水管有效長(zhǎng)度為7.5m，則孔距為：l0=7.5÷(12÷2+1)=1.07m6.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(jī)械刮渣。本設(shè)計(jì)采用機(jī)械刮渣，氣浮池寬為5.06m，池壁厚度取400mm，則刮渣機(jī)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(jī)。此類型的刮渣機(jī)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(shí)驗(yàn)性裝置外，在生產(chǎn)上已很少使用。溶氣釋放器個(gè)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(gè)數(shù)為：n=43.99÷5.91=7.44 取8個(gè)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(jì)體會(huì)回顧起此課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，也對(duì)團(tuán)隊(duì)精神的進(jìn)行了考察，讓我們?cè)诤献髌饋?lái)更加默契，在成功后一起體會(huì)喜悅的心情。果然是團(tuán)結(jié)就是力量，只有互相之間默契融洽的配合才能換來(lái)最終完美的結(jié)果。此次設(shè)計(jì)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(shí)請(qǐng)教或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動(dòng)腦思考，動(dòng)手實(shí)踐，就沒(méi)有弄不懂的知識(shí)，收獲頗豐。9.參考文獻(xiàn) 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(cè)），第四版，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000；4） 崔玉川等編，廢水處理工藝設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)計(jì)算，化學(xué)工業(yè)出版壯，12