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綠色化學(xué)工藝的案例范文第1篇

1 微化工技術(shù)的概述

微化工技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了反應(yīng)時間的大幅度縮短，從幾小時甚至幾十小時縮短至幾十秒，乃至幾秒，而且反應(yīng)容器的體積也得以縮小成為以升或毫升為單位的容器。微化工技術(shù)自形成以來，到如今僅僅經(jīng)過了20多年的發(fā)展階段，已經(jīng)憑借其特有的魅力讓我們對化工生產(chǎn)的前景充滿了希望。如利用可直接放大而且具有較高安全性，能夠比較容易控制反應(yīng)過程的技術(shù)，改變化學(xué)工業(yè)污染重、能耗高的傳統(tǒng)發(fā)展模式，實現(xiàn)綠色化工生產(chǎn)，提高化工生產(chǎn)的資源與能源利用的效率?；み^程中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)往往會受到來自于本文由收集整理傳遞速率或本征反應(yīng)動力學(xué)的控制或者處于兩者的共同控制下。

2 微化工系統(tǒng)的特點及優(yōu)越性

2.1 有利于化學(xué)反應(yīng)的精確控制

微反應(yīng)技術(shù)的實現(xiàn)原理是對微管道中的連續(xù)流動反應(yīng)的運用，從而準(zhǔn)確控制物料在反應(yīng)條件下的停留時間，而且這一方法的運用，明顯減少了反應(yīng)物的所需用量，因此反應(yīng)時間大幅度縮短，而且顯著提高了精度，從而能夠?qū)⒁蛟谶^程的反應(yīng)時間內(nèi)所產(chǎn)生的副產(chǎn)品清除掉。檢測時間因微組合化學(xué)合成與分析系統(tǒng)的應(yīng)用，將原來的2-3個小時縮短至不足一分鐘，而精度卻提高到仄摩爾（10-21mol）。

2.2 安全可靠

特征尺寸與火焰?zhèn)鞑ヅR界直徑相比，相對要小一些，而且微通道具有很強(qiáng)的傳熱能力，從而為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的順利進(jìn)行提供了條件。同時，也有效地抑制自由基爆炸反應(yīng)。由于微化工系統(tǒng)的換熱效率極高，再加上系統(tǒng)內(nèi)存有能夠滯留的物料，即使發(fā)生了自由基爆炸的情況，所造成的后果也屬于可控范圍內(nèi)，從而促使在過去于常規(guī)設(shè)備內(nèi)完成的具有較大危險的化學(xué)反應(yīng)而不敢或不能進(jìn)行的試驗，得以實現(xiàn)。

2.3 小試工藝不需中試可以直接放大

將微反應(yīng)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)時，工藝放大的實現(xiàn)可以運用增加微通道數(shù)量的方式，而不能選擇增加微通道特征尺寸。這樣就有效減少了中間的試驗放大階段，提高了效率。由此可以看出小試工藝的突出優(yōu)勢在于最佳反應(yīng)條件可以直接進(jìn)入生產(chǎn)而不需要提前對其作出任何改變，有效解決了過去需要將常規(guī)反應(yīng)器放大的難題。

3 微反應(yīng)器的研究與應(yīng)用

3.1 微反應(yīng)器的設(shè)計

微反應(yīng)器作為一個微系統(tǒng)，其復(fù)雜性可見一斑，而且設(shè)計當(dāng)中覆蓋了多個領(lǐng)域的知識，對知識的綜合運用提出了較高的要求。由此可以看出，微反應(yīng)器的各部件與微通道的制作都必須以精密的設(shè)計與研究作為基礎(chǔ)和前提。微通道對于熱交換和傳遞都有著重大的影響，因此存在著復(fù)雜的關(guān)系。微通道的直徑數(shù)量級單位為微米，所以流體所在的容器為微米量級寬度的管道，一般情況下雷諾準(zhǔn)數(shù)在幾十到幾百之間，粘滯力比慣性力大，流體為層流狀態(tài)。

3.2 微反應(yīng)器適合的類型

根據(jù)相關(guān)研究表明，微反應(yīng)器只能運用于30%的精細(xì)化領(lǐng)域的有機(jī)反應(yīng)當(dāng)中，實現(xiàn)收率、選擇性以及安全性等方面的提高。由此可以判斷出，微反應(yīng)并不是能夠應(yīng)用于所有類型的化學(xué)反應(yīng)，其所具有的優(yōu)勢可以在以下化學(xué)反應(yīng)中得以體現(xiàn)。

3.2.1 放熱劇烈的反應(yīng)。對于這類反應(yīng)，運用常規(guī)反應(yīng)器時，進(jìn)料方式會選擇逐漸滴加。而即使采用逐漸滴加，也仍然會出現(xiàn)局部瞬間過熱的現(xiàn)象，產(chǎn)生一定量的副產(chǎn)物。而微反應(yīng)器的應(yīng)用，則能夠及時將熱量導(dǎo)出，從而精確控制反應(yīng)溫度。

3.2.2 反應(yīng)物或產(chǎn)物不穩(wěn)定的反應(yīng)。某些反應(yīng)物或生成物具有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性，即使在反應(yīng)器中做短暫的停留，也會分解而降低收率。而微反應(yīng)器的原理是連續(xù)流動，從而對反應(yīng)物的停留時間加以精確控制，從而防止出現(xiàn)類似于常規(guī)反應(yīng)器中的由于反應(yīng)物或生成物不穩(wěn)定而分解的情況。

3.3 微反應(yīng)器技術(shù)的應(yīng)用

微反應(yīng)器技術(shù)在發(fā)展的過程當(dāng)中，主要的應(yīng)用范圍是小試研究，應(yīng)用的目的有改善工藝條件，實現(xiàn)催化劑篩選和反應(yīng)動力學(xué)測定等。由于微反應(yīng)器技術(shù)具有許多突出的優(yōu)勢，而被越來越多的化工生產(chǎn)作為第一選擇對象。大量的歐洲公司和研究機(jī)構(gòu)，特別是發(fā)展規(guī)模較大的化工和醫(yī)藥公司都在微反應(yīng)器新生產(chǎn)工藝的開發(fā)與應(yīng)用方面投入了大量的人力、物力和財力，而在我國該項技術(shù)還處于理論階段，還沒有關(guān)于工業(yè)應(yīng)用的報道。

綠色化學(xué)工藝的案例范文第2篇

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品防護(hù)　面品　周轉(zhuǎn)

中圖分類號：U466

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1007-3973（2012）007-026-02

1 前言

隨著汽車市場銷量的不斷壯大，各汽車制造商之間的競爭愈加激烈，為了實現(xiàn)利潤的增加，制造商不斷開展成本低減的活動，但在滿足品質(zhì)的前提下，成本是不可無休止的降低，當(dāng)達(dá)到一定限度時，產(chǎn)品的高質(zhì)價比則體現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量的提升上，以高質(zhì)量支撐產(chǎn)品的品牌價值，實現(xiàn)利潤的持續(xù)增長。談到質(zhì)量控制，針對產(chǎn)品防護(hù)是品質(zhì)管控過程中重要環(huán)節(jié)之一，其中包括零部件及整車產(chǎn)品的貯存、周轉(zhuǎn)以及制造整個過程，從產(chǎn)品的輸入到輸出進(jìn)行管理，達(dá)到產(chǎn)品高質(zhì)量、滿足顧客的基本需求。

3 產(chǎn)品防護(hù)過程操作

3.1 貯存

(1)各種零部件采用專用器具分類存放，避免混放、疊放接觸造成劃傷、變形等不良（依托工裝器具的應(yīng)用）。

(2)油液類、脂類、膠類等輔料在使用前及使用剩余后，用密封蓋對容器進(jìn)行密封。

(3)零部件管路接口（油管、空調(diào)管、散熱器等）使用防護(hù)帽/塞密封，接口無現(xiàn)象，做到防塵、防水。

(4)電器件的包裝箱要保持完好，防止灰塵、磕碰；放置位置要遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場部位（如大型設(shè)備附近），做到防磁化（如圖1）。

3.2 周轉(zhuǎn)

(1)零部件備件、拆除內(nèi)外飾件包裝時，緩慢抽出，防止磕碰、劃傷。

(2)工裝器具、固定貨架直接與零部件接觸部位，使用膠皮、棉布等軟質(zhì)材料進(jìn)行防護(hù)。

(3)引用適當(dāng)?shù)奈锪髂Ｊ?，如順引順建的物流配送、生產(chǎn)線體采用SPS送料方式等，避免大批量、集中物流配送。

3.3 生產(chǎn)過程

(1)靠近車身作業(yè)的員工，作業(yè)準(zhǔn)備時將個人佩戴硬物物品放入勞保柜，胸卡放于現(xiàn)場指定位置。禁止佩戴胸卡、鋼筆、手表、金屬物的腰帶等硬物，口袋內(nèi)禁止裝有大串的鑰匙、扳手、套筒等明顯的硬物。

(2)操作者手持檢驗卡或在工作臺進(jìn)行簽寫，禁止趴靠車身、用車身墊著寫字；禁止在線體上打鬧，在穿越線體時走綠色通道。

(3)操作者需要進(jìn)入車內(nèi)作業(yè)，須提前將車門打開，禁止將零部件、工具和作業(yè)盒等從車窗放入車內(nèi)，在進(jìn)入車內(nèi)時不允許踩踏門檻，操作者禁止穿有金屬鞋釘?shù)男舆M(jìn)入車內(nèi)作業(yè)。

(4)檢驗漆面觸摸車身時佩戴勞保手套，嚴(yán)禁徒手接觸。操作者按照勞保手套標(biāo)準(zhǔn)定額領(lǐng)取使用及更換，防止手套臟污造成車體內(nèi)外飾臟污。

(5)吊具、支撐座等工裝與車身、零部件表面接觸部位，使用膠皮、尼龍等材料進(jìn)行防護(hù)。如車身吊具、發(fā)動機(jī)分裝支座等。

(6)操作時使用的工具與車體接觸時（車體設(shè)計空間有限），對工具外表使用膠皮等防護(hù)，或采用適當(dāng)體積的工具。

案例：2011年8月品質(zhì)門檢驗反饋四驅(qū)車車箱輪包前部地板批量鼓包、裂漆。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)緊固車箱固定螺栓工位，使用231型氣扳機(jī)，因工具體積大，氣扳機(jī)后部與車箱地板間隙小，緊固時氣扳機(jī)沖擊抖動，磕碰車箱地板，造成地板裂漆。經(jīng)與工藝部門試驗，采用體積較小的212型氣扳機(jī)可滿足操作及技術(shù)要求，避免不良。

(7)線體工具氣線、電源線與車身接觸部位，使用軟質(zhì)材料進(jìn)行包裹防護(hù)。

(8)底涂劑、螺紋密封劑、玻璃膠、密封膠、硅膠等每次使用完畢后及時扣蓋進(jìn)行密封，以免失效。油液類容器敞口時，吸油管與容器口部位采用通氣密封蓋防護(hù)。

(9)車輛鋪地毯后，使用防護(hù)墊等對地毯覆蓋，防止人員在駕駛室內(nèi)作業(yè)造成臟污。

(10)作業(yè)者在操作中，對于使用的物品（工具、標(biāo)準(zhǔn)件盒、工具盒）直接與車體接觸時，使用防劃罩、防護(hù)墊等進(jìn)行防護(hù)，或采用懸掛式方式吊掛工具。制動液加注時，加注槍須有防滴漏功能，防止液體滴濺腐蝕其它部件。

(11)整車線束采用布袋等包裹，插件不裝配時，使用塑料紙、防水膠帶包裹。

(12)形成《突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案》，應(yīng)對天氣異常（雨雪天氣對零部件的影響）、環(huán)境變化（冬季高寒對零部件、化工類產(chǎn)品的影響）給產(chǎn)品防護(hù)帶來的負(fù)面影響，以避免問題的發(fā)生或?qū)p失最小化。

3.4 成品車輛

(1)廠區(qū)內(nèi)停放的車輛如超過2天，應(yīng)將車輛蓄電池負(fù)極線斷開，防止蓄電池虧電。

(2)停放車輛時確認(rèn)車輛所處環(huán)境，遠(yuǎn)離粉塵、霧漆等污染場所；道路無異物、防止飛濺、扎胎問題。確認(rèn)車輛鎖閉、門窗關(guān)閉及電器關(guān)閉情況，防止虧電、漏雨、塵土。

(3)相關(guān)車體密封欠件車輛（無車門附件、玻璃，未裝配警燈等情況），對其標(biāo)識，禁止淋雨試驗。

(4)返工車輛，部分零部件拆解后，需要對車身做遮蔽防護(hù)，相應(yīng)零部件（管路類、線束類等）按照貯存、生產(chǎn)過程中要求操作。

(5)根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對整車及相關(guān)零部件進(jìn)行必要防護(hù)，如采用車衣、貼膜、粘貼防撞海綿塊等。

3.5 生產(chǎn)環(huán)境

從大方面來說，車間、廠房的設(shè)計、構(gòu)造，在環(huán)境的角度也同樣影響產(chǎn)品防護(hù)的質(zhì)量。硬件方面引用地坪漆裝飾、密閉空間配備中央空調(diào)等，在管理方面開展清潔化、現(xiàn)場5S管理活動等。

4 產(chǎn)品防護(hù)檢查及改進(jìn)

(1)生產(chǎn)前，操作者依據(jù)產(chǎn)品防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求確認(rèn)本崗位產(chǎn)品防護(hù)狀況，目視檢查零部件本體防護(hù)、零部件包裝情況，在工裝點檢時查看周轉(zhuǎn)車防護(hù)、吊具/支座等磨損情況。

(2)品質(zhì)組產(chǎn)品防護(hù)負(fù)責(zé)人以月度為單位，按照產(chǎn)品防護(hù)檢查計劃對現(xiàn)場執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)察，對過程問題進(jìn)行分析及改進(jìn)。系統(tǒng)問題整改情況納入《產(chǎn)品防護(hù)管理規(guī)定》。

(3)現(xiàn)場防護(hù)缺陷問題，整改后完善相關(guān)《作業(yè)指導(dǎo)書》、《點檢基準(zhǔn)卡》等支持性文件。

5 產(chǎn)品防護(hù)預(yù)防

(1)因為制造過程中人為造成的缺陷比重較大，產(chǎn)品防護(hù)在硬件應(yīng)用中極為重要，使用適當(dāng)?shù)拇娣牌骶?，引用自動化設(shè)備替代人員操作等。

(2)產(chǎn)品防護(hù)日前管理更多處在事后管理的改進(jìn)方面，其實更重要的是在產(chǎn)品的研發(fā)、策劃過程就開始進(jìn)行。產(chǎn)品的投入充分考生產(chǎn)工藝的流程及排布，在產(chǎn)品開發(fā)后工藝跟進(jìn)時，同樣圍繞產(chǎn)品中心進(jìn)行必要的工藝設(shè)計、工裝保障，主機(jī)廠在研發(fā)的過程中，相關(guān)方（供應(yīng)商、工藝、制造等部門）同時跟進(jìn)開展工作，這是一個系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的事項。整體優(yōu)質(zhì)的研發(fā)，同樣在產(chǎn)品防護(hù)方面帶來安全的高系數(shù)、質(zhì)量的高保證、投入的最小化。

6 結(jié)束語

產(chǎn)品防護(hù)貫穿整個制造過程，除在工裝設(shè)計、人為操作等方面開展工作外，同時引用先進(jìn)理念、科學(xué)方式進(jìn)行操作，以實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的持續(xù)優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]　湯伯森.防護(hù)包裝原理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

[2]　郭彥峰.包裝測試技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012.

綠色化學(xué)工藝的案例范文第3篇

論文摘要：污泥原位減量化技術(shù)是解決目前污水處理過程中產(chǎn)生剩余污泥問題的重要途徑。本文設(shè)計的超聲波-缺氧/好氧組合工藝實驗?zāi)Ｐ褪菍⒊暡ㄌ幚砼c缺氧/好氧(A/O)工藝相結(jié)合對污泥進(jìn)行原位減量化。首先采用超聲波直接對回流污泥進(jìn)行超聲處理，然后將超聲波處理后的回流污泥返回缺氧池以及好氧池進(jìn)行隱性生長，減少后續(xù)的剩余污泥產(chǎn)出量。同時，該設(shè)計并未影響出水水質(zhì)。

本文側(cè)重對模型的設(shè)計，關(guān)鍵是缺氧、好氧同池部分以及沉淀池、超聲波處理器的設(shè)計與選擇。模擬設(shè)計與常規(guī)工藝的實際設(shè)計有一定差別，部分參數(shù)是探索性的選擇。

1 緒論

1.1 設(shè)計參考水量與水質(zhì)

設(shè)計規(guī)模：0.4m3/d處理規(guī)模實驗室工藝模擬。.

進(jìn)水水質(zhì)：CODCr=600mg/L, BOD5 =280mg/ L, 總氮=77mg/ L, 氨氮=35mg/ L 總磷=3.0mg/L.

出水平均水質(zhì)：CODCr≤70mg/ L，BOD5 ≤20mg/ L，SS≤30mg/ L，氨氮≤5mg/L.

污泥減少量預(yù)計在90%。

1.2我國城市主要污水處理工藝及其特點

我國現(xiàn)有城市污水處理廠80％以上采用的是活性污泥法，其余采用一級處理、強(qiáng)化一級處理、二級處理、穩(wěn)定塘法及土地處理法等。

活性污泥法(Activated Sludge Process) [1]是以活性污泥為主體的生物處理方法，它的主要構(gòu)筑物是曝氣池和二次沉淀池。需處理的污水和回流污泥同時進(jìn)入曝氣池，成為混合液。在曝氣池內(nèi)注入壓縮空氣進(jìn)行曝氣，在好氧狀態(tài)下，污水中的有機(jī)物被活性污泥中的微生物群體分解而得到穩(wěn)定，然后混合液流人二沉池。澄清水溢流排放，但該法存在污泥膨脹而影響處理效果的缺點。主要處理生活污水，占地面積大，運行管理方便，對污泥膨脹進(jìn)行控制，運行成本低。設(shè)計容積負(fù)荷較低，SVI控制較嚴(yán)格，否則泥水不易分離，引起污泥膨脹而導(dǎo)致出水水質(zhì)差。

活性污泥工藝的目的是在最大限度降低BOD的同時，減少污泥的產(chǎn)量。

活性污泥法(Activated Sludge Process)具有基建投資省、處理效果好的優(yōu)點，是當(dāng)今世界廢水生物處理的主流工藝，但是在污水的生物處理過程中產(chǎn)生大量的生物污泥，需要經(jīng)分離、穩(wěn)定、消化、脫水及外置等步驟，這需要大量的基建投資和高昂的運行費用，剩余污泥處理和處置所需的投資和運行費用可占整個污水處理廠投資和運行費用的25％～65％，已成為廢水生物處理技術(shù)面臨的一大難題．開發(fā)不降低污水處理效果、實現(xiàn)污泥產(chǎn)量最小化的廢水生物處理工藝，是解決污泥問題較理想的途徑。剩余污泥通常會有相當(dāng)量的有毒有害物質(zhì)以及未穩(wěn)定化的有機(jī)物，包括各種重金屬、有毒有機(jī)物（PCBs、AOX等），大量病原菌、寄生蟲(卵)以及N和P等營養(yǎng)元素。如果不進(jìn)行妥善處理與處置，將會對環(huán)境造成“二次污染”。

污泥的最終處置常采用填埋、填海和用于農(nóng)業(yè)。但隨著可用土地的減少，考慮到人體的健康，在污泥用于農(nóng)業(yè)之前必須進(jìn)行進(jìn)一步處理等，污泥的最終處置越來越困難，這使人們對于能減少污泥產(chǎn)量的生物處理工藝更加感興趣。

生物活性污泥法有多種處理工藝，隨著國外許多新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備被引進(jìn)到我國，城市二級污水處理廠常用的工藝方法有[2-3]：普通曝氣法、A—B法(二段曝氣法)、A/O除磷工藝、A/O脫氮工藝、A²/O除磷脫氮工藝、氧化溝工藝等。已有的生物除磷脫氮工藝可分成A/O系列、氧化溝系列和序批式反應(yīng)器(SE)系列等。隨著各個系列不斷地發(fā)展和改進(jìn),形成了目前較典型的工藝，如A/O工藝、A²/O工藝、改良A²/O、倒置A²/O工藝、ORBEL氧化溝工藝、百樂克工藝等。目前我國新建及在建的城市污水處理廠所采用的工藝中，各種類型的活性污泥法仍為主流，占90％以上，其余則為一級處理、強(qiáng)化一級處理、生物膜法及與其他處理工藝相結(jié)合的自然生態(tài)凈化法等污水處理工藝技術(shù)。

1.3我國污泥發(fā)展概況與污泥減量化的提出

污泥是廢水生物處理的副產(chǎn)物，隨著廢水處理量增加，污泥處理處置已成為困擾污水處理廠和全社會的重大問題。

現(xiàn)代廢水處理技術(shù)，按其作用原理，可分為物理法、化學(xué)法和生物法三類。廢水生物處理根據(jù)生化反應(yīng)機(jī)理不同，分為好氧處理和厭氧處理兩大類[4]。

隨著我國城市污水處理量和處理率的增加，污泥的產(chǎn)生量快速增長，污泥的處理與處置成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域一個重要課題。國內(nèi)在污水處理廠污泥的處理處置方面還存在一些問題[1]：

國內(nèi)外雖然對污水處理技術(shù)與處置標(biāo)準(zhǔn)給予了更多的關(guān)注，但由于經(jīng)濟(jì)、設(shè)計、管理等諸多方面的原因，對污泥處理不夠重視。污泥成分日益復(fù)雜，污泥處理難度增加。隨污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，為防止水體富營養(yǎng)化，污水處理既要進(jìn)行有機(jī)物的去除，又要進(jìn)行N、P等無機(jī)營養(yǎng)物的去除。為滿足污水回用，達(dá)到污水資源化的目的，需進(jìn)一步去除污水中的污染物質(zhì)，隨著這種處理功能的拓展，污泥量隨之增加。目前我國污泥的處理大多采用厭氧消化，其前期一次性投資大，而且還有工藝負(fù)荷低、安全性要求高、運行管理難度大、運行經(jīng)驗缺乏等問題。污泥的處理與處置費用昂貴，一般要占總運行費用的30%(填埋)一60%(焚燒)。

污泥問題不僅是中國也是全世界面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)。污泥問題使人們對于能減少污泥產(chǎn)量的生物處理工藝更加關(guān)注。為了防止污泥的二次污染，應(yīng)盡可能通過技術(shù)進(jìn)步和工藝改造等手段減少污泥的產(chǎn)生量，大力開展促進(jìn)污泥減量技術(shù)的研究，以大幅度降低現(xiàn)有污泥處理處置基建和運行費用，促進(jìn)污水處理技術(shù)的日益完善，達(dá)到污染控制和清潔生產(chǎn)的目的。

剩余污泥減量化[5]是通過物理、化學(xué)、生物等手段，主要依靠降低微生物產(chǎn)率以及利用微生物自身內(nèi)源呼吸進(jìn)行氧化分解，使污水處理設(shè)施向外排放的生物量達(dá)到最小，是從根本上、實質(zhì)上減少污泥量。若將污水處理看成生產(chǎn)過程，將清潔生產(chǎn)的理念運用到污水處理，剩余污泥的減量化是從源頭進(jìn)行治理的“綠色生產(chǎn)”。

所謂污泥減量技術(shù)，是指在保證污水處理效果的和剩余污泥資源化基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出的剩余污泥處置新概念，采用適當(dāng)?shù)拇胧┦固幚硐嗤康奈鬯a(chǎn)生的污泥量降低的各種技術(shù)。根據(jù)微生物處理工藝中影響剩余污泥產(chǎn)生的可能途徑，將污泥減量化技術(shù)歸納為降低細(xì)菌合成量的解偶聯(lián)技術(shù)、增強(qiáng)微生物進(jìn)行內(nèi)源呼吸代謝的溶胞技術(shù)、利用食物鏈作用強(qiáng)化微型動物對細(xì)菌捕食的技術(shù)。

目前，國內(nèi)外對污泥處理處置的研究主要致力于污泥的資源化和減量化方面，如污泥制磚、制煙氣脫硫吸附材料、園林利用、農(nóng)用等資源化利用方面的研究，污泥解偶聯(lián)、臭氧氧化、微型動物捕食、超聲波破解等減量化技術(shù)方面的研究[6]。

超聲波處理技術(shù)因其在細(xì)胞破碎方面具有高效、穩(wěn)定、清潔、安全等優(yōu)點，在污泥處理中可以提高污泥脫水性能和可降解性能，且應(yīng)用方便，因而在近年來的污泥減量研究方面?zhèn)涫荜P(guān)注。

1.4 超聲波技術(shù)與污泥處理

超聲波[4]與聲波相同，是一種在彈性介質(zhì)中傳播的機(jī)械波。通常將超出人耳聽覺上限（≥20kHz）的聲波稱為超聲波，超聲波常用的頻率大約在20KHz~3MHz之間。

超聲波用于工業(yè)較早。低強(qiáng)度的超聲波通常用于測量流量，而將超聲波用于污泥減量是一個全新的領(lǐng)域。超聲波通過交替的壓縮和擴(kuò)張作用產(chǎn)生空穴作用，在溶液中這個作用以微氣泡的形成、生長和破裂來體現(xiàn)，以此壓碎細(xì)胞壁，釋放出細(xì)胞內(nèi)所含的成分和細(xì)胞質(zhì)，以便進(jìn)一步降解。

超聲波細(xì)胞處理器能加快細(xì)胞溶解，用于污泥回流系統(tǒng)時，可強(qiáng)化細(xì)胞的可降解性，減少污泥的產(chǎn)量；用于污泥脫水設(shè)備時，有利于污泥脫水和污泥減量。

超聲波由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生，經(jīng)探針導(dǎo)入污水中，超聲波的設(shè)計頻段在25～30kHz.小于25kHz在人的聽力范圍內(nèi)，產(chǎn)生噪聲問題；而超過35kHz時，能量利用率低。

超聲波的作用受到液體許多參數(shù)的影響，如：溫度、粘度和表面張力等。此外，超聲波與各種液體的接觸時間、探針的幾何形狀和材質(zhì)也是超聲波應(yīng)用的影響。

超聲波對生物體有多方面的作用。在不破壞細(xì)胞前提下，采用適當(dāng)頻率的強(qiáng)度和輻照時間，可以提高整個細(xì)胞的新陳代謝效率，加速細(xì)胞生長。低強(qiáng)度（能量）超聲波輻射能提高細(xì)胞和酶的活性以及強(qiáng)化物系間傳質(zhì)，具有促進(jìn)細(xì)胞生長、增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)酶的生產(chǎn)、提高酶促反應(yīng)速率和加速細(xì)胞新陳代謝的作用。

有研究表明低強(qiáng)度超聲波輻射能提高生物細(xì)胞或酶活性的作用效應(yīng)，超聲波輻射能顯著提高污泥好氧消化效率，超聲波輻射后可改善消化液的沉降性能。低強(qiáng)度超聲輻射預(yù)處理活性污泥后，會干擾活性污泥在廢水凈化過程中對糖類、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的正常合成代謝，使污泥胞外聚合物（EPS）組成成分含量發(fā)生明顯變化。低強(qiáng)度超聲預(yù)處理不會迅速改變污泥優(yōu)勢種群組成，但可能造成一些種群微生物代謝受到抑制，改變了各種群個體數(shù)量增長的平衡，從而引起污泥整體代謝特征的變化[5]。

超聲波處理能夠改善污泥脫水性能、加速污泥細(xì)胞水解、提高污泥生物活性。由于污泥厭氧發(fā)酵的控制步驟是生物細(xì)胞的水解，使顆粒性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為溶解性的有機(jī)物，而正常生物水解反應(yīng)十分緩慢，造成厭氧處理周期長。高強(qiáng)度(能量)超聲波可能破壞微生物細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物釋放出來，加快細(xì)胞水解過程，將厭氧消化時間大大縮短。

例如據(jù)文獻(xiàn)《超聲波強(qiáng)化一次污泥沉降與脫水性能的研究》表明，短時間的超聲作用可以提高污泥脫水和沉降性能，超聲處理7s后濾餅含水率降低2.9％；超聲10s時粘度和比阻值最小，比原污泥分別減小29.4％和24.270；15s后污泥沉降速率是原污泥的3.7倍。如投加絮凝劑，投加量為0.054g/L時污泥沉降速率最快，最終污泥體積為84.5％，粘度值最低，為84.5mpa·s. 加入超聲l0s作用后，最佳絮凝劑投加量為0.027g/L, 且最終污泥體積比單獨投加0.054g/L時減小4％，粘度值降低14.8％。超聲波與絮凝劑的聯(lián)用可以改善污泥脫水性能和沉降性能，減小絮凝劑的量達(dá)一半以上。水性大大提高，大幅度減少污泥量。Bien等[4]在消化污泥中加入3mg/g d.m有機(jī)絮凝劑后超聲預(yù)處理15s，提高了污泥濃縮程度，較未預(yù)處理污泥體積減少50%，認(rèn)為超聲場改變絮凝劑內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了絮凝劑作用效果。

據(jù)《剩余污泥的超聲破解與影響因素程度分析》表明，采用超聲波技術(shù)破解污泥絮體及污泥微生物細(xì)胞，使固體性有機(jī)物與胞內(nèi)物質(zhì)變?yōu)槿芙庑杂袡C(jī)物（SCOD）。SCOD溶出率隨超聲作用時間、聲強(qiáng)及聲能密度的增加而增加，在一定聲強(qiáng)下，SCOD溶出率隨時間延長呈線性增長趨勢，即污泥破解反應(yīng)遵從一級反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律。VSS的變化規(guī)律同SCOD溶出率的變化規(guī)律相似。來，加快細(xì)胞水解過程，將厭氧消化時間大大縮短。Tiehm等人[4]用41kHz~3217 kHz超聲波處理污泥30~120 min后厭氧發(fā)酵，結(jié)果顯示，厭氧發(fā)酵時間從22 d降到8d，而且揮發(fā)性有機(jī)物的去除率從45.8%提高到50.3%，同時CH4的產(chǎn)率提高2.2倍。Bougrier等[4]用20 kHz超聲波對污泥預(yù)處理后厭氧消化，超聲波輸入能量從660kJ/kg TS~14547 kJ/kg TS，生物氣產(chǎn)量較對照至少提高25%。

《低強(qiáng)度超聲波輻射對污泥生物活性的影響機(jī)制》研究表明，通過測定超聲輻射前后污泥性質(zhì)的變化,不同處理方式對污泥活性影響以及自由基清除劑NaHCO3加入對超聲作用效果影響,初步探討了低強(qiáng)度超聲波輻射對污泥生物活性的影響機(jī)制.研究結(jié)果表明,低強(qiáng)度超聲輻射的機(jī)械作用和空化作用,使污泥絮體破碎,強(qiáng)化了固-液對氧的傳質(zhì),提高了酶活性以及增加了溶液中可利用基質(zhì),從而強(qiáng)化了污泥的生物活性；不過,超聲輻射同時也產(chǎn)生大量自由基,會對污泥生物活性產(chǎn)生抑制或破壞.因此,低強(qiáng)度超聲輻射對污泥活性影響是促進(jìn)效應(yīng)和抑制效應(yīng)共同作用的綜合表現(xiàn).

采用適當(dāng)?shù)妮椛鋮?shù)直接對活性污泥進(jìn)行超聲預(yù)處理，然后再與廢水混合反應(yīng)，可以提高活性污泥對廢水有機(jī)物的去除。處理過程中會產(chǎn)生出類似污泥“解偶聯(lián)”機(jī)制[6]的現(xiàn)象，這對于污水處理過程中污泥減量具有一定意義。有研究者將活性污泥經(jīng)超聲波處理后再回流到曝氣池，有效地減少了剩余污泥產(chǎn)量，甚至做到反應(yīng)器不產(chǎn)生剩余污泥。G.M. Zhang等[4]研究發(fā)現(xiàn)利用25 kHz，120 kW/kgDS的超聲波，超聲波處理時間15分鐘，污泥超聲波比例為2/14，污泥減量達(dá)91.1％。

基于對上述技術(shù)的探討以及研究成果的學(xué)習(xí)，結(jié)合目前國內(nèi)外常用的污水處理工藝、污水處理方法和理論以及低強(qiáng)度超聲波輻射處理污泥的技術(shù)[7]，我們決定把低強(qiáng)度超聲波預(yù)處理活性污泥技術(shù)結(jié)合缺氧/好氧（A/O）傳統(tǒng)工藝，構(gòu)建一套目前國內(nèi)外研究尚少的新型污水處理組合工藝體系，以達(dá)到污泥減量化與污水出水水質(zhì)高效達(dá)標(biāo)的目的，實驗研究的前期階段，將結(jié)合目前的教學(xué)實驗基地與師資，根據(jù)本課題的指導(dǎo)思想，設(shè)計出一套工藝運用到實驗當(dāng)中來，以便課題的深入研究與發(fā)展。

1.5 超聲波-缺氧/好氧（Ultrasound Wave—Anoxic/ aerobic）組合技術(shù)的提出

在缺氧/好氧（A/O）傳統(tǒng)工藝[8]的基礎(chǔ)上，采用低頻率低劑量的超聲波直接對活性污泥進(jìn)行超聲預(yù)處理，然后再與污水混合反應(yīng)的操作新模式，以大幅度降低處理能耗，增強(qiáng)活性污泥吸附和氧化去除廢水中有機(jī)物的能力，減少后續(xù)剩余污泥產(chǎn)出量。

污泥部分回流與進(jìn)水混合依次進(jìn)入到缺氧反應(yīng)區(qū)、好氧反應(yīng)區(qū)，參與工藝的循環(huán)運行，經(jīng)過好氧區(qū)的混合液部分回流與進(jìn)水混合，剩余混合液流入沉淀池，澄清水溢流排放。剩余污泥經(jīng)過超聲波的穩(wěn)定化、無害化處理，達(dá)到較好的減量化效果[9]。缺氧單元放到好氧單元前，利用進(jìn)水中的有機(jī)物作為碳源，稱之為前置反硝化流程，通過混合液回流把硝酸鹽和亞硝酸鹽帶入缺氧單元。在好氧單元．污水中的有機(jī)物被活性污泥中的微生物群體分解而得到穩(wěn)定。

工藝模擬實驗，前期需要根據(jù)所模擬設(shè)計的污水水量與水質(zhì)(CODCr、BOD5、SS、氨氮)特點、本研究工藝的特點、實驗室地理位置、以及出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等選用合適的工藝材料與設(shè)備，并進(jìn)行相關(guān)的計算與工程造價的預(yù)評估，主要包括超聲波預(yù)處理活性污泥單元、活性污泥與污水混合進(jìn)水單元、缺氧單元、好氧單元、沉淀池、混合液回流系統(tǒng)、污泥回流系統(tǒng)、剩余污泥處理處置系統(tǒng)、出水水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)等。根據(jù)課題所設(shè)計的模型，對工藝流程進(jìn)行構(gòu)建。并對設(shè)備的可行性進(jìn)行檢查。

中期則根據(jù)所采用的合理超聲波處理參數(shù)、對活性污泥進(jìn)行預(yù)處理培養(yǎng)，設(shè)定污水流量、啟動工藝設(shè)備，對實驗進(jìn)行模擬研究，監(jiān)測出水水質(zhì)、計算剩余污泥量。后期則綜合相關(guān)實驗數(shù)據(jù)、相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，與國內(nèi)外傳統(tǒng)污水處理工藝的運行效果進(jìn)行對照，綜合出該新型工藝的優(yōu)缺點，總結(jié)出污泥減量化處理處置的新經(jīng)驗。

1.6設(shè)計任務(wù)與內(nèi)容

設(shè)計的主要任務(wù)是完成超聲波-缺氧/好氧組合工藝實驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計，處理水量為0.4m3/d。工藝一般包括以下內(nèi)容：根據(jù)實驗室的規(guī)模大小確定模型合適的大小，工藝流程設(shè)計說明，處理構(gòu)筑物型式說明，設(shè)備的選用和計算，主要反應(yīng)裝置的設(shè)計計算，模型的整體布置，工藝設(shè)計圖繪制，編制主要設(shè)備材料表。

2 超聲波-缺氧/好氧組合工藝

在前置缺氧-好氧生物脫氮活性污泥工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合超聲波預(yù)處理活性污泥減量化技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，進(jìn)行工藝的改造與創(chuàng)新[10-12]。

2.1超聲波-缺氧/好氧工藝流程圖

SHAPE \* MERGEFORMAT

圖2.1 超聲波-缺氧/好氧工藝流程圖

2.2 工藝流程說明

2.2.1 污泥的人工培養(yǎng)

成分

濃度/mg·L-1

成分

濃度/mg·L-1

淀粉

268

(NH4)2SO4

112

蔗糖

200

CaCl2

6

蛋白胨

132

MnSO4·H2O

6

牛肉膏

68

FeSO4

0.3

NaHCO3

80

MgSO4·7H2O

66

尿素

8

KH2PO4

48.8

進(jìn)水平均水質(zhì)：CODCr=600mg/L,BOD5=280mg/ L,總氮=77mg/L,氨氮=35mg/L,總磷=3.0mg/L

表2.1[1]人工模擬城市污水使用液的組成與濃度

試驗所用接種污泥取自污水處理廠二沉池回流活性污泥。接種污泥取回后，先用紗布過濾以去除泥沙等雜質(zhì)，以免對后續(xù)測定及裝置的穩(wěn)定運行產(chǎn)生影響，然后將污泥投入實驗室內(nèi)塑料桶中，加入人工合成廢水，組成與比例見表2.1，按照SBR的運行方式運行。培養(yǎng)數(shù)日，待污泥恢復(fù)活性后將污泥投入試驗裝置中，此時每套裝置的MLSS大約在 1000mg/L。經(jīng)過20一30天的穩(wěn)定培養(yǎng)，污泥未出現(xiàn)膨脹，污泥濃度穩(wěn)定在4000mg/L，剩余污泥及時排出，污泥外觀呈糞黃色，礬花絮體大，微生物相很豐富，出現(xiàn)了原生動物及后生動物，表明污泥狀態(tài)良好，然后進(jìn)入試驗運行階段。

2.2.2 進(jìn)水

剩余污泥與所配原水混合均勻，注入體積20L左右的有機(jī)玻璃配水箱，用污水泵抽送到缺氧處理區(qū)，與好氧區(qū)處理后的回流上清液以及超聲波處理后的回流污泥混合。

2.2.3 缺氧反硝化-好氧硝化

把空壓機(jī)控制空氣的閥門開到預(yù)先設(shè)定一檔，底部進(jìn)行微曝氣，開動攪拌器，此時溶解氧的濃度小于0.5mg/L，持續(xù)時間8h。反硝化菌利用污水中的有機(jī)物作為碳源，將好氧曝氣區(qū)回流液帶入的大量NO3-N和NO2-N還原為N2釋放至空氣中.BOD5濃度下降，NO3-N的濃度大幅度下降，而磷的變化很小，在缺氧池內(nèi)進(jìn)行反硝化脫氮，反硝化產(chǎn)生堿度補(bǔ)充硝化反應(yīng)需要，無需外加碳源，節(jié)省后續(xù)曝氣量，有效控制污泥膨脹[7]。

缺氧/好氧反應(yīng)同池，把空壓機(jī)控制空氣的閥門開到預(yù)先設(shè)定的另一檔，底部進(jìn)行大幅度曝氣，開動攪拌器，溶解氧濃度大于2mg/L，持續(xù)時間4h，好氧處理區(qū)進(jìn)行SS、COD的分解，有機(jī)物被微生物生化降解而繼續(xù)下降；有機(jī)氮被氨化繼而被硝化，使NH3-N濃度顯著下降，但該過程使NO3-N濃度增加，磷隨著聚磷菌的過量攝取，也以較快速度下降，好氧池將NH3-N完全硝化，缺氧池完成脫氮功能，缺氧池和好氧池聯(lián)合完成除磷的功能。好氧處理后的上清液部分用泵抽送回流到缺氧反應(yīng)區(qū)。

2.2.4 沉淀區(qū)污泥與超聲波處理

處理后的混合液進(jìn)入到沉淀系統(tǒng)，污泥通過自重沉淀積蓄在蓄泥斗，部分污泥用泵抽送到超聲波處理系統(tǒng)，按照選定的超聲波處理參數(shù)進(jìn)行超聲波輻射，參考文獻(xiàn)《低強(qiáng)度超聲波輻射活性污泥的生物效應(yīng)及其應(yīng)用試驗研究》，選取組合參數(shù)范圍在21∼28KHz，10∼40W, 2∼5min[4, 14-15] 間，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)的研究成果，超聲波預(yù)處理活性污泥組合參數(shù)選?。?8KHz, 10W, 5min[4]。處理后的活性污泥回流到缺氧區(qū)，與進(jìn)水混合，沉淀區(qū)的剩余污泥通過污泥脫水系統(tǒng)排放。計算剩余污泥的排放量。

2.2.5出水

對沉淀池出水進(jìn)行必要的實驗監(jiān)測，包括BOD、COD、SS、氨氮等，與原水水質(zhì)進(jìn)行對照，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，看是否達(dá)標(biāo)。

2.3 超聲波-缺氧/好氧工藝實驗室模擬實體與計算

1- 配水箱；2-缺氧區(qū)；3-好氧區(qū)；4-沉淀區(qū)；5-集水箱；6-進(jìn)水泵；7-曝氣頭;8-曝氣頭；9-空壓機(jī)；10-超聲波處理器；11-污泥泵；12-污泥泵；13-攪拌器;14-污泥脫水；15-回流泵

圖2.2 超聲波-缺氧/好氧工藝實驗室模擬圖

2.3.1超聲波污泥處理裝置

超聲波預(yù)處理活性污泥組合參數(shù)：28KHz, 10W, 5min。裝備參考《超聲波污泥減量化技術(shù)的研究》中提及的，由北京天地人公司自德國超聲波公司引進(jìn)B05000-KS1000/2000型超聲設(shè)備進(jìn)行改造設(shè)計，該裝置超聲發(fā)生頻率為28kHz，電功率為5000W，容積為29L，結(jié)合本實驗工藝所需，設(shè)計成28kHz，50 W可調(diào)型，容積為10L左右。

剩余污泥被超聲波破解，并將其破解液與生活廢水一起回流進(jìn)入缺氧池。

圖2.3 超聲波設(shè)備流程圖

參照上述超聲波技術(shù)參數(shù)，結(jié)合本工藝需求參數(shù)進(jìn)行改造設(shè)計。

圖2.4 超聲波裝置實物圖

Fig. 2.4 The objective chart about ultrasound waves equipment

2.3.2配水系統(tǒng)

流量以0.4m3/d，400L水參考計算?？紤]到實驗實際需要，以及實驗室場地資源的充分利用，設(shè)計配水箱容量在20L左右，一次可配水 左右，箱外高525 mm，箱內(nèi)高520 mm，有機(jī)玻璃壁厚5 mm，箱外寬210 mm，箱內(nèi)寬200mm。底部為正方形，箱頂不加蓋，直接用管道伸進(jìn)箱底抽水。在箱內(nèi)500mm高度處刻畫尺寸標(biāo)注，指示出0.02m3，20L體積標(biāo)線，20mm為設(shè)計超高。

2.3.3缺氧區(qū)處理系統(tǒng)

水力停留時間8h，即進(jìn)水缺氧處理8h。則估計一天24小時中，8小時理論流過水量 ,箱內(nèi)設(shè)計有效容積為0.133 m3，133L，理論進(jìn)、出水流速 ，8小時內(nèi)配水系統(tǒng)大概需要配水次數(shù) （次），設(shè)計有機(jī)玻璃壁厚5mm，箱內(nèi)底部長400mm，寬400mm，箱內(nèi)總高850mm，830mm高度處為缺氧區(qū)與導(dǎo)流區(qū)接觸界面，留空20mm，箱內(nèi)距離底部5mm—15mm高度處，設(shè)計10mm高的狹縫，用于混合液適量回流，底部安置曝氣頭，頂部安裝攪拌器，箱壁設(shè)置污泥回流管道以及上清液回流管道。

2.3.4導(dǎo)流區(qū)系統(tǒng)

缺氧處理區(qū)與好氧處理區(qū)之間的狹縫區(qū)即為導(dǎo)流區(qū)。設(shè)計有機(jī)玻璃擋板高820mm，狹縫寬10mm，長400mm，擋板底部距離好氧處理系統(tǒng)底部15mm。

2.3.5好氧處理系統(tǒng)

水力停留時間4h，即進(jìn)水好氧處理4h。每小時從缺氧區(qū)流進(jìn)水量為0.0166m3，需停留4小時，則理論設(shè)計有效容積 ，好氧區(qū)與缺氧區(qū)流速相同 ，有機(jī)玻璃壁5mm，實際箱內(nèi)長200mm，寬400mm，高788.15mm，頂部留空區(qū)46.85mm，底部一側(cè)設(shè)置45°斜角。底部設(shè)置曝氣頭，設(shè)計與箱底連接管道，與空壓機(jī)連接，頂部設(shè)置攪拌器。

2.3.6狹縫回流區(qū)

好氧處理系統(tǒng)與沉淀系統(tǒng)交接處的狹區(qū)，用于少量混合液回流到缺氧處理系統(tǒng)與進(jìn)水混合。估取寬10mm，長400mm。

2.3.7沉淀系統(tǒng)

該系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)為大膽性、探索性估取，并未完全參照常規(guī)參量選取，需要在實際工藝中，進(jìn)行后續(xù)測定和驗證。沉淀池流量為0.0166 m3 /h，即4.61*10-6 m3 /s，則設(shè)計內(nèi)高800m，內(nèi)部直徑200mm，距離箱頂50mm，中心管直徑50mm，管高250mm，面積2500mm2，中心管與反射板間距離高度10mm，反射板寬50mm，出水擋板與沉淀池頂蓋底部相距40mm，擋板距離一側(cè)池壁20mm，出水區(qū)設(shè)置管道與清水箱連接，蓄泥錐體高100mm，底部寬50mm，底部設(shè)計管道與超聲波處理系統(tǒng)以及剩余污泥脫水處理系統(tǒng)連接，沉淀系統(tǒng)上部有機(jī)玻璃箱蓋外一側(cè)設(shè)置上清液回流管路，與缺氧處理系統(tǒng)連接。

2.3.8集水箱

根據(jù)實際需求，設(shè)計高度700mm，寬180mm，長400mm，有機(jī)玻璃壁厚5mm。底部設(shè)置排水管路，靠近箱底處設(shè)置取水口，箱頂設(shè)置進(jìn)水口。

2.3.9攪拌系統(tǒng)

攪拌器采用漿式攪拌器，攪拌軸制作材料采用45鋼，槳葉采用45鋼片。選用功率較低、實驗室常用的51K60GU-C型電動機(jī)，60W，220V, 0.9A, 5Mf, 50/60Hz, 1300/1600r/min，內(nèi)部設(shè)置減速機(jī)，調(diào)速控制攪拌器轉(zhuǎn)數(shù)55r/min左右，減速比 ,在電動機(jī)正常減速比范圍內(nèi)?；蜻x用調(diào)速電磁制動電機(jī): 50HZ:90-1400r/min， 60HZ:90-1600r/min。也可以選用功率在60W、 頻率50/60Hz左右的其它牌子電動機(jī)，諸如JSCC微型電機(jī)：電機(jī)功率，6—200w；減速比，1:3—1:1800。或者參考選用、改造本校教學(xué)實驗中常用非型號攪拌器和電動機(jī)。

2.3.10空壓機(jī)

參照50-300mm三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計，流量0.4m3/min—346m3/min,升壓9.8kpa—78.4kpa，功率0.7kw—160kw，口徑50mm—300mm，設(shè)計成流量可調(diào)，雙控制系統(tǒng)，鼓風(fēng)機(jī)設(shè)備配套的壓力表等裝置?；蛘邊⒖歼x用、改造本校教學(xué)實驗中常用空壓機(jī)。

2.3.11污泥泵

參考G型單螺桿泵選用，參考如下參數(shù)，結(jié)合實際工藝設(shè)計。

表2.2 G型單螺桿泵設(shè)計參數(shù)參考

Table 2.2 The reference design for pump of single screw rod with Type of G 型號

轉(zhuǎn)速

r/min

流量

m3/h

壓力

MPa

電機(jī)

KW

揚(yáng)程

m

進(jìn)口

mm

出口

mm

G25-1

960

2

0.6

1.5

60

Dy32

Dy25

或者參考選用本校教學(xué)實驗中常用非型號污泥泵。

2.3.12污水泵

參考GW型管道式無堵塞排污泵選用或設(shè)計，參數(shù)如下：

表2.3 GW型管道式無堵塞排污泵設(shè)計參數(shù)參考

Table 2.3 The reference design for drain pump Of noclogging Tubular with Type of GW

型號

口徑

mm

流量

m3/h

揚(yáng)程

m

功率

KW

轉(zhuǎn)速

r/min

電壓

V

GW25-8-22

25

8

22

1.1

2900

380

或者參考選用本校教學(xué)實驗中常用非型號污水泵。

2.4經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價

表2.4 主要設(shè)備選型與概算表

Table 2.4 Lectotype of main equipment and budget estimate

序號

名 稱

主 要 參 數(shù)

數(shù)量

單位

價 格

(元)

1

有機(jī)玻璃

100.00元/m2

7

m2

700.00

2

污水泵

1000.00元/臺

3

臺

3000.00

3

污泥泵

1000.00元/臺

3

臺

3000.00

4

曝氣頭

30.00元/個

3

個

90.00

5

空壓機(jī)

1000.00元/臺

1

臺

1000.00

6

電動機(jī)

500.00元/套

1

套

500.00

7

超聲波處理器

6000.00元/臺

1

臺

6000.00

8

管道

氯化聚氯乙烯管(CPVC) ，30.00元/米

5

米

150.00

合計

本次設(shè)計的投資費用在由上述概算的基礎(chǔ)上，再加上一些其它未預(yù)算的費用，大概工藝構(gòu)建的投資費用合計14440+1000=15440(元)。

3 污水處理廠工藝?yán)碚撔猿Ｒ?guī)計算參照

以下述工藝計算的運行數(shù)據(jù)為參考，與超聲波-缺氧/好氧處理工藝對照，計算剩余污泥排放量，研究超聲波預(yù)處理活性污泥是否能達(dá)到剩余污泥減量化的效果，以及進(jìn)一步探討該創(chuàng)新技術(shù)運用于實際生產(chǎn)的可行性[7，10-12]。

表3.1 工藝計算參考數(shù)據(jù)

Table 3.1 Calculations in engineering technology for reference

名 稱

主 要 參 數(shù)

名 稱

主 要 參 數(shù)

污水流量

Q=0.4m3/d

污泥回流比

R=0.75

活性污泥產(chǎn)率系數(shù)

Y=0.6gVSS/gBOD5

SVI

80-120%

內(nèi)源代謝系數(shù)

Kd=0.08/d

BOD去除率

85-90%

飽和系數(shù)

Ks=60 g BOD5/m3

曝氣池混合液相對密度

1.002-1.003

污泥泥齡

Ts=2 d

MLVSS /MLSS

0.8

污泥負(fù)荷

0.3kgBOD5/kgMLSS∙d

MLVSS

3200 mg/L

容積負(fù)荷

1.0 kg BOD5/ m3∙d

溶解氧

2-3 mg/L

MLSS

4000 mg/L

缺氧區(qū)溶解氧

<0.5mg/L

停留時間

3 h

曝氣池pH

6.5-8.5

曝氣時間

2-3 h

回流污泥懸浮固體濃度

9333.3mg/ L

進(jìn)水平均水質(zhì)：CODCr=600mg/L，BOD5=280mg/L，總氮=77mg/L，氨氮=35mg/L，總磷=3.0mg/L.

出水平均水質(zhì)：CODCr≤70mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤30mg/L，氨氮≤5mg/L.

3.1 估算出水中溶解性BOD5濃度

出水中BOD5由兩部分組成，一是沒有被生物降解的溶解性BOD5，二是沒有沉淀下來隨出水漂走的懸浮固體。以估計出水中含12mg/L總懸浮固體（TSS），VSS占65%來計算:

= 1 \* GB3 ① 懸浮固體中可生物降解部分為：

= 2 \* GB3 ② 可生物降解懸浮固體最終BODL量：

=11mg/L (1.42 污泥氧當(dāng)量系數(shù))

= 3 \* GB3 ③ 可生物降解懸浮固體的BODL換算為BOD5：

=7.5mg/L

= 4 \* GB3 ④ 確定經(jīng)生物處理后要求的溶解性有機(jī)污染物Se：

， （3.1）

（3.2）

=[0.4 0.6 2 (280-12.5) ] 3200 (1+0.08 2) m³

≈0.05 m³

好氧硝化區(qū)容積各邊約長0.37m ，取0.4m

3.3好氧硝化池的水力停留時間計算

（3.3）

=0.05 24 0.4 h

=3 h

3.4每天排出的剩余污泥量

= 1 \* GB3 ① 按表觀污泥產(chǎn)率計算：

（3.4）

=0.6 (1+0.08 2)

=0.517

計算系統(tǒng)排除的以揮發(fā)性懸浮固體計的干污泥量：

（3.5）

=0.517 0.4 (280-12.5) 0.001 kg/d

=0.055319 kg/d

≈ 0.056kg/d

總排泥量： 0.056/0.8 kg/d =0.07 kg/d

= 2 \* GB3 ② 按污泥泥齡計算:

（3.6）

=(0.05 3200 0.001) 2 kg/d

= 0.06kg/d

= 3 \* GB3 ③ 按排放濕污泥量計算：

剩余污泥含水率按99%計算，每天排放濕污泥量：

0.06/1000 t =6 10-5 t(干泥)

(6 10-5） (100%-99%) m³=0.006m³

3.5回流污泥流量計算

反應(yīng)池中懸浮固體（MLSS）濃度：4000mg/L, 回流比R=0.75， =0.4 0.75 m³=0.3 m³/d，則回流污泥濃度：

=4000 (0.4+0.3) 0.3 mg/L （3.7）

=9333.3 mg/L

≈10000 mg/L

3.6好氧區(qū)需氧量計算

（3.8）

=0.4 (280-12.5) 0.68-1.42 0.056 1000kg/d

=77.833 kg/d

≈78 kg/d

3.7空氣量計算

采用管式微孔擴(kuò)散器，設(shè)計好氧池邊長0.4m，有效水深0.37m，安裝距池底0.05m，則擴(kuò)散器上靜水壓0.32m，池缸封蓋部安裝一下垂攪拌器，水體從反應(yīng)池上部0.37m處流入沉淀池。

溶液中溶解氧濃度C取2.0，ρ=1，α取0.7，β取0.95, 曝氣設(shè)備堵塞系數(shù)F取0.8，EA=18%, 擴(kuò)散器壓力損失在4kpa，20℃水中溶解氧飽和度為9.17mg/L。

擴(kuò)散器出口處絕對壓力：

（3.9）

=（1.013 105+9.8 103 0.32）Pa

= 1.04 10⁵Pa

空氣離開好氧池面時，氣泡含氧體積分?jǐn)?shù)：

（3.10）

= [21 （1-0.18）] [79+ 21 （1-0.18）] 100%

=17.9%

20℃時好氧硝化區(qū)混合液中平均氧飽和度：

（3.11）

= 9.17 [ (1.04 10⁵ 2.026 10⁵)+(17.9 42) ]

= 8.62 mg/L

將計算需氧量換算為標(biāo)準(zhǔn)條件下（20℃，脫氧清水）充氧量：

（3.12）

=78 9.17 [0.7 (0.95 1 8.62-2.0) 1.024(20-20) 0.8] kg/d

=206.37 kg/d

=8.6 kg/h

好氧區(qū)供氣量：

（3.13）

= 8.6 (0.28 0.18) m³/h

=170.6 m³/h

3.8缺氧區(qū)容積設(shè)計

據(jù)A/O工藝設(shè)計參數(shù)計算，好氧區(qū)硝化段水力停留時間3h，則缺氧區(qū)反硝化水力停留時間根據(jù)A段：O段=1：3得出，缺氧區(qū)停留時間為1h。

（3.14）

=[0.4 (7.7 10³-0.5 10³)-0.12 70] 0.06 3210⁴

=0.149m³

≈0.15 m³

缺氧區(qū)容器的邊長大約在0.54m

3.9前置反硝化系統(tǒng)缺氧區(qū)需氧量計算

總凱氏氮（TKN）由氨氮和有機(jī)氮組成，一般氨氮占進(jìn)水TKN 60%-70%，計算取65%,進(jìn)水總凱氏氮Nk=35/65%=53.85mg/L,出水總凱氏氮Nke=5/65%=7.69 mg/L,出水總硝態(tài)氮濃度Noe約取5 mg/L。

（3.15）

=[0.4 (280-12.5) 0.68]-1.42 70+4.57 [0.4 (5385-769)

-0.12 70]- 2.86 [0.4 (5385-769-500)- 0.12 70]

=19350.87 g/d

=19.35 kg/d

=0.806 kg/h

3.10豎流式二沉池設(shè)計

表面水力負(fù)荷范圍0.6-1.5 m³/（m²·h），q取0.6m/h. 沉淀時間常規(guī)可取范圍1.5-4.5 h，取1.0 h. 固體通量負(fù)荷≤150kg/（m²·d），取120 kgSS/（m²·d）.

①沉淀池表面面積

（3.16）

=0.4 (0.6 24)

=0.028 m²

二沉池進(jìn)水管、配水區(qū)、中心管、中心導(dǎo)流筒等的設(shè)計應(yīng)包括回流污泥量在內(nèi)。

②中心管面積

（3.17）

=4.63 10-6 15 10-3 m²

=3.09 10-4 m²

qmax —每池最大設(shè)計流量，m³/s ；

νo——中心管內(nèi)流速，取15mm/s.

③中心管直徑

（3.18）

=0.0198 m

≈0.02 m

④中心管喇叭口與反射板間的縫隙高度

（3.19）

= 4.63 10-6 （1.1 10-3 3.14 0.027）

=0.05m

ν1——污水從中心管喇叭口與反射板間縫隙流出速度，m/s，

取4 m/h，1.1 10-3 m/s.

h——喇叭口高度，h /do=1.35, h=0.027 m

⑤沉淀池直徑

（3.20）

=0.1899m

≈0.19m

⑥沉淀池部分有效水深

沉淀池水力停留時間（沉淀時間）一般取1.5-4h，取1.0h. 污水在沉

池中流速v取0.6 m/h，1.7 10-4 m/s。

（3.21）

=qt

=0.6 1.0 m

=0.6 m

⑦沉淀部分所需總?cè)莘e

（3.22）

= ∆X總 T 1000

=0.07 1.0 1000 m3

=0.007 m3

∆X總——每天總排泥量，kg/d

T —— 兩次排泥時間，d

S ——每人每日污泥量，L/(人∙d)，一般采用0.3-0.8

N ——設(shè)計人口數(shù)

⑧沉淀池污泥區(qū)容積（污泥斗容積）

（3.23）

=(0.75 0.4 1.0) 24 m3

=0.0125 m3

Vs——污泥斗容積

ts——污泥在沉淀池中的濃縮時間

⑨圓錐部分容積

（3.24）

0.0125=（0.192+0.19 0.06 +0.06 2） 3.14 h5 3 m3

h5 = 0.24m

R——圓截錐上部半徑，m，取R= D=0.19m

r——圓截錐下部半徑，m，取r=0.06m

h5——污泥室圓截錐部分的高度，m.

⑩沉淀池總高度

超高h(yuǎn)1取0.06m，緩沖層高度h4取0.05m，h2=0.6m，h3=0.05m，

h5=0.24m，總高度H:

（3.25）

= （0.06 +0.6+ 0.05+0.05+ 0.24）m

= 1.00m

⑪排泥管下端距池底距離≤0.20m，取0.02m

⑫ 排泥管上端超出水面距離，取0.4m

3.11傳統(tǒng)工藝最終污泥產(chǎn)量

傳統(tǒng)活性污泥法以0.4m3/d流量計算，大概排放的剩余污泥量為0.06kg/d—0.07kg/d。

3.12超聲波-缺氧/好氧工藝與傳統(tǒng)工藝污泥產(chǎn)量的比較

表3. 2[1]各種污泥減量化技術(shù)方法的比較

Tablel 3.2[1] Comparison of strategies for reducing the Production of exeess sludge

技術(shù)方法

污泥減量化效率(%)

提高污泥停留時間

100

熱誘導(dǎo)溶解和隱性生長

60

臭氧誘導(dǎo)溶解和隱性生長

100

好氧中溫消化(20℃)

50

好氧高溫消化(60℃)

52

原生動物捕食

12一43

原生動物和后生動物捕食

60一80

細(xì)菌過量產(chǎn)生代謝產(chǎn)物

59一61

解偶聯(lián)氧化磷酸化

45一100

增加維持功能的能量需求

12

好氧一沉淀一厭氧

20一65

活性污泥法

­30

生物膜法

25

投加酶

50

蚯蚓生物濾池

95一100

超聲波輻射

90-100

傳統(tǒng)活性污泥法工藝污泥減量效果，大概可以減少30%—40%，超聲波-缺氧/好氧工藝在傳統(tǒng)活性污泥法的基礎(chǔ)上結(jié)合了超聲波預(yù)處理活性污泥的前沿技術(shù)，實驗預(yù)計污泥減量效果將達(dá)到90%—100%。暫且以90%計算進(jìn)行比較：

以0.4m3/d流量計算，假設(shè)未用傳統(tǒng)活性污泥法前，總排泥量S，用傳統(tǒng)活性污泥法處理，污泥減量30%，S （1—30%）=0.06kg/d，S=0.06 /（1—30%）kg/d，超聲波-缺氧/好氧工藝處理，污泥減量90%，設(shè)剩余污泥排放量為X，X=S （1—90%）=（1—90%） 0.06 /（1—30%）kg/d=0.0086 kg/d.

結(jié) 論

超聲波—缺氧/好氧組合體系是前沿技術(shù)與傳統(tǒng)活性污泥法的綜合，該工藝能夠達(dá)到較高的污泥減量化效果，更加適應(yīng)了污水處理系統(tǒng)實現(xiàn)良性運行、防止污水處理出現(xiàn)二次污染、使污水治理更具有環(huán)境效益的需要，是值得學(xué)術(shù)界進(jìn)一步探討和研究的領(lǐng)域。

整個設(shè)計中，某些設(shè)計參數(shù)是一個嘗試性選用，是一個摸索探究的領(lǐng)域，與常規(guī)性設(shè)計有些出入，有待在往后的實驗、工藝運用中，進(jìn)一步論證和加以完善。特別是超聲波處理裝置的設(shè)計以及污泥處理參數(shù)的選用，更加需要努力鉆研和探討。

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