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船用生化膜生活污水处理装置的优化设计

2015-03-12刘邵宏南华工商学院广东广州50507华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州5064

机电工程技术 2015年11期
关键词:优化设计污水处理

刘邵宏,童 伟(.南华工商学院,广东广州 50507;.华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州 5064)



船用生化膜生活污水处理装置的优化设计

刘邵宏1,童伟2
(1.南华工商学院,广东广州510507;2.华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510641)

摘要:依照IMO MEPC.159(55)的排放要求,设计生产能够处理中小型船舶生活污水中大肠菌群、悬浮固体和生化需氧量并兼具一定贮存功能的环保设备。该设备采取粉碎处理、生化处理、超滤膜处理和紫外线杀毒等方式对生活污水进行处理并排放,具有体积小、自动化程度高的特点,目前已投入试生产。

关键词:船用设备;污水处理;MBR技术;优化设计

0 引言

依照MEPC.159(55)[1]决议对船用生活污水中大肠菌群、悬浮固体和生化需氧量等指标排放法规,结合目前流行的膜生物法(MBR)处理技术[2],设计一种小型船用设备来处理并排放生活污水显得势在必行。

1 系统工作原理

根据国际公约规定的规则,海区可灵活使用序批式处理或膜法处理。因此本装置采用活性污泥、接触氧化和膜分离技术[3]处理有机污染物质,其处理流程见图1所示。

生活污水首先进入粉碎室预生化处理,当室内液位达到中位时,启动粉碎泵,将污水粉碎转驳至置有软性填料的一级氧化室,然后依次进入二级氧化室进行序批式接触氧化、生化处理,处理水由流程泵转驳至清水柜内,当液位达到中位时,排放泵启动,将处理水泵入超滤膜组或直接排放,经膜组过滤后的排放水经紫外线消毒后排出舷外(系统原理图见图2)。

图1 处理流程图

图2 系统原理图

2 主要参数计算

2.1原始参数

原始参数见表1。

表1 原始参数表

2.2氧化室总容积计算

氧化室面积0.375 m2,室内正常水深1 m,接触填料(多面球)堆放高度0.8 m。则滤料容积:

V=0.375×0.8=0.3 m3

2.3BOD负荷计算

所以氧化室采用高负荷生物滤池才能将污水处理合格。每天应适量加水,以保持液力负荷,有利于生物活性。

2.4回流比

按《水污染防治手册》表25.4(P530)推荐,在原污水的BOD在450~600 mg/L范围内时,采用回流比2~3之间。设计采用回流比为2.6。

回流量为:

选取2级接触柜,即用双级滤池串联工作。

(1)负荷率校核

滤料容积V:0.3 m3,负荷率为:

1.2 kg (BOD5)/ m3(滤床)∙d,

故可处理负荷为:1.2×0.3=0.36>

0.35kg(BOD5)/d,

故符合要求。

(2)曝气接触氧化时间校核

液力负荷平均值29 L/ h,采用回流比为2.6时,流经接触柜的污水速率为:

29×(1+2.6)=104.4 L/h

氧化室中停留时间:

故满足要求。

2.5填料性能参数

采用多面球作填料,其性能参数见表2。

表2 填料性能参数表

2.6曝气设备及空气管路的选定

2.6.1曝气设备选用

本装置选用WB-150型橡胶可变孔微孔曝气器。技术参数见表3。

表3 曝气器参数表

2.6.2空气管路的布置和管径的确定

选输气总干管和输气支管管径ϕ15 mm。干管气体流速校核:

式中:Q——气泵排量10 m3/h;

A——输气干管流通面积。

满足输气干管气流速度10~16 m/s的控制范围。故选择输气干管管径ϕ15 mm可行。校核支管气体流速:

满足布气支管气流速度3~5 m/s的控制范围。选择输气支管管径ϕ15 mm可行。

2.6.3供气量与气泵容量、风压的确定

(1)供气量计算

Q=0.7 m3/d,

进入装置的生活污水BOD5浓度为:

SO=600 mg/l,

处理后出水BOD5浓度为:

Se=20 mg/l,

则在废水曝气生化过程的需氧量为:

O2=Q(SO-Se)=0.7×(600-20)/1000=0.4 kg/d

根据T为20℃,大气压为760 mmHg时,空气的容量ra为1.205 kg/m3,其中氧占23.1%(按重量计),理论需气量:

考虑到曝气器的氧利用率EO为15%,实际需气量:

(2)气泵容量计算

DK=1.5×10.47/8=1.96 m3/h。

实际选取气泵容量为10 m3/ h,满足计算要求。

(3)气泵风压的确定

气泵风压计算:

P=H+Hd+Hf=1.45+1+0.5=2.95 m=29.5 kPa

选取气泵风压为60 kPa。CYBW-10型无油气泵1台。

5其他部件选型见表4。

表4 部件型号表

装置总体布置图如图3所示。

图3 装置总体布置图

3 结束语

该设备结合生化处理和超滤膜分离技术,具有占地空间小、处理效率高、膜组件寿命长、操作简单等特点。目前已在清远联鑫船舶机电设备厂投入试生产。

参考文献:

[1]经修订的实施生活污水处理装置排出物标准和性能试验导则[S]. MEPC. 159(55):决议.

[2]孟峥嵘,王春明.船舶生活污水处理技术现状及发展趋势[J].交通企业管理,2011,12(20):50-51.

[3]马如中.膜分离技术在船用生活污水处理装置上的应用[J].船海工程,2010,12(6):4-6.

(编辑:阮毅)

Optimal Design of a Marine Sewagw Treatment Equipment

LIU Shao-hong1,TONG Wei2
(1.NanHua Industry&Commerce Collage,Guangzhou510507,China;2.College of Mechanical and Automotive Engineering,South China University of Technology,Guangzhou510641,China)

Abstract:According to the resolution IMO-MEPC.159(55),the paper shows a design of marine sewage treatment and part-storage environmental protection equipment which can treat Coliforms, suspended solid and BOD from sewagw by such methods as shatter,biochemical reactions,filtering and UV antivirus. Recently,a small-sized,high-automatic marine machine is in trial production.

Key words:marine equipment;sewagw treatment;optimal design

作者简介:第一刘邵宏,男,1972年生,湖南邵阳人,硕士,讲师/工程师。研究领域:工业产品设计。已发表论文8篇。

收稿日期:2015-05-26

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 014

中图分类号:U664.9+1

文献标识码:B

文章编号:1009-9492 ( 2015 ) 11-0049-03

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