酿酒废水处理的工程设计

密 级 公 开 学 号 070423 毕 业 设 计(论 文) 酿酒废水处理的工程设计 院 (系 、 部 )： 机械工程学院 姓 名： 班 级： 环 072 专 业： 环境工程 指 导 教 师 ： 李旭源/梁存珍 教 师 职 称 ： 高工/副教授 2011 年 6 月 10 日北京 北京石油化工学院 学位论文授权使用协议 论文酿酒废水处理的工程设计系本人在北京石油化工学院学习期间创 作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于北京 石油化工学院学位论文全文数据库 。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印 刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。 本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及全文部 分浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。 注：本协议书对于非公开学位论文在保密期限过后同样适用。 院系名称：机械工程学院 作者签名： 学 号：070423 2011 年 05 月 27 日 北 京 石 油 化 工 学 院 毕 业 设 计 （论 文）任 务 书 学院（系） 机械工程学院 专业 环境工程 班级 环 072 学生姓名 指导教师/职称 李旭源、梁存珍 / 高工、 副教授 1.毕业设计（论文）题目 酿酒废水处理的工程设计 2.任务起止日期： 2011 年 2 月 21 日 至 2011 年 5 月 27 日 3.毕业设计（论文）的主要内容与要求（含原始数据及应提交的成 果） （1）主要内容 花冠集团酿酒有限公司始建于 1971 年，总投资达到 2.8 亿元，现有职工 1000 余人，公司日产酒 1000 吨，年产值达到 2 个亿。现在日产污水约 280 吨， 高浓度污水每天约 80 吨，COD 浓度 1600-1800mg/L 。低浓度污水每天 200 吨， COD 浓度约 150mg/L 。本课题针对这一废水进行工程设计。 论文中需要包括详细的设计计算、主要构筑物的施工图、工艺流程图、平 面布置图等相关图纸。 （2）设计参数 本处理厂设计日处理能力为高浓度废水 80m3，COD Cr=1600- 1800mg/L，BOD 5=800-900mg/L，高浓度废水 200m3，COD Cr=150mg/L， BOD5=70mg/L。 污水经处理后应符合以下要求：COD Cr60mg/L， BOD520mg/L。 （3）设计内容及工作量 资料查阅：查阅 15 篇以上文献，其中英文参考文献为 2 篇以上，2010 年 6 月以后文献不少于 5 篇。通过查阅文献了解酿酒废水处理的现状和发展趋势， 确定本设计的基本流程；翻译一篇不少于万字符的与本设计相关的英文文献。 设计内容：进行有关设计计算，部分设计计算需要通过编程进行优化， 并进行设备选型；绘制工艺流程图；绘制整个工程平面布置图；绘制各 处理单元及构筑物的结构详图。 绘图要求：手工、计算机绘制有关图纸。 （4）最终提交材料 计算机或手工绘制所有设计图纸，设计说明书一份，外文文献及翻译。 4.主要参考文献 （1）C. Cronin, K.V. Lo. Anaerobic treatment of brewery wastewater using UASB Reactors seeded with activated sludge J. Bioresource Technology, 1998(64): 33-38 5.进度计划及指导安排 第 1-3 周 整理文献，翻译一篇与本题目有关的英文文献，撰写开题报告； 第 4 周 开题报告答辩； 第 5-8 周 进行有关设计计算，设备选型； 第 9-11 周 绘制所有要求的图纸； 第 12-13 周 撰写论文； 第 14 周 根据指导教师意见修改论文。 任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（部、系）院长（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 年 月 日 学生（签字） 酿酒废水处理的工程设计 I 摘 要 本文通过对啤酒废水的水质、水量性质的分析，以及对现实中比较常用的 处理方法进行分析并加以比较，最终提出了 UASB 和 SBR 法处理啤酒废水的可 能性。 采用 UASB 和 SBR 工艺处理啤酒废水，效果稳定，运行管理简单，适应性 较强，投资运行费用较低，占地小，出水水质好。 本文针对啤酒废水的水质水量情况，详细设计了包含 UASB，SBR 反应池 在内的整个处理流程，并在此基础上，针对每一环节所涉及到的构筑物，从工 艺方面给予了详细的计算和设计，对每个环节涉及到的机械设备进行了严密的 选型。 关键词：啤酒废水，SBR，UASB 酿酒废水处理的工程设计 II Abstract The characters of pharmaceutical wastewater are completely analyzed, and all kinds of traditional methods are compared in this paper, and then the paper refers to the realistic possibility of the UASB,SBR process used in the system of pharmaceutical wastewater. The UASB,SBR process used to treat pharmaceutical wastewater has advantages such as stable treatment result, easy management, strong adaptability, low investigating, small coverings, high quality of effluent and high removal of nitrogen and phosphorus. The whole process including UASB,SBR are designed in detail in the foundation of the quality and quantity of the pharmaceutical wastewater and for each building referred in the process, it gives detailed design, for each machine and equipment, it provides type choosing properly. Key words: Brewery Wastewater, SBR, UASB 酿酒废水处理的工程设计 III 目 录 第一章 前 言 1 1.1 选题背景 .1 1.2 研究意义 .1 1.3 文献综述 .2 1.3.1 啤酒废水处理现状 2 1.3.2 啤酒废水处理方法 2 1.3.3 结论 11 1.4 工艺流程图 .12 第二章 污水处理系统的设计计算 13 2.1 筛网的设计计算 .13 2.1.1 一般说明 13 2.1.2 设计计算 13 2.2 调节池的设计计算 .13 2.2.1 设计说明 13 2.2.2 设计参数 14 2.2.3 设计计算 14 2.3 UASB 厌氧反应器的设计计算 15 2.3.1 设计说明 15 2.3.2 设计参数 16 2.3.3 设计计算 16 2.4 SBR 反应器的设计计算 .21 2.4.1 一般说明 21 2.4.2 设计参数 22 2.4.3 设计计算 22 2.5 沉淀池的设计计算 .27 2.5.1 设计说明 27 2.5.2 设计参数 28 2.5.3 设计计算 28 2.6 储泥池的设计计算 .30 2.6.1 一般说明 30 2.6.2 设计泥量 30 2.6.3 池体设计 30 2.7 污泥脱水间的设计计算 .31 2.7.1 设计说明 31 2.7.2 设计参数 31 2.7.3 设计计算 31 第三章 水力及高程计算 32 3.1 水力计算 .32 3.1.1 一般说明 32 酿酒废水处理的工程设计 IV 3.1.2 设计计算 32 3.2 高程计算 .33 3.2.1 一般说明 33 第四章 厂区平面布置和高程布置说明 35 4.1 厂址的选择 .35 4.2 布置平面说明 .35 4.3 高程布置说明 .36 第五章 技术经济分析 37 5.1 工艺技术分析 .37 5.2 工艺经济分析 .37 5.2.1 建设成本 37 5.2.2 其他费用 38 5.2.3 运行成本 38 第六章 调试、运行及维护 39 6.1 开工调试 .39 6.1.1 调试前准备 39 6.1.2 调试内容 39 6.2 调试完后 .40 6.3 调试中出现的问题和解决办法 .40 6.4 调试运行结果 .41 6.5 运行中出现的问题及解决方法 .41 第七章 结论与展望 43 参考文献 44 计算机程序及运行 46 致谢 48 声明 49 酿酒废水处理的工程设计 1 第一章 前 言 1.1 选题背景 80 年代以来，我国啤酒工业得到迅速发展，到目前我国啤酒生产厂已经 800 多家，据 1996 年统计我国啤酒产量达 1650 万 t，既成为世界啤酒生产大国， 又成为较高浓度有机物污染大户，啤酒废水的排放和对环境的污染已成为突出 问题，引起了各有关部门的重视。 花冠集团酿酒有限公司始建于 1971 年，总投资达到 2.8 亿元，现有职工 1000 余人，公司日产酒 1000 吨，年产值达到 2 个亿。2009 年 9 月投资 985 万 元建成占地面积 2000 平方米的污水处理车间，工作人员 3 名，设计规模日处理 污水 1000 吨。现在日产污水约 280 吨。企业产生不同浓度的二股废水。高浓度 污水每天约 80 吨，COD 浓度 1600-1800mg/L。低浓度污水每天 200 吨，COD 浓度约 150mg/L。本课题针对这一废水进行工程设计。 1.2 研究意义 水是生命之源，是人类赖以生存和发展的物质基础，是不可替代的宝贵资 源。我国却是一个水资源十分短缺的国家，人均水资源占有量仅为世界平均水 平的四分之一，严重制约着我国社会主义经济的发展。经济的腾飞是以环境的 代价为前提的。随着近代我国社会主义经济的腾飞，社会主义工业呈现飞速发 展，水资源污染尤其是工业废水污染也严重恶化。工业废水的污染以其污染大、 污染物浓度高、废水排放量大、废水中含有多种有毒有害物质、废水成分复杂 以及水量变化大等特点而成为目前我们所面临的主要问题。 我国是世界上第二大啤酒生产国，啤酒生产过程中产生的大量废水，若不 处理直接排放，易对环境及水源造成污染。据统计，每生产 100t 啤酒产生的废 水的生化需氧量相当于 1.4 万人生活污水的 BOD5，SS 值相当于 0.8 万人生活污 水的 SS 值，由此可见，啤酒废水的污染程度很严重。 基于水污染的危害性和严重性，以保护环境为宗旨，以达到国家废水排放 标准为目的来设计啤酒废水处理工艺是啤酒生产厂废水处理部门一项刻不容缓 的重任。 酿酒废水处理的工程设计 2 1.3 文献综述 1.3.1 啤酒废水处理现状 “七五”以来，我国对啤酒废水的处理工艺和技术进行了大量的研究和探索， 特别是轻工业系统的设计院和科研单位，对啤酒废水的处理进行了各方面的试 验、研究和实践，取得了行之有效的成功经验，逐渐形成了以生化为主、生化 与物化相结合的处理工艺。生化法中常用的有活性污泥法、生物膜法、厌氧与 好氧相结合法、水解酸化与 SBR 相组合等各种处理工艺。这些处理方法与工艺 各有其特点和不足之处，但各自都有较为成功的经验。目前还有不少新的处理 方法和工艺优化组合正在试验和研究，有的已取得了理想的成效，不久将应用 于实践。 尽管目前污水处理技术众多，但其发展目标是一致的，即以发展绿色技术、 实现资源可持续开发利用和生态安全为目标。根据国内外研究动向，啤酒废水 处理技术发展趋势将表现在以下几个方面： （1） 充分利用新技术对现有的啤酒废水处理工艺进行因地制宜的技术改 造,采用高效节能的生物反应器。 （2） 实行污水规模化集中处理，可免除重复性设备投资，易于采用新技 术。 （3） 啤酒废水中含有多种有用物质，在处理前应尽量回收有用的固体物 质,经加工后作饲料添加剂或药品，在处理时应多考虑变废为宝,提高经济效益。 （4） 针对啤酒废水中有机物含量高、生物降解性差的特点，同时考虑能 源紧张的形势，主要采用厌氧-好氧联合技术，并将产生的污泥干化后作肥料使 用。 （5） 当前全球水资源紧张已成为世界关注的焦点，而啤酒废水有害无毒， 如能将其净化后回收利用，可达到节约水资源的目的。 （6） 在污水处理中实行自动化控制技术,实现反应器自控管理，将节省人 力。 （7） 开发生物基因技术在环保领域的应用，向着节能、回收有用物质的 方向发展。 1.3.2 啤酒废水处理方法 我国是世界上第二大啤酒生产国，啤酒生产过程中产生的大量废水，若不 处理直接排放，易对环境及水源造成污染。据统计，每生产 100t 啤酒产生的废 酿酒废水处理的工程设计 3 水的生化需氧量相当于 1.4 万人生活污水的 BOD5，SS 值相当于 0.8 万人生活污 水的 SS 值，由此可见，啤酒废水的污染程度很严重。啤酒生产的主要原料是 大麦和大米，啤酒废水产生于麦芽制作和酿造过程。啤酒废水为高浓度有机废 水，具有相当好的可生化性。国内外一般采用生化处理为主并辅以物化处理的 方法。 物化法主要有混凝法、吸附法、分光光度法、粉煤灰改性处理方法等。 生物法主要有光合细菌处理法、IC 反应器处理法、SBR 反应器处理法、 A/O 工艺法、OCO 工艺处理法等。 组合工艺主要有酸化水解-生物接触氧化法，UASB 与 CASS 组合工艺， UASB 与 SBR 组合工艺，生物滤塔，UASB-好氧接触氧化组合工艺等。 1.3.2.1 混凝处理法 废水混凝处理法是废水化学处理法之中的一种。通过向废水中投加混凝剂， 使其中的胶粒物质发生凝聚和絮凝而分离出来，以净化废水的方法。混凝系凝 聚作用与絮凝作用的合称。前者系因投加电解质，使胶粒电动电势降低或消除， 以致胶体颗粒失去稳定性，脱稳胶粒相互聚结而产生；后者系由高分子物质吸 附搭桥，使胶体颗粒相互聚结而产生。混凝剂可归纳为两类；无机盐类，有 铝盐（硫酸铝、硫酸铝钾、铝酸钾等） 、铁盐（三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁等） 和碳酸镁等；高分子物质，有聚合氯化铝，聚丙烯酰胺等。处理时，向废水 中加入混凝剂，消除或降低水中胶体颗粒间的相互排斥力，使水中胶体颗粒易 于相互碰撞和附聚搭接而形成较大颗粒或絮凝体，进而从水中分离出来。影响 混凝效果的因素有：水温、pH 值、浊度、硬度及混凝剂的投放量等 2。 混凝预处理可使啤酒废水 CODCr 降低 40%，减少了后处理负荷。单投混凝 剂聚合氯化铝 PAC 或单投阴离子型聚丙烯酰胺 PAM，或者投 PAC 加投 PAM 效果较好 1。 1.3.2.2 吸附处理法 吸附法处理是利用多孔性固体相物质吸着分离水中污染物的水处理过程。 吸着分离水中污染物的固体物质称做吸附剂。吸附剂有：活性炭、活化煤、焦 炭、煤渣、树脂、木屑等。吸附是一种与表面能有关的表面现象，常分为物理 吸附（靠吸附剂与吸附质之间的分子作用） 、化学吸附（靠化学键力作用）和离 子交换吸附（靠静电引力作用）三种类型。水处理过程中常采用吸附过滤床对 水进行吸附法处理，可去除水中重金属离子（如汞、铬、银、镍、铅等） ，有时 也用于水的深度处理。吸附法还可用于净化水中低浓度有机废气，如含氟、硫 酿酒废水处理的工程设计 4 化氢的废气，一般采用固定床吸附装置 2。 利用吸附法的啤酒废水处理系统不仅大幅度地降低了污水处理费用，还增 加了企业治理污染的积极性，达到环境效益与经济效益的真正统一。对达标后 的废水进行适当的深度处理，达到中水回用的要求，从而实现清洁生产、污染 物零排放的目标，保护了水资源，保护了环境。 对采用吸附降解法处理啤酒废水的工艺进行了改造，解决了污泥的堵塞、 污泥的膨胀、池体有效容积下降、运行成本较高等问题。运行结果表明，改造 后的处理效果有明显提高，出水水质稳定，运行成本有了较大幅度的下降 3。 1.3.2.3 粉煤灰改性处理啤酒废水的研究 粉煤灰是一种散粒状物质，是燃煤电厂的主要排弃物。全国每年有 1 亿 t 之多,而利用率仅在 30 %40 %，仍有较大量需开发利用。由于其中含有大量 的 SiO2、Al 2O3、Fe 2O3、MgO、CaO 和未燃尽炭等，并具有多孔性、比表面积 大、吸附力强等特点，直接或做相应处理后即可作为新型吸附材料。因此，用 粉煤灰制备各种水处理剂得到了广泛的研究和开发，以粉煤灰处理废水是以废 治废、实现废弃物的资源化的有效途径。国外从 20 世纪 80 年代中期采用碱性 溶液对粉煤灰进行改性，改性后粉煤灰的吸附性能大大提高。粉煤灰对含铬废 水、印染废水、造纸废水、生活污水、表面活性剂废水、含氟废水等均有较好 的处理效果。本研究选用多种改性剂对粉煤灰进行改性处理，制得改性粉煤灰 水处理剂,对其吸附混凝性能及在处理啤酒废水应用进行了研究，确定了改性粉 煤灰水处理剂处理啤酒废水的最佳条件。 以 Na2CO3、CaO 、HCl 、H 2SO4 等多种试剂作改性剂对粉煤灰进行改性处 理,得到改性粉煤灰,并以改性粉煤灰处理啤酒废水,研究了粉煤灰改性的最佳条 件及改性粉煤灰处理啤酒废水的机理。结果表明:改性后粉煤灰的吸附混凝性能 有显著的提高,啤酒废水中 COD 的去除率从 50 %增加到 89 %。实验确定 Na2CO3 为最佳改性剂，最佳改性条件为改性剂与粉煤灰的用量比为 10mL/5g， 室温下搅拌 5min，静置 30min4。 1.3.2.4 光合细菌处理法 光合细菌(简称 PSB)是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光 能合成体系的原核生物，是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称， 是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌，是一类以光作为能源、能在厌氧光 照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源 进行光合作用的微生物。光合细菌广泛分布于自然界的土壤、水田、沼泽、湖 酿酒废水处理的工程设计 5 泊、江海等处，主要分布于水生环境中光线能透射到的缺氧区。 高浓度的有机废水目前已成为主要的水污染源，是环境保护领域急待解决 的重点问题。其中，啤酒废水大多属于高色度、难降解的高浓度有机废水，而 且由于啤酒厂使用原料复杂、生产工艺不同、产品种类繁多，使得啤酒废水通 常具有组成复杂，有机污染物种类多、浓度高，COD 波动大，BOD/COD 差异 大的特点。采用 PSB 法对其进行处理，进水可以不需稀释，设备的有机负荷较 高且处理后产生的剩余菌体污泥中蛋白质及其他营养物质含量高，可在水产养 殖业、畜禽饲养业和农业等方面进行综合利用，从而获得一定的经济效益，降 低了处理成本。可见，应用 PSB 法处理啤酒废水是具有很好发展的前景 5。 1.3.2.5 A/O 工艺处理啤酒废水 采用 A/O 工艺处理高浓度的啤酒废水，出水 CODCr、BOD 5 和 SS 的去除 率分别为 88.7%92.8% 、 90.3%95.4% 和 86.2%90.0%，达到了啤酒工业污 染物排放标准。 A/O 工艺处理高浓度啤酒废水，具有结构紧凑、流程简单、停留时间短、 水质水量适应范围广、有机物降解效率高，污泥沉淀性能好、不产沼气和防止 污泥膨胀等特点，是一条有效可行的技术路线 6。 1.3.2.6 OCO 工艺处理啤酒废水 OCO 工艺是一种 A2O 活性污泥工艺，结合 ABR 反应器和氧化沟工艺的优 点，具有节能、高效、运行灵活等特点。OCO 工艺的厌氧区为 PABR 反应器， 反应器内设置竖向导流板，将反应器分隔成几个串联的反应室，每个反应室都 是一个相对独立的上流式污泥床（UASB）系统。它构造简单、施工简便、不 需要三相分离器、造价低，并且极大地提高了处理效率。处理后的出水水质稳 定，各项指标均可达到国家污水排放综合标准（GB8978 96）一级排放标准。 对于水量较小、水质波动较大、高浓度的有机废水，可采用 OCO 工艺处 理。其构造简单，无需初沉池，硝化、反硝化区面积可灵活变化，运行方式灵 活，可以 A/O 或 A2/O 方式运行；水下微孔曝气使充氧效率高，内回流不需泵 送，污泥沉降性能好；占地面积小，处理效率高，电耗低，土建投资省 7。 1.3.2.7 利用 IC 反应器处理废水 IC 反应器由 2 层 UASB 反应器串联而成。按功能划分，反应器由下而上共 分为 5 个区：混合区、第 1 厌氧区、第 2 厌氧区、沉淀区和气液分离区。 混合区：反应器底部进水、颗粒污泥和气液分离区回流的泥水混合物有效 酿酒废水处理的工程设计 6 地在此区混合。 第 1 厌氧区：混合区形成的泥水混合物进入该区，在高浓度污泥作用下， 大部分有机物转化为沼气。混合液上升流和沼气的剧烈扰动使该反应区内污泥 呈膨胀和流化状态，加强了泥水表面接触，污泥由此而保持着高的活性。随着 沼气产量的增多，一部分泥水混合物被沼气提升至顶部的气液分离区。 气液分离区：被提升的混合物中的沼气在此与泥水分离并导出处理系统， 泥水混合物则沿着回流管返回到最下端的混合区，与反应器底部的污泥和进水 充分混合，实现了混合液的内部循环。 第 2 厌氧区：经第 1 厌氧区处理后的废水，除一部分被沼气提升外，其余 的都通过三相分离器进入第 2 厌氧区。该区污泥浓度较低，且废水中大部分有 机物已在第 1 厌氧区被降解，因此沼气产生量较少。沼气通过沼气管导入气液 分离区，对第 2 厌氧区的扰动很小，这为污泥的停留提供了有利条件。 沉淀区：第 2 厌氧区的泥水混合物在沉淀区进行固液分离，上清液由出水 管排走，沉淀的颗粒污泥返回第 2 厌氧区污泥床。 从 IC 反应器工作原理中可见，反应器通过 2 层三相分离器来实现 SRTHRT，获得高污泥浓度；通过大量沼气和内循环的剧烈扰动，使泥水充分 接触，获得良好的传质效果。 IC 反应器具有的优点 8： (1) 处理能力高。 IC 反应器的负荷是 UASB 反应器负荷的 57 倍，UASB 反应器的容积负 荷通常为 35kgCOD/(m 3.d)，而 IC 反应器的容积负荷可达到 2030kgCOD/(m 3.d)。 图 1-1 IC 反应器 酿酒废水处理的工程设计 7 (2) 运行费用低。 由于 IC 反应器的处理效率、进水负荷比 UASB 反应器的处理效率高，废 水的处理成本低；同时由于合理的结构设计，不需要另投酸或碱液来调节 PH， 可节省大量运行费用。 (3) 污泥不易流失，容易形成颗粒污泥。 由于 IC 独特的反应器结构和高的水利负荷和产气负荷，比 UASB 更能形 成和保持颗粒污泥。 (4) 投资省，占地面积少。 因 IC 有机负荷比 UASB 高，因此处理同样规模的有机废水，IC 反应器的 容积比 UASB 要小，故 IC 反应器的建造成本比 UASB 要低。 IC 反应器具 有 的 缺 点 ： (1) 反应器启动时间长，且反应器启动过程中循环量小； (2) 颗粒污泥培养技术条件要求高，污泥颗粒化困难。 1.3.2.8 利用 SBR 处理啤酒废水 SBR 是序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又 称序批式活性污泥法 9。 与传统污 水 处 理 工 艺 不同，SBR 技术采用时间分割的操作方式替代空间分 割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的 动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR 技术的核心是 SBR 反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流 系统。正是 SBR 工艺这些特殊性使其具有以下优点： （1）理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧 处于交替状态，净化效果好。 （2）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高， 出水水质好。 （3）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效 抵抗水量和有机污物的冲击。 （4）工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活。 （5）处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。 （6）反应池内存在 DO、BOD 5 浓度梯度，有效控制活 性 污 泥 膨胀。 （7） SBR 法 系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建 酿酒废水处理的工程设计 8 和改造。 （8）脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具 有良好的脱氮除磷效果。 （9）工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二 沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。 SBR 工艺缺点： （1）自动化控制要求高。 （2）排水时间短（间歇排水时） ，并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因 而需要专门的排水设备（滗水器） ，且对滗水器的要求很高。 （3）后处理设备要求大：如消毒设备很大，接触池容积也很大，排水设施 如排水管道也很大。 （4）滗水深度一般为 12m，这部分水头损失被白白浪费，增加了总扬程。 （5）由于不设初沉池，易产生浮渣，浮渣问题尚未妥善解决 1.3.2.9 酸化水解-生物接触氧化法 酸化水解-生物接触氧化法优点： 图1-2 SBR 工艺反应流程图 酿酒废水处理的工程设计 9 工艺净化效率高,出水水质好，污泥产生量小，污泥处理系统小；空气需要 量少，能耗低;容积负荷高，所需厌氧反应器体积更小；对营养物质要求低；同 时可脱氮除磷。处理工艺简单、所需设备少、工程投资小、耐冲击负荷较高、 运行效果稳定、处理成本低、运行管理方便等优点 10。 酸化水解-生物接触氧化法缺点： 受温度、pH 等影响较大，不耐冲击负荷，运行效果不稳定 ;有沼气产生， 需配套贮存、净化设施，设备投资高；对操作人员技术要求高，操作管理复杂。 在综合考虑技术、经济、环保等方面因素后,对于啤酒、饮料、食品等行业 排放的高浓度有机废水，选择酸化水解-接触氧化处理工艺，是比较适宜的。 总体来说，啤酒废水采用厌氧(酸化水解)预处理，再进行好氧处理是比较 理想的，通过“ 酸化水解- 生物接触氧化” 处理后，啤酒废水出水水质已满足排放 标准要求，进行适当的深度处理后，即可满足回用水或中水水质要求。对于北 方水资源紧缺的地区，也可直接进行利用(如作为绿化用水等)。同时，该处理 工艺方案处理效果好，在达到国家规定的排放标准前提下,还有投资较小、运行 费用较低、管理操作方便,占地面积较小等诸方面优点。 1.3.2.10 UASB-好氧接触氧化组合工艺 此处理工艺中主要处理设备是上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池，处理 主要过程为：废水经过转鼓过滤机，转鼓过滤机对 SS 的去除率达 10%以上， 随着麦壳类有机物的去除，废水中的有机物浓度也有所降低。调节池既有调节 水质、水量的作用，还由于废水在池中的停留时间较长而有沉淀和厌氧发酵作 用。由于增加了厌氧处理单元，该工艺的处理效果非常好。上流式厌氧污泥床 能耗低、运行稳定、出水水质好，有效地降低了好氧生化单元的处理负荷和运 行能耗( 因为好氧处理单元的能耗直接和处理负荷成正比)。好氧处理(包括好氧 生物接触氧化池和斜板沉淀池)对废水中 SS 和 COD 均有较高的去除率，这是因 为废水经过厌氧处理后仍含有许多易生物降解的有机物。 该工艺处理效果好、操作简单、稳定性高。上流式厌氧污泥床和好氧接触 氧化池相串联的啤酒废水处理工艺具有处理效率高、运行稳定、能耗低、容易 调试和易于每年的重新启动等特点。只要投加占厌氧池体积 1/3 的厌氧污泥菌 种，就能够保证污泥菌种的平稳增长，经过 3 个月的调试 UASB 即可达到满负 酿酒废水处理的工程设计 10 荷运行。整个工艺对 COD 的去除率达 96.6%，对悬浮物的去除率达 97.3%98%， 该工艺非常适合在啤酒废水处理中推广应用 11。 1.3.2.11 UASB 与 SBR 组合工艺处理啤酒废水 UASB 由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组 成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污 泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进 行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以 微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的 气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起 上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周， 然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射 进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力 作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积 累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出 污泥床。 UASB 反应器 具有的优点 12： （1）污泥的颗粒化使反应器内的平均污泥浓度达 50gVSS/L,污泥龄可达 30d 以上； （2）反应器的水力停留时间较短，容积负荷较高； （3）集生物反应和沉淀分离与一体，结构紧凑，操作运行方便； （4）无需设置填料，容积利用率高、费用低； （5）上升水流和沼气气流能起到搅拌作用，一般无需设置搅拌装置； （6）COD、BOD 去除率高。温度在 3035之间，COD 去除率达 7090，BOD 去除率达 85以上。 UASB 反应器 具 有 的 缺 点 是 在厌氧工艺的运行的过程中，经常会发现 UASB 池的表面会出现大量乳白色泡沫。泡沫的产生的成因： （1）工艺影响：持续不段的高负荷进水使厌氧反应器内活性污泥 BOD 负 荷受到极大冲击，这使得单位数量的活性污泥微生物在单位时间内处理有机物 能力大大低于正常水平，导致厌氧反应器出水水质恶化。由于系统受到冲击， 微生物的处理能力减弱，不能将水中的有机物全部分解。又因厌氧反应器内的 水流形态由下至上，在超越喇叭口上升的水流中依然含有大量的有机物，这些 厌氧微生物就会随着上升的水流对有机物质继续分解产生沼气，这部分沼气无 酿酒废水处理的工程设计 11 法通过沼气收集系统收集，只能逸出水面，大量的微小气泡相互连结，于是就 在厌氧池的表面形成一层乳白色的泡沫层。 （2）气温影响：经过长期的观察，白色泡沫一般在夜晚大量形成，当白天 的温度上升，白色泡沫就会逐渐消失，这是因为晚上的气温低，水蒸发的速度 慢，这样白色泡沫表面的水膜就不会很容易破裂，同时大量的白色泡沫聚集于 水的表面，不利于水的表面复氧，这样就更有利于厌氧微生物对有机物的分解， 所以就会使白色泡沫在晚上大量形成。白天气温升高，水蒸发的速度较快，白 色泡沫表层的水膜极易蒸发破裂，随着白色泡沫的破裂，水面与空气接触的表 面积逐渐增大，水的复氧速率逐渐增大，会抑制厌氧微生物的分解代谢，白色 泡沫便逐渐消失。 （3）PH 值的影响：厌氧活性污泥微生物对 PH 值的要求相当苛刻，一般 来说 PH 值保持在 6.87.2 之间更适合微生物的新陈代谢。由于进水水质、水 量极不稳定，再加上人为控制具有一定的滞后性，所以很难将 pH 值控制在厌 氧微生物最佳的生存状态，在这种情况下厌氧微生物的处理能力当然是要大打 折扣的。 采用 UASB 与 SBR 工艺处理啤酒废水是可行的, 废水经 UASB 反应器处 理后，可以大幅度减轻 SBR 工段的负荷; 啤酒废水经 UASB 与 SBR 后去除 95%以 上的有机污染物, 出水水质可达到污水综合排放标准 ( GB8978296)一级排放标 准。整个处理工艺投资省、运行费用低、污泥量少、运行稳定。UASB 与 SBR 工艺对进水有机物浓度的波动有较强的缓冲能力，适用于处理水质变化较大的 工业废水。 酿酒废水处理的工程设计 12 图 1-3 UASB 1.3.3 结论 啤酒厂工业废水处理的工艺选择，必须因地制宜，谨防生搬硬套。各种工 艺确定时，应充分调查工厂排水水质、水量、排水规律和特点，必要时应取样 化验确认；应考察工厂提供的建设场地地形条件和面积大小；考察工厂所能承 受的一次性投资及运行成本情况；考察工厂的管理水平和工人素质条件以及确 定厂外排水条件及水电增容条件等进行适合本地区建设污水场并能长期达标运 行的方案比选。比选中简单适用、运行可靠、达标稳定、节约能耗、投资经济 是最重要的工艺原则。 1.4 工艺流程图 依据设计的水质、水量，本工艺采用 UASB 与 SBR 组合工艺处理生产废水。 废水经过格栅进入调节池，经提升泵进入 UASB 反应器，再经过 SBR 反应器， 出水达标后外排。在集泥池里的污泥经污泥脱水后外运。 图 4 工艺流程图 调节池 SBR高浓度废水 低 浓 度 废 水 水UASB筛网 泵 泵 二沉池 达标排放 储泥池污泥泵污泥脱水间 污泥外运 酿酒废水处理的工程设计 13 第二章 污水处理系统的设计计算 2.1 筛网的设计计算 2.1.1 一般说明 由于啤酒废水是一种成分杂复杂，可生化性差的有机废水，故其杂质往往 是颗粒微小的纤维类悬浮物，为了更澈底的分离和回收废水中的微小纤维类悬 浮物，为后续处理提供更好的环境。 筛网通常用金属丝或用化学纤维编织而成，筛网形式有转鼓或转盘式、振 动式、回转式和固定式多种，本设计采用回转式水力筛网对杂质进行拦截。 2.1.2 设计计算 2.1.2.1 设计水量 （2-hmdQ/3./803 1） 2.1.2.2 设计水质 表2.1 筛网设计参数 CODcr BOD5 进水水质（mg/L） 1800 900 去除率% 0 0 出水水质（mg/L） 1800 900 2.1.2.3 设备选型 污水泵：选用 2 台 WQ50-10-10-0.75 型潜水污水泵。流量： 10m3/h； 扬程：10m；转速：1390r/min；效率：56；功率：0.75kW 2.2 调节池的设计计算 2.2.1 设计说明 啤酒生产废水进水水量和水质在 24h 之内会有波动，这种波动对污水处理 设备，特别是生物处理设备正常发挥其净化功能是不利的，甚至还可能遭到破 坏。同样对于物化处理设备，水量和水质的波动越大，过程参数就越难控制， 酿酒废水处理的工程设计 14 处理效果越不稳定。反之，波动越小，处理效果就越稳定。在这种情况下，应 在废水进行处理之前，设置调节池，保证废水处理的正常进行。故在预处理中 引入调节池来调节流量。 调节池的作用就是调节进水的水量和水质，酸性废水和碱性废水还可在调 节池内中和；短期排除的高温废水也可利用调节池以平衡水温。 设计流量 smhmdQ/1026.9/3./80343 2.2.2 设计参数 （1）调节池有效水深为 2.05.0m （2）调节池停留时间 48 小时 （3）调节池保护高度 0.30.5m 取水力停留时间 HRT=8h，取调节池的有效水深 h=4.0m，取超高 h1= 0.5m，则调节池高度 H=4.0+0.5=4.5m。 2.2.3 设计计算 （1）池体容积 （2-2）3(1)1.2382VkQTm 式中：V调节池容积，m 3 K池子扩充系数，一般为1020% ，本池子取20% T调节池中污水停留时间，取8h （2）调节池面积 A （2-3）2384VmH 设调节池 1 座，采用方形池，池长 L 与池宽 B 相等。 ，取 3m2.8BA 调节池尺寸为 334.5m3 （3）理论上每日的污泥量 （2-4）301()8(0.945.72)1.60/1QcWmdP 酿酒废水处理的工程设计 15 式中：Q设计流量，m 3/s C0进水悬浮物浓度，取值为945mg/L=0.945kg/m 3 C1出水悬浮物浓度，取值为472mg/L=0.472kg/m 3 P污泥含水率，取值97% 污泥密度，1000kg/m 3 （4）污泥斗尺寸 设污泥斗上口和下口均为方形，污泥斗倾角取 45，污泥斗上口面积为 ，下口面积为 。21fm 2204fm 污泥斗的高度为 （2-5） 1.tan50.92h 污泥斗的容积为 （2-6）32121 82.1)0404(9.3)(3 mffhV 式中：V污泥斗的容积，m 3 h1污泥区高度，m f1污泥斗的上口面积，m 2 f2污泥斗下口面积，m 2 2.3 UASB厌氧反应器的设计计算 2.3.1 设计说明 UASB 是一种集厌氧反应与沉淀为一体的高效升流式反应器，这种反应器 结构简单，不用填料，没有悬浮物堵塞等问题。处理各种有机废水时，在反应 器内培养颗粒污泥形成污泥床，废水由底部进入，向上流过污泥床区与大量的 厌氧菌接触，废水中的有机物大部分被厌氧菌分解成沼气，沼气与水和污泥在 三相分离器中进行分离，沼气通过气室、水封、阻火罐等收集至锅炉。处理后 的水由反应器顶部流出，进入好氧生化池进行进一步的处理。厌氧反应可处理 高浓度废水，具有动力消耗小、容积负荷大、可产生一定的生物能、运行管理 方便等特点。 酿酒废水处理的工程设计 16 2.3.2 设计参数 废水流量：80m 3/d，进水 COD 浓度为 1620mg/L=1.62kg/m3。 根据表所示，啤酒废水处理采用进水 COD 容积负荷为 5.3kgCOD/(m3d)。 表 2.2 国内外生产性 UASB 装置的设计负荷统计表 负荷 kgCOD/m3d (国外资料) 负荷 kgCOD/m3d (国外资料)序号 废水类型 平均 最高 最低 厂家数 平均 最高 最低 厂家数 1 酒精生产 11.6 15.7 7.1 7 6.5 20 2 15 2 啤酒厂 9.8 18.8 5.6 80 5.3 8 5 10 3 造酒厂 13.9 18.5 9.9 36 6.4 10 4 8 4 葡萄酒厂 10.2 12 8 4 5 清凉饮料 6.8 12 1.8 8 5 5 5 12 6 小麦淀粉 8.6 10.7 6.6 6 7 淀粉 9.2 11.4 6.4 6 5.4 8.0 2.7 2 8 土豆加工 9.5 16.8 4 24 9 酵母业 9.8 12.4 6 16 6 6 6 1 10 柠檬酸 8.4 14.3 1 3 14.8 20 6.5 3 11 味精 3.2 4 2.3 2 12 再生纸 12.3 20 7.9 15 13 造纸 12.7 38.9 6 39 14 食品加工 9.1 13.3 0.8 10 3.5 4 3 2 15 屠宰废水 6.2 6.2 6.2 1 3.1 4 2.3 4 16 制糖 15.2 22.5 8.2 12 17 制药厂 10.9 33.2 6.3 11 5 8 0.8 5 18 家畜饲养 10.5 10.5 10.5 1 19 垃圾滤液 9.9 12 7.9 7 酿酒废水处理的工程设计 17 2.3.3 设计计算 2.3.3.1 反应器容积计算 (包括沉淀区和反应区) ，取 25m3 （2-7）30Rv81.624.53QSVmN 采用 1 座 UASB 反应器。 式中：V R反应器有效容积，m 3 Q设计流量，m 3/d S0进水有机物浓量， kgCOD/m3 NV容积负荷，kgCOD/(m 3d) 2.3.3.2 反应器的形状和外形尺寸 采用反应器的有效高度为 4m，设置 1 座 UASB 反应器。 横截面积 2R56.4Smh 从布水均匀性和经济性考虑，矩形池长宽比在 2：1 以下较为合适。 设池长 L=4m，则宽 B=2m。 则反应器的尺寸为 34.5LBH 2.3.3.3 UASB 反应器构造的确定 UASB 反应器采用矩形构造，三相分离器由上下两层重叠的三角形集气罩 组成，采用穿孔管进水配水，采用明渠出水。 图 2.1 UASB 反应器构造断面示意图 2.3.3.4 三相分离器的设计 （1）设计说明 三相分离器要具有气、液、固三相分离的功能。三相分离器的设计主要包 酿酒废水处理的工程设计 18 括 沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。 （2）沉淀区的设计 三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同，主要是考虑沉淀区 的面积和水深，面积根据废水量和表面负荷率决定。 由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应产生少量气体， 这对固液分离不利，故设计时应满足以下要求： a. 沉淀区水力表面负荷 2.5 进水 0.3-0.5溶解氧（mg/L） 缺氧 工序 沉淀、排水 #include #include #include FILE *Output; main() double Ns=0.3;/BOD 负荷 double S0=150;/BOD 浓度 double Q=80;/废水流量 double X=2000;/反应池中的污泥浓度 double m=2;/排出比 1/m=1/2 double n=4;/周期数 double V;/反应池总容积 double V1;/单池容积 double L;/每池池长 double B;/每池池宽 double H;/每池池深 double Ts;/沉淀时间 double Tc=6;/一个周期时间 double Tf;/进水时间 double Ta;/曝气时间 double Td;/排水时间 double e;/曝气时间比 double dQ;/超过曝气池容积的污水进水量 double Ea=18;/氧利用率 double p=1.293;/空气密度 double Ow=0.233;/空气中的氧重量 double Gs;/曝气供气量 double a=0.5;/微生物增长系数 double Sr=135;/有机物降解量：Sr=So-Se=150-15=135 double b=0.05;/活性污泥微生