某啤酒厂废水处理工程工艺设计.doc

某啤酒厂废水处理工程工艺设计 某啤酒厂位于华东某市，地处太湖之滨，该厂的生产规模为7万吨啤酒/年，年生产日期为220天，啤酒生产工艺基本采用国外先进成熟的工艺，啤酒废水的主要来源是糖化车间（糖化，过滤洗涤废水）、发酵车间（发酵罐洗涤、过滤废水）、灌装车间（洗瓶、灭菌废水及酒瓶破碎流出的啤酒）以及生产用冷却废水等，部分车间的定期消毒和冲洗地面也要排出一些废水、厂区也排出一定量的生活废水。不同车间排出的废水水质有很大的差异，麦芽在浸泡过程中，可溶出许多可溶性性质如多糖、蔗糖、葡萄糖、果胶、矿物质盐和外皮的蛋白朊和纤维素等，这些可溶性物质约占麦粒重量的0.5%-1.5%，其中2/3为有机物，其余为无机物，糖化、发酵和灌装车间排出的废水主要含有各种糖类、多种氨基酸、醇、多种维生素、各种微量元素、酵母菌、纤维素和麦槽等。根据厂方提供的资料，啤酒厂的废水总量为63万吨/年，其中各种污染物浓度见下表：序号指标浓度（mg/l)备注1PH6-92CODcr25003SS5604NH3-N2.15TN376TP10废水经处理后要求啤酒工业污染物排放标准（GB19821-2005）的标准见下表：序号项目排放浓度（mg/l)(国家标准）1PH6-92CODcr803SS704NH3-N155TN20*6TP0.5说明：*TN： 20mg/l为江苏省地方标准。 建设单位提供场地基本平坦，设计范围70*80米。污水自场地西北角流入，流入点标高为-1.2m（0.00m以生产车间室内地坪为准）。处理后污水要求由场地东南角排出，排出点标高在-0.6米。该厂所在区域的电费为1.2元/KWh。人员工资按1200元/人计，计算折旧时按照直线折旧法，折旧年限为20年。蒸汽为140元/吨，年维修费为1.3万元。要求根据上述条件，设计一座废水处理站，通过方案比较选出合理的水处理工艺流程，绘出废水处理站工艺流程图，总平面位置图，工艺高程图（可与工艺流程图合并）及各水处理构筑物平剖面、配管管径、坡度、设备型号及安装位置，并应有详尽计算书及主要材料设备表、人员编制、技术经济指标等。要求主要处理构筑物能接近施工设计要求。污水处理站采用国内较成熟的工艺和性能可靠的设备，处理站设计时应该考虑节约运行费用、节约能源、减少噪声、避免产生二次污染和便于管理，减轻劳动强度等。1污水水质、水量及处理要求1水量：啤酒厂的废水总量为63万吨/年，年生产日期为220天，所以污水处理厂处理规模为2900m3/d，平均流量为120m3/h。2废水各种污染物浓度为序号项目进水水质浓度（mg/l)排放浓度（mg/l)1PH6-96-92CODcr2500803SS560704NH3-N2.1155TN3720*6TP100.52.1工艺流程的选择2.1.1工艺选择原则1 根据进水水质组成和浓度选择经济有效的废水和污泥流程，确保出水能符合回用水水质要求或排放的水质标准，并使污泥安全的利用和处置。2. 处理工艺流程必须将废水处理工艺和污泥处理工艺一并考虑，统一研究。 3. 城市污水处理应采用先进的技术设备，要求经济合理，安全可靠，出水水质好；4. 要求节能并且最大限度的使处理水能回用；5. 提高自动化的程度，为科学管理创造条件；6. 为确保处理效果，采用成熟可靠的工艺流程和处理构筑物；7. 提高管理水平和保证最佳运行效果；8. 充分利用沼气能源，把沼气作为能源，节省燃料费用；2.1.2工艺选择SBR工艺SBR是一种间歇式的活性泥泥系统，其基本特征是在一个反应池内完成污水的生化反应、固液分离、排水、排泥。可通过双池或多池组合运行实现连续进出水。SBR通过对反应池曝气量和溶解氧的控制而实现不同的处理目标，具有很大的灵活性。SBR池通常每个周期运行4-6小时，当出现雨水高峰流量时，SBR系统就从正常循环自动切换至雨水运行模式，通过调整其循环周期，以适应来水量的变化。SBR系统通常能够承受3-5倍旱流量的冲击负荷。SBR工艺具有以下特点： (1)SBR工艺流程简单、管理方便、造价低。SBR工艺只有一个反应器，不需要二沉池，不需要污泥回流设备，一般情况下也不需要调节池，因此要比传统活性污泥工艺节省基建投资 30%以上，而且布置紧凑，节省用地。由于科技进步，目前自动控制已相当成熟、配套。这就使得运行管理变得十分方便、灵活，很适合小城市采用。 (2)处理效果好。SBR工艺反应过程是不连续的，是典型的非稳态过程，但在曝气阶段其底物和微生物浓度变化是连续的(尽管是处于完全混合状态中)，随时间的延续而逐渐降低。反应器内活性污泥处于一种交替的吸附、吸收及生物降解和活化的变化过程之中，因此处理效果好。 (3)有较好的除磷脱氮效果。SBR工艺可以很容易地交替实现好氧、缺氧、厌氧的环境，并可以通过改变曝气量、反应时间等方面来创造条件提高除磷脱氮效率。 (4)污泥沉降性能好。SBR工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长，减少了污泥膨胀的可能。同时由于SBR工艺的沉淀阶段是在静止的状态下进行的，因此沉淀效果更好。 5)SBR工艺独特的运行工况决定了它能很好的适应进水水量、水质波动。2.1.3工艺流程简图的确定本课题研究方案即工艺流程初定如下：SBR池水解酸化池调节池与泵房集水池 格栅污水脱水间贮泥池污泥浓缩池集泥池 加药间普通快滤池管式混合器 图2-3 工艺流程简图2.2各构筑物简介2.2.1格栅1格栅是用来除去可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行。格栅是由一组（或多组）平行的金属条与框架组成。倾斜安装在进水渠道或进水泵站 集水井的进口处，以拦截污水中粗大悬浮物及杂质。2当栅条间距为1625mm时，栅渣截留量为0.10.05m/10m污水；当栅条间距为40 mm时栅渣截留量为0.10.05m/10m污水，栅渣含水率约为80，密度约为960kg/ m,每天栅渣量大于0.2 m时，一般应采用机械清除方法。3本设计将采用机械清除的方法。2.2.2调节池水质、水量的调节是厌氧反应稳定运行的保证。调节池的作用是均质和均量，一般还可考虑兼有沉淀、混合、加药、中和和预酸化等功能。2.2.3泵房 对经过格栅间的污水提升到后处理所需要的高度。2.2.4.水解酸化池水解酸化一种生物氧化方式，在没有外源最终电子受体的条件下，化能异养型微生物细胞对能源有机化合物的氧化与内源的有机化合物的还原相耦合，一般并不发生经包含细胞色素等的电子传递链上的电子传递和电子传递磷酸化，而是通过底物（激酶的底物）水平磷酸化来获得代谢能ATP；能源有机化合物释放的电子一级电子载体NAD（nicotinamide adenine dinucleotide，一种转递电子的辅酶），以NADH的形式直接将电子交给内源的有机受体而再生成NAD，同时将后者还原成水解酸化产物（不完全氧化的产物，有利于后续的好氧段处理）。细胞中的NAD是有限的，如果作为一级电子载体的辅酶NAD不能得到再生，有效的电子载体就会愈来愈少，脱氢反应就不能持续进行下去了。因此辅酶NAD的再生是生物氧化（包括发酵）继续进行下去的必要条件。2.2.5SBR反应池SBR系统的间歇式运行，是通过其主要反应器曝气池的运行操作而实现的。曝气池的运行操作是由（1）流入；（2）反应；（3）沉淀；（4）排放；（5）待机等五个工序组成。这五个工序都在曝气池这一个反应器内进行、实施，将同步去除BOD、脱氮、除磷的A-A-O工艺集于这一池，无污泥回流和混合液的内循环，能耗低。而且，污泥龄长，污泥沉降性能好，剩余污泥少。2.2.6加药间加药间设有各类加药储罐和溶解罐（池），用于向污水系统投加所需的化学药剂。2.2.7管式混合器管道混合器具有快速高效，低能耗的管道螺旋混合。对于 两种介质的混合时间短，扩散效果达90%以上。可节省药剂用量约2030%。而且结构简单占，地面积小。采用玻璃钢材质具有加工方便，坚固耐用耐腐蚀等优点。 在给排水和环保工程中对投加各种混凝剂、助凝剂、臭氧、液氯及酸碱中和、气水混合等方面都非常有效。对提高水处理效果，节省能源，具有重大的经济意义。 2.2.8普通快滤池普通快滤池（rapid filter）指的是为传统的快滤池布置形式，滤料一般为单层细砂级配滤料或煤、砂双层滤料，冲洗采用单水冲洗，冲洗水由水塔（箱）或水泵供给。2.2.9污泥浓缩池污泥浓缩是降低污泥含水率，减少污泥体积的有效方法。污泥浓缩主要减缩污泥的间隙水。经浓缩后的污泥近似糊状，仍保持流动性。其中剩余污泥的含水率一般为99.299.6,污泥固体负荷宜采用3060kg/m2d.浓缩后的污泥含水率宜为9798。本设计采用气浮浓缩池。2.2.10脱水机房浓缩脱水一体机的主要特点是将污泥的浓缩和脱水两个功能组合在一起完成，省去重力浓缩池。所需的停留时间短，占地面积小，剩余活性污泥可从二沉池排出后，经化学调节直接进行浓缩、脱水，避免在浓缩池中因厌氧而释放磷，因此特别适用于脱氮除磷工艺的污泥脱水。设计计算书 3.1 格栅的设计与计算 3.1.2 参数选取设计流量Q =2900m3/d = 120 m3/h =0.0336m3/s ；栅条宽度b=10mm 栅条间隙d = 10mm 栅前水深h=0.4 m格栅安装角度= 60，栅前流速0.7 m/s ,过栅流速0.8m/s ；单位栅渣量W = 0.07m3/103 m3 废水 本次设计选取细格栅；栅条间隙b=10mm；栅前水深h=0.5m；过栅流速v=0.8m/s，栅条宽度s=0.015m；安装倾角a=60o 3.1.3 设计计算 图31 格栅计算草图 1 栅条间隙数（n） n=7.81，取n=8条 2栅槽有效宽度（B）设计栅条宽度S=0.015m，则栅槽宽度为B=S（n-1）+bn=0.015(8-1)+0.018=0.185m栅槽宽度一般比格栅宽0.30.4m，取0.4 m。 即栅槽宽为0.185+0.4=0.585 m ，取0.6 m。3进水渠道渐宽部分长度 设进水渠道内的流速为0.8m/s进水渠道宽取B1=0.5m渐宽部分展开角= 30 L1=0.086m，4 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2=L1/2=0.043m5. 通过格栅水头损失取k = 3 , = 1.79(栅条断面为圆形)，v = 0.8m/s ，则 h1 = h1= = 0.088 m6. 栅后槽总高度 设栅前渠道超高h2=0.3m H=h+h1+h2=0.5+0.088+0.3=0.8880.9m 7栅槽总长度（L） L=l1+l2+1.0+0.5+=0.086+0.043+1.0+0.5+=2.15m8 每日栅渣量： 取每单位体积污水拦截污物W1 为0.07m3/103m3，污水流量总变化系数 为1.5W=0.155m/d采用人工清渣。3.2 集水池3.2.1 设计说明格栅、集水池与泵房一体化建设采用QW型潜污泵三台，两用一备设备名称：QW(WQ)型潜水式排污泵额定流量：120m/h=0.0336m/s3.2.2 设计计算 集水池容积采用相当于一台泵30min的容量 有效水深采用3m，其中超高0.5m则集水池面积为F=20m2 ，其尺寸为 4m5m。集水井长5m，宽4m，深3m，集水池总容积60 m.3.3 调节沉淀池 3.2.1 设计参数设计流量Q =2900m3/d = 120 m3/h =0.0336m3/s ；调节池停留时间T=6.0h 。 3.2.2 设计计算（1）调节池有效容积 V = QT =（2900 m3/d /24h）6h725m3 (2)调节池面积 取池子总高度H=4.5m,超高0.5m，有效水深4m。池面积为 A=V/H=725/5=145m 取池长L=15m,池宽B=A/L=145/15=10m（3） 小结 调节池尺寸为：15105，一座。3.4 UASB设计计算 3.4.1 组成部分UASB反应池由进水分配系统、反应区、三相分离器、出水系统、排泥系统及沼气收集系统组成。UASB反应池有以下优点：n 沉降性能良好，不设沉淀池，无需污泥回流n 不填载体，构造简单节省造价n 由于消化产气作用，污泥上浮造成一定的搅拌，因而不设搅拌设备n 污泥浓度和有机负荷高，停留时间短3.4.2 设计计算 3.4.2.1 反应器所需容积及主要尺寸的确定1、UASB反应器的有效容积设计流量Q = 2900m3/d =120m3/h =0.0336m3/s ；进水COD=2500mg/L 去除率为96.8% ；容积负荷（Nv）为：4.5kgCOD/(m3d)；污泥产率为：0.07kgMLSS/kgCOD ；产气率为：0.4m3/kgCOD 。 对于中等浓度和高浓度有机废水，一般情况下，有机容积负荷率是限制因素，反应器的容积与废水量、废水浓度和允许的有机物容积负荷去除率有关。设计容积负荷为Nv=4.5kgCOD/(m3d),CODQ去除率为96.8%，则UASB反应器有效容积为： V有效 = =1560m UASB反应器结构尺寸计算 工程设计反应器2座，横截面为矩形 反应器有效高度为5m，则 横截面积 S=312m2 单池面积 =156m2 单池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=18m，则宽B=9m 。S=18*9=162m2 设计反应池总高H=6.5m，其中超高0.5 m （一般应用时反应池装液量为70%-90%） 单池总容积 =1053m3 单池有效反应容积 =972m3 单个反应器实际尺寸 18m9m6.5 m 反应器数量 2座 总池面积 =314m2 反应器总容积 =2106m3 总有效反应容积 =1944m， 符合有机负荷求UASB体积有效系数 =89% 在70%-90%之间，符合要求3.4.2.2 三相分离器的设计 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括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。沉淀区设计 本设计中，与短边平行，沿长边布置7个集气罩，构成6个分离单元，则设6个三相分离器。气液分离设计 三相分离器与UASB高度设计三相分离器总高 h=+=0.5+1+0.989+0.476=2.965mUASB反应器总高H=6.5m，超高h1=0.5m 本设计，分离出流区高2.5m，反应器高度4.5m，其中污泥床高2.0m，悬浮层区高1.5m。1. UASB反应器中污泥总量计算一般UASB污泥床主要由沉降性能良好的厌氧污泥组成，平均浓度为15gVSS/L,则两座UASB反应器中污泥总量： 1560*15=23400kgss/d2. 产泥量计算 厌氧生物处理污泥产量取：0.07kgMLSS/kgCOD UASB反应器总产泥量 式中：X UASB反应器产泥量，kgVSS/d ；r 厌氧生物处理污泥产量，kgVSS/kgCOD；Co 进水COD浓度kg/m3；E 去除率，本设计中取80%。 据VSS/SS = 0.8，X=227/0.8=283 kgSS/d单池产泥 Xi = X/2 = 227/2 = 114 kgSS/d污泥含水率为98%，当含水率95%，取，则污泥产量 单池排泥量 污泥龄3. 排泥系统设计在UASB三相分离器下0.5m和底部400高处，各设置一个排泥口，共两个排泥口。每天排泥一次。4 出水系统设计计算出水系统的作用是把沉淀区液面的澄清水均匀的收集并排出。出水是否均匀对处理效果有很大的影响。1. 出水槽设计 对于每个反应池，有6个单元三相分离器，出水槽共有6条，槽宽0.3m。 单个反应器流量 设出水槽口附近水流速度为0.2 m/s，则 槽口附近水深 取槽口附近水深为0.25 m，出水槽坡度为0.01；出水槽尺寸10 m0.2 m0.25 m；出水槽数量为6座。3.5 接触氧化池设计计算 生物接触氧化池工艺设计的主要内容是计算填料的有效容积和池体的尺寸，计算空气量和空气管道系统等。目前一般是在用有机负荷计算填料容积的基础上，按照构造要求确定池子的具体尺寸、池数以及池的分级。对于工业废水，最好通过实验确定有机负荷，也可审慎地采用经验数据。生物接触氧化池的容积一般按BOD5( V N =10001800gBOD5/ 3 m d)的容积负荷或接触氧化的时间计算(按有效容积计48h)，并且相互核对以确定填料容积。生物接触氧化法的供气量，要同时满足微生物降解污染物的需氧量和氧化池的混合搅拌强度。满足微生物需氧所需的空气量，为保持氧化池内一定的搅拌强度，满足营养物质、溶解氧和生物膜之间的充分接触，以及老化生物膜的冲刷脱落，气水比宜大于10，一般取1020。进水BOD5 浓度过高时，应考虑设出水回流系统；填料层高度一般采用3.0 m；每单元接触氧化池面积不宜大于25m2，以保证布水、布气均匀.3.5.1 设计参数 设计水量：Q=120m/h；进水BOD5La=250mg/L，；出水BOD5Lt=15mg/L；容积负荷 =6000gBOD5/ 3 m d；气水比D0=15:1；填料层高度h0=3m；3.4.2 设计计算1、接触氧化池的有效容积 V，即填料体积为： =114m池总面积为： =38池子分为两格，每格面积为： =A/2=19取每格的宽为4m，则每格长为4.75m池深为： =3+0.5+0.5+1.0=5.0m式中，为超高0.5m，为填料层上水深0.5m,为填料至池底高度1.0m，则接触氧化池的实际尺寸为：m ，一座。2、所需空气量 =15120=1800m/h=30m/min3、空气管道布置:单池空气量a、空气管直径取400mm，管内流速为 =12.44m/s 满足规范要求。b、曝气系统采用球型微孔扩散器布气 本设计采用BZO.W-192球冠型可张微孔扩散器布气，其规格如下 曝气器尺寸：D192180mm ,215mm,260mm ；氧利用率：2431%； 曝气器阻力损失：小于、等于3200Pa；适用工作空气量：0.83m3/h.个 充氧能力：0.1690.244KgO2/m3.h；服务面积：0.350.6m2/个 充氧动力效率：6.56.8kgO2/kW .h 。布置、安装和调试 球冠形曝气器设备可成套供应，附件包括布气道、管件、水平调节器、清除装置、连接件等。C、鼓风机选型空气总量为93.8m3/min；水下4m 处的压强为：P1=gh=10009.84=40.2kPa则阻力损失为水压与曝气器阻力之和：P=P1+P2=40.2+3.2=43.4kPa本设计采用SD60型罗茨鼓风机，2台。3.6 沉淀池设计计算 竖流式沉淀池多为圆形，亦有呈方形或多角形，本设计为正方形，1 座。为使池内配水均匀，池径不宜过大，一般采用47m，不大于10m。池径(或正方形的一边)与有效水深之比一般不大于3。污水从设在池中央的中心管进入，从中心管的下端经过反射板后均匀缓慢地分布在池的横截面上，由于出水口设置在池面或池壁四周，故水流向基本由下向上。污水在中心管内的流速对悬浮颗粒的去除有一定的影响，其流速不应大于30mm/s，中心管下口应设有喇叭口和反射板，底板面距泥面不宜小于0.3m，水从中心管喇叭口与反射板间流出的缝隙出流速度一般不大于40mm/s。生物膜法后，沉淀时间为1.5-4.0h，表面负荷为1.0 1.5m3 /(m2 h)。污泥贮积在底部的污泥斗中，污泥含水率为96%-98%，固体负荷2 150kg /(m d)，堰口负荷1.7L /(sm)。3.6.1 设计参数选取设计参数：水平流速v=3.0mm/s，沉淀时间2.0h，则：1) 池长LL=3.6vt=36000.003221.6 m（取22m）2) 池面积A：表面负荷q取1.0m3/(m2*h)，则：A=Q/q=120/2=60 m2 (取120 m2)3) 池宽B：B=A/L=60/22=2.72 m 取3m4) 池深h2：池的有效水深采用h2=3.0m。5) 校核：长宽比=L/B=22/3=7.34，符合要求。6) 长深比=L/h2=22/2=118，符合要求。7) 污泥部分的容积V：接触氧化池每天排出的剩余污泥体积V27m3。沉淀池设一个污泥斗污泥斗为方斗，=55 ；h5=（4-0.5）/2tg552.5mV=h4(f1+f2+(f1f2)0.5)/3=2.5(17.64+0.25+(4.20.25)0.5)/3=16.1m3V总=2V=216.132.02 m3V=27 m3泥斗以上梯形部分容积V2V2=（l1+l2）/2h4b=(16+4)/20.1154=4.6mh4=(16-4-0.5) 0.01=0.115m8) 沉淀池总高度Hh1为超高h2 为有效高度h5为泥斗部分高度 H=h1+h2+h5=0.115+3+2.5+0.5=6.115m3.7污泥浓缩3.7.1 污泥浓缩池3.7.1.1 设计泥量啤酒废水处理过程产生的污泥来自以下几部分：UASB反应器，Q1 = 22.7 m3/d ,含水率98% ；沉淀池，Q2 =27 m3/d,含水率99% ；总污泥量为：Q = Q1 + Q2 = 49.7 m3/d，设计中取50 m3/d。1参数选取固体负荷（固体通量）M一般为1035kg/m3h ，取M = 30 kg/m3d = 1.25kg/m3h ；浓缩时间取T = 20 h ；设计污泥量Q = 40 m3/d ；浓缩后污泥含水率为96% ；3.7.1.2 设计计算 1容积计算 浓缩后污泥体积：V0污泥含水率变为P0时污泥体积2 池子边长根据要求，浓缩池的设计横断面面积应满足：A QC/M式中：Q 入流污泥量，m3/d ； M 固体通量，kg/m3d； C 入流固体浓度kg/m3。入流固体浓度（C）的计算如下： = 1000(1-98%) = 454 kg/d = 1000(1-99%) = 270 kg/d 那么，Qc = + = 724kg/d C = 724/50 = 14.48 kg/m3浓缩后污泥浓度为： = 724/25 = 28.96 kg/m3浓缩池的横断面积为：A = Qc/M = 724/30 = 24.13 m2设计一座正方形浓缩池，则每座边长B = 5 m ，则实际面积A = 55 = 25 m23 池子高度取停留时间HRT = 20 h ，有效高度= QT/24A = 5020/2425 = 1.67 m ，超高 = 0.5 m