食品加工污水处理工艺设计.doc

化学工程系课程设计*学校课程设计任务书 10/11学年 下 学期 2011年 7 月 7 日专业环境监测与治理班级09-24课程名称水污染控制工程设计题目食品加工污水处理工艺设计指导教师起止时间2011.6.27-2011.7.8周数2周设计地点教学楼设计目的：通过污水厂课程设计，巩固学习成果，加深对水污染控制工程课程内容的学习与理解，使学生应用规范、手册与文献资料，进一步掌握设计原则、方法等步骤，达到巩固、消化课程的主要内容，锻炼独立工作能力，对污水厂的主体构筑物、辅助设施、计量设备及水厂总体规划，培养和提高计算能力、设计和绘画水平。在教师指导下，基本能独立完成一个中、小型污水处理厂工艺设计，锻炼和提高学生分析及解决工程问题的能力。设计任务或主要技术指标：（1） 设计水量为100 m3/d；（2） 进水水质为BOD5 = 8000 mg/L、CODcr = 10000、SS = 3000 mg/L、色度=600倍（3） 出水水质为BOD520 mg/L、CODcr60 mg/L、SS 60 mg/L、色度50倍设计进度与要求：6月27日 阅读教材，掌握与设计有关内容6月28日-6月29日 熟悉设计任务，查阅文献和教材，确定设计思路6月30日-7月1日 工艺分析、选择及论证 7月4日-7月5日 构筑物尺寸计算7月6日-7月7日 设计任务书的书写、修改，整理，打印7月8日 提交，答辩主要参考书及参考资料：1北京水环境技术与设备研究中心等.三废处理工程技术手册.废水卷.北京.化学工业出版社.20002潘涛，田刚.废水处理工程技术手册.北京.化学工业出版社.20103苏少林.水污染控制技术.2版.大连.大连理工大学出版社.20104北京市环境保护科学研究院等主编.三废处理工程技术手册(废水卷).北京：化学工业出版社.5唐受印，汪大珲等编.废水处理工程(第二版).北京化学工业出版社.6化学工业出版社组织编写.水处理工程典型设计实例（第二版）.北京：化学工业出版社.2000.5教研室主任（签名） 系（部）主任（签名） 年 月 日28摘要本设计以食品加工厂中的肉类食品加工污水处理厂作为参照，选定资料后，根据设计的进水水质（即BOD5 = 8000 mg/L、CODcr = 10000 mg/L、SS = 3000 mg/L、色度 = 600倍）确定了以气浮+UASB+ SBR为主的厌氧法+好养法组合的工艺。在对各个构筑物进行了设计说明后，计算出了各个构筑物的尺寸，并画出了厂区平面图及高程图，达到了出水水质为BOD5 20 mg/L、CODcr 60 mg/L、SS 50 mg/L、色度 50倍）的设计要求。关键字：食品加工，污水处理，厌氧法，好氧法目录1.设计任务书11.1设计题目11.2设计资料11.3设计内容及要求12.工艺流程选择12.1废水来源12.2水质特质22.3废水处理工艺选择22.3.1厌氧反应器的选择22.3.2好氧工艺的选择SBR工艺32.3.3工艺流程图32.4工艺设备简介43.设计计算书63.1格栅63.2调节池83.3沉淀池93.4UASB反应器113.5SBR反应池173.6气浮池203.7设计结果233.8符号说明243.9设计小结26参考文献27致谢281.设计任务书1.1设计题目食品加工污水处理厂设计1.2设计资料（1）设计水量1000 m3/d（2）水质设计的进水水质（mg/L）项目BOD5CODcrSS色度进水8000100003000600（3）处理要求设计的出水水质（mg/L）项目BOD5CODcrSS色度出水206050501.3设计内容及要求（1）设计内容通过论证分析，确定合理的工艺流程；选择适宜的设计参数，对构筑物进行设计计算，确定构筑物的工艺尺寸及主要构造；进水污水处理站的平面布置，合理安排处理构筑物。（2）设计成果设计说明书一份，含工艺计算；要求图纸两张，其中包括平面布置图和主要构筑物工艺图。（3）设计要求工艺选择合理；设计计算概念清楚，公式选取正确；设计说明书条理清晰，层次分明，文字通顺，格式规范；图纸表达正确，符合制图规范。2.工艺流程选择2.1废水来源肉类加工是指对猪、牛、羊等家畜和鸡、鸭等家禽等屠宰和进一步加工，以便生产人们生活所需要的肉类食品和副食品。在屠宰和肉类加工的过程中，要耗用大量的水，同时又要排除含有血污、油脂、毛、肉屑、畜禽内脏杂务、未消化的食料和粪便等污染物质的废水，而且此类废水中还含有大量对人类健康有害的微生物。屠宰和肉类加工厂的废水主要产生在屠宰工序和预备工序。废水主要来自于圈栏冲洗、宰前淋洗和屠宰、放血、脱毛、解体、开腔劈片、清洗内脏肠胃等工序。油脂提取、剔骨、切割以及副食品加工等工序也会排放一定的废水。此外，在肉类加工厂还有来自冷冻机房的冷却水，以及车间卫生设备、洗衣房、办公楼和场内福利设施排出的生活污水等。2.2水质特质屠宰废水成分复杂，废水中含有大量的有机物质，具有以下特点：（1）废水呈褐红色，主要是由屠宰动物的血污造成；（2）具有较强的腥臭味，主要是由畜禽血和蛋白质分解造成；（3）夹带有大量的悬浮物，主要由畜禽皮毛、肉屑、骨屑、内脏杂物、未消化的食物和粪便等构成；（4）含有较高动物油脂；（5）含有大量大肠杆菌。这些废水若不经过处理，直接排入城市下水管网或自然水体，将会严重污染周围的水体环境，造成水体严重富营养化，使水体发黑变臭，严重影响人们的日常生活和身心健康。2.3废水处理工艺选择污水处理工艺的选择与污水性质进、出水水质密切相关。本设计BOD/COD=0.8，可生化性很好，故本设计采用气浮+UASB+ SBR为主的工艺。以达到去除COD、BOD、SS、色度的目的。2.3.1厌氧反应器的选择由于屠宰废水的进水水质中COD和BOD浓度很高，需要设置厌氧工艺作为好氧工艺处理的前处理，在厌氧处理器选择升流式厌氧污泥床反应器。UASB的主要优点是：（1）适用于高浓度有机废水，进水BOD最高浓度可达数万mg/L，也可适用于低浓度有机废水，如城市污水等。（2）UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为2040 g VSS/L； （3）有机负荷高，水力停留时间长，采用中温发酵时，容积负荷一般为10 kg COD/m3d左右； （4）无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动； （5）污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题； （6）UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。鉴于这些优点，选择UASB反应器。2.3.2好氧工艺的选择SBR工艺就近期的技术条件，SBR系统更适合以下情况： （1）中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。 （2）需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。 （3）水资源紧缺的地方。SBR系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。 （4）用地紧张的地方。 （5）对已建连续流污水处理厂的改造等。 （6）非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。 鉴于这些优点，选择SBR工艺作为本废水处理中的好氧工艺。2.3.3工艺流程图根据出水要求及分析，确定方案如下（见图1）：格栅调节池提升气浮池废水沉淀池UASB工艺SBR工艺外排鼓风机集泥池污泥浓缩外运污水管线污泥管线空气管线图1 食品加工废水处理厂工艺流程图混凝剂2.4工艺设备简介（1）格栅格栅由一组平行的金属栅条或筛网组成，安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂得端部，用以截流较大的悬浮物或漂浮物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常进行。肉类加工污水中含有较大的悬浮物，这些悬浮物通常通过格栅和筛网加以去除。（2）调节池调节池的目的是削弱水质水量波动对废水处理工艺的影响，利于或保证处理工艺的正常运行，保证稳定的处理效果。从工业企业排出的废水，其水量和水质都是随时间变化的，为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对废水的水量和水质进行调节。在本次设计中，采用矩形调节池。肉类加工废水在24h之内水质和水量的变化幅度较大，为了使后续工艺的处理效果稳定，在处理流程霍总设置调节池对废水的水质和水量进行调节，以减弱水质和水量的变化幅度。（3）沉淀池沉淀池一般是在生化前或生化后泥水分离的构筑物，多为分离颗粒较细的污泥。在生化之前的称为初沉池，沉淀的污泥无机成分较多，污泥含水率相对于二沉池污泥低些。位于生化之后的沉淀池一般称为二沉池，多为有机污泥，污泥含水率较高。沉淀池池体平面为矩形，进口设在池长的一端，一般采用淹没进水孔，水由进水渠通过均匀分布的进水孔流入池体，进水孔后设有挡板，使水流均匀地分布在整个池宽的横断面。沉淀池的出口设在池长的另一端，多采用溢流堰，以保证沉淀后的澄清水可沿池宽均匀地流入出水渠。堰前设浮渣槽和挡板以截留水面浮渣。水流部分是池的主体。池宽和池深要保证水流沿池的过水断面布水均匀，依设计流速缓慢而稳定地流过。池的长宽比一般不小于4，池的有效水深一般不超过3米。污泥斗用来积聚沉淀下来的污泥，多设在池前部的池底以下，斗底有排泥管，定期排泥。（4）UASB工艺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。（5）SBR工艺经典SBR通过在时间上的交替实现传统活性污泥法的整个过程，它在流程上只有一个池子，将调节池、曝气池、和二沉池的功能集中在该池子上，兼有水质水量调节、微生物降解有机物和固液分离等功能。经典SBR是间歇进水，且工序繁杂，对操作人员的要求较高，在非进水工序无法处置来水，为了解决SBR无法处理连续来水的问题，工程上采用了多池系统，使各个池子按进水顺次进行，进水在各个池子之间循环切换进行。但是，这样明显增加了SBR工艺操作的复杂性。尽管经典的SBR存在着许多问题，但是它的优点也非常明显。它的间歇运行方式与许多行业废水产生的周期比较一致，可以充分发挥SBR的技术特点，因此在工业废水处理中应用非常广泛。对一些难降解废水的处理，经典SBR也经常被采用。由于SBR工艺占地面积小，平面布置紧凑，在小城镇污水处理方面，成功应用SBR工艺的例子也非常多。（6）气浮池气浮是向水中通入或设法产生大量的微细气泡，形成水、气、被去除物质的三相混合体，使气泡附着在悬浮颗粒上，因黏合体密度小于水而上浮到水面，实现水和悬浮物分析，从而在回收废水中的有用物质的同时又净化了废水。气浮用于含油废水的处理以及密度接近于水的微细悬浮颗粒杂质的去除，考虑食品废水的水质特点，在气浮之前投加混凝剂3。3.设计计算书本设计采用的设计流量 m3/d m3/h m3/s3.1格栅（1）设计参数栅前水深h = 0.3 m；过栅流速v = 0.6 m/s；栅条间隙b = 0.005 m；格栅倾角75；栅条宽度S = 0.01 m（2）设计计算栅条的间隙数（n） 条槽有效宽度（B） m进水渠渐宽部分长度（L1）设进水渠宽B1 = 0.3 m m设计取L1 = 0.03 m格栅与出水渠道连接处渐宽部分长度（L2） m通过格栅的水头损失（h1）栅条采用圆钢制作，阻力系数 m栅后槽总高度沿栅前渠道，超高h2 = 0.5 m m栅槽总长度（L） m每日栅总量（W）格栅渣量为1000 m3，污水产渣0.04 m3 m3/d m3/d所以，选用机械格栅。3.2调节池（1）设计参数调节时间t = 12 h；有效水深h2 = 5 m。（2）设计计算调节池有效容积（V1） m3调节池池宽（B） m2设计采用调节池n = 2，取池长L = 12 m。则池宽 m污泥斗的体积（V2）取污泥斗顶宽B1 = 3 m，污泥斗高h4 = 2 m，污泥斗倾角59，则污泥斗底宽 m m3调节池高度（H）调节池超高h1 = 0.5 m，池有效调节水深h2 = 5.0 m，池底斜坡高度h3 = 0.5 m，池污泥斗高度h4 = 2.0 m。则调节池总高 m复核调节池停留时间（t0）实际有效容积 m3实际停留时间 h符合设计要求。3.3沉淀池（1）设计参数拟采用2个竖流式沉淀池，其他参数见表1。表1 沉淀池参数选择中心管道流速v025 mm/s沉淀时间t1 h间隙流速v130 mm/s超 高h10.3 m池内水上升流速v0.8 mm/s缓冲层高度h40.3 m（2）设计计算中心管面积和直径 m2喇叭口直径 m反射板表面至喇叭口距离 m沉淀区面积 m2沉淀池直径 m在4-7m之间，故不设排水管。沉淀区深度 m 符合要求。取下部截面锥底直径为r = 0.4，污泥斗倾角为则 m截圆锥部分容积 m3沉淀池总高度 m3.4UASB反应器（1）设计依据进水COD = 10000 mg/L；COD去除率E1 = 85%；进水BOD5 = 8000 mg/L；BOD5去除率E2 = 88%。（2）反应器结构尺寸设计计算反应器的有效容积（包括沉淀区和反应区）设计容积负荷6 kg COD/( m3d) m3式中 设计处理量，m3/d进水有机物浓度，kg COD/ m3容积负荷，kg COD/( m3d)反应器的形状和尺寸工程设计反应器2座，横截面积为圆形，反应器有效高度为h = 5 m。则 m3单池横截面积 m2 m取D = 10.5 m，则实际横截面积 m2设计反应器总高度H = 8.5 m，其中超高0.5 m。则单池总容积 m3单池有效反应器容积 m3总池面积 m2反应器总容积 m3总有效反应容积 m3 m3（符合有机负荷设计要求）UASB体积有效系数，在70% 90%之间。水力停留时间（HRT）及水力负荷率（Vr） h m3/（m2h）颗粒污水水力负荷应满足0.1 0.9 m3/（m2h），故符合设计要求。（3）三相分离器构造设计三相分离器具有气、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、气相分离器的设计。本设计三相分离器结构示意图如附图1所示。沉淀区设计日平均表面负荷应小于1.0 m/(mh)，沉淀区进水口的水流上升速度一般小于1 m/h。其中，沉淀区直径D = 10.5 m，壁厚0.48 m，沉淀区底部进水直径5 m。沉淀室面积 m2沉淀池表面负荷 m/(mh) m/(mh) （符合要求）沉淀室进水口面积 m沉淀室进水口水流上升速度 m/h m/h （符合要求）沉淀区斜壁角度与深度设计：三相分离器沉淀区斜壁倾角应在，集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.5 1.0 m，沉淀区斜面的高度可取0.5 1.0 m。设计UASB反应器沉淀区最大水深为2 m，h1 = 0.5 m，h3 = 0.5 m，则倾角为60。气液分离设计由附图1可知，三相分离器由上、下两组重叠的三角形集气罩组成。根据几何关系可得 m式中 下三角形集气罩的1/2宽度，m 下三角形集气罩的水质高，m 下三角形集气罩斜面的水平夹角，一般采用55 60上三角形集气罩回流缝宽度CE大于0.2 m，本设计取1.0 m。上三角形集气罩底部直径CF取6m，则 m m上三角形集气罩回流缝面积（S3）为 m废水量为1000 m3/d，设有 m3/d的废水通过进水缝进入沉淀区，另有 m3/d的废水通过回流缝进入沉降区，则 m3/h m3/h根据附图2可确定集气罩相对位置及尺寸： m m m m m m m m m脱气条件校核由斯托克斯公式 式中 气泡上升速度，cm/s碰撞系数，取0.95水的密度，取997.0449 kg/ m3沼气密度，取1.12 g/L气泡直径，取0.01cm废水的动力粘度系数，g/(cms)，取可得 m/h，则式中 混合液沿AB方向流速，m/h，m/h，可见 合理，满则气泡分离后进入沉淀区得必要条件。3.5SBR反应池（1）设计依据COD = 1500 mg/L，BOD = 960 mg/L，设计去除率为75%；（2）设计参数设计水温20；X混合悬浮固体浓度（MLSS）2000 mg/L；应池数量n = 3个；污泥负荷Ns = 0.15 kg/ m3；设计排水比为1:2；反映周期为2。（3）设计计算SBR反应池容积计算每个反应池的设计容积 m3设有效水深h1 = 5 m，超高h2 = 0.8 m m2设池宽= 12 m，池长 mSBR反应池有效容积 m3上清液排出设备设计每池的排出负荷 m3/h每池设一台排水装置，每台排出负荷 m3/h按照排水装置排水能力的最大流量比（r=1.5）进行设计，排出能力为 m3/hSBR反应池供氧量设计计算降解BOD所需供氧量 kg/d供氧量每池每周期需氧量 kg以曝气2h计算，每小时所需氧量 kg/d所需供养能力计算设混合水温度为20，混合液DO为2 mg/L，池水深为5m。则空气扩散出口处绝对压力 Pa式中 空气扩散装置的安装高度，m大气压力， pa气泡离开池表面时，氧的百分比式中 空气扩散装置的氧的转移效率，取25%计算水温20和25条件下的氧饱和度，得 mg/L mg/L代入公式分别求得 mg/L mg/L在20条件下，脱氧清水的充氧量为 kg/d式中 、0.85、0.95、1供氧量的计算 m3/d在运行周期内单池需要供气 m3/h鼓风机曝气量计算每池一台鼓风曝气机，同时备用一台。为了确保事故发生时供气稳定，需取安全系数1.21.5，实际取1.5，则空气量为 m3/h曝气装置设计计算采用微孔曝气，选用球冠形可张微孔曝气器，每个曝气器的服务面积为0.5 m2，则每个池所需曝气器个数为个根据SBR池尺寸，设164个。3.6气浮池（1）气浮池设计接触室表面积 m2式中 回流比，取0.25加压回流容器水量，m3/h接触室水流平均上升速度，m/s，取0.01 m/s。分离室表面积As m2式中 分离室水流向下平均速度，取0.002 m/s。气浮池净容积取气浮池平均水深h = 1.5 m，则气浮池净容积为 m2校核停留时间min（符合要求）气浮所需释气量 L/h式中 溶气效率，取0.9选定容器压力，取0.3 atm溶解度系数溶气水量所需空压机额定空气量为 m3/min式中 余量系数，取1.5。(2)压力罐直径容器罐体积 m3式中 容器罐停留时间3 min。设容器罐高h = 3 m，则 m选用标准直径mm复核高直径比（符合设计要求）3.7设计结果格栅最大流量（m3/d）1000栅条间隙数（条）33槽有效宽度（m）0.49水头损失（m）0.268总高度（m）1.1总长度（m）1.8每日格渣量（m3/d）0.3调节池有效容积（m3）1200宽度（m）10污泥斗体积（m3）48长度（m）12实际有效体积（m3）600高度（m）8实际停留时间（h）6沉淀池单池最大流(m3/s)0.03中心管面积（m2）1.2喇叭口直径（m）1.35中心管直径（m）1.0反射表面至喇叭口距离（m）0.2沉淀区面积（m2）37.5沉淀池直径（m）7深度（m）2.88圆锥部分容积（m3）77.5总高度（m）9.38UASB反应器有效容积（m3）850单池横截面积（m2）85直径（m）10.5实际横截面积（m2）86.6单池总容积（m3）520单池有效容积（m2）433总池面积（m2）173.2总容积（m3）1040总有效容积（m3）866水力停留时间（h）8.66水力负荷（m3/ m2h）0.58SBR反应器单池容积（m3）333池宽（m）6.5池长（m）12.5有效容积（m3）1218.75每池排出负荷（m3/h）2.78供气量（kg/d）10015.5鼓风机通气量（m3/d）313曝气器个数（个）162.5气浮池接触室表面积（m2）3.47分离池面积（m2）17.36净容积（m3）31.25所需释气量（L/h）119.43.8符号说明（1）格栅阻力系数（2）UASB反应器设计处理量，m3/d进水有机物浓度，kg COD/ m3容积负荷，kg COD/( m3d)下三角形集气罩的1/2宽度，m下三角形集气罩的水质高，m下三角形集气罩斜面的水平夹角，一般采用55 60气泡上升速度，cm/s碰撞系数，取0.95水的密度，取997.0449 kg/ m3沼气密度，取1.12 g/L气泡直径，取0.01cm废水的动力粘度系数，g/(cms)，取（3）SBR反应器空气扩散装置的安装高度，m大气压力，