UASB+SBR处理果汁废水设计说明书及图纸

UASB+SBR处理果汁废水设计说明书及图纸UASB+SBR处理果汁废水设计说明书及图纸-UASB+SBR处理果汁废水设计说明书及图纸UASB+SBR处理果汁废水设计说明书及图纸湖南科技大学毕业设计（论文）任务书化学化工学院环境工程系（教研室）系（教研室）主任:（签名）年月日学生姓名:张安国学号:0806050220专业:环境工程1设计（论文）题目及专题：某果汁厂生产废水处理的初步设计2学生设计（论文）时间：自2012年3月1日开始至2012年6月1日止3设计（论文）所用资源和参考资料：污水水量与水质：Q=5000m3/d。水质：CODcr：8000mg/L，BOD5：5000mg/L，SS：4000mg/L，pH:5-12；处理要求：废水经过处理后应符合达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准，即：CODcr≤100mg/L，BOD5≤30mg/L，SS≤70mg/L，pH6-9。4设计（论文）应完成的主要内容：（1）当前果汁生产废水的来源及处理概述；（2）确定该处理厂的规模和处理工艺；（3）相关构筑物的设计与计算；（4）管网布置及计算；（5）工程概算；（6）设计体会；（7）参考文献。5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：（1）编写设计说明书一份，设计说明书按设计程序编写、包括方案的确定，设计计算、设备选择和有关设计的简图等内容。文字应简明、通顺、内容正确完整。（2）图纸至少有4张，其中平面图和高程图必备，平面布置图中应有方位标志。6发题时间：二0一二年三月一日指导教师：（签名）学生：（签名）摘要近年来，果汁饮料作为新世纪的健康饮品，已成为消费者的追逐热点。随着果汁产业的不断壮大，果汁生产中的高浓度有机废水对环境的污染也越来越受到社会各界的关注。环境是人类生活的载体，本着对环境负责，对人类的负责的原则，果汁生产废水治理已成为每个企业生产运行必不可少的程序。本设计主要分析了当前果汁生产废水治理的热点问题和工艺方法，并从中拟定出适合所持工程设计的方案，设计本着科学实际、效益优先的原则，全面地对预选方案进行了详细的设计计算，该设计为果汁废水，水量为5000m3/d，根据食品生产相关资料，设计选定的安全系数为K2=1.8。原污水中各项指标为：CODcr浓度为8000mg/L，BOD5浓度为4000mg/L，SS浓度为4000mg/L，pH5-12。该废水若不经处理会对环境造成巨大污染，故要求进行处理，要求出水标准按照《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准执行，即：CODcr≤100mg/L，BOD5≤30mg/L，SS≤70mg/L，pH6-9。设计内容属于有机物浓度高，水量大，水质波动较大，水中固体干扰物较大的工程，经过对主流高浓度有机废水处理方法的比选和自身所掌握的技术知识，最终确定为“原水预处理+UASB+SBR”的工艺。根据设计计算结果，表明本设计方案结构紧凑简洁，运行控制灵活，抗冲击负荷能力强等特点，根据其他同类设计并投产运行的效果来看，该组合工艺处理性能可靠，具有投资少，运行管理简单等特点。为果汁工业废水处理提供了一条可行的途径。具有良好的经济效益、环境效益和社会效益，综合效益高，有较高的运用价值。关键词：果汁废水；活性污泥；UASB；SBRABSTRACTInrecentyears,fruitjuicebeverageasanewcenturyhealthdrinks,havebecomehotpursuitofconsumers.Withthegrowingoffruitjuiceindustry,highconcentrationorganicwastewaterfromthefruitjuicefactorycausedtheenvironmentpollutionisgettingmuchmoreattentions.Environmentisthecarrierofourlives,inthatresponsibleforenvironmentandourpeople,fruitjuiceproductionwastewatertreatmenthasbecomeessentialproceduresforeachenterprise.Thisdesignmainlyanalyzedthehotissuesandprocessesofthefruitjuiceproductionwastewatertreatmentinthecurrent,andfoundasuitableprocesstotreatthekindsofwastewaterintheend.Designedintheprincipleofgivingprioritiestoefficiencyandscience.calculatedcomprehensivelytothepreselectedprograms.Thedesignisforthefruitjuicewastewater:Q=5000m3/d,accordingtotherelevantdataoffoodproduction,IselectedthesafetycoefficientK2=1.8.Indicatorsofrawsewageare:CODcrconcentrationis8000mg/L,BOD5concentrationis4000mg/L,SSconcentrationis4000mg/L,pH5-12.Thewastewaterisdischargedintotheenvironmentwithouttreatmentwillcauseagreatpollution,sowemusttreatit.The

effluent

qualitycomesuptotheⅠ-class

criteriaspecifiedintheIntegratedwastewaterdischargestandard(GB8978-1996)is:CODcr=100mg/L,BOD5=30mg/L,SS=70mg/L,pH6-9.Thisprogrambelongstoorganiccompoundswithhighconcentrationandalargequantity,thequalityofwaterfluctuategreatly,suspendedmatterdisruptlargely,comparedbythemainstreammethodsofhighconcentrationorganicwastewatertreatmentandmyowntechnicalknowledge,eventually,Iidentifiedas"rawwastewaterpretreatment+UASB+SBR"process.Accordingtotheresultsofthedesigncalculations,showsthattheschemeofdesignismuchmorecompactandsimplerinthestructures,flexiblecontrol,shockresistanceability.Accordingtoeffectoftheothersimilardesignsandoperationsshowthat,thiscombinedprocesshasreliableperformance,simpleroperationandmanagementwithlessinvestment,etc.Itprovidesafeasiblewayforthefruitjuiceindustrywastewatertreatment.Ithasabettereconomicbenefit,environmentalbenefitandsocialbenefit.Inaword,thisschemehasahigherapplicationvalueforcomprehensivebenefit.KeyWords:fruitjuicewastewater;activatedsludge;UASB;SBR目录TOC\o"1-3"\u第一章绪论 11.1中国果汁产业简介 11.2果汁生产污染物产生情况分析 21.2.1果汁加工业废水的特征 21.2.2果汁加工业其他的环境问题 41.3果汁废水治理技术现状 41.4果汁废水的处理方法探究 51.4.1好氧处理工艺 51.4.2厌氧处理 61.4.3厌氧+好氧处理工艺 7第二章设计说明及计算 122.1设计概况 122.1.1该果汁废水处理效果 122.1.2项目所在地湘潭市气候资料 122.2处理程度的计算 122.3污水处理构筑物设计及计算 132.3.1格栅的设计及计算 132.3.2沉淀池的设计计算 162.3.3调节池设计计算 212.3.4UASB反应器的设计计算 222.3.5SBR池的设计计算 322.3.6重力浓缩池的设计计算 392.3.7集泥井 412.3.8机械脱水间的设计计算 42第三章平面布置和高程布置 433.1平面布置说明 433.2高程布置设计说明及计算 433.2.1高程布置说明 433.2.2构筑物及水渠的水头损失 443.2.3管道水力损失计算 45第四章工程估价 484.1估价范围及估价依据 484.1.1估算范围 484.1.2编制依据 484.1.3各构筑物费用概算 484.1.4其他费用概算 484.2运行成本 494.2.1人数定员 494.2.2动力成本 494.2.3其他成本 50第五章结论 51参考文献 52致谢 53附录 54绪论1.1中国果汁产业简介近年来，果汁饮料作为新世纪的健康饮品，成为消费者的追逐热点。果汁饮料是新型的饮品，其最大特点是不但能解渴，而且含有丰富的维生素、矿物质、微量元素等，具有极高的营养、保健功能。我国果汁饮料市场起步较晚、起点较低，但随着人们保健意识的不断提高，近年来发展较快。2011年1-6月，中国果菜汁及果菜汁饮料制造业实现销售收入419.664亿元，比2010年同期增长39.85%；利润总额达到23.133亿元，比2010年同期增长39.94%；截至2011年6月底，我国果菜汁及果菜汁饮料制造业总资产达到701.158亿元。2011年12月份，我国生产果汁和蔬菜汁饮料162.99万吨，同比增长11.16%。据数据显示：2011年1-12月，全国果汁和蔬菜汁饮料的产量达1920万吨，同比增长8.66%。从各省市的产量来看，2011年1-12月，广东省果汁和蔬菜汁饮料的产量达326万吨，同比增长11.53%，占全国总产量的16.99%。紧随其后的是河南、四川和重庆，分别占总产量的8.60%、7.95%和7.22%。中国水果资源丰富。水果总产量居世界首位，苹果产量居世界第一，橙子，梨，和桃子产量仍然居世界首位，尽管中国是人口大国，可是果汁消费量很低，人均年消费量还不到1公斤，是世界平均水平的1/10，发达国家平均水平的1/40。这表明，果汁饮料在中国仍有巨大的发展空间。随着城乡居民生活水平的逐步提高，果汁饮料的消费必将进一步增长，未来中国果汁行业的发展前景看好，与此同时也具备了非常好的投资优势。从果品饮料所含成份来看，有两种分类方法：一是可分为纯正果汁与非纯正果汁，纯正果汁饮料是指果汁含量为100%的果汁饮料，非纯正果汁饮料中果汁的含量应不低于40%，这样才可以说是名符其实的果汁饮料，而非纯正果汁又可分为果蔬类果汁和不含蔬菜汁的果汁；二是可分为纯天然果汁与非天然果汁，非天然果汁是指在果汁中加入能满足特定人群需要的物质，如纤维素、矿物质元素等。在中国，果汁饮料包括果蔬汁和果蔬饮料。果蔬汁是新鲜或冷藏水果和蔬菜直接制成，果蔬饮料则是在果汁和浓缩果蔬汁中加入水、糖液和酸味剂等调制而成的现成饮料。在中国，果蔬汁饮料的果汁含量应不低于10%，否则它们将属于其他种类的饮料。中国果汁饮料竞争日趋激烈，市场上存在三股竞争力量：一支是台湾背景的企业统一和康师傅，以包装的创新和口味取胜；一支是包括汇源、娃哈哈等的国内知名企业；还有一支是大的跨国公司如可口可乐、百事可乐等。目前市场上集中了娃哈哈、汇源、农夫果园、统一鲜橙多、美汁源果粒橙、酷儿、露露等众多一线饮料品牌。由于大品牌的激烈竞争，使得外来品牌很难进入果汁饮料市场，同时果汁饮料的价格日益透明化，厂家和经销商的利润在不断变薄。寻找新的利润增长点，成为企业的当务之急。而要想在竞争激烈的果汁市场取得领先地位，适合市场化的企业规划经营则是关键。作为全球最大的果蔬汁出口国，我国的果蔬汁产业发展在后金融危机时代面临新的挑战，为了进一步提高产品品质，巩固我国果蔬汁在全球贸易的市场份额与竞争优势，2012中国（西安）国际果蔬汁产业大会于2012年5月23-24日在陕西西安举行【1】。1.2果汁生产污染物产生情况分析1.2.1果汁加工业废水的特征果汁生产企业的产品和工艺虽然不完全一致，但是基本工艺是相似的，无论生产苹果汁或橙汁，基本工艺归纳如图1.1所示。果汁生产的工艺【2】主要包括以下步骤：原料的清洗与预处理、原料破碎和压榨提汁、酶处理、澄清、过滤、吸附、浓缩、杀菌，最后进行罐装。（1）原料的清洗与预处理原料首先要进行清洗，清洗用水是果汁生产用水的最主要部分，此工序主要产生含有机物的洗果废水，多为果品碎屑、泥砂等，SS含量较高。（2）原料破碎和压榨提汁工艺榨汁前先行破碎可以提高出汁率。压榨是通过挤压力将液相从液固两相混合物中分离出来的一种单元操作。此工序会产生果渣。（3）酶处理工艺在果汁加工技术中，应用的最多的是果胶酶。其作用是增加出汁率同时也利于果汁澄清，以便果汁中悬浮的粒子能用沉降、过滤或离心的方法分离。（4）澄清、过滤工艺果汁加工工艺采用酶技术和膜分离技术相结合，以获得澄清果汁。目前多采用超滤技术。超滤膜可以截留压榨的果汁中多数大分子物质，使糖类、有机酸和水等小分子成分透过膜而得到水果清汁。截留的罐底物是大分子有机物质，其COD浓度值很高，排入水体后，使废水的处理难度增大。（5）吸附与离子交换工艺果汁加工用活性炭过滤或树脂吸附色度、残余农药和霉菌等，现多采用树脂吸附。在吸附工序，间歇地排放树脂再生漂洗废水。废水含难降解的高浓度有机物和酸、碱以及消毒剂。（6）浓缩工艺原果汁的含水量通常在80％－85％以上，需要经过浓缩，使水分从水果原汁中分离出来提高果汁的化学稳定性，便于储藏和运输。蒸发浓缩是主要的水果原汁浓缩工艺。在此过程中产生4倍以上浓缩原汁的蒸发冷凝水，导致排水量高于用水量。蒸发冷凝水含香精等有机酸、醇和酯类物质，COD浓度值较高。（7）杀菌工艺和CIP清洗在果汁加工过程中一般采用“巴氏杀菌”，杀死果汁中的致病菌、产毒菌、腐败菌，并破坏果汁中的酶使果汁在储藏期内不变质。果汁废水是由酸、碱、消毒剂和高分子有机物组成的高浓度有机废水。主要产生于洗果、产线清洗（设备、地面的冲洗，CIP清洗及树脂再生清洗）、罐底物排放、蒸发冷凝水、反渗透浓水排放和锅炉房排水（软化处理盐水、水收尘排水）、车间生活污水。其主要特点是水量和水质波动很大、废水有一定的温度、废水中SS含量较高，多为果品碎屑、泥砂等。其中造成水量波动【2】的原因有以下几点：（1）进厂原料果的品质好坏，直接影响到用水量的大小和排放废水的污染物浓度；（2）当设备进行集中清洗时污水量比正常生产时的水量高出一倍甚至更多；（3）生产和排水具有间歇和周期性，各工序排水有时间段，当果池换水时所排废水水量和水质波动相当大。同时，果汁企业的排水量要高于取水量，这是由于清汁到浓缩果汁过程有蒸发冷凝水的产生，其产生量为浓缩果汁产量的4-4.5倍。造成水质波动的原因有以下几点：（1）由于生产线要定期进行CIP清洗、树脂再生和漂洗，间歇性地排放酸、碱废水，使废水的pH值在2-13之间波动，CIP清洗和树脂再生水初排时的浓度非常高，而且要持续排2-3小时，对废水的pH值影响特别大，COD浓度也会在102mg/L-104mg/L之间波动；（2）在超滤工序，提糖后在罐底物排放时COD浓度高达100000mg/L，40t/h线的罐底物每天要排>30m3/d，相当于排入水体的COD量>3000kg/d；（3）在吸附工序，间歇排放的树脂再生废水，一开始是含高浓度和难降解的有机物的酸、碱废水，以后为漂洗水，酸、碱和有机物含量逐渐减少，有周期顺序但无时间规律，酸、碱液的排放和消毒剂量大的废水进入污水处理系统则会抑制微生物的生化处理过程。树脂再生后期和生产线清洗后期，还有杀菌消毒液排放，含过氧化氢或次氯酸钠等强氧化剂的废水消毒剂残留对后续生化处理的微生物影响极大。（4）浓缩果汁废水所含的苹果多酚等高分子有机物较难降解，BOD/COD比值一般只在0.3左右；氮、磷比例偏低。以上这些因素均造成废水处理难度的增加。1.2.2果汁加工业其他的环境问题浓缩果汁生产过程还产生大量的果渣，排放的鲜渣大致为原果量的18%左右；现在许多果汁生产企业都采用自然晾晒和机械烘干的方式，把果渣转化为鸡、鱼、牛羊的饲料。果渣如果不能及时清运，也会造成环境的污染。果汁的蒸发浓缩和杀菌消毒都需要蒸汽，配备的燃煤锅炉会产生烟尘、二氧化硫等气态污染物及锅炉炉渣。需配备脱硫除尘设备，尽可能减少对环境的污染。另外，果汁生产设备的冷却塔、风机、水泵产生的噪声对环境也有较大的影响。1.3果汁废水治理技术现状目前国内外果汁废处理技术已有了迅速的发展，有采用接触氧化法、生物滤池、SBR及其改进工艺、厌氧消化等工艺。由于我国果汁废水治理较之发达国家较为落后，国内目前主要的治理方法大部分参照于其他高浓度有机废水的治理方法而来。通过陕西省2008年对其省内22家浓缩果汁生产企业的调查【2】，可知：在14家已经建成污水处理站并投运的企业中，排放废水COD浓度基本可以达到≤150mg/L，采用多种废水处理工艺，其中可以稳定达到COD浓度≤80mg/L的有淳化恒兴果汁有限公司等六家企业，除陕西海升果业渭南分公司外，主要都是采用“UASB厌氧＋好氧”的处理工艺，有预处理和深度处理的效果更好。处理后水质都能达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级排放标准。在国外，传统活性污泥法、升流式流化床等工艺已广泛应用于果汁废水的处理。特别是果汁废水的上流式厌氧污泥(UpflowAnaerobicSludgeBlanket,UASB)处理技术，可以大幅度地降低处理设施的建设费用和运行费用，具有很大的经济性，已经从逐渐的深入到国内的果汁企业中。而在UASB反应器的基础上发展起来的以厌氧颗粒污泥膨胀床(ExpandedGran2ularSludgeBed,EGSB)及厌氧内循环反应器(InternalCycle,IC)为代表的第三代厌氧反应器，也已经引入果汁废水处理的实际工程应用中，并取得了良好的效果。1.4果汁废水的处理方法探究果汁废水水量大，水质波动大，属高浓度有机废水，所以选用物理化学的处理方法处理费用高、难度大，难以达到污水排放标准。但是，由于其污染物主要是溶解性的糖类、果酸等，这些物质具有良好的生物可降解性，因此，本设计主要考虑生化法处理该果汁废水。主要有以下几种常用处理方法。1.4.1好氧处理工艺高浓度有机废水处理主要采用好氧处理工艺【3】，主要有活性污泥法、生物滤池法、接触氧化法和SBR法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成，传统的活性污泥法由于产泥量大，脱氮除磷能力差，操作技术要求严，目前已被其他工艺代替。近年来，SBR和氧化沟工艺得到了很大程度的发展和应用。SBR工艺具有以下优点：运行方式灵活，脱氮除磷效果好，工艺简单，自动化程度高，节省费用，反应推动力大，能有效防止丝状菌的膨胀。CASS工艺（循环式活性污泥法）式对SBR方法的改进。该工艺简单，占地面积小，投资较低；有机物去除率高，出水水质好，具有脱氮除磷的功能，运行可靠，不易发生污泥膨胀，运行费用省。生物滤池法是利用需氧微生物对污水或有有机性废水进行生物氧化处理的方法。以淬石、焦炭、矿渣或人工滤衬等作为填料层，然后将污水以点滴状喷洒在上面，并充分供给氧气和营养，此时在滤材表面生成一层凝胶状生物膜（细菌类、原生动物、藻类、茵类等），当污水沿此膜流下时，污水中的可溶性、胶性和悬浮性物质吸附在生物膜上而被微生物氧化分解。为使生物滤池能有效地处理污水，其必须具备：（1）微生物的繁殖，必需有足够的表面积；（2）必需充分供给微生物氧气；（3）污水需具有适于生物处理的水质等条件。生物滤池法有标准滤池法和高速生物滤池法两种方式。接触氧化法是一种兼有活性污泥法和生物膜法特点的一种新的废水生化处理法。这种方法的主要设备是生物接触氧化滤池。在不透气的曝气池中装有焦炭、砾石、塑料蜂窝等填料，填料被水浸没，用鼓风机在填料底部曝气充氧，这种方式称为鼓风曝气；空气能自下而上，夹带待处理的废水，自由通过滤料部分到达地面，空气逸走后，废水则在滤料间格自上向下返回池底。活性污泥附在填料表面，不随水流动，因生物膜直接受到上升气流的强烈搅动，不断更新，从而提高了净化效果。生物接触氧化法具有处理时间短、体积小、净化效果好、出水水质好而稳定、污泥不需回流也不膨胀、耗电小等优点。尽管氧化沟具有出水水质好、抗冲击负荷能力强、除磷脱氮效率高、污泥易稳定、能耗低、便于自动化控制等优点。但是，在实际的运行过程中，仍存在一系列的问题。如当废水中的碳水化合物较多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化沟中污泥负荷过高，溶解氧浓度不足，排泥不畅等易引发丝状菌性污泥膨胀；当废水中含油量过大，整个系统泥质变轻，在操作过程中不能很好控制其在二沉池的停留时间，易造成缺氧，产生腐化污泥上浮；对于BOD较小的水质完全没有处理能力等。综上所述，由于果汁废水COD含量高，其中大部分难降解有机物难以在好氧生物的消化下去除，因此，单独的好氧处理难以完成该果汁废水的处理要求。1.4.2厌氧处理废水厌氧生物处理法【3】是利用厌氧微生物以降解废水中的有机污染物。也称厌氧消化、厌氧发酵或厌氧稳定技术。厌氧生物处理法主要控制条件是：（1）温度：温度对有机物的厌氧生物降解速度有显著影响，厌氧生物适宜的繁殖温度为5～60℃，处理过程中应根据要求将温度控制在一定范围内；（2）pH值：应控制在6.8～7.8范围内，最适宜的是7.2～7.6。第二阶段的产酸菌是广泛存在的腐化菌，繁殖力强，能在pH值4.5～8的介质中生长。甲烷菌对环境条件要求严格，pH值如低于6.4或高于7.8，生命活动就受到抑制，从而使产甲烷过程受到抑制或破坏，以至被腐化作用所取代；（3）养料：氮的最低需要量为有机碳的2.5%,磷酸盐的需要量为有机碳的0.5%；（4）有毒物质：氰化物、重金属、氯仿、四氯化碳、硫化物、苯等对厌氧过程有抑制作用，这些物质的浓度应加以控制；（5）厌氧环境：不允许分子态氧存在，因此要控制氧化还原电势。高温发酵时氧化还原电势应为-560毫伏至-600毫伏，中温发酵时为-300毫伏至-350毫伏。为保持厌氧环境，厌氧生化处理设备要求不漏气。兼性厌氧菌和进水时带入的需氧细菌会消耗氧，对造成厌氧环境有积极作用。厌氧生物处理的显著优点是：（1）处理过程消耗的能量少，约为需氧生物处理的1/10至1/6，同时可产生沼气作为能源。每千克化学需氧量(COD)基质一般可产沼气0.5～0.7m3，含甲烷约50～70%；（2）有机物的去除率高，一般能达到85%以上；（3）厌氧条件下去除每克COD基质能获得自由能100～300卡，只有需氧条件下的1/10，因此只有少量有机物被同化为菌体，所以沉淀的污泥量少，而且污泥较易脱水，是优质肥料；（4）厌氧处理过程中由于缺氧、游离氨和温度等因素的作用，可杀死污水和污泥中的病原菌、病毒和寄生虫卵；（5）一般不需投加氮、磷等营养物质。但是，缺点是：（1）经厌氧生物处理后的废水还存在一定的BOD及COD，必须再进行需氧生物处理才能达到排放标准；（2）厌氧降解的最终产物中有少量氨和硫化氢，出水有臭味，因此出水在排放前还要进行需氧生物处理；（3）厌氧菌繁殖较慢，因此处理构筑物的投产起动时间长；（3）厌氧菌对环境条件要求严格，对毒物敏感，因此对操作要求较严。综上，单独的厌氧处理也无法满足该果汁废水的处理要求。1.4.3厌氧+好氧处理工艺一、厌氧反应器的选择1．上流式厌氧污泥床反应器（UASB）UASB反应器是由Lettinga在20世纪70年代开发的。待处理的废水引入UASB反应器的底部，向上流过由絮状或颗粒污泥组成的污泥床。随污水与污泥相接触而发生厌氧反应，产生沼气(主要是甲烷和二氧化碳)引起污泥床搅动。在污泥床产生的沼气有一部分附着在污泥颗粒上，自由气泡和附着在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的上部。污泥颗粒上升撞击到三相分离器挡板的下部，这引起附着的气泡释放；脱气的污泥颗粒沉淀回到污泥层的表面。自由状态下的沼气和由污泥颗粒释放的气体被收集在三相分离器锥顶部的集气室内。液体中包含一些剩余的固体物和生物颗粒进入到三相分离器的沉淀区内，剩余固体物和生物颗粒从液体中分离并通过三相分离器的锥板间隙回到污泥层。图1.2UASB反应器装置示意图UASB反应器的特点在于可维持较高的污泥浓度，很长的污泥泥龄（30天以上），较高的进水容积负荷率，从而大大提高了厌氧反应器单位体积的处理能力。但是对于SS含量很高的污水，由于三相分离器泥、气、水分离能力的限制，不可避免地造成出水含泥量很高，整个系统的投资费用也较大。该反应器特别适宜于处理高浓度废水，目前国内外已广泛应用于实践。根据相关资料了解到，可生化性好的有机废水经过UASB反应器处理后，有机污染物可以达到85%～90%以上的去除率。并且，UASB法不需曝气耗能，且能回收能源，变废为宝，占地面积小，一次性投资省，但三相分离器的好坏将直接影响处理效果，处理果汁废水需有回流设施，启动慢(有的长达一年)。2．EGSB反应器荷兰Wageningen农业大学进行了关于厌氧颗粒污泥膨胀床反应器的研究。EGSB反应器实际上是改进的UASB反应器，其运行在高的上升流速下使颗粒污泥处于悬浮状态。EGSB反应器的特点是颗粒污泥床通过采用高的上升流速(与小于1～2m/h的UASB反应器相比)即6～12m/h，运行在膨胀状态。同时在高速上升速度和产气的搅拌作用下，废水与颗粒污泥间的接触更充分，因此可允许废水在反应器中有很短的水力停留时间，从而EGSB可以高速地处理浓度较低的有机废水。当沼气产率低、混合强度低时，在此条件下较高的进水动能和颗粒污泥床的膨胀高度将获得比UASB反应器好的运行结果。图1.3EGSB反应器装置示意图Jeison等人对EGSB反应器和UASB反应器处理果汁废水进行了对比实验。COD浓度为3000mg/L，EGSB反应器的COD去除率为85%，而UASB反应器则为70%，EGSB反应器的处理效果好于UASB反应器。由于其处理容量高、投资少占地省、运行稳定等特点，引起了各国水处理人员的瞩目，有人视之为第三代厌氧生化反应器的代表工艺之一。进一步研究开发EGSB反应器，推广其应用范围已成为厌氧废水处理的热点之一。3．IC反应器图1.4IC反应器装置图IC(InternalCycle)反应器即内循环反应器，1985年，荷兰PAQUES公司建立了第一个IC反应器，1988年，第一个生产性规模的IC反应器投入运行。目前，IC反应器已成功应用于果汁生产、食品加工等行业的生产污水处理中。由于其处理容量高、投资少、占地省、运行稳定等特点，引起了各国水处理人员的瞩目。IC反应器有两个UASB反应器上下叠加串联构成，由5个基本部分组成：混合区、颗粒污泥膨胀床区、精处理区、内循环系统和出水区。其中内循环系统是IC工艺的核心结构，由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥下降管等组成。经过调节pH和温度的生产废水首先进入反应底部的混合区，并与来自泥水下降管的内循环泥水混液充分混合后进入颗粒污泥床进行COD的生物降解，大部分进水COD在此处被降解，产生大量沼气。沼气由一级三相分离器收集，由于沼气气泡形成过程中对液体所作的膨胀功产生了气体提升作用，使得沼气、污泥和水的混合物沿沼气提升管上升至反应器顶部的气液分离器，沼气在该处与泥水分离并被导出处理系统。泥水混合物则沿泥水下降管进入反应器底部的混合区，并与进水充分混合后进入污泥膨胀床区，形成所谓内循环。根据不同的进水COD负荷和反应器的不同构造，内循环流量可达进水流量的0.5～5倍。经膨胀床处理后的废水除一部分参与内循环外，其余污水通过一级三相分离器后，进入精处理区的颗粒污泥床进行剩余COD降解与产沼气过程，提高和保证了出水水质。精处理区的COD负荷较小，经过精处理区处理后的废水经二级三相分离器作用后，上清液经出水区排走。综上考虑，由于所处理的果汁废水可生化性好，有机物含量高，从长期运营及投资成本上来说，采用上流式厌氧反应器（UASB反应器）来处理该废水更加有效和经济。好氧处理工艺的选择1．传统活性污泥法传统活性污泥法【3】是依据废水的自净作用原理发展而来的。废水在经过沉砂、初沉等工序进行一级处理，去除了大部分悬浮物和部分BOD后即进入曝气池，一般要求入流水质水量：BOD5：N：P=100：5：1，大约曝气6小时，进水与回流污泥通过扩散曝气或机械曝气作用进行混合。流动过程中，有机物经过吸附、絮凝和氧化作用等作用被去除。一般地，从曝气池流出的混合液在二沉池沉淀后，沉淀池内的活性污泥以进水量的25～50%返回曝气池（即污泥回流比为25～50%）。这种方法常用于低浓度生活污水处理，对冲击负荷很敏感。生化需氧量（BOD5）的去除率达85～95%。考虑到该果汁废水已经过厌氧处理去除了大部分有机物，而建造运营传统活性污泥处理设备的成本高，所以不建议选择此工艺对已处理过的有机废水进行好氧处理。2．序批式活性污泥法(SBR)SBR是序列间歇式活性污泥法【4】（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）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，SBR工艺是通过时间上的交替运行实现传统活性污泥法的运行全过程。该工艺只有一个SBR池，但同时具有调节池、曝气池和沉淀池的功能。运行过程分为进水、曝气、沉淀、滗水、闲置五个阶段。一个运行周期内，各阶段的运行时间、反应器混合液体积的变化及运行状态等都可以根据具体污水的性质、出水水质及运行功能要求等灵活掌握。与传统活性污泥法相比，SBR工艺所具有的优点非常明显：工艺简单，调节池体积小或不设，无二沉池和污泥回流，运行方式灵活，结构紧凑，占地少，基建、运行费用低；反应过程浓度梯度大，不易发生污泥膨胀；抗负荷冲击能力强，处理效果好；厌氧(缺氧)和好氧交替发生，同时脱氮除磷而不需额外增加反应器。3．周期循环活性污泥法（CASS）CASS(CyclicActivatedSludgeSystem)是周期循环活性污泥法【4】的简称，又称为循环活性污泥工艺CAST(CyclicActivatedSludgetechnology)，是在SBR的基础上发展起来的，即在SBR池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水(沉淀期、排水期仍为连续进水)，间歇排水。设置生物选择器的主要目的是使系统选择出絮凝性细菌，其容积约占整个池子的10%。生物选择器的工艺过程遵循活性污泥的基质积累——再生理论，使活性污泥在选择器中经历一个高负荷的吸附阶段(基质积累)，随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解阶段，以完成整个基质降解的全过程和污泥再生。CASS工艺包括充水——曝气、充水——泥水分离、滗水和充水、闲置等四个阶段。不同的运行阶段，根据需要调整运行方式。CASS工艺共分为三个反应区：生物选择区(DO<0.2mg/L)、缺氧区(DO>0.5mg/L)和好氧区(DO=(2～3)mg/L)。生物选择器为CASS前端的小容积区，通常在厌氧或兼氧条件下运行。有机污染物通过三个区的连续降解，可以达到很好的处理效果，同时能够实现脱氮除磷。CASS工艺与其他工艺相比，特点如下：CASS池的变容运行提高了系统对水量水质变化的适应性和操作的灵活性；选择器的设置加强了微生物对磷的释放、反硝化、对有机物的吸附吸收等作用，增加了系统运行的稳定性；周期内反应器以厌氧——缺氧——好氧——缺氧——厌氧的方式运行，有比较理想的脱氮除磷效果。综上，针对设计的目的是既要能达到国家的排放要求，又要能让企业从中受益。所以，本设计的原则旨在坚持效率优先，经济合理的原则。再经查阅相关文献资料后得知：Ketchum等人的统计结果表明，采用SBR工艺处理小城镇污水，要比普通活性污泥法节省基建投资30%以上。另外，系统的布置紧凑，占地面积较少。由于SBR工艺曝气是间断的，曝气供氧时的推动力比平时高20%-30%，氧的转移率高，所以运行费用比传统活性污泥法低。而相对CASS来说，SBR工艺的自动化程度不需要有CASS工艺的那么高，从节约建设成本来说，SBR更具优势。所以，在此选择以SBR法作为经UASB处理后的好氧处理工艺，有利于企业的长期运营发展。综上所述，本设计将主要采用“原水预处理+UASB+SBR”的联合生物处理方法对该果汁废水进行处理，以达到国家的排放标准，为环境的可持续发展做出应有的责任和义务。第二章设计说明及计算2.1设计概况2.1.1该果汁废水处理效果据设计任务书上所述，果汁废水的实际进水水量Q=5000m3/d，废水经处理后达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）一级标准，即表2.1：表2.1废水水质及排放标准项目CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)pH原水水质8000500040005～12排放标准≤100≤30≤706～92.1.2项目所在地湘潭市气候资料（1）气温：年平均气温在16.7-18.3℃之间。一月平均气温4.8度，日最低气温零下8.5度，七月平均气温29.6度，日最高气温40.2度。（2）降雨量：历年平均降雨量在1350毫米左右，年内不匀，雨多集中在4-6月，约占全年降雨量的45%，特别是五月雨量最多，占全年降雨量的30%。一九五七年至一九八O年二十四年中，暴雨发生在五月有46次，除1976年外，每年有2-3次。如一九六四年六月十七日下特大暴雨，降雨量达209.8毫米，酿成山洪暴发。相反，7-9月降雨量较少，占年降雨量20%以内，常有夏秋干旱。（3）相对湿度：累年平均相对湿度为80%左右，七月湿度最小，为75%，3-5月最高，为84%左右。（4）蒸发量：年平均蒸发量为1370毫米，2月蒸发量最小，为12毫米，七月蒸发量最高，有250毫米，7、8月降雨量少，蒸发量高，容易发生干旱。（5）风向：湘潭本地常年以西北风为主，夏季主要为东南风【5】。2.2处理程度的计算BOD5去除率：（5000-30）/5000×100%=99.4%CODcr去除率：（8000-100）/8000×100%=98.75%SS去除率：（4000-70）/4000×100%=98.25%经过前面的比较我选用的设计方法为是UASB+SBR联合工艺，该工艺不但能较好的去除水中有机物，还能产生可作为燃料的沼气，对于建设节约型社会和环境友好型社会有利无害。其工艺流程如下图2.1：详细流程图见附图一。图2.1果汁废水处理工艺流程图2.3污水处理构筑物设计及计算2.3.1格栅的设计及计算一、设计说明格栅的作用及设置方法：格栅的主要作用是将污水中的大块污物拦截，以免其对后续处理单元的水泵或工艺管线造成损害，按其形状可分为平面和曲面两种；按栅条间的净间距分为粗格栅(保护型格栅，栅距50～100mm)、中格栅(栅距15～40mm)、细格栅(栅距3～10mm)。格栅常规的设置方法是设中、细二道格栅，也有设粗、中、细三道格栅的。二、设计运行工艺参数(1)栅前流速：污水在栅前渠道内的流速一般控制在0.4～0.9m/s。可保证污水中粒径较大的颗粒不会在栅前渠道内沉积。(2)过栅流速：即污水通过格栅的流速，一般控制在0.6～1.0m/s。(3)过栅水头损失：污水的过栅水头损失与污水的过栅流速有关，一般在0.08～0.15m。(4)栅渣量：栅渣量以每单位水量产渣量0.1～0.01(m3/103m3)计，粗格栅用小值，细格栅用大值。也可根据实际情况调整该数值。栅渣含水率一般为80%，容重约为960kg/m3【4】。三、设计参数的选取本次设计选取用细格栅拦截去除粒径较大的果实，果核、树叶、果皮、果渣等。设计实际水量为Q=5000m3/d=208m3/h，果汁废水属于食品加工废水，取安全系数为K2=1.8，则Qmax=QK2=208×1.8=m3/h375m3/h。选择提升水泵为2台太平洋制泵公司生产的无堵塞排污泵，其型号为200LW300-15-22，即水泵口径为200mm，流量为300m3/h，扬程为15m，电机功率为22kw。由于实际水量维持在208m3/h，所以平时利用一台水泵能满足生产要求，之所以选用两台水泵，一是用于生产事故状态下备用；二是当生产废水量过大时，可以同时让两台水泵同时工作。在此设计中，由于已经考虑进了安全生产，选用安全系数为K2=1.8，所以，设计中为了节约建造成本，造成实际资源的浪费，因此将按照安全系数计算出的流量作为设计依据，而不是利用提升水泵的最大流量作为后序工段的设计依据。即以Qmax=375m3/h计算。细格栅选取参数如下：栅条间隙b=10mm；栅前水深h=0.4m；过栅流速v=0.6m/s；安装倾角α=60°；设计流量Qmax=375m3/h=0.104m3/s四、设计计算格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在废水渠道的进口处，用于截留较大的悬浮物或漂浮物，主要对水泵起保护作用，另外可减轻后续构筑物的处理负荷。图2.2格栅设计计算草图（1）栅条间隙数(n)式中：Q——设计流量，m3/sα——格栅倾角，度（0）b——栅条间隙，mh——栅前水深，mv——过栅流速，m/s（2）栅槽有效宽度(B)设计栅条宽度s=0.01mB=S(n-1)+bn式中：S——格条宽度，mn——格栅间隙数b——栅条间隙，mB=0.01×(41-1)+0.01×41=0.810m（3）进水渠道渐宽部分长度(l1)设进水渠道内流速为0.8m/s，则进水渠道宽B1=Qmax/(v1h)=0.104/(0.80.4)=0.325m,渐宽部分展开角取为α1=30°，则式中：B——栅槽宽度，mB1——进水渠道宽度，m——进水渠展开角，度（0）（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（l2）l2=l1/2=0.42/2=0.21m（5）通过格栅的水头损失（h1）设栅条断面为锐边矩形断面，则系数β=2.42，有式中：k——系数，水头损失增大倍数β——形状系数，与断面形状有关S——格条宽度，mv——过栅流速，m/sα——格栅倾角，度则（6）栅槽总高度(H)取栅前渠道超高h2=0.300m；栅前槽高H1=h+h2=0.700m；则总高度H=h+h1+h2=0.400+0.046+0.300=0.800m。（7）栅槽总长度(L)L=l1+l2+0.500+1.000+=0.420+0.210+0.500+1.000+=2.534m（8）每日栅渣量(W)在格栅间隙为10mm的情况下，设栅渣量为W1=0.1m3/1000m3，将该废水视为食品生产废水，这里总变化系数K2=1，则式中：Q——设计流量，m3/sW1——栅渣量(m3/103m3污水)，取0.1～0.01，粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值，则=0.898m3/d>0.2m3/d考虑到其产渣量较大，所以选用机械清渣的方式去除拦截在格栅上的栅渣，采用山东贝尔特环保科技有限公司生产的GSC800型回转式格栅机，电机功率为1.1kw。考虑到果汁生产废水具有水量波动较大，因此在格栅后设一集水井，有利于后段工序间的协调发挥，达到连续处理的效果，设计的集水井为深5m，边长为4m，即体积为80m3。2.3.2沉淀池的设计计算一、设计说明沉淀池的形式，按池内水流方向的不同，可分为平流式、竖流式和辐流式沉淀池三种。每种沉淀池均包含五个区，即进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区。沉淀池各种池型的适用条件见表2.2：鉴于本设计主要采用UASB反应器进行厌氧处理，而UASB对SS的要求高，所以在此采用沉淀池去除大部分原水中的SS，以利于污水在UASB反应器中进行厌氧反应时，原水中的SS尽可能小的干扰到生物菌团形成的颗粒物，保证UASB高效的完成厌氧反应。表2.2沉淀池各种池型对比池型优点缺点适用条件平流式（1）沉淀效果好；（2）对冲击负荷和温度变化的适应能力较强；（3）施工简易，造价较低（1）池子配水不易均匀（2）采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设排泥管各自排泥，操作量大；采用链条式刮泥机排泥时，链带的支承件和驱动件都浸于水中易锈蚀（1）适用于地下水位高及地质较差的地区（2）适用于大、中、小型污水处理厂竖流式（1）排泥方便，管理简单（2）占地面积较小（1）池子深度大，施工困难（2）对冲击负荷和温度变化的适应能力较差（3）造价较高（4）池径不易过大，否则布水不匀适用于处理水量不大的小型污水处理厂辐流式(1)多为机械排泥，运行较好，管理简单(2)排泥设备已趋定型（1）池内水的流速不稳定，沉淀效果较差（2）机械排泥设备复杂，对施工质量要求高（1）适用于地下水位较高地区（2）适用大、中型污水处理厂经查资料了解得知，UASB的进水SS（悬浮物）应≤500mg/L，才能使UASB达到最佳效果。由上表比较可知，平流式沉淀池结构较为简单，施工容易，且经计算后得知，须设多个沉淀池才能满足正常生产，而平流式沉淀池更适合于多个沉淀池共用一壁的施工方法，从而可以减少不少投资，所以，选择平流式沉淀池去除原水中的大部分SS。二、设计参数（1）设计流量应按分期建设考虑；①当污水自流进人时，应按每期的最大设计流量计算；②当污水为提升进入时，应按每期工作水泵的最大组合流计算；③在合流制处理系统中，应按降雨时的设计流量计算，沉淀时问不宜小于30min。（2）沉淀池的个数或分格数不应少于2个，并宜按并联系列设计。（3）池子的长宽比不小于4，以4～5为宜。当长宽比过小时，池内水流的均匀性差，容积效率低，影响沉降效果。大型沉淀池可考虑设导流墙。（4）采用机械排泥时，宽度根据排泥设备确定。（5）池子的长深比一般采用8～12。（6）池底纵坡：采用机械刮泥时，不小于0.005，一般采用0.01～0.02。（7）刮泥机的行进速度不大于1.2m/min，一般采用0.6～0.9m/min。（8）进出口处应设置挡板，高出池内水面0.1～0.15m。挡板淹没深度：进口处视沉淀池深度而定，不小于0.25m，一般为0.5～1.0m；出口处一般为0.3-0.4m，挡板位置：距进水口为0.5～1.0m，距出水口为0.25～0.5m。（9）沉淀池的缓冲层高度，一般采用0.3～0.5m。（10）污泥斗的斜壁与水平面的倾角，方斗不宜小于600，圆斗不宜小于550。（11）初次沉淀池的污泥区容积，一般按不大于2日的污泥量计算，采用机械排泥时，可按4小时污泥量计算。设计采用的水力停留时间为T=2h；设计流量按前面经格栅过来的水量设计，即按提升水泵的最大流量Q=250m3/h=0.069m3/s设计，采用机械刮泥除渣【6】。三、设计计算沉淀池的设计计算草图见下图2.3：图2.3平流式沉淀池设计计算草图（1）设计污水量按利用安全系数K2=1.8计算则Qmax=1.8×5000m3/d=9000m3/d=375m3/h=0.104m3/s（2）SS处理程度E=(C1-C2)/C1×100%=87.5%（3）由资料查得果汁废水的SS沉降曲线如图2.4所示：图2.4果汁废水沉降物质百分率资料来源：文献[6]根据UASB反应器对SS工艺要求应满足SS不大于500mg/L的要求，因此，在此沉淀池中需要去除4000-500=3500mg/L的SS，即SS的去除率应达到87.5%方能满足后续工段的正常运行。则由图可知，当要求达到沉降效率为87.5%时，u0=0.25mm/s=0.9m/h,取表面负荷q’=0.9m3/m2h。池子总表面积A=3600Qmax/=0.1043600/0.9=416m2（5）沉淀部分有效水深设沉淀时间为t=2h，则h2=t=0.92=1.8m（6）沉淀部分有效容积V=3600tQmax=360020.104=748.8m3池长设水平流速为v=2.5mm/s，则L=3.6vt=3.62.52=18m（8）池子总宽度B=A/L=416/18=23.11m，取B=24m（9）池子个数设每格池宽b=4m，则n=B/b=24/4=6个校核长宽比，长深比长宽比L/b=18/4=4.5>4，符合设计要求；长深比L/h2=18/1.8=10，符合设计要求。（11）理论上每日的污泥量式中：Qmax——设计流量，m3/dC0——进水悬浮物浓度，kg/m3C1——出水悬浮物浓度，kg/m3——污泥含水率，%则W==1050m3/d=43.75m3/h由于本设计的污泥量过大，所以在此设计中不采用常用的两天排泥的设计方式对污泥斗进行设计，而是采用间隔几小时排泥一次的方式设计，暂且设计为每3h排泥一次。即每格的污泥斗容积大概设为21.87m3，经过3h后，每格泥斗都可排泥一次。（12）污泥斗容积设计如图2.5所示：图2.5沉淀池污泥斗设计计算草图由公式：，式中：——泥斗上口面积，m2——泥斗下口面积，m2——泥斗高度，m则污泥斗以上梯形部分容积设进水槽宽0.5m，出水槽0.3m，则污泥斗和梯形部分容积为>21.87m3所以设计能满足正常生产。池子总高度设缓冲层高度为h3=0.5m，则式中：h1——超高，mh3——缓冲层高度，mh4——污泥部分高度，m采用静水压排泥方式排泥，采用200mm污泥管道，为了防止可能出现的排泥不畅问题，建议设一污泥泵。系统采用行车刮泥机进行刮泥作业，设计采用山东贝尔特环保科技有限公司生产的HJX-4型行车式刮泥机，功率为0.37kw。由于设计没有做任何与废水有关的实验，无法根据实际情况进行设计，所以难以准确表达污水在各段工序中的水质水量，根据参考其他同类设计了解到，果汁废在初沉池中COD、BOD的去除率分别为7%、10%。如表2.3所示：表2.3沉淀池进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)800050004000去除率（%）71087.5出水水质(mg/l)744045005002.3.3调节池设计计算均化，是用以尽量减小污水处理厂进水水量和水质波动的过程。其构筑物为均化池，亦称调节池。一般常有一种误解，认为沉淀池也可起均量或均质的作用，实际上沉淀池的作用主要是分离固体，既不能均量，而且均质作用也很小，且无保证。增设调节池的目的是调节水的pH值，保证污水进入UASB反应器时能达到其工艺要求，另外，根据实际情况可在该段投加氮磷，使进入UASB的水C:N:P=400:5:1，有助于微生物的生长。而该调节池之所以单独设计，是考虑到果汁废水的pH波动大，且时间长，即可能长时间pH处于峰值或低值，所以，这里设计的调节池体积不用过大，采用烧碱和H2SO4作为酸碱中和剂。采用自动化控制的方式运行管理【2】。设计主体采用连续处理工艺，在格栅后设有集水井，供调节水量之用，也可用作事故池作为储存事故状态下的污水。所以，此处的调节池不用过大，只用于短暂地调节pH和温度之用，里面配一搅拌机，加速pH的调节和温度的均衡。所以这里根据具体设计水量大小选择边长为2m，高2m的水池，即其体积为8m3。pH调节采用pH值控制仪，即在进入调节池的管道上设一台pH取样测定点，由pH值控制仪实时测定后把数据传到计算机控制中心，由计算机自动计算好所需投加的酸碱量后，再将信号传到酸碱控制泵，控制泵根据所得信息从酸碱存储罐中加入适当的酸碱调节水中的pH值，使其能满足正常的UASB反应条件。当然，这里的温度控制也同样采用类似的方法控制。即采用温度控制系统，经过对调节池中的水温测定，控制进入调节池的废热气流量，从而达到温度的控制。经调节后的废水，由污水泵打入UASB反应池进行反应。2.3.4UASB反应器的设计计算一、设计说明UASB，即上流式厌氧污泥床，集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器。废水经沉淀去除废水中的悬浮物后，进入UASB(上流式厌氧污泥床)进行厌氧处理，通过在UASB池中培养厌氧菌，分解水中的有机物，其COD去降率可达80%以上。厌氧处理采用高效的升流式厌氧污泥床，具有容积负荷高、污泥产量小、效果稳定、能耗低等特点。一方面降低了后续好氧生化处理的负荷，减少了运行费用；另一方面回收沼气，可作为能源回用于锅炉燃烧，降低了煤耗。这种反应器结构简单，不用填料，没有悬浮物堵塞等问题。它的污泥床内生物量多，容积负荷率高，废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小。设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题。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。二、参数选取UASB进出水指标的控制指标：1．UASB进出水pH控制在5.0～8.0之间，进水pH应根据UASB进出水的pH略做调整，UASB出水PH严格控制在6.6～7.8。2．从调节池向加热池进水时应保持稳定进水，并打开蒸汽加热阀门。冬季UASB的进水温度保持在35～38℃；夏季UASB的进水温度保持在32～35℃。切勿在低于30℃的情况下进水。3．UASB的碱度：应控制在1500～2000mg/L，出水碱度保持在1500～2000mg/L，UASB才会保持一个稳定运行的状态。若碱度太低则UASB的抗冲击能力就会降低；若碱度太高则反应器及管道内壁容易产生结垢体，使反应器及管道的有效容积缩小。若碱度低于1500mg/L，则进水pH可控制6.0～7.0；若碱度高于2000mg/L，则进水pH可控制3.0～4.0，待碱度恢复正常后再控制pH在4.0～6.0。4．UASB的VFA（挥发酸）：应低于400mg/L，一般在200mg/L左右或低于200mg/L。若UASB的出水VFA异常升高，在330mg/L以上可减少进水流量，增加循环水流量；若高于400mg/L，可停止进水只开回流；待VFA恢复330mg/L以下后正常进水。5．UASB的进水SS（悬浮物）应≤500mg/L，出水SS≤260mg/L。若进水SS超过500mg/L，则需要排出一沉池的剩余污泥，一般5-7天排一次。出水SS升高有以下几方面原因：（1）UASB的进水SS太高，超出设计要求；（2）部分颗粒污泥破碎；（3）负荷过高，若UASB的出水SS过高，出水水质明显变黑：（1）降低UASB的进水SS，使SS≤500mg/L；（2）降低UASB的上升流速，减少内部水循环对颗粒污泥的剪切力，防止颗粒泥的破碎洗出，但UASB的上升流速不得低于0.2m/h；（3）停止进水待1～2小时后再开始进水。UASB的出水COD应≤1000mg/L，若UASB的出水COD>1000mg/L，可减少进水的流量或停止进水只开回流。6．UASB的总泥量应保持7.5～9.5T。若污泥量超过9.5T且出水SS明显升高，则需要将剩余污泥排出。一般每半年排泥一次，排泥时先停止进水和循环，待2-3小时后开始排泥，排出污泥含水率若按90%计算每次排出污泥量为8-12T。综合整个果汁生产过程，发现在巴氏杀菌和蒸发浓缩等工段有不少废热可以回收利用；另外，生产果汁的季节一般不会在冬季，平均气温不会过低，水果的旺季主要集中在夏秋季节，而湘潭的夏秋季节的平均气温又在25℃以上。所以，只要能将生产过程中的废热收集利用，便能保证UASB的进水温度在35℃左右，能保证UASB反应器发挥最大的效率。因此，此设计中的UASB的反应温度控制在35℃左右。由表2.4可知：选择UASB反应器的进水容积负荷率可达15kgCOD/（m3.d），COD的去除率可达到85%以上，沼气表观产率为0.5m3/kgCOD（去除），污泥的表观产率为0.1kgMLSS/kgCOD(去除)，厌氧污泥可实现颗粒化。参考同类果汁废水查得设计参数如下：容积负荷（Nv）15kgCOD/(m3·d)；污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD；产气率0.5m3/kgCOD；UASB有效高度选择5m。三、设计水质和水量考虑到UASB反应器对SS敏感，所以，在UASB工段，对SS的去除率较低，这里不做考虑。设计水质水量如表2.5该段的设计流量为：Qmax=1.8×5000m3/d=9000m3/d=375m3/h=0.104m3/s（安全系数K2=1.8）四、反应器容积计算UASB有效容积：V有效＝式中：Q——设计流量，m3/dS0——进水COD含量，kg/m3Nv——容积负荷，kgCOD/(m3·d)V有效＝=4464m3表2.4不同温度UASB负荷设计关系温度有机容积负荷率（kgCOD/m3.d）温度有机容积负荷率（kgCOD/m3.d）含有少于5%SS-COD※※的废水含有30%-40%SS-COD※※的废水含有少于5%SS-COD※※的废水含有30%-40%SS-COD※※的废水152-41.2-2（去除SS效率好）3010-156-9（去除SS效率一般）204-62-3（去除SS效率好）3515-209-14（去除SS效率偏差）256-103-6（去除SS效率满意）4020-2714-18（去除SS效率差）指在颗粒污泥床内，水里负荷不受限制时※※SS-COD可沉淀去除表2.5UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBOD进水水质(mg/l)74404500去除率（%）8585出水水质(mg/l)1116675所以UASB反应器地面积为：A=4464/5=892.8m2。五、反应器的池体几何形状选择从反应器的形状有矩形和圆形这两种反应器，已大量应用于实际中。圆形反应器具有结构较稳定的优点，同时对于圆形反应器在同样的面积下，其周长比正方形的少12%。所以圆形池子的建造费用比具有相同面积的矩形反应器至少要低12%。但是圆形反应器的这一优点仅仅在采用单个池子时才成立，所以，单个或小的反应器可以建造成圆形的，当建立两个或两个以上反应器时，矩形反应器可以采用共用壁。当建造多个矩形反应器时有其优越性。对于采用公共壁的矩形反应器，池型的长宽比对造价也有较大的影响。对于大型UASB反应器建造多个池子的系统是有益的，这可以增加处理系统的适应能力。如果有多个反应池的系统，则可能关闭一个进行维护和修理，而其他单元的反应器继续运行。因此，考虑到设计本身处理的水量较大，不可能只建设一个UASB反应单体；而采用矩形方式建立的多个单体UASB反应器可以采用公共壁的方式兴建，有利于节约建设成本。所以设计采用矩形的方式建设UASB反应器。根据王凯军、贾立敏等人的《升流式厌氧污泥床(UASB)反应器的系列化和设备化研究》的建议，采用标准化和系列化的设计必须考虑结构的通用性和简单性，池体的标准化主要是根据三相分离器的尺寸进行布置的，他们采用的三相分离器的平面尺寸是2×5m。由于三相分离器的尺寸原因，池子的宽度一般以5m为模数，长度方向以2m为模数。如前所述由于反应器的长宽比的范围涉及到池子的经济性，所以在上述范围内选择要结合池子组数考虑适当的长宽比。表1是根据上述原则给出了UASB系列化的一组选择。从原则上讲安排2×5m的三相分离器的平面布置还可以有其他多种的平面配合形式如，宽度可以以2m为模数，而长度以10m为模数，构成4×5，4×10，6×5，6×10，6×15m……的系列。甚至可以采用三相分离器横竖混合布置的形式。但是考虑通用性和简单性的原则，推荐表2.6【8】的组合方式。表2.6矩形反应器的平面尺寸和有效体积的选用表格(体积单位：m3)池长(m)68101214161820222426单池宽5m150200250300350400450500550600650双池宽5m3004005006007008009001000110012001300池长(m)1012141618202224262830单池宽10m500600700800900100011001200130014001500双池宽10m10001200140016001800200022002400260028003000注:反应器的有效高度为5m，一般推荐UASB反应器的高度为4～6m。由上可知，建设的处理量需要每天达到V=4464m3，为了能保证有足够的能力在某一个UASB反应器出现问题时，照常生产，故考虑建设4个UASB反应器，即实际每个反应器需要4464/4=1116m3，因此选择每个UASB反应器的单池宽10m，长为24m，即底面积为A1=240m2，单体体积为1200m3的标准建设。采用共用三边壁的方式并列兴建。六、配水系统设计进水配水系统兼有配水和水力搅拌的功能，所以必须满足以下各项要求：（1）进水必须在反应器底部均匀分配，确保各单位面积的进水量基本相同，以防止短路或表面负苟不均匀等现象发生；（2）应满足污泥床水力搅拌的需要，要同时考虑水力搅拌与产生的沼气搅拌，使污泥区达到完全混合的效果，确保进水有机物与污泥迅速混合，防止局部产生酸化现象。配水系统主要有树枝管式配水系统、穿孔管配水系统和多点多管配水系统三种系统。从构造和简单出发，穿孔管配水具有一定优势，只要施工安装正确，配水基本能满足生产要求。所以，本设计采用的是穿孔管配水系统【7】。穿孔管配水系统如图2.6所示。为了配水均匀，配水管中心距可采用1.0-2.0m，出水孔距可采用1.0-2.0m，孔径一般为10-20mm，常采用15mm，孔口向下或与垂线呈450方向，每个出水孔服务面积一般为2-4m2，配水管的直径最好不小下100mm，配水管中心距池底一般为20-25cm。为了使穿孔管各孔出水均匀，要求出口流速不小下2m/s，使出水孔阻力损失大于穿孔管的沿程阻力损失，为了增大出水孔的流速，可采用脉冲问歇进水。图2.6穿孔管补水系统设计草图设每个布水孔的服务面积为s=2.5m2，则每个UASB单体需要布水孔个数为：（个）则每个布水孔服务直径为：则在面积为的矩形地面上，可布设的布水管排数为：24/1.78=13.5（排），取14排；在每跟水管上的布水孔个数为：10/1.78=5.6（个），取6个；则实际每个UASB单体中，布置的布水孔个数为：=84（个）则实际每个布水孔的服务面积：240/84=2.86m2<4m2，符合设计要求。由上计算，综合同类设计，选择采用每个反应器设14根d=50mm、长10-1.7/2=9.15