啤酒废水处理毕业设计

河北工程大学毕业设计PAGE45杭州中策啤酒废水处理设计说明书第一章绪论啤酒生产工艺啤酒生产工艺分为制麦、糖化、发酵、及后处理等4大工序。麦芽制备工段麦芽制备工段习惯上称为制麦，是生产啤酒的开始，将原料大麦制成麦芽。整个制麦过程大体可分为原料清选分级、浸麦、发芽、干燥、除根等过程。制麦的目的在于使大麦发芽，产生多种水解酶类，以便通过后续糖化，使大分子淀粉和蛋白质得以分解溶出。制麦工段用水主要包括浸麦洗麦用水和冷却用水两部分。用水浸渍大麦，俗称浸麦，浸麦的目的在于使麦粒吸水和吸氧、洗涤除尘以及去除微生物，并将麦皮内的用害成分浸出，为发芽提供条件。在浸麦时，浸麦用水中常投加化学药品，如饱和澄清石灰水、甲醛水溶液、高锰酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾溶液。整个浸渍周期长达48-72天。随着排水时间的推迟，每以浸段产生的废水中含有机污染物浓度由高到低。根据国内现行制麦工艺，每投产1t大麦约耗水18~60。（1）发芽水分、氧气和温度是麦粒发芽的必要条件。大麦经水浸渍后，含水率为40﹪—48﹪，在制麦芽过程中需通入饱和湿空气，环境的相对湿度应在85﹪以上。麦粒发芽因呼吸作用而耗氧，同时产生的二氧化碳有利于麦粒发芽。但通风量不能过大，否则麦芽呼吸作用太旺盛，营养物会消耗过多。发芽的温度以13-18℃为宜。温度过低，发芽周期要延长；温度太高，发芽生长速度快，营养物质耗费多，如果通风跟不上，容易发生霉烂现象。所以，发芽工段生产的水温度较低，单发芽工段的污水温度一般在10（2）干燥生产啤酒，不直接使用绿麦芽，而是使用干麦芽，这是因为，经干燥处理后，绿麦芽的生腥味被去除，使啤酒的风味得到改善；经干燥处理后，干麦芽带有的特有的色、香、味赋予啤酒特殊的风味；从储藏角度看，绿麦芽含水量高，不能久贮。麦芽的干燥过程分成烘干和焙焦两个阶段。（3）麦芽除根麦根的吸湿性强，如不去除，易吸收水分而影响麦芽的保存。麦根含有苦涩味物质、色素和蛋白质，对啤酒的风味、色泽和稳定性都不利。因此，经干燥后的麦芽，应立即用除根机除根。（4）麦芽保存麦芽经适当时间贮存后再用来糖化要比直接使用新鲜麦芽效果好。再贮存期间，麦芽的淀粉酶和糖化酶活力以及酸度都有提高；另外，麦芽吸收了少量水分，再粉碎时谷皮不碎，对麦汁过滤有利。干麦芽除根稍冷后，应立即送入立仓贮存。如采用袋装，因与空气接触面大而易吸收水，故贮存期较短，不宜超过6个月。麦汁制备工段麦汁制备工段俗称糖化。将麦芽粉碎后与温水混合，借助麦芽自身的多种水解酶，将淀粉和蛋白质等高分子物质进一步分解成可溶性低分子糖类、糊精、氨基酸、腖、肽等，麦芽内溶物的浸出率可达80﹪，这就是糖化过程。发酵工段加酒花后的澄清麦汁冷却至6.5-8.0℃灌装工段经过发酵的成熟酒俗称嫩酒，送入后酵罐，长期低温贮存。残余酵母和蛋白质等沉积于贮罐底部，少量悬浮于酒中，须经分离后才能罐装。在滤酒工艺中，经过滤器截留的酒渣、部分过滤材料及残酒随水排入下水道。经过滤后的成品酒可直接桶装或罐装。装酒用的桶或罐，在装酒前要经行清洗和消毒，因此清洗水中含有残酒和酒泥。啤酒生产废水的产生啤酒生产的主要原料是大麦、大米和酒花，每年需大麦约200多万吨。啤酒生产主要利用粮食中的淀粉，大部分蛋白质等其他物质则残留在麦糟及凝固物中，同时还会排出酵母等副产物，对这些副产物加以合理利用是节粮、减污的重要举措。啤酒行业是耗水量较大的行业，虽然各企业间有较大差别，一般来说每生产一吨啤酒的耗水量为10~50吨。如果以生产每吨啤酒产生20立方米废水计算，则啤酒工业排放的废水量每年达40亿立方米，经调研，我国多数啤酒厂尚未进行综合利用和废水治理，因而给环境造成严重污染。在麦芽制备工段的废水主要来自浸麦、洗麦。废水中含有大麦粒、瘪大麦、麦芒、麦皮和泥沙等悬浮固体以及谷皮的浸出物，如宁物质、矿物质、蛋白质、苦味质等。悬浮固体含量大约占原大麦投加质量的2﹪左右。每浸渍1t大麦产生COD污染物约10-12kg或BOD污染物5-6kg，废水中挟带的浮麦量约20.0kg，这与国外资料提供的数据基本相符。麦汁制备工段的废水主要来自糖化锅与糊化锅的刷锅水、清洗水和麦糟贮存池底流出的麦糟水。一般冷、热凝固物也含在废水中排出，所以糖化工序产生的废水中有机物质比较多，COD浓度高达20000—40000mg/L。该废水的排放量约占废水中有机物总量的5﹪-10﹪，废水排放为间歇排放。麦汁制备工段的废弃物有麦糟、冷和热凝固物。麦糟使麦汁制备过滤后产生的副产物，含水75﹪-80﹪，组分主要有蛋白质、脂肪、淀粉、还原糖、粗纤维以及灰分。热凝固物使在麦汁煮沸过程中，由于蛋白质变性和多酚物质氧化、聚合而产生的。热凝固物含水80﹪，组分为蛋白质、酒花树脂、多酚物质和灰分。冷凝固物是在麦汁冷却过程中析出的，主要组分是蛋白质、碳水化合物、多酚物质和灰分。在此工段，每制1t成品酒，产生COD污染物7.24kg或BOD污染物3.77kg。发酵工段的废水来源于洗涤水，COD浓度为2000-3000mg/L,排放量约为废水总量的15﹪-20﹪，采取间歇排放的方式。这个工段的废弃物是酵母和硅藻土。酵母是在啤酒发酵过程中沉淀下俩的，一般因为生产所需，沉淀下来的酵母经洗涤后重复使用，但多余的和失去活力的酵母，如不综合利用则随废水排出。酵母除含水80﹪-85﹪外，其他组分是蛋白质、脂肪、纤维、灰分和无机氮浸出物。在此工段，每制1t成品酒，产生COD污染物8.3kg或BOD污染物5kg。灌装工段的废水来自洗瓶水、喷淋杀菌水、冷却水、地面冲洗水和包装物破损流出的残酒等。这部分的排放量较大，约占总量的30﹪-40﹪，COD浓度为500-800mg/L，采取连续排放的方式。啤酒废水的特征及水质水量特点啤酒厂生产啤酒过程用水量很大，特别是酿酒、罐装工艺过程大量使用新鲜水，相应产生大量废水。啤酒的生产工艺较多，不同的啤酒厂生产过程中吨酒耗量和水质相差很大。管理和技术水平较高的啤酒厂耗水量为8～12吨每吨，我国啤酒厂的吨酒耗水量一般大于该参数。国内啤酒从糖化到罐装总耗水10～20立方米每吨。酿造啤酒消耗的大量水除一部分转入产品外，绝大部分作为工业废水排入环境。啤酒工业废水按其有机物含量可分为以下几类：（1）冷却水冷冻机，麦汁和发酵的冷却水等。这类废水基本上未受污染。（2）清洗废水如大麦浸渍废水，大麦发芽降温喷雾水，清洗生产装置废水，漂洗酵母水，洗瓶机初期洗涤水，酒罐消毒废水，巴斯德杀菌喷淋水和地面冲洗水等，这类废水受到不同程度的有机污染。（3）冲渣废水如麦渣液，冷热凝固物酒槽剩余酵母，酒泥，滤酒渣和残碱性洗涤液等，这类废水中含有大量的悬浮性固体有机物，工作中将产生麦汁冷却水，装置洗涤水、麦糟、热凝固物和酒花糟和大量悬浮固体。（4）罐装废水在罐装酒时，机器的冒泡滴时有发生，还经常出现冒酒，使废水中掺入大量残酒。另外喷淋时由于用热水喷淋，啤酒升温引起瓶内压力上升，“炸瓶”现象时发生，致使大量啤酒洒在喷淋水中。为防止生物污染，循环使用喷淋水时需加入防腐剂，因此别更换下来的废喷淋水含防腐剂成分。（5）洗瓶废水清洗瓶子时先用碱性洗涤剂浸泡，然后用压力水初洗和终洗，瓶子清洗水中含有残余碱性洗涤剂、纸浆、染料、浆糊、残酒和泥沙等。碱性洗涤剂要定期更换，若直接排入下水道可使啤酒废水呈碱性，因此废碱性洗涤剂应先进入调节、沉淀装置进行单独处理。若将洗瓶废水的排出液经处理后储存起来用以调节废水的酸碱值（啤酒废水平时呈酸性），则可以节省污水处理的药剂用量。废水水质排放的啤酒废水超标项目主要是COD、BOD5、SS、pH值4项，从各车间排放的废水水质水量波动较大。水质变幅范围一般为：pH值5.5-7.0，水温20-25℃，COD1000-2500mg/L，BOD5600-1400mg/L，SS200-600mg/L，TN30-70mg/L,属中浓度有机废水，BOD5/COD约为0.5-0.7第二章设计任务书概述概况杭州中策啤酒（股份）有限公司为中外合资企业，啤酒年产量为18万吨/年，生产工艺流程如下：水酵母硅藻土↓↓↓大米麦芽→粉碎→调浆→糖化→煮沸→冷却→发酵→过滤→废水↓↓↑废水废硅藻土、水罐装→杀菌→装箱→入库↑洗瓶→废水↑瓶子排出的啤酒废水一直未能得到彻底治理，是该区域的主要污染源之一。当地政府、环保部门及公司领导对污染治理十分重视，现委托河北工程大学进行方案及施工图设计。设计依据⑴中华人民共和国污水综合排放标准（GB8978—1996）；⑵杭州中策啤酒（股份）有限公司提供的水质、水量。水质、水量及处理标准⑴水量：废水排放量Q=8000m3⑵原水水质：CODCr≤2500mg/lSS=332～464mg/lBOD5≤1400mg/lPH=4～9水温＜35⑶处理后水质执行中华人民共和国污水综合排放标准（GB8978—96）一级标准：CODCr≤100mg/lSS≤70mg/lBOD5≤30mg/lPH=6～9设计范围本工程的设计范围为污水接入构筑物始至净化水排出止的水处理工艺施工图设计。基础资料气温：最冷月平均气温4最热月平均气温29历年极端最高气温42.6历年极端最低气温-8.3风速：平均风速2.2m月平均最大风速8m月平均最小风速1.2m主导风向及风频率：夏季——南风15%冬季——东北风15%降雨：年平均降雨量1587雪量：最大积雪深度40设计内容及要求污水处理工程水工艺部分设计计算说明书一份。水处理工艺施工图一套处理场地与进出水位置设计时间第一周：明确设计任务、搜集资料，确定方案，写出设计说明。第二～三周：设计计算，完成设计书初稿。第四～十周：施工图设计。第十一～十二周：完善设计说明书与施工图，装订成册。第三章方案选择啤酒废水的处理方法“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，不久将应用于实践中。啤酒废水的特点之一是BOD/COD值高，一般在50﹪及以上，非常有利于生化处理，同时生化处理与普通物化法、化学法相比较：一是处理工艺比较成熟；二是处理效率高，COD、BOD除去率高，一般可达80﹪-90﹪以上；三是处理成本低（运行费用省）。因此生物处理在啤酒废水处理中，得到了充分重视和广泛采用。现把目前啤酒废水处理中相对比较成熟的生物处理工艺，经行一些阐述和比较：内循环UASB反应器＋氧化沟工艺处理啤酒废水此工艺采用厌氧和好氧相串联的方式，厌氧采用内循环UASB技术，好氧处理用地有一处狭长形池塘，为了降低土建费用，因地制宜，采用氧化沟工艺。本处理工艺的关键设备是UASB反应器。该反应器是利用厌氧微生物降解废水中的有机物，其主体分为配水系统，反应区气、液、固三相分离系统，沼气收集系统四个部分。厌氧微生物对水质的要求不象好氧微生物那么宽，最佳pH为6.5－7.8，最佳温度为35℃－40℃，而本工程的啤酒废水水质超出了这个范围。这就要求废水进入UASB反应器之前必需进行酸度和温度的调节。这无形中增加了电器、此处理工艺主要有以下特点：①实践证明，采用内循环UASB反应器＋氧化沟工艺处理啤酒废水是可行的，其运行结果表明CODCr总去除率高达95％以上。②由于采用的是内循环UASB反应器和氧化沟工艺串联组合的方式，可根据啤酒生产的季节性、水质和水量的情况调整UASB反应器或氧化询处理运行组合，以便进一步降低运行费用。UASB—好氧接触氧化工艺处理啤酒废水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。A/O工艺处理啤酒废水砂滤池水力筛砂滤池水力筛调节池A/O反应器二沉池格栅污泥脱水机污泥浓缩池回流污泥出水排放泥饼外运A/O工艺流程是废水先经缺氧池，再进好氧池，混合液的微生物菌群交替的处于好氧和缺氧条件下，在有机物浓度高或低时将分别发挥其不同的作用。经过该工艺的处理水经二沉池沉淀和砂滤池的过滤，能达到很好的处理效果。该工艺主要有如下的优点：1.流程简单，省去了中间沉淀池，构筑物少，大大节省了基建费用，且运行费用低，占地面积小。2.好氧池在缺氧池之后，可进一步去除反消化残留的有机污染物，确保出水水质达标。3.缺氧池在好氧池之前，由于反消化消耗了原污水中的一部分有机物，这样既减轻了好氧池的有机负荷，又可改善活性污泥的沉降性能以利于控制污泥膨胀，而且反硝化过程产生的碱度可以补偿消化过程对碱度的消耗。酸化—SBR法处理啤酒废水工艺流程如下：格栅调节水解酸化池SBR池池絮凝池管式混合器格栅调节水解酸化池SBR池池絮凝池管式混合器中间水池与提升泵进水PAC 排放 其主要处理设备是酸化池和SBR反应器。这种方法在处理啤酒废水时，在厌氧反应中，放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段，将反应控制在酸化阶段，这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点：（1）由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速，故水解池体积小；（2）不需要收集产生的沼气，简化了构造，降低了造价，便于维护，易于放大；（3）对于污泥的降解功能完全和消化池一样，产生的剩余污泥量少。同时，经水解反应后溶解性COD比例大幅度增加，有利于微生物对基质的摄取，在微生物的代谢过程中减少了一个重要环节，这将加速有机物的降解，为后续生物处理创造更为有利的条件。（4）酸化—SBR法处理高浓度啤酒废水效果比较理想，去除率均在94%以上，最高达99%以上。UASB+SBR法处理啤酒废水格栅SBR池UASB反应器格栅SBR池UASB反应器调节池水力筛提升泵集泥池脱水机房浓缩池达标排放剩余污泥 外运本处理工艺主要包括UASB反应器和SBR反应器。将UASB和SBR两种处理单元进行组合，所形成的处理工艺突出了各自处理单元的优点，使处理流程简洁，节省了运行费用，而把UASB作为整个废水达标排放的一个预处理单元，在降低废水浓度的同时，可回收所产沼气作为能源利用。同时，由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量，因此降低了好氧处理阶段的曝气能耗和剩余污泥产量，从而使整个废水处理过程的费用大幅度减少。采用该工艺既降低处理成本，又能产生经济效益。并且UASB池正常运行后，每天产生大量的沼气，将其回收作为热风炉的燃料，可供饲料烘干使用。UASB去除COD达7500kg/d，以沼气产率为0.5m3/kgCOD计算，UASB产气量为3500m3/d(甲烷含量为55%～65%)。沼气的热值约为22680kJ/m3，煤的热值为21000kJ/t计算，则1m3沼气的热值相当于UASB+SBR法处理工艺与水解酸化+SBR法处理工艺相比有以下优点：节约废水处理费用UASB取代原水解酸化池作为整个废水达标排放的一个预处理单元，削减了全部进水COD的75%，从而降低后续SBR池的处理负荷，使SBR池在废水处理量增加的情况下，运行周期同样为12h，废水也能达标排放。也就是说，耗电量并没有随废水处理量的增加而增加。同原工艺相比较，每天实际节约1500～2500m3废水的处理费用，节约能耗约21.4万元/a。节约污泥处理费用废水经过UASB处理后，75%的有机物被去除，使SBR处理负荷大大降低，产泥量相应减少。水解酸化+SBR处理工艺工艺计算，产泥量达17t/d(产泥率为0.3kg污泥/kgCOD，污泥含水率为80%)，UASB+SBR法处理工艺产泥量只有5t/d(含水率为80%)左右，只有水解酸化+SBR处理工艺的1/3，污泥处理费用大大减少，节约污泥处理费用约为20元/日。本设计工艺的选择及其流程通过以上方案比较可以看出UASB+SBR法处理啤酒废水技术上先进可行，投资小，运行成本低，效果好，可回收能源，产出颗粒污泥产品，有一定的收益，机械设备少，操作简单，自动化程度高。因此选用该工艺，此设计选用SBR的改进型工艺CAST工艺。实践证明，UASB成功处理高浓度啤酒废水的关键是培养出沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。颗粒污泥的形成时厌氧细菌群不断繁殖，积累的结果，较多的污泥负荷有利于细菌获得充足的营养基质，故对颗粒污泥的形成和发展具有决定性的促进作用；适当高的水利负荷将有利于污泥的水利筛选，淘汰沉降性能差的絮体污泥而留下沉降性能好的污泥同时产生剪切力，使污泥不对流旋转，有利于丝状菌相互缠绕成球。此外，一定的进水碱度也是颗粒污泥形成的必要条件，因为厌氧生物的生长要求适当高的碱度，例如：产甲烷细菌生长的最适宜PH值为6.8－7.2。一定的碱度既能维持细菌生长所需的PH值，又能保证足够的平衡缓冲能力。由于啤酒废水的碱度一般为500－800mgL-1（以Caco3计），碱度不足，所以需投加工业碳酸钠或氧化钙加以补充。研究表明，在UASB启动阶段，保持进水碱度不低于1000mgL-1对于颗粒污泥的培养和反应器在高负荷下的良好运行十分必要。应该指出。啤酒废水中的乙醇是一种有效的颗粒化促进剂，它为UASB的成功运行提供了有利的条件。总之，UASB具有效能高，处理费用低，电耗省，投资少，占地面积小等一系列优点，完全适用于中高浓度啤酒废水的治理。其不足之处是出水CODcr的浓度仍达500mg.L-1左右，需进行再处理或好氧处理串连才能达标排放。处理流程说明车间各工段废水由厂区排水管（渠）收集后经排水总渠送至废水处理站进行处理。由于排放污水中含有许多如空麦壳，酵母，纸削等悬浮物以及如破碎的玻璃瓶等物质。这些东西如果直接进入啤酒废水处理系统，将影响处理设施的正常运行，故在废水进入处理设施前需设置格栅，以驱除废水中较粗大悬浮物，栅渣外运，废水经过格栅后进入调节池，然后油提升泵提升经过水力筛，去除细小悬浮物后进入UASB反应器。由于啤酒废水排放的废水量及水质不均匀，特别是麦芽的制备和糖化废水为间接排放，所以为保障后续处理的正常运行须设置调节池以便对水量和水质进行调节，使调节后的水量，水质尽量均匀。UASB反应器是进行废水处理的主要构筑物之一，对高浓度的废水进行厌氧发酵，去除大部分的有机污染物。对从UASB反应器出来的低浓度的有机废水进行进一步好氧处理，去除剩余的有机污染物,完成废水的最后处理,使出水水质达到排放标准。CAST池和UASB池中的污泥排入集泥池，后排入污泥浓缩池，污泥浓缩池的泥通过污泥泵房进入污泥脱水间进行脱水，脱水后的泥饼外运。流程如图所示：格栅SBR池UASB反应器格栅SBR池UASB反应器调节池水力筛提升泵集泥池脱水机房浓缩池达标排放剩余污泥图3.1UASB—SBR处理工艺流程图主要构筑物工作原理说明UASB反应器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，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沼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。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。CAST反应池CAST是循环式活性污泥法的英文简称，为一间歇式生物反器，在此反应器中进行交替的曝气-非曝气过程的不断重复，将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中完成。CAST反应池一般用隔墙分隔成三个区：生物选择区、预反应区、主反应区。生物选择区内不进行曝气，类似于SBR法中的限制性曝气阶段。在该区内，回流污泥中的微生物大量吸附废水中的有机物，能较迅速有效地降低废水中有机物浓度；预反应区采取半限制性曝气，溶解氧保持在0.5mg／L左右，使该区存在着反硝化进程的可能；主反应区进行强制鼓风曝气，使有机物及氨氮得到生化与硝化。CAST反应池的运行一般包括三个阶段：进水、曝气、回流阶段；沉淀阶段；滗水、排泥阶段。在进水阶段，一边进水一边曝气，同时进行污泥回流，本阶段运行时间一般为2h;在沉淀和排水阶段，停止曝气，同时停止进水和污泥回流，保证了沉淀过程在静止的环境中进行，并使排水的稳定性得到保障，沉淀排水阶段一般为2h。对于二池CAST系统这样的运行程序保证了整体进水的连续性和风机的连续运行。污染物去除效果的说明工段项目COD（mg/L）BOD(mg/L)SS(mg/L)预处理进水25001400464出水25001400324.8去除率%0030UASB进水25001400324.8出水500210129.9去除率%808560CAST进水500210129.9出水502165去除率%909050第四章各构筑物计算格栅设计说明由于排放污水中含有许多如空麦壳，酵母，纸削等悬浮物以及如破碎的玻璃瓶等物质。这些东西如果直接进入啤酒废水处理系统，将影响处理设施的正常运行，故在废水进入处理设施前需设置格栅，以驱除废水中较粗大悬浮物。设计参数格栅的栅条间隙数式中n格栅栅条间隙数（个）Q设计流量（m3/s）α格栅倾角（°）b格栅栅条间隙（m）h格栅栅前水深（m）v格栅过栅流速（m/s）设计中Q=8000m3/d=0.093m3/s，格条间隙b=0.01m，栅前水深h=0.3m则n==36.06 取n=36个格栅槽有效宽度（B）B=S(n-1)+bn式中B格栅槽有效宽度（m）s每根格栅条的宽度（m）设计中采用Φ10圆钢为栅条：即取s=0.01m则B=0.01×（36－1）＋0.01×36=0.71进水渠道渐宽部分的长度=式中进水渠道渐宽部分的长度（m）进水明渠宽度（m）渐宽处角度（°），一般采用10°-30°设计中取进水渠道内的流速为0.6m/s，则进水渠道宽取=0.52m,渐宽部分展开角=20°===0.26m栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分==0.13m出水渠道渐宽部分长度（m）过栅水头损失=式中格栅条的阻力系数，栅条断面为锐边矩形断面=2.42格栅受污物堵塞时的水头损失增大系数，一般采用=3==0.205栅槽总高度HH=式中明渠超高（m）,一般采用0.3-0.5,设计中取=0.3m栅前槽高H=h+=0.3+0.3=0.6m栅后槽高H==0.3+0.205+0.3=0.805m格栅槽总长度L=++0.5+1.0+式中格栅明渠的深度（m）L=0.26+0.13+0.5+1.0+=2.24每日栅渣量式中设计水量栅渣量（），取0.1-0.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值取=0.1，=1.5则=采用机械清渣水力筛水力筛与格栅同放在格栅间里。选取XLJ型旋转式固液分离机，参数如下：型号规格：XLJ400钢桶直径：1500mm处理能力：400网孔间隙：0.5mm粒径（＞0.75）去除率为95%，粒径（＞0.35）去除率为55%调节池设计参数水力停留时间T=6h设计流量Q=8000=333.3有效容积、表面、有效水深V=QT=333.3×6=1999.8取池子总高度H=6.0，其中超高0.5m，有效水深h=5.5m，则池面积为A==池长取27m，尺宽取15m，则实际有效水深为m则池子总尺寸为L×B×H=27×15×6.0UASB反应器设计说明UASB反应器（上流式厌氧污泥床）是集生物反应与沉淀于一体的一种结构紧凑效率高的厌氧反应器。为了满足池内厌氧状态并防止臭气散逸，UASB池上部采用盖板密封，出水管和出气管分别设水封装置。池内所有管道、三相分离器和池壁均做防腐处理。UASB反应器所需容积及主要尺寸的确定UASB反应器的有效容积对于中等浓度和高浓度的有机废水，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=5.0kgCOD/(d),COD去除率为80％，则UASB反应器有效容积为：式中设计流量容积负荷，kgCOD/(),进出水COD浓度，mg/L=UASB反应器的形状和尺寸据资料，经济的反应器高度一般为4—6m之间，并且在大多数情况下这也是系统优化的运行范围。升流式厌氧污泥床的池形有矩形、方形和圆形。圆形反应器具有结构较稳定的特点，但是建造圆形反应器的三相分离器要比矩形和方形反应器复杂得多，因此本设计选用矩形池。从布水均匀性和经济性考虑，矩形池长宽比在2：1左右较为合适。设计反应器有效高度为h=6m，则横截面积S=㎡设计2座UASB反应池每座横截面积=267㎡设池长L约为池宽B的2倍，则可取每座池长L=24m，宽B=一般应用时反应器装夜量为70％—90％，本工程中设计反应器总高度H=7.5m，其中超高0.5m。反应器的总容积V=BLH=12×24×(7.5-0.5)=2016有效容积为==1600则体积有效系数为79.4％，符合有机负荷要求。水力停留时间（HRT）和水力负荷率（Vr）对于颗粒污泥，水力负荷=0.1—0.9m3/（m2.h），符合要求进水分配系统的设计布水点设置进水方式的选择应根据进水浓度及进水流量而定，通常采用的是连续均匀进水方式。布水点的数量可选择一管一点或一管多点的布水方式，布水点数量与处理废水的流量进水浓度、容积负荷等因素有关。由于所取容积负荷为5.0kgCOD/(d),因此每个点的布水负荷面积大于2。本次设计池中共设置96个布水点，则每点负荷面积为：配水系统形式UASB反应器的进水分配系统形式多样，主要有树枝管式、穿孔管式、多管多点式和上给式4种。本次设计使用穿孔管式配水，为配水均匀，配水管中心距可采用1.0—2.0m，出水孔孔距也可才用1.0—2.0m，孔径一般为10—20mm，常采用15mm，孔口向下或与垂线呈45°方向，每个出水孔的服务面积一般为2—4㎡。配水管中心距池底一般为20—25cm，配水管的直径最好不小于100mm。为了使穿孔管出水均匀，要求出口流速不小于2m/s.单个UASB反应器配水总管管径取300mm，流速约为0.63m/s，配水支管管径取100mm，流速约为0.37m/s。每个反应器中设置16根Φ100mm的小支管,每两根之间的距离为1500m,每根管上有6个配水孔，孔距为2000mm,孔径采用Φ15mm,每个孔的服务面积2.0×1.50=3.0（m2）孔口向下并与垂线成45o方向。共设布水孔96个，出水流速v选为2.73m/s，则孔径为：d=本装置采用连续进料方式，布水孔孔口向下，有利于避免管口堵塞，而且由于UASB反应器底部反射散布作用，有利于布水均匀。为了增强污泥和废水之间的接触，减少底部进水管的堵塞，建议进水点距反应器池底200mm—250mm。本工程中设计布水管离UASB反应器底部200mm.上升水流速度和气流速度本次设计中常温下容积负荷NV=5.0kgCOD/(m3.d),沼气产率r=0.35m3，根据接种污泥的不同选择不同的空塔水流和气流速度。如采用厌氧消化污泥接种，需满足空塔水流速度，空塔沼气上升速度。如采用颗粒污泥接种，水流速度可以提高至1m/h≤≤4.0m/h。这里计算按接种消化污泥为依据。则空塔水流速度符合要求。空塔气流速度符合要求。为COD去除率，取80%。三相分离器设计三相分离器的构造形式是多种多样的，但不论那一种，它必须有3个主要功能和3个组成部分：气液分离、固液分离和污泥回流3个功能以及气封、沉淀区和回流缝3个组成部分。单个三相分离器的构造见下图：。图4—2（a）所示的三相分离器较为简单，但泥水分离的情况不够理想，因为回流缝同时存在上升和下降两种流体，互相干扰。图（c）也有类似情况。图（b）三相分离器的构造虽然较为复杂，但污泥回流和水流上升互相不干扰，污泥回流通畅，泥水分离效果较好，气体分离效果也好。因此，本工程采用图（b）所示的三相分离器。沉淀区设置三相分离器沉淀区固液分离是靠重力沉淀（）达到的其设计方法与普通二沉池相似，主要考虑两个因素，即沉淀面积和水深。沉淀面积可根据废水流量和沉淀的表面负荷率确定。一般表面负荷率的数值等于水流向上流速该值的大小与需要去除的污泥颗粒的沉降速度相等，但方向相反，对已形成颗粒污泥的反应器，为防止和减少悬浮层絮状污泥流失，沉淀室内设计日平均表面负荷率小于0.7。沉淀区进水口的水流上升速度一般小于2。三相分离器中物质流态示意图见图4--3气泡气泡污泥VsFvL水FVsVg沉淀区气室污泥气封气本次设计中，与短边平行，沿长边布置7个集气罩，构成6个分离单元，则设置6个三相分离器，三相分离器单元结构示意图见图4--4。三相分离器上的长度为B=12m，每个单元宽度为L=24/6=4.0m。其中沉淀区长度B1=12m、宽度b=3.4m，集气罩顶宽度a=0.6m，壁厚0.2m，沉淀室底部进水口宽度=1.7m沉淀区面积=nb=6×12×3.4=244.8㎡。沉淀区表面负荷＜符合要求。沉淀室进水口面积S2=nBb1=6×12×1.7=122.4（m2）沉淀室进水口水流上升速度<2.0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斜度应在45°—60°之间，上部液面距反应器顶部>0.2m,集气罩顶以上的覆盖水深可采用0.5—1.0m,沉淀区斜面的高度建议采用0.5—1.0m。不论何种形式的三相分离器,其沉淀区的水深≥1.0m，并且沉淀区的水力停留时间以1—1.5h为宜。如能满足上述要求条件，则可取得良好的固液分离效果。设计UASB反应器沉淀区最大水深为2m，=0.5m（超高）=0.5m，=1.0m，则倾角：arctan()=arctan1.17=49.6°，符合要求。气液分离设计如图4—5所示，设计就是要在确定汽封角后，合理选择图中缝隙宽度和斜面长度BC（主要是MB），以防止UASB消化区中产生的气泡被上升的液流带入沉淀室，干扰固液分离，造成污泥流失。当气泡随液流以速度沿分离器斜面BC上升时，由于浮力的作用，它同时具有垂直向上的速度。为了保证气泡不随液流窜入沉淀室，气泡必须在其随液流由B点移至M点时，在垂直方向上移动距离MN。则在分离器设计中，必须满足以下公式要求：倾角=60°,r=70°,=0.8m,分隔板下端距反射锥处置距离MN=0.225m，则缝隙宽度=MNsin=0.225×sin60°=0.195m.废水总流量为8000，流过每个UASB池的废水流量为4000，根据资料，设有0.7Q=2800的废水通过进水缝进入沉降区，另有0.3Q=1200的废水通过回流缝进入沉降区。则=0.3Q/24nB=0.3×4000/24×6×0.195×12×2=1.781m/h<2.0m/h符合要求。设BC=0.6m,则则脱气条件校核设能分离气泡的最小直径=0.01cm，常温（20oC）下清水运动粘滞系数=1.01×cm2/s,废水密度=1.03g/c，气体密度=1.2×g/c,气泡碰撞系数=0.95，则清水动力粘度=r=1.01××1.03=1.04×g/(cms),因处理对象为废水，其动力粘度一般大于，可取=2.0×g/(cms)，由斯托克斯公式，=g(-/18则气泡上升速度（可分离的最小气泡）为：验证：可见,合理。所以，该三相分离器可脱除的沼气泡，分离效果良好。分隔板的设计如图4—5所示=0.8m,==×(3.4-0.8)=1.3m经上面计算，气体因受浮力作用，气泡上升速度在进水缝中=9.58m/h，沿进水缝斜向上的速度分量为sin=9.58×sin49.48o=7.281(m/h),则进水缝中水流速度应该满足V<7.281m/h,否则水流把气泡带进沉降区。假设水流速度V刚好等于7.281m/h，前面计算中已设有2800废水通过进水缝进入沉降区，则三相分离器的进水缝纵截面总面积为：==（）共有6组（12条）进水缝，每条进水缝纵截面面积=（）进水缝宽度=应满足与相当级数，且>0.111m,现设计=0.152m，则进水缝中水流速度V=满足设计要求。△h==tan+△h-=1.3×tan49.48°+0.234-1.0=0.755（m）设进水缝下板上端比进水缝上板下端高出0.2m.则进水缝下板长度为：进水缝上板长度为：三相分离器与UASB高度设计三相分离区总高度h=+++=0.5+1.0+0.755+0.482=2.737mUASB反应器总高度H=7.5m，超高=0.5m.据资料，Q一定，相同的COD降解速率下，反应器的有效高度与污泥床之比为（3—4）：1较为合适，较高的污泥床高度可能引起污泥浓度过大，废水布水不均匀，形成污泥脱节现象。反应器的有效高度在任何情况下选用4.5—6m，悬浮层高度3—4m是适宜的。本次设计中，分离出流区高2.8m，反应区高度4.2m，其中污泥床高2.4m，悬浮层高1.8m。排泥系统的设计由于厌氧消化过程中微生物的不断生长或进水不可降解悬浮固体的积累，必须在污泥床区定期排出剩余污泥，所以UASB反应器的设计应包括剩余污泥的排除设施。UASB反应器中污泥总量的计算。高效工作的UASB反应器内，反应区的污泥沿高程呈两种分布状态，下部约1/3-1/2的高度范围内，密集堆积着絮状污泥和颗粒污泥。污泥粒子虽呈一定的悬浮状态，但相互之间距离很近，几乎呈搭接之势。这个区域内的污泥固体浓度高达40-80gVSS/L或60-120gSS/L,通常称为污泥床层。污泥床层以上约占反应区总高度的1/3-1/2的区域范围内，悬浮着颗粒较小的絮状污泥和游离污泥，絮体之间保持着较大的距离。污泥固体的浓度较小，平均约为5-25VSS/L或3-30gSS/L，这个高度范围通常称为污泥悬浮层。本设计中，反应器最高液面为7m，其中沉淀区高2.8m，污泥浓度为=0.5gSS/L;悬浮区高1.8m，污泥浓度=2.0gSS/L；污泥床高2.4m，污泥浓度=15.0gSS/L，则反应器内污泥总量M=s+s+s=288×(0.5×2.8+1.8×2.0+2.4×15)=11808(kgSS)BOD污泥负荷污泥负荷表示反应器内单位质量的活性污泥在单位时间内承受的有机质质量。=0.40产泥量计算剩余污泥量的确定与每天去除的有机物量有关，当没有相关的动力学常数时，可根据经验数据确定。一般情况下，可按每去除1kgCOD产生0.05—0.10kgVss计算。本工程取X=0.07kgVss/kgCOD,则产泥量为：△X=XQ=0.07×4000×2.5×0.8=560（kgVss/d）式中Q设计处理水量，去除的COD浓度，kgCOD/据资料，小试条件下，啤酒废水Vss/ss=0.91,但不同试验规模下VSS/SS是不同的，因为规模越大，被处理的废水含无机杂质越多，因此取VSS/SS=0.8，则△=560/0.8=700(kgSS/d)污泥含水率P为98﹪，因含水率>95﹪,取=1000kg/,则污泥产量为则两个UASB反应器共产生污泥污泥龄的据算污泥龄排泥系统的设计一般认为，排出剩余污泥的位置在反应器的1/2高度出，但大都推荐把排泥设备安装在靠近反应器底部，也有人在三相分离器下0.5m处设计排泥管，以排除污泥床上面部分的剩余絮状污泥，而不会把颗粒污泥排走。对UASB反应器排泥系统，必须同时考虑在上、中、下不同位置设排泥设备，应根据生产运行中的具体情况考虑实际的排泥要求，来确定排泥位置。由于反应器的占的面积较大，所以必须进行均布多点排泥，建议每10设一个排泥点。专设排泥管管径不应小于200mm，以防堵塞。本次设计在三相分离器下0.5m处设置4个排泥口，排空时由污泥泵从排泥管强排，进水管也可兼作排泥管。UASB反应器每3天排泥一次，污泥排入污泥浓缩池。排泥管选DN200mm的钢管，排泥总管选用DN200的钢管。出水系统的设计计算溢流堰设计计算为了保持出水均匀，沉淀区的出水系统通常采用出水渠，一般每个单元三相分离器沉淀区设一条出水渠，而出水渠每隔一定距离设三角出水堰。本次设计溢流出水槽的分布见图4--6。池中设有6个单元三相分离器，出水槽共有6条，槽宽=0.2m。反应器流量设出水槽槽口附近水流速度=0.3m/s,则槽口附近水深=0.1286m，取槽口附近水深为0.25m，出水槽坡度为0.01。出水槽溢流堰共有12条，每条长12m。设计90°三角堰，堰高50mm，堰口宽100mm，则堰口水面宽=50mm。UASB处理水量为46.30L/S,溢流负荷为1—2L/(m·s),设计溢流堰负荷为f=1.1L/(m·s),则堰上水面总长L=q/f=46.30/1.1=42.091（m）。三角堰数量≈840（个）则每条溢流堰三角堰数量为840/12=70个，共70个100mm的堰口，70个100mm的间隙。堰上水头校核每个堰出流率为按90°三角堰计算公式=1.43，则堰上水头为：h==0.0172（m）出水渠设计计算UASB反应器沿长边设一条矩形出水渠，6条出水槽的出流流至此出水渠。出水渠保持水平，出水由一个出水口排出。出水渠宽=0.8m，坡度0.01.设出水渠渠口附近水流速度=0.4m/s,则渠口附近水深=0.145(m)考虑渠深应以出水槽槽口为基准计算，所以出水渠渠=0.25+0.145=0.395（m）。出水渠的出水直接自流进入配水井，后进入CAST反应池。出水管设计计算UASB反应器排水量为46.30L/S。选用DN300钢管排水，约为0.63m/s，水力坡度为0.0022.沼气收集系统的设计计算沼气集气系统布置由于有机负荷较高，产气量大，因此设置一个水封罐，水封罐出来的沼气先通入气水分离器，然后再进入沼气贮柜。热量计算：热量计算主要是在厌氧阶段的产热计算，所产生的沼气中甲烷含量=60%,甲烷的热值K=23000KJ/.沼气主要产生于厌氧阶段，设计产气率为r=0.35/kgCOD；单池总产气量为G=rQE=0.35×4000×2.5×0.8=2800(/d).(1)集气室沼气出气管每个集气罩的沼气用一根集气管收集，共有7根集气管，采用钢管。每根集气管内最大气流量=4.63×（/s）据资料，集气室沼气出气管最小直径为DN100且尽量设置不短于300mm的立管出气，若采用横管出气，其长度不宜小于150mm。本工程中设计集气管直径为DN150，设置500mm立管出气，共7根。(2)沼气主管7根集气管先汇入沼气主管，采用钢管，沼气主管管道坡度为0.5﹪。一个UASB反应器沼气主管内最大气流量g=（/s）两个UASB反应器沼气主管内最大气流量g=（/s）主管直径与沼气流量关系为g=式中a为充满度，取0.6，则支管流速V约为3.44m/s。由上式，取沼气主管直径为DN200。水封罐的设计计算水封罐的作用是控制三相分离器的集气室中汽液两相的界面高度，保证集气室出气管在反应器运行过程中不被淹没，运行稳定并将沼气即时排出反应器，以防止浮渣堵塞等问题的发生，经验表明，水封罐中的冷凝水将有积累，因此在水封罐中有一个排除冷凝水的出口，以保持罐中的水位。水度封高取1.5m，水封罐面积一般为进气管面积的4倍，则水封罐面积水封罐直径取0.8m。气水分离器汽水分离器起到对沼气干燥的作用，选用钢制气水分离器一个，气水分离器中预装钢丝填料，在气水分离器前设置过滤器以净化沼气，在分离器出气管上装设流量计及压力表。沼气柜容积确定由上述计算可知该处理站日产沼气5600m3，则沼气柜容积应为3h产气量的体积来确定，即（）设计选用300钢板水槽内导轨湿式储气柜，尺寸为。UASB的其他设计考虑取样管设计在池壁高度方向上设置若干个取样管，用以采取反应器内的污泥样，以随时掌握污泥在高度方向的浓度分布情况。在距反应器底1.1—1.2m位置，沿池壁高度上设置取样管4根，沿反应器高度方向各管相距0.8m，水平方向各管相距2.0m。取样管选用DN100钢管，取样口设于距地面1.1m处，配球阀取样。检修（1）人孔为便于检修，在UASB反应器距地坪1.0m处设600mm人孔一个。（2）通风为防治部分容重过大的沼气在UASB反应器内聚集，影响检修和发生危险，检修时可向UASB反应器中通入压缩空气，因此在UASB一侧预埋压缩空气管（由鼓风机房来）。（3）采光为保证检修时采光，除采用临时灯光外，不设UASB盖顶。防腐措施厌氧反应器腐蚀比较严重的地反是反应器上部，此处无论是钢材或水泥都会被损坏，因此，UASB反应器应重点进行顶部的防腐处理。在水平面以下，溶解的C会发生腐蚀，水泥中的CaO会因为碳酸的存在而溶解。沉降斜面也会腐蚀，为了延长反应器的使用寿命，反应器的防腐措施是必不可少的。本次设计中，反应器上部2m以上池壁用玻璃钢防腐，三相分离器所有裸露的碳钢部位用玻璃钢防腐。给排水在UASB反应器布置区设置一根DN32供水管补水、冲洗及排空时使用。通行在反应器顶面上设置钢架、钢板行走平台，并连接上台楼梯。安全要求（1）UASB反应器的所有电器设施，包括泵、阀、灯等一律采用防爆设备。（2）禁止明火火种进入该布置区域，动火操作应远离该区沼气柜。（3）保持该区域良好的通风。配水井的计算堰上水头H设两个配水井，每个配水井进水流量为166.7，单个溢流堰流量本设计采用矩形堰（堰高h取0.3m）,矩形堰的流量式中：——矩形堰的流量，；H——堰上水头，m；b——堰宽，m，取堰宽b=0.4m；m0——流量系数，通常采用0.327-0.332，取0.33.则堰顶厚度B当2.5<<10时，属于矩形宽顶堰。取B=0.5m，这时=4.31（在2.5-10范围内），所以该堰属于矩形宽顶堰。配水管管径D2设配水管管径=250mm，最大流量，查水力计算表，得v=0.47m/s,水力坡度i=0.00166.配水漏斗上口口径D按配水井内径的1.5倍设计，则配水井进水管的设计流量为进水管管径D1=300mm时，v=0.63m/s,满足设计要求。配水井直径为500mm+450mm+250mm=1200mm=1.2mCAST反应池设计计算CAST反应池介绍CAST法是利用不同微生物在不同负荷条件下，增殖速度差异和废水生物脱氮除磷机理，将生物选择器与传统的SBR反应器相结合的产物。CAST反应池的运行工序可分为进水-曝气期、沉淀期、滗水期和闲置期，在进水-曝气期完成生物降解过程，在沉淀期和滗水期完成固液分离过程。主要设计参数的选择本工程用容积负荷计算法。容积负荷计算法不考虑CAST池内基质浓度、活性污泥浓度和溶解氧含量在时间上的变化，只计算出水的有机物浓度差值，同时忽略同一反应周期内闲置、沉淀、排水阶段的生物降解作用，采用与传统活性污泥法基本相同的计算公式。已知：污水进水量8000；进水COD500mg/L进水BOD210mg/L;水温10—20℃；出水COD50mg/L;出水BOD21mg/L。参数选择：污泥负荷=0.35kgBOD/(kgmLSSd);反应池数N=4座;反应池水深H=5.0m;排出比=;活性污泥界面以上最小水深=0.5m;MLSS浓度=3500mg/L.运行周期及时间的确定曝气时间（）==3.9(h)沉降时间（）=，而所以=排水闲置时间，取，与沉淀时时间合计3.6h。一周所需时间≥++=3.9+1.6+2=7.5(h)周期数n取3，每周期为8h,进水时间所以，CAST运行一个周期需8h，其中进水8h（连续进水）,曝气4h，沉淀1.6h,排水闲置2h运行方式见下表。反应池1h2h3h4h5h6h7h8h1#池进水进水/曝气进水/曝气进水/曝气进水/曝气进水/沉淀进水/沉淀/撇水进水/撇水/闲置2#池进水/沉淀/撇水进水/撇水/闲置进水进水/曝气进水/曝气进水/曝气进水/曝气进水/沉淀3#池进水/曝气进水/沉淀进水/沉淀/撇水进水/撇水/闲置进水进水/曝气进水/曝气进水/曝气4#池进水/曝气进水/曝气进水/曝气进水/沉淀进水/沉淀/撇水进水/撇水/闲置进水进水/曝气反应池容积计算根据运行周期时间安排和自动控制特点，CAST反应池设置4个，2个一组交替运行1天。CAST反应池容积单池容积为反应池总容积为V=46668（）式中——单池容积，；m——排出比的倒数；n——周期数；N——池数。CAST反应池的构造尺寸CAST反应池为满足运行灵活及设备安装需要，设计为长方形，一端为进水区，另一端为出水区。CAST池单池有效水深H=5m，超高取0.5m,保护水深=0.5m。单池体积=LH，据资料，B/H=1~2,L/B=4~6.取B=9m,L=40m,所以=40×9×5=1800单池面积（）CAST池沿长度方向设一道隔墙，将池体分为预反应区和主反应区两部分，靠近进水端为CAST池容积的10%左右的预反应区，作为兼氧吸附区和生物选择区，另一部分为主反应区。据资料，预反应区长(0.16~0.25)L，取5m。CAST反应池尺寸m（外形）37.5×40.9×5.5（壁厚300mm）反应池液位控制CAST反应池总有效水深为5.0m排水结束时最低水位=5×（m）基准水位为5m；超高为0.5m;保护水深=0.5m；污泥层高度-=3.0-0.5=2.5m验证池容,单池一次进水8h，==83.3.所以每周期的进水量==83.3×8=666.7单个CAST反应池一周期内能纳水=（-）×=（5.0-3.0）×360=720（）所以CAST反应池的建造符合水量要求。保护水深的设置的是为了避免排水时对沉淀及排泥的影响。进水开始与结束由水位控制，曝气开始由水位和时间控制，曝气结束由时间控制，沉淀开始与结束由时间控制，排水开始由时间控制，排水结束由水位控制。排水口高度和排出装置排水口高度为保证每次换水=333的水量及时快速排出以及排水装置运行的需要，排水口应设在反应池最低水位之下约0.5—0.7m，本工程设计排水口在最低水位之下0.5m处。排出装置 每池排出负荷333=5.55/min每池设滗水器一套，一个出水口。选用旋转式滗水器，型号为XB—400型，排水堰长4.0m，最大排水量400，滗水深度为2m。产泥量及排泥系统CAST池产泥量CAST池的剩余污泥主要来自微生物代谢的增殖污泥，还有很少部分由进水悬浮物沉淀形成。CAST生物代谢产泥量为：△X=aQ-bV=aQ-bQ式中a微生物代谢增殖系数，kgVSS/kgCOD;B微生物自身氧化率,d-1;回流污泥浓度,mg/L;V-反应池容积,m3;去除的COD浓度,kgCOD/m3;COD污泥负荷,kgCOD/kgVSS.本次设计选a=0.75,b=0.05,则△X=（0.75-）×8000×0.45=2340（kg/d）假定剩余污泥含水率为99%，则排泥量为：=考虑一定的安全系数，则每天排泥一次，排泥量为234排泥系统每池池底坡向排泥坑坡度i=0.01,在每池出水端池底设1.0m×1.0m×0.5m排泥坑一个，每个排泥坑中接排泥管DN200一根,排泥管安装高程为相对池底+1.5m,相对最低水位为-1.5m,剩余污泥排入集泥井。需氧量及曝气系统设计计算需氧量计算CAST反应池需氧量Oa以每去除1kgCOD需氧量为0.75kgO2的经验法计算。Qa=0.75QSr/=0.75×8000×(500-50)×=2700(kgOa/d)两池每周期需氧量为Qat=Oa/2n=2700/2×3=450(kgOa/周期)一周期曝气4h，所以单位时间曝气量为：Qah=112.5(kg/h)=78.7()需要空气量计算Oa===1561.5（）式中可变微孔曝气器氧利用率，一般在18%--27.7%这里取18%。曝气器及空气管计算设计采用盘式橡胶膜微孔曝气器，型号为BZ·PJ·J,规格Ф215mm，铺设于CAST池池底。曝气器主要技术指标：空气流量2--3，水深4—5m，膜片平均孔隙率80--100m，服务面积0.3—0.6m2/个，氧利用率20.8%--30.6%。盘式橡胶膜微孔曝气器BZ·PJ·J型的供气量取2.5，充氧能力0.1—0.2kg/h，设计采用0.1kg/h，阻力损失2820—3440Pa。数量n=取n=1200个，单池曝气头数量为600个。曝气头以12列50排分布于池底，单池曝气头数量为600个。校核：单池曝气面积=(40-5)×9=315（）。单孔服务=符合在0.3—0.6/个的要求。布气系统计算从鼓风机房出来一根供气干管;在相邻的两个CAST池的隔墙上设一根空气支管，为两个CAST池供气；在每根支管上设20条配气竖管，为CAST池配气，4池共设两根空气支管，40条配气竖管。空气支管供气量为=由于CAST池交替运行，两根空气支管不同时供气，故空气干管供气量亦为26。反应池平面面积为35m×9m，共600个曝气器，则每个曝气器的曝气量设空气干管流速为15，支管流速为10，小支管流速为5，则空气干管直径：选用DN200mm钢管；设支管数量为n=20，则空气支管直径：选用DN50mm钢管；安装曝气器的小支管数量为n=100，则小支管管径：选用DN30mm钢管。鼓风机供气压力估算曝气器的淹没深度H=4.8m，空气压力可按此式估算校核估算的空气压力值管道沿程阻力损失可由下式估算式中——阻力损失系数，取4.4。取空气干管长为80m则其沿程阻力损失取空气支管长L为15m，管内气体流速为10，则其沿程阻力损失取空气小支管长L为9m，管内气体流速为5，则其沿程阻力损失所以空气管路沿程阻力损失为设空气管道的局部阻力损失为则空气管路的压力损失总和为取微孔曝气器的最大压力损失为，则鼓风机的供气压力为：故鼓风机的供气压力可采用61.74kpa，选择3台罗茨鼓风机曝气（2用1备），则单台风机能力为：G=780.75=13.01。鼓风机型号：RD—125，口径：125A，转速：1750r/min，压力：68.6kpa，进口流量Q：15.3/min，轴功率La：25.2KW，配电动机功率Pa：30KW。鼓风机房选用12m×9m。间歇式浓缩池设计计算本设计采用两座不带中心的间歇式浓缩池，浓缩时间采用12h，浓缩后含水率为：95%。进入浓缩池的最大污泥量为70.0×3+234.0=444.0=0.0051则单池流量：=222=0.00255设计计算简图如下图3-12所示：图3-12池容积计算：池表面积：式中：浓缩池有效水深，本设计取，1.5m；采用圆形钢筋混凝土结构，池壁宽为：300mm；直径为：设计中直径取10m。池有效高度为：式中：——缓冲层高度，本设计取，0.5m；上部总高度为：式中：——浓缩池的超高，本设计取，0.5m；浓缩后污泥体积的计算：=式中浓缩后剩余污泥量（）;浓缩前污泥含水率，一般采用99%；浓缩后污泥含水率，一般采用97%。=0.0051×=146.88浓缩后分离出的污水量q=Q×式中浓缩后分离出的污水量（）；进入浓缩池的污泥量（）；浓缩前污泥含水率，一般采用99%；浓缩后污泥含水率，一般采用97%。q=Q×==293.76排泥斗体积计算：污泥斗设在浓缩池的底部，采用重力排泥。=tan(R-r)式中污泥斗高度（m）；污泥斗倾角，圆形池体污泥斗倾角≥50°；r污泥斗底部半径（m）,一般采用0.5m×0.5m；R污泥浓缩池半径（m）。设计中采用=50°，r=0.5m,R=5m污泥斗容积为：V=上清液排除管的布置：在浓缩池高度上均匀布置有三根直径为100mm的钢管用于排除上清液，具体布置见附图。进泥排泥管布置：进泥管采用DN200的钢管，从池子的中心进泥；排泥管采用DN150的钢管，从池子的中心底部排泥。进泥时间为1小时，沉淀时间为12小时，排水时间为1小时，排泥时间为1小时。螺杆泵的选择由前边计算可得，每日浓缩后污泥量为146.88，排泥时间为一小时，则每小时排泥量为146.88,因此根据给水排水设计手册（12册）选用三台（两用一备）型号为EH1900的单螺杆泵，单台参数如下：流量：75.5转速：360r/min轴功率：7.8kw电动机型号：YCJ100电动机功率：11kw污泥脱水为了便于综合利用和最终处置，需对污泥作脱水处理，使其含水率降至60%—80%，从而大大缩小污泥的体积。脱水污泥量计算脱水后污泥量Q=式中脱水后污泥量（）；脱水前污泥量（）；脱水前污泥含水率（%）；脱水后污泥含水率（%）；脱水后干污泥重量（kg/g）。设计中取=146.88，=97%，=75%污泥脱水后形成泥饼用小车运走，分离液返回处理系统前端进行处理。4.10.2脱水机的选择(到此了)机械脱水方法有真空吸滤法、压滤法和离心法。目前常用的脱水机械主要有：真空转鼓过滤机、板框压滤机、带式压滤机、离心机。各种脱水机的主要特点见下表：名称特点适用范围真空转鼓过滤机能够连续生产，可以自动控制，构造复杂，附属设备多，运行费用高应用较少，适用于工业企业板框压滤机构造简单，劳动强度大，不能连续工作适合小型污泥处理装置带式压滤机可以连续工作，脱水效率高，噪音小，能耗低，操作管理方便应用广泛，适合大中小型污泥处理装置离心机构造简单，脱水效果好，动力消耗大，噪声较大应用广泛，适用大中小型污泥处理装置设计中选用DY—3000型带式压滤机，其主要技术指标为，干污泥产量600kg/h,泥饼含水率75%，絮凝剂聚丙烯酰胺投量按干污泥量的2.0‰。设计中采用3台带式压滤机，其中2用1备。工作周期定为4小时。所以每天处理的泥量为：m=600×4×2=4800kg/d,可以满足要求。第五章污水处理站布置5.1污水处理厂平面布置在污水处理站的厂区内有各处理单元构筑物；连通各处理构筑物之间的管、渠及其他管线；辅助性建筑物；道路以及绿地等。因此，要对污水处理站厂区内各种工程设施进行合理的平面规划。5.1.1污水处理站设施组成根据选定的处理方案和处理工艺流程，污水处理工程设施包括下面几方面。1、生产性构（建）筑物生产性构（建）筑物分为污水、污泥处理设施。污水处理设施包括格栅间、水力筛、调节池、提升泵站、UASB池、CAST池、鼓风机房等。污泥处理设施包括浓缩池、污泥泵、脱水机房。2、辅助设施辅助设施分为生产和生活辅助设施。生产辅助设施包括综合办公楼（含化验室、中心控制室）、仓库、食堂、宿舍楼、篮球场等。3、各类管道厂区管道包括污水工艺管道、污泥工艺管道、空气管道、沼气管道、超越管道、上清液回收管道、厂区给水管道、排水管道、加药管。4、其他设施其他设施有道路、绿化、照明、围墙、大门。5.1.2平面布置原则1、各处理单元构筑物的平面布置处理构筑物是污水处理厂的主体构筑物，在做平面布置时，应根据各构筑物的功能要求和水力要求，结合地形和地质条件，确定他们在厂区内平面的位置。对此，应考虑：贯通、连接各处理构筑物之间的管渠，使之便捷、直通，避免迂回曲折。土方量做到基本平衡，并避开劣质土壤地段。在处理构筑物之间，应保持一定的间距，以保证敷设连接管、渠的要求，一般的间距可取值5—10m，某些有特殊要求的构筑物，如污泥消化池、沼气贮罐等，其间距按有关规定确定。各处理构筑物应在平面布置上，应考虑尽量紧凑。(5)污泥处理构筑物应尽可能单独布置，以方便管理，应布置在厂区夏季主导风向下风向。2、管、渠的平面布置（1）在各处理构筑物之间，设有贯通、连接的管、渠。此外，还应设有能够使各处理构筑物独立运行的管、渠，当某一处理构筑物因故停止工作时，其后接处理构筑物仍能够保持正常的运行。（2）应设超越全部处理构筑物，直接排放水体的超越管。（3）在厂区内还应设有空气管路、沼气管路、给水管路及输配电线路。这些管线有的敷设在地下，但大都在地上，对他们的安排，既要便于施工和维护管理，又要紧凑，少占用地。3、辅助建筑物的平面布置污水厂内的辅助建筑物有集中控制室、变电所、机修间、仓库、食堂、浴池、宿舍、综合楼等。他们是污水处理厂不可缺少的组成部分。辅助建筑物建筑面积的大小应按具体情况与条件而定。辅助建筑物的位置应根据方便、安全等原则确定。生活居住区、综合楼等建筑物应与处理构筑物保持一定距离，应位于厂区夏季主风向的上风向。（3）操作工人的值班室应尽量布置在使工人能够便于观察各处理构筑物运行情况的位置。4、厂区绿化平面布置时应安排充分的绿化带，改善卫生条将，为污水厂工作人员提供优美的环境。5、道路布置在污水处理厂内应合理的修建道路，方便运输，要设置通向各处理构筑和辅助建筑物的必要通道，通道的设计应符合如下要求：主要车道的宽度：单车道为3—4m，双车道为6—7m，并应有回车道。车行道的转弯半径不宜小于6m。人行道的宽度为1.5—2m。通向高架构筑物的扶梯倾角不宜大于45°。（5）天桥宽度不宜小于1m。5.1.3平面布置1、工艺流程布置工艺流程布置根据设计任务书提供的厂区面积和地形，采用直线型布置。这种布置方式生产联络管线短，水头损失小，管理方便，且有利于日后扩建。2、构筑物平面布置按照功能，将污水厂布置分成三个区域：（1）污水处理区，该区域位于污水厂中部，由各项污水处理设施组成，呈直线型布置。包括格栅间、调节池、提升泵站、水力筛、CAST池、UASB池等。（2）污泥处理区，该区域在厂区主导风向的下风向，由各项污泥处理设施组成，呈直线型布置。包括污泥浓缩池、贮泥池、脱水机房等。（3）生活区，该区是将办公楼、宿舍、食堂、锅炉房、浴室等建筑物组合在一个区内。为不使这些建筑过于分散，将办公楼与化验室，食堂与宿舍，浴室与锅炉房合建。生活区位于污水厂北部，厂区主导风向的上风向。污水厂管线布置(1)污水工艺管道污水经泵站提升后，按照处理工艺流经各个处理构筑物后排入水体。(2)污泥工艺管道污水厂在处理污水的同时，也要处理产生的污泥。污泥来自CAST池和UASB池,按照工艺处理后运出场外。（3）厂区排水管道厂区排水管道系统包括四部分，构筑物上清液和溢流管、构筑物放空管、各构筑物排水管、厂区雨水管。这些无数的污染物浓度很高，不能直接排放，设计中收集后接入泵前集水池继续进行处理。（4）空气管道空气管道由鼓风机房至CAST池。（5）超越管道考虑到事故检修时不影响污水站运行，需设置超越管道。（6）加药管道由酸碱罐至调节池。（7）厂区给水管道由场外接入送至各建筑物用水点。4、厂区道路布置厂区道路布置见平面图。5、厂区绿化布置利用道路与建筑物之间的带状空地进行绿化，绿化带以草皮为主，靠路一侧种植绿篱，临靠构筑物一侧栽种花木或灌木，草地中栽种一些花木。厂区平面布置见总平面图。5.2污水处理厂高程布置污水处理厂高程布置的主要任务是：eq\o\ac(○,1)确定各处理构筑物及泵房的标高；eq\o\ac(○,2)确定处理构筑物之间连接管渠的尺寸及其标高；eq\o\ac(○,3)通过计算各确定部位的水面标高，从而能够使污水沿处理流程在处理构筑物之间畅通地流动，保证污水处理厂的正常运行。5.2.1高程布置原则1、认真计算管道沿程损失、局部损失，各处理构筑物、计算设备及联络管渠的水头损失；考虑最大时流量、雨天流量和事故时流量的增加，并留有一定的余地；还应考虑当某构筑物停止运行时，与其并联运行的其余构筑物及有关的连接管渠能通过全部流量。2、考虑远期发展，水量增加的预留水头。3、避免处理构筑物之间跌水等浪费水头的现象，充分利用地形高差，实现自流。4、在认真计算并留有余量的前提下，力求缩小全程水头损失及提升泵站的扬程，以降低运行费用。5、需要排放的处理水，在常年大多数时间里能够自流排放水体。注意排放水位不一定选取水体多年最高水位，因为其出现时间较短，易造成常年水头浪费，而应选取经常出现的高水位作为排放水位，当水体水位高于设计排放水位时，可进行短时间的提升排放。6、应尽可能使污水处理工程的出水管渠高程不受水体洪水顶托，并能自流。5.2.2污水处理构筑物高程布置污水处理构筑物高程布置的主要任务是：确定各处理构筑物的标高，确定各处理构筑物之间连接管渠的尺寸及标高，确定各处理构筑物的水面标高，从而能够使污水处理构筑物之间顺畅流动，保证污水厂正常运行。1、构筑物水头损失构筑物水头损失见下表：构筑物水头损失构筑物名称水头损失（m）构筑物名称水头损失（m）格栅0.205UASB池1.5水力筛0.2配水井0.3调节池0.3CAST池0.5提升泵站2、管渠水力计算管渠水力计算见下表:管渠水力计算表管渠及构筑物名称流量（L/S）管渠设计参数水头损失（m）D（mm）I(‰)V(m/s)L(m)沿程局部合计出水口至CAST111.13505.001.1060.0300.29760.3276CAST至配水井23.12501.660.475.50.00910.02120.0303配水井至UASB46.33002.20.638