食品废水处理设计(课程设计) 23页

湖南科技大学环境工程综合课程设计一、食品废水简介食品工业是以农、牧、渔、林业产品为主要原料进行加工的工业。食品工业作为中国经济增长中的低投入、高效益产业正在引人注目地发展、扩大；这种扩大对中国的经济发展无疑是有促进作，但从环境保护的角度来讲，食品工业污水对环境的影响也要引起有关方面高度重视。食品工业包括许多与饮食有关的行业，有不同的分类方法。若按所用的原料分类，可分为：肉与肉制品工业；水产品加工工业；禽蛋加工工业；水果、蔬菜加工工业；乳品加工工业；制糖工业；粮食加工工业；淀粉工业；使用油脂工业；发酵工业；调味品及食品添加剂工业等。表1-1食品工业废水来源及水质 加工厂类别  产品名称  原料  主要污染源  排水水质/(mg/l)  肉类加工厂  红肠、火腿、咸肉（包括各种肉罐头）  禽肉、鱼肉、调料  原料处理设备、水煮设备、冷却水  PH值：5.5～7.5BOD：300～600SS：100～150      23n湖南科技大学环境工程综合课程设计奶制品厂 奶油、干酪、酸乳酪、奶粉、炼乳、各种加工奶、冰激凌 牛奶 设备和各器具清洗排水 PH值：6.5～11BOD：50～400SS：70～150  水产品加工厂  鱼贝罐头、鱼贝类加工制品、鱼粉、饲料、海产品肥料、骨粉肥料  鱼贝类、调料  原料处理设备、水煮设备、其他器具清洗排水、除臭设备排水  PH值：6.6～8.5BOD：200～2000SS：150～1000  砂糖加工厂  砂糖、糖粒  原糖  过滤设备、冷却水  PH值：6.0～8.0BOD：80～200SS：70～100  膨化粉、酵母、其他酵母合成剂制造厂  膨化粉、酵母和酵母合成剂  面粉、糖蜜  糖蜜发酵排水、清洗排水、杂排水  PH值：6.0～9.0BOD：300～1200  面包糕点厂  各种面包、饼干和糕点  面粉、砂糖酵母等  清洗搅拌机和其他各种容器排水  PH值：6.0～8.0BOD：200～600  饮料厂  汽水、柠檬汁、橙汁、果露  砂糖、碳酸  设备和各种容器清洗水  PH值：6.0～12.0BOD：250～35023n湖南科技大学环境工程综合课程设计SS：100～150  啤酒厂  啤酒  麦芽、酒花、碳酸  麦芽清洗设备和冷却水  PH值：8.0～11.0BOD：200～800SS：210～350  清酒（日本人）厂  清酒  米  冲洗设备排水  PH值：7.0～9.0BOD：50～300SS：100～200  酒厂  白酒、威士忌酒、白兰地酒、果酒、药酒  薯类、各种水果和米等  蒸馏后发酵排水、冲洗设备  PH值：6.0～8.0BOD：600～900SS：600～2000  琼脂厂  琼脂（含工业用）  石花菜  原料处理设备、漂白洗水  PH值,：1.0～14BOD：300～600SS：250～500  蔬菜、水果罐头和农产品加工厂  蔬菜水果罐头、腌（泡）菜、果酱、果冻、奶油花生、冷冻野菜  各种蔬菜和水果  原料处理设备、杀菌、冷却水  PH值：1.0～12.0BOD：200～60023n湖南科技大学环境工程综合课程设计SS：20～200CL-:2500～6000(腌菜)  调料厂  豆酱、酱油、食用氨基酸、谷氨酸苏打、辣酱油、西红柿酱、蔬菜调味汁、蛋黄酱、醋、香辣调料、咖喱粉  小麦、米和蔬菜  原料处理设备、洗涤设备、清洗排水  PH值：6.0～8.0BOD：40～300SS：200～300  粮食加工厂  白米、面粉、荞麦粉、玉米粉、豆粉、黄豆面  小麦和大豆  原料处理设备、收集装置排水  PH值：6.0～8.0BOD：20～400SS：400～600  食用油制造厂  食用油、色拉油、人造奶油、食用精制油脂  各种油  原油洗净设备、脱酸设备、冷却水  PH值：1.4～7.0BOD：150～1100SS：90～100  淀粉厂  淀粉、玉米粉  红薯、马铃薯和玉米  原料处理设备、漂白设备  PH值：6.0～8.0BOD：500～3000SS：3000   葡萄糖、麦芽糖 淀粉、麦芽  PH值：6.0～8.023n湖南科技大学环境工程综合课程设计葡萄糖、麦芽糖制造厂   原料处理设备、漂白设备 BOD：1500～2000SS：1000～2500  面条制造厂  切面、挂面、荞麦面粉、手擀面、通心粉  小麦、面粉、荞麦  原料处理设备、水煮设备  PH值：6.0～8.0BOD：250～600  豆馅制造厂  豆馅  小豆、杂豆  原料处理设备、沉淀设备、压滤设备  PH值：5.0～8.0BOD：500～4000SS：250～5000食品工业污水主要来源于原料处理、洗涤、脱水、过滤、各种分离精制、脱酸、脱臭和蒸煮等食品加工生产过程。污水中含有大量的蛋白质、有机酸和碳水化合物。由于很多浮游生物的存在，水中溶解性有机物增加很快，容易产生腐殖质，并伴有难闻气体；同时这些污水中铜、亚铅、锰、铬等金属离子含量较多，细菌、大肠菌群也常有超过国家排放标准，所以食品工业污水要经过处理后才能排放。23n湖南科技大学环境工程综合课程设计由于食品种类繁多，原料来源广泛，食品工业污水具有悬浮物、油脂含量高，重金属离子多，COD和BOD数值大，谁知和水量变化幅度大，氮、磷化合物含量高，某些情况下水温也较高等特点。污水处理工艺分成一级处理、二级处理和三级处理。对于食品工业污水，一级处理一般是采用固液分离技术去除污水中的悬浮物和漂浮物；二级处理是主要处理过程，一般采用生物处理技术去除水中有机物等有毒物质，一般采用膜处理法、强氧化剂等技术将污水进一步进化。食品工业污水在处理过程中会产生污泥、废油、废酸、废碱、加工过程中产生的动植物废弃物也应该进行无害化处理。选择食品工业排放污水处理工艺，不仅要考虑污水中有害物质的组成，而且要了解排出污水水质、水量的瞬间变化情况，这些对选择污水处理工艺、设备和日后运行管理都很重要。食品工业废水中较大悬浮物和油脂可以采用悬浮分离技术去除，以SS值表示的水中悬浮物（包括胶体）可以采用固液分离技术去除；污水中以COD、BOD等表示的有害物质可以采用生物处理技术去除；处理后的水要经过消毒处理才能排放，生物处理过程中产生的污泥要进行脱水排放。综上所述，食品工业污水的典型处理工艺流程图如下：污水→悬浮分离→调节池→生物处理→沉淀（过滤）→消毒→达标排放→污泥处理                                                                                                          23n湖南科技大学环境工程综合课程设计二、处理方法选择1、处理方法：UASB+SBR工艺处理食品废水（1）工作流程：污水→格栅→污水提升泵房→调节沉淀池→隔油池→UASB→SBR→出水外运←污泥脱水间←重力浓缩池（2）工艺原理及特点SBR是活性污泥法的一种，其反应机制及去除污染物的机理与传统的活性污泥法基本相同，但SBR与传统的水处理工艺的最大区别在于它是以时间顺序来分割流程各单元，整个过程对于单个操作单元而言是间歇进行的，但是通过多个单元组合调度后又是连续的。SBR集曝气、沉淀于一池，不需设置二沉池及污泥回流设备。在该系统中，反应池在一定时间间隔内充满污水，以间歇处理方式运行，处理后混合液沉淀一段时间后，从池中排除上清液，沉淀的生物污泥则留于池内，用于再次与污水混合处理污水，这样依次反复运行，则构成了序批式处理工艺。这种工艺的特点是23n湖南科技大学环境工程综合课程设计使处理流程简洁，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。三、设计说明书3.1进出水水质项目C（COD）C（BOD5）C（SS）色度pH植物油设计值2600100010005006-8200出水≤100≤20≤70≤506-920该水经处理以后，水质应符合《污水综合排放标准》GB8978-1996一级排放标准，即上表中的出水水质数值。3.2处理程度的相关计算COD去除率：（2600-80）/2600100%=97.0%BOD5去除率：（1000-20）/1000100%=98.0%SS去除率：（1000-70）/1000100%=93.0%色度去除率：（500-50）/500100%=90.0%植物油去除率：（200-20）/200100%=90.0%23n湖南科技大学环境工程综合课程设计3.3采用的处理工艺流程3.3.1处理工艺的选择污水→格栅→污水提升泵房→调节沉淀池→隔油池→UASB→SBR→出水外运←污泥脱水间←重力浓缩池3.4流程说明3.4.1格栅3.4.1.1设计说明格栅用以截留水中的较大悬浮物或漂浮物，以减轻后续处理构筑物的负荷，用来去除那些可能堵塞水泵机组驻管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行的装置。格栅安装在废水渠道、集水井的进口处，用于截流较大的悬浮物或漂浮物,主要对水泵起保护做用。另外,可以减轻后续构筑物的处理负荷。3.4.1.2参数选取格栅过栅流速一般采用0.6～1.0m/s格栅前渠道内的水流速度，一般采用0.4～0.9m/s23n湖南科技大学环境工程综合课程设计格栅倾角，一般采用45～60o，人工清渣的格栅倾角小时较省力，但占地多通过格栅的水头损失，一般采用0.08～0.15m格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m机械清渣不小于0.2m3.4.2调节沉淀池3.4.2.1设计说明食品加工废水的水量和水质随时间的变化幅度较大，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，缓冲瞬时排放的高浓度废水，同时使生产废水进行内部中和反应，从而降低运行成本，保证系统的稳定运行。另外,虽然食品加工废水中悬浮物(ss)浓度不是很高，但考虑到ss可能会影响到UASB中的反应，所以，此调节池也兼具有沉淀池的作用，能有效地去除部分ss。该池设计有沉淀池的泥斗，有足够的水力停留时间，保证后续处理构筑物能连续运行，其均质作用主要靠池侧的沿程进水，使同时进入池的废水转变为前后出水，以达到与不同时序的废水相混合的目的。3.4.2.2设计参数水力停留时间T=6h;设计流量Q＝1500m3/d=62.50m3/h=0.01740m3/s,采用机械刮泥除渣。23n湖南科技大学环境工程综合课程设计污水经初沉池后，其中的ss去除率约为60%,则进入下一步UASB反应器的ss为190mg/L。这里，将水中的COD看为不能摘这个环节出去，全部进入下一个工段反应。3.4.3UASB反应器3.4.3.1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23n湖南科技大学环境工程综合课程设计，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。3.4.3.2参数选取经过对同类工业废水用UASB反应器处理运行结果的参考，已知常温条件下（20～25℃）条件下UASB反应器的设计参数为:容积负荷2.5-3.0kgCOD/(m3·d),污泥产率0.10kgMLSS/kgCOD,产气率0.35m3/kgCODg。设计COD去除率为70%,预计出水COD为960mg/L。设计参数选取如下：容积负荷（Nv）2.8kgCOD/(m3·d)；污泥产率0.10kgMLSS/kgCOD；产气率0.35m3/kgCOD水力负荷q＝0.8[m3/(m2·h)]四、UASB反应器的设计计算4.1设计参数选取设计参数选取如下：容积负荷（Nv）2.8kgCOD/(m3·d)；23n湖南科技大学环境工程综合课程设计污泥产率0.10kgMLSS/kgCOD；产气率0.35m3/kgCOD4.2设计水质和水量表2.2UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBODSS最高进水水质(mg/l)260010001000去除率（%）708065出水水质(mg/l)780200350Q＝1500m3/d=62.50m3/h=0.01740m3/s4.3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,mg/lNv-------------容积负荷,kgCOD/(m3·d)23n湖南科技大学环境工程综合课程设计V有效＝15002600/2800=1392m3将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好。由于体积较大，同时也为了方便连续生产，因此设计为4个反应器，则每个反应器的有效体积为：V单个=1392/4=348m3取水力负荷q＝0.8[m3/(m2·h)]则A==62.5/0.8=78.15m2有h=＝348/78.15=4.5m采用4座相同的UASB反应器　　　　　　则　D=9.98m取D=10.0m则实际横截面积为=πD2=×3.14×100=78.5m2实际表面水力负荷为q1=Q/A＝62.5/478.523n湖南科技大学环境工程综合课程设计=0.20<1.0故符合设计要求4.4配水系统设计　本系统设计为圆形布水器，每个UASB反应器设36个布水点(1)参数　每个池子流量：Ｑ＝62.5/4=15.625m3/h(2)设计计算布水系统设计计算草图见右图圆环直径计算：每个孔口服务面积为:a=＝2.18m2a在1～3m2之间，符合设计要求可设3个圆环，最里面的圆环设6个孔口，中间设12个，最外围设18个孔口1)内圈6个孔口设计服务面积：＝6×2.18=13.08m2折合为服务圆的直径为：=4.08m23n湖南科技大学环境工程综合课程设计用此直径作一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布6个孔口，则圆的直径计算如下：　　　　　　　　则d1＝=2.04m2)中圈12个孔口设计服务面积：S2=12×2.18=26.16m2折合成服务圆直径为：　　=7.07m中间圆环直径计算如下：　　　π(5.312-d22)＝S2则d2=3.53m3）外圈18个孔口设计服务面积：S3=18×2.18=39.24m2折合成服务圈直径为：=10.0m23n湖南科技大学环境工程综合课程设计外圆环的直径d3计算如下：π(6.82-d32)=S3则d3＝5.0m4.5三相分离器设计三相分离器设计计算草图见上图：(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：1）沉淀区水力表面负荷<1.0m/h2）沉淀器斜壁角度设为50°,使污泥不致积聚，尽快落入反应区内。23n湖南科技大学环境工程综合课程设计3）进入沉淀区前，沉淀槽底逢隙的流速2m/h4）总沉淀水深应大于1.5m5）水力停留时间介于1.5～2h如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ＝50°沉淀区面积为：A=1/4πD2=1/4×3.14×100=78.5m2表面水力负荷为：q=Q/A=0.20<1.0符合设计要求。(3)回流缝设计取h1=0.3m,h2=0.5m,h3=1.5m如图2.4所示：b1=h3/tgθ式中：b1----------下三角集气罩底水平宽度，m;θ----------下三角集气罩斜面的水平夹角；h3----------下三角集气罩的垂直高度，m;23n湖南科技大学环境工程综合课程设计b1==1.26mb2=10-2×1.26=7.48m下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速V1可用下式计算：V1=Q1/S1式中：Q1----------反应器中废水流量，m3/h；S1----------下三角形集气罩回流逢面积，m2；V1=0.80m/hV1<2m/s,符合设计要求上下三角形集气罩之间回流逢中流速(V2)可用下式计算：V2=Q1/S2，式中：Q1----------反应器中废水流量，m3/h；S2----------上三角形集气罩回流逢之间面积，m2；23n湖南科技大学环境工程综合课程设计取回流逢宽CD=1.1m,上集气罩下底宽CF=5.0m则DH=CD×sin50°=0.84mDE=2DH+CF=2×0.84+5.0=6.68m=π(CF+DE)CD/2=20.18m2则V2=Q1/S2=0.77m/h<2m/h故符合设计要求确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸，由图可知：CH=CDsin40°=1.1sin400＝0.71mAI=DItg50°=(DE-b2)×tg50°=(6.68-4.98)×tg50°=1.01m故h4=CH+AI=0.71+1.01=1.72mh5=1.0m由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为：23n湖南科技大学环境工程综合课程设计CF-2h5tg40°=5.0-2×1.0×tg40°=3.32mBC=CD/sin40°=1.1/sin40°=1.71mDI=(DE-b2)=(6.68-4.98)=0.85mAD=DI/cos50°=0.85/cos50°=1.32mBD=DH/cos50°=0.84/cos50°=0.85mAB=AD-BD=1.32-0.85=0.46m五、分析总结5.1分析讨论对于工艺流程来说，其控制点部分的安装都是很合理的。没出参数的选择都根据参考资料上规定的要求进行选择的，对设计中的数据都是符合计算结果的。该设备的运行能满足食品加工企业的要求。在运行中，企业应尽可能使一些控制点采用计算机控制，已达到高效率的生产要求。5.2小结通过这次为期两周的课程设计，我更加清楚了UASB的设计原理及运转特点。这次亲自动手，使我加强了对专业知识的了解，也巩固了我对CAD的运用技巧。UASB反应器的反应过程包括水解，酸化，产乙酸和产甲烷等阶段。该反应器由23n湖南科技大学环境工程综合课程设计污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。UASB工艺的构造结构简单，反应器内可培养出厌氧颗粒污泥，实现了污泥龄与水力停留时间的分离。UASB对各种废水多有很大的适应性，能耗低，产泥量少，操作简单，处理效率及经济效率都比较可观。食品加工企业在利用UASB反应器处理废水中，能有效地将有机负荷降低到一定的水平，虽然在投产运行期间，UASB反应器的要求较之其他工艺有点偏高，但是，其经济效益明显优于其他工艺。果冻生产企业的受益之处在于，反应过程中能产生清洁燃料——甲烷。甲烷可以用来加热果冻厂的蒸汽锅炉或通过发电机转化为电能。结论是，这些优点表明果冻生产企业安装一套UASB反应器是极具经济收益的，尤其是在当今这个能源严重短缺，环境质量不断恶化的时代，更应加强企业在生产废水治理及回收利用的力度。参考资料《污水处理工程设计》化学工业出版社2003年《给水排水设计手册》中国建筑工业出版社2004年《污水处理厂工艺设计手册》化学工业出版社2004年《三废处理设计手册》（污水卷）化学工业出版社23n湖南科技大学环境工程综合课程设计《水污染控制工程》（第三版）高等教育出版社《工业废水处理工程实例》冶金工业出版社附录设计图纸23