啤酒车间废水处理工艺初步设计 环境工程专业毕业设计 毕业论 49页

摘要本文针对啤酒车间废水处理工艺进行初步设计。啤酒废水含有许多有机的物质，这些有机物浓度较高，虽然无毒，但易于腐败，排入水体要消耗大量的溶解氧，对水体环境造成严重危害。啤酒废水中BOD5/CODcr值高，在50％及以上，非常有利于生化处理。同时生化处理与物理法、化学法相比较；一是处理工艺比较成熟；二是处理效率高，CODcr、BOD5去除率高，一般可达80％~90％以上；三是处理成本低（运行费用省）；经过对各种处理工艺的对比，最终选择UASB+生物接触氧化作为处理工艺。本工艺流程设有格栅、调节池，对污水进行预处理，去除水中较大的悬浮颗粒和调节水质水量。生化处理采用生物接触氧化法，可提高有机物去除效率。沉淀池用来进行泥水分离。本流程简单稳定，对水量、水质的变化有很强的适应能力，同时确保出水的COD、BOD和SS以及总氮，总磷指标达到广东省地方标准《水污染排放限值》一级标准。通过初步预算，该工艺也将带来可观的经济效益和良好的环境效益。本文对格栅、调节池、UASB反应器、生物接触氧化池、二沉池、污泥池等主要构筑物进行计算，编制设计说明书，并绘制工艺流程、构筑物平面及高程、主要构筑物共四张图纸。关键词：啤酒废水；UASB；生物接触氧化；nAbstractThisarticleswastomakeapreliminarydesigndealingwithwastewaterfrombeerindustry.Brewerywastewatercontainsmanyorganicsubstances,whichcancauseseriousharmtotheaquaticenvironmentthoughconsumingalargeamountofdissolvedoxygen,althoughtheywerenontoxic.buteasytocorruption,intothewatertoconsumelargeamountsofoxygenintheaquaticenvironment,causingseriousharm.ThevalueofBOD5/CODcrofbrewerywastewaterwashigh,generally50%ormore,whichwasveryconducivetobiochemicaltreatment.Comparedtophysicalandchemicalmethod,biochemicalhassomeadvantage,suchasmaturetechnology,hightreatmentefficiency,whichCODcr,andBOD5removalratewashigh,generallyupto80%~90%,andlowoperatingcost.UASB+biologicalcontactoxidationwasfinallyselectedastreatmentprocessaftercomparingthevarioustreatmentprocesses.Firstofall,thePretreatmentprocesswascomposedbybarscreen,regulatingpond.Thewastewater’squalityandquantitywereregulatedandthelargesuspendedparticleswerealsoremovedinthispart.Biologicaltreatmentbybiologicalcontactoxidation,canincreasetheorganicmatterremovalefficiency.Trapsusedforspateseparation.Thissimpleprocessstability,water,waterqualitychangetohavestrongadaptabilityandensurethatoutofthewaterBODandSSandCOD,totalnitrogen,totalphosphorusindexesreachguangdonglocalstandardsthewaterpollutionemissionlimits"firstgradelevel.Throughtheinitialbudget,thisprocesswillbringconsiderableeconomicbenefitandgoodenvironmentalbenefits.Inthispaper,thegrilling，adjustivepoolgrating,UASBreactor,biologicalcontactoxidationponds,thesecondpond,sludgepondiscalculated,suchmainstructuresdesignspecification,andrenderingcompilingprocess,fixturesplaneandelevation,themainstructuresfourdrawing.Keywords:Brewerywastewater;UASB;biologicalcontactoxidation;n引言随着经济的快速发展，人民生活水平的提高，餐饮娱乐行业发展迅速，带动着我国啤酒产业的迅猛发展，其产量逐年上升，同时，也向环境中排放了大量的有机废水，每生产1t啤酒约需要10～30t新鲜水，相应地产生10～20t废水[1]。由于这种废水含有较高浓度的蛋白质、脂肪、纤维、碳水化合物、废酵母、酒花残渣等有机无毒成分，排入天然水体后将消耗水中的溶解氧，既造成水体缺氧，还能促使水底沉积化合物的厌氧分解，产生臭气，恶化水质。另外，上述成分多来自啤酒生产原料，弃之不用不仅造成资源的巨大浪费，也降低了啤酒生产的原料利用率，因此，在粮食缺乏，水和资源供应紧张的今天，如何既有效地处理啤酒废水又充分利用其中的有用资源，已成为环境保护的一项重要研究内容。1、啤酒废水的特点啤酒工业废水主要含糖类，醇类等有机物，有机物浓度较高，虽然无毒，但易于腐败，排入水体要消耗大量的溶解氧，对水体环境造成严重危害。国内啤酒厂废水中CODcr含量为：1000～2500mg/L，BOD5含量为600～1500mg/L，可生化性强。且含有一定量的凯氏氮和磷，会导致水体严重富营养化，破坏水体的生态平衡，对环境造成严重污染，所以啤酒废水的处理势在必行。2、啤酒废水处理现状与趋势鉴于啤酒废水中COD,BOD,SS等含量较高，目前常依据BOD5/CODcr的比值来判断废水的可生化性，即当BOD5/CODcr>0.3时易生化处理[2]n，当BOD5/CODcr<0.25时难于生化处理。而啤酒废水的BOD5/CODcr>0.3，所以一般多采用好氧生化处理，为了降低污染负荷，一般先采用厌氧处理，再用好氧生物处理。目前国内多用以生化处理为中心的方法，80年代中前期，以好氧生物处理为主，好氧生物处理是在有游离氧(分子氧)存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。主要有活性污泥法和生物膜法等。由于受场地，气温初次投资的限制，除了少数采用塔式生物滤池，生物转盘靠自然充氧外，多采用机械曝气充氧，但高电耗和高运行费用限制了其发展。随着节能环保方面的发展要求，开封啤酒厂于1988年首次将厌氧酸化技术应用到啤酒厂废水处理工艺中，节能约30%-50%，而且使整个工艺达标排放更加容易可靠。90年代初完整的厌氧工艺得到应用，即处理废水，又不产生二次污染，节能约70%。厌氧生物处理与好氧法相比，在获得同样高的去除率条件下具有成本低、产生的淤泥少、稳定、易脱水、占地面积小、操作方便、且产生的甲烷可作为燃料再利用的优点。七五以来我国对厌氧工艺进行了大量的研究和探索，以生化为主，生化物化结合的处理工艺，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组合法等。n啤酒废水属中高浓度有机废水，有很好的可生化性。啤酒废水中含有大量有机碳而氮源含量较少，在进行传统的生化处理中，其含氮量远远低于BOD：N=100：5(质量比)的要求，致使有些啤酒厂采用传统活性污泥法时，在不补充氮源情况下处理效果很差，甚至无法运行。要得到理想的处理结果，实现啤酒废水治理的环境效益和经济效益的统一，必须将两种或三种技术结合使用，这是解决啤酒废水污染问题的根本出路。例如，把厌氧和好氧处理池串联使用，依靠前者把废水的高负荷降低，再以后者把低浓度废水处理达标，其动力消耗则可由前一过程的质能转化予以补偿，产生更高的经济效益。3、啤酒废水处理技术　　目前国内外普遍采用生化法处理啤酒废水，根据处理过程中是否需要曝气，可把生物处理法分为好氧和厌氧两大类[3]。（1）厌氧生物处理　　厌氧生物处理适用于高浓度有机废水，它是在无氧条件下，靠厌气细菌的作用分解有机物.在这一过程中，参加生物降解的有机基质有50%～90%转化为沼气（甲烷），而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料，因此，啤酒废水的厌氧生物处理受到了越来越多的关注　　厌氧生物处理包括多种方法，但以升流式厌氧污泥床（UASB）技术在啤酒废水的治理方面应用最为成熟。UASB的主要组成部分是反应器，其底部为絮凝和沉淀性能良好的厌氧污泥构成的污泥床，上部设置了一个专用的气-液-固分离系统（三相分离室）。废水从反应器底部加入，在上向流、穿过生物颗粒组成的污泥床时得到降解，同时生成沼气（气泡）。气、液、固（悬浮污泥颗粒）一同升入三相分离室，气体被收集在气罩里，而污泥颗粒受重力作用下沉至反应器底部，水则经出流堰排出。　nUASB反应器对啤酒废水CODcr的去除率为60%～70%。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。颗粒污泥的形成是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；适当高的水力负荷将产生污泥的水力筛选，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，使污泥不断旋转，有利于丝状菌互相缠绕成球。　　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左右，需进行再处理或与好氧处理串联才能达标排放。（2）好氧生物处理　　好氧生物处理是在氧气充足的条件下，利用好氧微生物的生命活动氧化啤酒废水中的有机物，其产物是二氧化碳、水及能量。a.活性污泥法　活性污泥法是中、低浓度有机废水处理中使用最多、运行最可靠的方法，具有投资省、处理效果好等优点.该处理工艺的主要部分是曝气池和沉淀池.废水进入曝气池后，与活性污泥（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的条件下，活性污泥吸附并氧化分解废水中的有机物，而污泥和水的分离则由沉淀池来完成。活性污泥法处理啤酒废水的缺点是动力消耗大，处理中常出现污泥膨胀。可以通过投加化学药剂解决，但这将使处理成本提高。b.间歇式活性污泥法（SBR）n通过间歇曝气可以使动力耗费显著降低，同时，废水处理时间也短于普通活性污泥法。c.深井曝气法　深井曝气实际上是以地下深井作为曝气池的活性污泥法，曝气池由下降管以及上升管组成.将废水和污泥引入下降管，在井内循环，空气注入下降管或同时注入两管中，混合液则由上升管排至固液分离装置，即废水循环是靠上升管和下降管的静水压力差进行的.其优点是：占地面积少，效能高，对氧的利用率大，无恶臭产生，但是也有施工难度大，造价高，防渗漏技术不过关等缺点。d.生物膜法　与活性污泥法不同，生物膜法是在处理池内加入软性填料，利用固着生长于填料表面的微生物对废水进行处理，不会出现污泥膨胀的问题.生物接触氧化池和生物转盘是这类方法的代表，在啤酒废水治理中均被采用，主要是降低啤酒废水中的BOD5[4-5]。生物转盘是较早用以处理啤酒废水的方法.它主要由盘片、氧化槽、转动轴和驱动装置等部分组成，依靠盘片的转动来实现废水与盘上生物膜的接触和充氧.该法运转稳定、动力消耗少，但低温对运行影响大，在处理高浓度废水时需增加转盘组数[6]。生物接触氧化池是在微生物固着生长的同时，加以人工曝气.这种方法可以得到很高的生物固体浓度和较高的有机负荷，因此处理效率高，占地面积也小于活性污泥法。n为了既获得更好的处理效果，又可以降低处理成本，并且使能源得到合理有效地利用，废水的处理往往采用多种方法相结合的工艺，目前大多选择厌氧—好氧串联法处理[7]。本设计就采用UASB+好氧接触氧化法来进行处理。4、本设计的目的和意义综上所述，啤酒废水是一种高浓度的有机废水，对处理工艺和运行有一定的要求。废水中有机物含量高，不经处理直接排放水体能够对水体产生较严重的污染和影响，并危害人体健康。本设计通过采用UASB+好氧接触氧化法来进行处理啤酒废水,使其CODcr,BOD5,SS,TN,TP得到有效的去除，以达到广东省地方标准《水污染排放限值》一级标准的要求。并且遵循处理效果好，节能及投资运行费用省的原则来进行设计，使啤酒废水得到较好的处理,既避免了其可能带来的环境污染问题，也能为企业节省大量排污费用，有良好的环境效益，经济效益和社会效益。n1设计原则依据及要求1.1设计依据（1）中华人民共和国国家标准《污水综合指标排放标准》（GB8978-96）（2）《室外排水设计规范》（2000年版）（3）《给水排水设计手册》（4）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）（5）《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）（6）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）（7）《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）（8）《给水排水工程管道结构设计规范》（GB50332-2002）（9）《给水排水制图标准》（GB/T50106-2001）（10）《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）1.2设计原则（1）力求处理工艺操作方便运转灵活，确保出水水质满足广东省地方标准《水污染排放限值》一级标准。（2）使污水处理构筑物之间的布置紧凑，减小处理厂占地面积，从而降低投资。（3）严格执行国家和地方的有关标准、规范、法律、法规。1.3设计任务本设计为啤酒废水的处理工艺初步设计，其处理水量为Q=3000m3/d。出水要求达到广东省地方标准《水污染排放限值n》一级标准。具体进出水水质如表1-1所示。表1-1啤酒废水进出水水质览表指标CODCr（mg/l）BOD5（mg/l）SS（mg/l）TN（mg/l）TP（mg/l）进水水质1350700400303出水水质≤100≤20≤60≤10≤0.5根据表1-1，可以计算出各项污染物的去除效率，结果如下：（1）CODCr去除率=（1350-100）／1350=92.60%；（2）BOD5去除率=（700-20）／700=97.15%；（3）SS去除率=（400-60）／400=85%；（4）TN去除率=（30-10）／30=66.67%；（5）TP去除率=（3-0.5）／3=83.34%.在选择流程时，至少要保证所选的流程有如上的处理效果，才能达到本次设计的基本要求。n2污水处理方案的确定2.1设计思路根据啤酒废水的特点及处理的难点，设计思路大体如下：（1）水中SS等物理性污染物，一般采用物理方法如格栅、调节池、厌氧好氧反应以及沉淀池等工艺去除。结合本水质的特点，选择合理的工艺单元、构筑物及其型式。（2）对于难降解的COD，单纯采用好氧或是厌氧的方法很难保证出水达标。故拟采用生物接触氧化法，同时选择经济合理的组合方式和构筑物型式。（3）虽然设计任务中对氮磷的去除没做具体要求，但是考虑到其存在的客观性，在设计方案的敲定中，也考虑到对氮磷的部分去除。（4）工艺方案确定后，具体的构筑物选型和设计时，要尽量做到组合的优化，比较准确的设计好各构筑物。2.2方案比较根据啤酒废水特点和出水要求，暂定以下四种污水处理方案。1.酸化—SBR法处理啤酒废水其主要处理设备是酸化柱和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，优点是水解池体积小，造价低、易于维护、产生的剩余污泥少[5-6]。2.新型接触氧化法处理啤酒废水n废水首先通过微滤机去除大部分悬浮物，出水进入调节池，然后提升泵，在进入垂直折流式生物接触氧化反应器（VTBR）[6]中进行生化处理，通过风机强制供风使废水与填料接触，维持生化反应的需氧量，VTBR反应器出水进入沉淀器，去除一部分脱落的生物膜以减轻气浮设备的处理负荷，之后流入气浮设备去除剩余的生物膜，污泥及浮渣送往污泥浓缩池浓缩后脱水。但是气浮设备所需能耗大，投资费用较高，并且使流程更加复杂不易管理维修等。3.生物接触氧化法处理啤酒废水该工艺采用水解酸化作为生物接触氧化的预处理，水解酸化菌通过新陈代谢将水中的固体物质水解为溶解性物质，将大分子有机物降解为小分子有机物。水解酸化不仅能去除部分有机污染物，而且提高了废水的可生化性，有益于后续的好氧生物接触氧化处理。该工艺在处理方法、工艺组合及参数选择上是比较合理的，充分利用各工序的优势将污染物质转化、去除。然而，如果由于某些构筑物的构造设计考虑不周会影响运行效果，致使出水水质不理想，使生物接触氧化池的出水(静沉30min的澄清液)COD为500～600mg/L，经混凝气浮处理后出水COD仍高达300mg/L，远高于排放要求(100mg/L)[7]。4.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室上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池，对SS的去除率在50﹪n以上。上流式厌氧污泥床能耗低、运行稳定、出水水质好。好氧处理对水中的SS和COD均有较高的去除率。此工艺的处理效果好、操作简单、稳定性高。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。对悬浮物的去除率达96.6﹪，该工艺适合用在啤酒废水处理中[8]。以上四种方案均有较高的COD去除率，但是考虑到废水中含有悬浮固体SS及一定量的氮磷，UASB—好氧接触氧化工艺更符合设计要求，也有一定的优势，并且在获得同样的出水效果前提下，其建设和运行费用更低。2.3方案确定2.3.1污水处理流程通过比较研究，本方案采用UASB—生物接触氧化为主体的处理工艺，工艺流程如下所示：废水→格栅→调节池→UASB反应器→生物接触氧化池→沉淀池→出水2.3.2污泥处理流程本流程污泥的主要来源为格栅、调节池和沉淀池需要进行浓缩和脱水的处理后才能外运，处理流程如下：污泥→污泥浓缩池–→污泥脱水–→外运泥饼2.3.3各级处理单元污染物去除率分析根据处理要求和处理工艺流程，各级处理单元的污染物去除率分析如下表2-1所示。n表2-1各级处理单元的污染物去除率分析序号名称项目CODcr(mg/l)BOD5(mg/l)SS(mg/l)TN(mg/l)TP(mg/l)1格栅+调节池进水1350700400303出水1215630280303去除率10%10%10%______2UASB反应器进水1215630280303出水425189112153去除率65%70%60%50%___3接触氧化池进水425189112153出水8523344.50.45去除率80%88%70%70%85%4沉淀池进水8523344.50.45出水6818274.280.41去除率20%20%20%5%10%n3.污水处理构筑物设计3.1格栅3.1.1格栅的作用格栅是污水处理厂的第一道处理构筑物，它的作用是保护水泵，用以拦截可能堵塞水泵机组和阀们的污水中较大的悬浮物、漂染物、纤维物质和固体颗粒物质，从而保证后续处理构筑物的处理能正常运行。3.1.2设计参数设计流量Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s；最大设计流量Qmax=0.351.5=0.0525m3/s；进水渠内有效水深一般为0.2~0.5m，现取值h=0.3m；栅前流速0.4~0.8m/s；现取值为v1=0.8m/s；过栅流速0.6~1.0m/s[9]；现取值为v=0.6m/s；进水渠道宽m;3.1.3设计计算3.1.3.1中格栅设计计算[10]中格栅栅条间距为10~40mm[12]，现取值为b=20mm=0.020m；⑴栅条间隙数（n）（n取值为15）式中：——最大设计流量，m3/s；——格栅倾角，（°），取75°；n——格栅净间距，m；现取值为0.020m；——栅前水深，m；——过栅流速，m/s；图3-1格栅设计计算示意图⑵栅槽宽度（B）设栅条断面为锐边圆形断面式中：——栅条宽度，m；——栅条间隙数，个；——格栅净间距，m；⑶进水渠道渐宽部分的长度（）设渐宽部分展开角度，则式中：——栅槽宽度，m；n——进水渠宽，m；——渐宽部分展开角度（°）；校核栅前流速：，符合要求⑷栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（）式中：——进水渠道渐宽部分的长度m⑸通过格栅的水头损失（）设栅条断面为锐边矩形断面，见下表3-1查得表3-1阻力系数计算公式[10]栅条断面形状公式形状系数锐边矩形2.42迎水面为半圆形的矩形1.83圆形1.79迎水、背水均为半圆形的矩形1.67正方形:收缩系数，一般为0.64式中：β——形状系数——栅条宽度，m；——格栅间距，m；——过栅流速，m/s；n——系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用数值为3；——格栅倾斜角，（60°）；⑹栅后槽总高度（H）：式中：——栅前水深，m；——通过格栅的损失，m；——超高，一般采用0.3m；⑺栅槽总长度（L）：式中：——进水渠道渐宽部分的长度，m；——栅槽与出水渠道连接处的窄部分的长度，m；——栅前渠道深，m；；——格栅倾角（75°）；⑻每日栅渣量（W）：在格栅间隙20mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.1m3式中：——栅渣量污水，格栅间隙为16~25mm时，=0.10~0.05格栅间隙为30~50mm时，=0.03~0.01；——污水流量总变化系数1.2~1.5，现取1.5；渣量大于时，为了改善劳动与卫生条件用械清渣格栅[10]。校核：式中：——栅前水速，；一般取0.4m/s—0.9m/s；n——最小设计流量，；——进水断面面积，；——设计流量，。在之间，符合设计要求。3.1.3.2细格栅设计计算细格栅栅条间距为3~10mm，现取b=8mm=0.008m⑴栅条间隙数（n）（n取值为36）式中：——最大设计流量，m3/s；——格栅倾角（75°）；——格栅净间距，m；——栅前水深，m；——过栅流速，m/s；⑵栅槽宽度（B）设栅条断面为锐边矩形断面式中：——栅条宽度，m；——栅条间隙数，个；——格栅净间距，m；⑶进水渠道渐宽部分的长度（）设渐宽部分展开角度，n则式中：——栅槽宽度，m；——进水渠宽，m；——渐宽部分展开角度（°）；校核栅前流速：，符合要求⑷栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（）式中：——进水渠道渐宽部分的长度，m；⑸通过格栅的水头损失（）设栅条断面为锐边矩形断面，见上表查1得式中：β——形状系数；——栅条宽度，m；——格栅间距，m；——过栅流速，m/s；——系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用数值为3；——格栅倾斜角（75°）；⑹栅后槽总高度（H）：式中：——栅前水深m——通过格栅的损失mn——超高，一般采用0.3m⑺栅槽总长度（L）：式中：——进水渠道渐宽部分的长度，m；——栅槽与出水渠道连接处的窄部分的长度，m；——栅前渠道深，m；；——格栅倾角（75°）；⑻每日栅渣量（W）：在格栅间隙8mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.15m3其中：——栅渣量污水，格栅间隙为16~25mm时，=0.10~0.05，格栅间隙为3~10mm时，=0.10~0.15；——污水流量总变化系数1.2~1.5；由于渣量大于，宜采用机械清渣[11]。校核：式中：——栅前水速，；一般取0.4m/s—0.9m/s；——最小设计流量，；——进水断面面积，；——设计流量，；在之间，符合设计要求。n3.2调节池3.2.1调节池作用调节池的作用是减小和控制污水水量，水质的波动，为后续处理提供最佳运行条件。水量及水质的调节可以提高废水的可处理性，减少在生化处理过程中可能产生的冲击负荷，对微生物有毒的物质可以得到稀释，短期排出的高温废水还可以得到降温处理[13]。3.2.2设计参数设计水量Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s；水力停留时间T=6h3.2.3设计计算（1）调节池有效容积[14]池子有效容积V=QT=125×6=750m3（2）调节池尺寸取池总高H=2m,其中超高0.5m,有效水深h=1.5m则池面积池长取L=25m池宽取B=20m则池子总尺寸为L×B×H=25m×20m×2m（3）空气管设计空气量，根据空气主管、支管及穿孔管内气体流速的要求范围，管径分别选择150mm、80mm和40mm。其中空气主管1根，支管10根，每根支管连接2根穿孔管。为避免堵塞，穿孔管孔径取4mm，孔眼间距100mm。n（4）总水头计算式中：H——总水头损失，m；H0——穿孔管安装水深，m；h——管距阻力损失，m；一般调节池的管距阻力损失不超过0.5m。根据空气量Qs和H选择型号为LSR125-1WD罗茨鼓风机5台，一台备用。3.3UASB反应器3.3.1UASB反应器作用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。废水在UASB反应器中进行厌氧分解，去除大部分COD并将难生物降解的大分子物质分解为易生物降解的小分子物质[7]。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[9]。其设备简单，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[15]。3.3.2设计参数容积负荷（Nv）=3.0kgCOD/(m3·d);污泥产率=0.1kgMLSS/kgCOD；产气率=0.5m3/kgCOD;设计水量Q＝3000m3/d=125m3/h=0.035m3/sn表3-2UASB反应器进出水水质指标水质指标CODcrBOD5SSTN进水水质(mg/l)121563028030去除率（%）[16]65%70%60%50%出水水质(mg/l)425189112153.3.3设计计算（1）反应器容积计算UASB有效容积：式中：Q---设计流量，m3/dS0---进水COD含量，g/lNV----容积负荷，kgCOD/(m3·d)将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好[16]。取水力负荷q＝0.3[m3/(m2·h)]，则：由于面积较大，可采用2座相同的UASB反应器　则实际横截面积为：实际表面水力负荷为，故符合设计要求。（2）配水系统设计　本系统设计为圆形布水器，每个UASB反应器设120个布水点。n①参数：每个池子流量：Ｑm3/h②圆环直径计算：每个孔口服务面积为:在1～2m2之间，符合设计要求。可设3个圆环，最里面的圆环设12个孔口，中间设36个，最外围设72个孔口。a.内圈6个孔口设计：服务面积：折合为服务圆的直径为：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12个孔口，则圆的直径计算如下：　则b.中圈36个孔口设计：服务面积：折合成服务圆直径为:中间圆环直径计算如下：　　　则c.外圈72个孔口设计服务面积：折合成服务圈直径为：n则外圆环的直径计算如下：则（3）出水系统设计采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m，槽高0.2m。（4）排泥系统设计产泥量为：1215×0.65×0.1×3000×10-3=237kgMLSS/d；污泥浓度采用20000mgMLSS/L=20kg/m3；则产泥量237kgMLSS/d=11.85m3/d；每日产泥量237kgMLSS/d，则每个USAB日产泥量118.5kgMLSS/d,可用250mm排泥管，每两天排泥一次。3.4生物接触氧化池3.4.1接触氧化池作用接触氧化是在生物反应器内装载填料利用微生物自身的附着作用，在填料表面形成生物膜，使污水在与生物膜接触过程中得到净化[10]。有机物在接触氧化池中，通过好氧微生物的作用，被降解为生物质和CO2，通过这种方法被从污水中去除掉[14]。3.4.2设计参数设计流量Q＝3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s;容积负荷取1.0kgBOD5/(m3·d);3.4.3设计计算接触氧化池设计水质如表3-3[17]n表3-3接触氧化池进出水水质指标水质指标CODcrBOD5SSTNTP进水水质(mg/l)425189112153去除率（%）[16]80%88%70%70%85%出水水质(mg/l)8523344.50.45（1）接触氧化池的有效容积（即填料体积）：式中:V----氧化池有效容积，；Q----日均污水流量，/；------进水浓度,mg/l；-----出水浓度,mg/l；-----容积负荷,gBOD5/(m3·d)，取1.0kgBOD5/(m3·d)。（2）氧化池总面积：(取LB=16.610)式中：F-----氧化池总面积，；H----填料层总高度，m，一般取3m。（3）氧化池格数式中：n------氧化池格数，个，n≥2f---每格氧化池面积m2，f≤25m2，取16.6m2。（4）校核接触时间（5）氧化池总高度n式中：----填料高度，m；-----超高，一般取0.5m；-----填料层上部水深，一般为0.4～0.5m；---填料至池底的高度，在0.5～1.5m之间，---填料层数，取3层，间隙一般取0.3m污水在池内实际停留时间：选用Φ19mm的玻璃钢蜂窝填料，则填料总体积(6)需气量用多孔管鼓风曝气供氧，式中：D0-——1m3污水所需气量，m3/m3，一般为15～20m3/m3,取气水比Q——日均污水流量，/。（6）曝气系统的计算需氧量的计算需氧量=0.58×3000×(189-23)×10-3＋0.12×3000×10-3×498=468.12kg/d=19.5kg/h式中：aˊ--------平均转化1Kg的BOD的需氧量Kg/Kg，取0.58；nQ-----污水设计流量，m3/d;S0----进水BOD含量,mg/l;Se-----出水BOD含量,mg/l;bˊ----微生物自身氧化过程的需氧量，Kg/Kg，取0.12；X---曝气池中的挥发性悬浮固体浓度,mg/L,取3000mg/L。（7）供气量的计算a.空气扩散器出口处的绝对压力(淹没深度取4.5m)b.空气离开曝气池面时，氧的百分比式中：-----空气扩散器的氧转移效率，取30%；c.查排水工程下册附录1，得水中溶解氧饱和度Cs(20)=9.17mg/LCs(30)=7.63mg/L温度为20℃时，脱氧清水的充氧量为：式中:-----氧转移折算系数，（一般取0.8～0.85，取0.8）；-----氧溶解折算系数，（一般取0.9～0.97，取0.9）；-----密度，1.0kg/L；-----废水中实际溶解氧浓度，mg/l（一般取2mg/l）；-----需氧量,kg/h。nd.供气量为：（8）曝气器及空气管路的计算本设计采用WZP中微孔曝气器，技术参数如下：曝气量：4-12m3/h个服务面积：0.5-2.0m2/个氧利用率：在4米以上水深，标准状态下为30%～50%充氧能力：0.40-0.94kgO2/Kw.h充氧动力效率：7.05-11.74kgO2/Kw.h本设计取服务面积为1.66m2/个，则此池共需要曝气器为16.610/1.66=100个本池设10根支管，管长16.6m，，每根支管设10个曝气头，曝气头间距1.66m,共100个。每根支管所需空气量：反应池充气管管径：设空气干管流速小支管流速干管直径：校核：支管直径：校核：n图3-2空气管路图（9）鼓风机选择风压：P=15+H=15+2.5=17.5kPa式中：H——扩散设备的浸水深度，m；15——为估算管道压力及扩散设备压力损失之和，kPa。根据风量D和风压P，选择型号为RD-127罗茨鼓风机2台，其中1台备用。（10）污泥产量计算污泥排放量式中：Y--------污泥产率系数，kgMLVSS/(kgBOD5),取0.3Q----污水设计流量，m3/d;Sa-----进水BOD含量,mg/l;Se-----出水BOD含量,mg/l;污泥含水率为99.7%，当含水率>95%时，取n污泥产量：排泥管采用DN=250mm的穿孔管排泥，安装在距池底0.1m。3.5沉淀池3.5.1沉淀池作用接触氧化池中的生物膜会老化脱落，而沉淀池的作用就是从废水中分离出脱落的生物膜，确保出水达标[9]。采用2座竖流式沉淀池,则每个池子的最大流量：3.5.2设计参数表面负荷q’=2.5m3/(m2h)；空隙内流速v1=0.02m/s沉淀时间t=1.5h；中心管内流速v0=0.03m/s；3.5.3设计计算（1）中心管面积式中：qmax——单池最大设计流量，m3/s；v0——中心管内流速，m/s。（2）中心管直径（3）中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度n式中：v1——喇叭口与反射板之间的缝隙内流速，m/s。（4）沉淀部分有效断面积式中：v——沉降区内流速，m/s。其与表面负荷q’数值上相等。（5）沉淀池直径，符合要求。（6）沉淀池有效水深式中：t——沉降时间，h。（7）校核池径水深比D/h2=7.0/3.75=1.87＜3，符合要求。校核集水槽每米出水堰的过水负荷，符合要求，可不另设辐射式水槽。（8）污泥产量由于SS去除产生的污泥量：由于COD去除产生的污泥量式中：Ca，Cc——分别代表进口和出口COD的浓度，mg/l；a——污泥表观增长系数，取值为0.3。则污泥产量W=W1+W2=21+15.3=36.3kg/dn（9）污泥部分需要的容积按照污泥停留时间为2d计算，式中：T——污泥停留时间，d；r——污泥容重，kg/m3，取值为1000kg/m3；P——污泥含水率，%。取99.7%（10）污泥斗污泥斗为圆截锥形，设底部直径d′为0.4m，截锥高度为h5，截锥侧壁倾角a=55°，则则污泥斗体积V2＞V,可见污泥斗足够容纳产生的污泥量。(11)池子总高度式中：h1——超高，m；h3——缓冲层高度，m。n4、污泥处理4.1污泥浓缩池设计计算污泥主要来自UASB厌氧池、接触氧化池和沉淀池的污泥，污泥定期排放进入污泥浓缩池进行处理[13]。（1）UASB厌氧池，Q1=11.85m3/d,含水率99.7%；（2）生物接触氧化池，Q2=49.8m3/d,含水率99.7%；（3）沉淀池，Q3=1.82m3/d,含水率99.7%；总污泥量为：Q=Q1+Q2+Q3=11.85+49.8+1.82=63.47m3/d为考虑实际因素，取Q=70m3/d平均含水率为：99.7%4.1.1设计参数污泥浓缩池采用辐流式重力浓缩池。浓缩池进口污泥流量Q′=70m3/d（浓缩以后含水率为97%）[16]。固体负荷（固体通量）M一般为10～35kg/m3d，取M=10kg/m3d；污泥固体浓度C=3kg/l[18]4.1.2设计计算（1）浓缩池面积式中：C——污泥固体浓度，kg/l；M——污泥固体通量，kg/（m2·d）。n则浓缩池直径（2）浓缩池高度式中：T——污泥浓缩时间，h（3）浓缩池总深度式中：h2——超高，m；h3——缓冲层高度，m。采用中心驱动式刮吸泥机1台，为增强浓缩功效，刮泥机上有垂直栅条，吸泥管将污泥吸到上部的集泥槽中，通过中心导流筒内的排泥管排泥[15]。进泥管和排泥管均采用管径D=250mm4.2贮泥池及污泥泵4.2.1贮泥池作用污泥从浓缩池被排除后，没有压力进入污泥脱水机房，因此应设贮泥池。由浓缩池和预处理产生的污泥进入贮泥池，再由污泥泵将其提升，以便顺利进入污泥脱水机房。如果污泥脱水性能不理想，也可作为泥质调理池，加入混凝剂改善其脱水性能，提高脱水效果[19]。4.2.2设计计算（1）污泥量确认来自浓缩池污泥量约为：（含水率为97%）。n（2）贮泥池容积式中：T——污泥停留时间，h这里取4小时计算（3）贮泥池上部尺寸采用方形池子，具体尺寸为LBH0=4m4m2m，则上部容积为32m3。（4）斗部容积①将贮泥池设为正方形取斗底边l=1m，池，侧壁倾角α=50°，泥斗高度：h1=（4-1）tg50°/2=1.8m取保护高度为1.0m，则斗内有效容积为V0=×1.8×（12+42+1×4）=3.9m3（5）贮泥池总高度设超高h2=0.5m，则总高：H=h1+h2+H0=1.8+0.5+2+1=5.3m。（6）校核：贮泥池总容积为32+3.9＞28，符合要求。选择螺旋输送机1台，功率1.5kW(7)浓缩池排水量4.3污泥脱水4.3.1污泥脱水作用浓缩后的污泥含水率将为97%左右，但体积还是很庞大。为了综合利用和最终处置，需要对污泥进行脱水处理。经过脱水处理的污泥含水率可以降为60～70%，便于运输和储存[17]。n4.3.2设计选型选用卧式螺旋卸料沉淀离心机两台，型号为LWB450，一用一备。干污泥定期拉走处理，脱出的废水回到调节池[15]。5污水处理站平面及高程布置5.1平面布置5.1.1平面布置原则(1)处理构筑物的布置应紧凑，节约用地并便于管理。(2)处理构筑物应尽可能地按流程顺序布置，以避免管线迂回，同时应充分利用地形，以减少土方量。(3)经常有人工作的建筑物如办公，化验等用房应布置在夏季主风向的上风一方，在北方地区，并应考虑朝阳。(4)在布置总图时，应考虑安排充分的绿化地带，为污水处理厂的工作人员提供一个优美舒适的环境。(5)总图布置应考虑远近结合，有条件时，可按远景规划水量布置，将处理构筑物分为若干系列，分期建设。(6)构筑物之间的距离应考虑敷设管渠的布置，运转管理的需要和施工的要求，一般采用5到10米。(7)污泥处理构筑物应尽可能布置成单独的组合，以策安全，并方便管理。(8)变电站的位置应设在耗电量大的构筑物附近，高压线应避免厂内架空敷设。n(9)污水厂内管线种类很多，应综合考虑布置，以免发生矛盾，污水和污泥管道应尽可能考虑重力自流。(10)如有条件，污水厂内的压力管线和电缆可合并敷设在一条管廊或管沟内，以利于维护和检修。(11)污水厂内应设超越管，以便在发生事故时，使污水能超越一部分或全部构筑物，进入下一级构筑物或事故溢流[11]。综上所述，设计污水处理站平面布置图时，要根据工艺要求满足各种管道布置间距，满足良好的交通功能，有良好的绿化环境，对四周环境没有污染，又要满足各种功能要求，节约用地的原则。本设计的平面布置详见相关图纸。5.2高程布置5.2.1高程设计任务及原则其主要任务是：确定各处理构筑物和泵房的标高，确定处理构筑物之间连接管渠的尺寸及其标高，通过计算确定各部位的水面标高，从而能够使污水沿处理流程在处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理厂的正常运行。高程布置原则如下：(1)选择一条距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算。并应适当留有余地，以保证在任何情况下，处理系统都能够运行正常。(2)计算水头损失时，一般应以近期最大流量作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头。n(3)设置终点泵站的污水处理厂，水力计算常以接纳处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒退计算，以使处理后污水在洪水季节也能自流排出，而水泵需要的扬程则较小，运行费用也较低。但同时应考虑到构筑物的挖土深度不宜过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难。还应考虑到因维修等原因需将池水放空而在高程上提出的要求。(4)在作高程布置时还应注意污水流程与污逆流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。在决定污泥干化场，污泥浓缩池，消化池等构筑物的高程时，应注意它们的污泥水能自动排入污水入流干管或其它构筑物的可能[15-17]。5.2.2污水处理高程计算(1)水头损失计算根据要求，管道损失一般不超过构筑物损失的30%，而总水头损失为管道损失和经过构筑物的损失之和，所以可以认为总水头损失约是污水流经构筑物损失的1.3倍。本流程所设计的污水处理构筑物水头损失见表5-1。表5-1各个构筑物的水头损失构筑物名称格栅调节池UASB池接触氧化池沉淀池水头损失取值范围（m）0.15～0.30.6～0.70.5～0.60.25～0.50.5～0.6实际取值（m）0.30.60.50.50.5则有：①中格栅水头损失h1=0.15×1.3=0.195mn②中格栅至细格栅水头损失为h2=0.3×1.3=0.39m；③细格栅至调节池的水头损失为h3=0.6×1.3=0.78m；④调节池池至UASB池的水头损失为h4=0.5×1.3=0.65m；⑤UASB池至接触氧化池的水头损失为h5=2×0.5×1.3=1.3m；⑥接触氧化池至沉淀池的水头损失为h6=0.5×1.3=0.65m沿线损失约3.97m。(2)高程计算为简化计算，将地平面标高设定为0m。①沉淀池液面标高2.35m；②接触氧化池液面标高3.00m；③UASB池液面标高4.30m；④调节池液面标高4.95m；⑤泵站（设于细格栅前）建成地下式，底部标高为0m；⑥格栅液面标高0。表5-1各污水处理构筑物的设计水面标高池底标高及池顶标高构筑物名称池顶标高(m)水面标高(m)池底标高(m)泵站3.000.00-0.50调节池5.454.953.45UASB反应池4.604.301.38接触氧化池3.503.00-1.60二沉池2.652.35-6.412污泥浓缩池1.551.05-2.25贮泥池1.000.40-4.30本设计高程标注详见相关图纸。n6污水泵站的设计6.1泵站的设计采用集水池与机器间合建的矩形泵站。集水池容积采用相当于4台水泵10分钟的容积：W=125×10/60=20.83m3。有效水深H=3m，则积水池面积为F=6.95m2。则集水池尺寸为4m×2m×3.5m。泵站简图如下所示图6-1泵站示意图考虑到提升泵的数量和集水池尺寸，建成占地5m×4m的矩形泵站。6.2选泵（1）总扬程估算泵长总扬程=自由水头+沿线水头损失+泵站水头损失≈1.0+3.97+4+1.5≈10.47mn（2）流量拟采用6台水泵（其中1台备用），每台水泵的流量为25m3/h。考虑总扬程和流量[15]，选择IS80-50-200型污水离心泵6台（1台备用），流量为30m3/h，扬程为11.8m。7所选设备及各池池型总结设备和主要构筑物如表7-1和表7-2表7-1设备一览表设备名称型号数量备注三叶罗茨鼓风机LSR125-1WD5台其中1台备用罗茨鼓风机RD-1272台其中1台备用中微孔曝气器WZP100个中心驱动式刮吸泥机1台卧式螺旋卸料沉淀离心机LWB4502台污水提升泵IS80-50-2006台其中1台备用格栅除污机2台表7-2主要构筑物池型一览表名称尺寸(m)数量停留时间(h)调节池25×20×216UASB反应池D=16.3，H=2.922接触氧化池16.6×10×5.116沉淀池D=7.0，H=9.06221.5污泥浓缩池D=6，H=3.3118贮泥池4×4×5.314n泵站4×2×3.518工程概算及效益分析8.1工程初步投资预算根据主要构筑物及设备，估计出的工程投资表如表8-1所示。表8-1工程投资估算表工程或费用名称建筑工程费用（万元）运输安装工程费用（万元）设备购置费用（万元）合计（万元）（一）污水污泥处理部分格栅0.10.51.52.1调节池及提升泵房3.42.43540.8UASB反应池10.53.51327接触氧化池11.84.515.531.8沉淀池3.23.41016.6罗茨鼓风机1.51.558污泥浓缩池3.42.68.514.5污泥脱水间2.11.53538.6（二）附属设备综合实验办公楼1101035155车库及传达室1554060机修间、仓库11.558.525总计（万元）172.539.9207419.48.2经济效益分析（1）基础投资费用：工程投资419.4万元，其中设备投资约207万元。（2）运行费用：n包括人工费，电费，折旧费等约53万元。具体见表8-2，表8-3表8-2劳动定员及人员构成一览表序号名称工人技术人员管理人员合计一固液分离4117二废水处理车间4118三车间总人数12表8-3项目运行费用项目数量单价费用（万元/a）工资福利12人1万/a人12电费27万kW×h／a0.55元/kW·h14.85维修费总投资的1%4.2折旧总投资的5%21药品费0.65总计52.7（3）经济效益分析：每年可减少因超标排放而发生的排污费用约100万元。全部投资的回收期从建设开工算起约为4年，从投产算起约为3年，回收时间不长。从以上的主要指标看，该项目经济效益好。另外，项目的实施可减少环境污染，综合利用资源，所以该项目可以接受的。n结论本设计采用UASB—接触氧化池工艺合理，技术成熟，管理方便，能使水质稳定达标排放，具有显著的经济效益，实现了环境效益和经济效益的统一。对该啤酒车间废水进行集中处理，避免废水对周围水环境的污染。以较低的投入，可以收到良好效果，是一种合理、可靠的废水处理方案。通过对方案的设计，对工程做出系统的规划，为企业节省投资，对企业和社会都有巨大的经济和环境效益。通过以上分析本设计的工艺主要具有以下特点：（1）废水在格栅-调节池过程可去除部分的COD,BOD及悬浮物，有利于后继生化处理。（2）水处理后有保证，处理水的生化、理化指标均达到排放标准。（3）系统稳定、可靠。（4）投资较少，工艺流程简便本工程设计只是初步设计方案，可以针对废水的特点做出适当的选择，然后再做出具体设计。n致谢本论文是在陈志英老师的悉心指导下完成的，在此非常感谢陈志英老师，在我毕业设计期间，老师时常监督、指导并给我提供了很大的帮助和一些宝贵的意见，在此对他给予的帮助和支持表示衷心的感谢。同时在设计过程中还得到了很多同学的帮助，使得论文更加完善。在此，对那些对我的论文给予帮助的老师和同学们表示感谢！对于本设计任务，要想设计出来，设计得好，运用课本知识是远远不够的，因此就不能不去图书馆查找所需要的资料。所以还要感谢沈大的图书馆给予我这么大的帮助。感谢我们学院全体老师，在这四年里给我无限的关怀和帮助，谢谢！n参考文献[1]许为义.啤酒混合废水处理利用的生态工程系统实验研究[J].工业水处理,2004,24(3):27—30.[2]陈坚,任洪强,堵国成.环境生物技术应用与发展[M].北京:中国轻工业出版社,2001[3]梁多,彭超英.啤酒工业废水治理及清洁生产实例[J].酿酒,2004,31(3):84—86.[4]张华,阚久方.啤酒工业清洁生产[J].环境科技,2001(3):17—20[5]罗德裕,潘培丰,林克明.啤酒行业清洁生产评价初探[J].环境保护科学,2001,28(109):48—50[6]曹利江,任辉等.厌氧—好氧串联法处理啤酒废水［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/937f84c65fbfc77da269b196.html,2011-01-24[7]郭斌,庄源益.清洁生产工艺[M].北京:化学工业出版社,2003.[8]高俊发，王社平.污水处理厂工艺设计手册[M].北京：化学工业出版社，2003[9]张力军.水污染防治管理实用手册[M].北京：中国环境科学出版社，2007n[10]王国华，任鹤云.工业废水处理工程设计与实例[M].北京：化学工业出版社，2005[11]林静雯，王英刚.环境工程设计概论[M].中国教育文化出版社，2006[12]闪红光.环境保护设备选用手册水处理设备[M].北京:化学工业出版社,2002[13]陈杰瑢,周琪,蒋文举.环境工程设计基础[M].北京:高等教育出版社,2007[14]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——废水篇[M].北京：化学工业出版社，2000[15]唐受印，戴友芝等编.水处理工程师手册[M].北京：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