釀酒廢水處理的工程設計

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密 級 公 開學 號 070423畢 業(yè) 設 計(論 文) 釀酒廢水處理的工程設計院 (系 、 部 )： 機械工程學院姓 名：班 級： 環(huán) 072專 業(yè)： 環(huán)境工程指 導 教 師 ： 李旭源/梁存珍教 師 職 稱 ： 高工/副教授2011 年 6 月 10 日·北京北京石油化工學院學位論文授權使用協(xié)議論文《釀酒廢水處理的工程設計》系本人在北京石油化工學院學習期間創(chuàng)作完成的作品，并已通過論文答辯。本人系作品的唯一作者，即著作權人。現(xiàn)本人同意將本作品收錄于《北京石油化工學院學位論文全文數(shù)據(jù)庫》 。本人承諾：已提交的學位論文電子版與印刷版論文的內容一致，如因不同而引起學術聲譽上的損失由本人自負。本人完全同意本作品在校園網上提供論文目錄檢索、文摘瀏覽以及全文部分瀏覽服務。公開級學位論文全文電子版允許讀者在校園網上瀏覽并下載全文。注：本協(xié)議書對于非公開學位論文在保密期限過后同樣適用。院系名稱：機械工程學院作者簽名：學 號：0704232011 年 05 月 27 日北 京 石 油 化 工 學 院畢 業(yè) 設 計 （論 文）任 務 書學院（系） 機械工程學院 專業(yè) 環(huán)境工程 班級 環(huán)072 學生姓名 指導教師/職稱 李旭源、梁存珍 / 高工、副教授 1.畢業(yè)設計（論文）題目釀酒廢水處理的工程設計2.任務起止日期： 2011 年 2 月 21 日 至 2011 年 5 月 27 日3.畢業(yè)設計（論文）的主要內容與要求（含原始數(shù)據(jù)及應提交的成果）（1）主要內容花冠集團釀酒有限公司始建于 1971 年，總投資達到 2.8 億元，現(xiàn)有職工1000 余人，公司日產酒 1000 噸，年產值達到 2 個億?，F(xiàn)在日產污水約 280 噸，高濃度污水每天約 80 噸，COD 濃度 1600-1800mg/L 。低濃度污水每天 200 噸，COD 濃度約 150mg/L 。本課題針對這一廢水進行工程設計。論文中需要包括詳細的設計計算、主要構筑物的施工圖、工藝流程圖、平面布置圖等相關圖紙。（2）設計參數(shù)本處理廠設計日處理能力為高濃度廢水 80m3，COD Cr=1600-1800mg/L，BOD 5=800-900mg/L，高濃度廢水200m3，COD Cr=150mg/L， BOD5=70mg/L。污水經處理后應符合以下要求：COD Cr≤60mg/L， BOD5≤20mg/L。（3）設計內容及工作量資料查閱：查閱 15 篇以上文獻，其中英文參考文獻為 2 篇以上，2010 年6 月以后文獻不少于 5 篇。通過查閱文獻了解釀酒廢水處理的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，確定本設計的基本流程；翻譯一篇不少于２萬字符的與本設計相關的英文文獻。設計內容：①進行有關設計計算，部分設計計算需要通過編程進行優(yōu)化，并進行設備選型；②繪制工藝流程圖；③繪制整個工程平面布置圖；④繪制各處理單元及構筑物的結構詳圖。繪圖要求：手工、計算機繪制有關圖紙。（4）最終提交材料計算機或手工繪制所有設計圖紙，設計說明書一份，外文文獻及翻譯。4.主要參考文獻（1）C. Cronin, K.V. Lo. Anaerobic treatment of brewery wastewater using UASB Reactors seeded with activated sludge [J]. Bioresource Technology, 1998(64): 33-385.進度計劃及指導安排第 1-3 周 整理文獻，翻譯一篇與本題目有關的英文文獻，撰寫開題報告；第 4 周 開題報告答辯；第 5-8 周 進行有關設計計算，設備選型；第 9-11 周 繪制所有要求的圖紙；第 12-13 周 撰寫論文；第 14 周 根據(jù)指導教師意見修改論文。任務書審定日期 年 月 日 系（教研室）主任（簽字） 任務書批準日期 年 月 日 教學院（部、系）院長（簽字） 任務書下達日期 年 月 日 指導教師（簽字） 計劃完成任務日期 年 月 日 學生（簽字） 釀酒廢水處理的工程設計I摘 要本文通過對啤酒廢水的水質、水量性質的分析，以及對現(xiàn)實中比較常用的處理方法進行分析并加以比較，最終提出了 UASB 和 SBR 法處理啤酒廢水的可能性。采用 UASB 和 SBR 工藝處理啤酒廢水，效果穩(wěn)定，運行管理簡單，適應性較強，投資運行費用較低，占地小，出水水質好。本文針對啤酒廢水的水質水量情況，詳細設計了包含 UASB，SBR 反應池在內的整個處理流程，并在此基礎上，針對每一環(huán)節(jié)所涉及到的構筑物，從工藝方面給予了詳細的計算和設計，對每個環(huán)節(jié)涉及到的機械設備進行了嚴密的選型。關鍵詞：啤酒廢水，SBR，UASB 釀酒廢水處理的工程設計IIAbstract The characters of pharmaceutical wastewater are completely analyzed, and all kinds of traditional methods are compared in this paper, and then the paper refers to the realistic possibility of the UASB,SBR process used in the system of pharmaceutical wastewater.The UASB,SBR process used to treat pharmaceutical wastewater has advantages such as stable treatment result, easy management, strong adaptability, low investigating, small coverings, high quality of effluent and high removal of nitrogen and phosphorus.The whole process including UASB,SBR are designed in detail in the foundation of the quality and quantity of the pharmaceutical wastewater and for each building referred in the process, it gives detailed design, for each machine and equipment, it provides type choosing properly. Key words: Brewery Wastewater, SBR, UASB釀酒廢水處理的工程設計III目 錄第一章 前 言 11.1 選題背景 .11.2 研究意義 .11.3 文獻綜述 .21.3.1 啤酒廢水處理現(xiàn)狀 21.3.2 啤酒廢水處理方法 21.3.3 結論 111.4 工藝流程圖 .12第二章 污水處理系統(tǒng)的設計計算 132.1 篩網的設計計算 .132.1.1 一般說明 132.1.2 設計計算 132.2 調節(jié)池的設計計算 .132.2.1 設計說明 132.2.2 設計參數(shù) 142.2.3 設計計算 142.3 UASB 厭氧反應器的設計計算 152.3.1 設計說明 152.3.2 設計參數(shù) 162.3.3 設計計算 162.4 SBR 反應器的設計計算 .212.4.1 一般說明 212.4.2 設計參數(shù) 222.4.3 設計計算 222.5 沉淀池的設計計算 .272.5.1 設計說明 272.5.2 設計參數(shù) 282.5.3 設計計算 282.6 儲泥池的設計計算 .302.6.1 一般說明 302.6.2 設計泥量 302.6.3 池體設計 302.7 污泥脫水間的設計計算 .312.7.1 設計說明 312.7.2 設計參數(shù) 312.7.3 設計計算 31第三章 水力及高程計算 323.1 水力計算 .323.1.1 一般說明 32釀酒廢水處理的工程設計IV3.1.2 設計計算 323.2 高程計算 .333.2.1 一般說明 33第四章 廠區(qū)平面布置和高程布置說明 354.1 廠址的選擇 .354.2 布置平面說明 .354.3 高程布置說明 .36第五章 技術經濟分析 375.1 工藝技術分析 .375.2 工藝經濟分析 .375.2.1 建設成本 375.2.2 其他費用 385.2.3 運行成本 38第六章 調試、運行及維護 396.1 開工調試 .396.1.1 調試前準備 396.1.2 調試內容 396.2 調試完后 .406.3 調試中出現(xiàn)的問題和解決辦法 .406.4 調試運行結果 .416.5 運行中出現(xiàn)的問題及解決方法 .41第七章 結論與展望 43參考文獻 44計算機程序及運行 46致謝 48聲明 49釀酒廢水處理的工程設計1第一章 前 言1.1 選題背景80 年代以來，我國啤酒工業(yè)得到迅速發(fā)展，到目前我國啤酒生產廠已經800 多家，據(jù) 1996 年統(tǒng)計我國啤酒產量達 1650 萬 t，既成為世界啤酒生產大國，又成為較高濃度有機物污染大戶，啤酒廢水的排放和對環(huán)境的污染已成為突出問題，引起了各有關部門的重視?；ü诩瘓F釀酒有限公司始建于 1971 年，總投資達到 2.8 億元，現(xiàn)有職工1000 余人，公司日產酒 1000 噸，年產值達到 2 個億。2009 年 9 月投資 985 萬元建成占地面積 2000 平方米的污水處理車間，工作人員 3 名，設計規(guī)模日處理污水 1000 噸?，F(xiàn)在日產污水約 280 噸。企業(yè)產生不同濃度的二股廢水。高濃度污水每天約 80 噸，COD 濃度 1600-1800mg/L。低濃度污水每天 200 噸，COD濃度約 150mg/L。本課題針對這一廢水進行工程設計。1.2 研究意義水是生命之源，是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，是不可替代的寶貴資源。我國卻是一個水資源十分短缺的國家，人均水資源占有量僅為世界平均水平的四分之一，嚴重制約著我國社會主義經濟的發(fā)展。經濟的騰飛是以環(huán)境的代價為前提的。隨著近代我國社會主義經濟的騰飛，社會主義工業(yè)呈現(xiàn)飛速發(fā)展，水資源污染尤其是工業(yè)廢水污染也嚴重惡化。工業(yè)廢水的污染以其污染大、污染物濃度高、廢水排放量大、廢水中含有多種有毒有害物質、廢水成分復雜以及水量變化大等特點而成為目前我們所面臨的主要問題。我國是世界上第二大啤酒生產國，啤酒生產過程中產生的大量廢水，若不處理直接排放，易對環(huán)境及水源造成污染。據(jù)統(tǒng)計，每生產 100t 啤酒產生的廢水的生化需氧量相當于 1.4 萬人生活污水的 BOD5，SS 值相當于 0.8 萬人生活污水的 SS 值，由此可見，啤酒廢水的污染程度很嚴重。基于水污染的危害性和嚴重性，以保護環(huán)境為宗旨，以達到國家廢水排放標準為目的來設計啤酒廢水處理工藝是啤酒生產廠廢水處理部門一項刻不容緩的重任。釀酒廢水處理的工程設計21.3 文獻綜述1.3.1 啤酒廢水處理現(xiàn)狀“七五”以來，我國對啤酒廢水的處理工藝和技術進行了大量的研究和探索，特別是輕工業(yè)系統(tǒng)的設計院和科研單位，對啤酒廢水的處理進行了各方面的試驗、研究和實踐，取得了行之有效的成功經驗，逐漸形成了以生化為主、生化與物化相結合的處理工藝。生化法中常用的有活性污泥法、生物膜法、厭氧與好氧相結合法、水解酸化與 SBR 相組合等各種處理工藝。這些處理方法與工藝各有其特點和不足之處，但各自都有較為成功的經驗。目前還有不少新的處理方法和工藝優(yōu)化組合正在試驗和研究，有的已取得了理想的成效，不久將應用于實踐。盡管目前污水處理技術眾多，但其發(fā)展目標是一致的，即以發(fā)展綠色技術、實現(xiàn)資源可持續(xù)開發(fā)利用和生態(tài)安全為目標。根據(jù)國內外研究動向，啤酒廢水處理技術發(fā)展趨勢將表現(xiàn)在以下幾個方面：（1） 充分利用新技術對現(xiàn)有的啤酒廢水處理工藝進行因地制宜的技術改造,采用高效節(jié)能的生物反應器。（2） 實行污水規(guī)?；刑幚恚擅獬貜托栽O備投資，易于采用新技術。（3） 啤酒廢水中含有多種有用物質，在處理前應盡量回收有用的固體物質,經加工后作飼料添加劑或藥品，在處理時應多考慮變廢為寶,提高經濟效益。（4） 針對啤酒廢水中有機物含量高、生物降解性差的特點，同時考慮能源緊張的形勢，主要采用厭氧-好氧聯(lián)合技術，并將產生的污泥干化后作肥料使用。（5） 當前全球水資源緊張已成為世界關注的焦點，而啤酒廢水有害無毒，如能將其凈化后回收利用，可達到節(jié)約水資源的目的。（6） 在污水處理中實行自動化控制技術,實現(xiàn)反應器自控管理，將節(jié)省人力。（7） 開發(fā)生物基因技術在環(huán)保領域的應用，向著節(jié)能、回收有用物質的方向發(fā)展。1.3.2 啤酒廢水處理方法我國是世界上第二大啤酒生產國，啤酒生產過程中產生的大量廢水，若不處理直接排放，易對環(huán)境及水源造成污染。據(jù)統(tǒng)計，每生產 100t 啤酒產生的廢釀酒廢水處理的工程設計3水的生化需氧量相當于 1.4 萬人生活污水的 BOD5，SS 值相當于 0.8 萬人生活污水的 SS 值，由此可見，啤酒廢水的污染程度很嚴重。啤酒生產的主要原料是大麥和大米，啤酒廢水產生于麥芽制作和釀造過程。啤酒廢水為高濃度有機廢水，具有相當好的可生化性。國內外一般采用生化處理為主并輔以物化處理的方法。物化法主要有混凝法、吸附法、分光光度法、粉煤灰改性處理方法等。生物法主要有光合細菌處理法、IC 反應器處理法、SBR 反應器處理法、A/O 工藝法、OCO 工藝處理法等。組合工藝主要有酸化水解-生物接觸氧化法，UASB 與 CASS 組合工藝，UASB 與 SBR 組合工藝，生物濾塔，UASB-好氧接觸氧化組合工藝等。1.3.2.1 混凝處理法廢水混凝處理法是廢水化學處理法之中的一種。通過向廢水中投加混凝劑，使其中的膠粒物質發(fā)生凝聚和絮凝而分離出來，以凈化廢水的方法?；炷的圩饔门c絮凝作用的合稱。前者系因投加電解質，使膠粒電動電勢降低或消除，以致膠體顆粒失去穩(wěn)定性，脫穩(wěn)膠粒相互聚結而產生；后者系由高分子物質吸附搭橋，使膠體顆粒相互聚結而產生?；炷齽┛蓺w納為兩類；①無機鹽類，有鋁鹽（硫酸鋁、硫酸鋁鉀、鋁酸鉀等） 、鐵鹽（三氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵等）和碳酸鎂等；②高分子物質，有聚合氯化鋁，聚丙烯酰胺等。處理時，向廢水中加入混凝劑，消除或降低水中膠體顆粒間的相互排斥力，使水中膠體顆粒易于相互碰撞和附聚搭接而形成較大顆?；蛐跄w，進而從水中分離出來。影響混凝效果的因素有：水溫、pH 值、濁度、硬度及混凝劑的投放量等 [2]?；炷A處理可使啤酒廢水 CODCr 降低 40%，減少了后處理負荷。單投混凝劑聚合氯化鋁 PAC 或單投陰離子型聚丙烯酰胺 PAM，或者投 PAC 加投 PAM效果較好 [1]。1.3.2.2 吸附處理法吸附法處理是利用多孔性固體相物質吸著分離水中污染物的水處理過程。吸著分離水中污染物的固體物質稱做吸附劑。吸附劑有：活性炭、活化煤、焦炭、煤渣、樹脂、木屑等。吸附是一種與表面能有關的表面現(xiàn)象，常分為物理吸附（靠吸附劑與吸附質之間的分子作用） 、化學吸附（靠化學鍵力作用）和離子交換吸附（靠靜電引力作用）三種類型。水處理過程中常采用吸附過濾床對水進行吸附法處理，可去除水中重金屬離子（如汞、鉻、銀、鎳、鉛等） ，有時也用于水的深度處理。吸附法還可用于凈化水中低濃度有機廢氣，如含氟、硫釀酒廢水處理的工程設計4化氫的廢氣，一般采用固定床吸附裝置 [2]。 利用吸附法的啤酒廢水處理系統(tǒng)不僅大幅度地降低了污水處理費用，還增加了企業(yè)治理污染的積極性，達到環(huán)境效益與經濟效益的真正統(tǒng)一。對達標后的廢水進行適當?shù)纳疃忍幚?，達到中水回用的要求，從而實現(xiàn)清潔生產、污染物零排放的目標，保護了水資源，保護了環(huán)境。對采用吸附降解法處理啤酒廢水的工藝進行了改造，解決了污泥的堵塞、污泥的膨脹、池體有效容積下降、運行成本較高等問題。運行結果表明，改造后的處理效果有明顯提高，出水水質穩(wěn)定，運行成本有了較大幅度的下降 [3]。1.3.2.3 粉煤灰改性處理啤酒廢水的研究粉煤灰是一種散粒狀物質，是燃煤電廠的主要排棄物。全國每年有 1 億 t之多,而利用率僅在 30 %～40 %，仍有較大量需開發(fā)利用。由于其中含有大量的 SiO2、Al 2O3、Fe 2O3、MgO、CaO 和未燃盡炭等，并具有多孔性、比表面積大、吸附力強等特點，直接或做相應處理后即可作為新型吸附材料。因此，用粉煤灰制備各種水處理劑得到了廣泛的研究和開發(fā)，以粉煤灰處理廢水是以廢治廢、實現(xiàn)廢棄物的資源化的有效途徑。國外從 20 世紀 80 年代中期采用堿性溶液對粉煤灰進行改性，改性后粉煤灰的吸附性能大大提高。粉煤灰對含鉻廢水、印染廢水、造紙廢水、生活污水、表面活性劑廢水、含氟廢水等均有較好的處理效果。本研究選用多種改性劑對粉煤灰進行改性處理，制得改性粉煤灰水處理劑,對其吸附混凝性能及在處理啤酒廢水應用進行了研究，確定了改性粉煤灰水處理劑處理啤酒廢水的最佳條件。以 Na2CO3、CaO 、HCl 、H 2SO4 等多種試劑作改性劑對粉煤灰進行改性處理,得到改性粉煤灰,并以改性粉煤灰處理啤酒廢水,研究了粉煤灰改性的最佳條件及改性粉煤灰處理啤酒廢水的機理。結果表明:改性后粉煤灰的吸附混凝性能有顯著的提高,啤酒廢水中 COD 的去除率從 50 %增加到 89 %。實驗確定Na2CO3 為最佳改性劑，最佳改性條件為改性劑與粉煤灰的用量比為 10mL/5g，室溫下攪拌 5min，靜置 30min[4]。1.3.2.4 光合細菌處理法光合細菌(簡稱 PSB)是地球上出現(xiàn)最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成體系的原核生物，是在厭氧條件下進行不放氧光合作用的細菌的總稱，是一類沒有形成芽孢能力的革蘭氏陰性菌，是一類以光作為能源、能在厭氧光照或好氧黑暗條件下利用自然界中的有機物、硫化物、氨等作為供氫體兼碳源進行光合作用的微生物。光合細菌廣泛分布于自然界的土壤、水田、沼澤、湖釀酒廢水處理的工程設計5泊、江海等處，主要分布于水生環(huán)境中光線能透射到的缺氧區(qū)。高濃度的有機廢水目前已成為主要的水污染源，是環(huán)境保護領域急待解決的重點問題。其中，啤酒廢水大多屬于高色度、難降解的高濃度有機廢水，而且由于啤酒廠使用原料復雜、生產工藝不同、產品種類繁多，使得啤酒廢水通常具有組成復雜，有機污染物種類多、濃度高，COD 波動大，BOD/COD 差異大的特點。采用 PSB 法對其進行處理，進水可以不需稀釋，設備的有機負荷較高且處理后產生的剩余菌體污泥中蛋白質及其他營養(yǎng)物質含量高，可在水產養(yǎng)殖業(yè)、畜禽飼養(yǎng)業(yè)和農業(yè)等方面進行綜合利用，從而獲得一定的經濟效益，降低了處理成本?？梢?，應用 PSB 法處理啤酒廢水是具有很好發(fā)展的前景 [5]。1.3.2.5 A/O 工藝處理啤酒廢水采用 A/O 工藝處理高濃度的啤酒廢水，出水 CODCr、BOD 5 和 SS 的去除率分別為 88.7%～92.8% 、 90.3%～95.4% 和 86.2%～90.0%，達到了啤酒工業(yè)污染物排放標準。A/O 工藝處理高濃度啤酒廢水，具有結構緊湊、流程簡單、停留時間短、水質水量適應范圍廣、有機物降解效率高，污泥沉淀性能好、不產沼氣和防止污泥膨脹等特點，是一條有效可行的技術路線 [6]。1.3.2.6 OCO 工藝處理啤酒廢水OCO 工藝是一種 A2O 活性污泥工藝，結合 ABR 反應器和氧化溝工藝的優(yōu)點，具有節(jié)能、高效、運行靈活等特點。OCO 工藝的厭氧區(qū)為 PABR 反應器，反應器內設置豎向導流板，將反應器分隔成幾個串聯(lián)的反應室，每個反應室都是一個相對獨立的上流式污泥床（UASB）系統(tǒng)。它構造簡單、施工簡便、不需要三相分離器、造價低，并且極大地提高了處理效率。處理后的出水水質穩(wěn)定，各項指標均可達到國家污水排放綜合標準（GB8978 －96）一級排放標準。對于水量較小、水質波動較大、高濃度的有機廢水，可采用 OCO 工藝處理。其構造簡單，無需初沉池，硝化、反硝化區(qū)面積可靈活變化，運行方式靈活，可以 A/O 或 A2/O 方式運行；水下微孔曝氣使充氧效率高，內回流不需泵送，污泥沉降性能好；占地面積小，處理效率高，電耗低，土建投資省 [7]。1.3.2.7 利用 IC 反應器處理廢水IC 反應器由 2 層 UASB 反應器串聯(lián)而成。按功能劃分，反應器由下而上共分為 5 個區(qū)：混合區(qū)、第 1 厭氧區(qū)、第 2 厭氧區(qū)、沉淀區(qū)和氣液分離區(qū)。混合區(qū)：反應器底部進水、顆粒污泥和氣液分離區(qū)回流的泥水混合物有效釀酒廢水處理的工程設計6地在此區(qū)混合。第 1 厭氧區(qū)：混合區(qū)形成的泥水混合物進入該區(qū)，在高濃度污泥作用下，大部分有機物轉化為沼氣。混合液上升流和沼氣的劇烈擾動使該反應區(qū)內污泥呈膨脹和流化狀態(tài)，加強了泥水表面接觸，污泥由此而保持著高的活性。隨著沼氣產量的增多，一部分泥水混合物被沼氣提升至頂部的氣液分離區(qū)。氣液分離區(qū)：被提升的混合物中的沼氣在此與泥水分離并導出處理系統(tǒng)，泥水混合物則沿著回流管返回到最下端的混合區(qū)，與反應器底部的污泥和進水充分混合，實現(xiàn)了混合液的內部循環(huán)。第 2 厭氧區(qū)：經第 1 厭氧區(qū)處理后的廢水，除一部分被沼氣提升外，其余的都通過三相分離器進入第 2 厭氧區(qū)。該區(qū)污泥濃度較低，且廢水中大部分有機物已在第 1 厭氧區(qū)被降解，因此沼氣產生量較少。沼氣通過沼氣管導入氣液分離區(qū)，對第 2 厭氧區(qū)的擾動很小，這為污泥的停留提供了有利條件。沉淀區(qū)：第 2 厭氧區(qū)的泥水混合物在沉淀區(qū)進行固液分離，上清液由出水管排走，沉淀的顆粒污泥返回第 2 厭氧區(qū)污泥床。從 IC 反應器工作原理中可見，反應器通過 2 層三相分離器來實現(xiàn)SRTHRT，獲得高污泥濃度；通過大量沼氣和內循環(huán)的劇烈擾動，使泥水充分接觸，獲得良好的傳質效果。IC 反應器具有的優(yōu)點 [8]：(1) 處理能力高。IC 反應器的負荷是 UASB 反應器負荷的 5～7 倍，UASB 反應器的容積負荷通常為 3～5kgCOD/(m 3.d)，而 IC 反應器的容積負荷可達到20～30kgCOD/(m 3.d)。圖 1-1 IC 反應器釀酒廢水處理的工程設計7(2) 運行費用低。由于 IC 反應器的處理效率、進水負荷比 UASB 反應器的處理效率高，廢水的處理成本低；同時由于合理的結構設計，不需要另投酸或堿液來調節(jié) PH，可節(jié)省大量運行費用。(3) 污泥不易流失，容易形成顆粒污泥。由于 IC 獨特的反應器結構和高的水利負荷和產氣負荷，比 UASB 更能形成和保持顆粒污泥。(4) 投資省，占地面積少。因 IC 有機負荷比 UASB 高，因此處理同樣規(guī)模的有機廢水，IC 反應器的容積比 UASB 要小，故 IC 反應器的建造成本比 UASB 要低。IC 反應器具 有 的 缺 點 ：(1) 反應器啟動時間長，且反應器啟動過程中循環(huán)量?。?2) 顆粒污泥培養(yǎng)技術條件要求高，污泥顆粒化困難。1.3.2.8 利用 SBR 處理啤酒廢水SBR 是序列間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，又稱序批式活性污泥法 [9]。與傳統(tǒng)污 水 處 理 工 藝 不同，SBR 技術采用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩(wěn)定生化反應替代穩(wěn)態(tài)生化反應，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動態(tài)沉淀。它的主要特征是在運行上的有序和間歇操作，SBR 技術的核心是SBR 反應池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)。正是 SBR 工藝這些特殊性使其具有以下優(yōu)點： （1）理想的推流過程使生化反應推動力增大，效率提高，池內厭氧、好氧處于交替狀態(tài)，凈化效果好。 （2）運行效果穩(wěn)定，污水在理想的靜止狀態(tài)下沉淀，需要時間短、效率高，出水水質好。 （3）耐沖擊負荷，池內有滯留的處理水，對污水有稀釋、緩沖作用，有效抵抗水量和有機污物的沖擊。 （4）工藝過程中的各工序可根據(jù)水質、水量進行調整，運行靈活。 （5）處理設備少，構造簡單，便于操作和維護管理。 （6）反應池內存在 DO、BOD 5 濃度梯度，有效控制活 性 污 泥 膨脹。 （7） SBR 法 系統(tǒng)本身也適合于組合式構造方法，利于廢水處理廠的擴建釀酒廢水處理的工程設計8和改造。 （8）脫氮除磷，適當控制運行方式，實現(xiàn)好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)交替，具有良好的脫氮除磷效果。 （9）工藝流程簡單、造價低。主體設備只有一個序批式間歇反應器，無二沉池、污泥回流系統(tǒng)，調節(jié)池、初沉池也可省略，布置緊湊、占地面積省。 SBR 工藝缺點： （1）自動化控制要求高。 （2）排水時間短（間歇排水時） ，并且排水時要求不攪動沉淀污泥層，因而需要專門的排水設備（潷水器） ，且對潷水器的要求很高。 （3）后處理設備要求大：如消毒設備很大，接觸池容積也很大，排水設施如排水管道也很大。 （4）潷水深度一般為 1~2m，這部分水頭損失被白白浪費，增加了總揚程。（5）由于不設初沉池，易產生浮渣，浮渣問題尚未妥善解決1.3.2.9 酸化水解-生物接觸氧化法酸化水解-生物接觸氧化法優(yōu)點： 圖1-2 SBR 工藝反應流程圖釀酒廢水處理的工程設計9工藝凈化效率高,出水水質好，污泥產生量小，污泥處理系統(tǒng)??；空氣需要量少，能耗低;容積負荷高，所需厭氧反應器體積更??；對營養(yǎng)物質要求低；同時可脫氮除磷。處理工藝簡單、所需設備少、工程投資小、耐沖擊負荷較高、運行效果穩(wěn)定、處理成本低、運行管理方便等優(yōu)點 [10]。酸化水解-生物接觸氧化法缺點：受溫度、pH 等影響較大，不耐沖擊負荷，運行效果不穩(wěn)定 ;有沼氣產生，需配套貯存、凈化設施，設備投資高；對操作人員技術要求高，操作管理復雜。在綜合考慮技術、經濟、環(huán)保等方面因素后,對于啤酒、飲料、食品等行業(yè)排放的高濃度有機廢水，選擇酸化水解-接觸氧化處理工藝，是比較適宜的?？傮w來說，啤酒廢水采用厭氧(酸化水解)預處理，再進行好氧處理是比較理想的，通過“ 酸化水解- 生物接觸氧化” 處理后，啤酒廢水出水水質已滿足排放標準要求，進行適當?shù)纳疃忍幚砗螅纯蓾M足回用水或中水水質要求。對于北方水資源緊缺的地區(qū)，也可直接進行利用(如作為綠化用水等)。同時，該處理工藝方案處理效果好，在達到國家規(guī)定的排放標準前提下,還有投資較小、運行費用較低、管理操作方便,占地面積較小等諸方面優(yōu)點。1.3.2.10 UASB-好氧接觸氧化組合工藝 此處理工藝中主要處理設備是上流式厭氧污泥床和好氧接觸氧化池，處理主要過程為：廢水經過轉鼓過濾機，轉鼓過濾機對 SS 的去除率達 10%以上，隨著麥殼類有機物的去除，廢水中的有機物濃度也有所降低。調節(jié)池既有調節(jié)水質、水量的作用，還由于廢水在池中的停留時間較長而有沉淀和厭氧發(fā)酵作用。由于增加了厭氧處理單元，該工藝的處理效果非常好。上流式厭氧污泥床能耗低、運行穩(wěn)定、出水水質好，有效地降低了好氧生化單元的處理負荷和運行能耗( 因為好氧處理單元的能耗直接和處理負荷成正比)。好氧處理(包括好氧生物接觸氧化池和斜板沉淀池)對廢水中 SS 和 COD 均有較高的去除率，這是因為廢水經過厭氧處理后仍含有許多易生物降解的有機物。該工藝處理效果好、操作簡單、穩(wěn)定性高。上流式厭氧污泥床和好氧接觸氧化池相串聯(lián)的啤酒廢水處理工藝具有處理效率高、運行穩(wěn)定、能耗低、容易調試和易于每年的重新啟動等特點。只要投加占厭氧池體積 1/3 的厭氧污泥菌種，就能夠保證污泥菌種的平穩(wěn)增長，經過 3 個月的調試 UASB 即可達到滿負釀酒廢水處理的工程設計10荷運行。整個工藝對 COD 的去除率達 96.6%，對懸浮物的去除率達 97.3%～98%，該工藝非常適合在啤酒廢水處理中推廣應用 [11]。 1.3.2.11 UASB 與 SBR 組合工藝處理啤酒廢水UASB 由污泥反應區(qū)、氣液固三相分離器（包括沉淀區(qū)）和氣室三部分組成。在底部反應區(qū)內存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，把它轉化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入氣室，集中在氣室沼氣，用導管導出，固液混合液經過反射進入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿著斜壁滑回厭氧反應區(qū)內，使反應區(qū)內積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。UASB 反應器 具有的優(yōu)點 [12]：（1）污泥的顆?；狗磻鲀鹊钠骄勰酀舛冗_ 50gVSS/L,污泥齡可達30d 以上；（2）反應器的水力停留時間較短，容積負荷較高；（3）集生物反應和沉淀分離與一體，結構緊湊，操作運行方便；（4）無需設置填料，容積利用率高、費用低；（5）上升水流和沼氣氣流能起到攪拌作用，一般無需設置攪拌裝置；（6）COD、BOD 去除率高。溫度在 30～35℃之間，COD 去除率達70％～90％，BOD 去除率達 85％以上。UASB 反應器 具 有 的 缺 點 是 在厭氧工藝的運行的過程中，經常會發(fā)現(xiàn)UASB 池的表面會出現(xiàn)大量乳白色泡沫。泡沫的產生的成因：（1）工藝影響：持續(xù)不段的高負荷進水使厭氧反應器內活性污泥 BOD 負荷受到極大沖擊，這使得單位數(shù)量的活性污泥微生物在單位時間內處理有機物能力大大低于正常水平，導致厭氧反應器出水水質惡化。由于系統(tǒng)受到沖擊，微生物的處理能力減弱，不能將水中的有機物全部分解。又因厭氧反應器內的水流形態(tài)由下至上，在超越喇叭口上升的水流中依然含有大量的有機物，這些厭氧微生物就會隨著上升的水流對有機物質繼續(xù)分解產生沼氣，這部分沼氣無釀酒廢水處理的工程設計11法通過沼氣收集系統(tǒng)收集，只能逸出水面，大量的微小氣泡相互連結，于是就在厭氧池的表面形成一層乳白色的泡沫層。（2）氣溫影響：經過長期的觀察，白色泡沫一般在夜晚大量形成，當白天的溫度上升，白色泡沫就會逐漸消失，這是因為晚上的氣溫低，水蒸發(fā)的速度慢，這樣白色泡沫表面的水膜就不會很容易破裂，同時大量的白色泡沫聚集于水的表面，不利于水的表面復氧，這樣就更有利于厭氧微生物對有機物的分解，所以就會使白色泡沫在晚上大量形成。白天氣溫升高，水蒸發(fā)的速度較快，白色泡沫表層的水膜極易蒸發(fā)破裂，隨著白色泡沫的破裂，水面與空氣接觸的表面積逐漸增大，水的復氧速率逐漸增大，會抑制厭氧微生物的分解代謝，白色泡沫便逐漸消失。（3）PH 值的影響：厭氧活性污泥微生物對 PH 值的要求相當苛刻，一般來說 PH 值保持在 6.8～7.2 之間更適合微生物的新陳代謝。由于進水水質、水量極不穩(wěn)定，再加上人為控制具有一定的滯后性，所以很難將 pH 值控制在厭氧微生物最佳的生存狀態(tài)，在這種情況下厭氧微生物的處理能力當然是要大打折扣的。采用 UASB 與 SBR 工藝處理啤酒廢水是可行的, 廢水經 UASB 反應器處理后，可以大幅度減輕 SBR 工段的負荷; 啤酒廢水經 UASB 與 SBR 后去除 95%以上的有機污染物, 出水水質可達到污水綜合排放標準 ( GB8978296)一級排放標準。整個處理工藝投資省、運行費用低、污泥量少、運行穩(wěn)定。UASB 與 SBR工藝對進水有機物濃度的波動有較強的緩沖能力，適用于處理水質變化較大的工業(yè)廢水。釀酒廢水處理的工程設計12圖 1-3 UASB1.3.3 結論啤酒廠工業(yè)廢水處理的工藝選擇，必須因地制宜，謹防生搬硬套。各種工藝確定時，應充分調查工廠排水水質、水量、排水規(guī)律和特點，必要時應取樣化驗確認；應考察工廠提供的建設場地地形條件和面積大?。豢疾旃S所能承受的一次性投資及運行成本情況；考察工廠的管理水平和工人素質條件以及確定廠外排水條件及水電增容條件等進行適合本地區(qū)建設污水場并能長期達標運行的方案比選。比選中簡單適用、運行可靠、達標穩(wěn)定、節(jié)約能耗、投資經濟是最重要的工藝原則。1.4 工藝流程圖依據(jù)設計的水質、水量，本工藝采用 UASB 與 SBR 組合工藝處理生產廢水。廢水經過格柵進入調節(jié)池，經提升泵進入 UASB 反應器，再經過 SBR 反應器，出水達標后外排。在集泥池里的污泥經污泥脫水后外運。圖 4 工藝流程圖調節(jié)池 SBR高濃度廢水低濃度廢水水UASB篩網 泵 泵二沉池達標排放儲泥池污泥泵污泥脫水間污泥外運釀酒廢水處理的工程設計13第二章 污水處理系統(tǒng)的設計計算2.1 篩網的設計計算2.1.1 一般說明由于啤酒廢水是一種成分雜復雜，可生化性差的有機廢水，故其雜質往往是顆粒微小的纖維類懸浮物，為了更澈底的分離和回收廢水中的微小纖維類懸浮物，為后續(xù)處理提供更好的環(huán)境。篩網通常用金屬絲或用化學纖維編織而成，篩網形式有轉鼓或轉盤式、振動式、回轉式和固定式多種，本設計采用回轉式水力篩網對雜質進行攔截。2.1.2 設計計算2.1.2.1 設計水量（2-hmdQ/3./803?1）2.1.2.2 設計水質表2.1 篩網設計參數(shù) CODcr BOD5進水水質（mg/L） 1800 900去除率% 0 0出水水質（mg/L） 1800 9002.1.2.3 設備選型污水泵：選用 2 臺 WQ50-10-10-0.75 型潛水污水泵。流量： 10m3/h；揚程：10m；轉速：1390r/min；效率：56％；功率：0.75kW 2.2 調節(jié)池的設計計算2.2.1 設計說明啤酒生產廢水進水水量和水質在 24h 之內會有波動，這種波動對污水處理設備，特別是生物處理設備正常發(fā)揮其凈化功能是不利的，甚至還可能遭到破壞。同樣對于物化處理設備，水量和水質的波動越大，過程參數(shù)就越難控制，釀酒廢水處理的工程設計14處理效果越不穩(wěn)定。反之，波動越小，處理效果就越穩(wěn)定。在這種情況下，應在廢水進行處理之前，設置調節(jié)池，保證廢水處理的正常進行。故在預處理中引入調節(jié)池來調節(jié)流量。調節(jié)池的作用就是調節(jié)進水的水量和水質，酸性廢水和堿性廢水還可在調節(jié)池內中和；短期排除的高溫廢水也可利用調節(jié)池以平衡水溫。設計流量 smhmdQ/1026.9/3./80343 ????2.2.2 設計參數(shù)（1）調節(jié)池有效水深為 2.0~5.0m（2）調節(jié)池停留時間 4~8 小時（3）調節(jié)池保護高度 0.3~0.5m取水力停留時間 HRT=8h，取調節(jié)池的有效水深 h=4.0m，取超高 h1= 0.5m，則調節(jié)池高度 H=4.0+0.5=4.5m。2.2.3 設計計算（1）池體容積（2-2）3(1)1.2382VkQTm?????式中：V—調節(jié)池容積，m 3K—池子擴充系數(shù)，一般為10~20% ，本池子取20%T—調節(jié)池中污水停留時間，取8h（2）調節(jié)池面積 A（2-3）2384VmH?設調節(jié)池 1 座，采用方形池，池長 L 與池寬 B 相等。，取 3m2.8BA?調節(jié)池尺寸為 3×3×4.5m3（3）理論上每日的污泥量（2-4）301()8(0.945.72)1.60/1QcWmdP?????????釀酒廢水處理的工程設計15式中：Q—設計流量，m 3/sC0—進水懸浮物濃度，取值為945mg/L=0.945kg/m 3C1—出水懸浮物濃度，取值為472mg/L=0.472kg/m 3P—污泥含水率，取值97%ρ—污泥密度，1000kg/m 3（4）污泥斗尺寸設污泥斗上口和下口均為方形，污泥斗傾角取 45°，污泥斗上口面積為，下口面積為 。21fm?? 2204fm??污泥斗的高度為（2-5） 1.tan50.92h???污泥斗的容積為（2-6）32121 82.1)0404(9.3)(3 mffhV ???????式中：V—污泥斗的容積，m 3h1—污泥區(qū)高度，mf1—污泥斗的上口面積，m 2f2—污泥斗下口面積，m 22.3 UASB厭氧反應器的設計計算2.3.1 設計說明UASB 是一種集厭氧反應與沉淀為一體的高效升流式反應器，這種反應器結構簡單，不用填料，沒有懸浮物堵塞等問題。處理各種有機廢水時，在反應器內培養(yǎng)顆粒污泥形成污泥床，廢水由底部進入，向上流過污泥床區(qū)與大量的厭氧菌接觸，廢水中的有機物大部分被厭氧菌分解成沼氣，沼氣與水和污泥在三相分離器中進行分離，沼氣通過氣室、水封、阻火罐等收集至鍋爐。處理后的水由反應器頂部流出，進入好氧生化池進行進一步的處理。厭氧反應可處理高濃度廢水，具有動力消耗小、容積負荷大、可產生一定的生物能、運行管理方便等特點。釀酒廢水處理的工程設計162.3.2 設計參數(shù)廢水流量：80m 3/d，進水 COD 濃度為 1620mg/L=1.62kg/m3。根據(jù)表所示，啤酒廢水處理采用進水 COD 容積負荷為 5.3kgCOD/(m3·d)。表 2.2 國內外生產性 UASB 裝置的設計負荷統(tǒng)計表負荷 kgCOD/m3·d(國外資料)負荷 kgCOD/m3·d(國外資料)序號 廢水類型平均 最高 最低 廠家數(shù) 平均 最高 最低 廠家數(shù)1 酒精生產 11.6 15.7 7.1 7 6.5 20 2 152 啤酒廠 9.8 18.8 5.6 80 5.3 8 5 103 造酒廠 13.9 18.5 9.9 36 6.4 10 4 84 葡萄酒廠 10.2 12 8 45 清涼飲料 6.8 12 1.8 8 5 5 5 126 小麥淀粉 8.6 10.7 6.6 67 淀粉 9.2 11.4 6.4 6 5.4 8.0 2.7 28 土豆加工 9.5 16.8 4 249 酵母業(yè) 9.8 12.4 6 16 6 6 6 110 檸檬酸 8.4 14.3 1 3 14.8 20 6.5 311 味精 3.2 4 2.3 212 再生紙 12.3 20 7.9 1513 造紙 12.7 38.9 6 3914 食品加工 9.1 13.3 0.8 10 3.5 4 3 215 屠宰廢水 6.2 6.2 6.2 1 3.1 4 2.3 416 制糖 15.2 22.5 8.2 1217 制藥廠 10.9 33.2 6.3 11 5 8 0.8 518 家畜飼養(yǎng) 10.5 10.5 10.5 119 垃圾濾液 9.9 12 7.9 7釀酒廢水處理的工程設計172.3.3 設計計算2.3.3.1 反應器容積計算 (包括沉淀區(qū)和反應區(qū))，取 25m3 （2-7）30Rv81.624.53QSVmN???采用 1 座 UASB 反應器。式中：V R—反應器有效容積，m 3Q—設計流量，m 3/dS0—進水有機物濃量， kgCOD/m3NV—容積負荷，kgCOD/(m 3·d)2.3.3.2 反應器的形狀和外形尺寸采用反應器的有效高度為 4m，設置 1 座 UASB 反應器。橫截面積 2R56.4Smh?從布水均勻性和經濟性考慮，矩形池長寬比在 2：1 以下較為合適。設池長 L=4m，則寬 B=2m。則反應器的尺寸為 34.5LBH??2.3.3.3 UASB 反應器構造的確定UASB 反應器采用矩形構造，三相分離器由上下兩層重疊的三角形集氣罩組成，采用穿孔管進水配水，采用明渠出水。圖 2.1 UASB 反應器構造斷面示意圖2.3.3.4 三相分離器的設計（1）設計說明三相分離器要具有氣、液、固三相分離的功能。三相分離器的設計主要包釀酒廢水處理的工程設計18括沉淀區(qū)、回流縫、氣液分離器的設計。（2）沉淀區(qū)的設計三相分離器的沉淀區(qū)的設計同二次沉淀池的設計相同，主要是考慮沉淀區(qū)的面積和水深，面積根據(jù)廢水量和表面負荷率決定。由于沉淀區(qū)的厭氧污泥及有機物還可以發(fā)生一定的生化反應產生少量氣體，這對固液分離不利，故設計時應滿足以下要求：a. 沉淀區(qū)水力表面負荷 1.0m/h；b. 沉淀器斜壁角度設為 50°，使污泥不致積聚，盡快落入反應區(qū)內；c. 進入沉淀區(qū)前，沉淀槽底逢隙的流速≤2m/h；d. 總沉淀水深應大于 1.5m；e. 水力停留時間介于 1.5~2h。若以上條件都能滿足，則可達到良好的分離效果。三相分離器沉淀區(qū)的沉淀面積即為反應器的水平面積，則沉淀區(qū)的表面負荷率為：（2-8）320Rv80.5/()246.QSVmhN????該值小于 1.0～2.0m 3/(m2·h)，滿足要求。設上下三角形集氣罩斜面水平夾角為 60°，下三角形高 h3=0.85m，上三角形頂水深 h2=0.5m，則：（2-9）310.85.46tan6thbm???式中： b1—下三角集氣罩底水平寬度，mα—下三角集氣罩斜面的水平夾角h3—下三角集氣罩的垂直高度，m設單元三相分離器寬 b=1.4m，則相鄰兩個下三角形集氣罩之間的水平距離（2-21.420.6.48bm????10）釀酒廢水處理的工程設計19計算下三角形集氣罩之間縫隙 b2 中的水流（不考慮氣的影響）上升流速V1 時，先計算回流縫總面積 a1：（2-2120.481.9lnm????11）式中，l——反應器寬度； n——單元個數(shù)。則：（2-1801.74/2.9Qvmha???12）下面計算下三角形集氣罩回流縫的水流上升流速 v2。設 b3=0.14m，則回流縫的面積 a2 為：（2-220.14.56am??13）則：（2-2805.9/4.6Qvmha???14）以 a2 為控制斷面，可以滿足 v1v22.0m/h 的條件具有較好的固液分離要求。因為：（2-3sin60.14sin60.12CEbm?????15） 釀酒廢水處理的工程設計20（2-0.12.4sin3iCEBm???16）取 AB=0.19m，上三角形集氣罩的位置即可確定，其高 h 為：（2-2 0.48(cos60)tan(.195)1.730.582bhAB m????????17）已知上三角形集氣罩頂?shù)乃顬?0.5m，則上、下三角形集氣罩在反應器的位置已經確定。根據(jù)已確定的三相分離器構造，還應校核一下氣液分離的條件是否符合要求。沿 AB 方向水流的速度 v 可用下式計算：（2-a3.6.94/012QmhCEBn????18）式中：B —三相分離器長度n—三相分離器數(shù)量 取值 d=0.01cm(氣泡) ，T=20°C，ρ 1=1.03g/cm3，ρ g=1.2×10-3g/cm3， ν=0.0101cm2/s，β=0.95，μ=νρ 1=0.0101×1.03=0.0104g/(cm·s)，由于一般廢水的 μ大于凈水的 μ，故取 μ=0.02g/(cm·s)由斯托克斯公式可得氣泡上升速度為（2-2 3210.9581()(.051)0.9.58/8bgVd mh??????????19）式中：d—氣泡直徑，cmρ1—液體密度，g/cm 3ρg—沼氣密度，g/cm 3ρ—碰撞系數(shù)，取0.95μ—廢水的動力粘滯系數(shù)， 0.02g/(cm·s)釀酒廢水處理的工程設計21ν—液體的運動粘滯系數(shù)，cm 2/s根據(jù)前面的計算結果有：，0.41.269BCA?ba9.581.34V?因為 ，所以可以脫除直徑等于或大于 0.01cm 的氣泡。BV?ab2.3.3.5 進水分配系統(tǒng)的考慮采用穿孔管配水，每個反應器設 3 根 d50mm 長 2m 的穿管，每根管之間的中心距為 1m，配水孔徑采用 Ф15mm，孔距為 1m，每個孔的服務面積為，孔徑向下，穿孔管中心距反應器底 0.2m，每個反應器共有 10 個進21m??水孔，每個孔的流速為：（2-5809.2610/246vms?????20）2.3.3.6 出水渠的設計考慮采用鋸齒形出水渠，渠寬 0.2m，渠高 0.2m，每個反應器設 6 條出水渠，基本可保持出水均勻。2.3.3.7 排泥系統(tǒng)的設計考慮把配水管兼作排泥管用，可均勻排除污泥床區(qū)的污泥，并在反應器 1/2 高度處，和三相分離器下三角以下 0.5m 處各設 d=100mm 排泥管各一根，并在池邊設放空管。2.3.3.8 沼氣產量計算（2-30.481.62054/GrQcEmd???21）式中：r—沼氣產率，m 3/kgCODc0—進水COD濃度，kg/m 3E—去除率85%