啤酒工业废水的处理工艺设计.docx

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1、5000t/d啤酒工业废水处理工艺设计 摘 要 本设计为某啤酒废水处理设计。啤酒废水水质的主要特点是含有大量的有机物，属高浓度有机废水，故其生化需氧量也较大。该啤酒废水处理厂的处理水量为5000m3/d,不考虑远期发展。原污水中各项指指标为：BOD浓度为1000 mg/L ,COD浓度为2000 mg/L ，SS浓度为400 mg/L 。要求处理后的排放水要严格达到国家二级排放标准,即：BOD 20 mg/L ，COD 100 mg/L ，SS 70mg/L 。 本文分析了啤酒生产中废水产生的环节，污染物及主要污染来源，并从好氧、厌氧生物处理两方面来考虑了废水治理工艺，可将废水COD由2000

2、 mg/L降至50100 mg/L ，BOD从1000mg/L降至20 mg/L以下，SS由400 mg/L降到70 mg/L以下，出水符合标准。 本设计工艺流程为：啤酒废水 格栅 污水提升泵房 调节池 UASB反应器生物接触氧化池污泥浓缩池 处理水 该处理工艺具有结构紧凑简洁，运行控制灵活，抗冲击负荷，污泥量小等特点，实践表明该组合工艺处理性能可靠，投资少，运行管理简单的特点。为啤酒工业废水处理提供了一条可行途径。具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。关键词： 啤酒废水 UASB 目录1概述-81.1设计任务-81.2水质处理效率-91.3设计内容-91.4设计原则和依据-92方案研究和确

3、定-10 2.1方案确定及处理工艺流程-10 2.1.1处理流程说明-11 2.1.2主要构筑物工作原理说明-113水处理构筑物设计计算-12 3.1格栅-12 3.1.1设计作用-12 3.1.2设计参数-12 3.1.3工作原理-12 3.1.4设计计算-13 3.1.4.1渠道宽度-13 3.1.4.2栅条间隙数-13 3.1.4.3栅条有效宽度（B）-14 3.1.4.4过栅水头损失-15 3.1.4.5进水渠道渐宽部分长度（L1）-15 3.1.4.6栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度(L2)-15 3.1.4.7栅槽总高度（H）-16 3.1.4.8栅槽总长度（L）-16 3.1.

4、4.9每日栅渣量-163.2调节池 3.2.1设计作用-17 3.2.2设计参数-17 3.2.3工作原理-17 3.2.4设计计算-173.3提升泵房3.3.1设计作用-183.3.2污水泵站工艺设计-183.3.3设计依据-193.3.4污水泵机组的选择-193.4UASB反应池 3.4.1设计作用-20 3.4.2设计参数-20 3.4.3工作原理-20 3.4.4设计水质-21 3.4.4.1UASB反应器的有效容积-22 3.4.4.2UASB的形状和尺寸-23 3.4.4.3水力停留时间(HRT)及水力负荷率(Vr)-23 3.4.4.4三相分离器构造设计-23 3.4.4.5三相

5、分离器的基本构造计算 (1)简图-24 (2)三相分离器的构造计算-24 回流缝设计-24 气液分离设计-27 三相分离器与UASB高度计算-27 3.4.4.6布水系统的设计计算 (1)配水管-27 (2)布水孔孔径-28 (3)验证-28 3.4.4.7排泥系统的设计计算 (1)UASB反应器中污泥总量计算-28 (2)产泥量计算-28 (3)单池排泥量-28 (4)污泥龄-29 3.4.4.8出水系统的设计计算 (1)出水槽设计-29 (2)溢流堰设计-30 (3)出水渠设计计算-30 (4)UASB排泥管设计计算-30 3.4.4.9沼气收集系统的设计计算 (1)沼气产量计算-31 (

6、2)水封罐设计-313.5生物接触氧化池 3.5.1一般说明-32 3.5.2设计参数-333.5.3设计流量-333.5.4接触氧化池容积 V-343.5.5接触氧化池的面积A-343.5.6池深h-343.5.7有效停留时间t-343.5.8供气量D-343.5.9需气量计算-353.5.10反应池充气管管径计算-353.5.11剩余污泥量计算-363.5.12出水系统-363.5.13校核-363.6二沉池3.6.1设计作用-363.6.2选取二沉池的类型-363.6.3设计计算3.6.3.1沉淀区表面积-373.6.3.2沉淀区有效水深h2:-373.6.3.3沉淀区有效容积V-373

7、.6.3.4沉淀池长度L：-373.6.3.5沉淀区的总宽度B:-373.6.3.6沉淀池的数量n:-383.6.3.7污泥区的容积:-383.6.3.8沉淀池的总高度H：-383.6.3.9贮泥斗的容积V1-383.7污泥浓缩池的设计3.7.1设计作用-393.7.2设计参数-393.7.3工作原理-403.7.4设计污泥量-403.7.5参数选取-403.7.6浓缩池的计算 3.7.6.1浓缩池面积的计算-41 3.7.6.2污泥浓缩池直径的计算-42 3.7.6.3浓缩池工作高度的计算-42 3.7.6.4浓缩池池壁的高度-42 3.7.6.5浓缩池总高度的计算-43 3.7.6.6浓缩

8、池排出口的相关计算-43 3.7.6.7刮泥机作用与机械选型-433.8污泥脱水间 3.8.1设计作用-44 3.8.2设计参数-44 3.8.3工作原理-44 3.8.4设计参数选取-45 3.8.5设计计算 3.8.5.1污泥脱水后体积-46 3.8.5.2机型选取-46 3.8.5.3加药量-47 3.8.5.4溶药池体积-473.9高程计算3.9.1构筑物的水头损失-483.9.2污水管渠水力计算-483.9.3构筑物及水面标高计算图-503.9.4污泥管渠水力计算-503.9.5构筑物及污泥标高计算图-513.10污水厂工程概预算3.10.1计算依据-523.10.2费用计算总括-5

9、23.10.3分项计算-523.10.4总费用统计-554.参考文献-551概述水是生命之源，是人类赖以生存和发展的物质基础，是不可替代的宝贵资源。我国却是一个水资源十分短缺的国家，人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，严重制约着我国社会主义经济的发展。经济的腾飞是以环境的代价为前提的。随着近代我国社会主义经济的腾飞，社会主义工业呈现飞速发展，水资源污染尤其是工业废水污染也严重恶化。工业废水的污染以其污染大、污染物浓度高、废水排放量大、废水中含有多种有毒有害物质、废水成分复杂以及水量变化大等特点而成为目前我们所面临的主要问题。80年代以来，我国啤酒工业得到迅速发展，到目前我国啤酒生产厂已

10、有800多家，既成为世界啤酒生产大国，又成为较高浓度有机物污染大户，啤酒废水的排放和对环境的污染已成为突出问题，引起了各有关部门的重视。由于啤酒废水中含有大量的有机物，排放对自然水体的影响非常大。基于水污染的危害性和严重性，以保护环境为宗旨，以达到国家废水排放标准为要求来设计啤酒废水排放设备，所以此排放系统的设计旨在控制废水的COD浓度，减少对环境的污染。1.1 设计任务本设计题目为：5000t/d啤酒工业废水处理工艺设计。学生结合生产单位、管理部门或指导教师的科研课题，进行试验、调查研究，或广泛收集资料进行深入分析论证，在经过总结分析得出结论后，独立撰写并答辩。1.2 水质处理效率要求经过本

11、次设计后的水质排放标准达到：PH达到6-9，Ss去除率达到25%，COD去除率达到90%，BOD去除率达到96%。具体要求如表1-1。表1-1进水水质和排放标准 项目pH值SS/(mg/L)CODcr/(mg/L)BOD5/(mg/L)进水水质740010002000排放标准7150150301.3 设计内容（1）了解啤酒工艺废水的本质，设计出合理的处理工艺；（2）写出合理的设计计算说明书；（3）画出污水厂总平面图，处理工艺流程图和处理构筑物。厂区自然状况（1）气候：热带季风海洋气候（2）气温：年平均气温23.2，极端最低气温3，极端最低气温38.5，多年平均降雨量1251.4mm，多年平均蒸

12、发量2004.0mm，气候较干旱。（3）主导风向：东南风废水处理厂厂区概况废水处理厂厂区规划用地50亩，场地平整。地面标高一般在1020m。污水厂所在的西北角最低大约为7.20m，占地6.42公顷，属海边丘陵地带，地震烈度7度区。1.4 设计原则和依据（1）排水工程；上下册 中国建筑工业出版社（2）城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918-2002）（3）地面水环境质量标准 （GB3838-2002）（4）城镇污水处理工程项目建设标准 （2001）（5）给水排水设计手册2 方案研究和确定 2.2方案确定及处理工艺流程实践证明，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

13、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长生污泥的水利筛选，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6.87.2。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500800mgL-1（以CaCO3 计），碱度不足，所以需投加工业碳酸钠

14、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1000mg/L-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。2.2.1 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

15、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，废水经过格栅后有提升泵提升经过过滤筛，去除细小悬浮物后进入调节池。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。从调节池流出的水进入UASB反应池，UASB反应池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

16、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。排放消毒生物接触氧化池UASB池调节池提升泵格栅废水泥饼外运上清液污泥泵污泥脱水间污泥浓缩池 滤液回流图2-1 UASB处理工艺流程图2.2.2 主要构筑物工作原理说明（1）UASB反应池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

17、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

18、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。3 水处理构筑物设计计算3.1 格栅3.1.1 设计作用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。3.1.2 设计参数设计流量Q = 5000m3/d = 0.058m3/s ；取用机械清除，栅条间隙d = 16mm ；格栅安装角度= 45，过栅流速0.7m/s ；单位栅渣量W = 0.05m3/103 m3 废水 。 3.1.3 工作原理本设计采用机械清渣格栅。由于本设计水量较大，

19、故格栅采用前清渣式格栅。3.1.4 设计计算由于本设计水量较大，故格栅采用前清渣式格栅。3.1.4.1渠道宽度采用矩形渠道，则根据最优水力断面公式Q = Bhv = B1/2Bv 计算得：B = 0.41m ，h = 0.20m 。3.1.4.2 栅条间隙数 高廷耀等主编的水污染控制工程下册P23公式10-2式中：Q - 设计流量，m3/s- 格栅倾角，度b - 栅条间隙，mh - 栅前水深，mv - 过栅流速，m/s带入式中计算得n=21.7条取n = 22条。3.1.4.3 栅槽有效宽度(B)设计采用20圆钢为栅条,即s=0.02mB=S(n-1)+bn高廷耀等主编的水污染控制工程下册P2

20、3公式10-1式中：B - 格栅槽宽度，mS - 格条宽度，mn - 格栅间隙数 b - 栅条间隙，mB=0.02(21-1)+0.01621 =0.73m3.1.4.4过栅水头损失取k = 3 , = 1.79(栅条断面为圆形)，v = 0.7m/s ，则：h2=k.h0h0=.(v2/2g).sin高廷耀等主编的水污染控制工程下册P24公式10-3和公式10-4 =.(S/b)4/3高廷耀等主编的水污染控制工程下册P24表10-3式h2- 过栅水头损失，mh0- 计算水头损失，m- 阻力损失g - 重力加速度，取9.81m/s2k - 系数，水头损失增大倍数- 系数，与断面形状有关S -

21、格条宽度，md - 栅条净隙，mmv - 过栅流速，m/s- 格栅倾角，度h0= 1.79* (0.02/0.016)4/3 *（0.7 /(2*9.81)）*sin45 = 0.043 mh2=3*0.043=0.13m因为通过格栅的水头损失一般为0.080.15m高廷耀等主编的水污染控制工程下册P24所以h2=0.13m符合要求。3.1.4.5 进水渠道渐宽部分长度(l1)设进水渠道内流速为0.5m/s,则进水渠道宽B1=0.55m,渐宽部分展开角取为20则l1= 韩洪军主编的污水处理构筑物设计与计算P35表3.2.4式中：l1-进水渠道渐宽部位的长度，mB - 格栅槽宽度，m B1 -

22、进水渠道宽度，m-格栅安装倾角，度l1=（0.73-0.55）/2*(tg 20 ) =0.25m3.1.4.6栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（l2）l2= l1/2=0.25/2=0.125m3.1.4.7 栅槽总高度(H)栅后槽的总高度H H=h+h1+h2高廷耀等主编的水污染控制工程下册P24 公式10-5 公式中：H- 栅后槽的总高度,mh- 栅前水深，m 取h=0.4mh1- 栅前渠道超高,一般取h1=0.3mh2- 过栅水头损失，m则总高度 H=h+h1+h2 =0.4+0.3+0.13 =0.83m其中H1-格栅前槽高,m H1= h+h1=0.7m3.1.4.8 栅槽总长度

23、(L)L=l1+l2+0.5+1.0m+H1/(tg)高廷耀等主编的水污染控制工程下册P24 公式10-6公式中：H1-格栅前槽高,ml1-进水渠道渐宽部位的长度，ml2- 格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位长度，一般取0.5 l1-格栅安装倾角，度 L=0.25+0.125+0.5+1.0+0.7/(tg 60)=2.28m3.1.4.9 每日栅渣量栅渣量(m3/103m3污水)，取0.10.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值取W1 = 0.10m3/103m3 高廷耀等主编的水污染控制工程下册P15 Kz = 1.81 刘红主编的水处理工程设计P84表5-2，则：W = Qmax

24、*W1*86400/(K2*1000) 高廷耀等主编的水污染控制工程下册P25公式10-7式中：Q - 设计流量，m3/sW1 - 栅渣量(m3/103m3污水)，取0.05m3/103m3 W = 0.058*0.10*86400/(1.81*1000) = 0.28m3/d 0.2 m3/d (采用机械清渣)综上所述结合格栅类及其他拦(清)设备闪光红主编的环境保护设备选用手册水处理设备P2表1-2和格栅除污机适用条件及特点比较崔玉川等主编的城市污水厂处理设施设计计算P35表3-1，所以选用CF730机械格栅。3.2 调节池3.2.1 设计作用啤酒废水的水量和水质随时间的变化幅度较大，为了保

25、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，保证后续处理构筑物能连续运行.因为废水的ph为7已经符合国家二级标准，所以不需要再调节ph值。3.2.2 设计参数水力停留时间T = 6h ；设计流量Q = 5000m3/d = 208.3m3/h ；3.2.3 工作原理其均质作用主要靠池侧的沿程进水及两台旋转式推流搅拌机，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。3.2.4 设计计算有容积为：V = QT韩洪军主编的污水处理构筑物设计与计算P37表3.3 =208.36 =1249.8m3 取池子总高度H=5.5m,其中超高0.5m,有效水深h=5m

26、，则池面积为：A = V/h = 1249.8/5 = 250 m2池长取L = 12.25m ,池宽取B = 12.25 m ，则池子总尺寸为：LBH = 12.25*12.25*5.5=825m33.3 提升泵房3.3.1 设计作用污水泵房用于提升污水厂的污水，以保证污水能依靠重力流在后续处理构筑物内畅通的流动。设计参数选取3台IS125-100-200（I）A离心泵，2用一备，其工作参数如表3-1 。表3-1: IS125-100-200（I）A 离心泵工作参数流 量（m3/h）扬 程（m）转 速（r/min）轴 功 率（kw）电 机 功 率(kw)10012.414504.487.53

27、.3.2 污水泵站工艺设计3.3.3设计依据已知拟建污水泵站最高日最高时污水流量为35L/S，污水进水管管径为200mm。3.3.4污水泵机组的选择（1）污水泵站设计流量及扬程确定污水泵站设计流量35L/S扬程估算：格栅前水面标高（m）：0.00 格栅后水面标高（m）:-0.129集水池有效水深取 2.0m，则集水池最低水位标高 -0.331-2=-2.331m水泵净扬程=4.3884-（-2.331）+0.514+0.1382=7.3716水泵吸、压水管路的总压力损失估算为2.0mH2O,因此，水泵扬程=7.3716+2=9.3716m(2)考虑来水的数量小，选择1用1备，查水泵样本，选用1

28、50WL21011.2型水泵，单泵工作参数： 表5-6 单泵工作参数流量扬程转速轴功率配用功率效率汽蚀余量质量210m3/h11.2m970(r/min)11.515731.71000集水池容积按一台泵5min出水量计算，即V=210/605=17.5m3集水池面积A=V/n=17.5/2=8.75m2设集水池为正方形，边长为3m，则集水池体积为：332=18 m317.5 m3 符合要求。3.4UASB反应池3.4.1设计作用 UASB反应池是进行废水处理的主要构筑物之一，对高浓度的废水惊醒厌氧发酵，去除大部分的有机污染物。3.4.2 设计参数 容积负荷（Nv）为： 6 kgCOD/(m3d

29、); 污泥产率为：0.1kgMLSS/kgCOD; 产气率为：0.3m3/kgCOD3.4.3工作原理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，具有良好的沉淀功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，微小气泡在不断上升过程中，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

30、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沿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污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。3.4.4设计水质 UASB反

31、应器进出水水质指标如表 项目 pH值 SS/(mg/L) CODCr/(mg/L) BOD5/(mg/L) 进水水质 7 400 2000 1000 去除率 50% 80% 85% 排放标准 7 50% 400 1503.4.4.1UASB反应器的有效容积 设计容积负荷为Nv=6kgCOD/(m3*d)UASB有效容积：V有效=QC0E/NV废水生物处理工程设计实例详解P270=208.3*24*2*0.8/6=1333.12 m3 式中 Q-设计处理流量，m3/d C0-进水有机物浓度，kgCOD/m3 Nv-容积负荷，kgCOD/(m3.d)3.4.4.2UASB反应器的形状和尺寸 工程设

32、计反应器4座，横截面为矩形反应器有效高度为h=6m 横截面积S=V有效/h=1333.12/6222.19m2 单池面积Si=S/n=222.19/4=55.55m2单池从布水均匀性和经济性考虑，矩形池长宽比在2:1以下较为合适设池长l=13.6m,则宽b=55.55/13.6=4.08m,取b=6.8m单池截面积：Si=lb=13.66.8=92.48m2设计反应器总高H=8.5m,其中超高0.5m 单池总容积：Vi=SiH=92.48(8.5-0.5)=739.84m3 单池有效反应容积：Vi有效=Sih=92.486=554.88m3 单个反应器实际尺寸:13.6m6.8m8.5m 反应器数量：4座 总池面积：S总=Sin=92.484=369.92m2 反应器总容积V=Vin=739.844=2959.36m3 总有效反应容积 V有效=Vi有效n=554.884=2219.52m31333.12m3，符合有机负荷要求。 UASB体积有效系数：2219.52/2959.36100%=75%,在70%90%之间。3.4.4.3水力停留时间（HRT）及水力负荷率（Vr） THRT=V有效/Q=2219.52/208.3=10.66h Vr=Q/S总=208.3/369.92=0.56