啤酒厂啤酒废水处理工艺设计毕业论文.docx
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啤酒厂啤酒废水处理工艺设计毕业论文
设计总说明
本设计为某啤酒厂啤酒废水处理工艺设计。
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。
原污水中各项指标为：
BOD浓度为1200mg/L,COD浓度为2000mg/L，SS浓度为700mg/L。
因该废水BOD值和COD值较大,不经处理会对环境造成巨大污染，故要求处理后的排放水要严格达到国家二级排放标准,即：
BOD≤20mg/L，COD≤100mg/L，SS≤70mg/L。
经分析知该处理水质属易生物降解又无明显毒性的废水，可采用两级生物处理以使出水达标。
一级处理主要采用物理法，用来去除污水中的悬浮物质和无机物。
二级处理主要采用生物法,包括厌氧生物处理法中的UASB法和好氧生物处理法中的SBR法，可有效去除污水中的BOD、COD。
本设计工艺流程为：
啤酒废水→格栅→污水提升泵房→调节沉淀池→UASB反应器→预曝气沉淀池→SBR池→处理水（污泥）
整个工艺具有总投资少，处理效果好，工艺简单，占地面积省，运行稳定，能耗少的优点。
关键词：
啤酒废水处理，高浓度有机废水，UASB法，SBR法
Generalinformationofdesign
ThisdesignisthebrewerywatertreatmentofaBeerCompany.Themaindistinguishingfeatureofthebrewerywateristhatitcontainsmassiveorganicmattersanditbelongstothehighconcentrationorganicwastewater,soitsbiochemicaloxygendemandisalsohigh.Thewaterwhichneedstobetreatedinthebeerwastewateris5000
.TheconcentrationsofBOD,CODandSSare1200mg/L,2000mg/Land700mg/L,respectively.ForthehighvalueofBODandCODforthebrewerywater,itcanpollutetheenvironmentifitisdischargedwithoutdisposal.SoitisrequiredtobestrictlymeetthesecondarydischargestandardofNationalWastewaterDischargeStandardswhichrequestsBOD≤20mg/L,COD≤100mg/L,SS≤70mg/L.
Aftertheanalysis,thebrewerywatercanbiodegradeeasilyandhasnoobvioustoxicity,soweusetwolevelsofbiologicaltreatmenttotreatthedrainedwatermeetthedesignatedstandard.Thefirstlevelofprocessingmainlyusesthephysicalmethods,whichremovethesuspendedmatterandtheinorganicsubstanceinthewastewater.Thesecondlevelofprocessingisthebiologicalmethods,containsUASB（Upflowanaerobicslugeblanket）ofanaerobicoxygenbiologymethodsandSBR（SequencingBatchReactor）ofdemandoxygenbiologymethods,whichcouldreduceBODandCODinthewastewater.Thetechnologicalprocessofthisdesignis:
Beerwastewater→Screens→Swageliftpumphouse→Regulatessendimatationtank→TankofUASB→pre-aerationsedimentationtank→TankofSBR→Treatmentwater（sludge）.
Thetechnologyhasmanyadvantagessuchaslowinvestment,highefficiency,simpleprocess,lessoccupiedarea,steadyrunningandenergysaving.
Keyword:
BreweryWater，HighConcentrationofOrganicWastewater，UASBProcess，SBRProcess
1前言
啤酒是当今风靡世界最流行的饮料之一，我国啤酒厂的吨酒耗水量较大，一般为8t～12t，部分厂家可达10t～20t，每生产1t啤酒将产生废液4mL，而西方先进国家每产1t啤酒废水排放量约4mL，废水排放接近于耗水量的90％。
啤酒以大麦芽为主要原料，加酒花，经酵母发酵酿制啤酒，年产量15万t。
其生产工艺流程见图1.1。
图1.1啤酒生产工艺流程
啤酒废水来自于啤酒生产各工序中的排放，主要污染物成分是糖类、醇类、氨基酸、果胶、啤酒花、维生素、蛋白等有机物及钾、钙、镁的硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐等无机物。
啤酒废水具有有机物浓度高，具有水量大、悬浮物及有机物含量高、COD波动大、BOD/COD高等特点，其中BOD/COD值较高，属于中等浓度有机废水，直接排入水体，在自然降解的过程中使水中的微生物大量繁殖，从而消耗了自然水体中的溶解氧，造成水体缺氧，导致水质发黑变臭，严重影响渔业、农业、工业及饮用水源，破坏人类的生存环境。
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。
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。
1.1处理工艺
由于啤酒废水的可生化性良好，国内处理啤酒废水多采用生化法。
所以，处理啤酒废水的方法多是采用好氧生物处理，也可先采用厌氧处理，降低污染负荷，再用好氧生物处理。
目前国内的啤酒厂工业废水的污水处理工艺，都是以生物化学方法为中心的处理系统。
随着改革开放的发展，90年代初完整的厌氧技术也在国内啤酒、饮料行业得到应用。
这里所说完整的意义在于除厌氧生化技术外，沼气通过自动化系统得到燃烧，这是厌氧系统安全运行和不产生二次污染的重要保证，这也是国内外开发厌氧技术和设备应充分引起重视的问题。
厌氧技术的引进与应用能耗节约70%以上。
1.1.1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（释放于水中）。
活性污泥法、生物膜法、深井曝气法是较有代表性的好氧生物处理方法。
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。
我国的珠江啤酒厂、烟台啤酒厂、上海益民啤酒厂、武汉西湖啤酒厂、广州啤酒厂和长春啤酒厂等厂家均采用此法。
据报道，进水CODCr为1200mg/L～1500mg/L时，出水CODCr可降至50mg/L～100mg/L，去除率为92％～96％。
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。
污泥膨胀的原因是啤酒废水中碳水化合物含量过高，而N、P、Fe等营养物质缺乏，各营养成分比例失调，导致微生物不能正常生长而死亡。
解决的办法是投加含N、P的化学药剂，但这将使处理成本提高。
而较为经济的方法是把生活污水（其中N、P浓度较大）和啤酒废水混合。
间歇式活性污泥法（SBR）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。
例如，珠江啤酒厂引进比利时SBR专利技术废水处理时间仅需19～20h，比普通活性污泥法缩短10～1lh，CODCr的去除率也在96％以上[1]。
扬州啤酒厂和三明市大田啤酒厂采用SBR技术处理啤酒废水，也收到了同样的效果。
刘永淞等认为[1]，SBR法对废水的稀释程度低，反应基质浓度高，吸附和反应速率都较大，因而能在较短时间内使污泥获得再生。
深井曝气法
为了提高曝气过程中氧的利用率，节省能耗，加拿大安大略省的巴利啤酒厂[2]，我国的上海啤酒厂和北京五星啤酒厂均采用深井曝气法（超深水曝气）处理啤酒废水。
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，无恶臭产生等。
据测定，当进水BOD浓度为2400mg/L时，出水浓度可降为50mg/L，去除率高达97.92％。
当然，深井曝气也有不足之处，如施工难度大，造价高，防渗漏技术不过关等。
生物膜法
生物膜法是在处理池内加入软性填料，利用同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BOD。
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。
国内的淄博啤酒厂、青岛啤酒厂、渤海啤酒厂和徐州酿酒总厂等厂家的废水治理中采用了这种技术[3]。
青岛啤酒厂在二段生物接触氧化之后辅以混凝气浮处理，啤酒废水中CODCr和BOD的去除率分别在80％和90％以上[4]。
在此基础上，山东省环科所改常压曝气为加压曝气（0.25～0．30MPa），目的在于强化氧的传质，有效提高废水中的溶解氧浓度，以满足中、高浓度废水中微生物和有机物氧化分解的需要。
结果表明，当容积负荷≤13.33kg·m-3,停留时间为3～4h时，COD和BOD平均去除率分别达到93.52％和99.03％。
由于停留时间缩短为原来的1.3h～1.4h，运转费用也较低。
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。
该方法在美国应用较为普及，国内的杭州啤酒厂、上海华光啤酒厂和浙江慈溪啤酒厂也在使用。
1.1.2厌氧生物处理
厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（CODCr>200mg/L，BOD>1000mg/L）。
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），而发酵后的剩余物质可作为优质肥料和饲料[5]。
因此，啤酒废水的厌氧生物处理受到社会越来越多的关注。
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最为成熟[6]。
UASB的主要组成部分是反应器[7]，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）[8]。
废水从反应器底部加入，在向上流动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）、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。
实践证明[9]，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[10]。
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。
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为6.8～7.2。
一定的碱度既能维持细菌生长所需的pH，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500mg/L～800mg/L（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[11]，在UASB启动阶段，保持进水碱度不低于l000mg/L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的成功运行提供了十分有利的条件。
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左右，需进行再处理或与好氧处理串联才能达标排放。
厌氧反应器主要有厌氧滤器（AF）、厌氧流化床反应器（AFBR）、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）和内循环厌氧反应器（IC）这几种反应器形式。
目前高浓度有机污水较多采用UASB、EGSB和IC反应器，（表1.1）是三种反应器的性能对比。
表1.1不同厌氧反应器的比较[19]
项目
UASB
EGSB
IC
容积
8～10
20～50
20～50
液体上升流速（m/h）
0.5～1
4～6
4～8
处理效率
高
高
高
反应器进水流量
稳定－可控
稳定－可控
变动－不可控
耐负荷冲击
强
强
最强
进水分布器堵塞
会
会
不会
沼气处理
简单，无需
沼气缓冲器
简单，无需
沼气缓冲器
复杂，需要
沼气缓冲罐
提升泵扬程要求
低
高
最高
建筑高度
＋/－7
＋/－13
＋/－20
占地面积
较大
小
较小
罐/池体材料
水泥
水泥/钢结构
钢结构，需要保温
关键部位安装
容易
容易
较复杂
运行费用
低
较低
较高
1.1.3组合工艺
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，这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点：
（1）所需水解池体积小；
（2）构造简，造价低，维护方便，易于放大；
（3）产生污泥量少，有机物降解迅速；
（4）去除率高。
新型接触氧化法处理啤酒废水
此方法处理过程为：
废水首先通过微滤机去除大部分悬浮物，出水进入调节池，然后经提升泵打入VTBR反应器中进行生化处理，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池浓缩后脱水。
该处理工艺有以下主要特点：
（1）投资少，处理稳定，处理效果好；
（2）生物活性高；
（3）水深大，耗电大。
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。
采用此工艺处理啤酒废水时要遵循下列要求：
（1）.采用水解酸化作为预处理工序时应考虑悬浮物去除措施；
（2）.采用推流式生物接触氧化池时，为避免前端有机物负荷过高可采用多点进水；
（3）.应严格控制溶解氧浓度，供氧不足会造成生物膜大范围脱落，导致运行失败。
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高，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、仪表专业的设备投资和设计难度。
内循环UASB技术是在普通UASB技术的基础上增加一套内循环系统，它包括回流水池及回流水泵。
UASB反应器的出水水质一般都比较稳定，在回流系统的作用下重新回到配水系统。
这样一来能提高UASB反应器对进水水温、pH值和COD浓度的适应能力，只需在UASB反应器进水前对其pH和温度做一粗调即可。
UASB反应器采用环状穿孔管配水，通过三相分离器出水，并在三相分离器的上方增加侧向流絮凝反应沉淀器，它由玻璃钢板成60°安装而成，能在最大程度上截留三相分离出水中的颗粒污泥。
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反应器或氧化沟处理运行组合，以便进一步降低运行费用。
UASB+SBR法处理啤酒废水
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1kg原煤，这样可节煤约4t/d左右，年收益约为39.6万元。
UASB+SBR法处理工艺与水解酸化+SBR处理工艺相比有以下优点：
（1）.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85%，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1500m3～2500m3废水的处理费用，节约能耗约21.4万元/a；
（2）.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/t。
1.2设计资料
设计处理能力为日处理啤酒废水5000m3/d，最大时废水约380m3/h。
原水水质指标及处理后水质要求如下表1.2：
表1.2水质要求
PH
BOD（mg/L）
COD（mg/L）
SS（mg/L）
进水水质
5-10
1200
2000
700
出水水质
6-9
20
100
70
2啤酒废水处理工艺流程
根据综述中对处理工艺的比较，厌氧－好氧联合工艺是较佳的技术手段，该工艺投资小，运行成本低，单位面积的污水处理能力高，污泥产量大大减少，适于难生物降解的污水处理，是一种经济实用、高质高效的啤酒废水处理技术。
本设计选取将UASB和SBR两种处理单元进行组合，使处理流程简洁，节省运行费用。
而把UASB作为整个废水达标排放的一个预处理单元，它具有良好的耐冲击性，可去除85％以上的COD，并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阶段的有机物量，因此降低了SBR好氧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。
USAB＋SBR工艺，处理效率高，并具有脱氮除磷的功能。
2.1工艺流程图
该啤酒厂生产废水处理工艺流程如图2.1所示：
图2.1啤酒废水处理工艺流程图
2.2工艺流程的说明
废水通过格栅截留大颗粒有机物和漂浮物，由于截污量较小，采用人工清渣方式。
污水提升泵，污水泵设置地面上露天放置（考虑环境气温不低于－3℃），污水泵配套引水筒。
调节沉淀池在调节水量同时，去除一部分格栅无法截留的悬浮颗粒有机物，该池采用半地下式结构，便于沉淀物的排除。
UASB为主要的生化处理装置，全钢结构，地上式，考虑保温。
沼气部分，设计水封罐、气水分离器。
预曝气沉淀池，要改变厌氧出水的溶解氧含量，沉淀去除UASB出水带来的悬浮污泥。
该池为地上式，钢筋混凝土结构。
SBR池为半地下式，钢筋混凝土结构，运行中采用自动控制。
处理出水排入市政污水管。
啤酒废水各级处理效果如下[18，21，22]：
调节沉淀池进水CODCr2000mg/L，BOD51200mg/L，SS700mg/L，去除率分别为CODCr25％、BOD510％、SS40％，出水水质分别为1500mg/L、1080mg/L、420mg/L。
UASB的去除率分别为CODCr87.5％、BOD590.0％、SS70.0％，出水水质分别为187.5mg/L、108mg/L、126mg/L。
预曝气沉淀池去除率为CODCr20.0％、BOD510.0％、SS40.0％，出水水质分别为150mg/L、97.2mg/L、75.6mg/L。
SBR的出水水质为60mg/L、20mg/L、60mg/L，去除率分别为CODCr60％、BOD579.4％、SS20.6％。
3处理工艺构筑物设计
3.1格栅
3.1.1设计说明
格栅主要是拦截废水中较大颗粒和漂浮物，如破布，瓶子，菜叶，麦末等，防止由于堵塞或反应池容积的减少而使得系统完全失效，对水泵起保护的作用，以确保后续处理的顺利进行。
该厂处理的是生产废水，尽管SS含量不低，但较大漂浮物及较大颗粒少，格栅拦截的污染
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