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淀粉工业废水处理工程设计

1绪论

1.1概述

淀粉是一种重要的工业原料，除供食用和加工食品外，更广泛地应用于纺织、造纸、医药、发酵、化工、等行业。

我国是世界上淀粉生产大国，年产淀粉600万吨以上。

全国28个省、市、自治区，除外都有规模以上企业。

淀粉品种主要以玉米淀粉为主，目前我国淀粉产量仅次于美国居世界第二位，其中玉米淀粉所占比例最大为86.5%，薯类淀粉次之为9.5%，小麦淀粉为3.9%。

根据统计数据，我国历年淀粉产量一直呈上升趋势，从1979年的28万吨增至2002年的629万吨，平均递增率达15%。

图1近年来我国淀粉产量

在淀粉生产过程中，废水排放量很大，而这类废水都含有大量淀粉、蛋白质、糖类、脂肪等有机物的高浓度有机废水，这些淀粉废水若不经过处理直接排放，其水中所含有的有机物，进入水体后迅速消耗水中的溶解氧，造成水体缺氧而影响鱼类和其他水生动物的生存，同时废水中悬浮物易在厌氧条件下分解产生臭气，恶化水质。

某淀粉生产企业以玉米为原料生产淀粉，生产过程中排放大量淀粉废水，影响围环境，为适应当地环保工作的需要和工业项目应同时设计、同时施工、同时投入使用的三同时原则，也使出水水质达到污水综合排放一级标准，故投资兴建此配套污水处理设施。

据该淀粉企业排放的废水特点，本设计通过对气浮-EGSB-SBR工艺的设计计算、分析，保证排放的废水达到污水综合排放一级标准。

1.2设计依据

（1）《中华人民国环境保护法》

（2）《中华人民国水污染防治法》

（3）《污水综合排放标准》（GB8978—1996）

（4）《给水排水设计手册》

（5）《给水排水设计标准规实施手册》

（6）《给水排水工程概预算与经济评价手册》

（7）《环境工程设计手册》

（8）可行性研究报告的批准文件和工程建设单位的设计委托书

（9）甲提供的相关水质资料

（10）建设提供的相关资料

1.3设计围

（1）生产废水流入污水处理区至全处理流程出水达标排放为止，设计容包括水处理工艺、土建、排水等。

（2）污水处理站的设计主要分为污水处理和污泥处理两部分。

1.4设计原则

根据和当地有关环境保护法规的要求，对某淀粉生产企业在生产过程中排出的淀粉废水进行有效处理，使之符合和当地废水排放标准，取得明显的环境和社会效益，使企业树立良好社会形象。

（1）格执行有关环境保护的各项规定，使处理后的各项指标达到或优于《污水综合排放标准》（GB8978—1996）一级排放标准。

（2）针对废水水质特点采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺和设备，最大可能的发挥投资效益，采用高效稳定的水处理设施和构筑物，尽可能的降低工程造价，同时结合企业的生产情况，对污水进行综合治理。

（3）工艺设计与设备选型能够在生产过程具较大的灵活性和调节余地，能适应水质水量的变化，确保出水水质稳定，达标排放。

（4）工艺运行过程中考虑操作自动化，减少劳动强度，便于操作，维修。

（5）建筑构筑物布置合理顺畅，降低噪声，消除异味，改善围环境。

2污水处理工艺

2.1废水水质、水量

本次设计课题来源于某玉米淀粉生产企业生产废水。

生产工艺流程大致图2所示。

图2玉米淀粉生产工艺图

生产废水主要来自于浸泡、胚芽分离、纤维洗涤和脱水等工序，其主要成分为淀粉、糖类、蛋白质、纤维素等有机物质和氮、磷等无机物。

各种废水水质、水量见表1。

表1废水水质、水量

项目

水量（t/d）

CODCr（mg/L）

菲汀水

120

16000－20000

黄浆水

100－200

10000－15000

板框水

150

1000－5000

冲洗水

150－200

2000

废水经厂地下管网汇集到废水处理站，混合废水的水质、水量见表2。

表2混合废水水质、水量

项目

水量（t/d）

pH

CODCr（mg/L）

BOD5（mg/L）

SS/（mg/L）

氨氮（mg/L）

混合废水

500

5.0

10000

6000

2000

50

该淀粉废水排放量为480m3/d，废水处理工程的设计规模500m3/d。

2.2进水水质特征分析

（1）COD、BOD浓度高

生产过程中的亚硫酸浸泡液浓缩成的玉米浆或菲汀，其COD浓度在16000～20000mg/L，甚至高达20000mg/L以上。

（2）废水中SS浓度高

淀粉废水中含有大量的蛋白，可以先用气浮工艺分离提取。

（3）生产用水量大

目前玉米淀粉生产的吨淀粉用水量为6吨左右。

（4）本项目污水处理的特点

污水的BOD/COD=0.6,可生化性好，污水的各项指标都比较高，含有大量有机物，非常有利于生物处理。

2.3出水水质要求

处理后的废水出水水质达《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准。

表3《污水综合排放标准》（GB8978—1996）一级排放标准

项目

pH值

SS（mg/L）

CODCr（mg/L）

BOD5（mg/L）

氨氮（mg/L）

排放标准（一级）

6～9

70

100

30

15

2.4污水处理工艺的选择

根据水质情况及同行业废水治理现状、技术水平，该废水采用厌氧与好氧相结合的法来处理，废水首先经过气浮处理，去除大部分悬浮物，特别是蛋白质；然后经过厌氧处理装置，大大降低进水有机负荷，获得能源沼气，并使出水达到好氧处理可接受的浓度，在进行好氧处理后达标排放。

气浮是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的污染物，使其视密度小于水而上浮到水面上面实现固/液或液/液分离的过程。

气浮过程包括气泡产生、气泡与颗粒（固体或液滴）附着以及上浮分离等连续步骤。

它是近几年发展起来的一种技术，在工业废水及生活污水处理面得到广泛应用。

在众多的厌氧工艺中选用第三代厌氧污泥床（EGSB），它是荷兰Wageningen大学环境系在20世纪80年代开始研究的新型厌氧反应器。

EGSB实际是改进的UASB，不同之处是EGSB采用更大的高径比和增加了出水回流，上升流速高，远大于UASB，因此EGSB反应器中的颗粒污泥床处于部分或全部膨化状态，再加上产气的搅拌作用，使进水与颗粒污泥充分接触，传质效果更好。

它在处理高浓度有机废水面与其它生物处理相比具有以下几大优点。

具有UASB反应器的全部特性。

（1）成本低。

运行过程中不需要曝气，比好氧工艺节省大量电能。

同时产生的沼气可作为能源进行利用。

产生的剩余污泥少且污泥脱水性好，降低了污泥处置费用。

（2）反应器负荷高，体积小，占地少。

（3）运行简单，规模灵活。

无需设置二沉池，规模可大可小，较为灵活，特别有利于分散的点源治理。

（4）二次污染少，但其出水浓度仍然比较高，还需后续好氧处理。

自身特点：

（1）上升流速（Vup）大，有机负荷率高。

（2）反应器高径比大，反应器可以承受更高的水力负荷，污泥床处于膨胀状态。

（3）反应器设有出水回流系统，更适合于处理含有悬浮性固体和有毒物质的废水。

（4）以颗粒污泥接种。

颗粒污泥活性高，沉降性能好，粒径较大，强度较好。

（5）由于Vup大，有利于污泥与废水间充分混合、接触，因而在低温、处理低浓度废有机废水时有明显的优势。

SBR法是序批式活性污泥法（SequencingBatchReactor）的简称，早在1914年就已开发，后经美国Irvine教授等的研究改进，并于1980年在印地安那州实施，取得满意的效果从而得到广泛地推广。

其基本操作流程由进水、反应、沉淀、出水和闲置等五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个期；SBR工艺的曝气池，在流态上属完全混合，在有机物降解上，是时间上的推流，有机物是随着时间的推移而被降解。

SBR工艺与连续活性污泥工艺相比的优点：

（1）工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼有二沉池的功能，无污泥回流设备。

（2）耐冲击负荷，在一般情况下无需设置调节池。

（3）反应推动力大，易于得到优于连续流系统的出水。

（4）运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷效果。

（5）污泥沉淀性能好，SVI值较低，能有效地防止丝状菌膨胀。

（6）该工艺地各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。

通过以上分析及废水水质、水量情况，拟采用“气浮—EGSB—SBR法”。

2.5污水工艺流程图

图3气浮－EGSB-SBR淀粉处理工艺流程图

2.6污水处理工艺流程的描述

该淀粉废水处理工艺主要由提取蛋白、厌氧生物处理和好氧生物处理三部分组成。

提取蛋白采用气浮分离技术，淀粉生产车间的废水流过格栅，先去除大颗粒的悬浮物，然后进入集水井，集水井的废水泵入气浮池提取蛋白饲料，湿蛋白经烘干制成干蛋白。

气浮分离后的废水流入调节沉淀池，以调节水量和pH并沉淀去除部分悬浮物。

厌氧生物处理采用EGSB技术，调节沉淀池废水用泵压入EGSB进行厌氧生物处理，大部分有机物在EGSB反应器中降解，反应过程中产生的沼气回收利用。

EGSB出水自流进入集水井，集水井是厌氧处理单元和好氧处理单元之间的调节水量的构筑物，其功能主要是为后面的好氧处理创造有利的条件。

好氧生物处理采用SBR技术，集水井的出水自流进入SBR进行好氧生物处理，以进一步降解水中的有机物。

调节沉淀池、EGSB、SBR等处理单元产生的污泥排入污泥浓缩池，污泥经浓缩、调理后进入污泥脱水间进行机械脱水，产生的泥饼作为有机农肥外运。

污泥浓缩池的上清液和污泥脱水间的压滤液排入集水井进行再处理。

2.7污水处理构筑物功能描述

（1）格栅

格栅安装在废水渠道、集水井的进口处，用于拦截较大的悬浮物或漂浮物，防止堵塞水泵机组及管道阀门。

同时，还可以减轻后续构筑物的处理负荷。

由于处理量不是很大，采用人工清渣。

结构为地下钢混结构。

（2）集水井1

由于工业废水排放的不连续性，为了便操作，减少施工工程量,气浮池设在地上,在气浮池之前和格栅之后设一集水井，进行水质、水量的初步调节。

（3）气浮池

由于废水的固体悬浮物含量很高,且含有大量的蛋白，所以设一气浮池,分离提取、回收蛋白,提高经济效益，同时减轻后续处理构筑物的压力。

该气浮池采用部分回流的平流式气浮池，并采用压力溶气法。

（4）调节沉淀池

工业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。

由于淀粉废水中悬浮物（SS）浓度较高，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。

（5）EGSB

废水经过水质、水量的调节后，进入厌氧反应池进行处理，因为EGSB反应器中的颗粒污泥床处于部分和或全部膨化状态，再加上产气的搅拌作用，使进水与颗粒污泥充分接触，传质效果更好，所以处理效果比较好。

（6）集水井2

SBR为序批式反应器，设此集水井的目的是调节进入SBR中的水量

（7）SBR

经EGSB反应器处理的废水，COD含量仍然比较高，要达到排放标准，必须进一步处理，即采用好氧处理。

SBR结构简单,运行控制灵活，同时能达到脱氮效果。

SBR是典型的非稳态过程，底物和微生物浓度的变化在时间上呈推流状态，在空间上呈完全混合状态，具有灵活的控制调节能力和较强的抗冲击负荷能力，同时投资及运行费用较小。

（8）污泥浓缩池：

EGSB、SBR中产生污泥进入污泥浓缩池进行浓缩，减少污泥的体积

（9）污泥调理池

在污泥中加入适量的混凝剂、助凝剂等化学药剂，使污泥颗粒絮凝，改善污泥脱水机能。

（10）压滤机

经污泥调理后，用板框压滤机进行脱水处理，进一步减少污泥的含水率。

处理后的污泥可用作肥料。

2.8各构筑物处理效率估算

表4主要污染物去除情况一览表单位：

mg/L

序号

项目

进水

气浮出水

调节沉淀池

EGSB出水

SBR出水

排放标准

1

CODcr

10000

6000

5400

540

54

100

2

BOD5

6000

3600

3240

16.2

30

3

SS

2000

600

240

168

50.4

70

3污泥处理工艺

3.1污泥处理工艺的选择

对污泥的处理和处置，设计中一般只提将脱水污泥外运和综合利用，未计算其投资和经常费用，这势必会造成二次污染。

未经稳定处理的污泥，因有机物含量高，极易腐败并产生恶臭，尤其是初沉淀池的污泥，含有大量病菌、寄生虫卵及病毒，易造成传染病的传播。

国外污泥处理与处置的法很多，一般采用浓缩、消化、脱水、干化、有效利用（多为农用）、填埋及焚烧等，或用其中几个法组合处置。

淀粉废水处理产生的污泥有机质含量高，污泥中的氮、磷等元素，对农作物有增产作用 。

通过堆肥的法，同时添加一定数量的N、P、K做成复（N、P、K的比为1∶0.9∶0.4），并直接造粒为污泥颗粒肥，便于运输和贮存。

3.2污泥处理流程图

原污泥→浓缩→污泥调理→脱水→外运利用（制有机化肥等）

3.3污泥处理系统流程描述

（1）污泥调理

污泥调理是污泥浓缩后和机械脱水前的预处理，其目的是改善污泥脱水的性能，提高机械脱水设备的处理能力。

（2）污泥浓缩

目的是去除污泥中的间隙水，缩小污泥的体积，为污泥的输送、消化、脱水、利用与处置创造条件。

（3）脱水

降低污泥的含水率。

（4）利用

制成有机化肥等。

3.4污泥处理构筑物功能说明

3.4.1污泥浓缩池（重力浓缩）

重力浓缩是最常用的污泥浓缩法。

本设计由于处理水量较少，采用间歇式浓缩池，它利用重力原理，污泥间隙给入，在给入污泥前先放空上清夜。

为此，在浓缩池的不同高度设上清夜排放管。

3.4.2污泥调理池

污泥调理采用化学调理：

在污泥中加入适量的混凝剂、助凝剂等化学药剂，使污泥颗粒絮凝，改善污泥脱水机能。

常用的无机混凝剂有硫酸铝、聚合氧化铝等；有机高分子混凝剂用聚丙烯酰胺，用来调节污泥的pH值。

3.4.3污泥脱水机房

采用板框压滤机处理。

压滤机工作时，先启用压紧机构，压紧板框，形成滤饼，然后用高压压缩空气通过滤框腔，吹鼓橡胶膜，挤出水分，压干滤饼。

4工艺计算

4.1主要处理设备和构筑物的设计参数

4.1.1格栅

A.设计说明

格栅安装在废水渠道、集水井的进口处，用于拦截较大的悬浮物或漂浮物，防止堵塞水泵机组及管道阀门。

同时，还可以减轻后续构筑物的处理负荷。

由于处理量不是很大，采用人工清渣。

B.设计参数

格条间隙d=16mm，栅前水深h=0.15m，过栅流速0.7m/s，安装倾角

=600，设计流量采用最大时流量，取：

104m3/h=0.029m3/s。

C.设计计算

（1）格栅的间隙数（n）

n=

=

（个），取17个

（2）栅槽有效宽度（B）

设计采用矩形断面栅条：

即s=0.01m

B=s（n-1）+dn=0.01

（17-1）+0.016

17=0.432m，取0.44m

（3）进水渠道渐宽部分长度

进水渠道宽取B1=0.25m，渐宽部分展开角

=200。

L1=

=

（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度

L2=L1/2=0.13m

（5）过栅水头损失

取k=3,阻力系数

=2.42,

=0.7m/s

h1=k

=

=0.084m

（6）栅槽总高度H

栅前槽高：

H1=h+h2=0.15+0.3=0.45m

栅后槽高：

H=h+h1+h2=0.15+0.084+0.3=0.534m，取0.54m

h2：

栅前渠道超高，取0.3m

（7）栅槽总长度（L）

L=L1+L2+0.5+1.0+

=0.26+0.13+0.5+1.0+0.45/1=2.34m

（8）每日栅渣量（W）

Qmax－实际排放污水最大流量，m3/s

W1－栅渣量，取0.10m3/103m3（栅渣/污水）

Kz－污水流量总变化系数，取1.50

（9）高程布置

栅前槽底标高-0.45m，栅后槽底标高-0.54m，栅前水面标高-0.30m，栅后水面标高-0.384m。

4.1.2集水井

（1）

A.设计说明

由于工业废水排放的不连续性，为了调节水质、水量，设一集水井。

同时为了便操作，减少施工工程量，气浮池设在地上，在气浮池之前和格栅之后设一集水井，其大小主要取决于提升泵的能力，目的是防止水泵频繁启动，以延长污水泵的使用寿命。

B.参数选择

设计水量：

Ｑ=20.8m3/h

水力停留时间：

T=4h

水面超高取：

h1=0.5m

有效水深取：

h2=2.5m

C.设计计算

集水井的有效容积：

V=Q

T=20.8×4=83.2m3，取85m3

集水井的高度：

H=h1+h2=0.5+2.5=3m

集水井的水面面积：

A=V/h2=85/2.5=34m2，取35m2

集水井的横断面积为：

L×B=7×5（m2）

则集水井的尺寸为：

L×B×H=7×5×3（m3）

所以该池的规格尺寸为7m×5m×3m，数量为1座。

顶标高为0.00m，水面标高-0.50m，池底标高为-3.0m。

在集水井中安装安装QUZ—291式浮球液位计1台，可自动控制提升水泵的启动和停止，即高水位时自动启泵，低水位时自动停泵，同时连续跟踪显示水池液位。

4.1.3一级泵房

A.设计说明

一次污水泵从集水井中吸水到气浮池，污水泵设置于地面上，不能自灌，设置引水筒。

B.设计计算

提升流量：

Q＝20.8m3/h

扬程：

H＝提升最高水位－泵站吸水池最低水位－水泵水头损失

＝3.5-（-4.4）+2=9.9m

选用50QW27-15型潜水排污泵，它的作用是将集水井中的废水提升至气浮池中，设2台泵（1用1备），泵的出口安装电磁流量计进行水量计量。

提升泵参数：

Q=27m3/h，H=15m，配用功率为2.2kW，出水直径50mm。

泵体、电机、减速机、电控柜、电磁流量计、显示器室安装，另外考虑一定的检修空间。

提升泵房设计尺寸：

6m×4m×4.5m。

4.1.4气浮池

A.设计说明

由于废水的固体悬浮物含量很高，且含有大量的蛋白，所以设一气浮池，分离提取蛋白质，提高经济效益，同时减轻后续处理构筑物的压力。

该气浮池采用部分回流的平流式气浮池，并采用压力溶气法。

B.参数选取

设计水量：

Ｑ=500m3/d=20.8m3/h=0.0058m3/s

反应时间取8min，接触室上升流速取20mm/s，气浮分离速度取2mm/s，溶气罐过流密度取3000m3/（m2·d），溶气压力取0.3MPa，气浮池分离室停留时间为16min。

水质情况：

表5主要污染物预计处理效果

项目

CODCr（mg/L）

BOD5（mg/L）

SS（mg/L）

进水水质（mg/L）

10000

6000

2000

去除率（％）

40

40

70

出水水质（mg/L）

6000

3600

600

C.设计计算

（1）反应池

反应池容积V=

=

=2.8m3

取有效水深：

H=2.0m，则反应池面积

F=W/H=2.8/2=1.4m2

尺寸为：

0.93m×1.5m×2m

（2）气浮池

①气浮所需的空气量

Qg=Q

=20.8×10%×40×1.2=100L/h＝0.1m3/h

Q－气浮池设计水量，m3/h

R―试验条件下的回流比，％

―试验条件下的释气量，L/m3

―水温校正系数，取：

②所需空压机额定气量

－安全系数，一般取1.2－1.5

故选用Z—0.025/6空压机两台，一用一备，设备参数：

排气量0.025m3/min，最大压力0.6MPa，电动机功率0.37kw。

③加压溶气所需水量

Qp=

=2.07m3/h，取2.1m3/h

Qp－加压溶气水量，m3/h

－溶气系数

－选定的溶气压力，MPa

－溶解度系数,L/（

）

故选用G（GS）25-1单螺杆泵，设备参数：

流量2.45m3/h，转速720r/min，轴功率0.47kW。

④压力溶气罐直径

因压力溶气罐的过流密度I取3000m3/（m2·d）。

故溶气罐直径D=

选用TR—2型标准填料罐，规格d=0.2m，流量适用围3～6m3/h，压力适用围0.2～0.5MPa，进水管直径40mm,出水管直径50mm，罐总高2550mm，重量77Kg。

⑤气浮池分离尺寸

气浮池分离室流速

=2mm/s，则分离室平面面积

As

分离室长度Ls=As/bc=3.2/1.5＝2.13m，取2.2m

⑥气浮池接触尺寸：

接触室上升流速

=10mm/s，则接触室平面面积

Ac=

接触室长度bc=1.5m，则接触室宽度

L=

取0.5m

⑦气浮池水深H=

t=2×10-3×16×60=1.92m

⑧气浮池的净容积W=（Ac+As）H=（0.64+3.2）×1.92=7.4m3

总停留时间T=

⑨气浮池排水管：

排水管采用穿管，全池共用两根（管间距0.65m），每根管的集水量

。

如允气浮池与后续调节沉淀池有0.3m的水位落差（即允穿集水管眼有近于0.3m的水头损失）则集水口的流速

每根集水管的口总面积

设口直径为10mm，则每面积

=0.0000785m2

口数：

只，取28只

气浮池分离室长为2.2m，穿管有效长度L取1.9m，则距

，取0.13m

释放器的选择与布置：

溶气压力0.3MPa，回流溶气水量2.10m3/h，采用TS-Ⅱ型释放器的出流量为0.83m3/h。

则释放器的个数n=2.10/0.83≈3只，释放器间距1.5/4=0.375m.，接口直径20mm。

（3）确定高程

反应池水面标高2.08m,池底标高0.08m，气浮池水面标高2.00m池顶标高2.58m。

（4）气浮系统的其他设备

刮渣机采用TQ-1型桥式刮渣机，其技术参数：

气浮池池净宽2～2.5m，轨道中心距2.23～2.73m，驱动减速器型号：

SJWD减速器附带电机，电机功率0.75KW。

4.1.5调节沉淀池

A.设计说明

工业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。

由于淀粉废水中悬浮物（SS）浓度较高，此调节池也兼具有沉淀的作用。

该池设有沉淀的污泥斗，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。

采用钢混结构。

B.参数选取

设计水量：

Ｑ=500t/d=20.8m3/h=0.0058m3/s

表6主要污染物预计处理效果

项目

CODCr（mg/L）

BOD5（mg/L）

SS（mg/L）

进水水质（mg/L）

6000

3600

600

去除率（％）

10

10

60

出水水质（mg/L）

5400

3240

240

C.设计计算

设计参数：

Q＝500m3/d＝20.8m3/h，v=1.5mm/s

表面负荷q0＝2.0m3/（m2

h），沉淀时间＝90min

（1）沉淀区尺寸确定

沉淀区总有效面积A=Q/q0=20.8/2.0＝10.4m3

有效水深

m超高0.3m

H=3+0.3=3.3m

沉淀区有效容积

沉淀池长度

m

沉淀池宽度