某啤酒厂废水处理工程工艺设计毕业论文.docx
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某啤酒厂废水处理工程工艺设计毕业论文
某啤酒厂废水处理工程工艺设计毕业论文
1设计总论
1.1设计背景
啤酒是以优质的大麦和水为主要原料，以啤酒花为香料，经过麦芽制备、麦芽汁制备、发酵等工程而制成，含有丰富的营养物质以及二氧化碳等物质。
改革开放以来，人民的生活水平明显得到大大的提高，我国的啤酒行业也快速发展，我国的啤酒年产量在连续九年名列世界第二后，2002年以2386.83万吨超过了美国的2200多万吨的产量，位居世界第一。
但由于我国啤酒工业发展起步较晚，投资资费较低，对在生产中形成的废渣、废水的控制还不完善，由此而导致废水量较大。
据有关部门测算，2002年全国啤酒废水排量高达2.7亿立方米，年排放COD约为2.9万吨；啤酒废水占全国废水排放总量的1.3%，COD占全国工业废水中COD排放总量的0.5%。
虽然啤酒生产的废水属有害而无毒性的废水，但由于每年生产100t啤酒，排放废水中BOD量相当于1.4万人的生活污水，生产每瓶啤酒排放的废水中BOD含量相当于1个人每天生活排放污水中BOD的量。
随着我国啤酒工业的迅速发展，啤酒工业废水的排放量也相应增加，污染程度大大加重。
因此只有有效合理的控制啤酒厂的废水，才能保证良好的经济效益、环境效益和社会效益。
结台我国企业的实际情况，对啤酒废水的治理技术进行综合分析与探讨，研究先进合理的治理工艺在当前具有普遍的现实意义。
1.2城市环境条件
1.2.1地形
该城市地处低山丘陵,中部地势相对较为平坦，北部海岸线曲折多变，海拔高8.5米。
1.2.2气候
受海洋影响较大，一年四季气候分明，冬季无严寒，夏季无酷暑。
年平均气温12.5℃，极端最高气温为36.5℃，极端最低气温为－13.8℃，月平均气温以8月份最高，一月份最低。
由于受季风影响，降雨多集中在6～9月份，年平均降雨量359.6mm，平均蒸发量为1016.3mm，年平均相对湿度72.7%。
该地区全年主导风向为偏东北风，出现频率占33%，其次偏西风，频率21%，静风频率占15%。
年平均风速为4.2m/s，最大风速25m/s。
1.2.3水文
地下水位标高在6～7.5米。
具体设计水位标高见表1.1。
表1.1海岸工程设计水位
Table1.1Designwaterlevelofcoastproject
设计高水位
设计低水位
平均海水面
3.00
1.05
2.00
1.2.4厂址
地质主要为远古代黑云母花岗岩和混合花岗岩，及中生代燕山期斑状花岗闪长岩及花岗岩。
地震基本烈度为7级。
工程地质良好，适宜于工程建设，厂区地形平坦，海拔高度8.5米，计算时按地面相对标高0.00m计。
1.3设计水量及水质
设计水量为Q=7500m3/d,污水总变化系数
=1.5;
进水水质：
COD
2600mg/LBOD
1500mg/L
SS=332~450mg/LPH=4~9
水温<35℃
出水水质：
COD
100mg/LBOD
60mg/L
SS
50mg/LPH=6~9;
1.4设计原则
在进行毕业设计前，应首先通过查阅相关的文献资料，熟悉啤酒废水处理工艺设计的一些思路和方法，在已有的处理工艺的基础上结合给定的水质水量综合考虑各种设计条件、设计参数，进行多种方案的比较选择，最后确定本设计的合理的废水处理工艺。
同时，应按照工程技术规，进行处理工程构筑物及设备的选型计算，按要求绘制工程图（包括污水处理厂总平面布置图、高程图、主要构筑物的平面图、剖面图等），编写设计说明书。
最终，通过与实例比较，根据处理效果及投资成本，验证其可行性。
2方案比较及流程确定
2.1污水处理程度的确定
2.1.1处理效果分析
根据设计容及要求，本次设计水量为7500m3/d,污水中的COD及BOD含量较高，出水要求需要达到国家二级排放标准。
因此，仅采用一级处理很难达到预期的处理效果，因此需要采用二级生物处理的方法来处理该废水。
2.1.2处理重点分析
由于啤酒废水中的BOD含量较高，因此对于啤酒废水的处理，重点在于生物处理，如何采用适当的生物处理方法来处理该啤酒厂的废水，以达到预期的设计出水效果是本设计的重点容。
2.2污水处理方案的比较
啤酒废水的处理主要是采用好氧处理技术，比如活性污泥法、高负荷生物过滤法和生物接触氧化法等。
但近年来，国外啤酒废水处理技术有了迅速的发展，常常采用以生化为主，生化与物化相结合的啤酒废水处理工艺。
其中，主要采用的生化处理方法有以下三种：
a.直接使用好氧接触处理工艺；
b.水解酸化，再加上后续处理工艺；
c.采用UASB反应器进行厌氧处理，再进行后续处理。
2.2.1处理工艺流程选择应考虑的因素
随着科技的快速发展，啤酒废水的处理方法也越来越多，越来越先进。
因此在进行废水处理方案的选择的时候，应结合给定的水量、水质，以及当地的气候环境等各方面因素，做到经济效益和社会效益双优。
下面对啤酒废水常用的几种处理方法进行比较。
2.2.2接触氧化法
该处理工艺是由以轻工部为代表而推荐采用的方案，啤酒厂、青岛湖岛啤酒厂、冷冻厂啤酒厂等均采用此处理工艺流程，处理后废水中各污染物的去除率较高，处理后的废水可达标排放。
各部分的作用分析如下：
细格栅起初步的固液分离作用，因此可以不设初沉池；酸化池中设填料，一方面为细菌提供呈立体状的生物床，把水中的颗粒物质和胶体物质截留和吸附，另一方面在水解菌的作用下，将不溶解性的有机物水解为溶解性的物质，在产酸菌的协同作用下，将大分子物质、难于生物降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质。
物化法中选用加药反应气浮池的理由主要为三点：
一是悬浮物等去除率高，普通沉淀池去除率仅为30％左右，竖流式沉淀池为40％一50％，而气浮可达80％～90％；二是气浮污泥含水率为97％～98％，气浮排渣可直接进行脱水处理，而其他沉淀池的污泥含水率达99％以上；三是气浮池的气浮水力停留时间短，约30min左右，而其他沉淀池的水力停留时间一般为1．5一2h左右，故气浮池体积小，占地面积小。
但气浮处理需要增设一套空压机、压力溶气罐、回流水泵等组成的辅助系统，操作管理相对较复杂。
生物接触氧化法的工艺流程如图2.1所示。
图2.1接触氧化法工艺流程图
Figure2.1ContactOxidationProcessFlowDiagram
2.2.3UASB法
在主体处理系统上，UASB法与接触氧化法基本相同，主要原理都是利用水解酸化、接触氧化和气浮池等，但他们主要的不同点是：
UASB法的高浓度废水先采用UASB（上流式厌氧污泥床）预处理后再进入低浓度废水调节池，然后进行主体处理系统；UASB法在主体处理系统中的调节池前增设了沉砂池和分离机（高浓度废水预处理系统中调节池前也增设了沉砂池和分离机）。
UASB法的工艺流程如图2.2所示。
2.2.4IC—CIRCOX法
IC（厌氧循环）反应器是根据UASB的原理，由荷兰帕克（PAQUES）公司于20世纪80年代研究出的重大成果。
该法的主体工艺包括混合区、污泥膨胀床、精处理区和循环系统四个部分。
CIRCOX（封闭式空气提升好氧）反应器为双层立式筒体（外层为下降筒体，层为上升筒体），水由底部进人反应器，与压缩空气一起从层简体向上流，使进水与微生物充分接触，微生物黏附在载体表面，形成生物膜，筒体的上部做成“帽状”，气、水和污泥的混合液进入反应器上部“帽状”的三相分离区分离；气体从上面离开反应器，澄清水从出水口流出，污泥经过沉降区返回到反应器底部。
IC反应器应用于高浓度有机废水处理，CIRCOX适用于低浓度的啤酒生产废水和城市污水处理，两者串联起来是优化的组合，体现了占地面积小，无臭气排放，污泥量少和处理效率高的优点。
1995年富仕达酿酒公司引进了帕克公司的专利技术处理啤酒生产废水，已建成投产，处理能力4800m3/d，其工艺流程图如图2.3所示。
2.2.5CASS法
CASS法与CAST法相似，是一种循环式的活性污泥法，CASS反应池的运行一般包括三个阶段：
进水、曝气、回流阶段；沉淀阶段；滗水、排泥阶段。
周期一般在4—12h，可以根据实际情况而自行设定。
CASS反应池一般用隔墙分隔成三个区：
生物选择区、预反应区和主反应区。
在生物选择区不进行曝气，类似于SBR法中的限制性曝气阶段。
在该区，回流污泥中的微生物大量吸附废水中的有机物，能较迅速有效地降低废水中有机物浓度；预反应区采取半限制性曝气，溶解氧保持在0.5mg/L左右，使该区有可能发生反硝化；在主反应区主要进行强制鼓风曝气，其目的是使有机物及氨氮得到生化与硝化。
该处理工艺用于某啤酒废水处理中，其中，CASS反应池运行周期8h，进水、曝气、回流时间6h，进水、沉淀时间lh，滗水、排泥时间lh。
处理水量3500m3/d，进水水质为：
：
800~1500mg/L；BOD5：
400～800mg/L；SS：
300—600mg/L。
处理后的出水水质为：
：
63~120mg/L；BOD5：
41~58mg/L；pH：
6.7~8。
CASS法工艺流程如图2.4所示。
2.2.6水解酸化-SBR法
该工艺是以水解酸化一SBR为主体的处理方法。
其中，在水解酸化池设置填料，水解酸化池的水力停留时间在4h左右（其目的主要是为了利用厌氧过程的前阶段），COD的去除率可达到30％-40％，pH值为4.8～5.2左右；在SBR反应池的反应时间约为6h，水温在20—25℃围，它的污泥浓度在4000mg/L左右，其出水水质可以达到原GB8978--88一级排放标准，COD的总去除率>92％，BOD总去除率>98％。
SBR处理工艺的特点是集生物降解和终沉排水等功能于一体，该法与传统的连续式活性污泥法（CFS）相比，可省去沉淀池和污泥回流设施，具有运行稳定、净化效率高、耐冲击负荷、避免污泥膨胀、便于操作管理等特点。
水解酸化法工艺流程如图2.5所示。
图2.2UASB法工艺流程图
Figure2.2UASBmethodprocessflowdiagram
图2.3IC-CIRCOX法工艺流程图
Figure2.3processflowdiagramofIC-CIRCOXmethod
图2.4CASS法工艺流程图
Figure2.4ProcessFlowDiagramofCASSmethod
图2.5水解酸化法工艺流程图
Figure2.5anaerobicprocessflowdiagram
2.3污水处理方案的确定
啤酒废水的BOD/COD大，上述5个处理工艺方案的共同点是均以生物处理为主体，而且基本上均以前级为厌氧（水解酸化为主）处理，后级为好氧处理。
他们的不同之处包括：
一是第二级好氧生化处理分为生物接触氧化法（生物膜法）和活性污泥法（微生物呈悬浮状态）；在厌氧和好氧生物处理中，又分为成熟的传统方法（工艺1、2、4）和较新技术应用的方法（如工艺2中预处理用UASB，工艺3中IC和CIRCOX及工艺5中的CASS法），它们的共同点是：
啤酒废水（混合水）采用厌氧（水解酸化）生物处理与好氧生物处理相结合（为主体）的处理工艺是成熟、可靠的工艺。
综上所述，在以厌氧（水解酸化）与好氧为主体的处理工艺中，其污泥产量较少，但上述5个处理工艺中也有区别，处理工艺1—3在好氧生物处理后均设沉淀设施（工艺1和2为气浮池，工艺3为斜管沉淀池）；而处理工艺4和5，在好氧生物处理后不设沉淀池，污泥量很少，大多数部消化，故污泥直接进入污泥浓缩池，进行污泥的处理与处置。
从上述5个处理工艺分析，工艺I一3好氧生物处理采用的是生物膜法（前两个是生物接触氧化法，第三个CIRCOX反应器是好氧生物流化床原理发展而来，微生物黏附在细砂类载体物表面，形成生物膜），生物膜要进行新、老更替，老的膜剥落后需要经沉淀后去除（当然同时也去除悬浮物等），故氧化（好氧）生物处理后要设沉淀设施。
后两种好氧生物处理均属活性污泥法畴，SBR集生物降解和终沉排水于一体，污泥浓缩在SBR池下面，省去了沉淀池；CASS反应池污泥用回流泵回流（循环式活性污泥法），产泥少、污泥直接进污泥浓缩池，不设沉淀池。
可见后两种工艺省去了沉淀设施，减少了沉淀池的造价和占地面积。
可以这样说：
好氧生物处理采用生物膜法，后面要设沉淀池，其处理工艺由生化和物化相结合；好氧生物处理采用SBR和CASS反应池的，后面可不设沉淀池，其处理工艺省去了物化处理，由单一的生化处理组成。
通过对多种方案的综合比较，结合本次设计的实际的水量、水质，我最终确定采用UASB+SBR法来处理啤酒废水。
2.4污水处理工艺流程图
污水处理工艺流程图如图2.6所示:
图2.6啤酒厂污水处理工艺流程图
Figure2.6brewerywastewatertreatmentprocessflowdiagram
3污水处理构筑物设计与计算
3.1格栅的设计与计算
3.1.1设计说明
格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，一般安装在废水渠道、进水井的进口处，用以截留较大的悬浮物或漂浮物。
除此之外，设置细格栅还可对水泵起保护作用，可减轻后续构筑物的处理负荷，并使各构筑物能够正常运行。
3.1.2设计参数
本设计采用细格栅：
栅条间隙d=10mm;
栅前水深h=0.4m;
过栅流速v=0.6m/s;
安装倾角α=60º；
本次设计的设计流量为：
Q=7500m3/d=312.5m3/h=0.087m3/s;
3.1.3设计计算
格栅设计草图如图3.1所示：
图3.1格栅设计草图
Figure3.1grilledesignsketch
3.1.3.1栅条间隙数（n）
式中：
Q-------------设计流量，m3/s
α-------------格栅倾角，度
b-------------栅条间隙，m
h-------------栅前水深，m
v-------------过栅流速，m/s
取n=34条
3.1.3.2栅槽宽度（B）
在本次设计中，取栅条宽度S=0.01m，
则栅槽宽度为:
B=S（n-1）+
=0.01×（34-1）+0.01×34=0.67m
3.1.3.3进水渠道渐宽部分长度
设进水渠宽B1=0.5m，其渐宽部分的展开角度为α1=20º,进水渠道的流速为0.73m/s,则进水渠道渐宽部分的长度为：
3.1.3.4栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度
3.1.3.5通过格栅的水头损失（h1）
设栅条断面为圆形断面，当迎水面为圆形时，形状系数β取1.83。
式中：
k—系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大倍数，一般采用k=3.通过格栅的水头损失一般为0.08~0.15m，为避免格栅前涌水，故将栅后槽下降h2作为补偿。
3.1.3.6栅后槽总高度（H）
设栅前渠道超高h2=0.3m，则栅后槽的总高度为：
3.1.3.7栅槽总长度（L）
3.1.3.8每日栅渣量（W）
在格栅间隙为10mm的情况下，设每1000m3污水产0.09m3的栅渣量，则每日栅渣量为：
因为W>0.2m3/d,所以宜采用机械清渣。
3.1.4格栅机的选型
参照《给水排水设计手册》第11册，本工艺格栅选择XWB-Ⅲ系列背耙式细格栅除污机，其安装倾角为60°，进水流速1.2m/s,水头损失<19.6kPa,栅条净距7～15mm。
3.2调节池
3.2.1设计说明
设计调节池主要是选择池型和确定其有效容积，然后计算其各部分的尺寸和搅拌设备。
调节池有效容积的确定主要有停留时间法和累积曲线法两种方法。
其中，停留时间法是当前国应用最为普遍的方法，应用停留时间法的关键是确定适当的停留时间。
在本次毕业设计中，拟选用矩形调节池，它可以同时做到调节水量和水质。
为避免在调节池中发生沉淀，需要对其进行搅拌，使其能够得到充分的混合，采用机械搅拌的方式。
3.2.2设计参数
设计流量Q=7500m3/d=312.5m3/h=0.087m3/s；
调节池停留时间T=8.0h
3.2.3设计计算
3.2.3.1调节池有效容积
V=QT=312.5×8=2505.6m3
3.2.3.2调节池水面面积
调节池的有效水深取7.5米，超高0.5米。
则
调节池面积为
A=V/H=2505.6/7.5=334.1m2
取池长L=28m,池宽B=A/L=334.1/28≈12m，
调节池的实际尺寸为：
L
B
H=28
12
8=2688m3
3.2.3.3小结
调节池的配套设备选择如下：
a.搅拌机
数量：
1台；
型号：
JBG型立式环流搅拌机：
配用电机功率：
2.2kW；
单机服务围最大面积100m2，最大宽度10m，最大深度2~6m（可调）：
机体最大插入水深：
1~4.5m，
重量：
390kg；
b.液位计
数量：
1套；
电源：
220VAC；
c.转子流量计
数量：
1组；
d.潜污泵
数量：
3台，两用一备；
规格：
150QW200-14-18.5；
流量/扬程：
200m3/h，14m；
功率：
18.5kW；
转速：
1470r/min;
电源：
三相380VAC。
3.3UASB设计计算
3.3.1设计说明
UASB，即上流式厌氧污泥床，在UASB中，可以同时发生生物反应和沉淀。
该反应器的结构紧凑。
UASB反应器主要由下列几部分组成：
a.进水分配系统
进水分配系统设在上流式厌氧污泥床反应器的底部，其作用主要是把废水均匀的分配到整个反应器，使有机物能在反应区均匀分布，这样可以有助于废水与微生物的充分接触，除此之外，还可以使反应器的微生物能够充分获得营养，有助于提高反应器容积的利用率。
同时，配水系统还具有搅拌的作用。
b.三相分离器
三相分离器的作用是把气、液、固三相有效的分开，它由沉淀区、集气室和气封三部分组成。
其工艺流程是：
气体首先被分离，然后进入集气室，再在沉淀区将固体和液体的混合液进行固液分离，这样，下沉的固体就可以依靠自身重力由回流缝返回反应区。
c.出水系统
出水系统的作用是将澄清后的废水收集起来，从而排出反应器。
d.排泥系统及沼气收集系统
根据不同的废水性质，反应器的构造有所不同，主要可分为开放式和封闭式两种。
它的污泥床生物量多，容积负荷率高，废水在反应器的水力停留时间较短，因此所需池的容积将大大缩小。
UASB具有设备简单，运行方便的优点，而且不需要设沉淀池和污泥回流装置，不需要补充填料，也不需要在反应区设机械搅拌装置，造价相对较低，管理方便。
3.3.2设计参数
3.3.2.1设计参数选取如下：
容积负荷（
）：
4.6kgCOD/（m3.d）；
污泥产率：
0.07kgMLSS/kgCOD；
产气率：
0.4m3/kgCOD
3.3.2.2设计水质
设计水质如表3.1所示。
3.3.2.3设计水量
Q=7500m3/d=312.5m3/h=0.087m3/s
3.3.3设计计算
表3.1UASB反应器进出水水质指标
Table3.1UASBreactorandoutofthewaterqualityindicators
水质指标
COD
BOD
SS
进水水质（mg/l）
2600
1500
350
去除率（%）
80
85
60
出水水质（mg/l）
520
225
140
3.3.3.1反应器容积计算
3.3.3.1.1UASB的有效容积V有效
式中：
Q-------------设计流量，m3/s
S0-------------进水COD含量,mg/l
-------------容积负荷,kgCOD/（m3·d）
3.3.3.1.2UASB反应器的形状和尺寸
在本次设计中，采用6座相同的UASB反应器，则每座反应器的有效容积为:
Vi=4239/6=706.5m3。
a.根据实际经验，UASB的最经济高度一般在3～6m之间，而且在大多数情况下，这也是系统最优的运行围。
因此取有效水深为h=6m，则
横截面积
单池面积
b.经过分析，可知采用矩形池比圆形池较经济。
单个池子从布水均匀性和经济性考虑，矩形池长宽比在2:
1以下基建投资最省。
设池长L=12m，则宽
，取10m。
单池实际面积
c.设计反应池总高度为H=6.5m，其中超高为0.5m（一般应用时反应池装液量为70%-90%）。
单座UASB池的总容积为:
单座UASB池的有效反应容积为:
单个反应器实际尺寸：
12m×10m×6.5m
反应器数量：
6座
UASB的总面积：
反应器总容积：
总有效反应容积:
，
符合有机负荷求。
d.水力停留时间（HRT）及水力负荷率（
）
HRT=V有效/Q=4320/312.5=14h
=Q/S=312.5/720=0.43m3/m2·h
水力负荷
（0.1—0.9m3/m2·h），符合设计要求。
3.3.3.2进水分配系统的设计
a.布水点的设置
进水方式的选择应根据进水的浓度以及进水的流量而确定，通常采用的是连续均匀的进水方式。
布水点的数量可选择一管一点或一管多点而进行布水，布水点的数量与所处理的废水的流量、进水浓度、容积负荷等因素有关。
由于所取容积负荷为4.6kgCOD/（m3·d）,因此本次设计每座UASB反应器中总共设置35个布水点，则每点的负荷面积为:
Si=S/n=120/35=3.4（m2）
b.配水系统形式
UASB反应器的进水分配系统形式多样，主要由树枝管式、穿孔管式、多管多点式和上给式四种。
本次设计使用U形穿孔配水，一贯多孔式。
为配水均匀，配水管中心距可采用1.0~2.0m,出水孔孔距也可采用1.0~2.0m,孔径一般为10~20mm,常采用15mm,空口向下或与垂线呈45。
方向，每个出水孔的服务面积一般为2~4m2。
配水管中心距池底一般为20~25cm,配水管的直径最好不小于100mm.为了使穿孔管各孔出水均匀，要求出7根支管，布水支管的直径采用DN200mm。
布水支管的中心距为1.4m，管与墙的距离为1m；出水孔孔距1.2m，出水孔距墙为0.7m。
孔口向下并与垂线呈45°角。
进入池子的总管管径取DN350mm，流速为1.5m/s；每个池子的总管管径取DN250mm，长L=12m，流速为1.35m/s。
为了使穿孔管隔空出水均匀，要求出口流速不小于2m/s，取其流速为u=2m/s。
每根管上有6个配口流速不小于2m/s。
每个反应池采用树枝穿孔管配水，每个反应池中设置水孔则布水孔孔径为：
d=
=
=0.011（m）
本装置采用连续进料的方式，布水孔的空口朝下，这样可有助于避免堵塞布水孔空口；而且由于UASB反应器的底部有反射散布的作用，这样可以有利于布水均匀。
为了能使污泥和废水之间可以有效充分的接触，减少底部进水管的堵塞，建议进水点距反应池底200~250mm
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