某柠檬酸生产废水处理工程设计Word文档下载推荐.doc

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第一章绪论

1.1生产柠檬酸废水的来源

在我国，柠檬酸生产主要以薯干、玉米等为原料，用薯干为原料，采用薯干粉原料深层发酵法生产柠檬酸是我国独特的先进工艺。

该工艺不需特别添加营养盐类或其他产酸促进剂，而且产量较高，且资源丰富，价格低廉。

国外生产柠檬酸主要以糖蜜为原料，糖蜜的组成复杂，一般需要进行糖蜜预处理方可进行柠檬酸正常生产。

国内柠檬酸生产的工艺流程如图1-l.

在柠檬酸生产过程中，薯干粉原料在发酵罐与发酵菌混合，在通风和搅拌的条件下进行发酵反应。

发酵后的混合液中，大部分是溶解态的柠檬酸，并含有许多其他杂质与代谢产物，如薯干粉渣、蛋白质、菌丝体以及一些不能利用的糖类等。

经过板框压滤后将固体状的菌丝体和薯干粉分离出来，所形成的滤渣可以用作饲料，往滤液中投加碳酸钙，与溶解态的柠檬酸反应生成难溶性的柠檬酸钙沉淀，通过过滤可以与其他可溶性杂质分离这一过程称为中和。

中和时一般先将滤液加温到70摄氏度以上再开始加碳酸钙，随着温度的升高，柠檬酸钙的溶解度降低，而其他杂质，如草酸钙和葡萄糖酸钙的溶解度则增大，逐渐呈溶解状态，因此在中和过程中一般要求在80摄氏度保温半小时以上以使反应完全，此时进行抽滤，即可得到柠檬酸固体。

含有其他钙盐和物质的溶解即可排出，这股废水一般称为浓糖水。

所得柠檬酸钙固体还需用80.摄氏度左右的热水洗涤，.以提高其纯度，所排出的洗液称之为洗糖水。

浓糖水和前三次洗糖水中的COD浓度很高，颜色呈深褐色，主要含有还原性糖、非发酵性糖、多糖及草酸钙、葡萄糖酸钙及蛋白质等杂质。

1.2柠檬酸废水基本处理方法

目前，国内主要以生物法对柠檬酸工业废水进行处理。

另外，易见报道的柠檬酸废水处理方法还有光合细菌法，乳状液膜法及生产饲料酵母法等。

1.2.1生物法

柠檬酸生产废水属于高浓度有机废水，不含有毒物质，可生化性好。

因此，国内外常用的柠檬酸废水处理方法是生物法，根据作用微生物的不同，生物处理方法可分为好氧处理和厌氧处理两大类。

1.2.1.1厌氧生物法

厌氧生物法是指无分子氧条件下通过厌氧微生物，包括兼氧微生物的作用，将废水中的各种复杂的有机物分解为甲烷和二氧化碳等物质的过程，同时把部分有机质合成细菌胞体，通过气，液，固分离，使废水得到净化的一种废水处理方法。

柠檬酸废水的厌氧处理技术主主要有管道式厌氧消化器、高温厌氧消化池和上流式厌氧污泥床（UASB）等。

管道式厌氧消化期内充填填料作为微生物的载体，能滞留高浓度的厌氧活性污泥，增强耐进水地pH和耐负荷变化的能力。

采用这种方法，酸性的高浓度废水无需进行pH调整可直接进入处理系统，从而减少药剂消耗量，降低运行费用，便于操作管理。

但此法存在污泥六十现象，且需定期排泥。

高温厌氧消化池具有时间短，消化温度适应性强，运行费用低，有机物去除率高等优点，但废水升高温度需消耗额外的能量，因此仅适用于原废水温度较高的情况。

上流式厌氧污泥床（UASB），具体流程如下：

污水自下而上通过UASB。

反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。

因水流和气泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。

反应器上部有设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥。

1.2.1.2好氧生物法

好氧生物处理法可分为活性污泥法和生物膜法两类。

活性污泥法本身就是一种处理单元它有多种运行方式。

生物膜法有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池及生物流化床等。

氧化塘和土地处理法即自然生物处理。

氧化塘有好氧塘、兼氧塘、厌氧塘和曝气塘等土地处理法有灌溉法、渗滤法、浸泡法及毛纫管净化法等。

活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体好氧处理有机废水的生物处理方法。

这种生物絮体叫做活性污泥。

它是由具有活性的微生物（包括细菌、真菌、原生动物和后生动物等）、微生物自身氧化的残留物、吸附在活性污泥上不能为生物所降解的有机物和无机物组成。

其中微生物是活性污泥的主要组成部分，而细菌是活性污泥在组成和净化功能上的中心。

活性污泥法能够去除废水中的有机物是经过吸附、微生物代谢、凝聚和沉淀三个过程完成的【13】。

间歇曝气活性污泥法SBR（SequencingBatchReactor）自20世纪80年代以来在处理间歇排放的，水质水量变化很大的工业废水中得到了极为广泛的应用。

SBR法的进水、反应、沉淀、排水及闲置等几个运行阶段（使其具有厌氧法和好氧法的协同作用，水质水量变化适应性强、出水水质好、不存在活性污泥膨涨等问题，且操作简单、运行可靠、易于实现自动化。

张敬东【14】等利用此法处理COD为500~2500mg/L的柠檬酸废水，采用16h运行时间，曝气进水。

此法对COD的去除率可达90%左右。

生物膜法有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池及生物流化床等。

氧化塘有好氧塘、兼性塘、厌氧塘和曝气塘等；

土地处理法有灌溉法、渗滤法、浸流法及毛纫管净化法。

1.2.1.3厌氧一好氧生物组合法　

单独采用厌氧生物法或好氧生物法处理高浓度柠檬酸废水，往往不能达到国家排放标准，需组合其他处理技术或将两种生物法组合起来对柠檬酸废水进行处理，即厌氧—好氧生物组合法。

于军【15】、杨淑英【16】、马三剑【17】采用两级UASB反应器和接触氧化工艺对柠檬酸废水进行了处理研究，厌氧均采用UASB反应器，好氧采用接触氧化，并在厌氧和好氧之间设（曝气）调节池，将厌氧出水和生产过程中排出的低浓度废水混合调节后再进接触氧化池处理。

为了改善系统的出水水质，接触氧化池后又增设一气浮池。

上述处理系统，好氧处理单元COD去除率为85%以上，整体工艺的COD去除率为98%。

朱乐辉等【18】通过UASB和BIOFOR滤池组合工艺对柠檬酸废水处理中试研究，发现经过UASB厌氧后的柠檬酸废水的可生化性较好，曝气生物池处理后COD可降到100mg/L以下。

李敬存【21】等采用UASB-接触氧化-气浮工艺对柠檬酸废水处理研究。

工程运行表明，柠檬酸废水在进水SS、COD和BOD分别为3427mg/L、18853mg/L和1l778mg/L的条件下，经该工艺处理后，外排废水SS、COD和BOD浓度分别为147.5mg/L、223mg/L和51.9mg/L。

1.2.2光合细茵法（PSB）

光合细菌在有光照缺氧的环境中能进行光合作用，利用光能进行光合作用，利用光能同化二氧化碳，与绿色植物不同的是,它们的光合作用是不产氧的。

光合细菌细胞内只有一个光系统，即PSI，光合作用的原始供氢体不是水，而是H２S（或一些有机物），这样它进行光合作用的结果是产生了H2，分解有机物，同时还能固定空气的分子氮生氨。

光合细菌在自身的同化代谢过程中，又完成了产氢、固氮、分解有机物三个自然界物质循环中极为重要的化学过程。

这些独特的生理特性使它们在生态系统中的地位显得极为重要。

光合细菌的适宜水温为15—400C,最适水温为28—360C。

在水产养殖中，能够降解水体中的亚硝酸盐、硫化物等有毒物质，实现充当饵料、净化水质、预防疾病、作为饲料添加剂等功能，光合细菌适应性强，能忍耐高深度的有机废水和较强的分解转化能力，对酚、氰等毒物有一定有忍受和分解能力等特点，它的诸多特性，使其在无公害水产养殖中具有巨大的应用价值。

PSB工艺能承受高有机负荷，且符合越高处理效果越好，不产沼气，易于管理，又有除氮能力，可处理含高盐分，油脂和环状化合物的废水，设备占地少，动力消耗少，投资低，可作为其他低负荷处理工艺的前处理，产生的菌体可作为各种资源加以利用，不产生二次污染。

但PSB法处理高浓度有机废水需要不断添加新鲜菌体，菌体细胞自然沉淀困难，处理后的废水一般不能达标排放，仍需进一步净化处理。

1.2.3乳状液膜法　

液膜分离技术是一项高效、快速、节能的新型分离技术。

近年来，液膜分离技术在重金属分离、生物工程等领域得到广泛的应用．特别是在处理高浓度有机废水方面，液膜法取得了显著的成绩。

乳液与废水通过搅拌充分混和接触。

废水中的柠檬酸透过液膜浓缩在膜内，从而达到分离的目的。

乳状液膜法从柠檬酸工业废水中分离柠檬酸，具有工艺简单，高效快速，易于工业化等特点。

乳液使用后，经低压破乳，可重新制乳使用，复用多次处理效果基本不变。

1.2.4生产饲料酵母法

灭菌步骤，节省了蒸汽消耗及耐压设备投资。

另外柠檬酸酸中和废水培养酵母工艺流程菌种还具有较强的絮凝性，静置一段时间后，可有90%的酵母菌沉降下来，大大节约了离心分离是所系的电能，但从废水的净化程度看，该工艺的COD去除率仅达30%~50%其培养酵母后产生的二次废水仍具有较高的COD，还需进行再处理以使之达到排放标准。

1.3柠檬酸废水治理技术展望

随着全球可持续发展战略的实施，循环经济和清洁生产技术越来越受到人们关注。

柠檬酸废水治理从末端治理已向清洁生产工艺、物质循环利用、废水回用等综合防治阶段发展。

未来柠檬酸废水治理将突出以下几个方面：

（1）贯彻循环经济、重视清洁生产技术的开发与应用

（2）柠檬酸废水的处理技术很多，其中生物技术是具有较大发展潜力的技术，具有成本低、效益高、不造成二次污染等优点。

在处理的同时，还可以获得一定的经济效益。

第二章设计说明书

2.1设计任务

1.污水来源：

柠檬酸生产废水及生活污水。

2.设计水量：

1200m3/d。

3.污水水质：

CODCr：

7000mg/LBOD5：

3000mg/LSS：

2500mg/LpH：

6

4.出水水质：

污水经处理后出水水质应达到污水综合排放标准（GB8978-1996）一级标准，即：

pH：

6~9CODCr≤100mg/LBOD5≤20mg/L

SS≤70mg/LNH3-N≤15mg/LTP≤0.5mg/L

2.2设计依据

1.建设单位提供废水量及水质数据

2.环保部门对污染治理的指示与要求

3.《室外排水设计规范》（GBJ14-87）

4.《污水综合排放标准》（GB8978-1996）

5.《给水排水工程结构设计规范》（GBJ69-84）

6.《环境工程手册》（修订版），相关设计参数与技术要求

7.《给水排水工程快速设计手册》中国建筑工业出版社

8.《给水排水工程快速设计手册（5）水力计算表》中国建筑工业出版社

9.《给水排水设计手册》中国建筑工业出版社

10.《给水排水设计手册（第四册）》中国建筑工业出版社

2.3工艺流程的确定

2.3.1工艺方案的确定

　　糖水和洗糖水是柠檬酸发酵产生的主要有机废水。

这种废水虽然无毒，但是由于其COD浓度过高，属于典型的高浓度有机废水，而且其PH值较低，有较强的腐蚀性，所以如果不经处理直接排放，将会给受纳水体造成严重污染，致使水体严重缺氧，水质恶化。

因此，对废水必须进行处理，以保证达标排放。

厌氧法可处理有机物浓度较高的废水，节省能源并能副产甲烷等可回收能源，剩余污泥较少，因此，在只要废水处理中应用较多。

好养生物处理是最广泛的方法，如活性污泥法，深井曝气法，ＳＢＲ，ＵＡＳＢ，接触氧化法等应用较为普遍。

但由于柠檬酸废水处理难度较大，排放标准日趋严格，单靠一种方法很难达到排放要求。

因此，在工程中常用组合处理工艺，如厌氧-好氧生物处理工艺，酸化水解-好氧生物处理工艺，深井曝气-ＳＢＲ处理工艺，生物处理-物化处理工艺等。

对一些浓度高、对微生物具有抑制作用的废水，采用湿式空气氧化法（WAO）是行之有效的。

其原理是将溶于水或悬浮于水中的有机物，在高温咬牙下用空气进行氧化，大幅度降低化学耗氧量，湿式空气氧化法温度问150～300℃,压力为1.5～15MPa，并加入合适的催化剂。

用此法处理难以用生化法处理的硝基废水可以获得良好的效果。

但投资和运行费用较高。

综上所述，本设计采用ＵＡＳＢ－接触氧化处理工艺对柠檬酸生产废水进行处理。

2.3.2工艺流程图

2.3.3工艺流程说明

生产工艺废水进入调节池，调节水质水量，并除去胶体等污染物，降低后续处理单元的工作负荷，然后经提升泵定量提升进入初沉池，去除大部分比重较大的固体悬浮物后进入UASB反应器，在厌氧微生物的作用下，将废水中的各种复杂有机物分解转化成小分子有机物,甲烷和二氧化碳等物质。

产生的沼气进沼气贮柜，经沼气水封罐送到锅炉做燃料。

消化后的废水再进入接触氧化池，与污泥中的好氧微生物的进一步作用，去除剩余的有机物，然后再通入二沉池，部分随水流带出的悬浮物在二沉池中得以沉淀出来后废水达标排放。

初沉池、UASB反应器、接触氧化池和二沉池的剩余污泥经过泵提升进入集泥池，再进入污泥浓缩池，再加入絮凝剂后进入到污泥脱水间，经过板框压滤机脱水处理后运走。

滤液回流到调节池进行循环处理。

整个工艺具体可分为以下四个阶段：

（1）废水物理处理阶段。

废水流经调节池，初沉池有效去除不溶性悬浮物，减轻后续生化处理的负荷。

（2）废水生化处理阶段。

经物理处理后的废水，先流入UASB反应器中，进行反应处理。

水解酸化阶段作为不完全厌氧过程,并没有直接降低废水中CODCr及BOD5，而是使废水中结构复杂的大分子有机物降解转变成结构简单的小分子有机物,使它们易于生物降解。

同进水相比,水解酸化阶段其CODcr并没有降低,而是pH值降低,挥发有机酸升高，BOD5/CODCr值提高。

因此，UASB反应器工艺的引入,使废水中难降解的污染物变为易降解的污染物,改变了废水的可生化性,为后续好氧生物降解提供了保证。

采用UASB工艺处理高浓度柠檬酸有机废水，要保证最后出水水质，仍是好氧阶段起决定性的作用。

（3）二次沉淀阶段。

向好氧反应器处理排出的废水中投入微量絮凝剂，使废水中的悬浮物在絮凝剂的作用下，经斜管填料进行最后沉淀。

（4）各系统剩余污泥进入集泥池，然后进行一些列处理后，污泥外排，并将滤液回流到调节池进行循环处理。

2.4主要构建筑物功能说明

2.4.1调节池

调节池亦称调节均化池，广义指的是用以调节进、出水流量的构筑物。

狭义是指为了使管渠和构筑物正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响，需在废水处理设施之前设置调节池。

它能对水量和水质的调节，调节污水pH值、水温，有预曝气作用，还可用作事故排水。

在调节池容积计算上，应当考虑能够容纳水质变化一个周期所排放的全部水量。

当废水水质和水量都有一定的变化时，我们主要根据水质变化周期性来计算调节池容积，当然，也应根据实际情况予以考虑。

设计要求[4]

（1）调节池一般容积较大，应适当考虑设计成半地下式，还应考虑加盖板。

（2）调节池入地下不宜太深，一般为进水标高以下2米左右。

（3）调节池布置应与整个污水处理工程各处构筑物的布置相配合。

（4）调节池应以一池两格为好，便于调节池的维修保养。

（5）调节池的埋深与污水排放口埋深有关，如果排放口太深，调节池与排放口之间应考虑设置集水井，并设置一级泵站进行一级提升。

（6）调节池设计中可以不考虑大型泥斗，排泥管等，但必须设有放空管和溢流管。

必要时还应考虑设超越管。

2.4.2初沉池

初沉池可除去废水中的可沉物和漂浮物。

废水经初沉后，约可去除可沉物、油脂和漂浮物的50%、BOD的20%，按去除单位质量BOD或固体物计算，初沉池是经济上最为节省的净化步骤，对于生活污水和悬浮物较高的工业污水均易采用初沉池预处理。

本设计中，由于COD，BOD及SS的浓度较大，所以加入初沉池工艺对上述污染物进行初步处理，减少对后续处理的负荷。

沉淀池按池内水流方向可分为平流式、竖流式和辐流式三种，比较如下表：

表2-4平流式，竖流式和辐流式沉淀池比较

池型

优点

缺点

适用条件

平流式

（1）沉淀效果好；

（2）对冲击负荷和温度变化的适应力强；

（3）施工简单，造价较低。

（1）配水不易均匀；

（2）采用多斗排泥时每个泥斗需单独设排泥管排泥，操作量大。

（1）适用于地下水位高及地质较差地区；

（2）适用于大，中，小型污水处理厂。

竖流式

（1）排泥方便，管理简单；

（2）占地面积小。

（1）池子深度大；

（2）对冲击负荷和温度变化的适应力较差；

（3）造价较高；

（4）池径不宜过大，否则布水不均。

适用于中，小型污水处理厂。

辐流式

（1）多为机械排泥，运行效果好，管理效果好；

（2）排泥设备已趋定型。

机械排泥设备复杂，对施工质量要求高。

（1）适用于地下水位高地区；

（2）适用于大，中型污水处理厂。

由于本设计中SS浓度较高，所以采用平流式沉淀池来去除废水中的悬浮物质及各种杂质。

2.4.3UASB反应器

上流式厌氧污泥床反应器是一种处理污水的厌氧生物方法，又叫升流式厌氧污泥床，英文缩写UASB。

UASB构造：

1.进水配水系统

其主要功能是：

（1）将进入反应器的原废水均匀地分配到反应器整个横断面，并均匀上升；

（2）起到水力搅拌的作用。

这都是反应器高效运行的关键环节。

2.反应区

是UASB的主要部位，包括颗粒污泥区和悬浮污泥区。

在反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好凝聚和沉淀性能的污泥在池底部形成颗粒污泥层。

废水从污泥床底部流入，与颗粒污泥混合接触，污泥中的微生物分解有机物，同时产生的微小沼气气泡不断放出。

微小气泡上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡。

在颗粒污泥层的上部，由于沼气的搅动，形成一个污泥浓度较小的悬浮污泥层。

3.三相分离器

由沉淀区、回流缝和气封组成，其功能是将气体（沼气）、固体（污泥）和液体（废水）等三相进行分离。

沼气进入气室，污泥在沉淀区进行沉淀，并经回流缝回流到反应区。

经沉淀澄清后的废水作为处理水排出反应器。

三相分离器的分离效果将直接影响反应器的处理效果。

4.气室

也称集气罩，其功能是收集产生的沼气，并将其导出气室送往沼气柜。

5.处理水排出系统

功能是将沉淀区水面上的处理水，均匀地加以收集，并将其排出反应器。

此外，在反应器内根据需要还要设置排泥系统和浮渣清除系统。

UASB工作原理：

UASB的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出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。

与其他类型的厌氧反应器相较有下述优点：

（1）污泥床内生物量多，折合浓度计算可达20～30g/L；