可口可乐生产废水处理工艺设计.wps

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毕业设计第1页共37页1绪论绪论1.1可口可乐废水的来源及特点可口可乐废水的来源及特点作为全球著名的软饮料品牌，目前可口可乐在世界各地市场皆处重要地位，在全球拥有48%的极高市场占有率，在生产过程中亦将产生大量的废水。

可乐废水是在可乐生产过程中产生的废水，其中包括生产过程中溢出的不合格产品、洗瓶水、冲瓶水、冲洗设备及工厂清洁水等1。

废水排放为非连续性，水质、水量极不均匀，尤其是废水随季节波动大，水中有机物含量高，pH不稳定2，若不经处理直接排入水体，将对受纳水体造成极大污染和水资源的浪费。

1.2可口可乐处理技术的发展趋势可口可乐处理技术的发展趋势在高浓度的废水处理中常用的化学法有高级氧化法（催化氧化法）、焚烧法、微电解法等3。

和生物处理相比物理处理不受水质的影响，出水水质比较稳定，对一些难以生物处理的有机废水有较好的去处作用4。

对于可口可乐废水来讲，BOD5/CODCr日，值高，非常有利于生化处理。

根据废水水质的不同，可采用单一好氧或厌氧与好氧相结合的方法。

1.2.1好氧生物处理法多用于中、低浓度有机废水的处理，主要有以下两种方式：

（1）活性污泥法：

该处理工艺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（含大量好氧微生物）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。

应用较广为SBR和CASS反应池。

SBR为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。

SBR法是一种改进型的活性污泥法，SBR法没有设置二沉池和污泥回流设备，布置更为紧凑，占地面积少，基建及运行费用较低，不易发生污泥膨胀问题，耐冲击负荷，处理效果稳定。

CASS反应池是一种循环式活性污泥法，CASS反应池的运行一般包括三个部分：

进水、曝气、回流阶段；沉淀阶段；排泥阶段；周期为412h。

根据需要，反应池一般用隔墙分隔成三个区：

生物选择区、预反应区、主反应区。

生物选择区曝气，类似于SBR法中的限制性曝毕业设计第2页共37页气阶段。

在该区内，回流污泥中的微生物大量吸收有机物，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。

（2）生物膜法：

在处理池内加入软性填料，利用固着生长于填料表面的微生物对废水进行处理。

废水的生物膜处理法，简称生物膜法，它与活性污泥法并列，是较为流行的好氧污水生物处理技术之一5。

最大优点是不会出现污泥膨胀的问题，且具有运转管理方便，剩余污泥量较少等优点。

生物接触氧化池和生物转盘是这类方法的代表，在可口可乐治理中均被采用，主要是降低可口可乐废水中的BOD56。

1.2.2厌氧工艺处理法早在一百多年前人们就开始采用厌氧工艺处理生活污水污泥，1860年法国工程师MouraS首次采用厌氧方法处理经沉淀的固体物质，后来德国的KarlImhoff将其发展为目前仍然在使用的腐化池和双层沉淀他（又称Imhoff池）7。

其处理技术包括许多方法，如厌氧滤池、上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧内循环反应器（IC）等。

（1）UASB：

UASB技术最为成熟，它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，排水系统与排泥系统，沼气收集系统四个部分，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，完全适用于高浓度废水的治理8。

（2）IC：

它是在UASB反应器的基础上发展而来的，和UASB反应器一样，可以形成高生物活性的厌氧颗粒污泥，但不同的是这种反应器内部还能够形成流体循环。

此类反应器高度约为1625m，容积负荷为普通升流式厌氧污泥床（UASB）的4倍左右，占地面积少，基建投资省，有机负荷高，抗冲击负荷能力强，运行稳定性好9。

1.2.3厌氧+好氧生物处理法处理可口可乐废水（混合水）采用厌氧生物处理与好氧生物处理相结合是成熟、可靠的工艺，是可以大力推广使用的。

卢平等采用微电解-生物接触氧化法处理松香及樟脑混合废水，系统出水CODcr150mg/L10。

其中又分四类：

（1）水解+好氧技术：

水解+好氧生物处理技术的典型工艺流程为：

格栅均质调节酸化接触氧化气浮达标排放，此工艺流程的特点是将好氧工艺中的两级接触氧化工艺简化为一级接触氧化，使能耗大幅度下降。

水解反应器利用厌氧反应毕业设计第3页共37页中的水解酸化阶段，而放弃了停留时间长的甲烷发酵阶段，致使对有机物的去除率，特别是对悬浮物的去除率显著高于相同停留时间的初沉池；由于可口可乐废水中大分子、难降解有机物转化为小分子、易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，使得好氧处理单元的停留时间少于传统工艺；与此同时，悬浮固体物质（包括进水悬浮物和后续好氧处理中的剩余污泥）被水解为可溶性物质，使污泥得到处理。

水解池是一种以水解菌为主的厌氧上流式污泥床，水解工艺是预处理工艺，其后可以采用各种好氧工艺，如活性污泥法、接触氧化法、氧化沟法、SBR法等11，因此，水解一好氧工艺是一种新型处理工艺。

可口可乐废水经过水解酸化后进行接触氧化处理，具有显著节能效果，且CODBOD值增大，废水的可生化性增加，可充分发挥后续好氧生物处理作用，缩短全工艺的总水力停留时间，提高生物处理可口可乐废水的效率，尤其是全系统剩余污泥量少12。

（2）UASB+好氧技术：

USAB+好氧处理工艺，其特点有：

在UASB反应器中大部分有机物被去除，且COD去除率在70以上，BOD去除率在80以上，降低了直接进行好氧处理的能耗；厌氧过程有机负荷高，水力停留时间短，且污泥产率低，从而可降低污泥处理费用；好氧池进一步降解UASB反应器出水中残余的有机物；UASB反应器占地面积小，可节省投资，整套工艺处理效率高，操作简单，运行稳定。

UASB其后可以生物接触氧化、新型生物接触氧化、A/O工艺、氧化沟、SBR等13。

（3）EGSB+好氧技术：

属于一种新型的厌氧+好氧处理工艺，其特点：

采用的厌氧技术是EGSB工艺，EGSB与UASB相比，EGSB具有布水容易、均匀、传质效果好、有机物去除率高、能够在更高的进水浓度和更高的容积负荷下运行的优点；EGSB装置的高度可以为UASB装置的2倍以上，其占地面积更小；在EGSB装置中，污泥浓度可提高到2040kg/m3。

有机物主要是在这样的颗粒层中被分解，产生大量的沼气，可回收利用，具有良好的经济效益14。

EGSB其后可以生物接触氧化、新型生物接触氧化、A/O工艺、氧化沟法、SBR等15。

（4）ICCIRCOX反应器：

IC反应器即厌氧内循环反应器，它基于UASB的原理，是荷兰的Paques公司于1986年开发完成:

的，由两个UASB反应器的单元相互叠加而成，上部是高浓度负荷，下部是低浓度负荷16。

从功能看，它是由4个不同的工艺毕业设计第4页共37页单元结合而成，即混合区、膨胀区、精细处理区和回流系统。

此反应器利用沼气提升产生循环，不需用外力搅拌混合和使污泥回流，节省动力消耗。

它与其他厌氧设备相比，具有占地面积小，有利于沼气的收集；剩余污泥少；耐冲击负荷强，处理效率高17。

好氧气提反应器（CIRCOX反应器），又称三相内循环流化床，其特点是高度与直径比大，占地面积小；有机负荷与微生物浓度高；水力停留时间短；剩余污泥少；流化性能好；氧的转移效率高；载体流失量少。

将这两种反应器串联组合，IC反应器适于高浓度，CIRCOX反应器适于低浓度，工程具有占地面积小，无臭气排放，污泥量少和处理效率高等优点18。

1.3本课题意义1.3本课题意义中国饮料行业是改革开放以来发展起来的新兴行业，是中国消费品中的发展热点和新增长点。

作为10大饮料品牌的可口可乐，由于需求增多所产生的废水也日趋增多，而对于水资源相对匮乏的我国，如果能处理好这类废水，对我国的水资源利用是有重大意义的。

近年来，可口可乐发展非常迅速，其消费总量和人均占有量的速度增长，在迅速发展的同时，也带来了一定的环境污染问题，针对饮料行业废水的处理工艺日益增多，而且大多也比较成熟。

根据碳酸型饮料生产的特点，以UASB-活性污泥为主线的处理工艺可实现可乐废水长期稳定达标排放。

混凝/絮凝过程进行了饮料工业废水的处理，实现对COD的去除率最高19。

UASB反应器中颗粒污泥的形成，提高了污泥的沉降性，防止污泥流失，保持了反应器中较高的污泥浓度。

颗粒污泥的长期滞留，使反应器具有很长的固体滞留时间，缩短了水力停留时间，反应器有较高的处理效率。

以活性污泥法作为厌氧的后处理具有去除效果好、技术成熟、运行安全可靠、出水水质稳定等优点。

采用UASB-活性污泥处理法的废水处理工艺，废水中的COD，BOD5和SS总去除率可分别达到98%，99.2%和94%以上，出水达到国家污水综合排放标准（GB89781996）一级标准。

毕业设计第5页共37页2工艺流程2工艺流程可乐废水中有机污染物浓度比较高可生化性较好，宜首先采用厌氧为前处理单元，以降解大部分有机物，厌氧出水经好氧生化处理进一步降低污染。

因此本污水处理系统采用厌氧-好氧工艺。

UASB具有容积负荷率高、水力停留时间短等优点，对于处理同样COD浓度的总量废水、UASB反应器污泥产量低，产泥量为0.05kg/kgCOD，仅为活性污泥产泥量的1/5左右，因此本设计的厌氧阶段采用UASB工艺。

活性污泥是利用悬浮生长的微生物絮凝提处理废水的一类好氧处理方法，生物絮凝体即为活性污泥。

在生物吸附阶段，废水与活性污泥微生物充分接触，形成悬浊混合液，废水的污染物被比表面积巨大，且表面积含有多糖类粘性微生物吸附粘连，呈胶体的大分子有机物被吸附后，首先在水解霉作用下分解为小分子物质，然后小分子被微生物分解20。

好氧生物处理具有较高的去除效率，被厌氧消化处理后的污水进入好氧生物池后，能够得到较好的处理。

综上所述，本设计采用厌氧-好氧处理工艺，厌氧阶段采用UASB工艺，好氧阶段采用好氧活性污泥处理。

工艺流程图如图2.1。

生产废水经污水管道汇集到污水站集水井内；污水通过提升泵经水力筛网滤渣后进入均衡池，进行水质水量和pH值的调节等预处理；然后经布水系统进入UASB反应器；去除大部分有机污染物，UASB出水经稳定过渡区，进入好氧活性污泥池，在好氧活性污泥池中将污染物作进一步降解，并在沉淀池中完成泥水分离。

处理后的水达到国家污水综合排放标准（GB89781996）一级标准排入市政管网。

毕业设计第6页共37页图2.1UASB-活性污泥法工艺流程厂区综合废水集水井均衡池酸碱营养源搅拌UASB沼气好氧活性污泥池二沉池达标排放剩余污泥污泥回流毕业设计第7页共37页3单体构筑物的设计计算3单体构筑物的设计计算处理前污水水质参数hmdmQ333.832000，LmgCOD1500，LmgBOD3503.1集水井3.1集水井3.1.1设计原因用于收集厂区来水，并提供潜水泵安装平台，钢砼结构。

3.1.2设计参数废水停留时间：

25min安装水泵2台（一用一备）水泵流量hm385，扬程m0.12，功率kw5.53.1.3工艺尺寸mmmHBL8.338.3，水泵安装有液位控制器自动控制，以简化人工操作。

见图3-1。

3m3.8m3.8m3.8m图3.1集水井的俯视图和侧视图3.2均衡池3.2均衡池3.2.1设计原因由于车间不同污水性质、流量不同，所以车间污水水质、水量不均匀性很大。

均衡池设有酸、碱及营养盐投加泵和其它自控仪器及测控探头1，用于调节污水水质。

均衡池的目的是使水质和水量保持相对的稳定，有利于后续处理单元的有效运行。

同时均衡池中的搅拌器有利于水质保持稳定。

如图3.2毕业设计第8页共37页10m5.5m10m10m图3.2均衡池俯视图和侧视图3.2.2设计参数废水停留时间：

hHRT6,3.2.3工艺尺寸均衡池尺寸均衡池有效容积nQTW60（3-1）式中W有效容积（3m）；Q处理水量（hm3）；T混合时间（min）；n池数（1n）。

设计中取hmQ385，min3606hT；1n3351060min36085mhmW。

则均衡池钢砼结构，尺寸mmmHBL5.50.100.10，（3-2）搅拌装置搅拌器外缘速度：

smv0.3（一般采用sm0.35.1，设计中取sm0.3）搅拌器直径：

mD67.610320设计中取m67.6搅拌器宽度：

mB1101.0搅拌器层数：

3.12.155.0105.5:

DH，设计中取一层毕业设计第9页共37页搅拌器页数：

8Z搅拌器距池底高度：

mD34.35.00搅拌器转速：

vn600,min59.867.614.30.30.60rD式中：

0n搅拌器转速（minr）；v搅拌器外缘速度（sm）；0D搅拌器直径（m）。

（由、得v、0D值）搅拌器角速度：

sradDv90.067.63.220（3-3）轴功率：

gZBRcN408432（3-4）2N轴功率（kw）；c阻力系数，0.20.5；水的密度（3mkg）；搅拌器角速度（srad）；Z搅拌器页数；B搅拌器层数；R搅拌器半径；g重力加速度（2sm）。

设计中取5.0c，8Z，1B层，mR34.3。

kwN67.9081.940834.31890.010005.0432所需轴功率:

10221WGN（3-5）式中：

1N所需周光功率（kw）；水的动力黏度（sPa）；W混合池容积（3m）；G速度梯度（1s），一般采用11000500s。

毕业设计第10页共37页设计中1500sGkwN7.13910250055010029.124121NN,不能满足要求，所以需要调整，将搅拌器层数B改为2B，则143234.18181.940834.32890.010005.0NkwN,可行。

电动机功率：

nNN23（3-6）式中：

3N电动机功率（kw）；2N设计轴功率（kw）；n传动机械效率；设计中取85.0n；kwN34.21385.034.1813。

3.3UASB反应器3.3UASB反应器3.3.1UASB反应器的组成UASB反应器由反应区、进出水管道和位于上部的三相分离器组成。

如图3.3所示。

以上部件通过钢筋混凝土、钢材、塑料等材料建造，反应器的下部具有良好凝聚和沉淀性能的高质量分数厌氧污泥形成污泥床。

图3.3UASB反应器毕业设计第11页共37页3.3.2UASB反应器工作原理UASB是为解决厌氧反应器中微生物浓度问题而开发的一种新型反应器。

在UASB反应器中，废水均匀地引入反应器的底部，污水自下而上通过污泥床，废水与污泥颗粒的接触过程中发生厌氧反应，产生的沼气引起反应器内部的循环，利于颗粒污泥的形成与维持。

在污泥层产生的一些气体附着在污泥颗粒上并向反应器顶部上升。

上升到表面的污泥碰击三相分离器气体反射板的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。

释放气泡后的污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，气体则被收集到反应器顶部的三相分离器集气室。

置于集气室单元缝隙下的挡板的作用是气体反射器和防止沼气气泡进入沉淀区，否则将引起反应器内沉淀区的紊动，阻碍颗粒沉淀。

包含一些剩余固体和泥颗粒的液体则在经过分离器缝隙后进入沉淀区。

3.3.3参数选取COD（mg/L）：

进水1500，出水400反应温度/：

25反应区有效深度h1/m：

5.0空塔水流速度u/（m/h）：

1.0m/h空塔沼气上升速度ug/（m/h）：

1.0m/h污泥层高度/m：

2.53.5沼气产率/（m3/kgCOD（去除）：

0.4污泥产率/（kgTSS/kgCOD（去除）：

0.073.3.4工艺尺寸hmdmQ3333.832000，设UASB有机COD负荷为dmkg34UASB反应器的有效容积有效V计算3355041040015002000mNCCQVveo有效（3-7）式中Q-设计处理量，2000dm3；oC，eC-进出水COD的浓度，Lmg；vN-COD容积负荷，dmkgCOD34。

毕业设计第12页共37页UASB反应器的形状及尺寸的确定污水上升流速一般为hm9.06.0，取hm8.0。

则表面积216.1048.033.83mVQA,取1102m。

（3-8）有效高度mh51105501拟建4个相同的池子（便于管理与维护），单池面积25.274110mf设1:

1:

BL（长宽比一般取1：

14：

1），计算得L=5.5m，B=5m合理性验证：

空塔水流速度hmhmFQ0.176.0455.533.83，合理。

反应器尺寸为：

555.54水力停留时间（HTR）和水力负荷率（rV）hHRT6.6242000550（取7h）hmmAQVr2376.0110242000（3-9）对于颗粒污泥，水力负荷hmmVr239.01.0，符合要求。

进水分配系统的设计：

布水点的设置由于所取容积负荷为kg0.4dmCOD3，所以每个点的布水负荷面积大于22m；本设计池中共设置40个布水点，则每个点的负荷面积为：

22275.240110mmnSSi，符合要求。

配水系统形式本设计采用U形穿孔管配水，一管多孔式为配水均匀，配水管中心距可采用1.02.0m，出水孔孔距也可采用，孔径一般为1.02.0mm，常采用mm15，孔口向下或与垂线呈45方向，每个出水孔的服务面积一般为2.04.02m。

配水管中心距池底一般为2045mcm，配水管的直径最好不小于mm100。

为了是穿孔管各孔出水均匀，要求出口流速不小于sm2。

本设计中进水总管管径取mm150，流速约为sm2.1。

单个反应器中设4根直径毕业设计第13页共37页为mm75的支管，每两根之间的中心距为m25.1，每根管上有3个配水孔，孔距为m6.1，每个孔的服务面积2225.16.1m，孔口向下。

共设40个布水孔，出水流速u选为sm0.2，则孔径为：

munQd019.00.214.340360033.834360042121（3-10）本装置采用连续进料方式，布水孔孔口向下，有利于避免管口堵塞，而且由于UASB反应器底部反射散布作用，有利于布水均匀。

为了增强污泥和废水之间的接触，减少底部进水管的堵塞，设计中布水管离UASB反应器底部mm200。

上升水流速度和气流速度：

本次设计中常温下容积负荷dmkgCODNv30.4，沼气产率CODkgmr34.0，采用厌氧消化污泥接种，空塔水流速度hmuk0.1；空塔沼气上升速度hmug0.1。

空塔水流速度：

hmhmKQuk0.176.011033.83（符合要求）空塔气流速：

hmhmsrCQuOg0.136.01104.08.05.133.83（符合要求）式中-COD的去除率，去0080。

r-沼气产率，kgCODm34.0OC-COD的去除量：

32.18.05.1mkgCO布水器配水压力计算：

3214hhhH，其中布水器配水压力其中布水器配水压力最大淹没水深mh0.41H2O；UASB反应器水头损失mh0.12H2O；布水器布水所需自由水头mh5.23H2O，则mH5.74H2O。

三相分离器的设计三相分离器有气液分离、固液分离和污泥回流等3个功能，其组成分为气封、毕业设计第14页共37页沉淀区和回流缝3个部分。

三相分离器设计的主要要点如下：

器壁与水平面的夹角应在6045之间。

气体分离器之间间隙面的面积与反应器总表面积之比应不小于00002015。

气体分离器的高应在m25.1之间。

为了防止上升的气泡进入沉淀区，设在气体分离器下部的折射板与之重叠部分应在2010之间。

气体出口管的直径应足够大，以保证气体能顺利逸出，在可能出现泡沫的情况下更应该如此。

若待处理污水起泡问题比较严重，则应在气体收集罩顶部设置除泡沫喷嘴。

沉淀区的设计：

与短边平行，沿长边布置3个集气罩，构成2个分离单元，则一共设置8个三相分离器。

三相分离器单元结构示意图如下：

5.5m图3.4三相分离器三相分离器的长度为B=5.5m，每个单元宽度为m75.225.5，其中沉淀区长mB51（即UASB池形的设计宽度），宽度mb75.1，集气罩顶宽度ma5.0，沉淀室底部进水口宽度mb11。

毕业设计第15页共37页沉淀区面积2117075.158mbnBS（3-11）沉淀区表面负荷hmmhmmSQq232310.193.07065（符合要求）。

沉淀室进水口面积212401524mnBbS（3-12）沉淀室进水口水流上升速hmmhmmSQv2323220.2625.14065（符合要求）（3-13）沉淀区斜壁角度与深度设计：

三相分离器沉淀区斜壁倾斜角度应在6045之间；超高mh5.01；集气罩顶以上的覆盖水深mh5.02；沉淀区斜面的高度mh6.03。

则倾角：

99.57175.15.06.0arctan5.0arctan13bbh（符合要求）（3-14）气液分离设计：

图3.5气液分离设计如图所示：

设倾角60，70，mb6.02，分隔板下端距反射锥的垂直距离mMN35.0，则缝隙宽度mMNL3.060sin35.0sin1。

废水流量为dm32000，根据资料设有dmQ314007.0的废水通过进水缝进入沉淀区，另外dmQ36003.0的废水通过回流缝进入沉淀区，则hmBnLQvM08.253.0824600243.01（3-15）毕业设计第16页共37页mbMC346.0sin26.0sin22（3-16）设mBC5.0，则mMCBCMB154.0346.05.0（3-17）mBCAB866.030cos5.0230cos2（3-18）mABADBD461.020cos2866.020cos2（3-19）mBDBCCD408.020sin461.030sin5.020sin30sin（3-20）则mMCMNCDh46.060cos346.0225.0408.0cos5（3-21）条件校核：

设能分离气泡的最小直径为cmdg01.0，常温下清水运动黏滞系数scmr221001.1，废水密度3103.1cmg，气体密度33102.1cmgg，气泡碰撞系数95.0，则有斯托克斯公式：

1821ggNdgv可以求得气泡上升速度为：

hmscmvN58.9266.0100.218012.01003.198195.0232.1（3-22）验证：

1.5875.158.9MNvv46.1154.0225.0MBMN可见MBMNvvMN合理。

所以，该三相分离器可cmdg01.0的沼气泡，分离效果良好。

分隔板的设计：

从图中可以看出mb6.02，mbbb575.06.075.15.05.023上面已经计算出，气体因受浮力的作用，气泡上升速度在进水缝中hmvN58.9，沿进水缝向上的速度分量为hmvN12.858sin58.9sin，则进水缝中水流速度应该满足hmv12.8,否则水流把气泡带进沉淀区。

假设水流速度刚好等于hm12.8，前面计算中已经设有dm31400废水通过进水缝进入沉淀区，则三相分离器的进水缝纵截面总面积为：

毕业设计第17页共37页218.712.8241400mvQS进水缝进水缝（3-23）总共有8组（16条）进水缝，每条进水缝纵截面积2,45.01618.7mS进水缝进水缝宽度mS09.052进水缝，应满足2与1级数相当，且09.02设计15.02，则进水缝中水流速度hmhmSQv12.886.4515.082241400进水缝进水缝满足设计要求，mh17.058cos09.0cos2（3-24）则4h高度：

mhhbh53.06.017.058tan6.0tan334（3-25）设进水缝下板上端比进水缝下端高出m2.0，则进水缝下板长度为：

mh86.058sin53.02.0sin2.04进水缝上板长度为：

mh71.058sin6.0sin3。

（3-26）三相分离器与UASB高度设计：

三相分离器总高mhhhhh09.246.