某柠檬酸废水处理工程设计Word格式.doc

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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。

1.2柠檬酸废水处理方法研究现状

1.2.1柠檬酸废水治理现状

我国是世界上最大的柠檬酸生产国,柠檬酸消费量大。

随着经济的发展，我国柠檬酸的消费水平也在不断提高，目前年消费量在60~80kt，其中90%以上用于食品工业，特别是饮料的生产。

柠檬酸生产过程中会产生高浓度有机废水，废水中主要含有淀粉质、蛋白质、各种有机酸、生产菌体所分泌的酶、发酵残留物、葡萄糖、氨氮和脂肪等有机物及N、P、S等无机物。

行业统计数据表明，每生产1t柠檬酸可产生7.5m3废水，高时可达10m3~15m3。

其COD和BOD5负荷分别达到25000m3/L~15000m3/L以上。

若以我国柠檬酸产量40万t计，每年仅柠檬酸行业的超标废水的排放量就达600万t，成为环境的严重污染源。

因此，治理废水、保护环境已成为我国柠檬酸行业的当务之急。

目前，国内主要以生物法对柠檬酸工业废水进行处理。

因为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养处理好厌氧处理两大类。

针对我国家目前柠檬酸行业废水的处理现状的统计和调查，广泛采用的方法有以下几种：

（一）好养生物处理法。

好养生物处理是在有氧存在的条件下，通过好养微生物的作用，使废水中的污染物质得到降解。

好养微生物是以活性污泥和生物膜的形式存在并发生作用的。

好养生物法包括传统活性污泥法工艺、间歇曝气活性污泥法（SBR）、好养生物膜法、氧化沟、深井曝气法等。

（1）活性污泥法

活性污泥法是废水好养生物处理常用的方法之一，是在好养条件下利用悬浮生长的微生物絮体的代谢作用，氧化、分解、吸附废水中可溶性的有机物及部分不溶性有机物，并使其转化为无害的稳定物质从而使水得到进化的技术。

贾慧利等对某电厂锅炉柠檬酸洗废水和该厂生活污水用活性污泥法联合处理进行了可行性实验研究，试验结果表明在室温下，控制污泥沉降比在30%~35%、pH7.0~7.5、溶解氧4.0~4.5mg/L，当进水COD浓度在800~850mg/L时，出水COD及BOD5可分别小于100mg/L及30mg/L,COD和BOD5的去除率均可达90%以上。

（2）SBR法

自20世纪80年代以来，SBR法在处理间歇排放、水质水量变化大的工业废水中得到了极为广泛的应用。

SBR法分为进水、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，不存在活性污泥膨胀等问题；

且操作简单，运行可靠，易于实现自动化控制。

张敬东等【2】利用SBR法处理柠檬酸废水，废水的COD浓度为500~2500mg/L,运行16h后，系统对COD有较好的去除效果，COD去除率在90%左右。

（3）好养生物膜法

生物膜法是利用微生物群体附着在固体填料表面而形成的生物膜来处理废水的一种方法又称固定膜法。

生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，具有很强的吸附作用，有利于微生物进一步对被吸附的有机物的降解。

当生物膜增厚到一定程度时，由于受到水力冲刷而发生剥落，适当的剥落可使生物膜得到更新。

生物膜的外表层的微生物一般为好氧菌，因而称为好氧层。

层内因氧的扩散受到影响而供氧不足，厌氧菌大量繁殖称为厌氧层。

采用这种方法的构筑物有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和生物流化床等。

潘寻、胡文容【1】对生物活性滤池+O3深度处理柠檬酸废水做过研究，研究表明，生物活性滤池+O3工艺对柠檬酸废水的COD、色度和UV254的去除率分别为76%、93%和27%。

出水可直接回用于柠檬酸发酵过程。

（4）氧化沟法

氧化沟污水生物处理技术与其他生物处理相比，有其独特的技术和经济方面的特点。

a．工艺流程简单，进水和出水装置构筑物少。

氧化沟处理工艺简化了预处理过程，污水流态可以按照完全混合-推流式考虑，悬浮状有机物和溶解性有机物可以得到比较彻底的去除。

氧化沟在流程中省略了初沉池和污泥消化池，使流程简单。

b．曝气设备和构造形式多样化，运行灵活。

氧化沟构造形式多样，曝气设备样式多，运行方便。

c．处理效果稳定、出水水质好，并可以实现脱氮。

建基投资省，运行费用低。

（二）厌氧生物法

厌氧生物处理技术是一种低成本的废水处理技术，是利用艳阳微生物的代谢过程，在无需提供氧气的情况下把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物包括大量的沼气和水。

对于高浓度有机废水来说，厌氧处理不仅是一种节能型的治理手段，而且是一种产能型工艺。

厌氧生物法包括厌氧消化池，厌氧接触法，厌氧生物滤池，上流式厌氧污泥床，厌氧颗粒污泥膨胀床，內循环厌氧反应器等。

（1）厌氧消化池

厌氧消化池主要是借助于消化池内厌氧污泥来净化污水中的有机污染物。

广东佛山环境装备公司采用高温厌氧消化法处理柠檬酸废水，进水COD和BOD5浓度分别是9914-17014mg/L和4882-7700mg/L，控制消化温度60℃，水力停留时间48h，则出水COD和BOD5去除率分别为1314-1600mg/L和139-416mg/L，去除率达到85%和90%以上。

（2）厌氧接触法

厌氧接触工艺同厌氧消化工艺一样属于中低负荷工艺。

不过与厌氧消化工艺相比，它还是具有明显的优点：

a.厌氧接触工艺的污泥浓度较高。

其挥发性悬浮物的浓度一般为5～10g/L，耐冲击能力强。

b.有机容积负荷高。

COD容积一般为1～5kg/（m3.d）,COD去除率为70%～80%；

BOD5容积负荷为0.5～2.5kg/（m3.d）,去除率为80%～90%，出水水质较好。

c.增设了沉淀池、污泥回流系统和真空脱气设备。

d.适宜处理悬浮物和有机物浓度高的废水。

（3）厌氧生物滤池

厌氧生物滤池是利用附着于在体表面的厌氧微生物所形成的生物膜净化废水中有机物的一种方法，其处理溶解性有机废水时容积负荷高达10～15kgCOD/（m3.d）。

（4）升流式厌氧污泥床（UASB）

上流式厌氧污泥床是国内外主要采用的柠檬酸废水处理方法。

其过程为：

废水通过反应器底部进水管进入内筒，逐渐上升到反应器顶部的水分布器，通过虹吸管均匀进入外筒和中筒之间驯化好的污泥相混合，在厌氧菌的作用下，废水中有机物被分解成沼气。

通过斜板三相分离器的分离作用，水通过三相分离器上部的出水管排出，污泥留在反应器底部，沼气通过水封经管道排出，进入气柜。

UASB反应器的工艺构造和实际运行主要具有以下几个突出的特点：

①反应器中的污泥是在一定运行条件下、通过严格控制反应器中的水力学特性和有机物负荷经过一段时间的培养而形成的，它是以颗粒状形式存在的高活性颗粒污泥，其好坏直接影响到UASB反应器的运行特性。

②反应器内有能分离泥、水、气的三相分离器，它是UASB反应器的最重要设备。

这种三相分离器可以自动地将泥、水、气加以分离并起到澄清出保证集气室正常水面的功能。

③反应器中无须安装任何搅拌装置，反应器的搅拌是通过反应区产生的沼气的上升迁移作用实现的，因而具有操作管理比较简单的特性。

（三）厌氧好氧处理法

为了提高厌氧处理后的出水水质，使其达到国家的排放标准，目前，在柠檬酸废水处理的实际工程中，多采用厌氧好氧组合处理工艺，且取得了较好效果。

于凤涛等采取厌氧好氧组合工艺处理柠檬酸废水，厌氧采用UASB反应器，好氧采用接触氧化，并在厌氧好氧间设一（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，整理工艺的COD去除率为98%。

郝雯娣等采用两级UASB反应器和接触氧化工艺对柠檬酸废水进行了处理研究。

在中温（30℃）条件下，当一级反应器进水COD负荷维持在9.0～11.0kg/（m3·

d）时，COD去除率可达90%以上，反应器内厌氧污泥实现了颗粒化；

厌氧出水经接触氧化处理后，整体工艺COD去除率达96%以上，出水COD浓度基本稳定在300mg/L以下。

二级UASB反应器COD去除效果较低，仅为10%左右，但研究者认为，二级UASB反应器的设置对废水中悬浮态有机物的去除、提高一级厌氧出水水质的可生化性、稳定处理系统的运行有着不可替代的作用。

郭茂新等采用厌氧—兼氧—好氧工业处理以玉米为原料生产的废水，厌氧采用管道厌氧消化器，兼氧池、好氧池均为接触氧化池，其中兼氧池停留时间为4h，溶解氧浓度为0.3～0.5mg/L。

当进水COD平均浓度为14187.5mg/L时，厌氧消化器COD

1.2.2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。

（3）

第二章工程设计

2.1工程概况

2.1.1工程概述

2.1.2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

2.1.3设计原则

（1）采用物理化学法处理电镀废水，技术成熟、操作简单、效果稳定可靠；

（2）含氰废水、含铬废水不能与其它重金属废水混排，必须单独进行预处理，达到预期目的后，才能进入综合处理系统；

（3）综合处理采取中和、混凝法，掌握不同的处理条件，使各项考察指标均达到国家排放标准；

（4）应用pH/ORP自动控制仪表通过传感器对各个处理环节实现自动控制,确保废水治理能稳定地进行。

2.2工艺流程及说明

2.1.1工艺流程的确定

2.1.2工艺流程说明

2.1.3工艺原理

2.3构筑物设计计算

（1）调节池总水力停留时间4h，数量1座.

尺寸4.5m×

6m×

10m

（2）UASB反应器单体尺寸13m×

10m×

7.5m;

反应停留时间15h，数量2座.

配置：

①三相分离器；

②沼气收集器；

③布水系统各2套。

（3）一级接触氧化池废水经UASB厌氧处理后，可生化性得到很大的提高，在好氧微生物的作用下，对水的有机物进一步降解。

单池有效容积324m3单池尺寸：

18m×

5.2m，停留时间15.6h，数量2座.

（4）中间沉淀池数量1座外形尺寸：

Φ8m×

8m，停留时间2.5h.

（5）二级接触氧化池有效容积172.8m3,尺寸10.5m×

5.4m×

5.2m，

停留时间4.15h，数量1座.

（6）二沉池数量1座，外形尺寸：

7.5m,停留时间2h.

（7）污泥浓缩池数量1座，外形尺寸：

Φ7m×

4.1m,停留时间15h.

（8）机械脱水房

2.3.1调节池

调节池亦称调节均化池，是用以尽量减少污水进水水量和水质对整个污水处理系统影响的处理构筑物。

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。

（1）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）设计参数

调节池总水量为：

Qmax=1000m3/d=41.67m3/h；

设计有效水深为4m；

设计超高为0.5m；

（3）计算

公式

式中T——总水力停留时间，h，设计为4h；

——可变系数，取0.7。

尺寸设计池深h=4m,取池宽b=6m，则长。

实际容积取池超高h1=0.5m，池总高H=h+h1=4.5m，

V实=4.5610=270m3>

238.1m3。

2.3.2升流式厌氧反应器UABS

（一）尺寸计算

（1）UASB反应器的有效容积（包括沉淀区和反应区）设计容积负荷为Nv＝10kgCOD/（m3·

d）。

UASB有效容积：

式中

（2）UASB反应器的形状和尺寸反应器设2座，为矩形

①反应器有效高度h=6m,则

横截面积

②单池从布水均匀和经济考虑，矩形池长宽比2：

1以下比较合适。

③设计反应器的总高H=7.5m,超高h1=0.5m;

（3）水力停留时间（HRT）及水力负荷率（Vr）

据参考文献，对颗粒污泥，水力负荷Vr=0.1～0.9m3/（m2·

h）,故符合要求。

（二）三相分离器构造设计

（1）三相分离器的基本构造

（2）构造计算

沉淀区设计

根据一般设计要求，水流在沉淀室内的表面负荷,沉淀室底部进水表面负荷一般<

2.0m3/（m2·

h）.本工程设计中，与短边平行，沿长边每池布置5个集气罩，构成5个分离单元，每池设置5个三相分离器，图如所示

三相分离器长度B＝10m，每个单元宽沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积，即130m2。

沉淀区的表面负荷：

回流缝设计

如图所示，设°

取h3=1.2m,

式中

下三角形集气罩之间污泥回流缝中混合液的上升流速

式中

为使回流缝水流稳定，固液分离效果好，污泥能顺利回流，一般

上三角形集气罩下端与下三角形斜面之间水平距离的回流缝中水流速：

设CD＝b2=0.3m

假定为控制断面Amin,一般其面积不低于反应器面积的20％。

气液分离设计由图所示

=0.3×

sin55°

=0.24mCB=CDtan55°

=0.43m.

设AB＝0.5m，则.

校核气液分离。

如图,假定气泡上升流速和水流速度不变，根据平行四边形法则，要使气泡分离不进入沉淀区的必要条件是：

沿AB方向水流流速：

气泡上升速度：

设废水气泡直径d=0.01cm；

35℃以下，ρ1=1.03g/cm3,ρg=1.15×

10-3g/cm3,ν=0.0101cm2/s,β=0.95，μ=0.0101×

1.03=0.0104[g/（cm·

s）],由于废水动力粘滞系数值比净水大，取]μ废=0.02g/（cm·

s）,得

三相分离器与UASB高度设计，三相分离区总高度h=h2+h3+h4-h5.h2集气罩以上覆盖水深，取0.5m.

UASB总高H=7.5m，沉淀区高2m，悬浮区3m，超高0.5m.

3.布水系统的设计计算

由资料知，颗粒污泥NV〉4kgCOD/（m3·

d）,每个布水点服务2～5m2,出水口流速2～5m/s.

（1）配水系统形式采用多管孔配水方式，每个反应器设1根D=100mm的总水管，1根d=50mm的支水管，支管分别位于总水管两侧，同侧支管之间的中心距为2.5m,配水孔径取Φ15mm,孔距2m,每根水管有3个配水孔，每个孔的服务面积2.5×

2=5m2,孔口向下。

（2）布水孔孔径

布水孔.3×

10=30个，出水流速为2.2m/s，则孔径计算为

布水管设置在离UASB反应器底部200mm处。

（三）验证：

温度35℃，容积负荷10kgCOD/（m3·

d）,沼气产率0.35m3/kgCOD;

满足空塔水流速度u≤1.0m/h,空塔沼气上升速度ug≤1.0m/h.

4.排泥系统的设计计算

（1）UASB反应器中污泥总量计算

一般UASB污泥床主要由沉降性能好的厌氧污泥组成，平均浓度为15VSS/L,则2座UASB中污泥总量

（2）产泥量计算厌氧微生物处理污泥产量r=0.08kgVSS/kgCOD.流量1000m3/d,进水COD浓度C0=16500mg/L=16.5kg/m3,COD去除率E=85%。

（3）排泥系统设计

在距UASB反应器底部100cm和200cm高处，各设置两个排泥口，共4个排泥口。

反应器每天排泥1～2次，各池的污泥由污泥泵抽入污泥浓缩池中。

排泥管选择D=200mm，污泥泵选择型号：

50kWQ15-15-1.5，主要性能：

流量15m3/h；

扬程15m，电机功率1.5kW。

数量2台，每天排泥2h。

5.出水系统的设计计算

出水系统的作用是把沉淀区液面的澄清水均匀的收集并排出。

出水是否均匀对处理效果有很大影响。

（1）出水槽设计对于每个反应池，有5个单元三相分离器，出水槽共有5条，槽宽a=0.2m.

设出水槽槽口附近水流速度为0.2m/s,则出水渠水深

取槽口附近槽深为0.20m,出水槽坡度为0.01；

出水槽尺寸10m×

0.2m×

0.2m,数量5座。

（2）溢流堰设计

6.沼气收集系统的设计计算

（1）沼气产气量计算

沼气主要产生于厌氧阶段，设计产气率取r＝0.4m3/kgCOD去除

总产气量G＝rQC0E=0.4×

1000×

16.5×

0.85=5610m3/d,单个UASB反应器产量

集气管每个集气罩的沼气用一根集气管收集，单个池子共13根气管。

据资料，集气室沼气出气管最小直径d＝100mm，取100mm，结构如图所示。

沼气主管每池13根集气管先通到一根单池主管，然后再汇入两池沼气主管，采用钢管，单池沼气主管管道坡度0.5％。

单池沼气主管内最大气流量

D=150mm,充满度为0.8，则

沼气总管内最大气流量：

取D＝500mm，总满度为0.6，流速

（2）水封罐设计