南京林业大学环境工程本科毕业设计.docx

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南京林业大学环境工程本科毕业设计

本科毕业设计（论文）

题目:

40000m3/d酒精厂废水处理流程设计

学院:

化学工程学院

专业:

环境工程

班级:

1002051

学号:

100205128

学生姓名：

支晓炀

指导教师:

虞磊职称:

讲师

二○一四年五月一日

40000m3/d酒精厂废水处理流程设计

摘要

本次设计任务是40000m3/d酒精厂废水处理流程设计。

酒精工业是国内经济重要的基础原料产业，酒精广泛应用于化工、食品工业、日化、医药卫生等领域，同时又是酒基、浸提剂、溶剂、洗涤剂和表面活性剂。

我国酒精生产原料比例为：

淀粉质原料（玉米、薯干、木薯）占75%，废糖蜜原料占20%，合成酒精占5%。

由此，我国酒精生产原料主要是玉米、薯干等淀粉质原料。

酒精企业酒精糟的废染是食品与发酵工业最严重的废染源之一，由于投资、生产规模、技术管理等原因，大部分酒精企业的综合利用率较低。

本文介绍了酒精厂废水的来源及特点，对上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧膨胀颗粒污泥床—序批式活性污泥法（EGSB-SBR）、UASB-氧化塘等国内外酒精废水的处理工艺进行了简要的介绍，并通过具体工程实例的对比，确定了本酒精废水处理工程的最优主体工艺为UASB-SBR联合工艺。

本文具体地介绍了UASB-SBR工艺的特点、原理、运行条件等，同时进行了各构筑物的设计计算，并对各构筑物运行管理事项进行了详述。

关键词：

酒精废水；USAB工艺；SBR工艺；工程设计

40000m3/dalcoholwastewatertreatment

Abstract

Thedesigntaskistodesign40000m3/dalcoholwastewatertreatmentplant.Theethanolindustryisthedomesticeconomyimportantbasicrawmaterialsindustry,alcoholiswidelyusedinchemicalindustry,foodindustry,dailychemical,medicineandotherfields,isalsothebaseliquor,leachingagents,solvents,detergentsandsurfactants.MaterialproportionofalcoholproductioninChina:

starch（corn,sweetpotato,cassava）accountedfor75%,wastemolassesrawmaterialsaccountedfor20%,accountedfor5%ofsyntheticalcohol.Thus,theproductionofrawmaterialsinChinaaremainlymaize,potatoandotheralcoholstarchmaterials.

Alcoholdistillerywastedyeingenterpriseisfoodandfermentationindustrywastepollutionsourceisoneofthemostserious,becausetheinvestment,productionscale,technology,managementandotherreasons,mostofthealcoholenterprisecomprehensiveutilizationrateislow.

Thispaperintroducestheoriginandcharacteristicsofalcoholwastewater,theupflowanaerobicsludgebedreactor（UASB）,anaerobicexpandedgranularsludgebedsequencingbatchreactoractivatedsludgeprocess（EGSB-SBR）,treatmentprocessofUASB-oxidationpondandotherdomesticalcoholicwastewaterarebrieflyintroduced,andbycomparingthespecificexamplesofprojects,todeterminetheoptimalbodyprocessengineeringofthealcoholwastewatertreatmentforUASB-SBRprocess.ThispaperintroducesthecharacteristicsofUASB-SBRtechnology,theprinciple,operationconditions,whilethecalculationofallstructuresofvariousstructures,andtheoperationandmanagementissuesindetail.

Keywords:

Alcoholwastewater;USABprocess;SBRprocess;engineeringdesign

1文献综述

1.1研究的目的与意义

工业是国民经济重要的基础原料产业，酒精广泛应用于化工、食品工业、日化、医药卫生等领域，同时又是酒基、浸提剂、溶剂、洗涤剂和表面活性剂。

我国酒精生产的原料比例为：

淀粉质原料（玉米、薯干、木薯）占75%，废糖蜜原料占20%，合成酒精占5%。

由此，我国酒精生产的原料主要是玉米、薯干等淀粉质原料。

酒精企业酒精糟的污染是食品与发酵工业最严重的污染源之一，由于投资、生产规模、技术、管理等原因，大部分酒精企业的综合利用率较低。

酒精废水是高浓度、高温度、高悬浮物的有机废水，处理技术起步较早，发展较快。

废液中的废渣含有粉碎后的木薯皮、根茎等粗纤维，这类物质在废水中是不溶性的COD；木薯中的纤维素和半纤维素是多糖类物质，在酒精发酵中不能成为酵母菌的碳源而被利用，残留在废液中，表现为溶解性COD；无机灰分的泥砂杂质。

这些物质增加了废水处理的难度。

因此，开发经济有效的酒精废水处理及综合回用技术成为当今环保行业关注的课题。

1.2国内外研究动态与进展

目前国内外采用的方法分为物理处理法、化学处理法、物理化学处理法、生物处理法、生物化学处理法等。

1物理处理方法物理处理方法主要用于分离废水中的悬浮物质，常用的方法有：

重力分离法、离心分离法、过滤法以及蒸发结晶法等。

该方法最大的优点是简单、易行，并且十分经济。

筛滤筛滤是去除废水中粗大的悬浮物和杂物，以保护后续处理设施能正常运行的一种预处理方法。

筛滤的构件包括平行的棒、条、金属网、格网或穿孔板。

其中由平行的棒和条构成的称为格栅；由金属丝织物或穿孔板构成的称为筛网。

其中格栅去除的是那些可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大的悬浮物；而筛网去除的是用格栅难以去除的呈悬浮状的细小纤维。

根据清洗方法，格栅和筛网都可设计成人工清渣或机械清渣两类。

当污染物量大时，一般应采用机械清渣，以减少工人劳动量。

2格栅

格栅是一组（或多组）相平行的金属栅条与框架组成，倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中较大的悬浮物及杂质，以保证后续处理构筑物或设备的正常工作。

按格栅栅条间距的大小不同，格栅分为粗格栅、中格栅和细格栅3类。

按格栅的清渣方法，有人工格栅和机械格栅两种。

格栅设备一般用于污水处理的进水渠道上或提升泵站集水池的进口处，主要作用是去除污水中较大的悬浮或漂浮物，以减轻后续水处理工艺的处理负荷，并起到保护水泵、管道、仪表等作用。

当拦截的栅渣量大于0.2m3·d-1时，一般采用机械清渣方式；栅渣量小于0.2m3·d-1时，可采用人工清渣方式，也可采用机械清渣方式[1]。

2沉淀池

初次沉淀池是一级污水处理厂的主体处理构筑物。

处理的对象是悬浮物质，同时可去除部分BOD可改善生物处理构筑物的运行条件并降低其BOD负荷。

3生物接触氧化

生物接触氧化处理技术的实质之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定流速流经填料。

在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能作用下，污水中的有机污染物得到去除，污水得到净化，生物接触氧化法具有以下特点：

1）由于填料比表面积大，池内充氧条件良好，池内单位容积的生物固体量较高，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷；2）由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流完全混合，故对水质水量的骤变有较强的适应能力；3）剩余污泥量少，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便。

4传统活性污泥工艺

传统活性污泥法是目前应用最早的工艺[2]，它去除有机物和悬浮物的效率很高，对于城镇污水，可确保出水BOD5和SS达到30mg／L以下，因此，在1996年前在我国尚未要求去除氮磷，该工艺是城镇污水处理厂的主体工艺。

随着《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）的颁布实施，我国对城镇污水处理厂的出水水质，尤其是对出水的氮、磷指标要求更加严格。

传统的活性污泥工艺已经不能满足国家标准对氮、磷的去除要求，必须加以改造，于是出现了活性污泥法的改进型A／O法和A²／O法。

A／O法有两种，一种是用于除磷的厌氧一好氧工艺（A／O），一种是用于脱氮的缺氧一好氧工艺；A²／O法则是既脱氮又除磷的工艺[3]。

5A／O工艺

A／O（缺氧／好氧）法对于大型活性污泥法污水处理厂来说，处理效果较稳定，且实现了脱氮或除磷的目标，能耗和运营费用也较低；其缺点是处理单元多，管理较复杂，且不能同步脱氮和除磷。

用于除磷的A／O工艺的最主要特征是高负荷运行、泥龄短、水力停留时间短；用于脱氮的A／O工艺的负荷很低，泥龄长、水力停留时间长[4]。

6A²／O工艺

A²／O（厌氧／缺氧／好氧）工艺同时具有脱氮除磷的效果，其工艺原理是磷在厌氧区被释放，在好氧区被吸收，达到除磷目的；污染物在好氧区被氧化降解，去除COD和BOD5，同时在硝化菌作用下，有机氮转化的氨氮继续转化为亚硝酸氮和硝酸氮，含有硝酸氮的大量混合液回流到缺氧区进行反硝化脱氮[5]。

该工艺主要优点是对COD、BOD5、SS等具有较高的去除率，对脱氮除磷也具有较高的去除效果，具有运行费用低、占地少，出水水质好等特点；其缺点是运行管理要求较高，投资较大，节能差。

7UASB（Up-flowAnaerobicSludgeBed）

升流式厌氧污泥床是集生物反应池与沉淀于一体的一种结构紧凑的厌氧反应器，进水配水系统、反应区、三相分离器、气室以及处理水排出系统五部分组成。

在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层，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[6]。

基本要求有：

1）为污泥絮凝提供有利的物理、化学和力学条件，使厌氧污泥获得并保持良好的沉淀性能；2）良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，保持特定的微生态环境，能抵抗较强的扰动力，较大的絮体具有良好的沉淀性能，从而提高设备内的污泥浓度；3）通过在污泥床设备内设置一个沉淀区，使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步絮凝和沉淀，然后回流入污泥床内。

本工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源——沼气的一项技术。

对于不同含固量污水的适应性也强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到广泛的欢迎和应用。

8SBR（SequencingBatchReactor）

SBR简称间歇式活性污泥处理系统，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污处理技术，又称序批式活性污泥法。

与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。

它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统[7]。

正是SBR工艺这些特殊性使其具有以下优势：

1）理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好；2）运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好；3）耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击；4）工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活；5）处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理；6）反应池内存在DO、

浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀；7）SBR法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造；8）脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果；9）工艺流程简单、造价低。

主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、可有效的节约占地面积。

运行操作的五个步骤为：

流入、反应、沉淀、排放和待机。

9EGSB+SBR（ExpandedGranularSludgeBed）

EGSB与UASB非常相似，其区别在于，EGSB采用高达2.5～6m/h的上

升流速，使得反应器中的颗粒污泥处于部分或者完全膨胀化。

污泥颗粒之间的距离加大从而使污泥床的体积加大。

在高的上升流速以及产气的作用下，废水中的有机物与污泥床更充分的接触。

因此可以允许废水在反应器中有更短的停留时间，从而，EGSB可以用于处理较低浓度的废水。

与UASB相比，它比UASB布水更容易均匀，传质效果更好，有机物去除率更高，能适应高浓度有机废水和低浓度有机废水，容积负荷高，COD去除率高[8]。

EGSB优点：

1、使用范围广，不需要预酸化，流程简单；

2、对进水的温度，pH要求不高，进水COD可达~30，000mg/L；

3、依靠进水和产气达到自行膨胀，并且会根据负荷的变化自动改变床层的膨胀度，无须另外增加循环泵保证膨胀，因此动力消耗小；

4、反应器中床层的膨胀度由下自上逐渐增大，属于变速膨胀床，其抗冲击负荷能力较强，有机物去除率较高（一般为75%~95%以上）；5、三项分离器：

三相分离器专利设计，有效地将气固液分离开，保证有效的污泥停留时间；

6、反应器没有内循环，上升流速慢，负荷高时也不影响分离；

7、操作维护容易，便于管理。

SBR工艺集进水、曝气、沉淀在一个池子中完成。

一般由多个池子构成一组，各池工作状态轮流变换运行，单池由滗水器滗水，间歇出水，故又称为序批式活性污泥法。

该工艺将传统的曝气池、沉淀池由空间上的分布改为时间上的分布，形成一体化的集约构筑物，并利于实现紧凑的模块布置，最大的优点是节省占地。

另外，可以减少污泥回流量，有节能效果。

典型的SBR工艺沉淀时停止进水，静止沉淀可以获得较高的沉淀效率和较好的水质。

随着自动化技术的发展和PLC（ProgrammableLogicController）控制系统的普及化，SBR工艺的工程应用又进入了一个新的时代。

7利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。

生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。

生物膜自滤料向外可分为庆气层、好气层、附着水层、运动水层。

生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。

生物膜作为一种新兴的处理工艺其主要特征有：

1）微生物相方面的特征：

参与净化反应微生物多样化；生物的食物链长；能够存活世代时间较长的微生物；分段运行与优占钟属。

2）处理工艺方面的特征：

对水质、水量变动有较强的适应性；污泥沉降性能良好，易于固液分离；能够处理低浓度的污水；易于维护运行、节能[9]。

8厌氧生物处理法的发展趋势

近年来能源危机及环境污染加重，厌氧生物处理由于其产物具有能源物质而得到人们的重视，一大批新的厌氧生物处理法技术相继诞生，为了提高厌氧微生物的浓度，有使厌氧微生物附着在载体表面的厌氧生物膜处理方法如厌氧生物滤池、厌氧转盘、厌氧膨胀床、厌氧接触氧化、厌氧档板反应器、厌氧流化床法，以及向上流式厌氧污泥床反应器（UASB）依靠微生物之间凝聚造粒而形成的自己固定法方法。

还有人为地固定微生物包埋固定化法，它是人为地把增殖速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保持在处理系统中，提高处理速度、缩小处理设备并可用于处理低浓度的有机污水。

其中上流式厌氧污泥床反应器有很大的发展前景，尤其在发展中国家中[10,11]。

1.3本设计拟采用的技术路线、工艺方案

酒精废水的特点是水量大，无毒有害，属于中浓度有机废水。

酒精厂生产酒精过程用水量很大，特别是酿造、灌装工艺过程，大量使用新鲜水，相应产生大量废水。

废水生产工序较多，不同酒精厂生产过程中吨酒精的耗水量和水质相差较大。

本设计处理水量40000m3/d。

要求如下

项目

COD

BOD5

SS

TN

pH

预处理废水

865

370

300

570

7.5～8

蒸馏废水

30198

29100

2950

545

5~6

出水水质

≤400

≤80

≤140

6～9

目前常根据

比值来判断废水的可生化性，即：

当

时易生化处理，当

时可生化处理，当

难生化处理[12]，而酒精废水的

，所以处理酒精废水的方法多是采用好氧生物处理，也可先采用厌氧处理，降低污染负荷，再用好氧生物处理。

所以本次设计拟采用UASB+SBR联合处理。

流程图如下。

酒精废水先经过细格栅去除大杂质后进入集水池，用污水泵将废水提升至调节池进行水质水量的调节。

进入调节池前，根据在线

计的

值用计量泵

酸碱送入调节池，加入酸或碱调节废水的

值在

之间。

调节池中出来的水有初沉池配水井进入初沉池，去除SS后经UASB反应器配水井进入UASB反应器进行厌氧消化，降低有机物浓度。

UASB反应器内的污水间歇进入SBR反应器，由鼓风机向SBR反应池中提供氧气，废水在SBR反应池中进行好氧处理，而后达标出水。

UASB排出的废气主要组成为甲烷和二氧化碳。

对于废气的处理需要收集处理用做燃料。

来自初沉池、UASB反应器、SBR反应池的剩余污泥先收集到集泥井，在由污泥提升泵提升到配泥集泥井，由配泥集泥井分别进入污泥浓缩池，从浓缩出来的污泥再次进入配泥集泥井，统一进入脱水间，进一步降低污泥的含水率，实现污泥的减量化。

污泥脱水后形成泥饼，装车外运处置。

污泥浓缩池和脱水间的回流水回流至调节池再次循环。

2本设计采用的方案

2.1酒精废水的特点

酒精废水的主要特点有悬浮物含量高，平均悬浮物含量高达40000㎎/L；温度高，平均水温达70℃，蒸馏釜底排除的废水温度高达100℃；浓度高，废水的COD高达2~3万，包括悬浮固体、溶解性COD和胶体，有机物占93%~94%，无机物占6%~7%，有机物的成分是碳水化合物，其次是含氮化合物，生物菌和未分解出去的产品：

如丁醇、乙醇等，此外还有500㎎/L的有机酸，废水含有约500㎎/L左右机酸，废水呈酸性。

酒精废水的可生化性。

2.2酒精废水处理工艺

2.2.1上流式厌氧污泥床反应器（UASB）处理工艺

该处理工艺属于典型的厌氧处理工艺，具体工艺流程如图1-4所示。

废水经沉砂池去除大部分悬浮物和酒精生产中夹带的杂质，在集水池内与碱液混合调节pH值后进入调节池调节废水的浓度与温度，其中，对于复杂废水，在调节池中取得一定程度的酸化，会有益后续的厌氧处理。

故在调节池前部设搅拌器，使进酒精废水能与回流水充分混合；后部密封并填充填料。

经预处理后的废水由泵抽至UASB反应器内。

UASB反应器采用厌氧污泥作为接种污泥。

UASB反应器处理后的出水一部分装车拉到甘蔗地农灌，一部分出水经过冷却塔降低温度后回流至调节池，回流水起到降低水温与稀释的作用。

该工艺具有处理效率高，运行稳定，管理方便，运行成本低等优点，经处理后的废水达到农灌的要求，实现了良好的环境效益和经济效益。

沼气利用阻火器气柜气封

进水沉砂池集水池调节池UASB出水撞

车农灌

碱液池冷却塔

污泥利用污泥干化场

图1-4厌氧生物处理工艺流程

2.2.2厌氧膨胀颗粒污泥床-序批式活性污泥法（EGSB-SBR）处理工艺

EGSB与UASB非常相似，其区别在于，EGSB采用高达2.5～6m/h的上升流速，使得反应器中的颗粒污泥处于部分或者完全膨胀化。

污泥颗粒之间的距离加大从而使污泥床的体积加大。

在高的上升流速以及产气的作用下，废水中的有机物与污泥床更充分的接触。

因此可以允许废水在反应器中有更短的停留时间，从而，EGSB可以用于处理较低浓度的废水。

与UASB相比，它比UASB布水更容易均匀，传质效果更好，有机物去除率更高，能适应高浓度有机废水和低浓度有机废水，容积负荷高，COD去除率高。

具体工艺流程见图1-5[12]所示。

配水井

降温+调节池

细格栅/气浮

生产废水

出水

气浮池

SBR

EGSB

图1-5EGSB-SBR酒精废水处理工艺

EGSB的优点主要有使用范围广，不需要预酸化，流程简单；对进水的温度，pH要求不高，进水COD可达30，000mg/L；依靠进水和产气达到自行膨胀，并且会根据负荷的变化自动改变床层的膨胀度，无须另外增加循环泵保证膨胀，因此动力消耗小；反应器中床层的膨胀度由下自上逐渐增大，属于变速膨胀床，其抗冲击负荷能力较强，有机物去除率较高（一般为75%～95%以上）；三项分离器：

三相分离器专利设计，有效地将气固液分离开，保证有效的污泥停留时间；反应器没有内循环，上升流速慢，负荷高时也不影响分离；操作维护容易，便于管理。

SBR工艺集进水、曝气、沉淀在一个池子中完成。

一般由多个池子构成生产废水细格栅/气浮降温+调节池配水井UASB缺氧池接触氧化池沉淀池出水一组，各池工作状态轮流变换运行，单池由滗水器滗水，间歇出水，故又称为序批式活性污泥法。

该工艺将传统的曝气池、沉淀池由空间上的分布改为时间上的分布，形成一体