1、陕西理工学院毕业设计第 1 页 共 40 页啤酒厂废水处理工艺设计摘要文章主要设计啤酒厂污水处理的整个流程，核心工艺选择 UASB+生物接触氧化法来处理啤酒厂污水以达到排放标准。重点是整个流程的主要构筑物的尺寸的设计，利用 AUTOCAD 绘制各构筑物的剖面图，以及绘制整个流程的平面布置图。综合考虑处理成本、工艺经济成本、构筑物占地面积等因素，达到啤酒厂污水达标排放的目的。关键词 啤酒厂污水 UASB 生物接触氧化法 A brewery wastewater treatment process designLiu Fang(Shaanxi University of Technology in
2、stitute of chemical ,shaanxi,hanzhong723000)Totur:Zhou Chun yangAbstract：The article mainly design the whole process of Brewery wastewater ,the core process is the UASB-contact oxidation,and the article use the process to dealing with the brewery wastewater to meet emissions standards.Key dimensions
3、 of the main structure is the entire process of design,using autocad drawing the structure of the drawing,and drawing the entire process of the layout.Considering the economic cost of treatment,technology and economic costs ,structures cover an area of an area and other factors,Achieve the aim of br
4、ewery wastewater discharge.Key words:the brewery wastewater UASB contact oxidation 陕西理工学院毕业设计第 2 页 共 40 页目录1.引言 .62.设计任务及原始资料 .62.1 设计题目 .62.2 设计任务与内容 .62.3 设计原始资料 .62.3.1 本设计规模 .62.3.2 设计原水水质指标 .62.3.2 设计出水水质指标 .62.3.3 气象条件 .63.工艺路线的确定及选择 .63.1 处理方法比较 .63.1.1 好氧生物处理 .73.1.2 厌氧生物处理 .83.2 方案的确定 .83.3
5、 主要构筑物简介 .93.3.1 格栅 .93.3.2 沉砂池 .93.3.3 初沉池 .93.3.4 水质调节池（均质池） .93.3.5 UASB 反应器 .93.3.6 接触氧化池 .10陕西理工学院毕业设计第 3 页 共 40 页3.3.7 二沉池 .103.3.8 污泥浓缩池 .103.3.9 污泥脱水机 .104.构筑物的设计计算 .104.1 中格栅 .104.1.1 设计原则 .104.1.2 设计参数： .114.1.3 设计计算 .114.2 细格栅 .124.2.1 设计参数 .124.2.2 设计计算 .134.3 沉砂池 .144.3.1 设计原则 .144.3.2
6、设计参数 .144.3.3 设计计算 .154.4 初次沉淀池 .174.4.1 设计参数 .174.4.2 设计计算 .174.5 水质调节池 .204.5.2 设计原则 .204.5.3 设计参数 .204.5.4 设计计算 .20陕西理工学院毕业设计第 4 页 共 40 页4.6 UASB 反应器 .204.6.1 UASB 设计参数 .204.6.2 UASB 设计计算 .214.7 生物接触氧化池设计 .264.7.1 设计参数 .274.7.2 设计计算 .274.8 二沉池的设计 .294.8.1 设计参数 .294.8.2 设计计算 .294.9 污泥处理的设计 .324.9.
7、1 剩余污泥产量 .324.9.3 设计原则 .324.9.4 设计参数 .334.9.5 设计计算 .334.10 储泥池及污泥脱水的设计 .354.10.1 设计参数 .354.10.2 设计计算 .354.11 污泥脱水机 .354.11.1 设计参数 .354.12 管道设计 .364.12.1 设计原则 .364.12.2 设计参数 .36陕西理工学院毕业设计第 5 页 共 40 页4.12.3 设计计算 .364.13 PH 的调节计算 .364.13.1 调节原则 .364.13.2 调节说明 .365.污水处理厂的平面布置 .375.1 总平面布置原则 .375.2 平面布置图
8、 .376.结语 .37 致谢 .40 参考文献 .41陕西理工学院毕业设计第 6 页 共 40 页1 引言随着人民生活水平的提高，我国各行各业产生的污水也随之增多。污水的产生，对我国的环境，经济和社会发展有极其消极的影响，不仅影响到我国经济社会的和谐建设，还严重威胁百姓的生活健康。在很多地方，污水处理已经被提上议事日程。通过本次毕业设计，熟悉并掌握环境工程污水处理的设计原理，多种处理工艺的对比，基于原始设计资料独立制定设计方案，掌握污水厂设计的基本流程及各构筑物得设计方法，学会设计计算，并用autocad计算机软件绘制污水处理图。将平时在课堂上所学到的专业理论知识用于设计实践，可将所学知识系
9、统掌握，并可提高自己的工程设计能力，为将来走上工作岗位进行设计工作打下坚实的实践基础。而且在此次设计中，还锻炼了自身能力，增强了团体合作意识。2 设计任务及原始资料2.1 设计题目某啤酒厂废水处理工艺设计2.2 设计任务与内容（1）污水处理工艺设计包括工艺流程的确定以及各单体构筑物的工艺设计。（2）污泥处理方法选择及污泥处理构筑物的设计计算。包括工艺流程的确定，各构筑物的工艺设计；（3）污水处理厂的平面布置。包括处理构筑物和辅助构筑物的平面布置图及工艺平面图绘制。2.3 设计原始资料2.3.1 本设计规模Q=4750m3/d2.3.2 设计原水水质指标CODcr=2400mg/l；BOD 5
10、=1000mg/l；SS =400mg/l；PH：6-9；T=20-26。2.3.2 设计出水水质指标CODcr=60mg/l；BOD 5=20mg/l；SS=20mg/l ；pH ：6-9；T=20 -26。2.3.3 气象条件(1)风向：多年主导风向为东南风。(2)水文：降水量多年平均为每年 728mm；蒸发量多年平均为每年 1200mm；地下水位，地面下 6-7m。年平均水温：20。(3) 水文：厂址区域海拔标高在 19-21m 左右，平均地面标高为 20m。平均地面坡度为 0.3%-0.5%，地势为西北高，东南低。厂区面积按设计计算结果自行安排。所出设计成果有:设计计算说明书一份及污水
11、处理厂平面图、高程图及主要构筑物单体平、剖图。3 工艺路线的确定及选择3.1 处理方法比较啤酒工业废水主要含糖类，醇类等有机物，有机物浓度较高，虽然无毒，但易于腐败，排入水体要消耗大量的溶解氧，对水体环境造成严重危害。由于糖化液、发酵液等含渣废水含有大量有机悬浮固体，故SS很高，给废水的处理带来一定难度。目前，不同生产厂家有着不同的生产工艺，同时产生的废水的水质水量也不同，在国际上，生产每吨啤酒的耗水量为6t多，在国内的一些厂家高达12t，但是一些用新型生产工艺的啤酒厂可以达到 5- 6t1。陕西理工学院毕业设计第 7 页 共 40 页目前国内外生化法处理污水应用比较广泛,处理效率较高、成本低
12、 3。所以目前处理方法主要是生物氧化法。根据处理过程中是否需要曝气，可把生物处理法分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。常以生化处理为主，辅以物化处理的工艺技术，出水可达到国家排放标准。3.1.1 好氧生物处理好氧生物处理是在氧气充足的条件下，利用好氧微生物的生命活动氧化啤酒废水中的有机物，其产物是二氧化碳、水及能量（释放于水中） 。这类方法没有考虑到废水中有机物的利用问题，因此处理成本较高。活性污泥法、生物膜法是较有代表性的好氧生物处理方法。3.1.1.1 活性污泥法 活性污泥法处理工艺的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（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的条件下，活
13、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。活性污泥法处理啤酒废水 BOD、COD 的去处率可达 92%-96% ,但是动力消耗大，处理中常出现污泥膨胀 4。间歇式活性污泥法（SBR ）通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。例如，珠江 5啤酒厂引进比利时SBR专利技术，废水处理时间仅需1920h ,比普通活性污泥法缩短10-11 h， CODcr的去除率也在96%以上 5。扬州 6啤酒厂和三明市大田啤酒厂采用SBR技术处理啤酒废水，也收到了同样的效果。该工艺具有很多优点：工艺系统组成简单，不设二沉池，无污泥回流设备；耐冲击负荷，一
14、般不用设置调节池；反映推动力大，易于得到优于连续流系统的出水水质；运行操作灵活，通过适当调节各单元的状态可达到脱氮除磷的效果；污泥沉淀性能好，SVI值较低，能有效的防治丝状菌膨胀；各项运行指标和各操作阶段可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。3.1.1.2 生物膜法早在1893年英国学者Corbett在索尔福德城创建了具有喷嘴布水装置的生物滤池，这也就是废水生物处理工程中最早出现的生物膜法滤池 7。生物膜法是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的方法，不会出现污泥膨胀问题。此方法是一大类生物处理法的统称，包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、曝气生
15、物滤池及生物流化床等形式。其中生物接触氧化池和生物转盘是典型代表。（1）生物接触氧化池：生物接触氧化池又称浸没式曝气生物滤池，其实质之一是在池内充填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上充满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上的微生物的作用下得到净化的过程，故又称浸没式生物滤池；其实质之二是利用活性污泥法的曝气充氧设备进行充氧和搅拌，故又称曝气生物滤池。是生物预处理工艺中一种有代表性、研究较深入和应用较多的类型，其作为微污染水源水预处理的研究和应用在日本开展得较为普及 9。目前国内 4采用生物接触氧化法处理啤酒废水的有青岛啤酒厂、抚顺啤酒厂、房山啤酒厂等, 废水C
16、OD为1000mg/L-1200mg/L, 处理后出水COD为100 mg/L, 去除率达90%-92%。国内的淄博啤酒厂、青岛啤酒厂、渤海啤酒厂和徐州酿酒总厂等厂家的废水治理中采用了生物接触氧化工艺技术7。青岛啤酒厂在二段生物接触氧化之后辅以混凝气浮处理，啤酒废水中COD cr和BOD 5的去除率分别在80%和90%以上。在此基础上，山东省环科所改常压曝气为加压曝气，目的在于强化氧的传质，有效提高废水中的溶解氧浓度，以满足中、高浓度废水中微生物和有机物氧化分解的需要。生物接触氧化法介于活性污泥法和生物滤池二者之间的污水生物处理技术，兼有活性污泥法和生物膜法的特点，其优点是：由于填料的比表面积
17、大，池内的充氧条件良好；生物接触氧化池具有较高的容积负荷；不需要污泥回流，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便；生物接触氧化池对水质水量的骤变有较强的适应能力；污泥产率较低。（2）生物转盘生物转盘是较早用以处理啤酒废水的方法。它主要由盘片、氧化槽、转动轴和驱动装置等部分组成，依靠盘片的转动来实现废水与盘上生物膜的接触和充氧。它不仅有对有机物的氧化分解（BOD去除） ，还有一定的硝化和脱氮功能。该方法 4在美国应用较为普及，国内的杭州啤酒厂、陕西理工学院毕业设计第 8 页 共 40 页上海华光啤酒厂和浙江慈溪啤酒厂也在使用，去除率达90%-98%。生物转盘作为一项附着生长法的生物处理技术，具有以下优
18、点：净化效率高，具有较强的耐冲击负荷的能力；污泥产量少，易于沉淀；具有硝化和反硝化的功能；可与初沉池，曝气池和二沉池合建，从而提高处理水水质；管理简单，稳定可靠，没有噪声，不产生污泥膨胀和二次污染等问题；无污泥回流装置，动力消耗低，运行费用低。但是低温对运行影响大，在处理高浓度废水时需增加转盘组数。3.1.2 厌氧生物处理厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（COD cr2000 mg.L-1, BOD51000 mg.L-1） 。它是在无氧条件下，靠厌气细菌的作用分解有机物。在这一过程中，参加生物降解的有机基质有50%-90%转化为沼气（甲烷） ，而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料。因此，啤
19、酒废水的厌氧生物处理受到了越来越多的关注。厌氧生物处理包括化粪池、厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧接触法、分段厌氧处理法、厌氧膨胀床和厌氧流化床、厌氧生物转盘、两相厌氧法等多种方法，但以升流式厌氧污泥床（UASB）技术在啤酒废水的治理方面应用最为成熟。荷兰瓦格宁根农业大学的Lettinga 教授 12于1973-1977年开发的上流式厌氧污泥床（UASB）反应器则使厌氧颗粒污泥的性能大大提高，从而使厌氧工艺开始大量应用于生产实践。继 9荷兰之后，德国、瑞士、美国、加拿大、芬兰以及中国也相继开展了对UASB的深入研究和开发工作，使这种厌氧处理工艺成为一种应用迅速、使用广泛的新型反应器技术，在
20、中、高浓度有机工业废水的处理中正发挥它的作用。截止1990年9月，全世界已建成30座生产性UASB反应器用于处理啤酒废水，总容积达60600m3。国内已有北京啤酒厂、沈阳啤酒厂等厂家利用UASB来处理啤酒废水 10。荷兰、美国的某些公司所设计的UASB反应器对啤酒废水COD cr的去除率为80%-86%，北京啤酒厂UASB处理装置的中试结果也保持在这一水平，而且其沼气产率为0.3-0.5 m3.kg-1(COD2)。清华大学 6在常温条件下利用UASB 厌氧处理啤酒废水的研究结果表明，进水COD cr浓度为2000 mg.L-1时，去除率为85%-90%。沈阳 11啤酒厂采用回收固形物及厌氧消
21、化综合治理工艺，实行清污分流，集中收集COD cr大于5000 mg.L-1的高浓度有机废水送入 UASB进行厌氧处理，废水中COD cr的质能利用率可达91.93%。UASB成功处理高浓度啤酒废水的关键是培养出沉降性能良好的厌氧颗粒污泥 。颗粒污泥的形成是厌氧细菌群不断繁殖、积累的结果，较多的污泥负荷有利于细菌获得充 足的营养基质，故对颗粒污泥的形成和发展具有决定性的促进作用；适当高的水力负荷将产生污泥的水力筛选，淘汰沉降性能差的絮体污泥而留下沉降性能好的污泥，同时产生剪切力 ，使污泥不断旋转，有利于丝状菌互相缠绕成球。此外，一定的进水碱度也是颗粒污泥形成的必要条件，因为厌氧生物的生长要求适
22、当高的碱度。碱度不足，所以需投加工业碳酸钠或氧化钙加以补充。研究表明，在UASB启动阶段，保持进水碱度不低于1000mg.L -1对于颗粒污泥的培养和反应器在高负荷下的良好运行十分必要。总之，UASB 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，完全适用于高浓度啤酒废水的治理。其不足之处是出水 CODcr 的浓度仍达500 mg.L -1左右，需进行再处理或与好氧处理串联才能达标排放。3.2方案的确定根据此啤酒厂污水的特点：（1）废水以有机污染物为主，BOD/COD=0.420.3 ，可生化性好；（2）啤酒废水水质、水量变化大，如何尽量降低工程占地，又不影响后续处理的稳定运
23、行，这要求后续生化处理有较高的耐冲击负荷能力；（3）啤酒厂废水属中浓度有机废水，单级好氧处理工艺难以保证废水达标排放，传统的厌氧反应器处理效率低、占地大，因此必须采用高效生物反应器；（4）根据以往经验，若采用单级或两级好氧生物处理工艺，虽然可以达到处理要求，但能耗非常高（一般来说，好氧处理的费用与进水的污染物浓度成正比） ，因此，为了降低运行费用，最好可以在好氧生物处理前增加一个厌氧工艺。陕西理工学院毕业设计第 9 页 共 40 页根据上述生物接触氧化池和UASB的优点可以在一个UASB后加一个生物接触氧化池工艺进行处理啤酒厂废水，比较符合处理效果与经济效益的原则。 由此可以确定采用如图2.1
24、所示的处理工艺流程： 出 水二 沉 池剩 余 污 泥水 质 调 节池啤 酒 污 水 沉 砂 池 泥 饼 外 运 脱 水 机 污 泥 浓 缩池接 触 氧 化池初 沉 池细 格 栅中 格 栅 污 泥 回 流图 2.1 UASB+生物接触氧化法工艺流程图3.3 主要构筑物简介3.3.1 格栅把格栅 13设在处理构筑物之前，由于啤酒废水SS很高，采用两级格栅，主要拦截污水带来的瓶盖、塑料制品及车间与室外环境带来的较大漂浮物，保证后续处理设施的正常运行。格栅按栅条间隙可分为粗格栅（50-100mm ） 、中格栅（10-40mm ） 、细格栅（1.5-10mm ） ；按格栅形状可分为平面格栅和曲面格栅；按
25、清渣方式可分为人工清渣和机械清渣。 3.3.2 沉砂池沉砂池的功能时利用物理原理去除污水中密度较大的无机颗粒污染物，如泥砂、煤渣等。他们的相对密度约为2.65。城镇污水处理厂一般均应设置沉砂池。3.3.3 初沉池糖化、发酵废水含有大量有机悬浮固体，SS很高，为了降低后续生物处理的有机负荷，在调节池前设沉淀池，以除去大部分可沉淀的悬浮物质，降低生物工艺负荷，节省能耗。池底设污泥斗，通过排泥管定期将沉淀污泥排出池外。在此设计中选择竖流式沉淀池，其排泥方便，管理简单，占地面积较小，比较经济。3.3.4 水质调节池（均质池）由于啤酒厂各工段排水水质差异很大，为了不形成对后续生化处理的负荷冲击和酸碱冲击
26、，应设均质调节池，均匀水质，并起到一定的水量调节作用。为了把一部分有机物质酸化分解，以提高在UASB 反应器中的去除速率，需在调节池中补加一定酸度，起到了酸化池的部分作用。3.3.5 UASB反应器UASB反应器由反应区、沉淀区、气室3部分组成。反应器底部是浓度较高的污泥层, 称为污泥床。 污泥床的上部是浓度较低的悬浮污泥层，通常把污泥层和悬浮层统称为反应区。在反应区上部设有气、液、固三相分离器。废水由反应器底部进入，与污泥床中的污泥进行混合接触。由于废水以一定流速自下向上流动以及厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用，废水与污泥充分混合，有机质被吸附分解。所产沼气经由反应器上部三相分离器的集气室排
27、出，含有悬浮污泥的废水进入三相分离器的沉降区，由于沼气已从废水中分离，沉降区不再受沼气搅拌作用的影响，废水在平稳上升过程中其中沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分，从而保证了反应器内高浓度的污泥，陕西理工学院毕业设计第 10 页 共 40 页含有少量较轻污泥的废水从反应器上方排出。反应器中可以形成沉淀性能非常好的颗粒污泥，能够允许较大的上流速度和很高的容积负荷。应用UASB技术处理中高浓度有机废水具有投资小、占地少的特点。作为一种非常经济的技术，UASB 在废水处理成本上比好氧处理要便宜得多。UASB反应器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
28、系统，它具有截留污泥量大，颗粒化程度好，无需搅拌，耐冲击负荷，处理高浓度有机废水能力强等特点。UASB反应器在低温条件下处理效果会大幅度降低，但由于啤酒只在夏天气温高的时候生产，所以气温低时反应器会处于闲置状态，不需要将UASB反应器裹上一层保温材料，节约了经济耗费。而且，UASB反应器内不设搅拌装置，上升的水流和产生的沼气可满足搅拌要求，反应器内不需填装填料，构造简单，易于操作运行，便于维护管理。3.3 .6 接触氧化池接触氧化池主要由池体、填料床、曝气装置及进出水装置等构成。生物接触氧化法是利用固着在填料上的生物膜，吸附和网捕水中的有机污染物，并加以氧化分解，使污水得到净化。由于填料是浸没在污水中的，固着在填料上的生物膜多
