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(20 届)毕业设计UASB法处理啤酒厂废水的工艺设计摘 要 针对啤酒工业废水主要具有有机物浓度较高,易于腐败等特点,本设计拟采用UASB法,去除啤酒工业废水中的有机物和各种污染物。从运行结果可知,处理后出水CODcr、BOD5、SS去除率均大于90%,各项污染指标均可达到国家行业排放标准。 关键词:啤酒工业废水; UASB法 Brewery?wastewater?treatment?UASB?process?designAbstract Because of the beer wastewater contains high organic substance, and easy to corruption, the USAB process is applied to treat beer wastewater. Practical operation project shows that the residual CODcr、BOD5、SS in effluent are small.It is also quite suitable to meet the national industry wastewater disposal standard. Keywords: beer wastewater; UASB process 目录1绪论11.1 概述11.2 工程简介及设计任务11.2.1 工程概况简介11.2.2设计任务21.3设计依据及其原则21.3.1设计依据:21.3.2.设计原则:22污水处理工艺选择及说明42.1啤酒废水的来源及其特点42.1.1啤酒废水的来源及特点42.2 工艺流程的确定42.2.1啤酒废水处理方法42.3处理工艺的比较72.3.1酸化?SBR 法处理啤酒废水72.3.2 UASB?好氧接触氧化工艺处理啤酒废水82.3.3 新型接触氧化法处理啤酒废水82.3.4 生物接触氧化法处理啤酒废水82.3.5 内循环 UASB 反应器+氧化沟工艺处理啤酒废水102.3.6 UASB+SBR法处理啤酒废水102.4本设计的方案确定112.5 UASB工艺介绍112.5.1 USAB工艺112.5.2 UASB的基本构造122.5.3 UASB工艺的特点122.5.4 影响UASB处理效果的因素122.6工艺设计132.6.1工艺流程图132.6.2工艺说明132.7主要设备设计介绍142.7.1格栅142.7.2 提升泵站142.7.3调节沉淀池142.7.4 UASB反应器142.7.5好氧处理(接触氧化池,气浮池)142.7.6二沉池142.7.7污泥浓缩池152.7.8脱水间153啤酒厂废水处理构筑物设计与计算163.1格栅的设计计算163.2提升泵站173.3调节池183.4 UASB反应池183.5接触氧化池233.6气浮池253.7二沉池273.8污泥浓缩池283.9脱水间294主要构筑物和设备一览表324.1构筑物一览表324.2主要机械设备一览325工程投资概算335.1工程投资估算335.2土建部分投资335.3工程投资估算345.4运行费用346结论36参考文献37致谢38附录39 附录A 平面布置图 附录B 高程图 1绪论1.1 概述 水乃生命之本,万物之源,一切的都发展都源于这宝贵的物质基础。现今国内水资源状况十分短缺,人均占有量也仅为世界平均水平的四分之一,阻碍和制约着我国社会主义经济的发展。近代国内经济水平突飞猛进,工业化程度也正呈现着高速发展的趋势,但是经济的发展总是以环境的破坏为代价的,水资源污染中很大一部分就是工业废水的严重恶化污染。工业废水的污染以其污染大、污染物浓度高、废水排放量大、废水中含有多种有毒有害物质、废水成分复杂以及水量变化大等特点而成为目前我们所面临的主要问题。 啤酒厂生产啤酒过程用水量很大,特别是酿酒、罐装工艺过程大量使用新鲜水,相应产生大量废水。啤酒的生产工艺较多,不同的啤酒厂生产过程中吨酒耗量和水质相差很大。管理和技术水平较高的啤酒厂耗水量为812 吨/吨,我国啤酒厂的吨酒耗水量一般大于该参数。国内啤酒从糖化到罐装总耗水1020立方米/吨。酿造啤酒消耗的大量水除一部分转入产品外,绝大部分作为工业废水排入环境。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,入水体要消耗大量的溶解氧,对水体环境造成严重危害。啤酒废水的水质和水量在不同季节有一定差别,处于高峰流量时的啤酒废水,有机物含量也处于高峰。国内啤酒厂废水中:CODcr含量为:15003000mg/L,BOD5含量为:8001600 mg/L,该废水具有较高的生物可降解性,且含有一定量的凯氏氮和磷。1.2 工程简介及设计任务1.2.1 工程概况简介 为了解决啤酒厂废水所带来的一系列污染问题,同时有效妥善处理,减少污染,建设污水处理厂处理啤酒厂废水,被设计处理量为4000m3/d,BOD51000mg/L,COD 2000mg/L,SS 500mg/L 。 废水经处理后,要求达到污水综合排放标准GB8978?1996的二级标准,其主要水质指标见表1。 表1原水水质和设计要求水质指标BOD5(mg/L)COD(mg/ L)SS(mg/ L)pH原 水8001600150030002501200511排放标准301007069设计要求3010070691.2.2设计任务 本设计依据啤酒厂废水的主要特点,采用UASB法处理啤酒厂废水。其出水的各项污染指标要达到国家GB8978?1996污水综合排放标准的二级排放标准,实现水资源的循环利用。同时做出设计图纸和相关设计说明书。1.3设计依据及其原则1.3.1设计依据: (1)中华人民共和国环境保护法和水污染防治法 (2)污水综合排放标准GB18918?2002 (3)城市污水处理及污染防治技术政策 (4)城市污水处理厂污水污泥排放标准CJ3025-2001 (5)城镇污水处理厂附属建筑和附属设备建设标准CJJ31-2002 (6)建筑给排水设计规范GBJ15-88(1997年版)1.3.2.设计原则: (1)依照国家环境保护的基本国策,执行国家有关法律法规、政策、规范和标准。 (2)依据城市的整体规划,依据保护和改善环境、防止和减少污染、造福人民的原则,结合嘉兴市的实际情况,对城市污水进行综合处理,满足现代化城市对环境的要求。 (3)依据城市基础设施统一规划、分期实施的方针,在废水处理系统和厂区的选择方面,充分考虑近、远期相结合,合理设计,并为远景发展留有余地。 (4)采用集中处理和分散处理相结合、以集中处理为主的原则,充分利用现有的污水设施,实行污水综合治理,设置污水处理厂并配套相应污水管道。 (5)处理构筑物尽可能布置紧凑以减少动力消耗,同时应根据河流的水位变化及环境容量,处理流程考虑多种运行方式。 (6)处理工艺力求技术先进、成熟、可靠、经济合理、高效节能、运行管理方便、简单、成本低、占地少。 (7)妥善处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂及污泥,避免二次污染2。 2污水处理工艺选择及说明2.1啤酒废水的来源及其特点2.1.1啤酒废水的来源及特点 啤酒生产过程用水量很大,特别是酿造,罐装工序过程,由于大量使用新鲜水,相应产生大量废水。由于啤酒的生产工序较多,不同的啤酒厂生产过程每吨酒的耗水量和水质相差较大.国内每吨啤酒从糖化到灌装总耗水1020吨。啤酒废水可分为以下几类:1.清洁废水 冷冻机、麦汁和发酵冷却水等,这些水基本未受污染。2.清洗废水 如清洗生产装置废水、漂洗酵母水、洗瓶机初期洗涤水、酒罐消毒废水、巴斯德杀毒喷淋水和地面冲洗水等,这类废水受到不同程度的有机污染。冲洗废渣水,如麦糟液、冷热凝固物、酒花糟、剩余酵母、酒泥、滤酒渣和残碱性洗涤液等,这类废水中含有大量的悬浮固体有机物。工段中将产生麦汁冷却水、装置洗涤水、麦糟、热凝固物和酒花糟。装置洗涤水主要是糖化锅洗涤水、过滤槽和沉淀槽洗涤水。此外,糖化过程还要排出酒花糟、 热凝固物等大量悬浮物。3.装酒废水 在灌装酒时,机器的跑冒滴漏时有发生,还经常冒酒,废水中掺入大量残酒。喷淋时由于用热水喷淋,啤酒升温引起瓶内压力增大,“炸瓶”现象时有发生,所以,在大量啤酒洒散在喷淋水中,循环使用喷淋水为防止生物污染而加入防腐剂,因此被更换下来的废喷淋水含防腐剂成分。4.洗瓶废水 清洗瓶子时先用碱液洗涤剂浸泡,然后用压力水初洗和终洗.瓶子清洗水中含有残余碱性洗涤剂、浆纸、燃料、浆糊、残酒和泥砂等。碱性洗涤剂的更换,更换时若是直接排入下水道可以使啤酒废水呈碱性。因此废碱性洗涤剂应先进入调节池沉淀装置进行单独处理。所以可以考虑将洗瓶废水的排出液经处理后储存起来,用来调节废水的pH值。这样可以节省污水处理的药剂用量。2.2 工艺流程的确定2.2.1啤酒废水处理方法 鉴于啤酒废水自身的特性,啤酒废水不能直接排入水体,据统计,啤酒厂工业废水如不经处理,每生产100 吨啤酒所排放出的BOD 值相当于14000 人生活污水的BOD 值,悬浮固体SS 值相当于8000 人生活污水的SS,其污染程度是相当严重的,所以要对啤酒废水进行一定的处理。 目前常根据BOD5/CODcr 比值来判断废水的可生化性,即:当BOD5/CODcr0.3 时易生化处理,当BOD5/CODcr0.25 时可生化处理,当BOD5/CODcr0.25 难生化处理,而啤酒废水的BOD5/CODcr的比值0.3 所以,处理啤酒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。目前国内的啤酒厂工业废水的污水处理工艺,都是以生物化学方法为中心的处理系统。80年代中前期,多数处理系统以好氧生化处理为主。由于受场地、气温、初次投资限制,除少数采用塔式生物滤池,生物转盘靠自然充氧外,多数采用机械曝气充氧,其电耗高及运行费用高制约了污水处理工程的发展和限制了已有工程的正常使用或运行。 随着人们对于节能价值和意义的认识不断变化与提高,开发节能工艺与产品引起了国内环保界的重视。1988 年开封啤酒厂国内首次将厌氧酸化技术成功的引用到啤酒厂工业废水处理工程中,节能效果明显,约节能3050%,而且使整个工艺达标排放更加容易和可靠。随着改革开放的发展,90 年代初完整的厌氧技术也在国内啤酒、饮料行业得到应用。这里所说完整的意义在于除厌氧生化技术外,沼气通过自动化系统得到燃烧,这是厌氧系统安全运行和不产生二次污染的重要保证,这也是国内外开发厌氧技术和设备应充分引起重视的问题。厌氧技术的引进与应用能耗节约70%以上。 目前,国内外普遍采取生化法处理啤酒废水。根据处理过程中是否需要曝气,可以把升华处理法分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。1.好氧生物处理 好氧生物处理是在氧气充足的情况下,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)。这种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、深井曝气法是较有代表性的好氧生物处理方法。(1)活性污泥法 活性污泥法是中、低浓度有机废水处理中使用最多,运行最可靠的方法,具有投资省,处理效果好等优点。该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,活性污泥吸附并氧化分解水中的有机物,污泥和水的分离则由沉淀池来完成。我国的珠江啤酒厂、烟台啤酒厂、上海益民啤酒厂、武汉西湖啤酒厂、广州啤酒厂和长春啤酒厂等厂家均采用此法处理啤酒废水。 据报道,进水CODcr 为1200-1500mg/L 时出水CODcr 可降至50-100mg/L,去除率为94%-96%。活性污泥处理啤酒废水的缺点时动力消耗大,处理中常出现污泥膨胀。污泥膨胀的原因是啤酒废水中碳水化合物含量过高,而N、P和Fe 等营养物质缺乏,各营养成分比例失调,微生物不能正常生长而死亡。解决的办法是投加含N和P的化学药剂,但这将使处理成本提高。而较为经济的方法是把生活污水(其中N和P浓度较大)和啤酒废水混合。间歇式活性污泥法(SBR)通过间歇曝气可以使动力消耗显著降低,同时,废水处理时间也短于普通活性污泥法。例如,珠江啤酒厂引进比利时SBR专利技术,废水厂处理时间仅需19-20h,比普通活性污泥法缩短10-11h,CODcr 的去除率也在96%以上,扬州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。刘永淞等认为SBR 法对废水的稀释程度低,反应基质浓度高,吸附和反应速率都较大,因而能在较短的时间内使污泥获得再生。(2)深井曝气法 为了提高曝气过程中氧的利用率,节省能耗,加拿大安大略省的巴利啤酒厂、我国的上海啤酒厂和北京五星啤酒厂均采用深井曝气法(超深水曝气)处理啤酒废水。深井曝气实际上是以地下深井作为曝气池的活性污泥法,曝气池由下降管以及上升管组成。将废水和污泥引入下降管,在井内循环,空气注入下降管或同时注入两管中,混合液则由上升管排至固液分离装置,即废水循环是靠上升管和下降管的静水压力差进行的。其优点是:占地面积少,效能高,对氧的利用率大,无恶臭产生等。 据测定,当进水BOD5 浓度为2400mg/L 时,出水浓度可降为50mg/L,去除率高达97.92%。当然,深井曝气也有不足之处,如施工难度大,造价高,防渗漏技术不过关等。(3)生物膜法与活性污泥法 生物膜法时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,不会出现污泥膨胀的问题。生物接触氧化池和生物转盘是这类方法的代表,在啤酒废水治理中均被采用,主要是降低啤酒废水中的BOD5。生物接触氧化池是在微生物固着生长的同时,加以人工曝气。这种方法可以得到很高的固体浓度和较高的有机负荷,因此处理效果高,占地面积也小于活性污泥法。国内的淄博啤酒厂,青岛啤酒厂,渤海啤酒厂荷徐州酿酒总厂等厂家的废水处理中采用了这种技术。 青岛啤酒厂在二段生物接触氧化之后辅以混凝气浮处理,啤酒满足中高浓度废水中微生物和有机物氧化分解的需要。结果表当容积负13.33kg.m-3.d-1COD,停留时间为34小时。COD和BOD平均去除率分别达到93.52%和99.03%。由于停留时间缩短为原来的1/31/4,运转费用也降低。生物转盘是较早用以处理啤酒废水的方法。他主要由盘片、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。该法运转稳定动力消耗少,但低温对运行影响大,在处理高浓度废水是需增加转盘组数。该方法在美国应用较普及,国内的杭州啤酒厂、上海华光啤酒厂和浙江慈溪啤酒厂也在使用。据报道,废水中BOD5 的去除率在80%以上。2.厌氧生物处理 厌氧生物处理适用于高浓度有机废水。它是在无氧条件下,靠厌氧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。UASB 的主要组成部分是反应器,其底部为絮凝和沉淀性能良好的厌氧污泥构成的污泥床,上部设置了一个专用的气-液-固分离系统(三相分离室)。废水从反应器低部加入,在向上流穿过生物颗粒组成的污泥床时得到降解,同时生成沼气(气泡)。气,液,固(悬浮污泥颗粒)一同升入三相分离室,气体被收集在气罩里,而污泥颗粒受重力作用下沉至反应器底部,水则经出流堰排出,截至1990年9月,全世界已建成30座生产性UASB反应器处理啤酒废水,总容积达60600立方米。目前已有北京啤酒厂、沈阳啤酒厂等厂家利用UASB 来处理啤酒废水。荷兰、美国的某些公司所设计的UASB反应器对啤酒废水CODcr的去处率为80%-86%,北京啤酒厂UASB处理装置中试结果也保持在这一水平, 而且其沼气产率为0.3-0.5m3/kgCOD。清华大学在常温条件下利用UASB厌氧处理啤酒废水的研究结果表明,进水CODcr浓度为2000mg.L-1时,去处率为85%-90%。沈阳啤酒厂采用回收固性物及厌氧消化综合治理工艺,实行清污分流,集中收集CODcr 大于5000mg.L-1d-1 的高浓度有机废水送入UASB进行厌氧处理,废水中CODcr的质能利用率可达91.93% 。2.3处理工艺的比较 下面主要介绍一下处理啤酒废水常用的几种方法: 2.3.1酸化?SBR 法处理啤酒废水 此方法主要处理设备是酸化柱和SBR反应器。这种方法在处理啤酒废水时,在厌氧反应中,放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段,将反应控制在酸化阶段,这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点: (1)由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速,故水解池体积小;(2)不需要收集产生的沼气,简化了构造,降低了造价,便于维护,易于放大; (3)对于污泥的降解功能完全和消化池一样,产生的剩余污泥量少。同时,经水解反应后溶解性COD比例大幅度增加,有利于微生物对基质的摄取,在微生物的代谢过程中减少了一个重要环节,这将加速有机物的降解,为后续生物处理创造更为有利的条件。 (4)酸化?SBR法处理高浓度啤酒废水效果比较理想,去除率均在94%以上,最高达99%以上。 要想使此方法在处理啤酒废水达到理想的效果时运行环境要达到下列要求: (1)酸化?SBR法处理中高浓度啤酒废废水,酸化至关重要,它具有两个方面的作用,其一是对废水的有机成分进行改性,提高废水的可生化性;其二是对有机物中易降解的污染物有不可忽视的去除作用。酸化效果的好坏直接影响SBR反应器的处理效果,有机物去 除主要集中在SBR反应器中。 (2)酸化?SBR法处理啤酒废水受进水碱度和反应温度的影响,最佳温度是24,最佳碱度范围是500750mg/L。视原水水质情况,如碱度不足,采取预调碱度方法进行本工艺处理;若温度差别不大,运行参数可不做调整,若温度差别较大,视具体情况而定。 2.3.2 UASB?好氧接触氧化工艺处理啤酒废水 此处理工艺中主要处理设备是上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池,处理主要过程为:废水经过转鼓过滤机,转鼓过滤机对SS的 去除率达10%以上,随着麦壳类有机物的去除,废水中的有机物浓度也有所降低。调节池既有调节水质、水量的作用,还由于废水在池中的停留时间较长而有沉淀和厌氧发酵作用。由于增加了厌氧处理单元,该工艺的处理效果非常好。上流式厌氧污泥床能耗低、运行稳定、出水水质好,有效地降低了好氧生化单元的处理负荷和运行能耗因为好氧处理单元的能耗直接和处理负荷成正比。好氧处理包括好氧生物接触氧化池和斜板沉淀池对废水中SS和COD均有较高的去除率,这是因为废水经过厌氧处理后仍含有许多易生物降解的有机物。 该工艺处理效果好、操作简单、稳定性高。上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池相串联的啤酒废水处理工艺具有处理效率高、运行稳定、能耗低、容易调试和易于每年的重新启动等特点。只要投加占厌氧池体积1/3的厌氧污泥菌种,就能够保证污泥菌种的平稳增长,经过3个月的调试UASB即可达到满负荷运行。整个工艺对COD的去除率达96.6%,对悬浮物的去除率达97.3%98%,该工艺非常适合在啤酒废水处理中推广应用。 2.3.3 新型接触氧化法处理啤酒废水 此方法处理过程为 :废水首先通过微滤机去除大部分悬浮物,出水进入调节池,然后中提升泵打入VTBR反应器中进行生化处理,通过风机强制供风使废水与填料接触,维持生化反应的需氧量,VTBR反应器出水进入沉淀器,去除一部分脱落的生物膜以减轻气浮设备的处理负荷,之后流人气浮设备去除剩余的生物膜,污泥及浮渣送往污泥池浓缩后脱水。 该处理工艺有以下主要特点:VTBR反应器由废旧酒精罐改造而成,节省了投资。与钢筋混凝土结构相比,具有一次性投资低,运行稳定,处理效果好等特点。冬季运行时,在VTBR反应器外部加了一层保温材料,使罐中始终保持较高的温度,提高了生物的活性。因 VTBR反应器高达10m左右,水深大,所选用风机为高压风机,风压为98kPa,N=75kw,耗电量大。 2.3.4 生物接触氧化法处理啤酒废水 该工艺采用水解酸化作为生物接触氧化的预处理,水解酸化菌通过新陈代谢将水中的固体物质水解为溶解性物质,将大分子有机物降解为小分子有机物。水解酸化不仅能去除部分有机污染物,而且提高了废水的可生化性,有益于后续的好氧生物接触氧化处理。该工艺在处理方法、工艺组合及参数选择上是比较合理的,充分利用各工序的优势将污染物质转化、去除。然而,如果由于某些构筑物的构造设计考虑不周会影响运行效果,致使出水水质不理想,使生物接触氧化池的出水静沉30 min的澄清液COD为500600 mg/L,经混凝气浮处理后出水COD仍高达300 mg/L,远高于排放要求150 mg/L。但是此处理方法在设计和运行中回出现以下问题: (1)水解酸化池存在的问题主要是沉淀污泥不能及时排除。由于该废水中悬浮物浓度较高,因而池内污泥产量很大,而原工艺仅在水解酸化池前端设计了污泥斗,所以池子的后部很快就淤满了污泥。另外,随着微生物量的增加在软性生物填料的中间部位形成了污泥团,使得传质面积减小。针对污泥淤积情况,在水解酸化池前可增设一级混凝气浮以去除水中的悬浮物,经此改进后水解酸化池能长期、稳定、有效地运行,其出水COD也从11001200 mg/L降至9001000mg/L,收到了较好的效果。不过,增设混凝气浮增加了运行费用,而且气浮过程中溶入的O2还可能对水解酸化产生不利影响。因此,在设计采用水解酸化处理悬浮物浓度高的污水时,可增设污泥斗的数量以便及时排除沉淀污泥。此外,为防止填料表面形成污泥团应采用比表面积大、不结泥团的半软性填料。 (2)如果废水中污染物浓度较高或前处理效果不理想,生物接触氧化池前端的有机物负荷较高,使得供氧相对不足,此时该处的生物膜呈灰白色,处于严重的缺氧状态,而池末端成熟的好氧生物膜呈琥珀黄色。同时,水中的生物活性抑制性物质浓度也较高,对微生物也有一定的抑制作用。这些因素使得生物接触氧化池没有发挥出应有的作用,处理效果不理想。鉴于此,可采取阶段曝气措施即多点进水,污水沿池长多点流入生物接触氧化池以均分负荷,消除前端缺氧及抑制性物质浓度较高的不利影响。改为多点进水并经过一段时间的稳定运行后,生物接触氧化池的出水30min的澄清液COD为200300 mg/L。再经混凝气浮工序处理后最终出水COD150 mg/L一般在130 mg/L,达到了排放要求。 (3)在调试运行过程中,生物接触氧化池中生物膜脱落、气泡直径变大曝气方式为微孔曝气、出水浑浊、处理效果恶化的现象时有发生。经研究、分析、验证发现这是由于负荷波动或操作不当造成溶解氧不足而引起的。溶解氧不足使得生物膜由好氧状态转变为厌氧状态,其附着力下降,在空气气泡的搅动下生物膜大量脱落,导致水粘度增加、气泡直径增大、氧转移效率下降,这又进一步造成缺氧,如此形成恶性循环致使处理效果恶化。 (4)在调试运行初期,发生这种现象时一般是增大供气量以提高供氧能力来消除缺氧,结果由于气泡搅动强度增大,造成了更大范围的生物膜脱落、水粘度更大、氧转移效率更低,非但没 能提高供氧能力反而使情况更糟。正确的处理措施应是减小曝气量,待脱落的生物膜随水流 流出后再逐渐增加曝气量使溶解氧浓度恢复到原有水平,若水温适宜则23 d后生物膜就可恢复正常。 因此当采用此工艺处理啤酒废水时要遵循下列要求:采用水解酸化作为预处理工序时应考虑悬浮物去除措施。采用推流式生物接触氧化池时,为避免前端有机物负荷过高可采用多点进水。应严格控制溶解氧浓度,供氧不足会造成生物膜大范围脱落,导致运行失败。 2.3.5 内循环 UASB 反应器+氧化沟工艺处理啤酒废水 此工艺采用厌氧和好氧相串联的方式,厌氧采用内循环UASB技术,好氧处理用地有一处狭长形池塘,为了降低土建费用,因地制宜,采用氧化沟工艺。本处理工艺的关键设备是UASB反应器。该反应器是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,沼气收集系统四个部分。厌氧微生物对水质的要求不象好氧微生物那么宽,最佳pH为6.5-7.8,最佳温度为35-402,而本工程的啤酒废水水质超出了这个范围。这就要求废水进入UASB反应器之前必需进行酸度和温度的调节。这无形中增加了电器。仪表专业的设备投资和设计难度。 内循环UASB技术是在普通UASB技术的基础上增加一套内循环系统,它包括回流水池及回流水泵。UASB反应器的出水水质一般都比较稳定,在回流系统的作用下重新回到配水系统。这样一来能提高UASB反应器对进水水温、pH值和COD浓度的适应能力,只需在UASB反应器进水前对其pH和温度做一粗调即可。 UASB反应器采用环状穿孔管配水,通过三相分离器出水,并在三相分离器的上方增加侧向流絮凝反应沉淀器,它由玻璃钢板成60安装而成,能在最大程度上截留三相分离出水中的颗粒污泥。 此处理工艺主要有以下特点:实践证明,采用内循环UASB反应器+氧化沟工艺处理啤酒废水是可行的,其运行结果表明COD 总去除率高达95%以上。由于采用的是内循环UASB反应器和氧化沟工艺串联组合的方式,可根据啤酒生产的季节性、水质和水量的情况调整UASB反应器或氧化询处理运行组合,以便进一步降低运行费用。2.3.6 UASB+SBR法处理啤酒废水 本处理工艺主要包括UASB反应器和SBR反应器。将UASB和SBR两种处理单元进行组合,所形成的处理工艺突出了各自处理单元的优点,使处理流程简洁,节省了运行费用,而把UASB作为整个废水达标排放的一个预处理单元,在降低废水浓度的同时,可回收所产沼气作为能源利用。同时,由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量,因此降低了好氧处理阶段的曝气能耗和剩余污泥产量,从而使整个废水处理过程的费用大幅度减少。采用该工艺既降低处理成本,又能产生经济效益。并且UASB池正常运行后,每天产生大量的沼气,将其回收作为热风炉的燃料,可供饲料烘干使用。UASB去除COD达7500 kg/d,以沼气产率为0.5m3/kgCOD计算,UASB产气量为3500m3 /d甲烷含量为55%65%。沼气的热值约为22680kJ/m3 ,煤的热值为21000 kJ/t计算,则1m3 沼气的热值相当于1 kg原煤,这样可节煤约4 t/d左右,年收益约为39.6万元。 UASB+SBR法处理工艺与水解酸化+SBR处理工艺相比有以下优点: (1)“UASB+SBR”工艺合理, 实用性强。本工艺的核心为SBR池,整个工艺经历缺氧、好氧过程,能有效控制丝状菌的生长,防止污泥膨胀,有效去除氨氮;因反应前、中期水中有机物浓度高,微生物处于对数生长, 处理速度快, 氧利用率高,从而降低了能耗;同时,工艺调节灵活,进水、曝气、沉淀、排水时间可根据实际情况调节易于操作。适合不同规模的啤酒企业使用。 (2)处理流程简单,安装操作及维修很方便。待处理污水经汇集后,泵入UASB反应器,其流速、进水量按设定工艺参数控制,污无需搅拌设备,后污水自然升流至SBR池,间歇式曝气沉淀后排放,工艺过程简单。构筑物UASB反应器中沉池、SBR池为半地下式的钢混结构,曝气装置(除曝气头外)可现场制作,安装制作简单,操作控制灵活,可自控也可手动,维修保养也很方便。 (3)投资费用低,比国外同类型设备价格低60%。 (4)处理能力大,处理效果好。UASB反应器因反应区聚积大量厌氧颗粒污泥,废水与之接触充分反应速度快,可降解水中80%以上的COD。反应器顶部设置三相分离器,能及时将处理过程中形成的固、液、气分离,促进反应进程。SBR池集进水、曝气、沉淀、排水于一体,扩大了反应池的功能,不仅提高了处理速度而且处理效果明显。该池可降解90%以上的COD和BOD。 (5)工艺成熟稳定,耐冲击负荷,水质和水量的波动对出水影响小,工艺自动化程度较高,运行管理和维修方便,劳动定员少。2.4本设计的方案确定 针对啤酒工业废水主要含糖类,醇类等有机物,有机物浓度较高,同时根据上述对啤酒厂污水处理技术的比较和综合分析,本设计采取UASB处理工艺和好氧接触氧化工艺组合的方法处理啤酒废水,以便达到更好的效果。2.5 UASB工艺介绍2.5.1 USAB工艺 升流式厌氧污泥床UASB Up-flow Anaerobic Sludge Bed,注:以下简称UASB)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。由荷兰Wageningen农业大学的教授Lettinga等人于1972-1978年间开发研制的一项污水厌氧生物处理新技术,这种工艺于20世界80年代初起在高浓度的有机废水的处理中得到日趋广泛的应用。国内对UASB反应器内一般情况下均能形成厌氧颗粒污泥,而厌氧颗粒污泥不仅有良好的沉淀性能,而且有比较高的比甲烷活性。由于UASB反应器设有三相分离器,使得反应器内的污泥不易流失,所以反应器内能维持很高的生物量,平均浓度可达到80g SS/L左右。同时反应器的SRT很大,HRT很小,这使反应器很高的容积负荷率和处理效率以及运行稳定性。2.5.2 UASB的基本构造 啤酒厂废水由池底进入反应器,通过反应区经三相分离器进入沉淀区进行固液分离。澄清后的废水由水渠排出,沉淀下来的微生物固体,即厌氧颗粒污泥靠重力自动返回反应区,集气室收集气体排出。 USAB反应器主要包括进水分配系统、反应区、三相分离器、出水系统及排泥系统。反应区包括污泥床和污泥悬浮层区,是UASB反应器的核心,也是培养和富集厌氧微生物的区域,废水与厌氧污泥在这里充分接触,产生强烈的生化反应,有机物主要是在反应区被厌氧分解。三相分离器由沉淀区、集气室和气封组成,其功能是把产生的气体、厌氧颗粒污泥和处理后的废水分离开来。三相分离器分离效果的好坏直接影响反应器的处理效果。2.5.3 UASB工艺的特点(1)反应器中高浓度的以颗粒存在的高活性污泥 UASB是目前各种厌氧处理工艺所达到的处理负荷最高的高浓度有机废水处理装置之一。在反应器内产甲烷菌为主体的厌氧微生物行程了粒径为1-5mm的颗粒污泥,让UASB工艺具备很高的处理能力。这种活性污泥是在严格控制反应器的水力学及有机负荷条件下,通过污泥的自身絮凝、结合和逐步的固定化过程而形成。大量事实证明,颗粒污泥能长期保持其形态上的稳定性及良好的沉降性能。(2)反应器内具有集泥、水和气分离于一体的三相分离器 这种三相分离器可以自动地将泥、水、气分离并祈祷澄清出水、保证集气室正常水面的功能。反应器中无需安装任何搅拌装置。反应器的搅拌是通过产气的上升迁移作用而实现,因而具有操作管理比较简单的特点。2.5.4 影响UASB处理效果的因素(1) PH值 PH值是影响UASB处理效果的一个重要的、不太敏感的指标。在启动过程中,反应器内的PH值控制在6.87.2之间,偶尔PH值达到6.6,对处理效果没有明显地影响。若启动过程过快或者负荷增加过多,因产甲烷菌增长慢,产酸菌可将废水中地有机物转化为小分子有机酸,导致反应器内的PH值下降,VFA积累。一般出水PH值不能低于6.2,最好控制在6.5以上。若超过上述范围,则应暂时停止进水23天,必要时加碱调PH值至6.8。(2)营养物质 菌类的生长代谢需要良好的营养条件,啤酒厂废水含有丰富的营养物质,各营物质之间的比例基本能够满足微生物菌群的生长需要,在整个调试和正常运行期间,不需添加营养物质。(3)温度 夏天时,废水的温度维持在2025,此时无需调节温度,早正常运行过程中,温度的变化对UASB的运行影响不大,产气量的变化也比较小。2.6工艺设计2.6.1工艺流程图 图1.UASB法处理啤酒厂废水的工艺设计流程2.6.2工艺说明 啤酒厂各工段废水由厂区排水管(渠)收集后经排水总渠送至废水处理站进行处理。排放废水先经过格栅去除大杂质(空麦壳,酵母,纸削等悬浮物),然后进入集水池,用污水泵将废水提升至水力筛,进入调节池进行对水量以及水质的调节,使调节后的水量、水质、PH值达到均匀保障后续处理的正常运行。调节池中出来的水进入UASB反应器进行厌氧消化,降低有机物浓度,产生的气体排出收集利用。UASB反应器内的废水流出进行好氧处理(包括气浮池和接触氧化池),有效的降低废水中的SS和COD,而后达到出水标准。将UASB反应器、氧化池里的剩余污泥收集到集泥井,在由污泥提升泵提升到污泥浓缩池内被浓缩,浓缩后进入污泥脱水机房,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。该工艺处理效果好、操作简单、稳定性高。UASB和接触氧化池相串联的啤酒废水处理工艺具有处理效率高、运行稳定、能耗低、容易调试和易于每年的重新启动等特点。从而既达到了处理废水的目的,又节约了经济成本,一举两得,故采用此工艺。2.7主要设备设计介绍2.7.1格栅 格栅由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属筛网、框架及相关装置组成,倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端,用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物,如纤维、碎片、毛发、果皮、蔬菜、木条、布条、塑料制品等,防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气机、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口,减少后续处理产生的浮渣,保证水处理设施的正常运行。2.7.2 提升泵站 提升泵四台1台备用,用于提升污水厂的污水,以保证污水能在后续处理构筑物内畅通的流动。机器间内设置水泵机组和有关的附属设备,格栅和吸水管安装在集水井内,集水井还可以在一定程度上调节来水的不均匀性,以便水泵较均匀工作,格栅的作用是阻拦水中粗大的固体杂质,以防止杂物阻塞和损坏水泵。2.7.3调节沉淀池 是用以调节进、出水流量的构筑物。 狭义定义: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2.7.4 UASB反应器 UASB反应器是该系统中关键构筑物之一,其主体部分可分为两个区域,即反应区和气、液、固三相分离区。在反应区下部是由沉淀性能良好的污泥形成的厌氧污泥床,当废水由反应器底部进入反应器后,由于水的向上流动和产生的大量气体上升,形成了良好的自然搅拌作用,并使一部分污泥在反应区的污泥床上方形成相对稀薄的污泥悬浮层,悬浮液进入分离区后,气体首先进入集气室被分离,含有悬浮液的废水进入分离区的沉降室,污泥在此进行沉淀分离。本工艺将UASB设计成圆形池子。在反应池顶部即三相分离器的上部装有斜板,该装置对于系统调试初期防止菌种过量地洗出具有极作用,从而大大缩短调试周期。2.7.5好氧处理(接触氧化池,气浮池) 经UASB处理后的废水,COD含量仍然很高,要达到排放标准,必须进一步处理,即采用好氧处理。2.7.6二沉池 二沉池是生物处理系统中非常重要的组成部分。整个系统的处理效能与二沉池的设计和运行密切相关。2.7.7污泥浓缩池 为方便污泥的后续处理机械脱水,减小机械脱水中污泥的混凝剂用量以及机械脱水设备的容量,需对污泥进行浓缩处理,以降低污泥的含水率。2.7.8脱水间 污泥经浓缩后,尚有96%的含水率,体积仍很大,为了综合利用和最终处置,需对污泥作脱水处理。 3啤酒厂废水处理构筑物设计与计算3.1格栅的设计计算3.1.1格栅的作用 格栅的功能是用来去除废水中较粗大悬浮物,为后续处理带来方便。3.1.2格栅设计参数以设计草图 设计参数:流量Q 4000/d 0.0463 /s 设计草图如图2 图2 格栅设计计算草图 3.1.3格栅的设计与计算1.格栅的栅条间隙数n 设栅前水深h 0.50m,过栅流速v 0.6m/s ,栅条间隙宽度b 0.01m.格栅倾角 75 n取整数,故取152.栅槽有效宽度B 设计采用20圆钢为栅条,即s0.02m,B Sn?1+ bn 0.0215-1+0.0115 0.43m3.进水渠道渐宽部分长度l1 设进水渠道宽B1 0.14m .其渐宽部分展开角度,进水渠道内流速为0.5m/s。则l1 0.4m4.栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度(l2)l2 l1/20.4/20.2m5.通过格栅的水头损失(h1) 设k 3 ,1.79栅条断面为圆形,v0.6m/s h1 0.216m6.栅槽总高度H 取栅前渠道超高h20.3m, 栅前槽高H1h+h20.7m 则H0.4+0.216+0.30.916m7.栅槽总长度L Ll1+l2+0.5+1.0+8.每日栅渣量W 取W10.06m3/103m3栅渣量,取0.10.01,粗格栅用小值,细格栅用大值,中格栅用中值,K21.5 则W0.16 m3/d0.2m3/d 故采用人工清渣。3.2提升泵站3.2.1提升泵站配置与作用 提升泵站用于提升污水厂的污水,以保证污水能在后续处理构筑物内畅通的流动它由机器间、集水池、格栅、辅助间等组成,机器间内设置水泵机组和有关的附属设备,格栅和吸水管安装在集水池内,集水池还可以在一定程度上调节来水的不均匀性,以便水泵较均匀工作,格栅的作用是阻拦水中粗大的固体杂质,以防止杂物阻塞和损坏水泵,辅助间一般包括贮藏室,修理间,休息室和厕所等。3.2.2选泵总扬程估算 设计流量:Q4000m3/d166.7m3/h 46.3L/s;经过格栅的水头损失为0.216m,进水管渠内水面标高为-2.335m;则格栅后的水面标高为:-2.335-0.216-2.55m;设集水池的有效水深为2m,则最低工作水位为:-2.55-2-4.55m;所需提升的最高水位为6.78m;故集水池最低工作水位与所提升最高水位之间高差为:6.78-4.5511.33m;根据流量出水管管线水头损失近似取1.8m;泵站内的管线水头损失假设为2.0m,考虑自由水头为1m,则水泵总扬程为:H11.33+1.8+2+116.13m。3.2.3选泵 根据流量Q166.7m3/h,扬程H16.13m,拟选用100QW70-22-11型立式污水泵,每台水泵的流量为Q70m3/h,扬程为H22m,选择此泵比较合适。选4台,3用1备。采用并联方式。泵的工作参数如表2: 表2 100QW70-22-11型立式污水泵工作参数流量(m3/h)扬程(m)转速(r/min)功率(kw)效率(%)排出口径(mm)质量(Kg)702220002.269.51002603.3调节池3.3.1调节池的作用 调节池的功能是均衡水质,使各处理单元构筑物在最佳工况点运行,减少后续处理的冲击负荷;均衡水量,解决进水不均匀与处理构筑物规模恒定之间的矛盾。调节池内宜设置搅拌、混合装置。3.3.2调节池工艺设计 水力停留时间T6h;则池容积V Qt 166.7 /h 6h 1000.2;取池子总高度H6m,其中超高0.5m, 保护水深(池底)0.5m,有效水深h5m;则池面积:AV/h1000/5200m3;池长取L25m,池宽取B8m;则池子总尺寸为LBH25861200m3。3.3.3工艺装备 池内配置酸碱灌,适当调节水质的PH值,使废水的PH水质保证在6-9。使废水混合均匀,调节池下设潜水搅拌机,选型QJB7.5/6-640/3-303/c/s 1台。3.4 UASB反应池3.4.1 UASB反应池作用 UASB 池的功能是使废水得到全面净化.基本达到排放标准 采用矩形UASB ,三相分离器上下两层折板型集气罩组成配水采用集气管,出水采用三角堰。3.4.2设计参数 设计流量:Q=4000m3/d166.7m3/h0.046m3/s;参数:现在国内平均容积负荷(Nv):5.3 kgCOD/m3?d;进水浓度:BOD5 1000mg/L,去除率E180% 出水200 mg/L;COD 2000mg/L,去除率E278%,出水440 mg/L,SS 500mg/L 。去除率E350%,出水250 mg/L。3.4.3设计计算1.容积计算 UASB有效容积:V有效=1509.4m3;将UASB设计成圆形池子,布水均匀,处理效果好。根据废水生物处理新技术,当有机CODcr符合在56 kgCOD/m3?d,水力符合一般为0.5-0.9 m3/(m2?h);此时反应器高度以69m为宜;取水力负荷q=0.8m3/m2?h: 则 A 208.4m2 h=6.4m(符合适宜高度)为保证处理高效率,方便维护和检修,可采用4座相同的UASB反应器。每座UASB的有效容积V11509.4/4377.35 m3;有效单座面积A1377.35/6.459m2。2.三相分离装置的设计(1)设计说明 三相分离器要具有气、液、固三相分离的功能。三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。三相分离器是UASB反应的重要组成部分,它对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起到十分重要的作用,要保证良好的气液分离和固液分离,三相分离器应满足一下几点要求: 1)沉淀区水力表面负荷1.0m/h; 2)沉淀器斜壁角度设为50,使污泥不致积聚,尽快落入反应区内; 3)进入沉淀区前,沉淀槽底逢隙的流速?2m/h; 4)总沉淀水深应大于1.5m; 5)水力停留时间介于1.52h。 如果以上条件均能满足,则可达到良好的分离效果。设计草图如图3
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