啤酒厂污水UASB法处理工艺.

1总论　改革开放后中国啤酒销量大幅增长，自1999年起市场容量超越美国成为全世界最大啤酒市场。 现在中国是世界上最大的啤酒生产国和啤酒消费国。根据中国酿酒工业协会的统计，2012啤酒生产总量的全球排名是中国第一，其次的国家是美国、巴西、俄罗斯和德国，中国的啤酒产量约5000万千升，占全球啤酒产量的25%，消费总量多年来也一直保持在世界第一位，2013年中国的啤酒年总销量约为5000万千升，2013年1-12月的产量同比增长4.6%，12月单月的同比上升为7.7%；1-12月份累计产量5062万千升，同比增长4.6%，增速要比2012年同期上升1.5个百分点；12月单月产量292万千升，同比上升7.7%，增速比11月上升6.5个百分点，比2012年同期上升13.8个百分点【1】（1）。世界最大的啤酒生产国和啤酒消费市场是中国。 啤酒产业在中国的迅速发展也意味着啤酒废水对环境的影响日益严重，啤酒工业排放的废水量在2012年超过2亿吨。单位产品废水产生量达到4.3立方米/千升，单位产品COD产生量9.0公斤/千升，单位产品BOD产生量5.5公斤/千升，单位产品废水排放量3.8立方米/千升【2】。1.1啤酒生产流程和啤酒废水1.1.1啤酒生产 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 大麦和大米是啤酒生产的主要原料，辅助原料啤酒花和鲜酵母。啤酒生产的过程是先将大麦制做成麦芽，将麦芽进行粉碎与糊化过的大米用温水混合进行糖化，糖化结束之后立即进行过滤，除去麦糟，然后进行冷却和澄清，澄清的麦汁冷却至6.5~8.0℃，再接种酵母，进行发酵，发酵分为主发酵和后发酵，主发酵是将糖化转化为乙醇（C2H5OH）和二氧化碳（CO2）；后发酵是将主酵嫩酒送至后酵罐，进行长期的低温贮藏，以完成残糖的最后发酵以及澄清啤酒和促进成熟，经过后发酵的成熟酒，需经过滤或分离来去除残余的酵母和蛋白质【3】（2）。过滤后的成品酒，若是作为鲜啤酒出售的话，可直接装桶来进行销售，就是我们所知道的的纯生啤酒，或者是生啤。若是外运的或出口的啤酒，则必须经过杀菌，用来保证其生物的稳定性，杀菌后的啤酒则为熟啤酒。1.21.2废水的来源啤酒厂废水主要来源有：麦芽生产过程的洗麦水，浸麦水，发芽降温用的喷雾水，麦槽水，凝固物的洗涤水；糖化过程的糖化、过滤用的洗涤水；发酵过程中用的的发酵罐洗涤水、过滤洗涤水；灌装过程中的洗瓶水、灭菌水及破瓶啤酒；冷却用水和成品车间所用的洗涤水；以及来自办公室、食堂、宿舍和浴室等的生活污水等。1.1.3废水特点啤酒生产过程用水量很大，特别是酿造、罐装的工序过程，由于使用大量的清洁水，相应生产大量的污水废水。由于啤酒生产工序比较多，不同的啤酒厂生产过程中每吨耗水量和水质的相差比较大。一般管理和技术水平比较高的啤酒厂吨酒耗水量为8—12吨，我国啤酒厂的吨酒耗水量一般是达不到该数值的。国内每吨啤酒从洗麦到灌装结束总耗水一般10—20吨。啤酒工业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。此类废水基本上未受污染；　　（2）清洗废水：如大麦浸渍废水、大麦发芽降的温喷雾水、清洗生产装置的废水、漂洗酵母产生的废水、洗瓶机初期的洗涤水、酒罐消毒废液等。这类废水受到不同程度的有机污染；（3）冲渣废水：如麦糟液、冷热凝固物、酒花糟、滤酒渣和残碱性洗涤液等；这类废水中含有大量的悬浮性固体有机物；工段中将产生麦汁冷却水、麦糟、装置洗涤水、热凝固物和酒花糟；　　（4）装酒废水：在罐装酒时，机器的跑冒滴漏时有发生，还经常出现冒酒；废水中掺杂了大量残酒，另外喷淋时造成炸瓶现象使大量啤酒洒在喷淋水中；　　（5）洗瓶废水：清洗瓶子时先用碱性洗涤剂浸泡，然后用压力水初洗和终洗；瓶子清洗水中含参与碱性洗涤剂、残酒和泥砂等；因此废碱性洗涤剂应先进入调节、沉淀装置进行单独处理，以此来节省污水处理药剂用量【4】[3]。污水的主要成分为糖类和蛋白质，主要水质指标为：BOD5=700—1500mg/L；CODcr=1000—25000mg/L；SS=300—600mg/L；PH=5—6，呈现偏酸性。属于中等浓度可生物降解的有机废水，其中不含有有毒物质，且糖化废水和废酵母液的有机物浓度较高，CODcr可达到1000mg/L以上。作为啤酒厂的综合废水，由于加入了大量冷却水和生活污水，使总排放口的浓度有所降低。啤酒的生产工艺决定了废水排放的间歇性，生产一吨啤酒的废水量为8—20m3，耗水量的大小与生产规模和管理水平有关。1.2水质指标水质污染指标是评价水质污染程度、进行污水处理工程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、反应污水处理厂处理效果、开展水污染控制的基本依据【5】。污水所含的污染富成分复杂，可通过分析检测方法对污染物质作出定性定量的评价。污水污染指标一般可分为物理性质、化学性质和生物性质三类。1.2.1物理性质和污染指标 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示污水物理性质的污染物指标主要有温度、色度、嗅和味、固体物质等。（1）温度许多工业企业排放的废水都具有较高的温度，排放这些污水会使水体温度升高，引起热污染。溶解氧浓度随水温升高而降低，高温水会导致水体缺氧造成水质恶化。（2）色度色度是一项感官性指标。将有色污水用蒸馏水稀释后与蒸馏水对在比色管中对比，一直稀释到两个水样没有色差，此时污水的稀释倍数即为色度。（3）嗅和味水的异臭来自还原性硫和氮的化合物、氮气和挥发性有机物等污染物质。盐分也会给水带来异味，嗅和味也是一种感官性指标。（4）固体物质水中所有残渣的总和叫做总固体（TS），包括溶解性固体（DS）和悬浮固体（SS）。固体残渣根据挥发性能可分为挥发性固体（VS）和固定性固体（FS），SS和VS都是污水厂设计的重要指标。1.2.2化学性质和污染指标表示污水化学性质的污染指标可分为有机物指标和无机物指标。（1）有机物有机物在分解过程中需要大量的氧，所以属于耗氧污染物。好氧有机污染是导致水体发黑发臭的主要因素之一。有机物的主要危害是消耗水中的溶解氧。主要包括以下几个方面：①生化需氧量（BOD）：水中有机物被好氧微生物分解时所需要的氧量，间接反映了水中可生物降解的有机物量。②化学需氧量（COD）：用化学氧化剂氧化水中有机污染物时消耗的氧化剂的量。③总有机碳（TOC）与总需氧量（TOD）：总有机碳包括水样中所有有机污染物的含碳量。④油类污染物：分为动物油脂和植物油脂两类。⑤酚类污染物：酚类化合物是有毒有害污染物。⑥表面活性剂⑦有机酸减⑧有机农药⑨苯类化合物（2）无机物①pH：表示水的酸碱性。②植物营养元素：磷和氮等植物营养元素，过多会造成水体的富营养化。③重金属④无机性非金属有毒有害物1.2.3污水的生物性质与污染指标（1）细菌总数（2）大肠菌群（3）病毒1.3啤酒废水处理方法目前，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，可以把生化处理法分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。1.3.1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【】[5]。1.3.1.1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，而污泥和水的分离则由沉淀池来完成【】[6]。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。通常，进水的CODcr为1200－1500mg/L时出水CODcr可降至50－100mg/L，去除率可达到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，而氮磷铁等营养物质缺乏，各营养成分比例失调，导致微生物不能正常生长而死亡。解决的办法是投加含氮磷的化学药剂，但这将会提高成本。而较为经济的方法是把生活污水（富含氮磷）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的SBR技术处理啤酒废水，也收到了同样的效果。1.3.1.2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【】[7]。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。1.3.1.3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【】[8]。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，啤酒废水中CODcr和BOD5的取出率分别在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（P＝0.25～0.30MPa）,目的在于强化氧的传质，有效提高废水中溶解氧的浓度，以满足中高浓度废水中微生物和有机物氧化分解的需要,结果表明，当容积负荷≤13.33kg·m-3·d-1COD,停留时间为3～4小时，CODcr和BOD5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1/3～1/4，运转费用也随之降低【】[9]。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【】[10]。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。废水中BOD5的去除率在80%以上。1.3.2厌氧生物处理　　厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（CODcr>2000mg·L-1,BOD5>1000mg·L-1）。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），废水从反应器底部加入，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【】[11]。1.4处理系统的设计说明1.4.1设计依据　　根据城市的气象、水文、水质、水量、污水排放 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 并结合国家的有关政策、法律、法规、文献资料，以及给排水的相关设计知识、手册、规范等进行设计【】[17,18]例文里。1.4.2主要设计资料（1）设计流量：Q=3000m3/d（2）出水水质设计要求根据国家污水综合排放标准（GB19821-2005）啤酒工业污染物排放标准【】[20]设定出水水质要求。项目CODcr（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）pH进水水质4000~60001500~20001000~20006~9出水水质8030706~9处理程度计算：COD去除率η1=(6000-80)/6000×100%=98.67%BOD5去除率η2=(2000-30)/2000×100%=98.5%SS去除率η3=(2000-70)/2000×100%=96.5%（3）地形情况：啤酒厂建在某市东南，地形平坦，高程50.00m。（4）参考资料：给排水设计手册，啤酒废水处理工程 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计，环境工程毕业设计指导书2设计方案的分析与确定2.1啤酒废水治理方案分析2.1.1治理方案分析（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/CODcr>0.3时易生化处理，当BOD5/CODcr>0.25时可生化处理，当BOD5/CODcr<0.25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30～50%，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。（2）工艺组合①酸化—SBR法处理啤酒废水②UASB—好氧接触氧化工艺处理啤酒废水③新型接触氧化法处理啤酒废水④生物接触氧化法处理啤酒废水⑤UASB反应器＋氧化沟工艺处理啤酒废水⑥UASB+SBR法处理啤酒废水2.1.2方案确定　　研究表明，UASB+SBR法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。颗粒污泥的形成时厌氧细菌群不断繁殖，积累结果，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；适当高的水利负荷将长生污泥的水利筛选，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，使污泥不对流旋转，有利于丝状菌相互缠绕成球。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当高的碱度，例如：产甲烷细菌生长的最适宜PH值为6.8～7.2。一定的碱度既能维持细菌生长所需的PH值，又能保证足够的平衡缓冲能力。由于啤酒废水的碱度一般为500～800mgL-1（以CaCO3计），碱度不足，所以需投加姑爷碳酸钠或氧化钙加以补充。应该指出，啤酒废水中的乙醇是一种有效的颗粒化促进剂，它为UASB的成功运行提供了有利的条件。总之，UASB+SBR法具有效能高，处理费用低，电耗省，投资少，占地面积小等一系列优点，很适用于高浓度啤酒废水的治理。其不足之处是工艺先进,因此对管理人员的素质要求较高。工艺流程图如下：3处理构筑物的设计与计算3.1格栅的设计与计算一、格栅的作用格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在废水渠道的进口处，用于截留较大的悬浮物或漂浮物，主要对水泵起保护作用，另外可减轻后续构筑物的处理负荷。二、设计参数取中格栅；栅条间隙d=10mm；栅前水深h=0.4m；过栅流速v=0.6m/s；安装倾角α=45°；设计流量Q=3000m3/d=0.035m3/s三、设计计算3.1格栅设计计算草图（一）栅条间隙数(n)式中：Q-------------设计流量，m3/sα-------------格栅倾角，度b-------------栅条间隙，mh-------------栅前水深，mv-------------过栅流速，m/s取n=13条（二）栅槽有效宽度(B)设计采用φ20圆钢为栅条,即s=0.02mB=S(n-1)+en式中：S--------------格条宽度，mn--------------格栅间隙数 b--------------栅条间隙，mB=0.02×(13-1)+0.01×13=0.37m（三）进水渠道渐宽部分长度(l1)设进水渠道内流速为0.5m/s,则进水渠道宽B1=0.175m,渐宽部分展开角取为20°则l1=式中：B--------------栅槽宽度，mB1--------------进水渠道宽度，m--------------进水渠展开角度l1==0.27（四）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（l2）l2=l1/2=0.27/2=0.135m（五）过栅水头损失（h1）取k=3,β=1.79(栅条断面为圆形)，v=0.6m/sh1=式中：k--------系数，水头损失增大倍数β--------系数，与断面形状有关S--------格条宽度，md--------栅条净隙，mmv--------过栅流速，m/sα--------格栅倾角，度h1==0.176m（六）栅槽总高度(H)取栅前渠道超高h2=0.3m栅前槽高H1=h+h2=0.7m则总高度H=h+h1+h2=0.4+0.176+0.3=0.876m（七）栅槽总长度(L)L=l1+l2+0.5+1.0+=0.27+0.135+0.5+1.0+=2.605m（八）每日栅渣量(W)取W1=0.06m3/103m3K2=1.5则W=式中：Q-----------设计流量，m3/sW1----------栅渣量(m3/103m3污水)，取0.1～0.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值W==0.12m3/d(可采用人工清渣)3.2污水提升泵的设计与计算一、设计说明污水泵房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。二、设计计算（一）设计流量Q=3000m3/d=125m3/h=34.7l/s（二）选泵前总扬程估算经过格栅的水头损失为0.18m,进水管渠内水面标高为-2.335m则格栅后的水面标高为：-2.335-0.18=-2.515m设集水池的有效水深为2m则集水池的最低工作水位为：-2.515-2=-4.515m所需提升的最高水位为6.778m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-(-4.52)=11.30m出水管管线水头损失计算如下：出水管Q=34.7l/s,选用管径为200mm的铸铁管查《给水排水设计手册》第1册得：V=1.33m/s,1000i=19.1出水管线长度估为37m,局部系数为8则出水管管线水头损失为：==1.50m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：H=11.30+1.50+2.0+1.0=15.8m（三）选泵根据流量Q=125m3/h,扬程H=15.8m拟选用150WLI170-16.5型立式污水泵，每台水泵的流量为Q=170m3/h，扬程为H=16.5m，选择此泵比较合适。选择集水池与机器间合建的圆形水泵站，考虑选用2台水泵，其中一台备用。其工作参数如表3.2。表3.2:150WLI170-16.5型立式污水泵工作参数流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）功率（kw）电压(v)17016.520002.2380（四）附属设备选择1.本污水泵站为自灌式，无须引水装置2．为了松动集水坑内的沉渣，从水泵的压水管上接出一根直径为50mm的钢管伸入集水坑中，定期将沉渣冲起，由水泵抽走。3.水泵间室内地面做成0.01坡度，机器间地板上设排水沟和集水坑，排水沟断面250mm×500mm，沿墙设置，坡度i=0.01,集水坑直径为500mm,深700mm,在水泵吸水口附近接出50mm白铁管伸入集水坑，水泵在低水位工作时，将坑中污水抽走。4.本污水泵站的集水池利用通风管自然通风，在屋顶设置风帽，机器间进行自然通风，在屋顶设置风帽。5.起重设备选用电动葫芦。 3.3过滤机的设计计算一．过滤机设计作用用于进一步截留较大的悬浮物或漂浮物，减轻后续构筑物的处理负荷。二．设计参数取2台WYB—5型卧式叶片过滤机，一备一用，其工作参数如表3.3。表3.3：WYB—5型卧式叶片过滤机工作参数过滤面积/m2筒体直径/mm工作压/mpa工作温度/℃59000.4≤150三．工作原理WYB型卧式叶片过滤机是一种高效、节能、自动密闭操作的精密澄清过滤设备，该设备完全密闭操作,无泄露,无环境污染；滤网板自动拉出结构方便操作和维护；双面过滤，过滤面积大，容渣两量大；振动排渣，降低劳动强度；液压操作，实现操作自动化；适合大容量、大面积的过滤系统。由于截留的悬浮物大部分都是较清洁的谷壳等。所以，截留的悬浮物直接运至饲料制造厂，用于制造饮料。3.4调节沉淀池的设计计算一、调节沉淀池的作用啤酒废水的水量和水质随时间的变化幅度较大，为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对废水的水量和水质进行调节，由于啤酒废水中悬浮物(ss)浓度较高，此调节池也兼具有沉淀池的作用，该池设计有沉淀池的泥斗，有足够的水力停留时间，保证后续处理构筑物能连续运行，其均质作用主要靠池侧的沿程进水，使同时进入池的废水转变为前后出水，以达到与不同时序的废水相混合的目的。调节池还可用来均衡调节污水水质、水温的变化，降低对生物处理设施的冲击，为使调节池出水水质均匀，防止污染物沉淀，调节池内宜设置搅拌、混合装置。二、设计参数水力停留时间T=6h;设计流量Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s,采用机械刮泥除渣。处理参数如表3.4。表3.4调节沉淀池进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)2500960500去除率（%）7750出水水质(mg/l)2325893250三、设计计算调节沉淀池的设计计算草图见下图3.5：图3.5调节沉淀池设计计算草图（一）池子尺寸池子有效容积为：V=QT=125×6=750m3取池子总高度H=5.5m,其中超高0.5m,有效水深h=5m则池面积A=V/h=750/5=150m3池长取L=25m,池宽取B=8m则池子总尺寸为L×B×H=25×8×5.5=1100m3（二）调节池的搅拌器使废水混合均匀，调节池下设潜水搅拌机，选型QJB7.5/6－640/3-303/c/s1台（三）药剂量的估算设进水pH值为10，则废水中【OH-】=10-4mol/L,若废水中含有的碱性物质为NaOH,所以CNaOH=10-4×40=0.004g/L，废水中共有NaOH含量为3000×0.004=12kg/d，中和至7，则废水中【OH-】=10-7mol/L，此时CNaOH=10-7×40=0.4×10-5g/L，废水中NaOH含量为3000×0.4×10-5=0.012kg/d，则需中和的NaOH为12-0.012=11.988kg/d，采用投酸中和法，选用96%的工业硫酸，药剂不能完全反应的加大系数取1.1，2NaOH+H2SO4→Na2SO4+H2O80 9811.988㎏14.6853㎏所以实际的硫酸用量为=16.8269kg/d。投加药剂时，将硫酸稀释到3%的浓度，经计量泵计量后投加到调节池，故投加酸溶液量为kg/d=23.371L/h（四）理论上每日的污泥量式中：Q------------设计流量，m3/dC0------------进水悬浮物浓度，kg/m3C1------------出水悬浮物浓度，kg/m3P0------------污泥含水率，以97%计------------污泥密度，以1000kg/m3计W==25m3/d（三）污泥斗尺寸取斗底尺寸为400×400，污泥斗倾角取50°则污泥斗的高度为：h2=(4-0.2)×tg50°=4.529m污泥斗的容积V2=h2（a12+a1a2+a22）=×4.592×(82+8×0.4+0.42)=101.7m3V总>W符合设计要求，采用机械泵吸泥（四）进水布置进水起端两侧设进水堰，堰长为池长2/33.5UASB反应池的设计计算一、UASB反应器的作用UASB，即上流式厌氧污泥床，集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器。它的污泥床内生物量多，容积负荷率高，废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小。设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题。二．UASB反应器的工作原理UASB，即上流式厌氧污泥床，集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器，由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。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沼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。它的污泥床内生物量多，容积负荷率高，废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小。设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题三、设计参数 （一）参数选取容积负荷（Nv）：4.5kgCOD/(m3·d)；污泥产率：0.1kgMLSS/kgCOD；产气率：0.5m3/kgCOD（二）设计水质（如下表3.6所示）表3.6UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)2325893250去除率（%）758050出水水质(mg/l)581179125（三）设计水量　　　　Q＝3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s四、设计计算（一）反应器容积计算UASB有效容积：V有效＝式中：Q-------------设计流量，m3/sS0-------------进水COD含量,mg/lNv-------------容积负荷,kgCOD/(m3·d)V有效＝=1550m3将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好取水力负荷q＝0.8[m3/(m2·h)]则A===157m2h=＝=10m采用4座相同的UASB反应器　　　　　　则　　A1=＝=39.25m2D==7.5m故取D=8m则实际横截面积为=πD2=×3.14×82=50.24m2实际表面水力负荷为q1=Q/A＝=0.83<1.0符合设计要求（二）配水系统设计计算　本系统设计为圆形布水器，每个UASB反应器设36个布水点(1)参数　每个池子流量：Ｑ＝125/4=31.25m3/h(2)设计计算布水系统设计计算草图见下图3.7：图3.7UASB布水系统设计计算草图圆环直径计算：每个孔口服务面积为:a=＝1.40m2a在1～3m2之间，符合设计要求可设3个圆环，最里面的圆环设6个孔口，中间设12个，最外围设18个孔口1)内圈6个孔口设计服务面积：＝6×1.40=8.40m2折合为服务圆的直径为：d==3.3m用此直径作一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布6个孔口，则圆的直径计算如下：　　　　　　　　则d1＝＝=2.3m2)中圈12个孔口设计服务面积：S2=12×1.40=16.8m2折合成服务圆直径为：　　==5.67m中间圆环直径计算如下：　　　π(5.672-d22)＝S2则d2=4.63m3）外圈18个孔口设计　服务面积：S3=18×1.4=25.2m2折合成服务圈直径为：=8.01m外圆环的直径d3计算如下：π(8.012-d32)=S3则d3＝6.94m（三）三相分离器设计三相分离器设计计算草图见下图3.8:图3.8UASB三相分离器设计计算草图(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。(2)沉淀区的设计 三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同，主要是考虑沉淀区的面积和水深，面积根据废水量和表面负荷率决定。由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应产生少量气体，这对固液分离不利，故设计时应满足以下要求：1）沉淀区水力表面负荷<1.0m/h2）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/h4）总沉淀水深应大于1.5m5）水力停留时间介于1.5～2h如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ＝50°沉淀区面积为：A=1/4πD2=1/4×3.14×82=50.24m2表面水力负荷为：q=Q/4A==0.62<1.0符合设计要求。(3)回流缝设计取h1=0.3m,h2=0.5m,h3=1.5m如图2.4所示：b1=h3/tgθ式中：b1----------下三角集气罩底水平宽度，m;θ----------下三角集气罩斜面的水平夹角；h3----------下三角集气罩的垂直高度，m;b1==1.26mb2=8-2×1.26=5.48m下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速V1可用下式计算：V1=Q1/S1式中：Q1----------反应器中废水流量，m3/h；S1----------下三角形集气罩回流逢面积，m2；V1==1.32m/hV1<2m/s,符合设计要求上下三角形集气罩之间回流逢中流速(V2)可用下式计算：V2=Q1/S2，式中：Q1----------反应器中废水流量，m3/h；S2----------上三角形集气罩回流逢之间面积，m2；取回流逢宽CD=1.2m,上集气罩下底宽CF=6.0m则DH=CD×sin50°=0.92mDE=2DH+CF=2×0.92+6.0=7.84m=π(CF+DE)CD/2=26.07m2则=Q1/4S2==1.20m/hV1<2m/s故符合设计要求确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸，由图可知：CH=CDsin40°=＝0.77m AI=DItg50°=(DE-b2)×tg50°=(7.84-5.48)×tg50°=1.41m故h4=CH+AI=0.77+1.41=2.18h5=1.0m由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为：CF-2h5tg40°=6.0-2×1.0×tg40°=4.32mBC=CD/sin40°=1.2/sin40°=1.87mDI=(DE-b2)=(7.84-5.84)=1.18mAD=DI/cos50°=1.18/cos50°=1.84mBD=DH/cos50°=0.92/cos50°=1.43mAB=AD-BD=1.84-1.43=0.41(4)气液分离设计d=0.01cm(气泡)，T=20℃ρ1=1.03g/cm3,ρg=1.2×10-3g/cm3V=0.0101cm2/s,ρ=0.95μ=Vρ1=0.0101×1.03=0.0104g/cm·s一般废水的μ>净水的μ,故取μ=0.02g/cm·s由斯托克斯公式可得气体上升速度为：Vb===0.266cm/s=9.58m/hVa=V2=1.60m/h则：==5.9,==4.56>,故满足设计要求。（四）出水系统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的影响。1.出水槽设计对于每个反应池，有6个单元三相分离器，出水槽共有6条，槽宽0.3m。①单个反应器流量0.035m3/s②设出水槽口附近水流速度为0.2m/s，则槽口附近水深取槽口附近水深为0.25m，出水槽坡度为0.01；出水槽尺寸8m×0.2m×0.25m；出水槽数量为4座。2.溢流堰设计①出水槽溢流堰共有24条（6×4），每条长8m，设计900三角堰，堰高50㎜，堰口水面宽b=50㎜。每个UASB反应器处理水量28L/s,查知溢流负荷为1-2L/（m·s），设计溢流负荷f=1.117L/（m·s），则堰上水面总长为：。三角堰数量：个，每条溢流堰三角堰数量：504/24=21个。一条溢流堰上共有21个100㎜的堰口，21个140㎜的间隙。②堰上水头校核每个堰出流率：按900三角堰计算公式，堰上水头：③出水渠设计计算反应器沿圆周设一条环形出水渠，6条出水槽的出水流至此出水渠。设出水渠宽0.8m，坡度0.001，出水渠渠口附近水流速度为0.3m/s。渠口附近水深以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深：0.25+0.116=0.37m，离出水渠渠口最远的出水槽到渠口的距离为14.67米，出水渠长为14.67+0.1=14.77m，出水渠尺寸为14.77m×0.8m×0.37m，向渠口坡度0.001。④UASB排水管设计计算选用DN250钢管排水，充满度为0.6，管内水流速度为（五）排泥系统设计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良好的厌氧污泥组成，平均浓度为15gVSS/L,则四座UASB反应器中污泥总量：。2.产泥量计算厌氧生物处理污泥产量取：0.07kgMLSS/kgCOD①UASB反应器总产泥量式中：△X————UASB反应器产泥量，kgVSS/d；r————厌氧生物处理污泥产量，kgVSS/kgCOD；Co————进水COD浓度kg/m3；E————去除率，本设计中取75%。②据VSS/SS=0.8，△X=366.19/0.8=457.74kgSS/d单池产泥△Xi=△X/4=457.74/4=114.44kgSS/d③污泥含水率为98%，当含水率＞95%，取，则污泥产量单池排泥量④污泥龄3.排泥系统设计在UASB三相分离器底部设置一个排泥口，每天排泥一次。（六）沼气收集系统设计计算1.沼气产量计算沼气主要产生于厌氧阶段，设计产气率取0.5。① 总产气量每个UASB反应器的产气量②集气管每个集气罩的沼气用一根集气管收集，单个池子共有13根集气管。每根集气管内最大气流量据资料，集气室沼气出气管最小直径d=100mm,取100㎜.③沼气主管每池13根集气管先通到一根单池主管，然后再汇入四池沼气主管。采用钢管，单池沼气主管管道坡度为0.5%。单池沼气主管内最大气流量取D=150㎜，充满度为0.8，则流速为：④各池沼气最大气流量为取DN=250㎜，充满度为0.6；流速为：2.水封灌设计水封灌主要是用来控制三相分离气的集气室中气液两相界面高度的，因为当液面太高或波动时，浮渣或浮沫可能会引起出气管的堵塞或使气体部分进入沉降室，同时兼有有排泥和排除冷凝水作用。① 水封高度式中：H0——反应器至贮气罐的压头损失和贮气罐内的压头为保证安全取贮气罐内压头，集气罩中出气气压最大H1取2mH2O，贮气罐内压强H0为400㎜H2O。②水封灌水封高度取1.5m，水封灌面积一般为进气管面积的4倍，则水封灌直径取0.5m。3.水、气分离器水、气分离器起到对沼气干燥的作用，选用φ500㎜×H1800㎜钢制水、气分离器一个，水、气分离器中预装钢丝填料，在水、气分离器前设置过滤器以净化沼气，在分离器出气管上装设流量计及压力表。4.沼气柜容积确定由上述计算可知该处理站日产沼气2615.6，则沼气柜容积应为3h产气量的体积确定，即。设计选用300钢板水槽内导轨湿式储气柜，尺寸为φ7000㎜×H6000㎜。3.6SBR反应池的设计计算一、SBR反应器的作用经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。SBR结构简单，运行控制灵活，本设计采用4个SBR反应池，每个池子的运行周期为6h。二、SBR技术的工作原理SBR是序列间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，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。在运行方式和反应过程上有别于传统的活性污泥法，它集进水、厌氧、好氧、沉淀于一池,无污泥回流系统，以灵活地变换运行方式以适应不同类型废水的处理要求。SBR工艺采用间歇运行方式,污水间歇进入处理系统,间歇排出。一般来说,它的一个运行周期包括5个阶段：第1阶段,进水期(Fill)。污水在该时段内连续进入处理池,直到达到最高运行液位,并且借助于池底泵的搅动,使废水和池中活性污泥充分混合。此时活性污泥中菌胶团(由细菌、藻类、原生动物、后生动物等组成)将对废水中的有机物产生吸附作用,COD和BOD为最大值。第2阶段,反应期(React)。进水达到设定的液位后,开始曝气,采用推流曝气或完全混合曝气方式,使废水中的有机物与池中的微生物充分吸收氧气,水中的溶解氧(DO)达到最大值,COD不断降低。第3阶段,静置期(Settle)。既不曝气也不搅拌,反应池处于静沉状态,进行高效的泥水分离。COD降为最小值,随着水中的溶解氧不断降低,厌氧反应也在进行。第4阶段,排水期(Decant)。上清液由滗水器排出。第5阶段,闲置期(Idle)。性污泥中微生物充分休息,恢复活性,为了保证污泥的活性,防止出现污泥老化现象,还须定期排出剩余污泥,为新鲜污泥提供足够的空间生长繁殖。三、设计参数 （一）参数选取(1)污泥负荷率Ns取值为0.13kgBOD5/(kgMLSS·d)(2)污泥浓度和SVI污泥浓度采用3000mgMLSS/L,SVI取100(3)反应周期SBR周期采用T=6h,反应器一天内周期数n=24/6=4(4)周期内时间分配反应池数N=4进水时间：T/N=6/4=1.5h反应时间：3.0h静沉时间：1.0h排水时间：0.5h(5)周期进水量Q0===187.5m3/s（二）设计水量水质设计水量为：Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s设计水质见下表3.9： 表3.9SBR反应器进出水水质指水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)581179125去除率（%）808565出水水质(mg/l)1162743三、设计计算（一）反应池有效容积V1=式中：n------------反应器一天内周期数Q0------------周期进水量,m3/sS0------------进水BOD含量,mg/lX-------------污泥浓度,mgMLSS/LNs-------------污泥负荷率V1==344.2（二）反应池最小水量 Vmin=V1-Q0=344.2-187.5=156.7m3（三）反应池中污泥体积=SVI·MLSS·V1/106=100×3000×344.2/106=103.2m3Vmin>满足设计要求（四）校核周期进水量周期进水量应满足下式：Q0<(1-MLSS·MLSS/106)·V=(1-100×3000/106)×344.2=240.9m3而Q0=187.5m3<240.9m3故符合设计要求（五）确定单座反应池的尺寸SBR有效水深取5.0m,超高0.5m,则SBR总高为5.5m,SBR的面积为344.2/5=68.84m2设SBR的长︰宽=2︰1则SBR的池宽为：6m；池长为：12.0m.SBR反应池的最低水位为：=2.18mSBR反应池污泥高度为：=1.43m2.18-1.43=0.75m可见，SBR最低水位与污泥位之间的距离为0.6m,大于0.5m的缓冲层高度，符合设计要求。（六）鼓风曝气系统(1)确定需氧量O2由公式：O2=aˊQ(S0-Se)+bˊV式中：aˊ-----------微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率，kgQ-----------污水设计流量，m3/dS0------------进水BOD含量,mg/lS0------------出水BOD含量,mg/lbˊ------------微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧率，kgXv------------单位曝气池容积内的挥发性悬浮固体（MLVSS）量,kg/m3取aˊ=0.5,bˊ=0.15；出水Se=27mg/L；Xv=f×X=0.75×3000=2250mg/L=2.25kg/m3；V=4=4×344.2=1376.8m3代入数据可得：O2=0.5×3000×(179-25)/1000+0.15×2.25×1376.8=695.7kgO2/d供氧速率为：R=O2/24=695.7/24=29kgO2/h(2)供气量的计算采用SX-1型曝气器，曝气口安装在距池底0.3m高处，淹没深度为4.7m，计算温度取25℃。该曝气器的性能参数为：Ea=8%，Ep=2kgO2/kWh；服务面积1～3m2；供氧能力20～25m3/h·个；查表知氧在水中饱和容解度为：Cs(20)=9.17mg/L，Cs(25)=8.38mg/L扩散器出口处绝对压力为：=+9.8×103×H=1.013×105+9.8×103×4.7=1.47×105pa空气离开反应池时氧的百分比为：==19.65%反应池中容解氧的饱和度为：Csb(25)=Cs(25)=8.38=10.0mg/LCsb(20)=Cs(20)=9.17=10.9mg/L取α=0.85,β=0.95,C=2,ρ=1,20℃时，脱氧清水的充氧量为：R0===43.8kgO2/h供气量为：Gs=R0/0.3Ea==1826m3/h=30.43m3/min(3)布气系统的计算反应池的平面面积为：6.0×12.0×4=288m2每个扩散器的服务面积取1.7m2,则需288/1.7=170个。取170个扩散器，每个池子需50个。布气系统设计如下图3.10：图3.10SBR反应器布气系统设计草图(4)空气管路系统计算按SBR的平面图，布置空气管道，在相邻的两个SBR池的隔墙上设一根干管，共两根干管，在每根干管上设5对配气竖管，共10条配气竖管。则每根配气竖管的供气量为：本设计每个SBR池内有50个空气扩散器则每个空气扩散器的配气量为：选择一条从鼓风机房开始的最远最长管路作为计算管路，在空气流量变化处设计计算节点。空气管道内的空气流速的选定为：干支管为10～15m/s；通向空气扩散器的竖管、小支管为4～5m/s；空气干管和支管以及配气竖管的管径，根据通过的空气量和相应的流速按《排水工程》下册附录2加以确定。空气管路的局部阻力损失，根据配件类型按下式式中：----------管道的当量长度，mD----------管径，mK----------长度换算系数，按管件类型不同确定折算成当量长度损失，并计算出管道的计算长度(m),空气管路的沿程阻力损失，根据空气管的管径D(mm)，空气量m3/min，计算温度℃和曝气池水深，查《排水工程》下册附录三求得，得空气管道系统的总压力损失为：＝96.21×9.8＝0.943kpa空气扩散器的压力损失为5.0kpa，则总压力损失为：0.943＋5.0＝5.943kpa为安全起，设计取值为9.8kpa则空压机所需压力p=(5-0.3)×9.8×103+9.8×103=56kpa又Gs=37.64m3/min由此条件可选择罗茨RME-20型鼓风机转速1170r/min，配套电机功率为75kw（七）污泥产量计算选取a=0.6,b=0.075,则污泥产量为：△X=aQSr-bVXv=0.6×3000×(179-25)/1000-0.075×1376.8×2.25=44.9kgMLVSS/d4污泥部分各处理构筑物设计与计算4.1集泥井的设计计算一、设计说明污水处理系统各构筑物所产生的污泥每日排泥一次，集中到集泥井，然后在由污泥泵打到污泥浓缩池。污泥浓缩池为间歇运行，运行周期为24h,其中各构筑物排泥、污泥泵抽送污泥时间为1.0～1.5h，污泥浓缩时间为20.0h,浓缩池排水时间为2.0h,闲置时间为