碳酸饮料废水处理毕业设计

'武汉科技大学本科毕业设计摘要本设计为碳酸饮料厂废水处理初步设计。本文分析了碳酸饮料厂废水处理处置的相关工艺方法，提出了UASB+SBR的组合工艺流程。碳酸饮料厂废水水质的主要特点是含有大量的有机物，属高浓度有机废水，故其生化需氧量也较大。UASB（Up-flowAnaerobicSludgeBed/Blanket）工艺是由荷兰Lettinga教授于1977年发明的一种污水处理工艺，是处理有机废水比较常用的一种工艺。它自70年代以来得到不断改进和发展，它在处理高浓度有机废水方面与其它生物处理相比具有成本低、反应器负荷高、体积小，占地少、运行简单、规模灵活、二次污染少等强大优势。SBR则与传统污水处理工艺不同，SBR技术以时间分割的操作方式替代了空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代了稳态生化反应，静置理想沉淀替代了传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，该技术的核心是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。该工艺为碳酸饮料行业废水处理提供了一条可行途径，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。关键词：碳酸饮料废水；UASB；SBRVI 武汉科技大学本科毕业设计AbstractThepreliminarydesignofawastewatertreatmentplantforaCarbonateddrinkswasshowedinthispaper.TherelevantprocessofthewastewatertreatmentandacombinedprocessofUASB+SBRdisposalwereproposedinthisarticle.Themaincharacteristicsofthewastewaterwerelargequantitiesoforganicmaterials,highconcentrationsoforganicpollutionsandhighCOD.UASB(Up-flowAnaerobicSludgeBed/Blanket)technologywasakindofmethodofsewagetreatmentinventedbyLettinga,aHollandprofessorin1977.ItwasaverypopularprocessinorganicwastewaterTreatment.Withcontinuouslyimprovinganddevelopingsince70s,itshowedmanyadvantagesinthetreatmentofhighconcentrationorganicbiologicalwastewatercomparedwithotherorganicbiologicaltechnology,suchaslowercosting,higherloading,smallervolume,lessfieldusing,simplertobeoperated,moreflexiblemonumentandlesssecondarypollution.SBRwasmuchdifferentfromtraditionalsewagetreatmenttechnologythatthetimedivisionmodeinsteadofthespacesegmentationmode,Unsteadybiochemicalreactioninsteadofthebistablebiochemicalreaction,StaticidealsettlinginsteadofthetraditionaldynamicprecipitationintheSBRoperation.Runninginorderandoperatingintermittentlywasitsmaincharacteristic.ThecoreofthistechnologywastheSBRreactionpool,whichwascombiningwithhomogenizing,firstsedimentation,biologicaldegradation,secondarysedimentationandotherfunctionsbutwithoutasludgereturnsystem.Thewastewatertreatmentprocessforcarbonatedbeverageindustryprovidesafeasibleway,hasthegoodeconomicbenefit,environmentalbenefitandsocialbenefit.Keywords:Carbonatedbeveragewastewater;UASB;SBRVI 武汉科技大学本科毕业设计目录绪论11工程概况21.1设计任务21.1.1污水来源和特点21.1.2处理规模21.1.3污水处理系统要求21.2污水水质及处理程度21.2.1设计进出水水质21.2.2处理程度的确定31.3设计原则31.4工艺方案的比较与选择32污水处理工艺设计与计算62.1格栅62.1.1设计说明62.1.2格栅计算62.2集水井82.2.1设计说明82.2.2设计计算92.3沉砂池92.3.1设计参数102.3.2设计计算102.4调节池122.4.1参数选择122.4.2尺寸的计算132.4.3产泥量13VI 武汉科技大学本科毕业设计2.4.4进水系统132.4.5确定高程142.5UASB反应器142.5.1设计计算142.5.2配水系统设计162.5.3三相分离器的设计182.5.4气液分离装置212.5.5出水系统212.5.6排泥系统212.5.7产气系统222.5.8确定高程222.6SBR池222.6.1参数选择232.6.2设计计算232.7消毒池262.7.1设计参数262.7.2平流式接触消毒池的设计262.7.3高程确定272.8污泥部分272.8.1污泥量的计算272.8.2污泥浓缩池282.8.3污泥脱水间293平面布置303.1布置原则303.1.1各处理单元构筑物的平面布置303.1.2管、渠的平面布置303.1.3辅助建筑物的平面布置303.1.4厂区绿化313.1.5道路布置31VI 武汉科技大学本科毕业设计3.2管线设计313.3布置特点314投资估算334.1编制依据334.2土建部分334.3设备部分334.4工程直接投资344.5其它部分费用344.6工程总造价344.7工程效益分析35结束语36参考文献37致　谢38VI 武汉科技大学本科毕业设计VI 武汉科技大学本科毕业设计绪论近年来，饮料发展非常迅速，其消费总量和人均占有量的速度增长，在迅速发展的同时，也带来了一定的环境污染问题，针对饮料行业废水的处理工艺日益增多，而且大多也比较成熟。合理、经济、运转效率高的工艺流程对污水进行处理，以达到标准排放。对于保护环境，减轻环境污染，遏制生态恶化趋势，也有着重要的意义。 饮料生产为典型的间歇生产，生产废水水质水量不稳定，给废水的处理带来了一定的困难。在软饮料的生产中，碳酸饮料的产量最大，约占50%。碳酸饮料是由糖浆和碳酸水定量配制而成，其生产过程可分为三个基本工序，即：糖浆的配制、碳酸水的制备、洗瓶灌装封口等，废水主要来自灌装区的洗瓶水、冲洗水、碎瓶饮料和糖浆缸冲洗水以及设备和地面的冲洗水。其中设备和地面的冲洗水水量最大，有机物浓度较低且水量较均匀，其排放量占总废水量的70%。混合废水有机物的含量高。间歇排放，水质水量极不均匀，尤其是废水量随季节的波动大，pH值不稳定。目前使用最广泛的污水处理工艺有：传统活性污泥工艺和其改进型A/O、A2/O工艺、AB工艺、SBR工艺、CASS工艺、氧化沟工艺、生物接触氧化法、厌氧生物处理法等。而针对碳酸饮料废水COD和BOD都较高情况下则需选择一个合理的工艺使其达标排放。根据碳酸饮料厂排放的废水特点，本设计方案通过UASB—SBR处理工艺，保证废水达到国家污水综合排放一级标准，同时使投资、占地面积、运行管理度达到最佳设置。37 武汉科技大学本科毕业设计1工程概况1.1设计任务1.1.1污水来源和特点污水来源：该饮料厂的全部工业废水和生活污水。碳酸饮料类废水特点：1、洗瓶水含消毒剂，直接杀灭水处理微生物；2、COD浓度高，不稳定，水质水量波动大；3、高浓度废水水量小、水质浓度高；有机污染负荷占总量的70%以上；4、其它废水可生化性较好[1]；1.1.2处理规模平均日流量为800m3/d，日变化系数为1.896。1.1.3污水处理系统要求工艺先进，水处理可靠，运行设施高效化，占地小型化。设施具有较强的抗冲击负荷能力，单位面积有较高的水处理负荷。1.2污水水质及处理程度1.2.1设计进出水水质本工程设计处理水量为800m3/d，设计进水水质CODcr为2000mg/l，BOD5为1000mg/l，SS为500mg/l。生产废水经处理后要求达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准，即出水水质为：CODcr=100mg/l，BOD5=30mg/l，SS=70mg/l。表1.1水质参数CODcrBOD5SS进水水质(mg/L)20001000500出水水质(mg/L)100307037 武汉科技大学本科毕业设计1.2.2处理程度的确定CODcr的去除率：BOD5的去除率：SS的去除率：1.3设计原则（1）污水处理、污泥处理工艺方案的选择，不仅要考虑经济效益，同时要考虑社会效益和环境效益。（2）污水处理厂的工艺设计，单体设计要考虑运行方便、实用、低投资、省地、节能的要求。（3）工艺设计、机械设备、电器、仪表、控制等应考虑发展和推广新技术，采用新材料、新设备、对外国引进的设备、装置严格把关，精益求精。（4）应尽量避免或减少对环境的二次污染，妥善处置处理各系统工程中产生的栅渣、污泥，臭气等，避免对环境产生负面影响。（5）运行成本低，操作简单，管理方便，各构筑物布置合理，处理过程中的自动控制，力求安全可靠、经济适用，大力降低运行费用和劳动强度。（6）在工艺平面的设计中，应考虑扩建的可能性。（7）严格执行国家环境保护有关规定，使处理后的水能够达到相应标准再排放[2]。1.4工艺方案的比较与选择污水处理所采用的工艺技术是污水处理厂的核心部分，与进水水质、出水要求、处理量、投资大小等等因素密切相关。当前流行的污水处理工艺有：传统活性污泥工艺和其改进型A/O、A2/O工艺、AB工艺、SBR工艺、CASS工艺、氧化沟工艺、生物接触氧化法、厌氧生物处理法等。（1）各处理方法的技术、经济特点比较见表1.2。从表2.1中可以看出厌氧-好氧联合处理在饮料废水处理方面有较大的优点，结合对几种厌氧-好氧联合处理的比较可以得出UASB-SBR处理技术是处理饮料废水的最好方法。37 武汉科技大学本科毕业设计表1.2不同处理方法的技术、经济特点比较[3]处理方法主要技术、经济特点好氧工艺厌氧好氧工艺生物接触化法氧化沟SBR法水解-好氧工艺UASB-SBR工艺处理效果好、所需时间短；不需要进行污泥回流，并且也没有污泥膨胀的问题；而且变动适应性较强对于进水有机负荷；运行简单、管理方便。但需要的填料过大，不利于运输和装填，而且污泥排放量大。抗冲击负荷能力强、出水水质好、脱氮除磷效果好、污泥容易稳定、耗能低、有利于自动化控制等优点。但也存在污泥膨胀，泡沫，流速不均及污泥沉积等问题。运行成本低，占地面积小，机械设备操作简单易行，自动化程度较高；但还需曝气能耗，且污泥产量大。有很大的节能效果，且BOD/COD值增大，废水的可生化性能增加，可缩短总水力停留时间，提高处理效率，剩余污泥量少。技术上先进可行，投资小，运行成本低，效果好，可回收能源，产出颗粒污泥产品，由一定收益；操作要求严。（2）本设计采用UASB-SBR相结合的处理工艺，流程图见图1.1。带式压滤机污泥脱水间图1.1饮料厂污水处理工艺流程程格栅fNF污水提升泵房SBR池沉砂池调节池消毒池出水污泥浓缩池污泥管线污水管线沼气UASB池集水井污泥外运37 武汉科技大学本科毕业设计（3）工艺流程说明该饮料废水处理工艺由沉淀、调节水质、厌氧生物处理、好氧生物处理和污泥处理部分组成。生产车间的废水首先流过细格栅，先去除大的悬浮物，然后进入沉砂池，沉砂池可沉淀水中的部分固体小颗粒物，然后进水调节池，调节池可调节进入水处理系统的水量大小，使处理系统运行稳定，同时向其内投入适量的氢氧化钠调节水质。厌氧生物处理采用UASB技术，调节沉淀池废水用泵压入UASB进行厌氧生物处理，大部分有机物在UASB反应器中降解，反应过程中产生的沼气经过水封罐和气水分离器最后用火炬点燃进行燃烧处理，由于产生的沼气量较少对环境没有污染。UASB出水自流进入SBR池，SBR法集池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池更进一步去除有机物。沉淀池、调节池、UASB、SBR等处理单元产生的污泥排入集泥井，集泥井中的污泥由污泥提升泵提升至污泥浓缩池，污泥经浓缩后进入污泥脱水间然后用带式压滤机进行机械脱水，产生的泥饼作为有机肥料外运。污泥浓缩池的上清液和污泥脱水间的压滤液回流排入集水井进行再处理。37 武汉科技大学本科毕业设计2污水处理工艺设计与计算平均日流量：Qｄ=800m3/d=100m3/h=0.028m3/s(每天工作8小时)总变化系数：KZ=1.896最大日处理量：Qm=QｄKZ=0.028×1.896=0.053m3/s2.1格栅格栅是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。格栅栅条间的空隙宽度可根据清除污物的方式和水泵的要求来设定，人工清除格栅间隙一般为16～25mm。沉砂池或沉淀池前的格栅一般采用15-30mm，最大为40mm。常用的机械清渣设备有三种，即链条式、移动式及钢丝绳牵引式清污机。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、机械格栅和水力清除格栅三种。按格栅构造特点不同可分为抓耙式、循环式、弧形、回转式、转鼓式、旋转式、齿耙式和阶梯式等多种形式。格栅一般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，用来截留水中较粗大的漂浮物或悬浮物，如：果皮、纤维、碎皮、毛发、蔬菜、塑料袋等，防止堵塞和缠绕水泵机组、管道阀门、曝气器、处理构筑物配水设施。进出水口，减少后续处理产生的浮渣。保证污水处理设施的正常运行[4]。每天的栅渣量大于0.2m3/d时，为了改善劳动和卫生条件，都应采用机械清渣方法；当每天的栅渣量小于0.2m3/d时，可采用人工清渣方法，也可采用机械清渣方法[4]。2.1.1设计说明格栅的截污主要对水泵起保护作用，采用中格栅，提升泵选用螺旋泵，格栅栅条间隙为20mm。设计流量：平均日流量：Qｄ=800m3/d=100m3/h=0.028m3/sQmax=0.053m3/s设计参数：e=20mm，栅前水深h=0.3m，过栅流速v=0.6m/s，安装倾角α=60o。2.1.2格栅计算格栅计算示意图见图2.1。37 武汉科技大学本科毕业设计图2.1格栅计算尺寸图（1）格栅间隙数n为（2.1）取n=14根（2）栅槽宽度B设计用直径为10mm圆钢为栅条，则栅条宽度S=0.01m。（2.2）（3）进水渠宽B1（2.3）设其渐宽部位展开角度α1=20（4）进水渠道渐宽部位的长度L1=（2.4）（5）栅槽与出水渠道连接处的渐宽部位长度L2L2=0.5L1=0.50.12=0.06m（2.5）(6)通过格栅的水头损失设栅条断面为锐角矩形断面，则栅条阻力系数37 武汉科技大学本科毕业设计通过格栅的水头损失可以按下式计算:（2.6）（2.7）式中：—计算水头损失，；—重力加速度，取；—阻力系数，其数值与格栅栅条的断面几何形状有关。k—格栅受污染物堵塞使水头损失增大的倍数，一般取3；关于圆形断面：（2.8）过栅水头损失（2.9）（7）栅后槽总高度H(2.10)（8）每日栅渣量W在格栅间隙为20mm的情况下，设栅渣量为每800m3污水产0.05m3渣，则：=0.12m3/d(2.11)W小于0.2m3/d，适用于人工清渣。（9）高程布置进水渠沟底标高为-0.6m，由于栅前水深0.3m，超高0.3m，即栅前水面标高-0.3m，栅前顶标高0.0m，栅后水面标高-0.346m。2.2集水井2.2.1设计说明由于碳酸饮料废水特点排放不连续性，为了方便后续处理，缩小施工工程量,应37 武汉科技大学本科毕业设计在格栅与沉砂池之间设一集水井，以方便后续水处理的顺利进行。具体设计时要选取适当的设计参数及合适的提升水泵型号，以达到相应要求。2.2.2设计计算（1）参数选择设计水量:Q=800m3/d水力停留时间：T=6h水面超高取：h1=0.5m有效水深取：h2=4.5m（2）尺寸计算集水井的有效容积：V=Q·T=800/24×6=200m3(2.12)集水井的高度：H=h1+h2=4.5+0.5=5m(2.13)集水井的水面面积:A=V/h2=200/4.5=44.4m2(2.14)取45m2集水井的横断面积为：L×B=9×5(m2)则集水井的尺寸为：L×B×H=9×5×5(m3)所以该集水井的尺寸为9m×5m×5m，考虑到日平均流量并不大，可设置1座集水井。高程为池顶标高0.5m，池底标高为-4.5m。为了自动控制提升水泵的启动和停止，可在集水井中安装QUZ—291式浮球液位计1台，可达到当水位升高时自动开启提升水泵，水位降低时自动停止提升水泵，水位达到峰值时两台提升水泵同时启动，并且连续跟踪显示集水井水池液位。2.3沉砂池污水在迁移、流动和汇集过程中不可避免会混入泥砂。污水中的砂如果不预先沉降分离去除则会影响后续处理设备的运行。最主要的是磨损设备、机泵、堵塞管道，干扰甚至破坏生化处理等工艺过程。沉砂池主要用于去除污水中粒径大于0.2mm密度大于2.65t/m3的砂粒从而保护管道、阀门等设施避免受损坏和阻塞。沉砂池的工作原理是以重力分离或离心分离为基础，即控制进入沉砂池的污水流速和旋流速度，使相对密度大的无机颗粒下沉，而有机悬浮颗粒则随水流带走。常用的沉砂形式有平流式沉砂池、旋流沉砂池、曝气沉砂池等[4]。本工艺采用平流式沉砂池，它具有截留无机颗粒效果较好、构造较简单等优点。沉砂池的主体部分，实际37 武汉科技大学本科毕业设计是一个加宽、加深了的明渠，由入流渠、沉砂区、出流渠、沉砂斗等部分组成，两端设有闸板以控制水流。在池底设置1~2个贮砂斗，下接排砂管。设计流速为0.15-0.3m/s，停留时间应大于30秒。沉砂含水率为60%，容重1.5t/m3。采用机械刮砂，重力或水力提升器排砂。2.3.1设计参数（1）一般按去除相对密度2.65，粒径大于0.2mm的沙粒确定。（2）沉砂池得座数或分格数不得少于两个，宜按并联系列设计。污水量较小时，一备一用;较大时，同时工作。（3）设计流量的确定一般按最大设计流量计算。（4）最大设计流量时，污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s。（5）最大设计流量时，污水在池内停留时间不少于30s，一般为30~60s。（6）设计有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25~1.0m，每格池宽不宜小于0.6m，超高不宜小于0.3m。（7）沉砂量的确定生活污水得沉砂量一般按每人每天0.01~0.02L。（8）池底坡度一般为0.01~0.02，并可根据除砂设备要求，考虑池底得外形。2.3.2设计计算沉砂池示意图见2.2。（1）取v=0.2m/s，t=30s，沉砂池部分长度：(2.15)(2)水流断面面积：(2.16)(3)池总宽度B，设n=2格，每格宽b=0.6m,则：(2.17)37 武汉科技大学本科毕业设计图2.2沉砂池示意图(4)有效水深h2(2.18)(5)取X=0.03L/m3,T=2d,贮砂斗所需容积V(2.19)每个沉砂斗的容积(6)沉砂斗各部分尺寸，设贮砂斗底宽度b1=0.5m，斗壁与水平面的倾角为60，斗高=0.5m。沉砂斗上口宽：(2.20)(7)沉砂斗容积V0(2.21)37 武汉科技大学本科毕业设计(8)沉砂室高度h3采用重力排砂，设池底坡度为0.06坡向砂斗，取,则(2.22)(2.23)(9)取超高h1=0.2m,则沉砂池总高度H(2.24)(2.25)(10)验算最小流速vmin在最小流量时，只用1格工作（n1=1）(2.26)因为，所以此设计符合要求。（11）确定高程该构筑物池顶高程为1.5m，斗底0.6m。2.4调节池调节池主要是对水量和水质的调节，调节污水pH值、水温，有预曝气作用，还可用作事故排水。按其功能分为水量调节池和水质调节池；按作用分均质池，水量缓冲池，均质均量池。为使调节出水水质均匀，防止污染物沉淀，调节池内宜加搅拌、混合装置。一般有水泵强制循环搅拌、空气搅拌、射流搅拌、机械搅拌等。2.4.1参数选择取调节池停留时间：T=4h设计水量：Q=100m3/h1.896=0.053m3/s调节池对污水的预处理效果如表2.1所示。37 武汉科技大学本科毕业设计表2.1预处理效果项目CODcrBOD5SS进水水质(mg/L)去除率（%）20003010003050060出水水质(mg/L)14007002002.4.2尺寸的计算（1）池容积池有效容积：(2.27)（2）池深有效水深h=6m，其中超高0.5m，池总高H=6.5m（3）池尺寸池面积：=(2.28)池长去L=10m，池宽取B=6.2m池子总尺寸为：L=10m6.2m6.5m2.4.3产泥量理论上每日的污泥量：(2.29)式中：Q—最大设计流量，；—进水悬浮物浓度，mg/L；—出水悬浮物浓度，mg/L；—污泥含水率，取97%；2.4.4进水系统进水起端两侧设进水堰，堰长为池长的1/2。37 武汉科技大学本科毕业设计2.4.5确定高程该构筑物地上2.0m，地下4.5m，池顶高程为2.0m，池底高程为-4.5m。2.5UASB反应器UASB是(Up-flowAnaerobicSludgeBed/Blanket)的英文缩写。名叫上流式厌氧污泥床反应器，是一种处理污水的厌氧生物方法，又叫升流式厌氧污泥床。图2.3UASB构造图UASB反应器的构造原理如图2.3所示，污自下而上地通过厌氧污泥床反应器。在反应器底部有一个高浓度（可达60~80g/l）、高活性污泥层，大部分的有机物在这里被转化为CH4和CO2。由于气态产物（消化气）的搅动和气泡黏附污泥，在污泥层之上形成一个污泥悬浮层。反应器的上部设有三相分离器，完成气、液、固三相的分离。被分离的消化气从上部导出，被分离的污泥则自动滑落到悬浮污泥层。出水则从澄清区流出。由于在反应器内可以培养出大量厌氧颗粒污泥，使反应器的负荷很大。对一般的高浓度有机污水，当水温在30℃左右时，负荷可达10~20kgCOD/(m3·d)[5]。UASB反应器内良好的颗粒污泥床的形成，使得有机负荷和去除率高，不需要设置搅拌装置，能适应负荷冲击和温度与PH的变化，且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[5]。2.5.1设计计算（1）设计参数容积负荷：NV=4kgCOD/(m3)；污泥产率：0.1kgMLSS/kgCOD；产气率：0.5m3/kgCOD(2)设计水质设计处理水质如表2.2：37 武汉科技大学本科毕业设计表2.2UASB对污水的预处理效果项目CODcrBOD5SS进水水质(mg/L)去除率（%）1400857009020060出水水质(mg/L)2107080（3）设计水量Q=800m3/d=100m3/h=0.028m3/s(2.30)反应器容积计算UASB有效容积：（2.31）式中：Q——设计流量，m3/s；——进水COD含量，mg/L；——容积负荷，kgCOD/(m3∙d)；将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好，由于进水COD、BOD浓度不是很高，取水力负荷q=0.6则水力表面积：（2.32）有效水深：=1.68m（2.33）安全高度：0.5m采用2座相同的UASB反应器，每座池的水力表面积为：(2.34)直径为：(2.35)37 武汉科技大学本科毕业设计则实际横截面积为：(2.36)实际表面水力负荷：(2.37)因为0.61.0，所以此设计符合要求。2.5.2配水系统设计（1）进水系统兼有配水和水力搅拌的功能，为了保证实现这两个功能，需要满足以下原则：①使分配到各点流量相同来设计进水装置，以确保单位面积的进水量的基本相同，从而防止发生短路现象。②很方便观察进水管道的堵塞问题，当堵塞发现后，必须很容易被发现，以便于及时解决。③应尽可能的（虽然不是必须）满足污泥床水力搅拌的需求，来保证进水有机物微生物与污泥快速混合，防止局部产生酸化现象。为确保进水等量地分布在池底，每个进水管仅与一个进水点相连接是最理想的状态，只要保证每根配水管流量相等，即可取得均匀布水的要求。因此有必要采用特殊的布水分配装置，以保证一根配水管只服务一个配水点，为了保证每一个进水点达到应得的进水流量，建议采用高于反应器的水箱式（或渠道式）进水分配系统。图2.4给出了一种连续流的布水器形式，这种敞开的布水器的一个好处是可以容易用肉眼观察堵塞情况。对高浓度废水由于水力负荷较低，采用脉冲式进水分配装置是一种较好的选择[6]。图2.4一种连续流的布水器形式37 武汉科技大学本科毕业设计（2）孔口设计本系统设计为圆形布水器，每个UASB反应器设30个布水点。布水系统设计计算草图见下图2.5。图2.5布水系统设计计算草图每个池子流量：(2.38)每个孔口服务面积：(2.39)a在1～3之间，符合理论设计要求。可设2个圆环，里面的圆环设12个孔口，外面的圆环设18个孔口。①内圈12个孔口设计服务面积：(2.40)折合为服务圆的直径为：(2.41)用此直径作一虚圆，在该虚圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布12个孔口，则内实圆的直径计算如下：37 武汉科技大学本科毕业设计(2.42)(2.43)①内圆18个孔口的设计服务面积：(2.44)折合服务圆的直径则为：(2.45)内圈圆的直径（2.46）2.5.3三相分离器的设计UASB反应器中气、固、液三相分离器的功能是对反应区上升的气、固、液混合液进行分离，气、固、液分离效果的好坏直接影响反应器的处理效果，是反应器运行成败的关键。高效三相分离器应具有以下几个功能：①气、固、液混合液中的气体不得进入沉淀区，即流体（污泥与水混合物）在进入沉淀区之前，气体必须有效地分离去除，避免由于气体泄漏到沉淀区而干扰固液分离效果。②保持沉淀区液体流动稳定，水流流态接近塞流状，使具有良好的固液分离效果。③被沉淀分离的部分固体（污泥）能迅速返回到反应器内，以维持反应器内有很高的污泥浓度和较长的污泥泥龄[1]。 三相分离器设计计算草图见下图2.6。37 武汉科技大学本科毕业设计图2.6UASB三相分离器设计图（3）沉淀区面积(2.47)（4）表面水力负荷(2.48)因为，所以此设计符合理论要求（5）下三角回流缝设计取超高：h1=0.5m,h2=0.7m,下三角形集气罩的垂直高度h3=2.5m下三角形集气罩斜面的水平夹角：下三角形集气罩底水平宽度：(2.49)(2.50)下三角形集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速V1，可用下式计算：(2.51)37 武汉科技大学本科毕业设计式中：——反应器中废水流量，m3/h；——下三角形集气罩回流缝面积，m2；(2.52)因为，所以此设计符合要求。（6）上下三角形集气罩之间回流缝设计(2.53)——为上三角形集气罩回流缝面积取回流缝宽：CD=1.5m,上集气罩下底宽CF=6.5m(2.54)(2.55)(2.56)(2.57)(7)上下三角形集气罩相对位置及尺寸(2.58)(2.59),h5=0.8m(2.60)由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为：(2.61)(2.62)(2.63)37 武汉科技大学本科毕业设计(2.64)(2.65)(2.66)2.5.4气液分离装置(气泡)，，β=0.95,γ=0.0101cm2/s,一般废水的净水的，故取=0.02由斯托克斯公式可得气体上升速度为：(2.67)因为，所以此设计符合要求。2.5.5出水系统采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m，槽高0.2m2.5.6排泥系统产泥量为：1400×0.85×0.1×800×10-3=89.6kgMLSS/d(2.68)每日产泥量89.6kgMLSS/d，每个UASB日产泥量44.8kgMLSS/d,各池排泥管选钢管DN150，六池合用排泥管选DN200mm排泥管，每天排泥一次。37 武汉科技大学本科毕业设计2.5.7产气系统每日产气量：G=800×0.85×0.5×800×10-3=476m3/d(2.69)每个UASB反应器产气量：G1=G/2=476/2=238m3/d(2.70)2.5.8确定高程池底高程设置-9.5m，池顶高程为3.2m。2.6SBR池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[2]。 SBR法基本工艺流程为：预处理、SBR、出水，其操作程序是在一个反应器内的一个处理周期内依次完成进水、生化反应、泥水沉淀分离、排放上清液和闲置等5个基本过程组成（见图2.7）。图2.7序批式活性污泥法曝气池运行操作工序示意图SBR法比传统的连续流活性污泥法具有以下优点：(1)SBR法不需设置流量调节池，不需要设置二次沉淀池及回流污泥泵房，而二次沉淀池及回流污泥泵房占地面积相当于曝气池的80%。SBR池在一个池子内通过时间的调节和安排，通过以电子计算机唯爱中心调控，对BOD5、COD、SS和N、P等完成系列净化过程，实现厌氧、缺氧和好氧等生化反应过程。对于连续的活性污泥法，在小流量规模时需设置流量调节池及二次沉淀池及各种专门功能的构筑物，工艺流程长，构造复杂，操作繁琐，各池的反应过程与功能单一，需要回流抽吸设备，因此，设备多而复杂，维护管理费用高。(2)SBR法净化出水的水质往往比常规活性污泥法要好，水质也比较稳定。(3)SBR法结构紧凑，占地面积少。(4)SBR法耐受负荷变动的能力强，对净化效果的影响也较小。(5)SBR法基建投资少，比常规活性污泥法省24%的投资费用。37 武汉科技大学本科毕业设计(6)SBR法容易控制污泥膨胀[7]。2.6.1参数选择污泥负荷率：污泥浓度采用2000mgMLSS/L,SVI=100设计处理水质如表2.3：表2.3SBR对污水的预处理效果项目CODcrBOD5SS进水水质(mg/L)去除率（%）2105370578050出水水质(mg/L)10030402.6.2设计计算（1）各工序所需要的时间必须满足下列条件：式中：TC——1个周期所需时间，h；TA——曝气时间，h；TS——沉淀时间，h；TD——排水时间，h；TF——进水时间，h；N——1个系列反应池数量。（2）各工序所需要的时间(2.71)式中：S0——进水的平均BOD5，mg/L；LS——BOD-污泥负荷，kgBOD/(kgMLSS.d)，取0.1；1/m——排出比，取1/2.5；X——曝气池内MLSS浓度，mg/L，取2000；(2.72)式中：H——反应池内水深，m，取5m；37 武汉科技大学本科毕业设计——安全高度，m，取0.5m；水温10时，水温20时，(2.73)(2.74)取1.4h周期数的确定（n）一个周期所需时间(2.75)TD一般可取0.5～3.0h，取2h。，取3次，则1个周期为8h。d)进水时间TF(2.76)式中：N——反应池数，个，取2；可取（3）反应器容积V(2.77)根据进水4小时和进水流量变化规律，求出1个周期最大流量变化比r=1.5由公式(2.78)则()(2.79)则宽为6.4m，长为12.5m（4）需氧量AOR按去除1kgBOD需要2kgO2计算AOR=800×(70-30)×10-3×2.0×4=256kgO2/d=32kgO2/h(2.80)（5）供氧量SOR(2.81)37 武汉科技大学本科毕业设计式中：取计算温度20CL——混合液的溶解氧浓度，mg/L，取1.0；——KLa的修正系数，取0.9；——饱和溶解氧修正系数，高负荷法取0.95；——曝气头水深的修正，式中HA为曝气头水深，m；设曝气头距地面0.2m，则淹没水深为4.8m；EA=10%,空气离开反应器时氧的百分浓度为(2.82)(2.83)CS(20)——清水中20℃饱和溶解氧浓度，mg/L，取9.17；CS(T)——清水中T℃饱和溶解氧浓度，mg/L；T——混合液的水温（7～8月的平均温度），℃。则每池供氧量：(2.84)曝气阶段应该供给的氧量为：(2.85)（6）供风量根据供氧能力，求得鼓风空气量GS为(2.86)式中：EA——氧利用率，%，取10%（7）布气系统的计算反应池的平面面积：802=160m2，每个扩散器的面积取1.6m2则需160/1.6=100个，每个池子50个扩散器（8）污泥量计算采用进水SS量为基础来计算：污泥干固体量（kg/d）=设计流水量（m3/d）×进水SS浓度（mg/L）×污泥干固体产率系数/100037 武汉科技大学本科毕业设计式中：高负荷SBR的污泥干固体产率系数为1.0则污泥干固体量=800×80×1.0/1000=64kg/d假定排泥含水率为P=99.2%，则排泥量为：(2.87)（9）确定高程：池底高程设置-3.0m，池顶高2.5。2.7消毒池本工艺采用液氯消毒，其投资省、运行成本低、设计和运行管理方便[8]。Cl2氯瓶加氯机自来水混合池废水接触池出水加压图2.8液氯消毒工艺流程图2.7.1设计参数（1）投加量：a=10mg/L（2）接触时间：30min2.7.2平流式接触消毒池的设计（1）单池加氯量(2.88)(2.89)(2)消毒接触池容积(2.90)式中V——接触池容积，m3；Q——单池污水设计流量，m3/s；T——消毒接触时间，h。（3）毒接触池表面积(2.91)37 武汉科技大学本科毕业设计式中F——接触消毒池表面积，；——消毒接触池有效水深，取2.5m。（4）消毒接触池池长(2.92)式中——消毒接触池廊道总长，m；B——消毒接触池廊道单宽，取2.5m。消毒接触池采用2廊道，则消毒接触池池长：(2.93)(5)池高(2.94)式中——超高，m,一般采用0.5m；——有效水深，m。2.7.3高程确定池底高程设置为-1.0m，池顶高程设置为2m。2.8污泥部分2.8.1污泥量的计算（1）理论上固体悬浮物经过处理后每日产污泥量：(2.95)（2）UASB反应器，Q2=8.96m3/d，含水率99%（3）SBR反应器，Q3=8m3/d，含水率99%总污泥量：Q=Q1+Q2+Q3=17.2+8.96+8=34.16m3/d37 武汉科技大学本科毕业设计2.8.2污泥浓缩池参数选取：固体负荷（固体通量）M取30kg/(m3d)；浓缩时间取T=24h；设计污泥量Q=34.16m3/d，浓缩后污泥含水率96%浓缩后的污泥体积：(2.96)根据要求，浓缩池的设计横断面面积应满足：A≥QC/M，式中Q─入流污泥量,m3/dM─固体通量,Kg/(m3·d);C─入流固体浓度(kg/m3).入流固体浓度（C）的计算如下：(2.97)W1=Q1×1000(1-98%)=344kg/dW2=Q2×1000(1-99%)=89.6kg/dW3=Q3×1000(1-99%)=80kg/d则QC=W1+W2+W3+W4=513.6kg/d=64.2Kg/h(2.98)C=513.6/34.16=15kg/m3（1）池子尺寸浓缩池的横断面面积：A=QC/M=513.6/30=17.12m2(2.99)设计1座正方形污泥浓缩池，则边长为：B=4.14m,取B=4.2m（2）高度计算停留时间，取T=24h，则有效容积：V=QT=34.16m3(2.100)有效高度：h2=V/A=34.16/17.12=2.0m(2.101)取h2=2.0m，超高h1=0.5m，缓冲层高h3=0.5m污泥斗下锥边长0.5m,高度2.8m，则池壁高：H1=h1+h2+h3=3m，总高度：H=5.8m（3）澄清液量V2=Q-V1=34.16-17.08=17.08m3(2.102)（4）确定高程：池底高程设置2.0m，池顶高程为7.8m。37 武汉科技大学本科毕业设计2.8.3污泥脱水间（1）污泥产量：经浓缩池浓缩后含水P=96%的污泥共17.08m3/d。（2）污泥脱水机：选用带式压滤机，其型号为QTB-750。滤带宽度750mm，处理量为4.5~7.5m3/h，绝干量68~113kg/h，泥饼含水率65%~84%，外形尺寸2.6m×1.3m×2.7m，重1000kg。污泥脱水间尺寸：8.0m×5.0m×5.0m。37 武汉科技大学本科毕业设计3平面布置3.1布置原则3.1.1各处理单元构筑物的平面布置处理构筑物是污水处理厂的主体建筑物，在做平面布置时应根据各构筑物的功能要求和水力要求，结合地形和地质条件，确定它们在厂区内的平面位置。对此，应考虑以下几点:(1)贯通、连接各构筑物之间的管、渠，使之便捷、直通，尽量减少管道使用量，且避免迂回曲折。(2)土方量做到基本平衡，并避开劣质土壤地段。(3)各个处理构筑物之间，应保持一定距离，以保证铺设连接管、渠和铺设道路的要求，一般各构筑物的间距可取值5~10m，某些有特殊要求的构筑物，其间距可根据实际情况适当放宽。(4)各处理构筑物在厂区平面上布置，应考虑合理布置尽量紧凑，但要预留一定的发展空间以备后期扩建等。(5)对于产生二次污染的处理构筑物应考虑尽可能单独布置，如污泥渗滤液工程系统应单独设置以方便做好除臭，防渗等。且污泥处理系统应布置在厂区夏季主导风向的下风向[8]。3.1.2管、渠的平面布置(1)在各处理构筑物之间，应设贯通、条路清晰连接的管、渠。并且还应设置能够使厂内各处理单元构筑物能独立运行的管、渠，以便当某一处构筑物出现故障停止工作时，其后接处理构筑物仍能够保持正常的运行。(2)应设置超越过全厂处理构筑物的排水管，以利于当水量突然增大超过厂区正常处理量时能够直接排放水体，从而采取的应急措施。(3)在厂区内还应设有空气管路、沼气管路、给水管路及输送配电线管路等。这些管线部分敷设在地下，但大都在地上，要求对它们的安装既要便于施工和维护管理，又要紧凑，少占用地等[8]。37 武汉科技大学本科毕业设计3.1.3辅助建筑物的平面布置污水厂内的辅助建筑物有中央控制室、配电间、机修间、仓库、食堂、宿舍、综合楼等。它们是污水处理厂不可缺少的组成部分。(1)辅助建筑物建筑面积的大小应按具体情况条件而定。辅助建筑物的设置应根据方便、安全等原则确定。(2)生活居住区、综合楼等建筑物应与处理构筑物保持一定距离，应位于厂区夏季主风向的上风向。(3)操作工人的值班室应尽量布置在使工人能够便于观察各处理构筑物和运行情况的位置[8]。3.1.4厂区绿化平面布置时应安排充分的绿化地带，改善卫生条件，为污水厂工作人员提供优美的环境。3.1.5道路布置在污水厂内应合理的修建道路，方便运输，要设置通向各处理构筑物和辅助建筑物的必要通道，道路的设计应符合如下要求:(1)主要车行道的宽度设置为：单车道为3~4m，双车道为6~7m，并应有回车道。(2)车行道的转弯半径不宜小于6m。(3)一般人行道宽度为1.5~2.0m。(4)天桥的宽度不宜小于1m。(5)通往高架构筑物的扶梯倾角不宜大于45º。3.2管线设计（1）污水管出水管：DN400铸铁管或陶瓷管，q=27.8L/s，v=0.6m/s，i=0.002。溢流管：浓缩池的上清液以及脱水机房压滤水中含微生物有机物质0.5%~1.0%，需要进一步的处理，然后排入集水井。设置溢流管，DN200铸铁管，i=0.004。（2）污泥管沉砂池、调节池、UASB反应池、SBR池等污泥均由污泥泵排入至污泥浓缩池，污泥浓缩池经浓缩后排入污泥脱水间，其排泥管为DN300铸钢管，v=1.0m/s。各站区排泥管均选用DN200铸铁管，i=0.02。（3）给水管37 武汉科技大学本科毕业设计干路给水管设置在主干道上，管径DN500，铸钢管。引入污泥脱水机房供水支管DN100，铸铁管。引入办公综合楼、泵房及各支路管直径均为DN300，铸铁管。3.3布置特点平面布置特点：布置紧凑，构（建）筑物占地面积比例大。集水井、调节池侧面、污泥浓缩池、污泥脱水机房设于厂区后部，对厂区环境影响小。37 武汉科技大学本科毕业设计4投资估算4.1编制依据依据《某省市政工程费用定额》标准，及《某省市政工程费用定额的补充规定》中工业排放工程费率。土石方工程计取地区材料基价系数，按《某省市政工程费用定额》中土石方工程费率计算。构筑物材料价格根据市场当时（2005年）价格。国内设备按厂家出厂价格另加运杂费用，引进设备按进价另加国内运杂费用等。4.2土建部分表4.1土建部分投资估算（单位：万元）序号名称规格型号单位数量估算1格栅钢筋混凝土结构，2.0m×0.5m×0.7m座10.62集水井钢筋混凝土结构，9m×5m×5m座193提升泵房砖混结构，6m×4m×4m座16.14平流沉淀池钢筋混凝土结构，6m×1.2m×0.9m座14.65调节池钢筋混凝土结构，10m×6.2m×6.5m座16.86UASB反应器钢筋混凝土结构，Φ10.3.0m×12.7m座257.27SBR反应器钢筋混凝土结构，12.5m×6.4m×5.5m座233.39污泥浓缩池钢筋混凝土结构，4.2m×4.2m×5.8m座15.410污泥脱水间砖混结构，8.0m×5.0m×5.0m间12.611鼓风机房砖混结构，8.5m×6m×6.5m间12.112污泥泵房地下为钢混结构，地上为砖混结构间114.713综合楼砖混结构，建筑面积160m2座18.514辅助车间砖混结构，建筑面积40m2间22.715设备基础2.016道路与草坪5.017合计160.637 武汉科技大学本科毕业设计4.3设备部分表格4.2设备部分投资估算（单位：万元）序号名称规格型号单位数量估算备注1污水提升泵100ZZB-15型污水泵台21.301用1备2污泥提升泵80WG型污水泵台22.251用1备3鼓风机TSD-150鼓风机套27.21用1备4污泥提升泵150QW100-15-11潜污泵台20.921用1备5带式压滤机QTB-750套15.306自控液位机LZB-65、LZB100套20.807转子流量计LZB-100套20.308空气流量计LZB—100套10.159加药系统药剂泵、流量计等套24.0010曝气装置SX-1型曝气器、曝气管套55.311沼气柜台12.8612水封罐台10.2413螺杆泵GFN65×2A台10.5614阀与管道15.015运输费2.06取设备费3%16安装费6.86取设备费10%17合计55.14.4工程直接投资土建费用+设备费=160.6+55.1=215.7（万元）4.5其它部分费用工程设计费：215.7×1.5%=3.24万元37 武汉科技大学本科毕业设计工程调试费：215.7×1.5%=3.24万元不可预见费：215.7×5%=10.79元管理费：215.7×3%=6.47万元税金：215.7×0.5%=1.08万元小计：24.82万元4.6工程总造价（直接费用+间接费用）×1.035=（215.7+24.82）×1.035=248.94万元4.7工程效益分析随着经济的发展，污染治理成为企业的一项重要责任，该味精厂淀粉工艺废水通过此方案的处理，其对环境的污染削减到最低程度，作到了以废治废；执行了国家的环保法规，对保护当地水环境尽到了应承担的义务；必将得到当地环保部门和周围群众的认可。37 武汉科技大学本科毕业设计结束语本设计采用UASB+SBR工艺组合进行碳酸饮料废水处理，确保达标排放，减小环境污染。本次设计为正元饮料厂污水处理，是一个比较典型的高浓度有机废水处理课题，在重新熟悉课本和认真查阅资料的基础上，并结合设计任务书的要求,我对本设计的工艺流程曾考虑了多种方案，在反复的比较下，最后确定了一个最优方案。在这个过程中，我学会了如何运用专业性眼光去看待问题，分析问题和解决问题。在工艺流程确定后,我就开始了对所选构筑物的设计计算，通过老师的悉心指导和自己的艰难计算，我对污水处理中所使用到的一些构筑物有了更深的认识，尤其是对一些以前从未接触和关注过的构筑物有了深入的了解，开拓了自己的眼光，也使自己对污水处理流程有了一个更清晰的认识。这次毕业设计是自己四年所学知识的大汇总，是一次难得的学习机会，我受益匪浅。因此，此毕业设计对本人是一个极好的锻炼，不仅使专业知识达到了锻炼，还使的运用计算机辅助工具有了很大的提高，且达到了对环境工程的一个比较深入地了解。本次设计完成了碳酸饮料厂处理工艺的一本比较完整的设计书及相关图纸。但由于时间仓促兼以本人水平有限，本次设计中难免有各种错误与不足，还望各位老师批评谅解与指正。37 武汉科技大学本科毕业设计参考文献[1]丁真真.饮料厂废水处理工程实例[J].2006,25(5):72-73.[2]张忠祥,钱易.废水生物处理新技术[M].北京:清华大学出版社2004.2[3]高俊发,王社平.污水处理厂工艺设计手册[M].北京:化学工业出版社,2003.87-106[4]高廷耀,顾国维,周琪.水污染控制工程[M].(第三版下册).北京:高等教育出版社,2007.34-37[5]潘涛,田刚主编.废水处理工程技术手册[M].北京：化学工业出版社，2010.51-63[6]王凯军,左剑恶,甘海南.UASB工艺的理论与工程实践[M].北京:中国环境科学出版社，2000.12[7]张统.SBR及其变法污水处理与回用技术[M].北京:化学工业出版社，2003.101-108.[8]崔玉川,刘振江,张绍怡.城市污水厂处理设施设计计算[M].(第二版)北京：化学工业出版社，2011.134-14737 武汉科技大学本科毕业设计致　谢本设计是在龚香宜老师的指导下完成的，在此致以最真诚的谢意，在我毕业设计期间，龚老师时常监督、指导并给我提供了很大的帮助和一些宝贵的意见，在此对他给予的帮助和支持表示衷心的感谢。同时在设计过程中还得到了其他老师和同学的帮助，使得设计更加完善。在此，对那些对我的学习和工作给予帮助的老师和同学们表示感谢！特别感谢我的家人，他们时刻给予了我全方位的支持与鼓励，我的每一点进步都离不开他们的关爱。对他们的感激之情，我终身难忘。感谢资源与环境工程系的全体老师，在这四年里给我无限的关怀和帮助，谢谢！非常感谢武汉科技大学这个家园对我的培育，感谢在这四年大学期间众多的老师同学对我的关爱、支持和帮助，所有这些都是我将来最美好的回忆，谢谢！38'