【环境工程专业】【毕业设计】屠宰废水处理工艺设计

'（20届）毕业论文屠宰废水处理工艺设计II 摘要：屠宰废水是一种非常典型的工业废水，水质特点是“三高”，即：高氨氮浓度、高有机物浓度、高悬浮物浓度。本设计概述了屠宰废水处理的设计原则及常用工艺流程，并对采用的污水处理工艺UASB-射流曝气CASS工艺以及涉及到的构筑物进行设计计算。同时，还对污水重要指标BOD5、CODcr、SS和NH3-N的去除做详细计算。设计的核心是UASB反应器和射流曝气CASS反应器。设计进水水质：BOD5＝1100mg/L，CODcr＝2400mg/L，SS＝600mg/L，NH3-N＝65mg/L，大肠杆菌总数＝1.0×105-1.7×105个/L；设计出水水质：BOD5≤30mg/L，CODcr≤80mg/L，SS≤60mg/L，NH3-N≤15mg/L，大肠杆菌总数≤5000个/L。处理后的污水达到《肉类加工业水污染排放标准》（GB13457-92）中畜类屠宰加工一级标准的排放要求。整个工艺具有总投资少，处理效果好，工艺简单，占地面积省，运行稳定，能耗少，环境污染小等优点。关键词：屠宰废水；UASB反应器；射流曝气；CASSII Abstract：Theslaughterhousewastewaterisakindoftypicalindustrialwastewaterwiththecharacters:highconcentrationoforganicmatters,highconcentrationofammoniaandhighconcentrationofsuspendedsubstances.Thisdesignoutlinestheslaughterhousewastewatertreatmentstationofthedesignprinciplesandcommonprocess,andthedesignoftheUASB-CASSwithjetaerationtreatmentprocessaswellastheprocessinvolvedinthedesignofstructurestocarryoutthecalculation.BOD5,CODcr,SSandNH3-Nremovalefficiencywerebetter,thecoredesignisUASBreactorandCASSwithjetaeration.UndertheinfluentconditionsofBOD5＝1100mg/L,CODcr＝2400mg/L,SS＝600mg/L,NH3-N＝65mg/LandEscherichiacoli＝1.0×105-1.7×105/L,andtheeffluentareBOD5≤30mg/L,CODcr≤80mg/L,SS≤60mg/L,NH3-N≤15mg/LandEscherichiacoli≤5000/L.ItrequesttheslaugherhousewastewaterwhichdrainedmustbestrictlytreatedtothewaterpollutiondischargestandardsofmeatprocessingindustryofdomesticanimalslaughterandprocessingAstandard.Thedesignprocessinvolvedinthedesignofstructurestocarryoutthedetailedcalculation.Theentiretechnologicalprocesshavethecharacteristicsoflowerinvestment,goodtreatmenteffect,easytechnologyprocess,usingsmallarea,runningsteadyandconsuminglowerenergy.Keyword:slaughterhousewastewater;UASBreactor;jetaeration;CASSII 目录摘要IAbstractII1绪论11.1屠宰废水的产生及特点11.2屠宰废水的危害21.2.1对大气环境的污染21.2.2传播人畜共患病，直接危害人的健康21.2.3重金属与矿物元素污染21.2.4抗生素和激素污染21.2.5微生物污染31.3设计任务、依据及原则31.3.1设计任务31.3.2设计依据31.3.3设计原则31.4水质特点分析41.5国内外屠宰废水处理概况41.6常用屠宰废水处理工艺比较51.7工艺方案的确定72工艺流程82.1UASB工艺简述82.1.1UASB的构成82.1.2UASB工作原理82.1.3UASB工艺的主要优点92.2CASS工艺简述92.2.1CASS工作原理92.2.2CASS工艺的主要优点112.3UASB-射流曝气CASS工艺简述112.4UASB-射流曝气CASS处理工艺流程说明122.5水质水量及处理要求133粗格栅、集水池及提升泵房的设计143.1粗格栅的设计计算143.1.1粗格栅设计说明及参数确定143.1.2栅条间隙个数143.1.3栅槽宽度计算153.1.4进水渠道宽部分的长度153.1.5栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度153.1.6栅槽总长度163.1.7通过格栅的水头损失163.1.8每日栅渣量173.2集水池和提升泵房的设计173.2.1设计说明173.2.2设计流量18 3.2.3选泵前总扬程估算183.2.4泵的选择183.2.5附属设备选择184细格栅与调节沉淀池的设计计算194.1细格栅的设计与计算194.1.1设计说明及参数确定194.1.2栅条间隙个数与分析194.1.3栅槽宽度194.1.4进水渠道宽部分的长度204.1.5栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度204.1.6栅槽总长度204.1.7通过格栅的水头损失204.1.8每日栅渣量214.2调节沉淀池设计计算214.2.1设计说明及设计参数214.2.2沉淀池容积尺寸224.2.3理论上每日的污泥量234.2.4污泥斗尺寸234.2.5进水出水布置235UASB反应器的设计计算245.1设计说明245.2设计参数245.2.1参数选取245.2.2设计水质245.2.3设计水量245.3设计计算245.3.1反应器容积的计算245.3.2配水系统设计255.3.3三相分离器的设计275.3.4进、出水系统的设计305.3.5排泥系统设计315.3.6产气量计算316CASS反应器的设计计算326.1设计说明326.2设计参数326.2.1参数选取326.2.2设计水量水质326.3设计计算326.3.1曝气时间326.3.2沉淀时间326.3.3运行时间336.3.4曝气池容积336.3.5复核出水溶解性BOD5336.3.6计算剩余污泥量33 6.3.7复核污泥龄346.3.8复核滗水高度346.3.9设计需氧量346.3.10标准需氧量346.4射流曝气器安装及曝气池布置366.5布气和管路系统的计算387接触消毒池与脱氯系统407.1接触消毒池的设计407.1.1设计参数407.1.2工作原理407.1.3杀菌机理417.1.4性能特点417.2脱氯系统418污泥部分各处理构筑物设计与计算438.1重力浓缩池的设计计算438.1.1设计说明438.1.2设计污泥量438.1.3参数选取438.1.4设计计算438.2机械脱水间的设计计算468.2.1设计说明468.2.2设计参数478.2.3设计计算478.3污泥泵房478.3.1污泥回流泵478.3.2剩余污泥泵478.4废气处理489工程投资估价与费效分析499.1土建部分499.2设备部分499.3其他部分5010其他环境保护措施技术分析5110.1废渣治理措施论证分析5110.2噪声治理措施论证分析5110.3废气治理措施论证分析5111总结5212图纸附件53致谢54参考文献55 1绪论1.1屠宰废水的产生及特点水污染是我国环境污染的首要问题，有地域的广阔性，污染的普遍性和排放物的多样性等特征。在污染控制上难度大、技术复杂、投入多、运行困难。在科技发展的今天，随着社会经济的发展和人类文明的进步，投入大量的人力、物力从事水污染控制是十分重要的。我国的水环境污染，特别是流域性水环境污染问题已经成为当前我国环境污染最具代表性的问题之一。根据国家环保总局对我国水环境污染现状统计调查表明：我国的江河、湖泊及近海流域已普遍受到不同程度的污染，总体上呈现加重的趋势，造成污染加重的主要因素是工业废水和生活污水的排放[1]。我国工业废水污染主要以有机污染为主，屠宰废水是一种非常典型的工业有机废水，水质特点是高有机物浓度、高氨氮浓度、高悬浮物浓度，直接排放对环境造成的危害非常大，由于高浓度有机废水引发的一系列水体污染、生态环境恶化、威胁人体健康以及阻碍相关工业发展等问题[2]，目前世界各国特别是包括中国在内的发展中国家尤为严重。由于采用常规的废水处理方法难以净化或无法满足净化处理的技术和经济要求，使得这类高浓度有机废水或工业废水的净化处理已成为现阶段国内外环境保护技术领域亟待解决的一个难题。随着人们生活水平的提高，对肉制品的需求量增大，屠宰场、肉联厂废水排放量在工业废水排放总量中的比例也越来越大。我国是一个人均水资源缺乏的国家，人均水资源拥有量不到世界平均的1/4，屠宰废水处理后达标排放或者回用对于减轻环境压力、缓解我国水资源危机具有十分重要的意义。屠宰厂生产工序一般是：牲畜-活性畜圈-宰杀-烫毛或脱皮-解剥、取内脏-冷藏外运。以上每一道工序都要排出废水[3]，宰前，畜圈每天排出畜粪冲洗水；屠宰车间要排出含血污和畜粪的地面冲洗水；烫毛时要排出含大量毛屑的高温废水；解刨车间排出含肠胃内容物的废水。目前有一部分屠宰厂从事油脂提取，因此炼油废水也成为屠宰废水的一部分，此外屠宰厂还有来自车间卫生设备、锅炉、办公楼等地的生活污水[4]。我国大部分城市已基本上实现禽畜的定点集中屠宰，同时随着人们生活水平的不断提高，屠宰场的规模也在不断扩大，屠宰废水的排放量越来越大。肉类加工废水产生的量除与加工对象、数量、生产工艺、生产管理水平等有关外，还与生产季节（淡、旺季）有明显关系，致使肉类加工厂的废水流量一年之中变化较大。生产本身的特点是非连续生产，每天只一班或二班生产，废水一天之中变化也较大。屠宰废水是肉类加工废水的一种，其来自牲畜屠宰前的冲洗水，屠宰后牲畜和内脏的清洗水，畜仓和屠宰设备及场地的冲洗水。该废水有如下特点：54 1）水质、水量在一天内的变化比较大。因为肉联厂屠宰过程集中在夜间至凌晨（3-7点），这一时段为排水高峰期，白天相对较少；2）有机污染物含量高，废水主要成分有动物血污、油脂、粪便、内脏残屑和无机盐类等[5]，COD值一般在1500～4000mg／L，最高时达6000mg／L，其中高浓度处理难度较大，屠宰废水中的营养物主要是氮、磷，其中氮主要以有机物或硝酸盐形式存在，而磷主要以磷酸盐的形式存在；3）可生化性较好，BOD5／COD大于0.5[6]；4）屠宰废水一般呈红褐色，有难闻的腥臭味，其中含有大量的血污、油脂质、毛、肉屑、骨屑、内脏杂物、未消化的食物、粪便等污物，固体悬浮物含量高。这类容易降解的有机废水，生物处理工艺是最经济和有效的处理方法之一[5,7]。1.2屠宰废水的危害屠宰废水对环境的危害主要体现在以下几个方面：1.2.1对大气环境的污染屠宰场排出的废水含有NH3、H2S和胺等有害气体，在未能及时清除或清楚后不能及时处理时，臭味将成倍增加，产生甲基硫醇、二甲二硫醚、甲硫醚及低级脂肪酸等恶臭气体，这些臭气严重恶化了养殖场内外环境的大气质量、对养殖工作人员产生危害。并且，屠宰废水往往造成恶臭熏天，蚊蝇孽生，严重影响大气质量和居民的居住环境。1.2.2传播人畜共患病，直接危害人的健康据世界卫生组织和联合国粮农组织有关资料，目前已有200种“人畜共患传染病”，即指那些由共同病原体引起的人与脊椎动物之间相互传染和感染的疾病，其中严重者至少有89种，这些人畜（禽）共患传染病的传播载体主要是畜禽粪尿排泄物。1.2.3重金属与矿物元素污染近年来，随着饲料工业的发展，一些新型饲料中含有大量钙、磷等矿物质元素以及铜、铁、锌、锰、钴、硒和碘等微量元素，有的重金属元素沉积于生物体内，有的未被吸收的过量矿物和重金属元素又从畜禽粪便中排除体外而污染环境。1.2.4抗生素和激素污染54 在畜禽养殖过程中，为了防治畜禽的多发性疾病，多在饲料中添加抗菌素，而大多数饲料用抗生素都有残留，只是残留量大小不同。随着药物的经常性使用，微生物的耐药性增强。为了防治疾病，药物的用量逐渐加大，药物在动物体内的转化和积累必将导致药物残留的增加。根据报道中国每千克猪肉、猪肝和肾脏分别含土霉素0.31mg、0.49mg和1.23mg；每千克鸡肉、鸡肝和肾脏中分别含氯丙嗦0.2mg、0.5mg和0.65mg。为此，世界各国已明确规定不允许在饲料中使用抗生素和激素类物质作为添加剂。1.2.5微生物污染畜禽体内微生物主要是通过消化道排出体外的，粪便是微生物的主要载体。有关资料表明，在猪场的粪污水中，每立方米含有83万个大肠杆菌，69万个肠球菌，还含有寄生虫卵、活性较强的沙门氏菌等。同时，屠宰废水中的各种有机物也会滋生大量细菌。这些有害病菌，如果得不到妥善处理，将污染环境，这不仅会直接威胁畜禽自身的生存，还会严重危害人体健康。1.3设计任务、依据及原则1.3.1设计任务根据屠宰废水的主要特点，本设计采用UASB-射流曝气CASS工艺处理屠宰废水，且处理后的污水达到《肉类加工业水污染排放标准》（GB13457-92）中畜类屠宰加工一级标准的排放要求，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。1.3.2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）《肉类加工业水污染排放标准》（GB13457-92）；（5）室外排水设计规范（GBJ14-87）；（6）《城市污水处理厂污水污泥排放标准》（CJ3025-2001）；（7）环境噪声标准（GB5096-93）；（8）《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备建设标准》（CJJ31-2002）；（9）《给水排水设计手册》（第1册）；1.3.3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；54 （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）要做好方案的对比，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）废水处理工艺以处理效果好、处理流程简单、动力消耗低、组合式设备化、运行稳定、管理方便的生化法为主，辅以高效物化处理工艺以强化废水预处理效果；（8）主要处理设备选用高效、运行稳定、操作维护容易、低噪声的设备；（9）设计中选用质量可靠的自动化仪表，以提高工程的自动化水平，尽量减少操作人员，并保证处理效果；（10）污水处理站构筑物应与主体构筑物风格相协调[8,9]。1.4水质特点分析肉类加工企业产生的废水主要有两部分：一是生产废水，二是生活污水（极少量）。其中生产废水主要来自：运送生猪的笼箱清洗水、生猪厩舍清洗水和宰前冲洗污物、粪便水；屠宰工段排放内脏和胴体的清洗水；屠宰设备及场地的冲洗水。该废水有如下特点：（1）水量有明显的季节性差异和日时段差异，并且为非连续性排放，因为肉联厂屠宰过程集中在夜间至凌晨，这一时段为排水高峰期，白天相对较少；（2）废水固体悬浮物含量高（废水中含有大量的血污、油脂、猪毛、肉屑、内脏杂物、未消化的饲料及粪便等污物），还可能含有多种和人体健康有关的细菌，如粪大肠杆菌、葡萄球菌、细菌螺旋体菌、沙门氏菌等；（3）废水有机物含量高，COD一般在1500-4000mg/L，BOD5在800-1500mg/L左右，色度高，约500倍，外观呈暗红色。生活污水污染物含量较低，主要为COD、BOD5等。生活污水由于与生产废水性质基本相同，都属于生化有机废水，采取和生产废水一并处理和排放[10]。1.5国内外屠宰废水处理概况国内从20世纪50年代开始考虑肉类加工废水的处理问题，但由于众多原因，直到70年代，国内废水处理设施基本仍处于一级处理，废水只是经过简单的截粪、隔油和沉淀处理。70年代中后期浅层曝气活性污泥工艺、完全混合曝气池、生物吸附（AB法）在一些厂家得到应用，80年代以来，以同济大学为代表的一些科研院所进行了射流曝气活性污泥法、好氧生物流化床、厌氧生物滤池和管道厌氧发酵工艺处理肉类加工废水的试验。从90年代初开始，SBR54 工艺在肉类加工废水处理中获得成功并迅速推广。除上述生物处理工艺外，一些单位也研究了用混凝法和气浮法处理肉类加工废水。国外应用于生产和研究的处理屠宰废水的生物处理工艺众多。美国肉类加工废水大多经过预处理后排入城市污水处理系统进行处理，采用延时曝气居多；在澳大利亚，氧化塘是肉类加工废水处理采用的最普遍的方法；加拿大、新西兰等国采用厌氧-好氧塘工艺处理废水；在日本，活性污泥法、生物滤池、气浮和絮凝沉淀等工艺均有较广泛的应用；欧洲的一些国家如波兰、法国、英国、荷兰、德国多采用气浮+厌氧处理+好氧处理的组合工艺[10]。1.6常用屠宰废水处理工艺比较屠宰废水处理工艺的选择应根据废水的性质、排放标准及企业的具体情况进行综合分析对比后确定。对于易生物降解的有机废水，生物处理工艺是最有效和经济的处理方法之一，也是肉类加工废水处理采用的最普遍的主体工艺。为了去除废水中的悬浮物和大量的非溶解性的蛋白质、脂肪等杂物，回收有用的副产物，降低生物处理设施的负荷和稳定生物处理工艺的效果，一些物理方法（如格栅、调节、撇渣、沉淀、气浮等）和化学方法（如絮凝、过滤、微滤、反渗透、离子交换、电渗析）也常与生物处理工艺结合使用，作为生物处理前的预处理[10]。随着人们生活水平的提高，肉类加工废水的污染物含量也不断增长，传统的单一处理工艺流程已经远不能达到处理结果要求，为了既获得更好的处理效果，又可以降低处理成本，肉类加工废水的处理往往采用多种方法相结合的工艺。近年来污水处理技术发展很快，低能耗、管理方便的新工艺或组合工艺不断得到应用，常用的处理流程简单列举如下：①污水→格栅→隔油池→酸化调节池→一段SBR池→二段SBR池→出水②污水→格栅→调节池→提升泵→接触氧化池→混凝过滤（加药）→出水③污水→格栅→均质沉淀池→UASB反应器→好氧反应器→出水④污水→格栅→水解酸化→生物吸附→接触氧化池→出水生物处理作为肉类加工废水处理工艺的核心，通过微生物的新陈代谢作用，分解废水中的溶解性有机物，使废水得到净化。常用的单一好氧处理工艺有SBR、射流曝气、氧化沟、浅层曝气等[11]。（1）SBR法：SBR法（见图1）处理屠宰废水是一种较为经济有效的方法，但由于屠宰废水含有大量的油脂、血水，碳氮比和碳磷比大，氮、磷相对不足，此时易产生油性泡沫而使污泥松散和指数增高，易出现高粘性膨胀而导致污泥流失问题，此时对自动控制设备的依赖相当高，污泥量大且不易处置，现已很少单独使用此工艺。54 图1SBR法循环操作过程（2）厌氧接触工艺：厌氧接触工艺是对传统消化池的一种改进，采用污泥回流，增加了污泥龄。其工艺流程如图2所示，其对高浓度污水的处理有较好的效果，由于从消化池流出的混合液中会带有一些未分离干净的气体，这些气体进入沉淀池必然干扰固液分离。因此，一般在消化池和沉淀池之间都要设脱气装置，以除去未分离干净的气体，工业生产上多采用与好氧联合使用的工艺。图2厌氧接触法处理工艺（3）氧化沟法：氧化沟又名连续循环曝气池（ContinuousLoopReactor），是活性污泥法的一种变形，如图3所示，它的水力流态和普通活性污泥法相差较大，是一种首尾相接的循环流。氧化沟有多种变形，自从1954年在荷兰首次投入使用以来，由于其出水水质好、运行稳定、管理方便等技术特点，已经在国内外广泛地应用于生活污水的治理。氧化沟对水质、水温、水量的变动有较强的适应性，污泥龄长，可以产生硝化、反硝化反应，脱氮除磷效果较好，管理方便，但其占地面积大，基建投资高，适合大中型污水处理厂，工业生产中单独使用较少。54 图3氧化沟工艺流程图（4）浅层曝气工艺：浅层曝气工艺是基于浅池理论和双模理论的研究成果，该工艺具有氧传递效率高、利用率高，有机负荷大等优点，但其曝气管易堵塞，维修清理频繁，曝气量减少会导致污泥沉降性能差；淡季加工量少时，废水浓度低，曝气池经常出现溶解氧偏高现象，引起污泥沉降性能差，结构松散，不易分离。1.7工艺方案的确定工艺的选择必须注重成熟性和可靠性，强调技术的合理，而不是简单地提倡技术先进，必须把技术的风险降到最小程度。污水处理工艺应根据处理规模、水质特性、收纳水体的环境功能及当地的实际情况和要求，经全面技术经济比较后优选确定。结合国内和我省屠宰企业目前采用的废水治理方法，同时进行经济、技术论证比选分析，本设计提出使用UASB-射流曝气CASS工艺治理屠宰废水方案。54 2工艺流程2.1UASB工艺简述UASB（UpflowAnaerobicSludgeBlanket）是升流式厌氧污泥床反应器废水厌氧生物处理技术的简称。该项处理工艺是由荷兰瓦格宁根（Wageningen）农业大学拉丁格（Lettinga）教授在20世纪70年代开发的。目前全世界已有1000余座UASB反应器处理装置在实际生产中使用。国内现在已有150座（不包括容积在100m3以下的）应用于处理各类有机废水的生产性UASB反应器工艺。2.1.1UASB的构成图4是UASB反应器的示意图。UASB反应器的主体部分主要分为两个区域，即反应区和三相分离区。其中反应区为UASB反应器的工作主体。图4UASB反应器示意图2.1.2UASB工作原理废水引入UASB反应器（见图4）的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水与污泥颗粒的接触过程。在厌氧状态下产生的沼气（只要是甲烷和二氧化碳）引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的污泥碰击三相分离器气体发射板的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，产生的气体被收集到反应器顶部的集气室。三相分离器挡板的作用为气体反射器和防止沼气气泡进入沉淀区，以免引起沉淀区的紊动，阻碍颗粒沉淀。包含一些剩余固体和污泥颗粒的液体经过分离器缝隙进入沉淀区。54 由于分离器的斜壁沉淀区的过流面积在接近水面时增加，因此上升流速在接近排放点降低。由于流速降低，污泥絮体在沉淀区可以絮凝和沉淀。累积在三相分离器上的污泥絮体在一定程度将超过其保持在斜壁上的摩擦力，其将滑回到反应区，这部分污泥又可与进水有机物发生反应。2.1.3UASB工艺的主要优点UASB工艺作为第二代厌氧反应器的典型代表，不仅具有工艺结构紧凑，有机负荷高，处理效果好以及占地面积小等优点，与传统的厌氧反应处理工艺相比，不仅实现了水力停留时间（HRT）与污泥龄（SRT）的分离，使反应器中可截留大量的生物量，使HRT缩短；同时由于其独特的水力特征，使反应器中的的污泥以颗粒化存在，由此极大地改善了污泥的沉降和分离性能，大大延长了污泥在反应器中的停留时间，显著提高了其处理能力[12]。2.2CASS工艺简述CASS（CyclicActivatedSludgeSystem）工艺是间歇式活性污泥法SBR的一种变革，是近年来国际公认的生活污水及工业废水处理的先进工艺。1978年Goronszy教授利用活性污泥底物积累再生理论，根据底物去除与污泥负荷的实验结果以及活性污泥活性组成和污泥呼吸速率之间的关系，将生物选择器与SBR工艺有机结合，成功地开发出CASS工艺，1984年和1989年分别在美国和加拿大取得循环式活性污泥工艺（CASS）的专利。2.2.1CASS工作原理CASS在SBR池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水（沉淀期、排水期仍连续进水），间歇排水。设置生物选择器的只要目的是使系统选择出絮凝性细菌，其容积约占整个池子的10%。生物选择器的工艺过程遵循活性污泥的基质积累—再生理论，使活性污泥在选择器中经历了一个高负荷的吸附阶段（基质积累），随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解阶段，以完成整个基质降解的全过程和污泥再生。CASS工艺原理为：CASS反应器由三个区域组成：生物选择区、兼氧区和主反应区。生物选择区是设置在CASS前端的小容积区，通常在厌氧或兼氧条件下运行。兼氧区不仅具有辅助厌氧和对进水水质水量变化的缓冲作用，同时还具有促进磷的进一步释放和强化反硝化的作用。主反应区则是最终去除有机物的场所。CASS池分预反应区和主反应区。在预反映区内，微生物能够通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速积累过程，这对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可有效防止污泥膨胀；随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程。CASS54 工艺集反应、沉淀、排水功能于一体，污染物的降解在时间上是一个推流过程，而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，从而达到对污染物去除作用，同时还具有较好的脱氮、除磷功能。原理如图5所示，在反应器的前部设置了生物选择区，后部设置了可升降的自动滗水装置。其工作工程可分为曝气、沉淀和排水三个阶段，周期循环进行。污水连续进入预反应区，经过隔墙底部进入主反应区，在保证供氧的条件下，使有机物被池中的微生物降解。根据进水水质可对运行参数进行调整。图5所示为CASS工艺的基本循环过程，具体依次为：（1）充水-曝气阶段，边进水边曝气，同时将主反应区的污泥回流至生物选择器，污泥回流量约为处理废水量的20%。（2）充水-沉淀阶段，停止曝气，静置沉淀以使泥水分离。在沉淀刚开始时，由于曝气所提供的搅拌作用能使污泥发生絮凝，随后污泥以区域沉降的形式下降，因而所形成的沉淀污泥浓度图5CASS工艺的循环操作过程较高。据报道，当混合液的污泥浓度为3500mg/L时，经沉淀后污泥的浓度可达到10000mg/L以上54 [13]。与传统SBR工艺不同的是，CASS工艺在沉淀阶段不仅不停止进水，而且污泥回流也不停止。CASS工艺在沉淀期间不停止进水却可获得良好沉淀效果的原因除上述外，还由于在此期间反应器不出水，在合理的设计条件下，反应器犹如竖流式沉淀池，而其表面负荷则要比竖流式沉淀池低得多。（3）表面滗水阶段，处于滗水阶段的CASS反应器需停止进水，根据处理系统中CASS反应器个数的不同，或者将原水引入其它CASS反应器（两个或两个以上CASS反应器），或者将原水引入CASS反应器之前的集水井（单个CASS反应器）。滗水期间，污泥回流系统照常工作，污泥回流的目的是提高缺氧区的污泥浓度，使回流污泥中的硝态氮进行反硝化，并进行磷的释放而促进在好氧区内对磷的吸收。由于CASS反应器在运行过程中的最高水位和滗水时的最低水位是确定的，因而在滗水期间进行污泥回流不会影响出水水质。（4）闲置阶段，实际运行过程中，由于滗水时间往往要比设计滗水时间短，其剩余时间通常用于反应器内污泥的闲置以恢复污泥的吸附能力。闲置期间污泥回流系统照常工作。完成上述四个阶段即为CASS工艺的一个运行周期。2.2.2CASS工艺的主要优点CASS工艺集反应、沉淀、排水于一体，每一个工作周期微生物处于好氧—缺氧周期性变化之中。因此，CASS工艺比普通活性污泥法建设费用低，占地面积省；不需设专人管理，自动化程度高，只需由电工兼顾管理即可；除氮、脱磷不需要另加药剂；污泥活性高，静止出水，出水水质好；运行可靠，耐负荷冲击能力强，可随时调节充氧量及排放周期，便于设备检修，并且不产生污泥膨胀现象；在一个周期内厌氧、兼氧、好氧交替变化，便于除磷、脱氮；污泥量极少，由于池容积较大，污泥负荷低，池内长期处于内源呼吸阶段，不但除去了水中的污染物，而且还氧化了合成的细胞质，实际是污水处理和污泥耗氧处理的综合构筑物，此法剩余污泥接近于零[14]。2.3UASB-射流曝气CASS工艺简述UASB-射流曝气CASS工艺，也属于目前应用较广的组合工艺，与其他的组合工艺相比具有下列优势：（1）由于采用了先进的射流曝气系统，其耐冲击的负荷能力大为提高（包括稀释作用、浓度梯度、溶解氧量大）；（2）其独特的布气、布水技术确保反应高效进行；（3）对于高浓度、难降解及部分含毒废水，运用生物酶代用品技术及移动生物载体技术，其价格仅为国外的1/5，且效率更高；（4）射流曝气系统具有设计简单，氧利用高，对于处理规模小于3000t/d54 的中、低浓度有机废水同其它曝气方式相比，具有很高性能价格比，对空气无过滤要求，不易堵塞，便于维修管理。其用于曝气装置投资是常规鼓风曝气装置的一半，而且噪声小，工作环境好，对负荷变化适应性强；（5）根据生物反应动力学原理，采用多池串联运行，使废水在反应器的流动呈现出整体推流而在不同区域内为完全混合的复杂流态，不仅保证了稳定的处理效果，而且提高了容积利用率[15]。从经济技术上看使用此法是合理可行的。通过上述比选，UASB-射流曝气CASS法在费用投资、操作运行等方面都有比其他工艺有明显的优势，结合该企业生产工艺外排废水的特点，本项目选用拥有连续三次荣获国家环保局最佳实用技术的UASB-射流曝气CASS处理工艺治理该厂屠宰废水。2.4UASB-射流曝气CASS处理工艺流程说明图6UASB-射流曝气CASS处理工艺流程图UASB-射流曝气CASS处理工艺流程如图6所示。54 根据水质情况，屠宰废水中含有大量的毛、内脏残屑和事物残渣等，悬浮物含量高，因此在预处理阶段采用了强化措施保证后续生物处理阶段的稳定运行。污水首先通过粗格栅去除粗大的悬浮物（如猪内脏屑、漂浮油脂等），再进入集水池中，经过潜污提升泵提升，利用细格栅进一步除去废水中携带的畜毛及其它细小固体悬浮杂质，进入合建的初沉池和调节池，污水中的细小分散的油脂和悬浮物通过初沉池撇渣去除，同时污水水质也得到均化，水量得到调节，为后续生物反应器做好准备。经调节后的污水进入UASB厌氧池，进一步稳定污泥，更易脱水，同时使废水起到酸化分解的作用，把复杂的有机物分解成简单的有机物，增加了废水的可生化性，使废水中的污染物降低。接着废水进入CASS曝气池，污染物得到最终降解，经过消毒后废水达一级排放标准外排。调节沉淀池、UASB厌氧池及CASS池的剩余污泥进入污泥浓缩池浓缩后加入絮凝剂，在污泥脱水车间用带式压滤机脱水，干污泥外运处置或用作农肥。污泥浓缩池上清液、带式压滤机滤网冲洗水和压滤液回流进行再处理。2.5水质水量及处理要求根据调查了解数据和相关资料，该厂的污水水量及水质如下：设计最大进水量：2400m3/d；小时平均水量：100m3/h；根据相关要求，处理后的废水需达到《肉类加工业水污染排放标准》（GB13457-92）中畜类屠宰加工的一级标准的排放要求[16]。表1进出水水质标准pHCODcr（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）NH3-N（mg/L）大肠杆菌（个/L）进水出水6.0-8.56.0-9.02400801100306006065151.0×105-1.7×105　500054 3粗格栅、集水池及提升泵房的设计3.1粗格栅的设计计算3.1.1粗格栅设计说明及参数确定格栅是污水处理厂第一道预处理设施，可去除大尺寸的漂浮物或悬浮物，以保护进水泵的正常运转，并尽量去掉那些不利于后续处理过程的杂物。本设计拟用GH型链条式回转格栅除污机（见图7），回转式格栅除污机采用悬挂式双击涡轮杆减速机，使传动链轮与传动链条的啮合调整保持良好状态。整机水上部分采用铝合金型材、板材；水下部分为优质不锈钢。清污耙固定在两根牵引链条之间，可随链条回转。每个耙齿都插入栅隙内一定深度。当耙齿转到栅体顶部牵引链条换向时，齿耙也随之反转，污物脱落[17]。设计参数：设计进水最大流量栅条间隙栅前水深过栅流速安装倾角3.1.2栅条间隙个数栅条间隙个数：式中：—最大设计流量，—格栅倾角，（），取—栅条间隙，，取—栅条间隙个数，个—栅前水深，，取—过栅流速，，取格栅设两组，按两组同时工作设计，一格使用，一格工作校核。则：54 图7GH型链条式回转格栅除污机3.1.3栅槽宽度计算栅槽宽度一般比格栅宽0.2～0.3m，取0.3m设栅条宽度：则栅槽宽度：格栅的设计计算图如图8所示。3.1.4进水渠道宽部分的长度设进水渠道宽，其渐宽部分展开角度，进水渠道内的流速为。3.1.5栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度格栅与出水渠道连接处的渐窄部分长度：54 图8格栅设计计算图3.1.6栅槽总长度格栅总长：式中：为栅前渠道深，，m3.1.7通过格栅的水头损失通过格栅的水头损失：式中：—设计水头损失，m—计算水头损失，m—系数，格栅受污染物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用—阻力系数，与栅条断面形状有关，设栅条端断面为锐边矩形断面，54 设栅后槽总高度为，栅前渠道超高3.1.8每日栅渣量每日栅渣量：式中：为栅渣量，污水，格栅间隙为16～25mm时，污水；格栅间隙为30～50mm时，污水。本设计格栅间隙为10mm，取污水，则根据清洗方法，格栅和筛网都可设计成人工清渣和机械清渣两类，当污染物量大时，一般采用机械清渣，以减少人工劳动量。本设计栅渣量大于0.2m3/d，为改善劳动与卫生条件，选用机械清渣，由于设计流量小，悬浮物相对较少，采用一组格栅，既可达到保护泵房的作用，又经济可行，设置一套带有人工清渣格栅的旁通事故槽，便于排除故障。3.2集水池和提升泵房的设计3.2.1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地流动，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，辅助间包括贮藏室、修理间、休息室和厕所等[18]。54 3.2.2设计流量3.2.3选泵前总扬程估算经过粗格栅的水头损失为0.5m，进水管渠内水面标高为-2.335m，则格栅后的水面标高为：-2.335-0.5=-2.835m。设集水池的有效水深为2m，则集水池的最低工作水位为：-2.835-2=-4.835m，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：出水管管线水头损失计算如下[19]：出水管，选用管径为200mm的铸铁管。查《给水排水设计手册》第1册得：，；出水管线长度估算为37m，局部系数为8。则出水管管线水头损失为：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：3.2.4泵的选择根据流量，扬程，拟选用150WLI170-16.5型立式污水泵，每台水泵的流量为，扬程为。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，一用一备。选用150WLI170-16.5型污水泵是可行的[17]。3.2.5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；（3）本污水泵站的集水池利用通风管自由通风，在屋顶设置风帽，机器间进行自然通风，在屋顶设置风帽；（4）起重设备选用电动葫芦。54 4细格栅与调节沉淀池的设计计算4.1细格栅的设计与计算4.1.1设计说明及参数确定格栅也属于预处理固液分离设备，本设计选用反切式单向流旋转细格栅，该设备对处理含有大量猪毛的屠宰废水，固液分离效果好，除毛率可达95%。同时，运行稳定，操作方便，可解决在其他同类常出现的废水流经栅网时水流不畅以及清洗困难的问题。本设计采用XWB-Ⅱ型背耙式细格栅除污机[17]。设计参数：栅条间隙栅前水深过栅流速安装倾角4.1.2栅条间隙个数栅条间隙个数：式中：—最大设计流量，—格栅倾角，（），取—栅条间隙，，取—栅条间隙个数，个—栅前水深，，取—过栅流速，，取细格栅只设一组，则：4.1.3栅槽宽度栅槽宽度一般比格栅宽0.2～0.3m，取0.3m设栅条宽度：则栅槽宽度：54 4.1.4进水渠道宽部分的长度设进水渠道宽，其渐宽部分展开角度，进水渠道内的流速为0.77m/s。4.1.5栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度格栅与出水渠道连接处的渐窄部分长度：4.1.6栅槽总长度格栅总长：式中：为栅前渠道深，，m4.1.7通过格栅的水头损失通过格栅的水头损失：式中：—设计水头损失，m—计算水头损失，m—系数，格栅受污染物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用—阻力系数，与栅条断面形状有关，设栅条端断面为锐边矩形断面，54 栅后槽总高度为，栅前渠道超高4.1.8每日栅渣量每日栅渣量：式中：为栅渣量，污水；格栅间隙为16～25mm时，污水；格栅间隙为30～50mm时，污水。本设计格栅间隙为5mm，取污水，则采用人工清渣。4.2调节沉淀池设计计算4.2.1设计说明及设计参数屠宰废水的水量和水质随时间的变化幅度较大，为保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对废水的水量、水质进行调节。由于屠宰废水中悬浮物（SS）浓度较高，此调节池也兼具有沉淀、撇油的作用，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；污泥由链式刮泥机刮入泥斗，浮渣和浮油则靠撇渣器撇走。设计参数：水力停留时间；设计流量，采用机械刮泥除渣。水质指标见表2所示：54 表2调节沉淀池进出水水质指标水质指标CODcrBOD5SSNH3-N进水水质（mg/L）去除率（%）出水水质（mg/L）2400722321100710236005030065760调节沉淀池的设计计算图如图9：图9调节沉淀池设计计算图4.2.2沉淀池容积尺寸池子有效容积为：取池子总高度，其中超高，有效水深，则池面积：池长取，池宽取，则池子总尺寸为：54 4.2.3理论上每日的污泥量式中：—设计流量，—进水悬浮物浓度，—出水悬浮物浓度，—污泥含水率，%4.2.4污泥斗尺寸取斗底尺寸为，污泥斗倾角取，则污泥斗的高度为：污泥斗的容积：符合设计要求，采用机械泵吸泥4.2.5进水出水布置进水起端两侧设进水堰，水堰设置成锯齿形三角堰，堰长为池长的2/3。沉淀池整个出流堰的单位长度溢流量应相等。堰前设置挡渣板，以阻拦漂浮物，同时应设置浮渣收集与排除装置。为适应水流的变化或构筑物的不均匀沉降，堰板安装孔应便于上下调节堰口高度，使出水口堰保持水平。54 5UASB反应器的设计计算5.1设计说明UASB是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器。它的容积负荷率高，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，无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[20]。5.2设计参数5.2.1参数选取设计参数选取如下：容积负荷（）；污泥产率；产气率5.2.2设计水质表3UASB反应器进出水水质指标水质指标CODcrBOD5SSNH3-N进水水质（mg/L）去除率（%）出水水质（mg/L）223275558102380204.6300501506045335.2.3设计水量5.3设计计算5.3.1反应器容积的计算UASB反应器反应区容积（）的设计采用进水容积负荷法：式中：—UASB反应器的进水流量，—进水的有机物质量浓度，—进水有机物CODcr或BOD5容积负荷，54 将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好。取水力负荷，则采用4座相同的UASB反应器，则取，则实际横截面积为：实际表面水力负荷为：故符合设计要求。5.3.2配水系统设计本系统设计为圆形布水器（见图10），每个UASB反应器设36个布水点。图10UASB布水系统设计计算图54 （1）参数：每个池子流量：（2）设计计算：①圆环直径计算：每个孔口服务面积为在1～3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。内圈6个孔口设计：服务面积折合为服务圆的直径为：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②中圈12个孔口设计：服务面积：折合成服务圆直径为：中间圆环直径计算如下：则③外圈18个孔口设计：服务面积：54 折合成服务圈直径为：外圆环的直径计算如下：则5.3.3三相分离器的设计（1）设计说明[20]图11UASB三相分离器设计计算图三相分离器（见图11）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。三相分离器中气液分离的主要功能是改变反应器中气泡的流向，以防止气泡进入沉淀区而干扰沉淀区中的泥水分离及回流。虽然三相分离器结构形式各不相同，但它们的设计思想是基本一致的，即必须考虑以下几个问题：①在泥水进入沉淀区前，必须有效地将气泡分开；②沉淀区应具有稳定的流态，以获得良好的泥水分离效果；③54 沉淀区中浓缩的悬浮固体能借助于反应器内固体与液体之间的密度差产生循环液流，使浓缩的悬浮固体不断地返回反应器内（污泥的回流速度除取决于密度差外，还与反应器中的产气速率和系统的阻力大小有关）。（2）沉淀区的设计三相分离器的沉淀区的设计与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/h；2）沉淀器斜壁角度设为，使污泥不致积聚，尽快落入反应区；3）进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速≤2m/h；4）总沉淀水深应大于1.5m；5）水力停留时间介于1.5～2h；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）斜壁倾角沉淀区面积为：表面水力负荷为故符合设计要求（3）回流缝设计：回流缝的作用是实现污泥的循环回流，其大小必须满足使沉淀室中的污泥能顺利回流到反应器中而不致积累的要求。取，，，则式中：—下三角集气罩底水平宽度，—下三角集气罩斜面的水平夹角—下三角集气罩的垂直高度，54 下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速可用下式计算：式中：—反应器中废水流量，—下三角形集气罩回流缝面积，，符合设计要求。上下三角形集气罩之间回流缝中流速（）可用下式计算：式中：—反应器中废水流量，—上三角形集气罩回流缝之间面积，取回流缝宽，上集气罩下底宽，则故符合设计要求。确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸，由图11可知：故54 由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为：（4）气液分离设计，，，一般废水的＞净水的，故取由斯托克斯公式可得气体上升速度为：，则：，，故满足设计要求。5.3.4进、出水系统的设计目前，生产性UASB54 反应器装置所采用的进水方式大致可分为间隙式进水、脉冲式进水、连续均匀进水和连续进水与间歇回流相结合的进水方式等几种。一般情况下多采用连续均匀进水方式，必要时可采用脉冲式进水和连续进水与间歇回流相组合的进水方式。当反应器运行正常后，一般不必进行回流，而连续进水。采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m，槽高0.2m。5.3.5排泥系统设计产泥量为：每日产泥量，则每个UASB日产泥量，可用130mm排泥管，每天排泥一次。5.3.6产气量计算每日产气量：54 6CASS反应器的设计计算6.1设计说明经UASB处理后的废水，CODcr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CASS反应装置，其结构简单，运行控制灵活，集反应、沉淀、排水于一体，对污染物质的降解是一个时间上的推流过程，微生物处于好氧—缺氧—厌氧周期性变化之中，因此具有较好的脱氮除磷功能。该工艺在国内外废水处理厂均获得了良好的效果，CODcr的去除率可大于90%，BOD5去除率大于95%，并达到良好的脱氮除磷效果，完全可以达标排放[21]。6.2设计参数6.2.1参数选取（1）污泥负荷率：Ns取值为（2）污泥浓度和SVI：污泥浓度采用，SVI取1006.2.2设计水量水质表4CASS反应器设计进水水质水质指标CODcrBOD5SSNH3-N进水水质（mg/L）去除率（%）出水水质（mg/L）5588680204.6853015060603355156.3设计计算6.3.1曝气时间设混合液污泥浓度，污泥负荷，充水比，曝气时间为[16]：6.3.2沉淀时间当污泥浓度小于时，污泥界面沉降速度为：54 式中：—污水温度设污水温度，污泥界面沉降速度为：设曝气池水深，缓冲层高度，沉淀时间为：6.3.3运行周期设排水时间，运行周期每日周期数为：6.3.4曝气池容积曝气池个数，每座曝气池容积：6.3.5复核出水溶解性BOD5根据设计出水水质，出水溶解性BOD5应小于23.61mg/L，本设计中出水溶解性BOD5为：计算结果满足设计要求。6.3.6计算剩余污泥量15℃时，活性污泥自身氧化系统系数：剩余生物污泥量：54 剩余非生物污泥：剩余污泥总量：6.3.7复核污泥龄计算结果表明污泥龄可以满足氨氮完全硝化的需要。6.3.8复核滗水高度曝气池有效水深，滗水高度复核结果与设定值相同。6.3.9设计需氧量考虑最不利情况，按夏季时最高水温计算设计需氧量。根据《室外给水设计规范GBJ14-1987》（1997年版）第6.7.2条，设计需氧量AOR：式中，第二部分为氨氮硝化需氧量，a，b，c为计算系数，a=1.47，b=4.6，c=1.42。6.3.10标准需氧量标准需氧量计算公式如下：54 式中：—20℃时氧在清水中饱和溶解度，取；—氧总转移系数，取；—氧在污水中饱和溶解度修正系数，取；—因海拔高度不同而引起的压力系数；—所在地区大气压力，Pa；—设计污水温度，本设计中冬季污水，夏季；—设计水温条件下曝气池内平均溶解氧饱和度，mg/L；—设计水温条件下氧在清水中的饱和溶解度，mg/L；—空气扩散装置处的绝对压力，Pa，；—空气扩散装置淹没深度，m；—气泡离开水面时的含氧量，%；—空气扩散装置氧转移效率，%，可由设备样本查得；—曝气池内平均溶解氧浓度，取。工程所在地海拔高度900m，大气压P为，压力修正系数：射流曝气头安装在距池底0.3m处，淹没深度4.7m，其绝对压力为：射流曝气头氧转移效率为20%，气泡离开水面时含氧量：54 水温25℃，清水饱和度为8.4mg/L，曝气池内平均溶解氧饱和度：标准需氧量SOR：空气用量：最大气水比=685×24/2400=6.856.4射流曝气器安装及曝气池布置射流曝气是利用射流曝气器将气流或气—液混合流导入曝气池，以增加液体中氧含量的系统，它是曝气方式一种较早的改进，其充氧性能高于穿孔管曝气，且维护方便。目前，仍有新型的流曝气装置出现。射流曝气器（图12）主要由工作喷嘴、进气管、吸气室、喉管（混合管）及扩散管组成。射流曝气法在国外应用得更多，并逐渐成为继鼓风曝气和机械曝气后的第三类曝气法。国内对射流曝气法的研究和应用始于七十年代，主要用在中小型污水处理装置中。目前国内外研究和应用较多的仍是自吸式单级单喷嘴潜水射流器，它构造简单，加工容易，运行可靠。54 图12射流曝气器射流曝气原理：射流器采用文丘里喷嘴，工作水泵出水通过射流器的喷嘴，随着喷嘴直径变小，液体以极高的速度从喷嘴喷射出来，高速流动的液体穿过吸气室进入喉管，在喉管形成局部真空，通过导气管吸入（或压入）的大量空气进入喉管后，在喷水压力的作用下被分割成大量微小的气泡，与水形成混合体。气液混合体通过扩散管向外排出，其速度减慢，压力增强，形成强力喷射流，对废水搅拌充氧。气泡经多次切割，喷射扰动后，变成无数细小气泡，其表面积很大，使空气中的氧更易快速溶解于水中。由于气泡直径小，上升速度缓慢，从而延长了大气中氧气溶解于水的时间，促使废水和氧气充分混合接触，氧化废水中的还原性物质，杀灭大部分还原菌和其它一些厌氧菌，进而达到处理废水的目的[22]。图13HLP型自吸射流曝气机工作原理本设计采用自吸式潜水射流曝气器，规格参数：HLP-752A型（见图13），功率：7.5kw，电压：380V，空气量：135m3/h，最浅水深：4.5m，供氧能力：7.0-8.4kgO2/h。每座曝气池安装16组，采用浸没式竖直安装，材质为不锈钢。射流加压泵规格参数为：WQ600-15-45，每个曝气池各一台，共4台。该曝气设备取代噪声大、系统复杂的鼓风曝气系统，所以与鼓风曝气技术相比，整个系统的运行声音小，设备和管道更简单，操作更方便。更重要的是射流曝气的生物活性强，反应迅速，大大缩短了处理周期，使CASS反应器的体积较其它曝气方法小。54 运行时，水泵叶轮在潜水电机带动下高速旋转，将泥水混合物推入射流器形成射流，在射流周围产生负压区，将空气通过吸气管吸入射流喷嘴负压区，在射流器的喉管内进行气、水、泥充分混合，又通过射流器的扩散管将射流的动能逐步转变成压能后进入散流器。在散流器内，气、水、泥混合物进一步混合，迫使气体继续剪切、粉碎并乳化，保证绝大部分氧充分溶解于水中。同时，在射流流体压力的作用下，射流携带氧分子和微小气泡，从散流器的喷嘴中倾斜向下喷出、扩散，形成对水体和对生化池底部污泥冲击、搅拌后，由池底缓缓上升至水面，微气泡在水中停留时间一般长达30秒以上，使空气中的氧充分被溶解和吸收，提高了氧转移效率和充氧能力。CASS射流曝气池共设四座，每座曝气池长15m，宽约8.3m，水深5m，超高0.5m，有效容积625m3。其中生物选择区、缺氧区和主反应区的容积比为1∶6∶30。6.5布气和管路系统的计算反应池的平面面积为：设每个射流器的服务面积取2.5m2，则需498/2.5=199.2个，取200个射流器，则每个池子需50个。布气系统设计如图14：图14CASS反应器布气系统设计草图按CASS的平面图，布置空气管道，在并联的两个CASS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CASS池内有50个射流曝气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算节点。54 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[20]。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，m—管径，m—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。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3求得，得空气管道系统的总压力损失为[20]：空气扩散器的压力损失为5.0kPa，则总压力损失为：为安全起，设计取值为9.8kPa，则空压机所需压力：又，由此条件可选择罗茨RME-20型鼓风机，转速，配套电机功率为75kw。54 7接触消毒池与脱氯系统7.1接触消毒池的设计消毒是水处理的重要工序之一，根据传染病防治法和2000年6月由建设部、国家环保总局、科技部联合发布的[2000]124号文中规定“为保证公共卫生安全，防止传染性疾病传播，污水的污水处理应设置消毒设施”。因此污水处理必须设置完善的消毒设施，选用完善的消毒设备。污水的消毒由消毒设施和消毒设备两部分组成。消毒设施主要保证污水与消毒剂有效混合和消毒接触时间两个方面，污水消毒设备主要考虑消毒剂的自产、消毒剂的储存和准确投加三个方面。7.1.1设计参数设计流量：消毒设施：翻腾S推流接触消毒工艺，保证污水混合和消毒接触效果；该工艺由下翻腾混合段、S型推流接触消毒段、上翻腾三部分组成。下翻腾段水力停留时间：60s；S型推流接触消毒段水力停留时间：1.5h；上翻腾段水力停留时间：60s；消毒池有效容积：90m3。有效尺寸：消毒设备：采用智能化虹吸式二氧化氯消毒装置，消毒剂的来源由二氧化氯发生系统产生，产生的消毒剂二氧化氯储存在投药箱中，二氧化氯的投加量由虹吸投配，保证投药稳定。消毒剂用量：，选二氧化氯发生器既节约又达标。结构方式：半地下式钢筋混凝土结构。主要设备：JW型虹吸智能化二氧化氯消毒装置1台（型号：JW-1300型）。7.1.2工作原理JW型系列智能化全自动二氧化氯消毒剂发生器是在吸收国内同类产品的先进技术和引进国外现代科技开发研制出来的新产品。该产品在人机界面、触屏操作、双温双控、负压曝气、可编程序、智能转换的条件下，使含氯无机盐被酸化，从而化学反应产生二氧化氯为主的最新型发生器。54 二氧化氯是氯系消毒剂的第四代产品，它是以二氧化氯为主，氯气为辅的混合消毒剂，是一种强氧化消毒、杀菌、脱色、灭藻、除臭，具有广谱、高效、快速、稳定的强力杀菌效果，灭菌率是液氯的五倍，次氯酸钠的十倍，而且安全无毒，对人体无副作用，经它处理后的各种水（饮用水、高层楼二次供水、游泳池循环用水、浴室废水、屠宰污水等）无三致物质产生，应用十分广泛，已被国际公认为新一代广谱强力杀菌剂、漂白剂，是氯系消毒剂最理想的替代产品。其化学反应式为：7.1.3杀菌机理二氧化氯对细胞壁有较强的吸附和穿透能力，可有效地氧化细胞内含硫基酶和快速地抑制生物蛋白质的合成来破坏微生物。7.1.4性能特点1、引进日本技术，采用可编程序，实现全自动、智能化运行。2、采用双温双控触屏式操作，只需操作人员手指一点，就能完成操作任务和随心所欲的各种数据修改。3、负压过小和超温运行时，该机自动完成失压保护和温度调节，自动完成设备的稳定运行和保护。4、自动报警、自动补水，实现恒温系统的自我保护。补水完毕，报警自动解除。5、自动加药，延时保护，自动关机，无设备损坏之忧。6、体积小，占地1-2平方米，重量轻，安装简单，操作方便，只需一人兼管。7、投资小，运行费用低。8、设备运行无噪声，特别适宜各种要求安静的环境。9、ClO2含量大于70%，吸收率80%以上；生产1g有效氯消耗氯酸钠0.65g、盐酸1.3g，每克二氧化氯折合人民币0.004元。7.2脱氯系统脱氯系统由脱氯池和无动力脱氯系统两部分组成，脱除多余的氯。经氯系消毒处理后的污水，由于污水中的余氯量大于0.5mg/L，会与水中的有机物发生化学反应，生成卤代有机致癌物，对人类的身体健康极其不利，因此，污水处理不但要处理各种理化指标，同时还要脱除多余的氯，使污水中的余氯仅小于或等于0.5mg/L。其功能是：利用加入的脱氯药剂控制废水中残余的有效氯在标准要求的范围内，新建脱氯池一座。设计参数：；推流翻腾S工艺：脱硫停留时间30min，余氯量≤0.5mg/L；54 结构方式：半地下式钢筋混凝土结构。组合尺寸：；设计容积：45m3；主要设备：消毒投加机1台，型号：JW1300型脱氯装置。54 8污泥部分各处理构筑物设计与计算污水处理过程中大部分污染物质转化为污泥，生污泥含水率高，有机物含量较高，不稳定，还含有致病菌和寄生虫卵，若不妥善处理，将造成二次污染。因此，必须对污泥进行处理。污泥处理的目的是：分解有机物，杀灭致病菌和寄生虫卵，使污泥稳定化；降低水分，减少污泥体积，便于运输和处置；尽量利用污泥中的资源；避免磷的释放和污染。8.1重力浓缩池的设计计算8.1.1设计说明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。本设计采用间歇式重力浓缩池，运行时，应先排除浓缩池中的上清液，腾出池容，再投入待浓缩的污泥，为此应在浓缩池深度方向的不同高度上设上清液排出管。8.1.2设计污泥量屠宰废水处理过程产生的污泥来自三个部分，调节沉淀池、UASB反应器和CASS曝气池。其中：调节沉淀池，，含水率97%；UASB反应器，，含水率98%；CASS曝气池，，含水率99%。总污泥量为：平均含水率为：8.1.3参数选取固体负荷（固体通量）M一般为，取；浓缩时间取；设计污泥量；浓缩后污泥含水率为96%。8.1.4设计计算（1）浓缩池（见图15）有效容积：54 式中：—浓缩时间，取24h；则（2）浓缩池表面积式中：—污泥固体浓度，g/L；—浓缩池污泥固体负荷量，，取；入流固体浓度（C）的计算如下：；；那么，，浓缩池直径（3）浓缩池的污泥斗部分体积式中：—浓缩池污泥斗部分上底的半径为1.1m；—浓缩池污泥斗部分下底的半径为0.4m；—浓缩池污泥斗的高度，m；—取；54 （4）浓缩池椎体部分体积式中：—浓缩池半径为，；—浓缩池污泥斗部上底半径，1.2m；—浓缩池椎体部分的高度，m；—池底坡度，0.05；（5）浓缩池柱体部分体积（6）浓缩池柱体部分高度（7）浓缩池池体总高度式中：—浓缩池超高，0.3m；—浓缩池缓冲层高度，取为0.3m；（8）浓缩池浓缩后产生的污泥量式中：—进入浓缩池的污泥含水率为97.7%；—出浓缩池的污泥含水率为96%；则分离污泥体积为：54 图15污泥浓缩池设计草图8.2机械脱水间的设计计算8.2.1设计说明污泥经浓缩后，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。拟采用带式压滤机使污泥脱水，它有如下脱水特点：（1）滤带能够回转，脱水效率高；（2）噪声小，能源节省；（3）附属设备少，维修方便，但必须正确使用有机高分子混凝剂，形成大而强度高的絮凝。带式过滤脱水工艺流程见图16。54 图16带式压滤脱水机工艺流程图8.2.2设计参数设计泥量；含水率为96%。8.2.3设计计算据设计泥量，带式压滤机采用DYQ-1000型，带宽1m，主机功率1.5kw，处理后的污泥含水率为75～80%，处理能力为7～8m3/h，按每天工作8小时设计。外形尺寸：长×宽×高=5050×1890×2365。脱水间采用DYQ-1000型带式压滤机2台，一用一备。性能参数见表5，配套设备见表6。表5DYQ-1000型带式压滤机性能参数表参数有效带宽（mm）处理量（m3/h）功率（kw）带速（m/min）气压（MPa）耗水量（m3/h）冲洗水水压（MPa）泥饼含水率（%）DYQ-100010004.102.21.5-7.50.76≥0.665-75表6DYQ-1000型带式压滤机配套设备表附件絮凝器空压机清洗水泵加药泵污泥泵药液搅拌机DYQ0.55kwZ-0.12/1050DL-5.5300L/hG50-1V=1.2m3100042rpm1.5kwKw0.75kw3kw1.5kw8.3污泥泵房污泥泵房中设污泥回流泵和剩余污泥泵，由于污泥泵站的特点是提升的介质为黏稠度比污水大的污泥，因此设计中应根据抽升污泥的性质、输送的水力特性和密度的大小，精心选择适用的污泥泵和配用功率[23]。8.3.1污泥回流泵回流污泥量131.2kg/d，选用200TLW-360ⅡA型回流泵，3台，2用1备，并联工作。200TLW-360ⅡA型水泵参数如表7。表7200TLW-360ⅡA型水泵参数型号流量扬程转速电机功率200TLW-360ⅡA96.5L/s5.7m735r/min7.5kw8.3.2剩余污泥量剩余污泥量为102.6kg/d，选用IP100-80-160型污泥泵两台，一用一备。IP100-80-16054 型污泥泵参数见表8。表8IP100-80-160型污泥泵参数型号流量扬程转速电机功率IP100-80-16010L/s6m1450r/min2.2kw8.4废气处理污水处理过程中要产生一定的异味，如不加以排除，溢出后必将影响周围环境。故应考虑废气的集中处理后进行有组织排放。根据鼓风量可以推算出废气量约为260m3/h。①集中高空排放：若处理区离楼层较远，可以就地采用高空排气管排放。排气管采用DN200薄壁卷管，按规范，其应沿主楼最高处排放。排放采用吸送鼓风机CS-65型一台，其风量为4～4.5m3/min，功率为0.09kw。②臭氧活性炭吸附：臭氧活性炭处理废气是通过活性炭的吸附和臭氧氧化共同作用来脱除废气中的恶臭物质的，其处理流程如下图17所示。图17废气处理流程图臭气以0.4m/s的流速通过活性炭过滤吸附器，其中用4～6目的活性炭，层厚100mm，能除去烃类等有机物，以后由臭氧氧化除恶臭。离心风机型号为4-72型，功率1.5kw。从对周围环境造成影响的角度考虑，第二种方法是一种根本性脱除恶臭，但需日常运行管理维护，管理要求高。从长期管理要求出发，建议采用高空排放方案。54 9工程投资估价及费效分析节省工程投资与运行费用是企业污水处理设施建设与运行的重要前提。合理确定处理标准，选择简捷紧凑的处理工艺，尽可能地减少占地，力求降低地基处理和土建造价。同时，必须充分考虑节省电耗和药耗，把运行费用减至最低。工艺选择的主要技术经济指标包括：处理单位水量投资、削减单位污染物投资、处理单位水量电耗和成本、削减单位污染物电耗和成本、占地面积、运行性能可靠性、管理维护难易程度、总体环境效益等。9.1土建部分表9土建部分投资估算表序号名称数量造价（万元）1格栅井21.82集水池15.53提升泵房264调节沉淀池14.65UASB反应器4286CASS曝气池426.57消毒池15.58污泥浓缩池14.29贮泥池12.710污泥脱水间14.5小计89.39.2设备部分表10主要设备部分投资估算表序号名称数量造价（万元）1格栅21.82污水提升泵23.43射流曝气机/284污泥泵23.85射流泵41654 6消毒液反应器18.47混凝剂投配器12.28混合搅拌器32.79流量计若干1.910管道及仪表设备若干34.5小计102.79.3其他部分表11其他部分费用核算表序号名称投资估算（万元）1安装费8.72调试费2.13设计费2.84管理费、税金、运输费等13.25设备检修费116其他不可预见费18.3小计56.1该项目计划建设投资为7929.56万元，其中污水处理设施投资总计248.1万元(1033.7元/m3水)，约占企业建设总投资的3.13%，运行费用为0.58元/m3水。而国内同类工程的一次性投资一般为1200-1700元/m3水，运行费用为0.6-0.9元/m3水。因此该工程的一次性投资和运行费用均比国内同类项目要低，符合工程造价相关标准规定和投资预算。54 10其他环境保护措施技术分析10.1废渣治理措施论证分析本项目对污水处理站定时清出的污泥渣，因含有NH3-N和有机物等，用作肥料处理；对生产过程中产生的猪渣，在人工收集后采取外售作为饲料或直接作为燃料使用，既提高了资源的再利用率，又减少了废渣对环境的污染，不仅具有明显的环境效益，企业还具有一定的经济效益。10.2噪声治理措施论证分析为了治理和减轻设备对环境的污染影响，本工程除在设备选型时尽量选用技术先进的低噪声设备外，还安排了噪声治理资金，对高噪声源采取消声、隔声、降噪等治理措施。厂区内声学环境和生产操作人员身心健康均可得到有效保护。10.3废气治理措施论证分析本设计中，UASB反应器可产生沼气，但是数量有限，所以暂不考虑回收利用。屠宰废水带有难闻的臭味，主要是废水中含有发臭物质硫化氢、氨氮类、甲基吲哚类物质，采用活性炭作除臭剂，不仅能与发臭物质发生化学反应而脱臭，而且可以吸附废水中的其他胶体物质及悬浮物。54 11总结本设计采用UASB-射流曝气CASS组合工艺，充分发挥各自的处理特长，CODcr去除率可达96.7%，BOD5去除率可达97.3%，SS去除率可达90.0%，NH3-N去除率可达76.9%，在确保达标排放的情况下，能够降低处理成本，节约能源，且处理效果好，工艺简单，占地面积省，运行稳定，环境污染小，目前该组合工艺已经在实践中应用，经济效益良好。在能源和环境问题日益突出的今天，该工艺值得推广。这次毕业设计使我深深地认识到：做设计工作所需要的严谨性，“工程”二字的沉重性。我开始意识到“工程”二字要求我们对专业知识有很深的了解，在熟练掌握专业知识的基础上灵活运用。本次设计为屠宰废水处理的工艺设计，是一个真实性的课题，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，在众多方案的比较下，最终确定了一个最优方案。在这个过程中，我逐渐懂得了如何运用专业性的眼光去看待问题、分析问题和解决问题。在工艺流程确定后，就开始了对所选构筑物的设计计算，通过这个计算过程，我对污水处理中所用到的一些构筑物有了更深的认识。这次毕业设计是自己四年所学知识的一个综合应用，是一次难得的学习机会，使自己受益匪浅。54 12图纸附件图纸附件包括：（1）附图一：UASB-CASS工艺流程图；（2）附图二：UASB-CASS工艺平面布置图；（3）附图三：UASB-CASS工艺高程布置图；（4）附图四：UASB反应器设计图；（5）附图五：CASS反应器设计图（一）；（6）附图六：CASS反应器设计图（二）。54 参考文献[1]中国水资源公报.北京：中华人民共和国水利部.2002:12-14.[2]MesselL,KennedyKI,Chous.Testingofalkalineandenzymatiehydrolysispretreatmentsforfatparticlesinslaughterhouse.WastewaterBioresourceTeehnology,2001,77(2):145-155.[3]郑春援.屠宰废水的处理.工业用水与废水.2000,31(1):27-28.[4]刘祖文,唐敏康.SBR工艺处理屠宰废水[J].南方冶金学院学报.2001,22(2):117-120.[5]陈莉娥,周兴求,高锋等.屠宰废水处理技术的现状及进展[J].工业用水与废水.2003,34(6):9-13.[6]何强,龙腾锐.屠宰废水处理技术评价[J].重庆环境科学.1995,17(3):41-43.[7]邓晓钦.厌氧好氧组合工艺在屠宰废水处理中的应用[D].成都:西南交通大学.2005:1-2.[8]中国市政工程上海设计研究院主编,给水排水设计手册,第11册,常用设备,中国建筑工业出版社,2002.[9]张统主编,污水处理工艺及工程方案设计.中国建筑工业出版社,2002.[10]唐受印等.食品工业废水处理.化学工业出版社,2001.[11]陈福泰,胡德智,栾兆坤.射流曝气器研究进展[J].环境污染治理技术与设备,2002,3(2):76-80.[12]时鹏辉,罗领先.UASB+CASS组合工艺处理啤酒废水[J].水处理技术,2010,36(1):114-116.[13]Transenviro,Inc.CASS(CyclicActivatedSludgeSystem),GeneralProcessDescription,(TechnicalReport).WastewaterTreatmentSpecialists,1996,1:18-26.[14]沈耀良,王宝贞编著.废水生物处理新技术-理论与应用(第二版).中国环境科学出版社,2006.[15]张统主编.污水处理工艺及工程方案设计.中国建筑工业出版社,2002.[16]GB13457-92肉类加工工业水污染物排放标准.北京:中国标准出版社,1992.[17]上海市政工程设计研究院主编,给水排水设计手册,第10册,技术经济,中国建筑工业出版社,2002.[18]北京市市政工程设计研究院主编,给水排水设计手册,第6册,工业排水,中国建筑工业出版社,2002.[19]中国市政工程上海设计研究院主编,给水排水设计手册,第1册,常用资料,中国建筑工业出版社,2002.[20]张自杰主编.排水工程(下册).中国建筑工业出版社,2000.[21]何健洪.SBR法处理屠宰废水的工程应用[J].工业水处理,2003(3):62-64.54 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