某啤酒厂废水处理工艺设计上

'摘要本设计为某啤酒废水处理设计。设计程度为初步设计。啤酒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。该啤酒废水处理厂的处理水量为3000m3/d，不考虑远期发展。原污水中各项指标为：BOD浓度为2800mg/L，COD浓度为5000mg/L，SS浓度为2000mg/L。因该废水BOD值较大，不经处理会对环境造成巨大污染，故要求处理后的排放水要严格达到国家二级排放标准，即：BOD≤30mg/L，COD≤150mg/L，SS≤150mg/L。经分析知该处理水质属易生物降解又无明显毒性的废水，可采用两级生物处理以使出水达标。一级处理主要采用物理法，用来去除污水中的悬浮物质和无机物。二级处理主要采用生物法，包括厌氧生物处理法中的UASB法和好氧生物处理法中的SBR法，可有效去除污水中的BOD、COD。）关键词：啤酒废水设计所采用的方法英文题目Beerwastewatertreatmentprocessdesign AbstractThisdesignisonebeerwastewatertreatment.Thedegreeofthedesignisinapreliminaryphase.Themaindistinguishingfeatureofthebeerwastewateristhatitcontainsthemassiveorganicmatters,soitbelongstothehighconcentrationorganicwastewater,thereforeitsbiochemicaloxygendemandisalsohigh.Thewaterwhichneedstotreatmentinthebeerwastewatertreatmentplantis3000m3/d,regardlessofthespecifiedfuturedevelopment.Varioustargetintherawwastewateris:theconcentrationofBODis2800mg/L,theconcentrationofCODis5000mg/L,theconcentrationofSSis1500mg/L.Forthebeerwastewater"sBODishigh,itcouldpollutetheenviromentifdrainedbeforetreatment,soitrequestthebeerwastewaterwhichdrainedmustbestrictlytreatedtothetwoeffluencestandardinthecountry,whichisasfollowing:BOD≤30mg/L,COD≤150mg/L,SS≤150mg/L.Aftertheanalysis,thequalityofthisprocessingwaterbelongstothewastewaterthateasybiologydegradeandnothavetheobviouspoison,couldusetwolevelsofbiologicaltreatmentstocausethewaterdrainedmeetthedesignatedstandard.Firstlevelofprocessingmainlyusesthephysicalmethods,whichremovesthesuspendedmatterandtheinorganicsubstanceinthesewage.Secondlevelsofprocessingmainlyusesthebiologymethods,consistsofUASBofdemandoxygenbiologymethodsandSBRofanaerobicoxygenbiologymethods,whichcouldremoveBOD,CODinthewastewater.ThetechnologicalprocessofthisdesignisKeywords: 1绪论1.1研究的目的和意义近年来，随着人民生活水平的提高，我国啤酒工业高速发展，啤酒生产厂已经发展到600多家，啤酒产量以每年35%的速度增长，1993年年产啤酒1200万t，1994年已突破1400万t，成为世界上第二大啤酒生产国。每生产1t啤酒排放废水12～20m3，废水中含有酿造过程中产生的多种副产物和废弃物，BOD5浓度为1000～2800mg/L。据国外统计，废水不经处理的啤酒厂每年生产1000t啤酒所排出废水的BOD值相当于1.4万人生活污水的BOD值，悬浮固值SS相当于8000人生活污水的SS值[1]。，其产生的废水含有较高浓度的有机物，如未经处理直接排入自然水体，易消耗水体中的溶解氧，造成水体缺氧，最终导致水质发黑变臭，严重污染水体环境。因此，必须采取有效的处理措施对啤酒废水进行处理。1.2啤酒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、发芽降温喷雾水、麦槽水、洗涤水、凝固物洗涤水；糖化过程的糖化、过滤洗涤水；发酵过程的发酵罐洗涤、过滤洗涤水；罐装过程洗瓶、灭菌及破瓶啤酒；冷却水和成品车间洗涤水；以及来自办公楼、食堂、单身宿舍和浴室的生活污水。啤酒生产废水的特点：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，不同啤酒厂生产过程中吨酒耗水量和水质相差较大。管理和技术水平较高的啤酒厂吨酒耗水量为8～12t，我国啤酒厂的吨酒耗水量一般大于该数值。国内每吨啤酒从糖化到灌装总耗水10～20m2。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。这类废水基本上未受污染。2．清洗废水如大麦浸渍废水、大麦发芽降温喷雾水、清洗生产装置废水、漂洗酵母水、洗瓶机初期洗涤水、酒罐消毒废液、巴斯德杀菌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。3 ．冲渣废水如麦糟液、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性固体有机物。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。4．装酒废水在灌装酒时，机器的跑冒滴漏时有发生，还经常出现冒酒。废水中掺人大量残酒。另外喷淋时由于用热水喷淋，啤酒升温引起瓶内压力上升，“炸瓶”现象时有发生，因此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。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。瓶子清洗水中含有残余碱性洗涤剂、纸浆、染料、浆糊、残酒和泥沙等。碱性洗涤剂定期更换，更换时若直接排入下水道可使啤酒废水呈碱性。因此废碱性洗涤剂应先进入调节、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(啤酒废水平肘呈弱酸性)，这可以节省污水处理的药剂用量[2]。1.3啤酒废水的处理现状对于啤酒废水来讲，BOD5/CODcr值非常高，有利于生化处理。根据废水水质的不同，可以采用好氧生物处理、厌氧生物处理、厌氧+好氧生物处理等。应用较多的处理工艺有全好氧处理和厌氧+好氧生物处理。UASB技术最为成熟，它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，排水系统与排泥系统，沼气收集系统四个部分，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[3]。国内应用较为广泛的两个工艺为UASB+生物接触氧化法，EGSB+生物接触氧化法。成都啤酒厂、安徽龙津啤酒、西昌啤酒厂、山东临沂酒厂薯干酒精废水处理、山东兰陵集团郯城酒厂薯干酒精废水处理均采用的是UASB+接触氧化处理工艺[4]。天津市蓟县挂月王集团玉米酒精废水处理、天津宁河天尊酒业集团玉米酒精废水处理、山东洁晶集团日照化工二厂废水处理均采用EGSB+接触氧化处理工艺[5]。1.4设计任务1.4.1本毕业设计课题的目的和要求（1）课题：3000m3/d啤酒废水处理设计（2）本设计的任务是 在查阅资料基础上，理论上计算啤酒生产废水处理工艺的相关参数，设计出处理系统的合理方案。具体包括以下内容：通过查阅资料，了解啤酒生产废水处理的途径，写出文献综述。在消化相关资料的基础上结合所学理论知识，提出污水处理系统的合理方案。根据方案，从工艺上、方法上、处理效率上等方面进行设计。工艺流程图、主要构筑物设计图、处理系统的平面和立面布置图均用CAD绘制。翻译与课题相关的外文资料一份。论文的观点、结论要明确，语言要流畅，格式要规范。进而了解目前啤酒生产废水处理现状。了解啤酒生产废水处理工艺技术的发展趋势。了解污水处理厂工艺设计的基本知识和方法。1.4.2本毕业设计课题的技术要求与数据某啤酒加工厂废水水质情况如下：废水流量：Q=3000m3/d。进水水质：COD=5000mg/L；BOD5=2800mg/L；SS=2000mg/L；pH=5~7；出水水质：处理后的废水达到GB(8978-1996)二级标准，即COD≤150mg/L；BOD5≤30mg/L；SS≤150mg/L；pH=6~9；2设计原理2.1工艺流程的选择2.1.1方案设计原则1.积极采用新技术、新设备，使技术改革后运行更可靠、更稳定、维修更方便，服务年限更长。2.做到占地面积少，投资少，运行费用低。3.自动化程度高，劳动强度低，操作方便。4.处理过程不产生二次污染，出水达到国家排放标准。2.1.2啤酒废水处理工艺对于啤酒废水来讲，BOD5/CODcr值高，非常有利于生化处理。根据废水水质的不同，可采用单一好氧或厌氧与好氧相结合的方法[3]。1、好氧生物处理多用于中、低浓度有机废水的处理，主要有以下两种方式：（1）活性污泥法：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废水中的有机物，而污泥和水的分离则由沉淀池来完成。应用较广为序批式活性污泥法(SBR)和CASS反应池。①SBR为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。SBR法是一种改进型的活性污泥法，与其他活性污泥法相比，SBR法没有设置二沉池和污泥回流设备，布置更为紧凑，占地面积少，基建及运行费用较低，不易发生污泥膨胀问题，耐冲击负荷，处理效果稳定．采用此法处理啤酒废水，COD的去除率可达90％，出水COD<100m/L，符合国家规定排放标准[6]。②CASS反应池是一种循环式活性污泥法，CASS反应池的运行一般包括三个部分：进水、曝气、回流阶段；沉淀阶段；滗水、排泥阶段．周期为4～12h，根据需要设计，反应池一般用隔墙分隔成三个区：生物选择区、预反应区、主反应区．生物选择区曝气，类似于SBR法中的限制性曝气阶段。在该区内，回流污泥中的微生物大量吸收有机物，能较迅速有效地降低废水中有机物浓度；预反应区采取半限制性曝气[7-8]。（2）生物膜法：与活性污泥法不同，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，最大优点是不会出现污泥膨胀的问题，且具有运转管理方便，剩余污泥量较少等优点。因而，生物膜法在啤酒废水处理工程中，已受到很多厂家的欢迎并予以采用．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[9]。生物接触氧化法在国内应用很广，其主要优点是处理能力大，无污泥膨胀，运行管理方便等，但处理效果一般不及活性污泥法，建筑费用亦较高。2、厌氧生物处理适用于高浓度有机废水的处理，其处理技术包括许多方法，如厌氧滤池、上流式厌氧污泥床（UASB），厌氧内循环反应器（IC）等。（1）UASB：UASB技术最为成熟，它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，排水系统与排泥系统，沼气收集系统四个部分，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[10]。（2）IC：它是在UASB反应器的基础上发展而来的，和UASB反应器一样，可以形成高生物活性的厌氧颗粒污泥，但不同的是这种反应器内部还能够形成流体循环。此类反应器高度约为16～25m，容积负荷为普通升流式厌氧污泥床(UASB)的4 倍左右，占地面积少，基建投资省，有机负荷高，抗冲击负荷能力强，运行稳定性好。3、厌氧+好氧生物处理处理啤酒废水(混合水)采用厌氧生物处理与好氧生物处理相结合是成熟、可靠的工艺，是可以大力推广使用的。其中又分四类：（1）水解+好氧技术：水解+好氧生物处理技术的典型工艺流程为：格栅→均质调节→酸化→接触氧化→气浮→达标排放，此工艺流程的特点是将好氧工艺中的两级接触氧化工艺简化为一级接触氧化，使能耗大幅度下降。水解反应器利用厌氧反应中的水解酸化阶段，而放弃了停留时间长的甲烷发酵阶段，致使对有机物的去除率，特别是对悬浮物的去除率显著高于相同停留时间的初沉池；由于啤酒废水中大分子、难降解有机物转化为小分子、易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，使得好氧处理单元的停留时间少于传统工艺；与此同时，悬浮固体物质(包括进水悬浮物和后续好氧处理中的剩余污泥)被水解为可溶性物质，使污泥得到处理。水解池是一种以水解菌为主的厌氧上流式污泥床，水解工艺是预处理工艺，其后可以采用各种好氧工艺，如活性污泥法、接触氧化法、氧化沟法、SBR法等[11]，因此，水解一好氧工艺是一种新型处理工艺。啤酒废水经过水解酸化后进行接触氧化处理，具有显著节能效果，且p(BOD)/p(COD)值增大，废水的可生化性增加，可充分发挥后续好氧生物处理作用，缩短全工艺的总水力停留时间，提高生物处理啤酒废水的效率，尤其是全系统剩余污泥量少。（2）UASB+好氧技术：USAB+好氧处理工艺，其特点有：①在UASB反应器中大部分有机物被去除，且COD去除率在70％以上，BOD去除率在80％以上，降低了直接进行好氧处理的能耗；②厌氧过程有机负荷高，水力停留时间短，且污泥产率低，从而可降低污泥处理费用；③好氧池进一步降解UASB反应器出水中残余的有机物；④UASB反应器占地面积小，可节省投资，整套工艺处理效率高，操作简单，运行稳定。UASB其后可以生物接触氧化、新型生物接触氧化、A/O工艺、氧化沟、SBR等[12]。（3）EGSB+好氧技术：属于一种新型的厌氧+好氧处理工艺，其特点：①采用的厌氧技术是EGSB工艺，EGSB与UASB相比，EGSB具有布水容易、均匀、传质效果好、有机物去除率高、能够在更高的进水浓度和更高的容积负荷下运行的优点；②EGSB装置的高度可以为UASB装置的2倍以上，其占地面积更小；③在EGSB装置中，污泥浓度可提高到20~40kg/m3 。有机物主要是在这样的颗粒层中被分解，产生大量的沼气，可回收利用，具有良好的经济效益[13]。EGSB其后可以生物接触氧化、新型生物接触氧化、A/O工艺、氧化沟法、SBR等。（4）IC—CIRCOX反应器：IC反应器即厌氧内循环反应器，它基于UASB的原理，是荷兰的Paques公司于1986年开发完成:的，由两个UASB反应器的单元相互叠加而成，上部是高浓度负荷，下部是低浓度负荷[14]。从功能看，它是由4个不同的工艺单元结合而成，即混合区、膨胀区、精细处理区和回流系统。此反应器利用沼气提升产生循环，不需用外力搅拌混合和使污泥回流，节省动力消耗。它与其他厌氧设备相比，具有占地面积小，有利于沼气的收集；剩余污泥少；耐冲击负荷强，处理效率高。好氧气提反应器(CIRCOX反应器)，又称三相内循环流化床，其特点是高度与直径比大，占地面积小；有机负荷与微生物浓度高；水力停留时间短；剩余污泥少；流化性能好；氧的转移效率高；载体流失量少。将这两种反应器串联组合，IC反应器适于高浓度，CIRCOX反应器适于低浓度，工程具有占地面积小，无臭气排放，污泥量少和处理效率高等优点[14]。2.2设计方案2.2.1设计方案的比较（方案一）CASS工艺CASS是目前国际上最先进的一种间歇运行的活性污泥法工艺，能满足各种严格的出水水质要求。在CASS工艺中，活性污泥过程按曝气和非曝气阶段不断重复进行。在曝气阶段完成生物降解过程，在非曝气阶段主要是完成泥水分离过程和撇水过程。CASS工艺最重要的特征是不设独立的沉淀池和刮泥系统，始终保持在一个池子中进行生物反应和泥水分离，因而能节约大量基建投资和运行费用[15]。CASS工艺具有如下优点：（1）通过改变曝气时间能较好地缓冲进水水量和水质的波动；（2）处理效果好，排出的剩余污泥稳定化程度高，量少；（3）能同时进行有机物的降解、硝化和反硝化以及生物除磷过程，在不增加投资和运行能耗的条件用低；（4）自动化程度高、工艺简单、维修方便，人力费用低；（5）无需设置二沉池和回流污泥系统，所需机械设备少； （6）能有效避免丝状菌繁殖，防止污泥膨胀。其工艺流程图如下：（方案二）UASB（升流式厌氧污泥反应器）+中间沉淀+SBR（序列间歇式活性污泥工艺）UASB反应器内有大量沉淀性和凝结性很强的厌氧颗粒污泥，废水在该反应器内与之充分接触，在无氧条件下，通过厌氧微生物的作用，绝大部分有机污染物分解为甲烷和CO2等，之后废水中的剩余有机物，在有氧条件下，通过好氧微生物的作用，在SBR池继续进行生化反应，污染物被分解为水、二氧化碳、氢气等，使废水进一步净化，达到排放之目的[16]。该系统的工艺过程是：废气先经过格栅，截流水中的悬浮物、杂质等，而后汇集于集水井，废水经泵送至UASB池内，从反应器底部进入与污泥充分接触，发生厌氧反应，自反应器顶部溢流至中间沉淀池，带出的污泥沉淀并通过回流进入污泥池。厌氧反应阶段可降解80％以上的COD和90％以上的BOD，经厌氧反应后，废水溢流至序列问歇式活性好氧池(SBR) 进行曝气，剩余有机污染物经好氧微生物分解使废水得到净化，经沉淀后排放。处理工程如下：2.2.2两工艺方案的工艺特点比较 表2.1两方案工艺特点比较工艺方案优点缺点CASS1.处理效果好，排出的污泥稳定化程度高。2.无需设置二沉池和回流污泥系统，所需机械设备少。3.能同时进行有机物的降解、硝化和反硝化以及生物除磷过程。1.处理效率较低2.运行成本高、占地面积大3.能耗高，剩余污泥产量多4.运行管理复杂UASB+中间沉淀+SBR1.UASB+中间沉淀+SBR工艺合理，实用性强。2.具有较高的容积负荷；具有较强的耐负荷冲击能力，操作管理相对简单。3．投资费用低，比国外同类型设备价格低60％。4．处理费用低廉，处理排放物（CH4）可循环利用。1.接触氧化法如设计或运行不当，容易造成填料堵塞。2.SBR工艺缺乏成熟的运行管理经验。3废水处理工程的设计和计算3.1格栅3.1.1设计说明格栅安装在废水渠道、集水井的进口处，用于截留较大的悬浮物或漂浮物，主要对水泵起保护主用。另外，可以减轻后续构筑物的处理负荷。由于处理水量不是很大，栅渣可用人工清除。设计参数：取中格栅；栅条间隙e=10mm；栅前水深h=0.4；过栅流速v=0.6m/s；安装倾角=45。设计流量：Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s3.1.2设计计算 图3.1格栅设计计算草图栅条间隙数（n）取n=13条。栅槽有效宽度（B）设计采用圆钢为栅条，即S=0.02m进水渠道渐宽部分长度设进水渠道内的流速为0.5m/s，进水渠道宽取B1=0.175，渐宽部分展开角=20。　　　　　　　L1=栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度L2=L1/2=0.135m过栅水头损失k=3v=0.6m/s栅槽总高度（H）取栅前渠道超高h2=0.3m，栅前槽高H1=h+h2=0.7mH=h+h1+h2=0.4+0.176+0.3=0.876m 栅槽总长度（L）每日栅渣取（可采用人工清渣）式中：Q——设计流量，m3/s；W1——栅渣量（m3/103m3污水），取0.1~0.01，粗格栅取小值，细格栅取大值，中格栅取中值。3.2集水井3.2.1设计说明由于工业废水排放的不连续性，为了避免地基处理的难度，调节沉淀池的设在地上，所以在调节沉淀池之前和格栅之后设一集水井，其大小主要取决于提升水泵的能力，目的是防止水泵频繁启动。以延长水泵的使用寿命。具体设计时要选取适当的设计参数及合适的水泵型号，已达到要求。3.2.2设计计算（1）参数选取水力停留时间HRT=2h；集水井的有效水深h=4.5m；水面超高取0.5m（2）计算集水井的有效容积V=Q/T=(3000/24)2=250m3集水井的高度H=4.5+0.5=5m集水井的面积A=V/h=250/4.5=55.6m2集水井的横面为则集水井的尺寸为（3）提升泵的选取提升流量Q=250m3扬程H=15m'