啤酒厂毕业设计

华北水利水电学院毕业设计第 1 页 共 45 页1、绪 论水是生命之源，是人类赖以生存和发展的物质基础，是不可替代的宝贵资源。我国却是一个水资源十分短缺的国家，人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，严重制约着我国社会主义经济的发展。经济的腾飞是以环境的代价为前提的。随着近代我国社会主义经济的腾飞，社会主义工业呈现飞速发展，水资源污染尤其是工业废水污染也严重恶化。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。80 年代以来，我国啤酒工业得到迅速发展，到目前我国啤酒生产厂已有 800 多家，既成为世界啤酒生产大国，又成为较高浓度有机物污染大户，啤酒废水的排放和对环境的污染已成为突出问题，引起了各有关部门的重视。由于啤酒废水中含有大量的有机物，排放对自然水体的影响非常大。基于水污染的危害性和严重性，以保护环境为宗旨，以达到国家废水排放标准为要求来设计啤酒废水排放设备，所以此排放系统的设计旨在控制废水的 COD 浓度，减少对环境的污染。“七五”以来，我国对啤酒废水的处理工艺和技术进行了大量的研究和探索，特别是轻工业系统的设计院和科研单位，对啤酒废水的处理进行了各方面的试验、研究和实践，取得了行之有效的成功经验，逐渐形成了以生化为主、生化与物化相结合的处理工艺。生化法中常用的有活性污泥法、生物膜法、厌氧与好氧相结合法、水解酸化与 SBR相组合等各种处理工艺。这些处理方法与工艺各有其特点和不足之处，但各自都有较为成功的经验。目前还有不少新的处理方法和工艺优化组合正在试验和研究，有的已取得了理想的成效，不久将应用于实践中。下面主要介绍一下处理啤酒废水常用的几种方法： （一） 、酸化SBR 法处理啤酒废水： 其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，这将加速有机物华北水利水电学院毕业设计第 2 页 共 45 页的降解，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。 （二） 、 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。 （三） 、 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，具有一次性投资华北水利水电学院毕业设计第 3 页 共 45 页低，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，N75kw，耗电量大。 （四） 、 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 900 1000mg/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，可一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(30 min 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、气泡直径变华北水利水电学院毕业设计第 4 页 共 45 页大(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。 （五） 、 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 6.57.8，最佳温度为 35402，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 Cr 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，以便进一华北水利水电学院毕业设计第 5 页 共 45 页步降低运行费用。（六） 、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 7 500 kg/d，以沼气产率为 0.5m 3 /kgCOD 计算，UASB产气量为 3 500m 3 /d(甲烷含量为 55%65%)。沼气的热值约为 22 680kJ/m 3 ，煤的热值为 21 000 kJ/t 计算，则 1m 3 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：节约废水处理费用。UASB 取代原水解酸化池作为整个废水达标排放的一个预处理单元，削减了全部进水 COD 的 75%，从而降低后续 SBR 池的处理负荷，使 SBR 池在废水处理量增加的情况下，运行周期同样为 12 h，废水也能达标排放。也就是说，耗电量并没有随废水处理量的增加而增加。同原工艺相比较，每天实际节约 1 5002 500 m 3 废水的处理费用，节约能耗约 21.4 万元/a。节约污泥处理费用。废水经过 UASB 处理后，75%的有机物被去除，使 SBR 处理负荷大大降低，产泥量相应减少。水解酸化+SBR 处理工艺工艺计算，产泥量达 17 t/d(产泥率为 0.3 kg 污泥/kgCOD，污泥含水率为 80%)，UASB+SBR 法处理工艺产泥量只有 5 t/d(含水率为 80%)左右，只有水解酸化+SBR 处理工艺的 1/3，污泥处理费用大大减少，节约污泥处理费用约为 20 元/日。尽管目前污水处理技术众多, 但其发展目标是一致的,即以发展绿色技术、实现资源可持续开发利用和生态安全为目标。根据国内外研究动向,啤酒废水处理技术发展趋势将表现在以下几个方面:(1) 充分利用新技术对现有的啤酒废水处理工艺进行因地制宜的技术改造,采用高效节能的生物反应器。(2) 实行污水规模化集中处理,可免除重复性设备投资,易于采用新技术。(3) 啤酒废水中含有多种有用物质,在处理前应尽量回收有用的固体物质,经加工后作饲料添加剂或药品,在处理时应多考虑变废为宝,提高经济效益。华北水利水电学院毕业设计第 6 页 共 45 页(4) 针对啤酒废水中有机物含量高、生物降解性差的特点,同时考虑能源紧张的形势, 主要采用厌氧-好氧联合技术,并将产生的污泥干化后作肥料使用。(5) 当前全球水资源紧张已成为世界关注的焦点,而啤酒废水有害无毒,如能将其净化后回收利用, 可达到节约水资源的目的。(6) 在污水处理中实行自动化控制技术,实现反应器自控管理, 将会节省人力。(7) 开发生物基因技术在环保领域的应用,向着节能、回收有用物质的方向发展。华北水利水电学院毕业设计第 7 页 共 45 页2、设计说明书2.1 工程概况该啤酒厂啤酒废水平均日产量2100立方米,其原水水质和设计要求如表2.1:表2.1 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 1100 2100 310 6-10排放标准 20 100 70 6-9设计要求 20 90 60 6-9其气象资料如下：温度：多年平均气温14.5。月均最冷气温-12，最热气温26.8,最高气温40.1,极端最低气温-18.9，最大温差26.6。降雨量：年降雨量637.5mm,小时最大降雨量41.7mm，地区最大时降雨量Q=1807.0m3/h。日照：平均日照率65%， 你按照时间2451h，冬日照率56.7%，消极照率66.0%。风速：夏季平局风速2.6m/s,冬季3.4m/s,夏季为南风向，冬季为北风。地质条件；该地区地下含水层的透水性好，多为粗沙、粉细沙和加油粗沙的松散土层。地下水位埋深已超过50m.基本处于疏干状态。地形地势：处理站地势较低，自西北向东南方向有缓坡，坡度为0.5%。300m内没有生活区和办公楼。处理站面积为200m200m。南北向方形。根据当地资料及工艺方案比较,采用UASB-CASS处理工艺。2.2 工艺流程废水经过格栅后,除去较在的悬浮物及漂浮物,进入调节池,经泵提升 至UASB反应器进行厌氧发酵,然后现进入CASS反应器进行好氧处理，其工艺流程图见图2.1 。2.3 处理构筑物华北水利水电学院毕业设计第 8 页 共 45 页2.3.1 格栅2.3.1.1 设计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。2.3.1.2 设计参数设计流量 Q = 2100m3/d = 0.024m3/s ；取用中格栅，栅条间隙 d = 10mm ；格栅安装角度 = 45，栅前流速 0.7 m/s ,过栅流速 0.8m/s ；单位栅渣量 W = 0.05m3/103 m3 废水 。 2.3.1.3 工作原理本设计采用人工清渣格栅。由于本设计水量较少，故格栅直接安置于排水渠道中。图 1.1 UASB-CASS 处理工艺流程图2.3.2 调节池2.3.2.1 设计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，保证后续处理构筑物能连续运行，2.3.2.2 设计参数水力停留时间 T = 6h ；设计流量Q = 2100m 3/d = 87.5m3/h ；2.3.2.2 工作原理污泥泵UASB 池 消毒废水 格栅 提升泵 调节池 CASS 池 排放污泥浓缩池 污泥脱水间 泥饼外运上清液过滤机滤液回流风机华北水利水电学院毕业设计第 9 页 共 45 页其均质作用主要靠池侧的沿程进水及两台旋转式推流搅拌机，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。2.3.3 提升泵房2.3.3.1 设计作用污水泵房用于提升污水厂的污水，以保证污水能依靠重力流在后续处理构筑物内畅通的流动。2.3.3.2 设计参数选取3台ISW65-100（I）A离心泵，2用一备，其工作参数如表2.2 。表2.2: SW65-100（I）A 离心泵工作参数流 量（m 3/h） 扬 程（m） 转 速（r/min） 功 率（kw） 电 压(v)44.7 12.4 2900 2.2 3802.3.4 过滤机2.3.4.1 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。2.3.4.2 设计参数取 2 台 WYB5 型卧式叶片过滤机，一备一用，其工作参数如表 2.3 。表 2.3：WYB5 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/5 900 0.4 1502.3.4.3 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