毕业论文5000吨每天啤酒生产废水处理工程设计

1 绪论1.1 啤酒废水的来源及水质分析1.特点生产产啤酒过程用水量很大，特别是酿酒、罐装工艺过程大量使用新鲜水，相应产生大量废水。啤酒的生产工艺较多，不同的啤酒厂生产过程中吨酒耗量和水质相差很大。管理和技术水平较高的啤酒厂耗水量为812吨每吨，我国啤酒厂的吨酒耗水量一般大于该参数。国内啤酒从糖化到罐装总耗水1020立方米每吨。酿造啤酒消耗的大量水除一部分转入产品外，绝大部分作为工业废水排入环境。啤酒工业废水按其有机物含量可分为以下几类： （1）冷却水 冷冻机，麦汁和发酵的冷却水等。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，酒罐消毒废水，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 如麦渣液，冷热凝固物酒槽剩余酵母，酒泥，虑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，工作中将产生麦汁冷却水，装置洗涤水。麦糟，热凝固物和等大量悬浮固体。 （4）罐装废水 在罐装酒时，机器的冒泡滴时有发生，还经常出现冒酒，使废水中掺入大量残酒。另外喷淋时由于用热水喷淋，啤酒升温引起平那压力上升，“炸瓶”现象时发生，致使大量啤酒洒在喷淋水中。为防止生物污染，循环使用喷淋水时需加入防腐剂，因此别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，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。碱性洗涤剂要定期更换，更换是若直接排入下水道可使啤酒废水呈碱性，银丝废碱性洗涤剂应先进入调节，沉淀装置进行单独处理。若将洗瓶废水的排出液经处理后储存起来用以调节废水的酸碱值（啤酒废水平时呈酸性），则可以节省污水处理的药剂用量 。 2啤酒废水来源 啤酒废水主要来自麦芽车间（浸麦废水），糖化车间（糖化，过滤洗涤废水），发酵车（发酵罐洗涤，过滤洗涤废水），灌装车间（洗瓶，灭菌废水及瓶子破碎流出的啤酒）以及生产用冷却废水等。 啤酒工业废水主要含糖类，醇类等有机物，有机物浓度较高，虽然无毒，但易于腐败，排入水体要消耗大量的溶解氧，对水体环境造成严重危害。啤酒废水的水质和水量在不同季节有一定差别，处于高峰流量时的啤酒废水，有机物含量也处于高峰。国内啤酒厂废水中：CODcr 含量为：10002500mg/L，BOD 含量为：6001500 mg/L，该废水具有较高的生物可降解性，且含有一定量的凯氏氮和磷。 啤酒生产工艺流程如图1.1排水大米粉碎糊化麦芽粉碎糖化过滤煮沸酒花成品排水包装啤酒过滤发酵沉淀 图1.1 啤酒生产流程图麦芽生产过程如图1.2大麦筛选浸麦发芽干燥排水麦芽图1.2 麦芽生产流程图1.2 废水水质水量及达标要求（1）设计流量 5000 m3/d. （2）生产废水组成及各部分水质，如表1.2所示：表1. 1 生产废水水质及出水要求 项目CODcrSSBOD5TNTP进水水质1350400700303出水要求1006020100.5处理效率92.6%85%97.1%66.7%83.3%处理要求：处理后出水水质达到广东省地方标准水污染物排放限值二时段一级排放标准的要求，即：CODcr100mg/L，SS60mg/L，BOD520mg/L，TN10mg/L，TP0.5mg/L。2 处理的工艺流程及说明2.1 概述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。 目前常根据 BOD/CODcr 比值来判断废水的可生化性，即：当BOD /CODcr0.3 时易生化处理，当 BOD /CODcr0.25 时可生化处理，当 BOD /CODcr0.3 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。目前，国内外普遍采取生化法处理啤酒废水。啤酒废水可生化性很好，以生化为主的工艺根据处理过程中是否需要曝气，可把生物处理法可分为以下二类：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。 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。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。 据报道，进水CODcr为12001500mg/L时出水CODcr可降至50100mg/L.去除率为9496。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 N,P,Fe 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N,P的化学药剂，但这将使处理成本提高。而较为经济的方法是把生活污水（其中N,P浓度较大）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1920h，比普通活性污泥法缩短 1011h,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SBR技术处理啤酒废水，收到了同样的效果.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。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9792。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。 3生物膜法 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。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BOD 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（P0.250.30MPa）,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W符合设计要求，采用机械泵吸泥4. 进水布置进水起端两侧设进水堰，堰长为池长2/33. 3 UASB反应器3.3.1 设计说明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。3.3.2 设计参数1. 参数选取设计参数选取如下：容积负荷（Nv）4.5kgCOD/(m3d)； 污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD；产气率0.35m3/kgCOD2. 设计水质表3.2 UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)1256651200去除率（%）758050出水水质(mg/l)3141311003. 设计水量 Q5000m3/d=209m3/h=0.058m3/s3.3.3 设计计算 1. 反应器容积计算UASB有效容积：V有效 式中： Q - 设计流量，m3/s S0 - 进水COD含量,mg/l Nv -容积负荷,kgCOD/(m3d)V有效 =1396m3 将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好取水力负荷q0.8m3/(m2h) 则 A= = =262m2 h=6m 采用6座相同的UASB反应器则A1=43.7m2 D= =7.5m 取D=8m 则实际横截面积为=D2=3.1482 =50.24m2 实际表面水力负荷为q1=Q/A =0.71.0 故符合设计要求2. 配水系统设计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：209/6=34.84m3/h(2)设计计算布水系统设计计算草图见下图2.3： 图3.3 UASB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13m2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：61.40=8.40m2折合为服务圆的直径为：=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=2.3m 2)中圈12个孔口设计服务面积：S2=121.40=16.8m2折合成服务圆直径为：= =5.67m 中间圆环直径计算如下：(5.672-d22)S2 则d2=4.63m3）外圈18个孔口设计服务面积：S3=181.4=25.2m2 折合成服务圈直径为： =8.01m 外圆环的直径d3计算如下：(8.012-d32)=S3则d36.94m3. 三相分离器设计 三相分离器设计计算草图见下图2.4： 图3.4 UASB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1.52h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50沉淀区面积为：A=1/4D2=1/43.1482=50.24m2表面水力负荷为：q=Q/A=0.691.0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/tg 式中： b1-下三角集气罩底水平宽度，m; -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= =1.26m b2=8-21.26=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= =1.58m/hV12m/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=CDsin50=0.92mDE=2DH+CF =20.92+6.0 =7.84m=(CF+DE)CD/2 =26.07m2则 V2= Q1/S2= =1.34m/hV1净水的,故取=0.02g/cms 由斯托克斯工式可得气体上升速度为：Vb = = =0.00266cm/s=9.58m/h Va=V2=1.60m/h则： =5.9, =4.56 ,故满足设计要求。4. 出水系统设计 采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m,槽高0.2m5. 排泥系统设计产泥量为：12560.750.1500010-3=471kgMLSS/d设污泥含水量为98，因含水率P95，取1000kg/m，则污泥产量为 Qs23.55（m3/d） 每日产泥量471kgMLSS/d，则每个USAB日产泥量78.5kgMLSS/d,可用150mm排泥管，每天排泥一次。6. 产气量计算每日产气量：12560.750.35500010-3=1648.5m3/d3.3.4 沼气管路系统设计计算1、产气量计算设计流量 Q209m3/h进水CODcr S01256mg/LCOD去除率 E0.35m3气/kgCOD则总产量为 GeQSreQS0E2091.2560.3591.9（m3/h） （4.46）每个UASB反应器产气量 GiG/615.32 m3/h2、沼气集气系统布置 由于有机负荷较高，产气量大，每三台反应器设置一个水封罐，水封罐出来的沼气分别进入气水分离器，气水分离器设置一套两级，共两个，从分离器出来去沼气贮柜。集气室沼气出气管最小直径为DN100，且尽量设置不短于300mm的立管出气，若采用横管出气，其长度不宜大于150mm。每个集气室设置独立出气管至水封罐。3、水封罐的设计计算 见图4.4图3.5 水封罐计算图水封罐一般设于消化反应器和沼气柜或压缩机房之间，起到调整和稳定压力，兼作隔绝和排除冷凝水之用。UASB反应中大集气罩中出气气体压力为p11.0 mH2O（1 mH2O9800Pa）,小集气罩中出气体压力为p22.5 mH2O，则两者气压差为pp2-p11.5（mH2O） （4.51）故水封罐中该两收气管的水封深度差为1.5 mH2O。沼气柜压力p400 mmH2O,取为0.4 mH2O，则在忽略沼气管路压力损失（这种计算所得结果最为安全），水封罐所需最大水封为H0p2p2.50.42.1(mH2O) （4.52）取水封罐总高度为H2.5m。水封罐直径1800mm，设进气管DN100钢管四根，出气管DN150钢一根，进水管DN52钢管一根，放空管DN50钢管一根，并设液面计。4、气水分离器 气水分离器起到对沼气干燥作用，选用500mmH1800mm9，钢制气分离器两个，串联使用。气水分离器中预装钢丝填料，在各级气水分离器前设置过滤器以净化沼气，在分离器的出气管上装设流量计、压力表及温度计。5、沼气柜容积确定 由上述计算可知该处理日产沼气2210m3，则沼气柜容积应为平均时产气量的3h体积确定，即 3277（m3）设计选用50