水污染课程设计-某啤酒废水处理设计.docx

沈阳工学院水污染控制工程课程设计课程设计说明书 课程名称： 水污染控制工程 班 级： 13600501 姓 名： 薛娇 指导教师： 唐丽娜 能源与水利学院摘 要本设计为某啤酒废水处理设计。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。我国啤酒产量在2002年首次超过美国，成为世界第一啤酒生产大国后，啤酒产量一直保持10%的年增长率向前发展，已连续十年成为世界第一啤酒生产大国1该啤酒废水处理厂的处理水量为4000m3/d,不考虑远期发展。原污水中各项指指标为：BOD浓度为960mg/L,COD浓度为1700mg/L，SS浓度为500mg/L。要求处理后的排放水要严格达到国家二级排放标准,即：BOD30mg/L，COD100mg/L，SS70mg/L。本文分析了啤酒生产中废水产生的环节，污染物及主要污染来源，并从好氧、厌氧生物处理两方面来考虑了废水治理工艺，可将废水COD由1700mg/L降至50100mg/L，BOD从960mg/L降至20mg/L以下，SS由500mg/L降到70mg/L以下，出水符合标准。本设计工艺流程为啤酒废水格栅污水提升泵房调节池UASB反应器SBR池污泥浓缩池处理水该处理工艺具有结构紧凑简洁，运行控制灵活，抗冲击负荷，污泥量小等特点，实践表明该组合工艺处理性能可靠，投资少，运行管理简单的特点。为啤酒工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：啤酒废水处理；高浓度有机废水；UASB+SBR摘 要II前 言11 概述21.1 设计目的21.2 设计意义22 工艺流程42.1 工艺比较42.1.1 好氧处理工艺42.1.2 厌氧处理工艺62.1.3 厌氧-好氧组合工艺62.2 工艺选择82.3 处理工艺流程图93 设计方案计算书103.1 格栅的设计与计算103.1.1 格栅的作用103.1.2 参数选取103.1.3 设计计算103.2 集水池123.2.1 设计说明123.2.2 设计参数123.2.3 设计计算123.3 调节沉淀池133.3.1 设计参数133.2.2 设计计算133.4 UASB设计计算143.4.1 组成部分143.4.2 设计计算163.4.2.1 反应器所需容积及主要尺寸的确定163.4.2.2 三相分离器的设计173.4.2.4 排泥系统的设计183.4.2.5 出水系统的设计计算193.4.2.6 沼气收集系统设计计算20 3.4.2.7 UASB的其他设计考虑213.5 SBR反应池的设计计算223.5.1 SBR反应器的作用223.5.2 SBR技术的工作原理223.5.3 设计参数233.5.4 设计计算233.5.4.1 反应池有效容积243.5.4.2 确定单座反应池的尺寸243.5.4.3 污泥产量计算253.6 集泥井的设计计算253.6.1 设计说明253.6.2 设计泥量253.6.3 设计计算253.7 污泥浓缩池的设计计算263.7.1 设计说明263.7.2 设计泥量263.7.3 参数选取263.7.4 容积计算263.8 机械脱水间的设计计算283.8.1 设计说明283.8.2 设计参数293.8.3 参数选取293.8.4 设计计算294 结论31参考文献32VI前 言随着我国经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，人们对啤酒的需求量也愈来愈大，啤酒工业随之日益发展。伴随着啤酒厂建厂规模的扩大，啤酒废水的排放水量也日益增大。啤酒厂废水具有有机物浓度高、BOD5/COD高、可生化性良好等特点，中高浓度的啤酒废水处理工艺的理论和实践应用研究在国内外也逐渐成为热点。通过对某啤酒厂产生的废水水质、水量的分析研究，采用上流式厌氧污泥床(UASB)和序批式活性污泥法(SBR)组合工艺来处理该啤酒厂废水。同时对UASB+SBR组合工艺提出了合理的设计参数，并进行了技术经济分析。该啤酒厂设计规模4000m3/d，原污水中COD浓度为1700mg/L，BOD浓度为960mg/L，SS浓度为500mg/L。因该废水BOD值较大，不经处理会对环境造成巨大污染。啤酒生产废水的特点是水量大，无毒有害，属于高浓度有机废水。废水水质在不同季节也有一定的差异，尤其是处于高峰流量时的废水，其有机物含量也处于高峰。废水排放量大，一般夏季多于冬季。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的危害。1 概述1.1 设计目的课程设计是“水污染控制工程”课程教学的一个重要的实践性教学环节，其目的是使我们了解废水处理工程设计的一般程序和基本步骤；熟悉根据原始资料（废水的水质、水量资料和处理要求）确定处理方案、选择工艺流程的基本原则；深化对本课程中基本概念、基本原理和基本设计计算方法的理解和掌握；掌握各种处理工艺和方法在处理流程中的作用、相互联系和关系以及适用条件、处理效果的分析比较；了解设计计算说明书基本内容和编制方法，初步训练处理工艺设计的制图和识图能力。通过较为全面的工艺设计计算练习，为今后的毕业环节及从事水污染控制工程实际工作打下良好的基础。1.2 设计意义水是生命之源，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，据1996年统计我国啤酒产量达1650万t，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，所以此处理工艺的设计旨在控制废水的COD浓度，减少对环境的污染。啤酒生产主要以玉米和大麦为原料，加入啤酒花和鲜酵母进行发酵酿造而成。废水主要包括浸麦废水、糖化废水、废酵母液、洗涤废水和冷却排水等。废水有机物浓度高，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。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，其污染程度相当严重。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目的来设计啤酒废水处理工艺是啤酒生产厂废水处理部门一项刻不容缓的重任！啤酒生产过程中各工序通常间歇排水，且COD及PH值波动大，水质不等，一般不宜分质处理，而宜混合后共同处理。针对啤酒废水BOD/COD值高、可生化性较好、有害无毒的特点，国内外主要采用生化处理法，过去以好氧生物处理工艺为主，如接触氧化、气动式生物转盘、生物滤池、深井曝气、两级活性污泥法。但是近些年来，厌氧生物处理技术以其耗能低、对中高浓度有机废水处理效果好等优点，在啤酒废水处理中的应用日益广泛，特别是UASB工艺可以大幅度地降低处理设施的建设费用和运行费用，具有很大的经济性。同传统的活性污泥法相比，厌氧-好氧工艺可以使处理能力增加一到两倍。这种方法具有很强的冲击负荷能力。2 工艺流程2.1 工艺比较啤酒废水主要来自糖化车间、发酵车间、包装车间、饮料车间、制麦车间2。啤酒废水与其他行业不同，污染成分属于有害无毒，在废水中主要含有麦槽、糖类、果胶、酒花、酵母残渣、蛋白化合物等有机物和少量的无机物。啤酒废水具有良好的生物可降解性，处理方法主要以生物法为主。2.1.1 好氧处理工艺 20世纪80年代初，啤酒废水处理主要采用好氧处理技术,包括活性污泥法、高负荷生物滤池和接触氧化法等3（1）活性污泥法活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法，它是应用广泛的废水生物处理工艺。典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。该法是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养，形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。活性污泥法是中、低浓度有机废水处理中使用最多，运行可靠的方法,具有投资省、处理效果好等优点4。活性污泥法的优点：对废水的处理效果很好，对BOD的去除率最高可达90%；适合用于处理净化程度高和稳定性要求较高的废水；有机物在曝气池内的降解经历了第一阶段的吸附和第二阶段的代谢的完整过程,活性污泥也经历了对数增长、减速增长、内源呼吸的完整生长周期。活性污泥法的缺点：采用传统的活性污泥法，往往基建费、运行费高，能耗大，管理较复杂，易出现污泥膨胀现象；对进水水质、水量变化的适应性较低，脱氮除磷效果不太理想；活性污泥法产生大量的剩余污泥，需要进行污泥无害化处理，增加了投资。（2）生物膜法生物膜法是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术，是一种固定膜法。主要用于去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物。生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。生物膜法的优点：处理效果好并具良好硝化功能；对水量、水质、水温变动适应性强；污泥量小（约为活性污泥法的3/4）且易于固液分离；动力费用省。生物膜法的缺点：生物膜载体增加了系统的投资；附着于固体表面的微生物较难控制；生物膜法对环境温度要较高，温度过高过低都会影响微生物活性。（3）SBR法SBR是序列间歇式活性污泥法，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。与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR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。SBR工艺优点：理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好；耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击；工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活；处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。SBR工艺的缺点：反应器容积利用率低；水头损失大；如采用人工操作，会出现因进出水工序操作繁锁，曝气板容易堵塞。SBR工艺这些特点,使其特别适用于排放量小,有机物浓度高且不易降解,废液排放间歇的中小企业5。2.1.2 厌氧处理工艺20世纪70年代以来,废水厌氧处理技术因其具有投资少,运行费用低及能产生能量等优点而得到较快的发展和应用。一般认为,厌氧生物处理技术的反应器主体经历了3个时代6。厌氧生物处理是利用厌氧生物的代谢过程，在无需提供氧气的情况下把有机物转化为无机物(沼气和水)和少量的细胞物质，从而达到了废水处理和回收能源目的。常见的厌氧反应器有上流式厌氧污泥床(UASB)、EGSB反应器、厌氧流化床(UFB)、折板厌氧反应器(ABR)等等7。（1）UASB反应器UASB反应器由污泥反应区、三相分离区和气室三部分组成。UASB工艺因其工艺结构紧凑、处理能力大、效果好、投资省而在国内外啤酒废水治理中被广泛应用。UASB工艺在国内啤酒废水处理方面应用很普遍,实践证明UASB完全适用于处理啤酒废水,而且厌氧硝化工艺与啤酒酿造等相类似，故啤酒厂家容易掌握此技术8。（2）IC反应器内循环(Internal Circulation,IC)厌氧反应器实际上是由2个UASB反应器串联叠加而成，上部为低负荷区，下部为高负荷区，利用沼气上升带动污泥循环9。沈阳华润雪花啤酒有限公司采用IC反应器，COD、Cr去除率稳定在80%，容积负荷高达25-30kg/(m3d)10。（3）EGSB反应器EGSB反应器实际上是改进的UASB反应器，通常比UASB反应器的运行效果好11。但左剑恶等研究发现EGSB反应器不适合处理含悬浮物的废水12，而且EGSB对对三相分离器的要求比较严格。2.1.3 厌氧-好氧组合工艺（1）酸化SBR法：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。酸化SBR法优点：由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速，故水解池体积小；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；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；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。酸化SBR法缺点：酸化SBR法处理中高浓度啤酒废废水，酸化至关重要，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；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。（2）内循环UASB反应器氧化沟工艺：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，好氧处理为了降低土建费用，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像好氧微生物那么宽，最佳pH为6.5-7.8，最佳温度为35-40，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。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。内循环UASB反应器氧化沟工艺优点：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，以便进一步降低运行费用。（3）UASB好氧接触氧化工艺：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。好氧处理对废水中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。UASB好氧接触氧化工艺优点：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；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%。（4）UASB+SBR法：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。UASB+SBR法处理工艺优点：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；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；投资、运行费用低；处理啤酒废水时流程简单，安全操作、维修方便；工艺调节灵活，可使用不同规模的啤酒废水处理厂。2.2 工艺选择综上各种处理方法的比较，结合该啤酒厂废水主要来自麦芽车间，糖化车间，发酵车间，罐装车间，这些车间废水水质、水量在随季节波动较大，含有多种氨基酸、醇、酵母菌等特点以及北京市的基本资料，本设计采用厌氧-好氧结合法中的UASB+SBR法。此法在处理高浓度啤酒废水是能培养出具有良好沉降性能的厌氧颗粒污泥，颗粒污泥形成的同时厌氧细菌不断繁殖积累，较多的污泥负荷时的细菌获得充足的营养物质。使用该工艺处理降低处理成本，又能产生经济效益，其处理效果稳定，系统运行简单费用低，而且厌氧处理系统中产生的沼气有综合利用价值，能实现污水处理资源化。啤酒废水中的高浓度有机物质为UASB运行提供有利条件。2.3 处理工艺流程图3 设计方案计算书3.1 格栅的设计与计算3.1.1 格栅的作用格栅安装在废水渠道、集水井的进口处，用于截流较大的悬浮物或漂浮物,主要对水泵起保护做用。另外,可以减轻后续构筑物的处理负荷。3.1.2 参数选取1、 格栅过栅流速一般采用0.61.0m/s；2、 格栅前渠道内的水流速度，一般采用0.40.9m/s；3、 格栅倾角，一般采用4560，人工清渣的格栅倾角小时较省力，但占地多；4、 通过格栅的水头损失，一般采用0.080.15m；5、 格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m；6、 机械清渣不小于0.2m；本次设计选取细格栅；栅条间隙b=10mm；栅前水深h=0.5m；过栅流速v=0.6m/s，栅条宽度s=0.01m；安装倾角a=60；设计流量=4000m3/d=167m3/h=0.046m/s3.1.3 设计计算图31 格栅计算草图1.栅条间隙数（n）：，取n=14条2栅槽有效宽度（B）设计栅条宽度S=0.01m，则栅槽宽度为：3进水渠道渐宽部分长度 设进水渠道内的流速为0.7m/s进水渠道宽取渐宽部分展开角4栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度5过栅水头损失h2阻力系数与栅条的断面几何形状有关，当迎水面为半圆形的矩形时，形状系数取1.83，=4/3=1.83()4/3=1.83=31.83=0.08m 式中：k系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大倍数，一般采用k=3.通过格栅的水头损失一般为0.08-0.15m，为避免格栅前涌水，故将栅后槽下降h2作为补偿。6栅槽总高度(H)一般情况下，栅前槽总高度为栅前水深h、格栅前渠道超高h1(一般取0.3m)之和，栅后槽总高度为h、h1和格栅的水头损失h2之和，即：取栅前渠道超高h1=0.3m，栅前槽高0.5+0.3=0.8m=0.5+0.3+0.1=0.9m7 栅槽总长度（L）=0.133+0.067+1.0+0.5+=2.16m8每日栅渣量：取每单位体积污水拦截污物W1为0.07m3/103m3，污水流量总变化系数k2为1.5W=0.21m/d：单位体积污水栅渣量m3/(103m3污水）0.01-0.1取0.08m3/(103m3）：污水流量总变化系数。取=1.5采用人工清渣。3.2 集水池3.2.1 设计说明 集水池是汇集准备输送到其他构筑物去的一种小型贮水设备，设置集水池作为水量调节之用，贮存盈余，补充短缺，使生物处理设施在一日内能得到均和的进水量，保证正常运行。3.2.2 设计参数 设计流量Q=4000m3/d=167m3/h=0.046m/s；3.2.3 设计计算 集水池的容量为大于一台泵五分钟的流量，设一台水泵，每台泵的流量为=0.028m3/s。 集水池容积采用相当于一台泵30min的容量 有效水深采用6m，则集水池面积为F=28，其尺寸为D=3.0m。 集水池构造:集水池内保证水流平稳，流态良好，不产生涡流和滞留，必要时可设置导流墙，水泵吸水管按集水池的中轴线对称布置，每台水泵在吸水时应不干扰其他水泵的工作，为保证水流平稳，其流速为0.3-0.8m/h为宜。3.3 调节沉淀池调节池的设计主要是选择池型和确定其有效容积，然后计算其各部尺寸和搅拌设备。调节池有效容积的确定分停留时间法和累积曲线法两种，停留时间法是目前国内应用最普遍的方法，关键在于确定合适的停留时间。对于针织印染废水，停留时间一般为6-8h，在缺乏水质资料时，可凭经验选取。本设计中，拟选用矩形水质调节池，兼具调节水量和水质的作用。废水呈酸性，为保证后续处理工艺的pH值，在调节池内投加碱性物质提高pH。考虑到避免调节池中发生沉淀，需辅以搅拌混合，拟采用机械搅拌方式。3.3.1 设计参数设计流量Q=4000m3/d=167m3/h=0.046m3/s；调节池停留时间T=6.0h3.2.2 设计计算（1）调节池有效容积V=QT=（4000m3/d/24h）6h1002m3(2)调节池面积取池子总高度H=4.5m,超高0.5m，有效水深4m。 池面积为：A=V/H=1002/5=200m2取池长L=18m,池宽B=A/L=200/18=12m（3）小结调节池尺寸为：18125，一座。其配套设备选择如下：a.搅拌机数量：1台；型号：JBG；型立式环流搅拌机：配用电机功率：2.2kW，单机服务范围最大面积100m2，最大宽度10m，最大深度2-6m(可调)：机体最大插入水深：1-4.5m，重量390kg；b.pH计数量：1套，测定范围：1-14，电源：190-260VAC，50/60Hz规格：P53，电极：pH电极；c.液位计数量：1套；电源：220VAC；d.转子流量计 数量：1组。e.潜水泵数量：2台；规格：ISW80-100；流量/扬程：65m3/h，10m；功率：3kW；电源：三相380VAC。3.4 UASB设计计算3.4.1 组成部分UASB反应器主要由下列几部分组成： 1、进水分配系统配水系统设在反应器的底部，器功能主要是把废水均匀的分配到整个反应器，使有机物能在反应区内均匀分布，有利于废水与微生物的充分接触，使反应器内的微生物能够充分获得营养，这样有利于提高反应器容积的利用率。同时，进水分配系统还具有搅拌功能。2、反应区反应区是整个反应器的核心部分，包括污泥床和污泥悬浮层区。反应区是培养和富集厌氧微生物的区域，废水再这里与厌氧微生物充分接触，产生强烈的生化反应，使有机物被厌氧菌分解，污泥床位于整个UASB反应器的底部，污泥床具有很高的污泥生物量，其浓度(MLSS)一般位于40000-80000mg/L,甚至可达15000mg/L。3、三相分离器 三相分离器的功能是把气体、固体和液体分开，由沉淀区、集气室和气封组成。气体先被分离后进入集气室，然后固液混合液在沉淀区进行分离，下沉的固体靠重力由回流缝返回反应区。三相分离器的分离效果直接影响着反应器的处理效果。 4、出水系统 出水系统的作用是将澄清后的废水均匀的收集起来，排出反应器。出水是否均匀对处理效果有很大的影响。 5、排泥系统及沼气收集系统： 排泥系统的作用上的定期均匀地排放反应区的声誉厌氧污泥。 根据不同的废水性质，反应器的构造有所不同，主要可分为开放式和封闭式两种。 开放式的特点是反应器的顶部不密封，不收集沉淀区液面释放的沼气。这种反应器主要是用于处理中低浓度的有机废水，中低浓度的废水经反应区处理后，出水中的有机物浓度已较低，所以在沉淀区产生的沼气量较少，一般不需要回收。这种形式的反应器构造比较简单，易于施工安装和维修。 封闭式的特点是反应器的顶部是密封的，三相分离器的构造与开放是不同的，不需要专门的集气室，而是在液面与池面之间形成一个大的集气室，可以同时收集反应区和沉淀区的沼气。这种形式的反应器适用于处理高浓度有机废水或含硫酸盐较高的有机废水。因为处理高浓度有机废水时，在沉淀区仍有较多的沼气逸出，必须进行回收。UASB反应器的水平截面一般采用圆形或矩形，反应器的材料常用钢结构或钢筋混凝土结构，通常当采用钢结构时，为圆柱形池子；当采用钢筋混凝土结构时，为矩形池子。由于三相分离器的构造要求，采用矩形池子便于设计、施工和安装。UASB反应器通常采用地面式，处理废水时一般不加温，充分利用废水本身的水温可在常温下进行，降低运行费用，但反应器一般都要求采取保温措施。在寒冷地区就要进行加热，同时必须保温。3.4.2 设计计算3.4.2.1 反应器所需容积及主要尺寸的确定1、 UASB反应器的有效容积表 UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)1700960500去除率（%）658175出水水质(mg/l)581179125 设计流量Q=4000m3/d=167m3/h=0.046m3/s进水COD=1700mg/L；去除率为65%；容积负荷（）为：5kgCOD/(m3d)；污泥产率为：0.1kgMLSS/；产气率为：0.5m3/。对于中等浓度和高浓度有机废水，一般情况下，有机容积负荷率是限制因素，反应器的容积与废水量、废水浓度和允许的有机物容积负荷去除率有关。设计容积负荷为=5kgCOD/(m3d),COD去除率为94%，则UASB反应器有效容积为：式中：V有效：反应器有效容积，m3Q：设计流量，m3/dC0：进水有机物浓量,/m3Ce：出水有机物浓量,/m3：容积负荷,/(m3d)2、UASB反应器的形状和尺寸工程设计反应器2座，横截面为矩形反应器有效高度为6m，则横截面积单池从布水均匀性和经济性考虑，矩形池长宽比在2：1以下较为合适。设池长L=15m，则宽B=8m设计反应池总高H=6.5m，其中超高0.5m。（一般应用时反应池装液量为70%-90%）单池总容积单池有效反应容积单个反应器实际尺寸15m8m6.5m反应器数量：2座总池面积反应器总容积总有效反应容积符合有机负荷求UASB体积有效系数在70%-90%之间，符合要求3.4.2.2 三相分离器的设计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。沉淀区设计 本设计中，与短边平行，沿长边布置7个集气罩，构成6个分离单元，则设6个三相分离器。气液分离设计三相分离器与UASB高度设计 三相分离器总高 UASB反应器总高H=6.5m，超高h1=0.5m本设计，分离出流区高2.5m，反应器高度4.5m，其中污泥床高2.0m，悬浮层区高1.5m。3.4.2.4 排泥系统的设计由于厌氧消化过程中微生物的不断生长或进水不可降解悬浮固体的积累，必须在污泥床区定期排出声誉污泥，所以UASB反应器的设计应包括声誉污泥排除设施。UASB反应器中污泥总量的计算 高效工作的UASB反应器内，反应区的污泥沿高程呈两种分布状态，下部约1/3-1/2的高度范围内，密集堆积着絮状污泥和颗粒污泥。污泥粒子虽呈一定的悬浮状态，但相互之间距离很近，几乎呈塔接之势。这个区域内的污泥固体浓度高达40-80gVSS/L,通常称为污泥床层。污泥床层以上约占反应区总高度的1/3-1/2的区域范围内，悬浮着颗粒较小的絮状污泥和游离污泥，絮体之间保持着较大的距离。污泥固体的浓度较小，平均约为5-25gVSS/L或5-30gSS/L,这个高度范围通常称为污泥悬浮区。本设计反应器最高液面为6m，其中沉淀区高2.5m，污泥浓度=0.5gSS/L；悬浮层区高1.5m，污泥浓度=2.0gSS/L；污泥床高2.0m，污泥浓度=15.0gSS/L。则反应器内污泥总量M=Sh1+Sh2+Sh3=120（2.50.5+2.02.0+215.0）=4230（）BOD污泥负荷 污泥负荷表示反应器内单位质量的活性污泥在单位时间内承受的有机质质量。(kgBOD5)/(d)产泥量计算剩余污泥量的确定与每天去除的有机物量有关，当没有相关的动力学常数时，可根据经验数据确定。一般情况下，可按每去除1kgCOD产生0.05-0.10kgVSS计算。本工程取X=0.06kgVSS/则产泥量为：根据资料，啤酒厂废水VSS/SS=0.91，由于规模大，被处理的废水含无机杂质多，故取0.8。则污泥含水率P为98%，因含水率95%，取=1000kg/m3，则污泥产量为排泥系统设计一般认为，排出剩余污泥的位置在反应器的一半高度处，但大都推荐把排泥设备安装在靠近反应器底部，也有人在三相分离器下0.5处设计排泥管，以排除污泥床上面部分的剩余絮状污泥，而不会把颗粒污泥排走。对UASB反应器排泥系统，必须同时考虑在上中下不同位置设排泥设备，应根据生产运行中的具体情况考虑实际的排泥要求，来确定排泥位置。由于反应器的占地面积较大，所以必须进行均布多点排泥，建议每10m2设一个排泥点。专设排泥管直径不应小于200mm,一方堵塞。本设计在三相分离器下0.5m处设置4个排泥口，排空时由污泥泵从排泥管强排，进水管也可兼作排泥管。UASB反应器没3个月排泥一次，污泥排入集泥池，在由污泥泵送入污泥浓缩池。排泥管选DN150的钢管，排泥总管用DN200的钢管。3.4.2.5 出水系统的设计计算1.溢流堰设计计算 为了保持出水均匀，沉淀区的出水系统通常采用出水渠，一般每个单元三相分离器沉淀区设一条出水渠，而出水渠每隔一定距离设三角出水堰。 池中设有6个单元的三相分离器，出水槽共6条，槽宽=0.2m。反应器流量 q=0.01（m3/s）设出水槽槽口附近水流速度=0.4m/s,则槽口附近水深 =0.021（m），取槽口附近水槽深为0.25m，出水槽坡度为0.01。出水槽溢流堰共12条，每条长10m。UASB处理水量52L/S，溢流负荷1-2L/（ms），设计溢流负荷f=1.733L/（ms），则堰上水面总长 L=qf=141.733=8m三角堰数量 =Lb，=80.05162个则每条溢流堰三角堰数量为16212=14个，共14个100mm的堰口，14个100mm的间隙。堰上水头校核每个堰出流率q=6.17（m/s）按90三角堰计算公式q=1.43h2.5，则堰上水头为：h=0.018（m）2.出水渠设计计算 UASB反应器沿长边设一条矩形出水渠，7条出水槽的出流流至此出水渠。出水渠保持水平，出水由一个出水口排出。出水渠宽度=0.8m，坡度0.01。设出水渠去口附近水流速度=0.4m/s，则渠口附近水深=0.031（m）考虑渠深应以出水槽槽口为基准计算，所以出水渠渠深 =0.25+0.031=0.281（m）出水渠的出水直接自流进入接触氧化反应池。3.4.2.6 沼气收集系统设计计算1.沼气集气系统 由于有机负荷较高，产气量大，因此设置一个水封罐，水封罐出来的沼气通入气水分离器，然后再进入沼气贮存。（1） 集气室沼气出气管 每个集气罩的沼气用一根集气管收集，共有10根集气管，采用钢管。每根集气管内最大气流量=G/n=640024360010=0.0074（m3/s）本工程设计集气管直径为DN150，设置500mm立管出气，共10根。（2） 沼气主管10跟集气管先汇入沼气主管。沼气管道坡度为0.5%。沼气主管内最大气流量 g=G243600=0.074（m3/s）。主管直径与沼气流量的关系为 g=ad2v/4，a为充满度，取0.6。流速v约为0.826m/s.取沼气主管直径为DN250。2沼气柜容积确定由上述计算可知该处理站日产沼气3500m3，则沼气柜容积为2h产气量的体积来确定，即 V=qt=6400224=533（m3）选用600钢板水槽内导轨湿式贮气柜，尺寸为8000H8000mm。3.4.2.7 UASB的其他设计考虑取样管设计 在池壁高度方向上设置若干个取样管，用以采取反应器内的污泥样，以随时掌握污泥在高度方向的浓度分布情况。在距反应器底1.1-1.2m位置，沿池壁高度上设置取样管4跟，沿反应器高度方向各管相距0.8m水平方向各管相距2.0m。取样管选用DN100钢管，取样口设于距地面1.1m处，配球阀取样。检修人孔：为便于检修，在UASB反应器距地坪1.0处设600mm人孔一个。通风：为防治部分容重过大的沼气在UASB反应器内聚集，影响检修和发生危险，检修时可向UASB反应器中通入压缩空气，因此在UASB一侧预埋压缩空气管。采光：为保证检修时采光，除采用临时灯光外，不设UASB顶盖。仿佛措施 厌氧反应器腐蚀比较严重的地方是反应器上部，此处无论是钢材或水泥都会被损坏，因此，UASB反应器应重点进行顶部的防腐处理。在水平面以下，溶解的CO2,发生腐蚀，水泥中的会因为碳酸的存在而溶解。沉降斜面也会腐蚀，为了延长反应器的使用寿命，反应器的防腐措施是必不可少的。本次设计中，反应器上部2m以上池壁用玻璃钢防腐，三相分离器所有裸露的碳钢部位用玻璃钢防腐。给排水 在UASB反应器布置区设置一根DN32供水管供补水、冲洗及排空时使用。通行:在反应器顶不上设置钢架、钢板行走平台，并连接上台楼梯。安全要求:UASB反应器的所有电器设施，包括泵、阀、灯等一律采用防爆设备。禁止明火火种进入该布置区域，动火操作应远离该区沼气柜。保持该区域良好的通风。3.5 SBR反应池的设计计算3.5.1 SBR反应器的作用经UASB处理后的废水,COD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。SBR结构简单，运行控制灵活，本设计采用4个SBR反应池，每个池子的运行周期为6h。3.5.2 SBR技术的工作原理SBR是序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）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。与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作。在运行方式和反应过程上有别于传统的活性污泥法，它集进水、厌氧、好氧、沉淀于一池,无污泥回流系统，以灵活地变换运行方式以适应不同类型废水的处理要求。SBR工艺采用间歇运行方式,污水间歇进入处理系统,间歇排出。一般来说,它的一个运行周期包括5个阶段：第1阶段,进水期(Fill)。污水在该时段内连续进入处理池,直到达到最高运行液位,并且借助于池底泵的搅动,使废水和池中活性污泥充分混合。此时活性污泥中菌胶团(由细菌、藻类、原生动物、后生动物等组成)将对废水中的有机物产生吸附作用,COD和BOD为最大值。第2阶段,反应期(React)。进水达到设定的液位后,开始曝气,采用推流曝气或完全混合曝气方式,使废水中的有机物与池中的微生物充分吸收氧气,水中的溶解氧(DO)达到最大值,COD不断降低。第3阶段,静置期(Settle)。既不曝气也不搅拌,反应池处于静沉状态,进行高效的泥水分离。COD降为最小值,随着水中的溶解氧不断降低,厌氧反应也在进。第4阶段,排水期(Decant)。上清液由滗水器排出。第5阶段,闲置期(Idle)。性污泥中微生物充分休息,恢复活性,为了保证污泥的活性,防止出现污泥老化现象,还须定期排出剩余污泥,为新鲜污泥提供足够的空间生长繁殖。3.5.3 设计参数（1） 参数选取 (1)污泥负荷率取值为0.13kgBOD5/d)(2)污泥浓度和SVI污泥浓度采用3000mgMLSS/L,SVI取100(3)反应周期SBR周期采用T=6h,反应器一天内周期数n=24/6=4(4) 周期内时间分配反应池数N=4进水时间：T/N=6/4=1.5h反应时间：3.0h静沉时间：1.0h排水时间：0.5h(5) 周期进水量3.5.4 设计计算表 SBR反应器进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)581179125去除率（%）818565出水水质(mg/l)10627433.5.4.1 反应池有效容积式中：N:反应器一天内周期数Q0:周期进水量,m3/sS0:进水BOD含量,mg/lX:污泥浓度,/L:污泥负荷率反应池最小水量：=V1-Q0=2461.5-250=2211.5m3反应池中污泥体积SVIMLSSV1/106=10030002211.5/106=663.45m3满足设计要求校核周期进水量 周期进水量应满足下式：Q0(1-SVIMLSS/106)V=(1-1003000/106)663.45=464.415m3而Q0=2503464.415m3故符合设计要求3.5.4.2 确定单座反应池的尺寸 SBR有效水深取5.0m,超高0.5m,则SBR总高为5.5m,SBR的面积为2461.5/5=483.3m2设SBR的长宽=21则SBR的池宽为：6.5m；池长为：13.0m.SBR反应池的最低水位为：SBR反应池污泥高度为：26.17-7.85=18.32m可见，SBR最低水位与污泥位之间的距离为6.4m,大于0.5m的缓冲层高度，符合设计要求可见，SBR最低水位与污泥位之间的距离为6.4m,大于0.5m的缓冲层高度，符合设计要求3.5.4.3 污泥产量计算选取a=0.6,b=0.075,则污泥产量为：3.6 集泥井的设计计算3.6.1 设计说明 污水处理系统各构筑物所产生的污泥每日排泥一次，集中到集泥井，然后在由污泥泵打到污泥浓缩池。污泥浓缩池为间歇运行，运行周期为24h,其中各构筑物排泥、污泥泵抽送污泥时间为1.01.5h，污泥浓缩时间为20.0h,浓缩池排水时间为2.0h,闲置时间为0.5h1.0h。3.6.2 设计泥量啤酒废水处理过程产生的污泥来自以下几部分：UASB反应器，Q1=36m3/d,含水率98%；SBR反应器，Q2=552m3/d,含水率95%；总污泥量为b：Q=Q1+Q2=588m3/d。3.6.3 设计计算考虑各构筑物为间歇排泥，每日总排泥量为588m3/d，需在1.5h内抽送完毕，集泥井容积确定为污泥泵提升流量（588m3/d）的10min的体积，即58.8m3。此外，为保证SBR运行方式进行，集泥井容积应外加37.23m3。则集泥井总容积为58.8+37.23=96.03m3集泥井有效深度为4.0m，则其平面面积为设集泥井平面尺寸为4.04.0m。集泥井为地下式，池顶加盖，由污泥泵抽送污泥。集泥井最高泥位为-0.5m,最低泥位为-3m池底标高为-3.5m。浓缩池最高泥位为2m。则排泥泵抽升的所需净扬程为5m，排泥泵富余水头2.0m，管道水头损失为0.5m，则污泥泵所需扬程为5+2+0.5=7.5m。选择两台80QW50-10-3型潜污泵提升污泥（一用一备）。3.7 污泥浓缩池的设计计算3.7.1 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