某啤酒废水处理工艺设计

某啤酒废水处理工艺设计 摘 要 啤酒是世界通用性饮料，是酒精含量最低的饮料酒，而且营养丰富。生产啤 酒产生的废水，主要含有淀粉、蛋白质、酵母菌残体、酒花残渣、残余啤酒、少 量酒精及洗涤用碱，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。随着啤酒行业的迅速发展，啤酒生产 产生的大量废水迫切需要适当的处理，以免对环境造成更恶劣的影响。目前，啤 酒废水处理的方法多种多样，由于啤酒废水具有良好的可生化性，常常采用以生 化为主，生化与物化相结合的处理工艺。 本设计处理啤酒废水采用的 UASB+CASS 法，是一种厌氧消化和好氧处理相 结合的工艺。厌氧处理能有效处理高浓度有机废水，不但运转费用相对较便宜， 且可回收沼气；能耗低，产泥量少。后接的好氧处理，能弥补厌氧处理的不足， 能有效去除氮、磷，保证出水水质达标排放。经过设计计算，本工艺 COD 去除 率达到 98.8%，BOD 去除率高达 99%，处理效果显著，出水达到污水综合排放 标准GB8978-1996 一级标准，且回收了大量沼气，创造了一定的经济效益。 关键词：UASB，CASS，啤酒废水，有机废水 DESIGN OF A BREWERY WASTEWATER TREATMENT PROCESS ABSTRACT Beer is the international beverage, is the lowest alcohol content alcohol drinks, with abundant of nutritious. Wastewater generated by production of beer, contains mostly starch, protein, yeast residue, hop residue, residual beer, a small amount of alcohol and washing with alkali, organic matter concentration was higher, although non- toxic, but easy to corruption, into the water body to consume a large amount DO, on the aquatic environment causing serious harm. With the rapid development of the beer industry, beer production of large quantities of waste properly addressed urgently needed to avoid the impact of the environment even worse. Currently, a wide variety of beer waste water treatment methods, because good beer wastewater biodegradability, often dominated by biochemical, biological and physicochemical treatment processes combined. The design treatment of brewery wastewater using the UASB + CASS method, is an anaerobic and aerobic digestion process of combining. Anaerobic treatment can effectively deal with high concentration organic wastewater, not only operating costs are relatively cheap, and recyclable methane; energy consumption is low, producing less sludge. Followed by aerobic treatment, anaerobic treatment can compensate for the deficiency, can effectively remove nitrogen, phosphorus, and ensure the quality of the effluent discharge standards. By design calculations, this process COD removal rate 98.8%, BOD removal rate of up to 99%, a significant treatment effect, the water reached, “Integrated Wastewater Discharge Standard“ GB8978-1996 standard level, and the recovery of a large number of methane, creating a certain economic benefits. KEYWORD: UASB, CASS, BREWAGE WASTE WATER, ORGANIC WASTE WATER 目 录 第 1 章 前言.1 1.1 UASB+CASS 工艺的选择.1 1.2 UASB+CASS 工艺的概述.2 第 2 章 设计背景.3 2.1 项目概况及意义3 2.2 设计条件3 2.3 设计原则3 第 3 章 啤酒废水处理方法比较.4 3.1 酸化SBR 法处理啤酒废水.4 3.2 UASB好氧接触氧化工艺处理啤酒废水5 3.3 新型接触氧化法处理啤酒废水.5 3.4 生物接触氧化法处理啤酒废水.6 3.5 内循环 UASB 反应器氧化沟工艺处理啤酒废水7 3.6 UASB+SBR 法处理啤酒废水 .8 第 4 章 工艺流程的确定.10 4.1 工艺流程选择.10 4.2 工艺流程说明10 第 5 章 主要构筑物工艺尺寸设计计算.11 5.1 最大流量 QVmax设计计算.11 5.2 中格栅工艺尺寸设计计算11 5.3 调节池尺寸设计计算.12 5.4 UASB 反应器的设计.13 5.4.1 UASB 工艺尺寸设计计算13 5.4.2 进水分配系统的设计14 5.4.3 三相分离器的设计16 5.4.4 排泥系统的设置.20 5.4.5 出水系统的设计计算.22 5.4.6 沼气收集系统的设计计算23 5.5 辐流式沉淀池.24 5.6 CASS 曝气池工艺尺寸设计计算27 第 6 章 啤酒废水处理厂平面布置.33 6.1 总平面图布置原则.33 6.2 总平面布置结果33 第 7 章 工程造价、效益分析.34 7.1 工程投资估算34 7.1.1 土建部分.34 7.1.2 设备费用.35 7.2 成本估算35 7.3 效益分析36 结 论.37 参考文献.38 致 谢.40 第 1 章 前 言 啤酒是世界通用性饮料，是酒精含量最低的饮料酒，而且营养丰富。它以优 质大麦和水为主要原料，啤酒花为香料，经过麦芽制备、麦芽汁制备、发酵等工 序制成，富含营养物质和二氧化碳。我国的啤酒行业发展迅速，啤酒产量位居世 界首位，但由于我国的啤酒工业发展起步较晚，投资费较低，在生产中对形成的 残渣、废水的控制还很不得力，因此造成废水量较大。据有关部门推测，2002 年 全国啤酒废水排放量 2.7 亿立方米，年排放 COD 约 2.9 万吨；啤酒废水占全国工 业废水排放总量的 1.3%，COD 占全国工业废水中 COD 排放总量的 0.5%。虽然 啤酒生产的废水属于无毒的废水，但由于其排放量大、有机物浓度较高，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。 本文采用 UASB+CASS 工艺对给定的常州某啤酒有限公司排出的废水进行处 理，通过进水量和水质，对主要构筑物进行设计计算，构建啤酒废水处理厂，使 出水水质达到国家规定要求，从而达到一定的经济效益、社会效益、环境效益。 1.1 UASB+CASS 工艺的选择 根据啤酒废水的水质特征1，虽然其水质和水量常依生产周期波动很大，但 其 BOD5/CODCr值较高，为 0.4-0.7，可生化性良好，所以本设计采用生物法处理 啤酒废水2。根据相关资料中记载的啤酒废水处理的方法，发现厌氧+好痒工艺处 理啤酒废水不但处理效果好，且所需费用较低，且在厌氧+好痒的相关工艺的比 较中发现3，UASB+CASS 法处理啤酒废水效果明显，流程简洁，费用低等一系 列优点4，最终本设计采用 UASB+CASS 法处理啤酒废水。 1.2 UASB+CASS 工艺的概述 UASB 是上流式厌氧污泥床反应器的简称5，由 Lettinga 等人于 1972 年开发 研制的一项有机废水厌氧生物处理技术，这种反应器在经过小试中试和生产性的 实验的基础上，于 20 实际 80 年代开始在高浓度有机废水的处理中得到日趋广泛 的应用6。该反应器集生物反应与沉淀于一体7，是一种结构紧凑、效率高的厌 氧反应器。具有结构紧凑、简单，无需搅拌装置，负荷能力高、污泥颗粒化，处 理效果好，操作管理简便，运行成本低等优点8。 CASS，也称 CAST 工艺9，是 SBR 工艺的一种改进型，由 Goronszy 教授及 其同事在 SBR 工艺和氧化沟技术的基础上开发出来的，国内外公认的先进工艺10。 该工艺已广泛应用于欧美许多国家的城市污水和各种工业废水的处理。由于其具 有投资少、运行管理方便、可分期建设等特点，适合中国国情，近年来，在国内 已得到推广应用11。 将 UASB 和 CASS 两种处理单元进行组合12，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13。采用该工艺既降低处理成本，又能产生经济效益14。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15。 UASB 去除 COD 达 7500 kg/d，以沼气产率为 0.5m3/kgCOD 计算，UASB 产气量 为 3500m3/d(甲烷含量为 55%-65%)16。沼气的热值约为 22680kJ/m3，煤的热值为 21000 kJ/t 计算，则 1 m3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17。 第第 2 章章 设计背景 2.1 项目概况及意义 常州某啤酒有限公司计划建设年产 20 万吨啤酒生产设施。由于啤酒在生产 过程中排出大量的有机废水，直接排放将造成对周围环境的严重污染。为贯彻执 行“三同时”，保护环境，消除污染18，常州某啤酒有限公司拟配套实施废水处 理工程，对啤酒生产中排出的混合废水集中收集处理后达标排放，做到社会效益、 经济效益、环境效益的统一。 2.2 设计条件 1设计水量：Q=5000m3/d； 2进水水质：CODCr（mg/L）=2500，BOD5（mg/L）=1625，SS（mg/L） =540，NH3-N（mg/L）=15，pH=6-11，总磷为 2.5mg/L； 出水水质要求满足污水综合排放标准GB8978-1996 一级标准： CODCr0.2m，集气罩顶以上的覆盖水深 h2可采用 0.5-1.0m，沉淀区斜面的高度 h3建 议采取 0.5-1.0m。不论任何形式的三相分离器，其沉淀区的水深大于或等于 1.0m，并且沉淀区的水力停留时间以 1-1.5h 为宜。如能满足以上条件，则可取得 良好的固液分离效果。 设计 UASB 反应器沉淀区最大水深为 2m，h1=0.5m(超高)，h2 =0.45m，h3=1.05m。则倾角： 45 )7 . 14 . 04 . 3(5 . 0 05 . 1 arctan )4 . 0(5 . 0 h tana 1 3 bb rc (5-24)符 合要求。 3气液分离设计 如下图所示，设计就是要在确定气封 角后，合理选择缝隙宽度 l1和斜面长 度 BC(主要是 MB)，以防止 UASB 消化区中产生的气泡被上升的液流带入沉淀池， 干扰固液分离，造成污泥流失。当气泡随液流以速度 vM沿分离器斜面 BC 上升时， 由于浮力作用，它同时具有垂直向上的速度 vN。为保证气泡不随液流窜入沉淀室， 气泡必须在其随液流有 B 点移至 M 点时，在垂直方向上移动距离 MN。则在分离 器设计中，必须满足以下公式要求： (vN/vM)(MN/MB) （5-25） 倾角 =60，=70，b2=0.6m，分隔板下端距反射锥垂直距离 MN=0.224m, 则缝隙宽度 l1=MNsin=0.224sin60=0.194(m)。 图 5-2 三相分离器气液分离器设计示意图 废水总流量为 5000m3/d，根据资料，设有 0.7Q=3500 m3/d 的废水通过进水缝 进入沉降区，另有 0.3Q=1500 m3/d 的废水通过回流缝进入沉降区。则 )/(0 . 2)/(644 . 1 14194 . 0 2724 1500 24 3 . 0 v 1 m hmhm Bnl Q (5-26) 符合要求。 MC=b2/2sin60= 0.6/2 sin60=0.346(m) (5-27) 设 BC=0.5m，则 MB=BC-MC=0.5-0.346=0.154(m) AB=2BCcos30=20.5cos30=0.886(m) (5-28) BD=AD=AB/2cos20=0.886/2cos20=0.461(m) (5-29) CD=BCsin30+BDsin20=0.5sin30+0.461sin20=0.408(m) (5-30) 则 h5=CD+MN-MCcos=0.408+0.224-0.346cos60=0.459(m) (5-31) 脱气条件校核。设能分离气泡的最小直径 dg=0.01cm，常温（20）下清水 运动黏滞系数 scm /101.01r 2-2 ，废水密度 1=1.03g/cm3，气体密度 g=1.210- 3g/cm3，气泡碰撞系数 =0.95，则 清水动力黏度： )/(1004 . 1 03 . 1 1001 . 1 22 1 scmgr (5-32) 因处理对象为废水，其动力黏度系数 一般大于 ，可取 =2.010- 2g/(cm.s), 由斯托克斯公式： 18 )( 2 1 g g N dg v (5-33) 则气泡上升速度（可分离的最小气泡）为： vN=0.95981(1.03-1.210-3)0.01/(182.010-2) =0.266(cm/s)=9.58(cm/h) (5-34) 验证： 8 . 5 644 . 1 58 . 9 M N v v ， 45 . 1 154 . 0 224 . 0 MB MN 即 vN/vMMN/MB，符合要求。 所以，该三相分离器可脱出 dg0.01cm 的沼气泡，分离效果良好。 4分隔板的设计 如上图所示： m6 . 0b2 ， )(4 . 1)6 . 04 . 3(5 . 0)(5 . 0 23 mbbb 。 经上面计算，气体因受浮力作用，气泡上升速度在进水缝中 vN=9.58m/h，沿 进水缝斜向上的速度分量为 )/(774 . 6 45sin58 . 9 svNhmin ，则进水缝中水流 速度应该满足 v6.774m/h，否则水流把气泡带进沉降区。 假设水流速度 v 刚好等于 6.774m/h，前面计算中已设有 3500m3/d 废水通过 回流缝进入沉降区，则三相分离器的进水缝纵截面总面积为： )(528.21 774 . 6 24 3500 v Q S 2 m 进水缝 进水缝总 (5-35) 共有 7 组（14 条）进水缝，每条进水缝纵截面面积： )(538 . 1 14 528.21 n S S 2 m 进水缝总 进水缝单 (5-36) 进水缝宽度： )(0.11 14 1.538 B S l2m 进水缝单 (5-37) 应满足 l2与 l1相当级数，且 l20.11m。现设计 l1=0.15m，则进水缝中水流速 度： )/(774 . 6 )h/(6.94 145.107224 3500 S Q vhmm 进水缝 进水缝 (5-37) 满足设计要求。 )(212 . 0 45cos 15 . 0 cos l2 mh (5-38) )(562 . 0 05 . 1 212 . 0 45tan4 . 1htan 334 mhbh (5-39) 设计进水缝下板上端比进水缝上板下端高出 0.2m，则进水缝下板长度为： )(078 . 1 45sin 562 . 0 2 . 0 sin h2 . 0 4 m (5-40) 进水缝上板长度为： )(485 . 1 45sin 05 . 1 sin h3 m (5-41) 5三相分离器与 UASB 高度设计 三相分离区总高： )(521 . 2 459 . 0 562 . 0 05 . 1 45 . 0 h 5432 mhhhh (5-42) UASB 反应器总高 H=6.5m，其中超高 h1=0.5m。 据资料，Q 一定，相同的 COD 降解速率下，反应器的有效高度与污泥床高 度之比为(3-4):1 较为合适。较高的污泥床高度可能引起污泥浓度过大，废水布水 不均匀，形成污泥脱节现象。 本次设计中，分离出流区高 2.6m，反应器高 3.4m，其中污泥床高 1.5m，悬 浮区高 1.9m。 5.4.4 排泥系统的设置 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除污泥，所以 UASB 反应器的设计应包括剩余污泥的排除措 施。 1UASB 反映其中污泥总量的计算 高效工作的 UASB 反映器内，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。污泥粒子虽成一定的悬 浮状态，但相互之间距离很近，几乎呈搭接之势。这个区域内的污泥固体浓度高 达 40-80VSS/L 或 60-120VSS/L，通常称为污泥层。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 5-25VSS/L 或 5-30VSS/L，这 个高度范围通常称为污泥悬浮层。 本设计中，反应器最高液面为 6m，其中沉淀区高 2.6m，污泥浓度为 1 =0.5Gss/L；悬浮区高 1.9m，污泥浓度 2 =5.0gSS/L；污泥床高 1.5m，污泥浓 度 3=15.0gSS/L。则反映器内污泥总量： )(M 332211 hhhS )(75.17898 )155 . 10 . 59 . 15 . 06 . 2( 5 . 537 kgSS (5-43) 2BOD 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量。 )/(0.4kg 17898.75 50000.179)-(1.625 M QS M F 5 BOD5 dkgSSBOD (5-44) 3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 0.05-0.10 kgVSS 计算。本工程取 X=0.08kgVSS/kgCOD，则产泥量为： )/(86086 . 0 5 . 2500008 . 0 XdkgVSSXQSr (5-45) 式中： Q-设计处理量，m3/d； Sr-去除的 COD 浓度，kgCOD/m3。 据资料，小试条件下，啤酒废水 VSS/SS=0.91，但不同试验规模下 VSS/SS 是不同的，因为规模越大，被处理的废水含无机杂质越多，因此取 VSS/SS=0.8。 则 d)1075(kgSS/ 0.8 860 X (5-46) 污泥含水率 P 为 98%，因含水率大于 95%，取 s=1000kg/m3，则 污泥产量为： )/(75.53 %)981 (1000 1075 )1 ( Q 3 s dm P X S (5-47) 4污泥龄的计算 污泥龄： )( 8 . 20 860 75.17898 c d X M (5-48) 5排泥系统设计 本次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，进水管也可兼做排泥管。 UASB 反应器每 3 个月排泥一次，污泥排入集泥池，再由污泥泵送入污泥浓 缩池。排泥管选 DN150 的钢管，排泥总管选用 DN200 的钢管。 5.4.5 出水系统的设计计算 1流水堰设计计算 为保持出水均匀，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。本次设计 溢流出水槽的分布见下图。 图 5-3 溢流出水槽分布图 池中设有 7 个单元三相分离器，出水槽共有 7 条，槽宽 bc=0.3m，槽深 hc=0.4m，出水槽坡度为 0.01。 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，出水有一个出水口排出。 出水渠宽 bQ=0.8m，坡度 0.01。设出水渠渠口附近水流速度 vQ=0.3m/s，则渠 口附近水深： )(241 . 0 8 . 03 . 0 05787 . 0 qf m bv q h QQ (5-49) 其中 q 为反应器流量， )/(05787 . 0 606024 5000 3 smq (5-50) 考虑渠深应以出水槽槽口为基准计算，所以出水渠渠深 )(541 . 0 241 . 0 3 . 0hm q 。 出水渠的出水直接自流进入 CASS 反应池。 3出水管设计计算 UASB 反应器排水量为 57.87L/s，选用 DN300 钢管排水，约为 1.37m/s，充 满度设计为 0.6，设计坡度为 0.001。 5.4.6 沼气收集系统的设计计算 1沼气集气系统布置 由于有机负荷较高，产气量大，因此设置一个水封罐，水封罐出来的沼气先 通入气水分离器，然后再进入沼气贮柜。 (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 8 根集 气管，采用钢管。 每根集气管内最大气流量： )/m(1043.45 8360024 50005.306.80.52 33 max s n G g 沼气管 (5-51) 据资料，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，其长度不宜小于 150mm。 本工程中设计集气管直径为 DN150，设置 500mm 立管出气，共 8 根。 (2) 沼气主管 8 根集气管先汇入沼气主管。采用钢管，沼气主管管道坡度为 0.5%。 沼气主管内最大气流量： )/m(435.00 86400 .53762 86400 3 s G g (5-52) 主管直径与沼气流量的关系式为： 4 3.14ad2 max v g （5-53） 式中，a 为充满度，取 0.6。则流速 v 约为 1.38m/s。则由上式，取沼气主管直径 为 DN200。 2水封罐的设计计算 水封罐的作用是控制三相分离器的集气室中气液两相的界面高度，保证集气 室出气管在反应器运行过程中不被淹没，运行稳定并将沼气即时排除反应器，以 防止浮渣堵塞等问题发生。经验表明，水封罐中的冷凝水将有积累，因此在水封 罐中有一个排除冷凝水的出口，以保持罐中的水位。 水封高度取 1.5m，水封罐面积一般为进气管面积的 4 倍，则水封罐面积 )m(1256 . 0 42 . 0 4 14 . 3 4d 4 3.14 S 222 水封罐 (5-54) 水封罐直径取 0.4m。 5.5 辐流式沉淀池 1设计说明 UASB 反应器后一般不设沉淀池，但由于厌氧反应器启动较难， 为了收集 UASB 反应器流出的厌氧污泥，使调试期缩短，故设此池，可以用之向 UASB 回流污泥，而且对 SS 进一步处理。 本设计采用周边进水周边出水辐流式沉淀池21，设一座。其结构形式如下图 所示： 图 5-4 周边进水周边出水辐流式沉淀池 2设计参数 取表面负荷 q=1.2m3/(m2h)（在 11.5 m3/(m2h)之间）； 沉淀时间 T=2.0h； 进出水水质如下表所示： 表 5-2 沉淀池进出水水质 参数CODBODSS 进水水质 mg/L350178.75194.4 去除率 %101040 出水水质 mg/L315160.9116.64 设计流量： Qmax=50001.1=5500m3/h (5-55) 3设计计算 (1) 沉淀池主要尺寸： 池表面积： )(1912 . 1/ 2 . 229/QA 2 max mq (5-56) 设一座沉淀池，池直径： D= 14.8(m)191/3.14)(4A/4 0.50.5 ）（ ，取 D=18m。 (5-57) 沉淀部分有效水深： h2= qT=1.22=2.4（m） (5-58) 沉淀部分有效容积： )( 4 . 6104 . 218 4 14 . 3 hD 4 32 2 2 mV (5-59) 沉淀池底坡落差： 取池底坡度 =0.05，污泥斗上底直径 d1=2m，污泥斗下底直径 d2=1m，污泥 斗高度 h4=1.0m，则 落差 h6= (D/2-1)=0.05(18/2-1)=0.40（m）， (5-60) 实际表面负荷 q： q= Qmax/(/4D2)=229.2/(/41818)=0.90 )/(m 23 hm (5-61) 沉淀池周边（有效）水深： H0= h2+h3+ h5=2.4+0.5+0.5=3.4（m） (5-62) 其中缓冲层高度 h3=0.5m；刮泥板高度 h5=0.5m。 沉淀池总高度（超高 h1=0.3m） H= H0+ h6+ h1+ h4=3.4+0.40+0.3+1.0=5.1(m) (5-63) (2) 进水系统计算 进水配水槽的计算 单池设计污水流量： Q= Qmax(1+R)= Qmax=229.2 m3/h=0.064 m3/s(无污泥回流) （5-64） 出水端槽宽： )(0.232)/(0.0640.92)/0.9(QB 0.40.4 1 m (5-65) 取 0.3m。 槽中流速取 v=0.6 m/s。 进水端水深： H1=Q/(2vB1)=0.064/(20.60.3)=0.16(m) (5-66) 出水端水深： )(19 . 0 )16 . 0 3 . 081 . 9 2/()2/064 . 0 (16 . 0 )H/(2gB(Q/2)H 5 . 0 222 5 . 0 1 1 22 1 2 2 m H (5-67) 校核 当水流增加一倍时 Q/2=0.064 m3/s，取 v=0.8 m/s， 槽宽： )(0.29(0.064)0.92)/0.9(QB 0.40.4 1 m (5-68) 取 0.4m。 H2=Q/(2vB1)=0.064/(0.80.4)=0.2(m) (5-69) )(22 . 0 )2 . 04 . 081 . 9 2/()064 . 0 (2 . 0 )H/(2gB(Q/2)H 5 . 0 222 5 . 0 1 1 22 1 2 2 m H (5-70) 取槽宽：B=0.4m， 槽深：H=0.4m。 (3) 出水部分计算 采用环形集水槽，计算同上。 取槽宽：B=0.4m， 槽深：H=0.4m。 设计计算示意图如下图所示： 图 5-5 周边进水周边出水沉淀池设计计算示意图 5.6 CASS 曝气池工艺尺寸设计计算 表 5-3 CASS 反应池进出水水质 参数CODBODSSTP 进水水质（mg/L）315160.9116.62.25 去除率（%）90905085 出水水质（mg/L）31.516.158.30.34 本污水厂采用 CASS 曝气池。CASS（循环式活性污泥法）工艺，是一种改 进的 SBR 工艺，是进出水和曝气间歇运行的污水处理系统22。 CASS 工艺曝气池由三个反应区（选择区、次反应区和主反应区）组成。运 行过程中，活性污泥从主反应区回流至选择区中，整个系统以推流方式运行，而 各反应区则以完全混合的方式运行，实现同步碳化硝化及反硝化过程。CASS 工 艺运行操作每周期分为四个阶段：进水/曝气、进水/沉淀、排水和闲置。运行方 式可以灵活调整，比如，进水同时可以曝气，也可以不曝气。且每一阶段的运行 时间可以根据原水水质水量任意调整。一个周期结束后，下一周期重复上一周期 运行。 1参数选择： (1) 污泥负荷 Ls=0.4KgCOD/Kg(MLSSd)； (2) 反应池池数 N=4 座； (3) 反应池水深 H=5m； (4) 排水比 1/m =1/2.5； (5) 活性污泥界面以上最小水深 =0.5m； (6) MLSS 浓度 CA=3500mg/L。 2运行周期及时间的确定 曝气时间 Ta： )(16 . 2 35005 . 24 . 0 3152424 Tah mCL C AS COD (5-71) 沉淀时间 TS： max S H(1/m) T V (5-72) )/(57 . 1 3500106 . 4V 26 . 1 4 max sm (5-73) )(6 . 1 57 . 1 5 . 0(1/2.5)5 TSh 排水闲置时间，取 TD=2h，与沉淀时间合计 3.6h。 运行周期： 5.76(h)1.622.16TTTT DSAC 周期数 n 取 4，每周期为 6h，进水时间 TF=TC/2=6/2=3(h)。所以，CASS 运 行方式一个周期需 6h，其中进水 3h，曝气 2.2h，沉淀 1.6h，排水闲置 2h。 表 5-4 CASS 反应器各池进出水设计 参数第一小时第二小时第三小时第四小时第五小时第六小时 1 池进水、曝 气 进水、曝 气 进水、曝 气 沉淀沉淀、滗 水 滗水、闲 置 2 池进水、曝 气 沉淀沉淀、滗 水 滗水、闲 置 进水、曝 气 进水、曝 气 3 池沉淀沉淀、滗 水 滗水、闲 置 进水、曝 气 进水、曝 气 进水、曝 气 4 池滗水、闲 置 进水、曝 气 进水、曝 气 进水、曝 气 沉淀沉淀、滗 水 3反应池容积计算 根据运行周期时间安排和自动控制特点，CASS 反应池设置 8 个，4 个一组， 一组使用，一组备用。 (1) CASS 反应池容积 单池容积为： Vi=mQ/Nn=2.55000/(44)=781.25(m3) (5-74) 反应池总容积：V=4Vi=4781.25=3125(m3) 式中： Vi-单池容积，m3； m- 排水比的倒数，为 2.5； n- 周期数，为 4； N- 池数，为 4 个。 (2) CASS 反映池的构造尺寸 CASS 反应池为满足运行灵活及设备安装需要，设计成长方形，一端为进水 区，另一端为出水区。 CASS 池单池有效水深 H=5m，超高 hc=0.5m，保护水深 =0.5m。 单池体积 Vi=LBiH，据资料，B/H=1-2，L/B=4-6，取 Bi=6m，L=26.1m。所 以，Vi=26.165=783(m3)。 单池面积： )( 6 . 156 5 783V S 2i m H i (5-75) CASS 池沿长度方向设一道隔墙，将池体分为预反应区和主反应区两部分， 靠近进水端为 CASS 池容积的 10%左右的预反应区，作为兼氧吸附区和生物选择 区，另一部分为主反应区。 据资料，预反应区长为 Li=（0.16-0.25）L，取 Li=5.0m。 则 CASS 反应池尺寸为 LBH=26.165.5(m3)，壁厚为 200mm。 4反应池液位控制 反应池总有效水深为 5.0m。 排水结束时最低水位： )(0 . 3 5 . 2 15 . 2 0 . 5 1 0 . 5h1m m m (5-76) 基准水位 h2为 5m；超高 hc为 0.5m；保护水深为 0.5m。 污水层高度： )(5 . 25 . 00 . 3h 1S mh 。 验证池容：因为是连续进水，根据 CASS 池进水设计，每小时有两个池子同 时进水，所以，每小时进水量为 208.33m3/h 。 两池能纳水： )( 4 . 626 6 . 156)0 . 30 . 5(2)(2V 3 12b mShh i (5-77) 所以反应池的建造符合水量要求。 保护水深的设置是为了避免排水时对沉淀及排泥的影响。进水开始与结束由 水位控制，曝气开始由水位和时间控制，曝气结束由时间控制，沉淀开始与结束 由时间控制，排水开始由时间控制，排水结束由水位控制。 5排水口高度和排水装置 (1) 排水口高度 为保证每次换水 Oh=208.33(m3/h)的水量及时快速排出一集 排水装置运行的需要，排水口应设在反应池最低水位之下约 0.5-0.7m，本工程设 计排水口在最低水位之下 0.6m 处。 (2) 排出装置 每池排出负荷： min)/(6 . 2/m 2 . 156 22 333.208 2 Q Q 33h D mh T T D F ）（ (5-78) 每池设滗水器一套，出水口两个。选用旋臂式程控智能滗水器。 6产泥量及排泥量系统 (1) 产泥量 CASS 池的剩余污泥主要是来自微生物代谢的增值污泥，还有很 少量部分由进水悬浮物沉淀形成。 CASS 生物代谢产泥量为： r ss r rr QS L b a L QS baQSVbX)(aQSX r (5-79) 式中： a -微生物代谢增殖系数，kgVSS/kgCOD； b-微生物自身氧化率， -1 d ； r X - 回流污泥浓度，mg/L； V- 反映池容积， 3 m ； r S - 去除的 COD 浓度， 3 kgCOD/m ； Ls- COD 污泥负荷， SkgCOD/kgVS 。 本次设计选 a=0.75，b=0.05，则： )887.5(kg/d90%3155000) 0.4 0.05 -(0.75X (5-80) 假定剩余污泥含水率为 99%，则排泥量为： )/(75.88 %)991 (10 5 . 887 )1 (10 Q 3 33 S dm P X (5-81) 考虑一定的安全系数，则每天排泥一次，排泥量为 88.75m3/d。 (2) 排泥系统 每池池底坡向排泥坑坡度 i=0.01，在每池出水端池底设 1.01.00.5m 排泥坑一个，每个排泥坑中心接排泥管 DN200 一根，剩余污泥排入 集泥井。 7需氧量及曝气系统设计计算 (1) 需氧量计算 CASS 反应池需氧量 Oa以每去除 1KgCOD 需要 0.75kgO2 的经验计算。 )/( 1 .106310) 5 . 31315(500075 . 0 75 . 0 O 2 3 a dkgOSQ r (5-82) 每池每周期需氧量为： )/(44.66 44 1 . 1063 4 O 2aT 周期kgO n Oa (5-83) 一周期曝气 2.2h，所以单位时间曝气量为（在标准状况下氧气的密度为 1.429Kg/m3）： )/( 2 . 30 2 . 2 44.66 O 3 ah hm T O a aT (5-84) (2) 需要空气量计算： ）（h Oah /m.4431 25 . 0 28 . 0 2 . 30 28 . 0 O 3 a (5-85) 式中： 为可变微孔曝气器氧利用率，一般在 20.8%30.6%，这里取 25%。 (3) 曝气器及空气管计算 设计采用可变微孔曝气器，型号为 BZ.PJ-I215， 铺设于 CASS 池池底。 曝气器的的主要技术指标：空气流量 2-3m/个.h，水深 4-5m，服务面积 0.30- 0.60 2 m /个，氧利用率 20.8%-30.6% 。可变微孔曝气器 BZ.PJ-I215 型的通气量 取 2.16 3 m /h，充氧能力 0.155-0.250kg/h，设计采用 0.16 kg/h。 数量 n=Oah/0.16=189(个) 曝气头以 2 列 21 排分布于池底，取单池曝气头数量为 210 个。 校核。单池曝气面积 F1=(26.1-5)6=126.6(m2) 单孔服务 S0= F1 /190=126.6/210=0.6(m2)，符合在 0.3-0.6 m2/个的要求。 从鼓风机房出来一根空气供气干管；在相邻的两个 CASS 池的隔墙上设一根 空气支管，为两个 CASS 池供气；在每根支管上设 21 条配气竖管，为 CASS 池 配气。4 池共设两根空气支管，84 条配气竖管。 空气支管供气量为：GSi =431.4/60=7.19(m3/min)。 由于 CASS 池交替运行，两根空气支管不同时供气，故空气干管供气量亦为 7.19m3/min。 第第 6 章章 啤酒废水处理厂平面布置啤酒废水处理厂平面布置 本啤酒废水处理厂的设计，本着节约、处理效果好的原则，对该处理厂进行 平面布置，达到方便处理、节约成本、环境适合人类工作的目的。 6.1 总平面图布置原则总平面图布置原则 该啤酒废水处理厂的总平面布置包括：废水处理构筑物及设施的总体布置， 各种管道的平面布置。总平面布置应遵循以下原则。 1构筑物之间应该负荷工艺流程的要求，尽量节约用地和运行管理。 2因地制宜，结合地形，注意土方平衡，由于厂内构筑物一般按重力流流 动布置，应根据当地的地形进行各构筑物的布置分配。 3顺应进出水方向和重视巡检方便，一般在选定污水厂厂址时已经明确， 进水管的方向受污水管网的布置与进厂道路的制约，出水管则受污水排放水体位 置的影响。 4协调好辅助建筑物、道路与建筑物的关系，做到方便生产运行，保障安 全畅道，美化厂区环境。 6.2 总平面布置结果 污水由西方排水管道进入废水处理系统，经处理后排入排水渠随其他水流流 出厂区。 该废水处理厂呈长方形，长宽=131m104m。由于属于某啤酒生产工厂的附 属建筑，只用于该厂啤酒废水的处理，故不再建设职工宿舍等辅助建筑。 该区域不再建设主要干道，按需要建几条次干道，减少土地的使用。 第第 7 章章 工程造价、效益分析工程造价、效益分析 为进一步估算建设该废水处理厂所需投资的费用，本章对各处理构筑物进行 造价估算，并对该厂运行所需的费用进行详细的计算。 7.1 工程投资估算工程投资估算 7.1.1 土建部分 表 7-1 土建部分投资估算表22 名称规格(m) 个数(个) 设计参数主要设备 格栅井2.10.30.81Qmax=229.2m3/h HF300 型格栅除污机 1 个 调节池3.149231Qmax=229.2m3/h AFP30 01M750 潜水离 心泵 UASB 池34166.51 Q=208.3m3/h T=3h 沉淀池3.14925.11Qmax=229.2m3/hCG18A 刮泥机 1 个 CASS 池26.165.58Q=208.3m3/h 旋臂式程控智能滗水 器 8 个 鼓风机房84.541Oah=30.2m3/hD15-61 离心鼓风机 浓缩车间7.5641Qmax=229.2m3/hROEFILT-15 浓缩机 污泥脱水机房7.5641Qmax=229.2m3/hROEFILT-15 浓缩机 办公楼157.571电脑等 其他附属设施若干 注：投资估算混凝土以 1100 元/m3。 7.1.2 设备费用 表 7-2 设备部分投资估算表22 7.2 成本估算成本估算 除了建设各构筑物及各设备所需要的钱外，运行后每年还需要付出以下费用： 1电费：每天大概用电 2420+240.6+8.837+2462+8.8143=2366.4（KWh） ，电费按 0.5 元/( KWh)， 则一年用电费为：E1=2366.60.5365=43.2（万元） 。 2药剂费：设计每年用药 5t，每吨按 4 万元计算，则每年的药剂费为： E2=54=20(万元)。 3工资福利费：该工艺定员 8 人，人均工资 1500 元/月计算，则每年支出： E3=8150012=14.4(万元)。 4折旧费：固定资产约 100 万元，年折旧费约为 5%，则每年的折旧费为： E4=1005%=5(万元)。 5大修费：大修费按每年的 2%计算，则每年的大修费为： E5=1002%=2（万元） 。 6日常维修费用：日常维修费用按 0.2%计算，则日常维修费用为： 序号名称数量/个规格及型号运行时间/h功率/KW 1提升泵2