啤酒厂废水处理毕业设计.doc

分类号 编号烟 台 大 学毕 业 论 文（设 计）某啤酒厂废水处理工程工艺设计The process design of a brewery wastewater treatment engineering 申请学位： 学士学位 院 系： 环境与材料工程学院专 业： 环境工程 姓 名： 刘会东 学 号： 200982501122 指导老师： 赵 鸣（副教授） 2013年 5 月 16日烟台大学某啤酒厂废水处理工程工艺设计姓 名： 刘会东 导 师： 赵鸣 2013年 5 月 16 日烟台大学 摘 要根据任务书的要求，本设计为某啤酒废水处理工程工艺设计，设计阶段为初步设计。含高有机污染物啤酒废水的存在，不仅导致环境污染，而且还会减少啤酒生产原材料的利用率。因此需要采用适当方法处理。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设计处理水量为7500m3/d,不考虑远期发展。原污水中各项指标为：BOD1500mg/L,COD2600mg/L,SS=332450mg/L。因该废水BOD值较大,不经处理会对环境造成巨大污染，故要求处理后的出水水质为：BOD60mg/ L，COD100mg/ L，SS50mg/ 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，通过查阅资料对比各种方法可采用两级处理以使出水达标。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。本设计基本工艺流程为： 啤酒废水 格栅 调节池 UASB反应器 SBR池 消毒池 出水整个工艺具有总投资少，处理效果好，工艺简单，占地面积省，运行稳定，能耗少的优点。 关键词：啤酒废水，工艺设计，厌氧生物处理法，好氧生物处理法AbstractThis design is one beer waste water treatment. The degree of the design is in a preliminary phase. The main distinguishing feature of the beer waste water is that it contains the massive organic matters, so it belongs to the high concentration organic waste water, therefore its biochemical oxygen demand is also high.The water which needs to treatment in the beer waste water treatment plant is 7500m3/L, regardless of the specified future development. Various target in the raw waste water is: the concentration of BOD is 1500mg/L, the concentration of COD is 2600mg/L, the concentration of SS is between 332 and 450mg/L. For the beer waste waters BOD is high, it could pollute the environment if drained before treatment, so it request the beer waste water which drained must be strictly treated to the effluence standard which is as following: BOD60mg/ L, COD100mg/ L, SS50mg/ L.After the analysis, the quality of this processing water belongs to the waste water that easy biology degrade and not have the obvious poison, could use two levels of biological treatments to cause the water drained meet the designated standard. First level of processing mainly uses the physical methods, which removes the suspended matter and the inorganic substance in the sewage.Second levels of processing mainly uses the biology methods, consists of UASB of demand oxygen biology methods and SBR of anaerobic oxygen biology methods, which could remove BOD, COD in the waste water. The technological process of this design is:Beer waste water Screens Regulation tank Reaction tank of UASB Tank of SBR Disinfection pool Treatment water The entire technological process have the characteristics of lower investment, good treatment effect, easy technology process，using small area, running steady, and consuming lower energy. Keywords: brewery wastewater, process planning，anaerobic biological treatment, aerobic biological treatment method目 录1 设计总论11.1 设计背景11.2 城市环境条件11.2.1 地形11.2.2 气候11.2.3 水文11.2.4 厂址21.3 设计水量及水质21.4 设计原则22 方案比较及流程确定32.1 污水处理程度的确定32.1.1 处理效果分析32.1.2 处理重点分析32.2 污水处理方案的比较32.2.1 处理工艺流程选择应考虑的因素32.2.2 接触氧化法32.2.3 UASB法42.2.4 ICCIRCOX法42.2.5 CASS法52.2.6 水解酸化-SBR法52.3 污水处理方案的确定72.4 污水处理工艺流程图83污水处理构筑物设计与计算93.1 格栅的设计与计算93.1.1 设计说明93.1.2 设计参数93.1.3 设计计算93.1.4 格栅机的选型113.2 调节池113.2.1设计说明113.2.2 设计参数123.2.3 设计计算123.3 UASB设计计算133.3.1 设计说明133.3.2 设计参数133.3.3 设计计算143.4 SBR设计计算233.4.1设计说明233.4.2 设计参数233.4.3设计计算243.5 接触消毒池与加氯间293.5.1 设计说明293.5.2. 设计计算294污泥部分各处理构筑物设计与计算294.1 集泥井304.1.1 设计说明304.1.2 设计参数304.1.3 设计计算304.2 重力浓缩池的设计计算314.2.1设计说明314.2.2 设计参数314.2.3设计计算324.3 污泥脱水间334.3.1 设计参数334.3.2 设计计算345平面布置与高程布置355.1平面布置365.1.1 平面布置的一般原则365.1.2 主要构筑物和建筑物的尺寸365.2高程布置375.2.1高程布置的原则375.2.2污水处理厂各构筑物的水力损失结算386工程项目概预算406.1工程投资概预算406.1.1建设费用406.1.2设备费用406.1.3管材及附件费用406.1.4 管材附件费用406.1.5其他费用406.2 劳动定员、运行管理406.2.1 劳动定员406.2.2运行费用407设计总结44致 谢45参考文献46烟台大学毕业设计（论文）1 设计总论1.1 设计背景 啤酒是以优质的大麦和水为主要原料，以啤酒花为香料，经过麦芽制备、麦芽汁制备、发酵等工程而制成，含有丰富的营养物质以及二氧化碳等物质。改革开放以来，人民的生活水平明显得到大大的提高，我国的啤酒行业也快速发展，我国的啤酒年产量在连续九年名列世界第二后，2002年以2386.83万吨超过了美国的2200多万吨的产量，位居世界第一。但由于我国啤酒工业发展起步较晚，投资资费较低，对在生产中形成的废渣、废水的控制还不完善，由此而导致废水量较大。据有关部门测算，2002年全国啤酒废水排量高达2.7亿立方米，年排放COD约为2.9万吨；啤酒废水占全国废水排放总量的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有害而无毒性的废水，但由于每年生产100t啤酒，排放废水中BOD量相当于1.4万人的生活污水，生产每瓶啤酒排放的废水中BOD含量相当于1个人每天生活排放污水中BOD的量。随着我国啤酒工业的迅速发展，啤酒工业废水的排放量也相应增加，污染程度大大加重。因此只有有效合理的控制啤酒厂的废水，才能保证良好的经济效益、环境效益和社会效益。结台我国企业的实际情况，对啤酒废水的治理技术进行综合分析与探讨，研究先进合理的治理工艺在当前具有普遍的现实意义。1.2 城市环境条件1.2.1 地形该城市地处低山丘陵,中部地势相对较为平坦，北部海岸线曲折多变，海拔高8.5米。1.2.2 气候受海洋影响较大，一年四季气候分明，冬季无严寒，夏季无酷暑。年平均气温12.5，极端最高气温为36.5，极端最低气温为13.8，月平均气温以8月份最高，一月份最低。由于受季风影响，降雨多集中在69月份，年平均降雨量359.6mm，平均蒸发量为1016.3mm，年平均相对湿度72.7%。 该地区全年主导风向为偏东北风，出现频率占33%，其次偏西风，频率21%，静风频率占15%。年平均风速为4.2m/s，最大风速25m/s。1.2.3 水文地下水位标高在67.5米。具体设计水位标高见表1.1。表1.1 海岸工程设计水位Table 1.1 Design water level of coast project设计高水位设计低水位平均海水面3.001.052.001.2.4 厂址地质主要为远古代黑云母花岗岩和混合花岗岩，及中生代燕山期斑状花岗闪长岩及花岗岩。地震基本烈度为7级。工程地质良好，适宜于工程建设，厂区地形平坦，海拔高度8.5米，计算时按地面相对标高0.00m计。1.3 设计水量及水质 设计水量为Q=7500m3/d, 污水总变化系数=1.5; 进水水质：COD2600mg/L BOD1500mg/L SS=332450mg/L PH=49 水温92，BOD总去除率98。SBR处理工艺的特点是集生物降解和终沉排水等功能于一体，该法与传统的连续式活性污泥法(CFS)相比，可省去沉淀池和污泥回流设施，具有运行稳定、净化效率高、耐冲击负荷、避免污泥膨胀、便于操作管理等特点。水解酸化法工艺流程如图2.5所示。 图2.2 UASB法工艺流程图Figure 2.2 UASB method process flow diagram图2.3 IC-CIRCOX法工艺流程图Figure 2.3 process flow diagram of IC-CIRCOX method图2.4 CASS法工艺流程图Figure 2.4 Process Flow Diagram of CASS method图2.5 水解酸化法工艺流程图Figure 2.5 anaerobic process flow diagram 2.3 污水处理方案的确定啤酒废水的BOD/COD大，上述5个处理工艺方案的共同点是均以生物处理为主体，而且基本上均以前级为厌氧(水解酸化为主)处理，后级为好氧处理。他们的不同之处包括：一是第二级好氧生化处理分为生物接触氧化法(生物膜法)和活性污泥法(微生物呈悬浮状态)；在厌氧和好氧生物处理中，又分为成熟的传统方法(工艺1、2、4)和较新技术应用的方法(如工艺2中预处理用UASB，工艺3中IC和CIRCOX及工艺5中的CASS法)，它们的共同点是：啤酒废水(混合水)采用厌氧(水解酸化)生物处理与好氧生物处理相结合(为主体)的处理工艺是成熟、可靠的工艺。综上所述，在以厌氧(水解酸化)与好氧为主体的处理工艺中，其污泥产量较少，但上述5个处理工艺中也有区别，处理工艺13在好氧生物处理后均设沉淀设施(工艺1和2为气浮池，工艺3为斜管沉淀池)；而处理工艺4和5，在好氧生物处理后不设沉淀池，污泥量很少，大多数内部消化，故污泥直接进入污泥浓缩池，进行污泥的处理与处置。从上述5个处理工艺分析，工艺I一3好氧生物处理采用的是生物膜法(前两个是生物接触氧化法，第三个CIRCOX反应器是好氧生物流化床原理发展而来，微生物黏附在细砂类载体物表面，形成生物膜)，生物膜要进行新、老更替，老的膜剥落后需要经沉淀后去除(当然同时也去除悬浮物等)，故氧化(好氧)生物处理后要设沉淀设施。后两种好氧生物处理均属活性污泥法范畴，SBR集生物降解和终沉排水于一体，污泥浓缩在SBR池下面，省去了沉淀池；CASS反应池污泥用回流泵回流(循环式活性污泥法)，产泥少、污泥直接进污泥浓缩池，不设沉淀池。可见后两种工艺省去了沉淀设施，减少了沉淀池的造价和占地面积。可以这样说：好氧生物处理采用生物膜法，后面要设沉淀池，其处理工艺由生化和物化相结合；好氧生物处理采用SBR和CASS反应池的，后面可不设沉淀池，其处理工艺省去了物化处理，由单一的生化处理组成。通过对多种方案的综合比较，结合本次设计的实际的水量、水质，我最终确定采用UASB+SBR法来处理啤酒废水。2.4 污水处理工艺流程图 污水处理工艺流程图如图2.6所示 : 出水 泵鼓风机 沼气进水消毒池调节池SBR反应池UASB反应池格栅 泥饼外运污泥脱水间浓缩池上清液压滤液 图2.6 啤酒厂污水处理工艺流程图 Figure 2.6 brewery wastewater treatment process flow diagram 3污水处理构筑物设计与计算3.1 格栅的设计与计算3.1.1 设计说明格栅是由一组平行的金属栅条或筛网制成，一般安装在废水渠道、进水井的进口处，用以截留较大的悬浮物或漂浮物。除此之外，设置细格栅还可对水泵起保护作用，可减轻后续构筑物的处理负荷，并使各构筑物能够正常运行。3.1.2 设计参数 本设计采用细格栅： 栅条间隙d=10mm; 栅前水深 h=0.4m; 过栅流速 v=0.6m/s; 安装倾角=60； 本次设计的设计流量为：Q=7500m3/d=312.5m3/h=0.087m3/s;3.1.3 设计计算格栅设计草图如图3.1所示： 图3.1 格栅设计草图 Figure 3.1 grille design sketch 3.1.3.1栅条间隙数(n) 式中： Q - 设计流量，m3/s - 格栅倾角，度 b - 栅条间隙，m h - 栅前水深，m v - 过栅流速，m/s 取n=34条3.1.3.2 栅槽宽度（B）在本次设计中，取栅条宽度S=0.01m，则栅槽宽度为:B=S（n-1）+=0.01(34-1)+0.0134=0.67m3.1.3.3 进水渠道渐宽部分长度 设进水渠宽 B1=0.5m，其渐宽部分的展开角度为1=20 ,进水渠道内的流速为0.73m/s,则进水渠道渐宽部分的长度为： 3.1.3.4 栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 3.1.3.5 通过格栅的水头损失（h1） 设栅条断面为圆形断面，当迎水面为圆形时，形状系数 取1.83。 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0.080.15m，为避免格栅前涌水，故将栅后槽下降h2 作为补偿。3.1.3.6 栅后槽总高度（H） 设栅前渠道超高h2=0.3m，则栅后槽的总高度为： 3.1.3.7 栅槽总长度（L） 3.1.3.8 每日栅渣量（W）在格栅间隙为10mm的情况下，设每1000m3污水产0.09m3的栅渣量，则每日栅渣量为： 因为W0.2m3/d,所以宜采用机械清渣。3.1.4 格栅机的选型参照给水排水设计手册第11册，本工艺格栅选择XWB-系列背耙式细格栅除污机，其安装倾角为60，进水流速1.2m/s,水头损失19.6kPa,栅条净距715mm。3.2 调节池3.2.1设计说明 设计调节池主要是选择池型和确定其有效容积，然后计算其各部分的尺寸和搅拌设备。调节池有效容积的确定主要有停留时间法和累积曲线法两种方法。其中，停留时间法是当前国内应用最为普遍的方法，应用停留时间法的关键是确定适当的停留时间。在本次毕业设计中，拟选用矩形调节池，它可以同时做到调节水量和水质。为避免在调节池中发生沉淀，需要对其进行搅拌，使其能够得到充分的混合，采用机械搅拌的方式。3.2.2 设计参数 设计流量Q = 7500m3/d = 312.5m3/h =0.087m3/s； 调节池停留时间T=8.0h 3.2.3 设计计算3.2.3.1调节池有效容积 V = QT =312.58 =2505.6m33.2.3.2 调节池水面面积调节池的有效水深取7.5米，超高0.5米。则 调节池面积为 A=V/H=2505.6/7.5=334.1m2 取池长L=28m,池宽B=A/L=334.1/2812m， 调节池的实际尺寸为：LBH=28128=2688m33.2.3.3 小结 调节池的配套设备选择如下： 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26m(可调)： 机体最大插入水深：14.5m， 重量：390kg； b.液位计 数量：1 套； 电源：220VAC； c.转子流量计 数量：1 组； d.潜污泵 数量：3 台，两用一备； 规格：150QW200-14-18.5； 流量/扬程：200m3/h，14m；功率：18.5kW；转速：1470r/min;电源：三相380VAC。3.3 UASB设计计算3.3.1 设计说明UASB，即上流式厌氧污泥床，在UASB中，可以同时发生生物反应和沉淀。该反应器的结构紧凑。UASB反应器主要由下列几部分组成：a.进水分配系统 进水分配系统设在上流式厌氧污泥床反应器的底部，其作用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，这样可以有助于废水与微生物的充分接触，除此之外，还可以使反应器内的微生物能够充分获得营养，有助于提高反应器容积的利用率。同时，配水系统还具有搅拌的作用。b.三相分离器三相分离器的作用是把气、液、固三相有效的分开，它由沉淀区、集气室和气封三部分组成。其工艺流程是：气体首先被分离，然后进入集气室，再在沉淀区内将固体和液体的混合液进行固液分离，这样，下沉的固体就可以依靠自身重力由回流缝返回反应区。c.出水系统 出水系统的作用是将澄清后的废水收集起来，从而排出反应器。d.排泥系统及沼气收集系统 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。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，因此所需池的容积将大大缩小。UASB具有设备简单，运行方便的优点，而且不需要设沉淀池和污泥回流装置，不需要补充填料，也不需要在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，管理方便。3.3.2 设计参数3.3.2.1设计参数选取如下： 容积负荷（）：4.6kgCOD/(m3.d)； 污泥产率：0.07kgMLSS/kg COD； 产气率：0.4m3/kg COD3.3.2.2 设计水质 设计水质如表3.1所示。3.3.2.3 设计水量 Q = 7500m3/d = 312.5m3/h =0.087m3/s3.3.3 设计计算 表3.1 UASB反应器进出水水质指标Table 3.1 UASB reactor and out of the water quality indicators水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)26001500350去除率（%）8085 60出水水质(mg/l)5202251403.3.3.1反应器容积计算3.3.3.1.1 UASB的有效容积V有效 式中： Q - 设计流量，m3/s S0 - 进水COD含量,mg/l -容积负荷,kg COD/(m3d) 3.3.3.1.2 UASB反应器的形状和尺寸 在本次设计中，采用6座相同的UASB反应器，则每座反应器的有效容积为:Vi=4239/6= 706.5m3。 a.根据实际经验，UASB的最经济高度一般在36m之间，而且在大多数情况下，这也是系统最优的运行范围。因此取有效水深为h = 6m ，则 横截面积 单池面积 b.经过分析，可知采用矩形池比圆形池较经济。单个池子从布水均匀性和经济性考虑，矩形池长宽比在2:1以下基建投资最省。 设池长L=12m，则宽，取10m。 单池实际面积 c.设计反应池总高度为H=6.5m，其中超高为0.5 m （一般应用时反应池装液量为70%-90%）。 单座UASB池的总容积为 : 单座UASB池的有效反应容积为: 单个反应器实际尺寸 ：12m10m6.5 m 反应器数量 ： 6座 UASB的总面积 ： 反应器总容积： 总有效反应容积 : ， 符合有机负荷求。 d.水力停留时间（HRT）及水力负荷率() HRT =V有效 /Q=4320/312.5=14h =Q/S=312.5/720=0.43m3 /m2h 水力负荷（0.10.9m3 /m2h ），符合设计要求。3.3.3.2 进水分配系统的设计a.布水点的设置 进水方式的选择应根据进水的浓度以及进水的流量而确定，通常采用的是连续均匀的进水方式。布水点的数量可选择一管一点或一管多点而进行布水，布水点的数量与所处理的废水的流量、进水浓度、容积负荷等因素有关。 由于所取容积负荷为4.6kgCOD/(m3d),因此本次设计每座UASB反应器中总共设置35个布水点，则每点的负荷面积为:Si=S/n=120/35=3.4(m2)b.配水系统形式UASB 反应器的进水分配系统形式多样，主要由树枝管式、穿孔管式、多管多点式和上给式四种。本次设计使用U形穿孔配水，一贯多孔式。为配水均匀，配水管中心距可采用1.02.0m,出水孔孔距也可采用1.02.0m,孔径一般为1020mm,常采用15mm,空口向下或与垂线呈45。方向，每个出水孔的服务面积一般为24m2。配水管中心距池底一般为2025cm,配水管的直径最好不小于100mm.为了使穿孔管各孔出水均匀，要求出7根支管，布水支管的直径采用DN200mm。布水支管的中心距为1.4m，管与墙的距离为1m；出水孔孔距1.2m，出水孔距墙为0.7m。孔口向下并与垂线呈45角。进入池子的总管管径取DN350mm，流速为1.5m/s；每个池子的总管管径取DN250mm，长L=12m，流速为1.35 m/s。为了使穿孔管隔空出水均匀，要求出口流速不小于2m/s，取其流速为u = 2m/s。每根管上有6个配口流速不小于2m/s。每个反应池采用树枝穿孔管配水，每个反应池中设置水孔则布水孔孔径为： d=0.011(m) 本装置采用连续进料的方式，布水孔的空口朝下，这样可有助于避免堵塞布水孔空口；而且由于UASB反应器的底部有反射散布的作用，这样可以有利于布水均匀。为了能使污泥和废水之间可以有效充分的接触，减少底部进水管的堵塞，建议进水点距反应池底200250mm。本工程中设计补水管离UASB反应器底部200mm。本次设计中常温下容积负荷=4.6kgCOD/(m3d), 沼气产率r=0.4m3/kg COD,根据接种污泥的不同，选择不同的空塔水流和气流速度。如采用厌氧消化污泥接种，需要满足空塔水流速度1.0m/h,空塔沼气上升速度ug1.0m/h。如采用颗粒污泥接种，水流速度可以提高至14m/h。这里计算按接种消化污泥为依据。则空塔水流速度 =Q/S=104.2/120=0.87m/h1.0m/h, 符合要求。 空塔气流速度 ug=QC0r/S=104.2*2.6*0.8*0.4/120=0.72m/h1.0m/h,符合要求。其中为COD去除率，取80%。3.3.3.3三相分离器设计 三相