UASB-SBR工艺啤酒废水水处理厂设计

UASB-SBR工艺啤酒废水水处理厂设计说明书全套图纸加V信153893706或扣3346389411一、工程概况1.1污水进水水量、水质污水处理量：0.2×104m3/d，K=1。进水水质：CODcr=2300mg/L，BOD5=1610mg/L,SS=1000mg/L，NH3-N=35mg/L，TP=10mg/L，pH=5-6。1.2出水水质要求污水经处理后应符合以下具体要求：CODcr≤80mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤70mg/L，NH3-N≤15mg/L，TP≤3mg/L，pH=5-9。1.3厂址及场地现状场地坐标：X0.00145.000.00145.00Y0.000.0086.0086.00来水方位：X16.00，Y86.00。管内底标高：-0.6m，管径D=350mm，充满度h/D=0.6。1.4污水排水接纳河流资料接纳水体：位于厂区东部，最高洪水位0.2m。1.5气象资料该市地处偏北地区，邯郸市属典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，日照充足，雨热同期，干冷同季，随着四季的明显交替，依次呈现春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季温和凉爽，冬季寒冷干燥。由于远离海洋，湿润气候难以到达，因而干燥少雨，气温的日较差和年较差较大。而且，越趋向大陆中心，就越干旱，气温的年、日较差也越大，植被也由森林过渡到草原、荒漠。年平均气温14°C，最冷月份(一月)平均气温-2.5℃，极端最低气温-20℃，最热月份(七月)平均气温27℃，极端最高气温42.5℃，全年无霜期200天，年日照2557小时。邯郸年平均降水量：563.8毫米。二、工艺流程选择2.1处理工艺概述啤酒污水超标项目主要是COD、BOD和SS三项啤酒废水主要来自两个方面，一是大量的冷却水，二是大量的洗涤水。冲洗水主要包括:麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦槽水、洗涤水、凝固物洗涤水;糖化过程的糖化、过滤洗涤水;发酵过程的发酵洗涤水、过滤洗涤水，罐装过程洗瓶、灭菌、破瓶啤酒及冷却水和成品车间洗涤水由此可见，啤酒废水的特点是水量大，无毒有害，属高浓度有机废水。主要处理现状：啤酒废水中主要含有糖、醇类等有机物,废水的BOD5/COD值约为0.67-0.80,易于生化降解。国内外广泛采用生化处理工艺,其中包括好氧生物处理、厌氧生物处理、好氧与厌氧联合生物处理方法。从目前实施并运行的装置来看,应用最为广泛的是好氧生物处理,常采用的方法有活性污泥法及其改进形式和生物接触氧化法。厌氧生物处理除有传统消化池应用生产外,一些新工艺如UASB等正在逐渐被用于糖化、发酵工序的高浓度废水生产性实验研究,出水与低浓度制麦、包装废水混合后作进一步好氧处理。2.2常用处理技术（1）UASB工艺原理：UASB，即上流式厌氧污泥床，集生化反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器，由污泥反应区、气、液、固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在反应区下部是大量具有沉淀性能与生物活性的厌氧颗粒污泥所形成的污泥床，在污泥床上部是浓度较低的悬浮污泥层。当反应器运行时，待处理的废水以一定流速从污泥床底部进入后与污泥接触，污泥中包含大量活性厌氧菌起着生物代谢的主要作用，经过酸化与甲烷化两个过程，分解污水中的有机物，产生的沼气以气泡的形式由污泥床区上升，并带动周围混合液产生一定的搅拌作用。经过气体搅拌，污泥床区的松散污泥被带入污泥悬浮层区，与悬浮污泥碰撞接触，一部分污泥比重加大，沉入污泥床区。气、水、泥的混合液上升至三相分离器内，气体受反射板的作用而进入集气室被分离，污泥和水进入沉降室，由于气体已被分离，沉降室的扰动很小，液体的运动趋于层流形态，在重力作用下泥、水分离，污泥沿斜壁返回反应区，上清液从沉淀区上部排走。特点：对COD的去除率可达到80-90%，悬浮固体SS去除率达到30-50%。对有机物去除效果好。UASB处理啤酒废水，容积负荷一般仅为4-7kgCOD/（m3·d)。UASB反应器的底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和絮凝性能的污泥在下部形成污泥层，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。其特点为结构紧凑，处理效率高，无机械搅拌，投资费用低等。清华大学胡纪萃教授等人的UASB常温发酵处理啤酒废水的中试研究在1987年完成,于1991年在北京啤酒厂进入工业规模的土建施工。研究结果表明,UASB工艺具有效能高、处理费用低、污泥产量少等优点。当进水COD浓度为2000-3000mg/L时,容积负荷为9-14kg/(m3·d),COD去除率可达85%,沼气产量为0.6m3/(m3·d)。UASB高效稳定运行的关键是颗粒化污泥的形成。研究表明,常温下以啤酒废水为基质,使絮状厌氧污泥颗粒化是完全可能的,培养出来的污泥颗粒在0.2-2mm之间,结构紧密多孔,沉降性能良好。这项成果适用于啤酒厂总排放口废水处理。（2）SBR工艺间歇式活性污泥法即SBR法处理啤酒废水的小试和中试研究已见报道。笔者曾经进行过此类研究,结果表明SBR法能有效地去除啤酒废水中的有机污染物,当进水COD浓度为1000-2000mg/L时,处理后出水可达国家排放标准。对COD的去除率达到70-90%，对SS的去除率达到70-90%，对氨氮的去除率可达到85-95%，对总磷的去除率达到50-85%。对脱氮除磷有良好的处理效果。该方法特点是进水、曝气、沉淀、排水均在一个池中顺序完成,废水分批处理,运行灵活,能有效地抑制污泥膨涨问题,剩余污泥量少且浓缩脱水性能好,耐冲击负荷,工作稳定,基建运行费用低。与常规活性污泥工艺相比,在同样进出水水质前提下,基建投资、运行费用以及占地面积均可减少20%左右。我国目前废水处理体制还处于各厂各点分散治理状态,常规活性污泥法处理水量较小的啤酒厂废水,投资效益很低,对于中小型啤酒厂难于接受,如果采用SBR法既可降低投资,又能得到好的出水水质。(3)生物接触氧化法生物接触氧化法处理啤酒废水在国内应用很普遍。该工艺综合了活性污泥法和生物膜法的优点,克服了它们的缺点,具有耐冲击负荷、占地省、运行管理方便、处理成本较低的优点。青岛啤酒厂采用两段生物接触氧化法并辅以混凝气浮处理,进水COD浓度为1200mg/L,BOD5浓度为700mg/L时,去除率分别达到80%和90%以上。近几年人们致力于研究开发高效、高负荷低停留时间、低处理费用的生物接触法新工艺,对氧化池中的填料、曝气方法等进行了研究,开发出新型软性填料、半软性组合式填料。山东省环科所还进行了加压生物接触氧化法处理啤酒废水的实验研究并应用于生产实践,当操作压力为0.25-0.30MPa时,与普通生物接触氧化法比较,水中溶解氧可提高3-5倍,COD去除率提15%-25%,停留时间仅为其1/3-1/4,是一项值得推广的新工艺。2.3.UASB-SBR工艺和IC-A2O工艺的比较2.3.1UASB与IC反应器的比较1、技术因素从构造上看，IC反应器内部结构比普通厌氧反应器复杂，设计施工要求高。反应器高径比大，一方面增加了进水泵的动力消耗，提高了运行费用；另一方面加快了水流上升速度，使出水中细微颗粒物比UASB多，加重了后续处理的负担。另外内循环中泥水混合液的上升还易产生堵塞现象，使内循环瘫痪，处理效果变差。2、技术运行因素（1）发酵细菌通过胞外酶作用将不溶性有机物水解成可溶性有机物，再将可溶性的大分子有机物转化成脂肪酸和醇类等，该类细菌水解过程相当缓慢。IC反应器较短的水力停留时间势必影响不溶性有机物的去除效果。（2）在厌氧反应中，有机负荷、产气量和处理程度三者之间存在着密切的联系和平衡关系。一般较高的有机负荷可获得较大的产气量，但处理程度会降低。因此,IC反应器的总体去除效率相比UASB反应器来讲要低些。3、技术经济因素（1）缺乏在IC反应器水力条件下培养活性和沉降性能良好的颗粒污泥关键技术。目前国内引进的IC反应器均采用荷兰进口的颗粒污泥接种，增加了工程造价。上述问题有待在对IC厌氧处理技术内部规律进行更深入探讨的基础上，结合工程实践加以克服，使这一新技术更加完善。（2）发酵细菌通过胞外酶作用将不溶性有机物水解成可溶性有机物，再将可溶性的大分子有机物转化成脂肪酸和醇类等，该类细菌水解过程相当缓慢。IC反应器较短的水力停留时间势必影响不溶性有机物的去除效果。因此，IC反应器的总体去除效率相比UASB反应器来讲要低些。2.3.2SBR与A2/O的工艺比较1、工艺运行因素A2/O法的主要缺点是处理单元多，操作管理复杂，特别是污泥厌氧消化要求高水平的管理，消化过程产生的沼气是可燃易爆气体，更要求安全操作，这些都增加了管理的难度。SBR工艺所呈现的不同点主要体现在以下几个方面：①一般不需设置二沉池；②不用污泥回流或少量污泥回流；③曝气系统多采用鼓风曝气，而氧化沟多采用机械曝气；④曝气池出水水位不恒定，需用滗水器；⑤自动化程度较高，对自控系统有较高的要求。2、经济因素A2/O基建投资一般情况下比SBR工艺高3、技术因素A2/O对污泥的稳定化要求没有明确的规定，同时由于排水管网系统不够完善，大多数城市污水的有机成分不高，加之污泥厌氧消化的管理和沼气的利用还缺乏成熟的经验，这些因素都降低了A2/O法的经济性。三、工艺流程3.1工艺流程图：3.2流程说明啤酒废水经格栅截留和调节池处理可去除20%的悬浮物和20%的有机污染物。经UASB工艺处理可使有机污染物的去除率达到80%以上，以及30%以上的悬浮物。废水流经SBR反应池时，可去除有机污染物70%以上，悬浮物去除率可达70%以上，氨氮去除率高达80%以上，总磷去除率是50%以上。经以上工艺处理所达到的最低处理效果为：COD剩余量为110.4mg/L，SS为168mg/L，氨氮为5.25mg/L，总磷为5mg/L，不符合排放标准，所以设置污水回流，回流比为80%；由于悬浮物含量较高，设置混凝池进一步消毒并去除,对悬浮固体SS的去除率可达到70~75%。SS可降至最终可达到《啤酒工业废水排放标准》。集泥池收集UASB、SBR和混凝池中的污泥，通过集泥池对污泥进行调节，进入到污泥浓缩池中，再经过污泥压缩机房对污泥进行脱水，到到标准以后运出做肥料或焚烧。四、主要构筑物计算说明4.1格栅计算结果见下表：格栅由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属筛网、框架及相关装置组成。啤酒工业废水有机物浓度较高，悬浮物含量也较高，选用细格栅进行截留处理，但由于进水量较小，计算所得到的格栅尺寸过小，不符合实际，因此选择购买格栅。所购买的格栅宽0.4米，高0.5米，栅条间隙0.01毫米。废水流经格栅时可有效截留啤酒废水中较大的悬浮物或漂浮物，以保护水泵；格栅可防止堵塞管件和阀门，保证后续处理物的正常运行。4.2调节池调节池提供对污水处理负荷的缓冲能力，防止处理系统负荷的急剧变化；减少进入处理系统污水流量的波动，在控制污水的pH值、稳定水质方面。同时可防止高浓度的有毒物质直接进入生物化学处理系统；当其他系统暂时停止排放污水时，仍能对处理系统继续输入污水，保证系统的正常运行。选用线内调节的方法，进水一般采用重力流，出水用泵提升，池中最高水位不高于进水管的设计水位，最低水位为死水位，设计参数有效水深为5米，设0.5米超高，根据每天2000吨的进水量和6小时的水力停留时间，最后算得尺子的长和宽均为11m，池高为5.5m。4.3UASB升流式厌氧污泥床反应器由于结构紧凑、处理效率高、无机械搅拌、投资费用低等原因而应用最为广泛，时实际工程应用中最为成功的厌氧生物处理工艺。此工艺中的UASB反应器的污泥床为颗粒污泥床，三相分离器由上到下两层折板型集气罩组成，穿孔管配水，三角堰出水，根据进水水量、水质以及国标要求确定有效容积负荷为6kgCOD/（m3·d），反应区有效水深为5m，污泥产率系数为0.1kgMLSS/CODcr，池体有效容积系数为0.85。根据进水量及进水COD浓度确定反应器反应区尺寸为：宽6m，长12m，符合长宽比为2：1的要求。根据三相分离器设计要求，最终确定三相分离器的总高度为2m，反应池池体总高度为8.5m，根据进出水COD浓度及水量计算得出剩余污泥量为295（kgMLSS/d）。

4.4SBRSBR是序批式活性污泥法的简称，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代替空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳定生化反应，静置理想沉淀代替传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序化间歇操作。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，运行方式可以灵活变换能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，它的运行周期包括进水期，反应期，静置期，排水期，闲置期5个阶段。

设计两座SBR反应器，每一座的尺寸为：SBR反应池的长度=16m；SBR反应池的宽度为9.5m；SBR反应池的总高度为6m。选择三台（两用一备）BSL2000型连杆式旋摆滗水器，其安装技术参数为：滗水能力2.78m3/min，滗水器高度为5.5m。4.5混凝池混凝—过滤是最常用的水回用深度处理技术。化学混凝所处理的对象，主要是水中的微小悬浮固体和胶体杂质。混凝包括凝聚和絮凝两个阶段。在凝聚阶段水中的胶体双电层被压缩失去稳定而形成较小的微粒;在絮凝阶段这些微粒在吸附架桥和网捕作用下互相凝聚形成大颗粒絮凝体，这些絮凝体在一定的沉淀条件下可以从水中分离去除。化学混凝的设备包括:混凝剂的溶解配制和投加设备、混合设备和反应设备。由于每天2000吨的进水量较小，所以溶解池容积算出较小，直接设计为池高1.3m，长宽均为2m。投加和混合设备选择的是静态管道混合器进行投加，设水流速度为1m/s，最后得管道直径为0.17m，水头损失为0.29m。混凝反应池选择的是机械搅拌混合池，根据参数计算的池长2.5m，个数两个。池内搅拌桨有三个搅拌档位。4.6接触消毒池液氯消毒是目前国内应用最广的一种消毒方式，经济效益好。液氯消毒的一般接触时间选择30min。接触消毒池一般采用矩形隔板式池体，按照最大峰值水量进行设计，当水流长度:廊道宽=72:1、池长：廊道宽=18，1、水深：廊道宽成1.0时，接触消毒效果最好。根据这些参数和进水流量，算得消毒池高为1.8m，池长12m，单道宽0.6m，单道个数为3.4.7集泥井污泥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，然后再由污泥泵打到污泥浓缩池。啤酒废水处理过程产生的污泥主要来自UASB反应器和SBR反应器两个部分。设置一座圆柱形的集泥井，集泥井尺寸为：集泥井直径为20m；集泥井高度5m。4.8污泥浓缩池污泥浓缩的主要目的是降低含水率，大幅减少污泥体积。其实质是去除污泥颗粒间隙水的一部分。运作方式有间歇式和连续式两种。通常间歇式主要用于污泥量较小的场合,而连续式则用于污泥量较大的场合。带式压滤机的主要特点是把压力施加在滤布上，依靠滤布的压力和张力使污泥脱水。这种脱水方法不需要真空或加压设备，动力消耗少，可以连续生产，目前应用较为广泛。滤带的速度与物料在带式压滤机内的停留时间成反比。在对带式压滤机进行生产能力的计算时，可以采用反推法，即先算出设备的每小时湿泥饼产量，再折算成进料量。压滤机个数为3个，滤带的宽为3m。五、平面布置设计5.1布置原则(1)处理构筑物与生活、管理设施宜分别集中布置，其位置和朝向力求合理，生活、管理设施应与处理构筑物保持一定距离。功能分区明确，配置得当，-般可按照厂前区、污水处理区和污泥处理区设置。构筑物和辅助构筑物应布置在附属建筑物、办公场所、生活区的夏季主导风向的下方，中控室和值班室应尽量布置在能够便于观察各处理设施运行的位置。（2）处理构筑物宜按流程顺序布置，避免与进(出)水方向相反安排;应充分利用原有地形，将某些构筑物放置在较高处，尽量做到土方量平衡，减少工程量，而将有些构筑物放在较低处，使水流按照重力流输送。（3）各构筑物之间的连接管应以最短路线布置，尽量避免不必要的转弯和用水泵提升，严禁将管线埋在构筑物下面。（4）处理构筑物之间的距离，按它们中间的道路宽度和铺设管线所需要的宽度要求来定，一般为5~20m。但对于特殊构筑物(如消化池、贮气罐)与其他构筑物之间的距离，应符合国家《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)及国家和地方现行防火规范的规离，应符合国家《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)及国家和地方现行防火规范的规定。消化池与其他构筑物之间的距离不应小于20m。贮气罐与其他构筑物的间距则应根据容量大小按有关规定确定。（5）布置管线时，管线之间及其他构(建)筑物之间，应留出适当的距离。管道埋深浅于建筑物基础时，不宜小于2.5m,管道埋深深于建筑物基础时，按计算确定，但不应小于3.0m。给水管和排水管的水平距离在d≤200mm时不应小于1.5m，在d>200mm时不小于3m。（6）处理厂(站)内的雨水管道、污水管道、给水管道、电气埋管等管线应合理安排，避免相互干扰，管道复杂时可考虑设置管廊。（7）考虑到处理厂发生事故与检修的需要，应设置超越全部处理构筑物的超越管、单元处理构筑物之间的超越管和单元构筑物的放空管道。并联运行的处理构筑物间应设均匀配水装置，各处理构筑物系统间应考虑设置可切换的连通管渠。(8)污水处理厂厂区的通道应根据通向构筑物和建筑物的功能要求，如运输、检查、维护和管理的需要设置。通道包括双车道、单车道、人行道、扶梯和人行天桥等。扶梯不宜太陡,尤其是通行频繁的扶梯，以利于重物搬运。人行道宽度1.5~2.0m，单车道宽度3.5～4.0m，双车道宽度6.0~7.0m，转弯半径6.0~10.0m，常布置为环状，以便车辆回程。车道与建筑物、构筑物外墙最小间距不得小于1.5m。

(9)污水厂内要植树绿化美化厂区，改善卫生条件，净化空气,按规定,污水处理厂(站)内的绿化面积一般不小于全厂总面积的30%。有的污水处理厂在考虑远期的发展时，需要预留一块空地，必要时需按照远期设计水量设计出远期构筑物。预留地与远期构筑物的布置要与现阶段设计修建的构筑物统一规划,既要考虑近期的完整性又要考虑远期建成后整体布局的合理性。

(10)总平面布置图可根据污水处理厂的规模采用(1:200)～(1:1000)的比例尺绘制，常用的比例尺有1:200、1:500、1:1000。平面布置图应标出坐标轴线、风玫瑰图、构筑物与辅助建筑物、主要管渠、围墙、道路及相关位置，列出构筑物与辅助建筑物一览表，表中应包含序号、名称、规格、数量、备注等内容。对于工程内容较复杂的处理厂，可单独绘制管道布置图。5.2平面布置：建厂的厂区位于邯郸，该地区盛行东南风，因此建厂时污泥池的设计应考虑到风向因素，将污泥处理设施建在西南角上。因为排水水体位于厂区的东部，因此处理水体的水线流向为自西向东，可以使得更好的排水。污泥提升泵房就近集泥井和污泥浓缩池。考虑到处理厂发生事故与检修的需要，设置了超越全部处理构筑物的超越管、单元处理构筑物之间的超越管和单元构筑物的放空管道。有的污水处理厂在考虑远期的发展时，需要预留一块空地，必要时需按照远期设计水量设计出远期构筑物，在厂区的东南角设立了一块发展备用地。

污水处理厂厂区的通道应根据通向构筑物和建筑物的功能要求，如运输、检查、维护和管理的需要设置。因此设立了8m的双行道，以方便运输和工作活动。六、高程布置设计6.1布置原则污水处理厂高程设计的任务是对各单元处理构筑物与辅助设施等的相对高程作竖向布置；通过计算确定各单元处理构筑物和泵站的高程，各单元处理构筑物之间连接管渠的高程和各部位的水面高程，使污水能够沿处理流程在构筑物之间通畅地流动。

高程布置的合理性直接影响污水处理厂的工程造价、运行费用、维护管理和运行操作等。高程设计时，应综合考虑自然条件(如气温、水文、地质条件等)、工艺流程和平面布置等。污水处理厂的高程布置应满足如下要求：

(1)采用了重力流，可以减少提升，以降低电耗，只在污泥泵房中对水位进行提升，可满足接下来工艺中的水头损失。选择距离最长、水头损失最大的流程水线进行水力计算，并尽量留有计算的余地，以免因水头不够而发生涌水，影响构筑物的正常运行。

(2)水力计算时以最大日流量2000m3/d作为设计流量；在计算时尽量减少污泥处理流程的提升，污泥处理设施排出的废水能够自流入集水井内。出水渠高程，最后一个处理构筑物的出水水位为0.2m能自流或经提升后越出，如处理后污水排向水体，则从污水处理厂出水口最低的允许标高排向水您的高程，要保证污水能达到常年水位以上0.5m，最好是最高水位以上的高度。

(6)设置调节池的污水处理厂，调节池宜采用半地下式或地下式，以实现一次提升的目的。(7)污水处理厂初步设计时，污水流经处理构筑物的水头损失，可用经验值或参比类似工程估算，施工图设土必须通过水力计算来确定水力损失。

(8)高程布置图需标明地面标高，污水处理构筑物和污泥处理构筑物的池底、池顶及水面高程，构筑物连接管道的管径和管中心标高，连接渠的果顶、果底和有效水位标高。在高程布置图中应能清晰表达出各处理构筑物间(污水、污泥)的高程关系和处理工艺流程。

(9)高程布置图在纵向和横向上采用不同的比例尺绘制，横向与总平面布置图相同，可采用(1：500)～(1：1000)，纵向采用(1：50)～(1：100)。

(10)高程计算时，常以受纳水体的最高水位或者工业废水排放口作为起点，逆污(废)水处理流程向上倒推计算，以使处理后废水在洪水季节也能自流排入水体或下水道，并且水泵需要的扬程较小。如果洪水位高出相应设计高度，应在污水处理厂排放口前设置提升泵站，在水体水位过高时开启泵站提升排放。如果水体最高水位很低时，可在排入口前设跌水井。

(11)高程布置中的水头损失包括：水流流过各处理构筑物的水头损失、构筑物间的连接管渠中的沿程与局部水头损失，以及水流流过计量设备等的水头损失。

①处理构筑物的水头损失与构筑物池型及其构造有关，流经处理构筑物的水头损失主要产生在进口、出口和需要的跌水处，而流经处理构筑物本身的水头损失则较小。在作初步设计时，水流流过各处理构筑物的水头损失(包括进出水渠道的水头损失)。②对于流入水解酸化池、曝气池、反应池、厌氧池等需要聚能或改善传质的构筑物时，连接管渠中的流速相对较大一些或过水断面小一些。反