淀粉废水处理工艺设计

第1章绪论1.1选题的意义与目的某淀粉加工企业生产期间会产生大量高浓度有机废水，该废水的悬浮物含量、氨氮含量、COD和BOD5含量都较高，且可生化性较好。若不经妥善处理直接排放，将对地表和地下水及人们生活环境造成严重污染。因此，为了减轻该企业生产废水对环境的污染，拟建一座废水处理站，对生产废水进行妥善处理，出水水质按《淀粉工业水污染物排放标准》(GB25461-2010)直接排放限值要求执行，以降低废水对水环境的影响，实现水资源可持续利用。1.2国内外的研究现状目前，我国在处理高浓度淀粉废水方面与国外的技术仍存在一定的差距，我国对淀粉废水常用的处理手段主要包括生物处理和物理化学[1]两种方法。其中生物处理法是当前应用最广泛的一种方法，包括厌氧生物处理法和好氧生物处理法，随着对淀粉加工废水方法的多项研究，厌氧生物处理法也常被应用到实际工程的处理过程中。但由于淀粉加工废水中有机物的浓度过高，而好氧生物处理法的剩余污泥成本高，耗能量大，当单纯的采用厌氧和好氧生物处理法进行废水处理时需要大量的资金投入，不能达到良好处理效果，因此通常采用好氧和厌氧相结合的工艺对废水进行处理。目前，A2/O、CASS、氧化沟等工艺成为废水处理主流[2]，传统处理工艺的脱氮除磷会受到水质和温度的影响[3,4]。常用的物理化学法主要有絮凝沉淀法、膜过滤法、混凝沉淀法。1.2.1生物处理法吕建国[5]在研究MBR系统处理淀粉废水过程中，利用超滤处理将废水中的蛋白质回收，当MBR进水COD控制在500mg/L、HRT=25h、运行压力为6KPa时，废水处理效果最好，COD去除率可达92%。Zeynali[6]等在进行SBR系统处理淀粉废水的实验中，通过改变系统的操作参数，确定了能使COD去除率达到92%、总悬浮物浓度降到38mg/L的最佳设计条件。李雪丽[7]通过对高浓度淀粉废水处理的室内试验研究发现，采用EGSB反应器处理高浓度淀粉废水时，当进水COD浓度为3780mg/L时，将温度控制在30±1℃，出水BOD5浓度最低可降低至原来的17%。出水COD浓度可降至原来的15%。（1）厌氧处理法孙自谦[8]通过对玉米深加工废水处理工艺与应用的实验研究发现，采用UASB厌氧方法，当pH控制在5~6.2，温度为37±2℃，水力停留时间设计为18h时，出水中COD含量可降至原含量的20%以下。胡文韬[9]进行了内循环脱气厌氧反应器启动运行及颗粒污泥气粒作用沉速影响的实验研究，结果表明：内循环脱气厌氧反应器的搅拌系统和内循环脱气系统能有效加强传质，促进颗粒污泥产生，在较高的有机负荷下也能使COD去除率达到86.9%。李斐[10]对淀粉废水处理工艺及工程应用进行中试试验研究，应用UASB处理废水的实验结果表明，当反应器驯化90天后，反应器的容积负荷升至4kgCOD/(m³•d)，在35℃的条件下，COD的去除效果最好，去除率可以达到80%。Suvajittanont等[11]对厌氧接触处理技术进行了研究，结果表明，使用上半部分为尼龙接触填料，下半部分为污泥床的装置处理木薯淀粉废水时，出水COD的浓度最低可达到20%。（2）厌氧-好氧生物处理法结合王龙[12]对IC厌氧+A/O组合工艺处理玉米综合加工废水进行了研究，研究结果表明，将进水流量降低到91m³/h，减少A/O工艺回流量到180%，使DO降低到2.0，出水总氮浓度可降到20mg/L。湖滨等[13]采用UASB+CASS工艺处理山东某企业淀粉生产废水的研究中发现，当UASB反应器运行容积负荷达到9.6kgCOD/(m³•d)时，进水流量为8000m³/d，进水COD浓度为6000mg/L时，出水COD浓度稳定在150mg/L以下，设备仍能稳定运行。苏宏等[14]采用加压SBR法处理淀粉废水，废水停留时间在8~12小时内，当进水COD浓度为3500~4000mg/L，去除率可达94~96.7%。该方法出水浓度符合国家规定，能够达标排放。1.2.2物理化学法（1）絮凝沉淀法宋清生等[15]对活性炭吸附固定微生物絮凝剂处理淀粉废水的实验进行了优化研究，实验结果表明，使用粒径40~60目的活性炭，利用0.5g的活性炭吸附固定5mL的微生物絮凝剂时，在处理100mL的淀粉废水过程中，浊度去除率达到97.7%以上的最佳絮凝条件为：温度设定40℃，pH值为9,絮凝时间为180min，投加絮凝剂的量为5mL。常凯[16]对红薯淀粉废水处理方法进行了研究，研究表明絮凝工艺不仅操作简单，且对各项污染物都有去除效果，通过预处理-厌氧-好氧的组合工艺可以达到淀粉工业排放标准。Tian等[17]通过絮凝沉淀法处理马铃薯淀粉废水的研究发现，用聚合氯化铝铁处理马铃薯淀粉废水可以使废水中COD去除率达到25.8%，浊度去除率达到67.5%。（2）膜过滤法Harmen等[18]利用超滤法回收马铃薯淀粉废水有机物，以截留相对分子质量为5~150ku的亲水聚醚砜、亲水聚偏氟乙烯和新型再生纤维素3种膜材料，回收废水中蛋白质，回收率达到82%。B.CANCINO-MADARIAGA等[19]采用沉淀、微滤、反渗透联合法对玉米淀粉洗涤水中的固体颗粒去除率进行了研究，研究表明，采用该方法可以使BOD5降至31.2mg/L。张文华等[20]运用超滤（UF）-反渗透组合工艺（RO）组合工艺对玉米加工废水进行深度处理，试验结果表明，当超滤效果达到最佳时，反冲洗时间应设定为60s，反冲洗周期设置30min，操作压力应为0.1MPa；在达到最佳反渗透效果的前提下，操作压力应控制在0.7MPa，回收率为80%。在此工艺参数下，系统成功实现了对总溶解固体、COD、氨氮、硝态氮、溶解磷的高效去除，去除率均超过96%。（3）混凝沉淀法陈善敏等[21]对甘薯废水混凝工艺进行了优化研究，采用混凝-臭氧氧化联合法，在最优混凝条件下通臭氧5min，通气量0.156mg(臭氧)/mg(COD)时，废水中的COD、SS和浊度的的含量分别为进水的9.46%、6.19%和9.88%。郭晓娅等[22]采用壳聚糖、硫酸铝、氯化铁、海藻酸钠等多种絮凝剂对吉林省某大型玉米加工企业废水进行了混凝实验研究，结果表明，在氯化铁絮凝剂投加为0.40mg/L，pH为4，温度为35%条件下，有机物去除率达到最优。1.3设计背景位于河北省某市的淀粉加工企业,主要从事玉米淀粉生产及其深加工，企业占地面积为1.5万m2，现有员工150余人，生产的玉米淀粉质量都能达到或超过国家标准，随着时间的流逝，该企业的年产玉米淀粉和麦芽糖浆总产量达到了2.8万吨和2.0万吨。该企业主要对玉米淀粉进行加工，工艺用水量大，可全年生产。随着国家对环保的重视，外排水的水质标准越来越严格，该企业利用当前的污水处理设施对废水进行处理时，出水废水不能达标排放，影响人们的生活环境。因此，为了降低生产废水对环境造成的污染，企业计划兴建一座废水处理站，以确保废水得到适当的处理，从而达到排放标准。1.4设计参数（1）设计规模拟建淀粉加工废水处理站，设计处理规模为1800m3/d，总变化系数Kz=1.5，最大处理规模为2700m3/d=0.0312m3/s。（2）设计进出水水质综合考虑该企业生产废水水质特点，确定本工程主要设计进出水水质如表1.1所示，其中出水水质满足。表1.1设计进出水水质项目pHCODCrBOD5SSNH3-NTNTP进水值（mg/L）6-98000500013008015010出水值（mg/L）6-91504550254031.5工艺流程根据所查文献资料，确定采用改良卡鲁塞尔氧化沟与一体化膜生物反应器（MBR）组合工艺对淀粉企业废水进行处理。首先废水流入格栅+初沉池去除大部分的悬浮物和颗粒物，防止悬浮物对后续生物处理造成影响，然后流入EGSB系统，EGSB是改进的UASB反应器，有利于进水与污泥颗粒接触，提高了COD和BOD5的去除率，之后再流入改良卡鲁塞尔氧化沟和MBR池中，改良卡鲁塞尔氧化沟具有极强的耐冲击能力，工艺控制简单，经过MBR分离的一部分污泥回流到改良卡鲁塞尔氧化沟中，使氧化沟保持较高的污泥浓度，有利于有机物、氨氮总磷的去除，MBR出水水质稳定，对氨氮的去除率高，膜组件使用寿命长，占地面积小。最后废水经过紫外消毒池排出，产生的污泥经过浓缩后排出。具体工艺流程图如下所示：图1.1工艺流程图第2章构筑物设计计算2.1各构筑物预期处理效果各主要污水处理构筑物预期处理效果及去除率如表2.1所示。表2.1主要构筑物预期处理效果及去除率名称项目CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)NH3-N(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)中格栅进水值8000500013008015010出水值8000500011708015010去除率0010%000细格栅进水值8000500011708015010出水值8000500010538015010去除率0010%000平流沉淀池进水值8000500010538015010出水值80005000737.18015010去除率0030%000EGSB进水值80005000737.18015010出水值1120500383.2977.6142.59.7去除率86%90%48%3%5%3%改良卡鲁塞尔氧化沟进水值1120500383.2977.6142.59.7出水值2249057.4923.2835.631.94去除率80%82%85%70%75%80%MBR进水值2249057.4923.2835.631.94出水值44.813.512.0710151.5去除率80%85%79%57%57.9%22.68%2.2中格栅2.2.1设计参数中格栅设计参数如表2.2所示。表2.2设计参数序号设计参数取值单位1最大设计流量Qmax0.0312m3/s2格栅倾角60°3栅前水深h0.2m4栅条间隙b0.015m5过栅流速v0.7m/s6栅条宽度S10mm7栅前渠道超高h20.3m8重力加速度g9.81m/s29进水渠道渐宽部分展开角度120°10单位栅渣量W10.12m3/(10m3污水)11格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数k312格栅富余宽度0.2m13总变化系数Kz设计计算（1）栅槽的间隙数n n=Q经核算，过栅流速在0.4m/s~0.9m/s内，满足要求。（2）格栅槽总宽度B B=S=0.01（3）过栅水头损失h1设栅条断面形状为锐面矩形，取=2.42，则阻力系数为 =β计算水头损失 h0= h1=（4）栅后槽总高度H H1= H=h+式中，H1—栅前渠道高，m。（5）栅槽总长度L进水渠道宽度 B1=2进水渠道渐宽部位长度 L1=格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位的长度 L2= L=L=0.19+0.095+0.5+1.0+（6）每日栅渣量W W=86400=采用机械清渣方式。（7）格栅机选型选用HF500型自清式格栅除污机，具体参数如表2.3所示表2.3HF500型自清式格栅除污机性能型号电机功率（kW）设备宽（mm）沟深（mm）筛网运动速度（m/min）安装角度（°）HF5000.555001600260（8）中格栅设计草图图2.1中格栅设计草图2.3细格栅2.3.1设计参数细格栅设计参数如表2.4所示。表2.4设计参数序号设计参数取值单位1最大设计流量Qmax0.0312m3/s2格栅倾角60°3栅前水深h0.3m4栅条间隙b0.005m5过栅流速v0.6m/s6栅条宽度S10mm7栅前渠道超高h20.3m8重力加速度g9.81m/s29进水渠道渐宽部分展开角度120°10单位栅渣量W10.18m3/(10m3污水)11栅槽富余宽度0.2m12格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数k313总变化系数Kz设计计算（1）栅槽的间隙 n=Qmaxsinα经核算，过栅流速在0.4m/s~0.9m/s内，满足要求。（2）格栅槽总宽度B B=Sn-1=0.01（3）过栅水头损失h1设栅条断面为锐边矩形，=2.42。则阻力系数为 =β计算水头损失 h0= h1=（4）栅后槽总高度H H1= H=h+式中，H1—栅前渠道高，m。（5）格栅总长度L进水渠道宽度 B1=2进水渠道渐宽部位长度 L1=格栅槽与出水渠道连接处的渐窄部位长度 L2= L=L=0.12+0.06+0.5+1.0+（6）每日栅渣量W W=86400=采用机械清渣方式。（7）格栅机选型选用JT600型号格栅机，具体参数如表2.5所示。表2.5格栅清污机具体参数型号井宽（mm）设备宽（mm）电机功率（kW）栅条间隙（mm）安装角度（°）井深（mm）卸料高度（mm）JT6006005100.75560≤3000820（8）细格栅设计草图图2.2细格栅设计草图2.4平流式沉淀池2.4.1设计参数平流式沉淀池设计参数如表2.6所示。表2.6设计参数序号设计参数取值单位1最大设计流量Qmax0.0312m3/s2表面负荷q2m3/(m2h)3沉淀时间t1.5h4水平流速v2.5m/s5每个池子（或）分格宽度b2m6进水悬浮物浓度c01053mg/L7出水悬浮物浓度c737.1mg/L8污泥含水率p95%9沉淀污泥密度1000kg/m32.4.2设计计算（1）池子总面积A A=Qmax（2）沉淀部分有效水深h2 h2=（3）沉淀部分有效容积V V,=3600（4）池长L L=3.6vt（5）池子总宽度B B=A（6）池子个数n n=Bb=（7）校核长宽比 Lb=（8）污泥部分需要的总容积V =c V=100=式中，—悬浮物去除率，%。（9）每格池污泥所需容积V V,,=（10）污泥斗容积V1 h4,, V1=13=（11）污泥斗以上梯形部分污泥容积V2 h4,污泥斗以上梯形部分上底长度 l1=13.5+0.3+0.5=14.3污泥斗以上梯形部分下底长度l2=3.5m V2=（12）总污泥容积 V1+V2（13）池子总高度设缓冲层高度h3=0.50m，超高h1=0.30m，则 h4= H=h（14）设备选型设计选用2台型号为LTJ-2-80的链条式刮泥机。具体性能见表2.7：表2.7LTJ型非金属链条式刮泥机性能型号池体宽度B（m）池体长度（m）运行速度（m/min）电机功率（kW）推荐水深H（m）生产厂LTJ-2-802≤85≤1.00.25≤5.0广州市新之地环保产业有限公司（15）平流沉淀池草图图2.3平流式沉淀池草图2.5EGSB2.5.1设计参数EGSB设计参数如表2.8所示。表2.8EGSB设计参数序号设计参数取值单位1最大设计流量Qmax0.0312m3/s2进水CODCr含量S08000mg/L3出水CODCr含量Se1120mg/L4容积负荷Nv8kgCOD/(m3d)5反应器有效高度h21m6反应器总高H23.5m7下三角集气罩斜面的水平夹角50°8厌氧生物处理污泥产量X0.1kgVSS/kgCOD9污泥含水率p98%10污泥密度s1000kg/m32.5.2主体部分设计计算（1）有效容积V有效 V有效=（2）反应器面积A A=V本设计采用4座相同EGSB反应器，则每个反应器的面积 A1=（3）反应器直径D D=4取D=6.5m。（4）横截面积A2 A2=（5）反应器总容积V超高为0.5m，则反应器总容积 V,=（6）EGSB反应器的体积有效系数 V有效V（7）反应器的上升流速v v=3600Qmax上升流速在3m/h~7m/h之间，符合设计规范。2.5.3三相分离器设计计算（1）沉淀区面积A A=πD2（2）表面水力负荷q q=3600符合设计要求。（3）回流缝设计取h1=0.3m，h2=0.5m，h3=1.5m，则下三角集气罩底水平宽度为 b1= b2=（4）下三角集气罩之间污泥回流缝中混合液上升流速v1(m/h) v1=式中，S1—下三角形集气罩回流缝面积。m2。（5）上下三角集气罩之间回流缝流速v2(m/h)取回流缝宽CD=0.8m，上集气罩下底宽CF=5.0m，则 DH=CD DE=2DH S2= v2=（6）确定上下三角集气罩的位置与尺寸 CH=CD AI=DI= h4=取h5=1.0m，则集气罩上底直径 CF-2h BC=CD DI=DE AD=DI BD=DH AB=AD（7）三相分离器草图图2.4三相分离器设计草图2.5.4配水系统设计本设计采用圆形布水器，每个EGSB反应器设有16个布水点。（1）每个池子流量Q Q=3600（2）每个圆环孔口服务面积a a=π（3）设2个圆环，内圈设6个孔口，外圈设10个孔口。则内圈6个孔口服务面积S1 S1=6折合为服务圆的直径d d=4则圆的直径d1 d1=2S外围10个孔口服务面积S2 S2=10折合为服务圆直径为 4(S1则外围圆环直径d2 πd2π(d2.5.5排泥系统设计（1）产泥量取VSS/SS=0.8。 Gss=86400=86400×0.0312×0.1×8000× Gvss=0.8则污泥产量Qs Qs=（2）排泥速度v在反应器底部距底部200mm处设置一个排泥口，反应器每天排泥一次，排泥管选钢管，D=200mm，该管每次排泥2h。其中污泥管道设计充满度为0.6，则排泥速度为 v=107.832×3600×3.14×(v2.5.6产气量计算 V沼气=0.35Q=0.35×取CH4占沼气体积的50%，则6122.5沼气柜容积应为3h产气量的体积，则 V=qt=2.6改良卡鲁塞尔氧化沟2.6.1设计参数本设计选用的改良卡鲁塞尔氧化沟设计参数如表2.9所示。表2.9氧化沟设计参数序号设计参数取值单位1最大设计流量Qmax0.0312m3/s2水温T20℃3温度系数1.084好氧区设计污泥龄c16d5污泥总产率系数Yt1.05KgVSS/kgBOD56混合液悬浮固体浓度X6g/L7进水BOD5含量S0500mg/L8出水BOD5含量Se90mg/L9进水总凯式氮浓度NK142.5mg/L10出水总凯式氮浓度Nke35.63mg/L11进水悬浮物浓度X0383.29mg/L12出水悬浮物浓度Xe57.49mg/L13进水总氮浓度Nt142.5mg/L14出水总氮浓度Nte35.63mg/L15碳的氧含量a1.4716氧化沟有效水深h4m17厌氧区水力停留时间t31.5h2.6.2设计计算（1）好氧区容积V1 V1==好氧区水力停留时间t1为 t1==（2）缺氧区容积V2缺氧区容积采用反硝化动力学计算为脱氮速率Kde(T) KdeT=0.06×排出生物反应池系统的微生物量Xv ∆Xv=0.7×1.05×式中，y—MLSS中MLVSS所占比例，取0.7。则 V2==缺氧区水力停留时间t2为 t2==（3）厌氧区容积V3 V3=3600（4）氧化沟总容积V及停留时间t V=V=3094.6+529.46+168.48=3792.54 t=V校核污泥负荷N N=86400=符合要求。（5）剩余污泥量X ∆X==0.7×1.05×0.0312×86400×去除1kgBOD5产生的干污泥量为 ∆X86400=（6）需氧量污水需氧量AORAOR=0.001=0.001×1.47×0.0312×86400×最大需氧量与平均需氧量之比为1.58，则 AORmax=1.58=1.58×802.17=1267.43kg去除1kgBOD5的需氧量为1267.43标准状态下需氧量SOR SOR=AOR=相应最大时标准需氧量SORmax为 SORmax=1.58=1.58×53.73=84.89kg（7）氧化沟尺寸设氧化沟1组，取氧化沟超高1m，则氧化沟面积为 A=V氧化沟高度HH=4+1=5①好氧区尺寸氧化沟好氧区容积V1=3094.6m3好氧区面积 A1=好氧区采用2沟道，单沟道宽度b取6m，中间分隔墙厚度为0.25m。弯道部分面积 A1弯直线段部分面积 A1直直线部分长度 L1直②缺氧段尺寸氧化沟缺氧区容积V2=529.46m3缺氧区面积 A2=缺氧区宽度B2与好氧区沟道同宽，则 B2=6+0.25+6=12.25缺氧区长度 L2=③厌氧区尺寸氧化沟厌氧区容积V3=168.48m3厌氧区面积 A3=厌氧区长度L3与好氧区沟道同宽，则L厌氧区宽度 B3=（8）进水管、回流污泥管及进水井①进水管管道流速取v=0.8m/s，则管径 d=4取d=250mm。校核管道流速 v=Q②污泥回流管污泥回流比R=100%，则氧化沟回流污泥管设计流量 QR=管道流速v=0.8m/s，则管径 d=4QR取污泥回流管d=250mm。③进水井进水潜孔设于厌氧池首端。进水孔过流量 Q2=Q1孔口v=0.6m/s，则孔口过水断面面积 A=Q2v孔口边长a=取a=300mm。设污水在进水井中停留时间为t=5min，则进水井容积为 V4=Q2则面积为 V4h=18.72进水井平面尺寸为2.2m2.2m。（9）出水堰、出水竖井及出水管氧化沟出水处设置出水竖井，竖井内安装电动调节堰。初步估算/H<0.67，因此按薄壁堰来计算。①出水堰 Q3=1.86bHQH取0.1m，则b为了便于设备选型，堰宽b取1.1m校核堰上水头 H=Q31.86②出水竖井考虑可调节堰安装要求，堰两边格留0.5m操作距离。出水竖井长L=1.1+0.5×2=2.1出水竖井平面尺寸为LB=2.1m1.6m，出水孔尺寸为bh=1.1m0.2m。③出水管出水管设计流量 Q4=Q1管道流速v=0.5m/s，则管径 d=4Q4取水管d=400mm校核管道流速 v=Q4A（10）内回流计算混合液内回流比R内=100%~400%，则内回流流量 Q内=R内内回流控制门通径0.45m0.45m。（11）曝气设备选择设曝气机充氧能力为2.5kgO2/(kWh)所需电机功率N=选用DSC260型曝气机，具体设备参数如表2.10所示：表2.10DSC260型表面曝气设备参数型号电机功率（kW）叶轮直径（mm）充氧量（kg/h）DSC260452600104（12）厌氧区、缺氧区设备选择厌氧区、缺氧区采用机械搅拌，混合功率采用2~8W/m3池容计算。本设计取6W/m3。①厌氧区混合功率计算厌氧区有效容积为 V3=L3混合全池污水所需功率6×168.56=1011.36W厌氧区选用2台功率为0.55kW的QJB0.55/6-220/3-960型潜水搅拌机。校核混合全池污水所用功率：2搅拌机具体数据如表2.11所示：表2.11QJB0.55/6-220/3-960型搅拌机设备参数型号功率（kw）电流A叶轮直径（mm）叶轮转速（r/min）重量（kg）QJB0.55/6-220/3-9600.551.922096030②缺氧区混合功率计算缺氧区有效容积 V2=L2混合全池污水所需功率6×529.69=3178W缺氧区选用1台功率为4.0kW的QJB4/6-320/3-980潜水搅拌机。校核混合全池污水所用功率4搅拌机具体数据如表2.12所示：表2.12QJB4/6-320/3-980型搅拌机设备参数型号功率（kw）电流A叶轮直径（mm）叶轮转速（r/min）重量（kg）QJB4/6-320/3-9804332096090（13）推流器选择由于沟内最小流速为0.3m/s，因此要运用推流器进行推流，功率按5~8W/m3池容计算，则所需功率：5~8设计选用4台功率为5kW的QTB5/4-2500/2-56P型潜水推流器，具体数据如表2.13所示：表2.13QTB5/4-2500/2-56P型潜水推流器性能型号功率（kW）电流A叶轮直径（mm）叶轮转速（r/min）推力N重量（kg）QTB5/4-2500/2-56P511.92500563100280（14）氧化沟设计草图图2.5氧化沟设计草图2.7MBR2.7.1设计参数MBR设计参数如表2.14所示。表2.14MBR设计参数序号设计参数取值单位1最大设计流量Qmax0.0312m3/s2膜件产水量qs400m3/d3生物池平均水深H15m4活性污泥挥发比fx0.75污泥总产率系数Y0.66污泥衰减系数Kd0.05d-17进水BOD5含量S090mg/L8出水BOD5含量Se13.5mg/L9进水TN浓度N035.63mg/L10出水TN浓度Ne15mg/L11出水氨氮含量N10mg/L12好氧池溶解氧O22mg/L13氧的半速常数K1.3mg/L14脱氮速率Kde0.025kgNO3-N/kgMLSS2.7.2设计计算（1）膜组件数量n n=86400Qmax好氧池分为2格，每格设膜组件4个，共计8个。每个好氧池中膜组件排列方式为1列，4排。膜组件长2.7m，宽2.0m，高1.6m。为了方便安装与维修，膜组件列间距0.8m，排间距0.4m，与池壁间距0.8m。单格好氧池宽度B=2+2×0.8=3.6m单格好氧池长度L好氧池容积V0 V0=2BL（2）好氧池水力停留时间HRT0 HRT0=V0（3）BOD5容积负荷 Ns=86400Q（4）污泥龄c取设计最低pH=7。μ=0.47×设计安全系数K=3.5，则 θc=Kμ式中，N—硝化速率，d-1（5）好氧池污泥浓度考虑到安全系数，Se取6.75mg/L，好氧池挥发性污泥浓度 Xov=86400Q=MLSS浓度 X0=Xov（6）回流比R R=N0-设计值取R=150%。其中，厌氧池回流比R1=75%，缺氧池回流比R2=75%单格厌氧池的回流量为0.5缺氧池的回流量同好氧池。（7）厌氧池污泥浓度XA1 XA1=R（8）缺氧池污泥浓度XA2 XA2=1+=（9）厌氧池计算 VA1=3600Q厌氧池分为2格，每格宽6.8m，水深同好氧池，池长LA1为 LA1=V（10）缺氧池计算缺氧池容积VA2 VA2=缺氧池分为2格，宽度、水深同厌氧池，缺氧池长度LA2为 LA2=V缺氧池水力停留时间 HRTA2=V生物池总水力停留时间 HRT=HRT0+HRTA（11）曝气量计算①有机物碳化需氧量O1 O1=1.47Q=②氨氮硝化需氧量O2 O2=4.57Qmax=4.57×0.0312×86400×③反硝化需氧量O3 O3=2.86Q=④生物池需氧量O O=O1+⑤按生物反应需要计算曝气量。标准需氧量与设计需氧量之比为1.6，曝气器采用穿孔管曝气设备，氧转移效率EA为7%，则曝气量为 Qqs=1.6O⑥按膜组件需要计算曝气量。每个膜组件的面积f=1372m2，曝气强度qq=5L/(minm2)，则总曝气量为 Qq=qq⑦曝气设备选择设曝气机充氧能力为2.5kg/(kWh),则所需电机功率N=本设计选用4台TR型潜水自吸式曝气机，具体如下表：表2.15TR型潜水自吸式曝气机型号空气管直径（mm）转速（r/min）电动机功率（kW）供氧量质量（kg）生产厂37-TR25015003.73.5~5.0180深圳晓清环境工程设备有限公司⑧回流泵选型本设计选用4台QJB-W1.5型回流污泥泵，具体参数如下：表2.16QJB-W1.5型回流污泥泵性能参数型号电机功率（kW）额定电流（A）叶轮直径（mm）防护等级绝缘等级公称直径（mm）QBJ-W400IP68F100（12）MBR设计草图图2.6MBR平面图2.8紫外消毒池计算（1）设计参数紫外消毒池的LxBxH=3x4x3m。（2）设备选型本设计采用郑州水业科技发展股份有限公司生产的ZSY-SAF-XUV-675型低压高强灯系统紫外线消毒设备，本设计处理水量为112.5m3/h，采用三用一备，设备性能规格如表2.17所示：表2.17ZSY-SAF-XUV-675型低压高强灯系统紫外线消毒设备性能规格型号处理水量（m3/h）灯管功率（W）过流面积（m2）水头损失（mm）工作电压（V）工作压力（MPa）进出水管径（mm）ZSY-SAF-XUV-67538~454500.0314112200.6150ZSY-SAF-XUV-675型低压高强灯系统紫外线消毒设备的外形与安装尺寸如表2.18所示：表2.18ZSY-SAF-XUV-675型低压高强灯系统紫外线消毒设备的外形与安装尺寸型号外形尺寸基础尺寸安装尺寸配套控制柜ZSY-SAF-XUV-675LBHLjBjHjL1B1H1H2L2B2H39004007204502003505502204502205002301102.9污泥浓缩池计算2.9.1设计参数污泥浓缩池设计参数如表2.19所示。表2.19污泥浓缩池设计参数序号设计参数取值单位1最大设计流量Qmax0.0312m3/d2MBR进水SS浓度C057.49mg/L3MBR的污泥含水率p99%4MBR进水BOD5浓度S090mg/L5MBR出水BOD5浓度Se13.5mg/L6MBR的沉淀污泥密度1000kg/m37污泥产率系数Y0.68污泥固体浓度C6kg/m39浓缩池污泥同量G30kg/(m2d)10污泥含水率199.2%11浓缩后污泥含水率298%12浓缩时间T16h13浓缩池超高h20.3m14浓缩池缓冲层高度h30.3m2.9.2设计计算（1）产生的污泥量V V3=100C= ∆X=86400YQ=86400×0.6×0.0312× V4=100∆X= V=V1+=17.03+107.83+12.24+12.37=149.47式中，V1—平流式沉淀池的污泥量；V2—EGSB的污泥量；V3—MBR的悬浮物污泥量；V4—MBR的生物污泥量。（2）浓缩池面积 A=VCG=（3）浓缩池直径本设计采用圆形辐流池，面积为29.89m2，则直径为 D=4Aπ取D=7m。（4）浓缩池高度计算浓缩池工作部分高度 h1=VT24为了达到最佳处理效果本设计采用机械刮泥设备，选用定制中心转动的刮泥机。池底坡度i=1/20，污泥斗下底直径0.8m，上底直径1.5m。池底坡度造成的深度 h4=污泥斗高度 h5=浓缩池总高度 H=h1+式中，h2—超高，0.3m；h3—缓冲层高度，0.3m。（5）浓缩后污泥体积 V泥=V(1-（6）浓缩池排水量 V水=V-（7）刮泥机设备选型本设计采用ZXG型中心转动刮泥机，性能参数如表2.20所示：表2.20ZXG-7中心转动刮泥机性能型号池径（m）电机功率（kW）推荐池深工作桥高度（mm）生产厂ZXG-770.553.5300江苏天雨环保集团有限公司（8）污泥浓缩池草图图2.7污泥浓缩池草图2.10污泥脱水房（1）设计参数污泥量V泥=59.79m3/d=2.49m3/h；污泥脱水房的LxBxH=6x6x3m。（2）设备选型本设计选用ROS3.1型螺压式污泥脱水机（一用一备），性能参数如下所示：表2.21ROS3.1型螺压式污泥脱水机参数型号处理量（m3/h）电机功率（kW）外形尺寸（mm）h1h2h3BDN1DN2DN3DN4ROS3.12~5320701056152041287581001004032第3章构筑物高程计算3.1污水构筑物高程计算（1）各构筑物的水头损失根据材料，各构筑物的水头损失如表3.1所示表3.1各构筑物的水头损失编号构筑物名称水头损失（m）1中格栅0.242细格栅0.223平流沉淀池0.304EGSB0.605改良卡鲁塞尔氧化沟0.606MBR0.277紫外消毒池0.50（2）污水管渠水头损失计算表管道水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失。沿程水头损失： hi=iL 式中，i—坡度；L—管长，m。局部水头损失： hj=1.3hi具体污水管渠水头损失如表3.2所示表3.2污水管渠水头损失计算表名称流量（m3/h）管径（mm）坡度1000i流速（m/s）管长（m）沿程水头损失（m）局部水头损失（m）总水头损失（m）出水口~紫外消毒池112.52009.421.023.70.0350.0460.081紫外消毒池112.52009.421.020.5紫外消毒池~MBR112.52009.421.0240.0380.0490.087MBR112.52009.421.020.27MBR~改良卡鲁塞尔氧化沟112.52009.421.02320.300.390.69改良卡鲁塞尔氧化沟112.52009.421.020.60改良卡鲁塞尔氧化沟~EGSB112.52009.421.02690.650.851.5EGSB112.52009.421.020.60EGSB~平流沉淀池112.52009.421.02270.250.330.58平流沉淀池112.52009.421.020.30平流沉淀池~细格栅112.52009.421.030.23细格栅112.52009.421.020.22细格栅~中格栅112.52009.421.022.80.030.0390.069中格栅112.52009.421.020.24Σh5.97（3）构筑物水位表以地面标高为标高零点，进水管设置在地下0.6m处，出水管应设置在地下0.5m处，构筑物标高由水头损失、构筑物的沿程损失和局部损失共同决定。计算结果如表3.3所示：表3.3各构筑物的标高构筑物名称水面标高（m）池底标高（m）池顶标高（m）进水管-0.6-0.7中格栅-0.9-1.1-0.51细格栅平流沉淀池2-4.22.3EGSB17-617.5改良卡鲁塞尔氧化沟405MBR3-23.5紫外消毒池10.351.1排放口-0.5本设计在中格栅之后设立一座提升泵，选用IS125-100-200B型悬臂式单级单吸离心泵，性能参数如下：表3.4IS125-100-200B型悬臂式单级单吸离心泵性能参数型号转速（r/min）流量（m3/h）扬程（m）效率（%）功率（kW）进口口径（mm）出口口径（mm）IS125-100-200B1450112.59.8735.5125100在平流沉淀池后边设立一座提升泵，选用IS125-100-250A型悬臂式单级单吸离心泵，性能参数如下：表3.5IS125-100-250A型悬臂式单级单吸离心泵性能参数型号转速（r/min）流量（m3/h）扬程（m）效率（%）功率（kW）进口口径（mm）出口口径（mm）IS125-100-250A1450112.515.8777.51251003.2污泥高程计算（1）各处理构筑物的水头损失管道的沿程水力损失： hf=6.82×LD式中，CH污泥浓度系数，当污泥含水率为98%时，污泥浓度系数为81；D污泥管管径，m；L管道长度，m；v管内流速，m/s（2）管道的局部损失 hj=1.3hf具体污泥管渠水头损失如表3.6所示。表3.6污泥管渠水头损失计算表构筑物名称流量（m3/h）管径（mm）流速（m/s）管长（m）沿程水头损失总局部水头损失总水头损失平流沉淀池~污泥浓缩池0.71250.381593.995.29.19EGSB~污泥浓缩池4.49500.591333.354.367.71MBR~污泥浓缩池1.03250.5630.31.562.033.59污泥浓缩池~污泥脱水房6.23250.5630.31.562.033.59（3）污泥处理构筑物标高污泥处理构筑物标高如表3.7所示。表3.7污泥处理构筑物标高构筑物名称水面标高（m）池底标高（m）池顶标高（m）平流沉淀池2-4.22.3EGSB17-617.5MBR3-23.5污泥浓缩池1-3.751.3第4章成本预算4.1工程投资预算本设计中，土建部分投资估算如表4.1所示。表4.1土建投资估算序号构筑物名称数量（座）钢砼数量（m3）单价（元）总价（元）1中格栅10.6610006602细格栅11.25100012503平流沉淀池1247.61100024.761万4EGSB42952.511000295.251万5改良卡鲁塞尔氧化沟13792.541000379.254万6MBR11397.761000139.776万7紫外消毒池41.03100010308污泥浓缩池129.89100029890总计842.325万元设备部分投资估算结果如表4.2所示。表4.2设备部分估算表序号名称数量（个）总价1中格栅17002细格栅18003表面曝气机125004潜水搅拌机380005推流器480006潜水曝气机4120007回流泵4120008提升泵280009加药泵2600010脱水机2600011刮泥机3900012紫外消毒设备412000总价（元）85000安装费取设备总投资5%S安=85000×5%=4250元设计费取土建、设备和安装费之和的6%，则S设==（8423250+85000+4250）×6%=51.075万元S总=8423250+85000+4250+510750=902.325万元4.2运行成本费用4.2.1动力费用该工程每天动力费用估算结果如表4.3所示：表4.3耗电量分析表序号名称数量总运行功率（kW）运行时间（h）日耗电（kWh）1格栅除污机21.32431.22表面曝气机1452410803潜水搅拌机35.124122.44推流器420244805潜水曝气机414.824355.26回流泵46241447提升泵213243128加药泵25241209脱水机2（1用1备）62414410刮泥机31.052425.211紫外消毒设备4（3用1备）1.82443.2合计（kW）2857.2设耗电系数为0.7，电费按1度1.0元计算，则实际每吨水的电费：2857.2×1.0每年所需电费：1800×2.27×365=149.1394.2.2药剂费用在加药间中需要投加氨氮脱除剂和除磷剂，使用凯力顿公司的药剂，除磷剂需要每天投加100kg，氨氮去除剂需要每天投加300kg，药剂费用为：除磷剂0.26元/kg，氨氮去除剂1元/kg，则全年药剂费用为（100×0.26+300×1）×365=118990元。4.2.3人工费用设计需要配备5名技术人员，每月发放给每人3000元，则每年人工成本为：5300012=180000元/年；换算成每吨水的人工费：180000/(3651800)=0.27元/吨。4.2.4总运营费用本设计总运营费用见表4.4所示。表4.4运行费用一览表序号名称费用（元/年）1动力费149.139万2药剂11.899万3人工费18万合计179.038万可得运行成本为1790380(1800365)=2.73元/m3。

结论本设计针对淀粉加工废水进行处理，设计采用改良卡鲁塞尔氧化沟与一体化膜生物反应器（MBR）组合工艺使废水能够达标排放。采用中格栅、细格栅、平流沉淀池进行预处理，选择EGSB、改良卡鲁氧化沟、MBR和消毒池进行主要处理。在此基础上通过优化工艺流程，确定最佳运行参数，使出水水质能够稳定达标排放。对于各个构筑物的尺寸，本设计进行了详尽的计算和设计；对于设备的规格性能、外形尺寸和数量也进行了仔细筛选。绘制了厂区平面图、高程图以及主要构筑物详图；确定了废水处理系统及辅助设施的工艺设计方案并完成施工组织设计。据估算，该工程总投资费用约为9023250元，而废水处理所需的费用则为2.73元/m3。综上所述，本设计可以有效解决淀粉加工废水的对环境的污染，达到了可持续发展的目的。参考文献[1]何文文,霍荣帆,李强,陈正军.高浓度淀粉废水处理研究进展[J].工业水处理,2022,42(04):16-23+29.[2]薛彦茵.废水氮磷生物处理新技术研究[J].广东化工,2022,49(16):115-116+129.[3]李德生,彭帅,刘静轶,等.基于物化生化耦合的污水深度脱氮除磷新工艺[J].环境工程学报,2019,13(10):2402-2413.[4]武强,彭程,徐旭,等.北方地区污水处理厂冬季运行问题及措施[J].广东化工,2020,47(22):83-84+82.[5]吕建国.马铃薯淀粉废水处理工艺的试验研究[J]．水处理技术,2010,36(11):70-73+77.[6]VahidZeynali,JavadSargolzaei,