水污染控制工程课程设计.docx

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水污染控制工程课程设计

一工程设计概述

1．生产柠檬酸废水的来源

柠檬酸分子式为C6H8O7，是重要的有机酸之一，它的用途很广泛。

食品工业用量最大，随着工业的发展不断增加新的用途，例如医药工业、化学工业和化妆品工业等。

柠檬酸的生产，绝大多数均采用微生物发酵法，其原料有薯干、玉米、糖蜜等。

柠檬酸发酵液经板框压滤，除去菌丝体和薯干粉渣，含有柠檬酸的上清液加入碳酸钙生成难溶性的柠檬酸钙。

一般先将清液加热到70度以上再开始加碳酸钙，随温度升高，柠檬酸钙的溶解度降低，而杂质草酸钙和葡萄糖酸钙始终呈溶解状态。

柠檬酸钙沉淀分离后，含有其他杂质酸钙盐和其他物质的溶液称为浓糖水。

浓糖水与柠檬酸钙分离后，再用80度左右的热水洗涤柠檬酸钙，洗液称之为洗糖水，浓糖水和前三次的洗糖水即为柠檬酸的生产废水，其COD浓度很高，颜色呈深褐色。

2.废水中的成分

柠檬酸生产过程中产生的高浓度废水主要来自中和、洗糖以及离子交换剂再生工段。

其柠檬酸生产废水中污染物的主要组成为：

（1）原料在发酵过程中没有形成柠檬酸的部分,如糖类、杂酸等有机物；

（2）由于提取率不能达到100%而流失的部分柠檬酸。

不同原料和工艺所产生的废水水质略有不同，但浓度差别较大。

以玉米为原料的柠檬酸废水的污染物浓度最低，以薯干为原料的柠檬酸废水的污染物浓度最高，以木薯为原料的柠檬酸废水的污染物浓度居中。

即废水中主要含有淀粉质、蛋白质、各种有机酸、生产菌体所分泌的酶、发酵残留物、葡萄糖、氨氮和脂肪等有机物及N,P,S等无机物。

3.废水的处理方法

目前，国内主要以生物法对柠檬酸工业废水进行处理。

因为柠檬酸生产废水属于高浓度有机废水，不含有毒物质，可生化性好，因此，国内外常用的柠檬栓废水处理方法是生物法。

根据作用微生物的不同，生物处理方法可非为好氧处理和厌氧处理两大类型。

另外，柠檬酸废水处理方法还有光合细菌法、乳状液膜法一级中和废水回用等。

二、设计资料

1.设计水量水质

（1）.设计水量：

700m³/d

（2）.设计进水水质：

COD=20000~25000mg/L

SS=400mg/L

水温：

70~80℃

设计出水水质：

达到国家物综合排放标准（GB8978-1996）所要求的发酵、酿酒工业的二级标准：

COD≤300mg/L

BOD5≤100mg/L

SS≤150mg/L

2.处理工艺方案的确定

厌氧法可处理有机物浓度较高的废水，节省能源并能副产甲烷等可回收能源，剩余污泥较少，因此，在只要废水处理中应用较多。

好养生物处理是最广泛的方法，如活性污泥法、深井曝气法、SBR、接触氧化法等应用较为普遍。

但由于柠檬酸废水处理难度较大，排放标准日趋严格、单靠一种方法很难达到排放要求，因此，在工程中常用组合处理工艺，如厌氧-好氧生物处理工艺、酸化水解-好氧生物处理工艺、深井曝气-SBR处理工艺、生物处理-物化处理工艺等。

对一些浓度高、对微生物具有抑制作用的废水，采用湿式空气氧化法（WAO）是行之有效的，其原理是将溶于水或悬浮于水中的有机物，在高温咬牙下用空气进行氧化，大幅度降低化学耗氧量，湿式空气氧化法温度问150～300℃,压力为1.5～15MPa，并加入合适的催化剂，用此法处理难以用生化法处理的硝基废水可以获得良好的效果，但投资和运行费用较高。

糖水和洗糖水是柠檬酸发酵产生的主要有机废水，这种废水虽然无毒，但是由于其COD浓度过高，属于典型的高浓度有机废水，而且其PH值较低，有较强的腐蚀性，所以如果不经处理直接排放，将会给受纳水体造成严重污染，致使水体严重缺氧，水质恶化。

因此，对废水必须进行处理，以保证达标排放。

三、工艺流程图

格栅

生产工艺废水通过格栅去除废水中的悬浮物和大颗粒等杂物从而进入污水处理段调节池，调节水质水量，并除去胶体等污染物，降低后续处理单元的工作负荷，进入UASB反应器之前用清水将污水进行1:

1的稀释降低，进入反应器的污水负荷，然后经泵定量提升进入UASB反应器，在厌氧微生物的作用下，将废水中的各种复杂有机物分解转化成小分子有机物,甲烷和二氧化碳等物质，消化后的废水再进入接触氧化池，与污泥中的好氧微生物的进一步作用，去除剩余的有机物，然后再通入气浮池，部分随水流带出的悬浮物在二沉池中得以沉淀出来后废水达标排放。

调节池、UASB反应池、接触氧化池和二沉池的剩余污泥通过污泥泵进入集泥池，再进入污泥浓缩池，再加入絮凝剂，通过提升泵进入到污泥脱水机，经过板框压滤机脱水处理后运走。

滤液回流到调节池进行循环处理。

：

剩余污泥进入集泥池，然后再进入污泥沉淀池。

整个工艺具体分为如下三个阶段

（1）废水物理处理阶段。

废水流经格栅池、调节池有效去除不溶性悬浮物，减轻后续生化处理的负荷。

（2）废水生化处理阶段。

经物理处理后的废水，先流入UASB反应器中，进行反应处理。

水解酸化阶段作为不完全厌氧过程,并没有直接降低废水中CODCr及BOD5,而是使废水中结构复杂的大分子有机物降解转变成结构简单的小分子有机物,使它们易于生物降解。

同进水相比,水解酸化阶段其CODcr并没有降低,而是pH值降低,挥发有机酸升高，BOD5/CODCr值提高。

因此，UASB反应器工艺的引入,使废水中难降解的污染物变为易降解的污染物,改变了废水的可生化性,为后续好氧生物降解提供了保证。

采用UASB工艺处理高浓度柠檬酸有机废水，要保证最后出水水质，仍是好氧阶段起决定性的作用。

（3）二次沉淀阶段。

向好氧反应器处理排出的废水中投入微量絮凝剂，使废水中的悬浮物在絮凝剂的作用下，经斜管填料进行最后沉淀

四、主要构筑物及功能

1、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，倾斜安装在污水处理厂的前端，用来截留污水中较大的漂浮物和悬浮物，防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门处理构筑物配水设施。

进出水口，减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行。

2调节池

为了使管渠和构筑物正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响，需在废水处理设施之前设置调节池。

对水量和水质的调节，调节污水pH值、水温，有预曝气作用，还可用作事故排水。

调节池水力停留设计时间为8小时，调节池容积为200m3。

由于悬浮物的沉淀剂微生物的讲解作用，调节池对有机物的去除率达到10%以上，调节池进水COD=20000~25000mg/L，出水COD=18000~22500mg/L。

3、UASB反应器

为污泥絮凝提供有利的物理、化学和力学条件，使厌氧污泥获得并保持良好的沉淀性能。

持特定的微生态环境，能抵抗较强的扰动力，较大的絮体具有良好的沉淀性能，从而提高设备内的污泥浓度。

UASB反应器具有工艺结构紧凑，处理能力大（有机负荷高），无机械搅拌装置，处理效果好以及占地小等优点。

尤其是作为第二代废水厌氧生物处理反应器的代表，与传统的厌氧反应器处理工艺相比，不仅十分有效地实现了水力停留时间（HRT）与污泥停留时间（SRT）的分离，使反应器中科截留大量的生物量，使所需HRT大大缩短，同时由于其特殊的水力特征，使反应器的污泥以颗粒化存在，由此极大地改善了污泥的沉降和分离性能，大大延长了污泥在反应器中的停留时间，显著提高了其处理能力。

设计负荷10KgCOD/（m3·d），COD的去除率90%，水力停留时间为48小时，进水COD=18000~22500mg/L，出水COD=1800~2250mg/L。

4、接触氧化反应池

在曝气池中设置填料，将其作为生物膜的载体。

待处理的废水经充氧后以一定流速流经填料，与生物膜接触，生物膜与悬浮的活性污泥共同作用，达到净化废水的作用。

设计负荷1.5KgCOD/（m3·d），去除率90%，水力停留时间2小时，进水COD=1800~2250mg/L，出水COD=180~225mg/L

5、二次沉淀池

他是活性污泥的重要组成部分，他的作用是溺水分离，是混凝土合液澄清，浓缩和回流活性污泥。

其工作效果能够直接影响活性污泥系统的出水水质和回流污泥的浓度。

6、污泥浓缩池

二次沉淀池的污泥、厌氧污泥均进入污泥浓缩池，上清液返回调节池，污泥用泵打至污泥脱水机，脱水后的污泥外运作进一步处置或作农肥。

五、主要构筑物的设计参数及设计计算

1.格栅

在污水处理流程中，格栅是一种对后续处理构筑物或泵站机组具有保护作用的处理设备。

由于本次设计处理的水量为700m3，水量相对教小，因此采用人工格栅。

设计参数

（1）格栅

可单独设计格栅井或与泵房合建设置在积水池内。

一般大中型泵站或污水管埋深较大时，格栅可设置在泵房的积水池内。

采用机械除渣时，一般采用单独的格栅井。

（2）格栅宽度

格栅的总宽度不宜小于进水管渠宽度的2倍，格栅空隙总有效面积应大于进水管渠有效面积的1.2倍。

（3）格条间隙

格条间隙可根据进水水质和水泵性质确定。

一般卧式和立式离心泵其最大间隙宽度可按表3.1取值，轴流泵宜采用70mm。

（4）过栅流速

过栅流速一般采用0.6～1.0m/s。

雨水泵站格栅前进水管的流速应控制在1.0～1.2m/s;当流速大于1.2m/s时应将临近段的入流管渠断面放大或改建成双管渠进水。

污水泵站格栅前进水管内的流速一般为0.4～0.9m/s。

确定格栅的尺寸为:

2.5×1.0×1.0的规格，人工制造。

2、调节池1

该处理厂的调节池应采用地下式钢筋混凝土构筑

进水水量：

700m3/d

水力停留时间：

8小时

调节池1的容积为105m3。

计算公式：

W=q1+q2+……+qi

Cm=C1q1+C2q2+……+Ciqi

W----调节池的容积m3。

Qi----均和期内的逐时水量m3。

Cm----调节池的出水浓度 mg/L

Ci----相应于逐时水量为qi的污染物浓度mg/L

调节池高度为：

3m埋深为2m。

平面尺寸：

7.5×7.5m2

3、UASB反应池

参数设置

设计负荷10KgCOD/（m3·d），COD的去除率90%，水力停留时间为48小时，出水COD的浓度不能高于2500mg/L，主要去除进水中的大部分有机污染物和部分悬浮物。

设计计算

1．反应器的有效容积：

V=

其中：

V-----反应器的有效容积，m3；

Q-----设计流量，m3/d；

S-----进水有机物浓度，Kg/m3；

N-----设计负荷量，Kg/m3；

所以V==1750m3

则需要3座UASB反应器，每座有效容积为10×10×7=700m3。

2．反应器高度：

设反应器有效高度为5m，其中超高0.5m，一般应用时反应池装液量为70%-90%，则总高度为6+0.5=6.5m。

4、调节池2

进水水量：

700m3/d；

沉淀时间T=1h；

调节池2的容积为300m3；

调节池高度：

3m；平面尺寸：

10×10m2；

5、接触氧化池

设计参数：

（1）.生物接触氧化池填料体积按容积计算容积容积负荷应通过实验确定；

（2）.污水在池内停留时间一般约为3.0~8.0h，但也需要根据实际情况而定；

（3）.曝气装置供气按气水比（15~20）:

1考虑；

（4）.填料总高度一般为3m，每格生物接触池面积不宜大于25m2，保证布水、布气平均。

设计负荷1.5KgCOD/（m3·d），去除率90%，水力停留时间48小时，进水COD=1800~2250mg/L，出水COD=180~225mg/L；设接触氧化池的高度为h=4m

a.滤池体积:

V=Q（lo-lt）/M=800m3。

b.滤池总面积:

A=V/h=800/4=200m2。

c.池格数:

取f=20m2（f≤25m2）。

N=A/f=200/20=10格.

d.滤池总高度：

h1—超高0.5~0.6mh2—填料上深0.3~0.4m

h3—填