某柠檬酸废水处理工程设计.doc

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某柠檬酸废水处理工程设计

TheDesignofCitricAcidWastewaterTreatmentProject

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摘要

我国是世界上最大的柠檬酸生产和出口国，但柠檬酸生产工艺的固有特点使其生产过程中产生大量高浓度废水，成为环境的严重污染源，因此，废水治理已成为我国柠檬酸行业的当务之急。

柠檬酸废水处理方法有生产饲料酵母法、上流式厌氧污泥床（UASB）工艺、活性污泥法、光合细菌法、乳状液法及综合处理法等。

本设计着重从节省运行成本和提高处理效率角度出发，采用厌氧——二级接触好氧的处理方法。

对工艺流程中各个设备及构筑物的工作原理及特点作了详细说明；对各处理设备和构筑物进行了详细的设计计算，确定了各处理设备和构筑物的结构尺寸、废水处理工程的平面布置和高程布置，并对废水处理工程进行了工程概预算,该工程总投资为130万元，处理费用为每立方米废水0.81元。

关键词：

柠檬酸废水；废水处理；厌氧；好氧；

Abstract

Chinaistheworld'slargestproducersandexportersofcitricacid,citricacidproductionprocessbuttheinherentcharacteristicsoftheproductionprocesstoproducealargenumberofhigh-strengthwastewater,theenvironmenthasbecomeaserioussourceofpollution,therefore,wastewatertreatment,hasbecomeChina'scitricacidindustrypriority.）

Citricacidwastewatertreatmentmethodoffeedyeastproductionmethod,upflowanaerobicsludgeblanket（UASB）processes,activatedsludge,photosyntheticbacterialawemulsionmethodandtheintegratedtreatmentoflaw.Focusingonthedesigntosavecostsandimproveoperationefficiencypointofview,theuseofanaerobic-aerobicsecondarytreatmentofcontacts.Ofprocessequipmentandstructuresineachoftheworkingprincipleandcharacteristicsexplainedindetail;ontheprocessingequipmentandstructuresindetailthedesignandcalculationtodeterminethestructureoftheprocessingequipmentandthestructuresize,wastewatertreatmentworkslayoutandelevationlayout,andawastewatertreatmentworksprojectbudget,whichprojectsatotalinvestmentof130milliondealwithacostof0.81yuanpercubicmeterofwastewater.

Keywords:

CitricAcidwastewater,WastewaterTreatment,Floatation,Oxidation,Reduction

第一章绪论

1.1柠檬酸废水的来源与水质特征

在我国，柠檬酸生产主要以薯干、玉米等为原料，用薯干为原料，采用薯干粉原料深层发酵法生产柠檬酸是我国独特的先进工艺。

该工艺不需特别添加营养盐类或其他产酸促进剂，而且产量较高，且资源丰富，价格低廉。

国外生产柠檬酸主要以糖蜜为原料，糖蜜的组成复杂，一般需要进行糖蜜预处理方可进行柠檬酸正常生产。

国内柠檬酸生产的工艺流程如图1-l.

在柠檬酸生产过程中，薯干粉原料在发酵罐与发酵菌混合，在通风和搅拌的条件下进行发酵反应。

发酵后的混合液中，大部分是溶解态的柠檬酸，并含有许多其他杂质与代谢产物，如薯干粉渣、蛋白质、菌丝体以及一些不能利用的糖类等。

经过板框压滤后将固体状的菌丝体和薯干粉分离出来，所形成的滤渣可以用作饲料;往滤液中投加碳酸钙，与溶解态的柠檬酸反应生成难溶性的柠檬酸钙沉淀，通过过滤可以与其他可溶性杂质分离，这一过程称为中和。

中和时一般先将滤液加温到70摄氏度以上再开始加碳酸钙，随着温度的升高，柠檬酸钙的溶解度降低，而其他杂质，如草酸钙和葡萄糖酸钙的溶解度。

1.2柠檬酸废水处理方法研究现状

1.2.1柠檬酸废水治理现状

我国是世界上最大的柠檬酸生产国,柠檬酸消费量大。

随着经济的发展，我国柠檬酸的消费水平也在不断提高，目前年消费量在60~80kt，其中90%以上用于食品工业，特别是饮料的生产。

柠檬酸生产过程中会产生高浓度有机废水，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。

行业统计数据表明，每生产1t柠檬酸可产生7.5m3废水，高时可达10m3~15m3。

其COD和BOD5负荷分别达到25000m3/L~15000m3/L以上。

若以我国柠檬酸产量40万t计，每年仅柠檬酸行业的超标废水的排放量就达600万t，成为环境的严重污染源。

因此，治理废水、保护环境已成为我国柠檬酸行业的当务之急。

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，国内外常用的柠檬酸废水处理方法是生物法，根据作用微生物的不同，生物处理方法可分为好养处理好厌氧处理两大类。

针对我国家目前柠檬酸行业废水的处理现状的统计和调查，广泛采用的方法有以下几种：

（一）好养生物处理法。

好养生物处理是在有氧存在的条件下，通过好养微生物的作用，使废水中的污染物质得到降解。

好养微生物是以活性污泥和生物膜的形式存在并发生作用的。

好养生物法包括传统活性污泥法工艺、间歇曝气活性污泥法（SBR）、好养生物膜法、氧化沟、深井曝气法等。

（1）活性污泥法

活性污泥法是废水好养生物处理常用的方法之一，是在好养条件下利用悬浮生长的微生物絮体的代谢作用，氧化、分解、吸附废水中可溶性的有机物及部分不溶性有机物，并使其转化为无害的稳定物质从而使水得到进化的技术。

贾慧利等对某电厂锅炉柠檬酸洗废水和该厂生活污水用活性污泥法联合处理进行了可行性实验研究，试验结果表明在室温下，控制污泥沉降比在30%~35%、pH7.0~7.5、溶解氧4.0~4.5mg/L，当进水COD浓度在800~850mg/L时，出水COD及BOD5可分别小于100mg/L及30mg/L,COD和BOD5的去除率均可达90%以上。

（2）SBR法

自20世纪80年代以来，SBR法在处理间歇排放、水质水量变化大的工业废水中得到了极为广泛的应用。

SBR法分为进水、反应、沉淀、排水及闲置等几个运行阶段，使其具有厌氧法和好氧法的协同作用，水质水量变化适应性强，出水水质好，不存在活性污泥膨胀等问题；且操作简单，运行可靠，易于实现自动化控制。

张敬东等【2】利用SBR法处理柠檬酸废水，废水的COD浓度为500~2500mg/L,运行16h后，系统对COD有较好的去除效果，COD去除率在90%左右。

（3）好养生物膜法

生物膜法是利用微生物群体附着在固体填料表面而形成的生物膜来处理废水的一种方法又称固定膜法。

生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，具有很强的吸附作用，有利于微生物进一步对被吸附的有机物的降解。

当生物膜增厚到一定程度时，由于受到水力冲刷而发生剥落，适当的剥落可使生物膜得到更新。

生物膜的外表层的微生物一般为好氧菌，因而称为好氧层。

层内因氧的扩散受到影响而供氧不足，厌氧菌大量繁殖称为厌氧层。

采用这种方法的构筑物有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池和生物流化床等。

潘寻、胡文容【1】对生物活性滤池+O3深度处理柠檬酸废水做过研究，研究表明，生物活性滤池+O3工艺对柠檬酸废水的COD、色度和UV254的去除率分别为76%、93%和27%。

出水可直接回用于柠檬酸发酵过程。

（4）氧化沟法

氧化沟污水生物处理技术与其他生物处理相比，有其独特的技术和经济方面的特点。

a．工艺流程简单，进水和出水装置构筑物少。

氧化沟处理工艺简化了预处理过程，污水流态可以按照完全混合-推流式考虑，悬浮状有机物和溶解性有机物可以得到比较彻底的去除。

氧化沟在流程中省略了初沉池和污泥消化池，使流程简单。

b．曝气设备和构造形式多样化，运行灵活。

氧化沟构造形式多样，曝气设备样式多，运行方便。

c．处理效果稳定、出水水质好，并可以实现脱氮。

建基投资省，运行费用低。

（二）厌氧生物法

厌氧生物处理技术是一种低成本的废水处理技术，是利用艳阳微生物的代谢过程，在无需提供氧气的情况下把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物包括大量的沼气和水。

对于高浓度有机废水来说，厌氧处理不仅是一种节能型的治理手段，而且是一种产能型工艺。

厌氧生物法包括厌氧消化池，厌氧接触法，厌氧生物滤池，上流式厌氧污泥床，厌氧颗粒污泥膨胀床，內循环厌氧反应器等。

（1）厌氧消化池

厌氧消化池主要是借助于消化池内厌氧污泥来净化污水中的有机污染物。

广东佛山环境装备公司采用高温厌氧消化法处理柠檬酸废水，进水COD和BOD5浓度分别是9914-17014mg/L和4882-7700mg/L，控制消化温度60℃，水力停留时间48h，则出水COD和BOD5去除率分别为1314-1600mg/L和139-416mg/L，去除率达到85%和90%以上。

（2）厌氧接触法

厌氧接触工艺同厌氧消化工艺一样属于中低负荷工艺。

不过与厌氧消化工艺相比，它还是具有明显的优点：

a.厌氧接触工艺的污泥浓度较高。

其挥发性悬浮物的浓度一般为5～10g/L，耐冲击能力强。

b.有机容积负荷高。

COD容积一般为1～5kg/（m3.d）,COD去除率为70%～80%；BOD5容积负荷为0.5～2.5kg/（m3.d）,去除率为80%～90%，出水水质较好。

c.增设了沉淀池、污泥回流系统和真空脱气设备。

d.适宜处理悬浮物和有机物浓度高的废水。

（3）厌氧生物滤池

厌氧生物滤池是利用附着于在体表面的厌氧微生物所形成的生物膜净化废水中有机物的一种方法，其处理溶解性有机废水时容积负荷高达10～15kgCOD/（m3.d）。

（4）升流式厌氧污泥床（UASB）

上流式厌氧污泥床是国内外主要采用的柠檬酸废水处理方法。

其过程为：

废水通过反应器底部进水管进入内筒，逐渐上升到反应器顶部的水分布器，通过虹吸管均匀进入外筒和中筒之间驯化好的污泥相混合，在厌氧菌的作用下，废水中有机物被分解成沼气。

通过斜板三相分离器的分离作用，水通过三相分离器上部的出水管排出，污泥留在反应器底部，沼气通过水封经管道排出，进入气柜。

UASB反应器的工艺构造和实际运行主要具有以下几个突出的特点：

①