淀粉废水处理工艺设计设计.docx
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淀粉废水处理工艺设计设计
淀粉废水处理工艺设计设计
3000m3/d淀粉废水处理工艺设计
摘要
淀粉废水设计水质水量为3000m3/d，COD为7000mg/L，BOD5为5000mg/L，SS为1500—5000mg/L，NH3-N为25—35mg/L，PH值为4—5，温度为20—25℃。
经处理后应达到下列出水水质：
COD≤150mg/L，BOD≤30mg/L，SS≤150mg/L,NH3-N≤25mg/L，PH为6-9。
达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的二级标准。
本工程方案设计依据有关环境保护在污水中的要求，采用UASB-接触氧化工艺处理淀粉废水。
在详细方案比较的基础上，选择了如下工艺流程：
经设计可知
COD=99.2%,
BOD=99.7%，ηSS=98.8%。
经技术经济分析，此方案投资总额为347.29万元，且节约用地、提高绿化、降低能耗的理念在设计中得到充分的实践，符合新时代环保的要求。
关键词：
淀粉废水，气浮，UASB，接触氧化
ABSTRACT
thestarchqualityandquantityofwaterare:
Q=3000m3/d，COD=7000mg/L,BOD=5000mg/L,PH=4～5,SS=1500～5000㎎/lNH3-N=25～35mg/L.Afterdisposingofit,thequalityofwatershouldattainthefollowingstandards:
COD≤150mg/L，BOD≤30mg/L,SS≤150mg/L，NH3-N≤25～35mg/L，Achievingthetwostandardof（GB8978-1996）oftheintegratedwasterwaterdischargestandards.
Thedesignofthisprojectisinaccordancewithrequirementsoftheenvironmentalprotectioninthewastewater.Itusestheflotation-UASB-contactoxidationprocesstodealwiththewastewaterinstarch.Basedoncomparisonofthedetailedprogram,weselectthefollowingprocesses:
Starchwastewater→Grids→Regulatingpond→Flotationtank→Adjustingsedimentationtank→UASB→Per-offeringsedimentationtank→Contactoxidationtank→Secondarysedimentationtank
Throughdesigning,wecanknowthattheresultof
CODis99.2%,
BODis99.7%ηSSis98.8%.Aftertechnicalandeconomicanalyzing,theinvestmentamountofthisprojectis3.47millionYuan.Itnotonlygainsgoodeconomicandsocialbenefits,butalsofullyputstheideasofsavinglandeconomically,improvingvirescenceandreducingenergyconsumingintothepracticewhiledesigning,whichisinconformitywithneweraenvironmentalneeds.
KEYWORDS:
starchwastewater,flotation,UASB,contaceoxidatio
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3）其它
前言
我国生物化工行业经过长期发展，已有一定的基础。
特别是改革开放以后，生物化工的发展进入了一个崭新的阶段。
目前生物化工产品已涉及食品、医药、保健、饲料和有机酸等几个方面。
但是，随着生物化工的发展，其环境污染问题也日趋严重，已经成为我国的环境污染大户。
食品工业是以粮食和农副产品为主要原料的加工工业。
这类行业用水量大，废水排放量也大，尤其以淀粉工业废水的排放量占首位。
我国淀粉行业有600多家企业。
在国内，每生产1m3淀粉就要产生10～20m3废水，有的甚至更多。
废水中主要含有淀粉、糖类、蛋白质、废酸和废碱等污染物，随生产工艺的不同，废水中的COD浓度在2000～20000mg/l之间。
这些淀粉废水若不经过处理直接排放，其水中所含有的有机物，进入水体后迅速消耗水中的溶解氧，造成水体缺氧而影响鱼类和其他水生动物的生存，同时废水中悬浮物易在厌氧条件下分解产生臭气，恶化水质。
以玉米为原料生产淀粉，生产过程中排放大量淀粉废水，影响周围环境，为适应当地环保工作的需要和工业项目应同时设计、同时施工、同时投入使用的三同时原则，也使出水水质达到国家污水综合排放二级标准，故投资兴建此配套污水处理设施。
根据排放的废水特点及提供的占地面积，本设计方案选择一套高效，稳定和经济技术合理的处理工艺，保证废水达到国家污水综合排放二级标准，同时使投资、占地面积、运行管理度达到最佳设置。
第1章概述
1.1淀粉废水的产生及特点
1.1.1淀粉废水的产生
淀粉属于多羟基天然高分子化合物，广泛存在于植物的根、茎和果实中，是食品、医药、化工、造纸、纺织等工业部门的主要原料，我国又是淀粉大国。
我国淀粉生产企业遍布大江南北，淀粉生产的主要原料作物是甘薯类和玉米。
淀粉在加工过程中产生大量的高浓度酸性有机废水，其含量随生产的波动而时有变化。
由于原料来自农村，因此，淀粉生产企业以乡镇企业居多，不少企业排放的废水得不到有效处理，肆意排放，往往是一个淀粉厂造成周围排水沟（或塘）臭气熏天，对水环境危害极大，造成严重污染。
因此，研究一种快速、高效、低耗的淀粉废水方法是当务之急。
1.1.2淀粉废水特性
我国淀粉作为原料以甘薯类为主，少量以玉米为原料。
不论以哪种作为原料，其生产污水性质及污染物浓度极为相似。
水质特征如下所述:
（1）输送和洗净废水，由于输送工段和洗净工段流出的废水，含有砂土、马铃薯破皮片以及由原料溶出的有机物，这种废水悬浮物含量高，BOD5浓度与COD浓度都不高。
（2）生产废水，即分离废水，含有大量的水溶性物质，此外还含有少量的微细纤维和淀粉。
BOD5、COD浓度都很高，并且水量大，因此，该工段是主要污染的废水。
（3）生产设备洗刷废水，该废水污染物浓度仍较高。
（4）淀粉渣储槽废水，在淀粉生产过程中，作为副产品产生大量的渣滓，长期积累存在储槽内，会产生一定量的废水。
这种废水不产生恶臭但酸度较高。
以玉米为原料生产淀粉，淀粉含量在60﹪-70﹪，剩余30﹪-40﹪的原料成为副产品。
玉米淀粉废水主要来源于浸泡、胚芽分离、纤维洗涤和脱水等工序。
随着淀粉行业技术的发展，玉米淀粉生产工艺在节水方面也有了长足的进步。
90年代末，吨淀粉用水量还在6-15吨，而近几年内，由于水环境保护政策的实施，淀粉生产厂家在清洁生产方面加大了力度，吨淀粉用水可降至3吨甚至更低。
中国淀粉工业协会“十五”规划建议中，对淀粉企业的多项经济指标进行了规定，建议玉米淀粉企业的水耗平均为6.0m3/吨淀粉，平均污水排放量≤5.0m3/吨玉米。
玉米淀粉废水中主要成分为淀粉、糖类、蛋白质、纤维素等有机物质，另外含有大量含氮、碳的无机化合物，是一种不含有毒物质的高浓度有机废水。
玉米淀粉废水组成一般如下：
总糖为0.3﹪-0.7﹪，粗蛋白为2.1﹪，固形物为5﹪-10﹪，粗纤维为2﹪-3﹪，脂肪酸0.1﹪-0.3﹪；其废水水质COD值通常为1000-30000mg/LBOD值为5000-20000mg/LSS值为1500-5000mg/L.薯类淀粉废水中可溶性固形物的一般组分：
蛋白质为33﹪-41﹪，总糖为35﹪，有机酸4﹪，矿物质为20﹪。
1.1.3淀粉废水的危害
淀粉废水若不经过处理直接排放，其水中所含有的有机物，进入水体后迅速消耗水中的溶解氧，造成水体缺氧而影响鱼类和其他水生动物的生存，同时废水中悬浮物易在厌氧条件下分解产生臭气，恶化水质。
1.2工程概况
1.2.1水质水量资料
设计处理的废水量为3000m3/d。
废水水质：
COD为7000mg/L，BOD5为5000mg/L，SS为1500—5000mg/L，NH3-N为25—35mg/L，PH值为4—5，温度为20—25℃。
1.2.2气象资料
极端最高气温：
38.5℃
极端最低气温：
-12.1℃
全年平均降水量：
1034.5mm
全年主导风向：
夏季东南风，冬季西北风
1.2.3工程地质资料
1、地质构造：
，厂区地质良好为亚砂土、亚粘土、砂卵石组成，厚度4.5~11m，地基承载能力在1kg/cm2，
2、地震：
没有相关的地震资料，设计地震烈度按8度计算。
3、地下水位：
3.5m
4、最大冻土深度：
0.7m
1.2.4排放标准及设计要求
为了保护环境，要求处理后的污水排放标准执行国家《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的二级标准即：
（见表1）
表1-1排放标准
污染物
COD
BOD5
SS
NH3-N
PH
排放浓度
≤150mg/L
≤30mg/L
≤150mg/L
≤25mg/L
6～9
1.3设计任务
1.3.1毕业设计课题的目的和要求
1、课题：
3000m3/d淀粉废水处理工艺设计
2、目的是了解淀粉废水的工艺流程、污染物产生情况、常用的工业废水处理工艺、培养独立研究分析问题能力，进一步提高污水处理工程的工艺选择、参数计算、工程制图的专业水平，独立设计污水处理工程的能力。
了解和掌握工业废水处理工程设计的基本程序，学会工艺确定的原则和方法，掌握淀粉废水的生产工艺流程、废水中污染物产生情况、常用的淀粉废水处理工艺。
1.3.2主要研究目标
1、污水处理方案的论证。
包括污水处理基本工艺路线的确定、污水处理工艺流程论证和主要处理构筑物的选型。
2、污水处理和污泥处理工艺设计计算。
3、污水厂总体布置图和部分构筑物施工图设计。
1.4设计原则
根据国家和当地有关环境保护法规的要求，对某味精厂在生产过程中排出的淀粉废水进行有效处理，使之符合国家和当地废水排放标准，取得明显的环境和社会效益，使企业树立良好社会形象。
1、严格执行有关环境保护的各项规定，使处理后的各项指标达到或优于《污水综合排放标准》（GB8978—1996）二级排放标准；
2、针对废水水质特点采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺和设备，最大可能的发挥投资效益，采用高效稳定的水处理设施和构筑物，尽可能的降低工程造价，同时结合企业的生产情况，对污水进行综合治理；
３、工艺设计与设备选型能够在生产过程具较大的灵活性和调节余地，能适应水质水量的变化，确保出水水质稳定、达标排放；
４、工艺运行过程中考虑操作自动化，减少劳动强度，便于操作、维修。
第2章工艺方案分析
2.1淀粉废水水质分析
淀粉废水是一种高浓度有机废水，其中含有大量的有机物，如淀粉、蛋白质和糖类等，通常其BOD5、COD、SS浓度较高，废水的可生化性较好，有利于生物处理。
同时淀粉废水中含有大量的蛋白，可以用气浮工艺分离提取。
2.2淀粉废水的处理方法
根据淀粉生产废水的生产特点和水质特征，目前国内外常用的玉米淀粉废水处理方法有：
化学絮凝法和生物处理法。
2.2.1化学絮凝法
化学絮凝法是一种物理化学处理法，通过加入絮凝剂或配合投加助凝剂，降低胶体溶液的稳定性，使之凝聚沉淀，然后分离净化的方法。
玉米淀粉废水含有蛋白质、淀粉、糖类及悬浮物，废水呈高分散系的亲水胶体溶液，这种胶体一般比较稳定，因此，治理玉米淀粉废水首先要破坏胶体状态。
化学絮凝法就是通过药剂的物理化学作用，是废水的胶体破坏，使分散状态的有机物脱稳、凝聚，形成聚集状态的粗颗粒物质从水中分离出来，通过混凝可以去除分子量大于10000的有机物，而分子量小于10000的有机物可以通过活性炭吸附去除，达到治理该类废水的目的。
化学絮凝法具有工艺简单、效率高、费用低等特点，但玉米淀粉废水处理工艺中,若单独采用物化法,如气浮、混凝沉淀、吸附等,存在去除率不稳定,运行费用高等缺点。
2.2.2生物处理法
玉米淀粉废水因不含有毒物质，可生化性好，国内外常用生物法处理。
生物处理法就是提供合适的条件，利用微生物新陈代谢功能，使废水呈溶解和胶体状态的有机污染物降解，并转化为无害物质，使废水得以净化的方法。
相比较废水的物化处理方法如吸附和混凝，这些方法只是将有机物从废水中转移，还需要考虑后续处理，没有达到标本皆治。
而生物处理法是比较彻底的降解有机物。
故生物处理是处理废水的主要途径。
根据微生物的不同，生物处理方法又分为厌氧处理与好氧处理两类。
2.3厌氧生物处理法
厌氧生物处理能够在无需提供氧气的条件下，通过自身代谢过程将废水中的有机物转化为无机物和少量细胞物质。
厌氧生物处理克服了好氧生物处理的缺点，如能耗较低，容积负荷高，水力停留时间短，污泥停留时间长，污泥量少，产生的甲烷气体可回收利用，运行费用低。
其缺点是出水浓度仍然较高，必须再经过好氧处理再能达标排放。
近年来淀粉废水处理所用的厌氧法主要有厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床等。
2.3.1厌氧生物滤池
厌氧生物滤池是采用填充材料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器，厌氧菌在填充材料上附着生长形成生物膜，生物膜与填充材料一起形成固定的滤床。
其结构与原理类似于好氧生物滤床，图2.1为上流式厌氧滤池示意图，废水进入反应器底部并均匀布水，在向上流动的过程中，废水中的有机物被生物膜吸附并分解，进而通过微生物的代谢作用将有机物转化为甲烷和二氧化碳，沼气和出水由反应器上部分别排出，填料表面的生物膜不断生长，部分老化的生物膜剥落随出水排出，在反应器后设置的沉淀池中分离成为剩余污泥。
图2-1上流式厌氧滤池示意图
2.3.2厌氧接触法
普通消化池用于高浓度有机污水的处理时，存在着容积负荷率低以及停留时间长等问题。
厌氧接触法采用污泥回流，能保证在消化池内拥有大量的微生物，大大缩短了水力停留时间，并且使得厌氧消化池的容积负荷有所提高。
污水先进入混合接触池后，迅速与混合液及回流的厌氧污泥相混合，泥、水能充分接触，然后经真空脱气器而流入沉淀池，污水由沉淀池上部排除，沉淀污泥回流至消化池。
接触池中的污泥浓度要求很高，为12000mg/L—15000mg/L，因此污泥回流量大。
污泥回流可使污泥不流失，从而使运行稳定，还可以提高消化池内污泥浓度。
厌氧接触法实质是厌氧活性污泥法，不需要曝气而需要脱气。
厌氧接触法对悬浮物浓度高的有机污水的处理效果好，悬浮颗粒成为微生物的载体，并且容易在沉淀池中沉淀。
2.3.3上流式厌氧污泥床
污泥床内反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器，如图2-2所示。
图2-2上流式污泥床反应器
废水由反应器底部进入,反应器主体为无填料的空容器,其中含有大量高活性厌氧污泥（下部为污泥床层,上部为悬浮污泥层），由于废水以一定流速自下向上流动以及厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用,废水与污泥充分混合,有机质被吸附分解，所产沼气经由反应器上部三相分离器的集气室排出,含有悬浮污泥的废水进入三相分离器的沉降区,由于沼气已从废水中分离,沉降区不再受沼气搅拌作用的影响,废水在平稳上升过程中,其中沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分,从而保证了反应器内高的污泥浓度，含有少量较轻污泥的废水从反应器上方排出。
UASB反应器的构造简单，便于操作运行。
UASB反应器具有良好的污泥床，可形成一个相当稳定的生物相，较大的絮体具有良好的沉淀性能，有机负荷去除效率高，不需搅动设备，对负荷冲击，温度和PH值的变化有一定的适应性等工艺特征，是一种有发展前途的厌氧处理设备。
至今，国内部分UASB处理高浓度有机废水的研究及应用情况如下表2-1。
表2-1国内部分UASB处理高浓度有机废水的研究结果
它自70年代以来得到不断改进和发展，它在处理高浓度有机废水方面与其它生物处理相比具有以下几大优点：
1、成本低。
运行过程中不需要曝气，比好氧工艺节省大量电能。
同时产生的沼气可作为能源进行利用。
产生的剩余污泥少且污泥脱水性好，降低了污泥处置费用。
2、反应器负荷高，体积小，占地少。
3、运行简单，规模灵活。
无需设置二沉池，规模可大可小，较为灵活，特别有利于分散的点源治理。
4、二次污染少。
但其出水浓度仍然比较高，还需后续好氧处理。
2.3.4二段厌氧处理法
二段厌氧处理法又称两相厌氧消化，厌氧消化是一个复杂的生物学过程。
其主要特点是采用两个单独的反应器串联运行，第一个反应器为产酸反应器，其功能是将固态有机物水解和液化为有机酸，缓冲和稀释负荷冲击与有害物质，并截留难降解的固态物质。
第二反应器为甲烷反应器，其功能是保持严格的厌氧条件和PH值，以利于甲烷菌的生长，降解，稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气，并截留悬浮固体，以改善出水水质。
二段厌氧处理法的流程尚无定式，可以采用不同构筑物予以组合。
2.3.5几种厌氧处理法的比较
表2-2几种厌氧处理法的比较
方法
特点
优点
缺点
传统消化法
在一个消化池内进行酸化，甲烷化和固液分离
设备简单
反应时间过长池子容积大，污泥容易随污水带走
厌氧生物滤池
微生物附着在滤料表面，适于处理悬浮物含量低的污水
设备简单，能承受较高的负荷，出水悬浮固体量少，能耗低
底部易发生堵塞，填料费用高
厌氧接触法
用沉淀池分离污泥并进行回流，消化池中进行适当搅拌，池内污泥混合完全，可处理高有机物浓度和高悬浮固体浓度的污水
能承受较高负荷，有一定的抗冲击负荷能力，运行较稳定，不受进水悬浮物浓度的影响，出水悬浮固体量少
负荷高时易造成污泥流失，设备较多，操作要求高
上流式厌氧污泥床反应器
消化和固液分离在一个池中完成，微生物量特高
负荷率高，总体积小，能耗低，不需搅拌
如设计不善，污泥会大量流失，池的构造复杂
两段厌氧处理法
酸化和甲烷化在两个反应器内进行，两个反应器内采用不同反应温度
能承受较高负荷，耐冲击，运行稳定
设备多，运行操作复杂
2.4好氧处理法
好氧生物处理需要提供一定的营养物质，并且需要曝气而使得运行费用很高。
好氧生物法动力消耗较大，适合处理低浓度的有机废水，而单纯的好氧处理,虽对有机物有一定的去除效果,而去除率不高,运行费用也较高。
因此，实际工程应用中，为了提高各单元的处理效率，同时进一步减少投资，通常可采用厌氧与好氧组合工艺的方法处理玉米淀粉废水。
好氧生化处理应用较多的是接触氧化法和SBR。
2.4.1序批式活性污泥法
SBR是序列间歇式活性污泥法（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）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替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。
它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。
SBR工艺的优点：
1、理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，净化效果好。
2、运行效果稳定。
3、耐冲击负荷。
4、水质、水量可以调整，运行灵活。
5、处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理。
6、反应池内存在DO、BOD5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀。
7、具有良好的脱氮除磷效果。
8、工艺流程简单、造价低。
且SBR系统的适用范围：
由于上述技术特点，SBR系统进一步拓宽了活性污泥法的使用范围。
就近期的技术条件，SBR系统更适合以下情况：
1、中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。
2、需要较高出水水质的地方。
3、水资源紧缺的地方。
4、用地紧张的地方。
5、对已建连续流污水处理厂的改造等。
2.4.2接触氧化法
生物接触氧化池内设置填料，填料埋没在污水中，填料上长满生物膜，污水与生物膜接触过程中，水中的有机物被微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。
从填料上脱落的生物膜，随水流到二沉池后被除去，污水得到净化。
生物接触氧化法是介于活性污泥法和生物滤池二者之间的污水生物处理技术，兼有活性污泥法和生物膜法的特点。
其优点：
1、由于填料的比表面积大，池内充氧条件好，氧化池内单位容积的生物量高于活性污泥法曝气池及生物滤池，可以达到较高的容积负荷；
2、因污泥浓度高，当有机容积负荷较高时，其Ｆ／Ｍ仍保持在一定水平，因此污泥产量与活性污泥法相当。
其缺点：
1、使用生物接触氧化池时，如果设计或者运行不当，易引起填料堵塞，影响处理效果；
2、此方案所需构筑物过多，占地面积大，建设投资大；
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