啤酒厂生产废水处理厂设计uasbsbr终极版.docx

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啤酒厂生产废水处理厂设计uasbsbr终极版

水污染控制工程课程设计

学院：

专业：

环境工程

学号：

姓名：

指导老师：

时　　间：

2012年5月21日-6月1日

摘要

本设计为某啤酒废水处理设计。

设计程度为初步设计。

啤酒废水水质的主要特点是含有大量的有机物，属高浓度有机废水，故其生化需氧量也较大。

该啤酒废水处理厂的处理水量为10000

不考虑远期发展。

原污水中各项指标为：

BOD浓度为1300mg/L,COD浓度为2500mg/L，SS浓度为540mg/L。

因该废水BOD值较大,不经处理会对环境造成巨大污染，故要求处理后的排放水要严格达到国家二级排放标准,即：

BOD≤30mg/L，COD≤150mg/L，SS≤150mg/L。

经分析知该处理水质属易生物降解又无明显毒性的废水，可采用两级生物处理以使出水达标。

一级处理主要采用物理法，用来去除污水中的悬浮物质和无机物。

二级处理主要采用生物法,包括厌氧生物处理法中的UASB法和好氧生物处理法中的SBR法，可有效去除污水中的BOD、COD。

本设计工艺流程为：

啤酒废水→格栅→污水提升泵房→调节沉淀池→UASB反应器→SBR池→处理水

整个工艺具有总投资少，处理效果好，工艺简单，占地面积省，运行稳定，能耗少的优点。

第一节格栅的设计计算7

第三节过滤机的设计计算11

第四节调节沉淀池的设计计算12

第五节UASB反应器的设计计算15

第一章概述

一．研究目的及意义

80年代以来，我国啤酒工业得到迅速发展，到目前我国啤酒生产厂已有800多家，据1996年统计我国啤酒产量达1650万t，既成为世界啤酒生产大国，又成为较高浓度有机物污染大户，啤酒废水的排放和对环境的污染已成为突出问题，引起了各有关部门的重视。

由于啤酒废水中含有大量的有机物，排放对自然水体的影响非常大。

基于水污染的危害性和严重性，以保护环境为宗旨，以达到国家废水排放标准为要求来设计啤酒废水排放设备，所以此排放系统的设计旨在控制废水的COD浓度，减少对环境的污染。

二．国内外研究现状

“七五”以来，我国对啤酒废水的处理工艺和技术进行了大量的研究和探索，特别是轻工业系统的设计院和科研单位，对啤酒废水的处理进行了各方面的试验、研究和实践，取得了行之有效的成功经验，逐渐形成了以生化为主、生化及物化相结合的处理工艺。

生化法中常用的有活性污泥法、生物膜法、厌氧及好氧相结合法、水解酸化及SBR相组合等各种处理工艺。

这些处理方法及工艺各有其特点和不足之处，但各自都有较为成功的经验。

目前还有不少新的处理方法和工艺优化组合正在试验和研究，有的已取得了理想的成效，不久将应用于实践中。

三．本设计工程概况

一、建设规模

经建设方确认，本设计规模按日最大处理水量Q=10000m3/d设计（包括处理站自用水排水量）。

二、原水水质和设计要求

CODcr（mg/l）

BOD5（mg/l）

SS（mg/l）

pH

色度（倍）

排放废水

2500

1300

540

7.5-9.4

GB8978-1996

二级排放标准

150

30

150

6-9

80

三、气象条件：

风向：

夏季东南风为主

冬季西北风为主

气温：

年平均气温：

8℃

最高气温：

38℃

最低气温：

-23℃

冻土深度：

80cm

地下水位：

5m

地震裂度：

6级

地基承载力：

各层均在120Kpa以上

四、站址概述：

拟建污水处理厂的场地为60*100平方米的平坦地,位于主厂区的南方。

啤酒生产车间排出的污水可自流到污水厂边的集水池（V=200m3,池底较污水厂地平面低3.00m）。

接纳管道管底标高比污水厂地平面低3米。

四.本设计工艺流程

1．UASB+SBR法处理啤酒废水

本处理工艺主要包括UASB反应器和SBR反应器。

将UASB和SBR两种处理单元进行组合，所形成的处理工艺突出了各自处理单元的优点，使处理流程简洁，节省了运行费用，而把UASB作为整个废水达标排放的一个预处理单元，在降低废水浓度的同时，可回收所产沼气作为能源利用。

同时，由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量，因此降低了好氧处理阶段的曝气能耗和剩余污泥产量，从而使整个废水处理过程的费用大幅度减少。

采用该工艺既降低处理成本，又能产生经济效益。

并且UASB池正常运行后，每天产生大量的沼气，将其回收作为热风炉的燃料，可供饲料烘干使用。

UASB去除COD达7500kg/d，以沼气产率为0.5m3/kgCOD计算，UASB产气量为3500m3/d（甲烷含量为55%～65%）。

沼气的热值约为22680kJ/m3，煤的热值为21000kJ/t计算，则1m3沼气的热值相当于1kg原煤，这样可节煤约4t/d左右，年收益约为39.6万元。

UASB+SBR法处理工艺及水解酸化+SBR处理工艺相比有以下优点：

（1）“UASB+SBR”工艺合理,实用性强。

本工艺的核心为SBR池，整个工艺经历缺氧、好氧过程，能有效控制丝状菌的生长，防止污泥膨胀，有效去除氨氮；因反应前、中期水中有机物浓度高，微生物处于对数生长，处理速度快，氧利用率高，从而降低了能耗；同时，工艺调节灵活，进水、曝气、沉淀、排水时间可根据实际情况调节易于操作。

适合不同规模的啤酒企业使用。

（2）处理流程简单,安装操作及维修很方便。

待处理污水经汇集后，泵入UASB反应器，其流速、进水量按设定工艺参数控制，污无需搅拌设备，后污水自然升流至SBR池，间歇式曝气沉淀后排放，工艺过程简单。

构筑物UASB反应器中沉池、SBR池为半地下式的钢混结构，曝气装置（除曝气头外）可现场制作，安装制作简单，操作控制灵活，可自控也可手动，维修保养也很方便。

（3）投资费用低，比国外同类型设备价格低60%。

（4）处理能力大，处理效果好。

UASB反应器因反应区聚积大量厌氧颗粒污泥，废水及之接触充分反应速度快，可降解水中80%以上的COD。

反应器顶部设置三相分离器，能及时将处理过程中形成的固、液、气分离，促进反应进程。

SBR池集进水、曝气、沉淀、排水于一体，扩大了反应池的功能，不仅提高了处理速度而且处理效果明显。

该池可降解90%以上的COD和BOD。

（5）工艺成熟稳定，耐冲击负荷，水质和水量的波动对出水影响小，工艺自动化程度较高，运行管理和维修方便，劳动定员少。

2.USBA-SBR法流程

本设计采用人工清渣格栅。

由于设计水量较少，故格栅直接安置于排水渠道中。

啤酒废水先经过中格栅去除大杂质后进入集水池，用污水泵将废水提升至水力筛，然后进入调节池进行水质水量的调节。

进入调节池前，根据在线PH计的PH值用计量泵将酸碱送入调节池，调节池的PH值在6.5～7.5之间。

调节池中出来的水用泵连续送入UASB反应器进行厌氧消化，降低有机物浓度。

厌氧处理过程中产生的沼气被收集到沼气柜。

UASB反应器内的污水流入SBR池中进行好氧处理，而后达标出水。

来自UASB反应器、SBR反应池的剩余污泥先收集到集泥井，在由污泥提升泵提升到污泥浓缩池内被浓缩，浓缩后进入污泥脱水机房，进一步降低污泥的含水率，实现污泥的减量化。

污泥脱水后形成泥饼，装车外运处置。

本设计的方案确定：

研究表明，UASB+SBR法成功处理高浓度啤酒废水的关键是培养出沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。

颗粒污泥的形成时厌氧细菌群不断繁殖，积累结果，较多的污泥负荷有利于细菌获得充足的营养基质，故对颗粒污泥的形成和发展具有决定性的促进作用；适当高的水利负荷将长生污泥的水利筛选，淘汰沉降性能差的絮体污泥而留下沉降性能好的污泥同时产生剪切力，使污泥不对流旋转，有利于丝状菌相互缠绕成球。

此外，一定的进水碱度也是颗粒污泥形成的必要条件，因为厌氧生物的生长要求适当高的碱度，例如：

产甲烷细菌生长的最适宜PH值为6.8～7.2。

一定的碱度既能维持细菌生长所需的PH值，又能保证足够的平衡缓冲能力。

由于啤酒废水的碱度一般为500～800mgL-1（以CaCO3计），碱度不足，所以需投加姑爷碳酸钠或氧化钙加以补充。

应该指出，啤酒废水中的乙醇是一种有效的颗粒化促进剂，它为UASB的成功运行提供了有利的条件。

总之，UASB+SBR法具有效能高，处理费用低，电耗省，投资少，占地面积小等一系列优点，很适用于高浓度啤酒废水的治理。

其不足之处是工艺先进,因此对管理人员的素质要求较高。

第二章各构筑物设计及计算

第一节格栅的设计计算

一、设计说明

格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在废水渠道的进口处，用于截留较大的悬浮物或漂浮物，主要对水泵起保护作用，另外可减轻后续构筑物的处理负荷。

二、设计参数

取中格栅；栅条间隙d=10mm；

栅前水深h=0.4m；过栅流速v=0.7m/s；

安装倾角α=45°；设计流量Q=10000m3/d=0.166m3/s

三、设计计算

格栅设计计算草图

（一）栅条间隙数（n）

式中：

Q-------------设计流量，m3/s

α-------------格栅倾角，度

b-------------栅条间隙，m

h-------------栅前水深，m

v-------------过栅流速，m/s

取n=50条

（二）栅槽有效宽度（B）

设计采用φ20圆钢为栅条,即s=0.02m

B=S（n-1）+en

式中：

S--------------格条宽度，m

n--------------格栅间隙数

b--------------栅条间隙，m

B=0.02×（50-1）+0.01×50

=1.48m

（三）进水渠道渐宽部分长度（l1）

设进水渠道内流速为0.5m/s,则进水渠道宽B1=0.175m,

渐宽部分展开角取为20°

则l1=

式中：

B--------------栅槽宽度，m

B1--------------进水渠道宽度，m

--------------进水渠展开角度

l1=

=1.79

（四）栅槽及出水渠道连接处的渐窄部分长度（l2）

l2=l1/2=1.79/2

=0.895m

（五）过栅水头损失（h1）

取k=3,β=1.79（栅条断面为圆形），v=0.6m/s

h1=

式中：

k--------系数，水头损失增大倍数

β--------系数，及断面形状有关

S--------格条宽度，m

d--------栅条净隙，mm

v--------过栅流速，m/s

α--------格栅倾角，度

h1=

=0.240m

（六）栅槽总高度（H）

取栅前渠道超高h2=0.3m

栅前槽高H1=h+h2=0.7m

则总高度H=h+h1+h2

=0.4+0.240+0.3

=0.940m

（七）栅槽总长度（L）

L=l1+l2+0.5+1.0+

=1.79+0.895+0.5+1.0+

=4.885m

（八）每日栅渣量（W）

取W1=0.06m3/103m3K2=2

则W=

式中：

Q-----------设计流量，m3/s

W1----------栅渣量（m3/103m3污水），取0.1～0.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值

W=

=0.43m3/d（可采用人工清渣）

第二节污水提升泵的设计及计算

一、设计说明

污水泵房用于提升污水厂的污水，以保证污水能在后续处理构筑物内畅通的流动，它由机器间、集水池、格栅、辅助间等组成，机器间内设置水泵机组和有关的附属设备，格栅和吸水管安装在集水池内，集水池还可以在一定程度上调节来水的不均匀性，以便水泵较均匀工作，格栅的作用是阻拦水中粗大的固体杂质，以防止杂物阻塞和损坏水泵，辅助间一般包括贮藏室，修理间，休息室和厕所等。

二、设计计算

（一）设计流量

Q=10000m3/d=416.7m3/h=0.12m3/s

（二）选泵前总扬程估算

经过格栅的水头损失为0.078m,进水管渠内水面标高为-3.00m

则格栅后的水面标高为：

-3.00-0.078=-3.078m

设集水池的有效水深为2m,则集水池的最低工作水位为：

-3.078-2=-5.078m

所需提升的最高水位为5.00m

故集水池最低工作水位及所提升最高水位之间高差为：

5.00-（-5.078）=10.078m

出水管管线水头损失计算如下：

出水管Q=115L/s,选用管径为400mm的铸铁管

查《给水排水设计手册》第1册得：

V=1.38m/s,i=0.0068

出水管线长度估为38m,局部系数为8

则出水管管线水头损失为：

泵站内的管线水头损失假设为2.5m,考虑自由水头为1m,则水泵总扬程为：

H=10.078+1.04+2.5+1.0=14.62m

（三）选泵

根据流量Q=416.7m3/h,扬程H=14.62m

拟选用100WDF140-15型螺旋泵，每台水泵的流量为Q=140m3/h，扬程为H=15m，选择此泵比较合适。

选择集水池及机器间合建的圆形水泵站，考虑选用4台水泵，其中1台备用。

其工作参数如表3.2。

表3.2:

100WDF140-15型螺旋泵工作参数

流量（m3/h）

扬程（m）

转速（r/min）

功率（kw）

140

15

970

8.76

第三节过滤机的设计计算

一．过滤机设计作用

用于进一步截留较大的悬浮物或漂浮物，减轻后续构筑物的处理负荷。

二．设计参数

取2台WYB—5型卧式叶片过滤机，一备一用，其工作参数如下表。

WYB—5型卧式叶片过滤机工作参数

过滤面积/m2

筒体直径/mm

工作压/mpa

工作温度/℃

5

900

0.4

≤150

三．工作原理

WYB型卧式叶片过滤机是一种高效、节能、自动密闭操作的精密澄清过滤设备，该设备完全密闭操作,无泄露,无环境污染；滤网板自动拉出结构方便操作和维护；双面过滤，过滤面积大，容渣两量大；振动排渣，降低劳动强度；液压操作，

实现操作自动化；适合大容量、大面积的过滤系统。

由于截留的悬浮物大部分都是较清洁的谷壳等。

所以，截留的悬浮物直接运至饲料制造厂，用于制造饮料。

第四节调节沉淀池的设计计算

一、调节沉淀池的作用

啤酒废水的水量和水质随时间的变化幅度较大，为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对废水的水量和水质进行调节，由于啤酒废水中悬浮物（ss）

浓度较高，此调节池也兼具有沉淀池的作用，该池设计有沉淀池的泥斗，有足够的水力停留时间，保证后续处理构筑物能连续运行，其均质作用主要靠池侧的沿程进水，使同时进入池的废水转变为前后出水，以达到及不同时序的废水相混合的目的。

调节池还可用来均衡调节污水水质、水温的变化，降低对生物处理设施的冲击，为使调节池出水水质均匀，防止污染物沉淀，调节池内宜设置搅拌、混合装置。

二、设计参数

水力停留时间T=6h;设计流量Q=10000m3/d=416.67m3/h=0.12m3/s,采用机械刮泥除渣。

处理参数如表3.4。

表3.4调节沉淀池进出水水质指标

水质指标

COD

BOD

SS

进水水质（mg/l）

2500

1300

540

去除率（%）

7

7

50

出水水质（mg/l）

2325

1209

270

三、设计计算

调节沉淀池的设计计算草图见下图3.5：

调节沉淀池设计计算草图

（一）池子尺寸

池子有效容积为：

V=QT=416.67×6=2500m3

取池子总高度H=7.0m,其中超高0.5m,有效水深h=6.5m

则池面积A=V/h=2500/6.5=385m3

池长取L=25m,池宽取B=15m

则池子总尺寸为L×B×H=25×15×7.0=2625m3

（二）调节池的搅拌器

使废水混合均匀，调节池下设潜水搅拌机，选型QJB7.5/6－640/3-303/c/s1台

（三）药剂量的估算

设进水pH值为9.4，则废水中【OH-】=10-4.6mol/L,若废水中含有的碱性物质为NaOH,所以CNaOH=10-4.6×40=4×10-3.6g/L，废水中共有NaOH含量为10000×4×10-3.6=1.59kg/d，中和至7，则废水中【OH-】=10-7mol/L，此时CNaOH=10-7×40=0.4×10-5g/L，废水中NaOH含量为10000×0.4×10-5=0.04kg/d，则需中和的NaOH为1.59-0.04=1.55kg/d，采用投酸中和法，选用96%的工业硫酸，药剂不能完全反应的加大系数取1.1，

2NaOH+H2SO4→Na2SO4+H2O

8098

1.55㎏1.8988㎏

所以实际的硫酸用量为1.1×1.8988÷0.96=2.176kg/d。

投加药剂时，将硫酸稀释到3%的浓度，经计量泵计量后投加到调节池，故投加酸溶液量为

2.176÷0.03=72.53kg/d=3.022L/h

（四）理论上每日的污泥量

式中：

Q------------设计流量，m3/d

C0------------进水悬浮物浓度，kg/m3

C1------------出水悬浮物浓度，kg/m3

P0------------污泥含水率，以97%计

------------污泥密度，以1000kg/m3计

W=

=83.33m3/d

（三）污泥斗尺寸

取斗底尺寸为400×400，污泥斗倾角取50°

则污泥斗的高度为：

h2=（4-0.2）×tg50°

=4.529m

污泥斗的容积V2=

h2（a12+a1a2+a22）

=

×4.592×（82+8×0.4+0.42）

=101.7m3

V总>W符合设计要求，采用机械泵吸泥

（四）进水布置

进水起端两侧设进水堰，堰长为池长2/3

第五节UASB反应池的设计计算

第一节设计说明

UASB，即上流式厌氧污泥床，集生物反应及沉淀于一体，是一种结构紧凑，效率高的厌氧反应器。

它的污泥床内生物量多，容积负荷率高，废水在反应器内的水力停留时间较短，因此所需池容大大缩小。

设备简单，运行方便，勿需设沉淀池和污泥回流装置，不需充填填料，也不需在反应区内设机械搅拌装置，造价相对较低，便于管理，且不存在堵塞问题。

UASB反应池有以下优点：

⏹沉降性能良好，不设沉淀池，无需污泥回流

⏹不填载体，构造简单节省造价

⏹由于消化产气作用，污泥上浮造成一定的搅拌，因而不设搅拌设备

⏹污泥浓度和有机负荷高，停留时间短

第二节设计参数

设计流量Q=10000m3/d=416.67m3/h=0.116m3/s；

表3.6UASB反应器进出水水质指标

水质指标

COD

BOD

SS

进水水质（mg/l）

2325

1209

270

去除率（%）

75

80

50

出水水质（mg/l）

581.25

241.8

135

容积负荷（Nv）为：

12kgCOD/（m3·d）；

污泥产率为：

0.1kgMLSS/kgCOD；

产气率为：

0.5m3/kgCOD。

第三节设计计算

⑴UASB反应器结构尺寸计算

a.反应器容积计算（包括沉淀区和反应区）

UASB有效容积为：

V有效=

式中：

V有效-------------反应器有效容积，m3

Q-------------设计流量，m3/d

S0-------------进水COD含量,mg/l

Nv-------------容积负荷,kgCOD/（m3·d）

V有效=

b.UASB反应器的形状和尺寸

将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好

取水力负荷q＝0.9[m3/（m2·h）]

则A=

=416.67/0.9=462.97m2

h=

＝1937.5/462.97=4.2m

采用4座相同的UASB反应器

　　　　　　则　　A1=

＝462.97/4=115.7m2

D==（4×115.7/3.14）1/2

=12.1m

取D=12.5m

则实际横截面积为

=

πD2=

×3.14×12.52

=122.66m2

实际表面水力负荷为

q1=Q/A

＝416.67/（4×122.66）

=0.85<1.0

故符合设计要求

c.配水系统设计　

本系统设计为圆形布水器，每个UASB反应器设36个布水点

①参数　

每个池子流量：

Ｑ＝416.67/4=104.2m3/h

②设计计算

布水系统设计计算草图见下图2.3：

圆环直径计算：

每个孔口服务面积为:

a=＝3.40m2

a在1～4m2之间，符合设计要求

可设3个圆环，最里面的圆环设6个孔口，中间设12个，最外围设18个孔口

1）内圈6个孔口设计

服务面积：

＝6×3.4=20.4m2

折合为服务圆的直径为：

=（4×20.4/3.14）1/2

=5.1m

用此直径作一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布6个孔口，则圆的直径计算如下：

则d1＝

＝（2×20.4/3.14）1/2

=3.6m

2）中圈12个孔口设计

服务面积：

S2=12×3.4=40.8m2

折合成服务圆直径为：

=（4×（20.4+40.8）/3.14）1/2

=8.8m

中间圆环直径计算如下：

π（8.82-d22）＝

S2

则d2=7.2m

3）外圈18个孔口设计

　服务面积：

S3=18×3.4=61.2m2

折合成服务圈直径为：

=12.5m

外圆环的直径d3计算如下：

π（12.52-d32）=

S3

则d3＝10.8m

⑵三相分离器构造设计

1.设计说明

三相分离器要具有气、液、固三相分离的功能。

三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。

2.沉淀区的设计

三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同，主要是考虑沉淀区的面积和水深，面积根据废水量和表面负荷率决定。

由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应产生少量气体，这对固液分离不利，故设计时应满足以下要求：

1）沉淀区水力表面负荷<1.0m/h

2）沉淀器斜壁角度设为50°,使污泥不致积聚，尽快落入反应区内。

3）进入沉淀区前，沉淀槽底逢隙的流速≦2m/h

4）总沉淀水深应大于1.5m

5）水力停留时间介于1.5～2h

如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果

沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ＝50°

沉淀区面积为：

A=1/4πD2=1/4×3.14×12.52=122.66m2

实际表面水力负荷为

q1=Q/A

＝416.67/（4×122.66）

=0.85<1.0

符合设