制糖工业废水处理工艺设计.docx

1、制糖工业废水处理工艺设计1 引言中国的淡水资源总量占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/4，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一，是一个干旱缺水严重的国家。到20世纪末，全国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量为60亿立方米。据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对中国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威

2、胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。所以，对于水的可持续利用成为国民发展的必要手段，其中对于污水的处理迫在眉睫，更是被提到重要的日程上来。对于关系到国计民生的食品行业，制糖产业一直占据着不可或缺的重要位置。但是“前门产糖，后门排污”却给环境带来了很大压力。从工业角度看，如果按年榨甘蔗3000万吨计算，全国制糖及其深加工过程中将产生约100万吨废糖蜜，约330万吨蔗渣，约310万立方米酒精废液。这样巨大的数字表明，如果对这些废物的处理不及时，排放到地表水体中，将会对我国的水资源产生很大的影响。对制糖废水进行处理后让其达标排放，可以大大减少向水体排放的污水量，减轻环境负担，实现环境效益与经济效

3、益的统一1。制糖工业废水2是以甜菜或甘蔗为原料制糖过程中排出的废水，主要来自斜槽废水、榨糖废水、蒸馏废水、地面冲洗水等制糖生产过程和制糖副产品综合利用过程。我国甘蔗糖厂大多利用制糖生产的副产品糖蜜生产酒精，酒精生产过程中产生的废弃物废醪液为一种色度高（深褐色）、PH低（4.5左右）、污染物浓度高的酸性有机废水，废水中一般含有有机物和糖分，COD、BOD很高，是糖厂对水环境的主要污染源3。2 设计依据及原则2.1 设计依据2.1.1 工艺设计主要法律、法规（1）中华人民共和国水法2002年08月（2）中华人民共和国环境保护法1989年12月（3）中华人民共和国水污染防治法1996年05月（4）中

4、华人民共和国大气污染防治法2000年09月（5）中华人民共和国环境噪声污染防治法1996年10月（6）国务院31号令关于环境保护若干问题的规定（1996）（7）中华人民共和国固体废物污染环境防治法1995年10月2.1.2 工艺设计主要规范、标准（1）给水排水设计手册（2）其它国家相关规范、标准（3）污水综合排放标准GB8978-1996（4）鼓风曝气系统设计规程CECS97-97（5）室外排水设计规范GBJ14-87（1997年版）2.2 设计原则（1）在污水处理工艺的采用上力求技术成熟、简单实用，保证运行与维护管理的方便性。（2）认真贯彻国家有关环境保护的各项方针政策，严格执行国家及地方环

5、保法律法规，确保经处理后的外排污水水质达到国家有关标准要求。（3）污水处理工艺及设备选择应以排放标准为依据，选择工艺设备要求先进可靠，效率高，能耗低，操作维修简单方便，自动化程度高，能够降低废水运行成本。（4）设计中尽量选用低噪声的动力设备，适当采取消声、减震措施，防止产生噪声污染。（5）在高程布置上应尽量采用立体布局，充分利用地下空间。平面布置上要紧凑，以节省用地4。3 工艺设计3.1 设计范围及规模本设计只包括废水处理站的处理工艺、设备选型、及管网的设计。根据国内同行业污水来源和特征，本设计规模按日最大处理水量Q=6000m3/d设计。3.2污水处理站进、出水水质3.2.1 进水水质污水中

6、主要污染物及指标见表3.1表3.1主要污染物及指标排放量（m3/d）COD（mg/L）BOD5(mg/L)SS(mg/L)PH6000300015004006-73.2.2 出水水质根据国家相关法律法规及行业特征，污水处理站出水水质执行城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）的一级B标准要求，具体指标见表3.2。表3.2 出水水质标准排放量（m3/d）COD（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）pH60006020206-93.3工艺方案的确定3.3.1 方案比选制糖废水中大量的污染物是溶解性的有机物、糖类、酒精等，这些物质具有良好的生物可降解性，处理方法主要是生物氧

7、化法。有以下几种常用方法处理制糖废水5。3.3.1.1 好氧处理工艺制糖废水处理主要采用好氧处理工艺，主要由普通活性污泥法、生物滤池法、接触氧化法和SBR法。传统的活性污泥法由于产泥量大，脱氮除磷能力差，操作技术要求严，目前已被其他工艺代替。近年来，氧化沟和SBR工艺得到了很大程度的发展和应用6。（1）氧化沟法1）Carrousel氧化沟Carrousel氧化沟使用定向控制的曝气和搅动装置，向混合液传递水平速度，从而使被搅动的混合液在氧化沟闭合渠道内循环流动。因此氧化沟具有特殊的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。普通Carrousel

8、氧化沟的工艺中污水直接与回流污泥一起进入氧化沟系统。表面曝气机使混合液中溶解氧DO的浓度增加到大约23mg/L。在这种充分掺氧的条件下，微生物得到足够的溶解氧来去除BOD；同时，氨也被氧化成硝酸盐和亚硝酸盐，此时，混合液处于有氧状态。在曝气机下游，水流由曝气区的湍流状态变成之后的平流状态，水流维持在最小流速，保证活性污泥处于悬浮状态（平均流速0.3m/s）。微生物的氧化过程硝耗了水中溶解氧，直到DO值降为零，混合液呈缺氧状态。经过缺氧区的反硝化作用，混合液进入有氧区，完成一次循环。该系统中，BOD降解是一个连续过程，硝化作用和反硝化作用发生在同一池中。由于结构的限制，这种氧化沟虽然可以有效的去

9、处BOD，但除磷脱氮的能力有限。2）奥贝尔（Orbal）氧化沟奥贝尔（Orbal）氧化沟一般由三个同心椭圆形沟道组成，污水由外沟道进入，与回流污泥混合后，由外沟道进入中间沟道再进入内沟道，在各沟道循环达数百到数十次。最后经中心岛的可调堰门流出，至二次沉淀池。在各沟道横跨安装有不同数量水平转碟曝气机，进行供氧兼有较强的推流搅伴作用。外沟道体积占整个氧化沟体积的50%-55%，溶解氧控制趋于0.0mg/L,高效地完成主要氧化作用；中间沟道容积一般为25%-30%,溶解氧控制在1.0mg/L左右，作为“摆动沟道”，可发挥外沟道或内沟道的强化作用；内沟道的容积约为总容积的15%-20%，需要较高的溶解

10、氧值（2.0mg/L左右）,以保证有机物和氨氮有较高的去除率。奥贝尔（Orbal）氧化沟特点：a、奥贝尔氧化沟具有较好的脱氮功能；b、奥贝尔氧化沟具有推流式和完全混合式两种流态的优点；c、外沟道的供氧量通常为总供氧量的50%左右，但80%以上的BOD可以在外沟道中去除；d、奥贝尔氧化沟采用的曝气转碟，其表面密布凸起的三解形齿结，使其在与水体接触时将污水打碎成细密水花，具有较高的充氧能力和动力效率。（2）SBR工艺SBR工艺具有以下优点：运行方式灵活，脱氮除磷效果好，工艺简单，自动化程度高，节省费用，反应推动力大，能有效防止丝状菌的膨胀。CASS工艺(循环式活性污泥法)是对SBR方法的改进。食品

11、行业的废水一般无大的毒性,可生化性较好，所以采用CASS工艺比较适合。与传统活性污泥法相比，CASS法的优点是：a、工艺流程短，占地面积少。有机物去除率高，出水水质好。b、污泥产量低，污泥性质稳定。具有脱氮除磷功能，无异味。c、出水水质好，可回用于污水处理厂内的如绿化、浇地、等有关杂用用途。d、建设费用低，运转费用省，处理成本低：省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省10-25%。e、设备安装简便，施工周期短，具有较好的耐水、防腐能力，设备使用寿命长，对原水的水质水量的变化有较强的适应能力，处理效果稳定。f、管理简单，运行可靠：污水处理厂设备种类和数量较少，控制系统比较简单

12、，工艺本身决定了不发生污泥膨胀。所以，系统管理简单，运行可靠。g、处理工艺在国内外处于先进水平，设备自动化程度高，可用微机进行操作和控制。整个工艺运转操作较为简单，维修方便，处理厂内环境好。3.3.1.2 水解好氧处理工艺水解-好氧工艺开发的目的是针对传统的活性污泥工艺具有投资大、能耗高和运转费用高等缺点，试图采用厌氧处理工艺替代传统的好氧活性污泥工艺。水解（酸化）-好氧处理工艺中的水解（酸化）段和厌氧消化的目标不同，因此是两种不同的处理方法。水解（酸化）好氧处理系统中的水解（酸化）段的目的，对于城市污水是将原水中的非溶解态有机物截留并逐步转变为溶解态有机物；对于工业废水处理，主要是将其中难生

13、物降解物质转变为易生物降解物质，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧生物处理。水解工艺的开发过程是从低浓度城市污水开始的，与高浓度废水的厌氧消化中的水解、酸化过程是不同的。在连续厌氧过程中水解、酸化的目的是为混合厌氧消化过程中的甲烷化阶段提供基质。水解酸化可以使制糖工业废水中的大分子难降解有机物转变成为小分子易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，这使得好氧处理单元的停留时间小于传统的工艺。与此同时，悬浮物质被水解为可溶性物质，使污泥得到处理。水解反应工艺式一种预处理工艺，其后面可以采用各种好氧工艺，如活性污泥法、接触氧化法、氧化沟和SBR等。制糖废水经水解酸化后进行接触氧化处理，具有显著的

14、节能效果，COD/BOD值增大，废水的可生化性增加，可充分发挥后续好氧生物处理的作用，提高生物处理制糖工业废水的效率。因此，比完全好氧处理经济一些。采用水解池较之全过程的厌氧池（消化池）具有以下的优点。a、可生物降解性一般较好，从而减少反应的时间和处理的能耗。b、工艺仅产生很少的难厌氧降解的生物活性污泥，故实现污水、污泥一次性处理，不需要经常加热的中温消化池。c、不需要密闭的池，不需要搅拌器，不需要水、气、固三相分离器，降低了造价和便于维护。d、出水无厌氧发酵的不良气味，改善处理厂的环境。3.3.1.3 厌氧好氧联合处理技术厌氧处理技术是一种有效去除有机污染物并使其碳化的技术，它将有机化合物转

15、变为甲烷和二氧化碳。对处理中高浓度的废水，厌氧比好氧处理不仅运转费用低，而且可回收沼气；厌氧生物处理过程能耗低，约为好氧处理工艺的10%15%；有机容积负荷高，所需反应器体积更小；产泥量少，约为好氧处理的10%15%；对营养物需求低；既可应用于小规模，也可应用大规模。在全社会提倡循环经济，关注工业废弃物实施资源化再生利用的今天，厌氧生物处理显然是能够使污水资源化的优选工艺。近年来，污水厌氧处理工艺发展十分迅速，各种新工艺、新方法不断出现，包括有厌氧接触法、升流式厌氧污泥床、档板式厌氧法、厌氧生物滤池、厌氧膨胀床和流化床，以及第三代厌氧工艺EGSB和IC厌氧反应器，发展十分迅速。厌氧法的缺点式不

16、能去除氮、磷，出水往往不达标，由于制糖工业废水的特殊性质，因此常常需对厌氧处理后的废水进一步用好氧的方法进行处理，使出水达标。升流式厌氧污泥床UASB( Up-flow Anaerobic Sludge Bed，注：以下简称UASB）工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物转化成再生清洁能源沼气的一项技术。对于不同含固量污水的适应性也强，且其结构、运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟，正日益受到污水处理业界的重视，得到广泛的欢迎和应用。UASB工艺近年来在国内外发展很快，应用面很宽，在各个行业都有应用，生产性规模不等。UASB反应器与其他反应器

17、相比有以下优点：a、不填载体，构造简单节省造价b、污泥浓度和有机负荷高，停留时间短c、沉降性能良好，不设沉淀池，无需污泥回流d、污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题e、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f、UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备。g、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。实践证明，它是污水实现资源化的一种技术成熟可行的污水处理工艺，既解决了环境污染问题，又能取得较好的经济效益，这

18、样具有双重效益的技术具有广阔的应用前景。3.3.1.4不同处理系统的技术经济分析综上所述，通过对不同处理技术的优缺点、经济特点进行比较，列出表3.3。表3.3不同处理方法的技术、经济特点比较处理方法主要技术优缺点、经济特点好氧工艺生物接触氧化法采用两级接触氧化工艺，可防止高糖含量废水引起污泥膨胀现象；但需要填料过大，不便于运输和装填，且污泥排放量大氧化沟工艺简单，运行管理方便，出水水质好，但污泥浓度高，污水停留时间长，基建投资大，曝气效率低，对环境温度要求高SBR法占地面积小，机械设备少，运行费用低，操作简单，自动化程度高；但还需曝气能耗，污泥产量大。厌氧好氧工艺水解好氧技术节能效果显著，且B

19、OD/COD值增大，废水的可生化性能增加，可缩短总水力停留时间，提高处理效率，剩余污泥量少UASB好氧技术技术上先进可行，投资小，运行成本低，效果好，可回收能源，产出颗粒污泥产品，由一定收益；操作要求严从表中可以看出厌氧好氧联合处理在制糖工业废水处理方面有较大优势，CASS池与UASB正好有缺互补，故对于本设计中所涉及到的制糖废水来说，厌氧好氧处理技术无疑是最佳的选择。因此，本设计采用UASB-CASS的组合处理工艺，确保污水能够达标排放7。3.3.2 工艺流程3.3.2.1 污水处理工艺流程见图3.13.3.2.2 流程介绍厂区生产过程中产生的污废水首先经过格栅除去较大的漂浮物，然后进入集水

20、池，经过提升泵的提升，废水进入初沉池将比重较大的悬浮颗粒去掉，这里主要去除SS，经调节池进入UASB反应器进行厌氧反应。接着通过中间水池的调节，废水进入CASS反应池进行好氧反应，主要去除COD等污染物。处理后达标的污水通过滗水器排除CASS池。反应产生的剩余活性污泥、初沉池污泥以及UASB反应器中产生的污泥经过污泥浓缩池浓缩后，通过污泥泵打入污泥脱水间进行脱水。由于污泥中的有害物质少，干污泥可以再利用8。污水处理工艺流程图详图见附图水初1图3.1污水处理工艺流程4 工艺设计说明4.1 构筑物设计说明4.1.1 格栅格栅用以去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理

21、单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，防止阻塞排泥管道。本设计设中格栅一个。初步拟定格栅间尺寸：LBH=2.2m0.54m0.75m采用机械清渣，选型为GH-800型链式旋转格栅除污泥机94.1.2 集水池与提升泵房集水池是汇集准备输送到其他构筑物去的一种小型贮水设备，设置集水池作为水量调节之用，贮存盈余，补充短缺，使生物处理设施在一日内能得到均和的进水量，保证正常运行。设一座集水池，采用钢筋砼结构。集水池与泵房合建，集水池在泵房下面，采用全地下式10。集水池尺寸：LBH=5.25m4m3.3m提升泵房作为水泵的构筑物，面积比集水池要大，在地面建起。提升泵房尺寸：LBH=9m8m5

22、m污水泵：选择125WQ130-15-11型污水泵5台，四用一备，见表4.1表4.1 125WQ130-15-11型污水泵性能项目参数项目参数流量130m3/h口径125mm扬程15m效率62%转速1460r/min功率11KW4.1.3 初沉池沉淀池的处理对象主要是悬浮物质（SS），设计其去除率约为75%左右，同时可去除部分BOD5（约占总BOD5的20%30%，主要为悬浮性BOD5），可改善生物处理构筑物的运行条件并降低BOD5负荷。由于本工程的处理量较小，所以采用平流式沉淀池。设计采用4座池子。初沉池的尺寸为LBH=21.6m5m3m。4.1.4 调节池工业废水的水量和水质随时间的变化幅

23、度较大，为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，用调节池进行均衡调节，缓冲瞬时排放的高浓度废水，同时使生产废水进行内部中和反应，从而降低运行成本，保证后继反应系统的稳定运行。水力停留时间HRT=5(h)调节池的有效水深h=5.5(m)水面超高取0.5m调节池的尺寸为：LBH=15m15m6m4.1.5 UASB（升流式厌氧污泥床）反应池UASB反应器是进行废水处理的主要构筑物之一，对高浓度的废水进行厌氧发酵，去除大部分的有机污染物。废水经沉淀去除废水中的悬浮物后，进入UASB(上流式厌氧污泥床)进行厌氧处理，通过在UASB池中培养厌氧菌，分解水中的有机物，其COD去除率可达80%以上。厌氧处理

24、采用高效的升流式厌氧污泥床，具有容积负荷高、污泥产量小、效果稳定、能耗低等特点。一方面降低了后续好氧生化处理的负荷，减少了运行费用；另一方面回收沼气，可作为能源回用于锅炉燃烧，降低了煤耗11。本设计方案的UASB采用中温操作设计。数量：2座，设计处理能力6000m3/d；每座池体尺寸：LBH=16m10m7.5m设计参数：设计容积负荷为。沼气储存设备选用500m3钢板水槽内导轨湿式贮气柜1个。4.1.6 中间水池取水力停留时间HRT=5(h)中间水池的有效水深h=5.5(m)水面超高取0.5m中间水池的尺寸为：LBH=15m15m6m4.1.7CASS反应池废水经UASB厌氧处理后还不能达到国

25、家排放标准，尚需进行深度处理。由于废水中的COD浓度还比较高，必须通过好氧生物降解废水中的有机物。为保证好氧处理效果，采用CASS处理工艺。CASS工艺(循环式活性污泥法)是对SBR方法的改进。该工艺简单，占地面积小，投资较低；有机物去除率高，出水水质好，具有脱氮除磷的功能，运行可靠，不易发生污泥膨胀，运行费用省12。设计采用CASS池四座。工作过程分为曝气、沉淀、滗水、闲置四个过程。有关设计参数如下：污水进水量6000m3/d；水温为20左右进水COD480(mg/L)；BOD5169(mg/L)；COD70(mg/L)污泥负荷Ls=0.1kgBOD/kgMLSSd反应池池数N=2座反应池水

26、深H5(m)活性污泥界面以上最小水深0.5(m)MLSS浓度CA3500(mg/L)水深5m；保护高0.5m曝气时间3h；每天运行周期4次每周期运行时间6h初步拟定CASS反应池（外形）尺寸40m10m6m曝气系统拟采用膜片式微孔曝气器。鼓风机选用两台DG超小型离心鼓风机。滗水器选型为XBS-300型旋转式滗水器4.1.8污泥处理说明(1）污泥浓缩主要用于降低污泥中的空隙水，因为空隙水占污泥水分的70%，是降低要经稳定、脱水处置过程或者投放的污泥的体积，污泥含固率的提高，将大幅度减小污泥体积，降低污泥后续处理费用，故污泥浓缩是污泥减容的主要方法。污泥浓缩的方法有重力浓缩、气浮法浓缩和离心法浓缩

27、三种。因为重力浓缩由于装置简单，所需动力小等优点被广泛采用。所以本设计采用的是重力浓缩的方法。污泥浓缩池数量：2座设计参数：LB=7.5m7.5m(2）机械脱水机械脱水的方法是转筒离心机、板框压滤机、带式压滤机和真空过滤机。本设计采用的是带式压滤机，其具有处理量大、基建费用少、占地少、工作环境卫生、自动化程度高等优点，带式压滤脱水机受污泥负荷波动的影响小，还具有出泥含水率较低且工作稳定启耗少、管理控制相对简单、对运转人员的素质要求不高等特点。同时，由于带式压滤脱水机进入国内较早，已有相当数量的厂家可以生产这种设备。在污水处理工程建设决策时，可以选用带式压滤机以降低工程投资，国内新建的污水处理厂

28、大多采用带式压滤脱水机压滤机型号：DYD-1000型带式压榨过滤机4.1.9 鼓风机房鼓风机房内设鼓风机3台，2用1备。鼓风机房的尺寸设计为：LBH=14m10m5.5m4.2 污水处理站总体布置4.2.1 污水厂平面布置污水处理厂平面布置直接影响污水厂占地面积大小，运行是否安全可靠、管理与检修是否方便及厂区环境卫生状况等多项问题。布置的原则13：(1)平面布置必须按室外排水设计规范所规定的各项条款进行设计。(2)如有远期规划，应按远期规划作出分期建设的安排。(3)总体布置因根据厂内各建筑物的功能和流程要求，结合厂址地形，气候与地质条件等因素，并考虑便于施工、操作与运行管理，力求挖填土方平衡，

29、并考虑扩建的可能性，留有适当的扩建余地。通过技术经济比较来确定。(4)各个构筑物的布置应紧凑，节省占地，缩短连接管线，同时还应考虑到敷设管线、闸阀等附属设备、构筑物地基的相互影响以及施工、操作运行与检修方便，构筑物之间必须留有510m的间距。污水处理构筑物应尽可能的集中布置并单独组合，以利于安全并便于管理。本设计的平面布置见附图水初2。4.2.2 污水厂高程布置污水厂的高程布置的主要任务是确定各处理构筑物和泵房标高，确定处理构筑物之间连接管渠的尺寸和标高，通过计算确定各部位的水面标高。布置原则：(1)为了使污水与污泥在各构筑物间按重力流动或至少减少提升次数，以减少提升设备与运行费用，必须精确计

30、算各个构筑物之间的水头损失，避免不必要的水头损失。此外，还应该考虑污水厂扩建时预留的贮备水头。(2)进行水力计算时，应选择距离最长，损失后最大的流程，并按最大的设计流量计算，当有两个以上并联运行构筑物时，应考虑某一构筑物故障时其余构筑物须负担全部流量的情况。必须留有充分的余地，防止水头不够发生涌水。并应考虑土方平衡，避免出现分配不均现象。(3)还应注意污水流程与污泥流程的配合，尽量减少需提升的污泥量，污泥脱水间、浓缩池等高程确定，应注意其污水能自流入其它构筑物的可能性，考虑污泥处置设施排出的污水能自流流入泵站集水池和其他污水处理构筑物。(5)补充说明：经计算得出的有关尺寸在绘图时可能会有些改变

31、，以图纸标注尺寸为主。本设计的高程布置结果见附图水初3。5 设计计算5.1 格栅5.1.1参数选取（1）格栅过栅流速一般采用0.61.0m/s（2）格栅前渠道内的水流速度，一般采用0.40.9m/s（3）格栅倾角，一般采用4560，人工清渣的格栅倾角小时较省力，但占地多（4）通过格栅的水头损失，一般采用0.080.15m（5）格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0.7m（6）机械清渣不小于0.2m本次设计选取中格栅；栅条间隙e=20(mm)；栅前水深h=0.3(m)；过栅流速v=0.8(m/s)；安装倾角a=6014。设计流量Q=6000(m3/d)=250(m3/h)=0.0694(m3/s)5.1.2设计计算（1）栅条间隙数（n），取n=14条验算：，符合