啤酒廢水處理工程（UASB-CASS工藝）畢業(yè)設(shè)計【含8張CAD圖紙+文檔全套】
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華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
Abstract
With the rapid development of brewery industry in China, more brewery wastewater is discharged, which endangers enviroment.This design is one beer waste water treatment. The degree of the design is in a preliminary phase. The main distinguishing feature of the beer waste water is that it contains the massive organic matters, so it belongs to the high concentration organic waste water, therefore its biochemical oxygen demand is also high.
The water which needs to treatment in the beer waste water treatment plant is 2100, regardless of the specified future development. Various target in the raw waste water is: the concentration of BOD is 1100 mg/L , the concentration of COD is 2100 mg/L , the concentration of SS is 310 mg/L . For the beer waste water's BOD is high, it could pollute the environment if drained before treatment, so it request the beer waste water which drained must be strictly treated to the two effluence standard in the country, which is as following: BOD ≤ 20 mg/L , COD ≤ 100 mg/L , SS ≤ 70 mg/L .
This paper analyzes the generation processes of wastewater, the major contaminats and their major sources in beer production. It also introduces the primary biological processing techniques of aerobic and anaerobic treatment. According to the product scale of beer brewery, the main standard of draining water\natural materials, and so on, the main process technology of the beer waste water disposal station is defined as UASB + CASS .Practice of project indicate, when COD of wastewater reduces from 2200mg/l to 50~100mg/l, BOD reduces from 1100mg/l to 20mg/l, SS reduces from 400mg/l to 70mg/l, so that drains out can reaches the Standard.
The technological process of this design is:
Beer waste water → Screens → The sewage lift pump house → Regulates tank → Reaction tank of UASB → Tank of CASS → Treatment water
This technology of wastewater treatment has many traits. Such as, well-knit structure, pithy quick control, lasting attacked, less sledge capacity. Practice indicates that the composed craft has reliable function, its investment is little, and its running and management is uncomplicated.
Key words: beer waste water UASB CASS
Ⅱ
華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
一、 設(shè)計題目：
某啤酒廠啤酒廢水處理工程初步設(shè)計
二、 設(shè)計目的
本設(shè)計是在學(xué)生經(jīng)過給水排水專業(yè)課程學(xué)習(xí)后，在初步掌握污水和廢水處理理論，處理工藝、處理方法和構(gòu)筑物設(shè)計計算的基礎(chǔ)上進行，是對學(xué)生的基本理論、基本知識、基本技能的一次綜合性訓(xùn)練。通過畢業(yè)設(shè)計使學(xué)生掌握一下知識：
1.了解啤酒生產(chǎn)工藝、廢水的來源、特點。
2．掌握啤酒廢水處理工程設(shè)計的方法和步驟；
3．學(xué)習(xí)利用各種資料確定設(shè)計方案的方法；
4．熟悉構(gòu)筑物工藝設(shè)計計算方法；
5．熟悉啤酒廢水處理廠（站）總體布置方法和原則；
6．加強工程制圖能力。
三、設(shè)計任務(wù)
1．確定啤酒廢水處理程度，選擇污水處理流程。
2．選擇啤酒廢水和污泥處理構(gòu)筑物。
3．進行啤酒廢水和污泥處理構(gòu)筑物工藝設(shè)計計算，確定主要尺寸。
4．進行啤酒廢水處理廠（站）總體布置。
5．整理計算書，編制說明書。
三、設(shè)計原始資料
1．設(shè)計平均日水量2100m3/d。
2．廢水經(jīng)24h逐時取樣混合后的水質(zhì)指標(biāo)：
水質(zhì)指標(biāo)
BOD5（mg/L）
COD（mg/ L）
SS（mg/ L）
pH
原水
1100
2100
310
6-10
排放標(biāo)準(zhǔn)
20
100
70
6-9
設(shè)計要求
20
90
60
6-9
3．氣象資料：
溫度：
多年平均氣溫14.5℃。月均最冷氣溫-12℃，最熱氣溫26.8℃,最高氣溫40.1℃,極端最低氣溫-18.9℃，最大溫差26.6℃。
降雨量：年降雨量637.5mm,小時最大降雨量41.7mm，地區(qū)最大時降雨量Q=1807.0m3/h。
日照：平均日照率65%， 你按照時間2451h，冬日照率56.7%，消極照率66.0%。
風(fēng)速：夏季平局風(fēng)速2.6m/s,冬季3.4m/s,夏季為南風(fēng)向，冬季為北風(fēng)。
4.地質(zhì)條件
該地區(qū)地下含水層的透水性好，多為粗沙、粉細(xì)沙和加油粗沙的松散土層。地下水位埋深已超過50m.基本處于疏干狀態(tài)。
5.地形地勢
處理站地勢較低，自西北向東南方向有緩坡，坡度為0.5%。300m內(nèi)沒有生活區(qū)和辦公樓。處理站面積為200m×200m。南北向方形。
四、設(shè)計成果
1 開題報告 1
2 中英文摘要 1
3.設(shè)計說明書 1
4.設(shè)計計算書 1
5.設(shè)計圖紙 8
五、時間安排
1.畢業(yè)設(shè)計準(zhǔn)備、收集資料、翻譯外文、擬框架、寫出開題報告2周；
2.畢業(yè)設(shè)計實習(xí) 2周
3.工藝設(shè)計計算 4周
4.主要構(gòu)筑物設(shè)計繪圖 4周
5.寫作設(shè)計說明 1周
6.畢業(yè)答辯 1周
第 2 頁 共 2 頁
華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
開 題 報 告
學(xué)生姓名：鄒 仲 勛 學(xué) 號：200306215 專 業(yè)：給水排水工程
題目名稱：某啤酒廠啤酒廢水處理工程初步設(shè)計
題目來源：自 選
一、選題的背景及意義
中國是一個發(fā)展中國家，正處于一個經(jīng)濟高速發(fā)展的階段。然而經(jīng)濟的騰飛必須以強大的工業(yè)為基礎(chǔ)，而工業(yè)的高速發(fā)展往往是以犧牲環(huán)境為代價的，80年代以來，我國啤酒工業(yè)得到迅速發(fā)展，到目前我國啤酒生產(chǎn)廠已有800多家，成為世界啤酒生產(chǎn)大國，又成為較高濃度有機物污染大戶，目前全國啤酒廢水年排放量在3億m3以上。啤酒工業(yè)廢水主要含糖類，醇類等有機物，有機物濃度較高，雖然無毒，但易于腐敗，排入水體要消耗大量的溶解氧，對水體環(huán)境造成嚴(yán)重危害。啤酒廢水的水質(zhì)和水量在不同季節(jié)有一定差別，處于高峰流量時的啤酒廢水，有機物含量也處于高峰。啤酒廢水的排放和對環(huán)境的污染已成為突出問題，引起了各有關(guān)部門的重視。如何進行啤酒廢水的防治與治理成為了關(guān)鍵,環(huán)保也隨之成為了一個熱門的話題,它不僅關(guān)系到城市的市容市貌,工業(yè)企業(yè)的自身生存發(fā)展,也關(guān)系到民族國家的興衰成敗,更關(guān)系到我們?nèi)祟惖纳媾c發(fā)展,因為我們只有一個家——地球
本次設(shè)計就是通過原始資料，查閱文獻，根據(jù)自己四年所學(xué)的專業(yè)基本知識，對某啤酒廠啤酒廢水處理工程初步設(shè)計。
二、選題的依據(jù)及國內(nèi)外現(xiàn)狀
啤酒廢水按有機物含量可分為3類：①清潔廢水如冷凍機冷卻水，麥汁冷卻水等。這類廢水基本上未受污染。②清洗廢水如漂洗酵母水、洗瓶水、生產(chǎn)裝置清洗水等，這類廢水受到不同程度污染。③含渣廢水如麥糟液、冷熱凝固物。剩余酵母等，這類廢水含有大量有機懸浮性固體。該廢水具有較高的生物可降解性，且含有一定量的氮和磷。
國內(nèi)外常根據(jù)BOD5/CODcr比值來判斷廢水的可生化性，即：當(dāng)BOD5/CODcr>0.3時易生化處理，當(dāng)BOD5/CODcr>0.25時可生化處理，當(dāng)BOD5/CODcr<0.25難生化處理，而啤酒廢水的BOD5/CODcr的比值>0.3所以，處理啤酒廢水的方法多是采用好氧生物處理，也可先采用厭氧處理，降低污染負(fù)荷，再用好氧生物處理。目前，啤酒廠工業(yè)廢水的污水處理工藝，都是以生物化學(xué)方法為中心的處理系統(tǒng)。多數(shù)處理系統(tǒng)以好氧生化處理為主。由于受場地、氣溫、初次投資限制，除少數(shù)采用塔式生物濾池，生物轉(zhuǎn)盤靠自然充氧外，多數(shù)采用機械曝氣充氧，其電耗高及運行費用高制約了污水處理工程的發(fā)展和限制了已有工程的正常使用或運行。
三、課程的主要內(nèi)容
1、 確定啤酒廢水處理程度，選擇污水處理流程。
2、 選擇啤酒廢水和污泥處理構(gòu)筑物。
3、 進行啤酒廢水和污泥處理構(gòu)筑物工藝設(shè)計計算，確定主要尺寸。
4、 進行啤酒廢水處理廠（站）總體布置。
5、 整理計算書，編制說明書。
四、建設(shè)范圍及原則
1、建設(shè)范圍：建設(shè)范圍為該啤酒廢水處理站所有廢水、污泥處理工程及公用與輔助工程。
2、建設(shè)原則：廢水處理工藝技術(shù)方案，在達(dá)到處理要求的前提下應(yīng)優(yōu)先選擇基建投資費用少、運行管理簡便的先進工藝，所有廢水、污泥處理技術(shù)和其它技術(shù)不僅要求先進，更要求成熟可靠，與廢水處理站配套的工程應(yīng)同時建設(shè)，以使廢水處理廠盡快完全發(fā)揮效益，廢水處理廠出水應(yīng)盡可有回用，以緩解城市嚴(yán)重缺水問題。污泥及浮渣處理應(yīng)盡量完善，消除二次污染，盡量減少工程占地。
五、處理規(guī)模和程度
1.處理規(guī)模：平均日水量為10200m3/d
2.處理程度：
水質(zhì)指標(biāo)
BOD5（mg/L）
COD（mg/L）
SS（mg/L）
pH
原 水
1300
2200
310
6-10
排放標(biāo)準(zhǔn)
20
100
70
6-9
設(shè)計要求
20
90
60
6-9
五、處理工藝方案比較
1、工藝方案分析：
啤酒廢水處理的特點為：主要含糖類，醇類等有機物，有機物濃度較高，BOD5/COD＝1300/2200＝0.51>0.3。所以，具有較高的生物可降解性，且含有一定量的氮和磷。
針對上述特點，以及出水要求，非常有利于生化處理，同時生化處理與普通物化法、化學(xué)法相比較：一是處理工藝比較成熟；二是處理效率高，COD、BOD5去除率高，一般可達(dá)80%～90% 以上；三是處理成本低(運行費用省)。因此可采用好氧生物處理，也可先采用厭氧處理，降低污染負(fù)荷，再用好氧生物處理。
根據(jù)國內(nèi)外已運行的啤酒廢水處理站的調(diào)查，要達(dá)到確定的處理目標(biāo)及基建投資費用少、運行管理簡便的原則，實現(xiàn)啤酒廢水治理的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的統(tǒng)一，必須將兩種或三種技術(shù)結(jié)合使用。一般采用UASB-CASS處理工藝和IC-CIRCOX處理工藝。
（1）UASB-CASS處理工藝
UASB (Up-Flow-Anaerobic-Sludge-Blanket)是上流式厭氧污泥床的英文簡稱，是Lettinga等人于1972-1978年間開發(fā)研制的一項有機廢水厭氧生物處理技術(shù). 與其他大多數(shù)厭氧生物處理裝置不同之處是:
①廢水由下向上流過反應(yīng)器;
②污泥無需特殊的攪拌設(shè)備;
③反應(yīng)器頂部有特殊的三相分離器.
其突出的優(yōu)點是處理能力大,處理效率高,運行性能穩(wěn)定,構(gòu)造比較簡單. 除此之外,UASB反應(yīng)器的工藝構(gòu)造和實際運行具有以下幾個突出的特點:
①反應(yīng)器中高濃度的以顆粒狀形式存在的高活性顆粒污泥,這種污泥是在一定的運行條件下,通過嚴(yán)格控制反應(yīng)器的水力學(xué)特征以及有機物符合的條件下,經(jīng)過一段時間的培養(yǎng)而形成的.顆粒污泥特性的好壞將直接影響到UASB反應(yīng)器的運行性能.
②反應(yīng)器內(nèi)具有集泥,水,和氣分離于一體的三相分離器,這種三相分離器可以自動地將泥,水,氣加以分離并起到澄清出水,保證集氣室正常水面的功能.
③反應(yīng)器中無需安裝任何攪拌裝置,反應(yīng)器的攪拌式通過產(chǎn)氣的上升遷移作用而實現(xiàn)的,因而具有操作管理比較簡單的特性.
CASS（Cyclic Activated Sludge System）是循環(huán)式活性污泥法的英文簡稱， 為一間歇式生物反器，在此反應(yīng)器中進行交替的曝氣-非曝氣過程的不斷重復(fù)，將生物反應(yīng)過程和泥水分離過程結(jié)合在一個池子中完成。CASS反應(yīng)池一般用隔墻分隔成三個區(qū)：生物選擇區(qū)、預(yù)反應(yīng)區(qū)、主反應(yīng)區(qū)。生物選擇區(qū)內(nèi)不進行曝氣，類似于SBR法中的限制性曝氣階段。在該區(qū)內(nèi)，回流污泥中的微生物大量吸附廢水中的有機物，能較迅速有效地降低廢水中有機物濃度；預(yù)反應(yīng)區(qū)采取半限制性曝氣，溶解氧保持在0.5mg／L左右，使該區(qū)存在著反硝化進程的可能；主反應(yīng)區(qū)進行強制鼓風(fēng)曝氣，使有機物及氨氮得到生化與硝化。
CASS反應(yīng)池的運行一般包括三個階段：進水、曝氣、回流階段；沉淀階段；潷水、排泥階段。在進水階段，一邊進水一邊曝氣，同時進行污泥回流，本階段運行時間一般為2h;在沉淀和排水階段，停止曝氣，同時停止進水和污泥回流，保證了沉淀過程在靜止的環(huán)境中進行，并使排水的穩(wěn)定性得到保障，沉淀排水階段一般為2h。對于二池CASS系統(tǒng)這樣的運行程序保證了整體進水的連續(xù)性和風(fēng)機的連續(xù)運行。
CASS工藝是發(fā)生物反應(yīng)動力學(xué)原理及合理的水力條件為基礎(chǔ)而開發(fā)的一種新的廢水處理工藝，CASS工藝具有如下幾個方面的特征和優(yōu)點：
①在反應(yīng)器入口處設(shè)一個生物選擇器，并進行污泥回流，保證了活性污泥不斷地在選擇器中經(jīng)歷了一個高絮體負(fù)荷（S0/X0）階段，從而有利于系統(tǒng)中絮凝性細(xì)菌的生長并提高污泥活性，使其快速地去除廢水中溶解基質(zhì)，進一步有效地抑制絲狀菌的生長和繁殖。這使得CASS系統(tǒng)的運行不取決于水處理廠的進水情況，可以在任意進水速率并且反應(yīng)器在完全混合條件下運行而不發(fā)生污泥膨脹。
②良好的污泥沉淀性能。CASS反應(yīng)池中的混合液污泥濃度在最大水位時與傳統(tǒng)的定容性污泥系統(tǒng)基本相同，由于曝氣結(jié)束后的沉降階段中整個池子面積均可用于泥水分離，其固體能量和泥水分離效果要優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法。另外，CASS沉淀階段不進水，保證了污泥沉降無水力干擾，取得良好的分離效果。曝氣階段結(jié)束后混合液中殘余的能量用于沉淀初期的絮凝作用，又可進一步強化絮凝沉降的效果。
③可變?nèi)莘e的運行提高了對水質(zhì)、水量波動的適應(yīng)性和操作運行的靈活性。
④良好的脫氮除磷性能。如前所述，CASS工藝在不設(shè)缺氧混合階段的條件下，能在曝氣階段創(chuàng)造條件有效地進行硝化和反硝化。另外，非曝氣階段沉淀污泥床也有一定的反硝化作用，通過污泥回流帶回生物選擇器的部分硝酸鹽氮也將得到反硝化，從而使系統(tǒng)有良好的脫氮效果。CASS系統(tǒng)使活性污泥不斷地經(jīng)過好氧和厭氧的循環(huán)，有利于聚磷菌在系統(tǒng)中的生長和累積，而選擇器中活性污泥（微生物）能通過快速酶去除機理吸附和吸收大量易降解的溶解有機物，從而保證了磷的去除。
⑤根據(jù)生物反應(yīng)動力學(xué)原理，采用多池串聯(lián)運行，使廢水在反應(yīng)器的流動呈現(xiàn)出整體推流而在不同區(qū)域內(nèi)為完全混合的復(fù)雜流態(tài)，不僅保證了穩(wěn)定的處理效果，而且提高了容積利用率。
⑥工藝流程簡單，土建和投資低（無初沉池、二沉池及規(guī)模較大的回流污泥泵站，用于生物選擇器的回流系統(tǒng)的回流比僅為20％），自動化程度高，同時采用組合式模塊結(jié)構(gòu)，布置緊湊，占地少，分期建設(shè)和擴建方便。
（2）IC-CIRCOX處理工藝
IC(厭氧內(nèi)循環(huán))反應(yīng)器根據(jù)UASB的原理，80年代中由荷蘭帕克(PAQUES)公司開發(fā)成功。它由混合區(qū)、污泥膨脹床、精處理區(qū)和循環(huán)系統(tǒng)四個部分組成。它與其它厭氧處理工藝相比有以下特點：
①因反應(yīng)器為立式結(jié)構(gòu)，高度為16～25m,故占地面積小，同時沼氣收集也方便。
②有機負(fù)荷高，水力停留時間短，
③剩余污泥少，約為進水COD的1%，且容易脫水。
④靠沼氣的提升產(chǎn)生循環(huán)，不需要外部動力進行攪拌混合和使污泥回流，節(jié)省動力消耗。
⑤因生物降解后的出水為堿性，當(dāng)進水酸度較高時，可通過出水的回流使進水中和，減少藥劑使用量。
⑥耐沖擊負(fù)荷性能強，處理效率高，COD去除率為75%～80%,BOD去除率為80%～85%。
⑦生物氣純度高(CH4為70%～80%，CO2為20%～30%，其它有機物為1%～5%)，可作燃料加以利用。
CIRCOX(封閉式空氣提升好氧)反應(yīng)器為雙層立式筒體(外層為下降筒體，內(nèi)層為上升筒體)，水由底部進入反應(yīng)器，與壓縮空氣一起從內(nèi)層筒體(也稱上升管)向上流，使進水與微生物充分接觸，微生物粘附在載體(細(xì)砂類物質(zhì))表面，形成生物膜，使活性污泥有良好的沉降性能，不易被出水帶離反應(yīng)器而在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，筒體的上部做成“帽狀”(直徑放大約1/3左右)，氣、水和污泥的混合液進入反應(yīng)器上部“帽狀”的三相分離區(qū)分離；氣體從上面離開反應(yīng)器，澄清水從出水口流出，污泥經(jīng)過沉降區(qū)返回到反應(yīng)器底部。與其它好氧處理工藝相比，有以下特點：
①高度與直徑比大，故占地面積小。
②有機負(fù)荷與微生物濃度高，有機負(fù)荷為4～10kgCOD/(m3·d),微生物濃度15～30 kgVSS / m3。
③水力停留時間短，一般為0.5～4h。
④剩余污泥少，小于進水COD的5%；污泥回流在同一反應(yīng)器內(nèi)完成，不需要外加動力。
⑤因該反應(yīng)器為封閉系統(tǒng)，可以容易地控制污水中易揮發(fā)物質(zhì)，可根據(jù)需要設(shè)置生物過濾器或活性炭過濾器處理廢氣。
⑥因反應(yīng)器內(nèi)液體的流速很高，約為50ｍ／ｈ，載體通過相互碰撞摩擦而自動脫膜，不需要另設(shè)脫膜裝置；同時污水中的懸浮物很容易從反應(yīng)器內(nèi)沖出，允許進水懸浮物的濃度較高，不需設(shè)預(yù)沉池。
⑦因活性污泥在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)，泥齡很高，污泥中可產(chǎn)生一些生長速度很慢的硝化細(xì)菌等，故CIRCOX反應(yīng)器適合于處理含氮化合物及其它難降解的化合物。
IC反應(yīng)器應(yīng)用于高濃度有機廢水處理，CIRCOX適用于低濃度的啤酒生產(chǎn)廢水和城市污水處理，兩者串連起來是優(yōu)化的組合，體現(xiàn)了占地面積小，無臭氣排放，污泥量少和處理效率高的優(yōu)點。
2、 工藝流程圖：
（1）UASB-CASS處理工藝
UASB池
提升泵
調(diào)節(jié)池
篩網(wǎng)
格柵
CASS池
風(fēng)機
消毒
排放
廢水
污泥濃縮池
污泥泵
污泥脫水間
泥餅外運
上清液
濾液回流
風(fēng)機
（2）IC-CIRCOX處理工藝
篩網(wǎng)
調(diào)節(jié)池
提升泵
IC池
CIRCOX池
沉淀池
消毒
格柵
排放
廢水
上清液
污泥泵
污泥脫水間
泥餅外運
濾液回流
污泥濃縮池
3、工藝方案比較：
（1）經(jīng)濟上：
①從構(gòu)造上看，IC-CIRCOX反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)比UASB-CASS反應(yīng)器復(fù)雜，設(shè)計施工要求高。反應(yīng)器高徑比大，從而增加了進水泵的動力消耗，提高了運行費用。
②CASS工藝的曝氣是間斷的，利于氧的轉(zhuǎn)移，曝氣時間還可根據(jù)水質(zhì)、水量變化靈活調(diào)整，均為降低運行成本創(chuàng)造了條件。
③總的來說，厭氧與好氧為主體的處理工藝，產(chǎn)生的污泥量較少，IC-CIRCOX處理工藝好氧生物處理后應(yīng)設(shè)沉淀設(shè)施；而UASB-CASS處理工藝在好氧生物處理后不用設(shè)沉淀池，污泥量很少，大多數(shù)內(nèi)部消化，故污泥直接進入污泥濃縮池，進行污泥的處理與處置。IC-CIRCOX處理工藝采用的是生物膜法，是好氧生物流化床原理發(fā)展而來，微生物粘附在細(xì)砂類載體物表面，形成生物膜，生物膜要進行新、老更替，老的膜剝落后需要經(jīng)沉淀后去除(當(dāng)然同時也去除懸浮物等)，故氧化(好氧)生物處理后要設(shè)沉淀設(shè)施。而UASB-CASS處理工藝屬活性污泥法范疇， CASS反應(yīng)池污泥用回流泵回流(循環(huán)式活性污泥法)，產(chǎn)泥少、污泥直接進污泥濃縮池，不設(shè)沉淀池?？梢姸鳸ASB-CASS處理工藝省去了沉淀設(shè)施，減少了沉淀池的造價和占地面積。因此，污水處理設(shè)施布置緊湊、占地省、投資低。
（2）技術(shù)上：
IC反應(yīng)器在很大程度上解決了UASB的不足， COD容積負(fù)荷大幅度提高，使IC反應(yīng)器具備很高的處理容量，同時也帶來了不少新的問題：
①IC反應(yīng)器加快了水流上升速度，使出水中細(xì)微顆粒物比UASB反應(yīng)器多，加重了后續(xù)處理的負(fù)擔(dān)。另外內(nèi)循環(huán)中泥水混合液的上升還易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象，使內(nèi)循環(huán)癱瘓，處理效果變差。
②顆粒污泥在IC反應(yīng)器中占有重要地位。它與處理同類廢水的UASB反應(yīng)器中的顆粒污泥相比，具有顆粒較大、結(jié)構(gòu)較松散、強度較小等特點。
③發(fā)酵細(xì)菌通過胞外酶作用將不溶性有機物水解成可溶性有機物，再將可溶性的大分子有機物轉(zhuǎn)化成脂肪酸和醇類等，該類細(xì)菌水解過程相當(dāng)緩慢。IC反應(yīng)器較短的水力停留時間勢必影響不溶性有機物的去除效果。
④在厭氧反應(yīng)中，有機負(fù)荷、產(chǎn)氣量和處理程度三者之間存在著密切的聯(lián)系和平衡關(guān)系。一般較高的有機負(fù)荷可獲得較大的產(chǎn)氣量，但處理程度會降低[13]。因此，IC反應(yīng)器的總體去除效率相比UASB反應(yīng)器來講要低些。
⑤缺乏在IC反應(yīng)器水力條件下培養(yǎng)活性和沉降性能良好的顆粒污泥關(guān)鍵技術(shù)。目前國內(nèi)引進的IC反應(yīng)器均采用荷蘭進口的顆粒污泥接種，增加了工程造價。
CASS反應(yīng)器與CIRCOX反應(yīng)器相比，有一下優(yōu)點：
①生化反應(yīng)推動力大：CASS工藝從污染物的降解過程來看，當(dāng)污水以相對較低的水量連續(xù)進入CASS池時即被混合液稀釋，因此，從空間上看CASS工藝屬變體積的完全混合式活性污泥法范疇；而從CASS工藝開始曝氣到排水結(jié)束整個周期來看，基質(zhì)濃度由高到低，濃度梯度從高到低，基質(zhì)利用速率由大到小，因此，CASS工藝屬理想的時間順序上的推流式反應(yīng)器，生化反應(yīng)推動力較大。
②沉淀效果好：CASS工藝在沉淀階段幾乎整個反應(yīng)池均起沉淀作用，沉淀階段的表面負(fù)荷比普通二次沉淀池小得多，雖有進水的干擾，但其影響很小，沉淀效果較好。實踐證明，當(dāng)冬季溫度較低，污泥沉降性能差時，或在處理一些特種工業(yè)廢水污泥凝聚性能差時，均不會影響CASS工藝的正常運行。實驗和工程中曾遇到SV30高達(dá)96%的情況，只要將沉淀階段的時間稍作延長，系統(tǒng)運行不受影響。
③運行靈活，抗沖擊能力強，可實現(xiàn)不同的處理目標(biāo)： CASS工藝可以通過調(diào)節(jié)運行周期來適應(yīng)進水量和水質(zhì)的變比。當(dāng)進水濃度較高時，也可通過延長曝氣時間實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，達(dá)到抗沖擊負(fù)荷的目的。當(dāng)強化脫氮除磷功能時，CASS工藝可通過調(diào)整工作周期及控制反應(yīng)池的溶解氧水平，提高脫氮除磷的效果。所以，通過運行方式的調(diào)整，可以達(dá)到不同的處理水質(zhì)。
④不易發(fā)生污泥膨脹： CASS反應(yīng)池中存在著較大的濃度梯度，而且處于缺氧、好氧交替變化之中，這樣的環(huán)境條件可選擇性地培養(yǎng)出菌膠團細(xì)菌，使其成為曝氣池中的優(yōu)勢菌屬，有效地抑制絲狀菌的生長和繁殖，克服污泥膨脹，從而提高系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。
4、工藝方案選擇結(jié)果：
綜上所述，綜合考慮基建投資、運行管理、技術(shù)先進及成熟可靠、當(dāng)?shù)貤l件，選用UASB-CASS處理工藝。
指導(dǎo)教師意見：
簽 名：
2007年 月 日
第 8 頁 共 8 頁
華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
摘 要
啤酒工業(yè)在我國迅猛發(fā)展的同時，排出了大量的啤酒廢水，給環(huán)境造成了極大的威脅。本設(shè)計為某啤酒廢水處理設(shè)計。設(shè)計程度為初步設(shè)計。啤酒廢水水質(zhì)的主要特點是含有大量的有機物，屬高濃度有機廢水，故其生化需氧量也較大。該啤酒廢水處理廠的處理水量為2100,不考慮遠(yuǎn)期發(fā)展。原污水中各項指標(biāo)為：BOD濃度為1100 mg/L ,COD濃度為2100 mg/L ，SS濃度為310 mg/L 。因該廢水BOD值較大,不經(jīng)處理會對環(huán)境造成巨大污染，故要求處理后的排放水要嚴(yán)格達(dá)到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn),即：BOD ≤ 20 mg/L ，COD ≤ 100 mg/L ，SS ≤ 70mg/L 。
本文分析了啤酒生產(chǎn)中廢水產(chǎn)生的環(huán)節(jié)，污染物及主要污染來源，并從好氧、厭氧生物處理兩方面來考慮了廢水治理工藝，提出了UASB+CASS的組合工藝流程?？蓪U水COD由2200 mg/L降至50～100 mg/L ，BOD從1100mg/L降至20 mg/L以下，SS由400 mg/L降到70 mg/L以下，出水符合標(biāo)準(zhǔn)。
本設(shè)計工藝流程為：
啤酒廢水 → 格柵 → 污水提升泵房 → 調(diào)節(jié)池 → UASB反應(yīng)器 → CASS池 → 處理水
該處理工藝具有結(jié)構(gòu)緊湊簡潔，運行控制靈活，抗沖擊負(fù)荷，污泥量小等特點，實踐表明該組合工藝處理性能可靠，投資少，運行管理簡單的特點。為啤酒工業(yè)廢水處理提供了一條可行途徑。具有良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。
關(guān)鍵詞： 啤酒廢水 UASB CASS
Ⅰ
華北水利水電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
1、緒 論
水是生命之源，是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是不可替代的寶貴資源。我國卻是一個水資源十分短缺的國家，人均水資源占有量僅為世界平均水平的四分之一，嚴(yán)重制約著我國社會主義經(jīng)濟的發(fā)展。經(jīng)濟的騰飛是以環(huán)境的代價為前提的。隨著近代我國社會主義經(jīng)濟的騰飛，社會主義工業(yè)呈現(xiàn)飛速發(fā)展，水資源污染尤其是工業(yè)廢水污染也嚴(yán)重惡化。工業(yè)廢水的污染以其污染大、污染物濃度高、廢水排放量大、廢水中含有多種有毒有害物質(zhì)、廢水成分復(fù)雜以及水量變化大等特點而成為目前我們所面臨的主要問題。
80年代以來，我國啤酒工業(yè)得到迅速發(fā)展，到目前我國啤酒生產(chǎn)廠已有800多家，既成為世界啤酒生產(chǎn)大國，又成為較高濃度有機物污染大戶，啤酒廢水的排放和對環(huán)境的污染已成為突出問題，引起了各有關(guān)部門的重視。由于啤酒廢水中含有大量的有機物，排放對自然水體的影響非常大?；谒廴镜奈：π院蛧?yán)重性，以保護環(huán)境為宗旨，以達(dá)到國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)為要求來設(shè)計啤酒廢水排放設(shè)備，所以此排放系統(tǒng)的設(shè)計旨在控制廢水的COD濃度，減少對環(huán)境的污染。
“七五”以來，我國對啤酒廢水的處理工藝和技術(shù)進行了大量的研究和探索，特別是輕工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計院和科研單位，對啤酒廢水的處理進行了各方面的試驗、研究和實踐，取得了行之有效的成功經(jīng)驗，逐漸形成了以生化為主、生化與物化相結(jié)合的處理工藝。生化法中常用的有活性污泥法、生物膜法、厭氧與好氧相結(jié)合法、水解酸化與SBR相組合等各種處理工藝。這些處理方法與工藝各有其特點和不足之處，但各自都有較為成功的經(jīng)驗。目前還有不少新的處理方法和工藝優(yōu)化組合正在試驗和研究，有的已取得了理想的成效，不久將應(yīng)用于實踐中。
下面主要介紹一下處理啤酒廢水常用的幾種方法：
（一）、酸化—SBR 法處理啤酒廢水： 其主要處理設(shè)備是酸化柱和SBR反應(yīng)器。這種方法在處理啤酒廢水時，在厭氧反應(yīng)中，放棄反應(yīng)時間長、控制條件要求高的甲烷發(fā)酵階段，將反應(yīng)控制在酸化階段，這樣較之全過程的厭氧反應(yīng)具有以下優(yōu)點：（1）由于反應(yīng)控制在水解、酸化階段反應(yīng)迅速，故水解池體積小；（2）不需要收集產(chǎn)生的沼氣，簡化了構(gòu)造，降低了造價，便于維護，易于放大；（3）對于污泥的降解功能完全和消化池一樣，產(chǎn)生的剩余污泥量少。同時，經(jīng)水解反應(yīng)后溶解性COD比例大幅度增加，有利于微生物對基質(zhì)的攝取，在微生物的代謝過程中減少了一個重要環(huán)節(jié)，這將加速有機物的降解，為后續(xù)生物處理創(chuàng)造更為有利的條件。（4）酸化—SBR法處理高濃度啤酒廢水效果比較理想，去
除率均在94%以上，最高達(dá)99%以上。要想使此方法在處理啤酒廢水達(dá)到理想的效果時運行環(huán)境要達(dá)到下列要求：（1）酸化—SBR法處理中高濃度啤酒廢廢水，酸化至關(guān)重要，它具有兩個方面的作用，其一是對廢水的有機成分進行改性，提高廢水的可生化性；其二是對有機物中易降解的污染物有不可忽視的去除作用。酸化效果的好壞直接影響SBR反應(yīng)器的處理效果，有機物去 除主要集中在SBR反應(yīng)器中。（2）酸化—SBR法處理啤酒廢水受進水堿度和反應(yīng)溫度的影響，最佳溫度是24℃，最佳堿度范圍是500～750mg/L。視原水水質(zhì)情況，如堿度不足，采取預(yù)調(diào)堿度方法進行本工藝處理；若溫度差別不大，運行參數(shù)可不做調(diào)整，若溫度差別較大，視具體情況而定。
（二） 、 UASB— 好氧接觸氧化工藝處理啤酒廢水：此處理工藝中主要處理設(shè)備是上流式厭氧污泥床和好氧接觸氧化池，處理主要過程為：廢水經(jīng)過轉(zhuǎn)鼓過濾機，轉(zhuǎn)鼓過濾機對SS的 去除率達(dá)10%以上，隨著麥殼類有機物的去除，廢水中的有機物濃度也有所降低。調(diào)節(jié)池既有調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量的作用，還由于廢水在池中的停留時間較長而有沉淀和厭氧發(fā)酵作用。由于增加了厭氧處理單元，該工藝的處理效果非常好。上流式厭氧污泥床能耗低、運行穩(wěn)定、出水水質(zhì)好，有效地降低了好氧生化單元的處理負(fù)荷和運行能耗(因為好氧處理單元的能耗直接和處理負(fù)荷成正比)。好氧處理(包括好氧生物接觸氧化池和斜板沉淀池)對廢水中SS和COD均有較高的去除率，這是因為廢水經(jīng)過厭氧處理后仍含有許多易生物降解的有機物。 該工藝處理效果好、操作簡單、穩(wěn)定性高。上流式厭氧污泥床和好氧接觸氧化池相串聯(lián)的啤酒廢水處理工藝具有處理效率高、運行穩(wěn)定 、能耗低、容易調(diào)試和易于每年的重新啟動等特點。只要投加占厭氧池體積1/3的厭氧污泥菌種，就能夠保證污泥菌種的平穩(wěn)增長，經(jīng)過3個月的調(diào)試UASB即可達(dá)到滿負(fù)荷運行。整個工藝對COD的去除率達(dá)96.6%，對懸浮物的去除率達(dá)97.3%～98%，該工藝非常適合在啤酒廢水處理中推廣應(yīng)用。
（三）、 新型接觸氧化法處理啤酒廢水：此方法處理過程為 ：廢水首先通過微濾機去除大部分懸浮物，出水進入調(diào)節(jié)池，然后中提升泵打入VTBR反應(yīng)器中進行生化處理，通過風(fēng)機強制供風(fēng)使廢水與填料接觸，維持生化反應(yīng)的需氧量，VTBR反應(yīng)器出水進入沉淀器，去除一部分脫落的生物膜以減輕氣浮設(shè)備的處理負(fù)荷，之后流人氣浮設(shè)備去除剩余的生物膜，污泥及浮渣送往污泥池濃縮后脫水。 該處理工藝有以下主要特點：①VTBR反應(yīng)器由廢舊酒精罐改造而成，節(jié)省了投資。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有一次性投資低，運行穩(wěn)定，處理效果好等特點。②冬季運行時，在VTBR反應(yīng)器外部加了一層保溫材料，使
罐中始終保持較高的溫度，提高了生物的活性。③因 VTBR反應(yīng)器高達(dá)10m左右，水深大，所選用風(fēng)機為高壓風(fēng)機，風(fēng)壓為98kPa，N＝75kw，耗電量大。
（四）、 生物接觸氧化法處理啤酒廢水：該工藝采用水解酸化作為生物接觸氧化的預(yù)處理，水解酸化菌通過新陳代謝將水中的固體物質(zhì)水解為溶解性物質(zhì)，將大分子有機物降解為小分子有機物。水解酸化不僅能去除部分有機污染物，而且提高了廢水的可生化性，有益于后續(xù)的好氧生物接觸氧化處理。該工藝在處理方法、工藝組合及參數(shù)選擇上是比較合理的，充分利用各工序的優(yōu)勢將污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化、去除。然而，如果由于某些構(gòu)筑物的構(gòu)造設(shè)計考慮不周會影響運行效果，致使出水水質(zhì)不理想，使生物接觸氧化池的出水(靜沉30 min的澄清液)COD為500～600 mg/L，經(jīng)混凝氣浮處理后出水COD仍高達(dá)300 mg/L，遠(yuǎn)高于排放要求(150 mg/L)。 但是此處理方法在設(shè)計和運行中回出現(xiàn)以下問題 ：（1）水解酸化池存在的問題主要是沉淀污泥不能及時排除。由于該廢水中懸浮物濃度較高，因而池內(nèi)污泥產(chǎn)量很大，而原工藝僅在水解酸化池前端設(shè)計了污泥斗，所以池子的后部很快就淤滿了污泥。另外，隨著微生物量的增加在軟性生物填料的中間部位形成了污泥團，使得傳質(zhì)面積減小。針對污泥淤積情況，在水解酸化池前可增設(shè)一級混凝氣浮以去除水中的懸浮物，經(jīng)此改進后水解酸化池能長期、穩(wěn)定、有效地運行，其出水COD也從1100～1200 mg/L降至900 ～1000mg/L，收到了較好的效果。不過，增設(shè)混凝氣浮增加了運行費用，而且氣浮過程中溶入的O2還可能對水解酸化產(chǎn)生不利影響。因此，在設(shè)計采用水解酸化處理懸浮物濃度高的污水時，可增設(shè)污泥斗的數(shù)量以便及時排除沉淀污泥。此外，為防止填料表面形成污泥團應(yīng)采用比表面積大、不結(jié)泥團的半軟性填料。（2）如果廢水中污染物濃度較高或前處理效果不理想，生物接觸氧化池前端的有機物負(fù)荷較高，使得供氧相對不足，此時該處的生物膜呈灰白色，處于嚴(yán)重的缺氧狀態(tài)，而池末端成熟的好氧生物膜呈琥珀黃色。同時，水中的生物活性抑制性物質(zhì)濃度也較高，對微生物也有一定的抑制作用。這些因素使得生物接觸氧化池沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用，處理效果不理想。鑒于此，可一采取階段曝氣措施即多點進水，污水沿池長多點流入生物接觸氧化池以均分負(fù)荷，消除前端缺氧及抑制性物質(zhì)濃度較高的不利影響。改為多點進水并經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定運行后，生物接觸氧化池的出水(30 min的澄清液)COD為200～300 mg/L。再經(jīng)混凝氣浮工序處理后最終出水COD＜150 mg/L(一般在130 mg/L)，達(dá)到了排放要求。（3）在調(diào)試運行過程中，生物接觸氧化池中生物膜脫落、氣泡直徑變大(曝氣方式為微孔曝氣)、出水渾濁、處理效果惡化的現(xiàn)象時有發(fā)生。經(jīng)研究、分析、驗證發(fā)現(xiàn)這是由于負(fù)荷波動或操作不當(dāng)造成溶解氧不足而
引起的。溶解氧不足使得生物膜由好氧狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，其附著力下降，在空氣氣泡的攪動下生物膜大量脫落，導(dǎo)致水粘度增加、氣泡直徑增大、氧轉(zhuǎn)移效率下降，這又進一步造成缺氧，如此形成惡性循環(huán)致使處理效果惡化。（4）在調(diào)試運行初期，發(fā)生這種現(xiàn)象時一般是增大供氣量以提高供氧能力來消除缺氧，結(jié)果由于氣泡攪動強度增大，造成了更大范圍的生物膜脫落、水粘度更大、氧轉(zhuǎn)移效率更低，非但沒 能提高供氧能力反而使情況更糟。正確的處理措施應(yīng)是減小曝氣量，待脫落的生物膜隨水流 流出后再逐漸增加曝氣量使溶解氧濃度恢復(fù)到原有水平，若水溫適宜則2～3 d后生物膜就可恢復(fù)正常。 因此當(dāng)采用此工藝處理啤酒廢水時要遵循下列要求：①采用水解酸化作為預(yù)處理工序時應(yīng)考慮懸浮物去除措施。②采用推流式生物接觸氧化池時，為避免前端有機物負(fù)荷過高可采用多點進水。③應(yīng)嚴(yán)格控制溶解氧濃度，供氧不足會造成生物膜大范圍脫落，導(dǎo)致運行失敗。
（五）、 內(nèi)循環(huán) UASB 反應(yīng)器＋氧化溝工藝處理啤酒廢水：此工藝采用厭氧和好氧相串聯(lián)的方式，厭氧采用內(nèi)循環(huán)UASB技術(shù)，好氧處理用地有一處狹長形池塘，為了降低土建費用，因地制宜，采用氧化溝工藝。本處理工藝的關(guān)鍵設(shè)備是UASB反應(yīng)器。該反應(yīng)器是利用厭氧微生物降解廢水中的有機物，其主體分為配水系統(tǒng)，反應(yīng)區(qū)，氣、液、固三相分離系統(tǒng)，沼氣收集系統(tǒng)四個部分。厭氧微生物對水質(zhì)的要求不象好氧微生物那么寬，最佳pH為6.5－7.8，最佳溫度為35℃－40℃[2]，而本工程的啤酒廢水水質(zhì)超出了這個范圍。這就要求廢水進入UASB反應(yīng)器之前必需進行酸度和溫度的調(diào)節(jié)。這無形中增加了電器。儀表專業(yè)的設(shè)備投資和設(shè)計難度。 內(nèi)循環(huán)UASB技術(shù)是在普通UASB技術(shù)的基礎(chǔ)上增加一套內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，它包括回流水池及回流水泵。UASB反應(yīng)器的出水水質(zhì)一般都比較穩(wěn)定，在回流系統(tǒng)的作用下重新回到配水系統(tǒng)。這樣一來能提高UASB反應(yīng)器對進水水溫、pH值和COD濃度的適應(yīng)能力，只需在UASB反應(yīng)器進水前對其pH和溫度做一粗調(diào)即可。 UASB反應(yīng)器采用環(huán)狀穿孔管配水，通過三相分離器出水，并在三相分離器的上方增加側(cè)向流絮凝反應(yīng)沉淀器，它由玻璃鋼板成60°安裝而成，能在最大程度上截留三相分離出水中的顆粒污泥。 此處理工藝主要有以下特點：①實踐證明，采用內(nèi)循環(huán)UASB反應(yīng)器＋氧化溝工藝處理啤酒廢水是可行的，其運行結(jié)果表明COD Cr 總?cè)コ矢哌_(dá)95％以上。②由于采用的是內(nèi)循環(huán)UASB反應(yīng)器和氧化溝工藝串聯(lián)組合的方式，可根據(jù)啤酒生產(chǎn)的季節(jié)性、水質(zhì)和水量的情況調(diào)整UASB反應(yīng)器或氧化詢處理運行組合，以便進一步降低運行費用。
（六）、UASB+SBR法處理啤酒廢水：本處理工藝主要包括UASB反應(yīng)器和SBR反應(yīng)器。將UASB和SBR兩種處理單元進行組合，所形成的處理工藝突出了各自處理單元的優(yōu)點，
使處理流程簡潔，節(jié)省了運行費用，而把UASB作為整個廢水達(dá)標(biāo)排放的一個預(yù)處理單元，在降低廢水濃度的同時，可回收所產(chǎn)沼氣作為能源利用。同時，由于大幅度減少了進入好氧處理階段的有機物量，因此降低了好氧處理階段的曝氣能耗和剩余污泥產(chǎn)量，從而使整個廢水處理過程的費用大幅度減少。采用該工藝既降低處理成本，又能產(chǎn)生經(jīng)濟效益。并且UASB池正常運行后，每天產(chǎn)生大量的沼氣，將其回收作為熱風(fēng)爐的燃料，可供飼料烘干使用。UASB去除COD達(dá)7 500 kg/d，以沼氣產(chǎn)率為0.5m 3 /kgCOD計算，UASB產(chǎn)氣量為3 500m 3 /d(甲烷含量為55%～65%)。沼氣的熱值約為22 680kJ/m 3 ，煤的熱值為21 000 kJ/t計算，則1m 3 沼氣的熱值相當(dāng)于1 kg原煤，這樣可節(jié)煤約4 t/d左右，年收益約為39.6萬元。 UASB+SBR法處理工藝與水解酸化+SBR處理工藝相比有以下優(yōu)點：①節(jié)約廢水處理費用。UASB取代原水解酸化池作為整個廢水達(dá)標(biāo)排放的一個預(yù)處理單元，削減了全部進水COD的75%，從而降低后續(xù)SBR池的處理負(fù)荷，使SBR池在廢水處理量增加的情況下，運行周期同樣為12 h，廢水也能達(dá)標(biāo)排放。也就是說，耗電量并沒有隨廢水處理量的增加而增加。同原工藝相比較，每天實際節(jié)約1 500～2 500 m 3 廢水的處理費用，節(jié)約能耗約21.4 萬元/a。②節(jié)約污泥處理費用。廢水經(jīng)過UASB處理后，75%的有機物被去除，使SBR處理負(fù)荷大大降低，產(chǎn)泥量相應(yīng)減少。水解酸化+SBR處理工藝工藝計算，產(chǎn)泥量達(dá)17 t/d(產(chǎn)泥率為0.3 kg污泥/kgCOD，污泥含水率為80%)，UASB+SBR法處理工藝產(chǎn)泥量只有5 t/d(含水率為80%)左右，只有水解酸化+SBR處理工藝的1/3，污泥處理費用大大減少，節(jié)約污泥處理費用約為20元/日。
盡管目前污水處理技術(shù)眾多, 但其發(fā)展目標(biāo)是一致的,即以發(fā)展綠色技術(shù)、實現(xiàn)資源可持續(xù)開發(fā)利用和生態(tài)安全為目標(biāo)。根據(jù)國內(nèi)外研究動向,啤酒廢水處理技術(shù)發(fā)展趨勢將表現(xiàn)在以下幾個方面:
(1) 充分利用新技術(shù)對現(xiàn)有的啤酒廢水處理工藝進行因地制宜的技術(shù)改造,采用高效節(jié)能的生物反應(yīng)器。
(2) 實行污水規(guī)模化集中處理,可免除重復(fù)性設(shè)備投資,易于采用新技術(shù)。
(3) 啤酒廢水中含有多種有用物質(zhì),在處理前應(yīng)盡量回收有用的固體物質(zhì),經(jīng)加工后作飼料添加劑或藥品,在處理時應(yīng)多考慮變廢為寶,提高經(jīng)濟效益。
(4) 針對啤酒廢水中有機物含量高、生物降解性差的特點,同時考慮能源緊張的形勢, 主要采用厭氧-好氧聯(lián)合技術(shù),并將產(chǎn)生的污泥干化后作肥料使用。
(5) 當(dāng)前全球水資源緊張已成為世界關(guān)注的焦點,而啤酒廢水有害無毒,如能將其凈
化后回收利用, 可達(dá)到節(jié)約水資源的目的。
(6) 在污水處理中實行自動化控制技術(shù),實現(xiàn)反應(yīng)器自控管理, 將會節(jié)省人力。
(7) 開發(fā)生物基因技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用,向著節(jié)能、回收有用物質(zhì)的方向發(fā)展。
2、設(shè)計說明書
2.1 工程概況
該啤酒廠啤酒廢水平均日產(chǎn)量2100立方米,其原水水質(zhì)和設(shè)計要求如表2.1:
表2.1 原水水質(zhì)和設(shè)計要求
水質(zhì)指標(biāo)
BOD5（mg/L）
COD（mg/ L）
SS（mg/ L）
pH
原 水
1100
2100
310
6-10
排放標(biāo)準(zhǔn)
20
100
70
6-9
設(shè)計要求
20
90
60
6-9
其氣象資料如下：
溫度：多年平均氣溫14.5℃。月均最冷氣溫-12℃，最熱氣溫26.8℃,最高氣溫40.1℃,極端最低氣溫-18.9℃，最大溫差26.6℃。
降雨量：年降雨量637.5mm,小時最大降雨量41.7mm，地區(qū)最大時降雨量Q=1807.0m3/h。
日照：平均日照率65%， 你按照時間2451h，冬日照率56.7%，消極照率66.0%。
風(fēng)速：夏季平局風(fēng)速2.6m/s,冬季3.4m/s,夏季為南風(fēng)向，冬季為北風(fēng)。
地質(zhì)條件；該地區(qū)地下含水層的透水性好，多為粗沙、粉細(xì)沙和加油粗沙的松散土層。地下水位埋深已超過50m.基本處于疏干狀態(tài)。
地形地勢：處理站地勢較低，自西北向東南方向有緩坡，坡度為0.5%。300m內(nèi)沒有生活區(qū)和辦公樓。處理站面積為200m×200m。南北向方形。
根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y料及工藝方案比較,采用UASB-CASS處理工藝。
2.2 工藝流程
廢水經(jīng)過格柵后,除去較在的懸浮物及漂浮物,進入調(diào)節(jié)池,經(jīng)泵提升 至UASB反應(yīng)器進行厭氧發(fā)酵,然后現(xiàn)進入CASS反應(yīng)器進行好氧處理，其工藝流程圖見圖2.1 。
2.3 處理構(gòu)筑物
2.3.1 格柵
2.3.1.1 設(shè)計作用
格柵由一組平行的金屬柵條或篩網(wǎng)制成，安裝在廢水渠道的進口處，用于截留較大的懸浮物或漂浮物，主要對水泵起保護作用，另外可減輕后續(xù)構(gòu)筑物的處理負(fù)荷。
2.3.1.2 設(shè)計參數(shù)
設(shè)計流量Q = 2100m3/d = 0.024m3/s ；
取用中格柵，柵條間隙d = 10mm ；
格柵安裝角度α= 45°，柵前流速0.7 m/s ,過柵流速0.8m/s ；
單位柵渣量W = 0.05m3/103 m3 廢水 。
2.3.1.3 工作原理
本設(shè)計采用人工清渣格柵。由于本設(shè)計水量較少，故格柵直接安置于排水渠道中。
風(fēng)機
過濾機
提升泵
格柵
UASB池
調(diào)節(jié)池
CASS池
消毒
排放
廢水
泥餅外運
上清液
污泥泵
污泥脫水間
污泥濃縮池
濾液回流
圖1.1 UASB-CASS處理工藝流程圖
2.3.2 調(diào)節(jié)池
2.3.2.1 設(shè)計作用
啤酒廢水的水量和水質(zhì)隨時間的變化幅度較大，為了保證后續(xù)處理構(gòu)筑物或設(shè)備的正常運行，需對廢水的水量和水質(zhì)進行調(diào)節(jié)，保證后續(xù)處理構(gòu)筑物能連續(xù)運行，
2.3.2.2 設(shè)計參數(shù)
水力停留時間T = 6h ；
設(shè)計流量Q = 2100m3/d = 87.5m3/h ；
2.3.2.2 工作原理
其均質(zhì)作用主要靠池側(cè)的沿程進水及兩臺旋轉(zhuǎn)式推流攪拌機，使同時進入池的廢水轉(zhuǎn)變?yōu)榍昂蟪鏊?，以達(dá)到與不同時序的廢水相混合的目的。
2.3.3 提升泵房
2.3.3.1 設(shè)計作用
污水泵房用于提升污水廠的污水，以保證污水能依靠重力流在后續(xù)處理構(gòu)筑物內(nèi)暢通的流動。
2.3.3.2 設(shè)計參數(shù)
選取3臺ISW65-100（I）A離心泵，2用一備，其工作參數(shù)如表2.2 。
表2.2: SW65-100（I）A 離心泵工作參數(shù)
流 量（m3/h）
揚 程（m）
轉(zhuǎn) 速（r/min）
功 率（kw）
電 壓(v)
44.7
12.4
2900
2.2
380
2.3.4 過濾機
2.3.4.1 設(shè)計作用
用于進一步截留較大的懸浮物或漂浮物，減輕后續(xù)構(gòu)筑物的處理負(fù)荷。
2.3.4.2 設(shè)計參數(shù)
取2臺WYB—5型臥式葉片過濾機，一備一用，其工作參數(shù)如表2.3 。
表2.3：WYB—5型臥式葉片過濾機工作參數(shù)
過濾面積/m2
筒體直徑/mm
工作壓/mpa
工作溫度/℃
5
900
0.4
≤150
2.3.4.3 工作原理
WYB型臥式葉片過濾機是一種高效、節(jié)能、自動密閉操作的精密澄清過濾設(shè)備，該設(shè)備完全密閉操作,無泄露,無環(huán)境污染；濾網(wǎng)板自動拉出結(jié)構(gòu)方便操作和維護；雙面過濾，過濾面積大，容渣兩量大；振動排渣，降低勞動強度；液壓操作，實現(xiàn)操作自動化；適合大容量、大面積的過濾系統(tǒng)。
由于截留的懸浮物大部分都是較清潔的谷殼等。所以，截留的懸浮物直接運至飼料制造廠，用于制造飲料。
2.3.5 UASB反應(yīng)池
2.3.5.1 設(shè)計作用
是進行廢水處理的主要構(gòu)筑物之一，對高濃度的廢水進行厭氧發(fā)酵，去除大部分的有機污染物。
2.3.5.2 設(shè)計參數(shù)
容積負(fù)荷（Nv）為：4.5kgCOD/(m3·d) ；
污泥產(chǎn)率為：0.1kgMLSS/kgCOD ；
產(chǎn)氣率為：0.5m3/kgCOD 。
2.3.5.3 工作原理
UASB，即上流式厭氧污泥床，集生物反應(yīng)與沉淀于一體，是一種結(jié)構(gòu)緊湊，效率高的厭氧反應(yīng)器，由污泥反應(yīng)區(qū)、氣液固三相分離器（包括沉淀區(qū)）和氣室三部分組成。在底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)存留大量厭氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水從厭氧污泥床底部流入與污泥層中污泥進行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機物，把它轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中，不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥床上部由于沼氣的攪動形成一個污泥濃度較稀薄的污泥和水一起上升進入三相分離器，沼氣碰到分離器下部的反射板時，折向反射板的四周，然后穿過水層進入氣室，集中在氣室沼氣，用導(dǎo)管導(dǎo)出，固液混合液經(jīng)過反射進入三相分離器的沉淀區(qū)，污水中的污泥發(fā)生絮凝，顆粒逐漸增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼著斜壁滑回厭氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的污泥，與污泥分離后的處理出水從沉淀區(qū)溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。
它的污泥床內(nèi)生物量多，容積負(fù)荷率高，廢水在反應(yīng)器內(nèi)的水力停留時間較短，因此所需池容大大縮小。設(shè)備簡單，運行方便，勿需設(shè)沉淀池和污泥回流裝置，不需充填填料，也不需在反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)機械攪拌裝置，造價相對較低，便于管理，且不存在堵塞問題。
2.3.6 CASS反應(yīng)池
2.3.6.1 設(shè)計作用
是進行廢水處理的主要構(gòu)筑物之一，對從UASB反應(yīng)器出來的低濃度的有機廢水進行進一步好氧處理，去除剩余的有機污染物,完成廢水的最后處理,使出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.3.6.2 設(shè)計參數(shù)
各反應(yīng)區(qū)體積比為：選擇區(qū)體積 ：預(yù)反應(yīng)區(qū)體積 ：主反應(yīng)區(qū)體積 = 1 ：5 ：30
寬深比約為： B ：H = 1～2
長寬比約為： L ：B = 4～6
回流比為：20%
充水比為：32%
MLSS為： 4000mg/L
COD去除率為：85%
預(yù)反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)區(qū)間隔墻的孔口水流速度為：30~50m/h
一個運行周期為：4個小時
2.3.6.3 工作原理
CASS（Cyclic Activated Sludge System）是循環(huán)式活性污泥法的英文簡稱， 為一間歇式生物反器，在此反應(yīng)器中進行交替的曝氣-非曝氣過程的不斷重復(fù)，將生物反應(yīng)過程和泥水分離過程結(jié)合在一個池子中完成。CASS反應(yīng)池一般用隔墻分隔成三個區(qū)：生物選擇區(qū)、預(yù)反應(yīng)區(qū)、主反應(yīng)區(qū)。生物選擇區(qū)內(nèi)不進行曝氣，類似于SBR法中的限制性曝氣階段。在該區(qū)內(nèi)，回流污泥中的微生物大量吸附廢水中的有機物，能較迅速有效地降低廢水中有機物濃度；預(yù)反應(yīng)區(qū)采取半限制性曝氣，溶解氧保持在0.5mg／L左右，使該區(qū)存在著反硝化進程的可能；主反應(yīng)區(qū)進行強制鼓風(fēng)曝氣，使有機物及氨氮得到生化與硝化。
CASS反應(yīng)池的運行一般包括三個階段：進水、曝氣、回流階段；沉淀階段；潷水、排泥階段。在進水階段，一邊進水一邊曝氣，同時進行污泥回流，本階段運行時間一般為2h;在沉淀和排水階段，停止曝氣，同時停止進水和污泥回流，保證了沉淀過程在靜止的環(huán)境中進行，并使排水的穩(wěn)定性得到保障，沉淀排水階段一般為2h。對于二池CASS系統(tǒng)這樣的運行程序保證了整體進水的連續(xù)性和風(fēng)機的連續(xù)運行。
2.3.7 污泥濃縮池
2.3.7.1 設(shè)計作用
為方便污泥的后續(xù)處理機械脫水，減小機械脫水中污泥的混凝劑用量以及機械脫水設(shè)備的容量，需對污泥進行濃縮處理，以降低污泥的含水率。
2.3.7.1 設(shè)計參數(shù)
固體負(fù)荷（固體通量）M一般為10～35kg/m3h ，取M = 30 kg/m3d = 1.25kg/m3h ；
濃縮時間取T = 24 h ；
設(shè)計污泥量Q = 40 m3/d ；
濃縮后污泥含水率為96% ；
2.3.7.3 工作原理
本設(shè)計由于采用UASB-CASS處理工藝，污泥量少，污泥性質(zhì)穩(wěn)定，因此只須采用簡單的濃縮-脫水工藝即可。用以減縮污泥的間隙水，降低污泥含水率，減少污泥體積。
本設(shè)計采用間歇式重力濃縮池，運行時，應(yīng)先排除濃縮池中的上清液，騰出池容，再投入待濃縮的污泥，為此應(yīng)在濃縮池深度方向的不同高度上設(shè)上清液排除管。
2.3.8 污泥脫水間
2.3.8.1 設(shè)計作用
用以去除污泥中的毛細(xì)水和表面附著水，縮小污泥體積，減輕其重量，本工藝采用DY型帶式壓濾機。
2.3.8.2 設(shè)計參數(shù)
壓濾后污泥含水率為75% ；
選取DYD-1000型帶式壓榨過濾機，其工作參數(shù)如表2.4 。
表2.4：DYD-1000型帶式壓榨過濾機工作參數(shù)
濾帶寬度（mm）
1000
壓榨脫水面（m2）
5.0
濾帶線速度（r/min）
0.8-5.5
電機總功率（KW）
2.85
漲緊工作壓力（MPa）
1.0-1.8
主機外形尺寸（mm）
3000×1800×2040
糾偏工作壓力（MPa）
1.5
重量（kg）
4700
重力脫水面積（m2）
3.5
泥餅含水率（%）
70-80
2.3.8.3 工作原理
DY型帶式壓濾機以過濾介質(zhì)兩面的壓力差作為推動力，使污泥水分被強制通過過濾介質(zhì)形成濾液，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，形成濾樣，從而達(dá)到脫水的目的，脫水過程一般分為三個階段：重力脫水段，楔形預(yù)壓榨段，中、高壓剪切脫水段。
其特點是：能連續(xù)運行，操作管理簡單，附屬設(shè)備較少，機器制作容易，出泥含水率低且穩(wěn)定，從而投資、勞動力、能源消耗和維護費用較低。
① 結(jié)構(gòu)緊湊、整體剛性好。
② 無級調(diào)速電機驅(qū)動，可以隨時調(diào)節(jié)運行速度，適應(yīng)性強。
③ 制沖洗噴嘴及防堵塞裝置，使濾帶沖洗干凈。
④ 控制系統(tǒng)自動糾偏，并有限位開關(guān)保護濾帶，確保設(shè)備正常運行。
⑤ 處理最大，脫水效果好，運行費用低。
⑥ 附屬設(shè)備選用名牌產(chǎn)品，性能可靠。
⑦ 可提供PLC遠(yuǎn)程控制接口，利于管理。
2.4 平面布置
2.4.1 布置原則
（1）處理站構(gòu)（建）筑物的布置應(yīng)緊湊，節(jié)約用地和便于管理。
① 池形的選擇應(yīng)考慮減少占地，利于構(gòu)（建）筑物之間的協(xié)調(diào)；
② 構(gòu)（建）筑物單體數(shù)量除按計算要求計算外，亦應(yīng)利于相互間的協(xié)調(diào)和總圖的協(xié)調(diào)。
③ 構(gòu)（建）筑物的布置除按工藝流程和進出水方向順捷布置外，還應(yīng)考慮與外界交通、氣象、人居環(huán)境和發(fā)展規(guī)劃的協(xié)調(diào)，做好功能劃分和局部利用。
（2）構(gòu)（建）筑物之間的間距應(yīng)按交通、管道敷設(shè)、基礎(chǔ)工程和運行管理需要考慮。
（3）管線布置盡量沿道路與構(gòu)（建）筑物平行布置，便于施工與檢修。
（4）做好建筑、道路、綠地與工藝構(gòu)筑物的協(xié)調(diào)，做到即使生產(chǎn)運行安全方便，又使站區(qū)環(huán)境美觀，向外界展現(xiàn)優(yōu)美的形象。
具體做好以下布置：
① 污水調(diào)節(jié)池和污泥濃縮池應(yīng)與辦公區(qū)或廠前區(qū)分離；
② 配電應(yīng)靠近引入點或電耗大的構(gòu)（建）筑物，并便于管理；
③ 沼氣系統(tǒng)的安全要求較高，應(yīng)遠(yuǎn)離明火或人流、物流繁忙區(qū)域；
④ 重力流管線應(yīng)盡量避免迂回曲折。
2.4.2 管線設(shè)計
（1）污水管
① 進水渠：原污水溝上截流閘板的設(shè)置和進站控制閘板的設(shè)計由啤酒廠完成。
② 出水管： DN200鑄鐵管或陶瓷管，q17.4L/s,v0.9m/s, i0.006。
③ 超越管：考慮運行故障或進水嚴(yán)重超過設(shè)計水量水質(zhì)時廢水的出路，在UASB之前設(shè)置超越管，規(guī)格DN200鑄鐵管或陶瓷管，i0.006。
④ 溢流管：濃縮池上清液及脫水機壓濾水含微生物有機質(zhì)0.5%～1.0%，需進一步處理，排入調(diào)節(jié)池。設(shè)置溢流管，DN200鑄鐵管，i0.004。
（2）污泥管
調(diào)節(jié)池、UASB、CASS反應(yīng)池污泥池均為零力排入集泥井，站區(qū)排泥管均選用DN200鑄鐵管，i = 0.02。
集泥井至濃縮池，濃縮池排泥泵貯泥柜，貯泥柜至脫水機間均為壓力輸送污泥管。集
泥井排泥管DN250，鋼管，v0.9m/s。濃縮池排泥管，貯泥柜排泥管，DN150，鋼管，v1.0m/s。
（3）沼氣管
沼氣管從UASB至水封罐為DN100鋼管，從水封罐向氣水分離器及沼氣柜為DN150，鋼管，沼氣管道逆坡向走管，i = 0.005。
（4）給水管
沿主干道設(shè)置供水干管200DN，鍍鋅鋼管。引入污泥脫水機房供水支管DN50， 鍍鋅鋼管。引入辦公綜合樓泵房及各地均勻為DN32，鍍鋅鋼管。
（5）雨水外排
依靠路邊坡排向廠區(qū)主干道雨水管。
（6）管道埋深
① 壓力管道 在車行道之下，埋深0.7～0.9m，不得不小于0.7m，在其他位置0.5～0.7m，不宜大于0.7m。
② 重力管道 由設(shè)計計算決定，但不宜小于0.7m（車行道下）和0.5m（一般市區(qū)）。
2.4.3 布置特點
平面布置特點：布置緊湊，構(gòu)（建）筑物占地面積比例大。重點突出，運行及安全重點區(qū)域UASB放于站前部，引起注意，但未靠近廠區(qū)主干道。美化環(huán)境，集水井、調(diào)節(jié)池側(cè)面、污泥儲存池設(shè)于站后部。
2.5 高程布置
污水處理工程的污水處理流程高程布置的主要任務(wù)是確定各處理構(gòu)筑物和泵房的標(biāo)高，確定處理構(gòu)筑物之間連接管渠的尺寸及其標(biāo)高；通過計算確定各部位的水面標(biāo)高；從而使污水能夠在處理構(gòu)筑物之間順暢的流動，保證污水處理工程的正常運行。
污水處理工程的高程布置一般遵守如下原則：
(1).認(rèn)真計算管道沿程損失、局部損失、各處理構(gòu)筑物、計量設(shè)備及聯(lián)絡(luò)管渠的水頭損失；考慮最大時流量，事故流量的增加，并留有一定的余地；還應(yīng)當(dāng)考慮到當(dāng)某座構(gòu)筑物停止運行時，與其相鄰的其余構(gòu)筑物及其連接管渠能通過全部流量。
(2).避免處理構(gòu)筑物之間跌水等浪費水頭的現(xiàn)象，充分利用地形高差，實現(xiàn)自流。
(3).在認(rèn)真計算并留有余量的前提下，力求縮小全程水頭損失及提升泵站的揚程，以降低運行費用。
(4).需要排放的處理水，在常年大多數(shù)時間能夠自流排入水體。注意排放水位不一定選取水體多年最高水位，因為其出現(xiàn)時間短，易造成常年水頭浪費，而應(yīng)選取經(jīng)常出現(xiàn)的高水位作為排放水位，當(dāng)水體水位高于設(shè)計排水位時，可進行短時間的提升排放。
(5).應(yīng)盡可能使污水處理工程的出水渠不受水體洪水的頂托，并能自流。
處理裝置及構(gòu)筑物的水頭損失
(6).盡可能利用地形坡度，使污水按處理流程在構(gòu)筑物之間能自流，盡量減少提升次數(shù)和水泵所需揚程。
(7).協(xié)調(diào)好站區(qū)平面布置與各單體埋深，以免工程投資增大、施工困難和污水多次提升。
(8).注意污水流程和污泥流程的配合，盡量減少提升高度。
(9).協(xié)調(diào)好單體構(gòu)造設(shè)計與各構(gòu)筑物埋深，便于正常排放，又利檢修排空。
3、設(shè)計計算書
3.1 格柵
3.1.1 設(shè)計參數(shù)
設(shè)計流量Q = 2100m3/d = 0.024m3/s ；
取用中格柵，柵條間隙d = 10mm ；
格柵安裝角度α= 45°，柵前流速0.7 m/s ,過柵流速0.8m/s ；
單位柵渣量W = 0.05m3/103 m3 廢水 。
3.1.2 設(shè)計計算
由于本設(shè)計水量較少，故格柵直接安置于排不渠道中。
3.1.2.1 渠道寬度
采用矩形渠道，則根據(jù)最優(yōu)水力斷面公式Q = B·h·v = B·1/2·B·v 計算得：B = 0.26 m ，h = 0.13 m 。
3.1.2.2 柵條間隙數(shù)
式中：
Q ------------- 設(shè)計流量，m3/s
α------------- 格柵傾角，度
b ------------- 柵條間隙，m
h ------------- 柵前水深，m
v ------------- 過柵流速，m/s
,取n = 12條。
3.1.2.3 過柵水頭損失
取k = 3 ,β = 1.79(柵條斷面為圓形)，v = 0.8m/s ，則：
h1 =
式中：
k -------- 系數(shù)，水頭損失增大倍數(shù)
β-------- 系數(shù)，與斷面形狀有關(guān)
S -------- 格條寬度，m
d -------- 柵條凈隙，mm
v -------- 過柵流速，m/s
α-------- 格柵傾角，度
h1 =
= 0.089 m
3.1.2.4 每日柵渣量
柵渣量(m3/103m3污水)，取0.1～0.01,粗格柵用小值，細(xì)格柵用大值，中格柵用中值取W1 = 0.05m3/103m3 K2 = 1.5 ，則：
W =
式中：
Q ----------- 設(shè)計流量，m3/s
W1 ---------- 柵渣量(m3/103m3污水)，取0.05m3/103m3
W =
= 0.11 m3/d < 0.2 m3/d (采用人工清渣)
3.2 調(diào)節(jié)池
3.2.1 設(shè)計參數(shù)
水力停留時間T = 6h ；
設(shè)計流量Q = 2100m3/d = 87.5m3/h ；
3.2.2 設(shè)計計算
有容積為：
V = QT = 87.5×6 = 525 m3
取池子總高度H=5.5m,其中超高0.5m,有效水深h=5m，則池面積為：
A = V/h = 525/5 = 105 m3
池長取L = 10.5 m ,池寬取B = 10.5 m ，則池子總尺寸為：
L×B×H = 10.5×10.5×5.5
3.3 過濾機
3.3.1 設(shè)計參數(shù)
過濾機設(shè)計水量為：
Q = 2100 m3/d = 87.5 m3/h = 0.024 m3/s
過濾機進出水水質(zhì)指標(biāo)如表2.1：
表2.1：過濾機進出水水質(zhì)指標(biāo)
水質(zhì)指標(biāo)
COD
BOD
SS
進水水質(zhì)(mg/l)
2200
1300
310
去除率（%）
7
7
50
出水水質(zhì)(mg/l)
2046
1209
155
3.3.2 設(shè)計計算
3.3.2.1 機型選取
選取WYB—5型臥式葉片過濾機，其工作參數(shù)如表2.2：
表2.2：WYB—5型臥式葉片過濾機工作參數(shù)
過濾面積/m2
筒體直徑/mm
工作壓/mpa
工作溫度/℃
5
900
0.4
≤150
3.3.2.1 每日的去渣量
W =
式中：
Q ------------ 設(shè)計流量，m3/d
C0 ------------ 進水懸浮物濃度，kg/m3
C1 ------------ 出水懸浮物濃度，kg/m3
P0 ------------ 污泥含水率，以97%計
------------ 污泥密度，以1000kg/m3計
W = = 25m3/d
3.4 UASB反應(yīng)池
3.4.1 設(shè)計參數(shù)
3.4.1.1 參數(shù)選取
設(shè)計參數(shù)選取如下：
容積負(fù)荷（Nv）為：4.5kgCOD/(m3·d) ；
污泥產(chǎn)率為：0.1kgMLSS/kgCOD ；
產(chǎn)氣率為：0.5m3/kgCOD 。
3.4.1.2 設(shè)計水質(zhì)
UASB反應(yīng)器進出水水質(zhì)指標(biāo)如表2.3：
表2.3：UASB反應(yīng)器進出水水質(zhì)指標(biāo)
水質(zhì)指標(biāo)
COD
BOD
SS
進水水質(zhì)(mg/l)
2046
1209
155
去除率（%）
80
85
50
出水水質(zhì)(mg/l)
409.2
181.35
77.5
3.4.1.3 設(shè)計水量
Q = 2100 m3/d = 87.5 m3/h = 0.024 m3/s
3.4.2 設(shè)計計算
3.4.2.1 反應(yīng)器容積計算
UASB有效容積為：
V有效 =
式中：
V有效 ------------- 反應(yīng)器有效容積，m3
Q ------------- 設(shè)計流量，m3/d
S0 ------------- 進水有機物濃量,kgCOD/m3
Nv -------------容積負(fù)荷,kgCOD/(m3·d)
V有效 =
= 954.8 m3
根據(jù)經(jīng)驗，UASB最經(jīng)濟的高度一般在4～6米之間，并且大多數(shù)情況下，這也是系統(tǒng)最優(yōu)的運行范圍。取h = 5.5 m , 則:
A = = = 173.6 m2
采用4座相同的UASB反應(yīng)器, 則:
A1 = = = 43.4 m2
采用公壁建造四邊行池比圓形池較經(jīng)濟，有關(guān)資料顯示，當(dāng)長寬比在2：1左右時，基建投資最省。取長L = 9.6 m ，寬B = 4.8 m ，則實際橫截面積為：
A2 = L × B = 9.6 × 4.5 = 44.1 m2
實際表面水力負(fù)荷為:
q1 =
=
= 0.49 < 1.0 ，故符合設(shè)計要求。
3.4.2.2 三相分離器設(shè)計
三相分離器設(shè)計計算草圖見圖2.1：
1.設(shè)計說明
三相分離器要具有氣、液、固三相分離的功能。三相分離器的設(shè)計主要包括沉淀區(qū)、回流縫、氣液分離器的設(shè)計。
2.沉淀區(qū)的設(shè)計
三相分離器的沉淀區(qū)的設(shè)計同二次沉淀池的設(shè)計相同，主要是考慮沉淀區(qū)的面積和水深，面積根據(jù)廢水量和表面負(fù)荷率決定。
由于沉淀區(qū)的厭氧污泥及有機物還可以發(fā)生一定的生化反應(yīng)產(chǎn)生少量氣體，這對固液分離不利，故設(shè)計時應(yīng)滿足以下要求：
①沉淀區(qū)水力表面負(fù)荷 < 1.0 m/h
②沉淀器斜壁角度設(shè)為50°,使污泥不致積聚，盡快落入反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
③進入沉淀區(qū)前，沉淀槽底逢隙的流速 ≦ 2 m/h
④總沉淀水深應(yīng)大于1.5 m
⑤水力停留時間介于1.5～2 h
圖2.1：三相分離器幾何尺寸圖
如果以上條件均能滿足，則可達(dá)到良好的分離效果。
沉淀區(qū)面積為：
A = L × B = 9.6 × 4.5 = 44.1 m2
表面水力負(fù)荷為：
q = = = 0.49 < 1.0 ，符合設(shè)計要求。
3.回流縫設(shè)計
設(shè)單元三相分離器的寬度b = 2.4 m ,上下三角行集氣罩斜面水平夾角為θ＝55°，取保護水層高度h1 = 0.5 m ,下三角形高度h3 = 1.2 m ，上三角形頂水深h2 = 0.5 m ，設(shè)每個UASB池的回流縫的數(shù)目為4 ，則下三角形集氣罩底部寬為：
b1 = h3/tgθ
式中：
b1----------下三角集氣罩底水平寬度，m;
θ----------下三角集氣罩斜面的水平夾角；
h3----------下三角集氣罩的垂直高度，m;
b1 = = 0.84 m
則相鄰兩個下三角形集氣罩之間的水平距離：
b2 = b - 2 b1 = 2.4 – 2 × 0.84 = 0.72 m
則下三角形回流縫面積為：
S1 = b2·l·n = 0.72 × 4.8 × 4 = 13.82 m2
下三角集氣罩之間的污泥回流逢中混合液的上升流速(V1)可用下式計算：
V1 = Q1/S1
式中：
Q1----------反應(yīng)器中廢水流量，m3/h；
S1----------下三角形集氣罩回流逢面積，m2；
V1 = = 1.58 m/h < 2.0 m/s,符合設(shè)計要求。
設(shè)上三角形集氣罩回流縫的寬度b3 = 0.35 m ,則上三角形回流縫面積為：
S2 = b3·l·2n = 0.35 × 4.8 × 2 × 4 = 13.44 m2
上下三角形集氣罩之間回流逢中流速(V2)可用下式計算：
V2 = Q1/S2，
式中：
Q2----------反應(yīng)器中廢水流量，m3/h；
S2 ----------上三角形集氣罩回流逢之間面積，m2；
V1 = = 1.63 m/h
V1 < V2 < 2.0 m/s,符合設(shè)計要求。
確定上下三角形集氣罩相對位置及尺寸，由圖可知：
BC = b3/sin35°= 0.35/0.5736 ＝ 0.61 m
設(shè)AB = 0.4 m ，則上三角形高為：
h4 = (AB·cos55°+ b2/2)·
= (0.4 × 0.5736 + 0.72/2) × 1.4281
= 0.824 m
4.氣液分離設(shè)計
取d = 0.01cm(氣泡)，T = 200С，ρ1 = 1.03g/cm3, ρg = 1.2×10-3g/cm3 ， V = 0.0101cm2/s , ρ = 0.95 ，μ= Vρ1 = 0.0101×1.03 = 0.0104g/cm·s 。一般廢水的μ>凈水的μ,故取μ= 0.02g/cm·s 。由斯托克斯工式可得氣體上升速度為：
Vb =
=
= 0.266cm/s
= 9.58m/h
Va = V2 = 1.63 m/h ，則：
= = 5.9 , = = 1.5
> ,故滿足設(shè)計要求。
3.4.2.3 進水系統(tǒng)設(shè)計
采用穿孔管配水，每個反應(yīng)器設(shè)置6根，直徑D = 150mm,長4.8 m ,每根管之間的中心距離為1.6m,配水孔徑采用15mm,孔距1.6m。每孔服務(wù)面積為1.6 x 1.6 = 2.56 m2 ，孔徑向下，穿孔管距離反應(yīng)池底0.21m,每個反應(yīng)器有18個出水孔，采用連續(xù)進水，每孔流速為2.66m/s 。
3.4.2.4 出水系統(tǒng)設(shè)計
采用鋸齒形出水渠，渠寬0.2m,高0.2m，每個反應(yīng)器設(shè)計4條出水渠，基本保證出水均勻。
3.4.2.5 排泥系統(tǒng)設(shè)計
每日產(chǎn)生的懸浮固體：PSS = 2046 × 0.80 × 0.1 × 2100 × 10-3 = 343.73kgvss/d
每日產(chǎn)泥量為：
W =
式中：
Pss ---------- 產(chǎn)生的懸浮固體，kgvss/d
P ----------- 污泥含水率，以97%計
----------- 污泥密度，以1000kg/m3計
W = = 17.19 m3/d
每日產(chǎn)泥量17.19 m3/d ，則每個USAB日產(chǎn)泥量4.3 m3/d , 考慮把配水管兼做排泥管用，可以均勻排除污泥區(qū)的污泥，同時在反應(yīng)器的1/2高度處和三相分離器下三角以下0.5m處,各設(shè)排泥管一根，管徑為d=100mm，池子底部設(shè)放空管，每天排泥一次。
2.4.2.6 產(chǎn)氣量計算
采用每去除1千克COD產(chǎn)生0.5立方米沼氣做參數(shù)，則每日產(chǎn)氣量為：
2046×0.80×0.5×2100×10-3 = 1718.64 m3/d
3.5 CASS反應(yīng)池
國內(nèi)很早便對CASS工藝開展研究，經(jīng)過長時間的理論研究和試驗，逐漸成熟。國外在2000年前就已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生活廢水和工業(yè)廢水的處理，效果顯著，但國內(nèi)業(yè)界長期處于觀望狀態(tài)，直到2000后才陸續(xù)應(yīng)用該工藝于實際生產(chǎn)中。目前該工藝已經(jīng)在啤酒廢水處理方面斬露頭角。安徽一啤酒廠就是一個以CASS為處理中心的應(yīng)用范例，處理COD范圍為500~1800mg/L，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，一次性投資省。最為典型的數(shù)北京航空航天城的生活污水處理，運行頭兩年沒有排泥，經(jīng)濟效益顯著。
本工藝采用兩個CASS池為一組,共壁建造.CASS池子的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 2.2：
3.5.1 設(shè)計參數(shù)
3.5.1.1 參數(shù)選取
選用設(shè)計資料參數(shù)如下：
各反應(yīng)區(qū)體積比為：選擇區(qū)體積 ：預(yù)反應(yīng)區(qū)體積 ：主反應(yīng)區(qū)體積 = 1 ：5 ：30
寬深比約為： B ：H = 1～2
長寬比約為： L ：B = 4～6
回流比為：20%
充水比為：32%
MLSS為： 4000mg/L
COD去除率為：85%
預(yù)反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)區(qū)間隔墻的孔口水流速度為：30~50m/h
一個運行周期為：4個小時
圖2.2：CASS池結(jié)構(gòu)示意圖
3.5.1.2 設(shè)計水質(zhì)
UASB反應(yīng)器進出水水質(zhì)指標(biāo)如表2.4：
表2.4：CASS反應(yīng)器進出水水質(zhì)指標(biāo)
水質(zhì)指標(biāo)
COD
BOD
SS
進水水質(zhì)(mg/l)
409.2
181.4
77.5
去除率（%）
85
90
50
出水水質(zhì)(mg/l)
61.4
18.1
38.7
3.5.1.3 設(shè)計水量
Q = 2100 m3/d = 87.5 m3/h = 0.024 m3/s
3.5.2 設(shè)計計算
3.5.2.1 池子容積計算
每周期處理水量體積為：
V0 =
式中：
Q ----------- 每天處理水量，
h ------------ 運行周期，小時
n------------ CASS池子數(shù)目，個
V0 = = 175 m3
根據(jù)選取的充水比參數(shù)求暴氣池子的容積為：
又根據(jù)每個CASS池子各部分的體積比求得：
V總 =
設(shè)定池深為5 m ，有效深度為4.5 m ，則根據(jù)寬深比參數(shù)取寬為5.5 m ，則長為：
L = 65627m
L ：B = 4.9符合要求。
根據(jù)各區(qū)體積比例得CASS池子的各部分尺寸如下：
生物選擇區(qū)長為： 27×1/36 = 0.8 m
預(yù)反應(yīng)區(qū)的長為： 27×5/36 = 3.8 m
主反應(yīng)區(qū)的長為： 27 – 0.8 – 3.8 = 22.4 m
3.5.2.2 污泥COD負(fù)荷計算
由預(yù)計COD去除率得其COD去除量為：
480
則每日去除的COD值為：
= 730.42 kg/d
=
式中：
Q ----------- 每天處理水量，
SU ------------ 進水COD濃度與出水濃度之差，mg/L
n------------ CASS池子個數(shù)
X------------ 設(shè)計污泥濃度，mg/L
V------------ 主反應(yīng)區(qū)池體積，
=
= 0.17
3.5.2.3 潷水深度計算
=
式中：
Q ----------- 每天處理水量，
------------ CASS池子個數(shù)
------------ 一日內(nèi)運行周期數(shù)
A ------------ CASS池子的面積，
=
= 1.3 m
3.5.2.4 驗算充水比
不包含回流量時，充水比為：
包含回流量的充水比為：
根據(jù)實際經(jīng)驗表明包含回流量的沖水比可以達(dá)到33%，因此以上假設(shè)成立。
3.5.2.5 需氧量計算
根據(jù)實際運行經(jīng)驗，微生物氧化1kgCOD的參數(shù)取0.53，微生物自身耗氧參數(shù)取0.188，則一個池子需氧量為：
= 0.53×2100/2×347.82×10-3 + 0.188×4000×10-3×547
= 604.9 kg/d
則每小時耗氧量為：
溫度為20度和30度的水中溶解氧飽和度分別為：
，
空氣擴散器出口處的絕對壓力為：
=
=
式中：
H ----------- 最大水深，
空氣離開主反應(yīng)區(qū)池時的氧百分比為：
式中：
----------- 空氣擴散器的氧轉(zhuǎn)移率，取20%值
暴氣池中混合液平均氧飽和度按最不利溫度計算為：
取參數(shù) ，，，則換算為20度時的脫氧清水的充氧量為：
暴氣池平均供氣量為：
每立方米廢水供空氣量為：
每去除1kgCOD的耗空氣量為：
3.5.2.6 預(yù)反應(yīng)區(qū)和反應(yīng)區(qū)間的導(dǎo)流孔計算
設(shè)計流水速度U = 50 m/h，池子寬B = 5.5 m，為CASS池子數(shù)目，為導(dǎo)流孔個數(shù)按照設(shè)計資料參數(shù)取2 ，預(yù)反應(yīng)區(qū)長度為L = 3.8 m ，則：
設(shè)計導(dǎo)流孔在池底部，要求孔口高要小于1m，設(shè)高為0.6m。則孔寬為：
，（注：選擇區(qū)和預(yù)反應(yīng)區(qū)間的導(dǎo)流孔設(shè)一個，面積為1.14㎡）
3.5.2.7 剩余污泥量計算
CASS的剩余污泥主要來自微生物代謝的增殖污泥，還有很多部分由進水懸
浮物沉淀形成。CASS生物代謝產(chǎn)泥量為：
式中：
a ----------- 微生物代謝增系數(shù)，kgVSS/kgCOD
b ----------- 微生物自身氧化率，1/d
根據(jù)啤酒廢水性質(zhì)，參考類似經(jīng)驗數(shù)據(jù)，設(shè)計a=0.83，b=0.05，則有：
假定
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