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1、济南大学毕业设计毕业设计题 目 3000m3/d啤酒废水 处理工艺设计 学 院 资源与环境学院 专 业 环境工程 班 级 1002 学 生 刘世香 学 号 20102122094 指导教师 韩雪梅 二一四年六月三日摘 要近年来，随着人民生活水平的提高，啤酒行业发展迅速。目前，我国的啤酒制造厂家已有上千家，在全球属于啤酒市场增长速度最快的区域之一1。同时，啤酒废水排出也会带来很多的环境问题。啤酒废水水量较大，水质变化较大，有机污染物、固体悬浮物等含量较高，BOD/COD值可高达0.5以上，可生化性较好。如果对啤酒废水不进行及时处理，进入水体后会大量消耗水中的氧，使水中氧气不足，破坏水体环境，使水
2、质受到严重危害。本次设计中采用IC反应器+CASS处理工艺，可有效去除啤酒废水中的各种污染物，最终得以达标排放。本设计中啤酒废水水量为3000/d。设计进水水质各项指标：BOD5浓度为1000 mg/L，CODcr浓度为2000 mg/L，SS浓度为300 mg/L，T-N浓度为28 mg/L，T-P浓度为4.2 mg/L，NH4-N浓度为24 mg/L，PH值为69。处理后水质指标浓度：BOD5为20mg/L，CODcr为80 mg/L，SS为60 mg/L，T-N为12 mg/L，T-P为0.4mg/L，NH4-N为12 mg/L，PH为69。符合污水综合排放标准(GB8978-1996)
3、中的III类水域的一级排放标准即：BOD5 30 mg/L，CODCr 100 mg/L，SS 70mg/L，T-N15，T-P0.5，NH4-N15。本次设计工艺流程为：啤酒废水格栅调节池污水泵IC反应器CASS反应池处理水本次设计中采用IC反应器，具有容积负荷高，节省投资和占地面积，抗冲击负荷能力强，抗低温能力强，出水稳定性好等特点。CASS工艺采用间断曝气，这样利于氧的转移，而且可以根据水的质量和大小灵活的调整曝气时间。这样的设计可以降低运行成本，从而节省投资。关键词：啤酒废水；IC；CASS；ABSTRACTIn recent years, as peoples living stan
4、dards gradually improve, the beer industry has been rapid development. At present, in our country, Beer manufacturers are more than one thousand, and the beer output ranked first in the world, so china is one of the fastest growing region in the worlds beer market. At the same time, the discharge of
5、 beer wastewater has brought great burden to the environment. The beer wastewater is large, the level of organic pollutants and suspended solids content is high, the variation of water quality is dramaticlly, BOD/COD can be as high as 0.5 or even more, and the biodegradability is better. Without tre
6、atment, it will consume a large amount of dissolved oxygen in water which is discharged into the water, resulting in hypoxia, doing great damage to the water environment, so the quality of water will greatly been changed. This design used the IC +CASS processing craft to remove each kind of pollutan
7、t in the beer waste water in order to reach the standards to discharge.The beer waste water treatment capacity of this design is 3000/d. The design influent water quality indicators concentration is: the concentration of BOD5 is 1000 mg/L , the concentration of CODCr is 2000 mg/L, the concentration
8、of SS is 300 mg/L, the concentration of T-N is 28 mg/L, the concentration of T-P is 4.2 mg/L, the concentration of NH4-N is 24 mg/L，PH is 69.After the treatment: BOD5 is 20 mg/L ,CODCr is 80 mg/L ,SS is 60 mg/L ,T-N is 12 mg/L,T-P is 0.4 mg/L,NH4-N is 12 mg/L.The technological process of this design
9、 is:Beer waste water Screens Regulates tank The sewage lift pump house Reaction tank of IC Tank of CASS Treatment water This design used the Reaction tank of IC. It has a lot of advantages, such as high volume load, saving investment and covering area, strong capacity of anti shock loading, low temp
10、erature resistant ability, good effluent stability and so on. CASS is an intermittent aeration process, so that is conducive to the transfer of oxygen and it can also adjust the aeration time according to the changes of water quality and quantity. This design can reduce the operation cost, thus savi
11、ng investment. Key words： Beer waste water； IC； CASSII目 录摘 要IABSTRACTII1 前言11.1 选题的背景11.1.1研究现状及概况11.1.2 啤酒废水处理的意义21.2 设计参数21.2.1 设计原始数据21.2.2 各个处理单元的处理效果22 工艺选择和各构筑物介绍32.1工艺流程的选择32.1.1 常用的啤酒废水处理方案32.1.2 工艺流程的选择52.2 各处理构筑物62.2.1 格栅62.2.2 调节池62.2.3 污水提升泵房62.2.4 IC反应器72.2.5 CASS反应池82.2.6 污泥浓缩池92.2.7 污
12、泥脱水车间93 各部分的设计计算103.1 格栅103.1.1 设计参数103.1.2 设计计算103.2 调节池133.2.1 设计参数133.2.2 设计计算133.3 IC反应器133.3.1 设计参数133.3.2 IC反应器的设计计算133.4 CASS反应池223.4.1 设计参数223.4.2 设计计算223.5 污泥浓缩池283.5.1 设计参数283.5.2 设计计算283.6 污泥脱水车间313.6.1 设计参数313.6.2 设计计算313.6.3 污泥的处置324 处理工艺总体布置334.1 厂址的选择334.2 平面布置334.3 高程布置344.4 高程水力计算34
13、结 论39参 考 文 献40致 谢41附 录421 前言1.1 选题的背景1.1.1研究现状及概况(1)国内外现状近年来，随着人民生活水平的提高，啤酒行业发展迅速。目前，我国的啤酒制造厂家已有上千家，在全球属于啤酒市场增长速度最快的区域之一1。因此，我国对如何让处理啤酒废水也进行了大量研究，对其处理工艺和技术进行了各个方面的探索。通过这些试验形成了以生化为基础以及生化和物化结合运用的工艺流程。在生化方法中，国内外常用的方法有：水解酸化与SBR相结合法、厌氧-好氧法、活性污泥处理法、生物膜处理法等。这些方法各有其特点，同时也有自己的不足之处。但在实践中，也有从不少成功的案例中获得了经验。(2)啤
14、酒行业的概况啤酒生产流程及其废水来源生产啤酒的原料一般为大麦和玉米，是由大麦、玉米和酒花三者酿造而成。制麦芽、糊化、糖化、发酵和洗瓶包装等是啤酒制造的一般过程。其制麦芽和啤酒生产工序如图1.1所示。图1.1 啤酒生产工艺流程2 由上图可以看出，啤酒生产过程中，多个步骤会产生废水。啤酒厂废水主要有：洗米、洗卖芽产生的污水；糊化、糖化时产生的污水；发酵之前洗涤发酵罐产生的污水；包装之前洗啤酒瓶的废水、灭菌时的废水、酒瓶破碎流出的啤酒以及冷却水和洗刷车间的废水。另外，还有一些生活污水等。啤酒废水的水质水量特点啤酒废水的水质都比较复杂，同时，因啤酒在不同季节的需求量不一样，啤酒废水的水质水量在不同的季
15、节也会不同。处于旺季时，啤酒废水量增加，有机物含量会提高。啤酒废水的水量较大，水质变化比较大，有机污染物、固体悬浮物含量较高，BOD/COD可高达0.5以上，生物降解性良好。由于废水中有机物浓度比较高如果对啤酒废水不进行及时处理，进入水体后会大量消耗水中的氧，使水中氧气不足，破坏水体环境，使水质受到严重危害。1.1.2 啤酒废水处理的意义近年来，随着人民生活水平的提高，啤酒行业发展迅速。据统计，1996年我国的啤酒产量年产量高达1650万吨，是世界的啤酒生产大国。由于啤酒废水中含有大量有机污染物，所以，本次设计的意图旨在减少啤酒废水中的有机污染物，使其最终可达标排放，以此来减少对环境的污染。1
16、.2 设计参数1.2.1 设计原始数据(1)设计进水水量：3000 m3/d(2)设计进出水水质：表1.1 设计进出水水质 污染物名称BOD5CODCrSST-NT-PNH4-NPH设计进水水质(mg/L)10002000300284.22469设计出水水质(mg/L)208060120.412691.2.2 各个处理单元的处理效果表1.2 各部分结构的处理效果处理单元CODCrBOD5SST-NT-PNH4-N格栅进水 (mg/L)20001000300284.224出水 (mg/L)19401000120284.224去除率 (%)360调节池进水 (mg/L)19401000120284
17、.224出水 (mg/L)19401000120284.224去除率 (%)IC反应器进水 (mg/L)19401000120284.224出水 (mg/L)232.812072284.224去除率 (%)888840CASS池进水 (mg/L)232.812072284.224出水 (mg/L)41.915.636120.3412去除率 (%)8287505792502 工艺选择和各构筑物介绍2.1工艺流程的选择2.1.1 常用的啤酒废水处理方案(1) 处理方法因啤酒废水属于高浓度有机废水, 其BOD/COD的值可高达0.5左右，生物降解性较好，因此，处理啤酒废水多采用好氧-厌氧处理。目前，
18、已知的国内外广泛采用的好氧-厌氧技术包括水解酸化与SBR相结合法、厌氧生物处理法、活性污泥处理法,生物膜处理法。水解酸化与SBR相结合法水解酸化与SBR组合工艺的独立性较强，运行更灵活。水解酸化池的作用之一是均分进水；其二是使废水在缺氧条件下发生酸化、腐化反应，进一步废水的可生化性，对后续减少生化反应时间、减少耗能有极大意义。SBR的主要性能特点是：灵活稳定；工艺较简单，便于自动控制；反映的推动力大；可有效地防止污泥膨胀等。厌氧生物处理法它是在没有氧气的情况下，厌氧菌分解废水中的有机物，转化成气体。对于啤酒废水，厌氧生物处理法常用的有UASB(升流式厌氧污泥床反应器)法、AAFEB(厌氧附着膨
19、胀床)法、IC(内循环反应器)法。其中UASB(升流式厌氧污泥床)法是最成熟的啤酒废水处理方法。UASB 的工作主体是反应区，上半部分建立了一个用于气、液、固分离的三相分离器，底部是一个非常大量厌氧污泥构成的厌氧污泥床。废水从反应器底部流入，向上流经由厌氧污泥组成的污泥床时得到降解，同时产生了沼气。气体、液体、固体同时进入三相分离器，其中，气体被收集在气罩里，水经出流堰排出，而在重力作用下污泥颗粒沉到反应器的底部3。活性污泥法活性污泥法经常应用于处理中、低浓度的有机废水。废水的活性污泥处理的特点是速度快，有机物的去除率较高。由于废水中存在C、N比例经常失调的问题, 用一般的曝气装置很难达到所需
20、的溶解氧水平, 而这样低溶解氧(0.10.2mg/L)的水平，可能造成污泥膨胀。生活污水和啤酒废水混合是最简单的解决这个问题的方法4。处理啤酒废水方面的活性污泥法应用较多的有间歇式活性污泥法(SBR)、循环式活性污泥法(CASS)5 。生物膜法生物膜法的原理是利用附着生长在固体表面的微生物进行有机废水处理。生物膜法可以弥补利用传统污水处理技术导致的出水不达标、产生大量污泥等弊端。生物膜法在生物滤池法、生物转盘法和生物接触氧化池法中得以应用，这些方法已被用于啤酒废水处理，以减少啤酒废水的BOD。生物膜法的优点有：有机负荷高、接触停留时间短、占地面积小、出水水质好等。(2)处理工艺啤酒废水常用的处
21、理工艺有： 水解+好氧技术水解-好氧处理流程为：格栅调节池接触氧化池气浮池排放6。啤酒废水在水解酸化池接触氧化，可以提高值BOD/COD的值，改进的生物的可降解性，可以缩短总的水力停留时间，提高废水的处理效率, 还有一个突出特点就是使产生的剩余污泥量减少。 UASB+好氧技术在UASB-好氧技术中主要设备有上流式厌氧污泥床反应器及好氧接触氧化池。该方法的主要处理过程为：废水首先经流转鼓过滤机，去除10%左右的SS，使废水中的有机物浓度降低一部分，然后进入好氧接触氧化池进一步处理，最终得以达标排放。这种技术的优点是能够直接处理的高浓度有机废水，有机负荷率高，净化能力，并能产生新的能源，具有一定的
22、经济价值。因此，该技术非常适合在处理啤酒废水7。 UASB+SBR处理工艺其工艺流程如图2.1所示：图2.1 UASB+SBR法处理啤酒废水工艺流程图1该工艺把UASB作为整个废水处理工艺的预处理单元，降低了废水中有机物浓度降低和随后的处理负荷，同时也回收了厌氧消化产生的沼气来作为能源使用。在倾析过程中，采用SBR 技术的好处是保持了稳定的生物量和自动操作的便利8。 UASB+CASS处理工艺其工艺流程如图2.2所示：图2.2 UASB+CASS处理工艺流程5厌氧工艺采用先进的上流式厌氧污泥床反应器（UASB），因此，具有良好的效果、少量的污泥产生、容积负荷高、耗功耗等特点。而CASS的原理是
23、利用活性污泥基质积累再生理论，将间歇活性污泥与生物选择器结合，来研究开发的新型高效的好氧生物处理技术，本项技术的优点有结构简单、处理效率高、电耗低、操作管理方便的等2。2.1.2 工艺流程的选择选择方案时，除了要达到设计要求外，还要充分考虑设备的投资，运行期间可能产生的费用，具体的管理操作等多方面的因素，找到最适合具体情况的啤酒废水处理工艺，尽可能节省成本，提高经济效益的产生率9 。如果处理后的废水满足设计要求，排入表面水体，厌氧和好氧方法结合被认为是最好的方法10。通过以上四种处理工艺比较可以看出，UASB+CASS法处理啤酒废水从经济、运行管理以及技术的成熟性考虑都比较合理，针对设计要求我
24、将UASB+CASS中的UASB工艺改为IC工艺，最后得出的设计方案是IC+CASS的组合工艺。因为IC的结构和两层UASB反应器串联相似，相对来说，会减少占地面积，也会减少投资。另外，采用IC反应器的另一原因是：，由于IC反应器含有大量的微生物，温度对厌氧消化率的影响也就不会那么显著。哈尔滨啤酒有限公司根据其啤酒废水的特点采用IC工艺，处理后的出水水质稳定，达到国家最新的啤酒行业废水排放标准GB19821-200511。此工艺流程具有运行稳定、技术简单实用、抗冲击负荷能力强、处理效果好、操作管理简单、剩余污泥量少、运行费用低、工程投资省等特点，适用于水质水量变化较大的废水工艺处理。工艺流程如
25、下图2.2所示：图2.2 IC+CASS法工艺流程图啤酒废水经过格栅去除较大悬浮物和固体杂质，然后进入调节池调控水质水量。再用泵将废水连续的从调节池中送入IC反应器中进行厌氧消化，降低有机物浓度，此过程中产生的沼气可以收集后用于能源利用。IC反应器的出水一部分流入CASS池中进行好氧处理后达标排放；另一部分回流至调节池调节废水的pH值。将IC反应器、CASS反应池中产生剩余污泥送到污泥浓缩池，浓缩后的污泥进入污泥脱水机房，进一步降低污泥中的水分形成泥饼，泥饼装车外运处置。将浓缩池产生滤液回流到调节池中再进行处理，另外，这样可以有助于调节pH值。2.2 各处理构筑物2.2.1 格栅格栅是倾斜安装
26、在进水渠、泵房集水井进口或污水处理厂的前端的一组或几组平行的金属的栅条或筛网框架，用来阻挡污水中体积较大漂浮物和悬浮物，如：纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜、木片、布条、塑料制品等，防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口，降低后续处理过程中产生的浮渣，以此确保污水处理设施的正常运行12。啤酒废水中主要的悬浮物是废弃的麦草、凝固蛋白、废麦糟、酵母泥等,它们体积一般较小，因此我选用细格栅中直径较大的格栅。此设计中截留的栅渣较少宜采用人工清渣。又因为设计水量较少，故格栅可以直接安置在排水渠道中。2.2.2 调节池调节池来的作用是均匀调节污水水质、水量、水温及pH的变化，来
27、确保后续处理构筑物及设备的正常运行。此外，若出现事故时，调节池还可用作排水。2.2.3 污水提升泵房用泵来提升污水，确保污水能够在后续处理构筑物内正常流动。本次设计的污水提升泵主要是将调节池内的污水提升到IC反应池中，设计选取6台IS65-40-250型离心泵，5用1备，其工作参数如表2.1。表2.1 IS65-40-250离心泵的工作参数流 量（m3/h）扬 程（m）转 速（r/min）功 率（kw）25802900152.2.4 IC反应器内循环厌氧反应器(IC)。它的结构和两层UASB类似，如下图所示：图2.3 IC反应器的基本结构11通过其功能，自上而下将反应器分为五个区域：混合区、第
28、一厌氧反应区、第二厌氧反应区、沉淀区和气水分离室2。(1) 混合区：从反应器的底部进水，污水、污泥和泥水混合物在此区混合。(2) 第一厌氧反应区：通过混合产生的泥浆混合物进入这个区，由于污泥浓度高，大部分有机物转化成沼气。第一厌氧反应区的污泥为膨胀流化状态，泥水表面接触能力加强，使污泥具有了较高的活性。由于沼气量增加，其中沼气会提升部分泥水混合物，进入顶部的气水分离区。(3) 第二厌氧反应区：第一厌氧反应区中废水，其中一部分被沼气提升，余下的全部经三相分离器达到第二厌氧反应区。此区产生的沼气量少。(4) 沉淀区：在第二厌氧反应区产生的泥水混合物会在本区固液分离，出水管排出上清液，沉淀污泥返回到
29、第二厌氧污泥床。(5) 气水分离室：沼气在此区被分离出来。为实现混合液的内部循环，泥水混合物会返回到最下端与反应器底部的泥水混合。2.2.5 CASS反应池CASS工艺是由SBR法演变而来的，是国际公认的先进处理技术13。CASS工艺的主要处理原理是: 生物选择区设置在前，可以升降的自动滗水装置设置在后。CASS工作过程可以分为曝气、沉淀及排水三个周期性的过程。啤酒废水依次进入预反应区、主反应区。图2.4 CASS池结构示意图(1)生物选择区：CASS反应器和SBR反应器之间的差异之一是CASS反应器的前部设置了生物选择区和预反应区。在这两个区中，酶反应机理溶解性有机物去除速度加快。主反应区的
30、污泥回流，在缺氧状态下进行反硝化、生物脱氮。本设计采用每个池子1台污泥回流泵，排入污泥浓缩池的污泥进行浓缩。(2)主反应区：去除废水中残留有机物、氨氮和磷，以确保出水水质。CASS 池中好氧运行(曝气阶段)时,大量的硝化菌会进行硝化作用；而在缺氧条件下(沉淀和滗水阶段)运行时，反硝化细菌则进行反硝化作用。硝化和反硝化作用可以很好的去除氨氮。(3)滗水装置：滗水器设置在CASS反应池的末端，是关键装置之一。在每一阶段应该先为滗水器设定速度，然后从原来的位置移动到表面，缓慢下降，因此，上清液可以通过滗水器排出。CASS工艺工作过程由曝气阶段、沉淀阶段、滗水阶段和闲置阶段组成。CASS工艺的优点有:
31、 工艺流程简单，设备安装简便，设备使用寿命长, 施工周期短； 处理效果稳定，运行能力可靠，对原污水水质水量的变化的适应能力较强，出水水质较好； 自动化程度高2； 工艺简单, 维修方便； 占地面积小，投资省。另外，CASS也有一个缺陷：因为啤酒生产存在淡季和旺季的问题，废水量也会随啤酒的产量而发生变化，这就会导致旺季时废水的有机负荷高，废水处理率下降，降低氮磷的去除率的现象。对于此问题，可以考虑在淡季时，仅使用一个CASS池, 而且根据有关资料,一个CASS池运行能够满足在生产淡季时处理废水的要求，能确保出水达到标准13。 2.2.6 污泥浓缩池本次设计采用IC+CASS处理工艺，污泥产量少，污
32、泥性质相对来说较稳定，采用简单的浓缩脱水工艺就可以。在本次设计中，我采用的是竖流式浓缩池。2.2.7 污泥脱水车间污泥脱水装置去除污泥中的毛细水、表面附着水，减少污泥体积。在本设计中，我采用的是DY型带式压滤机。3 各部分的设计计算3.1 格栅3.1.1 设计参数设计流量Q = 3000m3/d =0.0347m3/s ；栅条宽度S=12mm；栅条间隙b= 10mm ；格栅安装角度= 60，栅前流速v1=0.6m/s ,过栅流速v=0.7m/s ；单位废水栅渣量W1= 0.09m3/(103 m3废水)。3.1.2 设计计算(1) 栅条间隙数(个) (3.1)所以，取24个。式中： n - 栅
33、条间隙数(个) Q - 设计流量(m3/s) - 格栅倾角() b - 栅条间隙(m) h - 栅前水深(m) v - 过栅流速(m/s) - 经验修正系数(2) 格栅槽总宽度 本设计采用矩形渠道，则B=S(n-1)+bn (3.2) 计算得：B=0.52(m)式中：B- 格栅槽总宽度(m)S- 栅条宽度(m)b - 栅条间隙(m)n - 格栅间隙数(个)(3) 进水渠到栅槽渐宽处的长度为图3.1 格栅水力计算简图12设进水槽宽B1=0.20m其渐宽部分展开角为a1=30o由图3.1可知 (m) (3.3)(4) 栅槽到出水管之间渐缩部分长度为，a2=a1=30o (m) (3.4) (5)
34、过栅水头损失 (3.5) (3.6) (m) (3.7) 式中：h1 - 过栅水头损失，m；ho - 计算水头损失，m； - 阻力系数； - 形状系数取值2.4214；bs - 栅条宽度，m；k - 系数，一般采用k=312。(6) 栅后槽总高度H(m) (3.8)式中：h1 - 过栅水头损失，m；-格栅前的渠道超高，取=0.3 m；H- 栅后槽总宽度，m； h-栅前水深，m；(7) 格栅总长度L(m) (3.9) 式中：，-格栅前槽高，m；(8)每日栅渣量W() =30，可见合速度大于回流缝液流速度。气液分离器的设计由于采用的是切线流状态，因此，在上部分离器中气固分离比较容易。本次设计的是直径为2m的气液分离器，筒高1m，下锥底角度60，上顶高300mm。(5) IC反应器进水配水系统的设计布水方式本次设计采用切线流进水的布水方式，泵循环时开口自动出水，停止运行时会自动关闭。大约每隔25设置一处布水点，出口水流速设置为25。拟设12处布水点，每一处的覆盖面积为：() (3.30) 配水系统形式本设计采用无堵式的进水分配方式，采用对称布置来保证配水均匀。各处支管出水口位于所要覆盖的面积的中心，与池底相距约10cm，支管的直径为20cm。单处的配水面积=1.33时，配水半径为r=0.65m。进水在总