水污染控制工程课程设计指导书啤酒废水处理工艺设计.doc

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1、水污染控制工程课程设计指 导 书环境科学与工程学院环境工程系2013年3月摘 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3000,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2000mg/L，SS浓度为400mg/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：BOD20mg/ L，COD80mg/ L，SS70mg/ 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

2、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。关键词：啤酒废水处理 高浓度有机废水 UASB法 SBR法 目 录第一章 概述2 第一节 研究目的与意义 2 第二节 国内外研究现状2 第三节 拟采用设计流程2 第四节 预计处理效果3第二章 啤酒废水处理构筑物设计与计算 4 第一

3、节 格栅和调节池的设计计算4 一、设计说明5 二、设计参数6 三、设计计算6 第二节 调节沉淀池的设计计算7 一、设计说明7 二、设计参数7 三、设计计算7 第三节 UASB反应器的设计计算9 一、设计说明9 二、设计参数9 三、设计计算10 第四节 SBR反应器的设计计算16 一、设计说明18 二、设计参数18 三、设计计算19第三章 污泥部分各处理构筑物设计与计算21 第一节 重力溶缩池的设计计算21 一、设计说明21 二、设计参数22 三、设计计算22 第二节 机械脱水间的设计计算23 一、设计说明23 二、设计参数24 三、设计计算24 第三节 污水提升泵房的设计计算24 一、设计说明

4、24 三、设计计算25第四章 结论26 参考文献27第二篇 设计计算书第一章 概述一、 研究目的与意义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1 650万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

5、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、生化与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、厌氧与好氧相结合法、水解酸化与SBR相组合等各种处理工艺。这些处理方法与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、 拟采用的设计流程1. USBA-SBR法流程 因为用只用UASB处理啤酒废水出水的COD5仍然打不到废水排放标准，故

6、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。四、 预计处理效果设计排放废水量为3000m3/d。COD2000mg/L,PH值为6.8。废水经处理后，要求达到污水综合排放标准(GB 89781996)的一级标准，其主要水质指标见表1.1。表1.1

7、废水水质及排放标准项目CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)pH原水1500300080016002501200511排放标准80207069注：该废水中的酵母、酒糟经过回收和综合利用，故COD、BOD含量降低。第二章 啤酒废水处理构筑物设计与计算第一节 格栅和调节池的设计计算一格栅的设计计算一、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=0.6m/s；安装倾角=45；设计流量Q=3000

8、m3/d=0.035m3/s三、设计计算（一）栅条间隙数(n) 式中： Q - 设计流量，m3/s - 格栅倾角，度 b - 栅条间隙，m h - 栅前水深，m v - 过栅流速，m/sn= 取n=13条（二）栅槽有效宽度(B)设计采用20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(13-1)+0.0113 =0.37m（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

9、，m - 进水渠展开角，度 l1= =0.27（四）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（l2） l2= l1/2=0.27/2 =0.135m（五）过栅水头损失（h1）取k=3,=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 - 系数，与断面形状有关 S - 格条宽度，m d - 栅条净隙，mm v - 过栅流速，m/s - 格栅倾角，度h1= =0.176m（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+0.176+0.3 =0.876m（七）栅槽总长度(L) L=l1+

10、l2+0.5+1.0+=0.27+0.135+0.5+1.0+ =2.605m（八）每日栅渣量(W) 取W1=0.06m3/103m3 K2=1.5 则W= 式中： Q - 设计流量，m3/s W1 - 栅渣量(m3/103m3污水)，取0.10.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值 W= =0.12 m3/d(可采用人工清渣)二调节池的设计计算一设计参数设计水量Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s；水力停留时间T=6h二设计计算（1）调节池有效容积14池子有效容积V=QT=1256=750 m3（2）调节池尺寸取池总高H=2m,其中超高0.5m,有效水深h=1.

11、5m则池面积池长取L=25m 池宽取B=20m则池子总尺寸为LBH=25m20m2m第二节 调节沉淀池的设计计算一、设计说明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，以达到与不同时序的废水相混合的目的。二、设计参数水力停留时间T=6h;设计流量Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s,采用机械刮泥除渣。

12、表2.1 调节沉淀池进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)20001300400去除率（%）5550出水水质(mg/l)19001235350三、设计计算调节沉淀池的设计计算草图见下图2.2： （一） 池子尺寸池子有效容积为：V=QT=1256=750m3 取池子总高度H=5.5m,其中超高0.5m,有效水深h=5m 则池面积A=V/h=750/5=150m3池长取L=25m,池宽取B=8m则池子总尺寸为LBH=2585.5（二） 理论上每日的污泥量 W=式中： Q - 设计流量，m3/s C0 - 进水悬浮物浓度，kg/m3 C1 - 出水悬浮物浓度，kg/m3 P0 -

13、 污泥含水率，%W= =25m3/d（三）污泥斗尺寸取斗底尺寸为4m4m，污泥斗倾角取50,坡向泥斗的底板坡度0.05 坡向泥斗的高度h=(25-4)*0.05=1.05m 则污泥斗的总高度为：h=h+h2=0.5*(4-0.5) tg50+1.05=2.086+1.05=3.316m 污泥斗的容积V2= h2（a12+a1a2+a22） =2.086(82+80.5+0.52) =47.56m3 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第三节 UASB反应器的设计计算一、设计说明UASB，即上流式厌氧污泥床，集生物反应与沉淀于一体，是一种结构紧凑

14、，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。二、设计参数（一）参数选取设计参数选取如下：容积负荷（Nv）4.5kgCOD/(m3d)； 污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD；产气率0.5m3/kgCOD（二）设计水质表2.2 UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)19001235350去除率（%）759050出水水质(mg/l)475185175（三）设计

15、水量 Q3000m3/d=125 m3/h=0.035 m3/s三、设计计算 （一）反应器容积计算UASB有效容积：V有效 式中： Q - 设计流量，m3/s S0 - 进水COD含量,mg/l Nv -容积负荷,kgCOD/(m3d)V有效=1267 m3 将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好取水力负荷q0.8m3/(m2h) 则 A= = =157m2 h=8.07m 采用4座相同的UASB反应器则A1=39.25 m2 D= =7.5m 取D=8m 则实际横截面积为=D2=3.1482 =50.24m2 实际表面水力负荷为q1=Q/A =0.831.0 故符合设计要求（二）配水

16、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：125/4=31.25m3/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= 1.40m2a在13m2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：61.40=8.40m2折合为服务圆的直径为：=3.3m 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=2.3m 2)中圈12个孔口设计服务面积：S2=121.40=16.8m2折合成服务圆直径为

17、：= =5.67m 中间圆环直径计算如下：(5.672-d22)S2 则d2=4.63m3）外圈18个孔口设计服务面积：S3=181.4=25.2m2 折合成服务圈直径为： =8.01m 外圆环的直径d3计算如下：(8.012-d32)=S3则d36.94m（三）三相分离器设计 三相分离器设计计算草图见下图2.4： (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

18、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/h2）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/h4）总沉淀水深应大于1.5m5）水力停留时间介于1.52h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50沉淀区面积为：A=1/4D2=1/43.1482=50.24m2表面水力负荷为：q=Q/A=0.621.0符合设计要求。(3)回流缝设计 取h1=0.3m,h2=0.5m,h3=1.5m 如图2.4所示：b1=h3/tg 式中： b1-下三角集气罩底水平宽度，m

19、; -下三角集气罩斜面的水平夹角； h3-下三角集气罩的垂直高度，m; b1= =1.26m b2=8-21.26=5.48m 下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速V1可用下 式计算： V1=Q1/S1 式中： Q1-反应器中废水流量，m3/h； S1-下三角形集气罩回流逢面积，m2；V1= =1.32m/hV12m/s,符合设计要求 上下三角形集气罩之间回流逢中流速(V2)可用下式计算： V2=Q1/S2，式中： Q1-反应器中废水流量，m3/h；S2 -上三角形集气罩回流逢之间面积，m2； 取回流逢宽CD=1.2m,上集气罩下底宽CF=6.0m 则 DH=CDsin50=0.92

20、mDE=2DH+CF =20.92+6.0 =7.84m=(CF+DE)CD/2 =26.07m2则 V2= Q1/S2= =1.20m/hV1净水的,故取=0.02g/cms 由斯托克斯工式可得气体上升速度为：Vb = = =0.266cm/s=9.58m/h Va=V2=1.60m/h则： =5.9, =4.56 ,故满足设计要求。（四）出水系统设计 采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m,槽高0.2m（五）排泥系统设计产泥量为：19000.750.1300010-3=427.5kgMLSS/d每日产泥量427.5kgMLSS/d，则每个USAB日产泥量106.9 kgMLSS/d,可用150mm

21、排泥管，每天排泥一次。当含水率95%时，取污泥产量：W=21.4m（六）产气量计算每日产气量：19000.750.5300010-3=2137.5m3/d第四节 SBR反应器的设计计算一、设计说明经UASB处理后的废水,COD含量仍然很高,要达到排放标准,必须进一步处理,即采用好氧处理。SBR结构简单，运行控制灵活，本设计采用4个SBR反应池，每个池子的运行周期为6h二、设计参数（一）参数选取(1)污泥负荷率Ns取值为0.13kgBOD5/(kgMLSSd)(2)污泥浓度和SVI污泥浓度采用3000 mgMLSS/L,SVI取100(3)反应周期 SBR周期采用T=6h,反应器一天内周期数n=

22、24/6=4(4)周期内时间分配 反应池数N=4 进水时间：T/N=6/4=1.5h 反应时间：3.0h 静沉时间：1.0h 排水时间：0.5h(5)周期进水量 Q0= =187.5m3/s（二）设计水量水质设计水量为：Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s 设计水质见下表2.3：表2.3 SBR反应器进出水水质指水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)475185175去除率（%）859065出水水质(mg/l)721862三、设计计算（一）反应池有效容积V1= 式中： n - 反应器一天内周期数 Q0 - 周期进水量,m3/s S0 - 进水BOD含量,mg/l X

23、- 污泥浓度,mgMLSS/L Ns - 污泥负荷率 V1=355.7（二）反应池最小水量Vmin=V1-Q0=355.7-187.5=168.2m3（三）反应池中污泥体积Vx=SVIMLSSV1/106=1003000355.7/106=106.7 m3VminVx,合格（四）校核周期进水量周期进水量应满足下式：Q0(1- MLSSMLSS /106) V=(1- 1003000 /106) 355.7=248.9m3而Q0=187.5m395%时，取污泥产量：W=6.05m第三章 污泥部分各处理构筑物设计与计算第一节 重力浓缩池的设计计算一、设计说明 为方便污泥的后续处理机械脱水，减小机械

24、脱水中污泥的混凝剂用量以及机械脱水设备的容量，需对污泥进行浓缩处理，以降低污泥的含水率。本设计采用间歇式重力浓缩池，运行时，应先排除浓缩池中的上清液，腾出池容，再投入待浓缩的污泥，为此应在浓缩池深度方向的不同高度上设上清液排除管。二、设计参数（一）设计泥量啤酒废水处理过程产生的污泥来自以下几部分：(1)调节沉淀池，Q1=25m3/d,含水率97%；(2)UASB反应器，Q2=21.4m3/d,含水率98%；(3)SBR反应器，Q3=6.05m3/d,含水率99%；总污泥量为：Q= Q1+ Q2+ Q3=52.45 m3/d平均含水率为：*97%+*98%+*99%=97.6%（二）参数选取固体

25、负荷（固体通量）M一般为1035kg/m3d取M=30 kg/m3d=1.25kg/m3d；浓缩时间取T=24h； 设计污泥量Q=52.45m3/d； 浓缩后污泥含水率为96%； 浓缩后污泥体积：V=31.5 36.2m3/d三、设计计算（一）池子边长 根据要求，浓缩池的设计横断面面积应满足：AQc/M 式中： Q-入流污泥量，m3/d ； M-固体通量，kg/m3d； C-入流固体浓度kg/m3。 入流固体浓度（C）的计算如下： =1000(1-97%)=750kg/d =1000(1-98%)=428kg/d =1000(1-99%)=60.5kg/d 那么，Qc= +=1238.5kg/

26、d=51.6 kg/h C=1238.5/63=19.7kg/m3浓缩后污泥浓度为：=1238.5/31.5=39.5kg/m3浓缩池的横断面积为：A=Qc/M=51m2 设计三座正方形浓缩池，则每座边长为B=7m 取B=7.5m,则实际面积A=7.57.5=57m2（二）池子高度 停留时间，取HRT=24h 则有效高度=1.3m,取=1.5m 超高，取=0.5m 缓冲区高，取=0.5m 池壁高=+=2.5m（三）污泥斗 污泥斗下锥体边长取0.5m，高度取7m.（四）总高度 H=2.5+7=9.5m设计计算草图见下图3.1：第二节 机械脱水间的设计计算一、设计说明污泥经浓缩后，尚有96%的含水

27、率，体积仍很大，为了综合利用和最终处置，需对污泥作脱水处理。拟采用带式压滤机使污泥脱水，它有如下脱水特点：(1)滤带能够回转，脱水效率高(2)噪声小，能源节省 (3)附属设备少，维修方便，但必须正确使用有机高分子混凝剂，形成大而强度高的絮凝。带式过滤脱水工艺流程见下图3.2：二、设计参数设计泥量Q=31.5 m3/d；含水率为96%。三、设计计算据设计泥量带式压滤机采用PFM-1000型，带宽1m，主机功率1.5kw,处理后的污泥含水率为7580%，处理能力为78 m3/h,按每天工作8小时设计。外形尺寸：长宽高=450018901860第三节 污水提升泵房的设计与计算一、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=3000m3/d=125m3/h=34.7l/s（二）选泵前总扬程估算经过格栅的水头损失为0.18m,进水管渠内水面标高为-1m