啤酒廢水處理工程（UASB-CASS工藝）畢業(yè)設計,啤酒,廢水處理,工程,uasb,cass,工藝,畢業(yè)設計 華北水利水電學院畢業(yè)設計 開 題 報 告 學生姓名：鄒 仲 勛 學 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，正處于一個經濟高速發(fā)展的階段。然而經濟的騰飛必須以強大的工業(yè)為基礎，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廠已有800多家，成為世界啤酒生產大國，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)境造成嚴重危害。啤酒廢水的水質和水量在不同季節(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，引起了各有關部門的重視。如何進行啤酒廢水的防治與治理成為了關鍵,環(huán)保也隨之成為了一個熱門的話題,它不僅關系到城市的市容市貌,工業(yè)企業(yè)的自身生存發(fā)展,也關系到民族國家的興衰成敗,更關系到我們人類的生存與發(fā)展,因為我們只有一個家——地球 本次設計就是通過原始資料，查閱文獻，根據自己四年所學的專業(yè)基本知識，對某啤酒廠啤酒廢水處理工程初步設計。 二、選題的依據及國內外現狀 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。 國內外常根據BOD5/CODcr比值來判斷廢水的可生化性，即：當BOD5/CODcr>0.3時易生化處理，當BOD5/CODcr>0.25時可生化處理，當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，都是以生物化學方法為中心的處理系統。多數處理系統以好氧生化處理為主。由于受場地、氣溫、初次投資限制，除少數采用塔式生物濾池，生物轉盤靠自然充氧外，多數采用機械曝氣充氧，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筑物。 3、 進行啤酒廢水和污泥處理構筑物工藝設計計算，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、建設范圍及原則 1、建設范圍：建設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、建設原則：廢水處理工藝技術方案，在達到處理要求的前提下應優(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、污泥處理技術和其它技術不僅要求先進，更要求成熟可靠，與廢水處理站配套的工程應同時建設，以使廢水處理廠盡快完全發(fā)揮效益，廢水處理廠出水應盡可有回用，以緩解城市嚴重缺水問題。污泥及浮渣處理應盡量完善，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： 水質指標 BOD5（mg/L） COD（mg/L） SS（mg/L） pH 原 水 1300 2200 310 6-10 排放標準 20 100 70 6-9 設計要求 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，降低污染負荷，再用好氧生物處理。 根據國內外已運行的啤酒廢水處理站的調查，要達到確定的處理目標及基建投資費用少、運行管理簡便的原則，實現啤酒廢水治理的環(huán)境效益和經濟效益的統一，必須將兩種或三種技術結合使用。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. 與其他大多數厭氧生物處理裝置不同之處是: ①廢水由下向上流過反應器; ②污泥無需特殊的攪拌設備; ③反應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,構造比較簡單. 除此之外,UASB反應器的工藝構造和實際運行具有以下幾個突出的特點: ①反應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,通過嚴格控制反應器的水力學特征以及有機物符合的條件下,經過一段時間的培養(yǎng)而形成的.顆粒污泥特性的好壞將直接影響到UASB反應器的運行性能. ②反應器內具有集泥,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反應器中無需安裝任何攪拌裝置,反應器的攪拌式通過產氣的上升遷移作用而實現的,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，在此反應器中進行交替的曝氣-非曝氣過程的不斷重復，將生物反應過程和泥水分離過程結合在一個池子中完成。CASS反應池一般用隔墻分隔成三個區(qū)：生物選擇區(qū)、預反應區(qū)、主反應區(qū)。生物選擇區(qū)內不進行曝氣，類似于SBR法中的限制性曝氣階段。在該區(qū)內，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；預反應區(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；主反應區(qū)進行強制鼓風曝氣，使有機物及氨氮得到生化與硝化。 CASS反應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系統這樣的運行程序保證了整體進水的連續(xù)性和風機的連續(xù)運行。 CASS工藝是發(fā)生物反應動力學原理及合理的水力條件為基礎而開發(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在反應器入口處設一個生物選擇器，并進行污泥回流，保證了活性污泥不斷地在選擇器中經歷了一個高絮體負荷（S0/X0）階段，從而有利于系統中絮凝性細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，進一步有效地抑制絲狀菌的生長和繁殖。這使得CASS系統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反應池中的混合液污泥濃度在最大水位時與傳統的定容性污泥系統基本相同，由于曝氣結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可變容積的運行提高了對水質、水量波動的適應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，從而使系統有良好的脫氮效果。CASS系統使活性污泥不斷地經過好氧和厭氧的循環(huán)，有利于聚磷菌在系統中的生長和累積，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根據生物反應動力學原理，采用多池串聯運行，使廢水在反應器的流動呈現出整體推流而在不同區(qū)域內為完全混合的復雜流態(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的回流比僅為20％），自動化程度高，同時采用組合式模塊結構，布置緊湊，占地少，分期建設和擴建方便。 （2）IC-CIRCOX處理工藝 IC(厭氧內循環(huán))反應器根據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因反應器為立式結構，高度為16～25m,故占地面積小，同時沼氣收集也方便。 ②有機負荷高，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)反應器為雙層立式筒體(外層為下降筒體，內層為上升筒體)，水由底部進入反應器，與壓縮空氣一起從內層筒體(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(細砂類物質)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器而在系統內循環(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器上部“帽狀”的三相分離區(qū)分離；氣體從上面離開反應器，澄清水從出水口流出，污泥經過沉降區(qū)返回到反應器底部。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有機負荷與微生物濃度高，有機負荷為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器內完成，不需要外加動力。 ⑤因該反應器為封閉系統，可以容易地控制污水中易揮發(fā)物質，可根據需要設置生物過濾器或活性炭過濾器處理廢氣。 ⑥因反應器內液體的流速很高，約為50ｍ／ｈ，載體通過相互碰撞摩擦而自動脫膜，不需要另設脫膜裝置；同時污水中的懸浮物很容易從反應器內沖出，允許進水懸浮物的濃度較高，不需設預沉池。 ⑦因活性污泥在反應器內循環(huán)，泥齡很高，污泥中可產生一些生長速度很慢的硝化細菌等，故CIRCOX反應器適合于處理含氮化合物及其它難降解的化合物。 IC反應器應用于高濃度有機廢水處理，CIRCOX適用于低濃度的啤酒生產廢水和城市污水處理，兩者串連起來是優(yōu)化的組合，體現了占地面積小，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 調節(jié)池 篩網 格柵 CASS池 風機 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 風機 （2）IC-CIRCOX處理工藝 篩網 調節(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）經濟上： ①從構造上看，IC-CIRCOX反應器內部結構比UASB-CASS反應器復雜，設計施工要求高。反應器高徑比大，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，利于氧的轉移，曝氣時間還可根據水質、水量變化靈活調整，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，產生的污泥量較少，IC-CIRCOX處理工藝好氧生物處理后應設沉淀設施；而UASB-CASS處理工藝在好氧生物處理后不用設沉淀池，污泥量很少，大多數內部消化，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沉淀后去除(當然同時也去除懸浮物等)，故氧化(好氧)生物處理后要設沉淀設施。而UASB-CASS處理工藝屬活性污泥法范疇， CASS反應池污泥用回流泵回流(循環(huán)式活性污泥法)，產泥少、污泥直接進污泥濃縮池，不設沉淀池?？梢姸鳸ASB-CASS處理工藝省去了沉淀設施，減少了沉淀池的造價和占地面積。因此，污水處理設施布置緊湊、占地省、投資低。 （2）技術上： IC反應器在很大程度上解決了UASB的不足， COD容積負荷大幅度提高，使IC反應器具備很高的處理容量，同時也帶來了不少新的問題： ①IC反應器加快了水流上升速度，使出水中細微顆粒物比UASB反應器多，加重了后續(xù)處理的負擔。另外內循環(huán)中泥水混合液的上升還易產生堵塞現象，使內循環(huán)癱瘓，處理效果變差。 ②顆粒污泥在IC反應器中占有重要地位。它與處理同類廢水的UASB反應器中的顆粒污泥相比，具有顆粒較大、結構較松散、強度較小等特點。 ③發(fā)酵細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化成脂肪酸和醇類等，該類細菌水解過程相當緩慢。IC反應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在厭氧反應中，有機負荷、產氣量和處理程度三者之間存在著密切的聯系和平衡關系。一般較高的有機負荷可獲得較大的產氣量，但處理程度會降低[13]。因此，IC反應器的總體去除效率相比UASB反應器來講要低些。 ⑤缺乏在IC反應器水力條件下培養(yǎng)活性和沉降性能良好的顆粒污泥關鍵技術。目前國內引進的IC反應器均采用荷蘭進口的顆粒污泥接種，增加了工程造價。 CASS反應器與CIRCOX反應器相比，有一下優(yōu)點： ①生化反應推動力大：CASS工藝從污染物的降解過程來看，當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束整個周期來看，基質濃度由高到低，濃度梯度從高到低，基質利用速率由大到小，因此，CASS工藝屬理想的時間順序上的推流式反應器，生化反應推動力較大。 ②沉淀效果好：CASS工藝在沉淀階段幾乎整個反應池均起沉淀作用，沉淀階段的表面負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96%的情況，只要將沉淀階段的時間稍作延長，系統運行不受影響。 ③運行靈活，抗沖擊能力強，可實現不同的處理目標： CASS工藝可以通過調節(jié)運行周期來適應進水量和水質的變比。當進水濃度較高時，也可通過延長曝氣時間實現達標排放，達到抗沖擊負荷的目的。當強化脫氮除磷功能時，CASS工藝可通過調整工作周期及控制反應池的溶解氧水平，提高脫氮除磷的效果。所以，通過運行方式的調整，可以達到不同的處理水質。 ④不易發(fā)生污泥膨脹： CASS反應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，從而提高系統的運行穩(wěn)定性。 4、工藝方案選擇結果： 綜上所述，綜合考慮基建投資、運行管理、技術先進及成熟可靠、當地條件，選用UASB-CASS處理工藝。 指導教師意見： 簽 名： 2007年 月 日 第 9 頁 共 9 頁