啤酒厂废水处理毕业设计说明书 192页

'啤酒厂废水处理毕业设计说明书1啤酒厂废水处理毕业设计说明书303000吨/天啤酒废水处理装置工程设计39某啤酒厂污水处理厂工艺设计95啤酒厂废水处理毕业设计说明书摘要本文针对啤酒车间废水处理工艺进行初步设计。啤酒废水含有许多有机的物质，这些有机物浓度较高，虽然无毒，但易于腐败，排入水体要消耗大量的溶解氧，对水体环境造成严重危害。啤酒废水中BOD5/CODcr值高，在50％及以上，非常有利于生化处理。同时生化处理与物理法、化学法相比较；一是处理工艺比较成熟；二是处理效率高，CODcr、BOD5去除率高，一般可达80％~90％以上；三是处理成本低（运行费用省）；经过对各种处理工艺的对比，最终选择UASB+生物接触氧化作为处理工艺。本工艺流程设有格栅、调节池，对污水进行预处理，去除水中较大的悬浮颗粒和调节水质水量。生化处理采用生物接触氧化法，可提高有机物去除效率。沉淀池用来进行泥水分离。本流程简单稳定，对水量、水质的变化有很强的适应能力，同时确保出水的COD、BOD和SS以及总氮，总磷指标达到广东省地方标准《水污染排放限值》一级标准。通过初步预算，该工艺也将带来可观的经济效益和良好的环境效益。本文对格栅、调节池、UASB反应器、生物接触氧化池、二沉池、污泥池等主要构筑物进行计算，编制设计说明书，并绘制工艺流程、构筑物平面及高程、主要构筑物共四张图纸。关键词：啤酒废水；UASB；生物接触氧化；AbstractThisarticleswastomakeapreliminarydesigndealingwithwastewaterfrombeerindustry.Brewerywastewatercontainsmanyorganicsubstances,whichcancauseseriousharmtotheaquaticenvironmentthoughconsumingalargeamountofdissolvedoxygen,althoughtheywerenontoxic.buteasytocorruption,intothewatertoconsumelargeamountsofoxygenintheaquaticenvironment,causingseriousharm.ThevalueofBOD5/CODcrofbrewerywastewaterwashigh,generally50%ormore,whichwasveryconducivetobiochemicaltreatment.Comparedtophysicalandchemicalmethod,biochemicalhassomeadvantage,suchasmaturetechnology,hightreatmentefficiency,whichCODcr,andBOD5removalratewashigh,generallyupto80%~90%,andlowoperatingcost.UASB+biologicalcontactoxidationwasfinallyselectedastreatmentprocessaftercomparingthevarioustreatmentprocesses. Firstofall,thePretreatmentprocesswascomposedbybarscreen,regulatingpond.Thewastewater’squalityandquantitywereregulatedandthelargesuspendedparticleswerealsoremovedinthispart.Biologicaltreatmentbybiologicalcontactoxidation,canincreasetheorganicmatterremovalefficiency.Trapsusedforspateseparation.Thissimpleprocessstability,water,waterqualitychangetohavestrongadaptabilityandensurethatoutofthewaterBODandSSandCOD,totalnitrogen,totalphosphorusindexesreachguangdonglocalstandardsthewaterpollutionemissionlimits"firstgradelevel.Throughtheinitialbudget,thisprocesswillbringconsiderableeconomicbenefitandgoodenvironmentalbenefits.Inthispaper,thegrilling，adjustivepoolgrating,UASBreactor,biologicalcontactoxidationponds,thesecondpond,sludgepondiscalculated,suchmainstructuresdesignspecification,andrenderingcompilingprocess,fixturesplaneandelevation,themainstructuresfourdrawing.Keywords:Brewerywastewater;UASB;biologicalcontactoxidation;引言随着经济的快速发展，人民生活水平的提高，餐饮娱乐行业发展迅速，带动着我国啤酒产业的迅猛发展，其产量逐年上升，同时，也向环境中排放了大量的有机废水，每生产1t啤酒约需要10～30t新鲜水，相应地产生10～20t废水[1]。由于这种废水含有较高浓度的蛋白质、脂肪、纤维、碳水化合物、废酵母、酒花残渣等有机无毒成分，排入天然水体后将消耗水中的溶解氧，既造成水体缺氧，还能促使水底沉积化合物的厌氧分解，产生臭气，恶化水质。另外，上述成分多来自啤酒生产原料，弃之不用不仅造成资源的巨大浪费，也降低了啤酒生产的原料利用率，因此，在粮食缺乏，水和资源供应紧张的今天，如何既有效地处理啤酒废水又充分利用其中的有用资源，已成为环境保护的一项重要研究内容。1、啤酒废水的特点啤酒工业废水主要含糖类，醇类等有机物，有机物浓度较高，虽然无毒，但易于腐败，排入水体要消耗大量的溶解氧，对水体环境造成严重危害。国内啤酒厂废水中CODcr含量为：1000～2500mg/L，BOD5含量为600～1500mg/L，可生化性强。且含有一定量的凯氏氮和磷，会导致水体严重富营养化，破坏水体的生态平衡，对环境造成严重污染，所以啤酒废水的处理势在必行。2、啤酒废水处理现状与趋势鉴于啤酒废水中COD,BOD,SS等含量较高，目前常依据BOD5/CODcr的比值来判断废水的可生化性，即当BOD5/CODcr>0.3时易生化处理[2] ，当BOD5/CODcr<0.25时难于生化处理。而啤酒废水的BOD5/CODcr>0.3，所以一般多采用好氧生化处理，为了降低污染负荷，一般先采用厌氧处理，再用好氧生物处理。目前国内多用以生化处理为中心的方法，80年代中前期，以好氧生物处理为主，好氧生物处理是在有游离氧(分子氧)存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。主要有活性污泥法和生物膜法等。由于受场地，气温初次投资的限制，除了少数采用塔式生物滤池，生物转盘靠自然充氧外，多采用机械曝气充氧，但高电耗和高运行费用限制了其发展。随着节能环保方面的发展要求，开封啤酒厂于1988年首次将厌氧酸化技术应用到啤酒厂废水处理工艺中，节能约30%-50%，而且使整个工艺达标排放更加容易可靠。90年代初完整的厌氧工艺得到应用，即处理废水，又不产生二次污染，节能约70%。厌氧生物处理与好氧法相比，在获得同样高的去除率条件下具有成本低、产生的淤泥少、稳定、易脱水、占地面积小、操作方便、且产生的甲烷可作为燃料再利用的优点。七五以来我国对厌氧工艺进行了大量的研究和探索，以生化为主，生化物化结合的处理工艺，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组合法等。啤酒废水属中高浓度有机废水，有很好的可生化性。啤酒废水中含有大量有机碳而氮源含量较少，在进行传统的生化处理中，其含氮量远远低于BOD：N=100：5(质量比)的要求，致使有些啤酒厂采用传统活性污泥法时，在不补充氮源情况下处理效果很差，甚至无法运行。要得到理想的处理结果，实现啤酒废水治理的环境效益和经济效益的统一，必须将两种或三种技术结合使用，这是解决啤酒废水污染问题的根本出路。例如，把厌氧和好氧处理池串联使用，依靠前者把废水的高负荷降低，再以后者把低浓度废水处理达标，其动力消耗则可由前一过程的质能转化予以补偿，产生更高的经济效益。3、啤酒废水处理技术　　目前国内外普遍采用生化法处理啤酒废水，根据处理过程中是否需要曝气，可把生物处理法分为好氧和厌氧两大类[3]。（1）厌氧生物处理　　厌氧生物处理适用于高浓度有机废水，它是在无氧条件下，靠厌气细菌的作用分解有机物.在这一过程中，参加生物降解的有机基质有50%～90%转化为沼气（甲烷），而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料，因此，啤酒废水的厌氧生物处理受到了越来越多的关注　　厌氧生物处理包括多种方法，但以升流式厌氧污泥床（UASB）技术在啤酒废水的治理方面应用最为成熟。UASB的主要组成部分是反应器，其底部为絮凝和沉淀性能良好的厌氧污泥构成的污泥床，上部设置了一个专用的气-液-固分离系统（三相分离室）。废水从反应器底部加入，在上向流、穿过生物颗粒组成的污泥床时得到降解，同时生成沼气（气泡）。气、液、固（悬浮污泥颗粒）一同升入三相分离室，气体被收集在气罩里，而污泥颗粒受重力作用下沉至反应器底部，水则经出流堰排出。　UASB反应器对啤酒废水CODcr的去除率为60%～70%。实践证明，UASB成功处理高浓度啤酒废水的关键是培养出沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。颗粒污泥的形成是厌氧细菌群不断繁殖、积累的结果，较多的污泥负荷有利于细菌获得充足的营养基质，故对颗粒污泥的形成和发展具有决定性的促进作用；适当高的水力负荷将产生污泥的水力筛选，淘汰沉降性能差的絮体污泥而留下沉降性能好的污泥，同时产生剪切力，使污泥不断旋转，有利于丝状菌互相缠绕成球。　　总之，UASB具有效能高、处理费用低、电耗省、投资少、占地面积小等一系列优点，完全适用于高浓度啤酒废水的治理。其不足之处是出水CODcr的浓度仍达500mg/L左右，需进行再处理或与好氧处理串联才能达标排放。（2）好氧生物处理 　　好氧生物处理是在氧气充足的条件下，利用好氧微生物的生命活动氧化啤酒废水中的有机物，其产物是二氧化碳、水及能量。a.活性污泥法　活性污泥法是中、低浓度有机废水处理中使用最多、运行最可靠的方法，具有投资省、处理效果好等优点.该处理工艺的主要部分是曝气池和沉淀池.废水进入曝气池后，与活性污泥（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的条件下，活性污泥吸附并氧化分解废水中的有机物，而污泥和水的分离则由沉淀池来完成。活性污泥法处理啤酒废水的缺点是动力消耗大，处理中常出现污泥膨胀。可以通过投加化学药剂解决，但这将使处理成本提高。b.间歇式活性污泥法（SBR）通过间歇曝气可以使动力耗费显著降低，同时，废水处理时间也短于普通活性污泥法。c.深井曝气法　深井曝气实际上是以地下深井作为曝气池的活性污泥法，曝气池由下降管以及上升管组成.将废水和污泥引入下降管，在井内循环，空气注入下降管或同时注入两管中，混合液则由上升管排至固液分离装置，即废水循环是靠上升管和下降管的静水压力差进行的.其优点是：占地面积少，效能高，对氧的利用率大，无恶臭产生，但是也有施工难度大，造价高，防渗漏技术不过关等缺点。d.生物膜法　与活性污泥法不同，生物膜法是在处理池内加入软性填料，利用固着生长于填料表面的微生物对废水进行处理，不会出现污泥膨胀的问题.生物接触氧化池和生物转盘是这类方法的代表，在啤酒废水治理中均被采用，主要是降低啤酒废水中的BOD5[4-5]。生物转盘是较早用以处理啤酒废水的方法.它主要由盘片、氧化槽、转动轴和驱动装置等部分组成，依靠盘片的转动来实现废水与盘上生物膜的接触和充氧.该法运转稳定、动力消耗少，但低温对运行影响大，在处理高浓度废水时需增加转盘组数[6]。生物接触氧化池是在微生物固着生长的同时，加以人工曝气.这种方法可以得到很高的生物固体浓度和较高的有机负荷，因此处理效率高，占地面积也小于活性污泥法。为了既获得更好的处理效果，又可以降低处理成本，并且使能源得到合理有效地利用，废水的处理往往采用多种方法相结合的工艺，目前大多选择厌氧—好氧串联法处理[7]。本设计就采用UASB+好氧接触氧化法来进行处理。4、本设计的目的和意义综上所述，啤酒废水是一种高浓度的有机废水，对处理工艺和运行有一定的要求。废水中有机物含量高，不经处理直接排放水体能够对水体产生较严重的污染和影响，并危害人体健康。本设计通过采用UASB+好氧接触氧化法来进行处理啤酒废水,使其CODcr,BOD5,SS,TN,TP得到有效的去除，以达到广东省地方标准《水污染排放限值》一级标准的要求。并且遵循处理效果好，节能及投资运行费用省的原则来进行设计，使啤酒废水得到较好的处理,既避免了其可能带来的环境污染问题，也能为企业节省大量排污费用，有良好的环境效益，经济效益和社会效益。 1设计原则依据及要求1.1设计依据（1）中华人民共和国国家标准《污水综合指标排放标准》（GB8978-96）（2）《室外排水设计规范》（2000年版）（3）《给水排水设计手册》（4）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）（5）《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）（6）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）（7）《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）（8）《给水排水工程管道结构设计规范》（GB50332-2002）（9）《给水排水制图标准》（GB/T50106-2001）（10）《砌体结构设计规范》（GB50003-2001）1.2设计原则（1）力求处理工艺操作方便运转灵活，确保出水水质满足广东省地方标准《水污染排放限值》一级标准。（2）使污水处理构筑物之间的布置紧凑，减小处理厂占地面积，从而降低投资。（3）严格执行国家和地方的有关标准、规范、法律、法规。1.3设计任务本设计为啤酒废水的处理工艺初步设计，其处理水量为Q=3000m3/d。出水要求达到广东省地方标准《水污染排放限值》一级标准。具体进出水水质如表1-1所示。表1-1啤酒废水进出水水质览表指标CODCr（mg/l）BOD5（mg/l）SS（mg/l）TN（mg/l）TP（mg/l）进水水质1350700400303出水水质≤100≤20≤60≤10≤0.5根据表1-1，可以计算出各项污染物的去除效率，结果如下：（1）CODCr去除率=（1350-100）／1350=92.60%；（2）BOD5去除率=（700-20）／700=97.15%；（3）SS去除率=（400-60）／400=85%；（4）TN去除率=（30-10）／30=66.67%；（5）TP去除率=（3-0.5）／3=83.34%.在选择流程时，至少要保证所选的流程有如上的处理效果，才能达到本次设计的基本要求。 2污水处理方案的确定2.1设计思路根据啤酒废水的特点及处理的难点，设计思路大体如下：（1）水中SS等物理性污染物，一般采用物理方法如格栅、调节池、厌氧好氧反应以及沉淀池等工艺去除。结合本水质的特点，选择合理的工艺单元、构筑物及其型式。（2）对于难降解的COD，单纯采用好氧或是厌氧的方法很难保证出水达标。故拟采用生物接触氧化法，同时选择经济合理的组合方式和构筑物型式。（3）虽然设计任务中对氮磷的去除没做具体要求，但是考虑到其存在的客观性，在设计方案的敲定中，也考虑到对氮磷的部分去除。（4）工艺方案确定后，具体的构筑物选型和设计时，要尽量做到组合的优化，比较准确的设计好各构筑物。2.2方案比较根据啤酒废水特点和出水要求，暂定以下四种污水处理方案。1.酸化—SBR法处理啤酒废水其主要处理设备是酸化柱和SBR反应器，这种方法在处理啤酒废水时，在厌氧反应中，放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段，将反应控制在酸化阶段，优点是水解池体积小，造价低、易于维护、产生的剩余污泥少[5-6]。2.新型接触氧化法处理啤酒废水废水首先通过微滤机去除大部分悬浮物，出水进入调节池，然后提升泵，在进入垂直折流式生物接触氧化反应器（VTBR）[6]中进行生化处理，通过风机强制供风使废水与填料接触，维持生化反应的需氧量，VTBR反应器出水进入沉淀器，去除一部分脱落的生物膜以减轻气浮设备的处理负荷，之后流入气浮设备去除剩余的生物膜，污泥及浮渣送往污泥浓缩池浓缩后脱水。但是气浮设备所需能耗大，投资费用较高，并且使流程更加复杂不易管理维修等。3.生物接触氧化法处理啤酒废水该工艺采用水解酸化作为生物接触氧化的预处理，水解酸化菌通过新陈代谢将水中的固体物质水解为溶解性物质，将大分子有机物降解为小分子有机物。水解酸化不仅能去除部分有机污染物，而且提高了废水的可生化性，有益于后续的好氧生物接触氧化处理。该工艺在处理方法、工艺组合及参数选择上是比较合理的，充分利用各工序的优势将污染物质转化、去除。然而，如果由于某些构筑物的构造设计考虑不周会影响运行效果，致使出水水质不理想，使生物接触氧化池的出水(静沉30min的澄清液)COD为500～600mg/L，经混凝气浮处理后出水COD仍高达300mg/L，远高于排放要求(100mg/L)[7]。4.UASB—好氧接触氧化工艺处理啤酒废水此处理工艺中主要处理设备室上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池，对SS的去除率在50﹪以上。上流式厌氧污泥床能耗低、运行稳定、出水水质好。好氧处理对水中的SS和COD均有较高的去除率。此工艺的处理效果好、操作简单、稳定性高。只要投加占厌氧池体积1/3的厌氧污泥菌种，就能够保证污泥菌种的平稳增长。对悬浮物的去除率达96.6﹪，该工艺适合用在啤酒废水处理中[8]。以上四种方案均有较高的COD去除率，但是考虑到废水中含有悬浮固体SS及一定量的氮磷，UASB—好氧接触氧化工艺更符合设计要求，也有一定的优势，并且在获得同样的出水效果前提下，其建设和运行费用更低。2.3方案确定2.3.1污水处理流程 通过比较研究，本方案采用UASB—生物接触氧化为主体的处理工艺，工艺流程如下所示：废水→格栅→调节池→UASB反应器→生物接触氧化池→沉淀池→出水2.3.2污泥处理流程本流程污泥的主要来源为格栅、调节池和沉淀池需要进行浓缩和脱水的处理后才能外运，处理流程如下：污泥→污泥浓缩池–→污泥脱水–→外运泥饼2.3.3各级处理单元污染物去除率分析根据处理要求和处理工艺流程，各级处理单元的污染物去除率分析如下表2-1所示。表2-1各级处理单元的污染物去除率分析序号名称项目CODcr(mg/l)BOD5(mg/l)SS(mg/l)TN(mg/l)TP(mg/l)1格栅+调节池进水1350700400303出水1215630280303去除率10%10%10%______2UASB反应器进水1215630280303出水425189112153去除率65%70%60%50%___3接触氧化池进水425189112153出水8523344.50.45去除率80%88%70%70%85%4沉淀池进水8523344.50.45出水6818274.280.41去除率20%20%20%5%10% 3.污水处理构筑物设计3.1格栅3.1.1格栅的作用格栅是污水处理厂的第一道处理构筑物，它的作用是保护水泵，用以拦截可能堵塞水泵机组和阀们的污水中较大的悬浮物、漂染物、纤维物质和固体颗粒物质，从而保证后续处理构筑物的处理能正常运行。3.1.2设计参数设计流量Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s；最大设计流量Qmax=0.351.5=0.0525m3/s；进水渠内有效水深一般为0.2~0.5m，现取值h=0.3m；栅前流速0.4~0.8m/s；现取值为v1=0.8m/s；过栅流速0.6~1.0m/s[9]；现取值为v=0.6m/s；进水渠道宽m;3.1.3设计计算3.1.3.1中格栅设计计算[10]中格栅栅条间距为10~40mm[12]，现取值为b=20mm=0.020m；⑴栅条间隙数（n）（n取值为15）式中：——最大设计流量，m3/s；——格栅倾角，（°），取75°；——格栅净间距，m；现取值为0.020m；——栅前水深，m；——过栅流速，m/s； 图3-1格栅设计计算示意图⑵栅槽宽度（B）设栅条断面为锐边圆形断面式中：——栅条宽度，m；——栅条间隙数，个；——格栅净间距，m；⑶进水渠道渐宽部分的长度（）设渐宽部分展开角度，则式中：——栅槽宽度，m；——进水渠宽，m；——渐宽部分展开角度（°）；校核栅前流速：，符合要求⑷栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（）式中：——进水渠道渐宽部分的长度m⑸通过格栅的水头损失（）设栅条断面为锐边矩形断面，见下表3-1查得表3-1阻力系数计算公式[10] 栅条断面形状公式形状系数锐边矩形2.42迎水面为半圆形的矩形1.83圆形1.79迎水、背水均为半圆形的矩形1.67正方形:收缩系数，一般为0.64式中：β——形状系数——栅条宽度，m；——格栅间距，m；——过栅流速，m/s；——系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用数值为3；——格栅倾斜角，（60°）；⑹栅后槽总高度（H）：式中：——栅前水深，m；——通过格栅的损失，m；——超高，一般采用0.3m；⑺栅槽总长度（L）：式中：——进水渠道渐宽部分的长度，m；——栅槽与出水渠道连接处的窄部分的长度，m；——栅前渠道深，m；；——格栅倾角（75°）；⑻每日栅渣量（W）：在格栅间隙20mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.1m3式中：——栅渣量污水，格栅间隙为16~25mm时，=0.10~0.05格栅间隙为30~50mm时，=0.03~0.01； ——污水流量总变化系数1.2~1.5，现取1.5；渣量大于时，为了改善劳动与卫生条件用械清渣格栅[10]。校核：式中：——栅前水速，；一般取0.4m/s—0.9m/s；——最小设计流量，；——进水断面面积，；——设计流量，。在之间，符合设计要求。3.1.3.2细格栅设计计算细格栅栅条间距为3~10mm，现取b=8mm=0.008m⑴栅条间隙数（n）（n取值为36）式中：——最大设计流量，m3/s；——格栅倾角（75°）；——格栅净间距，m；——栅前水深，m；——过栅流速，m/s；⑵栅槽宽度（B）设栅条断面为锐边矩形断面式中：——栅条宽度，m；——栅条间隙数，个；——格栅净间距，m；⑶进水渠道渐宽部分的长度（）设渐宽部分展开角度，则式中：——栅槽宽度，m； ——进水渠宽，m；——渐宽部分展开角度（°）；校核栅前流速：，符合要求⑷栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（）式中：——进水渠道渐宽部分的长度，m；⑸通过格栅的水头损失（）设栅条断面为锐边矩形断面，见上表查1得式中：β——形状系数；——栅条宽度，m；——格栅间距，m；——过栅流速，m/s；——系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用数值为3；——格栅倾斜角（75°）；⑹栅后槽总高度（H）：式中：——栅前水深m——通过格栅的损失m——超高，一般采用0.3m⑺栅槽总长度（L）：式中：——进水渠道渐宽部分的长度，m；——栅槽与出水渠道连接处的窄部分的长度，m；——栅前渠道深，m；；——格栅倾角（75°）；⑻每日栅渣量（W）：在格栅间隙8mm的情况下，设栅渣量为每1000m3污水产0.15m3 其中：——栅渣量污水，格栅间隙为16~25mm时，=0.10~0.05，格栅间隙为3~10mm时，=0.10~0.15；——污水流量总变化系数1.2~1.5；由于渣量大于，宜采用机械清渣[11]。校核：式中：——栅前水速，；一般取0.4m/s—0.9m/s；——最小设计流量，；——进水断面面积，；——设计流量，；在之间，符合设计要求。3.2调节池3.2.1调节池作用调节池的作用是减小和控制污水水量，水质的波动，为后续处理提供最佳运行条件。水量及水质的调节可以提高废水的可处理性，减少在生化处理过程中可能产生的冲击负荷，对微生物有毒的物质可以得到稀释，短期排出的高温废水还可以得到降温处理[13]。3.2.2设计参数设计水量Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s；水力停留时间T=6h3.2.3设计计算（1）调节池有效容积[14]池子有效容积V=QT=125×6=750m3（2）调节池尺寸取池总高H=2m,其中超高0.5m,有效水深h=1.5m则池面积池长取L=25m池宽取B=20m则池子总尺寸为L×B×H=25m×20m×2m（3）空气管设计 空气量，根据空气主管、支管及穿孔管内气体流速的要求范围，管径分别选择150mm、80mm和40mm。其中空气主管1根，支管10根，每根支管连接2根穿孔管。为避免堵塞，穿孔管孔径取4mm，孔眼间距100mm。（4）总水头计算式中：H——总水头损失，m；H0——穿孔管安装水深，m；h——管距阻力损失，m；一般调节池的管距阻力损失不超过0.5m。根据空气量Qs和H选择型号为LSR125-1WD罗茨鼓风机5台，一台备用。3.3UASB反应器3.3.1UASB反应器作用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，效率高的厌氧反应器。废水在UASB反应器中进行厌氧分解，去除大部分COD并将难生物降解的大分子物质分解为易生物降解的小分子物质[7]。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[9]。其设备简单，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[15]。3.3.2设计参数容积负荷（Nv）=3.0kgCOD/(m3·d);污泥产率=0.1kgMLSS/kgCOD；产气率=0.5m3/kgCOD;设计水量Q＝3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s表3-2UASB反应器进出水水质指标水质指标CODcrBOD5SSTN进水水质(mg/l)121563028030去除率（%）[16]65%70%60%50%出水水质(mg/l)425189112153.3.3设计计算（1）反应器容积计算UASB有效容积：式中：Q---设计流量，m3/dS0---进水COD含量，g/lNV----容积负荷，kgCOD/(m3·d)将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好[16]。取水力负荷q＝0.3[m3/(m2·h)]，则：由于面积较大，可采用2座相同的UASB反应器 　则实际横截面积为：实际表面水力负荷为，故符合设计要求。（2）配水系统设计　本系统设计为圆形布水器，每个UASB反应器设120个布水点。①参数：每个池子流量：Ｑm3/h②圆环直径计算：每个孔口服务面积为:在1～2m2之间，符合设计要求。可设3个圆环，最里面的圆环设12个孔口，中间设36个，最外围设72个孔口。a.内圈6个孔口设计：服务面积：折合为服务圆的直径为：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12个孔口，则圆的直径计算如下：　则b.中圈36个孔口设计：服务面积：折合成服务圆直径为:中间圆环直径计算如下：　　　则c.外圈72个孔口设计服务面积：折合成服务圈直径为： 则外圆环的直径计算如下：则（3）出水系统设计采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m，槽高0.2m。（4）排泥系统设计产泥量为：1215×0.65×0.1×3000×10-3=237kgMLSS/d；污泥浓度采用20000mgMLSS/L=20kg/m3；则产泥量237kgMLSS/d=11.85m3/d；每日产泥量237kgMLSS/d，则每个USAB日产泥量118.5kgMLSS/d,可用250mm排泥管，每两天排泥一次。3.4生物接触氧化池3.4.1接触氧化池作用接触氧化是在生物反应器内装载填料利用微生物自身的附着作用，在填料表面形成生物膜，使污水在与生物膜接触过程中得到净化[10]。有机物在接触氧化池中，通过好氧微生物的作用，被降解为生物质和CO2，通过这种方法被从污水中去除掉[14]。3.4.2设计参数设计流量Q＝3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s;容积负荷取1.0kgBOD5/(m3·d);3.4.3设计计算接触氧化池设计水质如表3-3[17]表3-3接触氧化池进出水水质指标水质指标CODcrBOD5SSTNTP进水水质(mg/l)425189112153去除率（%）[16]80%88%70%70%85%出水水质(mg/l)8523344.50.45（1）接触氧化池的有效容积（即填料体积）：式中:V----氧化池有效容积，；Q----日均污水流量，/；------进水浓度,mg/l；-----出水浓度,mg/l； -----容积负荷,gBOD5/(m3·d)，取1.0kgBOD5/(m3·d)。（2）氧化池总面积：(取LB=16.610)式中：F-----氧化池总面积，；H----填料层总高度，m，一般取3m。（3）氧化池格数式中：n------氧化池格数，个，n≥2f---每格氧化池面积m2，f≤25m2，取16.6m2。（4）校核接触时间（5）氧化池总高度式中：----填料高度，m；-----超高，一般取0.5m；-----填料层上部水深，一般为0.4～0.5m；---填料至池底的高度，在0.5～1.5m之间，---填料层数，取3层，间隙一般取0.3m污水在池内实际停留时间：选用Φ19mm的玻璃钢蜂窝填料，则填料总体积(6)需气量用多孔管鼓风曝气供氧，式中：D0-——1m3污水所需气量，m3/m3，一般为15～20m3/m3,取气水比Q——日均污水流量，/。（6）曝气系统的计算需氧量的计算 需氧量=0.58×3000×(189-23)×10-3＋0.12×3000×10-3×498=468.12kg/d=19.5kg/h式中：aˊ--------平均转化1Kg的BOD的需氧量Kg/Kg，取0.58；Q-----污水设计流量，m3/d;S0----进水BOD含量,mg/l;Se-----出水BOD含量,mg/l;bˊ----微生物自身氧化过程的需氧量，Kg/Kg，取0.12；X---曝气池中的挥发性悬浮固体浓度,mg/L,取3000mg/L。（7）供气量的计算a.空气扩散器出口处的绝对压力(淹没深度取4.5m)b.空气离开曝气池面时，氧的百分比式中：-----空气扩散器的氧转移效率，取30%；c.查排水工程下册附录1，得水中溶解氧饱和度Cs(20)=9.17mg/LCs(30)=7.63mg/L温度为20℃时，脱氧清水的充氧量为：式中:-----氧转移折算系数，（一般取0.8～0.85，取0.8）；-----氧溶解折算系数，（一般取0.9～0.97，取0.9）；-----密度，1.0kg/L；-----废水中实际溶解氧浓度，mg/l（一般取2mg/l）；-----需氧量,kg/h。d.供气量为：（8）曝气器及空气管路的计算本设计采用WZP中微孔曝气器，技术参数如下：曝气量：4-12m3/h个 服务面积：0.5-2.0m2/个氧利用率：在4米以上水深，标准状态下为30%～50%充氧能力：0.40-0.94kgO2/Kw.h充氧动力效率：7.05-11.74kgO2/Kw.h本设计取服务面积为1.66m2/个，则此池共需要曝气器为16.610/1.66=100个本池设10根支管，管长16.6m，，每根支管设10个曝气头，曝气头间距1.66m,共100个。每根支管所需空气量：反应池充气管管径：设空气干管流速小支管流速干管直径：校核：支管直径：校核：图3-2空气管路图（9）鼓风机选择风压：P=15+H=15+2.5=17.5kPa式中：H——扩散设备的浸水深度，m；15——为估算管道压力及扩散设备压力损失之和，kPa。根据风量D和风压P，选择型号为RD-127罗茨鼓风机2台，其中1台备用。（10）污泥产量计算污泥排放量 式中：Y--------污泥产率系数，kgMLVSS/(kgBOD5),取0.3Q----污水设计流量，m3/d;Sa-----进水BOD含量,mg/l;Se-----出水BOD含量,mg/l;污泥含水率为99.7%，当含水率>95%时，取污泥产量：排泥管采用DN=250mm的穿孔管排泥，安装在距池底0.1m。3.5沉淀池3.5.1沉淀池作用接触氧化池中的生物膜会老化脱落，而沉淀池的作用就是从废水中分离出脱落的生物膜，确保出水达标[9]。采用2座竖流式沉淀池,则每个池子的最大流量：3.5.2设计参数表面负荷q’=2.5m3/(m2h)；空隙内流速v1=0.02m/s沉淀时间t=1.5h；中心管内流速v0=0.03m/s；3.5.3设计计算（1）中心管面积式中：qmax——单池最大设计流量，m3/s；v0——中心管内流速，m/s。（2）中心管直径（3）中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度式中：v1——喇叭口与反射板之间的缝隙内流速，m/s。（4）沉淀部分有效断面积式中：v——沉降区内流速，m/s。其与表面负荷q’数值上相等。（5）沉淀池直径，符合要求。 （6）沉淀池有效水深式中：t——沉降时间，h。（7）校核池径水深比D/h2=7.0/3.75=1.87＜3，符合要求。校核集水槽每米出水堰的过水负荷，符合要求，可不另设辐射式水槽。（8）污泥产量由于SS去除产生的污泥量：由于COD去除产生的污泥量式中：Ca，Cc——分别代表进口和出口COD的浓度，mg/l；a——污泥表观增长系数，取值为0.3。则污泥产量W=W1+W2=21+15.3=36.3kg/d（9）污泥部分需要的容积按照污泥停留时间为2d计算，式中：T——污泥停留时间，d；r——污泥容重，kg/m3，取值为1000kg/m3；P——污泥含水率，%。取99.7%（10）污泥斗污泥斗为圆截锥形，设底部直径d′为0.4m，截锥高度为h5，截锥侧壁倾角a=55°，则则污泥斗体积V2＞V,可见污泥斗足够容纳产生的污泥量。(11)池子总高度式中：h1——超高，m；h3——缓冲层高度，m。 4、污泥处理4.1污泥浓缩池设计计算污泥主要来自UASB厌氧池、接触氧化池和沉淀池的污泥，污泥定期排放进入污泥浓缩池进行处理[13]。（1）UASB厌氧池，Q1=11.85m3/d,含水率99.7%；（2）生物接触氧化池，Q2=49.8m3/d,含水率99.7%；（3）沉淀池，Q3=1.82m3/d,含水率99.7%；总污泥量为：Q=Q1+Q2+Q3=11.85+49.8+1.82=63.47m3/d为考虑实际因素，取Q=70m3/d平均含水率为：99.7%4.1.1设计参数污泥浓缩池采用辐流式重力浓缩池。浓缩池进口污泥流量Q′=70m3/d（浓缩以后含水率为97%）[16]。固体负荷（固体通量）M一般为10～35kg/m3d，取M=10kg/m3d；污泥固体浓度C=3kg/l[18]4.1.2设计计算（1）浓缩池面积式中：C——污泥固体浓度，kg/l；M——污泥固体通量，kg/（m2·d）。则浓缩池直径（2）浓缩池高度式中：T——污泥浓缩时间，h（3）浓缩池总深度式中：h2——超高，m；h3——缓冲层高度，m。采用中心驱动式刮吸泥机1台，为增强浓缩功效，刮泥机上有垂直栅条，吸泥管将污泥吸到上部的集泥槽中，通过中心导流筒内的排泥管排泥[15]。进泥管和排泥管均采用管径D=250mm4.2贮泥池及污泥泵4.2.1贮泥池作用污泥从浓缩池被排除后，没有压力进入污泥脱水机房，因此应设贮泥池。由浓缩池和预处理产生的污泥进入贮泥池，再由污泥泵将其提升，以便顺利进入污泥脱水机房。如果污泥脱水性能不理想，也可作为泥质调理池，加入混凝剂改善其脱水性能，提高脱水效果[19]。4.2.2设计计算（1）污泥量确认 来自浓缩池污泥量约为：（含水率为97%）。（2）贮泥池容积式中：T——污泥停留时间，h这里取4小时计算（3）贮泥池上部尺寸采用方形池子，具体尺寸为LBH0=4m4m2m，则上部容积为32m3。（4）斗部容积①将贮泥池设为正方形取斗底边l=1m，池，侧壁倾角α=50°，泥斗高度：h1=（4-1）tg50°/2=1.8m取保护高度为1.0m，则斗内有效容积为V0=×1.8×（12+42+1×4）=3.9m3（5）贮泥池总高度设超高h2=0.5m，则总高：H=h1+h2+H0=1.8+0.5+2+1=5.3m。（6）校核：贮泥池总容积为32+3.9＞28，符合要求。选择螺旋输送机1台，功率1.5kW(7)浓缩池排水量4.3污泥脱水4.3.1污泥脱水作用浓缩后的污泥含水率将为97%左右，但体积还是很庞大。为了综合利用和最终处置，需要对污泥进行脱水处理。经过脱水处理的污泥含水率可以降为60～70%，便于运输和储存[17]。4.3.2设计选型选用卧式螺旋卸料沉淀离心机两台，型号为LWB450，一用一备。干污泥定期拉走处理，脱出的废水回到调节池[15]。5污水处理站平面及高程布置5.1平面布置5.1.1平面布置原则(1)处理构筑物的布置应紧凑，节约用地并便于管理。(2)处理构筑物应尽可能地按流程顺序布置，以避免管线迂回，同时应充分利用地形，以减少土方量。(3)经常有人工作的建筑物如办公，化验等用房应布置在夏季主风向的上风一方，在北方地区，并应考虑朝阳。(4)在布置总图时，应考虑安排充分的绿化地带，为污水处理厂的工作人员提供一个优美舒适的环境。(5)总图布置应考虑远近结合，有条件时，可按远景规划水量布置，将处理构筑物分为若干系列，分期建设。 (6)构筑物之间的距离应考虑敷设管渠的布置，运转管理的需要和施工的要求，一般采用5到10米。(7)污泥处理构筑物应尽可能布置成单独的组合，以策安全，并方便管理。(8)变电站的位置应设在耗电量大的构筑物附近，高压线应避免厂内架空敷设。(9)污水厂内管线种类很多，应综合考虑布置，以免发生矛盾，污水和污泥管道应尽可能考虑重力自流。(10)如有条件，污水厂内的压力管线和电缆可合并敷设在一条管廊或管沟内，以利于维护和检修。(11)污水厂内应设超越管，以便在发生事故时，使污水能超越一部分或全部构筑物，进入下一级构筑物或事故溢流[11]。综上所述，设计污水处理站平面布置图时，要根据工艺要求满足各种管道布置间距，满足良好的交通功能，有良好的绿化环境，对四周环境没有污染，又要满足各种功能要求，节约用地的原则。本设计的平面布置详见相关图纸。5.2高程布置5.2.1高程设计任务及原则其主要任务是：确定各处理构筑物和泵房的标高，确定处理构筑物之间连接管渠的尺寸及其标高，通过计算确定各部位的水面标高，从而能够使污水沿处理流程在处理构筑物之间通畅地流动，保证污水处理厂的正常运行。高程布置原则如下：(1)选择一条距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算。并应适当留有余地，以保证在任何情况下，处理系统都能够运行正常。(2)计算水头损失时，一般应以近期最大流量作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头。(3)设置终点泵站的污水处理厂，水力计算常以接纳处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒退计算，以使处理后污水在洪水季节也能自流排出，而水泵需要的扬程则较小，运行费用也较低。但同时应考虑到构筑物的挖土深度不宜过大，以免土建投资过大和增加施工上的困难。还应考虑到因维修等原因需将池水放空而在高程上提出的要求。(4)在作高程布置时还应注意污水流程与污逆流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。在决定污泥干化场，污泥浓缩池，消化池等构筑物的高程时，应注意它们的污泥水能自动排入污水入流干管或其它构筑物的可能[15-17]。5.2.2污水处理高程计算(1)水头损失计算根据要求，管道损失一般不超过构筑物损失的30%，而总水头损失为管道损失和经过构筑物的损失之和，所以可以认为总水头损失约是污水流经构筑物损失的1.3倍。本流程所设计的污水处理构筑物水头损失见表5-1。表5-1各个构筑物的水头损失构筑物名称格栅调节池UASB池接触氧化池沉淀池水头损失取值范围（m）0.15～0.30.6～0.70.5～0.60.25～0.50.5～0.6实际取值（m）0.30.60.50.50.5 则有：①中格栅水头损失h1=0.15×1.3=0.195m②中格栅至细格栅水头损失为h2=0.3×1.3=0.39m；③细格栅至调节池的水头损失为h3=0.6×1.3=0.78m；④调节池池至UASB池的水头损失为h4=0.5×1.3=0.65m；⑤UASB池至接触氧化池的水头损失为h5=2×0.5×1.3=1.3m；⑥接触氧化池至沉淀池的水头损失为h6=0.5×1.3=0.65m沿线损失约3.97m。(2)高程计算为简化计算，将地平面标高设定为0m。①沉淀池液面标高2.35m；②接触氧化池液面标高3.00m；③UASB池液面标高4.30m；④调节池液面标高4.95m；⑤泵站（设于细格栅前）建成地下式，底部标高为0m；⑥格栅液面标高0。表5-1各污水处理构筑物的设计水面标高池底标高及池顶标高构筑物名称池顶标高(m)水面标高(m)池底标高(m)泵站3.000.00-0.50调节池5.454.953.45UASB反应池4.604.301.38接触氧化池3.503.00-1.60二沉池2.652.35-6.412污泥浓缩池1.551.05-2.25贮泥池1.000.40-4.30本设计高程标注详见相关图纸。6污水泵站的设计6.1泵站的设计采用集水池与机器间合建的矩形泵站。集水池容积采用相当于4台水泵10分钟的容积：W=125×10/60=20.83m3。有效水深H=3m，则积水池面积为F=6.95m2。则集水池尺寸为4m×2m×3.5m。泵站简图如下所示 图6-1泵站示意图考虑到提升泵的数量和集水池尺寸，建成占地5m×4m的矩形泵站。6.2选泵（1）总扬程估算泵长总扬程=自由水头+沿线水头损失+泵站水头损失≈1.0+3.97+4+1.5≈10.47m（2）流量拟采用6台水泵（其中1台备用），每台水泵的流量为25m3/h。考虑总扬程和流量[15]，选择IS80-50-200型污水离心泵6台（1台备用），流量为30m3/h，扬程为11.8m。7所选设备及各池池型总结设备和主要构筑物如表7-1和表7-2表7-1设备一览表设备名称型号数量备注三叶罗茨鼓风机LSR125-1WD5台其中1台备用罗茨鼓风机RD-1272台其中1台备用中微孔曝气器WZP100个中心驱动式刮吸泥机1台卧式螺旋卸料沉淀离心机LWB4502台污水提升泵IS80-50-2006台其中1台备用格栅除污机2台表7-2主要构筑物池型一览表名称尺寸(m)数量停留时间(h)调节池25×20×216 UASB反应池D=16.3，H=2.922接触氧化池16.6×10×5.116沉淀池D=7.0，H=9.06221.5污泥浓缩池D=6，H=3.3118贮泥池4×4×5.314泵站4×2×3.518工程概算及效益分析8.1工程初步投资预算根据主要构筑物及设备，估计出的工程投资表如表8-1所示。表8-1工程投资估算表工程或费用名称建筑工程费用（万元）运输安装工程费用（万元）设备购置费用（万元）合计（万元）（一）污水污泥处理部分格栅0.10.51.52.1调节池及提升泵房3.42.43540.8UASB反应池10.53.51327接触氧化池11.84.515.531.8沉淀池3.23.41016.6罗茨鼓风机1.51.558污泥浓缩池3.42.68.514.5污泥脱水间2.11.53538.6（二）附属设备综合实验办公楼1101035155车库及传达室1554060机修间、仓库11.558.525总计（万元）172.539.9207419.48.2经济效益分析（1）基础投资费用：工程投资419.4万元，其中设备投资约207万元。（2）运行费用：包括人工费，电费，折旧费等约53万元。具体见表8-2，表8-3 表8-2劳动定员及人员构成一览表序号名称工人技术人员管理人员合计一固液分离4117二废水处理车间4118三车间总人数12表8-3项目运行费用项目数量单价费用（万元/a）工资福利12人1万/a人12电费27万kW×h／a0.55元/kW·h14.85维修费总投资的1%4.2折旧总投资的5%21药品费0.65总计52.7（3）经济效益分析：每年可减少因超标排放而发生的排污费用约100万元。全部投资的回收期从建设开工算起约为4年，从投产算起约为3年，回收时间不长。从以上的主要指标看，该项目经济效益好。另外，项目的实施可减少环境污染，综合利用资源，所以该项目可以接受的。结论本设计采用UASB—接触氧化池工艺合理，技术成熟，管理方便，能使水质稳定达标排放，具有显著的经济效益，实现了环境效益和经济效益的统一。对该啤酒车间废水进行集中处理，避免废水对周围水环境的污染。以较低的投入，可以收到良好效果，是一种合理、可靠的废水处理方案。通过对方案的设计，对工程做出系统的规划，为企业节省投资，对企业和社会都有巨大的经济和环境效益。通过以上分析本设计的工艺主要具有以下特点：（1）废水在格栅-调节池过程可去除部分的COD,BOD及悬浮物，有利于后继生化处理。（2）水处理后有保证，处理水的生化、理化指标均达到排放标准。（3）系统稳定、可靠。（4）投资较少，工艺流程简便本工程设计只是初步设计方案，可以针对废水的特点做出适当的选择，然后再做出具体设计。致谢 本论文是在陈志英老师的悉心指导下完成的，在此非常感谢陈志英老师，在我毕业设计期间，老师时常监督、指导并给我提供了很大的帮助和一些宝贵的意见，在此对他给予的帮助和支持表示衷心的感谢。同时在设计过程中还得到了很多同学的帮助，使得论文更加完善。在此，对那些对我的论文给予帮助的老师和同学们表示感谢！对于本设计任务，要想设计出来，设计得好，运用课本知识是远远不够的，因此就不能不去图书馆查找所需要的资料。所以还要感谢沈大的图书馆给予我这么大的帮助。感谢我们学院全体老师，在这四年里给我无限的关怀和帮助，谢谢！参考文献[1]许为义.啤酒混合废水处理利用的生态工程系统实验研究[J].工业水处理,2004,24(3):27—30.[2]陈坚,任洪强,堵国成.环境生物技术应用与发展[M].北京:中国轻工业出版社,2001[3]梁多,彭超英.啤酒工业废水治理及清洁生产实例[J].酿酒,2004,31(3):84—86.[4]张华,阚久方.啤酒工业清洁生产[J].环境科技,2001(3):17—20[5]罗德裕,潘培丰,林克明.啤酒行业清洁生产评价初探[J].环境保护科学,2001,28(109):48—50[6]曹利江,任辉等.厌氧—好氧串联法处理啤酒废水［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/937f84c65fbfc77da269b196.html,2011-01-24[7]郭斌,庄源益.清洁生产工艺[M].北京:化学工业出版社,2003.[8]高俊发，王社平.污水处理厂工艺设计手册[M].北京：化学工业出版社，2003[9]张力军.水污染防治管理实用手册[M].北京：中国环境科学出版社，2007[10]王国华，任鹤云.工业废水处理工程设计与实例[M].北京：化学工业出版社，2005[11]林静雯，王英刚.环境工程设计概论[M].中国教育文化出版社，2006[12]闪红光.环境保护设备选用手册水处理设备[M].北京:化学工业出版社,2002[13]陈杰瑢,周琪,蒋文举.环境工程设计基础[M].北京:高等教育出版社,2007[14]北京水环境技术与设备研究中心等.三废处理工程技术手册——废水篇[M].北京：化学工业出版社，2000[15]唐受印，戴友芝等编.水处理工程师手册[M].北京：化学工业出版社，2000[16]武江津，王凯军，丁庭华等编.三废处理工程技术手册—废水卷[M].北京：化学工业出版社,2000[17]张自杰.环境工程手册(水污染防治卷)[M].北京：高等教育出版社,1996[18]张希衡.水污染控制工程[M].北京:冶金工业出版社,2006[19]YANGJian-xin,WANGRu-song,FUHao.Lifecycleassessmentofmobilephonehousing.JournalofEnviromentalSciences[M],2004,16(1):100—103. 啤酒厂废水处理毕业设计说明书目录摘要…………………………………………………………………………………………1关键词………………………………………………………………………………………1Abstract……………………………………………………………………………………1Keywords……………………………………………………………………………………11概述………………………………………………………………………………………11.1研究目的与意义………………………………………………………………………11.2国内外研究现状………………………………………………………………………21.3拟采用设计流程………………………………………………………………………21.4预计处理效果…………………………………………………………………………22啤酒废水处理构筑物设计与计算………………………………………………………22.1粗格栅和细格栅………………………………………………………………………22.1.1粗格栅………………………………………………………………………………22.1.2细格栅………………………………………………………………………………22.2调节沉淀池的设计计算………………………………………………………………22.2.1设计说明……………………………………………………………………………22.2.2设计参数……………………………………………………………………………22.2.3设计计算……………………………………………………………………………32.3UASB反应器的设计计算………………………………………………………………32.3.1设计说明……………………………………………………………………………32.3.2运行流程……………………………………………………………………………32.3.3设计计算……………………………………………………………………………32.4SBR反应器的设计计算………………………………………………………………52.4.1设计说明……………………………………………………………………………52.4.2运行流程……………………………………………………………………………52.4.3设计计算……………………………………………………………………………53污泥处理设计……………………………………………………………………………63.1重力溶缩池的设计计算………………………………………………………………63.1.1设计说明……………………………………………………………………………63.1.2设计参数……………………………………………………………………………63.1.3设计计算……………………………………………………………………………73.2机械脱水间的设计计算………………………………………………………………73.2.1设计说明……………………………………………………………………………73.2.2设计参数……………………………………………………………………………83.2.3设计计算……………………………………………………………………………84结论………………………………………………………………………………………8致谢…………………………………………………………………………………………9参考文献……………………………………………………………………………………9 啤酒厂污水处理工艺设计环境科学专业学生指导老师摘要：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,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：BOD≤30mg/L，COD≤100mg/L，SS≤70mg/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UASB法和SBR法，可有效去除污水中的BOD、COD。工艺流程为：啤酒废水→格栅→调节沉淀池→UASB反应器→SBR池→污泥处理系统→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BrewerysewagetreatmentcraftdesignStudentmajoringinEnvironmentscienceJiangFeiTutorLiuJingAbstract：Themaindistinguishingfeatureofthebeerwastewaterwasthatitcontainedthemassiveorganicmatters,soitbelongedtothehighconcentrationorganicwastewater,thereforeitsbiochemicaloxygendemandwasalsohigh,soitrequestedthebeerwastewaterwhichdischargedmustbestrictlytreatedtothetwoeffluencestandardinthecountry,whichwasasfollowing:BOD≤30mg/L,COD≤100mg/L,SS≤70mg/L.Aftertheanalysis,thequalityofthisprocessingwaterbelongedtothewastewaterthateasybiologydegradeandnothavetheobviouspoison,anditcouldusetwolevelsofbiologicaltreatmentstocausethewaterdrainedmeetthedesignatedstandard.Firstlevelofprocessingmainlyusedthephysicalmethods,whichremovedthesuspendedmatterandtheinorganicsubstanceinthesewage.Secondlevelsofprocessingmainlyusedthebiologymethods,consistedofUASBandSBR,whichcouldremoveBOD,CODinthewastewater.Thetechnologicalprocesswas:Beerwastewater→Screens→Regulatesprecipitatingtank→ReactiontankofUASB→TankofSBR→Sludgedisposalsystem→Treatmentwater.Theentiretechnologicalprocesshadthecharacteristicsoflowerinvestment,goodtreatmenteffect,easytechnologyprocess，usingsmallarea,runningsteady,andconsuminglowerenergy.Keywords:Beerwastewatertreatment;Highconcentrationoforganicwastewater;UASBprocess;SBRprocess1概述1.1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1650万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，所以此处理工艺的设计旨在控制废水的COD浓度，减少对环境的污染。 1.2国内外研究现状“七五”以来，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。1.3拟采用的设计流程:USBA-SBR法流程只用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，把UASB作为整个废水达标排放的一预处理单元，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。1.4预计处理效果设计排放废水量为3000m3/d。COD2500mg/L,PH值约为6。废水经处理后，要求达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的一级标准，其主要水质指标见表1.1。表1.1废水水质及排放标准项目CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)pH原水1500～3000800～1600250～12005～11排放标准≤100≤30≤706～9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。2啤酒废水处理构筑物设计与计算2.1粗格栅和细格栅2.1.1粗格栅粗格栅包括平行的栅条，通常由金属制造并设计去除由进水携带而来的较大杂质。格栅可由机械装置自动清理，也可定期手动清理（实际，经常，方便）。积累的固体一般堆放一个池中并经过处理后作为固体废物处置。2.1.2细格栅细格栅包括横向平行的栅条，通常由不锈钢制造，一般称为水力筛或弧形。设计去除由进水携带细小的悬浮物(0.5mm)。水力筛可自动清理污物。采用最大进流量(375m3/h)，设计格栅缝隙:0.5mm。2.2调节沉淀池的设计计算2.2.1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。2.2.2设计参数水力停留时间T=6h;设计流量Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s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)2500960500去除率（%）7750出水水质(mg/L)23258932502.2.3设计计算调节池设计停留时间为6h,容积为2500m3。池体温度15-40℃，pH值为4.5—8.5。设置一台液下式搅拌器。2.3UASB反应器的设计计算2.3.1设计说明UASB，即升流式厌氧污泥床。UASB反应器上部设置气、液、固三相分离器，下部设置为污泥悬浮层区和污泥床层区。污水从反应器底部流入，向上升流至反应器顶部流出，混合液在沉淀区进行固液分离，污泥自行回流到污泥床区。UASB反应器污泥床区中污泥可保持较高浓度，污泥可实现颗粒化，具有很好的沉降性能和很高的产甲烷活性。2.3.2运行流程UASB反应器在运行过程中，包含了极为复杂的生物反应过程。厌氧反应过程中有多种微生物参加了有机污染物的转化代谢过程，并将污染物最终转化为最终产物。参加反应的厌氧微生物主要包括主要包括水解-发酵(酸化)细菌，乙酸化细菌和产甲烷菌。UASB反应器集中生物转化反应与沉淀于一体，结构紧凑。废水由配水系统从反应器底部进入，通过反应区经气、固、液三相分离器后进入沉淀区。气、固、液分离后，沼气由气室收集，再由沼气管流向沼气柜。固体(污泥)由沉淀区沉淀后自行返回反应区，沉淀后的处理水充出水槽排出。UASB反应器内不设搅拌设备，上升水流和沼气产生的气流足可满足搅拌要求。UASB反应器构造简单，便于操作运行。2.3.3设计计算设计参数选取如下：容积负荷（Nv）：4.5kgCOD/(m3•d)；污泥产率：0.1kgMLSS/kgCOD；产气率：0.5m3/kgCOD设计水量Q＝3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s表2.2UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBODSS进水水质(mg/L)2325893250去除率（%）758050出水水质(mg/L)581179125（一）反应器有效容积和主要尺寸UASB有效容积：式中:Q-------------设计流量，m3/sS0-------------进水COD含量,mg/LNv-------------容积负荷,kgCOD/(m3•d)将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好，反应器的有效高度一般为4-6m （二）配水系统设计　本系统设计为圆形布水器，进水方式采用连续进水的运行方式。（三）三相分离器设计三相分离器设计计算草图见下图2.1：图2.1UASB三相分离器设计计算草图(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1.5～2h如果以上条件均能满足，则可达到良好的分离效果(3)气液分离设计d=0.01cm(气泡)，T=20°Сρ1=1.03g/cm3,ρg=1.2×10-3g/cm3V=0.0101cm2/s,ρ=0.95μ==0.0101×1.03 =0.0104g/cm•s一般废水的μ﹥净水的μ,故取μ=0.02g/cm•s(4)回流缝设计回流缝中混合液上升流速应小于2.0m/h，以使回流缝和沉淀区的水流稳定。（四）出水系统设计均匀的排除出水时反应器均匀稳定运行的关键，通常每个单元三相分离器设一个出水槽。本设计采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m,槽高0.2m（五）浮渣清除系统沉淀区页面的浮渣层可用刮渣机清除，在气室内形成的浮渣可定期进行沼气反冲的方法，需要设置循环水泵。（六）排泥系统设计在UASB三相分离器底部设置一个排泥口，每天排泥一次（七）产气量计算每日产气量：2325×0.75×0.5×3000×10-3=2615.6m3/d2.4SBR反应器的设计计算2.4.1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法是序批式间歇活性污泥法的简称，工艺流程简单，运行控制灵活，占地面积小，处理效果好，且具有良好的适应性，易于维护管理。2.4.2运行流程SBR工艺一个运行周期包括五个阶段：进水期，反应期，静置期，排水期，闲置期。2.4.3设计计算本设计采用4个SBR反应池，每个池子的运行周期为6h。参数选取为：(1)污泥负荷率Ns取值为0.13kgBOD5/(kgMLSS•d)(2)污泥浓度和SVI污泥浓度采用3000mgMLSS/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=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(6)设计水量为：Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s设计水质见下表2.3：表2.3SBR反应器进出水水质指水质指标CODBODSS进水水质(mg/l)581179125去除率（%）808565出水水质(mg/l)1162543（一）反应池有效容积式中：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/lX-------------污泥浓度,mgMLSS/LNs-------------污泥负荷率=344.2m3（二）反应池最大水量和最小水量Vmax=V1=344.2m3Vmin=V1-Q0=344.2-187.5=156.7m3（三）反应池中污泥体积Vx=SVI•MLSS•V1/106=100×3000×344.2/106=103.2m3Vmin﹥Vx,合格（四）反应池的尺寸SBR有效水深取5.0m,超高0.5m,则SBR总高为5.5m,（五）鼓风曝气系统(1)确定需氧量O2由公式：O2=a′Q(S0-Se)+bˊXvV式中:aˊ-----------微生物对有机污染物氧化分解过程的需氧率，kgQ-----------污水设计流量，m3/dS0-----------进水BOD含量,mg/lSe-----------出水BOD含量,mg/lbˊ-----------微生物通过内源代谢的自身氧化过程的需氧率，kgXv-----------单位曝气池容积内的挥发性悬浮固体（MLVSS）量,kg/m3取aˊ=0.5,bˊ=0.15；出水Se=25mg/L；Xv=fX=0.75×3000=2250mg/L=2.25kg/m3；V=4Vmax=4×344.2=1376.8m3代入数据可得:O2=0.5×3000×(179-25)/1000+0.15×2.25×1376.8=695.7kgO2/d供氧速率为：R=O2/24=695.7/24=29kgO2/h(3)布气系统取170个扩散器，每个池子需50个。（六）污泥产量计算选取a=0.6,b=0.075,则污泥产量为：△x=aQSr-bVXv=0.6×3000×(179-25)/1000-0.075×1376.8×2.25=44.9kgMLVSS/d3污泥处理设计3.1重力浓缩池的设计计算3.1.1设计说明为方便污泥的后续处理机械脱水，减小机械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。3.1.2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=30m3/d,含水率98%；(3)SBR反应器，Q3=8m3/d,含水率99%；总污泥量为：Q=Q1+Q2+Q3=63m3/d平均含水率为：（97%+98%+99%）/3=97.7%（二）参数选取固体负荷（固体通量）M一般为10～35kg/m3d取M=30kg/m3d=1.25kg/m3d；浓缩时间取T=24h；设计污泥量Q=63m3/d；浓缩后污泥含水率为96%；浓缩后污泥体积：V1=36.2m3/d3.1.3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：A≥Qc/M式中：Q----------------入流污泥量，m3/d；M----------------固体通量，kg/m3•d；C----------------入流固体浓度kg/m3。入流固体浓度（C）的计算如下：W1=Q1×1000×(1-97%)=750kg/dW2=Q2×1000×(1-98%)=600kg/dW3=Q3×1000×(1-99%)=80kg/d那么，Qc=W1+W2+W3=1430kg/d=59.6kg/hC=1430/63=22.7kg/m3浓缩后污泥浓度为：C1=1430/36.2=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=7.5×7.5=57m2（二）池子高度停留时间，取HRT=24h有效高度取h1=1.5m超高取h2=0.5m缓冲区高取h3=0.5m池壁高H1=h1+h2+h3=2.5m（三）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(五)排水口浓缩后池内上清液利用重力排放，由站区溢流管管道排入格栅间，浓缩池设四根排水管于池壁，于浓缩池最高处设置一根，向下每个1.0m、0.6m、0.4m处设置一根排水管。3.2机械脱水间的设计计算3.2.1设计说明 污泥经浓缩后，尚有96%的含水率，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：图3.2带式过滤脱水工艺流程3.2.2设计参数设计泥量Q=36.2m3/d；含水率为96%。3.2.3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75～80%，处理能力为7～8m3/h,按每天工作8小时设计。外形尺寸：长×宽×高=4500×1890×18604结论通过以上流程处理，出水水质为：COD：116，BOD：25，SS：43。基本达到国家废水排放标准。本次毕业设计,使我对工程设计的内容和步骤有了更进一步的了解，从大体上讲,此次设计达到了预期的效果,达到了作为本科毕业生所应符合的要求.这次毕业设计使我深深地认识到做设计工作所要求的严谨性,在熟练掌握专业知识的基础上灵活运用.本次设计为某啤酒厂废水处理，是一个真实性课题,在重新熟悉课本和认真查阅资料的基础上，并结合设计任务的要求,我对本设计啤酒废水处理的工艺流程提出了多种方案，在反复的比较下，最终确定了这个最优方案。在此过程中,我逐渐懂得了如何运用专业性眼光去看待问题,分析问题和解决问题。在工艺流程确定后,就开始了对所选构筑物的设计计算,通过老师的指导和自己的计算,我对污水处理中所用到的一些构筑物有了更深的了解,在数据计算中自己遇到了不少问题,但在老师的精心指导和自己的努力下,最终问题都一一得到解决,也使自己对污水处理流程有了一个清晰的认识.这次毕业设计是自己四年所学知识的一个综合应用,是一次难得的学习机会,使自己受益匪浅.在设计中,对一些计算机的程序，如word等也能够更加熟练地运用。 因此,这次毕业设计对我是一个很好的锻炼,达到了对排水工程的一个比较深入地了解,是比较成功的毕业设计。致谢本次设计是在XX老师的悉心指导下完成的，她在设计过程中给予了我很大的帮助，帮助我解决了许多实际问题，在此首先对老师致以诚挚的谢意。我在做设计的过程中遇到了许多难题，老师都一一给予解释并耐心指导，使我能够顺利的完成本次设计。设计结束后，老师又在百忙之中为我修改毕业设计，帮我找出设计中的缺点和不足，力求精益求精。可以说本次设计是老师和我共同完成的，老师经验丰富，给我很多指导，使我在设计过程中少走了很多弯路。设计的过程就是一个知识不断积累的过程。在设计过程中，我们感到指导老师的知识是那么的丰富，而我们与之比较真是相差甚远。这更加激励我们要不断的学习，只有不断学习才能不断的进步。本次设计中，我得到了老师的指导和帮助，学到了很多课本中学习不到的知识，提高了自己的动手能力，得到了巨大的收获。今后，我将继续努力，争取把在本次设计中学到的知识运用到工作和学习当中，努力发扬吃苦耐劳的精神，取得更大的进步。由于时间仓促和自己水平有限，本次设计中难免存在很多不足之处，恳请各位老师批评指正。最后，对老师的耐心指导再次表示感谢！并祝老师在今后的日子里事事顺心!工作愉快!参考文献[1]孙慧修.排水工程上册(第4版)[M].北京:中国建筑工业出版社.1998年7月.[2]张自杰.排水工程下册(第4版)[M].北京:中国建筑工业出版社.2000年6月.[3]管教仪.啤酒工业手册[M].北京:中国轻工业出版社.1998年[4]王凯军.秦人伟.发酵工业废水处理[M].北京:化学工业出版社.2000年9月[5]罗辉.环保设备设计与应用[M].北京:高等教育出版社.2000年[6]李海等.城市污水处理技术及工程实例[M].北京:化学工业出版社.2002年5月[7]高廷耀，顾国维，周琪.水污染控制工程第三版下册[M]，北京:高等教育出版社.2007年7月.3000吨/天啤酒废水处理装置工程设计2.学生设计（论文）期限：自月日开始至5月25完成3.设计（论文）所用原始资料：①每日最大污水处理量：约3000m3。②污水水质：水量：平均3000吨/天水质：水质指标pH值COD/(mg/L)SS/(mg/L)TN/(mg/L)TP/(mg/L)进水水质5-102500160020003510排放标准6-9≤100≤30≤70≤15≤0.5去除率%98.69998.5 处理要求:水达到国家标准《污水综合排放标准》（GB8978—96）一级4、设计（论文）完成的主要内容：（1）方案选取：检索国内外相关科技文献报道的成果，综合考虑技术经济因素选取本设计项目适合的技术路线、工艺方案、主要设备，写出3000字左右的文献综述报告，200字的中文献摘要并译成英文（ABSTRACT）。（2）设计说明书及计算书：根据选顶的技术方案及技术路线，编写设计计算说明书。主要包括以下几部分内容：第一部分前言：A、啤酒废水处理的概况；啤酒废水的来源《生产工序，量、水质》；B、本工程概况；C、工艺设计原则、范围与依据；D、工艺流程的确定及工艺方案原理、工艺路线描述；E、工艺的特点和处理效果；F、自控方案，检测、监测方案第二部分工程设计工程设计规模；工程规模、主要构筑物、设备的设计计算；处理的结果；物料衡算表及主要辅料的消耗量；能耗表等；EGSB设计计算；CASS工艺过程、CASS反应器的运行参数（包括氧的溶解度、利用率，但氧的物料衡算忽略，反应器内的C/N比等）废弃物的处置及安全、环保健康措施；事故情况的处理；第三部分技术经济分析；第四部分问题与讨论。第五部分结束语；参考文献及书目等。相关图纸：主要包括：带控制点的工艺流程图；平面布置图；高程图；主要设备（构筑物）工艺图。6.发题日期：二OO九年月七日7．附设计原始资料指导老师（签名）：　学生（签名）：李金辉 摘要学生：李金辉，化学工程系指导老师：朱卓堂，长江大学啤酒废水中有机物含量较高，如直接排放，既污染环境又降低啤酒工业的原料利用率，为此，许多学者和厂家对啤酒废水的处理和利用技术进行研究，对几种常见的处理利用技术进行了比较，得出结论：单一的处理和利用技术不能从根本上解决啤酒废水的污染问题，只有将多种技术结合使用，才能达到经济效益和环境效益的统一。本文根据前人的研究成果综述了啤酒废水处理和利用的现状，有针对性的对啤酒废水自身的特性，通过对酸化―SBR处理啤酒废水，EGSB＋CASS法处理啤酒废水，新型接触氧化法处理啤酒废水，生物接触氧化法处理啤酒废水，上流式厌氧污泥床（UASB）等处理啤酒废水的几种处理方法的详细分析，确定最佳方案即用EGSB+CASS。EGSB+CASS的主要组成部分是EGSB反应器。本文介绍了有关EGSB+CASS的处理流程和设计的计算、对格、调节池、EGSB池、CASS池、污泥浓缩池等进行了精细的设计和计算。并对主要构筑物EGSB池、CASS做了详细的说明。EGSB+CASS处理高浓度有机废水，其关键是培养出沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。采用此工艺，不但使处理流程简洁，也节省了运行费用，在降低废水浓度的同时，还可以回收在处理过程中所产沼气作为能源的利用。以便我为进一步探讨效益资源型处理技术提供借鉴。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→EGSB反应器→CASS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。关键字：啤酒工业废水处理EGSBCASS沼气回收Abstract Student:Jin-HuiLi,DepartmentofChemicalEngineeringTeacher:Zhuo-TangZhu,YangtzeUniversityBeingliquidcontaininghighorganicpollutants,brewerywastewatermaynotonlyleadtoenvironmentalpollution,butalsodecreasetheutilizationratioofrawmaterialusedinbeerproduction.Therefore,manyscholarsandbrewerieshavepaidmuchattentiontodevelopingnewtechniquesfortreatingandmakinguseofbrewerywastewater.Thispapermakesacomparisonamongvariousnewtechniquesonthebasisofanalyzingthesourcesandcharacteristicsofbrewerywastewater.Itisconcludedthatasingletechniquecannoteffectivelyremovethecontaminationfrombrewerywastewater,andonlythecombinationofvarioustechniquescanachievegreatbenefitsbothineconomyandinenvironment.Thus,usedthepresentconditions.Makeafocalization,forthecharacterofthewastewaterofthebrewery,withtheacid-SBRthebreweryoftreatment,EGSB+CASSthebreweryofthetreatment,thenewtypeofthebreweryofthetreatment，theengageoxidizeofbiologytothebreweryofthetreatment.EGSBthebreweryofthetreatment,andsoon.Throughseveraltreatmentsstudying,Imakethebestwaytotreatmentthewastewaterfrombrewery—EGSB+CASS.EGSB+CASSismadeofreactor.FromthisliteraryyoucanachievealotofwaysaboutEGSB+CASS.Thetreatmentofcalculation,forexample,gridaccommodator;theengageoxidizeofbiologyflatulencereactor.Concentratemudpoolandmakeadetailedexplanationforthemainbuilding.EGSBpoolandtheengagedoxidizeofbiologyflatulencereactor.UsedEGSBtreatingwastewaterofthebreweryismaintaintheanaerobicgranularsludge.Withthisway,notonlycleaning.butalsosavingthemoney,Reducingtheenergywhileretrievingthemethane.Severalproposalsareputforwardforfutureresearch.Thetechnologicalprocessofthisdesignis:Beerwastewater→Screens→Thesewageliftpumphouse→Regulatesprecipitatingtank→ReactiontankofEGSB→TankofCASS→TreatmentwaterTheentiretechnologicalprocesshavethecharacteristicsoflowerinvestment,goodtreatmenteffect,easytechnologyprocess，usingsmallarea,runningsteady,andconsuminglowerenergy.Keywords：breweryindustry,wastewatertreatment,EGSB,CASS,methanerecovery啤酒废水处理的工艺设计学生：李金辉，化学工程系指导老师：朱卓堂，长江大学一、题目的来源及类型来源：生产/社会实际类型：毕业设计二．研究背景与意义水是生命之源，是人类赖以生存和发展的物质基础，是不可替代的宝贵资源。我国却是一个水资源十分短缺的国家，人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，严重制约着我国社会主义经济的发展。经济的腾飞是以环境的代价为前提的。随着近代我国社会主义经济的腾飞，社会主义工业呈现飞速发展，水资源污染尤其是工业废水污染也严重恶化。工业废水的污染以其污染大、污染物浓度高、废水排放量大、废水中含有多种有毒有害物质、废水成分复杂以及水量变化大等特点而成为目前我们所面临的主要问题。 　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1650万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。啤酒废水主要来自麦芽车间（浸麦废水），糖化车间（糖化，过滤洗涤废水），发酵车间（发酵罐洗涤，过滤洗涤废水），灌装车间（洗瓶，灭菌废水及瓶子破碎流出的啤酒）以及生产用冷却废水等。该废水中主要含糖类，醇类等有机物，有机物浓度较高，虽然无毒，但易于腐败，排入水体要消耗大量的溶解氧，对水体环境造成严重危害。啤酒废水的水质和水量在不同季节有一定差别，处于高峰流量时的啤酒废水，有机物含量也处于高峰。鉴于啤酒废水自身的特性，啤酒废水不能直接排入水体，据统计，啤酒厂工业废水如不经处理，每生产100吨啤酒所排放出的BOD值相当于14000人生活污水的BOD值，悬浮固体SS值相当于8000人生活污水的SS，其污染程度相当严重。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目的来设计啤酒废水处理工艺是啤酒生产厂废水处理部门一项刻不容缓的重任!三参考文献周长波，张振家.啤酒废水处理技术的应用进展.环境工程.2003.（6）徐怀东,钟月华,伍　勇,肖泽仪.我国啤酒废水处理工艺进展.四川环境.2003.（3）阮文全.废水生物处理工程设计实例祥解.化学工业出版社.2006.3.高廷耀，顾国维.水污染控制工程（二）.高等教育出版社.2000.7韩洪军,衣春敏.啤酒废水处理工程设计及运行分析(一).哈尔滨建筑大学学报,2000.22(4)王连军,蔡敏敏.无机膜-生物反应器处理啤酒废水及其膜清洗的试验研究[J].工业水处理,2000.20(2)王松林,汪大庆.内循环UASB反应器+氧化沟工艺在啤酒废水处理中的应用[J].工业用水与废水,2001,32(2)邱冬梅.SBR工艺在啤酒废水处理中的应用[J].广州食品工科技,2001,17(1)梁航国,史景华.氧化塘法治理啤酒工业废水技术的探讨[J].陕西环境,1998,5(1)徐立根.CASS法在啤酒废水治理中的应用.环境保护,1999.(12)　左永泉.啤酒废水处理技术的应用.环境工程,2000.18(1)郝瑞霞,贾胜温.我国啤酒工业废水治理技术现状及发展趋势.河北化工学院学报,1998.(19)李科林,孟范平.啤酒工业废水治理技术现状及利用技术研究进展.中南林学院学报,1999.(19)张华,李广钊.吸附生物降解法在啤酒废水处理中的应用.环境工程，2000.(18)石岩明.啤酒废水处理技术的革新与实践.工业水处理.2003，23（1）辛响付，任洪强.啤酒废水脱氮工艺优化运行的工程研究.无锡轻工大学学报，2003，3何晓娟.IC-CIRCOX工艺及其在啤酒废水处理中的应用.工业给排水，1997辛响付，方德宏，啤酒废水处理的节能途径.节能与环保，2002.11韩洪军,衣春敏.啤酒废水处理工程设计及运行分析(二).哈尔滨建筑大学学报,2000.33（5)匡武，殷福才等.UASB工艺在啤酒废水处理中的应用.中国给水排水，2006.11（16）21郝贵珍，高永，冀红亮.水解酸化+SBR工艺在啤酒废水处理中的应用.河北建筑工程学院学报，2005，23（4）22董春娟，吕炳南，赵庆良.EGSB反应器处理啤酒废水运行影响因素研究.给水排水，2007，33（5）23严永红，任洪强，祁佩时.EGSB反应器与UASB反应器处理有机废水的性能比　较研究.中国沼气，2005，23（3）四．国内外研究现状与研究的主攻方向 4.1国内外发展现状“七五”以来，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。尽管目前污水处理技术众多,但其发展目标是一致的,即以发展绿色技术、实现资源可持续开发利用和生态安全为目标。根据国内外研究动向,啤酒废水处理技术发展趋势将表现在以下几个方面:(1)充分利用新技术对现有的啤酒废水处理工艺进行因地制宜的技术改造,采用高效节能的生物反应器。(2)实行污水规模化集中处理,可免除重复性设备投资,易于采用新技术。(3)啤酒废水中含有多种有用物质,在处理前应尽量回收有用的固体物质,经加工后作饲料添加剂或药品,在处理时应多考虑变废为宝,提高经济效益。(4)针对啤酒废水中有机物含量高、生物降解性差的特点,同时考虑能源紧张的形势,主要采用厌氧-好氧联合技术,并将产生的污泥干化后作肥料使用。(5)当前全球水资源紧张已成为世界关注的焦点,而啤酒废水有害无毒,如能将其净化后回收利用,可达到节约水资源的目的。(6)在污水处理中实行自动化控制技术,实现反应器自控管理,将会节省人力。(7)开发生物基因技术在环保领域的应用,向着节能、回收有用物质的方向发展。4.2发展趋势针对目前的研究现状及存在问题,以后的研究趋势如下:(1)化学法开发高效无污染水处理剂或用已有的药剂复配出性能优越的增效复配药剂。(2)物理法重点是旋流法,改进水力旋流器结构,解决旋流分离效率低、处理量小的问题,开发各种高效旋流器,进行动态旋流器、多相分离旋流器以及低剪切增压技术的研究.过滤法,进行过滤材料的表面改性及抗油污染方面的研究,如纤维球过滤器、纤维束过滤器及其他精密过滤器的应用究。(3)生化处理法开发复合菌种,在同一生化反应器中可同时降解污水中的各种有机物。研制高效生化反应器如固定床生化反应器、流化床生化反应器及复合床生化反应器。(4)膜分离法开发具有抗污染、破乳特性的膜材料及相关功能膜,降低膜成本,加强陶瓷膜等无机膜的应用研究,研制高效、动态、抗污染膜组件。(5)新工艺研究针对不同油田的特点,对处理后水质要求的不同,对各单元过程进行性能匹配和优化研究,开发出多种组合工艺及多功能集成的一体化设备.集高效、经济、简单易用等特点于一体的小型采油废水处理装置将在区块采油开发中发挥重要作用,是今后一段时间的研究热点。4.3主要的处理工艺目前，国内外普遍采取生化法处理啤酒废水。根据处理过程中是否需要曝气，可以把升华处理法分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。4.3.1好氧生物处理 好氧生物处理是在氧气充足的情况下，利用好氧微生物的生命活动氧化啤酒废水中的有机物，其产物是二氧化碳、水及能量（释放于水中）。这种方法没有考虑到废水中有机物的利用问题，因此处理成本较高。活性污泥法、生物膜法、深井曝气法是较有代表性的好氧生物处理方法。4.3.1.1　活性污泥法活性污泥法于1914年由英国人Ardernh和Lock2ett实验成功,在中、低浓度污染物有机废水处理中,其技术分支较为广泛,也是使用最多,运行可靠,最为成熟的方法。具有处理效果好、投资较少等优点,适用于大中城市啤酒厂采用。但是此法在用空气曝气时容易产生泡沫,造成难以充氧,管理不好则易产生污泥膨胀,此外还因动力消耗高、占地面积较大等缺点限制了其应用。目前,国内有广州啤酒厂、珠江啤酒厂、无锡啤酒厂、华都啤酒厂、珠江啤酒厂等。采用活性污泥法处理啤酒废水,废水COD的进水浓度为1000～1500mg/L,出水为40～100mg/L,去除率90%～96%,运转费016～018元/吨水(按1986计)。其中珠江啤酒厂从比利时引进TSU(Two-StageUnitank)两阶段单一槽活性污泥工艺,其特点是曝气与沉淀反复循环,废水经第一段高负载混合曝气沉淀去除80%以上的BOD5,进入第二阶段低负载混合曝气沉淀槽,将剩余的BOD5进—步降低,最终BOD5去除率达到95%,出水达到排放标准。无锡啤酒厂也采用与之类似的两段曝气(Z-A法)+氧化塘处理啤酒废水,COD去除率为90%～95%,处理后的水可用于养鱼。可见活性污泥法处理啤酒废水具有运行可靠、处理效果较好的优点,但啤酒废水氮磷含量低,碳氮比例失调,运行中容易产生污泥膨胀,因此,啤酒废水处理过程中需添加一定量的氮磷。此外,活性污泥法对啤酒废水水质、水量变化的适应性也较差,且因污泥产量高,处置麻烦,不耐冲击负荷,还需要大量充氧,增加了基建运行费用。4.3.1.2接触氧化法生物接触氧化法是利用固着在填料上的生物膜来西服水中的有机污染物并加以氧化分解，使污水得到净化。20世纪80年代初，接触氧化法比破同活性污泥法有一定的有时，因此在啤酒废水处理上得到了广泛的应用。但由于啤酒废水的进水COD浓度很高，所以一般采用二级接触氧化工艺。采用接触氧化工艺代替活性污泥法，可以防止高糖含量废水易引起污泥膨胀的现象，并且不用投配氮、磷营养。用接触氧化法，可以选择的负荷范围是1.0-1.5kgBOD5/(m³·d);用鼓风曝气，每去除1kgBOD5约需空气80m³。该法的缺点是对于较大型污水厂填料需要量过大，不便于运输和装填，而且污泥排放量大。4.3.1.3　SBR工艺及应用SBR法是对传统活性污泥法的改进,近年来,在国内外被引起广泛重视和研究应用。SBR工艺典型的操作工序为:进水、反应、沉淀、排水、闲置等5个工序,整个工序经厌氧、好氧、缺氧3个阶段。根据出水情况可随时调整各工序的时间以达到最佳出水效果。SBR法已有许多工程应用实例。付敏宁等人报道了填料式SBR技术在啤酒废水处理工程中的应用。由于SBR反应池设置了填料,大大提高了单位体积的微生物数量,使SBR工艺综合了接触氧化法的优点,提高了处理效率,缩小了反应器的体积。厌氧工艺+SBR组合工艺在实际中也得到了广泛的应用。结果表明当进水CODCr为1000～2000mg/L,处理后出水均达到国家排放标准。常规活性污泥法相比,SBR工艺不需要另设二次沉淀池、污泥回流及污泥回流设备,也可不设调节。因此基建投资低,同时设备具有耐冲击负荷,工作稳定,运行灵活,污泥性能良好等优点。有资料显示,SBR的主要构筑物容积为常规活性污泥工艺的50%～60%,运行费用及占地面积均可减少20%左右。SBR工艺这些特点,使其特别适用于排放量小,有机物浓度高且不易降解,废液排放间歇的中小企业。SBR工艺是极具发展潜力的一种处理工艺。但也存在着曝气装置易堵塞,自动控制技术及连续在线分析仪表要求高等缺点。目前普通SBR反应器已发展到组合复杂的SBR反应器。4.3.1.4CAST工艺 CAST工艺（循环式活性污泥法）是对SBR法的改进，在国内有很多工程实例。埠新啤酒厂用CAST工艺处理啤酒废水的实践结果表明，工艺处理效果稳定，可达到排放标准，平均出水水质：COD25～86mg/L，去除率为96%～98%；BOD521～25mg/L，去除率为97%～98%；SS52～64mg/L，去除率为88%～92%。该工艺投资较低，运行费用省，每立方米废水总投资为1100元，运行成本0.56元/。由于厌氧生物处理技术不能除磷，因此厌氧法后必须增加好氧处理，而CAST工艺刚好能满足这一要求。CAST工艺不仅很容易实现好氧、缺氧及厌氧状态交替的处理条件，而且很容易在好氧条件先增加曝气量、反应时间和污泥龄来强化硝化反应及聚磷菌过量摄磷的顺利完成；也可在缺氧条件下方便的投加原废水或用提高污泥浓度等方式以提供有机碳源作为电子供体使反硝化过程更快完成。由于其良好的工艺性能和灵活的操作，因此选择CAST进行生物除磷。在生物除磷的基础上，为了进一步强化除磷效果，设计中在CAST反应池后面加一个除磷池，往里面加入混凝剂，通过混凝沉淀来去除残余的磷。4.3.1.5　CASS工艺及应用CASS(循环式活性污泥系统)是CAST工艺的一种优化变型,在20世纪70年代开始得到研究和应用。该工艺核心部分是CASS反应池,集曝气,二沉等过程于一体。在SBR的基础上,在池子的前部增设了1个生物选择器。这样,CASS池的反应池被隔墙分隔为3个区,即生物选择区、预反应区及主反应区。目前很多厂家采用CASS工艺处理啤酒废水,都取得了预期的效果。在进水水质平均为2000mg/L的情况下,出水水质达到污水排放新扩改二级标准。周刚报道了CASS工艺处理啤酒废水在高寒地区的应用。工程实践表明,在高寒地区采用CASS工艺处理啤酒废水是可行的(进水CODCr在500～1500mg/L时,处理后水质达到《污水排放标准》的一级排放标准),即便在低温条件下,也能顺利地进行污泥的培养和驯化,但需要十分重视当地的气温特点,做好各种处理设施、管线的保温防冻措施。CASS工艺处理啤酒废水,具有工艺简单,流程短,自动化程度高,操作方便等优点。其不足之处为,操作管理要求相对较高,首次运行调试时间较长。总之，好氧处理工艺存在曝气耗能大、污泥产量大的缺点，故厌氧—好氧处理工艺逐渐被深入研究和开发利用。4.3.2　厌氧法20世纪70年代以来,废水厌氧处理技术因其具有投资少,运行费用低及能产生能量等优点而得到较快的发展和应用。一般认为,厌氧生物处理技术的反应器主体经历了3个时代。传统厌氧发酵工艺(第一代反应器,以厌氧消化池为代表)因需要较高的温度,较长的停留时间,且处理效能低而被逐渐淘汰。目前以上流式厌氧污泥床(UASB)为代表的第二代反应器和以厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)和厌氧内循环反应器(IC)为代表的反应器已被广泛引入到啤酒废水处理工程应用中,并取得了良好的效果。目前在啤酒处理工艺上,厌氧工艺应用比较多的有UASB工艺,IC工艺和酸化水解工艺。4.3.2.1　UASB反应器70年代荷兰Lettinga等发展的UASB反应器是一种悬浮生长型反应器,首次把颗粒污泥的概念引入反应器中。该反应器特别适宜于处理高浓度有机废水。目前,很多国家相继开展了对UASB的深入研究和开发工作。UASB工艺因其工艺结构紧凑,处理能力大,效果好,投资省而在国内外啤酒废水治理中得到十分广泛的应用。根据报道,当UASB反应器进水CODCr为1000～2000mg/L时,出水CODCr一般在500mg/L左右,也就是说,啤酒废水中的大部分CODCr在UASB反应器中被处理掉,同时也说明,在这些工中,UASB仅作为预处理单元,其出水通常还需好氧等工艺作为后继处理,才能保证废水达标排放。据张振家等人报道,桂林漓泉有限公司采用UASB-SBR工艺处理废水,UASB反应器进水CODCr在1000～3000mg/L之间波动时,出水上清液的CODCr稳定在200mg/L左右。同时UASB 池每天产生大量的沼气,用于热风炉的燃料,供饲料烘干使用,可节煤4t/d左右。UASB工艺在国内啤酒废水处理方面应用很普遍,实践证明UASB完全适用于处理啤酒废水,而且厌氧硝化工艺相似于啤酒酿造、发酵生产工业,很容易被啤酒厂家所掌握。但UASB工艺不适于处理高悬浮物固体浓度较高的废水,三相分离器的好坏直接影响处理效果,在一些地区,颗粒污泥培养较困难而使系统启动较慢。在UASB基础上,研究者开发了EGSB和IC反应器。4.3.2.2　EGSB反应器UASB反应器在应用中取得了很大的成功,但UASB的传质过程并不理想,进一步提高有机负荷受到了限制。为了使厌氧反应器中进水和污泥之间的接触更加充分,导致了第三代厌氧反应器的开发和应用。EGSB反应器实际上是改进的UASB反应器,运行中维持高的上升流速(6～12m/h),使颗粒处于悬浮状态,同时也可以采用较高的反应器和采用出水回流以获得高的搅拌强度,从而保证进水与污泥颗粒的充分接触,这样可获得比“通常”UASB反应器好的运行结果。据杨云龙等人报道,EGSB受SS的影响较小,只要SS的沉速<反应器内的上升流速(3～10m/h),SS就能通过污泥区得以去除,而UASB最大上升流速为1m/h,易受SS的影响。但据左剑恶等人报道,EGSB反应器不适合处理含悬浮物的废水。与UASB相比,EGSB对布水系统要求较为宽松,但对三相分离器要求则更为严格。HRT为3.4h,进水CODCr为420～3690mg/L时,EGSB反应器的CODCr去除率能维持在90.38%以上,即使是对于200mg/L左右的超低浓度,CODCr去除率也能高达85%～90%。因此可考虑采用两级EGSB反应器对中等浓度啤酒废水达标处理。进水CODCr450mg/L左右,HRT缩短至0.7h时,EGSB反应器仍能获得84.96%的高CODCr去除率,有机负荷高达30.21kgCODCr/(m3·d)。与UASB反应器相比,EGSB反应器具有启动周期短、容积负荷率提高速率快等特点。在COD去除率均为86%左右时,EGSB反应器最大容积负荷率达到42.4gCOD·L-1d-1,而UASB反应器的最大容积负荷率仅为25.0gCOD·L-1d-1,EGSB反应器比UASB反应器有着更高的处理效能。当处理较低浓度(500～1500mgCOD·L-1)废水时,EGSB反应器容积负荷率达到28.7gCOD·L-1d-1,CODCr去除率达到81.9%,比UASB反应器具有更高的容积负荷率和COD去除率,表明了其在处理低浓度废水方面较好的应用前景。EGSB反应器比UASB反应器具有更强的抗温度和进水pH值变化的能力,且其系统处理效果恢复也更快。目前,UASB反应器在啤酒废水处理中已经发挥了重要的作用,而作为对UASB反应器改进的EGSB反应器,在处理各种浓度的有机废水方面有着别的厌氧反应器所不可比拟的优势,处理范围更广;同时,EGSB可以采用较大的高径比,占地面积更小,投资更省,在相同费用下,因而更具有市场竞争力。4.3.2.3　IC反应器内循环(IntenalCirculation,IC)厌氧反应器于20世纪80年代中期由荷兰PAQUES公司开发成功,被认为是第三代厌氧生化反应器的代表工艺之一。IC反应器实际上是由底部和上部2个UASB反应器串联叠加而成,下部为高负荷区,上部为低负荷区,利用沼气上升带动污泥循环。IC工艺在国外应用以欧洲较为普遍,国内沈阳、上海率先采用了IC工艺处理啤酒废水。以沈阳华润雪花啤酒有限公司采用的IC反应器为例,反应器高16m,有效容积70m³,处理CODCr平均浓度为4300mg/L的啤酒废水400m³/d,CODCr去除率稳定在80%,容积负荷高达25～30kg/(m3·d)。4.4研究的主攻方向(1)实践证明,厌氧-好氧串联工艺在啤酒处理工艺中具有优势,是我国啤酒废水治理工艺采用或整改的方向。同时对啤酒废水采用清浊分流,高浓度废水采用厌氧(如UASB)工艺预处理后与低浓度废水混合进入好氧处理系统,更易达到环境效益与经济效益的统一。(2)在条件允许的情况下, 尽可能选用先进的污水治理技术。同时要充分考虑到工艺、设备、资金、场地、人员素质,所处地理环境及气候条件等因素,灵活选择适宜自己厂家特点的技术方法。(3)对啤酒企业来说,不仅要重视废水处理工艺技术本身,而且要对处理设施的运行管理引起足够的重视。先进科学的管理也可以作为一种技术作用于工艺本身,使其发挥出应有的作用。五、主要研究内容，需重点研究的问题及解决思路5.1研究的主要内容1.分析不同水处理工艺的技术特点，根据研究结果选择合理设计工艺线路。2.通过物料衡算及工艺结构计算来设计水处理工艺中的主要设备规格。3.画出带控制点的工艺流程图，设备工艺布置图等。5.2重点研究的问题1.改造完善主工艺流程，设计污水处理能力为2×104m3/d，按重力混凝沉降流程进行设备设计配套，满足污水处理量和回注水质的要求。2.改善完善加药系统，提高药剂的利用效率；根据处理水量实现加药系统的自动控制。3.改造站内除油、沉降系统，使除油、沉降分布运行，提高除油、去污处理效果，为后面过滤系统正常运行奠定基础。4.完善污水过滤系统，提高过滤器的过滤能力，以保证注水站内金属过滤器进口水质，满足不同区块对注水水质的要求。六、完成毕业设计所需具备的工作条件及解决的办法（1）查阅文献资料，利用计算机搜索最新相关期刊，书籍；（2）收集有关物性计算参数和企业生产数据；（3）使用绘图软件AutoCAD、CAXA和绘图仪(上机时数约60小时)；（4）使用计算工具进行数学计算，同时使用Office办公软件编辑毕业论文；（5）工具书：化学工程手册、化工工艺设计手册、化工物性手册、英汉汉英化学化工词汇等。七、工作的主要阶段、进度与时间安排第一阶段（3.4～3.26）：收集资料，完成开题报告并提交指导老师审阅。第二阶段（3.27～3.28）：开题报告答辩、整改及争议答辩。第三阶段（3.29～4.30）：开展设计并完成设计一稿．第四阶段（5.01～5.31）：完成工程图设计与工程图绘制电子版等图纸文件。第五阶段（6.01～6.5）：提交设计二稿由指导教师对设计、译文进行二次修改得第三稿，将三稿的全套资料整理打印装订成册后装袋，并提交评阅老师评阅。第六阶段（6.6～6.10）：制作幻灯片，准备毕业答辩。八、指导教师意见 啤酒废水处理工艺设计文献综述学生：李金辉，化学工程系指导老师：朱卓堂，长江大学摘要：　本文系统地介绍了近年来国内啤酒废水处理技术的应用现状,通过调查分析,对目前国内应用比较广泛的成熟工艺的优缺点进行了介绍,并作了简要的比较和探讨,最后指出了啤酒废水处理技术的应用趋势。分析啤酒生产中废水产生的环节、污染物及主要污染来源,并从好氧、厌氧生物处理两方面介绍了目前我国啤酒废水的主要处理技术及应用效果。关键词:啤酒废水；生化处理；　啤酒废水；　厌氧处理　；好氧处理　；厌氧-好氧工艺　；进展啤酒是当今风靡世界最流行的饮料之一,早在4500年前,啤酒就在古埃及问世,它略含苦味,富含营养,素有液体面包之称,已被国际营养会议推荐为营养食品之一。近年来,随着人民生活水平的提高,我国啤酒消费量急剧增大。我国啤酒厂的吨酒耗水量较大,一般为10～20t/t啤酒,部分厂家可达8～12t/t啤酒,废水排放量接近于耗水量的90%。啤酒废水的主要特点是BOD5/CODCr值高,有害无毒,可生化性好,所以生化法是啤酒废水处理的首要方法。我国对啤酒废水在治理技术上逐渐形成了以生化为主,生化和物化相结合的处理工艺。生化法依其污水净化原理可分为好氧法和厌氧法两大类,好氧法或厌氧法及其他方法的不同组合就形成了多种啤酒废水的治理技术。目前,多种工艺被广泛应用于啤酒废水的处理上,但这些工艺本身尚需要进行详细的技术经济分析。本文主要对目前啤酒行业啤酒废水处理中相对成熟的工艺进行了调查、归类、介绍,并在分析和比较的基础上作了较为深入的探讨,以供参考1啤酒废水的来源及成份啤酒废水来自于啤酒生产各工序中的排放,大致可分为三类:1.1　大量的冷却水，包括冷冻机冷却水、热麦汁冷却水和发酵的冷却水，这类废水基本未受污染。1.2　清洗废水，如大麦浸渍废水、大麦发芽降温喷雾废水、清洗生产装置废水、漂洗酵母水、洗瓶初期洗涤水、酒罐消毒废液、巴斯德杀菌喷淋水和地面冲洗水等。这类废水受到不同程度的有机污染，其中洗麦、浸麦水不仅受到大麦表面污染物的污染，还受到大麦内容物的溶解污染，污染物质要占大麦重的0.5%-1.5%，导致此废水为褐色，偏酸性（pH<6），即易起泡，有强腐化倾向，并有不良气味。1.3　冲渣废水，如麦糟液、冷热凝固物、酒花糟、剩余酵母、酒泥、滤酒渣和残碱性洗涤液等。这类废水中含有大量的悬浮性固体有机物。工段中将产生麦汁冷却水、装置洗涤水、麦糟、热凝固物和酒花糟。装置洗涤水主要是糖化锅洗涤水、过滤槽和沉淀槽洗涤水。此外，糖化过程还要排出酒花糟、热凝固物等大量悬浮固体。1.4灌装废水，在灌装酒时，机器的跑冒滴漏时有发生，还经常出现冒酒，使废水中掺入大量残酒。另外，喷淋时由于用热水喷淋，啤酒升温引起酒瓶内压力上升，“炸瓶”现象时有发生，致使大量啤酒散在喷淋水中。为防止生物污染，循环使用喷淋水时需加入防腐剂，因此被更换下来的废喷淋水含防腐剂成分。1.5 洗瓶废水，清洗瓶子时先用碱性洗涤液浸泡，然后用压力水处洗和终洗，瓶子清洗水中含有残余碱性洗涤剂、纸浆、染料、浆糊、残酒和泥砂等。碱性洗涤剂要定期更换，更换时若直接排入下水道可使啤酒废水呈碱性，因此废碱性洗涤剂应先进入调节、洗涤装置进行单独处理。若将洗瓶废水的排放液经处理后储存起来用以调节废水的pH值（啤酒废水平时呈弱酸性），则可以节省污水处理的药剂用量。排放的啤酒废水超标项目主要是COD、BOD5、SS、pH值4项，从各车间排放的废水水质水量波动量较大。水质变幅范围一般为：pH值5.5-7.0，水温20-25℃，COD1000-2500mg/L,BOD5600-1400mg/L,SS200-600mg/L,TN30-70mg/L属于浓度有机废水，BOD5/COD约为0.5-0.7，可生化性良好。啤酒废水中,其COD和SS的主要来源参见表1所示。表1　啤酒厂废水的主要污染来源污染来源COD(mg/L)SS(mg/L)污染物麦汁煮沸锅210低麦汁残余过滤槽96002000糖化醪残余物回旋沉淀槽6000028000麦汁和凝固物沉淀发酵罐92000——酵母残留物和凝固物沉渣等贮酒罐80000——酵母残留物和凝固物沉渣等硅藻土过滤机2000040000硅藻土、酵母、蛋白质沉淀等清酒罐4800——啤酒及微细有机残留物纸板滤酒机10034啤酒装酒机4200——啤酒生酒桶洗涤机1600100啤酒及其他固形物酒糟干燥机2000015000麦汁及糖化醪残留物洗瓶机(初洗)500125啤酒及其它固形物2　啤酒废水处理技术国内外广泛采用生化处理工艺,其中包括好氧生物处理(活性污泥法,生物膜法),厌氧生物处理,好氧与厌氧联合生物处理方法。从目前的实施并运行的装置来看,好氧生物处理在国内应用还是比较广泛,常用的方法是活性污泥法及其改进形式和生物接触氧化法。70年代荷兰学者Lettinga发展了UASB反应器,随后又出现了厌氧颗粒污泥膨胀体(EGSB) 及厌氧内循环反应器(IC)。厌氧工艺具有高效、节能、产泥量少、能有效回收能源的优点,因而得到了迅速发展。虽然厌氧反应器的出水需进一步处理才能达标,即需好氧工艺作为后处理单元,但厌氧2好氧组合工艺在能源日益紧张的今天,越来越发挥出它的优势,这将成为未来几年内啤酒废水处理的主要方法之一。2.1　好氧生物处理2.1.1　活性污泥法活性污泥法于1914年由英国人Ardernh和Lock2ett实验成功,在中、低浓度污染物有机废水处理中,其技术分支较为广泛,也是使用最多,运行可靠,最为成熟的方法。具有处理效果好、投资较少等优点,适用于大中城市啤酒厂采用。但是此法在用空气曝气时容易产生泡沫,造成难以充氧,管理不好则易产生污泥膨胀,此外还因动力消耗高、占地面积较大等缺点限制了其应用。目前,国内有广州啤酒厂、珠江啤酒厂、无锡啤酒厂、华都啤酒厂、珠江啤酒厂等。采用活性污泥法处理啤酒废水,废水COD的进水浓度为1000～1500mg/L,出水为40～100mg/L,去除率90%～96%,运转费016～018元/吨水(按1986计)。其中珠江啤酒厂从比利时引进TSU(Two-StageUnitank)两阶段单一槽活性污泥工艺,其特点是曝气与沉淀反复循环,废水经第一段高负载混合曝气沉淀去除80%以上的BOD5,进入第二阶段低负载混合曝气沉淀槽,将剩余的BOD5进—步降低,最终BOD5去除率达到95%,出水达到排放标准。无锡啤酒厂也采用与之类似的两段曝气(Z-A法)+氧化塘处理啤酒废水,COD去除率为90%～95%,处理后的水可用于养鱼。可见活性污泥法处理啤酒废水具有运行可靠、处理效果较好的优点,但啤酒废水氮磷含量低,碳氮比例失调,运行中容易产生污泥膨胀,因此,啤酒废水处理过程中需添加一定量的氮磷。此外,活性污泥法对啤酒废水水质、水量变化的适应性也较差,且因污泥产量高,处置麻烦,不耐冲击负荷,还需要大量充氧,增加了基建运行费用。2.1.2接触氧化法生物接触氧化法是利用固着在填料上的生物膜来西服水中的有机污染物并加以氧化分解，使污水得到净化。20世纪80年代初，接触氧化法比破同活性污泥法有一定的有时，因此在啤酒废水处理上得到了广泛的应用。但由于啤酒废水的进水COD浓度很高，所以一般采用二级接触氧化工艺。采用接触氧化工艺代替活性污泥法，可以防止高糖含量废水易引起污泥膨胀的现象，并且不用投配氮、磷营养。用接触氧化法，可以选择的负荷范围是1.0-1.5kgBOD5/(m³·d);用鼓风曝气，每去除1kgBOD5约需空气80m³。该法的缺点是对于较大型污水厂填料需要量过大，不便于运输和装填，而且污泥排放量大。2.1.3　SBR工艺及应用SBR法是对传统活性污泥法的改进,近年来,在国内外被引起广泛重视和研究应用。SBR工艺典型的操作工序为:进水、反应、沉淀、排水、闲置等5个工序,整个工序经厌氧、好氧、缺氧3个阶段。根据出水情况可随时调整各工序的时间以达到最佳出水效果。SBR法已有许多工程应用实例。付敏宁等人报道了填料式SBR技术在啤酒废水处理工程中的应用。由于SBR反应池设置了填料,大大提高了单位体积的微生物数量,使SBR工艺综合了接触氧化法的优点,提高了处理效率,缩小了反应器的体积。厌氧工艺+SBR组合工艺在实际中也得到了广泛的应用。结果表明当进水CODCr为1000～2000mg/L,处理后出水均达到国家排放标准。常规活性污泥法相比,SBR工艺不需要另设二次沉淀池、污泥回流及污泥回流设备,也可不设调节。因此基建投资低,同时设备具有耐冲击负荷,工作稳定,运行灵活,污泥性能良好等优点。有资料显示,SBR的主要构筑物容积为常规活性污泥工艺的50%～60%,运行费用及占地面积均可减少20%左右。SBR工艺这些特点,使其特别适用于排放量小,有机物浓度高且不易降解,废液排放间歇的中小企业。SBR 工艺是极具发展潜力的一种处理工艺。但也存在着曝气装置易堵塞,自动控制技术及连续在线分析仪表要求高等缺点。目前普通SBR反应器已发展到组合复杂的SBR反应器。2.1.4CAST工艺CAST工艺（循环式活性污泥法）是对SBR法的改进，在国内有很多工程实例。埠新啤酒厂用CAST工艺处理啤酒废水的实践结果表明，工艺处理效果稳定，可达到排放标准，平均出水水质：COD25～86mg/L，去除率为96%～98%；BOD521～25mg/L，去除率为97%～98%；SS52～64mg/L，去除率为88%～92%。该工艺投资较低，运行费用省，每立方米废水总投资为1100元，运行成本0.56元/。由于厌氧生物处理技术不能除磷，因此厌氧法后必须增加好氧处理，而CAST工艺刚好能满足这一要求。CAST工艺不仅很容易实现好氧、缺氧及厌氧状态交替的处理条件，而且很容易在好氧条件先增加曝气量、反应时间和污泥龄来强化硝化反应及聚磷菌过量摄磷的顺利完成；也可在缺氧条件下方便的投加原废水或用提高污泥浓度等方式以提供有机碳源作为电子供体使反硝化过程更快完成。由于其良好的工艺性能和灵活的操作，因此选择CAST进行生物除磷。在生物除磷的基础上，为了进一步强化除磷效果，设计中在CAST反应池后面加一个除磷池，往里面加入混凝剂，通过混凝沉淀来去除残余的磷。2.1.5　CASS工艺及应用CASS(循环式活性污泥系统)是CAST工艺的一种优化变型,在20世纪70年代开始得到研究和应用。该工艺核心部分是CASS反应池,集曝气,二沉等过程于一体。在SBR的基础上,在池子的前部增设了1个生物选择器。这样,CASS池的反应池被隔墙分隔为3个区,即生物选择区、预反应区及主反应区。目前很多厂家采用CASS工艺处理啤酒废水,都取得了预期的效果。在进水水质平均为2000mg/L的情况下,出水水质达到污水排放新扩改二级标准。周刚报道了CASS工艺处理啤酒废水在高寒地区的应用。工程实践表明,在高寒地区采用CASS工艺处理啤酒废水是可行的(进水CODCr在500～1500mg/L时,处理后水质达到《污水排放标准》的一级排放标准),即便在低温条件下,也能顺利地进行污泥的培养和驯化,但需要十分重视当地的气温特点,做好各种处理设施、管线的保温防冻措施。CASS工艺处理啤酒废水,具有工艺简单,流程短,自动化程度高,操作方便等优点。其不足之处为,操作管理要求相对较高,首次运行调试时间较长。总之，好氧处理工艺存在曝气耗能大、污泥产量大的缺点，故厌氧—好氧处理工艺逐渐被深入研究和开发利用。2.2　厌氧法20世纪70年代以来,废水厌氧处理技术因其具有投资少,运行费用低及能产生能量等优点而得到较快的发展和应用。一般认为,厌氧生物处理技术的反应器主体经历了3个时代。传统厌氧发酵工艺(第一代反应器,以厌氧消化池为代表)因需要较高的温度,较长的停留时间,且处理效能低而被逐渐淘汰。目前以上流式厌氧污泥床(UASB)为代表的第二代反应器和以厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)和厌氧内循环反应器(IC)为代表的反应器已被广泛引入到啤酒废水处理工程应用中,并取得了良好的效果。目前在啤酒处理工艺上,厌氧工艺应用比较多的有UASB工艺,IC工艺和酸化水解工艺。2.2.1　UASB反应器70年代荷兰Lettinga等发展的UASB反应器是一种悬浮生长型反应器,首次把颗粒污泥的概念引入反应器中。该反应器特别适宜于处理高浓度有机废水。目前,很多国家相继开展了对UASB的深入研究和开发工作。UASB工艺因其工艺结构紧凑,处理能力大,效果好,投资省而在国内外啤酒废水治理中得到十分广泛的应用。根据报道,当UASB反应器进水CODCr为1000～2000mg/L时,出水CODCr一般在500mg/L左右,也就是说,啤酒废水中的大部分 CODCr在UASB反应器中被处理掉,同时也说明,在这些工中,UASB仅作为预处理单元,其出水通常还需好氧等工艺作为后继处理,才能保证废水达标排放。据张振家等人报道,桂林漓泉有限公司采用UASB-SBR工艺处理废水,UASB反应器进水CODCr在1000～3000mg/L之间波动时,出水上清液的CODCr稳定在200mg/L左右。同时UASB池每天产生大量的沼气,用于热风炉的燃料,供饲料烘干使用,可节煤4t/d左右。UASB工艺在国内啤酒废水处理方面应用很普遍,实践证明UASB完全适用于处理啤酒废水,而且厌氧硝化工艺相似于啤酒酿造、发酵生产工业,很容易被啤酒厂家所掌握。但UASB工艺不适于处理高悬浮物固体浓度较高的废水,三相分离器的好坏直接影响处理效果,在一些地区,颗粒污泥培养较困难而使系统启动较慢。在UASB基础上,研究者开发了EGSB和IC反应器。2.2.2　EGSB反应器UASB反应器在应用中取得了很大的成功,但UASB的传质过程并不理想,进一步提高有机负荷受到了限制。为了使厌氧反应器中进水和污泥之间的接触更加充分,导致了第三代厌氧反应器的开发和应用。EGSB反应器实际上是改进的UASB反应器,运行中维持高的上升流速(6～12m/h),使颗粒处于悬浮状态,同时也可以采用较高的反应器和采用出水回流以获得高的搅拌强度,从而保证进水与污泥颗粒的充分接触,这样可获得比“通常”UASB反应器好的运行结果。据杨云龙等人报道,EGSB受SS的影响较小,只要SS的沉速<反应器内的上升流速(3～10m/h),SS就能通过污泥区得以去除,而UASB最大上升流速为1m/h,易受SS的影响。但据左剑恶等人报道,EGSB反应器不适合处理含悬浮物的废水。与UASB相比,EGSB对布水系统要求较为宽松,但对三相分离器要求则更为严格。HRT为3.4h,进水CODCr为420～3690mg/L时,EGSB反应器的CODCr去除率能维持在90.38%以上,即使是对于200mg/L左右的超低浓度,CODCr去除率也能高达85%～90%。因此可考虑采用两级EGSB反应器对中等浓度啤酒废水达标处理。进水CODCr450mg/L左右,HRT缩短至0.7h时,EGSB反应器仍能获得84.96%的高CODCr去除率,有机负荷高达30.21kgCODCr/(m3·d)。与UASB反应器相比,EGSB反应器具有启动周期短、容积负荷率提高速率快等特点。在COD去除率均为86%左右时,EGSB反应器最大容积负荷率达到42.4gCOD·L-1d-1,而UASB反应器的最大容积负荷率仅为25.0gCOD·L-1d-1,EGSB反应器比UASB反应器有着更高的处理效能。当处理较低浓度(500～1500mgCOD·L-1)废水时,EGSB反应器容积负荷率达到28.7gCOD·L-1d-1,CODCr去除率达到81.9%,比UASB反应器具有更高的容积负荷率和COD去除率,表明了其在处理低浓度废水方面较好的应用前景。EGSB反应器比UASB反应器具有更强的抗温度和进水pH值变化的能力,且其系统处理效果恢复也更快。目前,UASB反应器在啤酒废水处理中已经发挥了重要的作用,而作为对UASB反应器改进的EGSB反应器,在处理各种浓度的有机废水方面有着别的厌氧反应器所不可比拟的优势,处理范围更广;同时,EGSB可以采用较大的高径比,占地面积更小,投资更省,在相同费用下,因而更具有市场竞争力。 图表1EGSB反应器工艺流程2.2.3　IC反应器内循环(IntenalCirculation,IC)厌氧反应器于20世纪80年代中期由荷兰PAQUES公司开发成功,被认为是第三代厌氧生化反应器的代表工艺之一。IC反应器实际上是由底部和上部2个UASB反应器串联叠加而成,下部为高负荷区,上部为低负荷区,利用沼气上升带动污泥循环。IC工艺在国外应用以欧洲较为普遍,国内沈阳、上海率先采用了IC工艺处理啤酒废水。以沈阳华润雪花啤酒有限公司采用的IC反应器为例,反应器高16m,有效容积70m³,处理CODCr平均浓度为4300mg/L的啤酒废水400m³/d,CODCr去除率稳定在80%,容积负荷高达25～30kg/(m3·d)。J.H.F.Pereboom等人分别采用IC反应器和UASB反应器处理相同啤酒废水,并对两者的工艺参数进行了比较,见附表。附表　IC反应器与UASB反应器处理相同啤酒废水的参数比较反应器类型体积/m³高度/mHRT/hCODCr体积负/kg·m-³·d-¹进水CODCr/mg·L-¹CODCr去除率%UASBIC14006³×1626.42062.16.824170020008080注:6³×162中的6³表示6座由附表可以看出IC反应器容积负荷高,水力停留时间短;处理相同CODCr总量时,相对UASB反应器体积更小,投资更省,加之4～8倍的高径比,占地更省,非常适合占地面积紧张的厂矿企业;内循环技术的采用,致使污泥活性高,繁殖快,为反应器的快速启动提供了条件。IC启动期一般为1～2个月,而UASB启动期达4～6个月;同时具有抗负荷能力强,具有缓冲pH的能力,出水稳定性好等优点。IC反应器被认为目前处理效能最高的厌氧反应器。目前IC反应器技术工艺成熟,但在设计和引用时还有一些值得注意权衡的地方:在构造上,IC反应器比UASB反应器更复杂,施工和安装要求高,难度大,日后的维护管理较麻烦;高径比大,三相分离器要求更为严格;要求有良好的配水系统和前处理设施,进水需要pH和温度的调节;应设避雷措施。2.3　厌氧-好氧法 厌氧—好氧工艺与好氧工艺相比与水解—好氧工艺相比提供了工艺稳定性减少了剩余污泥的处理处置费用减少了氮和磷的补充费用减少了处理装置总体积节省能源，确保生态和经济利益减少污泥脱水的药剂费用没有污泥膨胀问题是好氧工艺的20%啤酒废水相同是好氧工艺的45%是好氧工艺的10%是好氧工艺的20%没有污泥膨胀问题是水解工艺的35%啤酒废水相同是水解工艺的55%是水解工艺的15%是水解工艺的60%单纯的好氧工艺耗能太高,产污泥量大;厌氧工艺省能产能,有效去除有机物,出水离达标还有一定差距。厌氧-好氧串联工艺综合两者的优点,成为目前啤酒废水处理技术选择的方向。据张振家教授报道,啤酒废水处理中,高浓度采用UASB反应器进行预处理,其出水与低浓度废水混合进入AS(活性污泥法)处理(称为UASB+AS法),与全部直接进入AS法处理比较,UASB+AS法比AS法节省曝气电费68%,节省污泥处理费59%,沼气还可以利用。何晓娟报道了IC与CIRCOX工艺处理啤酒废水,在该工艺中,污泥产量和占地面积仅为传统厌氧-好氧法的10%和20%。实践证明厌氧-好氧工艺处理啤酒废水是成熟可靠地工艺,目前正构成我国啤酒废水处理工艺的主流技术。其中厌氧工艺大多采用UASB反应器、水解P酸化池以及IC反应器,好氧工艺以接触氧化法、SBR(CASS)法居多。3.3.1好氧生物处理好氧生物处理是在氧气充足的情况下，利用好氧微生物的生命活动氧化啤酒废水中的有机物，其产物是二氧化碳、水及能量（释放于水中）。这种方法没有考虑到废水中有机物的利用问题，因此处理成本较高。活性污泥法、生物膜法、深井曝气法是较有代表性的好氧生物处理方法。1．活性污泥法活性污泥法是中、低浓度有机废水处理中使用最多，运行最可靠的方法，具有投资省，处理效果好等优点。该处理工艺的主要部分是曝气池和沉淀池。废水进入曝气池后，与活性污泥（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的条件下，活性污泥吸附并氧化分解水中的有机物，污泥和水的分离则由沉淀池来完成。我国的珠江啤酒厂，烟台啤酒厂，上海益民啤酒厂，武汉西湖啤酒厂。广州啤酒厂和长春啤酒厂等厂家均采用此法处理啤酒废水.据报道，进水CODcr为1200－1500mg/L时出水CODcr可降至50－100mg/L.去除率为94％－96％。活性污泥处理啤酒废水的缺点时动力消耗大，处理中常出现污泥膨胀。污泥膨胀的原因是啤酒废水中碳水化合物含量过高，而N,P,Fe等营养物质缺乏，各营养成分比例失调，微生物不能正常生长而死亡。解决的办法是投加含N,P的化学药剂，但这将使处理成本提高。而较为经济的方法是把生活污水（其中N,P浓度较大）和啤酒废水混合。间歇式活性污泥法（SBR）通过间歇曝气可以使动力消耗显著降低，同时，废水处理时间也短于普通活性污泥法。例如，珠江啤酒厂引进比利时SBR专利技术，废水厂处理时间仅需19－20h，比普通活性污泥法缩短10－11h,CODcr的去除率也在96％以上,扬州啤酒厂和三明市大田啤酒厂采用SBR技术处理啤酒废水，也收到了同样的效果.刘永淞等认为SBR法对废水的稀释程度低，反应基质浓度高，吸附和反应速率都较大，因而能在较短的时间内使污泥获得再生。SBR法是间歇式活性污泥法。其特点是集生化反应池和沉淀池于一体，不需设初沉池和二沉池，亦避免回流污泥泵房等装置。基本操作为进水，反应，沉淀，出水等过程组成。从废水流入开始到出水排泥结束为一个周期。在周期内一切过程都在一个设有曝气装置的反应池中依次进行。该法不易产生污泥膨胀，处理构筑物简单，同时对运行参数调整后可有效进行生物脱氮除磷。但由于其运行的周期性，一般要设置多池，池体内有效利用率低，占地面积较大，运行控制较复杂，如此看来应该选择CASS反应池。2．深井曝气法 为了提高曝气过程中氧的利用率，节省能耗，加拿大安大略省的巴利啤酒厂，我国的上海啤酒厂和北京五星啤酒厂均采用深井曝气法（超深水曝气）处理啤酒废水。深井曝气实际上是以地下深井作为曝气池的活性污泥法，曝气池由下降管以及上升管组成。将废水和污泥引入下降管，在井内循环，空气注入下降管或同时注入两管中，混合液则由上升管排至固液分离装置，即废水循环是靠上升管和下降管的静水压力差进行的。其优点是：占地面积少，效能高，对氧的利用率大，无恶臭产生等。据测定，当进水BOD5浓度为2400mg/L时，出水浓度可降为50mg/L,去除率高达97．92％。当然，深井曝气也有不足之处，如施工难度大，造价高，防渗漏技术不过关等。3．生物膜法与活性污泥法生物膜法时在处理池内加入软性填料，利用固着生长于填料表面的微生物对废水进行处理，不会出现污泥膨胀的问题。生物接触氧化池和生物转盘是这类方法的代表，在啤酒废水治理中均被采用，主要是降低啤酒废水中的BOD5。生物接触氧化池是在微生物固着生长的同时，加以人工曝气。这种方法可以得到很高的固体浓度和较高的有机负荷，因此处理效果高，占地面积也小于活性污泥法。国内的淄博啤酒厂，青岛啤酒厂，渤海啤酒厂荷徐州酿酒总厂等厂家的废水处理中采用了这种技术。青岛啤酒厂在二段生物接触氧化之后辅以混凝气浮处理，啤酒满足中高浓度废水中微生物和有机物氧化分解的需要。结果表当容积负<=13.33kg.m-3.d-1COD,停留时间为3～4小时。COD和BOD平均去除率分别达到93.52％和99.03％。由于停留时间缩短为原来的1/3～1/4，运转费用也降低。生物转盘是较早用以处理啤酒废水的方法。他主要由盘片、氧化槽转动轴和驱动装置等部分组成，依靠盘片的转动来实现废水与盘上生物膜的接触和充氧。该法运转稳定动力消耗少，但低温对运行影响大，在处理高浓度废水是需增加转盘组数。该方法在美国应用较普及，国内的杭州啤酒厂、上海华光啤酒厂和浙江慈溪啤酒厂也在使用。据报道，废水中BOD5的去除率在80％以上。3.3.2厌氧生物处理厌氧生物处理适用于高浓度有机废水。它是在无氧条件下，靠厌氧细菌的作用分解有机物。在这一过程中，参加生物降解的有机基质有50％～90％转化为沼气（甲烷），而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料。因此，啤酒废水的厌氧生物处理受到了越来越多的关注。厌氧生物处理包括多种方法，但以升流式厌氧污泥床(UASB)技术在啤酒废水的治理方面应用最为成熟。UASB的主要组成部分是反应器，其底部为絮凝和沉淀性能良好的厌氧污泥构成的污泥床，上部设置了一个专用的气－液－固分离系统（三相分离室）。废水从反应器低部加入，在向上流穿过生物颗粒组成的污泥床时得到降解，同时生成沼气（气泡）。气，液，固（悬浮污泥颗粒）一同升入三相分离室，气体被收集在气罩里，而污泥颗粒受重力作用下沉至反应器底部，水则经出流堰排出，截至1990年9月，全世界已建成30座生产性UASB反应器处理啤酒废水，总容积达60600立方米。目前已有北京啤酒厂，沈阳啤酒厂等厂家利用UASB来处理啤酒废水。荷兰美国的某些公司所设计的UASB反应器对啤酒废水CODcr的去处率为80％－86％，北京啤酒厂UASB处理装置中试结果也保持在这一水平，而且其沼气产率为0.3－0.5m3/kg(COD)。清华大学在常温条件下利用UASB厌氧处理啤酒废水的研究结果表明，进水CODcr浓度为2000mg.L-1时，去处率为85％－90％。沈阳啤酒厂采用回收固性物及厌氧消化综合治理工艺，实行清污分流，集中收集CODcr大于5000mg.L-1d的高浓度有机废水送入UASB进行厌氧处理，废水中CODcr的质能利用率可达91.93％。（二）．处理方法的比较下面主要介绍一下处理啤酒废水常用的几种方法： 酸化—SBR法处理啤酒废水此方法主要处理设备是酸化柱和SBR反应器。这种方法在处理啤酒废水时，在厌氧反应中，放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段，将反应控制在酸化阶段，这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点：（1）由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速，故水解池体积小；（2）不需要收集产生的沼气，简化了构造，降低了造价，便于维护，易于放大；（3）对于污泥的降解功能完全和消化池一样，产生的剩余污泥量少。同时，经水解反应后溶解性COD比例大幅度增加，有利于微生物对基质的摄取，在微生物的代谢过程中减少了一个重要环节，这将加速有机物的降解，为后续生物处理创造更为有利的条件。（4）酸化—SBR法处理高浓度啤酒废水效果比较理想，去除率均在94%以上，最高达99%以上。要想使此方法在处理啤酒废水达到理想的效果时运行环境要达到下列要求：（1）酸化—SBR法处理中高浓度啤酒废废水，酸化至关重要，它具有两个方面的作用，其一是对废水的有机成分进行改性，提高废水的可生化性；其二是对有机物中易降解的污染物有不可忽视的去除作用。酸化效果的好坏直接影响SBR反应器的处理效果，有机物去除主要集中在SBR反应器中。（2）酸化—SBR法处理啤酒废水受进水碱度和反应温度的影响，最佳温度是24℃，最佳碱度范围是500～750mg/L。视原水水质情况，如碱度不足，采取预调碱度方法进行本工艺处理；若温度差别不大，运行参数可不做调整，若温度差别较大，视具体情况而定。2．UASB—好氧接触氧化工艺处理啤酒废水此处理工艺中主要处理设备是上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池，处理主要过程为：废水经过转鼓过滤机，转鼓过滤机对SS的去除率达10%以上，随着麦壳类有机物的去除，废水中的有机物浓度也有所降低。调节池既有调节水质、水量的作用，还由于废水在池中的停留时间较长而有沉淀和厌氧发酵作用。由于增加了厌氧处理单元，该工艺的处理效果非常好。上流式厌氧污泥床能耗低、运行稳定、出水水质好，有效地降低了好氧生化单元的处理负荷和运行能耗(因为好氧处理单元的能耗直接和处理负荷成正比)。好氧处理(包括好氧生物接触氧化池和斜板沉淀池)对废水中SS和COD均有较高的去除率，这是因为废水经过厌氧处理后仍含有许多易生物降解的有机物。该工艺处理效果好、操作简单、稳定性高。上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池相串联的啤酒废水处理工艺具有处理效率高、运行稳定、能耗低、容易调试和易于每年的重新启动等特点。只要投加占厌氧池体积1/3的厌氧污泥菌种，就能够保证污泥菌种的平稳增长，经过3个月的调试UASB即可达到满负荷运行。整个工艺对COD的去除率达96.6%，对悬浮物的去除率达97.3%～98%，该工艺非常适合在啤酒废水处理中推广应用。3.新型接触氧化法处理啤酒废水此方法处理过程为：废水首先通过微滤机去除大部分悬浮物，出水进入调节池，然后中提升泵打入VTBR反应器中进行生化处理，通过风机强制供风使废水与填料接触，维持生化反应的需氧量，VTBR反应器出水进入沉淀器，去除一部分脱落的生物膜以减轻气浮设备的处理负荷，之后流人气浮设备去除剩余的生物膜，污泥及浮渣送往污泥池浓缩后脱水。该处理工艺有以下主要特点：①VTBR反应器由废旧酒精罐改造而成，节省了投资。与钢筋混凝土结构相比，具有一次性投资低，运行稳定，处理效果好等特点。②冬季运行时，在VTBR反应器外部加了一层保温材料，使罐中始终保持较高的温度，提高了生物的活性。③因VTBR反应器高达10m左右，水深大，所选用风机为高压风机，风压为98kPa，N＝75kw，耗电量大。4．生物接触氧化法处理啤酒废水 该工艺采用水解酸化作为生物接触氧化的预处理，水解酸化菌通过新陈代谢将水中的固体物质水解为溶解性物质，将大分子有机物降解为小分子有机物。水解酸化不仅能去除部分有机污染物，而且提高了废水的可生化性，有益于后续的好氧生物接触氧化处理。该工艺在处理方法、工艺组合及参数选择上是比较合理的，充分利用各工序的优势将污染物质转化、去除。然而，如果由于某些构筑物的构造设计考虑不周会影响运行效果，致使出水水质不理想，使生物接触氧化池的出水(静沉30min的澄清液)COD为500～600mg/L，经混凝气浮处理后出水COD仍高达300mg/L，远高于排放要求(150mg/L)。但是此处理方法在设计和运行中回出现以下问题：（1）水解酸化池存在的问题主要是沉淀污泥不能及时排除。由于该废水中悬浮物浓度较高，因而池内污泥产量很大，而原工艺仅在水解酸化池前端设计了污泥斗，所以池子的后部很快就淤满了污泥。另外，随着微生物量的增加在软性生物填料的中间部位形成了污泥团，使得传质面积减小。针对污泥淤积情况，在水解酸化池前可增设一级混凝气浮以去除水中的悬浮物，经此改进后水解酸化池能长期、稳定、有效地运行，其出水COD也从1100～1200mg/L降至900～1000mg/L，收到了较好的效果。不过，增设混凝气浮增加了运行费用，而且气浮过程中溶入的O2还可能对水解酸化产生不利影响。因此，在设计采用水解酸化处理悬浮物浓度高的污水时，可增设污泥斗的数量以便及时排除沉淀污泥。此外，为防止填料表面形成污泥团应采用比表面积大、不结泥团的半软性填料。（2）如果废水中污染物浓度较高或前处理效果不理想，生物接触氧化池前端的有机物负荷较高，使得供氧相对不足，此时该处的生物膜呈灰白色，处于严重的缺氧状态，而池末端成熟的好氧生物膜呈琥珀黄色。同时，水中的生物活性抑制性物质浓度也较高，对微生物也有一定的抑制作用。这些因素使得生物接触氧化池没有发挥出应有的作用，处理效果不理想。鉴于此，可一采取阶段曝气措施即多点进水，污水沿池长多点流入生物接触氧化池以均分负荷，消除前端缺氧及抑制性物质浓度较高的不利影响。改为多点进水并经过一段时间的稳定运行后，生物接触氧化池的出水(30min的澄清液)COD为200～300mg/L。再经混凝气浮工序处理后最终出水COD＜150mg/L(一般在130mg/L)，达到了排放要求。（3）在调试运行过程中，生物接触氧化池中生物膜脱落、气泡直径变大(曝气方式为微孔曝气)、出水浑浊、处理效果恶化的现象时有发生。经研究、分析、验证发现这是由于负荷波动或操作不当造成溶解氧不足而引起的。溶解氧不足使得生物膜由好氧状态转变为厌氧状态，其附着力下降，在空气气泡的搅动下生物膜大量脱落，导致水粘度增加、气泡直径增大、氧转移效率下降，这又进一步造成缺氧，如此形成恶性循环致使处理效果恶化。（4）在调试运行初期，发生这种现象时一般是增大供气量以提高供氧能力来消除缺氧，结果由于气泡搅动强度增大，造成了更大范围的生物膜脱落、水粘度更大、氧转移效率更低，非但没能提高供氧能力反而使情况更糟。正确的处理措施应是减小曝气量，待脱落的生物膜随水流流出后再逐渐增加曝气量使溶解氧浓度恢复到原有水平，若水温适宜则2～3d后生物膜就可恢复正常。因此当采用此工艺处理啤酒废水时要遵循下列要求：①采用水解酸化作为预处理工序时应考虑悬浮物去除措施。②采用推流式生物接触氧化池时，为避免前端有机物负荷过高可采用多点进水。③应严格控制溶解氧浓度，供氧不足会造成生物膜大范围脱落，导致运行失败。5．内循环UASB反应器＋氧化沟工艺处理啤酒废水此工艺采用厌氧和好氧相串联的方式，厌氧采用内循环UASB技术，好氧处理用地有一处狭长形池塘，为了降低土建费用，因地制宜，采用氧化沟工艺。本处理工艺的关键设备是UASB反应器。该反应器是利用厌氧微生物降解废水中的有机物，其主体分为配水系统，反应区，气、液、固三相分离系统，沼气收集系统四个部分。厌氧微生物对水质的要求不象好氧微生物那么宽，最佳pH为6.5－7.8，最佳温度为35℃－40℃ [2]，而本工程的啤酒废水水质超出了这个范围。这就要求废水进入UASB反应器之前必需进行酸度和温度的调节。这无形中增加了电器。仪表专业的设备投资和设计难度。内循环UASB技术是在普通UASB技术的基础上增加一套内循环系统，它包括回流水池及回流水泵。UASB反应器的出水水质一般都比较稳定，在回流系统的作用下重新回到配水系统。这样一来能提高UASB反应器对进水水温、pH值和COD浓度的适应能力，只需在UASB反应器进水前对其pH和温度做一粗调即可。UASB反应器采用环状穿孔管配水，通过三相分离器出水，并在三相分离器的上方增加侧向流絮凝反应沉淀器，它由玻璃钢板成60°安装而成，能在最大程度上截留三相分离出水中的颗粒污泥。此处理工艺主要有以下特点：①实践证明，采用内循环UASB反应器＋氧化沟工艺处理啤酒废水是可行的，其运行结果表明COD总去除率高达95％以上。②由于采用的是内循环UASB反应器和氧化沟工艺串联组合的方式，可根据啤酒生产的季节性、水质和水量的情况调整UASB反应器或氧化询处理运行组合，以便进一步降低运行费用。6．UASB+SBR法处理啤酒废水本处理工艺主要包括EGSB反应器和CASS反应器。将EGSB和CASS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EGSB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。并且EGSB池正常运行后，每天产生大量的沼气，将其回收作为热风炉的燃料，可供饲料烘干使用。EGSB去除COD达7500kg/d，以沼气产率为0.5m3/kgCOD计算，EGSB产气量为3500m3/d(甲烷含量为55%～65%)。沼气的热值约为22680kJ/m3，煤的热值为21000kJ/t计算，则1m3沼气的热值相当于1kg原煤，这样可节煤约4t/d左右，年收益约为39.6万元。EGSB+CASS法处理工艺与水解酸化+SBR处理工艺相比有以下优点：（1）“EGSB+CASS”工艺合理,实用性强。本工艺的核心为好氧池，整个工艺经历缺氧、好氧过程，能有效控制丝状菌的生长，防止污泥膨胀，有效去除氨氮；因反应前、中期水中有机物浓度高，微生物处于对数生长，处理速度快，氧利用率高，从而降低了能耗；同时，工艺调节灵活，进水、曝气、沉淀、排水时间可根据实际情况调节易于操作。适合不同规模的啤酒企业使用。(2)处理流程简单,安装操作及维修很方便。待处理污水经汇集后，泵入EGSB反应器，其流速、进水量按设定工艺参数控制，污无需搅拌设备，后污水自然升流至CASS池，间歇式曝气沉淀后排放，工艺过程简单。构筑物EGSB反应器中沉池、CASS池为半地下式的钢混结构，曝气装置（除曝气头外）可现场制作，安装制作简单，操作控制灵活，可自控也可手动，维修保养也很方便。（3）投资费用低，比国外同类型设备价格低60%。（4）处理能力大，处理效果好。EGSB反应器因反应区聚积大量厌氧颗粒污泥，废水与之接触充分反应速度快，可降解水中80%以上的COD。反应器顶部设置三相分离器，能及时将处理过程中形成的固、液、气分离，促进反应进程。CASS池集进水、曝气、沉淀、排水于一体，扩大了反应池的功能，不仅提高了处理速度而且处理效果明显。该池可降解90%以上的COD和BOD。（5）工艺成熟稳定，耐冲击负荷，水质和水量的波动对出水影响小，工艺自动化程度较高，运行管理和维修方便，劳动定员少。3　讨论(1)实践证明,厌氧-好氧串联工艺在啤酒处理工艺中具有优势, 是我国啤酒废水治理工艺采用或整改的方向。同时对啤酒废水采用清浊分流,高浓度废水采用厌氧(如UASB)工艺预处理后与低浓度废水混合进入好氧处理系统,更易达到环境效益与经济效益的统一。(2)在条件允许的情况下,尽可能选用先进的污水治理技术。同时要充分考虑到工艺、设备、资金、场地、人员素质,所处地理环境及气候条件等因素,灵活选择适宜自己厂家特点的技术方法。(3)对啤酒企业来说,不仅要重视废水处理工艺技术本身,而且要对处理设施的运行管理引起足够的重视。先进科学的管理也可以作为一种技术作用于工艺本身,使其发挥出应有的作用。方案论证酸化—SBR法处理啤酒废水 此方法主要处理设备是酸化柱和SBR反应器。这种方法在处理啤酒废水时，在厌氧反应中，放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段，将反应控制在酸化阶段，这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点：（1）由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速，故水解池体积小；（2）不需要收集产生的沼气，简化了构造，降低了造价，便于维护，易于放大；（3）对于污泥的降解功能完全和消化池一样，产生的剩余污泥量少。同时，经水解反应后溶解性COD比例大幅度增加，有利于微生物对基质的摄取，在微生物的代谢过程中减少了一个重要环节，这将加速有机物的降解，为后续生物处理创造更为有利的条件。（4）酸化—SBR法处理高浓度啤酒废水效果比较理想，去除率均在94%以上，最高达99%以上。要想使此方法在处理啤酒废水达到理想的效果时运行环境要达到下列要求：（1）酸化—SBR法处理中高浓度啤酒废废水，酸化至关重要，它具有两个方面的作用，其一是对废水的有机成分进行改性，提高废水的可生化性；其二是对有机物中易降解的污染物有不可忽视的去除作用。酸化效果的好坏直接影响SBR反应器的处理效果，有机物去除主要集中在SBR反应器中。（2）酸化—SBR法处理啤酒废水受进水碱度和反应温度的影响，最佳温度是24℃，最佳碱度范围是500～750mg/L。视原水水质情况，如碱度不足，采取预调碱度方法进行本工艺处理；若温度差别不大，运行参数可不做调整，若温度差别较大，视具体情况而定。2．UASB—好氧接触氧化工艺处理啤酒废水此处理工艺中主要处理设备是上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池，处理主要过程为：废水经过转鼓过滤机，转鼓过滤机对SS的去除率达10%以上，随着麦壳类有机物的去除，废水中的有机物浓度也有所降低。调节池既有调节水质、水量的作用，还由于废水在池中的停留时间较长而有沉淀和厌氧发酵作用。由于增加了厌氧处理单元，该工艺的处理效果非常好。上流式厌氧污泥床能耗低、运行稳定、出水水质好，有效地降低了好氧生化单元的处理负荷和运行能耗(因为好氧处理单元的能耗直接和处理负荷成正比)。好氧处理(包括好氧生物接触氧化池和斜板沉淀池)对废水中SS和COD均有较高的去除率，这是因为废水经过厌氧处理后仍含有许多易生物降解的有机物。该工艺处理效果好、操作简单、稳定性高。上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池相串联的啤酒废水处理工艺具有处理效率高、运行稳定、 能耗低、容易调试和易于每年的重新启动等特点。只要投加占厌氧池体积1/3的厌氧污泥菌种，就能够保证污泥菌种的平稳增长，经过3个月的调试UASB即可达到满负荷运行。整个工艺对COD的去除率达96.6%，对悬浮物的去除率达97.3%～98%，该工艺非常适合在啤酒废水处理中推广应用。3.新型接触氧化法处理啤酒废水此方法处理过程为：废水首先通过微滤机去除大部分悬浮物，出水进入调节池，然后中提升泵打入VTBR反应器中进行生化处理，通过风机强制供风使废水与填料接触，维持生化反应的需氧量，VTBR反应器出水进入沉淀器，去除一部分脱落的生物膜以减轻气浮设备的处理负荷，之后流人气浮设备去除剩余的生物膜，污泥及浮渣送往污泥池浓缩后脱水。该处理工艺有以下主要特点：①VTBR反应器由废旧酒精罐改造而成，节省了投资。与钢筋混凝土结构相比，具有一次性投资低，运行稳定，处理效果好等特点。②冬季运行时，在VTBR反应器外部加了一层保温材料，使罐中始终保持较高的温度，提高了生物的活性。③因VTBR反应器高达10m左右，水深大，所选用风机为高压风机，风压为98kPa，N＝75kw，耗电量大。4．生物接触氧化法处理啤酒废水该工艺采用水解酸化作为生物接触氧化的预处理，水解酸化菌通过新陈代谢将水中的固体物质水解为溶解性物质，将大分子有机物降解为小分子有机物。水解酸化不仅能去除部分有机污染物，而且提高了废水的可生化性，有益于后续的好氧生物接触氧化处理。该工艺在处理方法、工艺组合及参数选择上是比较合理的，充分利用各工序的优势将污染物质转化、去除。然而，如果由于某些构筑物的构造设计考虑不周会影响运行效果，致使出水水质不理想，使生物接触氧化池的出水(静沉30min的澄清液)COD为500～600mg/L，经混凝气浮处理后出水COD仍高达300mg/L，远高于排放要求(150mg/L)。但是此处理方法在设计和运行中回出现以下问题：（1）水解酸化池存在的问题主要是沉淀污泥不能及时排除。由于该废水中悬浮物浓度较高，因而池内污泥产量很大，而原工艺仅在水解酸化池前端设计了污泥斗，所以池子的后部很快就淤满了污泥。另外，随着微生物量的增加在软性生物填料的中间部位形成了污泥团，使得传质面积减小。针对污泥淤积情况，在水解酸化池前可增设一级混凝气浮以去除水中的悬浮物，经此改进后水解酸化池能长期、稳定、有效地运行，其出水COD也从1100～1200mg/L降至900～1000mg/L，收到了较好的效果。不过，增设混凝气浮增加了运行费用，而且气浮过程中溶入的O2还可能对水解酸化产生不利影响。因此，在设计采用水解酸化处理悬浮物浓度高的污水时，可增设污泥斗的数量以便及时排除沉淀污泥。此外，为防止填料表面形成污泥团应采用比表面积大、不结泥团的半软性填料。（2）如果废水中污染物浓度较高或前处理效果不理想，生物接触氧化池前端的有机物负荷较高，使得供氧相对不足，此时该处的生物膜呈灰白色，处于严重的缺氧状态，而池末端成熟的好氧生物膜呈琥珀黄色。同时，水中的生物活性抑制性物质浓度也较高，对微生物也有一定的抑制作用。这些因素使得生物接触氧化池没有发挥出应有的作用，处理效果不理想。鉴于此，可一采取阶段曝气措施即多点进水，污水沿池长多点流入生物接触氧化池以均分负荷，消除前端缺氧及抑制性物质浓度较高的不利影响。改为多点进水并经过一段时间的稳定运行后，生物接触氧化池的出水(30min的澄清液)COD为200～300mg/L。再经混凝气浮工序处理后最终出水COD＜150mg/L(一般在130mg/L)，达到了排放要求。（3）在调试运行过程中，生物接触氧化池中生物膜脱落、气泡直径变大(曝气方式为微孔曝气)、出水浑浊、处理效果恶化的现象时有发生。经研究、分析、验证发现这是由于负荷波动或操作不当造成溶解氧不足而引起的。溶解氧不足使得生物膜由好氧状态转变为厌氧状态，其附着力下降，在空气气泡的搅动下生物膜大量脱落，导致水粘度增加、气泡直径增大、氧转移效率下降，这又进一步造成缺氧，如此形成恶性循环致使处理效果恶化。 （4）在调试运行初期，发生这种现象时一般是增大供气量以提高供氧能力来消除缺氧，结果由于气泡搅动强度增大，造成了更大范围的生物膜脱落、水粘度更大、氧转移效率更低，非但没能提高供氧能力反而使情况更糟。正确的处理措施应是减小曝气量，待脱落的生物膜随水流流出后再逐渐增加曝气量使溶解氧浓度恢复到原有水平，若水温适宜则2～3d后生物膜就可恢复正常。因此当采用此工艺处理啤酒废水时要遵循下列要求：①采用水解酸化作为预处理工序时应考虑悬浮物去除措施。②采用推流式生物接触氧化池时，为避免前端有机物负荷过高可采用多点进水。③应严格控制溶解氧浓度，供氧不足会造成生物膜大范围脱落，导致运行失败。5．内循环UASB反应器＋氧化沟工艺处理啤酒废水此工艺采用厌氧和好氧相串联的方式，厌氧采用内循环UASB技术，好氧处理用地有一处狭长形池塘，为了降低土建费用，因地制宜，采用氧化沟工艺。本处理工艺的关键设备是UASB反应器。该反应器是利用厌氧微生物降解废水中的有机物，其主体分为配水系统，反应区，气、液、固三相分离系统，沼气收集系统四个部分。厌氧微生物对水质的要求不象好氧微生物那么宽，最佳pH为6.5－7.8，最佳温度为35℃－40℃[2]，而本工程的啤酒废水水质超出了这个范围。这就要求废水进入UASB反应器之前必需进行酸度和温度的调节。这无形中增加了电器。仪表专业的设备投资和设计难度。内循环UASB技术是在普通UASB技术的基础上增加一套内循环系统，它包括回流水池及回流水泵。UASB反应器的出水水质一般都比较稳定，在回流系统的作用下重新回到配水系统。这样一来能提高UASB反应器对进水水温、pH值和COD浓度的适应能力，只需在UASB反应器进水前对其pH和温度做一粗调即可。UASB反应器采用环状穿孔管配水，通过三相分离器出水，并在三相分离器的上方增加侧向流絮凝反应沉淀器，它由玻璃钢板成60°安装而成，能在最大程度上截留三相分离出水中的颗粒污泥。此处理工艺主要有以下特点：①实践证明，采用内循环UASB反应器＋氧化沟工艺处理啤酒废水是可行的，其运行结果表明COD总去除率高达95％以上。②由于采用的是内循环UASB反应器和氧化沟工艺串联组合的方式，可根据啤酒生产的季节性、水质和水量的情况调整UASB反应器或氧化询处理运行组合，以便进一步降低运行费用。6．UASB+SBR法处理啤酒废水本处理工艺主要包括EGSB反应器和CASS反应器。将EGSB和CASS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EGSB 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。并且EGSB池正常运行后，每天产生大量的沼气，将其回收作为热风炉的燃料，可供饲料烘干使用。EGSB去除COD达7500kg/d，以沼气产率为0.5m3/kgCOD计算，EGSB产气量为3500m3/d(甲烷含量为55%～65%)。沼气的热值约为22680kJ/m3，煤的热值为21000kJ/t计算，则1m3沼气的热值相当于1kg原煤，这样可节煤约4t/d左右，年收益约为39.6万元。EGSB+CASS法处理工艺与水解酸化+SBR处理工艺相比有以下优点：（1）“EGSB+CASS”工艺合理,实用性强。本工艺的核心为好氧池，整个工艺经历缺氧、好氧过程，能有效控制丝状菌的生长，防止污泥膨胀，有效去除氨氮；因反应前、中期水中有机物浓度高，微生物处于对数生长，处理速度快，氧利用率高，从而降低了能耗；同时，工艺调节灵活，进水、曝气、沉淀、排水时间可根据实际情况调节易于操作。适合不同规模的啤酒企业使用。(2)处理流程简单,安装操作及维修很方便。待处理污水经汇集后，泵入EGSB反应器，其流速、进水量按设定工艺参数控制，污无需搅拌设备，后污水自然升流至CASS池，间歇式曝气沉淀后排放，工艺过程简单。构筑物EGSB反应器中沉池、CASS池为半地下式的钢混结构，曝气装置（除曝气头外）可现场制作，安装制作简单，操作控制灵活，可自控也可手动，维修保养也很方便。（3）投资费用低，比国外同类型设备价格低60%。（4）处理能力大，处理效果好。EGSB反应器因反应区聚积大量厌氧颗粒污泥，废水与之接触充分反应速度快，可降解水中80%以上的COD。反应器顶部设置三相分离器，能及时将处理过程中形成的固、液、气分离，促进反应进程。CASS池集进水、曝气、沉淀、排水于一体，扩大了反应池的功能，不仅提高了处理速度而且处理效果明显。该池可降解90%以上的COD和BOD。（5）工艺成熟稳定，耐冲击负荷，水质和水量的波动对出水影响小，工艺自动化程度较高，运行管理和维修方便，劳动定员少。本设计的方案确定研究表明，EGSB+CASS法成功处理高浓度啤酒废水的关键是培养出沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。颗粒污泥的形成时厌氧细菌群不断繁殖，积累结果，较多的污泥负荷有利于细菌获得充足的营养基质，故对颗粒污泥的形成和发展具有决定性的促进作用；适当高的水利负荷将长生污泥的水利筛选，淘汰沉降性能差的絮体污泥而留下沉降性能好的污泥同时产生剪切力，使污泥不对流旋转，有利于丝状菌相互缠绕成球。此外，一定的进水碱度也是颗粒污泥形成的必要条件，因为厌氧生物的生长要求适当高的碱度，例如：产甲烷细菌生长的最适宜PH值为6.8～7.2。一定的碱度既能维持细菌生长所需的PH值，又能保证足够的平衡缓冲能力。由于啤酒废水的碱度一般为500～800mgL-1（以CaCO3计），碱度不足，所以需投加姑爷碳酸钠或氧化钙加以补充。应该指出，啤酒废水中的乙醇是一种有效的颗粒化促进剂，它为UASB的成功运行提供了有利的条件。总之，EGSB+CASS法具有效能高，处理费用低，电耗省，投资少，占地面积小等一系列优点，很适用于高浓度啤酒废水的治理。其不足之处是工艺先进,因此对管理人员的素质要求较高。 设计说明书设计资料1.1设计题目：荆门金龙泉啤酒厂污水处理工艺设计1.2设计任务设计荆门市金龙泉啤酒厂污水处理厂一座，要求对此厂的污水进行处理，使其出水水质达到国家一级排放标准。1.3设计依据：设计任务书1.4设计资料1.4.1处理厂地理位置：荆门市位于湖北省的中部，地处鄂西北山区向江汉平原过渡地带，介于孝感、宜昌、荆州、襄樊、随州5市，东连孝感下汉沪，与应城接壤，距武汉217公里；南接荆州通湘粤，距荆州市80公里；西接宜昌接渝蜀，距襄樊111公里。东西最大横距155公里，南北最大纵距131公里，全市面积12404公里。啤酒厂在荆门市城区。1.4.2荆门地貌：东、西、北三面高，中、南部低，形成低山.丘岗和平原兼具地势。荆门中心城区地处秦岭分支荆山山脉余脉东南端是由低山型向丘陵平原型过去的地段，地势西北高，东南低，坡降较大。1.4.3设计水量3000吨/天。1.4.4进水水质和出水排放标准及污水处理程度水质指标pH值COD/(mg/L)SS/(mg/L)TN/(mg/L)TP/(mg/L)进水水质5-102500160020003510排放标准6-9≤100≤30≤70≤15≤0.5去除率%98.69998.59899.91.4.5水出处：排于城市下水道。1.4.6厂址地形：位于荆门市边缘地带，地势相对平坦。1.5气象资料 荆门市属于亚热带季风气候，一年四季分明，冬冷夏热，春秋两季气候温和，降水充分。温度：多年平均气温15.9℃。极端最高气温40.0℃,极端最低气温-14℃，最大温差26℃。降雨量：年降雨量972.2mm,年最大降雨量1510.0mm，年最小降雨量652.4mm。日照：平均日照率65%，年平均日照时间2008h，冬日照率56.7%，夏季照率66.0%。风速：平均风速2.8m/s，最大风速20.7m/s。春季风速最大，夏季风速最小。2.采用的主要规范和标准1.《室外排水设计规范》（GBJ14-87）2.《地表水环境质量标准》(GHZBI-1999)3.《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999）4.《泵站设计规范》（GB/T50265-97）5.《厂矿道路设计规范》（GBJ22-87）6.《污水综合排放标准》（GB8978-1996）7.《给水排水制图标准》（GBJ106-87）3.工程设计3.1设计内容及规模设计内容：设计荆门市啤酒废水处理厂一座。设计规模：3000吨/天。3.2工艺流程3.2.1主流程：功能简介：污水先经过格栅，出去污水中体积较大的悬浮物和漂浮物，防止后续污水处理构筑物管道、阀门和水泵机堵塞，再经过集水井，由潜污泵打入调节沉淀池调节PH，再由提升泵打到EGSB反应器进行厌氧处理，接着到竖流式沉淀池沉淀较大颗粒，再由提升泵打到CASS池进行好氧处理，再CASS池中有机物被降解，氮磷也得到很好的去除，最后出水经过紫外线消毒房消毒，经稳定后排入下水道。3.2.2辅流程：功能简介：经过CASS池后的污泥通过污泥泵进入污泥池，再经过污泥浓缩脱水间，污泥经过处理后运出厂进行农用或填埋。3.2.3各构筑物工艺简介①格栅工艺流程：功能简述：格栅是污水处理的第一道处理设施，用以截留较大的悬浮物或漂浮物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。②进水泵房工艺流程：功能简述：本设计进水泵房按3000吨/日设计。选择在集水井内放置潜水泵的提升形式，潜水泵3台（2用1备），单机流量125m3/h。③调节沉淀池 工艺流程：功能简述：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。调节池还可用来均衡调节污水水质、水温的变化，降低对生物处理设施的冲击，为使调节池出水水质均匀，防止污染物沉淀，调节池内宜设置搅拌、混合装置。④EGSB反应器工艺流程：功能简述：对污水进行厌氧处理，来降低BOD，COD。⑤竖流式沉淀池工艺流程：功能简述：进一步去除污水中悬浮物和漂浮物。⑥CASS反应池工艺流程：功能简述：降低BOD，COD，悬浮物浓度，并脱氮除磷，使出水达到排放标准。⑦鼓风机房和曝气系统工艺流程：功能简述：鼓风机房内安置2台75KW鼓风机，为CASS反应池内微孔曝气服务。⑧污泥泵房工艺流程：功能简述：将一定数量的活性污泥回流到生化系统以维持生化系统活性污泥的浓度，保证其生化反应能力，同时将禅僧的剩余污泥提升至污泥后续处理系统。6主要附属设备材料表6.1集水井附属设备根据流量Q=125m3/h,扬程H=15.8m拟选用150WLI170-16.5型立式污水泵，每台水泵的流量为Q=170m3/h，扬程为H=16.5m，选择此泵比较合适。选择集水池与机器间合建的圆形水泵站，考虑选用3台水泵，其中一台备用。其工作参数如表3.2。表3.2:150WLI170-16.5型立式污水泵工作参数流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）功率（kw）电压(v)17016.520002.23806.2EGSB附属设备 设备名称型号技术参数数量备注布水管DN150每根长7.2m16根选用具有抗腐蚀的材料进水管DN200长15m2根选用具有抗腐蚀的材料三相分离器材料400㎡选用玻璃钢三通头14个选用具有抗腐蚀的材料等径弯头4个选用具有抗腐蚀的材料密封盖200㎡合金钢沼气收集管DN100若干合金钢沼气压力计一个电子器具6.4CASS附属设备设备名称型号技术参数数量备注滗水器BSF20滗水速度200m3/h2台合金自动化系统一套包含计算机2台回流泵50QW20-22A功率3kw流量28.9m3/h2台鼓风机Y200L1-2提供气体量15m3/min,功率为30kw3台一台备用，供气支管DN100长6m46根供气管DN150长30m2根供气总管DN2001根阀门DN2002个暴气头506个三通头变形管44个弯头变形管4个穿墙套DN15023个水位监测器2个搅拌器每台功率1kw2台6.5脱泥车间附属设备设备名称型号技术参数数量备注污泥泵100QW功率7.5kw2台一台备用污泥浓缩脱水机NYTJ500体积m32.9×0.96×2.68一台同时具备污泥浓缩和压榨功能 设计计算书3.1.1废水水质水量某啤酒厂废水水质情况如下废水流量为Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s表1设计水质水量和排放标准水质指标pH值COD/(mg/L)SS/(mg/L)TN/(mg/L)TP/(mg/L)进水水质5-102500160020003510排放标准6-9≤100≤30≤70≤15≤0.5去除率%98.69998.53.2中格栅的设计与计算表2格栅计算公式名称计算公式内容说明栅槽宽度—栅槽宽度，m，应保证栅前槽内流速不小于0.5m/s；—栅条宽度，m；—栅条间隙数，个；—栅条间距，m；—最大设计流量，m3/h；—隔栅倾角（∘），一般为45∘~75∘；—栅前水深，m；—过栅流速，m/s过栅水头损失—设计水头损失，m；—系数，隔栅受污物堵塞之后，水头损失增加倍数，一般取3；—计算水头损失，m； —重力加速度，m/s2；—阻力系数；—栅条断面形状系数；栅槽总高度—栅槽总高度，m；—栅前渠道超高，m，一般采用0.3m；栅槽总长度—栅槽总长度，m；—进水渠道渐宽部分的长度，m；—栅槽与出水渠道连接处渐窄部分的长度，m；—栅前渠道深，m；—进水渠道渐宽部分展开角，一般为20∘；—进水渠道宽，m每日栅渣量，—每日栅渣量，m3/d；—日设计量，m3/h；—栅渣量3.2.1设计参数：设计流量Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s栅前水深h=0.4m过栅流速v=0.6m/s栅条宽度S=0.02m格栅间隙e=10mm格栅倾角α=60°单位栅渣量ω1=0.05m3栅渣/103m3污水3.2.2．设计计算（1）栅条间隙数(取n=14)（2）栅槽有效宽度B=S（n-1）+en=0.02（14-1）+0.01×14=0.40m（3）进水渠道渐宽部分长度,设进水渠为=0.175 （其中α1为进水渠展开角）（4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（5）过栅水头损失（h1）因栅条边为矩形截面，取k=3，则其中ε=β（s/e）4/3h0：计算水头损失k：系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增加倍数，取k=3ε：阻力系数，与栅条断面形状有关，当为矩形断面时β=1.79（6）栅后槽总高度（H）取栅前渠道超高h2=0.3m，则栅前槽总高度H1=h+h2=0.4+0.3=0.7m栅后槽总高度H=h+h1+h2=0.4+0.216+0.3=0.916m（7）格栅总长度L=L1+L2+0.5+1.0+0.7/tanα=0.31+0.155+0.5+1.0+0.7/tan60°=2.369m图1格栅示意图3.2.3栅渣量计算取W1=0.05m3/103m3K2=1.5，每日的栅渣量为：＜0.2，故配备人工格栅。式中：Q-----------设计流量，m3/sW1----------栅渣量(m3/103m3污水)，取0.1～0.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值3.3集水井的设计与计算3.3.1设计计算①参数选取水力停留HRT=2h,集水井的有效深度h=4.5m,水面超高0.5m ②计算集水井的有效容积集水井高度H=4.5+0.5=5m集水井水面面积,取56集水井横截面积为L×B=8×7则集水井的尺寸为L×B×H=8×7×5集水井构造集水井内保证水流平稳，流态良好，不产生涡流和滞留，必要时可设置导流墙，水泵吸水管按集水池的中轴线对称布置，每台水泵在吸水时应不干扰其他水泵的工作，为保证水流平稳，其流速为0.3-0.8m/h为宜。③提升泵选取根据流量Q=125m3/h,扬程H=15.8m拟选用150WLI170-16.5型立式污水泵，每台水泵的流量为Q=170m3/h，扬程为H=16.5m，选择此泵比较合适。选择集水池与机器间合建的圆形水泵站，考虑选用3台水泵，其中一台备用。其工作参数如表3.2。表3.2:150WLI170-16.5型立式污水泵工作参数流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）功率（kw）电压(v)17016.520002.23803.4调节沉淀池的设计与计算3.4.1设计计算调节污水酸碱度，故在此之前设计一个酸罐和一个碱罐。①参数选取水力停留时间T=8h,Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s，采用机械刮泥除渣。②设计计算，见图23.4.2调节池的搅拌器使废水混合均匀，调节池下设潜水搅拌机，选型QJB7.5/6－640/3-303/c/s1台3.4.3药剂量的估算 设进水pH值为10，则废水中【OH-】=10-4mol/L,若废水中含有的碱性物质为NaOH,所以CNaOH=10-4×40=0.004g/L，废水中共有NaOH含量为3000×0.004=12kg/d，中和至7，则废水中【OH-】=10-7mol/L，此时CNaOH=10-7×40=0.4×10-5g/L，废水中NaOH含量为3000×0.4×10-5=0.012kg/d，则需中和的NaOH为12-0.012=11.988kg/d，采用投酸中和法，选用96%的工业硫酸，药剂能完全反应的加大系数取1.1，2NaOH+H2SO4→Na2SO4+H2O9811.988㎏14.6853㎏所以实际的硫酸用量为=16.8269kg/d。投加药剂时，将硫酸稀释到3%的浓度，经计量泵计量后投加到调节池，故投加酸溶液量为kg/d=23.371L/h加药控制系统，采用PH值自动监测仪控制加药量。池的有效容积V=QT=125×8=1000取池有效高度H=5.5m,其中超高0.5m,有效水深h=5m则池面积A=V/h=1000/5=200池长取L=25m,池宽取B=8m池子的总尺寸为L×B×H=25×8×5.5理论上每日的污泥量污泥斗尺寸取斗底尺寸为400×400，污泥斗倾角为50°则污泥斗的高度每个污泥斗的容积设计3个污泥斗，则污泥斗总容积故符合设计要求，采用机械泵吸泥进水布置进水起段两侧设进水堰，堰长为迟长的2/3。项目CODBOD5SSTNTP进水水质/（mg/L）250016005003510去除率/%10106000出水水质/（mg/L）2250144020035103.5EGSB反应器的设计与计算表3EGSB反应器计算公式名称计算公式内容说明反应器有效容积/m3——进水COD浓度，mg/L；——反应器容积负荷，kgCOD/(m3·d) 反应器面积/m2—反应器有效容积，m3；—反应器有效高度，m；反应器总容积/m3——反应器总高，m；——反应器超高，m；——反应器面积，m2；反应器直径/m——反应器面积，m2；导流筒的宽度/m——导流筒高度，m；——导流筒斜面与水平夹角，°；导流筒长度/m，同上导流筒面积/m2同上气泡上升速度/（m/h）——碰撞系数——水流的密度，g/cm3——沼气密度，g/cm3——气泡直径，cm，——净水粘度，g/(cm·s)配水管尺寸/mm——进入反应器的总流量，m3/h——管内流速，m/s污泥产量/(m3/d)——湿污泥产量，kgSS/d所需加热或冷却介质的流量—加热或冷却介质的流量，m3/h；—分别为加热或冷却介质及被加热或冷却废水在进入或流出换热器时的温度差； —废水的密度，kg/m3，可取为1000kg/m3；—加热或冷却介质的密度，对于水，。换热器的换热面积/(kJ/h)或——换热器传递的总热量，kJ/h——换热器面积，m2；——换热器间隔两边的总传热系数，W/(m2·K)；——加热水与被加热的废水温度的对数平均数加热水与被加热的废水温度的对数平均数/℃，——废水在进入和流出换热器时的浓度，℃；，——加热介质在进入和流出换热器时的温度，℃；3.5.1罐体尺寸 设计罐体为圆形设计进水流量：Q=125m3/h停留时间：tHRT=5hEGSB反应器容积负荷：NV=14.4kgCOD/(m3·d)=0.6kgCOD/(m3·h)有效容积：V有效==468.75(m3)，式中：Q-------------设计流量，m3/sS0-------------进水COD含量,mg/lNv-------------容积负荷,kgCOD/(m3·d)取反应器有效高度：h=10m反应器面积：A=，采用4座相同EGSB反应器则每个反应器的面积A1=A/4=11.72反应器直径：d=取D=4m横截面积A2=取反应器总高H＇=12.5m，其中超高为0.5m反应器总容积V＇=46.875(H＇－0.5)=46.875×12=562.5(m3)EGSB反应器的体积有效系数：。3.5.2反应器的升流速度上升流速:。3.5.3三相分离器EGSB反应器的三相分离器结构如图示。 沉淀区设计沉淀区的表面负荷率为。回流缝设计上、下三角形导流筒斜面与水平夹角为θ=60°，取保护高h1=0.5m，上导流筒距顶水面h2=0.7m，取下导流筒高h3=0.6m。下导流筒的宽度b3=；下导流筒的长度l3=。设下导流筒距器壁a1=0.05(m)，则下导流筒直径为：d3=d－2×(a1＋b3)=3.86－2×(0.05＋0.35)=3.06(m)下导流筒面积为：A1=水流经下导流筒的上升流速为：设上流筒高h4=0.4m，则上导流筒的宽度b4=；上导流筒的长度l4=。设上、下导流筒间距为a2=0.05m；重叠长度为m=0.1m，则重叠水平宽度为：m＇=m×cosθ=0.1×cos60°=0.05(m)；重叠垂直高度为：h＇=m×sinθ=0.1×sin60°=0.087(m)；上导流筒直径为：d4=d3－2×(b4－m＇)=3.06－2×(0.23－0.05)=2.7(m)；上导流筒面积为：A2=；水流经上导流筒的上升流速为：ν2=。以A2为控制断面，颗粒污泥ν1<ν2，满足要求，具有较好的固液分离要求。三相分离区总高度：h=h2＋h3＋h4＋h5－h＇＝0.7＋0.6＋0.4＋0.3－0.173＝1.827(m)。EGSB总高H=12.5m，其中超高为0.5m，沉淀区高为2m，污泥床高位4m，悬浮区高为6m。(3)校核气液分离假设围绕气泡的水流成层流状态，即Re<1，气泡直径dg=0.015cm，在常温(35℃)下，取水流密度ρ1=1.03g/cm3，沼气密度ρg=1.15×10-3g/cm3，液体的运动黏滞系数ν=0.0101cm2/s(按净水值取)，碰撞系数β=0.95。净水黏度为μ=0.0101×1.03=0.0104g/(cm·s)，由于废水μ一般比净水的大，可取废水的μ=0.02g/(cm·s)，则气泡上升速度为：νb＝ ＝0.599(cm/s)＝21.57(m/h)校核水流状态：Re＝属于层流状态，符合要求。因此，ν1<νb，可以脱除直径等于或大于0.015cm的气泡。3.5.4配水系统设计采用大阻力配水系统，4个布水点，均匀分布在池底，进水口距池底0.3m，进水负荷为2.1m3/个布水口。取u1=0.5m/s、u2=0.8m/s、u3=1.0m/s、u4(出孔口)=3.0m/s，则Q＇＝125/4＝31.25m3/h。，取150mm；，取90mm；，取60mm；,取30mm。3.5.5出水系统设计出水堰与沉淀池出水装置相同，即汇水槽上加设三角堰，采用正三角形出水堰。设计堰上水头Hw=3cm,三角堰角度θ=60°。由于堰上水头和过流堰宽B之间的关系为，则B=2×3×tan30°=3.46(cm)。设计三角堰宽为10cm，流量系数Cd取0.62，则单堰过堰流量为：q＝。反应池应该布置的三角堰总数为：N＝，取N为67个。出水堰总长l＝10×67＝670(cm)＝6.7(m)；设出水堰宽为0.2m，高为0.5m，距上导流筒0.1m。总周长L＝πd＝π×(3.86－0.2×2)＝10.86(m)。出水堰总长小于总周长，满足要求。由于出水堰总长小于总周长，因此，需间隔布置出水堰，两个出水堰堰顶间距B＇＝，取7cm。3.5.6排泥系统设计(1)产泥量计算厌氧生物处理污泥产量取为X=0.1kgVSS/kgCOD；流量Q=3000m3/d；进水COD浓度C0=2250mg/L=2.25kg/m3，COD去除率E=85%。则反应器总产泥量:GVSS=rQC0E=0.1×3000×2.25×0.85=573.75(kgVSS/d)。取，GSS=；污泥含水率为98%，因含水率>95%，取ρs=1000kg/m3。则污泥产量为Qs=。 (2)排泥系统设计在反应器底部距底部200mm处设置一个排泥口，排空时由污泥泵从排泥管强制排放。反应器每天排泥一次，由污泥泵抽入污泥浓缩池中。反应池排泥管选钢管，D=100mm，该管每次排泥2h。排泥速度为：设计充满度为0.6，ν=。3.5.7产气量计算流量Q=3000m3/d；进水COD，C0=2250mg/L；出水CODCe=337.5mg/L。则产气量为：V沼气(标准)＝0.35[Q(C0－Ce)－1.42YQ(C0－Ce)]×10-3＝0.35×[3000×(2250－337.5)－1.42×0.04×3000×(2250－337.5)]×10-3＝1894.07(m3/d)取CH4占沼气体积的51%，则沼气体积(标准状态)为：。由上述计算可知该处理站日产沼气，则沼气柜容积应为3h产气量的体积确定，即。设计选用300钢板水槽内导轨湿式储气柜，尺寸为φ7000㎜×H6000㎜。项目CODBOD5SSTNTP进水水质/（mg/L）225014402003510去除率/%858504020出水水质/（mg/L）337.51712002183.6沉淀池的设计本系统中沉淀池采用竖流式沉淀池。其设计计算公式如下：名称公式符号说明1.中心管面积—中心管面积(m2)—每池最大设计流量(m3/s)—中心管内流速(m/s)—中心管直径(m)—污水由中心管喇叭口与反射板之间的缝隙流出速度(m/s)—中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度(m) —喇叭口直径(m)—沉淀部分有效断面积(m2)—沉淀池直径(m)—沉淀部分有效水深(m)—污水在沉淀池中流速(m/s)—沉淀时间(h)—沉淀部分所需总容积(m3)—每人每日污泥量(L/人·d)，一般采用0.3~0.8—设计人口数(人)—两次清除污泥相隔时间(d)—进水悬浮物SS浓度(t/m3)—出水悬浮物SS浓度(t/m3)—生活污水流量总变化系数—污泥密度(t/m3)约为1—污泥含水率(%)—圆锥部分容积(m3)—沉淀池总高度(m)—超高(m)—缓冲层高(m)—污泥室圆截锥部分的高度(m)—圆截锥上部半径(m)—圆截锥下部半径(m)2.中心管直径3.中心管喇叭口与反射板之间的缝隙高度4.沉淀部分有效断面积5.沉淀池直径6.沉淀部分有效水深7.沉淀部分所需总容积8.圆截锥部分容积9.沉淀池总高度3.6.1设计要求及参数 一般选用圆形或正方形，在这里采用圆形，一般直径为4~7m(≤10m)。沉淀区呈圆柱体，污泥斗为截头倒锥体。污泥管直径一般200mm。中心管内流速v0≤30mm/s，末端喇叭口及反射板见图。v1≤40mm/s，径深比D/h2≤3；h3取0.25～0.5m；废水在沉淀区的上升流速为0.5~1.0mm/s，取0.5mm/s；沉淀时间t=1.0～1.5h，取1h；污泥斗倾解为45°~60°，取45°参数选择：设计流量为；Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s缓冲层高度h4=0.3m；超高h1=0.3m。设4个沉淀池，每个沉淀池的流量3.6.2设计计算1.中心管面积与直径取v0=30mm/s=0.03m/s直径2.缝隙高度取3.沉淀池总面积和池径沉淀部分有效断面积总面积池径，取5m4.沉淀池的有效沉淀高度，符合5.校核集水槽出水堰负荷集水槽每米出水堰负荷，小于2.9L/s符合要求6．每天污泥总产量(理论泥量)每个池子所需容积7．污泥斗高度(h5)取，截头直径为0.4m,取4m8．沉淀池总高度 9．校核污泥容积污泥斗容积项目CODBOD5SSTNTP进水水质/（mg/L）337.5171200218去除率/%10106000出水水质/（mg/L）303.75153.9802183.7CASS反应池的设计与计算本反应池中所涉及到的公式有：名称公式符号说明1．每池的周期处理水量Q—设计流量T—工作周期—反应池个数2.单池容积—排水比3.滗水高度HbHb=/AA—单池底面积4.滗水速率VbVb=/tbTb—滗水时间5.污泥沉降速率X—活性污泥浓度SVI—污泥指数，取130mg/L6.剩余污泥量WW=W1-W2+W37.剩余污泥量；—进出水悬浮物浓度mg/L—异样微生物增殖率，取0.5～0.6—不能水解悬浮物率，取0.5～0.6—温度修正系数，取1.11—异样微生物内源呼吸速率，取0.08—单池所存污泥总量—反应池总数—剩余污泥量—设计流量—进水量—高水位活性污泥浓度氧当量，取1.2-N氧当量，取4.6 ；—分别为进出水浓度，mg/L；—进出水剀氏氧浓度，mg/L—出水-N浓度，mg/LQ—每个反应池周期最大处理量m38.活性污泥浓度9.污泥负荷10.需氧量3.7.1设计参数Q=3000m3/d=125m3/h=0.035m3/s污泥龄,硝化和反硝化污泥龄污泥回流比R=20%有效深度H=5m有效容积V=4×500m33.7.2设计计算①剩余污泥量取本系统每天要求的除磷最高为3000×（6-0.5）×0.001=16.5。CASS工艺脱氮除磷系统的剩余污泥含磷量约可达到污泥干重5%，每天产生约590kg的污泥可除磷29.5kg/d左右，可满足除磷要求。②反应池尺寸计算生物反应池的总池数，反应池的工作周期T=4h（曝气2h,沉淀1h,排水和排泥1h）。每池的周期处理水量为，反应池的排水比按，则反应池容积则反应池有效容积V=20×5×5=500。单池所存污泥总量为,反应池高水位时的活性污泥浓度,反应池低水位时的活性污泥浓度。每池每周期的最大排水高度为，沉淀后的活性污泥浓度，沉淀后的污泥层厚度为。缓冲区高度,所以比较合适。污泥负荷（kg/kgMLSS·d）较合适， 每个池子的有效容积V=20×5×5=500，单个容积，总反应池的面积,理论要求生物选择区，厌氧区，主反应区的容积比1：5：30，最终确定预反应区的长宽为3m和17m,在预反应区中生物选择区的尺度L=0.5m,所以生物选择区的容积V=0.5×5×5=12.5，厌氧区的容积V=（3-0.5）×5×5=62.5主反应区的容积V=17×5×5=425。③滗水器的计算滗水速率Vb=/tb=550/1=550m3/h滗水高度Hb=/A=550/100=5m污泥沉降速率选用总装备部工程设计研究总院环保中心和北京四达水处理公司联合研制的旋转式滗水器。④污泥量及排泥系统假设污泥的汗水率为99.2%，则排泥量为,则每天需处理的污泥量为75。每周期单个池子污泥量为⑤回流污泥系统污泥的回流比R=20%，在主反应区的中部安装2台污泥泵（一用一备）。⑥需氧量计算则每个反应池的周期需氧量为30.45kg/d。⑦供气量计算在预反应区，设计采用大气扩散器，故采用SX-1型空气扩散器，敷设CASS池底，淹没深度4.5m，SX-1型空气扩散器的氧转移效率为。在主反应区，设计采用微孔曝气器，敷设CASS池底，淹没深度4.5m,YMB-2型膜片式微孔曝气器的氧转移效率为，这里取20%。查表可知，10℃，15℃时溶解氧的饱和度分别为,,空气扩散器出口处的绝对压力,在预反应区，氧转移效率为8%，空气离开曝气池时，氧的百分比为。曝气池溶解氧平均饱和度（按最不利温度条件计算）水温10℃时曝气池溶解氧平均饱和度10℃时脱氧消水充氧量为其中，，，T=15，每个CASS反应池预反应区供氧量在主反应区，氧转移效率，空气离开曝气池时，氧的百分比曝气池溶解氧平均饱和度水温10℃时曝气池溶解氧平均饱和度10℃时脱氧小水充氧量为每个CASS反应池预反应区供养量为故单个CASS反应池每周期供氧量为每分钟供氧量2.13+5.48=7.61 平均每立方污水供气量为去除每千克BOD5的供气量去除每千克BOD5的供氧量为⑧空气管计算鼓风机房出来的空气量供气干管，在相邻的两个CASS池的隔壁墙上设两根供气干管，为CASS池供气，每量个CASS反应池为一组，当一组CASS池处于曝气阶段时，另一组反应池处于沉淀，滗水阶段，反之亦然。则每周期每组CASS反应池需空气量为913.2×2=1826.4，即每小时需供氧量为1826.4，每分钟供氧量30.44。在预反应区，共设1条配气竖管，4个池子共设4条，为反应池预反应区供气，每条配气管安装SX-1扩散器10个，则全池共40个扩散器，每个扩散器服务面积5.1m2。在主反应区，共设10条配气竖管，4个池子共40条配气竖管，每条配气竖管安装YMB-2型膜片微孔曝气器15个，则每个池子150个微孔曝气器，全池600个，每个微孔曝气器服务面积0.57m2.项目CODBOD5SSTNTP进水水质/（mg/L）303.75153.980218去除率/%9090905090出水水质/（mg/L）30.37515.393010.50.83.7.3鼓风机房设计风压=设计水深+干、支管水头损失+微孔曝气头水头损失=5+1.0+0.6=6.6m总供气量G=65394m3/s选用D150-1.5型离心式水平进风鼓风机（2用1备），其流量为150m3/min，进口风压1atm,出口风压1.5atm,电机功率200kw。3.8污泥部分设计计算公式：名称公式符号说明1.浓缩池总面积——浓缩池总面积(m2)——污泥量(m3/d)——污泥固体浓度(g/L)——浓缩池污泥固体通量[kg/(m2·d)]2.单池面积——单池面积(m2)——浓缩池数量(个)3.浓缩池直径——浓缩池直径(m)4.浓缩池工作部分高度—浓缩池工作部分高(m)——设计浓缩时间(h) 5.浓缩池总高度——浓缩池总高(m)——超高(m)——缓冲层高度(m)6.浓缩后污泥体积——浓缩后污泥体(m3)——进泥浓度——出泥浓度3.8.1污泥来源啤酒污水处理过程中产生污泥来自以下几部分1调节沉淀池，Q1=90m3/d，含水率96%；2EGSB反应器，Q2=72m3/d，含水率98%；3竖流式沉淀池，Q3=72m3/d，含水率98%；4CASS反应池，Q4=75m3/d，含水率99%总污泥量：Q=90+72+72+75=309m3/d为了方便排泥及污泥重力浓缩的建设，在重力浓缩池前设置一集泥井，通过集泥井的高水位的控制来达到自流排泥，反应池的污泥可以你用自重流入。3.8.2集泥井参数选取：停留时间HRT=6h,设计总泥量Q=309m3/d采用圆形池子，池子的有效体积V=Q×HRT/24=309×6/24=77.25m3/h池子有效深度取4m,则池子面积A=19.31m2,则集泥井的直径D=4.96m,取5m,则实际面积A=20m2，水面超高0.3m,则实际高度为4.3m。3.8.3污泥重力浓缩池参数：固体负荷（固体同量）M一般为10～35kg/(m3·d),取M=30kg/(m3·d)， 浓缩时间T=24h,设计污泥量Q=309m3/d浓缩后污泥含水率96%浓缩后的污泥体积V1=208m3/d根据要求，浓缩池的设计横断面积应满足：A≥QC/M式中Q—入流污泥量，m3/dC—入流固体浓度，kg/m3入流固体浓度W1=Q1×1000×（1-96%）=3600kg/dW2=Q2×1000×（1-98%）=1440kg/dW3=Q3×1000×（1-98%）=1440kg/dW4=Q4×1000×（1-99%）=750kg/dC=7230/309=23.4kg/m3浓缩后污泥浓度C1=7230/208=34.8kg/m3①直径浓缩池的横断面A=QC/M=241kg/m3设计两座正方形污泥浓缩池，则每座边长为B=10.98m,取B=11m，则实际面积A=242kg/m3②高度停留时间，去HRT=24h有效高度h2=1.28m,取h2=1.5m超高h1=0.5m缓冲层高取h3=0.5m池壁高H1=h1+h2+h3=2.5m③污泥斗污泥斗下锥体边长取1m,高度取4m④总高度H=6.5m3.8.4贮泥池贮泥池设计为圆形设计参数：停留时间HRT=6h设计泥量Q=208m3/d贮泥池所需体积V=QHRT=52m3取高度H=4m，则D=3.84m，取4.0m，超高取0.5m，则贮泥池尺寸为D×H=4.0×4.53.8.5机械脱水间的设计计算污泥经浓缩后，尚有96%的含水率，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。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75～80%，处理能力为7～8m3/h,按每天工作8小时设计。 外形尺寸：长×宽×高=4500×1890×1860带式过滤脱水工艺流程见下图3.2：3.9加药间的设计3.9.1加药总量本设计采用常规的深度处理工艺，混凝时，聚合氯化铝(PAC)投加量一般在40~60mg/L，实际投料量：聚合氯化铝(PAC)约60mg/L，污泥脱水剂采用有机高分子絮凝剂(PAM)总投料1.5mg/L。聚合氯化铝(PAC)投料总质量有机高分子絮凝剂(PAM)投料总质量3.9.2化学药剂量溶液池的体积（1）聚合氯化铝(PAC)投料总体积（2）有机高分子絮凝剂(PAM)投料总体积量其中：—每天配制一次；—溶液浓度，PAC取15%，PAM取0.5%则：根据化学药剂量溶液池的体积，为了工程方面的制作方便，聚合氯化铝(PAC)溶液池和有机高分子絮凝剂(PAM)溶液池的容积做成一样大。即采用容积都为0.1m3的圆形加药池，有效高度0.8m，超高0.2m ，尺寸为φ0.2m×1.0m，置于一泵房二楼的地面上。由于加药系统是连续进行，为了保持加药的连续性，在此设置同等大小的溶药池以便一个池子的溶液用完时，换用另外池子的溶液。溶解池搅拌设备采用中心固定式平板将式搅拌机，浆直径：R=200(mm)，浆板深度：700(mm)，池顶高出地面0.3米，池底坡度采用2.5％。溶解池和溶液池的材料都采用钢筋混泥土，内壁衬以取乙烯板。3.9.3投药泵采用计量泵投加，选用三台BK2－2.5／10型计量泵，一台备用。性能如下：流量：6立方米／小时；扬程9米。3.10鼓风机房的设计3.10.1已知条件及设计参数1.调节池采用鼓风曝气系统,罗茨鼓风机供气,穿孔管曝气。设计曝气量，空气用量供气压力2.CASS中罗茨鼓风机的供气压力采用47.04kPa，选择2台风机曝气，一用一备，风机能力为：G=GS=419.3m3/h。总的供气量：3.10.2鼓风机的选择根据总的供气量及每个池子所需压力决定采用2台NSR125型多级离心式鼓风机，风机出口表压500Pa，进口容积流量10（m3/min），转速2970r/min，功率2.2kW，电压380V，一台使用一台备用。产品由章丘市三牛（罗茨鼓风机）机械有限公司制造。3.10.3鼓风机房的设计（1）便于现场观察风机的运行情况，在出风管路上安装必要的压力表，温度计，计量表；（2）根据NSR125型多级离心式鼓风机的基础，长×宽=2800mm×1350mm，每个鼓风的间距2m，则鼓风机房设置为长×宽=5000mm×10000mm。3.11紫外线消毒系统3.11.1设计说明通过紫外线的强烈照射，改变细菌，病毒和其他微生物细胞的遗传物质，使其失去遗传特性，达到消毒目的。3.11.2设计参数紫外消毒剂量是所有紫外线辐射强度和曝气时间的乘积光照接触时间10～100s消毒器中水流流速最好不小于0.3m/s3.11.3计算结果灯管数初步选用UV-4000PLUS紫外线消毒设备（加拿大TROJAN公司生产），每3800m3/d需2.5根灯管，故n=(3000/3800)×2.5=1.97,取2根。设备型号：UV4000PLUS出水水质要求TSS：10～100mg/L.VVT＞15%每根灯管功率：2800W，灯管清洗方式：在线机械加化学剂自动清洗4平面布置图4.1构筑物和建筑物主要设计参数 该啤酒厂废水处理工艺构筑物和建筑物及其技术参数详见下表，表中包括部分独立露天设置的设备。综合楼的功能包括办公与值班、化验、配电、控制机房。构筑物平面尺寸指平面外形尺寸。建筑物平面尺寸为轴线尺寸。表5构（建）筑物一览序号名称技术参数平面尺寸（m2）高度（m）备注1集水井HRT=2h3.14（圆）－6砖混2EGSB池HRT=5h15.6×14.410钢筋混凝土3CASS池HRT=4h27.8×13.25.5钢筋混凝土4鼓风机房75KW鼓风机2台5.0×2.0钢筋混凝土5污泥储存池存放一天污泥6.7（圆）4.5钢筋混凝土6污泥脱水机房压带拖泥机一台36.5×15.36.0钢筋混凝土4.2污水处理站平面布置4.2.1布置原则处理站构（建）筑物的布置应紧凑，节约用地和便于管理。池形的选择应考虑减少占地，利于构（建）筑物之间的协调；构（建）筑物单体数量除按计算要求计算外，亦应利于相互间的协调和总图的协调。构（建）筑物的布置除按工艺流程和进出水方向顺捷布置外，还应考虑与外界交通、气象、人居环境和发展规划的协调，做好功能划分和局部利用。构（建）筑物之间的间距应按交通、管道敷设、基础工程和运行管理需要考虑。管线布置尽量沿道路与构（建）筑物平行布置，便于施工与检修。做好建筑、道路、绿地与工艺构筑物的协调，做到即使生产运行安全方便，又使站区环境美观，向外界展现优美的形象。具体做好以下布置。污水调节池和污泥浓缩池应与办公区或厂前区分离；配电应靠近引入点或电耗大的构（建）筑物，并便于管理；沼气系统的安全要求较高，应远离明火或人流、物流繁忙区域；重力流管线应尽量避免迂回曲折。4.2.2管线设计污水管a.进水渠原污水沟上截流闸板的设置和进站控制闸板的设计由啤酒厂完成。b.出水管DN200铸铁管或陶瓷管，q17.4L/s,v0.9m/s,i0.006。c.超越管考虑运行故障或进水严重超过设计水量水质时废水的出路，在EGSB之前设置超越管，规格DN200铸铁管或陶瓷管，i0.006。d.溢流管浓缩池上清液及脱水机压滤水含微生物有机质0.5%～1.0%，需进一步处理，排入调节池。设置溢流管，DN200铸铁管，i0.004。②污泥管调节沉淀池、EGSB、CASS反应池污泥池均为零力排入集泥井，站区排泥管均选用DN200铸铁管，i0.02。集泥井至浓缩池，浓缩池排泥泵贮泥柜，贮泥柜至脱水机间均为压力输送污泥管。集泥井排泥管DN250，钢管，v0.9m/s。浓缩池排泥管，贮泥柜排泥管，DN150，钢管，v1.0m/s。③沼气管沼气管从EGSB至水封罐为DN100钢管，从水封罐向气水分离器及沼气柜为DN150，钢管，沼气管道逆坡向走管，i0.005。 ④给水管沿主干道设置供水干管200DN，镀锌钢管。引入污泥脱水机房供水支管DN50，镀锌钢管。引入办公综合楼泵房及各地均匀为DN32，镀锌钢管。⑤雨水外排依靠路边坡排向厂区主干道雨水管。⑥管道埋深a.压力管道在车行道之下，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。b.重力管道由设计计算决定，但不宜小于0.7m（车行道下）和0.5m（一般市区）。4.2.3平面布置特点平面布置特点：布置紧凑，构（建）筑物占地面积比例大。重点突出，运行及安全重点区域EGSB放于站前部，引起注意，但未靠近厂区主干道。美化环境，集水井、调节池侧面、污泥储存池设于站后部。5污泥处理站高程布置5.1布置原则尽可能利用地形坡度，使污水按处理流程在构筑物之间能自流，尽量减少提升次数和水泵所需扬程。协调好站区平面布置与各单体埋深，以免工程投资增大、施工困难和污水多次提升。注意污水流程和污泥流程的配合，尽量减少提升高度。协调好单体构造设计与各构筑物埋深，便于正常排放，又利检修排空。5.2高程布置结果参见附图。主要构筑物高程构筑物名称池底标高水面标高池顶标高集水井132.20137.2138.2EGSB138.20142.80143.30CASS137.20最低140.90最高142.20143.70污泥储存池138.20143.106人员编制及经营管理6.1人员编排由于CASS池目前已经拥有先进的自动化操作系统，操作管理十分方便.在运行时候，整个污水站的主要监测任务是化出水的COD和PH值，出水的COD和PH值。1.技术员兼站内总管1人，全天工作。2.每班2人值班，每天3班，污水处理水质监测1人，脱水车间1人。共计9人，在招聘人员时候要注意。由于水质分析工作简单，设备运行操作也容易熟练。因此，不需要全部要专业对口的，考虑到污水站的电器设备较多，且复杂，还有机械设备也繁多，出现问题需要有人检测，有必要招一个有电器维护背景专业的和一个有机械背景的人员。他们经过短期培训就可以上岗操作，当遇到设备问题时候，他们也能解决。没有必要专门人员维护，浪费人力物理。由于该工艺有沼气产生，因此需要对工作人员进行安全教育，同时制定相应的安全保护制度，明确责任。7工程概预算7.1直接投资费用：投资估算表 项目数量指标（元）费用(万元)备注站区面积2500m250/m212.5提升泵房20m2400/m20.8EGSB225m21200/m2274座CASS反应池400m3600/m3244座鼓风机房60m22000/m2121间脱水车间100m22000/m3201间管道及配件估取为30.01栋综合楼100m23000/m230EGSB附属设备估取为10.0CASS附属设备估取为30.0合计205.987.2间接费用：取直接费用的30%；间接费用=205.98×30%=61.79（万元）7.3第二部分费用：取直接费用的10%；第二部分费用=205.98×10%=20.60（万元）7.4工程预备费用=（第一部分费用+第二部分费用）×10%=（直接费用+间接费用+第二部分费用）×10%=（205.98+61.79+20.60）×10%=28.84（万元）7.5总投资总投资=第一部分费用+第二部分费用+工程预备费=205.98+61.79+20.60+28.84=317.21（万元）本指标为2004年指标，以每年10%的利率递增，所以折合总投资为：317.21×（1+0.1）3=422.21（万元）7.6年经营成本计算7.6.1动力费废水处理站日处理废水量为2600/d，工业电价为0.8元/kWh，则废水处理站动力费用为96万元。7.6.2药剂费处理每m3废水需加入聚丙烯酰胺0.005kg，聚合氯化铝0.03kg，他们的价格分别是：30元/kg，2.7元/kg，则药剂费为药剂费=365×3000×（0.005×30+0.003×2.7）=15（万元）7.6.3工资每个员工的年平均工资为10000元，则总工资为：10000×9=9（万元）7.6.4工资福利每个员工的福利每年为2000元，福利=2000×9=1.8（万元）7.6.5检修维护费约计总投资的10%：检修维护费=422.21×10%=42.22（万元）7.6.6其他费用设基建投资折旧费计入总投资的11% 年经营费=1+2+3+4+5+基建投资折旧费=210.64（万元）EGSB产气量为3500m3/d(甲烷含量为55%～65%)。沼气的热值约为22680kJ/m3，煤的热值为21000kJ/t计算，则1m3沼气的热值相当于1kg原煤，则每天节约约1.67吨原煤。年节约610吨，折合成资金18.3万。则整个污水站年总运行成本为216.4－18.3＝192.34（万元），每吨废水处理费用约为2.02元。结论通过以上流程处理，出水水质为：COD：30BOD：15SS：30基本达到国家废水排放标准。本次毕业设计,使我对工程设计的内容和步骤有了更进一步的了解，从大体上讲,本次设计达到了预期的效果,达到了作为本科毕业生所应符合的要求.这次毕业设计使我深深地认识到:工科毕业生做设计工作所要求的严谨性,对于工程二字的沉重性,我开始意识到工程二字要求我们对专业知识有很深地了解,在熟练掌握专业知识的基础上灵活运用.本次设计为某啤酒废水处理，是一个真实性课题,在重新熟悉课本和认真查阅资料的基础上，并结合设计任务书的要求,我对本设计啤酒废水处理的工艺流程提出了多种方案，在反复的比较下，最终确定了一个最优方案.在这个过程中,我逐渐懂得了如何运用专业性眼光去看待问题,分析问题和解决问题。在工艺流程确定后,就开始了对所选构筑物的设计计算,通过老师的指导和自己的计算,我对污水处理中所用到的一些构筑物有了更深的认识,在高程的计算中自己遇到了不少问题,但在老师的精心指导和自己的努力下,最终问题都一一得到解决,也使自己对污水处理流程有了一个清晰的认识.这次毕业设计是自己四年所学知识的一个综合应用,是一次难得的学习机会,使自己受益匪浅.在设计中,对一些计算机软件也是一次很好的学习机会,主要是CAD和Word的使用,在以前的基础上,能够更加熟练地运用.因此,此毕业设计对本人是一个很好的锻炼,达到了对排水工程的一个比较深入地了解,是比较成功的毕业设计.参考文献周长波，张振家.啤酒废水处理技术的应用进展.环境工程.2003.（6）徐怀东,钟月华,伍　勇,肖泽仪.我国啤酒废水处理工艺进展.四川环境.2003.（3）阮文全.废水生物处理工程设计实例祥解.化学工业出版社.2006.3.高廷耀，顾国维.水污染控制工程（二）.高等教育出版社.2000.7韩洪军,衣春敏.啤酒废水处理工程设计及运行分析(一).哈尔滨建筑大学学报,2000.22(4)王连军,蔡敏敏.无机膜-生物反应器处理啤酒废水及其膜清洗的试验研究[J].工业水处理,2000.20(2)王松林,汪大庆.内循环UASB反应器+氧化沟工艺在啤酒废水处理中的应用[J].工业用水与废水,2001,32(2)邱冬梅.SBR工艺在啤酒废水处理中的应用[J].广州食品工科技,2001,17(1)梁航国,史景华.氧化塘法治理啤酒工业废水技术的探讨[J].陕西环境,1998,5(1)徐立根.CASS法在啤酒废水治理中的应用.环境保护,1999.(12)　左永泉.啤酒废水处理技术的应用.环境工程,2000.18(1) 郝瑞霞,贾胜温.我国啤酒工业废水治理技术现状及发展趋势.河北化工学院学报,1998.(19)李科林,孟范平.啤酒工业废水治理技术现状及利用技术研究进展.中南林学院学报,1999.(19)张华,李广钊.吸附生物降解法在啤酒废水处理中的应用.环境工程，2000.(18)石岩明.啤酒废水处理技术的革新与实践.工业水处理.2003，23（1）辛响付，任洪强.啤酒废水脱氮工艺优化运行的工程研究.无锡轻工大学学报，2003，3何晓娟.IC-CIRCOX工艺及其在啤酒废水处理中的应用.工业给排水，1997辛响付，方德宏，啤酒废水处理的节能途径.节能与环保，2002.11韩洪军,衣春敏.啤酒废水处理工程设计及运行分析(二).哈尔滨建筑大学学报,2000.33（5)匡武，殷福才等.UASB工艺在啤酒废水处理中的应用.中国给水排水，2006.11（16）21郝贵珍，高永，冀红亮.水解酸化+SBR工艺在啤酒废水处理中的应用.河北建筑工程学院学报，2005，23（4）22董春娟，吕炳南，赵庆良.EGSB反应器处理啤酒废水运行影响因素研究.给水排水，2007，33（5）23严永红，任洪强，祁佩时.EGSB反应器与UASB反应器处理有机废水的性能比　较研究.中国沼气，2005，23（3）致谢本次设计是在朱老师的悉心指导下完成的，她在设计过程中给予了我很大的帮助，帮助我解决了许多实际问题，在此首先对朱老师致以诚挚的谢意。我在做设计的过程中遇到了许多难题，朱老师都一一给予解释并耐心指导，使我能够顺利的完成本次设计。设计结束后，朱老师又在百忙之中为我们修改毕业设计，帮我们找出设计中的缺点和不足，力求精益求精。可以说本次设计是老师和我们共同完成的，老师经验丰富，给我们很多指导，使我们在设计过程中少走了很多弯路。设计的过程就是一个知识不断积累的过程。在设计过程中，我们感到指导老师们的知识是那么的丰富，而我们与之比较真是相差甚远。这更加激励我们要不断的学习。只有不断学习才能不断的进步。本次设计中，我们得到了老师的指导和帮助，学到了很多课本中学习不到的知识，提高了自己的动手能力，得到了巨大的收获。今后，我将继续努力，争取把在本次设计中学到的知识运用到工作和学习当中，努力发扬吃苦耐劳的精神，取得更大的进步。 由于时间仓促和自己水平有限，本次设计中难免存在很多不足之处，恳请各位老师批评指正。最后，对朱老师的耐心指导再次表示感谢！并祝老师在今后的工作里工作愉快!合家欢乐!学生：李金辉2009年6月5日某啤酒厂污水处理厂工艺设计摘要本文根据前人的研究成果综述了啤酒废水的处理和利用现状，有针对性的对啤酒废水自身的特性，通过对酸化――SBR处理啤酒废水，UASB＋SBR法处理啤酒废水，新型接触氧化法处理啤酒废水，生物接触氧化法处理啤酒废水，上流式厌氧污泥床（UASB）等处理啤酒废水的几种处理方法的详细分析，确定最佳方案即用UASB。UASB的主要组成部分是反应器。本文介绍了有关UASB的处理流程和设计的计算，对格栅，调节池，UASB池，气浮池，污泥浓缩池等进行了精细的设计和计算。并对主要构筑物UASB池，SBR池做了详细的说明。UASB处理高浓度有机废水，其关键是培养出沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。采用此工艺，不但使处理流程简洁，也节省了运行费用，在降低废水浓度的同时，还可以回收在处理过程中所产沼气作为能源的利用。以便我为进一步探讨效益资源型处理技术提供借鉴。关键字：啤酒工业废水处理UASB反应器 WastewaterTreatmentofaBreweryProcessDesignAbstractsincethereishighorganiccontentinthebrewerywastewater,ifdrainoffthewastewater,itwillnotonlypollutetheenvironmentbutalsoreducetherawmaterialutilizationofthebeerindustry,sotherearemanyscholarsandmanufacturersresearchthebeerwastewatertreatmentandutilizationoftechnology,basedonpreviousresearchresultsinChinabrewerywastewaterhandlinganduseofthestatusquo,targetedbrewerywastewatercharacteristics,acidification-SBRtreatmentofbrewerywastewaterbyUASB+SBRtreatmentofbrewerywastewater,thenewcontactoxidationtreatmentofbrewerywastewater,biologicalcontactoxidationtreatmentofbrewerywastewater,severaloftheupflowanaerobicsludgeblanket(UASB)treatmentofbrewerywastewatertreatmentmethodsdetailedanalysistodeterminethebestoptionwiththeUASB.ThemainpartofUASBisthereactor.ThisarticledescribesthecalculationoftherelatedprocessesanddesignoftheUASB,andalsomakesameticulouscaculationofthegrill,adjustmentpool,theUASBpool,contactoxidationtank,flotationtankandsludgethickenerpool.ItalsodoesadetaileddescriptionofthemainstructurestheUASBpoolandcontactoxidationtank.ForUASBtreatmentofhighconcentrationorganicwastewater,thekeyistocultivateagoodsettlingcharacteristicsofanaerobicgranularsludge.Adoptthistechnologynotonlymakethetreatmentprocessesmoresimple,savingsinoperatingcostsbutalsocanretrievethebiogasthatproducedinthetreatmentforenergyusingwhilereducingwastewaterconcentration.Sothatcanprovideusreferencesforfurtherstudyoftheeffectivenessofresource-basedprocessingtechnology.Keywords:beerindustrythetreatmentofwastewaterUASBreactor目录1绪论11.1概述11.1.1啤酒生产工艺11.1.2啤酒厂废水主要来源11.1.3啤酒生产废水特点21.2啤酒废水的处理与利用21.2.1好氧生物处理31.2.2厌氧生物处理41.3啤酒厂废水处理工艺组合51.3.1酸化—SBR法处理啤酒废水51.3.2UASB—好氧接触氧化工艺处理啤酒废水61.3.3UASB反应器＋氧化沟工艺处理啤酒废水62设计水质水量及设计要求7 2.1设计任务72.1.1设计依据及范围72.2工艺流程选择82.2.1工艺确定82.2.2工艺流程图92.2.3主要构筑物作用93主要构筑物计算113.1格栅113.1.1格栅的栅条间隙数113.1.2栅槽宽度B113.1.3通过格栅的水头损失113.1.4栅后槽总高度H123.1.5栅槽总长度L123.1.6每日栅渣量W133.1.7格栅除污机选择133.2事故池133.2.1设计参数133.2.2设计计算133.3调节池143.3.1设计参数143.3.2设计计算143.4气浮池153.4.1设计参数153.4.2设计计算153.4.3设备选型173.5UASB反应器173.5.1设计说明173.5.2设计参数173.5.3设计计算183.6SBR池213.6.1参数选取213.6.2设计计算223.6.3设备选型253.7污泥浓缩池253.7.1设计参数253.7.2设计计算253.8污泥脱水间283.8.1设计参数283.8.2设计计算283.8.3污泥脱水设备选型283.9清水池283.9.1参数选择283.9.1平面尺寸计算284平面及高程布置29 4.1平面布置294.2高程布置304.2.1高程布置原则如下：304.2.2水头损失计算304.3高程计算345部分设备的选择345.1泵的选择345.1.1选泵原则345.1.2计算选泵355.2风机的选择355.3脱水机的选择366结论37谢辞38参考文献39附录40外文文献42外文翻译49 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书1绪论1.1概述随着人们生活水平的不断提高，我国啤酒工业发展迅速，啤酒产量较过去有了大幅度提高，已成为世界五大啤酒生产国之一。截止1986[1]年上半年止，全国啤酒产量1860万t。以生产1t啤酒生产20m3废水计算，则啤酒工业排放的废水量每年达3.72亿m3，污染物中BOD5为（18.6~33.5）万t，CODCr为（37.2~55.8）万t，SS为（7.4~14.9）万t。1.1.1啤酒生产工艺制造啤酒的主要原料是大麦和大米，辅之以啤酒花和鲜酵母。啤酒生产的过程是先将大麦制成麦芽（制麦流程见图1-1-1）。将麦芽粉碎与糊化的大米用温水混合进行糖化,糖化结束后立即过滤,除去麦糟,然后冷却和澄清。澄清的麦汁冷却至6.5~8.0℃,接种酵母,进行发酵.发酵分主发酵和后发酵。主发酵是将糖化转化成乙醇和二氧化碳；后发酵是将主酵嫩酒送至后酵罐，长期低温贮藏，以完成残糖的最后发酵，澄清啤酒，促进成熟。经过后发酵的成熟酒，需经过滤或分离去除残余酵母和蛋白质。过滤后的成品酒，若作为鲜啤酒出售，可直接装桶就地销售。外运的或出口的啤酒，必须经杀菌，以保证其生物稳定性，杀菌后的啤酒为熟啤酒。大麦干燥筛选浸麦发芽贮藏成品麦芽排水干燥图1-1-1制麦工艺过程图示1.1.2啤酒厂废水主要来源啤酒厂废水主要来源有：麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦槽水、凝固物洗涤水；糖化过程的糖化、过滤洗涤水；发酵过程的发酵罐洗涤、过滤洗涤水；灌装过程洗瓶水、灭菌水及破瓶啤酒；冷却水和成品车间洗涤水；以及来自办公室、食堂、单身宿舍和浴室的生活污水。1.1.3啤酒生产废水特点啤酒生产过程用水量很大，特别是酿造、罐装工序过程，由于大量使用新鲜水，相应生产大量废水。由于啤酒生产工序较多，不同啤酒厂生产过程中吨酒耗水量和水质相差较大。管理和技术水平较高的啤酒厂吨酒耗水量为8～12t,我国啤酒厂的吨酒耗水量一般大于该数值。国内每吨啤酒从糖化到罐装总耗水10～20m3。啤酒工业废水可分为以下几类：⑴清洁废水冷冻机、麦汁和发酵冷却水等。这类废水基本上未受污染。⑵清洗废水如大麦浸渍废水、大麦发芽降温喷雾水、清洗生产装置废水、漂洗酵母水、洗瓶机初期洗涤水、酒罐消毒废液和地面冲洗水等。这类废水受到不同程度的有机污染。⑶冲渣废水如麦糟液、冷热凝固物、酒花糟、滤酒渣和残碱性洗涤液等。这类废水中含有大量的悬浮性固体有机物。工段中将产生麦汁冷却水、麦糟、装置洗涤水、热凝固物和酒花糟。⑷装酒废水在罐装酒时，机器的跑冒滴漏时有发生，还经常出现冒酒。废水中掺杂了大量残酒，另外喷淋时造成炸瓶现象使大量啤酒洒在喷淋水中。⑸洗瓶废水 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书清洗瓶子时先用碱性洗涤剂浸泡，然后用压力水初洗和终洗。瓶子清洗水中含参与碱性洗涤剂、残酒和泥砂等。因此废碱性洗涤剂应先进入调节、沉淀装置进行单独处理，以此来节省污水处理药剂用量[3]。1.2啤酒废水的处理与利用鉴于啤酒废水自身的特性，啤酒废水不能直接排入水体，据统计，啤酒厂工业废水如不经处理，每生产100吨啤酒所排放出的BOD值相当于14000人生活污水的BOD值，悬浮固体SS值相当于8000人生活污水的SS，其污染程度是相当严重的，所以要对啤酒废水进行一定的处理。目前常根据BOD5/CODcr比值来判断废水的可生化性，即：当BOD5/CODcr>0.3时易生化处理，当BOD5/CODcr>0.25时可生化处理，当BOD5/CODcr<0.25难生化处理，而啤酒废水的BOD5/CODcr的比值>0.3所以，处理啤酒废水的方法多是采用好氧生物处理，也可先采用厌氧处理，降低污染负荷，再用好氧生物处理。目前国内的啤酒厂工业废水的污水处理工艺，都是以生物化学方法为中心的处理系统。80年代中前期，多数处理系统以好氧生化处理为主。由于受场地、气温、初次投资限制，除少数采用塔式生物滤池，生物转盘靠自然充氧外，多数采用机械曝气充氧，其电耗高及运行费用高制约了污水处理工程的发展和限制了已有工程的正常使用或运行。随着人们对于节能价值和意义的认识不断变化与提高，开发节能工艺与产品引起了国内环保界的重视。1988年开封啤酒厂国内首次将厌氧酸化技术成功的引用到啤酒厂工业废水处理工程中，节能效果明显，约节能30%～50%，而且使整个工艺达标排放更加容易和可靠。随着改革开放的发展，90年代初完整的厌氧技术也在国内啤酒、饮料行业得到应用。这里所说完整的意义在于除厌氧生化技术外，沼气通过自动化系统得到燃烧，这是厌氧系统安全运行和不产生二次污染的重要保证，这也是国内外开发厌氧技术和设备应充分引起重视的问题。厌氧技术的引进与应用能耗节约70%以上。目前，国内外普遍采取生化法处理啤酒废水。根据处理过程中是否需要曝气，可以把生化处理法分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。1.2.1好氧生物处理好氧生物处理是在氧气充足的情况下，利用好氧微生物的生命活动氧化啤酒废水中的有机物，其产物是二氧化碳、水及能量（释放于水中）。这种方法没有考虑到废水中有机物的利用问题，因此处理成本较高。活性污泥法、生物膜法、深井曝气法是较有代表性的好氧生物处理方法[3]。1.活性污泥法活性污泥法是中、低浓度有机废水处理中使用最多，运行最可靠的方法，具有投资省，处理效果好等优点。该处理工艺的主要部分是曝气池和沉淀池。废水进入曝气池后，与活性污泥（含大量的好氧微生物）混合，在人工充氧的条件下，活性污泥吸附并氧化分解水中的有机物，而污泥和水的分离则由沉淀池来完成。我国的珠江啤酒厂，烟台啤酒厂，上海益民啤酒厂，武汉西湖啤酒厂。广州啤酒厂和长春啤酒厂等厂家均采用此法处理啤酒废水.据报道，进水CODcr为1200－1500mg/L时出水CODcr可降至50－100mg/L.去除率为94％－96％。活性污泥处理啤酒废水的缺点时动力消耗大，处理中常出现污泥膨胀。污泥膨胀的原因是啤酒废水中碳水化合物含量过高，而N,P,Fe等营养物质缺乏，各营养成分比例失调，导致微生物不能正常生长而死亡。解决的办法是投加含N,P的化学药剂，但这将使处理成本提高。而较为经济的方法是把生活污水（其中N,P浓度较大）和啤酒废水混合。间歇式活性污泥法（SBR）通过间歇曝气可以使动力消耗显著降低，同时，废水处理时间也短于普通活性污泥法。例如。珠江啤酒厂引进比利时SBR专利技术，废水厂处理时间仅需19－20h，比普通活性污泥法缩短10－11h,CODcr的去除率也在96％以上,扬州啤酒厂和三明市大田啤酒厂采用SBR技术处理啤酒废水，也收到了同样的效果.2.深井曝气法 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书为了提高曝气过程中氧的利用率，节省能耗，加拿大安大略省的巴利啤酒厂，我国的上海啤酒厂和北京五星啤酒厂均采用深井曝气法（超深水曝气）处理啤酒废水。深井曝气实际上是以地下深井作为曝气池的活性污泥法，曝气池由下降管以及上升管组成。将废水和污泥引入下降管，在井内循环，空气注入下降管或同时注入两管中，混合液则由上升管排至固液分离装置，即废水循环是靠上升管和下降管的静水压力差进行的。其优点是：占地面积少，效能高，对氧的利用率大，无恶臭产生等。据测定，当进水BOD5浓度为2400mg/L时，出水浓度可降为50mg/L,去除率高达97．92％。当然，深井曝气也有不足之处，如施工难度大，造价高，防渗漏技术不过关等。3.生物膜法与活性污泥法生物膜法时在处理池内加入软性填料，利用固着生长于填料表面的微生物对废水进行处理，不会出现污泥膨胀的问题。生物接触氧化池和生物转盘是这类方法的代表，在啤酒废水治理中均被采用，主要是降低啤酒废水中的BOD5。生物接触氧化池是在微生物固着生长的同时，加以人工曝气。这种方法可以得到很高的固体浓度和较高的有机负荷，因此处理效果高，占地面积也小于活性污泥法。国内的淄博啤酒厂，青岛啤酒厂，渤海啤酒厂荷徐州酿酒总厂等厂家的废水处理中采用了这种技术。青岛啤酒厂在二段生物接触氧化之后辅以混凝气浮处理，啤酒废水中CODcr和BOD5的取出率分别在80％和90％以上。在此基础上，山东省环科所改常压曝气为加压曝气（P＝0.25～0.30MPa）,目的在于强化氧的传质，有效提高废水中溶解氧的浓度，以满足中高浓度废水中微生物和有机物氧化分解的需要。结果表明，当容积负荷<=13.33kg·m-3·d-1COD,停留时间为3～4小时.COD和BOD平均去除率分别达到93.52％和99.03％。由于停留时间缩短为原来的1/3～1/4，运转费用也降低。生物转盘是较早用以处理啤酒废水的方法。他主要由盘片、氧化槽转动轴和驱动装置等部分组成，依靠盘片的转动来实现废水与盘上生物膜的接触和充氧。该法运转稳定动力消耗少，但低温对运行影响大，在处理高浓度废水是需增加转盘组数。该方法在美国应用较普及，国内的杭州啤酒厂、上海华光啤酒厂和浙江慈溪啤酒厂也在使用。据报道，废水中BOD5的去除率在80％以上。1.2.2厌氧生物处理厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（CODcr>2000mg·L-1,BOD5>1000mg·L-1）。它是在无氧条件下，靠厌氧细菌的作用分解有机物。在这一过程中，参加生物降解的有机基质有50％～90％转化为沼气（甲烷），而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料。因此，啤酒废水的厌氧生物处理受到了越来越多的关注。厌氧生物处理包括多种方法，但以升流式厌氧污泥床(UASB)技术在啤酒废水的治理方面应用最为成熟。UASB的主要组成部分是反应器，其底部为絮凝和沉淀性能良好的厌氧污泥构成的污泥床，上部设置了一个专用的气－液－固分离系统（三相分离室）。废水从反应器底部加入，在向上流穿过生物颗粒组成的污泥床时得到降解，同时生成沼气（气泡）。气，液，固（悬浮污泥颗粒）一同升入三相分离室，气体被收集在气罩里，而污泥颗粒受重力作用下沉至反应器底部，水则经出流堰排出。截至1990年9月，全世界已建成30座生产性UASB反应器处理啤酒废水，总容积达60600立方米。目前已有北京啤酒厂，沈阳啤酒厂等厂家利用UASB来处理啤酒废水。荷兰美国的某些公司所设计的UASB反应器对啤酒废水CODcr的去处率为80％－86％，北京啤酒厂UASB处理装置中试结果也保持在这一水平，而且其沼气产率为0.3－0.5m3/kg(COD)。清华大学在常温条件下利用UASB厌氧处理啤酒废水的研究结果表明，进水CODcr浓度为2000mg·L-1时，去处率为85％－90％。沈阳啤酒厂采用回收固性物及厌氧消化综合治理工艺，实行清污分流，集中收集CODcr大于5000mg·L-1d的高浓度有机废水送入UASB进行厌氧处理，废水中CODcr的质能利用率可达91.93％。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书1.3啤酒厂废水处理工艺组合1.3.1酸化—SBR法处理啤酒废水其主要处理设备是酸化柱和SBR反应器。这种方法在处理啤酒废水时，在厌氧反应中，放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段，将反应控制在酸化阶段，这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点：1.由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速，故水解池体积小。2.不需要收集产生的沼气，简化了构造，降低了造价，便于维护，易于放大。3.对于污泥的降解功能完全和消化池一样，产生的剩余污泥量少。同时，经水解反应后溶解性COD比例大幅度增加，有利于微生物对基质的摄取，在微生物的代谢过程中减少了一个重要环节，这将加速有机物的降解，为后续生物处理创造更为有利的条件。4.酸化—SBR法处理高浓度啤酒废水效果比较理想，去除率均在94%以上，最高达99%以上。要想使此方法在处理啤酒废水达到理想的效果时运行环境要达到下列要求：（1）酸化—SBR法处理中高浓度啤酒废水，酸化至关重要，它具有两个方面的作用，其一是对废水的有机成分进行改性，提高废水的可生化性；其二是对有机物中易降解的污染物有不可忽视的去除作用。酸化效果的好坏直接影响SBR反应器的处理效果，有机物去除主要集中在SBR反应器中。（2）酸化—SBR法处理啤酒废水受进水碱度和反应温度的影响，最佳温度是24℃，最佳碱度范围是500～750mg/L。视原水水质情况，如碱度不足，采取预调碱度方法进行本工艺处理；若温度差别不大，运行参数可不做调整，若温度差别较大，视具体情况而定。1.3.2UASB—好氧接触氧化工艺处理啤酒废水此处理工艺中主要处理设备是上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池，处理主要过程为：废水经过转鼓过滤机，转鼓过滤机对SS的去除率达10%以上，随着麦壳类有机物的去除，废水中的有机物浓度也有所降低。调节池既有调节水质、水量的作用，还由于废水在池中的停留时间较长而有沉淀和厌氧发酵作用。由于增加了厌氧处理单元，该工艺的处理效果非常好。上流式厌氧污泥床能耗低、运行稳定、出水水质好，有效地降低了好氧生化单元的处理负荷和运行能耗(因为好氧处理单元的能耗直接和处理负荷成正比)。好氧处理(包括好氧生物接触氧化池和斜板沉淀池)对废水中SS和COD均有较高的去除率，这是因为废水经过厌氧处理后仍含有许多易生物降解的有机物。该工艺处理效果好、操作简单、稳定性高。上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池相串联的啤酒废水处理工艺具有处理效率高、运行稳定、能耗低、容易调试和易于每年的重新启动等特点。只要投加占厌氧池体积1/3的厌氧污泥菌种，就能够保证污泥菌种的平稳增长，经过3个月的调试UASB即可达到满负荷运行。整个工艺对COD的去除率达96.6%，对悬浮物的去除率达97.3%～98%[3]，该工艺非常适合在啤酒废水处理中推广应用。1.3.3UASB反应器＋氧化沟工艺处理啤酒废水此工艺采用厌氧和好氧相串联的方式，厌氧采用内循环UASB技术，好氧处理用地有一处狭长形池塘，为了降低土建费用，因地制宜，采用氧化沟工艺。本处理工艺的关键设备是UASB反应器。该反应器是利用厌氧微生物降解废水中的有机物，其主体分为配水系统，反应区，气、液、固三相分离系统，沼气收集系统四个部分。厌氧微生物对水质的要求不象好氧微生物那么宽，最佳pH为6.5－7.8，最佳温度为35℃－40℃，而本工程的啤酒废水水质超出了这个范围。这就要求废水进入UASB反应器之前必需进行酸度和温度的调节。这无形中增加了电器，仪表专业的设备投资和设计难度。UASB反应器的出水水质一般都比较稳定，在回流系统的作用下重新回到配水系统。这样一来能提高UASB反应器对进水水温、pH值和COD浓度的适应能力，只需在UASB反应器进水前对其pH和温度做一粗调即可。UASB 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书反应器采用环状穿孔管配水，通过三相分离器出水，并在三相分离器的上方增加侧向流絮凝反应沉淀器，它由玻璃钢板成75°安装而成，能在最大程度上截留三相分离出水中的颗粒污泥。此处理工艺主要有以下特点：1.实践证明，采用内循环UASB反应器＋氧化沟工艺处理啤酒废水是可行的，其运行结果表明CODcr总去除率高达95％以上。2.由于采用的是内循环UASB反应器和氧化沟工艺串联组合的方式，可根据啤酒生产的季节性、水质和水量的情况调整UASB反应器或氧化询处理运行组合，以便进一步降低运行费用。2设计水质水量及设计要求2.1设计任务2.1.1设计依据及范围（1）设计规模：水量1000m3/d（2）进出水水质根据当地环保部门水质监测及其他同类污水厂调查，确定设计进出水水质[1]。废水处理站进出水水质:项目COD（mg/l）BOD5（mg/l）SS（mg/l）pH进水水质4000~60002500~35001000~30006~9出水水质≤150≤60≤2006~9处理程度计算：COD去除率η1=(6000-150)/6000×100%=97.5%BOD5去除率η2=(3500-60)/3500×100%=98.29%SS去除率η3=(3000-200)/3000×100%=93.33%（3）自然条件根据厂方提供的自然条件获悉：室外年平均气温13.60C，室外年极端最高气温40.50C，最低气温-14.7，夏季主导风向为西北风，拟建处理站场地基本平整，有效使用面积14000—16000m2，最高洪水水位1.700米最大冻土深度0.600米。废水通过城区管网收集入处理站管中心标高-0.750米，处理后排水水位为0.900米。2.2工艺流程选择2.2.1工艺确定根据设计任务本处理采用UASB+SBR工艺流程，主要包括UASB反应器和SBR反应器。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。并且UASB池正常运行后，每天产生大量的沼气，将其回收作为热风炉的燃料，可供饲料烘干使用。UASB去除COD达7500kg/d，以沼气产率为0.5m3/kgCOD计算，UASB产气量为3500m3/d(甲烷含量为55%～65%)。沼气的热值约为22680kJ/m3，煤的热值为21000kJ/t计算，则1m3沼气的热值相当于1kg原煤，这样可节煤约4t/d左右，年收益约为39.6万元。UASB+SBR法处理工艺与水解酸化+SBR处理工艺相比有以下优点： 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书（1）节约废水处理费用。UASB取代原水解酸化池作为整个废水达标排放的一个预处理单元，削减了全部进水COD的75%，从而降低后续SBR池的处理负荷，使SBR池在废水处理量增加的情况下，运行周期同样为12h，废水也能达标排放。也就是说，耗电量并没有随废水处理量的增加而增加。同原工艺相比较，每天实际节约1500～2500m3废水的处理费用，节约能耗约21.4万元/a。（2）节约污泥处理费用。废水经过UASB处理后，75%的有机物被去除，使SBR处理负荷大大降低，产泥量相应减少。水解酸化+SBR处理工艺工艺计算，产泥量达17t/d(产泥率为0.3kg污泥/kgCOD，污泥含水率为80%)，UASB+SBR法处理工艺产泥量只有5t/d(含水率为80%)左右，只有水解酸化+SBR处理工艺的1/3，污泥处理费用大大减少，节约污泥处理费用约为20元/a。实践证明，UASB成功处理高浓度啤酒废水的关键是培养出沉降性能良好的厌氧颗粒污泥。颗粒污泥的形成时厌氧细菌群不断繁殖，积累的结果，较多的污泥负荷有利于细菌获得充足的营养基质，故对颗粒污泥的形成和发展具有决定性的促进作用；适当高的水利负荷将长生污泥的水利筛选，淘汰沉降性能差的絮体污泥而留下沉降性能好的污泥同时产生剪切力，使污泥不对流旋转，有利于丝状菌相互缠绕成球。此外，一定的进水碱度也是颗粒污泥形成的必要条件，因为厌氧生物的生长要求适当高的碱度，例如：产甲烷细菌生长的最适宜PH值为6.8－7.2。一定的碱度既能维持细菌生长所需的PH值，又能保证足够的平衡缓冲能力。由于啤酒废水的碱度一般为500－800mg·L-1（以Caco3计），碱度不足，所以需投加工业碳酸钠或氧化钙加以补充。研究表明，在UASB启动阶段，保持进水碱度不低于1000mg·L-1对于颗粒污泥的培养和反应器在高负荷下的良好运行十分必要。应该指出。啤酒废水中的乙醇是一种有效的颗粒化促进剂，它为UASB的成功运行提供了有利的条件。总之，UASB具有效能高，处理费用低，电耗省，投资少，占地面积小等一系列优点，完全适用于高浓度啤酒废水的治理。其不足之处是出水CODcr的浓度仍达500mg·L-1左右，需进行再处理或好氧处理串连才能达标排放[6]。2.2.2工艺流程图沼气泵格栅排放上清液滤液高浓度调节池气浮池UASBSBR反应器废水泥饼外运污泥脱水间污泥浓缩池2.2.3主要构筑物作用（1）格栅格栅一般设置在废水处理的前端，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，从而保证后续处理构筑物的处理负荷[7]。（2）调节池调节池有对水量和水质的调节，调节污水水温，有预曝气作用，还可用作事故排水。调节池按作用分：均质池，水量缓冲池，均质均量池。一般车间不连续排水时都要做成有水量缓冲功能的。由于啤酒废水是间歇排放的，其生产过程中排放的废水量变化较大。因此，流程中调节池的设置是非常必要的。废水处理设备及构筑物都是按一定的水量标准设计的，要求均匀进水，特别对生物处理系统更为重要，为了保证后续处理系统的正常运行，在废水进入处理系统之前，预先调节水量，使处理系统满足设计要求。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书（3）事故池工厂为防止水质出现恶性事故，有破坏污水厂运行的可能性，设置事故池，贮留事故出水，这是一种变相的均化池。事故池的进水阀门必须自动控制，否则无法及时发现事故。事故池平时必须保证泄空，容积必须足够。（4）气浮池气浮池就是向水中通入大量微小的气泡，使其粘附到悬浮颗粒上，形成密度小于水的气浮体，快速上浮，达到固液分离的目的。气浮主要去除水中相对密度小于1的悬浮物、油脂和脂肪。根据布气方式的不同，气浮处理分为散气气浮、溶气气浮和电解气浮。（5）UASB反应器UASB的主要组成部分是反应器，其底部为絮凝和沉淀性能良好的厌氧污泥构成的污泥床，上部设置了一个专用的气－液－固分离系统（三相分离室）。废水从反应器低部加入，在向上流穿过生物颗粒组成的污泥床时得到降解，同时生成沼气（气泡）。气，液，固（悬浮污泥颗粒）一同升入三相分离室，气体被收集在气罩里，而污泥颗粒受重力作用下沉至反应器底部，水则经出流堰排出.（6）SBR池SBR工艺不设二沉池和污泥回流设备，且曝气池容积也小于连续式，所以它的工艺流程简单，氧利用率高，基建费用和运行费用均较低，不易产生污泥膨胀。同时通过对运行方式的调节，具有脱氮除磷的功能，且处理水水质优于连续式。但该工艺要求程序控制，自动化水平较高，对操作人员的技术要求较高，不易操作管理；停留时间较长，占地面积仍较大，运行费用虽较其他工艺低，但仍是较高。1）污泥产率低，剩余污泥较少。2）机电设备较多，控制系统复杂，运行管理要求较高。3）半地上或全地上放置，不宜建在地下。(7）污泥浓缩池污泥浓缩可使污泥初步减容，使其体积减为原来的几分之一，从而为后续处理或处置带来方便。浓缩池的目的在于降低污泥中占70%的空隙水，以便减容。本设计采用间歇式重力浓缩池。(8）污泥脱水间在此设计中，污泥脱水采用带式脱水机，污泥机械脱水与自然干化相比较，特点是脱水效果好、效率高不受气候影响，占地面积小。带式过滤脱水方法的优点是机器制造容易，附属设备少，投资、能耗低，噪音小；连续运行，操作管理维修简便；滤带可以回旋，脱水能力大[9]。（9）清水池清水池用于贮存处理后的清水，处理后的清水可以直接排放，或者可用来进行处理厂内设备冲洗等。3主要构筑物计算3.1格栅3.1.1格栅的栅条间隙数Q=1000m3/d设栅前水深h=0.50m，过栅流速v=0.6m/s，栅条间隙宽度b=0.01m.格栅倾角α=75°.则n=Qmax 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书bhv=1500／(360024)0.010.50.6=5.3在实际工程中，5.3太小。操作不方便，因此，在此取n=20.3.1.2栅槽宽度B栅槽宽度一般比格栅宽0.2～0.3m，取0.2m；设栅条宽度S=0.01m则栅槽宽度B=S(n-1)+bn+0.2=0.01×(20-1)+0.02×20+0.2=0.79(m)3.1.3通过格栅的水头损失式中：——设计水头损失，m；——计算水头损失，m；g——重力加速度，；k——系数，格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3；——阻力系数，与栅条断面形状有关，可按手册提供的计算公式和相关系数计算；设栅条断面为锐边距形断面，。=0.049（m）3.1.4栅后槽总高度H设栅前渠道超高3.1.5栅槽总长度L 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书①进水渠道渐宽部分的长度。设进水渠宽=0.6m，其渐宽部分展开角度②栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度式中：为栅前渠道深，=2.085（m）3.1.6每日栅渣量W()式中，为栅渣量，污水，格栅间隙为10～25mm时，～0.05污水。格栅间隙为30～50mm时，=0.03～0.01污水。本设计格栅间隙为10mm,取=0.07污水。故选用机械除污。3.1.7格栅除污机选择此设计采用ZD1型转动自清洗型过滤器，它采用筛网或细栅条组成环形过滤装置，拦截在环形网内的污物由自动清洗转刷集中到安装有螺旋泵中的斗中，通过螺旋泵逐渐挤压输送到污物箱中，污物中所含水及多余水，自动返回污水池中[11]。3.2事故池3.2.1设计参数（1）设计流量Q=1500m3·d-1；（2）停留时间T=12h；（3）保护高h1=0.5m；（4）有效水深h2=5m。3.2.2设计计算（1）事故池有效容积V有效 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书V有效=QT=1500/24×12=750m3（2）事故池尺寸事故池面积A=V/h2=750/5=150m2事故池面积为150m2池长L=15m池宽B=A/L=150/15=10m（3）事故池的实际容积V：V=15=825m3取超高h1=0.5m，池总高H=h1+h2=0.5+5=5.5m3.3调节池3.3.1设计参数设计流量Q=1000×1.5=1500m3/d=62.5m3/h设计中取停留时间T=12h，超高h1=0.3m，有效水深h2=5.0m；3.3.2设计计算（1）调节池有效容积VV=QT=62.5×12=750m3（2）调节池尺寸调节池面积：A=V/h2=750/5=150m2调节池长L：取12.25m池宽B：取12.25m池总高：H=h1+h2=0.3+5.0=5.3m（3）空气管计算采用穿孔管空气搅拌，取空气量Qs=2m³/(m³·h)。空气量：Qs=62.5×2=125m3/h=0.035m3/s设计中取空气总管管径D1=160mm管内流速：V1=4Qs/πD12=(4×0.035)/(π×0.162)=1.74m/s空气支管共设10根，每根支管的空气流量q为：q=Qs/10=0.035/10=0.0035m3/s支管内的空气流速V2应在5～10m/s范围内，选V2=8m/s，则支管管径D2为D2===0.024m取整D2=25mm穿孔管：每根支管连接两根穿孔管，则每根穿孔管的空气流量q1=0.00175m3/s,取V3=10m/s,管径D3为D3==0.015m取整D3=15mm3.4气浮池3.4.1设计参数 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书（1）接触室应对气泡与絮粒提供良好的接触条件，其宽度还应考虑安装和检修的要求，水流上升流速一般取10~20mm/s,水流在室内的停留时间不宜小于60s。（2）气浮分离室应根据带气絮粒上浮分离的难易程度确定水流流速，一般取1.5~2.5mm/s,即分离室表面负荷率取5.4~9.0m3/(㎡﹒h)。（3）气浮池的有效水深一般取2.0~2.5m,池中水流停留时间一般为15~30min。（4）气浮池的长宽比无严格要求，一般以单格宽度不超过10m,池长不超过15m为宜。（5）气浮池集水应力求均匀，一般采用穿孔集水管，集水管内的最大流速宜控制在0.5m/s左右[8]。设计水质如表3.1表3.1气浮池进出水水质指标水质指标CODBOD5SS进水水质(mg·L-1)600035002700去除率（%）10590出水水质(mg·L-1)540033252703.4.2设计计算（1）设计流量（2）平面尺寸计算①气浮池表面积②气浮分离室的长度和宽度设气浮分离室宽度为1.8m，气浮分离室长度为③气浮池水力停留时间气浮池内水平流速v为：（3）气浮池进出水系统①气浮池的进水设计进水流速v1为：满足进口流速小于1.5~2.0m/s的要求。②气浮池的出水设计V2<0.5m/s,满足要求 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书10条穿孔集水管最后汇总到出水总管，总管管径为DN600mm，管内流速（4）加压溶气水量QvQv=RQ=10%×34.375=3.4375m3/h同时根据所需压力为0.25MPa,选取IS6550-160A型号水泵一台，为安全计，增设一台备用[14]。（5）气浮所需空气量QgQg=Qv×40×=3.43×40×1.2=164.64L/h.（6）空气压缩机所需额定气量QQ=Qg×∮/60×1000=164.64×1.4/60×1000=0.0038m3/min式中：∮为安全系数，一般取1.2~1.5，在此设计中取1.4。3.4.3设备选型（1）根据所需压力为0.25MPa,选取IS6550-160A型号水泵一台，为安全计，增设一台备用。（2）根据计算，此设计中空气压缩机选用一台Z-0.036/7型空压机，为安全计，增设一台备用。此型号空压机排气量0.036m3/min，排气压力0.7MPa,转速850r/min[11]。3.5UASB反应器3.5.1设计说明设计中厌氧反应器采用UASB装置。UASB反应器的基本构造主要由污泥床、污泥悬浮区、沉淀区、三相分离器及进水系统等各功能部分组成。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。3.5.2设计参数设计水量Q=1500m3·d-1=62.5m3·h-1；容积负荷（Nv）：5.5kgCOD·m-3·d-1；污泥产率：0.1kgMLSS·(kgCOD)-1；产气率：0.5m3·(kgCOD)-1，总沉淀水深应大于1.5m;沉淀器斜壁角度设为45°，使污泥不致积聚，尽快落入反应区内[13]；进入沉淀区前，沉淀槽底逢隙的流速≤2m·s-1；出水水质如表3.2表3.2UASB反应器进出水水质指标水质指标CODBOD5SS 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书进水水质(mg·L-1)54003325270去除率（%）868510出水水质(mg·L-1)756498.752433.5.3设计计算(1)反应器容积计算UASB有效容积：式中：Q——设计流量，m3·d-1；S0——进水COD含量，mg·L-1；Nv——容积负荷，kgCOD·m-3·d-1。分三座UASB反应器，每座反应器容积是V=V有效/3=490.91m3取UASB高为H=6m。每个UASB反应器的面积为A=V/H=490.91/6=81.7m2。取UASB反应器L。(2)三相分离器的设计1.沉淀区的设计沉淀区的高度H1=h1+h2=2.0+3.0=5m式中：H1——沉淀区的总高度，m；h1——沉淀区直壁高度，m，一般取1.5~2.0m，设计中取2.0m；h2——沉淀区斜板高度，m；α——沉淀区底部斜板的安装角度，一般为45o~60o；B——与三相分离器单体相应的UASB宽度，m；b——相邻两个集气罩底部的水平距离（即回流缝宽度），m。2.回流缝的设计相邻两个集气罩底部回流缝中水流上升速度满足要求。其中回流缝面积Ah1=bL=3×9=27m2式中：Q——UASB反应器的进水流量，m3/h； 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书N——UASB反应器中三相分离器的单体数；L——三相分离器的长度，m。满足污泥回流速度所需的回流缝面积（Ah2）式中：Xsi——经回流缝进入沉淀区的污泥质量浓度，mg/L;Xse——沉淀区出水中的污泥质量浓度，mg/L;v2——污泥的回流速度，m/h；ρs——污泥的密度，Kg/m3；所需的回流缝面积Ah=max(Ah1,Ah2)=27m2。3.气液分离器的设计为获得有效的气液分离效果，UASB三相分离器回流缝宽度与气封的宽度必须有一定的重叠，其重叠的水平距离越大，则气液分离效果越好，也利于沉淀区的泥水分离及污泥回流。每侧重叠距离，即h=(b1-b)/2=(3.3-3.0)/2=0.15m一般h控制在10~20cm，因此满足要求。4.进水系统布水点的设计实际运行中，以每3~5m2以下设置一个进水点为佳,设计中每4m2设置一个进水点。每个UASB反应器布置进水点的个数为：N=A/4=81.7/4=20.4取22个（3）配水方式采用穿孔管布水器，配水支管出水口距池底200mm，位于所服务面积中心；出水管孔径为20mm（一般在15～25mm之间）。（4）排泥系统设计1.UASB反应器中污泥总量计算一般UASB污泥床主要由沉降性能良好的厌氧污泥组成，平均浓度为15gVSS/L,则两座UASB反应器中污泥总量：G=VGss=1472.7315=22090.95KgSS/d2.产泥量计算厌氧生物处理污泥产量取：0.07kgMLSS/kgCOD①UASB反应器总产泥量=RQC0E=0.071472.730.3=167KgVSS/d式中：△X————UASB反应器产泥量，kgVSS/d；r————厌氧生物处理污泥产量，kgVSS/kgCOD；C0————进水COD浓度kg/m3；E————去除率，本设计中取30%。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书②据VSS/SS=0.8，△X=167/0.8=208.75kgSS/d单池产泥△Xi=△X/2=208.75/2=104.38kgSS/d③污泥含水率为98%，当含水率＞95%，取，则污泥产量=208.75/1000(1-98%)=10.437m3/h单池排泥量Wsi=10.437/2=5.219m3/h采用静压排泥装置，沿矩形池纵向多点排泥，排泥点设在污泥区中上部。污泥排放可采用定时排泥，日排泥设计为一次。3.6SBR池3.6.1参数选取（1）BOD污泥负荷率：一般采用0.1~0.4kgBOD5(kgMLSS·d)-1，设计中取Nv=0.25kgBOD(kgMLSS·d)-1（2）曝气池混合污泥浓度（MLSS浓度）：一般采用1500~5000mg/L，设计中取X=3000mg·L-1（3）反应池数：N=4，反应池水深H=4m，超高0.5m，即总高4.5m。（4）排出比：指每一周的排水量与反应池容积之比，一般采用1/4~1/2,设计中取1/m=1/3（5）活性污泥界面以上最小水深（安全高度）：ε=0.5m（6）设计水量水质设计水质如表3.3表3.3SBR反应器进出水水质指标水质指标CODBOD5SS进水水质(mg·L-1)756498.75243去除率（%）898830出水水质(mg·L-1)83.1659.85170.13.6.2设计计算（1）反应池运行周期各工序时间计算①曝气时间：式中：Sa进水的BOD5的浓度；NsBOD5的负荷率，设计中取2；X曝气池混合污泥浓度（MLSS浓度）：一般采用1500~5000mg/L，设计中取X=3000mg·L-1 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书②初期沉降速度Vmax=7.4×104×t×X-1.7水温10oC时Vmax=7.4×104×10×3000-1.7=0.908m·s-1水温20oC时Vmax=7.4×104×20×3000-1.7=1.816m·s-1因此，必要的沉降时间为：水温10oC时水温20oC时设计中取TS=2.0h③排出时间沉淀时间在0.87~1.7h之间变化，排出时间2.0h左右，与沉淀时间合计为3.0h。④进水时间TF=2.0h⑤一个周期所需要的时间为Tc≥TA+TS+TD+TF=0.665+2.0+2.0+2.0=6.665h每天周期次数n为n=24/6.665=3.6曝气池的个数故设四个曝气池根据以上结果，1个周期的工作过程：进水2h；曝气3h；沉淀1h；排出3h。（2）平面尺寸计算①每组曝气池容积②曝气池的总高度曝气池的水深为4m,超高取0.5m，则曝气池的总高度为H=4.0+0.5=4.5m③曝气池的平面尺寸式中：F——单组曝气池的面积（m2）H——曝气池的有效水深（m）设计中取L为10m，则B= 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书取B=7.5m（3）需氧量计算①需氧量=0.5×1500×(498.75-59.85)/1000+0.15×337.84×243×30%/1000=329.18KgO2/d式中：Q2——混合液需氧量（KgO2/d）；——活性污泥微生物每代谢1KgBOD所需氧气Kg数，一般采取0.42~0.53之间；Q——污水平均流量（m3/d）；Sr——被降解的BOD浓度（g/L）；——每1Kg活性污泥每天自身氧化所需要的氧气Kg数，一般采取0.188~0.11；XV——挥发性总悬浮固体浓度（g/L）。②采用鼓风曝气时，需将曝气池的需氧量折算为实际供气量R0=RCS(20)/=329.189.17/{0.82[0.9518.63-2]1.02430-20}=469.45kgO2/h=5.47m3O2/min式中：R——混合也需氧量（Kg/h）；α——修正系数，高负荷法取0.82；β——氧饱和温度的修正系数，高负荷法取0.95；P——处理厂的大气压，mmHg绝对大气压。（4）布气系统的计算反应池的平面面积为：10×7.5×4=300m2每个扩散器的服务面积取3.5m2，则需300/3.5=85.7个。取88个扩散器，每个池子需22个。（5）污泥产量计算取a=0.6，b=0.075，则污泥产量为：△X=aQSr－bVXv=0.6×1500×（498.75-59.85）/1000-0.075×337.8484（0.75×2500）/1000=204.97kgMLVSS·d-1式中：Sr——被降解的BOD浓度（g/L）；XV——挥发性总悬浮固体浓度（g/L）。X=204.97/0.8=256.21kgMLVSS·d-1干泥产量：256.21/1000(1－P)=256.21/1000(1－99%)=25.62m3·d-1 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书3.6.3设备选型（1）鼓风机此设计中选用R系列标准型罗茨鼓风机，其高效节能，转子平衡精度高、震动小；齿轮精度高、噪声低、寿命长；输送气体不受油污染[15]。经计算实际需供气量为5.47m3/min，故由此选RC-80型罗茨鼓风机，转速2000r/min所需轴功率2.3kw，所配电动机功率3kw.（2）曝气机四个池子平均每池曝气量为117.36kg/h，由此，选择PE193泵型高强度表面曝气机，其电动机功率为55kw，清水充氧量为48~130kg/h。（3）滗水器本设计采用XB型旋转滗水器，它适用于各种大中型城市生活污水处理及各类工业水处理，根据计算选用XB-500型滗水器，其出水能力为500m3/h,堰口宽度为5m，滗水可调深度为2.0m[9].3.7污泥浓缩池3.7.1设计参数：（1）污泥固体负荷宜采用25Kg/(m2·d)~80Kg/(m2·d)；（2）浓缩停留时间：浓缩时间不宜小于12h，但也不要超过24h，以防止污泥厌氧腐化，设计中取14h；（3）实验中设两个浓缩池（4）有效水深：一般为4m，最低不小于3m；（5）构造：本设计中浓缩池采用重力浓缩池中的竖流式浓缩池，浓缩池采用水密性钢筋混凝土建造。设污泥排入管、排泥管、排上清液管、排泥管等管道，最小管径采用150mm，一般采用铸铁管。3.7.2设计计算采用重力式浓缩池，浓缩前的污泥含水率p1=99%，浓缩后的污泥含水率p2=97%.（1）设计泥量啤酒废水处理过程产生的污泥来自以下几部分：SBR反应器：Q1=256.21m3·d-1；UASB反应器：Q2=10.43724=250.488m3·d-1总污泥量为：Q=Q1+Q2=256.21+250.488=506.7m3·d-1（2）污泥浓度式中:C1——污泥浓缩前的固体浓度（kg/L）； 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书C2——污泥浓缩后的固体浓度（kg/L）。（3）浓缩池面积A式中:A——浓缩池总面积，m2；Q——污泥量，m3/d；C——污泥固体浓度，kg/L；G——浓缩池污泥固体通量，kg/(m2·d)。（4）池的直径D每个池子的面积A=101.34/2=50.67m2取A实=51m2取D实为8.5式中:D——浓缩池直径，m；A实——单池面积，m2。（5）浓缩池高度h1式中：h1——浓缩池工作部分高度，m，一般宜为4m，最低不小于3m；T——设计浓缩时间，h，不宜小于12h，但也不要超过24h,设计中取14h；A、Q——符号意义同上。（6）池子圆锥部分高度h4（7）池子圆锥部分体积V1V1=1/3h4(1/4πD2+1/4πd2+1/4Dd)=1/3×4.225×(1/4×3.14×8.52+1/4×3.14×0.52+1/4×3.14×8.5×0.5)=75.73m3（8）池子高度HH=h1+h2+h3=5.21+0.3+0.5=6.02mH——浓缩池总高度，m；h1——浓缩池工作部分高度，m；h2——浓缩池超高，m； 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书h3——浓缩池缓冲层高度，m，一般为0.3~0.5m。(9)浓缩后污泥体积V2V2=[Q（1-p1）]/（1-p2）=[506.7×（1-99%）]/（1-97%）=168.9m3/d式中：V2——浓缩后污泥体积，m3；p1——进泥含水率，%，设计中取99%；p2——浓缩后污泥含水率，%，设计中取97%；Q——污泥量，m3/d[8]。3.8污泥脱水间3.8.1设计参数压滤时间取T=4h设计污泥量Q=168.9m3·d-1浓缩后污泥含水率为97%压滤后污泥含水率为75%3.8.2设计计算(1)污泥体积式中Q——脱水后污泥量，m3·d-1；Q0——脱水前污泥量，m3·d-1；P1——脱水前含水率，%；P2——脱水后含水率，%；M——脱水后干污泥重量，kg·d-1。3.8.3污泥脱水设备选型此设计选用带式压榨过滤机，其优点是脱水效率高，处理能力大，连续过滤，性能稳定，操作简单，体积小，重量轻，节约能源，占地面积小。根据计算，选择DYQ-1000A型带式压榨过滤机，其电动机型号JZTY31-4，功率2.2kw,控制器型号JDIA-40，处理能力50~500kg/h·m2,泥饼含水率65~75%[9]。污泥脱水后形成泥饼用小车运走，分离液返回处理系统前端进行处理。3.9清水池3.9.1参数选择参数选择：清水池超高为0.5；3.9.1平面尺寸计算①清水池的有效容积V=kQ=0.1×1500=150m3设计中取k=10%②清水池的平面尺寸取清水池的宽度B为6m则清水池长度L为: 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书清水池超高h1取为0.5m，清水池总高H:H=h1+h=5.0+0.5=5.5m4平面及高程布置4.1平面布置平面布置原则如下[10]：（1）处理构筑物的布置应紧凑，节约用地并便于管理。（2）处理构筑物应尽可能地按流程顺序布置，以避免管线迂回，同时应充分利用地形，以减少土方量。（3）经常有人工作的建筑物如办公，化验等用房应布置在夏季主风向的上风一方，在北方地区，并应考虑朝阳。（4）在布置总图时，应考虑安排充分的绿化地带，为污水处理厂的工作人员提供一个优美舒适的环境。（5）总图布置应考虑远近结合，有条件时，可按远景规划水量布置，将处理构筑物分为若干系列，分期建设。（6）构筑物之间的距离应考虑敷设管渠的布置，运转管理的需要和施工的要求，一般采用5到10米。（7）污泥处理构筑物应尽可能布置成单独的组合，以策安全，并方便管理。（8）变电站的位置应设在耗电量大的构筑物附近，高压线应避免厂内架空敷设。（9）污水厂内管线种类很多，应综合考虑布置，以免发生矛盾，污水和污泥管道应尽可能考虑重力自流。（10）如有条件，污水厂内的压力管线和电缆可合并敷设在一条管廊或管沟内，以利于维护和检修。（11）污水厂内应设超越管，以便在发生事故时，使污水能超越一部分或全部构筑物，进入下一级构筑物。（12）构筑物布置应注意风向和朝向将排放异味、有害气体的构建筑物布置在居住与办公场所的下风向；为保证良好的自然通风条件，构筑物布置应考虑主导风向。平面布置图见A3图第1页4.2高程布置4.2.1高程布置原则如下：　（1）选择一条距离最长，水头损失最大的流程进行水力计算，并适当留有余地以保证在任何情况下，处理系统都能够运行正常。（2）计算水头损失时，应以近期最大流量作为构筑物和管渠的设计流量；计算涉及远期流量的管渠和设备时，应以远期最大流量为设计流量，并酌加扩建时的备用水头。（3）避免处理构筑物之间跌水等浪费水头的现象，充分利用地形高差，实现自流。在计算并留有余量的前提下，力求缩小全程水头损失及提升泵站的流程，以降低运行费用；需要排放的处理水，常年大多数时间里能够自流排放水体。注意排放水位不可选取每年最高水位，因为其出现时间较短，易造成常年水头浪费，因此选取经常出现的最高水位为排放水位。（4）设置终点泵站的污水处理厂，水力计算常以接纳处理后污水水体的最高水位作为起点，逆污水处理流程向上倒退计算，以使处理后污水在洪水季节也能自流排出，而水泵需要的扬程则较小，运行费用也较低。（5）在作高程布置时还应注意污水流程与污泥 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书流程的配合，尽量减少需抽升的污泥量。在决定污泥干化场，污泥浓缩池等构筑物的高程时，应注意它们的污泥水能自动排入污水入流干管或其它构筑物的可能。4.2.2水头损失计算根据废水量Q=1500m3/d=17.36L/s，所以选择管径为100mm的硬聚氯乙烯管作干管，查得水力手册得：v=2.10m/s，1000i=36.08；UASB进出水支管废水量量Q=17.36/3=5.79L/s,所以选择管径为50mm的硬聚氯乙烯，得水力手册得：v=2.20m/s，1000i=78.91。SBR进出水支管废水量是Q=17.36/4=4.34L/s,所以选择管径为50mm的硬聚氯乙烯管，查得水力手册得：v=1.67m/s，1000i=48.34[15]。（1）格栅水头损失通过格栅的水头损失一般为0.08~0.15m,此处选择H1=0.15m。（2）格栅到调节池水头损失在此设计中，调节池的水头损失取h2=0.3m。故H2=0.3m（3）调节池到气浮池在此段，设计管道长度10m。所以此干管水头损失h1为：h1=iL（1+0.3）/1000=36.0810（1+0.3）/1000=0.4690m在此设计中构筑物气浮池的水头损失h2=0.3m。H3=h1+h2=0.4609+0.3=0.7609m（4）气浮池到UASB在这段干管管长L=10m,支管废水水量Q=17.63/3=5.79L/s,管长L=2.0m。所以进水管的水头损失h1为：h1=h沿1+h局1式中：H沿1干管管道的沿程损失，m;h沿1=i进1Lh局1干管管道的局部损失，m取局部损失为沿程损失的0.3倍，所以：h1=iL（1+0.3）=36.08×10.0×（1+0.3）/1000=0.4690m支水管的水头损失h2为：h2=h沿2+h局2式中：h沿2——支管管道的沿程损失，m；h沿2=i进2L；h局2——支管管道的局部损失，m取局部损失为沿程损失的0.3倍，所以：h2=iL（1+0.3）=78.91×2.0×（1+0.3）/1000 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书=0.2052m构筑物UASB的水头损失取为h3=0.3m所以总水头损失为：H4=h1+h2+h3=0.4690+0.3+0.2052=0.9742m（5）UASB-SBR在这段，干管管长L=8.0m。UASB出水支管管长L=2.0m。SBR池进水支管管长L=2.0m。所以进水干管的水头损失h1为：h1=h沿+h局=iL（1+0.3）=36.08×8×（1+0.3）/1000=0.3752m支水管的水头损失h2为：h2=h沿2+h局2=IUL（1+0.3）+iSL（1+0.3）=78.91×2.0×（1+0.3）/1000+48.34×2.0×（1+0.3）/1000=0.3309m构筑物SBR的水头损失取为h3=0.3m所以总水头损失为：H5=h1+h2+h3=0.3572+0.3+0.3309=0.9881m（5）SBR池-清水池在这段干管管长L=5.0m；SBR池支管废水量量Q=17.36/4=4.34L/s,管长L=2.0m所以进水管的水头损失h1为：h1=h沿+h局=iL（1+0.3）/1000=36.08×5×（1+0.3）/1000=0.2345m支水管的水头损失h2为：h2=h沿2+h局2=iSL（1+0.3）/1000=48.342（1+0.3）/1000=0.1257m构筑物SBR池的水头损失取为h3=0.5m所以总水头损失为：H6=h1+h2+h3=0.2345+0.1257+0.5=0.8602m（6）清水池-出厂管在这段干管管长L=20.0m；所以进水管的水头损失h1为： 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书h1=h沿+h局=iL（1+0.3）/1000=36.08×20×（1+0.3）/1000=0.9381m构筑物清水池的水头损失取为h2=0.3m所以总水头损失为：H7=h1+h2=0.9381+0.3=1.2381m（7）UASB到污泥浓缩池水头损失UASB产泥量为250.488m3/d，即2.899L/s，查水力手册，选DN=40mm的硬聚氯乙烯管，v=1.74,1000i=69.77。在设计中设UASB到污泥浓缩池的距离为15m,则水头损失HUASB-泥为：H泥1=iL=1569.77/1000=1.36m浓缩池本身水头损失为0.2m故HUASB-泥=1.36+0.2=1.56m(8)SBR到污泥浓缩池水头损失SBR产泥量为256.21m3/d,即2.96L/s，查水力手册，选DN=40mm的硬聚氯乙烯管，v=1.81,1000i=74.10。在本次设计中取SBR到污泥浓缩池的距离为10m，则水头损失HSBR-泥为：H泥2=iL=10=0.9633m污泥浓缩池本身的水头损失为0.2m,故HSBR-泥=0.9633+0.2=1.1633m4.3高程计算(1)取出厂水管高度为H8=1.7m则提升泵之前总水头损失为H1+H2=0.15+0.3=0.45m提升泵之后的总水头损失为H3+H4+H5+H6+H7=0.7609+0.9742+0.9881+0.8602+1.2381=4.8215出水管的水位：1.7m清水池的水位：2.9381SBR池的水位：3.7983mUASB反应器的水位：4.7864m气浮池池的水位：5.7606m调节池的水位：-1.2m栅前水位：-0.75m(2)污泥浓缩池高程计算：UASB到污泥浓缩池水头损失为1.56m，按计算浓缩池高度为4.7864-1.56=3.2264m;SBR到污泥浓缩池水头损失为1.1633m，按计算浓缩池高度为3.7983-1.1633=2.635m，故污泥浓缩池水位为2.635m。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书高程图见A3图第二页。5部分设备的选择5.1泵的选择5.1.1选泵原则以最大流量为基准选泵。选泵时，水泵的型号不宜过多，最好选用同一型号，在必须大小泵搭配时，其型号也不宜超过两种，对于不同功能的泵站，选泵时考虑的侧重点不同，一般归纳如下：（1）大小兼顾，调配灵活在用水量和所需的水压变化较大的情况下，选用性能不同的水泵的台数越多，越能适应用水量变化的要求，浪费的能量越少。（2）型号整齐，互为备用从泵站运行管理与维修检修的角度来看如果水泵型号太多则不便于管理。一般希望能选择同型号的水泵并联工作，这样无论是电机，电器设备的配套与储存，管道配件的安装与制作均会带来很大不便。（3）合理的用尽各水泵的高效段单级双吸式离心泵是给水工程中常用的一种离心泵。它门的经济工作范围一般在0.85Q~1.15Q之间。选泵时应充分利用各水泵地高效段近远期相结合的观点在选泵过程中应给予相当的重视。5.1.2计算选泵（1）污水泵的选择用两台泵（一台备用），水泵的流量为Q=62.5m3/h；水头总扬程为H=6.9606m选用100QW-70-7-3型泵，其流量Q为70m3/h，扬程H为7m，电机功率3kW，配用两台电机（一台备用），型号为Y112M-4，N=4KW，满足要求[14]。（2）经重力浓缩池的污泥属于高粘度污泥，高粘度污泥用泵的特点是要求提吸能力高，污泥不能流入泵内，一般选用单螺杆泵。经浓缩池后污泥的流量为Q=168.9m3/d=7.04m3/h,所以选用两台单螺杆泵（一台备用），其型号为EH600，流量Q=7.5m3/h,转速244r/min,压力0.2Mpa,功率为0.82KW,配用两台电机（一台备用）,型号为YCJ71,N=2.2KW，满足要求。5.2风机的选择采用多孔管鼓风曝气供氧:调节池需气量：Qt=125m3/h；气浮池所需气量：Qs=0.165m3/hSBR池所需气量：式中:EA——空气扩散器的氧转移率，设计中取12%总的供气量：Q=Qt+Qs+Gs=125+0.165+9116.67=9241.86m3/h3池合用2台鼓风机。此外，另设备用鼓风机1台。1台的空气曝气量为: 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书G=Q/2=9241.86/2=4620·93·h-1=77.02m3/min机型选取：采用型号为RF-245的标准型罗茨鼓风机，其进口流Qs=83m3·min-1，轴功率为183KW，所配电机功率为200KW[14]。5.3脱水机的选择此设计选用带式压榨过滤机，其优点是脱水效率高，处理能力大，连续过滤，性能稳定，操作简单，体积小，重量轻，节约能源，占地面积小。根据计算，选择DYQ-1000A型带式压榨过滤机，其电动机型号JZTY31-4，功率2.2kw,控制器型号JDIA-40，处理能力50~500kg/h.m2,泥饼含水率65~75%[14]。6结论此次设计采用“UASB+SBR”工艺去除有机物，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。并且UASB池正常运行后，每天产生大量的沼气，将其回收作为热风炉的燃料，可供饲料烘干使用。UASB去除COD达7500kg/d，以沼气产率为0.5m3/kgCOD计算，UASB产气量为3500m3/d(甲烷含量为55%～65%)。沼气的热值约为22680kJ/m3，煤的热值为21000kJ/t计算，则1m3沼气的热值相当于1kg原煤，这样可节煤约4t/d左右，年收益约为39.6万元。所以本设计采用“UASB+SBR”的方法，使啤酒废水的处理出水水质达到在废水处理后满足污水排放Ⅰ级要求，设计出水水质:COD为83.16mg/L，BOD为59.85mg/L，SS浓度为170.1mg/L，PH为6~9。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书谢辞本次设计是在高秀媛老师的悉心指导下完成的，她在设计过程中给了我很大的帮助，帮助我解决了许多实际问题，在此首先对高老师致以诚挚的谢意。在还没有开始做设计时，高老师就亲自带领我们去图书馆借文献资料，在做设计的过程中我们遇到了许多难题，高老师也都一一给予解释并耐心指导，使我能够顺利的完成本次设计。设计结束后，高老师又在百忙之中为我们修改毕业设计，帮我们找出设计中的缺点和不足，精益求精。高老师渊博的知识、严谨的科研态度、敏锐的学术思想、豁达的人格魅力深深地影响着我，让我在枯燥的学习期间感受到来自于指导老师的关怀。在将来的人生及事业道路上我会永远铭记高老师的教诲，有幸受教于高老师使我一生受益。在此特向高老师表示衷心的感谢和崇高的敬意！可以说本次设计是老师和我们共同完成的，老师经验丰富，给我们很多指导，使我们在设计过程中少走了许多弯路。设计的过程就是一个知识不断积累、综合运用的过程。高老师的讲解更加激励我们要不断的学习。在设计中，我们不仅学到了很多课本中学习不到的知识，而且提高了自己的动手能力，得到了巨大的收获。今后，我将继续努力，争取把在这次设计中学到的知识运用到工作和学习当中，努力发扬吃苦耐劳的精神，争取获得更大进步。由于时间仓促自己水平也有限，设计中难免会存在很多不足之处，恳请各位老师批评指正。最后，对各位老师的耐心指导再次表示感谢！并祝各位老师在今后的工作里工作愉快!阖家欢乐! 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书参考文献[1]《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）[2]《污水综合排放标准》（GB8978-1996）[3]北京水环境技术与设备研究中心、北京市环境保护科学研究院、国家城市环境污染控制工程技术研究中心.三废处理工程技术手册（废水卷）.北京：化学工业出版社，2000，[4]汪大翚、徐新华、赵伟荣化工环境工程概论.第三版北京:化学工业出版社,2010[5]张自杰主编.排水工程（下册）.北京:中国建筑工业出版社,2000[6]赵庆良，刘雨废.水处理与资源化新工艺.北京:中国建筑工业出版社,2006[7]高廷耀，顾国维.水污染控制工程.北京;高等教育出版社,1999[8]韩洪军，杜茂安.水处理工程设计计算.北京;中国建筑工业出版社,2006[9]中国市政工程西北设计研究院.给水排水设计手册第11册常用设备第二版.北京：中国建筑工业出版社，2002[10]中国市政工程西北设计研究院.给水排水设计手册第6册工业排水第二版.北京：中国建筑工业出版社，2002[11]中国市政工程西北设计研究院.给水排水设计手册材料设备续册3.北京：中国建筑工业出版社，2002[12]蒋白懿，李亚峰.给水排水管道设计计算与安装.北京：化学工业出版社，2005[13]严道岸，实用环境工程手册水工艺与工程.北京：化学工业出版社，2002[14]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册第9册专用机械第二版.北京：中国建筑工业出版社，2000[15]中国市政工程西南设计研究院.给水排水设计手册第1册常用资料第二版.北京：中国建筑工业出版社[16]HulshoffPolLW.UASBandbreweryeffluent.WaterSci.&Tech.1993,26(9):291-304附录附表1构筑物序号工程名称数量(个)主要参数1格栅1栅条间隙0.01m 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书2事故池1152调节池112.5m×12.5m×5.3m3气浮池12.8m×1.8m×2.5m4UASB池39m×9m×6m5SBR池410m×7.5m×4.5m6清水池15.57污泥浓缩池2φ=8.5m8污泥脱水机房15.5m×5.5m×5.0m9鼓风机房15.4附表2主要设备设备名称型号详细规格数量(台)备注1污水泵（污水）100QW-70-7-3Q=70m3/h，H=7m，N=3KW2一用一备2电动机Y112M-4N=4KW2一用一备3空压机Z-0.036/7排气量0.036m3/min,转速850r/min2一用一备4表面曝气机PE1932一用 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书清水充氧量48~130kg/h,电动机功率55kw一备5滗水器XB-500出水能力500m3/h,2L=5m,H=2m1_5罗茨风机RF-245Qs=83m3·min-1，La=183KW，Po=200KW。3两用一备6电动机Y630-8N=400KW2一用一备7单螺杆泵EH375Q=5.0m3/hN=0.7KWn=288r/min2一用一备8电动机YJC71N=1.5KW2一用一备9带式压滤机DYQ-1000A滤网有效宽1000mm滤速4m/min2一用一备10电动机JZTY31-4N=2.2KW2一用一备外文文献Electricitygenerationandbrewerywastewatertreatmentfromsequentialanode-cathodemicrobialfuelcellAbstractAsequentialanode-cathodedouble-chambermicrobialfuelcell(MFC),inwhichtheeffluentofanodechamberwasusedasacontinuousfeedforanaeratedcathodechamber,wasconstructedinthisexperimenttoinvestigatetheperformanceofbrewerywastewatertreatmentinconjugationwithelectricitygeneration.Carbonfiberwasusedasanodeandplaincarbonfeltwithbiofilmascathode.Whenhydraulicretentiontime(HRT)was14.7h,arelativelyhighchemicaloxygendemand(COD)removalefficiencyof91.7%–95.7%wasachievedunderlong-termstableoperation.TheMFCdisplayedanopencircuitvoltageof0.434Vandamaximumpowerdensityof830mW/m3atanexternalresistanceof300Ω.ToestimatetheelectrochemicalperformanceoftheMFC,electrochemicalmeasurementswerecarriedoutandshowedthatpolarizationresistanceofanodewasthemajorlimitingfactorintheMFC.SinceahighCODremovalefficiencywasachieved,weconcludethatthesequentialanode-cathodeMFCconstructedwithbio-cathodeinthisexperimentcouldprovideanewapproachforbrewerywastewatertreatment. 1IntroductionThebreweryindustrydischargeslargevolumesofhighlypollutingeffluentsthroughouttheyear(Braekenetal.,2004;Parawiraetal.,2005).Traditionaltreatments,suchasaerobicsequencingbatchreactorandup-flowanaerobicsludgeblanketreactor,requireahighenergyinputandarethuscostly.Newapproachesforwastewatertreatmentwhichnotonlyreducecostbutalsoproduceusefulside-productshaverecentlyreceivedincreasingattention.Themicrobialfuelcell(MFC)technologyoffersavaluablealternativetoenergygenerationaswellaswastewatertreatment. 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书MFCisadevicetotreatwastewaterandproduceelectricityatthesametime(Bennetto,1984;HabermannandPommer,1991).Avarietyofreadilydegradablecompoundssuchasglucoseandacetate,andvarioustypesofwastewatersuchasdomestic,starchingandpaperrecyclingplantwastewater,haveoperatedsuccessfullyassubstrateinMFC(Melhuishetal.,2006;Freguiaetal.,2007;KargiandEker,2007;LiuandLi,2007;MinandAngelidaki,2008;Venkata-Mohanetal.,2008).Mostcouldachieveaconsiderablechemicaloxygendemand(COD)removalefficiencyaccompaniedwithelectricitygeneration.Amongthesestudies,landfillleachatewastreatedusingMFCatahydraulicretentiontime(HRT)of18.7h,andbiologicaloxygendemand(BOD)decreasedfrom630to269mg/Lwithalowpowerdensityof1.35mW/m2(Greenmanetal.,2009).Acomparableresultof80%inCODremovalefficiencywasobtainedbyLiuetal.(2004)usingdomesticwastewater,accompaniedwithamaximumelectricalpowerof26mW/m2.Currently,abioticcathodesarethemostcommonlyusedcathodesinMFCs,whichcompletethecircuitaselectronacceptors,butdonotperformdirectwastewatertreatment.Sinceconcentrationsoforganicmattersafteranaerobictreatmentinanodechamberarerelativelyhigh,deepaerobictreatmentisexpectedtodegradewastewaterfurthertoachievethewastewaterdischargestandard.ItisnoticeablethatMFCisacombinedsystemwithanaerobicandaerobiccharacteristics.Itcanberegardednotonlyasananaerobictreatmentprocessinanodechamber,butalsoacompleteunitwithanaerobictreatmentprocessinthecathodechamber.Consequently,acombinationofanaerobic-aerobicprocesscanbeconstructedusingadouble-chamberedMFC,inwhicheffluentofanodechambercouldbeuseddirectlyastheinfluentofthecathodechambersoastobetreatedfurtherunderaerobicconditiontoimprovewastewatertreatmentefficiency.Freguiaetal.(2008)haveconstructedasequentialanode-cathodeMFCtotreatartificialwastewater,andreportedthatthisconfigurationcouldimprovecathodicoxygenreductionandeffluentqualityofMFCs.Inthisexperiment,brewerywastewatertreatmentusingsequentialanode-cathodeMFC,inwhichtheeffluentofanodechamberwasusedasacontinuousfeedforanaeratedcathodechamber,wasstudied.DegradationoforganicmatteroftheMFCwasinvestigatedunderlong-termstableoperation.PeakperformanceoftheMFCwasmonitoredbypolarizationcurves.Electrochemicalmeasurements,includingTafelplotsandelectrochemicalimpedancespectroscopy(EIS),werecarriedouttoanalyzethecharacteristicsonpolarizationbehavioroftheelectrodesanddischargeresistancesoftheMFC.2.Materialsandmethods2.1.MicrobialfuelcellconstructionMFCwasconstructedbytwoplexiglasrectangularchambers(6cm×5cm×6cm,eachwithaliquidworkingvolumeof0.1L)separatedbyaprotonexchangemembrane(PEM)(Nafion117,DupontCo.,USA),whichwaspretreatedaccordingtotheprocedurereportedbyYoshitakeetal.(1996)toincreasetheporosityandstoredindeionizedwaterpriortouse.Anodewasmadeofthreeparallelgroupsofcarbonfibers,whichwerewoundontwographiterods(Φ8mm,5cmlong)toform3-sheetstructures(4cm×3cm);plaincarbonfelt(6cm×6cm,3mmthick)(QijieCarbonMaterialCo.,Shanghai,China)withbiofilmwasusedascathode.Anaeratorwasinsertedinthebottomofcathodechambertosupplyairwithanaquariumpumpandprovidemixing.Bothanodeandcathodechamberswereconstructedwithawaterinletandoutletoneachside,whilesixelectrodetipjacks(formingadoubleline)withadiameterof9mmweresetuponthetop.Connectionsbetweentwoelectrodesweremadewithcopperwiresthrougharheostat(0.1–9999Ω). 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书2.2.CultureandoperationAnaerobicallymixedsludgefromHarbinbrewery(Heilongjiang,China)wasusedasinoculumintheanodechamberoftheMFCforelectricitygeneration;aerobicsludgewascollectedfromasequencingbatchreactor(SBR)(usedtotreatglucoseartificialwastewater)inourlab.Then20mlofthisaerobicsludgewasinjectedintothecathodechamberasinoculum.Rawbrewerywastewaterwasusedassubstrateofanode.TheMFCwasoperatedincontinuousflowatroomtemperature[(24±4)°C].Rawbrewerywastewaterwasfedbyaperistalticpump(LongerBT100-1J,China)totheanodechamber,ofwhichtheup-flowratewas13.6ml/h,correspondingtoanHRTof7.35h.Effluentofanodewasconnectedbyabeaker,andthenitwaspumpedintothecathodechamberwiththesameflowrate,whichkeptanHRTof7.35h.ThustheoverallHRTofthissystemwas14.7h.2.3.AnalyticalmethodsCODmeasurementswereconductedusingstandardmethods,theclosedrefluxmethod(Wei,2002).Voltage(U)yieldedfromMFCforlongtimeoperationwasrecordedautomaticallybyacomputeratanintervalof3minandconvertedtopowerdensity,accordingtoP(W/m3)=1000U×j×A/0.1orP(W/m2)=U×j,wherejiscurrentdensity(A/m2),whichiscalculatedbyj=U/(R×A)basedonexternalresistanceR(Ω)andprojectedsurfaceareaofcathodeoranodeA(m2),1000isbasedontheunitchange,and0.1denotesthevolumeofanolyte(L).AdigitalvoltmeterwasusedagainstasaturatedAg/AgClreferenceelectrodetomeasureelectrodepotentials.Polarizationcurveswereobtainedbyplottingpotentialandpowerdensityagainstcurrentdensityatvariableresistancepoints(9000to10Ω)duringstabilizedMFCoperationeveryonehouraftereachresistanceloadwaschanged.ToestimatetheelectrochemicalperformanceoftheMFC,electrochemicalmeasurements,includingTafelplotsandEIS,wereperformedwithapotentiostat(CHI604B,ChenghuaInstruments,Shanghai,China).Tafelplotswerescannedatarateof0.1mV/s,whileEISwasmeasuredatafrequencyrangeof0.01–105Hzwithamplitudeof0.005V,whichisshowninNyquistplots(BarsoukovandMacdonald,2005).3.Resultsanddiscussion3.1.BioelectricityproductionduringstartupperiodoftheMFCBeforeanodeinoculation,thecathodewaspretreatedinaerobicsludgeforbiofilmgrowthforonemonth(datanotshown).Thereafterrawbrewerywastewaterwaspumpedcontinuouslyintoanode,ofwhichtheeffluentwasusedassubstrateofcathode.Cellvoltagewasrecordedbyacomputer,whileelectrodepotentialswererecordedevery12hbyadigitalvoltmeteragainstasaturatedAg/AgClreferenceelectrode.Followingsequentialconnectionofanodeandcathode,anincreaseinperformanceoftheMFCoccurred(Fig.(Fig.2).2).Afteratransitorylagperiod,anodepotentialdecreasedsharplyfrom−155to−300mVbetweenDays3and4,whilecellvoltageincreasedfrom21to68mV.Sincetheanodematerialhasbeenusedinpreviousexperimenttotreatbrewerywastewaterusingasingle-chamberedMFC(Wenetal.,2009)for5months,itsuggeststhattheactivityofanaerobicbiofilmattheanodemaintainedwellandrecoveredfast.After13dofstartup,theMFCperformedarelativelystablevoltageofabout60mVatanexternalresistanceof100Ω,accompaniedwithapowerdensityof0.36W/m3.3.2.WastewatertreatmentoftheMFCduringlong-termstableoperationAfteraperiodofstablecontinuousoperation,thewastewatertreatmentperformanceofthesequentialanode-cathodeMFCwithdirectairspargingwasmonitoredat100Ωforaweek.Both 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书anodeandcathodechamberswerecontinuouslymonitoredforsubstrate(asCOD)removaltoevaluatethepotentialoftheMFCtoactasananaerobic-aerobicwastewatertreatmentunit(Table(Table2).2).Datashowedthat,asinfluentCODfluctuatedbetween1249and1359mg/Lcorrespondingtoorganicloadingrates(OLRs)of4.08–4.43kgCOD/(m3·d),overallremovalefficienciesof91.7%–95.7%[3.87–4.24kgCOD/(m3·d)forsubstratedegradationrates,SDRs]wereachieved,whilecontributionsofanodechamberwere45.6%–49.4%[1.86–2.12kgCOD/(m3·d)forSDRs],whichaccountforaboutahalfproportion.Wangetal.(2008)investigatedtheperformanceofanair-cathodeMFCtreatingbrewerywastewateratanHRTof60h,andfoundaCODremovalof79%wasobtainedwhenbrewerywastewaterconcentrationwas1333mgCOD/L.Comparedwiththat,sequentialanode-cathodeMFCinthisexperimentcangreatlyimprovetheeffluentqualityatamuchlowerHRT.Thesequentialsysteminthisstudyshoweditspotentialforsubstrateremovalinbothanodeandcathode,indicatingthatsequentialanode-cathodeMFChasawellcapacityinbrewerywastewatertreatment.3.3.ElectricityproductiondeterminedbypolarizationcurvesThefeasibilityofpowergenerationinconjugationwiththewastewatertreatmentwasdocumentedbymeasuringvoltageandpoweroutput.Peakperformancewasdeterminedbypolarizationcurvesobtainedatdifferentresistances(10–9000Ω)wheninfluentCODofanodewas1249mg/L.Withanopencircuitvoltageof0.434V,amaximumpowerdensityof830mW/m3(23.1mW/m2vs.cathodicarea,7.5mW/m2vs.anodicarea)wasachievedatanexternalresistanceof300Ωinthisexperiment.Datashowedthatthepoweroutputofthesequentialanode-cathodeMFCinthisexperimentwasquitelow,mostlikelyduetoamuchhigherinternalresistance(300Ω,theexternalresistanceatthemaximumpoweroutput),whichisaccordancewiththeresultofIeropoulosetal.(2008).Furthermore,itwassaidthatexcessiveCODenteringthecathodecouldeventuallyrestrictoxygensupplytothecathodicbiofilmandhencepreventelectricitygeneration,whichwascausedbythegrowthofaerobicheterotrophs.SincetheinfluentCODofcathodeinthisstudywas650–710mg/L,whichcanbeconsideredrelativelyhigh,theinferiorelectrochemicalperformanceoftheMFCmaybeduetotheexcessiveCODenteringthecathode.Inaddition,thelowcathodicopencircuitpotentialof−0.034VinthisexperimentalsoindicatedasignofincipientCODcarry-over.Therefore,theperformanceofthissequentialanode-cathodeMFCcanbefurtherimprovedbyoptimization.3.4.Electrochemicalevaluation3.4.1.PolarizationbehavioroftheelectrodesSincethepowerproducedfromtheMFCwaslow,electrochemicalmeasurementsincludingpolarizationbehavioroftheelectrodes(Tafelplots)andEISwerecarriedouttoestimatetheelectrochemicalperformanceofindividualelectrodeandthecell.Electrodepotentialsweregeneratedduringthecontinuousoperationusingapotentiostatvs.astandardAg/AgClreferenceelectrode.TheMFCwasfirstrunatopencircuitfor10htoachieveasteadyopencircuitvoltageandsubsequentlytheMFCvoltagewaschangedwiththepotentiostatatthescanrateof0.1mV/s.Afteraninitiallagperiodofoverpotential,theTafellinesbecamelinear.BasedontheTafelequation,theX-axisinterceptisthelogarithmoftheexchangecurrentdensities(lnj0),andthustheexchangecurrentdensities(j0)of0.1283and0.5499A/m2werecalculatedforanodeandcathode,respectively.Sincej0representsthe‘rateofexchange’betweenthereactantandproductstatesatequilibrium,ahighervalueofj0meansafasterreactionrate,followingaloweractivationenergybarrierofforwardreaction.Datashowedthatj0ofcathodeismorethan 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书four-foldoftheoneofanode,concludingthatreactionatcathodewasmuchfasterthanthatatanodeinthesequentialanode-cathodeMFC.3.4.2.DischargeresistanceanalyzedbyelectrochemicalimpedancespectroscopyEISmeasurementwascarriedouttocomparethecharacteristicsofdischargeresistancesoftheanode,cathodeandcellunderrawwastewater.Theoverallresistancewascomposedofpolarizationresistanceoftheelectrode(includingactivationanddiffusionresistances)andohmicresistance(RΩ),whichcontainstheohmiccontributionsoftheelectrodes,theanolyteandcatholyte,andthemembrane(Aswinetal.,2008).Thepictureshowsthatthedischargeresistanceofcathodeislowerthanthatofanode,whichisaccordancewiththeresultofTafelplots. 4.ConclusionPerformanceofsequentialanode-cathodeMFCfromrawbrewerywastewaterwasinvestigatedinthisexperiment.WithanHRTof14.7h,asteadyCODremovalefficiencyof91.7%–95.7%[3.87–4.24kgCOD/(m3·d)forSDR]wasachievedatanexternalresistanceof100Ω.Peakperformanceofelectricitygenerationwasdeterminedbypolarizationcurves,andanopencircuitvoltageof0.434Vandamaximumpowerdensityof830mW/m3(23.1mW/m2vs.cathodicarea,7.5mW/m2vs.anodicarea)wereobtainedatanexternalresistanceof300Ω.Moreover,electrochemicalmeasurementswerecarriedouttoevaluatetheperformanceofindividualelectrodeandcell.ResultsofTafelplotsandEISshowedthatpolarizationresistanceofanodewasthemajorlimitedfactorintheMFC.Sincebio-cathodewasusedintheMFC,withoutanynoble-metalcatalysts,thecostofthewholesystemcanbereduced.WithahighCODremovalefficiency,itisconcludedthatthesequentialanode-cathodeMFCconstructedwithbio-cathodeinthisexperimentcouldprovideanewapproachforbrewerywastewatertreatment.外文翻译用连续性阴极阳极微生物燃料进行电池发电和啤酒厂废水处理摘要一种阳极室的污水被用于曝气阴极室进行连续进料的连续阳极阴极双室微生物燃料电池（MFC）在啤酒厂废水处理中被建造用来进行共轭发电。在电池中碳纤维被用作阳极，纯碳作为阴极生物膜。当水力停留时间（HRT）为14.7h时，COD浓度较高的废水在相对运行较稳定的情况下可获得91.7%~95.7%的去除率。MFC在外接电阻为300Ω时可显示0.434V的循环开路电压和830mW/m3 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书的最大功率密度，估计MFC的电化学性能，进行电化学测量表明，阳极极化电阻是MFC的主要限制因素。由于高COD去除率达到了，我们得出这样的结论：连续阳极阴极MFC在这个实验中生物阴极的构造可以提供啤酒废水处理的新方法。1.简介啤酒厂工业每年都产生很大体积的高浓度废水，（Braeken等人，2004年，。Parawira等，2005）。传统的处理工艺例如续批式活性污泥法（SBR）和上流式厌氧污泥床反应器（UASB）都需要高能量输入因此耗费较大。最近，废水处理的新方法不仅降低了成本，而且产生了有用的副产品，因此越来越受到大家的重视。微生物燃料电池（MFC）为能源发电以及废水处理提供了一种有价值的选择。MFC是一种既能处理废水同时又能生产电力的设备（Bennetto，1984年;赫伯曼和波默，1991）,各种易于降解的化合物，如葡萄糖和醋酸，还有各种类型废水例如生活污水、制浆废水及造纸厂废水都成为MFC成功运转的模板。（Melhuish等人，2006年Freguia等人，2007年已成功运作;2007年，kargi和艾克刘，李，2007;敏和Angelidaki2008;Venkata-Mohan等，2008）。最能收获的是值得考虑的COD去除率和发电。在这些研究中，当水力停留时间（HRT）为18.7h时，用MFC来处理垃圾渗滤液只在1.35mW/m2的低功率下就能使生物需氧量（BOD）从630mg/L降到290mg/L（林格曼等人，2009年）。刘等通过比较得出了80%的COD去除率（2004年），在生活污水的利用上则得到了一个26mW/m2的最大电力。目前，非生物阴极是生物燃料电池中最常用的电极，它作为电子受体是完全开路的，但是不直接用来进行废水处理。由于在阳极室的厌氧处理后有机物质的浓度相对较高，因此预计进行深度好氧处理，以进一步降低废水浓度以达到废水排放标准。值得注意的是，MFC是一个同时具有厌氧和好氧特征的综合系统。它不仅可以被看作可在阳极室进行厌氧处理过程，也可以在阴极室进行好氧处理过程的一个完整的单元。因此，厌氧-好氧工艺互相结合，可以使用双腔MFC，在阳极室的污水可直接用于作为阴极室进水，从而在有氧条件下，进一步提高污水处理效率。freguia等人（2008年）制造连续阳极阴极MFC来处理人工废水，并报告说，这种配置可以提高阴极的还原性能及燃料电池处理的出水水质。在这个实验中，对使用连续MFC阳极阴极处理啤酒废水进行了研究，阳极室对污水进行曝气同时阴极室进行连续进料。人们研究了MFC在长期稳定运行的情况下对有机物的降解，对MFC的极化曲线的峰值性能进行了监测，电化学测量，包括Tafel图和电化学阻抗谱（EIS），都被用来进行分析MFC的极化电极和放电电阻的行为特征。2.材料和方法2.1微生物燃料电池的制作MFC是由两块有机玻璃构建成的（6厘米×5厘米×6厘米，每0.1升液体量）由质子交换膜（PEM）（美国杜邦公司的Nafion117，）分开，这是理根据Yoshitake等报告的程序进行预处理，（1996年），以达到在使用前就增加孔隙度和去离子水储存能力。阳极是由碳纤维，其中两个石墨棒（Φ8毫米，长5厘米）的伤口，形成3表结构（4厘米×3厘米）的三个平行组;纯碳毡（6厘米×6厘米，3毫米厚），生物膜（棋界碳素材料有限公司，上海，中国）作为阴极。在阴极室底部加一个水族馆泵提供空气通过曝气机来使废水混合均匀。阳极室和阴极室两侧都分别建有进水口和出水口，而且顶端设有6个直径为9mm的电极插孔，两电极之间通过变阻器和铜线连接。2.2文化与经营从哈尔滨啤酒（中国黑龙江）获得的厌氧混合污泥接种于MFC用来发电的的阳极室，在我们的实验中，好氧污泥是从续批式反应器（SBR）中收集来的，然后20ml好氧污泥作为接种被注入阴极室。原料啤酒废水被用来作为阳极基板。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书MFC的连续流在室温（244）下运行。原料啤酒废水通过蠕动泵被送进阳极室，其上流速度为13.6ml/h，相当于7.35h的水力停留时间。阳极污水以烧杯连接，然后以相同的流量被抽入阴极室，阴极室的水力停留时间保持在7.35h。因此，这个系统的总的水力停留时间为14.7h.2.3分析方法COD的测量进行了使用标准的方法，封闭回流法（魏，2002）。MFC长时间运行的电压由计算机每3min自动记录一次，并根据P=1000U×J×A/0.1或P（w/m2）=U×J转换为功率密度，其中j为电流密度（A/m2），这是由J=U/（R×A）得来的，由外部电阻R（Ω）和阴极或阳极得面积A（M2预计表面积）决定的，1000为单位变化，0.1表示阳极液（L）的体积。数字电压表是相比较于饱和的Ag/AgCl参比电极用来测量电极电位的。通过计划，在MFC稳定运行一小时后，每个电阻负载的改变可带来功率密度对电流密度的改变（9000至10Ω），以此获得极化曲线。为了估计MFC的电化学性能，电化学方法，包括Tafel图和EIS都通过电位测量（CHI604B，成化仪器，上海，中国）被运用。Tafel图是以0.1mV/s的速度进行扫描，而EIS的测量是在0.01-105Hz的频率范围与0.005的幅度内进行，这是Nyquist图所示（Barsoukov和麦克唐纳，2005年）。3结果和讨论3.1MFC启动期间生物电的产生阴极阳极接种前的预处理阶段，好氧污泥的生物膜的培养时间为一个月，此后原料啤酒废水不断被抽至阳极，其中污水作为阴极基板使用。电池的电压是由计算机记录，而电极电位通过数字电压表对饱和的Ag/AgCl参比电极每12小时记录一次。通过连续阴极阳极的连接，MFC的性能发生提高。经过一个短暂的滞后期后的3到4天，阳极电位从-155到-300mv发生急剧下降，而电池电压则从21mv增加至68mv。由于负极材料已于5个月前用单腔MFC处理啤酒废水的实验中应用，它表明，厌氧生物膜在阳极能保持良好的活性且恢复快。在启动后13d，MFC在100Ω的电阻下保持了一个相对稳定的60mv的电压，此时的功率密度为0.36w/m33.2长期稳定运行的MCF废水处理方法经过一段时间的稳定运行，对连续阳极阴极MFC法在100Ω的条件下处理废水的性能进行为期一周的监测。作为MFC的好氧厌氧处理装置，阴极室和阳极室都进行了BOD去除率的监测。数据表明，当进水COD为1249到1359mg/L时，相应的有机负荷率（OLRs）为4.08-4.43公斤COD/（立方米·d）时，可获得91.7％-95.7％的总去除率[3.87-4.24公斤的COD/（立方米·d），而阳极室的贡献为45.6％-49.4％[1.86-2.12公斤COD/（立方米·天）]，约占一半的比例。王等人（2008）研究空气阴极MFC对啤酒废水的处理性能时发现，停留时间为60h时，当啤酒废水中COD浓度为1333mg/L时COD去除率可达79%。与此相比，连续阳极阴极MFC在这个实验中可以用低得多的停留时间大大提高出水水质。连续系统的这项研究表明了阳极和阴极基质去除的潜力，表明连续阳极阴极的MFC在啤酒废水处理上能力很强。3.3电力生产取决于极化曲线废水处理共轭发电的可能性通过测量电压和输出功率记录，极化曲线的峰值由阳极进水COD浓度为1249mg/L在不同的电阻（10-9000Ω）测定得到的。当开路电压为0.434V，最大输出功率密度为830mW/m3时（23.1mW/m2与阴极面积与阳极面积，7.5mW/m2）在这个实验中取得300Ω的外部电阻。数据显示，在这个实验中，连续阳极阴极MFC的输出功率是相当低的，按照ieropoulos等人的结论，这可能是因为内部电阻太高（300Ω 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书，最大输出功率的外部电阻）。此外，有人说过高浓度的COD进入阴极最终可能限制阴极生物膜供氧，从而防止发电，这是由有氧异增长所致。由于在这项研究中阴极进水COD浓度为650-710毫克/升，这也算是比较高的，因此，MFC较差的的电化学性能，可能是过度的COD进入阴极导致的。此外，在本实验中较低的阴极开路电位-0.034V也表明初始COD的标志。因此，这个顺序阳极阴极MFC的性能可以进一步改善优化。3.4电化学评价3.4.1电极极化行为由于从MFC所产生的功率低，电化学测量法，包括电极极化行为（Tafel图）和EIS进行了个别的电极和电池的电化学性能的监测。标准的Ag/AgCl参比电极电位的操作过程中生成的电极电位在实验中连续使用。MFC在运行10h后的首次开路，实现了稳定的开路电压和随后的MFC电压的电位改变扫描速度为0.1mV/s。电位的初始滞后期后，塔菲尔线成为直线。Tafel方程的基础上，X轴截距是交换电流密度（LNJ0）的对数，因此汇率0.1283和电流密度（J0）0.5499A/m2分别由阳极和阴极计算来的。由于J0代表的反应和产品在平衡状态之间的“汇率”，价值较高的J0意味着更快的反应率，激活正向反应的能垒较低。数据显示，一个阴极的J0超过一个阳极的4倍，得出的结论，在顺序MFC阳极阴极燃料电池中阴极反应速度远远超过阳极。3.4.2放电电阻的电化学阻抗谱分析人们根据EIS的测量进把原废水的阳极，阴极和细胞的放电电阻的特点进行了比较。整体电阻由电极极化电阻（包括激活和扩散电阻）和欧姆电阻（Ω）组成，欧姆电阻包含欧姆电极，阳极液和阴极，膜（Aswin等捐款，2008年）。根据Tafel图得出阴极放电电阻是低于阳极。4.结论在这个实验中考察了连续阳极阴极MFC对原料啤酒废水的处理。当停留时间为14.7小时时，外部电阻为100Ω时，MFC运行稳定，COD去除效率为91.7％-95.7％[3.87-4.24公斤的COD/（立方米·d）]。极化曲线取决于发电的峰值性能的测定，当外部电阻为300Ω时可获得0.434V的开路电压和了830mW/m3的最大输出功率密度（23.1mW/m2与阴极面积与阳极面积，7.5mW/m2）。此外，电化学方法用来进行评估个别电极和电池的性能。Tafel图和EIS结果表明，阳极极化电阻是在MFC的主要限制因素。由于MFC中使用生物阴极，没有任何的贵金属催化剂，因此整个系统的成本可以降低。实验表明，利用生物阴极的连续阳极阴极MFC具有较高的COD去除效率，为啤酒厂废水的处理提供了新的方法。我国工业水污染现状及某啤酒厂废水处理工艺设计指导者：评阅者：2013年06月01日 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书我国工业水污染现状及某啤酒厂废水处理工艺设计摘要：对啤酒废水的分析得知，啤酒废水中含有很高浓度的有机物，若未经处理排放，不仅污染环境也使啤酒工业原料利用率下降。因此，许多专家和啤酒生产厂家对啤酒废水的处理进行探讨，对比了几种常见的处理工艺。最终得出结论：单一处理工艺不能彻底地解决啤酒废水的污染问题，只有使用厌氧和好养的组合工艺，才能达到经济和环境效益的最佳统一。本文综合已有成果综述了啤酒废水的处理现状，结合啤酒废水的自身特点，通过对酸化―SBR处理工艺，新型接触氧化法处理工艺，UASB＋SBR法处理工艺，上流式厌氧污泥床（UASB），生物接触氧化法处理工艺等啤酒废水的几种处理方法的分析对比，确定最佳方案为UASB+SBR。UASB+SBR的主要组成部分为UASB反应器和SBR反应器。本文重点介绍UASB+SBR工艺流程、设计和计算，同时，对格栅、沉砂池、竖流沉淀池、UASB池、SBR池、消毒池、集泥井、污泥浓缩池等进行了详细地设计计算。并且对主要构筑物做了详细的说明。UASB+SBR工艺处理高浓度有机废水，关键是能培养出具有良好沉降性能的厌氧颗粒污泥。使用这种组合工艺，不但能够简化处理流程，而且还可以俭省运行费用。同时，还可以回收在厌氧处理过程中所产生的沼气，并能够作为能源来利用。关键词：啤酒工业废水处理UASBSBR 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书毕业设计（论文）外文摘要TitlethepresentsituationofindustrialwaterpollutioninourcountryandabrewerywastewatertreatmentprocessdesignAbstractAftertheanalysisofbrewerywastewater,itcontainsveryhighconcentrationsoforganicpollutants.Ifdischargedwithoutanytreatment,itcouldpollutetheenvironment,alsoitcanmaketheutilizationrateofbeerindustrialrawmaterialdecline.So,manyexpertsandbeermanufacturerdiscussedthetreatmentofbrewerywastewater,comparingtheseveralcommontreatmenttechnology.Finallyherecomestheconclusion:thesingleprocesscan"tthoroughlysolvethepollutionproblemofthebrewerywastewater,onlyusecombinedtechniqueofanaerobicandaerobicprocesscanattaintheeconomicandenvironmentalbenefitsbest.Thispaperusesthepre-existingachievementsofbeerwastewatertreatment,combinedwiththecharacteristicsofbeerwastewater,contrastingseveralkindsofbrewerywastewatertreatmentmethodsliketheacidification-SBRprocess,anewcontactoxidationtreatmentprocess,UASB+SBRmethodprocessingcraft,upflowanaerobicsludgebed(UASB),biologicalcontactoxidationprocessandsoontodeterminethebestsolution:UASB+SBR.ThemaincomponentofUASB+SBRareUASBreactorandSBRreactor.ThisarticlefocusesonthedesignandcalculationoftheUASB+SBRprocess,atthesametime,itcontainsthedetaileddesignandcalculationofthegrille,gritchamber,verticalflowsedimentationtank,UASBpool,SBRpool,disinfectionpool,mudcollectingwell,sludgeconcentrationpoolandsoon,andmakeadetailaboutthemainstructure.thekeyofthetreatmentofhighconcentrationorganicwastewaterbyusingUASB+SBRtechniqueistocultivateanaerobicgranularsludgewithgoodsettlingperformance.Usingthiscombinedprocess,cannotonlysimplifytheprocess,butalsocanreducetheoperationcost.Meanwhile,biogascanberecycled,generatedfromtheanaerobictreatmentprocess,andcanbeusedasenergysource.Keywords：breweryindustry,wastewatertreatment,UASB,SBR 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书目录1绪论…………………………………………………………………………………11.1我国工业水污染现状………………………………………………………………11.2啤酒废水的研究背景………………………………………………………………21.3啤酒废水的来源及特点……………………………………………………………31.4处理工艺的比较……………………………………………………………………31.5工程概况…………………………………………………………………………111.6工艺选择及流程选择……………………………………………………………122啤酒废水处理构筑物设计与计算…………………………………………………132.1污水处理程度计算………………………………………………………………132.2格栅的设计计算…………………………………………………………………232.3沉砂池的设计计算………………………………………………………………262.4初沉池的设计计算………………………………………………………………302.5UASB反应器设计计算……………………………………………………………342.6SBR反应器的设计计算……………………………………………………………482.7消毒池的设计计算………………………………………………………………563污泥部分处理构筑物设计及计算…………………………………………………583.1集泥井的设计计算………………………………………………………………583.2污泥浓缩池的设计计算…………………………………………………………593.3贮泥池的设计计算………………………………………………………………614废水站平面布置和高程布置………………………………………………………614.1废水站平面布置…………………………………………………………………614.2废水站高程布置…………………………………………………………………62结论…………………………………………………………………………………65参考文献………………………………………………………………………………66致谢……………………………………………………………………………68 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书1绪论1.1我国工业水污染现状我国是人均水资源极其短缺的国家之一，水资源短缺以及工业污染等问题已成为制约经济持续发展的主要因素。[1]随着我国工业的高速发展以及人口的快速增长，各种生活垃圾和工业废弃物日益增加，自然水体正在承受着更多更复杂的污染物，而水体自净能力是十分有限，水体被污染的几率大大增加。我是一个来自长江沿岸小城镇的学生，我的家乡四面环山，山清水秀，风景独好。我在高中时期尤其喜欢在护城河游泳，然而光景不再。这也就是十几年前的事。一个规模宏大的啤酒厂设在了她的岸边，刚开始人们认为这个工厂建在这很好，因为空气中弥漫着让人陶醉的麦芽香味。随着日子一天天过去，当年的香味已远走，留下的竟是熏人的恶臭。跟着家人买鱼时听到是护城河的鱼就头也不回地离去。河里孩子们游泳的嬉戏声也早已不在。污染，我们的护城河被这个词深深羁绊住了。她也只是冰山一角，在工业发展的初期，人们更多地考虑发展生产、追求利益，忽视了工业废水对水环境的影响而未经处理就直接排放，不可避免地对水体和环境产生了严重的影响。发达国家无一例外地经历过先污染后治理的发展历程，污染的空气、发臭的河流和遍地的垃圾成为现代社会发展初期的历史景象。中国近几十年也在经历这一历史时期，并已产生了严重的危害。目前全国500多条主要河流中，有80%以上受到不同程度的污染。由此可见我国工业废水污染现象严重，最主要还是水体污染。造成这一现象主要是由于工业废水的排放造成的。[2]根据《流域分区河流水质状况评价结果（按评价河长统计）2008年》报告指出，我国流域水资源基本分为长江、黄河、海河、松花江、淮河、珠江和辽河七大水系，其沿岸汇集了全国80%以上的城市及乡镇，集中着全国主要人口。而这些流经全国40多个大城市的河流，有90%以上受到污染，污染如此严重，当之无愧的成为全国流域污染治理最重要的区域[3]。过去几十年内，国内经济增长迅速，工业发展迅猛，这些污染的结果在巨大的利益面前显得微不足道。这使得政府和企业一直以来都是本着先污染后治理的原则。现在经济提上来了，环境质量却大幅度下降。中国环境经济核算报告显示，环境危机正在越来越严重地制约经济发展。在传统工业化模式下，不断增长的GDP数字，是建立在资源环境和公众健康不断透支的基础之上的。这种高消耗、高污染、高风险的发展方式是不可持续的。[4]环境污染治理往往举步维艰而且费用昂贵，太湖治污20年，投入已达百亿元，却并未遏制水质恶化。中国工业废水已经到了非治不可的严重地步！1.2啤酒废水的研究背景水是生命之源，是人类赖以生存和发展的物质基础，是不可替代的宝贵资源，人类的各项活动都离不开水。但我国人均水资源占有量不足世界平均水平的四分之一，是水资源极其短缺的国家，这阻碍了我国国民经济的更好更快发展。随着我国社会经济的迅速发展，工业水平呈现跳跃式发展，水资源污染尤其是工业废水污染问题日益突出。本次设计我们就讨论作为工业废水的一大重点部分——啤酒废水。随着经济水平和生活水平的日益提高，啤酒工业得到了充分发展，其产量逐年递增，自1996年以来跃居世界啤酒生产大国，带动了经济的同时也带来了令人头疼的高浓度有机废水污染的问题，啤酒废水对环境的影响突出，进而引起了各方单位的重视。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书啤酒是世界通用性饮料，是酒类中酒精含量最低的饮料酒，而且营养丰富。它以优质大麦和水为主要原料，啤酒花为香料，经过麦芽制备、麦芽汁制备、酿造或发酵等工序制成，富含营养物质和二氧化碳。我国的啤酒行业是国民经济的重要产业，发展迅速，啤酒产量较过去有了大幅度提高，我国已成为世界主要啤酒生产国之一。在整个一年内，啤酒啤酒酿造行业使用大量的水和排放大量的污水，这属于高污染行业。[5]啤酒工业在生产啤酒过程中耗水量相当大，吨酒耗水量约为6～10t，其产生的废水含有较高浓度的有机物，未经处理的废水若直接排入自然水体，很容易消耗水体中的溶解氧并造成水体缺氧，最终导致水质退化，严重威胁水体环境。随着啤酒生产的日益集中化、大规模化，啤酒废水污染环境的状况严重，这类环境污染问题越来越不容忽视了,啤酒废水的治理十分迫切。啤酒生产过程需要大量的水，尤其是酿酒，灌装阶段会大量使用新鲜水，相应地也会产生大量高浓度废水。啤酒废水的水质、水量在不同季节有一定差别，夏季是啤酒饮用高峰期，由于废水产量大，处理能力有限并且有些小型企业偷排漏排的现象还时有发生，排入河流中废水的有机物含量也处于高峰。啤酒废水不能直接排入水体是由于啤酒废水自身水质特点。据统计，啤酒废水如未经处理而直接排入河流中，每100吨啤酒所排放的废水中含有的BOD等同于于14000人生活污水所包含的BOD值，悬浮固体（SS）的量相当于8000人生活污水所产生的量，这种污染形势相当严峻。啤酒厂排放的废水超标项目主要是B0D、C0D、SS三项，水量大，无毒有害，属于中高浓度有机废水。如若不合理排放至水体会导致水体质量严重下降，水体发黑发臭，损害居民的身心健康，严重威胁水体环境。考虑到水污染所带来的危害，为了保护环境，为了使排水水质达到国家废水排放标准，研究啤酒废水处理工艺是啤酒生产厂废水处理部门一项刻不容缓的重任!改革开放以来，不仅中国啤酒工业规模上得到了迅猛发展，而且对啤酒工业污染治理日趋完善。例如1982年青岛啤酒厂率先启动软性填料接触氧化法处理啤酒工业废水试验并获的成功后，作为国内完整的污水处理系统工程逐渐在全国啤酒行业从开发、设计、设备制造安装，运行管理，达标排放等方面形成了较为成熟的工业化规模。自后的啤酒生产、废水处理等有了系统完善的整合，逐渐形成一个产业链走向工业化、规范化。1.3啤酒废水的来源及特点1.3.1啤酒废水的来源啤酒是以大麦和水为主要原料，大米或谷物、酒花为辅料，经过糖化和发酵制成的富含营养物质和二氧化碳的饮料酒，酒精含量为3%—6%。啤酒生产中主要利用粮食中的淀粉，而大部分蛋白质等其他物质则残留在麦槽及凝固物中，同时还排出酵母等副产物。啤酒厂生产啤酒过程需要大量的水，特别是酿造、灌装工艺过程大量使用新鲜水，相应产生大量废水。[6]啤酒废水主要来自糖化车间（糖化，过滤洗涤废水），麦芽车间（浸麦废水），灌装车间（洗瓶，灭菌废水及瓶子破碎流出的啤酒），发酵车间（发酵罐洗涤，过滤洗涤废水），以及生产用冷却废水等。啤酒生产过程所消耗的大量水除一部分转入产品外，绝大部分作为工业废水排入环境。[7]1.3.2啤酒废水的特点啤酒废水中含有较高浓度的糖类、醇类等有机物，没有毒性但很容易易腐败，所以排入水体会使水体中的溶解氧含量大幅度降低，因而严重危害水体环境。国内啤酒废水中BOD5含量平均为600～1500mg/L，含量一般为：1000～2500mg/L，容易进行生化处理。且含有一定量的凯氏氮和磷，会导致水体严重富营养化，破坏水体的生态平衡，对环境造成严重污染，所以啤酒废水的处理势在必行。[8]1.4处理工艺比较啤酒废水具有良好的生物可降解性，处理方法主要以生物法为主。由于废水中含有大量的悬浮物，进入生物处理单元之前需要进行预处理，如格栅、沉砂、沉淀及调节等工序。鉴于啤酒废水中COD,BOD,SS等含量较高，目前常依据/的比值来判断废水的可生化性，即当/>0.3时易生化处理，当/ 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书<0.25时难于生化处理。而啤酒废水的/>0.3，所以一般情况下会使用好氧工艺处理，但是为了降低污染负荷，在好氧处理前先经过厌氧处理。[9]啤酒废水属中高浓度有机废水，有很好的可生化性。厌氧处理工艺一般运用于高浓度有机废水，它是在无氧或缺氧的条件下，依靠厌氧和兼性细菌的代谢作用分解有机物。整个过程中，将近有50%～90%的有机基质转化为沼气（甲烷），且发酵后的残余物一般又作为优质肥料和饲料用于农业和畜牧业。因此，啤酒废水的厌氧生物处理受到的关注越来越多。目前，有机废水的生物处理方法主要有好养生物处理如活性污泥法、生物膜法、生物接触氧化法、深井曝气法等，厌氧生物处理如UASB法，以及好养厌氧组合工艺等。然而在进行传统的生化处理中，啤酒废水中含有大量有机碳而氮源含量较少，其含氮量远远低于BOD：N=100：5(质量比)的要求，致使有些啤酒厂采用传统方法处理的情况下效果一般比较差，甚至无法运行。为了既获得更好的处理效果，又可以降低处理成本，并且使能源得到合理有效地利用，废水的处理往往采用多种方法相结合的工艺，目前大多选择厌氧—好氧串联法处理，这是解决啤酒废水污染问题的根本出路。1.4.1好氧处理工艺活性污泥法活性污泥法又称为悬浮生长法，是一种应用广泛的废水生物处理工艺，其主要由曝气池、沉淀池、曝气系统及污泥回流系统等组成。废水经过初沉池后与二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气池，通过曝气使活性污泥呈悬浮状态并与废水充分接触。废水中的悬浮物固体和胶状物质被活性污泥吸附，而废水中的可溶性有机物质被活性污泥中的微生物通过新陈代谢一方面转化作自身营养物质，另一方面将有机物氧化成二氧化碳等。在充氧的条件下，有机物被水中悬浮的活性污泥吸附并氧化分解，在重力的作用下污泥和水的分离。[10]活性污泥法的优点：有机物在曝气池内的降解经历了第一阶段的吸附和第二阶段的代谢的完整过程，活性污泥也经历着对数增长、减速增长、内源呼吸的完整生长周期。对废水的处理效果很好，BOD的去除率最高可达90%以上。适合用于处理净化程度高和稳定性要求较高的废水。活性污泥法的缺点：曝气池手段有机物负荷高，耗氧速率较高，为了避免由于缺氧而形成的厌氧状态，进水的有机物浓度不宜过高，则曝气池的容积需要建的相当大，占用土地面积大，基建费用较高。耗氧速率沿池长是变化的，而供养速率难于与其相吻合。在池前可能出现好养速率高于供养速率，而在池后又有可能出现溶解氧过剩的现象，从而影响处理效果。对进水水质、水量变化的适应性较低，运行结果容易受到水质、水量的变化的影响，脱氮除磷效果也不太理想。针对以上优缺点，传统活性污泥法问世以来，针对不同特征的废水，也在进行着各种各样对的变型和改良。深井曝气法深井曝气法是利用深井作为曝气池的活性污泥法废水生物处理过程，是活性污泥法的一种变型或改良。深井曝气的深度可达100-300m，废水进入与回流污泥在井上部混合后，混合液沿井内中心管以1-2m/s的流速（超过气泡上升速度）向下流动。混合液到达井底后，气泡消失并折流，从中心管外面向上流动至深井顶部的锐气池，混合液中的二氧化碳、氮气和少量未被利用的氧气逸出。部分缓和液溢流至沉淀池进行泥水分离，沉淀活性污泥回流至深井，部分混合液在深井内进行循环。此法可大幅度提高氧的转换率和水中溶解氧浓度，氧的利用率达90%，动力效率可达6kg（氧）/(kw.h)，从而可提高处理效果（BOD去除率达85-95%），降低处理成本，节约用地，目前在欧洲已用于处理化工、食品工业废水。[11] 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书深井曝气法的优点：占地少、运行费用低、投资省、耐水力和有机冲击负荷、调试启动时间短、污泥处置费用低、无丝状菌造成的污泥膨胀问题、受气温变化的影响小。深井曝气法的缺点：一般深井曝气法适合生活污水，处理工业污水效果不好。处理过程容易遭受变化，要求比普通活性污泥法更高、更熟练的技术人员对它进行运行管理，否则很难进行正常的运行。生物膜法生物膜法是与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术。主要用于去除废水中溶解的或呈胶体状的有机污染物。生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。[12]生物膜自滤料向外可分为厌气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。生物膜法的主要优点是：对水量、水质、水温变动适应性强。处理效果好并具良好硝化功能。没有污泥膨胀现象，污泥量小（约为活性污泥法的3/4）且易于固液分离。动力费用省。 微生物多样化，生物的食物链比较长，有利于提高污水处理效果和单位面积的处理负荷。优势菌群分段运行，有利于提高微生物对有机污染物的降解效率和增加难降解污染物的去除率，提高脱氮除磷效果。主要缺点是：1）生物膜法对环境温度的要求较高，气温过高或过低都会影响生物膜的活性，引起生物膜的坏死和脱落。2）由于生物膜需要附着在滤料上才能够对污水起到净化作用，因此载体的比表而积对生物膜处理的效果有着很大的影响，如果选用的滤料比表面积达不到要求，想要达到预期的处理效果就需要增加处理池的而积，使投资费用增大。3）生物膜法中使用的滤料属于消耗品，需要对其进行周性的更新，增大了运行期间的管理费用。4）生物膜法对工艺设计和运行条件的要求较为严格，一旦发生问题，便会引起滤料的破损和堵塞，降低出水的水质。（4）SBR法间歇式活性污泥法（SBR法）是近几十年来活性污泥处理系统中较引人注目的一种废水处理工艺。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。尤其适用于间歇排放和流量变化较大的场合。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书SBR属于活性污泥法的一种，其反应机制及去除污染物的机理与传统的活性污泥法基本相同，只是运行操作方式有很大区别。它是以时间顺序来分割流程各单元，整个过程对于单个操作单元而言是间歇进行的。在该系统中，反应池在一定时间间隔内充满污水，以间歇处理方式运行，处理后混合液进行沉淀，借助专用的排水设备排除上清液，沉淀的生物污泥则留于池内，用于再次与污水混合处理污水，这样依次反复运行，构成了序批式处理工艺。[13]典型的SBR系统分为进水、反应、沉淀、排水与闲置五个阶段运行。SBR法运行方式灵活，可以根据水质水量的变化调整一个周期的各个工段的运行时间。与连续的活性污泥法相比，序批式活性污泥法（即SBR）的处理效率高，但在实际运行中有很大的困难。由于整个处理过程中缺氧、充氧交替发生，限制了丝状菌过度繁殖，同时采用限制曝气方式，增大反应过程中的传质梯度，故处理效果较为理想。SBR工艺的优点有：不易产生污泥膨胀，特别是在污水进入生化处理装置期间，维持在厌气的状态，使得SVI降低，还能俭省曝气的动力费用。处理构筑物简单，设备费用、管理费用也较连续式较少。大多数情况下不需要流量调节池。如若操作得当可以得到很好的出水水质，同时还可以实现单池生物脱氮、除磷的目的。SBR法主要缺点有：1）反应器容积利用率低（由于SBR反应器水位不恒定，反应器有效容积需要按照最高水位来设计，大多数时间，反应器内水位均达不到此值，所以反应器容积利用率低）。2）水头损失大。3）不连续的出水，要求后续构筑物容积较大，有足够的接受能力。而且不连续出水，使得SBR工艺串联其他连续处理工艺时较为困难。4）峰值需氧量高，整个系统氧的利用率低。5）设备利用率低。6）不适合用于大型污水处理厂（采用SBR工艺的污水处理厂规模一般在20000t以下，规模大于100000t的污水处理厂几乎没有采用SBR工艺的）。1.4.2厌氧处理工艺厌氧生物处理适用于高浓度有机废水。它是在无氧或缺氧的条件下，依靠厌氧细菌的新陈代谢作用分解水中的有机物。所有的厌氧工艺都是利用厌氧过程的微生物把有机物在高效低耗的情况下降解为无污染的二氧化碳和水并产生甲烷。[14]厌氧生物处理包括多种方法，诸如厌氧消化池、厌氧接触池、升流式厌氧污泥床、厌氧流化床、水解酸化池等。但以升流式厌氧污泥床(UASB)技术在啤酒废水的治理方面应用最为成熟。由污泥反应区、气室和气液固三相分离器(包括沉淀区)三部分组成的UASB，在底部会存储大量的具有良好的沉淀性能和凝聚性能的厌氧污泥，并形成底部污泥层。从厌氧污泥床底部流入的需要处理的啤酒废水与污泥层中厌氧污泥充分接触混合，污泥中的相关厌氧细菌通过新陈代谢作用将污水中的有机物消化分解为沼气（甲烷）。以微小气泡形式放出的沼气在上升过程期间相互合并成较大的气泡，因为污泥床上部沼气的搅动使污泥浓度较稀，其与水一起上升进入三相分离器，当沼气碰到分离器反射板时会折向反射板的四周，进而穿过水层进入气室。沼气在气室中不断积累，再用导管导出，经过反射后的固液混合液再进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥产生絮凝现象，颗粒不断增大并在重力作用下沉降。[15]截至2000年9月，在全世界范围内已建成120座生产性处理啤酒废水的UASB反应器，总容积达25000立方米。污泥床内生物量多，折合浓度计算可达20-30g/L。容积负荷率高，在中温发酵条件下，一般可达左右，甚至能够高达15~40，反应器内的废水水力停留时间较短，故而反应池的容积也缩小了不少。UASB工艺设备简单，运行方便，不需要充填填料，不需要设沉淀池和污泥回流装置，也不需在反应区内设机械搅拌装置，这使得池体造价相对较低，便于统一规划管理，且不容易被堵塞。厌氧处理的优势：对于高、中浓度废水，厌氧比好养处理不仅运转费用要省的多，而且可以回收沼气，是一种产能工艺。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书采用现代高负荷厌氧反应器，处理废水所需要反应器的体积更小。厌氧处理能适用于各种不同规模的废水处理工程。厌氧处理能耗低，一般为好养处理工艺的10%-15%。厌氧处理污泥产量少，仅仅为好养处理工艺的10%-15%。厌氧处理对营养物质需求量低。厌氧处理的缺点：1)厌氧微生物增殖缓慢，为增加反应器内生物量所需的时间较长，因而厌氧反应器启动时间和水力停留时间都比好氧法长。2)一般情况下出水水质不能直接达到符合排放标准的要求，需要进一步处理，因此在厌氧反应器后需要串联配置好氧处理过程。3)待处理废水浓度低或碳氮比较低时会形成碱度不足，需要补充和投加碱源。4)对温度要求严格，废水温度低时对处理效果的影响很大，管理操作比较复杂。5)无硝化作用，如果要维持较高的生物活性，要求N咐浓度在40～70mg／L。1.4.3厌氧-好养组合工艺的比较(1)酸化-SBR工艺采用酸化-SBR组合工艺处理啤酒废水时，在厌氧反应过程中，弃用限制条件要求高、反应时间长的沼气发酵过程阶段，使厌氧反应被控制在酸化阶段，这样反应迅速使得水解池体积小。反应过程中省去了收集产沼气过程，降低了造价，简化了构造。而且该过程产生的剩余污泥量少。同时，经水解反应后COD含量会有明显地增加，方便了微生物对基质的摄取，提高了有机物的降解速度，为后续生物处理创造更为有利的条件。酸化—SBR法非常适合处理高浓度啤酒废水，而且其效果也比较不错，去除率超过94%以上，最高的时候可以达到99%以上[16]。但是，在处理啤酒废水时，欲达到理想效果，就必须要求运行环境能够达到下面两个方面。（1）采用酸化—SBR法处理有机浓度比较高的啤酒废废水时应改进废水的有机成分，这一点就必须通过酸化反应达到，酸化反应后啤酒废水的可生化性能被大幅度提高。而且，这一工艺对有机物中的易降解的污染物的去除作用也是不能忽视的。（2）酸化—SBR法处理啤酒废水时受进水水质和温度的影响比较大，该方法的最佳温度为24摄氏度，最佳碱度范围是500～750mg/L。若进水水质和温度达不到设计要求，则需要设置预处理装置。(2)UASB-好养接触氧化工艺[17]UASB具有效能高、耗电量省、投资少、处理费用低、占地面积比较小等一系列优点，非常适用于具有高浓度有机物特点的啤酒废水治理。前人用实践证明，UASB成功处理高浓度啤酒废水的关键之处是UASB池能够培养出具有良好沉降性能的厌氧颗粒污泥，这些污泥颗粒促使了反应器能够高效率的去除有机物质。但其缺点是出水的浓度仍达500mg/L左右，在进行处理时需同好氧处理工艺相结合，单独处理时在某些方面还无法达标，当进行再处理时与好氧处理工艺结合处理后的出水水质比较理想，故在工业处理上常常将UASB工艺与好养接触氧化工艺两个单元结合。此组合工艺的主要设备为UASB反应池及接触氧化池。处理的大致流程是：转鼓过滤机对悬浮固体的去除率达10%以上，效果不错，因此使废水先经过转鼓过滤机，很好地去除了麦壳类有机物，同时使废水中的有机物浓度降低了不少。UASB反应器很好地降低了好氧生物处理单元的处理负荷且好养接触氧化对废水中固体悬浮物和 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书均有较高的去除率。但是废水经过厌氧处理后有机物含量依然比较高，所以UASB与好养接触氧化池相串联的废水处理工艺会比较理想，其具有处理效率高、容易调试运行稳定、耗能低和易于重新启动等很明显的优点。由于增加了厌氧处理单元，该工艺的处理效果非常好。啤酒废水在经过整个工艺处理后，COD的去除效率最高可达95%以上，SS的去除率可达97%以上，该工艺非常适合在啤酒废水处理中推广应用。(3)内循环UASB反应器+氧化沟工艺同UASB和好养接触氧化池组合工艺相同，本工艺也是采用厌氧和好氧相串联的方式，厌氧采用内循环UASB技术，好氧处理采用氧化沟工艺。UASB反应器的介绍如上面所说，出水水质一般比较稳定，通过内循环回流能提高UASB反应器对进水水质、pH值和COD浓度的适应能力。为了降低土建费用，因地制宜，采用氧化沟工艺。而氧化沟是一种完全混合，并不需要初沉池的延时曝气活性污泥工艺。其结构形式一般采用环形沟渠，混合液在氧化沟曝气器的推动下做水平流动[18]。氧化沟与活性污泥相比的主要优点是废水处理过程与污泥稳定化阶段的相结合，并简化了运行操作。经过内循环UASB反应器处理后，后续的氧化沟可以得到优良的水质，因此这一组合工艺适合对处理水质要求高的场合。此外，内循环UASB反应器可根据啤酒的生产季节性、水质和水量的变化情况适时调整运行参数，能进一步降低运行费用。本次组合处理工艺的关键设备是UASB反应器和氧化沟。其中，UASB反应器是利用厌氧微生物降解废水中的有机物，同前面介绍的一样，UASB池主体分为配水系统、污泥反应区、三相分离系统、沼气收集系统四个部分。同好氧处理工艺相比，厌氧微生物对水质的要求不象好氧微生物那么宽，最佳pH为7左右，最佳温度为35℃－40℃。不同于普通的UASB反应池，内循环UASB技术是在普通UASB技术的基础上增加一套内循环系统，其主要包括回流水池及回流水泵。这种情况下，UASB反应器的出水水质一般都相对比较稳定，同时，在回流系统的作用下重新回到配水系统。如此一来既能能提高UASB反应器对进水水质、水温和pH的适应能力，也对COD浓度变化有一定的适应能力。UASB反应器采用环状穿孔管配水，通过三相分离器出水，并在三相分离器的上方增加侧向流絮凝反应沉淀器，它由玻璃钢板成60°安装而成，能在最大程度上截留三相分离出水中的颗粒污泥。此处理工艺主要优点：1）采用内循环UASB反应器＋氧化沟组合工艺处理啤酒废水被证明是可行的，而且其处理效果也比较理想，其运行结果表明总去除率甚至高达95％以上。2）内循环UASB反应器和氧化沟工艺串联组合工艺能够根据啤酒生产的季节性、水质和水量的情况做出适当的调整，以便进一步降低运行费用。(4)UASB+SBR法处理啤酒废水本处理工艺主要包括UASB反应器和SBR反应器。同样，使用的是厌氧和好氧处理工艺的串联，将UASB和SBR两种处理尊元进行组合，所形成的处理工艺不仅突出了各自处理单元的优点而且使得处理效果有一个适当的放大作用，两者的组合处理效果是两个单元各自处理效果的数倍，同时这种工艺使处理流程简洁，节省了运行费用。作为处理废水整个过程的一个预处理单元，UASB不仅能够降低废水浓度，还能够回收所产沼气作为能源利用[19]。同时，由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量，大大降低了好氧单元的处理负荷，也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[21]。采用该工艺既降低处理成本，又能产生经济效益。采用UASB+SBR组合工艺处理啤酒废水，其处理效果及运行过程稳定，出水达到了国家一级排放标准，并且系统费用低、运行简单，且厌氧处理系统产生的沼气具有综合利用价值，能实现污水处理的资源化[20]。UASB+SBR法处理工艺的主要优点：UASB+SBR组合工艺合理,能够很好地运用于工业废水处理，实用性强。2）工艺调节灵活，可以随时根据具体实际情况调整进水、曝气、沉淀、排水时间。适合不同规模的啤酒企业使用。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书3）处理啤酒废水时流程简单,安装操作及维修很方便。4）投资、运行费用低。5）处理能力比较高，处理效果不错。UASB反应器因反应区聚积大量厌氧颗粒污泥，废水可以与这些颗粒充分结合，反应速度也比较快，可降解水中80%以上的COD。6）工艺稳定，运用比较成熟，耐冲击负荷能力强，受水质和水量的波动的影响小，工艺自动化程度较高，运行管理和维修方便。1.5工程概况1.5.1某啤酒废水出水水质、水量以及出水排放标准该啤酒厂废水日产生量约为9000m3/d，该废水基本水质情况见下表：表1.1某啤酒厂废水水质与水量项目设计水量(m3/d)SS(mg/L)COD(mg/L)BOD5(mg/L)TN(mg/L)TP(mg/L)pH水温℃指标90004002300130035185.5~720根据中华人民共和国国家环保总局和国家质量监督检疫总局联合发布的啤酒工业污染物排放标准将从2006年1月1日起实施，该标准为强制性标准。，排水指标见表：表1.2出水排放标准项目CODBOD5SSTNTP指标（mg/L）8020701531.5.2气象资料(1)气温(℃)等资料年平均气温(℃)7.6月平均最高(℃)28年最低气温(℃)-28.1月平均最低(℃)-20.6年最高气温(℃)36.2月平均气温(℃)12温度在-10℃以下的天数（天）82温度在0℃以下的天数（天）105降雨量（mm/年）316年蒸发量（mm/年）1200(2)常年主导风向：西北风；最大风速：3.8m/s1.5.3地质资料土壤性质冰冻线深度(m)地下水位（在地表下）(m)承载力(kPa)排水管网干管处一般性资料良好-1.0-7.0≥170污水总泵站与污水处理厂址处良好-1.0-7.0≥1701.5.4受纳水体 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书受纳水体为城市市政排水管网，汇同城市生活污水进入城市污水厂再进一步处理，达到中华人民共和国国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，该现行标准规定城市污水厂的出水水质应达到一级标准B[22]。1.6工艺选择及流程选择综上各种处理方法的比较，本次设计决定采用UASB与SBR组合工艺。如上介绍，UASB+SBR法成功的原因是在处理高浓度啤酒废水时能培养出具有良好沉降性能的厌氧颗粒污泥。颗粒污泥形成的同时厌氧细菌群不断繁殖、积累，较多的污泥负荷使得细菌获得充足的营养基质，故对颗粒污泥的形成和发展具有决定性的促进作用。采用该工艺既降低处理成本，又能产生经济效益采用UASB+SBR组合工艺处理啤酒废水，其处理效果稳定，出水达到了国家一级排放标准，并且系统运行简单、费用低，且厌氧处理系统产生的沼气具有综合利用价值，能实现污水处理的资源化。而且啤酒废水中的高浓度有机物质为UASB的成功运行提供了有利的条件。UASB+SBR法具有效能高，电耗省，投资少，处理费用低，占地面积小等一系列优点，很适用于高浓度啤酒废水的治理。唯一的缺点是工艺先进,因此对管理人员的素质要求较高。综上所述，本次设计采用UASB+SBR组合工艺，其具体流程如下：初沉池废水格栅水泵沉砂池UASB池SBR池消毒池排入指定河流污泥集泥井贮泥池浓缩池图1.1UASB+SBR工艺流程图啤酒废水先经过格栅去除大杂质后进入集水池，用污水泵将废水提升至水力筛，然后进入沉砂池，经过一段时间的处理，废水中的泥砂含量大大降低，沉砂池的出水经由管道直接进入初沉池，此段废水中的有机物和悬浮物含量也有较明显的降低，在将出水直接送至UASB反应器进行厌氧消化，降低有机物浓度。厌氧处理过程中产生的沼气被收集到沼气柜。UASB反应器内的污水流入SBR池中进行好氧处理，而后达标出水。来自UASB反应器、SBR反应池的剩余污泥先收集到集泥井，在由污泥提升泵提升到污泥浓缩池内被浓缩，实现污泥的减量化。污泥脱水后形成泥饼，装车外运处置。2啤酒废水处理构筑物设计与计算 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书2.1污水处理程度计算水排入手拿水体后，经过物理的化学的和生物的作用，使污水中的污染浓度降低，受污染的受纳水体部分地或全部地恢复原状，这种现象称为水体自净或水体净化，水体所具备的这种能力称为水体自净能力。2.1.1废水的SS处理程度计算按水体中SS允许增加量计算排放的SS浓度废水排入受纳水体后，假设废水与全部河水完全混合并稀释，如图2.1所示图2.1废水排入受纳水体情况计算处理后废水总出水口的SS浓度式中——处理后废水的SS浓度P——废水排入河流后混合水体中允许增加的SS值（），本次设计取1.2。——废水排入河流95%保证率枯水位时流量（），本次设计中取8.5。b——河流中原有SS的浓度（）设计时一般取22。——废水平均流量（），本次设计中，污水的流量为=9000=0.105计算处理程度式中，——SS的处理程度（%）C——进水的SS浓度（）带入数据得， 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书按二级生物处理后的水质排放标准计算SS处理程度根据中华人民共和国国家环保总局和国家质量监督检疫总局联合发布的啤酒工业污染物排放标准将从2006年1月1日起实施，该标准为强制性标准。项目CODBOD5SSTNTP指标（mg/L）802070153表2.1出水排放标准由表2.1可知总出水口处废水的SS浓度为70计算SS处理程度从以上两种计算方法比较得出，方法（2）得出的处理程度高于方法（1），所以本废水处理厂SS的处理程度为82.5%。2.1.2废水中的BOD5处理程度计算按河流中溶解氧的最低容许浓度计算废水排入受纳水体后，废水中的有机物经微生物降解会消耗河水中的溶解氧，使河水中溶解氧降低，同时空气中的氧通过河水水面不断地溶入水中，又会使废水中溶解氧逐渐恢复。如图2.2所示。图2.2河水中溶解氧变化曲线求出水口处DO的混合浓度式中，——混合后出水口处水体中的溶解氧浓度（）——废水排入河流95%保证率枯水位时流量（），本次设计中取8.5。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书——废水平均流量（）——河流原有的溶解氧浓度（），一般取5.5。DO——出水口处废水的溶解氧浓度（），一般采用1.5~2.5，本次设计取1.5（2）求出水口处水温的混合温度式中，——混合后出水口处水体中的水温（）——河流原有的水温（），一般取22t——出水口处废水的温度（）求水温为22时的耗氧速率常数式中，——22时的耗氧速率常数（）——20时的耗氧速率常数（），一般采用0.1/dΘ——温度系数，一般采用1.047求水温为22℃时的复氧速率常数值式中，——22时的复氧速率常数（） 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书——20时的复氧速率常数（），一般采用0.2~0.5/d，本次设计取0.3/d求起始点的亏氧量和临界点的亏氧量式中，——河流在废水排入的起始点处亏氧量浓度（）——22℃时的饱和溶解氧浓度（）——河流在溶解氧为4.0的临界点亏氧量浓度（）。设计中查表2.2知=8.85表2.2不同温度下的溶解氧量求起始点的有机物浓度和临界时间式中，——河流在废水排入的起始点处浓度（）。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书——河流从起始点流到临界点的临界时间（d）。计算得=1.30d=19.0求起始点允许的20℃时的浓度式中，——河流在废水排入的起始点处浓度（）。t——的时间（d），一般采用t=5d。计算废水处理厂允许排放的浓度式中，——处理后废水允许排放的浓度（）——河流中原有的浓度（）。计算处理程度式中，——处理程度（%）L——进水的浓度（）。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书按河流中的最高允许浓度计算废水排入受纳水体后，假设河水与全部废水完全混合，废水中的有机物使河水中有机物急剧上升。随着河水的流动，河水中有机物被微生物氧化分解又会使河水中有机物逐渐恢复。如图2.3所示。图2.3河水中有机物变化情况计算由废水排放口流到下游取水口处的时间式中，t——废水排放口流到下游取水口处的时间（d）；x——废水排放口距下游取水口处的距离（m），本次设计取水口设在下游35m处；v——河流中水流的流速（），一般取0.8；d将20℃标准下河流的值和河流任一时段最高允许的值得数值换算成22℃时的数值。式中，——20℃时河流任一时段最高允许的值，一般采用=4；——20℃时河流任一时段最高的值；推得换算成22℃时的，即 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书同理，20℃时的河流换算成22℃时的求22℃时的的值式中，——处理后废水允许排放的浓度（）；将22℃时的换算成20℃时的值=139.0计算处理程度式中，——处理程度（%）；L——进水的浓度（）。按二级生物处理后的水质排放标准计算由表1.1可知，=20计算的处理程度从以上3种计算方法中比较得出，方法（3）得出的处理程度较高，所以废水处理厂的处理程度为98.4%。2.1.3废水的氨氮处理程度计算根据中华人民共和国国家环保总局和国家质量监督检疫总局联合发布的啤酒工业污染物排放标准，由表1.1可知总出水处的氨氮浓度为15 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书式中，E——氨氮处理程度（%）；C——进水的氨氮浓度（）；——处理后废水允许排放的氨氮浓度（）。2.1.4废水的磷酸盐处理程度计算根据中华人民共和国国家环保总局和国家质量监督检疫总局联合发布的啤酒工业污染物排放标准，由表1.1可知总出水处的磷酸盐浓度为3式中，E——磷酸盐处理程度（%）；C——进水的磷酸盐浓度（）；——处理后废水允许排放的磷酸盐浓度（）。2.1.5废水的处理程度计算根据中华人民共和国国家环保总局和国家质量监督检疫总局联合发布的啤酒工业污染物排放标准，由表1.1可知总出水处的磷酸盐浓度为80式中，E——处理程度（%）；C——进水的浓度（）；——处理后废水允许排放的浓度（）。2.2格栅的设计及计算格栅是由一组平行的金属栅条制成，斜制在污水流经的渠道上或水泵前集水井处，用以截留污水中的大块悬浮杂质，以避免后续处理单元的水泵和减轻构筑物的处理负担。2.2.1格栅设计要求机械格栅不易小于2台。过栅流速一般为0.6-1.0m/s格栅前的水流流速一般为0.4-0.9m/s格栅间必须设置工作台两侧过道宽度不应小于0.7m,工作台正面过道宽度人工清渣不应小于1.2m机械清渣不应小于1.5m。设置格栅装置的构筑物需考虑设有良好的通风设施。2.2.2格栅设计基本条件和数据本次设计取栅前水深h=0.4m，过栅流速为0.9，栅条间隙宽度b=0.02m，格栅倾角，栅条宽度S=0.01m，进水渠宽=0.30m，进水渠宽部分展开角（进水渠道内的流速为0.77），栅条断面为锐边矩形断面，删前渠道超高 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书=0.3m，在格栅间隙20mm的情况下，取栅渣量为每1000废水产0.07。设计时设定为两组（一备用）。2.2.3平面格栅的计算图2.4格栅设计尺寸图（1）栅槽宽度B13.6，取n=14（个）m式中，S——栅条宽度（m）；n——栅条间隙数（个）；b——栅条间隙（m）；——最大设计流量（）；α——栅格倾角（℃）；h——栅前水深（m），不能高于来水管水深；v——过栅流速（）。（2）过栅水头损失式中，k——系数，格栅堵塞时水头损失的增大倍数，一般采用3； 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书——阻力系数，与栅条断面形状有关，锐边矩形的系数公式由表2.4可知为，其中2.42，g为重力加速度。表2.4距离系数计算公式栅条断面形状公式形状系数锐边矩形2.42迎水面为半圆形的矩形1.83圆形1.79迎水、背水均为半圆形的矩形1.67正方形:收缩系数，一般为0.64则，代入数据得=0.0344符合要求栅后槽总高H=0.803m式中，——栅前渠道超高，一般取0.3m。栅槽总长式中，——进水渠道渐宽部分长度；——栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度； 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书——栅前渠道深；为进水渠宽，本次设计取0.3m；——进水渠道渐宽部分的展开角度，一般采用20℃；代入数据得，0.15m，=0.08m，=0.7，L=2.14m每日栅渣量W式中，——栅渣量，栅隙为16-25mm时；=0.10-0.05；本次设计取0.07；——污水流量总变化系数。则故宜采用机械清渣。2.3沉砂池设计及计算废水在迁移、流动和汇集过程中不可避免会混入泥沙。为了减少城市污水处理系统中水泵与其它机械设备的磨损，保证沉淀池、曝气池等处理构筑物功能的正常发挥，沉砂池是城市污水处理厂必不可少的预处理构筑物。沉砂池分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池和旋流是沉砂池。对于一座理想的沉砂池，最好在去除所有的无机砂粒的同时，将砂粒表面附着的所有有机组成分离出来，以利于砂粒的最终处理。在设计沉砂池时应同时考虑两个主要问题：如何通过合理的水力设计，使得砂粒得以最大程度的沉降及排除；采用何种方式使得附着有机物尽量得以分离并送回废水中。平流式沉砂池因构造简单，除砂效果好，加之除砂设备国产化率高，已成为我国污水处理厂沉砂池的主要池型。本次设计就取平流式沉砂池。2.3.1平流式沉砂池的设计要求（1）一般按去除相对密度2.65，粒径大于0.2mm的沙粒确定。（2）沉砂池得座数或分格数不得少于两个，宜按并联系列设计。污水量较小时，一备一用;较大时，同时工作。（3）设计流量的确定一般按最大设计流量计算。（4）最大设计流量时，污水在池内的最大流速为0.3m/s，最小流速为0.15m/s。（5）最大设计流量时，污水在池内停留时间不少于30s，一般为30-60s。（6）设计有效水深应不大于1.2m，一般采用0.25-1.0m，每格池宽不宜小于0.6m，超高不宜小于0.3m。（7）池底坡度一般为0.01-0.02，并可根据除砂设备要求，考虑池底得外形。2.3.2平流式沉砂池的设计计算设计中选择两格平流式沉砂池，N=2格，与格栅连接，沉砂池设计流量为0.105，沉砂池的设计图如图2.5所示。 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书图2.5平流式沉砂池工艺图沉砂长度L式中，L——沉砂池的长度（m）；v——最大设计流量时的速度（），设计时取0.15。t——最大设计流量时的停留时间（s），本次设计取60s。水流断面面积A式中，——最大设计流量（）A——水流过水断面面积（）池总宽度B式中，B——沉砂池宽度（m）；——设计有效水深（m），一般采用0.25-1.00m，本次设计取0.5m。则每格池宽b符合要求贮砂斗所需容积V 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书式中，X——废水的沉砂量，一般采用0.03T——排砂时间间隔（d）;设计时取2d。——污水流量总变化系数；取1.5。（5）每个沉砂斗容积设计中取每一分格有2个沉砂斗，共有4个沉砂斗。则每个沉砂斗容积（6）贮砂斗各部分尺寸计算一般设贮砂斗底宽为0.5m，斗壁与水平面的倾角为；取贮砂斗高度=0.3m，则贮砂斗的上口宽为沉砂斗容积≈0.09（7）贮砂室的高度假设采用重力排砂，池底设坡度为0.06，坡向砂斗。式中，——沉砂池底长度（m），设计取2.6m。池总高度H式中，——超高（m），取0.3m；——有效水深（m） 河北工业大学2013届本科毕业设计说明书（9）最小流速在最小流量时，只用1格工作，n=1。（0.15，符合要求）式中，——最小流量（），一般取0.75——最小流量时的过水断面面积（）2.4初沉池的设计计算2.4.1初沉池的选择及原理沉淀是利用重力沉降原理来去除水中悬浮固体的工艺过程，主要去除悬浮于水中可以沉淀的固体悬浮物、无机颗粒和部分有机物。沉淀池在废水处理中应用广泛，常见的主要有平流式、竖流式和辐流式三种。啤酒厂废水流量一定，废水量不大，且鉴于资金和占地面积方面考虑，初沉池选择竖流沉淀池。竖流沉淀池的主要优点有占地面积小，排泥方便，运行管理简单，主要适用于小型废水处理厂。竖流沉淀池是利用污水从沉淀池中心管进入，沿着中心管向下流动，经过中心管下部的反射板折射向上方流动，污水以流速v自下而上流动，污水中的颗粒以沉速u向下沉降，当u>v时，颗粒开始下沉，u=v时颗粒悬浮污水中，u