某啤酒厂废水处理工艺设计-中期报告

河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告

毕业设计（论文）题目：我国工业水污染现状及某啤酒厂废水处理工艺设计 专业（方向）：环境工程

学 生 信 息： 学号：090561 姓名：路宗逆 班级：环境091 指导教师信息：教师号： 姓名：齐旭东 职称：讲师 报告提交日期：

一、毕业设计进度与完成情况 1.毕业设计进度要求

任务书： 2013-2-20到2013-3-18

前期报告与外文翻译：2013-3-19到2013-3-26 调查报告： 2013-3-20到2013-4-15 中期报告：2013-4-15到2013-5-7

设计说明书编制：设计和计算，主要处理设备的工艺计算和选型、高程设计计算、管路设计计算如水头损失及泵的选择等 2013-3-18到2013-5-17

制图：首页图、平面图、高程图（立面图）、带控制点的工艺流程图、2个主要设备（或构筑物）图，主要设备一览表和主要材料表，2013-5-18到2013-5-27 检查与修改，完成论文和图纸：2013-5-28到2013-6-7 答辩阶段：2013-6-09到2013-6-15 2.毕业设计完成情况

这段时间我收集了大量的有关啤酒厂废水处理的文献资料，并对此次啤酒废水的水质水量进行了分析，初步确定了本次设计的工艺流程、构筑物的选择、整体布局、高程布置，并完成了部分构筑物的设计计算。通过查阅诸多的资料加深了我对啤酒厂废水处理工艺的了解，尤其是对UASB、SBR及其组合工艺有了更全面的认识。

设计中根据污水的水质水量情况以及要求达到的国家排放标准从而确定啤酒厂废水的处理程度、工艺流程和选择设计参数，尽可能的与实际情况相符合。本次设计综合考虑原始数据和设计规划实际，同时兼顾环境效益和社会经济效益。

二、工艺设计的阶段性成果 1.设计任务

本次设计的任务为啤酒厂的工业废水处理设计。啤酒厂废水污染严重，进行水治理是当务之急。本课题以啤酒厂的工业废水为研究对象，针对具体的废水成分和流量进行分析研究，根据污水处理原理和方法，制定最佳处理工艺方案，并采用厌氧和好氧等去除COD、BOD、SS和部分无机盐。处理后污水达到国家排放标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)。

在查阅资料、调研的基础上，论证并选择工艺方案，选用合理的工艺设计参数，进行工艺计算并编写设计说明书，应用AUTOCAD，绘制出带控制点的工艺流程图、高程图、平面布置图、首页图、主要处理工段工艺图（两张），完成合格的毕业设计。

2.啤酒厂废水水质情况

该啤酒厂废水日产生量约为9000m/d，该废水基本水质情况见下表：

表1.啤酒厂废水水质与水量

3

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2.出水排放标准

3.方案选择

在本设计中所说的啤酒废水指总排放口出水，国内啤酒厂废水COD多在1000~2500mg/L之间，BOD在600~1500mg/L。从以上各表可以看出，啤酒废水BOD与COD的比例高达0.5左右，说明这种废水具有较高的生物可降解性。啤酒废水也含有一定量的凯氏氮和磷。

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，当BOD5/CODcr0.3，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。啤酒废水属中高浓度有机废水，有很好的可生化性。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。目前，啤酒废水的生物处理方法主要有接触氧化法、SBR法及其改进工艺、厌氧-好养联合处理技术。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。

本次设计采用UASB与SBR的组合工艺处理废水。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）。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。经过UASB厌氧工艺处理之后，再进行SBR好养处理。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。经过此段组合工艺处理后的出水能够达到一个相当不错的排水效果。

4.工艺流程

废水

5.废水处理构筑物设计计算

5.1 格栅的设计计算

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或构筑物造成损害。

5.1.1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0.9m/s，栅条间隙宽度b=0.02m，格栅倾角α=60，栅

α=201条宽度S=0.01m，进水渠宽B1=0.30m，进水渠宽部分展开角（进水渠道内的流速为0.77m/s），

栅条断面为锐边矩形断面，删前渠道超高h2=0.3m，在格栅间隙20mm的情况下，取栅渣量为每1000m废水产0.07m。

5.1.2平面格栅的计算。

格栅设计尺寸如图

3

3

（1）栅槽宽度B

Qmaxsin0.sin60 n===13.6，取n=14（个）

bhv0.02⨯0.4⨯0.9

B=S(n-1)+b⨯n=0.01⨯(14-1)+0.02⨯14=0.41m

（2）过栅水头损失h1

h1=h0⨯k

v2

h0=ξsinα

2g

式中，k为系数，格栅堵塞时水头损失的增大倍数，一般采用3；ξ为阻力系数，与栅条断面形状有关，

锐边矩形的系数公式ξ=β 则

⎛S⎫

⎪，其中β=2.42，g为重力加速度。 b⎝⎭

4

3

43

2

v⎛S⎫vh0=ξsinα=β ⎪sinα，代入数据得h0=0.0344

2gb2g⎝⎭

2

h1=k⨯h0=3⨯0.344=0.103m

（3）栅后槽总高H

H=h+h1+h2=0.803m

式中，h2为栅前渠道超高，一般取0.3m。

（4）栅槽总长

L=l1+l2+1.0+0.5+

H1

tanα

l1=

B-B1

2tanα1

l2=

l1 2

H1=h+h2

代入数据得，l1=0.15m，l2=0.08m，H1=0.7，L=2.14m

（5）每日栅渣量W

W=

86400QmaxW1

1000Kz

3

3

3

式中，W1为栅渣量，栅隙为16~25mm时，W1=0.10~0.05；本次设计取0.07m/10m；Kz为污水流量总变化系数。 则，

W=

86400⨯0.105⨯0.07

=0.424m3≥0.2m3

1000⨯1.5

故宜采用机械清渣。

5.2沉砂池设计计算

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。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。

5.2.1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0.105m/s. (1)沉砂长度L

3

L=v⨯t=0.15⨯60=9m

(2)水流断面面积A

A=

Qmax

v

A=

(3)池总宽度B

Qmax0.105

==0.7m2 v0.15

B=

A0.7

==1.4m h20.5

h2——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

b=

(4)贮砂斗所需容积V

V=

B1.4==0.7m 22

24⨯3600⨯Qmax⨯T⨯X24⨯3600⨯0.105⨯2⨯0.03

=0.36m3 =

1000⨯1.51000⨯Kz

（5）每个沉砂斗容积V0

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

V0=

（6）贮砂斗各部分尺寸计算

V0.36==0.09m3 44

'

一般设贮砂斗底宽 b1为0.5m，斗壁与水平面的倾角为600；取贮砂斗高度h3=0.3m，则贮砂斗的上口宽 b2为

'

2h32⨯0.3b2=+b=+0.5≈0.8m 1

tan603

沉砂斗容积V0

'

h30.32

V0=(2b2+2b1b2+2b12)=(0.82+0.8⨯0.5+0.52)=0.13m3≈0.09m3

63

（7）贮砂室的高度h3

假设采用重力排砂，池底设坡度为0.06，坡向砂斗。

'

h3=h3+0.06⨯l2

式中，l2——沉砂池底长度（m），设计取2.6m。

'

h3=h3+0.06⨯l2=0.3+0.06⨯2.6=0.46m

（8）池总高度H

H=h1+h2+h3

式中，h1——超高，m。取0.3m；

h2——有效水深（m）

H=h1+h2+h3=0.3+0.5+0.46=1.26m

（9）最小流速vmin

在最小流量时，只用1格工作，n=1。

vmin=

0.079Qmin

=0.23m/s（≥0.15m/s，符合要求） =

n⨯Amin0.5⨯0.7

3

式中，Qmin——最小流量（m/s），一般取0.75Qmax

Amin——最小流量时的过水断面面积（m）

5.3初沉池的设计计算

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

（1）中心进水管面积

32

A0=

式中，A0——沉淀池中心管面积（m2）；

Q——设计流量（m/s）

3

Q

v0

v0——中心进水管流速（m/s），一般采用v0≤0.03m/s，本次设计取v0=0.03m/s。

A0=

（2）中心管直径d

Q0.026

==0.87m2 v00.03

d=

4A0

π

=

4⨯0.87

=1.05m

3.14

（3）中心进水管喇叭口与反射板之间的缝隙高度

h3=

Q

v1d1π

式中，v1——废水由中心管喇叭口与反射板之间的间隙流出的速度（m/s），设计时取0.2m/s

d1——喇叭口的直径（m），d1=1.35d

h3=

（4）沉淀部分有效面积A

Q0.026

==0.30m v1d1π0.02⨯1.35⨯1.05⨯3.14

Qv

A=

式中，v —— 废水在沉淀区上升的流速（m/s）

设计时，取表面负荷q=2.5m/(m∙h)，则v=2.5m/h=0.0007m/s

32

A=

（5）沉淀池直径D

Q0.026==37.14m2 v0.0007

D=

（6）沉淀部分有效水深

4(A+A0)

π

=

4⨯(37.14+0.87)

=7.0m

3.14

h2=3600vt

式中，t ——沉淀时间（h）；设计取t=1.5h。

h2=3600vt=3600⨯0.0007⨯1.5=3.78m

径深比

D7.0

==1.85

（7）沉淀部分所需容积V 按去除水中悬浮物计算

Q(C0-C1)t'⨯86400⨯100

V=

γ(100-ρ0)

式中，Q——设计流量（m/s）；

C0，C1—— 进水与沉淀出水的悬浮物浓度（kg/m），沉淀效率一般为50%；

ρ0——污泥含水率（%），一般取97%； γ——污泥泥重，取1000kg/m；

3

3

3

Q(C0-C1)t'⨯86400⨯1000.105⨯(0.4-0.4⨯0.5)⨯86400⨯100V===60m3

γ(100-ρ0)1000(100-97)

则每个沉淀池的污泥体积

V1=

（8）圆截锥部分容积

V60

==15m3 n4(R2+Rr+r2)

V2=

式中，R——圆截锥上部半径（m）；

r——圆截锥下部半径（m）；

πh5

3

h5——污泥室圆截锥部分的高度（m）；

设圆截锥部分半径r=0.2m，圆截锥侧壁倾角55，则圆截锥部分的高度

h5=(R-r)tanα=(3.5-0.2)tan55 =4.70m

则圆截锥部分容积

V2=

πh5

3

(R2+Rr+r2)=

3.14⨯4.70

(3.52+3.5⨯0.2+0.22)=64m3>15m3（符合要求） 3

（9）池子总高度H

H=h1+h2+h3+h4+h5

式中，h1——沉淀池超高（m），一般取0.3m；

h4——缓冲层高度（m），设计取0.3m；

H=0.3+3.78+0.3+0.3+4.7=9.4m

5.4 UASB反应器设计计算

5.4.1工艺参数

容积负荷（Nv）=8.0kgCOD/(m∙d); 污泥产率=0.1kgMLSS/kgCOD； 产气率=0.4m/kgCOD;

3

m3/s 设计水量 Q＝9000m/d=375m/h=0.105

3

3

3

反应器进出水水质标准见表1.3

表1.3 UASB反应器进出水水质指标

5.4.2UASB 反应器容积及主要工艺尺寸的确定

（1）UASB 反应器容积的确定

本设计时采用容积负荷法确定其体积。

QS09000⨯2300⨯10-3

UASB有效容积：V===2588m3

Nv8

取有效容积系数为0.8可知，反应器实际容积为3235m (2) 主要构造尺寸的确定

将UASB设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好。 取水力负荷q＝0.5[m/(m⨯h)]，则： 反应器表面积

3

2

3

A=

反应器高度

Q375==750m2 q0.5

V3235==4.3m A750

A750==187.5m2 44

H=

由于表面积较大，故本次设计取4座相同的UASB反应器，则每个单池面积为

A1=

单池的直径为

D=

5.4.3UASB反应器系统设计

5.4.3.1三相分离器设计 1.沉淀区的设计

4A1

π

=

4⨯187.5

=15.5m

3.14

①沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ=50 沉淀区面积： A=表面水力负荷q=② 回流缝设计

π⨯ D2

43.14⨯15.52==187.5m2

4

Q375==0.5m3/(m2∙h)

h2的取值范围为0.5—1.0m, h1 一般取0.5m，设计时取h1=0.5m； h2=0.7m ；h3=2.4m。依

据图五中几何关系，则

h3

tanθ

h2.4b1=3==2.0m

tanθtan50

b1=

b2=b-2b2=15.5-2⨯2.0=11.5m

下三角集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速v1,可用下式计算：

v1=Q14Q1=2 S1πb2

v1=Q14Q1375=2=2=0.9m/h

2.UASB 进水配水系统设计

单池流量为

Q1=Q375==93.75m3 44

32UASB采用多点布水系统，查有关数据，对颗粒污泥来说，容积负荷大于4m/(m∙h)时，每个进水口的

负荷须大于2m。则布水孔个数n 必须满足 2

πD2

则每个进水口负荷为 3.14⨯15.52>2，即n

3.14⨯15.52

a===2.10m2 4⨯90360

可设3 个圆环，最里面的圆环设15个孔口，中间设30个，最外围设45个，其结构图见图四。

（1）内环15个孔口设计

服务面积：S1=15⨯2.1=31.5m

折合为服务圆的直径为：D1=2 πD24S1

π=4⨯31.5=6.3m 3.14

用此直径用一个虚圆，在该圆内等分虚圆面积处设一实圆环，其上布15个孔口 则圆环的直径计算如下：d1=

（2） 中圈30个孔口设计

服务面积：S2=30⨯2.1=63m

折合为服务圆的直径为：D2=2 2S1π=2⨯31.5=4.5m 3.144(S1+S2)

π=4⨯(31.5+63)=11.0m 3.14

2则中间圆环的直径计算如下：3.14⨯(11.02-d2)/4=S2/2

则d2=9.0m

③ 外圈45个孔口设计

服务面积：S3=45⨯2.1=94.5m2 折合为服务圆的直径为D3=4(S1+S2+S3)

π=

24⨯(31.5+63+94.5)=15.5m 3.14则中间圆环的直径计算如下：3.14⨯(15.52-d3)/4=S3/2

则d3=13.4m

布水点距反应器池底200mm，位于所服务面积的中心；孔口径20cm。

6.总结及下阶段设计安排

在这一阶段的设计中，我遇到了一些的问题，例如沉砂池设计选型，机械格栅的设计选型，水头损失的计算、UASB及SBR工艺的处理程度及负荷不明白等，另外，许多设计参数的相关资料不容易查找。有一些问题的解决还需要多方搜集资料，并且向老师同学请教解决问题。

目前构筑物计算部分尚待完善，高程图也还未布置。我会继续努力，查阅资料，认真完成之后的设计计算，并绘制出平面图、高程图、主要构筑物的工艺图，完成设计说明书。