酒糟废水处理工艺设计

酒糟废水处理工艺设计

科技大学理工学院2013届毕业设计（论文）某酒业集团酒糟废水处理工艺设计系部：机械与材料工程专业名称：环境工程班级：09428141学号：0942814104作者:丽指导教师:翟林智2013年6月13日n科技大学理工学院本科毕业论文某酒业集团酒糟废水处理工艺设计Vinassewastewatertreatmentprocessdesignn摘要近年来，随着经济的发展，酒糟生产废水中含有的高浓度有机物成为水污染的主要来源。论文针对某酒业集团的酒糟废水处理工程进行设计，采用UASB-CASS工艺对废水进行处理。处理结果表明，进水COD为20000mg/L，出水在300mg/L左右，COD的总去除率达到98.5%，进水BOD5为9400mg/L，出水在150mg/L左右，BOD5的总去除率为98.4%，进水SS为1200mg/L，出水为200mg/L左右，SS的去除率为83.3%，达到了《污水综合排放标准》（GB8978-96）中新扩改企业发酵行业二级标准和《室外排水设计规》（GB50014-2003）标准的排放要求。关键词：酒糟废水；UASB反应器；曝气调节池；CASS工艺nAbstractRecently,withthedevelopmentofeconomy,theWine-MakingIndustryisdevelopingrapidly,Waterpollutionisthemostseverinalcoholindustry.Thepaperisthedesignforvinassewastewatertreatmentworks.TheUASB-CASSasthemainprocessforwastewatertreatment.TheprocessingresultsshowthatinfluentCODof21000mg/L,theeffluentis300mg/L,CODremovalrateofabout98.5%;influentBOD5of9400mg/L,theeffluentis150mg/L,BOD5removalrateofabout98.4%;influentSSof1200mg/L,theeffluentis200mg/L,SSremovalrateofabout83.3%,to《Integratedwastewaterdischargestandard》(GB8978-96)emissionrequirementsofthenewextensionandrenovationbusiness,thefermentationindustrytwostandardsand《Outdoordrainagedesigncodestandard》(GB50014-2003).Keywords:Vinassewastewater;UASBreactor;Aerationtank;CASSschematicn目录第一章绪论11.1酒糟废水的来源及特征11.1.1酒糟废水的来源11.1.2酒糟废水的特征11.2.国外研究现状11.2.1国外研究现状11.2.2国研究现状31.3设计要求及方案的选择31.3.1设计要求31.3.2方案的选择31.3.3工艺流程图41.4研究容与研究意义41.4.1课题研究容41.4.2课题研究意义4第二章设计基本要求52.1设计原则52.2设计依据52.3厂址选择52.4污水处理工艺选择准则62.5排放标准6第三章主要污水处理构筑物设计计算73.1格栅73.1.1格栅示意图73.1.2格栅的设计计算73.2集水池9n3.3污水提升泵房93.3.1污水提升泵房的设计计算93.3.2提升泵的水泵选型93.4水力筛103.5调节池103.6UASB厌氧反应罐103.7CASS反应池18第四章污泥部分各处理构筑物设计与计算264.1集泥井264.2污泥浓缩池264.3污泥脱水间27第五章构筑物高程计算及平面布置305.1污水构筑物高程计算305.1.1污水流经各处理构筑物水头损失305.1.2污水管渠水头损失计算表305.1.3高程确定305.1.4高程布置原则及注意事项325.2平面布置32第六章经济估算346.1指标总造价估算346.2污水成本计算35结语36致谢37参考文献38nn第一章绪论1.1酒糟废水的来源及特征1.1.1酒糟废水的来源某酒业集团生产规模庞大，产生了大量的酒糟生产废水，现决定根据自身的实际情况建造一个处理酒糟废水的工厂，将酒糟废水不仅能够达标排放，还能够循环利用其中的能源资源，为公司创造更多的财富。1.1.2酒糟废水的特征通常酒糟废液的COD、BOD和SS等有机物的浓度很高，污染负荷高并呈现酸性，但是可生物降解性能却很好。产生废水的污染也是不容小觑的，据相关研究发现，中国1.4万人整整一年所产生的生活污水就抵得上1000t啤酒废水产生的BOD值[1]。如此庞大的高浓度的废水量，对环境产生的影响也是很大的，如果不经过处理直接排放到水源中，那会严重危害到人们的正常生活，因此成为突出的环境问题，引起了全国各界人民的关注。1.2.国外研究现状1.2.1国外研究现状（1）EGSB+SBR工艺EGSB即膨胀颗粒污泥床，是第三代厌氧反应器在上流式厌氧污泥床反应器的研究成果的基础上开发的，其构造与UASB有相似的地方，主要都分为进水配水系统、反应区、三相分离区和出水渠系统，与UASB不同的地方在于EGSB的上升流速很快，其颗粒污泥在反应器中膨胀化的速度高于UASB反应器，大大提高了它的处理能力。与UASB相比，EGSB可以处理浓度更低的有机废水，出水更均匀一些，所以COD的去除率和容积负荷更高些[2]。EGSB具有如下优点：对水的温度、酸碱度要求不高，还具有高的液体表面上升流速和COD去除负荷；使用的围广，不需要提前酸化，流程操作；厌氧污泥颗粒粒径较大，反应器的抗冲击负荷能力强；具有较高的高径比，占地面积小。n序批式活性污泥法（SBR），是一种按间歇曝气的方式运作的污水处理技术。适用于间歇排放和流量变化很大的场合，该工艺不需要设调节池，也没有污泥回流系统，SVI值不高，污泥容易沉淀，一般不会发生污泥膨胀的现象。该工艺相对于其他工艺来说有工艺简单、耐负荷冲击，占地少、运行灵活的优势，但是该工艺的自动化控制要求很高，排水时间相对比较少，因此对滗水器的要求就非常高，后处理设备如消毒设备、接触池的容积要求，还容易产生浮渣的问题，无法解决[3]。（2）UASB+缺氧池+接触氧化池升流式厌氧污泥床UASB工艺具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点[4]，且UASB中没有载体，污水可以直接从底部进入，下部是浓度高的污泥床，上部是浓度低的悬浮污泥层，因此污水中的污染物能转化成再生清洁能源。UASB对于不同浓度的污水适应性比较强，结构简单，操作方便，造价也不算高，技术比较成熟，比普通的厌氧反应器的COD去除率高3倍，所以得到广泛应用。厌氧池是相对厌氧和好氧来讲，一般溶解氧控制在0.2mg/L-0.5mg/L之间。它既可以对污泥进行消化处理还可以对生物进行预处理还能配合好氧池进行脱氮除磷，将大分子有机物分解成小分子有机物，提高废水的可生化性。接触氧化池具有活性污泥法的特点，兼有活性污泥和生物膜法的共同优点。其生化过程主要分为两个阶段，首先是有机物被吸附在污泥上或存在细胞进行生物合成，其次是第二阶段的生化过程以氧化为主，速度较慢。接触氧化池的出水水质好而且稳定，生物膜活性恢复较快，适合短期间断的运行需要。（3）IC+A/O工艺膨胀颗粒污泥床反应器IC反应器，也是在UASB反应器的基础上发展的，如同两个UASB反应器上下串联，由混合区、颗粒污泥膨胀床、循环处理系统、出水系统组成。主要的核心是循环处理系统，高浓度的废水在经过反复的循环，有机物的浓度会大大降低，因此传质效果比较好，抗冲击负荷强[5]。A/O工艺充分利用了缺氧生物和好氧生物的特点，使废水得到净化，污水的沉降性能比较好，污泥在消化后容易稳定，但适用于小型的工厂，费用高，沼气的利用效率低，经济效益差。（4）UASB+氧化塘该工艺特别适用于郊外的生产企业，因为氧化塘的废水停留时间比较长，占地面积比较大，国一般不采用该工艺。n1.2.2国研究现状我国对于酒糟废水的处理工艺主要是采用厌氧-好氧共同进行的处理工艺。好氧工艺中最常用的就是生物接触氧化、SBR、氧化沟、活性污泥法，最近CASS工艺的发展也很迅速，厌氧工艺最常用的就是UASB和水解酸化两种工艺[6]。活性污泥法是一种在人工的条件下，利用好氧活性污泥对污水中的各种微生物进行连续培养和混合的方法，对设备的要求不高，程序简单，但是要求污水中的有机物可溶易分解，还要有足够的溶解氧，还要考虑处理系统工程中的影响因素。水解酸化是一种介于好氧和厌氧工艺之间的一种工艺，它跟其他工艺组合能够有效减低运行成本，提高处理效率，它还具有很好的可生化性，为后续的处理奠定良好的基础。水解和酸化是厌氧消化的两种阶段，主要是将费溶解性物质转化为溶解性物质，利于后面的好氧处理。1.3设计要求及方案的选择1.3.1设计要求某酒业集团拟建一污水处理工程，处理水量为1000m3/d，污水处理要求满足酒精行业污染物二级排放标准(GB8978-1996)要求。进、出水水质指标如表1-1所列。表1-1酒糟废水水质水量表Table1-1Vinassewastewaterqualityandquantitytable水质指标COD(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)pH进水20000940012006出水≤300≤150≤2006～91.3.2方案的选择上流式厌氧污泥床反应器（UASB）的污泥浓度比较高，不需要混合搅拌设备，污泥床无需添载体，这样节省了大量资金也不会出现堵塞的现象，有机负荷也比较高，但是任何一种工艺都不会十全十美的，UASB也存在着一些不足，污泥床会出现短流的现象，耐负荷冲击稍微差一点，但是丝毫不影响它成为国外厌氧工艺的主流技术，而且它的发展速度也尤为惊人。在本设计中我也将采用UASB工艺作为我的厌氧处理工艺。nCASS工艺作为单一的污泥悬浮生长系统，利用同一个反应器中的混合微生物完成有机物的氧化、脱氮除磷的一系列过程。CASS工艺是由预反应区和主反应区组成的，对难降解的有机物的处理效率高，抗冲击能力是最好的，而且它无需设初次沉淀池和二次沉淀池及污泥回流设备，因此与其他工艺比较而言，它的建设费用是最低的，工艺流程比较短，占地面积也少，在运行管理方面也比较简单，难降解的有机物对于CASS工艺来说，二级处理的投资能达到三级的出水处理标准，系统在控制上也比较简单。其本身就决定不会发生污泥膨胀，但最大的不足是断续进水。经比较，CASS工艺作为设计好氧处理工艺[7]。1.3.3工艺流程图图1-1工艺流程图Fig1-1Processflowdiagram1.4研究容与研究意义1.4.1课题研究容调研收集分析有关资料，根据水质水量，对处理工艺方案进行选择；充分考虑处理要求，工艺设计尽可能考虑周全；为避免二次污染，对工艺处理过程中产生的污泥进行适宜处理处置。1.4.2课题研究意义酒糟废水中含有高浓度的有机物，对水资源的污染是相当严重的，设计选用了UASB+CASS工艺处理酒糟废水，降低了废水中有机物COD、BOD、SS的浓度，酒糟废水的有机物的去除率达到了95%，满足《中华人民国污水综合排放标准》（GB8978-1996）中关于新扩改企业酒糟行业二级标准和环保部门规定的污水排放标准。n第二章设计基本要求2.1设计原则（1）处理的工艺在技术方面要有优势，还能根据不同的季节温度适应出水，在经济成本方面不能浪费要尽可能节省，降低总体建设费用，符合我国的基本国情；（2）达到国家的一级污水排放标准和各个地区规定的排放标准，污染物的排放总量要在控制围之；（3）设计所采用的各项指标数据要有真实可靠性，遵守设计规要求，安全系数要有保证，不仅能满足当前的处理要求，还要有长远目光，以后发展还能继续使用；（4）设计工艺的目的是净化废水，回收利用资源；（5）考虑周边环境的影响，尽可能减少废气废渣的排放，保证环境事故对环境的影响尽可能小[8]。2.2设计依据（1）建设单位提供的废水量及水质状况，水质化验数据；（2）环保部门规定的排放标准，回用水的水质标准；（3）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中关于新扩改企业酒糟行业的二级标准；（4）环境工程设计手册《水污染防治卷》中相关的设计参数与技术要求；（5）《室外排水设计规》（GB50014-2003）中的要求标准。2.3厂址选择污水厂的地点的选择也是非常重要的，不仅对周围的环境有影响，而且对工厂以后的运行管理投资的各个方面也是有一定的影响的，我们在建设工厂的时候一些的调查研究和现场的勘察也是有必要的，应该遵照以下原则：（1）必须要在居民主要生活饮用水和生活区的下游，距离水源的距离要大于500m，还要在生活区的夏季主要风向的下风向；（2）工厂与住宅区和公共的建筑群要有一定的安全防护距离，一般来说都大于300m；（3）工厂尽量不要占用种植农田，应该利用一些废弃的旧厂址，还要方便农田的灌溉运输等；（4）厂址的基地要牢靠，充分利用地形的优势，以便减少资源的浪费，方便施工；（5）还要考虑到长期的发展，留有发展的余地。2.4污水处理工艺选择准则n（1）在污水污泥的处理工艺技术，主要单元的结构等方面要比较先进而且合理，设施在运行过程中要比较稳定，在操作管理上要简单化；（2）污水处理工艺路线要贴切工程的实际，从实际出发，选择有前瞻性的路线，保证高效，节能，成本低，维修方便；（3）污水应该要达到的污水处理程度，适当考虑水体的自净能力，通过试验确定工艺流程；（4）处理过程不会产生第二次污染，还要适当考虑当地的自然社会条件。2.5排放标准酒糟废水经处理后的排放需要达到《中华人民国污水综合排放标准》（GB8978-1996）中关于新扩改企业酒糟行业二级标准和环保部门规定的污水排放标准，即：pH6~9、COD≤300mg/L、BOD5≤150mg/L、SS≤200mg/L。n第三章主要污水处理构筑物设计计算3.1格栅3.1.1格栅示意图图3-1格栅示意图Fig3-1Grilleschematicdiagram格栅是生产工艺中不可缺少的专业设备，可以连续清除废水中的固体，达到固液分离的效果。3.1.2格栅的设计计算（1）格栅栅条的间隙数设栅前流速为0.5m/s，过栅流速0.6m/s，栅前水深h=0.2m，栅条的宽度为S=10mm，栅条的间隙宽度b=12mm，角度α=60°，流量Q=1000m3/d=41.67m3/h=0.012m3/s。（3-1）所以，n取8条。（2）进水渠道渐宽部分的长度设进水渠道宽，其渐宽部分展开角度，进水渠道的流速为：（3-2）（3-3）n（3）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（3-4）（4）栅槽的宽度设栅条宽度S=0.01m，有（3-5）（5）通过格栅的水头损失设栅条断面为锐边矩形断面，则，，K为系数，格栅受污染堵塞时水头损失增加倍数，一般取K=3（3-6）（6）栅后槽总的高度设栅前渠道的超高（7）栅后槽总长度（8）每日的栅渣量在格栅间隙为0.012m时，取栅渣量为，生活污水流量总变化系数，一般取1.5W=<0.2m3/d（3-7）根据格栅的标准采用人工清渣。3.2集水池n集水池的容积要满足格栅和污水提升泵的要求，它的容积有死水容积和有效容积两个部分，它的主要作用是汇集储存和均衡废水的水质水量，以保证设备设施的正常运行。集水池容积过大会造成淤积和建设资金浪费，过小的话又不能满足调节要求，所以要选择合适的集水池很必要。设计每台泵的流量为Q=0.m3/s≈0.03m3/s，流速设定为0.3m/h-0.8m/h。一台泵30min的容量就相当于集水池设计的容积，则集水池的容积为：m3（3-8）假设集水池的有效水深是h=2m,其尺寸=5.3m×5.3m。3.3污水提升泵房3.3.1污水提升泵房的设计计算设计采用的是自灌式半地下式泵房，扬程的计算为：H=h+h+h+h=9.3299+0.0368+0.6+0.3=10.2667m式中，h1为调节池中最低与最高水位之间的高度差取9.3299m；h2出水管管线水头损失0.0368m；h3泵房的管线水头损失0.6m；h4自由水头损失0.3m。3.3.2提升泵的水泵选型根据设计的流量Q=41.67m3/h，水泵的总扬程为10.2667m，所以设计选用150QW200-22A型潜污泵，每台水泵流量Q=41.67m3/h，水泵扬程取H=10.3m，选取两台水泵，一台备用性能见表3-1。表3-1泵的选型Table2-1Performanceparametersofthepumps流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）出口直径（mm）电动机功率（kW）150121450150853.4水力筛水力筛能够有效减低废水中悬浮物的浓度，就能减轻后面构筑物的处理负荷，它利用水流本身的重力工作，没有任何的能量消耗。去除悬浮物，沉淀物等。根据设计流量Q=1000m3/d=41.67m3/h=0.012m3n/s，选用HS120型水力筛三台，两台用一台备用，其性能如表3-2所列。表3-2HS120型水力筛规格性能Table3-2HS120typehydraulicscreenperformancespecifications处理水量（m3/h）筛隙(mm)设备空重(kg)设备运行重量(kg)10001.546019503.5调节池调节池的作用是保证后续的构筑物的进水水量的稳定性，调节池的水质水量还能根据酒糟废水的排放量大小的变化自行调节，根据时间的变化而调节，保证了后面构筑物的正常运转，调节池的结构可靠性高，只需设1个即可。设调节池的有效水深取4.5m，水力停留时间取6h，超高取0.5m，有效池的容积为670m3。调节池的面积为：A=148.9m2调节池的尺寸取14m×11.6m。3.6UASB厌氧反应罐1．UASB反应器的结构尺寸（1）水质指标，如表3-3所列[9]。表3-3UASB反应器进出水的水质指标Table3-3UASBreactorandoutofthewaterqualityindicators水质指标COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)进水水质2000094001200设计去除率98.5%98.4%83.3%设计出水水质300150200（2）UASB反应器的有效容积=2500m3（3-9）式中，Q表示设计流量，m3/d，S0表示进水的有机物浓度，kgCOD/m3，Nv是容积负荷，kgCOD/(m3·d)。n（3）UASB反应器的形状和尺寸工程设计2座UASB反应器①设厌氧反应器UASB的有效高度h=5m，则反应器的横截面积：，则反应器的单池面积：②设计单池池长L=22m，则宽m，取b=12m；单池的截面积：③设计UASB反应器总高H=5.5m，其中超高0.5m。UASB反应器单池有效反应容积：UASB反应器的单池总容积：，单个反应器实际尺寸：22m×12m×6m由于设计采用反应器数量有2座，则UASB的反应器总容积：则UASB的总池面积为：总有效反应容积：，符合要求UASB体积有效系数：，符合UASB规定的有机负荷的要求。2．三相分离器的构造设计（1）UASB沉淀区的设计UASB的水力停留时间（HRT）及水力负荷率(Vr)（3-10）<1.0（3-11）符合UASB的颗粒污泥和水力负荷要求。设计4个集气罩，与短边平行，按长边均匀分布，则构成了4个分离部分，即沉淀区的每个池子设置4个三相分离器。设三相分离器的长度B=9m，则每个均匀分布的宽度为：，n反应器的水平面积即为每个单池的截面积，即250m2。则沉淀区的表面负荷率为：＜1.0-2.0。（2）三相分离器的回流缝的设计图3-2三相分离器的平面图Fig.3-2Schematicdiagramofthreephaseseparator设上下三角形集气罩斜面水平的夹角为55°，三相分离器中下三角集气罩的垂直高度取h3=1.1m，则式中，b1代表三相分离器中下三角集气罩底的水平宽度，m；h3为三相分离器中下三角集气罩的垂直高度，m；θ是三相分离器中下三角集气罩斜面水平夹角。则相邻的两个下三角形集气罩之间的水平距离为：则分离器中下三角形回流缝的面积为：下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速(V1)计算：V1=，符合设计要求式中，S1是下三角形集气罩回流逢面积，m2。上三角形回流缝面积为：式中，b3是上三角形集气罩下端与下三角斜面之间水平距离的回流缝的宽度，n即CD=0.45m。上下三角形集气罩之间回流逢中流速(V2)可用下式计算：，式中，Q2表示反应器中设计的废水流量，m3/h；S2表示上三角形集气罩回流逢之间面积，m2。V1干净水的μ，故取。由斯托克斯公式可得气体上升速度可知气泡上升的速度为：（3-13）式中，表示碰撞系数，取0.95；表示废水的动力粘滞系数，0.02g/cm·s；是液体密度，g/cm3；是沼气密度，g/cm3；d是气泡的直径，cm；是液体的运动粘滞系数，cm2/s。由公式计算可得：n，；故可脱去的气泡。（4）三相分离器与UASB的高度设计三相分离区总高度，h2为集气罩以上的覆盖水深，设计取0.5m。设计中UASB的总高H=6m，沉淀区高为2.5m，污泥区高为1.5m，悬浮区高为1.5m，超高为0.5m。3．布水系统的设计计算设计的处理流量、废水的进水浓度和容积负荷等因素都关系到反应器布水点数量的设置。设污泥颗粒的各个布水点的面积约为2m2～5m2，布水系统的出口流速为2m/s～5m/s。（1）本酒糟废水工艺的设计采用的是多管多孔的配水方式，管道不容易堵塞，及时发生堵塞的情况也会很容易观察到堵塞的情况。在UASB的每个反应器上设置一根直径为100mm的总水管，12根直径为50mm的支水管，支管分别位于总水管的两侧，相同一侧每两根支管之间的中心距设为2.5m，配水孔的孔径取15mm，孔间距取2m，将每根水管设3个配水孔，每个孔的服务面积为：2.5×2=5m，水管的孔口向下。（2）布水孔的孔径计算：有12根支水管，每根支水管有3个配水孔，则布水孔的数量为：3×12=36个。设出水的流速为2.2m/s，则孔径的计算为：取14mm（3-14）在距离UASB反应器底部200mm处设置布水管。（3）验证在常温下，污泥的容积负荷（）一般为；产气率为；空塔的水流速度是,空塔的沼气上升流速是。n空塔的水流速度：符合要求。（3-15）空塔的气流速度：（3-16）满足规要求。4.排泥系统的设计计算（1）UASB反应器中的污泥量的计算式中，Gss表示UASB污泥床的平均浓度，一般取15VSS/L。（2）产泥量计算①UASB反应器的总产泥量：（3-17）式中，△X表示UASB反应器的产泥量，；Co表示进水COD的浓度，；E是去除率，本设计中取98.5%；r是厌氧生物反应器处理污泥产量，取0.07。②据，则总的产泥量：则单池的产泥量为：③污泥的含水率为98%，根据规要求，当含水率＞95%，取，则污泥的产量：（3-18）单池的排泥量：④污泥龄：（3-19）（3）排泥的系统设计n设置6个排泥口，在距离厌氧反应器底部的100cm和200cm，各设置3个。选取直径为200mm的钢管作为排泥管。5．出水系统的设计计算（1）出水槽设计：在设计中每个反应池都有4个单元三相分离器，出水槽共有4条，每个槽宽0.2m。则单个反应器流量:设出水槽槽口附近水流速度为0.2m/s，则槽口附近的槽的深为：（3-20）取槽口的水深为0.20m，出水槽的坡度为0.01；出水槽的尺寸12m×0.2m×0.2m；出水槽数量为4座。（2）溢流堰设计①出水槽的溢流堰共有8条（4×2），每条溢流堰的长为10m；本设计选取90°的三角堰，三角堰的堰高取50mm，堰口的宽为100mm，则堰口睡眠宽50mm。每个UASB反应器处理水量大约为8.3L/s，查资料可知溢流堰的负荷为1～2，设计溢流负荷，则堰上水面总长为：三角堰的数量：个每条溢流堰的数量：个，取21个。一条溢流堰上共有21个100mm的堰口，21个700mm的间隙。②堰上水头的校核每个堰的出流率：（3-21）按90°三角堰计算公式出流率：n堰上水头：（3-22）（3）出水渠的设计计算UASB厌氧反应器沿长边设置一条矩形的水渠，有4条出水槽的出水流到此出水渠。设出水渠的宽为0.4m，坡度为0.001，出水区渠口附近的水流速度为0.2m/s。渠口附近水深为：（3-23）以出水槽的槽口为基准来计算，则出水渠的渠深为：，距离出水渠渠口最远的出水槽到渠口的距离为13.85m，出水渠长为，出水渠尺寸为：13.95m×0.4m×0.35m；向渠口坡度为0.001。（4）UASB排水管的设计计算流量Q=8.3L/s，选用D=150mm钢管排水，设计充满度值取0.6。则管水流速度为：（3-24）6．集气系统的设计系统（1）沼气的产气计算沼气主要产生于厌氧阶段。设计产气率，取r=0.4m3/①总的产气量为：（3-25）则单个UASB反应器的产气量为：②集气管每个集气罩的沼气都需要用一根集气管来收集，单个池子共有27根集气管。每根集气管最大气流量为：，据资料表明，集气室沼气出气管的最小直径取100mm。③沼气主要管道每个池子有27根集气管通到一根单池主管，然后再汇入两池的沼气主管。单池沼气主管管道坡度为0.5%。n单池沼气主管的最大气流量为：，取D=150mm，设计充满度值取为0.8，则流速为:④沼气总管的最大气流量为：，取D=100mm，设计充满度值取为0.6；则流速为：。（2）水封罐的设计①水封罐取水封罐的高度为2.5m，直径为1500mm，进气管和出气管各一根，D=200mm，进水管和放空管各一根D=50mm，并设液面计。②水封高度：式中，H0表示反应器到贮气罐的压头损失和贮气罐的压头损失，为了保证安全，所以集气罩中的出气气压最大取2m，水封高度取400mm。（3）气水分离器选用钢制的气水分离器4个，气水分离器中有钢丝作为填料，并配有流量计压力表，气水分离器的作用是干燥沼气。（4）气柜由上述计算可知该处理站每天产沼气量是7880，则沼气柜容积应为3h产气量的体积确定，即。设计选用300钢板水槽导轨湿式储气柜，尺寸为。3.7CASS反应池CASS工艺是由预反应区和主反应区组成的，对难降解的有机物的处理效率高，抗冲击能力是最好的，而且它无需设初次沉淀池和二次沉淀池及污泥回流设备。CASS法是利用不同的微生物在不同的负荷条件下，增殖速度的不同，废水生物的脱氮除磷机理的不同而作用的，是SBR反应器的优化工艺。CASS反应池总共有4个阶段，分别是进水-曝气期、沉淀期、滗水期和闲置期。生物降解过程发生在进水-曝气期，固液分离过程则是发生在沉淀期和滗水期两个阶段[10]。n1.运行周期及时间的确定（1）水质指标，如表3-4所列。表3-4CASS反应器进出水的水质指标Table3-4CASSreactorandoutofthewaterqualityindicators水质指标COD(mg/L)BOD(mg/L)SS(mg/L)进水水质2200752645设计去除率98.5%98.4%83.3%设计出水水质300150200（2）沉淀时间设曝气池的水深为H=5m，缓冲层高度=0.5m，则沉淀时间为：（3-26）（3-27）(3)曝气时间设计混合液的污泥浓度为：X=4000mg/L；BOD污泥负荷（Ns）为：0.5kgBOD/kgMLSS，充水比为0.32。（3-28）式中，表示进水BOD值，mg/L。（4）运行周期T设排水时间td=0.5h,则运行周期为：，每日周期数：。2.反应池的容积及构造(1)反应池的容积设计中采用2个CASS池，则单池的容积为：（3-29）反应池的总容积为：（2）CASS反应池的构造尺寸nCASS池的构造如图3-3所示。图3-3CASS池结构示意图Fig3-3CASSassumptiondiagramCASS池隔为预反应区和主反应区两部分，靠近CASS池进水端容积的10%左右作为预反应区，作为兼氧吸附区和生物选择区，而另一部分则为CASS池的主反应区。根据设计资料表明，，，取B=10m,，预反应区长，取。总体积为：单池面积：（3）连通口尺寸设连通孔的个数n为3个，CASS池子的个数n为2个，设计流水速度，U取50m/h。则连通孔的孔口面积A1为：（3-30）池设计最高水位至滗水机排放最低水位之间的高度：（3-31）孔口沿隔墙均匀布置，孔口宽度不宜高于1.0，故取0.9，则宽为3。3.污泥COD的负荷计算由预计COD去除率得其COD的去除量为：，则每日去除的COD值为：COD污泥负荷：n（3-32）式中，Q表示每天处理的水量，；n表示CASS池子的个数；X是设计污泥浓度，mg/L；V是主反应区池体积，；SU是进水COD浓度与出水浓度之差，mg/L。4.产泥量及排泥系统（1）CASS池的产泥量CASS池生物代谢产泥量根据经验数据，设计，，（3-33）假定排泥含水率为98%，则排泥量为：（3-34）（2）排泥系统设置排泥坡度，在每池的出水端池底设（1.0×1.0×0.5）m3排泥坑一个，每池排泥坑中接出泥管DN200一根。5.需氧量及曝气系统的设计计算（1）需氧量计算根据实际运行经验，设计微生物氧化1kgCOD的参数取0.53，微生物自身耗氧参数取0.18，则一个池子需氧量为：（3-35）则每小时耗氧量为：（2）供气量计算温度为20°和30°的水中溶解氧饱和度分别为：，n微孔曝气器出口处的绝对压力为：式中，H为最大水深，m。设计空气扩散器的氧转移率值15%，空气离开主反应区池时的氧百分比为：（3-36）温度为30℃时，曝气池中混合液平均溶解氧饱和度为：（3-37）温度为20℃时，曝气池中混合液平均溶解氧饱和度为：（3-38）设计取密度=1.0kg/L，氧转移折算系数=0.82，氧溶解折算系数=0.95，需氧量R=66.68kg/L，温度为20℃时，脱氧清水的充氧量为：（3-39）式中，C为废水中实际溶解氧浓度，mg/L。已知空气的密度为，则曝气池平均供气量为：（3-40）每立方米废水供空气量为：每去除1kgCOD的耗空气量为：（3）布气系统计算单个反应池平面面积为(40×10)，设422个曝气器，则每个曝气器的曝气量=G/422=1785.34/422=4.21/h，选择QMZM-300盘式膜片式曝气器。表3-5QMZM-300盘式膜片式曝气器的技术参数nTable3-5QMZA-300technologyparametersofthediaphragmtypeaerator型号工作通气量服务面积氧利用率淹没深度供气量QMZM-3002～8m3/h·个0.5～1.0m2/h·个35%～59%4～8m4.25m3/h设计一根空气干管，在两个CASS池设两根空气支管，每根空气支管上设45根小支管。两池共两根空气支管，90根空气小支管。设气干管流速为15m/s，支管流速为10m/s，小支管流速为5m/s，则空气干管管径：=0.29m，取DN300mm钢管（3-41）空气支管管径：，取DN100mm钢管（3-42）空气小支管管径：，取DN60mm钢管（3-43）（4）鼓风机供气压力计算曝气器的淹没深度H=4.5m，空气压力可按下式进行估算：（3-44）（5）校核估算的空气压力值设计阻力损失系数=4.4，管道沿程阻力损失可由下式估算：（3-45）取空气干管长为30m，则其沿程阻力损失：（3-46）取空气支管长为40m，则其沿程阻力损失：（3-47）n取空气小支管长为16m，则其沿程阻力损失（3-48）空气管道沿程阻力损失为设空气管道的局部阻力损失为=0.5KPa，则空气管路的压力总损失为：取膜片式微孔曝气器的最大压力损失为=2.9KPa，则鼓风机的供气压力为：＜58.8KPa（4-49）选择一台风机能力为G=50m3/min曝气。（5）鼓风机房布置选用两台DG超小型离心鼓风机，，供气量大时，两台一起工作，供气量小时，一台备用。DG超小型离心鼓风机规格如表3-6。表3-6DG超小型离心鼓风机Table3-6DGsubminiaturecentrifugalblower流量压缩介质电动机形式出口压力重量轴功率电动机电压电动机功率50m3/min空气TEFC63.8KPa1t52KW220V75KW其占地尺寸为2016㎜×1008㎜，高为965㎜（含基础）。6.CASS反应池液位控制CASS反应池有效水深为5m，基准水位为5m,超高为0.5m,保护水深为0.5m。排水结束时的最低水位：（3-50）污泥层的高度：7.排出装置的选择根据每池的排出负荷：（3-51）n参照设计手册，选择XBS-120型旋转式滗水器，其技术参数[11]如表3-7。表3-7XBS-120型旋转式滗水器技术参数Table3-7XBS-120Typerotarydecantertechnicalparameters型号流量（m3/h）堰长（m）总管管径(mm)滗水深度H（m）功率(kW)XBS-1201204200<2.50.65n第四章污泥部分各处理构筑物设计与计算4.1集泥井（1）反应器进水量指标如表4-1。表4-1反应器进水量Table4-1Waterintothereactor名称流量（m3/d）含水率UASB反应器86.1998%CASS反应器53.81499%总污泥量为：Q=Q1+Q2=140.01m3/d，设计中取145m3/d（2）集泥井的平面面积集泥井是间歇排泥，V总=145m3/d，需在3小时抽送完毕，根据集泥井的容积确定污泥提升泵的体积7.8m3，即流量为70m3/d的提升泵运行10min抽的污泥体积，为了保证CASS反应池排泥能按其运行方式进行，集泥井容积应外加37.23m3，则集泥井总容积为：7.8+37.23=45.00m3。设集泥井有效深度为3.0m，则其平面面积为：（4-1）设集泥井平面尺寸为4.0×4.0m。设排泥泵抽升的所需净扬程为5m，富余水头为2.0m，管道水头损失为0.5m，则污泥泵所需扬程为：5+2+0.5=7.5m。选择两台80QW50-10-3型潜污泵提升污泥（一用一备）。其性能如表4-2。表4-280QW50-10-3型潜污泵性能Table4-2Performanceof80QW50-10-3modelsewagepump型号流量(m3/h)扬程（m）转速(r/min)电动机功率(kW)效率(%)出口直径(mm)重量（kg）80QW50-10-350101430372.3801254.2污泥浓缩池（1）容积计算设计总泥量取145m3/d，浓缩后污泥含水率P为96%则浓缩后污泥体积：n（4-2）（2）池子边长：入流固体浓度（C）：=（4-3）=（4-4）（4-5）浓缩后污泥浓度为：设固体通量负荷取M=30kg/m3d=1.25kg/m3h，则浓缩池的横断面积为：（4-6）根据要求，浓缩池的设计横断面面积应满足：A≧QC/M设计一座正方形浓缩池,实际面积A=8.7×8.7=75.70m2满足要求（3）池子高度取停留时间HRT=20h，超高=0.5m，缓冲区高=0.5m，有效高度（4-7）则池壁高：取污泥斗下锥体边长0.5m，倾角50°则污泥斗的高度为：污泥斗的容积为：V2h4m3（4-8）（4）总高度为：（5）排水口取管径DN150㎜的钢管4根，浓缩池最高处设置一根，向下每隔1.0m、0.6m、0.4m处设置一根排水管。4.3污泥脱水间n（1）污泥体积：浓缩后污泥体积：设计污泥量Q0=72.5m3/d，污泥脱水前含水率P1=96%，脱水后含水率P2=75%，压滤时间取T=4h，则脱水后污泥量[12]：=m3/d（4-9）脱水后干污泥重量：=kg/d（4-10）脱水后干污泥用小车运走，分离液返回再进行处理。（2）机型选取选取DYQ-800型带式压榨过滤机[13]，其工作参数如表4-3。表4-3DYQ-800型带式压榨过滤机工作参数Table4-3DYQ-800typebelttypepressfilterparmeters滤网电动机控制器型号最大冲洗耗水量(m3/h)(mm）冲洗压力（MPa)气动部分输入压力（MPa）有效宽（mm)速度kW/min型号功率（kW）8000.3-3JZTY30-31.9JDIA-405≥0.40.5-1（3）投药装置投药量常用絮凝剂的投药量分别为：氯化铁5.0%--8.0%,硫酸铝8.0%--12%，聚合氯化铝3.0%--10.0%，聚丙烯酰胺1.5‰--2.5‰，设计投聚丙烯酰胺药量为2.0‰，则每日需药剂为：2900×2.0/1000=5.8kg。投加纯度为90%的固体聚丙烯酰胺为：5.8/0.9=6.4kg[14]。调配的絮凝剂溶液浓度为0.2%-0.4%，则溶液所需溶药灌最小容积为1550L。选择ZJ-470型折桨式搅拌机一台，其规格如表4-4。表4-4ZJ-470型折桨式搅拌机性能及及外形尺寸Table4-4ZJ-470paddlemixershapesizeandperformance型号功率(kW)长×宽(mm×mm)高(mm)桨叶距池底高(mm)转速(r/min)ZJ-4702.21200×12001100180130药液投加选用J-Z125/3.2型柱塞计量泵，其性能如表4-5。表4-5J-Z125/3.2型柱塞计量泵性能nTable4-5J-Z125/3.2plungermeteringpumpperformance型号流量(L/h)排出压力(MPa)泵速(次/min)电动机功率(kW)进、出口直径(mm)重量(kg)J-Z125/3.21251.6-3.21020.7515230计量泵占地尺寸为815㎜×715㎜，高为575㎜（不含基础）n第五章构筑物高程计算及平面布置5.1污水构筑物高程计算5.1.1污水流经各处理构筑物水头损失污水流经各处理构筑物的水头损失如表5-1。表5-1污水流经各处理构筑物水头损失表Table5-1Sewageflowsthroughtheprocessingheadlosstablestructures构筑物名称水头损失（m）构筑物名称水头损失（m）格栅0.15UASB反应池1.5水力筛1.2CASS反应池0.5调节池0.3集水井0.25.1.2污水管渠水头损失计算表污水管渠水头损失计算如表5-2。表5-2污水管渠水头损失计算表Table5-2Sewagepipecanalheadlosscalculationoftable名称流量（L/s）管径D（㎜）坡度I(‰)流速V(m/s)管长(m)沿程水头损失（hf）CASS-出水渠60.052508.581.0225.50.251CASS-进水水管9.8111510.50.72150.174UASB出水管19.2514017.51.0930.064UASB-泵房19.2511542.51.55251.08泵进水管19.2514013.11.0740.06调节池-格栅39.52404.390.719.50.格栅-进水渠39.53403.60.76280.10n5.1.3高程确定（1）污水高程布置[15]出水渠道的水深h=0.13m，高-0.35m，低于水0.15m，沿程水头损失0.25m，滗水器水头损失取0.5m。CASS池水头损失为0.5m，最高水位高程3.5m，池底高程-1.5m，最低水位3.50m。UASB至CASS沿程水头损失0.174+0.064=0.234m，出水渠渠深0.14m，堰上水头0.016m，水头损失0.01×12=0.12m，出水总水渠水头损失0.01×22=0.22m，总水渠深0.112m，总损失0.51m，UASB水面高程4.50m，池底高程-1.5m，水面高程6.00m。进水管选用钢筋混凝土圆管，充满度h/D=0.5，流速为0.76m/s,坡度为0.0036，长度为28m,水头损失0.10m。格栅水头损失0.14m,总水头损失0.27m，格栅前水面标高-2.0m，栅后水面标高-2.50m。集泥井最高泥位为-0.5m，最低泥位为-3m，池底标高为-3.5m。格栅到调节池水头损失0.04m，调节池进水跌水取0.2m，调节池水面标高3.5m，调节池池底标高-1.5m，调节池顶标高-0.2m。UASB的水位标高为6.00m,则浓缩池的液位标高为2.47m，池底标高-4.0m。（2）污泥管道水头损失管道沿程损失：（5-1）管道局部损失：（5-2）式中，是污泥浓度系数，表示局部阻力系数，D表示污泥管管径，L是管道长度，v表示管流速。查表知污泥含水率98%时，污泥浓度系数=80，污泥含水率为96%时，污泥浓度系数=62，连接管道水头损失见表5-3。表5-3污泥管道水头损失计算表Table5-3Theelevationofthesludgetreatmentconstructionsn管渠及构筑物名称流量（L/s）管渠设计参数水头损失（m）D(㎜)V(m/s)L(m)UASB单池排泥181501.12750.500.250.77UASB至浓缩池752001.15650.450.110.56CASS排泥管321501.656.00.080.150.23CASS池至浓缩池1302501.8065.50.520.450.85.1.4高程布置原则及注意事项（1）布置原则①充分利用地形优势，使构筑物接近地面高程布置，减少用土量，节约建设费用；②确定各个处理构筑物的标高，选择连接各个管渠的尺寸，并决定其标高，尽量利用水力自身的重力运行，减少动力费用[16]。（2）注意事项①在进行水力计算的时候，选择的流程距离要最长，水头损失要最大，还要有最基本的保证，保证系统在任何时候任何情况下都能正常运行；②高程的布置方面要考虑到诸多因素，例如厂区地形，厂区的地质条件等等，对高程布置来说，地形有自然坡度是最合适不过的，如果地形平坦，一些构筑物的建造要尤其注意，避免过高的价格；③对于水头损失，我们通常是以最大的流量作为设计流量的，在长远发展上，我们还需要配备备用设施；④在高程计算方面，我们通常以污染水体的最高水位为起点，从逆方向倒推来计算，水泵的扬程尽可能小，运行费用要适宜。5.2平面布置（1）主要构筑物的平面布置n在废水的处理工艺中，构筑物占主体，所以我们要根据各个处理构筑的特征和要求结合当地的地理条件来合理安排其平面的布置。①构筑物最好按照其流程方向成直线形来布置，如果地形对布置有限制不能直接最优布置，注意构筑物之间的相互连接即可；②根据地势地貌，建筑施工方面要尽可能平衡，尽量减少借助外部条件，避免劣势地段，保证安全；③各个构筑物之间不能太过贴近，有一定的安全距离，保证道路及管道的建设方便，对于一些特殊的构筑物，按照设计规即可；④进行整体平面布置时，要考虑主体构筑物和辅助构筑物的相辅相成，以便节约成本和管理；⑤不能只考虑到近期酒糟处理的需要，我们还要考虑到这个处理工艺的长远的发展，保证以后再扩建运行不受到影响；⑥对于卫生条件不太好的污泥处理构筑物，我们通常与污水的构筑物分开设置，处理过程符合安全要求。（2）管线及渠道的平面布置①按总体规划，在满足水量和水压的要求下，铺设最短距离的管线，避免管线及渠道的复杂交错，节省材料和降低损失；②管线与管线之间要有适当的距离，与相邻的构筑物也不能靠太近，避免堵塞，便于清通，当管径大于200毫米，距离不能小于3米，其他时距离还不能小于1.5米；③排空装置在各处理构筑物布置中也是必不可少的，方便设施的检修；④要保证在一个主要构筑物因为故障停止运行后不影响工厂的正常处理，各个处理构筑物需要设计独立的超越管渠，保证后续的构筑物正常运行；⑤给水管、蒸汽管、消化气管、空气管以及电路线的布置要相互独立，还要节省占地和发方便维护，可以考虑空中藤架；⑥雨水管渠设施和防洪沟渠的设置也不能少。（3）辅助建筑物在污水处理工程中，泵房、鼓风机房、化验室、仓库、办公楼等等都属于辅助性建筑物，它们也是工程中不可缺失的一部分，所以认真布置辅助建筑物也是非常重要的。对于生产类辅助建筑，我们要考虑到安全性、便捷性和节能性；对于生活类辅助建筑，则要考虑舒适性和环境优美。环境优美自然少不了花坛草坪之类的，所以厂区的景色绿化面积一般规定不能少于30％。厂区的道路的建设要考虑运输的方便性，一般的话，人行道宽大约2米左右，车行道大概在3-4米，主要的车行道宽在5-6米左右，道路距离厂区生活类辅助建筑的距离最好大于1.5米，道路的坡度应尽可能小，不大于3％。还要注意的是厂区外面最好设立围墙，围墙的高度不要低于2米，工厂的大门的允许高度能够容许运输车的自由出入。n第六章经济估算6.1指标总造价估算工程经济技术指标如表6-1所示。表6-1工程经济技术指标Tabel6-1Engineeringeconomicandtechnicalindicators序号项目单位数量单价总价(元)1人工日31504502水泥kg1201.51803钢材kg20102004砂m30.5100505碎石m30.5150756铸铁管kg810807配件kg320608闸阀kg312369其他材料费元20010材料费小计元50011机械使用费元20012指标基价元80013其他工程费元8014综合费用元250n一安装费用元1500二设备购置费元2000三建设费用元1000四基本预备费元3000五指标总造价元106616.2污水成本计算污水的处理成本通常包括工资福利费、电费、药剂费、折旧费、检修维修费、管理费以及污泥的利用收入等费用，单位以元/m3污水计算。先计算出年经营费用，然后除以全年污水量，即为单位成本，年经营费用可计算如下：（1）动力费E1：全年总用电量约为，电费单价：0.5元，则动力费为：（2）药剂费E2年固体聚丙烯酰胺量：单价为45000元/t，其他药剂量约10万元/年，则药剂费为：E2=5.915+10=15.915万元/年（3）工资福利费E3全厂大概有员工100人，每年工资福利3万元/人，则工资福利费为E3=AM=（4）折旧提成费E4：设年综合基本折旧率为4.5%，则折旧提成费为E4=SP=（5）检修维修费E5：维修费为：E5=（6）其他费用E6：（7）污水污泥的利用收入E7（元/年）：n大约总费用为200万元/年，所以年经营费用为：结语本次毕业设计是根据某酒业集团产生酒糟废水的水质水量来进行设计计算的。我结合了几种常用的厌氧处理工艺和好氧处理工艺的优缺点和废水的COD、BOD、SS的指标最终选了UASB+CASS工艺进行设计。这两种工艺的结合，达到了废水处理标准的处理效果好、运行操作方便、工艺流程简单、维修方便等优点，将缺点降到最小化。UASB反应器能稳定运行，承载负荷能力强，CASS工艺的脱氮除磷效果比较好，运行操作也比较简单。经过UASB+CASS工艺的处理，酒糟废水的有机物的去除率达到了95%，满足《中华人民国污水综合排放标准》（GB8978-1996）中关于新扩改企业酒糟行业二级标准和环保部门规定的污水排放标准。设计计算中制定的相关参数，每个筑物的设计计算经过校核均合理可行。n致谢毕业设计在完成之际，非常感谢翟老师在繁忙的教学负担下抽出时间对我毕业设计不厌其烦的指导，在老师那边我学到了细致的设计思路，让我的知识面得到拓宽，认识到科学的严谨性，完成了毕业设计的完整容。其次还要感谢学院全体老师对我大学学习生涯的教育。在设计中我对书本的熟知程度又进了一步，弥补了平时学习中的漏洞，让整个的知识结构重新疏理了一遍。废水处理的工艺在查阅大量的设计资料工程中了解到平时学习书本外更多的知识，对他们的优劣性认识加深了，对CAD和Word软件的使用更加熟悉了，这是对我学习生涯的一次升华。但是由于个人在知识面方面有局限性，设计不是很完美，希望各位领导老师批评指正，我将在今后的工作学习中不断提升自己。最后祝各位老师万事如意，工作顺利！n参考文献[1]红书.浅析我国水资源与水污染治理现状.环境科学,2003,22(3):66-69[2]McateerJon..BreweryWastewaterTreatment.Rep.VeoliaWate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