啤酒厂生产废水处理工艺初步设计毕业论文
2020-02-19 15:21:35
摘 要
近年来，我国啤酒工业发展迅速，啤酒消耗量日益增加，与此同时，大量啤酒废水的产生与排放，极大地威胁周围生态环境。本设计为啤酒废水处理工艺设计，处理后出水直接排放到当地河流。该啤酒生产企业的产生的啤酒废水主要包括浸麦废水、糖化废水、废酵母液、洗涤废水和冷却废水等。该类废水具有高碱度、高温度、大水量、有机物浓度高、易生化处理等特点。由于啤酒废水的可生化性好，结合国内外啤酒废水处理现状及研究进展，本设计采用厌氧 好氧的处理工艺，主体工艺流程为：
啤酒废水→格栅→调节池→气浮池→UASB→CASS→出水
废水经主体工艺沉淀 厌氧 好氧处理后，COD由4000mg/L降至80mg/L以下，SS由600mg/L降至70mg/L以下，BOD5由1500mg/L降至20mg/L以下，NH3-N由50mg/L降至15mg/L以下，出水指标达到《啤酒工业污染物排放标准-GB19821-2005》的排放标准。
关键词：啤酒废水；生化处理；气浮；UASB；CASS
Abstract
In recent years， the beer industry in China has developed rapidly and beer consumption is increasing day by day. At the same time，the production of a large amount of beer wastewater poses a great potential threat to the environment.This design is for beer wastewater treatment process design， the effluent is directly discharged to the local river. The brewery wastewater mainly includes wheat soaking wastewater， saccharification wastewater， waste yeast liquid， washing wastewater and cooling water. This kind of wastewater has the characteristics of high alkalinity， high temperature， large amount of water， high concentration of organic matter and easy biochemical treatment. Because of the good biodegradability of brewery wastewater，combined with domestic and foreign beer wastewater treatment status and research progress， this design adopts biochemical physicochemical treatment process， the main process is:
Beer wastewater → grille → regulating reservoir → air floatation tank → UASB→ CASS → effluent
The wastewater was treated by main process precipitation anaerobic aerobic treatment.
COD decreased from 4000 mg/L to below 80 mg/L， SS from 600 mg/L to below 70 mg/L， BOD5 from 1500 mg/L to below 20 mg/L， NH3-N from 50 mg/L to below 15 mg/L. The effluent index met the discharge standard of "Brewery Industry Pollutant Discharge Standard - GB19821-2005".
Key Words: Brewery wastewater；Biochemical treatment；Air flotation； UASB；CASS
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状 1
1.3 设计依据 2
第二章 工艺流程的确定 3
2.1 项目背景 3
2.2 处理要求 3
2.3 工艺比选 3
2.3.1 水解酸化池 曝气生物滤池 混凝沉淀池处理工艺 4
2.3.2 气浮池 UASB CASS处理工艺 5
第三章 工艺介绍 7
3.1格栅 7
3.2泵房 7
3.3调节池 7
3.4气浮池 7
3.5 UASB 7
3.6 CASS 8
3.7 污泥浓缩池 8
3.8污泥脱水室 8
第四章 主要构筑物设计计算 10
4.1设计流量 10
4.2格栅 10
4.2.1 格栅的间隙数量n 10
4.2.2 格栅槽总宽度B 10
4.2.3 格栅的水头损失h2 10
4.2.4 栅后槽的总高度H 11
4.2.5 格栅槽的总长度L 11
4.2.6 每日栅渣量W 11
4.3泵房 12
4.3调节池 12
4.4气浮池 13
4.4.1 加压水（或回流澄清水）流量QR 13
4.4.2 溶气罐 13
4.4.3 气浮池尺寸 14
4.4.4 上浮液渣排除设备 15
4.5 UASB 15
4.5.1设计参数 15
4.5.2 反应区 15
4.5.3 进水配水系统设计 16
4.5.4 三相分离器 17
4.5.5 产泥量计算 19
4.5.6 产气量计算 20
4.6 CASS 21
4.6.1 参数选择： 22
4.6.2 运行周期及时间的确定 22
4.6.3 反应池容积计算 23
4.6.4 反应池液位控制 24
4.6.5 进水出水计算 24
4.6.6 污泥系统 计算 25
4.6.7 曝气系统设计 26
4.7污泥浓缩池 27
4.8污泥脱水室 28
第五章 污水处理厂总体布置 29
5.1 污水处理厂的平面布置 29
5.2 高程布置 29
5.2.1 构筑物水头损失 29
5.2.2 管道水力计算 30
5.2.3 污水各构筑物间高程布置 31
第六章 造价分析 32
6.1土建费用 32
6.2 主要设备费用 33
6.3运行费用 33
6.4 污水处理单价 35
第七章 效益分析 36
7.1环境效益 36
7.2社会效益 36
7.3经济效益 36
第八章 结论 37
参考文献 38
致谢 40
第一章 绪论
1.1 研究背景
近些年，环境污染引发的一系列问题引起了全社会的广泛关注和重视，其中水污染问题尤为突出，对经济的社会发展造成了极大损失，同时给人们的生产生活带来了极大负面影响。
啤酒是人类最古老的酒精饮料，是排在水和茶之后世界上消耗量排名第三的饮料，它营养丰富，酒精含量较白酒少，多数人都能饮用，为大众广泛接受。随着社会的发展，国内啤酒消耗量急剧增加[1]，于此同时，啤酒工业日益发展，生产规模及产量逐年扩大，啤酒废水的排放量剧增，对环境造成的负担加重，啤酒废水的处理问题已经迫在眉睫[2]。啤酒废水可分为：麦芽生产中的洗麦及浸麦水、发芽降温喷雾水和麦漕水；糖化工段的糖化水和过滤洗涤水；发酵工段的洗涤水和过滤水；罐装工段的洗瓶、灭菌和冲洗水；另外还有成品车间的洗涤水及其他废水[3]。其排放特点是污染物（主要为COD、BOD5、SS）浓度高、水量大、污染严重，属高浓度有机废水，如果不经过处理直接排放，将严重威胁周围生态环境安全和居民身体健康。
1.2 研究现状
啤酒废水中污染物成份主要有：糖类、醇类、啤酒花及包装车间的其他有机物和少量无机盐类等，其BOD5/CODCr值较高[4]，啤酒废水属于中高浓度有机废水，需经过废水处理才能排放。
啤酒废水的主要特点是BOD5/CODCr值高，无毒有害，可生化性好，所以生化法是啤酒废水处理的首要方法[5]。目前，生化处理在国内外被广泛应用，其中包括好氧生物处理（活性污泥法，生物膜法等），厌氧生物处理（UASB等），好氧与厌氧联合生物处理方法[6]。
好氧生物处理，利用好氧微生物在有氧条件下的代谢活动降解污水中污染物，减少其含量，从而达到净化废水的目的[7]。
好氧生物处理方法的主要有活性污泥法和生物膜法。在处理中、低浓度有机废水中常选择活性污泥法。它具有占地面积少，出水水质好等优点，但运行中容易出现污泥膨胀，同时产泥量大，处理不便，耐冲击负荷能力差。在填料表面附着有微生物，形成生物膜，与废水充分接触，吸附废水中的有机物，具有占地少、耐冲击负荷能力强、运行管理简便、去除效率高的优点，不会出现污泥膨胀的问题[8]。
中、低浓度有机废水处理中常采用活性污泥法。工艺经过多年发展，技术成熟，由于建设运行成本低，处理效果好等优点被一些企业优先考虑。进水CODCr一般为1000~1500 mg/ L 时，出水CODCr可降至 50~100 mg/L，去除率为92 % ~96 %[9]。WANG SG[10]等采用SBR好氧污泥处理啤酒废水，当进水COD为134mg/L，处理后出水COD仅为14.4mg/L，COD去除率可达89.3%。
CASS工艺是SBR工艺的变形，池体用隔墙分成三部分（生物选择区、兼性区和主反应区）。具有占地面积小，管理方便，运行费用低，污染物去除率高等优点，目前已作为国内啤酒废水处理的主要工艺之一[11]。时鹏辉等[12]采用UASB-CASS工艺处理啤酒废水，其中CASS反应器CODCr、BOD5和SS去除率分别为95.1%、93.5%以及94.6%，水处理成本仅为0.32元/m3。
厌氧处理工艺利用兼性菌和厌氧菌在无氧条件下的新陈代谢活动，降解和稳定有机物，生成为CH4和CO2等气体的一种工艺[13]。
厌氧处理工艺常见的有的有升流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧内循环反应器(IC)和水解酸化。升流式厌氧污泥床由进配水系统，反应区，三相分离器，沼气收集系统4个部分组成，具有可高负荷稳定运行、建设、处理费用低、占地小等优点，适于处理高浓度啤酒废水，但操作要求严格，三相分离技术要求高。厌氧处理对反应条件（温度、pH、氧浓度等）要求高、启动慢、出水需要进一步处理才能达标[14]。
CRONIN C等[15]考察了在UASB工艺中，HRT和有机负荷对啤酒废水污染物去除效果的影响，当水力停留时间由12小时增至1.5天时，COD去除率为91%，SS去除率为81%。PARAWIRA W等[16]采用500m3UASB反应器工艺对啤酒废水进行了实验，HRT取24h，
减少
，TS去除率为
，SS去除率
，出水可以达标排放。
单一的好氧处理耗能多，费用高，产泥量大；厌氧处理节能高效，有机物去除率高，出水仍需进一步处理。厌氧 好氧组合工艺模式结合两者各自优势，成为目前啤酒废水处理技术选择的主要方向[17]。由此，此次啤酒废水工艺设计拟采用厌氧 好氧主体工艺。
1.3 设计依据
（1）《啤酒工业污染物排放标准-GB19821-2005》
（2）《水污染控制工程》（第四版 高廷耀等主编）2015版
（3）《给水排水设计手册》（第5册 城镇排水）2017版
（4）《给水排水设计手册》（第11册 常用设备）2014版
第二章 工艺流程的确定
2.1 项目背景
某啤酒生产企业于2007年3月建于湖北省荆州市，生产废水主要包括浸麦废水、糖化废水、废酵母液、洗涤废水和冷却水。该类废水具有高碱度、高温度、大水量、有机物浓度高、易生化处理等特点。
表2.1 设计水质状况
CODCr | SS | BOD5 | NH3-N | pH | 水量 |
4000mg/L | 600mg/L | 1500mg/L | 50mg/L | 5-12 | 4000t/d |
该地区风向以北风为主。
最后出水直接排放到当地河流。
2.2 处理要求
企业处理后的出水直接排放到当地河流，依据《啤酒工业污染物排放标准-GB19821-2005》的排放标准，得到出水相应指标：
表2.2 出水指标
CODCr | SS | BOD5 | NH3-N | pH | 水量 |
≤80mg/L | ≤70mg/L | ≤20mg/L | ≤15mg/L | 6-9 | 4000t/d |
根据要求，应完成的工作如下：
（1）根据确定的处理工艺流程，画出工艺平面布置图；
（2）选择处理构筑物，并通过计算确定其尺寸；
（3）画出工艺流程高程布置图；
（4）画出主要构筑物的平面平、剖面图，要求图中注明施工(制作)尺寸、构件明细表及技术要求等内容；
（5）编写设计说明书、计算书
2.3 工艺比选
针对啤酒废水特点，结合出水要求，生化处理非常适合，采用厌氧 好氧模式处理，拟设计了两个主体工艺：① 水解酸化 曝气生物滤池 混凝沉淀池 ② 气浮池 UASB CASS
2.3.1 水解酸化池 曝气生物滤池 混凝沉淀池处理工艺
本处理工艺主体为包括水解酸化池、曝气生物滤池和混凝沉淀池，其工艺流程为：
图2.1
污水首先经格栅进入调节池，进行水质水量调节。调节池出水流到水解酸化池，调节pH，去除一定有机物，同时将大分子、难降解的有机物降解为小分子有机物，调节废水可生化性，有利于后续处理。水解酸化出水自流到曝气生物滤池，通过布水装置将水均匀地撒在滤池上，水由上而下流经滤池，空气由下而上流经滤池，使滤池处于好氧状态，污水中的污染物（COD和NH3-N等）在好氧条件下被附着在滤料上的微生物氧化生成CO2、H2O和硝酸盐氮，从而去除污水中绝大部分有机物和氨氮[18]。滤池出水同时还夹带少量脱落下来的生物膜进入混凝沉淀池，泥水经混凝沉淀分离，出水达标排放。系统中产生的剩余污泥排入浓缩池，再经脱水室脱水后，泥饼外运填埋。
2.3.2 气浮池 UASB CASS处理工艺
本处理工艺主体主要包括气浮池、UASB反应器和CASS反应器。其工艺流程为：
图2.2
啤酒废水先进入格栅去除杂质后进人调节池，平衡水质水量，调节池中出来的水进入气浮池，去除部分污染物，随后进入UASB反应器，进行深度厌氧反应，从而极大的降低有机物浓度。同时厌氧产生的沼气进行收集，进入沼气柜；反应器内的污水经三相分离器作固液气三相分离后，自流人CASS池中进行好氧处理。经CASS池处理后达标排放。
剩余污泥经管道进入污泥浓缩池进行处理，浓缩后进入脱水室，进一步降低污泥的含水率，减少污泥体积，随后制成泥饼，装车外运进行处置。
此工艺设计无需考虑除磷，气浮池 UASB CASS与水解酸化 曝气生物滤池 沉淀池相比，有以下优点：
（1）经过前期气浮池处理，部分污染物得到去除，为后续处理创造有利条件。
（2）节约废水处理费用。UASB去除效果好，减轻后续负荷，处理费用低。
（3）节约污泥处理费用。UASB处理后产泥量低，曝气生物滤池产泥量高。
（4）UASB产生沼气，可做燃料，具有经济效益。
（5）CASS运行可靠，管理简单，不易发生污泥膨胀。
据此，本设计采用气浮池 UASB CASS处理工艺。
