摘要
本设计为某啤酒废水处理设计。设计程度为初步设计。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。该啤酒废水处理厂的处理水量为4000d
m/3,不考虑远期发展。原污水中各项指标为：BOD浓度为960mg/L,COD浓度为1700mg/L，SS浓度为500mg/L。因该废水BOD 值较大,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,包括厌氧生物处理法中的UASB法和好氧生物处理法中的SBR法，可有效去除污水中的BOD、COD。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→ UASB反应器→ SBR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。
关键词：啤酒废水处理高浓度有机废水
UASB法 SBR法
Abstract
This design is one beer waste water treatment. The degree of the design is in a preliminary phase. The main distinguishing feature of the beer waste water is that it contains the massive organic matters, so it belongs to the high concentration organic waste water, therefore its biochemical oxygen demand is also high.
The water which needs to treatment in the beer waste water treatment plant is 3000d
m/3, regardless of the specified future development. Various target in the raw waste water is: the concentration of BOD is 960mg/L, the concentration of COD is 2500mg/L, the concentration of SS is 500mg/L. For the beer waste water's BOD is high, it could pollute the enviroment if drained before treatment, so it request the beer waste water which drained must be strictly treated to the two effluence standard in the country, which is as following: BOD≤30mg/ L, COD≤100mg/ L, SS≤70mg/ L.
After the analysis, the quality of this processing water belongs to the waste water that easy biology degrade and not have the obvious poison, could use two levels of biological treatments to cause the water drained meet the designated standard. First level of processing mainly uses the physical methods, which removes the suspended matter and the inorganic substance in the sewage.Second levels of processing mainly uses the biology methods, consists of UASB of demand oxygen biology methods and SBR of anaerobic oxygen biology methods, which could remove BOD, CODin the waste water. The technological process of this design is: Beer waste water →Screens →The sewage lift pump house →Regulates precipitating tank →Reaction tank of UASB →Tank of SBR →Treatment water
The entire technological process have the characteristics of lower investment, good treatment effect, easy technology process，using small area, running steady, and consuming lower energy.
Keyword: Beer waste water treatment
High concentration of organic waste water
UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)process
SBR (Sequencing Batch Reactor)processs
目录
第一章概述 (5)
第一节研究目的与意义 (5)
第二节国内外研究现状 (5)
第三节拟采用设计流程 (5)
第四节预计处理效果 (6)
第二章啤酒废水处理构筑物设计与计算 (8)
第一节格栅的设计计算 (7)
一、设计说明 (7)
二、设计参数 (7)
三、设计计算 (7)
第二节调节沉淀池的设计计算 (9)
一、设计说明 (9)
二、设计参数 (10)
三、设计计算 (10)
第三节 UASB反应器的设计计算 (11)
一、设计说明 (11)
二、设计参数 (11)
三、设计计算 (12)
第四节 SBR反应器的设计计算 (10)
一、设计说明 (18)
二、设计参数 (19)
三、设计计算 (110)
第三章污泥部分各处理构筑物设计与计算 (23)
第一节重力溶缩池的设计计算 (23)
一、设计说明 (23)
二、设计参数 (23)
三、设计计算 (24)
第二节机械脱水间的设计计算 (25)
一、设计说明 (25)
二、设计参数 (26)
三、设计计算 (26)
第三节污水提升泵房的设计计算 (26)
一、设计说明 (26)
三、设计计算 (26)
第四章结论 (28)
谢辞 (13)
参考文献 (30)
设计计算书
第一章概述
一、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1 650万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，所以此排放系统的设计旨在控制废水的COD浓度，减少对环境的污染。
二、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。
三、拟采用的设计流程
https://www.doczj.com/doc/9917451183.html,BA-SBR法流程
因为用只用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，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。
出水
SBR
鼓风机
沼气
UASB 浓缩池
进水
格栅上清液
调节沉淀池图1.1 啤酒废水处理工艺流程图
污泥脱水间
压滤液
泥饼
四、 预计处理效果
设计排放废水量为3000m 3/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》(GB 8978—1996)的一级标准，其主要水质指标见表1.1。
第二章 啤酒废水处理构筑物设计与计算
第一节 格栅的设计计算
一、设计说明
格栅由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在废水渠道的进口处，用于截留较大的悬浮物或漂浮物，主要对水泵起保护作用，另外可减轻后续构筑物的处理负荷。
二、设计参数
取中格栅；栅条间隙d=10mm ；
栅前水深 h=0.4m ；过栅流速v=0.6m/s ；
安装倾角α=45°；设计流量Q=3000m 3/d=0.035m 3
/s 三、设计计算
（一）栅条间隙数(n)
max sin Q n
式中：
Q ------------- 设计流量，m 3/s
α------------- 格栅倾角，度 b ------------- 栅条间隙，m h ------------- 栅前水深，m v ------------- 过栅流速，m/s
0.035sin 450.010.40.6o
n
12.26
取n=13条
（二）栅槽有效宽度(B)
设计采用φ20圆钢为栅条,即s=0.02m B=S(n-1)+en 式中：
S -------------- 格条宽度，m n -------------- 格栅间隙数 b -------------- 栅条间隙，m B=0.02×(13-1)+0.01×13 =0.37m
（三）进水渠道渐宽部分长度(l 1)
设进水渠道内流速为0.5m/s,则进水渠道宽B 1=0.175m, 渐宽部分展开角取为20° 则l 1=
1
1
2B B tg
式中：
B -------------- 栅槽宽度，m B 1 -------------- 进水渠道宽度，m
1
-------------- 进水渠展开角，度
l 1=
0.370.175
220
tg
=0.27
（四）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度（l 2）
l 2= l 1/2=0.27/2 =0.135m （五）过栅水头损失（h 1）
取k=3,β=1.79(栅条断面为圆形)，v=0.6m/s
h 1 = 2
4/3()
sin 2s v k d g
式中：
k -------- 系数，水头损失增大倍数 β-------- 系数，与断面形状有关 S -------- 格条宽度，m d -------- 栅条净隙，mm v -------- 过栅流速，m/s α-------- 格栅倾角，度
h 1=2
4/3
0.020.63 1.79()sin 450.01
29.8
=0.176m （六）栅槽总高度(H)
取栅前渠道超高h 2=0.3m 栅前槽高H 1=h+h 2=0.7m 则总高度H=h+h 1+h 2
=0.4+0.176+0.3 =0.876m
（七）栅槽总长度(L)
L=l 1+l 2+0.5+1.0+
1
45
H tg =0.27+0.135+0.5+1.0+
0.7
45
tg =2.605m （八）每日栅渣量(W)
取W 1=0.06m 3/103m 3 K 2=1.5
则W=1286400
1000
Q W K ???
式中：
Q ----------- 设计流量，m 3/s W 1 ---------- 栅渣量(m 3/103m 3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
W=0.0350.0686400
1.51000
???
=0.12 m 3/d(可采用人工清渣)
第二节 调节沉淀池的设计计算
一、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。
二、设计参数
水力停留时间T=6h;设计流量Q=3000m 3/d=125m 3/h=0.035m 3/s,采用机械刮泥除渣。
三、设计计算
调节沉淀池的设计计算草图见下图2.2：
图2.2 调节沉淀池设计计算草图
24000
进水
5500
25000
1000
8000
500
（一） 池子尺寸
池子有效容积为：
V=QT=125×6=750m 3
取池子总高度H=5.5m,其中超高0.5m,有效水深h=5m
则池面积A=V/h=750/5=150m 3 池长取L=25m,池宽取B=8m
则池子总尺寸为L ×B ×H=25×8×5.5
（二） 理论上每日的污泥量
W=
010()
1000(1)
Q C C P
式中：
Q ------------ 设计流量，m 3/s C 0 ------------ 进水悬浮物浓度，kg/m 3 C 1 ------------ 出水悬浮物浓度，kg/m 3 P 0 ------------ 污泥含水率，%
W=
3000(500250)1
1000(10.97)1000
=25m 3/d
（三）污泥斗尺寸
取斗底尺寸为400×400，污泥斗倾角取50°
则污泥斗的高度为：h 2=(4-0.2) ×tg 50°
=4.529m 污泥斗的容积V 2= 1
3h 2（a 12+a 1a 2+a 22）
=1
3
×4.592×(82+8×0.4+0.42)
=101.7m 3
V 总>W 符合设计要求，采用机械泵吸泥
（四）进水布置
进水起端两侧设进水堰，堰长为池长2/3
第三节 UASB 反应器的设计计算
一、设计说明
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。
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。
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。 二、设计参数 （一）参数选取
设计参数选取如下：
容积负荷（Nv ）4.5kgCOD/(m 3·d)；
污泥产率0.1kgMLSS/kgCOD ；
产气率0.5m 3/kgCOD
（二）设计水质
（三）设计水量
Q ＝3000m 3/d=125 m 3/h=0.035 m 3/s 三、设计计算
（一）反应器容积计算
UASB 有效容积：V 有效＝
v
Q S N 式中：
Q ------------- 设计流量，m 3/s S 0 ------------- 进水COD 含量,mg/l N v -------------容积负荷,kgCOD/(m 3·d)
V 有效＝3000 2.3254.5
=1550m 3
将UASB 设计成圆形池子，布水均匀，处理效果好 取水力负荷q ＝0.8[m 3/(m 2·h)]
则 A= Q q = 1250.8
=157m 2 h=
V A ＝1550157
=10m 采用4座相同的UASB 反应器
则 A 1=4
A ＝157
4=39.25 m 2
1
4A =
439.25
=7.5m 取D=8m
则实际横截面积为
2A =
14πD 2=14
×3.14×82
=50.24m 2
实际表面水力负荷为
q 1=Q/A
＝125450.24
=0.83<1.0 故符合设计要求 （二）配水系统设计
本系统设计为圆形布水器，每个UASB 反应器设36个布水点
(1)参数
每个池子流量：
Ｑ＝125/4=31.25m 3/h
(2)设计计算
布水系统设计计算草图见下图2.3：
圆环直径计算：每个孔口服务面积为:
a=
21
/364
D ＝1.40m 2 a 在1～3m 2之间，符合设计要求
可设3个圆环，最里面的圆环设6个孔口，中间设12个，最外围设18个孔口
1)内圈6个孔口设计
服务面积：1S ＝6×1.40=8.40m 2
折合为服务圆的直径为：
1
=
48.4
=3.3m 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6个孔口，则圆的直径计算如下：
21114
2
d S 则d 11
28.4
=2.3m
2)中圈12个孔口设计
服务面积：S 2=12×1.40=16.8m 2 折合成服务圆直径为：
1
2)
S
=
4(8.416.8)
=5.67m
中间圆环直径计算如下：
14π(5.672-d 22)＝1
2
S 2
则d 2=4.63m
3）外圈18个孔口设计
服务面积：S 3=18×1.4=25.2m 2 折合成服务圈直径为： 1
2
3)
S S
=8.01m
外圆环的直径d 3计算如下：
14π(8.012-d 32)=12
S 3 则d 3＝6.94m
（三）三相分离器设计
三相分离器设计计算草图见下图2.4：
图2.4 UASB三相分离器设计计算草图
E
b 1
F h 4
b 2h 2h 5h 1
H
I D
50
A
B b 1
C h 3
(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/h
2）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/h 4）总沉淀水深应大于1.5m 5）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 沉淀器（集气罩）斜壁倾角θ＝50° 沉淀区面积为：
A=1/4πD2=1/4×3.14×82=50.24m2表面水力负荷为：
q=Q/A=
125
450.24
=0.62<1.0
符合设计要求。
(3)回流缝设计
取h
1=0.3m,h
2
=0.5m,h
3
=1.5m
如图2.4所示：b1=h3/tgθ
式中：
b1----------下三角集气罩底水平宽度，m;
θ----------下三角集气罩斜面的水平夹角； h3----------下三角集气罩的垂直高度，m;
b
1=
1.5
50 tg
=1.26m
b
2
=8-2×1.26=5.48m
下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速V
1
可用下式计算：
V
1=Q
1
/S
1
式中：
Q
1
----------反应器中废水流量，m3/h；
S
1
----------下三角形集气罩回流逢面积，m2；
V 1=
2
125/4
5.48/4
=1.32m/h
V
1
<2m/s,符合设计要求
上下三角形集气罩之间回流逢中流速(V
2
)可用下式计算：
V
2=Q
1
/S
2
，
式中：
Q
1
----------反应器中废水流量，m3/h；
S
2
----------上三角形集气罩回流逢之间面积，m2；取回流逢宽CD=1.2m,上集气罩下底宽CF=6.0m
则 DH=CD×sin50°
=0.92m
DE=2DH+CF
=2×0.92+6.0
=7.84m
2
S=π(CF+DE)CD/2
=26.07m 2
则 V2= Q 1/S 2
=125426.07
=1.20m/h 确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸，由图可知： CH=CDsin40°=1.2sin 40＝0.77m AI=DItg50°=1 2(DE-b 2)×tg50° = 1 2(7.84-5.48)×tg50° =1.41m 故 h 4=CH+AI=0.77+1.41=2.18 h 5=1.0m 由上述尺寸可计算出上集气罩上底直径为： CF-2h 5tg40°=6.0-2×1.0×tg40°=4.32m BC=CD/sin40°=1.2/sin40°=1.87m DI=12(DE-b 2)=1 2 (7.84-5.84)=1.18m AD=DI/cos50°=1.18/cos50°=1.84m BD=DH/cos50°=0.92/cos50°=1.43m AB=AD-BD=1.84-1.43=0.41 (4)气液分离设计 d=0.01cm(气泡)，T=20°С ρ1=1.03g/cm 3, ρg=1.2×10-3g/cm 3 V=0.0101cm 2/s, ρ=0.95 μ= V ρ1=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 由斯托克斯工式可得气体上升速度为： V b = 21 ( )18 g g d = 320.959.81 (1.03 1.210)0.01180.02 =0.266cm/s =9.58m/h V a =V 2=1.60m/h 则： b a V V =9.581.60=5.9, BC AB =1.870.41 =4.56 b a V V >BC AB ,故满足设计要求。 （四）出水系统设计 采用锯齿形出水槽，槽宽0.2m,槽高0.2m （五）排泥系统设计 产泥量为：2325×0.75×0.1×3000×10-3 =523.1kgMLSS/d 每日产泥量523.1kgMLSS/d ，则每个USAB 日产泥量130.8 kgMLSS/d,可用150mm 排泥管，每天排泥一次。 （六）产气量计算 每日产气量：2325×0.75×0.5×3000×10-3 =2615.6m 3/d 第四节 SBR 反应器的设计计算 一、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 结构简单，运行控制灵活，本设计采用4个SBR 反应池，每个池子的运行周期为6h 二、设计参数 （一）参数选取 (1)污泥负荷率 Ns 取值为0.13kgBOD 5/(kgMLSS ·d) (2)污泥浓度和SVI 污泥浓度采用3000 mgMLSS/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 Q 0=24QT N =30006244=187.5m 3/s （二）设计水量水质 设计水量为：Q=3000m 3/d=125m 3/h=0.035m 3/s 设计水质见下表2.3： 三、设计计算 （一）反应池有效容积 V 1= 00 s nQ S XN 式中： n ------------ 反应器一天内周期数 Q 0 ------------ 周期进水量,m 3/s S 0 ------------ 进水BOD 含量,mg/l X ------------- 污泥浓度,mgMLSS/L N s ------------- 污泥负荷率 V 1=4187.517930000.13 =344.2 （二）反应池最小水量 V min =V 1-Q 0=344.2-187.5=156.7m 3 （三）反应池中污泥体积 Vx=SVI ·MLSS ·V 1/106=100×3000×344.2/106=103.2 m 3 V min >Vx,合格 （四）校核周期进水量 周期进水量应满足下式： Q 0<(1- MLSS ·MLSS /106) ·V =(1- 100×3000 /106) ×344.2 =240.9m 3 而Q 0=187.5m 3<240.9m 3 故符合设计要求 （五）确定单座反应池的尺寸 SBR 有效水深取5.0m,超高0.5m,则SBR 总高为5.5m, SBR 的面积为344.2/5=68.84m 2 设SBR 的长：宽=2：1 则SBR 的池宽为：6m ；池长为：12.0m. SBR 反应池的最低水位为： 156.7 6.012.0 =2.18m SBR反应池污泥高度为： 103.2 6.012.0 =1.43m 2.18-1.43=0.75m 可见，SBR最低水位与污泥位之间的距离为0.6m,大于0.5m的缓冲层高度符合设计要求。 （六）鼓风曝气系统 (1)确定需氧量O 2 由公式：O 2=a′Q(S -S e )+bˊXvV 式中： aˊ----------- 微生物对有机污染物氧化分解 过程的需氧率，kg Q ----------- 污水设计流量，m3/d S ------------ 进水BOD含量,mg/l S ------------ 出水BOD含量,mg/l bˊ------------ 微生物通过内源代谢的自身氧化 过程的需氧率，kg Xv ------------ 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S e =27mg/L； Xv=f×X =0.75×3000=2250mg/L =2.25kg/m3； V=4 1 V=4×344.2=1376.8m3 代入数据可得： O 2 =0.5×3000×(179-25)/1000+0.15×2.25×1376.8 =695.7kg O 2 /d 供氧速率为： R= O 2 /24 =695.7/24=29 kg O 2 /h (2)供气量的计算 采用SX-1型曝气器，曝气口安装在距池底0.3m高处，淹没深度为4.7m，计算温度取25℃。 该曝气器的性能参数为： Ea=8%，Ep=2 kgO 2 /kWh； 服务面积1-3m2； 供氧能力20-25m3/h·个； 查表知氧在水中饱和容解度为： C s(20)=9.17mg/L，C s(25) =8.38mg/L 扩散器出口处绝对压力为： b P =0P +9.8×103×H =1.013×105+9.8×103×4.7 =1.47×105pa 空气离开反应池时氧的百分比为： 21(1) 7921(1) A t A E O E = 21(10.08) 7921(10.08) =19.65% 反应池中容解氧的饱和度为： C sb(25)= C s(25)5 ()2.0261042 b t P O =8.385 5 1.471019.65 ( )2.0261042 =10.0mg/L C sb(20)= C s(20)5( )2.0261042 b t P O =9.175 5 1.471019.65 ( )2.0261042 =10.9mg/L 取α=0.85,β=0.95,C=2,ρ=1,20℃时，脱氧清水的充氧量为： R 0= (20) (2520) (25) [] 1.024 sb sb RC C C = 5 28.8610.9 0.85[0.9510.02] 1.024 =43.8 kg O 2/h 供气量为：Gs= R 0/0.3Ea =43.8 0.30.08 =1826m 3/h =30.43m 3/min (3)布气系统的计算 反应池的平面面积为： 6.0×12.0×4=288m 2
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