摘要
啤酒工业在我国迅猛发展的同时，排出了大量的啤酒废水，给环境造成了极大的威胁。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2100d
m/3,不考虑远期发展。原污水中各项指标为：BOD浓度为1100 mg/L ,COD浓度为2100 mg/L ，SS浓度为310 mg/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 ≤ 20 mg/L ，COD ≤100 mg/L ，SS ≤ 70mg/L 。
本文分析了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来考虑了废水治理工艺，提出了UASB+CASS的组合工艺流程。可将废水COD 由2200 mg/L降至50～100 mg/L ，BOD从1100mg/L降至20 mg/L以下，SS由400 mg/L 降到70 mg/L以下，出水符合标准。
本设计工艺流程为：
啤酒废水→格栅→污水提升泵房→调节池→ UASB反应器→ CASS池→处理水
该处理工艺具有结构紧凑简洁，运行控制灵活，抗冲击负荷，污泥量小等特点，实践表明该组合工艺处理性能可靠，投资少，运行管理简单的特点。为啤酒工业废水处理提供了一条可行途径。具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。
关键词：啤酒废水 UASB CASS
Abs t ract
With the rapid development of brewery industry in China, more brewery wastewater is discharged, which endangers enviroment.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 2100d
m/3, regardless of the specified future development. Various target in the raw waste water is: the concentration of BOD is 1100 mg/L , the concentration of COD is 2100 mg/L , the concentration of SS is 310 mg/L . For the beer waste water's BOD is high, it could pollute the environment 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 ≤20 mg/L , COD ≤100 mg/L , SS ≤70 mg/L .
This paper analyzes the generation processes of wastewater, the major contaminats and their major sources in beer production. It also introduces the primary biological processing techniques of aerobic and anaerobic treatment. According to the product scale of beer brewery, the main standard of draining water\natural materials, and so on, the main process technology of the beer waste water disposal station is defined as UASB + CASS .Practice of project indicate, when COD of wastewater reduces from 2200mg/l to 50~100mg/l, BOD reduces from 1100mg/l to 20mg/l, SS reduces from 400mg/l to 70mg/l, so that drains out can reaches the Standard.
The technological process of this design is:
Beer waste water →Screens →The sewage lift pump house →Regulates tank →Reaction tank of UASB →Tank of CASS →Treatment water
This technology of wastewater treatment has many traits. Such as, well-knit structure, pithy quick control, lasting attacked, less sledge capacity. Practice indicates that the composed craft has reliable function, its investment is little, and its running and management is uncomplicated.
Key words: beer waste water UASB CASS
目录
摘要 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
1.绪论 (1)
2.设计说明书 (7)
2.1 工程概况 (7)
2.2 工艺流程 (7)
2.3 处理构筑物 (7)
2.3.1 格栅 (7)
2.3.2 调节池 (8)
2.3.3 提升泵房 (8)
2.3.4 过滤机 (9)
2.3.5 UASB反应池 (9)
2.3.6 CASS反应池 (10)
2.3.7 污泥浓缩池 (11)
2.3.8 污泥脱水间 (12)
2.4 平面布置 (12)
2.4.1 布置原则 (13)
2.4.2 管线设计 (13)
2.4.3 布置特点 (14)
2.5 高程布置 (14)
3.设计计算书 (16)
3.1 格栅 (16)
3.1.1 设计参数 (16)
3.1.2 设计计算 (16)
3.2 调节池 (17)
3.2.1 设计参数 (17)
3.2.2 设计计算 (17)
3.3 过滤机 (18)
3.2.1 设计参数 (18)
3.2.2 设计计算 (18)
3.4 UASB反应池 (19)
3.2.1 设计参数 (19)
3.2.2 设计计算 (19)
3.5 CASS反应池 (24)
3.2.1 设计参数 (24)
3.2.2 设计计算 (25)
3.6 污泥浓缩池 (30)
3.2.1 设计参数 (30)
3.2.2 设计计算 (30)
3.6 污泥脱水间 (31)
3.2.1 设计参数 (31)
3.2.2 设计计算 (32)
结束语 (33)
参考文献 (35)
附录 (36)
附录Ⅰ英文原文 (36)
附录Ⅱ英文译文 (41)
1、绪论
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，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。
“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。
下面主要介绍一下处理啤酒废水常用的几种方法：
（一）、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。
（二）、 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。
（三）、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。
（四）、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30 min的澄清液)COD为500～600 mg/L，经混凝气浮处理后出水COD仍高达300 mg/L，远高于排放要求(150 mg/L)。但是此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1100～1200 mg/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O
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
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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(30 min的澄清液)COD为200～300 mg/L。再经混凝气浮工序处理后最终出水COD＜150 mg/L(一般在130 mg/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2～3 d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。
（五）、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 Cr 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。
（六）、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。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7 500 kg/d，以沼气产率为0.5m 3 /kgCOD计算，UASB产气量为3 500m 3/d(甲烷含量为55%～65%)。沼气的热值约为22 680kJ/m 3 ，煤的热值为21 000 kJ/t计算，则1m 3 沼气的热值相当于1 kg原煤，这样可节煤约4 t/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：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12 h，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1 500～2 500 m 3 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17 t/d(产泥率为0.3 kg污泥/kgCOD，污泥含水率为80%)，UASB+SBR法处理工艺产泥量只有5 t/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/日。
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。