酒精生产企业工业废水处理工艺课程

设计任务书

第1章课程设计任务书

1.1 设计题目

某酒精生产企业中段废水处理工艺设计

1.2 原始资料

1．废水流量Q=1600m3/d

2．水质情况：

COD=55000~60000mg/L；

BOD5=24000mg/L；

SS=22700mg/L；

pH=4.2。

1.3 出水要求水质

处理出水要求：处理后的废水达到GB8978-1996中二级标准，具体指标为：

COD：≤300 mg/L；

BOD5：≤150 mg/L；

SS：≤200 mg/L；

PH：≤6～9。

1.4 设计内容与要求

1．查阅相关资料，由给定的进、出水的水质参数，确定废水处理的工艺处理方案能保证出水水质达到要求，同时又经济可行。

2．根据设计手册，计算出工艺流程中一套主要处理设施的尺寸以及相关数据。

3．根据设计数据，绘制出设备详图。

4．绘制出废水处理的工艺流程图。

5．编写设计说明书：设计说明书包括封面、目录、正文（包括工艺原理、结构、工艺特点、该工艺的实际应用、设计计算、设备详图、设计总结等内容）、参考文献等。要求文字通顺、内容正确完整，杜绝图表的抄袭现象。

6．图纸要求：用A3纸张打印。

1.5设计成果要求

1.设计说明书、数据计算、图纸、课程设计报告

2.课程设计说明书用A4纸编写，课程设计说明书的封面要统一打印，课程设计呢绒编写要字迹工整，并装订成册。课程设计说明书的装订顺序如下：（1）课程设计说明书（论文）封面

（2）目录

（3）正文

（4）参考资料

3.课程设计的成绩为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，评为优秀的学生人数一般不超过20%，及格与不及格人数不低于15%。

1

第二章工艺简介

2.1概述

酒精工业是国民经济重要的基础原料产业，酒精广泛应用于化工、食品工业、日化、医药卫生等领域，同时又是酒基、浸提剂、溶剂、洗涤剂和表面活性剂。

我国酒精生产的原料比例为：淀粉质原料（玉米、薯干、木薯）占75%，废糖蜜原料占20%，合成酒精占5%。由此，我国酒精生产的原料主要是玉米、薯干等淀粉质原料。

酒精企业酒精糟的废染是食品与发酵工业最严重的废染源之一，由于投资、生产规模、技术、管理等原因，大部分酒精企业的综合利用率较低。

2.2酒精废水特性

酒精废水是高浓度、高温度、高悬浮物的有机废水，其COD在40000mg/L 左右，BOD在20000mg/L左右，干物质含量达5~8%，每吨废水有机物总量在500公斤以上。废液中的废渣含有粉碎后的木薯皮、根茎等粗纤维，这类物质在废水中是不溶性的COD；木薯中的纤维素和半纤维素是多糖类物质，在酒精发酵中不能成为酵母菌的碳源而被利用，残留在废液中，表现为溶解性COD；无机灰分的泥砂杂质。酒精糟虽然无毒，但是废染负荷高成酸性。这些物质增

2

加了废水处理的难度。

2.3工艺流程选择

2.3.1工艺流程选取原则

(1)贯彻执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范及标准。

(2)设备选型采用通用产品，运行稳定可靠、效率高、管理方便、维修维护工作量小、价格适中。

(3) 根据设计进水水质和回用水质要求，所选废水处理工艺力求技术先进成熟、处理效果好、运行稳妥可靠、高效节能、经济合理，减少工程投资及日常运行费用。

(4)平面布置力求在便于施工、便于安装和便于维修的前提下，使各处理构筑物尽量集中，节约用地，扩大绿化面积。

(5)妥善处理和处置处理过程中产生的沉砂和废泥，避免造成废染。

(6)设计中尽量选用低噪声的动力设备，并适当采取消声、减振措施，防止二次废染。

(7)为确保工程的可靠性及有效性，提高自动化水平，降低运行费用，减少日常维护检修工作量，改善工人操作条件。采用现代化技术手段，实现自动化控制和管理，做到技术可靠、经济合理。

(8)废水处理构筑物按半地下式进行设计，力求减少厂区土方量。

(9)尽量减少废水提升高度和提升次数，以节约能源。

(10)对于平面尺寸大、池深高的水池，采用钢筋混凝土结构。建筑物建于地上，均采用砖混结构，与周围主体环境相匹配。

2.3.2工艺方案分析

本项目废水的特点为：

1.废水以有机废染为主，BOD5/COD=0.4,可生化性较好。

2.废水中主要废染物指标BOD5、COD、SS值比一般工业废水高。

3

3.废水处理工艺的选择与废水的原废水水质、出水要求、废水厂规模、当地温度、用地面积、发展余地、管理水平、工程投资、电价和环境影响等因素有关。

针对以上特点，以及出水要求，选择了UASB+生物接触氧化池工艺，在生物处理前采用混凝沉淀池+气浮池使SS达标。

上流式厌氧污泥反应器（UASB）技术在国内外已经发展成为厌氧处理的主流技术之一，UASB的基本特征是不用吸附载体，污水从底部均匀进入，向上流动，颗粒污泥（污泥絮体）在上升的水流和气泡作用下处于悬浮状态。反应器下部是浓度较高的污泥床，上部是浓度较低的悬浮污泥层，有机物在此转化为甲烷和二氧化碳气体。在反应器的上部有三相分离器，可以脱气和使污泥沉淀回到反应器中。UASB有机负荷的COD负荷较高，反应器中污泥浓度高达100—150 g/L，因此COD去除效率比普通的厌氧反应器高三倍，可达80%～95%。与其他厌氧生物反应相比，UASB的特点如下：

①构造简单巧妙

②反应器内可培养出厌氧颗粒污泥

③实现了污泥泥龄（SRT）与水力停留时间（HRT）的分离

④UASB反应器对各类废水有很大的适应性

⑤能耗低，产泥量少

⑥不能除去废水中的氮和磷

生物接触氧化法是生物膜法的一种，属于好氧生化处理工艺。整个系统由池体、填料、曝气设备等组成。好氧生化法是细菌及菌类的微生物、后生动物等一类的微型动物在填料载体上生长繁殖，微生物摄取污水中的有机物作为养份，吸附分解污水中的有机物，微生物不断新陈代谢，保持活性，从而使污水得以净化。在溶解氧和食物都充足的情况下，微生物繁殖十分迅速，生物膜逐渐增厚，溶解氧和污水中的有机物凭借扩散作用，被微生物利用。当生物膜达到一定厚度时，氧气无法向生物膜内部扩散，好氧菌死亡，而兼性细菌和厌氧菌开始大量繁殖，形成厌氧层，利用死亡的好氧菌为基质，并在此基础上不断繁殖厌氧菌，经过一段时间后在数量上开始下降，加上代谢气体的逸出，使生物膜大块脱落。在脱落的生物膜表面新的生物膜又重新发展起来，在接触氧化池内，由于填料表面积大，所以生物膜发展的每一个阶段都是存在的，使去除

4

5 有机物的能力稳定在一个水平上。接触氧化工艺的主要优点如下： ① 体积负荷高，处理时间短，节约占地面积。

② 生物活性高。

③ 微生物浓度高。

④ 污泥产量低。

⑤ 出水水质好而且稳定。

⑥ 运行管理方便 2.4工艺流程

2.5.1格栅

格栅用以去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以保证后续处理单元和水泵的正常运行，减轻后续处理单元的处理负荷，防止阻塞排泥管道。

2.5.2污水提升泵房

将上游的污水提升至后续处理单元所要求的高度，使其实现重力流。

加碱

混凝沉淀池 气浮池 UASB Ⅰ 搅拌 格栅

UASB Ⅱ 污泥外运

出水 生物接触氧化池

泵 脱水机房 二次沉淀池 污泥消

化池 调节沉淀池 污泥浓

缩池

进水 栅渣

沼气贮柜

2.5.3调节沉淀池

废水呈酸性，在调节池中加碱调节水的pH，以防止废水对后面设备及管道的腐蚀；同时可作为沉砂池，降低废水中部分的悬浮颗粒浓度。

2.5.4混凝沉淀池

混凝沉淀池是利用流体力学理论，通过折板和一些整流板来实现控制水的流态使得水在反应池的剪切力由大到小，使胶体脱稳形成致密的矾花，从而实现对絮凝合理控制，并保证絮凝效果最佳且沉淀出水效果最好的一种反应沉淀池。本单元特点：反应时间短，沉淀池表面负荷高，沉淀池出水水质好且出水稳定。

2.5.5 气浮池

废水通过在反应池中和絮凝剂反应，形成大的絮凝体。废水然后进入接触室中和溶气水混合，轻质的悬浮物上附着着气泡，漂浮到水表面；较重的絮凝体，在分离室中沉淀。经过混凝气浮法处理的废水，可以去除水中90%以上的悬浮物。

2.5.6 UASB

UASB处理器是集有机物去除及泥、水和气三相分离于一体的集成化废水处理工艺，其工艺的突出特征是反应器中可培养形成沉降性能好的颗粒污泥、形成污泥浓度极高的污泥床，使其具有容积负荷高、污泥截留效果好、反应器结构紧凑等一系列优良的运行特性。

利用UASB中厌氧微生物处理水中高负荷及难降解有机物，去除率高，能适应冲击负荷和产生沼气。

6

2.5.7 生物接触氧化池

生物接触氧化池内置填料，填料淹没在污水中，填料上长满生物膜，污水与生物膜接触过程中，有机物被微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。填料上脱落的生物膜，随水流到二沉池后去除，污水得到净化。

生物接触氧化池容积负荷高，微生物浓度高，生物活性高，无需污泥回流。用来进一步去除有机物，保证BOD、COD达标。

2.5.8二沉池

将活性污泥和处理水分开，起到固液分离和污泥浓缩的作用。

2.5.9污泥浓缩池

将系统的剩余污泥混合于此，并消除剩余污泥泵出泥不均，以获得均匀的污泥浓度。浓缩的过程中可以去除污泥中部分间隙水，从容减少了污泥的体积。污泥的贮存为优化污泥脱水创造了条件，确保脱水机的稳定运行

2.5.10 污泥脱水

1.污泥调理：通过物理、化学或者物理化学作用，改善污泥的脱水性能，改变污泥的组织结构，减小污泥的黏性，降低污泥的比组，从而改善污泥脱水性能，有助于后面对污泥脱水处理。

2.污泥脱水：由于氧化沟污泥产生量大，而采用采用带式压滤机，相比于其他脱水方法，不需要真空或者加压设备，因此它消耗动力少，并可以连续运行，并且工艺简单，可以将污泥含水率降至80%~85%。

7

8

第三章 UASB 工艺设计计算

UASB 反应器的设计计算主要包括：反应器主要尺寸的确定；三相分离器的设 计；进水配水系统的设计等。

3.1设计水质、参数

h m h m d m Q /67.66/3

200/160033

3≈=

= 容积负荷()d m kgCOD Nv ⋅=3/12 3.2 UASB 反应器结构尺寸设计计算

① UASB 有效容积：()()30358412

6720336003/200m Nv S S Q V e =-⨯=-=

有效 水质指标 进水水质(mg/l) 出水水质(mg/l) 去除率(%)

COD 30800~33600

6160~6720 80 BOD 13440 2688 80 SS

113.5

/

/

9 式中Q ——设计处理流量，

d m /3

e S S 、0——进出水COD 浓度，3/m kgCOD

Nv ——容积负荷，()

d m kgCOD ⋅3/

② 工程设计反应器4座，根据经验，UASB 最经济高度一般在3~6m 之间，取有效水深h=6m ，则 横截面积233.59763584m h V S ===有效；单池面积233.149433.597m n S S i === ③ 采用公壁建造矩形池比圆形池经济，单池从布水均匀性和经济性考虑，矩形池长宽比在2:1以下较合适。取池长L=15m ，池宽B=10m ，

单池截面积2'm 1501015=⨯==LB S i ，总截面积2'6004150m h S S i =⨯==总 ④ 设计反应器总高H=6.5m （超高0.5m ）

单池总容积()m H S V i i 9005.05.6150''=-⨯==

反应池总容积:236004900m n V V i =⨯==

⑤ 水力停留时间h Q V t HRT 76.533/2003584===

有效 水力负荷()

h m m S Q q ⋅===33/11.06003/200总 对于颗粒废泥，水力负荷q=0.1~0.9()h m m ⋅33/，故符合要求。

10 3.3三相分离器构造设计

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

① 沉淀区设计

根据一般设计要求，沉淀区水力表面负荷应小于0.7()h m m ⋅23/，沉淀室底部进水口表面负荷一般小于2.0()h m m ⋅23/

本工程设计中，与短边平行，沿长边每池布置6个集气罩，构成6个分离单元，则每池设置6个三相分离器。三相分离器长度B=10m ，每个单元宽度

b=L/6=15/6=2.5m,沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积，即1502m 。

沉淀区的表面水力负荷为：

()

h m m S Q q i ⋅===33'/11.01504/3/200<()h m m ⋅33/0.1，符合设计要求 ② 回流缝设计

设上下三角形集气罩斜面水平夹角︒=55α，取m h 2.13=；

m b b b m h b 82.084.025.2284.055tan 2.1tan 1231=⨯-=-==︒

==

α

11 式中 1b ——下三角形集气罩底宽，m 3h ——下三角形集气罩的垂直高度，m 2b ——相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离，m b ——单元三相分离器的宽度，m 22117.491082.06m

B nb a =⨯⨯== h m a Q v i /34.017

.4943

/20011===<2m/h,可保证良好的固液分离效果 式中 1v ——下三角集气罩之间废泥回流缝中混合液上升流速，m/h 1a ——下三角形集气罩回流缝的总面积，2m n ——三相分离器的单元数 设m CD b 3.03==， h m a Q v m B nb a i /46.0364/3/200;36103.062222232====⨯⨯⨯== 式中 2v ——上三角形集气罩下端与下三角形集气罩之间水平距离的回流缝中水速，m/h

2a ——上三角形集气罩回流缝总面积，2m 3b ——上三角井集气罩回流缝的宽度，m

③ 气液分离设计

12 m CE CB m

CD CE 43.035sin 25.035sin 25.055sin 3.055sin =︒=︒==︒⨯=︒=

设AB=0.5m,则

m b AB h 99.055tan 282.055cos 5.055tan 255cos 24=︒⎪⎭⎫ ⎝

⎛+︒=︒⎪⎭⎫ ⎝⎛+︒= 校核气液分离。

假定气泡上升流速和水流速度不变，根据平行四边形法则，要使气泡分离不进入沉淀区的必要条件使a b v v >AB

BC 沿AB 方向水速：h m n B CE Q v i a /57.06

21225.043

/2002=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= d=0.01cm,

()s cm g cm g cm g g ⋅==⨯==-/02.0,95.0,/1015.1,/03.13331μβρρ设气泡直径 气泡上升速度：

()()()()h m s cm d g v g b /59.9/266.001.01015.103.102

.01898195.0182321==⨯⨯-⨯⨯⨯=-⨯=-ρρμβAB

BC v v v v AB BC a b a b >====97.1657

.059.986.05.043.0；

可脱去d ≥0.01cm 的气泡 ④ 三相分离器与UASB 高度设计

2h 为集气罩以上的覆盖水深，取0.5m

33

.236.00.12.15.036.055sin 44.055sin 44.055sin 42.05.046.155sin 46.155sin 2.155sin 543253=-++=-++==︒⨯=︒==︒--=︒--==︒

=︒=

h h h h h DF h BC AB AF DF m h AF UASB 总高6.5m ，沉淀区高2m ，废泥区高2m ，悬浮区高2m ，超高0.5m

13 3.4布水系统的设计计算

（1）配水系统形式采用多管多孔配水方式，每个反应器设1根D=100mm 的总水管，12根d=50mm 的支水管，支管分别位于总水管两侧，同侧每两根支管之间的中心距为2.5m ，配水孔径取Φ15mm ，孔距2.5m ，每根水管有2个配水孔，每个孔的服务面积225.65.25.2m =⨯，孔口向下。

（2）布水孔孔径 流速s m D Q u i

/59.01.036003/2003600422=⨯⨯==ππ

布水孔24个，出水流速为2m/s,则孔径为

mm nu Q d i

1.1122436003

/20036004≈⨯⨯⨯==ππ，取d=15mm

补水管设在距离UASB 底部200mm 处。

（3)验证 空塔水流速度：h m h m S Q

u /0.1/11.06003

/200<===总

空塔气流速度：()()h m h m S r QS

u g /1/05.160035

.08.06.

333/2000≈=⨯⨯⨯==η,

符合要求。

η为COD 去除率，取80%

3.5排泥系统的设计计算

（1）取L VSS c ss /15=，则4座UASB 反应器中废泥总量：

=⨯==203584ss VC G 71680(kg/d)=71.68(t/d)

（2）产泥量计算

取X=0.05kgVSS/kgCOD,则产泥量为：

()d kgVSS XQS X r /48.25808.06.33160005.0=⨯⨯⨯==∆

式中r S ——去除的COD 浓度，3/m kgCOD

取VSS/SS=0.8；()d kgSS X /6.32258.048

.2580==∆

14 单池产泥量()d kgSS X X i /4.8064

6.32254==∆=∆ 废泥含水率为98%，当含水率大于95%，取3/1000m kg s =ρ，则废泥产量

()()

d m P X Q s s /28.161%98110006.32251'3=-⨯=-∆=ρ； 单池产泥量d m Q Q s si /32.404

3==

废泥龄d X G c 22.226.322571680==∆=θ （3）排泥系统设计

在距UASB 反应器底部1m 和2m 高处，各设置两个排泥口，共4个排泥斗。排空时由废泥泵从排泥管强排。反应器每天排泥一次，各池废泥由废泥泵抽入废泥浓缩池中。排泥管选用DN200的钢管。

3.6出水系统的设计计算

为保证出水均匀，沉淀区的出水系统通常采用出水渠，一般每个单元三相分离器沉淀区设一条出水渠，而出水渠每隔一定距离设出水堰。

（1）出水槽设计

池中设有6个单元三相分离器，出水槽6条，槽宽m b c 2.0= 单个反应器流量s m Q q i i /0046.03600

43

/20036003=== 设出水槽槽口附近水流速度s m v c /2.0=则槽口附近水深

019.02

.02.060046

.0=⨯==c c i cf v b q h m