UASB+SBR處理果汁廢水設計說明書及圖紙

湖南科技大學畢業(yè)設計（論文）任務書化學化工學院環(huán)境工程系（教研室）系（教研室）主任:（簽名）年月日學生姓名:張安國學號:00專業(yè):環(huán)境工程1設計（論文）題目及專題：某果汁廠生產廢水處理的初步設計2學生設計（論文）時間：自2012年3月1日開始至2012年6月1日止3設計（論文）所用資源和參考資料：污水水量與水質：Q=5000m3/d。水質：CODcr：8000mg/L，BOD5：5000mg/L，SS：4000mg/L，pH:5-12；處理要求：廢水經過處理后應符合達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）一級標準，即：CODcr≤100mg/L，BOD5≤30mg/L，SS≤70mg/L，pH6-9。4設計（論文）應完成的主要內容：（1）當前果汁生產廢水的來源及處理概述；（2）確定該處理廠的規(guī)模和處理工藝；（3）相關構筑物的設計與計算；（4）管網布置及計算；（5）工程概算；（6）設計體會；（7）參考文獻。5提交設計（論文）形式（設計說明與圖紙或論文等）及要求：（1）編寫設計說明書一份，設計說明書按設計程序編寫、包括方案的確定，設計計算、設備選擇和有關設計的簡圖等內容。文字應簡明、通順、內容正確完整。（2）圖紙至少有4張，其中平面圖和高程圖必備，平面布置圖中應有方位標志。6發(fā)題時間：二0一二年三月一日指導教師：（簽名）學生：（簽名）摘要近年來，果汁飲料作為新世紀的健康飲品，已成為消費者的追逐熱點。隨著果汁產業(yè)的不斷壯大，果汁生產中的高濃度有機廢水對環(huán)境的污染也越來越受到社會各界的關注。環(huán)境是人類生活的載體，本著對環(huán)境負責，對人類的負責的原則，果汁生產廢水治理已成為每個企業(yè)生產運行必不可少的程序。本設計主要分析了當前果汁生產廢水治理的熱點問題和工藝方法，并從中擬定出適合所持工程設計的方案，設計本著科學實際、效益優(yōu)先的原則，全面地對預選方案進行了詳細的設計計算，該設計為果汁廢水，水量為5000m3/d，根據食品生產相關資料，設計選定的安全系數為K2=。原污水中各項指標為：CODcr濃度為8000mg/L，BOD5濃度為4000mg/L，SS濃度為4000mg/L，pH5-12。該廢水若不經處理會對環(huán)境造成巨大污染，故要求進行處理，要求出水標準按照《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）一級標準執(zhí)行，即：CODcr≤100mg/L，BOD5≤30mg/L，SS≤70mg/L，pH6-9。設計內容屬于有機物濃度高，水量大，水質波動較大，水中固體干擾物較大的工程，經過對主流高濃度有機廢水處理方法的比選和自身所掌握的技術知識，最終確定為“原水預處理+UASB+SBR”的工藝。根據設計計算結果，表明本設計方案結構緊湊簡潔，運行控制靈活，抗沖擊負荷能力強等特點，根據其他同類設計并投產運行的效果來看，該組合工藝處理性能可靠，具有投資少，運行管理簡單等特點。為果汁工業(yè)廢水處理提供了一條可行的途徑。具有良好的經濟效益、環(huán)境效益和社會效益，綜合效益高，有較高的運用價值。關鍵詞：果汁廢水；活性污泥；UASB；SBRABSTRACTInrecentyears,fruitjuicebeverageasanewcenturyhealthdrinks,havebecomehotpursuitofconsumers.Withthegrowingoffruitjuiceindustry,highconcentrationorganicwastewaterfromthefruitjuicefactorycausedtheenvironmentpollutionisgettingmuchmoreattentions.Environmentisthecarrierofourlives,inthatresponsibleforenvironmentandourpeople,fruitjuiceproductionwastewatertreatmenthasbecomeessentialproceduresforeachenterprise.Thisdesignmainlyanalyzedthehotissuesandprocessesofthefruitjuiceproductionwastewatertreatmentinthecurrent,andfoundasuitableprocesstotreatthekindsofwastewaterintheend.Designedintheprincipleofgivingprioritiestoefficiencyandscience.calculatedcomprehensivelytothepreselectedprograms.Thedesignisforthefruitjuicewastewater:Q=5000m3/d,accordingtotherelevantdataoffoodproduction,IselectedthesafetycoefficientK2=.Indicatorsofrawsewageare:CODcrconcentrationis8000mg/L,BOD5concentrationis4000mg/L,SSconcentrationis4000mg/L,pH5-12.Thewastewaterisdischargedintotheenvironmentwithouttreatmentwillcauseagreatpollution,sowemusttreatit.The

effluent

qualitycomesuptotheⅠ-class

criteriaspecifiedintheIntegratedwastewaterdischargestandard(GB8978-1996)is:CODcr=100mg/L,BOD5=30mg/L,SS=70mg/L,pH6-9.Thisprogrambelongstoorganiccompoundswithhighconcentrationandalargequantity,thequalityofwaterfluctuategreatly,suspendedmatterdisruptlargely,comparedbythemainstreammethodsofhighconcentrationorganicwastewatertreatmentandmyowntechnicalknowledge,eventually,Iidentifiedas"rawwastewaterpretreatment+UASB+SBR"process.Accordingtotheresultsofthedesigncalculations,showsthattheschemeofdesignismuchmorecompactandsimplerinthestructures,flexiblecontrol,shockresistanceability.Accordingtoeffectoftheothersimilardesignsandoperationsshowthat,thiscombinedprocesshasreliableperformance,simpleroperationandmanagementwithlessinvestment,etc.Itprovidesafeasiblewayforthefruitjuiceindustrywastewatertreatment.Ithasabettereconomicbenefit,environmentalbenefitandsocialbenefit.Inaword,thisschemehasahigherapplicationvalueforcomprehensivebenefit.KeyWords:fruitjuicewastewater;activatedsludge;UASB;SBR目錄TOC\o"1-3"\u第一章緒論 1中國果汁產業(yè)簡介 1果汁生產污染物產生情況分析 2果汁加工業(yè)廢水的特征 2果汁加工業(yè)其他的環(huán)境問題 4果汁廢水治理技術現狀 4果汁廢水的處理方法探究 5好氧處理工藝 5厭氧處理 6厭氧+好氧處理工藝 7第二章設計說明及計算 12設計概況 12該果汁廢水處理效果 12項目所在地湘潭市氣候資料 12處理程度的計算 12污水處理構筑物設計及計算 13格柵的設計及計算 13沉淀池的設計計算 16調節(jié)池設計計算 21UASB反應器的設計計算 22SBR池的設計計算 32重力濃縮池的設計計算 39集泥井 41機械脫水間的設計計算 42第三章平面布置和高程布置 43平面布置說明 43高程布置設計說明及計算 43高程布置說明 43構筑物及水渠的水頭損失 44管道水力損失計算 45第四章工程估價 48估價范圍及估價依據 48估算范圍 48編制依據 48各構筑物費用概算 48其他費用概算 48運行成本 49人數定員 49動力成本 49其他成本 50第五章結論 51參考文獻 52致謝 53附錄 54緒論中國果汁產業(yè)簡介近年來，果汁飲料作為新世紀的健康飲品，成為消費者的追逐熱點。果汁飲料是新型的飲品，其最大特點是不但能解渴，而且含有豐富的維生素、礦物質、微量元素等，具有極高的營養(yǎng)、保健功能。我國果汁飲料市場起步較晚、起點較低，但隨著人們保健意識的不斷提高，近年來發(fā)展較快。2011年1-6月，中國果菜汁及果菜汁飲料制造業(yè)實現銷售收入億元，比2010年同期增長%；利潤總額達到億元，比2010年同期增長%；截至2011年6月底，我國果菜汁及果菜汁飲料制造業(yè)總資產達到億元。2011年12月份，我國生產果汁和蔬菜汁飲料萬噸，同比增長%。據數據顯示：2011年1-12月，全國果汁和蔬菜汁飲料的產量達1920萬噸，同比增長%。從各省市的產量來看，2011年1-12月，廣東省果汁和蔬菜汁飲料的產量達326萬噸，同比增長%，占全國總產量的%。緊隨其后的是河南、四川和重慶，分別占總產量的%、%和%。中國水果資源豐富。水果總產量居世界首位，蘋果產量居世界第一，橙子，梨，和桃子產量仍然居世界首位，盡管中國是人口大國，可是果汁消費量很低，人均年消費量還不到1公斤，是世界平均水平的1/10，發(fā)達國家平均水平的1/40。這表明，果汁飲料在中國仍有巨大的發(fā)展空間。隨著城鄉(xiāng)居民生活水平的逐步提高，果汁飲料的消費必將進一步增長，未來中國果汁行業(yè)的發(fā)展前景看好，與此同時也具備了非常好的投資優(yōu)勢。從果品飲料所含成份來看，有兩種分類方法：一是可分為純正果汁與非純正果汁，純正果汁飲料是指果汁含量為100%的果汁飲料，非純正果汁飲料中果汁的含量應不低于40%，這樣才可以說是名符其實的果汁飲料，而非純正果汁又可分為果蔬類果汁和不含蔬菜汁的果汁；二是可分為純天然果汁與非天然果汁，非天然果汁是指在果汁中加入能滿足特定人群需要的物質，如纖維素、礦物質元素等。在中國，果汁飲料包括果蔬汁和果蔬飲料。果蔬汁是新鮮或冷藏水果和蔬菜直接制成，果蔬飲料則是在果汁和濃縮果蔬汁中加入水、糖液和酸味劑等調制而成的現成飲料。在中國，果蔬汁飲料的果汁含量應不低于10%，否則它們將屬于其他種類的飲料。中國果汁飲料競爭日趨激烈，市場上存在三股競爭力量：一支是臺灣背景的企業(yè)統(tǒng)一和康師傅，以包裝的創(chuàng)新和口味取勝；一支是包括匯源、娃哈哈等的國內知名企業(yè)；還有一支是大的跨國公司如可口可樂、百事可樂等。目前市場上集中了娃哈哈、匯源、農夫果園、統(tǒng)一鮮橙多、美汁源果粒橙、酷兒、露露等眾多一線飲料品牌。由于大品牌的激烈競爭，使得外來品牌很難進入果汁飲料市場，同時果汁飲料的價格日益透明化，廠家和經銷商的利潤在不斷變薄。尋找新的利潤增長點，成為企業(yè)的當務之急。而要想在競爭激烈的果汁市場取得領先地位，適合市場化的企業(yè)規(guī)劃經營則是關鍵。作為全球最大的果蔬汁出口國，我國的果蔬汁產業(yè)發(fā)展在后金融危機時代面臨新的挑戰(zhàn)，為了進一步提高產品品質，鞏固我國果蔬汁在全球貿易的市場份額與競爭優(yōu)勢，2012中國（西安）國際果蔬汁產業(yè)大會于2012年5月23-24日在陜西西安舉行【1】。果汁生產污染物產生情況分析果汁加工業(yè)廢水的特征果汁生產企業(yè)的產品和工藝雖然不完全一致，但是基本工藝是相似的，無論生產蘋果汁或橙汁，基本工藝歸納如圖所示。果汁生產的工藝【2】主要包括以下步驟：原料的清洗與預處理、原料破碎和壓榨提汁、酶處理、澄清、過濾、吸附、濃縮、殺菌，最后進行罐裝。（1）原料的清洗與預處理原料首先要進行清洗，清洗用水是果汁生產用水的最主要部分，此工序主要產生含有機物的洗果廢水，多為果品碎屑、泥砂等，SS含量較高。（2）原料破碎和壓榨提汁工藝榨汁前先行破碎可以提高出汁率。壓榨是通過擠壓力將液相從液固兩相混合物中分離出來的一種單元操作。此工序會產生果渣。（3）酶處理工藝在果汁加工技術中，應用的最多的是果膠酶。其作用是增加出汁率同時也利于果汁澄清，以便果汁中懸浮的粒子能用沉降、過濾或離心的方法分離。（4）澄清、過濾工藝果汁加工工藝采用酶技術和膜分離技術相結合，以獲得澄清果汁。目前多采用超濾技術。超濾膜可以截留壓榨的果汁中多數大分子物質，使糖類、有機酸和水等小分子成分透過膜而得到水果清汁。截留的罐底物是大分子有機物質，其COD濃度值很高，排入水體后，使廢水的處理難度增大。（5）吸附與離子交換工藝果汁加工用活性炭過濾或樹脂吸附色度、殘余農藥和霉菌等，現多采用樹脂吸附。在吸附工序，間歇地排放樹脂再生漂洗廢水。廢水含難降解的高濃度有機物和酸、堿以及消毒劑。（6）濃縮工藝原果汁的含水量通常在80％－85％以上，需要經過濃縮，使水分從水果原汁中分離出來提高果汁的化學穩(wěn)定性，便于儲藏和運輸。蒸發(fā)濃縮是主要的水果原汁濃縮工藝。在此過程中產生4倍以上濃縮原汁的蒸發(fā)冷凝水，導致排水量高于用水量。蒸發(fā)冷凝水含香精等有機酸、醇和酯類物質，COD濃度值較高。（7）殺菌工藝和CIP清洗在果汁加工過程中一般采用“巴氏殺菌”，殺死果汁中的致病菌、產毒菌、腐敗菌，并破壞果汁中的酶使果汁在儲藏期內不變質。果汁廢水是由酸、堿、消毒劑和高分子有機物組成的高濃度有機廢水。主要產生于洗果、產線清洗（設備、地面的沖洗，CIP清洗及樹脂再生清洗）、罐底物排放、蒸發(fā)冷凝水、反滲透濃水排放和鍋爐房排水（軟化處理鹽水、水收塵排水）、車間生活污水。其主要特點是水量和水質波動很大、廢水有一定的溫度、廢水中SS含量較高，多為果品碎屑、泥砂等。其中造成水量波動【2】的原因有以下幾點：（1）進廠原料果的品質好壞，直接影響到用水量的大小和排放廢水的污染物濃度；（2）當設備進行集中清洗時污水量比正常生產時的水量高出一倍甚至更多；（3）生產和排水具有間歇和周期性，各工序排水有時間段，當果池換水時所排廢水水量和水質波動相當大。同時，果汁企業(yè)的排水量要高于取水量，這是由于清汁到濃縮果汁過程有蒸發(fā)冷凝水的產生，其產生量為濃縮果汁產量的倍。造成水質波動的原因有以下幾點：（1）由于生產線要定期進行CIP清洗、樹脂再生和漂洗，間歇性地排放酸、堿廢水，使廢水的pH值在2-13之間波動，CIP清洗和樹脂再生水初排時的濃度非常高，而且要持續(xù)排2-3小時，對廢水的pH值影響特別大，COD濃度也會在102mg/L-104mg/L之間波動；（2）在超濾工序，提糖后在罐底物排放時COD濃度高達100000mg/L，40t/h線的罐底物每天要排>30m3/d，相當于排入水體的COD量>3000kg/d；（3）在吸附工序，間歇排放的樹脂再生廢水，一開始是含高濃度和難降解的有機物的酸、堿廢水，以后為漂洗水，酸、堿和有機物含量逐漸減少，有周期順序但無時間規(guī)律，酸、堿液的排放和消毒劑量大的廢水進入污水處理系統(tǒng)則會抑制微生物的生化處理過程。樹脂再生后期和生產線清洗后期，還有殺菌消毒液排放，含過氧化氫或次氯酸鈉等強氧化劑的廢水消毒劑殘留對后續(xù)生化處理的微生物影響極大。（4）濃縮果汁廢水所含的蘋果多酚等高分子有機物較難降解，BOD/COD比值一般只在左右；氮、磷比例偏低。以上這些因素均造成廢水處理難度的增加。果汁加工業(yè)其他的環(huán)境問題濃縮果汁生產過程還產生大量的果渣，排放的鮮渣大致為原果量的18%左右；現在許多果汁生產企業(yè)都采用自然晾曬和機械烘干的方式，把果渣轉化為雞、魚、牛羊的飼料。果渣如果不能及時清運，也會造成環(huán)境的污染。果汁的蒸發(fā)濃縮和殺菌消毒都需要蒸汽，配備的燃煤鍋爐會產生煙塵、二氧化硫等氣態(tài)污染物及鍋爐爐渣。需配備脫硫除塵設備，盡可能減少對環(huán)境的污染。另外，果汁生產設備的冷卻塔、風機、水泵產生的噪聲對環(huán)境也有較大的影響。果汁廢水治理技術現狀目前國內外果汁廢處理技術已有了迅速的發(fā)展，有采用接觸氧化法、生物濾池、SBR及其改進工藝、厭氧消化等工藝。由于我國果汁廢水治理較之發(fā)達國家較為落后，國內目前主要的治理方法大部分參照于其他高濃度有機廢水的治理方法而來。通過陜西省2008年對其省內22家濃縮果汁生產企業(yè)的調查【2】，可知：在14家已經建成污水處理站并投運的企業(yè)中，排放廢水COD濃度基本可以達到≤150mg/L，采用多種廢水處理工藝，其中可以穩(wěn)定達到COD濃度≤80mg/L的有淳化恒興果汁有限公司等六家企業(yè)，除陜西海升果業(yè)渭南分公司外，主要都是采用“UASB厭氧＋好氧”的處理工藝，有預處理和深度處理的效果更好。處理后水質都能達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)一級排放標準。在國外，傳統(tǒng)活性污泥法、升流式流化床等工藝已廣泛應用于果汁廢水的處理。特別是果汁廢水的上流式厭氧污泥(UpflowAnaerobicSludgeBlanket,UASB)處理技術，可以大幅度地降低處理設施的建設費用和運行費用，具有很大的經濟性，已經從逐漸的深入到國內的果汁企業(yè)中。而在UASB反應器的基礎上發(fā)展起來的以厭氧顆粒污泥膨脹床(ExpandedGran2ularSludgeBed,EGSB)及厭氧內循環(huán)反應器(InternalCycle,IC)為代表的第三代厭氧反應器，也已經引入果汁廢水處理的實際工程應用中，并取得了良好的效果。果汁廢水的處理方法探究果汁廢水水量大，水質波動大，屬高濃度有機廢水，所以選用物理化學的處理方法處理費用高、難度大，難以達到污水排放標準。但是，由于其污染物主要是溶解性的糖類、果酸等，這些物質具有良好的生物可降解性，因此，本設計主要考慮生化法處理該果汁廢水。主要有以下幾種常用處理方法。好氧處理工藝高濃度有機廢水處理主要采用好氧處理工藝【3】，主要有活性污泥法、生物濾池法、接觸氧化法和SBR法。活性污泥法是向廢水中連續(xù)通入空氣，經一定時間后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥狀絮凝物。其上棲息著以菌膠團為主的微生物群，具有很強的吸附與氧化有機物的能力。典型的活性污泥法是由曝氣池、沉淀池、污泥回流系統(tǒng)和剩余污泥排除系統(tǒng)組成，傳統(tǒng)的活性污泥法由于產泥量大，脫氮除磷能力差，操作技術要求嚴，目前已被其他工藝代替。近年來，SBR和氧化溝工藝得到了很大程度的發(fā)展和應用。SBR工藝具有以下優(yōu)點：運行方式靈活，脫氮除磷效果好，工藝簡單，自動化程度高，節(jié)省費用，反應推動力大，能有效防止絲狀菌的膨脹。CASS工藝（循環(huán)式活性污泥法）式對SBR方法的改進。該工藝簡單，占地面積小，投資較低；有機物去除率高，出水水質好，具有脫氮除磷的功能，運行可靠，不易發(fā)生污泥膨脹，運行費用省。生物濾池法是利用需氧微生物對污水或有有機性廢水進行生物氧化處理的方法。以淬石、焦炭、礦渣或人工濾襯等作為填料層，然后將污水以點滴狀噴灑在上面，并充分供給氧氣和營養(yǎng)，此時在濾材表面生成一層凝膠狀生物膜（細菌類、原生動物、藻類、茵類等），當污水沿此膜流下時，污水中的可溶性、膠性和懸浮性物質吸附在生物膜上而被微生物氧化分解。為使生物濾池能有效地處理污水，其必須具備：（1）微生物的繁殖，必需有足夠的表面積；（2）必需充分供給微生物氧氣；（3）污水需具有適于生物處理的水質等條件。生物濾池法有標準濾池法和高速生物濾池法兩種方式。接觸氧化法是一種兼有活性污泥法和生物膜法特點的一種新的廢水生化處理法。這種方法的主要設備是生物接觸氧化濾池。在不透氣的曝氣池中裝有焦炭、礫石、塑料蜂窩等填料，填料被水浸沒，用鼓風機在填料底部曝氣充氧，這種方式稱為鼓風曝氣；空氣能自下而上，夾帶待處理的廢水，自由通過濾料部分到達地面，空氣逸走后，廢水則在濾料間格自上向下返回池底。活性污泥附在填料表面，不隨水流動，因生物膜直接受到上升氣流的強烈攪動，不斷更新，從而提高了凈化效果。生物接觸氧化法具有處理時間短、體積小、凈化效果好、出水水質好而穩(wěn)定、污泥不需回流也不膨脹、耗電小等優(yōu)點。盡管氧化溝具有出水水質好、抗沖擊負荷能力強、除磷脫氮效率高、污泥易穩(wěn)定、能耗低、便于自動化控制等優(yōu)點。但是，在實際的運行過程中，仍存在一系列的問題。如當廢水中的碳水化合物較多，N、P含量不平衡，pH值偏低，氧化溝中污泥負荷過高，溶解氧濃度不足，排泥不暢等易引發(fā)絲狀菌性污泥膨脹；當廢水中含油量過大，整個系統(tǒng)泥質變輕，在操作過程中不能很好控制其在二沉池的停留時間，易造成缺氧，產生腐化污泥上浮；對于BOD較小的水質完全沒有處理能力等。綜上所述，由于果汁廢水COD含量高，其中大部分難降解有機物難以在好氧生物的消化下去除，因此，單獨的好氧處理難以完成該果汁廢水的處理要求。厭氧處理廢水厭氧生物處理法【3】是利用厭氧微生物以降解廢水中的有機污染物。也稱厭氧消化、厭氧發(fā)酵或厭氧穩(wěn)定技術。厭氧生物處理法主要控制條件是：（1）溫度：溫度對有機物的厭氧生物降解速度有顯著影響，厭氧生物適宜的繁殖溫度為5～60℃，處理過程中應根據要求將溫度控制在一定范圍內；（2）pH值：應控制在～范圍內，最適宜的是～。第二階段的產酸菌是廣泛存在的腐化菌，繁殖力強，能在pH值～8的介質中生長。甲烷菌對環(huán)境條件要求嚴格，pH值如低于或高于，生命活動就受到抑制，從而使產甲烷過程受到抑制或破壞，以至被腐化作用所取代；（3）養(yǎng)料：氮的最低需要量為有機碳的%,磷酸鹽的需要量為有機碳的%；（4）有毒物質：氰化物、重金屬、氯仿、四氯化碳、硫化物、苯等對厭氧過程有抑制作用，這些物質的濃度應加以控制；（5）厭氧環(huán)境：不允許分子態(tài)氧存在，因此要控制氧化還原電勢。高溫發(fā)酵時氧化還原電勢應為-560毫伏至-600毫伏，中溫發(fā)酵時為-300毫伏至-350毫伏。為保持厭氧環(huán)境，厭氧生化處理設備要求不漏氣。兼性厭氧菌和進水時帶入的需氧細菌會消耗氧，對造成厭氧環(huán)境有積極作用。厭氧生物處理的顯著優(yōu)點是：（1）處理過程消耗的能量少，約為需氧生物處理的1/10至1/6，同時可產生沼氣作為能源。每千克化學需氧量(COD)基質一般可產沼氣～，含甲烷約50～70%；（2）有機物的去除率高，一般能達到85%以上；（3）厭氧條件下去除每克COD基質能獲得自由能100～300卡，只有需氧條件下的1/10，因此只有少量有機物被同化為菌體，所以沉淀的污泥量少，而且污泥較易脫水，是優(yōu)質肥料；（4）厭氧處理過程中由于缺氧、游離氨和溫度等因素的作用，可殺死污水和污泥中的病原菌、病毒和寄生蟲卵；（5）一般不需投加氮、磷等營養(yǎng)物質。但是，缺點是：（1）經厭氧生物處理后的廢水還存在一定的BOD及COD，必須再進行需氧生物處理才能達到排放標準；（2）厭氧降解的最終產物中有少量氨和硫化氫，出水有臭味，因此出水在排放前還要進行需氧生物處理；（3）厭氧菌繁殖較慢，因此處理構筑物的投產起動時間長；（3）厭氧菌對環(huán)境條件要求嚴格，對毒物敏感，因此對操作要求較嚴。綜上，單獨的厭氧處理也無法滿足該果汁廢水的處理要求。厭氧+好氧處理工藝一、厭氧反應器的選擇1．上流式厭氧污泥床反應器（UASB）UASB反應器是由Lettinga在20世紀70年代開發(fā)的。待處理的廢水引入UASB反應器的底部，向上流過由絮狀或顆粒污泥組成的污泥床。隨污水與污泥相接觸而發(fā)生厭氧反應，產生沼氣(主要是甲烷和二氧化碳)引起污泥床攪動。在污泥床產生的沼氣有一部分附著在污泥顆粒上，自由氣泡和附著在污泥顆粒上的氣泡上升至反應器的上部。污泥顆粒上升撞擊到三相分離器擋板的下部，這引起附著的氣泡釋放；脫氣的污泥顆粒沉淀回到污泥層的表面。自由狀態(tài)下的沼氣和由污泥顆粒釋放的氣體被收集在三相分離器錐頂部的集氣室內。液體中包含一些剩余的固體物和生物顆粒進入到三相分離器的沉淀區(qū)內，剩余固體物和生物顆粒從液體中分離并通過三相分離器的錐板間隙回到污泥層。圖UASB反應器裝置示意圖UASB反應器的特點在于可維持較高的污泥濃度，很長的污泥泥齡（30天以上），較高的進水容積負荷率，從而大大提高了厭氧反應器單位體積的處理能力。但是對于SS含量很高的污水，由于三相分離器泥、氣、水分離能力的限制，不可避免地造成出水含泥量很高，整個系統(tǒng)的投資費用也較大。該反應器特別適宜于處理高濃度廢水，目前國內外已廣泛應用于實踐。根據相關資料了解到，可生化性好的有機廢水經過UASB反應器處理后，有機污染物可以達到85%～90%以上的去除率。并且，UASB法不需曝氣耗能，且能回收能源，變廢為寶，占地面積小，一次性投資省，但三相分離器的好壞將直接影響處理效果，處理果汁廢水需有回流設施，啟動慢(有的長達一年)。2．EGSB反應器荷蘭Wageningen農業(yè)大學進行了關于厭氧顆粒污泥膨脹床反應器的研究。EGSB反應器實際上是改進的UASB反應器，其運行在高的上升流速下使顆粒污泥處于懸浮狀態(tài)。EGSB反應器的特點是顆粒污泥床通過采用高的上升流速(與小于1～2m/h的UASB反應器相比)即6～12m/h，運行在膨脹狀態(tài)。同時在高速上升速度和產氣的攪拌作用下，廢水與顆粒污泥間的接觸更充分，因此可允許廢水在反應器中有很短的水力停留時間，從而EGSB可以高速地處理濃度較低的有機廢水。當沼氣產率低、混合強度低時，在此條件下較高的進水動能和顆粒污泥床的膨脹高度將獲得比UASB反應器好的運行結果。圖EGSB反應器裝置示意圖Jeison等人對EGSB反應器和UASB反應器處理果汁廢水進行了對比實驗。COD濃度為3000mg/L，EGSB反應器的COD去除率為85%，而UASB反應器則為70%，EGSB反應器的處理效果好于UASB反應器。由于其處理容量高、投資少占地省、運行穩(wěn)定等特點，引起了各國水處理人員的矚目，有人視之為第三代厭氧生化反應器的代表工藝之一。進一步研究開發(fā)EGSB反應器，推廣其應用范圍已成為厭氧廢水處理的熱點之一。3．IC反應器圖IC反應器裝置圖IC(InternalCycle)反應器即內循環(huán)反應器，1985年，荷蘭PAQUES公司建立了第一個IC反應器，1988年，第一個生產性規(guī)模的IC反應器投入運行。目前，IC反應器已成功應用于果汁生產、食品加工等行業(yè)的生產污水處理中。由于其處理容量高、投資少、占地省、運行穩(wěn)定等特點，引起了各國水處理人員的矚目。IC反應器有兩個UASB反應器上下疊加串聯構成，由5個基本部分組成：混合區(qū)、顆粒污泥膨脹床區(qū)、精處理區(qū)、內循環(huán)系統(tǒng)和出水區(qū)。其中內循環(huán)系統(tǒng)是IC工藝的核心結構，由一級三相分離器、沼氣提升管、氣液分離器和泥下降管等組成。經過調節(jié)pH和溫度的生產廢水首先進入反應底部的混合區(qū)，并與來自泥水下降管的內循環(huán)泥水混液充分混合后進入顆粒污泥床進行COD的生物降解，大部分進水COD在此處被降解，產生大量沼氣。沼氣由一級三相分離器收集，由于沼氣氣泡形成過程中對液體所作的膨脹功產生了氣體提升作用，使得沼氣、污泥和水的混合物沿沼氣提升管上升至反應器頂部的氣液分離器，沼氣在該處與泥水分離并被導出處理系統(tǒng)。泥水混合物則沿泥水下降管進入反應器底部的混合區(qū)，并與進水充分混合后進入污泥膨脹床區(qū)，形成所謂內循環(huán)。根據不同的進水COD負荷和反應器的不同構造，內循環(huán)流量可達進水流量的0.5～5倍。經膨脹床處理后的廢水除一部分參與內循環(huán)外，其余污水通過一級三相分離器后，進入精處理區(qū)的顆粒污泥床進行剩余COD降解與產沼氣過程，提高和保證了出水水質。精處理區(qū)的COD負荷較小，經過精處理區(qū)處理后的廢水經二級三相分離器作用后，上清液經出水區(qū)排走。綜上考慮，由于所處理的果汁廢水可生化性好，有機物含量高，從長期運營及投資成本上來說，采用上流式厭氧反應器（UASB反應器）來處理該廢水更加有效和經濟。好氧處理工藝的選擇1．傳統(tǒng)活性污泥法傳統(tǒng)活性污泥法【3】是依據廢水的自凈作用原理發(fā)展而來的。廢水在經過沉砂、初沉等工序進行一級處理，去除了大部分懸浮物和部分BOD后即進入曝氣池，一般要求入流水質水量：BOD5：N：P=100：5：1，大約曝氣6小時，進水與回流污泥通過擴散曝氣或機械曝氣作用進行混合。流動過程中，有機物經過吸附、絮凝和氧化作用等作用被去除。一般地，從曝氣池流出的混合液在二沉池沉淀后，沉淀池內的活性污泥以進水量的25～50%返回曝氣池（即污泥回流比為25～50%）。這種方法常用于低濃度生活污水處理，對沖擊負荷很敏感。生化需氧量（BOD5）的去除率達85～95%?？紤]到該果汁廢水已經過厭氧處理去除了大部分有機物，而建造運營傳統(tǒng)活性污泥處理設備的成本高，所以不建議選擇此工藝對已處理過的有機廢水進行好氧處理。2．序批式活性污泥法(SBR)SBR是序列間歇式活性污泥法【4】（SequencingBatchReactorActivatedSludgeProcess）的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術，又稱序批式活性污泥法，SBR工藝是通過時間上的交替運行實現傳統(tǒng)活性污泥法的運行全過程。該工藝只有一個SBR池，但同時具有調節(jié)池、曝氣池和沉淀池的功能。運行過程分為進水、曝氣、沉淀、潷水、閑置五個階段。一個運行周期內，各階段的運行時間、反應器混合液體積的變化及運行狀態(tài)等都可以根據具體污水的性質、出水水質及運行功能要求等靈活掌握。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，SBR工藝所具有的優(yōu)點非常明顯：工藝簡單，調節(jié)池體積小或不設，無二沉池和污泥回流，運行方式靈活，結構緊湊，占地少，基建、運行費用低；反應過程濃度梯度大，不易發(fā)生污泥膨脹；抗負荷沖擊能力強，處理效果好；厭氧(缺氧)和好氧交替發(fā)生，同時脫氮除磷而不需額外增加反應器。3．周期循環(huán)活性污泥法（CASS）CASS(CyclicActivatedSludgeSystem)是周期循環(huán)活性污泥法【4】的簡稱，又稱為循環(huán)活性污泥工藝CAST(CyclicActivatedSludgetechnology)，是在SBR的基礎上發(fā)展起來的，即在SBR池內進水端增加了一個生物選擇器，實現了連續(xù)進水(沉淀期、排水期仍為連續(xù)進水)，間歇排水。設置生物選擇器的主要目的是使系統(tǒng)選擇出絮凝性細菌，其容積約占整個池子的10%。生物選擇器的工藝過程遵循活性污泥的基質積累——再生理論，使活性污泥在選擇器中經歷一個高負荷的吸附階段(基質積累)，隨后在主反應區(qū)經歷一個較低負荷的基質降解階段，以完成整個基質降解的全過程和污泥再生。CASS工藝包括充水——曝氣、充水——泥水分離、潷水和充水、閑置等四個階段。不同的運行階段，根據需要調整運行方式。CASS工藝共分為三個反應區(qū)：生物選擇區(qū)(DO<L)、缺氧區(qū)(DO>L)和好氧區(qū)(DO=(2～3)mg/L)。生物選擇器為CASS前端的小容積區(qū)，通常在厭氧或兼氧條件下運行。有機污染物通過三個區(qū)的連續(xù)降解，可以達到很好的處理效果，同時能夠實現脫氮除磷。CASS工藝與其他工藝相比，特點如下：CASS池的變容運行提高了系統(tǒng)對水量水質變化的適應性和操作的靈活性；選擇器的設置加強了微生物對磷的釋放、反硝化、對有機物的吸附吸收等作用，增加了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；周期內反應器以厭氧——缺氧——好氧——缺氧——厭氧的方式運行，有比較理想的脫氮除磷效果。綜上，針對設計的目的是既要能達到國家的排放要求，又要能讓企業(yè)從中受益。所以，本設計的原則旨在堅持效率優(yōu)先，經濟合理的原則。再經查閱相關文獻資料后得知：Ketchum等人的統(tǒng)計結果表明，采用SBR工藝處理小城鎮(zhèn)污水，要比普通活性污泥法節(jié)省基建投資30%以上。另外，系統(tǒng)的布置緊湊，占地面積較少。由于SBR工藝曝氣是間斷的，曝氣供氧時的推動力比平時高20%-30%，氧的轉移率高，所以運行費用比傳統(tǒng)活性污泥法低。而相對CASS來說，SBR工藝的自動化程度不需要有CASS工藝的那么高，從節(jié)約建設成本來說，SBR更具優(yōu)勢。所以，在此選擇以SBR法作為經UASB處理后的好氧處理工藝，有利于企業(yè)的長期運營發(fā)展。綜上所述，本設計將主要采用“原水預處理+UASB+SBR”的聯合生物處理方法對該果汁廢水進行處理，以達到國家的排放標準，為環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出應有的責任和義務。第二章設計說明及計算設計概況該果汁廢水處理效果據設計任務書上所述，果汁廢水的實際進水水量Q=5000m3/d，廢水經處理后達到《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）一級標準，即表：表廢水水質及排放標準項目CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)pH原水水質8000500040005～12排放標準≤100≤30≤706～9項目所在地湘潭市氣候資料（1）氣溫：年平均氣溫在之間。一月平均氣溫度，日最低氣溫零下度，七月平均氣溫度，日最高氣溫度。（2）降雨量：歷年平均降雨量在1350毫米左右，年內不勻，雨多集中在4-6月，約占全年降雨量的45%，特別是五月雨量最多，占全年降雨量的30%。一九五七年至一九八O年二十四年中，暴雨發(fā)生在五月有46次，除1976年外，每年有2-3次。如一九六四年六月十七日下特大暴雨，降雨量達毫米，釀成山洪暴發(fā)。相反，7-9月降雨量較少，占年降雨量20%以內，常有夏秋干旱。（3）相對濕度：累年平均相對濕度為80%左右，七月濕度最小，為75%，3-5月最高，為84%左右。（4）蒸發(fā)量：年平均蒸發(fā)量為1370毫米，2月蒸發(fā)量最小，為12毫米，七月蒸發(fā)量最高，有250毫米，7、8月降雨量少，蒸發(fā)量高，容易發(fā)生干旱。（5）風向：湘潭本地常年以西北風為主，夏季主要為東南風【5】。處理程度的計算BOD5去除率：（5000-30）/5000×100%=%CODcr去除率：（8000-100）/8000×100%=%SS去除率：（4000-70）/4000×100%=%經過前面的比較我選用的設計方法為是UASB+SBR聯合工藝，該工藝不但能較好的去除水中有機物，還能產生可作為燃料的沼氣，對于建設節(jié)約型社會和環(huán)境友好型社會有利無害。其工藝流程如下圖：詳細流程圖見附圖一。圖果汁廢水處理工藝流程圖污水處理構筑物設計及計算格柵的設計及計算一、設計說明格柵的作用及設置方法：格柵的主要作用是將污水中的大塊污物攔截，以免其對后續(xù)處理單元的水泵或工藝管線造成損害，按其形狀可分為平面和曲面兩種；按柵條間的凈間距分為粗格柵(保護型格柵，柵距50～100mm)、中格柵(柵距15～40mm)、細格柵(柵距3～10mm)。格柵常規(guī)的設置方法是設中、細二道格柵，也有設粗、中、細三道格柵的。二、設計運行工藝參數(1)柵前流速：污水在柵前渠道內的流速一般控制在～s?？杀ＷC污水中粒徑較大的顆粒不會在柵前渠道內沉積。(2)過柵流速：即污水通過格柵的流速，一般控制在～s。(3)過柵水頭損失：污水的過柵水頭損失與污水的過柵流速有關，一般在～。(4)柵渣量：柵渣量以每單位水量產渣量～(m3/103m3)計，粗格柵用小值，細格柵用大值。也可根據實際情況調整該數值。柵渣含水率一般為80%，容重約為960kg/m3【4】。三、設計參數的選取本次設計選取用細格柵攔截去除粒徑較大的果實，果核、樹葉、果皮、果渣等。設計實際水量為Q=5000m3/d=208m3/h，果汁廢水屬于食品加工廢水，取安全系數為K2=，則Qmax=QK2=208×=m3/h375m3/h。選擇提升水泵為2臺太平洋制泵公司生產的無堵塞排污泵，其型號為200LW300-15-22，即水泵口徑為200mm，流量為300m3/h，揚程為15m，電機功率為22kw。由于實際水量維持在208m3/h，所以平時利用一臺水泵能滿足生產要求，之所以選用兩臺水泵，一是用于生產事故狀態(tài)下備用；二是當生產廢水量過大時，可以同時讓兩臺水泵同時工作。在此設計中，由于已經考慮進了安全生產，選用安全系數為K2=，所以，設計中為了節(jié)約建造成本，造成實際資源的浪費，因此將按照安全系數計算出的流量作為設計依據，而不是利用提升水泵的最大流量作為后序工段的設計依據。即以Qmax=375m3/h計算。細格柵選取參數如下：柵條間隙b=10mm；柵前水深h=；過柵流速v=s；安裝傾角α=60°；設計流量Qmax=375m3/h=s四、設計計算格柵由一組平行的金屬柵條或篩網制成，安裝在廢水渠道的進口處，用于截留較大的懸浮物或漂浮物，主要對水泵起保護作用，另外可減輕后續(xù)構筑物的處理負荷。圖格柵設計計算草圖（1）柵條間隙數(n)式中：Q——設計流量，m3/sα——格柵傾角，度（0）b——柵條間隙，mh——柵前水深，mv——過柵流速，m/s（2）柵槽有效寬度(B)設計柵條寬度s=B=S(n-1)+bn式中：S——格條寬度，mn——格柵間隙數b——柵條間隙，mB=×(41-1)+×41=（3）進水渠道漸寬部分長度(l1)設進水渠道內流速為s，則進水渠道寬B1=Qmax/(v1h)=漸寬部分展開角取為α1=30°，則式中：B——柵槽寬度，mB1——進水渠道寬度，m——進水渠展開角，度（0）（4）柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度（l2）l2=l1/2=2=（5）通過格柵的水頭損失（h1）設柵條斷面為銳邊矩形斷面，則系數β=，有式中：k——系數，水頭損失增大倍數β——形狀系數，與斷面形狀有關S——格條寬度，mv——過柵流速，m/sα——格柵傾角，度則（6）柵槽總高度(H)取柵前渠道超高h2=；柵前槽高H1=h+h2=；則總高度H=h+h1+h2=++=。（7）柵槽總長度(L)L=l1+l2+++=++++=（8）每日柵渣量(W)在格柵間隙為10mm的情況下，設柵渣量為W1=1000m3，將該廢水視為食品生產廢水，這里總變化系數K2=1，則式中：Q——設計流量，m3/sW1——柵渣量(m3/103m3污水)，取～，粗格柵用小值，細格柵用大值，中格柵用中值，則=d>d考慮到其產渣量較大，所以選用機械清渣的方式去除攔截在格柵上的柵渣，采用山東貝爾特環(huán)保科技有限公司生產的GSC800型回轉式格柵機，電機功率為?？紤]到果汁生產廢水具有水量波動較大，因此在格柵后設一集水井，有利于后段工序間的協調發(fā)揮，達到連續(xù)處理的效果，設計的集水井為深5m，邊長為4m，即體積為80m3。沉淀池的設計計算一、設計說明沉淀池的形式，按池內水流方向的不同，可分為平流式、豎流式和輻流式沉淀池三種。每種沉淀池均包含五個區(qū)，即進水區(qū)、沉淀區(qū)、緩沖區(qū)、污泥區(qū)和出水區(qū)。沉淀池各種池型的適用條件見表：鑒于本設計主要采用UASB反應器進行厭氧處理，而UASB對SS的要求高，所以在此采用沉淀池去除大部分原水中的SS，以利于污水在UASB反應器中進行厭氧反應時，原水中的SS盡可能小的干擾到生物菌團形成的顆粒物，保證UASB高效的完成厭氧反應。表沉淀池各種池型對比池型優(yōu)點缺點適用條件平流式（1）沉淀效果好；（2）對沖擊負荷和溫度變化的適應能力較強；（3）施工簡易，造價較低（1）池子配水不易均勻（2）采用多斗排泥時，每個泥斗需單獨設排泥管各自排泥，操作量大；采用鏈條式刮泥機排泥時，鏈帶的支承件和驅動件都浸于水中易銹蝕（1）適用于地下水位高及地質較差的地區(qū)（2）適用于大、中、小型污水處理廠豎流式（1）排泥方便，管理簡單（2）占地面積較小（1）池子深度大，施工困難（2）對沖擊負荷和溫度變化的適應能力較差（3）造價較高（4）池徑不易過大，否則布水不勻適用于處理水量不大的小型污水處理廠輻流式(1)多為機械排泥，運行較好，管理簡單(2)排泥設備已趨定型（1）池內水的流速不穩(wěn)定，沉淀效果較差（2）機械排泥設備復雜，對施工質量要求高（1）適用于地下水位較高地區(qū)（2）適用大、中型污水處理廠經查資料了解得知，UASB的進水SS（懸浮物）應≤500mg/L，才能使UASB達到最佳效果。由上表比較可知，平流式沉淀池結構較為簡單，施工容易，且經計算后得知，須設多個沉淀池才能滿足正常生產，而平流式沉淀池更適合于多個沉淀池共用一壁的施工方法，從而可以減少不少投資，所以，選擇平流式沉淀池去除原水中的大部分SS。二、設計參數（1）設計流量應按分期建設考慮；①當污水自流進人時，應按每期的最大設計流量計算；②當污水為提升進入時，應按每期工作水泵的最大組合流計算；③在合流制處理系統(tǒng)中，應按降雨時的設計流量計算，沉淀時問不宜小于30min。（2）沉淀池的個數或分格數不應少于2個，并宜按并聯系列設計。（3）池子的長寬比不小于4，以4～5為宜。當長寬比過小時，池內水流的均勻性差，容積效率低，影響沉降效果。大型沉淀池可考慮設導流墻。（4）采用機械排泥時，寬度根據排泥設備確定。（5）池子的長深比一般采用8～12。（6）池底縱坡：采用機械刮泥時，不小于，一般采用～。（7）刮泥機的行進速度不大于min，一般采用～min。（8）進出口處應設置擋板，高出池內水面～0.15m。擋板淹沒深度：進口處視沉淀池深度而定，不小于，一般為～；出口處一般為，擋板位置：距進水口為～，距出水口為～。（9）沉淀池的緩沖層高度，一般采用～。（10）污泥斗的斜壁與水平面的傾角，方斗不宜小于600，圓斗不宜小于550。（11）初次沉淀池的污泥區(qū)容積，一般按不大于2日的污泥量計算，采用機械排泥時，可按4小時污泥量計算。設計采用的水力停留時間為T=2h；設計流量按前面經格柵過來的水量設計，即按提升水泵的最大流量Q=250m3/h=s設計，采用機械刮泥除渣【6】。三、設計計算沉淀池的設計計算草圖見下圖：圖平流式沉淀池設計計算草圖（1）設計污水量按利用安全系數K2=計算則Qmax=×5000m3/d=9000m3/d=375m3/h=s（2）SS處理程度E=(C1-C2)/C1×100%=%（3）由資料查得果汁廢水的SS沉降曲線如圖所示：圖果汁廢水沉降物質百分率資料來源：文獻[6]根據UASB反應器對SS工藝要求應滿足SS不大于500mg/L的要求，因此，在此沉淀池中需要去除4000-500=3500mg/L的SS，即SS的去除率應達到%方能滿足后續(xù)工段的正常運行。則由圖可知，當要求達到沉降效率為%時，u0=s=h,取表面負荷q’=m2h。池子總表面積A=3600Qmax/==416m2（5）沉淀部分有效水深設沉淀時間為t=2h，則h2=t==（6）沉淀部分有效容積V=3600tQmax==池長設水平流速為v=s，則L==（8）池子總寬度B=A/L=416/18=，取B=24m（9）池子個數設每格池寬b=4m，則n=B/b=24/4=6個校核長寬比，長深比長寬比L/b=18/4=>4，符合設計要求；長深比L/h2=18/=10，符合設計要求。（11）理論上每日的污泥量式中：Qmax——設計流量，m3/dC0——進水懸浮物濃度，kg/m3C1——出水懸浮物濃度，kg/m3——污泥含水率，%則W==1050m3/d=h由于本設計的污泥量過大，所以在此設計中不采用常用的兩天排泥的設計方式對污泥斗進行設計，而是采用間隔幾小時排泥一次的方式設計，暫且設計為每3h排泥一次。即每格的污泥斗容積大概設為，經過3h后，每格泥斗都可排泥一次。（12）污泥斗容積設計如圖所示：圖沉淀池污泥斗設計計算草圖由公式：，式中：——泥斗上口面積，m2——泥斗下口面積，m2——泥斗高度，m則污泥斗以上梯形部分容積設進水槽寬，出水槽，則污泥斗和梯形部分容積為>所以設計能滿足正常生產。池子總高度設緩沖層高度為h3=，則式中：h1——超高，mh3——緩沖層高度，mh4——污泥部分高度，m采用靜水壓排泥方式排泥，采用200mm污泥管道，為了防止可能出現的排泥不暢問題，建議設一污泥泵。系統(tǒng)采用行車刮泥機進行刮泥作業(yè)，設計采用山東貝爾特環(huán)?？萍加邢薰旧a的HJX-4型行車式刮泥機，功率為。由于設計沒有做任何與廢水有關的實驗，無法根據實際情況進行設計，所以難以準確表達污水在各段工序中的水質水量，根據參考其他同類設計了解到，果汁廢在初沉池中COD、BOD的去除率分別為7%、10%。如表所示：表沉淀池進出水水質指標水質指標CODBODSS進水水質(mg/l)800050004000去除率（%）710出水水質(mg/l)74404500500調節(jié)池設計計算均化，是用以盡量減小污水處理廠進水水量和水質波動的過程。其構筑物為均化池，亦稱調節(jié)池。一般常有一種誤解，認為沉淀池也可起均量或均質的作用，實際上沉淀池的作用主要是分離固體，既不能均量，而且均質作用也很小，且無保證。增設調節(jié)池的目的是調節(jié)水的pH值，保證污水進入UASB反應器時能達到其工藝要求，另外，根據實際情況可在該段投加氮磷，使進入UASB的水C:N:P=400:5:1，有助于微生物的生長。而該調節(jié)池之所以單獨設計，是考慮到果汁廢水的pH波動大，且時間長，即可能長時間pH處于峰值或低值，所以，這里設計的調節(jié)池體積不用過大，采用燒堿和H2SO4作為酸堿中和劑。采用自動化控制的方式運行管理【2】。設計主體采用連續(xù)處理工藝，在格柵后設有集水井，供調節(jié)水量之用，也可用作事故池作為儲存事故狀態(tài)下的污水。所以，此處的調節(jié)池不用過大，只用于短暫地調節(jié)pH和溫度之用，里面配一攪拌機，加速pH的調節(jié)和溫度的均衡。所以這里根據具體設計水量大小選擇邊長為2m，高2m的水池，即其體積為8m3。pH調節(jié)采用pH值控制儀，即在進入調節(jié)池的管道上設一臺pH取樣測定點，由pH值控制儀實時測定后把數據傳到計算機控制中心，由計算機自動計算好所需投加的酸堿量后，再將信號傳到酸堿控制泵，控制泵根據所得信息從酸堿存儲罐中加入適當的酸堿調節(jié)水中的pH值，使其能滿足正常的UASB反應條件。當然，這里的溫度控制也同樣采用類似的方法控制。即采用溫度控制系統(tǒng)，經過對調節(jié)池中的水溫測定，控制進入調節(jié)池的廢熱氣流量，從而達到溫度的控制。經調節(jié)后的廢水，由污水泵打入UASB反應池進行反應。UASB反應器的設計計算一、設計說明UASB，即上流式厭氧污泥床，集生物反應與沉淀于一體，是一種結構緊湊，效率高的厭氧反應器。廢水經沉淀去除廢水中的懸浮物后，進入UASB(上流式厭氧污泥床)進行厭氧處理，通過在UASB池中培養(yǎng)厭氧菌，分解水中的有機物，其COD去降率可達80%以上。厭氧處理采用高效的升流式厭氧污泥床，具有容積負荷高、污泥產量小、效果穩(wěn)定、能耗低等特點。一方面降低了后續(xù)好氧生化處理的負荷，減少了運行費用；另一方面回收沼氣，可作為能源回用于鍋爐燃燒，降低了煤耗。這種反應器結構簡單，不用填料，沒有懸浮物堵塞等問題。它的污泥床內生物量多，容積負荷率高，廢水在反應器內的水力停留時間較短，因此所需池容大大縮小。設備簡單，運行方便，勿需設沉淀池和污泥回流裝置，不需充填填料，也不需在反應區(qū)內設機械攪拌裝置，造價相對較低，便于管理，且不存在堵塞問題。處理各種有機廢水時，在反應器內培養(yǎng)顆粒污泥形成污泥床，廢水由底部進入，向上流過污泥床區(qū)與大量的厭氧菌接觸，廢水中的有機物大部分被厭氧菌分解成沼氣，沼氣與水和污泥在三相分離器中進行分離，沼氣通過氣室、水封、阻火罐等收集至鍋爐。處理后的水由反應器頂部流出，進入好氧生化池進行進一步的處理。厭氧反應可處理高濃度廢水，具有動力消耗小、容積負荷大、可產生一定的生物能、運行管理方便等特點。二、參數選取UASB進出水指標的控制指標：1．UASB進出水pH控制在～之間，進水pH應根據UASB進出水的pH略做調整，UASB出水PH嚴格控制在～。2．從調節(jié)池向加熱池進水時應保持穩(wěn)定進水，并打開蒸汽加熱閥門。冬季UASB的進水溫度保持在35～38℃；夏季UASB的進水溫度保持在32～35℃。切勿在低于30℃的情況下進水。3．UASB的堿度：應控制在1500～2000mg/L，出水堿度保持在1500～2000mg/L，UASB才會保持一個穩(wěn)定運行的狀態(tài)。若堿度太低則UASB的抗沖擊能力就會降低；若堿度太高則反應器及管道內壁容易產生結垢體，使反應器及管道的有效容積縮小。若堿度低于1500mg/L，則進水pH可控制～；若堿度高于2000mg/L，則進水pH可控制～，待堿度恢復正常后再控制pH在～。4．UASB的VFA（揮發(fā)酸）：應低于400mg/L，一般在200mg/L左右或低于200mg/L。若UASB的出水VFA異常升高，在330mg/L以上可減少進水流量，增加循環(huán)水流量；若高于400mg/L，可停止進水只開回流；待VFA恢復330mg/L以下后正常進水。5．UASB的進水SS（懸浮物）應≤500mg/L，出水SS≤260mg/L。若進水SS超過500mg/L，則需要排出一沉池的剩余污泥，一般5-7天排一次。出水SS升高有以下幾方面原因：（1）UASB的進水SS太高，超出設計要求；（2）部分顆粒污泥破碎；（3）負荷過高，若UASB的出水SS過高，出水水質明顯變黑：（1）降低UASB的進水SS，使SS≤500mg/L；（2）降低UASB的上升流速，減少內部水循環(huán)對顆粒污泥的剪切力，防止顆粒泥的破碎洗出，但UASB的上升流速不得低于h；（3）停止進水待1～2小時后再開始進水。UASB的出水COD應≤1000mg/L，若UASB的出水COD>1000mg/L，可減少進水的流量或停止進水只開回流。6．UASB的總泥量應保持～。若污泥量超過且出水SS明顯升高，則需要將剩余污泥排出。一般每半年排泥一次，排泥時先停止進水和循環(huán)，待2-3小時后開始排泥，排出污泥含水率若按90%計算每次排出污泥量為8-12T。綜合整個果汁生產過程，發(fā)現在巴氏殺菌和蒸發(fā)濃縮等工段有不少廢熱可以回收利用；另外，生產果汁的季節(jié)一般不會在冬季，平均氣溫不會過低，水果的旺季主要集中在夏秋季節(jié)，而湘潭的夏秋季節(jié)的平均氣溫又在25℃以上。所以，只要能將生產過程中的廢熱收集利用，便能保證UASB的進水溫度在35℃左右，能保證UASB反應器發(fā)揮最大的效率。因此，此設計中的UASB的反應溫度控制在35℃左右。由表可知：選擇UASB反應器的進水容積負荷率可達15kgCOD/（），COD的去除率可達到85%以上，沼氣表觀產率為m3/kgCOD（去除），污泥的表觀產率為kgCOD(去除)，厭氧污泥可實現顆?；?。參考同類果汁廢水查得設計參數如下：容積負荷（Nv）15kgCOD/(m3·d)；污泥產率kgCOD；產氣率kgCOD；UASB有效高度選擇5m。三、設計水質和水量考慮到UASB反應器對SS敏感，所以，在UASB工段，對SS的去除率較低，這里不做考慮。設計水質水量如表該段的設計流量為：Qmax=×5000m3/d=9000m3/d=375m3/h=s（安全系數K2=）四、反應器容積計算UASB有效容積：V有效＝式中：Q——設計流量，m3/dS0——進水COD含量，kg/m3Nv——容積負荷，kgCOD/(m3·d)V有效＝=4464m3表不同溫度UASB負荷設計關系溫度有機容積負荷率（kgCOD/）溫度有機容積負荷率（kgCOD/）含有少于5%SS-COD※※的廢水含有30%-40%SS-COD※※的廢水含有少于5%SS-COD※※的廢水含有30%-40%SS-COD※※的廢水152-4（去除SS效率好）3010-156-9（去除SS效率一般）204-62-3（去除SS效率好）3515-209-14（去除SS效率偏差）256-103-6（去除SS效率滿意）4020-2714-18（去除SS效率差）指在顆粒污泥床內，水里負荷不受限制時※※SS-COD可沉淀去除表UASB反應器進出水水質指標水質指標CODBOD進水水質(mg/l)74404500去除率（%）8585出水水質(mg/l)1116675所以UASB反應器地面積為：A=4464/5=。五、反應器的池體幾何形狀選擇從反應器的形狀有矩形和圓形這兩種反應器，已大量應用于實際中。圓形反應器具有結構較穩(wěn)定的優(yōu)點，同時對于圓形反應器在同樣的面積下，其周長比正方形的少12%。所以圓形池子的建造費用比具有相同面積的矩形反應器至少要低12%。但是圓形反應器的這一優(yōu)點僅僅在采用單個池子時才成立，所以，單個或小的反應器可以建造成圓形的，當建立兩個或兩個以上反應器時，矩形反應器可以采用共用壁。當建造多個矩形反應器時有其優(yōu)越性。對于采用公共壁的矩形反應器，池型的長寬比對造價也有較大的影響。對于大型UASB反應器建造多個池子的系統(tǒng)是有益的，這可以增加處理系統(tǒng)的適應能力。如果有多個反應池的系統(tǒng)，則可能關閉一個進行維護和修理，而其他單元的反應器繼續(xù)運行。因此，考慮到設計本身處理的水量較大，不可能只建設一個UASB反應單體；而采用矩形方式建立的多個單體UASB反應器可以采用公共壁的方式興建，有利于節(jié)約建設成本。所以設計采用矩形的方式建設UASB反應器。根據王凱軍、賈立敏等人的《升流式厭氧污泥床(UASB)反應器的系列化和設備化研究》的建議，采用標準化和系列化的設計必須考慮結構的通用性和簡單性，池體的標準化主要是根據三相分離器的尺寸進行布置的，他們采用的三相分離器的平面尺寸是2×5m。由于三相分離器的尺寸原因，池子的寬度一般以5m為模數，長度方向以2m為模數。如前所述由于反應器的長寬比的范圍涉及到池子的經濟性，所以在上述范圍內選擇要結合池子組數考慮適當的長寬比。表1是根據上述原則給出了UASB系列化的一組選擇。從原則上講安排2×5m的三相分離器的平面布置還可以有其他多種的平面配合形式如，寬度可以以2m為模數，而長度以10m為模數，構成4×5，4×10，6×5，6×10，6×15m……的系列。甚至可以采用三相分離器橫豎混合布置的形式。但是考慮通用性和簡單性的原則，推薦表【8】的組合方式。表矩形反應器的平面尺寸和有效體積的選用表格(體積單位：m3)池長(m)68101214161820222426單池寬5m150200250300350400450500550600650雙池寬5m3004005006007008009001000110012001300池長(m)1012141618202224262830單池寬10m500600700800900100011001200130014001500雙池寬10m10001200140016001800200022002400260028003000注:反應器的有效高度為5m，一般推薦UASB反應器的高度為4～6m。由上可知，建設的處理量需要每天達到V=4464m3，為了能保證有足夠的能力在某一個UASB反應器出現問題時，照常生產，故考慮建設4個UASB反應器，即實際每個反應器需要4464/4=1116m3，因此選擇每個UASB反應器的單池寬10m，長為24m，即底面積為A1=240m2，單體體積為1200m3的標準建設。采用共用三邊壁的方式并列興建。六、配水系統(tǒng)設計進水配水系統(tǒng)兼有配水和水力攪拌的功能，所以必須滿足以下各項要求：（1）進水必須在反應器底部均勻分配，確保各單位面積的進水量基本相同，以防止短路或表面負茍不均勻等現象發(fā)生；（2）應滿足污泥床水力攪拌的需要，要同時考慮水力攪拌與產生的沼氣攪拌，使污泥區(qū)達到完全混合的效果，確保進水有機物與污泥迅速混合，防止局部產生酸化現象。配水系統(tǒng)主要有樹枝管式配水系統(tǒng)、穿孔管配水系統(tǒng)和多點多管配水系統(tǒng)三種系統(tǒng)。從構造和簡單出發(fā)，穿孔管配水具有一定優(yōu)勢，只要施工安裝正確，配水基本能滿足生產要求。所以，本設計采用的是穿孔管配水系統(tǒng)【7】。穿孔管配水系統(tǒng)如圖所示。為了配水均勻，配水管中心距可采用m，出水孔距可采用，孔徑一般為10-20mm，常采用15mm，孔口向下或與垂線呈450方向，每個出水孔服務面積一般為2-4m2，配水管的直徑最好不小下100mm，配水管中心距池底一般為20-25cm。為了使穿孔管各孔出水均勻，要求出口流速不小下2m/s，使出水孔阻力損失大于穿孔管的沿程阻力損失，為了增大出水孔的流速，可采用脈沖問歇進水。圖穿孔管補水系統(tǒng)設計草圖設每個布水孔的服務面積為s=，則每個UASB單體需要布水孔個數為：（個）則每個布水孔服務直徑為：則在面積為的矩形地面上，可布設的布水管排數為：24/=（排），取14排；在每跟水管上的布水孔個數為：10/=（個），取6個；則實際每個UASB單體中，布置的布水孔個數為：=84（個）則實際每個布水孔的服務面積：240/84=<4m2，符合設計要求。由上計算，綜合同類設計，選擇采用每個反應器設14根d=50mm、長2=的穿孔管，穿孔管中心間距24/14=，配水孔徑為10mm，孔距為10/6=，每個孔的服務面積為：×=?？卓谙蛳拢┛坠苤行木喾磻鞯?，每個反應器共有84個出水孔，采用連續(xù)進水，每個孔的流速計算如下：=s>2m/s，所以符合設計要求。七、三相分離器設計三相分離器設計計算草圖見圖所示：圖三相分離器設計計算草圖（1）設計說明三相分離器要具有氣、液、固三相分離的功能。三相分離器的設計主要包括沉淀區(qū)、回流縫、氣液分離器的設計。（2）沉淀區(qū)的設計三相分離器的沉淀區(qū)的設計同二次沉淀池的設計相同，主要是考慮沉淀區(qū)的面積和水深，面積根據廢水量和表面負荷率決定。由于沉淀區(qū)的厭氧污泥及有機物還可以發(fā)生一定的生化反應產生少量氣體，這對固液分離不利，故設計時應滿足以下要求：沉淀區(qū)水力表面負荷<h；2）沉淀器斜壁角度設為500-600，使污泥不致積聚，盡快落入反應區(qū)內；3）進入沉淀區(qū)前，沉淀槽底逢隙的流速≦2m/h；4）總沉淀水深應大于等于；5）水力停留時間介于～2h。如果以上條件均能滿足，則可達到良好的分離效果。設沉淀器（集氣罩）斜壁傾角θ＝600。沉淀區(qū)面積為：沉淀區(qū)面積即為反應器的水平面積A1=240m2，則沉淀區(qū)的表面負荷率為：=<符合設計要求。（3）回流縫的設計設上、下三角形集氣罩的斜面水平夾角為=600，取保護高h1=，h2=，h3=，由b1=h3/tg，b2=b-2b式中：b1——下三角形集氣罩的1/2寬度，m——下三角形集氣罩斜面的水平夾角，550-600h3——下三角形集氣罩的垂直高，mb2——相鄰二個下三角形集氣罩之間的水平距離，即污泥回流縫之一，mb——單元三相分離器的寬度，m則b1=tg600=；b2==；下三角形集氣罩之間的污泥回流縫中混合液的上升流速(v1)可用下式計算：式中：v1——回流縫中混合液上升流速，m/hQ——反應器的設計廢水流量，m3/hS1——下三角形集氣罩回流縫的總面積，m2，其值可用下式表示：式中：——反應器的寬度，即三相分離器的長度，m——反應器的三相分離器單元個數則==h<h符合設計要求。上三角形集氣罩與下三角形集氣罩料面之間回流縫的流速()()可用下式計算：式中：S2——上三角形集氣罩回流縫的總面積，m2，可用下式表示：式中：——上三角形集氣罩回流縫的寬度，m，即圖中的C點至斜面AB的垂直距離CE，一般CE>設上三角形集氣罩的寬度c=，則==h<h為了使回流縫和沉淀區(qū)的水流穩(wěn)定，確保良好的固液分離效果和污泥的順利回流，要求滿足下列條件：由上計算可知，，符合設計要求。已知BC=CE/sin300==，取AB=，上三角形集氣罩的位置即可確定，其高度h4為：已知上三角形集氣罩頂的水深為，則上、下三角形集氣罩在反應器內的位置已經確定。氣液分離設計由圖可知，欲達到氣液分離目的，上下二組三角形集氣罩的斜邊必須重疊，重疊的水平距離(AB的水平投影)越大，氣體分離效果越好，去除氣泡的直徑越小，對沉淀區(qū)固液分離效果的影響越小。所以，重疊的大小是決定氣液分離效果好壞的關鍵。由圖可知，由反應區(qū)上升的水流從下三角形集氣罩回流縫過渡到上三角形集氣罩回流縫再進入沉淀區(qū)，其水流狀態(tài)比較復雜。當混合液上升到A點后將沿著方向的斜面流動，并設流速為va。同時假設A點的氣泡同時以速度vb垂直上升，所以氣泡的運動軌跡將沿著va和vb合成速度方向運動，有速度合成的平行四邊形法則，則有：要使氣泡分離后進入沉淀區(qū)的必要條件是：氣飽上升速度(vb)與其直徑、水溫、液體和氣體的密度、廢水的粘滯系數等因素有關。當氣泡的直徑很小(d<時，在氣飽周圍的水流呈層流狀態(tài)，Re<1，這時氣泡的上升速度可用斯托克斯（Stokes）公式計算，即式中：——氣泡上升流速，cm/sd——氣泡直徑，cm——廢水密度，g/cm3——沼氣密度，g/cm3——重力加速度，cm/s2——廢水的動力粘滯系數，g/其中：式中：——廢水的動力粘滯系數，cm2/s——碰撞系數，可取由上所述，根據同類設計對比參照，設，，（凈水的取值），；則考慮到廢水的一般比凈水的大，而且本設計屬于高濃度廢水，所以取，則得。綜合前面的計算：有，滿足，所設計的氣液分離器能脫出直徑等于或大于的氣泡，滿足設計要求。八、布水槽的設計根據UASB的尺寸，采用鋸齒形出水槽，長10m，槽寬，箱高，每個上三角形集氣罩頂上設一條出水槽，每個反應器共設12條出水槽，基本可保持出水均勻。九、排泥系統(tǒng)設計計劃把配水穿孔管同時作為排泥管用，另設排泥管，用作輔助排泥，可達到排泥均勻的要求，同時可在反應器的一側三相分離器下端處另設排泥管，用作輔助排泥。沿反應器高度均勻地設5個污泥取樣管，方便取樣觀察。產泥量為：7440×××5000×10-3=3162kgMLSS/d；每日產泥量3162kgMLSS/d，則每個USAB日產泥量d，每個反應器采用一根d=200mm的排泥管，每天排泥一次。十、產氣量計算每日產氣量：7440×××9000×10-3=28458m3/d，每個反應器采用兩根d=200mm的排沼氣管。日產沼氣量28458m3，則沼氣柜容積應為每小時產氣量的3倍體積來確定，即V=3沼氣柜容積V=3557m3。十一、氣水分離器氣水分離器起到對沼氣干燥作用，選用Φ500mm×H1800mm，鋼制氣水分離器兩個，串聯使用。氣水分離器中預裝鋼絲填料，在各級氣水分離器前設置過濾器以凈化沼氣，在分離器出氣管上裝設流量計、壓力表及溫度計【6】。詳細設計圖見附圖二。SBR池的設計計算一、設計說明經UASB處理后的廢水，COD含量仍然較高，要達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）一級標準，必須進一步處理，有前面對比選擇SBR工藝作為好氧處理工藝。SBR結構簡單，運行控制靈活。圖SBR工作流程簡圖其工作流程如圖所示：有機廢水經UASB反應處理后，然后廢水由泵提升至SBR生化裝置。進水完