青島市啤酒污水厭氧反應(yīng)器處理裝置青島市啤酒污水厭氧反應(yīng)器處理裝置

一．   概述

1.   啤酒生產(chǎn)特點(diǎn)

80年代以來(lái)，我國(guó)啤酒工業(yè)得到迅速發(fā)展，到目前我國(guó)啤酒生產(chǎn)廠已有800多家，據(jù)1996年統(tǒng)計(jì)我國(guó)啤酒產(chǎn)量達(dá)1650萬(wàn)噸，既成為世界啤酒生產(chǎn)大國(guó)，又成為較高濃度有機(jī)物污染大戶(hù)，啤酒廢水的排放和對(duì)環(huán)境的污染已成為突出問(wèn)題，引起了各有關(guān)部門(mén)的重視。啤酒生產(chǎn)過(guò)程用水量很大，特別是釀造、罐裝工序過(guò)程，由于大量使用新鮮水，產(chǎn)生大量廢水。由于啤酒的生產(chǎn)工序較多，不同啤酒廠生產(chǎn)過(guò)程中耗水量和水質(zhì)相差較大。管理技術(shù)水平較高的啤酒廠生產(chǎn)一噸啤酒大概需要耗水10-15噸，國(guó)內(nèi)啤酒廠的耗水量一般大于該數(shù)值。國(guó)內(nèi)每噸啤酒從糖化到灌裝總耗水10～20m³。同時(shí)，啤酒生產(chǎn)還存在著很強(qiáng)的季節(jié)性，集中生產(chǎn)都在夏天非常炎熱的時(shí)候，冬天氣溫低的時(shí)候停止生產(chǎn)。這種季節(jié)性生產(chǎn)特點(diǎn)對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)啤酒廢水處理工藝也產(chǎn)生一定影響。

2. 廢水主要來(lái)源

啤酒廢水主要來(lái)自麥芽車(chē)間（浸麥廢水），糖化車(chē)間（糖化，過(guò)濾洗滌廢水），發(fā)酵車(chē)間（發(fā)酵罐洗滌，過(guò)濾洗滌廢水），灌裝車(chē)間（洗瓶，滅菌廢水及瓶子破碎流出的啤酒）以及生產(chǎn)用冷卻廢水等。

3. 廢水特性

啤酒工業(yè)廢水主要含糖類(lèi)，醇類(lèi)等有機(jī)物，有機(jī)物濃度較高，雖然無(wú)毒，但易于腐，排入水體要消耗大量的溶解氧，對(duì)水體環(huán)境造成嚴(yán)重危害。由于糖化液、發(fā)酵液等含渣廢水含有大量有機(jī)懸浮固體，故SS很高，給廢水的處理帶來(lái)一定難度。啤酒廢水的水質(zhì)和水量在不同季節(jié)有一定差別，處于高峰流量時(shí)的啤酒廢水，有機(jī)物含量也處于高峰。國(guó)內(nèi)啤酒廠廢水中：CODcr含量為：1000～2500mg/L，BOD₅含量為：600～1500 mg/L，SS：300～600mg/L。

二. 水質(zhì)、水量

九江市啤酒廠產(chǎn)生的廢水性質(zhì)與國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家無(wú)異：

設(shè)計(jì)進(jìn)水（經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)后）：

Q=2000m³/d=0.023m³/s ； CODcr 1200mg/L ；

BOD 700mg/L ； SS 600mg/L  ； PH 5.5-7.0

沉淀池的進(jìn)水來(lái)自于糖化、發(fā)酵廢水，

Q=600m³/d； CODcr 4000mg/L ；

BOD 2000mg/L ； SS 1200mg/L 

設(shè)計(jì)出水：CODcr < 100mg/L ； BOD < 20mg/L ；

SS<30mg/L  ； PH 6.0-8.0

出水執(zhí)行<污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)>（GB8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

UASB反應(yīng)器處理啤酒廢水，需滿(mǎn)足一定的營(yíng)養(yǎng)元素比例關(guān)系：

COD：N：P=200：5：1，啤酒廢水中由于含有大量酵母細(xì)胞，提供了豐富的氮元素，所以無(wú)需再補(bǔ)充氮元素，節(jié)約了部分成本

三.工藝路線(xiàn)及工藝流程

在工藝流程確定的過(guò)程中，主要考慮以下幾條原則：

（1）啤酒廢水可生化性好(BOD₅/COD_Cr＞0.50)，主體工藝采用生化方法；

（2）啤酒廢水水質(zhì)、水量變化大，如何盡量降低工程占地，又不影響后續(xù)處理的穩(wěn)定運(yùn)行，這要求后續(xù)生化處理有較高的耐沖擊負(fù)荷能力；

（3）該公司啤酒廢水屬中濃度有機(jī)廢水，單級(jí)好氧處理工藝難以保證廢水達(dá)標(biāo)排放，傳統(tǒng)的厭氧反應(yīng)器處理效率低、占地大，因此必須采用高效生物反應(yīng)器；

（4）根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，若采用單級(jí)或兩級(jí)好氧生物處理工藝，雖然可以達(dá)到處理要求，但能耗非常高（一般來(lái)說(shuō)，好氧處理的費(fèi)用與進(jìn)水的污染物濃度成正比），因此，為了降低運(yùn)行費(fèi)用，可以在好氧生物處理前增加一個(gè)厭氧工藝。

根據(jù)上述原則，確定采用圖1所示的處理工藝流程：

主要構(gòu)筑物簡(jiǎn)介：

（1）格柵

把格柵設(shè)在處理構(gòu)筑物之前，由于啤酒廢水SS很高，采用兩級(jí)格柵，主要攔截污水帶來(lái)的瓶蓋、塑料制品及車(chē)間與室外環(huán)境帶來(lái)的較大漂浮物，保證后續(xù)處理設(shè)施的正常運(yùn)行。

（2）沉淀池

糖化、發(fā)酵廢水含有大量有機(jī)懸浮固體，SS很高，為了降低后續(xù)生物處理的有機(jī)負(fù)荷，在調(diào)節(jié)池前設(shè)沉淀池，以除去大部分可沉淀的懸浮物質(zhì)，降低生物工藝負(fù)荷，節(jié)省能耗。池底設(shè)污泥斗，通過(guò)排泥管定期將沉淀污泥排出池外。

（3）水質(zhì)調(diào)節(jié)池（均質(zhì)池）

　　由于啤酒廠各工段排水水質(zhì)差異很大，為了不形成對(duì)后續(xù)生化處理的負(fù)荷沖擊和酸堿沖擊，應(yīng)設(shè)均質(zhì)調(diào)節(jié)池，均勻水質(zhì)，并起到一定的水量調(diào)節(jié)作用。為了把一部分有機(jī)物質(zhì)酸化分解，以提高在UASB反應(yīng)器中的去除速率，需在調(diào)節(jié)池中補(bǔ)加一定酸度，起到了酸化池的部分作用。

（4）UASB反應(yīng)器

UASB反應(yīng)器利用厭氧微生物降解廢水中的有機(jī)物，其主體分為配水系統(tǒng)，反應(yīng)區(qū)，氣、液、固三相分離系統(tǒng)，它具有截留污泥量大，顆粒化程度好，無(wú)需攪拌，耐沖擊負(fù)荷，處理高濃度有機(jī)廢水能力強(qiáng)等特點(diǎn)。UASB反應(yīng)器在低溫條件下處理效果會(huì)大幅度降低，但由于啤酒只在夏天氣溫高的時(shí)候生產(chǎn)，所以氣溫低時(shí)反應(yīng)器會(huì)處于閑置狀態(tài)，不需要將UASB反應(yīng)器裹上一層保溫材料，節(jié)約了經(jīng)濟(jì)耗費(fèi)。

（5）接觸氧化池

由于UASB反應(yīng)器出水達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，必須增加一個(gè)好氧工藝與UASB組合達(dá)到效果，以穩(wěn)定出水水質(zhì)。生物接觸氧化池由于性能穩(wěn)定、產(chǎn)泥量少、易于啟動(dòng)、能耗低、出水效果好而成為理想選擇。

（6）氣浮池

啤酒廢水SS很高，為了使處理后的廢水達(dá)標(biāo)排放，還需要增加一個(gè)氣浮池，以去除水體中密度很小的懸浮固體。污水經(jīng)氣浮池后即可達(dá)標(biāo)排放。沉淀池、接觸氧化池及氣浮池產(chǎn)生的污泥經(jīng)污泥濃縮池濃縮后，脫水、外運(yùn)。實(shí)踐證明，氣浮池與接觸氧化池組合使用時(shí)，可以達(dá)到穩(wěn)定的出水水質(zhì)。

四.構(gòu)筑物尺寸確定

（一）   格柵

采用兩套格柵：

中格柵：設(shè)柵前水深h =0.3m，過(guò)柵流速取v=0.3m/s，柵條間隙e=20mm，格柵安裝傾角α=60°

格柵寬度B = S( n-1)+ en

        n = = =7

       B=0.01(7-1)+0.02×7=0.2m

過(guò)柵水頭損失h1=2..42×(0.01/0.02)^4/3sin60×3=0.012m

格柵總高度H=h+h1+h2=0.4+0.012+0.3=0.712m

細(xì)格柵：柵條間隙e=5mm，其它同上

N===24.8，取為25根

         B=0.005(25-1)+0.005×25=0.25m

過(guò)柵水頭損失h1=2..42×(0.01/0.005)^4/3sin60×3=0.073m

格柵總高度H=h+h1+h2=0.4+0.073+0.3=0.773m

即中格柵設(shè)7根格條，柵寬寬度0.20m；總高度0.712m

細(xì)格柵設(shè)25根格條，柵寬寬度0.25m；總高度0.773m

（二）沉淀池

由于平流式沉淀池對(duì)沖擊負(fù)荷和溫度的適應(yīng)能力較強(qiáng)，造價(jià)相對(duì)較低，故本設(shè)計(jì)中采用平流式沉淀池來(lái)去除糖化、發(fā)酵廢水的SS

1. 沉淀區(qū)有效容積

取沉淀時(shí)間為2h，

V=Qt=360×2=720m³

2. 沉淀區(qū)有效水深

參考同類(lèi)型數(shù)據(jù)，取表面水力負(fù)荷q=1m³/(m²·h)

h2 = qt = 2×1= 2m

3. 沉淀區(qū)長(zhǎng)度

由上，沉淀池面積A=Qmax / h2 = 600×1.5（水量修正系數(shù)）÷24÷2 = 18.8m²，定沉淀池長(zhǎng)度為9m，則

寬度B = 18.8÷9=2.01m，取2.00m

長(zhǎng)寬比核算：9：2= 4.5：1，合格

4. 污泥區(qū)尺寸

污泥斗容積V = h₄ ( f1+f2+)

其中f1= 2×2=4m²，f2= 0.1×0.1=0.01m²，污泥斗為方斗，傾角α=60°，h4=1.65m

V=1.65×(4+0.01+) ÷3 = 2.32m³

按沉淀池去除50% SS計(jì)算，則每天產(chǎn)生的污泥量 W=360×600÷1000= 216 L

由于V > W，所以該設(shè)計(jì)符合要求，沉淀池底部清泥周期設(shè)為3天

5. 沉淀池高度

H = h1 + h2 +h3 + h4 = 0.3 +2 +0.6 +1.65 =4.55m

6. 沉淀池總長(zhǎng)度 L = 0.5+ 0.3+ 9 = 9.8m

（三）均質(zhì)池

 對(duì)于啤酒廠工業(yè)廢水，調(diào)節(jié)池水力停留時(shí)間應(yīng)在5～8h內(nèi)，小不得小于3h

基于以上原則，采用穿孔導(dǎo)流槽式水質(zhì)調(diào)節(jié)池，取停留時(shí)間為5h，則調(diào)節(jié)池的有效容積V=2000×5÷24 = 417m³

有效水深取2m，則池面積為209m²，池寬取6m，池長(zhǎng)為35m, 縱向隔板間距采用1.5m，將池寬分為4格。在調(diào)節(jié)池底設(shè)置穿孔管，用鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣，達(dá)到比較好的攪拌效果，使水質(zhì)均勻，見(jiàn)附圖2

5-6mm3/(h;m2池面積)算經(jīng)濟(jì)耗費(fèi)

（四）UASB反應(yīng)器

1.有效容積和主要尺寸

V = QS₀ / Nv

取定容積負(fù)荷Nv為10 kgCOD / (m³·d )

則V = 2000×1.2÷10 = 240m³

由于污水的濃度不是很高，UASB的有效高度不宜太高，此處取定為4m

反應(yīng)器面積S =V / h = 240÷4 = 60m²

反應(yīng)器直徑d = 2（S÷π）^0.5 = 8.74m，取為9m

2.     配水及進(jìn)、出水系統(tǒng)

由于前面已經(jīng)使用了調(diào)節(jié)池來(lái)均勻水質(zhì)，此處采用連續(xù)均勻進(jìn)水的運(yùn)行方式，配水系統(tǒng)采用穿空管，出水系統(tǒng)采用三角堰溢流

3.     其它結(jié)構(gòu)的確定

UASB反應(yīng)器其它結(jié)構(gòu)的確定主要依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)：

1)       采用多孔管布水系統(tǒng)；

2)       支撐板采用多孔板；

3)       采用輕質(zhì)濾料(此處采用塑料)，濾料層高度2m

（五）接觸氧化池

采用外循環(huán)直流生物接觸氧化池

1. 填料的容積計(jì)算

W =QS0 / Nw =(2000×105)÷1200 = 175m³ ，取容積負(fù)荷率為1.2 kgBOD/(m³·d)

2. 接觸氧化池總面積

A =W / H = 175÷3 = 60m²，取填料層高度為3m，分3層，每層1m

為了保證布?xì)饩鶆颍捎?/span>4格，則每格面積為15m² < 25m²

進(jìn)一步核算，污水與填料的接觸時(shí)間t =175÷2000 = 2.1h,一般要求接觸時(shí)間的范圍為1.5-3.0h，故此設(shè)計(jì)可行

4.     接觸氧化池的總高度

H₀ = H+ h1+ h2+ (m-1) h3+ h4 = 3.0+ 0.5+0.5+ 0.2×(3-1)+ 0.5 = 4.9m

5.     其它要素的確定

1)       填料采用尼龍軟性填料；

2)       在池底安裝穿孔管，鼓風(fēng)曝氣，維持氣水比約為20:1。

（六）氣浮池

采用如下設(shè)計(jì)參數(shù)：

1)       回流比取10%；

2)       接觸室上升流速采用20mm/s；

3)       氣浮室分離速度采用2mm/s；

4)       溶氣罐內(nèi)組裝填料，單位面積過(guò)流能力取150m³/(m²·h)；

5)       溶氣罐壓力定為0.25MPa；

6)       氣浮池分離室停留時(shí)間16min。

計(jì)算：

1.     加壓溶氣水水量Qp = R´Q = 10%×2000/24 = 8.3m³/h

2.     氣浮所需空氣量Qg = Qpαφ= 8.3×40×1.2 = 400 L/h

3.     空氣壓縮機(jī)所需額定空氣量Qg´= 400÷60÷1000×1.4 = 0.009m³/min

4.     壓力溶氣罐直徑D = 0.27m

5.     氣浮接觸室尺寸：

接觸室平面面積Ac = 1.27m²

接觸室寬度定為0.35m，則接觸室長(zhǎng)度為3.6m

6.     氣浮分離室尺寸：

分離室平面面積As = 12.7m²

分離室長(zhǎng)度為（12.7÷3.6）=3.5m

7.     氣浮池水深H = 2×16×60 / 1000 = 1.92m

8.     氣浮池的容積W = ( As + Ac ) H = ( 1.27 + 12.7 ) ×2.22 = 31m³

總停留時(shí)間 T= 60×31÷(2000÷24 + 8.3) = 20.3 min

接觸室氣水接觸時(shí)間tc = (1.92 - 0.6) / 0.02 =66 s ( > 60s )

9.     集渣槽設(shè)于氣浮池進(jìn)水端，采用橋式刮渣機(jī)逆向刮渣

（七）污泥濃縮池

采用間歇運(yùn)行污泥濃縮池，取固體負(fù)荷為60kg/(m³•d)，有效水深為3m，濃縮池面積定為10m²，排泥間隔時(shí)間為12 h

（八）污泥脫水離心機(jī)

采用應(yīng)用較普遍的轉(zhuǎn)筒式離心機(jī)，根據(jù)污泥性質(zhì)，選用離子度低的陽(yáng)離子有機(jī)高分子混凝劑，投加量為污泥干重的0.2%

表1 設(shè)計(jì)生化反應(yīng)器處理效果

五．高程計(jì)算

污水處理廠的設(shè)計(jì)地面高程為20m

廢水受納水體（A河）水位高時(shí)為17m，因此出水口管線(xiàn)埋深定為1.2m，不會(huì)由于漲潮而導(dǎo)致河水回灌。此外，在污水處理廠內(nèi)部管線(xiàn)全部采用地埋式，埋深1.2m。

表2 構(gòu)筑物連接管路水力計(jì)算表

表3 局部水力損失計(jì)算表（水流速度全取為1.0m/s）

說(shuō)明：①各個(gè)管線(xiàn)的直徑不等，故選用的文氏管流量計(jì)也不相同，為了便于計(jì)算，把流量計(jì)的收縮截面直徑/進(jìn)水管直徑確定為0.5，則局部阻力系數(shù)ξ= 2.76

②計(jì)算閘閥時(shí)設(shè)所有閘閥都是全開(kāi)狀態(tài)

③格柵桿條橫斷面為矩形

④彎管曲率半徑取250mm

高程計(jì)算如下：                     高程（m）

河水水位                             17

排水管水位                          18.8

排水管沿程損失 0.047

局部損失0.141+0.005

氣浮池理論出水水位                  18.947

氣浮池實(shí)際出水水位④                20.92

氣浮池進(jìn)水端水位                    21.42

接觸氧化池出水水位   

沿程損失0.03

局部損失0.005                   21.455

接觸氧化池進(jìn)水水位⑤                21.855

UASB中水位

沿程損失0.05

局部損失0.23+0.005+0.041×2      22.222

二級(jí)提升泵提升水位    

沿程損失0.132

局部損失0.044+0.141             22.533

調(diào)節(jié)池水位                          22

沉淀池出水水位 

   沿程損失0.157

   局部損失0.141                    22.298

潛水泵提升水位

   沿程損失0.012                    22.31

糖化廢水入流水位                    18

蓄水池水位

   跌水0.5                          17.5

其它廢水入流水位                    17.6

一級(jí)提升泵水位

沿程損失0.096+0.202

局部損失0.005+0012+0.073+0.141       22.523

說(shuō)明：④若氣浮池按照理論水位出水，則氣浮池需建設(shè)在地下，大幅度增加了基建費(fèi)用，所以考慮氣浮池地下挖深1.0m

⑤接觸氧化池共有4格，且每格內(nèi)裝有軟性填料，水位壓差應(yīng)較大，但由于池底均勻曝氣，相當(dāng)于對(duì)水力有個(gè)提升作用，故取中間損失為0.4m

六.主要設(shè)備及材料

(一)主要設(shè)備

1. 泵

表4 主要設(shè)備---泵

2. 其它

（二）材料

七.投資估算

據(jù)估計(jì)資料，UASB反應(yīng)器每去除1kgCOD可以產(chǎn)沼氣約0.42m³

據(jù)此可算得該污水處理廠每天可以產(chǎn)沼氣806m³