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环境工程某食品厂废水处理工程课程设计-secret精品文档某理工学院 排水工程课程设计课题：某食品厂废水处理工程 教学院: 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 编写日期: 目 录 第一部分 设计说明书绪论1. 设计概述 1.1工程概况51.2设计原始资料51.3自然概况51.4设计依据52. 设计方案及工艺流程的确定2.1工艺选择原则62.2工艺方案的分析及比较62.3经济技术比较72.4工艺流程的确定72.5工艺设计流程及处理构筑物说明72.6各处理单元效果预测表9第二部分 设计计算书3. 主要处理构筑物及其相关计算3.1格栅的设计计算 93.2调节池的设计计算113.3隔油池的设计计算123.4UASB反应器的设计计算 123.5CAST反应器的设计计算 173.6污泥浓缩池的设计计算204.参考文献22 5.课程设计小结236.附录 246.1.主要处理构筑物设计草图246.2总平面图的布置256.3高程图的设置26 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。建国以来，我国食品工业得到迅速发展，到目前我国食品生产厂家众多，既成为世界农业生产大国，又成为较高浓度有机物污染大户，食品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。由于食品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食品废水排放设备，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，我国对食品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，对食品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。第一部分 设计说明书1. 设计概述 1.1工程概况 某食品厂建成以后主要生产番茄制品，罐装饮料利乐包饮料和方便面食品，废水主要来自饮料加工过程的清洗废水，废水水量为100m /d;现在针对该企业污水排放后用于农田灌溉，设计一套污水处理工艺，以实现污染物达标排放。 1.2设计原始资料 1）水资水量资料工程处理水量1000/d原水水质详见下表项目CODBODSSNH3-N动植物油PH浓度4001900210950150110015382759692）处理后的水质目标 污水处理后最终标准执行国家现行农田灌溉标准GB508492用作排放标准处理后水质详见下表项目CODBODSSNH3-N动植物油PH浓度15030020030156.08.51.3自然概况 1）地理位置特征 地形平坦 2）气候气象 风向：多年主导风向为东南风 气温：最冷月平均为4 最热月平均为36 极端气温：最高40，最低8，最大冻土深度0.2米 1.4设计依据 1）工艺设计主要法律,法规 a.中华人名共和国水污染防治法1996年05月 b.中华人匿名共和国水法2002年08月 c.中华人名共和国环境保护法1989年12月 2)工艺设计主要规范，标准 a.室外排水设计规范GB11487 b.农田灌溉标准GB5084922. 设计方案及其工艺流程确定2.1工艺流程设计的原则1）以废水净化和资源化回用为目的确立处理工艺。3）尽可能采用运行管理简单，自动化程度高的处理工艺。4）减少废水处理站的占地面积，在保证处理效果的前提下，通过经济比较，选用修建、维护、运行成本低的工艺，同时将废水站的产物（污水、污泥、沼气）经济利用，降低总体建设费用。5）考虑环境保护因素，尽可能少地排放废气、废水、废渣，度考虑一定的安全性，保证在事故情况下将对环境的影响降到最低。2.2工艺方案的分析及比较 1）废水的特点 其废水COD在4001900mg/l之间 ,BOD在210950mg/l之间，虽然BOD与COD的比价高出0.5左右，说明这种废水具有较高的生物可降解性，因此，主要采用生物处理法，2）处理废水的方法a.水解酸化，再加工后续处理工艺b.采用USAB反应器惊醒厌氧处理，再进行后续好氧处理3)废水处理的工艺流程 a.方案一格栅 初沉隔油池 水解酸化池 生物接触氧化池 二沉池 达标排放 外运 污泥脱水 污泥浓缩池 b.方案二 格栅隔油调节池 气浮池 厌氧池 好氧池 二沉池排放 污泥回流 剩余污泥 浮渣 酸化池做肥料 c.方案三 沉气贮柜格栅 隔油调节池 UASB反应器 CAST池达标排放 外运 污泥脱水 污泥浓缩池4) 工艺流程的优缺点比较 三种方案都有格栅，隔油池，调节池，污泥浓缩池等辅助构筑物无需比较，将对其主要构筑物进行比较。a. 方案一，采用水解酸化池和接触氧化法组合工艺，此流程特点是将好样工艺中的两级接触氧化工艺简化为一级接触氧化，使能耗大幅度降低，由于水解反应器可使食品废水中的大部分难降解有机物转变为小分子易讲解的有机物，出水的课生化性能得到改善，这使好氧处理的单元的停留时间小于传统工艺，水解池还可以有效地截留去除悬浮性颗粒物质的特点。因此，水解与好样处理相结合，要比完全好样处理经济一些。b. 方案二，采用厌氧好氧组合工艺，此流程在厌氧,好氧不同环境条件下,可使不同种类微生物菌群有机配合,能同时除去有机物,具有较好的除氨氮效果.但污泥增长有一定限度,不易提高,并且工艺流程较复杂,经济成本较高.c. 方案三，采用简单的厌氧好氧联合处理处理技术，即UASB反应器与CAST池的组合工艺，其中UAST与其他反应器相比有以下特点：（1）沉降性能良好，不设沉淀池，无需污泥回流。（2）不甜载体，构造简单，节省造价。（3）由于消化产气作用，污泥上浮造成一定得搅拌，因而不设搅拌设备。（4）污泥浓度和有机负荷高，停留时间短（5）再加上UAST反应其氨氮的去除率高达85%，能有效的去除氨氮（6）CAST拥有良好的工艺性能和灵活的操作 2.3技术经济的比较，如下表处理方法 主要技术，经济特点生物接触氧化法采用两级接触氧化工艺，废水中SS和COD均有较高的去除率，可防止高糖含量废水污泥膨胀现象，但需填料过大，不便于运输和装填，污泥排放量大且容易堵塞厌氧好氧技术厌氧好氧不同环境条件使不同种类微生物菌群有机配合，能同时具有除去有机物除氮的功能。但污泥增长有一定的限度，不易提高。UASB-好氧技术设备简单，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。技术上先进可靠，投资小，运行成本低，效果好，可回收能源，产出颗粒污泥产品，有一定收益，操作要求严2.4工艺流程的确定显然通过以上的比较，采用UASB好氧技术即UASBCAST最优2.5工艺设计流程及处理构筑物说明 1）工艺设计流程 食品生产废水先经细格栅去除粗打杂质物，进入隔油池去除废水中的植物油，隔油池中出来的水用泵连续送入UASB反应器内的出水流入CAST反应池中进行好氧处理。从CAST出来的废水中的氨氮含量大大降低，使出水各项指标都能达标。来自UASB反应器的剩余污泥现在污泥池内浓缩，中心泥斗中的污泥被污泥泵送到脱水机房，进一步降低污泥含水率，实现污泥的减量化。2）工艺中的主要构筑物说明 a.格栅:由一组平行的金属栅条或筛网制成，安装在污水渠道，泵房集水井的进口处或物水处理厂的端部，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，并使之正常运行。b.平流式隔油池：可去除原水中的不可溶解的有机物，以便减轻后续处理构筑物的处理负荷，并使之正常运行。在我国使用较为广泛，出油效果好，能去除70%以上的油和调节水量的作用。c.UASB反应器：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，由污泥反应区、气液固三相分离器（包括沉淀区）和气室三部分组成。能培养出一种据用良好沉降性能和高比产甲烷活性的厌氧颗粒污泥，并在底部形成污床，颗粒具有极高的净化处理效率，最重要的是反应器能培养出一种具有良好沉降性能和高比产甲烷活性的厌氧颗粒污泥，并在底部形成污泥床，可逆污泥具有极高的进化处理效率。UASB反映其具有下面这些优点：放映气的有机负荷很高，高于前几代厌氧反应器；污泥颗粒化后使反应器抗击负荷性大大提高；在一定水力负荷条件下，反应器可以靠产生的气体进行搅拌混合，不需要任何搅拌装置，使污泥和基质充分混合接触；反应器上部设置的三相分离器有效地将气，液，固三相进行分离，不需要再增加其他沉淀，脱气等辅助设备，简化了工艺，节省了运行费用；不需要设置填料和载体，提高了反应器的容积利用率。d.CAST反应池：工艺集曝气与沉淀于同一池内，取硝了常规活性污泥法的一沉池和二沉池，其工作过程分为曝气、沉淀和排水三个阶段。CAST工艺的优点1.工艺简单，占地面积小，投资较低：CAST的核心构筑物为反应池，没有二沉池，一般情况下不设调节池及初沉池。因此，污水处理设施布置紧凑，占地省和投资低。2.曝气阶段生化反应推动力大：这有利于减少曝气池容积，降低工程投资。3.沉淀效果好：CAST工艺在沉淀阶段几乎整个反应池均起沉淀作用池，沉淀阶段的表面负荷比沉淀池小得多，没有进水的干扰，沉淀效果较好。实践证明，当冬季温度较低，污泥沉降性能差时，或在处理一些特种工业废水污泥凝聚性能差时，均不会影响CAST工艺的正常运行。实验和工程中曾遇到SV30高达96%的情况，只要将沉淀阶段的时间稍作延长，系统运行不受影响。CAST反应池中存在较大的基质浓度梯度，而且处于缺氧、好氧交替变化之中，这样的环境条件不利于丝状微生物的优势生长，可有效防止污泥丝状膨胀。4.运行灵活，抗冲击能力强： CAST工艺是按时间顺序运行的，各阶段的长短均可根据进水、出水水质及污水量的变化灵活调整，可以在满足排放标准的条件下达到经济运行的目的。CAST工艺集曝气、沉淀等功能于一体，池容相对较大，抗水质、水量冲击能力较大。当进行脱氮除磷时，可通过间断曝气控制反应池的溶解水平，提高脱氮除磷的效果。5.CAST工艺可应用于大型、中型及小型污水处理工程，比SBR工艺适用范围更广泛。6.运行稳定性好。 7.基质去除率较高。+ 8.剩余污泥量小，性质稳定。2.6各处理单元效率预测表处理单元项目COD/mg/l）BOD/（mg/l）SS/（mg/l）NH3-N/（mg/l）植物油/（mg/l） 隔油池进水出水去除率190019000950950011001100038380591180% UASB进水出水去除率190038080%95019080%110044060%3824.735%11110 CAST进水出水去除率3807575%19028.585%44017660%24.78.6565%11110 第二部分 设计计算书3主要处理构筑物及其相关计算沉气贮柜格栅 隔油调节池 UASB反应器 CAST池达标排放 外运 污泥脱水 污泥浓缩池 3.1格栅的设计计算3.1.1设计参数设计流量Q = 1000m3/d =11.6L/s； 取用中格栅，栅条间隙d = 8mm 格栅安装角度= 45;栅前部分长度:0.5m 栅条宽度:S=0.01m;栅前流速0.7 m/s ,过栅流速0.8m/s ；水量变化系数K=1.5，栅前水深:0.4m;单位栅渣量W = 0.05m3/103 m3 废水 。 3.1.2设计草图3.1.3格栅各部分尺寸 a.栅条间隙数式中：Q - 设计流量，m3/s- 格栅倾角，度b - 栅条间隙，mh - 栅前水深，mv - 过栅流速，m/s - n=4 b.栅条宽度：B=S(n-1)+en=0.01(4-1)+0.0084=0.06 进水宽度取=0.04m 渐宽部分展开角=20 L=0.03m- c.栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度： L =0.015m d.过栅水头损失： e.栅后槽高度：取栅前渠道超高：h 栅前槽高=0.7m H=h+=0.4+0.225+0.3=0.925m 取1mf.栅前总高度：L=L1+L2+0.5+1.0+H1/tana=0.03m +0.015m +0.5+1.0+0.7/tan45=2.245m 取2.5mg.每日栅渣量：栅渣量(m3/103m3污水)，取0.10.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值取W1 = 0.05m3/103m3 K2 = 1.5 ，则：W = 式中：Q - 设计流量，m3/sW1 - 栅渣量(m3/103m3污水)，取0.05m3/103m3 W =W1=（0.0120.0586400）/（1.51000） = 0.035 m3/d 4 符合要求。3.4 UASB反应器的设计计算。 3.4.1设计参数：设计容量负荷Nv=2.0COD/(md) COD去除率为80% 3.4.2反应器所需容积及主要尺寸的确定。(1)UASB反应器的有效容积：V有效=Q(Co-Ce)/Nv=1000(1900-380)10/2=760m (2)UASB反应器的形状和尺寸： 据资料，经济反应器高度一般为4-6m之间，矩形池长宽比早2：1左右较为合适。设计的反应器有效高度为h=5m 。则横截面积S=V有效/h=760/5=152m。设池高L为池宽的2倍，则可取B=9.0m,L=17.0m 一般应用时反应器装夜量为70%-90%，本工程中设计反应器总高H=6.5m，其中超高0.5m 。 反应器的总容积V=BLH=9.017（6.5-0.5）=918m。有效容积为760m。则体积有效系数为82.8%，符合有效负荷要求。 (3)水力停留时间t和水力负荷率Vr。 t=(760/1000)24=18.24h Vr=Q/s=42/152=0.28m/(md) 对于颗粒污泥，水力负荷Vr=0.1-0.9 m/(md)，符合要求。 3.4.3上升水流速度和气流速度。 本次设计中常温下容积负荷Uv=2.0COD/(md),产率r=0.30m/COD 根据接种 空塔水流速度Uk=Q/s=42/152=0.28m/h 1.0m/h 符合要求。 空塔气流速度Ug=Qcor/s=0.125m/h 1.0m/h 符合要求。 3.4.4三相分离器的设计 三相分离器的构造形式时多种多样的，但不论哪一种，它必须有3个主要和 3个组成部分，单个组成部分：气液分离，固液分离和污泥回流3个功能以 及气封，沉淀区和回流3个组成部分。(1) 沉淀的设计本次设计中，平行，沿长布置5个气罩，构成4个分离单元，则设置4个三相分离器，三相分离器单元示意图如图5所示三相电分离器的长度为B=7m，每个单元宽度为L=5m,其中沉淀区长B1=9m，宽度b=2.5m，集气罩顶宽度a=1.10m，壁厚0.2m，沉淀室底部水口宽b1=1.3m 。沉淀区面积S1=nB1b=493=108m沉淀区表面负荷q=Q/s1=42/108=0.39m/(mh) 0.2m，h2在0.5m到1.0m之间。沉淀区斜面的高度h3应在0.5到1.0m之间沉淀区水深1.0m沉淀区的水力停留时间以1-1.5h为宜如能满足以上条件，则可取得良好的固液分离效果。设计UASB反应器沉淀的水深为1.5m,h1=0.4m,h2=0.4m,h3=0.9m则倾角a=arctan2h3/(b+0.4-b1)=arctan29/(2.5+0.4-1.3)=48.37 符合要求。(3) 气液分离设计。如图6所示，设计就是在确定气封B角后，合理选择图中缝隙宽度l1和斜面长度BC。以防止UASB消化区中产生的气泡被上升的液流带入沉淀室，干扰固液分离，造成污泥流失，必须满足以下公式要求： VN/VM MN/MB倾角B=60，V=70，b2=0.5m 。分隔板下端距反射距离MN=0.20m。则缝隙宽度l1=MNsinB=0.2sin60=0.173m废水总流量为1000m/d,根据资料,设有0.7Q=700m/d废水通过进水缝进入沉降区.分有0.3Q=300m/d的废水通过回流缝进入沉降区,则:Vu=1.290m/h,合理,所以,该三相分离器可脱除d0.01cm的气泡,分离效果良好.如图6所示,=0.5m =(b)=(2.50.5)=1.0m验证： 可见：。合理,所以，该三相分离器可脱出dg 0.01cm的 沼气泡。分离效果良好。3.4.5分隔板的设计如图6所示。b=0.5m b=1.0m经上面计算，气体因受浮力作用，气泡上升速度在进水缝中V=9.58m/h，沿进水逢斜向上的速度分量Vsin=9.58sin48.37=7.16m/h进水逢中水流速度V应满足V95%，取，则 污泥产量为Q=污泥龄的计算 污泥龄Q=5023.199.75=50.7d3.4.7沼气根据相关资料可知，该处理站日产沼气800则沼气柜溶剂应为3h产气量的体积来确定：即V 设计选用300钢板水槽内导轨湿式贮气柜，尺寸为6000mmH4000mm3.5 CAST反应池的计算3.5.1主要设计参数的选择 已知：污水进水量1000/d；进水COD为380mg/l；进水BOD为190mg/l,出水COD为75mg/l, 出水BOD为28.5mg/l 参数选择： 污泥负荷L=0.4kgCOD/(kgMLSSd) 反应池池数：4座 反应池水深：H=3.5m 排出比： 活性污泥界面以上最小水深：h=0.5mMLSS浓度为：C3.5. 2运行周期及时间确定 曝气时间（T）T=，取3h 沉淀时间（）= 而=4.6X10=4.6X10=1.57m/s = 排水闲置时间，取T=2h，与沉淀时间合计3.6h 一周期所需时间，TT+ + T=6.6h 周期数n取3，每周期8h,进水时间=所以，CAST运行一周期需8h，其中进水4h，曝气3h，沉淀1.6h，闲置2h，运行方式见下表（参考书P119）3.5.3反应池容积计算： 根据运行周期时间安排和自动控制特点，CAST反应池设置4个，2个一组交替运行1天(1)CAST反应池容积单池容积为Vi=(mnN)Q=(2.5/3*4)*1000=208m反应池总容积V=4Vi=4*208=832m(2)CAST反应池的构造尺寸，CAST反应池为满足运行灵活及设备安装需要，设计为长方形，一端为进水区，另一端为出水区。CAST池单池有效水深H=3.5，超高hc取0.5m,保护水深 =0.5m单池体积Vi=LBiH,据资料，B/H=12，L/B=46,取Bi=3.5m，L=17m,所以Vi=17*3.5*3.5=208m单池面积Si= Vi/H=208/3.5=59.4mCAST池沿长度方向设一道隔墙，将池体分为预反应区和主反应区两部分，靠近进水端为CAST池容积的10%左右的预反应区，作为兼氧吸附区和生物选择区，另以部分为主要反应。据资料，预反应区长L1=（0.160.25）L，取L1=3mCAST反应池尺寸（外形）15m*17.6m*4m（壁厚200mm）3.5.4反应池总有效水深3.5m排水结束时最低水位h1=3.5*(2.5-1)/2.5=2.0m基准水位h2=3.5m，超高为0.5m，保护水深0.5m污泥层高度h3= h1- =2-0.5=1.5m验证池容，两池一次进水4h，Qh为42m/h,所以每周期的进水量Qw=QfTf=42*4=168 mCAST反应池一周期内能纳水V3=2(h2-h1)Si=2*（3.5-2.0）*59.4=178.2 mQW所以CAST反应池的建造符合水量要求。3.5.5排水口高度与排水装置(1)排水口高度：排水口应设在反应池低水位之下0.50.7m，本设计排水口在最低水位之下0.5m处(2)排水装置：每池排出负荷QD=QhTf/2TD=42*4/(2*2)=42m/h=0.7m/min3.5.6产泥量计算(1)CAST池产泥量：CAST池的剩余主要来自微生物代谢增殖污泥，还有少部分进水悬浮物沉淀形成CAST生物代谢产泥量为bX=aQSr-bXrV=aQSr-bQSr/L3=(a-b/L3)QSr式中 a-微生物代谢增殖系数 kg VSS/kg COD b-微生物自身氧化率. Xr-回流污泥浓度 mg/L V-反应池容积 m Sr-去除的COD浓度 kg COD/m L3-COD污泥负荷 kg COD/kg VSS本次设计选a=0.75,b=0.05,则 X=（0.75-0.05、0.4）*1000*0.38=237.5 kg/d假定剩余污泥含水率为99%，则排水量为Q3=bX/10（1-p)=237.5/10（1-0.99）=23.75m/d）考虑安全系数，则每天排泥一次，排泥量为23.75m/d）(2)排泥系统：每池池底坡向排泥坑坡度i=0.01，在每池出水端设0.5m*0.5m*0.5m排水坑1个。3.5.7需氧量及曝气系统(1)需氧量计算：CAST反应池需氧量Oa以每天除1kgCOD需要0.75kgO2的经验法计算Oa=0.75QSr=0.75*1000*(380-75)/10=228.8kg/d两池每周期需氧量为Qat=Oa/2n=228.8/2*3=38.1kg/周期一周期曝气3h，所以单位时间曝气量为Oa=Oat/T=38.1/3=12.71m/h(2)需要空气量Oa=Oah/（0.28*0.18）=12.71/（0.28*0.18）=252.2m/h式中 可变微孔曝气器氧利用率，一般在18%27.7%，这里取18%3.6.污泥浓缩池的设计计算（连续式重力浓缩池）浓缩池的总面积 A=Qc/M设剩余污泥的平均含水率为98.5%，混合污泥的密度为1000kg/m污泥固体浓度为1000*（1-98.5%）=15kg/m浓缩池的总面积 A=（6.25+23.75）*15/30=15m浓缩池直径有4.4 m浓缩池工作部分高度h1=TQ/24A=30*24/24*15=2m式中h1-浓缩池工作部分高度 m浓缩池总深度H：超高取0.5m，缓冲层高取0.3m，底部直径d=1.0m，圆锥倾角为55，池底坡度造成的深度为0.04m。圆锥高度为 浓缩池选用 4.4m*5.27m 4.4m 2.0m 2.43m浓缩后污泥体积V2=Q(1-P1)/（1-P2）=30*（1-98.5%）/（1-96%）=11.25m式中P1-进泥含水率取98.5% P2-出泥含水率取96%参考文献 1 张自杰等.排水工程下册(第4版)M.北京，中国建筑工业出版社，2000年.2 买文宁.生物化工废水处理技术与运行M.北京，化学工业出版社，2002年.3 孙力平主.污水处理新工艺与设计计算实例M.北京，科学出版社，2001年.4 王水生.间歇式活性污泥法处理啤酒废水J.环境工程,1998年.5 给水排水设计手册第6册(工业排水)M.北京，中国建筑工业出社，1986年.6 张统等.SBR及其变法污水处理与回用技术M. 化学工业出版社，2003年.7 强绍杰等.CASS工艺在啤酒废水处理中的应用J.给水排水,1998年.8 王凯军等.厌氧处理技术发展现状与未来发展领域J.中国沼气,1999年.9 苏玉民等.脉冲上流式厌氧污泥床反应器的应用J.环境科学,1996年10 韩红军.污水处理构筑物设计与计算M.哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，2002年11 张统.污水处理工艺及设计计算M. 北京，中国建筑工业出版社，2001年.12 环境科学