湖北IC高校厭氧反應器

湖北IC高校厭氧反應器

1.   啤酒生產特點

80年代以來，我國啤酒工業得到迅速發展，到目前我國啤酒生產廠已有800多家，據1996年統計我國啤酒產量達1650萬噸，既成為世界啤酒生產大國，又成為較高濃度有機物污染大戶，啤酒廢水的排放和對環境的污染已成為突出問題，引起了各有關部門的重視。啤酒生產過程用水量很大，特別是釀造、罐裝工序過程，由于大量使用新鮮水，產生大量廢水。由于啤酒的生產工序較多，不同啤酒廠生產過程中耗水量和水質相差較大。管理技術水平較高的啤酒廠生產一噸啤酒大概需要耗水10-15噸，國內啤酒廠的耗水量一般大于該數值。國內每噸啤酒從糖化到灌裝總耗水10～20m³。同時，啤酒生產還存在著很強的季節性，集中生產都在夏天非常炎熱的時候，冬天氣溫低的時候停止生產。這種季節性生產特點對我們設計啤酒廢水處理工藝也產生一定影響。

2. 廢水主要來源

啤酒廢水主要來自麥芽車間（浸麥廢水），糖化車間（糖化，過濾洗滌廢水），發酵車間（發酵罐洗滌，過濾洗滌廢水），灌裝車間（洗瓶，滅菌廢水及瓶子破碎流出的啤酒）以及生產用冷卻廢水等。

3. 廢水特性

啤酒工業廢水主要含糖類，醇類等有機物，有機物濃度較高，雖然無毒，排入水體要消耗大量的溶解氧，對水體環境造成嚴重危害。由于糖化液、發酵液等含渣廢水含有大量有機懸浮固體，故SS很高，給廢水的處理帶來一定難度。啤酒廢水的水質和水量在不同季節有一定差別，處于高峰流量時的啤酒廢水，有機物含量也處于高峰。國內啤酒廠廢水中：CODcr含量為：1000～2500mg/L，BOD₅含量為：600～1500 mg/L，SS：300～600mg/L。

二. 水質、水量

九江市啤酒廠產生的廢水性質與國內大多數廠家無異：

設計進水（經調節池調節后）：

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

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

沉淀池的進水來自于糖化、發酵廢水，

Q=600m³/d； CODcr 4000mg/L ；

BOD 2000mg/L ； SS 1200mg/L 

設計出水：CODcr < 100mg/L ； BOD < 20mg/L ；

SS<30mg/L  ； PH 6.0-8.0

出水執行〈污水綜合排放標準〉（GB8978-1996）一級標準

UASB反應器處理啤酒廢水，需滿足一定的營養元素比例關系：

COD：N：P=200：5：1，啤酒廢水中由于含有大量酵母細胞，提供了豐富的氮元素，所以無需再補充氮元素，節約了部分成本

二.工藝路線及工藝流程

在工藝流程確定的過程中，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、水量變化大，如何盡量降低工程占地，又不影響后續處理的穩定運行，這要求后續生化處理有較高的耐沖擊負荷能力；

（3）該公司啤酒廢水屬中濃度有機廢水，單級好氧處理工藝難以保證廢水達標排放，傳統的厭氧反應器處理效率低、占地大，因此必須采用高效生物反應器；

（4）根據以往經驗，若采用單級或兩級好氧生物處理工藝，雖然可以達到處理要求，但能耗非常高（一般來說，好氧處理的費用與進水的污染物濃度成正比），因此，為了降低運行費用，可以在好氧生物處理前增加一個厭氧工藝。

根據上述原則，確定采用圖1所示的處理工藝流程：

主要構筑物簡介：

（1）格柵

把格柵設在處理構筑物之前，由于啤酒廢水SS很高，采用兩級格柵，主要攔截污水帶來的瓶蓋、塑料制品及車間與室外環境帶來的較大漂浮物，保證后續處理設施的正常運行。

（2）沉淀池

糖化、發酵廢水含有大量有機懸浮固體，SS很高，為了降低后續生物處理的有機負荷，在調節池前設沉淀池，以除去大部分可沉淀的懸浮物質，降低生物工藝負荷，節省能耗。池底設污泥斗，通過排泥管定期將沉淀污泥排出池外。

（3）水質調節池（均質池）

　　由于啤酒廠各工段排水水質差異很大，為了不形成對后續生化處理的負荷沖擊和酸堿沖擊，應設均質調節池，均勻水質，并起到一定的水量調節作用。為了把一部分有機物質酸化分解，以提高在UASB反應器中的去除速率，需在調節池中補加一定酸度，起到了酸化池的部分作用。

（4）UASB反應器

UASB反應器利用厭氧微生物降解廢水中的有機物，其主體分為配水系統，反應區，氣、液、固三相分離系統，它具有截留污泥量大，顆粒化程度好，無需攪拌，耐沖擊負荷，處理高濃度有機廢水能力強等特點。UASB反應器在低溫條件下處理效果會大幅度降低，但由于啤酒只在夏天氣溫高的時候生產，所以氣溫低時反應器會處于閑置狀態，不需要將UASB反應器裹上一層保溫材料，節約了經濟耗費。

（5）接觸氧化池

由于UASB反應器出水達不到排放標準，必須增加一個好氧工藝與UASB組合達到*效果，以穩定出水水質。生物接觸氧化池由于性能穩定、產泥量少、易于啟動、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標排放，還需要增加一個氣浮池，以去除水體中密度很小的懸浮固體。污水經氣浮池后即可達標排放。沉淀池、接觸氧化池及氣浮池產生的污泥經污泥濃縮池濃縮后，脫水、外運。實踐證明，氣浮池與接觸氧化池組合使用時，可以達到穩定的出水水質。

三.構筑物尺寸確定

（一）   格柵

采用兩套格柵：

中格柵：設柵前水深h =0.3m，過柵流速取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7根格條，柵寬寬度0.20m；總高度0.712m

細格柵設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沖擊負荷和溫度的適應能力較強，造價相對較低，故本設計中采用平流式沉淀池來去除糖化、發酵廢水的SS

1. 沉淀區有效容積

取沉淀時間為2h，

V=Qt=360×2=720m³

2. 沉淀區有效水深

參考同類型數據，取表面水力負荷q=1m³/(m²·h)

h2 = qt = 2×1= 2m

3. 沉淀區長度

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

寬度B = 18.8÷9=2.01m，取2.00m

長寬比核算：9：2= 4.5：1，合格

4. 污泥區尺寸

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計算，則每天產生的污泥量 W=360×600÷1000= 216 L

由于V > W，所以該設計符合要求，沉淀池底部清泥周期設為3天

5. 沉淀池高度

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

6. 沉淀池總長度 L = 0.5+ 0.3+ 9 = 9.8m

（三）均質池

 對于啤酒廠工業廢水，調節池水力停留時間應在5～8h內，小不得小于3h

基于以上原則，采用穿孔導流槽式水質調節池，取停留時間為5h，則調節池的有效容積 V=2000×5÷24 = 417m³

有效水深取2m，則池面積為209m²，池寬取6m，池長為35m, 縱向隔板間距采用1.5m，將池寬分為4格。在調節池底設置穿孔管，用鼓風機進行鼓風曝氣，達到比較好的攪拌效果，使水質均勻，見附圖2

5-6mm3/(h;m2池面積)算經濟耗費

（四）UASB反應器

1.有效容積和主要尺寸

V = QS₀ / Nv

取定容積負荷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

反應器面積S =V / h = 240÷4 = 60m²

反應器直徑d = 2（S÷π）^0.5 = 8.74m，取為9m

2.     配水及進、出水系統

由于前面已經使用了調節池來均勻水質，此處采用連續均勻進水的運行方式，配水系統采用穿空管，出水系統采用三角堰溢流

3.     其它結構的確定

UASB反應器其它結構的確定主要依據以往經驗：

1)       采用多孔管布水系統；

2)       支撐板采用多孔板；

3)       采用輕質濾料(此處采用塑料)，濾料層高度2m

（五）接觸氧化池

采用外循環直流生物接觸氧化池

1. 填料的容積計算

W =QS0 / Nw =(2000×105)÷1200 = 175m³ ，取容積負荷率為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

為了保證布氣均勻，采用4格，則每格面積為15m² < 25m²

進一步核算，污水與填料的接觸時間t =175÷2000 = 2.1h,一般要求接觸時間的范圍為1.5-3.0h，故此設計可行

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，鼓風曝氣，維持氣水比約為20:1。

（六）氣浮池

采用如下設計參數：

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

5)       溶氣罐壓力定為0.25MPa；

6)       氣浮池分離室停留時間16min。

計算：

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

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

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

9.     集渣槽設于氣浮池進水端，采用橋式刮渣機逆向刮渣

（七）污泥濃縮池

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