某白酒厂废水处理工艺设计

摘 要

白酒生产制作中生成的废水悬浮物浓度和温度均较高，有很高的COD、BOD，且pH显示为酸性，必须对其进行处理。本设计对某一白酒厂生成的废水进行了处理工艺的设计。已知该白酒厂废水处理的处理水量为700 m3/d，初始的浓度为COD=13000mg/L，BOD=1500mg/L，SS=1400mg/L，pH为3.5~5.5，氨氮为150mg/L。经本设计处理后的出水水质标准为COD<100mg/L，BOD5 =30mg/L，SS=50mg/L，pH为6~9，氨氮为10mg/L。

通过对相关数据的认真研究，根据白酒废水的水质指标以及有机物去除的要求设计了此工艺来进行白酒废水的处理，选用“UASB - CAST”组合工艺。处理后的水需符合GB27631—2011《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》。该工艺耗费的能量少，经济合算，处理效果好，负荷抗冲击性强，能够实现较高的有机物去除率的效果，是小型白酒企业废水处理适宜采用的工艺。 关键词：白酒厂；酿酒废水；有机废水；UASB；CAST。

目 录

引言 .................................................................................................................................... 3 一 设计说明书 .................................................................................................................. 3 1 概述 ................................................................................................................................ 3

1.1 设计背景资料 ...................................................................................................... 4

1.1.1白酒生产工艺 ............................................................................................. 4 1.1.2白酒废水治理技术 ..................................................................................... 4 1.2 设计依据 .............................................................................................................. 4 2 工艺设计要求 ................................................................................................................ 4

2.1概况 ....................................................................................................................... 4 2.2原水和出水水质指标 ........................................................................................... 5

2.2.1原水水质指标 ............................................................................................. 5 2.2.2处理后出水水质指标 ................................................................................. 5 2.3 污染因子去除效率的计算 .................................................................................. 5 2.4排水处理方案 ....................................................................................................... 5 2.5污泥处理方案 ....................................................................................................... 5 2.6 沼气处理方案 ...................................................................................................... 6 3 废水处理工艺流程的确定及依据 ................................................................................ 6

3.1 常用的处理工艺 .................................................................................................. 6

1

3.1.1厌氧生物处理法 ......................................................................................... 6 3.1.2好氧生物处理法 ......................................................................................... 7 3.2方案对比 ............................................................................................................... 7

3.2.1 IC - SBR工艺.............................................................................................. 7 3.2.2 UASB－SBR工艺 ...................................................................................... 8 3.2.3 UASB－CAST工艺.................................................................................... 8 3.3酒厂废水处理工艺的确定 ................................................................................... 8 二 设计计算书 .................................................................................................................. 9

4.1格栅 ....................................................................................................................... 9

4.1.1设计说明 ..................................................................................................... 9 4.1.2 设计参数 .................................................................................................... 9 4.1.3 设计计算 .................................................................................................... 9 4.2调节池 ................................................................................................................. 11

4.2.1设计说明 ................................................................................................... 11 4.2.2设计参数 ................................................................................................... 11 4.2.3设计计算 ................................................................................................... 11 4.3 UASB反应器 ...................................................................................................... 12

4.3.1设计说明 ................................................................................................... 12 4.3.2 设计参数 .................................................................................................. 12 4.3.3设计计算 ................................................................................................... 13 4.3.4 UASB进出水水质 .................................................................................... 19 4.4 CAST反应池 ...................................................................................................... 19

4.4.1设计说明 ................................................................................................... 19 4.4.2设计参数 ................................................................................................... 19 4.4.3设计计算 ................................................................................................... 20 4.4.4 CAST进出水水质 .................................................................................... 24 4.5 污泥浓缩池设计计算 ........................................................................................ 24

4.5.1 设计说明 .................................................................................................. 24 4.5.2设计参数 ................................................................................................... 24 4.5.3设计计算 ................................................................................................... 24 4.6 污泥脱水车间 .................................................................................................... 26

4.6.1 设计说明 .................................................................................................. 26 4.6.2 设计参数 .................................................................................................. 26 4.6.3 设计计算 .................................................................................................. 26

2

4.6.4脱水机的选择 ........................................................................................... 27

5 平面布置 ...................................................................................................................... 27

5.1 污水处理厂的平面布置原则 ............................................................................ 27 6 高程布置及计算 .......................................................................................................... 28

6.1 高程布置原则 .................................................................................................... 28 6.2高程水力计算 ..................................................................................................... 28 6.3污水提升泵房 ..................................................................................................... 29 结论 .................................................................................................................................. 29 参考文献 .......................................................................................................................... 29

引言

白酒废水是以水为介质制作白酒时所生成的废水。在白酒制作中以两种污水出处为主。一种是固态发酵液的生产，这是一种特殊的微生物发酵工艺，包括固态的酒醅发酵和固态的蒸馏操作。 工艺中用水很少，且几乎全部进入了产品。 除了基本上没有被污染到的冷却水之外，排出来的水主要是洗涤水和锅底水的混合污水。另一种是液态法，和药用酒精的生产很相像，使用的水量大，蒸馏后产生大量废槽液[错误!未定义书签。]。通过查阅相关文献及资料，每生产1t的65%vol的白酒，耗水约为60t，产生废水量大约为48t[2]。可见白酒厂的用水量以及废水的排放量是很大的。

白酒厂生产时排放的废水的特性有：温度高、悬浮物浓度大、较高的COD、BOD浓度，pH为酸性等。可以看出，制作白酒的过程中产出的废水如果没有被很好的处理，直接向外排放出去后，势必会污染厂子周边的饮用水源，进而伤及人类的健康。因此，对白酒厂产出的废水进行相应的处理是十分必要的。

根据国标GB27631—2011《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》表3的要求，再联系考虑到各个工艺的运行可能性，本设计选“UASB - CAST”工艺。白酒废水中所含有的污染物成分十分复杂，用这一工艺能够很好的对其进行处理。现在的白酒废水的处理大多数选择厌氧－好氧工艺进行结合处理，不仅效果好而且能量耗费少，符合国家的环保理念。“UASB+CAST”工艺属于较典型的厌氧与好氧工艺的组合，该工艺的处理的效果好，负荷抗冲击的性能强，运行上耗费的能量低，经济划算，能够达到很高的有机物去除率的成效，是规模较小的白酒企业废水处理适合采用的工艺。

一 设计说明书 1 概述

3

1.1 设计背景资料

通过对从污水管网进入的污水的情况以及即将建设处理站的地形状况等进行了全面的分析，了解到了该场地土地平整，土质良好，确定了设计可以进行。

1.1.1白酒生产工艺

现在我国制作白酒的方法有固态法、液态法及固液混合法。

固态法是用高粱、小麦等作原料，经发酵等一系列步骤进行制作的方法，有清香型、酱香型等一共12种类型。液态法则是对谷物、薯类和内含淀粉、糖的替代产品加工，通过发酵、蒸馏、贮存、勾兑进行制作的方法，生产出来的代表性的种类有红薯酒、木薯酒。固液结合法制作白酒又细分出了两种方法，一种是半固半液发酵法，制出的样品如桂林三花酒；另一种则是把固态与液按照相应的比例调和进行制作。

1.1.2白酒废水治理技术

（1）物理法

现今用到的物理处理方法大多是以除掉悬浮物来使固体和液体分开为主要任务，因其减少了耗费能量多的好氧处理步骤，故选用这一方法可降低所需费用[4]。常用的物理法有机械分离和絮凝预处理等。 （2）生化法

生化法是利用微生物转变废水里的有机物及有毒物质为无机物及无毒物质的处理方法[3]。白酒废水的可生化性能好，比较适合选用此种方法。常用的生化法有好氧法、厌氧法、厌氧-好氧组合法及微生物菌剂法等。 （3）培养SCP

SCP是一种单细胞蛋白，属于饲料蛋白源[2]。可对白酒废水中存在的微生物所需的营养成分加以利用，既可繁殖SCP，又可净化废水。由于培殖SCP需要较大的规模及较高的资金投入，所以此方法比较适合于大型的酒厂使用。

1.2 设计依据

（1）《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》（GB27631—2011） （2）给排水设计手册

（3）该白酒厂提供的有关资料

2 工艺设计要求

2.1概况

根据厂家提供的资料及相关数据，了解到废水流量：Q=700m3/d。

4

2.2原水和出水水质指标

2.2.1原水水质指标

表2-1 原水水质

进水水质 数值/mg/L （除pH）

SS

BOD5

COD

pH

氨氮

1400 1500 13000 3.5～5.5 150

2.2.2处理后出水水质指标

表2-2 出水水质标准

出水水质 间接排放/mg/L（除pH）

SS

BOD5

COD

pH

氨氮

50 30 100 6～9 10

2.3 污染因子去除效率的计算

1、SS

2、BOD5

140050100%96.4%

1400150030100%98%

15003、COD

4、氨氮

13000100100%99.2%13000

15010100%93.3%150

2.4排水处理方案

从污水管网排入的废水用此设计工艺净化，最后达到《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》（GB27631—2011）后回用于生产。

2.5污泥处理方案

5

污泥需要经过浓缩池、脱水机房进行相应处理，之后即可进行卫生填埋。

2.6 沼气处理方案

设计中的厌氧反应器里有能够把废水中的有机酸转变成气体的细菌，如产氢产乙酸菌和产甲烷菌。生成的甲烷经过汽水分离器分离出来，之后回收脱硫后可将沼气高温外排到高空中[5]。

3 废水处理工艺流程的确定及依据

3.1 常用的处理工艺

白酒厂的废水包含了：底锅水、冲洗车间用水、发酵池渗沥水、酿造车间的冷却水及盲沟水等[6]。现在关于这种废水的处理工艺，各厂区大多选用生化处理法。与其他办法如：物化法、化学法等相比较，其效率较高、技术更加完美、经济划算。

对白酒厂生产的废水进行处理的方法大多数是用厌氧－好氧这样的结合工艺，不仅效果很可观，并且消耗的能量也不高，符合国家的环保要求，也符合清洁生产的要求。

下面首先分别对经常选用的厌氧及好氧工艺分别进行比较，然后进行组合，最后选出最优的处理工艺。

3.1.1厌氧生物处理法

白酒废水的良好的可生化性说明厌氧处理对其极为适用。选此方法优点有：动力消耗的比较少，并且可以回收利用其处理过程中产生的大量沼气。常用的反应器有：EGSB，UASB，AFB，IC等。

（1）UASB

UASB（上流式厌氧污泥床反应器）。特点：高容积负荷；污泥可自动进行回流且无需用多余的设备；水力停留时间少；设备结构简易，方便操作；有机物去除率高[7]。UASB工艺结构上比较紧密、处理能力很大、效果也好、并且经济划算[8]，故而常常应用到浓度高的有机工业废水的处理中[9]。

（2） IC

IC（内循环厌氧反应器），其结构组成约等于两个UASB相加。优点有：高容积负荷，能够稳定工作，且处理结果较好，上升的流速很大，污泥活性高等。但是其去除率不如UASB高，故而增重了耗氧的负担。另外污水经IC处理后的处理水的水量及水质都很不稳定，容易对后序处理工艺产生影响。

（3）EGSB

EGSB（膨胀颗粒污泥床反应器），是UASB升级后的新型反应器。特点：高

6

径比大，因此土地占用面积较小；传质效果好；水力负荷高；布水均匀，工作状态稳定。适合对内含不易于降解的有机物的、浓度较高的有机废水进行处理。

3.1.2好氧生物处理法

在一般条件下厌氧生物处理的除氨效果不是很理想。好氧生物法一般情况下比较适合于处理浓度处在中、低级的有机废水，故而适于用在厌氧后。常用的有生物接触氧化法，SBR，氧化沟法，CAST等。

（1）SBR

SBR（序批式活性污泥法）。其结构简易，经济划算；因曝气和沉淀在同一池中而使效率增高；好氧及厌氧两种状态相互交替而能够具有很好的除磷效果；产污泥率低。

（2）CAST

CAST（循环式活性污泥法）。是SBR升级改造后的新工艺。

相较于SBR，CAST能持续性的排进污水，它不单单改变了时间顺序，而且拥有了污泥回流装置和生物选择器，因此强化了运行的效果。

此工艺能高效的除掉绝大部分的SS、BOD以及COD等物质；由于工艺流程相对简单，所以节省了大量空间从而使得处理工作经济效益好；生化反应好，有很强的推进力，能很好的将泥和水分开；可以处理各种水量水质的生活污水和工业废水。

（3）生物接触氧化法

此方法的载体上存在的生物膜是此工艺的主要的优势。优点是可高效净水、生出的泥量少、可很好的抵制抑制等。但其操作过程中容易造成生物膜脱落从而导致沉淀效果不佳，并且相较于其他工艺设备较多，投资较大。

3.2方案对比

由于需要考虑该白酒厂建设污水处理站的用地及资金投入，再加上其废水组成复杂，具有温度高、悬浮物浓度高、较高的COD、BOD浓度，pH为酸性等特性[10] 。总之，处理难度是很大的。对于高浓度的白酒废水，如果仅仅选用厌氧法无法保证很好的降低出水的COD 的浓度，但如果直接选用好氧法，则经济上又不划算，能耗也会较高[11]。因此用厌氧－好氧组合工艺最为合适。

3.2.1 IC - SBR工艺

此工艺适合处理BOD、SS、COD等浓度高的污水。优点有：高容积负荷，能够稳定工作，且处理结果较好。但是SBR不易于进行自动化的控制，故而不利于污泥的处理。而且污水经IC处理后的处理水的各方面指标都很不稳定，再加上其内部结构较为复杂，所以不利于成本的控制，费用高，经济上不划算。

7

3.2.2 UASB－SBR工艺

UASB这一厌氧工艺目前在国内外各处被广为使用[12]，SBR工艺也属于现阶段经常用到的好氧生物处理工艺，UASB+SBR这一组合工艺的特点是：可适应水量水质比较稳定、浓度较高的污水，有很强的处理能力，有机物去除能达到很好的结果，基建的成本低。但对整个工艺的后期要求较大，比如对消毒设备的严格要求，对管道的要求高等；另外这个工艺的抗负荷冲击力小，且SBR不能持续的进水，比较难控制，会干扰到整个工艺流程的进行效果。

3.2.3 UASB－CAST工艺

UASB+CAST这一组合工艺用于此次设计的优势很大，因为该工艺尤为适合于处理具有高浓度、温度及水量水质均变化很大的白酒废水。

UASB工艺和CAST工艺的结合的优点可从两方面体现出来。首先从此工艺的流程看，因其在厌氧处理时可以大范围地除掉污水里含有的的有机物、悬浮物等物质，故而能够减少以后需要处理污泥的工作量。且UASB能除掉污水中85%~95%的COD，去除率是其它反应器的3倍[13]。好氧工艺进行时则对上一阶段的出水进行进一步的处理，使其达到要求。另外选用此工艺进行处理浓度高的白酒废水，可使操作顺利的进行，能高效脱氮，生出的泥少，有很强的抗冲击负荷。其次从经济效益方面考虑，该工艺能量耗费小，占地也少，故投资较小。

3.3酒厂废水处理工艺的确定

此设计废水COD、BOD和SS的浓度均较高，不仅要满足规定的国家标准，另外还要综合考虑工厂的经济因素和整体规模。通过对以上多种厌氧和好氧处理工艺的对比分析，此设计最终选择使用“UASB—CAST”组合工艺。处理完成后符合《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》（GB27631—2011）的要求。 生产废水 汽水分离器 水封罐 格栅 调节池 沼气柜 锅炉 提升泵房 UASB反应池 CAST反应池 出水 污泥浓缩池 图3-1工艺流程图

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污泥脱水机 污泥外运 二 设计计算书

4.1格栅

4.1.1设计说明

格栅是工艺中很重要的一部分。使用它是为了能拦住体积相对大一些的漂浮物、悬浮物，防止这些物质堵住构筑物，保证设施运行顺利。在此次设计中格栅的主要作用是回收废液中的谷壳和高粱, 降低悬浮物浓度[1]。本设计选用人工清渣方式进行处理。

4.1.2 设计参数

总变化系数：KZ2；

最大水量：Qmax=KZQ=2×700m3/d=1400m3/d=0.016m3/s； 栅前水深：h0.3m；

用细格栅，栅条间隙：e10mm； 过栅流速：v0.6m/s； 安装倾角：60。

4.1.3 设计计算

图4-1格栅设计图

9

（1）间隙数n

n（2）格栅宽度B

Qmaxsin0.016sin608.279(个)

ehv0.010.30.6BS(n1)en0.01(91)0.0190.17m

式中：S——栅条宽，S0.01m。 （3）水头损失h1

S0.013()32.42()2.42

e0.0144v20.62h0sin2.42sin600.038m

2g29.81h1h0k0.03830.12m

表4-1阻力系数计算公式

栅条断面形状 锐边矩形 迎水面为半圆形的矩形

圆形

迎水、背水均为半圆形的矩形

正方形

公式

形状系数 2.42

s

b431.83 1.79 1.67

bs1

b2ε：收缩系数，一般为0.64

式中：

h0——计算水头损失，m；

ξ——阻力系数，计算方式见表4-1； β——形状系数，取锐边矩形，2.42； k——被堵后水头损失的膨胀倍数，k3。 （4）格栅后槽总高度H

Hhh1h20.30.120.30.72m

式中：h2——前渠道超高，m。 （5）总建筑长度L

l1BB10.170.0450.17m

2tan12tan2010

式中：l1——进水渠变宽处长度，m； B1——进水渠道宽，m；

α1——进水渠变大处角度，a120。

Ll1l20.51.0H10.70.170.0850.51.02.16m tantan60式中：l2——出水渠道的变窄处和格栅槽的长度，m； H1——格栅前槽高，H1hh2。 （6）每日栅渣量W

QmaxW1864000.0160.08864000.055m3/d0.2m3/dKz100021000

选人工清渣。

W式中：W1——单位体积每日栅渣量，W10.08m3/(103m3污水）（范围0.1~0.01）。

4.2调节池

4.2.1设计说明

白酒厂生产过程产出的废水的水量等要素均变化较大，在进行污水处理的过程中很可能会因此损坏有关构筑物而影响工艺运行，所以需要设置构筑物，使其在进行废水的后续处理之前对排入的水进行一定的调节。

调节池可调节进水、出水流量。使用调节池能够有效地对白酒厂每天排放的废水进行调节，减小冲击，对污水进行预先处理，保护后边的设施能运行正常，确保处理顺利进行。

4.2.2设计参数

流量：Q=1400m3/d=58.33m3/h=0.016 m3/s； 水力停留时间：T6h。

4.2.3设计计算

（1）有效容积V

V=QT=58.33×6=350m3

（2）调节池水面面积A

取总高H5.5m，超高0.5m，有效水深h5m。

A=V/h=350/5=70m2

（3）调节池尺寸

池长L9m，宽B8m，总尺寸：

L×B×H=9m×8m×5.5m=396m3

11

（4）搅拌器

在调节池的下方安装曝气工具以防污泥在这里沉淀而干扰处理效果。本设计选用两台型号为LFJ-350的曝气器。

4.3 UASB反应器

4.3.1设计说明

UASB是上世纪70年代研发的厌氧生物反应器，到现今为止仍常用到[14,15]。污水经过格栅、调节池，而后从下方朝上进到UASB中。反应器下底安有污泥床，能把污水里的绝大多数的有机物转换为二氧化碳，以及可以回收用作清洁能源的甲烷气体。反应器上面安有三相分离器，能把气、液、固这三种状态的物质分离开，保证设备的防腐能力好。UASB反应器能够除掉污水中85%~95%的COD，它的COD的去除效率是其它反应器的3倍。

图4-2 UASB工艺原理图

4.3.2 设计参数

容积负荷：Nv=10.0kgCOD/（m3d)； 水力负荷：q=0.3m3/（m3h)； 产泥率：0.1kgMLSS/kg COD； 产气率：0.5m3/kg COD。

表4-2 UASB中各种状态的污泥的容积负荷

污泥形态

反应器容积负荷/[kg COD/(m3﹒d)

2

颗粒污泥

2~4

12

>4

中等浓度的絮状污泥

1~2

(20~40kg TSS/m3)

3 <1

高浓度的絮状污泥

1~2

(>40 kg TSS/m3)

>2

4.3.3设计计算

1.UASB容积 有效容积：

V有效QS01400131820m3 Nv10.0式中：S0——进水有机物浓度，kg COD/m3。 UASB 选用圆池，布水比较均匀。

反应区的横截面积A为：

A反应区高度H为：

Qq11400202.22m2，取203m2。240.3

HV18208.96mA203

取H=9m。

选用4个UASB反应池，故每一个池子的有效面积A1为：

A1故每一个反应池的直径D为：

A20350.75m251m244

D4A14518m

横截面积A2为：

11A2D28250.27m2

442. 配水系统设计 （1）每个反应器的流量

13

Q（2）圆环直径 每个孔口的服务面积：

58.3314.59m3/h 4aA250.271.40m2，a在1~3m之间，符合要求。 3636共设36个圆环。 ①最内圆环孔口的设计

最里面6个。 服务面积：

S161.48.4m2

服务圆直径：

4S1由

48.43.3m

d1421S1 2d12S128.42.3m

式中：d1——最内圆环单个孔口的直径，m。 ②中间圆环孔口的设计

中间12个。 服务面积：

S2121.416.8m2

服务圆直径：

（4S1S2）4（8.416.8）5.67m

中间圆环直径：

11（5.672d22）S2 42d25.6722S24.63m

 14

式中：d2——中间圆环单个孔口的直径，m。 ③最外圆环孔口的设计

最外18个。 服务面积：

S3181.425.2m2

服务圆直径：

（4S1S2S3）4（8.416.825.2）8.01m

最外圆环直径：

11（8.012d32）S3 42d38.0122S36.94m

式中：d3——最外圆环单个孔口的直径，m。

图4-3 布水系统示意图

3.三相分离器设计 （1）设计说明

三相分离器内有气液分离器、回流缝、沉淀区3部分，主要是为了将气、液、固三相分离[16,17]。 （2）沉淀区的设计

与初沉池相似，沉淀区的面积与水深是该处的主要参数。 注意：

①水力表面负荷应<1.0m3/（m2h)；

15

②水力停留时间应在1.5h~2h之间；

③为了防止污泥在此处大量沉积，斜壁角设50°。

沉淀区的面积为：

11AD28250.27m2

44表面水力负荷为：

qQ58.330.29m3（/m2h）＜1.0m3（/m2h），符合要求。 A450.27

图4-4三相分离器单元结构示意图

（3）回流缝的设计

沉淀器斜壁角取50，并取h1=0.3m，取h20.5m，取h32.0m。 下三角集气罩水平宽度b1

b1h32.01.68m tantan50式中：h3——下三角集气罩垂直高度，m。

b2721.683.64m 混合液上升流速：

v1Q158.33/41.4m/h2m/h，符合要求。 S13.642/4式中：S1——下三角集气罩回流缝面积，m2。

上集气罩下底宽CF=4.0m，回流缝宽CD1.0m。

DHCDsin501.0sin500.77m DE2DHCF20.774.05.54m

16

S2（CFDE）（4.05.54）2214.99m2

上下三角集气罩中回流缝流速v2

v2Q158.33/40.97m/hV12m/h，符合要求。 S214.99CHCDsin401sin400.64m

DIDEb25.543.640.95m 22AIDItan500.95tan501.13m

h4CHAI0.641.131.77m h5h3h42.01.770.23m

上集气罩上底直径：

CF2h5tan404.020.23tan403.61m

BCCD11.56m sin40sin40DI0.951.48m

cos50cos50DH0.771.20m

cos50cos50ADBDABADBD1.481.200.28m

（4）气液分离器的设计 由Stokes公式，气体上升速度：

vbg0.959.81(1g)d2(1.031.2103)0.0120.27cm/s9.72m/h18180.02vav20.97m/h

式中：β——碰撞系数，0.95；

μ——消化液的动力黏滞系数，g/（cm·s），取0.02g/(cms)；

ρg——沼气泡密度，g/cm3，一般在0.0012左右，取g1.2103g/cm3； ρ1——消化液密度，g/cm3，范围：1.01~1.03g/cm3，取11.03g/cm3；

d——气泡的直径，范围：0.005～0.01cm，即50～100μm，取d0.01cm。

Vb9.72BC1.56VbBC10.23，5.57,，故满足要求。 Va0.95AB0.28VaAB

17

4.出水系统

选用锯齿状出水槽进行出水处理。槽宽为0.2m，槽高为0.2m。 5.排泥系统

（1）UASB反应器的污泥总产量

GVCSS18201527300（kg/d）27.30(t/d)

式中：CSS ——污泥平均浓度，取CSS15.0gVSS/L。 （2）产泥量 ①总产泥量

XQC0E0.071400130.921172.08(kgMLVSS/d)

式中：

γ ——经验常数，除1kgCOD会生出0.05~0.10kgVSS,取γ=0.07kgVSS/kgCOD； E ——COD去除率，本设计为92%。

②因为此次设计的白酒废水中的无机杂质含量较多，故选用

VSS0.80SS

X'1172.081465.10(kgMLSS/d)0.80

（3）污泥的含水率已知为98%，则可得污泥产量QS为：

X'1465.10QS73.26m3/dS(1P)1000(10.98)

（4）污泥龄 θ

c（5）排泥系统的设计

G2730018.63dX'1465.10

此处选择重力排泥法。为了防止污泥堵住管道，故选用200mm以上的钢管排泥管，均布多点排泥。

排泥管的泥量：

Q总6.沼气柜 （1）沼气产气量

73.260.021m3/s

13600，DN300mm。

本设计的沼气产气量为：

GrV2.318204186m3/d

18

32式中：r —— 产气率，本设计r=2.3m/md。 （2）沼气柜体积

V沼气柜qt41863523.25m324

。

选尺寸是6000mmH5000mm 的300钢板水槽内导轨湿式气柜。（2） 水封罐

设高1.5m，面积常取进气管的4倍。 水封罐面积为：

121S水封罐d沼气40.6241.13m2

44，直径取1.20m。

4.3.4 UASB进出水水质

表4-3 UASB反应器进出水水质指标

水质指标 进水水质(mg/L) 去除率（%） 出水水质(mg/L)

COD 13000 93 910

BOD 1500 85 225

SS 1400 85 210

4.4 CAST反应池

4.4.1设计说明

CAST是由SBR升级而成的可以在一个反应器中进行整个工作流程的好氧工艺。CAST工艺总共分成了进水-曝气期、沉淀期、滗水期以及闲置期这4个阶段运行[18]。

此工艺能高效除掉绝大部分的BOD、以及COD等物质；由于工艺流程相对简单，所以节省了大量的空间使处理工作经济效益好；生化反应良好，有很强的推进力，能很好的将泥和水分开；可以处理各种工业废水。

4.4.2设计参数

参数选择：

（1） 池数：N2座； （2） 反应池水深：H5m；

1（3） 排出比：m12.5；

19

（4） 最小水深：0.5m；

（5） 污泥负荷：LS=0.39kgBOD/(kgMLSSd)LS；

（6） BOD混合液污泥（MLSS）浓度为CA3500mg/L；浓度在3g/L~4g间。

4.4.3设计计算

1.运行时间及周期 （1）运行时间 曝气时间TA

TA24CCOD249106.4(h)

LSmCA0.392.53500沉降时间TS

1H(m)1.26TS,而Vmax4.6104CA4.610435001.261.57

Vmax5(21.5)0.5TS1.6(h)

1.57排水闲置时间TD

TD=2h

一周所需时间TC

TCTATSTD6.41.6210h

已知：周期数n2，每周期用时10h。 进水时间TF

TFTC/210/25h

故5h进水，6.4h曝气，1.6h沉淀，2h排水。

表4-5 CAST反应池运行时间表 反应池 1＃ 2＃ 反应池 1＃

1h 进水 排水 6h 曝气

2h 进水/曝气 排水/闲置

7h 曝气/沉淀

3h 进水/曝气 进水 8h 沉淀

4h 进水/曝气 进水/曝气

9h 排水

5h 进水/曝气 进水/曝气 10h 排水/闲置

20

2＃ 进水/曝气 进水/曝气 曝气 曝气/沉淀 沉淀

2. 反应池容积

2个CAST池替换工作。 （1）容积 单池容积Vi

Vim2.5Q1400875m3 nN22总容积V

V2Vi28751750m3

（2）CAST反应池构造尺寸

选用入水区在前，排水区在后的矩形水池。

已知：有效水深H=0.55m，保护水深ξ=0.5m，超高hC=0.5m。 ①单池体积Vi

Vi=LBH

根据资料

BL1~2,4~6,取B6m,L30m，所以Vi3065900m3 HB②单池面积Si

SiVi900180m2 H5CAST池包括两个部分，分别为预反应区以及主反应区。 已知：预反应区长L1=(0.16~0.25)L，取L1=5m。

由此可知，单个CAST池尺寸：30m6m5m 3.反应池液位控制

总有效水深5.0m。 最低水位h1：

h15m12.5153m m2.5已知：基准水位h25m，超高hc0.5m，保护水深0.5m； 污泥层高度hs：

hsh130.52.5m

已知：进水时间5h，

Qh140058.33m3/h 2421

验证池容：

一个周期的进水量QW：

QwQhTF58.335291.67m3

一周期接纳的污水水量Vb为：

Vb2(h2h1)Si2(53)306720m3

故水量满足要求。 4.排水口高度及排出装置 （1）排水口高度

选取0.5m处（范围在最低水位下0.5~0.7m）。 （2）排出装置

每个反应池的排出负荷QD为：

QDQhTF58.33572.92m3/h1.22m3/min 2TD22选浮动式重力滗水器，每个反应池均设置一套。设两个排水出口，型号为XB-100，最大排水流量为100m3/h，排水堰长1m，最大滗水深度为2m，排水管的管径为：DN150mm。

5.CAST反应池的产泥量及排泥系统尺寸 （1）产泥量

生物代谢产生的污泥量ΔX：

XaQSrbXrVaQSrbQSrb(a)QSr LsLs式中：a ——微生物代谢增值系数，a=0.75；

b ——微生物自身氧化率，b0.05； Sr ——除去COD 的浓度； Xr ——回流污泥浓度； Ls ——COD 的污泥负荷。 污泥量：

X(0.750.05)14000.95864.50kg/d 0.5已知：生成的污泥的含水率为99%。 所以排泥量QS为：

QSX864.50386.46m/d 3310(1P)10(199%) 22

在考虑到安全因素的情况下每天排泥一次，泥量为86.46m3/d。 （2）排泥系统

在每个CAST池的最下面安一个尺寸为1.0m×1.0m×0.5m的排泥坑，安置于出水一端，池底污水由入水处向排水处下降，坡度i=0.01。每个泥坑连一根DN20mm的排泥管，排泥60分钟。 单池排泥量：

Q总排泥量：

86.460.012m3/s

21360086.460.024m3/s

13600Q总6.需氧量及曝气系统 （1）需氧量

已知每除1kg的COD需氧气0.75kg。 CAST池的需氧量：

'Oa0.75QSr0.751400(91096.1)103854.60kgO2/d

两池每周期的需氧量：

Oat单位时间曝气量：

OahOa854.60213.65(kgOa/周期) 2n22Oat213.6533.38kg/h23.35m3/hTA6.4

（2）需要空气量

OaOah23.35463.29m3/h

0.280.280.18式中：η——可变微孔曝气器的氧利用率，18%（18%~27.7%）。 （3）曝气器及空气管

曝气器安放于CAST反应池底，本设计选型为BZ·PJ215·80的可变微孔爆气器。 曝气器主要参数范围：氧气利用率为18%~27%，膜片平均孔隙率在80~100µm

h）。间，空气流量为1.5~3m3/（个·此型号的曝气器的充氧能力在0.1~0.2kg/h之间，

本设计选取0.1kg/h，另外通气量选取2.0m3/h。 数量为：

n故取n=334个。

Oah33.38333.（个）8334（个） 0.10.123

单池的曝气面积为：

F1(305)6150m2，

单孔的服务面积为：

S0F1150 0.45（m2/个）196334符合范围值0.3~0.6（m2/个）。

4.4.4 CAST进出水水质

表4-4 CAST反应池进出水水质指标

水质指标 进水水质(mg/L) 去除率（%） 出水水质(mg/L)

COD 910 89 96.1

BOD 225 90 22.5

SS 210 85 31.5

4.5 污泥浓缩池设计计算

4.5.1 设计说明

污泥浓缩池用于进行污泥的浓缩工作，减少生成泥的体积是进行污泥浓缩的最重要的任务。现使用率较高的有辐流或竖流式的形态。

污泥浓缩池有两种工作方法，分为间歇性和连续性操作。浓缩类型包括重力、离心和气浮浓缩。

4.5.2设计参数

浓缩时间T为8h； 污泥含水率P0为97%。

4.5.3设计计算

已知UASB反应器的日产污泥量为73.26m3/d。CAST反应器的生成的泥量为86.46m3/d，总共为：73.2686.46159.72m3/d。

24

图4-6 污泥浓缩池

（1）进入浓缩池的最大泥量Q为：

Q（2）容积V

159.720.0055m3/s

83600VQT

V（3）表面积A

159.72853.24m3 24AVh1

式中：h1——浓缩池有效水深，取3m。

53.24A17.75m23

池壁宽取250mm；浓缩池为圆形混凝土结构。 直径D：

D4A417.754.75m

（4）高度H 污泥斗的高度h2为：

h2D4.75tantan2000.86m 22式中：θ——污泥斗夹角，20。

25

总高度：

Hh1h2h3h4

式中：h3——超高，h30.3m；

h4——缓冲层高，h4=0.3m。

H3.00.860.30.34.46m （5）浓缩后分离出的水量q

qQPP099970.00550.0037m3/s100P010097

式中：P——浓缩前含水率，P为99%；

P0——浓缩后含水率，P0为97%。 （6）剩余污泥量Q1

Q1Q100P100990.00550.0018m3/s155.52m3/d100P010097

（7）污泥斗容积V1

V13h2(R2Rrr2)30.86(4.524.50.250.252)19.29m3

式中：R——浓缩池半径，m；

r——污泥斗的底部半径，取0.5×0.5m。 （8）泥位

VV153.2419.2911.92m221D4.7544

4.6 污泥脱水车间

4.6.1 设计说明

污泥脱水是将浓缩之后的污泥脱掉水分，使其水的含有量下降到80%以下，把其变成半固态或者成为固态的过程。这一操作最集中用在除掉间隙水。

常用法有机械脱水法、自然干化法和造粒法[19]。此处选机械脱水法。

4.6.2 设计参数

脱水前污泥量：Q1155.52m3/d； 脱水前含水率：P195%； 脱水后含水率：P275%。

4.6.3 设计计算

脱水后污泥量Q’

26

Q'Q1100P100951155.5231.10m3/d

100P210075脱水后干污泥总量M

MQ'1P2100031.1010.7510007775kg/d

4.6.4脱水机的选择

污泥脱水机的常用机型有离心式、滤带式、螺旋环牒式及板框式[20]。 目前带式压滤机较流行。其特点有：工作时没有振动，音量低；耗费的化学用品不多；可以自行调节滤带的张力；操作便捷等[21]。

综合考虑本设计选用型号为DY1800的带式脱水机，部分数据见下表：

表4-6 DY1800型带式脱水机主要参数

泥饼

有效带

型号

宽/min

DY

1800

1800

3

1.3~8.5

18~22

4250×3350×2000 66~81

6~13

/kW

/(m3/min)

/(m3/h)

功率

带速

冲洗水耗量

L×B×H/min

含水

/(m3/h)

率/%

处理量

5 平面布置

5.1 污水处理厂的平面布置原则

为确保处理顺利进行，需要对处理厂内的各个区域，比如处理单元、管线及管渠等进行合理的布置，并且在此基础上安置好辅助构筑物、绿化、道路等设施[22]。 （1）各污水处理单元构筑物的平面布置原则

①充分考虑各个单元构筑物的整体要求，并且综合当地的地理条件，尽量进行合理的规划，降低投资成本，保证工程的顺利运行[23]。

②在保证符合相关要求的同时，尽可能的减少构筑物之间的距离。 ③构筑物要放于此地夏季主导风向的下风向。 ④构筑物的数量要综合考虑工厂的整体情况进行设计。 ⑤尽量使异味大的构筑物与生活区分离。 （2）辅助建筑物的平面布置原则

①尽量保证构筑物的设计便利无危险。

②为了保证能够方便检查以及操作，应将工厂的值班室布置在比较接近各个有关构筑物的附近。

③辅助构筑物应安置于该地夏季主导风向的上风向。

27

（3）绿化区域的平面布置原则

污水厂厂区内应设有相应的贯通各个建筑及构筑物的道路，并且应保证在各个辅助建筑物之间、构筑物之间、及道路之间含有不少于整个厂区总面积30%的绿化区域。

6 高程布置及计算

6.1 高程布置原则

进行高程布置是为了明确各个建筑与各个构筑物的真实高度，明确各个构筑物间连接的管线的高程[24]。使污水顺利流通，确保污水厂的顺利运行。

高程布置的主要原则如下[25]：

（1）尽可能使污水在重力的作用下向下运作，以免产生二次提升。 （2）节约能量消耗以及成本。

（3）布置高程前要考虑各个构筑物的水头损失，确保运行的质量及安全。 （4）选择合适的污水出水位置。

6.2高程水力计算

（1）管道水头损失

h1iL

式中：i——坡度；L——管道长度。 （2）局部水头损失

v2h2

2g表6-1 构筑物水头损失

各项标高

管道的水头

构筑物名称

损失（m）

头损失(m)

头损失(m)

失（m）

池顶标高

出水管 CAST池 UASB池 调节池

0.007 0.06 0.05 0.02

—— 0.45 1.00 0.30

0.001 0.11 0.45 0.16

0.008 0.62 1.50 0.48

—— 4.55 6.0 -0.2

水面标高 -0.3 4.0 5.5 -0.5

池底标高 —— -1.0 -3.0 -5.5

构筑物的水

局部的水

总损

（m）

28

格栅 进水管

0 0.006

0.12 ——

0.08 0.001

0.2 0.007

0 ——

-0.3 -0.2

-0.6 ——

6.3污水提升泵房

泵站安有5台离心泵，4用1备。

设调节池的最低液位在最高以下3.0m，净扬程为5.50.53.09.0m。 取泵进出水的水头损失2.0m，UASB总水头损失1.5m，自由水头1.0m，故扬程为9.02.01.51.013.5m。

经估算选PW型卧式离心污水泵。 部分数据见表6-2：

表6-2 100PW50-18-7.5型污水泵参数表

型号 100PW50-18-7.5

流量 (m3/h) 50

扬程 (m) 18

电机功率 (kW) 7.5

效率η（%） 58

转速n（r/min) 1450

结论

本设计的选题是关于某白酒厂生产废水的处理的工艺，经过对一定的资料及文献的研究，以及对各个有关的工艺的适合应用的范围、优点、缺点进行比较，最终选择了“UASB+CAST”这一组合工艺。该厂废水的大概处理过程为：首先污水流经细格栅、调节池进行简单的初步处理，而后自下朝上进入UASB池，再进入CAST池，在这两池中对其进一步的处理后排出，最后生成的污泥先后进入浓缩池、脱水机房进行处理，完成后可进行卫生填埋。处理完成的水将满足《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》（GB27631—2011）的要求。也就是需要水质达到COD<100mg/L，BOD5 =30 mg/L，SS=50mg/L，pH为6~9，氨氮为10 mg/L。

UASB工艺和CAST工艺的结合体现出来的优点可从两方面体现出来。首先从处理的过程方面看，因其在厌氧处理时可以高效地除掉污水里含有的有机物、悬浮物等物质，故而能够减少以后需要处理污泥的工作量。好氧工艺进行时则对上一阶段的出水进行进一步的处理，使其达到要求。另外选用此工艺进行处理浓度高的白酒废水，整个过程足以稳定顺利的进行，能高效的脱氮，生成的泥少，有很高的抗冲击负荷。其次从经济效益方面考虑，该工艺能耗小，占地少，故投资较小。综合考虑，本工艺各方面均满足设计的要求。

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