制糖工业废水处理工艺设计

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1、1 引言中国的淡水资源总量占全球水资源的 6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界 第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/4，在世界上名列121 位，是 全球13 个人均水资源最贫乏的国家之一，是一个干旱缺水严重的国家。到20 世纪末， 全国600 多座城市中，已有400 多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市 达 110 个，全国城市缺水总量为 60 亿立方米。据监测，目前全国多数城市地下水受到 一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体 的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对中国正在实施的可持续发展战略带来 了严重影响，而

2、且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。所以，对于水的可持续利用成为国民发展的必要手段，其中对于污水的处理迫在眉 睫，更是被提到重要的日程上来。对于关系到国计民生的食品行业，制糖产业一直占据 着不可或缺的重要位置。但是“前门产糖，后门排污”却给环境带来了很大压力。从工业 角度看，如果按年榨甘蔗 3000 万吨计算，全国制糖及其深加工过程中将产生约 100 万 吨废糖蜜，约330 万吨蔗渣，约310 万立方米酒精废液。这样巨大的数字表明，如果对 这些废物的处理不及时，排放到地表水体中，将会对我国的水资源产生很大的影响。对 制糖废水进行处理后让其达标排放，可以大大减少向水体排放的污水量，

3、减轻环境负担， 实现环境效益与经济效益的统一1。制糖工业废水2是以甜菜或甘蔗为原料制糖过程中排出的废水，主要来自斜槽废水、 榨糖废水、蒸馏废水、地面冲洗水等制糖生产过程和制糖副产品综合利用过程。我国甘 蔗糖厂大多利用制糖生产的副产品糖蜜生产酒精，酒精生产过程中产生的废弃物废醪液 为一种色度高（深褐色）、PH低（4.5左右）、污染物浓度高的酸性有机废水，废水中一 般含有有机物和糖分，COD、BOD很高，是糖厂对水环境的主要污染源【3。2 设计依据及原则2.1 设计依据2.1.1 工艺设计主要法律、法规（1）中华人民共和国水法2002 年 08 月（2）中华人民共和国环境保护法1989 年 12

4、月（3）中华人民共和国水污染防治法1996 年 05 月（4）中华人民共和国大气污染防治法2000 年 09 月（5）中华人民共和国环境噪声污染防治法1996 年10月（6）国务院31 号令关于环境保护若干问题的规定（1996）（7）中华人民共和国固体废物污染环境防治法1995 年 10 月2.1.2 工艺设计主要规范、标准（1）给水排水设计手册（2）其它国家相关规范、标准（3）污水综合排放标准GB8978-1996（ 4 ）鼓风曝气系统设计规程 CECS97-97（5）室外排水设计规范 GBJ14-87（1997 年版）2.2 设计原则（1）在污水处理工艺的采用上力求技术成熟、简单实用，保证

5、运行与维护管理的 方便性。（ 2 ）认真贯彻国家有关环境保护的各项方针政策，严格执行国家及地方环保法律 法规，确保经处理后的外排污水水质达到国家有关标准要求。（ 3）污水处理工艺及设备选择应以排放标准为依据，选择工艺设备要求先进可靠 效率高，能耗低，操作维修简单方便，自动化程度高，能够降低废水运行成本。（ 4 ）设计中尽量选用低噪声的动力设备，适当采取消声、减震措施，防止产生噪 声污染。（ 5 ）在高程布置上应尽量采用立体布局，充分利用地下空间。平面布置上要紧凑 以节省用地4。3 工艺设计3.1 设计范围及规模本设计只包括废水处理站的处理工艺、设备选型、及管网的设计。根据国内同行业污水来源和特

6、征，本设计规模按日最大处理水量Q=6000m3/d设计。3.2 污水处理站进、出水水质3.2.1 进水水质污水中主要污染物及指标见表 3.1表 3.1 主要污染物及指标排放量（m3/d）COD（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）PH6000300015004006-73.2.2出水水质根据国家相关法律法规及行业特征，污水处理站出水水质执行城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）的一级B标准要求，具体指标见表 3.2。表 3.2出水水质标准排放量（m3/d）COD（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）pH60006020的要求，可以脱除直径等于或大于 0.0

7、1cm 的气 泡。5.5.2.4进水分配系统的考虑(1) 采用穿孔管配水，进水管总管径取200mm，流速约为0.95m/s。每个反应器设 10根d150mm的穿孔管。每两根管之间的中心矩为1.5m，配水孔径采用申15mm，孔距 为1.5m，每个孔的服务面积为1.5x1.5=2.25m2,孔径向下，穿孔管中心距反应器为0.25m， 每个反应器共有60个出水孔，采用连续进水，每个孔的流速为16：贝进水部分水头损失为：，查表得=1.06，( 2)布水孔孔径共设置布水孔60个，出水流速u选为2.2m/s，则孔径为( 3)验证常温下，容积负荷(Nv)为：6.0kgCOD/(m3d)；产气率为：0.3m3

8、/kgCOD；需满足 空塔水流速度uk1.0m/h,空塔沼气上升流速u 1.0m/hokg空塔水流速度 符合要求。空塔气流速度符合要求。5.5.2.5 出水系统的设计考虑21页脚内容对于每个反应池，有 6 个单元三相分离器，出水槽共有6 条，槽宽 0.3m。 单个反应器流量 设出水槽口附近水流速度为0.2m/s,则槽口附近水深取槽口附近水深为0.25m,出水槽坡度为0.01 ；出水槽尺寸llmx0.3mx0.25m；出 水槽数量为 6 座。(2) 溢流堰设计 出水槽溢流堰共有12条(6x2),每条长11m，设计900三角堰，堰高50mm， 堰口水面宽 b=60mm。每个UASB反应器处理水量6

9、9.4L/S，查知溢流负荷为1-2L/ (ms),设计溢流负荷 f=1.8L/ (ms),则堰上水面总长为：三角堰数量：个，每条溢流堰三角堰数量：633/12=53 个。一条溢流堰上共有53个100mm的堰口，53个110mm的间隙。 堰上水头校核每个堰出流率：按 900三角堰计算公式，堰上水头： 出水渠设计计算反应器沿长边设一条矩形出水渠，6 条出水槽的出水流至此出水渠。设出水渠宽0.8m，坡度0.001，出水渠渠口附近水流速度为0.3m/s。渠口附近水深以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深：0.25+0.289=0.54m,出水渠长取15m，出 水渠尺寸为15mx0.8mx0.54m，向渠口

10、坡度0.001。 UASB排水管设计计算选用 DN300 钢管排水，充满度为 0.6，管内水流速度为 5.5.3.6 沼气收集系统设计计算(1) 沼气产量计算 沼气主要产生于厌氧阶段，设计产气率取总产气量：则单个 UASB 反应器产气量： 集气管：每个集气罩的沼气用一根集气管收集，单个池子共有6根集气管，每根 集气管内最大流量根据资料，集气室沼气出气管最小直径d=100(mm),本设计中取100mm 沼气主管：每池6根集气管，先通到一根单池主管然后再汇入两池沼气主管，采 用钢管，单池沼气主管道坡度为 0.5%。则单池沼气主管内最大气流量：，充满度设计值为 0.8,则流速： 两沼气池管内最大气流

11、量：取 D=250(mm);充满度 0.6流速5.5.3.7 排泥系统设计(1)UASB反应器中污泥总量计算一般UASB污泥床主要由沉降性能良好的厌氧污泥组成，平均浓度为15gVSS/L，则 两座UASB反应器中污泥总量：。( 2)产泥量计算厌氧生物处理污泥产量取： 0.07kgMLSS/kgCOD UASB反应器总产泥量式中：XUASB 反应器产泥量， kgVSS/d；R厌氧生物处理污泥产量，kgVSS/kgCOD；Co进水COD浓度kg/m3；E去除率，本设计中取80%。 据 VSS/SS=0.8,4X=806.4/0.8=1008kgSS/d 单池产泥厶 Xi=X/2=1008/2=50

12、4kgSS/d 污泥含水率为98%，当含水率95%，取，则污泥产量单池排泥量 污泥龄(3) 排泥系统设计在 UASB 三相分离器下 0.5m 和底部 400mm 高处，各设置一个排泥口，取排泥管径 为DN250，共两个排泥口，每天排泥一次。池子底部设放空管，管径为d=250 (mm)。5.5.2.8 水封罐 水封罐一般设于消化反应器和沼气柜或压缩机房之间，起到调整和稳定压力，兼作隔绝和排除冷凝水之用。UASB反应中大集气罩中出气气体压力为P=1.0(mH2O),小集器罩中出气气体压力 为p2=2.5(mH2O)，则两者气压差为故水封罐中该收气管的水封深度差为1.5mH2O。沼气柜压力p400m

13、mH20,取为0.4mmH2 0,贝V在忽略沼气管路压力损失时，水封罐所需最大水封为取水封罐总高度为 H=2.5(m)水封罐直径1800mm，设进气管DN100钢管四根，出气管DN150钢管一根，进水 管DN520钢管一根，放空管DN50钢管一根，并设液面计。5.5.3.9 气水分离器气水分离器起到对沼气干燥作用，选用500mmXH1800mm，钢制气水分离器两 个，串联使用。气水分离器中预装钢丝填料，在各级气水分离器前设置过滤器以净化沼 气，在分离器出气管上装设流量计、压力表及温度计。5.5.3.10 沼气柜容积确定日产沼气量3456ms，则沼气柜容积应为平时产气量的3h体积来确定，即选用钢

14、板水槽内导轨湿式贮气柜1个(C1416A)。5.5.3.11 UASB的其他设计考虑(1)取样管设计 在池壁高度上设置若干个取样管，用以采取反应器内的污泥样，以随时掌握污泥在 高度方向上的浓度分布情况，在距反应器底 1.11.2m 位置，沿池壁高度上设置 4 根， 沿反应器高度方向各管相距0.8m，水平方向各管相距2.0m。取样管选用DNIOOmm的 钢管，取样口设于距地面1.1m处，配球阀取样。(2) 检修 人孔:为便于检修，在UASB反应器距地坪1.0m处设置直径700mm的人孔一个。 风：为防治部分容重过大的沼气在UASB反应器内聚集，影响检修和发生危险， 检修时可向 UASB 反应器中

15、通入压缩空气，因此在 UASB 一侧预埋压缩空气管(由鼓 风机房引来)。(3) 防腐措施 厌氧反应器腐蚀比较严重的地方是反应器的上部，此处无论是钢材或是水泥都会被 损坏，因此， UASB 反应器应重点进行顶部的防腐处理。本次设计中，反应器上部 2m 以上池壁用玻璃钢防腐，三相分离器所有裸露的碳钢部位用玻璃钢防腐。5.6 中间水池5.6.1 参数选取已知Q=6000(m3/d)=250(m3/h)；取水力停留时间HRT=5(h)；中间水池的有效水深 h=5.5(m)；水面超高取0.5m。5.6.2 设计数据取中间水池宽度为15m，长为15m池的实际尺寸为：长x宽x高=15mxl5mx6m=135

16、0m3。选择150QW-180-15-15型污水泵三台，两用一备，其性能见表5.6表5.6 150QW180-15-15型污水泵性能项目参数项目参数流量50L/s电动机功率15KW扬程15m电动机电压380V转速1460r/min出口直径150mm轴功率4.96KW泵重量280kg效率65%5.7 CASS反应池5.7.1 设计参数设计参数见表5.7表 5.7CASS 池进出水参数项目CODBODSS进水水质(mg/L)480l6970去除率(%)909075出水水质(mg/L)48l6.920设计流量 Q=6000(m3/d)=250(m3/h)=0.0694(m3/s)BOD 污泥负荷(N

17、s)为：O.lkgBOD/kg MLSS； 混合液污泥浓度为： X=3500(mg/L)； 充水比为：5.7.3 设计计算5.7.3.l 运行周期及时间的确定( l )曝气时间式中：充水比进水 BOD 值，(mg/l)；BOD 污泥负荷，(kgBOD/kg MLSS)；X混合液污泥浓度，(mg/l)。( 2 )沉淀时间设曝气池水深H=5(m)，缓冲层高度，则沉淀时间为：( 3 )运行周期 T设排水时间 td=0.5h则运行周期为每日周期数：N=24/6=45.7.3.2 反应池的容积及构造(1)反应池容积单池容积为反应池总容积为式中：N周期数；单池容积；总容积；n池数，本设计中采用2个CASS

18、池；充水比。(2)CASS 反应池的构造尺寸CASS 反应池为满足运行灵活和设备安装需要，设计为长方形，一端为进水区，另 一端为出水区。据资料，B： H=1 2, L： B=46,取 B=10(m),L=47(m)所以=47x10x5=2350(m3)单池面积CASS 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CASS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，另一部分 为主反应区。根据资料，预反应区长L1= (0.160.25) L,取L=9m。预反应区又分为生物选择区和兼性厌氧区，容积比为1： 5生物选择区长1.5m，兼性厌氧区长7.5m( 3

19、)连通口尺寸隔墙底部设连通孔，连通两区水流，设连通孔的个数n为3个。 连通孔孔口面积 A1 为：式中：Q每天处理水量，,CASS 池子个数；U设计流水速度，本设计中U=50(m/h)；一日内运行周期数；ACASS 池子的面积，；连通孔孔口面积；预反应区池长， m； 池内设计最高水位至滗水机排放最低水位之间的高度， mB反应池宽，m。孔口沿隔墙均匀布置，孔口宽度不宜高于1.0m，故取0.9m，则宽为2.8m。(4) 进水管位于反应池中上部，进水管径取DN250。于池底设置放空管，管径取 DN300。5.7.3.3污泥COD负荷计算由预计COD去除率得其COD去除量为：则每日去除的COD值为：式中

20、：Q 每天处理水量，SU 进水 COD 浓度与出水浓度之差， (mg/L) n CASS 池子个数X设计污泥浓度，(mg/L)V 主反应区池体积，5.7.3.4 产泥量及排泥系统（1）CASS 池产泥量CASS 池的剩余污泥主要来自微生物代谢的增值污泥，还有很少部分由进水悬浮物 沉淀形成。CASS池生物代谢产泥量为：式中：a微生物代谢增系数，kgVSS/kgCODb微生物自身氧化率，（1/d）根据糖厂废水性质，参考类似经验数据，设计a=0.83, b=0.05，则有： 假定排泥含水率为 98%，则排泥量为：（2）排泥系统每池池底坡向排泥坡度i=0.01,池出水端池底设（1.0X1.0X0.5）

21、 m3排泥坑一个， 每池排泥坑中接出泥管DN200 根。5.7.3.5 需氧量及曝气系统设计计算（ 1）需氧量计算根据实际运行经验，微生物氧化lkgCOD的参数ai取0.53，微生物自身耗氧参数 bi取0.18，则一个池子需氧量为：=0.53x6000/2x432x10-3+ 0.18x3500x10-3x2344= 2164（kg/d）则每小时耗氧量为：（ 2）供气量计算 温度为20度和30度的水中溶解氧饱和度分别为：，微孔曝气器出口处的绝对压力为：式中：H 最大水深， 空气离开主反应区池时的氧百分比为：29页脚内容式中：空气扩散器的氧转移率，取 15%值 暴气池中混合液平均溶解氧饱和度按最

22、不利温度为：温度为20C时，暴气池中混合液平均溶解氧饱和度为：温度为20C时，脱氧清水的充氧量为：式中：氧转移折算系数，一般取 0.80.85，本设计取 0.82； 氧溶解折算系数，一般取 0.90.97，本设计取 0.95；密度(kg/L),本设计取1.0(kg/l)；C废水中实际溶解氧浓度，(mg/l)；R需氧量，90.2(kg/l)暴气池平均供气量为：(空气密度为 1.29 k /)。每立方米废水供空气量为：每去除 1kgCOD 的耗空气量为：( 3)布气系统计算单个反应池平面面积为 40 X 10，设384个曝气器，则每个曝气器的曝气量=G/450=2412/384=6.1(m3/h)。选择QMZM-300盘式膜片式曝气器。其技术参数见表5.8。表5.8 QMZM-300盘式膜片式曝气器技术参数型号 工作通气量服务面积氧利用率淹没深度供气量QMZM-3