啤酒厂污水处理工艺流程设计

摘 要

啤酒工业在我国迅猛发展的同时，排出了大量的啤酒污水，给环境造成了极大的威胁。啤酒污水处理厂

3m/d,不考虑远期发展。原污水中各项指标为：BOD浓度为800mg/L ,COD浓度为的处理水量为5000

1400mg/L ，SS浓度为350mg/L, Ph=6～10 。因该污水BOD值较大,不经处理会对环境造成巨大污染，

故要求处理后的排放水要严格达到国家二级排放标准,即：BOD ≤20mg/L ，COD ≤100 mg/L ，SS ≤70mg/L ，Ph=6～9。

本文分析了啤酒生产中污水产生的环节，污染物及主要污染来源，并从好氧、厌氧生物处理两方面来考虑了污水治理工艺，提出了UASB+CASS的组合工艺流程。可将污水COD由1400 mg/L降至50～100 mg/L ，BOD从800mg/L降至20 mg/L以下，SS由350 mg/L降到70 mg/L以下，出水符合标准。 本设计工艺流程为：

啤酒污水 → 格栅 → 污水提升泵房 → 水力筛 → 调节池 → UASB反应器 → CASS池 → 处理水 该处理工艺具有结构紧凑简洁，运行控制灵活，抗冲击负荷，污泥量小等特点。为啤酒工业污水处理提供了一条可行途径。具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。

关键词：啤酒污水 UASB CASS

Sewage Treatment Process Design of Beer Factory

Abstract

With the rapid development of brewery industry in China, more brewery wastewater is discharged, which endangers enviroment.

The water which needs to treatment in the beer waste water treatment plant is 5000m/d, regardless of the specified future development. Various target in the raw waste water is: the concentration of BOD is 800 mg/L , the concentration of COD is 1400 mg/L , the concentration of SS is 350 mg/L，and pH is 6～10 . For the beer waste water's BOD is high, it could pollute the environment if drained before treatment, so it request the beer waste water which drained must be strictly treated to the two effluence standard in the country, which is as following: BOD ≤ 20 mg/L , COD ≤ 100 mg/L , SS ≤ 70 mg/L ,pH = 6～9 .

3I

According to the product scale of beer brewery, the main standard of draining water\\natural materials, and so on, the main process technology of the beer waste water disposal station is defined as UASB + CASS .Practice of project indicate, when COD of wastewater reduces from 1400mg/l to 50~100mg/l, BOD reduces from 800mg/l to 20mg/l, SS reduces from 350mg/l to 70mg/l, so that drains out can reaches the Standard. The technological process of this design is:

Beer waste water → Screens → The sewage lift pump house → shuili shai → Regulates tank → Reaction tank of UASB → Tank of CASS → Treatment water

This technology of wastewater treatment has many traits. Such as, well-knit structure, pithy quick control, lasting attacked, less sledge capacity. Practice indicates that the composed craft has reliable function, its investment is little, and its running and management is uncomplicated.

Key words: beer waste water UASB CASS

II

目 录 摘要 Ⅰ ABSTRACT Ⅱ 1前言 1

1.1研究的意义及目的 1 1.2研究目标和关键问题 1 1.3研究现状和内容 1 2工艺流程选择及说明 2 2.1工程概况 2 2.1.1工厂概况 2

2.1.2设计依据..…………………………………...……………………………………..2 2.1.3设计范围 2 2.1.4设计原则 2 2.2污水处理工艺流程 2 2.2.1建设规模 2

2.2.2设计原水水质指标 3 2.2.3设计出水水质指标 3 2.2.4处理工艺流程的选择 3 2.2.5处理工艺路线的确定 3 2.3主要处理构筑物设计及选型 4 2.4污水处理站总体布置 5 2.4.1布置原则 5 2.4.2管线设计 5 2.4.3布置特点 6 2.4.4高程布置 6

3工艺流程计算……………………………………………………….………..…………………8 3.1啤酒污水处理构筑物设计与计算 8 3.1.1格栅 8 3.1.2集水池 11 3.1.3泵房 11 3.1.4水力筛 12 3.1.5 酸化调节池 13 3.1.6 UASB反应池 15 3.1.7 CASS反应池 24

3.2污泥部分各处理构筑物设计与计算 33 3.2.1集泥井 33 3.2.2污泥浓缩池 34 3.2.3 污泥脱水间 36 3.3构筑物高程计算 38 3.3.1污水构筑物高程计算 38 3.3.2污泥高程计算 40 参考文献 42 谢辞 43

III

1 前言

1.1研究的意义及目的

鉴于啤酒污水自身的特性，啤酒污水不能直接排入水体，据统计，啤酒厂工业污水如不经处理，每生产100吨啤酒所排放出的BOD值相当于14000人生活污水的BOD值，悬浮固体SS值相当于8000人生活污水的SS，其污染程度是相当严重的，所以要对啤酒污水进行一定的处理。 1.2研究目标和关键问题

啤酒生产主要以大麦和大米为原料，辅以啤酒花和鲜酵母，经长时间发酵酿造而成。污水主要来源于麦芽制造、糖化、发酵、洗瓶及灌装等工序。啤酒污水富含糖类、蛋白质、淀粉、果胶、醇酸类、矿物盐、纤维素以及多种维生素，是一种中等浓度的有机污水，可生化性好。污水连续排放，水质水量有一定波动。

生产过程中产生的污水主要来源于玉米洗涤浸泡等工艺过程。该污水具有污染物浓度较高、pH值低等特征，若不经处理直接排入水体中，会导致水体严重富营养化，破坏水体的生态平衡，对环境造成严重污染。

1.3研究现状和内容

啤酒污水主要来自麦芽车间（浸麦污水），糖化车间（糖化，过滤洗涤污水），发酵车间（发酵罐洗涤，过滤洗涤污水），灌装车间（洗瓶，灭菌污水及瓶子破碎流出的啤酒）以及冷却水和成品车间洗涤水，办公楼、食堂、浴室的生活污水等。工业污水主要含糖类，醇类等有机物，有机物浓度较高，虽然无毒，但易于，排入水体要消耗大量的溶解氧，对水体环境造成严重危害。啤酒污水的水质和水量在不同季节有一定差别，处于高峰流量时的啤酒污水，有机物含量也处于高峰。国内啤酒厂污水中：CODcr含量为：1000～2500mg/L，BOD5含量为：600～1500 mg/L，该污水具有较高的生物可降解性，且含有一定量的凯氏氮和磷。 因为啤酒污水的BOD/COD比高达0.5以上，所有具有良好的生物可降解性能，处理方法主要选择生物氧化法。在生物氧化过程中，有些微生物如球衣细菌（俗称丝状菌）、酵母菌等虽能适应高有机碳、低N量的环境，由于球衣细菌、酵母菌等微生物体系大、密度小菌胶团细菌不能在活性污泥法的处理构筑物中正常生长，这也是早期活性污泥处理啤酒污水不理想的主要原因之一。因此，早期啤酒污水在进行生物氧化处理时，通常采用生物膜法，一般可选用生物接触氧化法。生物接触氧化法利用池内填料聚集球衣细菌等微生物，使处理取得理想的效果，所以啤酒厂污水处理站的主要工艺建议采用生物接触氧化法。也可先采用厌氧处理，降低污染负荷，再用好氧生物处理。目前国内的啤酒厂工业污水的污水处理工艺，都是以生物化学方法为中心的处理系统。

2 工艺流程选择及说明 2.1工程概况 2.1.1工厂概况

一般的啤酒厂年产啤酒5～10万吨，生产污水主要为：麦芽、糖化、发酵、加工过程中的原料浸出物、灌装车间的污水及洗涤用酸碱污水。生产污水多为间歇排放，水量、水质变化大。目前，污水排至市政管网，但随着国家对环境保护的日益重视及对环保要求的逐步提高，厂方在加大生产投入的同时，对环境保护工作也日益重视，在增加经济效益的同时，为创造更好的环境效益和社会效益，树立良好的企业形象。啤酒厂领导及有关部门领导必须决定新建生产污水处理工程。 2.1.2设计依据

1.中华人民共和国污水综合排放标准（GB78-1996）。 2.啤酒行业污水处理有关资料。 3.啤酒厂方提供的基础资料。 2.1.3设计范围

本工程的设计范围为：生产污水流入污水处理场界区始至全出理工艺流程出水达标为止，其内部工

1

艺单元的全部工程内容，其中包括水工艺、土建、电气设备等专业内容。 2.1.4设计原则

1.严格执行国家环保局有关法规，按规定的排放标准，使处理后的污水各项指标达到甚至优于排放标准。 2．采用先进、合理、成熟可靠的处理工艺，并具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。 3.工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的灵活性和调节余地、能适应水质、水量的变化，确保出水稳定，达标排放。

4.在运行过程中，便于操作管理，便于维修，节省动力消耗和运行费用。 2.2污水处理工艺流程 2.2.1建设规模

经对啤酒厂污水处理工程中的原水水质的了解，本设计规模按日最大处理水量Q=5000m3/d 设计（包括处理站自用水排水量）。

2.2.2设计原水水质指标 CODcr=1400mg/L BOD5=800 mg/L SS=350mg/L PH=6～10

2.2.3设计出水水质指标 CODcr≤100 mg/L BOD5≤20 mg/L SS≤70 mg/L PH=6～9

2.2.4处理工艺流程的选择

厌氧—好氧处理技术是一种有效除去有机污染物并使其碳化的技术，它将有机化合物转变为甲烷和二氧化碳。对处理中高浓度的污水，厌氧比好氧处理不仅运转费用低，而且可回收沼气；所需反应器体积更小；能耗低，约为好氧处理工艺的10%～15%；产泥量少，约为好氧处理的10%～15%；对营养物需求低；既可应用于小规模，也可应用大规模。

厌氧法的缺点式不能去除氮、磷，出水往往不达标，因此常常需对厌氧处理后的污水进一步用好氧的方法进行处理，使出水达标。常用的厌氧反应器有UASB、AF、FASB等，UASB反应器与其他反应器相比有以下优点：

表2-1 厌氧-好氧联合处理技术优点 厌氧 好氧 工艺 水解—好氧技术 UASB—好氧技术 节能效果显著，且BOD/COD值增大，污水的可生化性能增加，可缩短总水力停留时间，提高处理效率，剩余污泥量少 技术上先进可行，投资小，运行成本低，效果好，可回收能源，产出颗粒污泥产品，由一定收益；操作要求严 从表中可以看出厌氧—好氧联合处理在啤酒污水处理方面有较大优点，故啤酒污水厌氧—好氧处理技术是最好的选择。

2.2.5处理工艺路线的确定

通过上述分析比较，本案选用厌氧—好氧处理。其工艺流程如图2-1所示。

2

废水酸碱灌沼气柜格栅集水池水力筛污水调节池UASB反应器污泥CASS反应池达标排放泥外运脱水间污泥浓缩池集泥井图2-1 啤酒污水处理工艺

啤酒污水先经过中格栅去除大杂质后进入集水池，用污水泵将污水提升至水力筛，然后进入调节池进行水质水量的调节。进入调节池前，根据在线pH计的pH值用计量泵将酸碱送入调节池，调节池的PH值在6.5～7.5之间。调节池中出来的水用泵连续送入UASB反应器进行厌氧消化，降低有机物浓度。厌氧处理过程中产生的沼气被收集到沼气柜。UASB反应器内的污水流入CASS池中进行好氧处理，而后达标出水。来自UASB反应器、CASS反应池的剩余污泥先收集到集泥井，在由污泥提升泵提升到污泥浓缩池内被浓缩，浓缩后进入污泥脱水机房，进一步降低污泥的含水率，实现污泥的减量化。污泥脱水后形成泥饼，装车外运处置。 2.3主要处理构筑物设计及选型 主要设备见表2-2。

表2-2 主要设备一览表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3

设备名称 机械格栅 污水提升泵 固定过滤机 潜水搅拌机 配水泵 加药装置 气水分离器 水封器 沼气贮罐 鼓风机 盘式膜片式曝气器 滗水器 污泥提升泵 带式压滤机 型号、规格 HF-300 栅隙15mm 100QW120-10-5.5 Q=30L/s H=10.0m N=5.5KW HS120 QJB7.5/6－0/3-303/c/s N=7.5KW 150QW1100-15-11 Q=30L/s H=15m N=11.0KW AHJ-I φ500×1800（H）mm φ500×1200（H）mm φ7000㎜×H6000㎜ DG超小型离心鼓风机 N=75.0KW QMZM-300 XBS—300 N=1.5KW 80QW50-10-3 N=3KW DYQ-1000 单位 台 台 台 台 台 套 台 台 个 台 根 台 台 套 数量 2 3 3 1 3 1 1 2 1 2 423 2 2 1 2.4污水处理站总体布置 2.4.1布置原则

（1）处理站构（建）筑物的布置应紧凑，节约用地和便于管理。 ① 池形的选择应考虑减少占地，利于构（建）筑物之间的协调；

② 构（建）筑物单体数量除按计算要求计算外，亦应利于相互间的协调和总图的协调。

③ 构（建）筑物的布置除按工艺流程和进出水方向顺捷布置外，还应考虑与外界交通、气象、人居环境和发展规划的协调，做好功能划分和局部利用。

（2）构（建）筑物之间的间距应按交通、管道敷设、基础工程和运行管理需要考虑。 （3）管线布置尽量沿道路与构（建）筑物平行布置，便于施工与检修。

（4）做好建筑、道路、绿地与工艺构筑物的协调，做到即使生产运行安全方便，又使站区环境美观，向外界展现优美的形象。 具体做好以下布置：

① 污水调节池和污泥浓缩池应与办公区或厂前区分离；

② 配电应靠近引入点或电耗大的构（建）筑物，并便于管理； ③ 沼气系统的安全要求较高，应远离明火或人流、物流繁忙区域； ④ 重力流管线应尽量避免迂回曲折。 2.4.2管线设计 （1）污水管

① 进水管：原污水沟上截流闸板的设置和进站控制闸板的设计由啤酒厂完成。DN=500㎜。 ② 出水管： DN400钢管或铸铁管，q=60L/s,v=0.92m/s, i=0.006。

③ 超越管：考虑运行故障或进水严重超过设计水量水质时污水的出路，在UASB之前设置超越管，规格DN400铸铁管或陶瓷管，i=0.006。

④ 溢流管：浓缩池上清液及脱水机压滤水含微生物有机质0.5%～1.0%，需进一步处理，排入调节池。设置溢流管，DN150钢管，i=0.004。 （2）污泥管

UASB、CASS反应池污泥池均为重力排入集泥井，站区排泥管均选用DN200钢管，i = 0.02。 集泥井至浓缩池，浓缩池排泥泵贮泥柜，贮泥柜至脱水机间均为压力输送污泥管。集泥井排泥管DN200，钢管，v=1.0m/s。浓缩池排泥管，贮泥柜排泥管，DN200，钢管，v=1.0m/s。 （3）沼气管

沼气管从UASB至水封罐为DN100钢管，从水封罐向气水分离器及沼气柜为DN150，钢管，沼气管道逆坡向走管，i = 0.005。 （4）给水管

沿主干道设置供水干管200DN，镀锌钢管。引入污泥脱水机房供水支管DN50， 镀锌钢管。引入办公综合楼泵房及各地均匀为DN32，镀锌钢管。 （5）雨水外排

依靠路边坡排向厂区主干道雨水管。 （6）管道埋深

① 压力管道 在车行道之下，埋深0.7～0.9m，不得不小于0.7m，在其他位置0.5～0.7m，不宜大于0.7m。

② 重力管道 由设计计算决定，但不宜小于0.7m（车行道下）和0.5m（一般市区）。 2.4.3布置特点

平面布置特点：布置紧凑，构（建）筑物占地面积比例大。重点突出，运行及安全重点区域UASB放于站前部，引起注意，但未靠近厂区主干道。美化环境，集水井、调节池侧面、污泥储存池设于站后部。 2.4.4高程布置

4

污水处理工程的污水处理流程高程布置的主要任务是确定各处理构筑物和泵房的标高，确定处理构筑物之间连接管渠的尺寸及其标高；通过计算确定各部位的水面标高；从而使污水能够在处理构筑物之间顺畅的流动，保证污水处理工程的正常运行。 污水处理工程的高程布置一般遵守如下原则：

(1).认真计算管道沿程损失、局部损失、各处理构筑物、计量设备及联络管渠的水头损失；考虑最大时流量，事故流量的增加，并留有一定的余地；还应当考虑到当某座构筑物停止运行时，与其相邻的其余构筑物及其连接管渠能通过全部流量。

(2).避免处理构筑物之间跌水等浪费水头的现象，充分利用地形高差，实现自流。

(3).在认真计算并留有余量的前提下，力求缩小全程水头损失及提升泵站的扬程，以降低运行费用。 (4).需要排放的处理水，在常年大多数时间能够自流排入水体。注意排放水位不一定选取水体多年最高水位，因为其出现时间短，易造成常年水头浪费，而应选取经常出现的高水位作为排放水位，当水体水位高于设计排水位时，可进行短时间的提升排放。

(5).应尽可能使污水处理工程的出水渠不受水体洪水的顶托，并能自流。处理装置及构筑物的水头损失 (6).尽可能利用地形坡度，使污水按处理流程在构筑物之间能自流，尽量减少提升次数和水泵所需扬程。 (7).协调好站区平面布置与各单体埋深，以免工程投资增大、施工困难和污水多次提升。 (8).注意污水流程和污泥流程的配合，尽量减少提升高度。

(9).协调好单体构造设计与各构筑物埋深，便于正常排放，又利检修排空。

3工艺流程计算

3.1啤酒污水处理构筑物设计与计算 3.1.1格栅

3.1.1.1设计说明

格栅主要是拦截污水中的较大颗粒和漂浮物，以确保后续处理的顺利进行。 3.1.1.2设计参数

设计流量Q=5000m3/d=208.33 m3/h=0.058m3/s ；

栅条宽度S=10mm 栅条间隙d=15mm 栅前水深h=0.4 m 格栅安装角度α=60°，栅前流速0.7m/s ,过栅流速0.8m/s ； 单位栅渣量W=0.07m3/103 m3 污水 。 3.1.1.3设计计算

5

由于本设计水量较少，故格栅直接安置于排水渠道中。格栅如图3-1。

h2H1hh1h1hHB1B1B11500H1tg10002 图2.1 格栅设计计算草图图3-1 格栅示意图 (1)栅条间隙数

n=Qmaxsinabhv

式中：

Q ———— 设计流量，m3/s α ———— 格栅倾角，度 b ———— 栅条间隙，m h ———— 栅前水深，m v ———— 过栅流速，m/s n

=11.245, 取n = 12条。

(2)栅槽宽度

BS(n1)bn0.01(121)0.015120.29 栅槽宽度一般比格栅宽0.2～0.3m，取0.3 m。 即栅槽宽为0.29+0.3=0.59 m ，取0.6 m。 (3)进水渠道渐宽部分的长度

设进水渠道宽B1=0.5 m ，其渐宽部分展开角度α1= 60°

BB10.60.50.14m2tg202tg20l1

(4)栅槽与出水渠道连接处的渐宽部分长度

l10.140.07ml222

(5)通过格栅水头损失

取k=3,β=1.79(栅条断面为圆形)，v=0.8m/s ，则

6

h1 =

s4/3v2kb()sinad2g

式中：

k -------- 系数，水头损失增大倍数 β-------- 系数，与断面形状有关 S -------- 格条宽度，m d -------- 栅条净隙，mm v -------- 过栅流速，m/s α-------- 格栅倾角，度

0.014/30.8231.79()sin600.01529.81h1 =

= 0.088 m

(6)栅后槽总高度

设栅前渠道超高h2=0.3m

H=h+h1+h2=0.4+0.088+0.3=0.788≈0.8m (7)栅后槽总长度

Ll1l20.51.0H1tg

0.140.070.51.02.114m0.40.3tg60

(8)每日栅渣量

栅渣量(m3/103m3污水)，取0.1～0.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，中格栅用中值取W1 = 0.07m3/103m3 K2 = 1.5 ，则：

QW1800K21000 W =

式中：

Q ----------- 设计流量，m3/s

W1 ---------- 栅渣量(m3/103m3污水)，取0.07m3/103m3

0.0580.078001.51000 W =

= 0.23 m3/d ＞ 0.2 m3/d (采用机械清渣)

选用HF-500型回转式格栅除污机，其性能见下表3-1

表3-1 HF-500型回转式格栅除污机性能规格表 型号 电动机功率（Kw） 设备宽（mm） 设备高（mm） 设备总沟宽宽（mm） （mm） 沟深（mm） 导流槽长度（mm） 设备安装长（mm） 7

HF-500 1.1 500 5000 850 580 1535 1500 2500 3.1.2集水池 3.1.2.1设计说明

集水池是汇集准备输送到其他构筑物去的一种小型贮水设备，设置集水池作为水量调节之用，贮存盈余，补充短缺，使生物处理设施在一日内能得到均和的进水量，保证正常运行。 3.1.2.2设计参数

设计流量Q = 5000m3/d = 208.33 m3/h =0.058m3/s ； 3.1.2.3设计计算

集水池的容量为大于一台泵五分钟的流量，设三台水泵（两用一备），每台泵的流量为Q=0.029 m3/s≈0.03 m3/s 。

集水池容积采用相当于一台泵30min的容量

W

QT3060305410001000 m3

有效水深采用2m，则集水池面积为F=27 m2 ，其尺寸为 5.8m×5.8m。

集水池构造 集水池内保证水流平稳，流态良好，不产生涡流和滞留，必要时可设置导流墙，水泵吸水管按集水池的中轴线对称布置，每台水泵在吸水时应不干扰其他水泵的工作，为保证水流平稳，其流速为0.3-0.8m/h为宜。 3.1.3 泵房

3.1.3.1设计说明

泵房采用下圆上方形泵房，集水池与泵房合建，集水池在泵房下面，采用全地下式。考虑三台水泵，其中一台备用。 3.1.3.2设计参数

设计流量Q = 5000m3/d = 208.33 m3/h =0.058m3/s 取Q=60L/s，则一台泵的流量为30 L/s。 3.1.3.3设计计算

(1)选泵前总扬程估算

经过格栅水头损失为0.2m，集水池最低水位与所需提升经常高水位之间的高差为： 78.5-73.412=4.5 m (2)出水管水头损失

总出水管Q=60L/s，选用管径DN250，查表的v=1.23m/s,1000i=9.91,一根出水管，Q=30L/s，选用管径DN200，v=0.97m/s,1000i=8.6，设管总长为40m，局部损失占沿程的30%，则总损失为：

9.914010.30.5m1000

(3)水泵扬程

泵站内管线水头损失假设为1.5m，考虑自由水头为1.0m,则水泵总扬程为： H=4.5+0.5+1.5+1.0=7.5m 取8m。 (4)选泵

选择100QW120-10-5.5型污水泵三台，两用一备，其性能见表3-2

表3-2 100QW120-10-5.5型污水泵性能 流量 30L/s 电动机功率 5.5KW 8

扬程 转速 轴功率 效率 10m 1440r/min 4.96KW 77.2% 电动机电压 出口直径 泵重量 380V 100㎜ 190kg 3.1.4水力筛 3.1.4.1 设计说明

过滤污水中的细小悬浮物 3.1.4.2 设计参数

设计流量Q = 5000m3/d = 208.33 m3/h =0.058m3/s 3.1.4.3 设计计算

机型选取 选用HS120型水力筛三台（两用一备），其性能如表3-3，

3-3 HS120型水力筛规格性能

处理水量（m3/h） 100 筛隙(mm) 1.5 设备空重(Kg) 460 设备运行重量(Kg) 1950

图3-2 水力筛外形图

3.1.5 酸化调节池 3.1.5.1 设计说明

调节池是用来均衡调节污水水量、水质、水温的变化，降低对生物处理设施的冲击，为使调节池出水水质均匀，防止污染物沉淀，调节池内宜设置搅拌、混合装置。 3.1.5.2 设计参数

设计流量Q = 5000m3/d = 208.33 m3/h =0.058m3/s ； 调节池停留时间T=5.0h 。

9

3.1.5.3 设计计算 (1)调节池有效容积

V = QT = 208.33×5 =1041.65 m3 (2)调节池水面面积

调节池有效水深取5.5米，超高0.5米，则

A (3)调节池的长度

取调节池宽度为15 m，长为13 m，池的实际尺寸为：长×宽×高=15m ×13m ×6m = 1170 m3。 (4)调节池的搅拌器

使污水混合均匀，调节池下设潜水搅拌机，选型QJB7.5/6－0/3-303/c/s1台 (5)药剂量的估算

设进水pH值为10，则污水中【OH-】=10-4mol/L,若污水中含有的碱性物质为NaOH,所以CNaOH=10-4×40=0.04g/L，污水有NaOH含量为5000×0.04=200kg/d，中和至7，则污水中【OH-】=10-7mol/L，此时CNaOH=10-7×40=0.4×10-5g/L，污水中NaOH含量为5000×0.04×10-5=0.02kg/d，则需中和的NaOH为200-0.02=199.98 kg/d，采用投酸中和法，选用96%的工业硫酸，药剂不能完全反应的加大系数取1.1，

2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + H2O 98

199.98㎏ 244.976㎏

V1041.651.4m2H5.5

1.1所以实际的硫酸用量为

244.976280.700.96 kg/d。

投加药剂时，将硫酸稀释到3%的浓度，经计量泵计量后投加到调节池，故投加酸溶液量为

280.709356.67kg/d3.86L/h0.03

(6)调节池的提升泵

设计流量Q = 30L/s,静扬程为80.9-71.05=9.85m。

总出水管Q=60L/s，选用管径DN250，查表的v=1.23m/s,1000i=9.91,设管总长为50m，局部损失占沿程的30%，则总损失为：

9.915010.30.m1000

管线水头损失假设为1.5m，考虑自由水头为1.0m,则水泵总扬程为： H=9.85+0.+1.5+1.0=12.99m 取13m。 选择150QW100-15-11型污水泵三台，两用一备，其性能见表3-5

表3-5 150QW100-15-11型污水泵性能 流量 扬程 转速 轴功率 30L/s 15m 1460r/min 4.96KW 电动机功率 电动机电压 出口直径 泵重量 11KW 380V 150㎜ 280kg 10

效率 75.1%

3.1.6UASB反应池 3.1.6.1设计说明

UASB反应池由进水分配系统、反应区、三相分离器、出水系统、排泥系统及沼气收集系统组成。UASB反应池有以下优点：

沉降性能良好，不设沉淀池，无需污泥回流 不填载体，构造简单节省造价

由于消化产气作用，污泥上浮造成一定的搅拌，因而不设搅拌设备 污泥浓度和有机负荷高，停留时间短 3.1.6.2设计参数

设计流量Q = 5000m3/d = 208.33 m3/h =0.058m3/s ； 进水COD=1400mg/L 去除率为80% ； 容积负荷（Nv）为：4.5kgCOD/(m3·d)； 污泥产率为：0.07kgMLSS/kgCOD ； 产气率为：0.4m3/kgCOD 。 3.1.6.3 设计计算

(1)UASB反应器结构尺寸计算

1.反应器容积计算 (包括沉淀区和反应区) UASB有效容积为：

Q´S0Nv

V有效 =

式中：

V有效 ------------- 反应器有效容积，m3 Q ------------- 设计流量，m3/d

S0 ------------- 进水有机物浓量,kgCOD/m3 Nv ------------- 容积负荷,kgCOD/(m3·d)

50001.44.5V有效 =

= 1556 m3

2. UASB反应器的形状和尺寸 工程设计反应器2座，横截面为矩形 ①反应器有效高度为5m，则

1556311.2m2h5S311.2单池面积 Si155.6m222

横截面积 S②单池从布水均匀性和经济性考虑，矩形池长宽比在2：1以下较为合适

V有效B设池长L=16m，则宽

Si155.69.72mL15 ，取10m 。

11

2SLB1610160mi单池截面积：

③设计反应池总高H=6.5m，其中超高0.5 m （一般应用时反应池装液量为70%-90%） 单池总容积 V 单池有效反应容积

iSiH'160(6.50.5)960m3''

3h1605800mVi有效Si

单个反应器实际尺寸 16m×10 m×6.5 m

反应器数量 2座 总池面积

2n1602320mS总Si‘

3VVn96021920mi 反应器总容积

总有效反应容积

V有效Vi有效n80021600m31556m3， 符合有机符合要求UASB体

1600100%83.3%1920积有效系数 在70%-90%之间，符合要求

④ 水力停留时间（HRT）及水力负荷率(Vr)

1600tHRTQ208.337.68hQ208.3332Vr0.65m/mh1.0S总160

符合设计要求。

(2) 三相分离器构造设计 1. 设计说明

三相分离器要具有气、液、固三相分离的功能。三相分离器的设计主要包括沉淀区、回流缝、气液分离器的设计。

2. 沉淀区的设计

三相分离器的沉淀区的设计同二次沉淀池的设计相同，主要是考虑沉淀区的面积和水深，面积根据污水量和表面负荷率决定。

本工程设计中，与短边平行，沿长边每池布置6个集气罩，构成6个分离单元，则每池设置6个三相分离器。

三相分离器长度B=10m ，每个单元宽度b=L/6=16/6=2.667m 。 沉淀区的沉淀面积即为反应器的水平面积，即160 m2 。

V有效Qi104.2320.65mm/h1.02.0160沉淀区的表面负荷率 S

3. 回流缝设计 如图3-3是三相分离器的结构示意图

12

h1h2b3DCV2BV1Ah4h3Eb1b2b

图3-3 三相分离器结构示意图

设上下三角形集气罩斜面水平夹角α= 55°，取h3 = 1.1m； b1 = h3/tgθ 式中：

b1———— 下三角集气罩底水平宽度，m;

α———— 下三角集气罩斜面的水平夹角； h3———— 下三角集气罩的垂直高度，m;

1.10tg55 b1 = = 0.77 m

则相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离：

b2 = b - 2 b1 = 2.667 – 2 × 0.77 = 1.13 m 则下三角形回流缝面积为：

S1 = b2·l·n = 1.13 × 10 × 6= 67.8 m2

下三角集气罩之间的污泥回流逢中混合液的上升流速(V1)可用下式计算： V1 = Q1/S1 式中：

Q1———— 反应器中污水流量，m3/h；

S1 ———— 下三角形集气罩回流逢面积，m2；

208.33/267.8 = 1.53 m/h < 2.0 m/s,符合设计要求。 V1 =

设上三角形集气罩下端与下三角斜面之间水平距离的回流缝的宽度b3 =CD= 0.45 m ,则上三角形

回流缝面积为：

S2 = b3·l·2n = 0.45 × 10 × 2 × 6 = 54 m2 上下三角形集气罩之间回流逢中流速(V2)可用下式计算： V2 = Q1/S2， 式中：

Q2———— 反应器中污水流量，m3/h；

S2 ———— 上三角形集气罩回流逢之间面积，m2；

208.33/254 V1 = = 1.92 m/h

13

V1 < V2 < 2.0 m/s,符合设计要求。

确定上下三角形集气罩相对位置及尺寸，由图可知：

BC = b3/sin35°= 0.35/0.5736 ＝ 0.61 m 4. 气液分离设计 由图2-3可知： CE = CDSin55°= 0.45×Sin55°=0.37m

CE0.370.mSin55Sin55CB =

设AB=0.4m ，则

h4 = (AB·cos55°+ b2/2)·tg55 = (0.4 × 0.5736 + 0.72/2) × 1.4281

= 0.824 m

校核气液分离。 假定气泡上升流速和水流流速不变 沿AB方向水流速度：

式中：

B———— 三相分离器长度

N———— 每池三相分离器数量

°VaQi104.22.34m/hCEB2N0.371026

气泡上升速度： Vb =

r´g(r1-rg)d218m

式中：

d———— 气泡直径，cm； ρ1———— 液体密度，g/cm3； ρg———— 沼气密度，g/cm3； ρ———— 碰撞系数，取0.95；

μ———— 污水的动力粘滞系数，0.02g/cm·s； V———— 液体的运动粘滞系数，cm2/s 取d = 0.01cm(气泡)，常温下，ρ1 = 1.03g/cm3, ρg = 1.2×10-3g/cm3 ， V = 0.0101cm2/s , ρ = 0.95 ，μ= Vρ1 = 0.0101×1.03 = 0.0104g/cm·s 。一般污水的μ>净水的μ,故取μ= 0.02g/cm·s 。由斯托克斯工式可得气体上升速度为：

Vb0.959811.031.251030.0120.266(cm/s)9.58(m/h)180.02

Vb9.58VbBCBC0.4.091.6V2.34VAB ；可脱去d≧0.01cm 的气泡。 AB0.4 ； a ； a5. 三相分离器与UASB高度设计

三相分离区总高度 h= h2 + h3 + h4–h5

h2为集气罩以上的覆盖水深，取0.5m。

DFAFAD1.350.40.70.22mh5DFSin550.22Sin550.18m

hh2h3h4h50.51.11.150.182.57m

14

UASB总高H = 6.5m，沉淀区高2.5m，污泥区高1.5m，悬浮区高2.0m，超高0.5m。 (3)布水系统设计计算

1. 配水系统采用穿孔配管，进水管总管径取200㎜，流速约为0.95 m/s。每个反应器设置10根DN150㎜支管，每根管之间的中心距离为1.5 m，配水孔径采用16㎜，孔距1.5 m，每孔服务面积为1.5×1.5=2.25 ㎡，孔径向下，穿孔管距离反应池底0.2 m，每个反应器有66个出水孔，采用连续进水。 2. 布水孔孔径

共设置布水孔66个，出水流速u选为2.2m/s，则孔径为

d4Q4208.33/20.016m3600nu3600663.142.2

3. 验证

常温下，容积负荷（Nv）为：4.5kgCOD/(m3·d)；产气率为：0.4m3/kgCOD ；需满足空塔水流速度uk≤1.0 m/h,空塔沼气上升流速ug≤1.0 m/h。

空塔水流速度

ukQ208.330.6m5h/S320 ＜1.0 m/h 符合要求。

空塔气流速度

ugQCor5000/241.40.80.40.2m9h/S320 ＜ 1.0 m/h

符合要求。

(4)排泥系统设计计算

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：

GVGss15561523340kgss/d 。

2. 产泥量计算 厌氧生物处理污泥产量取：0.07kgMLSS/kgCOD ① UASB反应器总产泥量

XrQCE0.0750001.40.8k3g9V2S Sdo式中：

△X———— UASB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%。

② 据VSS/SS = 0.8，△X=392/0.8=490 kgSS/d 单池产泥 △Xi = △X/2 = 490/2 = 245 kgSS/d

31000kg/m③污泥含水率为98%，当含水率＞95%，取s，则

Ws污泥产量

X49024.5m3/hs1P1000198%

单池排泥量

Wsi24.512.25m3/h2

15

④污泥龄

cG2334047.63dX490

3. 排泥系统设计

在UASB三相分离器下0.5m和底部400㎜高处，各设置一个排泥口，共两个排泥口。每天排泥一次。 (5)出水系统设计计算

出水系统的作用是把沉淀区液面的澄清水均匀的收集并排出。出水是否均匀对处理效果有很大的影响。 1. 出水槽设计 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。

① 单个反应器流量

qiQi208.330.029m3/s36003600

② 设出水槽口附近水流速度为0.2 m/s，则

qi/60.029/60.081mua0.30.2 槽口附近水深

取槽口附近水深为0.25 m，出水槽坡度为0.01；出水槽尺寸10 m×0.2 m×0.25 m；出水槽数量为6座。

2. 溢流堰设计

① 出水槽溢流堰共有12条（6×2），每条长10 m，设计900三角堰，堰高50㎜，堰口水面宽b=50㎜。 每个UASB反应器处理水量28L/s,查知溢流负荷为1-2 L/（m·s），设计溢流负荷f = 1.117 L/（m·s），

L则堰上水面总长为：

qi2825.07mf1.117 。

n三角堰数量：

l25.075043b5010 个，每条溢流堰三角堰数量：504/12=42个。

一条溢流堰上共有42个100㎜的堰口，42个140㎜的间隙。

②堰上水头校核

qi28103q5.56105m5/sn504每个堰出流率：

2.5q1.43h按900三角堰计算公式，

qh1.43堰上水头：

0.45.561050.0172m1.43

③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。

qi0.0280.11m6uxa0.80.3渠口附近水深

以出水槽槽口为基准计算，出水渠渠深：0.25+0.116=0.37m，离出水渠渠口最远的出水槽到渠口的距离

为14.67米，出水渠长为 14.67+0.1=14.77m，出水渠尺寸为 14.77m×0.8m×0.37m，向渠口坡度0.001。 ④ UASB排水管设计计算

16

选用DN250钢管排水，充满度为0.6，管内水流速度为

428130v0.95m/s20.60.25

(6)沼气收集系统设计计算

3m/kgCOD。 1. 沼气产量计算 沼气主要产生厌氧阶段，设计产气率取0.4

①总产气量

GrQCoE0.450001.40.82240m3/h

GiG22401120m3/h22

每个UASB反应器的产气量

②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13根集气管。

每根集气管内最大气流量

11201.0103m3/s24360013

据资料，集气室沼气出气管最小直径d=100mm,取100㎜.

③沼气主管 每池13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，单池沼气主管管道坡度为0.5%.

单池沼气主管内最大气流量

qi11200.013m3/s243600

取D=150㎜，充满度为0.8，则流速为

v

0.01340.92m/s0.80.15

q22400.026m3/s243600

v0.020.88m/s20.250.6

④ 两池沼气最大气流量为

取DN=250㎜，充满度为0.6；流速为

2. 水封灌设计

水封灌主要是用来控制三相分离气的集气室中气液两相界面高度的，因为当液面太高或波动时，浮渣或浮沫可能会引起出气管的堵塞或使气体部分进入沉降室，同时兼有有排泥和排除冷凝水作用。 水封高度

HH1H0

式中：

H0———— 反应器至贮气罐的压头损失和贮气罐内的压头

为保证安全取贮气罐内压头，集气罩中出气气压最大H1取2m H2O，贮气罐内压强H0为400㎜H2O。

②水封灌 水封高度取1.5 m，水封灌面积一般为进气管面积的4倍，则

17

11Sd240.25240.196m244 水封灌直径取0.5m。

3. 气水分离器

气水分离器起到对沼气干燥的作用，选用φ500㎜×H1800㎜钢制气水分离器一个，气水分离器中预装钢丝填料，在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及压力表。 4. 沼气柜容积确定

由上述计算可知该处理站日产沼气2240m，则沼气柜容积应为3h产气量的体积确定，即

3Vqt2240/243280m3。

设计选用300钢板水槽内导轨湿式储气柜，尺寸为φ7000㎜×H6000㎜。 3.1.7CASS反应池 3.1.7.1 设计说明

CASS工艺是SBR工艺的发展，其前身是ICEAS，由预反应区和主反应区组成。预反应区控制在缺氧状态，因此提高了对难降解有机物的去除效果，与传统的活性污泥法相比，有以下优点： 建设费用低，省去了初沉池、二沉池及污泥回流设备。 运行费用低，节能效果显著。

有机物去除率高，出水水质好，具有良好的脱氮除磷功能。 管理简单，运行可靠，不易发生污泥膨胀。

污泥产量低，性质稳定，便于进一步处理与处置。 3.1.7.2 设计参数

设计流量Q = 5000m3/d = 208.33 m3/h =0.058m3/s ； 进水COD=280mg/L ，去除率为85% ；

BOD污泥负荷（Ns）为：0.1kgBOD/㎏MLSS； 混合液污泥浓度为：X=4000mg/L ； 充水比为： 0.32 ；

进水BOD= 160 mg/L，去除率为90%。 3.1.7.3 设计计算

(1)运行周期及时间的确定 1. 曝气时间

ta24S0240.321603.51h4hNsX0.13500

式中：

———— 充水比

S0———— 进水BOD值，mg/l；

Ns———— BOD污泥负荷，kgBOD/㎏MLSS；

X———— 混合液污泥浓度，mg/L。 2. 沉淀时间

18

tsH;u

u4.6104X1.264.610435001.261.57m/s

设曝气池水深H = 5m，缓冲层高度 =0.5 m，沉淀时间为：

3. 运行周期T 设排水时间td=0.5h,运行周期为

tsH0.3250.51.33h1.5hu1.57

ttatstd41.50.56h

每日周期数： N= 24/6=4

(2)反应池的容积及构造 1. 反应池容积

单池容积为

ViQ50001953.125m3nN0.3224

3390m6.25

V2V5i21953.12反应池总容积为

式中：

N———— 周期数；

Vi———— 单池容积； V———— 总容积；

n ———— 池数，本设计中采用2个CASS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。如图3-4所示为CASS池构造。

图3-4 CASS池结构示意图

据资料，B：H=1～2，L：B=4～6，取B=10m,L=40 m。所以

Vi=40×10×5=2000 m3

19

单池面积

SiVi2000400m2H5

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=（0.16～0.25）L，取L1=8 m。

3. 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：

'Q1A1BLH11'24nnUU

QH1nNA

式中：

Q ———— 每天处理水量，m/d；

3n ———— CASS池子个数 ；

U ———— 设计流水速度，本设计中U = 50 m/h ；

N———— 一日内运行周期数 ；

A ———— CASS池子的面积，m ；

2A1———— 连通孔孔口面积，㎡ ； L1———— 预反应区池长，m ；

H1———— 池内设计最高水位至滗水机排放最低水位之间的高度，m；

B———— 反应池宽，m。

H1 = 1.6 m

50001A11081.62.51m224235050

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。 (3)污泥COD负荷计算

由预计COD去除率得其COD去除量为： 280 85%238mg/L 则每日去除的COD值为：

50002381000 = 1190 kg/d

20

QSUN s = nXV

式中：

Q ———— 每天处理水量，m/d

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，m

335000238Ns = 235001600

= 0.11 kgCOD/(kgMLSS.d)

(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：

XaQSrbXrVaQSrb 式中：

a ———— 微生物代谢增系数，kgVSS/kgCOD b ———— 微生物自身氧化率，1/d

根据啤酒污水性质，参考类似经验数据，设计

QSrb（a）QSrNsNs

a=0.83，b=0.05，则有：

X（0.830.05）50000.238446.79（kg/d）0.11

假定排泥含水率为98%，则排泥量为：

QSX446.79344.68（m/d)33101P10（199%）

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（1.0×1.0×0.5）m3排泥坑一个，每池排泥坑中接出泥管DN200一根。

(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1kgCOD的参数a取0.53，微生物自身耗氧参数b取0.18，则一个池子需氧量为：

11O2a1Q(SoSe)b1XV

= 0.53×5000/2×238×10-3 + 0.18×3500×10-3×1953 = 1600.424 kg/d

21

则每小时耗氧量为：

1600.466.68kg/h24

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：

Cs(20)9.17mg/L，

Cs(30)7.63mg/L

微孔曝气器出口处的绝对压力为：

53Pb1.013109.810H

= 1.013109.8104.5 = 1.47410Pa

式中：

H ———— 最大水深，m

空气离开主反应区池时的氧百分比为：

553Qt21(1EA)100007921(1EA)

2110.1518.4300792110.15

式中：

EA ———— 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不利温度为：

Csb(30)Cs(PbQt)52.0661042

1.47410518.437.63()52.0661042 8.79mg/L

温度为20℃时，暴气池中混合液平均溶解氧饱和度为：

Csb(20)Cs(PbQt)2.06610542

1.47410518.439.17()2.06610542 10.56mg/L

温度为20℃时，脱氧清水的充氧量为：

22

RoRCs(20)a(Csb(T)C)1.024(T20)

66.6810.560.820.951.08.792.01.0243020

103.639kg/h

式中：

a———— 氧转移折算系数，一般取0.8～0.85，本设计取0.82；

———— 氧溶解折算系数，一般取0.9～0.97，本设计取0.95； ———— 密度，㎏/L，本设计取1.0㎏/L；

C———— 污水中实际溶解氧浓度，mg/L； R———— 需氧量，㎏/L，为66.68㎏/L。 暴气池平均供气量为：

GRo103.6392303.09kg/h30.3EA0.30.15 1785.34m/h

3

(空气密度为1.29㎏/m)。 每立方米污水供空气量为：

1785.34217.14m3208.33

每去除1kgCOD的耗空气量为：

1785.34258.18m3空气/kgCOD208.330.238

3. 布气系统计算

单个反应池平面面积为40×10，设423个曝气器，则每个曝气器的曝气量=G/423=1785.34/423=4.22m/h。

选择QMZM-300盘式膜片式曝气器。其技术参数见表3-6。

表3-6 QMZM-300盘式膜片式曝气器技术参数 型号 QMZM-300 工作通气量 2～8 m3/h·个 服务面积 0.5～m2/h·个 1.0 氧利用率 35%～59% 淹没深度 4～8m 供气量 4.25 m3/h 3

从鼓风机房出来一根空气干管，在两个CASS池设两根空气支管，每根空气支管上设46根小支管。两池共两根空气支管，92根空气小支管。

23

气干管流速

v1为15m/s，支管流速v2为10 m/s ，小支管流速v3为5 m/s，则空气干管管径：

D干管4G3600v1D横支管41785.342360015=0.29m,取DN300㎜钢管

空气支管管径：

4G41785.340.10m293600v2'3600794G41785.340.06m463600v34636005，取DN100㎜钢管，

D小支管空气小支管管径：

，取DN60㎜钢管。

4.鼓风机供气压力计算

曝气器的淹没深度H=4.5m，空气压力可按下式进行估算：

P1.5H9.81.54.59.8KP5a8.8

校核估算的空气压力值

管道沿程阻力损失可由下式估算：

Lv2hd2

式中：

---------- 阻力损失系数，取4.4.

取空气干管长为30m，则

Lv2301525h14.4100.5KPad20.32其沿程阻力损失

取空气支管长为40m，则

Lv2401025h24.4100.35KPad20.252其沿程阻力损失

取空气小支管长为16m,则

Lv216525h34.4100.2KPad20.062其沿程阻力损失

空气管道沿程阻力损失为

hhhh1230.50.350.20.15KPa

设空气管道的局部阻力损失为

hi=0.5KPa，则空气管路的压力总损失为：

h0.50.150.2KPa

取膜片式微孔曝气器的最大压力损失为

hf=2.9KPa，则鼓风机的供气压力为：

＜58.8KPa。

P9.8Hh'hf9.84.50.22.947.2KPa24

故鼓风机的供气压力可采用58.8KPa，选择一台风机曝气，则风机能力为G=50m3/min. 5. 鼓风机房布置

选用两台DG超小型离心鼓风机，，供气量大时，两台一起工作，供气量小时，一用一备。DG超小型离心鼓风机规格如表3-7。

表3-7 DG超小型离心鼓风机 流量 压缩介质 出口压力 轴功率 50 m3/min 空气 63.8KPa 52KW 电动机形式 TEFC 电动机功率 75KW 电动机电压 220V 重量 1t 其占地尺寸为2016㎜×1008㎜，高为965㎜（含基础）。

(6)CASS反应池液位控制

CASS反应池有效水深为5米。

1排水结束是最低水位 基准水位

h15.011/0.3215.0m3.40.32

h2为5m,超高hc为0.5m,保护水深为0.5m,

hsh3.40.53.m11

污泥层高度

保护水深的设置是为了避免排水时对沉淀及排泥的影响。进水开始与结束由水位控制，曝气开始由水位

和时间控制，曝气结束由时间控制，沉淀开始与结束由时间控制，排水开始由时间控制、排水结束由水位控制。

(7)排出装置的选择

Qd每池排出负荷

QhTf2Td208.334277.77m3/h4.63m3/min21.5

选择XBS-300型旋转式滗水器，其技术参数如表3-8。

表3-8 XBS-300型旋转式滗水器技术参数 型号 XBS-300 流量（m3/h） 300 堰长（m） 总管管径(mm) 4 250 滗水深度H（m） 功率(KW) <2.5 0.55 3.2污泥部分各处理构筑物设计与计算

25

3.2.1集泥井 3.2.1.1设计说明

污水处理系统各构筑物所产生的污泥每日排泥一次，集中到集泥井，然后在由污泥泵打到污泥浓缩池。 污泥浓缩池为间歇运行，运行周期为24h,其中各构筑物排泥、污泥泵抽送污泥时间为1.0～1.5h，污泥浓缩时间为20.0h,浓缩池排水时间为2.0h,闲置时间为0.5h～1.0h。 3.2.1.2设计参数 设计泥量

啤酒污水处理过程产生的污泥来自以下几部分： ①UASB反应器，Q1 = 24.5 m3/d ,含水率98% ； ②CASS反应器，Q2 =44.68 m3/d,含水率99% ；

总污泥量为：Q = Q1 + Q2 = 69.18 m3/d，设计中取70 m3/d。 3.2.1.3 设计计算

考虑各构筑物为间歇排泥，每日总排泥量为70 m3/d，需在1.5h内抽送完毕，集泥井容积确定为污泥泵提升流量（70 m3/d）的10min的体积，即7.8m3。

此外，为保证CASS排泥能按其运行方式进行，集泥井容积应外加37.23 m3。则集泥井总容积为7.8+37.23=45.00 m3。

集泥井有效深度为3.0m，则其平面面积为

AV4515m2H3

设集泥井平面尺寸为4.0×4.0m。集泥井为地下式，池顶加盖，由污泥泵抽送污泥。

集泥井最高泥位为-0.5m,最低泥位为-3m池底标高为-3.5m。浓缩池最高泥位为2 m。则排泥泵抽升的所需净扬程为5 m，排泥泵富余水头2.0 m，管道水头损失为0.5 m，则污泥泵所需扬程为5+2+0.5=7.5 m。 选择两台80QW50-10-3型潜污泵提升污泥（一用一备）。其性能如表3-9。

表3-9 80QW50-10-3型潜污泵性能 型号 流量(m3/h) 扬程 （m） 10 转速(r/min) 1430 电动机功率(kw) 3 效率(%) 出口直径（㎜） 80 重量（kg） 80QW50-10-3 50 72.3 125 3.2.2污泥浓缩池 3.2.2.1设计参数 (1)设计泥量

啤酒污水处理过程产生的污泥来自以下几部分： ①UASB反应器，Q1 = 24.5 m3/d ,含水率98% ； ②CASS反应器，Q2 =44.68 m3/d,含水率99% ；

总污泥量为：Q = Q1 + Q2 = 69.18 m3/d，设计中取70 m3/d。 (2)参数选取

固体负荷（固体通量）M一般为10～35kg/m3h ，取M = 30 kg/m3d = 1.25kg/m3h ； 浓缩时间取T = 20 h ； 设计污泥量Q = 40 m3/d ； 浓缩后污泥含水率为96% ； 3.2.2.2设计计算

26

(1)容积计算 浓缩后污泥体积：

P010098VV017010096351P m3/d

V0——污泥含水率变为P0时污泥体积 (2)池子边长

根据要求，浓缩池的设计横断面面积应满足： A ≧ QC/M 式中：

Q———— 入流污泥量，m3/d ； M———— 固体通量，kg/m3·d； C———— 入流固体浓度kg/m3。 入流固体浓度（C）的计算如下：

C＝W1+W2Q1＋Q2

W1 = Q1×1000×(1-98%) = 490 kg/d W2 = Q2×1000×(1-99%) = 446.8 kg/d

那么，Qc =

W1 +W2 = 936.8kg/d

C = 936.8/70 = 13.38 kg/m3 浓缩后污泥浓度为：

C1 = 936.8/35 = 26.77 kg/m3

浓缩池的横断面积为： A = Qc/M = 70×13.38/30 = 31.22 m2

设计一座正方形浓缩池，则每座边长B = 5.7 m，则实际面积A = 5.7×5.7 = 32.5 m2 (3)池子高度

取停留时间HRT = 20 h ，有效高度高

h2= QT/24A = 70×20/24×31.22 = 1.5 m ，超高h1 = 0.5 m ，缓冲区

h3 = 0.5 m 。则池壁高：

H1 = h1+h2+h3 = 2.7 m

(4)污泥斗

污泥斗下锥体边长取0.5 m ，污泥斗倾角取50°则污泥斗的高度为： H4 = (5.7/2 – 0.5/2) × tg50°= 3.1 m 污泥斗的容积为：

1V2 = 3h4（a12+a1a2+a22）

27

1 = 3×3.1×(5.72 + 5.7×0.5 + 0.52)

= 36.78 m3 (5)总高度

H = 2.8 + 3.1 = 5.8 m 设计计算草图如图3-5。

图3-5 污泥浓缩池设计计算草图

(6)排水口

浓缩后池内上清液利用重力排放，由站区溢流管管道排入格栅间，浓缩池设四根排水管于池壁，管径DN150㎜。于浓缩池最高处设置一根，向下每隔1.0m、0.6m、0.4m处设置一根排水管。 3.2.3 污泥脱水间 3.2.3.1 设计参数 (1)设计泥量

浓缩后污泥含水率为96% ；

浓缩后污泥体积：

V1＝100－9870100－96 = 35 m3/d

(2)参数选取

压滤时间取T = 4 h ；

设计污泥量Q = 35 m3/d ； 浓缩后污泥含水率为96% ； 压滤后污泥含水率为75% 。 3.2.3.2工艺流程 工艺流程见图3-6。

28

图3-6 污泥脱水工艺流出图

3.2.3.3 设计计算 (1)污泥体积

QQ0100P1100P2 MQ(1P2)1000

式中 Q——脱水后污泥量 m3/d Q0——脱水前污泥量 m3/d P1——脱水前含水率（%） P2——脱水后含水率（%）

M——脱水后干污泥重量 （kg/d）

QQ0100P1100P2=

351009610075 =5.6 m3/d

MQ(1P2)1000= 5.6(175%)1000 =1400 kg/d

污泥脱水后形成泥饼用小车运走，分离液返回处理系统前端进行处理。 (2)机型选取

选取DYQ-1000型带式压榨过滤机，其工作参数如表3-10：

表3-10 DYQ-1000型带式压榨过滤机工作参数

滤网 有效宽（mm) 1000 速度Kw/min 0.4-4 电动机 型号 功率（Kw） 控制器型号 最大冲洗耗冲洗压力水量（Mpa) (m3/h)(mm） 6 ≥0.4 重量（kg) 气动部分输入压力（MPa） 0.5-1 JZTY31-4 2.2 JDIA-40 气动部分流量(m3/h) 处理能力泥饼含水【kg/h·m2】 率（%) 外形尺寸（长X宽X高）（mm） 29

0.8-2.5 50-500 65-75 5050X10X2365 4500

(3)投药装置

投药量 根据城市污水污泥、啤酒厂污水站污泥絮凝剂脱水试验知，常用絮凝剂的投药量分别为：氯化铁5.0%--8.0% ,硫酸铝8.0%--12% ，聚合氯化铝3.0%--10.0% ，聚丙烯酰胺1.5‰--2.5‰ 。 投药系统投按加聚丙烯酰胺考虑。设计投药量为2.0‰，则每日需药剂为： 1400×2.0/1000 = 2.8kg

需要纯度为90%的固体聚丙烯酰胺为 2.8/0.9=3.1 kg

调配的絮凝剂溶液浓度为0.2%-0.4% ,则溶液所需溶药灌最小容积为1550L。选择ZJ-470型折桨式搅拌机一台，其规格如表3-11。

表3-11 ZJ-470型折桨式搅拌机性能及及外形尺寸 型号 功率(kw) 池形尺寸(㎜) 长×宽 ZJ-470 2.2 1200×1200 高 1100 桨叶距池底高（㎜） 180 转速(r/min) 130 药液投加选用J-Z125/3.2 型柱塞计量泵，其性能如表3-12。

表3-12 J-Z125/3.2 型柱塞计量泵性能 型号 流量(L/h) 排出压力(MPa) 1.6-3.2 泵 速 (次/min) 102 电动机功率(KW) 0.75 进、出口直径(㎜) 15 重量(kg) J-Z125/3.2 125 ～230 计量泵占地尺寸为815㎜×715㎜，高为575㎜（不含基础）。

3.3构筑物高程计算

3.3.1污水构筑物高程计算

3.3.1.1污水流经各处理构筑物水头损失

表3-13 污水流经各处理构筑物水头损失表 构筑物名称 格栅 水力筛 调节池 水头损失（m） 0.2 1.2 0.3 构筑物名称 UASB反应池 CASS反应池 集水井 水头损失（m） 1.0 0.6 0.2 3.3.1.2污水管渠水头损失计算表

表3-14 污水管渠水头损失计算表

30

名称 出厂管---CASS CASS CASS— UASB UASB UASB---调节池 调节池 调节池---水力筛 水力筛 集水井 格栅 流量 （L/s） 58 58 29 29 29 58 58 管径 （㎜） 400 400 250 250 200 400 400 坡度I(‰) 0.816 0.816 2.43 2.43 2.53 0.816 0.816 流速V(m/s) 0.77 0.77 0.95 0.95 0.92 0.77 0.77 管长(m) 17 8.1 6.8 2.3 2.3 39 4 I·L 0.013 0.007 0.017 0.006 0.006 0.04 0.012  3 2.69 2 3.69 0.95 3 2 v22g 0.10 0.12 0.124 0.17 0.044 0.086 0.16 h 0.113 0.6 0.127 0.141 0.18 1.0 0.06 0.126 0.3 0.063 1.2 0.2 0.2 6.31 h 3.3.1.3高程确定

UASB处的地坪标高为76.4m，按结构稳定原则确定池底埋深为-1.5 m，然后根据各处理构筑物之间的水头损失推求其它构筑物的设计水面标高，调节池设计成地下式，确定水面标高为76.4m，从调节池到UASB经过提升泵提升。经过计算各污水处理构筑物的设计水面标高见下表。 各处理构筑物的水面标高及池底标高见表3-15。

表3-15 各处理构筑物的水面标高及池底标高

构筑物名称 进水管 格栅前 格栅后 集水井 水力筛

水面标高(m) 75.50 75.50 75.412 75.412 77.9 池底标高(m) 75.20 75.10 75.012 73.412 76.7 构筑物名称 调节池 UASB CASS 水面标高(m) 76.4 80.9 79.6 池底标高(m) 70.9 74.9 74.6 31

3.3.2污泥高程计算

3.3.2.1污泥管道水头损失

管道沿程损失

Lhf2.491.17DvCH1.85

管道局部损失 式中：

v2hi2g

CH ———— 污泥浓度系数

 ———— 局部阻力系数

D ———— 污泥管管径 L ———— 管道长度 v ———— 管内流速

查表知污泥含水率98%时，污泥浓度系数连接管道水头损失见表3-16。

表3-16 污泥管道水头损失计算表 管渠及构筑物流量名称 （L/s） CASS — 集泥井 UASB— 集泥井 集泥井— 浓缩池 管渠设计参数 D(㎜) 200 V(m/s) 1.0 L(m) 36 水头损失（m） CH=80，污泥含水率为96%时，污泥浓度系数CH=62。

Hi 0.17 Hf0.2 H 0.37 0.517 0.284 200 1.0 65 0.25 0.31 0.56 0.801 200 1.0 3 0.03 0.22 0.34 池浓缩池—脱0.405 水机房 200 1.0 4 0.03 0.2 0.23

3.3.2.2污泥处理构筑物的水头损失

当污泥以重力流排出池体时，污泥处理构筑物的水头损失以各构筑物的出流水头计算，浓缩池一般取1.5m,CASS与UASB取1.2m。 3.3.2.3污泥高程布置

从CASS——集泥井推得，集泥井水位 79.1-0.37-1.2=77.03m 从UASB——集泥井推得，集泥井水位 81.4-0.56-1.2=79.84m 从集泥井——浓缩池推得，浓缩池水位 77.03-0.34-1.5=75.19 m

32

集泥井液位确定为76.4 m，浓缩池液位确定为78.4 m，中间加污泥提升泵房提升污泥。集泥井设在污泥提升泵房下部。

表3-17 污泥处理各构筑物标高 构筑物名称 集泥井 浓缩池 水面标高 75.9 78.4 池底标高 72.9 72.9 主要参考文献

[1].孙慧修主编.排水工程上册(第4版).北京:中国建筑工业出版社，1998年7月. [2].张自杰主编.排水工程下册(第4版).北京:中国建筑工业出版社，2000年6月. [3].任南琪 马放编.污染控制微生物学原理与应用.北京:中国环境科学出版社

[4].韩洪军主编.污水处理构筑物设计与计算.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2002年6月. [5].孙力平主编.污水处理新工艺与设计计算实例.北京:科学出版社，2001年7月. [6].姜乃昌主编.水泵及水泵站.北京:中国建筑工业出版社，1993年6月.

[7].给水排水设计手册第1册(常用资料).北京:中国建筑工业出版社，1986年12月. [8].给水排水设计手册第5册(城市排水).北京:中国建筑工业出版社，1986年12月. [9].给水排水设计手册第6册(工业排水).北京:中国建筑工业出社，1986年12月. [10].给水排水设计手册第9册(专用机械).北京:中国建筑工业出社，1986年12月.

[11].给水排水设计手册第10册(技术经济分析).北京:中国建筑工业出社，1986年12月. [12].给水排水设计手册第11册(常用设备).北京:中国建筑工业出社，1986年12月. [13].室外排水设计规范(GBJ14-87) .北京:中国计划出版社，1998年7月. [14].罗辉主编.环保设备设计与应用.北京:高等教育出版社，2000年.

[15].阮文泉主编.污水生物处理工程设计实例详解.北京:化学工业出版社，2006年. [16].张统主编.间歇式活性污泥法污水处理技术及工程实例.北京:化学工业出版社， 2002年4月.

[17].曾科主编.污水处理厂设计与运行.北京:化学工业出版社，2002年2月. [18].任南其等.厌氧生物技术原理与应用[M]. 北京:化学工业出版社,2004年.

谢 辞

本次毕业设计,使我对生物工程设计的内容和步骤有了更进一步的了解，从大体上讲,本次设计达到了预期的效果,达到了作为本科毕业生所应符合的要求。

这次毕业设计使我深深地认识到:工科毕业生做设计工作所要求的严谨性,对于工程二字的沉重性,我开始意识到工程二字要求我们对专业知识有很深地了解,在熟练掌握专业知识的基础上灵活运用.本次设计为啤酒污水处理，是一个真实性课题,在重新熟悉课本和认真查阅资料的基础上，并结合设计任务书的

33

要求,我对本设计啤酒污水处理的工艺流程提出了多种方案，在反复的比较下，最终确定了一个最优方案。在这个过程中,我逐渐懂得了如何运用专业性眼光去看待问题,分析问题和解决问题。在工艺流程确定后,就开始了对所选构筑物的设计计算,通过苟老师的指导和自己的计算,我对污水处理中所用到的一些构筑物有了更深的认识,在高程的计算中自己遇到了不少问题,但在苟老师的精心指导和自己的努力下,最终问题都一一得到解决,也使自己对污水处理流程有了一个清晰的认识.这次毕业设计是自己四年所学知识的一个综合应用,是一次难得的学习机会,使自己受益匪浅.

在设计中,对一些计算机软件也是一次很好的学习机会,主要是CAD和Word的使用,在以前的基础上,能够更加熟练地运用.

因此,此毕业设计对本人是一个很好的锻炼,达到了对排水工程的一个比较深入地了解,是比较成功的毕业设计。

本次毕业设计是在苟老师的精心指导下，由我完成的。本次毕业设计是我大学四年所学知识的回顾与总结。同时，通过该次毕业设计，我亦从指导老师处学到了许多的常规设计方法，设计思想，并懂得了在做设计中如何去查资料与应用资料。了解了本专业各方面的设计课题与设计方法，这次使我的知识面更加广阔与完整，使我收益非浅。可以这样说：在王老师的耐心指导和自己的努力下，我完成了毕业设计应完成的任务，达到了毕业设计的教学要求。在这里，万分的感谢各位老师的辛勤栽培和其他同学的热情的帮助！

但由于本人水平有限，本次设计中难免有各种错误与不足，还望各位老师批评指正与谅解。我将在以后的学习与工作中不断改正，不断吸取经验教训，不断完善自我，以感谢老师们四年的关心与教导。

34