生物膜法+活性污泥法联合处理工业废水工艺设计

摘要

饮料工业是我国食品工业发展最快的的行业之一。品种也由单一的汽水发展成为包括碳酸饮料在内的各种饮料。在饮料工业上规模上档次的同时，由此而产生的废水对环境的污染也逐渐为人们所重视。

本次水污染工程课程设计处理的废水为汽水类饮料废水。排放的废水主要来自洗瓶水及灌注机、溶糖罐等设备清洗废水以及残留的产品原液，另外废水还包括冲洗地面水。废水水质主要为蔗糖有机废水，废水排放为非连续，水质水量不均匀，尤其水量波动大，水中有机物含量高，ph不稳定，若不经处理直接排放，将对水体造成巨大污染。

本次工艺主体设计采用生物膜+活性污泥联合工艺。生物膜+活性污泥联合工艺是把活性污泥法与生物膜法相结合的一种生物处理技术。本次设计采用UASB+生物接触氧化池来处理饮料废水。出水指标达到国家《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）中二级排放标准。

关键词：饮料废水；生物膜+活性污泥联合工艺；UASB+生物接触氧化池

ABSTRACT

Beverage industry is one of the fastest growing industries in food industry in China. Variety has developed from a single soda also become including carbonated drinks, all kinds of drinks. In the beverage industry scale of high quality at the same time, the waste water and pollution to the environment also gradually attention by people.

The water pollution engineering course design of wastewater treatment for soda drinks water. Discharge of waste water mainly comes from washing bottle water and perfusion machine, such as soluble sugar pot equipment cleaning wastewater as well as the residual product concentrate, wastewater also include surface water rinsing. Wastewater quality mainly for sucrose organic wastewater and wastewater discharge is a continuous, uneven water, especially water fluctuation, high content of organic matter in water, the ph is not stable, if discharged directly without treatment, will cause great pollution to water.

The subject design using the biofilm + activated sludge process. Biofilm + activated sludge combination process is the activated sludge process and biofilm method of a kind of biological treatment technology. This design USES the UASB + biological contact oxidation pool to beverage wastewater treatment. Effluent indexes meet the national \"integrated wastewater discharge standard\" (GB 8978-1996) in the secondary emission standards.

Keywords: beverage wastewater; Biological membrane + activated sludge combination process; UASB + biological contact oxidation pool

目录

第一章绪论 (5)

1.1设计内容 (5)

1.2设计原则 (5)

1.3设计依据 (5)

第二章工艺流程的确定 (6)

2.1废水分析 (6)

2.1.1废水来源 (6)

2.1.2 汽水类饮料废水水质特点 (6)

2.2工艺流程设计 (6)

2.2.1进出水水质 (6)

2.2.2处理程度的计算 (6)

2.2工艺流程比较 (6)

2.2.1 UASB+生物接触氧化 (7)

2.2.2 厌氧生物转盘+CASS (9)

2.2.3 厌氧生物滤池+吸附再生法 (11)

2.3工艺流程确定 (13)

第三章工艺说明 (14)

3.1工艺流程图 (14)

3.2各级工艺处理说明 (14)

3.2.1 调节池 (14)

3.3.2格栅的选择 (14)

3.3.3 提升水泵 (15)

3.3.4初沉池的选择 (15)

3.3.5UASB反应器 (15)

3.3.6生物接触氧化池 (15)

3.3.7二次沉淀池的选择 (15)

3.3.8污泥浓缩池 (16)

3.3.9污泥脱水机房 (16)

第四章设计计算 (17)

4.1UASB反应器 (17)

4.1.1常用参数 (17)

4.1.2反应器容积 (17)

4.1.3实际表面水力负荷 (17)

4.1.4三相分离器设计 (17)

4.1.5 UASB每日产泥量 (19)

4.2生物接触氧化池设计计算 (20)

4.2.1氧化池有效容积 (20)

4.2.2氧化池总面积 (20)

4.2.3氧化池接触时间 (20)

4.2.4氧化池总高度 (21)

4.2.5需气量 (21)

4.2.6剩余污泥量 (22)

总结 (24)

参考文献 (26)

致谢辞 (27)

第一章绪论

1.1 设计内容

对某饮料公司主要产品汽水类饮料生产废水处理工艺进行设计，通过对了解工业废水的特性及机理，设计生物膜法+活性污泥法联合处理以达到对废水的处理。并且完成主工艺设计计算，绘制出主工艺构筑物结构尺寸图。

1.2 设计原则

（1）基础数据可靠

认真研究基础资料、基本数据，全面分析各项影响因素，充分掌握水质特点和地域特性，合理选择好设计参数，为工程设计提供可靠的依据。

（2）针对水质特点选择技术先进、运行稳定、投资和处理成本合理的处理工艺，积极慎重的采用经过实践证明行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备，使处理工艺先进，运行可靠，处理后水质稳定的达标排放。

（3）避免二次污染

尽量避免或减少对环境的负面影响，妥善处置处理渗滤液工程中产生的栅渣、污泥，臭气等，避免对环境的二次污染。

（4）运行管理方便

建筑构筑物布置合理，处理过程中的自动控制，力求安全可靠、经济适用，以利提高管理水平，降低劳动强度和运行费用。

严格执行国家环境保护有关规定，使处理后的水能够达标排放

1.3 设计依据

1、《环保设备—原理、设计、应用》北京；化学工业出版社，2001.4

2、《废水综合排放标准》（GB8978-1996）

3、《城市污水厂处理设施设计计算》北京；化学工业出版社，2004

4、《污水处理厂工艺设计手册》北京；化学工业出版社，2003

5、《给水排水设计手册》北京市市政设计院

6、《废水生化处理》上海；同济大学出版社，1999.11

7、《污水处理工艺及工程方案设计》北京；中国建筑工业出版社，2000.4

第二章 工艺流程的确定

2.1 废水分析

2.1.1废水来源

污水按来源可分为生活污水、工业废水和城市污水。

本次要处理的废水为某饮料公司汽水类饮料排放废水。排放的废水主要来自于洗瓶水及灌注机、溶糖罐等设备清洗废水以及残留的产品原液，另外废水还包括冲洗地面水和反冲洗水。

2.1.2 汽水类饮料废水水质特点

此类水的水质特点为：⑴废水主要为蔗糖有机废水，⑵含有很高的BOD 、COD 浓度，⑶PH 较高，⑷由于汽水类饮料的生产一般采用间歇式生产，故水质波动较大，有机污染负荷高。⑸废水可生化性好。

2.2工艺流程设计

2.2.1进出水水质

根据出水指标达到国家《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）中二级排放标准。得到的出水水质

表2-1 所处理污水水质 mg/l

2.2.2处理程度的计算

%25.964000150

-4000cod ==

η去除率：

%97200060

-2000bod ==η去除率：

%6.28280200

-280ss ==η去除率：

为有效的去除有机污染物BOD 、COD ，确定采用活性污泥法/生物膜法联合处理为主体处理工艺的生化处理技术。

2.2 工艺流程比较

由所处理污水水质特点出发，由于BOD 和COD 浓度都比较高，所以选择采用厌氧与好氧交替的处理方式进行废水的处理。在此选择UASB ，厌氧生物转盘，厌氧生物

滤池，SBR法，吸附再生法进行主处理工艺的比选。

2.2.1 UASB+生物接触氧化

工艺流程图见图2-1

图2-1 UASB+生物接触氧化池

1、UASB基本原理

UASB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。在底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室沼气，用导管导出，固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大，并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沼着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床

2.UASB工艺特点

UASB具有以下优点

①、UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为20-40gVSS/1；

②、有机负荷高，水力停留时间短，采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/m3.d左右；

③、无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；

④、污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵赛问题；

⑤、UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备

3.生物接触氧化池基本原理

生物接触氧化法净化废水的基本原理与一般生物膜法相同，就是以生物膜吸附废水中的有机物，在有氧的条件下，有机物由微生物氧化分解，废水得到净化。

生物接触氧化池内的生物膜由菌胶团、丝状菌、真菌、原生动物和后生动物组成。在活性污泥法中，丝状菌常常是影响正常生物净化作用的因素；而在生物接触氧化池中，丝状菌在填料空隙间呈立体结构，大大增加了生物相与废水的接触表面，同时因为丝状菌对多数有机物具有较强的氧化能力，对水质负荷变化有较大的适应性，所以是提高净化能力的有力因素。

4.生物接触氧化池工艺特点

①、由于填料比表面积大，池内充氧条件良好，池内单位容积的生物固体量较高，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷；

②、由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流完全混合，故对水质水量的骤变有较强的适应能力；

③、剩余污泥量少，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便。

生物接触氧化法具有生物膜法的基本特点，但又与一般生物膜法不尽相同。一是供微生物栖附的填料全部浸在废水中，所以生物接触氧化池又称淹没式滤池。二是采用机械设备向废水中充氧，而不同于一般生物滤池靠自然通风供氧，相当于在曝气池中添加供微生物栖附的填料，也可称为曝气循环型滤池或接触曝气池。三是池内废水中还存在约 2～5%的悬浮状态活性污泥，对废水也起净化作用。因此生物接触氧化法是一种具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有生物膜法和活性污泥法的优点净化效率高；处理所需时间短；对进水有机负荷的变动适应性较强；不必进行污泥回流，同时没有污泥膨胀问题；运行管理方便

5.效率的计算

表2-2各构筑物效率

表2-3沿程效率

2.2.2 厌氧生物转盘+CASS

工艺流程图见图2-2

图2-2厌氧生物转盘+CASS

1、厌氧生物转盘基本原理

厌氧生物转盘的构造与好氧生物转盘相似，不同之处在于上部加盖密封，为收集沼气和防止液面上的空间有氧存在。厌氧生物转盘由盘片、密封的反应槽、转轴及驱动装置等组成。盘片分为固定盘片和转动盘片，相间排列，以防盘片间生物膜粘连堵塞，固定盘片一般设在起端。转动盘片串联，中心穿以转轴，轴安装在反应器两端的支架上。水处理设备靠盘片表面生物膜和悬浮在反应槽中的厌氧活性污泥共同完成。盘片转动时，作用在生物膜上的剪刀将老化的生物膜剥下，在水中呈悬浮状态，随水流出槽外。

2、厌氧生物转盘工艺特点

其优点是，可承受较高有机负荷和冲击负荷，cod去除率可以达到90%以上；不存在载体堵塞问题，生物膜可经常保持较高活性，便于操作易于管理。缺点是造价太高，不能大规模使用

3.CASS基本原理

在预反应区内，微生物能通过酶的快速转移机理迅速吸附污水中大部分可溶性有机物，经历一个高负荷的基质快速积累过程，这对进水水质、水量、PH和有毒有害物质起到较好的缓冲作用，同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可有效防止污泥膨胀；随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解过程。CASS工艺集反应、沉淀、排水、功能于一体，污染物的降解在时间上是一个推流过程，而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中，从而达到对污染物去除作用，同时还具有较好的脱氮、除磷功能。

4.CASS工艺特点

①工艺流程简单，占地面积小，投资较低

②生化反应推动力大

③沉淀效果好

④灵活，抗冲击力强

⑤不易发生污泥膨胀

⑥性质稳定

但是CASS工艺适用范围小，控制方式单一，容积利用率低等

5效率的计算

表2-4各构筑物效率

表2-5沿程效率

2.2.3 厌氧生物滤池+吸附再生法

工艺流程图见图2-3

图2-3厌氧生物滤池+吸附再生法

1、厌氧生物滤池基本原理

厌氧生物滤池是一种内部装填有微生物载体（即滤料）的厌氧生物反应器。厌氧微生物部分附着生长在滤料上，形成厌氧生物膜，部分在滤料空隙间悬浮生长。污水流经挂有生物膜的滤料时，水中的有机物扩散到生物膜表面，并被生物膜中的微生物降解转化为沼气，净化后的水通过排水设备排至池外，所产生的沼气被收集利用。2、厌氧生物滤池工艺特点

厌氧生物滤池的主要优点是：处理能力较高；滤池内可以保持很高的微生物浓度；不需另设泥水分离设备，出水ss低；设备简单操作方便。它的主要缺点是:滤料费用较高；滤料容易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚，堵塞后，没有简单有效的清洗方法。3吸附再生法基本原理

吸附再生法把活性污泥对有机物的吸附凝聚和氧化分解混在同一曝气池内进行，适于处理溶解的有机物。对含有大量悬浮和胶体颗粒的废水，可充分利用活性污泥对其初期吸附量大的特点，将吸附凝聚和氧化分解分别在两个曝气池中进行，从而出现了吸附-再生法。主要特点是将活性污泥法对有机污染物降解的两个过程——吸附、代谢稳定，分别在各自的反应器内进行

4.吸附再生法工艺特点

主要优点：a.废水与活性污泥在吸附池的接触时间较短，吸附池容积较小，再生池接纳的仅是浓度较高的回流污泥，因此，再生池的容积也是小的。吸附池与再生池容积之和仍低于传统法曝气池的容积，建筑费用较低；b.具有一定的承受冲击负荷的能力，当吸附池的活性污泥遭到破坏时，可由再生池的污泥予以补充。

2)主要缺点：对废水的处理效果低于传统法；对溶解性有机物含量较高的废水，处理效果更差，尤其是对溶解性有机物较多的工业废水，处理效果不理想。

5.效率的计算

表2-6各构筑物效率

表2-7沿程效率

2.3 工艺流程确定

根据对上述工艺的详细的计算与比较，我选择UASB+生物接触氧化池

第三章工艺说明

3.1工艺流程图

工艺流程图见图3-1

3.2 各级工艺处理说明

3.2.1 调节池

①处理对象：碳酸饮料废水，特点就是水量波动大和ph高

②作用：调节水量和调节水质

3.3.2格栅的选择

①处理对象;格栅作为水处理中的预处理方法，应用广泛，采用该方法可以有效的去除污水中的较大的悬浮物，保护后续处理稳定进行及提升泵的运转。

②分类：格栅可分为粗格栅、中格栅和细格栅；圆形断面格栅、正方形断面格栅、矩形断面格栅；手动清除格栅、机械清除格栅。为去除较大悬浮物，本工艺采用细格

栅作为预处理构筑物。

③作用：去除污水中的较大的悬浮物和漂浮物，防止缠绕和堵塞水泵机组，减少后续处理产生的浮渣，保护后续处理稳定进行及提升泵的运转。

3.3.3 提升水泵

作用：污水处理厂在运行工艺流程中一般采用重力流的方法通过各个构筑物和设备。但由于厂区地形和地质的限制。必须在前处理处加提升泵站将污水提到某一高度后才能按重力流方法运行。污水提升泵站的作用就是将上游来的污水提升至后续处理单元所要求的高度，使其实现重力流。提升泵站一般由水泵、集水池和泵房组成。3.3.4初沉池的选择

作用：

（1）去除可沉物和漂浮物，减轻后续处理设施的负荷。

（2）使细小的固体絮凝成较大的颗粒，强化了固液分离效果。

（3）对胶体物质具有一定的吸附去除作用。

（4）一定程度上，初沉池可起到调节池的作用，对水质起到一定程度的均质效果。减缓水质变化对后续生化系统的冲击。

（5）有些废水处理工艺系统将部分二沉池污泥回流至初沉池，发挥二沉池污泥的生物絮凝作用，可吸附更多的溶解性和胶体态有机物，提高初沉池的去除效率。

（6）还可在初沉池前投加含铁混凝剂，强化除磷效果。含铁的初沉池污泥进入污泥消化系统后，还可提高产甲烷细菌的活性，降低沼气中硫化的含量，从而既可增加沼气产量，又可节省沼气脱硫成本。

3.3.5UASB反应器

内容见2.2.1

3.3.6生物接触氧化池

内容见2.2.1

3.3.7二次沉淀池的选择

沉淀池：沉淀是利用自身重力的作用，是污染物质从污水中分离出来的一种方法。由于生活污水排放过程中水量水质均有一定的不均匀性，使得污水的流量或浓度在昼夜内有一定的变化。为使处理构筑物正常工作，不受污水高峰流量或浓度变化的影响，常设调节池。调节废水水质水量，从而避免对后续生物处理造成较大的负荷变化，使生物处理正常运行受影响。同时沉淀废水中的部分悬浮物。沉淀池内结构分为：进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区、和出水区。沉淀池的常用池型有：平流式沉淀池，竖

流式沉淀池，辅流式沉淀池，斜板、斜管沉淀池。

3.3.8污泥浓缩池

污泥浓缩是降低污泥含水率、减小污泥体积、降低污泥后续处理费用的有效方法。污泥浓缩的方法主要由重力浓缩法、气浮浓缩法和离心浓缩法。本处理工艺采用重力浓缩法，浓缩重力浓缩法是利用自然的重力沉降作用，是污泥中的间隙水的以分离。重力浓缩构筑物称为重力浓缩池。根据运行方式的不同，可分为连续式重力浓缩池和间歇式重力浓缩池两种，本设计采用连续式重力浓缩池。。浓缩后污泥进行污泥机械脱水，上清液回流至集水井。

3.3.9污泥脱水机房

污泥处理厂的污泥是由液体和固体两部分构成的悬浮液，污泥脱水是整个污泥处理工艺的一个重要步骤或环节，其目的是使固体部分得到富集，减少污泥体积，为污泥的最终处置创造条件。

第四章 设计计算

4.1UASB 反应器

4.1.1常用参数

容积负荷:)/(63d m kgcod N V ?= 污泥产率：kgcod kgMLSS /1.0 产气率：kgcod m /5.03 每个进水口负荷为:2/4m

4.1.2反应器容积 设计废水量

s m h m d m Q /035.0/125/3000333=== （4-1） UASB 的有效容积

33

20006

1040003000m V =??=-有效

（4-2）

根据经验UASB 最经济的高度一般在4-6米，并且大多数情况下，这也是系统最优的运行范围，取m h 6.0=，则

34.3336

2000m h V A === （4-3）

采用4座相同的UASB 反应器，则

214.834

m A

A == （4-4）

采用长方形池，当长度比为2:1时基础建设投资最省，取长为13米，宽为6.5米 实际横断面积为

225.84m B L A =?= （4-5） 4.1.3实际表面水力负荷

0.137.05

.8441251<=?==A Q q （4-6）

所以符合要求

4.1.4三相分离器设计

1.三相分离器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，回流缝等设计

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，面积根据废水量和表面负荷决定。

由于沉淀区的厌氧污泥及有机物还可以发生一定的生化反应产生少量气体，这时固液分离不利，故设计时应满足以下要求 ⑴沉淀区水力表面负荷h m /0.1<

⑵沉淀器斜壁角度设为?55，使污泥不致积累，尽快落入反应区内 ⑶进入沉淀区前，沉淀槽底缝隙的流速h m /2≤ ⑷总沉淀水深应大于1.5m ⑸水力停留时间介于1.5-2h

沉淀区的面积：225.84m B L A =?= （4-7） 表面水力负荷：h m A Q q /0.137.05

.8441251<=?==，符合要求 (4-8) 3. 回流缝设计

设单元三相分离器的宽度b=2.4m ，上下三角行集气罩斜面水平夹角 55=Φ，取保护水层的高度m h 5.01=，下三角行高度m h 2.12=，上三角行水深m h 5.03=，设每个UASB 池的回流缝的数目为4。 则下三角形集气罩底部宽为

Φ=tan /21h b (4-9)

式中—

2h —下三角形高度

Φ—下三角集气罩斜面水平夹角

84.055tan 2

.11=?

=

b m

则相邻两个下三角形集气罩之间的水平距离

72.084.024.212=?-=-=b b b m (4-10)

则下三角形回流缝面积为

272.1845.672.021m n l b s =??=??= (4-11) 下三角形集气罩之间的污泥回流缝中混合液的上升流速

2/67.172

.184

/125/111<===s m S Q V ，符合要求 (4-12)

确定上下三角形集气罩相对位置尺寸

m b BC 61.035sin /3=?= (4-13) 设AB=0.4m ，则上三角形高为

m b AB h 824.055tan )2/55cos (24=??+??= （4-14）

4.1.5 UASB 每日产泥量 总产泥量

E rQC P SS 0= （4-15） 式中—

r —厌氧生物处理产泥率，取kgcod m /1.03 Q —设计流量

0C —进水cod 浓度 E —cod 去除率

d kgMLSS E rQC P SS /10809.010*********.030=????==- 每日产泥量r

p P W SS

)100(100-= （4-16）

式中—

SS P 产生的悬浮固体，d /kgvss P 污泥含水率，以97%计

r 污泥密度，以3m /kg 1000计

d m r p P W SS /361000

)97100(1080

100)100(1003=?-?=-=

4.2生物接触氧化池设计计算

4.2.1氧化池有效容积

M

L L Q V t a )(-= （4-17）

式中—

V —氧化池有效容积，3m Q —平均日污水量，d m /3

a L —进水bod 浓度，L mg / t L —出水bod 浓度，L mg / M —容积负荷，)/(3d m gbod ?

已知Q=3000d m /3,污水bod 浓度300L mg /，出水bod 浓度60L mg /，因为饮料废水属于可生化好的废水，所以bod 有机负荷取1.5)/(3d m kg ?，选用软性纤维状填料

34801500

)

60300(3000m V =-?=

（4-18）

4.2.2氧化池总面积

H

V

F = （4-19）

式中—

F —氧化池总面积，2m V —氧化池有效容积，3m H —滤料层总高度，m ，一般取3m

则有21603

480

m F == 4.2.3氧化池接触时间

n

F

f = （4-20）