食品工业废水处理设计

第一章前言1.1食品工业废水的来源食品工业原料广泛，制品种类繁多，排出废水的水量、水质差异很大。废水中主要污染物有：漂浮在废水中固体物质，如菜叶、果皮、碎肉、禽羽等；悬浮在废水中的物质有油脂、蛋白质、淀粉、胶体物质等；溶解在废水中的酸、碱、盐、糖类等；原料夹带的泥砂及其他有机物等；致病菌毒等[1]。食品工业废水主要来源于三个生产工段：（1）原料清洗工段：大量砂土杂物、叶、皮、鳞、肉、羽、毛等进入废水中，使废水中含有大量悬浮物。（2）生产工段：原料中很多成分在加工过程中不能全部利用，未利用部分进入废水，使废水含大量有机物。（3）成形工段：为增加食品色、香、味，延长保存期，使用了各种食品添加剂，一部分流失进入废水，使废水化学成分复杂。1.2食品工业废水的危害近20年来，我国食品工业尤其是乡镇食品工业快速发展，极大地促进了社会经济的增长和人民生活质量的提高，但是在一段时期里，点多、面广、量大的食品工业废水直接排放，对水环境也造成了巨大压力，成为主要的水污染源之一。食品工业废水本身无毒性，但含有大量可降解的有机物质，废水若不经过处理排入水体要消耗水中大量的溶解氧，造成水体缺氧，使鱼类和水生生物死亡。废水中的悬浮物沉入河底，在厌氧条件下分解，产生臭气恶化水质，污染环境。若将废水引入农田进行灌溉，会影响农业果实的食用，并污染地下水源。废水中夹带的动物排泄物，含有虫卵和致病菌，将导致疾病的传播，直接危害人畜健康。因此，食品工业废水在排放前必须除去各种有害成分[2]。1.3食品工业废水常用的处理方法食品工业废水处理除按水质特点进行适当预处理外，一般均宜采用生物处理。如对出水水质要求很高或因废水中有机物含量很高，可采用两级曝气池或两级生物滤池，或多级生物转盘．或联合使用两种生物处理装置，也可采用厌氧—需氧串联的生物处理系统。目前，国内食品工业废水的处理工艺基本上包括了各种先进工艺，主要有：SBR法、生物接触氧化法、UASB——TF法、氧化沟法和水解酸化好氧法等。国外在处理食品工业废水方面探索出许多新方法，比如：新加坡开发出用活性污泥反应器来处理大豆饮料加工废水，其主要装置由活性污泥好氧池及沉淀池组成，废水在好氧池及沉淀池中的停留时间分别为8h和2h，经过处理后，95%的COD、67%的氮和57%的磷可以被去除[3];在墨西哥，采用生物转盘反应器RBC来处理玉米加工废水[4]；在捷克，开发了由预处理、厌氧消化及好氧降解三部分组成的废水处理系统来处理土豆片加工厂所排放的废水[5]，等。第二章编制依据和设计内容2.1设计资料设计废水水量400m3/d，K时=1.5[6]，水质特征如表1所示。表1设计原水水质项目COD/mg/LBOD5/mg/LSS/mg/LpH温度/℃数值800~1200500~600100~1505~6常温注：表中，COD平均为：1000mg/L；BOD5平均为550mg/L；SS平均为：125mg/L。2.2处理要求出水水质达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）中的一级标准，如表2所示[7]。表2设计出水水质项目BOD5/mg/LCOD/mg/LSS/mg/LpH数值＜20＜100＜706～9~第三章工艺流程选择食品工业的废水处理工艺。根据任务书中水质特征的要求和比较，经过进一步的分析研究，其中主要污染物质为悬浮物和呈胶体及溶解状态的有机物,即BOD、COD。根据国内外已运行的食品厂废水处理的工程的调查，要达到确定的治理目标，可采用多种工艺，如：SBR法、接触氧化法、UASB——TF法、氧化沟法和水解酸化好氧法等。现就SBR、氧化沟工艺及生物接触氧化工艺进行比较，尽可能使本设计工艺选择达到最优化。3.1生物接触氧化方案生物接触氧化法也称淹没式生物滤池法和接触式曝气法，其在氧化池内设置填料并淹没在污水中，经过曝气充氧的污水与填料上的生物膜相接触，在生物膜的作用下，有机物被生物膜所吸附，污水得到净化[9]。虽然吸附过程很短，但被吸附的有机物可以储存在生物膜中，有较长时间为微生物所氧化、分解、吸收。当生物膜达到一定厚度时，内层生物膜由于缺氧，好氧菌死亡，黏附力减弱，就会脱落，再沉淀池中沉降下来。旧的生物膜脱落后，新的生物膜又会在原来脱落的地方生长起来，如此新陈代谢，使氧化池净化功能处于动态平衡，使出水水质保持稳定。但是生物接触氧化处理技术的主要缺点是：填料间水流缓慢，水力冲刷小，如果不另外采取工程措施，生物膜只能自行脱落，更新速度慢，膜活性受到影响，某些填料，如蜂窝管式填料还易引起堵塞，布水布气不易达到均匀[10]。另外填料价格较贵，加上填料的支撑结构，投资费用较高。如设计或运行不当，可能在局部部位出现死角[11]。3.2氧化沟方案氧化沟是活性污泥法的一种变形，它把连续环式反应池作为生化反应器，混合液在其中连续循环流动。随着氧化沟技术的不断发展，氧化沟技术已远远超出最初的实践范围，具有多种多样的工艺参数、功能选择、构筑物形式和操作方式。如卡鲁塞尔（Carrousel2000）氧化沟、三沟式（T型）氧化沟、奥贝尔（Orbal）氧化沟等。氧化沟工艺的优点：(1)用转刷曝气时，设计污水流量多为每日数百立方米。用叶轮曝气时，设计污水流量可达每日数万立方米。(2)氧化沟由环形沟渠构成，转刷横跨其上旋转而曝气，并使混合液在池内循环流动，渠道中的循环流速为0.3~0.6m／s，循环流量一般为设计流量的30~60倍。(3)氧化沟的流型为循环混合式，污水从环的一端进入，从另一端流出，具有完全混合曝气池的特点。（4)间歇运行适用于处理少量污水。可利用操作间歇时间使沟内混合液沉淀而省去二沉池，剩余污泥通过氧化沟内污泥收集器排除。连续运行适用于处理流量较大的污水，需另没二沉池和污泥回流系统。(5)工艺简单，管理方便，处理效果稳定，使用日益普通。(6)氧化沟的设计可用延时曝气的设计方法进行，导出曝气池的体积，而后按氧化沟的工艺条件布置成环状循环混合式。氧化沟工艺的缺点：(1)处理构筑物较多；(2)回流污泥溶解氧较高，对除磷有一定的影响；(3)容积及设备利用率不高。氧化沟工艺基建和运行费用低，同时具有去除BOD5及脱氮除磷的作用，基建费用比常规的活性污泥法要低40%~60%，其运行费用比常规活性污泥法也要低30%~50%[12]。3.3SBR方案序批式活性污泥法即SBR法是从Fill&Draw(充排式)反应器发展而来的，其工作过程是：在较短的时间内把污水加入到反应器中，并在反应器充满水后开始曝气，污水中的有机物通过生物降解达到排放要求后停止曝气，沉淀一定时间将上清液排出[13]。简短说，上述过程可以概括为：短时间进水，曝气反应，沉淀，短时间排水，进入下一个工作周期。由于这项工艺在技术上具有某些独特的优越性，从1979年以来，本工艺在美、德、日、澳、加等工业发达国家的污水处理领域，得到较为广泛的应用。八十年代以来该工艺在我国也受到重视，并得到应用。本工艺系统最主要的特征是采用集有机污染物降解与混合液沉淀于一体的反应器—间歇曝气曝气池。与连续式活性污泥法系统相较，本工艺系统组成简单，勿需设污泥回流设备，不设二次沉淀池，曝气池容积也小于连续式，建设费用与运行费用都较低。此外，间歇式活性污泥法系统还具有如下各项特征:（1）在大多数情况下（包括工业废水处理），无设置调节池的必要；（2）SVI值较低，污泥易于沉淀，一般情况下，不产生污泥膨胀现象；（3）通过对运行方式的调节，在单一的曝气池内能够进行脱氮和除磷反应；（4）应用电动阀、液位计、自动计时器及可编程序控制器等自动仪表，可能使本工艺过程实现全部自动化，而由中心控制器控制；（5）运行管理得当，处理水水质优于连续式。SBR法处理食品废水具有一次性投资省、运行费用低、处理稳定性好、处理效率高等特点,是一种经济、有效的处理高浓度有机废水的方法,特别是在场地紧张情况下,更显示其优越性[14]。因此，本设计采用SBR法处理食品厂废水。3.4工艺流程本设计最后所选用的工艺流程如图1。污水→格栅→污水提升泵房→调节沉淀池→SBR→出水外运←污泥脱水间←重力浓缩池图1SBR工艺流程图第四章主要处理构筑物的设计计算及说明4.1格栅格栅是由一组平行的金属栅条组成，一般斜置于污水提升泵集水池前，或进水渠道上，用来拦截水中呈悬浮或漂浮状态的大块固形物，以防止阀门、管道、水泵或后续处理设备堵塞或损坏[15]。格栅可以分为人工格栅和机械格栅两种。人工格栅多用于小型水处理工艺；机械格栅则多用于大型水处理工艺。这类格栅构造复杂，维修量较大，但自动化程度较高，可以减轻污染对工作人员所产生的毒害和减轻劳动强度。本设计由于日排水量拟定为400m3/d，所以在提升泵前设置一道人工格栅。人工格栅具有构造简单，安装灵活和维护方便等优点。根据实践经验，本设计选用条形格栅参数如下：b=5mm,B=0.3m，B1=0.15m,H1=0.4m,H=0.7m,L=2.0m,α=45°每日栅渣量：8640011000QWWK式中1W——栅渣量，m3/103m3污水，1W=0.05m3/103m3污水；K——最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值即总变化系数，取1.5；1864001000QWWK=864000.00460.0510001.5=0.0132(m3/d)0.2(m3/d)因此采用人工清渣。4.2提升泵本设计采用集水池与泵合建的方式。4.2.1水泵的选择选泵应考虑的因素：①选泵机组泵站泵的总抽生能力，应按进水管的最大时污水量计，并应满足最大充满度时的流量要求[16]；②尽量选择类型相同（最多不超过两种型号）和口径的水泵，以便维修，但还须满足低流量时的需求；③由于污水对水泵有腐蚀作用，故污水泵站尽量采用污水泵，在大的污水泵站中，无大型污水泵时才选用清水泵。设计流量Q=400m3/d=0.0046m3/s，选择2台潜水污水泵（1用1备），则单台提升泵流量为：Q1=1Q=0.004636001=16.56(m3/h)选择50WQ18-7-0.55型潜水污水泵。WQ系列泵为单级、单吸、立式离心潜水污水泵。泵与电机连成一体潜入水中工作，具有水力设计优良，节能效果显著，结构合理，防缠绕，无堵塞，安装灵活方便，可靠性高和无故障运行时间长等优点。结构的参数见表4。表480WQ100-16-11型潜水污水泵参数出水口径/mm流量/(m3/h)转速/(r/min)电动机功率/KW扬程/m效率/%50728500.557414.2.2集水池集水池的设计遵循以下原则：集水池的最小容积，不应小于最大一台污水泵5min的出水量；集水池宜设置冲洗或清泥设施；集水池的布置，应考虑水泵吸水管的水力条件，减少滞留或涡流。①有效容积污水泵房的集水池容积一般采用不小于最大一台水泵5min的出水量，本设计集水池容积采用相当于一台泵6min的容量。W=160566061000=5.962(m3)②有效水深及面积有效水深指栅后水位与最低水位之高差，本设计取H=1(m).则集水池面积A为：A=HW=5.9621=5.962(m2)集水池宽B取2m，则集水池长为：L=AB=5.9622=2.481（m）取3（m）保护水深为1.0m，则实际水深为2m。4.2.3泵位及安装本设计潜水污水泵采用湿式安装，优点是可以不设污水泵房，泵的效率比较高，节省投资及运行费用。潜污泵检修采用移动吊架。4.4调节池4.4.1一般说明废水的水量和水质并不总是均匀恒定的，往往随时间而变化，本设计中的食品厂加工废水也是这样。水量和水质的变化使得处理设备不能在最佳的工艺条件下运行，严重时甚至使设备无法工作，为此需要设置调节池，进行水量调节和水质均化[18]。为了达到既能均量又可以均质的目的，工程中一般采用均化池。本设计均化池设计成为以调节水量和搅拌均匀水质为目的的调节池。4.4.2主要设计参数调节池设计主要是确定调节池的有效容积，调节池的设计应该以处理废水的水质水量的变化周期为依据，调节池有效容积不应小于一个变化周期内累计的废水量。（1）调节池的容积：如果设有水量水质的逐时累计变化资料，可