可口可乐生产废水处理工艺设计

毕业设计第1页共37页1绪论1.1可口可乐废水的来源及特点作为全球著名的软饮料品牌，目前可口可乐在世界各地市场皆处重要地位，在全球拥有48%的极高市场占有率，在生产过程中亦将产生大量的废水。可乐废水是在可乐生产过程中产生的废水，其中包括生产过程中溢出的不合格产品、洗瓶水、冲瓶水、冲洗设备及工厂清洁水等[1]。废水排放为非连续性，水质、水量极不均匀，尤其是废水随季节波动大，水中有机物含量高，pH不稳定[2]，若不经处理直接排入水体，将对受纳水体造成极大污染和水资源的浪费。1.2可口可乐处理技术的发展趋势在高浓度的废水处理中常用的化学法有高级氧化法(催化氧化法)、焚烧法、微电解法等[3]。和生物处理相比物理处理不受水质的影响，出水水质比较稳定，对一些难以生物处理的有机废水有较好的去处作用[4]。对于可口可乐废水来讲，BOD5/CODCr日，值高，非常有利于生化处理。根据废水水质的不同，可采用单一好氧或厌氧与好氧相结合的方法。1.2.1好氧生物处理法多用于中、低浓度有机废水的处理，主要有以下两种方式：（1）活性污泥法：该处理工艺主要部分是曝气池和沉淀池，废水进入曝气池后，与活性污泥(含大量好氧微生物)混合，在人工充氧的条件下，活性污泥吸附并氧化分解废水中的有机物，而污泥和水的分离则由沉淀池来完成。应用较广为SBR和CASS反应池。①SBR为过间歇曝气可以使动力耗费显著降低，同时，废水处理时间也短于普通活性污泥法。SBR法是一种改进型的活性污泥法，SBR法没有设置二沉池和污泥回流设备，布置更为紧凑，占地面积少，基建及运行费用较低，不易发生污泥膨胀问题，耐冲击负荷，处理效果稳定。②CASS反应池是一种循环式活性污泥法，CASS反应池的运行一般包括三个部分：进水、曝气、回流阶段；沉淀阶段；排泥阶段；周期为4～12h。根据需要，反应池一般用隔墙分隔成三个区：生物选择区、预反应区、主反应区。生物选择区曝气，类似于SBR法中的限制性曝毕业设计第2页共37页气阶段。在该区内，回流污泥中的微生物大量吸收有机物，能较迅速有效地降低废水中有机物浓度；预反应区采取半限制性曝气。（2）生物膜法：在处理池内加入软性填料，利用固着生长于填料表面的微生物对废水进行处理。废水的生物膜处理法，简称生物膜法，它与活性污泥法并列，是较为流行的好氧污水生物处理技术之一[5]。最大优点是不会出现污泥膨胀的问题，且具有运转管理方便，剩余污泥量较少等优点。生物接触氧化池和生物转盘是这类方法的代表，在可口可乐治理中均被采用，主要是降低可口可乐废水中的BOD5[6]。1.2.2厌氧工艺处理法早在一百多年前人们就开始采用厌氧工艺处理生活污水污泥，1860年法国工程师MouraS首次采用厌氧方法处理经沉淀的固体物质，后来德国的KarlImhoff将其发展为目前仍然在使用的腐化池和双层沉淀他(又称Imhoff池)[7]。其处理技术包括许多方法，如厌氧滤池、上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧内循环反应器（IC）等。（1）UASB：UASB技术最为成熟，它利用厌氧微生物降解废水中的有机物，其主体分为配水系统，反应区，气、液、固三相分离系统，排水系统与排泥系统，沼气收集系统四个部分，具有效能高，处理费用低，电耗省，投资少，占地面积小等一系列优点，完全适用于高浓度废水的治理[8]。（2）IC：它是在UASB反应器的基础上发展而来的，和UASB反应器一样，可以形成高生物活性的厌氧颗粒污泥，但不同的是这种反应器内部还能够形成流体循环。此类反应器高度约为16～25m，容积负荷为普通升流式厌氧污泥床(UASB)的4倍左右，占地面积少，基建投资省，有机负荷高，抗冲击负荷能力强，运行稳定性好[9]。1.2.3厌氧+好氧生物处理法处理可口可乐废水(混合水)采用厌氧生物处理与好氧生物处理相结合是成熟、可靠的工艺，是可以大力推广使用的。卢平等采用微电解-生物接触氧化法处理松香及樟脑混合废水，系统出水CODcr150mg/L[10]。其中又分四类：（1）水解+好氧技术：水解+好氧生物处理技术的典型工艺流程为：格栅→均质调节→酸化→接触氧化→气浮→达标排放，此工艺流程的特点是将好氧工艺中的两级接触氧化工艺简化为一级接触氧化，使能耗大幅度下降。水解反应器利用厌氧反应中的水解酸化阶段，而放弃了停留时间长的甲烷发酵阶段，致使对有机物的去除率，毕业设计第3页共37页特别是对悬浮物的去除率显著高于相同停留时间的初沉池；由于可口可乐废水中大分子、难降解有机物转化为小分子、易降解的有机物，出水的可生化性能得到改善，使得好氧处理单元的停留时间少于传统工艺；与此同时，悬浮固体物质(包括进水悬浮物和后续好氧处理中的剩余污泥)被水解为可溶性物质，使污泥得到处理。水解池是一种以水解菌为主的厌氧上流式污泥床，水解工艺是预处理工艺，其后可以采用各种好氧工艺，如活性污泥法、接触氧化法、氧化沟法、SBR法等[11]，因此，水解一好氧工艺是一种新型处理工艺。可口可乐废水经过水解酸化后进行接触氧化处理，具有显著节能效果，且CODBOD值增大，废水的可生化性增加，可充分发挥后续好氧生物处理作用，缩短全工艺的总水力停留时间，提高生物处理可口可乐废水的效率，尤其是全系统剩余污泥量少[12]。（2）UASB+好氧技术：USAB+好氧处理工艺，其特点有：①在UASB反应器中大部分有机物被去除，且COD去除率在70％以上，BOD去除率在80％以上，降低了直接进行好氧处理的能耗；②厌氧过程有机负荷高，水力停留时间短，且污泥产率低，从而可降低污泥处理费用；③好氧池进一步降解UASB反应器出水中残余的有机物；④UASB反应器占地面积小，可节省投资，整套工艺处理效率高，操作简单，运行稳定。UASB其后可以生物接触氧化、新型生物接触氧化、A/O工艺、氧化沟、SBR等[13]。（3）EGSB+好氧技术：属于一种新型的厌氧+好氧处理工艺，其特点：①采用的厌氧技术是EGSB工艺，EGSB与UASB相比，EGSB具有布水容易、均匀、传质效果好、有机物去除率高、能够在更高的进水浓度和更高的容积负荷下运行的优点；②EGSB装置的高度可以为UASB装置的2倍以上，其占地面积更小；③在EGSB装置中，污泥浓度可提高到20~40kg/m3。有机物主要是在这样的颗粒层中被分解，产生大量的沼气，可回收利用，具有良好的经济效益[14]。EGSB其后可以生物接触氧化、新型生物接触氧化、A/O工艺、氧化沟法、SBR等[15]。（4）IC—CIRCOX反应器：IC反应器即厌氧内循环反应器，它基于UASB的原理，是荷兰的Paques公司于1986年开发完成:的，由两个UASB反应器的单元相互叠加而成，上部是高浓度负荷，下部是低浓度负荷[16]。从功能看，它是由4个不同的工艺单元结合而成，即混合区、膨胀区、精细处理区和回流系统。此反应器利用沼气提毕业设计第4页共37页升产生循环，不需用外力搅拌混合和使污泥回流，节省动力消耗。它与其他厌氧设备相比，具有占地面积小，有利于沼气的收集；剩余污泥少；耐冲击负荷强，处理效率高[17]。好氧气提反应器(CIRCOX反应器)，又称三相内循环流化床，其特点是高度与直径比大，占地面积小；有机负荷与微生物浓度高；水力停留时间短；剩余污泥少；流化性能好；氧的转移效率高；载体流失量少。将这两种反应器串联组合，IC反应器适于高浓度，CIRCOX反应器适于低浓度，工程具有占地面积小，无臭气排放，污泥量少和处理效率高等优点[18]。1.3本课题意义中国饮料行业是改革开放以来发展起来的新兴行业，是中国消费品中的发展热点和新增长点。作为10大饮料品牌的可口可乐，由于需求增多所产生的废水也日趋增多，而对于水资源相对匮乏的我国，如果能处理好这类废水，对我国的水资源利用是有重大意义的。近年来，可口可乐发展非常迅速，其消费总量和人均占有量的速度增长，在迅速发展的同时，也带来了一定的环境污染问题，针对饮料行业废水的处理工艺日益增多，而且大多也比较成熟。根据碳酸型饮料生产的特点，以UASB-活性污泥为主线的处理工艺可实现可乐废水长期稳定达标排放。混凝/絮凝过程进行了饮料工业废水的处理，实现对COD的去除率最高[19]。UASB反应器中颗粒污泥的形成，提高了污泥的沉降性，防止污泥流失，保持了反应器中较高的污泥浓度。颗粒污泥的长期滞留，使反应器具有很长的固体滞留时间，缩短了水力停留时间，反应器有较高的处理效率。以活性污泥法作为厌氧的后处理具有去除效果好、技术成熟、运行安全可靠、出水水质稳定等优点。采用UASB-活性污泥处理法的废水处理工艺，废水中的COD，BOD5和SS总去除率可分别达到98%，99.2%和94%以上，出水达到国家污水综合排放标准（GB8978－1996）一级标准。毕业设计第5页共37页2工艺流程可乐废水中有机污染物浓度比较高可生化性较好，宜首先采用厌氧为前处理单元，以降解大部分有机物，厌氧出水经好氧生化处理进一步降低污染。因此本污水处理系统采用厌氧-好氧工艺。UASB具有容积负荷率高、水力停留时间短等优点，对于处理同样COD浓度的总量废水、UASB反应器污泥产量低，产泥量为0.05kg/kgCOD，仅为活性污泥产泥量的1/5左右，因此本设计的厌氧阶段采用UASB工艺。活性污泥是利用悬浮生长的微生物絮凝提处理废水的一类好氧处理方法，生物絮凝体即为活性污泥。在生物吸附阶段，废水与活性污泥微生物充分接触，形成悬浊混合液，废水的污染物被比表面积巨大，且表面积含有多糖类粘性微生物吸附粘连，呈胶体的大分子有机物被吸附后，首先在水解霉作用下分解为小分子物质，然后小分子被微生物分解[20]。好氧生物处理具有较高的去除效率，被厌氧消化处理后的污水进入好氧生物池后，能够得到较好的处理。综上所述，本设计采用厌氧-好氧处理工艺，厌氧阶段采用UASB工艺，好氧阶段采用好氧活性污泥处理。工艺流程图如图2.1。生产废水经污水管道汇集到污水站集水井内；污水通过提升泵经水力筛网滤渣后进入均衡池，进行水质水量和pH值的调节等预处理；然后经布水系统进入UASB反应器；去除大部分有机污染物，UASB出水经稳定过渡区，进入好氧活性污泥池，在好氧活性污泥池中将污染物作进一步降解，并在沉淀池中完成泥水分离。处理后的水达到国家污水综合排放标准（GB8978－1996）一级标准排入市政管网。毕业设计第6页共37页图2.1UASB-活性污泥法工艺流程厂区综合废水集水井均衡池酸碱营养源搅拌UASB沼气好氧活性污泥池二沉池达标排放剩余污泥污泥回流毕业设计第7页共37页3单体构筑物的设计计算处理前污水水质参数hmdmQ333.832000，LmgCOD1500，LmgBOD3503.1集水井3.1.1设计原因用于收集厂区来水，并提供潜水泵安装平台，钢砼结构。3.1.2设计参数废水停留时间：25min安装水泵2台（一用一备）水泵流量hm385，扬程m0.12，功率kw5.53.1.3工艺尺寸mmmHBL8.338.3，水泵安装有液位控制器自动控制，以简化人工操作。见图3-1。3m3.8m3.8m3.8m图3.1集水井的俯视图和侧视图3.2均衡池3.2.1设计原因由于车间不同污水性质、流量不同，所以车间污水水质、水量不均匀性很大。均衡池设有酸、碱及营养盐投加泵和其它自控仪器及测控探头[1]，用于调节污水水质。均衡池的目的是使水质和水量保持相对的稳定，有利于后续处理单元的有效运行。同时均衡池中的搅拌器有利于水质保持稳定。如图3.2毕业设计第8页共37页10m5.5m10m10m图3.2均衡池俯视图和侧视图3.2.2设计参数废水停留时间：hHRT6,3.2.3工艺尺寸均衡池尺寸均衡池有效容积nQTW60(3-1)式中W——有效容积（3m）；Q——处理水量（hm3）；T——混合时间（min）；n——池数（1n）。设计中取hmQ385，min3606hT；1n3351060min36085mhmW。则均衡池钢砼结构，尺寸mmmHBL5.50.100.10，(3-2)搅拌装置①搅拌