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某柠檬酸生产废水处理工程设计TheDesignofCitricAcidWastewaterTreatmentProject摘要我国是世界上最大的柠檬酸生产和出口国，但柠檬酸生产工艺的固有特点使其生产过程中产生大量高浓度废水，成为环境的严重污染源，而由于投资、技术、运行成本等原因，该行业三废基本处于任意排放状态，严重污染周围环境，因此，废水治理已成为我国柠檬酸行业的当务之急。柠檬酸废水处理方法有生产饲料酵母法、上流式厌氧污泥床(UASB)工艺、活性污泥法、光合细菌法、乳状液法及综合处理法等。本设计着重从节省运行成本和提高处理效率角度出发，采用UASB--生物接触氧化法方法进行处理，使得进水有机污染物得到有效处理后达标排放。本设计对工艺流程中各个设备及构筑物的工作原理及特点作了详细说明；对各处理设备和构筑物进行了详细的设计计算，确定了各处理设备和构筑物的结构尺寸、废水处理工程的平面布置和高程布置。通过计算结果可以看出，本次设计达到了预期的处理效果，也符合所应的要求。关键词：柠檬酸废水；废水处理；UASB工艺；AbstractChinaistheworld'slargestproducersandexportersofcitricacid,citricacidproductionprocessbuttheinherentcharacteristicsoftheproductionprocesstoproducealargenumberofhigh-strengthwastewater,theenvironmenthasbecomeaserioussourceofpollution,therefore,wastewatertreatment,hasbecomeChina'scitricacidindustrypriority.Citricacidwastewatertreatmentmethodoffeedyeastproductionmethod,upflowanaerobicsludgeblanket(UASB)processes,activatedsludge,photosyntheticbacterialawemulsionmethodandtheintegratedtreatmentoflaw.Focusingonthedesigntosavecostsandimproveoperationefficiencypointofview,theuseofUASBprocesstreatmentofcontacts.Ofprocessequipmentandstructuresineachoftheworkingprincipleandcharacteristicsexplainedindetail;ontheprocessingequipmentandstructuresindetailthedesignandcalculationtodeterminethestructureoftheprocessingequipmentandthestructuresize。Aftercalculated,theoutcomemainlymeetstheanticipativerequirement.Keywords:CitricAcidwastewater,WastewaterTreatment,UASBProcess。目录第一章绪论1.1生产柠檬酸废水的来源在我国，柠檬酸生产主要以薯干、玉米等为原料，用薯干为原料，采用薯干粉原料深层发酵法生产柠檬酸是我国独特的先进工艺。该工艺不需特别添加营养盐类或其他产酸促进剂，而且产量较高，且资源丰富，价格低廉。国外生产柠檬酸主要以糖蜜为原料，糖蜜的组成复杂，一般需要进行糖蜜预处理方可进行柠檬酸正常生产。国内柠檬酸生产的工艺流程如图1-l.在柠檬酸生产过程中，薯干粉原料在发酵罐与发酵菌混合，在通风和搅拌的条件下进行发酵反应。发酵后的混合液中，大部分是溶解态的柠檬酸，并含有许多其他杂质与代谢产物，如薯干粉渣、蛋白质、菌丝体以及一些不能利用的糖类等。经过板框压滤后将固体状的菌丝体和薯干粉分离出来，所形成的滤渣可以用作饲料，往滤液中投加碳酸钙，与溶解态的柠檬酸反应生成难溶性的柠檬酸钙沉淀，通过过滤可以与其他可溶性杂质分离这一过程称为中和。中和时一般先将滤液加温到70摄氏度以上再开始加碳酸钙，随着温度的升高，柠檬酸钙的溶解度降低，而其他杂质，如草酸钙和葡萄糖酸钙的溶解度则增大，逐渐呈溶解状态，因此在中和过程中一般要求在80摄氏度保温半小时以上以使反应完全，此时进行抽滤，即可得到柠檬酸固体。含有其他钙盐和物质的溶解即可排出，这股废水一般称为浓糖水。所得柠檬酸钙固体还需用80.摄氏度左右的热水洗涤，.以提高其纯度，所排出的洗液称之为洗糖水。浓糖水和前三次洗糖水中的COD浓度很高，颜色呈深褐色，主要含有还原性糖、非发酵性糖、多糖及草酸钙、葡萄糖酸钙及蛋白质等杂质。1.2柠檬酸废水基本处理方法目前，国内主要以生物法对柠檬酸工业废水进行处理。另外，易见报道的柠檬酸废水处理方法还有光合细菌法，乳状液膜法及生产饲料酵母法等。1.2.1生物法柠檬酸生产废水属于高浓度有机废水，不含有毒物质，可生化性好。因此，国内外常用的柠檬酸废水处理方法是生物法，根据作用微生物的不同，生物处理方法可分为好氧处理和厌氧处理两大类。1.2.1.1厌氧生物法厌氧生物法是指无分子氧条件下通过厌氧微生物，包括兼氧微生物的作用，将废水中的各种复杂的有机物分解为甲烷和二氧化碳等物质的过程，同时把部分有机质合成细菌胞体，通过气，液，固分离，使废水得到净化的一种废水处理方法。柠檬酸废水的厌氧处理技术主主要有管道式厌氧消化器、高温厌氧消化池和上流式厌氧污泥床（UASB）等。管道式厌氧消化期内充填填料作为微生物的载体，能滞留高浓度的厌氧活性污泥，增强耐进水地pH和耐负荷变化的能力。采用这种方法，酸性的高浓度废水无需进行pH调整可直接进入处理系统，从而减少药剂消耗量，降低运行费用，便于操作管理。但此法存在污泥六十现象，且需定期排泥。高温厌氧消化池具有时间短，消化温度适应性强，运行费用低，有机物去除率高等优点，但废水升高温度需消耗额外的能量，因此仅适用于原废水温度较高的情况。上流式厌氧污泥床（UASB），具体流程如下：污水自下而上通过UASB。反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。因水流和气泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。反应器上部有设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥。1.2.1.2好氧生物法好氧生物处理法可分为活性污泥法和生物膜法两类。活性污泥法本身就是一化池及生物流化床等。氧化塘和土地处理法即自然生物处理。氧化塘有好氧塘、化法等。活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体好氧处理有机废水的生物处理方法。这种生物絮体叫做活性污泥。它是由具有活性的微生物(包括细菌、真菌、原生动物和后生动物等)、微生物自身氧化的残留物、吸附在活性污泥上不能为生物所降解的有机物和无机物组成。其中微生物是活性污泥的主要组成部分，而细菌是活性污泥在组成和净化功能上的中心。活性污泥法能够去除废水中的有机物是经过吸附、微生物代谢、凝聚和沉淀三个过程完成的【13】。间歇曝气活性污泥法SBR(SequencingBatchReactor)20世纪80年代以来在处理间歇排放的，水质水量变化很大的工业废水中得到了极为广泛的应用。SBR法的进水、反应、沉淀、排水及闲置等几个运行阶段(使其具有厌氧法和好氧法的协同作用，水质水量变化适应性强、出水水质好、不存在活性污泥膨涨等问题，且操作简单、运行可靠、易于实现自动化。张敬东【14】等利用此法处理COD为500~2500mg/L的柠檬酸废水，采用16h运行时间，曝气进水。此法对COD的去除率可达90%左右。生物膜法有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池及生物流化床等。氧化塘和土地处理法即自然生物处理。氧化塘有好氧塘、兼性塘、厌氧塘和曝气塘等；土地处理法有灌溉法、渗滤法、浸流法及毛纫管净化法。1.2.1.3厌氧一好氧生物组合法单独采用厌氧生物法或好氧生物法处理高浓度柠檬酸废水，往往不能达到国家排放标准，需组合其他处理技术或将两种生物法组合起来对柠檬酸废水进行处理，即厌氧—好氧生物组合法。于军【15】、杨淑英【16】、马三剑【17】采用两级UASB反应器和接触氧化工艺对柠檬酸废水进行了处理研究，厌氧均采用UASB反应器，好氧采用接触氧化，并在厌氧和好氧之间设(曝气)调节池，将厌氧出水和生产过程中排出的低浓度废水混合调节后再进接触氧化池处理。为了改善系统的出水水质，接触氧化池后又增设一气浮池。上述处理系统，好氧处理单元COD去除率为85%以上，整体工艺的COD去除率为98%。朱乐辉等【18】通过UASB和BIOFOR滤池组合工艺对柠檬酸废水处理中试研究，发现经过UASB厌氧后的柠檬酸废水的可生化性较好，曝气生物池处理后COD可降到100mg/L以下。李敬存【21】等采用UASB-接触氧化-气浮工艺对柠檬酸废水处理研究。工程运行表明，柠檬酸废水在进水SS、COD和BOD分别为3427mg/L、18853mg/L和1l778mg/L的条件下，经该工艺处理后，外排废水SS、COD和BOD浓度分别为147.5mg/L、223mg/L和51.9mg/L。1.2.2光合细茵法（PSB）光合细菌在有光照缺氧的环境中能进行光合作用，利用光能进行光合作用，利用光能同化二氧化碳，与绿色植物不同的是,它们的光合作用是不产氧的。光合细菌细胞内只有一个光系统，即PSI，光合作用的原始供氢体不是水，而是H２S（或一些有机物），这样它进行光合作用的结果是产生了H2，分解有机物，同时还能固定空气的分子氮生氨。光合细菌在自身的同化代谢过程中，又完成了产氢、固氮、分解有机物三个自然界物质循环中极为重要的化学过程。这些独特的生理特性使它们在生态系统中的地位显得极为重要。光合细菌的适宜水温为15—400C,最适水温为28—360C。在水产养殖中，能够降解水体中的亚硝酸盐、硫化物等有毒物质，实现充当饵料、净化水质、预防疾病、作为饲料添加剂等功能，光合细菌适应性强，能忍耐高深度的有机废水和较强的分解转化能力，对酚、氰等毒物有一定有忍受和分解能力等特点，它的诸多特性，使其在无公害水产养殖中具有巨大的应用价值。PSB工艺能承受高有机负荷，且符合越高处理效果越好，不产沼气，易于管理，又有除氮能力，可处理含高盐分，油脂和环状化合物的废水，设备占地少，动力消耗少，投资低，可作为其他低负荷处理工艺的前处理，产生的菌体可作为各种资源加以利用，不产生二次污染。但PSB法处理高浓度有机废水需要不断添加新鲜菌体，菌体细胞自然沉淀困难，处理后的废水一般不能达标排放，仍需进一步净化处理。1.2.3乳状液膜法液膜分离技术是一项高效、快速、节能的新型分离技术。近年来，液膜分离技术在重金属分离、生物工程等领域得到广泛的应用．特别是在处理高浓度有机废水方面，液膜法取得了显著的成绩。乳液与废水通过搅拌充分混和接触。废水中的柠檬酸透过液膜浓缩在膜内，从而达到分离的目的。乳状液膜法从柠檬酸工业废水中分离柠檬酸，具有工艺简单，高效快速，易于工业化等特点。乳液使用后，经低压破乳，可重新制乳使用，复用多次处理效果基本不变。1.2.4生产饲料酵母法灭菌步骤，节省了蒸汽消耗及耐压设备投资。另外柠檬酸酸中和废水培养酵母工艺流程菌种还具有较强的絮凝性，静置一段时间后，可有90%的酵母菌沉降下来，大大节约了离心分离是所系的电能，但从废水的净化程度看，该工艺的COD去除率仅达30%~50%COD，还需进行再处理以使之达到排放标准。1.3柠檬酸废水治理技术展望随着全球可持续发展战略的实施，循环经济和清洁生产技术越来越受到人们关注。柠檬酸废水治理从末端治理已向清洁生产工艺、物质循环利用、废水回用等综合防治阶段发展。未来柠檬酸废水治理将突出以下几个方面：（1）贯彻循环经济、重视清洁