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《水污染控制工程》课程设计方案论证报告武汉东联啤酒有限公司

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河南理工大学资源环境学院
《水污染控制工程》课程设计
方
案
论
证
报
告

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一、啤酒厂废水主要来源
啤酒厂废水主要来源：麦芽生产过程的洗麦水、浸麦水、发芽降温喷雾水、麦槽水、洗涤水、凝固物洗涤水；糖化过程的糖化、过滤洗涤水；发酵过程的发酵罐洗涤、过滤洗涤水；罐装过程洗瓶、灭菌及破瓶啤酒;冷却水和成品车间洗涤水；以及来自办公楼、食堂、单身宿舍和浴室的生活污水。
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nug?0C;Q0二、啤酒生产废水的特点中国环境保护网r/ZG?8jH7uK中国环境保护网B5?f4
啤酒生产过程用水量很大，特别是酿造、罐装工序过程，由于大量使用新鲜水，相应产生大量废水。由于啤酒的生产工序较多,不同啤酒厂生产过程中吨酒耗水量和水质相差较 大.管理和技术水平较高的啤酒厂吨酒耗水量为8—12t,我国啤酒厂的吨酒耗水量一般大于该数值.国内每吨啤酒从糖化到灌装总耗水10～20m3。啤酒工业废水可分为以下几类：中国环境保护网 Pye gQD+^
r F-h.Y m0(1）清洁废水 冷冻机、麦汁和发酵冷却水等.这类废水基本上未受污染。8［N”g；H'xRe＠0
+g/~1O？W:t*H0（2）清洗废水 如大麦浸渍废水、大麦发芽降温喷雾水、清洗生产装置废水、漂洗酵母水、洗瓶机初期洗涤水、酒罐消毒废液、巴斯德杀菌喷淋水和地面冲洗水等。这类废水受到不同程度的有机污染。（冲渣废水 如麦糟液、冷热凝固物、酒花糟、剩余酵母、酒泥、滤酒渣和残碱性洗涤液等。这类废水中含有大量的悬浮性固体有机物。工段中将产生麦汁冷却水、装置洗涤水、麦糟、热凝固物和酒花糟.装置洗涤水主要是糖化锅洗涤水、过滤槽和沉淀槽洗涤水。中国环境保护网v `，h{`T9oq中国环境保护网6P'yz3H＆KQ
此外，糖化过程还要排出酒花糟、热凝固物等大量悬浮固体.
(3）冲渣废水 如麦糖液、热凝固废物、酒花槽、剩余酵母、酒泥、滤酒渣和残碱性洗涤液等。这类废水中含有大量的悬浮性固体有机物.工段中将产生麦汁冷却水􀌱装置洗涤水、麦槽、热凝固和酒花槽。装置中将产生麦汁冷却水􀌱装置洗涤水􀌱麦槽、热凝固和酒花槽。装置洗涤水主要是糖化锅洗涤水􀌱过滤槽和沉淀槽洗涤水。此外􀌱糖化过程中还要排出酒花槽、热凝固物等大量悬浮固体。
（4）装酒废水 在灌装酒时,机器的跑冒滴漏时有发生，还经常出现冒酒。废水中掺人大量残酒。另外喷淋时由于用热水喷淋,啤酒升温引起瓶内压力上升,“炸瓶"现象时有发生，因此大量啤酒洒散在喷淋水中。循环使用喷淋水为防止生物污染而加人防腐剂，因此被更换下来的废喷淋水含防腐剂成分.中国环境保护网r1r!Q a"w%a C
(5)洗瓶废水 清洗瓶子时先用碱性洗涤剂浸泡，然后用压力水初洗和终洗。瓶子清洗 水中含有残余碱性洗涤剂、纸浆、染料、浆糊、残酒和泥砂等。碱性洗涤剂定期更换，更换 时若直接排人下水道可使啤酒废水呈碱性。因此废碱性洗涤剂应先进入调节、沉淀装置进行 单独处理。所以可以考虑将洗瓶废水的排出液经处理后储存起来,用来调节废水的pH值 （啤酒废水平时呈弱酸性)，这可以节省污水处理的药剂用量。

三、啤酒厂废水处理工艺
1.SBR法序批次间歇式活性污泥法简称为SBR法。SBR法实际上并不是一种新技术，早期充排式反应器（FDRFILL-Draw Reactor)的一种再现和改进，比连续流活性污泥法出现得更早。尽管间歇式比连续式更早由明显的处理效率高的优点，在实际的运行中有很多困难，曝气池水流的反复切换使操作繁，以取出水质澄清的处理出水,气设备容易被活性污泥堵塞等.因此，过去充排式活性污泥法极少被污水处理厂采用，演变成现今的连续式活性污泥法了。
目前,于自动控制和控制元件的发展,目前投入运行的SBR装置基本上都实现了自动控制,所以电控系统一般由电磁法,水位计和电子机械定时器或微电脑组成，用低廉且稳定可靠，使本来繁琐的操作管理变得简单方便,这使得SBR工艺又得到很大发展。如图大多数活性污泥工艺一样，从SBR开发开始就有许多变形工,如ICEAS，CASS等等。
(1)SBR 反映器的特点
①运行方式灵活，脱磷除氮效果好。SBR 在运行操作过程中􀌱可以根据废水水量水质的变化，出水水质的要求来调整一个运行周期中各个工段的运行时间,反应器的混合液容积的变化和运行状态来满足多功能的要求,具有极强的灵活性。
②工艺简单，节省费用。与普通活性污泥工艺相比,SBR 原则上不需要二沉池,回流污泥及其设备,一般情况下不必设调节池，多数情况下可以省去初沉池。
③反应推动力大。在采用限制曝气和半限制曝气方式运行时,有机物浓度变化在时间上是一个理想的推流过程,从而使它保持了最大的反应推动力。因此,它具有比一般完全混合式CFS 更高的处理效率，在达到同样出水水质的前提下,SBR 所需要的有效反应容积明显小于完全混合式CFS.
④可以处理CFS 法难以处理的废水,耐冲击负荷。
⑤能有效防止丝状菌膨胀
目前国内还没有SBR 反应器的设计规范和标准,一般是按活性污泥法动力学公式或负荷来计算SBR 反应器的容积.
(2）对SBR 技术的评价
SBR 工艺提供了时间序列上的废水处理,从而决定了具有很多CFS 法所不具备的优点，大量的实验研究和实际运行结果表明它具有以下优点。
①需要单独的沉淀池和刮污泥等机械设备；
②不需污泥循环系统;
③固液的分离是在表面负荷很小的条件下进行的;
④可以控制污泥膨胀;
⑤通过微处理器可容易地控制整个过程。
2. CASS工艺处理北京航天城生活污水
(1）CASS工艺是近年来国际公认的生活污水及工业废水的先进工艺。其主要原理是；把序批式活性污泥法（SBR）的反应池沿长度方向分为两个部分，前部为生物选择区也称预反应区，后部为主反应区,在主反应区后部安装了可升降的撇水装置，曝气、沉淀等在同一池子内循环运行，省去了常规活性污泥法的二沉池和污泥回流系统。该方法在美国的明尼苏达州草原市污水处理厂、俄亥俄州托莱多废水处理厂、密执安州地区废水处理厂应用均获得了良好的处理效果。CODCR去除率90％，BOD5去除率95%，并达到良好的脱氮除磷效果,目前，该方法在美国、加拿大、澳大利亚已有270家污水处理厂得到应用，其中城镇污水处理厂200家，工业污水处理厂70家。我国上海、昆明、北京等地也相继应用该工艺处理生活污水和工业污水。
为将先进的污水处工艺引进，消化并结合我国的实际情况加以改进推广，总装备部工程设计研究总院环保中心自1994年就来时实验进行系统的研究；①常温条件下处理生活污水研究;②低温条件下处理污水研究;③CASS工艺脱氮除磷研究;④处理抗生素废水的研究；⑤处理合成药生产废水研究;⑥处理化肥厂氮磷废水的研究；⑦处理制革废水的研究。在进行工艺研究的同时,还研制了CASS工艺的配套控制系统和滗水器，为工程应用打下了良好的基础.
（2)CASS工艺原理
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值个、和有毒有害物质起到了较好的缓冲作用，同时对丝状菌的生长起到抑制作用，可有效防止污泥膨胀,随后在主反应区激励一个较低负荷的基质降解过程，CASS工艺集反应、沉淀、排水于一体，对污染物质的降解是一个时间上的推流过程，微生物处于好氧—缺氧—厌氧周期变化之中，因此，CASS工艺具有较好的脱氧、除磷功能。
完整的CASS工艺周期一般可分为四个步骤:
a）曝气阶段 由曝气系统向反应池内供氧，此时有机污染物被微生物氧化分解,同时污水中的NH3—N通过微生物的硝化作用转化为NO2—N。
b)沉淀过程 此时停止曝气，微生物利用水中剩余的DO进行氧化分解。反应池逐渐由好氧状态向缺氧状态转化，开始进行反硝化反应。活性污泥逐渐沉到池底,上层水变清.
c)滗水阶段 沉淀结束后，置于反应池末端的滗水器开始工作,自下而上逐渐排出上清液,此时，反应池逐渐过渡到厌氧状态继续反硝化。
d）闲置阶段 闲置阶段即是滗水器上升到原始位置阶段.
（3）CASS工艺特点
CASS工艺与SBR的区别在于CASS工艺为连续进水，而SBR为间断进水，因此，在池子结构上前者分为2个区，中间设置了隔墙，而后者只有一个反应池。因此，在废水排放为连续或半连续时，CASS工艺最合适。
国外资料介绍和我们的实际试验研究认为,CASS工艺具有如下特点.
①建设费用低，比普通曝气法省25%，省去了初沉池、二沉池.
②占地面积省,比普通的曝气法省20%~30％。
③运行费用省，自动化控制程度高，管理方便.氧的吸收率高，除氧、脱磷不需要另加药剂，运行费用省25％。
④处理效率高，出水水质好
⑤运行可靠，耐负荷冲击能力好，不发生污泥膨胀.
（4)北京航天城污水处理工艺流程
工艺流程：
进水→格栅→集水池→提升泵→沉砂池→CASS池→出水
（5）工艺流程说明
污水中含有大量较大颗粒的悬浮物和漂浮物，经过格栅的截留,除去上述污染物，对水泵机组及后续处理构筑物具有重要的保护作用。污水经集水池用潜水泵打至沉砂池，在沉砂池中可除去比重较大的无机颗粒如砂等,使无机颗粒与有机污染物分离,定期将砂排入晒砂池，干化后清除，污水经沉砂池后由配水井自流进入CASS池，经过CASS池后处理达标后排放，其中部分作为航天城绿化和农场灌溉用水。
3、UASB和 CAS高浓度有机废水处理工程
河南金星啤酒集团有限公司高浓度有机废水处理工程采用的主要技术为升流式厌氧污泥床(UASB）和周期循环活性污泥法(CAS），废水处理工艺流程如图所示。
沼气排放

高浓度啤酒废水 格栅→集水井→调节沉淀池→UASB→CAS 达标排放

集泥井→污泥浓缩池 污泥外运
上清液
（1）工艺特点
1）在生物处理系统之前设置调节沉淀池,以调节水质水量，同时调节池兼作初沉池，具有去除废水中悬浮物的功能，减轻了后续生物处理系统的负荷，为生物处理系统的稳定运行创造了十分有利的条件.
2）废水中的大部分有机物在厌氧处理单元去除,厌氧处理采用先进高效的升流式厌氧污泥床反应器(UASB)，具有容积负荷高,电耗低，处理效果好，污泥产生量小的显著特点,而且运行过程中产生的沼气能够回收利用.厌氧处理采用常温发酵，进一步降低了工程投资和运行费用.
3）好氧处理采用周期循环活性污泥性（CAS）。CAS是利用活性污泥基质积累再生理论,将生物选择器与间歇式活性污泥法加以有机结合研究开发的新型高效的好氧生物处理技术,本项技术具有结构简单，处理效率高,电耗低，操作管理方便的特点。
4)本项水处理工程具有技术先进高效，处理工艺简单实用,处理效果好，运行稳定，操作管理方便，工程投资省，运行费用低的明显特色。

四、工艺方案的选择
啤酒废水属中高浓度有机废水，有很好的可生化性，但生产季节性较强,排放不连续，尤其是地面冲洗水,水量和浓度波动较大。该厂将各车间的废水汇集到一起，因无机负荷并不高，不适合目前国内常用的厌氧+好氧方法中对原水COD>6000mg/L的要求。
啤酒废水中含有大量有机碳而氮源含量较少,在进行传统的生化处理中,其含氮量远远低于BOD：N=100：5(质量比）的要求,致使有些啤酒厂采用传统活性污泥法时，在不补充氮源情况下处理效果很差，甚至无法运行.经多种方案比较，确定采用CASS法处理啤酒废水。
在好氧单元中,经过对膜法工艺和普通活性污泥法的综合比较后我们认为：较膜法工艺来说，由于CASS法省去了沉淀池，它们的总投资和运行成本基本相同，但应用于工程中，CASS工艺较膜法工艺更加稳定可靠,而且其使用寿命长；而较普通活性污泥法，SBR应用在此工程中不管在投资还是运行费用等方面的优势更加明显,因此我们选择CASS工艺。
循环活性污泥系统简称为CASS（Cyclic Activated Sludge System）工艺，是一种在SBR工艺和氧化沟技术的基础上开发出的新工艺.CASS池是系统的核心。污水中的大部分污染物在此降解、去除.它将生物反应过程和泥水分离过程集中在同一个池内进行。CASS反应池分为生物选择区、兼氧区和好氧区。选择区的基本功能是防止污泥膨胀，污水中溶解性有机物能够通过酶反应而被污泥颗粒吸附除去，回流泥中的硝酸盐可在该选择区内得以反硝化；在兼氧区内，有微量曝气，基本处于缺氧状态，有机物在此区内得到初步降解，同时也可除去部分硝态氮；好氧区为曝气区，主要进行硝化和降解有机物,同时也进行硝化反硝化过程。CASS池是一个间歇反应器，在此反应器内不断重复地进行曝气与非曝气过程。污水按一定周期和阶段得到处理，每一循环有下列各个阶段组成:进水／曝气／污泥回流阶段—-完成生物降解过程；非曝气／沉淀阶段——实现泥水分离；滗水／剩余污泥排除阶段——排出上清液；闲置阶段——恢复活性污泥活性.
上述各阶段组成一个循环操作周期，根据污水水量和浓度，它的运转方式可采取6周期／天、4周期／天、3周期／天的形式，每周期运行时间分别为4、6、8小时.循环过程中，首先进行充水、曝气和污泥回流，CASS池内的水位随进水而由初始的设计最低水位逐渐上升至最高设计水位。当经过一定时间曝气与混合后停止曝气，在静止的条件下使活性污泥絮凝并进行泥水分离.沉淀结束后通过移动堰表面滗水器排出上清液并使水位恢复至设计最低水位，然后重复运行。为保证系统在最佳条件下运行，必须定时排泥,排出剩余污泥的过程一般在沉淀结束后进行，污泥浓度可高达10g／L，所排出的剩余污泥量要比传统的活性污泥处理工艺少得多。

五、工艺流程图
格 栅
集水井
提升泵
调节池
沉砂池
CASS反应池
鼓风机
压滤机房
清水池
污泥浓缩池
贮泥池
进水
清水回用
接触消毒池

六、工艺流程说明
设计采用CASS主体工艺，CASS池分为生物选择区、兼氧区和好氧区三个部分。
1. 进水格栅
格栅用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大的悬浮物，并保证后续处理设施能正常运行.分为粗格栅和细格栅,格栅安装的倾角一般为600～700，有时为900 .
2.集水井
集水井主要功能是为废水后续处理作短暂储水作用
3.调节池
为了使管渠和构筑物正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响，需在废水处理设施之前设置调节池。调节池作用是调节水量和水质,以及污水pH值、水温，保证厌氧反应稳定进行.
4.沉砂池
分离的沉淀物质颗粒较大的砂子，沉淀物质比重较大,无机成分高，含水量低。污水在迁移、流动和汇集过程中不可避免会混入泥砂.污水中的砂如果不预先沉降分离去除,则会影响后续处理设备的运行.最主要的是磨损机泵、堵塞管网，干扰甚至破坏生化处理工艺过程。
5。CASS池
CASS池是一个间歇反应器，在此反应器内不断重复地进行曝气与非曝气过程。污水按一定周期和阶段得到处理，每一循环有下列各个阶段组成：进水／曝气／污泥回流阶段—-完成生物降解过程;非曝气／沉淀阶段——实现泥水分离;滗水／剩余污泥排除阶段—-排出上清液；闲置阶段——恢复活性污泥活性。
CASS反应池分为生物选择区、兼氧区和好氧区。选择区的基本功能是防止污泥膨胀，污水中溶解性有机物能够通过酶反应而被污泥颗粒吸附除去，回流泥中的硝酸盐可在该选择区内得以反硝化；在兼氧区内,有微量曝气，基本处于缺氧状态，有机物在此区内得到初步降解,同时也可除去部分硝态氮;好氧区为曝气区，主要进行硝化和降解有机物，同时也进行硝化反硝化过程。

  1—生物选择器；2—预反应区;3-主反应区
　 图1循环活性污泥技术
　 生物选择器设在池子首部，不设机械搅拌装置,反应条件在缺氧和厌氧之间变化。生物选择区有三个功能：a．絮体结构内底物的物理团聚与动力学和代谢选择同步进行；b．选择器被隔开,保证初始高絮体负荷,以及酶快速去除溶解底物；c.通过选择器的设计，还可以创造一个有利于磷释放的环境,这样促进聚磷菌的生长。生物选择区的设置严格遵循活性污泥种群组成动力学的有关规律，创造合适的微生物生长条件，从而选择出絮凝性细菌.活性污泥的絮体负荷S0/X0（即底物浓度和活性微生物浓度的比值)对系统中活性污泥的种群组成有较大的影响，较高的污泥絮体负荷有助于絮凝性细菌的生长和繁殖.CAST工艺中活性污泥不断地在生物选择器中经历高絮体负荷阶段，这样有利于絮凝性细菌的生长，提高污泥活性,并通过酶反应快速去除废水中的溶解性易降解底物，从而抑制了丝状细菌的生长和繁殖，避免了污泥膨胀的发生.同时当生物选择器处于缺氧环境时,回流污泥存在的少量硝酸盐氮（约为N3-N=20mg/L）可得到反硝化,反硝化量可达整个系统硝化量的20%。当选择器处于厌氧环境时，磷得以有效地释放，为生物除磷做准备。文档为个人收集整理，来源于网络文档为个人收集整理，来源于网络
预反应区为水力缓冲区,大小与高峰流量有关,若在非曝气阶段，不进水可将其省去.
主反应区在可变容积完全混合反应条件下运行，完成含碳有机物和包括氮、磷的污染物的去除。运行时通过控制溶解氧的浓度使其从0缓慢上升到2.5mg/L来保证硝化、反硝化以及磷吸收的同步进行.
a．硝化反硝化.
同步反硝化意味着在不专门为硝酸盐的去除设混合装置或正常缺氧混合程序的条件下，硝化与反硝化同时在同一反应器发生.通常认为在系统中,氮去除机制与在微生物絮体内由于受扩散限制引起的溶解氧(DO）)的浓度梯度有关，这样硝化菌存在于高溶解氧区或正氧化还原点位(OPR）,相反反硝化菌在溶解氧降低区或负氧化还原点位（OPR)下活性十足.CAST工艺运行中控制供氧强度以及混合液溶解氧的浓度使其从0逐渐上升到2.5mg/L左右，这样使活性污泥絮体的外周保持一个好氧环境进行硝化,由于氧在活性污泥絮体内的传递受到限制，而具有较高浓度梯度的硝酸盐则能较好地渗透到絮体内部有效地进行反硝化。另外，该工艺曝气与非曝气交替进行，从而使泥水混合液通过主反应区,顺序经过缺氧-好氧—厌氧环境,尤其在非曝气阶段0。5h—1.0h内污泥层以胞内在生物选择高负荷下储存或吸收的碳为碳源，进行反硝化，在污泥沉淀过程中也有一定的反硝化作用。
b．磷的去除。
生物除磷是依靠聚磷菌的作用实现的，生物选择器不曝气这样反应环境非常迅速地从缺氧环境转化为厌氧环境，当选择器处于厌氧环境，聚磷菌依靠水解体内的聚磷（Poly-P）水解释放出正磷酸盐，同时产生能量以吸收水中的溶解性有机底物,并将其在体内合成为细胞学储备物质PHB;在主反应区为好氧环境时，聚磷菌以游离氧为电子受体，将细胞储备物质氧化，并利用该反应所产生的能量，过量地在污水中摄取磷酸盐并合成为ATP,其中一部分转化为聚磷贮存能量，为下一周期的厌氧释磷做准备.由于好氧段吸磷量要远大于厌氧段的释磷量，所以通过剩余污泥的排放可达到除磷目的。若要在生物除磷的基础上进一步强化除磷效果或达到完全除磷的目的，可加入铝盐或铁盐，根据所去除磷浓度的大小,化学污泥在池子中的浓度约在1.7g/L～2.0g/L左右，化学污泥可以进一步提高沉淀污泥的压缩能力。CAST工艺是活性污泥不断地经过耗氧和厌氧的循环，这将有利于聚磷菌在系统中的生长和积累。根据Gorony等人的研究,当微生物内吸附大量降解物质,而且处在氧化还原点位为+100mV～—150mV的交替变化中时，系统可具有良好的生物除磷功能。
此外,在曝气结束后，主反应区进行泥水分离，由于此阶段无进水水力干扰,在静止环境中进行，从而保证系统良好的分离效果。CAST整个工艺过程遵循生物的“积累一再生”原理，生物先在生物选择器经历一个高负荷反应阶段，然后在主反应区经历一个低负荷反应阶段，生物选择其中较高的污泥絮体负荷,可以使废水中存在的溶解性易降解有机物通过酶转移机理予以快速地吸附和吸收进行底物的积累,然后在污泥絮体负荷较低的主反应区完成底物的降解,从而实现了活性污泥的再生.再生的污泥又以一定的比例回流至生物选择器中，进行机制的再次积累，这样不断地循环完成了生物的“积累—再生”，实验和实际应用表明,当高于75%的易降解有机物质通过酶转移机理去除,则剩余可溶解COD小于100mg/L。

6. 污泥浓缩池：
主要减缩污泥的间隙水.经浓缩后的污泥近似糊状，仍保持流动性。减少水处理构筑物排出的污泥的含水量，以缩小其体积。适用于含水率较高的污泥。例如活性污泥,其含水率高达99％左右。当污泥含水率由99％降至96％时,污泥的体积可缩小到原来的1/4。为了对污泥有效地、经济地进一步处理,须先进行浓缩。浓缩后的污泥含水率一般为95～97%。
7. 贮泥池：
剩余污泥经过浓缩后进入贮泥池，主要有以下作用
（1） 调节污泥量
（2） 药剂投加池
（3） 预加热池
8. 压滤机房：
缩短污泥浓缩的停留时间，提高污泥浓缩效果.
9. 接触消毒池:
使消毒剂与污水混合，进行消毒的构筑物。主要功能：杀死处理后污水中的病原性微生物
10. 清水池:
清水池贮存水厂中净化后的清水，以调节水厂制水量与供水量之间产差额，并为满足加氯接触时间而设置的水池。 作用是让过滤后的洁净澄清的滤后水沿着管道流往其内部进行贮存,并在清水中再次投加入液氯进行一段时间消毒，对水体的细菌、大肠杆菌等病菌进行杀灭以达到灭菌的效果。