1、淀粉工业废水处理工程设计1 绪论1.1 概述淀粉是一种重要的工业原料，除供食用和加工食品外，更广泛地应用于纺织、造纸、医药、发酵、化工、等行业。我国是世界上淀粉生产大国，年产淀粉600万吨以上。全国28 个省、市、自治区，除西藏外都有规模以上企业。淀粉品种主要以玉米淀粉为主，目前我国淀粉产量仅次于美国居世界第二位，其中玉米淀粉所占比例最大为86.5%，薯类淀粉次之为9.5%，小麦淀粉为3.9%。根据统计数据，我国历年淀粉产量一直呈上升趋势，从1979年的28万吨增至2002年的629万吨，平均递增率达15%。图1 近年来我国淀粉产量在淀粉生产过程中，废水排放量很大，而这类废水都含有大量淀粉、蛋
2、白质、糖类、脂肪等有机物的高浓度有机废水，这些淀粉废水若不经过处理直接排放，其水中所含有的有机物，进入水体后迅速消耗水中的溶解氧，造成水体缺氧而影响鱼类和其他水生动物的生存，同时废水中悬浮物易在厌氧条件下分解产生臭气，恶化水质。某淀粉生产企业以玉米为原料生产淀粉，生产过程中排放大量淀粉废水，影响周围环境，为适应当地环保工作的需要和工业项目应同时设计、同时施工、同时投入使用的三同时原则，也使出水水质达到国家污水综合排放一级标准，故投资兴建此配套污水处理设施。据该淀粉企业排放的废水特点，本设计通过对气浮-EGSB-SBR工艺的设计计算、分析，保证排放的废水达到国家污水综合排放一级标准。1.2 设计
3、依据（1）中华人民共和国环境保护法（2）中华人民共和国水污染防治法（3）污水综合排放标准（GB89781996）（4）给水排水设计手册（5）给水排水设计标准规范实施手册（6）给水排水工程概预算与经济评价手册（7）环境工程设计手册（8）可行性研究报告的批准文件和工程建设单位的设计委托书（9）甲方提供的相关水质资料（10）建设方提供的相关资料1.3 设计范围（1）生产废水流入污水处理区至全处理流程出水达标排放为止，设计内容包括水处理工艺、土建、排水等。（2）污水处理站的设计主要分为污水处理和污泥处理两部分。1.4 设计原则根据国家和当地有关环境保护法规的要求，对某淀粉生产企业在生产过程中排出的淀粉
4、废水进行有效处理，使之符合国家和当地废水排放标准，取得明显的环境和社会效益，使企业树立良好社会形象。（1）严格执行有关环境保护的各项规定，使处理后的各项指标达到或优于污水综合排放标准（GB89781996）一级排放标准。（2）针对废水水质特点采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺和设备，最大可能的发挥投资效益，采用高效稳定的水处理设施和构筑物，尽可能的降低工程造价，同时结合企业的生产情况，对污水进行综合治理。（3）工艺设计与设备选型能够在生产过程具较大的灵活性和调节余地，能适应水质水量的变化，确保出水水质稳定，达标排放。（4）工艺运行过程中考虑操作自动化，减少劳动强度，便于操作，维修。（5）建筑
5、构筑物布置合理顺畅，降低噪声，消除异味，改善周围环境。2 污水处理工艺2.1 废水水质、水量本次设计课题来源于某玉米淀粉生产企业生产废水。生产工艺流程大致图2所示。图2 玉米淀粉生产工艺图生产废水主要来自于浸泡、胚芽分离、纤维洗涤和脱水等工序，其主要成分为淀粉、糖类、蛋白质、纤维素等有机物质和氮、磷等无机物。各种废水水质、水量见表1。表1 废水水质、水量项目水量（t/d）CODCr(mg/L)菲汀水1201600020000黄浆水1002001000015000板框水15010005000冲洗水1502002000废水经厂内地下管网汇集到废水处理站，混合废水的水质、水量见表2。表2 混合废水水
6、质、水量项目水量（t/d）pHCODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS/(mg/L)氨氮(mg/L)混合废水5005.0100006000200050该淀粉废水排放量为480m3/d，废水处理工程的设计规模500m3/d。 2.2 进水水质特征分析（1）COD、BOD浓度高 生产过程中的亚硫酸浸泡液浓缩成的玉米浆或菲汀，其COD浓度在1600020000mg/L，甚至高达20000mg/L以上。（2）废水中SS浓度高淀粉废水中含有大量的蛋白，可以先用气浮工艺分离提取。（3）生产用水量大目前玉米淀粉生产的吨淀粉用水量为6 吨左右。（4）本项目污水处理的特点污水的BOD/COD=0.6,可生
7、化性好，污水的各项指标都比较高，含有大量有机物，非常有利于生物处理。2.3 出水水质要求处理后的废水出水水质达污水综合排放标准（GB8978-1996）一级标准。表3 污水综合排放标准（GB89781996）一级排放标准项 目pH值SS(mg/L)CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)氨氮(mg/L)排放标准（一级）697010030152.4 污水处理工艺的选择根据水质情况及同行业废水治理现状、技术水平，该废水采用厌氧与好氧相结合的方法来处理，废水首先经过气浮处理，去除大部分悬浮物，特别是蛋白质；然后经过厌氧处理装置，大大降低进水有机负荷，获得能源沼气，并使出水达到好氧处理可接受的浓度，
8、在进行好氧处理后达标排放。气浮是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的污染物，使其视密度小于水而上浮到水面上面实现固/液或液/液分离的过程。气浮过程包括气泡产生、气泡与颗粒（固体或液滴）附着以及上浮分离等连续步骤。它是近几年发展起来的一种技术，在工业废水及生活污水处理方面得到广泛应用。在众多的厌氧工艺中选用第三代厌氧污泥床(EGSB)，它是荷兰Wageningen大学环境系在20世纪80年代开始研究的新型厌氧反应器。EGSB实际是改进的UASB，不同之处是EGSB采用更大的高径比和增加了出水回流，上升流速高，远大于UASB，因此EGSB反应器中的颗粒污泥床处于部分或全部膨化状态，再加上产
9、气的搅拌作用，使进水与颗粒污泥充分接触，传质效果更好。它在处理高浓度有机废水方面与其它生物处理相比具有以下几大优点。具有UASB反应器的全部特性。（1）成本低。运行过程中不需要曝气，比好氧工艺节省大量电能。同时产生的沼气可作为能源进行利用。产生的剩余污泥少且污泥脱水性好，降低了污泥处置费用。（2）反应器负荷高，体积小，占地少。（3）运行简单，规模灵活。无需设置二沉池，规模可大可小，较为灵活，特别有利于分散的点源治理。（4）二次污染少，但其出水浓度仍然比较高，还需后续好氧处理。自身特点：（1）上升流速（Vup）大，有机负荷率高。（2）反应器高径比大，反应器可以承受更高的水力负荷，污泥床处于膨胀状
10、态。（3）反应器设有出水回流系统，更适合于处理含有悬浮性固体和有毒物质的废水。（4）以颗粒污泥接种。颗粒污泥活性高，沉降性能好，粒径较大，强度较好。（5）由于Vup大，有利于污泥与废水间充分混合、接触，因而在低温、处理低浓度废有机废水时有明显的优势。SBR法是序批式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor）的简称，早在1914年就已开发，后经美国Irvine教授等的研究改进，并于1980年在印地安那州实施，取得满意的效果从而得到广泛地推广。其基本操作流程由进水、反应、沉淀、出水和闲置等五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期；SBR工艺的曝气池，在流态上属完全混合
11、，在有机物降解上，是时间上的推流，有机物是随着时间的推移而被降解。SBR工艺与连续活性污泥工艺相比的优点：（1）工艺系统组成简单，不设二沉池，曝气池兼有二沉池的功能，无污泥回流设备。（2）耐冲击负荷，在一般情况下无需设置调节池。（3）反应推动力大，易于得到优于连续流系统的出水。（4）运行操作灵活，通过适当调节各单元操作的状态可达到脱氮除磷效果。（5）污泥沉淀性能好，SVI值较低，能有效地防止丝状菌膨胀。（6）该工艺地各操作阶段及各项运行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理。通过以上分析及废水水质、水量情况，拟采用“气浮EGSBSBR法”。2.5 污水工艺流程图 图3 气浮EGS
12、B-SBR淀粉处理工艺流程图2.6 污水处理工艺流程的描述该淀粉废水处理工艺主要由提取蛋白、厌氧生物处理和好氧生物处理三部分组成。提取蛋白采用气浮分离技术，淀粉生产车间的废水流过格栅，先去除大颗粒的悬浮物，然后进入集水井，集水井的废水泵入气浮池提取蛋白饲料，湿蛋白经烘干制成干蛋白。气浮分离后的废水流入调节沉淀池，以调节水量和pH并沉淀去除部分悬浮物。厌氧生物处理采用EGSB技术，调节沉淀池废水用泵压入EGSB进行厌氧生物处理，大部分有机物在EGSB反应器中降解，反应过程中产生的沼气回收利用。EGSB出水自流进入集水井，集水井是厌氧处理单元和好氧处理单元之间的调节水量的构筑物，其功能主要是为后面
13、的好氧处理创造有利的条件。好氧生物处理采用SBR技术，集水井的出水自流进入SBR进行好氧生物处理，以进一步降解水中的有机物。调节沉淀池、EGSB、SBR等处理单元产生的污泥排入污泥浓缩池，污泥经浓缩、调理后进入污泥脱水间进行机械脱水，产生的泥饼作为有机农肥外运。污泥浓缩池的上清液和污泥脱水间的压滤液排入集水井进行再处理。2.7 污水处理构筑物功能描述（1）格栅格栅安装在废水渠道、集水井的进口处，用于拦截较大的悬浮物或漂浮物，防止堵塞水泵机组及管道阀门。同时，还可以减轻后续构筑物的处理负荷。由于处理量不是很大，采用人工清渣。结构为地下钢混结构。（2）集水井1由于工业废水排放的不连续性，为了方便操
14、作，减少施工工程量,气浮池设在地上,在气浮池之前和格栅之后设一集水井，进行水质、水量的初步调节。 （3）气浮池由于废水的固体悬浮物含量很高,且含有大量的蛋白，所以设一气浮池,分离提取、回收蛋白,提高经济效益，同时减轻后续处理构筑物的压力。该气浮池采用部分回流的平流式气浮池，并采用压力溶气法。（4）调节沉淀池工业废水的水量和水质随时间的变化幅度较大。为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对废水的水量和水质进行调节。由于淀粉废水中悬浮物（SS）浓度较高，其均质作用主要靠池侧的沿程进水，使同时进入池的废水转变为前后出水，以达到与不同时序的废水相混合的目的。（5）EGSB废水经过水质、水量的调节后
15、，进入厌氧反应池进行处理，因为EGSB反应器中的颗粒污泥床处于部分和或全部膨化状态，再加上产气的搅拌作用，使进水与颗粒污泥充分接触，传质效果更好，所以处理效果比较好。（6）集水井2SBR为序批式反应器，设此集水井的目的是调节进入SBR中的水量（7）SBR经EGSB反应器处理的废水，COD含量仍然比较高，要达到排放标准，必须进一步处理，即采用好氧处理。SBR结构简单,运行控制灵活，同时能达到脱氮效果 。SBR是典型的非稳态过程，底物和微生物浓度的变化在时间上呈推流状态，在空间上呈完全混合状态，具有灵活的控制调节能力和较强的抗冲击负荷能力，同时投资及运行费用较小。（8）污泥浓缩池：EGSB、SBR
16、中产生污泥进入污泥浓缩池进行浓缩，减少污泥的体积（9）污泥调理池在污泥中加入适量的混凝剂、助凝剂等化学药剂，使污泥颗粒絮凝，改善污泥脱水机能。（10）压滤机经污泥调理后，用板框压滤机进行脱水处理，进一步减少污泥的含水率。处理后的污泥可用作肥料。2.8 各构筑物处理效率估算表4 主要污染物去除情况一览表 单位：mg/L序号项目进水气浮出水调节沉淀池EGSB出水SBR出水排放标准1CODcr1000060005400540541002BOD560003600324016216.2303SS2000 60024016850.4703 污泥处理工艺3.1 污泥处理工艺的选择对污泥的处理和处置，设计中一
17、般只提将脱水污泥外运和综合利用，未计算其投资和经常费用，这势必会造成二次污染。未经稳定处理的污泥，因有机物含量高，极易腐败并产生恶臭，尤其是初沉淀池的污泥，含有大量病菌、寄生虫卵及病毒，易造成传染病的传播。国内外污泥处理与处置的方法很多，一般采用浓缩、消化、脱水、干化、有效利用(多为农用)、填埋及焚烧等，或用其中几个方法组合处置。淀粉废水处理产生的污泥有机质含量高，污泥中的氮、磷等元素，对农作物有增产作用。通过堆肥的方法，同时添加一定数量的N、P、K做成复合肥(N、P、K的比为10.90.4)，并直接造粒为污泥颗粒肥，便于运输和贮存。 3.2 污泥处理流程图原污泥浓缩污泥调理脱水外运利用（制有
18、机化肥等）3.3 污泥处理系统流程描述（1）污泥调理污泥调理是污泥浓缩后和机械脱水前的预处理，其目的是改善污泥脱水的性能，提高机械脱水设备的处理能力。（2）污泥浓缩目的是去除污泥中的间隙水，缩小污泥的体积，为污泥的输送、消化、脱水、利用与处置创造条件。（3）脱水降低污泥的含水率。（4）利用制成有机化肥等。3.4 污泥处理构筑物功能说明 3.4.1 污泥浓缩池（重力浓缩）重力浓缩是最常用的污泥浓缩方法。本设计由于处理水量较少，采用间歇式浓缩池，它利用重力原理，污泥间隙给入，在给入污泥前先放空上清夜。为此，在浓缩池的不同高度设上清夜排放管。3.4.2 污泥调理池污泥调理采用化学调理：在污泥中加入适
19、量的混凝剂、助凝剂等化学药剂，使污泥颗粒絮凝，改善污泥脱水机能。常用的无机混凝剂有硫酸铝、聚合氧化铝等；有机高分子混凝剂用聚丙烯酰胺，用来调节污泥的pH值。3.4.3 污泥脱水机房采用板框压滤机处理。压滤机工作时，先启用压紧机构，压紧板框，形成滤饼，然后用高压压缩空气通过滤框内腔，吹鼓橡胶膜，挤出水分，压干滤饼。4 工艺计算4.1 主要处理设备和构筑物的设计参数4.1.1 格栅A. 设计说明格栅安装在废水渠道、集水井的进口处，用于拦截较大的悬浮物或漂浮物，防止堵塞水泵机组及管道阀门。同时，还可以减轻后续构筑物的处理负荷。由于处理量不是很大，采用人工清渣。B. 设计参数格条间隙d=16mm，栅前
20、水深h=0.15m，过栅流速0.7m/s，安装倾角=600，设计流量采用最大时流量，取：104m3/h=0.029m3/s。C. 设计计算 （1）格栅的间隙数（n） n = = （个），取17个 （2）栅槽有效宽度(B) 设计采用矩形断面栅条：即s=0.01m B=s(n-1)+dn=0.01(17-1)+0.01617=0.432m，取0.44m （3）进水渠道渐宽部分长度 进水渠道宽取B1=0.25m，渐宽部分展开角=200。 L1 = （4）栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度 L2 = L1/2 =0.13m （5）过栅水头损失取k=3, 阻力系数=2.42,=0.7m/s h1=k=0
21、.084m （6）栅槽总高度H栅前槽高：H1 =h+h2 =0.15+0.3=0.45m 栅后槽高：H=h+h1+h2=0.15+0.084+0.3=0.534m，取0.54mh2 ：栅前渠道超高，取0.3m （7）栅槽总长度(L)L =L1+L2+0.5+1.0+=0.26+0.13+0.5+1.0+0.45/1=2.34m（8）每日栅渣量（W）Qmax实际排放污水最大流量，m3/sW1栅渣量，取0.10m3/103m3（栅渣/污水）Kz污水流量总变化系数，取1.50（9）高程布置 栅前槽底标高-0.45m，栅后槽底标高-0.54m，栅前水面标高-0.30m，栅后水面标高-0.384m。4.
22、1.2 集水井（1）A. 设计说明由于工业废水排放的不连续性，为了调节水质、水量，设一集水井。同时为了方便操作，减少施工工程量，气浮池设在地上，在气浮池之前和格栅之后设一集水井，其大小主要取决于提升泵的能力，目的是防止水泵频繁启动，以延长污水泵的使用寿命。B. 参数选择设计水量：=20.8m3/h水力停留时间：T=4h水面超高取：h1=0.5m有效水深取：h2=2.5mC. 设计计算集水井的有效容积：V=QT=20.84=83.2m3，取85m3集水井的高度：H=h1+h2=0.5+2.5=3m集水井的水面面积：A=V/h2=85/2.5=34m2，取35m2集水井的横断面积为：LB=75(m
23、2)则集水井的尺寸为：LBH=753(m3)所以该池的规格尺寸为7m5m3m，数量为1座。顶标高为0.00m，水面标高-0.50m，池底标高为-3.0m。在集水井中安装安装QUZ291式浮球液位计1台，可自动控制提升水泵的启动和停止，即高水位时自动启泵，低水位时自动停泵，同时连续跟踪显示水池液位。4.1.3 一级泵房A. 设计说明一次污水泵从集水井中吸水到气浮池，污水泵设置于地面上，不能自灌，设置引水筒。B. 设计计算提升流量：Q20.8m3/h扬程：H提升最高水位泵站吸水池最低水位水泵水头损失 3.5-(-4.4)+2=9.9m选用50QW27-15型潜水排污泵，它的作用是将集水井中的废水提
24、升至气浮池中，设2台泵（1用1备），泵的出口安装电磁流量计进行水量计量。提升泵参数：Q=27m3/h，H=15m，配用功率为2.2kW，出水直径50mm。 泵体、电机、减速机、电控柜、电磁流量计、显示器室内安装，另外考虑一定的检修空间。提升泵房设计尺寸：6m4m4.5m。4.1.4 气浮池A. 设计说明由于废水的固体悬浮物含量很高，且含有大量的蛋白，所以设一气浮池，分离提取蛋白质，提高经济效益，同时减轻后续处理构筑物的压力。该气浮池采用部分回流的平流式气浮池，并采用压力溶气法。B. 参数选取设计水量：=500m3/d=20.8m3/h=0.0058m3/s反应时间取8min，接触室上升流速取2
25、0mm/s，气浮分离速度取2mm/s，溶气罐过流密度取3000m3/(m2d)，溶气压力取0.3MPa，气浮池分离室停留时间为16min。水质情况：表5 主要污染物预计处理效果项目CODCr（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）进水水质（mg/L）1000060002000去除率（）404070出水水质（mg/L）60003600600C. 设计计算（1）反应池 反应池容积V=2.8m3 取有效水深：H=2.0m，则反应池面积 F=W/H =2.8/2=1.4m2尺寸为：0.93m1.5m2m（2）气浮池 气浮所需的空气量 Qg=Q=20.810%401.2 =100L/h0.1m3
26、/hQ气浮池设计水量，m3/hR试验条件下的回流比， 试验条件下的释气量，L/m3水温校正系数，取： 所需空压机额定气量安全系数，一般取1.21.5故选用Z0.025/6空压机两台，一用一备，设备参数：排气量0.025m3/min，最大压力0.6MPa，电动机功率0.37kw。 加压溶气所需水量Qp=2.07m3/h，取2.1 m3/hQp加压溶气水量，m3/h 溶气系数选定的溶气压力，MPa溶解度系数,L/()故选用G(GS)25-1单螺杆泵，设备参数：流量2.45m3/h，转速720r/min，轴功率0.47kW。 压力溶气罐直径因压力溶气罐的过流密度I取3000m3/(m2d)。故溶气罐
27、直径 D= 选用TR2型标准填料罐，规格d=0.2m，流量适用范围36m3/h，压力适用范围0.20.5MPa，进水管直径40mm,出水管直径50mm，罐总高2550mm，重量77Kg。 气浮池分离尺寸气浮池分离室流速=2mm/s，则分离室平面面积 As分离室长度 Ls=As/bc=3.2/1.52.13m，取2.2m 气浮池接触尺寸：接触室上升流速=10mm/s，则接触室平面面积 Ac =接触室长度bc=1.5m，则接触室宽度 L=取0.5m 气浮池水深 H=t=210-31660=1.92m 气浮池的净容积 W=(Ac+As)H=(0.64+3.2)1.92=7.4m3总停留时间 T= 气
28、浮池排水管：排水管采用穿孔管，全池共用两根(管间距0.65m)，每根管的集水量。如允许气浮池与后续调节沉淀池有0.3m的水位落差(即允许穿孔集水管孔眼有近于0.3m的水头损失)则集水孔口的流速每根集水管的孔口总面积 设孔口直径为10mm，则每孔面积=0.0000785m2孔口数：只，取28只气浮池分离室长为2.2m，穿孔管有效长度L取1.9m，则孔距 ，取0.13m 释放器的选择与布置：溶气压力0.3MPa，回流溶气水量2.10m3/h，采用TS-型释放器的出流量为0.83m3/h。则释放器的个数n=2.10/0.833只，释放器间距1.5/4=0.375m.，接口直径20mm。（3）确定高程
29、反应池水面标高2.08m,池底标高0.08m，气浮池水面标高2.00m 池顶标高2.58m。（4）气浮系统的其他设备刮渣机采用TQ-1型桥式刮渣机，其技术参数：气浮池池净宽22.5m，轨道中心距2.232.73m，驱动减速器型号：SJWD减速器附带电机，电机功率0.75KW。4.1.5 调节沉淀池A. 设计说明工业废水的水量和水质随时间的变化幅度较大。为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对废水的水量和水质进行调节。由于淀粉废水中悬浮物（SS）浓度较高，此调节池也兼具有沉淀的作用。该池设有沉淀的污泥斗，有足够的水力停留时间，保证后续处理构筑物能连续运行。其均质作用主要靠池侧的沿程进水，使同时进入池的废水转变为前后出水，以达到与不同时序的废水相混合的目的。采用钢混结构。B. 参数选取设计水量：=500t/d=20.8m3/h=0.0058m3/s表6 主要污染物预计处理效果项目CODCr（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）进水水质（mg/L）60003600600去除率（）101060出水水质（mg/L）54003240240C. 设计计算设计参数：Q500m3/d 20.8m3/h ，v=1.5mm/s 表面负荷q02.0m3/(m2h)，沉淀时间90min（1）沉淀区尺寸确定沉淀区总有效面积 A=Q/q0=20.8/2.010.4m3 有效水深 m超高0.3
