开题报告 示例.docx
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开题报告示例
1课题来源:
社会实践
2研究的目的和意义
2.1啤酒废水的产生与特点
啤酒生产的主要工艺流程见图2.1。
从图中可以看出,啤酒生产工艺的每道工序都有固体废物和废产生。
啤酒厂废水的主要来源有:
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;灌装过程洗瓶、灭菌、破瓶啤酒及冷却水和成品车间洗涤水。
此外,啤酒厂废水还包括来自办公楼、食堂、宿舍和浴室等处的生活污水[1]。
图2.1啤酒生产工艺流程
啤酒生产废水的主要特点为[2]:
(1)有机物浓度较高(COD=1500~3500mg/L)可生化性良好,B/C值在0.6左右,有毒物质少,营养配比适中,适合进行生物降解;
(2)排放不均匀,水质、水量波动较大,要求处理系统必须有一定的可调性和抗冲击能力;
(3)pH值变化较大,大约在5~l2之间;
(4)悬浮物较高,含有较大量的麦皮、渣皮;
(5)氮、磷含量较高,要求处理系统须有较好的脱氮脱磷能力;
(6)含有一定量的硅藻土,容易引起处理系统的堵塞。
2.2啤酒废水处理的必要性
在啤酒生产工艺中要消耗大量的水,管理和技术水平较高的啤酒厂每吨啤酒耗水量在8~12t之间,而目前我国的啤酒厂每吨啤酒的耗水量普遍达到10~30t,这其中有大约70%~80%的水最终作为废水排放[3],可见啤酒废水量之大。
由于啤酒酿造的主要原料是大麦、酒花和酵母等,因此啤酒废水中含有糖类、蛋白质、淀粉、果胶、醇酸类、矿物盐、纤维素以及多种维生素,属高浓度有机废水。
按目前国内平均水平计算,每生产1t成品需要排放25kg的COD和15kg的BOD,悬浮性固体约15kg[3]。
若不经处理直接将啤酒废水排入水体,势必会消耗大量的溶解氧,对水体环境造成严重危害。
同时还降低了啤酒工业原料的利用率。
因此,无论是从经济效益,还是从环境效益出发,都应该对啤酒废水进行处理,以减少污染,并回收其中的有用资源。
2.3现阶段我国啤酒废水处理要求的有关法规等
目前我国关于啤酒废水处理要求的有关法规主要有:
《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国水污染防治法》,《污水综合排放标准》GB8978-1996
从2006年1月1日起,由国家环保总局和国家质量监督检验检疫总局联合发布的《啤酒工业污染物排放标准》开始实施。
这项国家强制性标准,规定了啤酒工业污染物排放浓度限值和单位产品污染物排放量,替代(GB8978-1996)中的相关规定。
为贯彻实施《中华人民共和国清洁生产促进法》,进一步推动中国的清洁生产,防止生态破坏,并为啤酒制造业开展清洁生产提供技术支持和导向,国家环境保护总局委托专家制订啤酒制造业清洁生产标准。
目前,啤酒制造业清洁生产标准(征求意见稿)已发至各啤酒企业和业内权威专家,征求他们的意见,不久就要出台。
3阅读的主要文献、资料名称,国内外研究(或设计)现状和发展趋势、学术动态,综合分析提出设计的主攻方向
3.1阅读的主要文献,资料
在废水治理的规划设计中,必须把生产观念和生态观念、环境保护结合起来统筹考虑,把治理废水和改进生产工艺、实行清洁生产结合起来统筹考虑[4]。
在应用时,一方面要注意从源头控制,加强管理,根据清洁生产的要求,以预防为主,从现行啤酒企业预防污染技术角度出发,优化生产工艺,尽量提高废物回收利用率,实现资源化和污染物的减量化。
另一方面,处理工艺应用时也要谨慎,要掌握新技术、新工艺的原理及优缺点注意其使用条件并在设计中留有一定的余地使啤酒废水处理技术真正朝着综合治理方向发展,实现啤酒废水治理的环境效益和经济效益统一。
由于啤酒废水的生化性较好、污染负荷较高,目前国内外常用的处理方法有生化处理法、以及物化与生化相结合的处理方法。
应用较多的处理工艺有:
全好氧处理和厌氧+好氧处理等。
不同处理工艺处理后的出水均能达到污水排放一级标准[2]。
本章第三节对各种不同的啤酒废水处理工艺作了具体的介绍,并分析了其优缺点。
3.2啤酒废水处理工艺的发展趋势
早期的啤酒废水处理主要以好氧处理工艺为主,包括传统的活性污泥法、生物接触氧化法、氧化沟等,这些好氧工艺被广泛应用于啤酒废水的实际工程处理,取得了很好的处理效果。
但是由于啤酒废水的BOD5很高,而N、P、Fe等营养元素缺乏,在传统的活性污泥法处理过程中容易出现污泥膨胀问题,现在啤酒行业开始较多的采用序批式活性污泥法(SBR)、循环式活性污泥法(CASS)等工艺处理废水,这些方法可以很好的控制活性污泥膨胀。
虽然好氧工艺能够有效地处理啤酒废水,但是能耗较高(主要用于供氧系统的电耗),给啤酒企业造成很大的经济负担。
随着厌氧处理技术在低浓度有机废水处理方面的逐渐延伸,厌氧-好氧处理工艺开始被应用于啤酒废水处理。
总的来说,啤酒废水处理的发展趋势表现在以下几个方面[8]:
(1)充分利用新技术对现有的啤酒废水处理工艺进行因地制宜的技术改造,采用高效节能的生物反应器[9]。
(2)针对啤酒废水中有机物含量高、生化性好的特点,同时考虑能源紧张的形式,将主要采用厌氧-好氧联合技术,提高生物处理法去除污染物的广谱性。
(3)实行清污分流,不仅可以减轻处理系统负荷,还可以是污泥产生减量化、减少耗能,降低运行成本、提高出水水质。
(4)发展多单元组合工艺,包括厌氧与好氧操作的组合、悬浮生物与生物膜法的组合、物理化学方法相结合等,从而提高生物法的适用性,维持高负荷条件的运转方式,提高出水水质的稳定性[10]。
3.2啤酒废水处理工艺
3.2.1水解酸化—SBR法
其工艺流程见图3.2[5]。
废水经粗、细格栅过滤后直接进入水解酸化池。
酸化池中设置机械搅拌装置,使污水和污泥充分混合,增加泥水接触面,提高反应效率。
废水在水解细菌作用下,将没有溶解性的有机物水解为溶解性物质,在产酸细菌协同作用下,将大分子物质和难于生物降解的物质转化为易于生物降解的小分子物质。
酸化池出水进入SBR池,处理后的出水排放,产生的污泥进入污泥处理系统。
啤酒废水出水
泥饼外运
图3.1水解酸化-SBR工艺流程图
该工艺的处理设备是酸化柱和SBR反应器。
这种方法在处理啤酒废水时,在厌氧反应中,放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段,将反应控制在酸化阶段,这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点:
(1)由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速,故水解池体积小;
(2)不需要收集产生的沼气,简化了构造,降低了造价,便于维护,易于放大;
(3)对于污泥的降解功能完全和消化池一样,产生的剩余污泥量少。
同时,经水解反应后溶解性COD比例大幅度增加,有利于微生物对基质的摄取,在微生物的代谢过程中减少了一个重要环节,这将加速有机物的降解,为后续生物处理创造更为有利的条件。
(4)酸化—SBR法处理高浓度啤酒废水效果比较理想,去除率均在94%以上,最高达99%以上。
要想使此方法在处理啤酒废水达到理想的效果时运行环境要达到下列要求:
(1)酸化—SBR法处理中高浓度啤酒废废水,酸化至关重要,它具有两个方面的作用,其一是对废水的有机成分进行改性,提高废水的可生化性;其二是对有机物中易降解的污染物有不可忽视的去除作用。
酸化效果的好坏直接影响SBR反应器的处理效果,有机物去除主要集中在SBR反应器中。
(2)酸化—SBR法处理啤酒废水受进水碱度和反应温度的影响,最佳温度是24℃,最佳碱度范围是500~750mg/L。
视原水水质情况,如碱度不足,采取预调碱度方法进行本工艺处理;若温度差别不大,运行参数可不做调整,若温度差别较大,视具体情况而定。
3.2.2UASB—好氧接触氧化工艺
此处理工艺中主要处理设备是上流式厌氧污泥床和好氧接触氧化池,处理主要过程为:
废水经过转鼓过滤机,转鼓过滤机对SS的去除率达10%以上,随着麦壳类有机物的去除,废水中的有机物浓度也有所降低。
调节池既有调节水质、水量的作用,还由于废水在池中的停留时间较长而有沉淀和厌氧发酵作用。
由于增加了厌氧处理单元,该工艺的处理效果非常好。
沼气收集器空气
啤酒废水
剩余污泥
出水
图3.2UASB-接触氧化法处理啤酒废水工艺流程图
采用UASB+接触氧化工艺处理啤酒废水具有以下优点[6]:
(1)大部分有机物,COD、BOD在厌氧反应器内去除,从而降低了直接进行好氧处理的巨大电耗。
(2)厌氧反应器中污泥泥龄长,厌氧污泥的表观产率低,从厌氧反应器中排出的污泥数量少,从而可降低污泥处理费用。
(3)厌氧过程产生的沼气可以作为能源进行回收利用。
(4)采用UASB+接触氧化工艺减少供氧量,可降低日常运行费用和供氧设备的投资。
(5)厌氧反应器比相应的好氧反应器容积小,从而节省占地面积和基建投资。
3.2.3生物接触氧化法
该工艺采用水解酸化作为生物接触氧化的预处理,水解酸化菌通过新陈代谢将水中的固体物质水解为溶解性物质,将大分子有机物降解为小分子有机物。
水解酸化不仅能去除部分有机污染物,而且提高了废水的可生化性,有益于后续的好氧生物接触氧化处理。
然后采用生物接触氧化法,此方法生物活性好,容积负荷较高,是一种较先进的好氧生物处理方法。
最后采用混凝气浮法除掉生物接触池出水中脱落生物膜和残存的悬浮及胶体物质[7]。
风机加药
废水出水
污泥
加药
外运
图3.3生物接触氧化法工艺流程图
该工艺具有以下特点:
(1)不需要严格的厌氧条件,对温度、pH的变化不敏感,便于控制。
(2)生物接触氧化法是兼有活性污泥和生物膜法特点的生物处理工艺,池内放置有填料,在鼓风充氧作用下,通过栖息在填料上的生物膜和悬浮水中的微生物,吸附降解氧化和代谢去除水中有机污染物。
由于填料比表面积大,有效地增大了单位容积的生物膜面积,池内的充氧条件良好,单位容积的生物固体量高,大大提高了处理效率。
容积负荷较高,处理时间短、不需污泥回流、可间歇运行。
(3)生物接触池出水含有大量的因衰老而失去活性脱落的生物膜、残存的悬浮物及胶体物质,设计采用混凝气浮固液分离工艺,以节省能耗。
投加混凝剂聚合氯化铝,经气浮后转成浮渣。
占地面积小,处理效率高,污泥含水量较低,还可同时减少污水的浊度和臭味。
3.2.4CASS工艺
CASS工艺,又称循环式活性污泥法(CyclicActivatedsludgesystem),是SBR(SequencingBatchReactor,间隙式活性污泥处理法)工艺的一种新形式。
本工艺生物处理的核心部分为CASS池,它集沉淀、曝气、二级沉淀等工序于一体,是一个间歇式反应器。
CASS工艺从20世纪70年代开始得到研究和发展,目前已经发展成为较为成熟的废水处理工艺[8]。
进水出水
清夜回流
滤液回流干泥外运
3.4CASS工艺流程图
比较起其他处理工艺来,CASS工艺具有以下几个优点:
(1)设备安装简便,施工周期短,具有较好的耐水、防腐能力,设备使用寿命长;
(2)对污水水质、水量的变化有较强的适应能力,运行可处理效果稳定,出水水质好;
(3)处理工艺在国内外处于先进水平,设备自动化程度高,可用微机进行操作和控制;
(4)整个工艺运转操作较为简单,维修方便,处理厂内不生污染环境的臭气和蚊蝇;
(5)投资较省,处理成本低,工艺有推广应用价值。
CASS工艺在实际生产中存在着若干个工艺缺陷
(1)淡旺季污水处理丁艺不变,造成生产成本增高
(2)除磷效率低
(3)活性污泥中毒
(4)处理负荷高,运行吃力
(5)剩余污泥处理效果不佳
3.2.5UASB+SBR法
本处理工艺主要包括UASB反应器和SBR反应器。
将UASB和SBR两种处理单元进行组合,所形成的处理工艺突出了各自处理单元的优点,使处理流程简洁,节省了运行费用,而把UASB作为整个废水达标排放的一个预处理单元,
沼气利用达标排放
啤酒废水泵泵
压滤液上清液
回流回流
污泥外运
3.5UASB+SBR工艺流程图
在降低废水浓度的同时,可回收所产沼气作为能源利用。
同时,由于大幅度减少了进入好氧处理阶段的有机物量,因此降低了好氧处理阶段的曝气能耗和剩余污泥产量,从而使整个废水处理过程的费用大幅度减少。
采用该工艺既降低处理成本,又能产生经济效益[11,12]。
UASB+SBR法处理工艺与水解酸化+SBR处理工艺相比有以下优点:
(1)处理效果良好,运行稳定,占地面积小。
(2)节约废水处理费用。
(3)节约污泥处理费用。
4设计的主要内容、方法
4.1设计内容
本设计地点在武汉市。
污水水质:
指标
COD
BOD5
TN
SS
TP
PH
数值(mg/L)
2500
1600
40
500
10
5.8~13.5
出水要求符合GB8978-1996中的一级标准
指标
COD
BOD5
NH3-N
SS
TP
PH
数值(mg/L)
100
30
15
70
0.1
6~9
4.2设计的途径和方法
利用图书馆资源,查找相关的图书、论文,通过Google、XX等搜索引擎搜索相关信息,了解国内外现有的啤酒废水处理技术及发展趋势,综合分析各种啤酒废水处理工艺的环境效益、经济效益及优缺点,并结合实际情况对各种工艺进行可行性研究。
根据啤酒废水的水质特点、要求达到的处理效果,选择合理的处理工艺,然后进行各工艺单元的设计。
在设计中遇到问题时,通过向老师请教,最终解决问题,完成设计任务。
4.3处理工艺的选择
近年来,对啤酒废水处理有了很大的发展,好氧法提供了可实用的技术手段,厌氧一好氧串联工艺在啤酒处理工艺中具有优势,新兴的生物处理技术则为我们开辟了新的思路。
综合分析各种工艺的优缺点,初步决定采用UASB+SBR工艺。
该工艺用UASB取代原水解酸化池作为整个废水达标排放的一个预处理单元,削减了全部进水COD的75%,从而降低后续SBR池的处理负荷,使SBR池在废水处理量增加的情况下,运行周期不变的情况下,废水也能达标排放。
也就是说,耗电量并没有随废水处理量的增加而增加。
此工艺大大节约了废水处理的费用。
废水经过UASB处理后,75%的有机物被去除,使SBR处理负荷大大降低,产泥量相应减少。
污泥处理费用大大减少,节约污泥处理费用约为20元/a。
5工作进度安排
1-3周:
查阅相关资料,撰写文献综述、开题报告和进行外文翻译。
4-7周:
啤酒废水处理工艺选择及各工艺单元的设计,包括工艺流程的确定、各单体构筑物的工艺设计。
8-9周:
啤酒废水处理工艺的平面布置设计。
10-12周:
按要求绘制图纸
13-14周:
撰写设计说明书
15周:
准备答辩
6最终目标及完成时间
完成日处理量为5000m3的啤酒废水处理工艺初步设计,包括工艺流程的确定、各单体构筑物的工艺设计,处理构筑物和辅助建筑物的平面布置图及工艺平面图绘制,并撰写设计说明书。
最终完成时间为第16周。
在规定的时间内,充分利用现有条件,如图书馆资源、网络资源等,阅读大量的相关文献,了解各种啤酒废水处理工艺的流程及其优、缺点,从多个方面综合分析各工艺的可行性,从而选择合理的处理工艺。
目前作为一个尚未走上工作岗位学生,在做设计时存在的最大问题莫过于缺乏经验,在设计过程中可能会考虑不周或是顾此失彼,出现一些差错。
因此,在设计过程中要经常和专业的辅导老师沟通,当遇到问题时及时向老师请教。
如果有机会,到啤酒厂去做现场调查,了解啤酒废水处理厂在设计时、运行时需要注意哪些问题,积累一些实践经验。
最终按时、保质、保量完成设计任务。
参考文献
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