1、湖南科技大學環境工程綜合課程設計一、食品廢水簡介食品工業是以農、牧、漁、林業產品為主要原料進行加工的工業。食品工業作為中國經濟增長中的低投入、高效益產業正在引人注目地發展、擴大；這種擴大對中國的經濟發展無疑是有促進作，但從環境保護的角度來講，食品工業污水對環境的影響也要引起有關方面高度重視。食品工業包括許多與飲食有關的行業，有不同的分類方法。若按所用的原料分類，可分為：肉與肉制品工業；水產品加工工業；禽蛋加工工業；水果、蔬菜加工工業；乳品加工工業；制糖工業；糧食加工工業；淀粉工業；使用油脂工業；發酵工業；調味品及食品添加劑工業等。表1-1 食品工業廢水來源及水質加工廠類別產品名稱原料主要污染源

2、排水水質/(mg/l)肉類加工廠紅腸、火腿、咸肉（包括各種肉罐頭）禽肉、魚肉、調料原料處理設備、水煮設備、冷卻水PH值：5.57.5BOD：300600SS：100150奶制品廠奶油、干酪、酸乳酪、奶粉、煉乳、各種加工奶、冰激凌牛奶設備和各器具清洗排水PH值：6.511BOD：50400SS：70150水產品加工廠魚貝罐頭、魚貝類加工制品、魚粉、飼料、海產品肥料、骨粉肥料魚貝類、調料原料處理設備、水煮設備、其他器具清洗排水、除臭設備排水PH值：6.68.5BOD：2002000SS：1501000砂糖加工廠砂糖、糖粒原糖過濾設備、冷卻水PH值：6.08.0BOD：80200SS：70100膨化

3、粉、酵母、其他酵母合成劑制造廠膨化粉、酵母和酵母合成劑面粉、糖蜜糖蜜發酵排水、清洗排水、雜排水PH值：6.09.0BOD：3001200面包糕點廠各種面包、餅干和糕點面粉、砂糖酵母等清洗攪拌機和其他各種容器排水PH值：6.08.0BOD：200600飲料廠汽水、檸檬汁、橙汁、果露砂糖、碳酸設備和各種容器清洗水PH值：6.012.0BOD：250350SS：100150啤酒廠啤酒麥芽、酒花、碳酸麥芽清洗設備和冷卻水PH值：8.011.0BOD：200800SS：210350清酒（日本人）廠清酒米沖洗設備排水PH值：7.09.0BOD：50300SS：100200酒廠白酒、威士忌酒、白蘭地酒、果酒

4、、藥酒薯類、各種水果和米等蒸餾后發酵排水、沖洗設備PH值：6.08.0BOD：600900SS：6002000瓊脂廠瓊脂（含工業用）石花菜原料處理設備、漂白洗水PH值, ：1.014BOD：300600SS：250500蔬菜、水果罐頭和農產品加工廠蔬菜水果罐頭、腌（泡）菜、果醬、果凍、奶油花生、冷凍野菜各種蔬菜和水果原料處理設備、殺菌、冷卻水PH值：1.012.0BOD：200600SS：20200CL-:25006000(腌菜)調料廠豆醬、醬油、食用氨基酸、谷氨酸蘇打、辣醬油、西紅柿醬、蔬菜調味汁、蛋黃醬、醋、香辣調料、咖喱粉小麥、米和蔬菜原料處理設備、洗滌設備、清洗排水PH值：6.08.0

5、BOD：40300SS：200300糧食加工廠白米、面粉、蕎麥粉、玉米粉、豆粉、黃豆面小麥和大豆原料處理設備、收集裝置排水PH值：6.08.0BOD：20400SS：400600食用油制造廠食用油、色拉油、人造奶油、食用精制油脂各種油原油洗凈設備、脫酸設備、冷卻水PH值：1.47.0BOD：1501100SS：90100淀粉廠淀粉、玉米粉紅薯、馬鈴薯和玉米原料處理設備、漂白設備PH值：6.08.0BOD：5003000SS： 3000葡萄糖、麥芽糖制造廠葡萄糖、麥芽糖淀粉、麥芽原料處理設備、漂白設備PH值：6.08.0BOD：15002000SS：10002500面條制造廠切面、掛面、蕎麥面粉

6、、手搟面、通心粉小麥、面粉、蕎麥原料處理設備、水煮設備PH值：6.08.0BOD：250600豆餡制造廠豆餡小豆、雜豆原料處理設備、沉淀設備、壓濾設備PH值：5.08.0BOD：5004000SS：2505000食品工業污水主要來源于原料處理、洗滌、脫水、過濾、各種分離精制、脫酸、脫臭和蒸煮等食品加工生產過程。污水中含有大量的蛋白質、有機酸和碳水化合物。由于很多浮游生物的存在，水中溶解性有機物增加很快，容易產生腐殖質，并伴有難聞氣體；同時這些污水中銅、亞鉛、錳、鉻等金屬離子含量較多，細菌、大腸菌群也常有超過國家排放標準，所以食品工業污水要經過處理后才能排放。由于食品種類繁多，原料來源廣泛，食品

7、工業污水具有懸浮物、油脂含量高，重金屬離子多，COD和BOD數值大，誰知和水量變化幅度大，氮、磷化合物含量高，某些情況下水溫也較高等特點。污水處理工藝分成一級處理、二級處理和三級處理。對于食品工業污水，一級處理一般是采用固液分離技術去除污水中的懸浮物和漂浮物；二級處理是主要處理過程，一般采用生物處理技術去除水中有機物等有毒物質，一般采用膜處理法、強氧化劑等技術將污水進一步進化。食品工業污水在處理過程中會產生污泥、廢油、廢酸、廢堿、加工過程中產生的動植物廢棄物也應該進行無害化處理。選擇食品工業排放污水處理工藝，不僅要考慮污水中有害物質的組成，而且要了解排出污水水質、水量的瞬間變化情況，這些對選擇

8、污水處理工藝、設備和日后運行管理都很重要。食品工業廢水中較大懸浮物和油脂可以采用懸浮分離技術去除，以SS值表示的水中懸浮物（包括膠體）可以采用固液分離技術去除；污水中以COD、BOD等表示的有害物質可以采用生物處理技術去除；處理后的水要經過消毒處理才能排放，生物處理過程中產生的污泥要進行脫水排放。綜上所述，食品工業污水的典型處理工藝流程圖如下：污水懸浮分離調節池生物處理沉淀（過濾）消毒達標排放污泥處理 二、處理方法選擇1、處理方法：UASB+SBR工藝處理食品廢水（1）工作流程： 污水格柵污水提升泵房調節沉淀池隔油池UASBSBR出水外運污泥脫水間重力濃縮池 （2）工藝原理及特點SBR是活性污

9、泥法的一種，其反應機制及去除污染物的機理與傳統的活性污泥法基本相同，但 SBR與傳統的水處理工藝的最大區別在于它是以時間順序來分割流程各單元，整個過程對于單個操作單元而言是間歇進行的，但是通過多個單元組合調度后又是連續的。SBR集曝氣、沉淀于一池，不需設置二沉池及污泥回流設備。在該系統中，反應池在一定時間間隔內充滿污水，以間歇處理方式運行，處理后混合液沉淀一段時間后，從池中排除上清液，沉淀的生物污泥則留于池內，用于再次與污水混合處理污水，這樣依次反復運行，則構成了序批式處理工藝。這種工藝的特點是使處理流程簡潔，節省了運行費用，而把UASB作為整個廢水達標排放的一個預處理單元，在降低廢水濃度的同

10、時，可回收所產沼氣作為能源利用。同時，由于大幅度減少了進入好氧處理階段的有機物量，因此降低了好氧處理階段的曝氣能耗和剩余污泥產量，從而使整個廢水處理過程的費用大幅度減少。采用該工藝既降低處理成本，又能產生經濟效益。并且UASB池正常運行后，每天產生大量的沼氣，將其回收作為熱風爐的燃料，可供飼料烘干使用。三、 設計說明書3.1 進出水水質項目C（COD）C（BOD5）C（SS）色度pH植物油設計值2600100010005006-8200出水1002070506-920該水經處理以后，水質應符合污水綜合排放標準GB8978-1996一級排放標準，即上表中的出水水質數值。 3.2處理程度的相關計算

11、COD去除率：（2600-80）/2600100%=97.0%BOD5去除率：（1000-20）/1000100%=98.0%SS去除率：（1000-70）/1000100%=93.0%色度去除率：（500-50）/500100%=90.0%植物油去除率：（200-20）/200100%=90.0%3.3采用的處理工藝流程3.3.1處理工藝的選擇污水格柵污水提升泵房調節沉淀池隔油池UASBSBR出水外運污泥脫水間重力濃縮池 3.4流程說明3.4.1格柵3.4.1.1設計說明格柵用以截留水中的較大懸浮物或漂浮物，以減輕后續處理構筑物的負荷，用來去除那些可能堵塞水泵機組駐管道閥門的較粗大的懸浮物，

12、并保證后續處理設施能正常運行的裝置。格柵安裝在廢水渠道、集水井的進口處，用于截流較大的懸浮物或漂浮物,主要對水泵起保護做用。另外,可以減輕后續構筑物的處理負荷。3.4.1.2參數選取格柵過柵流速一般采用0.61.0m/s格柵前渠道內的水流速度，一般采用0.40.9m/s格柵傾角，一般采用4560o，人工清渣的格柵傾角小時較省力，但占地多通過格柵的水頭損失，一般采用0.080.15m格柵間工作臺兩側過道寬度不應小于0.7m機械清渣不小于0.2m3.4.2調節沉淀池3.4.2.1設計說明食品加工廢水的水量和水質隨時間的變化幅度較大，為了保證后續處理構筑物或設備的正常運行，需對廢水的水量和水質進行調

13、節，緩沖瞬時排放的高濃度廢水，同時使生產廢水進行內部中和反應，從而降低運行成本，保證系統的穩定運行。另外,雖然食品加工廢水中懸浮物(ss)濃度不是很高，但考慮到ss可能會影響到UASB中的反應，所以，此調節池也兼具有沉淀池的作用，能有效地去除部分ss。該池設計有沉淀池的泥斗，有足夠的水力停留時間，保證后續處理構筑物能連續運行，其均質作用主要靠池側的沿程進水，使同時進入池的廢水轉變為前后出水，以達到與不同時序的廢水相混合的目的。3.4.2.2設計參數水力停留時間T=6h;設計流量Q1500m3/d=62.50 m3/h=0.01740 m3/s,采用機械刮泥除渣。污水經初沉池后，其中的ss去除率

14、約為60%,則進入下一步UASB反應器的ss為190 mg / L。這里，將水中的COD看為不能摘這個環節出去，全部進入下一個工段反應。3.4.3 UASB反應器3.4.3.1設計說明UASB，即上流式厭氧污泥床，集生物反應與沉淀于一體，是一種結構緊湊，效率高的厭氧反應器。廢水經沉淀去除廢水中的懸浮物后，進入UASB(上流式厭氧污泥床)進行厭氧處理， 通過在UASB池中培養厭氧菌，分解水中的有機物，其COD去降率可達80%以上。厭氧處理采用高效的升流式厭氧污泥床，具有容積負荷高、污泥產量小、效果穩定、能耗低等特點。一方面降低了后續好氧生化處理的負荷，減少了運行費用；另一方面回收沼氣，可作為能源

15、回用于鍋爐燃燒，降低了煤耗。這種反應器結構簡單，不用填料，沒有懸浮物堵塞等問題。它的污泥床內生物量多，容積負荷率高，廢水在反應器內的水力停留時間較短，因此所需池容大大縮小。設備簡單，運行方便，勿需設沉淀池和污泥回流裝置，不需充填填料，也不需在反應區內設機械攪拌裝置，造價相對較低，便于管理，且不存在堵塞問題。處理各種有機廢水時，在反應器內培養顆粒污泥形成污泥床，廢水由底部進入，向上流過污泥床區與大量的厭氧菌接觸，廢水中的有機物大部分被厭氧菌分解成沼氣，沼氣與水和污泥在三相分離器中進行分離，沼氣通過氣室、水封、阻火罐等收集至鍋爐。處理后的水由反應器頂部流出，進入好氧生化池進行進一步的處理。厭氧反應

16、可處理高濃度廢水，具有動力消耗小、容積負荷大、可產生一定的生物能、運行管理方便等特點。3.4.3.2參數選取經過對同類工業廢水用UASB反應器處理運行結果的參考，已知常溫條件下（2025）條件下UASB反應器的設計參數為: 容積負荷2.5-3.0 kgCOD/(m3d), 污泥產率0.10 kgMLSS/kgCOD, 產氣率0.35 m3/kgCOD g。設計COD 去除率為70% , 預計出水COD為960 mg / L。設計參數選取如下：容積負荷（Nv）2.8kgCOD/(m3d)；污泥產率0.10kgMLSS/kgCOD；產氣率0.35m3/kgCOD水力負荷q0.8m3/(m2h)四、

17、 UASB反應器的設計計算4.1設計參數選取設計參數選取如下：容積負荷（Nv）2.8kgCOD/(m3d)；污泥產率0.10kgMLSS/kgCOD；產氣率0.35m3/kgCOD4.2設計水質和水量表2.2 UASB反應器進出水水質指標水質指標CODBODSS最高進水水質(mg/l)260010001000去除率（%）708065出水水質(mg/l)780200350Q1500m3/d=62.50m3/h=0.01740 m3/s4.3反應器容積計算UASB有效容積：V有效 式中： Q - 設計流量，m3/d S0 - 進水COD含量,mg/l Nv -容積負荷,kgCOD/(m3d)V有效

18、15002600/2800=1392m3 將UASB設計成圓形池子，布水均勻，處理效果好。由于體積較大，同時也為了方便連續生產，因此設計為4個反應器，則每個反應器的有效體積為： V單個=1392/4=348m3取水力負荷q0.8m3/(m2h) 則 A= = 62.5/0.8=78.15m2 有 h=348/78.15=4.5m 采用4座相同的UASB反應器則 D=9.98m 取D=10.0m 則實際橫截面積為=D2=3.14100 =78.5m2 實際表面水力負荷為q1=Q/A62.5/478.5 =0.201.0 故符合設計要求4.4配水系統設計本系統設計為圓形布水器，每個UASB反應器設

19、36個布水點(1)參數每個池子流量：62.5/4=15.625m3/h(2)設計計算布水系統設計計算草圖見右圖圓環直徑計算：每個孔口服務面積為:a= 2.18m2a在13m2之間，符合設計要求可設3個圓環，最里面的圓環設6個孔口，中間設12個，最外圍設18個孔口1)內圈6個孔口設計服務面積：62.18=13.08m2折合為服務圓的直徑為：=4.08m 用此直徑作一個虛圓，在該圓內等分虛圓面積處設一實圓環，其上布6個孔口，則圓的直徑計算如下： 則d1=2.04m 2)中圈12個孔口設計服務面積：S2=122.18=26.16m2折合成服務圓直徑為：=7.07m 中間圓環直徑計算如下：(5.312

20、-d22)S2 則d2=3.53m3）外圈18個孔口設計服務面積：S3=182.18=39.24m2折合成服務圈直徑為： =10.0m外圓環的直徑d3計算如下：(6.82-d32)=S3則d35.0m4.5三相分離器設計 三相分離器設計計算草圖見上圖：(1)設計說明三相分離器要具有氣、液、固三相分離的功能。三相分離器的設計主要包括沉淀區、回流縫、氣液分離器的設計。(2)沉淀區的設計三相分離器的沉淀區的設計同二次沉淀池的設計相同，主要是考慮沉淀區的面積和水深，面積根據廢水量和表面負荷率決定。由于沉淀區的厭氧污泥及有機物還可以發生一定的生化反應產生少量氣體，這對固液分離不利，故設計時應滿足以下要求

21、：1）沉淀區水力表面負荷1.0m/h2）沉淀器斜壁角度設為50,使污泥不致積聚，盡快落入反應區內。3）進入沉淀區前，沉淀槽底逢隙的流速2m/h4）總沉淀水深應大于1.5m5）水力停留時間介于1.52h如果以上條件均能滿足，則可達到良好的分離效果沉淀器（集氣罩）斜壁傾角50沉淀區面積為：A=1/4D2=1/43.14100=78.5m2表面水力負荷為：q=Q/A=0.201.0符合設計要求。(3)回流縫設計 取h1=0.3m,h2=0.5m,h3=1.5m 如圖2.4所示：b1=h3/tg 式中： b1-下三角集氣罩底水平寬度，m; -下三角集氣罩斜面的水平夾角； h3-下三角集氣罩的垂直高度，

22、m; b1= =1.26m b2=10-21.26=7.48m下三角集氣罩之間的污泥回流逢中混合液的上升流速V1可用下式計算： V1=Q1/S1 式中： Q1-反應器中廢水流量，m3/h； S1-下三角形集氣罩回流逢面積，m2；V1=0.80m/hV12m/s,符合設計要求上下三角形集氣罩之間回流逢中流速(V2)可用下式計算： V2=Q1/S2，式中： Q1-反應器中廢水流量，m3/h；S2 -上三角形集氣罩回流逢之間面積，m2；取回流逢寬CD=1.1m,上集氣罩下底寬CF=5.0m 則 DH=CDsin50=0.84mDE=2DH+CF =20.84+5.0 =6.68m=(CF+DE)CD

23、/2 =20.18m2則 V2= Q1/S2=0.77m/h2m/h 故符合設計要求 確定上下三角形集氣罩相對位置及尺寸，由圖可知： CH=CDsin40=1.1sin4000.71m AI=DItg50=(DE-b2)tg50 = (6.68-4.98)tg50 =1.01m 故 h4=CH+AI=0.71+1.01=1.72m h5=1.0m由上述尺寸可計算出上集氣罩上底直徑為： CF-2h5tg40=5.0-21.0tg40=3.32m BC=CD/sin40=1.1/sin40=1.71m DI=(DE-b2)=(6.68-4.98)=0.85m AD=DI/cos50=0.85/cos50=1.32m BD=DH/cos50=0.84/cos50=0