【正文】 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 1 前 言 中國是一個水資源短缺的國家，人均水資源占有量不足 2,200 立方米，只有世界平均水平的三成，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。 同時，中國也是世界上水污染極為嚴重的國家。 2020 年，中國廢水排放總量達到 億噸，其中工業(yè)廢水排放量 億噸，占排放總量的 %。 水污染不僅造成了數(shù)額巨大的經(jīng)濟損失，更是直接危害到了百姓的飲水安全。中國環(huán)境監(jiān)測總站在 2020 年對 113 個環(huán)保重點城市月均監(jiān)測取水總量為 億噸，其中不達標水量 億噸，占總量的 %。農(nóng)村的狀況就更為嚴重，我國首 次農(nóng)村飲用水與環(huán)境衛(wèi)生現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果顯示， ％的農(nóng)村飲用水未達到基本衛(wèi)生安全。全國仍有三億多農(nóng)村人口飲水不達標，其中因水污染造成九千多萬人飲用水不安全。 而這其中以工業(yè)廢水的排放和污染最為嚴重。而隨著我國啤酒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，啤酒廢水也成了污染排放的大戶。 到目前我國啤酒生產(chǎn)廠已有近 1000 多家，既成為世界啤酒生產(chǎn)大國，又成為較高濃度有機物污染大戶，啤酒廢水的排放和對環(huán)境的污染已成為突出問題，引起了各有關部門的重視。由于啤酒廢水中含有大量的有機物，排放對自然水體的影響非常大。 “七五”以來，我國對啤酒廢水的處 理工藝和技術進行了大量的研究和探索，特別是輕工業(yè)系統(tǒng)的設計院和科研單位，對啤酒廢水的處理進行了各方面的試驗、研究和實踐，取得了行之有效的成功經(jīng)驗，逐漸形成了以生化為主、生化與物化相結(jié)合的處理工藝。生化法中常用的有活性污泥法、生物膜法、厭氧與好氧相結(jié)合法、水解酸化與 SBR 相組合等各種處理工藝。這些處理方法與工藝各有其特點和不足之處，但各自都有較為成功的經(jīng)驗。目前還有不少新的處理方法和工藝優(yōu)化組合正在試驗和研究，有的已取得了理想的成效，不久將應用于實踐中。 西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 2 第一章 概 述 水是生命之源，是人類賴以生存和發(fā) 展的物質(zhì)基礎，是不可替代的寶貴資源。我國卻是一個水資源十分短缺的國家，人均水資源占有量僅為世 界平均水平的四分之一，嚴重制約著我國社會主義經(jīng)濟的發(fā)展。經(jīng)濟的發(fā)展是以環(huán)境的代價為前提 。隨著近代我國社會主義經(jīng)濟的騰飛，社會主義工業(yè)呈現(xiàn)飛速發(fā)展，水資源污染尤其是工業(yè)廢水污染也嚴重惡化。工業(yè)廢水的污染以其污染大、污染物濃度高、廢水排放量大、廢水中含有多種有毒有害物質(zhì)、廢水成分復雜以及水量變化大等特點而成為目前我們所面臨的主要問題。 80 年代以來，我國啤酒工業(yè)得到迅速發(fā)展，到目前我國啤酒生產(chǎn)廠已有 近1000 多家，既成為 世界啤酒生產(chǎn)大國，又成為較高濃度有機物污染大戶，啤酒廢水的排放和對環(huán)境的污染已成為突出問題，引起了各有關部門的重視。由于啤酒廢水中含有大量的有機物，排放對自然水體的影響非常大。 “七五”以來，我國對啤酒廢水的處理工藝和技術進行了大量的研究和探索，特別是輕工業(yè)系統(tǒng)的設計院和科研單位，對啤酒廢水的處理進行了各方面的試驗、研究和實踐，取得了行之有效的成功經(jīng)驗，逐漸形成了以生化為主、生化與物化相結(jié)合的處理工藝。生化法中常用的有活性污泥法、生物膜法、厭氧與好氧相結(jié)合法、水解酸化與 SBR 相組合等各種處理工藝。這些處理方 法與工藝各有其特點和不足之處，但各自都有較為成功的經(jīng)驗。目前還有不少新的處理方法和工藝優(yōu)化組合正在試驗和研究，有的已取得了理想的成效，不久將應用于實踐中。 下面主要介紹一下處理啤酒廢水常用的幾種方法： （一）酸化 — SBR 法處理啤酒廢水 其主要處理設備是酸化柱和 SBR 反應器。這種方法在處理啤酒廢水時，在厭氧反應中，放棄反應時間長、控制條件要求高的甲烷發(fā)酵階段，將反應控制在酸化階段，這樣較之全過程的厭氧反應具有以下優(yōu)點：（ 1）由于反應控制在水解、酸化階段反應迅速，故水解池體積??；（ 2）不需要收集產(chǎn)生的沼氣 ，簡化了構造，降低了造價，便于維護，易于放大；（ 3）對于污泥的降解功能完全和消化池一樣，西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 3 產(chǎn)生的剩余污泥量少。同時，經(jīng)水解反應后溶解性 COD比例大幅度增加，有利于微生物對基質(zhì)的攝取，在微生物的代謝過程中減少了一個重要環(huán)節(jié)，這將加速有機物的降解，為后續(xù)生物處理創(chuàng)造更為有利的條件。（ 4）酸化 — SBR法處理高濃度啤酒廢水效果比較理想，去除率均在 94%以上，最高達 99%以上。要想使此方法在處理啤酒廢水達到理想的效果時運行環(huán)境要達到下列要求：（ 1）酸化 — SBR法處理中高濃度啤酒廢廢水，酸化至關重要，它具有兩個方面的作用 ，其一是對廢水的有機成分進行改性，提高廢水的可生化性；其二是對有機物中易降解的污染物有不可忽視的去除作用。酸化效果的好壞直接影響 SBR 反應器的處理效果，有機物去 除主要集中在 SBR 反應器中。（ 2）酸化 — SBR 法處理啤酒廢水受進水堿度和反應溫度的影響，最佳溫度是 24℃，最佳堿度范圍是 500～ 750mg/L。視原水水質(zhì)情況，如堿度不足，采取預調(diào)堿度方法進行本工藝處理；若溫度差別不大，運行參數(shù)可不做調(diào)整，若溫度差別較大，視具體情況而定。 （二） UASB— 好氧接觸氧化工藝處理啤酒廢水 此處理工藝中主要處理設備是 上流式厭氧污泥床和好氧接觸氧化池，處理主要過程為：廢水經(jīng)過轉(zhuǎn)鼓過濾機，轉(zhuǎn)鼓過濾機對 SS 的 去除率達 10%以上，隨著麥殼類有機物的去除，廢水中的有機物濃度也有所降低。調(diào)節(jié)池既有調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量的作用，還由于廢水在池中的停留時間較長而有沉淀和厭氧發(fā)酵作用。由于增加了厭氧處理單元，該工藝的處理效果非常好。上流式厭氧污泥床能耗低、運行穩(wěn)定、出水水質(zhì)好，有效地降低了好氧生化單元的處理負荷和運行能耗 (因為好氧處理單元的能耗直接和處理負荷成正比 )。好氧處理 (包括好氧生物接觸氧化池和斜板沉淀池 )對廢水中 SS和 COD 均有較高的 去除率，這是因為廢水經(jīng)過厭氧處理后仍含有許多易生物降解的有機物。 該工藝處理效果好、操作簡單、穩(wěn)定性高。上流式厭氧污泥床和好氧接觸氧化池相串聯(lián)的啤酒廢水處理共議具有處理效率高、運行穩(wěn)定 、能耗低、容易調(diào)試和易于每年的重新啟動等特點。 （三）新型接觸氧化法處理啤酒廢水 此方法處理過程為 ：廢水首先通過微濾機去除大部分懸浮物，出水進入調(diào)節(jié)池，然后中提升泵打入 VTBR 反應器中進行生化處理，通過風機強制供風使廢水與填料接觸，維持生化反應的需氧量， VTBR 反應器出水進入沉淀器，去除一部分脫落的生物膜以減輕氣浮設備的處 理負荷，之后流人氣浮設備去除剩余的生西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 4 物膜，污泥及浮渣送往污泥池濃縮后脫水。 該處理工藝有以下主要特點：① VTBR反應器由廢舊酒精罐改造而成，節(jié)省了投資。與鋼筋混凝土結(jié)構相比，具有一次性投資低，運行穩(wěn)定，處理效果好等特點。②冬季運行時，在 VTBR 反應器外部加了一層保溫材料，使罐中始終保持較高的溫度，提高了生物的活性。③因 VTBR反應器高達 10m 左右，水深大，所選用風機為高壓風機，耗電量大。 （四）生物接觸氧化法處理啤酒廢水 該工藝采用水解酸化作為生物接觸氧化的預處理，水解酸化菌通過新陳代謝將水中的固體物質(zhì)水 解為溶解性物質(zhì)，將大分子有機物降解為小分子有機物。水解酸化不僅能去除部分有機污染物，而且提高了廢水的可生化性，有益于后續(xù)的好氧生物接觸氧化處理。該工藝在處理方法、工藝組合及參數(shù)選擇上是比較合理的，充分利用各工序的優(yōu)勢將污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化、去除。然而，如果由于某些構筑物的構造設計考慮不周會影響運行效果，致使出水水質(zhì)不理想，使生物接觸氧化池的出水 (靜沉 30 min 的澄清液 )COD 為 500～ 600 mg/L，經(jīng)混凝氣浮處理后出水COD 仍高達 300 mg/L，遠高于排放要求 (150 mg/L)。 但是此處理方法在設計和運 行中會 出現(xiàn)以下問題 ：（ 1）水解酸化池存在的問題主要是沉淀污泥不能及時排除。由于該廢水中懸浮物濃度較高，因而池內(nèi)污泥產(chǎn)量很大，而原工藝僅在水解酸化池前端設計了污泥斗，所以池子的后部很快就淤滿了污泥。另外，隨著微生物量的增加在軟性生物填料的中間部位形成了污泥團，使得傳質(zhì)面積減小。針對污泥淤積情況，在水解酸化池前可增設一級混凝氣浮以去除水中的懸浮物，經(jīng)此改進后水解酸化池能長期、穩(wěn)定、有效地運行，其出水 COD 也從 1100～ 1200 mg/L 降至 900 ～ 1000mg/L，收到了較好的效果。不過，增設混凝氣浮增加了 運行費用，而且氣浮過程中溶入的 O2 還可能對水解酸化產(chǎn)生不利影響。因此，在設計采用水解酸化處理懸浮物濃度高的污水時，可增設污泥斗的數(shù)量以便及時排除沉淀污泥。此外，為防止填料表面形成污泥團應采用比表面積大、不結(jié)泥團的半軟性填料。（ 2）如果廢水中污染物濃度較高或前處理效果不理想，生物接觸氧化池前端的有機物負荷較高，使得供氧相對不足，此時該處的生物膜呈灰白色，處于嚴重的缺氧狀態(tài)，而池末端成熟的好氧生物膜呈琥珀黃色。同時，水中的生物活性抑制性物質(zhì)濃度也較高，對微生物也有一定的抑制作用。這些因素使得生物接觸氧化池沒有發(fā) 揮出應有的作用，處理效果不理想。鑒于此，可一采取階段西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 曝氣措施即多點進水，污水沿池長多點流入生物接觸氧化池以均分負荷，消除前端缺氧及抑制性物質(zhì)濃度較高的不利影響。改為多點進水并經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定運行后，生物接觸氧化池的出水 (30 min 的澄清液 )COD 為 200～ 300 mg/L。再經(jīng)混凝氣浮工序處理后最終出水 COD＜ 150 mg/L(一般在 130 mg/L)，達到了排放要求。（ 3）在調(diào)試運行過程中，生物接觸氧化池中生物膜脫落、氣泡直徑變大 (曝氣方式為微孔曝氣 )、出水渾濁、處理效果惡化的現(xiàn)象時有發(fā)生。經(jīng)研究、分 析、驗證發(fā)現(xiàn)這是由于負荷波動或操作不當造成溶解氧不足而引起的。溶解氧不足使得生物膜由好氧狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，其附著力下降，在空氣氣泡的攪動下生物膜大量脫落，導致水粘度增加、氣泡直徑增大、氧轉(zhuǎn)移效率下降，這又進一步造成缺氧，如此形成惡性循環(huán)致使處理效果惡化。（ 4）在調(diào)試運行初期，發(fā)生這種現(xiàn)象時一般是增大供氣量以提高供氧能力來消除缺氧，結(jié)果由于氣泡攪動強度增大，造成了更大范圍的生物膜脫落、水粘度更大、氧轉(zhuǎn)移效率更低，非但沒 能提高供氧能力反而使情況更糟。正確的處理措施應是減小曝氣量，待脫落的生物膜隨水流 流出后 再逐漸增加曝氣量使溶解氧濃度恢復到原有水平，若水溫適宜則 2～ 3 d 后生物膜就可恢復正常。 因此當采用此工藝處理啤酒廢水時要遵循下列要求：①采用水解酸化作為預處理工序時應考慮懸浮物去除措施。②采用推流式生物接觸氧化池時，為避免前端有機物負荷過高可采用多點進水。③應嚴格控制溶解氧濃度，供氧不足會造成生物膜大范圍脫落，導致運行失敗。 （五）內(nèi)循環(huán) UASB 反應器＋氧化溝工藝處理啤酒廢水 此工藝采用厭氧和好氧相串聯(lián)的方式，厭氧采用內(nèi)循環(huán) UASB 技術，好氧處理用地有一處狹長形池塘，為了降低土建費用，因地制宜，采用 氧化溝工藝。本處理工藝的關鍵設備是 UASB 反應器。該反應器是利用厭氧微生物降解廢水中的有機物，其主體分為配水系統(tǒng)，反應區(qū)，氣、液、固三相分離系統(tǒng)，沼氣收集系統(tǒng)四個部分。厭氧微生物對水質(zhì)的要求不象好氧微生物那么寬，最佳 pH 為 － ，最佳溫度為 35℃－ 40℃ 。 內(nèi)循環(huán) UASB 技術是在普通 UASB 技術的基礎上增加一套內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，它包括回流水池及回流水泵。 UASB 反應器的出水水質(zhì)一般都比較穩(wěn)定，在回流系統(tǒng)的作用下重新回到配水系統(tǒng)。這樣一來能提高 UASB反應器對進水水溫、 pH 值和 COD 濃度的適應能力，只需在 UASB反應器進水前對其 pH 和溫度做一粗調(diào)即可。 UASB 反應器采用環(huán)狀穿孔管配水，通過三相分離西安工程大學本科畢業(yè)設計（論文） 6 器出水，并在三相分離器的上方增加側(cè)向流絮凝反應沉淀器，它由玻璃鋼板成60176。安裝而成，能在最大程度上截留三相分離出水中的顆粒污泥。 （六） UASB+SBR 法處理啤酒廢水 本處理工藝主要包括 UASB 反應器和 SBR反應器。將 UASB 和 SBR兩種處理單元進行組合，所形成的處理工藝突出了各自處理單元的優(yōu)點，使處理流程簡潔，節(jié)省了運行費用，而把 UASB 作