【文章內容簡介】 同型產乙酸菌和產甲烷菌等微生物類群的次第作用下，先后經歷了水解階段、產酸發(fā)酵階段、產氫產乙酸階段和產甲烷階段等分解代謝過程，最終被分解為CHC02和H20。 近年來，出現(xiàn)了形式各樣、特點各異的厭氧處理工藝，目前厭氧反應器主要有厭氧濾器(AF)、厭氧流化床反應器(AFBR)、上流式厭氧污泥床反應器(UASB)、膨脹顆粒污泥床反應器(EGSB)和內循環(huán)厭氧反應器(IC)這幾種反應器形式。而高濃度有機污水的處理較多采用UASB、EGSB和IC反應器。其中UASB的應用最為廣泛。UASB是厭氧反應器的第二代產品，也是目前應用最廣泛最成熟的厭氧反應器。它屬于懸浮生長型的生物反應器，由反應區(qū)、沉淀區(qū)和氣室三部分組成。UASB工藝近年來在國外發(fā)展很快，在國內也己有生產性規(guī)模裝置，該工藝既節(jié)約能源，基至可回收能量，又解決環(huán)境污染問題，取得了較好的經濟效益和社會效益。 好氧處理工藝 八十年代國內主要采用好氧法，即傳統(tǒng)的活性污泥法和生物膜法，具有工藝技術成熟，易啟動等特點；但占地面積大，曝氣耗能，運行費用高，污泥產量大，對啤酒廢水水質、水量變化的適應性較差等缺點。近年來在傳統(tǒng)活性污泥法基礎上，引入了一些新工藝，如射流活性污泥法、生物接觸氧化法、SBR(序批活性污泥法)工藝等。但好氧法有運行管理費用高、占地大、一次性投資費用高，需充氧設備，噪聲大，設備龐大冬季保溫困難，還有曝氣耗能、產泥量大的缺點。 厭氧好氧處理工藝在實際應用中，單獨的好氧法或厭氧法都不能滿足啤酒廢水的處理要求，只有把二者結合起來。組成串聯(lián)工藝，才能取長補短，使其在水處理中發(fā)揮更大的作用。在串聯(lián)工藝中，厭氧法作啤酒廢水的預處理，厭氧反應可在常溫下進行，不需額外加熱；好氧法作后處理，便可充分發(fā)揮二種處理方法的優(yōu)點。這種組合工藝在技術上可行，經濟上合理，不失為一種有效的廢水處理方法。 設計任務表11 設計的進水水質及水量廢水名稱廢水水量（m3/d）廢水水質(mg/L，pH值、溫度除外)CODcrBOD5SSpH值溫度(℃)啤酒廢水800025001100550～≤40出水滿足《啤酒工業(yè)污染物排放標準》(GB 198212005)要求，見表12。 表12 設計的出水水質及水量廢水名稱廢水水量（m3/d）廢水水質(mg/L，pH值、溫度除外)CODcrBOD5SSpH值溫度(℃)啤酒廢水8000802070～≤40 設計工藝的確定近年來，厭氧處理技術得到很快發(fā)展，常用的先進技術有厭氧接觸工藝、上流式厭氧污泥床和厭氧過濾器。 厭氧接觸法屬于傳統(tǒng)厭氧消化技術的發(fā)展。它采用完全混合式消化反應器，適合于處理含懸浮固體很高的廢水，預處理要求低，一需要設置池內完全混合攪拌，池外還要設消化液沉淀池。本設計處理對象為較好生化處理的廢水。為提高處理效率，節(jié)省工程投資和占地，因此不宜采用厭氧接觸法。上流式厭氧污泥床（UASB），屬采用了滯留型厭氧生物處理技術，在底部有污泥床，依據進水與污泥的高效接觸提供高的去除率，依靠頂部的三相分離器，進行氣、液、固分離，能使污泥維持在污泥床內而很少流失。因而生物污泥停留時間長，處理效率高，適合于處理較易生化降解，CODCr和SS濃度均較高的廢水。 厭氧過濾器采用附著型厭氧生物處理技術，在反應器內充填一部填料，使生物污泥附著在填料上生長，不易隨出水流失，且填料對于改善水流均勻性有益，并起到—定過濾截留作用。但反應器內填料易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，因此不適合處理有機物濃度過高的廢水，且要求進水SS濃度應較低，—般要求SS200mg/L。盡管厭氧過濾器抗沖擊負荷能力大，處理效率亦高，但不適合本次設計進水水質(SS濃度較高)。綜合以上分析，結合類似工程資料，本設計厭氧處理裝置采用UASB。 有機廢水經厭氧處理，出水的BOD5/CODCr會降低，出水可生化性較原污水差。采用一般好氧生物處理方法(活性污泥法和生物膜法)，處理厭氧處理出水，其CODCr去除率約只有60％，而處理同等濃度的原有機廢水，CODCr可達80％。盡管采用生物膜法處理效果可能會稍好，但難以適應BOD5大于250mg/L的來水。近年來開發(fā)了一些處理此類廢水(進水濃度較高，可生化性較差，不易生化降解)的工藝技術，如AB法活性污泥工藝、氧化溝活性污泥法、SBR法等。這些方法均能對不易生化降解有機廢水或厭氧處理出水有較好的處理效果。 以上三種好氧方法中，SBR法具有特別顯著的特點：首先由于采用間歇運行，運行周期每一階段有適應基質特征的優(yōu)勢菌群存在；污泥不斷內循環(huán)，排泥量少，生物固體平均停留時間長；沉淀和排水時水流處于靜止狀態(tài)，故處理效果優(yōu)于一般活性污泥法。其次由于進水、曝氣、沉淀、排水等工序在一個池內進行，省去了沉淀池和污泥回流設施，故而其工程投資和占地面積均小于一般活性污泥法。綜合以上分析，本設計好氧處理采用SBR工藝。工藝流程見圖12。圖12 工藝流程圖2 處理構筑物的設計計算 格柵格柵主要是攔截廢水中的較大顆粒和漂浮物，以確保后續(xù)處理的順利進行。 本設計處理生產廢水，盡管SS含量不低，但較大漂浮物及較大顆粒少，格柵攔截的污染物不多，故選用人工清渣方式。 柵條寬度S=，柵條間隙e=，格柵安裝傾角α=60176。，便于除渣操作。最大設計污水量Qmax= 8000m3/d=污水渠斷面尺寸為600mm600mm設柵前水深h=，過柵流速υ= 柵條間隙數(shù) ===24 柵槽寬度 B=S（n－1)+en+=（24－1）+30+= 連接處長度 設漸寬部分展開角α1=30，進水渠道漸寬部分長度===柵槽與出水渠道連接處的漸窄部分長度=== 通過格柵的水頭損失 =k （21） =ξsinα （22） ξ=β （23） 式中 h1——設計水頭損失，m h0——計算水頭損失，m g ——重力加速度，m/s k ——格柵受污物堵塞時水頭損失增大倍數(shù)，采用3 ξ——阻力系數(shù)，設柵條斷面為銳邊矩形斷面，β==k=βsinαk=sin603= 格柵高度設柵前渠道超高h2= H=h+h1+h2=++= 柵前槽高 H1=h+h2=+= 柵槽總長 L=++++=++++= 每日柵渣量 W= （24） 式中 W1——柵渣量，m3/10m3污水，W== 調節(jié)池啤酒廢水的水量和水質隨變化幅度較大，為了保證后續(xù)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節(jié)，由于調節(jié)池內不安裝工藝設備或管道，考慮土建結構可靠性高時，故障少，只設一個調節(jié)池。調節(jié)池調節(jié)周期T=調節(jié)池容積V=TQh=7416. 6=2900m3取調節(jié)池有效水深h=6m，備用構筑物超高0．5m，調節(jié)池規(guī)格 22m22m， V有=3200m3 調節(jié)池設污泥斗四個，每斗上口面積11m11m，泥斗傾角。泥斗容積 =（++）==泥斗容積共V=4=調節(jié)池設計計算見圖21。圖21 調節(jié)池工藝圖調節(jié)池每日沉淀污泥重為W=55040％8000=g=濕污泥體積約為V=(設污泥密度為1t/)泥斗可存約三天污泥。 提升泵污水泵總提升能力按Qmax考慮，即Qmax=，選三臺泵。提升選用泵KRT k100—315／232u型潛水泵，流量為230m3/h，共三臺，兩用一備，電壓380V，泵重54kg。 UASB的設計 本設計所處理啤酒生產廢水，屬高濃度有機廢水，生物降解性好，UASB反應器作為處理工藝的主體，擬按下列參數(shù)設計：設計流量8000m3/d，進水濃度CODCr2500mg/L，CODCr去除率85%容積負荷 NV=(m3d)(按常溫23℃)產氣率 r=污泥產率 X= UASB總容積計算V= （25） 式中Q——設計處理流量，m3/d Sr——去除的有機污染物濃度，kg/m3 Nv——容積負荷，kgCOD/(m3d) V==選用4個池子，每個池子的體積為 Vi=V/4=,，每個池子的所占面積為A=Vi/H= 直徑D為D=，實際取D=12m ,每個反應器水量Qi=2000m3 水力停留時間t=Vi/Qi24= 水力負荷約為q=（m2d）（m2d)，基本符合要求。 三相分離器構造設計 UASB的重要構造是指反應器內三相分離器的構造，三相分離器的沒計直接影響氣、液、固三相在反應器內的分離效果和反應器的處理效果。對污泥床的正常運行和獲得良好的出水水質起著十分重要的作用，根據已有的研究和工程經驗，三相分離器應滿足以下幾點要求：① 混合液進入沉淀區(qū)之前，必須將其中的氣泡予以脫出，防止氣泡進入沉淀區(qū)影響沉淀；② （m2h）以下，進入沉淀區(qū)前，；③ 沉降斜板傾角不應小于50176。，使沉泥不在斜板積聚，盡快回落入反應區(qū)內,出水堰前設置擋板，以防止上浮污泥流失。某些情況下，應設置浮渣清除裝置。三相分離器設計須確定三相分離區(qū)數(shù)量，大小斜板尺寸、傾角和相互間關系。1）小斜板(反射錐)臨界長度計算 AO’=[（q/(LN）+r] （26） 式中 q——通過縫隙的流量，m3/h L——回流縫隙長度，m N——縫隙條數(shù) UP——氣泡的上升速度，m/s r——上斜板到器壁的距離，m β——下斜板與器壁的夾角其中UP由斯托克斯公式汁算：=（） （27） 式中 UP——氣泡自由上升速度，cm/s B——氣泡碰撞系數(shù) g——重力加速度，980cm/s2 ρ1——液體密度，g/cm3 ρg——氣體密度，g/cm3 μ——液體動力粘度，g/(cms) dg——氣泡直徑，cm 且 μ=γρ1 （28） 式中 γ——液體的運動粘滯系數(shù)，cm2/s 設水溫為25℃，，103g/cm3，凈水γ= 凈水動力粘度為 μ’=γ==s因處理對象為廢水，μ比凈水的μ大， 廢水動力粘度為μ=μ’=(cms) 氣泡在靜止水中上升速度為=（－）=m/s 單池處理水量為 q==設計回流縫數(shù)量n=1，寬度r=，下傾板傾角α=54176。，即β=35176。 出回流縫長度 L= 2π=47m 斜板臨界長度 AO’=[1)+]= 取小斜板長度L小=’=， 水平L小水平=， 垂直L小垂直=。2）集氣罩設計計算 取上集氣罩Dl=，H取2．0m，a2取為530。則D2=,取D3=6m ，兩側橫板寬度取為1．4m。 上集氣罩沉入斜板的垂直距離Ha= 大集氣罩的收氣面積占總面積的比例為 A3/A= 50%符合要求沉淀區(qū)面積S=回流縫的過水流速為：υ= UASB設計結果：D=12m，H=6m，其中超高 m，三相分離器高度H2=，反應區(qū)高，反應器底污泥區(qū)高。集氣罩頂直徑=4m，大斜板長，傾角=，小斜板長，傾角=。 3）脫氣條件校核 如果水是靜止的，則沼氣將以UP=—，可以進入氣室中。但由于在三相分離器中，水是變向流動，因此沼氣氣泡不僅獲得了水的加速，而且運動發(fā)生了方向改變。氣泡進入氣室必須保證滿足以下公式要求：UP/υ