摘 要

随着人们生活水平的提高，市场对面粉的需求量越来越大，面粉加工产业发展的同时，面粉生产中产生的高浓度有机废水对环境的污染也引起了社会的重视。在提倡可持续发展理念的今天，面粉生产废水治理已成为该行业生产运营不可缺少的一环。

本设计中，原水水质各项指标为：COD_Cr浓度8200mg/L，BOD₅浓度4500mg/L，SS浓度750mg/L，pH值为4.5~5.5。针对面粉生产废水有机物和悬浮固体物含量高的特点，通过对多种工艺方案进行分析比选，最终确定采用“气浮 UASB SBR”的工艺：生产废水先经过格栅，去除其中的部分悬浮固体物，然后经泵进入调节池进行水质水量的调节。调节池出水再依次进入气浮池、UASB反应器和SBR反应池，使污水中的悬浮物和有机物逐渐去除。该工艺省去了初沉和二沉工序，工艺流程简单，占地面积小，处理效果好，运行成本低，每吨水处理费用为0.92元，适合企业建造运营。经处理，出水可达到《淀粉工业水污染物排放标准》（GB25461-2010）的间接排放标准，即满足COD_Cr≤300mg/L，BOD₅≤70mg/L，SS≤70mg/L，pH 6~9的要求，工程的经济、社会、环境效益并重。

关键词：污水处理；面粉废水；UASB；SBR

Abstract

With the gradual improvement of people's living standards, the demand for flour is becoming bigger and bigger in market. With the growing of flour industry, the wastewater which caused the environmental pollution with high concentrated organic pollutant from the flour factory gradually attracted social attention. Now the flour industrial wastewater treatment has become a indispensable part of its production and operation as calling for sustainable development.

In this project, the raw water quality is: the concentration of COD_Cr, BOD₅, SS are 8200mg/L, 4500mg/L, 750mg/L, respectively. And its pH is 4.5~5.5. Aiming at the characteristics of wastewater from flour industrial which has high amout of organic matter and suspended solids, in this design, the "Flotation UASB SBR'' process is identified as the final choice of this project after the multiple scheme comparison. The raw sewage first goes through the bar screen to remove some of its suspended solids, then lifed to the regulating reservoir by pump to regulate the water. The effluent of the regulating reservoir successively goes through the floatation tank, UASB reactor, and the SBR tank, making the organic matter and suspended solids remove gradually. This technology which leaves out primary sedimentation tank and secondary sedimentation tank has simple process, small size , low running cost (0.92 yuan/t) and good treatment effect. It is suitable for small-sized industrial enterprise to build and operate. The treated sewage can reach the indirect discharge standard of water pollutants for starch industry: the concentration of COD_Cr, BOD₅, SS are under 300mg/L, 70mg/L, 70mg/L, respectively. The project can attach equal importance to economic benefit, social benefit, and environmental benefit.

Key Words：sewage treatment; flour wastewater; UASB; SBR

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 面粉生产废水产生情况分析 1

1.1.2 面粉废水治理技术现状 1

1.2 设计依据 2

1.3 处理水质 2

第2章 污水处理工艺研究与分析 4

2.1 方案选择原则 4

2.2 面粉废水处理方法介绍 4

2.2.1 好氧处理技术 4

2.2.2 厌氧处理技术 6

第3章 污水处理工艺设计 8

3.1 污水处理方案选择 8

3.1.1 污水处理工艺比选 8

3.1.2 污泥处理方案选择 9

3.1.3 污水处理工艺流程 10

3.2 设计基本参数 11

3.3 构筑物的设计计算 11

3.3.1 格栅 11

3.3.2 集水池和提升泵 13

3.3.3 调节池 14

3.3.4 气浮系统 14

3.3.5 配水井1 18

3.3.6 UASB反应器 19

3.3.7 配水井2 24

3.3.8 SBR反应池 25

3.3.9 污泥浓缩池 29

3.3.10 污泥脱水机房 30

3.4 污水处理系统工艺汇总 31

3.4.1 格栅 31

3.4.2 进水泵房 31

3.4.3 调节池 32

3.4.4 气浮系统 32

3.4.5 UASB反应器 34

3.4.6 SBR反应池 34

3.4.7 鼓风机房 35

3.4.8 加药间 35

3.4.9 污泥泵房 36

3.4.10 污泥浓缩池 36

3.4.11 污泥脱水机房 36

第4章 污水处理站的布置 38

4.1 辅助生产建筑物 38

4.2 总平面布置 38

4.3 高程布置 38

4.3.1 流经构筑物的水头损失 39

4.3.2 管道水头损失计算 40

4.3.3 高程计算 42

第5章 成本及效益分析 44

5.1 工程投资估算 44

5.1.1 工程建造成本估算 44

5.1.2 运行成本估算 45

5.2 效益分析 46

第6章 结论与建议 47

6.1 结论 47

6.2 建议 47

参考文献 48

致 谢 49

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

近年来，我国水环境恶化的趋势并没得到根本扭转，水污染形式依然严峻，据报道除部分内陆河流及大型水库以外，全国大部分江河水域都受到不同程度的污染，且污染呈日益加重的趋势^[1]。由于污染，大量水体失去了原有的生活用水和农田灌溉的功能，在水质恶化和水资源严重缺乏的今天，污水处理对于环境保护与可持续发展显得尤为重要。食品工业废水是水体污染的主要来源之一，随着人们生活水平的提高，市场对面粉这种粮食加工品的需求量越来越大^[2]，面粉加工行业产生的废水是不容忽视的。淀粉工业废水的处理在国家“十五”计划中被重点提到，该计划指出，我国将继续把该行业污水处理技术放在环保工作的重点，并继续加强相关研究工作。2010年9月，国家发布了《淀粉工业水污染物排放标准》，规定了淀粉工业企业水污染物的排放限值、监测和监控要求，正式对该行业的水污染物排放开始了管控。

1.1.1 面粉生产废水产生情况分析

面粉也叫小麦粉，是我国部分地区的主食之一，它是以小麦为原料，经过配麦，清理，调质，制粉，后处理等一系列的工艺步骤而制成的。其中，清理的目的是去除小麦中的杂质，保证面粉的纯度和产品质量。清理分为干法清理和湿法清理，虽然干法清理的效果好，但是由于湿法相较于干法而言，不但具有效率高，可以提高小麦粉的加工精度、白度和好粉的出率的优点，而且还节约电能、设备投资少，经济效益显著，所以目前许多面粉厂仍然采取湿法清理工艺^[3]。小麦湿法清理工艺是用水对小麦表面进行冲洗，将其表面的杂质如砂石、尘土等带出，并且会洗出部分麦皮、麦毛等，因而洗麦废水的显著特点是悬浮物和有机物含量很高。另外，调质工序即着水润麦这一步也会产生大量该类废水，该工序主要产生含有大量有机物和部分悬浮物的污水。面粉加工企业的生产废水不经处理，直接排放到自然水体中会严重污染水体环境，而直接排到市政管网中又会严重增加城市污水处理厂的处理压力，降低最终排入自然水体的水质状况，所以面粉厂需要设立专门的废水处理车间对其生产废水加以处理，使其达到一定标准后才允许排出。

1.1.2 面粉废水治理技术现状

目前，国内外面粉废水处理技术已有了迅速的发展，处理方法总体上可分为生化法和物化法两种。生化法方面，有采用生物接触氧化法、SBR及其改进工艺、生物滤池、厌氧消化等工艺，并多采取厌氧 好氧的组合工艺来提高污染物的去除率^[4]。由于传统活性污泥法、升流式厌氧污泥反应床技术（UASB）可以大幅度降低处理设施的建设费用和运行费用，具有很大的经济性，因而已广泛应用于国内外面粉厂废水的处理中。如河南莲花集团就是采用UASB SBR的工艺处理小麦淀粉废水，把原水中浓度高达10000mg/L的COD削减到了150mg/L以下，去除率达到了98.5%。该厂还通过回收利用蛋白饲料、沼气能源和菌体肥料，获得了可观的经济效益。由UASB反应器发展起来的厌氧折流内循环反应器（ABIC）及膨胀颗粒污泥床（EGSB）等第三代厌氧反应器，经过研究试验，也逐渐被引入粮食磨粉加工行业的废水处理中，并取得了良好的效果。而物化法方面，膜技术因其可在低温、低能耗条件下操作，且可提取淀粉废水中的蛋白质等高附加值产品，具有广阔的发展前景^[5]。国内外都对采用膜技术处理淀粉废水进行过相关研究，以微滤或超滤与反渗透结合的膜集成技术为主，辅以合适的一级处理工艺，基本能够得到较好的SS与COD去除率^[6、7]。另外，混凝法在面粉废水处理的实际工程中，也得到了广泛的应用。特别是在国内一些冬季气温低的地区中，一些厂房规模小，技术与经济条件有限的中小型小麦粉厂采用生化法处理淀粉废水会使处理难度增加，投资也较大，所以会选择采用投资少、适应性强、操作简单的化学絮凝法^[8]。

1.2 设计依据

（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法》；

（3）《淀粉工业水污染物排放标准》 GB25461-2010；

（4）《室外排水设计规范》 GB50014-2006；

（5）《泵站设计规范》 GB/T50265-97；

（6）《污水气浮处理工程技术规范》 HJ2007-2010；

（7）《升流式厌氧污泥床反应器污水处理工程技术规范》 HJ2013-2012；

（8）《序批式活性污泥法污水处理工程技术规范》 HJ577-2010；

（9）《给水排水工程构筑物结构设计规范》 GB50069-2002；

（10）《给水排水制图标准》 GB/T50106-2001。

1.3 处理水质

污水处理站设计进水水质的确定以各车间排放口实测污水水质资料为依据，本设计中面粉厂进水各项水质指标已知。而出水水质则根据行业标准——《淀粉工业水污染物排放标准》（GB25461-2010）而定，由于该面粉厂出水排入市政管网，因此处理水质标准执行该标准的间接排放标准，具体进出水指标见表1.1。

第2章 污水处理工艺研究与分析

2.1 方案选择原则

污水处理工程是一项耗资大、具有一定效益性的工程项目。在设计污水处理工程时，需要从整体出发，结合相关规范与要求，结合实地环境条件，从经济、技术、效率等多方面全面探究与比选，最终选择最合理、可行的工艺方案。

在工业废水处理工艺方案的确定中，需遵循以下原则：

（1）严格遵守国家关于环境保护的相关法律法规，符合国家的相关规范及标准。

（2）以使厂方投资小、收益佳的基本原则设计。

（3）根据厂方排放的废水水质特点，参考国内外各种文献资料，结合相关实际经验，采用目前成熟的、可操作性强的、较为经济的废水处理工艺。

（4）选择采用切合可行、符合实际、技术成熟、处理高效、经济性好的工艺技术，在能够保证出水水质的前提下，使工程投资费用与日常运行管理费用降低。

（5）整套设施性能优良，耐久性好，便于管理维护。

2.2 面粉废水处理方法介绍

虽然面粉厂废水一般不含有毒物质，但该类废水COD、BOD₅及SS浓度都很高，属于高浓度有机废水，其具体污染物质包括蛋白质、淀粉、纤维及一些悬浮物等，可生化性较好，所以十分适宜采用生化法来处理这类废水。而且对于这种废水水质，生化法与物化法相比具有处理费用较低、处理效果更好的优点。因此，无论从技术层面还是经济方面上考虑，生化法都是首选。常用的生化法主要有以下几类。

2.2.1 好氧处理技术

好氧处理是指在有适宜碳氮比与适宜O₂浓度的环境条件下，好氧微生物将有机物分解、转化的生化过程。好氧处理是常用的污水处理技术，也是高浓度有机废水处理的常用主体工艺，其主要分为活性污泥法和生物膜法。

活性污泥法的核心是好氧活性污泥。这些污泥一般呈絮状，是由好氧微生物自身的繁殖而形成的。活性污泥法就是利用好氧微生物对有机物的氧化分解作用，实现污染物的去除。目前较为成熟的活性污泥处理方法有A/O法、氧化沟、SBR及其改进工艺等。

（1）A/O工艺法

A/O工艺由两部分组成，分别为缺氧和好氧两段，它的设计构造可实现生物脱氮，是一种典型的二级处理工艺。A/O工艺的两段是串联的，A段为缺氧段，水中溶解氧不大于0.2mg/L，O段为好氧段，溶解氧为2~4mg/L。在缺氧段异养菌可将污水中的糖类等大分子悬浮污染物和可溶性有机物水解为小分子的有机酸等。这步分解作用可以提高污水的可生化性，从而提高处理效率。

A/O工艺的优点在于把缺氧池设置在好氧池前，可减轻好氧池的有机负担，而且好氧池中进行硝化反应所需要的碱度可以由缺氧池的反硝化过程产生的碱度补充。该工艺简单、BOD₅去除效果好。然而，A/O工艺的脱氮效果很有限，要提高A/O工艺的脱氮效率，必须加大内循环比，从而使运行费用增加。

（2）氧化沟工艺

氧化沟属于延时曝气活性污泥法，具有脱氮除磷的功能。由于氧化沟的HRT与污泥龄较长，不仅能使可溶性有机物分解，还能使悬浮物与污泥都稳定下来，所以该工艺一般不需设置初沉池，也无需污泥厌氧消化。且氧化沟呈封闭水沟型，具有推流特性，其在沿池长方向可以形成一定的DO梯度，从而构成好氧、缺氧和厌氧区，某些情况下能够实现生物的脱氮除磷。但氧化沟的占地面积大；在DO浓度不足或者排泥不畅等情况下，易引发污泥的丝状膨胀；而且在同一沟中好氧区与缺氧区各自的体积和DO浓度很难准确地加以控制，因此对除氮的效果是有限的，而对除磷几乎不起作用。

（3）SBR及其改进工艺

传统序批式活性污泥法（SBR）与一般的活性污泥法的不同在于SBR法是采用时间顺序来运行污水处理过程。在SBR的反应池中，污水处理过程以周期为单位，一个周期里包含了进水、曝气、沉淀、出水四个处理过程，且这些过程都是在一个池子里进行的。由于SBR池的运行过程已包含沉淀过程，而且还能对水量水质起到缓冲作用，兼具调节、均化的功能，所以该工艺无需设置调节池、初沉池和二沉池，也无需污泥回流系统，整套工艺占地面积小，流程简单，可大大节省投资、减少用地和降低运行费用。SBR属于发展中的污水处理技术，目前，在基本的SBR工艺基础上，ICEAS、CASS等多种改进型SBR工艺已被开发出来，也逐渐被广泛应用。

ICEAS工艺的特点是连续进水、间歇曝气和周期排水。其将反应器沿长度方向分为了前部的预反应区和后部的主反应区。预反应区中是高负荷的，而主反应区则是低负荷的。污水连续不断地进入预反应区，期间微生物不断吸附污水中的大量可溶性有机物，并且完成自身的不断增殖；然后污水进入主反应区，在这里主要发生污染物的降解与泥水分离。该工艺的连续进水使反应器的运行更趋于完全混合流态，其污泥的沉降性能会降低，容易发生污泥膨胀。而CASS工艺则通过技术革新、优化设计，使其容积变小，处理效果更好。与ICEAS不同的是，此法单体上是间歇进水，总体上可实现连续进水，且进水处设置一厌氧区不进行曝气，在有机物浓度较高的情况下，可呈缺氧和厌氧状态，抑制了好氧菌的生长，控制污泥膨胀。主反应区又分为缺氧区和好氧区，周期进行曝气、沉淀和撇水，具有一定的脱氮除磷效果。