曝气生物滤池 - 副本

1、第一章 绪论1.1曝气生物滤池曝气生物滤池 (BAF) 是一种新型高负荷淹没式三相反应器,它兼有生物膜法和活性污泥法两者的优点,并将生化反应和吸附过滤两种处理工艺过程合并在同一构筑物中进行。根据处理目标的需要 , 曝气生物滤池可以是一种单独碳氧化(二级处理、下向流)处理反应池,亦可以是碳氧化/硝化(三级处理、上向流)合并处理的反应器。曝气生物滤池应用于城市污水处理工程中,可省去二次沉淀池。 对于国内一般的城市污水而言,进水含氮量为20 40 mg/ L,根据污水综合排放标准(GB8978 -96)城镇二级污水处理厂一级排放标准,BOD20mg/L,NH3-N15mg/L,硝化率要求仅为25 %

2、63 %。当曝气生物滤池有机负荷在2.03.3 kg BOD/(m3·d)范围内时,NH3 -N的硝化率为50%75 %。因此,在曝气生物滤池的设计中只需考虑单独碳氧化处理要求。当污水有除磷要求时,可在该工艺处理流程的初级处理阶段(初沉池前)投加混凝剂(如铁盐),可获得80%90%的除磷率。2 曝气生物滤池工艺及设计2.1 曝气生物滤池工艺流程 曝气生物滤池池型结构见图2。其工艺流程是,经初级处理后的污水进入曝气生物滤池V型进水布水槽1,通过V型槽布水孔进入生物反应过滤区,该区由生物反应过滤层2和承托层3构成。生物反应过滤层内装有圆形轻质陶粒滤料,此滤料表面粗糙,易粘附、生长浓度高的

3、生物膜,生物膜膜不受泥龄限制,不同滤层段都能自然形成与本段水质相适宜的优势种类，种类丰富。在靠近生物反应过滤区进水口的滤层段内,有机物浓度高,异养菌群占较大优势,大部分BOD在此得到降解,而在滤层深部,硝化菌等不受有机物浓度及异养菌产生的抑制,成为优势菌种,具有较好的硝化作用。生化反应需要的氧气,可通过曝气布气管7进入反应过滤层, 空气在滤料空隙间曲折上升,与污水及滤料表面上附着的生物膜充分接触,完成污水中有机物的降解和氨氮的硝化。经生物接触氧化、过滤处理后的水,由处理水收集支管4收集后,通过收集干管5流出池外。随着处理过程的进行,生物反应过滤层中拦截的悬浮物不断增多,滤料表面上粘附的生物膜逐

4、渐增厚,滤层中的空隙逐步被阻塞,水头损失随之增加,达到最大允许水头损失,需进行反冲洗。反冲洗采用气水联合冲洗。反冲洗空气由空气进气管 8进入反冲洗空气布气管9,均匀地进入反应过滤层,使粘附在滤粒颗粒表面上的大量生物膜被剥落下来,随后、进行气水联合反冲洗,反冲洗水由干管5进入布水支管4,以大阻力配水的形式进入过滤层,在气水共同作用下,滤料层产生松动,并略有膨胀(膨胀率为10%15%,膨胀率过大,使滤料处于流化状态,不利于其表面生物膜的去除),使老化的生物膜、悬浮杂质随水流带出滤层,最后用水把过滤层冲洗干净。反冲洗废水由排水槽10收集后排出池外。2.2 曝气生物滤池工艺设计 曝气生物滤池主要由生物

5、反应过滤装置、曝气装置、反冲洗装置等3部分构成。其工作原理、计算方法、设计参数、池容大小等因素的确定,是工艺设计中要解决的主要问题。2.2.1 生物反应过滤区生物反应过滤区由两部分组成,即生物过滤层和承托层。生物过滤层的组成是由颗粒状滤料(轻质陶粒、无烟煤、石英砂、轻质塑料粒等)构成。目前，从对于各种滤料的试验、使用情况看,轻质陶粒与其它滤料相对比,由于其表面粗糙,表面孔发达,比表面积大(100400m2/m3),吸附能力强等特点,很适合于污水处理,从而,选用轻质陶粒为曝气生物滤池的滤料。滤料粒径宜采用直径为35mm,滤层高度一般1.52.5m,滤速在0.83.0m/h之间。为防止过滤层的滤料

6、进入底部配水系统造成流失,并保证反冲洗配水均匀，在生物过滤层底铺有卵石承托层。卵石的粒径从上到下逐渐增大,气水反冲洗系统都在承托层中,其厚度大小由布水布气支管和气水反冲洗所需干管管径的设置情况计算确定。2.2.2 曝气系统需供给足够的空气量才能保证曝气生物滤池正常运行,以满足生化反应所需的氧量。在生物过滤层中进行有机物、悬浮物的去除,氨氮的硝化都是,所需要的氧量主要包括氨氮的硝化和有机物的降解。因此,生化反应需供给的空气量可由(1)式计算:Q=A×SBOD+B×PBOD+4157XN/(0.3×0.6×24×EA)(1)式中Q生化反应需供给的空

7、气量,m3/h; SBOD溶解性BOD去除量,kg/h; PBOD颗粒性BOD去除量,kg/h; A,B分别为去除每kg溶解性BOD、颗粒性BOD需要的空气量,m3/kg; XN污水中氨氮去除量,kg/d; EA氧利用率,一般取20%; 0.3空气中氧气含量的近似值; 0.6空气的转化系数。鼓风机房供给曝气生物滤池需要的空气量,从布设在池内的穿孔曝气管地进入反应过滤层。依据需要空气量计算确定穿孔曝气管管径大小。2.2.3 气水反冲洗系统运行周期内,滤层中的空隙逐渐被新生长的悬浮固体和生物固体堵塞,滤层水头损失增加,当累积到一定程度(0.30.5m)时,需进行反冲洗。必须有合理的配水、配气系统能

8、保证有效冲洗,并保证其均匀性。因此,反冲洗装置采用大阻力配水系统,均匀的配气系统,在承托层中均匀地布设多排配气管和穿孔配水管。反冲洗空气量可由下式计算:Q气冲=S×q1(2)式中Q气冲反冲洗用气量;S需要冲洗的滤池面积,m2;q1反冲洗空气强度,一般取1020L/(s·m2)。反冲洗用水量可由下式计算:Q水冲=S×q2(3)式中Q水冲反冲洗用水量;q2 反冲洗水强度,一般取5.010L/(s·m2)。S同式(2)。水泵加压供给反冲洗水使用曝气生物滤池正常工作时出水,反冲洗水头由下式计算:H=h0+h1+h2+h3+h4+h5(4)式中H反冲洗需要的水头,

9、m;h0冲洗排水槽顶与反冲洗水池最低水位的高程差,m;h1反冲洗水池与滤池间冲洗管道的沿程与局部水头损失之和,m;h2管式大阻力配水系统水头损失,m ,h2=(q2/10a)2×1/ 2g(a为配水系统开孔比,a=0.25%;为孔口流量系数,=0.68);h3承托层水头损失,m,h3=0.022Haq2(Ha为承托层厚度,m);h4过滤层在冲洗时的水头损失,m,h4=(1/)- 1(1- m0) Hb(1为滤料的密度,陶粒滤料1=1.2t/m3;为水的密度,=1.0 t/m3;m0为滤料膨胀前的空隙率,陶粒m0=0.55;Hb为滤料层膨胀前的厚度,m);h5备用水头,一般取1.52.

10、0m。曝气生物滤池分为可单独操作运行和轮流反冲洗的单元,分格的数量不低于两格。处理的水量和分格成正比越大,当一格因反冲洗而停止工作时,其它分格的负荷增加少,仍能保持正常工作。反冲洗排水收集后,进入冲洗排水池,由潜水泵输送到预处理构筑物经行处理。3 工程设计实例松原市某区污水流量为Q=85000m3/d。污水原水水质为COD=400mg/ L,BOD=300mg/L ,SS=240mg/L,TN=25mg/L,pH为79。要求出水水质 COD600mg/L ,BOD20mg/L,SS20mg/L,TN8mg/L该污水经预处理后,其水质为BOD=150mg/L(SBOD=101mg/L,PBOD=

11、49 mg/L),SS= 100mg/L,TKN=28mg/L。试确定生物曝气滤池主要尺寸及参数。3.1 生物反应过滤区过滤面积及滤层厚度的确定3.1.1 生物反应过滤区过滤面积SS=Q/(vTn)(5)式中Q需处理的污水水量,Q=85000m3/d;v污水过滤滤速,v=1.5m/h;T1个运行周期(24h)内滤池的实际工作时间,设气水反冲洗时间为10min,T=24-10/60=23.8h;n滤池的分格数,n=4,即1座曝气生物滤池分4格。则S=85000/(1.5×23.8×4)=596m2 S取600每格滤池平面尺寸确定为:20m×30m(包括反冲洗排水槽宽

12、度0 .9 m),详见图2。3.1.2 生物反应过滤区过滤层厚度HbHb=H1+H2(6)式中H1为过滤层运行周期结束时有机物的穿透深度,H1=V /Sn(V为每格滤池中过滤层的体积,V=BOD/R0,BOD为生物曝气滤池每天去除的有机物量,BOD=85000×(150-20)×1/1000=11050kg/ d;R0为BOD容积负荷,R0=3.0kgBOD/(m3·d)。则V=11050/3.0=3683m3, H1=3683/(596×4)= 1.54m);H2过滤层保护厚度,H2=0.45m。则Hb=1.55+0.45=2.0m。3.2 生物反应过

13、滤区曝气空气量及反冲洗空气量的确定3.2.1 曝气空气量 Q1Q1=A×SBOD+B×PBOD+4.57XN/(0.3×0.6×24×EA) SBOD=85000×101×0.87/(1000×24)=312kg/h PBOD=85000×49×0.87/(1000×24)=151kg/h根据该市污水水质,经测定A=49m3/kg,B=28m3/kg,则:4.57XN/(0.3×0.6×24×EA)=4.57×85000×(28-15)

14、/(1000×0.3×0.6×24×0.2)=5845m3/hQ1=49×312+28×151+5845=25361m3/h 每格滤池的曝气量为25361÷4=6340.25m3/h,每格滤池布置两根空气进气管,每根空气进气管空气量为3170.2m3/h,管径为150mm。3.2.2 反冲洗空气量 Q2Q2=S×q1=600×15×3600/1000=32400m3/h单格滤池反冲洗空气量为32400m3/h,每格滤池布置两根空气反冲洗进气管,每根空气进气管空气量为16200m3/h,管径为35

15、0mm。3.2.3 生物曝气滤池需要的空气总量Q空Q空=Q1+Q2-Q1/4=51420m3/h生物曝气滤池需要的空气总量为51420m3/h,空气总管管径为 700 mm。根据上述计算需要的空气量、风压(可参考活性污泥法曝气池供气系统风压计算方法)选择鼓风机型号及台数。3.3 曝气生物滤池反冲洗水量及水头的确定3.3.1 反冲洗水量Q水Q水=S×q2=600×8×3600/1000=17280m3/h反冲洗总管管径依据需要的反冲洗水量计算确定为900mm;每格滤池反冲洗水管径为700mm。3.3.2 反冲洗水头Hh0+h1=617m;h2=q2/(10a)2&#

16、215;1/2g=8/(10×0.25×0.682/ 19.6=1.13m;h3=0.022Haq2=0.022×1.6×8=0.28m(Ha为承托层厚度,经计算确定为1.6m); h4=(1/)-11-m0Hb=(1.2-1.0)(1.0-0.55)×2.0=0.18m; h5=2.0m.则H=h0+h1+h2+h3+h4+h5=6.7+1.13+0.28+0.18+2.0=10.29m。根据反冲洗流量和反冲洗水头选择需要的水泵型号及台数。3.4 曝气生物滤池高度的确定H1=Ha+Hb+Hc+HdHa=1.6m;Hb=2.0m;Hc(滤料上的

17、水深,包括过滤水头0.6m和反冲洗时滤料层的膨胀高度2.0×15%=0.3 m)=0.90m;Hd=0.30m(滤池保护高度);则H1=1.6+2.0+0.90+0.30=4.8m。通过上述计算,曝气生物滤池主要尺寸确定为,设置1座滤池分4 格,每格滤池尺寸为10m×15.3m×4.8m(详见图2)。曝气生物滤池需要的空气总量为51420m3/h,反冲洗水流量17280m3/h。参考文献1 中国市政工程西北设计研究院主编：给水排水设计手册.北京： 中国建筑工业出版社，20012 李圭白 张杰.水质工程学.北京：中国建筑工业出版社，20063 给水排水制图标准GB/

18、T 50106-2001.中华人民共和国建设部，20024 北京市市政工程设计研究院主编：给水排水设计手册第5册.北京：中国建筑工业出版社，20015 中国市政工程西北设计研究院主编：给水排水设计手册.北京：中国建筑工业出版社，2001 6 GB14554-93恶臭污染物排放标准7 DBJ08-23-91污水泵站设计规范8 韩洪军.水处理工程设计计算.北京：中国建筑工业出版社，20069 尹士君，李亚峰.水处理构筑物设计计算.北京：化学工业出版社，200710 邰生霞，乔庆云.给水排水工程设计实践教程，机械工业出版社，200711 室外排水设计规范GB50014200612 张自杰.排水工程.北京：中国建筑工业出版社，200013 城镇污水处理厂污染物排放标准G地面水环境质量标准GB3838200215 中华人民共和国环境保护法16 GB38382002地面水环境质量标准17 GB503352002污水再生利用工程设计规范18 GJ31-89城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准致谢随着毕业设计的完成，我的大学生活也即将结束。短短的几个月