曝氣生物濾池-副本

1、第一章 緒論1.1曝氣生物濾池曝氣生物濾池 (BAF) 是一種新型高負(fù)荷淹沒(méi)式三相反應(yīng)器,它兼有生物膜法和活性污泥法兩者的優(yōu)點(diǎn),并將生化反應(yīng)和吸附過(guò)濾兩種處理工藝過(guò)程合并在同一構(gòu)筑物中進(jìn)行。根據(jù)處理目標(biāo)的需要 , 曝氣生物濾池可以是一種單獨(dú)碳氧化(二級(jí)處理、下向流)處理反應(yīng)池,亦可以是碳氧化/硝化(三級(jí)處理、上向流)合并處理的反應(yīng)器。曝氣生物濾池應(yīng)用于城市污水處理工程中,可省去二次沉淀池。 對(duì)于國(guó)內(nèi)一般的城市污水而言,進(jìn)水含氮量為20 40 mg/ L,根據(jù)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB8978 -96)城鎮(zhèn)二級(jí)污水處理廠(chǎng)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn),BOD20mg/L,NH3-N15mg/L,硝化率要求僅為25 %

2、63 %。當(dāng)曝氣生物濾池有機(jī)負(fù)荷在2.03.3 kg BOD/(m3·d)范圍內(nèi)時(shí),NH3 -N的硝化率為50%75 %。因此,在曝氣生物濾池的設(shè)計(jì)中只需考慮單獨(dú)碳氧化處理要求。當(dāng)污水有除磷要求時(shí),可在該工藝處理流程的初級(jí)處理階段(初沉池前)投加混凝劑(如鐵鹽),可獲得80%90%的除磷率。2 曝氣生物濾池工藝及設(shè)計(jì)2.1 曝氣生物濾池工藝流程 曝氣生物濾池池型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。其工藝流程是,經(jīng)初級(jí)處理后的污水進(jìn)入曝氣生物濾池V型進(jìn)水布水槽1,通過(guò)V型槽布水孔進(jìn)入生物反應(yīng)過(guò)濾區(qū),該區(qū)由生物反應(yīng)過(guò)濾層2和承托層3構(gòu)成。生物反應(yīng)過(guò)濾層內(nèi)裝有圓形輕質(zhì)陶粒濾料,此濾料表面粗糙,易粘附、生長(zhǎng)濃度高的

3、生物膜,生物膜膜不受泥齡限制,不同濾層段都能自然形成與本段水質(zhì)相適宜的優(yōu)勢(shì)種類(lèi)，種類(lèi)豐富。在靠近生物反應(yīng)過(guò)濾區(qū)進(jìn)水口的濾層段內(nèi),有機(jī)物濃度高,異養(yǎng)菌群占較大優(yōu)勢(shì),大部分BOD在此得到降解,而在濾層深部,硝化菌等不受有機(jī)物濃度及異養(yǎng)菌產(chǎn)生的抑制,成為優(yōu)勢(shì)菌種,具有較好的硝化作用。生化反應(yīng)需要的氧氣,可通過(guò)曝氣布?xì)夤?進(jìn)入反應(yīng)過(guò)濾層, 空氣在濾料空隙間曲折上升,與污水及濾料表面上附著的生物膜充分接觸,完成污水中有機(jī)物的降解和氨氮的硝化。經(jīng)生物接觸氧化、過(guò)濾處理后的水,由處理水收集支管4收集后,通過(guò)收集干管5流出池外。隨著處理過(guò)程的進(jìn)行,生物反應(yīng)過(guò)濾層中攔截的懸浮物不斷增多,濾料表面上粘附的生物膜逐

4、漸增厚,濾層中的空隙逐步被阻塞,水頭損失隨之增加,達(dá)到最大允許水頭損失,需進(jìn)行反沖洗。反沖洗采用氣水聯(lián)合沖洗。反沖洗空氣由空氣進(jìn)氣管 8進(jìn)入反沖洗空氣布?xì)夤?,均勻地進(jìn)入反應(yīng)過(guò)濾層,使粘附在濾粒顆粒表面上的大量生物膜被剝落下來(lái),隨后、進(jìn)行氣水聯(lián)合反沖洗,反沖洗水由干管5進(jìn)入布水支管4,以大阻力配水的形式進(jìn)入過(guò)濾層,在氣水共同作用下,濾料層產(chǎn)生松動(dòng),并略有膨脹(膨脹率為10%15%,膨脹率過(guò)大,使濾料處于流化狀態(tài),不利于其表面生物膜的去除),使老化的生物膜、懸浮雜質(zhì)隨水流帶出濾層,最后用水把過(guò)濾層沖洗干凈。反沖洗廢水由排水槽10收集后排出池外。2.2 曝氣生物濾池工藝設(shè)計(jì) 曝氣生物濾池主要由生物

5、反應(yīng)過(guò)濾裝置、曝氣裝置、反沖洗裝置等3部分構(gòu)成。其工作原理、計(jì)算方法、設(shè)計(jì)參數(shù)、池容大小等因素的確定,是工藝設(shè)計(jì)中要解決的主要問(wèn)題。2.2.1 生物反應(yīng)過(guò)濾區(qū)生物反應(yīng)過(guò)濾區(qū)由兩部分組成,即生物過(guò)濾層和承托層。生物過(guò)濾層的組成是由顆粒狀濾料(輕質(zhì)陶粒、無(wú)煙煤、石英砂、輕質(zhì)塑料粒等)構(gòu)成。目前，從對(duì)于各種濾料的試驗(yàn)、使用情況看,輕質(zhì)陶粒與其它濾料相對(duì)比,由于其表面粗糙,表面孔發(fā)達(dá),比表面積大(100400m2/m3),吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn),很適合于污水處理,從而,選用輕質(zhì)陶粒為曝氣生物濾池的濾料。濾料粒徑宜采用直徑為35mm,濾層高度一般1.52.5m,濾速在0.83.0m/h之間。為防止過(guò)濾層的濾料

6、進(jìn)入底部配水系統(tǒng)造成流失,并保證反沖洗配水均勻，在生物過(guò)濾層底鋪有卵石承托層。卵石的粒徑從上到下逐漸增大,氣水反沖洗系統(tǒng)都在承托層中,其厚度大小由布水布?xì)庵Ч芎蜌馑礇_洗所需干管管徑的設(shè)置情況計(jì)算確定。2.2.2 曝氣系統(tǒng)需供給足夠的空氣量才能保證曝氣生物濾池正常運(yùn)行,以滿(mǎn)足生化反應(yīng)所需的氧量。在生物過(guò)濾層中進(jìn)行有機(jī)物、懸浮物的去除,氨氮的硝化都是,所需要的氧量主要包括氨氮的硝化和有機(jī)物的降解。因此,生化反應(yīng)需供給的空氣量可由(1)式計(jì)算:Q=A×SBOD+B×PBOD+4157XN/(0.3×0.6×24×EA)(1)式中Q生化反應(yīng)需供給的空

7、氣量,m3/h; SBOD溶解性BOD去除量,kg/h; PBOD顆粒性BOD去除量,kg/h; A,B分別為去除每kg溶解性BOD、顆粒性BOD需要的空氣量,m3/kg; XN污水中氨氮去除量,kg/d; EA氧利用率,一般取20%; 0.3空氣中氧氣含量的近似值; 0.6空氣的轉(zhuǎn)化系數(shù)。鼓風(fēng)機(jī)房供給曝氣生物濾池需要的空氣量,從布設(shè)在池內(nèi)的穿孔曝氣管地進(jìn)入反應(yīng)過(guò)濾層。依據(jù)需要空氣量計(jì)算確定穿孔曝氣管管徑大小。2.2.3 氣水反沖洗系統(tǒng)運(yùn)行周期內(nèi),濾層中的空隙逐漸被新生長(zhǎng)的懸浮固體和生物固體堵塞,濾層水頭損失增加,當(dāng)累積到一定程度(0.30.5m)時(shí),需進(jìn)行反沖洗。必須有合理的配水、配氣系統(tǒng)能

8、保證有效沖洗,并保證其均勻性。因此,反沖洗裝置采用大阻力配水系統(tǒng),均勻的配氣系統(tǒng),在承托層中均勻地布設(shè)多排配氣管和穿孔配水管。反沖洗空氣量可由下式計(jì)算:Q氣沖=S×q1(2)式中Q氣沖反沖洗用氣量;S需要沖洗的濾池面積,m2;q1反沖洗空氣強(qiáng)度,一般取1020L/(s·m2)。反沖洗用水量可由下式計(jì)算:Q水沖=S×q2(3)式中Q水沖反沖洗用水量;q2 反沖洗水強(qiáng)度,一般取5.010L/(s·m2)。S同式(2)。水泵加壓供給反沖洗水使用曝氣生物濾池正常工作時(shí)出水,反沖洗水頭由下式計(jì)算:H=h0+h1+h2+h3+h4+h5(4)式中H反沖洗需要的水頭,

9、m;h0沖洗排水槽頂與反沖洗水池最低水位的高程差,m;h1反沖洗水池與濾池間沖洗管道的沿程與局部水頭損失之和,m;h2管式大阻力配水系統(tǒng)水頭損失,m ,h2=(q2/10a)2×1/ 2g(a為配水系統(tǒng)開(kāi)孔比,a=0.25%;為孔口流量系數(shù),=0.68);h3承托層水頭損失,m,h3=0.022Haq2(Ha為承托層厚度,m);h4過(guò)濾層在沖洗時(shí)的水頭損失,m,h4=(1/)- 1(1- m0) Hb(1為濾料的密度,陶粒濾料1=1.2t/m3;為水的密度,=1.0 t/m3;m0為濾料膨脹前的空隙率,陶粒m0=0.55;Hb為濾料層膨脹前的厚度,m);h5備用水頭,一般取1.52.

10、0m。曝氣生物濾池分為可單獨(dú)操作運(yùn)行和輪流反沖洗的單元,分格的數(shù)量不低于兩格。處理的水量和分格成正比越大,當(dāng)一格因反沖洗而停止工作時(shí),其它分格的負(fù)荷增加少,仍能保持正常工作。反沖洗排水收集后,進(jìn)入沖洗排水池,由潛水泵輸送到預(yù)處理構(gòu)筑物經(jīng)行處理。3 工程設(shè)計(jì)實(shí)例松原市某區(qū)污水流量為Q=85000m3/d。污水原水水質(zhì)為COD=400mg/ L,BOD=300mg/L ,SS=240mg/L,TN=25mg/L,pH為79。要求出水水質(zhì) COD600mg/L ,BOD20mg/L,SS20mg/L,TN8mg/L該污水經(jīng)預(yù)處理后,其水質(zhì)為BOD=150mg/L(SBOD=101mg/L,PBOD=

11、49 mg/L),SS= 100mg/L,TKN=28mg/L。試確定生物曝氣濾池主要尺寸及參數(shù)。3.1 生物反應(yīng)過(guò)濾區(qū)過(guò)濾面積及濾層厚度的確定3.1.1 生物反應(yīng)過(guò)濾區(qū)過(guò)濾面積SS=Q/(vTn)(5)式中Q需處理的污水水量,Q=85000m3/d;v污水過(guò)濾濾速,v=1.5m/h;T1個(gè)運(yùn)行周期(24h)內(nèi)濾池的實(shí)際工作時(shí)間,設(shè)氣水反沖洗時(shí)間為10min,T=24-10/60=23.8h;n濾池的分格數(shù),n=4,即1座曝氣生物濾池分4格。則S=85000/(1.5×23.8×4)=596m2 S取600每格濾池平面尺寸確定為:20m×30m(包括反沖洗排水槽寬

12、度0 .9 m),詳見(jiàn)圖2。3.1.2 生物反應(yīng)過(guò)濾區(qū)過(guò)濾層厚度HbHb=H1+H2(6)式中H1為過(guò)濾層運(yùn)行周期結(jié)束時(shí)有機(jī)物的穿透深度,H1=V /Sn(V為每格濾池中過(guò)濾層的體積,V=BOD/R0,BOD為生物曝氣濾池每天去除的有機(jī)物量,BOD=85000×(150-20)×1/1000=11050kg/ d;R0為BOD容積負(fù)荷,R0=3.0kgBOD/(m3·d)。則V=11050/3.0=3683m3, H1=3683/(596×4)= 1.54m);H2過(guò)濾層保護(hù)厚度,H2=0.45m。則Hb=1.55+0.45=2.0m。3.2 生物反應(yīng)過(guò)

13、濾區(qū)曝氣空氣量及反沖洗空氣量的確定3.2.1 曝氣空氣量 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根據(jù)該市污水水質(zhì),經(jīng)測(cè)定A=49m3/kg,B=28m3/kg,則: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 每格濾池的曝氣量為25361÷4=6340.25m3/h,每格濾池布置兩根空氣進(jìn)氣管,每根空氣進(jìn)氣管空氣量為3170.2m3/h,管徑為150mm。3.2.2 反沖洗空氣量 Q2Q2=S×q1=600×15×3600/1000=32400m3/h單格濾池反沖洗空氣量為32400m3/h,每格濾池布置兩根空氣反沖洗進(jìn)氣管,每根空氣進(jìn)氣管空氣量為16200m3/h,管徑為35

15、0mm。3.2.3 生物曝氣濾池需要的空氣總量Q空Q空=Q1+Q2-Q1/4=51420m3/h生物曝氣濾池需要的空氣總量為51420m3/h,空氣總管管徑為 700 mm。根據(jù)上述計(jì)算需要的空氣量、風(fēng)壓(可參考活性污泥法曝氣池供氣系統(tǒng)風(fēng)壓計(jì)算方法)選擇鼓風(fēng)機(jī)型號(hào)及臺(tái)數(shù)。3.3 曝氣生物濾池反沖洗水量及水頭的確定3.3.1 反沖洗水量Q水Q水=S×q2=600×8×3600/1000=17280m3/h反沖洗總管管徑依據(jù)需要的反沖洗水量計(jì)算確定為900mm;每格濾池反沖洗水管徑為700mm。3.3.2 反沖洗水頭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為承托層厚度,經(jīng)計(jì)算確定為1.6m); h4=(1/)-11-m0Hb=(1.2-1.0)(1.0-0.55)×2.0=0.18m; h5=2.0m.則H=h0+h1+h2+h3+h4+h5=6.7+1.13+0.28+0.18+2.0=10.29m。根據(jù)反沖洗流量和反沖洗水頭選擇需要的水泵型號(hào)及臺(tái)數(shù)。3.4 曝氣生物濾池高度的確定H1=Ha+Hb+Hc+HdHa=1.6m;Hb=2.0m;Hc(濾料上的

17、水深,包括過(guò)濾水頭0.6m和反沖洗時(shí)濾料層的膨脹高度2.0×15%=0.3 m)=0.90m;Hd=0.30m(濾池保護(hù)高度);則H1=1.6+2.0+0.90+0.30=4.8m。通過(guò)上述計(jì)算,曝氣生物濾池主要尺寸確定為,設(shè)置1座濾池分4 格,每格濾池尺寸為10m×15.3m×4.8m(詳見(jiàn)圖2)。曝氣生物濾池需要的空氣總量為51420m3/h,反沖洗水流量17280m3/h。參考文獻(xiàn)1 中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院主編：給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè).北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，20012 李圭白 張杰.水質(zhì)工程學(xué).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，20063 給水排水制圖標(biāo)準(zhǔn)GB/

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