生物膜法BAF設(shè)計計算例題市公開課獲獎?wù)n件

1、第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題項目COD(mg/L)BOD (mg/L)SS (mg/L)氨氮(mg/L)進水水質(zhì)200127.58030出水水質(zhì)6031.882424清除率70%75%70%20%項目COD(mg/L)BOD (mg/L)SS (mg/L)氨氮(mg/L)進水水質(zhì)6031.882424出水水質(zhì)3012.75129.6清除率50%60%50%60% 表1 C/N池水質(zhì)表 表2 N池水質(zhì)表第1頁第1頁1C/N曝氣生物濾池計算 C/N曝氣生物濾池將水解（酸化）池出水中碳化有機物進行好氧生物降解，并將TKN轉(zhuǎn)化為氨氮并進行氨氮部分硝化。 包括緩沖配水室、曝氣系統(tǒng)、承托層和濾料層、

2、出水系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)等計算。 （1） C/N曝氣生物濾池池體設(shè)計 在本工程中，處理對象為都市生活污水，曝氣生物濾池作用包括對污水中有機物清除和對污水中營養(yǎng)物質(zhì)如氨氮清除。C/N曝氣生物濾池主要用于清除污水中有機污染物并進行部分硝化脫氮，其池體設(shè)計計算分按有機負荷法計算與按有機物降解動力學(xué)公式計算兩種辦法,由于按有機負荷法計算辦法比較成熟，因此本工程濾池池體按有機負荷法計算。 按有機負荷法計算設(shè)計參數(shù)主要是BOD有機負荷、COD有機負荷和水力負荷。設(shè)計時應(yīng)依據(jù)BOD有機負荷進行計算，并用COD有機負荷和水力負荷進行校核。第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第2頁第2頁 在曝氣生物濾池計算中，BOD

3、有機負荷是單位容積濾料上微生物在單位時間內(nèi)所能處理有機物數(shù)量。BOD有機負荷確實定與被處理水可生化性以及被處理水中污染物質(zhì)相關(guān)，也與處理出水水質(zhì)要求相關(guān)。對于可生化性較好工業(yè)廢水，因普通不考慮脫氮問題，曝氣生物濾池作用主要用于清除有機物，因此曝氣生物濾池BOD有機負荷普通在36kgBOD/m3濾料d，COD有機負荷普通在610kgCOD/m3濾料d，空塔水力負荷普通在35m3/(m2h)。而對于都市生活污水，考慮到硝化脫氮對有機負荷要求，其BOD有機負荷普通控制在13kgBOD/m3濾料d范圍內(nèi)，當BOD有機負荷超出3kgBOD/m3濾料d時，其同時硝化作用受到克制，因此對需要進行除碳和同時硝

4、化C/N曝氣生物濾池進行計算時，其BOD有機負荷選取普通小于3kgBOD/m3濾料d，而其COD有機負荷普通控制在6kgCOD/m3濾料d下列，空塔水力負荷普通為1.53.5m3/(m2h)之間。第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第3頁第3頁 在本工程中，經(jīng)水解（酸化）池天天進入C/N濾池污水量Q=40000m3/d，在C/N曝氣生物濾池中，天天所要求清除BOD5重量為： WBOD=（QCBOD）/1000式中： WBOD在曝氣生物濾池中天天需清除BOD重量，單位kg/d； Q天天進入曝氣生物濾池廢水量，單位m3/d； CBOD進出曝氣生物濾池BOD濃度差，單位mg/l；代入數(shù)據(jù)后，則：WBO

5、D=（QCBOD）1000=40000（127.5-31.88）1000=3824.（kg/d）取BOD有機負荷qBOD=1.8kgBOD/m3濾料d，則所需濾料體積計算下列：V濾料=WBODqBOD=3824.81.8=2124.9 (m3)采用COD有機負荷進行校核：當濾料體積為2124.9m3時，天天經(jīng)C/N曝氣生物濾池清除COD重量為：WCOD=（QCCOD）/1000式中： WCOD在曝氣生物濾池中天天需清除COD重量，單位kg/d； Q天天進入曝氣生物濾池廢水量，單位m3/d； CCOD進出曝氣生物濾池COD濃度差，單位mg/l；第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第4頁第4頁 代入

6、數(shù)據(jù)后，則：WCOD=（QCCOD）1000=40000（200-60）1000=5600（kg/d）事實上，C/N曝氣生物濾池內(nèi)COD有機負荷為：qCOD=WCODV濾料=56002124.9=2.64 kgCOD/m3濾料d因此，C/N曝氣生物濾池內(nèi)實際COD有機負荷小于6 kgBOD/m3濾料d，滿足要求。 普通來說，曝氣生物濾池內(nèi)濾料層高度H濾料在2.54.5m之間。在水力負荷一定條件下，濾料層高則污水與微生物接觸時間長，出水效果好，但相對所需鼓風(fēng)機壓頭也較高，能耗相對也大；濾料層低則污水與微生物接觸時間短，出水效果相對差些，但所需鼓風(fēng)機壓頭也低些，能耗相對也小些。依據(jù)國內(nèi)外已建成運營

7、曝氣生物濾池實際情況，本工程取濾料層高度H濾料=3.7m，則曝氣生物濾池截面積S截面計算下列：S截面= V濾料H濾料=2124.93.7=574.3m2 考慮到單座濾池面積過大將會增長反沖洗時供水、供氣量，同時不利于布水、布氣均勻，因此本設(shè)計中將C/N曝氣生物濾池分為8格，則每格截面積為574.38=71.8m2。第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第5頁第5頁 本設(shè)計每格截面按正方形布置，則每格尺寸應(yīng)為8.47x8.47m，實際取8.5x8.5m。 當濾池總截面積為574.3 m2時，空塔水力負荷復(fù)核下列： 實際q水力=QS截面=40000574.324=2.9m3/ m2h,滿足要求。 為考

8、慮進入濾池廢水均勻流過濾料層，在濾料承托層下部設(shè)計有緩沖配水室，其高度H配水普通為1.21.5m，考慮到濾頭和配水室內(nèi)布水、布氣管安裝以便，以及便于配水室清洗，本工程取H配水=1.5m，并在配水室池壁考慮設(shè)置檢修人孔；另外，考慮到濾池反沖洗時濾料膨脹，在濾料層上部確保有0.81.0m清水區(qū)，本工程取清水區(qū)高度H配水=1.0m；濾池超高取H超高=0.5m,承托層高H承托=0.3m，則濾池總高為： H= H濾料+H配水+ H清水+ H超高+ H承托=3.7+1.5+1+0.5+0.3=7m 污水在曝氣生物濾池濾料層高度中空塔停留時間t=3.72.9=1.28hr，而依據(jù)運營經(jīng)驗，濾池在裝滿濾料后廢

9、水在濾料層中實際停留時間約為空塔停留時間1/2左右，即0.64hr。第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第6頁第6頁（2） 曝氣生物濾池配水系統(tǒng) 曝氣生物濾池配水系統(tǒng)普通采用小阻力形式。對于小型工業(yè)廢水處理用曝氣生物濾池普通采用小阻力配水形式中格柵式、平板孔式，而對于都市污水處理廠則采用小阻力配水形式中濾頭配水形式，考慮到曝氣生物濾池采用氣水聯(lián)合反沖洗，因此濾頭采用長柄濾頭，長柄濾頭在正常運營時起均勻布水作用，在反沖洗時起布水、布氣作用。 曝氣生物濾池所選取長柄濾頭為濾水帽、濾水管一體成型，每個濾頭共有濾縫20條，每條濾縫LB=8mm2mm0.05mm，濾縫總面積為3.2cm2/個。每平方米布置

10、36個濾頭，開孔比=1.152%，流量系數(shù)=0.8，每格濾池水力負荷B=0.8l/m2s則每格濾池中水通過配水系統(tǒng)水頭損失為： h1=(B/)22g10-6=3.8510-4m 在本工程設(shè)計中，每格濾池每平方米布置長柄濾頭36個，每個間距為150mm。第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第7頁第7頁第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第8頁第8頁第9頁第9頁第10頁第10頁（3） 布氣系統(tǒng) 在曝氣生物濾池設(shè)計中，布氣系統(tǒng)包括在濾池正常工作時曝氣系統(tǒng)和濾池反沖洗時布氣系統(tǒng)。 曝氣系統(tǒng) 曝氣生物濾池曝氣系統(tǒng)早期采用主要是穿孔管曝氣，但由于穿孔管曝氣氧利用率低，同時在濾池中較易堵塞。本工程設(shè)計中采用了生

11、物濾池專用單孔膜空氣擴散器，該擴散器是針對曝氣生物濾池特點專門研制，含有空氣擴散效果好、氧利用率高、在濾料中不易堵塞特點。 C/N曝氣生物濾池供氧量包括清除污水中BOD需氧量和氨氮部分硝化需氧量兩部分。 C/N曝氣生物濾池清除污水中單位重量BOD需氧量為：R0=0.82SBOD/TBOD+0.32S0/TBOD=0.82(127.5-31.88)127.5+0.32(80127.5)=0.816kg 即清除1kgBOD需要提供0.816kgO2，則C/N曝氣生物濾池天天清除BOD需提供總氧量為： R0=QSBODR0=40000(127.5-31.88)10000.816=3121.04kg第

12、12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第11頁第11頁 在C/N曝氣生物濾池中TKN將轉(zhuǎn)化成氨氮，使得污水中實際氨氮濃度升高。依據(jù)試驗結(jié)果，在C/N曝氣生物濾池處理生活污水時，濾池污水中實際氨氮量約為45mg/l，出水要求氨氮量為24mg/l，則氨氮部分硝化天天需氧量為：RN=Q4.57N0=400004.57(45-24)=3838.8kg則清除污水中BOD需氧量和氨氮部分硝化需氧量（標態(tài)）累計為：R= R0+ RN=3121.04+3838.8=6959.84kg當濾池氧利用率為EA=30%時，從濾池中逸出氣體中含氧量百分率Qt為：當濾池水面壓力P=1.013105Pa，曝氣器安裝在濾池水面下H

13、=4.85m深度時，曝氣器處絕對壓力為：Pb=P+9.8103H=1.013105+9.81034.85=1.488105Pa第12頁第12頁 則當水溫為25時，清水中飽和溶解氧濃度為Cs=8.4mg/l，則25時濾池內(nèi)混合液溶解氧飽和濃度平均值Csm(25)為：當水溫為25時,C/N曝氣生物濾池實際需氧量R為：對于都市生活污水，=0.8，=0.9，=1，并且假定濾池出水溶解氧濃度為3mg/l，代入公式后： 第13頁第13頁C/N曝氣生物濾池總供氣量為：每個單孔膜濾池專用曝氣器供氣量為0.20.3 m3/個h，取曝氣器供氣量為0.25 m3/個h，則C/N曝氣生物濾池需曝氣器數(shù)量為n=Gs60

14、0.25=121.83600.25=29240個，為安裝以便，實際選取曝氣器28322個，曝氣器布置間距為125mm。 反沖洗布氣系統(tǒng) C/N曝氣生物濾池反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖洗，反沖洗過程通過EPT-1型長柄濾頭完畢，其反沖洗布氣系統(tǒng)可參考給水排水設(shè)計手冊給水快濾池設(shè)計。第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第14頁第14頁（4）濾料層、承托層 本次設(shè)計曝氣生物濾池中選取了球形陶粒作為濾料。在設(shè)計中，由于進入C/N曝氣生物濾池污水為水解酸化池出水，其中含有一定量懸浮物，C/N曝氣生物濾池作用除清除污水中有機物和部分氨氮硝化外，還需對懸浮物進行截留，因此選取了直徑4mm6mm球形陶粒濾料，按一定級

15、配填裝。 由于陶粒粒徑較小，為預(yù)防濾頭堵塞而不能直接填裝在承托濾板上，因此在陶粒層下部宜設(shè)置有承托層。承托層選取鵝卵石，并按一定級配布置，總高度為0.30m，其級配見表9： 表9 卵石承托層級配第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第15頁第15頁（5）濾池出水系統(tǒng) C/N曝氣生物濾池出水系統(tǒng)采用單側(cè)出水，并在出水口設(shè)計為60。斜坡和設(shè)置柵形穩(wěn)流板，以減少出水口處水流流速，在反沖洗時有也許被帶至出水口處陶粒與穩(wěn)流板碰撞，造成流速減少而在該處沉降，并沿斜坡下滑回濾池中。 由于采用單側(cè)出水,因此正常運營時出水槽與反沖洗排水槽在同一側(cè)，其結(jié)構(gòu)示意圖下列：第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第16頁第16頁

16、2 N曝氣生物濾池（硝化濾池） N曝氣生物濾池主要用于對污水中氨氮進行硝化脫氮。即使N曝氣生物濾池與C/N曝氣生物濾池處理功效不同，但N曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)與C/N曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)完全相同，也包含緩沖配水室、曝氣系統(tǒng)、承托層和濾料層、出水系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)等，因此其計算主要包含上述各部分計算。（1）N曝氣生物濾池池體設(shè)計 因為按硝化負荷法計算方法比較成熟，因此N曝氣生物濾池池體設(shè)計普通按硝化負荷法計算。 按硝化負荷法計算設(shè)計參數(shù)主要是硝化負荷。依據(jù)國內(nèi)外N曝氣生物濾池實際運行情況來看，硝化負荷普通在0.30.8kgNH3-N/m3濾料d，本工程依據(jù)試驗結(jié)果取硝化負荷為0.4kgNH3-N/m3濾料d

17、作為設(shè)計參數(shù)。第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第17頁第17頁 在本工程中，進入 N曝氣生物濾池污水量為Q=40000m3/d，在N曝氣生物濾池進水中氨氮為24mg/l，出水中氨氮為9.6mg/l計，天天所要求清除氨氮重量為： W氨氮=（QC氨氮）/1000式中：W氨氮在N曝氣生物濾池中天天需清除氨氮重量，單位kg/d； Q天天進入曝氣生物濾池廢水量，單位m3/d； C氨氮進出N曝氣生物濾池氨氮濃度差，單位mg/l； 代入數(shù)據(jù)后，則：W氨氮=（QC氨氮）1000=40000（24-9.6）1000=576（kg/d） 取氨氮負荷q氨氮=0.4kgNH3-N/m3濾料d，則所需濾料體積計算下列

18、：V濾料=W氨氮q氨氮=5760.4=1440(m3)取濾料層高度H濾料=3.0m，則N曝氣生物濾池截面積S截面計算下列：S截面= V濾料H濾料=14403=480m2 本設(shè)計中將N曝氣生物濾池分為8格，則每格截面積為4808=60m2，每格截面按正方形布置，則每格尺寸應(yīng)為7.75x7.75m。第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第18頁第18頁當濾池總截面積為480 m2時，水力負荷復(fù)核下列：實際q水力=QS截面=4000048024=3.47m3/ m2h,滿足要求。為考慮進入濾池廢水均勻流過濾料層，在濾料承托層下部也設(shè)計有緩沖配水室，由于C/N曝氣生物濾池出水水質(zhì)較穩(wěn)定，因此其高度H配水可

19、小些，普通為1.01.2m，考慮到濾頭和配水室內(nèi)布水、布氣管安裝以便，以及便于配水室清洗，本工程取H配水=1.2m，并在配水室池壁考慮設(shè)置檢修人孔；另外，考慮到濾池反沖洗時濾料膨脹，在濾料層上部確保有0.81.0m清水區(qū)，本工程取清水區(qū)高度H配水=1.0m；濾池超高取H超高=0.5m,承托層高H承托=0.3m，則濾池總高為： H= H濾料+H配水+ H清水+ H超高+ H承托=3.0+1.2+1+0.5+0.3=6m污水在N曝氣生物濾池濾料層高度中停留時間 t=3.03.47=0.865hr，第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第19頁第19頁（2） N曝氣生物濾池配水系統(tǒng) N曝氣生物濾池配水系

20、統(tǒng)作用與C/N曝氣生物濾池相同，也采用長柄濾頭配水，每平方米布置36個濾頭，開孔比=1.152%，流量系數(shù)=0.8，每格濾池水力負荷B=0.964l/m2s，則每格濾池中水通過配水系統(tǒng)水頭損失為： h1=(B/)22g10-6=5.5810-4m 在N曝氣生物濾池中，每格濾池每平方米布置長柄濾頭36個，每個間距為150mm，其布置示意圖及濾頭形式可參見C/N曝氣生物濾池設(shè)計。（3） 布氣系統(tǒng) 在N曝氣生物濾池設(shè)計中，布氣系統(tǒng)包括在濾池正常工作時曝氣系統(tǒng)和濾池反沖洗時布氣系統(tǒng)兩部分。 曝氣系統(tǒng) N曝氣生物濾池供氧量包括氨氮硝化需氧量和清除污水中剩余BOD需氧量兩部分。 N曝氣生物濾池進水中氨氮濃

21、度為24mg/l，出水氨氮濃度為9.6mg/l，氨氮硝化天天需氧量為：RN=Q4.57N0=400004.57(24-9.6)=2632.32kg第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第20頁第20頁N曝氣生物濾池清除污水中單位重量BOD需氧量為：R0=0.82SBOD/TBOD+0.32S0/TBOD=0.82(31.88-12.75)31.88+0.32(2431.88)=0.733kg即清除1kgBOD需要提供0.733kgO2，則N曝氣生物濾池天天清除BOD需提供總氧量為：R0=QSBODR0=40000(31.88-12.75)10000.733=560.89kg則清除污水中BOD需氧量

22、和氨氮部分硝化需氧量（標態(tài)）累計為：R= R0+ RN=2632.32+560.89=3193.21kg當濾池氧利用率為EA=30%時，從濾池中逸出氣體中含氧量百分率Qt為：當濾池水面壓力P=1.013105Pa，曝氣器安裝在濾池水面下H=4.1m深度時，曝氣器處絕對壓力為：Pb=P+9.8103H=1.013105+9.81034.1=1.415105Pa第21頁第21頁 則當水溫為25時，清水中飽和溶解氧濃度為Cs=8.4mg/l，則25時濾池內(nèi)混合液溶解氧飽和濃度平均值Csm(25)為：當水溫為25時,C/N曝氣生物濾池實際需氧量R為：對于都市生活污水，=0.8，=0.9，=1，并且假定

23、濾池出水溶解氧濃度為4mg/l，代入公式后： 第22頁第22頁N曝氣生物濾池總供氣量為：曝氣器按每平方米36個布置，曝氣器布置間距為150mm，則N曝氣生物濾池需曝氣器數(shù)量為n=48036=17280個，實際每個曝氣器供氣量為0.241 m3/個h。 反沖洗布氣系統(tǒng)N曝氣生物濾池反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖洗，反沖洗過程通過HQ-1型長柄濾頭完畢，其反沖洗布氣系統(tǒng)可參考給水排水設(shè)計手冊給水快濾池設(shè)計。（4）濾料層、承托層 N曝氣生物濾池濾料層、承托層設(shè)計可參考C/N曝氣生物濾池進行。（5）濾池出水系統(tǒng)N曝氣生物濾池出水系統(tǒng)設(shè)計可參考C/N曝氣生物濾池進行。建成后曝氣生物濾池全貌見此圖，運營時曝氣效果

24、見此圖。第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題點擊觀看點擊觀看第23頁第23頁返 回第24頁第24頁返 回第25頁第25頁7. 清水池 清水池主要用于儲存一定量處理后達標水，以提供各濾池進行反沖洗水源，每次反沖洗用水量為180 m3。清水池共1座，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與生物濾池合建，長寬高=7.75m6m6m，有效容積200m3。8 反沖洗排水緩沖池 反沖洗排水緩沖池主要用于儲存濾池反沖洗排水，并經(jīng)管道均勻排入提升泵房集水池。反沖洗普通提議在夜里進行，由于夜里整個系統(tǒng)進水量少，反沖洗排水進入處理系統(tǒng)不會對系統(tǒng)造成影響。反沖洗排水緩沖池共1座，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與生物濾池合建，長寬高=7.75m6m6

25、m，有效容積200m3。第12節(jié) 曝氣生物濾池設(shè)計計算例題第26頁第26頁9.鼓風(fēng)機房、反沖洗水泵房、管廊 C/N濾池、N濾池正常工作時累計需空氣量為121.83+69.29=191.12m3/min；反沖洗為每個濾池依次進行，每次只反沖洗1格，反沖洗空氣強度為50 m3/ m2h，最大反沖洗氣量為對C/N濾池進行時發(fā)生，則反沖洗氣量為：8.58.550=3612.50 m3/h=60.21 m3/min。選取三臺GM20L型離心鼓風(fēng)機，正常曝氣時兩用一備，反沖洗時三臺同時啟用，單機風(fēng)量Q=100m3/min，風(fēng)壓 H=7.58米水柱，電機功率N=160kW。正常曝氣供氣管與反沖洗供氣管之間由電動閥門切換控制，為節(jié)約能耗，有一臺風(fēng)機為變頻調(diào)速，依據(jù)出水溶解氧濃度自動進行風(fēng)量控制調(diào)整。 反沖洗供水強度為15 m3/ m2h，反沖洗最大供水量為1084m3/h，每次反沖洗用水10min，一次需反沖洗水180 m3。選取250S14A單級雙吸離心泵三臺，兩