生物接触氧化工艺设计及计算.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流生物接触氧化工艺设计及计算.精品文档.生物接触氧化工艺设计及计算 1 前言 随着我国社会和经济的高速发展环境问题日益突出，尤其是城市水环境的恶化加剧了水资源的短缺，影响着人民群众的身心健康已经成为城市可持续发展的严重制约因素。近年来国家和地方政府非常重视污水处理事业工程的建设，而决定城市污水处理厂投资和运行成本的很重要因素是污水处理工艺的选择。一座城市污水厂处理工艺的选择虽然应由污水水质、水量、排放标准来确定但是忽略污水处理厂投资和运行成本过分强调污水处理工艺的先进是不足取的。生物膜法是与活性污泥法并列的一种污水生物处理技术，而生物接触氧化工艺便是其中一种。 通过生物接触氧化工艺的课程设计，来巩固水污染学习成果，加深对水污染控制工程的认识与理解，规范、手册与文献资料的使用，进一步掌握设计原则、方法等。锻炼独立工作能力，对污水厂的主体构筑物、辅助设施、计量设备及污水厂总体规划、管道系统做到一般的技术设计深度，培养和提高计算能力、设计和CAD绘图水平，锻炼和提高分析及解决工程问题的能力。 2 生物接触氧化法在水处理中的作用 生物接触氧化工艺（Biological Contact Oxidation）又称“淹没式生物滤池”、“接触曝气法”、“固着式活性污泥法”，是一种于20世纪70年代初开创的污水处理技术，其技术实质是在生物反应池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在生物膜上微生物的新陈代谢的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。 生物接触氧化法是一种浸没生物膜法，是生物滤池和曝气池的综合体，兼有活性污泥法和生物膜法的特点，在水处理过程中有很好的效果。其特点有如下几点：第一，由于填料的比表面积大，池内的充氧条件良好。生物接触氧化池内单位容积的生物固体含量高于活性污泥法曝气池及生物滤池,所以生物接触氧化法有较高的容积负荷，对冲击负荷有较强的适应能力；第二，生物接触氧化法不需要污泥回流，不存在污泥膨胀问题，污泥生成量少，且污泥颗粒较大，易于沉淀，运行管理简便，操作简单，易于维护管理，设备一体化程度高，耗电少。第三，由于生物固体量多，水流又属于完全混合型，因此生物接触氧化池对水质水量的 骤变有较强的适应能力。第四，生物接触氧化池有机容积负荷较高时，其F/M保持在较低水平，污泥产率较低。第五，具有活性污泥法的优点，并且机械设备供氧，生物活性高，泥龄短，净化效果好，处理效率高，处理时间短，出水水质好而稳定，池容小，占地面积少。第六，能分解其它生物处理难分解的物质，具有脱氧除磷的作用，可作为三级处理技术。因此，生物接触氧化污水处理技术是一种适应范围广、处理效率高、运行操作简单的水处理技术。而工业污废水水量 1 变化大、水质不均匀、污染物成分复杂，对于工业污水中这些难度比较大、处理要求比较高的物质，可以用生物接触氧化法进行处理。 2.1 生物接触氧化法原理 生物接触氧化池内存在填料，填料淹没在废水中，长满生物膜，废水与生物膜接触过程中，水中的有机物被微生物吸附、氧化分解并转化为新的生物膜。和其它生物膜一样，该法的生物膜也经历挂膜、生长、增厚、脱落等更替过程。一部分生物膜脱落后变成活性污泥，在循环流动过程中，吸附和氧化分解废水中的有机物，多余的脱落生物膜随水流到二次沉淀池中除去，达到净化废水的目的。氧化池中的氧来自于废水中的溶解氧，在流料支承下部设置曝气管，用压缩空气鼓泡向废水供氧。 2.2 生物接触氧化法的工艺 生物接触氧化法的主体构筑物是生物接触氧化池，如图一所示，其一级处理流程包括初沉池、接触氧化池、二沉池(平流沉淀池)。 图2-1 生物接触氧化法基本流程示意图 原污水经初次沉淀池预处理后进入接触氧化池，再进入二次沉淀池泥水分离后作为处理水排放。接触氧化池的流态为完全混合型，微生物处于对数增殖期和衰减增殖期的前段。生物膜增长较快，有机物降解速率也较高。 2.3 生物接触氧化法的设计 接触氧化池主要由池体、填料床、曝气装置及进出水装置等构成，具体结构如图所示。 2 图2-2 生物接触氧化池的构造示意图 （1）生物接触氧化系统中各处理构筑物不应少于两个（格），且按并联系列设计； （2）设计时采用的BOD5负荷最好通过实际确定。也可以采用经验数据，一般处理城市污水可用1.01.8kgBOD5/(m3·d)，处理BOD5500mg/L的污水时可用1.03.0 kgBOD5/(m3·d)； （3）污水在池中的停留时间不应小于12h（按有效容积计）； （4）进水BOD5浓度过高时，应考虑设出水回流系统； （5）填料层高度一般大于3.0 m，当采用蜂窝填料时，应分层装填，每层高度为1 m，蜂窝孔径不小于25 mm；当采用小孔径填料时，应加大曝气强度，增加生物膜脱落速度； （6）每单元接触氧化池面积不宜大于25m，以保证布水、布气均匀； （7）气水比控制在(1015):1； （8）生物接触氧化池每个（格）平面形状宜采用矩形，沿水流方向池长不宜大于10m。其长宽比宜采用1:11:2， （9）当采用穿孔管曝气时，每根穿孔管的水平长度不宜大于5m；水平误差每根不宜大于±2mm，全池不宜大于±3mm，且应有调节气量和方便维修的设施； （10）生物接触氧化池由下至上应包括构造层、填料层、稳水层和超高。其中，构造层层高宜采用0.61.2m，填料层高宜采用2.53.5m，稳水层高宜采用0.40.5m，超高不宜小于0.5m。 （11）生物接触氧化池进水端宜设导流槽，其宽度不宜小于0.8m。导流槽与生物接触氧化池应采用导流墙分隔。导流墙下缘至填料底面的距离宜为0.30.5m，至池底的距离宜不小于0.4m。 （12）生物接触氧化池曝气强度宜采用1020m3/(m2·h)。 3 （14）生物接触氧化池应在填料下方满平面均匀曝气 （15）生物接触氧化池底部应有放空设施。 3 总体设计 3.1 初沉池的设计计算 3.1.1沉淀区尺寸计算 初沉池可除去废水中的可沉物和漂浮物。初沉池是经济上最为节省的净化步骤，对于生活污水和悬浮物较高的工业污水均易采用初沉池预处理。初沉池的主要作用如下。 1） 去除可沉物和漂浮物，减轻后续处理设施的负荷。 2） 使细小的固体絮凝成较大的颗粒，强化了固液分离效果。 3） 对胶体物质具有一定的吸附去除作用。 4） 一定程度上初沉池可起到调节池的作用，对水质起到一定程度的均质效果。 设表面负荷q?2.0m3m2?h，沉淀时间t?1.5h，最大设计流量时水平流 v?3mm/s,每座沉淀池宽度b'?5m ? 沉淀池总面积qvmax?A?qvmax qqv?2500?104.17m3/h得 ?1042.17?52.35m2 沉淀区有效水深?=?=?×?.?=? 沉淀区有效容积V1?Ah2?52.35?3?157.05m3 沉淀区长度L?3.6vt?3.6?3.5?2?25.2?25m 沉淀池总宽度b?L?25?2.1m 沉淀池座数 n?b'?0.42?1座 校核长宽比 校核长深比 b'L 2?525?5?4，合格 ?8.33?8，合格 3.1.2 污泥区计算 设人均干污泥量为25g/d，污泥含水率95% S=(10025×100=0.5?/? ?95)×1000 4 取两次排泥时间间隔T=2d,设人口总数20000人。则每日产生的污泥量为 SNTV?1000?20000?0.5?21000?20m3 20 每个池子产生的污泥量V?V? 3.1.3 污泥斗尺寸及容积计算 ?20m3 采用泥斗；泥斗倾角采用60°，泥斗斗底尺寸为：500mm×500mm 上口为5000mm×5000mm ''0.5泥斗高度h4?5? 2tan60?3.8m 泥斗容积 ?斗=4 ?1+?2+ 12=×3.8×(52+0.52+ 52×0.52)=34?3 '梯形部分高度h4?25?5?0.01?0.2m 11污泥斗上梯形部分污泥容积V梯?l1?l2 'h4?b?25?5 ?0.2?5?15m3 泥斗与梯形部分实际存泥容积?实=?斗+?梯=34+15=49?3>20?3 可容纳2d的污泥量，所以只用设一个污泥斗。 3.1.4 沉淀池总高度计算 取保护高度h1=0.3m, 缓冲层高度h3=0.5m 污泥层高度?4=?4+?4=0.2+3.8=4? 总高度 H=?1+?2+?3+?4=0.3+3+0.5+4=7.8? 3.2 生物接触氧化池的设计计算 3.2.1 有效容积(填料体积)计算 平均时污水量：qv=2500m3/d，进水BOD5浓度：?=150?/?，出水BOD5浓度：?=25?/?，填料容积负荷：Nv=1500g BOD5/(m3·d) 可得: ?)2500×(150?25)2?=?(?=208.4? ? 3.2.2接触氧化池的总面积和单座池面积计算 取填料高度h0=3.0 m ，分三层每层高1m， 单座氧化池面积，设氧化池座数n=4 由AVho?69.5m2 5 单座池面积A1?n?4?17.4m2?25m2满足要求。 3.2.3池深计算 取超高h1=0.6 m,填料上部的稳定水层深度h2=0.5 m,填料至池底的高度 h3=1.5m(需入内检修) 可得:h=h0+h1+h2+h3=3.0+0.6+0.5+1.5=5.6 m 3.2.4有效停留时间计算 t?V qv?208.42500/24?2h,在1-2间,符合要求。 1)?0.6)实际停留时间?=?(?=69.5×(5.6=3.34? 合格 ?2500243.2.5空气量计算及管道布置 取?0=20?3/?3得D=?0×?=20×2500=5000?3/?=2048?3/? 每格需气量?1=? =2084=520?3/? 空气干管直径，设空气流速为?=15?/?则： d= = =0.05?=50? 支管直径，每池设五根支管，空气流速v1=5m/s则 ?1= = =0.04?=40? 孔眼布置以每根支管为单位进行计算，设孔眼直径=10mm，孔眼流速?=10?/?,每个孔眼的通气量为 ?=?2?4?/54×105/54?4×105=3.14×(0.01)2×10?=7.85×10?4?3/? 每根支管上的孔眼数?=5?=5×0.000785×3600=7.43 取8个 孔眼间距为100mm，支管长度为?= ?+1 ×100=0.9? 每池设一出水渠道。 3.3 二沉池的设计计算 3.3.1沉淀区尺寸计算 二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使水澄清和进行污泥浓缩。 设表面负荷q?1.5m3m2?h，沉淀时间t?2h，最大设计流量时水平流 v?3mm/s,每座沉淀池宽度b'?5m 6 105? 沉淀池总面积qvmax?qv 24?250024?104.17m3/h得 A?qvmax 2.17 ?104?70m 沉淀区有效水深?=?=?.?×?=? 沉淀区有效容积V1?Ah2?70?3?210m3 沉淀区长度L?3.6vt?3.6?3.5?2?25.2?25m 沉淀池总宽度b?L?7025?2.8m b沉淀池座数 n?b'?2.85?0.56?1 座 校核长宽比 校核长深比 b'L 2?25525?5?4 合格 ?8.33?8 合格 3.3.2 污泥区计算 设人均干污泥量为19g/d，污泥含水率96% ?=19×100=0.475?/? 两次排泥时间间隔?=2?,设人口总数N=20000人。则每日产生的污泥量为 V?1000?1000?19m3 319每个池子产生的污泥量V?V ?19m3.3.3 污泥斗尺寸及容积计算 采用泥斗；泥斗倾角采用60°，泥斗斗底尺寸为：500mm×500mm 上口为5000mm×5000mm "泥斗高度h4?2tan60?3.8m 泥斗容积 ?斗=4 ?1+?2+ 12=×3.8×(52+0.52+ 52×0.52)=34?3 '梯形部分高度h4?25?5?0.01?0.2m 11污泥斗上梯形部分污泥容积V梯?l1?l2 2'h4?b?25?5 2?0.2?5?15m3 泥斗与梯形部分实际存泥容积?实=?斗+?梯=34+15=49?3>19?3 7 可容纳2d的污泥量，所以只用设一个污泥斗。 3.3.4 沉淀池总高度计算 取保护高度h1=0.3m, 缓冲层高度h3=0.5m 污泥层高度?4=?4+?4=0.2+3.8=4? 总高度 ?=?1+?2+?3+?4=0.3+3+0.5+4=7.8? 4 课程设计总结 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关生物接触氧化工艺方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考最终还是解决了。同时也暴露出了我在这方面的知识欠缺和经验不足。课程设计给我很多专业知识以及专业技能上的提升，使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了CAD制图的一些技巧和基本操作规范为未来的实践积累了经验。我认为，在这次的实践中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在设计上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。 回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 5 附图 6 参考文献 1晋日亚、胡双启主编水污染控制技术与工程北京：兵器工业出版社，2005。 2高廷耀主编水污染控制工程(下册) 北京：高等教育出版社，1989 8