生物接触氧化工艺设计及计算

11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（BiologicalContactOxidation）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2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。二沉池排泥出水初沉池接触氧化池进水3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1.0～1.8kgBOD5/(m3·d)，处理BOD5≤500mg/L的污水时可用1.0～3.0kgBOD5/(m3·d)；（3）污水在池中的停留时间不应小于1～2h（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3.0m，当采用蜂窝填料时，应分层装填，每层高度为1m，蜂窝孔径不小于25mm；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(10～15):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1:1～1:2，（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0.6～1.2m，填料层高宜采用2.5～3.5m，稳水层高宜采用0.4～0.5m，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0.3～0.5m，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10～20m3/(m2·h)。4（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hmmq230.2，沉淀时间ht5.1，最大设计流量时水平流smmv/3,每座沉淀池宽度mb5'沉淀池总面积hmqqvv/17.104324250024max得2217.10435.52maxmqAqv沉淀区有效水深𝒉𝟐=𝒒𝒕=𝟐×𝟏.𝟓=𝟑𝒎沉淀区有效容积32105.157335.52mAhV沉淀区长度mvtL252.2525.36.36.3沉淀池总宽度mbLA1.22535.52沉淀池座数142.0'bbn座校核长宽比45525'bL，合格校核长深比833.83252hL，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=25×100(100−95)×1000=0.5𝐿/𝑑5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3100025.020000100020mVSNT每个池子产生的污泥量312020mVnV3.1.3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mh8.360tan25.05''4泥斗容积𝑉斗=13ℎ4′′(𝑠1+𝑠2+√𝑠1𝑠2)=13×3.8×(52+0.52+√52×0.52)=34𝑚3梯形部分高度mh2.001.0525'4污泥斗上梯形部分污泥容积32525'421552.021mbhVll梯泥斗与梯形部分实际存泥容积𝑉实=𝑉斗+𝑉梯=34+15=49𝑚320𝑚3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ℎ4=ℎ4′+ℎ4′′=0.2+3.8=4𝑚总高度H=ℎ1+ℎ2+ℎ3+ℎ4=0.3+3+0.5+4=7.8𝑚3.2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：𝜌𝑠𝑜=150𝑚𝑔/𝑙，出水BOD5浓度：𝜌𝑠𝑒=25𝑚𝑔/𝑙，填料容积负荷：Nv=1500gBOD5/(3m·d)可得:𝑉=𝑞𝑣(𝜌𝑠𝑜−𝜌𝑠𝑒)𝑁𝑣=2500×(150−25)1500=208.4𝑚23.2.2接触氧化池的总面积和单座池面积计算取填料高度0h=3.0m，分三层每层高1m，单座氧化池面积，设氧化池座数n=4由2208.4369.5oVhmA＝6单座池面积22169.5417.425AAnmm满足要求。3.2.3池深计算取超高1h=0.6m,填料上部的稳定水层深度2h=0.5m,填料至池底的高度3h=1.5m(需入内检修)可得:h=h0+h1+h2+h3=3.0+0.6+0.5+1.5=5.6m3.2.4有效停留时间计算htvqV224/25004.208,在1-2间,符合要求。实际停留时间𝑡′=𝐴(ℎ−ℎ1)𝑞𝑣=69.5×(5.6−0.6)250024⁄=3.34ℎ合格3.2.5空气量计算及管道布置取𝐷0=20𝑚3/𝑚3得D=𝐷0×𝑞𝑣=20×2500=5000𝑚3/𝑑=2048𝑚3/𝑑每格需气量𝐷1=𝐷0𝑛=20844=520𝑚3/𝑑空气干管直径，设空气流速为𝑣=15𝑚/𝑠则：d=√4𝑞3600𝜋𝑣=√4×1053600×3.14×15=0.05𝑚=50𝑚𝑚支管直径，每池设五根支管，空气流速v1=5m/s则𝑑1=√4𝑞/53600𝜋𝑣=√4×105/53600×3.14×5=0.04𝑚=40𝑚𝑚孔眼布置以每根支管为单位进行计算，设孔眼直径φ=10mm，孔眼流速𝑣=10𝑚/𝑠,每个孔眼的通气量为𝑞′=𝜋φ2𝑣4=3.14×(0.01)2×104=7.85×10−4𝑚3/𝑠每根支管上的孔眼数𝑚=𝑞5𝑞′=1055×0.000785×3600=7.43取8个孔眼间距为100mm，支管长度为𝐿=(𝑚+1)×100=0.9𝑚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hmmq235.1，沉淀时间ht2，最大设计流量时水平流smmv/3,每座沉淀池宽度mb5'7沉淀池总面积hmqvqv/17.104324250024max得25.117.10470maxmAqqv沉淀区有效水深𝒉𝟐=𝒒𝒕=𝟏.𝟓×𝟐=𝟑𝒎沉淀区有效容积321210370mAhV沉淀区长度mvtL252.2525.36.36.3沉淀池总宽度mbLA8.22570沉淀池座数156.058.2'bbn座校核长宽比45525'bL合格校核长深比833.83252hL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%𝑆=19×100(100−96)×1000=0.475𝐿/𝑑两次排泥时间间隔𝑇=2𝑑,设人口总数N=20000人。则每日产生的污泥量为310002475.020000100019mVSNT每个池子产生的污泥量311919mVnV3.3.3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mh8.360tan25.054泥斗容积𝑉斗=13ℎ4′′(𝑠1+𝑠2+√𝑠1𝑠2)=13×3.