生物接触氧化池设计计算

3.5生物接触氧化池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。图3-3生物接触氧化池的构造示意图生物接触氧化池设计要点：（1）生物接触氧化池一般不应少于2座；（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25m2，以保证布水、布气均匀；（7）气水比控制在(10～15)：1。因废水的有机物浓度较高，本次设计采用二段式接触氧化法。设计一氧池填料高取3.5m，二氧池填料高取3m。3.5.1填料容积负荷Nv=0.2881Se0.7246=0.2881*9.240.7246=1.443[kgBOD5/(m3*d)]式中Nv—接触氧化的容积负荷,kgBOD5/(m3*d);Se—出水BOD5值,mg/l3.5.2污水与填料总接触时间t=24*S0/(1000*Nv)=24*231/(1000*1.443)=3.842(h)式中S0——进水BOD5值，mg/L。设计一氧池接触氧化时间占总接触时间的60％：t1=0.6t=0.6*3.842=2.305(h)设计二氧池接触氧化时间占总接触时间的40％：t2=0.4t=0.4*3.842=1.537(h)3.5.3接触氧化池尺寸设计一氧池填料体积V1V1=Qt1=1500*2.305/24=144m3一氧池总面积A1-总:A1-总=V1/h1-3=144/3.5=41.2(m2)25m2一氧池格数n取2格,设计一氧池宽B1取4米,则池长L1:L1=144/(3.5*4)=10.3m剩余污泥量：在《生物接触氧化池设计规程》中推荐该工艺系统污泥产率为0.3～0.4kgDS/kgBOD5，含水率96％～98％。本设计中，污泥产率以Y＝0.4kgDS/kgBOD5，含水率97％。则干污泥量用下式计算：WDS=YQ(S0-Se)+(X0-Xh-Xe)Q式中WDS——污泥干重，kg/d；Y——活性污泥产率，kgDS/kgBOD5；Q——污水量，m3/d；S0——进水BOD5值，kg/m3；Se——出水BOD5值，kg/m3；X0——进水总SS浓度值，kg/m3；Xh——进水中SS活性部分量，kg/m3；Xe——出水SS浓度值，kg/m3；。设该污水SS中60％可为生物降解活性物质，泥龄SRT取5d，则一氧池污泥干重：WDS＝0.4*1500*5*（0.231－0.0462）+（0.126－0.126*0.6－0.027）*1500×5=648.9（kg/5d）污泥体积：QS=WDS/(1-97%)=648.9/(1000*0.03)=21.62m3泥斗容积计算公式Vs=(1/3)*h(A’+A’’+sqr(A’*A’’)式中Vs——泥斗容积，m3；h——泥斗高，m；A’——泥斗上口面积，m2；A’’——泥斗下口面积，m2；设计一氧池泥斗高2.0m，泥斗下口取1.0m×1.0m，则一氧池泥斗体积：Vs1=(1/3)*2.0*(41.2+1.0+sqr(41.2*1.0)=32.4(m3)21.63m3一氧池超高h1-1取0.5m，稳定水层高h1-2取0.5m，底部构造层高h1-4取0.8m，则一氧池总高H1：H1=h1-1+h1-2+h1-3+h1-4+h泥斗=0.5+0.5+3.5+0.8+2.0=7.3(m)则一氧池尺寸：L1*B1*H1=10.3m*4.0m*7.3m二氧池填料体积V1V2=Qt2=1500*1.573/24=98.3m3二氧池总面积A1-总:A2-总=V2/h2-3=98.3/3=32.8(m2)25m2二氧池格数n同样取2格,设计二氧池宽B1取4米,则池长L2:L2=32.8/4=8.2m设该污水SS中60％可为生物降解活性物质，泥龄SRT取5d，则二氧池污泥干重：WDS＝0.4*1500*5*（0.0462－0.00924）+（0.0378－0.0378*0.6－0.01134）*1500×5=139.23（kg/5d）污泥体积：QS=WDS/(1-97%)=139.23/(1000*0.03)=4.64m3本设计接触氧化池泥斗高0.9m，泥斗下口取0.5m×0.5m，则二氧池泥斗体积：Vs2=(1/3)*0.9*(32.8+0.25+sqr(32.8*0.25)=10.77(m3)4.64m3二氧池超高h2-1取0.5m，稳定水层高h2-2取0.5m，底部构造层高h2-4取0.8m，则一氧池总高H2：H2=h2-1+h2-2+h2-3+h2-4+h泥斗2=0.5+0.5+3+0.8+0.9=5.7(m)则二氧池尺寸：L2*B2*H2=8.2m*4.0m*5.7m一氧池污泥和二氧池污泥汇合。污泥量＝21.63＋4.64＝26.27m3，选用DN175mm排污管，流速=0.7m/s，i＝0.56%，排泥时间＝3.57min。3.5.4校核BOD负荷BOD容积负荷为：I=QS0/[(V1+V2)*1000]=1500*231/[(144+98.3)*1000]=1.43[kg/(m3*d)]BOD去除负荷为：I’=Q(S0-Se)/[(V1+V2)*1000]=1500*(231-9.24)/[(144+98.3)*1000]=1.37[kg/(m3*d)]均符合设计要求。3.5.5填料选择计算本设计采用YCDT立体弹性填料,YCDT型立体弹性填料筛选的聚烯烃类和聚酰胺中的几种耐腐、耐温、耐老化的优质品种，混合以亲水、吸附、抗热氧等助剂，采用特殊的拉丝，丝条制毛工艺，将丝条穿插着固着在耐腐、高强度的中心绳上，由于选材和工艺配方精良，刚柔适度，使丝条呈立体均匀排列辐射状态，制成了悬挂式立体弹性填料的单体，填料在有效区域内能立体全方位舒展满布，使气、水、生物膜得到充分混渗接触交换，生物膜不仅能在运行过程中获得愈来愈大的比表面积，又能进行良好的新陈代谢，这一特征与现象是国内目前其他填料不可比拟的。由于该填料独特的结构形式和优良的材质工艺选择，使其具有使用寿命长、充氧性能好、耗电小、启动挂膜快、脱膜更新容易、耐高负荷冲击，处理效果显著、运行管理简便、不堵塞、不结团和价格低廉等优点。YCDT型立体填料与硬性类蜂窝填料相比，孔隙可变性大，不易堵塞；与软性类填料相比，材质寿命长，不粘连结团；与半软性填料相比，比表面积大，挂膜迅速、造价低廉。因此，该填料可确认是继各种硬性类填料、软性类填料和半软性填料后的第四代高效节能新颖填料。YCDT型立体填料材质特征[26]如表3-2所示。表3-2YCDT填料材质特性主要技术参数：填料单元直径：150mm丝条直径：0.35mm安装距离：150mm成膜后重量：50～100kg/m3填料上容积负荷：2-3kgCOD/m3·d比表面积：50～300m2/m3空隙率：99％填料安装：一段接触氧化池内填料安装的根数：长：0.15*(n+1)=5.15n=34宽：0.15*(n+1)=4.0n=26则一段接触氧化池填料安装根数：(34*26)*2＝1768根二段接触氧化池内填料安装的根数：长：0.15*(n+1)=4.1n=27宽：0.15*(n+1)=4.0n=26则二段接触氧化池填料安装根数：(27*26)*2＝1404根氧化池共有填料:1768+1404=3172根填料安装：采用悬挂支架，将填料用绳索或电线固定在氧化池上下两层支架（10cm）上，以形成填料层。用于固定填料的支架可用塑料管焊接而成，栅孔尺寸与栅条距离与填料安装尺寸相配合。3.5.6接触氧化池需气量计算Q气=D0*Q=18*1500=27000(m3/d)=18.75(m3/min)式中Q气—需气量,m3/d,D0—1m3污水需气量，m3/m3，一般为15～20m3/m3；Q—污水日平均流量，m3/d一氧池需气量：Q1-气=0.6Q气=0.6*18.75=11.25(m3/min)二氧池需气量：Q2-气=0.4Q气=0.4*18.75=7.5(m3/min)结构部件材质比重断裂强力拉伸强度(MPa)连续耐热温度(℃)脆化温度(℃)耐酸碱稳定性丝条中心绳聚烯烃类(聚酰胺)0.930.95120N71.4DaN≥30≥1580-10080-100-15-15稳定稳定接触氧化池曝气强度校核：一氧池曝气强度：Q1-气/A1=5.25/(41.2/2)=0.25[m3/(m2*min)]=15.3[m3/(m2*h)]二氧池曝气强度：Q2-气/A1=32.8/2=16.4[m3/(m2*min)]=12.8[m3/(m2*h)]二池均满足《生物接触氧化法设计规程》要求范围的[10～20m3/(m2*h)].综合以上计算，接触氧化池总需气量Q气＝18.75m3/min，加上15%的工程预算QS=18.75*(1+15%)=21.56m3/min据资料，经济的厌氧池高度一般为4～6m，并且大多数情况下这也是系统优化的运行范围。厌氧池的池形有矩形、方形和圆形。圆形厌氧池具有结构稳定的特点，但是建造圆形厌氧池的三相分离器要比矩形和方形的厌氧池复杂得多。因此本次设计先用矩形厌氧池，从布水均匀性和经济考虑，矩形厌氧池长宽比在2：1左右较为合适。2.6.2厌氧池容积计算（1）有效容积设计流量：200m3/d每小时8.33m3设计容积负荷为Nv=2.0kgCOD/(m3.d)进水：CODCr≥450mg/L出水：CODCr≤50mg/L则厌氧池有效容积为：V1=200×（450-50）×0.001/2=40m3（2）厌氧池总容积设计厌氧池有效高度为h=4m，则横截面积S=40/4=10m2设计厌氧池长约为宽的2倍，则可取L=4.4m,B=2.2m；一般应用时厌氧池装液量为70%～90%，本工程中设计反应器总高度为H=6.5m,其中超高0.5m。厌氧池的总容积V=4.4×2.2×6=58m3,有效容积为40m3,则体积有效系数为69%,符合有机负荷要求。（3）水力停留时间（HRT）和水力负荷率V2T=(40/200)×24=4.8h,V2=(200/24)/10=0.83m3/(m2.h)对于颗粒污泥，水力负荷V2=0.1～0.9m3/(m2.h),符合要求。2.6.3进水分配系统的设计本次设计采用一管多点的布水方式，布水点数量与处理废水的流量、进水浓度、容积负荷等因素有关。为配水均匀，出水孔孔径一般为10～20mm,常采用15mm，孔口向下或与垂线成呈450方向，为了使穿孔管各孔出水均匀，要求出口流速不小于2m/s.本厌氧池采用连续进料方式，布水孔孔口向下，有利于避免管口堵塞，而且由于厌氧池底部反射散布作用，有利于布水均匀。为了增强污泥与废水之间的接触，减少底部进水管的堵塞，建议进水点距厌氧池底200～250mm，本次设计布水管离厌氧池底部200mm。2.6.4排泥系统的设计一般认为，排出剩余污泥的位置在厌氧池的1/2高度处，但大都推荐把排泥设备安装在靠近厌氧池的底部，也有人在三相分离器下0.5m处理设计排泥管，以排除污泥床上面部分的剩余絮状污泥，而不会把颗粒污泥排走，对于厌氧池排泥系统，必须同时考虑在上、中、下不同位置设排泥设备，应根据生产运行中的具体情况考虑实际的排泥要求，来确定排泥位置。本次设计在三相分离器下0.5m开始设置三个排泥口。厌氧池每三个月排泥一次，污泥排入集泥池中。