生物接觸氧化工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算

1、1 前言隨著我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展環(huán)境問題日益突出，尤其是城市水環(huán)境的惡化加劇了水資源的短缺，影響著人民群眾的身心健康已經(jīng)成為城市可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重制約因素。近年來國家和地方政府非常重視污水處理事業(yè)工程的建設(shè)，而決定城市污水處理廠投資和運(yùn)行成本的很重要因素是污水處理工藝的選擇。一座城市污水廠處理工藝的選擇雖然應(yīng)由污水水質(zhì)、水量、排放標(biāo)準(zhǔn)來確定但是忽略污水處理廠投資和運(yùn)行成本過分強(qiáng)調(diào)污水處理工藝的先進(jìn)是不足取的。生物膜法是與活性污泥法并列的一種污水生物處理技術(shù)，而生物接觸氧化工藝便是其中一種。通過生物接觸氧化工藝的課程設(shè)計(jì)，來鞏固水污染學(xué)習(xí)成果，加深對(duì)水污染控制工程的認(rèn)識(shí)與理解，規(guī)范、手冊(cè)與文獻(xiàn)

2、資料的使用，進(jìn)一步掌握設(shè)計(jì)原則、方法等。鍛煉獨(dú)立工作能力，對(duì)污水廠的主體構(gòu)筑物、輔助設(shè)施、計(jì)量設(shè)備及污水廠總體規(guī)劃、管道系統(tǒng)做到一般的技術(shù)設(shè)計(jì)深度，培養(yǎng)和提高計(jì)算能力、設(shè)計(jì)和CAD繪圖水平，鍛煉和提高分析及解決工程問題的能力。2 生物接觸氧化法在水處理中的作用生物接觸氧化工藝（Biological Contact Oxidation）又稱“淹沒式生物濾池”、“接觸曝氣法”、“固著式活性污泥法”，是一種于20世紀(jì)70年代初開創(chuàng)的污水處理技術(shù)，其技術(shù)實(shí)質(zhì)是在生物反應(yīng)池內(nèi)充填填料，已經(jīng)充氧的污水浸沒全部填料，并以一定的流速流經(jīng)填料。在填料上布滿生物膜，污水與生物膜廣泛接觸，在生物膜上微生物的新陳代謝

3、的作用下，污水中有機(jī)污染物得到去除，污水得到凈化。生物接觸氧化法是一種浸沒生物膜法，是生物濾池和曝氣池的綜合體，兼有活性污泥法和生物膜法的特點(diǎn)，在水處理過程中有很好的效果。其特點(diǎn)有如下幾點(diǎn)：第一，由于填料的比表面積大，池內(nèi)的充氧條件良好。生物接觸氧化池內(nèi)單位容積的生物固體含量高于活性污泥法曝氣池及生物濾池,所以生物接觸氧化法有較高的容積負(fù)荷，對(duì)沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)能力；第二，生物接觸氧化法不需要污泥回流，不存在污泥膨脹問題，污泥生成量少，且污泥顆粒較大，易于沉淀，運(yùn)行管理簡(jiǎn)便，操作簡(jiǎn)單，易于維護(hù)管理，設(shè)備一體化程度高，耗電少。第三，由于生物固體量多，水流又屬于完全混合型，因此生物接觸氧化池對(duì)水

4、質(zhì)水量的驟變有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。第四，生物接觸氧化池有機(jī)容積負(fù)荷較高時(shí)，其F/M保持在較低水平，污泥產(chǎn)率較低。第五，具有活性污泥法的優(yōu)點(diǎn)，并且機(jī)械設(shè)備供氧，生物活性高，泥齡短，凈化效果好，處理效率高，處理時(shí)間短，出水水質(zhì)好而穩(wěn)定，池容小，占地面積少。第六，能分解其它生物處理難分解的物質(zhì)，具有脫氧除磷的作用，可作為三級(jí)處理技術(shù)。因此，生物接觸氧化污水處理技術(shù)是一種適應(yīng)范圍廣、處理效率高、運(yùn)行操作簡(jiǎn)單的水處理技術(shù)。而工業(yè)污廢水水量變化大、水質(zhì)不均勻、污染物成分復(fù)雜，對(duì)于工業(yè)污水中這些難度比較大、處理要求比較高的物質(zhì)，可以用生物接觸氧化法進(jìn)行處理。2.1 生物接觸氧化法原理生物接觸氧化池內(nèi)存在填料，填

5、料淹沒在廢水中，長滿生物膜，廢水與生物膜接觸過程中，水中的有機(jī)物被微生物吸附、氧化分解并轉(zhuǎn)化為新的生物膜。和其它生物膜一樣，該法的生物膜也經(jīng)歷掛膜、生長、增厚、脫落等更替過程。一部分生物膜脫落后變成活性污泥，在循環(huán)流動(dòng)過程中，吸附和氧化分解廢水中的有機(jī)物，多余的脫落生物膜隨水流到二次沉淀池中除去，達(dá)到凈化廢水的目的。氧化池中的氧來自于廢水中的溶解氧，在流料支承下部設(shè)置曝氣管，用壓縮空氣鼓泡向廢水供氧。2.2 生物接觸氧化法的工藝生物接觸氧化法的主體構(gòu)筑物是生物接觸氧化池，如圖一所示，其一級(jí)處理流程包括初沉池、接觸氧化池、二沉池(平流沉淀池)。進(jìn)水接觸氧化池二沉池排泥出水初沉池 圖2-1 生物接

6、觸氧化法基本流程示意圖原污水經(jīng)初次沉淀池預(yù)處理后進(jìn)入接觸氧化池，再進(jìn)入二次沉淀池泥水分離后作為處理水排放。接觸氧化池的流態(tài)為完全混合型，微生物處于對(duì)數(shù)增殖期和衰減增殖期的前段。生物膜增長較快，有機(jī)物降解速率也較高。2.3 生物接觸氧化法的設(shè)計(jì)接觸氧化池主要由池體、填料床、曝氣裝置及進(jìn)出水裝置等構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)如圖所示。圖2-2 生物接觸氧化池的構(gòu)造示意圖（1）生物接觸氧化系統(tǒng)中各處理構(gòu)筑物不應(yīng)少于兩個(gè)（格），且按并聯(lián)系列設(shè)計(jì)；（2）設(shè)計(jì)時(shí)采用的BOD5負(fù)荷最好通過實(shí)際確定。也可以采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般處理城市污水可用1.01.8kgBOD5/(m3d)，處理BOD5500mg/L的污水時(shí)可用1.03

7、.0 kgBOD5/(m3d)；（3）污水在池中的停留時(shí)間不應(yīng)小于12h（按有效容積計(jì)）；（4）進(jìn)水BOD5濃度過高時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)出水回流系統(tǒng)；（5）填料層高度一般大于3.0 m，當(dāng)采用蜂窩填料時(shí)，應(yīng)分層裝填，每層高度為1 m，蜂窩孔徑不小于25 mm；當(dāng)采用小孔徑填料時(shí)，應(yīng)加大曝氣強(qiáng)度，增加生物膜脫落速度；（6）每單元接觸氧化池面積不宜大于25m，以保證布水、布?xì)饩鶆?；?）氣水比控制在(1015):1；（8）生物接觸氧化池每個(gè)（格）平面形狀宜采用矩形，沿水流方向池長不宜大于10m。其長寬比宜采用1:11:2，（9）當(dāng)采用穿孔管曝氣時(shí)，每根穿孔管的水平長度不宜大于5m；水平誤差每根不宜大于2m

8、m，全池不宜大于3mm，且應(yīng)有調(diào)節(jié)氣量和方便維修的設(shè)施；（10）生物接觸氧化池由下至上應(yīng)包括構(gòu)造層、填料層、穩(wěn)水層和超高。其中，構(gòu)造層層高宜采用0.61.2m，填料層高宜采用2.53.5m，穩(wěn)水層高宜采用0.40.5m，超高不宜小于0.5m。（11）生物接觸氧化池進(jìn)水端宜設(shè)導(dǎo)流槽，其寬度不宜小于0.8m。導(dǎo)流槽與生物接觸氧化池應(yīng)采用導(dǎo)流墻分隔。導(dǎo)流墻下緣至填料底面的距離宜為0.30.5m，至池底的距離宜不小于0.4m。（12）生物接觸氧化池曝氣強(qiáng)度宜采用1020m3/(m2h)。（14）生物接觸氧化池應(yīng)在填料下方滿平面均勻曝氣（15）生物接觸氧化池底部應(yīng)有放空設(shè)施。3 總體設(shè)計(jì)3.1 初沉池的

9、設(shè)計(jì)計(jì)算3.1.1沉淀區(qū)尺寸計(jì)算初沉池可除去廢水中的可沉物和漂浮物。初沉池是經(jīng)濟(jì)上最為節(jié)省的凈化步驟，對(duì)于生活污水和懸浮物較高的工業(yè)污水均易采用初沉池預(yù)處理。初沉池的主要作用如下。 1） 去除可沉物和漂浮物，減輕后續(xù)處理設(shè)施的負(fù)荷。 2） 使細(xì)小的固體絮凝成較大的顆粒，強(qiáng)化了固液分離效果。 3） 對(duì)膠體物質(zhì)具有一定的吸附去除作用。 4） 一定程度上初沉池可起到調(diào)節(jié)池的作用，對(duì)水質(zhì)起到一定程度的均質(zhì)效果。設(shè)表面負(fù)荷，沉淀時(shí)間，最大設(shè)計(jì)流量時(shí)水平流,每座沉淀池寬度沉淀池總面積得沉淀區(qū)有效水深h2=qt=21.5=3m沉淀區(qū)有效容積沉淀區(qū)長度沉淀池總寬度沉淀池座數(shù) 座校核長寬比 ，合格校核長深比 ，

10、合格3.1.2 污泥區(qū)計(jì)算設(shè)人均干污泥量為25g/d，污泥含水率95% S=25100(100-95)1000=0.5L/d取兩次排泥時(shí)間間隔T=2d,設(shè)人口總數(shù)20000人。則每日產(chǎn)生的污泥量為每個(gè)池子產(chǎn)生的污泥量3.1.3 污泥斗尺寸及容積計(jì)算采用泥斗；泥斗傾角采用60，泥斗斗底尺寸為：500mm500mm 上口為5000mm5000mm泥斗高度泥斗容積V斗=13h4s1+s2+s1s2=133.8(52+0.52+520.52)=34m3梯形部分高度污泥斗上梯形部分污泥容積泥斗與梯形部分實(shí)際存泥容積V實(shí)=V斗+V梯=34+15=49m320m3可容納2d的污泥量，所以只用設(shè)一個(gè)污泥斗。3

11、.1.4 沉淀池總高度計(jì)算取保護(hù)高度h1=0.3m, 緩沖層高度h3=0.5m污泥層高度h4=h4+h4=0.2+3.8=4m總高度 H=h1+h2+h3+h4=0.3+3+0.5+4=7.8m3.2 生物接觸氧化池的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1 有效容積(填料體積)計(jì)算平均時(shí)污水量：qv=2500m3/d，進(jìn)水BOD5濃度：so=150mg/l，出水BOD5濃度：se=25mg/l，填料容積負(fù)荷：Nv=1500g BOD5/(d) 可得:V=qv(so-se)Nv=2500(150-25)1500=208.4m23.2.2接觸氧化池的總面積和單座池面積計(jì)算取填料高度=3.0 m ，分三層每層高1m，單

12、座氧化池面積，設(shè)氧化池座數(shù)n=4由單座池面積滿足要求。3.2.3池深計(jì)算取超高=0.6 m,填料上部的穩(wěn)定水層深度=0.5 m,填料至池底的高度=1.5m(需入內(nèi)檢修) 可得:h=h0+h1+h2+h3=3.0+0.6+0.5+1.5=5.6 m3.2.4有效停留時(shí)間計(jì)算 ,在1-2間,符合要求。實(shí)際停留時(shí)間t=A(h-h1)qv=69.5(5.6-0.6)=3.34h 合格3.2.5空氣量計(jì)算及管道布置取D0=20m3/m3得D=D0qv=202500=5000m3/d=2048m3/d每格需氣量D1=D0n=20844=520m3/d空氣干管直徑，設(shè)空氣流速為v=15m/s則：d=4q36

13、00v=43.1415=0.05m=50mm支管直徑，每池設(shè)五根支管，空氣流速v1=5m/s則d1=4q/53600v=4105/536003.145=0.04m=40mm孔眼布置以每根支管為單位進(jìn)行計(jì)算，設(shè)孔眼直徑=10mm，孔眼流速v=10m/s,每個(gè)孔眼的通氣量為q=2v4=3.14(0.01)2104=7.8510-4m3/s每根支管上的孔眼數(shù)m=q5q=10550.3600=7.43 取8個(gè)孔眼間距為100mm，支管長度為L=m+1100=0.9m每池設(shè)一出水渠道。3.3 二沉池的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1沉淀區(qū)尺寸計(jì)算二沉池是活性污泥系統(tǒng)的重要組成部分，其作用主要是使污泥分離，使水澄清和進(jìn)

14、行污泥濃縮。設(shè)表面負(fù)荷，沉淀時(shí)間，最大設(shè)計(jì)流量時(shí)水平流,每座沉淀池寬度沉淀池總面積得沉淀區(qū)有效水深h2=qt=1.52=3m沉淀區(qū)有效容積沉淀區(qū)長度沉淀池總寬度沉淀池座數(shù) 座校核長寬比 合格校核長深比 合格3.3.2 污泥區(qū)計(jì)算設(shè)人均干污泥量為19g/d，污泥含水率96% S=19100(100-96)1000=0.475L/d兩次排泥時(shí)間間隔T=2d,設(shè)人口總數(shù)N=20000人。則每日產(chǎn)生的污泥量為每個(gè)池子產(chǎn)生的污泥量3.3.3 污泥斗尺寸及容積計(jì)算采用泥斗；泥斗傾角采用60，泥斗斗底尺寸為：500mm500mm 上口為5000mm5000mm泥斗高度泥斗容積 V斗=13h4s1+s2+s1

15、s2=133.8(52+0.52+520.52)=34m3梯形部分高度污泥斗上梯形部分污泥容積泥斗與梯形部分實(shí)際存泥容積V實(shí)=V斗+V梯=34+15=49m319m3可容納2d的污泥量，所以只用設(shè)一個(gè)污泥斗。3.3.4 沉淀池總高度計(jì)算取保護(hù)高度h1=0.3m, 緩沖層高度h3=0.5m污泥層高度h4=h4+h4=0.2+3.8=4m總高度 H=h1+h2+h3+h4=0.3+3+0.5+4=7.8m4 課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)生物接觸氧化工藝方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考最終還是解決了。同時(shí)也暴露出了我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。課程設(shè)計(jì)給我很多專業(yè)知識(shí)以及專業(yè)技能上的提升，使我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我掌握了CAD制圖的一些技巧和基本操作規(guī)范為未來的實(shí)踐積累了經(jīng)驗(yàn)。我認(rèn)為，在這次的實(shí)踐中，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在設(shè)計(jì)上，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。這對(duì)于我們的將來也有很大的幫助。回顧起此課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多