废水处理高负荷生物滤池设计

废水处理高负荷生物滤池设计

水污染控制工程课程设计题目废水处理高负荷生物滤池设计班级学号学生指导老师完成日期目录一、前言…………………………………………………1二、设计任务……………………………………………2n三、工艺流程选择………………………………………2四、工艺设备计算………………………………………34.1高负荷生物滤池尺寸和个数的确定……………………34.1.1滤床总体积4.1.2滤床高度4.1.3滤池面积和个数4.1.4其他构造要求4.2布水设备计算……………………………………………44.3二沉池的形式、个数和工艺尺寸的确定………………6五、平面布置图………………………………………..8六、主要构筑物图……………………………………..8七、小结………………………………………………..8八、参考文献…………………………………………..9n一、前言生物滤池是由过滤田和灌溉田逐步发展而来的。过滤田和灌溉田是天然条件下的需氧生物处理设施。废水流入过滤田和灌溉田后，水中的有机物滞留在土壤表层，由需氧微生物氧化分解为无机物。这种作用只在土壤表层进行，占地面积大，而且受气候影响，只能在适当条件下采用。19世纪末，进行了洒滴滤池试验。20世纪初洒滴滤池法得到公认，出现了各种型式的生物滤池。用生物滤池处理废水的方法统称为生物膜法。生物滤池一般是长方形或圆形，池填有滤料，滤料层上为布水装置，滤料层下为排水系统。废水通过布水装置均匀洒到生物滤池表面，呈涓滴状流下，一部分废水呈薄膜状被吸附于滤料周围，成为附着水层；另一部分则呈薄膜流动状流过滤料，并从上层滤料向下层滤料逐层滴流，最后通过排水系统排出池外。由于滤料间隙的空气不断地溶于水中，水层中保有比较充足的溶解氧；而流过的废水中所含的大量有机物质，可作为微生物的营养源，因此水层中需氧微生物能够大量生长繁殖。微生物的代作用使部分有机物质被氧化分解为简单的无机物，并释放出能量。这些能量一部分供微生物自身生长活动的需要，另一部分被转化合成为新的细胞物质。另外，废水通过滤池时，滤料截留了废水中的悬浮物质，并吸附了废水中的胶体物质，使大量繁殖的微生物有了栖息场所，从而在滤料表面逐渐生长起一层充满微生物及原生动物的“生物膜”。膜的外侧有附着水层，废水不断地从滤池上淋洒下来，就有一层废水不断沿生物膜上部表面流下，这部分废水为流动水层。流动水层和附着水层相接触，附着水层由于生物净化作用，所含有机物质浓度很低，流动水层通过传质作用把所含的有机物传递给附着水层，从而不断地得到净化。同时由于生物膜上的微生物的增殖，膜的厚度不断增加，当达到一定厚度时，生物膜层由于得不到足够的氧，由需氧分解转变为厌氧分解，微生物逐渐衰亡、老化，使生物膜从滤料表面脱落，随水流至沉淀池。生物滤池的滤料上再生成新的生物膜，如此不断更新。n二、设计任务某小区人口约10000人，排水量定额按150L/人·d，BOD5为30g/（人·d），试设计一高负荷生物滤池进行处理，要求处理后BOD5不超过20mg/L，并用AutoCAD画出生活污水处理工艺流程图、平面布置图以及高负荷生物滤池的结构设计图。三、工艺流程选择高负荷生物滤池的工艺流程设计主要采用处理水回流技术保证进水的BOD5值低于200mg/L，处理水回流后具有下列作用：①均化与稳定进水水质；②加大水力负荷；及时冲刷过厚和老化的生物膜，加速生物膜的更新，抑制厌氧层发育，使生物膜保持较高的活性；③抑制池蝇的滋长；④减轻臭味的散发。当原污水浓度较高或对处理水质要求较高时，可以考虑二级滤池处理系统。二级生物滤池的有机物去除率可达90%以上，但负荷不均是其主要缺点：一级负荷高，生物膜生长快，脱落的生物膜易于沉积并产生堵塞现象；二级负荷低，生物膜生长不佳，没有充分发挥净化功能。为此可采用交替式二级生物滤池，两种流程交替运行。交替式二级生物滤池运行时，滤池是串联工作的，污水经初沉池后进入一级生物滤池，出水经相应的中间沉淀池取出残膜后用泵送入二级生物滤池，二级生物滤池的出水经过沉淀池后排出污水处理厂。工作一段时间后，一级生物滤池因表层生物膜的累积，即将出现堵塞，改作二级生物滤池，而原来的二级生物滤池则改作一级生物滤池。运行中每个生物滤池交替作为一级和二级滤池使用。交替式二级生物滤池法流程比并联流程负荷可提高2~3倍。n四、工艺设备计算4.1生物滤池尺寸和个数的确定生物滤池的工艺设计容是确定滤床总体积、滤床高度、滤池个数、单个滤池的面积，以及滤池其他尺寸。4.1.1滤床总体积一般用容积负荷（Lv）计算滤池滤床的总体积，负荷可以经过试验取得，或采用经验数据。对于城镇污水处理，《室外排水设计规》（GB50014--2006）提出了采用碎石填料时，采用的负荷。高负荷生物滤池的Lv取>=1.8。滤床总体积计算公式如下：V=QS0/LV式中：V--------滤床总体积，m3；S0-------污水进滤池前的BOD5，mg/L；Q--------污水日平均流量，m3/d，采用回流式生物滤池时，此项应为Q（1+R），回流比R可根据经验确定；LV-------容积负荷，kgBOD5/(m3*d)原污水BOD5=30*1000/150=200mg/LQ=150L/人*d×10000人=1500m3/d取R=1，Lv=2kgBOD5/(m3*d)代入各值V=1500×(1+1)×200/2=300m34.1.2滤床高度滤床高度一般根据经验或试验结果确定。n对于城市污水处理，生物滤池采用碎石类填料时，高负荷生物滤池一般下层填料粒径宜为70~100mm,厚0.2m；上层填料粒径为40~70mm，厚度不宜大于1.8m。取下层填料粒径为85mm，厚度为0.2m。取上层填料粒径为55mm，厚度为1.8m。滤床高度为0.2+1.8=2.0m。4.1.3滤池面积和个数滤床总体积和高度确定之后，即可算出滤床的总面积。F=V/H=300/2.0=150m2生物滤池的个数一般情况下应大于2个。取2个。单个滤床面积为150/2=75m24.1.4其他构造要求滤池通风好坏是影响处理效率的重要因素，生物滤池底部空间的高度不应小于0.6m，并沿滤池池壁四周下部设置自然通风孔，总面积大于滤池表面积的1%。另外，生物滤池的池底有1%~2%的坡度，坡向集水沟，集水沟再以0.5%~2%的坡度坡向总排水沟，并有冲洗底部排水渠的措施。4.2布水设备计算旋转布水器计算的主要容包括：①确定布水横管根数和直径；②布水管上的孔口数和在布水横管上的位置；③布水器的转速。4.2.1布水横管根数与直径布水横管的根数决定于池子和滤率的大小，布水量大时用4根，一般用2根。布水横管的直径（D1，单位为mm）计算公式如下：nD1=2000*(Q′/πv)Q′=（1+R）Q/n式中：Q′------每根布水横管的最大设计流量，m3/s；V------横管进水端流速，m/s；R------回流比；Q------每个滤池处理的水量，m3/s；n------横管数。取布水横管根数为2根，排水量=10000*150=1500m3/d，每个滤池处理的水量Q=0.01736m3/s，布水横管流速一般为1.0m/s,代入数据得Q′=0.01736m3/s；D1=148.71mm4.2.2孔口数和在布水横管的位置假定每个出水孔喷洒的面积基本相同，孔口数（m）的计算公式为：m=1/[1-(1-4d/D2)2]式中：d-----孔口直径，一般为10~15mm,孔口流速2m/s左右或更大些；D2-----旋转布水器直径，mm，比滤池径小200mm。第i个孔口中心距滤池中心的距离（ri）为：ri=D2/2*i/mn式中：i-----从池中心算起，任一孔口在布水横管上的排列顺序序号。D2为9.57m；取d=12.5mm；代入数据得m=96个；布水小孔间距有中心向外逐渐缩小，一般从300mm逐渐缩小到40mm，以满足布水均匀的要求。4.2.3布水器的转速布水横管的转速与滤率、横管有关，如表4-1所示；表4-1回流式滤池的布水器转速[1]滤率/（m*d-1）转速/（r*min-1）(4根横管)转速/(r*min-1)(2根横管)152025122234也可以近似地用下式计算：n=34.78*106/md2D2*Q′转速取2r*min-1。布水横管可以采用金属管或高分子材料管，其管底离滤床表面的距离，一般为150~250mm，以避免风力的影响。4.3二沉池的形式、个数和工艺尺寸的确定选择竖流式沉淀池，个数2个。4.3.1中心管截面积f1与直径d0：f1=Qmax/v0nd0=4f1/π式中：Qmax-----每组沉淀池最大设计流量，m3/s；f1-----中心管截面积，m2；v0-----中心管流速，m/s；d0-----中心管直径，m。中心管流速取20mm/s。代入数据得，f1=0.01736/0.02=0.868m2；d0=1.05m。4.3.2中心管喇叭口到反射板之间的间隙高度h3；h3=Qmax/v1πd1式中：h3-----间隙高度，m；v1-----间隙流出速度；m/s；d1-----喇叭口直径；m。d1=1.35d0=1.35*1.05=1.42m；间隙流出速度取30mm/s。代入数据得，h3=0.130m4.3.3沉淀池面积f2与池径D：f2=3600Qmax/q；A=f1+f2；D=4A/π；n式中：f2-----沉淀区面积，m2；q-----表面水力负荷，m3/(m2*h)；A-----沉淀池面积，m2；D-----沉淀池直径，m。取表面水力负荷1.5m3/(m2*h)代入数据得，f2=41.664m2；A=42.532m2；D=7.36m。五、平面布置图附图六、主要构筑物图附图七、小结。八、参考文献[1]高延耀、顾国维、周琪.水污染控制工程下册，3版，：高等教育出版者，2007.[2]唐受印，汪大恽.废水处理工程第二版，：化学工业，2004.[3]红.水处理工程设计，：中国环境科学，2003.n[4]金兆丰、余志荣.污水处理组合工艺及工程实例，：化学工业，2003.[5]铭.环保设备----原理、设计、应用，2版，：化学工业，2006.